特許 6851446 電気モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6851446

(24)【登録日】2021年3月11日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】電気モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/14 20060101AFI20210322BHJP

   H02K 5/16 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   H02K7/14 A

   H02K5/16 Z

【請求項の数】1

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2019-163193(P2019-163193)

(22)【出願日】2019年9月6日

(62)【分割の表示】特願2016-240188(P2016-240188)の分割

【原出願日】2016年12月12日

(65)【公開番号】特開2019-208361(P2019-208361A)

(43)【公開日】2019年12月5日

【審査請求日】2019年9月6日

(31)【優先権主張番号】1521892.8

(32)【優先日】2015年12月11日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】508032310

【氏名又は名称】ダイソン テクノロジー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100123607

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 徹

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー シミオン バーンズ

(72)【発明者】

【氏名】ナイジェル ユーアット ダイモンド

(72)【発明者】

【氏名】アンドリュー チャールトン クロージア

【審査官】 津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８７７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０４１３５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−０８７５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１９３３５７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０００２７９６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ７／１４

Ｈ０２Ｋ ５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気モータであって、
フレームと、ロータ組立体と、ステータ組立体を有し、
前記ロータ組立体は、磁石と、軸受組立体と、インペラと、シャフトを有し、前記磁石及び前記軸受組立体は、前記シャフトに直接固定され、
前記ステータ組立体は、ステータコアと、ボビンを有し、
前記フレームは、内壁と、外壁を有し、前記外壁は、前記内壁を包囲し、環状チャネルが、前記内壁と前記外壁の間に定められ、
前記フレームは、前記環状チャネルの中を前記内壁から前記外壁まで延びるディフューザベーンを有し、前記内壁は、前記ロータ組立体を前記軸受組立体のところで支持するボアを含み、前記外壁は、前記電気モータの実質的に円筒形の外側ケーシングを構成し、
前記ディフューザベーンは、前記内壁を軸線方向に越えて前記外壁まで延びる尾部を有し、
前記磁石は、前記軸受組立体及び前記内壁と軸線方向に沿って重ならないように配置される、電気モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気モータに関する。

【背景技術】

【0002】

電気モータは、非常に広範囲の適用例を有し、かかる適用例は、例えば、車両用の電気駆動部から、真空モータ及びファン等の空気移動装置や、手持ち式動力工具や、その他の消費者製品への電力供給に及ぶ。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

電気モータがますます多くの消費者製品に組込まれるので、電気モータのコストを低く保つ可能性のある仕方を見つけることが重要である。加えて、特に電気モータが手持ち式製品に使用されるとき、電気モータの寸法及び重量を最小にすることができる仕方を見つけることが重要である。電気モータへの改良は、電気モータの性能に悪影響を与えることなしに、電気モータの寸法、重量及びコストを低減させることが必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明は、電気モータを提供し、電気モータは、フレームと、ロータ組立体と、ステータ組立体を有し、ロータ組立体は、磁石と、軸受組立体と、インペラと、シャフトを有し、ステータ組立体は、ステータコアと、ボビンを有する。フレームは、内壁と、外壁を有し、外壁は、内壁を包囲し、環状チャネルが、内壁と外壁の間に定められ、フレームは、環状チャネルの中を内壁から外壁まで延びるディフューザベーンを有する。内壁は、ロータ組立体を支持するボアを含み、外壁は、電気モータの実質的に円筒形の外側ケーシングを構成する。

【0005】

結果として、必要な部品が少ないモータを実現することができる。フレームの内壁は、ロータ組立体を支持し、内壁及び外壁はまた、インペラが発生させた空気流が通過するディフューザチャネルを定める。従って、別々のロータ支持部又はディフューザが不要である。モータの部品数を減少させることにより、モータのコストだけでなく、その寸法及び重量を低減させることができる。

【0006】

ボアは、ロータ組立体を軸受組立体のところで支持するのがよい。この場合、ロータ組立体のバランスがモータ内でとられるように、ロータを支持することができる。これにより、モータのアンバランスを低減させることができると共に、モータの性能に影響してモータの寿命を縮めることがある望ましくない振動を最小にすることができる。

【0007】

軸受組立体は、シャフトに固定された１対の軸受と、２つの軸受の間に配置されたばねを有するのがよい。ばねは、各軸受の外輪に予圧荷重を加えるように作用することができる。これによって軸受の性能が改善され、高速時に軸受が故障するリスクを低下させる。

【0008】

軸受組立体は、ボア内に固定され、内壁は、軸受組立体の周りの保護スリーブとして作用するのがよい。この結果、軸受組立体は、別々の保護スリーブを必要としない。従って、モータの寸法及び重量を低く抑えることができる。さらに、モータを組立てるのに必要な部品が少なくてすみ、従ってモータのコストを最小にすることができる。

【0009】

外壁は、軸線方向に且つ上流方向及び下流方向の少なくとも一方に、内壁を越えて延びるのがよい。この結果、外壁よりも短い内壁を有することにより、外壁の軸線方向長さの範囲内で、モータの他の部品を収容するために使用できる空間を利用できるようになる。このことは、モータをさらに小型にするのに役立つ。さらに、内壁を形成するために必要な材料が減少し、従ってモータの重量を低減させることができる。

【0010】

ディフューザベーンは、内壁を軸線方向に越えて外壁まで延びる尾部を含むのがよい。この結果、ディフューザの有効長を最大にすることができ、モータの全体的な寸法を縮小させることができる。

【0011】

内壁は、内壁の一方の端部から軸線方向に延びる少なくとも１つのラグを含むのがよい。この結果、ラグを用いてモータの他の部品をフレームに固定することができる。

【0012】

ステータ組立体は、少なくとも１つのラグを受入れる少なくとも１つの凹部を含むのがよい。従って、ラグを用いてステータ組立体をフレームに固定することができる。

【0013】

内壁は、内壁の一方の端部から軸線方向に延びる環状突出部を含み、環状突出部は、インペラのハブに設けられた凹部内に受入れ可能であるのがよい。これにより、インペラのハブの内部にラビリンスシールが形成される。これにより、ロータ組立体に損傷を与えてモータの寿命を大幅に縮める恐れのある異物が、軸受組立体に侵入することを防ぐことができる。

【0014】

インペラは、アルミニウムで形成された軸線方向インペラであり、ハブと、ハブに取付けられた複数のブレードを含むのがよい。アルミニウムは、非常に軽量かつ強固であり、従ってインペラは、高速適用例と関連した力に耐えるのに十分な強度を保つとともに、モータの重量を最小にすることができる。ハブは、内壁の軸線方向に延びる環状突出部を受入れる凹部を含むことができる。

【0015】

内壁は、ハブの外径と実質的に一致する外径を有するのがよい。これにより、モータの性能に悪影響を与える恐れのあるモータ内の乱流及び圧力損失を最小にするのに役立つ均一に配分された空気チャネルがモータ内に形成される。

【0016】

フレームは亜鉛で形成されるのがよい。亜鉛は、音響的に鈍いという利点を有し、従ってフレームは、使用中にモータが発生させるノイズを少なくとも部分的に吸収することができる。

【0017】

フレームは、外壁に形成された電気接続部分を含むのがよい。電気接続部分は、スペード形端子であるのがよい。電気接続部分は、ＤＣ基準接続部であるのがよい。この結果、追加の接続部品が不要となり、従って部品数を減少させることができる。さらに、このことは、モータのコストを最小にするのに役立つことができるとともに、モータの寸法を縮小するのにも役立つ。

【0018】

以下、本発明を容易に理解できるように、以下の添付図面を参照しながら本発明の実施形態をほんの一例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】モータの分解斜視図である。

【図2】図１のモータのフレームの断面図である。

【図3】図１のモータのロータ組立体の断面図である。

【図4】組立てられた図２のフレームと図３とロータ組立体の断面図である。

【図5】ステータ組立体の斜視図である。

【図6】組立てられた図１のモータの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

明確のために、用語「軸線方向」は、図１の軸線Ａ−Ａによって示すように、モータの回転軸線に沿って延びる軸線の方向を意味することを意図している。加えて、本明細書において述べる方向の用語「上流」及び「下流」は、使用時にモータの中を通る空気流の方向を指し、これらの用語は、図１において両方向矢印によってさらに明瞭にされる。

【0021】

図１は、モータ１の分解斜視図である。モータ１は、フレーム１０と、ロータ組立体２０と、ステータ組立体４０を有する。フレーム１０の断面を図２に示す。フレーム１０は、内壁１１と、外壁１２を含む。外壁１２は、内壁１１を包囲し、環状チャネル１４が内壁１１と外壁１２の間に定められる。多数のディフューザベーン１３が環状チャネル１４の中を通って内壁１１と外壁１２の間に延びている。内壁１１は、外壁１２よりも長さが短く、内壁１１は、外壁１２が上流方向及び下流方向の両方において内壁１１を越えて軸線方向に延びるように配置される。別の実施形態では、それと異なり、外壁が上流方向又は下流方向の一方のみにおいて内壁を越えて延びるように内壁が配置されてもよい。

【0022】

フレーム１０は亜鉛で形成され、例えば、機械加工又はダイキャストによって、又は、機械加工とダイキャストの組合せによって形成される。亜鉛は、音響的に鈍い材料であり、従って亜鉛製のフレーム１０は、使用中にモータ１が発生させる音響周波数を効果的に吸収することができる。従って、亜鉛製のフレーム１０は、モータ１を組込んだ製品が発生させる全体的な騒音レベルを低下させるように作用する。

【0023】

ディフューザベーン１３は、内壁１１と外壁１２との間に延び、内壁の実質的に全長にわたって延びる。また、ディフューザベーン１３は、軸線方向下流に内壁を越えて外壁まで延びる尾部１８を有する。従って、ディフューザベーン１３は、環状チャネル１４の半径方向外側部分のところが環状チャネル１４の半径方向内側部分のところよりもより長い。これにより、空気流に作用するディフューザベーンの有効長が長くなり、内壁１１の軸線方向長さを短縮することによってモータの寸法及び重量を最小に保つ利点がある。

【0024】

内壁１１は円筒形であり、ボア１５を有する。モータ１を組立てたとき、内壁１１がロータ組立体２０をボア１５内に支持する。加えて、内壁１１は、その一方の端部から軸線方向に延びるラグ１６を有する。特に、ラグ１６は、軸線方向の下流方向に延びている。ラグ１６は、ステータ組立体４０をフレーム１０に固着させるためにステータ組立体４０を容易に取付けることができる取付け箇所を構成する。図２は、単一のラグ１６を示しているけれども、ステータに必要とされる取付け箇所の数及びモータのその他の要求に応じて、多数のラグ１６が設けられてもよい。フレーム１０のラグ１６に対するステータ組立体４０の取付けは、図５及び図６を参照して後で詳細に説明される。

【0025】

内壁１１は、軸線方向に延びる環状突出部１７を有し、環状突出部１７は、内壁１１の端部からラグ１６と逆向きに延びる。この軸線方向に延びる環状突出部１７は、それと相補的なインペラ２４の凹部に受入れられ、ラビリンスシールを形成する。このことは、図４を参照して後で詳細に説明される。

【0026】

ロータ組立体２０は、シャフト２１と、磁石２２と、軸受組立体２３と、インペラ２４を有する。ロータ組立体２０の断面を図３に示す。磁石２２、軸受組立体２３及びインペラ２４は全て、締り嵌め及び接着剤の一方又はこれらの組合せによってシャフト２１に直接固定されている。磁石２２は、永久磁石ブラシレスモータにおいて一般に使用される種類の接合式永久磁石である。図示の例では、磁石２２は、４極永久磁石である。軸受組立体２３は、１対の軸受２５ａ、２５ｂと、これらの軸受２５ａ、２５ｂを分離させるばね２６を有する。ばね２６は、軸受２５ａ、２５ｂの外輪の各々に予圧荷重を加えるように作用し、使用中の軸受の摩耗を低減させる。ワッシャが、ばね２６と軸受２５ａ、２５ｂの各々との間に設けられてもよい。

【0027】

上述したように、ロータ組立体２０は、内壁１１によってフレーム１０内に支持される。軸受組立体２３は、内壁１１のボアの内側に固定され、フレーム１０の内壁１１は、軸受組立体２３の周りの保護スリーブとして作用する。これにより、軸受組立体２３が別々の保護スリーブを有する必要性をなくし、モータ１の寸法及び重量を減少させるのに役立つ。軸受２５ａ、２５ｂの外輪は、ボア１５内で内壁１１の内周面に固定され、例えば接着剤によって固定される。

【0028】

図示のインペラ２４は、複数のブレード２７を含む軸線方向インペラであり、複数のブレード２７は，中心ハブ２８の周囲で周方向に離間し且つ中心ハブ２８から半径方向外向きに延びている。使用中、各ブレード２７が回転すると、各ブレード２７は，特定の周波数の音波を発生させる。従って、インペラ２４を、その音響の影響を低減するように設計することが可能である。図３及び図５に示すインペラ２４は、１１のブレードを含む。しかしながら、ブレード２７の数は、モータ１及び／又はモータが組込まれた製品の音響の要求に応じて異なっていてもよい。

【0029】

インペラ２４は、アルミニウムを機械加工することによって形成される。アルミニウムは非常に軽い材料であり、従って、インペラ２４を形成するのにアルミニウムを用いることにより、フレーム１０を形成するのに亜鉛を用いることによってモータ１に含まれる追加の重量のいくらかを相殺するのに役立つ。本明細書で説明するモータ１は、約７５ｋｒｐｍ〜約１１０ｋｒｐｍの回転速度で作動するように意図されている。これらの高速度においてインペラ２４に作用する力の大きさは、非常に大きい。幸いなことに、アルミニウムは、軽量であるにもかかわらず、非常に強く、従って、インペラ２４は、それが高速度で回転するとき、かかる大きい力に耐えることが可能である。

【0030】

図３は、インペラ２４のハブ２８が、その下流側に凹部２９を含むことを示す。凹部２９を有することによって、インペラ２４の重量を更に減少させ、このことは、フレームを形成するのに亜鉛を用いることによって追加される重量のうちのさらに多くを相殺する。加えて、凹部２９は、環状であり、フレームの内壁の軸線方向に延びる部分が入ることができる空洞を構成する。これにより、ラビリンスシールをインペラ２４のハブ２８の内側に形成し、ラビリンスシールにより、ロータ組立体を損傷させ且つモータの寿命を著しく減少させることがある毛髪及び埃などの異物が軸受組立体２３に入ることを防止する。ラビリンスシールは、組立てられたフレーム１０及びロータ組立体２０の断面を示す図４に見られる。ラビリンスシールは、領域Ｓのところで強調されている。図４はまた、上述したように、フレーム１０の内壁１１が軸受組立体２３の周囲で保護スリーブとしてどのように作用するのかを示している。

【0031】

図５は、ステータ組立体４０を示す。ステータ組立体４０は、２つのＣ字形のステータコア５０と、ボビン組立体４４を有する。Ｃ字形のステータコア５０（Ｃ字形コアとも呼ぶ）の各々は、後部５２と、後部５２から延びる２つの極アーム５４を含む。極面５６が、極アーム５４の各々の端面にある。ボビン組立体４４は、中央部分４２と、中央部分４２から外向きに延びるアーム部分４８とを含む。中央部分４２は、モータを組立てた時にロータ組立体２０の磁石２２を包囲するボアを含む。磁界をＣ字形コア５０に誘導する巻線（図示せず）がボビン組立体４４のアーム部分４８に巻かれる。アーム部分４８は、貫通孔４９を有し、貫通孔４９により、Ｃ字形コア５０の極アーム５４がボビン組立体４４のアーム部分４８に嵌ることを可能にし、巻線が各極アーム５４の周囲に位置決めされる。また、アーム部分４８の貫通孔４９は、ボビン組立体４４の中央部分４２まで延び、モータを組立てた時にＣ字形コア５０の極面５６が磁石２２に露出されるように、開口が中央部分４２に設けられる。

【0032】

ボビン組立体４４は、凹部４６を含み、凹部４６は、ステータ組立体４０がフレーム１０に固定されるように、フレーム１０のラグ１６と整列するように構成される。ラグ１６は、凹部４６に受入られ、接着剤及び／又は締り嵌めを用いて適所に固定される。図６は、組立てられたモータ１の断面を示す。この図は、ボビン組立体４４の凹部４６の内部に位置するラグ１６を容易に示す。凹部４６は、ラグ１６及び接着剤の容積を収容するのに十分大きいのがよい。モータ１の組立て中、ステータ組立体４０とフレーム１０を一緒にする前、接着剤を、凹部４６の内側に付与してもよいし、ラグの外側に付与してもよいし、その両方に付与してもよい。

【0033】

軸受組立体２３は、１対の軸受２５ａ、２５ｂと、これらの軸受２５ａ、２５ｂを分離させるばね２６を有する。ばね２６は、軸受２５ａ、２５ｂの外輪の各々に予圧荷重を加えるように作用し、使用中の軸受の摩耗を低減させる。ワッシャが、ばね７３と軸受７２ａ、７２ｂの各々との間に設けられてもよい。

【0034】

以上、特定の実施形態を説明したが、特許請求の範囲によって定められるように、様々の修正を、本発明の範囲から逸脱することなしに行ってもよいことを理解すべきである。

【0035】

本発明は、以下の形態を少なくとも含む。
〔形態１〕 電気モータであって、
フレームと、ロータ組立体と、ステータ組立体を有し、
前記ロータ組立体は、磁石と、軸受組立体と、インペラと、シャフトを有し、
前記ステータ組立体は、ステータコアと、ボビンを有し、
前記フレームは、内壁と、外壁を有し、前記外壁は、前記内壁を包囲し、環状チャネルが、前記内壁と前記外壁の間に定められ、
前記フレームは、前記環状チャネルの中を前記内壁から前記外壁まで延びるディフューザベーンを有し、前記内壁は、前記ロータ組立体を支持するボアを含み、前記外壁は、前記電気モータの実質的に円筒形の外側ケーシングを構成する、電気モータ。
〔形態２〕 前記ボアは、前記ロータ組立体を前記軸受組立体のところで支持する、形態１に記載の電気モータ。
〔形態３〕 前記軸受組立体は、前記シャフトに固定された１対の軸受と、前記２つの軸受の間に配置されたばねを有する、形態１又は２に記載の電気モータ。
〔形態４〕 前記軸受組立体は、前記ボア内に固定され、前記内壁は、前記軸受組立体の周りの保護スリーブとして作用する、形態１〜３のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態５〕 前記外壁は、軸線方向に且つ上流方向及び下流方向の少なくとも一方に、前記内壁を越えて延びる、形態１〜４のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態６〕 前記ディフューザベーンは、前記内壁を軸線方向に越えて前記外壁まで延びる尾部を含む、形態１〜５のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態７〕 前記内壁は、前記内壁の一方の端部から軸線方向に延びる少なくとも１つのラグを含む、形態１〜６のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態８〕 前記ステータ組立体は、前記少なくとも１つのラグを受入れる少なくとも１つの凹部を含む、形態７に記載の電気モータ。
〔形態９〕 前記内壁は、前記内壁の一方の端部から軸線方向に延びる環状突出部を含み、前記環状突出部は、前記インペラのハブに設けられた凹部内に受入れ可能である、形態１〜８のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態１０〕 前記インペラは、アルミニウムで形成された軸線方向インペラであり、ハブと、前記ハブに取付けられた複数のブレードを含む、形態１〜９のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態１１〕 前記ハブは、前記内壁の環状突出部を受入れる凹部を含む、形態１０に記載の電気モータ。
〔形態１２〕 前記内壁は、前記ハブの外径と実質的に一致する外径を有する、形態１０又は１１に記載の電気モータ。
〔形態１３〕 前記フレームは亜鉛で形成される、形態１〜１２のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態１４〕 前記フレームは、前記外壁に形成された電気接続部分を含む、形態１〜１３のいずれかに記載の電気モータ。
〔形態１５〕 前記電気接続部分はスペード形端子である、形態１４に記載の電気モータ。
〔形態１６〕 前記電気接続部分はＤＣ基準接続部である、形態１４又は１５に記載の電気モータ。

【符号の説明】

【0036】

１ モータ（電気モータ）
１０ フレーム
１１ 内壁
１２ 外壁
１３ ディフューザベーン
１４ 環状チャネル
１５ ボア
１６ ラグ
１７ 環状突出部
２０ ロータ組立体
２１ シャフト
２２ 磁石
２３ 軸受組立体
２４ インペラ
２５ａ、２５ｂ 軸受
２６ ばね
２８ ハブ
２９ 凹部
４０ ステータ組立体
４４ ボビン組立体
４６ 凹部
５０ Ｃ字形コア（ステータコア）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】