JP2010130898A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

【課題】低ノイズであると共に電磁適合性（ＥＭＣ）を改善したモータを提供する。
【解決手段】ＨＶＡＣ用途のためのモータは、固定子と、固定子の一部分を形成するモータハウジング(300)と、モータハウジングに固定されたエンドキャップ(100)と、固定子に直面して回転可能に装着された回転子(200)とを備えている。エンドキャップ(100)は、リング状カラー(120)により形成された開口を有し、カラーは、モータハウジング内に少なくとも一部分配置される。カラーの外周面にある複数の突起(121-125)は、モータハウジングの複数の受け入れ切欠部(301-305)に受け入れられる。各受け入れ切欠部の開口に形成された２つのフィンガーは、各受け入れ切欠部内に受け入れられた突起をロックするように変形される。突起の少なくとも３つは、各受け入れ切欠部の軸方向内端に押し付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに係り、より詳細には、暖房、換気及びエアコンディショニング（ＨＶＡＣ）用途のためのモータに係る。

電気モータからのノイズは、機械的ノイズ及び電磁ノイズを含む。機械的ノイズを生じる要因は、モータのエンドキャップをモータのハウジングにどのようにアッセンブルするか、ブラシと整流子との間のスライド接触、回転子の同軸性、等を含む。電磁ノイズを生じる要因は、固定子極、回転子コア、回転子巻線スロット、等を含む。

ＨＶＡＣ用途における１つの既存のモータは、２つの固定子極及び１２個の回転子巻線スロットを有するＤＣモータである。このモータは、対角方向に対向した２つのブラシを備えている。モータが運転されるときには、第１２高調波、第２４高調波、第３６高調波、第４８高調波、等の高調波ノイズが放射される。この高調波ノイズは、特に、ＨＶＡＣ用途で生じるように長時間それに露出されると、何人かの人々には不快に感じられる。

それ故、ＨＶＡＣ用途における低ノイズモータが要望される。更に、低ノイズであると共に電磁適合性（ＥＭＣ）を改善したモータも要望される。

従って、本発明は、その１つの態様では、固定子と、固定子の一部分を形成するモータハウジングと、モータハウジングに固定されたエンドキャップと、固定子に直面して回転可能に装着された回転子とを備え、エンドキャップは、リング状カラーにより形成された開口を有し、カラーは、モータハウジング内に少なくとも一部分配置され、カラーの外周面には複数の突起が形成され、これら突起を受け入れるためにモータハウジングには複数の受け入れ切欠部が形成され、各受け入れ切欠部の開口には２つのフィンガーが形成されて、各受け入れ切欠部内に受け入れられた突起をロックするように変形され、突起の少なくとも３つは、各受け入れ切欠部の軸方向内端に押し付けられるようにされた、ＨＶＡＣ用途のためのモータを提供する。

好ましくは、突起は、カラーの周りで非均一に離間される。

好ましくは、突起の数は、５であり、それら５つの突起のうちの３つだけがそれに対応する受け入れ切欠部の軸方向内端に対して軸方向に押し付けられる。

好ましくは、カラーの外周面に複数のリブが形成され、各リブは、突起の対応する１つと軸方向に整列されて、その突起から、カラーにより形成された開口に向かって軸方向に延び、リブに対応する位置におけるカラーの外径は、モータハウジングの内径より若干大きい。

好ましくは、固定子は、モータハウジングの内面に固定されて４つの磁極を形成する少なくとも１つの永久磁石を備え、回転子は、シャフト、シャフトに固定された回転子コア、及び回転子コアに隣接してシャフトに固定された整流子を備え、整流子は、エンドキャップに支持された２つのブラシにスライド接触するための偶数個のセグメントを備え、各セグメントは、直径方向に対向するセグメントに電気ブリッジにより電気的に接続され、２つのブラシ間の角度は、８０°ないし１００°である。

好ましくは、モータは、空気チャンネルを備え、空気チャンネルは、エンドキャップに形成された空気入口と、固定子と回転子との間のギャップと、モータの端壁に形成された空気出口とを有する。

好ましくは、２つのブラシ間に空気入口が配置されて、第１入口及び第２入口に分割され、第１入口のサイズは、第２入口より大きい。

好ましくは、エンドキャップは、更に、キャパシタと、２つのチョークと、電源へ接続するための２つの端子とを含み、各チョークは、ブラシの１つ及び端子の１つに直列接続され、キャパシタは、端子と端子との間に接続される。

好ましくは、端子は、モータソケットへアッセンブルされ、モータソケットは、舌状部・溝接続体によりエンドキャップに接続される。

好ましくは、回転子コアは、１４個の巻線スロットを備え、これらの巻線スロットは、回転子の回転軸に対して傾斜される。

好ましくは、モータは、好ましい回転方向を有し、各ブラシの半径方向外端は、モータの好ましい回転方向とは逆の方向において半径方向とはオフセットしている。

好ましくは、端壁は、楕円凸状であり、端壁の中央部分にベアリングホルダが形成される。

本発明の効果は、モータのノイズが低いことである。本発明の一実施形態では、エンドキャップにリブ及び突起を形成し、そして減少された数のブラシを使用することで、低い機械的ノイズが達成される。更に、既存の２固定子極モータに比して、４固定子極モータは、励起周波数が高く且つ高調波ノイズが低い。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。

本発明の好ましい実施形態によるモータの分解図である。 図１のモータのエンドキャップの下から見た平面図である。 エンドキャップ及びモータハウジングを示すモータの図である。 エンドキャップの内部拡大図である。 コンポーネントが除去されたエンドキャップの内部構造を示す図である。 モータハウジングの内部構造を示す図である。 エンドキャップの側面図である。 アッセンブルされたモータの側面図である。 エンドキャップの一部分の平面図である。

ここでの説明及び特許請求の範囲において、「端壁」とは、負荷に隣接したモータハウジングの閉じた端を指し、一方、「エンドキャップ」は、モータハウジングの入力端を閉じるカバー又はキャップを指す。

図１は、本発明による４つの固定子極及び１４個の回転子巻線スロットを有するモータを示す。このモータは、回転子２００及び固定子を有する。このモータは、１つの開放端と、端壁４００で閉じられた１つの端とを有するモータハウジング３００を備えている。エンドキャップ１００がモータハウジングの開放端を閉じる。モータハウジングの内面に磁石極が配置されて、４つの磁極を形成する。４つの極は、図示された４つの磁石４０２により形成することもできるし、或いは２つの磁石又は単一のリング磁石により形成することもできる。既存の２極モータに比して、本発明の４極モータは、振動数がより高く、従って、振動振幅がより小さく且つノイズがより低い。巻線スロットは、回転子の回転軸に対して傾斜又はスキューしているのが好ましい。

回転子２００は、シャフト２０１と、このシャフト２０１に固定された回転子コアと、この回転子コアに隣接してシャフト２０１に固定された整流子２０２とを備えている。この整流子２０２は、偶数個のセグメントを有し、各セグメントは、短絡されるか、或いは電気的ブリッジにより直径方向に対向するセグメントへ電気的に接続される。電気的ブリッジは、整流子本体の外側に配置され、特に、整流子と回転子コアとの間に配置されるのが好ましい。或いは又、電気的ブリッジは、整流子の本体内に配置することもできる。この電気的ブリッジによりブラシの数が減少される。この実施形態では、２つのブラシしか要求されず、ブラシと整流子セグメントとの間のスライド接触により生じるノイズが減少される。更に、４つのブラシではなく２つのブラシしか必要とされないので、エンドキャップ内には、利用可能なスペースがより多く存在する。

図２は、エンドキャップ１００の平面図である。２つのブラシ１０１及び１１０は、整流子セグメントと接触をなすようにエンドキャップ内にアッセンブルされる。エンドキャップ１００は、更に、２つのチョーク１０３及び１０８を備え、チョーク１０３は、ブラシ１０１と、モータソケット１０６のモータ端子１０４との間に直列に接続され、そしてチョーク１０８は、他方のブラシ１１０と、モータソケット１０６の他方の端子１０７との間に直列に接続される。モータソケット１０６は、モータへ電流を供給するための電源に電気的に接続するのに使用される。チョーク１０３及び１０８のリードを支持又は固定するためにエンドキャップの内面にアンカー１０２及び１０９が各々形成される。チョーク１０３及び１０８は、モータの電磁適合性（ＥＭＣ）を改善するためのフィルタとして機能する。更に、モータソケットの端子１０３及び１０８は、更に別のステップにおいてＥＭＣを改善するためにキャパシタ１０５により短絡される。キャパシタ１０５のリードは、モータソケット１０６の端子に直接半田付けできるのが好ましい。

図３は、モータの斜視図である。この実施形態において、ソケット１０６は、エンドキャップ１００にプレスフィットされる。より詳細には、エンドキャップに２つの軸方向溝１１１及び１１２が形成され、これらがソケットの突起と協働して、溝内舌状部型接続を形成する。２つの突起又は舌状部は、２つの溝１１１及び１１２に軸方向に押し込まれる。接続は、プレスフィットでよいが、ソケットをエンドキャップにロックするために止め部が形成される。或いは又、係合をより安定なものにするために、溝１１１及び１１２に接着剤を充填することもできる。モータソケット１０６は、個別部品であって、エンドキャップ１００にプレスフィットできるので、入手可能なモータソケット形状又は形態から適当なモータソケットを選択して、製造プロセス中にエンドキャップ１００にアッセンブルし、顧客の要求に基づく種々の電源プラグの特定の要件を満足することができる。モータソケット１０６がエンドキャップ１００にアッセンブルされた後に、チョーク及びキャパシタがモータソケット１０６の端子に接続される。

図４は、エンドキャップ１００の内部図である。エンドキャップ１００は、ブラシを支持するための２つのブラシホルダ１１４を備えている。各ブラシホルダ１１４は、ブラシを収容するのに使用され且つ内側及び外側開口を有するチャンバーと、外側開口上に設置されるチャンバーカバー１１６と、チャンバー内でチャンバーカバー１１６とブラシとの間にあって内側開口を通してブラシを整流子に接触させるように押しやる螺旋スプリング１１５とを備えている。図４及び５を参照すれば、チャンバーの外側開口の２つの対向縁に２つのフランジ１１７が形成され、そしてチャンバーカバー１１６の２つの対向縁にフィンガー１１８が形成されて、フランジ１１７に係合し、チャンバーカバーをチャンバーに固定する。チャンバーカバー１１６が滑り落ちるのを防止するためにフランジ１１７の一端に隆起部が形成されてもよい。この構成では、ブラシ、スプリング１１５及びチャンバーカバー１１６をアッセンブルするのが容易である。

各ブラシは、実質的に半径方向に延びてエンドキャップ内で整流子にスライド接触し、長方形の軸方向断面を有するブロック形状のものである。ブラシの軸方向高さは、ブラシの周囲方向巾より大きい。ブラシは、ブラシホルダ１１４のチャンバー内部に収容され、そしてチャンバーの軸方向上部壁及び軸方向下部壁によりサポートされる。螺旋スプリング１１５の直径は、ブラシの周囲方向巾より大きく、且つチャンバーの２つの対向側壁間の周囲方向距離より大きい。半径方向に延びる溝は、螺旋スプリング１１５を収容するように２つの側壁間に形成される。ブラシが摩耗したときにスプリング１１５がチャンバーから延び出して整流子に接触するのを防止するために、２つの半径方向に延びる溝の少なくとも１つは、チャンバーの内側開口付近で終わる。換言すれば、スプリングが整流子に接触するのを防止するために、半径方向に延びる溝の内端にストッパー１１９が形成される。

図５は、エンドキャップ１００の内部構造を露出させるためにコンポーネントを除去した状態でエンドキャップ１００を示している。図６は、モータハウジング３００の内部構造及びその端壁４００を示している。２つのブラシは、約８０°から１００°互いに周囲方向に離間され、これは、２つのブラシが直径方向に対向していた従来の構成とは異なるものである。ここに示す実施形態のモータは、ブラシ構成が改善されたために、ノイズが少なく且つ火花が減少された。更に、エンドキャップ１００において２つのブラシホルド間の位置に、入口１４１及び１４２のような冷却チャンネルの空気入口が形成される。冷却チャンネルに入る空気流は、先ず、ブラシを冷却し、次いで、整流子セグメントのような他のコンポーネントを冷却する。ブラシが１８０°離間され且つその整流子がブラシの前に冷却された従来のモータに比して、本発明の空気流は、ブラシに対して優れた冷却効果を発揮する。それ故、ブラシは、温度が低く、動作寿命が長い。冷却チャンネルの空気入口は、バッフルプレート１５１により入口１４１及び入口１４２に分割される。入口１４１及び入口１４２は、回転子の回転方向に沿って配列され、そして入口１４１は、入口１４２よりサイズが大きい。回転子が回転するときには、入口１４１を通して入って来る空気流の一部分が、回転子の回転のために、入口１４２を通して入って来る空気流と混合され、それ故、２つのブラシは、各々、ほぼ等しい空気流量で冷却され、温度差を減少させる。図６に戻ると、空気出口４０１のような空気出口が端壁４００に形成される。冷却チャンネルは、入口１４１、固定子と回転子３００との間のギャップ、モータハウジング及び回転子３００内の任意のギャップ、並びに出口４０１により形成される。

エンドキャップをモータハウジングにアッセンブルするのに使用されるリング状カラー１２０によって開口が形成される。カラー１２０の外径は、モータハウジングの内径より若干小さく、カラー１２０をモータハウジング内に嵌合させることができる。カラー１２０の外周面には５つの突起１２１−１２５が形成される。これらの５つの突起は、カラー１２０の周囲方向に沿って均一に離間されるのが好ましい。モータハウジングは、５つの突起１２１−１２５の対応する１つを各々受け入れる５つの受け入れ切欠部３０１−３０５を有する。各受け入れ切欠部の開口には２つのフィンガー３１０が形成される。２つのフィンガー３１０は、受け入れ切欠部内に受け入れられた突起をロックするために互いに曲げるか又は変形することができる（曲げられる前のフィンガーが示された図８を参照されたい）。各フィンガーは、受け入れ切欠部と、いずれの突起１２１−１２５も受け入れない隣接補助切欠部３１１との間に形成されるのが好ましい。５つの突起１２１−１２５のうちの３つは、各々、５つの切欠部３０１−３０５のうちの３つの軸方向底部に押し付けられ、一方、他の２つの突起は、それに対応する２つの受け入れ切欠部の軸方向底部に押し付けられない。３つの受け入れ切欠部の底部は、回転子の回転軸に垂直な半径方向平面である平面内にあるのが好ましい。図６を参照すれば、この実施形態では、モータハウジング３００及び端壁４００は、単一の部片で作られ、そして端壁は、楕円凸状である。例えば、シートメタルブランクを深く引っ張ることにより形成される。モータハウジングの内面、特に、エンドキャップのカラー１２０を受け入れる部分は、その内面がモータ軸に一致するよう確保するために微細に回転しながら処理されるのが好ましい。

図７は、エンドキャップの側面図である。カラー１２０の外周面には、５つの軸方向リブ１３１−１３５が形成される。５つの各リブは、５つの突起１２１−１２５の対応する１つに軸方向に整列される。例えば、リブ１３１は、突起１２１と軸方向に整列され、そして突起１２１からカラー１２０の開口又は自由端に向かって延びる。リブの周囲方向巾及び半径方向厚みは、両方とも、突起より小さい。リブに対応する部分におけるカラー１２０の外径は、モータハウジングの内径より若干大きく、従って、カラー１２０をモータハウジング内部にぴったり押し付けることができる。リブ１３１−１３５の半径方向厚みは、突起１２１−１２５からカラー１２０の開放端へと徐々に減少し、従って、エンドキャップを最初にモータハウジングへ容易に挿入し、次いで、モータハウジングとぴったり係合することができる。リブ１３１−１３５は、主として、半径方向に位置付け固定する役割を果たす。又、リブ１３１−１３５は、モータハウジングとエンドキャップとの間の振動ダンパーとしても機能する。

図８は、モータを示す。図６から図８を参照すれば、端壁４００の中央にはベアリングホルダ４０４が形成される。このベアリングホルダは、微細に回転しながら処理されるのが好ましい。

図９は、エンドキャップの一部分を示す。破線は、回転子と、回転子のシャフトに固定されてブラシ１０１及び１１０によりスライド接触される整流子との回転方向を表す。各ブラシは、それに対応する半径方向から角度θだけオフセットされている。より詳細には、整流子から離れたブラシの端は、整流子の回転方向とは逆方向に角度θだけオフセットされる。角度θは、１°ないし２０°であるのが好ましい。この構成では、整流子とブラシとの間のスライド接触が改善され、機械的ノイズが減少される。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

１００：エンドキャップ
１０１、１１０：ブラシ
１０２、１０９：アンカー
１０３、１０８：チョーク
１０４、１０７：モータ端子
１０５：キャパシタ
１０６：モータソケット
１１１、１１２：軸方向溝
１１４：ブラシホルダ
１１５：螺旋スプリング
１１６：チャンバーカバー
１１７：フランジ
１１８：フィンガー
１２０：リング状カラー
１２１−１２５：突起
１３１−１３５：リブ
２００：回転子
２０１：シャフト
２０２：整流子
３００：ハウジング
３０１−３０５：受け入れ切欠部
３１０：フィンガー
３１０：補助切欠部
４００：端壁
４０１：空気出口
４０２：磁石
４０４：ベアリングホルダ

Claims (12)

1. 固定子と、固定子の一部分を形成するモータハウジングと、該モータハウジングに固定されたエンドキャップと、前記固定子に直面して回転可能に装着された回転子とを備え、前記エンドキャップは、リング状カラーにより形成された開口を含み、前記カラーは、前記モータハウジング内に少なくとも一部分配置され、前記カラーの外周面には複数の突起が形成され、これら突起を受け入れるために前記モータハウジングには複数の受け入れ切欠部が形成され、各受け入れ切欠部の開口には２つのフィンガーが形成されて、各受け入れ切欠部内に受け入れられた突起をロックするように変形され、前記突起の少なくとも３つは、前記各受け入れ切欠部の軸方向内端に押し付けられるようにされた、ＨＶＡＣ用途のためのモータ。
2. 前記突起は、前記カラーの周りで非均一に離間される、請求項１に記載のモータ。
3. 前記突起の数は、５であり、それら５つの突起のうちの３つだけが、それに対応する受け入れ切欠部の軸方向内端に対して軸方向に押し付けられる、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記カラーの外周面に複数のリブが形成され、各リブは、前記突起の対応する１つと軸方向に整列されて、その突起から、前記カラーにより形成された前記開口に向かって軸方向に延び、前記リブに対応する位置における前記カラーの外径は、前記モータハウジングの内径より若干大きい、請求項１、２又は３に記載のモータ。
5. 前記固定子は、前記モータハウジングの内面に固定されて４つの磁極を形成する少なくとも１つの永久磁石を備え、前記回転子は、シャフト、該シャフトに固定された回転子コア、及び該回転子コアに隣接してシャフトに固定された整流子を備え、該整流子は、エンドキャップに支持された２つのブラシにスライド接触するための偶数個のセグメントを備え、該セグメントの各々は、直径方向に対向するセグメントに電気ブリッジにより電気的に接続され、前記２つのブラシ間の角度は、８０°ないし１００°である、請求項１、２、３又は４に記載のモータ。
6. 前記モータは、空気チャンネルを備え、該空気チャンネルは、前記エンドキャップに形成された空気入口と、前記固定子と回転子との間のギャップと、前記モータハウジングの端壁に形成された空気出口とを有する、請求項５に記載のモータ。
7. 前記空気入口は、前記２つのブラシ間に配置されて、第１入口及び第２入口に分割され、前記第１入口は、そのサイズが前記第２入口より大きい、請求項６に記載のモータ。
8. 前記エンドキャップは、更に、キャパシタと、２つのチョークと、電源へ接続するための２つの端子とを含み、前記チョークの各々は、前記ブラシの１つ及び前記端子の１つに直列接続され、前記キャパシタは、前記端子と端子との間に接続される、請求項５に記載のモータ。
9. 前記端子は、モータソケットへアッセンブルされ、このモータソケットは、舌状部・溝接続体により前記エンドキャップに接続される、請求項８に記載のモータ。
10. 前記回転子コアは、１４個の巻線スロットを備え、これらの巻線スロットは、回転子の回転軸に対して傾斜される、請求項５に記載のモータ。
11. 前記モータは、好ましい回転方向を有し、各ブラシの半径方向外端は、前記モータの好ましい回転方向とは逆の方向において半径方向とはオフセットしている、請求項５又は６に記載のモータ。
12. 前記端壁は、楕円凸状であり、前記端壁の中央部分にベアリングホルダが形成される、請求項６に記載のモータ。

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