JP5581623B2

JP5581623B2 - モータ及びその製造方法並びに送風ファン

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Publication number: JP5581623B2
Application number: JP2009180395A
Authority: JP
Inventors: 英伸竹下
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2009-08-03
Filing date: 2009-08-03
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2029-08-03
Also published as: JP2011036044A

Description

本発明は、モータ及びその製造方法、並びにモータを備えた送風ファンに関する。

電子機器等の冷却に利用される送風ファンを駆動するモータは、中心軸を中心として回転するロータと、ロータを軸受部を介して回転可能に支持する軸受ハウジングと、軸受ハウジングに支持されるステータとを備えている。

サーバなどの高信頼性・高寿命性が要求される電子機器用の送風ファンにおいては、それを駆動するモータ自身の高信頼性・高寿命性が必要となる。

このような観点から、例えば、特開２００９−２７８２１号公報には、軸受ハウジングをベース部に強固に固定する技術が記載されている。

また、特開２００６−２３８６６１号公報には、ロータの回転負荷に対する軸受部の強度を向上させる技術が記載されている。
特開２００９−２７８２１号公報特開２００６−２３８６６１号公報

軸受部は、ボールベアリングや含油軸受等が構成されるが、軸受強度の点では、ボールベアリングが優れている。そして、ボールベアリングの強度を維持するためには、ボールベアリング自身のサイズを大きくする必要がある。しかしながら、ボールベアリングのサイズが大きくなると、ボールベアリングを支持する軸受ハウジングの外径が大きくなる。その結果、軸受ハウジングの外周面の固定されるステータコアの内径が大きくなるため、外径の大きさを保とうとする場合、ステータコアに巻き付けられるコイルの巻数が減少して、必要な回転トルクが得られないという問題が生じる。また、モータを備えた送風ファンにおいても、ボールベアリングのサイズが大きくなると、ステータコアの外径が大きくなることに伴い、コイルの巻数を確保したい場合、ロータホルダの外径を大きくしなければならない。その結果、送風ファン自体の大きさを変えないとすると、ロータホルダの外周面に固定される羽根の面積が減少し、必要な風量が得られないという問題も生じる。

本発明の目的は、軸受部のサイズを相対的に大きくしても、回転トルクの減少を抑制したモータ、及び風量の低下を抑制した送風ファンを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、軸受部を支持する略円筒状の軸受ハウジングにおいて、軸受ハウジングの軸方向中央部を径方向内方に窪ませて、当該部位でステータを支持するとともに、軸方向両側から軸受ハウジングでステータを挟み込む構成を採用する。

すなわち、本発明の一側面におけるモータは、ロータを回転軸を中心に回転可能に支持する軸受部と、前記軸受部を支持する略円筒状の軸受ハウジングと、前記軸受ハウジングに支持されるステータとを備え、前記軸受ハウジングは、軸方向に対して中央部に設けられた外径の小さな小径部と、前記小径部を挟んで軸方向に互いに離間して設けられた外径の大きな大径部とを有し、前記小径部の外周面に、前記ステータの内周面が当接し、前記大径部の内周面に、前記軸受部が当接しており、前記軸受ハウジングは、前記小径部において、軸方向に分割され、前記分割されている各軸受ハウジングは、軸方向反対側から、各小径部の外周面を前記ステータの内周面に圧入することにより連結され、前記小径部の外径は、前記大径部の内径よりも小さく、前記小径部の外径と内径との差は、前記大径部の外径と内径との差よりも大きく設定されている。

このような構成により、大径部の内周面で支持される軸受部のサイズを相対的に大きくしても、小径部の外周面に固定されるステータの内径の増加を抑制できる。従って、軸受強度を増すために軸受部のサイズを相対的に大きくしても、回転トルクの減少を抑制したモータが実現できる。また、軸受部のサイズを相対的に大きくしても、ロータの外径の増加を抑制できるため、風量の低下を抑制した送風ファンを実現できる。

本発明の他の側面において、上記ステータは、軸方向に離間して設けられた２つの大径部に挟み込まれているのが好ましい。これにより、ステータを、より安定して軸受ハウジングに支持できる。

本発明の他の側面において、上記小径部の外径は、大径部の内径よりも小さいことが好ましい。これにより、軸受部のサイズの相対的な拡大に伴うステータの内径の増加、あるいはロータの外径の増加をより抑制できる。

本発明の一側面におけるモータの製造方法は、外径の小さな第１の小径部と、外径の大きな第１の大径部とを有する略円筒状の第１の軸受ハウジングを用意する工程と、外径の小さな第２の小径部と、外径の大きな第２の大径部とを有する略円筒状の第２の軸受ハウジングを用意する工程と、第１の軸受ハウジングにおける第１の小径部の外周面、及び第２の軸受ハウジングにおける第２の小径部の外周面を、互いに軸方向反対側から、ステータの内周面に圧入する工程と、第１の軸受ハウジングにおける第１の大径部の内周面、及び第２の軸受ハウジングにおける第２の大径部の内周面に、それぞれ軸受部を固定する工程とを有する。

このような方法により、小径部の外周面でステータを支持するとともに、軸方向両側から大径部でステータを挟み込んだ構成の軸受ハウジングを容易に形成できる。

本発明によれば、軸受部のサイズを相対的に大きくしても、回転トルクの減少を抑制したモータ、及び風量の低下を抑制した送風ファンを実現できる。

本発明の一実施形態におけるモータを備えた送風ファンの構成を示した断面図である。本発明の一実施形態における軸受ハウジング４の構成を示した半断面図である。図１に示した送風ファンの部分半断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態におけるモータの製造方法を示した断面図である。本発明の一実施形態におけるステータの構成を示した平面図である。（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態における軸受ハウジングの構成の変形例を示した半断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本実施形態における説明では、便宜上、各図面の上下方向を「上下方向」とするが、実際の取付状態における方向を意味するものではない。また、本実施形態における説明では、回転軸に平行な方向を「軸方向」とし、回転軸を中心とする半径方向を「径方向」としている。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

図１は、本発明の一実施形態におけるモータ１０を備えた送風ファン１００の構成を示した断面図である。なお、ここでは、送風ファン１００として軸流ファンを例示しているが、これに限定されず、例えば遠心ファン等にも本実施形態におけるモータ１０を適用できる。

図１に示すように、モータ１０は、回転軸Ｊを中心としてロータ２を回転可能に支持する軸受部５と、軸受部５を支持する略円筒状の軸受ハウジング４と、軸受ハウジング４に支持されるステータ３とを備えている。

ロータ２は、略有蓋円筒状のロータホルダ２１と、ロータホルダ２１の側壁部の内側に固定された界磁用磁石２２とを備えている。ロータホルダ２１の外周面にはインペラカップ８が固定され、インペラカップ８の外周面には複数の羽根９が形成されている。

ステータ３は、ステータコア３１と、ステータコア３１にインシュレータを介して巻回されたコイル３２とを備えている。ステータ３は、軸受ハウジング４の外周面に支持され、軸受ハウジング４はベース部７に固定されている。また、軸受ハウジング４の内周面に形成された２つの段差部に軸受部（ボールベアリング）５が支持され、ロータホルダ２１の中央部に固定されたシャフト１１が軸受部５に圧入されることによって、ロータ２が回転軸Ｊを中心に回転する。

図２は、本実施形態における軸受ハウジング４の構成を示した半断面図である。

図２示すように、軸受ハウジング４は、軸方向に対して中央部に設けられた外径Ｌ_２の小さな小径部４２ａ、４２ｂと、小径部４２ａ、４２ｂを挟んで軸方向に互いに離間して設けられた外径Ｌ_１（Ｌ_１＞Ｌ_２）の大きな大径部４１ａ、４１ｂとを有している。そして、小径部４２ａ、４２ｂの外周面に、ステータ３の内周面が当接し、大径部４１ａ、４１ｂの内周面に、軸受部５が当接している。また、軸受ハウジング４は、軸方向に２つの小径部４２ａ、４２ｂに分割されている。

このような構成により、大径部４１ａ、４１ｂの内周面で支持される軸受部５のサイズを相対的に大きくしても、大径部４１ａ、４１ｂの外径Ｌ_１を大きくするだけで、小径部４２ａ、４２ｂの外径Ｌ_２は、そのままの大きさに維持できる。すなわち、ステータ３の内径の大きさは維持される。従って、軸受部５のサイズを相対的に大きくしても、ステータコアに巻き付けられるコイルの巻数が減少して必要な回転トルクが得られないという問題を回避でき、回転トルクの減少を抑制できる。また、軸受部５のサイズを相対的に大きくしても、ステータ３の外径の大きさは維持できるため、ロータホルダ２１の外径の増加も抑制できる。従って、送風ファン１００において、モータ１０の軸受部５のサイズを相対的に大きくしても、ロータホルダの外周面に固定される羽根の面積が減少して必要な風量が得られないという問題を回避でき、風量の低下を抑制できる。

また、ステータ３は、軸方向に離間して設けられた上下２つの大径部４１ａ、４１ｂに挟み込まれていることが好ましい。これにより、ステータ３の軸方向の移動を規制できるため、ステータ３をより安定して軸受ハウジング４に支持できる。

なお、このとき、分割されている各軸受ハウジングの小径部４２ａ、４２ｂの端部は、軸方向において互いに当接していることが好ましい。これにより、小径部４２ａ、４２ｂと大径部４１ａ、４１ｂとで形成される上下２つの段差部間の距離を、ステータ３の軸方向の高さに精度良く合わすことができる。その結果、大径部４１ａ、４１ｂによるステータ３の挟持をより安定化できる。

さらに、各軸受ハウジングの互いに当接する面（以下、当接面４３という）の少なくとも一部は、軸方向に対して傾斜した面を有していることが好ましい。後述するように、分割されている各軸受ハウジングは、軸方向反対側から、各小径部４２ａ、４２ｂの外周面をステータ３の内周面に圧入して形成される。このとき、当接面４３の一部に傾斜面を有していると、小径部４２ａ、４２ｂの端部を互いに当接させる際、小径部４２ａ、４２ｂの各外周面の径方向ズレを抑制できる。その結果、小径部４２ａ、４２ｂの外周面を一致させることができるため、ステータ３を安定して軸受ハウジング４に支持できる。

なお、本発明において、大径部４１ａ、４１ｂの内径Ｌ_３の大きさは特に制限されないが、図２に示すように、小径部４２ａ、４２ｂの外径Ｌ_２は、大径部４１ａ、４１ｂの内径Ｌ_３よりも小さいことが好ましい。これにより、軸受部５のサイズの相対的な拡大に伴うステータ３の内径の増加、あるいはロータホルダ２１の外径の増加をより抑制できる。

なお、本発明において、小径部４２ａ、４２ｂの外周面に、ステータ３の内周面が当接している状態とは、小径部４２ａ、４２ｂの外径とステータ３の内径とが実質的に一致して接触している状態をいう。その具体的態様は、例えば、小径部４２ａ、４２ｂの外周面をステータ３の内周面に圧入した状態、あるいは、ステータ３の内周面と小径部４２ａ、４２ｂの外周面とを、接着剤や防振部材（例えば、ラバー部材等）を介して固定した状態等が挙げられる。

また、本発明において、大径部４１ａ、４１ｂの内周面に、軸受部５が当接している状態とは、大径部４１ａ、４１ｂの内径と軸受部５の外径とが実質的に一致して接触している状態をいう。その具体的態様は、例えば、軸受部５の外周面と大径部４１ａ、４１ｂの内周面とを接着剤を介して固定した状態等が挙げられる。

本発明における軸受ハウジング４は、軸方向中央部に窪み（凹部）を設けることによって、ステータ３の内径を径方向内方に拡張したことを特徴とするが、これにより、以下のような様々な効果を発揮し得る。以下、図３を参照しながら、本発明の効果を説明する。なお、図３は、図１に示した送風ファン１００の部分半断面図である。

図３に示すように、ステータ３の外径をＷ、高さをＤとしたとき、ステータ３の内径を径方向内方に拡張したことによって、同じ回転トルク（すなわち、同じ消費電力）を得る場合、ステータ３の高さ（ステータコアの積厚）Ｄを小さくできる。これにより、図３に示すように、インペラカップ８の肩部８ａの傾斜をよりなだらかにできるため、空気の流れをよりスムーズにできる。

また、ステータ３の内径を径方向内方に拡張したことによって、同じ回転トルク（すなわち、同じ消費電力）を得る場合、ステータ３の外径Ｗを小さくできる。これにより、ロータホルダ２１の外径（さらには、インペラカップ８の外径）を小さくできるため、羽根９の面積を拡大できる。その結果、風量の拡大を図ることができる。また、ロータホルダ２１の内側に固定された界磁用磁石２２の厚みを大きくできるため、磁束を増加させることができる。

また、ステータ３の内径を径方向内方に拡張したことによって、ロータホルダ２１の外径の大きさを維持した場合、ステータ３の外径Ｗを拡大できるため、コイル３２の巻線スペースを拡大できる。これにより、コイル３２の占積率を増加させることができる。

また、ステータ３の内径を径方向内方に拡張したことによって、ロータホルダ２１の外径の大きさを維持した場合、ステータコア３１の形状の設計自由度を大きくできる。これにより、磁気回路の設計の最適化ができ、消費電流の低減を図ることができる。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、本実施形態におけるモータの製造方法について説明する。なお、本実施形態においては、軸受ハウジング４の構成に特徴があるため、ステータ３を軸受ハウジング４で支持する工程のみを説明し、他のモータの構成の製造工程については説明を省略する。

まず、図４（ａ）に示すように、外径の小さな第１の小径部４２ａ、外径の大きな第１の大径部４１ａとを有する略円筒状の第１の軸受ハウジング４ａを用意する。そして、第１の軸受ハウジング４ａにおける第１の小径部４２ａの外周面を、軸方向の下方から、ステータ３の内周面に圧入する。

次に、図４（ｂ）に示すように、外径の小さな第２の小径部４２ｂと、外径の大きな第２の大径部４１ｂとを有する略円筒状の第２の軸受ハウジング４ｂを用意する。そして、第２の軸受ハウジング４ｂにおける第２の小径部４２ｂの外周面を、軸方向の上方から、ステータ３の内周面に圧入する。

そして、図４（ｃ）に示すように、互いに軸方向反対側から圧入した第１及び第２の軸受ハウジング４ａ、４ｂの第１の小径部４２ａの端部と第２の小径部４２ｂの端部とを当接させる。これにより、図２に示した軸受ハウジング４の構成を得る。

ここで、第１の軸受ハウジング４ａにおける第１の小径部４２ａの外径と、第２の軸受ハウジング４ｂにおける第１の小径部４２ｂの外径とは、同じ大きさであることが好ましい。これにより、第１及び第２の軸受ハウジング４ａ、４ｂで構成された軸受ハウジング４の小径部４２ａ、４２ｂの外周面が一致するため、ステータ３を安定して軸受ハウジング４に支持できる。なお、第１及び第２の軸受ハウジング４ａ、４ｂにおける第１及び第２の大径部４１ａ、４１ｂの外径の大きさは特に制限されない。ただし、軸受ハウジング４の外周面に支持されたステータ３は、図５に示すように、ステータコアのコアバック３３から径方向外方に向けて形成された複数のティース３４に、インシュレータ（不図示）を介してコイル３２が巻回されている。従って、ティース３４に、十分な径方向巻線領域を確保するためには、第１及び第２の大径部４１ａ、４１ｂの外径は、コアバック３３の外周３３ａよりも径方向内方にあるのが好ましい。

図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態における軸受ハウジング４の構成の変形例を示した半断面図である。なお、軸受ハウジング４の構成は、ここで示す変形例に限定されない。

図６（ａ）は、小径部４２ａ、４２ｂの各端部の当接面４３が、全面に亘って軸方向に対して傾斜した面を有している場合を示す。また、図６（ｂ）は、当接面４３に傾斜面を有していない場合を示す。また、図６（ｃ）は、小径部４２ａ、４２ｂの各端部は、軸方向において互いに離間している場合を示す。例えば、軸方向の高さが大きいステータ３を軸受ハウジング４で支持する場合には、ステータ３の内周面全体を軸受ハウジング４の小径部４２ａ、４２ｂの外周面で支持しなくても、十分な強度を維持できる。

ところで、図１に示したように、軸方向に分割された軸受ハウジングのうちの、一方の軸受ハウジングはベース部７に固定される。そのため、ベース部７に固定された一方の軸受ハウジングは、ステータ３の重量を受けて負荷がかかる。そこで、ベース部７に固定された一方の軸受ハウジングを金属で構成し、負荷の小さい他方の軸受ハウジングを樹脂で構成するようにしてもよい。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

２ロータ
３ステータ
４軸受ハウジング
４ａ第１の軸受ハウジング
４ｂ第２の軸受ハウジング
５軸受部
７ベース部
８インペラカップ
８ａ肩部
９羽根
１０モータ
１１シャフト
２１ロータホルダ
２２界磁用磁石
３１ステータコア
３２コイル
３３コアバック
３４ティース
４１ａ第１の大径部
４１ｂ第２の大径部
４２ａ第１の小径部
４２ｂ第２の小径部
４３当接面
１００送風ファン

Claims

ロータを回転軸を中心に回転可能に支持する軸受部と、
前記軸受部を支持する略円筒状の軸受ハウジングと、
前記軸受ハウジングに支持されるステータとを備え、
前記軸受ハウジングは、
軸方向に対して中央部に設けられた外径の小さな小径部と、
前記小径部を挟んで軸方向に互いに離間して設けられた外径の大きな大径部とを有し、
前記小径部の外周面に、前記ステータの内周面が当接し、前記大径部の内周面に、前記軸受部が当接しており、
前記軸受ハウジングは、前記小径部において、軸方向に分割され、
前記分割されている各軸受ハウジングは、軸方向反対側から、各小径部の外周面を前記ステータの内周面に圧入することにより連結され、
前記小径部の外径は、前記大径部の内径よりも小さく、
前記小径部の外径と内径との差は、前記大径部の外径と内径との差よりも大きく設定されている、モータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ステータは、軸方向に離間して設けられた２つの前記大径部に挟み込まれている、モータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記分割された軸受ハウジングのうちの、ベース部に固定された一方の軸受ハウジングは、他方の軸受ハウジングよりも、前記ステータの内周面に圧入される圧入長が長い、モータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記分割されている各軸受ハウジングは、軸方向において互いに離間している、モータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記分割されている各軸受ハウジングの端部は、軸方向において互いに当接している、モータ。
請求項５に記載のモータにおいて、
前記各軸受ハウジングの互いに当接する面の少なくとも一部は、軸方向に対して傾斜した面を有している、モータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記軸受部は、ボールベアリングで構成されている、モータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記分割された軸受ハウジングのうちの、ベース部に固定された一方の軸受ハウジングは金属で構成され、他方の軸受ハウジングは樹脂で構成されている、モータ。
請求項１〜８の何れかに記載のモータと、
前記ロータの外周面に形成された複数の羽根と
を備えた送風ファン。
請求項１に記載のモータの製造方法であって、
外径の小さな第１の小径部と、外径の大きな第１の大径部とを有する略円筒状の第１の軸受ハウジングを用意する工程と、
外径の小さな第２の小径部と、外径の大きな第２の大径部とを有する略円筒状の第２の軸受ハウジングを用意する工程と、
前記第１の軸受ハウジングにおける第１の小径部の外周面、及び前記第２の軸受ハウジングにおける第２の小径部の外周面を、互いに軸方向反対側から、ステータの内周面に圧入する工程と、
前記第１の軸受ハウジングにおける第１の大径部の内周面、及び前記第２の軸受ハウジングにおける第２の大径部の内周面に、それぞれ軸受部を固定する工程とを有する、モータの製造方法。
請求項１０に記載のモータの製造方法において、
前記第１の軸受ハウジングにおける第１の小径部の外径と、前記第２の軸受ハウジングにおける第２の小径部の外径とは、同じ大きさである、モータの製造方法。
請求項１１に記載のモータの製造方法において、
前記圧入後において、前記第１の小径部の端部と、前記第２の小径部の端部とが当接する、モータの製造方法。