JP5542731B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、業務用や車両用の天井設置型や天井埋め込み型、壁掛け型などの空気調和装置に関するもので、特に薄型化をはかった空気調和装置に係るものである。

従来の空気調和装置において、密封空間に配置されたファンモータの加熱による不具合発生を防止するために、種々の方策がなされている。その１つとしての斜流送風機において、ケーシング内にモータと羽根車とを収納し、モータをケーシングの背面板に取りつけるとともに、羽根車は截頭円錐状のボスの中空部にモータが位置し、かつボスの大径端部とケーシングの背面板に隙間Ｓを存してモータを取りつけ、羽根車の回転時にボスの小径端部から吸い込まれた空気が、ボス円錐面の外面を流通した後、ボスの大径端部から前記隙間Ｓを通ってボスの中空部内に流入した吹き出し空気の一部をボスの截頭面に設けた通風穴から外方に流出させる技術が示されている（例えば、特許文献１）。

実公昭６２−０１８７１７号公報

しかしながら上記特許文献１に示された技術では、最近の空気調和装置に対するより薄型化、コンパクト化要求に対しては、必ずしも充分に対応することが不可能という問題点がある。すなわち空気調和装置の基本性能を維持しながら要求されている薄型化、コンパクト化を図るために、単にケーシング内のモータと羽根車間の隙間を狭くしようとすると、圧損が大きくなりモータの過熱防止に必要な冷却風の供給が充分に行われないという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータの基本性能を損なわずに密閉された状態での過熱を防止した薄型化、コンパクト化された空気調和装置を提供することにある。

第１の発明に係る空気調和装置は、ケーシング内の底板に設置されたモータと、該モータの上部にターボファンが直結され、ケーシングには、ターボファンと対向する上部に吸気口が、ターボファンの外周部に対向して熱交換器が設けられているとともに、該熱交換器と対向する側部に排気口が設けられているものであり、空気調和装置内における空気の流路として、ターボファンの回転によって吸気口から導入される外気が、ターボファンの外周部から熱交換器を介して排気口から排出される第１の流路と、この第１の流路から分岐してターボファンの外周部から底板とファンベースとの間を通り、モータのステータフレームの上部のコーナ部に設けられた複数の冷却用溝を介し、ファンベースの中央部の通気口を通り、吸気口から導入される外気と合流する第２の流路とが設けられているものである。

第２の発明に係る空気調和装置は、ケーシング内の底板に設置されたモータと、該モータの上部にプロペラファンが直結され、ケーシングには、プロペラファンと対向する上部に吸気口が、プロペラファンの外周部に対向して熱交換器が設けられているとともに、該熱交換器と対向する側部には排気口が設けられているものであり、プロペラファンの回転によって吸気口から導入される外気が、プロペラファンの外周部から、およびモータのステータフレームの上部のコーナ部に設けられた複数の冷却用溝を通り、熱交換器を介して排気口から排出されるものである。

第１の発明に係る空気調和装置は上記のように吸気された外気が第２の流路であるモータのステータフレームの上部のコーナ部に設けられた複数の冷却用溝を通るので、圧損を少なくしモータを効率よく冷却することが可能となり、モータおよび空気調和装置の基本性能や風量を損なうことなく、薄型化、コンパクト化された空気調和装置を得ることができる。

また、第２の発明に係る空気調和装置も上記のように吸気された外気がモータのステータフレームの上部のコーナ部に設けられた複数の冷却用溝を通るので、圧損を少なくしモータを効率よく冷却することが可能となり、上記第１の発明と同様の効果を奏する。

実施の形態１による空気調和装置を示す断面図である。 実施の形態１によるモータの内部構造を示す断面図である。 実施の形態１によるモータのステータを示す正面断面図である。 実施の形態１によるステータフレームに設けられた冷却用溝を示す図である。 実施の形態１によるステータを内部から見た展開図である。 実施の形態２による空気調和装置を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１による空気調和装置１００の構造を示す断面図である。図１において空気調和装置１００は、ケーシング１内に設置されたモータ５の上部に直結されたターボファン６と、熱交換器８を主な構成要素とする。尚、モータ５とターボファン６とで送風機７を構成する。ケーシング１の上部には外気を導入する吸気口２が、側部９にはターボファン６が送り出す空気を排出する排気口３が設けてあり、またケーシング１の底板４にモータ５が設置されている。このケーシング１に支持される熱交換器８はターボファン６の外周部１０に対向して設けてあり、この熱交換器８と対向するケーシング１の側部９に前記排気口３が設けられている。

図２にモータ５の内部構造を示す。図２において、モータ５はステータ５０とロータ５１に大別される。ステータ５０は、鉄心１８とこの鉄心１８に絶縁ボビン１９に巻線されたコイル２０と、これらの固定と外郭の形成を兼ねて一体的に形成された樹脂モールド成形品のステータフレーム１３とにより構成されている。ここで樹脂としては一般に市販されているアルミナ粉末を混入した熱伝導性の良い樹脂を用いる。ロータ５１は、ステータフレーム１３に固定された軸受２５を介して回転可能に支持されるシャフト２６と、このシャフト２６に設けられた永久磁石２４によって構成されている。
図３にステータ５０の正面断面図を示す。図３において、鉄心１８には複数極（図３では９極）のティース１８ａが設けられているとともに、各ティース１８ａには、コイル２０が集中巻きされている。ここで鉄心１８は薄鋼板を打ち抜き後積層されたものである。

この実施の形態１において、図１に示すようにモータ５のステータフレーム１３の上部のコーナ部１３ａが、ターボファン６のファンベース１５に最も近接する部位となっている。この部位では後述するターボファン６の生成する空気流の抵抗が増大する。従って図１、図２および後述する図４に示すように、ステータフレーム１３の上部のコーナ部１３ａに断面略長方形状の複数の冷却用溝１４を設け、この冷却用溝１４内を空気が流れることにより圧損増加を防止している。
尚、当然のことながら前記コーナ部１３ａとファンベース１５との間にも空気は流れる。さらにモータ５の上部のターボファン６が直結されるファンベース１５の中央部１５ａには複数個の通気口１６が設けてあり、この通気口１６を通り前記冷却用溝１４から送出される空気がターボファン６内に戻され、吸気口２から導入される外気と合流する。
図４はモータ５を上部、すなわちターボファン６側から見たステータフレーム１３に設けられた冷却用溝１４を示す平面図である。
図５には、図３に示したステータ５０の内径側から見た平面展開図を示す。図５から判るように、ステータフレーム１３に設けられた複数極である複数のティース１８ａに巻線されたコイル２０のコイルエンド３１部分は大きなコイルコーナＲ部３０を形成しているため、隣接するコイル間つまり極間にはコイル２０の無いデッドスペース２７が生じる。
図４に示すように上記デッドスペース２７に相当する部位のステータフレーム１３の外側のコーナ部１３ａにＸ−Ｘ矢視で示すように冷却用溝１４が設けられており、空気は矢印Ａから矢印Ｂの流路を通る。

次にこの空気調和装置１００における空気の流れを主体とする動作を図に基づいて説明する。
図１に示すように、モータ５の駆動によりターボファン６が回転すると、ケーシング１の上部吸気口２から外気が導入される。この流入した外気の空気はターボファン６の外周部１０から第１の流路１１である熱交換器８を介して温度調節され排気口３からケーシング１の外部に排出される。この第１の流路１１を流れる空気は空気調和装置１００の本来の機能であり、例えば室内や車両内の冷暖房に供される。一方、ターボファン６の外周部１０から前記第１の流路１１から一部の空気流が分岐して、ターボファン６のファンベース１５とケーシング１の底板４との間からモータ５のステータフレーム１３に至りステータフレーム１３の冷却用溝１４をＡからＢへと通り、さらにファンベース１５の中央部１５ａに設けられた通気口１６から、ターボファン６内の前述した第１の流路の空気と合流する第２の流路１２が形成される。この第２の流路１２を通る空気は、熱交換器８を介するものではないのでモータ５に対しては、常に冷却風として機能する。従って、ステータフレーム１３に設けられた冷却用溝１４を冷却風が通ることにより、モータ５が冷却される。

このように空気調和装置１００の薄型化、コンパクト化を行う為に、モータ５とターボファン６との間隔を狭くしても、冷却風が第２の流路１２を形成するステータフレーム１３の冷却用溝１４を通る冷却風通路が確保されてモータ５が冷却される。
従って、コイル２０自体の通電に伴う発熱を効率よく放熱して銅損増大を防止し、軸受２５等の機械損による温度上昇も低下可能となる。それに伴い、永久磁石２４の温度上昇も抑制可能となり、長寿命化し、モータ５の性能を損なうことなく、結果として優れた性能を備えた薄型化、コンパクト化された省エネの空気調和装置１００を得ることができる。

実施の形態２．
次に実施の形態２を図に基づいて説明する。
図６は、実施の形態２による空気調和装置１００の構造を示す断面図であり、前述した実施の形態１の図１ではターボファン６がモータ５の上部に直結されていたのが、この実施の形態２では前記ターボファン６に代替してプロペラファン２９をモータ５の上部に直結したものであり、それ以外は図１と同一であるので説明を省略する。
次に動作を説明する。
モータ５の駆動によりプロペラファン２９が回転し、吸気口２から導入された外気は、熱交換器８を通り温度調節されて排気口３から外部に排出される。またプロペラファン２９の内径側を通る空気は、モータ５のステータフレーム１３の冷却用溝１４をＢからＡへと通りモータ５を冷却して、前記熱交換器８を介して外部に排出される。
このようにこの実施の形態２でも、プロペラファン２９と近接するステータフレーム１３の上部のコーナ部１３ａに冷却用溝１４を設けているので、冷却風通路が確保されてモータ５が冷却され、結果として空気調和装置１００の薄型化、コンパクト化が可能となる。

実施の形態３．
次に実施の形態３について説明する。
前記実施の形態１は空気調和装置１００の第１の流路および第２の流路の一部であるステータフレーム１３の冷却用溝１４を空気（冷却風）が流れる構成により、また実施の形態２もプロペラファン２９の内径側からステータフレーム１３の冷却用溝１４を通る空気（冷却風）によりモータ５の過熱を防止したものであった。しかしながら前記実施の形態１、２によるモータ５の構造は、空気調和装置１００に限定して使用されるものではなく、一般的な用途のモータであって、例えば電気装荷がきびしく、温度上昇が大きな自然空冷式のモータにも適用可能である。すなわちモータ５のステータフレーム１３に複数の冷却用溝１４が冷却ファンとして作用し、放熱面積が拡大してモータ５の過熱を抑制する。従って強制的な通風冷却を備えた装置以外のモータとしても適用できるという利点がある。

実施の形態４．
上記実施の形態１、２では、ステータフレーム１３を熱伝導性の良い樹脂モールド成形フレームとする例を示したが、これに限らず、鉄やその合金等の熱伝導性のよい金属性フレームであってもよい。
また、冷却用溝１４は断面形状を略長方形状のものを示したがこれに限らずコイル２０間のデッドスペース２７形状に対応した、例えば逆凸字状や、さらにはステータフレーム１３の製作性からＵ字形状等であってもよい。ここで溝断面の終端は面取りをすることで冷却風路面積が大きくなる。さらに実施の形態１、２のモータ５のステータは９極の場合であって冷却用溝１４も極間に設けられた９本の例を示したが、これに限らずモータ５に要求される機能に応じた６極、１２極に対応した６本、１２本の冷却用溝１４であってもよく、また必ずしも極間毎に設ける必要もない。またティース１８ａに巻きつけるコイル２０は、ティース１８ａの先端側（ロータ側）に集中するように巻線することで、デッドスペース２７を大きくすることができ、大きな冷却用溝１４の形成が可能となる。
またさらに、冷却用溝１４は図１、図２、図４で示した例では直線状に形成された例を示したが、モータ５の回転方向、つまりターボファン６あるいはプロペラファン２９の回転方向と同じ方向に実施の形態１ではステータフレーム１３の下方から上方に、すなわち図１のＡからＢにかけて、実施の形態２ではステータフレーム１３の上方（Ｂ）から下方（Ａ）にかけてスキューして設けてもよく、その結果圧損が低減される。

１ ケーシング、２ 吸気口、３ 排気口、４ 底板、５ モータ、
６ ターボファン、８ 熱交換器、９ 側部、１０ 外周部、１１ 第１の流路、
１２ 第２の流路、１３ ステータフレーム、１３ａ コーナ部、１４ 冷却用溝、
１５ ファンベース、１６ 通気口、２９ プロペラファン、５０ ステータ、
１００ 空気調和装置。

Claims (5)

1. ケーシング内の底板に設置されたモータと、該モータの上部にターボファンが直結された空気調和装置であって、前記ケーシングには、前記ターボファンと対向する上部に吸気口が、前記ターボファンの外周部に対向して熱交換器が設けられているとともに、該熱交換器と対向する側部に排気口が設けられているものであり、前記空気調和装置内における空気の流路として、前記ターボファンの回転によって前記吸気口から導入される外気が、前記ターボファンの外周部から前記熱交換器を介して前記排気口から排出される第１の流路と、この第１の流路から分岐して前記ターボファンの外周部から前記底板とファンベースとの間を通り、前記モータのステータフレームの上部のコーナ部に設けられた複数の冷却用溝を介し、前記ファンベースの中央部の通気口を通り、前記吸気口から導入される外気と合流する第２の流路とが設けられていることを特徴とする空気調和装置。
2. ケーシング内の底板に設置されたモータと、該モータの上部にプロペラファンが直結された空気調和装置であって、前記ケーシングには、前記プロペラファンと対向する上部に吸気口が、前記プロペラファンの外周部に対向して熱交換器が設けられているとともに、該熱交換器と対向する側部には排気口が設けられているものであり、前記プロペラファンの回転によって前記吸気口から導入される外気が、前記プロペラファンの外周部から、および前記モータのステータフレームの上部のコーナ部に設けられた複数の冷却用溝を通り、前記熱交換器を介して前記排気口から排出されることを特徴とする空気調和装置。
3. 前記ステータフレームは熱伝導性樹脂モールド成形フレームあるいは金属製フレームであることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記冷却用溝は、前記ターボファンあるいはプロペラファンの回転方向と同じ方向にスキューして設けられていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の空気調和装置。
5. 前記冷却用溝は、前記モータのステータの極間毎に設けられていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の空気調和装置。

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