WO2016151816A1 - 電動機および換気扇 - Google Patents

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rotor
electric motor
shaft
substrate
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Inventor
拓也 中村
岡田　順二
達也 桐原
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三菱電機株式会社
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    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/18—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures
    • H02K1/185—Means for mounting or fastening magnetic stationary parts on to, or to, the stator structures to outer stators
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    • H02K5/16—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields
    • H02K5/161—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/14—Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Definitions

  • the present invention relates to an electric motor including a stator and a rotor and a ventilation fan using the electric motor.
  • Patent Document 1 discloses an electric motor including a bearing that rotatably holds a shaft, a bracket that holds the bearing, and a board that is provided on the opposite side of the bearing with the bracket interposed therebetween.
  • the rotation position of the rotor is detected by a Hall IC (Integrated Circuit) which is a position detection unit provided on the substrate.
  • a spring may be inserted between a bearing and a bracket in order to apply a load to the bearing.
  • the spring applies a force in a direction to separate the bearing and the bracket. If the bracket is deformed by the force applied from the spring, an appropriate force cannot be applied to the bearing, and the life of the bearing is reduced or smooth rotation operation is hindered. Further, the bracket is required to have a strength that is not broken by an impact caused by vibration or dropping.
  • One way to improve the strength of the bracket is to increase the thickness of the bracket.
  • increasing the thickness of the bracket increases the distance between the Hall IC and the rotor, which may reduce the accuracy of position detection.
  • by increasing the plate thickness of the bracket when the bracket is resin-molded, molding defects represented by sink marks are likely to occur.
  • increasing the thickness of the bracket increases the size of the electric motor.
  • the present invention has been made in view of the above, and it is possible to improve the strength of the bracket, improve the position detection accuracy of the rotor, and reduce the size of the apparatus while suppressing an increase in the distance between the position detection unit and the rotor. It is an object to obtain an electric motor that can be realized.
  • the present invention is connected to a rotor having a cylindrical shape, a frame that houses the stator therein, a rotor that is disposed inside the stator, and the rotor.
  • the bracket includes a shaft, a bracket that rotatably supports the shaft, a board that is provided on the opposite side of the rotor across the bracket, and a position detection unit that is mounted on the board and detects the rotational position of the rotor. Is characterized in that a rib having a honeycomb shape is formed along the extending direction of the shaft.
  • the electric motor according to the present invention is capable of improving the strength of the bracket, improving the position detection accuracy of the rotor, and reducing the size of the device while suppressing an increase in the distance between the position detection unit and the rotor. Play.
  • FIG. 1 is a side view of a DC brushless motor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the bracket according to Embodiment 1 and is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • the DC brushless motor concerning Embodiment 1 WHEREIN The partial expanded sectional view which expanded the part in which Hall IC and the electronic component were provided. Sectional drawing of the ventilation fan concerning Embodiment 2 of this invention
  • FIG. 1 is a side view of the DC brushless motor according to the first embodiment of the present invention.
  • the left side of the central axis 30 is shown as a cross-sectional view.
  • hatching other than the bracket 7 is omitted for easy understanding of the drawing.
  • each element is housed inside an outer shell composed of a frame 2 and a cover 8.
  • the frame 2 has a bottomed cylindrical shape and is made of metal.
  • a stator 3 having a cylindrical shape is press-fitted and accommodated in the inner diameter of the frame 2.
  • the stator 3 is configured by winding a coil 3b around an iron core 3a.
  • a rotor 6b having an annular shape is disposed inside the stator 3.
  • a shaft 6a extending along the central axis 30 of the stator 3 is connected to the rotor 6b.
  • One end side of the shaft 6 a protrudes outside the frame 2.
  • one end side of the shaft 6a protruding outside from the frame 2 is referred to as a front side, and the other end side that is the opposite side is referred to as a rear side.
  • the shaft 6a is provided with a front bearing 4a on the front side of the connecting portion with the rotor 6b, and with a rear bearing 4b on the rear side of the connecting portion with the rotor 6b.
  • Each of the bearings 4a and 4b holds the shaft 6a so as to be rotatable about the central axis 30.
  • the front bearing 4 a is held by a housing 2 a formed on the frame 2.
  • a bracket 7 for holding the rear bearing 4b is provided at a position opposite to the rotor 6b across the rear bearing 4b.
  • the bracket 7 holds the shaft 6a via the rear bearing 4b.
  • the bracket 7 is made of resin.
  • the bracket 7 is formed with a bracket housing 7b that holds the rear bearing 4b.
  • a spring 5 that is an urging force applying portion is provided between the bracket 7 and the rear bearing 4b.
  • the spring 5 exerts a force in a direction in which the rear bearing 4 b and the bracket 7 are separated along the central axis 30.
  • the spring 5 applies a force necessary for the rear bearing 4b to operate properly to the rear bearing 4b.
  • a substrate 9 is provided on the opposite side of the rotor 6b with the bracket 7 interposed therebetween.
  • a biasing force that is biased toward the substrate 9 is applied to the bracket 7 by the spring 5.
  • FIG. 2 is a view of the bracket 7 in the first embodiment as viewed from the substrate 9 side.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the bracket 7 according to the first embodiment and is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG.
  • the bracket 7 has a disk shape as a whole so as to close the open portion of the frame 2.
  • An outer peripheral portion of the bracket 7 is a bracket flange 7a, and is sandwiched between the frame flange 2b of the frame 2 and the cover flange 8a of the cover 8 as shown in FIG.
  • the frame 2, the cover 8, and the bracket 7 are fixed by screws with screws penetrating the frame flange 2b, the cover flange 8a, and the bracket flange 7a.
  • the bracket flange 7a, the frame flange 2b, and the cover flange 8a are formed with holes for fixing the DC brushless motor 1 to the product with screws.
  • An example of a product to which the DC brushless motor 1 is fixed is a ventilation fan.
  • the bracket 7 is formed with a rib 33 protruding toward the substrate 9 side.
  • the ribs 33 are formed in a honeycomb shape in which hexagonal shapes are arranged along the central axis 30.
  • the strength can be improved while suppressing the plate thickness of the plate-like portion of the bracket 7.
  • production of the molding defect represented by sink can be suppressed and size reduction of the DC brushless motor 1 can be achieved.
  • the improvement in strength can suppress the occurrence of cracking and deformation of the bracket 7 and improve the reliability of the DC brushless motor 1.
  • the board 9 is provided with a Hall IC 31 which is a position detection unit for detecting the rotational position of the rotor 6b, a drive circuit for rotating the rotor 6b, a power supply circuit, and an electronic component 32 constituting a microcomputer. ing.
  • the Hall IC 31 and the rotor 6 b are attached to the surface of the substrate 9 that faces the bracket 7.
  • FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view in which the portion where the Hall IC 31 and the electronic component 32 are provided is enlarged in the DC brushless motor 1 according to the first embodiment.
  • the distance between the substrate 9 and the bracket 7 can be reduced.
  • the accuracy of the position detection of the rotor 6b by the Hall IC 31 can be improved.
  • the bracket 7 is made of resin and has insulation, the creeping distance in the radial direction between the coil 3b, the pin 3c erected on the coil 3b, the substrate 9, the frame 2, and the cover 8 is ensured. be able to. Further, in the direction along the central axis 30, the distance between the coil 3 b and the bracket 7 can be reduced, and the distance between the substrate 9 and the bracket 7 can be reduced, thereby reducing the size of the DC brushless motor 1. It becomes possible to plan.
  • the substrate 9 is supplied with commercial AC power from the outside, and the AC power is converted into a DC voltage by the power circuit as the electronic component 32, and the power is supplied at a voltage corresponding to each element.
  • the drive circuit which is the electronic component 32 generates an alternating voltage through the pin 3c so that a current flows in a predetermined direction with respect to the coil 3b provided in the stator 3.
  • the rotor 6b and the shaft 6a are rotated by the current flowing through the coil 3b.
  • the microcomputer which is the electronic component 32, detects the induced voltage phase of the motor based on the signal from the Hall IC 31, and controls the induced voltage phase and the motor phase current phase generated from the drive circuit to be in phase. By controlling the induced voltage phase and the motor phase current phase to be the same phase, the efficiency of the DC brushless motor 1 can be improved.
  • FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the ventilation fan according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, some hatching is omitted for easy understanding of the drawing.
  • the ventilation fan 11 is configured by attaching the DC brushless motor 1 described in the first embodiment to a body 12. A blade 13 is fixed to the tip of the shaft 6 a of the DC brushless motor 1.
  • the ventilation fan 11 has a structure in which a body 12 is installed on a ceiling plate 14 and a grill 15 is attached to the body 12. As the shaft 6a of the DC brushless motor 1 rotates and the blade 13 also rotates, an air flow indicated by an arrow D in FIG. 5 is generated.
  • a circuit part provided with a substrate 9 and a motor part provided with a rotor 6b and a stator 3 are partitioned by a bracket 7. Therefore, although the motor unit is exposed to the air flow, the circuit unit is a space that is cut off from the air flow and is not likely to be a high humidity space.
  • the ventilation fan 11 provided with the DC brushless motor 1 can be used for ventilation in a high humidity atmosphere.
  • An example of the high humidity atmosphere is a bathroom.
  • the ventilation fan 11 can be reduced in size by reducing the size of the DC brushless motor 1. Thereby, it can be set as the ventilation fan 11 which is easy to install in the ceiling back with a limited space.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

　電動機は、筒状形状を呈するステーターと、ステーターを内部に収容するフレームと、ステーターの内側に配置されるローターと、ローターに連結されたシャフトと、シャフトを回転可能に保持するブラケット（７）と、ブラケット（７）を挟んでローターの反対側に設けられた基板と、基板に搭載されてローターの回転位置を検出する位置検出部（３１）と、を備え、ブラケット（７）には、シャフトの延びる方向に沿って見てハニカム形状を呈するリブ（３３）が形成される。

Description

電動機および換気扇
　本発明は、ステーターとローターとを備える電動機およびその電動機を用いた換気扇に関する。
　従来より、ステーターの内側にローターが配置され、ローターに連結されたシャフトを回転させる電動機が用いられている。特許文献１には、シャフトを回転可能に保持する軸受けと、軸受けを保持するブラケットと、ブラケットを挟んで軸受けの反対側に設けられた基板とを備える電動機が開示されている。このような電動機では、基板に設けられた位置検出部であるホールＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）で、ローターの回転位置の検出が行われる。
特開２０１２－２５３８４５号公報
　特許文献１に開示されるような電動機では、軸受けに荷重を付与するために、軸受けとブラケットとの間にスプリングが挿入される場合がある。ここで、スプリングは、軸受けとブラケットとを離間させる方向に力を付与する。ブラケットが、スプリングから加えられた力で変形してしまうと、軸受けに対して適正な力を加えることができず、軸受けの寿命が低下したり、円滑な回転動作が阻害されたりする。また、ブラケットには、振動や落下に伴う衝撃によって破壊されない強度が要求される。
　ブラケットの強度を向上させる手法として、ブラケットの板厚を増すことが挙げられる。しかしながら、ブラケットの板厚を増すことで、ホールＩＣとローターとの距離が大きくなり、位置検出の精度が低下してしまう場合がある。また、ブラケットの板厚を増すことで、ブラケットを樹脂成型した場合に、ヒケに代表される成形不良が発生しやすくなる。また、ブラケットの板厚を増すことで、電動機が大型化してしまう。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位置検出部とローターとの距離が大きくなることを抑制しつつ、ブラケットの強度の向上、ローターの位置検出精度の向上、および装置の小型化を図ることのできる電動機を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、筒状形状を呈するステーターと、ステーターを内部に収容するフレームと、ステーターの内側に配置されるローターと、ローターに連結されたシャフトと、シャフトを回転可能に保持するブラケットと、ブラケットを挟んでローターの反対側に設けられた基板と、基板に搭載されてローターの回転位置を検出する位置検出部と、を備え、ブラケットには、シャフトの延びる方向に沿って見てハニカム形状を呈するリブが形成されること特徴とする。
　本発明にかかる電動機は、位置検出部とローターとの距離が大きくなることを抑制しつつ、ブラケットの強度の向上、ローターの位置検出精度の向上、および装置の小型化を図ることができるという効果を奏する。
本発明の実施の形態１にかかるＤＣブラシレスモーターの側面図 実施の形態１におけるブラケットを基板側から見た図 実施の形態１におけるブラケットの断面図であって、図２に示すＡ－Ａ線に沿って見た矢視断面図 実施の形態１にかかるＤＣブラシレスモーターにおいて、ホールＩＣおよび電子部品が設けられた部分を拡大した部分拡大断面図 本発明の実施の形態２にかかる換気扇の断面図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機および換気扇を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかるＤＣブラシレスモーターの側面図である。図１では、中心軸３０よりも左側を断面図として示している。また、図１では、図面の理解容易化のために、ブラケット７以外のハッチングを省略している。
　電動機であるＤＣブラシレスモーター１では、フレーム２とカバー８とで構成される外郭の内部に各要素が納められている。フレーム２は、有底の円筒形状を呈しており、金属製である。フレーム２の内径には、筒状形状を呈するステーター３が圧入して収容されている。ステーター３は、鉄心３ａにコイル３ｂが巻回されて構成される。
　ステーター３の内側には、円環形状を呈するローター６ｂが配置される。ローター６ｂには、ステーター３の中心軸３０に沿って延びるシャフト６ａが連結される。シャフト６ａの一端側は、フレーム２の外部に突出する。以下の説明において、フレーム２から外部に突出するシャフト６ａの一端側を前側といい、反対側である他端側を後側という。
　シャフト６ａには、ローター６ｂとの連結部分よりも前側に前側軸受け４ａが設けられ、ローター６ｂとの連結部分よりも後側に後側軸受け４ｂが設けられる。各軸受け４ａ，４ｂは、中心軸３０を中心としてシャフト６ａを回転可能に保持する。前側軸受け４ａは、フレーム２に形成されたハウジング２ａに保持される。
　後側軸受け４ｂを挟んでローター６ｂの反対側となる位置に、後側軸受け４ｂを保持するブラケット７が設けられる。ブラケット７は、後側軸受け４ｂを介してシャフト６ａを保持する。ブラケット７には、樹脂製のものが用いられる。ブラケット７には、後側軸受け４ｂを保持するブラケットハウジング７ｂが形成されている。ブラケット７と後側軸受け４ｂとの間には、付勢力付与部であるスプリング５が設けられている。スプリング５は、後側軸受け４ｂとブラケット７とを中心軸３０に沿って離間させる方向に力を作用させる。スプリング５によって、後側軸受け４ｂが適切に動作するために必要な力が後側軸受け４ｂに加えられる。
　ブラケット７を挟んだローター６ｂの反対側には、基板９が設けられる。ブラケット７には、基板９側に付勢される付勢力が、スプリング５によって付与される。
　図２は、実施の形態１におけるブラケット７を基板９側から見た図である。図３は、実施の形態１におけるブラケット７の断面図であって、図２に示すＡ－Ａ線に沿って見た矢視断面図である。ブラケット７は、フレーム２の開放部分を塞ぐように、全体として円板形状を呈している。ブラケット７の外周部分は、ブラケットフランジ７ａであり、図１に示すようにフレーム２のフレームフランジ２ｂとカバー８のカバーフランジ８ａとの間に挟み込まれる。フレーム２とカバー８とブラケット７とは、フレームフランジ２ｂ、カバーフランジ８ａおよびブラケットフランジ７ａ部分に貫通されたねじでねじ止め固定される。
　ブラケットフランジ７ａ、フレームフランジ２ｂ、カバーフランジ８ａには、ＤＣブラシレスモーター１を製品にネジ止め固定するための穴が形成される。ＤＣブラシレスモーター１が固定される製品の一例には、換気扇が挙げられる。
　ブラケット７には、基板９側に向けて突出するリブ３３が形成される。リブ３３は、中心軸３０に沿って見て六角形形状を並べたハニカム形状で形成される。ハニカム形状に形成されたリブ３３を設けることで、ブラケット７の板状部分の板厚を抑えつつ、強度の向上を図ることができる。これにより、ヒケに代表される成形不良の発生の抑制およびＤＣブラシレスモーター１の小型化を図ることができる。また、強度の向上によって、ブラケット７の割れや変形の発生を抑えて、ＤＣブラシレスモーター１の信頼性の向上を図ることができる。
　図１に戻って、基板９には、ローター６ｂの回転位置を検出する位置検出部であるホールＩＣ３１、ローター６ｂを回転させるための駆動回路、電源回路およびマイコンを構成する電子部品３２が取り付けられている。ホールＩＣ３１およびローター６ｂは、基板９のうちブラケット７と対向する面に取り付けられる。
　図２に示すように、ホールＩＣ３１および電子部品３２は、中心軸３０に沿って見てリブ３３を避ける位置に配置される。図４は、実施の形態１にかかるＤＣブラシレスモーター１において、ホールＩＣ３１および電子部品３２が設けられた部分を拡大した部分拡大断面図である。ホールＩＣ３１および電子部品３２を、リブ３３を避ける位置に配置することで、ホールＩＣ３１および電子部品３２をリブ３３の間に納めることが可能となる。これにより、基板９とブラケット７との距離を小さくすることができる。また、カバー８内の基板９を収容するための空間の縮小が可能となり、ＤＣブラシレスモーター１の小型化を図ることができる。
　また、基板９とブラケット７との距離を小さくすることで、ホールＩＣ３１とローター６ｂとの距離を小さくすることができる。これにより、ホールＩＣ３１によるローター６ｂの位置検出の精度の向上を図ることができる。
　また、ブラケット７を樹脂製にすることで絶縁性を有するため、コイル３ｂ、コイル３ｂに立設されたピン３ｃ、および基板９と、フレーム２、カバー８の半径方向への沿面距離を確保することができる。また、中心軸３０に沿った方向へは、コイル３ｂとブラケット７との距離を小さくすること、および基板９とブラケット７との距離を小さくすることが可能となり、ＤＣブラシレスモーター１の小型化を図ることが可能となる。
　基板９には、外部から商用交流電源が投入され、電子部品３２である電源回路にて交流電源が直流電圧に変換され、それぞれの素子に応じた電圧で電源の供給が行われる。電子部品３２である駆動回路は、ピン３ｃを通して、ステーター３に設けられたコイル３ｂに対して所定方向に電流が流れるよう交流電圧を発生させる。コイル３ｂに流れる電流によって、ローター６ｂおよびシャフト６ａが回転する。
　電子部品３２であるマイコンは、ホールＩＣ３１の信号を元に、モーターの誘起電圧位相を検出し、誘起電圧位相と駆動回路から発生するモーター相電流位相が同位相になるように制御を行う。誘起電圧位相とモーター相電流位相が同位相となるように制御することで、ＤＣブラシレスモーター１の効率の向上を図ることができる。
実施の形態２．
　図５は、本発明の実施の形態２にかかる換気扇の断面図である。図５では、図面の理解の容易化のために一部のハッチングを省略している。換気扇１１は、上記実施の形態１で説明したＤＣブラシレスモーター１がボディ１２に取り付けられて構成される。ＤＣブラシレスモーター１のシャフト６ａの先端には、羽根１３が固定されている。
　換気扇１１は、天井板１４にボディ１２を設置し、グリル１５をボディ１２に取り付ける構造となっている。ＤＣブラシレスモーター１のシャフト６ａが回転し、羽根１３も回転することで、図５の矢印Ｄで示す空気の流れが発生する。
　図１で示したように、ＤＣブラシレスモーター１は基板９が設けられる回路部と、ローター６ｂおよびステーター３が設けられるモーター部とがブラケット７で仕切られている。したがって、モーター部は空気の流れにさらされるが、回路部は空気の流れから遮断された空間になっており高湿度空間になりにくい。
　ＤＣブラシレスモーター１を備える換気扇１１は、高湿度雰囲気の換気に使用可能である。高湿度雰囲気には、浴室が一例に挙げられる。また、ＤＣブラシレスモーター１の小型化によって、換気扇１１の小型化を図ることができる。これにより、スペースの限られた天井裏に設置しやすい換気扇１１とすることができる。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　ＤＣブラシレスモーター（電動機）、２　フレーム、２ａ　ハウジング、２ｂ　フレームフランジ、３　ステーター、３ａ　鉄心、３ｂ　コイル、３ｃ　ピン、４ａ　前側軸受け、４ｂ　後側軸受け、５　スプリング、６ａ　シャフト、６ｂ　ローター、７　ブラケット、７ａ　ブラケットフランジ、７ｂ　ブラケットハウジング、８　カバー、８ａ　カバーフランジ、９　基板、１１　換気扇、１２　ボディ、１３　羽根、１４　天井板、３０　中心軸、３１　ホールＩＣ（位置検出部）、３２　電子部品、３３　リブ。

Claims (5)

  1. 　筒状形状を呈するステーターと、
    　前記ステーターを内部に収容するフレームと、
    　前記ステーターの内側に配置されるローターと、
    　前記ローターに連結されたシャフトと、
    　前記シャフトを回転可能に保持するブラケットと、
    　前記ブラケットを挟んで前記ローターの反対側に設けられた基板と、
    　前記基板に搭載されて前記ローターの回転位置を検出する位置検出部と、を備え、
    　前記ブラケットには、前記シャフトの延びる方向に沿って見てハニカム形状を呈するリブが形成されること特徴とする電動機。
  2. 　前記リブは、前記基板側に向けて突出するように形成され、
    　前記位置検出部は、前記シャフトの延びる方向に沿って見て前記リブを避ける位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
  3. 　前記基板に搭載された電子部品をさらに備え、
    　前記リブは、前記基板側に向けて突出するように形成され、
    　前記電子部品は、前記シャフトの延びる方向に沿って見て前記リブを避ける位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
  4. 　前記ブラケットは、樹脂製であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の電動機。
  5. 　請求項１～４のいずれか１つに記載の電動機と、
    　前記シャフトに連結された羽根と、
    　前記羽根を内部に収容するボディと、を備えることを特徴とする換気扇。
PCT/JP2015/059220 2015-03-25 2015-03-25 電動機および換気扇 WO2016151816A1 (ja)

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