JP2017212853A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータにおける振動および騒音を低減する。【解決手段】軸方向の一方が開放されると共にこの開放された側の縁の部分に切り欠き部が設けられ、内側にロータを回転自在な状態で保持したモータケース２と、前記切り欠き部に嵌め込まれた電子基板１２と、電子基板１２をモータケース２との間で挟んだ状態でモータケース２の前記開放された部分に結合したエンドキャップ１１とを備え、モータケース２とエンドキャップ１１とは、４カ所の位置でのカシメによって結合され、カシメ位置は、軸方向から見た時計回りの方向における第１のカシメ位置、第２のカシメ位置、第３のカシメ位置、第４のカシメ位置にあり、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ第１の線と、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ第２の線は互いに直交する。【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに関する。

電子基板を内蔵したインナーロータ型のブラシレスモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のブラシレスモータにおける電子基板は、モータケースの開放部にモータケースとエンドキャップに挟まれる形で配置されている。ここで、モータケースとエンドキャップは、カシメによって結合されている。

特開２０１３−９９０９４号公報

特許文献１のブラシレスモータは、その動作時にステータとロータとの間で生じる電磁力によりステータの形状が繰り返し変形する。この変形は特定の周波数で生じる振動となり、騒音が発生する。本発明は、ブラシレスモータにおける上記の振動および騒音を低減することを目的とする。

本発明は、軸方向の一方が開放されると共にこの開放された側の縁の部分に切り欠き部が設けられ、内側にロータを回転自在な状態で保持したモータケースと、前記切り欠き部に嵌め込まれた電子基板と、前記電子基板を前記モータケースとの間で挟んだ状態で前記モータケースの前記開放された部分に結合したエンドキャップとを備え、前記モータケースと前記エンドキャップとは、４カ所の位置でのカシメによって結合され、前記カシメ位置は、軸方向から見た時計回りの方向における第１のカシメ位置、第２のカシメ位置、第３のカシメ位置、第４のカシメ位置であり、前記第１のカシメ位置と前記第３カシメ位置を結ぶ第１の線と、前記第２のカシメ位置と前記第４のカシメ位置を結ぶ第２の線は互いに直交するモータである。

本発明において、４カ所のカシメがロータの回転中心とモータケースの切り欠き部の中点を通る線を対称軸として線対称となる位置で行われている構造は好ましい。また、本発明において、第１の線と第２の線とがロータの回転中心の位置で交差する構造は好ましい。また、本発明において、第１の線と第２の線とが交差する位置とモータケースの切り欠き部の中点との間にロータの回転中心がある構造は好ましい。また、本発明において、電子基板には、モータケースの切り欠き部から外部に突出する突出部が設けられ、第２のカシメ位置と第３のカシメ位置とが前記切り欠き部および前記突出部と干渉しない位置にある構造は好ましい。

本発明によれば、ブラシレスモータにおける振動および騒音が低減される。

実施形態のブラシレスモータの斜視図である。 実施形態のブラシレスモータの分解斜視図である。 実施形態のブラシレスモータの断面図である。 実施形態のブラシレスモータの分解断面図である。 実施形態におけるモータケース（ハウジング）の斜視図である。 実施形態におけるエンドキャップの斜視図である。 実施形態における電子基板の正面図である。 実施形態におけるカシメ部分のカシメ前の拡大断面図（Ａ）およびカシメ後の 大断面図（Ｂ）である。 実施形態におけるカシメ位置を示す図である。 実施形態における振動の様子を示す図である。 実施形態におけるカシメ位置を示す図である。 カシメ位置と振動の状態を示す図である。 モデル毎における固有振動数の値を示すグラフである。

（構造）
以下、実施形態のブラシレスモータについて説明する。図１には実施形態のブラシレスモータ１の外観が示されている。図２にはブラシレスモータ１の分解斜視図が示されている。図３には断面図が、図４には分解断面図が示されている。ブラシレスモータ１は、インナーロータ型であり、金属材料により構成されたモータケース（ハウジング）２を備えている。モータケース２は、軸方向（回転軸方向）の一方が開放された略円筒形状を有している。モータケース２の斜視図を図５に示す。

モータケース２の内側には、ステータが固定されている。ステータは、ステータコア３、インシュレータ４、界磁コイル５を有している。ステータコア３は、軟磁性材料の薄板（例えば電磁鋼板）を積層した構造を有している。ステータコア３の形状や材質は、通常のインナーロータ型のブラシレスモータにおけるものと同じである。簡単に説明とすると、ステータコア３は、軸方向から見て軸中心の方向に延在した複数の突極（極歯）を備えた環形状を有している。ステータコア３には、絶縁のための樹脂製のインシュレータ４が装着され、このインシュレータ４の上から各突極にマグネットワイヤが巻回され、界磁コイル５が形成されている。また、ステータコア３の外周は、全周に亘ってモータケース２の内周に接触している。

モータケース２の軸方向における開放されていない側（図３，４の左側）には、外径および内径が狭められた縮径部２ａが形成されている。縮径部２ａの内側には、軸受６が固定されており、軸受６は、ロータ１７の回転軸となるシャフト７を回転自在な状態で保持している。シャフト７は、縮径部２ａに設けられた開口部から外側（図３，４の左側）に突出している。シャフト７には、ロータ１７が固定されている。

ロータ１７は、スリーブ８、軟磁性材料により構成され円筒形状を有するロータヨーク９、およびロータマグネット１０により構成されている。スリーブ８とロータヨーク９は、シャフト７に固定されている。ロータヨーク９の内側にはスリーブ８が固定され、ロータヨーク９の外周には、円筒形状を有するロータマグネット１０が固定されている。ロータマグネット１０は、周方向に交互に極性が反転するように多極着磁がされた永久磁石により構成されている。ロータマグネット１０は、その外周面がステータコア３の内周面（突極面）に隙間を隔てた状態で対向している。

また、モータケース２には、ブラシレスモータ１を設置対象となる部材に固定するための金属材料からなるフロントプレート１６が取り付けられている。フロントプレート１６とモータケース２とは、溶接により複数の箇所で溶着されている。フロントプレート１６には、螺子孔あるいはボルト孔１８が設けられている。この螺子孔あるいはボルト孔１８を利用して、ブラシレスモータ１の対象物への取り付けが行われる。

モータケース２の開放された側（図３，４の右側）の縁の部分には、他の部分に比較して薄肉とされた縁部２１が設けられている。縁部２１の内側には、周方向に延在する段差が設けられた段差部２２、切り欠き部２４（図５参照）、切り欠き部２５が設けられている。また、図５の符号２３の部分にも、縁部２１および段差部２２と同様な構造を有する縁部２６とその内側の段差部２７（図４参照）が設けられている。

モータケース２の開放された側には、電子基板１２と、電子基板１２をモータケース２との間でサンドイッチ状に挟み込むエンドキャップ１１が配置されている（図３，４参照）。図６には、エンドキャップ１１の斜視図が示されている。エンドキャップ１１は、金属製であり、軸方向の寸法の短い円筒部１１ａ、外径および内径が縮径された円筒形状を有した縮径部１１ｃ、円筒部１１ａと縮径部１１ｃとを繋ぐ円板部１１ｂ、縮径部１１ｃの端部に設けられ、中央にシャフト７が通る孔が設けられた円板部１１ｄ、切り欠き部１１ｅを備えている。

エンドキャップ１１の円筒部１１ａの縁の部分には、軸から離れる方向に折り曲げられたフランジ部１１６が設けられている。フランジ部１１６には、後述する電子基板１２をモータケース２に向けて押さえ付けるための爪部１１３，１１４，１１５が設けられている。エンドキャップ１１の縮径部１１ｃの内側には、軸受１４が固定されている（図３参照）。軸受１４は、シャフト７を回転自在な状態で保持している。軸受１４とエンドキャップ１１の円板部１１ｄとの間には、ウェーブワッシャ１５が挟まれている。

電子基板１２は、ロータ１７の回転を検出するセンサやその周辺回路、界磁コイル５に駆動電流を供給する駆動回路等を搭載したプリント基板である。電子基板１２には、コネクタ１３（図３，４参照、図２では図示省略）が取り付けられている。コネクタ１３には、外部からの配線が接続される。なお、電子基板１２に搭載したコネクタ１３以外のＩＣ、抵抗、コンデンサ、センサ部品等の各種の電子部品については図示省略されている。電子基板１２の中央には、シャフト７を通すための孔１２ａが設けられている。

電子基板１２の コネクタ１３が固定された部分は、軸中心から離れる方向（ラジアル方向）に突出した突出部１２１となっている（図７参照）。突出部１２１は、図１と図２にも記載されている。突出部１２１とコネクタ１３は、組み立てられた状態（図３の状態）において、モータケース２の切り欠き部２４（図５参照）およびエンドキャップ１１の切り欠き部１１ｅ（図６参照）の部分に嵌り、その先端の部分は切り欠き部２４，１１ｅから外部に突出し露出する。図３の状態において、切り欠き部２４の縁２４ａ（図５参照）の部分に電子基板１２の突出部１２１（図７参照）が接触し、切り欠き部２５の縁２５ａ（図５参照）に電子基板１２の突出部１２２（図７参照）が接触する。この状態において、モータケース２の段差部２２から切り欠き部２４，２５の縁２４ａ，２５ａまでの寸法が、電子基板１２の厚さ寸法より大きい値に設定されているため、電子基板１２がモータケース２と接触した状態で段差部２２，２７が露出する。

モータケース２、電子基板１２およびエンドキャップ１１の結合は以下のようにして行われる。まず、図４の位置関係において、切り欠き部２４の縁２４ａ（図５参照）に電子基板１２の突出部１２１（図７参照）を接触させ、切り欠き部２５の縁２５ａに電子基板１２の突出部１２２を接触させる。この状態において、エンドキャップ１１をモータケース２に接触させる。この際、エンドキャップ１１のフランジ部１１６をモータケース２の段差部２２（図５参照）に接触させる。こうして図８（Ａ）の状態が得られる。

図８（Ａ）の状態において、縁部２１および２６（図４，５参照）の４箇所に切れ込みを入れて内側に折り曲げ、切りカシメ加工が行われる。この切りカシメ加工により、折り曲げ部２１ａが形成され、図８（Ｂ）の状態を得る。なおこの際、縁部２６の部分にも折り曲げ部２１ａと同様な折り曲げ部が形成される。上記の切りカシメ加工を行い図８（Ｂ）の状態を得ることで、モータケース２にエンドキャップ１１が固定される。

図８（Ｂ）の状態では、エンドキャップ１１のフランジ部１１６がモータケース２の段差部２２に接触し、電子基板１２は、エンドキャップ１１の爪部１１３〜１１５（図６参照）によってモータケース２の側に押え付けられる。爪部１１３〜１１５は、軸に垂直な方向から見て、フランジ部１１６の端部よりもモータケース２の方向に突出している。このため、電子基板１２とフランジ部１１６との間には、僅かな隙間１１７が確保される。

上記の切りカシメ加工では、図８（Ｂ）に示すように、エンドキャップ１１の縁（フランジ部１１６）をモータケース２の段差部２２に接触させた状態において、モータケース２の縁部２１の先端の部分に２箇所切り込みを入れて折り曲げ部２１ａを形成し、その折り曲げ部２１ａを内側（軸中心側）に折り曲げる。こうすると、内側に折り曲げられた折り曲げ部２１ａが、エンドキャップ１１のフランジ部１１６を抱き込む形状となり、折り曲げ部２１ａと段差部２２との間にフランジ部１１６が挟まれる。同様の構造は、縁部２６においても得られる。このカシメ構造が周方向における４箇所に設けられることで、爪部１１３〜１１５と切り欠き部の縁２４ａ，２５ａとの間に電子基板１２を挟んだ状態でエンドキャップ１１とモータケース２とが結合した構造が得られる。

以下、上記の４か所のカシメが行なわれる部分の位置について説明する。図９は、カシメ位置を示す説明図である。図９には、４カ所でカシメを行った場合が示されている。図９において、基準線は、図５の切り欠き部２４および図６の切り欠き部１１ｅの中点（周方向における中央の位置）とシャフト７の中心（回転中心）を通る。図９には、基準線に対して線対称な４カ所の位置で図８に関連して説明したカシメを行った場合が示されている。

図１０には、図９の構造を採用した場合に回転動作時に生じるモータケース（ハウジング）２の振動の様子を軸方向から見た状態が示されている。図１０には、コンピュータシミュレーションによって求めたモータケース（ハウジング）２に生じる円環２次モードの振動の様子が誇張して示されている。図１０に示すように、モータケース２に生じる振動は、カシメ位置が振動のほとんど発生しない振動の節になる。

図１１は、図３の右の方向から見たカシメ位置を説明する図である。図１１には、シャフト中心（回転中心）と切り欠き部２４および切り欠き部１１ｅの中点を通る線を基準線（０°）とし、この基準線を起点として、時計回りにカシメ箇所の角度位置が記載されている。図１２は、カシメ箇所とモータケースに生じる振動との関係を説明する図である。また、図１２には、動作時にモータケース（ハウジング）２に生じる振動の固有周波数が記載されている。また、図１３には、各モデルにおける固有振動数の違い示したグラフが示されている。振動の影響を抑えるには、振動の固有周波数が高い程よい。よって、図１２の各モデルの場合、モデル２が最も好ましく、次にモデル４の場合が好ましい。

図１２において、モデル１は、基準線を起点（０°）として、時計回り方向で捉えて、第１のカシメ箇所が３０°の位置で、第２のカシメ位置が１２３°の位置で、他のカシメ位置は基準線に対して線対称となる位置に配置とした場合である。

モデル２（等配モデル）は、基準線を起点（０°）として、第１のカシメ箇所が４５°の位置で、各カシメ箇所を９０°間隔の均等配置とした構成である。モデル２では、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ線と、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ線は互いに直交し、この直交する交点とシャフト中心は一致する。

モデル３（不等配モデル）は、基準線を起点として、第１のカシメ箇所が０°（基準線上）の位置で、第２〜第４のカシメ位置がそれぞれ３６°、１０８°、２１６°の位置で、各カシメ位置を不等間隔に配置した構成である。

モデル４（直交モデル）は、基準線を起点（０°）として、第１のカシメ箇所が３３°の位置で、第２のカシメ位置が１２３°の位置で、他のカシメ位置は基準線を対称軸として線対称となる位置とした構成である。モデル４では、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ線と、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ線は互いに直交し、この直交する交点は、基準線上にあるがシャフト中心と一致しない。

なお、切り欠き部２４，１１ｅは、基準線に対して線対称な形状であり、カシメ位置と干渉しない位置において、約６０°〜１００°の角度範囲の大きさに設定が可能である。切り欠き部２４，１１ｅは、コネクタ１３や接続配線等が外部とつながる構造とするために必要となる。切り欠き部２４，１１ｅの角度範囲は、コネクタ１３や接続配線等が占める寸法あるいは電子基板１２に設けられた突出部１２１の幅を勘案して決定される。

図１２のモデル５（矩形モデル）は、基準線を起点（０°）として、第１のカシメ箇所が５７°の位置で、第２のカシメ位置が１２３°の位置で、他のカシメ位置は基準線に対して線対称となる位置とした構成である。

図１２に示すように、モデル３（２５８４Ｈｚ）とモデル５（３２１６Ｈｚ）は、モデル１（３２９８Ｈｚ）よりも振動の固有周波数が低い値となる。また、モデル２（３５４２Ｈｚ）とモデル４（３３１５Ｈｚ）は、モデル１（３２９８Ｈｚ）に比べて振動の固有周波数が高い値となる（下記表１も参照）。

表１から分かるように、モデル２またはモデル４の構成とすれば、モデル１よりも振動を低減でき、その結果、騒音を低減することができる。ここで、切り欠き部２４，１１ｅの角度範囲が制約されないのであれば、モデル２の構成が最も振動低減の効果を有する。他方で、コネクタ１３の寸法の確保や接続端子の面積の確保等の理由により、切り欠き部２４，１１ｅの角度範囲をある程度確保しなければならない場合は、モデル４の構造が好ましい。特にモータを小型化（小径化）した場合、コネクタ等の寸法を無闇に小型化できず、相対的に切り欠き部２４，１１ｅの角度範囲をある程度確保する必要がある場合がある。このような場合は、モデル４の構造が有用となる。

以上述べたように、軸方向の一方が開放されると共にこの開放された側の縁の部分に切り欠き部２４が設けられ、内側にロータ１７を回転自在な状態で保持したモータケース２と、切り欠き部２４に嵌め込まれた電子基板１２と、電子基板１２をモータケース２との間で挟んだ状態でモータケース２の前記開放された部分に結合したエンドキャップ１１とを備え、モータケース２とエンドキャップ１１とは、４カ所の位置でのカシメによって結合され、カシメ位置は、軸方向から見た時計回りの方向における第１のカシメ位置、第２のカシメ位置、第３のカシメ位置、第４のカシメ位置にあり、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ第１の線と、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ第２の線は互いに直交する。

ここで、４カ所のカシメがロータ１７の回転中心と切り欠き部２４の中点を通る線を対称軸として線対称となる位置で行われている。また、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ第１の線と、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ第２の線とが、ロータ１７の回転中心と切り欠き部２４の中点を通る線上で交差している。

モデル２の構造では、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ第１の線と、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ第２の線とはロータ１７の回転中心の位置で交差している。

モデル４の構造では、第１のカシメ位置と第３のカシメ位置を結ぶ線を第１の線、第２のカシメ位置と第４のカシメ位置を結ぶ線を第２の線とした場合に、第１の線と第２の線が交差する位置と切り欠き部２４の中点との間に、ロータ１７の回転中心が位置する。すなわち、第１の線と第２の線が交差する位置は、ロータ１７の回転中心から見て、切り欠き部２４と反対の側にある。この構造によれば、切り欠き部２４の周方向における角度範囲を大きくした場合であっても、切り欠き部２４（電子基板１２の突出部１２１）とカシメが行われる位置との干渉を防止しつつ、動作時の振動を抑えることができる。

１…ブラシレスモータ、２…モータケース、２ａ…縮径部、３…ステータコア、４…インシュレータ、５…界磁コイル、６…軸受、７…シャフト、８…スリーブ、９…ロータヨーク、１０…ロータマグネット、１１…エンドキャップ、１１ａ…円筒部、１１ｂ…円板部、１１ｃ…縮径部、１１ｄ…円板部、１１ｅ…切り欠き部、１２…電子基板、１２ａ…孔、１３…コネクタ、１４…軸受、１５…ウェーブワッシャ、１６…フロントプレート、１７…ロータ、１８…螺子孔あるいはボルト孔、２１…縁部、２１ａ…折り曲げ部、２２…段差部、２３…縁部および段差部が設けられている部分、２４…切り欠き部、２４ａ…切り欠き部の縁、２５…切り欠き部、２５ａ…切り欠き部の縁、２６…縁部、２７…段差部、１１３…爪部、１１４…爪部、１１５…爪部、１１６…フランジ部、１１７…隙間、１２１…突出部、１２２…突出部。

Claims (5)

1. 軸方向の一方が開放されると共にこの開放された側の縁の部分に切り欠き部が設けられ、内側にロータを回転自在な状態で保持したモータケースと、
   前記切り欠き部に嵌め込まれた電子基板と、
   前記電子基板を前記モータケースとの間で挟んだ状態で前記モータケースの前記開放された部分に結合したエンドキャップと
   を備え、
   前記モータケースと前記エンドキャップとは、４カ所の位置でのカシメによって結合され、
   前記カシメ位置は、軸方向から見た時計回りの方向における第１のカシメ位置、第２のカシメ位置、第３のカシメ位置、第４のカシメ位置であり、
   前記第１のカシメ位置と前記第３のカシメ位置を結ぶ第１の線と、前記第２のカシメ位置と前記第４のカシメ位置を結ぶ第２の線は互いに直交するモータ。
2. 前記４カ所のカシメが前記ロータの回転中心と前記切り欠き部の中点を通る線を対称軸として線対称となる位置で行われている請求項１に記載のモータ。
3. 前記第１の線と前記第２の線とが前記ロータの回転中心の位置で交差する請求項２に記載のモータ。
4. 前記第１の線と前記第２の線とが交差する位置と前記切り欠き部の中点との間に前記ロータの回転中心がある請求項２に記載のモータ。
5. 前記電子基板には、前記切り欠き部から外部に突出する突出部が設けられ、
   前記第２のカシメ位置と前記第３のカシメ位置とが前記切り欠き部および前記突出部と干渉しない位置にある請求項４に記載のモータ。

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