JP2020137138A - モータ一体型流体機械及び垂直離着陸機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードの回転に伴うモータの性能低下を抑制することができるモータ一体型ファン等を提供する。【解決手段】吸込口と吹出口とを有するモータ一体型ファンにおいて、軸部１１に回転自在に支持される回転部１２と、回転部１２を回転させるモータ１４と、を備え、モータ１４は、軸部１１の外周側に設けられるダクト１３から動力を与えて回転部１２を回転させる外周駆動のモータとなっており、モータ１４は、回転部１２のブレード３２の外周側に接続される回転支持リング３３に設けられる永久磁石４５と、回転軸の軸方向において永久磁石４５に対向して設けられるコイル４６と、を有し、複数のブレードの３２うち、第１ブレード３２ａと、第２ブレード３２ｂとが、軸方向において異なる位置となっている。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ一体型流体機械及び垂直離着陸機に関するものである。

従来、固定子、回転子、及び複数のプロペラブレードを含むリングモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。固定子は、固定子支持リングと、固定支持リングの周方向に配置された複数の巻線とを有する。固定子支持リングには、複数のピッチブレードが結合されている。回転子は、回転子支持リングと、回転支持リングの周方向に配置され複数の磁極と、中心ハブとを有する。中心ハブは、固定子の一部分に結合されている。複数のプロペラブレードは、回転支持リングに結合されている。このため、回転子は、巻線及び磁極により、固定子に結合する中心ハブを中心に回転することで、複数のプロペラブレードが回転する。

特開２０１７−１０９７２６号公報

ところで、特許文献１のリングモータのようなモータ一体型流体機械において、ブレードを回転させて推力を生じさせると、発生した推力がブレードに作用する。このとき、複数のブレードがハブ等の軸部に支持されていることから、ブレードの先端側（自由端側）が推力により変位する。ブレードが変位すると、ブレードの変位に伴って、回転支持リングが回転軸の軸方向に変位し、回転支持リングに設けられる複数の磁極も、複数の巻線に対して位置ずれしてしまう。複数の磁極と複数の巻線との位置関係がずれることにより、例えば、磁極と巻線との隙間が広がってしまうと、モータの性能が低下してしまい、推力の低下を招いてしまう。

そこで、本発明は、ブレードの回転に伴うモータの性能低下を抑制することができるモータ一体型流体機械及び垂直離着陸機を提供することを課題とする。

本発明のモータ一体型流体機械は、吸込口から流体を吸い込み、吸い込んだ前記流体を吹出口から吹き出すモータ一体型流体機械において、回転軸の中心に設けられる軸部と、前記軸部を中心に回転する回転部と、前記軸部の外周に設けられる外周部と、前記回転部を回転させるモータと、を備え、前記回転部は、前記軸部に回転自在に支持されることで、前記軸部側が固定端側となる一方で、前記外周部側が自由端側となり、前記モータは、前記外周部から動力を与えて前記回転部を回転させる外周駆動のモータとなっており、前記回転部は、前記回転軸の周方向において並べて設けられる複数のブレードと、複数の前記ブレードの外周側に設けられる回転外周部と、を有し、前記モータは、前記回転外周部に設けられる回転子側磁石と、前記外周部に設けられ、前記回転子側磁石に対向して設けられる固定子側磁石と、を有し、複数の前記ブレードのうち、一部の前記ブレードとなる第１ブレードにおける少なくとも所定の部位と、他の一部の前記ブレードとなる第２ブレードにおける少なくとも所定の部位とが、前記回転軸の軸方向において異なる位置となっている。

この構成によれば、第１ブレードの所定の部位と第２ブレードの所定の部位とを、軸方向に位置ずれして設けることができるため、複数のブレードにおける軸方向の剛性を向上させることができる。このため、推力によるブレードの軸方向への変位を抑制できることから、自由端側の部位の位置が推力によって吸込口側へ変位することを抑制することができる。これにより、モータの回転子側磁石と固定子側磁石とが離れて隙間が広がってしまうことを抑制することができ、ブレードの回転に伴うモータの性能低下を抑制することができる。また、複数のブレードの翼面積及び翼枚数を変える必要がないため、ブレードに関する設計への影響を抑制できる。なお、所定の部位としては、例えば、軸部側（固定端側）の部位、外周部側（自由端側）の部位、または全ての部位（ブレード全体）である。

また、前記回転子側磁石と前記固定子側磁石とは、前記回転軸の軸方向に対向して設けられることが、好ましい。

この構成によれば、回転子側磁石及び固定子側磁石が軸方向に対向して設けられる場合であっても、ブレードの回転に伴うモータの性能低下を抑制することができる。

また、前記回転子側磁石と前記固定子側磁石とは、前記回転軸の径方向に対向して設けられることが、好ましい。

この構成によれば、回転子側磁石及び固定子側磁石が径方向に対向して設けられる場合であっても、ブレードの回転に伴うモータの性能低下を抑制することができる。

また、複数の前記ブレードは、前記第１ブレードが、前記回転軸の軸方向において、前記第２ブレードよりも吸込口側に設けられることで、前記回転軸の軸方向に多段に設けられることが、好ましい。

この構成によれば、複数のブレードを、第１ブレード及び第２ブレードに分けて、軸方向に並べた多段の構成とすることができる。このため、複数のブレードにおける軸方向の剛性をさらに向上させることができる。

また、前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記回転軸の周方向において、交互に配置されていることが、好ましい。

この構成によれば、第１ブレードの重量バランスを周方向において均等とすることができ、同様に、第２ブレードの重量バランスを周方向において均等とすることができる。このため、複数のブレードの回転時において、重量の偏在による回転部の振れ回りの発生を抑制することができる。

また、前記第２ブレードは、前記第１ブレードに比して、前記回転軸の周方向に対する角度であるピッチ角が大きくなっていることが、好ましい。

この構成によれば、第１ブレードを通過した流体は、第２ブレードに対して吹き降ろすように流れる、つまり、回転軸の軸方向に沿うように流れる。このため、第２ブレードのピッチ角を大きくすることで、第２ブレードにおいて推力を好適に発生させることができる。また、第２ブレードのピッチ角を大きくすることで、第２ブレードを回転軸の軸方向に沿う向きとすることができるため、第２ブレードにおける軸方向の剛性をさらに向上させることができる。

また、複数の前記ブレードが回転することにより、前記吸込口側の端部において形成される面を回転面とすると、複数の前記ブレードは、前記第１ブレードの外周側の部位における前記回転面と、前記第２ブレードの外周側の部位における前記回転面とが同一面となり、前記第１ブレードの内周側の部位が、前記回転軸の軸方向において、前記第２ブレードの内周側の部位よりも吸込口側に設けられることで、前記第１ブレードの内周側の部位における前記回転面と、前記第２ブレードの内周側の部位における前記回転面とが非同一面となることが、好ましい。

この構成によれば、第１ブレード及び第２ブレードの内周側（固定端側）の部位を、軸方向に位置ずれして設けることができる。このため、複数のブレードの内周側における軸方向の剛性を向上させることができる。ブレードの内周側の部位は、ブレードの外周側における位置の変位に大きく寄与することから、複数のブレードの内周側における軸方向の剛性を向上させることで、ブレードの外周側における軸方向への変位を好適に抑制することができる。また、複数のブレードの外周側の部位を、同一面内となる回転面とすることができるため、推力を効率よく発生させることができる。

また、前記回転軸の径方向において、前記ブレードの全長をＲとすると、非同一面となる前記ブレードの内周側の部位の長さは、０．５Ｒ以下であることが、好ましい。

この構成によれば、複数のブレードの外周側の部位を、複数のブレードの内周側の部位に比して大きくすることができるため、推力をさらに効率よく発生させることができる。

本発明の垂直離着陸機は、上記のモータ一体型流体機械と、前記モータ一体型流体機械から発生する推力によって移動する機体と、を備える。

この構成によれば、ブレードの回転に伴うモータの性能低下が抑制されたモータ一体型流体機械を搭載することで、安定した推力となる垂直離着陸機を提供することができる。

図１は、実施形態１に係るモータ一体型ファンに関する断面図である。 図２は、実施形態１に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。 図３は、実施形態１に係るモータ一体型ファンの回転部を軸方向から見た平面図である。 図４は、実施形態１に係るモータ一体型ファンのブレードを径方向から見た説明図である。 図５は、実施形態２に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。 図６は、実施形態３に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。 図７は、実施形態４に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。 図８は、実施形態１から４の変形例に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

［実施形態１］
実施形態１に係るモータ一体型流体機械は、軸流の流体機械となっている。モータ一体型流体機械は、吸込口から空気を取り込み、吹出口から空気を吹き出すことで、推進力を発生させるモータ一体型ファン１（以下、単にファン１ともいう）である。なお、実施形態１では、モータ一体型流体機械として、モータ一体型ファン１に適用して説明するが、この構成に特に限定されない。モータ一体型流体機械は、例えば、吸込口から水または海水等の液体を取り込み、吹出口から液体を噴射することで、推進力を発生させるプロペラ等のモータ一体型推進器として適用してもよい。

モータ一体型ファン１は、例えば、ヘリコプタまたはドローン等の垂直離着陸機に設けられている。垂直離着陸機に設けられるモータ一体型ファン１は、機体を浮上させるための推進力を発生させたり、機体の姿勢を制御するための推進力を発生させたりする。なお、モータ一体型ファン１は、例えば、ホバークラフト等の空気クッション車両に適用してもよい。さらに、モータ一体型推進器として適用する場合には、船舶に適用してもよい。

図１を参照して、モータ一体型ファン１について説明する。図１は、実施形態１に係るモータ一体型ファンに関する断面図である。モータ一体型ファン１は、ダクト型プロペラ、または、ダクテッドファンと呼ばれるものである。このモータ一体型ファン１は、例えば、回転軸Ｉの軸方向を鉛直方向とする水平状態で使用され、鉛直方向の上方側から空気を取り込み、鉛直方向の下方側へ空気を吹き出すものとなっている。なお、モータ一体型ファン１は、回転軸Ｉの軸方向を水平方向とする鉛直状態で使用されてもよい。

モータ一体型ファン１は、回転軸Ｉの軸方向における長さが、回転軸Ｉの径方向における長さよりも短い扁平のファンとなっている。モータ一体型ファン１は、１つのモータが一体に設けられたファンであり、軸部１１と、回転部１２と、外周部１３と、モータ１４と、転がり軸受１５と、整流板１６とを備えている。

軸部１１は、回転軸Ｉの中心に設けられ、支持系（固定側）となっている。回転軸Ｉは、軸方向が図１の上下方向となっており、鉛直方向に沿った方向となっている。このため、空気の流れ方向は、回転軸Ｉの軸方向に沿った方向となっており、図１の上方側から下方側に向かって空気が流れる。軸部１１は、回転軸Ｉの軸方向において、その上流側に設けられる部位となる軸側嵌合部２５と、軸側嵌合部２５の下流側に設けられる部位となる軸本体２６とを有している。

軸側嵌合部２５は、後述する回転部１２のハブ３１が嵌め合わされる。軸側嵌合部２５は、円筒形状となっており、軸本体２６の上流側の端面から軸方向に突出して設けられている。軸側嵌合部２５は、回転軸Ｉの中心側に円柱形状の空間が形成されている。この空間には、回転部１２のハブ３１の一部が挿入される。また、軸側嵌合部２５の外周側は、回転部１２のハブ３１の一部によって取り囲まれている。

軸本体２６は、軸方向の上流側から下流側に向かって先細りとなる略円錐形状となっている。このため、軸本体２６は、その外周面が、軸方向の上流側から下流側に向かうにつれて、径方向の外側から内側に向かう面となっている。軸本体２６の内部には、機器を設置可能な内部空間が形成されている。機器としては、例えば、制御装置、カメラ等である。また、軸本体２６の外周面には、後述する整流板１６の径方向内側の端部が接続されている。

図１及び図２に示すように、回転部１２は、軸部１１を中心に回転する回転系（回転側）となっている。図２は、実施形態１に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した断面図である。回転部１２は、回転軸Ｉの軸方向において、軸部１１に対して、空気が流入する流入側に設けられている。回転部１２は、ハブ３１と、複数のブレード３２と、回転支持リング（回転外周部）３３と、を有している。回転部１２は、複数のブレード３２が軸方向において多段となる構成となっている。

ハブ３１は、軸部１１の軸方向の上流側に設けられ、軸側嵌合部２５に回転自在に嵌め合わされる。ハブ３１は、軸方向の上流側に設けられる部位となるハブ本体３５と、ハブ本体３５の下流側に設けられる部位となるハブ側嵌合部３６とを有している。ハブ本体３５は、上流側の端面が所定の曲率半径となる半球面に形成されている。ハブ側嵌合部３６は、軸側嵌合部２５と相補的な形状となっている。ハブ側嵌合部３６は、回転軸の中心に設けられる中心軸３６ａと、中心軸３６ａの外周側に設けられる円筒形状の円筒部３６ｂとを含んでいる。中心軸３６ａは、軸側嵌合部２５の回転軸の中心の空間に挿入される。円筒部３６ｂは、ハブ本体３５の下流側の端面から軸方向に突出して設けられている。円筒部３６ｂは、軸側嵌合部２５の外周を取り囲むように配置される。このとき、軸側嵌合部２５の内周面とハブ３１の中心軸３６ａの外周面との間には、転がり軸受１５が設けられる。

そして、ハブ本体３５の端面から、円筒部３６ｂの外周面を経て、軸本体２６の外周面に至る面は、段差のない滑らかな面となっている。

複数のブレード３２は、ハブ３１から径方向の外側へ向かって延在して設けられると共に、周方向に所定の間隔を空けて並べて設けられる。各ブレード３２は、翼形状となっている。複数のブレード３２は、複合材を用いて構成されている。なお、本実施形態において、複数のブレード３２は、複合材を用いて構成したが、特に限定されず、例えば、金属材料を用いて構成してもよい。

複数のブレード３２は、一部のブレード３２となる第１ブレード３２ａと、残りの他の一部のブレード３２となる第２ブレード３２ｂと、を含んで構成されている。第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとは、回転軸Ｉの軸方向において、異なる位置となっている。具体的に、第１ブレード３２ａは、回転軸Ｉの軸方向において、第２ブレード３２ｂの吸込口３８側に設けられている。言い換えれば、第２ブレード３２ｂは、回転軸Ｉの軸方向において、第１ブレード３２ａの吹出口３９側に設けられている。このため、複数のブレード３２は、軸方向において多段（二段）配置となっている。

図３は、実施形態１に係るモータ一体型ファンの回転部を軸方向から見た平面図である。図３に示すように、平面視において、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとは、回転軸Ｉの周方向において、交互に配置されている。つまり、複数の第１ブレード３２ａは、周方向に所定の間隔を空けて均等に並べて設けられている。また、複数の第２ブレード３２ｂは、周方向に所定の間隔を空けて均等に並べて設けられている。そして、複数の第２ブレード３２ｂは、周方向において隣接する第１ブレード３２ａの間の中央に位置して設けられている。

図４は、実施形態１に係るモータ一体型ファンのブレードを径方向から見た説明図である。図４に示すように、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとは、回転軸Ｉの周方向（回転方向）に対する角度であるピッチ角θ１、θ２が異なる角度となっている。なお、図４では、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとを比較し易いように、軸方向に並べた配置としている。ここで、ピッチ角θ１、θ２は、ブレード３２の前縁側（回転方向の先端側）と後縁側（回転方向の後端側）とを結ぶ前後方向と、周方向とが為す角度である。具体的に、第２ブレード３２ｂのピッチ角θ２は、第１ブレード３２ａのピッチ角θ１に比して大きくなっている。

回転支持リング３３は、回転軸Ｉを中心とする円環形状に形成されている。回転支持リング３３は、回転軸Ｉの径方向において、複数のブレード３２の外周側に接続される。回転支持リング３３は、後述する外周部１３の内周面の一部を構成する部位である内環部３３ａと、内環部３３ａの径方向外側に突出して設けられる部位であるフランジ部３３ｂとを含んでいる。内環部３３ａは、径方向内側の内周面が、外周部１３の内周面の一部となっている。また、内環部３３ａの内周面には、各ブレード３２の径方向外側の端部が接続している。このとき、複数のブレード３２は、軸方向において多段配置となっていることから、内環部３３ａの軸方向における長さは、多段配置となる複数のブレード３２が接続可能な長さとなっている。フランジ部３３ｂは、内環部３３ａの軸方向の上流側に設けられている。フランジ部３３ｂは、後述するモータ１４の永久磁石４５を保持している。フランジ部３３ｂは、永久磁石４５が軸方向の下流側を向くように、永久磁石４５を保持している。

上記の回転部１２は、ハブ３１と、複数のブレード３２と、回転支持リング３３とが一体となっており、ハブ３１を中心に回転する。このとき、回転部１２は、複合材を用いて構成する場合、その一部または全部を一体成型してもよい。例えば、回転部１２において、複数のブレード３２と回転支持リング３３とは、複合材を用いて一体に成型されたものであってもよいし、ハブ３１と複数のブレード３２と回転支持リング３３とは、複合材を用いて一体に成型されたものであってもよい。また、回転部１２は、金属材料を用いて構成してもよく、この場合においても、その一部または全部を一体としてもよい。

外周部１３は、軸部１１の径方向外側に設けられ、支持系（固定側）となっている。外周部１３は、円環形状に形成され、回転部１２の回転によって推力を生じさせるダクトとなっている。外周部１３（以下、ダクト１３という）は、回転軸Ｉの軸方向において、上流側の開口が吸込口３８となっており、下流側の開口が吹出口３９となっている。また、ダクト１３は、回転部１２が回転することによって、吸込口３８から空気を吸い込み、吸い込んだ空気を吹出口３９から吹き出すことで、推力を発生させる形状となっている。具体的に、ダクト１３は、回転部１２の下流側の内周面が、吸込口３８側から吹出口３９側に向かって広がる面となっている。

ダクト１３は、その内部に、回転部１２の回転支持リング３３のフランジ部３３ｂと、後述するモータ１４のコイル４６とを収容する環状の内部空間が形成されている。ダクト１３は、その内部において、回転部１２に保持される永久磁石４５と対向する位置に設けられるコイル４６を保持している。

モータ１４は、ダクト１３側から回転部１２へ向けて動力を与えることにより、回転部１２を回転させる外周駆動のモータとなっている。モータ１４は、回転部１２側に設けられる回転子側磁石と、ダクト１３側に設けられる固定子側磁石とを有している。実施形態１において、回転子側磁石は、永久磁石４５となっており、固定子側磁石は、電磁石となるコイル４６となっている。

永久磁石４５は、回転支持リング３３のフランジ部３３ｂに保持されて設けられ、周方向に円環状に配置されている。また、永久磁石４５は、周方向において所定の間隔ごとに正極及び負極が交互となるように構成されている。なお、永久磁石４５は、ハルバッハ配列としてもよい。永久磁石４５は、回転軸Ｉの軸方向においてコイル４６と対向する位置に設けられる。永久磁石４５は、回転軸Ｉの径方向における長さが、回転軸Ｉの軸方向における長さに比して長くなっている。

コイル４６は、ダクト１３の内部に保持されて設けられ、永久磁石４５の各極に対向して複数設けられると共に、周方向に並べて設けられる。コイル４６は、回転軸Ｉの軸方向において回転部１２に保持される永久磁石４５と対向する位置に設けられる。つまり、永久磁石４５及びコイル４６は、回転軸Ｉの軸方向に対向させて配置したアキシャル配置となっている。

転がり軸受１５は、軸部１１の軸側嵌合部２５の内周面と、回転部１２のハブ３１における中心軸３６ａの外周面との間に設けられている。転がり軸受１５は、軸部１１に対する回転部１２の回転を許容しつつ、軸部１１と回転部１２とを連結している。転がり軸受１５は、例えば、ボールベアリング等である。

整流板１６は、軸部１１とダクト１３とを連結して設けられている。整流板１６は、回転軸Ｉの軸方向において、回転部１２の下流側に設けられている。つまり、整流板１６は、軸方向において、ダクト１３の下流側部位４３の位置に設けられている。整流板１６は、回転軸Ｉの周方向に複数並べて設けられている。また、整流板１６は、翼形状等の流線形状となっており、回転部１２から流れ込む空気を整流し、推力を発生させている。なお、整流板１６の形状は、翼形状に限定されず、平板形状であってもよい。

このようなモータ一体型ファン１は、モータ１４により、ダクト１３側から回転部１２に磁界による動力を与えることで、回転部１２が回転する。モータ一体型ファン１は、回転部１２が回転すると、吸込口３８から空気を吸い込むと共に、吹出口３９へ向けて空気を吹き出す。回転部１２から吹き出された空気は、ダクト１３の内周面に沿って流れることで、推力を発生させる。このとき、整流板１６により空気の流れが整流されて、整流板１６においても推力を発生させる。

また、回転部１２が回転することで、吸込口３８から吸い込んだ空気は、第１ブレード３２ａを通過する。第１ブレード３２ａを通過した空気は、第２ブレード３２ｂに対して吹き降ろすように流れる、つまり、回転軸Ｉの軸方向に沿うように流れる。吹き降ろすように流れる空気は、第２ブレード３２ｂを通過し、整流板１６で整流された後、吹出口３９から吹き出される。

以上のように、実施形態１によれば、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとを、軸方向に位置ずれして多段の構成とすることができるため、複数のブレード３２における軸方向の剛性を向上させることができる。このため、推力によるブレード３２の軸方向への変位を抑制できることから、外周側となる自由端側の部位の位置が推力によって吸込口３８側へ変位することを抑制することができる。これにより、モータ１４の永久磁石４５とコイル４６とが離れて隙間が広がってしまうことを抑制することができ、ブレード３２の回転に伴うモータ１４の性能低下を抑制することができる。また、複数のブレード３２の翼面積及び翼枚数を変える必要がないため、ブレード３２に関する設計への影響を抑制できる。

また、実施形態１によれば、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとを、回転軸Ｉの周方向において、交互に配置することができる。このため、第１ブレード３２ａの重量バランスを周方向において均等とすることができ、同様に、第２ブレード３２ｂの重量バランスを周方向において均等とすることができる。これにより、複数のブレード３２の回転時において、重量の偏在による回転部１２の振れ回りの発生を抑制することができる。

また、実施形態１によれば、第２ブレード３２ｂのピッチ角θ２を、第１ブレード３２ａのピッチ角θ１に比して大きくできるため、第１ブレード３２ａを通過した空気が第２ブレード３２ｂに対して吹き降ろすように流れる場合であっても、第２ブレード３２ｂにおいて推力を好適に発生させることができる。また、第２ブレード３２ｂのピッチ角θ２を大きくすることで、第２ブレード３２ｂの翼弦長を回転軸Ｉの軸方向に沿う向きとすることができるため、第２ブレード３２ｂにおける軸方向の剛性をさらに向上させることができる。

また、実施形態１によれば、ブレード３２の回転に伴うモータ１４の性能低下が抑制されたモータ一体型ファン１を搭載することで、安定した推力となる垂直離着陸機を提供することができる。

［実施形態２］
次に、図５を参照して、実施形態２に係るモータ一体型ファン６０について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図５は、実施形態２に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。

実施形態２のモータ一体型ファン６０は、実施形態１のモータ一体型ファン１のブレード３２を変更したものである。実施形態２のモータ一体型ファン６０の回転部６２において、複数のブレード３２は、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとを含んで構成されている。第１ブレード３２ａの内周側の部位と第２ブレード３２ｂの内周側の部位とは、回転軸Ｉの軸方向において、異なる位置となっている。一方で、第１ブレード３２ａの外周側の部位と第２ブレード３２ｂの外周側の部位とは、回転軸Ｉの軸方向において、同じ位置となっている。

具体的に、複数のブレード３２が回転することにより、ブレード３２の吸込口３８側の端部において形成される面を回転面Ｐとする。第１ブレード３２ａの内周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第１ブレード３２ａの外周側の部位における回転面Ｐに対して、吸込口３８側に位置しており、外周側に向かうにつれて吹出口３９に傾斜している。第２ブレード３２ｂの内周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第２ブレード３２ｂの外周側の部位における回転面Ｐに対して、吹出口３９側に位置しており、外周側に向かうにつれて吸込口３８に傾斜している。

また、第１ブレード３２ａの外周側の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの外周側の部位における回転面Ｐとは同一面となる。一方で、第１ブレード３２ａの内周側の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの内周側の部位における回転面Ｐとは非同一面となる。

また、回転軸Ｉの径方向において、ブレード３２の全長（翼長）をＲとすると、非同一面となるブレード３２の内周側の部位の長さは、０．５Ｒ以下となっている。

以上のように、実施形態２によれば、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの内周側（固定端側）の部位を、軸方向に位置ずれして設けることができるため、複数のブレード３２の内周側における軸方向の剛性を向上させることができる。ブレード３２の内周側の部位は、ブレード３２の外周側における位置の変位に大きく寄与することから、ブレード３２の内周側における軸方向の剛性を向上させることで、ブレード３２の外周側における軸方向への変位を好適に抑制することができる。また、複数のブレード３２の外周側の部位を、同一面内となる回転面Ｐとすることができるため、推力を効率よく発生させることができる。

また、実施形態２によれば、複数のブレード３２の外周側の部位を、複数のブレード３２の内周側の部位に比して大きくすることができるため、推力をさらに効率よく発生させることができる。

なお、実施形態２では、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの内周側（固定端側）の部位を、軸方向に位置ずれして設けたが、この構成に特に限定されない。第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの外周側（自由端側）の部位を、軸方向に位置ずれして設けてもよい。この場合、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの内周側（固定端側）の部位を、同一面内となる回転面Ｐとする。

［実施形態３］
次に、図６を参照して、実施形態３に係るモータ一体型ファン７０について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態３に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。

実施形態３のモータ一体型ファン７０は、実施形態２のモータ一体型ファン６０のブレード３２を変更したものである。実施形態３のモータ一体型ファン７０の回転部７２において、複数のブレード３２は、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとを含んで構成されている。第１ブレード３２ａの内周側及び外周側の部位と、第２ブレード３２ｂの内周側及び外周側の部位とは、回転軸Ｉの軸方向において、異なる位置となっている。一方で、第１ブレード３２ａの中央の部位と、第２ブレード３２ｂの中央の部位とは、回転軸Ｉの軸方向において、同じ位置となっている。

具体的に、複数のブレード３２が回転することにより、ブレード３２の吸込口３８側の端部において形成される面を回転面Ｐとする。第１ブレード３２ａの内周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第１ブレード３２ａの中央の部位における回転面Ｐに対して、吸込口３８側に位置しており、外周側に向かうにつれて吹出口３９に傾斜している。また、第１ブレード３２ａの外周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第１ブレード３２ａの中央の部位における回転面Ｐに対して、吹出口３９側に位置しており、内周側に向かうにつれて吸込口３８に傾斜している。第２ブレード３２ｂの内周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐに対して、吹出口３９側に位置しており、外周側に向かうにつれて吸込口３８に傾斜している。また、第２ブレード３２ｂの外周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐに対して、吸込口３８側に位置しており、内周側に向かうにつれて吹出口３９に傾斜している。

また、第１ブレード３２ａの中央の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐとは同一面となる。一方で、第１ブレード３２ａの内周側の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの内周側の部位における回転面Ｐとは非同一面となる。同様に、第１ブレード３２ａの外周側の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの外周側の部位における回転面Ｐとは非同一面となる。

以上のように、実施形態３によれば、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの内周側の部位を、軸方向において位置ずれさせることができ、また、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの外周側の部位を、軸方向において位置ずれさせることができる。このため、複数のブレード３２の内周側及び外周側における軸方向の剛性を向上させることができる。

なお、実施形態３では、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐを同一面としたが、この構成に特に限定されず、中央の部位も傾斜させてもよい。つまり、第１ブレード３２ａを、内周側から外周側に向かうにつれて吹出口３９に傾斜させ、第２ブレード３２ｂを、内周側から外周側に向かうにつれて吸込口３８に傾斜させてもよい。

［実施形態４］
次に、図７を参照して、実施形態４に係るモータ一体型ファン８０について説明する。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態４に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。

実施形態４のモータ一体型ファン８０は、実施形態３のモータ一体型ファン７０のブレード３２を変更したものである。実施形態４のモータ一体型ファン８０の回転部８２において、複数のブレード３２は、第１ブレード３２ａと第２ブレード３２ｂとを含んで構成されている。実施形態３と同様に、第１ブレード３２ａの内周側及び外周側の部位と、第２ブレード３２ｂの内周側及び外周側の部位とは、回転軸Ｉの軸方向において、異なる位置となっている。一方で、第１ブレード３２ａの中央の部位と、第２ブレード３２ｂの中央の部位とは、回転軸Ｉの軸方向において、同じ位置となっている。

具体的に、複数のブレード３２が回転することにより、ブレード３２の吸込口３８側の端部において形成される面を回転面Ｐとする。第１ブレード３２ａの内周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第１ブレード３２ａの中央の部位における回転面Ｐに対して、吸込口３８側に位置しており、外周側に向かうにつれて吹出口３９に傾斜している。また、第１ブレード３２ａの外周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第１ブレード３２ａの中央の部位における回転面Ｐに対して、吸込口３８側に位置しており、内周側に向かうにつれて吹出口３９に傾斜している。第２ブレード３２ｂの内周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐに対して、吹出口３９側に位置しており、外周側に向かうにつれて吸込口３８に傾斜している。また、第２ブレード３２ｂの外周側の部位は、回転軸Ｉの軸方向において、第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐに対して、吹出口３９側に位置しており、内周側に向かうにつれて吸込口３８に傾斜している。

また、実施形態３と同様に、第１ブレード３２ａの中央の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの中央の部位における回転面Ｐとは同一面となる。一方で、第１ブレード３２ａの内周側の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの内周側の部位における回転面Ｐとは非同一面となる。同様に、第１ブレード３２ａの外周側の部位における回転面Ｐと、第２ブレード３２ｂの外周側の部位における回転面Ｐとは非同一面となる。

以上のように、実施形態４によれば、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの内周側の部位を、軸方向において位置ずれさせることができ、また、第１ブレード３２ａ及び第２ブレード３２ｂの外周側の部位を、軸方向において位置ずれさせることができる。このため、複数のブレード３２の内周側及び外周側における軸方向の剛性を向上させることができる。

なお、実施形態３及び４では、第１ブレード３２ａの内周側の部位と第２ブレード３２ｂの内周側の部位とを非同一面とし、第１ブレード３２ａの外周側の部位と第２ブレード３２ｂの外周側の部位とを非同一面とし、第１ブレード３２ａの中央の部位と第２ブレード３２ｂの中央の部位とを同一面としたが、この構成に特に限定されない。例えば、第１ブレード３２ａの内周側の部位と第２ブレード３２ｂの内周側の部位とを同一面とし、第１ブレード３２ａの外周側の部位と第２ブレード３２ｂの外周側の部位とを同一面とし、第１ブレード３２ａの中央の部位と第２ブレード３２ｂの中央の部位とを非同一面としてもよい。

また、実施形態１から４では、永久磁石４５及びコイル４６を、回転軸Ｉの軸方向に対向させて配置したアキシャル配置となっていたが、図８に示す変形例としてもよい。図８は、実施形態１から４の変形例に係るモータ一体型ファンのブレード周りを模式的に表した説明図である。図８に示す変形例では、永久磁石４５及びコイル４６を、回転軸Ｉの径方向に対向させて配置させたラジアル配置となっている。なお、図８では、実施形態１のモータ一体型ファン１に適用した図としている。

永久磁石４５を保持する回転支持リング３３は、内環部３３ａの外周側に設けられるフランジ部３３ｂにおいて、永久磁石４５を保持している。

永久磁石４５は、回転支持リング３３の内環部３３ａの外周側に設けられると共に、フランジ部３３ｂに保持されている。永久磁石４５は、周方向に円環状に配置されている。永久磁石４５は、回転軸Ｉの径方向においてコイル４６と対向する位置に設けられる。

コイル４６は、ダクト１３の内部に保持されて設けられ、永久磁石４５の各極に対向して複数設けられると共に、周方向に並べて設けられる。コイル４６は、回転軸Ｉの径方向において回転部１２に保持される永久磁石４５と対向する位置に設けられる。このように、永久磁石４５及びコイル４６は、回転軸Ｉの径方向に対向させて配置したラジアル配置としてもよい。

１ モータ一体型ファン（実施形態１）
１１ 軸部
１２ 回転部（実施形態１）
１３ ダクト
１４ モータ
１５ 転がり軸受
１６ 整流板
３１ ハブ
３２ ブレード
３３ 回転支持リング
３８ 吸込口
３９ 吹出口
４５ 永久磁石
４６ コイル
６０ モータ一体型ファン（実施形態２）
６２ 回転部（実施形態２）
７０ モータ一体型ファン（実施形態３）
７２ 回転部（実施形態３）
８０ モータ一体型ファン（実施形態４）
８２ 回転部（実施形態４）

Claims (9)

1. 吸込口から流体を吸い込み、吸い込んだ前記流体を吹出口から吹き出すモータ一体型流体機械において、
   回転軸の中心に設けられる軸部と、
   前記軸部を中心に回転する回転部と、
   前記軸部の外周に設けられる外周部と、
   前記回転部を回転させるモータと、を備え、
   前記回転部は、前記軸部に回転自在に支持されることで、前記軸部側が固定端側となる一方で、前記外周部側が自由端側となり、
   前記モータは、前記外周部から動力を与えて前記回転部を回転させる外周駆動のモータとなっており、
   前記回転部は、
   前記回転軸の周方向において並べて設けられる複数のブレードと、
   複数の前記ブレードの外周側に設けられる回転外周部と、を有し、
   前記モータは、
   前記回転外周部に設けられる回転子側磁石と、
   前記外周部に設けられ、前記回転子側磁石に対向して設けられる固定子側磁石と、を有し、
   複数の前記ブレードのうち、一部の前記ブレードとなる第１ブレードにおける少なくとも所定の部位と、他の一部の前記ブレードとなる第２ブレードにおける少なくとも所定の部位とが、前記回転軸の軸方向において異なる位置となっているモータ一体型流体機械。
2. 前記回転子側磁石と前記固定子側磁石とは、前記回転軸の軸方向に対向して設けられる請求項１に記載のモータ一体型流体機械。
3. 前記回転子側磁石と前記固定子側磁石とは、前記回転軸の径方向に対向して設けられる請求項１に記載のモータ一体型流体機械。
4. 複数の前記ブレードは、前記第１ブレードが、前記回転軸の軸方向において、前記第２ブレードよりも吸込口側に設けられることで、前記回転軸の軸方向に多段に設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ一体型流体機械。
5. 前記第１ブレードと前記第２ブレードとは、前記回転軸の周方向において、交互に配置されている請求項４に記載のモータ一体型流体機械。
6. 前記第２ブレードは、前記第１ブレードに比して、前記回転軸の周方向に対する角度であるピッチ角が大きくなっている請求項４または５に記載のモータ一体型流体機械。
7. 複数の前記ブレードが回転することにより、前記吸込口側の端部において形成される面を回転面とすると、
   複数の前記ブレードは、前記第１ブレードの外周側の部位における前記回転面と、前記第２ブレードの外周側の部位における前記回転面とが同一面となり、前記第１ブレードの内周側の部位が、前記回転軸の軸方向において、前記第２ブレードの内周側の部位よりも吸込口側に設けられることで、前記第１ブレードの内周側の部位における前記回転面と、前記第２ブレードの内周側の部位における前記回転面とが非同一面となる請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ一体型流体機械。
8. 前記回転軸の径方向において、前記ブレードの全長をＲとすると、非同一面となる前記ブレードの内周側の部位の長さは、０．５Ｒ以下である請求項７に記載のモータ一体型流体機械。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載のモータ一体型流体機械と、
   前記モータ一体型流体機械から発生する推力によって移動する機体と、を備える垂直離着陸機。

Images