JP5697943B2

JP5697943B2 - 車両用電動ファン

Info

Publication number: JP5697943B2
Application number: JP2010239053A
Authority: JP
Inventors: 信哉齋藤
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: JP2012095402A

Description

この発明は、自動車のラジエータ冷却のために用いられる車両用電動ファンに関するものである。

自動車のラジエータ冷却ファンに用いられる電動モータとして、アウタロータ型のブラシレスモータが用いられることがある。
この電動モータは、ステータ支持部材であるブラケットに、励磁用の複数のコイルを巻回したステータが取り付けられ、そのステータの外周側に、内周面に複数のマグネットを取り付けた有底円筒状のロータが回転可能に配置され、各コイルにタイミングをずらして電流を流すことによってロータを回転させるようになっている。ロータの底壁部の軸心には回転軸が一体に取り付けられ、その回転軸がブラケットに軸受を介して回転自在に支持されている。

また、車両に用いられるこの種の電動モータとして、ロータの周壁部の開口側の端縁を外周側から覆う略円筒状の水浸入規制壁がブラケットに一体に設けられたものがある。水浸入規制壁は、ロータの周壁部の開口側の端縁を外周側から覆うことにより、ロータの内周側への水の流入を制限している。ただし、ロータはブラケットに対して相対的に回転する部品であることから、水浸入規制壁とロータの周壁部の間には隙間があり、雨水の吹き込み等によって水滴が水浸入規制壁の内周側に回り込むことがある。こうして、水浸入規制壁の内周側に回り込んだ水滴は重力によって水浸入規制壁の内周面を伝い、水浸入規制壁の下方領域においてロータの周壁部との隙間を通して外部に排出される。

また、インナロータ型の電動モータにおいても、モータケース内に排水構造を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この電動モータは、ロータを回転自在に収容するモータケースの下端にケース内外を連通する水抜き孔が設けられるとともに、モータケースの下方領域の内面に、内壁を伝った水滴を水抜き孔方向に誘導するテーパ面が設けられている。

実開昭６２−２１７７５号公報

上述したアウタロータ型の電動モータの場合、水浸入規制壁とロータの間の隙間はできる限り狭める必要があるため、一旦水浸入規制壁の内周側に回り込んだ水滴は外部に排出されにくくなる。このため、上述したアウタロータ型の電動モータを備えた車両用電動ファンに上述したインナーロータ型の電動モータの技術を適用し、水浸入規制壁の鉛直下方領域の内面にテーパ面を設け、水浸入規制壁の内周側に回り込んだ水滴をテーパ面を通して外部に排出することを検討している。

しかし、こうして得られた車両用電動ファンにおいても、水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域のテーパ面の付根部に表面張力の作用によって水滴が付着して残ってしまう可能性が考えられる。そして、こうして付根部に付着した水滴は冷寒時に凍結し、水浸入規制壁とロータの間の隙間で両者に跨って固着してしまう可能性がある。
特に、アウタロータ型の電動モータを採用する車両用電動ファンにおいては、ロータが有底円筒状に形成されてその軸長が長くなる傾向にあるため、モータ全体の軸長の増大を避けるためにロータとブラケットの隙間をできる限り狭めることが望まれている。このため、アウタロータ型の電動モータを採用する車両用電動ファンでは、水浸入規制壁の付根部で凍結した水滴が水浸入規制壁とロータの間で両者に固着する可能性が高くなる。

そこでこの発明は、水浸入規制壁の内周側の残留水の凍結によるステータ支持部材とロータとの固着を防止して、冷寒時にも安定した始動性能を維持することのできる車両用電動ファンを提供しようとするものである。

この発明に係る車両用電動モータでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、コイルを巻回したステータと、前記ステータを支持するとともに、車両のラジエータに固定されるステータ支持部材と、前記ステータ支持部材に軸受を介して回転自在に支持されるとともに、水平方向に延出する回転軸と、前記ステータの前面側と外周側を覆うように有底円筒状に形成され、周壁部にマグネットが設置されるとともに、底壁部が前記回転軸に一体回転可能に結合されるロータと、を有する電動モータと、前記電動モータによって回転駆動されるとともに、有底円筒状のファンボスと、該ファンボスの外周面から径方向外側に突出する複数の送風ブレードと、を有するファン本体と、を備えた車両用電動ファンにおいて、前記電動モータは、前記ステータ支持部材に、前記ロータの周壁部の開口側の端縁の外周を覆う略円筒状の水浸入規制壁が設けられ、前記ファンボスの周壁部の開口側の縁部は、前記水浸入規制壁の水排出部とオーバーラップするように前記水浸入規制壁の外周側に配置され、前記水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域に、当該水浸入規制壁の付根部と前記ロータの開口側の端縁との離間幅を部分的に拡大する凹部が設けられていることを特徴とするものである。
これにより、水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域に流れ込んだ水滴は凹部とロータの隙間を通して外部に排出されるようになる。また、一部の水滴は、表面張力によって凹部内の水浸入規制壁の付根部側領域に付着して残る可能性があるが、残った水滴はロータの開口側の端縁に対して大きく離間することになる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る車両用電動ファンにおいて、前記水浸入規制壁の内周面は円形曲面に形成され、前記凹部は、前記内周面における前記付根部が所定深さだけ段差状に窪むように形成されていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に係る車両用電動ファンにおいて、前記凹部は、前記水浸入規制壁の付根部から延出端に亙る範囲に連続する断面略Ｖ字状の溝によって構成されていることを特徴とするものである。
これにより、水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域に流れ込んだ水滴は略Ｖ字状の溝に沿ってスムーズに外部に排出されるようになる。

請求項１に係る発明によれば、水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域に、水浸入規制壁の付根部とロータの開口側の端縁との離間幅を部分的に拡大する凹部が設けられているため、凹部内の水浸入規制壁の付根部側に水滴の一部が表面張力によって残存して冷寒時に凍結することがあっても、凍結してできた氷塊が水浸入規制壁とロータに跨って固着するのを確実に防止することができる。
したがって、この発明によれば、冷寒時においても安定した始動性能を維持することができる。

請求項３に係る発明によれば、水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域に設けられる凹部が、水浸入規制壁の付根部から延出端に亙る範囲に連続する断面略Ｖ字状の溝によって構成されているため、水滴を断面略Ｖ字状の溝に沿ってスムーズに流し、表面張力による水滴の残存自体もより少なくすることができる。

この発明の一実施形態の車両用電動ファンを用いたラジエータ冷却ファンの縦断面図である。この発明の一実施形態のステータ支持部材の斜視図である。この発明の一実施形態のステータ支持部材の要部を拡大した斜視図である。この発明の他の実施形態のステータ支持部材の要部を拡大した斜視図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、車両用電動ファン１（以下、「電動ファン１」と呼ぶ。）を鉛直方向に沿って切った断面図である。なお、図中矢印Ｆは、車両の前方側を指している。以下の説明においては、矢印Ｆの指す方向を「前」、矢印Ｆの指す方向と逆の方向を「後」と呼ぶものとする。
この電動ファン１は、車両のラジエータ冷却用として用いられ、図示しないラジエータの前方側に設置される。この電動ファン１は、駆動部である電動モータ２（車両用電動モータ）と、電動モータ２によって回転駆動されるファン本体３とを備えている。

電動モータ２は、アウタロータ型のブラシレスモータによって構成され、励磁用の複数のコイル１０が巻回されたステータ１１と、ステータ１１を支持するブラケット１２（ステータ支持部材）と、ブラケット１２に回転自在に支持される回転軸１３と、この回転軸１３に一体回転可能に結合されたロータ１４と、ロータ１４の回転をフィードバックしてコイル１０の通電を制御する制御ユニット１５と、を備えている。

ブラケット１２は、全体が略円盤状に形成され、その外周縁部に締結部である複数の固定アーム１２ａが延設されている。固定アーム１２ａは、ファン本体３の周囲を取り囲んで送風を案内するファンシュラウド１６に締結固定され、ファンシュラウド１６は、ラジエータの前方側に固定設置されるようになっている。
また、ブラケット１２の前面側の中央には円筒状のボス部１２ｂが突設されており、そのボス部１２ｂには、外周側でステータ１１を固定する略円筒状のステータ固定パイプ１７（ステータ支持部材）が取り付けられている。

ステータ固定パイプ１７は、一端側がボス部１２ｂ内に圧入固定され、他端側がボス部１２ｂの前端部から前方に突出している。ステータ固定パイプ１７のボス部１２ｂから前方に突出した領域の外周面には、ステータ１１のステータコア１８が嵌合固定されている。ステータコア１８には、放射方向に突出する複数のティース１８ａが設けられ、その各ティース１８ａに絶縁部材であるインシュレータ１９を介して前記コイル１０が巻回されている。

また、ブラケット１２の前面側の外周縁には、略円筒状の水浸入規制壁２５がボス部１２ｂと同軸に形成されている。ブラケット１２の前面には、さらに、水浸入規制壁２５よりも小径の第１円筒壁２６と、第１円筒壁２６よりも小径の第２円筒壁２７とがボス部１２ｂと同軸に形成されている。
水浸入規制壁２５は、ブラケット１２の上部外周側から、電気接点や制御ユニット１５の配置されている中心側に流入しようとする水滴を外周面に沿わせて下方に滴下させ、水滴の中心方向への浸入を規制するように機能する。第１，第２円筒壁２６，２７は、基本的に水浸入規制壁２５と同様に機能し、水滴の中心方向への浸入を二重、三重に規制するようになっている。

回転軸１３は、車体前後方向に沿うように略水平に延出し、一対の軸受２０Ａ，２０Ｂを介してブラケット１２のボス部１２ｂとステータ固定パイプ１７とに回転自在に支持されている。回転軸１３の後端部は軸受２０Ａから後方側に突出し、その突出端に回転検出用のセンサリング２１が取り付けられている。このセンサリング２１を用いて検出された回転軸１３の回転は、ロータ１４の回転情報として制御ユニット１５に出力される。一方、回転軸１３の前端部は軸受２０Ｂから前方側に突出し、その突出部分にロータ１４とファン本体３とが取り付けられるようになっている。
具体的には、回転軸１３の前部側の突出領域には、軸受２０Ｂに隣接してロータ支持部２２が拡径して形成されるとともに、そのロータ支持部２２に隣接してロータ支持部２２よりも小径のファン固定部２３が形成されている。そして、回転軸１３のファン固定部２３よりも先端側にはファン固定部２３よりも小径の雄ねじ部２４が形成されている。

ロータ１４は、有底円筒状のロータヨーク２８の周壁部２９の内面に複数のマグネット３０…が円周方向に沿って取り付けられている。また、ロータヨーク２８の底壁部３１の中央には、周壁部２９と同側に突出するボス部３２が形成され、そのボス部３２が回転軸１３のロータ支持部２２の外周に圧入固定されている。なお、ロータ１４は、周壁部２９に設置されたマグネット３０がステータ１１の外周面に対峙し、底壁部３１がステータ１１の前面側を覆うように回転軸１３に組み付けられている。

また、ロータヨーク２８の周壁部２９の開口側（後端側）の縁部には径方向外側に屈曲したフランジ３３が突設されている。このフランジ３３を含むロータヨーク２８の開口側の縁部は、ロータ１４が回転軸１３と軸受２０Ａ，２０Ｂを介してブラケット１２に組み付けられた状態において、ブラケット１２の水浸入規制壁２５と第１円筒壁２６の間のスペースに配置され、水浸入規制壁２５と第１円筒壁２６に対して軸方向で所定量オーバーラップするようになっている。なお、フランジ３３は、ロータヨーク２８の周壁部２９の外周面に滴下した水滴が、周壁部２９の開口側に流れ込むのを規制する規制壁として機能するとともに、ロータヨーク２８の補強部としても機能する。

一方、ファン本体３は、有底円筒状のファンボス３４と、ファンボス３４の外周面から径方向外側に突出する複数の送風ブレード３５と、を備えている。このファンボス３４と送風ブレード３５は樹脂によって一体に形成されている。ファンボス３４の底壁の中央には、開口３６が形成されるとともに、その開口３６を閉塞するように別体の金属プレート３７が後面側から取り付けられている。この金属プレート３７は、ファン本体３を回転軸１３に直接固定するための軸固定部を構成するものであり、その中央部には、回転軸１３のファン固定部２３が嵌入される嵌合孔３８が形成されている。ファン本体３は、金属プレート３７が座金３９とともに回転軸１３のファン固定部２３に嵌合され、金属プレート３７から突出した回転軸１３の雄ねじ部２４にナット４０を締め込むことによって回転軸１３に一体に結合されている。また、金属プレート３７とともにファン固定部２３に嵌合された座金３９は、回転軸１３上のファン固定部２３よりも大径のロータ支軸部２２の近傍部に当接し、それにより、ロータ１４の底壁部３１と金属プレート３７の間に軸方向に離間するスペースＳが確保されている。この実施形態の場合、軸固定部である金属プレート３７はファンボス３４の底壁に複数のビス４１によって固定されている。
また、ファンボス３４の周壁部の開口側の縁部は、ブラケット１２の水浸入規制壁２５の外周面と一部オーバーラップするように配置されている。

図２は、ブラケット１２の単品を前方側から見た斜視図であり、図３は、図２のブラケット１２の一部を拡大して示した図である。
これらの図に示すように、ブラケット１２の最外周側に配置される水浸入規制壁２５は、鉛直下方領域を除く内周面の全域が円形曲面に形成されている。この円形曲面をなす内周面の領域を、以下では内周面の一般部５０と呼ぶものとする。水浸入規制壁２５の内周面の鉛直下方領域には、内周面の一般部５０に対して付根部側が所定深さｄだけ段差状に窪む凹部５１が形成されている。水浸入規制壁２５の内周面は、図１に示すように、ロータ１４がブラケット１２に組み付けられた状態において、ロータ１４の周壁部２９の開口側の端縁（フランジ３３を含む）に隙間をもって対峙する部分であるが、鉛直下方領域の凹部５１は、一般部５０に対して径方向外側に窪んでいるため、この部分ではロータ１４の開口側の縁部との離間幅が他の部位（一般部５０）に対して部分的に拡大している。

凹部５１は、水浸入規制壁２５の付根部（ブラケット１２の垂立面から略水平に立ち上がる部位）から延出端に亙る範囲に溝状に形成されている。この凹部５１の底面５１ａは、付根部から延出端に向かって下方に傾斜する傾斜面とされている。
したがって、水浸入規制壁２５の内周側に回り込んだ水滴は、図２で矢印ｗで示すように、水浸入規制壁２５の内周面やブラケット１２の垂立面、第１円筒壁２６の外周面等を伝って下方に流れ落ち、下方領域の凹部５１に流れ込んだ後にロータ１４の開口側の縁部と凹部５１の間の隙間を通して外部に排出されることになる。

ここで、水浸入規制壁２５に形成される凹部５１の窪みの深さｄは、凹部５１内の水浸入規制壁２５の付根部側のコーナに水滴が表面張力によって付着し、その水滴が凍結して氷塊となった場合に、その氷塊がロータ１４の開口側の縁部と接触することがない深さに設定されている。
なお、図２，図３において、５３，５４は、第１円筒壁２５と第２円筒壁２６の内周面の各鉛直下方領域に形成された水滴排出用のテーパ面である。

以上の構成において、電動モータ２のコイル１０に通電が行われると、ステータ１１とロータ１４の間に回転力が発生し、ファン本体３がロータ１４と一体となって回転してラジエータに冷却風を供給するようになる。
また、雨水の吹き込み等によって電動ファン１に水がかかると、その水滴の一部がファンボス３４とブラケット１２の隙間に入り、さらにブラケット１２の水浸入規制壁２５の内周側に回り込むことがあるが、この水滴は第１円筒壁２６と第２円筒壁２７によってさらに内側への流入を可及的に制限される。水浸入規制壁２５の内周側に入り込んだ水滴は重力によって下方に流れ落ち、前述のようにロータ１４の開口側の縁部と凹部５１の間の隙間を通して電動ファン１の外部に排出される。

この実施形態の車両用電動ファン１の電動モータ２においては、水浸入規制壁２５の内周面の鉛直下方領域に、水浸入規制壁２５の付根部とロータ１４の開口側の端縁との離間幅を部分的に拡大する凹部５１が設けられているため、凹部５１の付根部側のコーナ付近に表面張力によって水滴が付着して、そのまま水滴が凍結することがあっても、凍結してできた氷塊が水浸入規制壁２５とロータ１４を固着させる不具合を確実に回避することができる。
したがって、この電動モータ２では、冷寒時に固着した氷塊によってロータ１４の回転が阻害されることがないため、常時安定した始動性能を維持することができる。

図４は、この発明の他の実施形態の車両用電動ファン１の電動モータのブラケット１１２の一部を示す斜視図である。
この実施形態の車両用電動ファン１の電動モータは、ブラケット１１２の水浸入規制壁２５の内周面の鉛直下方領域の形状が異なるだけで、他の部位の構成や適用される電動モータの構成等は上記の実施形態と同様となっている。このため、上記の実施形態と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
この実施形態のブラケット１１２は、水浸入規制壁２５の内周面の鉛直下方領域に、水浸入規制壁２５の付根部側から延出端側に向かって下方に傾斜するテーパ溝６０が設けられ、テーパ溝６０の円周方向（幅方向）の中央の最も低い位置に断面略Ｖ字状の溝６１が水浸入規制壁２５の付根部から延出端に亙るように形成されている。この実施形態では、断面略Ｖ字状の溝６１が、水浸入規制壁２５の付根部とロータの開口側の端縁との離間幅を部分的に拡大する凹部を構成している。

この実施形態の車両用電動ファン１の電動モータの場合、ブラケット１１２の水浸入規制壁２５の内周面の鉛直下方領域に、一端が水浸入規制壁２５の付根部に達するように、断面略Ｖ字状の溝６１が形成されているため、溝６１の付根部側のコーナに表面張力によって水滴が付着して凍結することがあっても、凍結してできた氷塊が水浸入規制壁２５とロータ１４を固着させる不具合を回避することができる。また、断面略Ｖ字状の溝６１は周囲の水滴を低位側に誘導する機能があるため、テーパ溝６０の付根部側に表面張力によって水滴が滞留しようとした場合にも、その水滴を断面略Ｖ字状の溝６１を通して外部に排出することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

１…車両用電動ファン
２…電動モータ
３…ファン本体
１０…コイル
１１…ステータ
１２，１１２…ブラケット（ステータ支持部材）
１３…回転軸
１４…ロータ
１７…ステータ固定パイプ（ステータ支持部材）
２５…水浸入規制壁
２９…周壁部
３０…マグネット
３４…ファンボス
３５…送風ブレード
５１…凹部
６１…溝（凹部）

Claims

コイルを巻回したステータと、
前記ステータを支持するとともに、車両のラジエータに固定されるステータ支持部材と、
前記ステータ支持部材に軸受を介して回転自在に支持されるとともに、水平方向に延出する回転軸と、
前記ステータの前面側と外周側を覆うように有底円筒状に形成され、周壁部にマグネットが設置されるとともに、底壁部が前記回転軸に一体回転可能に結合されるロータと、を有する電動モータと、
前記電動モータによって回転駆動されるとともに、有底円筒状のファンボスと、
該ファンボスの外周面から径方向外側に突出する複数の送風ブレードと、を有するファン本体と、を備えた車両用電動ファンにおいて、
前記電動モータは、前記ステータ支持部材に、前記ロータの周壁部の開口側の端縁の外周を覆う略円筒状の水浸入規制壁が設けられ、
前記ファンボスの周壁部の開口側の縁部は、前記水浸入規制壁の水排出部とオーバーラップするように前記水浸入規制壁の外周側に配置され、
前記水浸入規制壁の内周面の鉛直下方領域に、当該水浸入規制壁の付根部と前記ロータの開口側の端縁との離間幅を部分的に拡大する凹部が設けられていることを特徴とする車両用電動ファン。
前記水浸入規制壁の内周面は円形曲面に形成され、前記凹部は、前記内周面における前記付根部が所定深さだけ段差状に窪むように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動ファン。
前記凹部は、前記水浸入規制壁の付根部から延出端に亙る範囲に連続する断面略Ｖ字状の溝によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電動ファン。