JP2012110130A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】駆動ユニットを効率良く冷却できるようにして、駆動ユニットの作動の安定化を図ることのできるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】コイル１０の通電を制御する駆動ユニット１５をブラケット１２に組み付ける。ブラケット１２の前面側にステータ１１を設置し、ステータ１１の外周側に有底円筒状のロータ１４を回転可能に取り付ける。ロータ１４の底壁部３１に送風突起５３と排出口５２を設け、ロータ１４の回転時に、送風突起５３と排出口５２との協働によってロータ１４の内部の空気を排出する。ロータ１４の内部には、ブラケット１２とロータ１４の間の隙間通路５１を通して空気を取り入れる。取り入れられた空気は、ブラケット１２の前面の放熱フィン５０を冷却した後にステータ１１のコイル１０の周囲を通過して排出口５２から排出される。
【選択図】図４

Description

この発明は、自動車のラジエータ冷却ファン等に用いられるブラシレスモータに関するものである。

自動車のラジエータ冷却ファンに用いられるモータとして、アウタロータ型のブラシレスモータが用いられることがある。
このモータは、ブラケットに、励磁用の複数のコイルを巻回したステータが取り付けられ、そのステータの外周側に、内周面に複数のマグネットを取り付けた有底円筒状のロータが回転可能に配置され、各コイルにタイミングをずらして電流を流すことによってロータを回転させるようになっている。

また、この種のブレシレスモータとして、ロータの内部に外気を送り込み、ロータ内部の加熱を防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このブラシレスモータは、有底円筒状のロータの底壁部に、外気取入れ口と、その外気取入れ口に隣接する送風突起とが設けられ、ロータの回転時に、送風突起が外気取入れ口を通してロータ内に空気を送り込むようになっている。外気取入れ口を通してロータ内に流入した空気は、ロータ内のステータコイル等の発熱部を冷却し、その後にブラケットとロータの間の隙間を通して外部に排出される。

特開平１０−２１０７２７号公報

現在、この種のブラシレスモータでは、ステータコイルに対する通電を制御する駆動ユニットをブラケットに一体に組み付けることが検討されている。
この場合、上記の冷却構造を持つブラシレスモータにおいては、ロータの前面側（底壁部）の外気取入れ口から流入した空気がステータコイルで熱交換を行った後にブラケットの前面に当たることになるため、ブラケットに組み付けられる駆動ユニットを効率良く冷却することができない。特に、駆動ユニットはステータコイル等の他のモータ部品に比較して耐熱温度の低い部品を含むため、駆動ユニットの温度上昇によって同ユニットの作動が不安定になることが懸念される。

そこでこの発明は、駆動ユニットを効率良く冷却できるようにして、駆動ユニットの作動の安定化を図ることのできるブラシレスモータを提供しようとするものである。

この発明に係るブラシレスモータでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、コイルが巻回されるステータと、前面側に前記ステータが固定設置されるブラケットと、前記ブラケットの前面側に回転自在に取り付けられ、前記ステータに対向するマグネットが周壁部に取り付けられた有底円筒状のロータと、前記ブラケットに一体に組み付けられ、前記コイルに対する通電を制御する駆動ユニットと、を備え、前記ステータの前方側に配置される前記ロータの底壁部に、前記ロータと一体に回転して当該ロータの内側に空気の流れを生じさせる送風突起が設けられているブラシレスモータにおいて、前記送風突起が、前記ロータの底壁部の内面側と外面側の少なくともいずれか一方に突設されるとともに、前記ロータの底壁部のうちの前記送風突起のロータ回転方向で隣接する部位に、前記ロータの回転時に、前記送風突起との協働によって当該ロータの内部から空気を排出する排出口が設けられていることを特徴とするものである。
これにより、駆動ユニットによってコイルの通電が制御され、それによってロータが回転すると、送風突起と排出口との協働によってロータ内の空気が排出口から外部に吸い出され、ロータ内にはブラケット側からステータのコイル部分を通ってロータの底壁部方向に向かう空気の流れが生じる。ブラケットの前面はコイルによって暖められていない空気によって冷却され、駆動ユニットはブラケットを通して冷却されることになる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係るブラシレスモータにおいて、前記送風突起は、前記ロータの底壁部の内面側に突設され、前記排出口は、前記底壁部上の前記送風突起のロータ回転方向の前方側に隣接して配置されていることを特徴とするものである。
これにより、ロータが回転すると、送風突起の回転方向前方側の空気が送風突起によって圧縮され、回転方向後方側の空気が膨張することになる。この結果、ロータの底壁部の内面側で、送風突起の回転方向後方側から前方側に空気が流れ込み、その空気が排出口を通してロータの外部に排出されるようになる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に係るブラシレスモータにおいて、前記送風突起は、前記ロータの底壁部の外面側に突設され、前記排出口は、前記底壁部上の前記送風突起のロータ回転方向の後方側に隣接して配置されていることを特徴とするものである。
これにより、ロータが回転すると、送風突起の回転方向前方側の空気が送風突起によって圧縮され、回転方向後方側の空気が膨張することになる。この結果、ロータの底壁部の外面側で、送風突起の回転方向後方側から前方側に向かう空気の流れが生じ、このとき、送風突起の回転方向後方側に位置される排出口を通してロータの内部の空気が吸い出されるようになる。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係るブラシレスモータにおいて、前記送風突起と排出口とは、前記ロータの底壁部を部分的に切り起こすことによって形成されていることを特徴とするものである。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に係るブラシレスモータにおいて、前記ブラケットの前面には放熱フィンが設けられ、当該放熱フィンの径方向外側には、前記ブラケットと前記ロータの間の隙間通路が連通していることを特徴とするものである。
これにより、ロータが回転すると、ブラケットとロータの間の隙間通路を通してブラケットの前面側の放熱フィンに外部の空気が流れ込む。このとき、放熱フィンは外部から流れ込んだ空気によって冷却され、放熱フィンを冷却した空気はコイルを通ってロータの排出口から外部に排出される。

請求項１に係る発明によれば、ロータの回転時に、ロータの底壁部上の送風突起と排出口との協働によって、ブラケット側からステータのコイル部分を通って排出口に向かう空気の流れができるため、ステータのコイルで暖められていない空気により、ブラケットを通して駆動ユニットを効率良く冷却することができる。したがって、この発明によれば、駆動ユニットの温度上昇を抑制して、駆動ユニットの作動を常時安定化させることができる。

請求項２に係る発明によれば、送風突起がロータの底壁部の内面側に突設され、排出口がロータの底壁部のロータ回転方向の前方側に隣接して配置されているため、ステータに近接するロータの内側の空気を送風突起によって掻き動かし、ロータの内部に効率良く空気の流れを作り出すことができる。

請求項３に係る発明によれば、送風突起がロータの底壁部の外面側に突設され、排出口がロータの底壁部のロータ回転方向の後方側に隣接して配置されているため、送風突起との干渉を避けるためのスペースをロータの内部に確保する必要がなく、ロータ内部の部品配置の自由度が高まるという利点がある。

請求項４に係る発明によれば、ロータの底壁部を部分的に切り起こすことによって送風突起と排出口が形成されているため、ロータに送風突起と排出口とを容易に設けることができる。

請求項５に係る発明によれば、ロータの回転時に、ブラケットとロータの間の隙間通路を通してブラケットの前面側の放熱フィンに外部の空気が流れ込む構造とされているため、ブラケットと、それに組み付けられる駆動ユニットとをより効率良く冷却することができる。

この発明の一実施形態のブラシレスモータを用いたラジエータ冷却ファンの縦断面図である。 この発明の一実施形態のブラケットの斜視図である。 この発明の一実施形態のロータの部分断面斜視図である。 この発明の一実施形態のブラシレスモータを用いたラジエータ冷却ファンの縦断面図である。 この発明の別の実施形態のロータの斜視図である。 この発明のさらに別の実施形態のロータの部分断面斜視図である。 この発明のさらに別の実施形態のロータの図６のＡ−Ａ断面に対応する断面図である。

以下、この発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、車両用電動ファン１（以下、「電動ファン１」と呼ぶ。）を鉛直方向に沿って切った断面図である。なお、図中矢印Ｆは、車両の前方側を指している。以下の説明においては、矢印Ｆの指す方向を「前」、矢印Ｆの指す方向と逆の方向を「後」と呼ぶものとする。
この電動ファン１は、車両のラジエータ冷却用として用いられ、図示しないラジエータの前方側に設置される。この電動ファン１は、駆動部であるアウタロータ型のブラシレスモータ２と、ブラシレスモータ２によって回転駆動されるファン本体３とを備えている。

ブラシレスモータ２は、励磁用の複数のコイル１０が巻回されたステータ１１と、ステータ１１が固定設置されるブラケット１２と、ブラケット１２に回転自在に支持される回転軸１３と、この回転軸１３に一体回転可能に結合されたロータ１４と、ロータ１４の回転をフィードバックしてコイル１０の通電を制御する駆動ユニット１５と、を備えている。

ブラケット１２は、全体が鉄材やアルミニウム材によって略円盤状に形成され、その外周縁部に締結部である複数の固定アーム１２ａが延設されている。固定アーム１２ａは、ファン本体３の周囲を取り囲んで送風を案内するファンシュラウド１６に締結固定され、ファンシュラウド１６は、ラジエータの前方側に固定設置されるようになっている。
また、ブラケット１２の前面側の中央には円筒状のボス部１２ｂが突設されており、そのボス部１２ｂには、外周側でステータ１１を固定する略円筒状のステータ固定パイプ１７が取り付けられている。

ステータ固定パイプ１７は、一端側がボス部１２ｂ内に圧入固定され、他端側がボス部１２ｂの前端部から前方に突出している。ステータ固定パイプ１７のボス部１２ｂから前方に突出した領域の外周面には、ステータ１１のステータコア１８が嵌合固定されている。ステータコア１８には、放射方向に突出する複数のティース１８ａが設けられ、その各ティース１８ａに絶縁部材であるインシュレータ１９を介して前記コイル１０が巻回されている。

図２は、ブラケット１２を示す斜視図である。
同図にも示すように、ブラケット１２の前面側の外周縁には、略円筒状の水浸入規制壁２５がボス部１２ｂと同軸に形成されている。また、ブラケット１２の前面には、水浸入規制壁２５よりも小径の２つの円筒壁２６，２７がボス部１２ｂと同軸に形成されている。円筒壁２６，２７は、水浸入規制壁２５と同様に、ブラケット１２の上部外周側から、電気接点や駆動ユニット１５の配置されている中心側に流入しようとする水滴をこれらの外周面に沿わせて下方に滴下させる。
ブラケット１２の前面のうちの、内側の円筒壁２７とボス部１２ｂの間の領域には、放射方向に延出する複数の放熱フィン５０が設けられている。ブラケット１２の後面側の中心寄り部分には、発熱電子部品を含む上記の駆動ユニット１５が取り付けられている。ブラケット１２の前面側に形成されている放熱フィン５０は主に駆動ユニット１５で発される熱を周囲に放熱する

回転軸１３は、車体前後方向に沿うように略水平に延出し、一対の軸受２０Ａ，２０Ｂを介してブラケット１２のボス部１２ｂとステータ固定パイプ１７とに回転自在に支持されている。回転軸１３の後端部は軸受２０Ａから後方側に突出し、その突出端に回転検出用のセンサリング２１が取り付けられている。このセンサリング２１を用いて検出された回転軸１３の回転は、ロータ１４の回転情報として駆動ユニット１５に出力される。一方、回転軸１３の前端部は軸受２０Ｂから前方側に突出し、その突出部分にロータ１４とファン本体３とが取り付けられるようになっている。
具体的には、回転軸１３の前部側の突出領域には、軸受２０Ｂに隣接してロータ支持部２２が拡径して形成されるとともに、そのロータ支持部２２に隣接してロータ支持部２２よりも小径のファン固定部２３が形成されている。そして、回転軸１３のファン固定部２３よりも先端側にはファン固定部２３よりも小径の雄ねじ部２４が形成されている。

ロータ１４は、有底円筒状のロータヨーク２８の周壁部２９の内面に複数のマグネット３０…が円周方向に沿って取り付けられている。また、ロータヨーク２８の底壁部３１の中央には、周壁部２９と同側に突出するボス部３２が形成され、そのボス部３２が回転軸１３のロータ支持部２２の外周に圧入固定されている。なお、ロータ１４は、周壁部２９に設置されたマグネット３０がステータ１１の外周面に対峙し、底壁部３１がステータ１１の前面側を覆うように回転軸１３に組み付けられている。

また、ロータヨーク２８の周壁部２９の開口側（後端側）の縁部には径方向外側に屈曲した補強フランジ３３が突設されている。この補強フランジ３３を含むロータヨーク２８の開口側の縁部は、ロータ１４が回転軸１３と軸受２０Ａ，２０Ｂを介してブラケット１２に組み付けられた状態において、ブラケット１２の水浸入規制壁２５と円筒壁２６の間のスペースに配置され、水浸入規制壁２５と円筒壁２６に対して軸方向で所定量オーバーラップするようになっている。これにより、ブラケット１２側の水浸入規制壁２５と円筒壁２６は、ロータヨーク２８の開口側の縁部とともに、水滴の浸入を規制するラビリンス状の通路を形成することになるが、この通路は、外部の空気をロータ１４の内部に導入するための、ブラケット１２とロータ１４の間の隙間通路５１の一部を構成している。前述したブラケット１２の放熱フィン５０は、その径方向外側領域において隙間通路５１に連通している。

一方、ファン本体３は、有底円筒状のファンボス３４と、ファンボス３４の外周面から径方向外側に突出する複数の送風ブレード３５と、を備えている。このファンボス３４と送風ブレード３５は樹脂によって一体に形成されている。ファンボス３４の底壁の中央には、開口３６が形成されるとともに、その開口３６を閉塞するように別体の金属プレート３７が後面側からビス４１によって取り付けられている。この金属プレート３７は、ファン本体３を回転軸１３に直接固定するための軸固定部を構成するものであり、その中央部には、回転軸１３のファン固定部２３が嵌入される嵌合孔３８が形成されている。ファン本体３は、金属プレート３７が座金３９とともに回転軸１３のファン固定部２３に嵌合され、金属プレート３７から突出した回転軸１３の雄ねじ部２４にナット４０を締め込むことによって回転軸１３に一体に結合されている。また、金属プレート３７とともにファン固定部２３に嵌合された座金３９は、回転軸１３上のファン固定部２３よりも大径のロータ支軸部２２の近傍部に当接し、それにより、ロータ１４の底壁部３１と金属プレート３７の間に軸方向に離間するスペースＳが確保されている。

ところで、ロータ１４のロータヨーク２８の底壁部３１には、ロータ１４の内部から空気を排出するための複数の排出口５２…が形成されている。
図３は、ロータヨーク２８の底壁部３１をロータ１４の内側から見た図である。なお、同図では、周壁部２９の内周側に取り付けられているマグネット３０は図示都合上省略されている。
同図に示すように、排出口５２…は、ロータヨーク２８の底壁部３１の外周縁部に円周方向に沿って等間隔に設けられ、各排出口５２は、略方形状に形成されている。また、底壁部３１上の各排出口５２のロータ回転方向（図３で矢印Ｒで示す方向）の後方側で隣接する部位には、略方形状の送風突起５３がロータ１４の内側に向かって突設されている。したがって、排出口５２は、ロータ１４の底壁部３１上の各送風突起５３のロータ回転方向の前方側に隣接して配置されている。

各送風突起５３は、底壁部３１の各排出口５２部分をロータ１４の内側方向に略直角に切り起こすことによって形成され、切り起こした部分の面方向が、底壁部３１のなす円の放射方向に沿うようになっている。送風突起５３…は、ロータ１４と一体に回転することにより、ロータ１４の内側に空気の流れを生じさせる。
送風突起５３…は、図３示すように、ロータ１４と一体に回転することによって前面側が圧縮領域ａ（正圧領域）となり、逆に後面側が膨張領域ｂ（負圧領域）となる。このため、底壁部３１の内側（後面側）には膨張領域ｂから圧縮領域ａに向かう空気の流れが生じ、圧縮領域ａに流れ込んだ空気は排出口５２を通してロータ１４の外部に排出されることになる。そして、この排出口５２に排出される空気の流れが契機となり、ロータ１４の内部には底壁部３１方向に向かう空気の流れが発生する。

以上の構成において、ブラシレスモータ２のコイル１０に通電が行われると、ステータ１１とロータ１４の間に回転力が発生し、ファン本体３がロータ１４と一体となって回転してラジエータに冷却風を供給するようになる。このとき、ロータ１４が回転すると、ロータ１４の底壁部３１の送風突起５３と排出口５２の協働により、ロータ１４の内部の空気が排出口５２を通して外部に排出される。

図４は、ロータ１４の回転時に、ブラシレスモータ２の内側に生じる空気の流れを矢印示した図である。
同図に示すように、送風突起５３と排出口５２との協働によってロータ１４の内部の空気が外側に吸い出されると、ブラケット１２の前面側からロータ１４の底壁部３１に向かう空気の流れが発生し、このとき、ブラケット１２とロータ１４の間の隙間通路５１からロータ１４の内部に外部の空気が取り入れられるようになる。これにより、隙間通路５１を通して外部から流入した空気は、図４中の白抜きの矢印で示すように、最初にブラケット１２の前面に沿って流れ、放熱フィン５０との間で熱交換を行う。これにより、駆動ユニット１５が放熱フィン５０を通して冷却される。
そして、こうして放熱フィン５０を冷却した空気はステータ１１の周域を流れ、主に、コイル１０との間で熱交換を行い、図４中のドットを入れた矢印で示すように、ロータ１４の底壁部３１の排出口５２を通してロータ１４の前方側に排出される。これにより、コイル１０やその周域の部材が空気によって冷却される。

この電動ファン１で採用するブラシレスモータ２においては、ロータ１４の底壁部３１に設けられた送風突起５３と排出口５２との協働によってロータ１４の内部の空気が前方側に吸い出され、ロータ１４の内部にブラケット１２側からロータ１４の底壁部３１方向に向かう空気の流れが作り出されるため、コイル１０と熱交換を行う前の充分に温度の低い空気によってブラケット１２の放熱フィン５０とそれに接する駆動ユニット１５とを効率良く冷却することができる。
したがって、このブラシレスモータ２では、駆動ユニット１５の温度上昇を速やかに抑制して、駆動ユニット１５の作動が熱によって不安定になるのを未然に防止することができる。

また、この実施形態のブラシレスモータ２は、送風突起５３がロータ１４の底壁部３１の内面側に突設され、排出口５２がロータ１４の底壁部３１のロータ回転方向の前方側に隣接して配置されているため、ステータ１１の周囲の空気を送風突起５３によって掻き動かし、ロータ１４の内部に効率良く空気の流れを作り出すことができる。

また、この実施形態の場合、ロータ１４の底壁部３１を部分的に切り起こすことによって送風突起５３と排出口５２とが同時に形成されているため、ロータ１４に送風突起５３と排出口５２とを容易に設けることができるとともに、ロータ１４の底壁部３１に別体の送風突起を付設する場合に比較して装置の軽量化を図ることができる。

さらに、この実施形態のブラシレスモータ２においては、ブラケット１２の前面側に放熱フィン５０が設けられ、その放熱フィン５０の径方向外側に、外気を取り入れるための隙間通路５１が連通しているため、ロータ１４の回転時にブラケット１２上の放熱フィン５０に向かって外部の空気をスムーズに流入させることができる。このため、放熱フィン５０と駆動ユニット１５を外部から導入した空気で効率良く冷却することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、ロータ１４の底壁部３１の内側（後方側）に向けて送風突起５３を突設させるようにしているが、図５に示すように、ロータ１４の底壁部３１の外側（前方側）に向けて送風突起５３を設けるようにしても良い。
この場合、排出口５２は底壁部３１上の送風突起５３のロータ回転方向Ｒの後方側に隣接して配置される。これにより、ロータ１４の回転時に、各送風突起５３の前後に後方側の膨張領域ｂから前方側の圧縮領域ａに向かう空気の流れができ、ロータ１４の内部の空気が排出口５２を通して外部に吸い出されることになる。

また、送風突起は、ロータの底壁部の内面側と外面側に両方設けることも可能である。
図６，図７は、ロータ１４のロータヨーク２８の底壁部３１の内面側と外面側に送風突起５３Ａ，５３Ｂを設けた実施形態を示すものである。
この実施形態のロータ１４は、ロータヨーク２８の底壁部３１の外周縁部に、法線方向に沿う複数のスリット４５…を形成し、その各スリット４５のロータ回転方向Ｒの後方側の縁部を内面側に半円状に膨出させるとともに、各スリット４５のロータ回転方向Ｒの前方側の縁部を外面側に半円状に膨出させている。これにより、各スリット４５のロータ回転方向Ｒの後方側の膨出部と前方側の膨出部が、それぞれ底壁部３１の内面側に突出する送風突起５３Ａと外面側に突出する送風突起５３Ｂを構成し、両膨出部によって拡開されたスリット４５が排出口５２Ａを構成するようになっている。
この場合、底壁部３１の内面側に設けられる送風突起５３Ａは排出口５２Ａに対してロータ回転方向Ｒの後方側に配置され、底壁部３１の外面側に設けられる送風突起５３Ｂは排出口５２Ａに対してロータ回転方向Ｒの前方側に配置される。

この実施形態のように、ロータヨーク２８の底壁部３１にスリット４５を形成し、そのスリット４５を拡開するようにスリット４５の縁部を膨出変形させて送風突起５３Ａや５３Ｂを形成するようにした場合には、強度面においても有利な構造を簡単な加工で製作することができる。なお、スリット４５の縁部に形成する送風突起５３Ａ，５３Ｂはいずれか一方のみであっても良い。

２…ブラシレスモータ
１０…コイル
１１…ステータ
１２…ブラケット
１３…回転軸
１４…ロータ
１５…駆動ユニット
５０…放熱フィン
５１…隙間通路
５２…排出口
５３…送風突起

Claims (5)

1. コイルが巻回されるステータと、
   前面側に前記ステータが固定設置されるブラケットと、
   前記ブラケットの前面側に回転自在に取り付けられ、前記ステータに対向するマグネットが周壁部に取り付けられた有底円筒状のロータと、
   前記ブラケットに一体に組み付けられ、前記コイルに対する通電を制御する駆動ユニットと、を備え、
   前記ステータの前方側に配置される前記ロータの底壁部に、前記ロータと一体に回転して当該ロータの内側に空気の流れを生じさせる送風突起が設けられているブラシレスモータにおいて、
   前記送風突起が、前記ロータの底壁部の内面側と外面側の少なくともいずれか一方に突設されるとともに、
   前記ロータの底壁部のうちの前記送風突起とロータ回転方向で隣接する部位に、前記ロータの回転時に、前記送風突起との協働によって当該ロータの内部から空気を排出する排出口が設けられていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記送風突起は、前記ロータの底壁部の内面側に突設され、前記排出口は、前記底壁部上の前記送風突起のロータ回転方向の前方側に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記送風突起は、前記ロータの底壁部の外面側に突設され、前記排出口は、前記底壁部上の前記送風突起のロータ回転方向の後方側に隣接して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記送風突起と排出口とは、前記ロータの底壁部を部分的に切り起こすことによって形成されていることをことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記ブラケットの前面には放熱フィンが設けられ、当該放熱フィンの径方向外側には、前記ブラケットと前記ロータの間の隙間通路が連通していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

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