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特開2018-129894アウターロータ型モータおよび飛行装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-129894(P2018-129894A)
(43)【公開日】2018年8月16日
(54)【発明の名称】アウターロータ型モータおよび飛行装置
(51)【国際特許分類】
   H02K 5/10 20060101AFI20180720BHJP
   B64D 27/24 20060101ALI20180720BHJP
   B64C 39/02 20060101ALI20180720BHJP
   B64C 27/08 20060101ALI20180720BHJP
【FI】
   H02K5/10 Z
   B64D27/24
   B64C39/02
   B64C27/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2017-19920(P2017-19920)
(22)【出願日】2017年2月6日
(71)【出願人】
【識別番号】000240477
【氏名又は名称】アダマンド並木精密宝石株式会社
(72)【発明者】
【氏名】沖 幸治
【テーマコード(参考)】
5H605
【Fターム(参考)】
5H605AA02
5H605AA03
5H605BB05
5H605BB14
5H605BB19
5H605CC01
5H605CC02
5H605CC03
5H605CC10
5H605DD16
5H605EA07
5H605EB33
(57)【要約】
【課題】 高い防水防塵性能を備えるアウターロータ型モータと飛行装置を提供する。
【解決手段】 ステータの周囲でロータが回転するアウターロータ型モータにおいて、ロータを含む回転体をベアリングを介して回転可能に支持するとともに、ステータを回転不能に固定支持する固定支持体を備える。そして、回転体はカップ形状をしており、回転体のカップ形状の開放端側に、フィンを備えるカバー部材を固定配置する。このアウターロータ型モータの回転出力軸にプロペラを取り付け、小型の飛行装置の駆動源とする。

【選択図】 図6
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステータの周囲でロータが回転するアウターロータ型モータにおいて、
ロータを含む回転体をベアリングを介して回転可能に支持するとともに、ステータを回転不能に固定支持する固定支持体を備え、
前記回転体はカップ形状をしており、
前記回転体には前記カップ形状の開放端側にカバー部材が固定配置されており、
前記カバー部材にフィンが形成されていることを特徴とするアウターロータ型モータ。
【請求項2】
前記固定支持体には、プレートが固定配置されており、前記カバー部材の前記プレートと対向する面に前記フィンが形成されていることを特徴とする請求項1記載のアウターロータ型モータ。
【請求項3】
前記カバー部材と前記固定支持体との間で屈曲するラビリンス隙間が形成されていることを特徴とする請求項2又は3記載のアウターロータ型モータ。
【請求項4】
前記プレートと前記カバー部材との間が前記ラビリンス隙間の一部となっていることを特徴とする請求項3記載のアウターロータ型モータ。
【請求項5】
前記回転体の前記カップ形状の開放端側において、前記固定支持部材に保持された前記ベアリングを介して、前記回転体が回転可能に支持されており、
前記カップ形状の開放端で、前記カバー部材が前記ベアリングの外輪に接していることを特徴とする請求項1〜4何れか1項記載のアウターロータ型モータ。
【請求項6】
請求項1〜5何れか1項に記載のアウターロータ型モータの回転出力軸に取り付けたプロペラを回転させて空中を飛行するものであることを特徴とする飛行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータがステータの外周側を回転するようにしたアウターロータ型モータに関し、特に防水防塵のためのシール構造を備えるアウターロータ型モータ及び、このアウターロータ型モータを駆動源とする飛行装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、電動モータでプロペラを回転させて空中を飛行する装置として、無線操縦式のヘリコプターや飛行機、有人小型のグライダー機などがある。また、近年、特許文献1などに示されているように、複数のプロペラをバランスよく回転させることによって飛行するマルチコプターの開発が盛んに行われている。マルチコプターは、その用途の可能性も広がりをみせており、例えば、災害現場における情報収集や救助活動、或いはインフラの維持管理を目的した使用などが考えられている。
【0003】
特許文献2には、小型飛行装置の駆動源として適用するのに好ましい電動モータとして、比較的小さな径サイズでも大きな出力を得ることができる構成のアウターロータ型モータが開示されている。特許文献2の図5に示されるアウターロータ型モータ(2)は、ロータ(20)に貫通孔(90a)を設けないようにすることで、一定の防水防塵対策となる。
【0004】
その他、アウターロータ型モータの防水防塵対策として、例えば、特許文献3には、アウターロータ型モータにおける回転体(1,43)と固定支持部(4,31)とをラビリンス隙間によってシールした形態が示されている。このシール構造によれば、内部の軸受けに使用されるグリースが外部に漏れることを防ぐとともに、外部からの防水防塵にも効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2011−046355号公報
【特許文献2】特許第5891521号公報
【特許文献3】実用新案登録第2505613号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
マルチコプターなどの小型飛行装置を災害現場などで使用する場合には、風雨や降雪、温度条件等で、より過酷な環境下での使用となることが想定される。この過酷な環境下において、小型飛行装置に搭載される電動モータの内部が浸水するなどした場合、故障の原因となり、安定した飛行が行えなくなる可能性がある。したがって、過酷な環境下で使用する小型飛行装置の駆動源とする電動モータには、より高い防水防塵性能をもつことが望まれる。以上の事情を鑑み、より防水防塵性能に優れるアウターロータ型モータおよび飛行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】
上記課題を解決するための一手段は、ステータの周囲でロータが回転するアウターロータ型モータにおいて、ロータを含む回転体をベアリングを介して回転可能に支持するとともに、ステータを回転不能に固定支持する固定支持体を備える。そして、回転体はカップ形状をしており、回転体のカップ形状の開放端側に、フィンを備えるカバー部材を固定配置する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、高い防水防塵性能を備えるアウターロータ型モータ及び風雨などの過酷な環境下でも安全で安定した飛行を行える小型の飛行装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータの外観を示す正面図である。
図2】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータの外観を示す平面図である。
図3】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータの外観を示す底面図である。
図4】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータの断面構造図である。
図5】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータの構造を示す要部拡大図である。
図6】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータの固定支持体にプレートを取り付けていない状態を示す底面図である。
図7】本願発明の実施の形態に係わるアウターロータ型モータを搭載したマルチコプターを簡易的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本実施の形態の特徴の一つは、ステータの周囲でロータが回転するアウターロータ型モータにおいて、ロータを含む回転体をベアリングを介して回転可能に支持するとともに、ステータを回転不能に固定支持する固定支持体を備える。そして、カップ形状をした、回転体の開放端側に、フィンが形成されたカバー部材を固定配置した。
この構成によれば、アウターロータ型モータが駆動しているとき、回転するフィンが、回転体の開放端側から内部に水や塵が入り込むのを防ぐこととができる。防水防塵性能を備えるので、過酷な環境下で使用する小型飛行装置においてプロペラ回転させる駆動源として使用することができる。
【0011】
他の特徴としては、アウターロータ型モータの固定支持体には、プレートが固定配置されており、カバー部材のプレートと対向する面にフィンが形成されている。
この構成によれば、例えば、フィンとプレートの間に水分が介在する状態で回転体が回転するとき、フィンによって水分は径外方向にはじき飛ばされるとともに、径方向内側に水などが浸入するのを防ぐため、より高い防水防塵性能をアウターロータ型モータに備えることができる。
【0012】
他の特徴としては、カバー部材と固定支持体との間で屈曲するラビリンス隙間が形成されるようにした。
この構成によれば、非接触のシール構造により、アウターロータ型モータの効率を損なうことなく、より高い防水防塵性能をアウターロータ型モータに備えることができる。
【0013】
他の特徴としては、固定支持体に固定配置されたプレートと、回転体の開放端側に固定配置されたカバー部材との間の隙間が、ラビリンス隙間の一部となるように構成した。
この構成によれば、非接触のシールの範囲を長くできるので、より高い防水防塵性能をアウターロータ型モータに備えることができる。
【0014】
他の特徴としては、回転体のカップ形状の開放端側において、固定支持部材に保持されたベアリングを介して、回転体が回転可能に支持されており、カップ形状の開放端で、カバー部材がベアリングの外輪に接しているようにした。
この構成によれば、回転体の出力側軸方向に力がはたらいた場合でも、回転体が抜けるのを防止できる。
【0015】
他の特徴としては、上記の特徴を備えるアウターロータ型モータの回転出力軸にプロペラを取り付け、このプロペラを回転させて空中を飛行する小型の飛行装置を構成した点にある。
この構成による飛行装置は、駆動源のアウターロータ型モータが優れた防水防塵性能を持っているため、風雨などによる過酷な環境下でも安全で安定した飛行を行える。
【0016】
次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【0017】
図1図2図3は、本発明の一例を示すアウターロータ型モータ1の外観図である。図1を正面図として、図2は平面図、図3は底面図を示している。図4は、図1で指示したX−X断面であって、アウターロータ型モータ1の内部構造を示している。
【0018】
アウターロータ型モータ1は、ステータの周囲でロータが回転するアウターロータ型のブラシレスモータである。アウターロータ型モータ1が起動しているとき、固定側ユニット10に対して、回転体20が回転する。
固定側ユニット10は、固定支持体11及び、固定支持体11に固定配置されたステータ12、プレート13などで構成される。
回転体20は、回転出力軸21、ロータ支持部材22、ロータ23、ロータ23の内周部に固定されたマグネット24、カバー部材25などで構成される。
回転体20は、ベアリング31、32を介して、固定側ユニット10に対して回転可能に支持されている。
【0019】
ステータ12は、図4に示す例によれば、軸方向に2つ並んだかたちで固定支持体11に固定配置されている。各ステータ12の位置は、スペーサ15a,15bによって定まっている。そして、各ステータ12には巻線コイル14が巻かれている。巻線コイル14のリード線14aは、固定支持体11の穴部11hとプレート13の穴部13hを通って、外部に導かれている。尚、リード線14aを外部に導いた後、固定支持体11の穴部11hは、封止用の接着剤を充填し密封している(封止材16)。
リード線14aは、アウターロータ型モータ1の駆動装置(図示せず)に接続され、この駆動装置が出力する制御電圧によって、アウターロータ型モータ1の回転体20が回転する。
【0020】
回転体20は、回転出力軸21を下にして見るとき、カバー部材25側を開放端側、ロータ23の円筒部位を側面、ロータ支持部材22側を有底側とするカップ形状をしている。回転体20には、カップ形状の内側と外側をつなぐ貫通部は無い。また固定側ユニット10を構成する固定支持体11において、回転体20の開放端付近に位置する部分は、穴部11hに封止用の接着剤を充填した状態では、カップ形状の内側と外側をつなぐ貫通部は無い。すなわち、カップ形状の開放端側に位置するカバー部材25と固定側ユニット10との間を、防水防塵構造とすることにより、アウターロータ型モータ1の防水防塵対策となる。
【0021】
図5は、図4で示すA部の拡大図であって、回転体20のカバー部材25と固定側ユニット10との間隙の状態を示している。図5に示すように、回転体20と固定側ユニット10との間には屈曲するラビリンス隙間Sが形成されている。より具体的には、本実施例の場合は、アウターロータ型モータ1の回転軸に対して垂直な径方向に伸びる隙間s1、s3、s5と、回転軸に平行な方向に伸びる隙間s2、s4とでラビリンス隙間Sが形成されている。
【0022】
ラビリンス隙間Sは、ラビリンス効果を発揮するために、狭い隙間と狭い隙間との間に、この狭い隙間よりも広い隙間を設けている。例えば、隙間s2、s3、s4の各距離寸法(カバー部材25と固定支持体11との最短距離)について、隙間s2と隙間s4を0.15mmとするのに対し、隙間s3を0.3mmとする。
【0023】
カバー部材25と固定支持体11でラビリンス隙間S(s2、s3、s4)を形成している対向面となる部分に撥水性皮膜を設けている。また、カバー部材25とプレート13でラビリンス隙間S(s1)を形成している対向面となる部分に撥水性皮膜を設けている。これにより、カバー部材25と固定側ユニット10との間の防水性能を高めている。より具体的な形態として、例えば、カバー部材25、固定支持体11、プレート13の材質を非磁性体のアルミニウム材として、少なくともラビリンス隙間Sの一部を形成する部分に潤滑アルマイト加工処理を行い撥水性皮膜を形成する。
【0024】
図6は、アウターロータ型モータ1において、固定支持体11にネジ止めしているプレート13を取り外した状態での底面図である。図5及び図6に示すように、カバー部材25には、プレート13と対向する面にフィン25fを備えている。例えば、カバー部材25とプレート13との間に水分が介在する状態で回転体20が一定の方向(底面図である図6の例によれば、底面側からみて半時計方向)に回転するとき、フィン25fによって水分は径外方向にはじき飛ばされるとともに、径方向内側に水などが浸入するのを防ぐことができる。
【0025】
ベアリング32は、内輪、外輪、ボールと保持器からなるボールベアリングである。このベアリング32に、内輪と外輪との間にふたをしてシールしたタイプのものを使用すれば、アウターロータ型モータ1の防水性能が更に確実となる。
【0026】
ベアリング32の内輪32bの内周部が固定支持体11に圧入固定されており、外輪32aの外周部がロータ23の内周部に圧入固定されている。また、内輪32bは、スペーサ15bの一部と固定支持体11の一部とに挟まれている。また、外輪32aは、ロータ23のカップ形状の開放端側からカバー部材25の一部が接している。アウターロータ型モータ1を小型飛行装置の駆動源として使用するとき、回転出力軸21のねじ部21aにプロペラを取り付けてアウターロータ型モータ1を起動すると、回転体20には、出力側軸方向に大きな推進力が働く。しかし、上述のように、ベアリング32の内輪を保持しつつカバー部材25の一部が接しているので、この大きな推進力が働いた場合でも、回転体が抜けることを防止できる。
【0027】
プレート13は、アルミニウム材など伝熱特性の良い材質を用いており、アウターロータ型モータ1の発熱を外部に逃がすヒートシンクとしても機能する。更に、プレート13、形状を工夫し、表面積を大きくすることで、放熱効果を上げることができる。尚、プレート13を取り付けずに、小型飛行装置等に直接設置して、その設置部分に発熱を逃がすようにしてもよい。
【0028】
図7は、アウターロータ型モータ1を動力として適用した小型飛行装置の一形態であるマルチコプター100を示す斜視図である。図示例によれば、マルチコプター100は、回転出力軸21にプロペラ41を取り付けたアウターロータ型モータ1を4台使用している。
マルチコプター100の本体ユニット101にアーム102が4本取り付けられている。各アーム102の端部のモータ固定部102bに、アウターロータ型モータ1が固定されている。
アウターロータ型モータ1は、プレート13を取り付けられていない状態で、モータ固定部102bに固定支持体11が固定されている。
このとき、モータ固定部102は、カバー部材25との間でラビリンス隙間の一部を形成するとともに、アウターロータ型モータ1の発熱を逃がす。すなわち、モータ固定部102は、プレート13と同じ役割をはたしている。
【0029】
マルチコプター100は、過酷な環境下での使用においても、アウターロータ型モータ1の高い防水防塵性能に加え、アウターロータ型モータ1の発熱による損失を抑えることができるので、風雨などによる過酷な環境下でも安全で安定した飛行を行える。
【0030】
また、マルチコプター100は、駆動部位のあるアウターロータ型モータ1が優れた防水構造を備えることにより飛行後においても、機体に放水するなどして丸洗いができるという利点がある。したがって、例えば、マルチコプター100を農薬散布の用途に使用した場合の機体への薬品の付着や、過酷な環境下での飛行した後の土埃等の汚れを容易に洗い流すことができる。
【0031】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更が可能である。
【0032】
例えば、上記実施例によれば、アウターロータ型モータ1のステータ12は、軸方向に2つ並べた形態としたが、ステータの数は1つ、又は、3つ以上としてもよく、あらゆるアウターロータ型のモータに適用できる。また、ラビリンス隙間の形状も、ラビリンス効果を生じる多種、多様な幾何学的形状を採用することができる。
【符号の説明】
【0033】
1:アウターロータ型モータ
10:固定側ユニット
11:固定支持体
11h:(固定支持体の)穴部
12:ステータ
13:プレート
13h:(プレートの)穴部
14:巻線コイル
14a:リード線
15a,15b:スペーサ
16:封止材
20:回転体
21:回転出力軸
21a:ねじ部
22:ロータ支持部材
23:ロータ
24:マグネット
25:カバー部材
25f:フィン
31,32:ベアリング
32a:外輪
32b:内輪
41:プロペラ
100:マルチコプター
101:本体ユニット
102:アーム
102b:モータ固定部
S:ラビリンス隙間
s1,s2,s3,s4,s5:隙間
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7