JP2009291031A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】１本のドライブシャフトを複数段のモータで駆動するときのロータのステータに対するガタつきを防止しつつ、アウターロータ型のブラシレスモータの大出力、小径サイズ、高速回転の両立を可能とする。
【解決手段】ドライブホイール２１の中心部はドライブシャフト２の外周に固定され、ドライブシャフト２の径方向に延出している。ロータ２６，２７を構成するロータバックヨーク２５は円筒状の部材であり、ドライブホイール２１の外周部に固定され、ドライブホイール２１からドライブシャフト２の軸方向両側にドライブシャフト２と同芯状にそれぞれ延出していて、ロータ２６，２７それぞれステータ１５，１６の外周に配置されている。ベアリング３３，３４は、ロータ２６，２７をドライブシャフト２の軸方向両側からそれぞれ支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに関し、より詳細には、ロータがステータの外周側を回転するアウターロータ型のブラシレスモータに関する。

アウターロータ型のブラシレスモータは、大きなトルクを得ることができるブラシレスモータとして広く利用されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平０５−３２８６８７

このようなアウターロータ型のブラシレスモータを例えば空気抵抗の少ない有人小型のグライダー機などの駆動源として使用する場合には、大出力を維持しつつも、設置スペースの関係からモータの径サイズを小さくし、また、小電力のバッテリーで駆動できるようにしたい。

しかし、アウターロータ型のブラシレスモータにおいて、大出力を得ようとすると、モータの径サイズが大きくなってしまい、また、径サイズが大きくなってしまうと、回転速度は低下してしまう。

そのため、大出力を得られるにもかかわらず、モータの径サイズを小さく維持し、回転速度を高く維持するための手段として、１本のドライブシャフトを複数段のモータで駆動することが考えられる。

これにより、個々のモータは小型で径サイズは小さいままであるが、１本のドライブシャフトを複数段のモータで駆動するので大出力を得ることができる。また、個々のモータの径サイズは小さいままであるため、回転速度を高く維持することができる。さらには、個々のモータは小型であるため、各モータは小電力のバッテリーで駆動することが可能となる。

この場合、１本のドライブシャフトに固定された単一のドライブホイールに対して複数のモータのロータを取り付けることにより、複数のモータで１本のドライブシャフトを回転駆動することが考えられる。

しかしながら、このような構造で各モータのロータを高速に回転させると、ロータがステータに対して大きくガタついてしまう恐れがある。

そこで、本発明の目的は、１本のドライブシャフトを複数段のモータで駆動するときのロータのステータに対するガタつきを防止しつつ、アウターロータ型のブラシレスモータの大出力、小径サイズ、高速回転の両立を可能とすることである。

本願の請求項１の発明は、
ドライブシャフトと、
前記ドライブシャフト外周に配置された複数のステータと、
中心部が前記ドライブシャフト外周に固定され、前記ドライブシャフト径方向に延出しているドライブホイールと、
前記ドライブホイール外周部にそれぞれ固定され、前記ドライブホイールから前記ドライブシャフト方向両側に前記ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出していて、前記各ステータの外周にそれぞれ配置されている円筒状の複数のロータと、
前記複数のロータを前記ドライブシャフトの軸方向両側からそれぞれ支持する複数のベアリングと、を備えているブラシレスモータである。

また、請求項２の発明は、
ドライブシャフトと、
前記ドライブシャフト外周に配置された複数のステータと、
中心部が前記ドライブシャフト外周に固定され、前記ドライブシャフト径方向に延出しているドライブホイールと、
前記ドライブホイール外周部にそれぞれ固定され、前記ドライブホイールから前記ドライブシャフト方向両側に前記ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出していて、前記各ステータの外周にそれぞれ配置されている円筒状の複数のロータと、
前記複数のロータを前記ドライブシャフトの軸方向両側からそれぞれ支持する複数のベアリングと、を備えており、
更に、前記ステータ数が３つ以上であると共に、２つ以上の前記ステータの外周に、１つの前記ロータが配置されているブラシレスモータである。

また、請求項３の発明は、
ドライブシャフトと、
前記ドライブシャフト外周に配置された複数のステータと、
中心部が前記ドライブシャフト外周に固定され、前記ドライブシャフト径方向に延出しているドライブホイールと、
前記ドライブホイール外周部にそれぞれ固定され、前記ドライブホイールから前記ドライブシャフト方向両側に前記ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出していて、前記各ステータの外周にそれぞれ配置されている円筒状の複数のロータと、
前記複数のロータを前記ドライブシャフトの軸方向両側からそれぞれ支持する複数のベアリングと、を備えているブラシレスモータを複数台設けると共に、
複数台の前記ブラシレスモータのそれぞれの前記ドライブシャフトを、複数台の前記ブラシレスモータ間で共通の１本のドライブシャフトとし、そのドライブシャフトを複数台の前記ブラシレスモータによって駆動するブラシレスモータである。

また、請求項４の発明は、
前記ドライブシャフトの一端側外周上には、ストッパーリング及びスラストナットが固定されていると共に、他方にはスラストリングが前記ドライブシャフトと一体に設けられる、請求項１乃至３の何れかに記載のブラシレスモータである。

請求項１の発明によれば、１組のロータとステータとからなる複数のモータを複数段設けて、この複数のモータで１本のドライブシャフトを駆動することができるので、大径の１台のモータで１本のドライブシャフトを駆動する場合と同様に大出力を得られるにもかかわらず、個々のモータの径サイズを小さくし、回転速度を高く維持することができる。

そして、ドライブシャフトに固定されたドライブホイールからドライブシャフト方向両側に当該ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出している円筒状の複数のロータを、ドライブシャフト方向両側からそれぞれベアリングで支持するようにしているので、ドライブホイールからドライブシャフト方向両側に円筒状の複数のロータが延出する構造であっても、ロータがステータに対してガタつくことを抑えることができる。

更に、請求項２または３の発明によれば、前記請求項１が有する効果に加えて、ステータ数を増加、又は１本のドライブシャフトに複数台のブラシレスモータを設けることで、さらに大出力、高速回転のブラシレスモータを実現することが出来るため、例えば空気抵抗の少ない有人小型のグライダー機などと云った大出力が要求される用途に用いることが可能となる。

更に、請求項４の発明によれば、前記請求項１が有する効果に加えて、ドライブシャフトをストッパーリング、スラストナット、及びスラストリングで固定することにより、ドライブシャフトの軸方向へのガタつきを防止することが可能となる。

以下本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるブラシレスモータの縦断面図である。図２は、同ブラシレスモータの分解斜視図である。また、図１２は図１のブラシレスモータの外観図であり、図１２
（ａ）に示すA-A一点鎖線での縦断面図が前記図１である。

このブラシレスモータ１は、アウターロータ型センサレスブラシレスモータ又はセンサ付きブラシレスモータであり、１本のドライブシャフト２（出力軸）を２台のモータ３，４により駆動することができる。ブラシレスモータ１をセンサ付きブラシレスモータとする場合は、そのセンサはホール素子センサ等とすればよい。

ドライブシャフト２は、ブラシレスモータ１の中心を挿通している。ドライブシャフト２の軸方向両側にはガイドプレート１１，１２（図３参照）が配置され、ドライブシャフト２はガイドプレート１１，１２の中心孔１１ａ，１２ａを挿通している。ガイドプレート１１は、４本のガイドポール２３の一端にねじ２４でねじ止め固定され、ガイドプレート１２は、４本のガイドポール２３の他端にねじ２４でねじ止め固定されている（図２参照）。

ガイドプレート１１，１２には、モータ３のスピンドルケース１３、モータ４のスピンドルケース１４（図４参照）がそれぞれ固定されている。スピンドルケース１３，１４の外周にはモータ３のステータ１５、モータ４のステータ１６（図５参照）がそれぞれ固定されている。ステータ１５，１６の中心には、スピンドルケース１３，１４挿通用の中心孔１５ａ，１６ａが設けられ、この中心孔１５ａ，１６ａにそれぞれスピンドルケース１３，１４が挿通される。よって、ドライブシャフト２外周にはステータ１５，１６が配置されている。このステータ１５，１６には、それぞれ巻線コイル１７，１８が設けられている。更にガイドプレート１１，１２には、図３に示すように孔１１ｂ，１２ｂが設けられており、この孔１１ｂ，１２ｂから巻線コイル１７，１８のリード線３６（図１２参照）がモータ３，４外部へと引き出される。同時に孔１１ｂ，１２ｂは、モータ３，４駆動時にモータ３，４内部で発生する熱を放出する放熱用の孔としても設けられている。

スピンドルケース１３，１４と、ドライブシャフト２との間には４つのベアリング１９が介装されており、ドライブシャフト２はスピンドルケース１３，１４の中心孔１３ａ，１４ａ内を安定して回転することができる。なお、ドライブシャフト２の一端側外周上には、ストッパーリング４２、スラストナット４３が固定されていると共に、他方にはスラストリング４１がドライブシャフト２と一体に設けられることで、ドライブシャフト２がその軸方向にガタつくことを防止している。

図６に示すように、ドライブシャフト２の軸方向中央部近傍にはキー溝２ａが形成されている。図１、図２に戻り、ホイール状の回転部材であるドライブホイール２１は、その中心部においてドライブシャフト２外周にキー溝２ａに嵌められたキーブロック２２を介して固定されている。
図７に示すようにドライブホイール２１の中心には、ドライブシャフト２挿通用の中心孔２１ａが設けられ、この中心孔２１ａ外周の一部に、キーブロック２２と嵌合する溝２１ｂが設けられている。
このようにドライブシャフト２の外周に固定されたドライブホイール２１はドライブシャフト２の径方向に延出している。

ドライブホイール２１の外周には、円筒状のロータバックヨーク２５（図８参照）が、その内周部で固定されている。このロータバックヨーク２５は、ドライブホイール２１からドライブシャフト２の軸方向両側に当該ドライブシャフト２と同芯状にそれぞれ延出していて、この延出部分の一方はモータ２のロータ２６となり、他方はモータ３のロータ２７となる。すなわち、ロータバックヨーク２５のロータ２６側の内周にはマグネットガイド２８（図９参照）が取り付けられると共にマグネットガイド３１（図９参照）が取り付けられ、マグネットガイド２８及びマグネットガイド３１にマグネット２９が固定されている。同様に、ロータバックヨーク２５のロータ２７側の内周にはマグネットガイド３１（図９参照）が取り付けられると共にマグネットガイド２８（図９参照）が取り付けられ、マグネットガイド３１及びマグネットガイド２８にマグネット３２が固定されている。そして、ロータバックヨーク２５の一方であるロータ２６はステータ１５の外周に配置され、他方のロータ２７はステータ１６の外周に配置されている。

ロータバックヨーク２５のロータ２６側の端縁部分の内周部とガイドプレート１１の外周との間には軸受部材となるベアリング３３が介装され、ロータバックヨーク２５のロータ２７側の端縁部分の内周部とガイドプレート１２の外周との間には軸受部材となるベアリング３４が介装されている。これにより、ロータバックヨーク２５のロータ２６，２７は、ドライブシャフト２の軸方向両側からガイドプレート１１，１２に介装されたベアリング３３，３４によりそれぞれ支持されている。

以上のような構成のブラシレスモータ１は、巻線コイル１７，１８に通電することにより、巻線コイル１７，１８とマグネット２９，３２の磁極との間で磁気作用が生じてロータ２６，２７が回転し、ドライブホイール２１を介してドライブシャフト２を回転する。

このブラシレスモータ１は、センサレス型であり、モータの位置を検出するためにホール素子を用いずに、モータの中点配線（図示せず）の電位を計測することにより、巻線コイル１７，１８に発生する誘導電圧を検出して位置情報を得て駆動される。しかしながら、ブラシレスモータ１をセンサ付きブラシレスモータとする場合は、そのセンサはホール素子センサ等とすればよい。

このブラシレスモータ１は、１組のロータとステータとからなる２台のモータ３，４を２段に設けて、この２台のモータ３，４で１本のドライブシャフト２を駆動することができるので、大径の１台のモータで１本のドライブシャフトを駆動する場合と同様に大出力を得られるにもかかわらず、個々のモータ３，４の径サイズを小さくし、回転速度を高く維持することができる。さらに、個々のモータ３，４は小径サイズであるため、小電力のバッテリーで駆動することができる。

また、ドライブシャフト２に固定されたドライブホイール２１からドライブシャフト２の軸方向両側に当該ドライブシャフト２と同芯状にそれぞれ延出している円筒状の複数のロータ２６，２７を、ドライブシャフト２の軸方向両側からそれぞれベアリング３３，３４で支持するようにしているので、ドライブホイール２１からドライブシャフト２の軸方向両側に円筒状のロータ２６，２７がそれぞれ延出する構造であっても、ロータ２６，２７がステータ１５，１６に対してガタつくことを抑えることができる。

なお、図１０に示すように、前述のブラシレスモータ１を複数台設け（図１０では２台の例を示すと共に、もう１台はブラシレスモータ１０と図示）、複数台のブラシレスモータ１，１０のそれぞれのドライブシャフトを、ブラシレスモータ１及び１０間で共通の１本のドライブシャフト２とし、
この２台のブラシレスモータ１，１０で１本のドライブシャフト２を駆動するようにしてもよいし、ブラシレスモータ１の数をさらに３台以上に増やすようにしてもよい。ブラシレスモータ１０もブラシレスモータ１と同様に、２台のモータ５，６により駆動される。また、ブラシレスモータ１，１０の間は、スペーサ４０により一定の幅が設けられる。この幅は、ブラシレスモータ１，１０それぞれのコイル１８，１７のリード線３６を外部へと引き出すために設けられた隙間である。

また、ステータの数を３つ以上に設定すると共に、２つ以上のステータの外周に、１つのロータを配置するようにブラシレスモータを構成してもよい。図１１にこのようなブラシレスモータの一例を示す。図１１のブラシレスモータ１ａでは、符号１５，１６，１６で示すようにステータ数を３つに設定し、更にその内の２つのステータ１６，１６の外周に、１つのロータ２７を配置するように構成している。また、ロータ２７側の内周にはマグネットガイド３１，２８，及び３５が取り付けられると共に、２つのマグネット３２，３２が固定されている。

以上、図１０で示したようにブラシレスモータ１の数を増加させるか、図１１で示したようにステータ数を増加させることにより、個々のモータ３，４の径サイズはそのままで、さらに大出力、高速回転のブラシレスモータとすることができる。

本発明の一実施形態であるブラシレスモータの縦断面図である。 同ブラシレスモータの分解斜視図である。 ガイドプレートの平面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 スピンドルケースの平面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 ステータの平面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 ドライブシャフトの平面図（ａ）と径方向側面図（ｂ）である。 ドライブホイールの平面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。 ロータバックヨークの縦断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。 マグネットガイド平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 １本のドライブシャフトに２台接続したブラシレスモータの縦断面図である。 ２つのステータの外周に、１つのロータを配置したブラシレスモータの縦断面図であ る。 図１ブラシレスモータ外観の平面図（ａ）と右断面図（ｂ）である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ ドライブシャフト
３，４ モータ
１１，１２ ガイドプレート
１３，１４ スピンドルケース
１５，１６ ステータ
１７，１８ 巻線コイル
１９ ベアリング
２１ ドライブホイール
２５ ロータバックヨーク
２６，２７ ロータ
２８，３１，３５ マグネットガイド
２９，３２ マグネット
３３，３４ ベアリング
３６ リード線

Claims (4)

1. ドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフト外周に配置された複数のステータと、
   中心部が前記ドライブシャフト外周に固定され、前記ドライブシャフト径方向に延出しているドライブホイールと、
   前記ドライブホイール外周部にそれぞれ固定され、前記ドライブホイールから前記ドライブシャフト方向両側に前記ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出していて、前記各ステータの外周にそれぞれ配置されている円筒状の複数のロータと、
   前記複数のロータを前記ドライブシャフトの軸方向両側からそれぞれ支持する複数のベアリングと、を備えているブラシレスモータ。
2. ドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフト外周に配置された複数のステータと、
   中心部が前記ドライブシャフト外周に固定され、前記ドライブシャフト径方向に延出しているドライブホイールと、
   前記ドライブホイール外周部にそれぞれ固定され、前記ドライブホイールから前記ドライブシャフト方向両側に前記ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出していて、前記各ステータの外周にそれぞれ配置されている円筒状の複数のロータと、
   前記複数のロータを前記ドライブシャフトの軸方向両側からそれぞれ支持する複数のベアリングと、を備えており、
   更に、前記ステータ数が３つ以上であると共に、２つ以上の前記ステータの外周に、１つの前記ロータが配置されているブラシレスモータ。
3. ドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフト外周に配置された複数のステータと、
   中心部が前記ドライブシャフト外周に固定され、前記ドライブシャフト径方向に延出しているドライブホイールと、
   前記ドライブホイール外周部にそれぞれ固定され、前記ドライブホイールから前記ドライブシャフト方向両側に前記ドライブシャフトと同芯状にそれぞれ延出していて、前記各ステータの外周にそれぞれ配置されている円筒状の複数のロータと、
   前記複数のロータを前記ドライブシャフトの軸方向両側からそれぞれ支持する複数のベアリングと、を備えているブラシレスモータを複数台設けると共に、
   複数台の前記ブラシレスモータのそれぞれの前記ドライブシャフトを、複数台の前記ブラシレスモータ間で共通の１本のドライブシャフトとし、そのドライブシャフトを複数台の前記ブラシレスモータによって駆動するブラシレスモータ。
4. 前記ドライブシャフトの一端側外周上には、ストッパーリング及びスラストナットが固定されていると共に、他方にはスラストリングが前記ドライブシャフトと一体に設けられる、請求項１乃至３の何れかに記載のブラシレスモータ。

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