JP2009284715A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、シャフトの内周からの排熱を積極的行うことができるコンパクトな形状の冷却手段により、モータの温度の低減を行うことができるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】中空円筒形状に形成されシャフト４を有しするブラシレスモータ１のシャフト４の内壁部４ｃに円環状のファン１８が取り付けられる。ファン１８は、円環形状の外周部１８ａと、外周部１８ａの内径よりも外形の小さい円環形状の内週部１８ｂを有しており、外周部１８ａと内周部１８ｂの間に複数のフィン１８ｃが配置された構造である。
【選択図】図３

Description

この発明は、中空のシャフトを有するブラシレスモータに関する。

ブラシレスモータは、モータケースの内側に取り付けられる円環形状のステータ本体と、ステータ本体の内周面から半径方向に一体突出し、コイルが巻装された複数の突極とを有するスーテータを有し、ステータの内側にて回転自在に配置されたロータを備える。また、ロータは、円柱状のシャフトとシャフトの外周面に取り付けられたマグネットとを有する。

ブラシレスモータのコイルに制御信号を供給し、ロータを回転させると、コイルからの発熱等によりモータの温度が上昇する。このようにモータの温度が上昇すると電気機械変換効率が低下し、ロータの回転トルクの減少等の原因となる。そのため、モータの温度を低減するための冷却手段が求められる。

一方、一般にシャフトは、中実円柱形状のものが多いが、シャフトを中空円筒形状とし、シャフトの内部に空間部分を設け、この空間部分を有効活用するブラシレスモータがある。例えば、特許文献１のブラシレスモータでは、被駆動体であるレンズをシャフトの内部の空間部分に配置し、モータシステムの小型化を図っている。
特開平６−２２５１９号公報

このように、中空円筒形状のシャフトを備えるブラシレスモータにおいても、上述のようにモータの温度を低減するための冷却手段が求められることは、中実円柱形状のシャフトと備えるブラシレスモータと同様である。このとき、シャフトの中空部分の削減を抑えることに留意し、シャフトの中空部分の内周を有効活用し、内周からの排熱を積極的に行うことが有効な手段であると考えられる。

そこで、本発明の目的は、中空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、シャフトの内周からの排熱を積極的行うことができるコンパクトな形状の冷却手段により、モータの温度の低減を行うことができるブラシレスモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１の記載のブラシレスモータは、略円筒形状に形成されたステータケースと、 略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔が形成され、前記ステータケースの開口を閉じて配置された一対のブラケットと、略円環形状に形成され、前記ステータケースの内壁に取り付けられたステータ本体と、前記ステータの前記突極のそれぞれにコイルが巻装され、ステータ本体の内周面から半径方向内側に突出した複数の突極とを有するステータと、中空円筒形状に形成され、前記一対のブラケットの貫通孔を挿通して前記一対のブラケットに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの外周に支持されたマグネットとを有し、前記ステータの突極に対向して配置されたロータとを備えるブラシレスモータにおいて、略円環状の外周部と、前記外周部の内側に形成された複数のフィンとを備え、前記外周部の外周が前記シャフトの内周に取り付けられた略円環状のファンを備える。また、本発明の請求項２に記載のブラシレスモータは、請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記ファンは、前記外周部の内側に配置された略円環状の内周部を備え、前記フィンが前記外周部の内側と前記内周部の外側との間に形成されている。

このように、略円環形状のファンを中空円筒形状シャフトの内壁に取り付けた構造とすることで、シャフトの中空部分を削減を抑え、中空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、内周からの排熱を積極的行うことができ、モータの温度の低減を行うことができるブラシレスモータを提供することができる。

次に、この発明の実施形態を図１から図４に基づいて説明する。図１は、本実施形態のブラシレスモータの斜視図である。図２は、本実施形態のブラシレスモータの正面図である。図３は、図２にてＡ−Ａにて指示する本実施形態のブラシレスモータの縦断面図である。図４は、本実施形態のブラシレスモータへのファンの取付を示す斜視図である。

本実施形態のブラシレスモータ１は、モータケース７と、モータケース７の内部に取り付けられたステータ２と、ステータ２の内側に回転自在に配置されたロータ３とを備える。モータケース７は、略円筒形状のステータケース８と、略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔９ａが形成され、ステータケース８の一端にて開口を閉じて配置されたリアブラケット（ブラケット）９と、同じく略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔１０ａが形成され、ステータケース７の他端にて開口を閉じて配置取されたフロントブラケット（ブラケット）１０とを備えている。なお、軽量化を図るとともに、ステータ２にて生じる発熱を効率よく放熱するため、ステータケース８、リアブラケット９およびフロントブラケット１０は、アルミ合金にて形成されている。

ステータ２は、薄板の磁性鋼板を積層して形成されており、略円環形状のステータ本体２ａと、ステータ本体２ａの内周面から半径方向内側に一体突出した１５個の突極２ｂを有している。ステータ２は、ステータケース８に圧入され、ステータ本体２ａにてステータケース８の内壁に取り付けられている。また、突極２ｂのそれぞれには、コイル６が集中巻きにて巻装されている。

ロータ３は、磁性材料からなる中空円筒形状のシャフト４と、シャフト４の外周面に接着剤にて取り付け固定されたリングマグネット（マグネット）５を備えている。リングマグネット５は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）等の希土類元素から形成され、Ｎ極、Ｓ極、・・・の磁極に順に円周方向交互の着磁されており、その極数は、１０極である。

本実施形態のブラシレスモータ１は、産業用ロボットのアーム作動のアクチュエータ等に用いられ、この中空円筒形状のシャフト４の内部４ｄを、産業用ロボットに使用される各種センサ等の配線や、リンク部材等の挿通部材３０が挿通される。従って、挿通部材３０の配置を阻害しないよう、内部４ｄの空間の径の長さを所定の径以上に確保することが求められる。

リアブラケット９の中央部には、凹部９ｂが設けられており、凹部９ｂに軸受１１のアウターレースが挿入され、リアブラケット９に軸受１１が取り付けられている。一方、フロントブラケット１０の中央部には、凹部１０ｂが設けられており、凹部１０ｂに軸受１２のアウターレースが挿入され、フロントブラケット１０に軸受１２が取り付けられている。

シャフト４は、軸受１１のインナーレース及びに軸受１２のインナーレースに挿入固定され、リアおよびフロントブラケット９、１０に取り付けられた軸受１１、１２により回転自在に支持され、ロータ３は、ステータ２の突極２ｂの内側に回転自在に配置される。

シャフト４は、リアブラケット９の貫通孔９ａからモータケース７の外部にシャフト４の一端から一体突出した円筒形状の突出部４ａを備え、フロントブラケット１０の貫通孔１０ａからモータケース７の外部にシャフト４の他端から一体突出した円筒形状の出力部４ｂを備えている。出力部４ｂには、遊星方式の減速機（図示せず）が取り付けられ、シャフト４の回転は、減速機により減速され外部に出力され、産業用ロボットのアーム等を回転動作させる。

ステータ２の１５個の突極２ｂのそれぞれには、絶縁性確保のために樹脂製のインシュレータ２０が取り付けられている。そして、インシュレータ２０の外周面に導線が集中巻にて巻装され、突極２ｂのそれぞれにコイル６が形成される。それぞれのコイル６の巻き始めと巻き終わりの導線は、インシュレータ２０の一端に一体成形されたピン２０ａに絡げられており、ピン２０ａは、配電基板２１に電気的および機械的に接続されている。

配電基板２１には、配電パターンが形成されており、円周状に配列されたコイル６が、順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相、・・・のコイル６となるような配電パターンとなっている。配電基板２１には、リード線１８が接続されており、ロータ３の回転位置に対応させた制御信号がＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル６に外部のドライバ（図示せず）から供給される。

上述のように、ロータ３の回転位置に対応せた制御信号をＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル６に供給するため、ロータ３の回転位置を正確に検出する必要がある。ここで、本実施形態のブラシレスモータ１は、上述のように高精度の位置決め精度の駆動が求められる産業用ロボット等のアームの駆動用アクチュエータとして用いられるものであり、高精度でロータ３の回転位置を検出する必要がある。そこで、本実施形態のブラシレスモータ１は、回転位置検出のための手段として光学エンコーダ１３が用いられている。

光学エンコーダ１３は、エンコーダリング１４と光センサ１５とを備えている。エンコーダリング１４は、リング形状のエンコーダリング本体１４ａとエンコーダリング本体１４ａの端面に取り付けられた円板形状のスリット板１４ｂとを有している。突出部４ａの外周面には雄ネジが形成され、一方、エンコーダリング本体１４ａの内周面は雌ネジが形成され、突出部４ａの外周面に反射ディスク本体１４ａがネジ勘合にて取り付けられる。なお、スリット板１４ｂには、１０２４本のスリットが形成されている。

光センサ１５は、センサ基板１５ｂに取り付けられたセンサ素子１５ａと、センサ基板１５ｂから信号を外部に出力するセンサ配線１５ｃを備えている。光センサ１５は、リアブラケット９に固定されており、このとき、センサ素子１５ａは、エンコーダディスク１４のスリット板１４ｂから所定の距離離れ、スリット板１４ｂに対向する位置に配置される。センサ素子１５ａは、スリット板１４ｂに照射光を照射する発光部（図示せず）と、スリット板１４ｂから反射光を受光する受光部（図示せず）を有しており、発光および受光した照射光と反射光の波形信号からロータ３の回転位置信号を検出する。

ブラシレスモータ１は、光学エンコーダ１３を外部からの粉塵等から保護するため、樹脂製のエンコーダカバー１７がリアブラケット９に取り付けられている。エンコーダカバー１７は、略円板状の底部１７ｂと、底部１７ｂの外周１７ｃからリアブラケット９の方向に一体形成された円筒部１７ａとを有する。また、円筒部１７ａの開口端には、つば形状の開口部１７ｄが形成されており、図３に示すように、開口部１７ｄがリアブラケット９に取付られている。エンコーダカバー１７の底部１７ｂの中央には、シャフト４の開口に対向して、貫通孔１７ｅが形成されており、貫通孔１７ｅを通して、シャフト４の内部４ｄに挿通部材３０が配置される。

次ぎに、ブラシレスモータ１に取付られるファン１８について説明する。本実施形態のファン１８は、樹脂製の成形品であり、円環形状の外周部１８ａと、外周部１８ａの内径よりも外形の小さい円環形状の内週部１８ｂを有しており、外周部１８ａと内周部１８ｂの間に複数のフィン１８ｃが配置された構造である。また、外周部１８ａの外周には、周方向等ピッチにて、軸方向に伸びた複数の凸部１８ｄが形成されている。

一方、シャフト４の出力部４ｄの内壁部４ｃの内径は他の部分の内径よりも多くなるように形成されており、内周部４ｃの端部には軸方向視円環状の段部４ｅが形成されている。外周部１８ａの凸部１８ｄの外径はシャフト４の内壁部４ｃの内径よりも若干大きな径となるように設定されいる。そして、図４に示すように、シャフト４の内部４ｄに挿入され、圧入されている。その際、外周部１８ａに形成された複数の凸部１８ｄが径方向に歪まされる。その歪みにより、凸部１８ｄとシャフト４の内壁部４ｃには径方向の応力が生じ、この応力によりファン１８はシャフト４の内壁部４ｃに固定される。

ここで、ファン１８は内外径の差の小さいコンパクトなリング形状となっており、ファン１８の内周部１８ｂの内径は、シャフト４の内径と近似するように設定されている。そのため、ファン１８をシャフト４の内壁部４ｃに取り付けた場合でも、シャフト４の中空部分の空間の削減を抑えることができる。よって、挿通部材３０の配置を阻害することがない。

次ぎに本実施形態のファン１８によるブラシレスモータ１の冷却について説明する。ファン１８に設けられた複数のフィン１８ｃは、ファン１８の径方向平面に対し、それぞれ所定の角度傾斜して形成されている。そのため、ファン１８が取付られたシャフト４が回転すると軸方向の冷却風が生じる。その冷却風は、例えば、シャフト４が一の方向に回転した場合には、出力部４ｂから突出部４ａに向けて流れ、一の方向と異なる他の方向に回転した場合には、突出部４ａから出力部４ｂに向けて流れる。

この冷却風により、シャフト４の内周からの熱の伝達効率が上昇し、シャフト４からの放熱される熱量が上昇する。そのため、コイル６から、順に、ステータ２、ステータケース８、リアブラケット９またはフロントブラケット１０、軸受１１または軸受１２、シャフト４への放熱経路において、シャフト４から放熱される熱量が上昇することにより、ブラシレスモータ１の温度の上昇が抑制される。

このように、内外径の差の小さいコンパクトなリング形状のファン１８をブラシレスモータ１のシャフト４の内壁部４ｃに取り付けることで、中空円筒形状のシャフトの中空部分の内周を有効活用し、シャフトの内周からの排熱を積極的行うことができ、モータの温度の低減を行うことができる。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの斜視図である。 本発明の実施形態におけるブラシレスモータの正面図である。 図２にてＡ−Ａにて指示するブラシレスモータの縦断面図である。 ファンのブラシレスモータへの取付を説明する図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
２ａ ステータ本体
２ｂ 突極
３ ロータ
４ シャフト
４ａ 突出部
４ｂ 出力部
４ｃ 内周部
５ （リング）マグネット
６ コイル
７ モータケース
８ ステータケース
９ リアブラケット（ブラケット）
１０ フロントブラケット（ブラケット）
１８ ファン
１８ａ 外周部
１８ｂ 内周部
１８ｃ フィン
１８ｄ 凸部

Claims (2)

1. 略円筒形状に形成されたステータケースと、
   略円盤形状に形成されて中央部に貫通孔が形成され、前記ステータケースの開口を閉じて配置された一対のブラケットと、
   略円環形状に形成され、前記ステータケースの内壁に取り付けられたステータ本体と、前記ステータの前記突極のそれぞれにコイルが巻装され、ステータ本体の内周面から半径方向内側に突出した複数の突極とを有するステータと、
   中空円筒形状に形成され、前記一対のブラケットの貫通孔を挿通して前記一対のブラケットに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトの外周に支持されたマグネットとを有し、前記ステータの突極に対向して配置されたロータと
   を備えるブラシレスモータにおいて、
   略円環状の外周部と、前記外周部の内側に形成された複数のフィンとを備え、前記外周部の外周が前記シャフトの内周に取り付けられた略円環状のファンを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記ファンは、前記外周部の内側に配置された略円環状の内周部を備え、前記フィンが前記外周部の内側と前記内周部の外側との間に形成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
   
   

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