JP2009225657A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】この種の電動モータを径方向にも軸方向にも小さくかつ、駆動されるファンを介した冷却が可能となるように改良すること。
【解決手段】回転子と固定子５を備え、ホイールファン３とこの後段のガイドステージ４とが取り付けられた電動モータ１であって、ホイールファン３が自己の回転方向ｒの逆方向に向けられたファンブレード６を有し、これ６がファンディスク７に取り付けられると共に開口直径と全直径Ｄ２を有するコーンカバー９によって被われるものに関する。課題の解決のために、開口直径と全直径Ｄ２との比率が０．５〜０．６５好ましくは０．５５〜０．６の範囲内にあり、径方向外縁部分でコーンカバー９とファンディスク７とが平行に構成され、この径方向外縁部分が全直径Ｄ２の６〜１５％、好ましくは８〜１２％になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子と固定子を備え、ホイールファンとホイールファンに径方向に配置されたガイドステージとが取り付けられた電動モータであって、ホイールファンがホイールファンの回転方向の逆方向に向けられたファンブレードを有し、これがファンディスクに取り付けられると共に、開口直径と全直径を有するコーンカバーによって被われる電動モータに関する。

この種の電動モータは、既知である。例えば、特許文献１を参照されたい。この種の電動モータは、例えばモータ−ファン−ユニットへの応用において見られる。ホイールファンの効率を高めるため、ホイールファンの後段にガイドステージをディフューザ状、例えばモータを冷却するために空気をモータに向けて内側に導く、径方向の帰還流羽根状に、接続することが知られている。

例えば螺旋状筐体と羽根調節のない板状ディフューザとからなるガイドユニットは、径方向の構成空間が大きくなると共に空気をモータから排除する。その結果、この種のユニットは、ファンからの強制空気をモータの冷却のために使用しない利用のためのみに意義がある。この場合、モータの冷却のために、別のファンがモータに設けられる。代わりに、これは、別のモータで駆動される冷却ファンで空気が供給される。ホイールファンの周囲に配置される径方向ガイドユニットは、径方向の帰還流羽根と組み合わされて確かにモータを冷却するが、径方向の寸法が大きくなる。軸方向に向けられた初段ブレードと後段の径方向帰還流羽根とを有するガイドユニットは、径方向ガイドユニットと同様に径方向寸法が大きくなる。

国際公開ＷＯ９８／３８８９９号公報

上記の技術の現状に鑑み、本発明の技術的課題は、この種の電動モータを径方向にも軸方向にも寸法的にできるだけ小さくかつ、駆動されるファンを介して冷却が達成されるように好ましく改良することである。

この課題は、先ずそして根本的に請求項１の対象によって解決される。ここにおいて、開口部の直径と全直径との比率が０．５〜０．６５の範囲内、好ましくは０．５５〜０．６の範囲内に入るように提案されている。また、径方向外縁部分で、コーンカバーとファンディスクとが平行に構成され、この径方向外縁部分は全直径の６〜１５％、好ましくは８〜１２％になっている。このホイールファンは、従来の高速回転用の電動モータ、特に回転数４００rｐｍ、更には１０００〜６００００ｒｐｍのリラクタンスモータに適している。ホイールファンに関する既知の解は、回転方向と逆向きのファンブレード、更には後ろ方向に曲がったブレードの場合、通常、５〜３０°のテーパ角度で全領域にわたる円錐状のカバー又は双曲線状の構成のものを提示する。この種のホイールファンは、特に後段の軸方向のガイドステージと共に使用される。提案された（本発明の）、コーンカバー又はコーンカバーの径方向外縁部分とファンディスクとからなる平行なガイドは、高速回転の電動モータに対して、効率に関しても、他の特性の安定性に関しても、利点として現れる。さらに、この構成は、プロセスの安定化に関しても、ホイールファンのバランス化において利点として現れる。例えば、本発明によるホイールファンのバランス化は、コーンカバーの径方向外縁部分を処理（調整）可能な軸方向に平行なニブラーを介して、実現できる。このことは、コーンカバーの傾斜角で配置された工具を用いる加工よりも、好ましい。

以下、本発明の他の特徴は、図面においても、しばしば請求項１の対象又は他の請求項の特徴との好ましい組み合わせにおいても、詳細に記載されている。しかしながら、これらは、請求項１若しくは他の各請求項の単独の各特徴との組み合わせにおいても、又はそれぞれの独立の形式においても、重要である。

本発明の他の構成において、吸込み口領域においてファンブレードが平行構成部分内に占める開口直径からの半径は、開口直径の０．２５〜０．３５倍、好ましくは０．３倍になっている。提案された吸込み半径は、その結果、従来の解におけるものよりも明らかに大きい。そこでは、０．１４〜０．２の半径比率が提案されている。

高い能率は、コーンカバーの高さの４倍が吸込み部分において開口直径に対して１．６〜２．３倍、好ましくは、１．８〜２．１倍になっていることによって、達成される。この解の結果、直径において小さて高い回転数用のホイールファンが達成される。ホイールファンは小さい寸法にもかかわらず必要な減圧と高い効率を達成し、特にホイールファンからの吹き出しを確保し、吹き出しは後段のガイドステージにホイールファンからの流れのエネルギーを圧力に変換することを可能にする。さらに、電動モータ全体の径方向の小さい寸法は、固定子直径に対する全直径の比率が０．９〜１．０５、好ましくは０．９５〜１となっていることによって達成され、その結果、コンパクトなモータ−ファンユニットが実現されている。

後段でホイールファンに接続されたガイドステージは、軸方向に向けられたガイドベーンを有する。このガイドステージは、モータを冷却するために、ホイールファンから出て行く空気を固定子に導く。さらに、ガイドステージは、少なくとも部分的に電動モータに対して径方向の被いとなるように配置される。従来知られている解では軸方向に長い構成が選択されるが、これは大きな遅延と流れの発散とにつながり、もって効率の低下につながる。これに対して、本発明では、ガイドステージの軸方向の長さは、外径におけるファンブレードの高さに対して２．３〜２．９倍、好ましくは２．４５〜２．７５倍とされること提案されている。ファンブレードの外径は、他の構成において、ガイドステージの外径の０．６〜０．８５倍、好ましくは０．６８〜０．７２倍となっている。また、対応して、ガイドステージの内径は、ガイドステージの外径の０．５２〜０．８２倍、好ましくは、０．６２〜０．７２倍となっている。提案されたこれらの寸法の結果、軸方向のガイドステージは、ホイールファンのみが電動モータに対して軸方向において隠されるように、電動モータのモータアッセンブル上に被せることができるようになっている。そして、モーターファンユニットは、軸方向に短い構造長が達成可能となっている。

ガイドステージでの気流調整のためのガイドベーンの曲率半径は、本発明の他の構成において、小さく選択され、更に好ましくは、ファンブレードの高さに対して一定に選択されている。そして、ガイドステージの曲がって広がるガイドベーンの半径は、ガイドステージの外径に対して０．１８〜０．３４、好ましくは、０．２２〜０．３０と提案されている。小さいガイドベーンの曲率半径は、空気ができるだけ小さい距離で軸方向に向きを変えそのまま捻られて固定子の外面に流れていくことができるように、確保されている。捻じれが付与された流れは、付加的に流体ロスが生ずることがある。さらに、一定の曲率半径は、プラスチック射出部分としてのガイドステージの好ましい構成において、射出成型の鋳型への射出可能性を確保する。ガイドステージの軸方向の構造長は、それ自身の外径に対して０．１８〜０．３３、好ましくは０．２５〜０．２６倍になっている。

本発明の対象の他の構成において、ガイドベーンは、軸方向に見て、ファンブレードの回転方向に対して傾けて設けられている。もって、最も短い遅延の組み立て上の通気性を確保しつつモータの冷却性能の改良が達成されている。さらに、ベーンが傾いて配置されていることによって、気流が半径方向成分をモータ軸方向に押し出し、もって、できるだけ多くの気流成分が固定子表面に流れていく。これは、特に電動モータの一部の負荷領域、特に高いインピーダンスにおいて、不可欠である。ガイドステージ出口で、ガイドベーンは、２５〜５０°、好ましくは３０〜４４°傾いて配置されている。モータの冷却性能をさらに改良するために、ガイドステージは、径方向内側に１つ又は複数の窓状開口部、例えば２〜６個、好ましくは４個の窓状開口部を有する。これらは、固定子の窓部分に向けられて、ガイドステージの窓状開口部から流れ出る空気がモータアッセンブルの対向する開口部を通ってモータに流れ込む。

指定された数値範囲（そのように例示されていない場合にも）は、１桁、特に下の１桁に関してでもあるが全ての中間の値をも示し、また下限及び／又は上限の下の１桁については、他の各境界に対して拘束されることを示す。ここにおいて、「及び」は、両方の境界がそれぞれその境界の下の１桁の整数倍だけずらされる、即ち移るように設定されることを、意味する。

取り付けられたホイールファンとガイドステージを備えた、第１の実施例に係る電動モータの側面図である。 電動モータのホイールファン側から見た平面図である。 電動モータの背面斜視図である。 ホイールファンの単品の斜視図である。 ホイールファンの側面図である。 図５におけるVI−VI線での断面図である。 ガイドベーンの出口側から見たガイドステージの単品の斜視図である。 ガイドベーンの出口側から見たガイドステージの他の斜視図である。 図８におけるIX−IX線での断面図である。 ガイドステージの側面図である。 図１０におけるXI−XI線での断面図である。 電動モータに取り付けられる、第２の実施例に係るガイドステージの斜視図である。 図１２におけるXIII−XIII線での断面図であり、電動モータが省略されている。 図１２におけるXIV−XIV線での断面図であるが、ガイドステージだけに関する。 電動モータ、ホイールファン及びガイドステージの配置を示す模式図である。

以下、本発明は、全体で２つの実施例が図示された付随の図面を参照してより明らかにされる。図１〜図３に関連して、まず、ホイールファン３とガイドステージ４が回転子シャフト２に取り付けられた電動モータ１が、図示され記載されている。ホイールファン３は、回転子シャフト２に回転不能に固定されこれ２を介して回される。ここにおいて、回転子シャフト２は、図示されない電動モータ１の回転子に固定連結されている。回転子は、電動モータ１の固定子５と一体に機能する。ガイドステージ４は、回転不能に固定子５に固定され、例えば回転子シャフト２によって中心が貫通される不図示のベアリングユニットにリベット固定される。

以下、ホイールファン３は、図４〜図６における単品の図を用いてより詳細に記載される。

ホイールファン３は、図示された実施例において、ホイールファン３の回転方向ｒと逆向きに、曲率をもって広がる７個のファンブレード６を有する。これら６は、曲率をもって半径方向に広がり、略平らで円形リング状のファンディスク７に、取り付けられている。後者７は、中心に開口部８を有する。ファンブレード６は、開口端部から径方向外側へ出てファンディスク７の外周まで広がっている。

ファンディスク７上にあるファンブレード６は、コーンカバー９によって、蓋われている。これ９は、まず、ファンディスク７に平行に向けられた径方向外縁部分１０を有する。これ９は、径方向外縁部分１０の径方向内側の端部から、ファンディスク７から離れていくように、双曲線状に曲がった中間領域に広がっていく。この上昇していく部分はコーンカバー９の中央の開口部外周に終端し、この中央の開口部１１は、ファンディスク側の開口部８に直径が等しく、これ８に同心円状に配置されている。

ファンディスク７、コーンカバー９及びファンブレード６は、金属からなり、代わりに樹脂からなり、必要に応じて表面にアルミニウムが堆積され、相互に例えばリベットを介して連結される。

図示された実施例において、開口部の直径Ｄ１は、ホイールファン３の全直径Ｄ２の０．５５〜０．６倍になっている。この全直径Ｄ２は、また、固定子の直径Ｄ３の約０．８４〜０．９９倍、好ましくは０．８９〜０．９４倍、例えば０．９１倍になっている。

径方向外縁部分１０の平行な構成は、Ｄ４／Ｄ２が０．８８〜０．９２の領域にわたって広がり、この結果、径方向外縁部分１０は全直径Ｄ２の約８〜１２％になっている。

吸込み曲率半径ＲＥは、図示された実施例において、開口部の直径Ｄ１の０．３倍に等しい。ファンブレードの高さｈの４倍は、吸込み部分において、開口直径Ｄ１に対する比率において１．８〜２．１倍に等しく、その結果、大きく選択された吸込み曲率半径ＲＥと関連して、高い動作性能が達成されている。ファンブレード６のブレード角は、吸込み口（角度β１）で２９°、出口（角度β２）で３２．５°であり、その結果、両方の角度は略等しく選択されている。

以下、第１の実施例のガイドステージ４は、図７〜図１１を用いて詳細に記載される。

このガイドステージ４は、プラスチック射出成形部材として形成され、軸方向−ガイドステージとして配置され、対応して基本的に軸方向に向けられたガイドベーン１２を有する。図示された実施例において、このようなガイドベーン１２は、ガイドステージ４の周辺部にわたって２０個均等に分布するように設けられている。

ガイドステージ４は、従来から知られている解の軸方向−ガイドステージに比較して軸方向の構造長が短い。構造長ｌは、ホイールファン３のファンブレードの高さｈの２．４５〜２．７５倍、例えば２．６倍になっている。外径Ｄ５は、Ｄ２／Ｄ５が０．６８〜０．７２の範囲にある。内径Ｄ６はホイールファンの直径Ｄ２に略等しく、さらに、ガイドステージ４の内径Ｄ６は、ガイドステージの外径Ｄ５の約０．６２〜０．７２倍であり、例えば０．６６５倍である。

上記の寸法の結果、軸方向ガイドステージ４は、ホイールファン３のみが電動モータ１に対して軸方向において隠れるように、上記のモータアッセンブル上に塞ぐように配置可能となる。そして、モータ−ファンユニットは、軸方向構造長が短くできている。

ガイドベーン１２のベーン曲率半径ＲＬは、ＲＬ／Ｄ５が０．２２〜０．３０の範囲にあり、例えば０．２５５と非常に小さくかつファンブレードの高さに関して一定である。この小さいベーン曲率半径は、空気ができる限り短い距離で軸方向に曲がりそのまま進んで捻じれて自由に固定子５の筐体面上に流れていくことができるように、確保されている。

軸方向の構造長は、さらに、ガイドステージの外径Ｄ５の約０．１８〜０．３３倍、例えば０．２５３倍になっている。

ガイドベーン１２は、ホイールファン３の回転方向ｒに対して傾いている。ガイドベーン１２は、ガイドステージの出口で、約３５°傾いている（図１１の角度β３を参照。）。他の構成において、角度β３は３１°又は４３°になっている。

ベーン入口角β４、即ちガイドステージの入口面に対する入射角度は、好ましくは１〜５°である。出口では、ベーン角は９０°、即ち気流がガイドステージ４から軸に平行に流れ出ていく。

ホイールファン３のガイドステージ４に対する羽根比率は、回転が最適に調和するように、図示された実施例において７：２０になっている。

モータの冷却性能をさらに改善するため、ガイドベーン１２間にある４つのベーンチャネル１３が、出口側で径方向に形成されたストッパ壁１４で覆われている。この場合、ベーンチャネル１３を通って導かれる空気は、窓状開口部１５から径方向内側に、更に対応するモータアッセンブルの開口部を通ってモータに通される。

ストッパ壁１４は、他の構成において、ホイールファン３を被うファンカバーの固定用に使用されるのでもよい。

ガイドステージ４とホイールファン３との間の軸方向距離ａは、図示された実施例において、ホイールファン３のファンディスク７とコーンカバー９とが平行に推移する部分の高さｈ１の約０．１〜０．４倍、例えば０．１３倍である。

軸方向ガイドステージ４はモータアッセンブルを介して塞がれ、これが、省スペースにつながると共に構造上の補強の観点で場合によってはファンカバーによって外側から課される機械的な負荷を受け止めることができる。ファンカバーは、さらに、ガイドベーン１２が傾いている結果、圧力を介して径方向に揺動自在に保持されている。

図１２〜図１４までに、第２の実施例に係るガイドステージ４が示され、これ４は基本的に、特にガイドベーン１２の構成、形状及び配置、並びにガイドステージ４の直径及び長さに関して、上記の実施例と等しい。

図１２には、電動モータ１と電動モータを収容保持するモータケース１６とが示されている。ガイドステージ４は、ガイドベーン１２を支持するガイドステージリング１７と材料特性的に適合し交差配置された組立部材１８を介して、天井側でモータケース１６に連結、特にリベットで連結されている（図１３を参照。）。組立部材１８には、中央に回転子シャフト２用の貫通口１９が設けられている。

ガイドステージリング１７は、モータケース１６の天井部分を、径方向に数ｍｍ、例えば２ｍｍ離れて保持する。

ガイドステージとモータケース１６の固定組立部材との近くで、天井部分は貫通欠部２０を有する。径方向の開口部１５を介してガイドステージリング１７内に流れていく気流は、電動モータ１を直接冷却するように、これ２０を通ってモータケース内に導かれる。

提案された解の結果、半径と軸方向の寸法が全体的に短いモータ−ファンユニットが提供され、また、約６０％の高いファン作動効率が達成される。ここにおいて、ユニット状のガイドステージ４の構成の下で、モータの十分な冷却が確保される。ファンディスク７に対して平行に広がるコーンカバー９の径方向外縁部分１０を介して、ホイールファン３は、ニブラーで簡易にバランス化可能である。

開示された全ての特徴は、（それ自体が）発明の要部をなす。これでもってまた、同封／添付の優先権の基礎書面（先の出願のコピー）の公開内容は本願の開示内に十分取り込まれ、また、この書面の目的及び特徴に関しても、先の出願の特許請求の範囲内に含まれている。

１ 電動モータ
２ 回転子シャフト
３ ホイールファン
４ ガイドステージ
５ 固定子
６ ファンブレード
７ ファンディスク
８ ファンディスクの開口部
９ コーンカバー
１０ 径方向外縁部分
１１ コーンカバーの開口部
１２ ガイドベーン
１３ ベーンチャネル
１４ ストッパ壁
１５ 窓状開口部
１６ モータケース
１７ ガイドステージリング
１８ 組立部材
１９ 回転子シャフト２用の貫通口
２０ 貫通欠部
Ｄ１ 開口部の直径
Ｄ２ ホイールファンの全直径
Ｄ３ 固定子の直径
Ｄ４ コーンカバーの直径
Ｄ５ ガイドステージの直径
Ｄ６ の直径の内径
ａ ガイドステージ４とホイールファン３との間の軸方向距離
ｈ ファンブレードの高さ
ｈ１ ファンディスク７とコーンカバー９との間の高さ
ｌ ガイドステージの構造長
ｒ 回転方向
ＲＥ 吸込み曲率半径
ＲＬ ベーン曲率半径
β１ ブレード入口角
β２ ブレード出口角
β３ ベーン出口角
β４ ベーン入口角

Claims (15)

1. 回転子と固定子（５）を備え、ホイールファン（３）とホイールファン（３）に径方向に配置されたガイドステージ（４）とが取り付けられた電動モータ（１）であって、ホイールファン（３）がホイールファン（３）の回転方向（ｒ）の逆方向に向けられたファンブレード（６）を有し、これ（６）がファンディスク（７）に取り付けられると共に、開口直径（Ｄ１）と全直径（Ｄ２）を有するコーンカバー（９）によって被われる電動モータにおいて、
   開口直径（Ｄ１）と全直径（Ｄ２）との比率が、０．５〜０．６５、好ましくは０．５５〜０．６の範囲内にあり、径方向外縁部分（１０）において、コーンカバー（９）とファンディスク（７）とが平行に構成され、この径方向外縁部分（１０）が、全直径（Ｄ２）の６〜１５％、好ましくは８〜１２％になっていることを特徴とする、電動モータ。
2. 吸込み口領域においてファンブレード（６）が平行構成部分内に占める開口直径（Ｄ１）からの半径（ＲＥ）が、開口直径（Ｄ１）の０．２５〜０．３５倍、好ましくは０．３倍になっていることを特徴とする、請求項１に記載の電動モータ。
3. ファンブレードの高さ（ｈ）の４倍が、吸込み口部分で、直径（Ｄ１）に対して、１．６〜２．３倍、好ましくは、１．８〜２．１倍になっていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の電動モータ。
4. 全直径（Ｄ２）の固定子の直径（Ｄ３）に対する比が、０．９〜１．０５、好ましくは０．９５〜１．０となっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電動モータ。
5. 取り付けられたガイドステージ（４）が、垂直方向を向いたガイドベーン（１２）を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電動モータ。
6. ガイドステージ（４）は、少なくとも半径方向において部分的に、電動モータ（１）を被っていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の電動モータ。
7. ガイドステージ（４）の軸方向の長さ（ｌ）が、外径におけるファンブレードの高さ（ｈ）に対して、２．３〜２．９倍、好ましくは、２．４５〜２．７５倍になっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電動モータ。
8. ファンブレード（６）の外径（Ｄ２）が、ガイドステージ（４）の外径（Ｄ５）の０．６〜０．８５倍、好ましくは０．６８〜０．７２倍になっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電動モータ。
9. ガイドステージ（４）の内径（Ｄ６）が、ガイドステージ（４）の外径（Ｄ５）の０．５２〜０．８２倍、好ましくは０．６２〜０．７２倍になっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電動モータ。
10. ガイドステージ（４）における曲率をもって広がるガイドベーン（１２）の半径が、ガイドステージ（４）の外径（Ｄ５）に対して、０．１８〜０．３４倍、好ましくは０．２２〜０．３０倍になっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電動モータ。
11. ガイドステージ（４）の軸方向の長さ（ｌ）が、外径（Ｄ５）に対して、０．１８〜０．３３倍、好ましくは０．２５〜０．２６倍になっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電動モータ。
12. ガイドベーン（１２）が、軸方向に見て、ファンブレード（６）の回転方向（ｒ）に傾いていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の電動モータ。
13. 傾きが、２５〜５０°、好ましくは３０〜４４°になっていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の電動モータ。
14. ガイドステージ（４）が、径方向内側に１つ又は複数の窓状開口部（１５）を有することを特徴とする、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の電動モータ。
15. 開口部（１５）が、電動モータ（１）の窓部分に向けられていることを特徴とする、請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の電動モータ。
    

Images