(57)【要約】【課題】ファンの回転数をエンジンの回転数から独立して調整可能で、かつ、冷却風の風量の確保が可能な電動ファン装置を提供すること。【解決手段】電動ファン装置（１０）であって、ファン（２０）と、電動機（３０）と、電動機（３０）がファン（２０）の径方向の外側に位置するように電動機（３０）及びファン（２０）を支持する支持部材（４０）と、電動機（３０）の駆動力をファン（２０）に伝達する伝達機構（５０）と、を備え、伝達機構（５０）は、電動機側伝達車（５２）と、ファン（２０）と一体的に回転するようにファン（２０）に接続されたファン側伝達車（５４）と、を有し、電動機側伝達車（５２）は、ファン（２０）の径方向についてファン（２０）から離間した位置に設けられており、ファン側伝達車（５４）は、ファン（２０）の外周近傍を通る環状をなしてその内側に冷却風の通過を許容する空間を囲む形状を有すること。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動ファン装置であって、
特定の回転中心軸回りに回転可能でありその回転によって冷却対象物を冷却するための冷却風を形成するファンと、
前記ファンを駆動するための電動機と、
前記電動機が前記ファンの径方向の外側に位置するように前記電動機及び前記ファンを支持する支持部材と、
前記電動機の駆動力を前記ファンに伝達する伝達機構と、を備え、
前記電動機は、特定の回転軸回りに回転可能な駆動軸を有し、
前記伝達機構は、前記駆動軸に接続された電動機側伝達車と、前記電動機側伝達車の回転に伴って前記回転中心軸回りに前記ファンと一体的に回転するように前記ファンに接続されたファン側伝達車と、を有し、
前記電動機側伝達車は、前記ファンの径方向について当該ファンから離間した位置に設けられており、
前記ファン側伝達車は、前記ファンの外周近傍を通る環状をなしてその内側に前記冷却風の通過を許容する空間を囲む形状を有する、電動ファン装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動ファン装置において、
前記ファン側伝達車は、前記回転中心軸と中心とする円形の内周面を有する、電動ファン装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電動ファン装置において、
前記ファン側伝達車は、前記ファンの外縁に接続されている、電動ファン装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電動ファン装置において、
前記電動機側伝達車の径は、前記ファン側伝達車のそれよりも小さい、電動ファン装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の電動ファン装置において、
前記電動機側伝達車は、前記駆動軸回りに回転可能な駆動側外歯車であり、
前記ファン側伝達車は、前記回転中心軸回りに回転可能で、かつ前記駆動側外歯車と噛合する被駆動側外歯車である、電動ファン装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の電動ファン装置において、
前記支持部材は、前記ファンの径方向の外側において前記回転中心軸と平行な方向について前記伝達機構と重なる形状を有する、電動ファン装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の電動ファン装置において、
前記支持部材は、前記ファンの径方向の外側において前記電動機を支持する電動機支持部と、前記電動機側伝達車の回転に伴って前記ファン側伝達車が回転する姿勢で前記ファンを支持するファン支持部と、を有し、
前記ファン支持部は、前記電動機支持部に固定されている、電動ファン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベル等の建設機械に設けられる電動ファン装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベル等の建設機械では、ラジエータ等の冷却対象物は、ファンにより冷却される。例えば、特許文献１には、エンジンと、ラジエータと、ラジエータを冷却するためのファンと、を備える建設機械が開示されている。前記ファンは、前記エンジンの出力軸であるファン駆動軸に接続されている。このため、エンジンの回転に伴ってファンが回転し、これによりラジエータを空冷する冷却風が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２４１３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載される建設機械では、ファンがエンジンのファン駆動軸に直接接続されているため、ファンの回転数がエンジンのファン駆動軸の回転数（エンジンの回転数）に依存する。このため、冷却対象物の冷却要求に応じてファンの回転数を柔軟に変更することができない。
【０００５】
そこで、ファンをエンジンの出力軸から切り離し、当該ファンをエンジンとは独立した電動機で駆動すること、すなわち、ファン及び電動機を備える電動ファン装置を構築することが考えられる。この電動ファン装置において、電動機でファンを駆動する構造の一例として、ファンの回転中心軸に電動機の駆動軸を直結することが考えられる。
【０００６】
しかしながら、このようないわゆる同軸配置の構造は、ファンの回転により形成される冷却風の風量を低下させる要素を含む。すなわち、当該配置では、ファンにより形成される冷却風の流路に電動機が存在するのに加え、当該電動機をファンの回転中心軸上の位置に支持するための電動機支持部の少なくとも一部も当該流路に存在することになり、これらの存在は十分な風量の確保の妨げとなる。
【０００７】
本発明の目的は、ファンの回転数をエンジンの回転数から独立して調整可能で、かつ、冷却風の風量の確保が可能な電動ファン装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、電動ファン装置であって、特定の回転中心軸回りに回転可能でありその回転によって冷却対象物を冷却するための冷却風を形成するファンと、前記ファンを駆動するための電動機と、前記電動機が前記ファンの径方向の外側に位置するように前記電動機及び前記ファンを支持する支持部材と、前記電動機の駆動力を前記ファンに伝達する伝達機構と、を備え、前記電動機は、特定の回転軸回りに回転可能な駆動軸を有し、前記伝達機構は、前記駆動軸に接続された電動機側伝達車と、前記電動機側伝達車の回転に伴って前記回転中心軸回りに前記ファンと一体的に回転するように前記ファンに接続されたファン側伝達車と、を有し、前記電動機側伝達車は、前記ファンの径方向について当該ファンから離間した位置に設けられており、前記ファン側伝達車は、前記ファンの外周近傍を通る環状をなしてその内側に前記冷却風の通過を許容する空間を囲む形状を有する、電動ファン装置を提供する。
【０００９】
本電動ファン装置では、伝達機構を介して電動機によってファンが駆動されるので、ファンの回転数をエンジンの回転数から独立して調整可能であり、さらに、電動機及び伝達機構の双方がファンの回転により形成される冷却風の流路に重ならないので、冷却風の風量が十分に確保される。具体的に、電動機及び電動機側伝達車はともに、ファンの径方向の外側に位置しており、ファン側伝達車は、前記ファンの外周近傍を通る環状をなしてその内側に前記冷却風の通過を許容する空間を囲む形状を有している。このため、電動機及び伝達機構がともに前記回転中心軸と平行な方向についてファンと実質的に重なることなく（前記冷却風の流路に実質的に重なることなく）電動機の駆動力がファンに伝達される。よって、冷却風の風量が十分に確保される。
【００１０】
この場合において、前記ファン側伝達車は、前記回転中心軸と中心とする円形の内周面を有することが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、冷却風がファン側伝達車の内側を通過する際に生じる抵抗が低減される。
【００１２】
さらにこの場合において、前記ファン側伝達車は、前記ファンの外縁に接続されていることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、冷却風の風量がより多く確保され、しかも、ファンの径方向及び回転中心軸と平行な方向の双方についてファンとファン側伝達車との相対変位が防止されるので、ファンとファン側伝達車との衝突及びこの衝突に起因するファン又はファン側伝達車の破損が防止される。
【００１４】
また、本発明において、前記電動機側伝達車の径は、前記ファン側伝達車のそれよりも小さいことが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、伝達機構が減速機構を兼ねるので、電動機として比較的軽量のものを採用することが可能となる。具体的に、伝達機構が減速機構を兼ねるので、所望のファンの回転数よりも高回転数で低トルクを出力する電動機の採用が可能となる。高回転数で低トルクを出力する電動機は、低回転数で高トルクを出力する電動機に比べ、巻線の巻き量が少なく、かつ鉄芯の体積も小さいため、電動機自体の重量が小さい。よって、電動機を支持する支持部材の構造が簡素化される。
【００１６】
また、本発明において、前記電動機側伝達車は、前記駆動軸回りに回転可能な駆動側外歯車であり、前記ファン側伝達車は、前記回転中心軸回りに回転可能で、かつ前記駆動側外歯車と噛合する被駆動側外歯車であることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、簡単な構造で電動機の駆動力がファンに伝達される。
【００１８】
また、本発明において、前記支持部材は、前記ファンの径方向の外側において前記回転中心軸と平行な方向について前記伝達機構と重なる形状を有することが好ましい。
【００１９】
このようにすれば、ファンの回転により回転中心軸と平行な方向に流れる冷却風が伝達機構に当たるのが抑制されるので、当該伝達機構への粉塵等の進入が抑制される。
【００２０】
また、本発明において、前記支持部材は、前記ファンの径方向の外側において前記電動機を支持する電動機支持部と、前記電動機側伝達車の回転に伴って前記ファン側伝達車が回転する姿勢で前記ファンを支持するファン支持部と、を有し、前記ファン支持部は、前記電動機支持部に固定されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、電動機側伝達車の回転に伴ってファン側伝達車が回転するように電動機とファンとの相対位置が確定した状態でファン及び電動機が支持されるので、支持部材に作用する加振力等に起因する電動機側伝達車の駆動力のファン側伝達車への伝達不良が抑制される。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、ファンの回転数をエンジンの回転数から独立して調整可能で、かつ、冷却風の風量の確保が可能な電動ファン装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態の電動ファン装置の正面図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線での断面図である。
【図３】図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線での断面図である。
【図４】図１に示す電動ファン装置の変形例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の好ましい実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る電動ファン装置１０を示す。この電動ファン装置１０は、例えば建設機械のエンジンルーム内に設けられてラジエータ等の冷却対象物を冷却する装置である。電動ファン装置１０は、ファン２０と、電動機３０と、支持部材４０と、伝達機構５０と、を備えている。
【００２６】
ファン２０は、所定の（この実施形態では水平な）回転中心軸回りに回転することにより、その回転中心軸と平行な方向（図２の左右方向）に流れる冷却風を形成する。図２に示されるように、ファン２０は、前記回転中心軸回りに回転するシャフト２２と、シャフト２２よりも一回り大きな筒状を呈し当該シャフト２２と一体的に回転する基部２４と、基部２４から回転半径方向の外向きに放射状に延びる複数枚の羽根２６と、を有する。前記回転中心軸を中心としてファン２０全体が回転することにより、各羽根２６が前記冷却風を形成する。
【００２７】
電動機３０は、特定の回転軸回りに回転可能な駆動軸３２（図３を参照）を有する。電動機３０は、ファン２０の径方向の外側に配置される。
【００２８】
支持部材４０は、電動機３０がファン２０の径方向の外側に位置するようにファン２０及び電動機３０を支持する形状を有し、所定の場所、例えばエンジンルーム内の底面上に据え付けられる。具体的に、支持部材４０は、ファン２０を収容可能な空間を有しているとともに電動機３０を支持する支持部材本体４２と、前記空間にファン２０が位置するように当該ファン２０を支持するファン支持部４６と、を有する。
【００２９】
支持部材本体４２は、前記空間を取り囲む直方体形状に形成されており、当該空間を前記回転軸中心と平行な方向（図２の左右方向）に開放する開口４３ａ，４４ａを有する。具体的に、支持部材本体４２は、ファン２０の前方（図２の左側）に設けられており前記開口４３ａを有する前壁４３と、ファン２０の後方（図２の右側）に設けられており前記開口４４ａを有する後壁４４と、ファン２０の周囲に設けられた周壁４５と、を有する。
【００３０】
前壁４３は、矩形状を呈する。前記開口４３ａは、前壁４３の中央に形成されている。この開口４３ａは、ファン２０が形成する冷却風の通過を許容する形状に形成されている。具体的に、開口４３ａは、前記回転中心軸の延長線を中心とする円形に形成されている。開口４３ａの直径は、ファン２０の外径とほぼ等しく設定されている。
【００３１】
電動機３０は、前壁４３の４つの角部のうちの１つに支持されている。本実施形態では、図１に示されるように、電動ファン装置１０を正面から見たときの前壁４３の左下の角部４３ｂに電動機３０が支持されている。つまり、前記角部４３ｂが電動機３０を支持する「電動機支持部」を構成する。図３に示されるように、角部４３ｂは、駆動軸３２が前壁４３の厚さ方向と平行（回転中心軸と平行）となる姿勢で電動機３０を支持している。
【００３２】
後壁４４は、電動機支持部を有していない点を除いて前壁４３と同じ形状を有する。すなわち、後壁４４は、矩形状であり、前記開口４４ａは、後壁４４の中央にファン２０の外径とほぼ等しい直径を有する円形に形成されている。
【００３３】
周壁４５は、前壁４３の外縁と後壁４４の外縁とを接続する四角筒状に形成されている。
【００３４】
ファン支持部４６は、シャフト２２を保持するシャフト保持部４７と、シャフト保持部４７と支持部材本体４２とを連結する連結部と、を有する。
【００３５】
シャフト保持部４７は、軸受を介してシャフト２２を当該シャフト２２の径方向の外側から保持する円筒部４７ａと、円筒部４７ａのうち前記回転中心軸方向の外側の端部に接続されており当該円筒部４７ａの開口を塞ぐ円板状の閉塞部４７ｂと、を有する。
【００３６】
連結部は、ファン２０が支持部材本体４２内の空間に位置するようにシャフト保持部４７と支持部材本体４２とを連結する。連結部は、複数の連結片４８を有する。複数の連結片４８は、支持部材本体４２の前側及び後側の双方に配置されている。支持部材本体４２の前側に配置された各連結片４８は、円筒部４７ａの外周面と前壁４３の表面とを連結している。支持部材本体４２の後側に配置された各連結片４８は、円筒部４７ａの外周面と後壁４４の表面とを連結している。各連結片４８は、円筒部４７ａの外周面から当該円筒部４７ａの径方向の外側に向かって直線状に延びる形状を有する。本実施形態では、支持部材本体４２の前側及び後側において、ファン２０の回転周方向に沿って９０°間隔に並ぶ４つの位置にそれぞれ連結片４８が配置されている。なお、支持部材本体４２の前側に配置される各連結片４８は、４本に限られず、支持部材本体４２の前側に配置される各連結片４８は、４本に限られない。
【００３７】
伝達機構５０は、電動機３０の駆動力をファン２０に伝達する機構である。伝達機構５０は、電動機３０の駆動軸３２に接続された電動機側伝達車５２と、ファン２０に接続されたファン側伝達車５４と、を有する。本実施形態では、電動機側伝達車５２は、駆動軸３２回りに回転可能な駆動側外歯車であり、ファン側伝達車５４は、前記回転中心軸回りにファン２０と一体的に回転可能で、かつ駆動側外歯車と噛合する被駆動側外歯車である。
【００３８】
電動機側伝達車５２は、ファン２０の径方向についてファン２０から離間した位置に配置されている。電動機側伝達車５２の径（ピッチ円の半径）は、ファン側伝達車５４のそれよりも小さく設定されている。すなわち、電動機側伝達車５２の歯数は、ファン側伝達車５４のそれよりも少なく設定されている。
【００３９】
ファン側伝達車５４は、ファン２０の外周近傍を通る環状をなしてその内側に前記冷却風の通過を許容する空間を囲む形状を有する。ここで、ファン２０の外周近傍を通る環状とは、その内側を通る冷却風の流量を実質的に低下させない面積を有することを意味する。つまり、ファン２０の外周近傍は、各羽根２６の外縁よりもわずかに径方向の内側に位置する部位を含む。本実施形態では、ファン側伝達車５４は、前記回転中心軸回を中心とする円形の内周面を有している。具体的に、ファン側伝達車５４は、各羽根２６の外縁を回転周方向の全域にわたって接続する円環状に形成されている。
【００４０】
上記のように、支持部材本体４２の開口４３ａ，４４ａの直径は、ファン２０の外径とほぼ等しく設定されている。つまり、前壁４３及び後壁４４は、冷却風の流路をファン２０の径方向の外側から取り囲むとともに、当該径方向の外側において前記回転中心軸と平行な方向について電動機側伝達車５２及びファン側伝達車５４と重なる形状を有する。また、ファン支持部４６は、前記回転中心軸が電動機３０の駆動軸３２と平行となり、かつ被駆動側外歯車と駆動側外歯車とが互いに噛合する姿勢でファン２０が前記空間に位置するように支持部材本体４２に固定されている。
【００４１】
以上説明した電動ファン装置１０では、電動機３０が駆動されると、伝達機構５０、すなわち電動機側伝達車５２である駆動側外歯車及びファン側伝達車５４である被駆動側外歯車を介して電動機３０の駆動力がファン２０に伝達される。これにより、ファン２０全体が前記回転中心軸回りに回転し、当該回転中心軸と平行な方向に流れる冷却風が形成される。
【００４２】
このように、本実施形態では、伝達機構５０を介して電動機３０によってファン２０が駆動されるので、ファン２０の回転数をエンジンの回転数から独立して調整可能である。さらに、電動機３０及び伝達機構５０の双方が冷却風の流路に重ならないので、冷却風の風量が十分に確保される。具体的に、電動機３０及び電動機側伝達車５２はともに、ファン２０の径方向の外側に位置しており、ファン側伝達車５４は、前記回転中心軸を中心としファン２０を径方向の外側から取り囲むことが可能な内径を有する円環状に形成されている。このため、電動機３０及び伝達機構５０がともに前記回転中心軸と平行な方向についてファン２０と重なることなく（前記冷却風の流路に重なることなく）電動機３０の駆動力がファン２０に伝達される。よって、冷却風の風量が十分に確保される。
【００４３】
また、上記実施形態では、ファン側伝達車５４は、ファン２０の外縁に接続されているので、ファン２０の径方向及び回転中心軸と平行な方向の双方について、ファン２０とファン側伝達車５４との相対変位が防止される。よって、ファン２０とファン側伝達車５４との衝突及びこの衝突に起因するファン２０又はファン側伝達車５４の破損が防止される。
【００４４】
また、上記実施形態では、電動機側伝達車５２の歯数は、ファン側伝達車５４のそれよりも少なく設定されている。つまり、伝達機構５０が減速機構を兼ねるので、電動機３０として比較的軽量のものを採用することが可能となる。具体的に、伝達機構５０が減速機構を兼ねるので、所望のファン２０の回転数よりも高回転数で低トルクを出力する電動機３０の採用が可能となる。高回転数で低トルクを出力する電動機３０は、低回転数で高トルクを出力する電動機に比べ、巻線の巻き量が少なく、かつ鉄芯の体積も小さいため、電動機３０自体の重量が小さい。よって、電動機３０を支持する支持部材本体４２の構造が簡素化される。
【００４５】
また、上記実施形態では、支持部材本体４２は、ファン２０の径方向の外側において前記回転中心軸と平行な方向について伝達機構５０と重なる形状を有する。このため、ファン２０の回転により回転中心軸と平行な方向に流れる冷却風が伝達機構５０に当たるのが抑制されるので、当該伝達機構５０への粉塵等の進入が抑制される。
【００４６】
また、上記実施形態では、ファン支持部４６は、電動機側伝達車５２とファン側伝達車５４とが互いに噛合する姿勢でファン２０が前記空間に位置するように電動機支持部（角部４３ｂ）を含む支持部材本体４２に固定されている。換言すれば、電動機側伝達車５２の回転に伴ってファン側伝達車５４が回転するように電動機３０とファン２０との相対位置が確定した状態でファン２０及び電動機３０が支持部材４０に支持されている。よって、支持部材４０に作用する加振力等に起因する電動機側伝達車５２の駆動力のファン側伝達車５４への伝達不良が抑制される。
【００４７】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４８】
例えば、上記実施形態では、電動機側伝達車５２及びファン側伝達車５４がそれぞれ外歯車である例、つまり歯車機構によって電動機３０の駆動力がファン２０に伝達される例が示されたが、伝達機構５０の構成は、これに限られない。例えば、電動機側伝達車５２及びファン側伝達車５４がそれぞれプーリーであり、伝達機構５０は、各プーリー同士を連結するベルトをさらに有していてもよい。あるいは、電動機側伝達車５２及びファン側伝達車５４がそれぞれスプロケットであり、伝達機構５０は、各スプロケット同士を連結するチェーンをさらに有していてもよい。あるいは、電動機側伝達車５２及びファン側伝達車５４がそれぞれローラーであり、電動機側伝達車５２の外周面をファン側伝達車５４の外周面に押し当てることにより電動機側伝達車５２の駆動力をファン側伝達車５４に伝達してもよい。また、伝達機構５０は、電動機側伝達車５２とファン側伝達車５４との間に設けられた中間歯車を介して電動機３０の駆動力をファン２０に伝達する構成であってもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、電動ファン装置１０を正面から見て支持部材本体４２の前壁４３の左下の角部４３ｂに電動機３０が配置された例が示されたが、電動機３０の配置場所は、左下の角部４３ｂに限られない。また、図４に示されるように、前記電動機３０とは別の電動機１３０が例えば前壁４３の右下の角部４３ｃに支持されてもよい。この場合、他の電動機１３０の駆動軸には、ファン側伝達車５４である被駆動側外歯車と噛合する外歯車を有する電動機側伝達車１５２が固定される。このように、上記実施形態では、電動機の増設により簡便に駆動トルクを増大させることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０    電動ファン装置
２０    ファン
３０    電動機
３２    駆動軸
４０    支持部材
４２    支持部材本体
４３ａ  角部（電動機支持部）
４６    ファン支持部
５０    伝達機構
５２    電動機側伝達車（駆動側外歯車）
５４    ファン側伝達車（被駆動側外歯車）
１３０  電動機
【図１】
2016010257.tif 000003
【図２】
2016010257.tif 000004
【図３】
2016010257.tif 000005
【図４】
2016010257.tif 000006