JP2005160264A

JP2005160264A - ブロワ用モータ

Info

Publication number: JP2005160264A
Application number: JP2003398527A
Authority: JP
Inventors: Shoji Oiwa; 昭二大岩; Susumu Yamazaki; 山崎　　進; Akira Higo; 旭比護
Original assignee: Japan Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: JP3809438B2; DE602004006587T2; DE602004006587D1; CN1622425A; EP1536142A1; EP1536142B1; US20050116579A1

Abstract

【課題】従来の遠心ブロワでは、羽根車内周面のブレードが有効に機能せず、ブロワの風圧特性が低下したり、気流に乱れが生じ騒音が大きくなる問題点があり、従来の改善方法ではブロワ形状が大型化したり、羽根車駆動用のモータ効率が悪化する場合が多い。
【解決手段】モータを構成するステータの外径を吸込口に向かって小さくなるように形成し、エアギャップを介して対向するロータマグネットの内径も同様に吸込口に向かって小さくなるよう形成する。その結果、羽根車のボス５の先端径が小さくなり、吸込流の方向は軸方向からボスの円錐形状に沿って流れるので、滑らかに径方向へ向きを変えることができると同時に羽根車の主板まで滑らかに流れることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はブロワの静音化ニーズに応えるため、それに使用されるアウターロータ型モータの構造に関するものである。

ブロワの静音化手段には多くの工夫が提案され実現している。しかし従来の静音化の検討は、当然の事ながら動作音の主体を成す軽実装負荷・低静圧領域を対象とするものであり、実装領域全体での騒音低減では効果を実現していなかった。

図５は従来のブロワの外形であり、図６は断面図である。図６において、１は羽根車であり、図８に示すように、その外周に複数のブレード（翼）４を有する。５は羽根車のボス部、６はモータ軸１０を軸受け９を介してケーシング１２に固定するハウジングであり、付根部１３によりケーシング１２と一体に形成されている。７はモータ部のロータであり、リング状のマグネット１１が固定されている。８はステータであり、ハウジング６の外周に固定されている。図７に示すように、ブロワは、羽根車１の回転による遠心力で側方の吸込口３から羽根車１の外周面への空気の流れを生じさせて、吐出口２から排出するものである。該気流を生じる羽根車１を構成するブレード４の形状や、羽根車と一体に固定されるボス５の形状によって送風性能や送風に伴う騒音レベルが異なる。

図６においては、ボス部５の軸方向高さと外径寸法は、ブロワの駆動源であるモータの大きさにより決まり、吸込の気流もボス部５の高さと径で影響される。一般的に羽根車への吸気量は、図７に示すようにブレード内周面とボス外周面の有効流路面積が減少するに従って減少する。図７中の５０はブレードの吸込口からの有効な高さ部分を示すもので、ブレード高さに対して有効長比率は６０〜７０％である。また吸気口部分に気流の障害物があると、乱流が増加し送風性能が更に低下し、送風に伴う騒音も大きくなる。

図９は上記の問題を解決する手段として、特開平１１−３３２２０３号公報に開示されたブロワの断面図である。羽根車の厚み方向を長くして、ボス先端部を円錐状にして、吸気の気流が十分に、且つ滑らかに羽根車のブレードに吸込するように形成している。この場合にはブレード高さに対して有効長比率は８０％近くに改善される。その結果、送風性能も改善され、送風に伴う騒音レベルも改善される。
特開平１１−３３２２０３号公報特願２００２−３５０７０２号公報

また、特願２００２−３５０７０２号では、図１０のように、夫々のブレードが形成する羽根車内周面が、吸込口側の径大からブレード主板側４０で径小となる円錐状に、好ましくは、ブレード端縁直径４２を１００としたとき、主板面ブレード直径４３が７０から９０の範囲となるよう、吸込側ブレード端縁直径４２と主板面ブレード直径４３とが直線的に形成されている。この場合には、ブレード有効高さ部分５０は有効長比率９０％に到達するようになる。
その結果、流れがスムースになり、乱れが少なくなり、小風量から大風量までの広い風量域に渡って、ブロワ内部での騒音発生量が少なくなり静音化を実現している。

しかしながら、特開平１１−３３２２０３号公報においては、羽根車の軸方向幅が長くなり、遠心ブロワ全体としての厚みが大きくなり形状的に問題がある。また、特願２００２−３５０７０２号公報においては、羽根車内周面が、吸込口側の径大から主板で径小となる円錐状にするため、吸口側ブレードでは翼の弦長が短いため、翼が十分に風圧増大の機能をせず、ブロワの性能として静圧が低くなること、またボスが円筒状であるためボスの主板側外筒付近では吸込流にともなう乱れが発生し、この乱れが主板側ブレード内に流入して新たな騒音が発生する、などの欠点を有していた。
羽根車中央に配置されるモータのロータ径を小さくすることで吸込口の必要面積が確保できるが、モータ出力も低下し、結局風量増加出来ない。

また、低騒音化を図る場合には、次の点も問題になる。一般的にモータ回転中にモータのステータとロータマグネットによる磁気中心がずれるとモータ巻線への通電により、モータ軸方向の振動が発生し、騒音の原因になる。モータ部の軸受部に安価なすべり軸受けを使用し、モータ軸方向が固定されていない場合、回転数に応じて羽根車の回転推力によりロータマグネットはモータ軸方向の荷重を受け、ステータとマグネットの磁気中心にずれを生じる。

また、軸受を介してモータの軸を支えるハウジングとケースの付根の支持剛性が弱いとモータを加振源とする振動が羽根車全体を振動させ騒音の原因となる場合がある。
本発明の目的は、遠心ブロワの形状を大きくすることなく、吸込の気流が十分に、且つ滑らかに羽根車のブレードに吸込できて、羽根車の振動が少ないブロワ用のモータ構造を提供するものである。

モータを構成するステータの外径を吸込口に向かって小さくなるように形成し、エアギャップを介して対向するロータマグネットの内径も同様に吸込口に向かって小さくなるよう形成する。その結果、羽根車のボス５の先端径が小さくなり、吸込流の方向は軸方向からボスの円錐形状に沿って流れるので、滑らかに径方向へ向きを変えることができると同時に羽根車の主板まで滑らかに流れることができる。
また、ステータとロータマグネット間には、回転トルクとは別に、モータ軸方向の吸引力が生じる。また、ステータの内径は反吸入口側では大きく設計でき、ハウジング６とケース１２の付根１３部の径を大きくすることが可能となる。

本発明に成る遠心ファンは、広範囲実装負荷状態に対応するような用途での、高静圧領域での静音化を実現することが可能であり、下記のような特長を有するものである。
（１）遠心ブロワの形状を大きくすることなく、吸込口が拡大でき、送風性能が改善され、且つ滑らかに羽根車のブレードに吸気されるようになり、送風に伴う騒音レベルも改善される。
（２）ステータとロータマグネットに軸方向の吸引力が発生し、遠心ブロワの取付姿勢条件や、羽根車の回転により生じる軸方向推力によるロータマグネットの軸方向位置ずれが発生しない。その結果、ステータとロータマグネットの磁気中心ずれがなく、モータ軸方向の振動が抑制されて、騒音を低減することが可能になる。
（３）ハウジングとケースの付根部の径を大きくすることが可能となり、ロータ支持剛性がアップし、回転中の羽根の振動を低減でき、その結果、騒音を低減することが可能になる。

ケーシングとその内部に回転自在に軸支され、外周に複数のブレードを有する羽根車を備え、前記ケーシングの一方の側壁に形成された吸込口から空気を吸入し、前記羽根車の回転により吸入空気に遠心力を与え、前記ケーシング外周面の一部に形成された吐出口から高圧空気を吐出し、前記羽根車の中央部に駆動用アウターロータ型モータを配置する遠心ブロワにおいて、吸込口側に向かって、モータのステータ巻線部とロータ径が、小さくなるように形成する。

また、ロータマグネット径が、吸込口側に向かって小さくなるように形成し、ステータとロータマグネット間に軸方向成分の荷重を発生させる。

また、前記モータのロータ軸を、軸受けを介して支持するホルダ部をブロワケースと一体に形成し、且つ吸込口側に向かってホルダ径が小さくなるように形成する。

図１は、本発明になるブロワとモータの断面図である。本実施例のモータはアウターロータ方式のブラシレスＤＣモータであり、ステータ８には巻線１４を収納する用のスロットがあり、そのスロットと巻線１４を含めたステータ８の外周径を吸込口側に向かって、径が小さくなるように形成する。また、ステータ８の外周と適度に、且つ均一にエアギャップを保持して対向させるためにマグネット１１の内径も吸込口側に向かって、径が小さくなるように形成する。

このような構造のブロワは、吸込口の有効面積が拡大できるため、ブロワやモータの形状を大きくすることなく送風性能が改善され、図４に示すように、気流が滑らかに羽根車のブレードに吸気されるようになり、送風に伴う騒音レベルも低減することが可能である。

また、本構造では軸受けとして含油すべり軸受け４５を使用している。これは請求項２に記載した実施例をも示すもので、ステータとロータマグネット間には吸気側と反対方向の吸引力が発生し、ブロワの取付姿勢条件や、羽根車の回転により生じる軸方向推力によるロータマグネットの軸方向位置ずれが発生しない。その結果、ステータとロータマグネットの磁気中心ずれがなく、モータ軸方向の振動が抑制されて、騒音を低減することが可能になる。

また、図２はハウジング６の外径が吸込口側に向かって、径が小さくなるように形成されている。これは請求項３に記載した実施例を示すもので、ハウジング６とケーシング１２の付根部１３の径を大きくすることで、ロータ支持剛性がアップし、回転中の羽根の振動を低減できる。特に大型のブロワでは騒音を低減する効果が大きい。

図３は、請求項６に係わる第３の実施例を示すもので、モータはボビン方式の巻線をもつもので、吸込口３側に向かって外周径が小さくなるようなロータ３１と、該ロータに取付けられ、円周方向に多極着磁されたリング状マグネット１１と、該マグネットの内周面に空隙を介して対向される、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する２組のステータヨーク３２，３３と、この２組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨーク３４と、吸込口側に向かって外周径が小さくなる円環状でボビンに巻線したコイル３５と、２組のステータヨーク３２，３３の主磁極を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、２組のステータヨーク３２，３３を吸込口３側に向かって外周径が小さくなるように形成し、該２組のステータヨーク３２，３３によってコイル３５を挟持し、コイル３５の中心にセンターヨーク３４が配置される。

本モータ構造においても、実施例１と同様の効果がある。また、ステータとロータマグネット間には吸気側と反対方向の吸引力が発生すること、ハウジング６とケーシング１２の付根部１３の径を大きくすることが可能であることも言うまでもない。

図４は本発明によるブロワの空気の流れを示すもので、何れの実施例構造でもブレード有効高さ５０部分の位置は有効長比率９０％に到達することが可能で、その有効性を示すものである。

また、請求項４，５に記載した内容はそのもの単独で、従来の技術から実施が可能であり、請求項１に合わせて実施することで、ブロワの特性改善に有効であることは言うまでもない。

本発明によれば、モータ部を形成するステータとロータが吸込口側に向かって、径が小さくなるように形成されているため、同一体格のブロワに比較し、高風量化が可能で、且つ気流の乱れが少ないため低騒音化が可能である。また、同一風量で規定されれば、ブロワの小型化が可能であり、高効率化が可能とも言える。以上のようにブロワの基本的な特性が改善可能であるため、あらゆるブロワに適用することができる。

本発明のブロワとモータの断面図である。（実施例１）本発明のブロワとモータの断面図である。（実施例２）本発明のブロワとモータの断面図である。（実施例３）本発明のブロワの流路説明図である。従来のブロワの説明図である。従来のブロワとモータの断面図である。従来のブロワの流路説明図である。ブロワの羽根車の説明図である。従来のブロワの流路説明図である。従来のブロワの流路説明図である。

符号の説明

１：羽根車
２：吐出口
３：吸入口
４：ブレード
６：ハウジング
７：ロータ
１１：ロータマグネット
１２：ケーシング
１４：ステータ巻線部
３２，３３：ステータヨーク
３４：センターヨーク
３５：円環状コイル

Claims

ケーシング１２とその内部に回転自在に軸支され、外周に複数のブレード４を有する羽根車１を備え、前記ケーシングの一方の側壁に形成された吸込口３から空気を吸入し、前記羽根車の回転により吸入気流に遠心力を与え、前記ケーシング外周面の一部に形成された吐出口２から高圧空気を吐出し、前記羽根車の中央部に駆動用アウターロータ型モータを配置する遠心ブロワにおいて、吸込口側に向かって、モータのステータ巻線部１４とロータ７径が、小さくなるように形成されていることを特徴とするブロワ用モータ。
ロータマグネット１１径が、吸込口３側に向かって小さくなるように形成され、ステータ８とロータマグネット間に軸方向成分の荷重が発生することを特徴とする請求項１に記載のブロワ用モータ。
ブロワケース１１と一体に形成され、前記モータのモータ軸１０を、軸受け４５を介して支持する、ハウジング部６の外径を吸込口３側に向かって小さくなるように形成することを特徴とする請求項１に記載のブロワ用モータ。
ロータ７径の最大部分に対する、吸込口側のロータ径の最小部分の比率が０．７から０．９の範囲となるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブロワ用モータ。
請求項４に記載のブロワ用モータのステータを主磁極毎に分離した分割コアで形成し、該分割コア毎にモータ巻線を装巻し、吸込口側に向かってステータ外周径が小さくなるようにハウジング外周に、装巻された分割コアを固着したことを特徴とする請求項１に記載のブロワ用モータ。
請求項５に記載のブロワ用モータ軸１０に取付けられ、吸込口３側に向かって外周径が小さくなるようなロータ３１と、該ロータに取付けられ、円周方向に多極着磁されたリング状マグネット１１と、該マグネットの内周面に空隙を介して対向される、中心から半径方向外方に延びる複数の主磁極を夫々有する２組のステータヨーク３２，３３と、この２組のステータヨークの中心部間を磁気的に短絡するセンターヨーク３４と、吸込口側に向かって外周径が小さくなる円環状のコイル３５と、該２組のステータヨークの主磁極を互いに電気角で１８０度ずれるように配置し、該２組のステータヨークを吸込口側に向かって外周径が小さくなるように形成し、該２組のステータヨークによって該コイル部組を挟持し、該コイル部組の中心に該センターヨークが配置されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のブロワ用モータ。