JP2021515520A - 電気モータ - Google Patents

Abstract

本発明による電気モータ(1)は、フレーム(10)と、ロータ組立体(20)と、ステータ組立体(40)を有する。ロータ組立体は、磁石(22)と、ベアリング組立体(23)と、インペラ(24)と、シャフト(21)を有する。ベアリング組立体は、第１のベアリング(25a)と、第２のベアリング(25b)と、第１のベアリングと第２のベアリングの間の付勢部材(26)を有する。第１のベアリングは、フレームにＯリング(100)によって取付けられ、第２のベアリングは、フレームに接着剤(104)によって取付けられる。

Description

本発明は、電気モータに関する。

ブラシレス電気モータ等の電気機械を改良する一般的な要望が、多くの点である。特に、寸法、重量、製造コスト、効率、信頼性、及びノイズに関する改良が望まれる。

ブラシレス電気モータ等の電気機械を非常に高速で、例えば、１００ｋｒｐｍ以上で使用することがますます普通になっている。モータは、かかる高速で作動するとき、望ましくない音響特性を有する。したがって、高作動速度でもっと望ましい音響特性を備える改良を見出す要望がある。

本発明の第１の側面によれば、電気モータが提供され、かかる電気モータは、フレームと、ロータ組立体と、ステータ組立体と、を有し、ロータ組立体は、磁石と、ベアリング組立体と、インペラと、シャフトを含み、ベアリング組立体は、第１のベアリングと、第２のベアリングと、第１のベアリングと第２のベアリングの間の付勢部材を含み、第１のベアリングは、フレームにＯリングによって柔軟に取付けられ、第２のベアリングは、フレームに接着剤によって取付けられる。

本発明の第１の側面による電気モータは、主として、第１のベアリングがフレームにＯリングによって柔軟に取付けられ、第２のベアリングは、フレームに接着剤によって取付けられるので有利である。特に、これにより、電気モータは、改良された音響特性を有する。Ｏリングは、第１のベアリングをフレームから少なくとも部分的に音響的に隔絶し、振動、かくして、ノイズが、使用中に第１のベアリングとフレームの間で伝達されることを阻止する。本願の発明者は、電気モータの倍音(harmonic tone)、例えば、第１のベアリングの倍音の少なくとも１つのレベルを、かかる取付けの仕方により減少させ、その結果、電気モータは、減少されたノイズレベルで及び／又はより望ましい音で作動することを見出した。

第１のベアリングと第２のベアリングの間に配置された付勢部材は、第１のベアリングと第２のベアリングに予備負荷を付与し、予備負荷は、例えば、第１のベアリング及び第２のベアリングが滑ることを阻止することによって、使用中の第１のベアリング及び第２のベアリングの摩耗を減少させる。付勢部材は、コイルバネ等のバネを含むのがよい。

Ｏリングは、全体的に環状の形態を有する弾性変形可能な部材を意味し、かくして、Ｏリングは、第１のベアリングの周りを環状に延びる。用語「Ｏリング」は、円形断面輪郭のものに限られず、他の形状、例えば、多角形等の断面輪郭を含んでいてもよい。Ｏリングは、第１のベアリング及び／又はフレームの上に成形されてもよいし、例えば、第１のベアリングとフレームの間に挿入される別の構成要素を有していてもよい。

第１のベアリングは、第２のベアリングよりもインペラの近くに配置されるのがよい。このことは、半径方向力がインペラによって最も発生しやすく、Ｏリングを用いてインペラに最も近いベアリングを取付けることによって、Ｏリングが、使用中に回転しているインペラによって生じる任意の半径方向力を吸収するので有利である。さらに、Ｏリングを用いてインペラに最も近いベアリングを取付けることによって、Ｏリングが、インペラの回転によって生じた振動エネルギー、例えば、ノイズを吸収し、かくして、使用中の電気モータによって発生したノイズを減少させる。Ｏリングを使用してインペラに最も近いベアリングを柔軟に取付けることにより、電気モータの倍音、例えば、第１のベアリングの倍音の少なくとも１つのレベルを減少させ、その結果、電気モータが、減少したノイズレベル及び／又はより望ましい音で作動することが、本願の発明者によって見出された。

第１のベアリング及び／又はフレームは、Ｏリングが収まる環状の溝を含むのがよい。このことは、Ｏリングを所望の位置に保持し、Ｏリングによってもたらされる柔軟な取付けの効果を減少させることがあるＯリングの移動を阻止するので有利である。環状の溝の使用により、より大きいＯリングの使用を可能にし、かくして、Ｏリングを収容するためにボアの直径や電気モータの直径を増大させることなしに、ノイズの減少を増大させることを可能にする。

ベアリングとフレームの相対寸法により、環状の溝を、ベアリングでなく、フレームに形成することが有利である。特に、フレームがベアリングよりも長い長さを有しているので、より大きい環状の溝が、ベアリングではなく、フレームに形成されるのがよい。これにより、より大きいＯリングの使用を可能にし、第１のベアリングと接触するＯリングの表面積を増大させ、それにより、音響特性のより大きい改良、例えば、モータの倍音のレベルのより大きい減少をもたらす。

Ｏリング及び／又は環状の溝は、第１のベアリングの中心箇所からオフセットされると共に、軸線方向に、例えば、インペラの回転軸線と平行な方向にオフセットされる。これにより、モータの倍音の少なくとも１つのレベルを改良して減少させる。

Ｏリングは、第１のベアリングとの接触表面積を最大にするように形状決めされ及び／又は寸法決めされるのがよい。これにより、音響特性を著しく改良し、例えば、モータの倍音のレベルを大きく減少させる。Ｏリングは、Ｏリングが第１のベアリングの外レースの全体に沿う接触面を有するように形状決めされた断面、例えば、実質的に正方形の断面を有するのがよい。Ｏリングの外面は、テーパを有していてもよい。これにより、製造中、ボア内へのＯリングの容易な挿入を可能にする。

フレームは、内壁と外壁を有し、内壁は、ロータ組立体を支持するボアを有するのがよい。第１のベアリングは、内壁に柔軟に取付けられるのがよく、例えば、ボア内にＯリングによって取付けられ、第２のベアリングは、内壁に取付けられるのがよく、例えば、ボア内に接着剤によって取付けられる。

内壁は、ベアリング組立体を覆う実質的に連続した表面、例えば、保護スリーブを有するのがよい。このことは、ベアリング組立体を、使用中の電気モータの中を通ることがあるほこり等から保護するので有利である。

ベアリング組立体は、インペラの下流側に配置されるのがよい。これにより、インペラへの空気流の進入時の空気流特性を、ベアリング組立体がインペラの上流側に且つインペラの空気流通路内に配置された構成よりも改善するので有利である。これにより、より効率的な電気モータを提供し、及び／又は、改良された音響特性を有する電気モータを提供する。

磁石は、ベアリング組立体の下流側に配置され、例えば、内壁のボアの外側に配置されるのがよい。このことは、磁石を内壁のボアの外側に配置することにより、磁石が、例えば、ステータ組立体を収容する内壁の孔を形成することなしに、ステータ組立体のより近くに配置されることを可能にするので有利である。内壁に孔を形成することは、使用中の電気モータの中を流れるほこりがベアリング組立体に通行するリスクを増大させるので望ましくない。

インペラは、第１のベアリングの少なくとも一部分、例えば、第１のベアリングの内レースと直接接触するのがよい。このことは、使用中にインペラからＯリングへの振動エネルギーのより効率的な伝達を可能にするので有利である。インペラは、インペラの少なくとも一部分が第１のベアリングの少なくとも一部分と直接接触するように、シャフトに取付けられるのがよい。

ステータ組立体は、フレーム、例えば、内壁にステータ取付け部材によって柔軟に取付けられるのがよい。ステータ取付け部材は、例えば、弾性変形可能な取付け部材を有するのがよい。これにより、改良された音響特性を有する電気モータを構成する。特に、柔軟な取付けにより、ステータ組立体をフレームから少なくとも部分的に振動的に隔絶し、これにより、使用中の振動、かくして、ノイズが、ステータ組立体とフレームの間で伝達されることを阻止する。

ステータ組立体は、内壁の端部、例えば、内壁の軸線方向下流端部に取付けられるのがよい。ステータ取付け部材は、内壁の端部、例えば、内壁の軸線方向下流端部に一致するように形状決めされ且つ寸法決めされるのがよく、例えばその結果、内壁の端部とステータ組立体の間の直接的な接触が実質的にない。ステータ取付け部材は、実質的に環状の形態をなすのがよい。ステータ取付け部材は、エラストマー材料を含むのがよい。

本発明をより良く理解するために、及び、本発明がどのように効果を奏するかを明確に示すために、例示として添付図面を参照して、本発明を以下に説明する。

本発明による電気モータの分解斜視図である。 図１の電気モータのフレームの断面図である。 図１の電気モータのロータ組立体の断面図である。 組立てられた図２のフレーム及び図３のロータ組立体の断面図である。 図１の電気モータのステータ組立体を部分的に分解した斜視図である。 図１の電気モータの断面図である。 図１の電気モータと共に使用されるステータ取付け部材の概略図である。 図１の電気モータを使用することによって得られたベアリング音Ｈ３．１７の減少を示すプロット図である。

明瞭のために、用語「軸線方向」は、図１の軸線Ａ−Ａによって示されるようなモータの回転軸線に沿って延びる軸線の方向を意味することを意図している。加えて、本明細書で述べられる方向の用語「上流」及び「下流」は、使用しているときにモータの中を通る空気流の方向をのべており、図１の両先端矢印によって更に明瞭にされる。

図１は、電気モータ１の分解斜視図である。モータ１は、フレーム１０と、ロータ組立体２０と、ステータ組立体４０を含む。フレーム１０の断面を図２に示す。フレーム１０は、内壁１１と、外壁１２を含む。外壁１２は、環状のチャネル１４が外壁１２と内壁１１の間に定められるように、内壁１１を包囲する。多数のディフューザーベーン１３が、環状のチャネル１４の中において内壁１１と外壁１２の間を延びる。内壁１１の長さは、外壁１２の長さよりも短く、内壁１１は、外壁１２が内壁１１を越えて上流方向及び下流方向の両方の軸線方向に延びるように位置決めされる。変形実施形態では、内壁１１は、外壁１２が内壁１１を越えて上流方向及び下流方向の一方に延びるように、異なる仕方で位置決めされてもよい。

フレーム１０は、亜鉛で形成され、例えば、機械加工によって形成されてもよいし、ダイキャストによって形成されてもよいし、機械加工とダイキャストの両方を使用する組合せ方法を使用して形成されてもよい。亜鉛は、音響的に鈍い材料であるので、亜鉛フレーム１０は、使用中のモータによって発生した音響周波数を吸収することが可能である。したがって、亜鉛フレーム１０は、モータが組込まれた製品が発生させたノイズの全体レベルを減少させるように作用する。

ディフューザーベーン１３は、内壁１１と外壁１２の間を延び、実質的に内壁１１の全体長さに沿って延びる。加えて、ディフューザーベーン１３は、内壁１１を越えて外壁１２まで軸線方向下流側に延びる尾部分１８を有する。したがって、ディフューザーベーン１３において、環状のチャネル１４の半径方向外側部分が、環状のチャネル１４の半径方向内側部分よりも長い。このことは、ディフューザーベーン１３が空気流に作用する比較的長い有効長さを有すると共に、内壁１１の軸線方向長さを減少させることによって、モータの寸法及び重量を最小に保つことを可能にする利点を有する。

内壁１１は、円筒形であり、ボア１５を有する。モータ１を組立てると、内壁１１は、ロータ組立体２０をボア１５内に支持する。加えて、内壁１１は、内壁１１の一方の端部から軸線方向に延びるラグ１６を有する。特に、ラグ１６は、軸線方向下流側に延びる。ラグ１６は、ステータ組立体４０をフレーム１０に固着させるためにステータ組立体４０を容易に取付ける取付け箇所を構成する。図２は、単一のラグ１６を示しているが、ステータに必要とされる取付け箇所の数及びモータ１の他の必要に応じて、多数のラグ１６が設けられてもよい。フレーム１０のラグ１６へのステータ組立体４０の取付けは、図５及び図６を参照して後で詳細に説明される。

内壁１１は、軸線方向に延びる環状の突起１７を有し、環状の突起１７は、内壁１１の端部から、ラグ１６と反対方向に延びる。この軸線方向に延びる環状の突起１７は、インペラ２４に設けられた相補的な凹部２９に受入れられ、ラビリンスシールを形成する。このことは、図４を参照して後で詳細に説明される。

ロータ組立体２０は、シャフト２１と、磁石２２と、ベアリング組立体２３と、インペラ２４を含む。ロータ組立体２０の断面を図３に示す。磁石２２、ベアリング組立体２３、及びインペラ２４はすべて、圧入及び接着剤の一方又はそれらの組合せによって、シャフト２１に直接固定される。

磁石２２は、永久磁石ブラシレスモータで典型的に使用される種類の結合型永久磁石である。図示の例では、磁石２２は、４極永久磁石である。ベアリング組立体２３は、１対のベアリング２５ａ、２５ｂと、１対のベアリング２５ａ、２５ｂを分離するバネ２６を含む。バネ２６は、１対のベアリング２５ａ、２５ｂの外レースの各々に予備負荷を与えるように作用して、使用中の１対のベアリング２５ａ、２５ｂの摩耗を減少させる。ワッシャが、バネ２６とベアリング２５ａ、２５ｂの間に設けられてもよい。

上述したように、ロータ組立体２０は、内壁１１によってフレーム１０内に支持される。ベアリング組立体２３は、フレーム１０の内壁１１がベアリング組立体２３の周りの保護スリーブとして作用するように、内壁１１のボア１５の内側に固定される。これにより、ベアリング組立体２３が別体の保護スリーブを有する必要をなくし、モータ１の寸法及び重量を減少させることを助ける。

インペラ２４に最も近いベアリング２５ａの外レースは、内壁１１の内周に、即ち、ボア１５内に形成された環状の溝１０２の中に配置されたＯリング１００によって、内壁１１の内周に、即ち、ボア１５内に固定される。Ｏリング１００は、ベアリング２５ａをフレーム１０の振動から少なくとも部分的に隔絶するように作用する。これにより、モータ１が改善された音響特性を有することを可能にし、その結果、例えば、モータ１の倍音の少なくとも１つのレベルを減少させる。Ｏリング１００の形状、寸法、及び材料は、選択された倍音のレベルを減少させるように選択されるのがよく、できるだけ大きい減少をもたらすために、Ｏリング１００が第１のベアリング２５ａとのできるだけ大きい接触面積を有することが、現在好ましい。

インペラ２４から最も遠いベアリング２５ｂの外レースは、内壁１１の内周に、即ち、ボア１５内に接着剤１０４によって固定される。接着剤１０４は、使用中にインペラ２４によって発生した軸線方向力を吸収するように作用する。接着剤１０４の種類は、モータ１の所望の特性に応じて選択されるのがよい。例えば、モータ１の音響特性を改善するために、柔軟に固まる接着剤が選択される。

図示のインペラ２４は、中心ハブ２８の周りに周方向に間隔をあけた複数の羽根２７を有する軸線方向インペラであり、複数の羽根２７は、中心ハブ２８から半径方向外向きに延びる。現在の好ましい実施形態では、１３の羽根２７がある。

図３は、インペラ２４の中心ハブ２８が、その下流側に凹部２９を有することを示す。凹部２９を有することによって、インペラ２４の重量を更に減少させ、これにより、フレーム１０を形成するのに亜鉛を使用することによって追加された重量よりも多くの重量が減少される。加えて、凹部２９は、環状であり、キャビティ又は空洞部を構成し、フレームの内壁のうちの軸線方向に延びる部分がキャビティの中に延びる。これにより、ロータ組立体２０を損傷させたりモータ１の寿命を著しく短くしたりすることがある髪の毛やほこり等の異物がベアリング組立体２３の中に入ることを阻止するラビリンスシールをインペラ２４の中心ハブ２８の内側に形成する。ラビリンスシールを、組立てられたフレーム１０及びロータ組立体２０の断面図である図４に見ることができる。ラビリンスシールは、領域Ｓのところに強調されている。図４は、フレーム１０の内壁１１が前に述べたようにどのようにベアリング組立体２３の周りの保護スリーブとして作用するのかを示す。

図５は、ステータ組立体４０を示す。ステータ組立体４０は、Ｃ字形状の２つのステータコア５０と、ボビン組立体４４を含む。Ｃ字形状のコア５０の各々（Ｃコアとも称する）は、後部５２と、後部５２から延びる２つの極アーム５４を含む。極面５６が、極アーム５４の各々の端部のところにある。ボビン組立体４４は、中心部分４２と、中心部分４２から外方に延びるアーム部分４８を含む。中心部分４２は、モータを組立てたときにロータ組立体２０の磁石２２を包囲するボアを有する。Ｃコア５０内の磁場を誘導するための巻線（図示せず）が、ボビン組立体４４のアーム部分４８の周りに巻かれる。アーム部分４８は、貫通孔４９を有し、貫通孔４９は、Ｃコア５０の極アーム５４がボビン組立体４４のアーム部分４８を貫通するようにスロットに入ることを可能にし、その結果、巻き部が各極アーム５４の周りに位置決めされる。アーム部分４８の貫通孔４９はまた、ボビン組立体４４の中心部分４２に貫いて延び、開口が、中心部分４２に設けられ、その結果、モータを組立てたときにＣコア５０の極面５６が磁石２２に露出される。

ボビン組立体４４は、ステータ組立体４０をフレーム１０に固定することができるように、フレーム１０のラグ１６と整列するように構成された凹部４６を含む。ラグ１６は、凹部４６の中に受入れられることが可能であり、接着剤及び／又は圧入を使用して適所に固定される。図６は、組立てられたモータ１の断面を示す。この図は、ボビン組立体４４の凹部４６の内側に位置決めされたラグ１６を示す。凹部４６は、ラグ１６並びに接着剤の容積を収容することが可能であるように十分に大きいのがよい。モータ１の組立中、ステータ組立体４０及びフレーム１０を一緒にする前に、接着剤を凹部４６の中、又は、ラグ１６の外側、又はその両方に塗布するのがよい。

幾つかの実施形態では、図７に概略的に示すステータ取付け部材１１０が、ステータ組立体４０を内壁１１に取付けるために設けられるのがよい。ステータ取付け部材１１０は、シャフト２１を受入れる中央ボア１１４とラグ１６が貫通する孔１１２を有する環状のエラストマー部材である。ステータ取付け部材１１０の材料は、ステータ取付け部材１１０がステータ組立体４０を内壁１１、かくして、フレーム１０の振動から少なくとも部分的に隔絶させるように選択され、かくして、改良された音響特性をもたらし、例えば、モータ１の１又は２以上の倍音のレベルを減少させる。ステータ取付け部材１１０は、４０〜９０のショアＡ硬度を有するのがよい。

本発明によってもたらされる利点の例を図８に見ることができる。モータ１は、典型的には、５０−１２０ｋｒｐｍの範囲内の速度で作動する。第１のベアリング２５ａを内壁１１に取付けるＯリング１００がない場合、同じ速度範囲内で作動する同じモータは、線グループ２００に見られるように、高いベアリング音Ｈ３．１７を示す。本願発明の発明者は、インペラ２４に最も近い第１のベアリング２５ａをフレーム１０の内壁１１に柔軟に取付けるためにＯリング１００を導入することにより、線グルーブ２０２に見られるように、Ｈ３．１７のレベルを著しく減少させることができることを見出した。これにより、改良された音響特性を有するモータ１を提供する。

Ｏリング１００の材料、並びに、Ｏリング１００の寸法及び第１のベアリング２５ａの外レースとＯリング１００との間の接触表面積の選択はまた、モータ１の倍音のレベルに影響を及ぼすことがある。第１のベアリング２５ａの外レースとＯリング１００との間の接触表面積をできるだけ大きくすることが有用であることが現在好ましい。

４０〜９０の範囲内のショアＡ硬度を有する材料をＯリング１００に使用することにより、モータ１の倍音のレベルを改善して、即ち、減少させることも見出された。

Claims (8)

1. 電気モータであって、
   フレームと、ロータ組立体と、ステータ組立体と、を有し、
   前記ロータ組立体は、磁石と、ベアリング組立体と、インペラと、シャフトを含み、
   前記ベアリング組立体は、第１のベアリングと、第２のベアリングと、前記第１のベアリングと前記第２のベアリングの間の付勢部材を含み、前記第１のベアリングは、前記フレームにＯリングによって柔軟に取付けられ、前記第２のベアリングは、前記フレームに接着剤によって取付けられる、電気モータ。
2. 前記第１のベアリングは、前記第２のベアリングよりも前記インペラの近くに配置される、請求項１に記載の電気モータ。
3. 前記フレームは、前記Ｏリングが収まる環状の溝を含む、請求項１又は２に記載の電気モータ。
4. 前記フレームは、前記ベアリング組立体を覆う連続した面を含む、請求項１〜３の何れか１項に記載の電気モータ。
5. 前記ベアリング組立体は、前記インペラの下流側に配置される、請求項１〜４の何れか１項に記載の電気モータ。
6. 前記フレームは、内壁と、外壁を含み、前記内壁は、前記ベアリング組立体を受入れるためのボアを含み、前記磁石は、前記ベアリング組立体の下流側に且つ前記内壁のボアの外側に配置される、請求項１〜５の何れか１項に記載の電気モータ。
7. 前記インペラは、前記第１のベアリングの少なくとも一部分と直接接触する、請求項１〜６の何れか１項に記載の電気モータ。
8. 前記ステータ組立体は、前記フレームにステータ取付け部材によって柔軟に取付けられる、請求項１〜７の何れか１項に記載の電気モータ。

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