JP6505658B2 - 電気モータ - Google Patents

Description

本発明は、電気モータに関する。

電気モータは、典型的には、ロータ組立体と、ステータ組立体と、フレームを有し、フレームは、構成要素を一緒に保持している。ステータ組立体は、典型的には、鉄製のステータコアを用いて、フレームに取付けられる。これにより、ロータ組立体等の他のモータ構成要素に対するステータコアの位置決めを、非常に小さい寸法誤差まで注意深く制御することを可能にする。しかしながら、このようにステータコアを構造的役割で且つ相対的位置決めのために使用することは、ステータコアを非常に強固に且つ非常に小さい寸法誤差で作ることを要求する。その結果、ステータコアがかさばり、重くなり、製造コストが高くなる。加えて、かかるステータコアに、貫通孔及び／又は切欠き部分等の取付け機構を含むことを要求することにより、モータの作動中に高レベルの磁気飽和が起こり得る場所である磁気的な「ピンチ箇所」を生じさせることがある。これにより、モータの効率及び性能を低下させることがある。

従って、上述した問題をいくらか軽減できる改善された電気モータが必要とされている。

本発明は、フレームと、ステータ組立体と、を有し、ステータ組立体は、ボビン組立体と、少なくとも１つのＣ字形ステータコアを有する電気モータを提供する。フレームは、少なくとも１つのラグを含み、ボビン組立体は、少なくとも１つの凹部を含み、ステータ組立体は、ラグをボビン組立体の凹部内に固定することによって、フレームに固定される。

この結果、ボビン組立体は、Ｃ字形ステータコアの代わりにステータ組立体をフレームに固定することになる。従って、ステータコアを小型、軽量かつ安価にすることができ、同様に電気モータも小型、軽量かつ安価にすることができる。また、Ｃ字形ステータコアには、貫通孔及び切欠き部分などの余分な取付け機構が不要であり、従ってステータコアの設計自由度が増し、これによって使用中の磁気飽和を低減し、従ってモータの効率及び性能を高めることができる。

ステータ組立体は、ボビン組立体のところだけで、フレームに固定されるのがよい。これにより、製造工程が安価かつ容易になり、モータの部品コスト及びこれらの組立てコストを削減するのに役立つ。

ラグは、締り嵌め及び接着剤の一方又はそれらの組合せによって、ボビン組立体の凹部内に固定されるのがよい。

ボビン組立体は、２つのボビン部分を有するのがよい。これにより、ボビンにワイヤを巻く作業が容易になり、モータの組立て時、ワイヤを各ボビン部分に別々に巻いた後、両方のボビン部分を接合してボビン組立体を形成することができる。

フレームは、２つのラグを含み、各ボビン部分は、１つの凹部を含むのがよい。従って、ボビン組立体内の両方のボビン部分がフレームに固定されることにより、ボビン組立体とフレームとの間の全体的な接合が強固になり、一方のボビン部分のフレームとの接続が他方のボビン部分に比べて弱くなることがない。

ボビン組立体の凹部は、少なくとも１つのＣ字形ステータコアのステータ極同士の間のスロット開口に実質的に隣接して位置決めされるのがよい。従って、そうでなければ空になるステータ組立体内の空間が効率的に使用され、ステータ組立体、従ってモータの全体的な寸法を最小にすることができる。

ボビン組立体は、中央部と、中央部から延びる複数の中空のボビンアームを含み、中央部は、凹部を含むのがよい。巻線が、中空のボビンアームに巻かれ、Ｃ字形ステータコアの極アームが、中空のボビンアームの中を延びるのがよい。これにより、空間を特に効率的に使用するステータ組立体を可能にする。

フレームは、内壁を有し、ラグは、内壁の端部から軸線方向下流に延びるのがよい。このため、ステータ組立体を内壁の端部に軸線方向に固定することができ、従ってモータの半径方向寸法を最小に抑えるのに役立つ。

電気モータは、更に、ロータ組立体を有し、ロータ組立体は、内壁に固定されるのがよい。この結果、ステータ組立体及びロータ組立体がいずれも内壁に固定され、このことは、これらの２つの部品間の密接な関係を維持するのに役立つとともに、モータの組立て中におけるこれらの相対的な位置を制御して小さい寸法誤差に維持することができる。

ロータ組立体は、前記内壁の上流に位置決めされたインペラを有するのがよい。この結果、モータの作動中にインペラが発生させた空気流が下流に進み、ステータ組立体を通って流れ、通過時に巻線を冷却するのに役立つ。

以下、本発明を容易に理解できるように、以下の添付図面を参照しながら本発明の実施形態をほんの一例として説明する。

電気モータの分解斜視図である。 図１に示す電気モータのステータ組立体を示す図である。 図２に示すステータ組立体のボビン部分を示す図である。 図１の電気モータのフレームの断面図である。 組立てられたステータ組立体とロータ組立体の断面図である。 組立てられた図１のモータの断面図である。

図１は、電気モータ４０の分解斜視図である。電気モータ４０は、ステータ組立体１０を有し、また、フレーム５０と、ロータ組立体６０を有する。フレーム５０は、内壁５１と、外壁５２を有する。外壁５２は、内壁５１を包囲し、環状チャンネル５４が、外壁５２と内壁５１の間に定められる。多数のディフューザベーン５３が、環状チャンネル５４の中を内壁５１と外壁５２の間に延びている。ロータ組立体６０は、シャフト６１と、磁石６２と、軸受組立体６３と、インペラ６４を有する。組立てたとき、磁石６２、軸受組立体６３及びインペラ６４は全て、締り嵌め及び接着剤の一方又はこれらの組合せによってシャフト６１に直接固定されている。磁石６２は、永久磁石ブラシレスモータにおいて一般に使用される種類の接合式永久磁石であり、図示の例では、磁石２２は、４極永久磁石である。

ロータ組立体６０は、内壁５１によってフレーム５０内に支持される。軸受組立体６３は、内壁５１によって定められるボアの内側に固定され、フレーム５０の内壁５１は、軸受組立体６３の周りの保護スリーブとして作用する。これにより、軸受組立体６３が別々の保護スリーブを有する必要性をなくし、モータ４０の寸法及び重量を減少させるのに役立つ。モータ４０を完全に組立てると、磁石６２は、フレーム５０の内壁５１を越えて延び、磁石６２の全体が、ステータ組立体１０内に且つＣ字形のコア２０同士の間に位置決めされる。

明確のために、用語「軸線方向」は、図１の軸線Ａ−Ａによって示すように、モータ４０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、本明細書において述べる方向の用語「上流」及び「下流」は、使用時にモータの中を通る空気流の方向を指し、図３において両方向矢印によってさらに明瞭にされる。

図２は、ステータ組立体１０を示す。ステータ組立体１０は、２つのＣ字形のステータコア２０と、ボビン組立体１２を有する。Ｃ字形のステータコア２０（Ｃ字形コアとも呼ぶ）の各々は、後部２２と、後部２２から延びる２つの極アーム２４を含む。極面２６が、極アーム２４の各々の端面にある。溝２８が、極面２６の後方の極アーム２４の外側の面にあり、極アーム２４の軸線方向長さに沿って延びる。溝２８は、接着剤が集まることができる容積を有し、この領域は、強固な接着剤結合がＣ字形コア２０とボビン組立体１２の間にあることを確保する。極面２６を極アーム２４の端部に有することによって、磁石がＣ字形コア２０の近くで回転するときに変動する磁力の下で、極アーム２４が曲がる可能性があることを理解すべきである。磁石に対する極面の移動により、モータの性能に悪影響を及ぼすことがある。従って、溝２８を極面２６に近接して位置決めすることによって、極面２６の任意の移動が最小に保たれる。用語「近接」は、ロータ組立体の磁石がＣ字形コア２０の近くで回転しているとき、溝２８と極面２６が、極面２６の任意の移動を接着剤結合により最小にするのに十分互いに近くに位置決めされることを意味する。

変形例として、極アーム２４は、溝を有しなくてもよい。この例では、接着剤が、各極アームの外側面のかなりの部分に沿って設けられ、大きい結合領域が極アームとボビン組立体との間に設けられるのがよい。これにより、ロータ磁石が回転しているときに極面２６の任意の移動を最小にするのに等しく効果的である強固な接着剤結合が得られる。

Ｃ字形コア２０の各々において、一方の極アーム２４の端部のところの極面２６は、同じＣ字形コア２０の他方の極アームの端部のところの極面２６と異なる。これらの極面２６を非対称にする理由は、突出を増大させるためである。増大させた突出により、ロータが回転していないときにロータがステータコアに対する特定の位置に停止することを促進させ、モータを特定の方向に再始動させることが容易である。Ｃ字形コア２０の両方の極面２６を同じにしたとすると、モータを始動させるとき、ロータが所望の方向に回転することを促進させることが困難になる。

ボビン組立体１２は、２つのボビン部分１４を有する。単一のボビン部分１４をさらに詳細に図３に示す。ボビン部分１４の各々は、ボビン部分の中央部から外向きに延びる２つの中空のボビンアーム１６を含み、中空のボビンアーム１６の各々は、その端部にフランジ３４を含む。ボビンアーム１６は、Ｃ字形コア２０から極アーム２４を受入れることができるスロット１７を有する。磁界をＣ字形コア２０に誘導するための巻線（図示せず）が、ボビンアーム１６に巻かれ、フランジ３４は、巻線をボビンアーム１６上の適所に保つように作用する。ボビンアーム１６の中を延びるスロット１７により、Ｃ字形コア２０の極アーム２４がボビン組立体１２のスロットの中に入ることを可能にし、巻線が、各極アーム２４の周りに位置決めされる。図２は、両方のボビン部分１４を互いに当接させて、矢印Ｓによって示すようにＣ字形コア２０をボビン組立体１２内に滑り込ませることによる、ステータ組立体１０を組立てる仕方を示す。Ｃ字形コア２０は、Ｃ字形コア２０の各々が両方のボビン部分１４を橋渡しするように配列され、一方の極アーム２４が、第１のボビン部分のスロットの中を延び、他方の極アーム２４が、第２のボビン部分のスロットの中を延びている。

Ｃ字形コア２０が２つのボビン部分１４を橋渡しすることによって、２つのボビン部分１４は、Ｃ字形ステータコア２０によって互いにしっかりと保持される。２つの別々のボビン部分１４を設ける１つの理由は、ボビン部分が分離されているとき、巻線をボビンアーム１６に巻きやすいからである。図から分かるように、２つのボビン部分１４がそれらの間に隙間がないように互いに位置決めされるとき、フランジ３４は互いに当接する。ボビン組立体１２が２つの分離可能な部分として設けられていないと、巻線ワイヤをボビンアーム１６の間の隙間に通す必要があるので、巻線をボビンアーム１６に巻くことが困難になり且つ費用がかかるようになるであろう。

各ボビン部分１４は、その中央部に、半円筒形凹部１５を含み、２つのボビン部分１４を一緒にするとき、半円筒形凹部１５の各々は、ボビン組立体１２の中心を貫通する円筒形ボア１８の一部を形成する。各ボビン部分１４の半円筒形凹部１５は、２つの窓３２を有し、２つの窓３２は、ボビン組立体１２の内側における各ボビンアーム１６のスロット１７の終端を構成する。ステータ組立体１０を完全に組立てると、Ｃ字形コア２０の極面２６は、窓３２のところに位置決めされ、ボア１８の壁の一部を形成する。

ボビン組立体１２はさらに、ステータ組立体１０をモータ内に固定することを可能にする固定用凹部１９を有する。固定用凹部１９は、ボビン部分１４の各々の中央部分に形成されたボビン組立体１２の中央部分に位置する。ボビン部分１４の各々は、１つの固定用凹部１９を有する。

フレーム５０の断面を図４に示す。内壁５１は円筒形であり、ボア５５を有する。モータ４０を組立てるとき、内壁５１がロータ組立体６０をボア５５内に支持する。加えて、内壁５１は、その一方の端部から軸線方向に延びるラグ５６を有する。特に、ラグ５６は、軸線方向の下流方向に延びている。ラグ５６は、ステータ組立体１０をフレーム５０に固定するためにステータ組立体１０を容易に取付けることができる取付け箇所を構成する。図４は、単一のラグ５６を示しているけれども、ステータ組立体１０に設けられる固定用凹部１９の数及びモータのその他の要求に応じて、多数のラグ５６を設けてもよい。ラグ５６は、それらがボビン組立体１２の固定用凹部１９の内側に受入れられるように位置決めされる。ラグ５６及び固定用凹部１９は、ラグが固定用凹部の内側にぴったり嵌って締り嵌めを形成するように適当に寸法決めされるのがよい。変形例として、固定用凹部１９は、ラグ５６及び接着剤の容積を収容することができるのに十分大きくてもよい。この例では、モータ４０の組立て中、ステータ組立体１０とフレーム５０を一緒にする前、接着剤を、固定用凹部の内側に付与してもよいし、ラグの外側に付与してもよいし、その両方に付与してもよい。

本明細書で使用する用語「ラグ」は、形態、寸法又は形状に関して限定していることを意図していない。実際、用語「ラグ」は、２つのものを一緒に固定するために別の部品の凹部に挿入することができる任意の突出部を含むことを理解すべきである。

ボビン組立体１２の固定用凹部１９により、ステータ組立体１０をモータ４０のフレーム５０にボビン組立体１２のところで固定することを可能にし、Ｃ字形コア２０自体を取付けのために使用しない。従って、Ｃ字形コア２０は、それらが構造的役割を担う必要がないので、それほど大きく作られる必要がない。これにより、ステータ組立体、従ってモータ全体の、コスト及び重量を低減させるのに役立つ。加えて、Ｃ字形コアは、取付けのための任意の貫通孔又は切欠き部分を包含する必要がなく、従って、Ｃ字形コアは、貫通孔又は切欠き部分によって生じ得るそれらと関連した磁気飽和の任意の問題に苦しまない。

図５は、組立てられたステータ組立体１０とロータ組立体６０の断面を示す。ボビン部分１４の各々の中央部は、固定用凹部１９を含む。一方のボビン部分１４は、ボビンアーム１６Ａ、１６Ｄを含み、他方のボビン部分１４は、ボビンアーム１６Ｂ、１６Ｃを含む。巻線７０Ａ〜７０Ｄがそれぞれ、ボビンアーム１６Ａ〜１６Ｄの周りに巻かれ、フランジ３４Ａ〜３４Ｄによって適所に保持される。２つのＣ字形コア２０が設けられ、第１のＣ字形コアは、極アーム２４Ａ、２４Ｂを含み、他方のＣ字形コアは、極アーム２４Ｃ、２４Ｄを含む。極面２６Ａ〜２６Ｄがそれぞれ、極アーム２４Ａ〜２４Ｄの端部に設けられる。Ｃ字形コア２０は、極アーム２４Ａ〜２４Ｄが中空のボビンアーム１６Ａ〜１６Ｄのスロットの中を延びるように、且つ、Ｃ字形コア２０の各々が両方のボビン部分１４を橋渡しするように位置決めされる。例えば、図５に示すように、Ｃ字形コアのうちの一方の極アーム２４Ａは、一方のボビン部分のボビンアーム１６Ａのスロットの中を延び、同じＣ字形コアの極アーム２４Ｂは、異なるボビン部分のボビンアーム１６Ｂのスロットの中を延びる。２つのＣ字形コアのうちの他方についても、同じことが当てはまり、極アーム２４Ｃは、一方のボビン部分のボビンアーム１６Ｃのスロットの中を延び、極アーム２４Ｄは、他方のボビン部分のボビンアーム１６Ｄのスロットの中を延びる。

従って、Ｃ字形コアをこのように配列すれば、巻線７０Ａ〜７０Ｄはそれぞれ、極アーム２４Ａ〜２４Ｄの周りに位置決めされ、電流が巻線７０Ａ〜７０Ｄの中を流れるとき、磁界がＣ字形コア２０を介して極面２６Ａ〜２６Ｄに誘導される。

ロータ組立体６０のシャフト６１及び磁石６２は、ステータ組立体１０の内側においてＣ字形コア２０の間に位置決めされ且つボビン部分１４の２つの半円筒形凹部によって形成された円筒形ボア内に位置決めされる。磁石６２は、モータ４０の作動中に４つの極面２６Ａ〜２６Ｄと磁気的に相互作用する４つの極（図示せず）を有する。

凹部１９をボビン部分１４の各々の中央部に有することによって、凹部１９は、極と極の間の空所であるスロット開口部２７の近くに位置決めされる。これにより、ステータ組立体内の空間を効率的に使用する。Ｃ字形コア２０の極アーム２４の周りにおけるボビン組立体１２内の空間は、巻線によって占められる。しかしながら、スロット開口部２７の周りの空間は、典型的には、かかる任意の要求はない。ステータ組立体の外側の周囲に外部からの取付け機構が不要であるため、この空間を凹部１９のために利用することにより、ステータ組立体をさらに小型にすることができる。これにより、ステータ組立体の外側の周りの空気流の制約を低減することもできる。

図６は、組立てられたモータ４０の断面を示す。この断面は、スロット開口部２７を横切るようにモータを横断し、この場合、いずれのＣ字形コアも見ることができない。しかしながら、この断面は、各ボビン部分１４の中央部を直接通過し、この場合、ボビン組立体１２の凹部１９の内部に固定されたフレーム５０のラグ５６を見ることができる。凹部１９内のラグ５６の周りに空間があり、この空間は、凹部１９とラグ５６を一緒に固定する接着剤（図示せず）を収容する。

ステータ組立体１０は、内壁５１の下流端部に固定され、インペラ６４は、内壁５１の上流端部のところでシャフト６１に固定される。従って、インペラによって発生した空気流は、フレーム５０の中を流れ、ステータ組立体１０を通る。従って、この空気流は、作動中にモータ４０の巻線を冷却するのに役立つ。

磁石６２は、シャフト６１に固定され、Ｃ字形コア（図示せず）と軸線方向に整列するように、ステータ組立体１２のボア１８内に位置決めされる。軸受組立体６３は、１対の軸受７２ａ、７２ｂと、これらの軸受７２ａ、７２ｂを分離させるばね７３を有する。ばね７３は、軸受７２ａ、７２ｂの外輪の各々に予圧荷重を加えるように作用し、使用中の軸受の摩耗を低減させる。ワッシャが、ばね７３と軸受７２ａ、７２ｂの各々との間に設けられてもよい。

以上、特定の実施形態を説明したが、特許請求の範囲によって定められるように、様々の修正を、本発明の範囲から逸脱することなしに行ってもよいことを理解すべきである。

１０ ステータ組立体
１２ ボビン組立体
１４ ボビン部分
１６ ボビンアーム
１９ 固定用凹部
２０ ステータコア
２７ スロット開口部
４０ 電気モータ
５０ フレーム
５１ 内壁
５６ ラグ
６０ ロータ組立体
６４ インペラ

Claims (10)

1. 電気モータであって、
   フレームと、
   ステータ組立体と、を有し、
   前記ステータ組立体は、ボビン組立体と、少なくとも１つのＣ字形ステータコアを有し、
   前記フレームは、少なくとも１つのラグを含み、前記ボビン組立体は、少なくとも１つの凹部を含み、
   前記ステータ組立体は、前記ラグを前記ボビン組立体の凹部内に固定することによって、前記フレームに固定され、
   前記ステータ組立体は、前記ボビン組立体のところだけで、前記フレームに固定される、電気モータ。
2. 電気モータであって、
   フレームと、
   ステータ組立体と、を有し、
   前記ステータ組立体は、ボビン組立体と、少なくとも１つのＣ字形ステータコアを有し、
   前記フレームは、少なくとも１つのラグを含み、前記ボビン組立体は、少なくとも１つの凹部を含み、
   前記ステータ組立体は、前記ラグを前記ボビン組立体の凹部内に固定することによって、前記フレームに固定され、
   前記ボビン組立体の凹部は、前記少なくとも１つのＣ字形ステータコアのステータ極同士の間のスロット開口部に実質的に隣接して位置決めされる、電気モータ。
3. 電気モータであって、
   フレームと、
   ステータ組立体と、を有し、
   前記ステータ組立体は、ボビン組立体と、少なくとも１つのＣ字形ステータコアを有し、
   前記フレームは、少なくとも１つのラグを含み、前記ボビン組立体は、少なくとも１つの凹部を含み、
   前記ステータ組立体は、前記ラグを前記ボビン組立体の凹部内に固定することによって、前記フレームに固定され、
   前記ボビン組立体は、中央部と、前記中央部から延びる複数の中空のボビンアームを含み、前記中央部は、前記凹部を含む、電気モータ。
4. 巻線が、前記中空のボビンアームに巻かれ、前記Ｃ字形ステータコアの極アームが、前記中空のボビンアームの中を延びる、請求項３に記載の電気モータ。
5. 電気モータであって、
   フレームと、
   ステータ組立体と、を有し、
   前記ステータ組立体は、ボビン組立体と、少なくとも１つのＣ字形ステータコアを有し、
   前記フレームは、少なくとも１つのラグを含み、前記ボビン組立体は、少なくとも１つの凹部を含み、
   前記ステータ組立体は、前記ラグを前記ボビン組立体の凹部内に固定することによって、前記フレームに固定され、
   前記フレームは、内壁を有し、前記ラグは、前記内壁の端部から軸線方向下流に延びる、電気モータ。
6. 前記電気モータは、更に、ロータ組立体を有し、前記ロータ組立体は、前記内壁に固定される、請求項５に記載の電気モータ。
7. 前記ロータ組立体は、前記内壁の上流に位置決めされたインペラを有する、請求項６に記載の電気モータ。
8. 前記ラグは、締り嵌め及び接着剤の一方又はそれらの組合せによって、前記ボビン組立体の凹部内に固定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載電気モータ。
9. 前記ボビン組立体は、２つのボビン部分を有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気モータ。
10. 前記フレームは、２つのラグを含み、各ボビン部分は、１つの前記凹部を含む、請求項９に記載の電気モータ。

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