JP2008215330A - 遠心ファン - Google Patents

Abstract

【課題】送風に用いられる遠心ファンにおいて、遠心ファンの薄型化を実現する。
【解決手段】遠心ファン１は、中心軸周りに複数の翼を有するインペラ２と、インペラ２を回転駆動するモータ３と、モータ３の回転を制御する制御回路部４と、インペラ２、モータ３、制御回路部４を収容するケーシング５を備える。制御回路部４を構成する電子部品４１は、排気口５１５の開口端面５１７を中心軸に垂直な方向に延長した仮想延長面Ｓと、ケーシング５の周壁５１３との間に形成される電子部品配置部４４に配置される。遠心ファン１は、電子部品４１が空気流路６の径方向外側に配置されるため、遠心ファン１の軸方向寸法を抑えることができ、薄型化を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動式の遠心ファンに関し、特にハイブリッド自動車等の車両に搭載されたバッテリの冷却に好適な遠心ファンに関する。

近年、モータから得られる駆動力を車両の推進力として利用するハイブリッド自動車や電気自動車が注目されている。これらの車両には通常、充電可能なバッテリが搭載されており、バッテリに蓄えられた電気エネルギーを用いてモータが駆動される。しかし、バッテリは内部抵抗を有しているため、充放電に際しては発熱を伴い、充放電が繰り返されるにしたがってバッテリの温度は上昇する。また、バッテリは、高温の状態で使用し続けると寿命の短縮化が助長されるために、冷却し常に一定の温度に保つ必要がある。このバッテリの冷却には、従来、遠心ファンが用いられていた。

従来の遠心ファンとして、例えば、発熱部品であるパワー素子をケーシングに当接して配置することにより、パワー素子の発熱をケーシングに効果的に熱放散させる構造が開示されている（特許文献１参照）。特許文献１の遠心ファンでは、モータの回転を制御する制御回路部の電気部品がモータの吸気口側とは反対側に配設され、制御回路部を構成するパワー素子の表面がケーシングに当接するように配置固定されている。
特開平７−４６８１１号公報

遠心ファンを車両に搭載する場合、乗員スペースや荷物の収納スペースを広く確保するために、バッテリおよびバッテリの冷却に用いられるファンを配置するスペースはできる限り小さく設計されることが望ましい。

しかしながら、特許文献１のように、モータを回転駆動させる制御回路部をモータの吸気口側とは反対側、かつ、ケーシングに当接するように配設すると、モータの軸方向の寸法が大きくなる。そのために、ファン全体の軸方向の寸法が大きくなり、そのファンを車両に搭載すると、乗員スペースや荷物の収納スペースを広く確保することができなくなるという問題がある。

この種の問題は、車両に搭載されるバッテリの冷却に用いられるファンに限られることではなく、発熱部を冷却するためのファンを有し、小型化が要求される電子機器等のように、ファンを設置するスペースが限られている機器でも起こり得る。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、遠心ファンの薄型化を実現することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、遠心ファンであって、中心軸周りに複数の翼を備えたインペラと、該インペラを前記中心軸を中心として回転させるモータと、回路基板および該回路基板に実装された複数の電子部品により構成され、該モータを回転制御する制御回路部と、前記インペラ、前記モータおよび前記制御回路部を収容するケーシングと、を備え、前記ケーシングは、前記中心軸方向に開口した吸気口と、前記中心軸から離れる方向に突出して形成されるとともに前記中心軸と略平行な開口端面を有する排気口と、前記インペラの外周に対して径方向間隙が徐々に拡大する内壁を有する周壁と、を備え、前記回路基板は、前記インペラの前記吸気口とは反対側に配置され、前記開口端面を含む平面上において、前記開口端面を前記中心軸に垂直な方向に延長した仮想延長面と、前記周壁との間の空間には、前記複数の電子部品の少なくとも一部が配置される電子部品配置部が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、遠心ファンのデッドスペースとなる位置に電子部品を配置することにより、モータの吸気口と対向する面とは反対側に配置される電子部品の数を減少させることができるため、遠心ファンの軸方向の寸法を抑えることが可能となる。その結果、遠心ファンの薄型化を実現することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遠心ファンであって、前記回路基板は、略正方形状または略長方形状に形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、回路基板が略正方形状または略長方形状に形成されることにより、回路基板の製造時に複数の回路基板を１つのシートで形成するシートにおける単位面積当たりの取り数を多くすることが可能となり、製造コストを抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の遠心ファンであって、前記回路基板は、前記中心軸よりも前記排気口側に備えられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、回路基板がモータの中心軸を含まない構成となる。このような構成によると、回路基板にモータの中心軸が貫通する孔が設けられないため、中心軸を含む構成と比較して回路基板の小型化が可能となり、製造コストを安価にすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の遠心ファンであって、前記ケーシングは、前記周壁と、該周壁と連続するとともに前記吸気口を有する上壁と、前記上壁と前記中心軸方向に対向する開口面と、を備え、前記開口面は、封止部材によって封止されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の遠心ファンであって、前記封止部材は、前記開口面と略同一平面上に形成される平板状部材であることを特徴とする。

請求項４および５に記載の発明によれば、ケーシングの開口面を平板上部材で封止することにより、遠心ファンの中心軸方向の寸法を抑えることができ、さらなる薄型化が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の遠心ファンであって、前記封止部材は、金属板に対してプレス加工を行うことにより形成されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、封止部材は金属板に対してプレス加工を行うことにより形成されるため、削り加工等の他の加工方法に比べ、生産性が高く量産に適し、安価である。さらに、封止部材が金属板で構成されていることにより、モータで発生した熱を効率良く封止部材へ放散できるため、モータの温度上昇を低減することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載の遠心ファンであって、前記電子部品配置部は、前記中心軸に沿って形成される側壁と、前記ケーシングの前記上壁と連続して形成される天板とによって覆われ、前記側壁および前記天板は、前記ケーシングと一体的に形成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の遠心ファンであって、前記側壁の一部は、前記ケーシングの前記周壁の一部を共有する隔壁部によって構成されていることを特徴とする。

請求項７および８に記載の発明によれば、ケーシングが、電子部品配置部を覆う側壁と天板とを備えることにより、電子部品配置部に配置された電子部品が遠心ファンをとりまく周囲の環境による影響を直接受けることがない。そのため、電子部品同士の絶縁状態を確保することが可能となり、より信頼性の高い遠心ファンを実現することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の遠心ファンであって、前記側壁には、前記制御回路部を外部制御部へ接続するためのコネクタ部が備えられていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明によれば、側壁部にコネクタ部を設けることにより、遠心ファンの制御回路部を外部制御部へ接続するためのリード線等を径方向に引き出すことができる。この構成によると、ケーシングの軸方向に垂直な面にコネクタ部を設ける構成と比べ、遠心ファンの軸方向寸法を抑えることが可能となり、薄型化が可能となる。

請求項１０に記載の発明は、請求項８または９に記載の遠心ファンであって、前記ケーシング内には、前記吸気口から前記ケーシング内部に吸気した空気を前記排気口まで導く空気流路が形成され、前記隔壁部には、前記空気流路と前記電子部品配置部との間を通風可能にする通風部が備えられていることを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の遠心ファンであって、前記通風部は、前記空気流路の上流側から前記電子部品配置部へ空気が流入する流入部と、前記電子部品配置部から前記空気流路の下流側へ空気が流出する流出部と、を備えることを特徴とする。

請求項１０および１１に記載の発明によれば、通風部を介して電子部品配置部内に空気を通すことが可能となる。そのため、モータの回転駆動に伴い発熱するスイッチング素子等の電子部品の温度上昇を低減し、遠心ファンの安定した動作を実現することができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１ないし１１のいずれかに記載の遠心ファンであって、前記遠心ファンは、車両に搭載されることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明によれば、請求項１ないし１１のいずれかに記載の遠心ファンを車両に搭載することにより、車両の乗員スペースまたは荷物の収納スペースを広く確保することができる。

本発明によれば、遠心ファンの軸線方向の寸法を抑えることができ、薄型化が可能となる。

本発明に係る遠心ファンの一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る遠心ファン１の構成を示す図であり、回転軸を含む平面で切断した断面図を示す。また、図２は、遠心ファン１の主要な構成を分解して示す斜視図である。

＜全体構成＞
遠心ファン１は、インペラ２と、インペラ２を回転させるモータ３と、モータ３を回転制御する制御回路部４と、インペラ２、モータ３および制御回路部４を収納するとともにインペラ２の回転により発生した空気の流れを制御して空気を送出するケーシング５とを備える。

＜ケーシングについて＞
ケーシング５はケーシング本体５１とベース部５２とから構成される。ケーシング本体５１は、吸気口５１１が設けられる上壁５１２と、インペラ２の外周を覆う周壁５１３と、上壁５１２と軸線方向に対向する開口面５１４とを備える。排気口５１５は、インペラ２と周壁５１３が最も近接する舌部５１６から、径方向外方へ突出して形成される。ケーシング本体５１は渦巻状に形成され、周壁５１３とインペラ２との間の空気流路６の幅が排気口５１５に向かって漸次広がる構造とされる。開口面５１４は、後述するベース部５２によって封止され、ケーシング本体５１およびインペラ２とともに空気流路６を形成する。

ベース部５２は、鋼板等の金属板をプレス成形することにより形成され、略中央部に後述するステータ部３１を固定する貫通孔５２１が設けられている。ベース部５２を鋼板等の金属板で形成することにより、後述するモータ３のコイル３１１に通電することにより発生する熱や制御回路部４を構成する電子部品４１で発生する熱を効果的に外部へ放熱することができる。また、ベース部５２をプレス成形することにより、遠心ファン１の軸方向の寸法を押えることができ、薄型化が可能となる。

＜モータについて＞
モータ３は、ステータ部３１と、ロータ部３２とを備え、ロータ部３２は、後述する軸受機構３３により回転軸を中心にステータ部３１に対して回転可能に支持される。

ステータ部３１は、ケーシング本体５１の下面を封止するベース部５２に固定された軸受保持部３４と、軸受保持部３４の外周面に固定されるステータ３１２を備える。軸受保持部３４の内側には、軸受機構３３の一部となる玉軸受３３１が回転軸方向の上部および下部に設けられる。ステータ３１２は、複数の薄板を積層したステータコア３１３と、ステータコア３１３に導電線を巻回することで形成されたコイル３１１とを備える。

また、ステータ部３１は、ステータ３１２とベース部５２との間でコイル３１１に電気的に接続されるとともにコイル３１１への通電を制御する電子部品４１が実装された回路基板４２を備える。

ロータ部３２は、回転軸を中心とする略有底円筒状であって開口部が下側を向くロータヨーク３２１、ロータヨーク３２１の内周面３２２に固定されたマグネット３２３および、ロータヨーク３２１の中心に設けられた貫通孔３２４を貫通するシャフト３５を備える。

シャフト３５は、ロータヨーク３２１の貫通孔３２４に圧入固定されており、軸受保持部３４に挿入されて玉軸受３３１により回転可能に支持される。遠心ファン１では、シャフト３５および玉軸受３３１が、回転軸を中心にロータヨーク３２１をベース部５２に対して回転可能に支持する軸受機構３３の役割を果たす。また、回路基板４２に実装される電子部品４１を介してステータ３１２に供給される駆動電流が制御されてステータ３１２とマグネット３２３との間で回転軸を中心とするトルクが発生する。その結果、シャフト３５および、シャフト３５に取り付けられているインペラ２が回転軸を中心として回転する。

＜制御回路部について＞
制御回路部４は、略矩形に形成される回路基板４２、回路基板４２上に実装されコイル３１１への通電を制御する複数の電子部品４１、および、複数の電子部品４１を外部電源等に接続するコネクタ部４３を備える。また、複数の電子部品４１は少なくともコンデンサ、および、ノイズ除去用コイル等の体積の大きい素子を含んでいる。

＜インペラについて＞
インペラ２は、シャフト３５に固定される略有底円筒状であって開口部が下側を向くカップ部２１に接続されるとともにカップ部２１の外側にて回転軸を中心とする環状に配列された複数の翼２２および、カップ部２１の下側の開口部から外側に向かって広がるとともに複数の翼２２を下側で連結する環状の連結板２３を備える。複数の翼２２のそれぞれは、連結板２３の上面２３１から回転軸に略平行に伸び、複数の翼２２の上端部は環状部２４により連結される。なお、カップ部２１、複数の翼２２、連結板２３および環状部２４は、樹脂により一体的に成形される。

インペラ２が回転することで、吸気口５１１から軸線方向に取り入れられる空気は、空気流路６において各翼２２により巻き込まれ径方向外方へ導かれて、ケーシング５の周壁５１３等に吹付けられつつケーシング５内部の圧力を高めて排気口５１５から外部へ排出される。

＜電子部品の配置について＞
回路基板４２は略矩形に形成されており、ベース部５２に設けられた貫通孔５２１と重ならないようにベース部５２の排気口５１５側へ固定される。このとき、回路基板４２の一部が後述する空間７に露出するように配置される。このように、貫通孔５２１を含まない回路基板４２の構成によると、回路基板４２にモータ３のステータ部３１、特に軸受保持部３４が貫通する孔を設ける必要がないため、回路基板４２に無駄なスペースを作ることなく、回路基板４２を小さく形成することが可能となる。回路基板４２は、通常、１つのシートから複数枚の回路基板が製造されるが、回路基板４２を矩形に形成することによって、回路基板製造時における１つのシートからの取り数を多くすることが可能となる。したがって、回路基板４２の製造コストを削減することができる。

制御回路部４を構成する複数の電子部品４１は、排気口５１５の開口端面５１７を中心軸に垂直な方向に延長した仮想延長面Ｓと、周壁５１３との間の空間７に露出した回路基板４２の吸気口５１１側の面に形成される電子部品配置部４４に半田付け等の方法により実装される。すなわち、電子部品配置部４４は、空気流路６の径方向外側、且つ、排気口５１５および舌部５１６に隣接した空間７の中に形成される。また、電子部品４１が配置されている空間７は、ケーシング本体５１と一体的に形成される、天板７１と側壁７２とによって覆われる。側壁７２の一部は、ケーシング本体５１の周壁５１３を共有し、空気流路６と空間７を隔てる隔壁部７３を形成している。複数の電子部品４１は、天板７１、側壁７２、隔壁部７３およびベース部５２によって囲まれた空間７に配置されるので、外部からの塵や水滴等の影響を回避することができる。

空間７は、上述したように、径方向に突出した排気口５１５、および、ケーシング本体５１の周壁５１３に囲まれており、空気流路６として利用できないデッドスペースとなっている。このデッドスペースにコンデンサやノイズ除去用コイル等の体積の大きい素子を含む複数の電子部品４１を配置することで、従来のように、回路基板４２の吸気口５１１側とは反対側の面に多数の電子部品を実装することがなくなるので、遠心ファン１の薄型化を実現することができる。また、複数の電子部品４１として、さらに体積の大きい安価な素子を適用することが可能となるので、遠心ファン１のコストを抑えることが可能となる。

なお、この空間７は、必ずしも天板７１および側壁７２によって囲まれた空間である必要はなく、例えば、天板７１を省略すると、電子部品４１の交換作業が容易になる、放熱性が向上する、といった利点を得ることができる。

＜コネクタ部の位置について＞
回路基板４２には制御回路部４を構成する電子部品４１の他に、制御回路部４を図示しない外部電源（例えばバッテリ）に接続するコネクタ部４３が備えられている。コネクタ部４３の一部は、側壁７２に形成される貫通孔から外部へ露出するように配置される。

コネクタ部４３の一部が側壁７２から外部へ露出するように配置されるため、コネクタ部４３と外部電源とを接続する図示しないリード線を径方向に引き出すことが可能となり、遠心ファン１の軸方向寸法を抑えることができ、遠心ファン１の薄型化を実現することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

上記実施の形態における遠心ファン１では電子部品４１を配置する空間７と空気流路６とは、隔壁部７３によって完全に隔離されているが、図３に示すように、空気流路６の上流側から空間７へ、空間７から空気流路６の下流側へ風を通すための通風部７４を備える隔壁部７３が遠心ファン１に用いられてもよい。この場合においては、空間７に配置された電子部品を効率良く冷却することが可能となる。

また、上記実施の形態における遠心ファン１では、コネクタ部４３の一部が排気口５１５に隣接しない側壁７２から外部へ露出する構造となっているが、排気口５１５に隣接する側壁７２から外部へ露出する構造とすることも可能である。このような構造であっても、リード線を径方向に引き出すことができ、遠心ファン１の軸方向の寸法を抑えることができる。コネクタ部４３の配置は、リード線の引き出し方向等を考慮して適宜選択できる。

本発明の実施形態に係る遠心ファンの断面模式図である。 本発明の実施形態に係る遠心ファンの分解斜視図である。 ケーシング本体の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 遠心ファン
２ インペラ
２１ カップ部
２２ 翼
３ モータ
３１ ステータ部
３２ ロータ部
３３ 軸受機構
３５ シャフト
４ 制御回路部
４１ 電子部品
４２ 回路基板
４３ コネクタ部
４４ 電子部品配置部
５ ケーシング
５１ ケーシング本体
５１１ 吸気口
５１２ 上壁
５１３ 周壁
５１４ 開口面
５１５ 排気口
５１７ 開口端面
５２ ベース部
６ 空気流路
７ 空間
７１ 天板
７２ 側壁
７３ 隔壁部
７４ 通風部
Ｓ 仮想延長面

Claims (12)

1. 遠心ファンであって、
   中心軸周りに複数の翼を備えたインペラと、
   該インペラを前記中心軸を中心として回転させるモータと、
   回路基板および該回路基板に実装された複数の電子部品により構成され、前記モータを回転制御する制御回路部と、
   前記インペラ、前記モータおよび前記制御回路部を収容するケーシングと、
   を備え、
   前記ケーシングは、
   前記中心軸方向に開口した吸気口と、
   前記中心軸から離れる方向に突出して形成されるとともに前記中心軸と略平行な開口端面を有する排気口と、
   前記インペラの外周に対して径方向間隙が徐々に拡大する内壁を有する周壁と、
   を備え、
   前記回路基板は、前記インペラの前記吸気口とは反対側に配置され、
   前記開口端面を含む平面上において、前記開口端面を前記中心軸に垂直な方向に延長した仮想延長面と、前記周壁との間の空間には、前記複数の電子部品の少なくとも一部が配置される電子部品配置部が形成されていることを特徴とする遠心ファン。
2. 請求項１に記載の遠心ファンであって、
   前記回路基板は、略正方形状または略長方形状に形成されていることを特徴とする遠心ファン。
3. 請求項２に記載の遠心ファンであって、
   前記回路基板は、前記中心軸よりも前記排気口側に備えられていることを特徴とする遠心ファン。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の遠心ファンであって、
   前記ケーシングは、
   前記周壁と、
   該周壁と連続するとともに前記吸気口を有する上壁と、
   前記上壁と前記中心軸方向に対向する開口面と、
   を備え、
   前記開口面は、封止部材によって封止されていることを特徴とする遠心ファン。
5. 請求項４に記載の遠心ファンであって、
   前記封止部材は、前記開口面と略同一平面上に形成される平板状部材であることを特徴とする遠心ファン。
6. 請求項４または５に記載の遠心ファンであって、
   前記封止部材は、金属板に対してプレス加工を行うことにより形成されることを特徴とする遠心ファン。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の遠心ファンであって、
   前記電子部品配置部は、前記中心軸に沿って形成される側壁と、前記ケーシングの前記上壁と連続して形成される天板とによって覆われ、
   前記側壁および前記天板は、前記ケーシングと一体的に形成されていることを特徴とする遠心ファン。
8. 請求項７に記載の遠心ファンであって、
   前記側壁の一部は、前記ケーシングの前記周壁の一部を共有する隔壁部によって構成されていることを特徴とする遠心ファン。
9. 請求項７または８に記載の遠心ファンであって、
   前記側壁には、前記制御回路部を外部制御部へ接続するためのコネクタ部が備えられていることを特徴とする遠心ファン。
10. 請求項８または９に記載の遠心ファンであって、
    前記ケーシング内には、前記吸気口から前記ケーシング内部に吸気した空気を前記排気口まで導く空気流路が形成され、
    前記隔壁部には、前記空気流路と前記電子部品配置部との間を通風可能にする通風部が備えられていることを特徴とする遠心ファン。
11. 請求項１０に記載の遠心ファンであって、
    前記通風部は、前記空気流路の上流側から前記電子部品配置部へ空気が流入する流入部と、前記電子部品配置部から前記空気流路の下流側へ空気が流出する流出部と、を備えることを特徴とする遠心ファン。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の遠心ファンであって、
    前記遠心ファンは、車両に搭載されることを特徴とする遠心ファン。

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