JP7009825B2 - モータおよび送風機 - Google Patents

Description

本発明はモータおよび送風機に関する。

電機子を有するモータでは、電機子の巻線に流れる電流の大きさに比例して、巻線が発
熱する。そのため、従来、ロータの回転に伴って電機子の周辺に空気を流すモータやファンモータが知られている。

特開２０１２－２４６８０６号公報では、ロータヨークの底面部に、ステータ側のコイルを含むロータヨークの内側を冷却するための通気孔を複数開設している。

特開２０１２－２４６８０６号公報

しかしながら、特開２０１２－２４６８０６号公報に記載の軸流ファンは、ロータヨークの上方から底面部に向かって流れる空気が効率よく通気孔から内側に入らない。そのため、例えば出力の高いモータを有する軸流ファンにおいて、冷却効果を高めることが困難である。

本発明の一つの態様は、効率よくモータ内部を冷却することができる構造を有するモータ、およびそのようなモータを備える送風機を提供することを目的の一つとする。

本発明の例示的な一実施形態のモータは、マグネットを有し、上下に延びる中心軸を中心として回転する回転部と、ステータを有し、前記回転部を回転可能に支持する静止部と、を有し、前記回転部は、前記中心軸を中心に軸方向に延びるシャフトと、前記シャフトから径方向に延びる天面部と、前記天面部から軸方向に延びる筒状の筒部と、前記筒部および前記天面部の内側に配置されてマグネットを保持するロータホルダと、を有し、前記天面部は、軸方向に貫通する少なくとも一つの貫通孔と、前記貫通孔を形成する前記天面部の上面の上縁部と、前記貫通孔を形成する前記天面部の下面の下縁部と、を有し、前記ロータホルダは、前記天面部の軸方向下側に配置される板部と、前記板部を軸方向に貫通する少なくとも１つのホルダ孔と、を有し、前記天面部が、前記貫通孔の径方向内側において、前記貫通孔の前記上縁部から前記下縁部に向かって前記中心軸から離れる方向に傾斜する第１ 傾斜面をさらに有し、前記貫通孔の少なくとも一部は、軸方向から見て前記ホルダ孔と重なる位置に配置され、前記貫通孔は、前記ホルダ孔よりも開口面積の大きい第１貫通孔を含む。

本発明の一つの態様によれば、天面部付近の空気を効率よくモータ内部に流し、モータ内部を冷却する構造を有するモータ、およびそのようなモータを備える送風機が提供される。

図１は、本発明の例示的な一実施形態に係るモータを有する送風機の縦断面図である。 図２は、本発明の例示的な一実施形態に係るモータの天面部の部分拡大図面である。 図３は、従来のモータの天面部付近の空気の流速ベクトルを示した解析データである。 図４は、本発明の例示的な一実施形態に係るモータの回転部の上面図である。 図５は、本発明の例示的な一実施形態の変形例に係るモータの回転部の上面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書では、モータ２の回転部３が回転する際の中心軸Ｊが延びる方向を「軸方向」とする。また、モータ２の中心軸Ｊに直交する方向を「径方向」、モータ２の中心軸Ｊを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とそれぞれ称する。また、本明細書では、軸方向を上下方向とし、軸方向においてコイル４４から天面部３１に向かう方向を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るモータ２の使用時の向きを限定する意図はない。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータ２を有する送風機１の構成を示す概略断面図である。図１に示すように、送風機１はモータ２と、モータ２を収容するケーシング２０と、を有する。モータ２は、回転部３と、静止部４と、を有する。ケーシング２０の中央部には、軸方向に貫通するケーシング孔部２０ａが設けられる。ケーシング２０は、ケーシング孔部２０ａの下部側にベース部２１を有する。ベース部２１は静止部４を支持する。

回転部３は、天面部３１と、筒部３２と、シャフト３３と、マグネット３４と、ハウジング部３５と、を有する。回転部３は、マグネット３１を有し、上下に延びる中心軸Ｊを中心として回転する。

シャフト３３は、中心軸Ｊを中心に軸方向に延びる。シャフト３３は円柱状の金属部材である。ただし、シャフト３３は円筒状等の他の形状であってもよい。

天面部３１は、シャフト３３から径方向に延びる。天面部３１は、軸方向に貫通する少なくとも一つの貫通孔３１０と、上縁部３１１と、下縁部３１２と、を有する。上縁部３１１は、貫通孔３１０を形成する天面部３１の上面の縁である。下縁部３１２は、貫通孔３１０を形成する天面部３１の下面の縁である。本実施形態において、天面部３１は複数の貫通孔３１０を有する。

筒部３２は、天面部３１から軸方向に延びる筒状の部材である。本実施形態において、筒部３２の径方向内側には後述するロータホルダ３６が配置される。ただし、筒部３２とロータホルダ３６とは単一の部材であってもよい。ロータホルダ３６は、下側に開口するカップ形状である。ロータホルダ３６は、筒部３２および天面部３１の内側に配置されて、マグネット３４を保持する。ロータホルダ３６は、例えば炭素鋼等の磁性材で構成される。

マグネット３４は、ロータホルダ３６の内周面に配置される。本実施形態では、マグネット３４は単一の環状マグネットである。マグネット３４の径方向内側の面には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。単一の環状マグネットに替えて、複数のマグネット３４がロータホルダ３６の内周面に配置されてよい。この場合、複数のマグネット３４は周方向に等間隔に配置される。複数のマグネット３４は、Ｎ極の磁極面とＳ極の磁極面とが周方向に交互に配置される。ロータホルダ３６とマグネット３４とが磁性体粉を配合した樹脂によって、単一の部材として構成されてもよい。

ハウジング部３５は、シャフト３３を支持する。ハウジング部３５は、中央部に軸方向に延びるハウジング孔部３５ａを有する。ハウジング孔部３５ａには、シャフト３３が挿入される。ハウジング部３５は、シャフト３３の上部に位置する。シャフト３３の上部は、ハウジング孔部３５ａに固定される。ハウジング部３５は、例えば金属で構成される。

本実施形態において、回転部３の筒部３２は径方向外側において周方向に複数の羽根３７を有する。複数の羽根３７は、回転部３と共に中心軸Ｊを中心として回転する。これにより、ケーシング孔部２０ａ内に気流が発生する。本実施形態において、モータ２を有する送風機１は、軸方向上側から下側に向かう気流が発生する軸流式の送風機である。つまり、ケーシング孔部２０ａを通る気流によって、天面部３１付近の空気も軸方向上側から軸方向下側に向かう。このため、後述する貫通孔３１０をより多くの空気が通り、より大きい冷却効果を得ることができる。

静止部４はステータ４１を有する。ステータ４１はステータコア４２を有する。ステータコア４２は、例えば、電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板で構成される。ステータコア４２は、環状のコアバック４２ａと、コアバック４２ａから径方向外側に延びる複数のティース４２ｂとを有する。各ティース４２ｂにインシュレータ４３を介して導線が巻かれることによって、コイル４４が構成される。すなわち、ステータ４１は複数のコイル４４を有する。コイル４４から引き出された導線の一端は、ステータ４１の下部に配置される回路基板４５と電気的に接続される。回路基板４５には、外部から電力が供給される。

静止部４は軸受ホルダ４６を有する。軸受ホルダ４６は、ステータ４１の径方向内側に配置される。軸受ホルダ４６は軸方向に延び、ステータ４１に固定される。軸受ホルダ４６は、径方向内側に軸受５を有する。軸受５は、上部と下部に２つ配置される。上下２つの軸受５は、静止部４に対して回転部３を回転可能に支持する。軸受５は、シャフト３３の外周に固定される。本実施形態では、軸受５はボールベアリングである。

上記構成のモータ２において、コイル４４に電力が供給されると、ティース４２ｂに磁束が生じる。そして、ティース４２ｂとマグネット３４との間の磁束の作用により周方向のトルクが発生する。これにより、回転部３が静止部４に対して中心軸Ｊを中心として回転し、モータ２の回転動作が開始される。回転部３の回転には羽根３７の回転も含まれ、気流が生じる。コイル４４への電力の供給が停止されると、回転部３の回転が停止する。これにより、モータ２の回転動作が終了する。

図２は、本発明の例示的な一実施形態に係るモータ２の天面部３１の部分拡大図面である。図３は、従来のモータ２の天面部３１付近の空気の流速ベクトルを示した図である。天面部３１付近の空気は、天面部３１に当たった後、モータ２の回転による遠心力によって、径方向外側に向かって流れる。図２に示すように、貫通孔３１０の径方向内側において、天面部３１は、貫通孔３１０の上縁部３１１から下縁部３１２に向かって中心軸Ｊから離れる方向に傾斜する第１傾斜面３１３を有する。このため、天面部３１付近の空気が、径方向外側に向かって流れるとき、第１傾斜面３１３に沿って軸方向下側に向きを変えてモータ２内部に流れ込む。これにより、効率よくモータ２内部を冷却することができる。また、天面部３１から窪んで第１傾斜面３１３が形成されるため、モータ２外部に部品を配置しやすい。つまり、天面部３１の軸方向厚みの中に、第１傾斜面３１３が配置される。なお、第１傾斜面３１３は、天面部３１の下面よりも軸方向下側まで延びて配置されてもよい。

本実施形態において、天面部３１は、貫通孔３１０の径方向外側において、上縁部３１１から下縁部３１２に向かって中心軸Ｊに離れる方向に傾斜する第２傾斜面３１４を有する。第１傾斜面３１３に沿って流れる空気の一部は、径方向外側に位置する上縁部３１１から、さらに径方向外側へ流れ出る可能性がある。第２傾斜面３１４を設けることによって、流れる空気が径方向外側に位置する上縁部３１１よりも、さらに径方向外側に流れ出ることを抑制できる。このため、より効率よく空気をモータ２内部に流すことができる。

本実施形態において、上縁部３１１を通り中心軸Ｊに平行な面と第１傾斜面３１３とのなす角θ１は、上縁部３１１を通り中心軸Ｊに平行な面と第２傾斜面３１４とのなす度θ２よりも大きい。第１傾斜面３１３により、径方向に流れる気流の向きを、軸方向下側に向ける。そのため、傾斜角度θ１は傾斜角度θ２よりもなだらかであることが好ましい。第２傾斜面３１４により、向きを変えた気流が軸方向上側に流れ出ることを抑制する。そのため、傾斜角度θ２は傾斜角度θ１よりも小さいことが好ましい。

本実施形態において、第１傾斜面３１３の径方向外側端部は、第２傾斜面３１４の径方向内側端部と径方向に同じ位置または径方向内側 に位置する。こうすれば、金型を用いて天面部３１を成形する際、金型を軸方向に抜くことができる。従って、天面部３１に貫通孔３１０を容易に作成することができる。

図４は、回転部３を上方から見た上面図である。本実施形態において、貫通孔３１０は、平面視において、径方向に垂直な方向に長辺を有する長方形状である。このため、第１傾斜面３１３および第２傾斜面３１４を貫通孔３１０の長辺に沿って形成できる。すなわち、第１傾斜面３１３および第２傾斜面３１４の径方向に垂直な方向の長さを大きくできる。天面部３１の上面において、モータ２の回転による遠心力によって径方向に流れる空気は、径方向に垂直な方向に大きく開口した貫通孔３１０の内部に流入しやすくなる。天面部３１付近の空気を第１傾斜面３１３および第２傾斜面３１４に沿って効率よく貫通孔３１０から流し込むことができ、モータ２内部の冷却効果が向上する。ただし、貫通孔３１０は平面視において、例えば、円形、三角形、正方形等であってもよい。

本実施形態において、ロータホルダ３６は、板部３６１と、少なくとも一つのホルダ孔３６２とを有する。板部３６１は、天面部３１の軸方向下側に配置される。板部３６１には、板部３６１を軸方向に貫通するホルダ孔３６２が設けられる。貫通孔３１０の少なくとも一部は、軸方向から見てホルダ孔３６２と重なる位置に配置される。空気は軸方向上側から軸方向下側に向かって、貫通孔３１０とホルダ孔３６２を通ってモータ内部に流れる。これにより、ロータホルダ３６の内部が冷却され、よりモータ２の冷却効果が得られる。

本実施形態において、貫通孔３１０は、ホルダ孔３６２よりも開口面積の大きい第１貫通孔３１０１を含む。回転部３とを組み合わせる際に貫通孔３１０とホルダ孔３６２の周方向の位置がずれる可能性がある。その場合、軸方向から見て貫通孔３１０とホルダ孔３６２の両方とが重なる部分の面積が小さくなり、貫通孔３１０とホルダ孔３６２の両方を通る空気が少なくなる。しかしながら、貫通孔３１０の開口面積がホルダ孔３６２の開口面積よりも大きい場合、貫通孔３１０とホルダ孔３６２の周方向の位置がずれても、ホルダ孔３６２の大きさ分の開口面積を使って空気が取り込まれるため、冷却効果が低下することを抑制できる。

本実施形態において、貫通孔３１０は、ホルダ孔３６２と同等の開口面積を有する第２貫通孔３１０２をさらに含む。すなわち、貫通孔３１０は、ホルダ孔３６２よりも開口面積の大きい第１貫通孔３１０１と、ホルダ孔３６２と同等の開口面積を有する第２貫通孔３１０２とを含む。回転部３を組み立てる場合、まず、ホルダ孔３６２に、ホルダ孔３６２の開口面積と同等の断面積を有するピンを通して固定する。その後、ホルダ孔３６２の上方から、ホルダ孔３６２を通ったピンに貫通孔３１０も通して組み合わせる。このとき、ホルダ孔３６２よりも開口面積の大きい第１貫通孔３１０１にピンを通して組み合わせると、開口面積の違いによって回転部３が動く可能性がある。しかしながら、ホルダ孔３６２と同等の開口面積を有する第２貫通孔３１０２にピンを通して組み合わせることにより、ピンと貫通孔３１０を組み合わせた時に、開口面積の違いによって回転部３が動くことを抑制できる。

本実施形態において、貫通孔３１０は、複数の第１貫通孔３１０１と、複数の第２貫通孔３１０２とを有する。第１貫通孔３１０１と第２貫通孔３１０２とは周方向に交互に配置される。ただし、貫通孔３１０は、１つの第１貫通孔３１０１と、１つの第２貫通孔３１０２を有してもよい。

図５は、変形例を説明するため図である。本変形例では、上述の実施形態と異なり、天面部３１Ａ、筒部３２Ａおよびロータホルダ３６が単一の部材により構成される。図５に示すように、本変形例でも、天面部３１Ａは、貫通孔３１０Ａの径方向内側において、貫通孔３１０Ａの上縁部３１１Ａから下縁部３１２Ａに向かって中心軸Ｊから離れる方向に傾斜する第１傾斜面３１３Ａをさらに有する。ただしこの場合、筒部３２Ａの内周面にマグネット３４Ａが配置される。すなわち、モータ２Ａは筒部３２Ａの径方向外側において周方向に複数の羽根３７が配置されないアウターロータ型のモータである。

本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

本発明はモータや送風機等に利用することができる。

１・・・送風機
２・・・モータ
３、３Ａ・・・回転部
３１、３１Ａ・・・天面部
３１０、３１０Ａ・・・貫通孔
３１０１・・・第１貫通孔
３１０２・・・第２貫通孔
３１１、３１１Ａ・・・上縁部
３１２、３１２Ａ・・・下縁部
３１３、３１３Ａ・・・第１傾斜面
３１４・・・第２傾斜面
３２、３２Ａ・・・筒部
３３・・・シャフト
３４・・・マグネット
３５・・・ハウジング部
３６・・・ロータホルダ
３７・・・羽根
４・・・静止部
４１・・・ステータ
４２・・・ステータコア
４２ａ・・・コアバック
４２ｂ・・・ティース
４３・・・インシュレータ
４４・・・コイル
４５・・・回路基板
４６・・・軸受ホルダ
５・・・軸受
Ｊ・・・中心軸

Claims (7)

1. モータであって、
   マグネットを有し、上下に延びる中心軸を中心として回転する回転部と、
   ステータを有し、前記回転部を回転可能に支持する静止部と、
   を有し、
   前記回転部は、
   前記中心軸を中心に軸方向に延びるシャフトと、
   前記シャフトから径方向に延びる天面部と、
   前記天面部から軸方向に延びる筒状の筒部と、
   前記筒部および前記天面部の内側に配置されて前記マグネットを保持するロータホルダと、
   を有し、
   前記天面部は、
   軸方向に貫通する少なくとも一つの貫通孔と、
   前記貫通孔を形成する前記天面部の上面の上縁部と、
   前記貫通孔を形成する前記天面部の下面の下縁部と、
   を有し、
   前記ロータホルダは、
   前記天面部の軸方向下側に配置される板部と、
   前記板部を軸方向に貫通する少なくとも１つのホルダ孔と、
   を有し、
   前記天面部が、
   前記貫通孔の径方向内側において、前記貫通孔の前記上縁部から前記下縁部に向かって前記中心軸から離れる方向に傾斜する第１傾斜面をさらに有し、
   前記貫通孔の少なくとも一部は、軸方向から見て前記ホルダ孔と重なる位置に配置され、
   前記貫通孔は、前記ホルダ孔よりも開口面積の大きい第１貫通孔を含む、モータ。
2. 前記天面部が、
   前記貫通孔の径方向外側において、前記上縁部から前記下縁部に向かって前記中心軸に離れる方向に傾斜する第２傾斜面をさらに有する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記上縁部を通り前記中心軸に平行な面と前記第１傾斜面とのなす角θ１は、前記上縁部を通り前記中心軸に平行な面と前記第２傾斜面とのなす度θ２よりも大きい、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記第１傾斜面の径方向外側端部は、前記第２傾斜面の径方向内側端部と径方向に同じ位置または径方向内側に位置する、請求項２または請求項３に記載のモータ。
5. 前記貫通孔は、平面視において、径方向に垂直な方向に長辺を有する長方形状である、請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のモータを有する送風機であって、
   前記筒部は、径方向外側において周方向に複数の羽根を有する、送風機。
7. 前記貫通孔は、前記ホルダ孔と同等の開口面積を有する第２貫通孔をさらに含む、請求項６に記載の送風機。
   

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