JP7308456B2

JP7308456B2 - モータ

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Publication number: JP7308456B2
Application number: JP2020516159A
Authority: JP
Inventors: 保治内田; 和雄遠矢; 裕文水上
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: US11374459B2; WO2019208126A1; JPWO2019208126A1; US20210249931A1; CN213367507U

Description

本発明はモータに関し、特にエアコンプレッサー駆動用のモータに関する。

従来、ＡＢＳ（Anti-lock Brake System）装置等の自動車用油圧ユニットを駆動するのに小型モータが使用されてきた。このようなモータの一例として、例えば、特許文献１，２には、回転軸を有する回転子が、内面に複数の永久磁石が配置された有底筒状のフレームからなるヨーク内に収容されたモータが開示されている。

特開平１１－０１８３５２号公報特開２００２－２０４５４８号公報

ところで、近年、自動車等に搭載されるエアコンプレッサーの小型化が進んでおり、それに伴い、エアコンプレッサー駆動用モータもさらに小型・軽量化することが要求されている。また、エアコンプレッサー駆動用モータでは、圧縮機構の駆動時にフレーム内で圧力変動が生じ、この圧力変動に応じて、フレームの底部は回転軸方向に変位する。このため、フレーム自体に所定以上の強度が必要であった。

しかし、特許文献１，２に開示される従来のモータでは、フレームの底部と周壁とで構成されるコーナー部に応力が集中しやすく、上記のような変位が長期に亘って繰り返されると、コーナー部から疲労破壊が生じやすいという問題があった。また、フレームの底部が比較的平らであるため、モータ自身の駆動やフレーム内の圧力変動により、フレームの底部が振動し、騒音が発生していた。このような問題は、フレームの剛性を高めることで解消されうるが、例えば、フレームの板厚を厚くすると、モータ自体が重くなり、また、コストが上昇する等の問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的はフレームの剛性を高め、また、振動による騒音を低減可能なモータを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係るモータは、一端が開口された有底筒状のフレームと、前記フレーム内に収容されて固定された固定子と、該固定子と所定の間隔をあけて対向して配置された回転子と、前記回転子の回転軸が挿通される貫通孔を中心に有し、前記フレームの開口を塞ぐように設けられたエンドプレートと、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、を少なくとも備えたモータであって、前記フレームの底部には、中央に前記軸受を保持する軸受保持部と、前記軸受保持部から放射状に、かつ径方向外側に延びるとともに前記フレームの内側に突出するように形成された複数のリブとがそれぞれ設けられ、前記複数のリブは、互いに所定の間隔をあけて形成されるとともに、それぞれの径方向外側端部が前記フレームの周壁に達するように形成され、前記複数のリブは、それぞれの径方向外側端部が前記フレームの前記周壁になだらかにつながるように形成され、前記リブの径方向外側端部と前記フレームの前記周壁とがなす曲面の断面は所定の曲率半径を有し、前記軸受保持部は、前記フレームの内側に突出する前記周壁によって区画されて前記フレームの前記底部の内側に形成され、前記周壁の内側に位置する前記フレームの内面である平坦部に前記軸受が載置され、前記軸受保持部の前記平坦部は、前記フレームの前記底部よりも、前記フレームの内側に入り込むように形成され、前記軸受保持部の前記周壁と前記平坦部とで形成される曲面の断面の曲率半径は、前記リブの径方向外側端部と前記フレームの前記周壁とがなす曲面の断面の曲率半径である前記所定の曲率半径よりも小さいことを特徴とする。

この構成によれば、フレームの底部の剛性を高め、フレームの底部が軸方向に変位するのを抑制することができる。このことにより、フレームの疲労破壊を抑制することができる。また、フレームから騒音が発生するのを防止できる。

本発明に係るモータによれば、フレームの底部の剛性を高め、フレームの疲労破壊を抑制することができる。また、フレームから騒音が発生するのを防止できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータを上から見た斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係るエアコンプレッサーの断面図である。図３は、フレームを下から見た斜視図である。図４は、フレームの上面図である。図５は、図４のＶ－Ｖ線での断面図である。図６Ａは、比較のためのフレーム底部の変位を示す模式図である。図６Ｂは、本発明の一実施形態に係るフレーム底部の変位を示す模式図である。図７は、変形例に係るフレームの下面図である。図８は、別のフレームの底部の断面模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態）
［エアコンプレッサー及びモータの構成］
図１は、本実施形態に係るモータを上から見た斜視図を、図２は、本実施形態に係るエアコンプレッサーの断面図をそれぞれ示す。図３は、フレームを下から見た斜視図を示し、図４は、フレームの上面図を示す。なお、説明の便宜上、図２において、モータ１００のみ断面を示し、圧縮機構２００は外観の細部及び内部の図示を省略している。また、以降の説明において、モータ１００の回転子５０の一部をなす回転軸５４の長手方向を軸方向と呼び、フレーム２０の半径方向を径方向と呼び、円周方向を周方向と呼ぶことがある。また、軸方向において、モータ１００から見て圧縮機構２００が配設された側を「上」と、その反対側であるフレーム２０の底部側を「下」と呼ぶことがある。

図１から図４に示すように、エアコンプレッサー３００は、モータ１００と圧縮機構２００とを備え、モータ１００の回転軸５４に、圧縮機構２００の駆動部（図示せず）が連結されている。モータ１００が駆動されて、回転軸５４が回転することで、圧縮機構２００に設けられたシリンダ（図示せず）内に空気が吸入され、さらに、圧縮、外部に吐出されるという一連のサイクルを繰り返す。

モータ１００は、フレーム２０とエンドプレート３０と軸受４０，４１と回転子５０と固定子６０とブラシ７０とを備えている。

フレーム２０は、上部に設けられた開口２１の周りに径方向外側に張り出したフランジ２２を有する有底半筒状の金属部材である。フランジ２２には周方向にねじ孔２２ａが形成されており、ねじ孔２２ａに挿通された図示しないねじにより、フレーム２０と圧縮機構２００とが締結され、モータ１００が圧縮機構２００に位置決め固定される。フレーム２０の底部２３の内側には軸受４０を保持する軸受保持部２４が形成されている。軸受保持部２４はフレーム２０の内側に突出する周壁２４ａによって区画され、平坦部２４ｂ、つまり、周壁２４ａの内側に位置するフレーム２０の内面に軸受４０が載置される。また、軸受保持部２４の平坦部２４ｂは、フレーム２０の底部２３よりも、フレーム２０の内側に入り込むように形成されている。また、コーナー部２７とは、フレーム２０の周壁２６とフレーム２０の底部２３とが突き合わされる部分をいう。このコーナー部２７の断面の曲率を大きくすることにより、コーナー部２７への応力集中を防止することができる。

また、フレーム２０の底部２３には、軸受保持部２４から放射状に、かつ径方向外側に延びるとともに、フレーム２０の内側に突出する複数のリブ２５が形成されている。また、リブ２５は周方向に所定の間隔をあけて形成されており、平面視で、リブ２５を径方向外側に延長した直線上にねじ孔２２ａが位置している。ただし、特にこれに限定されず、平面視で、隣り合うリブ２５とリブ２５との間にねじ孔が位置するようにしてもよい。また、リブ２５は、リブ２５の径方向内側端部２５ａが軸受保持部２４の周壁２４ａに、リブ２５の径方向外側端部２５ｂがフレーム２０の周壁２６にそれぞれ達するように延びている。また、リブ２５の径方向外側端部２５ｂはフレーム２０の周壁２６になだらかにつながっている。このことについてさらに説明する。

図５は、図４のＶ－Ｖ線での断面図を示し、具体的には、リブ２５の径方向外側端部２５ｂとフレーム２０の周壁２６とがなす曲面を示している。

図５に示すように、リブ２５の径方向外側端部２５ｂとフレーム２０の周壁２６とがなす「なだらかな曲面」の断面は所定の曲率半径Ｒを有している。リブ２５とフレーム２０の周壁２６とはなだらかにつながっており、フレーム２０のコーナー部２７において、リブ２５の径方向外側端部２５ｂが達している部分での応力集中は緩和されている。

なお、上記のなだらかな曲面の断面は、本実施形態のように所定の曲率半径Ｒを有していなくてもよく、楕円曲線の一部をなすようにしてもよい。また、渦巻き曲線の一部をなすようにしてもよい。リブ２５の径方向外側端部２５ｂとフレーム２０の周壁２６とがなす曲面の断面は、フレーム２０の内部方向に連続的に曲がっている曲線であって尖った角部がなければ、どのような曲線でもよい。

なお、リブ２５はフレーム２０の底部２３を内側に向けて窪ませるように成形することで形成されている。

エンドプレート３０は、樹脂材料を成形してなる板状部材であり、略円板状の基部３１と、基部３１の中心に設けられた貫通孔３２と、基部３１の内面に形成されたブラシ保持部３３と、基部３１に設けられた通気孔３４（図１参照）と、基部３１の外面に形成された軸受保持部３５と、モータ１００に外部から電力を供給するための電線が引き出された電線引出口３６（図１参照）とを有している。なお、電線引出口３６から引き出された電線については、説明の便宜上、図示を省略している。

エンドプレート３０は、フレーム２０との位置決めを行った上で、フレーム２０の開口２１に圧入され、開口２１を覆うようにフレーム２０に配設されている。フレーム２０とエンドプレート３０とで区画される空間に回転子５０が収容されている。また、回転軸５４はエンドプレートト３０の貫通孔３２に挿通されてエンドプレート３０から外側に突出しており、フレーム２０の軸受保持部２４に設けられた軸受４０と、貫通孔３２を塞ぐように設けられた軸受４１とによって回転自在に支持されている。

通気孔３４は、基部３１を貫通し、フレーム２０の内部と圧縮機構２００とを連通している。通気孔３４を設けることで、エアコンプレッサー３００の駆動時の圧力変動によって、エンドプレート３０のみに圧力が加わるのを回避し、エンドプレート３０が変形したり、あるいは破損したりするのを防止している。また、通気孔３４を介して、エアコンプレッサー３００の駆動時に生じる空気の圧力変動がフレーム２０の内部に伝達される。なお、本実施形態では、通気孔３４を２つ設けているが、特にこれに限定されず、その個数や、個々の大きさは適宜変更されうる。

回転子５０は、電機子コア５１と複数の突極５２と電機子巻線５３と回転軸５４と整流子５５とインシュレータ５６とを有している。電機子コア５１には径方向外側に突出する複数の突極５２が周方向に所定の間隔をあけて配設されており、複数の突極５２のそれぞれに絶縁性の樹脂であるインシュレータ５６を介して電機子巻線５３が巻回され、整流子５５には電機子コア５１から引き出された電機子巻線５３の引出線が接続されている。回転軸５４は回転子５０の軸心に設けられ、電機子コア５１及び整流子５５の中心を貫通してこれらに連結されている。また、回転子５４のうち、エンドプレート３０から外側に突出した部分にはねじ溝が形成されており、圧縮機構２００の図示しない駆動部が締結されて、モータ１００と圧縮機構２００とが連結されている。

固定子６０は、フレーム２０と、周方向に所定の間隔でフレーム２０の周壁２６の内面に配設された複数の永久磁石６１とで構成されており、周方向に隣り合う永久磁石６１は互いに極性が異なるように配設されている。フレーム２０は、永久磁石６１と磁気回路を構成するヨークとしても機能する。

一対のブラシ７０は、黒鉛等のカーボンブラシ材へ固体潤滑剤を含む組成で構成されており、エンドプレート３０の内面に設けられたブラシ保持部３３内に保持されるとともに、ブラシバネ（図示せず）によって整流子５５へと押圧されている。

次に、モータ１００の動作について説明する。エンドプレート３０に設けられた電線引出口３６から引き出された電線を介して外部からモータ１００に電力を供給する。これにより、電機子電流がブラシ７０及び整流子５５を介して電機子巻線５３に流れる。固定子６０で発生した磁束と、電機子巻線５３を流れる電機子電流との間でトルクが発生し、回転軸５４が軸受４０，４１に支持されて回転する。また、回転軸５４の回転に応じて、ブラシ７０と整流子５５とは接触と離間とを周期的に繰り返し、この周期に対応して電機子巻線５３を流れる電機子電流の向きが変更される。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るモータ１００は、上側に開口２１を有する有底筒状のフレーム２０と、フレーム２０内に収容されて固定された固定子６０と、固定子６０と所定の間隔をあけて対向して配置された回転子５０と、回転子５０の回転軸５４が挿通される貫通孔３２を中心に有し、フレーム２０の開口２１を塞ぐように設けられたエンドプレート３０と、回転軸５４を回転自在に支持する軸受４０，４１と、を備えている。

フレーム２０の底部２３には、中央に軸受４０を保持する軸受保持部２４と、軸受保持部２４から放射状に、かつ径方向外側に延びるとともにフレーム２０の内側に突出するように形成された複数のリブ２５とがそれぞれ設けられている。

複数のリブ２５は、互いに所定の間隔をあけて形成されるとともに、それぞれのリブ２５の径方向外側端部２５ｂがフレーム２０の周壁２６に達するように形成されている。

モータ１００をこのように構成することで、フレーム２０、特にその底部２３の剛性を高め、エアコンプレッサー３００の駆動時にフレーム２０の内部に生じる圧力変動によって、フレーム２０の底部２３が軸方向に変位するのを抑制することができる。このことにより、フレーム２０の疲労破壊を抑制することができる。これについて、さらに説明する。

図６Ａは、比較のためのフレーム底部の変位の模式図を、図６Ｂは、本実施形態に係るフレーム底部の変位の模式図をそれぞれ示す。なお、説明の便宜上、図６Ａ，６Ｂでは、軸受保持部２４の図示を省略している。加えて、図６Ｂでは、リブ２５の図示も省略している。また、図６Ａに示すフレーム２０の底部２３には、リブ２５は形成されていない。

図６Ａに示すように、リブ２５が形成されておらず、底部２３の平坦部分が連続しているフレーム２０では、内部の圧力変動が生じると、底部２３が軸方向に上下に変位する。また、コーナー部２７が固定端となるため、その変位量Ｈ１は大きい。

一方、本実施形態によれば、フレーム２０の底部２３に複数のリブ２５が放射状に形成されており、また、リブ２５の径方向外側端部２５ｂがフレーム２０の周壁２６に達している。隣り合うリブ２５の間に挟まれた底部２３の周縁が固定端となり、その部分がそれぞれ軸方向に変位するため、図６Ｂに示すように、フレーム２０の底部２３の変位量Ｈ２は図６Ａに示す場合に比べて小さくなる。見方を変えれば、フレーム２０の底部２３に複数のリブ２５を設けることで、底部２３の剛性が高められ、変位しにくくなっている。

このことにより、コーナー部２７におけるフレーム２０の疲労破壊を抑制することができる。また、フレーム２０の底部２３が周期的に変位することで、フレーム２０が振動し騒音が発生するが、本実施形態によれば、フレーム２０の底部２３の変位量Ｈ２を抑制できるため、この変位量に比例した音量の騒音を抑制することができる。また、フレーム２０自体の板厚を厚くしてフレーム２０の剛性を高める必要が無く、モータ１００の重量化やコストの上昇を抑制できる。

また、フレーム２０の内側に突出するようにリブ２５を形成することで、底部２３における段差が大きくならないようにすることができる。ただし、フレーム２０の外側に突出するようなリブであっても同様の効果が得られる。また、リブ２５の径方向外側端部２５ｂがフレーム２０の周壁２６に達するようにリブ２５を形成することで、フレーム２０の底部２３において、連続した平坦部分が形成されるのを防止できる。このような連続した部分が形成されると、圧力変動によって、この部分が一様に変位してしまうが、本実施形態によれば、これを防止して、フレーム２０の底部２３の変位量を確実に低減することができる。

同様の考え方によれば、リブ２５の径方向内側端部２５ａを、軸受保持部２４の周壁２４ａに達するように形成するのが好ましい。なお、軸受保持部２４の周壁２４ａの周辺に、連続した平坦部分があっても、その面積は、底部２３の周縁近傍に連続した平坦部分がある場合よりも小さいため、底部２３の変位量を低減する効果は、リブ２５の径方向外側端部２５ｂをフレーム２０の周壁２６に達するように形成する場合よりも小さい。

また、複数のリブ２５は、それぞれのリブ２５の径方向外側端部２５ｂがフレーム２０の周壁２６になだらかにつながるように形成されていることが好ましい。具体的には、リブ２５の径方向外側端部２５ｂとフレーム２０の周壁２６とがなす曲面が所定の曲率半径Ｒを有している。

このようにすることで、前述したように、コーナー部２７におけるリブ２５が達している部分で応力を集中させずに、コーナー部２７におけるフレーム２０の疲労破壊を確実に抑制することができる。

また、リブ２５は、フレーム２０の底部２３を内側に窪ませることで形成されている。このことにより、フレーム２０の板厚を特に変更することなく、公知のプレス加工等でリブ２５を形成でき、モータ１００の製造コストが上昇するのを抑制できる。

また、本実施形態に係るモータ１００は、エアコンプレッサー２００を駆動するのに用いられ、エンドプレート３０の上面側に圧縮機構２００が連結されている。また、エンドプレート３０には、フレーム２０の内部と圧縮機構２００とを連通する通気孔３４が形成されている。

モータ１００をこのように構成することで、エアコンプレッサー３００の駆動時の圧力変動によって、エンドプレート３０のみに圧力が加わるのを回避し、エンドプレート３０が変形したり、あるいは破損したりするのを防止できる。また、フレーム２０の内部に生じる圧力変動の影響は、フレーム２０の底部２３にリブ２５を設けることにより抑制できるため、高信頼性のモータ１００を実現できる。

＜変形例＞
図７は、変形例に係るフレームの下面図を示す。本変形例に示す構成と、実施形態に示す構成とでは、平面視で、フレーム２０の底部２３の周縁と軸受保持部２４との間に、軸受保持部２４と同軸に円環状のリブ２８が形成されている点で異なる。

円環状のリブ２８をこのように設けることで、フレーム２０の底部２３において、平坦な部分の面積をさらに小さくでき、軸方向の変位に対する剛性をさらに高めることができる。このことにより、フレーム２０のコーナー部２７における疲労破壊の発生をさらに抑制するとともに、騒音もさらに低減できる。なお、図７では、円環状のリブ２８をフレーム２０のコーナー部２７と軸受保持部２４との間に１本設ける構成を示したが、特にこれに限定されない。フレーム２０のサイズや要求される底部２３の剛性等に応じて適宜変更されうる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態において、リブ２５はフレーム２０の底部を内側に向けて窪ませるように成形することで形成されているが、他の構成であってもよい。例えば、図８に示すように、フレーム２０の底部において、リブ２５とそれ以外の部分との厚みが異なるようにしてもよい。また、モータ１００は、エアコンプレッサー３００以外にも適用可能であり、例えば、ＡＢＳ装置等の油圧駆動の装置に適用してもよい。

本発明のモータは、フレーム内で圧力変動が生じる場合に、フレームの変形及びそれに伴う疲労破壊を抑制できるため、エアコンプレッサー駆動用モータに適用する上で有用である。

２０フレーム
２１開口
２３フレームの底部
２４軸受保持部
２４ａ周壁
２４ｂ平坦部
２５リブ
２５ａリブの径方向内側端部
２５ｂリブの径方向外側端部
２６フレームの周壁
２７コーナー部
２８円環状のリブ
３０エンドプレート
３４通気孔
４０，４１軸受
５０回転子
５１電機子コア
５２突極
５３電機子巻線
５４回転軸
５５整流子
６０固定子
６１永久磁石
７０ブラシ
１００モータ
２００圧縮機構
３００エアコンプレッサー

Claims

一端が開口された有底筒状のフレームと、前記フレーム内に収容されて固定された固定子と、該固定子と所定の間隔をあけて対向して配置された回転子と、前記回転子の回転軸が挿通される貫通孔を中心に有し、前記フレームの開口を塞ぐように設けられたエンドプレートと、前記回転軸を回転自在に支持する軸受と、を少なくとも備えたモータであって、
前記フレームの底部には、中央に前記軸受を保持する軸受保持部と、前記軸受保持部から放射状に、かつ径方向外側に延びるとともに前記フレームの内側に突出するように形成された複数のリブとがそれぞれ設けられ、
前記複数のリブは、互いに所定の間隔をあけて形成されるとともに、それぞれの径方向外側端部が前記フレームの周壁に達するように形成され、
前記複数のリブは、それぞれの径方向外側端部が前記フレームの前記周壁になだらかにつながるように形成され、
前記リブの径方向外側端部と前記フレームの前記周壁とがなす曲面の断面は所定の曲率半径を有し、
前記軸受保持部は、前記フレームの内側に突出する前記周壁によって区画されて前記フレームの前記底部の内側に形成され、
前記周壁の内側に位置する前記フレームの内面である平坦部に前記軸受が載置され、
前記軸受保持部の前記平坦部は、前記フレームの前記底部よりも、前記フレームの内側に入り込むように形成され、
前記軸受保持部の前記周壁と前記平坦部とで形成される曲面の断面の曲率半径は、前記リブの径方向外側端部と前記フレームの前記周壁とがなす曲面の断面の曲率半径である前記所定の曲率半径よりも小さいことを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記複数のリブは、それぞれの径方向内側端部が前記軸受保持部の周壁に達するように形成されていることを特徴とするモータ。
請求項１または２に記載のモータにおいて、
前記フレームの前記底部を内側に窪ませることで前記リブが形成されていることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータにおいて、
平面視で、前記フレームの前記底部には、前記底部の周縁と前記軸受保持部との間に、前記軸受保持部と同軸に円環状の別のリブが形成されていることを特徴とするモータ。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のモータにおいて、
エアコンプレッサーを駆動するために用いられることを特徴とするモータ。
請求項５に記載のモータにおいて、
前記エンドプレートの上面側に前記エアコンプレッサーの圧縮機構が連結され、
前記エンドプレートには、前記フレームの内部と前記圧縮機構とを連通する通気孔が形成されていることを特徴とするモータ。