JP2006217748A - ファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 モータ内部の冷却効率の向上と回転軸方向への小型化との両立を図ることができるファンモータを提供する。
【解決手段】 ロータ２０と同軸上に固定されて一体的に回転し、その内側にロータ２０、ステータユニット３０及びヒートシンク４０を収納するファンボス７２と、ファンボス７２の外周面に一体的に設けられ、ファンボス７２の底部７７側から開口部７８側へ向けて回転軸方向に空気流れＦを形成するファンブレード７６と、を備え、ヒートシンク４０の近傍に、ファンボス７２の開口部７８が位置する。ヒートシンク４０に効率良く新鮮な空気を当てることができるので、ヒートシンク４０の冷却効率を高めることができる。これにより、ヒートシンク４０を薄型化することができるので、ブラシレスファンモータ１０の回転軸方向への小型化を達成することが可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ファンモータに係り、特に、モータ内を冷却する構造を備えたファンモータに関する。

従来より、自動車のエンジン冷却などに使用されるファンモータは、エンジンからの輻射熱にさらされるエンジンルーム内に配置されている。このことから、この種のファンモータでは、ファンモータ自体の冷却構造に配慮が払われている（たとえば、特許文献１参照）。

たとえば、特許文献１に記載の例では、モータケースの前端部を覆う筒状のファンボスの外周壁に複数のファンブレード（送風羽根）が設けられていると共にファンボスの内側底面に冷却羽根が設けられている。また、ファンモータの回転軸方向前後位置には、空気を吸引する吸気口と空気を吐出する吐出口がそれぞれ設けられている。

そして、ファンボスの回転と共に冷却羽根を回転させることによって吸気口から空気をモータ内部に吸引し、モータケース内部に空気を流通させた後に吐出口からモータ内部の空気を吐出するようにして、ファンモータの内部の部材を効率よく冷却するようにしている。

ところで、この種のファンボスを備えたファンモータの技術分野においては、回転軸方向の小型化を図るために、ロータとステータとが回転軸方向に対向するように配置されたアキシャルギャップタイプのブラシレスファンモータが考案されている。このアキシャルギャップタイプのブラシレスファンモータについても、モータ内部に空気を流通させてモータ内部の部材を冷却しようとする試みがある。
実公平７−４７９７１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術において、仮にブラシ付きモータの代わりにアキシャルギャップタイプのブラシレスモータを適用したとしても、ファンボスの内側底面に冷却羽根を設けることによってモータケース内部に空気を流通させる構成に伴ってファンボス内側底面に冷却羽根を収容するための空間を設ける必要がある。このため、ファンモータを回転軸方向に小型化することが困難である。

また、アキシャルギャップタイプのブラシレスファンモータにおいて、モータを制御するための回路を使用した場合には、何らかの方法で回路を冷却する必要がある。ここで、回路を冷却するためには、ヒートシンクを用いることが有効であると考えられる。

このとき、ヒートシンクをモータ径方向に張り出して、ファンブレードが起こす風をヒートシンクに直接当ててヒートシンクを冷却する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、ファンブレードが起こす風をヒートシンクが妨げることになるので、ファンモータ自体の送風効率が低下するなどの問題がある。

その一方で、回路をモータから独立させてファンシュラウドに取り付けることも考えられる。しかしながら、このようにした場合には、ファンシュラウドにファンモータ本体と回路とを配線する部材を設ける必要があるため、コスト的に不利となる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、モータ内部の冷却効率の向上と回転軸方向への小型化との両立を図ることができるファンモータを提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、外部からの電気エネルギに応じて磁界を発生するステータと、前記ステータに対してエアギャップを隔てて回転軸方向に対向するように配置され、前記ステータから発生する磁界に反発して回転軸周りに回転するロータと、前記ステータの前記ロータと反対側に設けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクの前記ステータと反対側に設けられた回路ユニットと、前記ロータと同軸上に固定されて前記ロータと一体的に回転する有底円筒部材で構成され、前記有底円筒部材の内側に前記ロータ、前記ステータ及び前記ヒートシンクを収納するファンボスと、前記ファンボスの外周面に一体的に設けられ、前記ファンボスの回転に伴って前記ファンボスの底部側から開口部側へ向けて回転軸方向に空気流れを形成するファンブレードと、を備え、前記ヒートシンクの近傍には、前記ファンボスの開口部が位置するように構成されたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、モータの回転、すなわち静止したステータに対してロータが回転軸周りに回転すると、ロータと共にファンボスが回転する。これにより、ファンブレードによってファンボスの底部側から開口部側へ向けて回転軸方向に空気流れが形成される。

このとき、ファンボスのファンブレードよりも開口部側は正圧側となり、ファンボスのファンブレードよりも底部側は負圧側となる。そして、ヒートシンクの近傍には、ファンボスの開口部が位置するように構成されているので、ファンボスの開口部から空気が流入し、ヒートシンクに効率良く新鮮な空気を当てることができる。

従って、ファンモータの送風効率を確保するためにヒートシンクをファンボスの内部に収納しても、ヒートシンクの冷却効率を高めることができる。これにより、結果としてヒートシンクを薄型化することができるので、ファンモータの回転軸方向への小型化を達成することが可能となる。

このとき、請求項２に記載のように、ファンボスのファンブレードよりも底部側に、ファンボスの内部と外部とを連通する通気口が設けられていると、通気口と空気流れにおけるファンボスの負圧側とが連通されるので、この通気口を介してモータ内部の空気の排出を励起することが可能である。

これにより、ヒートシンクを含むモータ内部を冷却するのに必要な通風量を十分に確保することができるので、モータ内部の冷却効率をさらに高めることができる。

さらに、請求項３に記載のように、ヒートシンクの外周面とファンボスの内周面との間に、空気流れにおけるファンボスの正圧側と連通する周方向間隙が形成され、回転軸方向におけるヒートシンクとステータとの間に、周方向間隙と連通する空気通路が形成され、ステータに、空気通路と連通する連通路が形成され、ロータに、連通路とエアギャップを介して連通する通気路が設けられ、ファンボスのファンブレードよりも底部側に、通気路とファンボスの外部とを連通する通気口が設けられていると、モータ内部に空気が流れる通路が確実に確保されるので、これにより、ヒートシンクを含むモータ内部の冷却効率をより向上させることができる。

また、請求項４に記載のように、ヒートシンクのステータ側に、空気通路内に突出する複数の放熱フィンが設けられていると、この空気通路内に配置された放熱フィンに空気を十分に当てることができる。これにより、ヒートシンクを効率的に冷却することができる。

なお、請求項５に記載のように、ステータは、複数のステータコイルの端末部を結線する結線端子ユニットを備えると共に、結線端子ユニットと複数のステータコイルとステータコアが樹脂部材で一体的にモールド成形されることによりユニット化されていても良い。

このように構成されていると、ブラシレスモータの組み立て作業時に、結線端子ユニットと複数のステータコイルとステータコアがユニット化されたステータをモータ本体に容易に組み付けることが可能となる。

また、請求項６に記載のブラシレスモータのように、ステータには、モールド成形により外部取付ステーが樹脂部材で一体的に形成されていても良い。

このように構成されていると、結線端子ユニットと複数のステータコイルとステータコアを樹脂部材で一体的にモールド成形してステータを形成するときに、ステータに外部取付ステーが同時に形成されるので、外部取付ステーを別途成形することを不要にすることができる。これにより、従来に比して製造工数を削減できると共に、部品点数が増加することを防止することができるので製造コストを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

はじめに、本発明の一実施形態に係るブラシレスファンモータの構成について説明する。
本発明の一実施形態に係るブラシレスファンモータ１０は、例えば、乗用自動車等のラジエータを冷却するためのブラシレスファンモータ装置に好適に適用されるものであり、図１に示すように、ロータ２０と、ステータとしてのステータユニット３０と、ヒートシンク４０と、回路ユニット５０と、回路ケース６０と、ファン７０を有して構成されている。

ロータ２０は、ステータユニット３０に対してエアギャップ８０を隔てて回転軸方向に対向するように配置され、ステータユニット３０から発生する磁界に反発して回転軸周りに回転するようになっている。ロータ２０には、カップ型に構成されたロータヨーク２２が備えられており、ロータヨーク２２には、環状のロータマグネット２４が固定されている。このロータマグネット２４には、モータ回転軸の周りにＮ極とＳ極とが交互に形成（例えば、８極形成）されている。

ロータヨーク２２の中央部には、回転シャフト２６が嵌合されており、回転シャフト２６は、後述するステータユニット３０に設けられた軸受部材３２によって回転自在に支持されている。そして、回転シャフト２６の先端部には、固着具２８によってファン７０が固定されている。

ロータヨーク２２の径方向外側には、ロータ２０の板厚方向に貫通する通気路２１が形成されており、この通気路２１は、後述するステータユニット３０に設けられた連通路３１とエアギャップ８０を介して連通するように形成されている。

ステータユニット３０は、外部からの電気エネルギに応じて磁界を発生するものであり、図２乃至図４に示すように、結線端子ユニット３４と、ステータコイル３６と、ステータコアとしてのバックヨーク３８を有して構成されている。

本実施形態のステータユニット３０は、予めモールド成形された結線端子ユニット３４と、ステータコイル３６およびバックヨーク３８とがさらにモールド成形されることによって一体化されたものである。

ステータユニット３０のモータ径方向外側の部分には、モータ径方向に延びる外部取付ステー３９が形成されている。この外部取付ステー３９は、ステータユニット３０をモールド成形したときに樹脂部材で一体的に形成されたものである。

なお、この外部取付ステー３９をステータユニット３０における複数のステータコイル３６の境目近傍位置に形成しても良い。このようにすると、ステータユニット３０のモールド成形時に、外部取付ステー３９の形成位置で樹脂が合流すること無く外部取付ステー３９を成形することができるので、外部取付ステー３９の概観を良好にすることができると共に、外部取付ステー３９の強度も確保できる。

そして、ステータユニット３０のロータ２０側には、図２に示すように、このロータ２０と面対向するように結線端子ユニット３４が配置されており、結線端子ユニット３４のモータ回転軸周りには、ロータマグネット２４とモータ回転軸方向に対向するように複数のステータコイル３６が設けられている。本実施形態のステータコイル３６は、結線端子ユニット３４によりＹ字状に結線されており、結線端子ユニット３４には、バックヨーク３８が一体に連結されている。

ステータユニット３０の回転軸周りには、回転軸方向に貫通する連通路３１が複数設けられている。この連通路３１は、後述する空気通路４１と連通している。

ヒートシンク４０は、ステータユニット３０のロータ２０と反対側の位置に配置されており、ヒートシンク４０とステータユニット３０との間には、後述する周方向間隙４４と連通する空気通路４１が設けられている。ヒートシンク４０のステータユニット３０側の平面には、図８に示すように、放熱フィンとしての突起４２が複数設けられている。この突起４２は、空気通路４１内に突出する円柱体で構成されている。

なお、図８では、突起４２が径方向に沿って配列されているが、突起４２を径方向に沿って互い違いに配列させたり、ランダムに配列させても良い。

そして、ヒートシンク４０の外周面４６とファンボス７２の内周面７４との間には、円環状の周方向間隙４４が設けられている。この周方向間隙４４は、ブラシレスファンモータ１０の空気流れＦの下流側、すなわち正圧側に開口しており、ブラシレスファンモータ１０の正圧側通気口となっている。

回路ユニット５０は、ヒートシンク４０のステータユニット３０と反対側に設けられている。回路ユニット５０には、ＦＥＴなどの制御素子５２などが実装された金属板５４が設けられており、この金属板５４は、ヒートシンク４０の突起４２と反対側の面上に配置されている。

制御素子５２は、回路基板５６に配線接続されており、回路基板５６には、ノイズ対策用のコンデンサや、チョークコイル（いずれも不図示）等も実装されている。また、回路基板５６には、結線端子ユニット３４から延びるターミナル３５が接続されている。

そして、この回路ユニット５０は、回路ケース６０によって覆われている。回路ケース６０は、ケース本体６２と蓋体６４により構成されており、ケース本体６２と蓋体６４との間には、不図示のシール部材が設けられている。また、回路ユニット５０及び回路ケース６０は、ファンブレード７６による送風を妨げないように、ファンボス７２の径方向内側に位置するように構成されている。

なお、回路ユニット５０が回路ケース６０によって密閉されると、回路ユニット５０内に結露等が生じる虞があるので、回路ケース６０に多孔室シートを使った呼吸穴を設けても良い。

ファン７０は、ロータ２０と同軸上に固定されてロータ２０と一体的に回転するようになっている。ファン７０には、有底円筒部材で構成されたファンボス７２が設けられており、本実施形態では、このファンボス７２の内側に、上述のロータ２０、ステータユニット３０及びヒートシンク４０がこの順に収納されている。

ファンボス７２の外周面７５には、ファンブレード７６が一体的に設けられている。本実施形態では、ファンブレード７６は５枚設けられている。このファンブレード７６は、ファンボス７２の回転に伴ってファンボス７２の底部７７側から開口部７８側へ向けて回転軸方向に空気流れＦを形成するものである。また、このようにしてファンボス７２の回転と共にファンブレード７６が回転すると、ファンブレード７６の上流側は負圧状態となり、下流側は正圧状態となる。

そして、本実施形態では、ヒートシンク４０の近傍にファンボス７２の開口部７８が位置するようにファンボス７２の回転軸方向の長さが設定されている。

ファンボス７２の外周面７５の負圧側部位には、ファンボス７２の内外を連通する通気口としてのファンボス穴７９が設けられている。このファンボス穴７９は、上述のロータヨーク２２の通気路２１と整合する位置に形成されている。

本例では、ファンボス７２の外周面７５にファンボス穴７９が周方向所定間隔毎に５つ設けられている。また、本例では、ファンボス７２に形成されたファンボス穴７９は、異物が入り込まないように、通気路２１を露出するのに必要な最小限の穴寸法で形成されている。

次に、本実施形態に係るブラシレスファンモータの作用について説明する。

ブラシレスファンモータ１０に外部より電気エネルギが与えられて、ステータユニット３０に磁界が生じると、この磁界に反発してロータ２０が回転する。これにより、ロータ２０と共にファンボス７２およびファンブレード７６が回転し、ファンブレード７６によってファンボス７２の底部７７側から開口部７８側へ向けて回転軸方向に空気流れＦが形成される。

このとき、ファンボス７２のファンブレード７６よりも開口部７８側は正圧側となり、ファンボス７２のファンブレード７６よりも底部７７側は負圧側となる。

そして、図３中矢印Ａで示されるように、ファンボス７２のファンブレード７６よりも開口部７８側の空気は、開口部７８から周方向間隙４４を通じて空気通路４１に吸入され、連通路３１を介してエアギャップ８０へ移動した後に、通気路２１を介してファンボス穴７９より外部へ排出される。

このように、ファンボス７２の内外にわたって空気流れが形成されるので、ファンボス７２内においては、ヒートシンク４０の突起４２の周りに空気が流れてモータ内部、特にヒートシンク４０を効率的に冷却することができる。従って、ヒートシンク４０での熱伝導により、制御素子５２を冷却することができる。

特に、本実施形態では、ヒートシンク４０の近傍にファンボス７２の開口部７８が位置するように構成されているので、ヒートシンク４０に効率良く新鮮な空気を当てることができる。

従って、ブラシレスファンモータ１０の送風効率を確保するためにヒートシンク４０をファンボス７２の内部に収納しても、ヒートシンク４０の冷却効率を高めることができる。これにより、結果としてヒートシンク４０を薄型化することができる（放熱フィンとしての突起４２が短くて済む）ので、ブラシレスファンモータ１０の回転軸方向への小型化を達成することが可能となる。

また、本実施形態では、ファンボス７２のファンボス穴７９が空気流れＦにおけるファンボス７２の負圧側と連通されているので、このファンボス穴７９を介してモータ内部の空気の排出を励起することが可能である。これにより、ヒートシンクを含むモータ内部を冷却するのに必要な通風量を十分に確保することができるので、モータ内部の冷却効率をさらに高めることができる。

また、本実施形態では、ファンボス７２に形成されたファンボス穴７９は、通気路２１を露出するのに必要な最小限の穴寸法で形成されているので、通気路２１を介してモータ内部に異物が侵入することを防止することができる。これにより、ロータ２０とステータユニット３０との間のエアギャップ８０に異物が挟まることを防止することができるので、ブラシレスファンモータ１０にモータロックが発生することを防止することができる。

また、仮に微小な異物がファンボス７２のファンボス穴７９を介して通気路２１内に侵入しても、通気路２１が形成されたロータヨーク２２は回転するため、通気路２１に侵入した異物を遠心力によって外部へ排出することができる。

また、本実施形態では、ロータ２０、ステータユニット３０及びヒートシンク４０がファンボス７２の内部に収納されると共に、回路ユニット５０がファンボス７２の径方向内側に位置するように構成されている。従って、ファンブレード７６が回転して回転軸方向に空気流れＦが形成されても、ロータ２０、ステータユニット３０、ヒートシンク４０、回路ユニット５０が空気流れＦを妨げることがないので、ブラシレスファンモータ１０の送風効率を高めることができる。

また、本実施形態では、結線端子ユニット３４と、複数のステータコイル３６と、バックヨーク３８をモールド成形することによってステータユニット３０を単一ユニット化しているので、これにより、ブラシレスファンモータ１０の組み立て作業時に、結線端子ユニット３４と複数のステータコイル３６とバックヨーク３８が散けてしまうことを防止することができる。従って、ステータユニット３０をモータ本体に容易に組み付けることが可能である。

さらに、本実施形態では、結線端子ユニット３４と複数のステータコイル３６とバックヨーク３８を樹脂部材で一体的にモールド成形してステータユニット３０を形成するときに、ステータユニット３０に外部取付ステー３９が同時に形成されるので、外部取付ステー３９を別途成形することを不要にすることができる。これにより、従来に比して製造工数を削減できると共に、部品点数が増加することを防止することができるので製造コストを低減することができる。

また、本実施形態では、結線端子フレームをモールド成形することにより結線端子ユニット３４を形成しているので、結線端子フレームの形状および位置を樹脂部材で固定することができる。これにより、ブラシレスファンモータ１０の組み立て作業時に、結線端子ユニット３４の取り扱いを容易にすることができる。

なお、上記実施形態では、ヒートシンク４０の放熱フィンとして、円柱体で構成された突起４２が設けられていたが、ヒートシンク４０の放熱フィンは、図９に示すように、放射状に配置された複数のリブ１４２であっても良い。

図１は本発明の一実施形態に係るブラシレスファンモータの正面図である。 図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３は図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図４は本発明の一実施形態に係るブラシレスファンモータの分解図である。 図５は本発明の一実施形態に係るブラシレスモータを示す図である。 図６は本発明の一実施形態に係るブラシレスモータのロータを除く構成を示す図である。 図７は本発明の一実施形態に係るロータ及びステータユニットを示す図である。 図８は本発明の一実施形態に係るヒートシンク、回路ユニット、回路ケースを示す図である。 図９は変形例に係るヒートシンク、回路ユニット、回路ケースを示す図である。

符号の説明

１０…ブラシレスファンモータ、２０…ロータ、２１…通気路、２２…ロータヨーク、２４…ロータマグネット、２６…回転シャフト、２８…固着具、３０…ステータユニット、３１…連通路、３２…軸受部材、３４…結線端子ユニット、３５…ターミナル、３６…ステータコイル、３８…バックヨーク、３９…外部取付ステー、４０…ヒートシンク、４１…空気通路、４２…突起、４４…周方向間隙、４６…外周面、５０…回路ユニット、５２…制御素子、５４…金属板、５６…回路基板、６０…回路ケース、６２…ケース本体、６４…蓋体、ファン…７０、７２…ファンボス、７４…内周面、７５…外周面、７６…ファンブレード、７７…底部、７８…開口部、７９…ファンボス穴、８０…エアギャップ、１４２…リブ、Ｆ…空気流れ

Claims (6)

1. 外部からの電気エネルギに応じて磁界を発生するステータと、
   前記ステータに対してエアギャップを隔てて回転軸方向に対向するように配置され、前記ステータから発生する磁界に反発して回転軸周りに回転するロータと、
   前記ステータの前記ロータと反対側に設けられたヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの前記ステータと反対側に設けられた回路ユニットと、
   前記ロータと同軸上に固定されて前記ロータと一体的に回転する有底円筒部材で構成され、前記有底円筒部材の内側に前記ロータ、前記ステータ及び前記ヒートシンクを収納するファンボスと、
   前記ファンボスの外周面に一体的に設けられ、前記ファンボスの回転に伴って前記ファンボスの底部側から開口部側へ向けて回転軸方向に空気流れを形成するファンブレードと、を備え、
   前記ヒートシンクの近傍には、前記ファンボスの開口部が位置するように構成されたことを特徴とするファンモータ。
2. 前記ファンボスの前記ファンブレードよりも底部側には、前記ファンボスの内部と外部とを連通する通気口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
3. 前記ヒートシンクの外周面と前記ファンボスの内周面との間には、前記空気流れにおける前記ファンボスの正圧側と連通する周方向間隙が形成され、
   回転軸方向における前記ヒートシンクと前記ステータとの間には、前記周方向間隙と連通する空気通路が形成され、
   前記ステータには、前記空気通路と連通する連通路が形成され、
   前記ロータには、前記連通路と前記エアギャップを介して連通する通気路が設けられ、
   前記ファンボスの前記ファンブレードよりも底部側には、前記通気路と前記ファンボスの外部とを連通する通気口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のファンモータ。
4. 前記ヒートシンクの前記ステータ側には、前記空気通路内に突出する複数の放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のファンモータ。
5. 前記ステータは、複数のステータコイルの端末部を結線する結線端子ユニットを備えると共に、前記結線端子ユニットと前記複数のステータコイルとステータコアが樹脂部材で一体的にモールド成形されることによりユニット化されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のファンモータ。
6. 前記ステータには、前記モールド成形により外部取付ステーが樹脂部材で一体的に形成されていることを特徴とする請求項５に記載のファンモータ。

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