風扇電動機及具備該風扇電動機的送風機的製作方法

2023-05-22 22:36:41

專利名稱：風扇電動機及具備該風扇電動機的送風機的製作方法
技術領域：
本發明涉及作為車輛用及空調用等利用的風扇電動機及具備該風扇電動機的送 風機，尤其是涉及在電動機的兩側安裝有風扇的風扇電動機及具備該風扇電動機的送風 機。
背景技術：
例如，作為車輛內的空調用而使用的風扇電動機要求緊湊化並且大風量。因此，目 前，例如日本專利特開平7-144528號公報(專利文獻1)中，提案有實現了小型化、高效率 化及低噪音化的風扇電動機及送風機。這種現有的風扇電動機為利用使 旋轉軸突出到電動 機的雙方向的雙軸電動機，並在雙軸電動機的兩軸上安裝有風扇的雙軸風扇的結構。即，例 如專利文獻1中所公開的那樣，為將風扇製成圓筒狀的離心風扇，從兩方的風扇吸入空氣 並向一方向排出的送風機的結構。通過製成這樣的結構，與單軸支承風扇的單軸風扇的結 構相比，可增大吸入量，可提高吸入效率。另外，由於為雙軸支承風扇的結構，因此，與單軸 風扇的構造相比，支承更加平衡，且也可以低噪音化。另外，目前，例如日本專利特開2001-37133號公報(專利文獻2)中，提案有關於 具備環形方式的定子、內側轉子和外側轉子的結構的無刷電動機的技術。通過該結構，這種 現有的無刷電動機可減小線圈末端體積，並且可將銅損失抑制得較低，進而也可輸出高轉矩。但是，雙軸風扇的結構基本上為在兩個風扇之間配置電動機的構造，因此，在電動 機的旋轉軸方向電動機的寬度大的情況下，不得不縮窄風扇的寬度。而且，當風扇的寬度縮 窄時，由於風扇的體積減小，送風量減少。因此，雙軸風扇的結構中要確保足夠的送風量，需 要縮窄旋轉軸方向的電動機的寬度。

發明內容
本發明的風扇電動機是在電動機的旋轉軸的軸方向兩側分別安裝有一對風扇的 風扇電動機。而且，電動機的構成為，具備在卷繞有繞組的定子的內周側配置的內側轉子和 在所述定子的外周側配置的外側轉子，且具有以旋轉軸為中心使內側轉子和外側轉子旋轉 自如地被保持的雙重轉子構造。根據這樣的結構，自定子相對於內側轉子和外側轉子雙方產生旋轉轉矩。因此，與 僅單側轉子的結構相比，能得到高轉矩。而且，由此可實現作為雙軸電動機的上述電動機的 小型化、薄型化，可提高風扇電動機的旋轉軸方向的風扇寬度所佔的比例。另外，本發明的送風機是具備上述的本發明的風扇電動機的送風機，其構成為，具 有用於向開口部供給空氣的吸入口，將從吸入口吸入的空氣從風扇的內徑側向外徑側排 出ο根據這樣的結構，可實現具備上述的本發明的風扇電動機的特徵的送風機。


圖1是表示本發明實施方式的送風機的內部構造的圖；圖2是表示同上送風機的電動機的截面的圖；圖3是表示雙轉子結構的電動機和單側轉子結構的電動機的輸出密度的比較結 果的圖；圖4是表示本發明實施方式的送風機的其它構成例的圖。
具體實施例方式下面，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。(實施方式) 圖1是表示本發明實施方式的送風機10的內部構造的圖。如圖1所示，送風機10具備在電動機30的旋轉軸31的軸方向兩側分別安裝有一 對風扇21的風扇電動機20。即，電動機30為使旋轉軸31從電動機主體向雙方向突出的雙 軸電動機。而且，本實施方式的風扇電動機20為在雙軸電動機即電動機30的雙軸上安裝 有風扇21的雙軸風扇的結構。另外，一對風扇21分別具有相同的形狀。本實施方式中，列舉以風扇21為具有空 心圓筒狀的形狀的離心風扇的一例進行說明。由於作為離心風扇起作用，因此，風扇21具 有將圓筒形狀兩端的至少一端側作為空氣吸入口而開口的開口部22。另外，風扇21為了向 圓筒內部排出吸入的空氣，而在圓筒部形成有交互配置有多個孔部和翼部的多翼部23。將這種結構的風扇21固定於電動機30的旋轉軸31上。圖1中，在作為開口部22 的相反側的風扇21的另一端側固定於旋轉軸31上。即，如圖1所示，風扇電動機20在旋 轉軸方向以電動機30為中心在其兩側配置有風扇21，在旋轉軸方向的兩端部配置有開口 部22。這種結構的風扇電動機20還配置於送風機10的殼體11的內部。送風機10在旋 轉軸方向的中心附近具有支承板11a，將電動機30通過小螺釘lib固定於該支承板Ila上。 另外，送風機10在旋轉軸方向的中心附近具有隔板11c，電動機30以由支承板Ila和隔板 Ilc夾持的方式而配置。另一方面，在送風機10的旋轉軸方向兩側形成有用於吸入空氣的 吸入口 12。通過送風機10的這種結構，伴隨電動機30的旋轉，兩方的風扇21旋轉。通過風 扇21的旋轉，從兩方的吸入口 12吸入空氣，被吸入的空氣經由開口部22被導入到風扇21 的內部。而且，導入到風扇21內部的空氣利用多翼部23的旋轉而向與旋轉軸正交的方向 排出。即，送風機10將從吸入口 12吸入的空氣從風扇21的內徑側向外徑側排出。其次，對用於風扇電動機20的電動機30的詳細結構進行說明。圖2是表示本發明實施方式的送風機10的電動機30的截面的圖。圖2中，表示 從旋轉軸的長度方向看到的截面。另外，為避免繁雜化，而省略卷繞於定子上的繞組。另 夕卜，本實施方式中，作為電動機30，列舉適用了以120度相位不同的三相交流電驅動的無刷 電動機的一例進行說明。如圖2所示，本實施方式的電動機30具備定子40、配置於定子40內周側的內側轉 子32、配置於定子40外周側的外側轉子33。這樣，電動機30為具有雙重轉子構造的雙轉子電動機。定子40通過在定子鐵芯44上卷繞繞組(未圖示)而構成，定子鐵芯44是包括大 致圓環狀的磁軛41、從磁軛41向內周側突出的多個內側齒42、從磁軛41向外周側突出的 多個外側齒43的構造。本實施方式的定子鐵芯44中，內側齒42的個數和外側齒43的個 數相同。另外，以內側齒42及外側齒43的周方向中心位於從旋轉中心向外周方向的同一 直線上的方式，配置內側齒42及外側齒43。而且，內側齒42及 外側齒43分別左右對稱。 另外，在彼此鄰接的內側齒42間形成作為內側槽46的開口部，在彼此鄰接的外側齒43間 形成作為外側槽47的開口部。利用定子鐵芯44的這樣的開口部，將與三個相對應的各繞 組以環形繞組形式卷繞於磁軛41上。即，在由內側槽46和外側槽47夾持的磁軛41的部 位以集中繞組方式卷繞繞組。內側轉子32被配置為，以交互配置S極和N極的方式在外周側保持多個永久磁鐵 34，且經由規定的間隙與內側齒42相對。外側轉子33被配置為，以交互配置S極及N極的 方式在內周側保持多個永久磁鐵35，且經由規定的間隙與外側齒43相對。而且，內側轉子 32和外側轉子33與旋轉軸31連結，並以旋轉軸31為旋轉中心旋轉自如地被保持，以與定 子40相對面沿周方向旋轉。另外，該連結方法可以使用粘接劑及螺栓等，也可以通過樹脂 模製。在這樣的結構中，當對定子40的繞組施加三相交流電流時，在內側齒42與內側轉 子32之間、及外側齒43與外側轉子33之間產生由磁力引起的吸引力和反作用力，內側轉 子32和外側轉子33以旋轉軸31為中心旋轉。特別是如本實施方式，通過製作在定子40的 內側及外側的兩側都配置有轉子的雙轉子的結構，內側轉子32的驅動轉矩和外側轉子33 的驅動轉矩被疊加，與僅單側轉子的結構相比，可以為小型且得到高轉矩。圖3是表示雙轉子結構的電動機和單側轉子結構的電動機的輸出密度的比較結 果的圖。在此，輸出密度是指每單位電動機體積的輸出。圖3中，A表示內側轉子型電動機 的情況，B表示外側轉子型電動機的情況，C表示集中繞組雙轉子型電動機的情況，D表示環 形繞組方式的雙轉子型電動機的情況。另外，白色部分是內側轉子的輸出密度，陰影部分是 外側轉子的輸出密度，C和D表示的雙轉子型電動機中為內外轉子的輸出密度疊加的輸出
也/又。從圖3可得知，環形繞組方式的雙轉子型電動機與僅內側轉子的電動機相比，為 其1. 9倍的輸出密度，另外，與僅外側轉子的電動機相比，為其1. 5倍的輸出密度。因此，通 過應用環形繞組方式的雙轉子構成的電動機作為電動機30，與單側轉子構成相比，可以以 同一驅動電動機的體積將送風機的送風力增大至1. 5倍至1. 9倍。另外，這也表明，如果是 相同的輸出，則可使驅動電動機的體積降低35%至50%。另外，與集中繞組雙轉子型電動機相比時，環形繞組方式的雙轉子型電動機可使 輸出密度為其1.4倍。因此，如果是相同的驅動電動機的體積，則可使送風力為其1.4倍。但是，在雙轉子型電動機中，通過集中繞組和環形繞組而產生差異的理由可進行 如下的考察。即，集中繞組的磁通為從外側轉子穿過定子的齒進入內側轉子，再穿過定子的 齒並返回到外側轉子的磁通環路。在此，磁通穿過外側和內側的磁鐵，因此，外觀上的空隙 增多，磁鐵的磁通不能有效地被利用。與之相對，圖2所示的結構中的環形繞組的磁通為從 外側轉子33穿過定子40的外側齒43、磁軛41再返回到外側轉子33的環路、和從內側轉子32穿過定子40的內側齒42、磁軛41再返回到內側轉子32的環路這兩個環路。由此，外上的空隙與單側轉子型電動機相同，因此，可得到合併了兩個單側轉子型電動機的輸出。這樣，通過將電動機30製成以環形繞組形式在磁軛41上卷繞有繞組的雙轉子的 結構，與分布繞組的單側轉子型電動機相比，可縮短線圈末端及繞組周長，另外，通過降低 繞組電阻值，可降低銅損，實現高效率的電動機。特別是由於可縮短線圈末端及繞組周長， 因此，可降低卷繞線圈的高度和定子的高度，可在旋轉軸方向使電動機薄型化。因此，在風 扇電動機的旋轉軸方向，可降低電動機寬度所佔的比例，可提高風扇寬度所佔的比例。其結 果是與同體積的送風機相比時，可增大送風量。例如，將僅內側轉子的電動機作為比較電動機進行比較時，如上所述，電動機30 與比較電動機相比，可將輸出密度提高至1. 9倍，作為同輸出電動機進行比較時，可將電動 機層疊厚度減小約45%。另外，可按電動機層疊厚度減小的量將雙軸風扇的兩風扇的長度 增加約20%，由此，在同轉速時可使風量增加40%。另外，相反，在將風量設為同等的情況 下，作為送風機可實現約40%的小型化。另外，如本實施方式，通過將電動機30製成環行繞組形式的雙轉子結構，可降低 銅損。銅損是因電流流過繞組而產生的損失，與電流的平方相關。在此，由於電動機中產生 的熱量的大部分產生於繞組，所以，通過製成本實施方式的構成，可以抑制電動機的溫度上 升。因此，即使風不接觸電動機，也不需要將電動機大型化，能夠確保送風機的小型化或大風量。另外，這樣，由於可抑制電動機30的溫度上升，因此，不需要使用例如送風的一部 分風對電動機30進行冷卻這樣的處理。因此，本實施方式中，如圖2所示，為由支承板Ila 和隔板Ilc夾持電動機30的結構。這是為了抑制因由電動機30產生的熱量使送風路的空 氣溫度上升而製成這樣的結構。另外，在電動機30的發熱進一步降低且對送風沒有影響的 情況下，也可以製成去除了隔板Ilc的結構。由此，可以進一步提高風扇寬度所佔的比例。另外，如本實施方式，通過增加風扇寬度並設為同風量，可以使轉速降低。由於風 扇上產生的風切聲對風扇最外徑的周速的平方帶來影響，因此，通過將轉速降低40%，實現 降低風切聲約80%。這樣，通過增加風扇寬度，可降低轉速，由此，也可以實現噪聲的降低。另外，以上，列舉將兩方的風扇21固定於電動機30的旋轉軸31上的一例進行了 說明，但也可以為將風扇21固定於轉子的結構。特別是在本實施方式中，電動機30具備內 側轉子32和外側轉子33這兩個轉子。因此，也可以為將一風扇21固定於內側轉子32，將 另一風扇21固定於外側轉子33的結構。即，也可以為將一風扇21安裝於旋轉軸31和外 側轉子33中的任一方，並且將另一風扇21安裝於旋轉軸31和內側轉子32中的任一方的 結構。圖4是表示本發明實施方式的送風機10的其它構成例的圖。圖4所示的送風機 10將一風扇21直接連結於內側轉子32，將另一風扇21直接連結於外側轉子33。這樣，通 過將轉子和風扇直接連結或一體成形，將風扇21不通過軸連結而直接安裝於電動機30上。 因此，可提高風扇21的安裝強度及支承強度，並且可減小安裝空間，也可以將送風機小型 化。另外，在通過螺栓及小螺釘等將旋轉軸和風扇固定的情況下，旋轉軸的長度加長，因此， 軸產生扭轉共振，成為振動及噪聲的主要原因。與之相對，通過將各轉子與各風扇直接連結 或一體成形，不需要軸連結，也可以抑制至此成為問題的旋轉軸的扭轉共振的產生。
如以上所說明，本發明的風扇電動機是在電動機的旋轉軸的軸方向兩側分別安裝 有一對風扇的風扇電動機。電動機具備在卷繞有繞組的定子的內周側配置的內側轉子和在 定子的外周側配置的外側轉子。而且，具有以旋轉軸為中心使內側轉子和外側轉子旋轉自 如地被保持的雙重轉子構造。通過這樣的結構，從定子對內側轉子和外側轉子雙方產生旋 轉轉矩，與僅單側轉子的結構相比，得到高轉矩。由此，可實現作為雙軸電動機的上述電動 機的小型化、薄型化，因此，可提高風扇電動機的旋轉軸方向的風扇寬度所佔的比例。
另外，本發明的送風機具備這樣的風扇電動機。因此，根據本發明的風扇電動機，通過將雙軸電動機薄型化，降低風扇電動機的旋 轉軸方向的電動機寬度所佔的比例，可提高風扇寬度所佔的比例。因此，可提供能夠確保足 夠的送風量的風扇電動機及具備該風扇電動機的送風機。以上，由於可提供風扇的風量增加並且高效率且低噪聲的風扇電動機以及具備該 風扇電動機的送風機，因此，對作為車輛用及空調用等利用的風扇電動機及具備該風扇電 動機的送風機有用。
權利要求
一種風扇電動機，在電動機的旋轉軸的軸方向兩側分別安裝有一對風扇，其特徵在於，所述電動機具備在卷繞有繞組的定子的內周側配置的內側轉子和在所述定子的外周側配置的外側轉子，且具有以所述旋轉軸為中心使所述內側轉子和所述外側轉子旋轉自如地被保持的雙重轉子構造。
2.如權利要求1所述的風扇電動機，其特徵在於，所述定子包括定子鐵芯，該定子鐵芯 具有環狀磁軛、從所述磁軛突出到內周側的多個內側齒、以及從所述磁軛突出到外周側的 多個外側齒，所述繞組卷繞於所述磁軛。
3.如權利要求1所述的風扇電動機，其特徵在於，在所述旋轉軸的兩側分別安裝有一 對所述風扇。
4.如權利要求1所述的風扇電動機，其特徵在於，將一所述風扇安裝於所述旋轉軸和 所述外側轉子中的任一方，並且將另一所述風扇安裝於所述旋轉軸和所述內側轉子中的任一方。
5.如權利要求1所述的風扇電動機，其特徵在於，所述風扇是圓筒狀的離心風扇，該離 心風扇具有將至少一端側作為空氣吸入口而開口的開口部。
6.一種送風機，其具備權利要求5所述的風扇電動機，其特徵在於，具有用於向所述開 口部供給空氣的吸入口，將從所述吸入口吸入的空氣從所述風扇的內徑側向外徑側排出。
全文摘要
本發明涉及一種風扇電動機，在電動機的旋轉軸的軸方向兩側分別安裝有一對風扇，電動機具備在卷繞有繞組的定子的內周側配置的內側轉子和在定子的外周側配置的外側轉子，且具有以旋轉軸為中心使內側轉子和外側轉子旋轉自如地被保持的雙重轉子構造。
文檔編號H02K7/14GK101888141SQ201010129369
公開日2010年11月17日 申請日期2010年3月8日 優先權日2009年3月6日
發明者加藤康司, 吉川佑一, 李虎, 村上浩, 河村清美 申請人:松下電器產業株式會社