JP2011052835A - 換気扇および送風機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータは、従来は取付け部材で取付けられており、固定子巻線で発生した熱は、取付け部材を通してモータベースに熱が伝えられるが、固定子巻線で発生した熱のすべては伝えられずに軸受に伝わり、前記モータの軸受の温度が上がりモータの軸受の寿命の低下につながっていた。
【解決手段】モータ３のモータ軸受を挿入したブラケット３ｃの周囲に伝熱面９ａを有する伝熱部材９をモータベース８に取付け、その伝熱部材９の材質は熱伝導性の良好なもの（例えば、金属）を使用した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機や換気扇などの家電機器に設けられて空気を吸入，排出させる送風機およびその送風機を備えた換気扇に関し、特に一般家庭でシックハウス対策のため、２４時間換気で使用される換気扇（小風量タイプ）に関する。

代表的な事例を挙げると、この種の換気扇は、延べ床面積４０坪（１３２ｍ²）規模の２階建住宅に使用される場合が多い。押入，クローゼットを除く２４時間換気の対象となる空間の容積は、対象面積を１１９ｍ²、天井高さ２.５ｍ、とすると、２９７.５ｍ³となり、必要換気回数は０.５回／ｈなので、１階と２階を合計した必要換気量は、およそ１５０ｍ³／ｈとなる。

また、この種の換気扇は、それぞれ１階と２階のサニタリーゾーン（トイレ，浴室，洗面所などの衛生設備をもつ水周り部分のスペース）の天井に設置されるのが一般的であり、購入費用，施工コスト等の面から、送風ファン（シロッコファン）の羽根径が約１０cmクラスのものが多く使用される。

本事例では、１階と２階合計で１５０ｍ³／ｈ必要であるため、２台／戸使用した場合、１台あたり７５ｍ³の換気量があれば良いことになる。通常、換気扇を施工する際、ダクト配管と屋外フード（図示せず）が必要になるが、それぞれ通気抵抗を持つため、換気扇に要求される性能としては、開放状態（通気抵抗無し）で約１００ｍ³／ｈ必要になる。さらに、この種の換気扇は、市場価格競争が激化しており、モータは価格が安価な隈取りモータが用いられる場合が多い。

一般的に隈取りモータは、コンデンサランモータと比較して効率が悪く、モータの固定子巻線の発熱が多いため、熱伝導によりモータの軸受温度が高くなる。モータ軸受温度が高くなると、軸受として使用しているベアリングの寿命時間は短くなるが、モータの固定子巻線からの発熱を、効率良く放熱させることにより、モータの出力を低下させずにモータの軸受の温度上昇を低減させることにより、モータの寿命を低下することなく、風量は必要換気量を満たせる。

従来、内部に設けたモータを冷却できる天井埋込形換気扇として、特開２００１−２６３７５４号公報（特許文献１）に示すものが知られている。

この天井埋込形換気扇（図示せず）は、スクロールにより包囲されたシロッコファンが設けられた送風機部分と前記シロッコファンを駆動するモータが収納された収納部を区画し、本体を含め、モータ収納部が天井裏に位置することから、モータを埃や塵から保護する目的でこのモータ収納部の上部に配置したカバーで覆われた天井埋込形換気扇において、外気の通風による冷却が得られないことから、前記シロッコファンの背面に補助羽根を設け、この補助羽根にて前記モータが収納された収納部内の空気をスクロール内に導き、前記ベルマウスの吸気穴よりスクロール内に吸引された空気と合わせて吐出口から機外に排出する一方、前記スクロール内の空気を前記モータが収納された収納部に流入させたものである。

これにより、スクロール内からモータが収納された収納部を通り、スクロールを介して排気される空気の流れを形成でき、この空気の流れによりモータを冷却していた。

特開２００１−２６３７５４号公報

しかしながら、前記した空気の流れによるモータの冷却は、モータ収納部の上部に配置したカバーで覆われた狭い空間の温度を下げてモータを冷却するものであり、モータの発熱で蓄熱されたモータの軸受の温度を局所的に下げるものではなかった。このため、モータの軸受の温度が高くモータの寿命が短くなる。

本発明の目的は、モータから発生した熱の放散を増加させ、モータの軸受の温度を下げて、送風機のモータの軸受寿命を長寿命化せしめ得る換気扇および送風機を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、モータの軸に連結された送風ファンと、前記送風ファンへの吸込み口が形成されたベルマウスと、前記送風ファンの周囲を囲むように形成したスクロールとを有する送風機部分と、前記送風ファンが連結されたモータと、前記モータを覆うカバーと、取付け部材を介して前記モータを取付けたモータベースとを有するモータ配置部分を備え、前記モータのモータ軸受を挿入したブラケットの前記モータ軸受挿入部近傍に伝熱面を有する伝熱部材を、前記モータベースに取付けた構成としたことにある。

また、上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、モータと、モータの軸に接続されたファンと、前記モータと前記ファンとの間に形成され前記モータを固定するためのベース部材と、前記モータの全体を覆うように前記ベース部材に取付けられたカバーとを備えた送風機において、前記ベース部材に接続され、かつ、前記モータの軸方向端面を覆う金属製の部材を備えたことにある。

本発明によれば、モータの固定子巻線で発生して伝導されたモータの軸受の熱を、ブラケットの近傍に伝熱面を有する熱伝導率が大きい伝熱部材をモータベースに取付けて使用し、伝熱部材を介してモータベースに伝導し放散し、これにより、モータの軸受温度上昇が低減され、モータの軸受寿命を延ばすことができる。

本発明によれば、金属製の部材の一部をベース部材に接続し、他の一部をモータの軸方向端面を覆うようにしたため、モータの軸受の熱を、金属製の部材を介してベース部材に伝導し放散し、これにより、モータの軸受温度上昇が低減され、モータの軸受寿命を延ばすことができる。

本発明の一実施例に係る送風機の断面図である。 本発明による伝熱部材取付説明図である。 本発明による伝熱部材説明図である。 従来の送風機の断面図である。 従来および本発明の一実施例のモータの構造図である。 本発明の一実施例に係る軸受けの温度測定グラフである。 本発明の一実施例に係る伝熱部材取付説明図である。 本発明の一実施例に係る伝熱部材取付説明図である。 本発明による伝熱部材説明図である。 本発明の一実施例に係る伝熱部材取付説明図である。 本発明の一実施例に係る伝熱部材取付説明図である。 本発明の一実施例に係る送風機の断面図である。 本発明による伝熱部材説明図である。 本発明の一実施例に係る伝熱部材取付説明図である。 本発明の一実施例に係る伝熱部材取付説明図である。 本発明による伝熱部材説明図である。

以下、本発明による換気扇の一実施例を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は本発明による換気扇の断面図で、図２は本発明による伝熱部材取付説明図（上面図）、図３は本発明による伝熱部材説明図である。図３（ａ）は、上面図であり、図３（ｂ）は、側断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ点，Ｂ点，Ｃ点，Ｄ点，Ｅ点，Ｆ点に対応している。図９，図１３，図１６も同様である。

本発明による換気扇は、送風機部分をモータ３の軸と連結した送風ファンであるシロッコファン５、シロッコファン５の周囲を囲むように形成したスクロール１、前記シロッコファン５への吸込み口を形成したベルマウス７で構成されている。モータ配置部分は、モータ３、モータ３を取付けるための取付け部材２，モータ３を塵埃等から保護するためのカバー４からなる。カバー４の開口部の周縁はモータベース８（ベース部材）に当接しており、その結果として、モータ３および取付け部材２がカバー４とモータベース８とで形成される空間に配置される。モータ３を取付け部材２で取付けているモータベース８は、前述の送風機部分とモータ配置部分とを、分割する隔壁の役割を持っている。ここでモータベース８の材質は金属（例えば、鉄）としている。さらに、送風機部分のベルマウス７から吸込まれた空気は、シロッコファン５により吐出口１ａへ送られ、屋外に吐出される。また、継手部１ｂは、ダクト配管（図示せず）との接続に使用される。

モータ３の構造について、図５を用いて説明する。

モータ３は、固定子鉄心３ｅに固定子巻線３ａが取付けられており、この部分が発熱源となっている。また回転子３ｄには、軸３ｆが貫通するように取付けられており、回転子３ｄの上下に密封玉軸受３ｂが取付けられている。密封玉軸受３ｂはブラケット３ｃで固定され、回転子３ｄはこの構成により回転自在に設置されている。モータ３の軸方向の一端面である上面（ブラケット３ｃの一部）および軸方向の他端面である下面（ブラケット３ｃの一部）は、凸形状を有し、この凸形状部分は、密封玉軸受３ｂの位置に対応している。固定子鉄心３ｅの材質はケイ素鋼板、ブラケット３ｃは亜鉛合金（ダイキャスト）が使用されており、ともに金属である。前述の通り固定子巻線３ａが発熱源であるが、ここで発生した熱は、固定子鉄心３ｅ，ブラケット３ｃを通して密封玉軸受３ｂに伝導する。モータ３は、従来は取付け部材２（図４参照）で取付けられており、固定子巻線３ａで発生した熱は、送風機部分１００とモータ配置部分３００を区画するモータベース８が、送風機部分１００の吸込まれた空気と接しており、ブラケット３ｃより温度が低いので、取付け部材２を通してモータベース８に熱が伝えられるが、固定子巻線３ａで発生した熱のすべては伝えられずに密封玉軸受３ｂに伝わってしまう。

本発明においては、モータ３のモータ軸受を挿入したブラケット３ｃの周囲に、伝熱面９ａを有する伝熱部材９（図１参照）がモータベース８に取付けられ、伝熱部材９の材質も熱伝導性の良好なものを使用している。これにより、取付け部材２を通してモータベース８に熱が伝えられることで解消されずに蓄熱された熱が、密封玉軸受３ｂを保持しているブラケット３ｃの伝熱部材９の伝熱面９ａ（図３参照）の近傍に位置する密封玉軸受３ｂと相対する外周の放熱面３ｇから、伝熱部材９の伝熱面９ａを介してモータベース８に熱が伝えられ、密封玉軸受３ｂの軸受の温度を下げることができる。

伝熱部材９は、図３に示すように、モータベース８を係合するネジ穴９ｂが形成され、前記ネジ穴９ｂを介して取付けネジ１０で前記モータベース８と締結される。伝熱部材９は、平面板を略「コ」の字に折り曲げた形状を有し、放熱フィンなどは有さない。これは、伝熱部材９は、カバー４とモータベース８とで形成される閉塞空間内、つまり空気の対流の少ない閉塞空間内に配置されるため、放熱フィンなどを設ける意味がないためである。ただし、伝熱部材９の上面や側面に放熱フィンを設けてもよい。伝熱部材９の上面には、モータ３の上面の凸形状部分に対応する形状（例えば、円形状）の貫通穴を有する。この貫通穴の内周面に、伝熱面９ａが形成される。つまり、伝熱面９ａは、伝熱部材９の厚さ方向の面である。伝熱部材９の上面の貫通穴に、モータ３の上面の凸形状部分が挿入可能である。よって、伝熱面９ａが、モータ３の上面の凸形状部分の側面に近接して（例えば、１mm以内で）対向し、伝熱面９ａが、凸形状部分の側面を覆っている。伝熱部材９の上面の裏面の一部（貫通穴の周囲）も、モータ３の上面の凸形状以外の部分に近接して対向するため、この伝熱部材９の上面の裏面の一部（貫通穴の周囲）も、伝熱面９ａと定義することもできる。略「コ」の字形状の内側に、モータ３が位置することとなる。なお、伝熱部材９の側面は、モータ３の側面との間は、空間を有しており、当接していない。図１ないし図３に示す本発明の実施例において、伝熱部材９の材質は、アルミニウムで形成されている。伝熱部材９の形状は略「コ」の字形状としたことにより、モータ３をモータベース８に取付けた後でも、伝熱部材９をモータベース８に取付けることができ、伝熱部材９の組立性が向上できる。ただし、伝熱部材９の形状は、略「コ」の字形状に限定されるものではなく、ブラケット３ｃに近接して対向した面（伝熱面９ａ）を有し、モータベース８に接続される形状であればよい。

図７に示す実施例では、伝熱部材９の伝熱面９ａ（図３参照）とブラケット３ｃとの間に熱伝導の良好な充填剤を塗布している。充填剤は、例えば、グリースや油，接着剤である。ただし、充填剤は、グリースや油，接着剤に限定されるわけでなく、空気よりも熱伝導性の良好な液体または固体の材料であればよい。伝熱部材９の伝熱面９ａとブラケット３ｃとは当接しているほうが熱伝導性がよいため好ましいが、伝熱部材９の加工精度や伝熱部材９の取付精度の問題から、伝熱部材９の伝熱面９ａとブラケット３ｃとの間に空隙を生じてしまう。図７に示すこの実施例によれば、伝熱部材９の伝熱面９ａとブラケット３ｃとの間の空隙を熱伝導の良好な充填剤１１で充填することにより、良好な熱伝導流路が形成される。図７では、伝熱部材９の伝熱面９ａとブラケット３ｃの凸形状部分の側面との間の空隙にのみに充填剤が充填されているが、充填剤の粘性が低い場合は、充填剤が伝熱部材９の伝熱面９ａとブラケット３ｃの凸形状部分の側面との間の空隙にのみ留まらず、ブラケット３ｃの凸形状部分の周囲の縁にまで達することとなる。ブラケット３ｃの凸形状部分の周囲の縁まで充填剤で充填されたほうが、熱伝導性がよくなるため、好ましい。

また、図８に示す実施例では、伝熱部材９の伝熱面９ａ（図３参照）とブラケット３ｃとの間の嵌合を圧入している。図８に示すこの実施例によれば、伝熱部材９の伝熱面９ａとブラケット３ｃとの間の空隙がなく、良好な熱伝導流路が形成される。

また、図９に示す実施例では、伝熱部材９０の伝熱面９ａを延長している。つまり、伝熱部材９０の上面の貫通穴を内側に凹ませて形成し、伝熱部材９０の板厚よりも長い伝熱面９０ａを形成する。その結果として、伝熱部材９０の上面がモータ３のブラケット３ｃの凸形状部分の上面よりも高くなっている。図９に示すこの実施例によれば、伝熱部材９０の伝熱面９０ａを延長とすることにより、伝熱面が大きくなり、良好な熱伝導流路が形成される。

図１０に示す実施例では、図９に示す実施例に対して伝熱部材９０の伝熱面９０ａ（図９参照）とブラケット３ｃとの間に熱伝導の良好な充填剤を塗布している。図１０に示すこの実施例によれば、伝熱部材９０の伝熱面９０ａとブラケット３ｃとの間の空隙を熱伝導の良好な充填剤１１で充填することにより、良好な熱伝導流路が形成される。

また、図１１に示す実施例では、図９に示す実施例に対して伝熱部材９０の伝熱面９０ａ（図９参照）とブラケット３ｃとの間の嵌合を圧入している。図１１に示すこの実施例によれば、伝熱部材９０の伝熱面９０ａとブラケット３ｃとの間の空隙がなく、良好な熱伝導流路が形成される。

また、図１２に示す実施例では、伝熱部材の伝熱面をブラケット３ｃの上方へ配置している。図１２に示すこの実施例によれば、伝熱部材９１（図１３参照）の伝熱面９１ａをブラケット３ｃの上方へ配置することにより、良好な熱伝導流路が形成される。ここで、モータ３と伝熱部材９１の高さｈがモータ３の組立て公差で異なる場合、伝熱部材９１をモータベース８へ取付けに際して、ワッシャー等（図示せず）で調整するとよい。

図１４に示す実施例では、図１２および図１３に示す実施例に対して、伝熱部材９１の伝熱面９１ａ（図１３参照）とブラケット３ｃとの間に熱伝導の良好な充填剤を塗布している。図１４に示すこの実施例によれば、伝熱部材９１の伝熱面９１ａとブラケット３ｃとの間の空隙を熱伝導の良好な充填剤１１で充填することにより、良好な熱伝導流路が形成される。

また、図１５に示す実施例では、図１２および図１３に示す実施例に対して、伝熱部材９１の伝熱面９１ａ（図１３参照）とブラケット３ｃとの間の接合を圧接している。図１５に示すこの実施例によれば、伝熱部材９１の伝熱面９１ａとブラケット３ｃとの間の空隙がなく、良好な熱伝導流路が形成される。

また、図１６に示す実施例では、伝熱部材のモータベースへの取付け面を増やしている。図１６に示すこの実施例によれば、伝熱部材９２の取付け面９２ｃを増やすことにより、良好な熱伝導流路が形成される。

熱伝導性の良い材料としては、その代表例と熱の伝わりやすさの比較を表１に示す。

各々、物質の熱伝導率は、伝熱部材において温度差がある場合、温度の高い９ａ側から温度の低い９ｃ側へと熱の移動現象が生じる。取付け部材の両面に単位長（厚さ）当たり１度の温度差があるとき、１ｍ²あたり１時間に伝わる熱量が熱伝導率として表現される。この熱伝導率の値が大きければ大きいほど、移動する熱量は大きく、熱が伝わりやすくなる。熱伝導の良好な順は、銅＞アルミニウム＞亜鉛であるが、本発明においては、材料コスト，加工性等からアルミニウムを選定している。ただし、伝熱部材９の材質としては、アルミニウムに限定されるわけではなく、銅や亜鉛などの熱伝導性の良好な金属であればよい。また、伝熱部材９の材質としては、所定の熱伝導率（例えば、１００Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも大きい材料であればよい。

また、温度の高い９ａ側から温度の低い９ｃ側へ、時間Δｔの間に熱量ΔＱが流れたとすると、熱の流量ΔＱ／Δｔは、伝熱部材の取付け面積と温度差に比例し、厚さに反比例する。

熱伝導率を用いて上の式を書き直すと次のようになる。

従来品と本発明によるモータ軸受けの温度測定値は図６の通りとなる。３０ａは従来品、３０ｂは本発明における軸受けの温度である。また、４０は測定時の気温である。

換気扇運転前の温度は、気温とほぼ同じ値であるが、運転開始と同時に温度が上昇していく。約２時間ほどで発熱と放熱のバランスがとれ、平衡状態となる。このときの温度差は約１５℃であった。

ここで、事例を挙げて説明する。本発明では、前記モータ３の密封玉軸受３ｂを密封玉軸受で形成される。この密封玉軸受には、あらかじめ潤滑グリースが適量封入されていて、この潤滑グリースの劣化が密封玉軸受３ｂの寿命に影響する要因となる。

この密封玉軸受３ｂに封入された汎用グリースの寿命は、次式で表される。

ｔ：平均グリース寿命（ｈ）
ｎ：軸受の回転速度（min^-1）・・・本発明の事例では、約１,０００回転
Ｎｍａｘ：グリース潤滑の許容回転数(min^-1)・・・本発明の事例では、３２,０００回転
Ｔ：軸受の運転温度（℃）
ここで、本発明の実施例の換気扇では、

となるので

として計算する。

いまここで、従来品の軸受の運転温度Ｔが７０（℃）であったとした場合、平均グリース寿命ｔは、２２,４００（ｈ）となるが、本発明の伝熱部材９を使用したときの温度は、図６より軸受の運転温度Ｔは５５（℃）になる。そのときの平均グリース寿命ｔは、４７,９００（ｈ）となる。

したがって、本発明による換気扇は、従来の換気扇に比べて、前記モータ３から前記モータベース８への熱伝導を改善することにより、モータの密封玉軸受３ｂの温度を下げることが可能となり、グリース寿命をのばすことができる。

１ スクロール
１ａ 吐出口
１ｂ 継手部
２ 取付け部材
３ モータ
３ａ 固定子巻線
３ｂ 密封玉軸受
３ｃ ブラケット
３ｄ 回転子
３ｅ 固定子鉄心
３ｆ 軸
３ｇ 放熱面
４ カバー
５ シロッコファン
７ ベルマウス
８ モータベース
９，９０，９１，９２ 伝熱部材
９ａ，９０ａ，９１ａ，９２ａ 伝熱面
９ｂ，９０ｂ，９１ｂ，９２ｂ ネジ穴
１０ 取付ネジ
１１ 充填剤
３０ａ 従来品の軸受け温度
３０ｂ 発明品の軸受け温度
４０ 測定時の気温
９２ｃ 取付け面
１００ 送風機部分
３００ モータ配置部分

Claims (6)

1. モータの軸に連結された送風ファンと、前記送風ファンへの吸込み口が形成されたベルマウスと、前記送風ファンの周囲を囲むように形成したスクロールとを有する送風機部分と、前記送風ファンが連結されたモータと、前記モータを覆うカバーと、取付け部材を介して前記モータを取付けたモータベースとを有するモータ配置部分を備えた換気扇において、
   前記モータのモータ軸受を挿入したブラケットの前記モータ軸受挿入部近傍に伝熱面を有する伝熱部材を、前記モータベースに取付けた構成としたことを特徴とする換気扇。
2. 前記伝熱部材の材質が、所定の熱伝導率よりも大きい材料であることを特徴とする請求項１に記載の換気扇。
3. 前記モータのモータ軸受を挿入したブラケットと、前記伝熱部材との間に空気よりも熱伝導率の大きい充填剤を充填したことを特徴とする請求項１または２に記載の換気扇。
4. 前記モータベースの材質が金属であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の換気扇。
5. モータと、モータの軸に接続されたファンと、前記モータと前記ファンとの間に形成され前記モータを固定するためのベース部材と、前記モータの全体を覆うように前記ベース部材に取付けられたカバーとを備えた送風機において、
   前記ベース部材に接続され、かつ、前記モータの軸方向端面を覆う金属製の部材を備えたことを特徴とする送風機。
6. 前記金属製の部材は、前記モータの軸方向端面に形成された凸形状部分の側面を覆うことを特徴とする請求項５に記載の送風機。

Images