JP2006129600A - ファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ内部の通風量の増大とファンボスの小型化との両立を図る。
【解決手段】 円筒形状のファンボス２内には、径方向で互いに対向するロータマグネット１０とステータ１３とが収納されている。ロータマグネットには溝形状の径方向通気路１１が形成されており、ファンボスには外周側開口１１ｂの軸方向位置にファンボス穴４が形成されている。モータの駆動によりロータマグネットおよびファンブレード３を回転させて、ファンボスの外側に空気流れＦを形成する。径方向通気路内の空気は遠心力と外周部で発生する負圧とにより外周側へ空気流れが励起され、通風量が増加する。この増加した空気流れは、軸方向において径方向通気路と同じ位置のファンボス穴よりファンブレードの負圧側にあるファンボス外側面へ積極的に排出される。径方向通気路を形成するための余分なスペースは不要である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ファンモータに関する。

従来より、自動車のエンジン冷却などに使用されるファンモータは、エンジンからの輻射熱にさらされるエンジンルーム内に配置されることから、ファンモータ自体の冷却構造に配慮が払われている。たとえば、送風羽根の回転に伴いファンモータのケースの前後に設けたそれぞれの通気口より空気を吸引および空気を吐出することにより、ケース内部に空気を流通させてファンモータの内部の部材を効率よく冷却するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、この従来技術では、モータケースを覆うように配置されるとともに、送風羽根を支持してモータにより回転する筒状のファンボスをモータケースの前部を覆うように配置し、モータケースに対向するファンボス内側底面に冷却羽根を設けることにより、ファンボスの回転によって冷却羽根が後方に負圧を生じさせてモータケースに設けた通気口より空気を吸引し、モータ内部に空気を流通させている。
実公平７−４７９７１号公報

しかし、上記従来技術では、モータ内部の通風量を増加させるためにファンボス内側底面に冷却羽根を設けているので、ファンボス内側底面には冷却羽根を収容するための空間を設けなければならず、そのためファンボスが大型化するという問題があった。

本発明は、上記点に鑑み、モータ内部の通風量の増大とファンボスの小型化との両立を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ステータ（１３）と、外部からの電気エネルギに応じてステータの平面（１３ａ）に対してエアギャップ（１２）を隔てて回転軸（５）周りに回転するロータ（９、１０）と、ロータの回転軸に軸方向が一致するように固定されてロータと一体的に回転する円筒部材であって、円筒部材の内側に前記ロータおよびステータを収納するファンボス（２）と、ファンボスの円筒外側面（２ｂ）に一体的に設けられ、ロータの回転に応じて回転軸方向に空気流れ（Ｆ）を形成するファンブレード（３）と、を備えるファンモータであって、ロータの回転軸周りには回転中心側空間（２４）が設けられ、ロータの外周側にはファンボスの内面（２ｃ）との間に外周側空間（２３）が設けられているとともに、ロータには、エアギャップを介してステータに対向するロータ面（１０ａ）に平行に、一方を回転中心側空間に、他方を外周側空間にそれぞれ開口し、回転中心側空間と外周側空間とを連通する径方向通気路（１１）が形成され、ファンボスには、外周側空間とファンボス外側とを連通する通気口（４）が設けられ、ステータの回転中心側には、回転中心側空間と空気流れにおけるファンブレードの正圧側とを連通する回転軸方向の連通路（１７）が設けられていることを特徴とする。

この発明によれば、モータの回転、すなわち静止したステータに対してロータが回転軸周りに回転すると、ロータ面に平行となるようロータに形成されている径方向通気路内の空気は、ロータ回転による遠心力により外周側空間へ押し出される。ファンボス内の外周側空間とファンボスの外側とを連通する通気口より、ファンボス内の外周側空間からファンボス外側へ空気流れが形成される。

ステータの回転中心側には、軸方向に連通路が設けられ、この連通路によりロータの回転中心側の空間とファンボスの外側のファンブレードの正圧側とが連通される。これにより、ファンボスの外側に連通した回転中心側空間から径方向溝内へ空気が供給されるので、ロータの回転中、径方向通気路内を回転中心側から外周側へと空気流れが定常的に形成される。

したがって、ロータの回転により、モータケース内部すなわちファンボス内部の通風量が増大するとともに、この通風量の増大をロータに径方向通気路を形成することにより行っているので、ファンボス内部に余分な空間を設ける必要がなく、ファンボスの小型化を実現できる。

この径方向通気路は、請求項２に記載のように、ロータ面上に開口が形成された開断面形状の溝であっても、あるいは請求項３に記載のように、閉断面形状の通気路であってもいずれでもよい。

なお、通気口は、請求項４に記載のように、空気流れにおけるファンブレードの負圧側の部位に設けるようにすれば、この通気口を介してファンボス内の外周側空間からファンボス外への空気流れを励起されやすくすることができる。

また、請求項５に記載のように、径方向通気路の回転軸方向における開口範囲を、通気口のファンボスの円筒側面における回転軸方向の開口範囲内に設定すれば、溝から外周側へ押し出された空気は、遠心力方向にある通気口より、比較的小さな通風抵抗によりスムーズにファンボス外へ排出される。

なお、ロータは、請求項６に記載のように、複数の磁石を回転軸周りに隣接して配置し、径方向通気路が隣り合う磁石の境界に沿って形成することができる。

また、径方向通気路の外周部開口は、請求項７に記載のように、回転中心部の開口に対する径方向位置または、径方向位置よりも回転方向の後方側位置のいずれかに形成することができる。

特に、径方向通気路の外周部開口位置を、回転中心部の開口に対する径方向位置よりも回転方向の後方側にずらすことにより、外周部開口における負圧の大きさが増加し、径方向通気路内の通風量を増すことができる。

さらに、請求項８に記載のように、ステータのロータとは反対側（１３ｂ）には、外周部がファンボスの内面との間で周方向間隙を形成するヒートシンク部材（１９）が設けられており、ヒートシンク部材とステータとの間には面状の空気通路（２１）が形成されているとともに、ヒートシンク部材より面状空気通路内をステータ側に突出するように複数の突起（２０）が設けられ、面状空気通路は、外周部において周方向間隙に連通するとともに、回転中心部においてステータの軸方向連通路に連通するように構成することができる。これにより、ロータの回転によってロータの溝が形成する空気流れにより、正圧側の外部より面状空気通路内にあるヒートシンク部材の突起に空気を導入することができ、ヒートシンク部材を効率的に冷却することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態のファンモータ１におけるファンボス２およびファンブレード３の上面図および断面図である。図２は、ファンボス２内部の断面図であり、図３は、ファンブレード３を除くファンボス２の断面斜視図である。また、図４はロータマグネット１０の斜視図である。

本実施形態のファンボス２は円筒形状をなし、円筒内にはモータの構成部品を収納するとともに、円筒外側面２ｂには、ファンボス２の回転によって円筒軸方向の空気流れＦを形成するファンブレード３が一体的に形成されている。本実施形態では、ファンブレード３は５枚翼としている。ファンブレード３の翼先端側は保持リング３ａによって形状が保持されている。なお、図１におけるファンブレード３の断面は、翼幅中心線（図１中、一点鎖線で示す）に沿ったものとして示している。

ファンブレード３の回転により、ファンブレード３の上流側は負圧状態となり、下流側は正圧状態となって、図中下方に空気流れＦが形成される。ファンボス２の円筒外側面２ｂの負圧側部位には、ファンボス２の内外を連通する通気口としてのファンボス穴４が設けられている。

このファンボス穴４は、空気流れＦ方向（モータ回転軸方向）において、後述するロータマグネット１０の径方向通気路としての径方向溝１１の開口部位置（開口範囲）を含む位置（範囲）に開口している。また、ファンボス２の外側面２ｂにおいて、ファンボス穴４をファンブレード３の周方向の各中間位置に５つ設けている。

これにより、ロータマグネット１０の回転に応じて径方向通気路１１より外周方向に吐出される空気は、径方向通気路１１の開口範囲と同じ回転軸方向位置にあるファンボス穴４よりファンボス２の外へ、低損失で効率的に排出可能である。

なお、ファンボス穴４はファンボス２の底面２ａまで開口しているが、この開口は、主としてファンボス２の成型時、型抜きを容易にするために設けている。

本実施形態では、ファンボス２の内側に収納されているモータとして、円板状の永久磁石回転子（ロータ）が固定子（ステータ）側の電機子巻線と対向して回転する、いわゆるアキシャルギャップ・固定ヨーク形モータを採用している。

ファンボス２の円筒底面部２ａは、ロータディスク９にねじ等により固定されている。ロータディスク９の円板状部には直交方向にシャフト５が一体的に形成されている。シャフト５は軸受け６を介して円筒状のホルダ７に回転自在に支持されている。これにより、ファンボス２およびロータディスク９は一体的にホルダ７内を同一の回転軸であるシャフト５周りに回転可能となっている。

ロータディスク９には、円環状のロータマグネット１０が、その中心をシャフト５の軸心に一致するよう固着されている。ロータマグネット１０は、図４に示すように８極のマグネット板１００を円周方向に並べたもので、後述するステータ１３との間にエアギャップ１２を形成するロータ面１０ａ上に、隣接するマグネット板１００の間の境界１１０に沿って径方向に、ロータ面１０ａに開口した溝１１が、径方向通気路として形成されている。

すなわち、本実施形態においては、この径方向通気路１１は、開断面を備える溝形状であり、回転中心側空間２４に開口する回転中心部側開口１１ａから外周側空間２３に開口する外周側開口１１ｂに向けて放射状に８本設けられている。なお、溝１１の断面形状は、半円形状としているが、これ以外にも矩形、三角形などいずれの形状でもよい。

ステータ１３は、ホルダ７に固着された円板状部材であり、円周方向に６つの電機子巻線（図示せず）を備えている。ステータ１３のエアギャップ側の面１３ａは、エアギャップ１２を隔ててロータマグネット１０と対向して磁気回路を形成している。

また、ステータ１３の回転中心部には、ホルダ７の周囲に回転軸方向の連通路１７が複数設けられている。この軸方向連通路１７は、ステータ１３のエアギャップ側の面１３ａとその反対側に設けられている円環状空洞１８とを連通している。なお、ステータ１３の外周側とファンボス２の内側面２ｃとの間の円環状空隙の径方向距離は、連通路１７における通風抵抗よりも大きい通風抵抗となるよう、その大きさが設定されている。

ステータ１３のロータマグネット１０とは反対側の面１３ｂには、円板状のヒートシンク部材１９が複数の突起２０を介して接するようにホルダ７に固着して設けられている。すなわち、ヒートシンク部材１９とステータ１３との間には面状の空気通路２１が設けられ、この面状空気通路２１内をヒートシンク部材１９からステータ１３の面１３ｂに接触する複数の突起２０を突出させている。

したがって、面状空気通路２１内を流通する空気が突起２０と熱交換することにより、ヒートシンク部材１９および突起２０と接しているステータ１３を空冷することができる。なお、ヒートシンク部材１９の底部（図２紙面下方）には、ヒートシンク部材１９により冷却可能に、モータの回路部２２が納められている。

ヒートシンク部材１９の外周側とファンボス２の内側面２ｃとの間には円環状の周方向間隙２５が設けられている。この周方向間隙２５は、ファンモータ１の空気流れＦの下流側、すなわち正圧側に開口しており、ファンモータ１のケースの正圧側通気口に相当する。

次に、本実施形態において、ファンボス２の回転によってファンボス２内外に形成される空気流れについて説明する。

ファンモータ１に外部より電気エネルギが与えられて、ステータ１３とロータマグネット１０との間に形成される電磁力によりロータ（ロータマグネット１０、ロータディスク９）が回転することにより、ファンブレード３に空気流れＦを発生させる。

この空気流れＦは、ファンボス２の円筒側面において回転軸方向に形成される。このとき、ファンブレード３の風上側は負圧状態（負圧側）となっており、さらに、ファンボス穴４においてはファンボス２の回転速度（周速）に応じた大きさの径方向の圧力差（外側で負圧状態）が生じている。これらの圧力差によって、ファンボス２内の外周側空間２３よりファンボス穴４を介してファンボス２外へ空気が押し出され空気流れが生ずる。

一方、ロータマグネット１０の回転により、径方向溝１１内の空気には遠心力および回転中心側開口１１ａに対する外周側開口１１ｂでの負圧が作用して、回転中心側開口１１ａから外周側開口１１ｂへの空気流れが励起される。

すなわち、このロータマグネット１０に形成された径方向溝１１は空気を径方向外側へ圧送するポンプの役目を果たしている。しかも、溝形状であるので、余分な空間を設ける必要がなく、さらに、ロータマグネット１０の回転に対する空気抵抗を小さくすることができる。また、溝１１が隣接するマグネット板１００の境界１１０に沿って形成されるので、各マグネット板１００の製作が容易である。

ロータマグネット１０の回転中心側開口１１ａが開口する回転中心側空間２４は、圧力が低くなるため、この回転中心側空間２４に連通するステータ１３の軸方向連通路１７を介してさらに上流側の円環状空洞１８、面状空気通路２１および周方向間隙２５より空気を吸い上げることとなる。

特に、周方向間隙２５は正圧側通気口として、空気流れＦの風下側にあって正圧状態にあるファンモータ２の外より、空気が押し込まれる。

以上のようにして、ロータマグネット１０に形成された径方向通気路である径方向溝１１の回転によりファンボス２内の通風量が増大され、この増大された空気の流れが、図２中矢印Ａで示される方向に、ファンボス２の内外にわたって形成されるので、ファンボス２内においては、ヒートシンク部材１９の突起２０回りに空気が流れてヒートシンク部材１９を効率的に冷却することができる。したがって、ヒートシンク部材１９での熱伝導により、モータの必要部位を冷却することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、ロータマグネット１０に設けられた径方向通気路１１は、回転中心から放射状に伸び、かつ、ロータ面１０ａ上に開口した開断面、すなわち溝形状とした例を示したが、これに限らない。

たとえば、図５のロータマグネット１０の平面視図の例のように形成してもよい。すなわち、溝１１の外周側開口１１ｂの周方向における位置を、回転中心側開口１１ａの径方向位置よりも回転方向Ｒの後方位置となるように配置してもよい。これにより、外周側開口１１ｂにおける空気流れの周速をより高めることができ、径方向溝１１内の空気流速を増して送風量を増加させることができる。

あるいは、図６に示すように、ロータマグネット１０の平面視において、径方向通気路１１は、回転方向Ｒの後方に曲げられた曲線形状であってもよい。このように、径方向通気路１１は、ロータ面１１ａ内において、回転中心側空間２４から外周側空間２３へ連通するものならば、厳密に半径方向に一致させる必要はない。

さらに、径方向通気路１１は、上記実施形態では開断面、すなわちロータ面１０ａ上に開口を備える溝形状のものを示したが、これに限らない。すなわち、図７のロータマグネット１０の側面視図に示すように、ロータ面１０ａ上には開口を設けず、ロータマグネット１０内のマグネット板１００の境界１１０に沿って閉断面の径方向通気路１１を埋め込むように形成してもよい。このようにすれば、ロータマグネット１０の回転時に、空気抵抗は増加せず、しかも上記実施形態と同様、径方向通気路１１内の空気は外周側へ吐出されてファンボス２内に励起される通風量を増加させることができる。

（ａ）は、本実施形態のファンモータにおけるファンボスおよびファンブレードの上面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分断面図である。 ファンボス内部の断面図である。 ファンボスの断面斜視図である。 ロータマグネットの斜視図である。 他の実施形態のロータマグネットを示す正面視図である。 他の実施形態のロータマグネットを示す正面視図である。 他の実施形態のロータマグネットを示す側面視図である。

符号の説明

１…ファンモータ、２…ファンボス、３…ファンブレード、４…ファンボス穴、
１０…ロータマグネット、１１…径方向通気路（溝）、１１ａ…回転中心側開口、
１１ｂ…外周側開口、１２…エアギャップ、１３…ステータ、１７…軸方向連通口、
１９…ヒートシンク部材、２０…突起、２１…面状空気通路、２３…外周側空間、
２４…回転中心側空間、２５…周方向間隙、１００…マグネット板。

Claims (8)

1. ステータ（１３）と、
   外部からの電気エネルギに応じて前記ステータの平面（１３ａ）に対してエアギャップ（１２）を隔てて回転軸（５）周りに回転するロータ（９、１０）と、
   前記ロータの回転軸に軸方向が一致するように固定されて前記ロータと一体的に回転する円筒部材であって、前記円筒部材の内側に前記ロータおよびステータを収納するファンボス（２）と、
   前記ファンボスの円筒外側面（２ｂ）に一体的に設けられ、前記ロータの回転に応じて前記回転軸方向に空気流れ（Ｆ）を形成するファンブレード（３）と、を備えるファンモータであって、
   前記ロータの前記回転軸周りには回転中心側空間（２４）が設けられ、前記ロータの外周側には前記ファンボスの内面（２ｃ）との間に外周側空間（２３）が設けられているとともに、前記ロータには、前記エアギャップを介して前記ステータに対向するロータ面（１０ａ）に平行に、一方を前記回転中心側空間に、他方を前記外周側空間にそれぞれ開口し、前記回転中心側空間と外周側空間とを連通する径方向通気路（１１）が形成され、
   前記ファンボスには、前記外周側空間と前記ファンボス外側とを連通する通気口（４）が設けられ、
   前記ステータの回転中心側には、前記回転中心側空間と前記空気流れにおける前記ファンブレードの正圧側とを連通する前記回転軸方向の連通路（１７）が設けられている
   ことを特徴とするファンモータ。
2. 前記径方向通気路は、前記ロータ面上に開口が形成された開断面形状の溝であることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
3. 前記径方向通気路は、閉断面形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
4. 前記通気口は、前記空気流れにおける前記ファンブレードの負圧側の部位に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のファンモータ。
5. 前記径方向通気路の前記回転軸方向における開口範囲が、前記通気口の前記ファンボスの円筒側面における前記回転軸方向の開口範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載のファンモータ。
6. 前記ロータは、複数の磁石が前記回転軸周りに隣接して配置されるとともに、前記径方向通気路が前記隣り合う磁石の境界に沿って形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のファンモータ。
7. 前記径方向通気路の前記外周部開口は、前記回転中心部の開口に対する径方向位置または、前記径方向位置よりも前記回転方向の後方側位置のいずれかに形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のファンモータ。
8. 前記ステータの前記ロータとは反対側（１３ｂ）には、外周部が前記ファンボスの内面との間で前記周方向間隙を形成するヒートシンク部材（１９）が設けられており、
   前記ヒートシンク部材と前記ステータとの間には面状の空気通路（２１）が形成されているとともに、前記ヒートシンク部材より前記面状空気通路内を前記ステータ側に突出するように複数の突起（２０）が設けられ、
   前記面状空気通路は、前記外周部において前記周方向間隙に連通するとともに、前記回転中心部において前記ステータの軸方向連通路に連通している
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載のファンモータ。
   

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