WO2019189435A1

WO2019189435A1 - モータ、回転翼装置

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Publication number: WO2019189435A1
Application number: PCT/JP2019/013310
Authority: WO
Inventors: 祐輔牧野; 隆哲坂東; 大介小笠原; 哲梶川
Original assignee: 日本電産株式会社
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2019-10-03
Also published as: CN213402724U

Abstract

シャフトを有するロータおよびステータを有するモータ本体と、シャフトの端部に固定されるアタッチメント部材と、を備えるモータ。アタッチメント部材は軸方向に貫通する貫通孔を有する。シャフトは端面に開口する複数のボルト穴を有する。アタッチメント部材は、貫通孔を通ってボルト穴に挿入される複数のボルトによりシャフトに固定される。複数のボルトのそれぞれの中心軸の位置は、軸方向に見て、シャフトの中心軸と異なる位置である。

Description

モータ、回転翼装置

　本発明は、モータ、回転翼装置に関する。

　従来、ファンにインナーロータ型のモータを取り付ける構造では、ファンのハブにモータのシャフトが挿入され、ハブから突出するシャフトの先端にナットを締結することにより固定されていた（特許文献１参照）。

日本国公開公報：特開２０１３－１６７２５５号公報

　従来の固定構造では、ファンを高速回転させた後の停止時などに、ナットが緩む方向の力が加わることがあり、ファンとモータの固定が不安定になるおそれがあった。

　本発明の一態様は、被回転体をシャフトに安定に連結できるモータおよび回転翼装置を提供することを目的の一つとする。

　本発明の一態様によれば、中心軸に沿って延びるシャフトを有するロータと、前記ロータの径方向外側に位置するステータとを有するモータ本体と、前記シャフトの軸方向一方側の端部に固定されるアタッチメント部材と、を備え、前記アタッチメント部材は、前記アタッチメント部材を軸方向に貫通する貫通孔を有し、前記シャフトは、前記シャフトの軸方向一方側の端面に開口し軸方向に延びる複数のボルト穴を有し、前記アタッチメント部材は、前記貫通孔を通って前記ボルト穴に挿入される複数のボルトにより前記シャフトに固定され、前記複数のボルトのそれぞれの中心軸の位置は、軸方向に見て、前記シャフトの中心軸と異なる位置である、モータが提供される。

　本発明の一態様によれば、被回転体をシャフトに安定に連結できるモータが提供される。

　本発明の一態様によれば、上記モータを備える回転翼装置が提供される。

図１は、実施形態の回転翼装置を示す斜視図である。図２は、実施形態の回転翼装置の断面図である。図３は、出力部の分解斜視図である。

　以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

　図１は、本実施形態の回転翼装置を示す斜視図である。図２は、本実施形態の回転翼装置の断面図である。図３は、出力部の分解斜視図である。

　以下の説明において、図１および図２に示す中心軸Ｊの延びる方向を上下方向とする。中心軸Ｊの軸方向一方側を単に「上側」と呼び、軸方向他方側を単に「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、中心軸Ｊに平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

　本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。

　図１に示すように、回転翼装置１は、モータ１０と、プロペラ２と、を備える。プロペラ２は、モータ１０に連結される被回転体としての回転翼である。

　モータ１０は、モータ本体１０Ａと、モータ本体１０Ａのシャフト２１に連結される出力部７０と、ファン７５とを有する。プロペラ２は、出力部７０の上端に固定される。ファン７５は、出力部７０の側面に固定される。モータ本体１０Ａは、図２に示すように、ハウジング１１と、ベアリングホルダ４０と、ベアリング２３、２４と、ロータ２０と、ステータ３０と、を備える。本実施形態では、ベアリング２３、２４はいずれもボールベアリングである。

　ハウジング１１は、頂壁部１１ａを有し、下側に開口する円筒状である。頂壁部１１ａは、プロペラ２と軸方向に対向する。ハウジング１１は、軸方向に見て、頂壁部１１ａの中央部に、ベアリング２３を保持する筒状部１１ｂを有する。ベアリング２３は、筒状部１１ｂの径方向内側に配置される。筒状部１１ｂは、ハウジング１１の頂壁部１１ａよりも上側へ突出する。ハウジング１１は、径方向内側に、ステータ３０を保持する。

　ハウジング１１は、側面から径方向外側へ放射状に延びる複数の板状の側面フィン１５を有する。各々の側面フィン１５は、ハウジング１１の側面の上端部から下端部にわたって上下方向に延びる。頂壁部１１ａは、頂壁部１１ａの上面から上側に突出する複数の柱状の上面フィン１６を有する。上面フィン１６は、筒状部１１ｂを周方向に囲む円環状の領域に配置される。

　ベアリングホルダ４０は、ハウジング１１の下側の開口部に固定される。ベアリングホルダ４０は、上側に開口する円筒状のホルダ筒部４１を有する。ベアリングホルダ４０は、ホルダ筒部４１においてベアリング２４を保持する。ハウジング１１とベアリングホルダ４０とによって囲まれた内部空間には、ロータ２０、ステータ３０、バスバーホルダ５０、および回路基板８０が収容される。

　ロータ２０は、シャフト２１と、ロータ本体２２と、を有する。シャフト２１は、中心軸Ｊに沿って配置される。シャフト２１は、中心軸Ｊを中心とする円柱状である。シャフト２１は、ベアリング２３，２４によって中心軸Ｊ回りに回転可能に支持される。シャフト２１の上側の端部は、ハウジング１１の頂壁部１１ａに設けられる孔を介して、ハウジング１１の外部に突出する。シャフト２１は、シャフト２１の上側の端面に開口し軸方向に延びる複数のボルト穴２１ａを有する。ロータ本体２２は、シャフト２１の外周面に固定されるロータコア２２ａと、ロータコア２２ａの外周面に固定されるロータマグネット２２ｂと、を有する。

　ステータ３０は、ロータ２０と隙間を介して径方向に対向する。ステータ３０は、ステータコア３１と、インシュレータ３４と、複数のコイル３５と、を有する。ステータコア３１は、ロータ本体２２の径方向外側においてロータ本体２２を囲む環状である。ステータコア３１は、コアバック３２と、複数のティース３３と、を有する。コアバック３２は、中心軸Ｊを中心とする円環状である。ティース３３は、コアバック３２から径方向内側に突出する。複数のティース３３は、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置される。

　インシュレータ３４は、コイル３５とステータコア３１とを絶縁する部材である。インシュレータ３４は、複数のティース３３のそれぞれに装着される。複数のコイル３５は、インシュレータ３４を介して、複数のティース３３のそれぞれに装着される。本実施形態の場合、コイル３５は、ステータコア３１およびインシュレータ３４とともに樹脂モールドされる。モールド樹脂の上側の端面は、頂壁部１１ａの下面に接触する。すなわち、コイル３５と頂壁部１１ａは、モールド樹脂により熱的に接続される。コイル３５において発生する熱の一部は、樹脂モールドおよび頂壁部１１ａを介して上面フィン１６に伝わり、上面フィン１６から放熱される。

　バスバーホルダ５０は、ステータ３０の下側に配置される。バスバーホルダ５０は、複数のバスバー５１を保持する。バスバー５１は、複数のコイル３５から延びる引出線に接続される。

　回路基板８０は、径方向に拡がる板状である。回路基板８０は、ステータ３０の下側に配置される。本実施形態において回路基板８０は、ホルダ筒部４１の径方向外側に配置される。回路基板８０は、複数のホールセンサ８１を有する。ホールセンサ８１はロータマグネット２２ｂの磁界を検出する。

　出力部７０は、ハウジング１１から上側へ突出するシャフト２１の先端部に固定される。出力部７０は、シャフト２１に連結されるアタッチメント部材７１と、アタッチメント部材７１の上側に固定される連結部材７２と、を有する。すなわち、モータ１０は、アタッチメント部材７１および連結部材７２を有する。

　アタッチメント部材７１は、シャフト２１に沿って軸方向に延びる円筒状の軸部７１ａと、軸部７１ａの外周面から径方向に広がるフランジ部７１ｂと、フランジ部７１ｂの径方向外側の端部に固定される円筒状の筒部７１ｃと、軸部７１ａの上端に位置する蓋部７１ｄと、を有する。蓋部７１ｄは、径方向に拡がる円板状である。蓋部７１ｄは、蓋部７１ｄを軸方向に貫通する貫通孔７１ｅを有する。すなわち、アタッチメント部材７１は、アタッチメント部材７１を軸方向に貫通する４つの貫通孔７１ｅを有する。

　アタッチメント部材７１は、図２および図３に示すように、貫通孔７１ｅを通ってボルト穴２１ａに挿入される４本のボルト２５によりシャフト２１に固定される。４本のボルト２５のそれぞれの中心軸の位置は、軸方向に見て、シャフト２１の中心軸Ｊと異なる位置である。この構成によれば、プロペラ２の回転および停止時などに、中心軸Ｊ回りの慣性力がボルト２５に作用したとしても、それぞれのボルト２５自体を回転させる力としては作用しない。したがって、強い慣性力がかかる高速回転後の停止時などにおいてもボルト２５が緩みにくい。本実施形態のモータは、被回転体であるプロペラ２を安定に締結できる。

　本実施形態のモータ１０は、シャフト２１の中心軸回りに９０°間隔で位置する４本のボルト２５を有する。すなわち、複数のボルト２５は、シャフト２１の中心軸回りに等間隔に位置する。この構成によれば、回転時にシャフト２１の重量バランスがくずれにくくなる。モータ１０の効率低下および騒音が抑制される。

　本実施形態では、図３に示すように、モータ１０は、シャフト２１の上側に位置する径方向外側の面に、平面部２１ｂを有する。平面部２１ｂは、図２に示すアタッチメント部材７１の径方向内側の面７１ｆと接触する。本実施形態の場合、平面部２１ｂは、シャフト２１の側面の２箇所に設けられる。２箇所の平面部２１ｂは互いに平行である。平面部２１ｂがアタッチメント部材７１の軸部７１ａの内面と接触することにより、シャフト２１の周方向においてアタッチメント部材７１が固定される。この構成により、シャフト２１に対してアタッチメント部材７１が回転せず、シャフト２１からアタッチメント部材７１へ効率よくトルクが伝達される。アタッチメント部材７１が径方向および周方向に精度よく位置決めされるため、アタッチメント部材７１を介してモータ１０に固定されるプロペラ２およびファン７５の位置精度が向上する。

　筒部７１ｃは、図２に示すように、ハウジング１１の筒状部１１ｂを径方向外側から囲む。すなわち、ハウジング１１は、シャフト２１の周囲からアタッチメント部材７１へ向かって軸方向に突出する筒状部１１ｂを有し、アタッチメント部材７１は、筒状部１１ｂを径方向外側から囲む筒部７１ｃを有する。モータ１０において、ハウジング１１からシャフト２１が突出する部位に、ベアリング２３の上面が露出する。上記構成によれば、ベアリング２３の露出部の外側に筒状部１１ｂと筒部７１ｃとが配置されるため、ほこりや水滴が入り込みにくい。したがって、ベアリング２３を外部環境から保護でき、モータ１０の長寿命化に有効である。

　また本実施形態において、ベアリング２３は、ハウジング１１の筒状部１１ｂの内側に保持される。この構成によれば、筒状部１１ｂに保持されるベアリング２３は、少なくとも一部がハウジング１１の頂壁部１１ａより上側へ突出する。これにより、ハウジング１１の頂壁部１１ａとステータ３０との軸方向の間隔を狭くでき、ハウジング１１を小型化可能である。本実施形態の場合、筒状部１１ｂの径方向外側のスペースに上面フィン１６が配置されるため、スペースの有効利用をしつつ冷却性能を向上できる。

　本実施形態において、ベアリング２３は、ハウジング１１とシャフト２１とアタッチメント部材７１とにより、内輪および外輪を固定される。具体的に、シャフト２１は、ベアリング２３の内輪に下側から接触する内輪支持部２１ｃを有する。アタッチメント部材７１の下側の端部７１ｇは、ベアリング２３の内輪に上側から接触する。モータ本体１０Ａは、ベアリング２３の外輪を軸方向に固定する。

　シャフト２１の内輪支持部２１ｃは、上側を向く段差面である。アタッチメント部材７１の端部７１ｇは、軸部７１ａの軸方向他方側を向く端面である。ボールベアリングであるベアリング２３の内輪は、アタッチメント部材７１の端部７１ｇとシャフト２１の内輪支持部２１ｃとにより軸方向に挟まれて固定される。

　ベアリング２３の外輪の上面は、ハウジング１１の筒状部１１ｂの上端に位置するフランジ部１１ｃと接触する。ベアリング２３の外輪の下面は、筒状部１１ｂの下端部に位置する固定部材１１１と接触する。固定部材１１１は、軸方向に延びる円筒部１１２と、円筒部１１２の下端から径方向に拡がるフランジ部１１３とを有する。固定部材１１１の円筒部１１２は筒状部１１ｂの下端部に挿入される。円筒部１１２の上端面がベアリング２３の下面と接触する。ベアリング２３の外輪は、筒状部１１ｂのフランジ部１１ｃと、固定部材１１１の円筒部１１２とにより軸方向に挟まれて固定される。固定部材１１１は、フランジ部１１３がボルト締結されることによりハウジング１１の内面に固定される。

　上記構成によれば、ベアリング２３の内輪および外輪が固定されることにより、シャフト２１およびベアリング２３がハウジング１１に対して軸方向に固定される。これにより、シャフト２１の軸方向のがたつきが抑制され、上記がたつきによるパーティクルおよび熱の発生が抑制される。

　また本実施形態では、アタッチメント部材７１の蓋部７１ｄは、軸方向に対向するシャフト２１の先端面と接触しない。すなわち、蓋部７１ｄの下面と、シャフト２１の上側を向く先端面との間には、隙間が存在する。この構成によれば、アタッチメント部材７１は、下側の端部において、ベアリング２３の内輪にのみ接触する。これにより、ボルト２５の締結力が、そのままベアリング２３の内輪に伝わる。したがって、アタッチメント部材７１と内輪支持部２１ｃとにより挟まれるベアリング２３の内輪を、ボルト２５の締結力によって強固に固定できる。

　ファン７５は、筒部７１ｃに固定される。ファン７５は、筒部７１ｃの外周面から径方向外側に延びる複数の羽根７５ａを有する。本実施形態では、ファン７５は、軸方向に送風する軸流ファンである。この構成により、ファンからの気流がモータ本体に流れることにより、モータの冷却効率を向上させることができる。

　本実施形態では、アタッチメント部材７１とファン７５とは、インサート成形により作製される。軸部７１ａと、フランジ部７１ｂと、蓋部７１ｄとは金属製の単一部材である。筒部７１ｃとファン７５とは単一の樹脂部材の一部である。この構成により、アタッチメント部材７１をシャフト２１に対し強固に固定しつつ、モータ１０を軽量化できる。

　ファン７５の外径は、プロペラ２の外径よりも小さい。この構成により、プロペラ２とファン７５との干渉を抑制できる。また、回転翼装置１の重量の増加を抑制できる。

　連結部材７２は、アタッチメント部材７１の上面に固定される。アタッチメント部材７１は、フランジ部７１ｂの上部において径方向に広がる頂壁部７１ｈを有する。連結部材７２は頂壁部７１ｈの上側を向く面に固定される。連結部材７２が固定される頂壁部７１ｈは、筒部７１ｃが固定されるフランジ部７１ｂと異なる部材であってもよい。

　連結部材７２は、図２および図３に示すように、アタッチメント部材７１の頂壁部７１ｈに固定される連結部本体７２ａと、連結部本体７２ａの下面に位置し、ボルト２５の頭部を収容する凹部７２ｂと、連結部本体７２ａから上側へ突出する柱部７２ｃと、を有する。連結部材７２の上面にプロペラ２が固定される。

　連結部本体７２ａは、円板状の部材である。連結部本体７２ａは、連結部本体７２ａを軸方向に貫通する４つの貫通孔７２ｄを有する。連結部材７２は、貫通孔７２ｄに通される４本のボルト２６により、アタッチメント部材７１の頂壁部７１ｈに締結される。

　連結部本体７２ａの下面には、軸方向に見て中央部に、上側へ凹む凹部７２ｂが設けられる。凹部７２ｂは、連結部本体７２ａがアタッチメント部材７１に取り付けられる状態で、ボルト２５の頭部を収容する。柱部７２ｃは、連結部本体７２ａの上面から上側へ突出する。本実施形態では、柱部７２ｃは中心軸Ｊを中心とする円柱状である。柱部７２ｃは、プロペラ２の中心の取付孔に挿入される。柱部７２ｃの位置および形状は、連結部材７２に取り付けられる被回転体の取付孔の位置および形状に応じて変更可能である。

　本実施形態では、アタッチメント部材７１の頂壁部７１ｈに、軸方向に延びる２つの位置決め孔１７１が設けられる。図示は省略するが、連結部本体７２ａの下面にも、位置決め孔１７１と同様の位置決め孔が設けられる。アタッチメント部材７１の位置決め孔１７１と、連結部本体７２ａの位置決め孔には、両方の位置決め孔にまたがるロックピンが挿入される。連結部材７２は、上記ロックピンによりアタッチメント部材７１に対して周方向に位置決めされる。

　アタッチメント部材７１は、シャフト２１の先端にボルト締結されるため、中心に複数のボルト２５の頭部が配置され、プロペラ等の被回転体を取り付けにくい。本実施形態の柱部７２ｃを有する連結部材７２では、柱部７２ｃの形状および位置を被回転体の取付孔に対して嵌合可能に調整可能である。したがって、連結部材７２を備えることで、取付孔の形状に制限されることなく被回転体を取り付け可能である。

　連結部材７２は、シャフト２１の上側に固定され、ボルト２５の頭部を覆う。より具体的には、連結部材７２の凹部７２ｂは、ボルト２５の頭部を覆う。この構成により、連結部材７２によってボルト２５を外部環境から保護することができ、ボルト２５の緩みや破損を抑制できる。

　プロペラ２は、軸方向に見て中央部に位置するハブ２ａと、ハブ２ａから径方向外側へ延びる２枚の羽根２ｂ、２ｃと、を有する。ハブ２ａは上下面が平坦面とされた平板状である。ハブ２ａは、軸方向に貫通する貫通孔を有する。プロペラ２は、ハブ２ａの貫通孔に通される４本のボルト２７により連結部材７２に固定される。

　本実施形態の回転翼装置１では、連結部材７２によりプロペラ２とアタッチメント部材７１とが連結される構成としたが、アタッチメント部材７１とプロペラ２とが直接連結される構成であってもよい。

　また、回転翼装置１は、プロペラ２および連結部材７２を備えない構成とすることもできる。この場合、モータ１０は、アタッチメント部材７１に固定されるファン７５を回転させる。したがって、ファン７５がモータ１０により回転される被回転体である。この場合、連結部材７２が設けられないため、アタッチメント部材７１の上面にボルト２５の頭部が露出するので、ボルト２５を保護する保護部材が配置されていてもよい。すなわち、モータ１０は、アタッチメント部材７１の軸方向一方側に固定される保護部材を有し、保護部材は、ボルト２５の頭部を覆う構成としてもよい。保護部材によってボルト２５を外部環境から保護することができ、ボルト２５の緩みや破損を抑制できる。

　１…回転翼装置、２ｂ，２ｃ…羽根、１０…モータ、１０Ａ…モータ本体、１１…ハウジング、１１ａ，７１ｈ…頂壁部、１１ｂ…筒状部、２０…ロータ、２１…シャフト、２１ａ…ボルト穴、２１ｂ…平面部、２１ｃ…内輪支持部、２３，２４…ベアリング、２５，２６…ボルト、３０…ステータ、７１…アタッチメント部材、７１ｃ…筒部、７１ｅ，７２ｄ…貫通孔、７２…連結部材、７２ａ…連結部本体、７２ｂ…凹部、７２ｃ…柱部、Ｊ…中心軸

Claims

　中心軸に沿って延びるシャフトを有するロータと、前記ロータの径方向外側に位置するステータとを有するモータ本体と、

　前記シャフトの軸方向一方側の端部に固定されるアタッチメント部材と、

　を備え、

　前記アタッチメント部材は、前記アタッチメント部材を軸方向に貫通する貫通孔を有し、

　前記シャフトは、前記シャフトの軸方向一方側の端面に開口し軸方向に延びる複数のボルト穴を有し、

　前記アタッチメント部材は、前記貫通孔を通って前記ボルト穴に挿入される複数のボルトにより前記シャフトに固定され、

　前記複数のボルトのそれぞれの中心軸の位置は、軸方向に見て、前記シャフトの中心軸と異なる位置である、

　モータ。
　前記複数のボルトは、前記シャフトの中心軸回りに等間隔に位置する、請求項１に記載のモータ。
　前記シャフトの中心軸回りに９０°間隔で位置する４本の前記ボルトを有する、請求項２に記載のモータ。
　前記モータ本体は、前記ステータを保持するハウジングを有し、

　前記ハウジングは、前記シャフトの周囲から前記アタッチメント部材へ向かって軸方向に突出する筒状部を有し、

　前記アタッチメント部材は、前記筒状部を径方向外側から囲む筒部を有する、

　請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
　前記モータ本体は、前記シャフトを支持するベアリングを有し、

　前記ベアリングは、前記ハウジングの筒状部の内側に保持される、

　請求項４に記載のモータ。
　前記モータ本体は、前記シャフトを支持するベアリングを有し、

　前記シャフトは、前記ベアリングの内輪に軸方向他方側から接触する内輪支持部を有し、

　前記アタッチメント部材の軸方向他方側の端部は、前記ベアリングの内輪に軸方向一方側から接触し、

　前記モータ本体は、前記ベアリングの外輪を軸方向に固定する、

　請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。
　前記シャフトの軸方向一方側に位置する径方向外側の面に、平面部を有し、

　前記平面部は、アタッチメント部材の径方向内側の面と接触する、

　請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ。
　前記アタッチメント部材の軸方向一方側に固定される保護部材を有し、

　前記保護部材は、前記ボルトの頭部を覆う、

　請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。
　前記アタッチメント部材の軸方向一方側に位置する連結部材を有し、

　前記アタッチメント部材は、前記シャフトの径方向外側へ広がる頂壁部を有し、

　前記連結部材は、

　　前記頂壁部に固定される連結部本体と、

　　前記連結部本体の軸方向他方側の面に位置し前記ボルトの頭部を収容する凹部と、

　　前記連結部本体から軸方向一方側へ突出する柱部と、

　を有する、

　請求項１から７のいずれか１項に記載のモータ。
　前記アタッチメント部材に固定され、前記アタッチメント部材から径方向外側へ延びる複数の羽根を有する、

　請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ。
　前記アタッチメント部材のうち、少なくとも前記シャフトに固定される部分は金属製であり、前記複数の羽根は樹脂製である、

　請求項１０に記載のモータ。
　請求項１から１１のいずれか１項に記載のモータと、前記モータに連結される回転翼と、を備える、

　回転翼装置。