JP4167551B2

JP4167551B2 - 電動機

Info

Publication number: JP4167551B2
Application number: JP2003183076A
Authority: JP
Inventors: 次良小野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Consumer Electronics Holdings Corp; Toshiba Home Appliances Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: JP2005020906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インナーロータ型の電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＣモータの中には、そのステ−タの内周面に一対のマグネットを射出成形して取付けたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のモータでは、同一形状のステ−タコア板を複数枚積層することによってステータが作られている。このステータは、中央部にロータが通って配置されるロータ通孔を有していて、ロータ通孔の内周面には、この通孔から放射方向に延びる切欠部が設けられている。そして、ロータ通孔の内周面に射出成形されたプラスチックマグネット（以下マグネットと略称する）は切欠部に充填されている。この充填により、ステータコアへのマグネットの接着力が増大し、マグネットをロータ通孔の内周面の周方向に沿って保持できるので、ステータコアからのマグネットの剥離を抑制可能である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２３５３７号公報（段落００１８−００２１、００２５、００２７、００２９、図１−図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ステータコアの内周面に射出成形されたマグネットは、電動機の運転に伴ってロータに発生する磁気との関係で、ロータとの間に生じる磁気作用による吸引力と反発力とを繰返し受ける。この影響によって、マグネットの保持力が低下し、ステータコアの内周面に対するマグネットの取付け状態がいわば緩んだ状態になる恐れが考えられる。これは電動機の高トルク化を図ろうとする程顕在化すると考えられている。又、電動機の運転中には、ステ−タコアの発熱等によりマグネットは温度上昇する。このため、何らかの理由で、温度が上がり過ぎてマグネットが幾分軟化するようになった場合にも、マグネットのステータコアの内周面に対する取付け状態が緩んだ状態になる恐れが考えられる。
【０００６】
ところで、ステ−タコアの内周面の切欠部は、ステータコア板の積層方向両端に開放する溝を形成しているだけであるので、ステータコア板の積層方向にマグネットが動かないように保持する性能が低い。このため、前記のような状態になった場合には、電動機の運転中にマグネットに作用する振動などにより、ステータコアの積層方向にマグネットがずれ動く恐れが考えられる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、射出成形により設けられたマグネットをそれが取付けられたコア板の所定位置に確実に保持できる電動機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、孔要素が開けられた複数枚のステータコア板を積層してなり中央部に前記孔要素群からなるロータ通孔が設けられたステータコア、及び前記ロータ通孔を規定する内周面に射出成形により取付けられて界磁を作る複数のマグネットを有するステータと、このステータを支持するモータフレームと、前記ロータ通孔に通されて前記モータフレームに回転自在に支持されるロータとを具備する電動機において、前記ステータコア板として、半径ｒ１の前記孔要素が開けられた複数の第１のステータコア板と、前記半径ｒ１より小さい半径ｒ２の孔要素が開けられた２枚の第２のステータコア板との２種類が用いられていて、複数の前記第１のステータコア板を一まとめにして互いに積層し、これら第１のステータコア板の積層物の積層方向両端に前記第２のステータコア板を夫々１枚ずつ積層して、２枚の前記第２のステータコア板の孔要素の縁を凸とするとともにこの凸をなした孔要素の縁に対して複数の前記第１のステータコア板の孔要素の縁を凹ませて、前記各ステータコア板の積層方向に沿って前記ロータ通孔の内周面に凸凹を設け、この凸凹を埋めて前記マグネットが前記内周面に射出成形されている電動機としている。
【０００９】
本発明においては、前記積層方向の凹凸とこれを埋めたマグネットとにより、ロータ通孔の内周面に対するマグネットの接触面積を増大できるとともに、このマグネット内に入り込んだ孔要素の縁を、マグネットがステータコアの積層方向に移動しようとする際のストッパとして機能させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
【００１１】
図１に示す電動送風機１は、電動機２と、送風部３とを具備している。この電動送風機１は、例えば図示しないバッテリーを電源として駆動される電気掃除機の真空吸引源として使用される。
【００１２】
電動機２は、前記バッテリーの電力で直流駆動される２極のＤＣモータとして構成され、一対のモータフレーム１１、１２、ロータ１３、一対の軸受１４、１５、ステータ１６、整流子１７、及び一対のブラシ装置１８を備えている。
【００１３】
硬質合成樹脂製のモータフレーム１１、１２は、ステータ１６をその厚み方向両側から挟んで配置されてステータ１６に連結されている。つまり、図示しない４本のねじを、モータフレーム１１から挿入してステータ１６の四隅に開けられたねじ通孔２１（図３参照）に通すとともに、モータフレーム１２の図示しない連結孔にねじ込むことにより、前記連結がなされている。
【００１４】
ロータ１３は、ロータ軸１３ａにアーマチュアコア１３ｂおよびアーマチュアコイル１３ｃを夫々装着して形成されている。ロータ軸１３ａの両端部は夫々モータフレーム１１、１２の中央部に取付けられた転がり型の軸受１４、１５で支持されており、このロータ軸１３ａの一端部は軸受１４を貫通している。ロータ軸１３ａにはそのアーマチュアコア１３ｂと軸受１５との間に位置して整流子１７が装着されている。整流子１７が有する各整流子片には夫々アーマチュアコイル１３ｃの端末部が接続されている。
【００１５】
図１及び図３に示すようにステータ１６は、磁路をなすステータコア２５と、フィールド（界磁）を作る複数例えば一対のマグネット２６とからなる。このステータ１６は図１に示すようにロータ１３のアーマチュアコア１３ｂを囲んで配置される。
【００１６】
ステータコア２５は、２種類のコア板、つまり、ステータコア板２５Ａ、２５Ｂを積層して形成されていて、その中央部にロータ１３が通るロータ通孔２８が開けられている。
【００１７】
複数の第１ステータコア板２５Ａは、いずれも同一構成であり、図２に示すように平面視略四角形状の外形を有し、その中央部に孔要素２８ａが開けられている。この孔要素２８ａの周面には１８０°離れて一対の凹み３１ａが設けられているとともに、これら凹み３１ａ間に位置して複数の他の凹み３１ｃが設けられている。凹み３１ｃは凹み３１ａより幅が狭い。この凹み３１ｃの深さは、凹み３１ａと略同じであるが、凹み３１ａより深くすることが可能である。
【００１８】
２枚の第２ステータコア板２５Ｂは、いずれも同一構成であり、図２に示すように平面視略四角形状の外形を有し、その中央部に孔要素２８ｂが開けられている。第２ステータコア板２５Ｂの外形形状は第１ステータコア板２５Ａの外形形状と同じである。第２ステータコア板２５Ｂの孔要素２８ｂの周面には１８０°離れて前記凹み３１ａと同じ幅の一対の凹み３１ｂが設けられている。孔要素２８ｂの半径ｒ２は、孔要素２８ａの半径ｒ１より小さい。この点で、第２ステータコア板２５Ｂの孔要素２８ｂと第１ステータコア板２５Ａの孔要素２８ａとは互いに異なる構成となっている。
【００１９】
各第１ステータコア板２５Ａは一まとめにして互いに積層されており、この積層物の積層方向両端に夫々第２ステータコア板２５Ｂが１枚ずつ積層されて、こうした積層状態を保持してステータコア２５が形成されている。ステータコア２５の積層状態の保持は、例えば各ステータコア板から起こされる複数の係止片を、隣接するステータコア板の係止片の跡に圧入することによってなされているが、これに代えて溶接止めで行うこともできる。
【００２０】
以上の積層により組立てられたステータコア２５では、孔要素群２８ａ、２８ｂによりロータ通孔２８が規定されているが、このロータ通孔２８の内周面は凸凹に作られている。詳しくは、図４（Ａ）に示すように積層方向両端に位置する孔要素２８ｂの縁２８ｂｆが凸をなし、これら孔要素２８ｂ間の孔要素２８ａの縁２８ａｆが縁２８ｂｆに対して凹んでいる。なお、ステータコア２５の内周面には、凹み３１ａが互いに連続してなる一対の溝３１（図３参照）が形成されている。これらの溝３１は省略可能であるが、この溝３１によって両マグネット２６の円弧に沿う方向の端部での磁束の漏れを抑制可能である。
【００２１】
マグネット２６は、凹み３１を除いたロータ通孔２８の内周面に相対向して射出成形により円弧状をなして取付けられている。マグネット２６には、プラスチック磁石好適な例として保磁力が大きい希土類のプラスチック磁石を用いることができる。これらマグネット２６は図３において互いに向い合う表面が異極となるように厚み方向に着磁されている。
【００２２】
マグネット２６は、各孔要素２８ａ、２８ｂの縁２８ａｆ、２８ｂｆを埋めて設けられている。言い換えれば、ステータコア板２５Ａ、２５Ｂの積層方向に沿ってロータ通孔２８の内周面に作られた凹凸を埋めてマグネット２６が取付けられている。この取付け状態を図４（Ｂ）に示す。
【００２３】
又、マグネット２６の裏面には、前記凹み３１ｂが連続して作る係止溝３２（図２参照）に、射出成形と同時に溶融された未硬化の磁石材料が充填され、それが固まることにより係止溝３２に係合する複数の係止突起（図示しない）が一体に突設される。これにより、ステータコア２５に対するマグネット２６の接触面積を増やして、マグネット２６がロータ通孔２８の内周面の周方向に沿って不用意に動くことがないように保持できる。
【００２４】
一対のブラシ装置１８は、そのカーボンブラシ１８ａを整流子１７の外周面にばねで押付け保持して、図１に示すようにモータフレーム１２に取付けられている。これらブラシ装置１８が有した端子１８ｂは前記バッテリーに電気的に接続される。
【００２５】
図１に示すようにモータフレーム１１は送風整流体を兼ねて形成されている。つまり、モータフレーム１１は、円形をなし、その外周部には、複数の風入口（図示しない）が周方向に等間隔に設けられているとともに、中央部にはロータ軸１３ａが貫通する軸通孔３５を有している。更に、モータフレーム１１の裏面には、夫々円弧状をなす複数の整流ブレード３６が設けられていて、隣接する整流ブレード３６相互間は整流風路３７として形成されている。各整流風路３７の一端には前記風入口が夫々開口している。したがって、前記風入口から導入された風は、整流風路３７を通る間にディフューザ作用を受けて静圧化されながら、ステータ１６に吹き付けられるように導かれる。
【００２６】
図１に示すように送風部３は、金属製の遠心型ファン４１及びこれを覆う金属製ファンカバー４２を備えて構成されている。ファン４１はロータ軸１３ａの軸受１４及びモータフレーム１１の軸通孔３５を貫通した軸端部に、この軸端部に螺合して締付けられたナット４３により連結されている。ファンカバー４２は、その円筒形の周壁部をモータフレーム１１の外周面に嵌合して取付けられている。このファンカバー４２はファン４１の吸込み口に入り込む開口４２ａを有している。
【００２７】
前記構成の電動送風機１が備える電動機２のステータ１６は、そのステータコア２５の内周面に、一対のマグネット２６を射出成形により取付けたものであり、これらのマグネット２６の裏側部分が、ステータコア２５をなすステータコア板２５Ａ、２５Ｂの積層方向に沿ってロータ通孔２８の内周面に作られた凹凸を埋めた構成を有している。
【００２８】
このため、ロータ通孔２８の内周面に対するマグネット２６の接触面積を増大できる。これとともに、マグネット２６の裏側部分に入り込んだ孔要素２８ｂの縁２８ｂｆが、マグネット２６の裏側部分に軸方向両側から引っ掛かっているので、第２ステータコア板２５Ｂを、マグネット２６がステータコア２５の積層方向（軸方向）に移動しようとする際のストッパとして機能させることができる。
【００２９】
したがって、ステータコア板２５Ａ、２５Ｂの積層方向にマグネット２６が動かないように保持する性能が高いので、電動機２の運転中にマグネット２６に作用する振動などに拘らず、マグネット２６がステータコア２５の積層方向にずれ動く恐れをなくして、マグネット２６をそれが取付けられた所定位置に確実に保持することが可能である。又、既述のようにマグネット２６はロータ通孔２８の内周面の周方向に沿っても動くことがないように保持されているので、本実施形態の電動機２はマグネット２６の保持性能が高いものである。
【００３０】
図５（Ａ）（Ｂ）は本発明の第１参考例を示している。この第１参考例は基本的には第１実施形態と同じであるので、同じ構成部分には第１実施形態と同じ符号を付して、その構成および作用の説明を省略し、以下異なる部分について説明する。
【００３１】
第１参考例では、複数種類のステータコア板を所定の順序で積層し、例えば第１ステータコア板２５Ａと第２ステータコア板２５Ｂとを交互に積層して、ロータ通孔２８の内周面に積層方向に沿って作られる凹凸の数を増やしている。なお、ステータコア板が３種類以上の場合には、例えば各種類のステータコア板を１枚ずつ順次積層し、この積層群を所定数積層することで、３種類以上のステータコア板を交互に積層するなど所定の順序で積層するようにしてもよい。そして、この凹凸を埋めてマグネット２６がロータ通孔２８の内周面に射出成形により装着されている。以上の点以外の構成は、図５（Ａ）（Ｂ）に示されない構成を含めて第１実施形態の電動機と同じである。
【００３２】
したがって、第１参考例でも、第１実施形態と同様な作用を得て、本発明の課題を解決できる。しかも、この第１参考例では、ロータ通孔２８の内周面に対するマグネット２６の接触面積を大きく増やすことができる。その上、前記凹凸によるマグネット２６の裏側部分での引っ掛かりをより多くできるので、マグネット２６がステータコア２５の積層方向（軸方向）に移動しようとする際のストッパとしての機能が優れている点で好ましい。
【００３３】
図６〜図９（Ａ）（Ｂ）は本発明の第２参考例を示している。この第２参考例は、ロータに複数のマグネットが取付けられているインナーロータ型の電動機５０に適用した例を示しているが、基本的には第１実施形態と同じであり、以下説明する。
【００３４】
図６中符号５１はステータを示している。このステータ５１は、多数枚のステータ板を積層して略円筒状をなしている。このステータ５１の内周面には複数の突極５２が一体に求心方向に突設されている。これら突極５２の夫々には界磁を作る励磁コイル５３が巻きつけられている。各突極５２の先端部は円形の配置で並んでおり、これらで区画される状態の内側空間からなるロータ通孔５４をステータ５１がその中央部に有している。ステータ５１の両端にはこのステータ５１を支持する図示しないモータフレームが夫々ねじ止めなどにより連結され、両モータフレームは軸受ブラケットとして機能するものであり、それらの中央部には夫々軸受（図示しない）が取付けられている。
【００３５】
図６及び図７中符号５５はロータを示している。このロータ５５は、ロータコア５６と、ロータ軸５７と、複数のマグネット５８とからなる。ロータ５５はロータ通孔５４に通されて前記図示しない軸受に回転自在に支持されている。ロータ軸５７の一端には負荷が接続される。
【００３６】
ロータコア５６は、例えば２種類のコア板、つまり、ロータコア板５６Ａ、５６Ｂを積層して形成されていて、その中央部にロータ軸５７が通る軸通孔５９が開けられている。
【００３７】
複数の第１ロータコア板５６Ａは、いずれも同一構成であり、図８に示すように円形状の外形を有し、その周部にマグネット５８の取付け部、例えば、孔要素６０ａが複数開けられているとともに、中央部に軸通孔要素５９ａが開けられている。孔要素６０ａはロータコア板５６Ａの周面に沿う円弧状であり、その軸通孔５９ａ寄りの縁には１以上例えば複数の凹み６１が設けられている。
【００３８】
複数例えば２枚の第２ロータコア板５６Ｂは、いずれも同一構成であり、図８に示すように第１ロータコア板５６Ａの同一の外形形状をなす円形状の外形を有し、その周部にマグネット５８の取付け部、例えば、孔要素６０ｂが複数開けられているとともに、中央部に軸通孔要素５９ｂが開けられている。孔要素６０ｂはロータコア板５６Ｂの周面に沿う円弧状である。この孔要素６０ｂは前記凹み６１に相当する部分を有していない。この点で、第２ロータコア板５６Ｂの孔要素６０ｂと第１ロータコア板５６Ａの孔要素６０ａとは互いに異なる構成となっている。
【００３９】
各第１ロータコア板５６Ａは一まとめにして互いに積層されており、この積層物の積層方向両端に夫々第２ロータコア板５６Ｂが１枚ずつ積層されて、こうした積層状態を保持してロータコア５６が形成されている。
【００４０】
以上の積層により組立てられたロータコア５６では、孔要素群６０ａ、６０ｂによりマグネット５８の取付け部である取付け孔６０が規定されていて、軸通孔５９ａ、５９ｂ寄りの取付け孔６０の内周面は凸凹に作られている。詳しくは、図９（Ａ）に示すように積層方向両端に位置する孔要素６０ｂの縁６０ｂｆが凸をなし、これら孔要素６０ｂ間の孔要素６０ａの縁６０ａｆが縁６０ｂｆに対してロータ通孔５９寄りに凹んでいる。なお、以上の積層に伴い、軸通孔５９ａ、５９ｂ群によりロータ通孔５９が形成される。
【００４１】
マグネット５８は、取付け孔６０の夫々に射出成形により円弧状をなして取付けられている。マグネット５８には、希土類のプラスチック磁石を好適に用いることができる。これらマグネット２６はロータ５５の半径方向に沿って着磁されている。
【００４２】
マグネット５８は、各孔要素６０ａ、６０ｂの縁６０ａｆ、６０ｂｆを埋めて設けられている。言い換えれば、ロータコア板５６Ａ、５６Ｂの積層方向に沿って取付け孔６０の内周面に作られた凹凸を埋めてマグネット５８が取付けられている。この取付け状態を図４（Ｂ）に示す。マグネット５８には、前記凹み６１が連続して作る係止溝（図示しない）に係合する複数の係止突起が一体に突設される。この係止突起は射出成形と同時に溶融された未硬化の磁石材料が前記係止溝に充填され、それが固まることにより設けられる。これにより、ロータコア５６に対するマグネット５８の接触面積を増やすことができる。
【００４３】
前記構成を備えるブラシレス型の電動機５０の駆動は、ロータ５５の一端面に露出する各マグネット５８の極性を検出するホール素子などによるロータ５５の回転位置の検出に基づいて、図示しないモータドライバにより励磁コイル５３に印加する通電時期と電流方向とを制御することにより行われる。
【００４４】
前記電動機５０のロータ５５は、そのロータコア５６の周部の円弧状取付け孔６０に、マグネット５８を射出成形により取付けたものであり、これらのマグネット５８が、ロータコア５６をなすロータコア板５６Ａ、５６Ｂの積層方向に沿って取付け孔６０の内周面に作られた凹凸を埋めた構成を有している。
【００４５】
このため、取付け孔６０の内周面に対するマグネット５８の接触面積を増大できる。これとともに、マグネット５８内に入り込んだ孔要素６０ｂの縁６０ｂｆが、マグネット５８の裏側部分（ロータ軸５７寄りの部分）に軸方向両側から引っ掛かっているので、第２ロータコア板５６Ｂを、マグネット５８がロータ５５の積層方向（軸方向）に移動しようとする際のストッパとして機能させることができる。
【００４６】
このようにロータコア板５６Ａ、５６Ｂの積層方向にマグネット５８が動かないように保持する性能が高いので、電動機５０の運転中にマグネット５８に作用する遠心力や振動などに拘らず、マグネット５８がロータコア５６の積層方向にずれ動く恐れをなくして、マグネット５８をそれが取付けられた所定位置に確実に保持することが可能である。又、マグネット５８は取付け孔６０に充填されていてロータ５５の周方向に沿っても動くことがないように保持されているので、第２参考例の電動機５０はマグネット５８の保持性能が高いものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、射出成形により設けられたマグネットをそれが取付けられたコア板の所定位置に確実に保持できる電動機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動機を備える電動送風機を一部断面して示す側面図。
【図２】図１の電動機が備えるステ−タのステータコアを分解して示す斜視図。
【図３】図１の電動機が備えるステ−タを示す斜視図。
【図４】（Ａ）は図１の電動機が備えるステ−タのステータコアの一部を示す断面図。（Ｂ）は図１の電動機が備えるステ−タの一部を示す断面図。
【図５】（Ａ）は本発明の第１参考例に係る電動機が備えるステ−タのステータコアの一部を示す断面図。（Ｂ）は第１参考例に係る電動機が備えるステ−タの一部を示す断面図。
【図６】本発明の第２参考例に係る電動機を一方のモータフレームを取除いて示す平面図。
【図７】第２参考例に係る電動機のロータを示す斜視図。
【図８】図７のロータが備えるロータコアを分解して示す斜視図。
【図９】（Ａ）は図７の電動機が備えるロータのロータコアの一部を示す断面図。（Ｂ）は図７の電動機が備えるロータの一部を示す断面図。
【符号の説明】
２…電動機、１２…モータフレーム、１３…ロータ、１４、１５…軸受、１６…ステータ、２５…ステータコア、２５Ａ…第１ステータコア板（コア板）、２５Ｂ…第２ステータコア板（コア板）、２６…マグネット、２８…ロータ通孔、８ａ、２８ｂ…孔要素、２８ａｆ、２８ｂｆ…孔要素の縁、ｒ１、ｒ２…孔要素の半径

Claims

孔要素が開けられた複数枚のステータコア板を積層してなり中央部に前記孔要素群からなるロータ通孔が設けられたステータコア、及び前記ロータ通孔を規定する内周面に射出成形により取付けられて界磁を作る複数のマグネットを有するステータと、このステータを支持するモータフレームと、前記ロータ通孔に通されて前記モータフレームに回転自在に支持されるロータとを具備する電動機において、
前記ステータコア板として、半径ｒ１の前記孔要素が開けられた複数の第１のステータコア板と、前記半径ｒ１より小さい半径ｒ２の孔要素が開けられた２枚の第２のステータコア板との２種類が用いられていて、複数の前記第１のステータコア板を一まとめにして互いに積層し、これら第１のステータコア板の積層物の積層方向両端に前記第２のステータコア板を夫々１枚ずつ積層して、２枚の前記第２のステータコア板の孔要素の縁を凸とするとともにこの凸をなした孔要素の縁に対して複数の前記第１のステータコア板の孔要素の縁を凹ませて、前記各ステータコア板の積層方向に沿って前記ロータ通孔の内周面に凸凹を設け、この凸凹を埋めて前記マグネットが前記内周面に射出成形されている電動機。