JP2007236136A - ピニオン一体型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ軸の熱処理に起因する歪を防止、低減し、更に、ピニオン一体型モータの回転に伴う振動・騒音の防止、及び、納期短縮を可能とする。
【解決手段】ピニオン１１２が一体的に直切り形成されたモータ軸１０４と、モータ軸１０４と一体的に回転可能とされたロータヨーク１４０と、ロータヨーク１４０に固定された永久磁石１４４と、永久磁石１４４に対して、モータ軸１０４の半径方向に所定の隙間Ｇ１を介して設置された円筒形状のステータヨーク１４８と、ステータヨーク１４８の内周面に固定され、空芯且つ扁平に巻かれた複数の電機子コイルと、を備えることを特徴とするピニオン一体型モータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータの回転を減速して出力するピニオン一体型モータに関する。

従来、図５乃至図７記載のハイポイドギアドモータＧＭ２０１が開示されている（特許文献１参照）。

ハイポイドギアドモータＧＭ２０１は、モータ２０２と減速機２３０からなる。

モータ２０２は、その略中心にモータ軸２０４を有している。このモータ軸２０４は、２点で軸受に支持されており、ケーシング２２２に対して回転可能とされている。又、モータ軸２０４には、軸方向略中央に、ロータヨーク２４０を介して永久磁石２４４が設置固定されている。又、永久磁石２４４の表面と僅かの隙間Ｇ２を有するようにステータヨーク２４８が配置されている。このステータヨーク２４８は、ケーシング２２２の内周面に固定されている。ステータヨーク２４８には、複数の電機子コイル２４２がステータヨーク２４８の厚み内部を軸方向に貫通する態様で（図７を参照。）、巻回して設置されている。

モータ軸２０４にはハイポイドピニオン２１２が直切り形成されており、減速機２３０に備わるハイポイドギア２１６と噛合している。ハイポイドギア２１６は出力軸２１４に組み込まれている。ハイポイドピニオン２１２とハイポイドギア２１６との噛合によって、モータ軸２０４の回転が直交方向に変更されると共に、減速された状態で出力されるようになっている。

ギアドモータＧＭ２０１では、上述したようにモータ軸２０４にハイポイドピニオン２１２が直切り形成されているが、これはモータ軸に直接ピニオンを形成することで部品点数を減らし、低コスト（且つコンパクト）なギアドモータを提供可能とするためである。

特開２００４−２６６９８０号公報

このような先端にハイポイドピニオンが直切りされたモータ軸は、単にモータの回転力（駆動力）を取り出す役割のみならず、ハイポイドピニオンとしての機能を併せ持っている。よってモータ軸には、噛合による負荷や摩耗に耐えるべく所定の熱処理が施される。

しかし、これらの熱処理によって、モータ軸には熱による「反り」等の歪が発生する。

このようなモータ軸の歪は、モータの回転むらの原因となり、振動や騒音の原因となる。

そのため、例えばドア開閉用など、静音性が要求される用途に適用する場合には、歪を取り除く処理（直棒化）の工程が必要不可欠となる。この処理の一例としては、歪の発生したモータ軸の半径方向外側から適当な圧力を付勢しつつ、軸を回転させる（転がせる）手法がある。しかし、どこの工場にもある一般的な機械で行なえるわけではないため、費用も時間も必要となり、コスト高や処理時間が長くなるという不具合が生じていた。

本発明は、このような問題点を解消するためになされたものである。

本発明は、ピニオンが一体的に直切り形成されたモータ軸と、該モータ軸と一体的に回転可能とされたロータヨークと、該ロータヨークに固定された永久磁石と、該永久磁石に対して、前記モータ軸の半径方向に所定の隙間を介して設置された円筒形状のステータヨークと、該ステータヨークの内周面に固定され、空芯且つ扁平に巻かれた複数の電機子コイルとを備えるようにピニオン一体型モータを構成することで、上記課題を解決するものである。

これにより、ステータヨークの厚みを抑えることが可能となり、その分だけ相対的にロータとステータの隙間をモータ軸の半径方向外側に構成できるようになる。即ち、モータ軸を回転させるための磁力の発生位置がモータ軸の軸心から離れることによって、同一の磁力でもモータ軸を回転させる回転トルクは大きくなる。又、モータ軸を回転させるための磁力を発生する永久磁石や電機子コイル等の表面積を大きく採ることも可能となる。そうすると、ケーシングの外径が同一且つ出力が同一のギアドモータとの比較において、その分だけロータやステータの軸方向の長さを短くすることが可能となる。その結果、モータ軸自体を短く構成でき、熱処理の負担の蓄積、即ち歪の蓄積を低減できるようになる。更にモータ軸の歪が低減すればモータの回転むらの発生原因が低減したことに等しく、ギアドモータ運転時の騒音や振動の発生を防ぐこともできる。特に、モータと減速機を一体化したギアドモータにおいて、モータ軸に直交型のピニオンを形成した場合には、その噛合構造から大きな騒音となり易いため、かかるメリットは大である。

軸長の短いモータ軸を搭載することを可能とし、モータ軸にピニオンを直切り形成する場合でも、熱処理に伴う歪の発生量を低減することができる。又、直棒化の処理の必要性が低減し、ギアドモータ全体の納期短縮やコスト低減にも貢献する。

以下、添付図面を用いて、本発明に係る実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる実施形態の一例であるギアドモータＧＭ１０１の正断面図、図２は、同じく側断面図、図３は、図１における矢示III‐III線に沿う断面図、図４は、ギアドモータＧＭ１０１を用いた自動ドアの全体構造図である。

ギアドモータＧＭ１０１は、モータ１０２と減速機１３０とを連結したものであり、例えば、ギアドモータＧＭ１０１の出力軸１１４がプーリ３０２を駆動することにより、ドア駆動ベルト３０１を介して自動ドア３０３の開閉を行なうものである（図４参照）。減速機１３０は、ハイポイドピニオン１１２とハイポイドギア１１６からなる直交ギアセットＧＳを有する。

モータ１０２の略中央には、モータ軸１０４が配置されている。このモータ軸１０４の前端は、軸受１３８を介してフロントカバー１２２ｃに回転自在に支持されている。又、モータ軸１０４の後端は、軸受１３６によってエンドカバー１２２ａに回転自在に支持されている。フロントカバー１２２ｃと、エンドカバー１２２ａとは、モータケーシング本体１２２ｂを介してボルト１２４により一体的に連結固定されている。又、このフロントカバー１２２ｃ、モータケーシング本体１２２ｂ、エンドカバー１２２ａとで、モータケーシング１２２を構成している。モータケーシング本体１２２ｂは円筒形状をしており、この内周面側には、ステータヨーク１４８が周設されている。即ち、当該ステータヨーク１４８も円筒形状をしている。更に、ステータヨーク１４８の内周面にはコイルホルダ１４９が配置されており、該コイルホルダ１４９の外周面に形成された凸部には、空芯で、且つ扁平に巻回された電機子コイル１４２が複数固定されている。この電機子コイル１４２は、自身の全体を絶縁性の樹脂でコーティング（モールディング）された状態でステータヨーク１４８の内周面に固定されている。又、この空芯且つ扁平に巻回された電機子コイル１４２の内周の軸方向長さ（内径）ｄ１は、ステータヨーク１４８の軸方向長さＷ１よりも短くなるように設定されている。なお、ステータヨーク１４８と電機子コイル１４２とで「ステータ（固定子）」を構成している。

一方、モータ軸１０４には、自身の軸方向略中央に、ロータヨーク１４０が周設されている。又、上述の電機子コイル１４２の内周の軸方向長さｄ１は、当該ロータヨーク１４０の軸方向長さＷ２よりも短くなるように設定されている。更に、当該ロータヨーク１４０の半径方向外側に、永久磁石１４４が配置されている。本実施形態においては、ロータヨーク１４０の周囲一周に渡って極性が順次異なるように永久磁石１４４が配置されている。この永久磁石１４４は、前述した電機子コイル１４２と若干の隙間Ｇ１を有する態様で配置されている。なお、ロータヨーク１４０と永久磁石１４４とで「ロータ（回転子）」を構成している。

又、モータ軸１０４の先端には、ハイポイドピニオン１１２が直切り形成されている。このハイポイドピニオン１１２は、減速機１３０に備わるハイポイドギア１１６と噛合している。このハイポイドギア１１６は出力軸１１４と一体的に回転可能に設置固定されている。更に出力軸１１４は、軸受１０６を介して減速機ケーシング本体１２０ａに回転可能に支持されている。又、軸受１０８を介して、出力軸カバー１２０ｂに回転可能に支持されている。減速機ケーシング本体１２０ａには、ボルト１３２によって出力軸カバー１２０ｂが設置固定されている。この出力軸カバー１２０ｂは自身の一部を出力軸１１４が貫通する態様で設置されている。又、この減速機ケーシング本体１２０ａと出力軸カバー１２０ｂとで減速機ケーシング１２０を構成している。

なお、本実施形態においては、モータ１０２のモータケーシング１２２を構成するフロントカバー１２２ｃと、減速機１３０の減速機ケーシング１２０を構成する減速機ケーシング本体１２０ａとは、一体的に形成されている。

なお、符号１５０、１５２はオイルシールである。

次にギアドモータＧＭ１０１の作用を説明する。

電機子コイル１４２に通電がされると、それに伴い電機子コイル１４２に磁界が発生する。電機子コイル１４２に流れる電流のタイミングや方向、強さなどは、図示せぬドライバにより適宜コントロールされており、電機子コイル１４２が発生する磁界と永久磁石１４４との吸引及び反発作用（以下、この作用を発生する手段として「界磁発生手段」という場合がある。）によって、永久磁石１４４がモータ軸１０４を中心に回転する。かかる回転はロータヨーク１４０を介してモータ軸１０４へと伝えられ、モータ軸１０４を回転させる。更にこの回転は、モータ軸１０４の先端に形成されたハイポイドピニオン１１２を回転させ、当該ハイポイドピニオン１１２と噛合するハイポイドギア１１６へと伝達される。このハイポイドピニオン１１２とハイポイドギア１１６との噛合によりモータ軸１０４の回転は減速されて出力軸１１４へと伝達される。又、この噛合により回転方向が直交する方向に変換される。

又、当初説明したように、出力軸１１４がプーリ３０２と係合しているため、出力軸１１４の回転に伴ってプーリ３０２も回転する。プーリ３０２の回転によりドア駆動ベルト３０１が回転移動することにより、ドア駆動ベルト３０１に連結された自動ドアが開閉される。

本実施形態においては、前述した構成で説明したように、電機子コイル１４２を空芯且つ扁平に巻回した形状とし、更に、ステータヨーク１４８の内周面に固定する構成としている。即ち、この構成によって、従来のようにステータヨーク自身の内部に電機子コイルを巻回するスペースが不要となり、ステータヨーク１４８自体の厚みを抑えることが可能となった。その結果、ステータヨーク１４８が薄くなった分だけ相対的に「ロータ（回転子）」と「ステータ（固定子）」との隙間を、よりモータ軸１０４の半径方向外側に構成できるようになる。即ち、モータ軸１０４を回転させるための回転力の発生位置が、モータ軸１０４の軸心から離れることによって、回転力自体が同一でもモータ軸１０４を回転させる回転トルクが大きくなる。又、モータ軸１０４を回転させるための磁力を発生する永久磁石１４４や電機子コイル１４２等の界磁発生手段の表面積を大きく採ることも可能となる。そうすると、その分だけ界磁発生手段の軸方向の長さを短くすることが可能となる。又、空芯コイルである為、電機子コイル１４２の内周の軸方向長さｄ１を、ロータヨーク１４０やステータヨーク１４８の軸方向長さＷ１、Ｗ２よりも短く構成できる。その結果、電機子コイル１４２の外周の軸方向長さ（外径）Ｄ１に関しても、従来より短く構成することができる。即ち、モータ軸１０４自体の長さを短く構成することが可能となる。なお、そのように構成した場合でも、従来と同程度以上の出力トルクを確保することが可能となっている。

前述した熱処理により生ずる軸の歪は、処理を施す部材（モータ軸）が長いもの程（より正確には、モータ軸の全長を、モータ軸の最大直径で除した値が大きい程）、顕著に現われ易い。逆の視点で捉えるならば、直径に対して相対的により軸長の短いモータ軸をモータに搭載することができれば（例えばモータ軸の全長をモータ軸の最大直径で除した値が６．０以下のモータ軸とすることができれば）、熱処理に伴うモータ軸の歪を確実に低減できる。

熱処理に伴うモータ軸の歪を小さくできれば、歪を取るための処理（直棒化処理）を簡素化でき（あるいは省略でき）、コストをより低減できると共に、静音性を維持することができる。

特に、ドアの開閉にギアドモータを使用する場合には、ピニオン一体型モータの設置位置の近傍を人間が通過（位置）することから、静音性が高いレベルで要求されるため、モータ軸の歪の発生を低減し、防止することによって振動・騒音を防ぐことは、極めて効果的であり、本発明特有の効果が最も現われる使用態様の一つである。

なお、上記実施形態においては、モータ軸に直切り形成されるピニオンとしてハイポイドピニオンが採用されていたが、これ以外に、例えばスパー、ヘリカル等のピニオンが直切り形成されている場合でも、相応の効果が得られる。

又、減速機は、必ずしも１段減速である必要はなく、必要により複数段の減速機を用いることも可能である。

本発明は、ドア開閉用の駆動源としての利用価値が存在する。更には、この他にも人間（及び動物一般）の近傍に設置しなければならず、従って低振動、低騒音が要求される駆動源としての利用価値が高い。

本発明にかかる実施形態の一例であるギアドモータＧＭ１０１の正断面図 本発明にかかる実施形態の一例であるギアドモータＧＭ１０１の側断面図 図１における矢示III‐III線に沿う断面図 ギアドモータＧＭ１０１を用いた自動ドアの全体構成図 特許文献１記載のハイポイドギアドモータＧＭ２０１の正断面図 特許文献１記載のハイポイドギアドモータＧＭ２０１の側断面図 図５における矢示VII‐VII線に沿う断面図

符号の説明

ＧＭ１０１…ピニオン一体型モータ
ＧＳ…直交ギアセット
１０２…モータ（ギャップワインディング型）
１０４…モータ軸
１０６、１０８、１３６、１３８…軸受
１１２…ハイポイドピニオン
１１４…出力軸
１１６…ハイポイドギア
１２０…減速機ケーシング
１２０ａ…減速機ケーシング本体
１２０ｂ…出力軸カバー
１２２…モータケーシング
１２２ａ…エンドカバー
１２２ｂ…モータケーシング本体
１２２ｃ…フロントカバー
１２４…ボルト
１３０…減速機
１４２…電機子コイル
１４４…永久磁石
１４８…ステータヨーク
１５０、１５２…オイルシール
３０１…ドア駆動ベルト
３０２…プーリ
３０３…自動ドア（ウィング）
Ｌ１、Ｌ２…モータ軸長さ

Claims (3)

1. ピニオンが一体的に直切り形成されたモータ軸と、
   該モータ軸と一体的に回転可能とされたロータヨークと、
   該ロータヨークに固定された永久磁石と、
   該永久磁石に対して、前記モータ軸の半径方向に所定の隙間を介して設置された円筒形状のステータヨークと、
   該ステータヨークの内周面に固定され、空芯且つ扁平に巻かれた複数の電機子コイルと、を備える
   ことを特徴とするピニオン一体型モータ。
2. 請求項１において、
   前記電機子コイルの内周の軸方向長さが、前記ステータヨークの軸方向長さより短い
   ことを特徴とするピニオン一体型モータ。
3. 請求項１又は２において、
   前記電機子コイルの内周の軸方向長さが、前記ロータヨークの軸方向長さより短い
   ことを特徴とするピニオン一体型モータ。

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