JP2014121210A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの皮膜導線を確実に保持することができ、皮膜導線に予期せぬ負荷が加わっても断線が起こりにくく、かつ、巻き終えた皮膜導線の自動切断に対応可能な導電ピンを有する軸流ファンを提供する。
【解決手段】軸流ファン１は、ステータ６０のコイル６１と回路基板９０とを電気的に接続し、コイル６１の皮膜導線６５を保持するための導体ピン１００を有する。導電ピン１００は、ステータ６０のコアスタック６２を覆う電気絶縁体８０に一端が固定され、他端が回路基板９０に電気的に接続される。導電ピン１００の形状は四角柱ピンを基本形体とし、電気絶縁体８０からの露出部分１１０の少なくとも一部に角の存在しない縮径部１２０を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コイルと回路基板とを電気的に接続するとともに、コイルの皮膜導線を保持するための導体ピンの構造を改良した軸流ファンに関する。

冷却ファン等の小型の軸流ファンでは、羽根車の回転駆動装置として、通常、アウターロータ型のブラシレスモータが用いられる。アウターロータ型のブラシレスモータは、複数相のコイルを有する電機子をステータとし、当該ステータの外周に、永久磁石を有する励磁部をロータとして配設する。

各相のコイルの巻き始めおよび巻き終わり端部は、ステータコアのインシュレータに固定された導電ピンを介して、回路基板と電気的に接続される。また、各相のコイルを形成するためにコイル同士を結ぶ渡り線は、導電ピンに絡げて保持される。

導体ピンを有する軸流ファンに関する技術として、ステータコアを挟持する第１・第２インシュレータの少なくとも一方に導電ピンを貫通・保持させ、導電ピンの一端部にコイルの端部を電気接続するとともに、導電ピンの他端部を回路基板の孔部に挿入して電気接続するものが開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、複数のティースの各先端部は周方向での長さが異なって左右非対称に形成され、先端部の短い方の側面において、インシュレータに端子ピンを植設した端子保持部を密着配置し、端子の一方端にコイルの端末を絡げ、他方端に回路基板を電気的に接続した軸流ファンが開示されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平６−２５３４８２号公報 特開２０１１−１８２６１２号公報

ところで、従来の軸流ファンは、円柱状もしくは四角柱状の導電ピンを採用していた。

円柱状の導電ピンには角が存在しないため、予期せぬ負荷が加わっても、導電ピンに絡げた皮膜導線が断線しにくい。

その反面、角の存在しない円柱状の導電ピンの摩擦力は小さく、導電ピンに絡げた皮膜導線がずれ易い。このため、皮膜導線の線径によっては、巻線工程において、導電ピンに絡げた皮膜導線が保持できなかった。また、自動巻線機を用いて巻き終えた皮膜導線を自動切断する場合には、導電ピンの角を利用して切断することになるため、円柱状の導電ピンでは自動切断することができず、皮膜導線は手動で切断しなければならなかった。

一方、四角柱状の導電ピンには角が存在するため、自動巻線機を用いて巻き終えた皮膜導線を自動切断することができる。また、導電ピンに絡げた皮膜導線を導電ピンの角の摩擦力により保持することができる。

その反面、四角柱状の導電ピンに角が存在することにより、予期せぬ負荷が加わると、導電ピンに絡げた皮膜導線が当該ピンの角で断線してしまうことがあった。

特許文献１および２の技術は、導電ピン（端子ピン）とコイルの皮膜導線との接続構造を改良することにより、皮膜導線の切断を防止している。しかし、特許文献１および２の技術を適用しても、導電ピンの断面形状に起因する不具合は同様に発生しうる。

本発明は、コイルの皮膜導線を確実に保持することができ、皮膜導線に予期せぬ負荷が加わっても断線が起こりにくく、かつ、巻き終えた皮膜導線の自動切断に対応可能な導電ピンを有する軸流ファンの提供を目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る軸流ファンは、複数相のコイルを有するステータと、永久磁石を有するロータと、を備える。該軸流ファンは、上記コイルと回路基板とを電気的に接続するとともに、コイル同士を結ぶ渡り線を保持するための導体ピンを有する。

上記導電ピンは、上記ステータのコアスタックを覆う電気絶縁体に一端が固定されるとともに、他端が上記回路基板に電気的に接続される。

上記導電ピンの形状は四角柱ピンを基本形体とし、上記電気絶縁体からの露出部分の少なくとも一部に前記四角柱ピンの角が存在しない縮径部を有する。

本発明によれば、導電ピンの形状は四角柱を基本形状としており、電気絶縁体からの露出部分の少なくとも一部に四角柱ピンの角が存在しない縮径部を有する。縮径部には四角柱ピンの角が存在しないので、コイルの皮膜導線に予期せぬ負荷が加わっても、皮膜導線の断線が起こりにくい。

導電ピンの縮径部以外の露出部分は、角の存在する四角柱形状であるので、当該角により絡げた皮膜導線を確実に保持することができる。また、導電ピンの縮径部以外の露出部分の角を利用して、巻き終えた皮膜導線の自動切断を行うことができる。

本実施形態に係る軸流ファンの断面図である。 本実施形態のステータの斜視図である。 本実施形態の導電ピンの斜視図である。 本実施形態の導電ピンを電気絶縁体に固定した状態の斜視図である。 本実施形態の導電ピンに皮膜導線を絡げた状態の斜視図である。 （ａ）は本実施形態の導電ピンの位置関係の斜視図、（ｂ）から（ｄ）は導電ピンへの皮膜導線の絡げ状況の説明に供する図である。

以下、図面を参照して、本実施形態に係る軸流ファンについて説明する。

本実施形態に係る軸流ファンは、導電ピンの形状は四角柱（四角柱ピン）を基本形状とし、電気絶縁体からの露出部分の少なくとも一部に当該四角柱ピンの角が存在しない縮径部を有する。本実施形態によれば、コイルの皮膜導線を確実に保持することができ、皮膜導線に予期せぬ負荷が加わっても断線が起こりにくく、かつ、巻き終えた皮膜導線の自動切断に対応可能な導電ピンを有する軸流ファンを実現できる。なお、本実施形態では、導電ピンの基本形状を、９０°の内角を有する四角柱としているが、導電ピンの基本形状は、９０°未満の内角を有する三角柱であっても良いし、少なくとも１つの角が９０°以下の内角を有している多角形であっても良い。本実施形態における縮径部は、縮径部以外の導電ピンの径方向の最大距離を小さくしてある部分であり、９０°よりも大きな角度の内角を有する多角形状であるか、角の存在しない円形状である。

〔軸流ファンの構成〕
まず図１から図５を参照して、本実施形態に係る軸流ファンの構成について説明する。図１は本実施形態に係る軸流ファンの断面図である。図２は本実施形態のステータの斜視図である。

図１に示すように、軸流ファン１は、回転軸１０に取り付けられた羽根車２０の回転によって、回転軸１０の軸方向の一方から吸気し、当該軸方向の他方へと流体を吐出する送風装置である。軸流ファン１は、構造が簡単で、静圧は小さいが、風量は大きいという特徴を有し、たとえば、サーバーやパーソナルコンピュータ等の電子機器の冷却ファンなどに用いられる。

軸流ファン１は、回転軸１０に取り付けられた羽根車２０と、該羽根車２０の回転駆動装置としてのモータ３０と、羽根車２０の径方向の外周を囲むベンチュリケーシング（以下、単に「ケーシング」という）４０と、を備える。

羽根車２０は、中央部にカップ状のハブ部２１を有する。ハブ部２１の周囲には、複数の羽根２２が放射線状に一体的に取り付けられる。各羽根２２は、回転軸１０の軸方向に対して傾斜させている。

モータ３０は、ハブ部２１の内部に設けられる。モータ３０は、永久磁石５１を有する励磁部としての外側ロータ５０と、複数相のコイル６１が巻回された電機子としての内側ステータ６０と、を備える。

ロータ５０は、二段カップ状のロータヨーク５２、ロータヨーク５２の中心の嵌入部５３に圧入された回転軸１０、および永久磁石５１などを備える。ステータ６０は、コアスタック６２および当該コアスタック６２のスロット６４に収容されたコイル６１などを備える。

ロータヨーク５２はハブ部２１内に嵌入される。ロータヨーク５２の内周面には、永久磁石５１が固定される。ロータヨーク５２は、励磁部からの磁力線を閉じて、永久磁石５１の電磁誘導効果を最大にする機能を有する。またモータ３０の周辺機器が電磁誘導による磁界の影響を受けるのを防止する機能も有する。

ロータヨーク５２の構成材料としては、たとえば、ＳＣ材などの鉄系の磁性体が用いられるが、例示した材料に限定されない。

回転軸１０は軸受７０に回転可能に支持される。軸受７０は筒体状の軸受支持部７１の内面に固定される。軸受支持部７１は、ベース部７３の中央に形成される。

ステータスタック６２は、軸受支持部７１の外面に固定される。ステータスタック６２とロータヨーク５２の永久磁石５１とは、隙間を隔てて対向している。

ステータスタック６２は、十字リング状の薄肉金属板を板厚方向に複数積層して形成される。ステータスタック６２の構成材料としては、たとえば、性能とコストを両立するために珪素鋼板が望ましい。ステータスタック６２の各金属板は、たとえば、ワニス等の絶縁材を被覆して積層される。

図１または図２に示すように、ステータスタック６２には、コイル６１を巻回するための凸部としてのティース６３（図２参照）が形成される。ティース６３，６３間には、コイル６１を収容するための凹部としてのスロット６４が区画形成される。ティース６３およびスロット６４は、ステータスタック６２の円周方向に沿って均等に配設される。

本実施形態では、２相のコイル群を形成するため、たとえば、ステータスタック６２の円周方向に４カ所のティース６３およびスロット６４がそれぞれ形成されるが、コイル６１の相数、ティース６３およびスロット６４の数は限定されない。

各スロット６４内は、電気絶縁体（インシュレータ）８０で覆われる。ずなわち、ティース６３に巻回されたコイル６１の周囲は、電気絶縁体８０で覆われることになる。電気絶縁体８０としては、たとえば、合成樹脂が採用される。

ベース部７３上には回路基板９０が支持される（図１参照）。回路基板９０には、軸流ファン１を制御するための配線パターンが形成される。

コイル６１の周囲の電気絶縁体８０には、導電ピン１００が固定される。電気絶縁体８０のティース相当部には、導電ピン１００を固定するためのピン固定部８１が設けられる。ピン固定部８１は、軸方向外方へ向けて***している。本実施形態のピン固定部８１は、たとえば、電気絶縁体８０の３箇所のティース相当部にピン固定部８１が設けられるが、これに限定されない。

〔導電ピンの構造〕
次に、図１から図５を参照して、本実施形態の導電ピンの構造について説明する。図３は本実施形態の導電ピンの斜視図である。図４は本実施形態の導電ピンを電気絶縁体に固定した状態の斜視図である。図５は本実施形態の導電ピンに皮膜導線を絡げた状態の斜視図である。

図１および図２に示すように、導電ピン１００の一端は、電気絶縁体８０のピン固定部８１に固定される。図１に示すように、導電ピン１００の他端は、回路基板９０のスルーホール９１内に挿通され、半田付け９２等により電気的に接続される。

導電ピン１００の構成材料としては、たとえば、銅等の導電性に優れた金属材料が用いられる。

図３に示すように、導電ピン１００の形状は、四角柱ピンを基本形状としている。導電ピン１００は、軸方向の少なくとも一部に四角柱ピンの角が存在しない縮径部１２０を有する。すなわち、本実施形態の導電ピン１００は、軸方向の中間部に四角柱ピンの角を削ぎ落とした縮径部１２０を有しているが、これに限定されず、多段状に縮径部１２０を有していてもよい。

本実施形態の縮径部１２０は、たとえば、かしめ機等の機具により、四角柱の導電ピン１００の角を機械的に押し潰して形成される。角を削ぎ落とす縮径部１２０の形成方法は限定されず、切削等の他の手段を用いて形成しても構わないが、押し潰しは加工が簡易である。

図４に示すように、導電ピン１００の一端は、電気絶縁体８０のピン固定部８１内に埋設して固定される。導電ピン１００を電気絶縁体８０に固定した状態において、導電ピン１００は回転軸１０の軸方向に沿って設けられる（図１参照）。

導電ピン１００の角の存在しない縮径部１２０は、電気絶縁体８０のピン固定部８１からの露出部分１１０の少なくとも一部に配される。本実施形態の縮径部１２０は、電気絶縁体８０からの露出部分１１０の基端部（根元）に位置する。

導電ピン１００の露出部分１１０の基端部に縮径部１２０が位置するので、当該導電ピン１００の埋め込み側を全て縮径部１２０で形成してもよい。電気絶縁体８０から導電ピン１００が抜け出るのを防止するためには、図３に示したように、導電ピン１００の中間部に縮径部１２０を形成することが好ましい。

図２および図５に示すように、コイル６１の皮膜導線６５は、導電ピン１００の他端に絡げて保持される。コイル６１の皮膜導線６５は、導電ピン１００の露出部分１１０の縮径部以外の露出部分から皮膜導線６５を絡げ始めて、基端側の縮径部１２０で絡げ終えることになる。もしくは、コイル６１の皮膜導線６５は、導電ピン１００の基端側の縮径部１２０から皮膜導線６５を絡げ始めて、先端側の縮径部以外の部分１３０で絡げ終えることになる。

コイル６１の皮膜導線６５としては、たとえば、エナメル線等の皮膜銅線が用いられる。

図１および図５に示すように、導電ピン１００にコイル６１の皮膜導線６５を絡げた状態で、当該導電ピン１００は回路基板９０のスルーホール９１内に挿通され、半田付け９２等により電気的に接続される。

［軸流ファンの作用］
次に、図１から図６を参照して、本実施形態に係る軸流ファン１の作用について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る軸流ファン１において、各相のコイル６１の皮膜導線６５の巻き始めおよび巻き終わり端部は、電気絶縁体８０に固定された導電ピン１００の露出部分１１０に絡げられる。当該皮膜導線６５を絡げた導電ピン１００は、回路基板９０のスルーホール９１に挿通されて、半田付け９２等により電気的に接続される。

また、各相のコイル６１を形成するためにコイル同士を結ぶ皮膜導線６５の渡り部は、同様に導電ピン１００に絡げて保持される。

図５に示すように、皮膜導線６５は、導電ピン１００の露出部分１１０に絡げて保持される。具体的には、皮膜導線６５は、導電ピン１００の露出部分１１０における先端側の縮径部以外の部分１３０から絡げ始めて、基端側の縮径部１２０で絡げ終える。もしくは、皮膜導線６５は、導電ピン１００の露出部分１１０における基端側の縮径部１２０から絡げ始めて、先端側の縮径部以外の部分１３０で絡げ終えることになる。いずれの手順で皮膜導線６５を絡げた場合でも、角１３１の存在する縮径部以外の部分１３０と、角１３１の存在しない縮径部１３０との双方の性質を享受することができる。

次に、図６を参照して、本実施形態におけるコイルの巻回手順について説明する。図６（ａ）は本実施形態の導電ピンの位置関係の斜視図、（ｂ）から（ｄ）は導電ピンへの皮膜導線の絡げ状況の説明に供する図である。

図６（ｂ）に示すように、導電ピン１００ａの先端部から基端側へ向けて、皮膜導線６５を絡げる。皮膜導線６５の絡げ始めの部位は、縮径部以外の部分１３０であり、角１３１が存在する（図４参照）。

導電ピン１００ａの基端側の縮径部１２０まで皮膜導線６５を絡げ終わったら、コアスタック６２のティース６３に皮膜導線６５を巻回してコイル６１を形成する。角１３１の存在しない縮径部１２０において、皮膜導線６５が絡げ終わり（図４参照）、ティース６３へ渡ることになる。

１または２箇所のティース６３にコイル６１を巻回し終えたら、図６（ｃ）に示すように、次の導電ピン１００ｂに皮膜導線６５を絡げる。前工程のティース６３から渡ってきた皮膜導線６５の導電ピン１００ｂへの絡げ始めは縮径部１２０となる。

皮膜導線６５を導電ピン１００ｂの先端側まで絡げたら、再度、当該導電ピン１００ｂの基端部まで絡げる。導電ピン１００ｂの基端側まで絡げた皮膜導線６５は、次のティース６３へと渡ってコイル６１を形成する。

全てのティース６３にコイル６１を形成し終えたら、図６（ｄ）に示すように、導電ピン１００ｃに皮膜導線６５を絡げる。皮膜導線６５は、導電ピン１００ｃの基端側から先端側へと移動させ、先端部まで絡げて巻回工程の終了となる。皮膜導線６５の絡げ始めの前工程のティース６３との渡りは角１３１の存在しない縮径部１２０であり、皮膜導線６５の絡げ終わりの先端部は角１３１の存在する縮径部以外の部分１３０となる（図４参照）。

本実施形態によれば、図３および図４に示すように、導電ピン１００の形状は四角柱を基本形状としている。当該導電ピン１００の電気絶縁体８０からの露出部分１１０の少なくとも一部に四角柱の角の存在しない縮径部１２０を有する。

すなわち、縮径部１２０は、押し潰しなどによって角が存在しないように加工されている。当該縮径部１２０に角が存在しないので、コイル６１の皮膜導線６５に予期せぬ負荷が加わっても、導電ピン１００に絡げた皮膜導線６５の断線が起こりにくい。

導電ピン１００の露出部分１１０の縮径部以外の部分１３０は、角１３１の存在する四角柱形状である。したがって、当該縮径部以外の部分１３０の角１３１により、導電ピン１００に絡げた皮膜導線６５を確実に保持することができる。

縮径部１２０は、導電ピン１００の露出部分１１０の基端部（根元）に位置する。したがって、露出部分１１０の縮径部１２０に絡げた皮膜導線６５は、先端側の縮径部以外の部分１３０が当該縮径部１２０よりも拡大しているので、縮径部１２０からずれて抜け出ることはない。

また、導電ピン１００の露出部分１１０の縮径部以外の部分１３０の角１３１を利用することにより、自動巻線機を用いて、巻き終えた皮膜導線６５の自動切断を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。

１ 軸流ファン、
５０ ロータ、
５１ 永久磁石、
６０ ステータ、
６１ コイル、
６２ コアスタック、
６５ 皮膜導線、
８０ 電気絶縁体、
９０ 回路基板、
１００ 導電ピン、
１１０ 露出部分、
１２０ 縮径部、
１３０ 縮径部以外の部分、
１３１ 角。

Claims (6)

1. 複数相のコイルを有するステータと、永久磁石を有するロータと、を備え、前記コイルと回路基板とを電気的に接続するとともに、前記コイルの皮膜導線を保持するための導体ピンを有する軸流ファンであって、
   前記導電ピンは、前記ステータのコアスタックを覆う電気絶縁体に一端が固定されるとともに、他端が前記回路基板に電気的に接続され、
   前記導電ピンの形状は角柱ピンを基本形体とし、前記電気絶縁体からの露出部分の少なくとも一部に前記角柱ピンの角の存在しない縮径部を有することを特徴とする軸流ファン。
2. 前記縮径部は、前記縮径部以外の導電ピンの径方向の最大距離を小さくしてある部分であることを特徴とする請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記縮径部は、９０°よりも大きな角度の内角を有する多角形状であるか、角の存在しない円形状であることを特徴とする請求項２に記載の軸流ファン。
4. 前記角柱ピンの形状は、四角形状または三角形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の軸流ファン。
5. 前記導電ピンを前記電気絶縁体に固定した状態において、前記露出部分の基端部に前記縮径部が位置することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の軸流ファン。
6. 前記皮膜導線は前記導電ピンの前記露出部分に絡げて保持され、
   前記露出部分の前記縮径部以外の部分から前記皮膜導線を絡げ始めて、前記縮径部で絡げ終え、もしくは、前記露出部分の前記縮径部から前記皮膜導線を絡げ始めて、前記縮径部以外の部分で絡げ終えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の軸流ファン。