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公開番号2021029083
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210225
出願番号2019147928
出願日20190809
発明の名称回転機器
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人アインゼル・フェリックス=ラインハルト,個人,個人,個人
主分類H02K 21/22 20060101AFI20210129BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型化の要求を実現し得る回転機器を提供する。
【解決手段】回転機器1は、マグネット31は樹脂で形成され、回転体32は、径方向の長さが軸方向より小さく、第1軸受41及び第2軸受42の外周面は回転体32の内周面に接触し、第1軸受41及び第2軸受42の内周面は軸部材5の外周面に接触し、軸部材5及び回転体32は、それぞれ単一の部材で形成され、軸方向において、軸部材5の外径は第1軸受41に対向する部分から第2軸受42に対向する部分にかけて実質的に同じで、同様に、回転体32の内径及び外径は、第1軸受41側の回転体32の端部から第2軸受42側の端部にかけて、それぞれ実質的に同じで、ステータ2の1つは、軸方向において、軸部材5の中央部C1に配置され、マグネット31の1つは、軸方向において、回転体32の中央部C2に配置され、回転体32の両端部側に、第1軸受41及び第2軸受42が配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
静止部としての軸部材と、
前記軸部材に対して回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体を前記軸部材に対して支持する第1軸受及び第2軸受と、
前記回転体の内側にある単一または複数のステータと、
前記回転体の内周面に固定された単一または複数の筒状のマグネットと、
を備え、
前記マグネットは樹脂で形成されており、
前記回転体は、径方向における長さが、軸方向における長さより小さく、
前記第1軸受及び前記第2軸受の外周面は、前記回転体の内周面に接触しており、
前記第1軸受及び前記第2軸受の内周面は、前記軸部材の外周面に接触しており、
前記軸部材及び前記回転体は、それぞれ単一の部材で形成されており、
軸方向において、前記軸部材の外径は、前記第1軸受に対向する部分から、前記第2軸受に対向する部分にかけて、実質的に同じであり、
軸方向において、前記回転体の内径及び外径は、前記第1軸受側における当該回転体の端部から、前記第2軸受側における当該回転体の端部にかけて、それぞれ実質的に同じであり、
前記単一のステータ又は前記複数のステータの1つは、軸方向において、前記軸部材の中央部に配置されており、
前記単一のマグネット又は前記複数のマグネットの1つは、軸方向において、前記回転体の中央部に配置されており、
前記回転体の両端部側には、前記第1軸受及び前記第2軸受が配置されている、回転機器。
続きを表示(約 2,800 文字)【請求項2】
前記回転体は、非磁性材料の部材で形成されている、請求項1に記載の回転機器。
【請求項3】
前記回転体は、金属の部材で形成されている、請求項1又は2に記載の回転機器。
【請求項4】
前記複数のステータ及び前記複数のマグネットの数がそれぞれ奇数であり、
軸方向において、前記複数のステータが前記軸部材に等間隔で並んで配置され、前記複数のステータの1つが前記軸部材の中央部に配置され、
軸方向において、前記複数のマグネットが前記回転体に等間隔で並んで配置され、前記複数のマグネットの1つが前記回転体の中央部に配置されている、請求項1から3のいずれかに記載の回転機器。
【請求項5】
前記ステータの数が複数であり、
これら複数の前記ステータが有するコイルは並列に電気接続されている、請求項1から4のいずれかに記載の回転機器。
【請求項6】
前記回転体の外周面には、当該回転体の内外に貫通する1又は複数の開口部を備える、請求項1から4のいずれかに記載の回転機器。
【請求項7】
前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第1軸受との間にある、請求項6に記載の回転機器。
【請求項8】
前記回転体の外周面には、前記開口部を複数備え、
前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第2軸受との間にある、請求項7に記載の回転機器。
【請求項9】
前記回転体の内側に設けられた1又は複数の動翼を備える、請求項1から8のいずれかに記載の回転機器。
【請求項10】
前記動翼を複数備え、
前記軸部材の軸方向において、前記複数の動翼の間に前記ステータが配置されている、請求項9に記載の回転機器。
【請求項11】
前記軸部材の軸方向において、前記単一の動翼又は前記複数の動翼のいずれかと前記第1軸受とが、少なくとも一部で対向する、請求項9又は10に記載の回転機器。
【請求項12】
前記軸部材の軸方向において、前記動翼が、前記第1軸受と前記第2軸受との間に配置されている、請求項9から11のいずれかに記載の回転機器。
【請求項13】
前記第1軸受及び前記第2軸受のいずれか一方の軸受における、前記軸部材に固定される内周輪に対して、他方の軸受の方向への予圧が作用している、請求項1から12のいずれかに記載の回転機器。
【請求項14】
静止部としての軸部材と、
前記軸部材に対して回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体を前記軸部材に対して支持する第1軸受及び第2軸受と、
前記回転体の内側にある複数のステータと、
前記回転体の内周面に固定された複数の筒状のマグネットと、
を備え、
前記筒状のマグネットは樹脂で形成されており、
前記回転体は、径方向における長さが、軸方向における長さより小さく、
前記第1軸受及び前記第2軸受の外周面は、前記回転体の内周面に接触しており、
前記第1軸受及び前記第2軸受の内周面は、前記軸部材の外周面に接触しており、
前記軸部材及び前記回転体は、それぞれ単一の部材で形成されており、
軸方向において、前記軸部材の外径は、前記第1軸受に対向する部分から、前記第2軸受に対向する部分にかけて、実質的に同じであり、
軸方向において、前記回転体の内径及び外径は、前記第1軸受側における当該回転体の端部から、前記第2軸受側における当該回転体の端部にかけて、それぞれ実質的に同じであり、
前記複数のステータの内の2つは、軸方向において、前記軸部材の中央部の両側に配置され、
前記複数のマグネットの内の2つは、軸方向において、前記回転体の中央部の両側に配置されており、
前記回転体の両端部側には、前記第1軸受及び前記第2軸受が配置されている、回転機器。
【請求項15】
前記回転体は、非磁性材料の部材で形成されている、請求項14に記載の回転機器。
【請求項16】
前記回転体は、金属の部材で形成されている、請求項14又は15に記載の回転機器。
【請求項17】
前記複数のステータ及び前記複数のマグネットの数がそれぞれ偶数であり、
軸方向において、前記複数のステータが前記軸部材に等間隔で並んで配置され、
軸方向において、前記複数のマグネットが前記回転体に等間隔で並んで配置されている、請求項14から16のいずれかに記載の回転機器。
【請求項18】
複数の前記ステータが有するコイルは並列に電気接続されている、請求項14から17のいずれかに記載の回転機器。
【請求項19】
前記回転体の外周面には、当該回転体の内外に貫通する1又は複数の開口部を備える、請求項14から18のいずれかに記載の回転機器。
【請求項20】
前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第1軸受との間にある、請求項19に記載の回転機器。
【請求項21】
前記回転体の外周面には、前記開口部を複数備え、
前記複数の開口部の少なくとも1は、軸方向において、前記マグネットと前記第2軸受との間にある、請求項20に記載の回転機器。
【請求項22】
前記回転体の内側に設けられた1又は複数の動翼を備える、請求項14から21のいずれかに記載の回転機器。
【請求項23】
前記動翼を複数備え、
前記軸部材の軸方向において、前記複数の動翼の間に前記ステータが配置されている、請求項22に記載の回転機器。
【請求項24】
前記軸部材の軸方向において、前記動翼のいずれかと前記第1軸受とが、少なくとも一部で対向する、請求項22又は23に記載の回転機器。
【請求項25】
前記軸部材の軸方向において、前記動翼が、前記第1軸受と前記第2軸受との間に配置されている、請求項22から24のいずれかに記載の回転機器。
【請求項26】
前記第1軸受及び前記第2軸受のいずれか一方の軸受における、前記軸部材に固定される内周輪に対して、他方の軸受の方向への予圧が作用している、請求項14から25のいずれかに記載の回転機器。
【請求項27】
前記回転体の外周面に取り付けられた羽根を備える、請求項1から26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】
本発明は、回転機器に関する。
続きを表示(約 6,900 文字)【背景技術】
【0002】
従来、様々な用途や要求される性能に応じて、種々の回転機器(モータそのもの及びモータによる回転を利用した機器の総称)が開発・製造され、用いられてきた。その中でも、送風装置として用いられる回転機器には、高速回転と小型化の要求が根強い。また、その他各種用途で、高トルクと小型化の要求もある。即ち、小型でありながら、回転機器としての高い性能を実現し得る回転機器が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2004−64800号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、本発明は、小型化の要求を実現し得る回転機器を提供することを課題の一例とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明の回転機器の一態様は、静止部としての軸部材と、
前記軸部材に対して回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体を前記軸部材に対して支持する第1軸受及び第2軸受と、
前記回転体の内側にある単一または複数のステータと、
前記回転体の内周面に固定された単一または複数の筒状のマグネットと、
を備え、
前記マグネットは樹脂で形成されており、
前記回転体は、径方向における長さが、軸方向における長さより小さく、
前記第1軸受及び前記第2軸受の外周面は、前記回転体の内周面に接触しており、
前記第1軸受及び前記第2軸受の内周面は、前記軸部材の外周面に接触しており、
前記軸部材及び前記回転体は、それぞれ単一の部材で形成されており、
軸方向において、前記軸部材の外径は、前記第1軸受に対向する部分から、前記第2軸受に対向する部分にかけて、実質的に同じであり、
軸方向において、前記回転体の内径及び外径は、前記第1軸受側における当該回転体の端部から、前記第2軸受側における当該回転体の端部にかけて、それぞれ実質的に同じであり、
前記単一のステータ又は前記複数のステータの1つは、軸方向において、前記軸部材の中央部に配置されており、
前記単一のマグネット又は前記複数のマグネットの1つは、軸方向において、前記回転体の中央部に配置されており、
前記回転体の両端部側には、前記第1軸受及び前記第2軸受が配置されている。
【0006】
本発明の回転機器の上記一態様において、前記回転体は、非磁性材料の部材で形成されていてもよいし、金属の部材で形成されていてもよい。
本発明の回転機器の上記一態様においては、前記複数のステータ及び前記複数のマグネットの数がそれぞれ奇数であり、
軸方向において、前記複数のステータが前記軸部材に等間隔で並んで配置され、前記複数のステータの1つが前記軸部材の中央部に配置され、
軸方向において、前記複数のマグネットが前記回転体に等間隔で並んで配置され、前記複数のマグネットの1つが前記回転体の中央部に配置されていてもよい。
また、本発明の回転機器の上記一態様においては、前記ステータの数が複数であり、
これら複数の前記ステータが有するコイルは並列に電気接続されていてもよい。
【0007】
本発明の回転機器の上記一態様において、前記回転体の外周面には、当該回転体の内外に貫通する1又は複数の開口部を備えていてもよく、この場合に、前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第1軸受との間にあることが好ましい。さらに、前記回転体の外周面に前記開口部を複数備える場合には、前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第2軸受との間にあることが好ましい。
【0008】
本発明の回転機器の上記一態様において、前記回転体の内側に設けられた1又は複数の動翼を備えていてもよく、さらに、前記動翼を複数備える場合には、前記軸部材の軸方向において、前記複数の動翼の間に前記ステータが配置されていることが好ましい。また、前記軸部材の軸方向において、前記単一の動翼又は前記複数の動翼のいずれかと前記第1軸受とが、少なくとも一部で対向していてもよい。
また、本発明の回転機器の上記一態様においては、前記第1軸受及び前記第2軸受のいずれか一方の軸受における、前記軸部材に固定される内周輪に対して、他方の軸受の方向への予圧が作用していてもよい。
【0009】
一方、本発明の回転機器の他の一態様は、静止部としての軸部材と、
前記軸部材に対して回転可能な筒状の回転体と、
前記回転体を前記軸部材に対して支持する第1軸受及び第2軸受と、
前記回転体の内側にある複数のステータと、
前記回転体の内周面に固定された複数の筒状のマグネットと、
を備え、
前記筒状のマグネットは樹脂で形成されており、
前記回転体は、径方向における長さが、軸方向における長さより小さく、
前記第1軸受及び前記第2軸受の外周面は、前記回転体の内周面に接触しており、
前記第1軸受及び前記第2軸受の内周面は、前記軸部材の外周面に接触しており、
前記軸部材及び前記回転体は、それぞれ単一の部材で形成されており、
軸方向において、前記軸部材の外径は、前記第1軸受に対向する部分から、前記第2軸受に対向する部分にかけて、実質的に同じであり、
軸方向において、前記回転体の内径及び外径は、前記第1軸受側における当該回転体の端部から、前記第2軸受側における当該回転体の端部にかけて、それぞれ実質的に同じであり、
前記複数のステータの内の2つは、軸方向において、前記軸部材の中央部の両側に配置され、
前記複数のマグネットの内の2つは、軸方向において、前記回転体の中央部の両側に配置されており、
前記回転体の両端部側には、前記第1軸受及び前記第2軸受が配置されている。
【0010】
本発明の回転機器の上記他の一態様において、前記回転体は、非磁性材料の部材で形成されていてもよいし、金属の部材で形成されていてもよい。
本発明の回転機器の上記他の一態様において、前記複数のステータ及び前記複数のマグネットの数がそれぞれ偶数であり、
軸方向において、前記複数のステータが前記軸部材に等間隔で並んで配置され、
軸方向において、前記複数のマグネットが前記回転体に等間隔で並んで配置されていてもよい。
また、本発明の回転機器の上記他の一態様においては、前記ステータの数が複数であり、
これら複数の前記ステータが有するコイルは並列に電気接続されていてもよい。
【0011】
本発明の回転機器の上記他の一態様において、前記回転体の外周面には、当該回転体の内外に貫通する1又は複数の開口部を備えていてもよく、この場合に、前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第1軸受との間にあることが好ましい。さらに、前記回転体の外周面に前記開口部を複数備える場合には、前記複数の開口部の少なくとも1つは、軸方向において、前記マグネットと前記第2軸受との間にあることが好ましい。
【0012】
本発明の回転機器の上記他の一態様において、前記回転体の内側にに設けられた1又は複数の動翼を備えていてもよく、さらに、前記動翼を複数備える場合には、前記軸部材の軸方向において、複数の前記動翼の間に前記ステータが配置されていることが好ましい。また、前記軸部材の軸方向において、前記単一の動翼又は前記複数の動翼のいずれかと前記第1軸受とが、少なくとも一部で対向していてもよい。
また、本発明の回転機器の上記他の一態様においては、前記第1軸受及び前記第2軸受のいずれか一方の軸受における、前記軸部材に固定される内周輪に対して、他方の軸受の方向への予圧が作用していてもよい。
【0013】
本発明の回転機器においては、前記回転体の外周面に取り付けられた羽根を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0014】
本発明の一例である第1の実施形態にかかる回転機器の縦断面図である。
本発明の一例である第2の実施形態にかかる回転機器の縦断面図である。
本発明の一例である第3の実施形態にかかる回転機器の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態にかかる回転機器について、図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の一例である第1の実施形態にかかる回転機器1の縦断面図である。
なお、本実施形態の説明において、上方乃至下方と云う時は、図1における上下関係を意味し、重力方向における上下関係とは、必ずしも一致しない。
【0016】
さらに、軸線x方向(以下、「軸方向」ともいう。)において矢印a方向を上側aとし、矢印b方向を下側bとする。また、軸線xに垂直な方向(以下、「径方向」ともいう。)において、軸線xから遠ざかる方向(矢印c方向)を外周側cとし、軸線xに向かう方向(矢印d方向)を内周側dとする。そして、回転軸xを中心とする円周方向(上側aから見た円周方向)の時計回りを周方向e、及び、反時計回りを周方向fとする。なお、周方向e及び周方向fは、図1において図示されない。
また、本実施形態の説明において、回転機器1内で回転する部分を「回転側」と、当該回転側の部材を支持して、固定される部分を「固定側」あるいは「静止部」と、それぞれ称する場合がある。なお、静止部は回転側の部材に対して相対的に静止していればよい。
【0017】
本実施形態の回転機器1は、軸部材5と、軸部材5に対して回転可能な筒状のロータ3と、軸部材5を軸線x方向の上側aの端部及び下側bの端部で支持する被取付部材7と、ロータ3を軸部材5に対して支持する軸受4と、ロータ3の内側にあるステータ2と、を備えている。
【0018】
本実施形態の回転機器1は、軸部材5が被取付部材7に固定されている。被取付部材7は、回転機器1を固定する対象であり、例えば、モータ等の回転機器の筐体(ハウジング)や、当該回転機器が取り付けられる装置(電子機器、移動体としての自動車、回転装置等のフレームや基板等)を挙げることができる。被取付部材7は、軸部材5とともに、固定側の部材となる。
【0019】
軸部材と被取付部材7は、後述する回転体を含むロータ3に対して相対的に静止した部材である。よって、これらを総称して静止部材(静止部)と呼称する。 なお、静止部材(静止部)は、ロータ3に対して静止していればよく、静止部材(静止部)自体が完全に静止している必要はなく、ロータ3の回転によって揺れていても構わない。つまり、ロータ3に対して相対的に静止していればよい。被取付部材7は、回転機器1を被取付部材として、被取付部材が取り付けられる取付部材となる。
【0020】
ステータ2は、軸部材5に固定され、当該軸部材5を軸として外周側cに放射状に延びる磁極部23を有するステータコア21と、磁極部23に巻き回されたコイル22と、を含む。
また、ステータコア21は、珪素鋼板等の積層体となっており、軸部材5を取り囲むように同軸上に配された円環部24と、円環部24から外周側cへ向かって放射状に延びるように形成された複数の磁極部23と、からなる。
【0021】
コイル22は、複数のステータコア23の各々の周囲に巻き回されている。ステータコア21とコイル22とは、絶縁体で形成されたインシュレータ(不図示)によって絶縁されている。なお、インシュレータに代えて、ステータコアの表面に絶縁膜を塗装してコイルと絶縁しても構わない。
【0022】
ロータ3は、ステータ2の外周部側で磁極部23と対向するマグネット31と、マグネット31が内周面に直接または接着剤等の他の部材を介して取り付けられた筒状の回転体32と、を含む。また、回転体32は単一の部材で形成されている。
【0023】
回転体32は、軸部材5の軸を中心とする円筒状であり、ステータ2を取り囲んだ状態になっている。回転体32は、回転体32内部からの磁界の漏れを防ぐ機能を併せ持ち、磁性材料または非磁性材料により形成される。回転体32を非磁性材料で形成することで、回転体32はマグネット31とともに磁気回路を形成しないので、外部に磁束が漏洩することを抑制することができる。回転体32を形成する非磁性材料としては、例えば、アルミニウムやプラスチック、セラミックス等を挙げることができる。
【0024】
また、回転体32の材質としては、金属材料で形成することが好ましい。回転体32を金属材料で形成することにより、ステータ2から生じる熱を放射冷却することができる。即ち、ステータ2の熱を、軸部材5を経由し、かつ、軸受4を介して、回転体32に伝搬させることで外部へと熱を放射して冷却することができ、また、ステータ2から受けたマグネット31の熱を回転体32に伝搬させることで、外部へと熱を放射して冷却することができる。したがって、非磁性材料で、かつ金属部材であるアルミニウムを回転体32の材料としても用いることができる。
【0025】
回転体32は、径方向(矢印c,d方向)における長さrが、軸線x方向における長さqより小さい(r<q)、いわゆる縦長の形状となっている。このように回転体32を縦長の形状にすることで、回転体32に作用する遠心力を低減させて、回転機器1の高速回転化を図ることができるとともに、起動、停止、回転数変化等の信号に対する即応性を改善することができる。
【0026】
本実施形態において、軸方向において、回転体32の内径t及び外径rは、第1軸受41側(上側a)における回転体32の端部から、第2軸受42側(下側b)における回転体32の端部にかけて、それぞれ実質的に同じになっている。回転体32の外径が、ほぼ全長にわたって実質的に同じ太さであることで、同軸度が向上し、回転機器1の高速回転化や回転の安定化を図ることができる。
【0027】
なお、ここで云う「実質的に」とは、そのものの製造誤差や、位置決めのためのリブ、穴、あるいは後述する開口部33,34等を許容する趣旨であり、これらの存在があってもその存在が外径寸法を求める上で同じ外径であると云い得る場合には、「実質的に外径が同じ」であると解するものとする。以下、他の部材においても「実質的に」と云った場合に、同様である。
【0028】
マグネット31は、ステータ2と対向するように回転体32の内周面に取り付けられている。マグネット31は環状を有しており、N極に着磁された領域と、S極に着磁された領域とが円周方向に沿って一定の間隔で交互に設けられている。マグネット31は環状の一体成形物であってもよいが、複数のマグネットを回転体32の内周面に並べて取り付けて筒状に配しても構わない。
【0029】
マグネット31は、樹脂で形成されている。詳しくは、樹脂のバインダーに磁性体が分散されてなるものであり、成型後に公知の方法によって着磁してなるものである。マグネット31を樹脂で形成することにより、マグネット31の、延いてはロータ3の軽量化を図ることができ、遠心力を低減させて、回転機器1の高速回転化を図ることができるとともに、起動、停止、回転数変化等の信号に対する即応性を改善することができる。
【0030】
なお、複数のマグネットを並べて筒状にした場合も、本発明においては、1つのマグネットとして扱うものとする。即ち、本発明において「複数のマグネット」と云うときには、筒状を成したマグネット(一体成形物でも複数個筒状に並べたものでも可)が複数ある状態を指す。
(【0031】以降は省略されています)

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