JP2004282912A

JP2004282912A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2004282912A
Application number: JP2003071425A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kikuchi; 博志菊池; Shinji Ikeda; 眞治池田
Original assignee: Nidec Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】本発明における第一の課題はブラシレスモータの電機子外周の空隙長を一定にすることである。
第二の課題は軸受固定位置の位置決め精度の向上を計ることである。
【解決手段】第一の課題を解決する技術的手段として、成形加工されたロータフレームの加工歪みの影響を遮断・緩和するための第一段差を設け、回転軸とロータフレームの永久磁石挿入部の平行度、あるいは回転軸に対する永久磁石挿入部の内面振れを少なくするものである。
第二の課題を解決する技術的手段として、ロータフレームを構成する素材鋼板板厚のバラツキの影響を除去すると共に、バーリング部高さの精度向上を図るための第二段差を設け、軸受位置に対する永久磁石の位置決めを正確にするものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、事務用機器、電子計算機用周辺機器、家電機器あるいは医療機器などに広く用いられているブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ブラシレスモータは民生機器や事務用機器等に広く普及するに伴い、小型化、高信頼化、高精度化、更には低価額化等が要望されている。
図９は従来のブラシレスモータの構造を示すものである。図９において回転子２０を構成する回転軸１はブッシュ２に圧入され、ロータフレーム３の側板４をブッシュ２に合せ、ネジ５でロータフレーム３をブッシュ２に取り付ける。
このロータフレーム３の永久磁石挿入部６にはモータ用永久磁石７が接着保持されている。そして軸受箱８に軸受９と軸受１０が保持されている。更に軸受９は内側ブッシュ突出部１１と接し位置決めされている。この様にして回転子２０が組立られる。
モータ取付板１２にはプリント配線板１５がネジ止めされると共に、軸受箱８と加締結合されている。また電機子鉄心１３には電機子コイル１４が巻線・装着されている。プリント配線板１５にはブラシレスモータ制御用の集積回路１６が実装されている。更に電機子鉄心１３とモータ用永久磁石７との空隙１７などでブラシレスモータは構成されている。
更にこのブラシレスモータを制御するための発電機用永久磁石２５、発電機コイル２６、発電機空隙２７などで構成されている。
【０００３】
図１０に図９の回転軸１及びブッシュ２近傍のＡ部拡大図を示す。回転軸１を圧入したブッシュ２と、側板４、軸受９及び軸受箱８を示している。側板４の内側側面部２１を、ブッシュ２の取付け側面部２２に密着させると共に、外側ブッシュ突出部２３と側板４の取付案内孔２４に合せた上で、取付けネジ５で持ってネジ止め組立されている。
更に軸受９はブッシュ２の内側ブッシュ突出部１１と接し位置決めされている。
【０００４】
ブラシレスモータは、例えば事務用機器であるカラープリンターや複写機などに用いられる場合など、印刷された文字や図形あるいは写真の画質の向上を図る為に、振動や騒音あるいはワウ・フラッターを小さくする必要がある。
このために第一技術要素として
図９におけるモータ用永久磁石７と電機子鉄心１３との空隙１７を均一にすることが重要である。
図１１に図９の回転子２０の部分構成を示す。前述の空隙を均一にするための技術的手段としては、
１）図１１において、回転軸１の中心線Ｅ１−Ｅ２とロータフレーム３の永久磁石挿入部
６の内面円周部線Ｅ３−Ｅ４が平行であること。
２）したがって角度Θが直角である事。
３）回転軸１に対するロータフレーム３の永久磁石挿入部６の振れが小さい事などである。
第二技術要素として、
図９における発電機用永久磁石２５とプリント配線板１５に設けられた発電機コイル２６との発電機空隙２７を均一にすることである。このために図１１における軸受９とロータフレーム３の正確な位置決めが重要である。
この位置決めを精密にするための技術的手段としては
ブッシュ２の高さＨを精密に加工する事により発電機用永久磁石位置決め高さＪを得る事である。
【０００５】
図９、図１０及び図１１に示された従来ブラシレスモータのロータフレーム３の加工工程は、取付案内孔２４の孔抜き工程と、ロータフレーム３の絞り加工工程であるので、第一技術要素を満足する事が容易である。
又、ブッシュ２は機械加工により精密加工されているので第二技術要素を満足する事も容易である。
【０００６】
しかしながら、前述の様に図９、図１０あるいは図１１の方法では、ブッシュ２やネジ５が必要になり部品点数が多くなるので、この部品点数削減を目的として以下「特許文献１，２，３」に示すような方法が実用化されている。
【０００７】
【特許文献１】：特開平７−４２５６４ブラシレスモータ
図１２に、本特許文献１における回転子の一部である回転軸とロータフレームの構成を示した。図１２におけるロータフレーム３０は、張出加工部３１と円筒形状部３２を有し、この円筒形状部３２に回転軸３３を圧入する構造となっている。更に軸受３４は張出加工部高さＫで張出加工部３１に接し位置決めされ、発電機用永久磁石位置決め高さＬが得られる。
【０００８】
【特許文献２】：特開平８−１８２２８８ブラシレスモータ
図１３に本特許文献２の回転子構成の部分図を示す。回転軸とロータフレームの構成は、ロータフレーム４０の側板４１より内側に突出した円筒形状部４２に回転軸４３を圧入結合した構造となっている。
【０００９】
【特許文献３】：特開２００２−１３６０３１ブラシレスモータ及びその製造方法
図１４に本特許文献３の回転子構成の部分図を示す。回転軸とロータフレームの構成は、ロータフレーム５０の側板５１より反軸受側に突出した円筒形状部５２に回転軸５３を圧入した構造となっている。
【００１０】
前述の３件の特許文献１、２、３においてはいずれの場合においても、ロータフレーム３０、４０、５０の加工は複数加工工程からなるプレス絞り成形によりモータ用永久磁石の挿入用継鉄部３５、４５、５５、及び永久磁石挿入部３６，４６，５６を構成し、更に複数の加工工程からなるプレスバーリング成形により回転軸を圧入結合する円筒形状部３２、４２、５２を成形している。
この様な複数工程によるプレス絞り成形や、複数工程によるプレスバーリング成形によりロータフレームには多くの加工応力が加えられることになる。従ってこの加工応力によりロータフレームに歪みが発生する
このロータフレームに回転軸を圧入結合した場合に、回転軸と永久磁石挿入部３６，４６，５６の内面円周部線との平行度、すなわちＦ１ーＦ２とＦ３ーＦ４、Ｇ１ーＧ２とＧ３ーＧ４、Ｈ１ーＨ２とＨ３ーＨ４等の精密な平行度を得るのが難しくなっている。
また回転軸中心線に対する永久磁石挿入部３６，４６，５６の内径振れのバラツキが生じ、ブラシレスモータの空隙が一様とならないで特性が損なわれると言う欠点を有している。
従って特許文献１、２、３においてはブラシレスモータに備えることが必要な第一技術要素を充分に満足することが難しい事となる。
【００１１】
第二技術要素として、発電機用永久磁石の位置決めを正確にするために、図１１における軸受９とロータフレーム３の正確な位置決めを行い、発電機用永久磁石の位置決め高さＪをうることが極めて重要である。
この発電機用永久磁石の位置決めをするため特許文献１においては、図１２に示す様に張出加工部３１を設け、軸受３４の位置決めを行う事により発電機用永久磁石位置決め高さＬを得ている。
しかしながら、ロータフレームを構成する鋼板には、素材板厚のバラツキや表面加工メッキ厚さのバラツキなどが加わり、張出加工部高さＫや発電機用永久磁石位置決め高さＬにばらつきが発生する。
この結果、第二技術要素が損なわれることとなる。
【００１２】
図１５及び図１６に他の実施例における軸受とロータフレームの位置決め方法を示す。
図１５に従来構造のロータフレームのバーリング部拡大図を示す。図１５に示すようにバーリング先端部６０はギザギザとなり凹凸が発生するので、バーリング高さＭが一定とならない欠点を有している。したがって図１６に示すように回転軸６１にトメワ溝６２を設けトメワ６３を回転軸６１に固定する。このトメワ６３とロータフレームの側板部６４の軸受位置決め高さＮを決める事により軸受６５の位置決めを行い、発電機用永久磁石の位置決めを行っている。
この場合には正確な位置決めは可能となるが、回転軸６１のトメワ溝６２の加工とトメワ６３が必要となり、部品点数の増加と加工費の増加を招く事になり好ましくない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における第一の課題はブラシレスモータの電機子外周の空隙を一定にすることである。このため成形加工されたロータフレームの加工応力の影響を緩和する為に第一段差を設け、回転軸とロータフレームの永久磁石挿入部の平行度、あるいは回転軸に対する永久磁石挿入部の内径振れを少なくしようとするものである。
第二の課題は発電機の空隙を一定にすることである。従って発電機用永久磁石の正確な位置決めをするために、軸受固定位置の位置決め精度の向上を計ることである。この目的を達成する為に第二段差を設け、ロータフレームを構成する素材鋼板板厚のバラツキの影響を除去すると共に、バーリング部高さの精度向上を図り、精密な軸受の位置決めを行い軸受位置に対する発電機用永久磁石の位置決めを正確にしようとするものである。
【００１４】
本発明はこの様な課題を解決するもので、低価額、小型化、高信頼性を有し、モータや発電機の空隙のバラツキが少なく、振動、騒音の少ないブラシレスモータを提供することが可能である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
【発明の実施の形態】
前述の目的を達成するために、本考案のブラシレスモータは、第一技術手段としてロータフレームの側板部に第一段差を設ける。また第二技術手段として回転軸圧入用円筒形状部に第二段差を設ける。
【００１６】
【作用】
第一技術手段として半打抜き加工による第一段差を設けることにより複数工程によるプレス絞り成形や、複数工程によるプレスバーリング成形に起因する加工応力の影響を緩和し、回転軸とロータフレームの永久磁石挿入部の平行度を得ると共に、回転軸に対する永久磁石挿入部の内径振れを少なくする。
第二の技術手段として第二段差を設ける事により、軸受及び軸受に対する発電機用永久磁石の高精度位置決めを可能とし、低コスト化を実現する。
【００１７】
【実施例−１】
本発明の第一の実施例を図１に示す。
図１において回転軸７１は、モータ用永久磁石７３を永久磁石挿入部８７に保持したロータフレーム７４に設けられたバーリング部７２に圧入により固定され、軸受７６と７７で軸受箱７５に保持されている。モータ取付板７８にはプリント配線板７９がネジ止めされると共に、軸受箱７５と加締結合されている。電機子鉄心８０には電機子コイル８１が巻線・装着されている。プリント配線板７９にはブラシレスモータ制御用の集積回路８２が実装されている。
更にロータフレーム７４の先端部には発電機用永久磁石８４が装着され、発電機空隙８５を隔ててプリント配線板７９上に発電機コイル８６が設けられている。
この様な構成において本発明になるブラシレスモータのロータフレーム７４には第一段差８３が設けられている。
【００１８】
図２に特許文献２に相当する従来のブラシレスモータのロータフレーム９０を示す。
図２のロータフレーム９０には、複数工程によるプレス絞り成形加工部９１と複数工程によるプレスバーリング成形部９２により、ロータフレーム９０には多くの加工応力が加えられるので歪みが発生する。すなわちロータフレームは変形する事になる。
この変形はプレスバーリング成形部９２の中心線Ｊ１ーＪ２と、永久磁石挿入部９３の内面円周部線Ｊ３ーＪ４との平行度に影響し、例えば図２においてＪ１ーＪ２とＪ３ーＪ４の平行が得られなくなる。
この様に変形したロータフレームに回転軸を圧入結合した場合には、回転軸とロータフレームの内面円周部線の平行度が得られなくなり、あるいは回転軸に対するロータフレーム永久磁石挿入部の内径振れのバラツキとして現れ、ブラシレスモータの空隙が一様とならずモータ特性が損なわれる結果となる。
【００１９】
図３に本発明になるブラシレスモータのロータフレーム１００を示す。複数工程によるプレス絞り成形加工部１０１や、複数工程によるプレスバーリング成形部１０２により本ロータフレーム１００には多くの加工応力が加えられることは図２の場合と同じである。
しかしながら、本発明ではロータフレーム１００のプレス絞り成形加工部１０１とプレスバーリング成形部１０２とを結合するロータフレームの側板１０３に、プレスバーリング成形部１０２の全外周部にわたって第一段差１０４を設けている。
【００２０】
この第一段差１０４は次の様な重要な役目を負っている。すなわち、プレス絞り成形加工部１０１の加工応力がプレスバーリング加工部１０２に影響しない様に、またプレスバーリング加工部１０２の加工応力がプレス絞り成形加工部１０１に影響しない様に、両者間に設けられた第一段差の剛性増加により、第一段差の外周部と内周部の二つの応力場を形成する効果がある。従って加工応力の相互干渉を妨げて、相互の加工応力の影響をなくす役目を負っている。
図４にこの第一段差１０４の拡大図を示す。図４より明らかな様に、この第一段差１０４は半打抜き加工により９０度の段差を有し、矢視Ｐ１方向より及び矢視Ｐ２方向よりの応力の伝播を緩和している。
【００２１】
本実施例では、図３における第一段差凸部１０７の外径寸法Ｄ１と第一段差凹部１０８の内径寸法Ｄ２は同じである。そして第一段差１０４の寸法は、応力伝播距離をほぼ同じにするためにロータフレーム外径寸法Ｄ３の約半分としている。すなわち
Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ３／２
の関係にある。
またこの第一段差１０４の段差は、図４に示す様に凸部高さΔＸ１と凹部深さΔＸ２は同じ寸法で
ΔＸ１＝ΔＸ２
の関係にあり、更にロータフレーム１００を構成する鋼板の厚さをｔとすると
ΔＸ１＝ΔＸ２＝ｔ／２
の関係にある。
凸部高さΔＸ１及び凹部深さΔＸ２は、小さいと剛性は低いが、大きくなるに従い剛性が高くなり、更に大きくして板厚に近づくと低くなってくる。従って板厚の２０％から７０％程度が実用化範囲であるが、本発明の実施例では最も剛性の高い５０％に選んでいる。
【００２２】
前述の応力伝播の緩和について図５及び図６を用いてその詳細を説明する。図５に図２のＰ５矢視図を示し、図６に図３のＰ６矢視図を示す。
図５に示された従来ロータフレームはプレス絞り成形加工部９１とプレスバーリング成形部９２と側板９５で構成されている。側板９５は板厚一定の平板で構成されているので、プレス絞り成形加工部９１の内側とプレスバーリング成形部９２の外側との範囲に「一つの応力場」Ｓ１を形成している。
プレス絞り成形加工部９１からの応力伝播は、Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４の様に内側へ向い、プレスバーリング成形部９２の応力伝播はＹ５，Ｙ６，Ｙ７，Ｙ８の様に外側へ向かっている。これらの応力が互いに相互干渉をして、ロータフレームは複雑に変形し、ロータフレームの平行度、眞円度、直角度、内径振れなどに影響する。
図６に示された本発明になるロータフレームはプレス絞り成形加工部１０１とプレスバーリング成形部１０２と側板１０５と第一段差１０４で構成されている。側板１０５には剛性の高い第一段差１０４が設けられているので、プレス絞り成形加工部１０１と第一段差１０４の範囲に応力場Ｓ２を、プレスバーリング成形部１０２と第一段差１０４の範囲に応力場Ｓ２の「二つの応力場」が形成される。
従ってプレス絞り成形加工部１０１の応力伝播はＺ１，Ｚ２，Ｚ３，Ｚ４の様に内側に向かうが第一段差１０４で遮られ応力場Ｓ２に影響を与えない。またプレスバーリング成形部１０２の応力伝播はＺ５，Ｚ６，Ｚ７，Ｚ８の様に外側に向かうが第一段差１０４で遮られ応力場Ｓ１に影響を与えない。
このため第一段差１０４を設けた本発明のロータフレームにおいては、応力伝播の相互干渉がなくなるので、ロータフレームの変形が少なくなり、平行度、眞円度、直角度、内径振れなどへの影響が非常に少なくなる。
これらの説明から明らかな様に第一段差１０４の凹凸方向は、軸受側に凸反軸受側が凹、あるいは軸受側に凹反軸受側が凸のいずれの場合でも応力伝播の相互干渉をなくす効果は同じである。
【００２３】
前述の説明から明らかな様に、従来ロータフレームの図２では中心線Ｊ１ーＪ２とロータフレーム内面円周部線Ｊ３ーＪ４は平行とならない欠点を有していたが、本発明によるロータフレームおいては、図３、図４に示す様に９０度の第一段差１０４を設けることにより、加工応力の伝播が緩和され、図３において中心線Ｋ１ーＫ２とロータフレーム内面円周部線Ｋ３ーＫ４との平行度が向上し、更に眞円度、直角度、内径振れ等の精度が向上する。
【００２４】
本発明になるブラシレスモータでは、前述の様に９０度の第一段差１０４を設けたロータフレーム１００を用いる事により、ブラシレスモータの空隙のバラツキが少なく振動、騒音の少ないブラシレスモータを提供することを可能としている。
【００２５】
【実施例−２】
本発明の第二の実施例を図７及び図８に示す。
図１５に示した様に、バーリング加工部を利用して軸受の位置決めを行うと、バーリング高さにバラツキがあるので、軸受を正確に位置決めすることができない。そこで本発明の第二の技術手段として図７に示す様に、第一段差１０４に加えて第二段差１２０を設ける。
バーリング内径部１２１に金型心金を挿入した状態で矢視Ｐ３と矢視Ｐ４方向に加圧する事により第二の段差１２０を成形すると共に、図１５に示されたと同様なギザギザ部を加圧し平滑面Ｕを得る。
この様な加圧成形を施す事により、精度の高い円筒形状部高さＱが得られると共に、高精度のバーリング高さＲが得られる。
【００２６】
本発明の一実施例では、図７に示す様に、第二段差の凹部内径寸法Ｄ７は円筒形状部の外径寸法Ｄ５とほぼ同寸法とし、円筒形状部の内径寸法Ｄ６より大きくなっている。また第二段差の深さΔＸ３はロータフレームを構成する鋼板厚さｔの約２０％程度である。
【００２７】
図８に図７の様にして得られたロータフレーム１３０に回転軸１３１の圧入状態を示す。軸受１３２はバーリングの平滑面Ｕと接し、軸受１３２の位置は第一段差の平面Ｗからのバーリング高さＲで正確に位置決めされる。
従ってロータフレームと軸受の固定は第一段差部平面Ｗを基準として正確に保たれるので、発電機用永久磁石の固定位置が一定となり発電機の空隙が一定に保たれる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明になる第一段差をブラシレスモータの回転子に適用する事により、成形加工時にロータフレームに加えられた加工応力の影響を緩和する事が可能となり、回転軸に対するロータフレームの永久磁石挿入部の平行度、あるいは回転軸に対する永久磁石挿入部の内径振れ等を少なくする事が可能となる。
次に本発明になる第二段差を適用することにより、軸受の精密な位置決めが可能となるので、発電機用永久磁石の位置決めが正確となり一様な発電機空隙が得られる。
これら第一段差及び第二段差を回転子に適用する事により低価額、小型化、高信頼性を有し、振動、騒音の少ないブラシレスモータを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるブラシレスモータ
【図２】従来のブラシレスモータのロータフレーム
【図３】本発明になるブラシレスモータのロータフレーム
【図４】第一段差拡大図
【図５】従来のロータフレームの応力場
【図６】本発明になるロータフレームの応力場
【図７】第一段差と第二段差
【図８】第一段差、第二段差と軸受位置決め図
【図９】従来のブラシレスモータ
【図１０】Ａ部拡大図
【図１１】従来の回転子構造例
【図１２】特許文献１に相当する回転子部分構造
【図１３】特許文献２に相当する回転子部分構造
【図１４】特許文献３に相当する回転子部分構造
【図１５】従来のバーリング部拡大図
【図１６】従来のトメワ位置決め法
【符号の説明】
１、３３．４３，５３，６１，７１、１３１回転軸
２ブッシュ
３、３０、４０，５０，７４，９０，１００，１３０ロータフレーム
４、４１，５１、６４、９５、１０３，１０５側板
５ネジ
６，３６，４６，５６，８７、９３永久磁石挿入部
７、７３モータ用永久磁石
８、７５軸受箱
９、１０、３４、６５、７６、７７、１３２軸受
１１内側ブッシュ突出部
１２、７８モータ取付板
１３、８０電機子鉄心
１４、８１電機子コイル
１５、７９プリント配線板
１６、８２集積回路
１７空隙
２０回転子
２１内側側面部
２２取付け側面部
２３外側ブッシュ突出部
２４取付案内孔
２５、８４発電機用永久磁石
２６，８６発電機コイル
２７，８５発電機空隙
３１張出し加工部
３２、４２、５２円筒形状部
３５、４５、５５継鉄部
６０バーリング先端部
６２トメワ溝
６３トメワ
７２バーリング部
８３、１０４第一段差
９１、１０１プレス絞り成形加工部
９２、１０２プレスバーリング成形部
１０７第一段差の凸部
１０８第一段差の凹部
１２０第二段差
１２１バーリング内径部
ＡＡ部拡大図
Ｄ１凸部外径寸法
Ｄ２凹部内径寸法
Ｄ３ロータフレーム外径寸法
Ｄ５円筒形状部外径寸法
Ｄ６円筒形状部内径寸法
Ｄ７第二段差凹部内径寸法
Ｈブッシュ高さ
Ｊ、Ｌ発電機用永久磁石位置決め高さ
Ｋ張出し加工部高さ
Ｍ、Ｒバーリング高さ
Ｎ軸受位置決め高さ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６矢視記号
Ｑ円筒形状部高さ
Ｓ１，Ｓ２、Ｓ３応力場
ｔ鋼板の厚さ
Ｕ平滑面
Ｗ第一段差平面
Ｙ１〜Ｙ８、Ｚ１〜Ｚ８応力伝播の方向
Θ 角度
９０° 段差角度
Δｘ１凸部高さ
Δｘ２凹部深さ
Δｘ３第二段差深さ
Ｅ１−Ｅ２、Ｆ１ーＦ２、Ｇ１ーＧ２、Ｈ１ーＨ２、Ｊ１ーＪ２、Ｋ１ーＫ２中心線
Ｅ３−Ｆ４、Ｆ３ーＦ４、Ｇ３ーＧ４、Ｈ３ーＨ４、Ｊ３ーＪ４、Ｋ３ーＫ４内面円周部線

Claims

モータ取付板と、二つの軸受を装着した軸受箱と、電機子コイルが装着された電機子鉄心と、モータ用永久磁石と発電機用永久磁石を備えたロータフレームに設けられたバーリング部に回転軸を圧入した回転子と、モータ制御用集積回路と発電機コイルを装着したプリント配線板とで構成されたブラシレスモータにおいて、軸受側に突出し反軸受側でくぼみ、ロータフレーム外径寸法の約２分１の凸部外径寸法及び凹部内径寸法を有し、凸部外径寸法と凹部内径寸法が同じで、凸部高さと凹部深さは側板厚さの約半分で、凸部及び凹部の段差角度が９０度である段差を側板に設けたロータフレームで構成した回転子を有することを特徴としたブラシレスモータ。
ロータフレームに設けた段差が軸受側でくぼみ反軸受側で突出した請求項１に記載のブラシレスモータ。
円筒形状部の反軸受側に、凹部内径寸法が円筒形状部の外径寸法とほぼ同じで、凹部深さが側板の０％〜約２０％程度である段差を有した請求項１に記載のブラシレスモータ。
円筒形状部の反軸受側に、凹部内径寸法が円筒形状部の外径寸法とほぼ同じで、凹部深さが側板の０％〜約２０％程度である段差を有した請求項２に記載のブラシレスモータ。