JP7689864B2 - 防水ファン - Google Patents

Description

本発明は、防水ファンに関する。

特許文献１などにより、回路基板などを含む電子部品が樹脂で覆われた防水ファンが知られている。特許文献１に記載の防水ファンでは、回路基板の底面に、フレームから延ばしたベース側凸部を突き当てることにより、回路基板をフレームに支持している。このベース側凸部は防水ファンの径方向の外側の部位に設けられているので、回路基板を安定して支持できる。

特開２０２０－８８９９０号公報

ところで、フレームには強度が要求されるので金属が用いられている。電子部品（回路基板などを含む）を覆う防水樹脂は、フレームをなす金属とは線膨張性係数が大きく異なるため、防水ファンに繰り返し熱応力が作用すると、防水樹脂とフレームの界面に隙間が生じる虞がある。すると、この隙間から水が浸入する虞がある。

このような場合、特許文献１に記載の防水ファンでは、回路基板がフレームに支持されているため、隙間からフレームを伝って水が浸入し、浸入した水が回路基板に到達してしまう虞がある。

そこで、本発明は、熱応力が繰り返し作用しても回路基板に水が浸入しにくい防水ファンを提供する。

本発明の一側面に係る防水ファンは、
回転軸線回りに回転可能な回転翼を有するロータと、
前記回転軸線に対して径方向に延びる複数のステータコアと、各々の前記ステータコアに巻かれた巻き線とを有するステータと、
前記回転軸線の一方側に開口した収容空間を有するフレームと、
前記巻き線に電気的に接続され、前記収容空間に収容される回路基板と、
前記ステータおよび前記回路基板を覆い前記収容空間の開口を閉塞する防水樹脂部と、を備え、
前記回路基板を前記収容空間の内壁から離間した位置において位置決めする、位置決め部材が前記収容空間に設けられている。

本発明によれば、熱応力が繰り返し作用しても回路基板に水が浸入しにくい防水ファンを提供することができる。

本発明の実施形態に係る防水ファンの正面図である。 図１に示す防水ファンのＡ－Ａ線における断面図である。 防水ファンの回路基板を通る断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、実施形態の説明において既に説明された部材と同一の参照番号を有する部材については、説明の便宜上、その説明は省略する。また、本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る防水ファン１の正面図である。図１に示すように、防水ファン１は、回転軸部２０の軸線回りに回転可能な複数（図に示す例では、５枚）の回転翼Ｗと、当該回転翼Ｗの外周を囲む円筒状のケーシングＣと、を備える。防水ファン１は、回転翼Ｗの回転によって、回転軸部２０の軸線の方向（図において表裏方向）の一方から他方へ流れる気流を生じさせる。なお、以降の説明において便宜的に、回転軸部２０の軸線の方向を「回転軸線Ｘ」の方向と呼ぶことがある。また、回転軸線Ｘと直交する方向を「径方向」と呼ぶことがある。

複数の回転翼Ｗは、インペラ２１の周囲に放射状に取り付けられている。インペラ２１は、略カップ状に形成されており、回転軸部２０の周囲を囲うように設けられている。なお、図１に示す防水ファン１では、ステータ４の内部の様子を破線で描いている。

インペラ２１に取り付けられた回転翼Ｗは、当該回転翼Ｗの回転により、回転翼ＷとケーシングＣとの間に気流を生じさせる。回転翼Ｗは、回転軸線Ｘの一方側から他方側へ向けて気流を生じさせる形状及び構造に形成されている。また、回転翼Ｗを囲むケーシングＣは、矩形状に形成された枠部２２と、当該枠部２２の中央に区画形成されて、気流を案内する円形状の風洞部２３と、を有する。

図２は、図１のＡ－Ａ線における断面図である。なお、以降の説明において便宜的に、回転軸線Ｘの一方側を前方Ｆ、回転軸線Ｘの一方側とは反対の他方側を後方Ｂと呼ぶことがある。

図２に示すように、防水ファン１は、回転翼Ｗを回転駆動させるためのモータ２を備える。モータ２は、回転翼Ｗが取り付けられているインペラ２１の内部に設けられている。モータ２は、例えば、アウターロータ型のブラシレスモータにより構成される。モータ２は、ステータ４と、当該ステータ４の外周に配置されるロータ３と、を有する。なお、図２では、ロータ３については簡略して表記している。

ロータ３は、略カップ状のロータカバー３１と、当該ロータカバー３１の中心部にブッシュ（不図示）によって圧入された回転軸部２０と、ロータカバー３１に固定された永久磁石３３と、を有する。

ロータカバー３１は、インペラ２１内に嵌入されている。ロータカバー３１が嵌入されたインペラ２１は、ブッシュ（不図示）を介して回転軸部２０に固定されている。ロータカバー３１は、例えば、炭素鋼鋳鋼品（ＳＣ材）などの磁性体で構成されている。ロータカバー３１の径方向における内周面には、永久磁石３３が周方向に並ぶように固着されている。ロータカバー３１は、磁力線を閉じて電磁誘導効果を高める。

回転軸部２０は、軸受２４（第一軸受２４ａ，第二軸受２４ｂ）に回転可能に支持されている。軸受２４は、後述するフレーム５の中央部に形成された筒状の内筒部５１に固定されている。

ステータ４は、回転翼Ｗよりも径方向の内側に配置される複数のステータコア４１と、当該ステータコア４１のそれぞれに巻かれた巻き線４２と、を有する。

各々のステータコア４１は、回転軸線Ｘに対して径方向に延びている。ステータコア４１は、薄い金属板を板厚方向へ複数枚積層して形成されている。ステータコア４１の材料としては、例えば、珪素鋼板が用いられる。

各々のステータコア４１は、インシュレータ４３を介して内筒部５１の径方向における外周側に設けられている。インシュレータ４３は、ステータコア４１の前方Ｆの面に設けられた前インシュレータ４３Ａと、ステータコア４１の後方Ｂの面に設けられた後インシュレータ４３Ｂと、により構成されている。
前インシュレータ４３Ａには、回転軸線Ｘの方向に延びる前内側突出部と前外側突出部が設けられている。これら前内側突出部と前外側突出部との間に前スロット４４Ａが形成されている。
後インシュレータ４３Ｂにも、回転軸線Ｘの方向に延びる後内側突出部と後外側突出部が設けられている。これら後内側突出部と後外側突出部との間に後スロット４４Ｂが形成されている。

巻き線４２は、ステータコア４１の周囲に巻かれている。巻き線４２は、前スロット４４Ａおよび後スロット４４Ｂの間に収容されている。巻き線４２とステータコア４１の前面との間には前インシュレータ４３Ａが位置しており、また、巻き線４２とステータコア４１の後面との間には後インシュレータ４３Ｂが位置しているので、巻き線４２がステータコア４１と導通しない。また、回転軸線Ｘの方向から見て、前インシュレータ４３Ａの形状はステータコア４１の形状よりも大きく、後インシュレータ４３Ｂの形状はステータコア４１の形状よりも大きい。このため、前インシュレータ４３Ａと後インシュレータ４３Ｂとの間に位置する巻き線４２もステータコア４１と導通することもない。

防水ファン１はさらに、フレーム５と、当該フレーム５に収容される回路基板６と、を備える。

フレーム５は、防水ファン１における後方Ｂの位置に設けられている。フレーム５は概ねカップ状を呈している。フレーム５は、回転翼Ｗが取り付けられたインペラ２１と、互いにカップ形状の内側を対向させた姿勢で回転軸線Ｘの方向に沿って設けられている。

フレーム５は、径方向の内側に設けられる内筒部５１と、内筒部５１よりも大径で径方向の外側に設けられる外筒部５２と、後方Ｂに設けられ、内筒部５１と外筒部５２とを接続する底部５３と、を有する。そして、フレーム５は、回路基板６を収容するため、内筒部５１と外筒部５２と底部５３とで構成される収容空間５４を有する。

内筒部５１は、底部５３の径方向における内側端部から連続して前方Ｆへ延びるように設けられている。内筒部５１は、小径部５１ａと、大径部５１ｂと、を有する。小径部５１ａは、内筒部５１の前方Ｆ寄りの部分を構成する部位である。大径部５１ｂは、内筒部５１の後方Ｂ寄りの部分を構成する部位であり、小径部５１ａよりも大径である。小径部５１ａと大径部５１ｂとの境には、両部の径の違いによって段差部５１ｃが形成されている。段差部５１ｃは、内筒部５１の径方向における外側に形成されている。

内筒部５１の小径部５１ａは、ステータ４の中央部に挿通されている。小径部５１ａの径方向における内周面５１ｄには、回転軸部２０を支持する軸受２４（第一軸受２４ａ，第二軸受２４ｂ）が固定されている。また、小径部５１ａの径方向における外側には、ステータ４のステータコア４１が配置されている。

外筒部５２は、底部５３の径方向における外側端部から連続して前方Ｆへ延びるように設けられている。図に示す例の外筒部５２は、前方Ｆへ延びる高さが内筒部５１の高さよりも低く形成されている。外筒部５２の高さは、少なくとも内筒部５１に形成されている段差部５１ｃの高さより高くなるように形成されている。

底部５３は、内筒部５１の径方向における外周面から外筒部５２の径方向における内周面に亘って径方向へ拡がるように設けられている。底部５３は、ステータ４の後方Ｂを覆うように設けられている。

収容空間５４は、小径部５１ａおよび大径部５１ｂを含む内筒部５１の径方向における外周面５１ｅと、底部５３の前方Ｆの面５３ａと、外筒部５２の径方向における内周面５２ａと、により構成されている。底部５３の前方Ｆの面５３ａは、収容空間５４の底面５３ａを構成する。収容空間５４は、前方Ｆに開口する空間である。収容空間５４は、ステータ４に向かって開口する空間である。

収容空間５４には、収容する回路基板６を位置決めする位置決め部材１０が設けられている。位置決め部材１０は、樹脂で構成されている。位置決め部材１０は、収容空間５４の後方Ｂの一部の領域を埋めるように、すなわち収容空間５４の底面５３ａ上を覆うように設けられている。位置決め部材１０は、収容空間５４の底面５３ａと接触して設けられるベース部１１と、ベース部１１から前方Ｆに延びる突出部１２と、を有する。

突出部１２は、ベース部１１の径方向における外側の端部から前方Ｆに向かって延びている。突出部１２は、後方Ｂの後部分１２ｂが外筒部５２の内周面５２ａと接触するように設けられ、前方Ｆの前部分１２ｆが外筒部５２の内周面５２ａから離間した状態となるように設けられている。図に示す例では、突出部１２の前部分１２ｆと外筒部５２の内周面５２ａとの間には、隙間５５が形成されている。突出部１２は、前部分１２ｆの前方Ｆの先端部が内筒部５１の段差部５１ｃと同等の位置、あるいは段差部５１ｃよりも前方Ｆへ延びた位置に設けられている。

回路基板６は、収容空間５４内において、内筒部５１の段差部５１ｃと位置決め部材１０の突出部１２の前部分１２ｆとによって支持されている。回路基板６は、ステータ４の後方Ｂに配置されている。回路基板６は、円形状に形成されている。回路基板６の中央部には、フレーム５の内筒部５１が挿通可能な開口が設けられている。回路基板６は、内筒部５１の段差部５１ｃによって回路基板６の径方向における内側部分が支持され、位置決め部材１０の突出部１２の前部分１２ｆによって回路基板６の径方向における外側部分が支持されている。

回路基板６は、内筒部５１の段差部５１ｃによって回転軸線Ｘの方向の位置が決定されている。また、回路基板６は、位置決め部材１０の突出部１２の前部分１２ｆによって径方向の位置が決定されている。回路基板６の径方向における外側部分は、位置決め部材１０の突出部１２の前部分１２ｆによって、外筒部５２の内周面５２ａから離間した位置に位置決めされている。回路基板６には、防水ファン１を制御するための配線パターンが形成されている。回路基板６は、ステータコア４１に巻回された巻き線４２に電気的に接続されている。

図３は、防水ファン１の回路基板６を通る径方向に沿った断面図である。
図３に示すように、回路基板６の外縁には、例えば、凹溝として形成された被嵌合部６１が設けられている。被嵌合部６１には回路基板６の位置を決める位置決め部材１０が篏合する。位置決め部材１０には、突出部１２の前部分１２ｆの先端部に回路基板６の被嵌合部６１に嵌合する嵌合部１３が設けられている。嵌合部１３は、被嵌合部６１の凹溝に対応する形状に形成されている。

位置決め部材１０の嵌合部１３が回路基板６の被嵌合部６１に篏合することにより、回路基板６の径方向における外側部分の位置が位置決め部材１０によって位置決めされている。回路基板６の径方向における外側部分は、外筒部５２の内周面５２ａに対して隙間５５だけ離間した位置に位置決めされている。

図２に戻り、防水ファン１はさらに、ステータ４および回路基板６を覆う防水樹脂部７を備える。防水樹脂部７は、電気絶縁性の合成樹脂で構成されている。例えば、防水樹脂部７は、熱硬化型のエポキシ樹脂で構成される。

防水樹脂部７は、ステータ４および回路基板６を覆うように樹脂を充填することにより、収容空間５４の開口を閉塞する。防水樹脂部７の樹脂は、収容空間５４において、回路基板６とステータ４の間隙、回路基板６と位置決め部材１０の間隙、位置決め部材１０の突出部１２の前部分１２ｆと外筒部５２の内周面５２ａとの隙間５５などに充填されている。

防水樹脂部７を構成する樹脂と、位置決め部材１０を構成する樹脂とは、異なる樹脂で構成されている。

ところで、防水樹脂部７に用いられる樹脂は、フレームとは異なる材料で構成される場合が多い。材料が異なる場合、線膨張係数の違いにより、周囲温度の変化に伴って防水樹脂部とフレームとの間に隙間が生じる。これは、特にフレームが金属材料の場合に生じやすい。防水用の樹脂とフレームとの間に隙間が生じた場合、その隙間に外部から水が浸入して、回路基板に到達する虞がある。

これに対して、本実施形態に係る防水ファン１において、回路基板６を外筒部５２の内周面５２ａから離間した位置において位置決めする、位置決め部材１０が収容空間５４に設けられている。この構成によれば、回路基板６の位置決めをする位置決め部材１０がフレーム５の収容空間５４内にフレーム５とは別部材として設けられている。そして、収容空間５４に収容された回路基板６は、位置決め部材１０によって収容空間５４の内壁から隔てられて位置決めされている。このため、周囲温度の変化に伴ってフレーム５と防水樹脂部７との間に隙間が生じた場合、隙間からフレーム５を伝って浸入する水を、例えば、図２の矢印Ｄに示すように浸透させることができるので、回路基板６まで到達しないようにできる。なお図示した例においては、位置決め部材１０のうち、外筒部５２の内周面５２ａから離間した位置に設けられた嵌合部１３が回路基板６を位置決めされている。

また、防水ファン１によれば、フレーム５は、軸受２４を支持する内筒部５１と、内筒部５１より大径で底部５３の径方向の外側端部から前方Ｆに延びる外筒部５２と、後方Ｂで内筒部５１と外筒部５２とを接続し、収容空間５４の底面を構成する底部５３と、を有する。そして、内筒部５１の外周面５１ｅと、底部５３の前方Ｆの底面５３ａと、外筒部５２の内周面５２ａとにより収容空間５４が構成されている。これにより、前方Ｆに開口する収容空間５４内に回路基板６を囲うように収容することができる。

また、防水ファン１によれば、内筒部５１は、ステータ４に挿通された小径部５１ａと、小径部５１ａよりも大径で小径部５１ａよりも後方Ｂに位置する大径部５１ｂと、を有する。そして、回路基板６は、小径部５１ａと大径部５１ｂとの間の段差部５１ｃにより回転軸線Ｘの方向に位置決めされ、位置決め部材１０により回転軸線Ｘの周方向に位置決めされている。これにより、回路基板６を前後左右方向から位置決めすることができ、回路基板６を正確に位置決めすることが可能になる。

一般的に、ロータ３とステータ４で構成されるモータ２部においては、径方向の内側の領域はステータ４が設けられているため水が浸入しにくい。これに対して、径方向の外側の領域には水が浸入しやすい。また、モータ２内で用いられる部材の位置決めに関しては、径方向の外側で位置決めした方が位置決め精度が高くなる。これに対して、本実施形態の防水ファン１によれば、フレーム５の外筒部５２の内周面５２ａから離間する位置決め部材１０の突出部１２の前部分１２ｆに設けられた嵌合部１３が、回路基板６の外縁に設けられた被嵌合部６１に篏合することにより、位置決め部材１０が回路基板６を位置決めしている。このため、回路基板６に対する防水性能を高くできるとともに、回路基板６の位置決め精度を高くできる。

また、防水ファン１によれば、位置決め部材１０は、収容空間５４の底面５３ａと接触するベース部１１と、ベース部１１から前方Ｆに延びる突出部１２と、を有する。そして、位置決め部材１０は、ベース部１１が収容空間５４の底面５３ａ上を覆い、収容空間５４の後方Ｂの一部の領域を埋めるように設けられ、前方Ｆに延びた突出部１２が回路基板６を支持している。このように、収容空間５４内に位置決め部材１０を設けることで、収容空間５４に充填する防水樹脂の量を減少させることができるので、防水樹脂の充填時間や硬化時間を短くすることができる。

また、防水ファン１によれば、位置決め部材１０は、防水樹脂部７とは異なる樹脂で構成されている。防水樹脂部７は、液状の防水樹脂を充填することにより形成する。このため、防水樹脂には充填しやすい特性が求められる。一方で、位置決め部材１０にはそのような要請はないことから、例えば、安価な樹脂を用いることができる。このように、防水樹脂部７の樹脂と位置決め部材１０の樹脂とを異ならせることができるため、材料選択の自由度を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。

１ 防水ファン
２ モータ
３ ロータ
４ ステータ
５ フレーム
６ 回路基板
７ 防水樹脂部
１０ 位置決め部材
１１ ベース部
１２ 突出部
１２ｂ 後部分
１２ｆ 前部分
１３ 嵌合部
２０ 回転軸部
２１ インペラ
２４ 軸受
４１ ステータコア
４２ 巻き線
５１ 内筒部
５１ａ 小径部
５１ｂ 大径部
５１ｃ 段差部
５１ｄ 内周面
５１ｅ 外周面
５２ 外筒部
５２ａ 内周面
５３ 底部
５３ａ 底面
５４ 収容空間
５５ 隙間
６１ 被嵌合部
Ｗ 回転翼
Ｘ 回転軸線

Claims (7)

1. 回転軸線回りに回転可能な回転翼を有するロータと、
   前記回転軸線に対して径方向に延びる複数のステータコアと、各々の前記ステータコアに巻かれた巻き線とを有するステータと、
   前記回転軸線の一方側に開口した収容空間を有するフレームと、
   前記巻き線に電気的に接続され、前記収容空間に収容される回路基板と、
   前記ステータおよび前記回路基板を覆い前記収容空間の開口を閉塞する防水樹脂部と、を備え、
   前記回路基板を前記収容空間の内壁から離間した位置において位置決めする、位置決め部材が前記収容空間に設けられている、防水ファン。
2. 前記位置決め部材は、前記防水樹脂部とは異なる樹脂で構成されている、請求項１に記載の防水ファン。
3. 前記位置決め部材に設けられた嵌合部が前記回路基板の外縁に設けられた被嵌合部に篏合することにより、前記位置決め部材が前記回路基板を位置決めしている、請求項１に記載の防水ファン。
4. 前記収容空間は、前記回転軸線の他方側に底面を有し、
   前記位置決め部材は、
   前記収容空間の前記底面と接触するベース部と、
   前記ベース部から前記回転軸線の一方側に延びる突出部を有し、
   前記突出部が前記回路基板と接触している、請求項１に記載の防水ファン。
5. 前記ロータは、軸受に支持された回転軸部を有し、
   前記フレームは、
   前記軸受を支持する内筒部と、
   前記内筒部より大径の外筒部と、
   前記回転軸線の他方側で前記内筒部と前記外筒部とを接続し、前記収容空間の底面を構成する底部と、を有し、
   前記外筒部は、前記底部の径方向端部から前記回転軸線の一方側に延びており、
   前記内筒部の外周面と、前記底部の前記回転軸線の一方側の面と、前記外筒部の内周面とにより前記収容空間が構成されている、請求項１に記載の防水ファン。
6. 前記内筒部は、
   前記ステータに挿通された小径部と、
   前記小径部よりも大径で、前記小径部よりも前記回転軸線の他方側に位置する大径部と、を有し、
   前記回路基板は、前記小径部と前記大径部との間の段差部により前記回転軸線の方向に位置決めされ、前記位置決め部材により前記回転軸線の周方向に位置決めされている、請求項５に記載の防水ファン。
7. 前記位置決め部材は、前記収容空間の底面と接触するベース部と、前記ベース部から前記回転軸線の一方側に延びる突出部と、を有し、
   前記突出部が前記回路基板を支持している、請求項１に記載の防水ファン。

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