JP6922500B2 - モータ - Google Patents
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Description
本発明は、モータに関する。
従来、筒状の軸受ハウジングで軸受を保持し、当該軸受ハウジングの外周面にステータを固定した構造を有するモータが知られている。従来のモータについては、例えば、特開2013−165620号公報に記載されている。
モータは、ステータとロータとの間に生じる磁気的吸引力および磁気的反発力によってトルクを発生させる。このため、モータの駆動時には、これらの磁気的吸引力および磁気的反発力によって、ステータが振動する場合がある。この振動は、騒音の要因ともなり得る。ステータの振動を抑制するための方法として、例えば、軸受ハウジングとステータとの間に、振動を吸収可能な弾性接着材を介在させることが考えられる。しかしながら、弾性接着剤は硬化に長時間を要する。したがって、弾性接着剤の硬化中に、軸受ハウジングに対するステータの位置がずれることを抑制することが求められる。
また、弾性接着剤の有無に拘らず、軸受ハウジングに対するステータの位置ずれを抑制したいという要求は存在する。
本発明の目的は、軸受ハウジングの外周面にステータを固定するモータにおいて、軸受ハウジングに対するステータの位置ずれを抑制できる構造を提供することである。
本願の例示的な第1発明によれば、軸受ハウジングに対するステータの位置ずれを抑制できる。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、モータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、ステータコアに対して固定部材が配置される側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下方向を定義したものであって、本発明に係るモータの製造時および使用時の向きを限定するものではない。
また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。
<1.モータの全体構成>
図1は、本発明の一実施形態に係るモータ1の縦断面図である。図2は、軸受ハウジング22の縦断面図である。図1に示すように、モータ1は、静止部2と回転部3とを有する。静止部2は、モータ1が搭載される機器(以下「実機」と称する)の枠体に固定される。回転部3は、静止部2に対して回転可能に支持される。
本実施形態の静止部2は、ベースプレート21、軸受ハウジング22、一対の軸受23、ステータ24、回路基板25、および固定部材70を有する。
ベースプレート21は、中心軸9に対して垂直に拡がる板状の部材である。ベースプレート21は、実機の枠体に、例えば、ねじ止めで固定される。ベースプレート21は、中央に円孔210を有する。また、ベースプレート21は、円孔210の周囲に、上方へ向けて立ち上げられた円筒状の保持部211を有する。ベースプレート21の材料には、例えば、鉄などの金属が用いられる。ただし、ベースプレート21の材料は、金属に限らず、樹脂であってもよい。
軸受ハウジング22は、一対の軸受23を保持する部材である。軸受ハウジング22の材料には、例えば、ステンレス、真鍮等の金属が用いられる。ただし、軸受ハウジング22の材料は、金属に限らず、樹脂であってもよい。軸受ハウジング22は、中心軸9の周囲において、軸方向に円筒状に延びる。軸受ハウジング22の下端部は、ベースプレート21の円孔210に挿入され、保持部211に対して固定される。
一対である2つの軸受23は、軸受ハウジング22の径方向内側に位置する。軸受ハウジング22は、第1軸受保持部501と第2軸受保持部502とを有する。第1軸受保持部501と第2軸受保持部502とは上下に間隔をあけて配置される。2つの軸受23は、それぞれ第1軸受保持部501と第2軸受保持部502とに保持される。軸受23には、例えば、ボールベアリングが用いられる。各軸受23の外輪は、軸受ハウジング22の内周面に固定される。各軸受23の内輪は、後述するシャフト31の外周面に固定される。また、軸受ハウジング22は、第1軸受保持部501と第2軸受保持部502との上下方向の間に中間部221を有する。本実施形態では、上側の軸受23と中間部221との間に予圧ばね231を有する。上側の軸受23の外輪が、予圧ばね231によって軸方向に押圧されている。これにより、軸受23が軸方向に位置決めされている。
ステータ24は、駆動電流に応じて磁束を発生させる電機子である。ステータ24は、軸受ハウジング22の径方向外側に配置される。図1に示すように、ステータ24は、ステータコア41、インシュレータ42、およびコイル43を有する。
さらに、静止部2は、軸受ハウジング22の径方向外側に配置される固定部材70を有する。ステータ24は、固定部材70によって軸受ハウジング22の外周面に固定される。固定部材70は、ステータ24の上側、かつ軸受ハウジング22の径方向外側に配置されて、ステータ24の位置を固定する。より詳細には、固定部材70の下面は、ステータ24の上面と接触する。さらに、固定部材70は、軸受ハウジング22の中間部221と径方向に対向する位置に固定されている。
回路基板25は、ベースプレート21の上側かつステータ24の下側において、中心軸9に対して略垂直に配置される。回路基板25は、例えば、インシュレータ42に対して固定される。回路基板25には、コイル43に駆動電流を供給するための電気回路が搭載される。コイル43を構成する導線の端部は、回路基板25に設けられた端子と、電気的に接続される。
本実施形態の回転部3は、シャフト31、固定リング32、ハブ33、ロータマグネット34およびロータホルダ35を有する。
シャフト31は、中心軸9に沿って配置された柱状の部材である。シャフト31の材料には、例えば、ステンレス等の金属が用いられる。シャフト31は、一対の軸受23によって、中心軸9を中心として、回転可能に支持される。また、シャフト31の上端部は、上側の軸受23よりも上方に位置する。固定リング32は、円環状の金属部材である。固定リング32は、シャフト31の上端部に固定される。
ロータホルダ35は、ロータマグネット34を保持する円環状の部材である。ロータホルダ35の材料には、例えば、鉄等の金属が用いられる。ハブ33は、ロータホルダ35を保持する部材である。ハブ33は、円板部331と円筒部332とを有する。円板部331は、ステータ24の上方を覆う。円板部331の内周部は、固定リング32に固定される。すなわち、ハブ33は、固定リング32を介してシャフト31に固定される。円筒部332は、円板部331の外周部から下方へ向けて延びる。
<2.軸受ハウジングとステータとの固定構造について>
続いて、軸受ハウジング22、ステータ24および固定部材70の固定構造について、より詳細に説明する。図3は、軸受ハウジング22、ステータ24および固定部材70の部分段面図である。図4は、中心軸9を含む平面で破断された状態の軸受ハウジング22、ステータ24および固定部材70の部分斜視図である。図5は、軸受ハウジングおよびステータの上面図である。
図2に示すように、軸受ハウジング22は、第1軸受保持部501、第2軸受保持部502、第1外周面51、第2外周面52、中間部221、および段差面222を有する。第1軸受保持部501は、軸受ハウジング22の内側において、1つの軸受23を保持する部位である。具体的には、軸受23の外輪が、第1軸受保持部501である軸受ハウジング22の内周面に固定される。軸受ハウジング22に対して軸受23を高精度に位置決めするために、第1軸受保持部501の内周面は精度よく真円に加工され、かつ、面粗度が小さく加工されていることが好ましい。
さらに、第2軸受保持部502は、軸受ハウジング22の内側において、1つの軸受23を保持する部位である。第2軸受保持部502は、第1軸受保持部501よりも軸方向下側に位置する。具体的には、軸受23の外輪が、第2軸受保持部502である軸受ハウジング22の内周面に固定される。第2軸受保持部502の内周面も第1軸受保持部501の内周面と同様に、精度よく真円に加工され、かつ、面粗度が小さく加工されていることが好ましい。
第1軸受保持部501と第2軸受保持部502との上下方向の間には、中間部221を有する。軸受ハウジング22は、中心軸9を貫通するように形成された円筒状である。軸受ハウジング22は、径方向に厚みを有する。本実施形態において、中間部221における軸受ハウジング22の径方向厚みは、第1軸受保持部501における軸受ハウジング22の径方向厚みよりも厚い。つまり、中間部221の軸受ハウジング22の剛性は、第1軸受保持部501の軸受ハウジング22の剛性よりも大きい。
第1外周面51の少なくとも一部は、中間部221における軸受ハウジング22の外周面の一部である。つまり、第1外周面51の少なくとも一部の面は、中間部221の径方向外側に位置する面である。第1外周面51は、軸受ハウジング22の外周面のうち、ステータコア41と径方向に対向する面である。さらに、第1外周面51は、軸受ハウジング22の外周面のうち、固定部材70と径方向に対向する面である。
第2外周面52は、軸受ハウジング22の外周面のうち、固定部材70が挿入されるときに通過する面である。つまり、第2外周面52は、第1外周面51よりも軸方向上側に位置する。このとき、中心軸9を中心とする第1外周面51の直径は、第2外周面52の直径よりも大きい。さらに、第2外周面52の直径は、固定部材70の内径よりも小さい。固定部材70を第1外周面51まで通す際、第2外周面52の直径が固定部材70の内径よりも小さいことで、軸受ハウジング22の外周面および軸受ハウジング22自体の損傷を防止することができる。第2外周面52と固定部材70の内周面との隙間は、十分大きいことが好ましい。隙間を大きくすることで、固定部材70は軸受ハウジング22に対して引っ掛かりなく、ステータ24の上面に配置することができる。
本実施形態において、固定部材70は、軸受ハウジング22に圧入にて固定されている。より詳細には、固定部材70の内周面は、軸受ハウジング22の外周面のうち、中間部221に位置する第1外周面51に圧入にて固定されている。なお、固定部材70は圧入によって固定されることに限らない。たとえば、焼きバメによって軸受ハウジング22に固定されてもよい。中間部221は、第1軸受保持部501よりも軸受ハウジング22の径方向厚みが厚い部分である。中間部221は、固定部材70が圧入にて固定されるのに十分な強度を有している。固定部材70が、第1軸受保持部など径方向厚みが薄い部分に固定された場合、軸受ハウジング22の変形が生じ、軸受23へも変形が生じる虞がある。軸受23へ変形および応力が生じた場合、軸受23の寿命に影響を与える虞がある。したがって、十分な強度を有する中間部221に固定部材70が固定されることで、軸受ハウジング22の変形を抑制することができる。
本実施形態において、固定部材70は、非磁性金属材料であって、環状のリング部材である。好ましくは、固定部材70の材料は、軸受ハウジング22と同じ材料である。たとえば、軸受ハウジング22および固定部材70は、真鍮などの銅合金材料が用いられる。同じ線膨張係数の材料を軸受ハウジング22と固定部材70に用いることで、接着剤や後述する弾性部材71の熱硬化の際に、固定部材70が軸受ハウジング22から外れることが防止できる。さらに、軸受ハウジング22に対してステータ24を所定の位置に固定することができ、軸受ハウジング22とステータ24との位置ずれを抑制することができる。軸受ハウジング22および固定部材70は、アルミなどの金属材料または樹脂が用いられてもよい。また、非磁性金属材料を用いることで、ステータコア41への磁気的影響を抑制することができる。
さらに、固定部材70としてリング状の環状部材を用いることで、ステータ24を軸受ハウジング22に強固に固定することができる。リング状である固定部材70は、棒状またはパイプ状の金属素材より切削加工によって形成される。または、板状素材より、打ち抜き加工にて形成されてもよい。
また、図2、図3、および図4に示すように、本実施形態の軸受ハウジング22は、外周面に、円環状の段差面222を有する。段差面222は、第1外周面51の下端部から、径方向外側へ向けて拡がる。段差面222の一部と、ステータコア41の下面の一部とは、軸方向に対向する。さらに、中心軸9を中心とする固定部材70の外縁の半径は、段差面222の外縁の半径よりも大きい。この段差面222によって、軸受ハウジング22に対するステータ24の軸方向下側への位置ずれが制限される。
固定部材70は、ステータ24の上側に配置される。さらに、ステータ24は、軸受ハウジング22の段差面222の上側に配置される。つまり、ステータ24は、固定部材70と軸受ハウジング22の段差面222によって、上下方向に挟まれた状態で軸受ハウジング22に固定されている。ステータ24の上下方向の移動を規制することで、軸受ハウジング22に対するステータ24の位置ずれを抑制することができる。
本実施形態において、固定部材70は、ステータコア41の上側に配置される。このとき、固定部材70の下面は、ステータコア41の上面に接触して配置される。なお、他の実施形態として、固定部材70の下面は、インシュレータ42の上面に接触して配置されてもよい。
図3に示すように、軸受ハウジング22は、ステータコア41と径方向に隙間412を介して対向する。当該隙間412には、弾性部材71が充填されている。より詳細には、軸受ハウジング22の第1外周面51と、ステータコア41の内周面との間には、弾性部材71が介在する。弾性部材71は、例えば、シリコン系の弾性接着剤である。弾性部材71は、軸受ハウジング22にステータコア41を固定する機能と、ステータコア41に発生した振動を吸収する機能とを有する。このような弾性部材71を用いることで、ステータコア41から軸受ハウジング22への振動の伝達が抑制される。その結果、モータ1の駆動時の振動および騒音が低減される。
ただし、弾性部材71は、塗布後の硬化時間が長い場合がある。このため、弾性部材71の塗布後、弾性部材71が硬化するまでの間、軸受ハウジング22に対するステータ24の位置ずれを防止する必要がある。本実施形態では、上述の通り、固定部材70の下面がステータコア41の上面に接触する。さらに、固定部材70の内周面が、軸受ハウジング22の第1外周面51に接触する。このため、弾性部材71の硬化中に、軸受ハウジング22に対するステータ24の位置ずれが生じることを抑制できる。
図3に示すように、固定部材70は、当該隙間412の上側を覆っている。より詳細には、固定部材70の外径は、軸受ハウジング22とステータコア41と径方向に対向する隙間412よりも大きい。固定部材70が、隙間412の上側を覆うように十分と大きいことで、弾性部材71の硬化時に、ステータ24の上部からの弾性部材71の流れ出しを防止することができる。また、弾性部材71を隙間412内に保持することができる。
図5に示すように、本実施形態のステータコア41は、内周面に、複数の凹部413を有する。複数の凹部413は、周方向に等間隔に配列される。各凹部413は、ステータコア41の内周面から、径方向外側に向かって窪む。そして、凹部413内に、弾性部材71の一部が位置する。このように、ステータコア41の内周面に、弾性部材71を保持する凹部413を設ければ、軸受ハウジング22とステータコア41との間に介在する弾性部材71の量のばらつきを抑制できる。また、ステータコア41の内周面のうち、凹部413以外の部分は、軸受ハウジング22の第1外周面51に直接接触する。これにより、軸受ハウジング22に対してステータコア41を、より精度よく位置決めできる。ただし、ステータコア41の内周面のうち、凹部413以外の部分が、軸受ハウジング22の第1外周面51に直接接している必要はなく、間隙を介してもよい。また、当該間隙に、弾性部材71が介在してもよい。
図3に示すように、弾性部材71の一部は、ステータコア41の下面と、段差面222との間に介在していてもよい。これにより、ステータコア41の下面から軸受ハウジング22への振動の伝達も抑制される。したがって、モータ1の駆動時の振動および騒音を、より低減できる。
図3および図4に示すように、ステータ24は、上面に軸方向下側に凹む環状の溝部421を有する。本実施形態において、溝部421は、軸受ハウジング22の外周面である第1外周面51、ステータコア41の上面、およびインシュレータ42の内面にて囲まれる部位である。固定部材70の少なくとも一部は、溝部421内に収容される。固定部材70の下面は、ステータコア41の上面と接している。ステータ24の上側に溝部421を設け、溝部421の内側に固定部材70を収容することで、モータの薄型化を行うことができる。たとえば、固定部材70は、コイル43の径方向内側に位置する。軸受ハウジング22とコイル43との径方向の隙間は、モータ1の構造において、デッドスペースとなる。当該デッドスペースに固定部材70を配置することで、コイル43の軸方向高さよりも低い位置で、ステータ24を軸受ハウジング22に固定することができる。これにより、モータ1の薄型化が可能となる。
<3.変形例>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。
図6は、一変形例に係る軸受ハウジング22A、ステータ24Aおよび固定部材70Aの斜視図である。図6の例では、固定部材70Aは、一部が部分的に断絶したリング状部材である。つまり、リング状のうち一部が開口しているCリング形状である。固定部材70AをCリング形状とすることで、固定部材70Aを軸受ハウジング22Aに圧入する際、圧入力を低減することができる。圧入力を低減することで、固定部材70Aをステータ24Aに対して、固定部材70Aの浮きを防止し、適切な位置に配置することができる。。
また、上記の実施形態では、軸受ハウジングとステータコアとの間に、弾性接着剤が介在していた。しかしながら、軸受ハウジングとステータコアとの間に介在する接着剤は、他の種類の接着剤であってもよい。また、軸受ハウジングとステータコアとは、接着剤を介することなく、直接接触していてもよい。ただし、弾性接着剤や熱硬化性接着剤のように、硬化に時間がかかる接着剤を用いる場合には、硬化が完了するまでの間に、軸受ハウジングに対するステータコアの位置ずれを抑制する必要がある。したがって、本発明が特に有用である。
また、図4および図5に示すように、ステータコア41の内周面において、径方向外側に窪む凹部413は、段差面222の外縁よりも径方向外方まで窪んでもよい。このとき、軸受ハウジング22とステータコア41との隙間412は、ステータコア41の下側に向かって貫通する。隙間412がステータコア41の下面へと抜ける貫通孔を有することで、弾性部材71の量を調整することができる。つまり、隙間412の空間容積よりも多量の弾性部材71が塗布された際に、余剰の弾性部材71は貫通孔を通して、隙間412の外部へ排出することができる。
本発明のモータの用途は、特に限定されない。本発明のモータは、例えば、回転部にインペラが取り付けられたファンモータであってもよい。
また、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
本発明は、モータに利用できる。
1 モータ
2 静止部
3 回転部
9 中心軸
21 ベースプレート
22,22A,軸受ハウジング
23 軸受
24, 24A ステータ
25 回路基板
31 シャフト
32 固定リング
33 ハブ
34 ロータマグネット
35 ロータホルダ
41, 41A ステータコア
42, 42A インシュレータ
43 コイル
51,第1外周面
52 第2外周面
70, 70A 固定部材
71 弾性部材
221 中間部
222 段差面
412 隙間
413 凹部
421 溝部
501 第1軸受保持部
502 第2軸受保持部
Claims (12)
- 静止部と、
上下に延びる中心軸を中心として、前記静止部に対して回転可能に支持される回転部と、
を有するモータであって、
前記静止部は、
前記中心軸の周囲において軸方向に延びる円筒状の軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングの径方向外側に配置されるステータおよび固定部材と、
を有し、
前記ステータは、
前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻かれる導線と、
磁性体であるステータコアと、
前記ステータコアの少なくとも一部を覆う絶縁体であるインシュレータと、
前記インシュレータを介して前記ステータコアに巻かれる導線と、
を有し、
前記軸受ハウジングは、
2つの軸受を保持する第1受保持部および第2 軸受保持部と、
前記第1 軸受保持部と前記第2 軸受保持部との上下方向の間に位置する中間部と、
を有し、
前記固定部材の下面は、前記ステータの上面と接触し、
さらに、前記固定部材は、前記中間部と径方向に対向する位置に固定されており、前記軸受ハウジングは、前記ステータコアと径方向に隙間を介して対向し、前記隙間には弾性部材が充填され、前記隙間は前記ステータコアの上端から下端にかけて貫通するモータ。 - 請求項1に記載のモータであって、
前記軸受ハウジングと前記固定部材とは、同じ非磁性金属材料であるモータ。 - 請求項1または請求項2に記載のモータであって、
前記固定部材は、環状のリング部材であるモータ。 - 請求項1または請求項2に記載のモータであって、
前記固定部材は、環状の一部が開口するリング部材であるモータ。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記中間部における前記軸受ハウジングの径方向厚みは、前記第1軸受保持部における前記軸受ハウジングの径方向厚みよりも大きいモータ。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記軸受ハウジングの外周面は、前記固定部材が配置される第1外周面と、前記第1外周面よりも上側に位置する第2外周面と、を有し、
前記中心軸を中心とする前記第1外周面の直径は、前記第2外周面の直径よりも大きいモータ。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記軸受ハウジングは、前記ステータコアの下面と軸方向に対向する円環状の段差面を有し、
前記弾性部材の一部が、前記ステータコアの下面と、前記段差面との間に介在するモータ。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記軸受ハウジングは、前記ステータコアの下面と軸方向に対向する円環状の段差面を有し、
前記中心軸を中心とする前記固定部材の外縁の半径は、前記段差面の外縁の半径よりも大きいモータ。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記ステータコアは、内周面に、径方向外側に向かって窪む複数の凹部を有し、
前記弾性部材の一部は、前記凹部内に位置するモータ。 - 請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記固定部材は、前記隙間の上側を覆っているモータ。 - 請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載のモータであって、
前記ステータは、上面に軸方向下側に凹む環状の溝部を有し、
前記固定部材の少なくとも一部は、前記溝部に収容されているモータ。 - 請求項11に記載のモータであって、
前記溝部は、前記軸受ハウジングの外周面、前記ステータコアの上面、および前記インシュレータの内周面とで形成され、
前記固定部材の下面は、前記ステータコアの上面と接触しているモータ。
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