JP6422080B2 - ロータ、そのロータの製造方法及びそのロータを備えたファン装置 - Google Patents

ロータ、そのロータの製造方法及びそのロータを備えたファン装置 Download PDF

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Description

本発明はロータ、そのロータの製造方法及びそのロータを備えたファン装置に関する。
特許文献1には、ヨークとして機能する円筒部及び天面部を有するロータホルダと、外周面に設けられた環状の溝を有するブッシングと、を備え、ロータホルダの天面部の内周部がブッシングの環状の溝内にカシメ固定されたファンが開示されている。
特開2013―061063号公報
ところで、ブッシング(ブッシュ)とロータホルダ(ロータヨーク)の間のカシメ固定が弱いと振動が発生するという問題がある。
このような問題を回避するために、一般的には、ブッシュを大きなものとしてカシメ強度を高めることが行なわれる。
しかしながら、ブッシュなどの部品は、棒材を切削することで製造される。
このため、ブッシュを大きなものにすると、製造コストが高くなるという問題がある。
また、カシメ強度を高めるために、大きなブッシュを使用することは、カシメを行うために必要な荷重を大きくすることになる。
そうすると、大きな荷重をかけることが可能なカシメ装置が必要となり、設備コストも高くなるという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ブッシュを大きくしなくてもブッシュとロータヨークの間の固定強度を高めることができるロータ、そのロータの製造方法及びそのロータを備えたファン装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明のロータは、シャフトと、前記シャフトの外周面上に固定されているブッシュと、前記ブッシュの外周面上に固定されているロータヨークと、を含み、前記ブッシュは、中央に位置する本体部と、前記本体部の外周に形成され、前記ロータヨークの一部を受ける受面を有する受面部と、前記ロータヨークを挟んで前記受面部の反対側に位置し、前記受面部とで前記ロータヨークを固定する前記本体部に繋がった押え固定部と、を備え、前記押え固定部は、前記ロータヨーク側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部又は外周に向かって前記ロータヨーク側に傾斜して形成された傾斜部を有する。
(2)上記(1)の構成において、前記受面部の外径寸法は、前記押え固定部の外径寸法以上である。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記ブッシュの外周に沿った前記ロータヨークの端面は、少なくとも前記受面部側又は前記押え固定部側の角が面取りされており、
前記押え固定部の外径寸法は、前記端面の直径に前記面取り幅の2倍を加えた長さ以上である。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、前記押え固定部が、少なくともブッシュ側の前記ロータヨークの位置及び前記押え固定部の外周側の前記ロータヨークの位置の両方の位置でロータヨークに当接している。
(5)本発明のファン装置は、上記(1)から(4)のいずれか1つの構成を備えるロータと、前記ロータに固定されたインペラと、を少なくとも備え、前記インペラが前記ロータの回転に伴って回転する。
(6)本発明のロータの製造方法は、シャフトにブッシュを固定するブッシュ固定工程と、前記ブッシュにロータヨークを固定するロータヨーク固定工程と、前記ロータヨークにロータマグネットを固定するロータマグネット固定工程と、を含み、前記ブッシュ固定工程では、前記ブッシュの本体部の外周に形成された前記ロータヨークの一部を受ける受面を有する受面部で前記ロータヨークを受けた状態で、前記本体部に繋がっている押え固定部が前記ロータヨークを挟んで前記受面部の反対側に位置するようにカシメが行われ、前記カシメは、前記ロータヨークを挟んで前記受面部の反対側に位置する前記押え固定部が、前記ロータヨーク側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部又は外周に向かってロータヨーク側に傾斜して形成された傾斜部を有するように行なわれる。
本発明によれば、ブッシュを大きくしなくてもブッシュとロータヨークの間の固定強度を高めることができるロータ、そのロータの製造方法及びそのロータを備えたファン装置を提供することができる。
本発明に係る実施形態のファン装置の断面図である。 本発明に係る実施形態のロータの断面図である。 本発明に係る実施形態のブッシュの断面図である。 ブッシュのカシメを従来の方法で行ったときの状態を示すカシメ部分の断面図である。 本発明に係る本実施形態の押え固定部のカシメ後の状態を説明するための図であり、(a)はロータの断面図であり、(b)は(a)の丸囲み部分Aの拡大断面図である。 本発明に係る実施形態の押え固定部の変形例を示す図であり、図5(b)に対応する拡大断面図である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
図1は、本発明に係る実施形態のロータ10を備えたファン装置1の断面図であり、以下、このファン装置1の説明と併せて本発明に係る実施形態のロータ10についても説明を行う。
図1では、遠心ファンであるファン装置1の場合を示しているが、本発明に係るファン装置1は、遠心ファンに限定される必要はなく、例えば、軸流ファンであってもよい。
また、本実施形態ではロータ10をファン装置1に用いる場合を示しているが、ファン装置1に用いることに限定されるものではなく、アウターロータ型のモータにも好適に用いることができるものである。
図1に示すように、ファン装置1は、ロータ10と、ステータ20と、インペラ30と、ケース40と、を備えている。
ケース40は、中央に空気を吸い込むための開口41aを有する上ケース41と、上ケース41と離間して設けられる下ケース42と、を備え、上ケース41と下ケース42の離間している部分にインペラ30が配置されている。
そして、インペラ30がロータ10の回転に伴って回転することで開口41aから空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気は、上ケース41と下ケース42の間の離間している部分から横方向に排出される。
また、下ケース42の中央には、軸受ハウジング43が固定されており、この軸受ハウジング43の外周にステータ20が設けられている。
なお、下ケース42と軸受ハウジング43を別部品として下ケース42に軸受ハウジング43を取り付けるようにしてもよいが、軸受ハウジング43をインサート部材としてインサート成形で下ケース42と一体にするようにしてもよく、また、射出成形などではじめから下ケース42と軸受ハウジング43を一体成形するようにしてもよい。
一方、ロータ10は、シャフト11と、シャフト11の外周面上に固定されているブッシュ12と、ブッシュ12の外周面上に固定されているカップ状のロータヨーク13と、ロータヨーク13の内側に固定されているロータマグネット14と、を含んでいる。
そして、ステータ20がカップ状のロータヨーク13の内側に位置し、シャフト11が軸受ハウジング43に設けられた一対の軸受43a、43bに回転可能に支持されることで、ステータ20に対してロータ10が回転可能になっている。
また、ロータヨーク13の外周にインペラ30が位置するように、ロータヨーク13のフランジ部13aにインペラ30がカシメ固定されている。
なお、ロータヨーク13に対するインペラ30の固定はカシメ固定に限定される必要はなく、接着固定やネジ固定など適宜の固定方法で固定を行うようにしてもよい。
次に、図2を参照しながら、ロータ10について、更に詳しく説明する。
図2は、ロータ10だけを示した断面図である。
図2に示すように、ブッシュ12は、シャフト11が配置される貫通孔を有し、中央に位置する本体部121と、本体部121の外周に形成されたロータヨーク13の一部を受ける受面12aaを有する受面部12aと、ロータヨーク13を挟んで受面部12aと反対側に位置し、受面部12aとでロータヨーク13を固定する本体部121に繋がった押え固定部12bと、を備えている。
そして、ブッシュ12は、例えば、焼き嵌めによってシャフト11に固定されている。
具体的には、シャフト11が配置される貫通孔をシャフト11の外径よりも少し小さめにしておき、ブッシュ12を加熱して貫通孔を広げ、シャフト11を貫通孔に挿入した後、ブッシュ12を冷却して貫通孔を収縮させるようにすることでブッシュ12がシャフト11に固定されている。
なお、その他、接着固定や圧入固定などの固定方法でブッシュ12がシャフト11に固定されるようにしてもよい。
ロータヨーク13は、シャフト11の軸方向にほぼ平行に設けられる円筒状の側壁部131と、側壁部131の一方側(図上側)に設けられ、中央に孔13bを有する円形状の外径の天面部132と、側壁部131の一方側(図上側)の端部から天面部132の外周部に繋がり、天面部132側ほど側壁部131の開口13cから離れるように傾斜する傾斜部133と、を備えている。
そして、ブッシュ12の一部が天面部132の中央の孔13bに挿入され、後ほど説明するカシメによって、ロータヨーク13の天面部132がブッシュ12の受面部12aと押え固定部12bとの間に挟持されることでロータヨーク13がブッシュ12に固定されている。
天面部132は、シャフト11の軸方向にほぼ直交する複数の円環状の平面部132a、132bと、その複数の平面部132a、132bの間を繋ぐ接続部132cと、を備えており、平面部132a、132b及び接続部132cからなる天面部132は段差形状になっている。
より具体的には、天面部132は、平面部132a、132bが、シャフト11に近い側ほど側壁部131の他方側(図下側)の開口13cから離れる側に位置するとともに、シャフト11の軸方向に延びる接続部132cが、径方向内側に位置する平面部132aの外周部と径方向外側に位置する平面部132bの内周部を繋ぐ構成になっており、天面部132は、ほぼ直角に曲がるような段差形状(以下、段差構造ともいう)に形成されたものになっている。
なお、本実施形態では、天面部132がほぼ直角に曲がる段差形状にしているが、このようにほぼ直角に曲がるように構成することに限定される必要はない。
例えば、平面部132aの外周部と平面部132bの内周部が径方向の位置で見て離間するようにして、つまり、平面部132aの外周部が径方向中央側に位置し、平面部132bの内周部が平面部132aの外周部よりも径方向外側に位置するようにして、接続部132cが、その間を繋ぐように平面部132bの内周部から平面部132aの外周部に向かって側壁部131の開口13cから離れるように傾斜する傾斜接続部のように構成されているような段差形状の天面部132であってもよい。
ここで、ファン装置1の駆動時に発生する遠心力は、傾斜部133を介して天面部132に伝わるときに、天面部132に対して直交する方向(シャフト11の軸方向)の力の成分を含むものとなる。
そして、組立精度などの要因で触れ回りが起きる場合、天面部132には、天面部132に対して直交する方向(シャフト11の軸方向)の力が不規則な状態でかかることとなり、天面部132の曲げ強度が低いと、天面部132が振動することになる。
しかしながら、上述のように、天面部132を段差構造にしておけば、天面部132の曲げ強度が高くなるため、天面部132が振動することを抑制することができる。
ロータマグネット14(図1参照)は、磁界の発生源となる部分であり、ロータヨーク13の側壁部131の内周面に圧入固定や接着固定によって固定されている。
以上のような構成からなるロータ10において、ブッシュ12とロータヨーク13の間のカシメによる固定が弱いとロータヨーク13が振動することになるため、カシメによる固定強度を高めることが求められる。
一般的には、そのためにブッシュ12自体を大きなものとすることでカシメによる固定強度を高めることが行われるが、このカシメによる固定部分について、詳細に検討した結果、ブッシュ12を大きなものとしなくても、更にカシメによる固定強度を高めることができることがわかった。
以下では、どのようにすれば、ブッシュ12を大きくすることなしにカシメによる固定強度を高めることができるのかについて詳細に説明する。
図3は、カシメを行う前のブッシュ12を示した断面図であり、図3を参照しながら簡単にカシメによる固定について説明した後、ブッシュ12を大きくすることなしにカシメによる固定強度を高めることができる方法について説明する。
図3に示すように、カシメを行う前の押え固定部12bは、ブッシュ12の本体部121とほぼ同じ外径でシャフト11の軸方向に延在するように形成されている。
この押え固定部12bに対して、矢印で示すようにシャフト11の軸方向と直交する方向に曲げるような荷重を加えることで、点線で示すように押え固定部12bがシャフト11の軸方向と直交する方向に延在するようにカシメが行われ、図2に示したように、押え固定部12bがロータヨーク13を受面部12aとの間に挟んでロータヨーク13がブッシュ12に固定された状態となる。
図4は、従来の方法でカシメを行った後の状態を示す図であり、このカシメを行った部分の金属顕微鏡写真をもとに描いた断面図である。
図4において、ブッシュ12の外周に沿った端面(つまり、ロータヨーク13の天面部132(より正確には平面部132a)の孔13bの部分)の押え固定部12b側に見られる傾斜部分132aaは、面取りされていた部分である。
図4を見るとわかるように、従来の方法でカシメを行うと、押え固定部12bは、面取りされていた部分である傾斜部分132aaを押える程度にしか曲げられていない。
つまり、押え固定部12bは、ロータヨーク13のブッシュ12側の部分にしか当接していないので十分な固定強度が得られない状態になっていることがわかる。
これは、押え固定部12bにカシメを行なうための荷重をかけているときには、押え固定部12bの外周側も、一旦、天面部132に当接するように押付けられた状態となるものの、カシメが終了し荷重をかけるのを止めると、押え固定部12bの外周側が弾性力で天面部132から離れてしまうことに起因している。
したがって、このような押え固定部12bが天面部132から離れることがないように、押え固定部12bを曲げることができれば、天面部132のより広い範囲が受面部12aと押え固定部12bとで挟持されることになり、固定強度を高めることができるようになる。
そこで、カシメを行うときに、押え固定部12bを図5に示すような形状となるように形成するようにした。
図5は、本実施形態の押え固定部12bのカシメ後の状態を説明するための図であり、図5(a)はロータ10の断面図であり、図5(b)は図5(a)の丸囲み部分Aの拡大断面図である。
図5(b)に示すように、カシメ後の押え固定部12bは、ロータヨーク13側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部12baを有するようになっている。
つまり、押え固定部12bの外周のカシメは、天面部132に平行になるように行うのではなく、外周が丸みを帯びるように荷重をかけるようにしている。
このようにすると、押え固定部12bの外周側ほど強く曲げるようなカシメ状態となるとともに、外周側ほど押え固定部12bの厚みも薄くなるため、しっかりと押え固定部12bを曲げることができるとともに、押え固定部12bの弾性力が弱まり、カシメ後に押え固定部12bが弾性力で天面部132から離れることが抑制される。
この結果、押え固定部12bは、ブッシュ12の本体部121側から外周に至るまでのほぼ全領域がロータヨーク13の天面部132に当接した状態となり、固定強度を大幅に高めることができる。
したがって、しっかりとロータヨーク13が固定されるのでロータヨーク13の振動を抑制することができる。
ところで、このようなカシメを行う上では、カシメ時に荷重を受けることになる部分が逃げると、十分な荷重をかけることができない。
そのため、図5(a)に示すように、荷重を受けることになる受面部12aの外径寸法Dは、押え固定部12bの外径寸法C以上であるようにして、押え固定部12bをカシメるときの荷重が逃げないようにすることが好適である。
また、ロータヨーク13を十分に挟持するためには、ロータヨーク13のブッシュ12の外周に沿った端面の面取りされた傾斜部分132aa(図5(b)参照)を越える範囲まで押え固定部12bが設けられていることが好適である。
このため、押え固定部12bの外径寸法Cは、ブッシュ12の外周に沿ったロータヨーク13の端面の直径B(図5(a)参照)、つまり、天面部132の孔13bの直径Bに面取り幅E(図5(b)参照)の2倍を加えた長さ以上であることが好適である。
一方、本実施形態では、押え固定部12bの外周の全ての部分を、図5(b)に示すようなロータヨーク13側に曲がって形成されたR形状部12baとするようにしているが、例えば、120°ピッチ、90°ピッチ、60°ピッチなどのように周方向の所定の角度でR形状部12baを形成するようにしてもよく、必ずしも、押え固定部12bの外周の全ての部分をR形状部12baとする必要はない。
ただし、押え固定部12bの外周の全ての部分をR形状部12baとした場合が最も固定強度が高くなるので固定強度の面で見れば、押え固定部12bの外周の全ての部分をR形状部12baとすることが好ましい。
また、上記実施形態では、押え固定部12bが、ロータヨーク13側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部12baを有するものとした場合について説明してきたが、図6に示すような形状としてもよい。
図6は、押え固定部12bの変形例を説明するための断面図であり、図5(b)に対応する部分の図である。
図6に示すように、押え固定部12bの変形例では、押え固定部12bが、外周に向かってロータヨーク13側に傾斜して形成された傾斜部12bbを有するようにされている。
このような形状とするように、カシメを行うことで上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、この変形例でも、押え固定部12bの周方向の全ての部分を傾斜部12bbとしているが、上記実施形態と同様に、例えば、120°ピッチ、90°ピッチ、60°ピッチなどのように周方向の所定の角度で傾斜部12bbを形成するようにしてもよい。
また、この変形例では、押え固定部12bの径方向中央側から外周までの全てがロータヨーク13側に傾斜するように形成された傾斜部12bbとなるようにしているが、押え固定部12bの径方向の外周側の一部が傾斜部12bbとされていてもよい。
以上のような押え固定部12bを有するロータ10の製造方法としては、シャフト11にブッシュ12を固定するブッシュ固定工程と、ブッシュ12にロータヨーク13を固定するロータヨーク固定工程と、ロータヨーク13にロータマグネット14を固定するロータマグネット固定工程と、を行うことになるが、そのロータヨーク固定工程を以下のようにすればよい。
つまり、ブッシュ固定工程では、ブッシュ12の本体部121の外周に形成されたロータヨーク13の一部を受ける受面12aaを有する受面部12aで、ロータヨーク13を受けた状態とした後に、受面部12aとの間にロータヨーク13を挟んで固定するように、本体部121に繋がっている押え固定部12bがロータヨーク13を挟んで受面部12aの反対側に位置するようにカシメが行われる。
このカシメを行うときに、ロータヨーク13を挟んで受面部12aの反対側に位置する押え固定部12bが、ロータヨーク13側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部12ba又は外周に向かってロータヨーク13側に傾斜して形成された傾斜部12bbを有するものとなるように荷重をかけるようにする。
なお、ブッシュ固定工程、ロータヨーク固定工程及びロータマグネット固定工程は、この順番でなくてもよく、作業が行い易い順番で実施するようにすればよい。
以上のような構成のロータ10とすれば、固定強度を高くするために、ブッシュ12を大きくする必要がないので製造コストが高くなることがなく、また、カシメ装置に求められる荷重も大きくなることはないため設備コストの上昇を抑えることが可能である。
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、押え固定部12bのロータヨーク13側の全面がロータヨーク13に当接し、受面部12aとの間でロータヨーク13を挟持する場合について示したが、押え固定部12bのロータヨーク13側の全面がロータヨーク13に当接することに限定される必要はない。
しかしながら、安定した固定状態を得る上では、押え固定部12bが、少なくともブッシュ12側のロータヨーク13の位置及び押え固定部12bの外周側のロータヨーク13の位置の両方の位置でロータヨーク13に当接していることが好ましい。
このようにすれば、少なくとも2点固定の状態となるため安定した固定状態が得られる。
ただし、最も安定した固定状態は、押え固定部12bのロータヨーク13側の全面がロータヨーク13に当接する状態のときであるから、固定強度の面からすれば、押え固定部12bのロータヨーク13側の全面がロータヨーク13に当接していることがよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。
1…ファン装置、10…ロータ、11…シャフト、12…ブッシュ、12a…受面部、12aa…受面、12b…押え固定部、12ba…R形状部、12bb…傾斜部、121…本体部、13…ロータヨーク、13a…フランジ部、13b…孔、13c…開口、131…側壁部、132…天面部、132a,132b…平面部、132c…接続部、132aa…傾斜部分、133…傾斜部、14…ロータマグネット、20…ステータ、30…インペラ、40…ケース、41…上ケース、42…下ケース、41a…開口、43…軸受ハウジング、43a,43b…軸受

Claims (5)

  1. シャフトと、
    前記シャフトの外周面上に固定されているブッシュと、
    前記ブッシュの外周面上に固定されているロータヨークと、
    前記ロータヨークの内側に固定されているロータマグネットと、を含み、
    前記ブッシュは、
    中央に位置する本体部と、
    前記本体部の外周に形成され、前記ロータヨークの一部を受ける受面を有する受面部と、
    前記ロータヨークを挟んで前記受面部の反対側に位置し、前記受面部とで前記ロータヨークを固定する前記本体部に繋がった押え固定部と、を備え、
    前記受面部の外径寸法は、前記押え固定部の外径寸法以上であり、
    前記押え固定部は、前記ロータヨーク側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部又は外周に向かって前記ロータヨーク側に傾斜して形成された傾斜部を有し、
    前記ロータヨークは、前記シャフトの軸方向に延びる円筒状の側壁部と、前記側壁部の一方側に設けられる円形状の外径の天面部と、該天面部と前記側壁部とを繋ぐ傾斜部とを備え、
    前記天面部は、前記シャフトの軸に直交する方向に延びる第1の平面部と、前記シャフトの軸に直交する方向に延び、前記シャフトの軸方向に前記第1の平面部と前記傾斜部の間に位置する第2の平面部と、前記第1の平面部と前記第2の平面部とを繋ぐ接続部とを備え、前記第1の平面部と前記接続部と前記第2の平面部とが段差構造を形成し、
    前記ロータマグネットは前記ロータヨークの前記側壁部の内周面に固定され、
    前記第2の平面部が円形状の外径を有し、該第2の平面部の外径は、前記ロータマグネットの内周面に外接する円の直径よりも小さい寸法を有しているロータ。
  2. 前記ブッシュの外周に沿った前記ロータヨークの端面は、少なくとも前記受面部側又は前記押え固定部側の角が面取りされており、
    前記押え固定部の外径寸法は、前記端面の直径に前記面取り幅の2倍を加えた長さ以上である請求項に記載のロータ。
  3. 前記押え固定部が、少なくともブッシュ側の前記ロータヨークの位置及び前記押え固定部の外周側の前記ロータヨークの位置の両方の位置でロータヨークに当接している請求項1又は2に記載のロータ。
  4. 請求項1から請求項のいずれか1項に記載のロータと、
    前記ロータに固定されたインペラと、を少なくとも備え、
    前記インペラが前記ロータの回転に伴って回転するファン装置。
  5. シャフトにブッシュを固定するブッシュ固定工程と、
    前記ブッシュにロータヨークを固定するロータヨーク固定工程と、
    前記ロータヨークの内側にロータマグネットを固定するロータマグネット固定工程と、を含み、
    前記ブッシュ固定工程では、
    前記ブッシュの本体部の外周に形成された前記ロータヨークの一部を受ける受面を有する受面部で前記ロータヨークを受けた状態で、前記本体部に繋がっている押え固定部が前記ロータヨークを挟んで前記受面部の反対側に位置するようにカシメが行われ、前記受面部の外径寸法は、前記押え固定部の外径寸法以上であり、
    前記カシメは、前記ロータヨークを挟んで前記受面部の反対側に位置する前記押え固定部が、前記ロータヨーク側に曲がって形成された外周に設けられたR形状部又は外周に向かってロータヨーク側に傾斜して形成された傾斜部を有するように行なわれ
    前記ロータヨーク固定工程では、
    前記ロータヨークとして、円筒状の側壁部と、前記側壁部の一方側に設けられる円形状の外径の天面部と、該天面部と前記側壁部とを繋ぐ傾斜部とを備え、前記天面部が、第1の平面部と、前記側壁部の延びる方向に前記第1の平面部と前記傾斜部の間に位置する第2の平面部と、前記第1の平面部と前記第2の平面部とを繋ぐ接続部とを備え、前記第1の平面部と前記接続部と前記第2の平面部とが段差構造を形成し、前記第2の平面部が円形状の外径を有し、該第2の平面部の外径が、前記ロータマグネットが前記ロータヨークに固定された場合における該ロータマグネットの内周面に外接する円の直径よりも小さい寸法を有するロータヨークを用い、
    当該ロータヨークを、前記円筒状の側壁部が前記シャフトの軸方向に延び、前記第1及び第2の平面部が前記シャフトの軸に直交する方向に延びるように配置して固定し、
    前記ロータマグネット固定工程では、前記ロータヨークの前記側壁部の内周面に前記ロータマグネットを固定するロータの製造方法。
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