(57)【要約】【課題】モータへの負荷を低減させるとともに、磁石の減磁を抑制する。【解決手段】ステータ１１及びロータ１２を有するモータ本体１０と、ロータ１２に接続されたシャフト２０と、シャフト２０に接続されたファン３０と、シャフト２０に接続されるとともに、ファン３０とロータ１２との間に設けられた補助ファン７０とを具備するようにした。【選択図】図２
2019110690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ及びロータを有するモータ本体と、
前記ロータに接続されたシャフトと、
前記シャフトに接続されたファンと、
前記シャフトに接続されるとともに、前記ファンと前記ロータとの間に設けられた補助ファンとを具備するファンモータ。
【請求項２】
前記ロータを軸方向から挟み込む位置の一方又は両方に設けられたバランサを具備し、
前記バランサが前記補助ファンである請求項１記載のファンモータ。
【請求項３】
一対の前記バランサが、前記ロータを軸方向両側から挟み込んでおり、
前記各バランサが前記補助ファンである請求項２記載のファンモータ。
【請求項４】
一対の前記バランサが、前記ロータを軸方向両側から挟み込んでおり、
一方の前記バランサのみが補助ファンであり、前記各バランサの質量が略等しい請求項２記載のファンモータ。
【請求項５】
前記補助ファンが、非磁性材料からなる請求項１乃至４のうち何れか一項に記載のファンモータ。
【請求項６】
前記補助ファンが、外周面の軸方向一端部から軸方向他端部に亘って軸方向に沿って形成された１又は複数の溝を有している請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のファンモータ。
【請求項７】
前記補助ファンが、外周面の軸方向一端部から軸方向他端部に亘って螺旋状に形成された１又は複数の溝を有している請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のファンモータ。
【請求項８】
前記補助ファンが、外周面に周方向に沿って円環状に形成された１又は複数の溝を有している請求項１乃至５のうち何れか一項に記載のファンモータ。
【請求項９】
前記ロータが、軸方向に分割された複数のロータ要素を有している請求項１乃至８のうち何れか一項に記載のファンモータ。
【請求項１０】
互いに隣り合った前記ロータ要素の間に絶縁物が介在している請求項９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、ファンモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のファンモータとしては、特許文献１に示すように、先端にファンを取り付けたシャフトが、ロータを構成する筒状の磁石に差し込まれるとともに、このロータが筒状のスリーブに収容されたものがある。
【０００３】
このように、筒状の磁石や筒状のスリーブによって構成された筒状のロータを用いると、ロータの近傍の静圧は大気圧とほぼ等しく、負圧にならないので、流体抵抗が大きくなる。これにより、ファンの静圧が高くなり、特にモータの高速回転時におけるモータへの負荷が大きくなるという問題が生じる。
【０００４】
さらに、上述したようにモータへの負荷が大きいと、銅損や鉄損も大きくなるので、磁石の温度が高くなり減磁が発生するといった問題も生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許第２４８３１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上述した課題を一挙に解決すべくなされたものであり、モータへの負荷を低減させるとともに、磁石の減磁を抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明に係るファンモータは、ステータ及びロータを有するモータ本体と、前記ロータに接続されたシャフトと、前記シャフトに接続されたファンと、前記シャフトに接続されるとともに、前記ファンと前記ロータとの間に設けられた補助ファンとを具備することを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成されたファンモータであれば、ファンとロータとの間に補助ファンが設けられているので、ロータの近傍に負圧を発生させることができ、ファンの静圧を低くすることができる。これにより、モータを高速回転させた場合であってもモータへの負荷を十分に低減させることができる。なお、ロータ近傍の負圧についての具体的な解析データについては、後述する。
そのうえ、発生させた負圧によりロータの周囲に風が流れ込むので、ロータを構成する磁石を冷却することができ、磁石の減磁を抑制することが可能となる。
【０００９】
前記ロータを軸方向から挟み込む位置の一方又は両方に設けられたバランサを具備し、前記バランサが前記補助ファンであることが好ましい。
このような構成であれば、既存のバランサを利用して補助ファンを構成することができ、部品点数の増大を招くことがなく、しかもバランサに溝を形成して補助ファンを形成すれば、バランサの質量を軽くすることができるので、遠心力の低下により、ロータに作用する応力を低減させることができる。これにより、ロータが高速回転した場合であっても、ロータが破損することを防ぐことが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００１０】
一対の前記バランサが、前記ロータを軸方向両側から挟み込んでおり、前記各バランサが前記補助ファンであることが好ましい。
このような構成であれば、ロータの軸方向両側に補助ファンが設けられているので、ロータの近傍をより負圧にすることができる。
【００１１】
一対の前記バランサが、前記ロータを軸方向両側から挟み込んでおり、一方の前記バランサのみが補助ファンであり、前記各バランサの質量が略等しいことが好ましい。
このような構成であれば、バランサに掛かる遠心力のアンバランスが避けられ、シャフトの偏心が抑制されるので、ファンを安定させて駆動させることができる。
【００１２】
前記補助ファンが、非磁性材料からなることが好ましい。
これならば、磁石からの鎖交磁束による電流が補助ファンに流れないので、補助ファンの温度上昇を防ぐことができる。
【００１３】
前記補助ファンの具体的な実施態様としては、外周面の軸方向一端部から軸方向他端部に亘って軸方向に沿って形成された１又は複数の溝を有している構成が挙げられる。
【００１４】
また、前記補助ファンの別の実施態様としては、外周面の軸方向一端部から軸方向他端部に亘って螺旋状に形成された１又は複数の溝を有している構成や、外周面に周方向に沿って円環状に形成された１又は複数の溝を有している構成が挙げられる。
【００１５】
ところで、ロータの外周面には鎖交磁束による渦電流が発生して、渦電流損が生じる。
そこで、前記ロータが、軸方向に分割された複数のロータ要素を有していることが好ましい。
このような構成であれば、ロータの外周面に生じる渦電流のループを小さくすることができ、渦電流損を低減させることができる。
【００１６】
互いに隣り合うロータ要素の外周面を確実に絶縁するためには、互いに隣り合った前記ロータ要素の間に絶縁物が介在していることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
このように構成した本発明によれば、モータへの負荷を低減させるとともに、磁石の減磁を抑制することができ、ひいてはモータトルクの低減を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のファンモータの全体構成を示す図。
【図２】同実施形態のステータの記載を省略したファンモータの全体構成を示す図。
【図３】同実施形態のロータの構成を示す図。
【図４】同実施形態の補助ファンの構成を示す図。
【図５】同実施形態のファンモータを用いた解析データを示す図。
【図６】その他の実施形態における補助ファンの構成を示す概略図。
【図７】その他の実施形態におけるロータの構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明に係るファンモータの一実施形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態のファンモータ１００は、例えば掃除機などに組み込まれる送風装置に用いられるものであり、図１及び図２に示すように、ステータ１１及びロータ１２を有するモータ本体１０と、ロータ１２に接続されたシャフト２０と、シャフト２０に接続されたファン３０と、ロータ１２を軸方向から挟む込む位置の少なくとも一方に設けられたバランサ４０とを具備するものである。なお、説明の便宜上、図２ではステータ１１を省略してある。
【００２１】
モータ本体１０は、コイル１３が巻回されたステータ１１の内側にロータ１２が配置された例えば三相モータである。なお、モータ本体１０としては、単相モータであっても良い。
【００２２】
本実施形態のロータ１２は、図３に示すように、軸方向に分割された複数のロータ要素１２１からなるものであり、各ロータ要素１２１は筒状の磁石である。ここでは、２つのロータ要素１２１が軸方向に沿って互いに隣り合っており、これらのロータ要素１２１の間に円環状の絶縁物である絶縁ワッシャ５０を介在させている。なお、本実施形態の各ロータ要素１２１は、互いに同一形状をなし、略等しい質量にしてある。
【００２３】
シャフト２０は、ロータ１２とともに回転するものであり、ベアリング６０に回転可能に支持されている。ここでは、一対のベアリング６０が、シャフト２０におけるロータ１２の軸方向両側それぞれに設けられている。
【００２４】
ファン３０は、シャフト２０の軸方向一端部に接続されており、軸方向一端部側から空気を取り込んで、その空気を軸方向他端部側に吐き出すものであり、ここではファン３０を通過した空気がロータ１２の周囲に流れるように構成されている。なお、シャフト２０の回転方向を反対にして空気の流れを逆にしても構わない。
【００２５】
バランサ４０は、回転によるロータ１２の周方向への変形を規制するものであり、ここでは一対のバランサ４０がロータ１２を軸方向両側から挟み込んでいる。
具体的にこのバランサ４０は、ロータ要素１２１とほぼ等しい外径か若干小さい外径の筒状をなすものであり、各バランサ４０は、互いに略同一な形状をなし、略等しい質量である。本実施形態のバランサ４０は、例えば金属等の磁性材料からなり、バランサ４０とロータ１２との間に例えば円環状の絶縁物である絶縁ワッシャ５０を介在させている。この絶縁ワッシャ５０は、金属製のバランサ４０よりも弾性及び線膨張係数が小さいものである。
【００２６】
然して、本実施形態のファンモータ１００は、シャフト２０に接続されるとともに、ファン３０とロータ１２との間に設けられた補助ファン７０をさらに具備している。
【００２７】
補助ファン７０は、上述したファン３０により生じる空気の流れを促進させるものであり、ここでは上述したバランサ４０を利用して構成されている。より具体的に説明すると、補助ファン７０は、図４に示すように、バランサ４０の外周面に複数の溝７１を形成することで構成されたものである。ここでは、バランサ４０の外周面において、軸方向一端部から軸方向他端部に亘って軸方向に沿った溝７１が周方向に複数形成されている。これにより、互いに隣り合う溝７１の間には、径方向に突出した突極部７２が形成されており、本実施形態の補助ファン７０は、これらの突極部７２が羽根としての機能を発揮するように構成されている。
【００２８】
突極部７２は、図４に示すように、例えば軸方向から視て周方向に沿って等間隔に設けられており、互いに隣り合う突極部７２の側面７３の間に形成された溝７１が、空気の流路となる。
【００２９】
本実施形態では、突極部７２の一対の側面７３は、軸方向と平行に延びるとともに、径方向外側に向かって拡開している。また、一対の側面７３を接続する外向き面７４は、ロータ側から反ロータ側に向かって軸方向と平行に延びる長尺部７４１と、この長尺部７４１の反ロータ側端部からさらに反ロータ側に向かって径方向内側に傾斜したテーパ部７４２とを有している。
【００３０】
ここで、本実施形態のファンモータ１００と従来の構成とを比較した解析データを図５に示す。この解析データから、補助ファン７０を備えた本実施形態のファンモータ１００の方が、補助ファン７０を備えていない従来の構成に比べて、ロータ１２の近傍に負圧が発生していることが看て取れる。
【００３１】
このように構成された本実施形態のファンモータ１００によれば、ファン３０とロータ１２との間に補助ファン７０が設けられているので、ロータ１２の周囲に負圧を発生させることができ、ファン３０の静圧が低くなり、モータを高速回転させた場合であってもモータへの負荷を十分に低減させることができる。
【００３２】
さらに、発生させた負圧によりロータ１２の周囲に風が流れ込むので、ロータ１２を構成する磁石を冷却することで、磁石の減磁を抑制することができ、モータトルクの低減を抑制することが可能となる。
【００３３】
また、既存のバランサ４０の外周面に複数の溝７１を形成して、互いに隣り合う溝７１の間の突極部７２が羽根としての機能を発揮するように構成しているので、既存のバランサ４０を利用して補助ファン７０を構成することができ、部品点数の増加を招かない。
【００３４】
そのうえ、バランサ４０に複数の溝７１を形成しているので、バランサ４０の質量を軽くすることができ、遠心力の低下により、ロータ１２に作用する応力を低減させることができる。これにより、ロータ１２が高速回転した場合であっても、ロータ１２が破損することを防ぐことが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００３５】
加えて、一対のバランサ４０を略等しい質量にしているので、バランサ４０に掛かる遠心力のアンバランスが避けられ、シャフト２０の偏心が抑制されるので、ファン３０を安定させて駆動させることができる。
【００３６】
さらに加えて、突極部７２の外向き面７４にテーパ部７４２が形成されているので、突極部７２の空気抵抗を低減させることができる。
【００３７】
また、ロータ１２が、軸方向に分割された複数のロータ要素１２１を有しているので、ロータ１２の外周面に生じる渦電流のループを小さくすることができ、渦電流損を低減させることができる。
【００３８】
さらに、互いに隣り合ったロータ要素１２１の間に絶縁物が介在しているので、互いに隣り合うロータ要素１２１の外周面を確実に絶縁することができ、確実に渦電流のループを小さくすることができる。
【００３９】
そのうえ、互いに隣り合ったロータ要素１２１の間や、ロータ要素１２１とバランサ４０との間に、金属製のバランサ４０よりも弾性及び線膨張係数が小さい絶縁ワッシャ５０を設けているので、ロータ１２の回転時に遠心力によるせん断力が作用し、各ロータ要素１２１に作用する応力を低減させることができる。
【００４０】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００４１】
例えば、前記実施形態の補助ファン７０は、外周面に形成された軸方向に沿った複数の溝７１を有するものであったが、図６（Ａ）に示すように、外周面に周方向に沿って円環状に形成された１又は複数の溝７１を有しているものであっても良い。この場合の突極部７２は、円環形状をなす。
また、図６（Ｂ）に示すように、外周面の軸方向一端部から軸方向他端部に亘って螺旋状に形成された１又は複数の溝７１を有しているものであっても良い。この場合の突極部７２は、螺旋形状をなす。
【００４２】
また、補助ファン７０は、ロータ１２を挟み込む位置の一方にのみ設けられていても良く、具体的には、ロータ１２を挟み込む位置の一方に設けられたバランサ４０のみを補助ファン７０として利用する態様が挙げられる。この場合においても、一対のバランサ４０は、互いに略等しい質量であることが好ましい。
【００４３】
さらに、補助ファン７０は、バランサ４０を利用して構成する必要はなく、バランサ４０とは別体であっても構わない。
【００４４】
前記実施形態のバランサ４０は、金属等の磁性材料からなるものであったが、樹脂等の非磁性体である塑性材料や、非磁性金属からなるものであっても良い。
【００４５】
また、一対のバランサ４０は、前記実施形態では互いに略同一な形状をなすものであったが、例えば突極部７２の数、寸法、配置などが互いに異なるものであっても良い。さらに、一対のバランサ４０は、必ずしも略等しい質量である必要はない。
【００４６】
そのうえ、前記実施形態では、互いに隣り合うロータ要素１２１の間に絶縁物を介在させてこれらを絶縁していたが、図７に示すように、互いに隣り合うロータ要素１２１の少なくとも一方の外周面に絶縁コーティングが施して絶縁膜５１を形成しても良い。具体的には、一方のロータ要素１２１の外周面における他方のロータ要素１２１側の端部に絶縁膜５１を形成することで、各ロータ要素１２１の外周面を絶縁することができる。このような構成であっても、ロータ要素１２１の外周面に生じる渦電流のループを小さくすることができ、渦電流損を低減させることが可能である。なお、両方のロータ要素１２１に絶縁膜５１を形成しても構わないし、絶縁膜５１を形成したうえで各ロータ要素１２１の間に絶縁ワッシャ等の絶縁部材を配置させても良い。
【００４７】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４８】
１００・・・ファンモータ
１２  ・・・ロータ
１２１・・・ロータ要素
１０  ・・・モータ本体
２０  ・・・シャフト
３０  ・・・ファン
４０  ・・・バランサ
７０  ・・・補助ファン
７１  ・・・溝
７２  ・・・突極部
【図１】
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【図２】
2019110690.tif 000004
【図３】
2019110690.tif 000005
【図４】
2019110690.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019110690.tif 000008
【図７】
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