JP5532156B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば換気扇や空気調和装置に活用される送風装置に関するものである。

近年、換気扇や空気調和装置に活用される送風装置においては、小型・軽量化をした上での高出力化、使用環境温度の広範囲対応化が求められている。

従来のこの種の送風装置の構造は、下記のような構造となっていた。

すなわち、空気吸込口と空気排出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられたファンと、このファンに、その回転軸が連結されるとともに、前記本体ケースに固定されたモータと、このモータの回転制御を行う制御回路とを備え、この制御回路は、基板に電子部品を実装した構成となっていた（例えば下記特許文献１）。

特開昭６２−１０５５１号公報

上記従来例における課題は、装置が大型化してしまうということであった。

すなわち、上記従来例の制御回路は、基板に電子部品を実装した構成となっており、この電子部品が発熱により高温化してしまうので、この制御回路は、モータとは別体とし、本体ケース内の最も冷却しやすい部分に実装していた。

このため、本体ケース内に、制御回路専用の取付けスペースが必要となり、これが装置の大型化を引き起こす原因となっていたのである。

また、換気扇や空気調和装置においては、使用環境温度が非常に高い地域でも使用されるようになってきたため、法規制による外郭温度の規制への対応や、電子部品の動作温度範囲の規制への対応のために、電流容量等の仕様の大きな電子部品を使用することが必要となり、これも装置の大型化を引き起こす原因となっていたのである。

そこで本発明は、装置の小型化を図ることを目的とするものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、
空気吸込口と空気排出口を有する本体ケースと、
この本体ケース内に設けられたファンと、
このファンに、その回転軸が連結されるとともに、前記本体ケースに固定されたモータと、
このモータの回転制御を行う電子部品にて構成され、基板に実装された制御回路とを備え、
前記モータは、少なくとも一部分を前記本体ケース外に突出させるとともに、
前記モータはモールド樹脂体で一体化されたステータ完成体とロータ完成体を有し、
前記ステータ完成体には前記制御回路を取付け、
前記ロータ完成体は軸受ブラケットで固定され、
制御回路と軸受ブラケットとの間には放熱用シリコンを介在させてモータを構成し、
前記基板の前記本体ケース側に、電子部品を実装し、
前記ファンは遠心型ファンにより構成し、
この遠心型ファンの、前記本体ケースの前記空気吸込口側の開口を大径開口、その反対側の開口を、前記大径開口よりも小径の小径開口とし、
かつ、前記遠心型ファンの外径は、前記大径開口側よりも前記小径開口側を小さく形成し、
前記遠心型ファンの前記小径開口に対向する前記本体ケース部分に、前記モータを固定した構成とし、これにより初期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、空気吸込口と空気排出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられたファンと、このファンに、その回転軸が連結されるとともに、前記本体ケースに固定されたモータと、このモータの回転制御を行う電子部品にて構成され、基板に実装された制御回路とを備え、前記モータは、少なくとも一部分を前記本体ケース外に突出させるとともに、前記モータはモールド樹脂体で一体化されたステータ完成体とロータ完成体を有し、前記ステータ完成体には前記制御回路を取付け、前記ロータ完成体は軸受ブラケットで固定され、制御回路と軸受ブラケットとの間には放熱用シリコンを介在させてモータを構成し、前記基板の前記本体ケース側に、電子部品を実装し、前記ファンは遠心型ファンにより構成し、この遠心型ファンの、前記本体ケースの前記空気吸込口側の開口を大径開口、その反対側の開口を、前記大径開口よりも小径の小径開口とし、かつ、前記遠心型ファンの外径は、前記大径開口側よりも前記小径開口側を小さく形成し、前記遠心型ファンの前記小径開口に対向する前記本体ケース部分に、前記モータを固定したものであるので、モータと制御回路が一体化され、その結果として制御回路だけを設置する専用のスペースを設ける必要がなくなり、これにより装置の小型化を図ることができるようになる。

また、制御回路の電子部品の熱は、放熱用シリコンを介して軸受ブラケットに伝達拡散させ、この本体ケース内面を流れるファンの送風により放熱させることができるので、制御回路の動作が不安定化するのを防止することもできるとともに、モータ寸法を変更することなく、その上、電子部品のスペックを上げることなく、モータ出力を向上することもできる。さらには、使用環境温度が非常に高い地域で使用しても、法規制による外郭温度の規制への対応や、電子部品の動作温度範囲の規制への対応をした上で、装置の小型化を図ることができる。

さらに、制御回路の電子部品の発熱を上述のごとく軸受ブラケットに伝達、拡散させることで、十分な冷却を行うことができるので、つまり別途冷却フィン等を設ける必要がないので、この点からも装置の小型化が図れるものとなる。

また、遠心型ファンの大径開口部ではファンの径が大きく、小径開口部ではファンの径が小さいので、遠心型ファンから吹き出す空気の一部が、本体ケースの天井面側に到達しやすくなり、電子部品の発熱をより効率的に放熱することができる。

本発明の一実施形態を示す斜視図 同断面図 同主要部の断面図 同主要部の拡大断面図 同制御器のブロック図

以下本発明の一実施形態を、天井埋め込み形の換気扇に活用したものを、添付図面を用いて説明する。

図１において、１は略直方体形状の本体ケースで、図２に示すごとく下面には空気吸込口２が、また外周面には空気排出口３が、それぞれ合成樹脂で一体に形成されている。

この本体ケース１の天井面４は、金属板により形成されており、その略中央部には貫通孔５が形成されている。

また、上記本体ケース１内には、遠心型ファン６が設けられており、その略中心軸部分に設けた円管状の軸支部７には、モータ８の回転軸９の下端が貫通させられており、この回転軸９の下端部分において遠心型ファン６が実質的な固定状態（必要に応じての着脱自在を含む）で取り付けられている。

上記モータ８は、図２、図３に示すように、回転軸９上部の上、下に軸受１０、１１が設けられ、これら上、下の軸受１０、１１間の回転軸９部分にロータ１２が固定されている。

また、ロータ１２の外周方向には、所定間隔をおいて絶縁体１３を装着したステータコア１４（固定子鉄心）に駆動コイル１５が巻装されたステータ１６（固定子）が配置されている。

一方モータ８の遠心型ファン６とは反対側には、図５に示した制御回路１７を構成する基板１８が配置されている。

そしてこの基板１８は図３に示したように、モールド樹脂体１９により一体化されたステータ完成体２０に取付けられロータ完成体２１はステータ完成体２０と金属板により形成された軸受ブラケット２２により固定されている（当然のことではあるが、回転軸９、ロータ１２、軸受１０、１１の回転部分はモールド樹脂体１９が直接的には接していない状態で、可動が可能な状態となっている）。

この状態についてさらに詳述すると、このようにステータ完成体２０に取付けられた制御回路１７の基板１８には絶縁シート２３が配置され、さらに軸受ブラケット２２との間には放熱用シリコン２４を介在させてモータ８が構成されている。

そして、モータ８は、上記本体ケース１に設けた貫通孔５を、この本体ケース１外から本体ケース１内に、図２のごとく上方から下方に向けて突入させられ、この図２に示した状態で、モールド樹脂体１９の上面から本体ケース１の天井面４に、ねじ（図示せず）が螺合させられ、これにて本体ケース１の天井面４への、モータ８と制御回路１７との固定が完了する。

さて、このように本体ケース１の天井面４へのモータ８と制御回路１７の固定が完了した状態では、ステータ完成体２０に取付けられた基板１８部分で、図４のごとく本体ケース１外から本体ケース１内に図５で示した制御回路１７の発熱量の大きな半導体素子などの電子部品２５を実装した構成となっている。

半導体素子などの電子部品２５は図５においてインバータを構成するものであり、動作時には、大きな発熱を伴うものである。

つまり、図５において、電源２６は全波整流回路２７で全波整流され、次にコイル２８とコンデンサ２９でより直流に近い状態に整流され、この直流を使って半導体素子などの電子部品２５（インバータ）は、モータ８の回転数制御を行うものである。

半導体素子などの電子部品２５（インバータ）は大きな電流が流れ、かつスイッチングがおこなわれるので、大きな発熱を伴うものであり、そこで本実施形態では上述のごとく、ステータ完成体２０に取付けられた状態の基板１８部分で、図４のごとく本体ケース１外から本体ケース１内に、図５で示した制御回路１７の半導体素子などの電子部品２５を実装した。

この場合、半導体素子などの電子部品２５（インバータ）の下面には絶縁シート２３が配置され、さらに放熱用シリコン２４を介在させているので、半導体素子などの電子部品２５の発熱は、放熱用シリコン２４を介して金属板により形成された軸受ブラケット２２に効率よく伝達され、放熱されることになる。

ここで本実施形態では、天井面４の下方に配置した遠心型ファン６の、本体ケース１の空気吸込口２側（下側）の開口を大径開口６ａとし、その反対側（上側）の開口を、前記大径開口６ａよりも小径の小径開口６ｂとし、この小径開口６ｂに対向する本体ケース１の天井面４部分にモータ８を図２のごとく固定した。

つまり、上記遠心型ファン６小径開口６ｂに対向する、本体ケース１の天井面４部分に貫通孔５を形成し、これにて上述のごとくモータ８を天井面４に固定するようにしているのである。

そしてこのような状態とすると、遠心型ファン６の駆動に伴う送風の一部が、本体ケース１の天井面４に到達しやすくなり、この点からこの天井面４に効果的に伝達してきた半半導体素子などの電子部品２５の発熱を、この送風により、より効果的に放熱することができるようになるので、半導体素子などの電子部品２５のスペックを上げることなく、モータ出力を向上することもできる。さらには、使用環境温度が非常に高い地域で使用しても、法規制による外郭温度の規制への対応や、電子部品の動作温度範囲の規制への対応をした上で、装置の小型化を図ることができる。

上記構成とすることにより遠心型ファン６の駆動に伴う送風の一部を、金属板製の天井面４に到達しやすくできる理由は、現状においては十分に解析できてはいないが、一因として下記の点が理由として挙げられる。

つまり、遠心型ファン６の大径開口６ａ部ではファンの径が大きいので、大量の風を空気吸込口２から吸い込み、空気排出口３へと排出することができるのに対し、遠心型ファン６の小径開口６ｂでは、ファンの径が小さいので、空気排出口３へと排出力が小さく、よって遠心型ファン６の駆動に伴う送風の一部が、金属板製の天井面４に到達しやすくなるものと、現状では考えられるのである。

また、本実施形態においては、図４のごとく、本体ケース１の天井面４であって、モータ８の取付部に円環状の凹部４ａを形成しているので、上述のごとく、半導体素子などの電子部品２５の電子部品の発熱を遠心型ファン６の駆動に伴う送風により、より効果的に放熱することができる。

また、本実施形態においては、図４のごとく、本体ケース１の天井面４であって、モータ８外周部分に、半導体素子などの電子部品２５の外周空間を覆う円環状の突出部４ｂを
形成しているので、加工硬化により天井面４の強度が強化されるだけでなく、半導体素子などの電子部品２５からのノイズ放射を抑制することもできる。

つまり、半導体素子などの電子部品２５は上述のごとくインバータを構成するものであって、スイッチングによるノイズ発生の恐れもあるが、本実施形態のごとく半導体素子などの電子部品２５の外周空間を覆う円環状の突出部４ｂを形成すれば、この突出部４ｂが障壁となってノイズの放射を抑制することができるのである。

また、このノイズ発生の観点からも半導体素子などの電子部品２５を基板１８の下面側に配置することが効果的ではあるが、この図４に示すように基板１８の半導体素子などの電子部品２５装面（下面）とは反対側の面（上面）にグランドラインの銅箔１８ａを設ければ、ノイズ放射の抑制をさらに効果的に行える。

以上のように本発明は、空気吸込口と空気排出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられたファンと、このファンに、その回転軸が連結されるとともに、前記本体ケースに固定されたモータと、このモータの回転制御を行う電子部品にて構成され、基板に実装された制御回路とを備え、前記モータは、少なくとも一部分を前記本体ケース外に突出させるとともに、前記モータはモールド樹脂体で一体化されたステータ完成体とロータ完成体を有し、前記ステータ完成体には前記制御回路を取付け、前記ロータ完成体は軸受ブラケットで固定され、制御回路と軸受ブラケットとの間には放熱用シリコンを介在させてモータを構成し、前記基板の前記本体ケース側に、電子部品を実装した構成としたものであるので、装置の小型化を図ることができる。

すなわち、モータの少なくとも一部分を前記本体ケース外に突出させるとともに、前記モータはモールド樹脂体で一体化されたステータ完成体とロータ完成体を有し、前記ステータ完成体には前記制御回路を取付け、前記ロータ完成体は軸受ブラケットで固定され、制御回路と軸受ブラケットとの間には放熱用シリコンを介在させてモータを構成し、前記基板の前記本体ケース側に、半導体素子など発熱量の大きな電子部品を実装した構成としたものであるので、モータと制御回路が一体化され、その結果として制御回路だけを設置する専用のスペースを設ける必要がなくなり、これにより装置の小型化を図ることができるようになるのである。

また、制御回路における半導体素子などの電子部品の熱は、放熱用シリコンを介してと軸受ブラケットに伝達拡散させ、この本体ケース内面を流れるファンの送風により放熱させることができるので、制御回路の動作が不安定化するのを、防止することもできる。

さらに、制御回路の電子部品の熱は、放熱用シリコンを介して軸受ブラケットに伝達拡散させ、この本体ケース内面を流れるファンの送風により放熱させることができるので、モータ寸法を変更することなく、モータ出力を向上することもできる。

さらに、制御回路の半導体素子など電子部品の熱を上述のごとく軸受ブラケットに伝達拡散させ、十分な冷却を行うことができるので、つまり別途冷却フィン等を設ける必要がないので、この点からも装置の小型化が図れるものとなる。

したがって、例えば換気扇や空気調和装置への活用が大いに期待されるものとなる。

１ 本体ケース
２ 空気吸込口
３ 空気排出口
４ 天井面
４ａ 凹部
４ｂ 突出部
５ 貫通孔
６ 遠心型ファン
６ａ 大径開口
６ｂ 小径開口
７ 軸支部
８ モータ
９ 回転軸
１０ 軸受
１１ 軸受
１２ ロータ
１３ 絶縁体
１４ ステータコア
１５ 駆動コイル
１６ ステータ
１７ 制御回路
１８ 基板
１８ａ 銅箔
１９ モールド樹脂体
２０ ステータ完成体
２１ ロータ完成体
２２ 軸受ブラケット
２３ 絶縁シート
２４ 放熱用シリコン
２５ 電子部品
２６ 電源
２７ 全波整流回路
２８ コイル
２９ コンデンサ

Claims (5)

1. 空気吸込口と空気排出口を有する本体ケースと、
   この本体ケース内に設けられたファンと、
   このファンに、その回転軸が連結されるとともに、前記本体ケースに固定されたモータと、
   このモータの回転制御を行う電子部品にて構成され、基板に実装された制御回路とを備え、
   前記モータは、少なくとも一部分を前記本体ケース外に突出させるとともに、
   前記モータはモールド樹脂体で一体化されたステータ完成体とロータ完成体を有し、
   前記ステータ完成体には前記制御回路を取付け、
   前記ロータ完成体は軸受ブラケットで固定され、
   制御回路と軸受ブラケットとの間には放熱用シリコンを介在させてモータを構成し、
   前記基板の前記本体ケース側に、電子部品を実装し、
   前記ファンは遠心型ファンにより構成し、
   この遠心型ファンの、前記本体ケースの前記空気吸込口側の開口を大径開口、その反対側の開口を、前記大径開口よりも小径の小径開口とし、
   かつ、前記遠心型ファンの外径は、前記大径開口側よりも前記小径開口側を小さく形成し、
   前記遠心型ファンの前記小径開口に対向する前記本体ケース部分に、前記モータを固定した送風装置。
2. 前記本体ケース側に実装する前記電子部品は、発熱する電子部品としたことを特徴とする請求項１記載の送風装置。
3. 前記発熱する電子部品は半導体素子としたことを特徴とする請求項２記載の送風装置。
4. 前記遠心型ファンの前記小径開口に対向する前記本体ケース部分に凹部を形成し、この絞り部に前記モータを固定したことを特徴とする請求項１〜３いずれかひとつに記載の送風装置。
5. 前記本体ケースの前記凹部に貫通孔を形成し、前記本体ケース内部に前記軸受ブラケットを露出させたことを特徴とする請求項４に記載の送風装置。

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