JPS59117453A - 電子的整流の直流モ−タを備えたフアン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明１ハ、ホール素子制御のスイッチング回路によっ
て電子的に整流される直流モータを備えたファンに関す
るものである。

電子的に整流される直流モータを備えたファンは％願昭
５６−６３’３５０号（特公昭５７−１８０３６４号）
公報に示さ扛るごとく公知である。この従来技術の１つ
の形状において、永久磁石は、ともに円板を形成する、
極性を変える隣接セクタとして設計される。固定子の２
つの同様な隣接コイルはトルク発生に寄与するコイルの
これらの導電部分間の角度が永久磁石の振幅にほぼ等し
い、すなわち各コイルの形状および大きさがセクタ形の
磁石の形状および大きさにほぼ等しいように設計される
。強磁性円板は磁界用磁気帰還路として取り付けられる
。この従来のファンの欠点は固定子に関連する回転子の
かつしたがってファンの始動の中立位置が定義されず、
そして所望の、予め定めた回転方向が複雑かつ高価な電
子制御セットによってのみ達成し得るという事実である
。加えて、セクタ形の磁石およびコイルの製造はまた比
較的高価である。固定子はほぼ正方形の２つの直径的に
対向するコイルおよび固定子に関連して幾つかく中立位
置を持つ回転子を備えかつしたがって停止からのモータ
の加速を予め定めた回転方向に達成する強磁性素子を備
えている最初に述べた技術の整流子のない電子的に制御
される直流モータは確かに存在する（例えは、アメリカ
特許第３．８４０，７６１号参照）。かかる強磁性素子
、例えば、柔かいフェライトの非対称パターンまたは特
別形状の部片における軟鉄素子は、従来技術のこれらの
モータの経済的な製造をさらに困難にしている。これに
よれば、さらに、回転子は永久磁石を備えたコイルの両
側に位置決めされる２つの円盤に分割され、かくしてモ
ータの全体の高さを不都合に上昇する。

したがって、本発明の目的は、無負荷状態下で、永久磁
石、コイル、該コイルの磁界用磁気帰還路および一子制
御装置に関する特別高価な手段々しに、常に予め定めた
方向に加速し、かつ幾つかの構成要素を備えた極めて平
形の構造的形状を許容する最初に述べた技術のファンを
提供することにある０ したがって、本発明者は電子的制御の直流モータを備え
たファンを発明した。モータは固定子およびブレードを
備えた回転子を有しそして該回転子は奇数の直径的に対
向する磁石対金偏えている。

該磁石対の各々は異なる極性を有する２個の永久磁石を
含む。回転子の個々の永久磁′石は周面配置において互
いに離れかつ周部に沿う連続する極性は異なっている。

固定子は電子制御回路によって励起される２つのコイル
を備えている。固定子はまた磁石が電子制御回路を通過
するとき回転子の永久磁石の磁界を感知しかつその結果
電子制御回路用の制御電圧を発生するホール素子を含ん
でいる０２つのコイルは固定子上に直径的に対向して位
置決めされそしてホール素子は２つのコイル間に周部に
位置決めされる。固定子は直径的に延びかつその角度的
位置が回転子の２個の周部で連続する永久磁石間の角度
的間隔の一部分または多数の部分によってコイルの角度
的位置に関連して移動される磁束伝導プレートであるコ
イルと連係する磁気帰還路を有する。

別個の分離された永久磁石の簡単な配置および２つの直
径的に対向するコイルと簡単な磁束伝導プレートとの整
合によって、ファンの軸線に沿う構成要素の相対的深さ
に基いて、コイルおよび固定子のホール素子に関連して
回転子の永久磁石の予め定めた、一定の中立位置が追加
の手段なしに達成される。ファンは、基本的要素のみを
含む制御回路により、停止から同一方向に信頼し得るよ
うに加速する。

さらに、追加の導電手段を必要とせずかつ必要とされる
数および位置決めによる永久磁石およびコイルの配置を
除いて、これら永久磁石およびコイルの製造に特別な条
件が伴なわれないので、本発明によるファンはより小さ
な全体高さを具体化しながら幾つかの構成要素により経
済的に大量生産されることができる。

本発明によって提案されたごときファンの実施例を添付
図面を参照して説明する。

第１図ないし第４図に示されるファンは筐体１を有し該
筐体１は２つの開放された枠形の筐体ケーシング２．お
よび６を含んでいる。各筐体ケーシング２．６は、それ
ぞれ、４個の接触して蝶着された支持アーム４．５によ
って接続された中間部分る。７を有する。筐体ケーシン
グ２，６ならびに支持アーム４，５および中間部分６，
７は各々好しくけ、例えば合成材料からなる単一部片と
して形成される。雨中間部分６．７は軸８用のベアリン
グ殻体として役立ちかつこのため挿入されたカップ形ベ
アリング９を含んでいる。中間部分の一方、すなわち中
間部分７は、図示のごとく、加えてより詳細な諸論の対
象であるファンモータの固定子１０を形成する。

ファンモータの回転子１１はカップ形ベアリング９に枢
着される軸８に固着される。回転子１１は円板形であり
かつ本実施例においては６枚のファンブレード１２を備
えている。そのブレード１２とともに回転子１１は、例
えば、合成材料から一部片として好ましくは製造される
。

回転子１１を取ｖ付けかつ２つの筐体ケーシング２，６
をともに接着剤によ＃）または熱密封等により結合した
後、結果として生ずる筐体１はブレード１２を封入する
。引き込まれるかまたは放遂される空気は、空気が小量
の音のみを伝達する、すなわちファンが作動中はとんど
雑音を発生しないように支持アーム４，５の接触蝶着の
結果としてブレードの縁部によって連続的に切られる。

回転子１１の軸８用のカップ形ベアリング９がブレード
１２の前方および後方に位置決めされるので、ベアリン
グ支持は両側において安定する。

さらに、軸８の端部はファンが軸８の領域において全体
的に封入されるように中間部分６．７の外面に突出しな
い。加えて、カップ形ベアリング９は永久潤滑用の十分
な供給空間を含んでいる。

カップ形ベアリング９の代わりに、他のどのようなラジ
アルベアリングまたはスラストベアリングも使用するこ
とができる０とくに、回転子１１の軸８はそのいずれか
の端部において対応する中間部分６，７に配置されたボ
ールベアリングレース内′に取り付けられることができ
、それによりボールベアリングレースを収納する中間部
分の凹所の基部は、例えば、軸８の精密機械加工された
端面用の軸方向ベアリング座、すなわち小さなサファイ
ア板を備えている。

固定子１０を形成する中間部分７は該中間部分７の半径
方向外方の凹所に配置される環状のプリント回路基板１
４に取９付けられた２つの直径的に対向するコイル１５
および１′５′を有する。小板の形のホール素子１５は
コイル４３．１３’から、好ましくは図示のごと＜９０
°だけ角度的にずれている位置においてプリント回路基
板１４に取り付けられる。プリント回路基板１４の下方
に、すなわち回転子１１から離れて回転させられるプリ
ント回路基板１４の側部に、両コイル１３．１３’にわ
たって直径的に延びる磁束伝導板１６が取り付けられる
（第２図）。しかしながら、磁束伝４板１６の中心線は
コイル１３．１３’の直径的中心線から局面内で小角度
だけ移動される。プリント回路基板１４は第５図に関連
して後述される′−子制御回路を含み、これにコイル１
３．’１３’およびホール素子１５が接続される。

コイル１！１．１３’は選択的に無心の平形コイルであ
る０卵形でかつ図示のごとく周面においてほぼ長円形で
あるコイル形状を有することがとくに得策である。幾何
学的長円形に代えて、大きな軸線に対して平行な佃］部
に沿ってよりも、小さな軸線に沿って平行な側部に沿っ
て延在されるかまたは広けられる卵形である形状をコイ
ルに与えるのが有利であることが認められた。

環状プリント回路基板を取り付けるよりもむしろ、また
、その中に第５図に示す制御侮成女紫が集積される環状
の薄膜集積回路を設けかつ位置決めすることもできる。

ブレード１２を備えた円板形回転子１１はコイル１５．
１３’がその中に突出する猿状舛１７を有している。周
部に均一に分布される６個の筒状永久磁石１８はそれら
の而がむしろ溝１７のノ氏面とびった９嵌り合うように
溝１７内に埋設される。

永久磁石は２つの直径的に対向する磁石が対向するＮお
よびＳ極を持つ一対の永久磁石を形成するように交互に
北Ｎおよび南Ｓ極を呈する。かくして、本実施例に関し
ては、６対の磁石、すなわち奇数対が存在する。磁石１
８の他面は本技術分野においてよく理解されるような方
法において環状の鉄製＃還路部片１９によって互いに磁
気的に結合される。

プリント回路基板１４に含まれる電子制御回路全体の回
路は第５図に示されている。この制御回路は前述された
コイル１５および１５′ならびに板状ホール素子１５を
含んでいる。加えて、制御回路は２個のトランジスタ２
０および２０′（図示のごとく、ｎ　ｐ　ｎ　）ランジ
スタ）、６個の抵抗２１゜２２および２５、ダイオード
２４、ならひじ図示しない直流電源の正または負極用端
子２５および２６を含んでいる。ｐｎｐ　）シンジスタ
は、直流電源の対応する極性に与えられた注意により、
ｎｐｎ　）ランジスタに代えて使用されることかできる
。

コイル１３および１５′は、それぞれ、トランジスタ２
０および２０′の敲流子回路に切り換えられかつ正端子
２５に、極性安全装置として設けられるダイオード２４
全通して接続される０トランジスタ２０．２０’のエミ
ッタは共通の電流制限抵抗２１を介して負端子２６に接
続ぢれる。本技術分野において良く理解される方法にお
いて、ホール素子１５は２つの入力端子２７と２８およ
び２つの出力端子２９と３０をＭする。入力端子２７は
抵抗２２を介して正端子２５に接続されかつ入力端子２
８は抵抗２３を介して負端子２６に接続される。ホール
素子１５の出力端子２９および３０はそれぞれトランジ
スタ２０および２０′のベースに接続される。

一定の方向に広がる磁束がホール素子１５をフ亀過する
場合に、電圧は本技術分野において良く理解される方法
において出力端子２９．３０Ｖこ発生され、その大きさ
は磁束の強さに依存し力・つその（値性は磁束の方向に
依存する。したカミって出力端子２９．３０に発生され
る電圧の極性は変イヒする。

かくして、ホール素子１５を進退する４ｈ束の瞬時の強
さに依存して、第５図の制御回路に示されたトランジス
タ２０．・２０′の一方が開放さえしる力１または導通
状態に切り換えられる一方、他方のトランジスタが対応
して閉止されるかまたは非導通状態に切り換えられてい
る。電流は同一方法においてコイル１６および１６′に
現われる。

第６図ないし第８図はファンの作動前および作動中の固
定子１０に関連して回転子１１の種々の位置の概略図で
あシかつとくに第１図および第２図の平面図の方向を示
す。図は、それらが回転子１１に取り付けられる円に沿
って、コイル１３および１５′、ホール素子１５および
固定す１０のＭｆ束伝導板１６のみを、ならびに永久磁
石１８のみを示す。この円上の連続する磁石は１８（１
１，１８（２）、　　１８（８１，１８（４）、　　１
８（５１および１Ｂ（６）のよりに符号が付けられる。

加えて、コイル１３．１３’およびホール素子１５に向
けられる永久磁石の極は南極をＳおよび北極をＮによっ
て示される。

図示実施例に関しては、ホール素子１５と反対に位置決
めされる関連の永久磁石１８（］）、　　１８（８１ま
たは１８（５１の南極Ｓが第５図の回路図のトランジス
タ２０を等逆状態に切り換え、その結果電流がコイル１
６を通って流れるものと見做される。

逆に、ホール素子１５の上方に位置決めされる永久磁石
１８（２Ｌ１８（４）または１Ｂ（６）の北極Ｎはトラ
ンジスタ２０′の対応する制御を引き起しそして結果と
して生ずる電流がコイル１３′内に流れる。

サラに、コイル１６．１５’の一方に与えられると、磁
界が永久磁石１８に向って回転されるコイルの側に両極
で発生されると見做される。第９図において、さらに、
コイル１′５および１５′の′電流はコイル間の直径的
中心線に関連して回転子１１の回転角度の結果として示
される。

停止において、すなわち連続電圧が正端子２５および弁
端子２６に発生される以前に、回転子１１は第６図に示
された位置また（ｌ″ｊ：多分、磁束伝導板１６の力に
より、前の位置から６０°だけ移動された位置を取る。

結果として、南極Ｓの磁石１８（１）はコイル１６に関
連して偏心して位置決めされる。

南極Ｓをもつ磁石１８（８１は北極Ｎをもつ磁石１Ｂ（
２）よりホール素子１５に＆近しで位１１乳決めされる
。

直流電源電圧が令弟５図の正端子２５および負端子２６
に発生されるならは、そこで電流は磁石１８（８１の磁
束の一部がホール素子１５を通過するのでコイル１６を
通って流れる。固定子１０のコイル１５．１５’に比し
て停止において回転子１１のはＩＹｌｏｏの回転角度か
ら８ｇ９図に示されるように、相当に小さな電流がコイ
ル１５′を流れる。２つの同じ極、すなわち南極がコイ
ル１３の点において幾らか斜めに互いに向い合うので、
回転子１１の磁石１８（１１はコイル１３の磁界によっ
て反発され、その結果回転子１１は矢印６１の方向に回
転し始める。

３００の回転角度において、コイル１５内の電流はトラ
ンジスタ２０が磁石１Ｂ（８１とホール素子１５のＭＤ
合う位置の結果として全く作動されるため最大になる（
第９図）。磁石１Ｂ（１１に続く北極Ｎを持つ磁石１８
（２）は矢印６１の回転方向にコイル１３によって同時
に引き付けられる０この回転子１１の位置は第７図に示
される。

回転子１１なさらに回転させると、磁石１Ｂ（２１はコ
イル１３に皇なる領域に遅し、それによりコイル１３の
電流は磁石１８（８１が隣接する磁石１８（４）よりホ
ール素子１５に密接して位置決めされるのでコイル１６
′の電流よりさらに大きい（約５００の回転角度に関し
ては第８図および第９図参照）。

磁石１８（２１およびＩＥＮ５１がそれらに向い合って
いるコイル１６および１５′（回転角度６００）と−牧
して位置決めされるとき、等しい大きさの最小電流が第
９図に示されるように両コイルを通って流れる。

回転子１１の回転運動は回転子の運動エネルギの結果と
して連続しかつコイル１６′内の電流は北極Ｎを持つ磁
石１８（４）がホール素子１５に近づくとき増大する。

Ｌ７かしながら、南極Ｓを持つ磁石１Ｂ（５）はそれに
より、与えられた仮定に応じて、南極を持つコイル１３
′の磁束が矢印３１の回転方向の磁石１Ｂ（５１に反発
するようにコイル１５′の中心を横切る。かくして回転
子１１の運動は、コイル１６０作用を介して最初の６０
０の運動に関する場合と同一方法において、コイル１３
′の作用を介して、次の６００ｉむ。第５図の制御回路
を直流電源から切９離した後、回転子１１はそれが停止
するまで低下する。しかしながら、磁束伝導板１６の磁
気ブレーキにより、回転子１１は、第６図に示されるご
とく、同一位置においてまたは６ｏ０の角度だけ前者の
位置から構成される装置において常に停止する。その位
置が第６図の位置に比へて６０°ｉｆｃは１８００たけ
回転される」易会に、コイル１３′はその点において北
極Ｎを持つ磁石１８（２１゜１８（４）、または１Ｂ（
６）がホール素子１５に最も接近して位置決めされるの
でモータの始動時に最初に励起される。

ホール素子１５によるトランジスタ２ｏおよび２０′の
連続制御の結果として、コイル１３丑たは１６′の電流
は、第９図に示されるととく、はとんど正弦波である。

その結果ファンはとくに隋かにかつ静かに作動する。

ファンの回転速度は直流電源の電圧の変化によって容易
に調照されることができる。

磁石１８の回転子１１上の磁束伝導板１６によって働か
される引付けによって、（ロ）転子１１の軸８はファン
の滑らかながっ靜がな作動を同様に生じかつその動作寿
命を延長する固定子１ｏ内に配置された同一ベアリング
９内に常に載っている。

もちろん、６対の永久磁石１８に代えて、またより大き
な奇数の磁石対が設けられることもできる。

このファンは一方向のみの回転を射する。しかしながら
、筺体１が非常に平たいためたけでなくファンブレード
１２が筐体１の深さの中心点に配置されかつ空気流入お
よび排出側］が突出する１１１４端なしに同一に形成さ
れるため、ファンは、常に、所望の空気排出方向に依任
して、一方または他の方向に据え付けられることができ
る。その低い構造的設計およびその容易な可逆性のため
、このファンは、回路基板の強制通風のため、カードス
タッカ内の回路基板のコンタクタトラック間に据え付け
るのにとくに適する。

さらに、本発明を要約すれは、ファンの電子的に電流さ
れる直流モータは２部片筐体、該成体の一方の部片上に
形成される固定子および筺体に塩９付けられた軸に取着
したブレードを備えた回転子を有する。回転子は対向偉
を持つ永久磁石からなる命数の直径的に対向する磁石対
を支持する。

固定子には直径的に位置決めされた２つのコイル、ホー
ル素子および回転子の砂石の極面に向い合いかつコイル
から角度的にずらされる直径的に位置決めされる磁束伝
導板が取り付けられる。ホール素子は通過する磁石の極
を感知しかつ出力電圧を発生する。ホール素子の出力′
電圧に応答して、固定子内の電子制御回路は磁石を父互
に引き付は丑たけ反発するためコイルへ励起電流を送る
。回転子の回転方向（は、コイルと連係するｎａ束伝与
板によって課せられるように、ｊ＋に４石の前止位置に
よって決定される。このファンは幾つかの構成要素のみ
を有し、非常に平たく、かつ極めて滑らかＶこ回転する
。

本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は詩
許請求の範囲の範囲内で他の方法で実施できることを理
解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はその石半分で回転子の永久磁石の目１月角に沿
うファンの断ＬａＩ図をかつ左半分で第５図の線Ｉ−Ｉ
に沿うファン筺体の一外面を示す図、第２図は第５図の
Ｉｎ−ｎに沿うファンの断面図、 第５図は第１図の線■−■に沿うファンの断面図、 第４図は第１図のにシＩＶ−ＩＶに沿うファンのＩす「
面図、 第５図は第１図ないし第４図に示されたファン用の電子
制御回路の回路図、 隠６図ないし第８図は固定子に関連する回転子の種々の
位１打に関するファンの概略図、第９図は固定子に対す
る回転子に対する回転子の回転角度の結果として第１図
ないし第４図に示されたファンのコイルをｖＩＣれる電
流を示すグラフでめる。 図中、符号１は追悼、２，３Ｕｉ’に体ケーシング、４
．５は支持アーム、６，７は中間部分、８は軸、９はカ
ップ形ベアリング、１０は固定子、１１は回転子、１２
はブレード、１５．４３’はコイル、１４はプリント回
路基板、１５はホール素子、１７は環状溝、１Ｂは永久
磁石、２０．２０′はトランジスタ、２１，２２．２３
は抵抗、２４はダイオード、２５．２６は端子、２７．
２８は入力端子、２９．３０は出力端子である。 特許出願人　ミクロネル　アー　ゲー 代理人　弁理士　　　小　林　オＩ］　憲ＩＧ　２ ＦＩＧ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、１ ．４ １１慢１〕ＩＵ′ｊ七ｓノ１ｂ１７５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電子的に整流される直流モータを備えたファンに
   おいて、前記モータが固定子およびブレードを備えた回
   転子を有し、該回転子が奇数の直径的に対向した永久磁
   石対金偏え、前記各対は異なる極を有する２個の永久磁
   石からなり、前記回転子の個々の永久磁石は周囲配置に
   おいて互いに離れており、そしてそれにより周部に沿う
   連続する極は異なり、かつ前記固定子は電子制御回路に
   よって励起される２つのコイルおよび永久磁石が前記制
   御回路を通９かつ該制御回路用の制御電圧を発生すると
   き回転子の永久磁石の磁界を感知するホール素子を備え
   、そして前記２つの二・ｆルが前記同定子に直径的に位
   置決めされかつ前記ホール素子が前記２つのコイル間で
   周部に位置決めされ、前記固定子は前記コイルと連係す
   る磁気帰還路を有し、前記固定子の磁気帰還路は直径的
   に延在しかつその角度的位置が前記回転子の２つの周部
   で連続する永久磁石間の角度的間隔の１部分または多数
   の部分によってコイルの角度的位置に関連して移動され
   る磁束伝導板であることを特徴とする電子的整流の直流
   モータを備えたファン０（２）さらに、２つの筐体ケー
   シングからなる筐体を含み、前記各ケーシングは枠形外
   方部分および前記２つの筐体ケーシング間に配置された
   回転子本体を支持する回転子軸を受容するだめのベアリ
   ングを含む取り付けた中間部分を有し、それにより一方
   の筐体ケーシングの中間部分が固定子本体用支持体とし
   て役立つことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の電子的整流の直流モータ金儲えたファン。 （８）前記中間部分の少なくとも１つのベアリングは前
   記軸の端部が前記中間部分によって外部から被覆される
   ような前記回転子軸用のラジアルベアリングとしてかつ
   スラストベアリングとして形成されることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項に記載の電子的整流の直流モータ
   を備えたファンＯ（４）各筐体ケーシングの中間部分は
   接触して蝶着されたアームによって筐体ケーシングの枠
   部分に）＋５１り付けられることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の電子的整流の直流モータを備えた
   ファン。 （５）各筐体ケーシングは合成材料からなる単一部片と
   して形成されることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   、第２項、第６項または第４項に記載の電子的整流の直
   流モータを備えたファン。 （６）前記回転子は２つの筐体ケーシング間の前記回転
   子軸に取り付けられる円板形回転子本体を有し、そして
   該回転子本体はその局面に沿って配置されたファンブレ
   ードを含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記
   載の電子的整流の直流モータを備えたファン０ （７）前記ブレードを備えた前記回転子本体は合成材料
   から単一部片として形成されることを特徴とする特許請
   求の範囲第６項に記載の電子的整流の直流モータを備え
   たファン０ （９）前記コイルは前記固定子の周辺に関連して細長く
   された長円体として形成される無心平形コイルであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の電子的整
   流の直流モータを備えたファン０（９）前記長円形の平
   形コイルはそれらの小さい方の軸に対して平行に側部に
   沿って広げられることを特徴とする特許請求の範囲第８
   項に記載の電子的整流の直流モータを備えたファン０ αＯ）前記ホール素子は前記２つのコイル間で固定子の
   正確な周部中心点に位置決めされることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の電子的整流の直流モータを
   備えたファン０ （１１）前記回転子本体は前記固定子のコイルがその中
   に突出しかつその基部に永久磁石が位置決めされる環状
   溝を含み、かつさらに前記回転子本体に配置されかつ前
   記永久磁石と連係する環状の鉄製帰還路部片を含むこと
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の電子的整流
   の直流モータを備えたファン。