(57)【要約】【課題】冷凍冷蔵庫用電動送風機において、電動機要素が風路の障害となり風量の低下を招いていた。【解決手段】電動機要素１は磁性体を積層したステータコア２と、前記ティースに絶縁物３を介して巻装された巻線４とからなるステータ５と、前記ステータ内側にわずかな空隙を介して周方向に対向し、シャフト６によって回転自在に保持されるとともに、複数極に着磁された永久磁石７を有するロータ８とで構成される。電動機要素１は複数の翼９とカップ状のハブ１０からなる軸流ファン１１のハブに覆われており、電動機要素のシャフト６と軸流ファンのハブ１０中心が固定されることにより軸流ファンが回転駆動される。電動機要素の反ファン側には電源接続体１２と前記ステータの巻線を制御する制御部構成部品を取り付けた回路配線板１３が配置されている。そして、冷凍機器へ取り付けるための取付け足１４が複数個設けられている。【選択図】図１
2016171605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の翼とカップ状のハブが一体成型にて形成された軸流ファンと、前記軸流ファンを回転駆動するための電動機要素を有し、電動機要素の出力軸と軸流ファンのハブ中心の突起が固定され、前記電動機要素は軸流ファンのハブ内側に配置される冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電動機要素は、略放射状に配置された複数のティースと、前記ティースを外周部で連結するヨークと、前記ティースの先端に設けられたティース先端幅広部と、隣り合う前記ティース先端幅広部との間に設けられたスロットオープンとを有するステータコアと、前記ティースに絶縁物を介して巻装された巻線とからなるステータと、前記ステータの少なくとも一部分を一体成形して覆う樹脂外装体と、前記ステータの内側にステータと僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、永久磁石にて界磁を発生するロータとを備え、さらに前記樹脂外装体にこの電動送風機の取付け用の孔を有する取付け足を複数個具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項２】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記取付け足の軸流ファンによる流れの上流側は面取りまたはＲ形状である冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項３】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、
前記軸流ファンのハブ中心に形成された突起が略山形である冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項４】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記軸流ファンの翼の軸方向の高さ寸法は、前記軸流ファンのハブ側の高さ寸法よりも前記軸流ファンのチップ側の高さ寸法の方が大きい冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項５】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記軸流ファンの翼のチップ側前縁の位置がハブ側前縁の位置よりも回転方向前方に位置する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項６】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電動機要素のステータ巻線が集中巻であり、９スロットに三相の巻線を施し、永久磁石の極数は１０極である構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項７】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記ティースに絶縁物を介して巻装された巻線の芯線部の材質が、銅、アルミニウム、銅を含む銅合金、アルミニウムを含むアルミニウム合金、微量な不可避不純物を含むアルミニウム又は微量な不可避不純物を含む銅からなる冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項８】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記ティースに絶縁物を介して巻装された巻線の芯線部の材質が、アルミニウム、銅を含む銅合金、アルミニウムを含むアルミニウム合金、微量な不可避不純物を含むアルミニウム又は微量な不可避不純物を含む銅であり、かつ、前記巻線の絶縁被膜と前記芯線部との間の層に銅又は銅を含む銅合金を有する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項９】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電動機要素の軸受けがすべり軸受けである構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１０】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記ロータの永久磁石がプラスチックマグネット材をシリンダー状に成型された成形体である構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１１】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記巻線及びコア等よりなる電動機要素のステータ部と、この電動機要素の電源接続体と前記ステータ巻線を制御する制御部構成部品を取り付けた回路配線板がステータのファンと反対側に設置される構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１２】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電源を電動機要素の駆動コイルに供給する配線と、制御素子と、駆動素子等の回路素子よりなる制御部を含む回路配線板を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１３】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、
前記ステータの少なくとも一部分及びこの電動機要素の電源接続体と前記ステータ巻線を制御する制御部構成部品を取り付けた回路配線板とを一体成形して覆う前記樹脂外装体を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１４】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電動機要素のロータの極数をｐ、スロット数をｓ、ファンの翼枚数をｚ、任意の自然数をｎとするとき、
ｐ≠ｎｚ又はｓ≠ｎｚである構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１５】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電動機要素のロータの極数をｐ、ステータのスロット数をｓ、ファンの翼枚数をｚ、任意の自然数をｎとするとき、
ｚ≠ｎｐ又はｚ≠ｎｓである構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【請求項１６】
請求項１記載の冷蔵冷凍機器用の電動送風機を搭載する冷蔵冷凍機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫や冷凍庫等の庫内における冷気を強制循環させる冷蔵冷凍機器用の電動送風機に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷蔵庫などの冷凍機器は常時運転しているため、家庭内においては大きな電力消費機器であり、したがって、その省電力化・静音化が要望されている。前記の冷凍機器においてコンプレッサーが最も電力を消費するが、庫内における冷気を電動送風機によって効果的に強制循環させることにより庫内の温度が低温になり、コンプレッサーの負荷を低減することができる。これらにより、高効率・高風量・低騒音の冷蔵冷凍機器用の電動送風機の需要が高くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２４２０６６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば特許文献１等に示される従来の電動送風機では、電動機要素がファンのハブよりも大きいためハブ内に設置することができず、ファンと電動機要素を軸方向に距離を設けて組み付けなければならなかった。そのため、電動機要素がファンの発生する流れ場を妨げることとなり、送風効率の低下を招いていた。また、電動機要素の軸長が長くなることにより電動送風機の共振周波数が低くなり、定格駆動範囲内に存在すると騒音の要因となっていた。
【０００５】
また、例えば特許文献２等のように、アウターロータ型の電動機要素がファンのハブ内に設置された電動送風機がある。アウターロータ型の電動機要素ではロータが片持ち構造となり、さらに同一出力比較ではインナーロータ型よりもロータの外径が大きくなる傾向にあるので、ロータの振れが大きくなり、ステータとのエアギャップを縮小することが困難となる。その結果、振動増加による騒音の悪化、効率の低下を生じるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、複数の翼とカップ状のハブが一体成型にて形成された軸流ファンと、前記軸流ファンを回転駆動するための電動機要素を有し、電動機要素の出力軸と軸流ファンのハブ中心の突起が固定され、前記電動機要素は軸流ファンのハブ内側に配置される冷蔵冷凍機器用の電動送風機において、前記電動機要素は略放射状に配置された複数のティースと、前記ティースを外周部で連結するヨークと、前記ティース先端に設けられたティース先端幅広部と、隣り合う前記ティース先端幅広部との間に設けられたスロットオープンとを有するステータコアと、前記ティースに絶縁物を介して巻装された巻線とからなるステータと、前記ステータの少なくとも一部分を一体成形して覆う樹脂外装体と、前記ステータの内側にステータと僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持され、永久磁石にて界磁を発生するロータとを備え、さらに前記樹脂外装体にこの電動送風機の取付け用の孔を有する取付け足を複数個具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記取付け足の軸流ファンによる流れの上流側は面取りまたはＲ形状である冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【０００８】
第３の発明は、第１の発明において、前記軸流ファンのハブ中心に形成された突起が略山形である冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【０００９】
第４の発明は、第１の発明において、前記軸流ファンの翼の軸方向の高さ寸法は、前記軸流ファンのハブ側の高さ寸法よりも前記軸流ファンのチップ側の高さ寸法の方が大きい冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１０】
第５の発明は、第１の発明において、前記軸流ファンの翼のチップ側前縁の位置がハブ側前縁の位置よりも回転方向前方に位置する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１１】
第６の発明は、第１の発明において、前記電動機要素のステータ巻線が集中巻であり、９スロットに三相の巻線を施し、永久磁石の極数は１０極である構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１２】
第７の発明は、第１の発明において、前記ティースに絶縁物を介して巻装された巻線の芯線部の材質が、銅、アルミニウム、銅を含む銅合金、アルミニウムを含むアルミニウム合金、微量な不可避不純物を含むアルミニウム又は微量な不可避不純物を含む銅からなる冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１３】
第８の発明は、第１の発明において、前記ティースに絶縁物を介して巻装された巻線の芯線部の材質が、アルミニウム、銅を含む銅合金、アルミニウムを含むアルミニウム合金、微量な不可避不純物を含むアルミニウム又は微量な不可避不純物を含む銅であり、かつ、前記巻線の絶縁被膜と前記芯線部との間の層に銅又は銅を含む銅合金を有する冷蔵冷凍機器用の電動送風機。
【００１４】
第９の発明は、第１の発明において、前記電動機要素の軸受けがすべり軸受けである構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１５】
第１０の発明は、第１の発明において、前記ロータの永久磁石がプラスチックマグネット材をシリンダー状に成型された成形体である構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１６】
第１１の発明は、第１の発明において、前記巻線及びコア等よりなる電動機要素のステータ部と、この電動機要素の電源接続体と前記ステータ巻線を制御する制御部構成部品を取り付けた回路配線板がステータのファンと反対側に設置される構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１７】
第１２の発明は、第１の発明において、前記電源を電動機要素の駆動コイルに供給する配線と、制御素子と、駆動素子等の回路素子よりなる制御部を含む回路配線板を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１８】
第１３の発明は、第１の発明において、前記ステータの少なくとも一部分及びこの電動機要素の電源接続体と前記ステータ巻線を制御する制御部構成部品を取り付けた回路配線板とを一体成形して覆う前記樹脂外装体を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００１９】
第１４の発明は、第１の発明において、前記電動機要素のロータの極数をｐ、スロット数をｓ、ファンの翼枚数をｚ、任意の自然数をｎとするとき、
ｐ≠ｎｚ又はｓ≠ｎｚである構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００２０】
第１５の発明は、第１の発明において、前記電動機要素のロータの極数をｐ、ステータのスロット数をｓ、ファンの翼枚数をｚ、任意の自然数をｎとするとき、
ｚ≠ｎｐ又はｚ≠ｎｓである構成を具備する冷蔵冷凍機器用の電動送風機である。
【００２１】
第１６の発明は、第１の発明の冷蔵冷凍機器用の電動送風機を搭載する冷蔵冷凍機器である。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明によれば、風量の大きい、かつ低振動・低騒音な軸長の短いコンパクトな電動送風機を実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）本発明の実施例を示す電動送風機の正面図、（ｂ）本発明の実施例を示す電動送風機のＡＯＢ断面図、（ｃ）本発明の実施例を示す電動送風機の背面図
【図２】（ａ）従来例の電動送風機の側面図、（ｂ）従来例の電動送風機の背面図
【図３】（ａ）本発明の電動送風機の気流の流れを示す図、（ｂ）本発明の電動送風機の背面図、（ｃ）従来例の電動送風機の気流の流れを示す図、（ｄ）従来例の電動送風機の背面図
【図４】本発明と従来例の流体解析による圧力係数を示すグラフ
【図５】（ａ）電動機要素の取付け足形状の第１例を示す図、（ｂ）電動機要素の取付け足形状の第２例を示す図、（ｃ）電動機要素の取付け足形状の第３例を示す図
【図６】（ａ）ファンのハブ形状の第１例を示す図、（ｂ）ファンのハブ形状の第２例を示す図
【図７】本発明の実施例の電動機要素の巻線状態を示す概念図
【図８】本発明の実施例の電動機要素の回路構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
本発明の冷蔵冷凍機器用の電動送風機を、図１（ａ）〜（ｃ）に示す。電動機要素１は磁性体を積層したステータコア２と、前記ティースに絶縁物３を介して巻装された巻線４とからなるステータ５と、前記ステータ内側にわずかな空隙を介して周方向に対向し、シャフト６によって回転自在に保持されるとともに、複数極に着磁された永久磁石７を有するロータ８とで構成される。
【００２６】
電動機要素１は複数の翼９とカップ状のハブ１０からなる軸流ファン１１のハブに覆われており、電動機要素のシャフト６と軸流ファンのハブ１０中心が固定されることにより軸流ファンが回転駆動される。電動機要素の反ファン側には電源接続体１２と前記ステータの巻線を制御する制御部構成部品を取り付けた回路配線板１３が配置されている。そして、冷凍機器へ取り付けるための取付け足１４が複数個設けられている。
【００２７】
図２（ａ）〜（ｂ）に示す従来例の電動送風機ではファンのハブよりも電動機要素が大きく、ファンと電動機要素を回転軸方向にある程度の距離をおいて設置する必要があった。すなわち、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように軸流ファンにより生じた気流の流れが図中斜線で示す電動機要素部分に衝突し、損失の原因となっていた。一方、本実施例の電動送風機においては、回路配線盤を含む電動機要素が軸流ファンのハブ内部に収納されているため、図３（ｃ）〜（ｄ）に示すようにファンで発生した風の流れを妨げることがなく、流体損失が低減されて高風量を得ることができる。
【００２８】
図４（ａ）〜（ｃ）に従来例と本発明における圧力係数の比較を示す。流体解析により、本発明ではファン出力が約１０％高くなるという結果が得られた。
【００２９】
電動機要素に設けられた冷凍機器本体への取付け足１４の形状は、上流側に面取りまたはＲを設けることにより、図５（ａ）に示すように空気が急激に軸方向から大きな角度をもつ方向へ曲げられることがなくなり、図５（ｂ）〜（ｃ）のように、流れの方向の急激な変化が緩和され、また、取付け足のエッジ部１４ａで生じる剥離渦が抑制されることにより、更なるファンの高効率化、低騒音化が実現できる。
【００３０】
軸流ファンが電動機要素側に向かう流れを発生させる場合、図６に示すように電動機要素のシャフト６との勘合のためのハブの突起１０ａを略山形にすることにより、ハブへの衝突流れを抑制することができ、送風性能を確保できる。
【００３１】
また、軸流ファンの場合、回転中心から半径方向距離が長い位置ほど流体への仕事量が大きい。この仕事量の大きい翼のチップ側９ａの軸方向高さＨｔをハブ側９ｂの軸方向高さＨｈよりも高くすることにより、流れをより上流で捉えて流体に仕事を与えることができるので、さらに多くの風量を得ることができる。
【００３２】
また、軸流ファンの翼の前縁９ｃの位置を、ハブ側よりもチップ側を回転方向前方に位置させることにより、流れの半径方向成分を前縁が同時に切ることはなく、時間的に分散されるので、流体騒音を低減することができる。
【００３３】
図７に電動機要素部の詳細な構成を示す。ステータコア２は略放射状に配置された複数のティース１５と、前記ティースを外周部で連結するヨーク１６と、前記ティース先端に設けられたティース先端幅広部１７と、隣り合う前記ティース先端幅広部との間に設けられたスロットオープン１８とを有する。
【００３４】
ステータコアの９個のティースには絶縁物を介して各々集中した巻線が巻かれており、１相目はティースＩ、ティースＩＩ、ティースＩＩＩにそれぞれ正転、逆転、正転、２相目はティースＩＶ、ティースＶ、ティースＶＩにそれぞれ正転、逆転、正転、３相目はティースＶＩＩ、ティースＶＩＩＩ、ティースＩＸにそれぞれ正転、逆転、正転の向きに施されている。１０極９スロットの構造にすることで、コギングトルクを低減し、電動機要素による騒音を低減することが可能となる。
【００３５】
ティースに巻装された巻線の芯線部の材質には、従来は銅又は銅合金を用いていたが、省資源、資源枯渇及び経済性の観点で、少なくとも銅及びアルミニウムを含む合金、微量な不純物を含むアルミニウム又はアルミニウム合金を採用しても良い。
【００３６】
また、巻線の芯線部の材質が、アルミニウム、銅を含む銅合金、アルミニウムを含むアルミニウム合金、微量な不可避不純物を含むアルミニウム又は微量な不可避不純物を含む銅であり、かつ、巻線の絶縁被膜と前記芯線部との間の層に銅又は銅を含む銅合金を有するクラッド線を採用しても良い。このクラッド線の採用によって、非銅線系の巻線における導線接合の課題の解消が可能である。
【００３７】
ステータコアの内側にはすべり軸受け１９が設けられており、電動機要素のシャフト６が回転保持されている。
【００３８】
本発明におけるロータはプラスチックマグネット材をシリンダー状に成型して構成し、外周に複数のＮとＳの磁極を有している。なお、前記の材質に限らずゴムマグネット、焼結マグネットなど他の材質によるマグネットを使用してもよい。また、シリンダー状に限らず磁極子片を複数個組み合わせて構成しても良い。
【００３９】
図８に、本発明の電動機要素の回路ブロック図を示す。供給される直流電源は電源接続体１２を介して電動機要素の回路に供給される。回路配線板１３（プリント基板）には、直流電源を電動機要素の駆動コイル（巻線４）に供給する配線と、磁極検知素子、制御素子及び駆動素子、その他の回路素子よりなる制御部に供給する配線を設けてある。これに、ステータが取り付けられ、電動機要素に対してファンと反対側に配設される。
【００４０】
回路配線板１３とステータ５と電源接続体の接続線付コネクタと制御部構成部品とをモールド材によって樹脂一体成形して各部品とプリント基板を一体化して固定子外装体２０を構成している。
【００４１】
モールド材は、熱硬化性樹脂の不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂などから適宜選択する。また、モールド材は、熱可塑性樹脂のポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂などから適宜選択してもよい。
【００４２】
電動機要素ユニットのシャフトの先端部側から軸流ファンを装着して、送風装置を構成する。
【００４３】
本実施例では電動機要素が１０極９スロット、ファンの翼枚数が４枚の電動送風機を示している。電動機要素のロータの極数をｐ、ステータのスロット数をｓ、ファンの翼枚数をｚ、任意の自然数をｎとすると  ｐ≠ｎｚまたはｑ≠ｎｚとすると電動機要素の電磁力による振動周波数とファンの風切音の周波数が一致しないので電動送風機としての騒音が低減できる。
【００４４】
また、ｚ≠ｎｐ又はｚ≠ｎｓにしても同様の効果が得られる。しかし、電動機要素の構成やファンの設計により各々の振動を低減することもできるので、前記を満足する相対関係に限ったものではない。
【００４５】
本実施例においては、１０極９スロットの電動機要素構造を示したが、これに限るものではなく、８極９スロット、１０極１２スロットや極数：スロット数が２：３である４極６スロット、６極９スロット、８極１２スロット、スロット数が４：３である４極３スロット、８極６スロットなどでも良く、電動機要素のコギングトルクやトルク脈動とファンの翼枚数との組合せから最小公倍数が大きくなるように選択し、電動送風機の振動・騒音を抑制することができる。
【００４６】
また、ファンが電動機要素側に向かって仕事をする例を示したが、逆向きの流れを発生するファンでも良い。
【００４７】
また、安価なすべり軸受けを用いた例を示したが、これに限るものではなく、玉軸受けなどを用いても良い。
【００４８】
この送風装置は、冷蔵庫などの機器の庫内等に組み込まれ、冷気を効率よく循環し、冷却性能を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の電動機は、軸受の電食発生を抑制したものであり、主に電動機の低価格化および高寿命化が要望されるエアコン室内機などの機器に搭載される電動機に有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  電動機要素
２  ステータコア
４  巻線
５  ステータ
７  永久磁石
８  ロータ
９ａ  チップ側
９ｂ  ハブ側
９ｃ  前縁
１０  ハブ
１０ａ  ハブの突起
１１  軸流ファン
１３  回路配線板
１４  取付け足
１４ａ  取付け足のエッジ部
１６  ヨーク
１７  ティース先端幅広部
１８  スロットオープン
１９  すべり軸受け
２０  固定子外装体
【図１】
2016171605.tif 000003
【図２】
2016171605.tif 000004
【図３】
2016171605.tif 000005
【図４】
2016171605.tif 000006
【図５】
2016171605.tif 000007
【図６】
2016171605.tif 000008
【図７】
2016171605.tif 000009
【図８】
2016171605.tif 000010