JP5022406B2 - 内ローター式直流ファン - Google Patents

Description

本発明は、直流ファンに関するもので、特に内ローター式直流ファンに係るものである。

従来の内ローター式直流ファンの構造として、図３に示されている従来の直流ファンによる組み立てられた状態の断面図を参照すると、それはアメリカ特許番号第６、１６３、０９３号（特許文献１を参照）に近似する内ローター式直流ファンである。直流ファン９にはハウジング９１、ステータ９２、ローター９３およびファンホイール９４により構成される。ハウジング９１には収容空間９１０が形成され、収容空間９１０はステータ９２とローター９３を収容するのに用いられる。ステータ９２はハウジング９１の内表面に固定される。ローター９３は回動自在に収容空間９１０の内に収容される。ファンホイール９４はローター９３の一端に結合されているようにとしたものがある。

再び図３を参照すると、ステータ９２には永久磁石９２１とブラシ９２２が形成される。そのうち、永久磁石リング９２１はローター９３を囲むように形成され、ブラシ９２２は永久磁石リング９２１の一端に隣接して直流電源と連接するように形成される。一方、ローター９３には軸桿９３１、巻線鉄芯９３２と方向転換器９３３が形成され、軸桿９３１の一端はハウジング９１から突き出るように形成される。巻線鉄芯９３２は軸桿９３１に嵌設され、巻線鉄芯９３１には永久磁石リング９２１に向いている外周面が形成され、巻線鉄芯９３２と永久磁石リング９２１とは間隔をもって設置するようにエアギャップが形成され、そして電流が巻線鉄芯９３１のコイルを通過する時、上記電流は永久磁石リング９２１の磁場とは磁束鎖交の作用が生じられる。方向転換器９３３も軸桿９３１に嵌設され、そして巻線鉄芯９３２のコイルとは電気的に接続するように形成され、さらに方向転換器９３３においてもブラシ９２２が滑動自在に電気的に接続するための外周面が形成される。

上述した従来の直流ファンの構造によれば、上記直流ファンが直流電力をステータ９２のブラシ９２２まで供給した時、ブラシ９２２はローター９３の方向転換器９３３を通じて上記直流電力を巻線鉄芯９３２のコイルまで伝送することができる。これにより、上記直流電力が上記コイルの中で形成された電流は永久磁石リング９２１の磁場とは磁束鎖交の作用が生じられるため、ローター９３が押されてステータ９２に相対して回転するように形成される。その他に、上記直流電力を制御して巻線鉄芯９３２のコイルの中の電流を調整することにより、ローター９３の回転速度を決定することができる。

アメリカ特許番号第６、１６３、０９３号

上記のような図３に示されている従来の内ローター式直流ファン９において、一般として下記の問題点を有している。従来の内ローター式直流ファン９において、方向転換器９３３は軸桿９３１と平行しかつ離れて設置する複数個の方向転換片により構成されるため、ブラシ９２２がそのうちの一個の方向転換片から隣接するもう一個の方向変換片に切り換える時、ブラシ９２２と方向転換器９３３との間には火花が生じ易くなると同時に、ノイズが生じてシステムの制御に影響を及ぼしてしまうという問題点があった。その他に、ブラシ９２２を方向転換器９３３の外周面に緊密に当接させることにより、ブラシ９２２と方向転換器９３３との間の電気的な接觸を確保することができるため、過度に摩損したブラシ９２２を定期的に換えなければならないだけではなく、方向転換器９３３の外周面に対しても定期的に処理を行わなければならず、それによって上述した火花から溜まった炭素によってブラシ９２２と方向転換器９３３との間の導電性に影響を及ぼしてしまうという問題点があった。その他に、上記直流電力を制御することによってローター９３の回転速度を決定することができるが、ブラシ９２２はそれぞれの方向転換片の間で切り換えを行うものであるため、ブラシ９２２と方向転換器９３３を通じて伝導を行う直流電力からノイズが極めて生じ易く、そのために上述した従来の直流ファンは精確な回転速度を制御する製品には適用しないという問題点があった。

さらに、上述した直流ファン９には精確な制御が難しいという問題点を有しているだけではなく、直流ファン９の負荷に変化があった時、他に余分な検知装置（例えば機械式速度調整器、電子式速度調整期、回転速度信号発生器または光学エンコーダ）を利用して直流ファン９の実際の回転速度に対してフィードバックを行うことにより、上記直流電力の電圧値を対応するように調整して直流ファン９を希望とする回転速度で運転させる。しかし、これでは直流ファン９の製造コストが高くなるとともに、上記検知裝置そのものの精確度によって回転速度の制御の品質に影響を及ぼしてしまうという問題点があった。このように、上記のような従来の内ローター式直流ファンの構造をさらに改良しなければならない。

本発明はこのような問題点に鑑みて発明したものであって、その主な目的とするところは、制御駆動ユニットによって制御電流を生じさせ、そして上記制御電流を直接ステータのコイルまで出力させることにより、直流ファンは高い制御の敏感性と制御の正確性を有するようになり、知恵的な回転速度の制御に提供することができる内ローター式直流ファンを提供しようとするものである。

本発明の第二の目的は、射出成形による被覆の方式でステータを直接ハウジングの収容空間の内に固定することにより、直流ファンの組立上の便利性を高めることができる内ローター式直流ファンを提供しようとするものである。

本発明の第三の目的は、同じ軸方向の長さを有する永久磁石と磁極面を利用することにより、直流ファンのステータとローターとの間には比較的よい駆動の効率を有することができる内ローター式直流ファンを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明による内ローター式直流ファンは、ハウジング、ローター、ステータ、ファンホイールおよび制御駆動ユニットを有する。ハウジングには載置框が形成され、載置框には本体、底板と位置決め部材が含まれ、本体と底板は互いに結合して収容空間を形成し、位置決め部材は収容空間内に固設される。ローターは回動自在に収容空間の内に収容され、ローターには軸桿と永久磁石が形成され、永久磁石は軸桿の外側周面に嵌接し固定される。ステータは載置框の収容空間の内に固設され、ステータはローターを囲むように設置され、ステータには複数個の磁極面が形成され、磁極面は永久磁石の外周面に向くように形成され、それぞれの磁極面と永久磁石との間にはエアギャップが形成される。ステータには他に少なくとも一個のコイルが設けられる。ファンホイールは軸桿の一端に結合される。制御駆動ユニットは収容空間の内に収容され、制御駆動ユニットはステータのコイルとは電気的に接続するように形成される。位置決め部材はステータに隣接するように形成され、さらに制御駆動ユニットは底板と位置決め部材との間に固設するように形成される。

また、本発明による内ローター式直流ファンは、ハウジングの載置框は射出成形による被覆の方式でステータに結合されることもできる。また、永久磁石と磁極面はローターの軸方向上における長さが同じになるように形成されることもできる。また、コイルは複数個からなり、かつステータには複数個の磁極柱が形成され、複数個の磁極柱がローターに向く一端にはそれぞれ複数個の磁極面が形成され、かつ複数個のコイルはそれぞれ複数個の磁極柱に巻き付けるように形成されることもできる。また、ステータには他に環状体が形成され、それぞれの磁極柱の他端は環状体の内周面に連接するように形成されることもできる。

本発明の請求項１の内ローター式直流ファンによれば、上記制御駆動ユニットは制御電流を生じさせて直接上記ステータのコイルまで伝送し、上記磁極面を磁化して磁極と形成させることにより、上記制御駆動ユニットが出力する制御の電流はいかなるブラシと方向転換器を利用することなく直接上記ステータまで出力することができるため、直流ファンの制御の敏感性と正確性を高めることができるという利点がある。

本発明の請求項２の内ローター式直流ファンによれば、ハウジングの載置框は射出成形による被覆の方式でステータに結合されることにより、上記直流ファンの組立の複雑さをより一層低く抑えることができるという利点がある。

本発明の請求項３の内ローター式直流ファンによれば、永久磁石と磁極面はローターの軸方向上における長さが同じになるように形成されることにより、上記直流ファンのステータとローターとの間には比較的よい駆動の効率を有することができるという利点がある。

本発明の実施形態の内ローター式直流ファンによる分解斜視図である。 本発明の実施形態の内ローター式直流ファンによる組み立てられた状態の断面図である。 従来の直流ファンによる組み立てられた状態の断面図である。

本発明の実施の形態について、以下、図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態の内ローター式直流ファンによる分解斜視図で、図２は本発明の実施形態の内ローター式直流ファンによる組み立てられた状態の断面図である。図１、２を参照すると、本発明の実施形態の直流ファンにはハウジング１、ステータ２、ローター３、ファンホイール４および制御駆動ユニット５が含まれる。ハウジング１には収容空間１０が形成され、ハウジング１はステータ２、ローター３と制御駆動ユニット５を収容するのに用いられる。ステータ２はハウジング１の内壁面に固設される。ローター３は穿過該ステータ２を貫穿し、そしてローター３の一端はハウジング１から伸び出るように形成される。ファンホイール４はローター３がハウジング１から伸び出る一端に結合される。制御駆動ユニット５はステータ２とは電気的に接続され、そして外部電源まで接続するのに用いられる。これにより、制御駆動ユニット５が制御電流をステータ２まで出力させた時、ステータ２はローター３を駆動して帶動該ファンホイール４がハウジング１に相対して回転するように作動するのを連動することができる。

再び図１、２を参照すると、本発明の実施形態のハウジング１には導風外框１１と載置框１２が形成され、導風外框１１の軸方向の両端にはそれぞれ風入口１１１と風出口１１２が形成され、載置框１２の内部には収容空間１０が設けられ、載置框１２は導風外框１１の内に設置され、そして風入口１１１と風出口１１２との間に位置するように形成される。そのうち、導風外框１１と載置框１２との間は少なくとも一個の連接部材１３によって互いに連接されることにより、導風外框１１と載置框１２との間には流路１４が形成される。また、導風外框１１、載置框１２と連接部材１３は好ましくは一体成形の方式により形成される。さらに、連接部材１３は好ましくは導風外框１１の風出口１１２に隣接するように形成され、そして連接部材１３は選択的にリブまたは静的羽根などの構造からなることができる。その他に、本発明の直流ファンの応用の状況によれば、ハウジング１においても収容空間１０の載置框１２だけを有することができる。

さらに、詳しく言えば、本発明の載置框１２は好ましくは本体１２１本、底板１２２と位置決め部材１２３により共同で組成することができ、そのうち本体１２１と底板１２２は互いに結合して共同で収容空間１０を形成し、そして位置決め部材定位件１２３は収容空間１０の内に固設される。他に、載置框１２には開口１２４が形成され、開口１２４は本体１２１の上部に形成され、そして風入口１１１に向くように形成される。さらに、開口１２４は第一軸受け１５と結合することができ、そして位置決め部材１２３は第二軸受け１６と結合することができ、第一軸受け１５と第二軸受け１６は直流ファンの軸方向上において位置合わせるように設置される。

再び図１、２を参照すると、本発明の実施形態のステータ２はローター３を囲むように設置され、そして第一軸受け１５と第二軸受け１６の間に固設され、ステータ２には環状体２１、複数個の磁極柱２２と複数個のコイル２３が含まれる。環状体２１の内側には内周面２１１が形成される。それぞれの磁極柱２２の一端は環状体２１の内周面２１１と連接し、そしてそれぞれの磁極柱２２の他端は環状体２１の中心に向って延伸して磁極面２２１が形成され、そのうち複数個の磁極柱２２は好ましくは等間隔で内周面２１１の上に排列するように形成され、そして環状体２１の中心に従って輻射状になるように排列される。複数個のコイル２３はそれぞれ複数個の磁極柱２２に巻き付けられる。

これにより、電流がそれぞれのコイル２３まで導入される時、それぞれの磁極柱２２の磁極面２２１を磁化して磁極として形成することができ、そしてローター３を作動させることができる。その他に、ハウジング１の載置框１２は選択的に射出成形の方式で形成される時、射出成形による被覆の方式を利用してステータ２を載置框１２の内壁面に直接結合させることができる。これにより、本発明の直流ファンによれば、組立の複雑性を大幅に低く抑えることができる。

再び図１、２を参照すると、ローター３は回動自在に収容空間１０の内に収容され、そしてローター３には軸桿３１と永久磁石３２が形成される。軸桿３１の一端は第一軸受け１５を貫穿して結合されることにより、載置框１２から伸び出てファンホイール４に結合され、そして軸桿３１の他端は第二軸受け１６に結合される。永久磁石３２は軸桿３１の外側周面に嵌接して固定され、そして永久磁石３２には外周面がそれぞれの磁極柱２２に向いている磁極面２２１が形成される。

そのうち、ローター３の軸方向上において、永久磁石３２の長さは磁極面２２１の長さとは同じであるように形成されることにより、永久磁石３２は磁極面２２１に形成される磁極とはちょうど互いに誘導するように形成されるため、本発明の内ローター式直流ファンは比較的よい駆動の効率を有するように形成される。その他に、永久磁石３２の外周面とそれぞれの磁極面２２１との間には全てエアギャップが形成される。制御駆動ユニット５は底板１２２と位置決め部材１２３との間に固設され、さらに制御駆動ユニット５はステータ２のそれぞれのコイル２３とは電気的に接続される。

本発明の内ローター式直流ファンが運転を行う時、制御駆動ユニット５は上記外部電源が生じる電力を受けることにより、上記制御電流を生じさせてステータ２のコイル２３まで伝送させる。これにより、ステータ２のコイル２３を通過した制御電流により磁極柱２２の磁極面２２１に磁極が形成され、そしてローター３の永久磁石３２と互いに排斥の作用が生じられるため、ローター３を駆動してファンホイール４が回転するように作動するのを連動することができる。

そのうち、本発明の直流ファンによれば、いかなる余分なブラシと方向転換器を利用することなく、上記制御電流を直接制御駆動ユニット５を経由してステータ２まで伝送することができる。従って、本発明の直流ファンの構造によれば、上記制御電流を伝送する時に生じる干渉とノイズを確実に大幅に減らすことができる。これにより、制御駆動ユニット５の回路は知恵型の集成回路により構成され、上記制御電流が過大な干渉またはノイズの影響を受けない情況で高い正確性の制御電流をそれぞれのコイル２３まで出力することにより、回転速度の制御を行うことができるとともに、さらに高い制御の敏感性と制御の正確性を高めることができる。

詳しく言えば、制御駆動ユニット５にコンバータ回路を設置することにより、上記コンバータ回路の作動によりフィードバックの信号を生じることができるため、本発明の直流ファンに対して正確な回転速度によるサーボ制御を行うことができる。その他に、パルス幅変調（Pulse Width Modulation）の技術を制御駆動ユニット５に応用することができ、そして導通時間のパルス幅を変えることによってステータ２に附加する均等な電力を調整することにより、その回転速度を変えることができる。さらに、直接制御駆動ユニット５により検知し、そしてそれによって生じる制御電流をフィードバックすることにより、異常な運転状態時において警告の信号を発したり、または本発明の直流ファンがその他の装置とシステムの整合を行う時に提供したりして運用することができる。

上述の如く、従来の直流ファンによれば、ブラシと方向転換器を利用して直流電力を伝送しなければならないため、上記直流電力から過大なノイズが生じられるという問題点があったが、本発明の内ローター式直流ファンによれば、制御駆動ユニット５から出力した高い正確性を有する制御電流を直接ステータ２まで伝送することにより、上記制御電流が過大なノイズを含有するのを有効に避けることができ、さらに制御駆動ユニット５を通じて知恵的な回転速度の制御を行うことができる。その他に、選択的に射出成形による被覆の方式を利用してステータ２を直接ハウジング１の収容空間１０の内に固定することにより、本発明の直流ファンの組立上の便利性をより一層高めることができる。

本発明は、その精神及び必須の特徴事項から逸脱することなく他のやり方で実施することができる。従って、本明細書に記載した好ましい実施形態は例示的なものであり、限定的なものではない。

１ ハウジング
１０ 収容空間
１１ 導風外框
１１１ 風入口
１１２ 風出口
１２ 載置框
１２１ 本体
１２２ 底板
１２３ 位置決め部材
１２４ 開口
１３ 連接部材
１４ 流路
１５ 第一軸受け
１６ 第二軸受け
２ ステータ
２１ 環状体
２１１ 内周面
２２ 磁極柱
２２１ 磁極面
２３ コイル
３ ローター
３１ 軸桿
３２ 永久磁石
４ ファンホイール
５ 制御駆動ユニット
９ 直流ファン
９１ ハウジング
９１０ 収容空間
９２ ステータ
９２１ 永久磁石リング
９２２ ブラシ
９３ ローター
９３１ 軸桿
９３２ 巻線鉄芯
９３３ 方向転換器
９４ ファンホイール

Claims (5)

1. ハウジング（１）、ローター（３）、ステータ（２）、ファンホイール（４）および制御駆動ユニット（５）を有する内ローター式直流ファンにおいて、ハウジング（１）は載置框（１２）を備え、載置框（１２）には本体（１２１）、底板（１２２）と位置決め部材（１２３）が含まれ、本体（１２１）と底板（１２２）は互いに結合して収容空間（１０）を形成し、位置決め部材（１２３）は収容空間（１０）内に固設され、ローター（３）は回動自在に収容空間（１０）内に収容され、ローター（３）は軸桿（３１）と永久磁石（３２）を備え、永久磁石（３２）は軸桿（３１）の外側周面に嵌接し固定され、ステータ（２）は載置框（１２）の収容空間（１０）内に固設され、ステータ（２）はローター（３）を囲むように設置され、ステータ（２）は複数個の磁極面（２２１）を備え、磁極面（２２１）は永久磁石（３２）の外周面に向くように形成され、それぞれの磁極面（２２１）と永久磁石（３２）との間にはエアギャップが形成され、ステータ（２）には他に少なくとも一個のコイル（２３）が設けられ、ファンホイール（４）は軸桿（３１）の一端に結合され、制御駆動ユニット（５）は収容空間（１０）内に収容され、制御駆動ユニット（５）はステータ（２）のコイル（２３）と電気的に接続するように形成され、位置決め部材（１２３）はステータ（２）に隣接するように形成され、さらに制御駆動ユニット（５）は底板（１２２）と位置決め部材（１２３）との間に固設するように形成されることを特徴とする内ローター式直流ファン。
2. ハウジング（１）の載置框（１２）は射出成形による被覆の方式でステータ（２）に結合されることを特徴とする請求項１に記載の内ローター式直流ファン。
3. 永久磁石（３２）と磁極面（２２１）はローター（３）の軸方向上における長さが同じになるように形成されることを特徴とする請求項１に記載の内ローター式直流ファン。
4. コイル（２３）は複数個からなり、かつステータ（２）には複数個の磁極柱（２２）が形成され、複数個の磁極柱（２２）がローター（３）に向く一端にはそれぞれ複数個の磁極面（２２１）が形成され、かつ複数個のコイル（２３）はそれぞれ複数個の磁極柱（２２）に巻き付けるように形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の内ローター式直流ファン。
5. ステータ（２）には他に環状体（２１）が形成され、それぞれの磁極柱（２２）の他端は環状体（２１）の内周面に連接するように形成されることを特徴とする請求項４に記載の内ローター式直流ファン。

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