JP6469550B2 - モータおよび送風機 - Google Patents

Description

本発明は、配線の構造に特徴のあるモータおよび送風機に関する。

送風機に関しては、例えば特許文献１に記載された構造が知られている。特許文献１に記載の構造では、基板からリブを介してケースの外側に配線が引き出される。また、配線にループ部を形成した構造も知られている（特許文献２参照）。

特開２００３−２０４１７６号公報 特開２００１−３５２１８１号公報

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、モータは、シャフトと、軸受けと、開口部が形成されたベースハウジングを有する筐体と、ステータコイルを有するステータと、ステータに対して回転が可能なロータと、ステータに固定された基板と、周方向において、基板に接続された複数のガイド部材と、複数のガイド部材により、基板に固定されたリード線と、を備え、シャフトの一部分は、軸受を介して前記ベースハウジングの開口部に固定され、基板は、ステータに対してベースハウジング側にあり、複数のガイド部材は、ステータに対してベースハウジング側にあり、リード線は複数のガイド部材によりガイドされて引き回されており、ステータコイルに電気的に接続されたリード線は、結束チューブで結束された複数の配線により構成されており、リード線は、丸く巻き取られる余裕をもって引き回され、複数のガイド部材は、周全体にわたって配置されており、ガイド部材は曲がった形状であり、軸方向において、ガイド部材はリード線の直径より長い。

好ましくは、複数のガイド部材は、基板に対してステータと反対側にある。

好ましくは、基板に対してステータ側にある複数の固定部材を備え、基板は、複数の固定部材によりステータに固定されている。

好ましくは、リード線は丸く引き回されている。

好ましくは、筐体は、ケーシングと、ベースハウジングとを備え、リード線は基板とベースハウジングとの間の空間に収容される。
好ましくは、基板は円形であり、リード線は基板の周縁に沿っている。

この発明の他の局面に従うと、送風機は、上述のモータを備える。

実施形態の断面図である。 ステータに固定した回路基板にリード線を接続し、更にリード線を回路基板に巻き取った状態を示す断面図である。 回路基板の斜視図（ａ）と、ステータに回路基板を固定した状態を示す斜視図（ｂ）である。 図３（ｂ）の状態でリード線を回路基板に接続し、リード線を回路基板の周縁に沿って引き回した状態を示す斜視図である。 リード線を回路基板の周縁に沿って巻き取った状態を示す斜視図である。

（構成）
図１は、実施形態の送風機１００を軸方向に沿って切断した断面図である。ここで、軸方向というのは、送風機１００の回転軸の延長方向として定義される。送風機１００は、軸流ファンであり、ステータ２００とその外側で回転するロータ３００を備えたアウターロータ型のモータ構造を有している。

ステータ２００は、ステータコア２０１、インシュレータ２０２およびステータコイル２０３を有している。ステータコア２０１は、電磁鋼鈑等の板状の軟磁性材料を複数積層した構造を有している。ステータコア２０１は、軸中心から離れる方向に延在した複数の突極を備え、この複数の突極のそれぞれには、樹脂製のインシュレータ２０２を介して、ステータコイル２０３が巻回されている。この構造は、通常のアウターロータ型のブラシレスモータと同じである。

ステータ２００は、樹脂製の軸受ハウジング２０４に固定されている。軸受ハウジング２０４は、筒形状を有し、その外側にステータコア２０１が接着剤によって固定されている。この例では、ステータコア２０１が軸受ハウジング２０４に固定されることで、ステータ２００が軸受ハウジング２０４に固定されている。軸受ハウジング２０４の内側には、玉軸受４０１および４０２の外輪が固定されている。玉軸受４０１，４０２の内輪は、回転軸となるシャフト４０３に固定されている。玉軸受４０１，４０２によって、シャフト４０３は、軸受ハウジング２０４に回転自在な状態で保持されている。なお、玉軸受の代わりに滑り軸受を使用することもできる。

軸受ハウジング２０４は、ベースハウジング２０５に固定されている。ベースハウジング２０５は、樹脂製であり、固定羽根２０６および外側のケーシング２０７と一体に成形されている。固定羽根２０６は、複数が配置され、ケーシング２０７を保持すると共に、軸方向における気流の流れを妨げない配置となっている。ケーシング２０７は、筐体の外側を構成する部材で、軸方向から見た形状が角の丸い略矩形の環形状を有している。軸受ハウジング２０４、ベースハウジング２０５、固定羽根２０６およびケーシング２０７により筐体４００が構成されている。

ケーシング２０７には、コネクタ２０８が設けられている。コネクタ２０８には、外部からの配線が接続される。この配線からコネクタ２０８に駆動電力が供給され、送風機１００が動作する。送風機１００の内部において、コネクタ２０８には、リード線２０９が接続され、リード線２０９は、回路基板２１０に接続されている。

回路基板２１０は、軸方向から見た形状が円環形状を有したプリント基板（ＰＣＢ基板）であり、ステータコイル２０３に供給する駆動信号を生成する駆動回路が搭載されている。回路基板２１０は、接続ピン２１１によってステータ２００に固定されている。接続ピン２１１は、ステータ２００を構成するインシュレータ２０２に埋め込まれて固定されている。接続ピン２１１は金属製であり、ステータコイル２０３を構成するコイル巻線の端部が接続される接続端子ピンとして機能する。また、接続ピン２１１は、ステータ２００に回路基板２１０を固定する固定部材および円形に引き回されるリード線２０９をガイドするガイド部材として機能する。

回路基板２１０には、接続ピン２１１を接続するための孔２１３（図３（ａ）参照）が設けられている。孔２１３は、回路基板２１０の表裏を貫通しており、その周囲には、駆動信号が流れる銅箔パターンが設けられている。孔２１３に接続ピン２１１を挿入し、接続ピン２１１を上記の銅箔パターンに半田付けにより固定することで、ステータコイル２０３が接続ピン２１１を介して回路基板２１０に電気的に接続される。また、インシュレータ２０２に埋め込まれた接続ピン２１１によって回路基板２１０がステータ２００に支えられた状態となる。つまり、接続ピン２１１によって、ステータコイル２０３の回路基板２１０への電気的な接続とステータ２００への回路基板２１０の固定が行なわれている。

接続ピンは単相モータの場合３本となるが、配線を安定して保持するために電気的に接続しないピン（ダミーピン）をステータ２００に設け、このダミーピンを基板２１０に設けた孔に通すことも可能である。接続ピンの数は、３本に限定されず、４本以上であってもよい。また、ダミーピンの数は特に限定されず、１本または複数本から選択できる。また、回路基板２１０に表裏を貫通した孔を設け、更にその孔の周囲に回路配線に関係しない半田固定ができる銅箔パターン（円周状の銅箔パターン）を設け、この銅箔パターンを利用して上記の孔に通したピン（例えば、上記のダミーピン）を回路基板２１０に半田付けで固定する構造も可能である。

回路基板２１０に設けた孔にピン（接続ピンまたはダミーピン）を圧入により固定してもよい。また、圧入に加えて、または圧入に代えて接着剤を用いて当該孔にピンを固定することも可能である。なお、コストを考えると、ピンを均等間隔で配置した構造にすることが好ましい。回路基板より突出した部分のピンの長さは、複数の線材を束ねた状態の直径より長く、さらにベースハウジング２０５の空間２１２側の低面に接触しない長さが好ましい。

回路基板２１０には、コネクタ２０８に接続されたリード線２０９が接続されている。リード線２０９は、複数（この場合は、４本）の配線により構成されている。この４本のリード線２０９は、結束チューブ２０９ａにより束ねられている。なお、図１および図２には、４本のリード線２０９を束ねる結束チューブが図示省略された状態が示されている。４本のリード線２０９のそれぞれは、一端がコネクタ２０８に、他端が回路基板２１０に半田付けにより接続されている。勿論、リード線２０９のコネクタ２０８および回路基板２１０への接続の一方または両方を接続端子により行う構造も可能である。

リード線２０９は、その一端が回路基板２１０に接続され、そこから略円形の回路基板２１０の周縁に沿って接続ピン２１１にガイドされ巻き取られるように引き回され、更に回路基板２１０から引き出されて、他端がコネクタ２０８に接続されている。

図３（ａ）には、リード線２０９を接続する前の段階の回路基板２１０が示されている。図４には、結束チューブ２０９ａで結束された４本の配線で構成されるリード線２０９を、回路基板２１０の接続用銅箔パターンに半田付けによって接続し、そこから円形を描くように接続ピン２１１に保持された状態で丸く引き回した（言い換えると、円形に巻き取った）状態が示されている。そして、図５には、接続ピン２１１の先端２１１ａを外側に鉤型に折り曲げた状態において、リード線２０９を回路基板２１０の周縁に沿って約１回転させて、リード線２０９を丸く巻き取った状態とし、丸く巻き取られたリード線２０９が外れないようにした構造が示されている。

図１に戻り、シャフト４０３は、ロータハブ４０５に固定されている。ロータハブ４０５と玉軸受４０１との間には、スプリング４０４が配置され、玉軸受４０１の内輪に与圧が与えられている。ロータハブ４０５は、樹脂製で略カップ形状を有し、その外周に羽根４０６が一体に形成されている。ロータハブ４０５の内周側には、磁性体により構成される円筒形状のロータヨーク４０７が配置され、その内側には、ロータマグネット４０８が配置されている。ロータマグネット４０８は、円筒構造を有し、周方向に沿ってＳＮＳＮ・・と着磁された永久磁石である。

（動作）
ステータコイル２０２に駆動電流が流されると、ステータコア２０１の突極とロータマグネット４０８の突極との間で吸引力と反発力が作用する。そして、回路基板２１０上の駆動回路により、ステータコイル２０３に供給される駆動電流の極性が特定のタイミングで切り替えられることで、上記の吸引力と反発力の関係が切り替わり、ロータハブ４０５がステータ２００に対して回転する。

（組立工程）
送風機１００の組み立て手順について説明する。まず、ステータコア２０１、インシュレータ２０２およびステータコイル２０３により構成されるステータ２００を組み立てる。ここで、インシュレータ２０２として、予め接続ピン２１１を埋め込んだ状態のものを用いる。ステータ２００の組み立てにおいて、インシュレータ２０２に埋め込まれている接続ピン２１１の根元にステータコイル２０３の巻線の端部を絡げて接続し、この接続部分２１１ａを半田で固定する。

次に、軸方向に突出した接続ピン２１１の突出部を回路基板２１０に設けた孔２１３（図３参照）に挿入する。この際、接続ピン２１１の先端を回路基板２１０に貫通させ、当該先端を回路基板２１０の裏面側（図１の下側）に突出させる。その後、回路基板２１０から突き出た接続ピン２１１の根元部分を回路基板２１０の銅箔パターンに半田付けで接続する。こうして、接続ピン２１１と回路基板２１０との電気的および物理的な接続が行なわれ、更にステータコイル２０３と回路基板２１０との電気的な接続が行なわれる。この状態が図３（ｂ）に示されている。

次に、結束チューブ２０９ａで結束されたリード線２０９を用意し、その一端を回路基板２１０の接続用銅箔部分に半田付けする（図４参照）。また、リード線２０９の他端をコネクタ２０８に半田付けする。この際、最終形態でリード線２０９の長さが適切になるようにリード線２０９の長さを調整しておく。図４には、回路基板２１０に先端が半田接続されたリード配線２０９が、接続ピン２１１に沿って丸く引き回され、１／２周程巻き取られた状態が示されている。なお、図１には、４本の配線により構成されるリード線２０９を結束チューブで結束していない状態が示され、図４には、４本の配線により構成されるリード線２０９を結束チューブ２０９ａで結束した状態が示されている。

なお、図４には、接続ピン２１１の先端を折り曲げない状態でリード線２０９を引き回した場合の例が示されている。ここで、適切なタイミングで接続ピン２１１の先端２１１ｂを外側に折り曲げて鉤型とし、巻き取ったリード線２０９が外れないようにすることもできる（図５参照）。

次に、軸受ハウジング２０４を取り付けた筐体４００を用意する。そして、軸受ハウジング２０４の外周またはステータコア２０１の内周の一方または両方に接着剤を塗り、図４または図５に示すように、リード線２０９が接続ピン２１１（この例の場合は４本）の外側に沿って円周状に巻きつくようにステータ２００を回転させつつ、ステータコア２０１を軸受ハウジング２０４に嵌め込む。

この際、ステータ２００を回転させることで、回路基板２１０にリード線２０９が巻き取られる。ここでは、リード線２０９が約１回転分（約１周分）巻かれた状態とする。すなわち、ステータ２００を回転させながら軸受ハウジング２０４に押し付けることで、同時にリード線２０９を回路基板２１０の周縁に巻き取る。こうして、ステータ２００を筐体４００に取り付けた状態において、回路基板２１０にリード線２０９を巻き取り、回路基板２１０からコネクタ２０８に引き出されるリード線２０９が不要に弛まないようにした状態が得られる。

他方でロータ３００を用意する。ロータ３００は、樹脂を原料とした一体成型により得る。すなわち、ロータ３００を構成するロータハブ４０５と羽根４０６は、樹脂により構成されている。シャフト４０３とロータヨーク４０７を中子とした樹脂の一体成型により、樹脂製のロータハブ４０５および羽根４０６が金属製のシャフト４０３およびロータヨーク４０７と一体となった構造のロータ３００が得られる。ロータ３００を用意したら、ロータ３００と一体となっているロータヨーク４０７の内周面にロータマグネット４０８を接着剤で固定する。

次に、ステータコア２０１と回路基板２１０およびリード線２０９が組み付けられた筐体４００を用意し、軸受ハウジング２０４に玉軸受４０１，４０２を取り付ける。次に、スプリング４０４を間に入れた状態でロータ３００のシャフト４０３を玉軸受４０１，４０２に挿入して固定する。こうして、図１に示す構造を有した送風機１００を得る。この状態において、リード線２０９は、４本の接続ピン２１１によって保持され、丸く巻き取られた状態となる。そして、この巻き取られた部分は、回路基板２１０とベースハウジング２０５の間の空間２１２に収容される。この空間２１２は、回路基板２１０上の電子部品やリード配線２０９の引き回しのために設けられた空間であり、送風機１００の小型化を阻害しない。

（優位性）
以上述べたように、送風機１００は、軸中心から離れる方向に延在した複数の突極および該複数の突極のそれぞれに巻回されたステータコイル２０３を備えたステータ２００と、羽根４０６を備え、ステータ２００に対して回転が可能なロータ３００と、ステータ２００に固定された回路基板２１０と、回路基板２１０に接続され、その周縁に沿って引き回された上で回路基板２１０から引き出されたリード線２０９と、回路基板２１０に配置され、リード線２０９の回路基板２１０の周縁に沿った引き回しを保持する接続ピン２１１とを備えている。

仮に、本実施形態のリード線２０９の引き回し構造を採用せず、リード線２０９の長さが最短となるようにその長さを設定すると、リード線２０９を無理に引っ張りながらの回路基板２１０またはコネクタ２０８への接続作業を行う必要がある。この場合、作業性が悪く、またリード線２０８に大きな張力が加わり断線の虞がある。

これに対して、本実施形態では、回路基板２１０に円周状に巻き取られる長さの余裕をもって回路基板２１０とコネクタ２０８との間におけるリード線２０９の引き回しが行なえるので、上記の接続作業における困難さや、リード線２０９に無用な張力が作用する問題が回避される。また、リード線２０９の余った部分は、最終的に回路基板２１０の縁の部分に丸く巻き取られるので、リード線２０９が無駄に弛む問題が生じない。また、余ったリード線２０９の部分を回路基板２１０の周縁に巻き取ることで、送風機１００自体の小型化が阻害されない。すなわち、回路基板２１０から引き出されたリード線２０９の接続作業が容易であり、且つ小型化が阻害されない送風機１００が得られる。
コネクタを直接送風機のケースに取り付ける場合、回路基板から引き出される配線が短くなるので、基板と配線との半田付けの作業、あるいはコネクタと配線との半田付けの作業が困難になる。この問題を緩和する方法として、配線の長さに余裕を持たせる方法が考えられるが、最終的に余った配線の処理が問題となる。送風機は、小型化が強く求められており、余った配線を収納するスペースを確保することは困難である。このような背景において、本実施形態では、回路基板から引き出された配線の接続作業が容易であり、且つ小型化が阻害されない送風機を提供することを目的とする。
本実施形態によれば、回路基板から引き出された配線の接続作業が容易であり、且つ小型化が阻害されない送風機が得られる。

１００…送風機、２００…ステータ、２０１…ステータコア、２０２…インシュレータ、２０３…ステータコイル、２０４…軸受ハウジング、２０５…ベースハウジング、２０６…固定羽根、２０７…ケーシング、２０８…コネクタ、２０９…リード線、２１０…回路基板、２１１…接続ピン、２１１ａ…ステータコイルの巻線の端部が絡げられた部分、２１１ｂ…接続ピンの先端、２１２…空間、２１３…孔、３００…ロータ、４００…筐体、４０１…玉軸受、４０２…玉軸受、４０３…シャフト、４０４…スプリング、４０５…ロータハブ、４０６…羽根、４０７…ロータヨーク、４０８…ロータマグネット。

Claims (7)

1. シャフトと、
   軸受と、
   開口部が形成されたベースハウジングを有する筐体と、
   ステータコイルを有するステータと、
   前記ステータに対して回転が可能なロータと、
   前記ステータに固定された基板と、
   周方向において、前記基板に接続された複数のガイド部材と、
   前記複数のガイド部材により、前記基板に固定されたリード線と、を備え、
   前記シャフトの一部分は、前記軸受を介して前記ベースハウジングの開口部に固定され、
   前記基板は、前記ステータに対して前記ベースハウジング側にあり、
   前記複数のガイド部材は、前記ステータに対して前記ベースハウジング側にあり、
   前記リード線は前記複数のガイド部材によりガイドされて引き回されており、
   前記ステータコイルに電気的に接続された前記リード線は、結束チューブで結束された複数の配線により構成されており、
   前記リード線は、丸く巻き取られる余裕をもって引き回され、
   前記複数のガイド部材は、周全体にわたって配置されており、
   前記ガイド部材は曲がった形状であり、
   軸方向において、前記ガイド部材は前記リード線の直径より長い、モータ。
2. 前記複数のガイド部材は、前記基板に対して前記ステータと反対側にある、請求項１に記載のモータ。
3. 前記基板に対して前記ステータ側にある複数の固定部材を備え、
   前記基板は、前記複数の固定部材により前記ステータに固定されている、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記リード線は丸く引き回されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記筐体は、ケーシングと、ベースハウジングとを備え、
   前記リード線は前記基板と前記ベースハウジングとの間の空間に収容される、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記基板は円形であり、
   前記リード線は前記基板の周縁に沿っている、請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のモータを備えた送風機。

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