JP2018509122A - 軸方向ブラシレス直流モータ - Google Patents

Abstract

固定子と、磁石を含む回転子と、固定子を通って伸長し、１対の対向する遠位カラーを含むスリーブブッシュとを含む軸方向ブラシレス直流モータであって、モータシャフトはスリーブブッシュを通って伸長し、１対の対向する軸受はカラーのそれぞれの対に据え付けられ、スリーブブッシュ及び固定子に対する回転のためにシャフト及び回転子を取り付ける。軸受は、モータシャフトの推力、半径方向支持／自己整合、及び角度調整のために適応される。一実施形態では、固定子オーバーモールド部材は、スリーブブッシュを画定し、固定子短絡リングを含む中心管を含む。一実施形態では、金属磁極片はリムを有するカップ状の磁石に据え付けられ、磁束は磁石のリムを通って、及び磁束センサを通って移動する。【選択図】図１

Description

［関連出願及び同時係属出願の相互参照］
本願は、すべての参照がそこに引用されるようにそのすべてが本明細書に援用される、２０１５年２月１０日に出願された米国仮特許出願第６２／１１４，４４６号、２０１５年８月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／２１１，０２８号、及び２０１５年１０月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／２４２，１４３号の出願日及び開示の利益を主張する。

本発明は、概してモータに関し、特に軸方向ブラシレス直流モータに関する。

より大型でより費用効果が高くない軸方向ブラシレス直流モータと同じ出力性能を提供する、より小型でより費用効果が高い軸方向ブラシレス直流モータに対する継続的なニーズがある。本発明はこのニーズを満たす。

本発明は概して、固定子と、磁石を含む回転子と、固定子を通って伸長する細長いスリーブブッシュであって、内部貫通開口部を画定し、第１及び第２の対向する遠位軸受カラーを含むスリーブブッシュと、スリーブブッシュの内部貫通開口部を通って伸長する細長いシャフトと、スリーブブッシュの第１の軸受カラー内にあり、スリーブブッシュ及び固定子に対するシャフトの回転を可能にするためにシャフトの第１の端部を取り囲む第１の軸受と、スリーブブッシュの第２の軸受カラー内にあり、固定子に対するシャフト及び回転子の回転を可能にするためにシャフトの第２の対向する端部を取り囲む第２の軸受とを含む、軸方向ブラシレス直流モータを対象とする。

一実施形態では、第２の軸受は対向する上部軸受レースと下部軸受レースとの間に挟まれた玉を含むスラスト玉軸受であり、上部軸受レース及び下部軸受レースは、推力、半径方向支持／自己整合、ならびに互いに及びスラスト玉軸受によって支持されるシャフトに対する軸受レースの角度調整の組合せを可能にする、それぞれの玉軸受当接面を有するそれぞれのカラーを含む。

一実施形態では、第２の軸受は、対向する上部軸受レースと下部軸受レースとの間に挟まれた玉を含むスラスト玉軸受であり、上部軸受レース及び下部軸受レースは、それぞれの玉軸受当接面を有するそれぞれのカラーを含み、上部軸受当接面及び下部軸受当接面の一方は玉の輪郭をたどり、上部玉軸受当接面及び下部軸受当接面の他方は斜めで平らな表面である。

一実施形態では、上部軸受レースの玉軸受当接面は玉の輪郭をたどり、下部軸受レースの玉軸受当接面は、推力、セルフセンタリング、半径方向支持、ならびに互いに及びスラスト軸受によって支持されるシャフトに対する軸受レースの位置合わせの組合せを可能にするために斜めで平らである。

一実施形態では、上部軸受レースの玉軸受当接面は斜めで平らであり、下部軸受面の玉軸受当接面は、推力、半径方向支持、ならびに互い及びスラスト軸受によって支持されるシャフトに対する軸受レースの自己整合の組合せを可能にするために玉の輪郭をたどる。

一実施形態では、第１の軸受及び第２の軸受は背中合わせの関係で第１の軸受カラー及び第２の軸受カラーに位置する。

一実施形態では、固定子オーバーモールド部材はコイルを取り囲み、スリーブブッシュ及び回転子用の筐体を画定する。

一実施形態では、固定子短絡リングはそれぞれのコイルに結合されたそれぞれの端子を含み、固定子短絡リングは固定子オーバーモールド部材の中で伸長する。

一実施形態では、固定子は並列で接続されたコイルのそれぞれの対に配置される複数のコイルを含む。

一実施形態では、固定子は直列で接続されたコイルのそれぞれの対に配置される複数のコイルを含む。

一実施形態では、カップ状の磁石は円板状の金属磁極片用のレセプタクルを画定する。

一実施形態では、カップ状の磁石はリムを含み、磁束を生成するように適応され、磁束は磁石のリムを通って及び磁束センサを通って移動するように適応される。

一実施形態では、金属磁極片は磁石のリム及び磁束センサの領域の磁束の密度を強化するために磁石のリムに隣接して位置する該磁極片の周辺領域に切欠きを画定する。

また、本発明は、複数のコイルを含む固定子と、コイルを取り囲み、第１の軸受カラー及び第２の軸受カラーならびに回転子用の筐体を含むスリーブブッシュを画定する固定子オーバーモールド部材と、磁石を含み、固定子オーバーモールド部材に画定される回転子ハウジングに位置する回転子と、固定子オーバーモールドアセンブリのスリーブブッシュを通って伸長し、回転子に対する及び回転子との回転のために結合されるモータシャフトと、固定子オーバーモールドアセンブリのスリーブブッシュのそれぞれの第１の軸受カラー及び第２の軸受カラーに据え付けられ、固定子に対する回転子との回転のためにモータにモータシャフトを取り付ける第１の軸受及び第２の軸受とを含む軸方向ブラシレス直流モータも対象とする。

一実施形態では、固定子短絡リングはコイルに結合された端子を含み、固定子オーバーモールド部材は固定子短絡リングを取り囲む。

本発明はさらに、固定子と、固定子を通って伸長する回転自在のモータシャフトと、固定子に重なり、固定子から間隔を空けられ、モータシャフトとの回転のために結合される回転子とを含む軸方向ブラシレス直流モータを対象にし、回転子は磁束センサによる検知のために適応された磁束を生成する磁石を含み、磁石はリム及び磁石のリムに重なり、磁石のリムから間隔を空けられた磁束センサを含み、磁束は磁石のリム及び磁束センサを通って移動するように適応される。

一実施形態では、磁石は、リムを含み、カップ状の磁石に据え付けられる金属磁極片をさらに含むカップの形状であり、リム及び磁束センサの領域の磁束の密度を強化するために磁石のリムに隣接する磁石磁極片の領域でその中に形成される周辺切欠きを含む。

以下の発明を実施するための形態、図面、及び添付特許請求の範囲からより容易に明らかになる本発明の他の優位点及び特徴がある。

本明細書の一部を形成する添付の図面において、同じ参照番号は同様の部分を示すために使用される。

本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの斜視図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの垂直断面図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの分解図である。 本発明に係る軸流ブラシレス直流モータのスラスト軸受／ラジアル軸受の一実施形態の拡大垂直断面図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータのスラスト軸受／ラジアル軸受の別の実施形態の拡大垂直断面図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータのスラスト軸受／ラジアル軸受の追加の実施形態の拡大垂直断面図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの固定子の簡略化された平面図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの固定子のコイルの並列接続及び並列結合のための電気回路の概略図である。 本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの固定子のコイルの直列接続及び直列結合の電気回路の概略図である。 固定子オーバーモールド部材を有する本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの実施形態の斜視図である。 図１０に示される軸方向ブラシレス直流モータの垂直断面図である。 図１０に示される軸方向ブラシレス直流モータの分解斜視図である。 図１０に示される軸方向ブラシレス直流モータの部分斜視、部分垂直断面図である。 カップ状の回転子磁石を有する、本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータの垂直断面図である。

図１、図２、及び図３は、固定子または固定子アセンブリ１２、回転子または回転子アセンブリ１４、スリーブブッシュ１６、玉軸受１８、スラスト軸受２０、及び細長い回転子シャフト２１を含む、本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータ１０を示す。示されている実施形態では、軸方向ブラシレス直流モータ１０は、３相８極６長穴の軸方向ブラシレス直流モータである。

固定子アセンブリ１２は、中心貫通穴または開口部２３を画定する円板の形式及び形状の平らな基部２２、その中心貫通穴２３を画定する基部２２の内壁によって画定される内部周縁肩部２４、及びそれぞれが複数のモータ取付け貫通穴２７を画定する複数の周辺モータ取付けブラケット２５を含む。示されている実施形態では、基部２２は粉末金属から作られている。複数の、つまり図１、図２、及び図３の実施形態では６つの固定子電機子ポスト２５は、基部２２の内面から単一的に垂直に上方に且つ外向きに突出する。図示されている実施形態では、電機子ポスト２５の形状は概して三角形であり、互いに及び中心貫通穴または開口部２３に対して間隔を空けて置かれた関係で中心貫通穴または開口部２３の回りで一周伸長する。また、示されている実施形態では、電機子ポスト２５のそれぞれの各側面２５ａ及び２５ｂは互いに向かって内向きに及び中心貫通穴または開口部２３の方向で集まる。

また、固定子アセンブリ１２は、それぞれが中心の細長い貫通穴２７ａを画定する中心の細長いコアまたはスプール２７を画定する、複数の細長い熱可塑性ボビン２６も含む。中心の細長いコアまたはスプール２７は、それぞれの電機子ポスト２５の三角形状と相補的な三角形状である。

電気コイルパック２８は、それぞれボビン２６のコアまたはスプール２７の回りに伸長する。ボビン２６は、長穴または間隙３０がボビン２６のそれぞれとコイル２８との間に画定されるように互いに対して基部２２上に位置決めされる。示されている実施形態は６つの長穴または間隙３０を画定する。

回転子アセンブリ１４は、中心貫通穴または開口部３４を画定する円板の形式及び形状の平らな基部３２を含む。基部３２は粉末金属から作られている。平らな磁石３６は回転子基部３２の底面３８の外部表面に対して据え付けられる。示されている実施形態では、磁石３６は円板の形式及び形状をとり、回転子基部３２に画定された中心貫通穴または開口部３４よりも大きい直径を有し、回転子基部３２に画定された中心貫通穴または開口部３４から間隔をあけられた中心貫通穴または開口部３９を画定する。示されている実施形態では、磁石３６は圧着されたネオフェライト磁性材料から作られ、８つの交互のＮ極−Ｓ極から成る。

回転子アセンブリ１４及び固定子アセンブリ１２は、固定子アセンブリ１２の電機子ポスト２５、ボビン２６、及びコイル２８の外部上面の反対に、固定子アセンブリ１２の電機子ポスト２５、ボビン２６、及びコイル２８の外部上面から間隔を空けられ、固定子アセンブリ１２の電機子ポスト２５、ボビン２６、及びコイル２８の外部上面に平行に位置決めされた、回転子アセンブリ１４の磁石３６の外部上面と重複する関係で互いに対して位置決めされる。この関係では、２対のコイル２８（つまり４つのコイルまたは２つの相）が、任意の整流段で回転子アセンブリ１４及び磁石３６の回転に応えて付勢される。

モータ１０の相ごとの推定ピークトルク定数は以下の通りである。
Ｋ_Ｔ（Ｎｍ／Ａｔ）は、約Ｂ_ａｉｒ ^＊（ＯＤ^２−ＩＤ^２）／４
であり、上式では、
Ｋ_Ｔ（Ｎｍ／Ａｔ）‐ピークトルク定数
Ｂ_ａｉｒ （Ｔ）‐空隙中の磁束密度
ＯＤ（ｍ）−固定子及び磁石の外径
ＩＤ（ｍ）−磁石内径

スリーブブッシュ１６、軸受１８及び２０、ならびにモータシャフト２１は、モータシャフト２１の回転に応えて固定アセンブリ１２に対する回転子アセンブリ１４の回転を可能にする関係で組み立てられる。

細長いスリーブブッシュ１６は、内部の細長い中空の円筒穴４０を画定する。ラジアル軸受受入れカラー４２及び４４はスリーブブッシュ１６の対向する端部に形成され、それぞれ玉軸受１８及びスラスト軸受２０を受け入れ、据え付けるように適応される。ラジアルカラー４２及び４４は、スリーブブッシュ１６の直径よりも大きい直径を有する。上部カラー４４は、スリーブブッシュ１６から半径方向に外向きに且つ垂直に伸長する半径方向部分４４ａ、及び半径方向部分４４ａの遠位末端から外向きに且つ上方に伸長する軸方向部分４４ｂを含む。

スリーブブッシュ１６は、スリーブブッシュ１６が固定子電機子ポスト２５、ボビン２６、及びコイル２８に取り囲まれる関係でモータ１０の中心を通って伸長する。カラー４２は固定子アセンブリ１２の基部２２に画定される中心貫通穴２３に位置し、固定子基部２２の内部肩部２４に対して据え付けられ、カラー４４は磁石３６に画定される貫通穴３８に位置する。すなわち、カラー４４は、ボビン２６／コイル２８と、磁石３６と、貫通穴３８の内部に伸長する軸方向部分４４ｂとの間に位置する半径方向部分４４ａとの関係で位置決めされる。したがって、スリーブブッシュ１６はモータ１０の長手方向軸Ｌと共線的な関係でモータ１０の中心を通り、及び固定子１２を通って伸長する。

細長く、概して形状が円筒形であるモータシャフト２１はモータ１０の中心を通って伸長し、より詳細にはスリーブブッシュ１６の内部穴４０を通って伸長する。モータシャフト２１の第１の端部は固定子アセンブリ１２の基部２２の中心画定された貫通穴２３、及び回転子アセンブリ１４の磁石３２の中心に画定される貫通穴３４を通って伸長する対向する第２の端部を通って伸長する。

ラジアル軸受１８はリングの形式及び形状をとり、中心貫通開口部１９を画定する。ラジアル軸受１８はスリーブブッシュ１６のカラー４２に入れ子され、ラジアル軸受１８がモータシャフト２１の下端を取り囲み、スリーブブッシュ１６のカラー４２がラジアル軸受１８を取り囲み、それによってスリーブブッシュ１６及び固定子アセンブリ１２に対する回転のためにモータシャフト２１の下端、したがってモータシャフト２１をモータ１０に取り付ける関係でモータ１０に位置し、取り付けられる。

軸受２０も、中心貫通開口部１７を画定するリングの形式及び形状をとり、スリーブブッシュ１６の上部カラー４４の内部に、及びモータシャフト２１の上端を取り囲む関係で入れ子にされ、据え付けられ、それによってモータシャフト２１の上端、したがってモータシャフト２１及び回転子１４をスリーブブッシュ１６及び固定子１２に対する回転のために取り付ける、組合せスラスト及びラジアル軸受である。

軸受２０は図４により詳細に示され、推力、半径方向支持／自己整合、及び角度調整の特徴の組合せを含む。

図５に示される軸受２０ａは、推力、セルフセンタリング、半径方向支持、及び位置合わせの特徴の組合せを含む軸受である。

図６に示される軸受２０ｂは、推力、半径方向支持、及び自己整合の特徴の組合せを含む軸受である。

スラスト軸受２０、２０ａ、及び２０ｂの構造は、推力、半径方向支持、半径方向位置合わせ、及び角度調整の特徴の組合せを単一軸受の中に組み込むことができるようにする。

スラスト軸受２０は、回転子アセンブリ１４及びシャフト２１が相対的に高速で回転されるときに遠心力及び加速に応えて回転子アセンブリ１４及びシャフト２１の適切な回転を保証し、このようにしてモータ１０の適切な機能を保証するために、少なくともスラスト特徴、及び図４、図５、図６に示されるスラスト軸受の他の特徴の１つを含まなくてはならない。

スラスト軸受２０、２０ａ、及び２０ｂのそれぞれは、Ｘ−Ｙ平面での回転子アセンブリ１４及びモータシャフト２１の移動を防ぎ、このようにして回転子アセンブリ１４及びモータシャフト２１を高速及び連続回転のために適切に且つ適応させる。

図４に示される軸受２０は、それぞれがそれぞれの中心貫通開口部１７を画定し、それぞれの玉軸受受入れ凹部または入れ子６６及び６８を画定するそれぞれアーチ形の外部側面を有する、それぞれの周辺及び円周方向に伸長するカラー６３及び６５を含むそれぞれの１対の積み重ねられた、概してリング状の上部軸受レースと下部軸受レース６２及び６４の間に挟まれた複数の金属玉６０から成る。

図４の実施形態では、レース６２のカラー６３は、レース６４のカラー６５の内部１７の中に伸長し、それぞれの入れ子６６及び６８を画定するアーチ形の表面が対向関係で位置決めされ、玉軸受６０の外部表面の対向領域の輪郭に相補的であり、玉軸受６０の外部表面の対向領域の輪郭をたどる。図４の実施形態では、それぞれの入れ子６６及び６８を画定するそれぞれの表面が形成され、玉６０の上部外面がレース６２のカラー６３の入れ子表面６６に入れ子され、玉６０の下部外面がレース６４のカラー６５の入れ子表面６８に入れ子される関係で、それぞれの玉６０の外面の対向領域のほぼ２分の１をその中に入れ子できるように曲げられている。

それぞれの軸受レース６２及び６４の入れ子６６及び６８の使用を、玉６０の輪郭をたどる形状と組み合わせることにより、軸受２０ならびに軸受レース６２及び６４は、互いにならびにモータシャフト２１及び軸受２０によって支持される回転子１４に対する（軸受２０の軸受レース６２ならびに軸受レース６４及び軸受中心垂直軸に対して傾斜して位置決めされたシャフト２１を示す図４で見せかけで示されるような）推力、半径方向支持／自己整合、及び角度調整の機能の組合せに役立つ。

図５に示される軸受２０ａは、それぞれがそれぞれの中心貫通開口部１７ａを画定し、それぞれの対向する玉軸受当接面６６ａ及び６８ａを画定するそれぞれの外部側面を有するそれぞれの周辺の及び円周方向に伸長するカラー６３ａ及び６５ａを含む、１対の積み重ねられ、概してリング状の上部軸受レース６２ａ及び下部軸受レース６４ａとの間に挟まれた金属玉６０ａから成る。

図５の実施形態では、レース６２ａのカラー６３ａはレース６４ａのカラー６５ａの内部貫通開口部１７ａの中に伸長し、軸受レース６２ａの表面６６ａは、玉６０ａの下部外面の輪郭に相補的であり、玉６０ａの下部外面の輪郭をたどる入れ子の形式及び形状をとり、より詳細にはそれぞれの玉６０ａの下部外面のほぼ２分の１をその中に入れ子にできるようにする形式及び形状をとり、軸受レース６４ａの表面６８ａは斜めで平らである。

したがって、図５の実施形態では、それぞれの玉６０ａは、それぞれの玉６０ａの上部外面がレース６２ａのカラー６３ａの外面６６ａに入れ子にされ、それぞれの玉６０ａの下部外面がレース６４ａのカラー６５ａの斜めで平らな当接外面６８ａに当接した関係でそれぞれのレース６２ａと６４ａの間に入れ子される。

玉軸受当接面６６ａ及び６８ａの使用を図５に示されるような形状及び構成と組み合わせることにより、軸受２０ａならびに軸受レース６２ａ及び６４ａが、互いに及びモータシャフト２１及び軸受２０ａによって支持される回転子１４に対する、推力、セルフセンタリング、半径方向支持、ならびに位置合わせの機能の組合せに役立つことを可能にする。

図６に示される軸受２０ｂは、それぞれが内部貫通開口部１７ｂを画定し、それぞれの玉軸受当接面６６ｂ及び６８ｂを画定するそれぞれの外部側面を有するそれぞれの周辺の及び円周方向に伸長するカラー６３ｂ及び６５ｂを含む、１組の積み重ねられ、概してリング状の軸受レース６２ｂ及び６４ｂの間に挟まれた金属玉から成る。図６の実施形態では、レース６２ｂのカラー６３ｂは伸長し、レース６４ｂのカラー６５ｂの内部に位置し、軸受レース６２ｂの表面６６ｂは斜めで平らであり、軸受レース６４ｂの表面６８ｂは、玉６０ｂの外面の輪郭をたどり、玉６０ｂの外面のほぼ４分の１をその中に入れ子できるようにする入れ子の形式及び形状をとる。

したがって、図６の実施形態では、それぞれの玉６０ｂは、それぞれの玉６０ｂの外部上面がレース６２ｂのカラー６３ｂの外面６６ｂに対して当接し、それぞれの玉６０ｂの下部外面がレース６４ｂのカラー６５ｂの表面６８ｂに入れ子にされる関係でそれぞれのレース６２ｂと６４ｂの間で入れ子にされる。

軸受２０ｂはさらに、レース６２ｂのカラー６３ｂの外面上に画定され、形成される周辺の及び円周方向に伸長する肩部６９と、レース６４ｂのカラー６５ｂの外面に画定され、形成される周辺の及び円周方向に伸長する肩部７１との間で伸長し、位置する輪ばね６５を含む。

玉軸受当接面６６ｂ及び６８ｂの使用を図６に示される形状及び構成と組み合わせることにより、軸受２０ｂならびに軸受レース６２ｂ及び６４ｂは、互いに及び軸受２０ｂによって支持されるモータシャフト２１に対する、推力、半径方向支持、ならびに自己整合の機能の組合せに役立つことを可能にする。

それぞれの軸受２０、２０ａ、及び２０ｂは、モータ１０の動作中、それぞれの軸受レース６２、６２ａ、及び６２ｂが固定子アセンブリ１２に対するモータシャフト２１及び回転子アセンブリ１４の回転を可能にするためにそれぞれの軸受レース６４、６４ａ、及び６４ｂに対して回転する関係でスリーブブッシュ１６のカラー４４に取り付けられる。

図８は、図７に示される固定子コイル配置とともに図１、図２、及び図３に示される軸方向モータ１０の平行した回路概略及び配置を示す。

具体的には、図８は、コイル２８のそれぞれの対が固定子１２のそれぞれの相Ｕ、Ｖ、及びＷを画定する関係で固定子１２に配置されるコイル２８を示し、コイル２８の対は対向し、共線的な関係で位置決めされるＵ相を画定し、コイル２８の対は対向する共線的な関係で位置決めされるＶ相を画定し、コイル２８の対は対向し、共線的な関係で位置決めされるＷ相を画定し、コイル２８はＵ相コイルとＷ相コイル２８との間にＶ相コイル２８が位置する交互位相関係で固定子１２の回りに伸長する。

具体的には、図８は並列で接続されるＵ相を画定する２つのコイル２８、並列で接続されるＶ相を画定する２つのコイル２８、及び並列で接続されるＷ相を画定する２つのコイル２８を示す。

図９は、コイルが図７に示されるように相Ｕ、Ｖ、及びＷに配置される軸方向モータ１０のための交互直列回路の概略及び配置を示し、２つのコイル２８が直列で接続されたＵ相を画定し、２つのコイル２８が直列で接続されたＶ相を画定し、２つのコイル２８が直列で接続されたＷ相を画定する。

図９の直列回路の配置は、例えば２４Ｖ等のより高圧の用途で有利である。一方、図８の並列回路の配置は、例えば１２Ｖ等のより低圧の用途で有利である。

図１０、図１１、図１２、及び図１３は、固定子アセンブリ１１２、回転子アセンブリ１１４、１組のリング状のスラスト軸受／ラジアル軸受１１８及び１２０、ならびに細長いモータシャフト１２１を含む、本発明に係る軸方向ブラシレス直流モータ１１０の別の実施形態を示す。示されている実施形態では、軸方向ブラシレス直流モータ１１０は３相６極の軸方向ブラシレス直流モータである。

固定子アセンブリ１１２は、中心貫通穴または開口部１２４を画定する円板の形式及び形状の平らな基部つまり電機子１２２、及びそれぞれが少なくとも１つのモータ取付け貫通穴１２３を画定する複数のモータ取付けブラケット１２１を含む。示されている実施形態では、基部１２２は粉末金属から作られてよい。複数の、つまり示されている実施形態では６つの金属固定子電機子ポスト１２５は基部１２２の内面から単一的に上方に且つ外向きに突出する。図示されている実施形態では、ポスト１２５の形状は概して三角形であり、互いに及び中心貫通穴または開口部１２４に対して間隔を空けて置かれた関係で中心貫通穴または開口部１２４の回りで一周伸長する。また、示されている実施形態では、ポスト１２５のそれぞれの各側面１２５ａ及び１２５ｂ（図１２）は互いに向かって内向きに及び中心貫通穴または開口部１２４の方向で集まる。

また、固定子アセンブリ１１２は、それぞれが中心の細長い貫通穴１２７ａを画定する中心の細長いコアまたはスプール１２７を画定する、複数の細長い熱可塑性ボビン１２６も含む。中心の細長いコアまたはスプール１２７は、それぞれの電機子ポスト１２５の三角形状と相補的な三角形状である。

電気金属コイルパック１２８は伸長し、ボビン１２６のそれぞれのコアまたはスプール１２７の外面の回りに巻き付けられる。コイルパック１２８のそれぞれは、並んで、互いに対して間隔を空けられた関係で位置決めされ、ボビン１２６のそれぞれの上部に形成された、それぞれの中空の及び並んで間隔を空けられたボビンコネクタ１２６ａ及び１２６ｂの内部を通って伸長するように適応された１対の曲げられた遠位端子端部１２８ａ及び１２８ｂを含む。

固定子アセンブリ１１２はさらに、それぞれ６つのコイル１２６の遠位末端１２８ａへの電気的な結合及び接続のために適応された、複数の、つまり示されている実施形態では６つの電気金属端子１２９を含む。

固定子アセンブリ１１２はなおさらに、短絡リング３１と統一され、それぞれ６つのコイルパック１２６のそれぞれの遠位端子端部１２８ｂへの電気的な結合及び接続のために適応された、複数の、つまり示されている実施形態では６つの間隔を空けて置かれ、円周方向に伸長する電気金属端子１３１ｂを含む概してリンク状の電気金属短絡バーまたはリング１３１を含む。

固定子アセンブリ１１２はなおさらに、内部の細長い円筒形の貫通開口部または穴１４０を画定する中心の細長く、概して円筒形状の中空のコアまたは管１７２、内部レセプタクルまたは筐体１７５ａを画定する上部周辺カラー１７５、管１７２を取り囲み、管１７２の内部に画定される上部リング状の内部軸受受入れ肩部またはポケットまたは入れ子１７８を画定する上部内部カラー１４４、及び下部内部軸受受入れ肩部またはポケットまたは入れ子１８０を画定する下部カラー１４２を含む、熱可塑性の固定子オーバーモールド部材１７０を含む。

回転子アセンブリ１１４は、中心貫通穴または開口部１３４を画定する円板状の基部１３１を含む概して円板及びカップ形状の磁石１３２、及び内部磁極片レセプタクル１３７を画定する基部１３１とともに、周辺の及び円周方向に伸長し、直立する壁、リップ部、またはリム１３５を含む。

座金状の金属磁極片１３６は、磁極片１３６の下部外面が基部１３１の上部外面に対して据え付けられ、当接し、外部側面が磁石１３２のリム１３５の内外側面に対して当接する関係で磁石１３２の内部レセプタクル１３７に位置し、据え付けられるように適応される。示されている実施形態では、磁極片１３６は円板または座金の形式及び形状をとり、磁石１３２に画定される中心貫通穴または開口部１３４未満の直径を有し、磁石１３２に画定される中心貫通穴または開口部１３４から間隔を空けられた中心貫通穴または開口部１３８を画定する。磁石１３２は、圧着されたネオフェライト磁性材料から作られ、複数の交互のＮ極−Ｓ極から成る。

細長い、概して円筒状のモータシャフト１２１は１対の対向する遠位末端１２１ａ及び１２１ｂを含み、遠位末端１２１ａは複数の円周方向に伸長する外部歯及び内部の円周方向に伸長する肩部１２１ｃを画定する。

軸方向モータ１１０の多様な要素は、以下により詳細に説明されるように、組み立てられ、互いに結合される。

当初、ボビンに巻き付けられたそれぞれの電気的コイルパック１２８を有するそれぞれのボビン１２６は、それぞれの固定子電機子ポスト１２５の上に摺動される。それぞれの端子１２９は次いでそれぞれのボビンコネクタ１２６ａの内部に挿入され、それぞれのコイル１２８のそれぞれの遠位末端１２８ａに結合される。短絡リング１３１は、次いで、短絡リング１３１のそれぞれの端子１３１ｂがそれぞれのボビンコネクタ１２６ｂの内部に挿入され、それぞれのコイルパック１２８のそれぞれの遠位末端１２８ｂに結合される関係でボビン１２６の上部に対して据え付けられる。

固定子部材１７０は次いで、中心コアまたは管１７２が固定子アセンブリ１７０の中心を通って伸長するオーバーモールド材料によって画定され、残りの熱可塑性のオーバーモールド材料がそれぞれのボビン１２６、ボビンコネクタ１２６ａ及び１２６ｂ、コイル１２８の外部側面、ならびに短絡リング１３１の外面のすべてを取り囲み、包む関係で、射出成形または類似するプロセスを介して固定子アセンブリ１１２の上にオーバーモールドされる。

本発明に従って、オーバーモールドされた固定子部材１７０を、それぞれの上部及び下部の軸受受入れポケットまたは入れ子１７８及び１８０を画定するそれぞれのカラー１４４及び１４２を有する中心中空軸受スリーブブッシュまたは管１７２と使用することにより、有利なことにモータ１１０のコストを削減し、モータ組立てプロセスを簡略化し、積重ね公差を最小限に抑え、ボビン１２６、コイル１２８、端子１２９、及び短絡リング１３１を振動から守り、熱導電率を高める。

回転子アセンブリ１１４は次いで以下の通りに組み立てられる。軸受１１８はカラー１４４の内部、及び固定子オーバーモールド部材１７０のスリーブ１７２に画定される上部軸受ポケット１７８に据え付けられる。磁石１３２は軸受１１８を取り囲み、軸受１１８から間隔を空けられる関係で固定子オーバーモールド部材１７０に画定される上部凹部またはレセプタクルまたは筐体１７５ａに挿入され、据え付けられる。磁極片１３６は、磁極片１３６の下部外面が軸受１１８の上部外面に対して据え付けられ、当接する関係で磁石１３２の内部に挿入され、据え付けられる。モータシャフト１２１は磁極片１３６、磁石１３２、軸受１１８、固定子オーバーモールド部材１７０、及び固定子アセンブリ１１２に画定される中心貫通穴を通って連続的にモータ１１０を通って、軸受１１８がモータシャフト１２１の遠位末端１２１ａの回りで締まり嵌めされ、モータシャフト１２１の対向する遠位末端１２１ｂが固定子電機子１２２に画定される中心貫通穴１２４に位置する関係に挿入される。

下部軸受１２０は次いで固定子電機子１２２に画定される貫通穴の中に、カラー１４２及び下部固定子オーバーモールド部材のポケットまたは入れ子１８０の中に、モータシャフト１２１の遠位末端１２１ｂを取り囲み、モータシャフト１２１の遠位末端１２１ｂに締り嵌めされる関係に挿入される。

それぞれの軸受１１８及び１２０は、構造及び機能において軸受２０、２０ａ、及び２０ｂに類似し、したがって軸受２０、２０ａ、及び２０ｂの要素及び特徴及び機能の上述の説明は軸受１１８及び１２０に関して参照により本明細書に援用され、したがってそれぞれの軸受１１８及び１２０は軸受２０のそれぞれのレース６２及び６４に構造で相当するそれぞれの軸受積重ねレース１６２及び１６４を含むことが理解される。

本発明に従って、スラスト軸受及び／またはラジアル軸受１１８及び１２０がモータ１１０に取り付けられ、より詳細には、対向する、間隔を空けて置かれた背中合わせの関係性で、及びさらにより詳細にはそれぞれの軸受１１８及び１２０のそれぞれのレース１６４が、軸受１１８及び１２０がモータ１１０及びモータシャフト１２１に適用される、概して図１１に矢印で示される軸方向の力を吸収できるようにするために対向する、間隔を空けて置かれる背中合わせの関係にある関係で、固定子オーバーモールド部材１７０の中心管１７２によって画定されるスリーブブッシュに画定される、それぞれの対向し、間隔を空けて置かれるカラー１４４及び１４２に取り付けられる。

より詳細には、スラスト軸受及び／またはラジアル軸受１１８及び１２０は、固定子アセンブリ１１２に対する回転子アセンブリ１１４との半径方向の移動及び回転のために軸方向モータ１１０にモータシャフト１２１を取り付け、上部軸受１１８は固定子アセンブリ１１２に対する回転のために固定子アセンブリ１１２にモータシャフト１２１の上部または端部を取り付け、図１１に示されるモータシャフト１２１にかかる下向きの軸方向の力Ｆの印加に応えてモータ１１０内でのモータシャフト１２１の下方への軸方向の摺動または移動を防ぎ、下部軸受１２０は固定子アセンブリ１１２に対する回転のために固定子アセンブリ１１２にモータシャフト１２１の下部または端部を取り付け、図１１に示されるモータシャフト１２１にかかる上方への軸方向の力Ｆの印加に応えてモータ１１０でのモータシャフト１２１の上方への軸方向の摺動または移動を防ぐ。

また、軸受１１８及び１２０は、半径方向の力の一部を吸収するように適応され、特定のモータ用途に応じて同じまたは異なるサイズまたは様式となることがある。

図１４は、軸方向のブラシレスモータ１０及び１１０用の回転子２１４の代替実施形態を示す。

回転子２１４は、適切な磁性材料から作られる概してカップ状または鉢状の磁石２２０から成り、それぞれ対向する上部外面及び下部外面２２２ａ及び２２２ｂを有し、中心開口部または貫通穴２２８を画定する、概して平ら且つ円板状の基部２２２を含む。磁石２２０はさらに、内部空洞またはレセプタクル２３２を画定する概してカップ状または鉢状の磁石２２０を画定するために、磁石２２０の基部２２２の周辺上部外面２２２ａから単一的に外向きに且つ上方に伸長する周辺の及び円周方向に伸長する壁またはリップ部またはリム２３０を含む。示されている実施形態では、磁石２２０は多極電磁石、より詳細には８極電磁石である。

回転子２１４はさらに、磁石２２０に据え付けられる概して座金状の金属磁極片２３４、及びより詳細には磁極片２３４の底部外面が磁石２２０の基部２２２の上部外面２２２ａに対して据え付けられ、当接され、磁極片２３４の側面外面が磁石２２０の周縁壁またはリップ２３０の内面に対して当接される関係でカップ状の磁石２２０の内部空洞またはレセプタクル２３２に据え付けられる磁極片２３４を含む。

示される実施形態では、円周方向に伸長する磁束切欠きまたは斜めの外面２３６が磁石磁極片２３４の上部周辺端縁に形成され、画定される。

本特許出願にいかなる詳細も説明されないまたは示されていないが、本発明に係るモータ１０及び１１０は、モータ回転子２１４の上部外面に重なり、モータ回転子２１４の上部外面から間隔を空けて置かれ、モータ回転子２１４の上部外面に平行に水平関係で取り付けられる図１４に示される平らな集積回路基板２１６を含むアクチュエータ等（不図示）での使用に適応されることが理解される。プリント基板２１６は、示されている実施形態では、プリント基板２１６の上部外面に取り付けられるホール効果スイッチ／ラッチ２１８及び２１９の形をとる、プリント基板上に取り付けられた磁束場センサを含む。他の必須電子構成部品（不図示）も、プリント基板の上部及び／または下部の外面に取り付けられるように適応され、磁束の大きさ及び／または方向を検知するために適応される。モータシャフト１１６は、プリント基板２１６で開口部２２３を通って伸長する。

示されている実施形態では、回転子２１４、及びより詳細にはカップ状の磁石２２０は、磁石２２０の壁またはリップ部２３０が、プリント基板２１６の上部外面に取り付けられるホール効果スイッチ／ラッチ２１８及び２１９と垂直で共線的に位置決めされる関係で、及びさらにより詳細には、磁石２２０の壁またはリップ２３０がプリント基板２１６の下部外面と概して垂直に、及びプリント基板２１６の下部外面から間隔を空ける関係で位置決めされる。

図１４に示されるように、磁石２２０は、磁石基部２２２の対向する外面２２２ａ及び２２２ｂに概して垂直な関係で磁石２２０の基部２２２の本体を通って概して垂直に上方に移動する、概して矢印２４０で示される第１の磁束場構成要素またはセグメントまたは場と、磁石２２０の基部２２２の上部から磁石２２０の周辺リム２３０の本体の中に、及び磁石２２０の周辺リム２３０の本体を通して垂直に上方に移動する矢印２４２によって示される第２の磁束場構成要素またはセグメントまたは場と、磁石２２０の間の間隙を通って及び回路基板２６を通って、及び次いでプリント基板２１６の上部外面に取り付けられるホール効果スイッチ／ラッチ２１８及び２１９の区域または領域を通って磁石２２０のリム２３０の上部から垂直に上方に移動する、矢印２４４によって概して示される第３の磁束場構成要素またはセグメントとを含む複数の構成要素またはセグメントを含む磁束場を生成する。

本発明によると、磁極片２３４の切欠き２３６が磁石２２０のリム２３０の内面に隣接して位置し、磁石２２０のリム２３０の内面に対向する関係での磁石２２０の内部の磁石磁極片２３４の位置決めは、リム２３０の上部の区域または領域内での磁束場の密度を強化し、より詳細には、磁束場のより多くが、磁石２２０の周辺リム２３０の中から及び磁石２２０の周辺リム２３０から離れて、及びホール効果スイッチ／ラッチ２１８及び２１９を通って移動できるようにする。

上述された軸方向のブラシレス直流モータの多数の変形形態及び変更形態は、本発明の新規の特徴の精神及び範囲から逸脱することなく達成され得る。したがって、本明細書に示される軸方向ブラシレス直流モータの構造に関するなんの制限も意図されない、または推論されるべきではないことが理解される。言うまでもなく、添付の特許請求の範囲によって特許請求の範囲の範囲に該当するすべての係る変更形態を包含することが意図される。

Claims (17)

1. 軸方向ブラシレス直流モータであって、
   固定子と、
   磁石を含む回転子と、
   前記固定子を通って伸長する細長いスリーブブッシュであって、内部貫通開口部を画定し、第１の対向する遠位軸受カラー及び第２の対向する遠位軸受カラーを含む前記スリーブブッシュと、
   前記スリーブブッシュの前記内部貫通開口部を通って伸長する細長いシャフトと、
   前記スリーブブッシュの前記第１の軸受カラー内にあり、前記スリーブブッシュ及び前記固定子に対する前記シャフトの前記回転を可能にするために前記シャフトの第１の端部を取り囲む第１の軸受と、
   前記スリーブブッシュの前記第２の軸受カラー内にあり、前記固定子に対する前記シャフト及び前記回転子の前記回転を可能にするために前記シャフトの第２の対向する端部を取り囲む第２の軸受と、
   を備える、前記軸方向ブラシレス直流モータ。
2. 前記第２の軸受は、対向する上部軸受レースと下部軸受レースとの間に挟まれる玉を含むスラスト玉軸受であり、前記上部軸受レース及び前記下部軸受レースが、推力、半径方向支持／自己整合、ならびに互いに、及び前記シャフト及び前記スラスト玉軸受によって支持される前記回転子に対する前記軸受レースの角度調整の前記組合せを可能にするそれぞれの玉軸受当接面を有するそれぞれのカラーを含む、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
3. 前記第２の軸受が対向する上部軸受レースと下部軸受レースとの間に挟まれる玉を含むスラスト玉軸受であり、前記上部軸受レース及び前記下部軸受レースが、それぞれの玉軸受当接面を有するそれぞれのカラーを含み、前記上部軸受当接面及び前記下部軸受当接面の１つが前記玉の前記輪郭をたどり、前記上部玉軸受当接面及び前記下部玉軸受当接面の他方が斜めで平らな表面である、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
4. 前記上部軸受レースの前記玉軸受当接面が前記玉の前記輪郭をたどり、前記下部軸受レースの前記玉軸受当接面が、推力、セルフセンタリング、半径方向支持、ならびに互いに、及び前記シャフト及び前記スラスト軸受によって支持される前記回転子に対する前記軸受レースの位置合わせを可能にするために斜めで平らである、請求項３に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
5. 前記上部軸受レースの前記玉軸受当接面が斜めで平らであり、前記下部軸受面の前記玉軸受当接面が、推力、半径方向支持、ならびに互いに及び前記シャフト及び前記スラスト軸受によって支持される前記回転子に対する前記軸受レースの自己整合の前記組合せの組合せを可能にするために前記玉の前記輪郭をたどる、請求項３に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
6. 前記第１の軸受及び前記第２の軸受が背中合わせの関係で前記第１の軸受カラー及び前記第２の軸受カラーに位置する、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
7. 前記コイルを取り囲み、前記スリーブブッシュを画定する回転子オーバーモールド部材、及び前記回転子用の筐体をさらに備える、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
8. 前記それぞれのコイルに結合されるそれぞれの端子を含む固定子短絡リングをさらに備え、前記固定子短絡リングが前記固定子オーバーモールド部材で伸長する、請求項７に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
9. 前記固定子が並列で接続されるコイルのそれぞれの対に配置される複数のコイルを含む、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
10. 前記固定子が直列で接続されるコイルのそれぞれの対に配置される複数のコイルを含む、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
11. 前記磁石が円板状の磁極片のためのレセプタクルを画定するカップの形をとる、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
12. 磁束センサをさらに備え、前記前記回転子の前記磁石がリムを含み、磁束を生成するように適応され、前記磁束が前記磁石の前記リム及び前記磁束センサを通って移動するように適応される、請求項１に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
13. 前記磁石が前記リムを含み、金属磁極片用のレセプタクルを画定するカップの形をとり、前記金属磁極片が、前記磁石の前記リム及び前記磁束センサの領域の前記磁束の前記密度を強化するために前記磁石の前記リムに隣接して位置する前記金属磁極の前記周辺領域に切欠きを画定する、請求項１２に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
14. 軸方向ブラシレス直流モータであって、
    複数のコイルを含む固定子と、
    前記コイルを取り囲み、第１の軸受カラー及び第２の軸受カラーならびに回転子筐体を含むスリーブブッシュを画定する固定子オーバーモールド部材と、
    磁石を含み、前記固定子オーバーモールド部材に画定される前記回転子筐体に位置する回転子と、
    前記固定子オーバーモールドアセンブリの前記スリーブブッシュを通って伸長し、前記回転子に対する、及び前記回転子との回転のために結合されるモータシャフトと、
    前記固定子オーバーモールドアセンブリの前記スリーブブッシュの前記それぞれの第１の軸受カラー及び第２の軸受カラーに据え付けられ、前記固定子に対する前記回転子との回転のために前記モータに前記モータシャフトを取り付ける第１の軸受及び第２の軸受と、
    を備える、前記軸方向ブラシレス直流モータ。
15. 前記コイルに結合された端子を含む固定子短絡リングをさらに備え、前記固定子オーバーモールド部材が前記固定子短絡リングを取り囲む、請求項１４に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。
16. 軸方向ブラシレス直流モータであって、
    固定子と、
    前記固定子を通って伸長する回転自在のモータシャフトと、
    前記固定子に重なり、前記固定子から間隔を空けられ、前記モータシャフトとの回転のために結合される回転子であって、前記回転子が磁束センサによる検知のために適応される磁束を生成する磁石を含み、前記磁石がリム、及び前記磁石の前記リムに重なり、前記磁石の前記リムから間隔を空けられる前記磁束センサを含み、前記磁束が前記磁石の前記リム及び前記磁束センサを通って移動するように適応される前記回転子と、
    を備える、前記軸方向ブラシレス直流モータ。
17. 前記磁石が、前記リムを含み、カップ状磁石に据え付けられる金属磁極片をさらに備える前記カップの前記形状となり、前記リム及び前記磁束センサの領域の前記磁束の前記密度を強化するために前記磁石の前記リムに隣接する前記金属磁極片の前記領域でその中に形成される周辺切欠きを含む、請求項１６に記載の軸方向ブラシレス直流モータ。

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