JP2020105974A - 軸流ファン - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの外部にリード線を引き出す作業の容易な軸流ファンを提供すること。【解決手段】実施形態の軸流ファンは、ケーシングと、リード線とを備える。前記ケーシングは、インペラを回転自在に支持する。前記リード線は、前記ケーシングに収容され、前記インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給する。前記ケーシングは、２つのハウジングから形成されており、一方のハウジングに切欠部が形成され、他方のハウジングに前記切欠部に挿入される突出部が形成されている。前記切欠部は、切欠方向側端部に底部が形成されており、前記突出部と前記底部との間にリード線用空間部が形成される。前記リード線は、前記ケーシングの内部より前記リード線用空間部から前記ケーシングの外部に引き出される。【選択図】図１

Description

本発明は、軸流ファンに関する。

軸流ファンは、電子機器、家電機器、ＯＡ機器、産業機器等々の冷却、換気、空調や、車両用の空調、送風などに広く用いられている。軸流ファンでは、一般的に、内部のモータに電力を供給するためのリード線の一端が内部の回路基板に接続されており、リード線の他端はケーシング（ハウジング）の外部に引き出されている（たとえば、特許文献１、２等を参照）。

軸流ファンの組立工程として、リード線の一端が接続された回路基板をケーシングに取り付ける際に、リード線の他端をケーシングの風洞部に設けられた複数のスポークの間を通して外部に引き出す手法がある。

他の軸流ファンの例として、リード線の一端が接続された回路基板を有するステータ部の外周に放射状に腕部が設けられ、ケーシングの吸気口側からケーシングにステータ部を挿入し、腕部をケーシングに固定するものがある。

特開２０１３−１９９８６１号公報 特開２０１８−１１５６１５号公報

前述したリード線を複数のスポークの間を通す手法においては、ケーシングを持ち上げた状態で作業せざるを得ないため、作業性が悪いという問題がある。また、リード線の他端側にコネクタが設けられる場合、コネクタの大きさによってはスポークの間を通らない場合があり、その場合は、リード線の一端を回路基板には接続しておかず、他端にコネクタが設けられたリード線の一端を外部からスポークの間を通した後に回路基板に半田付け等により接続しなければならない。この場合、半田付けのスペースが狭くなって作業が難しくなり、作業性が悪くなる。

ステータ部の腕部をケーシングに固定するものでは、リード線の取り扱いについての不便はなくなるが、ケーシングの中心軸に対してステータ部の中心軸がずれる場合があり、排気口から吹き出される空気の流れに偏りが生じ、風量特性の低下や騒音の増加が生じる虞がある。また、ケーシングの外部に引き出されるリード線がケーシングに固定されない構造であったため、ケーシングの排気口から吹き出された空気がリード線に衝突し、リード線が振動し、騒音が生じる虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ケーシングの外部にリード線を引き出す作業の容易な軸流ファンを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る軸流ファンは、ケーシングと、リード線とを備える。前記ケーシングは、インペラを回転自在に支持する。前記リード線は、前記ケーシングに収容され、前記インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給する。前記ケーシングは、２つのハウジングから形成されており、一方のハウジングに切欠部が形成され、他方のハウジングに前記切欠部に挿入される突出部が形成されている。前記切欠部は、切欠方向側端部に底部が形成されており、前記突出部と前記底部との間にリード線用空間部が形成される。前記リード線は、前記ケーシングの内部より前記リード線用空間部から前記ケーシングの外部に引き出される。

本発明の一態様に係る軸流ファンは、ケーシングの外部にリード線を引き出す作業を容易にすることができる。

図１は、実施形態に係る軸流ファンの構成例を示す正面図である。 図２は、実施形態に係る軸流ファンの構成例を示す断面図である。 図３は、ケーシングの構成例を示す斜視図である。 図４は、ケーシングの構成例を示す断面図である。 図５は、リード線が接続された回路基板をケーシングに組み込む様子を示す斜視図（１）である。 図６は、リード線が接続された回路基板をケーシングに組み込む様子を示す斜視図（２）である。 図７は、リード線が接続された回路基板をケーシングに組み込む様子を示す斜視図（３）である。 図８は、切欠部の付近を拡大した断面図である。 図９は、第１の比較例を示す図である。 図１０は、第２の比較例を示す図である。

以下、実施形態に係る軸流ファンについて図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、実施形態に係る軸流ファン１の構成例を示す正面図である。図１において、軸流ファン１のケーシング３０は外形が略矩形の第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂを備えている。第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂは、重ね合わされており、図１では、一方の第１ハウジング３４Ａのみが見えている。

第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂの中央に形成される円筒状の風洞には、ハブ２１および羽根２２を有するインペラ２０が回転可能に支持されている。また、図の表側の第１ハウジング３４Ａの一部（図では右側面の上側）の裏側には突出部３４Ａ３が設けられ、第２ハウジング３４Ｂの対応する位置には切欠部３４Ｂ３が設けられ、切欠部３４Ｂ３にリード線６０の側部が挟み込まれた状態で、切欠部３４Ｂ３に突出部３４Ａ３が挿入されるようになっている。突出部３４Ａ３および切欠部３４Ｂ３の詳細については後述する。

また、第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂの四隅には、ボルト等により他の装置等への取付が行えるようにした貫通孔３４Ａ１、３４Ｂ１が設けられている。第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂは、他の装置等への取付に用いるボルト等によって同時に結合される。なお、第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂの外形は、図示のような矩形に限られず、たとえば、円形であってもよい。なお、インペラ２０の羽根２２の枚数や間隔や形状は図示のものに限られない。

図２は、実施形態に係る軸流ファン１の構成例を示す断面図（図１におけるＹ−Ｙ断面図）である。図２において、軸流ファン１は、モータ１０と、インペラ２０と、ケーシング３０と、軸受４０と、回路基板５０と、リード線６０とを備えている。

モータ１０は、たとえば、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータであり、インペラ２０を回転させる。モータ１０は、ステータコア１１と、コイル１２と、ロータ１３とを有する。

ステータコア１１は、ケイ素鋼板などのような軟磁性材料から形成された鋼板がプレス加工され、プレス加工された鋼板が複数枚、軸方向に積層されて構成される。ステータコア１１は、円環状の本体部と、かかる本体部の外周側から外方に向かって径方向に延在する複数のティースとを有する。

なお、以降においては、軸流ファン１の径方向、軸方向および周方向を次のように規定して説明する。ここで、「径方向」とは、軸流ファン１の内部で回転するインペラ２０の回転軸ＡＸと直交する方向であり、「軸方向」とは、インペラ２０の回転軸ＡＸの軸方向と一致する方向であり、「周方向」とは、インペラ２０の回転方向Ｒと一致する方向である。

コイル１２は、ステータコア１１を軸方向の両側から覆うインシュレータ（軸方向に２つに分割されたインシュレータ）を介して、複数のティースのそれぞれに巻回される。

ロータ１３は、回転軸ＡＸを中心としてステータコア１１およびコイル１２に対して相対的に回転する。ロータ１３は、シャフト１４と、ロータヨーク１５と、ロータマグネット１６とを有する。インペラ２０は、ハブ２１と、複数の羽根２２とを有する。

シャフト１４は、円柱状であり、軸方向に延在し、軸受ホルダー３１の内側に装着された一対の軸受４０により回転可能に支持される。

ハブ２１はカップ状であり、中央の軸方向内側に向けて形成された突出部にシャフト１４の一方端が圧入されて結合される。複数の羽根２２は、ハブ２１の外周面に支持される。羽根２２は、全て同じ形状で、周方向に均等の間隔で配置され、たとえば、隣接する羽根２２との間に平面視で隙間が形成されている。ハブ２１と複数の羽根２２とは、たとえば、樹脂の一体成形で形成される。

ロータヨーク１５は、軟磁性材からなり、ハブ２１の内側に接着材等により固定されている。なお、ロータヨークをカップ状に形成し、ロータヨークの中央部がシャフト１４に直接に取り付けられるものとし、そのロータヨークの外周面にハブが固定されるようにしてもよい。

ロータマグネット１６は、リング状であり、ロータヨーク１５の内周面に接合される。また、ロータマグネット１６は、ステータコア１１のティースと向かい合うように配置され、内周面にＳ極とＮ極とが周方向に交互に着磁される複数の磁極が形成される。

ケーシング３０は、軸受ホルダー３１と、モータベース３２と、複数のスポーク３３と、第１ハウジング３４Ａと第２ハウジング３４Ｂとを有する。軸受ホルダー３１は、中空円筒状の金属製であり、第２ハウジング３４Ｂの中央に設けられた円形カップ状のモータベース３２の中央に形成された突出部の開口に配置される。軸受ホルダー３１はモータベース３２の突出部の開口に嵌着してもよく、また軸受ホルダー３１をインサートしてモータベース３２に一体成形してもよい。軸受ホルダー３１は、内周側に一対の軸受４０が装着され、外周側にはステータコア１１などが装着されている。モータ１０が装着されるモータベース３２は、第２ハウジング３４Ｂの一方端に配置される。

複数のスポーク３３は、モータベース３２の外周側に配置され、径方向に延在してモータベース３２と第２ハウジング３４Ｂとを連結する。第１ハウジング３４Ａおよび第２ハウジング３４Ｂは、内側に風洞を構成する円孔が形成され、かかる円孔からなる風洞に軸流ファン１の各部材が収容される。モータベース３２と、スポーク３３と、第２ハウジング３４Ｂとは、たとえば、樹脂の一体成形で形成される。第１ハウジング３４Ａと第２ハウジング３４Ｂは、第２ハウジング３４Ｂのスポーク３３の上方で２分割されている。

また、ケーシング３０には、第１ハウジング３４Ａの軸方向における一方側（図２では上側）に吸込口３５が形成され、第２ハウジング３４Ｂの軸方向における他方側（図２では下側）に吐出口３６が形成される。そして、インペラ２０が所定の回転方向Ｒに回転することにより、吸込口３５から吐出口３６に向けて空気の流れＦＬが形成される。

軸受４０は、転がり軸受で構成されており、シャフト１４を回転自在に支持する。なお、軸受４０は流体軸受であってもよいし、滑り軸受であってもよい。

回路基板５０は、電子部品を実装し、モータ１０を制御する制御回路を有しており、ステータコア１１とモータベース３２との間に配置される。回路基板５０には、インペラ２０を回転させるモータ１０に少なくとも電力を供給するリード線６０の一端が接続されている。リード線６０は、電力の供給以外に、たとえば、制御信号の送受信に用いられる。リード線６０は、ケーシング３０内において一つのスポーク３３に沿って配置される。リード線６０の他端は、第２ハウジング３４Ｂに設けられた切欠部３４Ｂ３の底部と、第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３との間に形成されたリード線用空間部を通し、内部から外部に引き出されている。なお、第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３は、第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３に挿入された状態において、切欠部３４Ｂ３の底部に対して、リード線６０を押圧している。

図３は、ケーシング３０の構成例を示す斜視図である。図３において、ケーシング３０を構成する第１ハウジング３４Ａの四隅の貫通孔３４Ａ１が設けられた部分の第２ハウジング３４Ｂに面する側には、軸方向に第２ハウジング３４Ｂと反対側の方向に後退した凹部３４Ａ２が設けられている。また、前述したように、第１ハウジング３４Ａの一部（図の右手前の辺の右側）には、軸方向に第２ハウジング３４Ｂ側の方向に延在した突出部３４Ａ３が設けられている。突出部３４Ａ３は、第２ハウジング３４Ｂに面する先端面３４Ａ４と、この先端面３４Ａ４に続く側壁面３４Ａ５、３４Ａ６とを有している。

第２ハウジング３４Ｂの四隅の貫通孔３４Ｂ１が設けられた部分の第１ハウジング３４Ａに面する側には、突出部３４Ｂ２が設けられ、第１ハウジング３４Ａの凹部３４Ａ２と係合する。第１ハウジング３４Ａの凹部３４Ａ２と第２ハウジング３４Ｂの突出部３４Ｂ２とにより、第１ハウジング３４Ａと第２ハウジング３４Ｂとの位置決めが正確に行われる。

また、前述したように、第２ハウジング３４Ｂの側壁の一部（図の右手前の辺の右側）には、切欠部３４Ｂ３が設けられている。切欠部３４Ｂ３は、切欠方向側端部に底部３４Ｂ４が形成されており、この底部３４Ｂ４に側壁部３４Ｂ５、３４Ｂ６が続いている。切欠部３４Ｂ３は、第２ハウジング３４Ｂにおいてインペラ２０の外周部と対向する内周面の一部を分断するように設けられており、第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３が挿入された状態において、連続面を形成する。

なお、図示の例では、第１ハウジング３４Ａの側壁面３４Ａ５、３４Ａ６と第２ハウジング３４Ｂの側壁部３４Ｂ５、３４Ｂ６とは平坦面となっているが、第１ハウジング３４Ａ側または第２ハウジング３４Ｂ側の一方に軸方向に沿ったキーを設け、他方にキー溝を設けることで、挿入時の結合を高めるようにしてもよい。キーは、表面から突出するにつれて幅が広く形成され、キー溝は表面から奥に入るにつれて幅が広く形成されることが望ましい。また、第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３と第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３の接触面の一方に係止爪を設け、その係止爪に係合する凹部を他方に設けることで、抜け止めを図ることもできる。

図４は、ケーシング３０の構成例を示す断面図であり、図１におけるＶ−Ｖ断面図である。図４において、第１ハウジング３４Ａの内壁には、吸込口３５側に向けて拡径となる面３４Ａ１１と、この面３４Ａ１１に連なり、軸方向に平行な面３４Ａ１２とが設けられている。また、第２ハウジング３４Ｂの内壁には、第１ハウジング３４Ａの面３４Ａ１２に連なり、吐出口３６側に向けて拡径となる面３４Ｂ１１が設けられている。吸込口３５側および吐出口３６側が拡径となることで、空気量に対する抵抗が減少し、送風の特性の向上が図れる。

図５〜図７は、リード線６０が接続された回路基板５０をケーシング３０に組み込む様子を示す斜視図である。図５は、第１ハウジング３４Ａが重ねられていない第２ハウジング３４Ｂに対し、リード線６０が接続された回路基板５０を組み込む状態を示している。この場合、回路基板５０を第２ハウジング３４Ｂ内に配置する際に、切欠部３４Ｂ３の開口に上方からリード線６０を差し込む。なお、リード線６０の回路基板５０とは反対側の端部にはコネクタ６１が接続されている。リード線６０の周囲はチューブ６２により覆われている。図６は、図５におけるケーシング３０等を下側から見た図である。なお、リード線６０はチューブ６２により覆われていなくてもよい。

図７は、第２ハウジング３４Ｂ内に回路基板５０が収容され、第２ハウジング３４Ｂに対して第１ハウジング３４Ａが重ね合わされて、第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３に第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３が挿入された状態を示している。リード線６０は、第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３の底部３４Ｂ４と第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３の先端面との間に形成されたリード線用空間部により抑え込まれる。図８は、切欠部３４Ｂ３の付近を拡大した断面図である。図８において、第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３の先端面３４Ａ４の風洞側には突起部３４Ａ７が設けられ、第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３の底部３４Ｂ４の風洞側には切欠部３４Ｂ１２が設けられており、リード線６０を突起部３４Ａ７により切欠部３４Ｂ１２側に押圧することで、リード線６０の係止が行われる。

図９は、第１の比較例を示す図である。図９の左側は、回路基板１１１に一端が接続されたリード線１１２の他端に接続されたコネクタ１１３が、図の奥側から、軸流ファン１００のケーシング１０１の風洞部に設けられた複数のスポーク１０２、１０３の間を通され、スポーク１０３と保持片１０４の間にリード線１１２が沿わせられる状態を示している。リード線１１２が配置された状態を図の右側に示している。

このような手法によれば、コネクタ１１３を通すためにケーシング１０１を持ち上げた状態で作業せざるを得ないため、作業性が悪いという問題がある。また、リード線１１２の他端側のコネクタ１１３が相対的に大きい場合にはスポーク１０２、１０３の間を通らない場合があり、その場合は、リード線１１２を回路基板１１１には接続しておかず、他端にコネクタ１１３が設けられたリード線１１２の一端を図の手前側からスポーク１０２、１０３の間を通した後に回路基板１１１に半田付け等により接続しなければならない。この場合、半田付けのスペースが狭くなって作業が難しくなり、作業性が悪くなる。

図１０は、第２の比較例を示す図である。図１０において、軸流ファン２００のケーシング２０１の端面の風洞部の外周には取付溝２０２〜２０５が設けられ、ステータアッシー２１１の外周には放射状に腕部２１２〜２１５が設けられている。ステータアッシー２１１にはリード線２１６の一端が接続され、リード線２１６の他端にはコネクタ２１７が接続されている。そして、ケーシング２０１に対し図の右側より、ステータアッシー２１１がケーシング２０１側に挿入され、腕部２１２〜２１５がケーシング２０１の取付溝２０２〜２０５に係合されることで組立が行われる。

このような手法によれば、リード線２１６の取り扱いについての不便はなくなるが、ケーシング２０１の中心軸に対してステータアッシー２１１の中心軸がずれる場合があり、ステータアッシー２１１に取り付けられるインペラの羽根の外周端とケーシング２０１の内周面との間の隙間が円周方向で均一にならず、その結果、排気口から吹き出される空気の流れに偏りが生じ、風量特性の低下や騒音の増加が生じる虞がある。また、ケーシング２０１の外部に引き出されるリード線２１６がケーシング２０１に固定されない構造であるため、ケーシング２０１の排気口から吹き出された空気がリード線２１６に衝突し、リード線２１６が振動し、騒音が生じる虞がある。

これらの第１、第２の比較例に対し、図１〜図８で説明された実施形態では、次のような利点がある。

先ず、本実施形態では、図５に示されたように、たとえば、作業机の上にケーシング３０の第２ハウジング３４Ｂを置いた状態で上方からリード線６０の接続された回路基板５０を組み込み、その上に第１ハウジング３４Ａを被せることで組立ができるため、ケーシング３０を持ち上げることなく作業が行え、作業性が低下することがない。

また、本実施形態では、第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３の開口にリード線６０の側部を差し込むだけであるため、コネクタ６１の大きさによって影響を受けず、半田付け等の追加作業が必要となることがなく、作業性が低下することがない。

また、本実施形態では、第２ハウジング３４Ｂにモータベース３２が形成され、モータ１０の中心軸の精度が確保されるため、ステータ部の中心軸がずれることによる風量特性の低下や騒音の増加が生じる虞がない。

また、本実施形態では、第１ハウジング３４Ａの突出部３４Ａ３と第２ハウジング３４Ｂの切欠部３４Ｂ３とによりリード線６０が挟まれて固定されるため、吐出口３６から吐き出された空気によりリード線６０が振動して騒音が生じることも少なくなる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る軸流ファンは、インペラを回転自在に支持するケーシングと、ケーシングに収容され、インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給するリード線とを備え、ケーシングは、２つのハウジングから形成されており、一方のハウジングに切欠部が形成され、他方のハウジングに切欠部に挿入される突出部が形成されており、切欠部は、切欠方向側端部に底部が形成されており、突出部と底部との間にリード線用空間部が形成され、リード線は、ケーシングの内部よりリード線用空間部からケーシングの外部に引き出される。これにより、ケーシングの外部にリード線を引き出す作業の容易な軸流ファンを提供することができる。

また、突出部は、切欠部に挿入された状態において、底部に対して、リード線を押圧する。これにより、リード線が固定され、振動や騒音の発生を防止することができる。

また、ケーシングは、インペラと対向する内周面が形成され、切欠部は、内周面の一部を分断し、突出部は、切欠部に挿入された状態において、内周面とともに連続面を形成する。これにより、吸込口から吸気された空気の流れが乱れることなく、送風特性に影響を与えることがない。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 軸流ファン，１０ モータ，２０ インペラ，３０ ケーシング，３４Ａ 第１ハウジング，３４Ｂ 第２ハウジング，３４Ａ３ 突出部，３４Ａ４ 先端面，３４Ｂ３ 切欠部，３４Ｂ４ 底部，５０ 回路基板，６０ リード線，６１ コネクタ

Claims (3)

1. インペラを回転自在に支持するケーシングと、
   前記ケーシングに収容され、前記インペラを回転させるモータに少なくとも電力を供給するリード線と、
   を備え、
   前記ケーシングは、２つのハウジングから形成されており、一方のハウジングに切欠部が形成され、他方のハウジングに前記切欠部に挿入される突出部が形成されており、
   前記切欠部は、
   切欠方向側端部に底部が形成されており、
   前記突出部と前記底部との間にリード線用空間部が形成され、
   前記リード線は、前記ケーシングの内部より前記リード線用空間部から前記ケーシングの外部に引き出される、
   軸流ファン。
2. 前記突出部は、前記切欠部に挿入された状態において、前記底部に対して、前記リード線を押圧する、
   請求項１に記載の軸流ファン。
3. 前記ケーシングは、前記インペラと対向する内周面が形成され、
   前記切欠部は、前記内周面の一部を分断し、
   前記突出部は、前記切欠部に挿入された状態において、前記内周面とともに連続面を形成する、
   請求項１又は２に記載の軸流ファン。

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