JP2007259542A - 扁平モータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および性能と耐久性の向上を図ることができる扁平モータを提供すること。
【解決手段】平板状コイルを樹脂モールドしたアーマチュア１３と、複数のセグメント１４を樹脂モールドしたコミュテータ１５と、コミュテータ１５に接触可能に設けられたブラシ１６，１６とを有する扁平モータ１０において、内周面に複数のセグメント１４が配置されるようにコミュテータ１５を中空円筒状に形成して、そのコミュテータ１５の中空部内にブラシ１６，１６をセグメントに接触するように配置する。これにより、コミュテータ１５の外径を大きくするとともに、扁平モータ１０の外径を小さくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、径方向の大きさに対して軸方向の大きさが短い扁平形状の扁平モータに関する。さらに詳細には、小型化および性能と耐久性の向上を図ることができる扁平モータに関するものである。

従来から、図７に示すような径方向の大きさに対して軸方向の大きさが短い扁平モータが広く使用されている。このような扁平モータ１００では、図８に示すように、平板状コイルがコミュテータ１１５に備わるセグメント１１４に結線した上で整列されたアーマチュア１１３は、エポキシ樹脂などによってコミュテータ１１５と一体成形され、シャフト１１７に固定されている。そして、このような回転子が、図７に示すように、永久磁石１１２が固定されたハウジング１１１に収容されている。また、図９に示すように、コミュテータ１１５の外側にブラシ１１６，１１６が配置されており、各ブラシ１１６はブラシホルダ１１６ａに保持され、捻りバネ１１８によりコミュテータ１１５に押圧されている。

このような扁平モータ１００では、ブラシ１１６からコミュテータ１１５を介してアーマチュア１１３内のコイルに通電すると、そのコイルと永久磁石１１２との間に電磁力が作用することにより、アーマチュア１１３が固定されているシャフト１１７を回転させるようになっている（特許文献１）。

実開平５−４８５６３号公報

しかしながら、上記したものを含め従来の扁平モータでは、コミュテータの外側にブラシが配置されているため、小型化を図ることが困難であるという問題があった。ここで、従来の扁平モータを小型化するためには、コミュテータを小さくすればよい。具体的には、コミュテータの径を小さくする（径方向の小型化）、あるいは長さを短くすればよい（軸方向に小型化）。ところが、コミュテータを小さくするとセグメント面積が小さくなりブラシの電流密度が大きくなってブラシ摩耗が促進されブラシの耐久性に問題が生じる。このため、コミュテータを小型化してモータの小型化を図ることが難しいのである。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、小型化および性能と耐久性の向上を図ることができる扁平モータを提供することを課題とする。

上記問題点を解決するためになされた本発明に係る扁平モータは、コイルを備えるアーマチュアと、複数のセグメントを備えるコミュテータと、前記コミュテータに接触可能に設けられたブラシとを有する扁平モータにおいて、前記コミュテータが中空円筒状に形成されて内周面に前記複数のセグメントが設けられ、前記コミュテータの内側に前記ブラシが配置されていることを特徴とする。

この扁平モータでは、コミュテータが中空円筒状に形成されており、その内周面に複数のセグメントが設けられている。そして、それらのセグメントに接触可能に、コミュテータの内側（つまり、コミュテータの中空部）にブラシが配置されている。このため、従来のブラシ配置箇所内に収まる径のコミュテータを形成することにより、コミュテータの外径を大きくするとともに、モータの外径を小さくすることができる。従って、モータの径方向にける小型化を図ることができる。

また、コミュテータの外径を大きくすることができるので、セグメント面積が拡大するため、ブラシの電流密度が小さくなってブラシの摩耗が抑制される。従って、モータの耐久性を向上させることができる。
さらに、コミュテータが中空円筒状に形成されているため、コミュテータが軽くなる。このため、回転子の回転慣性が低減されるので、モータの性能の向上を図ることができる。

本発明に係る扁平モータにおいては、前記アーマチャと一体で回転するシャフトを回転可能に保持する軸受のうち前記コミュテータ側に設けられるものが、前記ブラシの内側かつ前記コミュテータの中空部内に配置されていることが望ましい。

このように軸受をブラシの内側かつコミュテータの中空部内に配置することにより、モータの軸方向長さを短くすることができる。つまり、モータの軸方向における小型化を図ることができる。

また、本発明に係る扁平モータにおいては、前記アーマチュアの外径と前記コミュテータの外径とが等しいことが望ましい。

このようにアーマチュアの外径とコミュテータの外径とを等しくすることにより、コミュテータの外径を大きくすることができるので、セグメント面積が拡大するため、ブラシの電流密度が小さくなってブラシの摩耗が抑制される。従って、モータの耐久性を向上させることができる。また、軸受の外径を大きくすることができるので、軸受性能が向上することにより、モータの耐久性が向上する。

本発明に係る扁平モータによれば、上記した通り、小型化および性能と耐久性の向上を図ることができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の扁平モータを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。そこで、第１の実施の形態に係る扁平モータについて、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。図２は、コミュテータおよびアーマチュアを示す断面図である。図３は、ブラシとコミュテータとの配置関係を示す図である。なお、第１の実施の形態に係る扁平モータは、コアレスモータである。

第１の実施の形態に係る扁平モータ１０には、図１に示すように、ハウジング１１に固定された永久磁石１２と、平板状に複数個のコイルが樹脂モールドされた円板形状のアーマチュア１３と、複数個（本実施の形態では１２個）のセグメント１４が円周上に樹脂モールドされた中空円筒形状のコミュテータ１５と、コミュテータ１５に接触して配置された２個のブラシ１６と、アーマチュア１３の中心に固定され、軸受１９，２０に支持されたシャフト１７とが備わっている。なお、永久磁石１２は、コミュテータ１５の外側に配置されている。
このような扁平モータ１０では、ブラシ１６からコミュテータ１５を介してアーマチュア１３内のコイルに通電することにより、アーマチュア１３内のコイルと永久磁石１２との間に電磁力が作用して、アーマチュアに固定されているシャフト１７が回転するようになっている。

ここで、アーマチュア１３とコミュテータ１５とは、図２に示すように、樹脂モールドにより一体成形されている。そして、コミュテータ１５は、中空円筒形状に形成されており、内周面にセグメント１４が配設されている。このように、コミュテータ１５が中空円筒形状に形成されているため、コミュテータ１５と一体形成されているアーマチュア１３を軽量化することができる。このため、アーマチュア１５の回転慣性が低減されるので、扁平モータ１０の性能向上を図ることができる。

コミュテータ１５の中空部には、図３に示すように、複数個のブラシ１６が配置されている。ブラシ１６の配置位置としては、６０°、９０°、あるいは１８０°間隔で配置すればよい。本実施の形態では、１８０°間隔で２個のブラシ１６，１６が配置されている。そして、各ブラシ１６は、ブラシホルダ１６ａに保持され、捻りバネ１８によってセグメント１４に押圧されている。このように、コミュテータ１５の内側（つまり、コミュテータ１５の中空部）にブラシ１６が配置されているため、コミュテータ１５の外径を大きくするとともに、扁平モータ１０の外径を小さくすることができる。これにより、扁平モータ１０の径方向における小型化を図ることができる。
また、コミュテータ１５の外径を大きくすることができるので、セグメント１４の面積が拡大するため、ブラシ１６の電流密度が小さくなってブラシ１６の摩耗が抑制される。これにより、扁平モータ１０の耐久性を向上させることができる。

このように、第１の実施の形態に係る扁平モータ１０では、コミュテータ１５を中空円筒形状に成形するとともにその内周面にセグメント１４を配設し、コミュテータ１５の中空部にブラシ１６を配置したことにより、径方向における小型化を図ることができるとともに、性能向上および耐久性向上を図ることができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態に係る扁平モータについて、図４を参照しながら説明する。図４は、第１の実施の形態に係る扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。なお、第２の実施の形態に係る扁平モータも、コアレスモータである。

第２の実施の形態に係る扁平モータ３０は、図４に示すように、第１の実施の形態と同様に、ハウジング３１に固定された永久磁石３２と、平板状に複数個のコイルが樹脂モールドされた円板形状のアーマチュア３３と、複数個（本実施の形態では１２個）のセグメント３４が円周上に樹脂モールドされた中空円筒形状のコミュテータ３５と、コミュテータ３５に接触して配置された２個のブラシ３６と、アーマチュア３３の中心に固定され、軸受３９，４０に支持されたシャフト３７とが備わっている。なお、永久磁石３２は、アーマチュア３３を挟んでコミュテータ３５と対向するようにして配置されている。
このような扁平モータ３０でも、ブラシ３６からコミュテータ３５を介してアーマチュア３３内のコイルに通電することにより、アーマチュア３３内のコイルと永久磁石３２との間に電磁力が作用して、アーマチュア３３に固定されているシャフト３７が回転するようになっている。

ここで、第１の実施の形態と同様に、アーマチュア３３とコミュテータ３５とは、樹脂モールドにより一体成形されている。また、コミュテータ３５は、中空円筒形状に形成されており、内周面にセグメント３４が配設されている。また、コミュテータ３５の中空部に、複数個のブラシ３６がブラシホルダ３６ａに保持されて配置されている。ブラシ３６の配置位置としては、６０°、９０°、あるいは１８０°間隔で配置すればよい。本実施の形態では、１８０°間隔で２個のブラシ３６，３６が配置されている。これらにより、第１の実施の形態と同様に、扁平モータ３０の径方向における小型化を図ることができるとともに、扁平モータ３０の性能向上および耐久性向上を図ることができる。

そして、扁平モータ３０では、軸受３９がブラシ３６，３６の内側かつコミュテータ３５の中空部に配置されている。これにより、扁平モータ３０の軸方向長さを短くすることができる。つまり、扁平モータ３０の軸方向における小型化を図ることができる。

また、扁平モータ３０では、アーマチュア３３の外径とコミュテータ３５の外径とが等しい。このため、コミュテータ３５の外径をさらに大きくすることができるので、セグメント面積がさらに拡大するため、ブラシ３６の電流密度がさらに小さくなってブラシ３６の摩耗がより抑制される。従って、扁平モータ３０の耐久性をより向上させることができる。また、軸受３９，４０の外径を大きくすることができるので、軸受性能が向上することによっても、扁平モータ３０の耐久性をさらに向上させることができる。

このように、第２の実施の形態に係る扁平モータ３０では、コミュテータ３５を中空円筒形状に成形するとともにその内周面にセグメント３４を配設し、コミュテータ３５の中空部にブラシ３６を配置したことにより、径方向における小型化を図ることができるとともに、性能向上および耐久性向上を図ることができる。また、軸受３９をブラシ３６，３６の内側かつコミュテータ３５の中空部に配置し、コミュテータ３５の外径をアーマチュア３３の外径に等しくしたので、軸方向への小型化を図ることができるとともに、耐久性をさらに向上させることができる。

（第３の実施の形態）
最後に、第３の実施の形態に係る扁平モータについて、図５および図６を参照しながら説明する。図５は、第３の実施の形態に係る扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。図６は、ブラシとコミュテータとの配置関係を示す図である。
第３の実施の形態に係る扁平モータは、第１および第２の実施の形態とは異なり、ＤＣモータである。この第３の実施の形態に係るＤＣモータ５０は、図５に示すように、ハウジング５１に固定された永久磁石５２と、電機子鉄心５３ａに巻線が巻回されて形成されたコイル５３ｂを備えるアーマチュア５３と、複数個（本実施の形態では８個）のセグメント５４が円周上に樹脂モールドされた中空円筒形状のコミュテータ５５と、コミュテータ５５に接触して配置されたブラシ５６と、アーマチュア５３およびコミュテータ５５の各中心に固定され、軸受５９，６０に支持されたシャフト５７とが備わっている。なお、永久磁石５２は、アーマチュア５３の外側に配置されている。
このようなＤＣモータ５０では、ブラシ５６からコミュテータ５５を介してコイル５３ｂに通電することにより、コイル５３ｂと永久磁石５２との間に電磁力が作用して、アーマチュア５３に固定されているシャフト５７が回転するようになっている。

ここで、第１の実施の形態と同様に、コミュテータ５５は、中空円筒形状に形成されており、内周面にセグメント５４が配設されている。また、コミュテータ５５の中空部に、複数個のブラシ５６がブラシホルダ５６ａに保持されて配置されている。ブラシ５６の配置位置としては、６０°、９０°、あるいは１８０°間隔で配置すればよい。本実施の形態では、１８０°間隔で２個のブラシ５６，５６が配置されている。これらにより、第１の実施の形態と同様に、ＤＣモータ５０の径方向における小型化を図ることができるとともに、ＤＣモータ５０の性能向上および耐久性向上を図ることができる。

また、ＤＣモータ５０では、第２の実施の形態と同様に、軸受５９がブラシ５６，５６の内側かつコミュテータ５５の中空部に配置されている。これにより、ＤＣモータ５０の軸方向長さを短くすることができる。つまり、ＤＣモータ５０の軸方向における小型化を図ることができる。

このように、第３の実施の形態に係るＤＣモータ５０では、コミュテータ５５を中空円筒形状に成形するとともにその内周面にセグメント５４を配設し、コミュテータ５５の中空部にブラシ５６を配置したことにより、径方向における小型化を図ることができるとともに、性能向上および耐久性向上を図ることができる。また、軸受５９をブラシ５６，５６の内側かつコミュテータ５５の中空部に配置したので、軸方向への小型化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

第１の実施の形態に係る扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。 コミュテータおよびアーマチュアを示す断面図である。 ブラシとコミュテータとの配置関係を示す図である。 第２の実施の形態に係る扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。 第３の実施の形態に係る扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。 ブラシとコミュテータとの配置関係を示す図である。 従来の扁平モータの概略構成を示す部分断面図である。 従来の扁平モータにおけるコミュテータおよびアーマチュアを示す断面図である。 従来の扁平モータにおけるブラシとコミュテータとの配置関係を示す図である。

符号の説明

１０ 扁平モータ
１１ ハウジング
１２ 永久磁石
１３ アーマチュア
１４ セグメント
１５ コミュテータ
１６ ブラシ
１７ シャフト
１８ 捻りバネ
１９，２０ 軸受

Claims (3)

1. コイルを備えるアーマチュアと、複数のセグメントを備えるコミュテータと、前記コミュテータに接触可能に設けられたブラシとを有する扁平モータにおいて、
   前記コミュテータが中空円筒状に形成されて内周面に前記複数のセグメントが設けられ、
   前記コミュテータの内側に前記ブラシが配置されていることを特徴とする扁平モータ。
2. 請求項１に記載する扁平モータにおいて、
   前記アーマチャと一体で回転するシャフトを回転可能に保持する軸受のうち前記コミュテータ側に設けられるものが、前記ブラシの内側かつ前記コミュテータの中空部内に配置されていることを特徴とする扁平モータ。
3. 請求項１に記載する扁平モータにおいて、
   前記アーマチュアの外径と前記コミュテータの外径とが等しいことを特徴とする扁平モータ。

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