(57)【要約】      （修正有）【課題】ステータで発生した熱を、効率良く外部に放出することが可能なファンモータを提供する。【解決手段】アウターロータ型のファンモータ１は、ステータ５１と、上下に延びる中心軸回りに回転するシャフト４１と、前記ステータ５１に対して回転可能に前記シャフト４１を支持する軸受５６と、シャフトハウジング４１１を介して前記シャフト４１に接続されるインペラ３と、を備える。前記シャフト４１は、軸方向に延びるヒートパイプ４１２を備える。前記シャフトハウジング４１１は、前記シャフト４１に接続され、径方向に広がる金属製である。【選択図】図２
2020088989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アウターロータ型のファンモータであって、
ステータと、
上下に延びる中心軸回りに回転するシャフトと、
前記ステータに対して回転可能に前記シャフトを支持する軸受と、
シャフトハウジングを介して前記シャフトに接続されるインペラと、
を備え、
前記シャフトは、軸方向に延びるヒートパイプを備え、
前記シャフトハウジングは、前記シャフトに接続され、径方向に広がる金属製である、
ファンモータ。
【請求項２】
前記ヒートパイプの直径は、前記シャフトの直径の１／２以上である、請求項１に記載のファンモータ。
【請求項３】
前記シャフトと前記シャフトハウジングとの接続部の軸方向長さは、前記シャフトの直径よりも長い、請求項１または請求項２に記載のファンモータ。
【請求項４】
前記シャフトハウジングの直径は、前記シャフトの直径の２倍以上である、請求項１から請求項３のいずれかに記載のファンモータ。
【請求項５】
前記インペラは、前記シャフトハウジングに接続し、径方向に広がるインペラ蓋部を備え、
前記シャフトハウジングの直径は、前記インペラ蓋部の直径の１／２以上である、請求項１から請求項４のいずれかに記載のファンモータ。
【請求項６】
前記ヒートパイプは、前記シャフトと前記シャフトハウジングとの接続部の軸方向長さの１／２以上の長さにわたって、前記シャフトハウジングと径方向に対向する、請求項１から請求項５のいずれかに記載のファンモータ。
【請求項７】
前記シャフトハウジングの径方向に広がる表面は、凹凸部を備える、請求項１から請求項６のいずれかに記載のファンモータ。
【請求項８】
前記ステータは、樹脂で覆われている、請求項１から請求項７のいずれかに記載のファンモータ。
【請求項９】
前記軸受は、スリーブ軸受である、請求項１から請求項８のいずれかに記載のファンモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アウターロータ型のファンモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモータが、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたモータは、回転軸の内部にヒートパイプが埋め込まれ、回転軸の外周部にロータが設けられている。回転軸は、ハウジングの一端側から突出して出力軸として構成されている。ヒートパイプは、ハウジングの他端側から突出して複数の放熱フィンが設けられている。これにより、ロータで発生した熱を、ヒートパイプから放熱フィンに伝達し、放熱フィンによって外部に放出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５６−１６０８８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータの高出力化を図る場合、ステータにおける巻線の温度上昇が懸念される。特許文献１に開示されたモータでは、ステータの温度上昇について考慮されていない。これにより、モータの高出力化を図ることができないことが課題であった。
【０００５】
上記の点に鑑み、本発明は、ステータで発生した熱を、効率良く外部に放出することが可能なファンモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の例示的なアウターロータ型のファンモータは、ステータと、上下に延びる中心軸回りに回転するシャフトと、前記ステータに対して回転可能に前記シャフトを支持する軸受と、シャフトハウジングを介して前記シャフトに接続されるインペラと、を備える。前記シャフトは、軸方向に延びるヒートパイプを備える。前記シャフトハウジングは、前記シャフトに接続され、径方向に広がる金属製である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の例示的なファンモータによれば、ステータで発生した熱は、シャフト及びヒートパイプを介してシャフトハウジングに伝達される。シャフトハウジングは、金属製であって熱伝導率が高く、径方向に広がる一面に効率良く熱が伝わり、効率良く放熱することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るファンモータの一例の全体斜視図である。
【図２】図２は、ファンモータの縦断面図である。
【図３】図３は、ファンモータの部分縦断面図である。
【図４】図４は、シャフトハウジング及びインペラの斜視図である。
【図５】図５は、変形例１のファンモータの部分縦断面図である。
【図６】図６は、変形例２のファンモータの部分縦断面図である。
【図７】図７は、変形例３のファンモータの部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本書では、ファンモータの中心軸が延びる方向を単に「軸方向」と呼び、ファンモータの中心軸を中心として中心軸と直交する方向を単に「径方向」と呼び、ファンモータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向とし、図２における上下方向をファンモータの上下方向として各部の形状及び位置関係を説明する。ファンモータの「上側」が「吸気側」であり、「下側」が「排気側」である。なお、この上下方向の定義がファンモータの使用時の向き及び位置関係を限定するものではない。また、本書では、軸方向に平行な断面を「縦断面」と呼ぶ。また、本書で用いる「平行」、「直交」は、厳密な意味で平行、直交を表すものではなく、略平行、略直交を含む。
【００１０】
＜１．ファンモータの全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係るファンモータ１の一例の全体斜視図である。図２は、ファンモータ１の縦断面図である。図３は、ファンモータ１の部分縦断面図である。
【００１１】
ファンモータ１は、アウターロータ型のファンモータである。ファンモータ１は、ハウジング２と、インペラ３と、モータ４と、を備える。モータ４は、シャフト４１と、シャフトハウジング４１１と、ロータ４２と、ステータ５１と、軸受５６と、を備える。すなわち、本実施形態のファンモータ１は、ステータ５１と、シャフト４１と、シャフトハウジング４１１と、軸受５６と、インペラ３と、を備える。
【００１２】
ハウジング２は、インペラ３及びモータ４よりも外側に配置される。ハウジング２は、ハウジング筒部２１と、リブ部２２と、を備える。
【００１３】
ハウジング筒部２１は、インペラ３の径方向外側に配置される。ハウジング筒部２１は、軸方向上下に延びる円筒状である。ハウジング筒部２１の内部には、インペラ３及びモータ４が収容される。ハウジング筒部２１の軸方向上端には、円形状の開口部である吸気口２２１が配置される。ハウジング筒部２１の軸方向下端には、円形状の開口部である排気口２２２が配置される。
【００１４】
リブ部２２は、ハウジング筒部２１の径方向内側に配置される。リブ部２２は、ハウジング筒部２１の軸方向下部に配置され、排気口２２２に隣接する。軸方向と直交する方向におけるリブ部２２の外端部は、ハウジング筒部２１の径方向内側面に接続される。軸方向と直交する方向におけるリブ部２２の内端部は、後述するベース部５３の径方向外側面に接続される。リブ部２２は、軸方向と直交する方向に延びてハウジング筒部２１と、ベース部５３とを接続する。すなわち、ハウジング２は、リブ部２２を介して、モータ４を支持する。リブ部２２は、周方向に複数配列される。ハウジング筒部２１の径方向内側を流通する空気は、隣り合うリブ部２２の間を通過する。
【００１５】
インペラ３は、ハウジング２の径方向内側であって、モータ４の径方向外側に配置される。インペラ３は、モータ４によって中心軸Ｃ回りに回転する。インペラ３は、インペラカップ３１と、複数の羽根３２と、を備える。
【００１６】
インペラカップ３１は、モータ４に固定される。インペラカップ３１は、軸方向上側にインペラ蓋部３１１を有する略円筒状の部材である。インペラ蓋部３１１の径方向内端には、モータ４のシャフトハウジング４１１が接続される。インペラ３は、シャフトハウジング４１１を介してシャフト４１に接続される。インペラカップ３１の径方向内側には、モータ４のロータ４２が固定される。複数の羽根３２は、インペラカップ３１の径方向外面において周方向に配列される。
【００１７】
モータ４は、ハウジング２の径方向内側に配置される。モータ４は、リブ部２２を介して、ハウジング２に支持される。モータ４は、インペラ３を中心軸Ｃ回りに回転させる。前述したように、モータ４は、シャフト４１と、シャフトハウジング４１１と、ロータ４２と、ステータ５１と、軸受５６と、を備える。さらに、モータ４は、カバー部材５２と、ベース部５３と、回路基板５４と、軸受ホルダ５５と、を備える。
【００１８】
シャフト４１は、中心軸Ｃに沿って配置される。シャフト４１は、例えばアルミニウムやステンレス等の金属で構成され、上下に延びる柱状の部材である。シャフト４１は、軸受５６によって中心軸Ｃ回りに回転可能に支持される。すなわち、シャフト４１は、上下に延びる中心軸Ｃ回りに回転する。シャフト４１の軸方向上端部には、シャフトハウジング４１１が接続される。シャフトハウジング４１１の径方向外端には、インペラカップ３１が接続される。
【００１９】
ロータ４２は、ステータ５１の径方向外側に配置される。ロータ４２は、ステータ５１に対して中心軸Ｃ回りに回転する。ロータ４２は、ロータヨーク４２１と、マグネット４２２と、を備える。
【００２０】
ステータ５１は、軸受５６を保持する筒状の軸受ホルダ５５の径方向外側面に固定される。ステータ５１は、中心軸Ｃを中心とする環状である。ステータ５１は、上下に延びる中心軸Ｃ回りに回転するロータ４２と径方向に対向する。ステータ５１は、ステータコア５１１と、インシュレータ５１２と、コイル５１３と、を備える。
【００２１】
ステータコア５１１は、例えばケイ素鋼板等の電磁鋼板を上下に積層して構成される。ステータコア５１１は、軸受ホルダ５５の径方向外側面に固定される。ステータコア５１１の径方向外側面は、マグネット４２２の径方向内側面と径方向に対向する。
【００２２】
インシュレータ５１２は、例えば絶縁性を有する樹脂で構成される。インシュレータ５１２は、ステータコア５１１の外面を囲んで設けられる。コイル５１３は、インシュレータ５１２を介して、ステータコア５１１の周囲に巻き回された導線で構成される。当該導線は、回路基板５４と電気的に接続される。
【００２３】
カバー部材５２は、ステータ５１の軸方向上側及び径方向外側に配置される。本実施形態のカバー部材５２は、少なくともステータ５１の軸方向上部を収容する。なお詳細に言えば、ステータ５１は、カバー部材５２を隔てて、ロータ４２と径方向に対向する。なお、カバー部材５２は無い場合もある。
【００２４】
ベース部５３は、ステータ５１の軸方向下側であって、ファンモータ１の軸方向下端に配置される。本実施形態のベース部５３は、少なくともステータ５１の軸方向下側を覆う。
【００２５】
回路基板５４は、ステータ５１と、ベース部５３との間に配置される。すなわち、本実施形態の回路基板５４は、ステータ５１及びベース部５３と軸方向に対向する。回路基板５４は、例えば中心軸Ｃを中心として径方向に広がる円板状である。回路基板５４には、コイル５１３の導線が電気的に接続される。回路基板５４には、コイル５１３に駆動電流を供給するための電子回路が実装される。
【００２６】
軸受ホルダ５５は、ステータ５１及びベース部５３の径方向内側に配置される。軸受ホルダ５５は、中心軸Ｃを中心とした円筒状である。軸受ホルダ５５の軸方向下部は、ベース部５３に固定される。軸受ホルダ５５の軸方向上端は、シャフトハウジング４１１の軸方向下側に位置する。軸受ホルダ５５の径方向内側には、軸方向上下一対で配列された軸受５６が収容されて保持される。軸受ホルダ５５の径方向外側面には、ステータコア５１１が固定される。
【００２７】
軸受５６は、軸受ホルダ５５の径方向内側に配置される。軸受５６の一方側は、ステータ５１の軸方向上側に配置される。軸受５６の他方側は、ステータ５１の軸方向下側に配置される。軸受５６は、例えば軸方向上下一対のボールベアリングである。軸受５６は、ステータ５１に対して回転可能にシャフト４１を支持する。
【００２８】
上記構成のファンモータ１において、回路基板５４を介してステータ５１のコイル５１３に駆動電流が供給されると、ステータコア５１１に径方向の磁束が生じる。ステータ５１の磁束によって生じる磁界と、マグネット４２２によって生じる磁界とが作用し、ロータ４２の周方向にトルクが発生する。このトルクによって、ロータ４２及びインペラ３が、中心軸Ｃを中心として回転する。インペラ３が回転すると、複数の羽根３２によって気流が生じる。すなわち、ファンモータ１において、上側を吸気側とし、下側を排気側とした気流を生じさせ、送風を行うことができる。
【００２９】
＜２．ファンモータの詳細構成＞
シャフト４１は、軸方向に延びるヒートパイプ４１２を備える。本実施形態のヒートパイプ４１２は、シャフト４１に埋め込まれている。すなわち、シャフト４１自体が、ヒートパイプ構造を有する。
【００３０】
ヒートパイプ４１２は、ステータ５１の軸方向下側から軸方向上下に延びる。ヒートパイプ４１２の上端は、シャフト４１の軸方向上端部であって、シャフト４１とシャフトハウジング４１１との接続部４１３に配置される。すなわち、ヒートパイプ４１２は、ステータ５１の軸方向の全域にわたって、ステータ５１と径方向に対向する。
【００３１】
ヒートパイプ４１２の内部には、少量の作動液と、内壁に設けられたウィック（毛細管構造体）と、が備えられる。ヒートパイプ４１２のステータ５１側（高温部）が加熱されると、作動液が熱を吸収して蒸発する。作動液蒸気は、ヒートパイプ４１２の内部空洞を通ってシャフトハウジング４１１側（低温部）に移動する。作動液蒸気は、シャフトハウジング４１１側（低温部）で冷却されて凝縮して液体に戻り、ウィックに吸収される。ウィックに吸収された作動液は、ウィックの毛細管作用によってステータ５１側（高温部）に移動する。このようにして、作動液がヒートパイプ４１２内を循環することで、ステータ５１側（高温部）からシャフトハウジング４１１側（低温部）へと熱が移動する。
【００３２】
シャフトハウジング４１１は、シャフト４１の軸方向上端部の、径方向外側面に接続される。シャフトハウジング４１１は、例えば中心軸Ｃを中心として径方向に広がる円板状の、金属製の部材である。すなわち、本実施形態のシャフトハウジング４１１は、シャフト４１に接続され、径方向に広がる金属製である。シャフト４１とシャフトハウジング４１１との接続部４１３は、シャフトハウジング４１１の中心に配置される。
【００３３】
シャフトハウジング４１１は、インペラカップ３１のインペラ蓋部３１１に設けられた開口部３１１１に嵌合する。開口部３１１１は、インペラ蓋部３１１を上下に貫通する。シャフトハウジング４１１の径方向外端は、インペラ蓋部３１１に接続される。
【００３４】
上記の構成によれば、ステータ５１で発生した熱は、シャフト４１及びヒートパイプ４１２を介してシャフトハウジング４１１に伝達される。シャフトハウジング４１１は、金属製であって熱伝導率が高く、径方向に広がる一面に効率良く熱が伝わり、効率良く放熱することができる。
【００３５】
インペラ３の回転によって、シャフトハウジング４１１の表面に空気の流れが発生する。また、シャフトハウジング４１１の回転によって、シャフトハウジング４１１の中心から径方向外側に向かう流れも発生する。これら２つの空気の流れによって、放熱特性を向上させることが可能である。
【００３６】
また、シャフト４１とインペラ３とを接続するシャフトハウジング４１１により放熱するため、従来のような放熱フィンをシャフト４１に設ける必要がない。このため、ファンモータ１の小型化を図ることができる。このとき、径方向に広がるシャフトハウジング４１１が、径方向に広がるインペラ蓋部３１１の開口部３１１１に嵌合するので、ファンモータ１を軸方向により小さくすることが可能である。
【００３７】
軸受５６は、ボールベアリングであるので、摺動摩擦が小さく、発熱が少ない。これにより、ボールベアリングである軸受５６は、軸受自体の温度を低く抑えることができ、長寿命化を図ることが可能である。
【００３８】
ヒートパイプ４１２の直径Ｄ１は、シャフト４１の直径Ｄ２の１／２以上である。ヒートパイプ４１２の直径が大きいほど、熱の伝達領域が広がり、ステータ５１で発生した熱をヒートパイプ４１２に伝えることができる。これにより、放熱特性を向上させることが可能である。
【００３９】
シャフト４１とシャフトハウジング４１１との接続部４１３の軸方向長さＬ１は、シャフト４１の直径Ｄ２よりも長い。接続部４１３の軸方向長さＬ１が長いほど、シャフト４１とシャフトハウジング４１１との熱の伝達領域が広がり、ステータ５１で発生した熱をシャフトハウジング４１１に伝えることができる。これにより、放熱特性を向上させることが可能である。
【００４０】
シャフトハウジング４１１の直径Ｄ３は、シャフト４１の直径Ｄ２の２倍以上である。シャフトハウジング４１１の直径が大きいほど、外部の空気への放熱領域が広がり、ステータ５１で発生した熱を空気中に放出することができる。これにより、放熱特性を向上させることが可能である。
【００４１】
インペラ３は、シャフトハウジング４１１に接続し、径方向に広がるインペラ蓋部３１１を備える。シャフトハウジング４１１の直径Ｄ３は、インペラ蓋部３１１の直径Ｄ４の１／２以上である。シャフトハウジング４１１の直径が大きいほど、外部の空気への放熱領域が広がり、ステータ５１で発生した熱を空気中に放出することができる。これにより、放熱特性を向上させることが可能である。
【００４２】
ヒートパイプ４１２は、シャフト４１とシャフトハウジング４１１との接続部４１３の軸方向長さＬ１の１／２以上の長さにわたって、シャフトハウジング４１１と径方向に対向する。ヒートパイプ４１２とシャフトハウジング４１１との径方向対向領域が軸方向に長いほど、シャフト４１とシャフトハウジング４１１との熱の伝達領域が広がり、ステータ５１で発生した熱をシャフトハウジング４１１に伝えることができる。これにより、放熱特性を向上させることが可能である。
【００４３】
図４は、シャフトハウジング４１１及びインペラ３の斜視図である。シャフトハウジング４１１の径方向に広がる表面は、凹凸部４１１１を備える。凹凸部４１１１は、シャフトハウジング４１１の軸方向上面に配置される。凹凸部４１１１は、軸方向上下への凹凸が、中心軸Ｃを中心とした周方向に交互に配列されて構成される。この構成によれば、凹凸部４１１１は、シャフトハウジング４１１の表面積を増加させ、ヒートシンクとして機能する。また、凹凸部４１１１が翼として働き、シャフトハウジング４１１の表面の空気の流れを促進できる。したがって、放熱特性をより一層向上させることが可能である。
【００４４】
＜３．モータの変形例＞
＜３−１．モータの変形例１＞
図５は、変形例１のファンモータ１の部分縦断面図である。変形例１のファンモータ１は、シャフト１４１を備える。シャフト１４１は、軸方向に延びるヒートパイプ１４１２を備える。シャフト１４１と、ヒートパイプ１４１２とは異なる部材である。ヒートパイプ１４１２は、シャフト１４１に設けられた穴部１４１１に挿入される。穴部１４１１は、シャフト１４１の軸方向上端面から軸方向下側に向かって、中心軸Ｃに沿って延びる。
【００４５】
上記変形例１の構成においても、ステータ５１で発生した熱は、シャフト１４１及びヒートパイプ１４１２を介してシャフトハウジング４１１に伝達される。シャフトハウジング４１１は、金属製であって熱伝導率が高く、径方向に広がる一面に効率良く熱が伝わり、効率良く放熱することができる。
【００４６】
＜３−２．モータの変形例２＞
図６は、変形例２のファンモータ１の部分縦断面図である。変形例２のファンモータ１は、充填部６を備える。充填部６は、カバー部材５２の内部において、当該カバー部材５２とステータ５１との間に充填される。また、充填部６は、ベース部５３とカバー部材５２との間に充填される。なお、カバー部材５２を使用しないで充填部６を設ける場合もある。
【００４７】
充填部６を構成する充填材料としては、例えばシリコーン系樹脂などの合成樹脂材料である。なお、充填部６を構成する充填材料としては、天然ゴムなどの天然樹脂材料であっても良い。すなわち、本実施形態のステータ５１は、樹脂で覆われている。詳細に言えば、ステータコア５１１、インシュレータ５１２及びコイル５１３の外側面は、樹脂で覆われている。
【００４８】
ステータ５１を樹脂で覆ったモールドモータは、ステータ５１の内部を冷却することが困難である。さらに、樹脂は、熱伝導率が低く、ステータ５１の内部の熱を外部に放出し難い。これに対して、上記変形例２の構成によれば、ステータ５１の内部の熱を、シャフト４１及びヒートパイプ４１２を介してシャフトハウジング４１１に伝達し、外部に放出することが可能である。
【００４９】
＜３−３．モータの変形例３＞
図７は、変形例３のファンモータ１の部分縦断面図である。変形例３のファンモータ１は、軸受１５６を備える。軸受１５６は、スリーブ軸受である。軸受１５６は、中心軸Ｃを中心とし、軸方向に沿って上下に延びる。軸受１５６は、ステータ５１の軸方向下側から、ステータ５１の軸方向上側まで、軸方向上下に延びる。すなわち、軸受１５６は、ステータ５１の軸方向の全域にわたって、ステータ５１と径方向に対向する。
【００５０】
上記変形例３の構成によれば、ボールベアリングを用いた場合よりも軸受１５６とシャフト４１との接触領域が広いため、ステータ５１の熱をシャフト４１に効率良く伝達することができる。したがって、放熱特性を高めることが可能である。
【００５１】
＜４．その他＞
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上記実施形態とその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、例えばファンモータにおいて利用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・ファンモータ、２・・・ハウジング、３・・・インペラ、４・・・モータ、６・・・充填部、２１・・・ハウジング筒部、２２・・・リブ部、３１・・・インペラカップ、３２・・・羽根、４１・・・シャフト、４２・・・ロータ、５１・・・ステータ、５２・・・カバー部材、５３・・・ベース部、５４・・・回路基板、５５・・・軸受ホルダ、５６・・・軸受、１４１・・・シャフト、１５６・・・軸受、２２１・・・吸気口、２２２・・・排気口、３１１・・・インペラ蓋部、４１１・・・シャフトハウジング、４１２・・・ヒートパイプ、４１３・・・接続部、４２１・・・ロータヨーク、４２２・・・マグネット、５１１・・・ステータコア、５１２・・・インシュレータ、５１３・・・コイル、１４１１・・・穴部、１４１２・・・ヒートパイプ、３１１１・・・開口部、４１１１・・・凹凸部、Ｃ・・・中心軸
【図１】
2020088989.tif 000003
【図２】
2020088989.tif 000004
【図３】
2020088989.tif 000005
【図４】
2020088989.tif 000006
【図５】
2020088989.tif 000007
【図６】
2020088989.tif 000008
【図７】
2020088989.tif 000009