JP5899631B2 - 送風装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転するロータを有する送風装置に関する。

この種の送風装置として、特許文献１，２に示すようなファンモータの遠心ファンを用い、回転する遠心ファンのスラスト方向に吸気口を有し、遠心ファンのラジアル方向に排気口を設けたものが知られている。

上記のようなファンモータを駆動する方法として、従来は二相方式のＤＣ（直流）ブラシレスモータが使用されてきた。二相方式の場合は、モータの構造上、電気角で１８０°毎に回転トルクがゼロとなるため、固定子磁極と回転子マグネットにより発生するコギングトルクを合成して、回転トルクがゼロにならないように工夫がなされていた。

特開平１１−１４１４９９号公報 特開２００８−２５５８６５号公報

しかし、上述した従来の送風装置ではトルク変動が大きく、ファンモータの振動や騒音が大きくなる。またファンモータとしての効率が悪く、消費電力が大きいことも問題とされてきた。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、低振動および低騒音であり、しかも低消費電力を実現した送風装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、送風装置として三相モータを採用することにより、従来のものよりもトルク変動を小さくして、送風装置の振動や騒音を低減させることができる。また送風装置としての効率が向上するため、消費電力の低減を図ることが可能になる。さらに、位置検知素子を不要にすることで、送風装置として部品点数を削減できる。また、ベースに形成され、親水性を有する金属または樹脂からなる突条部と、遠心ファンに形成される突条部と、ベースに形成される突条部の先端に装着され、撥水性を有する樹脂からなる防水リングとにより、迷路状のラビリンス構造を形成することで、送風装置の外部から侵入する水などの侵入物から駆動回路を保護することができる。

請求項２の発明では、固定子と外郭との間に駆動回路を配置することで、装置全体の形状を極力大型化させずに、固定子の巻線を駆動回路に最短の経路で接続することが可能になる。

請求項１の発明によれば、低振動および低騒音であり、しかも低消費電力を実現できると共に、部品点数の削減も可能で、かつ外部の侵入物から駆動回路を保護する送風装置を提供することができる。

請求項２の発明によれば、全体形状を極力大型化させずに、固定子の巻線を駆動回路に最短の経路で接続することが可能な送風装置を提供することができる。

本発明の第１実施例を示す送風装置の縦断面図である。 同上、送風装置の平面図である。 同上、送風装置の底面図である。 同上、モータとその駆動回路に関する回路図である。 同上、プリント基板の平面図である。 本発明の第２実施例を示す送風装置の平面図である。 同上、送風装置の側面図である。 同上、送風装置の縦断面図である。 同上、防水リングの斜視図である。 同上、遠心ファンの底面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明における送風装置の好ましい実施例を説明する。なお、以下に示す各実施例で、共通する箇所には共通する符号を付し、共通する部分の説明は重複を避けるため極力省略する。

図１〜図５は、本発明の第１実施例における送風装置を、ノートパソコンなどの薄型電子機器に適用した例を示している。これらの各図において、送風装置としてのファンモータ１は全体として扁平な外郭形状をなし、薄型電子機器内に収容される。また、ファンモータ１の内部には、羽根車としての遠心ファン２と、この遠心ファン２に回転力を与える駆動源としてのモータ３とを備えている。ファンモータ１の外郭をなすケーシング５は、例えば熱伝導性に優れた部材からなる有底状のベース６と、このベース６の上部開口を覆うカバー７とにより構成されるが、機器の薄型化を図るために、ケーシング５そのものを薄型電子機器の筐体の一部として形成してもよい。

モータ３は、ベース６に直立固定される有底筒状のスリーブ１１と、このスリーブ１１の外周部に設けられ、巻線１２を巻装した成層鉄心を有する固定子１３と、固定子１３からの磁力を受けて回転する回転子１４と、巻線１２の両端部に電気的に接続され、制御用ＩＣ１５，抵抗１６およびコンデンサ１７などの各種電子部品を実装して、これらの電子部品と共にモータ３の駆動回路１８を形成するプリント基板１９とを備えて構成される。またここでのモータ３は、固定子１３の外周に回転子１４を配置したアウターロータ型を採用している。スリーブ１１の内部には、円筒状の軸受２１が挿入され、この軸受２１によりスリーブ１１内で回動自在に支承される回転軸としてのシャフト２２が、前記回転子１４の中心に取付け固定される。プリント基板１９は、ファンモータ１の外部から固定子１３や駆動回路１８に動作電圧などを供給するために、先端にコネクタ２３を繋げた線材２４がはんだ付けなどで接続される。

回転子１４は、固定子１３を取り囲むように配置されるヨーク２７と、ヨーク２７の内周面に設けられるマグネットとしての永久磁石２８とを備え、回転子１４ひいてはヨーク２７の外周面に前記遠心ファン２が設けられる。この遠心ファン２は樹脂製で、ヨーク２７に嵌合装着されるファンカップ２９と、ファンカップ２９の外周面にシャフト２２を中心として放射状に配置して構成される複数枚のブレード３０とを有する。そして本実施例では、プリント基板１９を介して固定子１３の巻線１２に所定の電流を与えることにより、固定子１３に対向する回転子１４の永久磁石２８との間に吸引力および反発力を生じ、シャフト２２を中心として回転子１４と共に遠心ファン２が回転するようになっている。

前記ケーシング５には、遠心ファン２の吸込み方向でもある回転子１４の軸方向の両側に、吸気部としての吸気口３１，３２が開口形成される。本実施例では、ケーシング５を構成するベース６とカバー７のそれぞれに吸気口３１，３２を設けているが、例えば一方の吸気口３１だけを設けても構わない。またこれらの吸気口３１，３２に直交して、遠心ファン２の吐出し方向でもある回転子１４の放射方向に、排気部としての排気口３３が開口形成される。この排気口３３の配設数も、特に限定されない。

図４は、モータ３とその駆動回路１８の電気的な構成を示している。本実施例におけるモータ３は、前記巻線１２を巻回してなる駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応して３組備えた三相モータとして、ファンモータ１に組み込まれている。駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは星形結線され、それぞれの駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの一端と星形結線の中性点が制御用ＩＣ１５のモータ制御端子に接続される。これにより各駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃにおいて、一方向と他方向に電流を供給することができる。

一方、モータ３はいわゆる整流子を備えないＤＣブラシレスモータであって、その代わりに制御用ＩＣ１５には、所定のタイミングで各駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを流れるコイル電流の向きを切替えるための半導体スイッチ（図示せず）が内蔵される。また、コイル電流の切替タイミングを決定するために、回転子１４の位置（位相）を検知する必要があるが、本実施例の駆動回路１８では、回転する永久磁石２８からの磁界の変化を捕える例えばホール素子などの位置検知素子は備えていない。回転子１４の位置検知手段は制御用ＩＣ１５に内蔵されており、例えば前記モータ制御端子を利用して、駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの誘起電圧の変化を監視することで、回転子１４の位置を検知して内蔵する半導体スイッチをスイッチング動作させ、各駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃへのコイル電流を適切なタイミングで切替えるようになっている。

その他、制御用ＩＣ１５には、抵抗１６やコンデンサ１７などの例えば時定数を決定する素子が、前記駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃと共に、プリント基板１９に形成された配線パターン３７によって接続される。プリント基板１９は図５に示すように、平面視で円形に形成され、その中心にはスリーブ１１の挿通孔３８が設けられる。また、プリント基板１９の外周径φは３５ｍｍ以下で、全体でカップ状をなすファンカップ２９の外径とほぼ同一に形成される。このようにプリント基板１９を小型化できるのは、駆動回路１８に独立した位置検知素子を設けていないことに起因している。

また駆動回路１８は、プリント基板１９に実装収納された状態で、巻線１２を施した固定子１３とケーシング５の底面をなすベース６との間に配置される。この場合、駆動回路１８は固定子１３の直下に配設されることになり、プリント基板１９にメッキスルーホール３９を形成し、巻線１２の端部に接続したピン４０をメッキスルーホール３９に挿入して、そこに図示しない半田を埋設することで、巻線１２が駆動回路１８に最短の経路で接続される。また、ファンモータ１の外形をなすケーシング５を極力大型化させずに、プリント基板１９をケーシング５内に収納することができる。

そして上記ファンモータ１では、線材２４を通して駆動回路１８に動作電圧が与えられ、それにより制御用ＩＣ１５が起動して、モータ３の駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに１２０°の位相差でコイル電流が供給される。制御用ＩＣ１５は、永久磁石２８との間の電磁気作用によって生じる駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃの誘起電圧を監視し、それにより回転子１４の位置を検知して、各駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃへのコイル電流を適切なタイミングで切り替えることで、固定子１３から回転子１４に取付けられた永久磁石２９に回転駆動力を付与する。

このとき、一方の吸気口３１を通過して、遠心ファン２の一側からブレード３０に薄型電子機器内部の発熱部品（図示せず）から熱を奪い取った空気が吸気されると共に、他方の吸気口３２からも、遠心ファン２の他側からブレード３０に同様の空気が吸気される。それぞれのブレード３０間において、ケーシング５内の空気は遠心ファン２の内周側から外周側に送り出され、吸気口３１，３２と直交する方向にあるケーシング５の排気口３３から薄型電子機器の外部に排気される。

以上のように本実施例では、アウターロータ型のＤＣブラシレスモータ３の回転子１４外周に、複数枚のブレード３０を一体に形成した遠心ファン２を装着し、遠心ファン２の回転軸方向であるスラスト方向に吸気口３１，３２を有し、遠心ファン２の放射方向であるラジアル方向に排気口３３を有してなる送風装置としてのファンモータ１において、モータ３は三相の駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃを鉄芯に巻装してなる三相モータであり、且つモータ３の駆動コイル３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃに駆動電流としてのコイル電流を供給する駆動回路１８を内蔵し、この駆動回路１８は回転子１４の位置検知素子を不要にするために、モータ３を制御する制御用ＩＣ１５に回転子１４の位置検知手段を内蔵させる構成を有している。

この場合、ファンモータ１のモータ３として三相モータを採用することにより、従来のものよりもトルク変動を小さくして、ファンモータ１の振動や騒音を低減させることができる。またファンモータ１としての効率が向上するため、消費電力の低減を図ることが可能になる。さらに、位置検知素子を不要にすることで、ファンモータ１として部品点数を削減できる。したがって、低振動および低騒音であり、しかも低消費電力を実現できると共に、部品点数の削減も可能なファンモータ１を提供できる。

また本実施例では、駆動回路１８を収納する制御基板としてのプリント基板１９を備え、そのプリント基板１９の外径サイズφが３５ｍｍ以下となるように、当該プリント基板１９を形成している。

この場合、駆動回路１８を収納するプリント基板１９の外径サイズφを３５ｍｍ以下とすることで、三相モータの駆動回路１８を小さなプリント基板１９に全て収納し、ファンモータ１に内蔵させることができ、コンパクトな構造を実現できる。

また、特に本実施例の駆動回路１８は、巻線１２を施した固定子１３とモータ３を収納するケーシング５との間に配置される。

この場合、固定子１３とケーシングとの間に駆動回路を配置することで、ファンモータ１全体の形状を極力大型化させずに、固定子１３の巻線１２を駆動回路１８に最短の経路で接続することが可能になる。

図６〜図１０は、本発明の第２実施例における送風装置としてのファンモータ１を示している。なお本実施例の特徴を、上記第１実施例で説明したものと組み合わせてもよい。

これらの各図において、ファンモータ１の内部には、羽根車としての遠心ファン２と、この遠心ファン２に回転力を与える駆動源としてのモータ３とを備えている。ファンモータ１の外郭をなすケーシング５は、前述したように有底状のベース６とカバー７とにより構成される。

モータ３は、ベース６の略中央に直立固定される有底筒状のスリーブ１１と、このスリーブ１１の外周部に設けられ、巻線１２を巻装した成層鉄心を有する固定子１３と、固定子１３からの磁力を受けて回転する回転子１４と、巻線１２の両端部に電気的に接続され、モータ３の駆動回路などの電気回路を形成するプリント基板１９とを備えて構成される。またここでのモータ３は、固定子１３の外周に回転子１４を配置したアウターロータ型を採用している。スリーブ１１の内部には、円筒状の軸受２１が挿入され、ケーシング６の略中央に軸受２１が固定されると共に、この軸受２１によりスリーブ１１内で回動自在に支承される回転軸としてのシャフト２２が、前記回転子１４の中心に取付け固定される。

回転子１４は、固定子１３を取り囲むように配置されるヨーク２７と、ヨーク２７の内周面に設けられるマグネットとしての永久磁石２８とを備え、ヨーク２７の外周面に前記遠心ファン２を備えて構成される。この遠心ファン２は樹脂製で、ヨーク２７に嵌合装着されるボスとしてのファンカップ２９と、シャフト２２を中心として放射状に配置して構成される複数枚のブレード５０，５１と、ファンカップ２９とブレード５０，５１との間を繋ぐ連結部５２とを有する。ここでのブレード５０，５１はそれぞれが同一形状で、且つ何れも円弧状をなし、ファンカップ２９の外周側に互い違いに配置されるが、第１実施例のブレード３０のような形状を採用してもよい。そして本実施例でも、プリント基板１９を介して固定子１３の巻線１２に所定の電流を与えることにより、固定子１３に対向する回転子１４の永久磁石２８との間に吸引力および反発力を生じ、シャフト２２を中心として回転子１４と共に遠心ファン２が回転するようになっている。

前記ケーシング５には、遠心ファン２の吸込み方向でもある回転子１４の軸方向の両側に、吸気部としての吸気口３１，３２が開口形成される。本実施例では、ケーシング５を構成するベース６とカバー７のそれぞれに吸気口３１，３２を設けているが、例えば一方の吸気口３１だけを設けても構わない。またこれらの吸気口３１，３２に直交して、遠心ファン２の吐出し方向でもある回転子１４の放射方向に、排気部としての排気口３３が開口形成される。この排気口３３の配設数も、特に限定されない。

本実施例では、モータ３を構成する軸受２１と電気回路を含むプリント基板１９を、ファンモータ１の外部から侵入する水などの侵入物から保護するために、モータ３を吸気口３１，３２と排気口３３から実質的に取り囲む迷路状のラビリンス構造５５を形成している。このラビリンス構造５５は、ベース６の底面より遠心ファン２に向けて形成される第１の突条部５６と第３の突条部５８と、遠心ファン２のファンカップ２９とブレード５０，５１との間からベース６に向けて形成される第２の突条部５７と第４の突条部５９と、第３の突条部５８の先端に装着される防水リング６０とより構成され、これらの第１の突条部５６〜第４の突条部５９は、回転子１４の回転を妨げないように互い違いに周方向に並べて配置される。なお、円筒状のリブである第１の突条部５６〜第４の突条部５９は、本実施例のように４つに限定されるものではなく、また防水リング６０は、第１の突条部５６〜第４の突条部５９の端部に設けてもよい。

第２の突条部５７は、遠心ファン２の連結部５２からベース６の第１の突条部５６と第３の突条部５８との間の凹部に向けて突設され、また防水リング６０を装着した第３の突条部５８は、ベース６の底面から遠心ファン２の第２の突条部５７と第４の突条部５９との間の凹部に向けて突設される。遠心ファン２の第４の突条部５９は、ファンカップ２９の側面部を兼用するもので、第４の突条部５９の内面側に、前記永久磁石２８を保持するヨーク２７が装着される。

防水リング６０は例えば接着などによって第３の突条部５８に固着され、それによりラビリンス構造５５に、第２の突条部５７と第３の突条部５８との間の広い空間と、第２の突条部５７と防水リング６０との間の狭い空間をそれぞれ形成する。そして防水リング６０の材質は、例えば撥水性の良好なフッ素樹脂などからなり、また第３の突条部５８は親水性の良好なアルミニウムなどの金属または樹脂からなる。

また、ラビリンス構造５５が軸受２１に達するのを防ぐために、別な円筒状のリブである第５の突条部６１と、第６の突条部６２と、第７の突条部６３と、第８の突条部６４と、第９の突条部６５と、第１０の突条部６６を、遠心ファン２の内側面に周方向に並べて突設する。第５の突条部６１〜第９の突条部６５は、何れも固定子１３に向けて形成される一方、第１０の突条部６６は、軸受２１を挿入固定するスリーブ１１の上端に向けて形成される。そして、第１０の突条部６６は第５の突条部６１〜第９の突条部６５よりも高く（長く）突出している。

なお、プリント基板１９を含む電気回路には、適切な防水処理が施してある。また、第５の突条部６１〜第１０の突条部６６の数も、本実施例のように６つに限定されない。

図８には、水の侵入経路となる矢印Ｗが示されているが、ファンモータ１への水の噴流や水の浸漬に伴い、ケーシング５内の水が遠心ファン２とケース６との間から、ラビリンス構造５５の内部に侵入する。このとき、第３の突条部５８の先端に防水リング６０を設けているため、その防水リング６０と第２の突条部５７との間の狭い空間によって、水の侵入を阻み、さらには防水リング６０自体の撥水性によって、防水リング６０に達した水を撥いて、ラビリンス構造５５の第３の突条部５８と第４の突条部５９との間の領域への水の侵入を防ぐことができる。そのため水は、第２の突条部５７と第３の突条部５８との間の広い空間に沿って流れ、開放されている第１の突条部５６と第２の突条部５７との間の通路からラビリンス構造５５の外部に放出される。

こうして、ラビリンス構造５５の第１の突条部５６〜第４の突条部５９からなる領域にまで侵入する水は僅かであるが、そこから軸受２１までの水の侵入経路には、別な第５の突条部６１〜第１０の突条部６６があるので、軸受２１への水の侵入を防止できる。仮に水が、第５の突条部６１〜第９の突条部６５を乗り越えたとしても、さらに高く突出した第１０の突条部６６により、軸受２１への侵入を確実に防止できる。

またＪＩＳ Ｃ ０９２０やＩＥＣ ６０５２９では、電気機械器具の外郭による保護等級の概要を、保護等級１〜８でそれぞれ定めているが、本実施例のようなラビリンス構造５５と、さらには第５の突条部６１〜第９の突条部６５を設けることにより、ここで規定される保護等級５（噴流に対して保護する）や保護等級７（水に浸しても影響がないように保護する）の条件で、軸受２１や電気回路への水の侵入を確実に阻止することができる。

ところで従来のファンモータでは、薄型で効率よく冷却することが可能な両面吸気の遠心ファンが用いられていたが、吸気部が遠心ファンの両面に配置され、しかも遠心ファンやモータの高さを低く抑えているため水が浸入しやすい。そして、水のかかる環境下で使用すると、侵入した水が電気回路や軸受にまで達する場合があった。

こうした問題に対し、例えば特許第３６９４２２４号公報には防水構造を備えた遠心ファンが開示されている。しかし、遠心ファンの高さ方向が高くなってケーシングに収容できず、また防水性も不十分であった。

その点本実施例では、遠心ファン２の両面に対向して吸気口３１，３２を備えた両面吸気型のものでありながら、防水性に優れたファンモータ１を提供するために、ヨーク２７とブレード５０，５１との間に複数の突条部５６〜５９からなるラビリンス構造５５を形成すると共に、第３の突条部５８の先端に防水リング６０を設け、この防水リング６０が第３の突条部５８よりも撥水性の良好な材料で形成されている。

このようにすると、ラビリンス構造５５を形成するための第３の突条部５８の先端に防水リング６０を設けるだけで、その防水リング６０自体の撥水性によって、ファンモータ１の外部から防水リング６０に達した水を効果的に撥くことができる。そのため、両面吸気型のファンモータ１でありながら、遠心ファン２全体の厚さを薄くしても十分な防水性を得ることができる。

また好ましくは、本実施例では防水リング６０を設けることで、ラビリンス構造５５の隙間に広い部分と狭い部分を形成し、狭い部分への水の侵入を効果的に防いでいる。しかも、防水リング６０の材料をフッ素樹脂とすることで、より効果的に水を撥いて、さらに十分な防水性を得ることができる。

また本実施例では、ヨーク２７とブレード５０，５１との間に複数の突条部５６〜５９からなるラビリンス構造５５を形成し、第３の突条部５８の先端に防水リング６０を設けることで、ラビリンス構造５５の隙間に広い部分と狭い部分を形成すると共に、第３の突条部５８をアルミニウムなどの親水性を有する金属とし、防水リング６０の材料を樹脂としている。

このようにすると、上述のようにラビリンス構造５５の隙間の狭い部分への水の侵入を効果的に防ぐことができる他、防水リング６０自体の撥水性によって、ファンモータ１の外部から防水リング６０に達した水を効果的に撥くことができ、さらにはその撥いた水を、第３の突条部５８自体の親水性によって、容易にラビリンス構造５５の外部に放出させることができる。

さらに本実施例では、遠心ファン２の両面に対向して吸気口３１，３２を備えた両面吸気型のものでありながら、防水性に優れたファンモータ１を提供するために、ヨーク２７とブレード５０，５１との間に複数の突条部５６〜５９からなるラビリンス構造５５を形成すると共に、ヨーク２７とシャフト２２との間にも、複数の円筒状の突条部６１〜６６を形成している。

このようにすると、特にシャフト２２を軸支する軸受２１に対して、第５の突条部６１〜第１０の突条部６６により水などの侵入物を防止することが可能になる。そのため、両面吸気型のファンモータ１でありながら、遠心ファン２全体の厚さを薄くしても十分な防水性を得ることができる。

さらに、シャフト２２の近傍に位置する第１０の突条部６６が、他の第６の突条部６１〜第９の突条部６９よりも高く突出して形成されるので、ファンモータ１に侵入した水が、第５の突条部６１〜第９の突条部６５を乗り越えたとしても、さらに高く突出した第１０の突条部６６により、軸受２１への侵入を確実に防止できる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更可能である。

１ ファンモータ（送風装置）
３ モータ
５ ケーシング
６ ベース（外郭）
７ カバー（外郭）
１２ 巻線
１３ 固定子
１８ 駆動回路
３１，３２ 吸気口
３３排気口
５６ 第１の突条部（突条部）
５７ 第２の突条部（突条部）
５８ 第３の突条部（突条部）
５９ 第４の突条部（突条部）
６０ 防水リング

Claims (2)

1. 外郭をなすベースとカバーとを形成し、ＤＣブラシレスモータの回転子外周に遠心ファンを装着し、前記遠心ファンのスラスト方向に吸気口を有し、前記遠心ファンのラジアル方向に排気口を有してなる送風装置において、
   前記ＤＣブラシレスモータは三相モータであり、且つ前記ＤＣブラシレスモータの駆動回路を内蔵し、
   前記駆動回路は、誘起電圧を監視して前記回転子位置を検知し、前記回転子の位置検知素子を不要にし、
   前記ベースに形成される突条部と、前記遠心ファンに形成される突条部とを備え、
   前記ベースに形成される突条部の先端に防水リングを装着し、
   前記ベースに形成される突条部は親水性を有する金属または樹脂からなり、
   前記防水リングは撥水性を有する樹脂からなることを特徴とする送風装置。
2. 前記駆動回路は、巻線を施した固定子と前記ＤＣブラシレスモータを収納する前記外郭との間に配置されることを特徴とする請求項１記載の送風装置。

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