JP2004297902A

JP2004297902A - アキシャルギャップ型電動機

Info

Publication number: JP2004297902A
Application number: JP2003086891A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Shinohara; 孝之篠原; Hisao Igarashi; 久男五十嵐; Takushi Fujioka; 琢志藤岡; Tomonori Kojima; 智則小嶋; Shinichiro Katagiri; 紳一郎片桐; Shinichi Yamada; 伸一山田; Yoichi Tanabe; 洋一田邉; Hidetaka Terakubo; 英隆寺久保
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: JP4288470B2

Abstract

【課題】ロータの剛性を向上させて、低振動化、低騒音化したアキシャルギャップ型電動機を提供する。
【解決手段】ロータバックヨーク５に固定孔５１１から外周方向に向けて放射状に補強リブ５２ａ〜５２ｈと、固定孔５１１から円周方向に沿って環状リブ５３を形成して剛性を向上させるとともに、軸方向に沿って貫通する貫通孔５６ａ〜５６ｈを設け、振動箇所の面積を減らして騒音を低減する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力軸の軸線方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機に関し、さらに詳しくいえば、上記ロータの剛性を向上させて、電動機全体を低振動化、低騒音化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アキシャルギャップ型電動機は、円盤状に形成されたステータと、同じく円盤状に形成されたロータとを出力軸の軸方向（アキシャル方向）に沿って所定の空隙をもって互いに対向配置した電動機であり、通常のモータに比べてブラケットを薄型に設計できることから、電動機付き自転車用やＦＤ（フロッピィディスク）ドライブなどの駆動用モータとして好ましく用いられている。
【０００３】
通常、この種の電動機におけるロータは、例えば特許文献１に示すように環状に配置された複数個のロータマグネットを円盤状のロータバックヨーク内に埋設した状態で形成されている。これにより、ロータが扁平になり、電動機全体を扁平に保つことができるようになっている。
【０００４】
また、一般にこの種の電動機は、ステータ側の極面とロータ側の極面との面間距離が狭ければ狭いほどに回転運動への変換が効率よく行われるため、実際にはその面間距離をサブミクロンオーダーで設計している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、面間距離を狭くした場合には、次のような問題が生じる。すなわち、この電動機を駆動した場合、ロータには回転モーメントが発生する。したがって、もしロータバックヨークやロータマグネットに微少な偏心や誤差などが生じていると、回転モーメントによって、ロータが変形し、回転にブレ（振れ）が生じるおそれがある。
【０００６】
この回転ブレが大きくなると、ロータが振動して、振動音などの騒音発生原因の一因となるばかりでなく、ブレがさらにひどくなった場合には、ロータがステータに接触するおそれもあり、電動機自体の破損にもつながりかねない。
【０００７】
そこで、従来では、ステータに設けられた出力軸の軸受部の軸受精度を高精度に設計して、ロータの回転ブレを抑えていた。しかし、軸受精度を高めるためには、高精度なボールベアリングを用いたり、軸受ハウジングを高精度に設計する必要があり、これによる、コストアップは否めなかった。
【０００８】
他方において、回転ブレの原因となるロータには、これらの問題を解決するための工夫がなされていないのが現状である。そこで、本発明は上述した現状を鑑みてなされたものであって、その目的は、ロータの剛性を向上させるとともに、電動機全体の低振動化、低騒音化を可能とする技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明は、出力軸の軸線方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機において、上記ロータは、上記出力軸の半径方向に沿ってフランジ状に形成され、中心に上記出力軸の固定孔を有するロータバックヨークと、上記ロータバックヨークに一体的に取り付けられるロータマグネットとを含み、上記ロータバックヨークには、上記固定孔から外周方向に向けて放射状に形成される第１補強手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
これによれば、ロータの半径方向の剛性が向上することで、回転モーメントによってロータに生じる変形を抑えることができる。また、ロータの回転には、ロータにかかる遠心力が第１補強手段に集中させることで、ブレや振動を効果的に抑えることができる。
【００１１】
より好ましい態様として、上記第１補強手段は、上記ロータマグネットの極間に沿って設けられている。これによれば、隣接するロータマグネットの間に第１補強手段が介在することで、そこにエアギャップが形成されることとなり、極間の磁束変化が和らぎ、コギングトルクが低減される。
【００１２】
上記第１補強手段は、上記ステータの対向面側が凹まされ、他方の面が凸とされた補強リブからなる。これによれば、ロータバックヨークの成型時に補強リブをプレス成形などで一体的に成型するだけで、簡単かつ安価に補強手段を組み込むことができる。
【００１３】
上記ロータバックヨークにはさらに、上記固定孔を中心に円周方向に沿って環状に形成される第２補強手段が設けられている。これによれば、ロータバックヨークの円周方向の剛性がアップする。
【００１４】
より好ましい態様として、上記ロータバックヨークは、上記第２補強手段を挟んで、外周側がロータマグネット配置部、内周側が脆弱部に区画されており、上記第２補強手段の外周に沿って上記ロータマグネットが配置されることが好ましい。これによれば、第２補強手段に沿ってロータマグネットを配置するだけで、簡単にロータマグネットの位置決めを行うことができる。
【００１５】
上記第２補強手段は、上記ステータの対向面側が凸とされ、他方の面が凹まされた環状リブからなる。これによれば、バックヨークの成型時に環状リブをプレス成形などで一体的に成型するだけで、簡単かつ安価に補強手段を組み込むことができる。
【００１６】
上記脆弱部には、上記ロータバックヨークを軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、より好ましくは、上記貫通孔は、上記第１補強手段の間に挟まれた空間に設けられている。これによれば、ロータバックヨーク自体の重量および面積が減少することで、ロータの軽量化が図れるばかりでなく、円周方向の強度が低下することで、回転時にロータにかかる遠心力をより第１補強手段に集中させやすくなり、ブレや振動をさらに効果的に抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を概略的に示す断面図である。このアキシャルギャップ型電動機１は、円盤状に形成されたステータ２と、同ステータ２の両側に所定の間隙をもって対向配置される一対のロータ３，３とを備えている。
【００１８】
なお、このアキシャルギャップ型電動機１は、ステータ２やロータ３を含む各種機構が実際には図示しないブラケット内に収納されているが、本発明においてブラケットの構成は任意であってよく、図示しないとともにその説明は省略する。
【００１９】
ステータ２は、環状に形成されたステータコア２１と、ステータコア２１の中心に配置される軸受部２２とを備え、それらが合成樹脂によって一体的にモールド成型されている。なお、本発明において、ステータ２の具体的な構成は任意であってよく、その説明は省略する。
【００２０】
各ロータ３，３同士は、１つの出力軸４を共有して互いに連結されており、出力軸４は、ステータ２の軸受部２２によって回転可能に軸支されている。なお、出力軸４の構成（材質や径など）は任意であるため、その説明は省略する。
【００２１】
次に、ロータ３，３の具体的な構成について説明するが、この実施形態においてロータ３，３は、実際には両方とも同じ形状であり、それらがステータ２を挟んで左右対称に配置されているため、以下においては、図１において左側のロータ３について説明を行い、他方のロータ３については、同じ参照符号を付すに留める。
【００２２】
図１に示すように、ロータ３は、出力軸４を中心に円周方向に沿って円盤状に形成されたロータバックヨーク５と、同ロータバックヨーク５に対して一体的に取り付けられるロータマグネット６とを備えている。
【００２３】
ロータバックヨーク５は、円盤状の金属板をプレス成形したものからなり、中央に出力軸４が固定される軸固定部５１が設けられている。軸固定部５１は、出力軸４が挿通される軸固定孔５１１と、外周方向から出力軸４に向けて貫通するネジ孔５１２とを有し、ネジ孔５１２からねじ込まれる図示しないネジによって出力軸４にロータ３が固定される。
【００２４】
図２は、ロータバックヨーク５を表側（反ステータ側）から見た平面図であり、図３は、ロータバックヨーク５を裏側（ステータ側）から見た平面図である。なお、参考までに図２および図３において軸方向（紙面垂直方向）に貫通する部分には、スマッジング処理を施した。
【００２５】
ロータバックヨーク５には、第１補強手段として軸固定部５１から外周方向に向かって放射状に延びる複数の補強リブ５２ａ〜５２ｈが、この実施形態では８カ所設けられている。
【００２６】
各補強リブ５２ａ〜５２ｈは、それぞれ図５に示すように、ステータの対向面（裏面）側が凹まされ、これに伴い、他方の面（表面）が凸とされた凹凸面からなり、バックヨークの成型時にプレス成形などで一体的に成型されている。
【００２７】
この実施形態において、各補強リブ５ａ〜５２ｈは、正８角形の各対角線に沿って形成されているが、実際には隣接するロータマグネット６の極間に沿って配置されていることが好ましい。したがって、各補強リブ５ａ〜５２ｈの数は、配置されるロータマグネット６の数（この例では６ａ〜６ｈの８個）に応じて任意に設定してよい。
【００２８】
これによれば、隣接するロータマグネット６（例えば６ａと６ｂ）の極間に補強リブ５２ｂが介在することで、そこにエアギャップが形成されることとなり、極間の磁束変化が和らぎ、コギングトルクが低減される。
【００２９】
この実施形態において、補強リブ５２ａ〜５２ｈは、ロータバックヨーク５に一体的に形成された凹凸面からなるが、例えば別に形成しておいた補強リブをロータバックヨーク５に取り付けてもよい。また、これ以外に補強効果が得られるものであれば、適宜選択してよい。
【００３０】
また、ロータバックヨーク５には、第２補強手段として軸固定部５１を中心に円周方向に沿って環状リブ５３が設けられている。環状リブ５３は、ステータの対向面（裏側）側が凸とされ、これに伴い、他方の面（表面）が凹まされた凹凸面からなり、バックヨークの成型時にプレス成形などで一体的に成型されている。
【００３１】
この環状リブ５３を挟んで、ロータバックヨーク５は、外周側がロータマグネット配置部５４、内周側が脆弱部５５にそれぞれ区画されている。ロータマグネット配置部５４には、各ロータマグネット６ａ〜６ｈが配置されるが、このとき、各ロータマグネット６ａ〜６ｈを環状リブ５３の外周に沿って配置することで、簡単に位置決めできる。
【００３２】
図２，図３および図４に示すように、脆弱部５５には、ロータバックヨーク５を軸方向に沿って貫通する貫通孔５６ａ〜５６ｈが、この実施形態では８カ所設けられている。各貫通孔５６ａ〜５６ｈは、それぞれ補強リブ５２ａ〜５２ｈの間に挟まれるように放射状に形成されている。
【００３３】
これによれば、ローターバックヨーク５の表面積および重量が減ることで、回転ブレを抑えることができ、騒音が低減する。また、貫通孔５６ａ〜５６ｈは、補強リブ５２ａ〜５２ｈに影響を与えないので、ロータバックヨーク５の剛性が低下することもない。
【００３４】
この実施形態において、貫通孔５６ａ〜５６ｈは、脆弱部５５に補強リブ５２ａ〜５２ｈの間に挟まれるように放射状に形成されているが、貫通孔の数および形状は任意であり、補強リブ５２ａ〜５２ｈの形状によっても変化する。
【００３５】
図３に示すように、ロータマグネット６は、環状リブ５３の外周に沿って環状に配置された１片が扇台形状のマグネットメンバー６ａ〜６ｈを含み、隣接するマグネットメンバー６ａ〜６ｈの間には、上述した補強リブ５２ａ〜５２ｈによってエアギャップが形成されている。なお、ロータマグネット６の具体的な構成（例えば磁性材料など）は、任意であるため、その説明は省略する。
【００３６】
次に、このアキシャルギャップ型電動機１の組立手順の一例について図面を参照しながら説明する。あらかじめプレス成形されたロータバックヨーク５に各マグネットメンバー６ａ〜６ｈを取り付ける。
【００３７】
各マグネットメンバー６ａ〜６ｈを取り付けるに当たっては、各マグネットメンバー６ａ〜６ｈを環状リブ５３の外周に沿って順々に配置していくことで、簡単に取り付けることができる。各マグネットメンバー６ａ〜６ｈの固定手段は任意である。
【００３８】
このとき、隣接するマグネットメンバー６ａ〜６ｈの間に補強リブ５２ａ〜５２ｈが現れるように配置することで、各マグネットメンバー６ａ〜６ｈの間にはエアギャップが形成される。これによれば、磁束変化が和らぎ、コキングトルクを低減することができる。
【００３９】
次に、ロータマグネット６が組み込まれたロータ３を出力軸４に固定する。固定するに当たっては、まず、一方のロータ３を先に出力軸４に取り付け、その出力軸４をステータ２の軸受部２２に軸支させた後、他方のロータ３を出力軸４に固定することでステータ２を挟んで左右一対にロータ３，３が組み込まれる。
【００４０】
なお、この例において、ロータ３，３は、出力軸４に対してネジ孔５１２よりネジ止めによって固定されているが、これ以外に焼きバメなどによって一体的に固着してもよく、固定手段は任意に選択される。最後に、図示しないブラケットを被せることで、アキシャルギャップ型電動機１が完成する。
【００４１】
この実施形態において、ロータ３，３は、ステータ２を挟んで左右一対に設けられているが、ステータ２に対して１つのロータを有するアキシャルギャップ型電動機に本発明のロータバックヨーク構造を適用してもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ロータバックヨークに固定孔から外周方向に向けて放射状に補強リブを形成したことで、ロータの剛性が向上するばかりでなく、補強リブの間にマグネットメンバーを配置したことで、各マグネットメンバーの極間にエアギャップが形成され、これにより、極間の磁束変化が和らぎ、コギングトルクを低減させることができる。
【００４３】
また、ロータバックヨークに固定孔から円周方向に沿って環状リブを設けたｊことで、円周方向の剛性を向上できるばかりでなく、環状リブに沿ってマグネットメンバーを配置するだけでよく、簡単に位置決めを行うことができる。
【００４４】
さらには、ロータバックヨークの一部に、軸方向に沿って貫通する貫通孔を設けたことで、振動箇所の面積が減り、騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の内部構造を概略的に示す断面図。
【図２】ロータバックヨークを表側（反ステータ側）から見た正面図。
【図３】ロータバックヨークを裏側（ステータ側）から見た正面図。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図５】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【符号の説明】
１アキシャルギャップ型電動機
２ステータ
３ロータ
４出力軸
５ロータバックヨーク
５１軸固定部
５２ａ〜５２ｈ補強リブ
５３環状リブ
５４ロータマグネット配置部
５５脆弱部
５６ａ〜５６ｈ貫通孔
６ロータマグネット
６ａ〜６ｈマグネットメンバー

Claims

出力軸の軸線方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機において、
上記ロータは、上記出力軸の半径方向に沿ってフランジ状に形成され、中心に上記出力軸の固定孔を有するロータバックヨークと、上記ロータバックヨークに一体的に取り付けられるロータマグネットとを含み、
上記ロータバックヨークには、上記固定孔から外周方向に向けて放射状に形成される第１補強手段が設けられていることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
上記第１補強手段は、上記ロータマグネットの極間に沿って設けられている請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記第１補強手段は、上記ステータの対向面側が凹まされ、他方の面が凸とされた補強リブからなる請求項１または２に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記ロータバックヨークにはさらに、上記固定孔を中心に円周方向に沿って環状に形成される第２補強手段が設けられている請求項１，２または３に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記ロータバックヨークは、上記第２補強手段を挟んで、外周側がロータマグネット配置部、内周側が脆弱部に区画されており、上記第２補強手段の外周に沿って上記ロータマグネットが配置される請求項４に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記第２補強手段は、上記ステータの対向面側が凸とされ、他方の面が凹まされた環状リブからなる請求項４または５に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記脆弱部には、上記ロータバックヨークを軸方向に貫通する貫通孔が形成されている請求項５または６に記載のアキシャルギャップ型電動機。
上記貫通孔は、上記第１補強手段の間に挟まれた空間に設けられている請求項７に記載のアキシャルギャップ型電動機。