WO2014185022A1 - ブラシレスモータとこのブラシレスモータを備えた送風機 - Google Patents

ブラシレスモータとこのブラシレスモータを備えた送風機 Download PDF

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WO2014185022A1
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case lid
brushless motor
rotating shaft
pressurizing spring
impeller
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PCT/JP2014/002329
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Inventor
欽二郎 沖永
浩二 久山
実 茶村
畑矢 英児
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • H02K5/16Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/173Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
    • H02K5/1732Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C35/00Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
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    • F16C2380/26Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
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    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to a brushless motor having a bearing that supports a rotating shaft in a housing, and more particularly to a brushless motor in which an impeller is press-fitted into the rotating shaft.
  • a brushless motor with a built-in position detection sensor, a drive control circuit, etc. has a sealed structure in order to improve dust resistance and waterproofness.
  • Such a brushless motor has been used as a motor for a blower.
  • Patent Document 1 A technical means for solving such a problem is proposed in Patent Document 1.
  • a hole is formed in the axial direction of the rotation shaft in the case lid.
  • the load applied to the rotating shaft is supported through the hole.
  • the hole is closed with a component such as rubber.
  • the brushless motor may be provided with a stopper, etc., to relieve the force when press-fitting the impeller. With this configuration, the influence of the force applied to the brushless motor is suppressed.
  • the brushless motor targeted by the present invention forms a casing with a motor case and a case lid.
  • the brushless motor includes a stator, a rotor, a pair of bearings, and a circuit board in a housing.
  • the stator has a stator core including an annular yoke and a plurality of teeth, and a winding wound around each tooth.
  • the plurality of teeth protrude toward the center of the yoke.
  • the plurality of teeth are attached along the inner peripheral surface of the yoke.
  • the rotor has a rotor core and a rotating shaft.
  • the rotor core includes a magnet on a surface facing the teeth.
  • the rotation axis is located along the axis of the rotor core.
  • One of the pair of bearings is held by the motor case.
  • the other of the pair of bearings is held by the case lid via a pressurizing spring.
  • the pair of bearings rotatably support the rotation shaft.
  • the circuit board includes a drive control circuit that energizes and drives the windings.
  • case lid side tip of the rotating shaft is located between the surface including the case lid side end surface of the other bearing held by the case lid and the inner surface of the case lid.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a brushless motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the interior of the brushless motor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a main part in which the vicinity of the tip of the rotating shaft is enlarged in FIG.
  • FIG. 4 is another enlarged view of the main part of FIG. 1 in which the vicinity of the tip of the rotating shaft is enlarged.
  • FIG. 5 is an assembly diagram of the blower according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the brushless motor according to each embodiment of the present invention has the following effects by the configuration described later. That is, after the hermetic brushless motor is assembled, the impeller is attached to the rotating shaft. When the impeller is attached to the rotating shaft, a force is applied to the rotating shaft in the axial direction. At this time, a force exceeding a predetermined value is not applied to the bearing that supports the rotating shaft. Therefore, it is possible to prevent a problem such as deformation or scratch on the bearing. In particular, when a ball bearing is used as the bearing, the ball sliding surface located inside the ball bearing can be protected.
  • the following remarkable effects are obtained particularly in a sealed brushless motor. That is, after assembling the brushless motor, when an impeller or the like is press-fitted into the rotating shaft, a corresponding force can be applied to the rotating shaft in the axial direction. Therefore, when manufacturing a brushless motor into which an impeller or the like is press-fitted, productivity and reliability are improved.
  • the conventional brushless motor had the following points to be improved. That is, when manufacturing a hermetic brushless motor, it is important to prevent entry of dust and dirt. Moreover, in what was disclosed by patent document 1, a part with weak rigidity exists in the part of a spring. Therefore, in the one disclosed in Patent Document 1, noise or the like may occur.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a brushless motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the interior of the brushless motor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a main part in which the vicinity of the tip of the rotating shaft is enlarged in FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view of another main part in which the vicinity of the tip of the rotating shaft is enlarged in FIG.
  • Embodiment 1 of the present invention will be described by exemplifying an inner rotor type brushless motor in which a rotor is rotatably disposed on the inner peripheral side of a stator.
  • the brushless motor 10 forms a housing 30 with a motor case 15 and a case lid 16.
  • the brushless motor 10 includes a stator 11, a rotor 12, a ball bearing 21 that is a pair of bearings, and a circuit board 13 in a housing 30.
  • the stator 11 includes a stator core 17 including an annular yoke 17y and a plurality of teeth 17t, and windings 18 wound around the teeth 17t.
  • the plurality of teeth 17t protrude toward the center of the yoke 17y. Further, the plurality of teeth 17t are attached along the inner peripheral surface 31 of the yoke 17y.
  • the rotor 12 has a rotor frame 19 that is a rotor core and a rotating shaft 22.
  • the rotor frame 19 that is a rotor core includes a permanent magnet 20 that is a magnet on an outer peripheral surface 32 that faces the teeth 17t.
  • the rotating shaft 22 is located along the axis 33 of the rotor frame 19 which is a rotor core.
  • ball bearing 21 which is a pair of bearings
  • one ball bearing 21 a is held by the motor case 15.
  • the other ball bearing 21 b is held by the case lid 16 via the pressurizing spring 24.
  • a ball bearing 21 which is a pair of bearings rotatably supports the rotating shaft 22.
  • the circuit board 13 includes a drive control circuit that energizes and drives the winding 18.
  • the case lid side tip 22 t of the rotary shaft 22 includes a case lid side end surface 38 included in the ball bearing 21 b that is the other bearing held by the case lid 16. It is located between the surface and the inner surface 34 of the case lid 16.
  • the brushless motor 10 has a distance t1 from the inner surface 34 of the case lid 16 to the case lid side tip 22t of the rotary shaft 22 in the axial direction.
  • the brushless motor 10 sets the thickness of the pressurizing spring 24 to t2 when the pressurizing spring 24 is in the fully compressed state where it is most compressed.
  • the thickness of the pressurizing spring 24 when the ball bearing 21, which is a pair of bearings, rotatably supports the rotating shaft 22 in the housing 30 is t ⁇ b> 3.
  • t1 is smaller than (t3-t2).
  • the fully compressed state refers to a compression limit state of the spring in which the pressurizing spring 24 does not have a compression load.
  • case lid 16 used for the brushless motor 10 is formed by drawing a metal plate.
  • the brushless motor 10 includes a stator 11, a rotor 12, a circuit board 13, a board holding member 14, a motor case 15, and a case lid 16.
  • the motor case 15 is made of metal.
  • the motor case 15 has a shape in which three cylindrical portions having different diameters are combined.
  • the motor case 15 has an opening 36.
  • the motor case 15 has a case lid 16 (described later) attached to the opening 36.
  • the brushless motor 10 houses the stator 11, the rotor 12, and the board holding member 14 to which the circuit board 13 is mounted in the motor case 15 described above.
  • the opening 36 of the motor case 15 is sealed with a case lid 16 made of metal.
  • the case lid 16 has a case lid side fitting portion 16t. In the case lid 16, the pressurizing spring 24 and the ball bearing 21b are fitted into the case lid side fitting portion 16t.
  • the stator 11 has a winding 18 wound around the stator core 17 for each phase.
  • three phases that is, a U phase, a V phase, and a W phase are wound around the stator core 17.
  • the three phases have phases that are electrically different from each other by 120 degrees.
  • the stator core 17 has an annular yoke 17y and a plurality of teeth 17t provided along the inner peripheral surface 31 of the yoke 17y. Each tooth 17t protrudes toward the center of the stator core 17.
  • the stator core 17 has 12 salient poles and has 12 teeth 17t.
  • the outer peripheral portion of the stator core 17 is fixed to the inner surface of the cylindrical portion 15m.
  • the cylindrical portion 15 m is a part of the motor case 15.
  • a space between adjacent teeth 17t forms a slot 17s.
  • the plurality of teeth 17t are arranged at equal intervals in the circumferential direction along the inner peripheral surface of the yoke 17y.
  • the rotor 12 is located on the inner peripheral side of the stator 11 through a gap.
  • the rotor 12 has a permanent magnet 20 on an outer peripheral surface 32 of a rotor frame 19 having a cylindrical shape.
  • the rotor 12 has a rotating shaft 22 rotatably supported by a pair of ball bearings 21.
  • the motor case 15 has a motor case side fitting portion 15t in the center of the cylindrical top surface.
  • the motor case 15 has a hole 37 to be described later in the center of the top surface.
  • the case lid 16 has a case lid side fitting portion 16 t at the center portion of the case lid 16.
  • one ball bearing 21a is fitted in the motor case side fitting part 15t.
  • the other ball bearing 21 b is fitted to the case lid side fitting portion 16 t via the pressurizing spring 24.
  • the rotating shaft 22 is rotatably fixed to a housing 30 formed by the motor case 15 and the case lid 16 by a pair of ball bearings 21.
  • the rotating shaft 22 passes through a hole 37 provided on the top surface of the motor case 15 and protrudes outside the housing 30.
  • the protruding portion of the rotating shaft 22 is referred to as an output shaft 35.
  • the rotating shaft 22 has a rotor frame 19.
  • a permanent magnet 20 that is a magnet is attached to the outer peripheral surface 32 of the rotor frame 19.
  • the permanent magnet 20 is positioned so as to face the end surfaces of the plurality of teeth 17t included in the stator core 17.
  • the permanent magnets 20 are arranged at equal intervals in the circumferential direction so that S poles and N poles are alternately positioned.
  • the permanent magnet 20 can be configured by attaching the permanent magnet 20 to the rotor frame 19.
  • the permanent magnet 20 may be configured by magnetizing the rotor frame 19, that is, by magnetizing the rotor frame 19.
  • the rotor frame 19 has a total of five sets of permanent magnets 20 with a pair of S poles and N poles as one set. That is, the rotor frame 19 has ten magnetic poles in the circumferential direction.
  • the brushless motor 10 shown in the first embodiment has a configuration called 10 poles and 12 slots.
  • the brushless motor 10 has a circuit board 13 inside a motor case 15.
  • Various circuit components are mounted on the circuit board 13.
  • the circuit board 13 is in contact with the heat sink 23 via an insulator.
  • the circuit components mounted on the circuit board 13 constitute each electric circuit for controlling the brushless motor 10 and for energizing and driving the winding 18.
  • a control signal is transmitted from the outside of the brushless motor 10 to the circuit components mounted on the circuit board 13 via the lead wires 27.
  • FIG. 3 shows the vicinity of the tip of the rotating shaft 22 in a state where the brushless motor 10 is combined.
  • FIG. 4 shows the vicinity of the tip of the rotating shaft 22 in a state where the impeller 41 is attached to the rotating shaft 22 as shown in a second embodiment described later.
  • the rotating shaft 22, the ball bearing 21b, and the pressurizing spring 24 are fixed to the case lid side fitting portion 16t.
  • a gap 39 is provided between the outer ring 21c of the ball bearing 21b and the case lid side fitting portion 16t.
  • the gap 39 only needs to secure a slight space in which the ball bearing 21b can slide.
  • the rotating shaft 22 is press-fitted into the ball bearing 21b.
  • the rotating shaft 22 is fixed to the inner ring 21d of the ball bearing 21b.
  • the pressurizing spring 24 generates a pressurizing force between the ball bearing 21 b and the case lid 16 in the axial direction.
  • the pressurizing spring 24 is compressed more than the initial state, that is, the opened state.
  • the pressurizing spring 24 is in a compressed state shown in the following (1) to (3). That is, (1) the pressurizing spring 24 is in an initial state. In the initial state, no pressure is applied to the pressurizing spring 24 in the axial direction. In other words, the pressurizing spring 24 is in an open state.
  • the pressurizing spring 24 holds the rotating shaft 22.
  • the pressurizing spring 24 is inserted into the case lid side fitting portion 16t.
  • the pressurizing spring 24 holds the ball bearing 21b to which the rotating shaft 22 is fitted.
  • the pressurizing spring 24 pressurizes the outer ring of the ball bearing 21b.
  • the pressurizing spring 24 prevents rattling from occurring in the gap between the ball, the inner ring, and the outer ring that exist in the ball bearing 21b.
  • a corresponding force is applied to the pressurizing spring 24 in the axial direction.
  • the pressurizing spring 24 is compressed by a corresponding force.
  • the pressurizing spring 24 has a compression spring that can be further compressed.
  • the pressurizing spring 24 is most compressed in the brushless motor 10.
  • an impeller 41 and the like are attached to the rotating shaft 22.
  • the rotary shaft 22 is pushed toward the direction in which the case lid 16 is positioned in the axial direction.
  • the limit to which the rotating shaft 22 is most pushed is that the case lid side tip 22 t of the rotating shaft 22 is in contact with the inner surface 34 of the case cover 16.
  • the distance t1a 0 between the case lid side tip 22t of the rotating shaft 22 and the inner surface 34 of the case lid 16.
  • the compressed pressure spring 24 has a thickness t3a.
  • the pressurizing spring 24 needs to have some compression white. That is, the case lid side tip 22 t of the rotating shaft 22 contacts the inner surface 34 of the case lid 16 before the pressurizing spring 24 is fully compressed. Accordingly, the pushing of the rotating shaft 22 toward the case lid 16 is stopped. As a result, an excessive load that damages the ball bearing 21b is not applied to the ball bearing 21b.
  • the thickness of the pressurizing spring 24 will be shown.
  • the thickness of the state in which the pressurizing spring 24 used in the first embodiment is fully compressed is 0.2 mm.
  • the case lid side tip 22t of the rotating shaft 22 is located closer to the inner surface 34 side of the case lid 16 than the case lid side end surface 38 of the ball bearing 21b.
  • the distance from the inner surface 34 of the case lid 16 to the case lid side tip 22t of the rotary shaft 22 is defined as t1.
  • the thickness of the pressurizing spring when the pressurizing spring is fully compressed is t2.
  • the thickness of the pressurizing spring 24 when the ball bearing 21, which is a pair of bearings, rotatably supports the rotating shaft 22 is defined as t ⁇ b> 3.
  • t1 to t3 are in the relationship of equation (1).
  • the brushless motor 10 according to the first embodiment can be stored and transported while the sealed structure is maintained.
  • the pressurizing spring 24 is sandwiched between the outer ring portion 21 a of the ball bearing 21 b and the convex portion 16 a included in the case lid 16.
  • the brushless motor 10 allows the rotation shaft 22 to rotate smoothly.
  • the ball bearing 21b is stably fixed in the axial direction.
  • the brushless motor according to the first embodiment has a circuit board in the housing. According to the brushless motor described above, it is possible to prevent entry of dust or the like.
  • the brushless motor having this configuration can suppress the manufacturing cost and has high productivity.
  • the applied load can be suppressed to a certain value or less so that the bearing is not damaged by the load when the impeller is press-fitted. Therefore, the brushless motor in the first embodiment is improved in productivity and reliability.
  • case lid used for the brushless motor according to the first embodiment of the present invention is formed by drawing a metal plate.
  • This configuration ensures sufficient durability even when a load is applied to the case lid via the rotating shaft. Therefore, even if the load applied to the rotating shaft is transmitted to the case lid with respect to the axial direction, the case lid can be prevented from being deformed. Further, since the metal plate is bent, the case lid can be made at low cost. In addition, since the case lid has high rigidity, vibration and sound can be reduced.
  • Embodiment 2 Next, a mode in which the brushless motor described in Embodiment 1 is mounted on a blower will be described with reference to the drawings.
  • symbol is attached
  • FIG. 5 is an assembly diagram of the blower according to the second embodiment of the present invention.
  • the blower 40 includes a brushless motor 10 and an impeller 41 that is press-fitted into the rotary shaft 22 of the brushless motor 10.
  • the rotating shaft 22 includes a fitting white 42 into which the impeller 41 is press-fitted.
  • the impeller 41 can be easily attached to the output shaft 35 of the rotating shaft 22. That is, with this configuration, the ball sliding surface located inside the ball bearing 21 is not damaged when the impeller 41 is press-fitted into the output shaft 35 of the rotating shaft 22. In addition, the impeller 41 is strongly fastened to the rotating shaft 22. Therefore, when the impeller 41 rotates, no rattling or the like occurs between the impeller 41 and the rotary shaft 22 and the blade can be rotated gently.
  • the blower 40 can be assembled without disassembling or opening the brushless motor 10. As a result, the blower 40 is improved in productivity and reliability.
  • the brushless motor 10 has improved durability against a load in the axial direction applied to the rotating shaft 22. Moreover, with this configuration, the brushless motor 10 can maintain hermeticity.
  • the blower 40 shown in the second embodiment can be assembled without disassembling or opening the brushless motor 10 when the impeller 41 is attached to the rotating shaft 22. That is, the blower 40 shown in the second embodiment improves productivity and reliability.
  • the brushless motor of the present invention can prevent the bearing from being damaged by the load when an axial load is applied to the rotating shaft after the hermetic brushless motor is formed.
  • the brushless motor of this invention can provide the air blower which improved productivity and reliability by improving the durability with respect to the load added to the axial direction. In particular, it is also useful for a vehicle-mounted blower that requires high reliability.

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Abstract

本発明のブラシレスモータ(10)は、モータケース(15)とケース蓋(16)とで筐体(30)を形成する。ブラシレスモータ(10)は、筐体(30)内に、ステータ(11)と、ロータ(12)と、一対のベアリングである玉軸受(21)と、回路基板(13)と、を備える。軸心方向において、回転軸(22)のケース蓋側先端(22t)は、ケース蓋(16)に保持される他方のベアリングである玉軸受(21b)が有するケース蓋側端面を含む面と、ケース蓋(16)の内表面との間に位置する。

Description

ブラシレスモータとこのブラシレスモータを備えた送風機
 本発明は、筐体内に、回転軸を支持するベアリングを有するブラシレスモータに関し、特に、回転軸に羽根車が圧入されるブラシレスモータに関する。
 従来、位置検出センサや駆動制御回路などが内蔵されるブラシレスモータは、防塵性や防水性を向上させるため、密閉構造となっていた。また、送風機用のモータには、このようなブラシレスモータが用いられていた。
 しかしながら、このようなブラシレスモータには、羽根車が組み付けられる際、組立上の注意点があった。すなわち、羽根車が取り付けられる際、ブラシレスモータは、回転軸に加えられる荷重を支えなければならない。羽根車を取り付ける際、加えられた荷重が、直接、ベアリング等に掛かると、ベアリング等が故障することがある。故障したベアリング等は、騒音等の発生原因となる。
 このような不具合を解決するための技術手段が、特許文献1で提案されている。特許文献1では、ケース蓋において、回転軸の軸心方向に穴が開けられている。羽根車が回転軸に圧入される際、穴を介して、回転軸に加えられた荷重を支える。羽根車が回転軸に圧入された後、穴は、ゴム等の部品で塞がれる。
 その他、ブラシレスモータは、ストッパー等が設けられて、羽根車を圧入する際の力を緩和することがある。本構成により、ブラシレスモータへ加えられる力の影響が、抑えられる。
特開昭63-103640号公報
 本発明が対象とするブラシレスモータは、モータケースとケース蓋とで筐体を形成する。ブラシレスモータは、筐体内に、ステータと、ロータと、一対のベアリングと、回路基板と、を備える。
 ステータは、環状のヨークと複数のティースとを含むステータコアと、各々のティースに巻き回される巻線と、を有する。複数のティースは、ヨークの中心へ向かって突出する。また、複数のティースは、ヨークの内周面に沿って取り付けられる。
 ロータは、ロータコアと回転軸とを有する。ロータコアは、ティースと対向する面に磁石を含む。回転軸は、ロータコアの軸心に沿って位置する。
 一対のベアリングは、一方がモータケースに保持される。一対のベアリングは、他方が与圧バネを介してケース蓋に保持される。一対のベアリングは、回転軸を回転自在に支持する。
 回路基板は、巻線を通電して駆動する駆動制御回路を含む。
 軸心方向において、回転軸のケース蓋側先端は、ケース蓋に保持される他方のベアリングが有するケース蓋側端面を含む面と、ケース蓋の内表面との間に位置する。
図1は、本発明の実施の形態1におけるブラシレスモータの縦断面図である。 図2は、本発明の実施の形態1におけるブラシレスモータの内部を説明する概要図である。 図3は、図1中、回転軸の先端付近を拡大した要部拡大図である。 図4は、図1中、回転軸の先端付近を拡大した他の要部拡大図である。 図5は、本発明の実施の形態2における送風機の組立図である。
 本発明の各実施の形態であるブラシレスモータは、後述する構成により、つぎの作用効果を奏する。すなわち、密閉型のブラシレスモータを組み立てた後、回転軸に羽根車が取り付けられる。回転軸に羽根車を取り付ける際、回転軸には、軸心方向に力が加えられる。このとき、回転軸を支持するベアリングには、所定値以上の力が掛からない。よって、ベアリングに変形や傷などの不具合が生じることを防止できる。特に、ベアリングに玉軸受を用いた際、玉軸受の内部に位置する玉の摺動面を、保護できる。
 従って、本発明の実施の形態によれば、特に、密閉型のブラシレスモータにおいて、つぎの顕著な効果を得る。すなわち、ブラシレスモータを組み立てた後、回転軸に羽根車などを圧入する際、軸心方向において、回転軸に相応の力を加えることが可能となる。よって、羽根車等が圧入されたブラシレスモータを製造するにあたり、生産性と信頼性が向上する。
 つまり、従来のブラシレスモータには、つぎの改善すべき点があった。すなわち、密閉型のブラシレスモータを製造する際、埃や塵などの進入を防ぐことが重要である。また、特許文献1に開示されたものでは、バネの部分などに剛性が弱い部分が存在する。よって、特許文献1に開示されたものでは、騒音などが発生する虞がある。
 以下、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータおよび送風機について、図面を参照しながら説明する。
 なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
 (実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1におけるブラシレスモータの縦断面図である。図2は、本発明の実施の形態1におけるブラシレスモータの内部を説明する概要図である。図3は、図1中、回転軸の先端付近を拡大した要部拡大図である。図4は、図1中、回転軸の先端付近を拡大した他の要部拡大図である。
 本発明の実施の形態1では、ロータが、ステータの内周側に回転自在に配置された、インナロータ型のブラシレスモータを例示して説明する。
 図1、図2に示すように、本発明の実施の形態1におけるブラシレスモータ10は、モータケース15とケース蓋16とで筐体30を形成する。ブラシレスモータ10は、筐体30内に、ステータ11と、ロータ12と、一対のベアリングである玉軸受21と、回路基板13と、を備える。
 ステータ11は、環状のヨーク17yと複数のティース17tとを含むステータコア17と、各々のティース17tに巻き回される巻線18と、を有する。複数のティース17tは、ヨーク17yの中心へ向かって突出する。また、複数のティース17tは、ヨーク17yの内周面31に沿って取り付けられる。
 ロータ12は、ロータコアであるロータフレーム19と回転軸22とを有する。ロータコアであるロータフレーム19は、ティース17tと対向する外周面32に磁石である永久磁石20を含む。回転軸22は、ロータコアであるロータフレーム19の軸心33に沿って位置する。
 一対のベアリングである玉軸受21は、一方の玉軸受21aがモータケース15に保持される。一対のベアリングである玉軸受21は、他方の玉軸受21bが与圧バネ24を介してケース蓋16に保持される。一対のベアリングである玉軸受21は、回転軸22を回転自在に支持する。
 回路基板13は、巻線18を通電して駆動する駆動制御回路を含む。
 図3、図4に示すように、軸心方向において、回転軸22のケース蓋側先端22tは、ケース蓋16に保持される他方のベアリングである玉軸受21bが有するケース蓋側端面38を含む面と、ケース蓋16の内表面34との間に位置する。
 特に、顕著な作用効果を奏する形態は、つぎのとおりである。すなわち、ブラシレスモータ10は、軸心方向において、ケース蓋16の内表面34から、回転軸22のケース蓋側先端22tまでの距離をt1とする。ブラシレスモータ10は、与圧バネ24が最も圧縮された全圧縮状態のときの与圧バネ24の厚みをt2とする。ブラシレスモータ10は、筐体30内において、一対のベアリングである玉軸受21が、回転軸22を回転自在に支持するときの与圧バネ24の厚みをt3とする。このとき、t1は、(t3-t2)より小さい。なお、全圧縮状態とは、与圧バネ24が圧縮シロを有さない、バネの圧縮限界状態をいう。
 また、ブラシレスモータ10に用いられるケース蓋16は、金属板を絞り加工することで、成形される。
 さらに、図面を用いて、詳細に説明する。
 図1に示すように、ブラシレスモータ10は、ステータ11と、ロータ12と、回路基板13と、基板保持部材14と、モータケース15と、ケース蓋16と、を備える。
 モータケース15は、金属で形成される。モータケース15は、異なる直径を有する、3つの円筒部が組み合わされた形状を成す。モータケース15は、開口部36を有する。モータケース15は、後述するケース蓋16が開口部36に取り付けられる。
 ブラシレスモータ10は、上述したモータケース15内に、ステータ11と、ロータ12と、回路基板13が装着された基板保持部材14と、を収納する。ブラシレスモータ10は、モータケース15の開口部36を、金属で形成されたケース蓋16で封じられる。ケース蓋16には、ケース蓋側嵌合部16tが形成される。ケース蓋16は、ケース蓋側嵌合部16tに、与圧バネ24と玉軸受21bとが嵌め合わせされる。
 以下、図1から図4とともに、ブラシレスモータ10の全体構成について説明する。
 図1、図2に示すように、ステータ11は、ステータコア17に対して、相ごとに巻線18が巻き回される。本実施の形態1で例示するステータ11は、ステータコア17に3つの相、すなわち、U相、V相、W相が巻き回される。3つの相は、互いに、電気的に120度異なる位相を有する。
 図2に示すように、ステータコア17は、環状のヨーク17yと、ヨーク17yの内周面31に沿って設けられた複数のティース17tと、を有する。各ティース17tは、ステータコア17の中心部へ向けて突出する。本実施の形態1において、ステータコア17は、突極数が12極であり、12個のティース17tを有する。ステータコア17の外周部分は、円筒部15mの内面に固定される。円筒部15mは、モータケース15の一部である。隣り合うティース17t間の空間は、スロット17sを形成する。複数のティース17tは、ヨーク17yの内周面に沿って、周方向に等間隔で配置される。
 ステータ11の内周側には、空隙を介してロータ12が位置する。ロータ12は、円筒形状を成すロータフレーム19の外周面32に永久磁石20を有する。図1に示すように、ロータ12は、回転軸22が一対の玉軸受21によって、回転自在に支持される。
 また、モータケース15は、円筒形状の天面中央に、モータケース側嵌合部15tを有する。モータケース15は、天面中央に、後述する孔37を有する。ケース蓋16は、ケース蓋16の中央部分にケース蓋側嵌合部16tを有する。ここで、一方の玉軸受21aは、モータケース側嵌合部15tに嵌め合わされる。他方の玉軸受21bは、与圧バネ24を介してケース蓋側嵌合部16tに嵌め合わされる。回転軸22は、一対の玉軸受21により、モータケース15とケース蓋16とで形成される筐体30に、回転自在に固定される。
 回転軸22の一端は、モータケース15の天面が有する孔37を貫通して、筐体30の外部に突出する。回転軸22の突出した部分を出力軸35という。回転軸22は、ロータフレーム19を有する。ロータフレーム19の外周面32には、磁石である永久磁石20が取り付けられる。
 永久磁石20は、ステータコア17が有する複数のティース17tの端面と向かい合うように位置する。永久磁石20は、S極とN極とが交互に位置するよう、周方向に等間隔で配置される。永久磁石20は、ロータフレーム19に、永久磁石20を貼り付けて構成できる。また、永久磁石20は、ロータフレーム19を磁化、すなわち、着磁して構成してもよい。本実施の形態1において、ロータフレーム19は、一対のS極とN極とを一組として、合計5組の永久磁石20を有する。すなわち、ロータフレーム19は、周方向に10極の磁極が存在する。本実施の形態1で示すブラシレスモータ10は、10極12スロットと呼ばれる構成である。
 図1に示すように、ブラシレスモータ10は、モータケース15の内部に回路基板13を有する。回路基板13には、各種の回路部品が実装される。回路基板13は、絶縁物を介して放熱板23と接している。回路基板13上に実装された回路部品により、ブラシレスモータ10の制御や、巻線18を通電駆動するための各電気回路が構成される。回路基板13上に実装された回路部品には、リード線27を介して、ブラシレスモータ10の外部から制御信号が送信される。
 図3には、ブラシレスモータ10が組み合われた状態において、回転軸22の先端付近が示される。図4には、後述する実施の形態2で示すように、回転軸22に羽根車41が取り付けられる状態において、回転軸22の先端付近が示される。図3に示すように、ケース蓋側嵌合部16tには、回転軸22と、玉軸受21bと、与圧バネ24とが、固定される。軸心33に沿った方向において、玉軸受21bの外輪21cとケース蓋側嵌合部16tとの間には、隙間39を有する。ケース蓋側嵌合部16t内において、隙間39は、玉軸受21bが摺動できる、僅かな空間を確保できればよい。回転軸22は、玉軸受21bに圧入される。回転軸22は、玉軸受21bの内輪21dと固定される。与圧バネ24は、軸心方向において、玉軸受21bとケース蓋16との間で、与圧を発生させる。本実施の形態1において、与圧バネ24は、初期状態、すなわち開放時の状態よりも圧縮されている。
 ここで、与圧バネ24の状態変化について、説明する。与圧バネ24は、つぎの(1)から(3)に示す、圧縮状態を成す。すなわち、(1)与圧バネ24は、初期状態を成す。初期状態では、軸心方向において、与圧バネ24には、なんらの圧力も加えられていない。換言すれば、与圧バネ24は、開放状態である。
 つぎに、(2)図3に示すように、与圧バネ24は、回転軸22を保持する状態を成す。与圧バネ24は、ケース蓋側嵌合部16t内に挿入される。軸心方向において、与圧バネ24は、回転軸22が嵌め合された玉軸受21bを保持する。与圧バネ24は、玉軸受21bの外輪に対して加圧する。本構成により、与圧バネ24は、玉軸受21b内に存在する玉と、内輪と、外輪と、の隙間において、ガタツキが生じることを防止する。このとき、軸心方向において、与圧バネ24には、相応の力が加えられる。与圧バネ24は、相応の力により圧縮される。但し、与圧バネ24は、さらに圧縮され得る、圧縮シロを有する。与圧バネ24が、回転軸22を保持する状態において、回転軸22のケース蓋側先端22tと、ケース蓋16の内表面34との間には、t1の距離がある。このとき、与圧バネ24の厚みは、t3である。
 さらに、(3)図4に示すように、与圧バネ24は、ブラシレスモータ10内において、最も圧縮される状態を成す。後述する実施の形態2で示すように、回転軸22には、羽根車41などが取り付けられる。回転軸22に羽根車41が取り付けられる際、軸心方向において、回転軸22は、ケース蓋16が位置する方向に向けて押し込まれる。回転軸22が、最も押し込まれる限度は、回転軸22のケース蓋側先端22tが、ケース蓋16の内表面34と接する状態である。換言すれば、回転軸22のケース蓋側先端22tと、ケース蓋16の内表面34との間は、距離t1a=0となる。このとき、与圧バネ24は、全圧縮の状態まで、圧縮されることはない。圧縮された与圧バネ24の厚みは、t3aとなる。
 すなわち、回転軸22が、最も押し込まれた状態において、与圧バネ24は、多少の圧縮シロを有する必要がある。つまり、与圧バネ24が全圧縮状態になる前に、回転軸22のケース蓋側先端22tが、ケース蓋16の内表面34と接触する。よって、回転軸22がケース蓋16方向へ押し込まれることは、停止される。この結果、玉軸受21bには、玉軸受21bが損傷するような過大な荷重が加えられない。
 与圧バネ24の厚みについて、具体例を示す。本実施の形態1では、(1)初期状態において、与圧バネ24の全長は2.4mmである。(2)回転軸22を保持する状態において、与圧バネ24の厚みは1.2mmである。(3)回転軸22が、最も押し込まれた状態において、与圧バネ24の厚みは0.4mmである。なお、本実施の形態1で用いた与圧バネ24が、全圧縮された状態の厚みは、0.2mmとなる。
 回転軸22のケース蓋側先端22tは、玉軸受21bのケース蓋側端面38よりもケース蓋16の内表面34側に位置する。ここで、ケース蓋16の内表面34から回転軸22のケース蓋側先端22tまでの距離をt1とする。与圧バネが最も圧縮された全圧縮状態のときの与圧バネの厚みをt2とする。筐体30内において、一対のベアリングである玉軸受21が、回転軸22を回転自在に支持したときの与圧バネ24の厚みをt3とする。このとき、t1からt3は(1)式の関係にある。
 t1<(t3―t2) ・・・(1)
 上述した構成において、回転軸22には、出力軸35からケース蓋16に向けて、軸心方向の力が加えられる。このとき、まず、与圧バネ24が圧縮されて、縮められる。その後、回転軸22のケース蓋側先端22tが、ケース蓋16の内表面34と接する。つまり、与圧バネ24が全圧縮状態になる前に、回転軸22のケース蓋側先端22tが、ケース蓋16の内表面34と接触する。よって、回転軸22がケース蓋16方向へ押し込まれることは、停止される。この結果、玉軸受21bには、玉軸受21bが損傷するような過大な荷重が加えられない。よって、玉軸受21aの内部に位置する玉の摺動面は、損傷を回避できる。
 この結果、本実施の形態1におけるブラシレスモータ10は、密閉構造が保たれたまま、保管や輸送が可能となる。
 ところで、図3、図4に示すように、与圧バネ24は、与圧バネ24の外周部24aが、玉軸受21bの外輪21cとケース蓋16に含まれる凸部16aとで、挟まれる。本構成とすれば、ブラシレスモータ10は、回転軸22が、円滑に回転自在となる。しかも、ブラシレスモータ10は、軸心方向において、玉軸受21bが安定して、固定される。
 以上の説明から明らかなように、本実施の形態1におけるブラシレスモータは、筐体内に回路基板を有する。上述したブラシレスモータによれば、埃や塵等の進入を防ぐことができる。本構成のブラシレスモータは、製造コストを抑制でき、生産性が高い。しかも、ブラシレスモータが有する回転軸に羽根車が取り付けられる際、羽根車を圧入する時の荷重で、ベアリングが損傷しないように、加えられる荷重を一定値以下に抑えることができる。よって、本実施の形態1におけるブラシレスモータは、生産性と信頼性とが向上する。
 特に、本発明の実施の形態1におけるブラシレスモータに用いられるケース蓋は、金属板が、絞り加工により構成される。
 本構成とすれば、ケース蓋には、回転軸を介して荷重が加えられたとしても、十分な耐久力が確保される。よって、軸心方向に対して、回転軸に加えられた荷重がケース蓋に伝わったとしても、ケース蓋が変形することを抑制できる。また、金属板を屈曲する構成としているため、ケース蓋は、安価に作成できる。しかも、ケース蓋は、剛性が強いため、振動や音を低減できる。
 (実施の形態2)
 つぎに、実施の形態1にて説明したブラシレスモータが、送風機に搭載される形態について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態1と同様の構成要素については、同じ符号を付し、説明を援用する。
 図5は、本発明の実施の形態2における送風機の組立図である。
 図5に示すように、送風機40は、ブラシレスモータ10と、ブラシレスモータ10が有する回転軸22に圧入される羽根車41と、を備える。回転軸22は、羽根車41が圧入される嵌合シロ42を含む。
 本構成により、羽根車41が回転軸22に圧入される際、ブラシレスモータ10が有する回転軸22には、出力軸35からケース蓋16に向けて、軸心方向の力が加えられる。このとき、まず、与圧バネ24が圧縮されて、縮められる。その後、回転軸22のケース蓋側先端22tが、ケース蓋16の内表面34と接する。つまり、与圧バネ24が全圧縮状態になる前に、回転軸22のケース蓋側先端22tが、ケース蓋16の内表面34と接触する。よって、回転軸22がケース蓋16方向へ押し込まれることは、停止される。この結果、玉軸受21bには、玉軸受21bが損傷するような過大な荷重が加えられない。よって、玉軸受21aの内部に位置する玉の摺動面は、損傷を回避できる。
 以上の説明から明らかなように、本構成とすれば、回転軸22の出力軸35に、羽根車41が容易に取り付けられる。つまり、本構成とすれば、回転軸22の出力軸35に羽根車41を圧入する際、玉軸受21の内部に位置する玉の摺動面を傷つけることはない。しかも、羽根車41は、回転軸22と強く締結される。よって、羽根車41が回転した時、羽根車41と回転軸22との間には、ガタツキ等が発生せず、静かに回転できる。
 なお、回転軸22に取り付けられるものは、羽根車41に限らない。回転軸22に締結が必要とされる部材であれば、同様の効果を得ることができる。
 よって、ブラシレスモータ10を分解したり、開放したりすることなく、送風機40が組み立てられる。その結果、送風機40は、生産性と信頼性とが向上する。
 換言すれば、上述した構成により、ブラシレスモータ10は、回転軸22に加えられる軸心方向の荷重に対する耐久性が向上する。しかも、本構成であれば、ブラシレスモータ10は、密閉性を維持できる。
 従って、本実施の形態2に示す送風機40は、回転軸22に羽根車41を取り付ける際、ブラシレスモータ10を分解したり、開放したりすることなく、組み立てることができる。つまり、本実施の形態2に示す送風機40は、生産性と信頼性とが向上する。
 本発明のブラシレスモータは、密閉型のブラシレスモータを作成した後、回転軸に対して、軸心方向の荷重が加えられた場合、この荷重によりベアリングが損傷することを防止できる。本発明のブラシレスモータは、軸心方向に加えられた荷重に対する耐久性を向上させることで、生産性と信頼性とが向上した送風機を提供できる。特に、高い信頼性が求められる車載用の送風機等にも、有用である。
 10  ブラシレスモータ
 11  ステータ
 12  ロータ
 13  回路基板
 14  基板保持部材
 15  モータケース
 15m  円筒部
 15t  モータケース側嵌合部
 16  ケース蓋
 16a  凸部
 16t  ケース蓋側嵌合部
 17  ステータコア
 17s  スロット
 17t  ティース
 17y  ヨーク
 18  巻線
 19  ロータフレーム(ロータコア)
 20  永久磁石(磁石)
 21,21a,21b  玉軸受(ベアリング)
 21c  外輪
 21d  内輪
 22  回転軸
 22t  ケース蓋側先端
 23  放熱板
 24  与圧バネ
 24a  外周部
 27 リード線
 30  筐体
 31  内周面
 32  外周面
 33  軸心
 34  内表面
 35  出力軸
 36  開口部
 37  孔
 38  ケース蓋側端面
 39  隙間
 40  送風機
 41  羽根車
 42  嵌合シロ

Claims (5)

  1. モータケースとケース蓋とで筐体を形成し、前記筐体内に、ステータと、ロータと、一対のベアリングと、回路基板と、を備えるブラシレスモータであって、
    前記ステータは、
    環状のヨークと、
    前記ヨークの中心へ向かって突出するとともに前記ヨークの内周面に沿って取り付けられる、複数のティースと、
    を含むステータコアと、
    各々の前記ティースに巻き回される巻線と、
    を有し、
    前記ロータは、
    前記ティースと対向する面に磁石を含む、ロータコアと、
    前記ロータコアの軸心に沿って位置する回転軸と、
    を有し、
    前記一対のベアリングは、一方が前記モータケースに保持され、他方が与圧バネを介して前記ケース蓋に保持されるとともに、前記回転軸を回転自在に支持し、
    前記回路基板は、前記巻線を通電して駆動する駆動制御回路を含み、
    前記軸心方向において、前記回転軸のケース蓋側先端は、前記ケース蓋に保持される前記他方のベアリングが有する前記ケース蓋側端面を含む面と、前記ケース蓋の内表面との間に位置する、ブラシレスモータ。
  2. 前記軸心方向において、前記内表面から前記ケース蓋側先端までの距離をt1、前記与圧バネが最も圧縮された全圧縮状態のときの前記与圧バネの厚みをt2、前記筐体内において、前記一対のベアリングが、前記回転軸を回転自在に支持するときの前記与圧バネの厚みをt3とするとき、t1は(t3-t2)より小さい請求項1に記載のブラシレスモータ。
  3. 前記ケース蓋は、金属板を絞り加工で成形する請求項1に記載のブラシレスモータ。
  4. 前記回転軸に羽根車が圧入される際、
    さらに、前記回転軸は、前記羽根車が圧入される嵌合シロを含む請求項1から3のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
  5. 請求項1から3のいずれか一項に記載のブラシレスモータと、前記ブラシレスモータが有する前記回転軸に圧入される羽根車と、を備え、
    前記回転軸は、前記羽根車が圧入される嵌合シロを含む送風機。
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