JP5727190B2 - 整流子モータのモータハウジング - Google Patents

Description

本発明は整流子モータのモータハウジングに関する。

家電製品などに用いられる小型モータでは、モータハウジングとして、鋼板をプレス成型したものや、アルミニウム合金のダイキャスト成型品などが採用されることが多い。

モータに対しては、小型軽量化の要請が常に存在する。それに応える方策の一つがモータハウジングの設計変更である。特許文献１には産業用モータが記載されているが、このモータではハウジングをマグネシウム合金で構成して軽量化を図っている。

特開平８−４７１９６号公報

本発明は、家電製品などに用いられる整流子モータのモータハウジングにおいて、それを軽量化し、且つ、軽量化にも関わらずブラシ取付部の強度を確保し、カーボンブラシと整流子の長寿命化を図れるようにすることを目的とする。

本発明の好ましい実施形態によれば、整流子モータのモータハウジングは、ステータを保持する円筒形の本体部と、ロータの軸受を保持するエンドブラケット部を備え、前記本体部と前記エンドブラケット部はマグネシウム合金で一体にダイキャスト成型されるものであり、前記本体部の一部にブラシ取付部を構成する開口部が形成され、前記ブラシ取付部を含む一部の領域が、他の領域に比較して厚みのある肉厚部とされ、前記肉厚部は、前記本体部のほぼ全長にわたる長さで、前記本体部の内面に、前記ステータが係合する段部を形成するものであり、前記段部には、前記ステータが前記本体部に挿入されるときの挿入限界となる段部と、前記ロータが回転するときに反力を受ける前記ステータが係合することによって前記モータハウジングに対する前記ステータの角度ずれがなくなる段部が含まれる。

本発明によると、ステータを保持する円筒形の本体部と、ロータの軸受を保持するエンドブラケット部がマグネシウム合金で一体にダイキャスト成型されているから、モータハウジングを軽量化することができる。そして、ブラシ取付部を含む一部の領域が、他の領域に比較して厚みのある肉厚部とされているから、ブラシホルダとそれに保持されるカーボンブラシは高い剛性をもって保持され、カーボンブラシと整流子の摺動部における火花発生が抑制され、カーボンブラシと整流子の長寿命化が図れる。また、肉厚部が本体部の内面に形成する段部にステータが係合することにより、ステータが本体部に挿入されるときの挿入限界が定まり、ロータが回転するときにステータが反力を受けたとしても、モータハウジングに対しステータが角度ずれを生じなくなる。

本発明の実施形態に係るモータハウジングを備えたモータの断面図である。 図１のモータを含む電動送風機の斜視図である。 図１のモータを含む電動送風機の斜視図で、図２と異なる角度から見たものである。 本発明の実施形態に係るモータハウジングの斜視図である。 本発明の実施形態に係るモータハウジングの斜視図で、図４と異なる角度から見たものである。 本発明の実施形態に係るモータハウジングの正面図である。 本発明の実施形態に係るモータハウジングの正面図であって、内部にステータを固定した状態を示すものである。 図２の電動送風機を搭載した電気掃除機本体の断面図である。 図８の中で電動送風機搭載箇所のみを示す部分断面図である。

本発明の実施形態を図１から図９までの図を参照しつつ説明する。本発明に係るモータハウジングは、電気掃除機内の電動送風機用に含まれるモータに用いられている。最初に、電気掃除機の構造につき説明する。

図８に示す電気掃除機本体１は、いわゆるキャニスター型であって、２個の後車輪３と１個の前輪キャスタ４で３点支持される筐体２に、集塵容器５が着脱可能に取り付けられている。集塵容器５はサイクロン集塵部６とフィルタ７を内蔵する。筐体２の前面には図示しない集塵ホースを接続するホース接続部８が設けられている。ホース接続部８は集塵容器５のサイクロン集塵部６に連通する。筐体２の前部には運搬用のハンドル９が設けられている。

筐体２の後部には、前記図示しない集塵ホースから流入しサイクロン集塵部６とフィルタ７を通り抜ける吸込気流を形成する電動送風機１０が設置される。図９に示す通り、電動送風機１０は前部のファンケーシング１１と後部の整流子モータ１２により構成され、ファンケーシング１１の内部の図示しない遠心ファンを整流子モータ１２で高速回転させて吸込気流を生成する。吸込気流はファンケーシング１１に吸い込まれ、一部は整流子モータ１２を通って排出される。整流子モータ１２を通り抜ける空気により、整流子モータ１２の冷却がなされる。

電動送風機１０は、ファンケーシング１１を上にする形で、筐体２の内部のリブ構造１３に防振用のサポートゴム１４、１５で支持される。サポートゴム１４はファンケーシング１１の角を包む断面Ｌ字形のリング状部材である。サポートゴム１５は整流子モータ１２の端面にあてがわれる直方体形状のブロック状部材であって、中心の円孔１５ａに整流子モータ１２の端面中央の軸受保持部１６が嵌合している。

図１に示す通り、整流子モータ１２はモータハウジング１７を有する。モータハウジング１７の構造は後で詳細に説明する。モータハウジング１７の内部にステータ１８が固定されている。ステータ１８の固定方法も後で詳しく説明する。なお図１において、図の左側が整流子モータ１２の前端側、図の右側が整流子モータ１２の後端側になる。

ステータ１８に組み合わせられるロータ１９と、ロータ１９に電流を供給する整流子２０は、回転軸２１に固定されている。回転軸２１は軸受２２、２３により回転自在に支持される。軸受２３はモータハウジング１７に形成された軸受保持部１６に保持される。軸受２２はモータハウジング１７の前端に固定される図示しないエンドブラケットに形成された軸受保持部に保持される。

整流子２０を挟む形で一対のブラシホルダ２４が配置される。それぞれのブラシホルダ２４は、図示しないバネにより整流子２０に押し付けられるカーボンブラシ２５を保持しており、１個のネジ２６でモータハウジング１７に固定される。

続いてモータハウジング１７の構造を説明する。モータハウジング１７は、ステータ１８を保持する円筒形の本体部２７を中心にして、本体部２７の前端にはファンケーシング１１及び前記図示しないエンドブラケットを取り付けるためのフランジ部２８が形成され、本体部２７の後端には軸受保持部１６を有するエンドブラケット部２９が形成されている。本体部２７、フランジ部２８、及びエンドブラケット部２９は、マグネシウム合金で一体にダイキャスト成型される。本体部２７の所々には通風用の開口部３０が形成されている。

マグネシウム合金の比重は鉄の１／４、アルミニウム合金の２／３であり、マグネシウム合金を採用するだけでモータハウジング１７を軽量化することができるが、さらに、マグネシウム合金は溶融時の流動性が良好であることを利用して、ダイキャスト成型品を極力薄肉化する。これにより、さらに軽量化を進めることができる。薄肉部の肉厚としては、例えば０．８mmといった数値を設定できる。

しかしながら、モータハウジング１７を単純に薄肉化したのでは、必要な強度が不足することになる。強度を補うため、本体部２７とエンドブラケット部２９の両方に補強用リブが形成されている。

本体部２７には、例えば図３に見られるように、モータハウジング１７の外面側に、本体部２７の軸線方向に延びる補強用リブ３１が複数個形成される。実施形態では、補強用リブ３１の数は８個とされているが、その数は任意であり、補強の目的を達成できるだけの数を設定すればよい。

複数個の補強用リブ３１は、互いに平行に、また互いの間に所定の間隔が生じるように並んでいる。補強用リブ３１はいずれもフランジ部２８に端を発するが、終わりの位置は一様ではなく、あるものは本体部２７の途中で終わり、あるものは本体部２７のほぼ全長にわたって延びる。また補強用リブ３１は、図５に示す通り、フランジ部２８の箇所ではフランジ部２８を半径方向に横切るように延長され、フランジ部２８の補強も兼ねている。補強用リブ３１の箇所は、それ以外の箇所に比べ、概ね２倍程度かそれ以上の肉厚を有する。

エンドブラケット部２９には、図６に最も良く現れているように、モータハウジング１７の内面側に、半径方向に延びる補強用リブ３２が複数個形成される。実施形態では、補強用リブ３２の数は８個とされているが、その数は任意であり、補強の目的を達成できるだけの数を設定すればよい。

複数個の補強用リブ３２は所定の角度間隔で並ぶ。エンドブラケット部２９の中心部には軸受保持部１６を囲む形で環状の補強用リブ３３が形成されており、全ての補強用リブ３２は補強用リブ３３に端を発する形になっている。補強用リブ３２、３３の箇所は、それ以外の箇所に比べ、概ね２倍程度かそれ以上の肉厚を有する。

このように、本体部２７とエンドブラケット部２９の両方に補強用リブ３１、３２、３３が形成されていることにより、全体としては薄肉であるにもかかわらず、モータハウジング１７は十分な強度を有する。また、補強用リブ３１がフランジ部２８にまで延長され、フランジ部２８を半径方向に横切っているところから、フランジ部２８も十分な強度を有することとなる。補強用リブ３１、３２、３３の存在は、ダイキャスト成型時の湯流れの改善にも役立つ。

補強用リブ３２、３３はモータハウジング１７の内面側に形成されているので、エンドブラケット部２９の外面側はフラットである。このため、サポートゴム１５をエンドブラケット部２９にぴったりと押し当てることができる。これにより、設計者の意図しない空気もれがサポートゴム１５とエンドブラケット部２９の間に生じることが避けられる。

モータハウジング１７の外面側の補強用リブは、本体部２７の軸線方向に延びる補強用リブ３１に限定されない。本体部２７の軸線方向に対し斜めになっていても良いし、円周方向の補強用リブが混在する、格子状パターンであっても構わない。モータハウジング１７の内面側の補強用リブについても、例えば補強用リブ３３と同心円をなす別の環状リブを形成し、半径方向の補強用リブ３２との間で格子状パターンが形成されるようにしてもよい。要は、モータハウジング１７の全体形状が、ダイキャスト成型可能なものでありさえすればよい。

マグネシウム合金のダイキャスト成型品からなるモータハウジング１７は、整流子モータ１２の軽量化に貢献するのみならず、振動吸収性が良いことから、整流子モータ１２の低振動化、低騒音化にも寄与する。またマグネシウム合金は放熱性が良いので整流子モータ１２の冷却が促進される。さらに、マグネシウム合金は流動性が良いので、モータハウジング１７が複雑な構造を有していても、その形状をダイキャスト成型で忠実に実現できる。ダイキャスト成型時に生じるランナーなどの余剰部分も捨てることなく再利用できるので経済性も高い。

整流子モータ１２では、ロータ１９が３０，０００ｒｐｍから４０，０００ｒｐｍといった高速で回転する。そのため、カーボンブラシ２５がしっかりと保持されていないと、カーボンブラシ２５と整流子２０の摺動部で火花が発生し、カーボンブラシ２５と整流子２０が早く消耗してしまう。そこで、次のようにしてカーボンブラシ２５の保持部の剛性を高める。

モータハウジング１７の本体部２７には、後端寄りの、互いに対称をなす２箇所にブラシ取付部３４が形成される。ブラシ取付部３４はブラシホルダ２４を通す矩形の開口部３５により構成される。ブラシ取付部３４を含む本体部２７の一部の領域は、他の領域に比較して厚みのある肉厚部３６とされる。肉厚部３６の肉厚は、薄肉部の肉厚が０．８mmであった場合、例えば１．５mmに設定される。肉厚部３６には、開口部３５の前方の位置に、ブラシホルダ２４を固定するネジ２６をねじ込むための穴３７が形成される。ネジ２７はタッピングネジであり、穴３７はタッピング用の下穴である。

肉厚部３６の中で、開口部３５を囲む肉厚部分は、フランジ部２８とエンドブラケット部２９の中間の位置が前方の境界となっている。しかしながら、図４に示す通り、本体部２７の内面側において、肉厚部３６の前端が二股に分かれる形で、フランジ部２８まで続く延長肉厚部３６ａが形成されている。このため、延長肉厚部３６ａを含めた肉厚部３６は、本体部２７のほぼ全長にわたる長さを有することとなる。延長肉厚部３６ａは、本体部２７の内面に段部３８を形成する。

このように、ブラシ取付部３４を含む領域が肉厚部３６として構成されているため、ブラシホルダ２４及びカーボンブラシ２５は高い剛性をもって保持され、カーボンブラシ２５が振動しにくく、カーボンブラシ２５と整流子２０の摺動部における火花発生が抑制される。このため、カーボンブラシ２５と整流子２０の消耗が減少し、両者の長寿命化が図れる。特に実施形態の場合、肉厚部３６は本体部２７のほぼ全長にわたる長さを有しているため、剛性は確実に向上する。肉厚部３６の存在は、補強用リブ３１、３２、３３と相まって、モータハウジング１７の強度増加と、ダイキャスト成型時の湯流れの改善に役立つ。

モータハウジングが鋼板のプレス成型品であった場合、ブラシ取付部のみを肉厚にすることは困難で、ブラシ取付部の剛性を高めようと思えば全体を肉厚にする必要があり、必然的にモータハウジングが重くなった。これに対し、マグネシウム合金のダイキャスト成型品からなるモータハウジング１７は、必要な箇所だけを肉厚部３６とすれば良いので、軽量でありながら必要な剛性を確保することができる。

続いて、ステータ１８の固定につき説明する。図７に示す通り、ステータ１８は外形がほぼ正方形で、四隅の部分が本体部２７の内径に合わせたアール部１８ａとなっている。ステータ１８は、本体部２７の前端から、本体部２７の軸線方向に押し込む形で挿入される。本体部２７の内面に形成された段部３８（図４に最も良く示される）にアール部１８ａが当たったところでステータ１８の挿入は限界を迎え、ステータ１８はそこに位置決めされる。

ステータ１８を固定するのはネジ３９である。ネジ３９はステータ１８のアール部１８ａを押さえ込んでステータ１８を固定する。ネジ３９は本体部２７の中心に関し対称的となるように複数個配置される。実施形態では、ネジ３９はステータ１８の四隅に配置されており、ネジ３９の対称的なペアが２組存在している。

本体部２７の内面には、ネジ３９を受け入れるポケット部４０が９０°間隔で計４箇所に形成されている。ポケット部４０は本体部２７の軸線方向に延び、本体部２７の外面においては軸線方向に延びるかまぼこ形の膨らみ部４１として現れている。

ポケット部４０の底部にはネジ３９をねじ込むための穴４２が形成されている。穴４２は本体部２７の軸線方向に延びる。ネジ３９はタッピングネジであり、穴４２はタッピング用の下穴である。

ネジ３９は、首下にワッシャ４３を嵌合した上で穴４２にねじ込まれる。ネジ３９が穴４２にねじ込まれた状態で、ネジ３９の頭部とワッシャ４３はステータ１８のアール部１８ａに重なり、ステータ１８が抜け出そうとしてもその行く手を遮る。これにより、ステータ１８の抜け止めがなされる。ネジ３９を最後までねじ込むと、ステータ１８は段部３８とワッシャ４３により締め付けられる。これにより、モータハウジング１７とステータ１８の間のビビリ振動が防止される。なお、ワッシャ４３を省き、ネジ３９の頭部で直接ステータ１８の行く手を遮り、さらにステータ１８を締め付ける構成とすることも可能である。

モータハウジングが鋼板のプレス成型品であれば、モータハウジングにカシメ加工を施すことによりステータを固定することができるが、マグネシウム合金のモータハウジング１７ではステータ１８をカシメで固定することができない。しかしながら、ネジ３９を上記のように用いることにより、ステータ１８を強固に固定することができる。

ネジ３９は、頭部または首下に嵌合したワッシャ４３でステータ１８の行く手を遮ることによりステータ１８を固定するものであるから、ネジ３９を通すための穴をステータ１８に形成するなどの配慮は不要で、ステータ１８の加工費用を省くことができる。また、ステータ１８は本体部２７に対し本体部２７の軸線方向に挿入され、ネジ３９も本体部２７の軸線方向に形成された穴４２にねじ込まれるものであるから、ネジ３９によりステータ１８を締め付けて、ビビリ振動が生じないようにしっかりと固定することができる。

ステータ１８の四隅のアール部１８ａのうち少なくとも１個は、延長肉厚部３６ａにより形成されている本体部２７の内面の段部３８に係合する。ロータ１９が回転するときにステータ１８は反力を受けるが、アール部１８ａが延長肉厚部３６ａに係合しているため、モータハウジング１７に対するステータ１８の角度がずれることはない。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は整流子モータのモータハウジングに広く利用可能である。

１２ 整流子モータ
１６ 軸受保持部
１７ モータハウジング
１８ ステータ
１８ａ アール部
１９ ロータ
２０ 整流子
２１ 回転軸
２２、２３ 軸受
２４ ブラシホルダ
２５ カーボンブラシ
２７ 本体部
２８ フランジ部
２９ エンドブラケット部
３４ ブラシ取付部
３５ 開口部
３６ 肉厚部
３６ａ 延長肉厚部

Claims (1)

1. ステータを保持する円筒形の本体部と、ロータの軸受を保持するエンドブラケット部を備えた整流子モータのモータハウジングにおいて、
   前記本体部と前記エンドブラケット部はマグネシウム合金で一体にダイキャスト成型されるものであり、前記本体部の一部にブラシ取付部を構成する開口部が形成され、前記ブラシ取付部を含む一部の領域が、他の領域に比較して厚みのある肉厚部とされ、
   前記肉厚部は、前記本体部のほぼ全長にわたる長さで、前記本体部の内面に、前記ステータが係合する段部を形成するものであり、
   前記段部には、前記ステータが前記本体部に挿入されるときの挿入限界となる段部と、前記ロータが回転するときに反力を受ける前記ステータが係合することによって前記モータハウジングに対する前記ステータの角度ずれがなくなる段部が含まれることを特徴とする整流子モータのモータハウジング。

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