JP2017184312A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の同軸度が高いモータを提供すること。【解決手段】本発明のモータ１は、ロータ１０とステータ２０を含むモータ１であって、ロータ１０は、シャフト１１と、シャフト１１の第１端側に固定される第１軸受１２と、シャフト１１の第２端側に固定される第１軸受１２と同じ外径の第２軸受１３と、シャフト１１の外側に設けられ、第１軸受１２と第２軸受１３の間に配置されるマグネット１４と、を含み、ステータ２０は、マグネット１４、第１軸受１２及び第２軸受１３を収容する筒状の軸受スリーブ２１と、軸受スリーブ２１の外周に配置されるコイル２２と、コイル２２の外周に配置されるステータコア２３と、を含み、軸受スリーブ２１は、内径がほぼ均一に形成されている。【選択図】図１

Description

本発明はモータに関する。

従来のモータの多くは、一方の軸受が設けられるとともにステータを収容するケーシング本体と、一方の軸受及びステータを有するケーシング本体にロータを挿入後、ケーシング本体の開口を塞ぐように取付けられる他方の軸受が設けられたケーシングカバーを有する構造になっている（特許文献１参照）。

特開２０１５―９１１５２号公報

ところで、ロータのアンバランス（触れ）やステータに対する偏心による磁気回路の偏りは、モータの回転性能に大きく影響するため、その精度を確保するために回転軸となるシャフトの両端を支持する軸受の高い同軸度を得ることが重要であり、特に、高速回転するモータでは、軸受のより高い同軸度が求められる。

しかしながら、ケーシングが別部品であるケーシング本体とケーシングカバーとからなる場合、嵌め合いによるガタや加工公差等の影響によって軸受の高い同軸度を得ることが難しいという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、軸受の同軸度が高いモータを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のモータは、ロータとステータを含むモータであって、前記ロータは、シャフトと、前記シャフトの第１端側に固定される第１軸受と、前記シャフトの第２端側に固定される前記第１軸受と同じ外径の第２軸受と、前記シャフトの外側に設けられ、前記第１軸受と前記第２軸受の間に配置されるマグネットと、を含み、前記ステータは、前記マグネット、前記第１軸受及び前記第２軸受を収容する筒状の軸受スリーブと、前記軸受スリーブの外周に配置されるコイルと、前記コイルの外周に配置されるステータコアと、を含み、前記軸受スリーブは、内径がほぼ均一に形成されている。

（２）上記（１）の構成において、前記軸受スリーブは、前記第１軸受及び前記第２軸受の径方向の動きを規制して前記第１軸受及び前記第２軸受を同軸に保っている。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記軸受スリーブが絶縁性材料で形成されている。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの構成において、前記ステータコアと前記コイルの間には絶縁性部材が設けられている。

（５）上記（１）から（４）のいずれか１つの構成において、前記軸受スリーブは、厚みが０．４ｍｍ以上５.０ｍｍ以下である。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つの構成において、前記軸受スリーブは、外径がほぼ均一に形成されている。

（７）上記（１）から（６）のいずれか１つの構成において、前記軸受スリーブを用いることによって、前記マグネットの外周面と前記軸受スリーブの内周面との間は、１．０ｍｍ以内の隙間とすることが可能である。

本発明によれば、軸受の同軸度が高いモータを提供することができる。

本発明に係る実施形態のモータのシャフトの延出方向に沿った断面図である。 本発明に係る実施形態のモータの分解斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

図１は本発明に係る実施形態のモータ１のシャフト１１の延出方向に沿った断面図であり、図２はモータ１の分解斜視図である。
図１に示すように、モータ１は、ロータ１０と、ステータ２０と、ケーシング３０と、を含んでいる。

（ロータ）
ロータ１０は、シャフト１１と、シャフト１１の第１端側（図左側）に固定される第１軸受１２と、第１軸受１２と同じ外径の第２軸受１３と、シャフト１１の外側に設けられ、第１軸受１２と第２軸受１３の間に配置されるマグネット１４と、を含んでいる。第２軸受１３は、シャフト１１の第２端側（図右側）に固定される。

第１軸受１２には、転がり軸受が用いられており、外輪１２ａと、シャフト１１の外周面に圧入や接着等で固定される内輪１２ｂと、外輪１２ａと内輪１２ｂの間に介在し、外輪１２ａと内輪１２ｂを相互に回転可能に架橋するボール１２ｃと、を備えている。

また、第２軸受１３にも第１軸受１２と同様の転がり軸受を用いており、外輪１３ａと、シャフト１１の外周面に圧入や接着等で固定される内輪１３ｂと、外輪１３ａと内輪１３ｂの間に介在し、外輪１３ａと内輪１３ｂを相互に回転可能に架橋するボール１３ｃと、を備えている。

さらに、ロータ１０は、第１軸受１２と第２軸受１３の間に予圧を付与するスプリング１６と、そのスプリング１６を受けるスプリングシート１５と、を備えている。

図２に示すように、スプリングシート１５には、中央に、第２軸受１３の外輪１３ａ（図１参照）に嵌めるための開口１５ａが設けられており、スプリングシート１５は、外輪１３ａ（図１参照）に嵌められた後、例えば、外輪１３ａ（図１参照）に対して接着固定される。
そして、スプリングシート１５の開口１５ａの周囲には、スプリング１６を収納するスプリング収容部１５ｂが設けられており、そのスプリング収容部１５ｂにスプリング１６が配置される。

なお、本実施形態では、シャフト１１の外周面に、直接、マグネット１４が固定されることで、マグネット１４がシャフト１１の外側に設けられている場合を示しているが、シャフト１１の外周面にロータヨークが固定され、そのロータヨークの外周面にマグネット１４が固定されることで、マグネット１４がシャフト１１の外側に設けられているようにしてもよい。

（ステータ）
図１に示すように、ステータ２０は、マグネット１４、第１軸受１２及び第２軸受１３を収容する筒状の軸受スリーブ２１と、軸受スリーブ２１の外周に配置されるコイル２２と、コイル２２の外周に配置されるステータコア２３と、を含んでいる。

また、ステータ２０は、軸受スリーブ２１の第１端側（図左側）が挿入され、ステータコア２３の第１端側（図左側）を受ける第１ステータキャップ２５と、軸受スリーブ２１の第２端側（図右側）が挿入され、ステータコア２３の第２端側（図右側）を受ける第２ステータキャップ２４と、を含んでいる。

（ケーシング）
ケーシング３０は、ケーシング本体部３１と、ケーシング本体部３１の第１端側（図左側）に設けられる第１ケーシングキャップ３２と、ケーシング本体部３１の第２端側（図右側）に設けられる第２ケーシングキャップ３３と、を含んでいる。

ケーシング本体部３１は、ステータ２０の外径に対応した内径を有し、第２端側（図右側）の内径が小さくされて第２ステータキャップ２４を受ける受面３１ａが形成されている。

以上のような構成からなるモータ１について、図２を参照して簡単に組立て手順の一例を説明しながら、より詳細なモータ１の構成について説明する。
まず、ステータ２０及びロータ１０をそれぞれ組立てる。

例えば、ステータ２０の組立ては、外径がほぼ均一に形成された軸受スリーブ２１の外周面上にコイル２２を被せるように配置し、さらに、コイル２２の外周面上に被せるようにステータコア２３を配置する。

なお、ステータコア２３を被せる前に、例えば、コイル２２とステータコア２３の間を絶縁する絶縁樹脂をコイル２２の外周面に設けるようにしておいて、ステータ２０の状態のときに、ステータコア２３とコイル２２の間に絶縁性部材が設けられているようにしておくのがよい。

ただし、ステータコア２３とコイル２２の間の絶縁は、このような方法に限られるものではなく、はじめからコイル２２を絶縁性材料で被覆するように、コイル２２を絶縁樹脂でモールドしておいてもよいし、逆に、ステータコア２３の内周面を絶縁樹脂で被覆しておいてもよい。
このように、ステータコア２３とコイル２２の間に設けられる絶縁性部材の態様は特に限定されるものではない。

そして、軸受スリーブ２１の第１端側（図左側）を第１ステータキャップ２５の挿入孔２５ａに挿入するようにして軸受スリーブ２１の第１端側（図左側）に第１ステータキャップ２５を装着するとともに、軸受スリーブ２１の第２端側（図右側）を第２ステータキャップ２４の挿入孔２４ａに挿入するようにして軸受スリーブ２１の第２端側（図右側）に第２ステータキャップ２４を装着するとステータ２０が完成する。

なお、軸受スリーブ２１に対する第１ステータキャップ２５及び第２ステータキャップ２４の固定は、特に限定されるものではないが、例えば、接着剤によって固定する。

また、例えば、ロータ１０の組立ては、シャフト１１上にマグネット１４を成形後、シャフト１１の第１端側（図左側）を第１軸受１２の内輪１２ｂに圧入するとともに、シャフト１１の第２端側（図右側）を第２軸受１３の内輪１３ｂに圧入する。

なお、本実施形態では、モータ１の回転軸となるシャフト１１がモータ１の第１端側（図左側）から導出される場合を示しているため、シャフト１１の第１端側（図左側）に第１軸受１２を取付ける際に、シャフト１１を導出する長さ分、モータ１の第１端側（図左側）に第１軸受１２からシャフト１１が導出されるように第１軸受１２が取付けられている。

しかしながら、このシャフト１１が導出される側がモータ１の第２端側（図右側）であってもよく、この場合には、第２軸受１３を取付ける際に、シャフト１１を導出する長さ分、モータ１の第２端側（図右側）に第２軸受１３からシャフト１１が導出されるように第２軸受１３が取付けられるようにすればよい。

そして、このように、シャフト１１に第１軸受１２と第２軸受１３とが取付けられると、次に、第２軸受１３の外輪１３ａの外周面にスプリングシート１５を固定する。
具体的には、第２軸受１３の外輪１３ａをスプリングシート１５の中央の開口１５ａに嵌めるようにして、第２軸受１３の外輪１３ａにスプリングシート１５を配置する。

そして、スプリングシート１５には、第２軸受１３の外輪１３ａの外周面に沿って軸方向（シャフト１１の軸方向）に溝１５ｃ（図２参照）が形成されているので、そこに接着剤を塗布して第２軸受１３の外輪１３ａとスプリングシート１５を固定する。

なお、この溝１５ｃ（図２参照）は、スプリングシート１５のスプリング１６が配置される側からスプリングシート１５の厚さの途中までの溝１５ｃ（図２参照）とされており、接着剤がマグネット１４側に流れ出ないようになっている。
ただし、本実施形態では、接着固定でスプリングシート１５を第２軸受１３に固定しているが、固定方法は接着固定に限定される必要はない。

このようにスプリングシート１５が取付けられた後、スプリングシート１５の開口１５ａの周囲に設けられたスプリング１６を収納するスプリング収容部１５ｂにスプリング１６を収容させるとロータ１０が完成する。

上記のようにして、組立てられたロータ１０及びステータ２０は、次にケーシング３０に収容され、モータ１が完成する。
具体的には、ステータ２０を、図２の点線矢印Ａで示すように、第２ステータキャップ２４が第２ステータキャップ２４を受ける受面３１ａ（図１参照）に当接するまで、ケーシング本体部３１の第１端側（図左側）からケーシング本体部３１内に挿入し、図２の点線矢印Ｂで示すように、ロータ１０をケーシング本体部３１の第２端側（図右側）からケーシング本体部３１内に収容されているステータ２０の軸受スリーブ２１内に挿入する。

ここで、第１ケーシングキャップ３２には、第１軸受１２を嵌合する段差３２ａが設けられているので、軸受スリーブ２１の第１端側（図左側）から出た第１軸受１２の外輪１２ａ（図１参照）に、この段差３２ａの部分を嵌合させるようにして、第１ケーシングキャップ３２をケーシング本体部３１に図示しないネジで固定する。

なお、本実施形態では、第１ケーシングキャップ３２に切り欠き３２ｂが形成されており、そこに接着剤を塗布すると、段差３２ａの嵌合部分に接着剤が流入して第１軸受１２の外輪１２ａの一端側（図左側）の端面と第１ケーシングキャップ３２の段差３２ａの面との間が接着できるようになっている。

ただし、接着固定は必須の要件ではなく、例えば、段差３２ａが第１軸受１２の外輪１２ａを圧入できるサイズになっていれば、接着固定を行う必要がない場合もある。

最後に、ケーシング本体部３１の第２端側（図右側）に第２ケーシングキャップ３３をケーシング本体部３１の第２端側（図右側）に図示しないネジで固定するとモータ１が完成する。

なお、第２ケーシングキャップ３３には、スプリングシート１５の溝１５ｃに挿入される突起（図示せず）が設けられており、第２ケーシングキャップ３３をケーシング本体部３１に取付けるときに、その突起がスプリングシート１５の溝１５ｃに挿入されて第２軸受１３の外輪１３ａの回転方向の移動を規制する。
ただし、溝１５ｃの深さの方が突起の挿入量よりも深く形成されており、第２軸受１３の外輪１３ａの軸方向（シャフト１１の軸方向）への動きは許されるようになっている。

この溝１５ｃは、上述した第２軸受１３の外輪１３ａの外周面にスプリングシート１５を接着固定するのにも用いられている溝であり、本実施形態では、この溝１５ｃは、突起を挿入する溝にも流用しているが、別途、突起を挿入するためだけの溝を設けるようにしてもよい。

このため、図１に示すように、第２軸受１３の外輪１３ａがスプリング１６によって第１端側（図左側）に付勢され、シャフト１１を介してその付勢力が第１軸受１２の外輪１２ａにも伝達され、第１軸受１２及び第２軸受１３にスプリング１６による予圧が付与される。

一方、上述したように、第１軸受１２及び第２軸受１３は、軸受スリーブ２１に隙間嵌めで径方向の動きが規制されており、この予圧のための軸方向（シャフト１１の軸方向）の動きだけが許されるようになっている。

そして、この軸受スリーブ２１は、１つのドリルツールで一気に孔をあけるように加工されているため、内径がほぼ均一になっており、このようにして形成された軸受スリーブ２１によって径方向の動きが規制された第１軸受１２及び第２軸受１３は、高い同軸度に保たれた状態となるためロータ１０のアンバランス（触れ）を抑制することができる。

しかも、軸受スリーブ２１は外径もほぼ均一に形成されており、このような内外径がほぼ均一な軸受スリーブ２１を基準にしてロータ１０及びステータ２０のコイル２２やステータコア２３が配置されているため、ロータ１０のステータ２０に対する偏心も抑制されるので磁気回路の偏りが抑制されて、回転性能の高いモータ１を実現することができる。

ところで、本実施形態では、軸受スリーブ２１を比較的硬度が高く、絶縁性を有するセラミック材料を用いて形成するようにしている。
軸受スリーブ２１は、金属等で形成することも可能であるが、金属等の導電材料で形成すると、ステータ２０からの磁力を受けて渦電流が発生し、モータ１の駆動効率が低下するおそれがある。
このため、軸受スリーブ２１は絶縁性材料で形成されているのが好適である。

一方、磁気的な面で見れば、軸受スリーブ２１は厚みが薄いほど望ましいが、薄すぎると加工が困難になり、逆に厚みが厚いと加工性はよくなるが磁気的な面で好ましくない。
これらのことを考慮すると、軸受スリーブ２１の厚みは０．４ｍｍ以上５.０ｍｍ以下であることが好適である。

さらに、ステータ２０とロータ１０との間には、ロータ１０が回転するために隙間が必要であるが、効率よくモータ１を駆動させるためには、この隙間は小さい方がよい。

本実施形態の場合、内径がほぼ均一に形成されている軸受スリーブ２１で第１軸受１２と第２軸受１３との間の同軸が取られており、高い同軸性を有する。そして、マグネット１４の外周面に対向している部分が、軸受スリーブ２１の内周面であるため、ステータ２０とロータ１０との間の隙間を小さくする設計が可能である。隙間を小さくすることにより、コイル２２やステータコア２３などの他の構成部品の設計自由度を高くすることができる。

例えば、マグネット１４の外周面と軸受スリーブ２１の内周面との間の隙間は、１．０ｍｍ以内に設計することが可能であり、本実施形態では０．２ｍｍの隙間を実現できている。
ただし、外径が比較的大きいモータ（例えば、５０ｍｍφ）では、所望の磁気特性を確保するために、１ｍｍを超える隙間で設計することが望ましい場合もありうるため、マグネット１４の外周面と軸受スリーブ２１の内周面との間の隙間は、１．０ｍｍ以内が必須であると限定するものではない。

以上、本発明のモータ１について、実施形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明のモータ１は上記の構成によって次のような効果も有している。
第１軸受１２及び第２軸受１３は隙間嵌めによって軸受スリーブ２１内に収容されているが、隙間嵌めとはスプリング１６の付勢力を受けたときに、はじめて軸方向（シャフト１１の軸方向）への移動ができる嵌め合いであり、軸受スリーブ２１の内周面と第１軸受１２の外輪１２ａの外周面及び第２軸受１３の外輪１３ａの外周面との間にはほとんど隙間がない。

そして、マグネット１４は、軸受スリーブ２１、第１軸受１２及び第２軸受１３によってほぼ密閉状態にある空間内に位置している。
このため、モータ１が駆動するときに回転する部分が、このほぼ密閉された空間内に集約されているため極めて静音性の高いモータとすることができる。

以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、第２ケーシングキャップ３３の中央には、シャフト１１の第２端側（図右側）が配置される開口が設けられているが、このシャフト１１の第２端側（図右側）はモータ１から導出される必要はなく、したがって、シャフト１１の第２端側（図右側）の長さを短くして、第２ケーシングキャップ３３に当たらないようにして第２ケーシングキャップ３３の中央の開口を設けないようにしてもよい。

このように、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…モータ、１０…ロータ、１１…シャフト、１２…第１軸受、１２ａ…外輪、１２ｂ…内輪、１２ｃ…ボール、１３…第２軸受、１３ａ…外輪、１３ｂ…内輪、１３ｃ…ボール、１４…マグネット、１５…スプリングシート、１５ａ…開口、１５ｂ…スプリング収容部、１５ｃ…溝、１６…スプリング、２０…ステータ、２１…軸受スリーブ、２２…コイル、２３…ステータコア、２４…第２ステータキャップ、２４ａ…挿入孔、２５…第１ステータキャップ、２５ａ…挿入孔、３０…ケーシング、３１…ケーシング本体部、３１ａ…受面、３２…第１ケーシングキャップ、３２ａ…段差、３２ｂ…切り欠き、３３…第２ケーシングキャップ

Claims (7)

1. ロータとステータを含むモータであって、
   前記ロータは、
   シャフトと、
   前記シャフトの第１端側に固定される第１軸受と、
   前記シャフトの第２端側に固定される前記第１軸受と同じ外径の第２軸受と、
   前記シャフトの外側に設けられ、前記第１軸受と前記第２軸受の間に配置されるマグネットと、を含み、
   前記ステータは、
   前記マグネット、前記第１軸受及び前記第２軸受を収容する筒状の軸受スリーブと、
   前記軸受スリーブの外周に配置されるコイルと、
   前記コイルの外周に配置されるステータコアと、を含み、
   前記軸受スリーブは、内径がほぼ均一に形成される、
   モータ。
2. 前記軸受スリーブは、前記第１軸受及び前記第２軸受の径方向の動きを規制して前記第１軸受及び前記第２軸受を同軸に保っている請求項１に記載のモータ。
3. 前記軸受スリーブが絶縁性材料で形成されている請求項１又は請求項２に記載のモータ。
4. 前記ステータコアと前記コイルの間には絶縁性部材が設けられている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記軸受スリーブは、厚みが０．４ｍｍ以上５.０ｍｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記軸受スリーブは、外径がほぼ均一に形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記軸受スリーブを用いることによって、前記マグネットの外周面と前記軸受スリーブの内周面との間は、１．０ｍｍ以内の隙間とすることが可能である請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。

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