JP2016154407A - アウタロータ型モータ - Google Patents

Abstract

【課題】アウタロータ型モータの薄型化を図ること。
【解決手段】多数の電機子巻線２２を外周方向に配列したステータ２０と、該ステータの径方向外側にエアギャップＧａを有して多数の永久磁石３３を配列したアウタロータ３０とを含む、アウタロータ型モータ１０である。該アウタロータは、出力軸４０にテーパ嵌合されるとともに結合されている。該出力軸は、軸長手方向の１箇所のみを、該ステータに転がり軸受６１によって回転自在に支持されている。該転がり軸受は、該ステータのステータコア２１の積層厚み方向の略中心に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、アウタロータ型モータの改良技術に関する。

アウタロータ型モータは、複数の電気子巻線を外周方向に配列したステータと、該ステータの径方向外側にエアギャップを有して複数の永久磁石を配列したアウタロータとからなる。このようなアウタロータ型モータは、特許文献１から知られている。

特許文献１で知られている技術は、モータケースと該モータケースの開口を塞ぐリッドとによって囲まれた収納空間に、ステータとアウタロータが収納されている。該アウタロータは、出力軸にボルト止めされている。該出力軸は、ステータを貫通するとともに、両端部を各軸受によって支持されている。該出力軸の一端部は、リッドから外部に露出して、外部の負荷に連結される。一方の軸受は、モータケースに取り付けられている。他方の軸受は、リッドに取り付けられている。

このようなアウタロータ型モータは、薄型化が求められている。しかし、該出力軸の両端部を各軸受によって支持する構成なので、薄型化を図るには限界がある。

特開２０１３−１５０４４１号公報

本発明は、アウタロータ型モータの薄型化を図ることができる技術を、提供することを課題とする。

本発明によれば、多数（例えば２１極）の電気子巻線を外周方向に配列したステータと、該ステータの径方向外側にエアギャップを有して多数の永久磁石を配列したアウタロータとを含む、アウタロータ型モータにおいて、前記アウタロータは、出力軸にテーパ嵌合されるとともに結合され、該出力軸は、軸長手方向の１箇所のみを、前記ステータに「転がり軸受」によって回転自在に支持され、該転がり軸受は、前記ステータのステータコアの積層厚み方向の略中心に位置していることを特徴とするアウタロータ型モータが提供される。

本発明では、多極のアウタロータ型モータにおいて、アウタロータと出力軸とは、テーパ嵌合されるとともに結合されている。テーパ嵌合であるから、アウタロータの雌テーパ（テーパ孔）と出力軸の雄テーパとの、嵌め合い精度は十分である。

該出力軸は、軸長手方向の１箇所のみを、「転がり軸受」によってステータに回転自在に支持されている。ステータコアと多数の永久磁石との間には、電磁力が発生する。該電磁力の中心となる部分、つまりステータコアの積層厚み方向（出力軸の軸方向）の略中心に、転がり軸受が位置している。

アウタロータと出力軸とが精度良く嵌合されているので、該出力軸に対するアウタロータの傾きや振らつきは規制される。このため、ステータと多数の永久磁石との間のエアギャップは、アウタロータの全周にわたって、実質的に（基本的に）均一である。アウタロータに所定以上の過大なラジアル荷重が加わらない限り、ステータコアと多数の永久磁石との間に発生する電磁力を、アウタロータの全周にわたって、実質的に均一にすることができる。

さらには、出力軸を支持するための転がり軸受を、ステータコアの積層厚み方向の略中心にのみ設けている。このため、該出力軸を支持するための別個の軸受は不要である。例えば、モータケースに別個の軸受を設ける必要はない。従って、モータケースは、出力軸の軸方向の大きさを、小さくできる。この結果、アウタロータ型モータの薄型化を図ることができる。

本発明に係るアウタロータ型モータの断面図である。 図１に示されるステータとアウタロータとを軸方向から見た図である。

本発明を実施するための形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１及び図２に示されるように、アウタロータ型モータ１０は、多極三相式のアウタロータ型直流ブラシレスモータである。該アウタロータ型モータ１０は、多極（例えば２１極）の構成であり、ステータ２０とアウタロータ３０と出力軸４０とモータケース５１とリッド５２とを含む。該ステータ２０と該アウタロータ３０は、モータケース５１と該モータケース５１の開口を塞ぐリッド５２とによって囲まれた収納空間５３に収納されている。

該ステータ２０は、多数（例えば２１個）の電気子巻線２２を外周方向に等ピッチに配列したことを特徴とする。該ステータ２０は、ステータコア２１（固定子鉄心２１）と、多数の電気子巻線２２とを含む。該ステータコア２１は、複数枚の電磁鋼板が板厚方向（軸方向）に積層されることによって構成される。該ステータコア２１は、円環状のコア基部２１ａと、該コア基部２１ａの外周面から径外方へ放射状に突出した多数の突極２１ｂ（ティース２１ｂ）とからなる。

該多数の突極２１ｂは、該コア基部２１ａの外周方向に等ピッチに配列している。該各突極２１ｂには、それぞれ筒状のボビン２３が嵌め込まれている。該各ボビン２３には、それぞれ電気子巻線２２が巻かれている。この結果、各電気子巻線２２は、該各突極２１ｂの周囲に巻かれる。このような構成のステータ２０は、モータケース５１に複数のボルト２４によって固定されている。

該アウタロータ３０は、ステータ２０の周方向の全面を囲むように、略カップ状（縁付き円盤状）に形成されており、多数（例えば２１個）の永久磁石３３を周方向に等ピッチに配列したことを特徴とする。該アウタロータ３０は、環状円板のロータ基部３１と、該ロータ基部３１の外周面から回転中心線ＣＬに沿って延びる円環部３２とからなる、一体成型品である。該ロータ基部３１は、ステータ２０の一方の側面に隣接している。該円環部３２は、ステータ２０の周方向の全面を囲んでいる。

該円環部３２の内周面には、多数の永久磁石３３が周方向に等ピッチに配列され且つ固定されている。該円環部３２は、透磁可能なヨークの役割を果たす。なお、該ヨークは、該円環部３２の内周面に嵌め込まれる別部材によって、構成してもよい。

該多数の永久磁石３３は、円環部３２の周方向に隣り合う磁極が、互いに異極となるように配列されている。該多数の永久磁石３３は、ステータ２０の径方向外側に、所定の小さい空隙Ｇａ（エアギャップＧａ）を有して配列される。つまり、該多数の永久磁石３３は、ステータ２０の多数の突極２１ｂの外周面に対してエアギャップＧａを有する。

該アウタロータ３０は、出力軸４０にテーパ嵌合されるとともに結合されている。詳しく述べると、該アウタロータ３０の回転中心線ＣＬ上、つまり該円環部３２の中心には、ハブ３５が設けられている。該ハブ３５は、フランジ３６とハブ本体３７とからなる一体成型品である。該フランジ３６は、ロータ基部３１に重ねられ且つリベットやボルト等の、複数の締結部材３８によって固定されている。該ハブ本体３７は、フランジ３６からステータ２０の一方の側面に向かって延びた筒状の部材である。該ハブ本体３７には、回転中心線ＣＬ上に雌テーパ３７ａ（テーパ孔３７ａ）が形成されている。

該出力軸４０は、アウタロータ型モータ１０のモータ軸であって、一端部に雄テーパ４１と雄ネジ４２とが形成されている。アウタロータ３０の雌テーパ３７ａに出力軸４０の雄テーパ４１が嵌め込まれることによって、アウタロータ３０に対する出力軸４０の長手方向の位置が決まる。ハブ３５から突き出た雄ネジ４２にナット４３がねじ込まれることによって、アウタロータ３０に出力軸４０が結合される。

つまり、雌テーパ３７ａに雄テーパ４１を嵌め込むとともに、雄ネジ４２にナット４３をねじ込むことにより、テーパ嵌合状態が最適となるように設定できるとともに、アウタロータ３０に対する出力軸４０の長手方向の位置を正確に設定することができる。ここで、「テーパ嵌合状態が最適」とは、アウタロータ３０と出力軸４０との相対回転が規制されて、正確なトルク伝達が可能な状態である。なお、アウタロータ３０と出力軸４０との間にキーを介在させるか否かは、任意である。

ここで、一般的なアウタロータ型モータについて説明する。アウタロータ型モータは高速回転をするので、振動対策や騒音対策を十分に考慮する必要がある。そのためには、アウタロータの嵌合孔と出力軸との嵌め合い公差を、極力小さくすることが求められる。しかし、嵌め合い公差が過小であると、製造工数が増すとともに、部品を交換する際のメンテナンス工数も増す。しかも、長時間にわたってアウタロータ型モータを使用した場合には、アウタロータの嵌合孔と出力軸とが固着することが、あり得る。部品を交換する際のメンテナンス工数が増す。

また、アウタロータの嵌合孔に出力軸を圧入や焼き嵌めをすることによって、両者を完全に固定することが考えられる。しかし、部品を交換する際には、アウタロータと出力軸の両方を交換する必要がある。

しかも、両者を完全に固定した場合には、アウタロータを出力軸に固定した後に、該アウタロータに配列されている多数の永久磁石に、着磁用治具によって着磁処理を施すことになる。しかし、出力軸の長さは、モータの仕様により異なる。このため、出力軸の長さに合わせた他種類の着磁用治具を、準備する必要がある。他種類の着磁用治具の管理が必要であり、工数も増大する。

これに対し、本発明では、多極のアウタロータ型モータ１０において、アウタロータ３０は、出力軸４０にテーパ嵌合されるとともに結合されている。テーパ嵌合であるから、アウタロータ３０の雌テーパ３７ａと、長さの異なる多種類の出力軸４０の雄テーパ４１との、嵌め合い精度は十分である。アウタロータ型モータ１０の振動や騒音を十分に抑制することができる。

しかも、出力軸４０に組み込まれる前のアウタロータ３０に、多数の永久磁石３３を固定し、該多数の永久磁石３３に着磁用治具によって着磁処理を施し、その後に、アウタロータ３０を出力軸４０にテーパ嵌合するとともに、互いを結合することができる。従って、永久磁石３３に着磁処理を施すための着磁用治具は、１種類ですむ。

該出力軸４０は、軸長手方向の１箇所のみを、ステータ２０に転がり軸受６１によって回転自在に支持されている。該転がり軸受６１は、例えば単一の「玉軸受」や「ころ軸受」によって構成される。該転がり軸受６１は、ステータ２０のステータコア２１の積層厚み方向（出力軸４０の軸方向、つまり軸長手方向）の略中心、つまり積層厚み方向の中心位置Ｐｂ又はその近傍に位置している。

より詳しく述べると、該転がり軸受６１は、ステータコア２１のコア基部２１ａの中央に取り付けられる。例えば、該コア基部２１ａの中央部には、環状のブッシュ６２が嵌合され且つ固定されている。該転がり軸受６１の外輪は、該ブッシュ６２内に嵌合され、軸方向への移動を規制されている。

該出力軸４０の他端部４５は、モータケース５１から外方へ突出しており、図示せぬ外部負荷に連結される。モータケース５１と該出力軸４０の他端部４５との間は、シール材４６によってシールされている。

以上の説明をまとめると、次の通りである。本発明では、多極のアウタロータ型モータ１０において、アウタロータ３０と出力軸４０とは、テーパ嵌合されるとともに結合されている。テーパ嵌合であるから、アウタロータ３０の雌テーパ３７ａと出力軸４０の雄テーパ４１との、嵌め合い精度は十分である。

該出力軸４０は、軸長手方向の１箇所のみを、転がり軸受６１によってステータ２０に回転自在に支持されている。ステータコア２１と多数の永久磁石３３との間には、電磁力が発生する。該電磁力の中心となる部分、つまりステータコア２１の積層厚み方向の略中心に、転がり軸受６１が位置している。

アウタロータ３０と出力軸４０とが精度良く嵌合されているので、該出力軸４０に対するアウタロータ３０の傾きや振らつきは規制される。このため、ステータ２０と多数の永久磁石３３との間のエアギャップＧａは、アウタロータ３０の全周にわたって、実質的に（基本的に）均一である。アウタロータ３０に所定以上の過大なラジアル荷重が加わらない限り、ステータコア２１と多数の永久磁石３３との間に発生する電磁力を、アウタロータ３０の全周にわたって、実質的に均一にすることができる。

なお、該アウタロータ型モータ１０の極数は、できるだけ多極であることが好ましい。好ましくは、極数は２１極以上である。その方が、ステータコア２１の多数の突極２１ｂと多数の永久磁石３３との間に発生する電磁力を、極力、均一化できるからである。

さらには、出力軸４０を支持するための転がり軸受６１を、ステータコア２１の積層厚み方向の略中心にのみ設けている。このため、該出力軸４０を支持するための別個の軸受は不要である。例えば、モータケース５１に別個の軸受を設ける必要はない。従って、モータケース５１は、出力軸４０の軸方向の大きさを、小さくできる。この結果、アウタロータ型モータ１０の薄型化を図ることができる。

本発明では、アウタロータ３０は、ハブ３５を一体に形成された構成を含む。

本発明のアウタロータ型モータ１０は、小型モータに採用するのに好適である。

１０ アウタロータ型モータ
２０ ステータ
２１ ステータコア（固定子鉄心）
２２ 電気子巻線
３０ アウタロータ
３３ 永久磁石
３７ａ 雌テーパ（テーパ孔）
３８ 締結部材
４０ 出力軸
４１ 雄テーパ
４２ 雄ネジ
４３ ナット
６１ 転がり軸受
ＣＬ 回転中心線
Ｇａ 空隙（エアギャップ）

アウタロータ型モータは、複数の電機子巻線を外周方向に配列したステータと、該ステータの径方向外側にエアギャップを有して複数の永久磁石を配列したアウタロータとからなる。このようなアウタロータ型モータは、特許文献１から知られている。

本発明によれば、多数（例えば２１極）の電機子巻線を外周方向に配列したステータと、該ステータの径方向外側にエアギャップを有して多数の永久磁石を配列したアウタロータとを含む、アウタロータ型モータにおいて、前記アウタロータは、出力軸にテーパ嵌合されるとともに結合され、該出力軸は、軸長手方向の１箇所のみを、前記ステータに「転がり軸受」によって回転自在に支持され、該転がり軸受は、前記ステータのステータコアの積層厚み方向の略中心に位置していることを特徴とするアウタロータ型モータが提供される。

該ステータ２０は、多数（例えば２１個）の電機子巻線２２を外周方向に等ピッチに配列したことを特徴とする。該ステータ２０は、ステータコア２１（固定子鉄心２１）と、多数の電機子巻線２２とを含む。該ステータコア２１は、複数枚の電磁鋼板が板厚方向（軸方向）に積層されることによって構成される。該ステータコア２１は、円環状のコア基部２１ａと、該コア基部２１ａの外周面から径外方へ放射状に突出した多数の突極２１ｂ（ティース２１ｂ）とからなる。

該多数の突極２１ｂは、該コア基部２１ａの外周方向に等ピッチに配列している。該各突極２１ｂには、それぞれ筒状のボビン２３が嵌め込まれている。該各ボビン２３には、それぞれ電機子巻線２２が巻かれている。この結果、各電機子巻線２２は、該各突極２１ｂの周囲に巻かれる。このような構成のステータ２０は、モータケース５１に複数のボルト２４によって固定されている。

１０ アウタロータ型モータ
２０ ステータ
２１ ステータコア（固定子鉄心）
２２ 電機子巻線
３０ アウタロータ
３３ 永久磁石
３７ａ 雌テーパ（テーパ孔）
３８ 締結部材
４０ 出力軸
４１ 雄テーパ
４２ 雄ネジ
４３ ナット
６１ 転がり軸受
ＣＬ 回転中心線
Ｇａ 空隙（エアギャップ）

Claims (1)

1. 多数の電気子巻線を外周方向に配列したステータと、該ステータの径方向外側にエアギャップを有して多数の永久磁石を配列したアウタロータとを含む、アウタロータ型モータにおいて、
   前記アウタロータは、出力軸にテーパ嵌合されるとともに結合され、
   該出力軸は、軸長手方向の１箇所のみを、前記ステータに転がり軸受によって回転自在に支持され、
   該転がり軸受は、前記ステータのステータコアの積層厚み方向の略中心に位置していることを特徴とするアウタロータ型モータ。

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