JP2007116818A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、アウターロータ構造を採用するうえにロータを両持ち構造とすることにより、小型で大出力とイナーシャの増大を得られ、回転効率の向上と、工具用モータ特有の衝撃に耐えられることができるモータを提供する。
【解決手段】シャフト１の一端部を第１のブラケット５ａに、他端部を第２のブラケット５ｂに回転自在に支持し、第１のブラケットに第２のブラケット側へシャフトの周面に沿って延出する延出部１０を一体に設け、このシャフトの延出部外周面にステータ４を嵌め込み固定し、このステータ４の外周面と間隙を存して対向するロータマグネット２２を備え、このロータマグネットを内面に取付け固定し、一端部を開口端となし、他端部を第１のブラケット延出部端面と第２のブラケットとの間のシャフト部位に取付け固定するロータホルダ２１を備えてロータ２を構成し、ロータホルダの開口端と第１のブラケットとの間に第１のベアリング１６を介設する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、たとえば電動工具用として最適なモータに関する。

作業者が手に持って作業する電動工具は、可能な限り小型軽量で、かつ効率のよいブラシレスモータを備える必要がある。このブラシレス電動工具用モータは、より大きな出力が得られることと、工具用モータ特有の衝撃に充分耐えて、長期に亘って故障の無い構造としなければならない。
従来、［特許文献１］に示されるように、シャフトにロータが取付けられ、このロータの外周面と狭小の間隙を存する外側にステータが保持される、インナーロータ型のブラシレスモータが多用されている。
特開平１１−２５２８３４号公報

しかしながら、ブラシレスモータでインナーロータ構造を採用すると、電動工具用モータのようにスペースが限られ小型化が推進されるモータにおいて出力を稼ぐためには、トルク増大よりも回転数を上げることを優先せざるを得ない。
そのため、特に大きなトルクを必要とする用途向けに、たとえば複数のギヤを追加して、トルクと回転数の割合を変更するしか解決策がない。この場合は、モータ重量が増加して電動工具として使い難くなるとともに、ギヤによる反力によって振動発生の抑制化が困難なものとなってしまう。
また、強い衝撃がかかる電動工具に用いられるモータでは、イナーシャが大きい方が有利であるが、上述のインナーロータ構造のモータでは回転数が低い低回転数域において能力が不足する虞れがある。

本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、アウターロータ構造を採用するとともにロータを両持ち構造とすることにより、小型で出力とイナーシャの増大および回転効率の向上を得られ、ロータの剛性を大にして工具用モータ特有の衝撃に耐えられることができるモータを提供しようとするものである。

上記目的を達成するため本発明は、シャフトの一端部を第１のブラケットに、他端部を第２のブラケットに回転自在に支持し、第１のブラケットに第２のブラケット側へシャフトの周面に沿って延出する延出部を一体に設け、このシャフトの延出部外周面にステータを嵌め込み固定し、このステータの外周面と狭小の間隙を存して対向するロータマグネットおよび、このロータマグネットを内面に取付け固定し、一端部を開口端となし、他端部を第１のブラケット延出部端面と第２のブラケットとの間のシャフト部位に取付け固定するロータホルダを備えたロータと、このロータを構成するロータホルダの開口端と第１のブラケットとの間にベアリングを介設し、ロータを第１のブラケットに対して回転自在に支持する。

本発明によれば、インナーロータタイプのモータと比較して、単位当りの出力の増大化を得られるとともに、大きなイナーシャを確保する等の効果を奏する。

以下、図面を参照しながら、本発明における第１の実施の形態について詳細に説明する。なお、ここで説明するモータは、電動工具用として用いられるのに最適である。
図１はモータの正面図、図２はモータの断面図、図３は図１のＡ−Ａ矢印に沿うモータの一端側の側面図、図４は図１のＢ−Ｂ矢印に沿うモータの他端側の側面図、図５はモータを構成するシャフトとロータおよびステータの断面図である。

このモータは、シャフト１と、このシャフト１に取付けられるロータ２と、このロータ２とともに上記シャフト１を支持するブラケット構造体３と、このブラケット構造体３に支持されるステータ４とを備えている。
固定であるブラケット構造体３にステータ４が取付けられ、ステータ４の外側にロータ２が配置され、このロータ２は回転自在なシャフト１に取付けられるところから、アウターロータ型のモータを構成する。

はじめに、ブラケット構造体３から説明すると、これは図１および図２において左側部に位置する第１のブラケット５ａと、右側部に位置する第２のブラケット５ｂおよび、これら第１、第２のブラケット５ａ，５ｂ相互間に介在され、ブラケット５ａ，５ｂを一体に連結固定する第３のブラケット５ｃとから構成される。
上記第１のブラケット５ａは、中心軸に沿って上記シャフト１が挿通される挿通用孔６が設けられている。この挿通用孔６の一端部に補助ベアリング７が嵌め込まれ、上記シャフト１を回転自在に支持している。

なお、上記補助ベアリング７は必ずしも必要なものではなく、代って単なる軸受メタルを用いてもよい。上記補助ベアリング７を用いる場合は、たとえば上記シャフト１と図示しない工具（負荷装置）を繋げるカップリングの距離が離れているとき、シャフト１の剛性を保持するために追加するとよい。
上記第１のブラケット５ａの外周部には、放熱構造部８と、ベアリング取付け部９および延出部１０が一体に連設されてなる。放熱構造部８の直径と断面積が最も大きく、ベアリング取付け部９から延出部１０の順に小さく形成される。

第１のブラケット５ａにおける上記放熱構造部８は、特に図３に示すように、水平中心軸Ｌａから上半分（１８０°）の範囲で、略３０°置きに冷却杆１１が突設されている。放熱構造部８の水平中心軸Ｌａから下半分の範囲には、縦長孔状の複数の放熱用孔１２が幅方向に所定間隔を存して並行に設けられる。
水平中心軸Ｌａから下半分の範囲で、垂直中心軸Ｌｂに沿う部分は、端面側から凹陥形成されていて、この凹陥部１３の上端は放熱構造部８からベアリング取付け部９に亘って貫通する円弧長孔状のリード線用孔１４に連通する。下端部は両側端を残して切取り成形されていて、残された部分が設置面に対する脚部１５となっている。

上記ベアリング取付け部９には、第１のベアリング（ベアリング）１６のインナーリングが密に嵌め込み固定される。この第１のベアリング１６のアウターリングには、後述する上記ロータ２の開口端が密に嵌め込み固定される。
上記延出部１０は、ベアリング取付け部９から第２のブラケット５ｂへ向かって延出されていて、この外周面に沿って上記ステータ４が密に嵌め込み固定される。延出部１０の軸方向長さとステータ４の軸方向長さは同一に設定されていて、延出部１０の先端面とステータ４の端面とは同一位置に揃えられる。

上記第２のブラケット５ｂは、中心軸に沿って第２のベアリング１７のアウターリングが密に嵌め込み固定されるベアリング取付け用孔１８を備えている。上記第２のベアリング１７のインナーリングには、上記シャフト１端部が路に嵌め込み固定される。したがって、シャフト１の両端部は補助ベアリング７と第２のベアリング１７を介してブラケット構造体３に回転自在に支持されることとなる。
上記第２のブラケット５ｂは、特に図４に示すように、先に説明した第１のブラケット５ａと凹陥部１３およびリード線用孔１４を除いて全く同一形状構造となっているので、同一部位に同番号を付して新たな説明は省略する。

上記第３のブラケット５ｃは、上記第１のブラケット５ａおよび第２のブラケット５ｂにおける放熱用孔１２の中途部から上半分を切り取り、残った下半分の形状構造と同一であり、第１のブラケット５ａと第２のブラケット５ｂとの間に介在され、かつ図示しない取付け具を介して連結固定される。
上記ステータ４は、特に図５に示すように、第１のブラケット５ａの延出部１０外周面に嵌め込まれたうえに、これらの嵌め合せ部分に沿って複数本のピン１９が打ち込まれて回り止めがなされている。上記ピン１９の両側端部は、リベッティングでカシメられて抜けの防止を図っている。

なおステータ４について説明すると、これは複数枚の電磁鋼板を積層して一体化したステータコアから構成されていて、中心軸に沿って上記第１のブラケット５ａの延出部１０に密に嵌め込み固定されるヨーク部４ａと、このヨーク部４ａの周面に沿って放射状に一体に突設される複数のティース部４ｂとからなり、互いに隣接するティース部４ｂ相互間をスロット４ｃと呼ぶ。

それぞれのティース部４ｂ周面には、図示しないコイルボビンと呼ばれる絶縁部材が嵌め込まれ、この絶縁部材上に巻線が施される。絶縁部材に巻回された巻線の端部は１つに束ねられ、第１のブラケット５ａに設けられる上記リード線用孔１４を挿通し、かつ凹陥部１３に沿わせてモータ外部へ延出させ、図示しない基板もしくは端子部に電気的に接続される。

特に図２に示すように、上記ロータ２は、第１のブラケット５ａの延出部１０端面およびステータ４端面と、上記第２のブラケット５ｂおよび第２のベアリング１７との間に露出するシャフト１周面に一端部が取付けられるロータブッシュ２０と、このロータブッシュ２０に取付けられるロータホルダ２１および、このロータホルダ２１に取付けられる
ロータマグネット２２から構成される。

上記ロータ２を構成するロータブッシュ２０は、周面に沿って凹部ｄが形成され、ここに上記ロータホルダ２１の一端部が密に嵌め込み固定される。
上記ロータホルダ２１は、特に図５に示すように周方向に４分割されている。それぞれの分割子２１Ａ〜２１Ｄは、シャフト１の軸方向と直交する方向に沿って設けられロータホルダ２１の凹部ｄに嵌め込まれる端面部２１ａと、この端面部２１ａの周端からシャフト１の軸方向に沿うよう折曲される周部２１ｂとからなり、互いに所定間隔を存して取付けられる。

上記ロータホルダ２１の端面部２１ａには、放射状に複数の冷却用孔２３が設けられる。周部２１ｂには、軸方向に沿って所定間隔を存して直列に、かつ周方向に複数列の冷却用孔２４が設けられる。
上記ロータマグネット２２は、ロータホルダ２１を構成する４個の分割子２１Ａ〜２１Ｄそれぞれの周部２１ｂ内面に、接着剤を用いて取付け固定される複数（４個）のメインマグネットから構成されている。ロータマグネット２２の内周面は、ステータ４外周面と狭小の間隙を存して対向している。

また、上記ロータホルダ２１の周部２１ｂ先端には補助ホルダ２５が密に嵌め込み固定されていて、ロータホルダ２１と補助ホルダ２５とは一体に連設される。上記補助ホルダ２５の先端内周面に、第１のブラケット５ａの延出部１０に取付けられる上記第１のベアリング１６のアウターリングが密に嵌め込み固定される。
すなわち、ロータ２を構成するロータホルダ２１の開口端と第１のブラケット５ａとの間に第１のベアリング１６が介設されて、ロータ２を第１のブラケット５ａに対して回転自在に支持する。ロータ２にとって、一端部がシャフト１に取付け固定され、他端の開口端が第１のベアリング１６を介して第１のブラケット５ａに支持されて、両持ち構造となっている。

なお、ロータブッシュ２０とロータホルダ２１の端面部２１ａに、周方向に所定間隔を存して多極着磁されたセンサマグネット２６が取付けられる。これに対して、第２のブラケット５ｂの内面側には検出子２７を備えた板体２８が取付けられていて、ロータの回転時に位相検知を行い回転制御に用いる。
このようにして構成されるモータであって、シャフト１に沿って設けられる第１のブラケット５ａにステータ４を取付ける一方で、シャフト１にロータブッシュ２０を介してロータホルダ２１を取付け、このロータホルダ２１にロータマグネット２２を取付けて、上記ステータ４の外周面に間隙を存してロータ２の内周面を対向させたアウターロータ型をなす。

したがって、電動工具用のモータとして採用した場合、電動工具用モータに要求される小型軽量化を満足できるとともに、小型でありながら体積当りの出力の増大化を図れるとともに、大きなイナーシャを確保できる。
上記ロータマグネット２２を取付けたロータホルダ２１は、一端部がロータブッシュ２０を介してシャフト１に密に嵌め込み固定され、他端部が第１のベアリング１６を介して第１のブラケット５ａに回転自在に支持される。

すなわち、アウターロータ型特有の構造として、必要最低限、ロータホルダ２１は一端部がシャフト１に取付けられるので、そのままでは片持ち構造となる。この状態でシャフト１を回転駆動すると、ロータホルダ２１とロータブッシュ２０との接合部に、こじる力が働いて強度的に不安が残り信頼性が劣る。さらに、ロータホルダ２１が共振し易くなって、異常音の発生が避けられない。

ところが、ここではロータホルダ２１の開口端を、第１のベアリング１６を介して第１のブラケット５ａに対し回転自在に支持し、ロータホルダ２１を両持ち構造とした。したがって、ロータブッシュ２０との接合部にロータホルダ２１をこじる力が発生せず、強度的な不安が解消されて信頼性の向上を得られる。工具用モータ特有の衝撃に耐え得る構造となり、長期の使用に亘って故障の発生率の低減を得られるとともに、共振の発生が抑制されて異常音の発生がなく静粛化を得られる。

上記ロータホルダ２１の端面部２１ａと周部２１ｂに複数の冷却用孔２３，２４を設けるとともに、上記第１のブラケット５ａおよび第２のブラケット５ｂに複数の冷却杆１１および放熱用孔１２を設けて、放熱構造（ヒートシンク）をなすようにした。したがって、ロータホルダ２１の回転にともなう風を発生させてロータマグネット２２およびステータ４が発生する熱を周辺に効率よく逃すことができ、発熱を抑制してモータ効率の向上化を得られる。

図６に、第２の実施の形態におけるモータの断面図を示す。
ここでは後述するシャフト１Ａを除いた、ロータ２とブラケット構造体３およびステータ４が第１の実施の形態と全く同一構成のアウターロータ型モータであり、同部品に同番号を付して新たな説明は省略する。

上記シャフト１Ａは、第１のブラケット５ａ側端部が、先に説明したものと同一の設定であるのに対して、第２のブラケット５ｂ側端部が、第２のブラケット５ｂから外方へ突出していて、この突出端部に冷却ファン３０が取付けられる。
このような構成であれば、シャフト１の回転にともなって冷却ファン３０が回転し、第２のブラケット５ｂからロータ２とステータ４およびブラケット構造体３に対して冷却風を強制的に送風する。したがって、上述の効果を奏するうえに、ロータ２およびステータ４に対する冷却効率のより一層の向上化を図ることができる。

当然ながら、上記シャフト１Ａの端部を第１のブラケット５ａから突出させ、この突出端部に冷却ファン３０を取付けて、ロータ２とステータ４およびブラケット構造体３に送風する構成であってもよく、要は、このアウターロータ型のモータに対する冷却効率を向上できる構成であればよい。
また、本発明は上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるとともに、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。

本発明における第１の実施の形態に係る、モータの外観正面図。 同実施の形態に係る、モータの断面図。 同実施の形態に係る、モータの一端側の側面図。 同実施の形態に係る、モータの他端側の断面図。 同実施の形態に係る、ロータとステータおよびシャフトの断面図。 本発明における第２の実施の形態に係る、モータの断面図。

符号の説明

５ａ…第１のブラケット、５ｂ…第２のブラケット、１…シャフト、１０…延出部、４…ステータ、２２…ロータマグネット、２１…ロータホルダ、２…ロータ、１６…第１のベアリング、２３，２４…冷却用孔、３０…冷却ファン。

Claims (3)

1. 一端部が第１のブラケットに回転自在に支持され、他端部が第２のブラケットに回転自在に支持されるシャフトと、
   上記第１のブラケットに一体に設けられ、上記第２のブラケット側へ上記シャフトの周面に沿って延出される延出部と、
   上記シャフト延出部の外周面に嵌め込み固定されるステータと、
   このステータの外周面と狭小の間隙を存して対向するロータマグネットおよび、このロータマグネットが内面に取付け固定されるとともに、一端部を開口端となし、他端部が第１のブラケット延出部端面と第２のブラケットとの間のシャフト部位に取付け固定されるロータホルダを備えたロータと、
   このロータを構成する上記ロータホルダの開口端と上記第１のブラケットとの間に介設され、ロータを第１のブラケットに対して回転自在に支持するベアリングと
   を具備することを特徴とするモータ。
2. 上記ロータホルダは、上記ロータマグネットが発生する熱を周辺に逃すための冷却用孔を備え、
   上記第１のブラケットおよび第２のブラケットは、放熱構造をなすことを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 上記シャフトは、上記第１のブラケットおよび第２のブラケットのいずれか一方から突出する端部に、上記シャフトの回転にともなってロータおよびステータに対して冷却風を送風する冷却ファンが取付けられることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載のモータ。
   

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