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公開番号2021057927
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019176054
出願日20190926
発明の名称回転装置
出願人ミネベアミツミ株式会社
代理人特許業務法人虎ノ門知的財産事務所
主分類H02K 1/22 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回転効率の良い回転装置を提供すること。
【解決手段】実施形態の回転装置は、一対の軸受と、前記一対の軸受の外周面に固定されるスリーブとを有する軸受組立体と、前記一対の軸受の内周面に固定される軸と、前記スリーブの外周面に固定されるマグネットと、前記マグネットを囲むステータとを備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
一対の軸受と、前記一対の軸受の外周面に固定されるスリーブとを有する軸受組立体と、
前記一対の軸受の内周面に固定される軸と、
前記スリーブの外周面に固定されるマグネットと、
前記マグネットを囲むステータと、
を備える、回転装置。
続きを表示(約 540 文字)【請求項2】
前記マグネットは、前記スリーブとともに回転する、請求項1に記載の回転装置。
【請求項3】
前記スリーブは、磁性体で形成されている、請求項1又は2に記載の回転装置。
【請求項4】
前記スリーブに固定されるインペラ、
を備え、
前記マグネットは、前記スリーブの一方の端部に固定され、
前記インペラは、前記スリーブの他方の端部に固定される、請求項1〜3のいずれか1つに記載の回転装置。
【請求項5】
前記軸受組立体と前記軸と前記マグネットと前記ステータと前記インペラとを収容するハウジング、
を備え、
前記軸は、前記ハウジングに固定され、
前記一対の軸受の内輪は、前記軸を介して前記ハウジングに固定され、
前記マグネット及び前記インペラは、前記スリーブ及び前記一対の軸受の外輪とともに回転する、請求項4に記載の回転装置。
【請求項6】
前記スリーブの一方の端部は、前記インペラの回転により吸引される流体の吸引側にあり、
前記スリーブの他方の端部は、前記インペラの回転により吸引された前記流体の排出側にある、請求項4又は5に記載の回転装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転装置に関する。
続きを表示(約 5,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、回転軸の軸シールを不要とするため、ケーシング内に回転可能に軸支されたインペラに装着されたマグネットと対峙してケーシングに電磁石を配設することで、マグネットに反発力を生じさせてインペラを回転させる電動ポンプが知られている。
【0003】
また、掃除機等の家電機器に組み込まれるモータのロータを組み立てる際に、一対の軸受とスリーブとが組み立てられた軸受カートリッジが用いられている。軸受カートリッジを用いることで、精密部品である軸受の取り扱いを容易にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開平05−079491号公報
特表2012−518751号公報
特開2015−232276号公報
特開2015−140796号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の軸受カートリッジを用いたモータは、軸受カートリッジを挟み込むように、マグネットと流体機械(インペラ等)とが軸受カートリッジの両端に配置されている。しかし、上記のモータの構造は、軸受(ベアリング)にとって負荷となる回転体が片持ち構造となり、バランス性が悪い場合があった。
【0006】
本発明は、上記課題を一例とするものであり、回転効率の良い回転装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様に係る回転装置は、一対の軸受と、前記一対の軸受の外周面に固定されるスリーブとを有する軸受組立体と、前記一対の軸受の内周面に固定される軸と、前記スリーブの外周面に固定されるマグネットと、前記マグネットを囲むステータとを備える。
【0008】
本発明の一態様によれば、回転効率の良い回転装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1は、実施形態に係る回転装置の回転軸を通る断面の断面図である。
図2は、実施形態に係る回転装置の第1軸受を通り回転軸に垂直な断面による断面図である。
図3は、図1に示す軸受組立体を用いた他の例の回転装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態に係る回転装置について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、1つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。
【0011】
図1は、実施形態に係る回転装置の回転軸を通る断面の断面図である。また、図2は、実施形態に係る回転装置の第1軸受を通り回転軸に垂直な断面による断面図である。図1に示すように、実施形態に係る回転装置1は、軸10、軸受組立体11、マグネット16、ステータ17、インペラ20及びハウジング30を有する。
【0012】
回転装置1は、軸10、軸受組立体11、マグネット16、ステータ17により構成されるモータにより、流体機械であるインペラ20を回転させる装置である。例えば、回転装置1は、掃除機等の家電機器に組み込まれる。軸10は、回転装置1における回転軸である。ただし、軸10は、後述するように、インペラ20の回転中に回転しない固定軸である。すなわち、回転装置1が有するモータは、軸固定型のモータである。
【0013】
軸受組立体11は、一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)と、スリーブ14とを有する。第1軸受12と第2軸受13とは、軸方向(図1における上下方向)に離間して配置される。第1軸受12は、内輪121とボール部122と外輪122とを有する。第2軸受13は、内輪131とボール部132と外輪132とを有する。
【0014】
スリーブ14は、筒状の部材であり、その内周が一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)に固定される。具体的には、スリーブ14は、一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)の外輪122、132の外周面124、134に固定される。例えば、スリーブ14は、第1軸受12の外輪122の外周面124に接着剤で固定され、第2軸受13の外輪132の外周面134に接着剤で固定される。なお、接着剤で固定する方法については、「圧入」又は「Oリングなどを用いた摩擦力で固定」する等、他の固定方法を採用できる。
【0015】
また、図1に示す軸受組立体11は、ばね15を有する。ばね15は、第1軸受12と第2軸受12とが互いに離間する方向に付勢する。これにより、ばね15は、第1軸受12及び第2軸受12それぞれに予圧をかける。なお、本実施形態は、軸受組立体11がばね15を有さない場合であっても良い。
【0016】
軸10は、その外周が、軸受組立体11が有する一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)に固定される。すなわち、軸10は、一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)の内周面である内輪121、131の外周面125、135に固定される。例えば、軸10は、第1軸受12の内輪121の外周面125に接着剤で固定され、第2軸受13の内輪131の外周面135に接着剤で固定される。軸10は、軸受組立体11の両端部から突出しており、突出した軸10の両端部がハウジング30に固定される。一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)の内輪121、131は、軸10を介してハウジング30に固定される。軸受組立体11を用いることで、軸10に、第1軸受12及び第2軸受12を高い位置精度にて容易に取り付けることができる。
【0017】
マグネット16は、スリーブ14の外周面141に固定される。マグネット16は、図1に示すように、第1軸受12側の外周面141に固定される。マグネット16は、図2に示すように、4極マグネットである。
【0018】
ステータ17は、マグネット16を囲むように配置される。ステータ17は、ステータコア171とコイル172とを有する。ステータコア171は、環状の環状部171aと、環状部171aの内周面から径方向内側へ突出する複数のティース171bとを有し、複数の磁性体で形成されている。複数の磁性体は例えば電磁鋼板などを用いることができる。コイル172は、インシュレータを介して、ティース171bに巻回されている。ステータコア171は、図2に示すように、6つのティース171bを有する。すなわち、回転装置1に組み込まれるモータは、4極6スロットのモータである。
【0019】
インペラ20は、スリーブ14に固定される。マグネット16は、図1に示すように、第2軸受13側の外周面141に固定される。換言すると、マグネット16は、スリーブ14の一方の端部に固定され、インペラ20は、スリーブの他方の端部に固定される。
【0020】
ハウジング30は、軸10と軸受組立体11とマグネット16とステータ17とインペラ20とを収容する。ハウジング30は、第1ハウジング31と第2ハウジング32と第3ハウジング33とを有する。第1ハウジング31は、モータ(軸10、軸受組立体11、マグネット16及びステータ17)の一部と、インペラ20とを収容する。
【0021】
第2ハウジング32は、スリーブ14の一方の端部から(第1軸受12側から)、第1ハウジング31を覆う蓋部である。第2ハウジング32には、軸10の一方の端部が固定されている。また、第2ハウジング32には、インペラ20の回転により吸引される流体(空気)の吸引口が形成されている。第1ハウジング31及び第2ハウジング32は、軸10の他方の端部以外のモータを収容する。
【0022】
第3ハウジング33は、スリーブ14の他方の端部から(第2軸受13側から)、第1ハウジング31を覆う蓋部である。第3ハウジング33には、インペラ20の回転により吸引された流体(空気)の排出口が形成されている。図1に示す第3ハウジング33には、インペラ20の回転により吸引された空気の風向きを制御する固定翼(静翼)が形成されている。そして、第3ハウジング33には、軸10の他方の端部が固定されている。
【0023】
基板40は、電子部品を実装し、モータを制御する制御回路を有する。基板40は、図1に示すように、ステータ17の上側に配置される。
【0024】
上述した構成において、コイル172にモータ駆動用の電流が流れると、スリーブ14の一方の端部に固定されているマグネット16が回転し、スリーブ14が回転する。これにより、スリーブ14の他方の端部に固定されているインペラ20と、スリーブ14に外周が固定されている第1軸受12の外輪123と第2軸受13の外輪133とが回転する(外輪回転)。図1では、回転する外輪123、外輪133、スリーブ14、マグネット16及びインペラ20を破線で囲んでいる。
【0025】
このように、回転装置1では、マグネット16は、スリーブ14とともに回転する。詳細には、回転装置1では、マグネット16及びインペラ20は、スリーブ14及び一対の軸受の外輪(第1軸受12の外輪123と第2軸受13の外輪133)とともに回転する。そして、インペラ20の回転中、一対の軸受の内輪(第1軸受12の内輪124と第2軸受13の内輪134)は、軸10とともに固定されている。
【0026】
図3は、図1に示す軸受組立体11を用いた他の例の回転装置を示す図である。図3に示す回転装置1aは、軸10aと軸受組立体11とマグネット16aとステータ17aとインペラ20aと、図示しないハウジングとを有する。軸10aは、軸受組立体11が有する一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)の内輪121、131の外周面125、135に固定される。軸10aは、軸10と同様に、軸受組立体11の両端から突出している。回転装置1aにおいて、軸受組立体11から突出している軸10aの一方の端部にインペラ20aが固定され、軸受組立体11から突出している軸10aの他方の端部にマグネット16aが固定される。ステータ17aは、マグネット16aを囲むように配置される。
【0027】
回転装置1aが有するモータ(軸10a、軸受組立体11、マグネット16a、ステータ17a)は、軸回転型のモータであり、モータ駆動用の電流が流れると、軸10aの一方の端部に固定されているマグネット16が回転し、軸10aが回転する。これにより、軸10aの他方の端部に固定されているインペラ20と、軸10aの外周面に固定されている一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)の内輪121、131が回転する(内輪回転)。このように、回転装置1aでは、マグネット16a及びインペラ20aは、軸10a及び一対の軸受(第1軸受12、第2軸受13)の内輪121、131とともに回転する。
【0028】
回転装置1aにおいて、マグネット16a及びインペラ20aは、軸受組立体11を挟み込むように両端に配置されている。しかし、回転装置1aが有するモータの構造においては、軸受組立体11が有する軸受(第1軸受12、第2軸受13)にとっては、負荷となる回転体(マグネット16aやインペラ20a)が片持ち構造となり、バランス性が悪い場合があった。これに対して、回転装置1では、マグネット16及びインペラ20は、軸受組立体11(スリーブ14)に配置される。具体的には、マグネット16は、第1軸受12を囲むように配置され、インペラ20は、第2軸受13を囲むように配置される。かかる構造により、軸受(第1軸受12、第2軸受13)対するバランス性を向上させることができ、回転効率の良い回転装置1を得ることができる。
【0029】
また、回転装置1の構造は、回転装置1aの構造と比較して、高トルクのモータを低コストで製造することができる。この点について、以下説明する。モータのトルク(T)は、コイル電流をIとすると、以下の式1で表わされる。
【0030】
T=K

*I ・・・(式1)
(【0031】以降は省略されています)

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