JP2009118611A - ブラシレスモータ - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の小型化を図った上で、コイルの断面積を増やすことができるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータケースに内装されコイルを巻装してある筒状のステータコア2bと、ステータコア2bの内径側に軸受けを介して支持されステータコア2bに対して回転自在に設けられたロータとを備えたブラシレスモータにおいて、ステータコア2bには筒状の継鉄部11から径方向内側に延びる複数の補極ティース12が設けられ、この補極ティース12の根元部13は拡大され、傾斜した肩部14を備えていることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、例えば、ロータとステータとを有するインナーロータ型ブラシレスモータに関するものである。
一般に、インナーロータ型のブラシレスモータは、ステータケースに内嵌固定されたステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとを有しており、その外周部に永久磁石を備えている。ステータには、略円筒状のステータコアが形成されており、このステータコアは径方向内側に突出する複数のティースを備えている。これらティースには、コイルが巻装されており、コイルに電流が流れることにより、ロータとステータとの間に吸引又は反発力が生じロータが回転する。
この種のステータコアの中には、例えば、特許文献1に示すように、筒状に形成された継鉄部から突出形成された補極ティースと、分割ティースとを備え、この分割ティースをコイルが巻装されたコイルボビンに装着させて分割コアとした後、継鉄部の内周面に装着するものがある。そして、コイルの巻装されていない補極ティースの基部にセットボルト孔を形成し、ここにセットボルトを挿通して組み付けることで、コイルの存在しない空間を有効利用してモータが小型化を図っている。
特開2006−296033号公報
ところで、上述のブラシレスモータにあっては、モータの出力を向上させる場合、例えばコイルの巻数を増やしてコイルから発生する磁束を向上させなければならない。しかしながら、ステータコアには、ステータコアとブラケット等を連結するセットボルトの形成スペースやコイルから発生する磁束の磁路幅を確保する関係で、隣接するティース間のスペース(スロット)は限られている。そのため、コイルの巻き数を増やすためには、モータ自体を大型化するか、コイルを複雑な巻き方にしてコイルの断面積を向上させなければならない。
これに対して、継鉄部の肉厚を薄く形成して、ティースをそのままストレートに長くすることで、コイルの占積率を向上させることも考えられるが、コイルから発生する磁束に応じた磁路幅を確保することができないという問題がある。また、モータの軸長を長くしてモータの出力を向上させることもできるが、それに伴い、ステータとブラケット等を固定するセットボルトのサイズを大きくしなければならない。つまり、セットボルトのサイズを大きくすることで、継鉄部に形成されるボルト孔も大きくしなければならないため、結果的に継鉄部の肉厚を厚く形成しなければならず、モータ自体の大型化に繋がってしまう。
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、装置の小型化を図った上で、コイルの断面積を増やすことができるブラシレスモータを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、ステータケース(例えば、実施形態におけるステータケース2a)に内装されコイル(例えば、実施形態におけるコイル7)を巻装してある筒状のステータコア(例えば、実施形態におけるステータコア2b)と、前記ステータコアの内径側に軸受け(例えば、実施形態における軸受け9,10)を介して支持され前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータ(例えば、実施形態におけるロータ3)とを備えたブラシレスモータ(例えば、実施形態におけるブラシレスモータ1)において、前記ステータコアには筒状の継鉄部(例えば、実施形態における継鉄部11)から径方向内側に延びる複数のティース(例えば、実施形態における補極ティース12)が設けられ、このティースの根元部(例えば、実施形態における根元部13)は拡大され、傾斜した肩部(例えば、実施形態における肩部14)を備えていることを特徴とする。
請求項2に記載した発明は、前記ティースの前記根元部は扇状に形成され、隣接する前記ティースの向かい合う前記肩部は略平行になるように形成されていることを特徴とする。
請求項1に記載した発明によれば、ステータコアにおけるティースの根元部が拡大され、傾斜した肩部を備えているため、コイルから発生する磁束に対応した磁路幅を充分に確保するとともに、セットボルト孔等の形成スペースを確保しつつ、継鉄部の肉厚を薄く形成することができる。つまり、継鉄部の肉厚を薄く形成することで、隣接するティース間に形成されるスロットのスペースを大きく確保することができるため、装置自体を大型化したり、コイルを複雑な巻き方にすることなく、コイルの断面積を増やすことができる。また、例えば装置の高出力化を図り、軸長を長く形成する際に大径のセットボルトを用いる場合でも、ステータコアの根元部にセットボルト孔の形成スペースを充分に確保することができるため、装置を径方向に大型化させることなく、高出力化が可能である。
請求項2に記載した発明によれば、ティースの根元部を扇状に形成するとともに、隣接するティースの向かい合う肩部を略平行になるように形成することで、ティース間のスペースをより大きく確保することができる。
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において図1の左側を他端側(前側)、図1の右側を一端側(後側)とする。なお、図1は、図4のA−A’線に相当する部分断面図である。
図1に示すように、本実施形態のブラシレスモータ1は、インナーロータ型のブラシレスモータ1であって、円筒形状のステータ2と、ステータ2の内側に回転自在に設けられたロータ3とを備えている。
図2〜6に示すように、ステータ2は、円筒形状のステータケース2aと、このステータケース2aに内嵌固定されたステータコア2bとを備えている。
ステータコア2bは、磁性材料の板材を軸線方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したりすることで形成されたものであって、筒状の継鉄部11を備えている。継鉄部11の内周面には、径方向内側に延びる補極ティース(ティース)12が継鉄部11の周方向に等間隔で6個一体形成されている。
また、継鉄部11の内周面には、継鉄部11の軸方向に沿ってあり溝17が形成されている。このあり溝17は、隣接する補極ティース12の中間位置に形成され、スロット15内に開口するように形成されている。なお、継鉄部11と補極ティース12とで本体コア24が構成されている。
隣接する補極ティース12間には、コイル7が巻装される分割コア18が設けられている。この分割コア18は、継鉄部11の周方向に等間隔で6個設けられており、補極ティース12と交互に配されている。なお、図2においては説明を分かりやすくするため、後述するコイルボビン60は省略する。
図6〜8に示すように、分割コア18は、コイル7が巻装されるコイルボビン60と、このコイルボビン60に装着される分割ティース61とを備えている。分割ティース61は、平面視T字形状の部材であり、その一端には、本体コア24のあり溝17と嵌合可能な突部67が形成されている。
コイルボビン60は、樹脂等の絶縁性を有する材料からなり、コイル7が巻装される角筒形状の巻線部62(図7参照)を備えている。コイルボビン60の中央部には、コイルボビン60の幅方向(ステータコア2bの径方向)に貫通する矩形の装着孔63が形成されており、ここに分割ティース61が装着される(図6参照)。
巻線部62の上下端は、その周縁から外側に向けて張り出す上フランジ部64と下フランジ部65とを備えている。コイルボビン60の上フランジ部64の一端側は、拡大部66として形成されており、その先端には2つのターミナル80が設けられている。各ターミナル80は、一方がコイル7の巻き始め端のターミナル80a、他方がコイル7の巻き終わり端のターミナル80bとなっており、コイルボビン60に巻装されたコイル7が絡げられている。
コイルボビン60の拡大部66には、コイルボビン60の長手方向に沿って平面視半円形状の逃げ溝68が形成されている。この逃げ溝68は、2つのターミナル80の間であって、コイルボビン60の装着孔63と略同幅に形成されている。つまり、コイルボビン60の装着孔63に分割ティース61を挿通させた後に、平面視で分割ティース61の少なくとも突部67が拡大部66越しに視認可能になっている(図8参照)。
また、コイルボビン60の上フランジ部64の裏面であって、巻き始め端のターミナル80a側には、傾斜部69が形成されている。この傾斜部69は、拡大部66の先端から長手方向に沿って上フランジ部64の中途部までスロープ状に形成されたものであり、具体的にはコイル7の1本分の太さ程度傾斜していることが好ましい。
図1に示すように、ステータケース2aの一端側(後側)の開口部は、外周縁側に外径が縮小する段差部20aが形成され、この後側の開口部を閉塞するようにリヤブラケット5が設けられている。このリヤブラケット5は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁50とエンド部(端面)51とで構成されている。
リヤブラケット5の周壁50の内周縁側には、ステータケース2aの段差部20aに対応する段差部52が形成されており、この段差部52がステータケース2aの段差部20aに外嵌固定されている。エンド部51の径方向中央には、ロータ3の一端を挿通するための挿通孔53が形成されている。
ロータ3は、その両端に段付部19,21を有するシャフト3aに略円筒状のマグネット3bが外嵌固定されている。このマグネット3bは、周方向に磁極が順番に変わるように着磁してある。
挿通孔53の軸線方向内側には、軸受けハウジング54が形成されており、ここにシャフト3aを回転自在に支持する軸受け10が圧入されている。この軸受け10は、その外輪10a側の端面がリヤブラケット5のエンド部51に突き当てられるように圧入される一方、内輪10i側の端面がシャフト3aの一端側の段付部19に突き当てられるように圧入されている。
軸受けハウジング54の外周側には、略円盤形状の基板8が設けられている。この基板8は、コイル7に外部電力を給電するためのものであって、不図示の外部電源と複数のリード線32を介して電気的に接続されている一方、分割コア18に巻装されたコイル7の巻き始め端と巻き終わり端とが分割コア18のターミナル80を介して電気的に接続されている。リード線32は、軸方向に沿って引き出されており、リヤブラケット5の下部に形成された図示しない引き出し孔より引き出され、外部電源に接続される。引き出されたリード線32には、グロメット38を介して固定板35が設けられ、一対のボルト36,36によって締結固定されている。なお、図1における32aは、リード線32を束ねて被覆する被覆チューブである。
リヤブラケット5の軸方向内側には、周方向に沿って3ヶ所等間隔で後述するセットボルト48が挿通されるセットボルト孔25が形成されている。一方、リヤブラケット5の軸方向外側には、カバー30がボルト31によって締結固定されている。このカバー30は、ロータ3のリヤブラケット5側端部、及びこの端部に固定された光学式エンコーダを閉塞するためのものである。光学式エンコーダはロータ3の回転角度を検出するためのものである。なお、本実施形態におけるブラシレスモータ1のロータ位置検出方法は光学式エンコーダに限らず、磁気式エンコーダ、レゾルバ、ホールICとセンサマグネットによるものでもよく、またセンサレスによる駆動でもよい。
一方、図4,5に示すように、ステータケース2aの他端側(前側)の開口部には、一端側と同様に外周側に外径が縮小する段差部20bが形成されるとともに、この段差部20bから分割コア18間に向かって径方向内側に張り出す内フランジ部22が形成されている。この内フランジ部22は、上述した継鉄部11及び補極ティース12の根元部13に重なるように形成されており、その裏面側がステータコア2bに当接している。また、内フランジ部22には、上述したステータコア2bのセットボルト孔16に対応してセットボルト孔23が形成されている。
また、シャフト3aの他端側には、シャフト3aを回転自在に支持する軸受け9が設けられている。軸受け9は、その内輪9i側の端面がシャフト3aの他端側の段付部21に突き当てられるように圧入されている。
ステータケース2aの他端側には、前側の開口部を閉塞するようにフロントブラケット4が設けられている。このフロントブラケット4は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁43と底板部44とで構成されている。
フロントブラケット4の周壁43は、ステータケース2a内側が厚肉に形成され、その端面がステータケース2aの内フランジ部22との突き当て面45として形成されている。ここで、突き当て面45は、内フランジ部22の幅と同様の形状に形成されている。周壁43の外周側には、段差部20bに対応する段差部41が形成されている。フロントブラケット4は、段差部41がステータケース2aの段差部20bに外嵌されることによって、突き当て面45と内フランジ部22とが面同士で当接するように固定されている。
フロントブラケット4の径方向中央には、軸方向外側に向けてボス部40が形成されている。ボス部40の径方向中央には、シャフト3aの他端側を挿通するための挿通孔42が形成され、この挿通孔42の軸線方向内側は、ウェーブワッシャー46が収容された軸受けハウジング47として形成されている。そして、シャフト3aの他端側は、シャフト3aに圧入された軸受け9が、軸受けハウジング47内にウェーブワッシャー46を介して収容されるように、挿通孔42に挿通される。なお、ウェーブワッシャー46は、軸受け9の外輪9aを押圧し、ボールを介して内輪9iにスラスト方向の力を付与している。フロントブラケット4の周縁には、周方向に3ヶ所等間隔で軸方向に沿って切り欠かれた段差部37(図1,9参照)が形成され、ここに上述したセットボルト孔16,23に対応してセットボルト孔39が形成されている。
そして、図1に示すように、セットボルト孔39からセットボルト48を挿通して締結することにより、フロントブラケット4及び、ステータ2、リヤブラケット5が連結される。なお、セットボルト48の頭部は、段差部37内に収容されることとなり、フロントブラケット4の底板部44と面一の状態となる。
ここで、図2に示すように、補極ティース12の根元部13は、継鉄部11に至るまで徐々に拡大されて扇状に形成され、この根元部13の側面は傾斜した肩部14を備えている。隣接する補極ティース12の向かい合う肩部14は、平行になるように形成されており、隣接する補極ティース12間には、略矩形のスロット15が形成される。
このように隣接する補極ティース12の向かい合う肩部14が、平行になるように形成することで、スロット15のスペースをより大きく確保することができる。そして、補極ティース12の根元部13には、ステータコア2bの軸方向に沿って、周方向に3箇所等間隔でセットボルト孔16が形成されている。
ここで、本実施形態のブラシレスモータ1の組み付け方法を説明する。
まず、図8に示すように、コイルボビン60にコイル7を巻き付ける。具体的には、巻き始め端のターミナル80aにコイル7を絡げ、巻線部62に巻き付けていく。ここで、ターミナル80aから引き回されるコイル7は、巻線部62に巻き付けるコイル7と方向性が異なるが(図8中K参照)、ターミナル80aから引き回されるコイル7の1周目を傾斜部69に逃がすことで、重なり合うコイル7が干渉することがなく容易に巻装作業を行うことができる。
次に、図6,9に示すように、コイルボビン60の装着孔63に分割ティース61を装着し、分割ティース61の突部67と本体コア24のあり溝17とを嵌合させる。そして、分割コア18をあり溝17に押し込む際、コイルボビン60に形成された逃げ溝68を通して、直接分割ティース61の突部67をピン等で押し付けることによりステータコア2bが組み付けられる。そして、ステータコア2bをステータケース2aに内嵌固定する。
次に、ステータケース2aの一端側(後側)でターミナル80とリード線32とを基板8を介して接続し、軸受け10が圧入されたリヤブラケット5によって閉塞する。そして、リード線32をリヤブラケット5の引き出し孔から引き出した後、固定板35によりグロメット38を挟んでボルト36により締結固定する。
一方、予めマグネット3bが着磁されたロータ3のシャフト3aの他端側から軸受け9を圧入する。この時、軸受け9の内輪9i側がシャフト3aの段付部21に突き当たるまで圧入する。
そして、ステータケース2aの他端側(前側)からロータ3を挿入し、リヤブラケット5の軸受けハウジング54内に圧入された軸受け10の内輪10i側にシャフト3aの段付部19が突き当たるまで圧入する。
次に、ステータケース2aの他端側の開口部をフロントブラケット4により閉塞する。この時、軸受け9を軸受けハウジング47内にウェーブワッシャー46を収容し、ウェーブワッシャー46により軸受け9の外輪9aを押圧した状態でセットするとともに、ステータケース2aの内フランジ部22とフロントブラケット4の突き当て面45(図5参照)とを面同士で当接させる。
そして、セットボルト48をセットボルト孔16,23,25,39に挿通し、締結することでフロントブラケット4及びステータ2、リヤブラケット5が連結される。
ここで、セットボルト48により締結作業が終了すると、ブラシレスモータ1の内部が与圧される。具体的には、ウェーブワッシャー46が軸受け9の外輪9a側に当接することにより、その圧力がボールを介して軸受け9の内輪9i側へ伝わり、これら内外輪9i,9a間の内部すきまによるガタツキをなくし、軸受け9の内輪9i側からロータ3のシャフト3aを介して軸受け10の内輪10i側へ伝わり、軸受け10の内外輪10i,10a間の内部すきまによるガタツキをなくすこととなる。これにより、各軸受け9,10の内外輪9i,9a,10i,10a全てが圧入固定された状態となるため、止めネジ等で軸受けを固定する必要がなく、部品点数を削減した上で各軸受け9,10内部すきまを0にすることができる。これにより、ブラシレスモータ1の小型軽量化を図ることができるとともに、ブラシレスモータ1作動時の振動、騒音を抑制することが可能となる。
したがって、上述の実施形態によれば、本体コア24における補極ティース12の根元部13が扇状に広がり、傾斜した肩部14を備えているため、コイル7から発生する磁束に対応した磁路幅を充分に確保するとともに、セットボルト48のセットボルト孔23形成スペースを確保しつつ、継鉄部11の肉厚を薄く形成することができる。
つまり、従来のように根元部をそのままストレートに下ろすと、セットボルト孔の形成スペースが制約を受けるので、スロットの深さをある程度しか確保できない。そこで、根元部13を傾斜させた肩部14を形成することにより、セットボルト孔16の形成スペース及び磁路幅を確保しながらスロット15を深く、すなわち継鉄部11の肉厚を薄く形成するのである。
よって、隣接する補極ティース12間に形成されるスロット15のスペースを大きく確保することができるため、ブラシレスモータ1自体を大型化したり、コイル7を複雑な巻き方にすることなく、コイル7の断面積を増やすことができる。
また、例えばブラシレスモータ1の高出力化を図り、軸長の長いブラシレスモータ1を製作する際に大径のセットボルト48を用いる場合でも、本体コア24の根元部13にセットボルト孔16の形成スペースを充分に確保することができるため、ブラシレスモータ1を径方向に大型化させることなく、高出力のブラシレスモータ1を製作することが可能である。
また、巻き始め端のターミナル80aから引き回されるコイル7の巻き始めを、コイルボビン60に形成された傾斜部69に逃がすことで、方向性の異なるコイル7同士が重なり合って干渉することがない。つまり、コイルボビン60自体を大型化せず、コイルボビン60の上フランジ部64をスロープ状に傾斜させるのみの容易な加工でコイル7の巻き乱れを防ぐことができるため、ブラシレスモータ1の小型化を図った上で、安価にコイル7の占積率を向上させることができる。そして、コイル7の巻装作業の際に巻き乱れがないため、組み付け作業を容易に行うことができる。
さらに、コイルボビン60の拡大部66に逃げ溝68が形成されているため、コイルボビン60に分割ティース61を装着させた際、分割ティース61の突部67が平面視で突出することになる。そのため、分割ティース61の突部67を本体コア24のあり溝17に嵌合させる際に、従来のようにコイルボビン越しに分割ティースを押し付けるではなく、逃げ溝68を通して分割ティース61を直接押し付けることができる。したがって、分割コア18を樹脂等からなるコイルボビン60越しに押し込む場合に比べ、コイルボビン60にダメージを与えず、分割コア18を本体コア24に嵌合させることができる。
また、ステータケース2aの他端側の開口部に、径方向内側に張り出す内フランジ部22を形成するとともに、フロントブラケット4の周壁43を突き当て面45として厚肉形成し、ステータケース2aとフロントブラケット4とをこれら内フランジ部22と突き当て面45とで当接させることで、ステータケース2aとフロントブラケット4との接触面積を向上させることができる。これにより、ステータケース2aとフロントブラケット4との間の熱抵抗を減少させることができるため、コイル7により発熱した熱がステータコア2bからステータケース2a、フロントブラケット4を伝って効率的に熱引きを行うことができる。
したがって、コイル7の温度上昇を抑制することができるため、コイル7の巻数を増やして定格トルクを向上させることができる。また、ステータケース2aとフロントブラケット4との接触面積が向上することで、組み付け時のステータコア2bの位置決めも容易となるため、作業効率を向上させることが可能となる。
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、本実施形態において、隣接する補極ティースの向かい合う肩部が平行になるように形成したが、これに限られることはない。また、補極ティースの根元部を扇状の肩部として形成したが、扇状に限られることはなく、磁路幅とセットボルト孔のスペースを確保するために拡大した上で適宜設計変更可能である。
さらに、セットボルト孔は、U字溝形状に形成してもよい。また、補極ティースの根元部であって、各セットボルト孔の間にブラシレスモータを取り付けるためのボルト孔を形成してもよい。
本発明の実施形態のブラシレスモータの部分断面図である。 ステータコアの平面図である。 ステータケースを後側から視た平面図である。 ステータケースを前側から視た平面図である。 図4のB−B’線に相当する断面図である。 ステータコアの分解斜視図である。 コイルボビンを示し、(a)は左側面図、(b)は平面図である。 分割コアの平面図である。 ブラシレスモータの分解斜視図である。
符号の説明
1 ブラシレスモータ 2a ステータケース 2b ステータコア 3 ロータ 7 コイル 11 継鉄部 12 補極ティース(ティース) 13 根元部 14 肩部

Claims (2)

  1. 筒状のステータケースに内装されコイルを巻装してあるステータコアと、
    前記ステータコアの内径側に軸受けを介して支持され前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを備えたブラシレスモータにおいて、
    前記ステータコアには筒状の継鉄部から径方向内側に延びる複数のティースが設けられ、このティースの根元部は拡大され、傾斜した肩部を備えていることを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 前記ティースの前記根元部は扇状に形成され、隣接する前記ティースの向かい合う前記肩部は略平行になるように形成されていることを特徴とする請求項1記載のブラシレスモータ。
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