特許 7396909 回転機器

(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】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】回転機器

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/04 20060101AFI20231205BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

H02K7/04

H02K7/14 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020009822

(22)【出願日】2020-01-24

(65)【公開番号】P2021118597

(43)【公開日】2021-08-10

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110788

【弁理士】

【氏名又は名称】椿 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100124589

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 竜郎

(72)【発明者】

【氏名】松尾 昭英

(72)【発明者】

【氏名】後藤 正樹

【審査官】三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０６－３３９２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２４５０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２３７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２２１９４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－０１４２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０５３３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ７／０４

Ｈ０２Ｋ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マグネットを有するロータと、
径方向において、前記ロータに対向するステータと、
インペラと、
前記インペラ側にある一方の端部と、他方の端部と、を有するシャフトと、
前記シャフトの前記一方の端部側にある第１軸受と、
前記シャフトの前記他方の端部側にある第２軸受と、
前記第２軸受に対して前記シャフトの他方の端部側にある当該シャフトの部分に固定されたバランス調整部材と、
前記シャフトの長手方向において、前記ステータ側にある面と、当該ステータの反対側の面と、を有する基板と、
前記基板に設けられた制御回路と、
前記ステータの反対側の面に設けられた電子部品と、を備え、 前記シャフトの長手方向において、前記バランス調整部材は、前記第２軸受と前記基板との間にある、回転機器。

【請求項2】

前記ステータを囲むハウジングを備え、
前記基板は前記ハウジングに固定され、
前記ハウジングと前記ステータとの間には、通気路が形成されている、請求項１に記載の回転機器。

【請求項3】

前記バランス調整部材は、筒部と、前記筒部の外周面に設けられたフランジと、を有する、請求項１または２に記載の回転機器。

【請求項4】

前記第２軸受を支持するフレームを備え、
前記シャフトの長手方向において、前記フレームは前記第２軸受に対して前記シャフトの前記他方の端部側に開口部を備え、
前記開口部の内側に、前記筒部が配置されている、請求項３に記載の回転機器。

【請求項5】

前記シャフトの長手方向において、前記フランジは前記開口部に対して前記シャフトの前記他方の端部側にある、請求項４に記載の回転機器。

【請求項6】

前記フランジには、孔及び凹部の少なくとも１つが設けられている、請求項３から５のいずれかに記載の回転機器。

【請求項7】

径方向において、前記フランジの外周部は前記第２軸受の外周部よりも内側にある、請求項３から６のいずれかに記載の回転機器。

【請求項8】

単一の前記バランス調整部材が配置されている、請求項１から７のいずれかに記載の回転機器。

【請求項9】

前記インペラは、斜流式インペラである、請求項１から８のいずれかに記載の回転機器。

【請求項10】

前記インペラは、遠心式インペラである、請求項１から８のいずれかに記載の回転機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、回転機器に関し、特に、インペラを有する回転機器に関する。

【背景技術】

【0002】

インペラを有する回転機器としては、種々の構造のものが知られている。

【0003】

下記特許文献１には、電動機回転子の円周表面を絶縁モールド材の平坦部材で平坦化すると共に、電機子の端面近傍に絶縁モールド材で一体成形した回転バランス調整部材を回転子に設けた電動送風機の構造が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開平０６－２３３５１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この発明は、回転体のバランスが良好な回転機器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、回転機器は、マグネットを有するロータと、径方向において、ロータに対向するステータと、インペラと、インペラ側にある一方の端部と、他方の端部と、を有するシャフトと、シャフトの一方の端部側にある第１軸受と、シャフトの他方の端部側にある第２軸受と、第２軸受に対してシャフトの他方の端部側にある当該シャフトの部分に固定されたバランス調整部材と、シャフトの長手方向において、ステータ側にある面と、当該ステータの反対側の面と、を有する基板と、基板に設けられた制御回路と、ステータの反対側の面に設けられた電子部品と、を備え、シャフトの長手方向において、バランス調整部材は、第２軸受と基板との間にある。

【0008】

好ましくは、ステータを囲むハウジングを備え、基板はハウジングに固定され、ハウジングとステータとの間には、通気路が形成されている。

【0009】

好ましくは、バランス調整部材は、筒部と、筒部の外周面に設けられたフランジと、を有する。

【0010】

好ましくは、第２軸受を支持するフレームを備え、シャフトの長手方向において、フレームは第２軸受に対してシャフトの他方の端部側に開口部を備え、開口部の内側に、筒部が配置されている。

【0011】

好ましくは、シャフトの長手方向において、フランジは開口部に対してシャフトの他方の端部側にある。

【0012】

好ましくは、フランジには、孔及び凹部の少なくとも１つが設けられている。

【0013】

好ましくは、径方向において、フランジの外周部は第２軸受の外周部よりも内側にある。

【0014】

好ましくは、単一のバランス調整部材が配置されている。

【0015】

好ましくは、シャフトの他方の端部の外周側面には、凹部が設けられており、凹部にバランス調整部材が取り付けられている。

【0016】

好ましくは、インペラは、斜流式インペラである。

【0017】

好ましくは、インペラは、遠心式インペラである。

【0018】

これらの発明に従うと、回転体のバランスが良好な回転機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態の１つに係るモータを示す側断面図である。

【図2】バランス調整部材の断面斜視図である。

【図3】フランジに設けられている孔の一例を示す斜視図である。

【図4】フランジに設けられている凹部の一例を示す斜視図である。

【図5】本実施の形態の一変形例に係るモータを示す側断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施の形態におけるモータについて説明する。

【0021】

以下の説明において、モータの回転軸に平行な方向を、回転軸方向ということがある。また、回転軸に対して垂直な方向を、径方向ということがある。また、回転軸を中心に回転する方向を、周方向ということがある。また、回転軸方向を、上下方向ということがある（モータのハウジングから見て回転軸が突出している方向が上方向）。また、回転軸に対して垂直な平面を、水平面ということがある。ここでいう「上下」、「上」、「下」、「水平」等は、モータのみに着目したときに便宜上採用する示し方であって、そのモータが搭載される機器における方向や、そのモータが使用される姿勢について、何ら限定するものではない。

【0022】

図１は、本発明の実施の形態の１つに係るモータ１を示す側断面図である。

【0023】

以下の図において、矢印Ｄは、回転軸方向（シャフト２の長手方向）を示す。

【0024】

モータ（回転機器の一例）１は、ブラシレスモータである。モータ１は、送風機能を有しており、インペラ３０を回転させて空気を上方から下方に送ることができる。

【0025】

図１に示されるように、モータ１は、フレーム１０，１１と、シャフト２と、ハウジング１２と、基板４０とを有している。上側のフレーム１０には、第１軸受８が保持されている。下側のフレーム１１には、第２軸受９が保持されている。モータ１は、ステータ２０と、ステータの内側にあるロータ５とを有している。ステータ２０は、上側のフレーム１０と下側のフレーム１１との間に位置しており、フレーム１０，１１に固定されている。ロータ５は、シャフト２に取り付けられている。

【0026】

シャフト２は、モータ１の回転軸となる。シャフト２は、第１軸受８と第２軸受９とにより支持されている。シャフト２は、フレーム１０，１１に対して回転可能である。すなわち、第１軸受８はシャフト２の上端部（一方の端部の一例）２ｂ側にあり、シャフト２の上端部２ｂは第１軸受８よりも上にある。また、第２軸受９はシャフト２の下端部（他方の端部の一例）２ｃ側にあり、シャフト２の下端部２ｃは第２軸受９よりも下にある。

【0027】

本実施の形態において、下側のフレーム１１は、開口部１１ｂを備えている。シャフト２の長手方向において、開口部１１ｂは、第２軸受９に対してシャフト２の下端部２ｃ側にある。シャフト２は、開口部１１ｂを通って下方に延在している。

【0028】

ステータ２０は、ステータヨーク２３と、コイル２５とを有している。ステータヨーク２３の突極及びそれに巻き回されているコイル２５との組み合わせは、ロータ５を囲むように、周方向に複数並べられており、ロータ５の外周部とそれぞれのステータヨーク２３の突極とが対向している。換言すると、ロータ５の外周部は、ステータヨーク２３の突極とコイル２５との複数の組み合わせによって囲まれている。

【0029】

ロータ５は、ステータ２０の内側に位置している。ロータ５は、マグネット３を有している。ステータ２０の複数のコイル２５に所定の態様で順次電流が流れることにより、ロータ５がシャフト２と共にフレーム１０，１１に対して回転する。

【0030】

インペラ３０は、シャフト２の上端部２ｂと第１軸受８との間に取り付けられており、シャフト２と共に回転する。本実施の形態において、インペラ３０は斜流式インペラであるが、これに限られるものではない。

【0031】

ハウジング１２は、ステータ２０及びフレーム１０，１１を囲むように配置されている。ハウジング１２とフレーム１０，１１のそれぞれとは部分的に結合されている。ハウジング１２は、インペラ３０の中央部を除き、インペラ３０を囲むように形成されている。ハウジング１２の上部は開口しており、この開口が空気の吸引口となる。

【0032】

ハウジング１２とステータ２０との間には、上下に空気を通す通気路１３が形成されている。インペラ３０の回転に伴い、ハウジング１２の上部の開口から空気がハウジング１２の内部に吸い込まれる。吸い込まれた空気は、通気路１３を通って下方に導かれ、ハウジング１２の下方からハウジング１２の外部に排出される。

【0033】

ステータ２０及び下側のフレーム１１の下方には、基板４０が配置されている。基板４０は、例えば、プリント配線基板である。基板４０は、シャフト２に対して略垂直な姿勢で（水平面に略平行な姿勢で)、ハウジング１２の下端部に固定されている。

【0034】

基板４０には、モータ１を駆動させるための制御回路が設けられている。基板４０は、モータ１の各コイル２５に、ロータ５の回転に応じたタイミングで駆動電流を流し、モータ１を駆動させる。

【0035】

基板４０の下側の面すなわちステータ２０が設けられているのとは反対の面には、複数の電子部品４１，４３が配置されている。本実施の形態において、電子部品４１は、第１の容積を有し、電子部品４３は、第１の容積より大きい第２の容積を有している。

【0036】

電子部品４１，４３は、例えば、ホール素子など磁場を検知するセンサであったり、外部機器からの電源ラインや信号線と基板４０上の制御回路とを接続するコネクタであったりするが、これらに限られない。

【0037】

ここで、本実施の形態において、シャフト２には、１つのみのバランス調整部材５０が固定されている。バランス調整部材５０は、シャフト２に対して偏心した部材である。バランス調整部材５０は、インペラ３０、シャフト２、及びロータ５のアンバランス（不釣り合い）を解消させるバランサである。

【0038】

図１に示されるように、シャフト２の長手方向において、バランス調整部材５０は、第２軸受９に対してシャフト２の下端部２ｃ側にある。

【0039】

図２は、バランス調整部材５０の断面斜視図である。

【0040】

図２に示されるように、バランス調整部材５０は、全体として、鍔付きの筒形状を有している。バランス調整部材５０は、上下方向が長手方向となる筒部５１と、筒部５１の外周面５２に設けられたフランジ５６と、を有する。フランジ５６は、筒部５１よりも大径を有しており、フランジ５６の外周面５７は、筒部５１の外周面５２よりも外側にある。フランジ５６は、バランス調整部材５０の下端部５５側に形成されている。バランス調整部材５０は、長手方向に貫通する孔５３を有している。孔５３は、バランス調整部材５０の上端部（筒部５１の上端部）５４から、バランス調整部材５０の下端部（フランジ５６の下側の面）５５に至るまで、形成されている。

【0041】

バランス調整部材５０は、孔５３をシャフト２が貫通するようにしてシャフト２に圧入されている。

【0042】

図１に示されるように、本実施の形態において、開口部１１ｂの内側に、筒部５１が配置されている。これにより、モータ１の上下方向の寸法が小さくなっている。

【0043】

本実施の形態において、径方向において、フランジ５６の外周面５７は、第２軸受９の外周部よりも内側にある。すなわち、図１に破線の寸法線で示されている第２軸受９の外周部の直径よりも、フランジ５６の外周面５７の直径は小さい。このように、フランジ５６の外周面５７の直径は比較的小さいので、フランジ５６の外周面５７から径方向に広がる領域が広くなり、この領域に部材を配置することが可能となる。そのため、モータ１を小型化することができる。

【0044】

また、本実施の形態において、径方向において、バランス調整部材５０の外周部すなわちフランジ５６の外周面５７は、第２の容積を有する比較的容積が大きい電子部品４３がある位置に対して内側にある。基板４０上で、径方向において、外周面５７より内側には、比較的容積が小さい第１の容積を有する電子部品４１が配置されている。

【0045】

バランス調整部材５０には、フランジ５６の一部に孔５８及び凹部５９の少なくとも１つが設けられている。

【0046】

図３は、フランジ５６に設けられている孔５８の一例を示す斜視図である。図４は、フランジ５６に設けられている凹部５９の一例を示す斜視図である。

【0047】

このようにフランジ５６の一部に孔５８及び凹部５９の少なくとも１つが設けられていることにより、バランス調整部材５０は、モータ１の回転軸（シャフト２）に対して偏心した部材となっているといえる。

【0048】

なお、孔５８は、フランジ５６の外周面５７から径方向が深さ方向となるように形成されていてもよい。孔５８は、フランジ５６の上面のみ又は下面のみから形成された有底の孔であってもよい。凹部５９は、外周面５７の一部を欠くように形成された部分であってもよいし、フランジ５６の上面の一部又は下面の一部を欠くように形成された部分であってもよい。凹部５９は、回転軸方向において、フランジ５６の厚みが薄くなっている部分であってもよい。

【0049】

また、バランス調整部材５０は、フランジ５６に孔５８又は凹部５９が設けられているものに限られない。例えば、筒部５１の中心に対して、フランジ５６の中心が、径方向にずれている形状を有することにより、偏心していてもよい。また、例えば、フランジ５６の回転軸方向における厚みが、周方向において異なっていることにより、偏心していてもよい。

【0050】

バランス調整部材５０のモータ１の回転軸に対する偏心の程度は、個々のモータ１において、インペラ３０と、シャフト２と、ロータ５との組み合わせの偏心の程度に対応するように設定されている。すなわち、バランス調整部材５０の偏心量は、インペラ３０、シャフト２、ロータ５、及びバランス調整部材５０の組み合わせからなる回転体の、回転軸を中心に回転したときのバランスがとれた状態になるように設定されている。バランス調整部材５０は、モータ１において、上記回転体のアンバランスを改善するためのバランサとして機能する。なお、ここでバランスとは、静的なバランスをいうが、これに限られるものではなく、動的なバランスであってもよい。

【0051】

本実施の形態においては、モータ１に、インペラ３０、シャフト２、ロータ５、及び孔５８等を形成していない状態のバランス調整部材５０を組み付けた状態において、その回転体のバランスを測定しながらバランス調整部材５０に追加工を行うことで、フランジ５６に孔５８又は凹部５９を設けることができる。すなわち、モータ１に上記の回転体を組み付けた状態で、フランジ５６に孔５８又は凹部５９を形成して、回転体の偏心を抑止することができる。一対の軸受８，９よりも外側であって、かつ、インペラ３０側とは反対の下端部２ｃ側にバランス調整部材５０を配置することで、基板４０を取り付けるよりも前の状態（モータ１のサブアセンブリ（中間組立体）である状態）において、インペラ３０を含めたバランスの修正を行うことができる。そのため、モータ１の組み立て工程において、バランス取り作業を１回の工程で済ませることができる。したがって、容易に、回転体のバランスを改善することができ、モータ１を容易にかつ低い製造コストで製造することができる。

【0052】

バランス調整部材５０には径方向に張り出したフランジ５６が形成されているため、回転体のバランスを、比較的小さな加工量でとることができる。すなわち、遠心力の公式（Ｆ＝ｍｒω＾２（「＾」は、その右側の数が累乗の指数であることを示す））から理解されるように、シャフト２から離れた位置（上述の公式において、「ｒ」が大きい位置）に孔を設けたり切削を行ったりすることで、比較的小さな加工量で、バランスに大きな影響を与えることができる。したがって、より容易に、回転体のバランスを改善することができる。

【0053】

以下、本実施の形態の変形例について説明する。以下の説明において、本実施の形態に係る構成と同様の構成には同一の符号を付しており、その説明を省略することがある。

【0054】

［変形例の説明］

【0055】

なお、インペラの上にバランス調整部材を更に配置してもよい。また、インペラとして、遠心式インペラを用いてもよい。

【0056】

図５は、本実施の形態の一変形例に係るモータ１０１を示す側断面図である。

【0057】

図５に示されるように、モータ１０１は、遠心式インペラであるインペラ１３０を有している。また、シャフト２の下端部２ｃ側にバランス調整部材５０が設けられているだけではなく、インペラ１３０の上側すなわちシャフト２の上端部２ｂ側にも、第２のバランス調整部材１５０が設けられている。

【0058】

第２のバランス調整部材１５０は、バランス調整部材５０とは異なり、平らな円板形状を有している。第２のバランス調整部材１５０は、例えばねじ等を用いてシャフト２に固定されているが、これに限られない。また、第２のバランス調整部材１５０は、バランス調整部材５０と同様に筒部とフランジとを有している形状であってもよく、また、シャフト２に圧入されて固定されていてもよい。

【0059】

本変形例においては、バランス調整部材５０を利用することで、上述の実施の形態と同様に、容易に、インペラ１３０、シャフト２、ロータ５、及びバランス調整部材５０，１５０の組み合わせからなる回転体のバランスを改善することができる。また、第２のバランス調整部材１５０も、バランス取りを行う際の加工代として利用することができるように、バランス取りを行う際の自由度を向上させることができる。また、２つのバランス調整部材５０，１５０に共に加工を加えることにより、動的なアンバランスを効果的に改善させることができる。

【0060】

［その他］

【0061】

上記の実施の形態や変形例の特徴点が部分的に組み合わされてモータが構成されていてもよい。上記の実施の形態や変形例において、いくつかの構成要素が設けられていなかったり、いくつかの構成要素が他の態様で構成されていたりしてもよい。

【0062】

モータの種類は限られない。例えばブラシレスモータであったり、その他のモータであったりしてもよい。

【0063】

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0064】

１，１０１ モータ（回転機器の一例）
２ シャフト
２ｂ 上端部（一方の端部の一例）
２ｃ 下端部（他方の端部の一例）
５ ロータ
８ 第１軸受
９ 第２軸受
１０，１１ フレーム
１１ｂ 開口部
１２ ハウジング
２０ ステータ
２３ ステータコア
２５ コイル
３０，１３０ インペラ
４０ 基板
４１，４３ 電子部品
５０ バランス調整部材
５１ 筒部
５６ フランジ部
５８ 孔部
５９ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】