JP2015014200A - ファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータにおいて、ファンボスとモータの間の開口部が風上を向いているため異物の流入経路になっていることから開口部に異物が混入しやすい。【解決手段】ファンモータは、ファンを支持するカップ形状のファンボスと、このファンボス内に収納され前記ファンを駆動するモータを内蔵するモータケースを備え、前記モータケースの一部に前記ファンボスの開放端部を覆う突起部を形成した。そして、この突起部の外周端はファンボスの内径よりも径方向外側に位置するようにした。【選択図】 図１

Description

この発明は、モータによって駆動されるファンを備え、モータ及びファンの軸方向に風を発生させるファンモータに関するものである。

従来から用いられる上記ファンモータとして、空気調和機の室外機に用いられているもの（例えば特許文献１）がある。図１１は、特許文献1における空気調和機の室外機を上
から見た断面図である。ファン102及びファンボス103と、モータ104が筐体115内に軸方向に並べて配置され、さらにモータよりも筐体背面吸気部116側に熱交換器120が配された構成となっている。なお、圧縮機124も設置されている。

特開2006−57864号公報

このようなファンモータにおいて、ファンモータの軸方向寸法を小型化するためにファンボスの内側にモータを配置した構成とする場合、ファンボスとモータケースの間の開口部が軸方向風上を向いており、開口部が異物の流入経路になっていることから、上記開口部に異物が混入しやすいという問題点があった。さらに、モータがファンボスの内側に配置されていることからモータで発生した熱が逃げにくく、これによってコイル温度が上昇するためコイルでの損失が増え、結果モータの効率が低下するという問題点もあった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ファンボスとモータケースの間の開口部に異物が混入しにくく、モータの冷却効果を向上して高効率なファンモータを得ることを目的としている。

この発明のファンモータは、
ファンを支持するカップ形状のファンボスと、
このファンボス内に収納され前記ファンを駆動するモータを内蔵するモータケースを備え、
前記モータケースの一部に前記ファンボスの開放端部を覆う突起部を形成したものである。

この発明によれば、このモータケースの一部に突起を取り付けたことにより、その突起によって軸方向の風の流れを径方向外側に変えることが可能となり、ファンボスとモータケースの間の開口部への異物の混入を防ぎ、モータケースの一部が風の流路となることでモータの冷却効果が向上することからモータ効率が向上し、径方向中心付近を流れる軸方向の風がスムーズにファンに流れることによってファン自体の効率（具体的には、モータ出力に対して、発生する風のエネルギーの割合）が、本発明を用いない場合（ファンボスの内側にモータを配置し、ファンボスとモータケースの間の開口部が軸方向風上を向いた構成が前提）と比較して向上するという従来にない顕著な効果を奏するものである。

本発明の実施の形態１によるファンモータを示す断面図である。 本発明の実施の形態１による室外機のファン室を示す断面図である。 従来のファンモータをファンボスの径方向内側に配置した空気調和機の室外機の断面図である。 本発明の実施の形態１によるファンモータの断面図と、それを用いた場合にファンが発生させる風の流れの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１によるファンモータのモータケースの突起部の一部が軸方向に凸部を持ち、対抗するファンボスの一部が凹部を持つ構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態２によるファンモータの断面図と、それを用いた場合にファンが発生させる風の流れの一例を示す図である。 本発明の実施の形態３によるファンモータの断面図と、それを用いた場合にファンが発生させる風の流れの一例を示す図である。 本発明の実施の形態３によるファンモータのモータケースの突起部の一部が径方向に凸部を持ち、対抗するファンボスの一部が凹部を持つ構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態５によるモータケースの一部にフィンを設けた構成の一例を示すモータケースを風上側から見た図である。 本発明の実施の形態５によるモータケースの一部にフィンを設けた構成の別の例を示すモータケースを風上側から見た図である。 従来の空気調和機の室外機を上側から見た断面模式図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるファンモータ１を示す断面図である。ファンボス３は円筒形状の軸方向の一端が閉じられたカップ状の形状をしており、ファン２の径方向内側にあってファン２を内側から支持し、シャフト５とは固定ボルト６によって固定されている。ファンボス３及びファン２はモータ４の回転力をシャフト５から得て回転し、ファン２が回転することによって矢印Ａのような軸方向の風を発生させる。モータは概円筒状に積層鋼板を積み上げてコイル８を巻回したステータ１１と、ステータ１１の径方向中心部分にあって、シャフト５と締結されて回転する概円柱状のロータ７を持ち、非回転部であるステータ１１はモータケース１２によって保持され、回転部であるロータ７はベアリング９ａ及びベアリング９ｂを介してモータケース１２に保持されている。ベアリング９ａはモータケース１２によって保持され、ベアリング９ｂはベアリング保持部１０によってモータケース１２に固定されている。

このようなベアリング保持方法を取れば、モータを図中右方向からの一方向組み立てによって製作することが可能で、製作性が向上する。モータケース１２は非回転部であり、ファンボス３は回転部であることから、両者の間には非回転部と回転部の間に開口部１４が生じる。モータケース１２は、ファンボス３の風上かつファンボス３の内径（図１中にＤｉで示されている）よりも径方向外側にその外周端（外径）が位置する略円錐状の突起部１３を持つ。なお、Ｄｏはファンボス３の外径である。また、モータケースは樹脂によって一体成形して製作されている。

この構成によれば、モータケースを製作する際の工数が少なくなり、製作性が向上する。この突起部は、ファンによって発生する軸方向の風を、径方向外側つまり開口部を避ける方向に向ける。図１においてモータケースのうち軸方向の風に対向する部分は軸方向の風の向きＡを効果的に径方向外側に向けるため軸方向風下側に向かうにつれて最外径の大きくなるテーパー状として実施の形態1の一例を図示している。

図２は本発明の実施の形態１によるファンモータ１を空気調和機の室外機に用いた際のファン室の断面図である。筐体内にファン２、ファンボス３、モータ４、モータサポート１９、熱交換器２０が備えられ、モータ４の回転によってファン２が回転し、軸方向の風（矢印Ａ（Ａ１、Ａ２））が発生する。モータ４は筐体１５に固定されたモータサポート１９によって保持され、ファンボス３はシャフト５を介してモータ４と固定され、ファン２はファンボス３によって径方向内側から保持されている。筐体背面吸気部１６から筐体１５内に吸気された空気は、熱交換器２０を通過し、モータ４及びファンボス３の径方向外側とファン２を通過して筐体前面排気部１７から排気される。モータ４及びファン２は、径方向にはファン室の筐体１５に囲まれ、また風の流入部となる筐体背面吸気部１６と風の流出部となる筐体前面排気部１７がモータ４及びファン２の軸方向に備えられていることから、矢印Ａ２で示すような軸方向の風が通過する。

ファンの発生させる風の流路形状によるファンで発生する損失（例えば、風の流路形状によっては風の渦が発生し損失になる。具体的には、「モータ出力」−「発生する風のエネルギー」で表される）を低減させるために、ファンの軸方向風上側または風下側にベルマウス形状を持ち、ファンの径方向外側にファンと同軸の円筒状部材１８を取り付けてもよい（図２参照）。

また、筐体背面吸気部１６は空気とともに異物が混入することを防ぐために、目が細かくなったメッシュ状構造体で構成されているため、筐体背面吸気部１６を通過して熱交換器２０からモータ４及びファンボス３、ファン２に流れる空気に含まれるゴミや水などの異物は少ない。これに対して、筐体前面排気部１７は比較的荒い目のメッシュ状構造体で構成されている。

このため、ファンの運転停止時や、ファンの運転時でも屋外で強風が吹いていて筐体外部から筐体前面排気部１７を介して内部に風が吹き込む場合には、筐体前面排気部１７からゴミや水などの異物が筐体内部に侵入する可能性がある。

筐体内部に異物が侵入した場合、異物がファンボス３とモータ４の間の開口部１４に侵入すると、ファンボス３とモータ４の間で異物が回転抵抗となってファン自体の効率が低下する。例えば、モータ４から所定の出力がある場合、ファンボス３とモータ４の間の回転抵抗が大きい(機械損が大きい)と、ファン２から発生する風のエネルギーは小さくなり、ファン２の効率は低下する。

また、異物の噛み込みによってベアリング９ｂが損傷したり、水が侵入した場合にもベアリング９ｂに錆が発生し、その結果、ベアリング９ｂが損傷するという不具合が発生する可能性がある。この可能性を低減するためには、ファンボス３とモータ４の間の開口部１４は比較的異物の侵入が少ない熱交換器２０側に配置する必要がある。

図３は、従来のファンモータをファンボスの径方向内側に配置した空気調和機の室外機の断面図を示す模式図である。筐体内にファン102、ファンボス103、モータ104、モータサポート119、熱交換器120が備えられ、モータ104の回転によってファン102が回転し、軸方向の風が発生する。モータ104は筐体に固定されたモータサポートによって保持され、ファンボス103はシャフト105を介してモータ104と固定され、ファン102はファンボス103によって径方向内側から保持されている。

この場合にも、モータ及びファンは、径方向にはファン室の筐体115に囲まれ、また風の流入部となる筐体背面吸気部116と風の流出部となる筐体前面排気部117がモータ104及びファン102の軸方向に備えられていることから、矢印Ａ（Ａ１、Ａ２）で示すような軸方向の風が通過する。また、本発明を適用した場合と同様、筐体背面吸気部116は空気とともに異物が混入することを防ぐために目が細かくなっており、筐体背面吸気部116を通過して熱交換器120からモータ及びファンボス、ファンに流れる空気に含まれるゴミや水などの異物は少ない。

これに対して、筐体前面排気部117は比較的荒い目で構成されている。このため、ファンの運転停止時や、ファンの運転時でも屋外で強風が吹いていて筐体外部から筐体前面排気部を介して内部に風が吹き込む場合には、筐体前面排気部からゴミや水などの異物が筐体内部に侵入する可能性がある。本発明を適用しない場合、回転部であるファンボスと非回転部であるモータの間の開口部114が熱交換器側すなわち風上側を向いているため、筐体内部に侵入した異物が、ファン102の発生させる風とともに矢印の方向に移動した場合、異物がファンボスとモータの間の開口部114に侵入する懸念がある。

図４は本発明の実施の形態1によるファンモータ１と、ファンモータ１の発生させる風の流れ（図中の矢印Ｂ参照）を示す。実施の形態1の構成によれば、風は軸方向に熱交換器２０を通過し、モータ４に対して軸方向にぶつかった後、モータケース１２表面に沿って径方向外側に進路を変え、ファン２を経由して筐体前面排気部１７を通過して筐体外部へと排気される。

この際、ファンボス３及びモータケース１２の間の開口部１４の軸方向風上側から風下側に径方向外側へ開口部１４を避けるような風の流れ（図中の点線Ｃで示した箇所参照）が発生し、開口部１４への異物の混入を防止することが可能となる。径方向中心付近を軸方向に流れる風が、径方向外側に流れることにより、モータの一部が風の流路となることでモータが効率的に冷却され、コイル温度を低下させるためにコイル８の抵抗が低下し、コイル８での発熱による損失が小さくなる。

実施の形態１のモータのように、ほぼ径方向の全部と軸方向風下側をファンボスで囲まれたようなモータの場合、モータのうち軸方向風上側の部分以外はファンボスに囲まれていることから、モータの熱を直接逃がす経路は軸方向風上側のみとなる。よって、この冷却効果は顕著なものとなる。

一般的に、モータの熱損失のうち、モータのコイルに流れる電流によってコイルで発生する損失はコイル抵抗に比例して大きくなり、またコイル抵抗はコイル温度が上昇するに従って大きくなる。本発明を適用し、コイル温度を低下させることによって同じ電流を流した場合においてコイルで発生する損失を小さくすることが可能となり、その結果、モータ効率を向上させることができる。

また、軸方向に流れる風が、径方向外側に位置するファンに流れる風のエネルギーがモータとファンボスの開口部における形状損失を低減できることからファン効率の向上がもたらされる。
すなわち、流体の運動方向断面形状が変化すると、流体の渦が発生し、流体のエネルギーの損失が発生する。従来は、ファンとモータの間の開口部が風上を向いていることによって風の運動方向断面形状の変化が大きいために、流れが複雑になり、風のエネルギー損失が大きくなる。一方、本発明が適用された場合には、開口部が風上を向いている場合と比較して風の運動方向形状の変化が小さいために風のエネルギー損失を小さくすることができる。

また、モータケースの突起部のうちファンボスとの間の開口部側の端面が、軸方向ファンボス側に伸びた凸部を持ち、ファンボスのうちモータケースの突起部との間の開口部側の端面が軸方向に凹んだ部分を持つ形状としても良い。図５はこの構成によるモータケース１２の突起部１３とファンボス３の開口部１４の断面形状を示す。図５（ａ）は、モータケース１２の突起部１３のうち径方向端部に凸部２１を設けたもので、図５（ｂ）は、モータケースの突起部１３のうち径方向端部よりも径方向内側に凸部２１を設けたものである。

図５に示した構成によれば、モータケース１２とファンボス３の間の開口部１４にラビリンス構造をもたらし、異物の侵入を防止する効果が向上する。なお、グリース等で通路を塞ぐ方法は、グリース部に異物が溜まるために現実的ではない。これらの凹凸をそれぞれ逆としても製作性を損なうことなく同等の効果が得られる。なお、モータケース１２の突起部１３はモータケース１２とは別部材でもよい。この構成によれば、モータケース１２及び突起部１３の形状の自由度が向上し、製作性が向上する。

実施の形態２．
また、モータケースに備える略円錐状の突起部の外周端（外径）はファンボスの外径よりも大きくてもよい。図６は本発明の実施の形態２によるファンモータ１と、それを用いた場合にファンが発生させる風の流れ（図中の矢印Ｂ参照）を示す。図６においてモータケース１２のうち軸方向の風に対向する部分は、軸方向の風の向きを効果的に径方向外側に向けるため、軸方向風下側に向かうにつれて最外径の大きくなるテーパー状として、実施の形態２の一例を図示している。図中、Ｄｏはファンボスの外径を示す。

この構成によれば、風は軸方向に熱交換器を通過し、モータ４に対して軸方向にぶつかった後、モータケース１２表面に沿って径方向外側に進路を変え（図中の点線Ｄで示した箇所参照）、ファン２を経由して筐体前面排気部１７を通過して筐体外部へと排気される（図中、太い矢印でこの風の進む道筋が示されている）。この場合において、回転部であるファンボス３及び非回転部であるモータケース１２の間の開口部１４の径方向外側では、径方向外側方向へ開口部１４を、実施の形態1の形態に比べて、より大きく避けるような風の流れ（図中の点線Ｄで示した箇所参照）が発生し、開口部１４への異物の混入を防止することが可能となる。また、モータ表面のうち、風の流路となる部分の面積が実施の形態１の場合に比べて大きくなることからモータの冷却効果が向上する。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３によるファンモータと、それを用いた場合にファンが発生させる風の流れを図７に示す。この図に示すように、モータケースに備える略円錐状の突起部１３の外周端(外径)は、ファンボス３の外径よりも径方向に大きく、ファンボス３の外径よりも外側にある部分がファンボス３と軸方向に重なる形状（図７中の点線Ｅ参照）となっているが、突起部１３がこのような形状の場合においても上記実施の形態２と同様の効果を奏する。

図７においてモータケースのうち軸方向の風に対向する部分は軸方向の風の向きを効果的に径方向外側に向けるため軸方向風下側に向かうにつれて最外径の大きくなるテーパー状として実施の形態３の一例を図示している。

この構成によれば、風は軸方向に熱交換器を通過し、モータ４に対して軸方向にぶつかった後、モータケース１２表面に沿って径方向外側に進路を変え、ファン２を経由して筐体前面排気部１７を通過して筐体外部へと排気され、ファンボス３及びモータケース１２の間の開口部１４の径方向外側から風下方向には、径方向外側へ開口部１４を避けるような風の流れが発生し（図中の矢印Ｂ参照）、なおかつ開口部１４が軸方向風下を向く（図７中の点線Ｅで示した箇所参照）ことから、開口部１４への異物の混入を防止する効果が向上する。

また、この構成を取った場合にもモータ及びファンを右側から一方向に組み立てることが可能であり、製作性を損なうことなく開口部への異物の混入を防止する効果を得ることが可能である。

また、モータケースの突起部１３のうち、ファンボス３よりも径方向外側で、ファンボス３との間の開口部１４側の端面のうちファンボス３の位置と軸方向に重なる部分が径方向内側に伸びた凸部を持ち、ファンボス３のうちモータケース１２の突起部１３との間の開口部１４側の端面のうちモータケース１２の突起部１３の位置と軸方向に重なる部分に凹部を設けた構成としてもよい。

図８はこの構成によるモータケース１２の突起部１３とファンボス３の開口部１４の断面形状を示す。この構成によると、ファンボス３とモータケース１２の間の開口部１４は概ね風下に位置し、かつ開口部１４をラビリンス構造とすることで、異物の侵入を防止する効果が向上する。図においてファンボス３には凹部２２が形成され、突起部１３には凸部２１が形成されている。これらの凹部、凸部をそれぞれ逆の構成としても製作性を損なうことなく同等の効果が得られる。

実施の形態４．
モータケースのうち、モータケースの突起部の径方向内側に位置する部材の径の一部が、軸方向風下側にいくに従って大きくなるようなテーパー形状を取ってもよい。この構成とすることで、熱交換器から軸方向に流れる風のエネルギーのモータケース表面における損失を低減することから、ファン効率が向上する。

実施の形態５．
また、実施の形態１〜４のモータケースのうち軸方向に最も風上に位置する部分に径方向外側に伸びたフィン２３を設けてもよい(図９参照)。図９は、モータケース１２の軸方向の最も風上に位置する部分の表面に、径方向外側に伸びたフィン２３を設けた際の軸方向風上側から見た図を示している。モータケースに設けるフィン２３は図９（ａ）に示すように径方向に伸びた形状を構成する。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）のフィン形状に対応する斜視図である。

このような構成とした場合、風の流路となるモータの表面積が大きくなることからモータの冷却性が向上し、モータの効率が向上する。またモータケースに設けるフィン２３は図１０に示すようにある角度に平行なフィンとしてもよい。このような構成とした場合、モータの取り付け部材の位置によってある方向に選択的に風を流すことが可能となり、ファン効率を損なうことなく製作性を向上することが可能である。
なお、以上においては、突起部の形状を略円錐状として説明したが、これに限らず、略円錐状と略円柱状の形状を組み合わせた形状の場合でも、同様の効果を奏する。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ ファンモータ、２ ファン、３ ファンボス、４ モータ、５ シャフト、６ 固定ボルト、７ ロータ、８ コイル、９ａ、９ｂ ベアリング、
１０ ベアリング保持部、１１ ステータ、１２ モータケース、１３ 突起部、１４ 開口部、１５ 筐体、１６ 筐体背面吸気部、１７ 筐体前面排気部、１８ 円筒状部材、１９ モータサポート、２０ 熱交換器、２１ 凸部、
２２ 凹部、２３ フィン。

Claims (11)

1. ファンを支持するカップ形状のファンボスと、
   このファンボス内に収納され前記ファンを駆動するモータを内蔵するモータケースを備え、
   前記モータケースの一部に前記ファンボスの開放端部を覆う突起部を形成したことを特徴とするファンモータ。
2. 前記突起部の外周端は、前記ファンボスの内径よりも径方向外側に位置することを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
3. 前記突起部の外周端は、前記ファンボスの外径よりも径方向外側に位置することを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
4. 前記突起部のうち前記ファンボスの外径よりも外側にある部分が前記ファンボスの軸方向に延伸していることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のファンモータ。
5. 前記モータケースのうち、前記突起部の径方向内側に位置する部分の径が、軸方向風下側にいくに従って大きくなるテーパー形状をなすことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のファンモータ。
6. 前記突起部の径方向内側の表面に所定の形状のフィンを設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のファンモータ。
7. 前記突起部のうち前記ファンボスとの間の開口部側の端面の一部が軸方向ファンボス側に伸びた凸部または凹部を持ち、前記開口部側の端面の一部が軸方向に凹部または凸部を持ち、前記開口部をラビリンス構造としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のファンモータ。
8. 前記突起部のうち、前記ファンボスよりも径方向外側で、前記ファンボスとの間の開口部側の端面の一部で前記ファンボスの位置と軸方向に重なる部分が径方向内側に伸びた凸部または凹部を持ち、前記ファンボスのうち前記開口部側の端面の一部で前記突起部の位置と軸方向に重なる部分に凹部または凸部を設けて、前記突起部及び前記開口部をラビリンス構造としたことを特徴とする請求項１、３〜６のいずれか１項に記載のファンモータ。
9. 前記突起部の外径が、前記ファンボスの外径と等しくなる構造としたことを特徴とする請求項１、５〜７のいずれか１項に記載のファンモータ。
10. 前記突起部を前記モータケースとは別部材で構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のファンモータ。
11. 前記モータケースを樹脂によって一体成形したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のファンモータ。