JPWO2012157159A1 - モータおよびこのモータを備えたファンモータ - Google Patents

モータおよびこのモータを備えたファンモータ Download PDF

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Abstract

本発明のモータは、シャフトと、シャフトを回転自在に支承する軸受と、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、軸受とロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備えている。そして、本発明のモータは、ワッシャとロータフレームとが対面するロータフレームの箇所に、窪みを形成する段差部を設けた構成としている。

Description

本発明は、モータの構造および、このモータを備えたファンモータに関する。
従来、モータを構成する一つの手法として、例えば、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とをシャフトの軸心方向に対して所定の距離を有して組み合わせ、軸心方向におけるロータとステータとの磁気的中心位置を一致させようとする力を利用してロータを支持する技術が知られている。このようなモータを備えた装置を、例えば車両に設置した場合、その装置の設置状況により重力が作用する方向に差異が生じる。本構成とすれば、重力が作用する方向に差異が生じても、ロータおよびステータのシャフトの軸心方向における位置関係が変化しないため、安定したモータ機能を得ることができる。
一方、例えば悪路走行時にこのような車載モータに強い衝撃が加わると、ロータが跳ね上がって軸受などに衝突しそれによって衝突音が生じるという課題があった。このため、従来、このような衝突音を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その一例として、シャフトの端部近傍に周溝とともに、ダンパリングを設けたモータが提案されている。
しかしながら、従来のダンパリングを設けたモータでは、ダンパリングをシャフトに対して適切に設ける必要があり、モータの構造が複雑になるとともに、複雑な組立作業が必要となり組立効率の低下を招くという課題があった。さらに、ダンパリングにより部品点数が増加するという課題もあった。
特開２００９−２５４１９３号公報
本発明のモータは、シャフトと、シャフトを回転自在に支承する軸受と、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、軸受とロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備える。そして、ワッシャとロータフレームとが対面するロータフレームの箇所に、窪みを形成する段差部を設けている。
このような構成とすることにより、強い衝撃が加わってロータフレームが跳ね上がったとしても、ワッシャにより衝突を緩和でき、さらに段差部を設けたことにより、この段差部がワッシャに対してばね効果を強めることになり、その結果、軸受とロータフレームとが衝突することで生じた衝撃音を効果的に抑制できる。
本発明によれば、ロータフレームに段差部を設けておくとともに、軸受とロータフレームとの間にワッシャを配置しておくのみで衝撃音を抑制できる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータの概要を示す構成図である。 図２は、同モータの断面図である。 図３Ａは、同モータのロータとステータとの関係を説明する図であり、モータへの衝撃が発生しない場合を示す図である。 図３Ｂは、同モータのロータとステータとの関係を説明する図であり、モータへの衝撃が発生した場合を示す図である。 図４は、同モータの要部の拡大図である。 図５は、同モータのロータフレームとワッシャとの配置関係を示す図である。 図６は、同モータと比較例との衝突音のオーバオールにおける比較結果を示す図である。 図７は、同モータと比較例との衝突音の最大音圧における比較結果を示す図である。 図８は、同モータの他の実施例を示す図である。 図９Ａは、同モータのさらに他の実施例を示す図である。 図９Ｂは、同モータのさらに他の実施例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２におけるファンモータの概要を示す構成図である。 図１１は、同ファンモータの要部断面図である。 図１２は、同ファンモータを収納部へ使用した場合の斜視概念図である。 図１３は、同ファンモータをシートへ使用した場合の斜視概念図成図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の詳細について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ１０の概要を示す構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ１０の断面図である。本実施の形態では、ステータの内周側にロータを配置したインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。
モータ１０は、図１に示すように、ケース本体１１Ａと、ケース蓋１１Ｂと、ケース本体１１Ａ内に配置されたステータ１５と、シャフト１９と、軸受１６と、ロータ１４と、スラスト板１８とを備えている。また、ケース本体１１Ａをケース蓋１１Ｂで封じることによりモータケース１１が形成される。
モータケース１１は、電気亜鉛めっき鋼板からなる。シャフト１９は、マルテンサイト系ステンレスからなる。シャフト１９は、モータケース１１内の中央に配置され、ケース本体１１Ａから一端側が突出し、他端側がスラスト板１８を介してケース蓋１１Ｂに支持される。軸受１６は、すべり軸受やメタル軸受に属する軸受であり、例えば、焼結含油軸受であり、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｎ−（Ｃ）材からなる。軸受１６は、シャフト１９の軸心方向３２に沿うように、シャフト外周面１９ａに取り付けられる。シャフト１９は、軸受１６を介してケース本体１１Ａの円筒部に支持される。このような構成により、軸受１６が、シャフト１９を回転自在に支承している。
ロータ１４は、シャフト１９の軸心方向３２に沿ってシャフト１９に取り付けられる。ロータ１４は、ロータフレーム１２とロータ磁石１３とを含む。ロータフレーム１２は、電気亜鉛めっき鋼板からなり、ロータ磁石１３を接着保持し、トルクを発生している。ロータ磁石１３は、希土類ボンド磁石からなり、後述するステータ１５が生成する磁界の影響を受ける。
ロータフレーム１２は、図２に示すように、円盤部２１と円筒部２２と段差部２３と取付部２４とを有した形状を成している。ロータフレーム１２は、取付部２４によってシャフト１９に取り付けられる。円盤部２１は、取付部２４から外周方向に広がり、環状を成している。円筒部２２は、円盤部２１の外周から軸心方向３２に沿って延伸し、円筒状を成している。そして、円盤部２１の内周側に段差部２３が形成されている。このように、ロータフレーム１２は、一端側を開放したカップ状の形状を有している。そして、モータ１０は、軸受１６がロータフレーム１２の開放側に配置され、かつロータフレーム１２内側の円筒空洞部に軸受１６の一部が入り込むように構成されている。
さらに、モータ１０は、軸心方向３２において、ロータフレーム１２と軸受１６との間にギャップを設け、ギャップにワッシャ３０を配置している。ここで、ロータフレーム１２の段差部２３は、ワッシャ３０と対面する箇所に形成されている。
また、ステータ１５は、ロータ１４の外周面１４ａに対し、空隙を介して対向して配置される。ステータ１５は、鉄心１５Ａと、鉄心１５Ａに巻回された巻線１５Ｂとを含み、巻線１５Ｂに所定の電流を流すことで、電磁石を形成する。この電磁石が生成する磁界を制御することで、シャフト１９を中心としてロータ１４が所望の回転数で回転する。
図３Ａおよび図３Ｂは、ロータ１４とステータ１５との関係を説明する説明図である。本実施の形態では、ロータ１４とステータ１５との磁気的中心位置を一致させようとする力すなわち磁気的復元力（以下、「復元力」と記す。）を利用してロータ１４を支持する一例を挙げている。
次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、モータ１０に利用している復元力について説明する。図３Ａは、モータ１０への衝撃が発生しない場合を示し、図３Ｂは、モータ１０への衝撃が発生した場合を示している。
まず、図３Ａに示すように、ロータ１４とステータ１５とは、ロータ１４の磁気的中心ＭＣＲとステータ１５の磁気的中心ＭＣＳとがシャフト１９の軸心方向３２へ所定の距離Ｌを有して設置される。ロータ１４とステータ１５とは、距離Ｌを解消する方向へ復元力Ｆを有する。この復元力Ｆは、図中、矢印で示される。シャフト１９の軸心方向３２で、かつ、復元力Ｆが作用する方向にスラスト板１８が備えられる。ここで、シャフト１９は、シャフト１９の先端部であるピボット１９ｂでスラスト板１８を図３Ａ中、下方（復元力Ｆ方向）へ押している。スラスト板１８は、シャフト１９の先端部であるピボット１９ｂでシャフト１９を支持する。スラスト板１８はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはセラミックからなり、回転するシャフト１９を支持するため、耐摩耗性に優れることが求められる。
ところで、このようなモータ１０を自動車へ搭載した場合、自動車が悪路や段差を走行することで衝撃が発生すると、シャフト１９に対して復元力Ｆの反対方向へ復元力Ｆ以上の強い力Ｆｕが加わることがある。すると、図３Ｂに示すように、ロータ１４が跳ね上がることになる。このように、モータ１０に強い衝撃などが加わると、ロータ１４が軸心方向３２に揺さぶられ、ロータフレーム１２が軸受１６に衝突してその衝突音を発することになる。従来、この衝突音が搭乗者の耳へ届いていたため、搭乗者へ不快感を与えていた。
次に、このような衝突音を抑制するための詳細な構成について説明する。本実施の形態では、このようなロータフレーム１２と軸受１６との衝突音を抑制するため、ロータフレーム１２と軸受１６との間のワッシャ３０を配置するとともに、ロータフレーム１２に段差部２３を設けている。
図４は、図２における要部ＡＡの拡大図である。また、図５は、ロータフレーム１２とワッシャ３０との配置関係を示す図であり、ロータフレーム１２を軸心方向３２から見た図である。
まず、図５に示すように、ロータフレーム１２は、軸心方向３２から見たとき、シャフト１９を中央にして、円環状を成している。さらに、破線で示すようにワッシャ３０も円環形状である。すなわち、ワッシャ３０の中央孔にシャフト１９が貫通する構成である。
一方、図４に示すように、軸心方向３２において、ロータフレーム１２の円盤部２１と軸受１６との間には、ギャップＧが設けられる。ワッシャ３０は、このギャップＧ、すなわちロータフレーム１２の円盤部２１と軸受１６のロータ側先端部との間に配置される。ここで、ワッシャ３０は、ギャップＧにおいて、シャフト１９に沿って移動可能、すなわち接着されない状態で備えられる。
また、ワッシャ３０は、例えばポリエチレン・テレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂で形成することが好適である。
本実施の形態では、ロータフレーム１２と軸受１６との間に、このようなワッシャ３０を配置している。このため、衝撃によって、図３Ｂに示すように、ロータ１４が跳ね上がったとしても、樹脂であるワッシャ３０の緩衝効果によりロータフレーム１２と軸受１６との衝撃音が緩和されることになる。
さらに、本実施の形態では、ロータフレーム１２において段差部２３を設けた構成としている。段差部２３は、図５に示すように、軸心方向３２から見たとき、ロータフレーム１２の内周から所定幅の円環形状を成し、シャフト１９の外周を沿うようにロータフレーム１２に形成されている。また、段差部２３は、図４に示すように、軸心方向３２において、ワッシャ３０とロータフレーム１２とが対面する箇所に窪みを形成するように設けられている。すなわち、段差部２３は、円盤部２１の軸受１６側の面から、軸受１６に対して離れる方向に段差を設けるように形成され、この段差箇所からシャフト１９までの窪みを形成している。また、段差部２３の外周径はワッシャ３０の外周径よりも小さい。すなわち、ワッシャ３０が段差部２３に落ち込まない構造である。さらに、軸受１６のロータフレーム１２側先端部の外周径は、段差部２３の外周径よりも小さくすることが好ましい。
本実施の形態では、ロータフレーム１２にこのような段差部２３を設けている。このため、ロータフレーム１２がワッシャ３０を介して軸受１６に衝突するとき、この段差部２３の窪みによって、ワッシャ３０の内周側は撓むように作用する。そして、段差部２３とワッシャ３０とのこのような作用によって、ワッシャ３０にばね効果を持たすことができ、その結果、ロータフレーム１２と軸受１６との衝撃を緩和し、衝撃音の抑制を図ることができる。
図６は、このように構成されたモータ１０と比較例との衝突音のオーバオールにおける比較結果を示す図である。また、図７は、モータ１０と比較例との衝突音の最大音圧における比較結果を示す図である。
ここで、比較例として段差部２３を設けない構成のモータと比較した。比較例のモータのその他の構成は、本実施の形態のモータ１０と同一である。また、本比較として、モータに対して軸心方向３２に衝撃を加え、そのときの加速度とモータから発する衝撃音の音圧を測定した。加速度としては、約１２ｍ／ｓ２と約２３ｍ／ｓ２との場合としている。また、衝突音の音圧として、図６では所定の周波数範囲における平均音圧（オーバオール）レベル、図７ではピーク音圧となった周波数の音圧レベルを示している。図６および図７より、段差部２３を設けることにより、衝突音が抑制されることがわかる。
なお、以上の説明では、ワッシャ３０を１つのみ配置した構成例を挙げて説明したが、ワッシャ３０を複数配置した構成であってもよい。図８は、ワッシャ３０を複数配置した構成を示す図である。図８では、ワッシャ３０を３枚配置した例を示している。衝突音を緩和する観点からすると、ワッシャ３０は金属よりも樹脂とすることがより効果的である。一方、樹脂とした場合、一般的に金属よりも強度が下がり、破壊する可能性も高くなる。このため、ワッシャ３０を複数配置することにより、ワッシャ３０の１つが仮に弾性域を超えて変形したとしても、他のワッシャ３０によって衝撃音の抑制効果を保持することができる。
また、段差部２３の形状として、円盤部２１内側表面からの段差箇所をテーパ形状や丸み形状としてもよい。図９Ａは、円盤部２１内側表面からの段差角部の箇所を、断面が曲線形状となるように加工した曲線部２３ａを設けた例を示す図である。また、図９Ｂは、円盤部２１内側表面から、断面が傾斜した直線で段差部２３底部に繋がる傾斜部２３ｂを設けた例を示している。このような曲線部２３ａや傾斜部２３ｂを設けることにより、ロータフレーム１２と軸受１６との衝突時にワッシャ３０が破壊することを抑制できる。
また、以上の説明では、段差部２３を空隙とした構成例を挙げて説明したが、段差部２３の空隙箇所に弾性力を有する緩衝部材を配置し、ワッシャ３０の保護とともに衝撃の緩和効果を高める構成とすることもできる。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２におけるファンモータの概要を示す構成図である。また、図１１は、本発明の実施の形態２におけるファンモータの要部断面図である。本実施の形態のファンモータは、実施の形態１で説明したモータ１０を備えている。すなわち、ファンモータ５０は、本発明のモータを備えた構成である。
ファンモータ５０は、ケース５５内（５５Ａ、５５Ｂ）に、ファン５６と、ファン固定部５７と、モータ１０とが備えられる。ケース５５は、吸込口６４と吹出口６５とを有する。ケース５５は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などの樹脂からなる。
ファン５６は、シロッコファンを用いている。ファン固定部５７は、弾性体プレート５７Ａとファン取付プレート５７Ｂからなる。弾性体プレート５７Ａは、シリコンゴムからなる。シリコンゴムに代えて、固化した後も所定の弾性力を有する接着剤を用いてもよい。具体的には、シリコン混和物であれば、同様の効果を得ることができる。さらに、シリコンゴムに代えて、弾性力を有する発泡体を用いてもよい。具体的には、ゴムスポンジ、またはウレタンスポンジであれば、同様の効果を得ることができる。ファン取付プレート５７Ｂは、金属あるいは樹脂からなる。金属材料としては、電気亜鉛めっき鋼板が使用できる。樹脂材料としては、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＰ、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などが使用できる。ファン取付プレート５７Ｂ中央の穴５７Ｃには、モータ１０のシャフト１９が挿入される。モータ１０のシャフト１９をこの穴５７Ｃに圧入すれば、ファン取付プレート５７Ｂはシャフト１９へ固定される。
このように、本実施の形態のファンモータ５０は本発明のモータを備えた構成であるため、衝突音の抑制を図ったファンモータを実現できる。
次に、本発明のファンモータを車載用に使用した使用例を図１２、図１３に示す。
車載用として図１２では、本実施の形態のファンモータ５０が、車載用電池８０の冷却に使用される。このときの空気の流れを図中、矢印７３（７３Ａ、７３Ｂ）で示す。図１２に示すファンモータ５０は、シロッコファンを用いている。モータを小型化することで、この車載用のファンモータ５０は従来よりも小型化を実現している。その結果、従来の車載用ファンモータよりも設置の自由度を上げることができる。そこで、複雑な風回路を形成する車載用電池８０の収納部８１において、各車載用電池８０を冷却するのに適した位置へこのファンモータ５０を設置することができる。よって、より効率的な風回路を形成することができるので、より省エネルギー化を推し進めることが可能となる。
また、図１３において、車載用のファンモータ５０は、搭乗者が使用するシート８２へ組み込まれる。具体的には、シート８２の背もたれ８２Ａや座面８２Ｂに組み込まれる。このときの空気の流れを図中、矢印８３（８３Ａ、８３Ｂ）で示す。図１３に示すファンモータ５０も、シロッコファンを用いている。その結果、図に示すように、ファンモータ５０の吸込口６４から吸い込まれた空気（８３Ａ）は、吸込口６４方向とほぼ直行する面方向に設けられた吹出口６５から吹き出される（８３Ｂ）。
なお、図１３では、吸込口６４を背もたれ８２Ａの表面側と座面８２Ｂの上面側へ設置して、空気の流れ８３について分かりやすく説明した。しかし、搭乗者に対する快適性や車載用空調装置への空気の吸込み易さを考慮した場合、吸込口６４は背もたれ８２Ａの背面側と座面８２Ｂの下面側へ設置するほうがよい。
このように、本発明のモータを車載用ファンモータに用いれば、自動車が悪路や段差を走行することで、復元力とは反対の方向へこの復元力以上の強い力がシャフトへ加わったとしても、軸受とロータフレームとの衝突時の衝撃を緩和することができる。
その結果、軸受とロータフレームとの衝突時の衝撃が基となって発生していた衝突音を抑制することができる。
以上説明したように、本発明のモータは、シャフトと、シャフトを回転自在に支承する軸受と、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、軸受とロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備える。そして、ワッシャとロータフレームとが対面するロータフレームの箇所に、窪みを形成する段差部を設けた構成である。また、本発明のファンモータは、本発明のこのようなモータを備えている。本発明のモータおよびファンモータは、このように構成されるため、簡易な構成で、軸受とロータフレームとの衝撃が基となって発生していた衝突音を抑制できる。
なお、以上の説明ではインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明したが、インナーロータ型やブラシレスモータに限定されず、アウターロータ型のモータや、ブラシ付のモータにも適用することができる。
また、以上の説明では上述のような磁気復元力を利用したモータの一例を挙げて説明したが、復元力を利用したモータに限定されず、例えばロータ自重を利用したモータなど、衝撃によってロータが軸方向に移動するような構造のモータに適用することができる。
本発明は、上記した車載用として好適であり、それ以外、例えば、省スペースかつ、衝撃による衝突音の抑制を求められる機器についても使用することができる。
１０ モータ
１１ モータケース
１１Ａ ケース本体
１１Ｂ ケース蓋
１２ ロータフレーム
１３ ロータ磁石
１４ ロータ
１５ ステータ
１５Ａ 鉄心
１５Ｂ 巻線
１６ 軸受
１８ スラスト板
１９ シャフト
２１ 円盤部
２２ 円筒部
２３ 段差部
２３ａ 曲線部
２４ 取付部
３０ ワッシャ
３２ 軸心方向
５０ ファンモータ
５５ ケース
５６ ファン
５７ ファン固定部
５７Ａ 弾性体プレート
５７Ｂ ファン取付プレート
６４ 吸込口
６５ 吹出口
８０ 車載用電池
８１ 収納部
８２ シート
８２Ｂ 座面
本発明は、モータの構造および、このモータを備えたファンモータに関する。
従来、モータを構成する一つの手法として、例えば、ロータの磁気的中心とステータの磁気的中心とをシャフトの軸心方向に対して所定の距離を有して組み合わせ、軸心方向におけるロータとステータとの磁気的中心位置を一致させようとする力を利用してロータを支持する技術が知られている。このようなモータを備えた装置を、例えば車両に設置した場合、その装置の設置状況により重力が作用する方向に差異が生じる。本構成とすれば、重力が作用する方向に差異が生じても、ロータおよびステータのシャフトの軸心方向における位置関係が変化しないため、安定したモータ機能を得ることができる。
一方、例えば悪路走行時にこのような車載モータに強い衝撃が加わると、ロータが跳ね上がって軸受などに衝突しそれによって衝突音が生じるという課題があった。このため、従来、このような衝突音を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その一例として、シャフトの端部近傍に周溝とともに、ダンパリングを設けたモータが提案されている。
しかしながら、従来のダンパリングを設けたモータでは、ダンパリングをシャフトに対して適切に設ける必要があり、モータの構造が複雑になるとともに、複雑な組立作業が必要となり組立効率の低下を招くという課題があった。さらに、ダンパリングにより部品点数が増加するという課題もあった。
特開２００９−２５４１９３号公報
本発明のモータは、シャフトと、シャフトを回転自在に支承する軸受と、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、軸受とロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備える。そして、ワッシャとロータフレームとが対面するロータフレームの箇所に、窪みを形成する段差部を設けている。
このような構成とすることにより、強い衝撃が加わってロータフレームが跳ね上がったとしても、ワッシャにより衝突を緩和でき、さらに段差部を設けたことにより、この段差部がワッシャに対してばね効果を強めることになり、その結果、軸受とロータフレームとが衝突することで生じた衝撃音を効果的に抑制できる。
本発明によれば、ロータフレームに段差部を設けておくとともに、軸受とロータフレームとの間にワッシャを配置しておくのみで衝撃音を抑制できる。
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータの概要を示す構成図である。 図２は、同モータの断面図である。 図３Ａは、同モータのロータとステータとの関係を説明する図であり、モータへの衝撃が発生しない場合を示す図である。 図３Ｂは、同モータのロータとステータとの関係を説明する図であり、モータへの衝撃が発生した場合を示す図である。 図４は、同モータの要部の拡大図である。 図５は、同モータのロータフレームとワッシャとの配置関係を示す図である。 図６は、同モータと比較例との衝突音のオーバオールにおける比較結果を示す図である。 図７は、同モータと比較例との衝突音の最大音圧における比較結果を示す図である。 図８は、同モータの他の実施例を示す図である。 図９Ａは、同モータのさらに他の実施例を示す図である。 図９Ｂは、同モータのさらに他の実施例を示す図である。 図１０は、本発明の実施の形態２におけるファンモータの概要を示す構成図である。 図１１は、同ファンモータの要部断面図である。 図１２は、同ファンモータを収納部へ使用した場合の斜視概念図である。 図１３は、同ファンモータをシートへ使用した場合の斜視概念図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態の詳細について説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるモータ１０の概要を示す構成図である。また、図２は、本発明の実施の形態１におけるモータ１０の断面図である。本実施の形態では、ステータの内周側にロータを配置したインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。
モータ１０は、図１に示すように、ケース本体１１Ａと、ケース蓋１１Ｂと、ケース本体１１Ａ内に配置されたステータ１５と、シャフト１９と、軸受１６と、ロータ１４と、スラスト板１８とを備えている。また、ケース本体１１Ａをケース蓋１１Ｂで封じることによりモータケース１１が形成される。
モータケース１１は、電気亜鉛めっき鋼板からなる。シャフト１９は、マルテンサイト系ステンレスからなる。シャフト１９は、モータケース１１内の中央に配置され、ケース本体１１Ａから一端側が突出し、他端側がスラスト板１８を介してケース蓋１１Ｂに支持される。軸受１６は、すべり軸受やメタル軸受に属する軸受であり、例えば、焼結含油軸受であり、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｎ−（Ｃ）材からなる。軸受１６は、シャフト１９の軸心方向３２に沿うように、シャフト外周面１９ａに取り付けられる。シャフト１９は、軸受１６を介してケース本体１１Ａの円筒部に支持される。このような構成により、軸受１６が、シャフト１９を回転自在に支承している。
ロータ１４は、シャフト１９の軸心方向３２に沿ってシャフト１９に取り付けられる。ロータ１４は、ロータフレーム１２とロータ磁石１３とを含む。ロータフレーム１２は、電気亜鉛めっき鋼板からなり、ロータ磁石１３を接着保持し、トルクを発生している。ロータ磁石１３は、希土類ボンド磁石からなり、後述するステータ１５が生成する磁界の影響を受ける。
ロータフレーム１２は、図２に示すように、円盤部２１と円筒部２２と段差部２３と取付部２４とを有した形状を成している。ロータフレーム１２は、取付部２４によってシャフト１９に取り付けられる。円盤部２１は、取付部２４から外周方向に広がり、環状を成している。円筒部２２は、円盤部２１の外周から軸心方向３２に沿って延伸し、円筒状を成している。そして、円盤部２１の内周側に段差部２３が形成されている。このように、ロータフレーム１２は、一端側を開放したカップ状の形状を有している。そして、モータ１０は、軸受１６がロータフレーム１２の開放側に配置され、かつロータフレーム１２内側の円筒空洞部に軸受１６の一部が入り込むように構成されている。
さらに、モータ１０は、軸心方向３２において、ロータフレーム１２と軸受１６との間にギャップを設け、ギャップにワッシャ３０を配置している。ここで、ロータフレーム１２の段差部２３は、ワッシャ３０と対面する箇所に形成されている。
また、ステータ１５は、ロータ１４の外周面１４ａに対し、空隙を介して対向して配置される。ステータ１５は、鉄心１５Ａと、鉄心１５Ａに巻回された巻線１５Ｂとを含み、巻線１５Ｂに所定の電流を流すことで、電磁石を形成する。この電磁石が生成する磁界を制御することで、シャフト１９を中心としてロータ１４が所望の回転数で回転する。
図３Ａおよび図３Ｂは、ロータ１４とステータ１５との関係を説明する説明図である。本実施の形態では、ロータ１４とステータ１５との磁気的中心位置を一致させようとする力すなわち磁気的復元力（以下、「復元力」と記す。）を利用してロータ１４を支持する一例を挙げている。
次に、図３Ａおよび図３Ｂを用いて、モータ１０に利用している復元力について説明する。図３Ａは、モータ１０への衝撃が発生しない場合を示し、図３Ｂは、モータ１０への衝撃が発生した場合を示している。
まず、図３Ａに示すように、ロータ１４とステータ１５とは、ロータ１４の磁気的中心ＭＣＲとステータ１５の磁気的中心ＭＣＳとがシャフト１９の軸心方向３２へ所定の距離Ｌを有して設置される。ロータ１４とステータ１５とは、距離Ｌを解消する方向へ復元力Ｆを有する。この復元力Ｆは、図中、矢印で示される。シャフト１９の軸心方向３２で、かつ、復元力Ｆが作用する方向にスラスト板１８が備えられる。ここで、シャフト１９は、シャフト１９の先端部であるピボット１９ｂでスラスト板１８を図３Ａ中、下方（復元力Ｆ方向）へ押している。スラスト板１８は、シャフト１９の先端部であるピボット１９ｂでシャフト１９を支持する。スラスト板１８はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、またはセラミックからなり、回転するシャフト１９を支持するため、耐摩耗性に優れることが求められる。
ところで、このようなモータ１０を自動車へ搭載した場合、自動車が悪路や段差を走行することで衝撃が発生すると、シャフト１９に対して復元力Ｆの反対方向へ復元力Ｆ以上の強い力Ｆｕが加わることがある。すると、図３Ｂに示すように、ロータ１４が跳ね上がることになる。このように、モータ１０に強い衝撃などが加わると、ロータ１４が軸心方向３２に揺さぶられ、ロータフレーム１２が軸受１６に衝突してその衝突音を発することになる。従来、この衝突音が搭乗者の耳へ届いていたため、搭乗者へ不快感を与えていた。
次に、このような衝突音を抑制するための詳細な構成について説明する。本実施の形態では、このようなロータフレーム１２と軸受１６との衝突音を抑制するため、ロータフレーム１２と軸受１６との間にワッシャ３０を配置するとともに、ロータフレーム１２に段差部２３を設けている。
図４は、図２における要部ＡＡの拡大図である。また、図５は、ロータフレーム１２とワッシャ３０との配置関係を示す図であり、ロータフレーム１２を軸心方向３２から見た図である。
まず、図５に示すように、ロータフレーム１２は、軸心方向３２から見たとき、シャフト１９を中央にして、円環状を成している。さらに、破線で示すようにワッシャ３０も円環形状である。すなわち、ワッシャ３０の中央孔にシャフト１９が貫通する構成である。
一方、図４に示すように、軸心方向３２において、ロータフレーム１２の円盤部２１と軸受１６との間には、ギャップＧが設けられる。ワッシャ３０は、このギャップＧ、すなわちロータフレーム１２の円盤部２１と軸受１６のロータ側先端部との間に配置される。ここで、ワッシャ３０は、ギャップＧにおいて、シャフト１９に沿って移動可能、すなわち接着されない状態で備えられる。
また、ワッシャ３０は、例えばポリエチレン・テレフタラート（ＰＥＴ）などの樹脂で形成することが好適である。
本実施の形態では、ロータフレーム１２と軸受１６との間に、このようなワッシャ３０を配置している。このため、衝撃によって、図３Ｂに示すように、ロータ１４が跳ね上がったとしても、樹脂であるワッシャ３０の緩衝効果によりロータフレーム１２と軸受１６との衝撃音が緩和されることになる。
さらに、本実施の形態では、ロータフレーム１２において段差部２３を設けた構成としている。段差部２３は、図５に示すように、軸心方向３２から見たとき、ロータフレーム１２の内周から所定幅の円環形状を成し、シャフト１９の外周を沿うようにロータフレーム１２に形成されている。また、段差部２３は、図４に示すように、軸心方向３２において、ワッシャ３０とロータフレーム１２とが対面する箇所に窪みを形成するように設けられている。すなわち、段差部２３は、円盤部２１の軸受１６側の面から、軸受１６に対して離れる方向に段差を設けるように形成され、この段差箇所からシャフト１９までの窪みを形成している。また、段差部２３の外周径はワッシャ３０の外周径よりも小さい。すなわち、ワッシャ３０が段差部２３に落ち込まない構造である。さらに、軸受１６のロータフレーム１２側先端部の外周径は、段差部２３の外周径よりも小さくすることが好ましい。
本実施の形態では、ロータフレーム１２にこのような段差部２３を設けている。このため、ロータフレーム１２がワッシャ３０を介して軸受１６に衝突するとき、この段差部２３の窪みによって、ワッシャ３０の内周側は撓むように作用する。そして、段差部２３とワッシャ３０とのこのような作用によって、ワッシャ３０にばね効果を持たすことができ、その結果、ロータフレーム１２と軸受１６との衝撃を緩和し、衝撃音の抑制を図ることができる。
図６は、このように構成されたモータ１０と比較例との衝突音のオーバオールにおける比較結果を示す図である。また、図７は、モータ１０と比較例との衝突音の最大音圧における比較結果を示す図である。
ここで、比較例として段差部２３を設けない構成のモータと比較した。比較例のモータのその他の構成は、本実施の形態のモータ１０と同一である。また、本比較として、モータに対して軸心方向３２に衝撃を加え、そのときの加速度とモータから発する衝撃音の音圧を測定した。加速度としては、約１２ｍ／ｓ2と約２３ｍ／ｓ2との場合としている。また、衝突音の音圧として、図６では所定の周波数範囲における平均音圧（オーバオール）レベル、図７ではピーク音圧となった周波数の音圧レベルを示している。図６および図７より、段差部２３を設けることにより、衝突音が抑制されることがわかる。
なお、以上の説明では、ワッシャ３０を１つのみ配置した構成例を挙げて説明したが、ワッシャ３０を複数配置した構成であってもよい。図８は、ワッシャ３０を複数配置した構成を示す図である。図８では、ワッシャ３０を３枚配置した例を示している。衝突音を緩和する観点からすると、ワッシャ３０は金属よりも樹脂とすることがより効果的である。一方、樹脂とした場合、一般的に金属よりも強度が下がり、破壊する可能性も高くなる。このため、ワッシャ３０を複数配置することにより、ワッシャ３０の１つが仮に弾性域を超えて変形したとしても、他のワッシャ３０によって衝撃音の抑制効果を保持することができる。
また、段差部２３の形状として、円盤部２１内側表面からの段差箇所をテーパ形状や丸み形状としてもよい。図９Ａは、円盤部２１内側表面からの段差角部の箇所を、断面が曲線形状となるように加工した曲線部２３ａを設けた例を示す図である。また、図９Ｂは、円盤部２１内側表面から、断面が傾斜した直線で段差部２３底部に繋がる傾斜部２３ｂを設けた例を示している。このような曲線部２３ａや傾斜部２３ｂを設けることにより、ロータフレーム１２と軸受１６との衝突時にワッシャ３０が破壊することを抑制できる。
また、以上の説明では、段差部２３を空隙とした構成例を挙げて説明したが、段差部２３の空隙箇所に弾性力を有する緩衝部材を配置し、ワッシャ３０の保護とともに衝撃の緩和効果を高める構成とすることもできる。
（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２におけるファンモータの概要を示す構成図である。また、図１１は、本発明の実施の形態２におけるファンモータの要部断面図である。本実施の形態のファンモータは、実施の形態１で説明したモータ１０を備えている。すなわち、ファンモータ５０は、本発明のモータを備えた構成である。
ファンモータ５０は、ケース５５内（５５Ａ、５５Ｂ）に、ファン５６と、ファン固定部５７と、モータ１０とが備えられる。ケース５５は、吸込口６４と吹出口６５とを有する。ケース５５は、例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などの樹脂からなる。
ファン５６は、シロッコファンを用いている。ファン固定部５７は、弾性体プレート５７Ａとファン取付プレート５７Ｂからなる。弾性体プレート５７Ａは、シリコンゴムからなる。シリコンゴムに代えて、固化した後も所定の弾性力を有する接着剤を用いてもよい。具体的には、シリコン混和物であれば、同様の効果を得ることができる。さらに、シリコンゴムに代えて、弾性力を有する発泡体を用いてもよい。具体的には、ゴムスポンジ、またはウレタンスポンジであれば、同様の効果を得ることができる。ファン取付プレート５７Ｂは、金属あるいは樹脂からなる。金属材料としては、電気亜鉛めっき鋼板が使用できる。樹脂材料としては、ＰＢＴ、ＰＣ、ＰＰ、またはこれらの混合材、あるいはそのガラス繊維混合剤などが使用できる。ファン取付プレート５７Ｂ中央の穴５７Ｃには、モータ１０のシャフト１９が挿入される。モータ１０のシャフト１９をこの穴５７Ｃに圧入すれば、ファン取付プレート５７Ｂはシャフト１９へ固定される。
このように、本実施の形態のファンモータ５０は本発明のモータを備えた構成であるため、衝突音の抑制を図ったファンモータを実現できる。
次に、本発明のファンモータを車載用に使用した使用例を図１２、図１３に示す。
車載用として図１２では、本実施の形態のファンモータ５０が、車載用電池８０の冷却に使用される。このときの空気の流れを図中、矢印７３（７３Ａ、７３Ｂ）で示す。図１２に示すファンモータ５０は、シロッコファンを用いている。モータを小型化することで、この車載用のファンモータ５０は従来よりも小型化を実現している。その結果、従来の車載用ファンモータよりも設置の自由度を上げることができる。そこで、複雑な風回路を形成する車載用電池８０の収納部８１において、各車載用電池８０を冷却するのに適した位置へこのファンモータ５０を設置することができる。よって、より効率的な風回路を形成することができるので、より省エネルギー化を推し進めることが可能となる。
また、図１３において、車載用のファンモータ５０は、搭乗者が使用するシート８２へ組み込まれる。具体的には、シート８２の背もたれ８２Ａや座面８２Ｂに組み込まれる。このときの空気の流れを図中、矢印８３（８３Ａ、８３Ｂ）で示す。図１３に示すファンモータ５０も、シロッコファンを用いている。その結果、図に示すように、ファンモータ５０の吸込口６４から吸い込まれた空気（８３Ａ）は、吸込口６４方向とほぼ直行する面方向に設けられた吹出口６５から吹き出される（８３Ｂ）。
なお、図１３では、吸込口６４を背もたれ８２Ａの表面側と座面８２Ｂの上面側へ設置して、空気の流れ８３について分かりやすく説明した。しかし、搭乗者に対する快適性や車載用空調装置への空気の吸込み易さを考慮した場合、吸込口６４は背もたれ８２Ａの背面側と座面８２Ｂの下面側へ設置するほうがよい。
このように、本発明のモータを車載用ファンモータに用いれば、自動車が悪路や段差を走行することで、復元力とは反対の方向へこの復元力以上の強い力がシャフトへ加わったとしても、軸受とロータフレームとの衝突時の衝撃を緩和することができる。
その結果、軸受とロータフレームとの衝突時の衝撃が基となって発生していた衝突音を抑制することができる。
以上説明したように、本発明のモータは、シャフトと、シャフトを回転自在に支承する軸受と、シャフトの軸心方向に沿ってシャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、軸受とロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備える。そして、ワッシャとロータフレームとが対面するロータフレームの箇所に、窪みを形成する段差部を設けた構成である。また、本発明のファンモータは、本発明のこのようなモータを備えている。本発明のモータおよびファンモータは、このように構成されるため、簡易な構成で、軸受とロータフレームとの衝撃が基となって発生していた衝突音を抑制できる。
なお、以上の説明ではインナーロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明したが、インナーロータ型やブラシレスモータに限定されず、アウターロータ型のモータや、ブラシ付のモータにも適用することができる。
また、以上の説明では上述のような磁気復元力を利用したモータの一例を挙げて説明したが、復元力を利用したモータに限定されず、例えばロータ自重を利用したモータなど、衝撃によってロータが軸方向に移動するような構造のモータに適用することができる。
本発明は、上記した車載用として好適であり、それ以外、例えば、省スペースかつ、衝撃による衝突音の抑制を求められる機器についても使用することができる。
１０ モータ
１１ モータケース
１１Ａ ケース本体
１１Ｂ ケース蓋
１２ ロータフレーム
１３ ロータ磁石
１４ ロータ
１５ ステータ
１５Ａ 鉄心
１５Ｂ 巻線
１６ 軸受
１８ スラスト板
１９ シャフト
２１ 円盤部
２２ 円筒部
２３ 段差部
２３ａ 曲線部
２４ 取付部
３０ ワッシャ
３２ 軸心方向
５０ ファンモータ
５５ ケース
５６ ファン
５７ ファン固定部
５７Ａ 弾性体プレート
５７Ｂ ファン取付プレート
６４ 吸込口
６５ 吹出口
８０ 車載用電池
８１ 収納部
８２ シート
８２Ｂ 座面

Claims (6)

  1. シャフトと、
    前記シャフトを回転自在に支承する軸受と、
    前記シャフトの軸心方向に沿って前記シャフトに取り付けられるロータフレームを含むロータと、
    前記ロータの外周面に対し、空隙を介して対向して配置されるステータと、
    前記軸受と前記ロータフレームとの間に配置されるワッシャとを備え、
    前記ワッシャと前記ロータフレームとが対面する前記ロータフレームの箇所に、窪みを形成する段差部を設けたことを特徴とするモータ。
  2. 前記ロータと前記ステータとの間に磁気的復元力が作用するように、前記ロータと前記ステータとは、前記ロータの磁気的中心と前記ステータの磁気的中心とが所定の距離を有して設置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
  3. 前記ワッシャは、前記軸受と前記ロータフレームとの間に複数枚配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
  4. 前記段差部は、前記シャフトの外周を沿うように前記ロータフレームに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
  5. 前記段差部には、緩衝部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
  6. 請求項１に記載のモータを用いたことを特徴とするファンモータ。
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