JP2009044818A - モータ、および、このモータを搭載したサーボユニット - Google Patents

Abstract

【課題】低速回転および高回転トルクを実現したモータを搭載したサーボユニット、および、サーボユニット内に良好にモータを取り付けることのできる構造を提供すること
【解決手段】サーボユニット４には、カバー３７を有するブラシレスモータ１が筐体４４に固定されている。ブラシレスモータ１は、ステータ３３の径方向外側にロータマグネット２３を配置することによって、回転半径を大きくすることができるために回転トルクを大きくすることができる。またブラシレスモータ１のハウジング３２には、ピンホルダ３８が固定されている。ピンホルダ３８によって、コイル３３２と制御用回路基板４３とを電気的に接続することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、遠隔的、または自動的に制御されるようなアクチュエータを構成するサーボユニットおよびこのサーボユニットを構成するモータに関する。

従来から、遠隔的、または自動的に制御されるアクチュエータは、人工ロボットの関節の動作に用いられる。この人工ロボットの関節は、複数のサーボユニットを直列に組み合わせることによって、様々な動作を実現している。そして、これらサーボユニットには、ブラシモータおよびコアレスモータが搭載されていた（従来のサーボユニットに関しては、例えば、特許文献１参照）。

特開平０８−３３１６５７号公報

しかしながら、サーボユニットに搭載されるブラシモータおよびコアレスモータでは、これらモータを構成するサーボユニットの出力軸の回転トルクを出すために、毎分２万回転以上の高速回転にて回転させる。そのために、ブラシモータおよびコアレスモータの回転時に発生する騒音が大きい問題がある。その上、サーボユニットに搭載されるブラシモータおよびコアレスモータでは、固定体の内側に回転体が回転するインナーロータタイプであるために、モータにおける回転トルクが低い問題がある。

本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、低速回転および高回転トルクを実現したモータを搭載したサーボユニット、および、サーボユニット内に良好にモータを取り付けることのできる構造を提供することである。

本発明の請求項１によれば、ブラシレスモータであって、所定の中心軸と同軸に配置されるシャフトと、前記シャフトと一体に回転するロータマグネットと、を有する回転部と、前記シャフトを回転自在に支持する略円筒形状の軸受部と、前記軸受部を保持する円筒部、および、前記円筒部の軸方向下側に設けられ、前記円筒部より径方向外側に延びる膨大部、を有するハウジングと、前記ハウジングの前記円筒部の外周面と径方向に対向する内周面を有するステータコアと該ステータコアに導電線を巻回することによって形成されるコイルとを有するステータと、前記膨大部の軸方向上側に配置される回路基板と、を有する固定部と、を備え、前記ハウジングの前記膨大部の外周面には、径方向内側に凹む径方向凹部が形成され、前記径方向凹部には、前記コイルと電気的に接続される複数の金属製のピンを有した電気的絶縁材料にて形成されたピンホルダが固定され、前記複数のピンは、前記ピンホルダの上面および下面より軸方向に突出することを特徴とする。

本発明の請求項１に従えば、ハウジングに径方向凹部を設け、その径方向凹部にピンホルダを固定することによって、回路基板と他の回路基板との接続を複数の導電線から構成されるリード線と比較して省スペースにて行うことができる。

本発明の請求項２によれば、請求項１に係り、前記ピンホルダは、前記径方向凹部と周方向に接触する周方向端面を有し、前記径方向凹部における前記周方向端面と接触する２つの周方向に対向した側面を周方向に結んだ周方向の幅は、径方向外側に向かい小さくなることを特徴とする。

本発明の請求項２に従えば、径方向凹部の周方向の幅が径方向外側に向かい小さくなることによって、ピンホルダが径方向外側に移動するのを防止することができる。したがって、ハウジングに対してピンホルダを確実に固定することができる。

本発明の請求項３によれば、請求項１および請求項２のいずれかに係り、前記ピンホルダの前記周方向端面には、該周方向端面から突出する突部がそれぞれ形成され、前記突部の周方向端面が前記径方向凹部と接触することを特徴とする。

本発明の請求項３に従えば、ピンホルダに設けられた突部のみが、ハウジングの径方向凹部と接触することによって、ピンホルダをハウジングに対して少ない力にて挿入（装着）することができる。したがって、ブラシレスモータの組み立てを容易に行うことができる。

本発明の請求項４によれば、請求項３に係り、前記径方向凹部における最も径方向外側の周方向の幅の大きさは、前記２つの突部を周方向に結んだ周方向の幅の大きさよりも小さいことを特徴とする。

本発明の請求項４に従えば、径方向凹部における最も径方向外側の幅が、２つの突部を周方向に結んだ周方向の幅より小さく形成されることによって、ピンホルダが径方向外側に移動することを防止することができる。したがって、ハウジングに対してピンホルダを確実に固定することができる。

本発明の請求項５によれば、請求項３および請求項４のいずれかに係り、前記突部における前記径方向凹部と接触する外面は、曲面にて形成されることを特徴とする。

本発明の請求項５に従えば、径方向凹部と接触する突起の外面が曲面にて形成されることによって、径方向凹部に対してピンホルダが点接触にて接触するので、ハウジングに対してピンホルダを少ない力にて挿入（装着）することができる。したがって、ブラシレスモータの組み立てをより容易に行うことができる。

本発明の請求項６によれば、サーボユニットであって、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータと、前記シャフトの先端部に固定される歯車部と、前記歯車部と噛み合う複数の歯車列と、前記複数の歯車列と噛み合う出力軸と、を有する減速機構と、前記ブラシレスモータの軸方向下側に配置され、該ブラシレスモータと電気的に接続され、該ブラシレスモータの回転制御を行う制御用回路基板と、前記制御用回路基板に接続され、前記出力軸の回転位置を検出する位置検出機構と、前記ブラシレスモータ、前記減速機構、前記制御回路基板、および前記位置検出機構を収容する略直方体形状の筐体と、を備え、前記複数のピンは、前記制御用回路基板に固定され、電気的に接続されることを特徴とする。

本発明の請求項６に従えば、本発明のブラシレスモータを適用することによって、ピンホルダと制御用回路基板との接続を省スペースにて行うことができるために、サーボユニットの小型化を図ることができる。

本発明の請求項７によれば、請求項６に係り、前記回路基板は、前記回転部の回転位置を検出する位置検出機構と、該位置検出機構の信号を前記制御用回路基板に接続する接続用導電線と、を有し、前記接続用導電線は、前記複数のピンに対して周方向に略１８０度移動した位置に設けられ、前記接続用導電線および前記複数のピンは、前記筐体における径方向の長手方向と一致した方向にそれぞれ配置されることを特徴とする。

本発明の請求項７に従えば、ピンホルダと接続用導電線とを筐体の長手方向と一致した方向に互い略１８０度移動した位置に設けられるために、筐体の長手方向の空間を有効に利用することができる。したがって、サーボユニットの小型化を図ることができる。

本発明の請求項８によれば、請求項６および請求項７のいずれかに係り、前記回転体の径方向外側には、略円筒形状のカバーが配置され、前記カバーの内周面は、前記ハウジングの前記膨大部の外周面に固定され、前記筐体には、該筐体の側面から前記カバーと外径が略同一となる仕切板が一体に形成され、前記カバーの外周面は、前記筐体の前記側面および前記仕切板の前記カバーと径方向に対向する面に固定されることを特徴とする。

本発明の請求項８に従えば、カバーをハウジングに固定し、且つ、カバーが筐体に固定されることによって、ブラシレスモータを筐体に強固に固定することができる。したがって、サーボユニットが外部からの衝撃を受けたとしても、ブラシレスモータが筐体から外れることを強固に防ぐ、信頼性の高いサーボユニットを提供することができる。これは特に、玩具用ロボットのようなサーボユニットが外部から衝撃を受けやすい構造に好適である。

本発明の請求項９によれば、請求項８に係り、前記膨大部の下部には、前記膨大部の外周面より径方向外側に突出する径方向突部が形成され、前記径方向突部の上面と前記カバーの下端面とが接触することを特徴とする。

本発明の請求項９に従えば、膨大部の下部に形成された径方向突部にカバーの下端面が接触することによって、ハウジングに対するカバーの軸方向の位置を容易に決定することができる。またカバーは筐体に対して取り付けるために、ブラシレスモータを筐体に対して軸方向に容易、且つ、高精度に取り付けることができる。

本発明の請求項１０によれば、請求項６乃至請求項９のいずれかに係り、前記ロータマグネットを保持する円筒部と、該円筒部から前記シャフトに向かい延びる蓋部と、前記シャフトに固定する内周面を有するシャフト固定部と、を有したロータホルダが前記歯車部の軸方向下側に配置され、前記ロータホルダの前記蓋部の軸方向下側には、前記軸受部が配置されることを特徴とする。

本発明の請求項１０に従えば、シャフトのロータホルダの蓋部の軸方向上側に歯車部が取り付けられ、ロータホルダの蓋部の軸方向下側に軸受部が配置されるために、歯車部および減速機構から漏洩する可能性のあるグリス等が軸受部に侵入することを防ぐことができる。したがって、信頼性の高いサーボユニットを提供することができる。

本発明の請求項１１によれば、サーボユニットであって、所定の中心軸の周りを回転する環状のロータマグネットを有する回転体と、前記ロータマグネットの内周面と径方向に対向する外周面を有するステータを有する固定体と、から構成されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータに固定される歯車部と、前記歯車部と噛み合う複数の歯車列と、前記複数の歯車列と噛み合う出力軸と、を有する減速機構と、前記ブラシレスモータの軸方向下側に配置され、該ブラシレスモータと電気的に接続され、該ブラシレスモータの回転制御を行う制御用回路基板と、前記ブラシレスモータ、前記減速機構、および前記制御回路基板、を収容する略直方体形状の筐体と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１１に従えば、サーボユニットにステータの外周側にロータマグネットが回転するブラシレスモータを用いたことによって、高トルク、低起動電流、および、低騒音のサーボユニットを提供することができる。

本発明の請求項１２によれば、請求項１１に係り、前記ブラシレスモータの相数は、３であることを特徴とする。

本発明の請求項１２に従えば、相数が３であることにより、精密な回転制御を行うことができる。

本発明の請求項１３によれば、請求項１１および請求項１２のいずれかに係り、前記回転体の径方向外側には、前記固定体に取り付けられる略円筒形状のカバーを有し、前記カバーが前記筐体に取り付けられることによって、前記ブラシレスモータは、前記筐体に対して固定されることを特徴とする。

本発明の請求項１３に従えば、カバーをハウジングに固定し、且つ、カバーが筐体に固定されることによって、ブラシレスモータを筐体に強固に固定することができる。したがって、サーボユニットが外部からの衝撃を受けたとしても、ブラシレスモータが筐体から外れることを強固に防ぐ、信頼性の高いサーボユニットを提供することができる。これは特に、玩具用ロボットのようなサーボユニットが外部から衝撃を受けやすい構造に好適である。

本発明の請求項１４によれば、サーボユニットであって、所定の中心軸の周りを回転する環状のロータマグネットを有する回転体と、前記ロータマグネットの内周面と径方向に対向する外周面を有するステータ、および該ステータと電気的に接続され、当該ブラシレスモータの回転制御を行う回路基板、を有する固定体と、から構成されるブラシレスモータと、前記ブラシレスモータに固定される歯車部と、前記歯車部と噛み合う複数の歯車列と、前記複数の歯車列と噛み合う出力軸と、を有する減速機構と、前記ブラシレスモータ、および前記減速機構、を収容する略直方体形状の筐体と、を備えることを特徴とする。

本発明の請求項１４に従えば、ブラシレスモータの回路基板に制御用回路基板を一体としたことによって、筐体の軸方向の小型化を達成することができる。

本発明によれば、低速回転および高回転トルクを実現したモータを搭載したサーボユニット、および、サーボユニット内に良好にモータを取り付けることのできる構造を提供することができる。

＜ブラシレスモータの全体構造＞
本発明のブラシレスモータの全体構造について、図１を用いて説明する。図１は、本発明のブラシレスモータを軸方向に切った模式断面図である。

図１を参照して、ブラシレスモータ１は、中心軸Ｊ１を回転軸として回転する回転部２と、回転部２を回転自在に支持する固定部３と、から構成される。

回転部２は、中心軸Ｊ１と同軸に配置される円柱形状のシャフト２１と、シャフト２１に固定され、シャフト２１より径方向外側に設けられる円筒部２２１を有する磁性体の材料にて形成されたロータホルダ２２と、ロータホルダ２２の円筒部２２１の内周面に固定される円環形状のロータマグネット２３と、シャフト２１の上端部に固定された出力軸となる歯車部２４と、から構成される。

シャフト２１のロータホルダ２２より軸方向上側の部位は、ロータホルダ２２と固定する外径よりも径の小さい上側縮径部２１１が形成される。そして、上側縮径部２１１に歯車部２４が固定される。

ロータホルダ２２は、円筒部２２１の上端部から径方向内側に延びる平面形状の蓋部２２２と、蓋部２２２の径方向内側より軸方向下側に延び、シャフト２１の外周面と固定される内周面を有する円筒形状のシャフト固定部２２３と、から構成される。

固定部３は、中心軸Ｊ１と同軸に配置され、シャフト２１の外周面を径方向に回転自在に支持する内周面を有する、焼結金属材料製であり略円筒形状のスリーブ３１と、スリーブ３１を保持する内周面を有する円筒部３２１を有する、アルミニウム製のハウジング３２と、円筒部３２１の外周面に固定される内周面を有するステータ３３と、ステータ３３より軸方向下側に配置され、ハウジング３２に取り付けられる回路基板３４と、ハウジング３２の円筒部３２１の軸方向下端部に固定され、円筒部３２１の下側に蓋をするプレート３５と、プレート３５の上面に配置され、シャフト２１を軸方向に回転自在に支持するスラストプレート３６と、ハウジング３２に固定され、ロータホルダ２２の円筒部２２１の外周面と径方向外側に間隙を介して配置される円筒形状のカバー３７と、から構成される。

スリーブ３１の内周面には、シャフト２１の外周面に接触する、軸方向に離間した２つの軸受面３１１と、軸受面３１１の軸方向の間に形成された、軸受面３１１の内径よりも径の大きい拡径面３１２と、から構成される。またスリーブ３１の外周面には、拡径面３１２の軸方向下部よりその外径が縮小する縮径面３１３が形成される。この縮径面３１３は、軸方向下側の軸受面３１１と径方向に対向する。

ハウジング３２の円筒部３２１の内周面の上部には、他の部位と比較して内径が大きくなる拡径部３２１１が形成される。そして、この拡径部３２１１は、スリーブ３１の軸方向上側の軸受面３１１と径方向に対向する外周面と径方向に環状の微小間隙を介して対向する。またスリーブ３１はハウジング３２の円筒部３２１における拡径部３２１１より軸方向下側において、圧入により固定される。また縮径面３１３によって、軸方向下側の軸受面３１１と径方向に対向する外周面は、円筒部３２１の内周面と径方向に環状の間隙を介して対向する。これらによって、円筒部３２１とスリーブ３１とが圧入により固定され、且つ、各軸受面３１１が円筒部３２１の内周面との接触がないために、圧入による軸受面３１１の変形を防止することができる。したがって、ハウジング３２の円筒部３２１の中心とスリーブ３１の中心とを良好により一致させ、且つ、各軸受面３１１の内面精度の良いブラシレスモータを提供することができる。これにより、シャフト２１の回転振れを低減することができる。

スリーブ３１の上端面は、円筒部３２１の上端面より軸方向下側となる。この構成により、シャフト２１の外周面に付着した油がシャフト２１の遠心力によって径方向外側に飛ばされたとしても、円筒部３２１の内周面に接触し、スリーブ３１に再び吸収される。これにより、スリーブ３１の軸受寿命を延ばすことができる。またスリーブ３１と円筒部３２１の拡径部３２１１の内周面との環状の微小間隙によって、シャフト２１の回転によって上側の軸受面３１１が油を介して間接的に押圧されることによってスリーブ３１の上面にスリーブ３１内の油が押し出されたとしても、微小間隙に収容されることによって、再びスリーブ３１に吸収される。これにより、スリーブ３１の軸受寿命を延ばすことができる。

スリーブ３１の下端面とプレート３５の上面との軸方向の間には、円環形状のワッシャ３８が配置される。シャフト２１におけるワッシャ３８と径方向に対向する位置には、下側縮径部２１２が形成される。ワッシャ３８の内径の大きさは、シャフト２１の軸受面３１１と対向する位置の外径の大きさより、小さく形成される。すなわち、ワッシャ３８の内周面は、下側縮径部２１２の外周面と径方向に微小間隙を介して対向する。そして、ワッシャ３８は、シャフト２１がスリーブ３１から軸方向上側に抜けていくのを防ぐ役割を果たす。

ハウジング３２には、円筒部３２１の外周面の下部より径方向外側に広がる上面を有する膨大部３２２が形成される。そして、膨大部３２２の上面に、回路基板３４が固定される。膨大部３２２の下面は、プレート３５の下面より軸方向下側となるように形成される。また膨大部３２２には、中心軸Ｊ１を中心とした円形凹部３２２３が形成される。そして円形凹部３２２３の中心にプレート３５がカシメによって固定される。また円形凹部３２２３の周面は、軸方向下側に向かい拡径する環状傾斜面３２２３ａにて構成される。これにより、プレート３５と膨大部３２２とのカシメを行う際に、カシメを行うための歯を有した冶具（不図示）を円形凹部３２２３に挿入しやすくなる。したがって、プレート３５を膨大部３２２に容易にカシメを行うことができる。

カバー３７は、膨大部３２２の外周面に接着剤を介して固定される。そして、膨大部３２２の径方向外側に延出した回路基板３４の周方向の位置には、切り欠き部が設けられる。この切り欠き部以外の周方向の部位は、膨大部３２２の下部まで略円弧形状に形成される。

ステータ３３は、ハウジング３２の円筒部３２１の外周面に固定される内周面を有するステータコア３３１と、ステータコア３３１に導電線を複数層巻回されることによって形成されたコイル３３２と、を備える。そして、ステータコア３３１は、ハウジング３２の外周面に固定される内周面を有する円環状のコアバック部３３１１（図１中のステータコア３３１の点線より中心軸Ｊ１側）と、コアバック部３３１１より径方向外側に延びるティース部３３１２と、から構成される。ティース部３３１２は、周方向に離間して複数形成される（本実施例では、ティース部３３１２は１２個）。そして、各ティース部３３１２に、導電線を巻回して、コイル３３２を形成する（本実施例では、コイル３３２は１２個）。またコイル３３２の端部は、回路基板３４に半田付等によって電気的に接続される。

またハウジング３２は、アルミニウム製であるので、ステータ３３に発生した熱は、ハウジング３２を伝熱していく。したがって、ステータ３３の熱は、ブラシレスモータ１の外側に放熱される。

図示しない外部電源より、ステータ３３のコイル３３２に電流が通流されることによって、ステータ３３の周囲に磁場が発生する。そしてこの磁場とロータマグネット２３との相互作用によって、回転部２は、中心軸Ｊ１を中心とする回転トルクが発生する。

＜ハウジングと回路基板との関係＞
次に本発明のブラシレスモータ１のハウジング３２および回路基板３４との関係について、図２乃至図５を参照して説明する。図２は、本発明のハウジング３２を示した、ａ）は、軸方向上側より見た平面図を示し、ｂ）は、Ｘ−Ｘ断面にて切った模式断面図である。図３は、本発明のピンホルダ３８を示した、斜視図である。図４は、ハウジング３２にピンホルダ３８を固定した状態を示し、ａ）は、軸方向上側より見た平面図を示し、ｂ）は、Ｙ−Ｙ断面にて切った模式断面図である。図５は、図４に回路基板３４を固定した状態を示した、軸方向上側より見た平面図である。

図２を参照して、ハウジング３２の膨大部３２２の外周部の周方向の一部には、径方向内側に凹む径方向凹部３２２１が形成される。径方向凹部３２２１の周方向の側面は、径方向凹部３２２１の周方向幅を径方向外側に向かい小さくする傾斜面にて形成される。そして、これら平面を周方向に結ぶように径方向外側に突形状となる円弧面にて形成される。

また膨大部３２２の外周面の下部には、この外周面より径方向外側に突出する略円弧形状の径方向突部３２２２が形成される。この径方向突部３２２２の上面にカバー３７の下面が接触することにより、カバー３７のハウジング３２に対する軸方向の位置が決定される。

図３を参照して、ピンホルダ３８は、回路基板３４と図３では図示しない制御用回路基板４３とを電気的に接続する複数の棒状のピン３８１と、このピン３８１を保持する、電気的絶縁される樹脂材料にて形成されたホルダ部３８２と、を備える。本実施例では、ピン３８１は３本使用される。

ホルダ部３８２は、軸方向上側からの平面視において、略円弧形状に形成される。そして、ホルダ部３８２の周方向の両側面には、周方向の幅が広がる方向に突起部３８２１が形成される。突起部３８２１は、略周方向に向かい曲面形状となる。この突起部３８２１は、ホルダ部３８２の軸方向に沿って形成される。

またピン３８１は、ホルダ部３８２の周方向の中心およびその周方向の中心から周方向両側に等間隔に固定される。ピン３８１は、ホルダ部３８２の軸方向の上面および下面よりそれぞれ軸方向に突出する。

図４を参照して、ピンホルダ３８の突起部３８２１は、ハウジング３２の径方向凹部３２２１の周方向の内面と接触する。ピンホルダ３８の外周面の外径の大きさは、ハウジング３２の外周面の外径の大きさと等しい。すなわち、ピンホルダ３８の外周面の外径の大きさは、ハウジング３２の径方向突部３２２２の外周面の外径の大きさより小さい。また、ピンホルダ３８の外周面の外径の大きさは、膨大部３２２の径方向突部３２２２より軸方向上側の外周面の外径の大きさと略等しい。

径方向凹部３２２１の周方向の内面とピンホルダ３８の周方向の側面との周方向に対向する間隙は、径方向内側に向かい徐々に大きくなる。そして、ピンホルダ３８の２つの突起部３８２１を周方向に結んだ周方向の幅の大きさは、径方向凹部３２２１における最も径方向外側を周方向に結んだ周方向の幅の大きさよりも小さい。したがって、ピンホルダ３８が径方向凹部３２２１に対して径方向に外れることを防ぐことができる。

図５を参照して、回路基板３４は、ハウジング３２の膨大部３２２の上面およびピンホルダ３８の上面に配置される。また、回路基板３４には、ピンホルダ３８のピン３８１を挿通する貫通穴３４１を有している。そして、この貫通穴３４１にピン３８１をそれぞれ挿入し、半田付することによって、回路基板３４およびピンホルダ３８は電気的に導通する。

ステータ３３のコイル３３２の端部は、それぞれ回路基板３４の上面に形成されたコイル接続部３４５に半田付けにて電気的に接続される。本実施例のステータ３３の相数は３であるために、コイル接続部３４５は、３つ形成される。またコイル３３２は、スター結線にて結線されるために、中性点は１箇所である。この中性点は、ゴムチューブ等の絶縁部材にて覆われる。

また回路基板３４の上面におけるロータマグネット２３と軸方向に対向した位置には、ロータマグネット２３の磁極位置を検出する、位置検出機構であるホール素子３４２が配置される（本実施例では、３個）。そして、回路基板３４の貫通穴３４１とは周方向に１８０度離れた位置には、図５に図示しない制御用回路基板を接続用導電線３４３が接続されている。ホール素子３４２の信号は、回路基板３４上に形成された配線パターン３４４を介して、接続用導電線３４３に接続される。そして接続用導電線３４３は、貫通穴３４１と周方向に１８０度離れた方向に延びる。また接続用導電線３４３は、回路基板３４の上面および下面にそれぞれ４本接続されている。この接続用導電線３４３により、ホール素子３４２が検出した情報を後述する制御用回路基板４３に電気的に接続される。

＜サーボユニットの全体構造＞
次に本発明のサーボユニット４について、図６および図７を用いて説明する。図６は、本発明のサーボユニット４を軸方向に切った模式断面図である。尚、図６の点線矢印の方向が長手方向となる。図７は、本発明のブラシレスモータ１と、従来のサーボユニットに使用していた、コアレスモータおよびブラシ付きモータとの無負荷回転数、起動電流、および起動トルクの特性面を比較した表である。

図７を参照して、サーボユニット４は、ブラシレスモータ１と、ブラシレスモータ１の回転トルクをサーボユニット４の外部に出力する出力軸４１１を有する減速機構４１と、出力軸４１１の回転角度を検出する位置検出機構４２と、ブラシレスモータ１の回転制御を行う制御用回路基板４３と、ブラシレスモータ１、減速機構４１、および位置検出機構４２を収容する筐体４４と、を備える。

筐体４４は、略直方体形状であり、樹脂材料を射出成型することによって形成される。そして筐体４４は、減速機構４１を収容する上側筐体４４１と、上側筐体４４１より下側に配置され、ブラシレスモータ１、位置検出機構４２、および制御用回路基板４３を収容する、下側が開口している下側筐体４４２と、下側筐体４４２の下側に蓋をする蓋体４４３と、から構成される。

下側筐体４４２は、減速機構４１と、ブラシレスモータ１、位置検出機構４２、および制御用回路基板４３とを分ける天板部４４２１と、天板部４４２１から下側に延び、筐体４４の外形を形成する側面部４４２２と、から構成される。そして、下側筐体４４２には、ブラシレスモータ１を収容する第１収容部４４２３と、位置検出機構４２を収容する第２収容部４４２４と、を分ける仕切り部４４２５が設けられる。第１収容部４４２３の内面には、カバー３７の外面が接着剤を介して固定される。そしてカバー３７の上端面が天板部４４２１の下面と接触することにより、筐体４４に対するブラシレスモータ１の軸方向の位置が決定される。

また第１収容部４４２３における天板部４４２１には、ブラシレスモータ１の歯車部２４を挿通する第１貫通孔４４２１ａが形成される。また、第２収容部４４２４における天板部４４２１には、後述する位置検出機構４２における可変抵抗器４２１の回転軸４２１１を挿通する第２貫通孔４４２１ｂが形成される。

減速機構４１は、歯車部２４と噛み合う第１歯車４１１と、第１歯車４１１と噛み合いブラシレスモータ１のシャフト２１と略同軸に配置される第２歯車４１２と、第２歯車４１２と噛み合い、第１歯車４１１と同軸に配置される第３歯車４１３と、第３歯車４１３と噛み合い、外部への出力を行う出力軸４１４と、から構成される。また歯車部２４、第１歯車４１１、第２歯車４１２、および第３歯車４１３、出力軸４１４には、粘性の高いグリスが塗布されている。また、第１歯車４１１、第２歯車４１２、および、第３歯車４１３は、特許請求の範囲の複数の歯車列に相当する。ただし、この複数の歯車列は、本実施例以外の構造であってもよい。

下側筐体４４２の天板部４４２１には、第１歯車４１１と第３歯車４１３とを同軸に配置する第１同軸ピン４１５が固定されている。そして、第１同軸ピン４１５に第１歯車４１１と第３歯車４１３とは、それぞれ固定されている。また、天板部４４２１には、歯車部２４の軸方向上側を覆う蓋部４４２１ｃが形成される。そして、蓋部４４２１ｃには、シャフト２１と略同軸に配置される第２同軸ピン４１６が固定されている。第２歯車４１２は、第２同軸ピン４１２に固定されている。

第１歯車４１１は、歯車部２４と噛み合う外径の大きい大径部４１１１と、大径部４１１１より軸方向上側に形成され、大径部４１１１より外径が小さい小径部４１１２と、から構成される。

第２歯車４１２は、第２同軸ピン４１６から径方向外側に円環状に延びる蓋部および蓋部の外周縁より軸方向下側に延びる円筒部を有するカップ部４１２１と、カップ部４１２１の下部より径方向外側に円環状に延び、第１歯車４１１と噛み合う大径部４１２２と、カップ部４１２１より軸方向上側に形成され、大径部４１２２より外径が小さい小径部４１２３と、から構成される。

第３歯車４１３は、第１同軸ピン４１５において、第１歯車４１１より軸方向上側に配置される。そして、第３歯車４１３は、第２歯車４１２の小径部４１２３と噛み合う大径部４１３１と、大径部４１３１より軸方向下側に形成される小径部４１３２と、から構成される。

出力軸４１４は、天板部４４２１の第２貫通孔４４２１ｂの中心とした軸Ｊ２と同軸に配置される。そして、軸Ｊ２に沿って延びる基部４１４１と、基部４１４１から径方向外側に延び、第３歯車４１３の小径部４１３２と噛み合う大径部４１４２と、から構成される。また基部４１４１の下部には、後述する位置検出機構４２における可変抵抗器４２１の回転軸４２１１を挿入する凹部４１４１ａが形成される。

上側筐体４４１は、第１同軸ピン４１５および第２同軸ピン４１６を固定する。そして、軸Ｊ２を中心とした、基部４１４１を挿通する貫通孔４４１１が形成される。

ブラシレスモータ１のハウジング３２の下端面側には、ブラシレスモータ１の回転制御を行う制御用回路基板４３が配置される。そして、制御用回路基板４３は、下側筐体４４２の下部と蓋体４４３とに挟まれる。そして制御用回路基板４３は、筐体４１内において、保持される。また制御用回路基板４３は、筐体４１の軸方向に対して垂直な長手方向に沿って延びる長方形状である。

制御用回路基板４３の上面は、ハウジング３２の下面に接触する。これにより、制御用回路基板４３は、ハウジング３２の下面に接触した状態にて、ピン３８１を半田付けにて接続することができる。

またピンホルダ３８と接続用導電線３４３は、サーボユニット４の長手方向（図６の点線矢印方向）に沿って１８０度反対側に接続されるために、サーボユニット４における軸方向ではない長手方向に対して垂直方向の薄型化を図ることができる。したがって、筐体４４の空間を有効に活用することができる。

位置検出機構４２は、制御用回路基板４３と接続される可変抵抗器４２１が出力軸４１４の軸Ｊ２を中心とした回転角度を検出する機構である。そして出力軸４１４の回転角度を検出した可変抵抗器４２１が出力する出力値が所定の値になった際にブラシレスモータ１は回転駆動を停止する。

可変抵抗器４２１には、基部４１４１の凹部４１４１ａに挿入される回転軸４２１１が備えられる。可変抵抗器４２１は、出力軸４１４に接続された回転軸４２１１を通じて出力軸４１４の軸Ｊ２を中心とした回転角度を検出する。

本発明のブラシレスモータ１では、歯車部２４の軸方向下側にロータホルダ２２がシャフト２１に固定されている。そして、ロータホルダ２２の軸方向下側にスリーブ３１が配置されている。この構造によって、減速機構４１および歯車部２４に塗布されたグリスがシャフト２１の外周面とスリーブ３１の軸受面３１１との径方向の間に入ってしまうことを防ぐことができる。特に上記グリスは、スリーブ３１の油よりも粘性が高いために、スリーブ３１の軸受面３１１にグリスが付着したり、シャフト２１のスリーブ３１と径方向に対向する位置の外周面にグリスが付着したりすると、回転部２の回転に使用する電流値が高くなってしまう。しかしながら、本発明のブラシレスモータ１では、ロータホルダ２２によって、グリスがスリーブ３１側（すなわち、ロータホルダ２２より軸方向下側）に入ることを防ぐことができるために、回転部２の回転に使用する電流値の上昇を抑えることができる。

図７を参照して、本発明のブラシレスモータ１は、ステータ３３の径方向外側にロータマグネット２３が配置されるために、回転トルクを大きくとることができる。従来のコアレスモータおよびブラシ付きモータでは、ロータマグネットの径方向内側にステータまた電機子が配置される構造であった。

その上、同じ駆動電圧にて、本発明のブラシレスモータ１は、コアレスモータおよびブラシ付きモータの無負荷回転数の約半分の回転数にて同出力のサーボユニットに対応することができる。したがって、減速機構を簡素化することができる。その結果、ブラシレスモータ１の回転時に発生する騒音を低減することができる。その上、減速機構を簡素化できるために、減速機構の歯車の噛み合いによる騒音も低減することができる。したがって、騒音を低減したサーボユニットを提供することができる。

また、ブラシレスモータ１をサーボユニット４に搭載することによって、コアレスモータやブラシ付きモータと比較して、同じ駆動電圧において、少ない起動電流で大きな起動トルクを得ることができる。これは、特に、玩具等の電池にて動作するサーボユニットに用いられるのに好適である。これにより、同じ電池において、玩具の作動時間を延長させることができる。

＜サーボユニットの他の実施構造＞
次に、本発明のサーボユニットの他の実施構造について、図８を用いて説明する。図８は、本発明のサーボユニット４ａを軸方向に切った模式断面図である。尚、以下、図６の構造を異なる点のみについて説明する。

図８を参照して、ブラシレスモータ１ａの回路基板３４ａは、図６における制御用回路基板４３と一体として形成される。ブラシレスモータ１ａでは、ピンホルダ３８は必要なくなる。そして、ハウジング３２ａの膨大部３２２ａの上面には、金属製の平板にて形成された取付板３９が固定されている。そして、取付板３９の上面には、回路基板３４ａが固定されている。この構成により、サーボユニット４ａの軸方向の薄型化を図ることができる。また回路基板３４ａが下側筐体４４１に固定されるためにカバー３７が必要なくなる。したがって、サーボユニット４ａの軽量化を図ることができる。また取付板３９はサーボユニット４ａの長手方向に延びる形状であるために、回路基板３４ａを広範囲に支持することができる。

以上、本発明のブラシレスモータおよびサーボユニットの実施例の一形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、特許請求の範囲内において種々の変形が可能である。

例えば、本発明のブラシレスモータ１の回路基板３４に接続される接続用導電線３４３は、回路基板３４の上面および下面と接続されていたが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、接続用導電線３４３は、回路基板３４の上面のみ、および回路基板３４の下面のみ、に接続されてもよい。回路基板３４の片面のみに接続用導電線３４３を接続する場合、図９のように径方向に異なった位置にて接続することが望ましい。ここで、図９は、図５の状態において、回路基板の接続用導電線の周囲の部分を変更した軸方向上側より見た模式平面図である。図９においては、配線パターンは省略する。また図９における回路基板を回路基板３４ａとする。

この構造により、隣り合う接続用導電線３４３の間隙を大きくすることができるために、接続用導電線３４３の接続作業を容易に行うことができる。その上、各接続用導電線３４３が確実に接続されるために、サーボユニット４に外部より衝撃を受けた場合においても、接続用導電線３４３と回路基板３４とが外れることを防ぐことができる。これは特に、サーボユニット４が外部より衝撃を受けやすい玩具ロボットの関節に用いるのに好適である。

また接続用導電線３４３の代わりにフレキシブル回路基板やフレキシブルフラットケーブル等を代用してもよい。

また本発明のブラシレスモータ１aでは、ハウジング３２aと取付板３９とが別部材であったが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、ハウジングと取付板とは一部材にて構成されていてもよい。

本発明のブラシレスモータの実施例の一形態を示した軸方向に切った模式断面図である。 本発明のハウジングを示した、ａ）は、軸方向上側より見た平面図を示し、ｂ）は、Ｘ−Ｘ断面にて切った模式断面図である。 本発明のピンホルダを示した斜視図である。 ハウジングにピンホルダを固定した状態を示し、ａ）は、軸方向上側より見た平面図を示し、ｂ）は、Ｙ−Ｙ断面にて切った模式断面図である。 図４からさらに回路基板を固定した状態を示した軸方向上側より見た平面図である。 本発明のサーボユニットの全体構造を示した、軸方向に切った模式断面図である。 本発明のブラシレスモータと、従来のサーボモータおよびブラシ付きモータと、の特性面を比較した表である。 本発明のサーボユニットの他の構造を示した、軸方向に切った模式断面図である。 本発明の回路基板の接続用導電線の他の接続構造を示した、上側より見た平面図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ 回転部
２１ シャフト
２２ ロータホルダ
２３ ロータマグネット
２４ 歯車部
３ 固定部
３１ スリーブ（軸受部）
３２ ハウジング
３２１ 円筒部
３２２ 膨大部
３２２１ 径方向凹部
３２２２ 径方向突部
３３ ステータ
３３１ ステータコア
３３２ コイル
３４ 回路基板
３４２ ホール素子
３４３ 接続用導電線
４ サーボユニット
４１ 減速機構
４１４ 出力軸
４２ 位置検出機構
４３ 制御用回路基板
４４ 筐体
Ｊ１ 中心軸
Ｊ２ 軸

Claims (14)

1. ブラシレスモータであって、
   所定の中心軸と同軸に配置されるシャフトと、前記シャフトと一体に回転するロータマグネットと、を有する回転部と、
   前記シャフトを回転自在に支持する略円筒形状の軸受部と、
   前記軸受部を保持する円筒部、および、前記円筒部の軸方向下側に設けられ、前記円筒部より径方向外側に延びる膨大部、を有するハウジングと、
   前記ハウジングの前記円筒部の外周面と径方向に対向する内周面を有するステータコアと該ステータコアに導電線を巻回することによって形成されるコイルとを有するステータと、
   前記膨大部の軸方向上側に配置される回路基板と、を有する固定部と、
   を備え、
   前記ハウジングの前記膨大部の外周面には、径方向内側に凹む径方向凹部が形成され、
   前記径方向凹部には、前記コイルと電気的に接続される複数の金属製のピンを有した電気的絶縁材料にて形成されたピンホルダが固定され、
   前記複数のピンは、前記ピンホルダの上面および下面より軸方向に突出することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータであって、
   前記ピンホルダは、前記径方向凹部と周方向に接触する周方向端面を有し、
   前記径方向凹部における前記周方向端面と接触する２つの周方向に対向した側面を周方向に結んだ周方向の幅は、径方向外側に向かい小さくなることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１および請求項２のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   前記ピンホルダの前記周方向端面には、該周方向端面から突出する突部がそれぞれ形成され、
   前記突部の周方向端面が前記径方向凹部と接触することを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項３に記載のブラシレスモータであって、
   前記径方向凹部における最も径方向外側の周方向の幅の大きさは、前記２つの突部を周方向に結んだ周方向の幅の大きさよりも小さいことを特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項３および請求項４のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   前記突部における前記径方向凹部と接触する外面は、曲面にて形成されることを特徴とするブラシレスモータ。
6. サーボユニットであって、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータと、
   前記シャフトの先端部に固定される歯車部と、前記歯車部と噛み合う複数の歯車列と、前記複数の歯車列と噛み合う出力軸と、を有する減速機構と、
   前記ブラシレスモータの軸方向下側に配置され、該ブラシレスモータと電気的に接続され、該ブラシレスモータの回転制御を行う制御用回路基板と、
   前記制御用回路基板に接続され、前記出力軸の回転位置を検出する位置検出機構と、
   前記ブラシレスモータ、前記減速機構、前記制御回路基板、および前記位置検出機構を収容する略直方体形状の筐体と、を備え、
   前記複数のピンは、前記制御用回路基板に固定され、電気的に接続されることを特徴とするサーボユニット。
7. 請求項６に記載のサーボユニットであって、
   前記回路基板は、前記回転部の回転位置を検出する位置検出機構と、該位置検出機構の信号を前記制御用回路基板に接続する接続用導電線と、を有し、
   前記接続用導電線は、前記複数のピンに対して周方向に略１８０度移動した位置に設けられ、
   前記接続用導電線および前記複数のピンは、前記筐体における径方向の長手方向と一致した方向にそれぞれ配置されることを特徴とするサーボユニット。
8. 請求項６および請求項７のいずれかに記載のサーボユニットであって、
   前記回転体の径方向外側には、略円筒形状のカバーが配置され、
   前記カバーの内周面は、前記ハウジングの前記膨大部の外周面に固定され、
   前記筐体には、該筐体の側面から前記カバーと外径が略同一となる仕切板が一体に形成され、
   前記カバーの外周面は、前記筐体の前記側面および前記仕切板の前記カバーと径方向に対向する面に固定されることを特徴とするサーボユニット。
9. 請求項８に記載のサーボユニットであって、
   前記膨大部の下部には、前記膨大部の外周面より径方向外側に突出する径方向突部が形成され、
   前記径方向突部の上面と前記カバーの下端面とが接触することを特徴とするサーボユニット。
10. 請求項６乃至請求項９のいずれかに記載のサーボユニットであって、
    前記ロータマグネットを保持する円筒部と、該円筒部から前記シャフトに向かい延びる蓋部と、前記シャフトに固定する内周面を有するシャフト固定部と、を有したロータホルダが前記歯車部の軸方向下側に配置され、
    前記ロータホルダの前記蓋部の軸方向下側には、前記軸受部が配置されることを特徴とするサーボユニット。
11. サーボユニットであって、
    所定の中心軸の周りを回転する環状のロータマグネットを有する回転体と、前記ロータマグネットの内周面と径方向に対向する外周面を有するステータを有する固定体と、から構成されるブラシレスモータと、
    前記ブラシレスモータに固定される歯車部と、前記歯車部と噛み合う複数の歯車列と、前記複数の歯車列と噛み合う出力軸と、を有する減速機構と、
    前記ブラシレスモータの軸方向下側に配置され、該ブラシレスモータと電気的に接続され、該ブラシレスモータの回転制御を行う制御用回路基板と、
    前記ブラシレスモータ、前記減速機構、および前記制御回路基板、を収容する略直方体形状の筐体と、を備えることを特徴とするサーボユニット。
12. 請求項１１に記載のサーボユニットであって、
    前記ブラシレスモータの相数は、３であることを特徴とするサーボユニット。
13. 請求項１１および請求項１２のいずれかに記載のサーボユニットであって、
    前記回転体の径方向外側には、前記固定体に取り付けられる略円筒形状のカバーを有し、
    前記カバーが前記筐体に取り付けられることによって、前記ブラシレスモータは、前記筐体に対して固定されることを特徴とするサーボユニット。
14. サーボユニットであって、
    所定の中心軸の周りを回転する環状のロータマグネットを有する回転体と、前記ロータマグネットの内周面と径方向に対向する外周面を有するステータ、および該ステータと電気的に接続され、当該ブラシレスモータの回転制御を行う回路基板、を有する固定体と、から構成されるブラシレスモータと、
    前記ブラシレスモータに固定される歯車部と、前記歯車部と噛み合う複数の歯車列と、前記複数の歯車列と噛み合う出力軸と、を有する減速機構と、
    前記ブラシレスモータ、および前記減速機構、を収容する略直方体形状の筐体と、を備えることを特徴とするサーボユニット。

Images