(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
一般に、インナーロータ型モータは、シャフトにロータマグネットが固定され、ロータマグネットの径方向外側にステータが配置されている。また、シャフトを支持する軸受は、ロータマグネットの上側及び下側にそれぞれ配置され、ステータを覆うブラケットにより、それぞれ支持されている。ステータの形状は、モータに要求される出力やトルクなどの特性によって異なる。このため、要求特性が異なるモータには、異なるブラケットを使用しなければならず、部品の共通化によるコストダウンを図ることができない。
【0003】
一方、ステータの両端を2つのブラケットで挟み込み、これらのブラケットを固定ねじで締結固定するモータが知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載された構造を採用すれば、ステータの長さが異なるモータに対し、同一のブラケットを使用することができる。
【0004】
しかしながら、特許文献1のモータは、ブラケットを締結固定するための固定ねじが必要であり、部品数を増大させるという問題があった。また、ステータの長さに応じて、長さの異なる固定ねじを使用しなければならないという問題もあった。さらに、固定ねじ用の挿通領域をステータ内に確保しなければならず、ステータコアの磁気特性を低下させ、モータのエネルギー効率を低下させるという問題があった。
【0005】
また、ブラケットの間隔は、ステータの軸方向の長さで決まり、ステータの形状誤差の影響を受ける。その結果、スリーブ軸受を用いてシャフトを支持する場合、シャフトに抜け止めワッシャを固定するための溝を形成することが多いが、ステータの形状誤差が、抜け止めワッシャと、スリーブとのギャップに影響を与える。その結果、抜け止めワッシャと、スリーブとのあそびが変化する。すなわち、軸方向のあそびが小さすぎた場合、軸損が増加する懸念がある。また、軸方向のあそびが大きすぎた場合、ロータががたついてしまう懸念がある。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本明細書では、便宜上、モータの中心軸Jの方向を上下方向として説明するが、本発明によるモータの使用時における姿勢を限定するものではない。また、モータの中心軸Jの方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向及び周方向を単に「径方向」及び「周方向」と呼ぶことにする。
【0013】
図1〜3は、本発明の実施の形態1によるモータ100の一構成例を示した図である。
図1は、モータ100の外観図である。
図2は、モータ100の断面図であり、モータ100の中心軸Jを含む切断面により切断した場合の断面が示されている。
図3は、モータ100の回路基板8より上側かつ天板部32よりも下側で切断した平面図である。
【0014】
図1から
図3を参照して、モータ100は、シャフト10にロータマグネット12が固定され、ロータマグネット12の径方向外方に間隙を介してステータ2を対向させたインナーロータ型モータである。ロータマグネット12の軸方向の両側には、シャフト10を支持する上軸受5及び下軸受6が設けられている。また、ステータ2の軸方向の両側には、上ブラケット3及び下ブラケット4が設けられ、上ブラケット3及び下ブラケット4が、上軸受5及び下軸受6を保持している。なお、上軸受5、下軸受6の少なくとも一方はスリーブ軸受、すなわち、焼結含油軸受である。本実施形態においては、上軸受5と下軸受6との両方が、スリーブ軸受である。
【0015】
モータ100は、家電製品、事務機器、医療機器、自動車などの駆動装置の駆動源として使用され、駆動装置の枠体に固定される静止部と、当該静止部により回転可能に支持される回転部1とにより構成される。回転部1には、シャフト10、ロータホルダ11及びロータマグネット12が含まれる。一方、静止部には、ステータ2、上ブラケット3、下ブラケット4、上軸受5、下軸受6、及び回路基板8が含まれる。以下、これらの各部品について詳しく説明する。
【0016】
<回転部1>
シャフト10は、軸方向(上下方向)に延びる略円柱状の部材であり、上軸受5及び下軸受6により支持され、中心軸Jを中心として回転する。シャフト10の下端部は、下ブラケット4の下方へ突出し、当該突出部が出力軸として、駆動装置の駆動部に連結される。なお、シャフト10の上端部を上ブラケット3の上方へ突出させ、当該突出部を出力軸として、駆動装置の駆動部に連結することもできる。シャフト10の外周面には軸方向に間隔を置いて、2箇所に溝が配置されている。この溝には、回転部1が軸方向に移動したときに、上軸受5または下軸受6と接触して、それ以上軸方向へ移動することを防止する、抜け止めワッシャが固定される。
【0017】
ロータホルダ11は、ステータ2の径方向内側において、シャフト10とともに回転する部材である。本実施形態においては、ロータホルダ11は、有蓋略円筒形状である。
【0018】
ロータマグネット12は、円筒形状の永久磁石であり、ロータホルダ11の外周面に固定されている。また、ロータマグネット12の径方向外側には、径方向においてステータ2と対向する磁極面が形成され、当該磁極面は、N極の磁極面とS極の磁極面とが周方向に交互に並ぶように着磁されている。なお、ロータホルダ11を用いることなく、ロータマグネット12をシャフト10に直接的に固定することもできる。また、ロータマグネット12として、複数の板状の永久磁石を用いることもできる。
【0019】
<ステータ2>
ステータ2は、モータ100の電機子であり、ステータコア21、コイル22及びインシュレータ23を備えている。ステータ2は、ロータマグネット12の径方向外側に形成された略円筒形状からなり、間隙を介してロータマグネット12の外周面と径方向に対向している。
【0020】
ステータコア21は、ケイ素鋼板などの磁性鋼板を軸方向に積層した積層鋼板からなる。各磁性鋼板は、円環状のコアバック210と、当該コアバック210から径方向内方に突出する複数本の磁極歯211とを有する。
【0021】
コイル22は、インシュレータ23を介して、ステータコア21の磁極歯211に巻回された巻き線である。コイル22に駆動電流を供給すれば、磁芯である磁極歯211に径方向の磁束が発生する。このため、磁極歯211とロータマグネット12との間に周方向のトルクが発生し、回転部1が中心軸Jを中心として回転する。
【0022】
インシュレータ23は、ステータコア21とコイル22とを電気的に絶縁する樹脂製の部材である。インシュレータ23は、例えば、本実施形態においては、軸方向の両側からステータコア21を挟む上インシュレータ231及び下インシュレータ232で構成され、ステータコア21の磁極歯211に対し、インシュレータ23の上からコイル22を巻き付けることにより、ステータコア21に固定される。
【0023】
上インシュレータ231は、軸方向に向かって開口するピン支持部2311を有する。ピン支持部2311には、後述する絡げピン2312が挿入、または圧入される。本実施形態においては、ピン支持部2311および絡げピン2312は4箇所に配置される。ただし、これに限られるものではなく、3箇所以下でもよいし、5箇所以上でもよい。本実施形態においては、U相、V相、W相の3相および、コモンに対応して、4箇所設けられている。ステータ2から引き出された各導線は、各絡げピン2312に絡げられる。
また、上インシュレータ231は、軸方向に向かって突出する基板位置決め部2313を有する。
【0024】
<上ブラケット3>
上ブラケット3は、ステータ2に圧入固定され、上軸受5を保持する金属製の部材であり、例えば、亜鉛メッキ鋼板などの金属板をプレス加工することにより得られる。また、上ブラケット3は導電性を有している。上ブラケット3は、上円筒カバー31、天板部32及び上軸受保持部33により構成される。
【0025】
上円筒カバー31は、軸方向に延び、上端に天板部32が設けられ、下端を開放した有蓋円筒形状からなる。上円筒カバー31は、円筒状の内周面を有し、ステータコアと接触する円筒部311と、円筒部311の下端よりも軸方向上側に位置し、円筒部311よりも内径が小さく、回路基板8と接触する基板接触部312と、を有する。円筒部311は、ステータコア21の外周に上方向から圧入され、ステータコア21に固定される。また、上円筒カバー31の内周面の下端側には、径方向に傾斜するテーパー部31sが設けられ、その内径は下端31eに近づくほど広がっている。このため、ステータコア21の上端を上円筒カバー31内に圧入する際、ステータコア21の外周面が損傷するのを防止することができる。
【0026】
基板接触部312は、上円筒カバー31の一部が径方向内側に折り曲げられて形成される。より具体的には、基板接触部312は、円筒部311の一部が径方向内側に切り込まれて形成される。すなわち、基板接触部312は、その軸方向上側において円筒部311と繋がっており、軸方向上側から軸方向下側に向かって伸びている。円筒部311が圧入される際、基板接触部312が、後述する回路基板8と接触することにより、上ブラケット3の軸方向の位置決めがなされる。また、基板接触部312が回路基板8と接触することにより、回路基板8はインシュレータ23と、上ブラケット3とにより、挟持され、固定される。
【0027】
ここで、本実施形態では、基板接触部312は、折り曲げられて形成されるとしたが、これに限られるものではない。例えば、
図4に示すように、モータ101において、上円筒カバー31の円筒部311の上側に、円筒部311の内径よりも内径が小さい上小径部を設けて、基板接触部312としてもよい。
【0028】
また、
図5に示すように、モータ102における基板接触部312は軸方向下側から軸方向上側に伸びていてもよい。
【0029】
さらに、基板接触部312は、必ずしも回路基板8と直接接している必要はない。他の部材を介して、間接的に接触していても、位置決めすることが可能である。
【0030】
なお、上ブラケット3の位置決めという観点からは、ステータ2と回路基板8とをステータ組立体として捉えることもできる。この場合、上ブラケット3は必ずしも回路基板8と接していなくてもよい。すなわち、例えば、上インシュレータ231の一部が接触していてもよい。上ブラケット3は、ステータ組立体の上面と接触することにより、上ブラケット3の軸方向の位置決めすることができる。
【0031】
天板部32は、上円筒カバー31の上端から径方向内方に延び、上軸受保持部33の下端につながる略板状体からなる。つまり、天板部32は、上軸受保持部33を取り囲む円環状の平面形状を有する。また、天板部32には、コネクタ開口部32hが設けられている。コネクタ開口部32hは、コネクタ84を露出させるための開口である。本実施形態では、天板部32において軸方向に開口しているが、これに限られるものではない。例えば、コネクタ84が径方向に向いており、開口の一部が上円筒カバー31にかかっていてもよい。
【0032】
上軸受保持部33は、天板部32から軸方向に延びる円筒形状の部材である。上軸受5の外周面は、上軸受保持部33の内側に圧入される。
【0033】
<下ブラケット4>
下ブラケット4は、ステータ2に圧入固定され、下軸受6を保持する金属製の部材であり、例えば、アルミニウム板をプレス加工することにより得られる。下ブラケット4は、下円筒カバー41、底板部42及び下軸受保持部43により構成される。
【0034】
下円筒カバー41は、軸方向に延び、下端に底板部42が設けられ、上端を開放した有底円筒形状からなる。下円筒カバー41は、ステータコア21の外周に下方向から圧入され、ステータコア21に固定される。また、下円筒カバー41の内周面の上端側には、径方向に傾斜するテーパー部41sが設けられ、その内径は上端41eに近づくほど広がっている。このため、ステータコア21の下端を下円筒カバー41内に圧入する際、ステータコア21の外周面が損傷するのを防止することができる。
【0035】
位置決め部41aは、下ブラケット4に対するステータコア21の圧入長を規定する手段である。位置決め部41aは、周方向に延びる下円筒カバー41の段差形状として形成される。下円筒カバー41の内径は、位置決め部41aを境界として異なり、下側よりも上側の方が大きくなっている。このため、ステータコア21の外周の下端が位置決め部41aに当接するように、ステータコア21を圧入すれば、下ブラケット4に対するステータコア21の圧入長を予め定められた長さにすることができる。
【0036】
なお、位置決め部41aは、省略することもできる。また、位置決め部41aに対し、インシュレータ23を当接させて位置決めすることもできる。ただし、インシュレータ23を介在させることなく、ステータコア21を位置決め部41aに当接させる場合の方が、位置決めを精度よく行うことができる。
【0037】
底板部42は、下円筒カバー41の下端から径方向内方に延び、下軸受保持部43の上端につながる略板状体からなる。つまり、底板部42は、下軸受保持部43を取り囲む円環状の平面形状を有する。また、底板部42の下端面は、駆動装置(不図示)にモータ100を取り付けるための取付面として使用され、底板部42には、複数の取付穴42hが設けられている。
【0038】
下軸受保持部43は、底板部42の内周端から軸方向に延びる円筒形状の部位である。下軸受6の外周面は下軸受保持部43の内側に圧入される。これにより、下軸受保持部43は、下軸受6を保持している。
【0039】
<回路基板8>
回路基板8は、コイル22に駆動電流を供給するための電子回路を搭載した基板であり、インシュレータ23により固定されている。回路基板8は、略四角形状からなる。より詳細にいえば、四角形の四辺を構成する直線部81と、直線部81の四隅の面取りをした円弧部82と、を有する概略長方形状である。回路基板8の形状を略長方形状とすることにより、回路基板8の取り数を増やすことができる。その結果、材料の歩留まりを改善することができる。本実施形態では、回路基板8の形状を略四角形状としているが、これに限られるものではない。回路基板8の形状は、五角形以上の多角形でもよいし、三角形でもよく、また、半月形状や楕円形でもよい。歩留まりが改善する形状であればよい。
【0040】
回路基板8には、シャフト10に対応する貫通孔80が設けられている。
【0041】
回路基板8の上面には、ランド部83が配置される。本実施形態においては、ランド部83は4箇所に設けられている。ステータ2から引き出された4本の導線は、4箇所の絡げピン2312に絡げられている。各絡げピン2312は、リード線(不図示)を介して、各ランド部83に接続される。また、回路基板8上には、コネクタ84が実装される。コネクタ84は、回路基板8を外部装置と着脱可能に接続するための手段であり、上ブラケット3のコネクタ開口部32hと対向するように配置されている。コネクタ84は、外部電源と接続され、回路基板8に電力を供給する。これにより、回路基板8を介して、コイル22に駆動電流を供給することが可能となる。
【0042】
また、回路基板8上には、制御ICを実装することも可能である。制御ICを実装することにより、モータ100の駆動制御を行うことができる。
【0043】
回路基板の円弧部82には、径方向内側に向かって窪む位置決め凹部85が配置される。本実施形態においては、位置決め凹部85は、4箇所の円弧部82のうち、対角線上の2箇所に配置される。上インシュレータ231の基板位置決め部2313と位置決め凹部85とは、対応する位置に配置されており、位置決め凹部85に上インシュレータ231の基板位置決め部2313が挿入されることにより、回路基板8は位置決めされる。
【0044】
また、回路基板8上にはグランドパターン86が配置されている。グランドパターン86は、その一部において、基板接触部2313と対向する。
図3では、基板接触部2313と対向する箇所をグランドパターン86として図示している。
図3において図示した箇所は、グランドパターン86の銅箔が露出している。そして、本実施形態においては、基板接触部2313の下面はグランドパターン86と接触する。これにより、グランドをとることができる。すなわち、上ブラケット3と下ブラケット4のいずれかが接地されていた場合には、回路基板8のグランドをとることができる。また、上ブラケット3と下ブラケット4のいずれもが接地されていないときには、グランドパターン86をコネクタ84と接続して装置外部に接地させることができる。
【0045】
また、回路基板8の下面には、磁気センサ87が設けられる。これにより、回転部1の回転を検出することができる。
【0046】
磁気センサ87は、ロータマグネット12の回転位置を検出するセンサであり、ロータマグネット12の上端と対向するように配置されている。磁気センサ87には、例えば、ホール素子を用いることができる。
【0047】
本実施の形態によるモータ100を構成する各部品は、上述した通りである。以下では、これらの部品相互の関係や、それによって生じる作用効果について詳しく説明する。
【0048】
(1)ブラケットの圧入固定
本実施の形態によるモータ100では、上ブラケット3及び下ブラケット4と、ステータコア21とが、圧入により固定される。より具体的には、上軸受5を保持する上ブラケット3が、ステータコア21の外周に上方向から圧入され、下軸受6を保持する下ブラケット4が、ステータコア21の外周に下方向から圧入される。
【0049】
このような構成を採用することにより、ステータコア21を上ブラケット3及び下ブラケット4で挟み込んだ状態で、上ブラケット3及び下ブラケット4と、ステータ2とを互いに固定し、一体化することができる。
【0050】
また、特許文献1に記載された従来のモータでは、ステータを2つのブラケットで挟持した状態で、ステータを貫通する固定ねじを用いて、当該ブラケットを締結している。このため、ブラケット締結用の固定ねじが必要となり、部品数を増大させるという問題があった。また、ステータの長さに応じて、長さの異なる固定ねじを使用しなければならないという問題もあった。さらに、ステータ内に固定ねじを挿通する領域を確保しなければならず、ステータコアの磁気特性を低下させ、モータの効率を低下させるという問題があった。
【0051】
これに対し、本実施の形態によるモータ100では、上ブラケット3及び下ブラケット4と、ステータコア21とが圧入により固定されるため、固定ねじが不要となり、部品数を削減することができる。また、固定ねじ用の挿通領域を確保するために、ステータコア21の磁気特性を低下させることがなく、モータのエネルギー効率を向上させることができる。
【0052】
また、上ブラケット3及び下ブラケット4は、互いに離間して配置される。つまり、上ブラケット3の下端と、下ブラケット4の上端とは、軸方向に隙間を持って対向し、当該隙間からステータ2の外周面の一部が露出している。このため、ステータ2の熱を効率的に放出することができ、モータの効率を更に向上させることができる。
【0053】
(2)ブラケットの長さ
上ブラケット3の軸方向の長さよりも、下ブラケット4の軸方向の長さのほうが短い。
【0054】
上ブラケット3がステータコア21に圧入されている領域の軸方向の長さと、下ブラケット4が圧入されている領域の軸方向の長さとの合計は、ステータコア21が露出している領域の軸方向長さよりも短い。また、ステータコア21が露出している領域は、ステータコア21の長さの中心よりも下ブラケット4側に偏って位置している。
【0055】
また、本実施の形態によるモータ100は、ステータコア21の圧入長を規定する位置決め部41aが下ブラケット4の下円筒カバー41上に設けられ、ステータコア21の外周の下端を当接させている。このため、下円筒カバー41に対するステータコア21の圧入長を一定にすることができる。
【0056】
下ブラケット4の下円筒カバー41に対するステータコア21の圧入長を一定にすることにより、ステータ2及び下ブラケット4を一定の締結強度で固定することができる。
【0057】
上述した全ての実施の形態において、上ブラケット3及び下ブラケット4と、ステータ2との固定方法は、圧入に限らず、圧入と接着固定を組み合わせてもよい。また、溶接することにより、上ブラケット3及び下ブラケット4と、ステータ2とを固定してもよい。すなわち、上ブラケット3及び下ブラケット4と、ステータ2との固定は、ねじ等を用いることなく、ステータ2に対する上ブラケット3及び下ブラケット4の軸方向の位置を規定できればよい。