JP2015056931A - モータおよびこのモータを備えたファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトが復元力により元の位置へ戻ろうとすることで生じるシャフトとスラスト板・ケース蓋の衝突音を抑制する。
【解決手段】シャフト１９と、シャフト１９を回転自在に支承するメタル１６と、シャフト１９の軸心方向３２に沿ってシャフト１９に取り付けられるロータフレーム１２を含むロータ１４と、ロータ１４の外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータ１５と、メタル１６とロータフレーム１２との間に配置されるワッシャ３０とを備え、モータ構成部品を収納するケース本体１１Ａと、その開口部を閉じるケース蓋１１Ｂを備え、ケース蓋にモータの外側から粘着層・粘弾性層・拘束層の３層構造を持つ制振材３１を貼り付け、ケース蓋と一体化したことを特徴とするモータ。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータの構造および、このモータを備えたファンモータに関する。

従来、車載用の送風機やファンモータに使用されるモータは、小型化を図るためシャフト両端の軸受を廃止し、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とをシャフトの軸心方向に対して所定の距離を有して組み合わせている。この結果、ロータとステータとの間には、軸心方向における双方の磁気的中心位置を一致させようとする力、すなわち磁気的復元力（以下、「復元力」と記す。）が発生する。この復元力は、シャフトがシャフトの先端部であるピボットでスラスト板を押すように作用する。

ところで、様々な車両へこのようなモータを備えた装置を設置した場合、その装置の設置状況により重力が作用する方向に差異が生じる。本構成とすれば、重力が作用する方向に差異が生じても、ロータおよびステータのシャフトの軸心方向における位置関係が変化しないため、安定したモータ機能を得ることができる。

一方、このようなモータは復元力を利用しているため、強い衝撃などが加わると、ロータが跳ね上がり、それによって衝突音が生じるという課題があった。このため、従来、このような衝突音を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その一例として、シャフトの端部近傍に周溝とともに、ダンパリングを設けたモータが提案されている。

特開２００９−２５４１９３号公報

しかしながら、従来のダンパリングを設けたモータでは、ダンパリングをシャフトに対して適切に設ける必要があり、モータの構造が複雑になるとともに、複雑な組立作業が必要となり組立効率の低下を招くという課題があった。さらに、モータ内部構造への部材追加のため各部品精度を精査しないとモータ内部に意図せぬ接触が起こりえるため、部品精度の高精度化、それに伴う部品コストのアップが生じる課題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、ロータの跳ね上りなどによる衝突音の抑制を図ったモータおよびそれを備えたファンモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のモータは、シャフトと、シャフトを回転自在に支承するメタル軸受と、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、メタルとロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備える。

軸方向においては、シャフト端面がスラスト板と点接触し、そのスラスト板はケース蓋と呼ぶ金属板により支持される。ケース蓋はケース本体と圧入保持されてモータの外殻を形成する。そのモータ外殻の外側よりケース蓋面に粘着層・粘弾性層・拘束層の３層から
構成される制振材を貼り付ける。

このような構成とすることにより、強い衝撃が加わってロータ部が跳ね上がった後に磁気吸引力によりロータ部のシャフトがスラスト板に衝突することで生じた衝撃音、さらにはその衝撃によりモータ全体が振動して生じる音をケース蓋と一体化した制振材の減衰機能により効果的に抑制することができ、静音モータを実現することができる。

本発明によれば、ケース蓋に制振材を貼り付けるというモータ外殻への追加策により、モータ内部構造に影響を与えることなく衝撃音を抑制できる。

本発明のモータの概要を示す構成図 同モータの断面図 同モータのロータとステータとの関係を説明する説明図 同モータのロータフレーム・軸受部の拡大図 本発明の実施の形態１におけるモータ断面図 制振材の断面図 同ファンモータを電池冷却へ使用した場合の斜視概念図 同ファンモータをシート空調へ使用した場合の斜視概念図

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の詳細について説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ１０の概要を示す構成図である。また、図２は、モータ１０の断面図である。本実施の形態では、ステータの内周側にロータを配置したインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。

モータ１０は、図１に示すように、ケース本体１１Ａと、ケース蓋１１Ｂと、ケース本体１１Ａ内に配置されたステータ１５と、シャフト１９と、メタル１６と、ロータ１４と、スラスト板１８とを備えている。また、ケース本体１１Ａをケース蓋１１Ｂで封じることによりモータケース１１が形成される。

モータケース１１は、電気亜鉛めっき鋼板からなる。シャフト１９は、マルテンサイト系ステンレスからなる。シャフト１９は、モータケース１１内の中央に配置され、ケース本体１１Ａから一端側が突出し、他端側がスラスト板１８を介してケース蓋１１Ｂに形成されたスラスト板１８を配置するスラスト受け皿１７で支持される。メタル１６は、焼結含油軸受であり、例えばＦｅ−Ｃｕ−Ｓｎ−（Ｃ）材からなる。メタル１６は、シャフト１９の軸心方向３２に沿うように、シャフト外周面１９ａに取り付けられる。シャフト１９は、メタル１６を介してケース本体１１Ａのケース本体円筒部１１Ｃに支持される。このような構成により、メタル１６が、シャフト１９を回転自在に支承している。

ロータ１４は、シャフト１９の軸心方向３２に沿ってシャフト１９に取り付けられる。ロータ１４は、ロータフレーム１２とロータ磁石１３とを含む。ロータフレーム１２は、電気亜鉛めっき鋼板からなり、ロータ磁石１３を接着保持し、トルクを発生している。ロータ磁石１３は、希土類ボンド磁石からなり、後述するステータ１５が生成する磁界の影響を受ける。

ロータフレーム１２は、図２に示すように、円盤部２１と円筒部２２と段差部２３と取
付部２４とを有した形状を成している。ロータフレーム１２は、取付部２４によってシャフト１９に取り付けられる。円盤部２１は、取付部２４から外周方向に広がり、環状を成している。円筒部２２は、円盤部２１の外周から軸心方向３２に沿って延伸し、円筒状を成している。そして、円盤部２１の内周側に段差部２３が形成されている。このように、ロータフレーム１２は、一端側を開放したカップ状の形状を有している。そして、モータ１０は、メタル１６がロータフレーム１２の開放側に配置され、かつロータフレーム１２内側の円筒空洞部にメタル１６の一部が入り込むように構成されている。

さらに、モータ１０は、軸心方向３２において、ロータフレーム１２とメタル１６との間にギャップを設け、ギャップにワッシャ３０を配置している。ここで、ロータフレーム１２の段差部２３は、ワッシャ３０と対面する箇所に形成されている。

また、ステータ１５は、ロータ１４の外周面１４ａに対し、空隙を介して対向して配置される。ステータ１５は、鉄心１５Ａと、鉄心１５Ａに巻回された巻線１５Ｂとを含み、巻線１５Ｂに所定の電流を流すことで、電磁石を形成する。この電磁石が生成する磁界を制御することで、シャフト１９を中心としてロータ１４が所望の回転数で回転する。

図３は、ロータ１４とステータ１５との関係を説明する説明図である。次に、図３を用いて、モータ１０に利用している復元力について説明する。図３（ａ）は、モータ１０への衝撃が発生しない場合を示し、図３（ｂ）は、モータ１０への衝撃が発生した場合を示している。

まず、図３（ａ）に示すように、ロータ１４とステータ１５とは、ロータ１４の磁気的中心ＭＣＲとステータ１５の磁気的中心ＭＣＳとがシャフト１９の軸心方向３２へ所定の距離Ｌを有して設置される。ロータ１４とステータ１５とは、距離Ｌを解消する方向へ復元力Ｆを有する。この復元力Ｆは、図中、矢印で示される。シャフト１９の軸心方向３２で、かつ、復元力Ｆが作用する方向にスラスト板１８が備えられる。ここで、シャフト１９は、シャフト１９の先端部であるピボット１９ｂでスラスト板１８を図３中、下方（復元力Ｆ方向）へ押している。スラスト板１８は、シャフト１９の先端部であるピボット１９ｂでシャフト１９を支持する。スラスト板１８はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはセラミックからなり、回転するシャフト１９を支持するため、耐摩耗性に優れることが求められる。

ところで、このようなモータ１０を自動車へ搭載した場合、自動車が悪路や段差を走行することで衝撃が発生すると、シャフト１９に対して復元力Ｆの反対方向へ復元力Ｆ以上の強い力Ｆｕが加わることがある。すると、図（ｂ）に示すように、ロータ１４が跳ね上がり、瞬間的にシャフト１９とスラスト板１８との間に隙間Ｌｕが生じる。そして、強い力Ｆｕが消滅すると、シャフト１９は、図３（ａ）の状態となるように、復元力Ｆによって強制的に元の位置へ復帰しようとする。このように、モータ１０に強い衝撃などが加わると、ロータ１４が軸心方向３２に揺さぶられ、ロータフレーム１２がメタル１６に衝突してその衝突音を発することになる。この方向での衝突音はワッシャ３０がたわみ変形して衝突エネルギーを抑制することで、衝突音のピーク値を抑制することができる。

ただし、逆方向への衝突、つまりロータ部のシャフトがスラスト板方向に当たった際にはワッシャ３０は衝突に介在せず、別の衝撃メカニズムによりにより衝突音を発することとなる。従来、この衝突音が搭乗者の耳へ届いていたため、搭乗者へ不快感を与えていた。

以下に、このような衝突音を抑制するための本実施の形態の詳細な構成について説明する。

本実施の形態では、図５に示すようにモータ外殻をなすケース蓋にモータ外側から制振材３１を貼り付けて、ケース蓋と一体化している。制振材３１は、図６のように粘着層３１Ａ・粘弾性層３１Ｂ・拘束層３１Ｃより構成される３層構造をしている。

図４は、図２における要部ＡＡの拡大図である。図４に示すように、軸心方向３２において、ロータフレーム１２の円盤部２１とメタル１６との間には、ギャップＧが設けられる。ワッシャ３０は、このギャップＧ、すなわちロータフレーム１２の円盤部２１とメタル１６のロータ側先端部との間に配置される。ここで、ワッシャ３０は、ギャップＧにおいて、シャフト１９に沿って移動可能、すなわち接着されない状態で備えられる。

また、ワッシャ３０は、例えばスラスト板１８と同様にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂で形成することが好適である。
ロータフレーム１２とメタル１６との間に、このようなワッシャ３０を配置している。このため、衝撃によって、図３（ｂ）に示すように、ロータ１４が跳ね上がったとしても、樹脂であるワッシャ３０の緩衝効果によりロータフレーム１２とメタル１６との衝撃音が緩和されることになる。

ロータフレーム１２においては段差部２３を設けた構成としている。段差部２３は、軸心方向３２から見たとき、ロータフレーム１２の内周から所定幅の円環形状を成し、シャフト１９の外周を沿うようにロータフレーム１２に形成されている。また、段差部２３は、図４に示すように、軸心方向３２において、ワッシャ３０とロータフレーム１２とが対面する箇所に窪みを形成するように設けられている。すなわち、段差部２３は、円盤部２１のメタル１６側の面から、メタル１６に対して離れる方向に段差を設けるように形成され、この段差箇所からシャフト１９までの窪みを形成している。また、段差部２３の外周径はワッシャ３０の外周径よりも小さい。すなわち、ワッシャ３０が段差部２３に落ち込まない構造である。

ロータフレーム１２にこのような段差部２３を設けている。このため、ロータフレーム１２がワッシャ３０を介してメタル１６に衝突するとき、この段差部２３の窪みによって、ワッシャ３０の内周側は撓むように作用する。そして、このような段差部２３とワッシャ３０とのこのような作用によって、ワッシャ３０にばね効果を持たすことができ、その結果、ロータフレーム１２とメタル１６との衝撃を緩和し、シャフトが図３（ｂ）のＦｕ方向に動いた際の衝撃音の抑制を図ることができる。

本実施の形態では、モータ外殻をなすケース蓋にモータの外側から粘着層・粘弾性層・拘束層の３層構造を持つ制振材３１を貼り付け、ケース蓋と一体化している。その構成によりケース蓋振動の減衰、ひいてはモータ振動の減衰をさせる機能を有し、モータ内部構造の衝突音を低減することができる。同時に振動減衰の結果、モータ起動時の起動音、モータ回転時の定常音についても騒音低減効果を有する。

制振材３１の粘着層は、車両信頼性に耐える粘着性、貼付けした簿とケース蓋との一体化の機能を有する。粘弾性層は、振動を減衰させる機能を有する。拘束層は、粘弾性層との相互作用により減衰を高める機能を有する。

この３層が最適化されて薄型・小型サイズでも高い減衰効果を実現できる。この制振材をモータ振動騒音の発生箇所を選定して貼り付ける事でより効果的に振動抑制、騒音低減を実現できる。

なお、以上の説明では、図５のようにケース蓋面の一部に対し、より小さい面積の制振
材３１を貼る例を図示しているが、制振材をケース蓋同等のサイズまで大きくした構成により、制振性を最大限に高めて静音効果を最優先しても良い。あるいは、制振材３１を目標騒音性能を満たす極限まで小さくした構成により、部品コスト低減、軽量化による車両燃費向上を優先しても良い。

特にシャフト１９の一端がスラスト板１８にぶつかり衝突音が鳴るため、ケース蓋１１Ｂのスラスト板１８を配置したスラスト受け皿１７の裏側付近に制振材３１を貼り付けると衝突音発生部位に近いため衝突音を小さくする効果が高い。

また、制振材３１の貼付面形状は、振動モードを考慮して回転中心を中心とした円形状でも良いし、制振シート原材料からの打ち抜き性を考慮して廃棄ロスのない四角形状でも良い。

また、この効果により、衝突音との相関関係にある図４に示すスラストガタＧを大きく（例えば０．２ｍｍ以上）設定しても衝突音を小さくすることができ、車両に求められる騒音仕様を満足する可能性を有する。その結果としてモータ内部構造の部品精度を緩和することにより、部材コストの低減、ひいてはモータコストの低減を実現することができる。

このように、本実施の形態のファンモータ５０、およびそのモータにファン、ファンケースを取り付けたファンモータは、本発明のモータを備えた構成であるため、衝突音の抑制を実現できる。

次に、本発明のファンモータを車載用に使用した使用例を図７、図８に示す。

車載用として図７では、本実施の形態のファンモータ５０が、車載用電池８０の冷却に使用される。このときの空気の流れを図中、矢印７３（７３Ａ、７３Ｂ）で示す。図７に示すファンモータ５０は、シロッコファンを用いている。モータを小型化することで、この車載用のファンモータ５０は従来よりも小型化を実現している。その結果、従来の車載用ファンモータよりも設置の自由度を上げることができる。そこで、複雑な風回路を形成する車載用電池８０の収納部８１において、複数の車載用電池８０を冷却するのに適した位置へこのファンモータ５０を設置することができる。よって、より効率的な風回路を形成することができるので、より省エネルギー化を推し進めることが可能となる。

また、図８において、車載用のファンモータ５０は、搭乗者が使用するシート８２へ組み込まれる。具体的には、シート８２の背もたれ８２Ａや座面８２Ｂに組み込まれる。このときの空気の流れを図中、矢印８３（８３Ａ、８３Ｂ）で示す。図８に示すファンモータ５０も、シロッコファンを用いている。その結果、図に示すように、ファンモータ５０の吸込口６４から吸い込まれた空気（８３Ａ）は、吸込口６４方向とほぼ直行する面方向に設けられた吹出口６５から吹き出される（８３Ｂ）。

なお、図８では、吸込口６４を背もたれ８２Ａの表面側と座面８２Ｂの上面側へ設置して、空気の流れ８３について分かりやすく説明した。しかし、搭乗者に対する快適性や車載用空調装置への空気の吸込み易さを考慮した場合、吸込口６４は背もたれ８２Ａの背面側と座面８２Ｂの下面側へ設置するほうがよい。

このように、本発明のモータを車載用ファンモータに用いれば、自動車が悪路や段差を走行することで、復元力とは反対の方向へこの復元力以上の強い力がシャフトへ加わってシャフトとスラスト板が離れ、その後に衝突する時の衝撃を緩和することができる。

その結果、シャフトとスラスト板との衝突時の衝撃が基となって発生していた衝突音を抑制することができる。

本発明は、上記した車載用として好適であり、それ以外、例えば、省スペースかつ、衝撃による衝突音の抑制を求められるモバイル機器についても使用することができる。

１０ モータ
１１ モータケース
１１Ａ ケース本体
１１Ｂ ケース蓋
１１Ｃ ケース本体円筒部
１２ ロータフレーム
１３ ロータ磁石
１４ ロータ
１５ ステータ
１５Ａ 鉄心
１５Ｂ 巻線
１６ メタル
１７ スラスト受け皿
１８ スラスト板
１９ シャフト
２１ 円盤部
２２ 円筒部
２３ 段差部
２４ 取付部
３０ ワッシャ
３１ 制振材
３１Ａ 粘着層
３１Ｂ 粘弾性層
３１Ｃ 拘束層
３２ 軸心方向
５０ ファンモータ
６４ 吸込口
６５ 吹出口
８０ 車載用電池
８１ 収納部
８２ シート
８２Ｂ 座面

Claims (3)

1. シャフトと、
   前記シャフトを回転自在に支承するメタルと、
   前記シャフトの軸心方向に沿って前記シャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、
   前記ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、
   前記ステータの相ごとに巻回される巻線と、
   前記メタルと前記ロータフレームとの間に配置されるワッシャと、
   ケース本体と、
   前記ケース本体の開口部を閉じるケース蓋とを備えたモータであって、
   前記ケース蓋に前記モータの外側から粘着層・粘弾性層・拘束層の３層構造を持つ制振材を貼り付け、ケース蓋と一体化したことを特徴とするモータ。
2. 前記ケース蓋には前記シャフトの先端がスラスト方向に衝突するスラスト受け部を有し、前記ケース蓋のスラスト受け部の裏側位置に前記制振材が貼り付けられた請求項１記載のモータ。
3. 前記モータを用いた請求項１または請求項２に記載のファンモータ。

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