JP2006161621A - ファンユニット - Google Patents

Abstract

【目的】所要スペースが小さく、消費電力が少なく、いろんな冷却仕様に対応しやすく、メンテナンスが容易でその費用が安いファンユニットを提供する。
【構成】冷却仕様に合わせてケース31内に配備できる、外接寸法が同じであるフレームに収容され、且つ同じ形状の歯車を有する、歯車付きファン33および歯車付きプロペラ34等、伝達歯車35と、これらの部材のフレームに形成された連結用歯車嵌込み部に嵌め込まれてこれらの部材の歯車を連結させる連結用歯車36と、で構成する。駆動源を有する歯車付きファン33の数を少なくすることによって、所要スペースを小さくし且つメンテナンス費用を安くし、冷却不要部には歯車付きプロペラ34等を配置せずに伝達歯車35を配置することによって、効率的に冷却して消費電力を少なくする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、配電盤や制御盤、電源装置等の電気装置の内部で発生する熱を外部に放出させて装置内部を所定温度以下に冷却するためのファンユニットに関する。

電気装置の内部で発生する熱を外部に放出させて装置内部を所定温度以下に冷却するための手段としては幾つかの方式があるが、その中で最も一般的な方式が外気を装置内に導入して冷却する空冷方式であり、空冷のための部材をまとめてユニット化したものがファンユニットである。
図9から図11は、このようなファンユニットの従来例を示したものである。
図9は、発熱量の大きな冷却対象装置１を冷却するためのファンユニット２の構成を示したものである。ファンユニット２のケース21の前面の外気に接している部分には、空気吸込み部をフィンガーガード22で覆われたファン23が４台並べて配置されており、これらのファン23で横向きに送り込まれた外気が、冷却風ガイド24によって上方へ送られ、冷却風となって冷却対象装置１内を通過し、冷却対象装置１を冷却する。冷却対象装置１内で昇温した空気は上部から排気される。この場合には、ファン23の個別の冷却能力と並べる数とによって必要な冷却能力を得ており、所要の冷却能力に合わせてファン23の台数が決められている。

図10は、図９の場合と同様に発熱量の大きな冷却対象装置１を冷却するためのファンユニット2aの構成を示したものである。ファンユニット2aのケース21aの前面下部の空気吸込み部には、全体を覆うフィンガーガード22aが取り付けられ、冷却対象装置１内へ冷却風を送る大型のファン23aが、冷却対象装置１の直下に取り付けられ、上方に向かって冷却風を送る。
図11は、冷却対象装置１の一部を冷却するファンユニット2bの構成を示したもので、冷却対象である発熱体11の直下にこれを冷却するのに十分なファン23bを配置したものである。この場合には、ケース21b内が仕切られて、送風領域を発熱体11の近傍に限定している。
このような冷却ファンを用いたユニットは特許文献１および特許文献2等に開示されている。
特開平７−203687号公報 特開平８−289422号公報

上記のような従来のファンユニットは、いずれの場合においても、冷却風を発生させるための送風手段として、送風羽根であるプロペラとこれの駆動源であるモータとを一体にしたファンを使用している。このため、複数のファンを使用するファンユニット２または風量の大きなファンを使用するファンユニット2aの場合には、ファンの占めるスペースが大きくなると同時に、全体的に冷却することに伴って送風量には余裕が見込まれているので、消費電力が大きくなる。
一方、冷却を必要とする部分だけにファンを配置するファンユニット2bの場合には、対象となる装置によって発熱体の位置や発熱量が異なるので、その状況に合わせてファンユニットを設計し製作しなければならない。
また、複数のファンを使用する場合には、それらの保守に時間がかかり、メンテナンス費用が高くなる。

この発明の課題は、上記のような従来技術の問題点を解消して、所要スペースが小さく、消費電力が少なく、いろんな冷却仕様に対応しやすく、メンテナンスがし易くてその費用が安いファンユニットを提供することである。

請求項１の発明は、発熱体を内蔵する電気装置の内部温度を所定温度に制御するために、電気装置の一部に配備されて電気装置の内部に冷却風を送り込む送風手段を備えたファンユニットであって、前記送風手段として、複数のプロペラとこれらの駆動源とで構成された送風手段を備え、1台の駆動源によって少なくとも2台のプロペラを駆動する。
複数のプロペラを有するので、その配置位置を選定することによって効率的な冷却が可能であり、1台の駆動源によって少なくとも2台のプロペラを駆動するので、従来技術に比べて駆動源の数が少なくなり、電力効率の高い駆動源が使用できる。
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記の複数のプロペラとして、それぞれの外周部にプロペラを回転させるための駆動力を授受するための歯車を有する歯車付きプロペラを備えている。

プロペラの外周部に備えられる歯車は、プロペラの外周部を少し大きくするだけで形成可能であって、これを備えるために必要とするスペースは僅かで済む。また、同一歯車が駆動力を受け取る手段としても駆動力を次に伝達する手段としても機能する。
請求項３の発明は、請求項２の発明において、外周部に前記プロペラの歯車と同じピッチをもつ歯車を有し且つプロペラの配置されない位置に配置されて、プロペラを回転させるための駆動力を伝達する伝達歯車を備えている。
ファンユニットの冷却風送風面の全面にプロペラを配置する必要がない場合には、プロペラの不要な位置に伝達歯車を配置することによって、駆動源の数を増やさないで、プロペラに駆動力を伝達することができる。
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記駆動源と前記歯車付きプロペラとを一体化したファンを少なくとも1台は備え、このファンの歯車と前記歯車付きプロペラの歯車と前記伝導歯車の歯車とを、同じ外径で同じピッチの歯車とし、ファンと歯車付きプロペラと伝導歯車とを、それぞれに置き換え可能な同一外接寸法のフレームに収納している。

ファンと歯車付きプロペラと伝導歯車とが、同一形状の歯車を備えて同一外接寸法のフレームに収納されているので、これらを容易に置き換えることができ、プロペラの配置位置を任意に設定することができる。
請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記フレームとして、前記歯車全体をその外接線より内側に収納する大きさの外接線が正方形となるフレームを備え、歯車をこのフレームの中心位置に配置し、隣接する歯車間を連結する手段として、連結用歯車を備えている。
歯車が、外接線が正方形となるフレームの外接線より内側でその中心位置に収まっており、歯車間の連結はその間に配置された連結用歯車によってなされるので、フレームを任意に置き換えることができ、連結方向をフレームの外側の4方向のいずれにすることも可能である。

請求項６の発明は、請求項４の発明において、前記フレームとして、前記歯車の両サイドを歯車の噛み合わせに必要な分だけその外接線より外に出す大きさのフレームを備え、隣接する歯車間をフレームの外側に出ている部分で連結している。
フレームの外接線より外に出ている歯車同士を噛み合わせて歯車を連結するので、連結できる方向は両側だけとなるが、必要とするスペースが小さくなる。
請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記の複数のプロペラとして、それぞれの回転軸にプロペラを回転させるための駆動力を授受するためのプーリーを有するプーリー付きプロペラを備えている。
駆動される側のプーリー付きプロペラの回転数は、駆動する側のプーリーの直径に対する駆動される側のプーリーの直径の比にほぼ反比例して決まるので、プーリーの直径を選定することによって、個々のプロペラの回転数をその位置で必要とされる冷却風の風量から決められる回転数に設定することができる。

請求項１の発明においては、複数のプロペラを有するので、その配置位置を選定することによって効率的な冷却が可能であり、1台の駆動源によって少なくとも2台のプロペラを駆動するので、従来技術に比べて駆動源の数が少なくなり、電力効率の高い駆動源が使用できる。その結果として、駆動源の占める体積が低減し、消費電力が低減し、更に、最もメンテナンスを要する駆動源の数の減少でメンテナンス費用が低減する。したがって、この発明によれば、所要スペースが小さく、消費電力が少なく、メンテナンス費用が安いファンユニットを提供することができる。
請求項２の発明においては、複数のプロペラとして、それぞれの外周部にプロペラを回転させるための駆動力を授受するための歯車を有する歯車付きプロペラを備えているので、歯車を備えるために必要とする僅かのスペースで、駆動力を受け取る手段および駆動力を次に伝達する手段を確保することができる。したがって、この発明によれば、ファンユニットの所要スペースを確実に小さくすることができる。

請求項３の発明においては、外周部にプロペラの歯車と同じピッチをもつ歯車を有し且つプロペラの配置されない位置に配置されて、プロペラを回転させるための駆動力を伝達する伝達歯車を備えているので、ファンユニットの冷却風送風面の全面にプロペラを配置する必要がない場合には、プロペラの不要な位置に伝達歯車を配置することによって、駆動力を伝達することができ、駆動源の数を増やさないで、プロペラに駆動力を伝達することができる。したがって、この発明によれば、所要スペースがより小さく、消費電力がより少ないファンユニットを提供することができる。
請求項４の発明においては、駆動源と歯車付きプロペラとを一体化したファンを少なくとも1台は備え、ファンと歯車付きプロペラと伝導歯車とが、同一形状の歯車を備えて同一外接寸法のフレームに収納されているので、これらを容易に置き換えることができ、プロペラの配置位置を任意に設定することができる。したがって、この発明によれば、いろんな冷却仕様に対応しやすいファンユニットを提供することができる。

請求項５の発明においては、歯車が、外接線が正方形となるフレームの外接線より内側でその中心位置に収まっており、歯車間の連結はその間に配置された連結用歯車によってなされるので、フレームを任意に置き換えることができ、連結方向をフレームの外側の4方向のいずれにすることも可能である。
請求項６の発明においては、フレームの外接線より外に出ている歯車同士を噛み合わせて歯車を連結するので、連結できる方向は両側だけとなるが、必要とするスペースが小さくなる。したがって、この発明によれば、所要スペースがより小さいファンユニットを提供することができる。
請求項７の発明においては、複数のプロペラとして、それぞれの回転軸にプロペラを回転させるための駆動力を授受するためのプーリーを有するプーリー付きプロペラを備えているので、プーリーの直径を選定することによって、個々のプロペラの回転数をその位置で必要とされる冷却風の風量から決められる回転数に設定することができる。したがって、この発明によれば、消費電力がより少なく、いろんな冷却仕様に対応しやすいファンユニットを提供することができる。

この発明によるファンユニットを実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。
なお、従来技術と同じ機能の部分には同じ符号を付ける。

図１は、この発明によるファンユニットの実施例1の構成を示す斜視図である。
この実施例のファンユニット３は、外気に接しているケース31の前面に従来技術と同様に取り付けられているフィンガーガード32と、同じ外接寸法をもつそれぞれのフレームに収容されている、歯車付きファン（図1においてMマークが付いているもの）33と歯車付きプロペラ34、34aおよび34bと伝達歯車35と、これらの歯車を連結するための小形の連結用歯車36と、送風を必要としない部分を覆う遮蔽部材37と、で構成されている。同じ外接寸法をもつ前5者が、送風を必要とする位置と送風不要の位置とに対応させられながら駆動力の伝達を配慮されてきっちりと詰め込まれ、これらの連結部に連結用歯車36が嵌め込まれている。送風不要部で駆動力伝達に使われない部分には、遮蔽部材37が嵌め込まれている。この実施例の場合は、中央部と右側の前部が送風不要の部分である。

なお、遮蔽部材37は、冷却対象装置の状況によって、不要となることもある。
図２は、上記の歯車付きファン33の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。歯車付きファン33は、プロペラ331の外周に歯車332を有する歯車付きプロペラとその駆動源であるモータ334とを一体に結合してフレーム333に収容したものである。歯車332の外径はフレーム333の外接寸法より幾らか小さく作られている。歯車332を他の部材の歯車と間接的に連結させる部分が、切込み部として形成されている連結用歯車嵌込み部335である。フレーム333の側面は、通風路となるため、四隅を除いて開放状態に作られている。
図３は、上記の歯車付きプロペラ34の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。歯車付きプロペラ34は、歯車付きファン33からモータを外した構成であって、プロペラ341の外周に歯車342を有しており、そのフレーム343の対辺に連結用歯車嵌込み部345としての切込み部が形成されている。歯車付きプロペラ34aでは、連結用歯車嵌込み部としての切込み部が隣り合う２辺に形成されており、歯車付きプロペラ34bでは、連結用歯車嵌込み部としての切込み部が１辺だけに形成されている。

図４は、上記の伝達歯車35の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。伝達歯車35は、駆動力を伝達するための歯車だけを有するものである。フレーム353に形成される連結用歯車嵌込み部355としての切込み部は、図1に示したように対辺に形成される場合以外に、隣り合う２辺あるいは３辺、４辺の場合もある。
歯車付きファン33の歯車332と歯車付きプロペラ34等の歯車342と伝達歯車35の歯車352とは、同じ形状（同じ外径で同じピッチ）に形成されている。また、フレーム333とケース343とケース353の外接寸法、およびこれらに形成される連結用歯車嵌込み部335等としての切込み部の形状は全て同じである。
図５は、上記の連結用歯車36の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。連結用歯車36は、連結用歯車嵌込み部335、345および355に嵌め込まれて、歯車332等を連結するものであり、フレーム363が連結用歯車嵌込み部335等に嵌め込まれた状態で、歯車362が歯車332等と噛み合わされ、駆動力を伝達できる状態になる。

以上の説明から明らかなように、この実施例によれば、駆動源をもつ1つの歯車付きファンで全てのプロペラを駆動することができるので、必要な全送風量に合わせたモータを選択することによって、スペースおよび電力を有効に活用でき、所要スペースおよび消費電力を低減することができる。また、プロペラの配置を任意に選択できるので、いろんな冷却仕様に対して容易に対応することができる。
なお、送風を必要とする領域が両端だけである場合等では、それぞれの領域ごとに歯車付きファンを配備する方が有効なこともある。

図６は、この発明によるファンユニットの実施例２の構成を示す斜視図であり、図７は、この実施例の歯車付きファン33aの構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
この実施例の歯車付きファン33aは、その歯車332がそのフレーム333aの両側面から歯車332を噛み合せるに必要な幅だけはみ出しており、歯車付きプロペラ34cおよび伝達歯車35aも同様であり、このはみ出した部分で歯車同士が噛み合い動力を伝達する。
この実施例の場合には、歯車332等が正常に噛み合わされた状態を維持させるため、および両端部にはみ出した歯車332等を保護するために、歯車付きファン33aと歯車付きプロペラ34cと伝達歯車35aとの間および両端部に、スペーサ38が嵌め込まれている。
この実施例の場合も、実施例1と同様に、中央部と右側の前部が送風不要の部分である。この実施例では、３つの歯車付きファン33aを使用して各行の左端に配備し、それぞれのモータ334aで同じ行のプロペラを駆動している。

この実施例の場合には、歯車付きファン33aの歯車332と歯車付きプロペラ34cの歯車と伝達歯車35aの歯車とが直接に噛み合わされるので、実施例１のような連結用歯車は不要であり、実施例１より部品点数を少なくすることができ、所要スペースも小さくなる。但し、隣り合う歯車は互いに反対方向へ回転するので、配置位置に合わせて適切な傾きの羽根を有するプロペラを選択することが必要である。
この実施例においても、実施例1と同様に、プロペラの配置を任意に選択できるので、いろんな冷却仕様に対して容易に対応することができる。
なお、スペーサ38を接触している部材と一体化して部品点数を削減することも可能である。
また、前後の行間を実施例1と同様の連結用歯車で連結すれば、駆動源の数を少なくすることができる。

この実施例は、送風のためのプロペラを駆動する駆動源の駆動力を各プロペラに伝達する手段として、駆動源の回転軸に取り付けられたプーリーおよびプロペラの回転軸に取り付けられたプーリーと、両プーリーを連結するベルトと、を備えている。
図８は、この発明によるファンユニットの実施例３を説明するためのプーリー付きプロペラ39の構成を示す側面図である。
プロペラ391を駆動する駆動力は、プーリー付きファンのプーリーとプーリー付きプロペラ39の回転軸（図8では単に軸）392に取り付けられたプーリー393とをベルトで連結することによって、プーリー付きファンから伝達される。
プーリー付きプロペラの回転数は、駆動する側のプーリーの直径に対する駆動される側のプーリーの直径の比にほぼ反比例して決まるので、それぞれのプーリーの直径を選定することによって、個々のプロペラの回転数をその位置で必要とされる冷却風の風量から決められる回転数に設定することができる。このため、プーリー方式のファンユニットは、より広範な冷却仕様に対応しやすいファンユニットである。

この発明によるファンユニットの実施例1の構成を示す斜視図 実施例１の歯車付きファン33の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 実施例１の歯車付きプロペラ34の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 実施例１の伝達歯車35の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 実施例１の連結用歯車36の構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 この発明によるファンユニットの実施例２の構成を示す斜視図 実施例２の歯車付きファン33aの構造を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 この発明によるファンユニットの実施例３を説明するためのプーリー付きプロペラ39の構成を示す側面図 従来技術によるファンユニットの一例の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 従来技術によるファンユニットの他例の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 従来技術によるファンユニットの更に他例の構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図

符号の説明

１ 冷却対象装置
11 発熱体
２、2a、2b ファンユニット
21、21a、21b ケース
22、22a フィンガーガード
23、23a、23b ファン
24 冷却風ガイド
３、3a ファンユニット
31 ケース
32 フィンガーガード
33、33a 歯車付きファン
331 プロペラ 332 歯車
333、333a フレーム 334 モータ
335 連結用歯車嵌込み部
34、34a、34b、34c 歯車付きプロペラ
341 プロペラ 342 歯車
343 フレーム 345 連結用歯車嵌込み部
35、35a 伝達歯車
352 歯車 353 フレーム
355 連結用歯車嵌込み部
36 連結用歯車
362 歯車 363 フレーム
37、37a 遮蔽部材
38 スペーサ
39 プーリー付きプロペラ
391 プロペラ 392 軸
393 プーリー

Claims (7)

1. 発熱体を内蔵する電気機器の内部温度を所定温度に制御するために、電気機器の一部に配備されて電気機器の内部に冷却風を送り込む送風手段を備えたファンユニットであって、
   前記送風手段として、複数のプロペラとこれらの駆動源とで構成された送風手段を備え、
   1台の駆動源によって少なくとも2台のプロペラを駆動する、
   ことを特徴とするファンユニット。
2. 前記の複数のプロペラとして、それぞれの外周部にプロペラを回転させるための駆動力を授受するための歯車を有する歯車付きプロペラを備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファンユニット。
3. 外周部に前記プロペラの歯車と同じピッチをもつ歯車を有し、プロペラの配置されない位置に配置されてプロペラを回転させるための駆動力を伝達する伝達歯車を備えている、
   ことを特徴とする請求項２に記載のファンユニット。
4. 前記駆動源と前記歯車付きプロペラとを一体化したファンを少なくとも1台は備え、
   このファンの歯車と前記歯車付きプロペラの歯車と前記伝達歯車の歯車とを、同じ外径で同じピッチの歯車とし、ファンと歯車付きプロペラと伝達歯車とをそれぞれに置き換え可能な同一外接寸法のフレームに収納している、
   ことを特徴とする請求項３に記載のファンユニット。
5. 前記フレームとして、前記歯車全体をその外接線より内側に収納する大きさの外接線が正方形となるフレームを備え、
   歯車をこのフレームの中心位置に配置し、
   隣接する歯車間を連結する手段として、連結用歯車を備えている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のファンユニット。
6. 前記フレームとして、前記歯車の両サイドを歯車の噛み合わせに必要な分だけその外接線より外に出す大きさのフレームを備え、
   隣接する歯車間をフレームの外側に出ている部分で連結している、
   ことを特徴とする請求項４に記載のファンユニット。
7. 前記の複数のプロペラとして、それぞれの回転軸にプロペラを回転させるための駆動力を授受するためのプーリーを有するプーリー付きプロペラを備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のファンユニット。

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