JP5786364B2 - ファンモータ - Google Patents

Description

本発明は、ファンモータに関する。

従来から、電子機器に搭載されるＣＰＵ、液晶パネルや、車両に搭載されるのラジエータ等の各種の発熱部品を送風により冷却する送風用のファンとして、ファンとモータとが一体的に構成されたファンモータが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

下記特許文献１に記載のファンモータは、ケージング１１と、ケージング１１の内側にケージング１１と一体的に形成された軸受けハウジング１２と、軸受けハウジング１２内で回転可能なシャフト１と、シャフト１に固定されたカップ状の回転子６と、回転子６の外周面に形成された羽根部７とを有する。軸受けハウジング１２の外周にはコイル５ａを含む固定子５が設けられており、カップ状の回転子６の内周には、固定子５に対向する位置にマグネット６ａが設けられている。この固定子５と、マグネット６ａとの磁束の作用により回転子６が回転することで、回転子６に設けられた羽根部７が回転し、気流が発生する。

特開２００６−０７４９６４号公報（段落［００１３］、［００１４］図１）

一般的にファンモータは、上記特許文献１に記載のファンロータのように、回転子側にマグネットが設けられている。従って、ファンモータを長期間使用した場合、回転子の回転によりマグネットが回転子から剥がれ落ちてしまう場合があり、ファンモータの耐久性が低いといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、耐久性を向上させることができるファンモータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るファンモータは、ケースと、ファンロータと、ステータとを具備する。
前記ファンロータは、回転の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、前記ケース内に回転可能に設けられ、回転により前記ケース内の気体を圧送する。
前記ステータは、ステータ歯と、コイルと、永久磁石とを有し、前記ケース内に配置され、前記回転の軸方向で前記ファンロータと対向配置される。
前記ステータ歯は、前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチと異なる第２のピッチで配置される。
前記コイルは、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給される。
前記永久磁石は、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ設けられ、前記周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。

本発明では、複数のステータ歯にそれぞれ巻回されたコイルに電力が供給されると、ステータ歯にそれぞれ磁束が発生する。回転の周方向に沿う方向で互いに隣り合うコイルには、位相の異なる電力が供給されるので、互いに隣り合うステータ歯には、原則的に異なる強さの磁束が発生し、この磁束は、時間的に変化することになる。

コイルの通電によりステータ歯に発生した磁束は、ステータ歯の対向面上にそれぞれ設けられ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置された永久磁石に作用し、時間的に変化しながら永久磁石の磁束を強めたり弱めたりする。

これにより、周方向に沿う方向で強弱が時間的に変化する磁束が、ステータ側から発生する。ステータ側から発生した磁束は、ファンロータのロータ歯に作用する。これにより、ステータ歯のピッチ（第１のピッチ）と異なるピッチ（第２のピッチ）で配置されたロータ歯が誘導されてファンロータが回転する。このファンロータの回転により、気流が発生する。

このように、本発明では、ファンロータに永久磁石を配置せずに、ファンモータの動作を実現している。これにより、ファンロータの回転により永久磁石がファンロータから剥がれ落ちてしまうこともなくなり、ファンモータの耐久性を向上させることができる。
また、本発明では、モータの方式としてアキシャルギャップ型のモータ方式が採用されているので、ファンモータの薄型化、小型化の観点からも有利である。

上記ファンモータにおいて、前記ロータ歯は、前記回転により前記気体を圧送するブレードとしての機能を有するロータブレードであってもよい。

本発明では、ロータブレードがロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用するので、ファンロータにブレードを特別に設ける必要がない。従って、ファンモータをさらに小型化、薄型化することができる。

以上説明したように、本発明によれば、耐久性を向上させることができるファンモータを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るファンモータを示す断面図である。 ファンモータを示す斜視図であり、ファンモータの一部が破断された状態を示す図である。 本発明の一実施形態に係るファンロータをステータ側から見た斜視図である。 本発明の一実施形態に係るファンロータをステータ側から見た正面図である。 本発明の一実施形態に係るファンロータの背面図である。 本発明の一実施形態に係るファンロータの側面図である。 本発明の一実施形態に係るファンロータの側方断面図である。 本発明の一実施形態に係るステータをファンロータ側から見た斜視図であり、ステータの一部が分解された様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係るステータをファンロータ側から見た正面図である。 ファンモータの動作原理を説明するための図であり、ファンロータ及びステータをリニアに展開した様子を示す図である。 ファンモータの動作原理を説明するための図であり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに流れる電流の変化を示す図である。 他の実施形態に係るファンロータをステータ側から見た斜視図である。 他の実施形態に係るファンロータをステータ側から見た正面図である。 他の実施形態に係るファンロータの側面図である。 さらに別の実施形態に係るファンロータを示す斜視図である。 さらに別の実施形態に係るファンロータを示す側面図である。 さらに別の実施形態に係るファンモータを示す側方断面図である。 さらに別の実施形態に係るファンロータをステータ側から見た斜視図である。 さらに別の実施形態に係るファンロータを背面側からみた斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
［ファンモータの全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るファンモータを示す断面図である。図２は、ファンモータを示す斜視図であり、ファンモータの一部が破断された状態を示す図である。

これらの図に示すように、ファンモータ１００は、ファンケース３１と、ステータケース３２と有するケース３を備える。また、ファンモータ１００は、ファンケース３１内に軸３１Ｄを中心軸として回転可能に設けられ、回転によりファンケース３１内の気体を圧送するファンロータ１を備える。また、ファンモータ１００は、ステータケース３２内において、ファンロータ１の回転の軸方向でファンロータ１と対向配置され、ファンロータ１を回転させる磁界を発生するステータ２を備える。

本明細書中の説明では、ファンロータ１の回転の軸の向く方向（ｚ軸方向）を軸方向、回転の周囲の方向を周方向、回転の半径方向を径方向として説明する。
また、本明細書中の説明では、ファンロータ１がステータ２と対向する側をファンロータ１の正面側、反対側をファンロータ１の背面側として説明する。また、ステータ２がファンロータ１と対向する側をステータ２の正面側、反対側をステータ２の背面側として説明する。

［ケースの構成］
ファンケース３１は、全体として円筒形状であり、ファンケース３１内にファンロータ１を回転可能に収納することができる程度の大きさとされる。
ファンケース３１は、円筒状の筒部３１Ａと、ファンロータ１の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３１Ｂと、ファンロータ背面側に配置された円板状の第２の側壁部３１Ｃとを含む。

ファンケース３１には、気体をファンケース３１に流入させる流入管４と、気体をファンケース３１内から流出させる流出管５とが設けられる。
流入管４は、一端部がファンケース３１の第１の側壁部３１Ｂの中央と繋がっており、ファンケース３１から軸方向に向けて延びるように設けられている。この流入管４は、ステータケース３２の中央を連通するように設けられる。

一方、流出管５は、一端部がファンケース３１の筒部３１Ａと繋がっており、ファンケース３１から径方向（遠心方向）に延びるように設けられる。

ファンケース３１の内部には、軸３１Ｄが設けられている。軸３１Ｄは、円柱形状を有しており、ファンケース３１の第２の側壁部３１Ｃの中央から、ｚ軸方向でファンケース３１内部へ向けて延びるように設けられる。軸３１Ｄの外周面と、リング状に形成されたファンロータ１（図３参照）の内周面との間には、ボールベアリング等の軸受９が介在される。

ステータケース３２は、ファンケース３１と同様に円筒形状であり、ステータケース３２内にステータ２を収納することができる程度の大きさとされる。
ステータケース３２は、筒部３２Ａと、ステータ２の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３２Ｂと、ステータ背面側に配置された円板状の第２の側壁部３２Ｃとを含む。
ステータケースの第１の側壁部３２Ｂ及び第２の側壁部３２Ｃの中央には、それぞれ流入管４を連通させるための開口が設けられる。

［ファンロータの構成］
図３は、ファンロータ１をステータ２側から見た斜視図である。図４は、ファンロータ１をステータ２側から見た正面図であり、図５は、ファンロータ１の背面図である。図６は、ファンロータ１の側面図であり、図７は、ファンロータ１の側方断面図である。

これらの図に示すように、ファンロータ１は、リング状の形状を有している。このファンロータ１は、ファンロータ本体１１と、ファンロータ本体１１からステータ２側に向けて突出するように設けられた複数のロータブレード１２とを有する。

ロータブレード１２は、ロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用する。すなわち、ロータブレード１２は、ステータ２側から発生する磁界により周方向へ誘導されてファンロータ１に回転力を与えるロータ歯としての機能と、回転により圧力差を発生させ、ファンケース３１内の気体を圧送するブレードとしての機能とを兼用する。

ロータブレード１２は、回転の周方向に沿って４５度ピッチ（第１のピッチ）で、８個配置される（図４参照）。８個のロータブレード１２は、ファンロータ１の中心から放射状に形成されている。

ロータブレード１２は、ファンロータ１の正面側に形成された８個の羽根溝１３によってファンロータ１の正面側に形成される。
羽根溝１３は、深さが周方向及び径方向で一定ではなく、深さが周方向及び径方向で変化して形成されている。羽根溝１３についてさらに詳しく説明すると、羽根溝１３は、周方向での深さが、ファンロータ１の回転方向とは反対方向へ向けて徐々に深くなるように湾曲して形成される。また、羽根溝１３は、ファンロータ１の内周側から外周側にかけて徐々に深さが深くなるように傾斜して形成される（図７参照）。

このように形成された羽根溝１３による気体の流路の面積は、ファンロータ１の内周側から外周側にかけて徐々に大きくなる。これにより、ファンロータ１回転時に、ディフューザ効果により、ファンロータ１の内周側の圧力を、ファンロータ１の外周側の圧力よりも効果的に高くすることができる。

ファンロータ１は、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体により構成されており、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層体構造とされる。ファンロータ１が、強磁性体の薄板が径方向で積層された積層体構造とされることで、ステータ２側から発生する磁界の変化による渦電流の発生を抑制することができる。これにより、エネルギーの損失を低減することができる。

次に、ファンロータ１の製造方法について簡単に説明する。
まず、強磁性体（鉄、ケイ素鋼等）の薄板が径方向で積層されて構成されたリング状の積層構造体（巻鉄心）が用意される。そして、このリング状の積層構造体の一方の面に、複数の羽根溝１３が形成される。羽根溝１３は、周方向では、深さが徐々に深くなるように湾曲して形成され、かつ、径方向では、内周側から外周側にむけて深さが徐々に深くなるように傾斜して形成される。この羽根溝１３の形成により、ロータブレード１２が形成される。このように、本実施形態に係るロータブレード１２は、リング状の積層構造体に羽根溝１３を形成することで、製造可能であるので、容易に製造することができる。

［ステータの構成］
図８は、ステータ２をファンロータ１側から見た斜視図であり、ステータ２の一部が分解された様子を示す図である。図９は、ステータ２をファンロータ１側から見た正面図である。

これらの図に示すように、ステータ２は、ステータ本体２１１と、ステータ本体２１１からファンロータ１側に突出するように設けられた複数のステータ歯２１２とを有するリング状のステータコア２１を有する。また、ステータ２は、ステータ歯２１２の周囲にそれぞれ巻回されたコイル２２と、ステータ歯２１２の正面にそれぞれ設けられた永久磁石２３とを有する。

ステータコア２１のステータ歯２１２は、周方向に沿って、ロータブレード１２のピッチとは異なるピッチ（第２のピッチ）で、複数個設けられる。本実施形態では、ステータ歯は、６０度ピッチで、６個設けられている（図９参照）。ステータ歯２１２は、ステータ２の内周側から外周側にかけて徐々に周方向での幅が広くなるように形成されている。

ステータコア２１は、ファンロータ１と同様に、鉄、ケイ素鋼などの強磁性体によって構成されており、強磁性体の薄板が、径方向で積層された積層体構造とされる。ステータコア２１が、このような積層構造とされることで、磁束の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
ステータコア２１は、強磁性体（鉄、ケイ素鋼等）の薄板が径方向で積層されて構成されたリング状の積層構造体（巻鉄心）の一方の面に、複数の溝を形成することで製造することができる。ステータコア２１も、ファンロータ１と同様に、容易に製造することができる。

ステータ歯２１２に巻回されたコイル２２には、周方向に沿って順番にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の交流電力が供給される。すなわち、周方向で互いに隣り合うコイル２２には、異なる位相の交流電力が供給される。

永久磁石２３は、磁極がファンロータ１側を向くように、かつ、周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。１つのステータ歯２１２に対しては、Ｎ極がファンロータ１側を向くＮ極の永久磁石２３ＮとＳ極がファンロータ１側を向くＳ極の永久磁石２３Ｓとが配置される。すなわち、永久磁石２３は、１つのステータ歯２１２に対して、それぞれ２つずつ設けられる。なお、以降の説明では、１つのステータ歯に対して設けられた永久磁石２３Ｎ、２３Ｓを一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓと呼ぶ場合がある。

一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２と同様に、内周側から外周側に向けて周方向での幅が広くなるように形成されている。一対の永久磁石２３Ｎ、２３Ｓは、ステータ歯２１２の正面２１２ａと同等の面積とされており、ステータ歯の正面２１２ａの全面を覆うように設けられる。

永久磁石２３は、個々に分離されており、この個々に分離された永久磁石２３が接着剤などにより、ステータ歯２１２の正面２１２ａに接着される。

［動作説明］
次に、ファンモータ１００の動作について説明する。
まず、ファンモータ１００の動作原理について説明する。
図１０及び図１１は、ファンモータ１００の動作原理を説明するための図である。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）には、ファンロータ１及びステータ２をリニアに展開した様子が示されており、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流が最大である場合の磁束の流れが示されている。
図１１には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２に流れる電流の変化が示されている。

なお、図１０及び図１１の説明では、便宜的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電力が供給されるコイルをそれぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗと呼ぶ。
また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルが巻回されたステータ歯をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗと呼ぶ。
同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに設けられた永久磁石をＵ相Ｎ極、Ｕ相Ｓ極、Ｖ相Ｎ極、Ｖ相Ｓ極、Ｗ相Ｎ極、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＮ、２３ＵＳ、２３ＶＮ、２３ＶＳ、２３ＷＮ、２３ＷＳと呼ぶ。

なお、図１０では、ロータブレード１２を区別するために、便宜的に左から順番に４つずつ、１２Ａ〜１２Ｄの符号が付されている。

まず、図１０（Ａ）を参照して、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大である瞬間での、ステータ歯２１２とロータブレード１２との位置関係ついて説明する。

この場合、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流が最大であり、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｖ、２２Ｗには、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流の半分の電流が、Ｕ相のコイル２２Ｕに流れる電流と逆向きに流れる（図１１（Ａ）参照）。これにより、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに下向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、それぞれ磁束が発生する。この場合、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに生じる磁束が最大となり、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗには、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに発生する磁束の半分の磁束がそれぞれ発生する。

Ｕ相に着目すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕにより発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、Ｕ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳの磁束を弱める。Ｖ相に着目すると、Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖにより発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を弱め、Ｖ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳの磁束を強める。Ｗ相に着目すると、Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗにより発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を弱め、Ｗ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳの磁束を強める。

これにより、磁束の流れは、図１０（Ａ）に示すような流れとなる。この磁束の流れをＵ相を起点として説明すると、Ｕ相のコイル２２ＵによりＵ相のステータ歯２１２Ｕに発生した磁束は、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮの磁束を強め、このＵ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介してロータブレード１２Ａへ流れ込む。ファンロータ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ｃを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。

Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｗ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流し、合流した磁束は、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込む。そして、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕにより強められて、Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮを介して、再びロータブレード１２Ａへ流れ込む。

Ｕ相Ｎ極の永久磁石２３ＵＮからロータブレード１２Ａに流れ込む磁束は、ロータブレード１２Ａの中心に垂直に流れ込むので、この磁束による力は、ファンロータ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＣからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、ファンロータ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。

すなわち、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間においては、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ａ）に示す位置関係でバランスされている。

この状態から、時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ歯２１２Ｕ、２１２Ｖ、２１２Ｗに発生する磁束が変化する。これに伴い、磁束が強められる永久磁石２３と、磁束が弱められる永久磁石２３が変化し、ステータ２側から発生する磁束も変化することになる。この磁束の変化に伴って、ステータ歯２１２と異なるピッチで配置されたロータブレード１２が誘導されて、ファンロータ１が回転される。

図１０（Ｂ）を参照して、Ｕ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｖ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。

この場合、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｗには、Ｖ相のコイル２２Ｖに流れる電流の半分の電流が、Ｖ相のコイル２２Ｖと逆向きに流れる（図１１（Ｂ）参照）。これにより、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに上向きに、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに発生する磁束の半分の磁束が発生する。

図１０（Ｂ）に示す磁束の流れをＶ相を起点として説明する。Ｖ相のコイル２２ＶによりＶ相のステータ歯２１２Ｖに発生した磁束は、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮの磁束を強め、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介してロータブレード１２Ｂへ流れ込む。ファンロータ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｄを介してＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳへ流れ込む。

Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＷ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＷ相のコイル２２Ｗにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｖ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込み、Ｖ相のコイル２２Ｖにより強められ、Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮを介して、再びロータブレード１２Ｂへ流れ込む。

Ｖ相Ｎ極の永久磁石２３ＶＮからロータブレード１２Ｂに流れ込む磁束による力は、ファンロータ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＤからＷ相Ｓ極の永久磁石２３ＷＳに流れ込む磁束による力とは、ファンロータ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。つまり、Ｖ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ｂ）に示す位置関係でバランスされている。

この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ロータブレードが誘導されてファンロータ１が回転される。

図１０（Ｃ）を参照して、Ｖ相に流れる電流が最大である瞬間から時間が経過し、Ｗ相に流れる電流が最大となった場合について説明する。

この場合、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流が最大であり、Ｕ相、Ｖ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖには、Ｗ相のコイル２２Ｗに流れる電流の半分の電流が、Ｗ相のコイル２２Ｗと逆向きに流れる（図１１（Ｃ）参照）。これにより、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに下向きに磁束が発生し、Ｕ相のステータ歯２１２Ｕ及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに上向きに、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに発生する磁束の半分の磁束が発生する。

図１０（Ｃ）に示す磁束の流れをＷ相を起点として説明する。Ｗ相のコイル２２ＷによりＷ相のステータ歯２１２Ｗに発生した磁束は、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮの磁束を強め、Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮを介してロータブレード１２Ｃへ流れ込む。ファンロータ１側に流れ込んだ磁束は、分岐し、分岐した一方の磁束は、ロータブレード１２Ａを介してＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳへ流れ込む。分岐した他方の磁束は、ロータブレード１２Ｂを介してＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳへ流れ込む。

Ｕ相のステータ歯２１２Ｕに流れ込んだ磁束及びＶ相のステータ歯２１２Ｖに流れ込んだ磁束は、Ｕ相のコイル２２Ｕ及びＶ相のコイル２２Ｖにより強められる。これらの磁束は、合流して、Ｗ相のステータ歯２１２Ｗに流れ込む。

Ｗ相Ｎ極の永久磁石２３ＷＮからロータブレード１２Ｃに流れ込む磁束による力は、ファンロータ１の回転方向でバランスされている。ロータブレード１２ＡからＵ相Ｓ極の永久磁石２３ＵＳに流れ込む磁束による力と、ロータブレード１２ＢからＶ相Ｓ極の永久磁石２３ＶＳに流れ込む磁束による力とは、ファンロータ１の回転方向に逆向きで、かつ同様の大きさであるので、これらの力は相殺される。従って、Ｗ相に流れる電流が最大である場合、ステータ歯２１２と、ロータブレード１２の位置関係は、図１０（Ｃ）に示す位置関係でバランスされている。

この状態から時間が経過し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗに流れる電流が変化することにより、ステータ２側から発生する磁束が変化することによって、ロータブレード１２が誘導されてファンロータ１が回転される。

そして、再び、Ｕ相に流れる電流が最大となる。このようなサイクルによって、ファンロータ１は、軸を中心軸として回転する。
本実施形態に係るファンモータでは、以上説明したような動作原理により、ファンロータが回転されるので、ファンロータに永久磁石を配置せずとも動作可能とされる。

次に、ファンモータの動作について具体的に説明する。
コイルへ電力が供給されると、ステータ２側から磁界が発生し、ロータブレード１２が周方向に誘導されてファンロータ１が軸３１Ｄを中心軸として回転する。ファンロータ１が回転されると、回転するロータブレード１２（羽根溝１３）によりファンロータ１内周側の圧力が外周側の圧力よりも高くなる。羽根溝１３による気体の流路の面積は、ファンロータ１の内周側から外周側にかけて徐々に大きくなるので、ディフューザ効果により、効果的に圧力差を発生させることができる。

ファンロータ１の回転による圧力差により、流入管４内の気体がファンケース３１内に流入する。ファンケース３１内に流入した気体は、ファンロータ１の内周側から、回転するロータブレード１２の間（羽根溝１３内）に入り、回転するロータブレード１２により径方向に（遠心方向）に圧送される。径方向に圧送された気体は、ファンロータ１の外周側から流れ出し、ファンロータ１の外周面と、ファンケース３１の筒部３１Ａの内周面との間を流れ、その後、ファンケース３１から流出管５へ流出する。

以上説明したように、本実施形態では、ファンロータ１に永久磁石２３を配置せずにファンモータ１００の動作を実現している。これにより、ファンロータ１の回転により永久磁石２３がファンロータ１から剥がれ落ちてしまうこともなくなり、ファンロータ１の耐久性を向上させることができる。
また、本実施形態では、モータの方式としてアキシャルギャップ型のモータ方式が採用されているので、ファンモータ１００の薄型化、小型化の観点からも有利である。

また、本実施形態では、ファンロータ１のロータブレード１２が、ステータ２側からの磁界によりファンロータ１に回転力を与えるロータ歯としての機能と、回転により気体を圧送するブレードとしての機能とを兼用するので、ファンモータ１００をさらに、薄型化、小型化することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、ファンロータの形状が上述の第１実施形態と異なっている。従って、その点を中心に説明する。なお、第２実施形態以降の説明では、上述の第１実施形態と同様の構成及び機能を有する部材については、同一符号を付し、説明を簡略化または省略する。

図１２は、第２実施形態に係るファンロータをステータ側から見た斜視図である。図１３は、ファンロータをステータ側から見た正面図であり、図１４は、ファンロータの側面図である。
これらの図に示すように、ファンロータ６は、ファンロータ本体６１と、ファンロータ本体６１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータブレード６２とを有する。このロータブレード６２は、渦巻き状に形成されている。ロータブレード６２は、第１実施形態と同様に、４５°ピッチで８個設けられている（図１３参照）。

ロータブレード６２は、鉄等の強磁性体の薄板が径方向で積層された積層構造体の一方の面に複数の羽根溝６３が形成されることで形成される。羽根溝６３は、渦巻き状に形成されており、周方向での深さが、ファンロータ６の回転方向とは反対方向へ向けて徐々に深くなるように湾曲して形成される。また、羽根溝６３は、ファンロータ１の内周側から外周側にかけて徐々に深さが深くなるように傾斜して形成される。

第２実施形態に係るファンロータ６では、ロータブレード６２（羽根溝６３）が渦巻き状に形成されているので、ファンモータ１００の送風性能を向上させることができる。

なお、第２実施形態に係るファンロータ６のロータブレード６２の形状は、第１実施形態とは異なっているが、ロータブレード６２の形状の変更は、積層構造体に形成される羽根溝６３の形状を変更すれば可能であるので、容易に変更可能である。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態では、上述の各実施形態と、ファンロータの形状が異なっている。従ってその点を中心に説明する。

図１５は、第３実施形態に係るファンロータを示す斜視図であり、図１６は、ファンロータを示す側面図である。
図１５に示すように、ファンロータ７は、ファンロータ本体７１と、ファンロータ本体７１からステータ２側に突出するように、渦巻き状に形成された複数（８個）のロータブレード７２とを有する。ロータブレード７２の形状（羽根溝７３の形状）は、上述の第２実施形態と同様の形状である。

また、ファンロータ７は、ファンロータ７の正面側でファンロータ７の正面を覆うように設けられたシュラウド部７５を有する。シュラウド部７５は、リング状の薄板形状を有している。

シュラウド部７５は、ファンロータ本体７１及びロータブレード７２と同様に、強磁性体の薄板が径方向に積層された積層体構造とされる。これにより、ステータ２側から発生する磁界の変化による渦電流の発生を抑制することができ、エネルギー損失を低減することができる。

第３実施形態に係るファンロータ７では、シュラウド部７５が設けられているので、ファンモータ１００の送風性能をさらに向上させることができる。

第３実施形態の説明では、ロータブレード７２（羽根溝７３）の形状が第２実施形態と同様の場合について説明したが、ロータブレード７２（羽根溝７３）の形状は、第１実施形態と同様の形状であってももちろん構わない。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
上述の各実施形態では、ファンロータのロータブレードがロータ歯としての機能と、ブレードとしての機能とを兼用する場合について説明した。一方、第４実施形態では、ファンロータにロータ歯と、ブレードとが別々に設けられている点で、上述の各実施形態と異なっている。従ってその点を中心に説明する。

図１７は、第４実施形態に係るファンモータを示す側方断面図である。図１８は、ファンロータをステータ側から見た斜視図である。図１９は、ファンロータを背面側からみた斜視図である。

図１７に示すように、ファンモータ２００は、ファンケース３３と、ステータケース３２とを有するケース３と、ファンロータ８と、ステータ２とを備える。
ステータケース３２及びステータ２は、上記各実施形態と同様の構成である。
ファンケース３３は、円筒状の筒部３３Ａと、ファンロータ１の正面側に配置された円板状の第１の側壁部３３Ｂと、ファンロータ１の背面側に配置された円板状の第２の側壁部３３Ｃとを有する。ファンケース３３の第１の側壁部３３Ｂには、軸３３Ｄが設けられる。軸３３Ｄは、第１の側壁部３３Ｂの中央から、ファンケース３３内部に向けてｚ軸方向に延びるように設けられる。

軸３３Ｄには、軸方向に向けて軸３３Ｄを連通する連通口３３Ｄ−１が設けられている。この連通口３３Ｄ−１は、流入管４の内部と繋がっており、流入管４とともにファンケース３３内への気体の流入路を構成する。

軸３３Ｄの外周面と、リング状に形成されたファンロータ８の内周面との間には、ボールベアリング等の軸受９１が介在される。

図１８及び図１９に示すように、ファンロータ８は、リング状のファンロータ本体８１と、ファンロータ本体８１からステータ２側に突出するように設けられた複数のロータ歯８２と、ロータ歯８２が突出する方向とは反対側に突出するように設けられた複数のブレード８３とを有する。また、ファンロータ８は、ロータ歯８２とロータ歯８２との間に形成された溝を埋める部材８４を有する。

ロータ歯８２及びブレード８３は、それぞれ４５度ピッチで、８個づつ設けられる。
ブレード８３（羽根溝８５）の形状は、第１実施形態におけるロータブレード１２（羽根溝１３）の形状と同様である（図３等参照）。

第４実施形態に係るファンモータ２００の動作について簡単に説明する。
ステータ２側から磁界が発生すると、ロータ歯８２が周方向に誘導されてファンロータ８が軸３３Ｄを中心軸として回転する。ファンロータ８が回転されると、回転するブレード８３の圧力差により、流入管４内の気体が軸３３Ｄの連通口３３Ｄ−１を通って、ファンケース３３内に流入する。ファンケース３３内に流入した気体は、回転するブレード８３により径方向に（遠心方向）に圧送され、流出管５から流出する。

第４実施形態の説明では、ブレード８３の形状が第１実施形態のロータブレード１２と同様の形状である場合について説明した。しかし、これに限られず、ブレード８３の形状は、第２実施形態のロータブレード６２と同様の形状であってもよいし、第３実施形態のように、シュラウド部７５が設けられていても構わない。

第４実施形態では、ロータ歯８２及びブレード８３の数が、それぞれ８個づつであるとして説明した。しかし、ロータ歯８２及びブレードの数は、これに限定されない。ロータ歯８２の数と、ブレード８３の数とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

＜各種変形例＞

上述の各実施形態の説明では、ロータブレード１２（あるいは、ロータブレード６２、７２、ロータ歯８２、以下同様）の数が８個であり、ステータ歯２１２の数が６個である場合について説明した。しかし、ロータブレード１２及びステータ歯２１２の数は、これに限られない。典型的には、ロータブレード１２の数とステータ歯２１２の数とが異なっていれば（ロータブレード１２のピッチとステータ歯２１２のピッチとが異なっていれば）、ファンロータ１（あるいは、ファンロータ６、７、８）を回転させることは可能である。

上述の各実施形態の説明では、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極、Ｎ極Ｓ極・・・の順番で配列される場合について説明した（図９等参照）。しかし、これに限られず、永久磁石２３は、ステータ歯２１２ごとに、周方向に沿ってＮ極Ｓ極、Ｓ極Ｎ極、Ｎ極Ｓ極、・・の順番で配列されていてもよい。なお、この場合においても、１つのステータ歯２１２に対しては、永久磁石２３は、磁極が周方向で交互に異なるように配置されている。

上述の各実施形態の説明では、１つのステータ歯２１２に対して、２つの永久磁石２３Ｎ、２３Ｓが配置されるとして説明した。しかし、これに限られず、１つのステータ歯２１２に対して、１つの永久磁石２３が配置されていてもよい。あるいは、１つのステータ歯２１２に対して、３つ以上の永久磁石２３が配置されていてもよい。なお、これらの場合にも、永久磁石２３は、回転軸の周方向に沿って磁極が交互に異なるように配置される。

上述の各実施形態では、遠心式のファンモータについて説明したが、ロータブレードの形状等を変更することで、軸流式のファンモータを構成することも可能である。

１、６、７、８…ファンロータ
３…ケース
１２、６２、７２…ロータブレード
２２…コイル
２３…永久磁石
３１、３３…ファンケース
３２…ステータケース
８２…ロータ歯
８３…ブレード
１００、２００…ファンモータ
２１２…ステータ歯

Claims (2)

1. ケースと、
   回転の周方向に沿って第１のピッチで配置された複数のロータ歯を有し、前記ケース内に回転可能に設けられ、回転により前記ケース内の気体を圧送するファンロータと、
   前記ロータ歯に対向する対向面をそれぞれ含み、前記周方向に沿って前記第１のピッチと異なる第２のピッチで配置された複数のステータ歯と、前記各ステータ歯の周囲にそれぞれ巻回されたコイルであって、前記周方向に沿う方向で互いに隣り合う前記コイルに位相の異なる電力が供給されるコイルと、前記各ステータ歯の前記対向面上にそれぞれ複数設けられた磁極を含み、前記周方向に沿って前記磁極が交互に異なるように配置された永久磁石とを有し、前記ケース内に配置され、前記回転の軸方向で前記ファンロータと対向配置されるステータと
   を具備するファンモータ。
2. 請求項１に記載のファンモータであって、
   前記ロータ歯は、前記回転により前記気体を圧送するブレードとしての機能を有するロータブレードである
   ファンモータ。

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