WO2018235682A1 - ブラシレスｄｃモータおよびそれを用いた天井扇 - Google Patents

Abstract

ブラシレスＤＣモータは、シャフトと、ステータコアと、ロータホルダと、ロータカバーと、第１のベアリングと、第２のベアリングと、弾性部材とを備える。シャフトは、第１区間、第２区間および第３区間を有する。ステータコアは、シャフトの第３区間に固定されている。ロータホルダは、シャフトを挿通するシャフト開口を有する天面と、天面に連なる内周面とを有する。ロータホルダは、さらに、天面と内周面とで規定される空間内にステータコアを収容する。ロータカバーは、ロータホルダの空間を覆う。第１のベアリングと第２のベアリングは、内輪と、外輪とを含む。弾性部材は、シャフトを挿通し、ステータコアと第２のベアリングの内輪との間に位置する。弾性部材は、第１端と第１端とは反対の第２端とを有する。第１端がステータコアを与圧する。第２端が第２のベアリングの内輪を与圧する。

Description

ブラシレスＤＣモータおよびそれを用いた天井扇

　本発明は、天井扇など、ファン駆動用のブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置に関するものである。

　従来、この種のブラシレスＤＣモータは、特許文献１に開示された構成のものが知られている。

　図１１に示したように、固定子１０１は、固定子コア１０２のティース部にインシュレータ１０３を介してコイル１０４が巻き付けられたものが用いられる。ロータハウジング１０７には回転軸１０８が一体に組み付けられている。回転軸１０８は、回転子１０５のステータハウジング１０９にベアリング１１０を介して挿通されている。ステータハウジング１０９にはモータ基板１１１、ブラケット（板金）１１２が一体に組み付けられている。また、ステータハウジング１０９とブラケット１１２がかしめられて、固定子１０１、モータ基板１１１及びブラケット１１２が一体に組み付けられる。弾性変形するスペーサ１１３の反力により、モータ基板１１１及び固定子コア１０２がステータハウジング１０９とブラケット１１２の間で固定されるようになっている。

　また、図１２Ａ、図１２Ｂに示したように、従来のモータの固定子コア２０２は、円環状の鉄心ヨーク部２０２ｂと鉄心ヨーク部２０２ｂから径方向外方に複数個突設されたティース部２０２ａを有し、打抜加工せられた珪素鋼鈑の薄板を積層して形成されている。コイル２０３ｕ，２０３ｖ，２０３ｗは、被覆部材２０９の上から各ティース部２０２ａに巻回される。コイル２０３ｕ，２０３ｖ，２０３ｗは、渡り線２０４ｕ，２０４ｖ，２０４ｗで直列に接続されて全体の３相巻線を構成している。

　コイル２０３ｕ，２０３ｖ，２０３ｗの巻き始め、巻き終わりのリード線が出入りする内径側のスペースは、渡り線収納部側壁２０５に両側を囲まれた円周方向の溝状スペースである渡り線収納部２０６を形成している。各相の渡り線２０４ｕ，２０４ｖ，２０４ｗは、渡り線収納部２０６の中を経由して次組のコイルへと至る。

　渡り線２０４ｕ，２０４ｖ，２０４ｗは、コイルから出て切欠き部２０７を通り、渡り線収納部２０６の中をほぼ水平に配線し、同じ高さの切り欠き部側壁高さを有する次組の同相コイルへと入る。

特開２００６－２３８５６７号公報 特開２００３－２０４６４５号公報

　このような従来のブラシレスＤＣモータにおいては、モータ基板１１１と固定子コア１０２がステータハウジング１０９とブラケット１１２との間で固定されている。また、ベアリング１１０の内輪は回転軸１０８に圧入される。ベアリング１１０の外輪はステータハウジング１０９にはめ込まれる。そのため、ブラシレスＤＣモータの分解が難しく、モータ基板１１１のメンテナンスなどを行いにくいという課題があった。

　本発明の一つの目的は、メンテナンスのし易いブラシレスＤＣモータを提供することである。

　また、従来のモータにおいては、渡り線収納部２０６に３本以上の渡り線が収納されるので、渡り線収納部側壁２０５は、所定以上の高さが必要となる。

　本発明の別の目的は、小型化を実現するブラシレスＤＣモータを提供することである。

　本発明の一態様に係るアウターロータ型のブラシレスＤＣモータは、シャフトと、ステータコアと、ロータホルダと、ロータカバーと、第１のベアリングと、第２のベアリングと、弾性部材とを備える。シャフトは、第１区間、第２区間および第３区間を有する。ステータコアは、シャフトの第３区間に固定されている。ロータホルダは、シャフトを挿通するシャフト開口を有する天面と、天面に連なる内周面とを有する。ロータホルダは、さらに、天面と内周面とで規定される空間内にステータコアを収容する。ロータカバーは、ロータホルダの空間を覆う。第１のベアリングは、シャフトの第１区間に位置してシャフトを挿通する内輪と、ロータホルダに固定された外輪とを含む。第２のベアリングは、シャフトの第２区間に位置してシャフトを挿通する内輪と、ロータカバーに固定された外輪とを含む。弾性部材は、シャフトを挿通し、ステータコアと第２のベアリングの内輪との間に位置する。弾性部材は、第１端と第１端とは反対の第２端とを有する。第１端がステータコアを与圧する。第２端が第２のベアリングの内輪を与圧する。

　本発明の別の態様のブラシレスＤＣモータは、シャフトと、ステータコアと、部材と、巻線とを備える。ステータコアは、第１のティース部と第２のティース部とを含む複数のティース部を有する。複数のティース部がシャフトの周りに放射状に配置されている。部材は、シャフトの周りを周回する内周溝と、内周溝よりも外側においてシャフトの周りを周回する外周溝とを規定する。巻線は、第１および第２の末端を有する電線を含む。電線が、第１のティース部に巻かれた第１のコイルと、第２のティース部に巻かれた第２のコイルと、第１のコイルおよび第２のコイルを接続する渡り線とを形成する。第１および第２の末端が内周溝内に収容されている。渡り線が外周溝内に収容されている。

　本発明の一態様によれば、メンテナンスし易いブラシレスＤＣモータが得られる。

　本発明の別の態様によれば、小型化を実現するブラシレスＤＣモータが得られる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るブラシレスＤＣモータの分解斜視図である。 図２は、同ブラシレスＤＣモータの断面図である。 図３は、同ブラシレスＤＣモータのロータホルダを示す斜視図である。 図４は、同ブラシレスＤＣモータの制御回路基板の外観図である。 図５は、同ブラシレスＤＣモータの位置検出素子部の分解斜視図である。 図６は、同ブラシレスＤＣモータの位置検出素子部の斜視図である。 図７は、同ブラシレスＤＣモータのステータコアの概略図である。 図８は、同ブラシレスＤＣモータの巻線の結線図である。 図９は、同ブラシレスＤＣモータの基板ホルダ支持部の拡大斜視図である。 図１０は、同ブラシレスＤＣモータを用いた天井扇の外観図である。 図１１は、従来のブラシレスＤＣモータの縦断面図である。 図１２Ａは、従来のブラシレスＤＣモータの部分縦断面図である。 図１２Ｂは、従来のブラシレスＤＣモータの部分斜視図である。

　以下、本発明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、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって本発明の技術的範囲を限定するものではない。また、全図面を通して、同一の部位については同一の符号を付して二度目以降の説明を省略している。さらに、各図面において、本発明に直接には関係しない各部の詳細については説明を省略している。

　（第１の実施の形態）
　まず、図１、図２を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係るブラシレスＤＣモータ９の概略構成について説明する。なお図１は、ブラシレスＤＣモータ９の分解斜視図である。

　図１、図２に示すように、ブラシレスＤＣモータ９は、ステータコア１、ロータホルダ５、ロータカバー８を備えている。ロータホルダ５には、マグネット６が装着される。ロータホルダ５とロータカバー８が一体になってロータを構成する。

　ステータコア１は、シャフト３を中心に放射状に配置された複数のティース部１ａを含み、全体として円盤形をしている。ステータコア１の中心部には、シャフト３が貫通して固定されている。ステータコア１のそれぞれのティース部１ａには樹脂製フィルム（スロットインシュレータ）を介して駆動コイル２が巻かれている。この駆動コイル２に通電することにより磁界が発生する。なお、ステータコア１の厚みは、設計事項であって様々な厚みをとることができる。そのため、ステータコア１は、場合によっては円柱型とも言える形状である。

　シャフト３の回転軸方向上方（図１における上側）でベアリング４ａ（第１のベアリング）の内輪４３がシャフト３に対して回動可能に配置されている。シャフト３において、ステータコア１を挟んでベアリング４ａとの反対側の回転軸方向下方（図１における下側）には、ベアリング４ｂ（第２のベアリング）の内輪４５がシャフト３に対して回動可能に配置されている。

　ステータコア１の外周端部１ｃには、ロータホルダ５の内周面に備えられたマグネット６の磁束を検出する位置検出素子部７が固定されている。

　ロータホルダ５は、椀状の形状、詳しくは、天面５１と天面５１に連なる内周面５２とを有した円筒状をしている。ロータホルダ５の天面５１は、その中心部に、シャフト３が貫通するシャフト開口５３（図２参照）を備える。そしてロータホルダ５の底面から天面５１に至る途中で、円筒の径が小さくなっており、これにより段差１４ａ、段差１４ｂが構成される。なお、ロータホルダ５の内周面５２には、複数個のマグネット６が円筒側面の周方向に所定間隔で取付けられている。ロータホルダ５は、天面５１と内周面５２とで規定される空間にステータコア１を収容している。

　ロータホルダ５の底面は、開口部となっている。ロータカバー８は、ロータホルダ５の底面の開口部を覆う。これにより、ブラシレスＤＣモータ９としては、ロータホルダ５の内部の空間は塞がれる。ロータカバー８は、ロータホルダ５の底面の開口部よりも大きな略円形状であり、その中心部にシャフト３が貫通するシャフト開口８ａを備えている。ロータカバー８は、例えば、ねじ、ボルトとナット、弾性変形可能な爪などにより、ロータホルダ５に着脱自在に取り付けられてもよい。

　このように、ブラシレスＤＣモータ９は、シャフト３に固定されたステータコア１の外周をロータホルダ５、ロータカバー８とが一体となったロータが回転するアウターロータ型となっている。

　上記構成を有するステータコア１、ロータホルダ５、ロータカバー８は、組み立て時には、ベアリング４ａの外輪４４がロータホルダ５に固定される。ベアリング４ｂの外輪４６がロータカバー８に固定される。この状態で、シャフト３の上部がロータホルダ５のシャフト開口５３を貫通し、シャフト３の下部がロータカバー８のシャフト開口８ａを貫通する。そして、ロータホルダ５の内周面５２に配置されたマグネット６は、ステータコア１を構成するティース部１ａの外周曲面、即ち対向面と対向する。つまり、ステータコア１を、ロータホルダ５とロータカバー８が包む形で、ブラシレスＤＣモータ９が構成される。

　ブラシレスＤＣモータ９では、制御された電流を駆動コイル２に流すことで、ロータホルダ５及びロータカバー８が一体となってシャフト３を中心軸として回転駆動する。なお、電流の制御方法は、本発明に直接関係しないため詳細を省略する。

　本実施の形態におけるシャフト３と、ステータコア１、ロータホルダ５との結合について、詳細に説明する。

　シャフト３は、中空の円筒形状で、内部に電源供給のための電源線、回転を制御するための制御線を通している。シャフト３には、回転軸方向上方（図１における上側）でベアリング４ａの内輪４３が当接する段差３ａ（第１段差）を有している。段差３ａは、シャフト３の外周に環状に形成されている。段差３ａの回転軸方向上方よりも、回転軸方向下方の方がシャフト３の外径が大きくなっている。そして、段差３ａよりも回転軸方向上方におけるシャフト３は、ベアリング４ａの内輪４３にスムーズに挿入されるように、その外径が内輪４３の内径よりも小さくなっている。

　また、シャフト３の回転軸方向下方には、段差３ｂ（第２段差）が設けられている。段差３ｂは、シャフト３の外周に環状に形成されている。段差３ｂの回転軸方向上方よりも、回転軸方向下方の方がシャフト３の外径が小さくなっている。すなわち、段差３ａ、段差３ｂの間の部分の外径（第３の外径）は、段差３ａの回転軸方向上方の外径（第１の外径）、および、段差３ｂの回転軸方向下方の外径（第２の外径）よりも大きくなっている。そして、段差３ｂよりも回転軸方向下方におけるシャフト３は、ベアリング４ｂの内輪４５にスムーズに挿入されるように、その外径が内輪４５の内径よりも小さくなっている。このようにシャフト３は、段差３ａと段差３ｂの間に大径部３６（第３区間）を有する。シャフト３は、さらに、段差３ａよりも上方に小径部３４（第１区間）を有し、段差３ｂよりも下方に小径部３５（第２区間）を有する。また、シャフト３の大径部３６の外径は、ベアリング４ａの内輪４３の内径よりも大きく、かつ、ベアリング４ｂの内輪４５の内径より大きくなっている。

　ステータコア１は、シャフト３の大径部３６に圧入固定されている。

　ベアリング４ａは、シャフト３の回転軸方向上方から挿入される。ベアリング４ａの内輪４３は、段差３ａに当接した状態で保持される。シャフト３は、ロータホルダ５のシャフト開口５３に通される。ベアリング４ａの外輪４４は、ロータホルダ５のシャフト開口５３の周囲に設けられたベアリング保持部１３に圧入される。

　ステータコア１の回転軸方向下方には、制御回路基板１０が設けられる。制御回路基板１０は、ステータコア１と電気的、物理的に接続され、ブラシレスＤＣモータ９の駆動を制御するものである。制御回路基板１０は、基板ホルダ１０ａと、基板１０ｂとで構成される。基板ホルダ１０ａは、中心部にシャフト３を通す円筒部１０ｃを有している。基板１０ｂは、中心部に円筒部１０ｃおよびシャフト３を通す開口部を備えている。本実施の形態では、基板１０ｂの中心部に設けられた開口部は、基板１０ｂの外周まで連通しており、言わば切り欠き状になっている。さらに基板ホルダ１０ａは、基板１０ｂを保持する内周用および外周用の保持部１０ｄを有している。内周用の保持部１０ｄは、基板１０ｂの内周側を保持する。外周用の保持部１０ｄは、基板１０ｂの外周側を保持する。外周用の保持部１０ｄは、径方向に突出した腕部１０ｅと、回転軸方向下方から装着される基板１０ｂを引っ掛けて保持するための爪部１０ｆで構成されている。内周用の保持部１０ｄは、回転軸方向下方に向けて伸びた腕部１０ｅと、回転軸方向下方から装着される基板１０ｂを引っ掛けて保持するための爪部１０ｆで構成されている。

　図４に示すように、基板１０ｂは、ほぼ中央部分にシャフト３を通す開口（以降、中央開口）３７を有している。この中央開口３７は、外周まで連通していて、基板１０ｂの外形状は、アルファベットの「Ｃ」のような形状である。図２に示すように、基板ホルダ１０ａは、基板１０ｂの外周を外周用の保持部１０ｄ（爪部１０ｆ）で保持し、基板１０ｂの中央開口３７を内周用の保持部１０ｄ（爪部１０ｆ）で保持する。より詳しくは、内周用の保持部１０ｄの爪部１０ｆが係合するのは、基板１０ｂの中央開口のうち、シャフト３が貫通する部分よりも外周側であって、中心部と外周部とをつなぐ連通部である。

　ステータコア１には、基板ホルダ支持部１８が設けられている。基板ホルダ支持部１８は、ステータコア１の下方、すなわち基板ホルダ１０ａ側で、シャフト３の径方向外側、駆動コイル２の径方向内側に、下方に向けて立設した複数の円筒状の壁を有する。基板ホルダ支持部１８は、樹脂を用いて成型されている。

　シャフト３を基板ホルダ１０ａに挿入し、固定位置となる位置では、円筒部１０ｃは、回転軸方向上端側でステータコア１と接触している。すなわち、円筒部１０ｃは、ステータコア１に当接する上端１０ｇ（第３端）を有する。そして、基板ホルダ１０ａは、基板ホルダ支持部１８の下方端と当接している。

　さらに、基板１０ｂが装着された状態で、シャフト３に回転軸方向下方から弾性部材１１が挿入される。弾性部材１１の内径は、シャフト３の外径よりも少し大きめのものを用いている。より詳しくは、弾性部材１１の内径は、シャフト３の大径部３６の外径よりも大きい。そして、弾性部材１１の回転軸方向の上端１１ａ（第１端）は、基板ホルダ１０ａの円筒部１０ｃの下端１０ｈ（第４端）に当接する。弾性部材１１の弾性力は、上端１１ａ側では基板ホルダ１０ａを介してステータコア１にかかることになる。なお、本実施の形態では、弾性部材１１はスプリングであり、波ワッシャー、ゴムワッシャー、ウレタン（ゴム）スリーブなどを使用してもよい。

　ベアリング４ｂは、シャフト３の下端、あるいは、下端近傍に挿入される。すなわち、ベアリング４ｂは、シャフト３の小径部３５に位置する。弾性部材１１の下端１１ｂ（第２端）は、ベアリング４ｂの内輪４５に当接した状態になる。弾性部材１１の弾性力は、下端１１ｂ側ではベアリング４ｂの内輪４５にかかることになる。ベアリング４ｂは、ロータカバー８のベアリング装着部８ｂに圧入固定されている。さらに詳しくは、ロータカバー８のベアリング装着部８ｂには、ベアリング４ｂの外輪４６が圧入固定され、内輪４５は接触していない状態となっている。

　このような構成により、制御回路基板１０は、ベアリング４ｂとステータコア１との間に弾性部材１１によって与圧されて固定されている。弾性部材１１は、ベアリング４ｂの内輪４５を押さえつけて、ベアリング４ｂの内輪４５と外輪４６の回転軸方向のズレを生じさせている。すなわち、ベアリング４ｂの内輪４５は、外輪４６よりも回転軸方向下方に位置することになる。一方、回転軸方向上方では、基板ホルダ１０ａに当接した弾性部材１１の与圧は、基板ホルダ１０ａ、ステータコア１、シャフト３を介してベアリング４ａの内輪にかかることになる。また、弾性部材１１の下向きの与圧が、ベアリング４ｂを下向きに押し、それに固定されたロータカバー８およびロータホルダ５を下向きに押す。これを受けてロータホルダ５がベアリング４ａの外輪４４を下に押しているとも言える。すなわち、ベアリング４ａの内輪４３は、外輪４４よりも回転軸方向上方に位置することになる。

　上記のように、制御回路基板１０は、弾性部材１１によってシャフト３と一体となったステータコア１に向けて押されて保持された状態となっている。従って、ロータホルダ５とロータカバー８とを分解することによって、ロータカバー８を下方に取り外すことができる。ベアリング４ｂは、シャフト３には固定されておらずロータカバー８に固定されているので、ロータカバー８と共に取り外される。弾性部材１１は、シャフト３に挿入されているだけで、シャフト３に固定されているわけではない。弾性部材１１も容易に下方に取り外すことができる。弾性部材１１の取り外しにより、弾性部材１１による制御回路基板１０の上向きの与圧が解除される。制御回路基板１０は、上向きの与圧の解除により、下方に取り外すことができる。これにより、シャフト３と一体となったステータコア１と制御回路基板１０とを容易に分解することができる。なお、シャフト３の小径部３４の外径は、ベアリング４ａの内輪４３の内径よりも小さい。シャフト３の小径部３５の外径は、ベアリング４ｂの内輪４５の内径よりも小さい。そのため、ベアリング４ａおよびベアリング４ｂをシャフト３から容易に外すことができる。

　また、設計段階でシャフト３の長さ、円筒部１０ｃの回転軸方向の長さが調整できるので、弾性部材１１のストロークを適切に確保することができる。すなわち、弾性部材１１による与圧の大きさを適切に設定することができる。ベアリング４ａ、ベアリング４ｂに対して適切な与圧をかけることによって、ベアリング４ａ、ベアリング４ｂからの発熱を抑え、さらに、ベアリング４ａ、ベアリング４ｂから発生する騒音を低減し、結果としてベアリング４ａ、ベアリング４ｂの劣化を抑えることができる。

　次に、ロータホルダ５、およびロータホルダ５へのマグネット６の装着について説明する。

　図３に示すように、ロータホルダ５には、底部にロータカバー８を取り付けるための固定部１２が設けられている。固定部１２は、ロータホルダ５の底部で外側に向けて張り出したもので、ネジを通して固定するためのネジ孔を有している。固定部１２は、周方向に一体となったフランジ形状としても良いし、図３に示すように、ネジ孔部分のみ張り出した形状としても良い。

　また、ロータホルダ５は、アルミニウム製のホルダ外郭５ａと、その内周側に設けられたインサートリング５ｂを有している。前述したように、ロータホルダ５のホルダ外郭５ａは、略円筒形状で、頂部は、シャフト開口５３を有した天面５１、底部はロータカバー８で塞がれる開口となっている。ホルダ外郭５ａの円筒形状部分は、頂部、すなわち天面５１にむけて径が小さくなるよう、リング形状の段差が２箇所に設けられている（段差１４ａ、段差１４ｂ）。段差１４ａは、段差１４ｂよりも下方に設けられている。段差１４ａよりも底部側には、バランスウェイト４０が挿入されるバランスウェイト挿入穴４１が環状に設けられている。段差１４ｂよりも上方の天面５１には、ベアリング保持部１３が設けられている。

　図２、図３に示すように、インサートリング５ｂは、ホルダ外郭５ａの内周面であって、段差１４ａと段差１４ｂとの間の領域を覆うように設けられている。インサートリング５ｂの上面は、段差１４ｂに当接するように設けられる。そして、インサートリング５ｂの内周面５４に、マグネット６が装着される。マグネット６は、マグネット６の上面が段差１４ｂに当接するように装着される。インサートリング５ｂは、強磁性体の金属を材料とした平板を、ホルダ外郭５ａの内周面に合わせて円筒型にし、ホルダ外郭５ａに装着されたものである。インサートリング５ｂを形成する強磁性体の金属としては、鉄などが挙げられる。

　ホルダ外郭５ａは、アルミニウムのダイキャスト製となっている。ダイキャスト製法によれば、ホルダ外郭５ａの外形形状を高い自由度で設計することができる。そして、インサートリング５ｂの内周面５４については、インサートリング５ｂ装着後、旋盤などにより切削加工を施すことにより、精度の高い円筒形状とすることができる。すなわち、インサートリング５ｂの内周面５４は、断面が真円に近い円筒となる。そして、マグネット６は、インサートリング５ｂの内周面５４に接着固定される。従って、真円に近い円筒内周に装着されたマグネット６は、シャフト３に対し、精度よく配置されるのである。すなわち、ステータコア１の外周面とマグネット６との距離が精度よくなり、ブラシレスＤＣモータ９として、効率よく回転するのである。

　また、切削加工により、マグネット６を接着する面の平面度（表面の滑らかさ）を上げて磁石の接着力を向上させることができる。さらに、切削加工により、マグネット６を接着する面のみ無垢の金属を表面に出すことで、磁石の接着力を向上させるとともに、接着する面以外を切削せずに錆びを抑制することができる。

　また、インサートリング５ｂは、矩形の金属平板を３ロールで丸めて作るとよい。そして、円筒を形成するとき、平板の端部同士をつなぎ合わせる部分、すなわちつなぎ目ができる。このつなぎ目では、磁束を通し難くなる。従って、磁力線の発するマグネット６の端部とインサートリング５ｂのつなぎ目とが一致しないほうが良い。より好ましくは、マグネット６の中心部とインサートリング５ｂのつなぎ目とが一致するようにマグネット６を配置すると良い。なお、マグネット６は複数あるため、複数のマグネット６の少なくとも１つにおける周方向の中心とインサートリング５ｂのつなぎ目とが一致すればよい。なお、つなぎ目とは、丸められた金属平板の周方向端部のことである。

　また、段差１４ｂにマグネット６の上面が当接するので、マグネット６の位置決めが容易にできることになる。

　なお、インサートリング５ｂの厚み，すなわち、径方向の厚みは、大きくするほうが良い。すなわち、インサートリング５ｂは、ロータヨークとして機能するため、厚さを大きくして磁束の飽和を緩和することができる。すなわち、インサートリング５ｂの厚さを厚くすることによって、巻線に発生する誘起電圧を高くすることができ、マグネット６の機能を十分発揮させ、効率の高いブラシレスＤＣモータ９となる。なお、インサートリング５ｂの厚さは厚いほど発生する誘起電圧を高くすることができるが、所定の厚さ以上領域では発生する誘起電圧は飽和する。そのため、用いるマグネット６の磁力に応じ、適切なインサートリング５ｂの厚さを用いると良い。

　また、インサートリング５ｂの回転軸方向の長さは、マグネット６の回転軸方向の長さよりも大きくすると良い。インサートリング５ｂをマグネット６よりも大きくすることによって、磁束を効率的に通すことができ、効率の良いブラシレスＤＣモータ９となる。

　次に、位置検出素子部７について説明する。

　図１に示すように、ステータコア１には、スロットインシュレータを装着した上で巻線を配置するための開口、すなわち、スロット１ｂが設けられている。スロット１ｂは、周方向に複数設けられている。一方、前述したように、ブラシレスＤＣモータ９を駆動するための制御回路基板１０は、ステータコア１の回転軸方向下方に設けられている。位置検出素子部７は、制御回路基板１０とステータコア１の外周端部１ｃとを接続するように設けられている。

　詳しく説明すると、図５、図６に示すように、位置検出素子部７は、実際に位置を検出するホール素子７ａと、ホール素子７ａを保持する素子ホルダ７ｂとを有している。

　ホール素子７ａは、制御回路基板１０に固定されるとともに、制御回路基板１０に形成された回路に接続されている。そして、ホール素子７ａは、検出した位置を制御回路に伝達している。一方、ホール素子７ａを保持する素子ホルダ７ｂは、ステータコア１に向けて突出した突起部７ｃを有している。この突起部７ｃは、ステータコア１のスロット１ｂに、回転軸方向下方から挿入されている。すなわち、ホール素子７ａは、ステータコア１に対して位置決めされていることになる。

　さらに詳しく説明すると、ホール素子７ａは、制御回路基板１０に立設している。ホール素子７ａが立設する位置は、ステータコア１の外周端部１ｃに略対向する位置である。すなわち、ホール素子７ａは、径方向にはステータコア１の外周端部１ｃ近傍に位置している。ホール素子７ａは、回転軸方向にはステータコア１の下部に位置している。より詳しくは、ホール素子７ａは、回転軸方向にはステータコア１と基板１０ｂの間に位置している。ホール素子７ａが立設する外周端部１ｃ近傍とは、ステータコア１の外周端部１ｃに対し、径方向に外側に突出、あるいは、内側にへこんでもよいが、マグネット６の磁力を検出し、ロータの回転に障害物とならない位置であれば良い。

　そして、素子ホルダ７ｂは、３個のホール素子７ａをステータコア１側から被せるようにして一体に保持する。この状態で、制御回路基板１０ごとステータコア１と合体するように、突起部７ｃをスロット１ｂに挿入される。突起部７ｃは、複数設けられており、それぞれ別のスロット１ｂに差し込まれることによって、位置決め、固定が確実に行われることになる。

　マグネット６の回転軸方向の長さは、ステータコア１の回転軸方向の厚さよりも大きくなっている。マグネット６は、マグネット６の下方において、ステータコア１と対向していない部分を有する。特に、マグネット６は、ステータコア１に対し、回転軸方向に制御回路基板１０に向けて突出している。この部分から出る磁力をホール素子７ａが検出するのである。

　このような構成によれば、駆動コイル２とホール素子７ａとの位置関係が製造工程、あるいは部品のばらつきによらず固定されることになる。従って、ホール素子７ａから出力されるロータ（マグネット６）の位置情報は、高い精度を確保することができ、結果として、効率の良いモータ特性が得られることになる。

　図７、図８に示すように、本実施の形態のブラシレスＤＣモータ９は、三相の巻線、すなわち巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７を有している。そして、本実施の形態のブラシレスＤＣモータ９は、１２個のティース部１ａを有する。図７に示すように、１２個のティース部１ａは、シャフト３を中心に放射状に配置されている。巻線Ｕ１５は、Ｕ相の４つのティース部１ａにそれぞれ巻回されたコイルＵ１５－１、コイルＵ１５－２、コイルＵ１５－３、コイルＵ１５－４を含む。図７に示すように、コイルＵ１５－１とコイルＵ１５－３とが回転軸（シャフト３）を挟んで対向し、同じくコイルＵ１５－２とコイルＵ１５－４とが回転軸を挟んで対向している。Ｖ相、Ｗ相の巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７についても同様である。

　図８に示すように、巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７は、スター結線で接続される。コイルＵ１５－４、コイルＶ１６－４、コイルＷ１７－４がコモンに接続されている。

　例えば、巻線Ｕ１５は、コイルＵ１５－１、コイルＵ１５－２、コイルＵ１５－３、コイルＵ１５－４の順で連続して巻回される。すなわち、巻線Ｕ１５は、第１の末端１５－８と第２の末端１５－９とを有する電線からなる。この電線が、コイルＵ１５－１、コイルＵ１５－２、コイルＵ１５－３、コイルＵ１５－４を形成する。電線は、さらに、コイルＵ１５－１とコイルＵ１５－２とを接続する渡り線２４－１、コイルＵ１５－２とコイルＵ１５－３とを接続する渡り線２４－２、コイルＵ１５－３とコイルＵ１５－４とを接続する渡り線２４－３を形成する。巻線Ｖ１６も同様に、第１の末端１６－８と第２の末端１６－９を有する電線からなる。この電線が、コイルＶ１６－１、コイルＶ１６－２、コイルＶ１６－３、コイルＶ１６－４および渡り線２２－１、渡り線２２－２、渡り線２２－３を形成する。巻線Ｗ１７も同様に、第１の末端１７－８と第２の末端１７－９を有する電線からなる。この電線が、コイルＷ１７－１、コイルＷ１７－２、コイルＷ１７－３、コイルＷ１７－４および渡り線２３－１、渡り線２３－２、渡り線２３－３を形成する。

　本実施の形態では、巻線Ｕ１５、Ｖ１６、Ｗ１７の渡り線２４－２、２２－２、２３－２は、基板ホルダ支持部１８を利用して処理されている。

　基板ホルダ支持部１８は、前述したように、シャフト３と巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７との間に立設した複数の円筒状の壁を含む。図９に示すように、本実施の形態では、基板ホルダ支持部１８は、同軸に配置された３つの円筒状の壁を含み、内周側から第１の支持壁１８ａ、第２の支持壁１８ｂ、第３の支持壁１８ｃとなっている。第１の支持壁１８ａと第２の支持壁１８ｂの高さは同じで、その頂部に基板ホルダ１０ａが当接することになる。一方、第３の支持壁１８ｃは、第１の支持壁１８ａ、第２の支持壁１８ｂよりも低い高さとなっている。第１の支持壁１８ａ、第２の支持壁１８ｂには、後述する端末線、コモン線を通すため、数箇所の凹部（壁の高さの低い箇所）が設けられている。第３の支持壁１８ｃは、渡り線を通すため、３段階の高さとなっている。

　第１の支持壁１８ａと第２の支持壁１８ｂの間には、巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７の第１の末端１５－８、１６－８、１７－８および第２の末端１５－９、１６－９、１７－９を通す内周溝１９が形成されている。第２の支持壁１８ｂと第３の支持壁１８ｃの間には、巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７の渡り線２４－２、２２－２、２３－２を通す外周溝２０が形成されている。すなわち、基板ホルダ支持部１８が、内周溝１９および外周溝２０を形成する部材として働く。

　コイルＵ１５－１、コイルＶ１６－１、コイルＷ１７－１から引き出される巻線（端末線）は、第２の支持壁１８ｂに設けられた凹部を通って、内周溝１９内へ引き出される。そして、これらの端末線とリード線との接続処理は、内周溝１９内、および接続穴２１において行われる。すなわち、巻線Ｕ１５の第１の末端１５－８、巻線Ｖ１６の第１の末端１６－８、および、巻線Ｗ１７の第１の末端１７－８は、内周溝１９内に収容される。リード線は、外部へ取り出される。

　接続穴２１は、第１の支持壁１８ａの内周側に設けられ、内側に突出する。リード線と端末線は、ハンダ接続されて、接続部分を形成する。その接続部分が接続穴２１に挿入されることによって保持されることになる。

　一方、コイルＵ１５－４、コイルＶ１６－４、コイルＷ１７－４から引き出される巻線（スター結線のコモン線）も、第２の支持壁１８ｂに設けられた凹部を通って、内周溝１９内へ引き出される。そして、内周溝１９内でハンダ接続処理がなされている。すなわち、巻線Ｕ１５の第２の末端１５－９、巻線Ｖ１６の第２の末端１６－９、および、巻線Ｗ１７の第２の末端１７－９は、内周溝１９内に収容される。なお、コモン線を通す凹部は、端末線を通す凹部とは別に設けられている。

　隣接したコイルＵ１５－１とコイルＵ１５－２との間の渡り線２４－１は、巻線スペース内に這わされている。隣接したコイルＵ１５－３とコイルＵ１５－４との間の渡り線２４－３も、巻線スペース内に這わされている。上述したように、コイルＵ１５－１とコイルＵ１５－３とが回転軸を挟んで対向し、コイルＵ１５－２とコイルＵ１５－４とが回転軸を挟んで対向している。ほぼ対向するコイルＵ１５－２とコイルＵ１５－３との間の渡り線２４－２は、他の巻線と接触しないように基板ホルダ支持部１８の外周溝２０内に這わされている。すなわち、コイルＵ１５－２に接続された渡り線２４－２は、外周溝２０を通って、ほぼ対向した位置のコイルＵ１５－３に接続される。コイルＶ１６－２とコイルＶ１６－３の間の渡り線２２－２、および、コイルＷ１７－２とコイルＷ１７－３の間の渡り線２３－２についても同様に外周溝２０を通っている。前述のとおり、第３の支持壁１８ｃは、３段階の高さを備えている。これらの高さの違う壁を、高い順に壁１８ｃ－１、壁１８ｃ－２、壁１８ｃ－３とする。端末線およびコモン線は壁１８ｃ－１の頂部を経由して内周溝１９へと導かれる。そして、渡り線２２－２、２３－２、２４－２は、壁１８ｃ－２、壁１８ｃ－３の頂部を経由して外周溝２０へと導かれている。そのとき、巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７が接触しないよう、渡り線２２－２、２３－２、２４－２は、異なる高さの第３の支持壁１８ｃの頂部を経由して外周溝２０内へ導かれている。

　このように、渡り線２２－２、２３－２、２４－２の処理（整理）が基板ホルダ支持部１８に設けられた外周溝２０を用いて行われる。これにより巻線を連続して行うことができ、配線を簡略化できることになる。すなわち、巻線作業が容易になる。

　また、端末線およびコモン線の配線処理が内周溝１９内で行われる。渡り線の配線処理が外周溝２０内で行われる。内周溝１９と外周溝２０は、径方向で異なる位置にある。これにより、回転軸方向のスペースを使わずに、径方向のスペースを有効利用することができ、ひいては、ブラシレスＤＣモータ９の大きさを小さく抑えることができる。また、内周溝１９および外周溝２０を利用することで、高い絶縁信頼性を発揮できる。

　また、巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７の端末線と外部へ取り出すリード線との接続部分が接続穴２１に挿入される。これにより、端末線とリード線との接続部分を保護するとともに、絶縁チューブを用いた絶縁処理を不要とすることができる。

　また、第１の支持壁１８ａ、および第２の支持壁１８ｂの頂部が基板ホルダ１０ａに当接することにより、制御回路基板１０を安定して保持することができる。また、第１の支持壁１８ａおよび第２の支持壁１８ｂは、巻線Ｕ１５、巻線Ｖ１６、巻線Ｗ１７の近くに配置され、所定の径を有した円筒形状である。そのため、基板ホルダ１０ａがより安定して保持できるのである。

　また、図４に示すように、基板１０ｂ上には、アース部３１がプリントされている。アース部３１の一端３１ａは、電源ライン３２の所定の箇所（近接部３２ａと呼ぶ）において、放電ギャップ３３だけの距離を離して設けられている。電源ライン３２は、電源が接続される入力部であり、本実施の形態では、交流電源が接続されている。本実施の形態では、単相交流電源に接続される電動機を例にして説明するので、電源ライン３２は２箇所設けられている。そして、それぞれの電源ライン３２の近接部３２ａにおいて、アース部３１が近接して設けられている。すなわち、電源ライン３２は、アース部３１に最も近い近接部３２ａを有する。電源ライン３２の近接部３２ａとアース部３１との最短距離は、放電ギャップ３３に相当する。アース部３１の他端３１ｂは、基板１０ｂの中央開口３７の縁（中央開口の周囲）、特にシャフト３と接触する部分に設けられている。そして、シャフト３は、基板１０ｂの中央開口３７の縁に接触するようになっている。ここで、シャフト３と基板１０ｂの中央開口３７の縁は常時接触するものではなく、狭い隙間を有した状態でよい。すなわち、基板１０ｂに設けられた中央開口３７の内径は、シャフト３の外径よりも大きくなっている。

　このような構成において、雷サージのような高電圧が電源ライン３２に印加されると、まず、放電ギャップ３３を超えて放電が起こり、アース部３１に大電流が流れる。アース部３１に流れた電流は、アース部３１の他端３１ｂ、すなわち、基板１０ｂの中央開口３７の縁でシャフト３側に放電して流れる。そして、その電流は、シャフト３を介してグラウンド（ＧＮＤ）に逃げ、その結果、基板１０ｂを保護することができる。

　このように、基板１０ｂとシャフト３とをリード線を用いて接続することなく、簡単な構成で雷サージ等の対策ができるのである。

　なお、放電ギャップ３３としては、０．５ｍｍ以上設けると良い。

　なお、アース部３１は、基板１０ｂの中央開口３７の縁から中央開口３７の内周面に回りこむようにプリントしておくとよい。すなわち、アース部３１の他端３１ｂは、基板１０ｂの中央開口３７の内周側端面にプリントされているとよい。

　このようなアウターロータ型のブラシレスＤＣモータ９は、羽根径が大きな天井扇に適している。天井扇とは、天井から吊り下げられるように設けられた送風機である。このような天井扇においては、羽根径が大きいために生じるバランスの狂いを調整する必要がある。具体的には、羽根を取り付けたときに、水平方向の重心が回転軸（シャフト３）上になるようにバランスウェイトを筐体のいずれかの場所に配置することによって調整する。

　図３に示すように、本実施の形態において、ホルダ外郭５ａの底面側には、バランスウェイト４０を装着するための複数のバランスウェイト挿入穴４１が設けられている。バランスウェイト挿入穴４１は、図２、図３に示すように、ホルダ外郭５ａの底面側からバランスウェイトを挿入できるような穴となっている。そして、バランスウェイト挿入穴４１は、ホルダ外郭５ａの底部に複数個設けられ、周方向に配列されている。本実施の形態においては、ホルダ外郭５ａの底部に、ほぼ隙間なく並んでいる。バランスを調整する場合には、水平方向の重心がシャフト３上となるように、１つあるいは複数のバランスウェイト４０をバランスウェイト挿入穴４１に差し込むことによって行う。

　また、バランスの微調整ができるように、バランスウェイト４０を小さくするとよい。ただし、バランスウェイト４０が小さすぎると、目的のバランス調整のための能力が足りなくなる可能性がある。また、バランスウェイト４０が大きすぎると、バランス調整が難しくなる。

　なお、本実施の形態におけるバランスウェイト４０は、略長方形の板状である。そして、バランスウェイト挿入穴４１は、バランスウェイト４０の対向する２辺を２本のレールで挟むように保持するものである。バランスウェイト挿入穴４１は、テーパー形状、すなわち、入口側より奥側が狭くなった形状となっている。すなわち、バランスウェイト挿入穴４１を形成する２本のレールは、平行ではなく、入口側から奥に向かって狭くなっている。

　なお、バランスウェイト挿入穴４１は、２本のレールで形成される上記の形状に限られるものではなく、円錐型、角錐型であってもよい。

　また、このようなアウターロータ型のブラシレスＤＣモータ９を用いた天井扇５０においては、図１０に示すように、ブラシレスＤＣモータ９の上部をキャノピー４２で覆っても良い。キャノピー４２を用いることによって、シャフト３に設けられる電源配線の接続および制御配線の接続をキャノピー４２内部でできる。すなわち、電源配線の接続部分および制御配線の接続部分を覆い隠すことができる。

　また、本実施の形態のブラシレスＤＣモータ９は、制御回路基板１０をステータコア１よりも下方に配置させたものとなっている。図１に示すように、直流駆動のため、ブラシレスＤＣモータ９の制御回路基板１０はたくさんの制御部品を搭載し、大きなものとなっている。そのため、ステータコア１側をキャノピー４２で覆うことにより、キャノピー４２、さらに天井扇５０を小型化することができる。

　本発明に係るブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置は、羽根径の大きな天井扇などに使用される、ファン駆動用のブラシレスＤＣモータを搭載した送風装置として有用である。

　１　　ステータコア
　１ａ　　ティース部
　１ｂ　　スロット
　１ｃ　　外周端部
　２　　駆動コイル
　３　　シャフト
　３ａ　　段差
　３ｂ　　段差
　４ａ　　ベアリング（第１のベアリング）
　４ｂ　　ベアリング（第２のベアリング）
　５　　ロータホルダ
　５ａ　　ホルダ外郭
　５ｂ　　インサートリング
　６　　マグネット
　７　　位置検出素子部
　７ａ　　ホール素子
　７ｂ　　素子ホルダ
　７ｃ　　突起部
　８　　ロータカバー
　８ａ　　シャフト開口
　８ｂ　　ベアリング装着部
　９　　モータ
　１０　　制御回路基板
　１０ａ　　基板ホルダ
　１０ｂ　　基板
　１０ｃ　　円筒部
　１０ｄ　　保持部
　１０ｅ　　腕部
　１０ｆ　　爪部
　１０ｇ　　上端（第３端）
　１０ｈ　　下端（第４端）
　１１　　弾性部材
　１１ａ　　上端（第１端）
　１１ｂ　　下端（第２端）
　１２　　固定部
　１３　　ベアリング保持部
　１４ａ　　段差
　１４ｂ　　段差
　１５　　巻線Ｕ
　１５－１、１５－２、１５－３、１５－４　　コイルＵ
　１６　　巻線Ｖ
　１６－１、１６－２、１６－３、１６－４　　コイルＶ
　１７　　巻線Ｗ
　１７－１、１７－２、１７－３、１７－４　　コイルＷ
　１８　　基板ホルダ支持部
　１８ａ　　支持壁
　１８ｂ　　支持壁
　１８ｃ　　支持壁
　１９　　内周溝
　２０　　外周溝
　２１　　接続穴
　２２－１、２２－２、２２－３　　渡り線
　２３－１、２３－２、２３－３　　渡り線
　２４－１、２４－２、２４－３　　渡り線
　３１　　アース部
　３２　　電源ライン
　３３　　放電ギャップ
　３４　　小径部（第１区間）
　３５　　小径部（第２区間）
　３６　　大径部（第３区間）
　４１　　バランスウェイト挿入穴
　４２　　キャノピー
　４３　　内輪
　４４　　外輪
　４５　　内輪
　４６　　外輪
　５０　　天井扇
　５１　　天面
　５２　　内周面
　５３　　シャフト開口
　５４　　内周面
　１０１　　固定子
　１０２　　固定子コア
　１０３　　インシュレータ
　１０４　　コイル
　１０５　　回転子
　１０８　　回転軸
　１０９　　ステータハウジング
　１１０　　ベアリング
　１１１　　モータ基板
　１１２　　ブラケット
　１１３　　スペーサ
　２０２　　固定子コア
　２０２ａ　　ティース部

Claims (11)

1. 第１区間、第２区間および第３区間を有するシャフトと、
   前記シャフトの前記第３区間に固定されたステータコアと、
   前記シャフトを挿通するシャフト開口を有する天面と、前記天面に連なる内周面とを有し、前記天面と前記内周面とで規定される空間内に前記ステータコアを収容するロータホルダと、
   前記ロータホルダの前記空間を覆うロータカバーと、
   前記シャフトの前記第１区間に位置して前記シャフトを挿通する内輪と前記ロータホルダに固定された外輪とを含む第１のベアリングと、
   前記シャフトの前記第２区間に位置して前記シャフトを挿通する内輪と前記ロータカバーに固定された外輪とを含む第２のベアリングと、
   前記シャフトを挿通し、前記ステータコアと前記第２のベアリングの前記内輪との間に位置し、第１端と前記第１端とは反対の第２端とを有し、前記第１端が前記ステータコアを与圧し、前記第２端が前記第２のベアリングの前記内輪を与圧する弾性部材と、
   を備えるアウターロータ型のブラシレスＤＣモータ。
2. 前記第３区間は、前記第１区間と前記第２区間との間に位置し、
   前記第１区間は第１の外径を有し、前記第２区間は第２の外径を有し、前記第３区間は前記第１の外径よりも大きく且つ前記第２の外径よりも大きな第３の外径を有し、
   前記シャフトは、前記第１区間と前記第３区間との間に前記第１の外径と前記第３の外径の差により形成される第１段差を有し、前記第２区間と前記第３区間との間に前記第２の外径と前記第３の外径との差により形成される第２段差を有する、
   請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
3. 前記第１のベアリングの前記内輪は、前記第１の外径よりも大きく、且つ、前記第３の外径よりも小さな内径を有し、
   前記第２のベアリングの前記内輪は、前記第２の外径よりも大きく、且つ、前記第３の外径よりも小さな内径を有する、
   請求項２に記載のブラシレスＤＣモータ。
4. さらに、開口を有する制御回路基板を備え、前記制御回路基板は、前記開口に設けられた円筒部を含み、前記円筒部は、前記シャフトを挿通し、前記ステータコアに当接する第３端と前記弾性部材の前記第１端に当接する第４端とを有する、
   請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
5. 請求項１に記載のブラシレスＤＣモータを備えた天井扇。
6. シャフトと、
   第１のティース部と第２のティース部とを含む複数のティース部を有し、前記複数のティース部が前記シャフトの周りに放射状に配置されたステータコアと、
   前記シャフトの周りを周回する内周溝と、前記内周溝よりも外側において前記シャフトの周りを周回する外周溝とを規定するための部材と、
   第１および第２の末端を有する電線を含み、前記電線が、前記第１のティース部に巻かれた第１のコイルと、前記第２のティース部に巻かれた第２のコイルと、前記第１のコイルおよび前記第２のコイルを接続する渡り線とを形成し、前記第１および第２の末端が前記内周溝内に収容され、前記渡り線が前記外周溝内に収容された巻線と、
   を備えるブラシレスＤＣモータ。
7. 前記部材は、それぞれ円筒状の第１の支持壁、第２の支持壁および第３の支持壁を含み、
   前記内周溝は、前記第１の支持壁と前記第２の支持壁の間に形成され、
   前記外周溝は、前記第２の支持壁と前記第３の支持壁の間に形成され、
   前記第１の支持壁と前記第２の支持壁の高さは等しく、前記第３の支持壁の高さは、前記第２の支持壁よりも低い
   請求項６に記載のブラシレスＤＣモータ。
8. 前記第３の支持壁は、少なくとも３つの異なる高さを有する請求項７に記載のブラシレスＤＣモータ。
9. さらに、前記シャフトを挿通する開口を有する制御回路基板を備え、
   前記制御回路基板は、前記第１の支持壁、前記第２の支持壁それぞれの頂部と当接した請求項７に記載のブラシレスＤＣモータ。
10. 前記制御回路基板は、回路部品を搭載した基板と前記基板を保持する基板ホルダとを含み、
    前記基板ホルダは、前記ステータコアと前記基板との間に位置し、前記第１の支持壁、前記第２の支持壁それぞれの頂部と当接した請求項９に記載のブラシレスＤＣモータ。
11. 請求項６に記載のブラシレスＤＣモータを備えた天井扇。

Images