JP3354157B2 - 換気用の軸流空気入口を有するブロワーホイール - Google Patents

換気用の軸流空気入口を有するブロワーホイール

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JP3354157B2 JP53841397A JP53841397A JP3354157B2 JP 3354157 B2 JP3354157 B2 JP 3354157B2 JP 53841397 A JP53841397 A JP 53841397A JP 53841397 A JP53841397 A JP 53841397A JP 3354157 B2 JP3354157 B2 JP 3354157B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は電気機械に対して換気のための空気を与える
装置に関する。特に本発明は電気モーターに対して換気
のための空気を与えるための軸線方向の空気入口を有す
るブロワーホイールに関する。
発明の背景 電気モーターのような電気機械は作動時に発熱するの
で、放熱しなければ機械内部に熱が蓄積して、内部構成
部材を損傷するか、それらの使用寿命を短縮してしま
う。従来の電気モーター（すなわち機械）は換気を行っ
ており、空気はモーターハウジングに形成されている穴
やスロットを通して流れ、モーターの内部構成部材を冷
却する。典型的な構造では、モーターは冷却空気を導く
ためにその回転シャフトにセンターを合わせて取り付け
られた１以上のブレード（またはベーン）セットを有す
るファンまたは同様構造を含み、冷却空気は穴やスロッ
トを通してモーターハウジングへ流入する。このような
構造では、冷却空気が穴やスロットを通過するときに望
ましくない過大な可聴騒音を発生することになる（例え
ば、いわゆるサイレン作用により生じる）。このような
構造においてファンがモーターシャフトにセンターを合
わせて取り付けられる方法は、不釣り合い、あるいは偏
心やその他の構造上の不安定状態も特に発生させること
にもなり、このような不釣り合い状態はいずれ（たとえ
ブロワーホイールが適正に取り付けられている場合であ
っても）みそすり作用（wobbling effect）を引き起こ
すことになる。他の周知の構造においてモーターは中央
に換気開口を有し、この換気開口を通して冷却空気が吸
入される。この形式の周知構造は典型的に高価且つ複雑
で、軸線方向の全長が大きいモーターを典型的に必要と
する。
したがって、効率的にモーターを冷却する一方で、換
気のための空気の流れにより発生する可聴のサイレン作
用を低減または解消するように設計された電気モーター
用のブロワーホイールを有することが有利となる。最初
の組立て時にのみ釣り合わせ作業が必要とされる安全且
つ安定した方法で、モーターの回転部分（すなわちロー
ター）に取り付けられる（例えば多数の取り付け箇所に
おいて取り付けられる）ブロワーホイールを有すること
が有利となる。比較的高強度であるが比較的安価なプラ
スチック材料で比較的小型の一体構造として形成するこ
とのできるブロワーホイールを有することも有利とな
る。加熱、換気および空気調和（HVAC）の応用例に非常
に効率的に適合できるブロワーホイールを有することが
さらに有利となる。さらにまた、モーターの有効な冷却
を行うが、飛沫水分からモーター構成部材を遮断するブ
ロワーホイールを有することが有利となる。
発明の概要 本発明は電気機械のハウジング内部に換気のための空
気を与える装置に関する。この装置は、中央部分および
全体的に円形の外側部分を備え、これらの部分が外面を
形成してなるハブを有する。この装置はまたハブの外側
部分から上方へ延在する第１の複数のブレードと、ハブ
の外側部分から下方へ延在する第２の複数のブレード
と、ハブをハウジングに取り付けるのに適合された取り
付け手段とを含む。換気のための空気はハブの中央部分
に形成された軸線方向の開口を通して導かれ、第１の複
数のブレードは空気を少なくとも部分的にハブの外面へ
向けて導くと共に、少なくとも部分的に中央開口の中へ
導くように適合されており、また第２の複数のブレード
はハウジングを通して空気を送るように適合されてい
る。
本発明はまた換気のための空気を電気機械のハウジン
グ内に与えるためのブロワーホイールに関する。このブ
ロワーホイールは***した中央部分と全体的に円形の外
側部分とを有する全体的にドーム形状のハブを含み、実
質的に連続した外面を形成するように中央部分が外側部
分から上方へ偏倚されている。このブロワーホイールは
ハブの外側部分から上方へ延在する第１の複数のブレー
ドと、ハブの中央部分から下方へ延在する第２の複数の
ブレードと、ハブの外側部分から下方へ延在する第３の
複数のブレードと、ハブをハウジングに取り付けるため
の取り付け手段とを含む。換気のための空気はハブの中
央部分に形成された中央開口を通して導かれ、第１の複
数のブレードは空気を少なくとも部分的にハブの外面へ
向けて導くと共に、少なくとも部分的に中央開口の中へ
導くように適合されており、また第２の複数のブレード
はハウジング内部へ空気を送るように適合され、第３の
複数のブレードはハウジングから空気を送り出すように
適合されている。
図面の簡単な説明 図１は好ましい実施例による電気モーターに取り付け
られたときのブロワーホイールの斜視図である。
図２はブロワーホイールおよびモーターの一部切除し
た横断面図である（方向を示す矢印によって内部を通る
空気の流れを示している）。
図３はブロワーホイールおよびモーターの頂平面図で
ある（方向を示す矢印によって内部を通る空気の流れを
示している）。
図４はブロワーホイールの一部切除した頂平面図であ
る（方向を示す矢印によって内部を通る空気の流れを示
している）。
図4aはブロワーホイールの主ブレードの一部切除した
（詳細）頂平面図である（方向を示す矢印により、それ
に沿って通る空気の流れを示している）。
図５はブロワーホイールおよびモーターの一部切除し
た頂平面図である（方向を示す矢印によって内部を通る
空気の流れを示している）。
好ましい実施例の詳細な説明 図１を参照すれば、好ましい実施例によるブロワーホ
イール100が電気モーター200（ブロワーホイールの下側
に部分的に見える）に取り付けられて示されている。ブ
ロワーホイール100は電気モーター200の回転部分（すな
わちローター240）に取り付けられており、したがって
電気モーター200の中心軸線のまわりに回転する。
ブロワーホイール100は中央に配置されたドーム形状
のハブ110を含み、換気のための空気入口120がハブを通
して中央（軸線方向）に配置されている。図２を参照す
れば、ハブ110は上部および下部のパラボラ形状の表面
（それぞれ符号112,114で示されている）で構成された
湾曲形状を有し、これらのパラボラ形状の表面は滑らか
に連続して全体的にドーム形状の外面を形成するように
組合わせて結合されており、この形状は望まれる設計基
準にしたがって効率的な換気のための空気流を形成する
ように最適化されている。ハブ110の上部表面112は換気
のための空気入口120の丸められた内側表面に組合わせ
て結合されており、この形状は換気のための空気の流れ
によって生じる可聴騒音を最小限に抑えるように最適化
されている。ブロワーホイール100に流入し、そのまわ
りを流れる典型的な換気のための空気の流れが、矢印
（符号Ａを付されている）で示されている。
ハブ110の下部表面114はハブ110の外周縁115で実質的
に水平（すなわち平坦）な形状とされており、この位置
から複数の直立した主ブレード130が上方へ垂直方向に
延在している。複数の補助ブレード140がハブ110の外周
縁115にて下方へ垂直方向に延在している。図１に明瞭
に示されるように、主ブレード130はその下端で外周縁1
15の外周縁に、また上端で支持・堅固化のための構造体
（外側リンク134として示されている）に支持され（取
り付けられ）ており、主ブレード130の各々はこの構造
体に対して連結されている。図２に示されるように、主
ブレード130は湾曲した下端延長部132を有しており、こ
の下端延長部はハブ110の下部表面114の湾曲形状と組合
わされている。各々の補助ブレード142はハブ110の外周
縁（下面）に上端を取り付けられており、湾曲した上端
延長部142にてハブ110の下面形状に対する滑らかな遷移
形状を形成している。（半径方向に向けられた下端延長
部132および上端延長部142は応力集中を軽減するために
備えられており、そうしなければこの応力集中が主ブレ
ード130および補助ブレード140の取り付けを弱体化させ
る。）好ましい実施例によれば、主ブレード130および
補助ブレード140はハブ110の外周縁115の全周のまわり
に（それぞれ上面および下面に）一様な間隔で備えられ
る。（ブレードの一部分しか図示されていないが、これ
は他の構成部材および特徴を見られるようにするためで
ある。） ハブ110の内面もその外面（既に説明した）と実質的
に同じ湾曲形状に形成されている。換気のための空気入
口120に隣接するハブ110の上部において、複数のインペ
ラブレード150（好ましい実施例では４つのインペラブ
レードが使用される）が下方且つ内方（実質的に垂直で
実質的に水平）へ配向されて延在している。インペラブ
レード150はハブ110の内部形状に合致する形状とされ、
丸められた露出している隅部152を含み、これは可聴騒
音を低減するように作用する。またハブ110の内部には
複数の取り付け部材160も下方且つ垂直方向へ延在して
おり、これはブロワーホイール100に付加的な構造強度
を与えるだけでなく、取り付け部材（支柱160として示
されている）から下方へ延在して電気モーター200のロ
ーター240のハウジング242に形成されている対応する開
口246の中に差し込まれる同数の取り付け箇所にて、電
気モーター200に対する取り付けも行う。（ローターは
典型的には金属材料で作られる。）ブロワーホイール10
0は４つの取り付け箇所にて安全且つ安定してローター2
40に取り付けられる形状をしており、これらの取り付け
箇所はスタッド162（支柱160から延在している）および
対応する開口246で構成されている。
図１および図２に示されるように、ブロワーホイール
100は電気モーター200のハウジング242から軸線方向に
延在する。（図示実施例では、モーターは軸線方向の長
さを短縮した設計とされている。）図２には、端部カッ
プ250、ローター240（換気のための空気が流れる典型的
な換気スロットを示している）、フラックスリング22
2、磁石224（典型的に）、積層体226（典型的に、巻線2
27を有する）、および内側ステータ支持構造部228（部
分的に示される）が見られる。端部キャップ250はその
応用例においてモーターを取り付けるための取り付けフ
ランジ252を有する。
図３を参照すれば、主ブレード130の湾曲した横断面
形状および全体構造が示されている。主ブレード130は
ブロワーホイール100の外周面から内方へ延在してい
る。定常状態において、ブロワーホイール100が回転す
ると（ローター240およびブロワーホイール100の反時計
方向の回転が符号Ｒを付された方向を示す矢印によって
示されている）、換気のための空気は回転する（湾曲し
た）主ブレード130に沿ってブレード間を通って渦巻き
パターンとして吸入され、その換気のための空気の一部
分はハブ110の中央にセンターを合わせて配置された
（軸線方向の）換気のための空気入口120の中へ吸入さ
れる。図４および図4aを参照すれば、換気のための空気
入口120の中へ吸入された換気のための空気は、回転す
る湾曲したインペラブレード150によってハブ110の内部
の実質的に開いた円筒形の中央チャンバ（図２に符号17
0で示されている）内へ下方に向けて押し流される。図
５を参照すれば、ローター240の外面（すなわちハウジ
ング242）の換気のための空気開口（スロット244）が示
されている（或るモーター構成部材の一部を切除し
て）。換気のための空気は170からスロット244の中へ流
入するのであり、回転する湾曲したインペラブレード15
0の作用によって押し流され、端部キャップ250およびロ
ーター240の間の半径方向の換気のための空気の流路に
関しては、回転する湾曲した軸線方向の補助ブレード14
0の作用によって吸引される（図２に見られる）。主ブ
レード130、インペラブレード150または補助ブレード14
0の枚数、長さおよび形状（翼形）はブロワーホイール1
00の基本構造および配列の範囲内で望まれるように適合
させることができる。（図示された好ましい実施例によ
れば40枚の主ブレードおよび補助ブレードが含まれてい
るが、特定の適用例に関する設計基準によって要求され
るように、これより多数または少数のブレードを使用す
ることはできる。） 図示されるように、ブロワーホイール100は中央モー
ターシャフトに取り付けられるのではないので、ブロワ
ーホイール100のハブ110に形成された換気のための空気
入口120は、ブロワーホイール100の中心位置に直接に、
特に望ましい軸線方向の配向で、高い効率を得るように
配置される。これは、電気モーター200の軸線に沿う換
気のための空気の流れのために、ブロワーホイール100
の中央を開いている（また、空気の流れのインピーダン
スを減少させる）。モーターおよびその構成部材の内部
配列の設計は、ブロワーホイールの設計上の利益を利用
するように適合させることができる。したがって、例え
ば空気の体積流量がブラシカード電子回路（図示せず）
によって発生した熱を放散するのに、また定常状態のモ
ーター作動温度がその特定応用例に適当となることを保
証するのに十分であるならば、モーターを通る換気のた
めの空気の厳密な流路がブロワーホイールの設計を制限
することはない。換気のための空気の入口（ならびに出
口）として作用するモーターハウジングに形成されたこ
の穴すなわち開口は、所望されるように各種のモーター
構成部材に沿って、またそれらの構成部材を横断して換
気のための空気が容易に流れることができるように、あ
らゆる適当な位置および配向で、あらゆる適当な形状に
形成することができる。代替実施例で、モーターは内部
冷却を向上させるために内部ヒートシンクを含むことが
できる。ブロワーホイールの設計は、いずれの形式の電
気モーター（または機械）に関しても、換気のための空
気の所望される（冷却）流れを形成するように、適合で
きる。
ブロワーホイール100（ハブ110の外面および内面を含
む）の形状および翼形は、騒音を最小限に抑制し、その
ままではハウジング242の内部に侵入することになり得
る飛沫液体からモーター構成部材を遮断するように、換
気のための空気の流れを最適化する。ブロワーホイール
100は（図２で最も明白なように）ハウジング242を通る
換気のための空気の吸引を向上させるように設計するこ
ともできる。補助ブレード140は、例えば自動車の空気
調和（HVAC）の応用例の場合に空気を車両の搭乗者区画
室内に排出できるようにして、電気モーター200を通し
て換気のための空気を吸引することでブロワーホイール
100（および電気モーター200）の効率を高める。この構
造によれば、モーターハウジング内部へ多量の冷却空気
を吸引するためにモーターが供給するエネルギーは、空
気調和（HAVC）機能に利用することもできる（典型的な
モーターにおけるように失われない）。
図示した好ましい実施例に示されるように、１つの中
央に配置された換気のための空気入口120を通してブロ
ワーホイール100の内部へ（また電気モーター200を通し
て）換気のための空気の流れを導くために、好ましい実
施例においてハブ110はインペラブレード150を含む。代
替実施例では、ハブはインペラブレードを有しておら
ず、換気のための空気の流れは補助ブレード140によっ
て電気モーター200を通して吸引される（補助ブレード
は基本的に電気モーター200を通して空気を吸引す
る）。いずれの好ましい実施例においても、ブロワーホ
イールの中央に配置された（軸線方向）１つの換気のた
めの空気入口は、換気のための空気入口が複数の半径方
向に間隔を隔てた（すなわち中央に配置されていない）
開口（例えば穴またはスロット）で構成されるような周
知の構造で発生するサイレン作用の可能性を減少させ
る。
好ましい実施例によれば、ハブ110、主ブレード130、
補助ブレード140およびインペラブレード150（好ましい
実施例の形状および翼形を実質的に反映するために全て
が図面に描かれている）、および電気モーター200に対
する取り付け構造を含むブロワーホイール100のこの特
定形状は、電気モーター200の内部および周囲における
効率の高い（また比較的漏れの生じない）換気のための
空気の流れを形成し、また飛沫水分からモーター構成部
材を保護する。代替実施例においては、ブロワーホイー
ルをモーターに取り付けるためにいずれの形式の固定具
または固定構造（例えばボルト、クリップまたはリベッ
トなど）も使用できる。複数の半径方向に延在された取
り付け箇所は、冷却ファン用の１つの取り付け位置、す
なわち中央取り付け位置、を有する周知の構造に比べ
て、ブロワーホイールの回転時に付加的な安定性を与え
る。
ブロワーホイール100は各種さまざまな適用例に、ま
たは各種さまざまなモーター設計と共に使用できるよう
に容易に構成することができる。好ましい実施例によれ
ば、ブロワーホイールの配置および配向は、或る種の適
用例で望まれるように騒音消滅機能を与えるように作用
することができる。図示実施例は軸線方向の長さが短縮
されたモーター（図示されるように）に好適であるが、
他の実施例を他のモーターの形状・設計に好適となるよ
うに適合させることができる。いずれの好ましい実施例
においてもブロワーホイールは幾つかの箇所（単数また
は複数）にてモーターの回転部分に安全且つ安定して取
り付けられる（またはこれ以外の方法で緊締される）。
好ましい実施例によるブロワーホイールはハブと、主
ブレードと、インペラブレードと、補助ブレードとを含
み、これらの全ては図示したように基本的に湾曲した形
状および翼形とされているが、この説明を再考した当業
者に認識されるように、ブロワーホイールのこれらの構
成部材の形状および翼形（および全体構造でさえも）が
本発明から逸脱せずに特定の適用例に必要なように変更
することができる。（例えば、ハブは円錐形のような他
の形状とされることができる。） いずれの好ましい実施例においても、ブロワーホイー
ルはプラスチック材料で形成されているが、代替実施例
では金属および複合材料を含む他の適当な材料で作るこ
とができる。特に好ましい実施例によれば、ブロワーホ
イールは適当な強度、弾性および耐久性を有するプラス
チック材料をモールド成形して作られた一体組立体とし
て形成される。さらに特に好ましい実施例では、ブロワ
ーホイールは「ナイロン」のような非常に耐久性が大き
く十分に堅いプラスチック材料で作られる。
与えられた詳細な図面、特定の例、および特別な構成
部材の有用性が本発明の好ましい実施例を説明している
が、これらは図解を目的とするだけであることが理解さ
れる。本発明の装置は開示したこの正確な詳細構造およ
び状態に限定されるものではない。さらに、特定の形状
および開口寸法が示されたが、さまざまな他の形状、幾
何学構造および寸法がモーターの各種構成部材に使用で
きる。好ましい実施例の設計、作動状態および配列に対
して請求の範囲に記載された本発明の精神から逸脱せず
に、他の代替、変更、変形、そして省略が行い得る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 9/00 - 9/28 F04D 29/18 - 29/38 F04D 29/58 - 29/70

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気機械のハウジング内部に換気のための
    空気を与える装置であって、 外面を形成している中央部分および全体的に円形の外側
    部分を有するハブと、 ハブの外側部分から上方へ延在している第１の複数のブ
    レードと、 ハブの外側部分から下方へ延在している第２の複数のブ
    レードと、 ハウジングによりハブを取り付けるために適合された取
    り付け手段とを含み、 これにより空気がハブの中央部分に形成されている軸線
    方向の開口を通して導かれ、第１の複数のブレードは空
    気を少なくとも部分的にハブの外面に向けて、また少な
    くとも部分的に中央開口の中へ導くために適合され、第
    ２の複数のブレードはハウジングを通して空気を送るた
    めに適合されている装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載された装置であって、ハブ
    の中央部分から下方へ延在して、空気をハウジングの内
    部へ送るために適合された第３の複数のブレードをさら
    に含んでいる装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載された装置であって、ハブ
    が全体的にドーム形状をしている装置。
  4. 【請求項４】請求項１に記載された装置であって、第１
    の複数のブレードの各々が先端で補強部材に連結されて
    いる装置。
  5. 【請求項５】請求項１に記載された装置であって、取り
    付け手段がハブの中央部分から下方へ延在している複数
    の取り付け部材を含んでいる装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載された装置であって、複数
    の取り付け部材の各々が実質的に垂直方向に延在してい
    る装置。
  7. 【請求項７】請求項５に記載された装置であって、複数
    の取り付け部材の各々がハウジングに形成されている開
    口の中に差し込まれるように適合されるスタッドを備え
    た支柱である装置。
  8. 【請求項８】請求項２に記載された装置であって、ハ
    ブ、第１の複数のブレード、第２の複数のブレード、第
    ３の複数のブレード、および取り付け手段が一体組立体
    として形成されている装置。
  9. 【請求項９】請求項８に記載された装置であって、一体
    組立体がプラスチック材料で作られている装置。
  10. 【請求項１０】請求項１に記載された装置であって、第
    １の複数のブレードが少なくとも40枚のブレードを含
    み、第２の複数のブレードが少なくとも40枚のブレード
    を含んでいる装置。
  11. 【請求項１１】請求項１に記載された装置であって、第
    １の複数のブレードがハブから実質的に垂直方向に延在
    している装置。
  12. 【請求項１２】請求項１に記載された装置であって、第
    ２の複数のブレードが実質的に垂直方向に延在している
    装置。
  13. 【請求項１３】請求項２に記載された装置であって、第
    ３の複数のブレードの各々が実質的に垂直方向に延在し
    ている装置。
  14. 【請求項１４】請求項１に記載された装置であって、第
    １の複数のブレードがハブの外側部分から第１の垂直方
    向の寸法を延在し、ハブの中央部分はハブから第２の垂
    直方向の寸法を延在し、第１の寸法が第２の寸法よりも
    大きくされている装置。
  15. 【請求項１５】請求項１に記載された装置であって、取
    り付け手段がハウジングに対して実質的に漏れを防止す
    る境界面を形成するように適合されている装置。
  16. 【請求項１６】請求項１に記載された装置であって、取
    り付け手段が機械に対して実質的に飛沫を遮断する境界
    面を形成するように適合されている装置。
  17. 【請求項１７】電気機械のハウジング内部に換気のため
    の空気を与えるブロワーホイールであって、 中央部分および全体的に円形の外側部分を有し、中央部
    分が外側部分から上方へ偏倚して実質的に連続した外面
    を形成しているハブと、 ハブの外側部分から上方へ延在している第１の複数のブ
    レードと、 ハブの中央部分から下方へ延在している第２の複数のブ
    レードと、 ハブの外側部分から下方へ延在している第３の複数のブ
    レードと、 ハウジングにハブを取り付けるための取り付け手段とを
    含み、 これにより空気がハブの中央部分に形成されている開口
    を通して導かれ、第１の複数のブレードは空気を少なく
    とも部分的にハブの外面に向けて、また少なくとも部分
    的に中央開口の中へ導くために適合され、第２の複数の
    ブレードはハウジングの中へ空気を送るように適合さ
    れ、第３の複数のブレードはハウジングから空気を送り
    出すように適合されているブロワーホイール。
  18. 【請求項１８】請求項17に記載されたブロワーホイール
    であって、中央開口が騒音を低減するために適合された
    実質的に丸められた円形リムを有しているブロワーホイ
    ール。
  19. 【請求項１９】請求項17に記載されたブロワーホイール
    であって、ハブの外側部分がその先端でほぼ水平である
    ブロワーホイール。
  20. 【請求項２０】請求項17に記載されたブロワーホイール
    であって、取付手段がハブから下方に延びる少なくとも
    １つの部材からなるブロワーホイール。
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