(57)【要約】電気モータ（３）、羽根車（４）及び羽根車（４）のハブ（５）を備える軸流ファンである。ハブは、回転軸（Ｒ）の周りを回転するように電気モータのシャフト（１４）の自由端に接続された底壁（９）を有し、ハブ（５）はカップ形状であって、少なくとも部分的にモータを収容する外側環状部（１０）を有する。ハブ（５）の底壁（９）は、中心部（１１）と回転軸の周りに径方向及び角度方向に分散して配置した複数の羽根（１６）によって規定される中間部（１３）によって中心部（１１）に接続された外側環状部（１２）とを備え、羽根（１６）は弾塑性の羽根であって、回転軸（Ｒ）に平行な軸方向に羽根車（４）が移動するのを防ぎ、回転軸に垂直な径方向に移動するのを防ぎ、羽根車の平均表面がある平面に垂直な動きを伴って羽根車（４）が曲がるのを防ぎ得るものであって、一方、羽根（１６）は回転軸の周りの捩り曲げを伴う移動を可能にするものであって、羽根車−シャフト−ロータで形成された集合体の共振周波数の減衰を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータ（３）、羽根車（４）及び前記羽根車（４）のハブ（５）を備える軸流ファンであって、前記ハブは、回転軸（Ｒ）の周りを回転するように前記電気モータの可動部に接続された中心部（１１）を備え、前記ハブ（５）は更に、中間部（１３）によって前記中心部（１１）に接続された外側環状部（１２）を備え、前記中間部（１３）は、前記回転軸の周りに径方向及び角度方向に分散して配置した複数の羽根（１６）を備え、前記羽根（１６）は、前記回転軸（Ｒ）に平行な軸方向に前記羽根車（４）が移動するのを防ぎ、前記回転軸に垂直な径方向に移動するのを防ぎ、前記羽根車の平均表面がある平面に垂直な動きを伴って前記羽根車（４）が曲がるのを防ぎ得るものであって、一方、前記羽根（１６）は前記回転軸の周りの捩り曲げを伴う移動を可能にするものであって、前記ファンの共振周波数の減衰を可能にすることを特徴とする、軸流ファン。
【請求項２】
前記羽根（１６）が弾塑性の羽根であることを特徴とする、請求項１に記載のファン１。
【請求項３】
各羽根（１６）は、前記回転軸に対して径方向に延びる長手方向寸法（Ｌ）と、前記回転軸に平行に延びる横方向寸法（Ｔ）と、厚さ（Ｓ）とによって規定される矩形形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のファン。
【請求項４】
各羽根（１６）の横方向寸法又は厚さ（Ｓ）は、その長手方向寸法（Ｌ）よりかなり小さくしなければならないことを特徴とする、請求項３に記載のファン。
【請求項５】
前記羽根（１６）が空隙（１７）によって角度方向にて離間していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のファン。
【請求項６】
前記ハブ（５）がカップ形状であって、底壁（９）と、少なくとも部分的に前記モータ（３）を収容する側壁（１０）とを有し、前記中心部（１１）、前記外側環状部（１２）及び前記中間部（１３）が前記底壁（９）上で特定され、前記外側環状部（１２）は前記側壁（１０）に連結されており、前記中心部（１１）は、前記モータ（１４）のシャフトに接続するための、前記底壁（９）と一体成形した軸受け（１５）を備える、ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のファン。
【請求項７】
前記ハブ（５）の前記底壁（９）と前記モータ（３）の前壁（１９）との間は距離（Ｄ）だけ離れており、各羽根（１６）の横方向寸法（Ｔ）は前記距離（Ｄ）に略等しく、その差は、前記モータの前記前壁上で滑ることなく前記ハブの回転を可能とするのに十分であればよいことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のファン。
【請求項８】
前記羽根（１６）は、タブ部（１８）によって角度方向に離間しており、前記タブ部は略Ｖ字形状であって前記ハブ（５）を保護するためのものであることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のファン。
【請求項９】
前記羽根（１６）の数は前記ファンの前記羽根（６）の数に応じて決まり、径方向及び長手方向の動きを無効とする最低限の効果を得ると共に、捩り曲げにより共振周波数を少なくとも減衰可能とするのに少なくとも十分であらねばならないことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の軸流ファン。
【請求項１０】
前記羽根（１６）が前記羽根車（４）と同じ材料からなる、請求項１から９のいずれか１項に記載のファン。
【請求項１１】
前記羽根（１６）は、前記羽根車（４）を成型するためのプロセス中に得られる、請求項１から１０のいずれか１項に記載のファン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸流ファンに関し、特に自動車用途向けの軸流電動ファンに関する。
【０００２】
本明細書で言及する従来技術のファンは、軸流ファンと、このファンを駆動する電気モータとを備え、通常「軸流電動ファン」と呼ばれる。
【背景技術】
【０００３】
電動ファンは、略円筒状のケースと、ケース内部に収容されたステータユニットとロータユニットと、ロータユニットを羽根車に連結して羽根車を回転させるよう設計された連結手段と、を有する。
【０００４】
上述の連結手段は通常、ケースから突出するシャフトによって形成され、ロータユニットによって回転する。
【０００５】
以下の説明において、便宜上、上述の連結手段は、電気モータのケースから突出した、ロータユニットと共に回転するシャフトを備えるものとするが、これによって本発明の範囲を限定するものではない。
【０００６】
羽根車は、モータのシャフトと同軸である接続ハブと、このハブから径方向に延びる複数の羽根とを有する。
【０００７】
通常、羽根車のハブはカップ形状である。即ち、シャフトが突出しているモータの壁に対向する底壁であってモータのシャフトに接続するための底壁と、略円筒状の側壁とを有し、この側壁から羽根が延びる。
【０００８】
「軸流電動ファン」ユニットの軸方向の寸法を制限するために、モータは少なくとも部分的にハブの内部に収容され、底壁からモータへと延びるハブの側壁によって覆われる。
【０００９】
更に、「軸流電動ファン」ユニットの寸法を極力小さくするために、「ブラシレス」型の電気モータを使用する。ブラシレス型の電気モータの軸方向の寸法（厚さ）は比較的制限されている。
【００１０】
更に、設計段階において、ハブの底壁と、このハブの底壁と対向する電気モータの前壁との間の距離をできるだけ制限する。
【００１１】
最後に、モータのケースと羽根車のハブとの間、即ち、ケースとハブの側壁との間に筒状の空隙を設けて、羽根車を自由に回転可能とする。
【００１２】
最新の自動車のエンジンルームにおいて利用可能なスペースはますます制限されつつあるため、いわゆる「扁平モータファン」、即ち、軸方向の厚みが制限された特性を有するモータを使用することは、軸流電動ファンユニットにとって有利である。
【００１３】
これに関して、「ブラシレス」電気モータを使用しても、軸流電動ファンのスペースの大半は電気モータそのものによって占められるため、電動ファンユニットの軸方向の部分を収容するためにハブの内部にモータの大部分があったとしても、羽根車の軸方向の寸法を減らす必要がある。
【００１４】
但し、特に、高出力のために羽根車の径が非常に大きい場合は、羽根車の軸方向の寸法（厚み）は、所定の構造上の制限値未満にはできないため、電動ファンの軸方向の寸法をできるだけ低減するには、ハブの底壁と、このハブの底壁に対向するモータの表面との距離をできるだけ小さくする必要がある。
【００１５】
尚、この距離が設計上の臨界点となり、ますます小さくなる傾向にある。
【００１６】
更に、シャフトは、機械的に安全にファンに連結可能なように十分な延伸部となるように、モータから突出している必要がある。
【００１７】
これに関して、シャフトをハブに固定する中心点で、ハブの底壁には、底壁と一体成形（ｃｏ−ｍｏｕｌｄｅｄ）した焼結鋼の軸受け（ｂｕｓｈｉｎｇ）が設けられる。このような技術によって更に、ハブの底壁と、このハブの底壁と対向するモータの壁との間の距離を低減することが可能となる。
【００１８】
軸方向の寸法に関して上述した欠点に加えて、以下に更に説明するように、電動ファンユニット、特にロータと羽根車には振動の問題がある。
【００１９】
（ブラシレス、ＤＣ等の任意の種類の）電気モータによって駆動される軸流ファンの羽根車には一般に、モータの回転数の略倍数である周波数を有し、所望の連続トルクに重畳するトルクリップルがモータによって羽根車に伝達してしまうという問題があることが知られている。
【００２０】
言い換えると、一定のトルクを発生する電気モータはなく、一定成分に重畳する可変の「寄生」成分を常に有する。正確には、この「寄生」成分が上述のトルクリップルである。このようなトルクリップルは、モータの回転速度の略倍数である周波数を有する。従って、このような周波数はモータの速度と共に変化する。ロータと羽根車ユニットとが相対共振周波数を有する場合には、上述のトルクリップルがちょうど共振周波数である周波数となる、モータの或る所定の速度があることになる。
【００２１】
従って、このような周波数によって通常駆動シャフト（いわゆる捩りばね）からなる弾性／慣性システムの共振が起こり、モータのロータと羽根車との慣性モーメントが発生する場合には、トルクリップルによる最大のダメージが起こってしまう。
【００２２】
要するに、いわゆるトルクリップルによって、羽根車ユニット、シャフト、モータのロータの共振周波数で増幅された振動現象が誘発され、ひいては望ましくなく容認できない音響ノイズ作用が発生する。
【００２３】
従来技術において、モータと羽根車との間に様々な形状や大きさのゴム製の従来型のダンパを介在させて使用することが知られている。
【００２４】
これに関して、特許文献ＧＢ１４６４５５９、ＵＳ４１９３７４０、ＥＰ１３７５９２３を参照する。
【００２５】
電動ファンユニットの軸方向の寸法を減らす必要性に関する上述の説明に鑑みると、自動車部門において熱交換器を冷却するために電動ファンユニットを使用するには、結果的に一連の制限事項があり、上述のような従来型のダンパ構造物を上述の騒音問題を解決するのに使用することは実用的とは言えないという結論に達する。
【００２６】
上述のように、電動ファンユニットの軸方向長さを最小にするという市場の要求によれば、羽根車をモータに連結するためのモータシャフトはたった数ｍｍとなり、特に、ハブの底壁と、このハブの底壁と対向するモータの壁との間の距離が減少すると、従来型のゴム製のダンパを使用することができない。
【００２７】
加えて、羽根車はプラスチック製であり、仕様に準拠する必要があると共に、振動試験やジャイロ効果に耐える必要があり、軸方向及び径方向のかなりの剛性と羽根車が位置する平面で発生する曲げ（ｂｅｎｄｉｎｇ）とが要求される。
【００２８】
このために、上述の羽根車は更に、かなりの割合（通常３５％）のグラスファイバーを含んでおり、これによって剛性が高まる。
【００２９】
ハブの底壁とモータの壁との間の距離が小さくなり、ゴム製の「ダンパ」を使用する可能性があることによって、上述の軸方向及び曲げ力に対する羽根車の剛性が減少したり、動作中に羽根車が移動して、自動車のモータ室にある他の部品に対して又は更には羽根車の支持構造（シュラウド）に対して滑ったりしてしまうかもしれない。
【００３０】
ジャイロ効果が非常に強いことにも留意すべきである。羽根車はその平面上でのトルク力を受け、剛性を有しない場合には、上述の全ての問題が起こってしまうかもしれない。
【００３１】
言い換えると、羽根車は、その平面上でとった位置に対して絶対に移動したり曲がったりしてはならない。曲がるスペースは小さくてモータ室内にある他の部品に接触して破損しやすいからである。
【００３２】
更に、環境要件や製品の信頼性／寿命による製品の仕様は非常に厳しい。例えば、羽根車は、−４０°から＋１５０°の範囲の動作温度（周囲温度）で動作可能でなくてはならず、ガソリン、オイル、水、塩水、その他の化学成分等の全ての外部物質に対する耐性を備えねばならない。
【００３３】
これらの理由からも、ゴムは、ダンパ部品又は構造を形成するのに明らかに不向きである。
【００３４】
以上のことより、本発明の主な目的は、上述のような欠点を克服することである。
【発明の概要】
【００３５】
本発明の目的は、共振周波数により起こる騒音の問題のない軸流電動ファンを提供することである。
【００３６】
本発明の更なる目的は、軸方向及び径方向の移動及び曲げに対して同じ剛性を維持し、上述のリップルトルクによる応力を減衰させる効果を有するファンユニットを提供することである。
【００３７】
示した技術目的及び記載の目標は、請求項１に記載の軸流ファンによって実質的に達成される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
本発明の更なる特徴及び利点は、以下の添付の図面に例示した軸流ファンの好適であるがこれに限定するものではない実施形態を参照した以下の詳細な説明によってより明らかとなるであろう。
【図１】本発明に係る軸流ファンであって電気モータを備える軸流ファンの概略斜視図であって、羽根は示していない図。
【図２】図１の軸流ファンの概略径方向断面図。
【図３】上記の図に記載の軸流ファンであって羽根を備えたファンの正面図。
【図４】他の実施形態に係る図３の軸流ファンの正面図であって、より明確にするために一部を切り欠いた図。
【図５】図４のファンの羽根車のハブの内部の概略斜視図であって、羽根を示していない図。
【図６】図１のファンの羽根車のハブの内部の概略斜視図であって、羽根を示していない図。
【図６ａ】図６のハブの羽根の拡大概略斜視図。
【図７】図６のファンのハブの内部の概略正面図であって、羽根を示していない図。
【図８】本発明に係るファンのハブの羽根によって吸収されるエネルギーを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
添付の図面、特に図１及び２を参照すると、参照符号１により本発明に係るファンユニット全体を表す。
【００４０】
ファンユニット１は、好ましくは自動車用途向けであってラジエータを冷却するものである。
【００４１】
ファンユニット１は、回転軸Ｒを有する軸流ファン２と、電気モータ３と、モータ３によって駆動され及び軸Ｒの周りに回転する軸流羽根車４とを備える。
【００４２】
図３及び図４に示すように、ファン４には、ハブ５とハブ５から延びる複数の羽根６とが備わっている。
【００４３】
特に図１及び図２に示すように、モータ３は、好ましくは密閉及び密封型であって、実質的には既知の種類のモータであるが、本発明を理解するのに必要な程度にのみ記載されており、外側ケース７と、軸Ｒと同軸であって羽根車４が接続されるシャフト８とを備える。
【００４４】
羽根車４、又は軸流ファン２は、カップ形状に成形した上述のハブ５を備え、このハブは、底壁９と、電気モータ３を部分的に収容するための環状の側壁１０とを備える。
【００４５】
特に図４、図５、図６及び図７に示すように、ハブ５の底壁９上には、中心部１１と、環状の側壁１０に連結された外側環状部１２と、中心部１１と外側環状部１２との間を接続する中間部１３とがある。
【００４６】
中心部１１は、ハブ５及び結果的にファン６が回転軸Ｒの周りに回転可能なように電気モータ３の可動部に接続される。
【００４７】
図２に示すように、電気モータ３には、内部のロータに接続され、もう一方の自由端において、羽根車４を支持するよう設計されたシャフト１４が備わっている。
【００４８】
具体的には、ハブ５の底壁９の中心部１１には、焼結鋼の軸受け１５があり、これによって、モータ３のシャフト１４にハブ５を安定的且つ強固に固定可能となる。
【００４９】
上述の中間部１３は、複数の羽根１６を備え、これらの羽根は回転軸Ｒに対して径方向に上述の外側環状部１２へと延びる。
【００５０】
羽根１６は、弾塑性の羽根であって、各羽根は平坦矩形形状を有する。
【００５１】
具体的には、図６ａに示すように、各羽根１６は、回転軸Ｒに対して径方向に延びる長手方向寸法Ｌと、回転軸Ｒに平行に延びる横方向寸法Ｔと、厚さＳとによって規定される。
【００５２】
各羽根１６の横方向寸法又は厚さＳは、その長手方向寸法Ｌよりかなり小さくする必要がある。
【００５３】
図４及び図５に示した実施形態によれば、これらの羽根１６はそれぞれ、空隙１７によって角度方向にて離間している。
【００５４】
図３、図６、及び図７に示した実施形態によれば、これらの羽根１６は、タブ部１８によって角度方向に離間しており、タブ部は略Ｖ字形状であってハブ５を保護するためのものである。
【００５５】
図２に示すように、ハブ５の底壁９とモータ３の前壁１９との間は距離Ｄだけ離れている。
【００５６】
この距離Ｄは、電動ファンユニット１を構成する際に得られ得る最小の距離である。
【００５７】
尚、各羽根１６は、この距離Ｄに略等しい相対横方向寸法Ｔを有する。
【００５８】
明らかなように、横方向寸法Ｔは距離Ｄより少しだけ小さく、モータ３の前壁１９上で滑ることなくハブ５の回転が可能となるようにする。
【００５９】
ここまで述べてきたことから、上述の羽根１６は、軸Ｒ及びシャフト１４に平行な横方向寸法Ｔとシャフト１４に垂直な長手方向寸法Ｌとを有して延びる一方、羽根車４の回転方向に平行な方向に沿って厚さＳを有して延びる。
【００６０】
言い換えると、各羽根１６は、Ｉ字形状のビーム部を備え、その寸法は横方向寸法Ｔに対して薄い厚みＳであって、ハブ５と羽根車４との回転軸Ｒに対する特定の配置によって長手方向の即ち、横方向Ｔに沿った負荷に対する耐性に優れており、長手方向Ｌに沿った負荷に対する耐性に優れている一方で、より大きな横表面に垂直な厚さＳに沿った負荷には柔軟性を有する。
【００６１】
複数の羽根１６は従って、回転軸Ｒに平行な軸方向に羽根車４が移動するのを防ぎ、回転軸に垂直な径方向に移動するのを防ぎ、更に、羽根車４の平均表面（ｍｅａｎ  ｓｕｒｆａｃｅ）がある平面に垂直な動きを伴って羽根車４が曲がるのを防ぐ。
【００６２】
一方、上述の羽根１６は、共振周波数を減衰させるような捩り曲げを伴う移動は可能とする。
【００６３】
尚、羽根の数はファンの羽根の数に応じて決まり、径方向及び長手方向の動きを無効とする最低限の効果を得ると共に、捩り曲げにより共振周波数を少なくとも減衰可能とするのに少なくとも十分であらねばならない。
【００６４】
配置する羽根の数は、径方向及び長手方向の移動を無くすこれらの効果を得る及び曲げにより共振周波数を減衰可能とするのに十分でなければならない。
【００６５】
このために、羽根の数を、得ようとする結果に応じて変えてもよく、特に、羽根の数は、これらの効果を保証するのに十分でなくてはならず、常に曲げトルクと捩りトルクとの比率に応じて決まる。
【００６６】
更に、羽根車４を成型する工程の間に羽根１６を形成する、したがって、羽根の材料は、羽根車４そのものを形成するのに使用した材料と同じ材料とする。
【００６７】
従って、このような製造プロセスによれば、羽根車の成形に加えて追加的な異なる材料又は手続きを含まず、追加的な製造コストなく（即ち、実質的にコストを下げて）ファンの製造を行うことができる。
【００６８】
羽根は、弾性効果と塑性効果の両方を有するという意味で弾塑性構造物であり、動作中にヒステリシス周期を有する。
【００６９】
図８に示すように、羽根１６が動作する場合、エネルギー吸収に対応したヒステリシス周期を形成する。従って、羽根によって実際にダンパが構成され、共振周波数による振動を減衰可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】英国特許第１４６４５５９号明細書（ＧＢ１４６４５５９）
【特許文献２】米国特許第４１９３７４０号明細書（ＵＳ４１９３７４０）
【特許文献３】欧州特許第１３７５９２３号明細書（ＥＰ１３７５９２３）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−６ａ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2018522166.tif 000012