JP6447713B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

関連出願への相互参照

本出願は、２０１５年３月３０日に出願された日本特許出願番号２０１５−６９６１６号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。

本開示は、ブラシレスモータにてファンを駆動する送風装置に関するものである。

従来、この種の送風装置として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された送風装置は、ブラシ付モータにてファンを駆動して空気流を発生させるとともに、ファンによる送風空気の一部をモータの内部に導いてモータを冷却するようになっている。

特開２００５−１９８４４４号公報

ところで、モータ駆動回路等の電気回路が内部に配置されたブラシレスモータにてファンを駆動する送風装置においては、電気回路を構成する部品（以下、電気回路部品という）の保護のためにモータの内部を冷却することが望ましい。

しかしながら、ブラシレスモータにてファンを駆動する送風装置において、送風空気の一部をモータの内部に導いてモータを冷却しようとすると、冷却用空気中の塵埃が電気回路部品に付着し、ショート等の支障をきたす恐れがある。

本開示は上記点に鑑みて、インナロータ形のブラシレスモータを用いる送風装置において、モータ内の電気回路部品に冷却用空気中の塵埃に起因する弊害を与えることなく、冷却用空気にてモータ内部を冷却できるようにすることを目的とする。

本開示の１つの観点では、送風装置は、有底筒状の筐体内に電気回路が配置されたインナロータ形のブラシレスモータと、ブラシレスモータに駆動されて空気流を発生させるファンと、前記ブラシレスモータを保持するモータホルダ（２）と、を備え、ファンによる送風空気の一部が冷却用空気として筐体の外周側を通過するように構成されており、前記モータホルダは、前記冷却用空気を流通させる冷却風通路（７）を前記筐体の外周面との間に形成する筒状のホルダ筒部（２１）を備え、前記モータホルダは、前記ホルダ筒部の内周面から突出して前記筐体の外周面に当接する複数のリブ（２２）を備え、前記ブラシレスモータは、前記筐体内においてモータ周方向に沿って複数個配置されたコイル（１５２）を備え、前記リブと前記コイルは、モータ周方向にずらして配置されている。
本開示の他の観点では、送風装置は、有底筒状の筐体（１１）内に電気回路（１６）が配置されたインナロータ形のブラシレスモータ（１）と、前記ブラシレスモータに駆動されて空気流を発生させるファン（３）と、前記ブラシレスモータを保持するモータホルダ（２）と、を備え、前記ファンによる送風空気の一部が冷却用空気として前記筐体の外周側を通過するように構成されており、前記モータホルダは、前記冷却用空気を流通させる冷却風通路（７）を前記筐体の外周面との間に形成する筒状のホルダ筒部（２１）を備え、
前記モータホルダは、前記ホルダ筒部の内周面から突出して前記筐体の外周面に当接する複数のリブ（２２）を備え、前記冷却風通路は、前記リブによってモータ周方向に沿って複数に分割され、分割された前記冷却風通路のうち前記冷却用空気の流入側から遠い側の冷却風通路（７ｂ）は、前記冷却用空気の流入側に近い側の冷却風通路（７ａ）よりも、通路面積が大きい。

これによると、インナロータ形のブラシレスモータは、発熱体であるコイルはコアを介して筐体に繋がっているため、コイルの熱はコアおよび筐体を介して筐体の外周側を通る冷却用空気に伝達される。したがって、コイルが冷却され、ひいてはモータ内部が冷却され、モータに内蔵された電気回路部品を保護することができる。

また、冷却用空気はモータ内部を通過しないため、モータ内の電気回路部品に冷却用空気中の塵埃に起因する弊害を与えることを防止することができる。

第１実施形態に係る送風装置を示す正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を回転して示す図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３のモータおよびモータホルダにおけるホルダ筒部のＶ−Ｖ断面図である。 図３のモータおよびモータホルダのＶＩ−ＶＩ断面図である。 第１実施形態に係る送風装置および従来の送風装置の温度特性を示す図である。 第２実施形態に係る送風装置におけるモータ部の断面図である。 変形例２における図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 変形例２における図３のＶ−Ｖ断面図である。 変形例２における図３のＶ−Ｖ断面図である。 変形例３における図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図を回転して示す図である。 変形例３における図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。なお、図３は、理解を容易にするために、後述するブラシレスモータ１の回転軸中心線が紙面上下方向になるように、図を回転させて示している。

図１〜図４に示すように、送風装置は、ブラシレスモータ１、モータホルダ２、ファン３、スクロールケース４、およびカバーケ−ス５を主要構成要素として備えている。ブラシレスモータ１は、インナロータ形である。モータホルダ２は、ブラシレスモータ１を保持する。ファン３は、ブラシレスモータ１に駆動されて空気流を発生させる。スクロールケース４は、ファン３にて送風される空気が流通する渦巻き状の送風通路４１を形成する。カバーケ−ス５は、スクロールケース４における空気吸い込み口４２を覆う。なお、スクロールケース４は、ファンケースに相当する。

この送風装置は、車両の天井６の下面に取り付けられ、より詳細には天井６とルーフライニング（図示せず）との間に配置されて、車室内の空気を循環させるサーキュレータとして用いられる。

樹脂製のスクロールケース４は、上ケース４ａと下ケース４ｂとを接合して構成されている。そして、上ケース４ａは、天井６とブラシレスモータ１との間に介在されている。上ケース４ａにより天井６とブラシレスモータ１との間での熱移動を阻止して、ブラシレスモータ１が天井６の熱の影響を受けにくいようにしている。また、スクロールケース４の空気吸い込み口４２は、吸い込み空気が天井６の熱の影響を受けにくくするために、車両下方に向かって開口している。

樹脂製のファン３は、スクロールケース４内に配置されている。このファン３は、多数のブレードを備え、空気を軸方向に吸い込み、径方向外側に向かって空気を吹き出す遠心式ファンである。なお、図４の矢印は、ファン３にて送風される空気の流れを示している。

スクロールケース４には、ファン３にて送風される空気の一部を送風通路４１から分流させる冷却風取り入れ口４３が形成されている。この冷却風取り入れ口４３は、送風通路４１のうち最も静圧が高い舌部の直後に配置されている。

図３〜図６に示すように、ブラシレスモータ１は、ファン３の中心部の円柱状空間に配置されている。また、ブラシレスモータ１は、金属よりなる有底円筒状の筐体１１を備え、この筐体１１は、円筒状の筐体筒部１１１、および筐体筒部１１１の両端開口部を塞ぐ筐体底部１１２を備えている。

これら筐体底部１１２の各々に軸受け１２が配置され、これら軸受け１２にて回転軸１３が回転自在に支持されている。また、回転軸１３に永久磁石のロータ１４が固定されている。このロータ１４は、筐体１１内に配置されている。

下側の筐体底部１１２の径方向中心部には開口１１２ａが形成されている、そして、下側の軸受け１２の下端面は、その開口１１２ａを介して筐体１１の外部に露出している。

回転軸１３の上側端部は筐体１１の外側に突出しており、その突出した部位にファン３が接合されている。

図３、図４、図５に示すように、コア１５１にコイル１５２を巻装した円筒状のステータ１５がロータ１４を囲むようにして配置されている。これらのステータ１５の各々は、コア１５１とコイル１５２を有する。これらコア１５１が筐体筒部１１１の内周面に当接した状態で、筐体１１内に配置されている。また、これらコイル１５２は、モータ周方向（すなわち、モータ回転方向）に沿って複数個配置されている。

筐体１１内におけるロータ１４やステータ１５の下方側に、電気回路としての回路基板１６が配置されている。この回路基板１６には、ロータ１４の回転位置に応じてコイル１５２への通電を制御するモータ駆動回路や、モータ保護回路等が実装されている。また、回路基板１６は、天井６の熱の影響を受けにくくするために、筐体１１内において車両下方側に配置されている。

樹脂製のモータホルダ２は、スクロールケース４における下ケース４ｂの開口部を塞ぐようにして、またファン３の下端側を覆うようにして、下ケース４ｂに一体化されている。

モータホルダ２は円筒状のホルダ筒部２１を備え、このホルダ筒部２１がファン３の中心部の空間に挿入されている。また、ホルダ筒部２１内に筐体１１が配置され、ホルダ筒部２１の内周面と筐体筒部１１１の外周面との間に、モータ冷却用空気を流通させる冷却風通路７が形成されている。

ホルダ筒部２１の内周側には、ホルダ筒部２１の内周面から突出するとともにモータ回転軸方向に沿って延びるリブ２２が形成されている。これらリブ２２は、モータ周方向に沿って複数個配置されており、冷却風通路７を複数に分割している。また、リブ２２はコイル１５２と同数設けられており、リブ２２とコイル１５２はモータ周方向にずらして配置されている。換言すると、リブ２２は、コイル１５２に対してモータ径方向に重ならない位置に配置されている。

さらに、ブラシレスモータ１は、リブ２２に圧入されてモータホルダ２に保持されている。したがって、ねじが不要であり、モータホルダ２に対するブラシレスモータ１の組付性が向上する。ただし、リブ２２の代わりに、ホルダ筒部２１に螺合されるねじにてブラシレスモータ１を保持してもよい。

モータホルダ２は、冷却風ガイド部２３を備えている。この冷却風ガイド部２３は、冷却風取り入れ口４３側に分流された空気を冷却風通路７に導く冷却風導入路２４を形成している。

そして、図３に矢印で示すように、ファン３による送風空気の一部は、モータ冷却用空気として冷却風取り入れ口４３から冷却風導入路２４に導入され、さらに冷却風通路７を通過して、送風通路４１のうち最も静圧が低くなるファン３の吸い込み側に排気されるようになっている。

ここで、冷却風ガイド部２３および冷却風導入路２４はスクロールケース４よりも下方に配置されている。スクロールケース４により、冷却風導入路２４を通るモータ冷却用空気と天井６との間での熱移動が阻止される。したがって、モータ冷却用空気が天井６の熱の影響を受けにくいようにしている。

モータホルダ２は、下側の筐体底部１１２に嵌合される円筒状の隔壁部２５を備えている。この隔壁部２５は、リブ２２と協働してブラシレスモータ１を保持している。

また、隔壁部２５は、下側の軸受け１２の下端側と冷却風通路７および冷却風導入路２４とを隔てている。これにより、塵埃を含んだモータ冷却用空気が隔壁部２５内に流入しないようにして、塵埃が筐体底部１１２の開口１１２ａを介して下側の軸受け１２に到達することを防止している。

上記構成において、ブラシレスモータ１に通電してファン３を駆動すると、ファン３にて送風される空気が送風通路４１を流通する。また、送風通路４１を流通する送風空気の一部は、冷却風取り入れ口４３から冷却風導入路２４に導入され、モータ冷却用空気として冷却風通路７に導かれて筐体筒部１１１の外周側を流れる。

（ａ）ここで、発熱体であるコイル１５２はコア１５１を介して筐体筒部１１１に繋がっているため、コイル１５２の熱はコア１５１および筐体筒部１１１を介して、筐体筒部１１１の外周側を通るモータ冷却用空気に伝達される。したがって、コイル１５２が冷却され、ひいてはブラシレスモータ１の内部が冷却され、回路基板１６に実装された電気回路部品（例えばＩＣ素子等）が保護される。

（ｂ）また、リブ２２とコイル１５２はモータ周方向にずらして配置されているので、コイル１５２のモータ径方向外側には冷却風通路７が位置する。そのため、コイル１５２の熱が冷却風通路７を流れるモータ冷却用空気に伝達されやすく、コイル１５２の冷却性が向上する。

（ｃ）また、天井６とブラシレスモータ１との間に介在された上ケース４ａにより、天井６とブラシレスモータ１との間での熱移動が阻止されている。そのため、天井６の熱によるブラシレスモータ１の温度上昇を防止することができる。

（ｄ）また、空気吸い込み口４２が車両下方に向かって開口しているため、吸い込み空気が天井６の熱の影響を受けにくくなっている。

（ｅ）また、回路基板１６は筐体１１内において車両下方側に配置されているため、天井６の熱の影響を受けにくくなっている。

（ｆ）また、冷却風ガイド部２３および冷却風導入路２４がスクロールケース４よりも下方に配置されている。そのため、スクロールケース４により冷却風導入路２４を通るモータ冷却用空気と天井６との間での熱移動が阻止される。したがって、モータ冷却用空気が天井６の熱の影響を受けにくくなっている。

そして、以上の（ａ）〜（ｆ）が相俟って、ブラシレスモータ１の内部の温度上昇が防止され、回路基板１６に実装された電気回路部品が確実に保護される。

なお、図７において、横軸はブラシレスモータ１の連続運転時間、縦軸は各部の温度を示している。この図７に示すように、ブラシレスモータ１を約３０分連続運転した時点でのコイル１５２や回路基板１６のＩＣの温度は、ブラシレスモータ１を冷却する本実施形態に係る送風装置の方が、ブラシレスモータ１を冷却しない従来の送風装置よりも約１２℃低下することが確認された。

以上述べたように、本実施形態によると、モータ冷却用空気によりブラシレスモータ１の内部が冷却され、ブラシレスモータ１に内蔵された回路基板１６の電気回路部品を保護することができる。

また、モータ冷却用空気はブラシレスモータ１の内部を通過しないため、ブラシレスモータ１内の回路基板１６の電気回路部品にモータ冷却用空気中の塵埃に起因する弊害を与えることを防止することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態における冷却風通路７を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図８に示すように、モータ冷却用空気は、図１に示した冷却風導入路２４内を矢印Ａの向きに流れた後、複数の冷却風通路７に流入し、冷却風通路７内を図８の紙面垂直方向に向きを変えて流れる。

この場合、複数の冷却風通路７のうち、モータ冷却用空気の流入側に近い側の冷却風通路７ａにはモータ冷却用空気が流入し易く、モータ冷却用空気の流入側から遠い側の冷却風通路７ｂにはモータ冷却用空気が流入しにくい。すなわち、冷却風通路７間に通過風量のばらつきが生じる。

そこで、本実施形態では、モータ冷却用空気の流入側から遠い側の冷却風通路７ｂの通路面積を、モータ冷却用空気の流入側に近い側の冷却風通路７ａの通路面積よりも、大きくしている。これにより、冷却風通路７間の通過風量のばらつきが低減され、モータ周方向全域で均等にブラシレスモータ１が冷却される。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、冷却風通路７間の通過風量のばらつきを低減して、モータ周方向全域で均等にブラシレスモータ１を冷却することができる。

（他の実施形態）
なお、本開示は上記した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

例えば、以下のような変形例も許容される。

（変形例１）
上記実施形態では、ブラシレスモータ１の筐体１１は有底円筒状である。しかし、筐体１１は有底円筒状以外の有底筒状であってもよい。例えば、筐体１１は、断面がオーバル形状の有底筒状であってもよい。

（変形例２）
上記実施形態では、図５に示したように、先端が丸い６個のリブ２２がホルダ筒部２１の内周側に形成されている。しかし、リブ２２の個数および形状は、必ずしもこのようなものに限られない。

例えば、図９、図１０に示すように、ホルダ筒部２１の内周側に、ホルダ筒部２１の内周面から突出するとともにモータ回転軸方向に沿って延びる３個のリブ２２が形成されていてもよい。これらリブ２２は、モータ周方向に沿って１２０°の等間隔で複数個配置されており、冷却風通路７を３つの領域に分割している。また、これらリブ２２はコイル１５２よりも少ない個数設けられている。また、リブ２２とコイル１５２はモータ周方向にずらして配置されている。

これら３個のリブ２２の各々は、モータ回転軸に垂直な任意の面で切られた断面が三角形となっている。そして、これら３個のリブの各々は、当該三角形の頂点の１つにおいて、ブラシレスモータ１の筐体筒部１１１に当接している。

また、これら３つのリブ２２の各々は、図１１に示すように、先端が二股に分かれた形状となっていてもよい。図１１に示した３個のリブ２２の各々は、ホルダ筒部２１の内周側に、ホルダ筒部２１の内周面から突出し、更に２本に分岐して、それら２本が、互いに離れる方向に弧状に伸びる。そして、これら分岐した２本の各々の先端ではない部分が、ブラシレスモータ１の筐体筒部１１１に当接している。このように、リブ２２の先端でない部分が筐体筒部１１１に当接してもよい。

（変形例３）
上記実施形態の送風装置は、図１２、図１３のように構成を変更してもよい。具体的には、本実施形態の回転軸１３の上端部は円環形状のブッシュ１３ａの内周面に圧入によって固定されている。そして、ブッシュ１３ａの外周面はファン３に接合等により固定されている。したがって、回転軸１３の上端部は、ブッシュ１３ａを介してファン３に固定されている。また、回転軸１３の上端部を支持する軸受け１２は、ボールベアリングとなっている。

また、回転軸１３の下端部を支持する軸受け１２も、ボールベアリングとなっている。また、モータホルダ２が有する隔壁部２５は、筐体底部１１２に嵌合されるのではなく、筐体底部１１２の下端面の直下に配置される。そして、隔壁部２５の外周径は、筐体底部１１２において下方に突出している下方突出部分の外周径と同じである。そして、バネ２６が、この下方突出部分および隔壁部２５をとり囲む位置に配置されている。

バネ２６の下端は、モータホルダ２のうち隔壁部２５根元を囲む部分に当接する。また、バネ２６の上端は、筐体底部１１２のうち上記下方突出部分の根元を囲む部分に当接する。これにより、バネ２６は、ブラシレスモータ１の筐体１１に対して上向きの力を及ぼしている。このような付勢力により、筐体１１がモータホルダ２の上面に押しつけられる。したがって、筐体１１の上下方向の長さの寸法公差等が原因でモータホルダ２内でブラシレスモータ１が上下にがたついてしまう可能性を低減することができる。

Claims (8)

1. 空気流を発生させる送風装置であって、
   有底筒状の筐体（１１）内に電気回路（１６）が配置されたインナロータ形のブラシレスモータ（１）と、
   前記ブラシレスモータに駆動されて空気流を発生させるファン（３）と、
   前記ブラシレスモータを保持するモータホルダ（２）と、を備え、
   前記ファンによる送風空気の一部が冷却用空気として前記筐体の外周側を通過するように構成されており、
   前記モータホルダは、前記冷却用空気を流通させる冷却風通路（７）を前記筐体の外周面との間に形成する筒状のホルダ筒部（２１）を備え、
   前記モータホルダは、前記ホルダ筒部の内周面から突出して前記筐体の外周面に当接する複数のリブ（２２）を備え、
   前記ブラシレスモータは、前記筐体内においてモータ周方向に沿って複数個配置されたコイル（１５２）を備え、
   前記リブと前記コイルは、モータ周方向にずらして配置されている送風装置。
2. 空気流を発生させる送風装置であって、
   有底筒状の筐体（１１）内に電気回路（１６）が配置されたインナロータ形のブラシレスモータ（１）と、
   前記ブラシレスモータに駆動されて空気流を発生させるファン（３）と、
   前記ブラシレスモータを保持するモータホルダ（２）と、を備え、
   前記ファンによる送風空気の一部が冷却用空気として前記筐体の外周側を通過するように構成されており、
   前記モータホルダは、前記冷却用空気を流通させる冷却風通路（７）を前記筐体の外周面との間に形成する筒状のホルダ筒部（２１）を備え、
   前記モータホルダは、前記ホルダ筒部の内周面から突出して前記筐体の外周面に当接する複数のリブ（２２）を備え、
   前記冷却風通路は、前記リブによってモータ周方向に沿って複数に分割され、
   分割された前記冷却風通路のうち前記冷却用空気の流入側から遠い側の冷却風通路（７ｂ）は、前記冷却用空気の流入側に近い側の冷却風通路（７ａ）よりも、通路面積が大きい送風装置。
3. 前記冷却風通路は、前記リブによってモータ周方向に沿って複数に分割され、
   分割された前記冷却風通路のうち前記冷却用空気の流入側から遠い側の冷却風通路（７ｂ）は、前記冷却用空気の流入側に近い側の冷却風通路（７ａ）よりも、通路面積が大きい請求項１に記載の送風装置。
4. 前記ブラシレスモータは、ロータ（１４）と、前記ロータが固定された回転軸（１３）と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受け（１２）とを備え、
   前記軸受けの一端側は前記筐体の外部に露出しており、
   前記モータホルダは、前記軸受けの一端側と前記冷却風通路とを隔てる隔壁部（２５）を備える請求項１ないし３のいずれか１つに記載の送風装置。
5. 車両の天井（６）の下面に取り付けられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の送風装置。
6. 前記モータホルダは、前記ファンケースの下方に位置して、冷却用空気を前記冷却風通路に導く冷却風導入路（２４）を形成する冷却風ガイド部（２３）を備える請求項５に記載の送風装置。
7. 前記ファンにて送風される空気が流通する送風通路（４１）を形成するファンケース（４）を備え、
   前記天井と前記ブラシレスモータとの間に、前記天井と前記ブラシレスモータとの間での熱移動を阻止するように前記ファンケースが介在されている請求項５または６に記載の送風装置。
8. 前記筐体が有底円筒状である請求項１ないし７のいずれか１つに記載の送風装置。

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