JP6999506B2 - ブラシレスモータ及びそのステータ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ブラシレスモータに関し、具体的にはブラシレスモータ内のステータに関する。

一般に、多くの点で電気モータを改善することが望まれている。具体的には、サイズ、重量、製造コスト、効率性、信頼性及びノイズの面の改善が望まれていると考えられる。

第１の態様によれば、ブラシレスモータであって、フレームと、ロータアセンブリと、少なくとも１つのステータとを含み、ロータアセンブリが、シャフトと、ロータコアと、フレームに取り付けられた軸受アセンブリとを含み、少なくとも１つのステータが、後部と、第１のアームと、第２のアームとを有するＣ字形ステータコアを含み、第１及び第２のアームの少なくとも一方が、フレームに接触してロータアセンブリに向かうステータコアの半径方向の動きを抑制する突出部を含むブラシレスモータが提供される。

軸受アセンブリをフレーム上に取り付けるとともに、フレームとの接触を通じてステータコアの半径方向位置を定めることにより、寸法公差を有する部品がステータコアとロータアセンブリとの間にわずか少数しか存在しないので、ロータコア磁石に対するステータコアの半径方向位置を厳しく制御することができる。この結果、ステータコアの磁極先端とロータコア磁石との間の間隙又は空隙を狭くしてモータの性能及び効率を高めることができ、従ってブラシレスモータが改善される。

いくつかの実施形態では、フレームが、突出部がフレームに接触するまで少なくとも１つのステータをロータアセンブリに向かって半径方向に摺動できるように成形される。これにより、モータの組み立てが単純になる。例えば、フレームは、ステータの少なくとも一部が挿入されるスロットを含むことができ、突出部は、スロットの少なくとも１つの縁部に接触する。従って、ステータコアを含むステータを、ステータコア上の突出部がフレームに接触するまで単純にスロットに挿入することができ、この時点でステータがその最終的な半径方向位置に来ることができる。フレームは、複数のスロットを含むことができ、複数のステータのそれぞれのステータの少なくとも一部を各スロットに挿入することができる。従って、ステータをそれぞれのスロットに挿入することによって、複数のステータを含むモータを単純に組み立てることができる。

ロータアセンブリはインペラ（羽根車）を含むことができ、フレームはインペラシュラウド（羽根車側板）を含むことができる。従って、寸法公差を有する部品がシュラウドとインペラとの間にわずか少数しか存在しないので、インペラシュラウドに対するインペラの位置も厳しく制御することができる。この結果、ロータとインペラシュラウドとの間の間隙を狭くすることができる。これに加えて、又はこれとは別に、シュラウドの同心性を高めることもでき、すなわちロータアセンブリの回転軸に対するシュラウドの同心性を高めることができ、従ってロータとインペラとの間の間隙を狭くすることができる。

いくつかの実施形態では、軸受アセンブリが、シャフト上のロータコアの両側に取り付けられた１対の軸受を含む。従って、ロータアセンブリをフレーム内に確実に保持し、ロータコアの同軸側などの軸受同士が互いに近い構成と比べて振動を抑えることができる。

いくつかの実施形態では、ステータコアが、少なくとも１つの突出部内に又は少なくとも１つの突出部に隣接して配置された溶接部によって結合された複数の層又は積層体を含む。突出部内に又は突出部に隣接して溶接部を配置することにより、ステータコア内の他の領域と比べてモータの動作中における磁束が弱い領域内に溶接部を位置付けることができる。従って、溶接によってステータコアの層間の導電性が高まる一方で、ステータコアの他の領域内に存在する溶接部と比べて溶接の影響を弱めることができる。例えば、ステータコア内で誘発される渦電流を抑えることができる。

いくつかの実施形態では、ステータコアの各アームが、各々がフレームに接触するそれぞれの突出部を含み、ステータコアが、突出部の各突出部内に配置されたそれぞれの溶接部によって結合された複数の層又は積層体を含む。従って、例えばステータコアの第１及び第２のアーム上の突出部がいずれもフレームに接触する。従って、ステータとフレームとの間の複数の接点、接触領域又は接線に起因して、ステータが安全確実に適所に留まる。

突出部は、ステータコアの軸方向長さに沿って延びることができる。従って、ステータが挿入されるスロットの細長い縁部との接触などのフレームとの接触を通じて、ステータを安全確実に位置付けることができる。さらに、ステータコアが複数の層又は積層体で形成され、積層体を共に固定する溶接部などの手段が突出部内に又は突出部に隣接して存在する場合には、全ての積層体をこのようにして共に固定することができる。

ステータは、ボビンと、ステータコアの後部に巻回された巻線とを含むことができる。従って、コアと、ボビンと、巻線とを含むステータを完成品ユニットとしてモータ内に組み立てることによって、モータの組み立てを単純化することができる。例えば、ステータは、フレームのスロットに完成品ユニットとして挿入することができる。このようにして複数のステータをそれぞれのスロットに挿入することができる。

ステータコアの各アームは、後部からそれぞれの磁極先端まで延びる直線部分を含むことができる。これにより、モータ内へのステータの組み立てを単純化することができる。突出部は、１つのアームの直線部分上に位置することができ、或いは複数の突出部を有する実施形態では、それぞれの突出部が各アームの直線部分上に位置することができる。

第２の態様によれば、ブラシレスモータのＣ字形ステータコアであって、後部と、第１のアームと、第２のアームとを備え、第１及び第２のアームの少なくとも一方が突出部を含み、ステータコアが、突出部内に又は突出部に隣接して配置された溶接部によって結合された複数の層で形成されたステータコアが提供される。

いくつかの実施形態では、ステータコアの各アームがそれぞれの突出部を含み、ステータコアが、突出部の各突出部内に配置されたそれぞれの溶接部によって結合された複数の層又は積層体を含む。従って、複数の溶接部によってステータコアの層をしっかりと結合することができる。

突出部は、ステータコアの軸方向長さに沿って延びることができる。従って、例えばそれぞれがロータアセンブリの回転軸に対して概ね垂直なステータコアの全ての層を溶接によって共に固定することができる。

第３の態様によれば、フレームと、ロータアセンブリと、少なくとも１つのステータとを含むブラシレスモータであって、ロータアセンブリが、シャフトと、ロータコアと、フレームに取り付けられた軸受アセンブリとを含み、少なくとも１つのステータが、第２の態様によるＣ字形ステータコアを含むブラシレスモータが提供される。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を一例として説明する。

本発明の実施形態によるモータの分解斜視図である。 ロータアセンブリの分解斜視図である。 本発明の実施形態によるステータの分解斜視図である。 本発明の実施形態によるモータの断面図である。 本発明の実施形態によるモータの断面図である。

図１は、本発明の実施形態によるモータ１０の分解斜視図である。明確にするために、制御電子回路及び外部ハウジングなどのいくつかの部品は示していない。モータ１０は、ロータアセンブリ１２と、フレーム１４と、４つのステータアセンブリ１６、１８、２０及び２２とを含む。モータ１０の組み立て時には、ロータアセンブリ１２をフレーム１４内に配置して取り付け、フレーム１４のそれぞれのスロット内にステータアセンブリを配置する。例えば、ステータアセンブリ２０は、フレームのスロット２４内に配置される。フレーム１４は、例えば単一物体として成形された一体構造とすることができ、図４に示すインペラを覆うインペラシュラウド（羽根車側板）２６を含む。モータ１０は、ディフューザ２８も含む。

図２は、ロータアセンブリ１２の分解斜視図である。ロータアセンブリ１２は、ロータコア永久磁石３２が取り付けられたシャフト３０と、第１のバランスリング３４と、第２のバランスリング３６とを含む。ロータアセンブリ１２の組み立て時には、コア３２及びバランスリング３４、３６の両側のシャフト３０に一対の軸受３８、４０を取り付ける。シャフト３０の一端にインペラ４２を取り付けて、他端にセンサ磁石４４を取り付ける。

図３は、ステータアセンブリ５０の分解斜視図である。ステータアセンブリ５０は、図１に示すステータアセンブリ１６、１８、２０及び２２のうちのいずれか１つとすることができる。ステータアセンブリ５０は、Ｃ字形ステータコア５２と、第１のＣ字形ボビン部分５４と、第２のＣ字形ボビン部分５６とを含む。

ステータコア５２は、後部５８と、第１のアーム６０と、第２のアーム６２とを含む。アーム６０、６２の各々は、ステータコア５２の外面上にそれぞれの突出部６４、６６を含む。突出部６４、６６は、ステータの軸方向長さに沿って延びる。

第１のボビン部分５４は、第１のスロット６８を定めるアームを含む。同様に、第２のボビン部分５６は、第２のスロット７０を定めるアームを含む。ボビン部分５４、５６は、組み立てた時にスロット６８、７０がステータコア５２の後部５８を図１、図４及び図５に示すように収容できるようにステータコア５２上を摺動する。ボビン部分５４、５６は、組み立てたステータアセンブリのボビン部分に、従ってステータコア５２の後部５８にステータ巻線（図示せず）を巻回させるように概ねＨ字形の断面を有する。

ステータコア５２は、ロータアセンブリ１２の回転軸と概ね直交する複数の層を含む積層構造を有する。ステータコア５２の層は、溶接によって結合することができる。具体的に言えば、ステータコア５２の層は、ステータコア５２のアーム６０、６２からの突出部６４、６６に施した溶接によって結合される。この結果、溶接によって層間の導電性が高まる一方で、突出部６４、６６における溶接の位置は、ステータコア５２の後部５８内又はアーム６０、６２内に溶接部が位置する場合よりも、ステータコア５２内における磁束のより弱い領域に溶接部が位置することを確実にすることができる。この結果、溶接を用いて層を結合することの影響が弱められる。

図４は、組み立てたモータ１０のロータアセンブリ１２の回転軸を含む平面を通じた断面図である。ロータアセンブリ１２の軸受３８、４０がフレーム１４内で直接フレーム１４に取り付けられていることが分かる。また、フレーム１４のそれぞれのスロットに挿入されたステータアセンブリ１６、２０も示す。各ステータアセンブリ上では、ボビン部分５４、５６がステータコア５２の後部５８を取り囲んでいることが分かる。

図５は、組み立てたモータ１０のロータアセンブリ１２の回転軸に垂直な平面を通じた断面図である。図示のステータアセンブリ１６、１８、２０及び２２は、それぞれの巻線７２を含む。図示のステータアセンブリ１６、１８、２０及び２２は、フレーム１４のそれぞれのスロットに挿入される。例えば、ステータアセンブリ１６はスロット８０に挿入されているのに対し、図示のステータアセンブリ２０はスロット２４に挿入されている。

ステータアセンブリは、ステータコア５２のアーム６０、６２上の突出部６４、６６がフレーム１４のそれぞれの表面に接触するまでスロットに挿入される。例えば、ステータアセンブリ１６のステータコア５２の突出部６４、６６は、フレーム１４のスロット８０の端面８２、８４にそれぞれ接触する。この結果、モータ１０の組み立て中には、各ステータアセンブリをそれぞれのスロットに挿入して、突出部がスロットの縁部などのフレーム１４の適切な部分に接触するまでロータアセンブリに向けて半径方向に摺動させることができる。例えば、図示のステータ１６は、突出部６４、６６がスロット８０の縁部８２、８４に接触するような完全に挿入された位置にある。他のステータ部分１８、２０及び２２も、同様にそれぞれのスロットに挿入することができる。

この時点で、ステータアセンブリのスロット内へのさらなる挿入が抑制され、従ってステータアセンブリのロータアセンブリ１２に向かうスロット内へのさらなる半径方向の動きが抑制される。ステータアセンブリ１６、１８、２０及び２２は、それぞれのスロットに完全に挿入したら適所に固定することができる。例えば、突出部６４及び／又は６６がフレーム１４に接触する領域に接着剤を塗布して、フレーム１４に対するステータアセンブリのさらなる動きを防ぐことができる。

従って、組み立てたモータ１０では、ステータコア５２の半径方向位置が、ステータアセンブリとフレーム１４との間の接触に基づいて設定される。また、ロータアセンブリ１２の半径方向位置は、ロータアセンブリ１２とフレーム１４との間の接触に基づいて設定される。この結果、ステータコア５２の磁極先端とロータアセンブリ１２のロータコア３２との間の間隙がわずか少数の部品の製造公差にしか依存しないので、この間隙が厳しく制御されるようになる。従って、ステータコアの磁極先端がロータコア３２に接触するリスクを伴わずに間隙を狭くすることができる。

５０ ステータアセンブリ
５２ Ｃ字形ステータコア
５４ 第１のＣ字形ボビン部分
５６ 第２のＣ字形ボビン部分
５８ 後部
６０ 第１のアーム
６２ 第２のアーム
６４ 突出部
６６ 突出部
６８ 第１のスロット
７０ 第２のスロット

Claims (8)

1. ブラシレスモータであって、
   フレームと、
   シャフト，ロータコア，及び，前記フレームに取り付けられた軸受アセンブリ，を含むロータアセンブリと、
   後部，第１のアーム，及び，第２のアーム，を有するＣ字形のステータコアを含む少なくとも１つのステータと、を備え、
   前記ステータコアの各アームは、前記後部からそれぞれの磁極先端まで延びる直線部分を含み、
   前記第１のアームと第２のアームの少なくとも一方は、前記フレームに接触して前記ロータアセンブリに向かう前記ステータコアの半径方向の動きを抑制する突出部を含み、
   前記フレームは、前記突出部が前記フレームに接触するまで前記少なくとも１つのステータを前記ロータアセンブリに向かって半径方向に摺動可能とするように成形されており、
   前記ステータコアは、前記少なくとも１つの突出部内に又は該少なくとも１つの突出部に隣接して配置された溶接部によって結合された複数の層を含む、ブラシレスモータ。
2. 前記フレームは、前記ステータの少なくとも一部が挿入されるスロットを含み、前記突出部は、前記スロットの少なくとも１つの縁部に接触する、請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記フレームは、複数のスロットを含み、複数のステータのそれぞれのステータの少なくとも一部が各スロットに挿入される、請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記ロータアセンブリはインペラを含み、前記フレームはインペラシュラウドを含む、請求項１～３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
5. 前記軸受アセンブリは、前記シャフト上の前記ロータコアの両側に取り付けられた１対の軸受を含む、請求項１～４のいずれかに記載のブラシレスモータ。
6. 前記ステータコアの各アームは、前記フレームに接触するそれぞれの突出部を含み、
   前記ステータコアは、前記突出部の各突出部内に又は該各突出部に隣接して配置されたそれぞれの溶接部によって結合された複数の層を含む、請求項１～５のいずれかに記載のブラシレスモータ。
7. 前記突出部は、前記ステータコアの軸方向長さに沿って延びている、請求項１～６のいずれかに記載のブラシレスモータ。
8. 前記ステータは、ボビンと、前記ステータコアの前記後部に巻回された巻線とを含む、請求項１～７のいずれかに記載のブラシレスモータ。

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