JP7062779B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータに関する。

電気モータを改良する一般的な要望が、多くの点である。特に、寸法、重量、製造コスト、効率、信頼性、及びノイズに関する改良が望まれる。

本発明の第１の側面によれば、ブラシレスモータが提供され、かかるブラシレスモータは、ロータ組立体と、ステータ組立体と、フレームと、支柱と、を有し、ロータ組立体は、シャフトと、インペラと、ベアリング組立体と、ロータコアを含み、フレームは、外側部分と、外側部分の半径方向内方に配置された内側部分を有し、内側部分は、ロータ組立体とステータ組立体の少なくとも一方を支持し、支柱は、外側部分と内側部分の間を延び、ステータ組立体内に形成された凹部内に少なくとも部分的に延びる。

本発明の第１の側面によるブラシレスモータは、主に、支柱を有し、支柱は、外側部分と内側部分の間を延び、ステータ組立体内に形成された凹部内に少なくとも部分的に延びるので有利である。特に、支柱は、外側部分を内側部分に固定するように作用するのがよいが、支柱が、ステータ組立体内に形成された凹部内に少なくとも部分的に延びるので、ステータ組立体の端部と支柱の端部の間に隙間、例えば、軸線方向の隙間がない。これにより、ステータ組立体の端部における流れの剥離を阻止し、空気がステータ組立体と支柱の間で渦を形成するのを阻止し、インペラ入口における乱流を減少させることに貢献し、かくして、コンプレッサ圧力全体を上昇させる。

支柱は、支柱とステータ組立体との間の軸線方向の重なりがあるように、凹部内に延びる。例えば、支柱及びステータ組立体は、インペラの回転軸線と実質的に平行な方向に重なる。ステータ組立体及び支柱は、軸線方向に整列するのがよく、例えば、インペラの回転軸線と実質的に平行な方向に整列する。ステータ組立体及び支柱は、共通の中心軸線を共有するのがよい。

支柱は、支柱の側面、例えば、インペラの回転軸線と実質的に平行な軸線方向に延びる支柱の側面がステータ組立体の端部のところに位置決めされるように、前記凹部内に延びる。かくして、空気流は、支柱の周りを流れる方向を大きく変化させる必要はなく、又は、実際に全く変化させる必要はなく、その理由は、空気流がステータ組立体の周りを既に流れているからである。このことは、モータ内の乱流及びノイズを減少させることに貢献する。

ステータ組立体及び支柱は、インペラの上流側に位置決めされるのがよい。このことは、使用中に比較的真直ぐな空気流をインペラ内に供給するので有利である。これにより、ブラシレスモータの効率を改善し、及び／又は、使用中のモータのノイズを減少させることに貢献する。空気は、使用中、ステータ組立体の上を流れ、次いで、インペラに向かって支柱の上を流れる。このことは、空気がステータ組立体のための冷却効果を提供するので有利であり、例えば、インペラの上流側に配置されたステータ組立体に対する冷却効果を増大させ、インペラは、ステータ組立体の上を流れる空気に既に影響を及ぼしている。

ステータ組立体は、ボビンと、ステータコアを含み、前記凹部は、ボビンの中に形成されるのがよい。このことは、例えば、凹部がステータコア内に形成される構成よりも有利であり、その理由は、支柱を収容するために凹部をステータコア内に形成することは、ステータコアの望ましい磁気特性を邪魔するからである。

ボビンは、第１のアームと第２のアームを含み、第１のアーム及び第２のアームは、前記凹部を構成するように間隔をあけるのがよい。前記凹部は、ステータ組立体の巻き部を受入れる空間と、支柱を受入れる空間を有するのがよい。このことは、支柱を受入れるために、巻き部を受入れる既存の空間を使用するので有利である。巻き部及び支柱は、凹部内で間隔をあけるのがよい。

支柱は、翼形状の輪郭を有するのがよい。支柱は、前縁部、例えば、上流側の縁部を有し、前縁部は、使用中にモータの中を通る空気流の方向と平行な平面内で見たときに湾曲した輪郭を有するのがよい。このことは、支柱の周りの流れを促進させ、モータの中を流れる空気流の中に鋭い縁部を設けることを回避するので有利である。前縁部は、使用中にモータの中を通る空気流の方向に見たとき、凸面を有するのがよい。

支柱の前縁部の全体は、例えば支柱の前縁部が、使用中にモータの中を通る空気流の方向に見たときに見ることができないように及び前縁部がステータ組立体によって覆われるように、前記凹部内に実質的に受入れられるのがよい。このことは、前縁部が、使用中にモータの中を通る流れの中に直接延びないので有利である。これにより、モータの改良された効率をもたらし、及び／又は、ノイズの減少をもたらす。

支柱の少なくとも一部分は、支柱の幅が支柱の後縁部に向かって減少するように、軸線方向に、例えば、インペラの回転軸線と平行な方向にテーパしているのがよい。このことは、モータの中を通る層空気流を促進させるので有利であり、それにより、効率の改良及び／又はノイズの減少をもたらす。前縁部及び／又は後縁部における、例えば周方向の、支柱の幅は、例えばインペラの回転軸線と実質的に平行な軸線方向における、支柱の長さの５０％未満、又は、４０％未満、又は、３０％未満、又は、２０％未満、又は、１０％未満であるのがよい。

支柱は、後縁部、例えば、下流側の縁部を有し、後縁部は、使用中にブラシレスモータの中を通る空気流の方向と平行な平面内で見たとき、湾曲した輪郭を有する。このことは、支柱の周りの空気の流れを促進させ、モータの中を通る空気流内に鋭い縁部を設けることを回避するので好ましい。後縁部は、使用中にモータの中を通る空気流の方向と反対の方向に見たとき、凸面を有するのがよい。

ステータ組立体の少なくとも一部分、例えば、前記凹部の領域におけるステータ組立体の少なくとも一部分は、支柱に向かって傾斜するのがよい。このことは、ステータ組立体の上を流れる空気が使用中に支柱に向かって案内されるので有利である。このことは、空気流が、支柱の周りを流れるために、著しい量の方向を変化させる必要がないことを意味し、また、モータ内の乱流及びノイズの減少に貢献する。ステータ組立体の外面、例えば、ステータ組立体のボビンアームの外面は、支柱のそれぞれの外面に向かって内方に傾斜するのがよい。

支柱は、支柱がステータ組立体と接触しないように、前記凹部の中に延びるのがよい。このことは、ステータ組立体から支柱への振動の伝達を阻止し、例えば、支柱がステータ組立体に接触する構成よりも、ノイズを減少させるので有利である。

ブラシレスモータは、複数のステータ組立体と、複数の支柱を有し、各ステータ組立体は、前記凹部を有し、各支柱は、それに対応するステータ組立体の前記凹部の中に延びるのがよい。したがって、多数のステータ組立体を有するモータにおいて、多数の支柱は、フレームの異なる部品を相互に結合させるのに使用され、かくして、強度及び安定性を増大させる。支柱の各々は、それに対応するステータ組立体の前記凹部の中に延び、モータ内の乱流及びノイズを減少させることに貢献する。

本発明をより良く理解するために、及び、本発明がどのように効果を奏するかを明確に示すために、例示として添付図面を参照して、本発明を以下に説明する。

本発明によるブラシレスモータの分解斜視図である。 図１のブラシレスモータのロータ組立体の分解斜視図である。 図１のブラシレスモータのステータ組立体の分解斜視図である。 インペラの回転軸線における、図１のブラシレスモータの断面図である。 インペラの回転軸線に直交する方向における、図１のブラシレスモータの断面図である。 図１のブラシレスモータのモータフレームの斜視図である。 図１のブラシレスモータのモータフレーム及び複数のステータ組立体の端面図である。 図１のブラシレスモータのモータフレーム及び１つのステータ組立体の断面図である。

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。制御電子部品及び外ハウジング等の幾つかの構成要素は、明瞭のために示されていない。モータ１０は、ロータ組立体１２と、フレーム１４と、４つのステータ組立体１６、１８、２０、２２を含む。モータ１０を組立てると、ロータ組立体１２は、フレーム１４内に配置され且つフレーム１４に取付けられ、ステータ組立体１６、１８、２０、２２は、フレーム１４のそれぞれのスロット内に配置される。例えば、ステータ組立体２０は、フレーム１４のスロット２４内に配置される。フレーム１４は、１部品構造であるのがよく、例えば、単一の物体として成形され、図４に示すように、インペラ４２を覆うインペラシュラウド２６を含む。モータ１０はまた、ディフューザ２８を含む。

図２は、ロータ組立体１２の分解斜視図である。ロータ組立体１２は、シャフト３０を含み、シャフト３０に、ロータコア３２である永久磁石と、第１のバランスリング３４と、第２のバランスリング３６が取付けられる。ロータ組立体１２を組立てるとき、ロータコア３２及びバランスリング３４、３６の両側において、１対のベアリング３８、４０がシャフト３０に取付けられる。インペラ４２が、シャフト３０の一方の端部に取付けられ、センサ磁石４４が、シャフト３０の他方の端部に取付けられる。

図３は、ステータ組立体５０の分解斜視図である。ステータ組立体５０は、図１に示すステータ組立体１６、１８、２０、２２の任意の１つである。ステータ組立体５０は、Ｃ字形状のステータコア５２と、Ｃ字形状の第１のボビン部分５４と、Ｃ字形状の第２のボビン部分５６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を含む。アーム６０、６２はそれぞれ、突起６４、６６をステータコア５２の外面に含む。突起６４、６６は、ステータコア５２の軸線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を構成する複数のアームを含む。同様に、第２のボビン部分５６は、第２のスロット７０を構成する複数のアームを含む。第１のボビン部分５４及び第２のボビン部分５６は、ステータコア５２の上に滑り込み、その結果、図１、図４及び図５に示すように、第１のボビン部分５４及び第２のボビン部分５６を組立てたとき、第１のスロット６８及び第２のスロット７０は、ステータコア５２の後部５８を収容する。第１のボビン部分５４及び第２のボビン部分５６は、略Ｈ字形状の断面を有し、それにより、ステータ巻き部７２（図示せず）が、組立てられたステータ組立体の第１のボビン部分５４及び第２のボビン部分５６の周りに巻かれ、かくして、ステータコア５２の後部５８の周りに巻かれる。

図４は、ロータ組立体１２の回転軸線を含む平面における、組立てられたモータ１０の断面を示す。ロータ組立体１２のベアリング３８、４０が、フレーム１４内においてフレーム１４に直接取り付けられていることが分かる。ステータ組立体１６、２０はまた、フレーム１４のそれぞれのスロット８０、２４に挿入されている。各ステータ組立体において、第１のボビン部分５４及び第２のボビン部分５６が、ステータコア５２の後部５８を包囲していることが分かる。

図５は、ロータ組立体１２の回転軸線に直交する平面における、組立てられたモータ１０の断面を示す。ステータ組立体１６、１８、２０、２２は、それぞれの巻き部７２を含むように示されている。ステータ組立体１６、１８、２０、２２は、フレーム１４のそれぞれのスロットに挿入された状態で示されている。例えば、ステータ組立体１６は、スロット８０に挿入され、ステータ組立体２０は、スロット２４に挿入された状態で示されている。

ステータ組立体１６、１８、２０、２２は、それぞれのスロットの中に、ステータコア５２のアーム６０、６２上の突起６４、６６がフレーム１４の面に接触するまで挿入される。例えば、ステータ組立体１６のステータコア５２の突起６４、６６はそれぞれ、フレーム１４のスロット８０の端面８２、８４に接触している。結果として、モータ１０の組立中、各ステータ組立体は、それぞれのスロットに挿入され、突起６４、６６がフレーム１４の適当な部分（例えば、スロットの縁）に接触するまでロータ組立体１２に向かって半径方向に滑り込まされる。例えば、ステータ組立体１６は、その完全に挿入された位置において、突起６４、６６がスロット８０の縁８２、８４に接触しているように示されている。他のステータ組立体１８、２０、２２は、同様の仕方で、それぞれのスロットに挿入されるのがよい。

この時点で、スロット内へのステータ組立体の更なる挿入が阻止され、かくして、ロータ組立体１２に向かうスロット内へのステータ組立体の更なる半径方向移動が阻止される。ステータ組立体１６、１８、２０、２２をそれぞれのスロットに完全に挿入したとき、各ステータ組立体が適所に固定されるのがよい。例えば、接着剤を、突起６４及び／又は突起６６がフレーム１４に接触する領域に塗布して、フレーム１４に対するステータ組立体１６、１８、２０、２２の更なる移動を阻止するのがよい。

したがって、組立てられたモータ１０において、複数のステータコア５２の半径方向位置は、ステータ組立体１６、１８、２０、２２とフレーム１４との間の接触に基づいて設定される。加えて、ロータ組立体１２の半径方向位置は、ロータ組立体１２とフレーム１４との間の接触に基づいて設定される。結果として、複数のステータコア５２の極先端部とロータ組立体１２のロータコア３２との間の隙間は、少数の構成要素の公差にしか依存しないので、厳密に制御される。したがって、ステータコアの極先端部がロータコア３２に接触するおそれなしに、かかる隙間をより小さくすることができる。

図６は、フレーム１４の斜視図であり、図７は、シュラウド２６を含むフレーム１４の端部から軸線方向に見た、フレーム１４及びステータ組立体１６、１８、２０、２２の図である。図７において明瞭のために、ステータ組立体１６、１８、２０、２２は、巻き部なしで示されている。フレーム１４が、外側部分９０と、外側部分９０の半径方向内方において外側部分９０と実質的に同心である内側部分９２を含むことが示されている。内側部分９２は、図４に示すように、ベアリング３８、４０を支持するのがよい。外側部分９０は、シュラウド２６を含み、他の構成要素を直接的に又は間接的に支持するのがよく、他の構成要素は、例えば、モータハウジング又は外ケース（図示せず）である。

内側部分９２を支持する複数の支柱９４、９６、９８、１００が、外側部分９０と内側部分９２の間を半径方向に延びる。図示の例では、４つの支柱が、フレーム１４の周りに等間隔に配置されているが、他の実施形態では、１つ又は２つ以上の支柱が設けられてもよく、及び／又は、支柱は、等間隔に配置されなくてもよいし、同じ寸法でなくてもよい。フレーム１４の外側部分９０は、空気流１１０をインペラ４２（図８に示さず）の一方の端部に向かって案内する案内部分１１４を含む。

図４、図６～図８に示すように、支柱９４、９６、９８、１００は、ステータ組立体のためのフレーム１４のスロット（例えば、スロット２４、８０）の中に軸線方向に突出する。各ステータ組立体１６、１８、２０、２２は、対向しているボビンアームの間の隙間によって定められる凹部１２０を有し、その結果、ステータ組立体１６、１８、２０、２２をそれぞれのスロットの中に挿入したとき、各支柱９４、９６、９８、１００は、それに対応するステータ組立体１６、１８、２０、２２の凹部１２０の中に突出する。

このように、各支柱は、それぞれのステータ組立体と軸線方向に整列し、その結果、支柱及びステータ組立体は、ロータ組立体１２の回転軸線と実質的に平行な線に沿って配列される。

使用中、モータ１０のロータ組立体１２が回転しているとき、図示の実施形態では、空気が、外側部分９０と内側部分９２の間をインペラ４２に向かって、ステータ組立体１６、１８、２０、２２及び支柱９４、９６、９８、１００の上を軸線方向に流れる。空気は、モータ内に乱流及びノイズを生じさせることがある任意の障害物、例えば、ステータ組立体又は支柱の周りを流れることが必要とされる。支柱とステータ組立体を軸線方向の線に沿って整列させることによって、支柱及びステータ組立体の一方の上を流れる空気流が既に支柱及びステータ組立体の他方の上を流れていることになるので、空気流の方向を変化させる必要がない。実際、支柱及びステータ組立体の一方が、支柱及びステータ組立体の他方のスリップストリーム内に配置される。例えば、図示のモータ１０において、支柱９４、９６、９８、１００はそれぞれ、ステータ組立体１６、１８、２０、２２のスリップストリーム内に配置される。これにより、支柱とステータ組立体が軸線方向に整列していないモータよりも、乱流及びノイズを減少させることができる。

更に、各支柱９４、９６、９８、１００がそれに対応するステータ組立体１６、１８、２０、２２の凹部１２０の中に延びるように支柱を配列することによって、ステータ組立体１６、１８、２０、２２の端部と支柱９４、９６、９８、１００の間の軸線方向の隙間がない。例えば、ステータ組立体１６、１８、２０、２２の端部は、それに対応する支柱９４、９６、９８、１００の側面に隣接して配置される。これにより、例えばステータ組立体１６、１８、２０、２２と支柱９４、９６、９８、１００が軸線方向に間隔をあけている構成よりも、ステータ組立体１６、１８、２０、２２の端部における流れの剥離を阻止すると共に、ステータ組立体１６、１８、２０、２２の上を流れる空気流がステータ組立体の端部の上に渦を形成することを阻止する。

ステータ組立体１６の端部及びそれに対応する支柱９４の形態を、図８の断面図に見ることができる。ステータ組立体１６の端部、特に、ボビンアームの端部は、ボビンアームの外面が空気流を支柱９４の側面に向かって差し向けるように、支柱９４に向かって内方に傾斜している。かくして、空気がステータ組立体１６の端部の上を流れるとき、空気流は、渦を形成することなく、支柱９４の側面は、インペラ４２に向かう層空気流を促進させる。

図８において見ることができるように、支柱９４の前縁部１２２と後縁部１２４は両方とも、モータ１０の中を通る空気流の方向に見たときに（モータ１０の中を通る空気流の方向は、矢印１１０によって表されている）前縁部１２２が凸面を有し且つモータ１０の中を通る空気流の方向と反対の方向に見たときに後縁部１２４が凸面を有するように、事実上湾曲している。これらの湾曲面により、音響的な利点をもたらし、モータ１０をより効率的にする。

図８においても見ることができるように、支柱９４の幅は、前縁部１２２から遠ざかるにつれて増大した後、後縁部１２４に向かって減少する。これにより、支柱９４は、空気力学的な輪郭を有し、空気が支柱９４を越えて流れたときの乱流及びノイズの発生を減少させる。図示していないけれども、前縁部１２２の全体は、使用中に前縁部１２２がモータ１０の中を通る空気流の中に直接延びないように、凹部１２０内に実質的に受入れられる。これにより、モータ１０の改善された効率をもたらし、及び／又は、ノイズの減少をもたらす。

Claims (12)

1. ブラシレスモータであって、
   ロータ組立体と、ステータ組立体と、フレームと、支柱と、を有し、
   前記ロータ組立体は、シャフトと、インペラと、ベアリング組立体と、ロータコアを含み、
   前記フレームは、外側部分と、前記外側部分の半径方向内方に配置された内側部分を有し、前記内側部分は、前記ロータ組立体と前記ステータ組立体の双方を支持し、
   前記支柱は、前記外側部分と前記内側部分の間を延び、前記ステータ組立体に含まれるボビンに形成された凹部内に少なくとも部分的に延びる、ブラシレスモータ。
2. 前記支柱は、前記支柱の側面が前記ステータ組立体の端部のところに位置決めされるように、前記凹部内に延びる、請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記ステータ組立体及び前記支柱は、前記インペラの上流側に位置決めされる、請求項１又は２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記ステータ組立体は、ボビンと、ステータコアを含み、前記凹部は、前記ボビンに形成される、請求項１～３の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記ボビンは、第１のアームと第２のアームを含み、前記第１のアーム及び前記第２のアームは、前記凹部を構成するように間隔をあけ、前記凹部は、前記ステータ組立体の巻き部を受入れる空間と前記支柱を受入れる空間を有する、請求項４に記載のブラシレスモータ。
6. 前記支柱は、前縁部を有し、前記前縁部は、使用中に前記ブラシレスモータの中を通る空気流の方向に見たとき、凸面を有する、請求項１～５の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
7. 前記支柱の前縁部全体は、前記凹部内に受入れられる、請求項６に記載のブラシレスモータ。
8. 前記支柱の少なくとも一部分は、前記支柱の幅が前記支柱の後縁部に向かって減少するように、軸線方向にテーパする、請求項１～７の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
9. 前記支柱は、後縁部を有し、前記後縁部は、使用中に前記ブラシレスモータの中を通る空気流の方向と反対の方向に見たとき、凸面を有する、請求項１～８の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
10. 前記ステータ組立体のボビンアームの外面は、前記支柱のそれぞれの外面に向かって内方に傾斜する、請求項１～９の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
11. 前記支柱は、前記支柱が前記ステータ組立体と接触しないように、前記凹部の中に延びる、請求項１～１０の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
12. 前記ブラシレスモータは、複数の前記ステータ組立体と、複数の前記支柱を有し、各前記ステータ組立体は、前記凹部を有し、各前記支柱は、それに対応する前記ステータ組立体の凹部の中に延びる、請求項１～１１の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
    

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