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公開番号2021072751
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210506
出願番号2019199860
出願日20191101
発明の名称電動機
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H02K 23/54 20060101AFI20210409BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】エアギャップを小さくすることなく電動機の性能を向上させることができる電動機を提供する。
【解決手段】電動機1は、回転軸21及び回転軸21を囲むように配置された複数の電機子巻線22を有する回転子20と、回転軸21の軸心方向に複数の電機子巻線22と対向する固定子10とを備え、回転子20は、複数の電機子巻線22の固定子10側とは反対側に配置された磁性板23を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
回転軸及び前記回転軸を囲むように配置された複数の電機子巻線を有する回転子と、
前記回転軸の軸心方向に前記複数の電機子巻線と対向する固定子とを備え、
前記回転子は、前記複数の電機子巻線の前記固定子側とは反対側に配置された磁性板を有する、
電動機。
続きを表示(約 850 文字)【請求項2】
前記複数の電機子巻線の各々は、導電線が平面状に巻回された巻線コイルであって、前記磁性板に対面している、
請求項1に記載の電動機。
【請求項3】
前記磁性板は、前記複数の電機子巻線の位置を規制する複数の突起を有する、
請求項1又は2に記載の電動機。
【請求項4】
前記複数の電機子巻線は、平面視において、隣り合う2つの電機子巻線のコイル開口部同士が重なるように配置されている、
請求項2に記載の電動機。
【請求項5】
前記磁性板は、前記隣り合う2つの電機子巻線のコイル開口部同士が重なった部分に位置する突起を有する、
請求項4に記載の電動機。
【請求項6】
前記磁性板及び前記複数の電機子巻線は、モールド樹脂によって一体に成形されている、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の電動機。
【請求項7】
前記磁性板及びモールド樹脂の外形の平面視形状は、円形であり、
前記磁性板の直径は、前記モールド樹脂の直径よりも大きい、
請求項6に記載の電動機。
【請求項8】
前記磁性板は、鉄系材料によって構成されている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電動機。
【請求項9】
前記回転軸の出力側の部位を支持する第1軸受けと、
前記回転軸の反出力側の部位を支持する第2軸受けと、
前記第1軸受けを保持する磁性材料からなる第1ブラケットと、
前記第2軸受けを保持する樹脂材料からなる第2ブラケットと、を備える、
請求項1〜8のいずれか1項に記載の電動機。
【請求項10】
前記回転子は、コアを有していない、
請求項1〜9のいずれか1項に記載の電動機。
【請求項11】
前記固定子は、磁石である、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の電動機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、電動機に関する。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
電動機は、電気掃除機等の家庭用電気機器分野をはじめとして、自動車等の電装分野にも広く用いられている。例えば、二輪自動車又は四輪自動車等の車両には、ラジエータ等の冷却ファンを駆動するために電動機が用いられている。
【0003】
近年、車両に用いられる車載用の電動機は、低コスト化に加えて、小型化及び軽量化が要求されている。特に、二輪自動車におけるラジエータの冷却ファンに用いられる電動機は、小型化及び軽量化が要求されている。このため、車載用の電動機としては、厚みが薄い扁平型のブラシ付きコアレスモータ(フラットモータ)が用いられている。
【0004】
従来、この種の電動機として、特許文献1には、電機子巻線を有するコアレスの回転子と、略ドーナツ形状のマグネットからなる固定子と、回転軸を回転自在に保持する第1軸受け及び第2軸受けとを備える扁平型のブラシ付きコアレスモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2006−149019号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のフラットモータでは、第1軸受けを保持する鋼板製の第1ブラケットと第2軸受けを保持する鋼板製の第2ブラケットとで構成される筐体の中に、エアギャップを介して回転子及び固定子が配置されている。
【0007】
回転子と固定子との間のエアギャップは、透磁率μが4π×10
−7
[H/m]の低透磁率領域である。そこで、このエアギャップを小さくすることで、電動機の性能を向上させることができる。しかしながら、回転子と固定子との間のエアギャップを小さくし過ぎると、エアギャップに異物が噛み込んで回転子ロックが発生するおそれがある。
【0008】
本開示は、回転子と固定子との間のエアギャップを小さくすることなく電動機の性能を向上させることができる電動機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】
【0009】
上記目的を達成するために、本開示に係る電動機の一態様は、回転軸及び前記回転軸を囲むように配置された複数の電機子巻線を有する回転子と、前記回転軸の軸心方向に前記複数の電機子巻線と対向する固定子とを備え、前記回転子は、前記複数の電機子巻線の前記固定子側とは反対側に配置された磁性板を有する。
【発明の効果】
【0010】
本開示に係る電動機によれば、性能に優れた扁平型の電動機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施の形態に係る電動機の断面図である。
実施の形態に係る電動機に用いられる回転子を出力側から見たときの斜視図である。
実施の形態に係る電動機に用いられる回転子を反出力側から見たときの斜視図である。
実施の形態に係る電動機に用いられる回転子について、モールド樹脂を除外して見たときの斜視図である。
実施の形態に係る電動機に用いられる回転子について、モールド樹脂を除外した見たときの上面図である。
実施の形態に係る電動機に用いられる回転子の分解斜視図である。
比較例の電動機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【0013】
なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【0014】
(実施の形態)
実施の形態に係る電動機1の全体の構成について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態に係る電動機1の断面図である。
【0015】
電動機1は、固定子10(ステータ)と、固定子10の磁力により回転する回転子20(ロータ)と、回転子20が有する回転軸21を支持する第1軸受け31及び第2軸受け32と、第1軸受け31を保持する第1ブラケット41と、第2軸受け32を保持する第2ブラケット42とを備える。なお、電動機1は、ブラシ付き電動機である。したがって電動機1は、さらに、回転子20の回転軸21に取り付けられた整流子50と、整流子50に摺接するブラシ60とを備える。
【0016】
また、本実施の形態における電動機1は、直流電動機の一種であり、固定子10として磁石を用いるとともに、回転子20として電機子巻線22(回転子巻線)を有する電機子を用いている。また、電動機1は、二輪自動車又は四輪自動車等の車両に搭載される扁平型のブラシ付きコアレスモータ(フラットモータ)である。したがって、固定子10及び回転子20は、いずれもコア(鉄心)を有しておらず、電動機1は、全体として厚みが薄くて軽い構成になっている。
【0017】
固定子10は、回転子20に作用する磁力を発生させる。固定子10は、電機子である回転子20とともに磁気回路を構成している。固定子10は、全体としてドーナツ状であり、周方向に沿って回転子20とのエアギャップ面にN極とS極とが交互に均等に存在するように構成されている。本実施の形態において、固定子10は、トルクを発生するための磁束を作る界磁であり、例えばマグネットによって構成されている。一例として、固定子10は、永久磁石によって構成されている。
【0018】
回転子20は、回転軸21を有しており、回転軸21の軸心Cを中心として回転する。回転子20は、固定子10に作用する磁力を発生させる。本実施の形態において、回転子20が発生する主磁束の向きは、回転軸21の軸心Cの方向である。
【0019】
回転子20は、固定子10とエアギャップを介して配置されている。具体的には、回転子20の表面と固定子10の表面との間には微小なエアギャップ(例えば0.5mm程度)が存在する。本実施の形態において、回転子20は、回転軸21の軸心Cの方向において固定子10と対向している。つまり、固定子10と回転子20とは、エアギャップを介して回転軸21の軸心Cの方向に並んでいる。
【0020】
回転子20が有する回転軸21は、回転子20が回転する際の中心となるシャフトである。回転軸21は、例えば金属棒である。回転軸21の出力側の部位である第1部位21aは、第1軸受け31に支持されている。一方、回転軸21の反出力側の部位である第2部位21bは、第2軸受け32に支持されている。つまり、第1軸受け31及び第2軸受け32は、一対の軸受けとして、回転軸21を回転自在に支持している。一例として、第1軸受け31及び第2軸受け32は、ベアリングである。
【0021】
本実施の形態において、回転軸21の出力側の端部(出力軸)は、第1ブラケット41及び第1軸受け31から突出している。回転軸21の出力側の端部には、例えば回転ファン等の負荷が取り付けられる。一方、回転軸21の反出力側の端部(反出力軸)は、第2ブラケット42及び第2軸受け32から突出していない。
【0022】
なお、回転子20の詳細な構成については、後述する。
【0023】
第1ブラケット41は、第1軸受け31を保持している。具体的には、第1軸受け31は、第1ブラケット41に設けられた凹部41aに固定されている。本実施の形態において、第1ブラケット41は、磁性材料によって構成されている。具体的には、第1ブラケット41は、冷間圧延鋼板(SPC材)等の鉄系材料からなる磁性材料によって構成されている。なお、第1ブラケット41の材質は、鉄系材料の磁性材料に限るものではなく、フェライト、ニッケル又はコバール等の鉄系以外の磁性材料であってもよい。また、第1ブラケット41の材質は、磁性材料に限るものではなく、アルミニウム等の非磁性材料の金属材料であってもよい。なお、第1ブラケット41の材質は、金属材料に限るものではなく、第2ブラケット42と同様に、樹脂材料であってもよい。
【0024】
第1ブラケット41が金属材料によって構成されている場合、第1ブラケット41は、金属板に曲げ加工を施すことで所定の形状に形成することができる。本実施の形態において、第1ブラケット41は、冷間圧延鋼板によって構成されており、この冷間圧延鋼板に曲げ加工を施すことで、鍔を有する薄い有底筒状のケース(つまりハット状)となるように形成されている。このとき、有底筒状のケースの底部に、第1軸受け31が収納される凹部41aも形成される。
【0025】
第2ブラケット42は、第2軸受け32を保持している。具体的には、第2軸受け32は、第2ブラケット42に設けられた凹部42aに固定されている。本実施の形態において、第2ブラケット42は、樹脂材料によって構成されている。具体的には、第2ブラケット42は、絶縁性の樹脂材料を用いて一体に成形されている。一例として、第2ブラケット42は、ABS樹脂又はPBT樹脂等によって構成されている。また、本実施の形態において、第2ブラケット42は、第1ブラケット41よりも幅広の鍔を有する薄い有底筒状のケース(つまりハット状)となるように形成されている。なお、第2ブラケット42は、樹脂材料に限るものではなく、第1ブラケット41と同様に、金属材料によって構成されていてもよい。
【0026】
本実施の形態における電動機1は、第1ブラケット41と第2ブラケット42とで筐体が構成されている。具体的には、第1ブラケット41と第2ブラケット42とは、電動機1の外郭をなす外郭筐体を構成している。そして、この外郭筐体の中に固定子10と回転子20とが配置されている。
【0027】
整流子50は、回転軸21に取り付けられている。したがって、整流子50は、回転軸21とともに回転する。本実施の形態において、整流子50は、回転子20の第2軸受け32側に設けられている。整流子50は、回転軸21を囲むように円環状に配列された複数の整流子片51を有する。複数の整流子片51は、回転軸21の回転方向に互いに絶縁分離されている。複数の整流子片51の各々は、電機子巻線22と電気的に接続されている。
【0028】
整流子50には、ブラシ60が接触する。具体的には、ブラシ60は、整流子50が有する複数の整流子片51の各々と接触する。ブラシ60は、回転子20が有する電機子巻線22に電力を供給するための給電ブラシである。ブラシ60が整流子片51に接触することで、電源端子を介してブラシ60に供給される電機子電流が、整流子片51を介して電機子巻線22に流れる。一例として、ブラシ60は、カーボンによって構成された導電性を有するカーボンブラシであり、長尺状の略直方体である。
【0029】
本実施の形態において、ブラシ60は、一対設けられている。一対のブラシ60は、整流子50を挟持するように対向して配置されている。ブラシ60は、トーションバネ等のブラシバネからの押圧力を受けて整流子50(整流子片51)に摺接するとともに整流子50との摩耗により回転軸21の軸心Cに向かう方向(径方向)に移動可能に配置されている。なお、図示しないが、ブラシ60は、例えば第2ブラケット42に保持されたブラシ箱に収納されている。
【0030】
以上のように構成される電動機1では、ブラシ60に供給される電流が電機子電流(駆動電流)として整流子50を介して回転子20の電機子巻線22に流れることで、回転子20(電機子巻線22)に磁束が発生する。そして、この回転子20に生じた磁束と固定子10から生じる磁束との相互作用によって生成された磁気力が回転子20を回転させるトルクとなる。このとき、整流子片51とブラシ60とが接する際の位置関係によって電流が流れる方向が切り替えられる。このように、電流が流れる方向が切り替えられることで、固定子10と回転子20との間に発生する磁力の反発力と吸引力とで一定方向の回転力が生成され、回転子20が回転軸21を中心として回転する。
(【0031】以降は省略されています)

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