JP6939792B2 - モータ - Google Patents
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Description
本発明は、モータに関する。
従来、エンジン冷却用のファン等として、モータの回転部に取り付けられたインペラにより、軸方向に空気を送る軸流ファンが利用されている。当該軸流ファンのモータでは、インペラの軸方向の反力を機械的に受ける構造が必要になる。
日本国特許第5064992号公報に開示されているブラシレスモータ10は、軸固定のアウターロータ型モータである。当該ブラシレスモータ10では、モータシャフト12に加わる軸方向の力は、センターピース16とモータシャフト12との圧入により受けられている。
日本国公開公報第2007−181325号公報に開示されている回転電機10では、ベアリング20の内輪20bは、ロータ14の端部14aに圧入されている。また、ベアリング20の外輪20aは、ケース24の小径部24bに圧入されている。小径部24bの内面には、ベアリング20よりも上側に位置する雌ネジ部24fが設けられている。雌ネジ部24fには、エンドプラグ28の雄ネジ部28bが取り付けられている。エンドプラグ28の下端はベアリング20の外輪20aに接触している。エンドプラグ28を回転させることにより、ベアリング20の外輪20aが軸方向に押される。
日本国特許第5064992号公報
日本国公開公報第2007−181325号公報
ところで、日本国特許第5064992号公報に開示されているブラシレスモータ10では、受け得る軸力は、センターピース16とモータシャフト12との圧入条件に依存するため、モータの信頼性向上に限界がある。また、当該ブラシレスモータ10は軸固定型であるため、ロータの振れ回り荷重もセンターピース16とモータシャフト12との圧入部分に加わる。したがって、ロータバランスに偏りが存在する場合、センターピース16が破損してモータシャフト12が抜けるおそれがある。
日本国公開公報第2007−181325号公報に開示されている回転電機10では、エンドプラグ28を過剰に回転させてベアリング20に過剰な与圧が付与されるおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、軸受機構に対する過剰予圧を防止することを目的としている。
本発明の一の実施形態に係る例示的なモータは、上下方向を向く中心軸を中心とするシャフトと、前記シャフトを回転可能に支持する軸受機構と、前記軸受機構の径方向外側に位置する電機子と、前記軸受機構および前記電機子が固定されたブラケットと、前記シャフトに接続された有蓋円筒状のロータと、を備える。前記ロータが、前記シャフトに接続された円板状のロータ蓋部と、前記ロータ蓋部の外縁部から下方に延びるロータ側壁部と、前記電機子の径方向外側にて前記電機子と径方向に対向し、前記ロータ側壁部の内周面に間接的または直接的に固定されたロータマグネットと、を備える。前記ブラケットが、外周面に前記電機子が固定されるとともに内周面に前記軸受機構が固定される円筒部を備える。前記軸受機構が、前記シャフトの下部を支持する下玉軸受と、前記下玉軸受よりも上側に位置してシャフトを支持する上玉軸受と、を備える。前記シャフトが、前記下玉軸受よりも下方に突出する雄ネジ部を下端部に有するシャフト本体と、前記雄ネジ部に取り付けられるナットと、を備える。前記下玉軸受の内輪の下面が、前記ナットの上面に接触する。前記下玉軸受の外輪の上面が、前記円筒部により上下方向に支持される。前記上玉軸受の内輪が、前記シャフト本体に対して上下方向に固定される。前記上玉軸受の外輪の下面が、弾性部材を介して前記円筒部により上下方向に支持される。
本発明では、軸受機構に対する過剰予圧を防止することができる。
図1は、本発明の例示的な一の実施形態に係るモータ1の外観を示す斜視図である。モータ1は、アウターロータ型のブラシレスモータである。モータ1は、例えば、軸流ファンにおいてインペラを回転させるために利用される。図2および図3は、図1とは異なる方向から見たモータ1の斜視図である。図4は、モータ1の縦断面図である。図4では、細部の断面における平行斜線を省略している。また、図4では、断面よりも奥側の構成、および、モータ1の外側面の一部も併せて描いている。
本明細書では、図4中におけるモータ1の中心軸J1方向の上側を単に「上側」と呼び、下側を単に「下側」と呼ぶ。本明細書における上側および下側は、実際の機器に組み込まれたときの重力方向上側および下側を示すものではない。以下の説明では、中心軸J1を中心とする周方向を、単に「周方向」と呼び、中心軸J1を中心とする径方向を、単に「径方向」と呼ぶ。また、中心軸J1に平行な方向を、「上下方向」または「軸方向」と呼ぶ。
モータ1は、静止部2と、回転部3と、軸受機構4と、を含む。軸受機構4は、回転部3を静止部2に対して回転可能に支持する。静止部2は、ブラケット21と、電機子22と、端子カバー部23と、回路基板27と、基板カバー部25と、バスバーユニット26と、を含む。回転部3は、シャフト31と、ロータ32と、を含む。軸受機構4は、下玉軸受41と、上玉軸受42とを含む。
図5は、ブラケット21の平面図である。図6は、ブラケット21の縦断面図である。図7は、ブラケット21の底面図である。図8は、モータ1の斜視断面図である。図8では、ブラケット21および回路基板27等を斜め下方から見た図を示す。また、図7および図8では、基板カバー部25の図示を省略している。
ブラケット21は、ブラケット底部211と、円筒部212と、ブラケット側壁部213と、を含む。ブラケット底部211、円筒部212およびブラケット側壁部213は、樹脂製の一繋がりの部材である。円筒部212は、上下方向を向く中心軸J1を中心とする略円筒状の部位である。ブラケット底部211は、中心軸J1に略垂直な板状の部位である。ブラケット底部211は、円筒部212の下端部から径方向外方に延びる。換言すれば、円筒部212は、ブラケット底部211から上方に延びる。ブラケット底部211は、平面視において中心軸J1を中心とする略円環状である。
ブラケット側壁部213は、ブラケット底部211の外周部から上方に延びる。ブラケット側壁部213は、円筒部212の径方向外側に配置される。ブラケット側壁部213は、中心軸J1を中心とする略円筒部の周方向の一部が欠如している。平面視において、ブラケット側壁部213はC字状等の略円弧状である。
図4に示すように、ブラケット21の円筒部212の内周面には、軸受機構4が固定される。詳細には、軸受機構4の下玉軸受41が、円筒部212の下部の内周面に固定される。また、上玉軸受42は、円筒部212の上部の内周面に固定される。以下の説明では、円筒部212のうち、下玉軸受41の上面と上玉軸受42の下面との間の部位を「円筒中央部291」と呼ぶ。
円筒中央部291の内径は、円筒部212のうち下玉軸受41と接触する部位の内径、および、下玉軸受41の外径よりも小さい。また、円筒中央部291の内径は、円筒部212のうち上玉軸受42と接触する部位の内径、および、上玉軸受42の外径よりも小さい。換言すれば、円筒中央部291は、円筒中央部291の下側および上側の部位よりも径方向内方へと突出する小径部である。円筒中央部291は、円筒中央部291の下側および上側の部位と一繋がりの部位である。
ブラケット21の円筒部212の外周面には、電機子22が固定される。電機子22は、軸受機構4の径方向外側に位置する。電機子22の下側はブラケット底部211により覆われる。電機子22は、バスバーユニット26に電気的に接続される。電機子22は、バスバーユニット26および後述する端子242を介して、図示省略の外部電源に電気的に接続される。
電機子22は、コアバック部221と、複数のティース222と、インシュレータ223と、複数のコイル224と、を含む。コアバック部221は、中心軸J1を中心とする環状の部位である。コアバック部221は、ブラケット21の円筒部212の外周面に固定される。複数のティース222は、コアバック部221から径方向外方に放射状に延びる。複数のティース222は、周方向において略等角度間隔に配置される。コアバック部221および複数のティース222は、例えば、一繋がりの金属製の部材である。インシュレータ223は、複数のティース222の表面を被覆する絶縁体である。複数のコイル224は、インシュレータ223上から複数のティース222に導線を巻回することにより形成される。本実施形態では、複数のコイル224は、3相コイルである。
バスバーユニット26は、複数のバスバー261と、バスバー保持部262と、バスバーカバー部263と、を含む。バスバーユニット26は、中心軸J1を中心とする略円弧状または略円環状の部材である。バスバーユニット26は、電機子22の鉛直下方に配置される。複数のバスバー261には、複数のコイル224が電気的に接続される。各バスバー261は、導電性の部材である。各バスバー261は、中心軸J1を中心とする略円弧状または略円環状の部材である。
図4に示す例では、バスバー261の数は3である。複数のバスバー261は、U相バスバーと、V相バスバーと、W相バスバーと、を含む。U相バスバーは、複数のコイル224のうちU相の複数のコイル224を互いに接続する。V相バスバーは、複数のコイル224のうちV相の複数のコイル224を互いに接続する。W相バスバーは、複数のコイル224のうちW相の複数のコイル224を互いに接続する。
バスバー保持部262は、複数のバスバー261を保持する。バスバー保持部262は、絶縁性の部材である。バスバー保持部262は、中心軸J1を中心とする略円弧状または略円環状の部材である。バスバー保持部262は、天蓋部と、内側壁部と、外側壁部と、を含み、下方に向けて開口される。バスバー保持部262の天蓋部は、インシュレータ223の下面に位置決めされて固定される。これにより、バスバーユニット26が電機子22に対して位置決めされる。複数のバスバー261は、バスバー保持部262の内部空間に収容される。各バスバー261は、バスバー保持部262の天蓋部の下面に設けられた溝部に固定される。
バスバーカバー部263は、バスバー保持部262の下端部に取り付けられ、バスバー保持部262の下部開口を塞ぐ。これにより、バスバー保持部262内の複数のバスバー261の少なくとも一部が、バスバーカバー部263により下側から覆われる。好ましくは、複数のバスバー261の全体が、バスバーカバー部263により下側から覆われる。本実施形態では、バスバー保持部262とバスバーカバー部263とによりバスバーケースが構成される。複数のバスバー261は、当該バスバーケースの内部空間に収容される。バスバーケースの内部空間は、好ましくは、外部から隔離された密閉空間である。バスバーカバー部263は、絶縁性の部材である。モータ1では、バスバーケースの内部空間、すなわち、バスバー保持部262とバスバーカバー部263とによって囲まれる領域が、樹脂にて埋められていてもよい。換言すれば、バスバーケース内部の複数のバスバー261が、樹脂によりモールドされてもよい。
バスバーユニット26は、中性点バスバー264をさらに含む。中性点バスバー264は、複数のコイル224の中性点を結線する。中性点バスバー264は、導電性の部材である。中性点バスバー264は、中心軸J1を中心とする略円弧状または略円環状の部材である。図4に示す例では、中性点バスバー264は、バスバー保持部262によっては保持されず、上記バスバーケースの外部に配置される。具体的には、中性点バスバー264は、コアバック部221の径方向内側において、インシュレータ223により保持される。
ブラケット21は、端子保持部214をさらに含む。端子保持部214は、ブラケット底部211の外周部から径方向外方に延びる。具体的には、端子保持部214は、ブラケット底部211の外周部のうち、ブラケット側壁部213が存在しない部位から径方向外方に延びる。端子保持部214は、中心軸J1に略垂直な板状の部位である。端子保持部214は、平面視において略矩形状である。端子保持部214は、端子カバー部23により上側から覆われる。
端子カバー部23は、平面視において端子保持部214とおよそ同じ大きさの略矩形状である。
端子カバー部23は、平面視において端子保持部214とおよそ同じ大きさの略矩形状である。
端子保持部214は、保持部本体241と、端子242と、凸部243と、を含む。保持部本体241は、ブラケット底部211の外周部に接続される板状の部材である。保持部本体241およびブラケット底部211は、樹脂製の一繋がりの部材である。端子242は、保持部本体241の上面に配置される。図5に示す例では、3つの端子242が、保持部本体241上に設けられる。3つの端子242には、上述の3つのバスバー261がそれぞれ、電気的に接続される。また、各端子242には、外部電源からのリード線(図示省略)が電気的に接続される。当該リード線は、例えば、端子242のネジが締められることにより、端子242に固定される。
凸部243は、保持部本体241の下面から下方に突出する。以下の説明では、凸部243を「保持凸部243」という。保持凸部243は、端子242よりも径方向外側、または、端子242と径方向の略同じ位置に位置する。図6および図7に示す例では、2つの保持凸部243が、端子242よりも径方向外側において、保持部本体241の径方向外側の端部に位置する。換言すれば、保持凸部243は、保持部本体241のうち、ブラケット底部211から径方向に最も離れた端部に位置する。2つの保持凸部243は、保持部本体241の周方向の両側の端部に配置される。各保持凸部243は、端子保持部214のうち保持凸部243の周囲の部位よりも厚い。
各保持凸部243は、下方に開口する略円筒状の部位である。各保持凸部243の内部には、図示省略のナットが配置される。2つの保持凸部243内の上記ナットに、端子カバー部23を上側から貫通する図示省略の2本のボルトが螺合することにより、端子カバー部23が端子保持部214に固定される。端子保持部214に設けられる保持凸部243の数は、適宜変更されてよい。例えば、端子保持部214は、1つまたは3つ以上の保持凸部243を含んでいてもよい。
ブラケット21は、ブラケット凸部215をさらに含む。ブラケット凸部215は、ブラケット底部211の下面から下方に突出する。図6および図7に示す例では、4つのブラケット凸部215が、円筒部212の外周面よりも径方向外側に位置する。4つのブラケット凸部215は、略等角度間隔にて略同心円上に配置される。各ブラケット凸部215は、下方に開口する略円筒状の部位である。ブラケット凸部215の内部空間は、ブラケット底部211を上下方向に貫通する貫通孔の一部である。ブラケット凸部215は、例えば、モータ1の対象物への取り付けに利用される。各ブラケット凸部215の下端と、端子保持部214の各保持凸部243の下端とは、上下方向の略同じ位置に位置する。ブラケット21に設けられるブラケット凸部215の数は、適宜変更されてよい。例えば、ブラケット21は、1つまたは2つ以上のブラケット凸部215を含んでいてもよい。
ブラケット21は、基板保持部216をさらに含む。基板保持部216は、ブラケット側壁部213に接続される。基板保持部216は、ブラケット側壁部213から径方向外側に突出する。基板保持部216は、端子保持部214とは周方向の異なる位置において、ブラケット側壁部213に接続されている。図5および図7に示す例では、基板保持部216は、端子保持部214から周方向に約90度ずれた位置に配置されている。基板保持部216は、例えば樹脂製である。基板保持部216は、ブラケット側壁部213と一繋がりの部材である。
基板保持部216は、第1部位216aと、第2部位216bと、を含む。第1部位216aは、中心軸J1に略垂直な略平板状の部位である。第1部位216aは、ブラケット側壁部213から径方向外方へと延びる。第2部位216bは、第1部位216aの径方向外側の縁部から下方へと延びる。換言すれば、基板保持部216は、下方に向けて開口されている。
回路基板27は、基板保持部216により保持される。図8に示す例では、回路基板27は、基板保持部216の第1部位216aの下側に配置され、第1部位216aの下面に固定される。回路基板27の径方向外側には、基板保持部216の第2部位216bが配置される。回路基板27は、電機子22およびバスバーユニット26よりも径方向外側に配置される。
回路基板27には、ホール素子271が実装される。ホール素子271は、ホール効果を利用した磁気センサであり、後述するロータマグネット341の位置検出に利用される。本明細書におけるホール素子は、ホール素子単体のみならず、ホール素子を利用したホールIC等も含む概念である。本実施形態では、3つのホール素子271が、回路基板27の上面にリード線を介して実装される。また、回路基板27には、無線通信する通信部(図示省略)も搭載されている。当該通信部は、例えば、マイクロコンピュータである。
ホール素子271は、ブラケット側壁部213により保持される。図5、図7および図8に示す例では、3つのホール素子271が、回路基板27から上方に離間した位置において、ブラケット側壁部213に設けられた3つの素子取付穴272に下方から挿入される。3つのホール素子271は、周方向に略等角度間隔にて配置される。図8に示す例では、各ホール素子271は、ロータマグネット341の下側に位置する。換言すれば、各ホール素子271は、ロータマグネット341の下方において、ロータマグネット341と径方向のおよそ同じ位置に位置する。さらに換言すれば、各ホール素子271は、ロータマグネット341と上下方向に重なる位置に配置され、ロータマグネット341の下面と上下方向に対向する。
図3に例示するように、ブラケット21の基板保持部216の下端部には、基板カバー部25が取り付けられる。基板カバー部25は、基板保持部216およびブラケット底部211に対して、着脱自在に取り付けられる。基板カバー部25は、例えば、スナップフィット構造によりブラケット21に取り付けられる。基板カバー部25は、回路基板27および基板保持部216を下側から覆う。基板カバー部25は、好ましくは樹脂製である。
シャフト31は、中心軸J1を中心とする略円柱状または略円筒状の部材である。シャフト31は、例えば金属製である。シャフト31は、例えば、アルミニウム合金により形成される。図4に示すように、シャフト31は、軸受機構4により回転可能に支持される。詳細には、軸受機構4の下玉軸受41は、シャフト31の下部を支持する。上玉軸受42は、下玉軸受41よりも上側に位置してシャフト31を支持する。
シャフト31は、シャフト本体311と、ナット312と、を含む。シャフト本体311は、中心軸J1を中心とする略円柱状または略円筒状の部材である。図4に示す例では、シャフト本体311は略円筒状の中空シャフトである。シャフト本体311の下端部には、雄ネジ部313が設けられる。雄ネジ部313の外径は、下玉軸受41の内径よりも小さい。また、雄ネジ部313の外径は、シャフト本体311のうち雄ネジ部313の上側の部位の外径よりも小さい。雄ネジ部313の上側の当該部位の下面は、雄ネジ部313の上端と上下方向の同じ位置に位置する。換言すれば、シャフト本体311では、雄ネジ部313の上端に、径方向外方へと延びる段差部が設けられる。雄ネジ部313は、下玉軸受41よりも下方に突出する。下玉軸受41の内輪411の下面は、雄ネジ部313の上端よりも下側に位置する。なお、下玉軸受41の内輪411の下面と、雄ネジ部313の上端とは、上下方向のおよそ同じ位置に位置してもよい。
ナット312は、シャフト本体311の下側から雄ネジ部313に取り付けられる。雄ネジ部313は、好ましくは、シャフト31の回転方向に応じて緩まない方向にネジ切りされる。例えば、軸方向上側から見て、シャフト31の回転方向が時計回りの場合、雄ネジ部313は、右にネジ切りされる。ナット312は、好ましくは、緩み止め構造を有する緩み止めナットである。ナット312として、緩み止めナット以外の種類のナットが利用されてもよい。
ナット312の上面には、下玉軸受41の内輪411の下面が接触する。ナット312の上面は、雄ネジ部313の上端よりも下側に位置する。下玉軸受41の内輪411の上面は、シャフト本体311のシャフト下突出部314の下面に接触する。したがって、下玉軸受41の内輪411は、ナット312とシャフト下突出部314との間に挟まれる。シャフト下突出部314は、下玉軸受41の上側にて、下玉軸受41の内周縁よりも径方向外側に突出する。図4に示す例では、シャフト下突出部314は、シャフト本体311のうちシャフト下突出部314の径方向内側の部位に取り付けられたCリングである。なお、シャフト下突出部314は、シャフト本体311のうちシャフト下突出部314の周囲の部位と一繋がりの段差部であってもよい。あるいは、シャフト本体311とは別部材である略円筒状のカラーが、シャフト本体311の外周面に固定され、シャフト下突出部314として利用されてもよい。当該カラーは、例えば、金属製または樹脂製である。
下玉軸受41の外輪412の上面は、円筒中央部291の下面に接触する。これにより、下玉軸受41の外輪412の上面が、円筒部212により上下方向に支持される。下玉軸受41の外輪412の下面は、円筒部212のブラケット下突出部292の上面に接触する。すなわち、下玉軸受41の外輪412は、ブラケット下突出部292と円筒中央部291との間に挟まれる。ブラケット下突出部292は、下玉軸受41の下側にて、下玉軸受41の外周縁よりも径方向内側に突出する。図4に示す例では、ブラケット下突出部292は、円筒部212のうちブラケット下突出部292の径方向外側の部位に取り付けられたCリングである。なお、ブラケット下突出部292は、円筒部212のうちブラケット下突出部292の周囲の部位と一繋がりの段差部等であってもよい。
上玉軸受42の内輪421の上面は、シャフト本体311のシャフト上突出部315の下面に接触する。これにより、上玉軸受42の内輪421が、シャフト本体311に対して上下方向に固定される。シャフト上突出部315は、上玉軸受42の上側にて、上玉軸受42の内周縁よりも径方向外側に突出する。図4に示す例では、シャフト上突出部315は、シャフト本体311のうちシャフト上突出部315の周囲の部位と一繋がりの段差部である。なお、シャフト上突出部315は、シャフト本体311のうちシャフト上突出部315の径方向内側の部位に取り付けられたCリングであってもよい。あるいは、上玉軸受42の内輪421がシャフト本体311に圧入されることにより、当該内輪421がシャフト本体311に対して上下方向に固定されてもよい。この場合、シャフト上突出部315は設けられなくてもよい。
上玉軸受42の外輪422の下面は、弾性部材43に接触する。弾性部材43は、円筒中央部291の上面に接触する。これにより、上玉軸受42の外輪422の下面が、弾性部材43を介して円筒部212により上下方向に支持される。弾性部材43は、中心軸J1を中心とする略円環状である。平面視において、弾性部材43はC字状等の略円弧状であってもよい。弾性部材43は、例えば薄板バネである。本実施形態では、弾性部材43として波ワッシャが利用される。
モータ1では、ナット312を締めることにより、シャフト本体311が僅かに下方へと移動する。上玉軸受42は、シャフト上突出部315により下方へと押され、シャフト本体311と共に下方へと移動する。弾性部材43は、上玉軸受42により下方へと押し付けられて弾性変形し、上下方向に圧縮される。また、下玉軸受41は、シャフト下突出部314により下方へと押され、ナット312およびブラケット下突出部292と、シャフト下突出部314とにより挟持される。これにより、シャフト31に対する下玉軸受41の上下方向の相対位置が、精度良く固定される。
下玉軸受41の外輪412の上面は、必ずしも円筒中央部291の下面に接触する必要はない。また、上玉軸受42の外輪422の下面に接触する弾性部材43は、必ずしも円筒中央部291の上面に接触する必要はない。
例えば、円筒中央部291の内径が、円筒中央部291の下側および上側の部位とおよそ同じであり、円筒中央部291の内周面に、円筒中央部291とは別部材である略円筒状のカラーが固定されてもよい。当該カラーは、例えば、金属製または樹脂製である。当該カラーの上下方向の高さは、円筒中央部291の上下方向の高さとおよそ同じである。この場合、下玉軸受41の外輪412の上面は、円筒部212の当該カラーの下面に接触する。また、上玉軸受42の外輪422の下面は、弾性部材43を介して当該カラーの上面に接触する。これにより、下玉軸受41の外輪412の上面は、円筒部212により上下方向に支持される。また、上玉軸受42の外輪422の下面は、弾性部材43を介して円筒部212により上下方向に支持される。
あるいは、円筒中央部291の内径が、円筒中央部291の下側および上側の部位とおよそ同じであり、円筒中央部291の内周面に、円筒中央部291とは別部材である2つのCリングが固定されてもよい。一方のCリングは、円筒中央部291の下端に配置され、他方のCリングは、円筒中央部291の上端に配置される。この場合、下玉軸受41の外輪412の上面は、当該一方のCリングの下面に接触する。また、上玉軸受42の外輪422の下面は、弾性部材43を介して当該他方のCリングの上面に接触する。これにより、下玉軸受41の外輪412の上面は、円筒部212により上下方向に支持される。また、上玉軸受42の外輪422の下面は、弾性部材43を介して円筒部212により上下方向に支持される。
シャフト31は、シャフトフランジ部316をさらに含む。シャフトフランジ部316は、シャフト本体311の上部から径方向外方に延びる。シャフトフランジ部316は、中心軸J1を中心とする略円環板状の部位である。シャフトフランジ部316は、上玉軸受42から上方に離れた位置に位置する。シャフトフランジ部316およびシャフト本体311は、一繋がりの金属製の部材である。
シャフト本体311の上端部には、雄ネジ部317が設けられる。雄ネジ部317は、シャフトフランジ部316よりも上側に位置する。雄ネジ部317には、例えば、軸流ファンのインペラが取り付けられる。
図9は、シャフト31およびロータ32の縦断面図である。図10は、シャフト31およびロータ32の底面図である。ロータ32は、シャフト31に接続される。ロータ32は、中心軸J1を中心とする有蓋略円筒状の部材である。
ロータ32は、下方に向けて開口される。
ロータ32は、下方に向けて開口される。
ロータ32は、ロータ蓋部321と、ロータ側壁部322と、ロータマグネット341と、ロータヨーク342と、送風板部325と、ロータ拡径部328と、ロータ下側壁部329と、を含む。ロータ蓋部321は、シャフト31に接続される。ロータ蓋部321は、中心軸J1を中心とする略円板状の部位である。ロータ側壁部322は、ロータ蓋部321の外縁部から下方に延びる。ロータ側壁部322は、中心軸J1を中心とする略円筒状の部位である。ロータ蓋部321とロータ側壁部322との接続部の内面323は、径方向外方に向かうに従って下方へと向かう傾斜面である。
ロータ拡径部328は、ロータ側壁部322の下端部から径方向外方かつ下方に延びる。ロータ拡径部328の内周面および外周面はそれぞれ、中心軸J1を中心とする略円錐台の側面である。ロータ下側壁部329は、ロータ拡径部328の外周部から下方に延びる。ロータ下側壁部329は、中心軸J1を中心とする略円筒状の部位である。ロータ下側壁部329の内径は、ブラケット側壁部213の外径よりも大きい。図4に示す例では、ロータ下側壁部329の内周面は、ブラケット側壁部213の外周面と径方向に対向する。また、ブラケット側壁部213の上端は、ロータ拡径部328と上下方向に対向する。
図9および図10に示すように、送風板部325は、ロータ蓋部321の下面に接続される。送風板部325は、ロータ蓋部321の径方向の中央部から径方向外方へと延びる。送風板部325は、複数の送風板326を含む。複数の送風板326は、ロータ蓋部321の下面において、中心軸J1を中心として放射状に配置される。
各送風板326は、ロータ蓋部321の径方向の中央部から径方向外方へと延びる略平板状の部位である。ロータ蓋部321の径方向の中央部とは、例えば、平面視においてブラケット21の円筒部212の上端外周縁よりも内側に位置する部位である。平面視において、各送風板326は、径方向に平行に略直線状に延びる。また、平面視において、各送風板326は、送風板326の中央を通って径方向に延びる中心線に対して略線対称である。各送風板326の下端縁は、水平方向に略平行に延びる。複数の送風板326は、周方向において略等角度間隔に配置される。
図10に示す例では、送風板部325は、8つの送風板326を含む。図9では、中心軸J1の右側には、送風板326を含む断面を描き、中心軸J1の左側には、送風板326を含まない断面を描いている。上述の図4においても同様である。送風板326の数、形状および配置等は、適宜変更されてよい。例えば、送風板326は、平面視において径方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。また、送風板部325に含まれる送風板326の数は、1であってもよく、2以上であってもよい。
図9中の左側に示すように、モータ1では、ロータ32を径方向に貫通するアウトレット327が設けられる。アウトレット327は、送風板部325よりも径方向外側に位置する。図9に示す例では、アウトレット327は、ロータ側壁部322に配置され、ロータ側壁部322を径方向に貫通する。アウトレット327は、ロータマグネット341よりも上側に位置する。
図1ないし図3に示す例では、ロータ32に8つのアウトレット327が設けられる。8つのアウトレット327は、上下方向の略同じ位置において、周方向に略等角度間隔に配置される。各アウトレット327の周方向の位置は、周方向に隣接する2つの送風板326の間である。各アウトレット327の径方向の外端部の開口は、周方向に延びる略帯状である。ロータ32に設けられるアウトレット327の数、形状、大きさおよび位置は、適宜変更されてよい。例えば、ロータ32に設けられるアウトレット327の数は、1であってもよく、2以上であってもよい。
図9に示す例では、アウトレット327は、径方向外方に向かうに従って下方へと向かう。アウトレット327の径方向の内端部は、ロータ蓋部321とロータ側壁部322との接続部の内面323よりも下側に位置する。アウトレット327の径方向の外端部の上端は、アウトレット327の径方向の内端部の下端よりも下側に位置する。
アウトレット327の水平方向に対する傾斜角度は、ロータ拡径部328の外周面の水平方向に対する傾斜角度と実質的に同じである。本実施形態では、当該傾斜角度は約40度である。アウトレット327の水平方向に対する傾斜角度とは、図9において、アウトレット327の下面の断面と左右方向との成す鋭角の角度である。ロータ拡径部328の外周面の水平方向に対する傾斜角度とは、図9において、当該外周面の断面と左右方向との成す鋭角の角度である。ロータ拡径部328の外周面の水平方向に対する傾斜角度は、アウトレット327の水平方向に対する傾斜角度以上であればよい。
ロータマグネット341は、ロータ側壁部322の内周面に固定される。ロータマグネット341は、周方向に配置された複数の磁極を含む。ロータマグネット341は、電機子22の径方向外側にて、電機子22と径方向に対向する。図9に示す例では、ロータマグネット341とロータ側壁部322との間にロータヨーク342が位置する。換言すれば、ロータマグネット341は、ロータヨーク342を介して、ロータ側壁部322の内周面に間接的に固定される。ロータヨーク342は、金属製である。ロータヨーク342は、中心軸J1を中心とする略円筒状の部材である。なお、モータ1では、ロータヨーク342が省略され、ロータマグネット341が、ロータ側壁部322の内周面に直接的に固定されてもよい。
図9に示す例では、ロータ蓋部321、ロータ側壁部322、ロータ拡径部328、ロータ下側壁部329および送風板部325は、一繋がりの樹脂製の部材である。また、ロータ蓋部321、ロータ側壁部322、ロータ拡径部328、ロータ下側壁部329および送風板部325と、シャフト31とは、インサート成形により形成された一体成形品である。シャフトフランジ部316は、ロータ蓋部321の径方向の上記中央部により保持される。好ましくは、ロータ蓋部321は、シャフトフランジ部316の上面と側面と下面とを覆う。詳細には、ロータ蓋部321は、シャフトフランジ部316の上面の少なくとも一部と、側面の少なくとも一部と、下面の少なくとも一部とを覆う。
シャフトフランジ部316には、軸方向に貫通する貫通孔318が設けられる。貫通孔318には、ロータ蓋部321と一繋がりの樹脂が埋められている。貫通孔318内の樹脂により、ロータ蓋部321のうちシャフトフランジ部316の上面を覆う部位と、シャフトフランジ部316の下面を覆う部位とが接続される。換言すれば、ロータ蓋部321のうちシャフトフランジ部316を上下から挟む部位が、貫通孔318を介して連続している。
図3ないし図7に示すように、モータ1では、ブラケット21を貫通する複数のインレット217が設けられる。複数のインレット217はそれぞれ、ブラケット底部211を上下方向に貫通する貫通孔である。各インレット217は、ブラケット21の円筒部212よりも径方向外側に位置する。各インレット217は、中心軸J1を中心とする略円弧状である。複数のインレット217のうち少なくとも一部のインレット217は、電機子22の鉛直下方に配置される。上下方向において、当該少なくとも一部のインレット217と電機子22との間には、上述のバスバーユニット26が位置する。なお、ブラケット21に設けられるインレット217の数、形状、大きさおよび位置は、適宜変更されてよい。例えば、ブラケット21に設けられるインレット217の数は、1であってもよく、2以上であってもよい。
モータ1では、端子242およびバスバーユニット26を介してコイル224に電流が供給されることにより、コイル224とロータマグネット341との間にトルクが発生する。これにより、回転部3が、すなわち、シャフト31およびロータ32が、中心軸J1を中心として回転する。回転部3は、平面視における時計回り方向および反時計回り方向の双方に回転可能である。モータ1では、上述のホール素子271により、回転するロータマグネット341の磁極の周方向における位置が検出される。以下の説明では、ロータマグネット341の磁極の周方向における位置の検出を、単に、ロータマグネット341の位置検出ともいう。この場合のロータマグネット341の位置とは、周方向における回転位置である。
モータ1では、ロータ32の送風板部325が回転することにより、ロータ蓋部321の下方におけるロータ蓋部321近傍の空気が、径方向外方に向かって流れ、ロータ側壁部322のアウトレット327からモータ1の外部へと送出される。
また、ブラケット底部211のインレット217からモータ1の内部に空気が流入し、モータ1の内部において、送風板部325に向かって上方へと流れる。これにより、モータ1の内部に、インレット217から送風板部325近傍を経由してアウトレット327へと至る空気の流れが形成される。その結果、モータ1の内部の構造が冷却される。送風板部325は、モータ1の内部を冷却する冷却フィンである。また、インレット217は、モータ1の内部に空気が流入する流入口であり、アウトレット327は、モータ1の内部の空気が流出する流出口である。
また、ブラケット底部211のインレット217からモータ1の内部に空気が流入し、モータ1の内部において、送風板部325に向かって上方へと流れる。これにより、モータ1の内部に、インレット217から送風板部325近傍を経由してアウトレット327へと至る空気の流れが形成される。その結果、モータ1の内部の構造が冷却される。送風板部325は、モータ1の内部を冷却する冷却フィンである。また、インレット217は、モータ1の内部に空気が流入する流入口であり、アウトレット327は、モータ1の内部の空気が流出する流出口である。
図11は、上述のモータ1を利用した軸流ファン10を示す断面図である。軸流ファン10は、モータ1と、インペラ11と、を含む。インペラ11は、ロータ32よりも上側において、シャフト31の上端部に取り付けられる。具体的には、インペラ11は、シャフト本体311の上端部の雄ネジ部317に取り付けられる。インペラ11は、例えば、ロータ32の上側から下方へと風を送る。
以上に説明したように、モータ1は、シャフト31と、軸受機構4と、電機子22と、ブラケット21と、ロータ32と、を含む。シャフト31は、上下方向を向く中心軸J1を中心とする。軸受機構4は、シャフト31を回転可能に支持する。電機子22は、軸受機構4の径方向外側に位置する。軸受機構4および電機子22は、ブラケット21に固定される。ロータ32は有蓋円筒状であり、シャフト31に接続される。
ロータ32は、ロータ蓋部321と、ロータ側壁部322と、ロータマグネット341と、を含む。ロータ蓋部321は円板状であり、シャフト31に接続される。ロータ側壁部322は、ロータ蓋部321の外縁部から下方に延びる。ロータマグネット341は、ロータ側壁部322の内周面に間接的または直接的に固定される。ロータマグネット341は、電機子22の径方向外側にて電機子22と径方向に対向する。ブラケット21は、円筒部212を含む。円筒部212の外周面には、電機子22が固定される。円筒部212の内周面には、軸受機構4が固定される。
軸受機構4は、下玉軸受41と、上玉軸受42と、を含む。下玉軸受41は、シャフト31の下部を支持する。上玉軸受42は、下玉軸受41よりも上側に位置してシャフト31を支持する。シャフト31は、シャフト本体311と、ナット312と、を含む。シャフト本体311は、下玉軸受41よりも下方に突出する雄ネジ部313を下端部に有する。ナット312は、雄ネジ部313に取り付けられる。
下玉軸受41の内輪411の下面は、ナット312の上面に接触する。下玉軸受41の外輪412の上面は、円筒部212により上下方向に支持される。上玉軸受42の内輪421は、シャフト本体311に対して上下方向に固定される。上玉軸受42の外輪422の下面は、弾性部材43を介して円筒部212により上下方向に支持される。
モータ1では、ナット312を締めることにより、下玉軸受41がナット312と円筒部212との間に挟まれて固定される。これにより、シャフト31に対する下玉軸受41の上下方向の相対位置を、精度良く決定することができる。また、ナット312を締めることにより、上玉軸受42がシャフト本体311と共に下方へと移動し、弾性部材43を介して円筒部212により下側から支持される。これにより、ブラケット21に対する上玉軸受42の上下方向の相対位置を、精度良く決定することができる。
さらに、上玉軸受42を支持する弾性部材43が弾性変形することにより、ナット312を強く締めた場合であっても、上玉軸受42に下向きの過剰な力が加わることを防止することができる。その結果、軸受機構4に対する過剰予圧を防止することができる。また、シャフト31に対して固定された下玉軸受41および上玉軸受42により、円筒部212の円筒中央部291を上下から挟むことにより、シャフト31のブラケット21からの抜けを防止することができる。
円筒部212は、ブラケット下突出部292を含む。ブラケット下突出部292は、下玉軸受41の下側にて径方向内側に突出する。ブラケット下突出部292は、下玉軸受41の外輪412の下面に接触する。ブラケット下突出部292は、下玉軸受41に加わる下向きの荷重を、下方から支持する。したがって、例えば、回転部3に下向きの瞬間的な荷重が加わった場合であっても、ブラケット下突出部292が下玉軸受41を介して回転部3を支持することにより、シャフト31およびロータ32が下方へと移動することを防止することができる。
シャフト本体311は、シャフト下突出部314を含む。シャフト下突出部314は、下玉軸受41の上側にて径方向外側に突出する。シャフト下突出部314は、下玉軸受41の内輪411の上面に接触する。これにより、下玉軸受41が、シャフト下突出部314とナット312との上下方向の間隙を維持するスペーサの役割を果たす。その結果、ナット312の過剰な締め付けを防止することができ、軸受機構4に対する過剰予圧を好適に防止することができる。また、弾性部材43が過剰に圧縮されることを防止することができる。さらには、シャフト31に対する下玉軸受41の上下方向の相対位置を、さらに精度良く決定することができる。
上述のように、雄ネジ部313の外径は、下玉軸受41の内径よりも小さい。また、下玉軸受41の内輪411の下面は、雄ネジ部313の上端よりも下側に位置する。これにより、ナット312を締める際に、ナット312の上面と下玉軸受41の内輪411の下面とを接触させることができる。その結果、シャフト31およびロータ32の上下方向の移動を、好適に防止することができる。また、モータ1の組み立て工程において、シャフト31を下玉軸受41に挿入する際に、下玉軸受41の内輪411にシャフト31が接触して下玉軸受41またはシャフト31が破損することを抑制することができる。
シャフト本体311は、シャフト上突出部315を含む。シャフト上突出部315は、上玉軸受42の上側にて径方向外側に突出する。モータ1では、シャフト上突出部315が、上玉軸受42の内輪421の上面に接触することにより、上玉軸受42の内輪421がシャフト本体311に対して上下方向に固定される。このように、シャフト上突出部315により上玉軸受42が上側に移動することを防止することにより、上玉軸受42をシャフト本体311に対して好適に固定することができる。
上述のように、ロータ32は、ロータ拡径部328と、ロータ下側壁部329と、をさらに含む。ロータ拡径部328は、ロータ側壁部322の下端部から径方向外方に延びる。ロータ下側壁部329は、ロータ拡径部328の外周部から下方に延びる。ブラケット21は、ブラケット底部211と、ブラケット側壁部213と、をさらに含む。ブラケット底部211は、円筒部212の下端部から径方向外方に延びる。ブラケット側壁部213は、ブラケット底部211の外周部から上方に延びる。
ブラケット側壁部213の外周面は、ロータ下側壁部329の内周面と径方向に対向する。ブラケット側壁部213の上端は、ロータ拡径部328の上下方向に対向する。これにより、ロータ32とブラケット21との間に、モータ1の内部と外部と接続するラビリンスが形成される。当該ラビリンスは、ロータ下側壁部329およびロータ拡径部328と、ブラケット側壁部213とにより形成される。その結果、ロータ32とブラケット21との間からモータ1の内部に異物が侵入することを、防止または抑制することができる。
なお、ロータ拡径部328は、図4に示す例では、ロータ側壁部322の下端部から径方向外方かつ下方に延びるが、例えば、ロータ側壁部322の下端部から径方向外方に略水平に延びてもよい。この場合であっても、上記ラビリンスが形成されることにより、ロータ32とブラケット21との間からモータ1の内部に異物が侵入することを、防止または抑制することができる。
モータ1では、ナット312は緩み止めナットである。これにより、ロータ32の回転速度の変動に起因する慣性力等によりナット312が緩むことを、防止または抑制することができる。
上述のモータ1では、様々な変更が可能である。
ブラケット21の円筒部212では、ブラケット下突出部292は設けられなくてもよい。シャフト本体311では、シャフト下突出部314は設けられなくてもよい。また、シャフト本体311では、シャフト上突出部315も設けられなくてもよい。
モータ1では、ロータ32とブラケット21との間の上記ラビリンスは、必ずしも設けられなくてよい。
モータ1のブラケット21、シャフト31およびロータ32の形状、構造および材料は、様々に変更されてよい。モータ1は、必ずしも3相モータには限定されず、様々な種類のモータであってよい。モータ1は、軸流ファン10以外の様々な装置に利用されてよい。
上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。
本発明に係るモータは、様々な用途のモータとして利用可能である。
当該モータは、好ましくは軸流ファンに利用される。
当該モータは、好ましくは軸流ファンに利用される。
1…モータ、 4…軸受機構、 10…軸流ファン、 11…インペラ、 21…ブラケット、 22…電機子、 23…端子カバー部、 25…基板カバー部、 26…バスバーユニット、 27…回路基板、 31…シャフト、 32…ロータ、 41…下玉軸受、 42…上玉軸受、 43…弾性部材、 211…ブラケット底部、 212…(ブラケットの)円筒部、 213…ブラケット側壁部、 214…端子保持部、 215…ブラケット凸部、 216…基板保持部、 217…インレット、 221…コアバック部、 222…ティース、 223…インシュレータ、 224…コイル、 241…保持部本体、 242…端子、 243…保持凸部、 261…バスバー、 262…バスバー保持部、 263…バスバーカバー部、 264…中性点バスバー、 265…中性点バスバーカバー部、 271…ホール素子、 292…ブラケット下突出部、 311…シャフト本体、 312…ナット、 313…雄ネジ部、 314…シャフト下突出部、 315…シャフト上突出部、 316…シャフトフランジ部、 318…(シャフトフランジ部の)貫通孔、 321…ロータ蓋部、 322…ロータ側壁部、 323…(ロータ蓋部とロータ側壁部との接続部の)内面、 325…送風板部、 325a…(送風板部の)内端部、 325b…(送風板部の)中央部、 325c…(送風板部の)外端部、 326…送風板、 327…アウトレット、 328…ロータ拡径部、 329…ロータ下側壁部、 341…ロータマグネット、 342…ロータヨーク、 411…(下玉軸受の)内輪、 412…(下玉軸受の)外輪、 421…(上玉軸受の)内輪、 422…(上玉軸受の)外輪、 J1…中心軸
Claims (7)
- 上下方向を向く中心軸を中心とするシャフトと、
前記シャフトを回転可能に支持する軸受機構と、
前記軸受機構の径方向外側に位置する電機子と、
前記軸受機構および前記電機子が固定されたブラケットと、
前記シャフトに接続された有蓋円筒状のロータと、を備え、
前記ロータが、
前記シャフトに接続された円板状のロータ蓋部と、
前記ロータ蓋部の外縁部から下方に延びるロータ側壁部と、
前記電機子の径方向外側にて前記電機子と径方向に対向し、前記ロータ側壁部の内周面に間接的または直接的に固定されたロータマグネットと、を備え、
前記ブラケットが、
外周面に前記電機子が固定されるとともに内周面に前記軸受機構が固定される円筒部を備え、
前記軸受機構が、
前記シャフトの下部を支持する下玉軸受と、
前記下玉軸受よりも上側に位置してシャフトを支持する上玉軸受と、を備え、
前記シャフトが、
前記下玉軸受よりも下方に突出する雄ネジ部を下端部に有するシャフト本体と、
前記雄ネジ部に取り付けられるナットと、を備え、
前記下玉軸受の内輪の下面が、前記ナットの上面に接触し、
前記下玉軸受の外輪の上面が、前記円筒部により上下方向に支持され、
前記上玉軸受の内輪が、前記シャフト本体に対して上下方向に固定され、
前記上玉軸受の外輪の下面が、弾性部材を介して前記円筒部により上下方向に支持される、モータ。 - 前記円筒部が、前記下玉軸受の下側にて径方向内側に突出するブラケット下突出部を備え、
前記ブラケット下突出部が、前記下玉軸受の前記外輪の下面に接触する、請求項1に記載のモータ。 - 前記シャフト本体が、前記下玉軸受の上側にて径方向外側に突出するシャフト下突出部を備え、
前記シャフト下突出部が、前記下玉軸受の前記内輪の上面に接触する、請求項1または2に記載のモータ。 - 前記雄ネジ部の外径が、前記下玉軸受の内径よりも小さく、
前記下玉軸受の前記内輪の前記下面が、前記雄ネジ部の上端よりも下側に位置する、請求項1ないし3のいずれか1つに記載のモータ。 - 前記シャフト本体が、前記上玉軸受の上側にて径方向外側に突出するシャフト上突出部を備え、
前記シャフト上突出部が、前記上玉軸受の前記内輪の上面に接触することにより、前記上玉軸受の前記内輪が前記シャフト本体に対して上下方向に固定される、請求項1ないし4のいずれか1つに記載のモータ。 - 前記ロータが、
前記ロータ側壁部の下端部から径方向外方に延びるロータ拡径部と、
前記ロータ拡径部の外周部から下方に延びるロータ下側壁部と、をさらに備え、
前記ブラケットが、
前記円筒部の下端部から径方向外方に延びるブラケット底部と、
前記ブラケット底部の外周部から上方に延びるブラケット側壁部と、をさらに備え、
前記ブラケット側壁部の外周面が、前記ロータ下側壁部の内周面と径方向に対向し、
前記ブラケット側壁部の上端が、前記ロータ拡径部と上下方向に対向する、請求項1ないし5のいずれか1つに記載のモータ。 - 前記ナットが緩み止めナットである、請求項1ないし6のいずれか1つに記載のモータ。
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