WO2021033707A1 - ダクテッドファン - Google Patents

Abstract

円筒状のハウジングと、ハウジングに収容されるリングモータと、リングモータの内周面から径方向内側へ延びる複数のファンブレードと、を備えるダクテッドファン。ハウジングは、リングモータの軸方向一方側を覆う第１ハウジングと、リングモータの軸方向他方側を覆う第２ハウジングと、を有する。第２ハウジングは、リングモータよりも軸方向他方側の部位に、第２ハウジングを貫通する貫通孔を有する。ハウジングは、第１ハウジングの外周部に位置する第１壁部と、第２ハウジングの外周部に位置する第２壁部とを含む外周壁を有する。外周壁は、第１壁部と第２壁部との隙間からなる開口部を有する。

Description

ダクテッドファン

本発明は、ダクテッドファンに関する。

従来、例えば日本国公開公報特開２０１７－１０９７２６号公報に開示されるように、リングモータにより駆動されるプロペラを備えるダクテッドファンが知られる。

日本国公開公報：特開２０１７－１０９７２６号公報

リングモータは、ダクトを構成する環状のケーシングに収容される。高出力のダクテッドファンでは、リングモータの発熱量が多くなるため、リングモータの冷却が課題であった。

本発明の１つの態様によれば、円筒状のハウジングと、前記ハウジングに収容されるリングモータと、前記リングモータの内周面から径方向内側へ延びる複数のファンブレードと、を備えるダクテッドファンが提供される。前記ハウジングは、前記リングモータの軸方向一方側を覆う第１ハウジングと、前記リングモータの軸方向他方側を覆う第２ハウジングと、を有する。前記第２ハウジングは、前記リングモータよりも軸方向他方側の部位に、前記第２ハウジングを貫通する貫通孔を有する。前記ハウジングは、前記第１ハウジングの外周部に位置する第１壁部と、前記第２ハウジングの外周部に位置する第２壁部とを含む外周壁を有する。前記外周壁は、前記第１壁部と前記第２壁部との隙間からなる開口部を有する。

本発明の１つの態様によれば、冷却性能に優れるダクテッドファンが提供される。

図１は、実施形態のダクテッドファンを上側から見た斜視図。 図２は、実施形態のダクテッドファンを下側から見た斜視図。 図３は、実施形態のダクテッドファンの断面図。 図４は、実施形態のリングモータの断面図。 図５は、ステータの部分平面図。 図６は、実施形態のダクテッドファンの部分断面図。

以下で参照する各図面に示すＺ軸方向は、正の側を「上側」とし、負の側を「下側」とする上下方向である。各図に適宜示す中心軸Ｊは、Ｚ軸方向と平行であり、上下方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。　

以下の実施形態において上側は、軸方向一方側に相当し、下側は、軸方向他方側に相当する。なお、上下方向、上側および下側とは、単に各部の配置関係等を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。　

本実施形態のダクテッドファン１は、図１から図３に示すように、円筒状のハウジング１０と、ハウジング１０に収容されるリングモータ２０と、リングモータ２０の内周面から径方向内側へ延びる複数のファンブレード５０と、を備える。　

ハウジング１０は、リングモータ２０の軸方向一方側を覆う第１ハウジング１１と、リングモータ２０の軸方向他方側を覆う第２ハウジング１２と、を有する。ハウジング１０は、軸方向に見て円環状である。ハウジング１０は、内周側に、リングモータ２０が露出する環状の開口部１４を有する。　

第１ハウジング１１は、ハウジング１０の上部に位置する。第１ハウジング１１は、軸方向に見て円環状である。第１ハウジング１１は、下向きに開口する半円筒部材である。　第２ハウジング１２は、ハウジング１０の下部および外周部に位置する。第２ハウジング１２は、リングモータ２０を支持する支持筒部１２０と、支持筒部１２０の径方向外側に位置する外周ハウジング１２Ａと、支持筒部１２０の径方向内側に位置する内周ハウジング１２Ｂとを有する。外周ハウジング１２Ａは、支持筒部１２０の下端から径方向外側に広がり、リングモータ２０の下側に位置する円環部１２ａと、円環部１２ａの外周端から上側へ延びる円筒部１２ｂと、を有する。内周ハウジング１２Ｂは、円環部１２ａの径方向内側に位置する。内周ハウジング１２Ｂは、軸方向から見て円環状である。　

リングモータ２０は、第２ハウジング１２の支持筒部１２０に支持される。支持筒部１２０は、中心軸Ｊを中心とし、上下方向に延びる円筒状である。リングモータ２０は、支持筒部１２０の外周面に支持される円環状のステータ３０と、支持筒部１２０の内周側に上側ベアリング２１および下側ベアリング２２を介して支持される円環状のロータ４０と、を有する。　

ステータ３０は、図３から図５に示すように、支持筒部１２０の外周面に固定されるステータコア３１と、ステータコア３１に装着される複数のコイル３２とを備える。複数のコイル３２は、周方向に沿って配置される。ステータコア３１は、図５に示すように、周方向に延びる円環状のコアバック３１ａと、コアバック３１ａの外周端から径方向外側に延びる複数のティース３１ｂとを有する。　

ステータコア３１は、コアバック３１ａの内周部に、コアバック３１ａの内周面から径方向外側へ凹む凹部３１ｃを有する。ステータコア３１は、凹部３１ｃを複数有する。各々の凹部３１ｃは、ティース３１ｂの径方向内側に位置する。凹部３１ｃは、支持筒部１２０の外周面との間に、ステータコア３１を軸方向に貫通する流体流路３０Ａを構成する。すなわち、ステータ３０は、流体流路３０Ａを有する。この構成によれば、流体流路３０Ａに空気を流通させることができるので、コイル３２からティース３１ｂを通じてコアバック３１ａに伝わる熱を、流体流路３０Ａに流れる空気へ効率よく放散させることができる。　

凹部３１ｃは、本実施形態では、軸方向から見て半円状である。凹部３１ｃの形状は、半円状に限定されず、軸方向から見て、三角形状、四角形状などの多角形状であってもよく、半楕円状などの曲線形状であってもよい。凹部３１ｃの形状は、軸方向から見て、径方向外側に向かうに従って先細りの形状であることが好ましい。このような形状とすることで、コアバック３１ａを経由してティース３１ｂ間に延びる磁力線が阻害されにくくなる。流体流路３０Ａは、ステータコア３１を軸方向に貫通する貫通孔によって構成されていてもよい。流体流路３０Ａは、空気以外の液体または気体の冷媒が流通する流路であってもよい。　

ロータ４０は、ステータコア３１と径方向に対向するロータマグネット４１と、ステータコア３１の径方向外側に位置しロータマグネット４１を保持する外側円筒壁４２と、ステータコア３１の径方向内側に位置する内側円筒壁４３と、ステータコア３１の上側（軸方向一方側）に位置し外側円筒壁４２と内側円筒壁４３とを径方向に連結する複数の連結部４４と、を有する。　

ロータマグネット４１は、ステータコア３１を囲む円環状である。ロータマグネット４１は、単一の永久磁石であってもよく、周方向に並ぶ複数の永久磁石を含む構成であってもよい。ロータマグネット４１は、外側円筒壁４２の内周面に、例えば接着により固定される。ロータマグネット４１の固定方法としては、固定枠などの固定部材を用いる方法であってもよい。　

内側円筒壁４３は、上側ベアリング２１および下側ベアリング２２を介して、支持筒部１２０に回転可能に支持される。内側円筒壁４３は、第１ハウジング１１の内周端と第２ハウジング１２の内周端との間に開口する開口部１４に位置する。内側円筒壁４３は、ハウジング１０の内周側に露出する。内側円筒壁４３の内周面に複数のファンブレード５０が接続される。　

複数のファンブレード５０は、内側円筒壁４３の内周面から径方向内側に延びる。複数のファンブレード５０は、軸方向に対して傾斜する翼形状を有する。複数のファンブレード５０は、周方向に沿って等間隔に配置される。本実施形態の場合、ファンブレード５０同士は連結されていないが、リングモータ２０の中心位置において複数のファンブレードが互いに接続されていてもよい。　

連結部４４は、ステータ３０の上側に位置する。連結部４４は、外側円筒壁４２の上端部と、内側円筒壁４３の上端部とを、径方向に接続する。ロータ４０は、複数の連結部４４を有する。複数の連結部４４は、周方向に等間隔に配置される。複数の連結部４４は、互いに周方向に間隔を空けて配置される。複数の連結部４４は、軸方向に対して傾斜する翼形状を有する。この構成によれば、ロータ４０の回転に伴って、翼形状の連結部４４によって下向きまたは上向きの風が発生する。これにより、ステータ３０に対して軸方向に空気が流通し、ステータ３０が冷却される。　

ハウジング１０は、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２とによりリングモータ２０を上下から挟み、リングモータ２０を内部に収容する。　第１ハウジング１１は、ロータ４０の上側に位置する。第１ハウジング１１は、開口部をロータ４０側に向けて配置される。第１ハウジング１１の下端の軸方向位置は、ロータ４０の上端部の軸方向位置と概ね一致する。第１ハウジング１１の内部空間は、ロータ４０の連結部４４の上方に位置する。第１ハウジング１１の内周側における下端面は、ロータ４０の内側円筒壁４３の上面と軸方向に対向する。　

第２ハウジング１２の外周ハウジング１２Ａは、ロータ４０の外側円筒壁４２と、ステータ３０とを内側に収容する。外側円筒壁４２の径方向外側を向く面と、外周ハウジング１２Ａの円筒部１２ｂとは、径方向に対向する。本実施形態の場合、円筒部１２ｂの上端の軸方向位置は、外側円筒壁４２の上端部の軸方向位置と概ね一致する。　

第２ハウジング１２は、外周ハウジング１２Ａ内の下側部分に、周方向に並ぶ複数の区画壁１２ｄを有する。複数の区画壁１２ｄは、周方向に等間隔に配置される。区画壁１２ｄは、径方向に広がる板状である。複数の区画壁１２ｄの下端は、外周ハウジング１２Ａの底面に達する。複数の区画壁１２ｄは、外周ハウジング１２Ａの内部空間のうち、リングモータ２０よりも下側に位置する内部空間を、周方向に複数の領域に区画する。　

この構成によれば、区画壁１２ｄによって、外周ハウジング１２Ａ内の下部領域に、周方向への空気の流れが形成されるのを抑制できる。これにより、ステータ３０を通過して暖められた空気が、ハウジング１０内に滞留するのを抑制でき、冷却効率が向上する。　

第２ハウジング１２は、外周ハウジング１２Ａの下端に、外周ハウジング１２Ａを軸方向に貫通する貫通孔１２ｅを有する。すなわち、第２ハウジング１２は、リングモータ２０よりも軸方向他方側（下側）の部位に、第２ハウジング１２を貫通する貫通孔１２ｅを有する。貫通孔１２ｅは、ハウジング１０における排気口である。ステータ３０を通過して下側へ流れる空気は、貫通孔１２ｅを通ってハウジング１０の下側へ排出される。　

内周ハウジング１２Ｂは、支持筒部１２０の下端から径方向内側に向かうに従って上側へ延びるテーパー状の筒部である。内周ハウジング１２Ｂの上端面は、ロータ４０の内側円筒壁４３の下端面と軸方向に対向する。内周ハウジング１２Ｂは、ダクテッドファン１の排気口を構成する。　

ハウジング１０は、径方向外側を向く外周面を有する外周壁１０Ａを有する。外周壁１０Ａは、図３に示すように、第１ハウジング１１の外周部に位置する第１壁部１０ａと、第２ハウジング１２の外周部に位置する第２壁部１０ｂとを有する。第１壁部１０ａは、第１ハウジング１１のうち、径方向外側を向く外面を有する部分により構成される。第２壁部１０ｂは、円環部１２ａの径方向外側を向く面を有する部分と、円筒部１２ｂとにより構成される。　

第２ハウジング１２は、図１および図２に示すように、円筒部１２ｂの外周面
から径方向外側に突出する複数のリブ１２ｆを有する。複数のリブ１２ｆは、それぞれ軸方向に沿って延びる。リブ１２ｆの上端は、第１ハウジング１１の外周側の下端に固定される。すなわち、リブ１２ｆは、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２とを連結する連結部材である。　

リブ１２ｆは、円筒部１２ｂから径方向外側へ突出しているため、リブ１２ｆの上端に接続される第１ハウジング１１の外周端は、円筒部１２ｂの外周面よりも径方向外側に位置する。この構成により、ハウジング１０の外周壁１０Ａは、第１壁部１０ａと第２壁部１０ｂとの隙間からなる開口部１０Ｂを有する。　

本実施形態では、第１壁部１０ａと第２壁部１０ｂとは、開口部１０Ｂにおいて径方向に対向し、かつ第１壁部１０ａは第２壁部１０ｂよりも径方向外側に位置する。この構成により、開口部１０Ｂは、外周壁１０Ａの上部において下向きに開口する。　また本実施形態では、第１ハウジング１１は、第２ハウジング１２の軸方向一方側の端部を、軸方向一方側および径方向外側から覆う。この構成によれば、上側から見て、開口部１０Ｂが第１ハウジング１１に覆われるため、上側から飛来する水および物体が開口部１０Ｂからハウジング１０の内部に入り込むのを抑制できる。　

ダクテッドファン１において、リングモータ２０を動作させてファンブレード５０を回転させると、図３に示すように、ダクテッドファン１の内周に、上側から下側に向かう風が発生する。この送風動作時に、ダクテッドファン１の周囲では、ダクテッドファン１の吸気口である上側の開口部に向かう空気の流れと、ダクテッドファン１の送風方向である下側に向かう空気の流れが形成される。すなわち、外周壁１０Ａの上側部分では、下側から上側に向かって空気が流れ、外周壁１０Ａの下側部分では、上側から下側に向かって空気が流れる。　

本実施形態のダクテッドファン１では、外周壁１０Ａに、下側に向かって開口する開口部１０Ｂが配置されている。この構成により、ダクテッドファン１の動作に伴って外周壁１０Ａ近傍を下側から上側にへ流れる空気を、開口部１０Ｂからハウジング１０の内部に効率よく流入させることができる。　

また、ダクテッドファン１では、第１ハウジング１１は、第２ハウジング１２の軸方向一方側の端部を、軸方向一方側および径方向外側から覆う。この構成により、開口部１０Ｂからハウジング１０内に流入した空気は、第１ハウジング１１の内周面に沿って流れる。すなわち、開口部１０Ｂから流入した空気は、第１ハウジング１１の内周面の外周側部分に沿って、上側かつ径方向内側へ流れ、第１ハウジング１１の内周面の頂部を通過した後は、第１ハウジング１１の径方向内側に位置する内周面に沿って下側へ流れる。　

本実施形態では、ロータ４０が翼形状の連結部４４を有していることで、リングモータ２０の回転動作に伴い、連結部４４によって上側から下側に向かう風が発生する。これにより、第１ハウジング１１内の空気は、複数の連結部４４の隙間を通じて下側に送られ、ステータ３０に上側から吹き付けられる。本実施形態の場合、翼形状の連結部４４は、送風によって第１ハウジング１１側の圧力を低下させるため、開口部１０Ｂからの空気の流入を促進し、冷却性能の向上に寄与する。　

ステータ３０に吹き付けられた空気は、隣り合うコイル３２同士の隙間、およびステータコア３１の流体流路３０Ａを上側から下側へ流れる。これにより、コイル３２およびステータコア３１が、軸方向に流通する空気により冷却される。ステータ３０の下側に抜けた空気は、図６に示すように、周方向に隣り合う区画壁１２ｄの間を通り、第２ハウジング１２下端の貫通孔１２ｅを通ってハウジング１０の下側へ排出される。　

以上の構成を備える本実施形態のダクテッドファン１によれば、リングモータ２０の上下に、ハウジング１０の開口部１０Ｂおよび貫通孔１２ｅがそれぞれ配置されるため、開口部１０Ｂからリングモータ２０を経由して貫通孔１２ｅへ冷却空気を流通させることができる。したがって、ダクテッドファン１によれば、ハウジング１０内のリングモータ２０を効率よく冷却可能である。　

ダクテッドファン１において、開口部１０Ｂは、第１壁部１０ａと第２壁部１０ｂとの隙間であるため、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２とを間隔を空けて配置するだけで容易に配置できる。したがって、本実施形態によれば、第１ハウジング１１または第２ハウジング１２の形状が複雑化することがなく、良好な製造性が得られる。　

また本実施形態では、周方向に沿って並ぶ連結部材であるリブ１２ｆを介して、第１壁部１０ａと第２壁部１０ｂとが連結される。この構成によれば、簡素な構造の複数のリブ１２ｆによって、第１ハウジング１１を安定に支持することができる。複数のリブ１２ｆは、周方向に間隔を空けて配置されるため、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２との間に、吸気口となる開口部１０Ｂを容易に配置できる。さらに、リブ１２ｆが軸方向に沿って延びていることで、ハウジング１０の外周面において空気を軸方向に案内しやすくなり、開口部１０Ｂへ空気を流入させやすくなる。　

本発明は上述の実施形態に限られず、以下の構成を採用することもできる。　上記実施形態では、開口部１０Ｂが下側に向かって開口する構成としたが、この構成に限定されない。例えば、開口部１０Ｂが外周壁１０Ａの下側部分に位置する場合には、開口部１０Ｂは上側に向かって開口している方が、ハウジング１０の内部へ空気を取り込みやすくなる。また、開口部１０Ｂの開口方向を、ダクテッドファン１の送風方向に応じて、空気を取り込みやすい方向に設定してもよい。開口部１０Ｂが上向きに開口する場合、第１壁部１０ａは、第２壁部１０ｂよりも径方向内側に位置する構成となる。　さらに、開口部１０Ｂは、径方向外側に向かって開口していてもよい。この場合、第１壁部１０ａと第２壁部１０ｂとは、径方向から見て重ならず、軸方向に互いに離れて配置される。　

上記実施形態では、連結部４４が翼形状を有する構成としたが、連結部４４は翼形状を有しない棒状または板状であってもよい。この構成においても、下側に開口する開口部１０Ｂから流入する空気は、第１ハウジング１１の内周面によって下向きに案内されるため、外周ハウジング１２Ａ内には、上側から下側へ向かう空気の流れが形成される。これにより、ステータ３０を効率よく冷却できる。　

なお、本明細書において説明した各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

Claims (9)

1. 
   　円筒状のハウジングと、前記ハウジングに収容されるリングモータと、前記リングモータの内周面から径方向内側へ延びる複数のファンブレードと、を備え、
   
   　前記ハウジングは、
   
   　　前記リングモータの軸方向一方側を覆う第１ハウジングと、
   
   　　前記リングモータの軸方向他方側を覆う第２ハウジングと、
   
   　を有し、
   
   　前記第２ハウジングは、前記リングモータよりも軸方向他方側の部位に、前記第２ハウジングを貫通する貫通孔を有し、
   
   　前記ハウジングは、前記第１ハウジングの外周部に位置する第１壁部と、前記第２ハウジングの外周部に位置する第２壁部とを含む外周壁を有し、
   
   　前記外周壁は、前記第１壁部と前記第２壁部との隙間からなる開口部を有する、
   
   　ダクテッドファン。
2. 
   　前記第１壁部と前記第２壁部は、前記開口部において径方向に対向する、
   
   　請求項１に記載のダクテッドファン。
3. 
   　前記第１壁部は、前記第２壁部よりも径方向外側に位置する、
   
   　請求項２に記載のダクテッドファン。
4. 
   　前記第１ハウジングは、前記第２ハウジングの軸方向一方側の端部を、軸方向一方側および径方向外側から覆う、
   
   　請求項３に記載のダクテッドファン。
5. 
   　前記第２ハウジングは、前記リングモータよりも軸方向他方側に位置する前記第２ハウジングの内部空間を周方向に区画する複数の区画壁を有する、
   
   　請求項１から４のいずれか１項に記載のダクテッドファン。
6. 
   　前記リングモータは、円環状のステータを有し、
   
   　前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアを軸方向に貫通する流体流路とを有する、
   
   　請求項１から５のいずれか１項に記載のダクテッドファン。
7. 
   　前記リングモータは、円環状のロータと円環状のステータとを有し、
   
   　前記ステータは、周方向に沿って配置される複数のコイルと、前記複数のコイルが装着されるステータコアとを有し、
   
   　前記ロータは、前記ステータコアと径方向に対向するロータマグネットと、前記ステータコアの径方向外側に位置し前記ロータマグネットを保持する外側円筒壁と、前記ステータコアの径方向内側に位置する内側円筒壁と、前記ステータコアの軸方向一方側に位置し前記外側円筒壁と前記内側円筒壁とを径方向に連結する複数の連結部と、を有し、
   
   　前記複数の連結部は、軸方向に対して傾斜する翼形状を有する、
   
   　請求項１から６のいずれか１項に記載のダクテッドファン。
8. 
   　前記ハウジングの前記外周壁において、前記第１壁部と前記第２壁部とは、周方向に沿って並ぶ複数の連結部材を介して連結される、
   
   　請求項１から７のいずれか１項に記載のダクテッドファン。
9. 
   　前記連結部材は、前記第２壁部の外周面から径方向外側に突出し、軸方向に沿って延びるリブである、
   
   　請求項８に記載のダクテッドファン。

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