JP5227869B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関するものである。

電動機は駆動源として種々の用途に用いられており、様々な製品の内部に組み込まれて使用されることが多い。例えば、送風機、冷凍空調用の圧縮機、さらには、自動車のパワーウィンドウやワイパー等のいわゆる補機類等にも用いられている。このように、製品内部に組み込まれる電動機に関しては、高効率化だけではなく、小型化（薄型化）あるいは組立性の向上が求められている。そして、高効率化、小型化、組立性の向上を図るためのロータあるいはステータの形状が検討されている。

特許文献６、特許文献７及び特許文献８には圧粉磁心を用いた多相クローポール型モータの組立性向上を図るための形状が開示されている。この例では、磁性粉を圧縮成形することで複雑な形状の爪磁極を得て、モータの高効率化を行っている。すなわち、複雑な形状のコアを用いて磁束の利用率の向上を図ることによって、空間の有効利用が可能となり、小型化や薄型化に寄与可能なものとなっている。

特開2008-289272号公報 特開平6-133489号公報 特開平11-75337号公報 特開昭54-15101号公報 特開平7-87696号公報 特開2008-236978号公報 特開2008-79384号公報 特開2008-29142号公報

圧粉磁心は磁性粉末に圧力をかけて押し固めて成型したものであり、強度及び寸法精度についての課題が存在する。その改善策としては、圧粉磁心を樹脂モールドすることが考えられる。圧粉磁心をモールドすることで、圧粉磁心の破損を防ぐとともに、寸法基準面を樹脂モールドで形成することができる。この樹脂モールドしたモータでは、コアが絶縁物である樹脂により覆われてしまっているため、コアが電気的に浮いた状態となっている。そのため、特にファンモータ等のように、負荷が空気以外に接触を持たない場合、回転部分であるロータにＰＷＭ駆動等により高電位となることから軸受の電食の発生の恐れがある。このとき、コアをアース接続する必要がある。

特許文献１には、３相ステータコアの両側に金属製ブラケットを設け、導電ピンによってステータ（コア）とブラケットとを接続させる構成が開示されている。

特許文献２には、ステータの両側にモータフランジ及び金属板（ブラケットに相当）とコアとを導電性ピンで導通させること、及び導通ピンは導電ゴムを使用することが開示されている。

特許文献３には、ステータコアとブラケットのアース部材として、導電性ゴムあるいはリング状のウェーブワッシャあるいはコイルバネを使用することが開示されている。

特許文献４には、ステータコアとコア以外の非充電金属部間をコイルバネもしくはバネと同等の予圧力を有する金属管を用いて電気的に接続する方法が開示されている。

特許文献５には、ステータコアとアースパターンを有するプリント基板をタッピングネジにて接続する方法が開示されている。

特許文献１、特許文献２及び特許文献５では、導通ピンやタッピングネジを用いる際にあらかじめコアに穴があいており、正確な取付位置が必要となってしまう。また、特許文献２、特許文献３にある導電性ゴムは、高温での使用や長期使用による変形により十分な予圧力を維持できなくなるため、接触不良を引き起こす等の問題が考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、生産性の向上と高効率化を図りながらも小型、薄型の電動機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を採用することとした。

本発明によれば、生産性の向上と高効率化を図りながらも小型、薄型の電動機を提供することができる。

モータ断面図 モータ分解図 ステータコア分解図 導電性弾性体の形状図 ステータ上面図、斜視図 単相ステータの分解図 装置FFUの概略構造図

本発明の実施形態は、ステータの負荷側及び反負荷側に組み付ける導電性のブラケットに対し、ステータ部端面に現れているコア表面に導電性のバネ状の部材を置くことにより、コアの電位を導電性ブラケットと同電位にしたことを特徴としている。導電性のバネ状の部材はアース部材として機能し、ステータコア及びブラケットとの確実な接触を行うために弾性体を用いている。

導電性弾性体としては、制御盤等の筐体部分の開閉可能な扉の隙間に対してシールド効果をもたらす部品で知られるものが好適である。例えば、図４に示す形状のものを用いた場合、取付位置に関しては平面への取付けとなり、最低限運転に支障の無い場所に取り付ければよく、正確な位置決めを必要としない。

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

図１は、本実施例のモータの断面図であり、図２は本実施例のモータの分解図である。本実施例のモータは、円筒状のステータ１４の中心にロータ２２が配置され、これらを上下のブラケット１３及び１５で挟み、両ブラケットをネジ等の導電性固定具２１によって結合して構成されている。ロータ２２には回転力を出力する回転軸２３が固定されており、ブラケット１３及び１５に設けられる軸受１６によって回転軸２３が回転可能に保持されることで、ロータ２２が取り付けられる構造となっている。

ロータ２２はロータコア１７にマグネット１２を備えている。本実施例のロータコア１７は、ステータ１４の内周面に対向してマグネット１２が配置されており、ステータ１４に巻き回されたコイルからの回転磁界に伴ってロータ２２が回転し、回転軸２３を介して回転力が外部に出力される。

本実施例のブラケットは導電性部材を用いており、２つのブラケットが導電性固定具２１によって固定されることで両ブラケットは同電位となっている。導電性固定具２１の材質は問わないが、両ブラケットを同電位とするため、及び、強度を確保するためには、金属が望ましい。これらのブラケットはステータコアとは非接触であり、後述するように樹脂モールド１８を介してステータコアと結合される。

上記の構成においては、導電性固定具２１が両ブラケットの間の導通部材として機能することになる。したがって、両ブラケットが非接触であっても導電性固定具２１がブラケット１３及び１５と接触することで両ブラケットが同電位になる。なお、両ブラケットが互いに接触して固定される方式を採用する場合には、必ずしも導電性の固定具を用いる必要はないが、強度等を勘案して固定具の材質を適宜選択する必要がある。

ステータ１４は、それぞれコイルが巻き回された単相ステータが３つ重ねられ（図３参照）、３層が重ねられた状態で樹脂モールド１８によって固定されて構成されている。３層が重ねられることで、電気角で１２０°の位相差を持つ三相電流が各コイルを流れる。それぞれの単相ステータが保持しているコイルを外部へ導くために、樹脂モールド１８にコイル引出し部１８ａが形成されている。また、三相のコイルを保持するそれぞれの単相ステータは、重ねられることで相互に接触して導通している。これらの構成によって、ステータコア及びコイルの周囲は絶縁体からなる樹脂モールド１８あるいは空間によって外部と絶縁された状態で保持されることになる。

また、単相ステータが積層されて構成されるステータ１４の表面にはコアの上面が露出しており、ここに導電性弾性体１１が配置される。この導電性弾性体１１はステータ１４の表面とブラケット１３との間の隙間に位置しており、これらの両者と接触する。導電性弾性体１１の配置については後述するが、この導電性弾性体１１によってステータ１４とブラケット１３とが導通するため、ステータ１４のアース部材として機能する。この導電性弾性体１１の作用について説明する。

上述のように、本実施例のモータは、樹脂モールド１８あるいは空間を隔てた内部にコイルを備える構造としており、これにより周囲との絶縁を図っている。しかし、ステータに近接して配置されるロータ２２には、今般主流となっているＰＷＭインバータの高調波電流に起因した軸電圧が発生し、回転軸２３を保持する軸受１６に電食が生じやすいという問題がある。したがって、軸受１６にセラミック材を用いる等の電食対策が必要となり、高信頼性を得られる反面、高コストに繋がってしまう。

本実施例では、ステータ１４を構成する各相のステータコアは互いに導通させており、かつ、ステータ１４とブラケット１３とを同電位とするアース部材としての導電性弾性体１１を備えるため、軸受部分の電食を効果的に抑制することができる。

なお、導電性弾性体１１は、ステータコアの一側（例えば、上ブラケット１３側）に取り付けられればアース部材として機能する。したがって、必ずしもステータ１４の両側に設ける必要はないが、より確実なアースのため、両側（例えば、上ブラケット１３側と下ブラケット１５側の両側）に設けても良い。このとき、ステータ１４の両側が弾性部材により保持されるため、騒音・振動対策にも好適である。

また、導電性弾性体１１は上述のようにステータ１４とブラケット１３の両者の間に設けられていればよいため、固定方法は問わない。例えば、モータ組立時にステータ１４の表面に露出しているステータコア５１に粘着テープにて貼り付け、ブラケット１３と予圧をもって接触させれば、接触性の問題を生じることなく、確実な導通が可能である。これに好適な導電性弾性体１１の形状や取付け位置について説明する。

図４は本実施例の導電性弾性体１１の形状図であり、荷重がないときの状態を示している。導電性弾性体１１は、通常バネ性のある銅合金（りん青銅等）にて製作される。取付けの例として、取付面に粘着テープを使用し、ステータコア或いは導電性ブラケットの平面部に接着固定している。粘着テープは導電性を持たせても良いが、導電性のない場合は接着面側にて導通を確保するために、貼付面の全面にテープを貼らず、テープの両側に金属部分を露出させる。湾曲状の対向側がブラケット組付け時に押圧がかかることでテープ両側の金属部分にも押圧がかかり、接着側部材に金属部分が接するようにしてある。

図４において、導電性弾性体１１の荷重がかかっていないときの伸縮方向長さをＬ_１、長手方向の長さをＬ_２、短手方向長さをＬ_３とする。ブラケットに組み付けられたときには、伸縮方向に縮んだ状態で保持されるため、伸縮方向の長さはＬ_１より小さくなる。

次に導電性弾性体１１の取付け位置について、ステータコアの形状とともに説明する。図５はステータの上面図及び斜視図であり、図６は単相ステータの分解図である。本実施例のステータは、単相ステータを３つ重ね合わせ、これを樹脂モールド１８で側面及び上下面の一部を覆っている。ステータコアが露出する上下面には突起部４１が周方向に亘って複数形成される。樹脂モールド１８のコイル引出し部１８ａからは、三相電流を流すための導線が引き出される。導電性弾性体１１はステータコアの露出面に貼付け等によって取り付けられている。

図６に示すように、単相ステータはボビン５３を挟み込むようにステータコア材５１を２枚対向させ、重ね合わせて構成されている。ステータコア材５１は円環形状の基部５１ａとこの基部５１ａから突出して周方向に複数形成されるティース部５１ｂとを有する成形体であり、これは磁性粉を圧縮して成形したものである。

ボビン５３にはコイル５２が巻き回されている。ステータコア材５１は、表面が平面状となっている基部５１ａからティース部５１ｂが内周側に突出しているが、ティース部５１ｂは周方向に複数設けられ、これらのティース部５１ｂの間には凹状５１ｃが形成される。一方のステータコア材５１のティース部５１ｂの間に、他方のステータコア材５１のティース部５１ｂが位置するように構成され、ステータ内周面は双方のティース部５１ｂが互いに配列されるようにして単相ステータが形成される。また、ボビン５３はステータコア材５１の形状に合わせて凹凸が形成されたものとしている。

上述のように、ステータコア材５１は圧粉磁心からなり、磁性粉を押圧することで図に示す形状に押し固められている。したがって、基部５１ａ表面の平面性を十分に確保することは難しく、また、量産時の個体差も発生することが多い。このため、ブラケット取付け時に、ステータコアの表面を基準位置とすることはできない。そこで、本実施例では突形状部（樹脂モールド１８の外周上端部１８ｂあるいは突起部４１）を基準面としている。

外周上端部１８ｂ及び突起部４１について簡単に説明する。外周上端部１８ｂはステータを覆う樹脂モールド１８の一部であり、樹脂モールド１８によって円環状のステータの外周縁のエッジ部を覆うため、上端部がステータコアの表面よりも突出している。また、突起部４１は、モールド時に凹状５１ｃのコアエッジ部を樹脂で覆うために設けられており、したがって、周方向に亘ってステータコアの表面より突出した複数の突起部４１が形成される。これらは、モールド時の寸法管理が行えるため、圧粉磁心の成形体であるステータコア材５１の基部５１ａ表面に比較して位置決め基準として好適である。

図５にはステータに導電性弾性体１１を取り付ける際の取付位置の一例を示している。上述したとおり、導電性弾性体１１は粘着テープ等によってステータコアあるいはブラケットに取り付けられる。仮に粘着力が弱まる等して位置ズレが生じた場合であっても、隣接する突起部４１の間からはみ出してロータに接触することが無い寸法とすることで位置ズレによる不都合を回避している。特に導電性弾性体１１の取付位置を突起４１より外周側とすれば、粘着テープが無くとも取付けが可能である。

具体的には、図５に示すように、隣り合う突起部４１間の寸法Ｌ_４、突起部４１の外端部から樹脂モールド１８の外周上端部１８ｂまでの寸法Ｌ_５とした場合、
（１）Ｌ_２＞Ｌ_４
（２）Ｌ_３＜Ｌ_５
となる寸法関係としている。このとき、固定方法としての粘着テープがなくとも、導電性弾性体１１が落下等することはないため、生産性や信頼性の向上にも寄与する。

導電性弾性体１１は、ステータコアとブラケットとの接触性向上のため、伸縮方向寸法Ｌ_１は、ステータコアとブラケットとが固定されたときの両者間の隙間寸法よりも大となっている。本実施例の形態では、「ステータコア表面からの突起部４１上端の高さ」あるいは「ステータコア表面からの外周上端部１８ｂまでの高さ」のうち、高い方の寸法よりもＬ_１が大きくなるようにしている。

上述の例では、アース部材が弾性体のため、精密な位置決めを必要としない。したがって、構造が単純化され、熟練度の必要としないでモータを組み立てることが可能であり、部材のコストも安く押さえることができる。したがって、安価で生産性の良いモータを提供することができる。

また、弾性体を使用することから熱膨張率の違う材料の組合せにてモータを構成してもアース接続が確実となる。また、この弾性体のバネ乗数、取付位置を工夫することにより、ブラケットの振動抑制効果をもたらすことも可能である。

図７は、上述の実施例で示したモータ６１を用いた一例を示す図であり、この例ではファンフィルタユニット（ＦＦＵ）を示している。モータ６１の回転軸にはファン６３が取り付けられており、フィルタ６４と共に筐体６２に収められて、ＦＦＵを構成している。筐体６２は上方に開口部を有しており、ファン６３が回転することによって開口部から空気が取り込まれる。すなわち、ファン６３の回転によって図中の上部から空気が吸い込まれ、ファン６３の下方に取り付けられたフィルタ６４を通過する。

したがって、フィルタ６４を通過する際に空気がろ過され、フィルタ６４の下流側（図中の下部）へは清浄な空気として排出される。ＦＦＵの運転中は、クリーンルーム内に塵埃等が除去された空気を供給し続け、クリーンルーム内を清浄に保つことができる。

本実施形態のＦＦＵは、クリーンルーム天井あるいは半導体製造装置等に取り付けられるため、薄型化の要求が強い。ＦＦＵは、筐体６２にフィルタ６４、モータ６１、ファン６３が取り付けられるため、モータ６１の小型化を図ることにより、ＦＦＵとしても薄型化が可能となる。

１１・・・導電性弾性体、１２・・・マグネット、１３・・・ブラケット、１４・・・ステータ、１５・・・ブラケット、１６・・・軸受、１７・・・ロータコア、１８・・・樹脂モールド、２１・・・固定具、２２・・・ロータ、２３・・・回転軸、４１・・・突起部、５１・・・ステータコア材、５２・・・コイル、５３・・・ボビン、６１・・・モータ、６２・・・筐体、６３・・・ファン、６４・・・フィルタ。

Claims (5)

1. 円環形状の基部とこの基部から突出して周方向に複数形成されるティース部とを有する成形体を磁性粉を圧縮して成形し、この成形体が対向して配置される単相ステータを三相分積層して形成されたステータと、
   前記基部の一部及び前記ステータのコアのエッジ部を覆い、前記基部の表面より突出した突形状部を有する樹脂モールドと、
   前記ステータを挟んで覆う導電性のブラケットと、
   前記ステータからの回転磁界により回転するロータ、このロータの回転に伴って回転する回転軸、及び、この回転軸を保持する軸受と、
   前記ステータと前記ブラケットとを導通するアース部材とを備え、
   前記アース部材は導電性弾性体であり、この導電性弾性体が、前記基部と前記ブラケットとの隙間に取り付けられ、
   前記導電性弾性体の無荷重時の伸縮方向長さＬ _１ が、前記隙間よりも長く、
   前記突形状部は、前記ステータのコアの外周縁のエッジを覆う外周上端部と、前記ティースの間の凹状のエッジを覆う複数の突起部とからなり、
   前記導電性弾性体の長手方向長さＬ _２ が、複数の前記突起部の間隔寸法Ｌ _４ より大であり、前記導電性弾性体の短手方向長さＬ _３ が、前記突起部と前記外周上端部との間隔寸法Ｌ _５ より小であることを特徴とする電動機。
2. 円環形状の基部とこの基部から突出して周方向に複数形成されるティース部とを有する成形体を磁性粉を圧縮して成形し、この成形体が対向して配置される単相ステータを三相分積層して形成されたステータと、
   前記基部の一部及び前記ステータのコアのエッジ部を覆い、前記基部の表面より突出した突形状部を有する樹脂モールドと、
   前記ステータを挟んで覆う導電性のブラケットと、
   前記ステータからの回転磁界により回転するロータ、このロータの回転に伴って回転する回転軸、及び、この回転軸を保持する軸受と、
   前記ステータと前記ブラケットとを導通するアース部材とを備え、
   前記アース部材は導電性弾性体であり、この導電性弾性体が、前記基部と前記ブラケットとの隙間に取り付けられ、
   前記導電性弾性体の無荷重時の伸縮方向長さＬ _１ が、前記突形状部高さよりも長く、
   前記突形状部は、前記ステータのコアの外周縁のエッジを覆う外周上端部と、前記ティースの間の凹状のエッジを覆う複数の突起部とからなり、
   前記導電性弾性体の長手方向長さＬ _２ が、複数の前記突起部の間隔寸法Ｌ _４ より大であり、前記導電性弾性体の短手方向長さＬ _３ が、前記突起部と前記外周上端部との間隔寸法Ｌ _５ より小であることを特徴とする電動機。
3. 前記導電性弾性体が、前記ステータの両側の面に配置されることを特徴とする請求項１又は２記載の電動機。
4. 前記ブラケットは、一側から前記ステータを覆う第一のブラケットと、この第一のブラケットとは他側から前記ステータを覆う第二のブラケットからなり、前記第一のブラケットと前記第二のブラケットは同電位であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電動機。
5. 前記第一のブラケットと前記第二のブラケットとは導電性固定具により連結され、前記導電性固定具を介して同電位となっていることを特徴とする請求項４に記載の電動機。

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