JP2013055880A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】扁平ブラシモータ、特に、冷却ファンモータを提供する。
【解決手段】電気モータは、固定子、回転子、及びブラシ歯車を有する。回転子は、シャフト、シャフトに固定された回転子コア、シャフトに固定された整流子、回転子コア上に巻かれて整流子に電気接続された回転子巻線を含む。ブラシ歯車は、整流子との摺動接触を行うための少なくとも２つの弓形ブラシを含む。整流子及びブラシ歯車は、モータの軸線方向長さを最小にするために回転子コアに形成された空間内に配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、扁平ブラシモータ、特に、冷却ファンモータに関する。

冷却ファンは、車両のためのエンジン冷却システムに広く使用されている。冷却ファンは、典型的に直流（ＤＣ）ブラシモータによって駆動される。モータの使用寿命を短縮することなくエンジンの他の構成要素のためのより多くの空間を提供するために、モータの軸線方向寸法の低減が望まれている。

ＵＳ６７３７７７４Ｂは、扁平構造を有する冷却ファンモータを開示している。モータは、その内面に磁石が取り付けられたハウジングと、ハウジングの一端を閉じる末端キャップと、シャフトに固定された回転子コアと、回転子コアの外周に保持された回転子巻線と、バッテリから回転子巻線に電力を供給するためのブラシとを有する。整流子は、シャフト、回転子コア、及び回転子巻線の内面によって形成された空間に一部配置される。ブラシは、巻線から軸線方向に離間し、かつ末端キャップに固定されて整流子のセグメントと摺動接触を行う。

ＵＳ５４３４４６３は、整流子が回転子コアの本体内に深く延びる凹部に配置された扁平構造のモータを開示している。しかし、このモータの製造は、回転子コアが、互いに積み重ねられたいくつかの異なる積層から形成されて比較的複雑である。

ＵＳ６７３７７７４Ｂ ＵＳ５４３４４６３

従って、大量生産での製造が比較的容易である扁平構造を有するモータに対する要望が存在する。

１つの態様では、本発明は、いくつかの永久磁石固定子極を有する固定子と、少なくとも２つのブラシを備えたブラシ歯車と、シャフト、シャフトに固定された回転子ブラケット、回転子ブラケットに固定されたリング形状回転子コア、シャフトに固定され、かつ回転子コアの内側に配置された整流子、及び回転子コア上に巻かれ、かつ整流子に電気接続された回転子巻線を含む回転子とを含む電気モータを提供し、整流子は、電気絶縁本体と、本体上で離間した複数のセグメントと、セグメントにそれぞれ電気接続された複数の端子とを含み、各端子は、回転子巻線のリードワイヤに係合するための接続部分を有し、回転子ブラケットの半径方向外面は、回転子コアの半径方向内面に圧入される。

好ましくは、回転子ブラケットは、回転子コアの一方の軸線方向端部において回転子コアに固定される。

好ましくは、回転子ブラケットは、回転子コアに圧入された支持体と、支持体上にオーバーモールドされたオーバーモールド部材とを含む。

好ましくは、回転子ブラケットは、少なくとも部分的にオーバーモールド部材に埋め込まれたシャフトスリーブによってシャフトに固定される。

好ましくは、整流子の端子は、オーバーモールド部材に部分的に埋め込まれ、接続部分及びセグメントは、オーバーモールド部材の両側に配置される。

好ましくは、オーバーモールド部材及び本体は、一体に形成される。

代替的に、オーバーモールド部材は、本体の内面に成形される。

好ましくは、ブラシは、弓形であり、かつ回転子ブラケット、回転子コア、及び整流子によって形成された環状空間に配置される。

好ましくは、少なくとも１つの傾斜開口部が、回転子ブラケットに形成される。

好ましくは、モータは、車両のためのエンジン冷却システムのためのファンに組み込まれ、ファンは、ハブと、ハブから外向きに延びる複数のブレードとを有し、ハブは、シャフトにそれと共に回転するように固定される。

本発明の実施形態では、回転子ブラケット、回転子コア、及び整流子によって形成された環状空間に弓形ブラシを受け入れることにより、モータの軸線方向寸法を縮小することができ、より長いブラシを使用することができる。回転子ブラケット上の傾斜開口部は、ブラシによって発生した粉末を空間から外に誘導し、整流子上に蓄積する塵を低減する。回転子ブラケットは、支持体及びオーバーモールド部材によって形成されるので、回転子ブラケットの機械的強度を保証することができる。更に、回転子ブラケット及び整流子の本体を一体に形成することができるので、回転子の製造工程が簡単である。整流子の導電端子をオーバーモールド部材に埋め込むことにより、端子のための安定した支持を得ることができる。

ここで、本発明の好ましい実施形態を単に一例として添付図面の図を参照して以下に説明する。図では、１つよりも多くの図に出現する同一の構造体、要素、又は部品は、一般的に、それが出現する全ての図において同じ参照番号を用いてラベル付けされる。図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、一般的に、呈示の都合及び明瞭性によって選択され、必ずしも縮尺に従って示していない。以下にこのような図を列挙する。

本発明による車両のためのエンジン冷却システムのためのファンの図である。 本発明の好ましい実施形態による電気モータの図である。 図２のモータの断面図である。 図２のモータの一部としてのブラシユニットの図である。 回転子巻線を省略した図２のモータの一部としての回転子の図である。 図５の回転子の一部としての整流子の断面図である。 リードワイヤを省略した第２の実施形態による回転子の断面図である。 回転子巻線のリードワイヤを示す図７の回転子を上から見た図である。 第３の実施形態による回転子の図７と類似の断面図である。

図１は、車両のためのエンジン冷却システムのためのファン１０の図である。ファン１０は、ハブ１１と、ハブ１１から外向きに延びる複数のブレード１２と、ブレード１２の半径方向外側端部を接続する外側リング１３とを含む。ハブ１１は、ベースプレート１４と、ベースプレート１４の外周から軸線方向に延びる環状側壁１５とを有する。ベースプレート１４には、接続孔１６が形成される。ベースプレート１４及び側壁１５は、ファン１０を回転させるための電気モータを受け入れるための空間を形成する。

図２及び３は、本発明の好ましい実施形態による電気モータ２０を示している。モータ２０は、好ましくは、固定子２６と、ブラシ歯車と、固定子２６に回転可能に装着された回転子２８とを有するＤＣブラシモータである。

固定子２６は、軸線方向に延びる丸いハウジング３１と、ハウジング３１の内面に固定された複数の永久磁石３２とを含む。第１及び第２の末端キャップ３３、３４は、ハウジング３１の開放軸線方向端部を閉じる。ベアリング３５、３６は、回転子を装着するための末端キャップ３３、３４に固定される。複数の通気孔３７が、第１及び第２の末端キャップ３３、３４に形成される。通気孔３７は、ファン１０によって発生された空気流がモータを通って軸線方向に流れ、モータ２０を冷却することを可能にする。ブラシ歯車を形成するブラシユニット４０は、第２の末端キャップ３４に組み付けられる。

ブラシユニット４０は、図４に示すように、ブラシブラケット４１と複数のブラシアセンブリとを含む。ブラシブラケット４１は、装着孔４３を通じて第２の端部カバー３４上に固定される。ブラシブラケット４１は、第２の端部カバー３４のベアリング３６のためのベアリングホルダ３９に適合する中心孔４４を有する。ブラシアセンブリは、周方向に規則的な間隔でブラシブラケット４１上に配置される。各ブラシアセンブリは、ブラシブラケット４１に固定された弓形ブラシケージ４５を有し、弓形ブラシ４６は、移動可能にブラシケージ４５に受け入れられ、この実施形態では捩りバネである弾性バネ４７の押し付けの下で回転子２８の整流子４８との摺動接触を行う。好ましくは、永久磁石３２によって形成される固定子極の総数は、４、６、又は８である。ブラシアセンブリの総数は、固定子極の総数に等しい。

図５は、回転子の構造を示すために巻線を除いた回転子２８を示している。回転子２８は、シャフト５０と、シャフトに固定された円形の回転子ブラケット５１と、複数の半径方向外向きに延びる歯５３備えたリング形状回転子コア５２と、シャフト５０に固定された整流子４８とを含む。回転子巻線５４（図３に示す）は、回転子コア５２の歯５３の周りに巻かれる。シャフト５０は、２つのベアリング３５、３６によって回転可能に支持され、かつファン１０がシャフトと共に回転するようにファン１０のハブ１１の接続孔１６に挿入されてそれに固定される。リング形状回転子コア５２は、複数のリング形状回転子積層を軸線方向に積み重ねることによって形成される。回転子ブラケット５１は、第１の末端キャップ３３に隣接する回転子コアの一方の軸線方向端部において回転子コア５２の内面に圧入される。整流子４８は、回転子コア５２の内側で回転子ブラケット５１に隣接して配置される。図６は、整流子４８の断面図である。整流子４８は、電気絶縁本体５５と、本体の外面上で周方向に離間した複数の導電セグメント５６とを含む。端子５７は、回転子ブラケット５１に隣接する各セグメント５６の一端から一体的に延びる。各端子５７は、回転子巻線５４のリードワイヤ（図８に示す）との接続を行うための接続部分５８を有する。回転子ブラケット５１、リング形状回転子コア５２、及び整流子４８は、環状空間５９を形成する。ブラシ４６は、空間５９に受け入れられて、外部電力をブラシ４６及び整流子４８を通じて回転子巻線５４に供給することができるように整流子４８のセグメント５６との摺動接触を行う。ブラシ４６を空間５９に受け入れることにより、モータ２０の軸線方向寸法を縮小することができる。ブラシ４６が弓形なので、ブラシは、それが真っ直ぐであった場合よりも長くすることができ、それによってモータの使用寿命が長くなる。

好ましくは、回転子ブラケット５１は、ブラシ４６が摩耗する時に発生する粉末を空間５９から外にかつ第１の末端キャップ３３の貫通孔６１を通じてモータの外に誘導するための誘導構造体として機能する複数の傾斜開口部６０を有する。貫通孔６１は、半径方向に傾斜開口部とほぼ整列する。貫通孔６１の寸法は、傾斜開口部６０のそれに等しいか又はそれよりも大きい。誘導構造体は、回転子ブラケット５１を超えて延びず、モータ５０が扁平でコンパクトな構造を有することを可能にする。

図７及び８は、本発明の第２の好ましい実施形態による回転子７０を示している。回転子７０は、回転子２８と同様である。回転子２８と比較すると、回転子７０の回転子ブラケット５１は、電気絶縁オーバーモールド部材７１と、孔及びスロットを備えた金属支持体７２とを含む。支持体７２は、扁平放射状円盤を有し、軸線方向に延びるフランジ７３が、円盤の半径方向外側縁部から延びている。円盤は、傾斜開口部６０が通過する孔及び／又はスロットを有する。フランジ７３は、回転子コア５２を保持するために回転子コア５２の内面に圧入される。オーバーモールド部材７１及び整流子４８の本体５５は、単一のモノリシック構造体として支持体７２とセグメント５６の内面とに一体に成形される。整流子４８の端子５７は、オーバーモールド部材７１と本体５５の間に部分的に埋め込まれ、一方、接続部分５８及びセグメント５６は、オーバーモールド部材７１の両側に配置される。すなわち、回転子巻線５４のリードワイヤ７５は、接続部分５８を簡単に係合することができる。回転子ブラケットは、整流子本体５５の中心孔の中に挿入成形されたシャフトスリーブ７４によってシャフト５０に固定される。すなわち、シャフトスリーブは、シャフトがスリーブの中に押し込まれる時にシャフトと直接に接触するように、スリーブの少なくとも内面が露出した状態でオーバーモールド部材に埋め込まれる。この実施形態では、回転子ブラケット５１は、支持体７２及びオーバーモールド部材７１によって形成されるので、回転子ブラケット５１の機械的強度を保証することができる。回転子７０の製造工程は、回転子ブラケット５１と整流子４８の本体とが一体に形成されるので簡単である。端子５７をオーバーモールド部材７１に埋め込むことにより、端子５７のための安定した支持が提供される。

図９は、第３の実施形態によるモータ２０の回転子８０を示している。回転子８０は、回転子７０と同様である。回転子８０の回転子ブラケット５１は、電気絶縁オーバーモールド部材７１と金属支持体７２とを含む。支持体７２のフランジ７３が、回転子コア５２を保持するためにリング形状回転子コア５２の内面に圧入される。回転子８０と比較すると、各セグメント５６は、別々に形成され、かつその対応する端子５７に接触する。整流子は、整流子本体がセグメント５６に対して成形された状態で予め形成される。セグメントは、オーバーモールド部材７１を成形する前に、好ましくは半田付けによって端子５７に接続される。オーバーモールド部材７１は、支持体７２と整流子４８の本体５５との内面の上に成形され、整流子４８の端子５７は、オーバーモールド部材７１に部分的に埋め込まれ、一方、接続部分５８及びセグメント５６は、オーバーモールド部材７１の両側に配置される。シャフト５０は、オーバーモールド部材７１の中心孔に埋め込まれたシャフトスリーブ７４によって固定的に支持される。代替的に、オーバーモールド部材は、シャフトに直接に成形することができる。このようにして、整流子を回転子ブラケット５１に組み付ける前に、整流子の精度を改善又は保証することができる。

代替的に、端子は、回転子ブラケットを整流子とは別に形成することができ、整流子が回転子ブラケットに装着される前に回転子が完全に巻かれて端子に接続されることを可能にする機械的な形式の接続によってセグメントに接続することができる。回転子ブラケット上の位置内への整流子の軸線方向移動は、セグメントを機械的接続によって端子に電気接続させる。１つのそのような機械的接続は、セグメントの各々に形成されたフィンガが、各端子に形成された対応するスロットに圧入されることを含むことができる。

本出願の説明及び特許請求の範囲では、動詞「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｃｏｎｔａｉｎ」、及び「ｈａｖｅ」の各々及びその変形は、包含的な意味で使用され、記述される項目の存在を指定するが、付加的な項目の存在を除外しない。

本発明を１つ又はそれよりも多くの好ましい実施形態に関連して説明したが、様々な修正が可能であることは当業者によって認められるべきである。従って、本発明の範囲は、以下に続く特許請求の範囲を参照することによって判断されるものとする。

例えば、ブラシアセンブリの総数は、永久磁石又は固定子極の総数と等しくない場合がある。

２０ 電気モータ
３２ 永久磁石
３７ 通気孔
４６ 弓形ブラシ
４８ 整流子
６０ 傾斜開口部

Claims (10)

1. 電気モータであって、
   いくつかの永久磁石固定子極を有する固定子と、
   少なくとも２つのブラシを備えたブラシ歯車と、
   シャフトと、該シャフトに固定された回転子ブラケットと、該回転子ブラケットに固定されたリング形状回転子コアと、該シャフトに固定されて該回転子コアの内側に配置された整流子と、該回転子コア上に巻かれて該整流子に電気接続された回転子巻線とを含む回転子であって、該整流子が、電気絶縁本体と、該本体上で離間した複数のセグメントと、該セグメントにそれぞれ電気接続された複数の端子とを含み、各端子が、該回転子巻線のリードワイヤに係合するための接続部分を有する前記回転子と、
   を含み、
   前記回転子ブラケットの半径方向外側の面が、前記回転子コアの半径方向内側の面に圧入される、
   ことを特徴とする電気モータ。
2. 前記回転子ブラケットは、前記回転子コアの一方の軸線方向端部において該回転子コアに固定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記回転子ブラケットは、前記回転子コアに圧入された支持体と、該支持体上にオーバーモールドされたオーバーモールド部材とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. 前記回転子ブラケットは、少なくとも部分的に前記オーバーモールド部材に埋め込まれたシャフトスリーブによって前記シャフトに固定されることを特徴とする請求項３に記載のモータ。
5. 前記整流子の前記端子は、前記接続部分及び前記セグメントが前記オーバーモールド部材の両側に配置された状態で該オーバーモールド部材に部分的に埋め込まれることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のモータ。
6. 前記オーバーモールド部材及び前記本体は、一体的に形成されることを特徴とする請求項３、請求項４、又は請求項５に記載のモータ。
7. 前記オーバーモールド部材は、前記本体の内面に成形されることを特徴とする請求項３、請求項４、又は請求項５に記載のモータ。
8. 前記ブラシは、弓形であり、かつ前記回転子ブラケット、前記回転子コア、及び前記整流子によって形成された環状空間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のモータ。
9. 少なくとも１つの傾斜開口部が、前記回転子ブラケットに形成されることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のモータ。
10. 車両のためのエンジン冷却システムのためのファンであって、
    ハブと、
    前記ハブから外向きに突出する複数のブレードと、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電気モータと、
    を含み、
    前記ハブは、前記シャフトにそれと共に回転するように固定される、
    ことを特徴とするファン。

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