JP2018102091A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向における厚みの増加を抑制しつつ、高トルクのモータを提供すること。【解決手段】回転軸と、回転軸に固定されたヨークと、ヨークに固定された永久磁石と、を備える回転子と、永久磁石と対向して配置された磁性部材と、磁性部材に巻き回されたコイルと、を備える固定子と、を有し、コイルの巻き回し方向は、回転子の周方向である。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関する。

近年、モータの薄型化が求められている。特許文献１には、突設部に連結された連結部からなる固定子と、突設部を励磁する突設部に嵌合されたボビンに整列巻きされた角線を備え、複数の突設部を回転子の径方向のうちの一方向に対して平行になるよう配設する直流ブラシレスモータが開示されている。

特開２００３−１８９５７０号公報

近年、モータは多種多様な分野で利用されており、分野によっては更なる薄型化および高トルク化が望まれている。モータは、コイルの巻回数が多いほど 磁束が大きくなり、トルクを増加させることができる。しかしながら、特許文献１の直流ブラシレスモータでは、コイルの巻回数に比例して、回転軸の軸方向におけるコイルの厚みが厚くなるため、軸方向におけるモータの厚みも増加してしまう。

このような課題に鑑みて、本発明は、軸方向における厚みの増加を抑制しつつ、高トルクのモータを提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのモータは、回転軸と、回転軸に固定されたヨークと、ヨークに固定された永久磁石と、を備える回転子と、永久磁石と対向して配置された磁性部材と、磁性部材に巻き回されたコイルと、を備える固定子と、を有し、コイルの巻き回し方向は、回転子の周方向であることを特徴とする。

本発明によれば、軸方向における厚みの増加を抑制しつつ、高トルクのモータを提供することができる。

本発明の実施形態に係るモータの斜視図である。 図１のＡ−Ａ点線に沿って切断した断面図である。 積層体で構成された磁性部材を示す図である。 動力伝達機構が組み込まれたモータの斜視図である。 図４のＢ−Ｂ点線に沿って切断した断面図である。 動力伝達機構が組み込まれ、コイルが回転子の周囲の領域のうち、全領域に配置されているモータの断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

まず、本発明の実施形態に係るモータ１の構成について説明する。図１は、モータ１の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ点線に沿って切断した断面図である。

モータ１は、回転子１４と、固定子１８と、を有する。回転子１４は、回転の出力を担う回転軸１１と、圧入などで回転軸１１に固定されたヨーク１２と、ヨーク１２の外径に装着により固定された永久磁石１３と、を備える。ヨーク１２および永久磁石１３は、回転軸１１の回転とともに回転する。

回転軸１１には、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼などが用いられる。また、ヨーク１２には、例えば、軟磁性体や鉄材などが用いられる。また、永久磁石１３には、例えば、フェライト磁石、ネオジム磁石およびサマリウムコバルト磁石などの硬磁性材料などが用いられる。

回転軸１１は、図２に示されるように、２個のベアリング２１によって支持される。２個のベアリング２１のそれぞれの隙間には、ベアリング２１を定位置与圧の状態にするために、ワッシャ２３が配置されている。

ベアリング２１は、ベアリングホルダ２２によって支持される。ベアリングホルダ２２は、モータ１の外囲器を構成する部材であるハウジング２５にスピニングかしめ等で取り付けられている。

ベアリング２１には、例えば、高炭素クロム軸受鋼鋼材などが用いられる。また、ベアリングホルダ２２には、例えば、機械構造用炭素鋼などが用いられる。また、ワッシャ２３には、鉄やリン青銅などが用いられる。また、ハウジング２５には、例えば、Ａｌ合金や鋼板などが用いられる。

固定子１８は、回転子１４の周方向に沿って配置された永久磁石１３と対向する位置に、永久磁石１３との間にエアギャップ（間隙）を設けて複数配置された磁性部材２０と、磁性部材２０に巻き回されたコイル１９と、を備える。

複数の磁性部材２０はそれぞれ、第１の磁性部材１５、第２の磁性部材１６および第３の磁性部材１７を備える。第１の磁性部材１５と第２の磁性部材１６、および第２の磁性部材１６と第３の磁性部材１７はそれぞれ、磁路として連結される。また、磁性部材２０は、ハウジング２５に接する状態で、接着や溶接等で固定されており、これにより、モータ１の小型化と放熱性の向上を図ることができる。

コイル１９は、その巻き回し方向（矢印Ｃで示される方向）が、回転子１４の周方向と同一方向になるように第３の磁性部材１７に巻き回されている。コイル１９が回転子１４の周方向と同一方向へ巻き回されることで、モータ１の高トルク化のためにコイル１９の巻回数を増加させた場合でも回転軸１１の軸方向におけるコイル１９の厚みが厚くなることを抑制することができる。そのため、回転軸１１の軸方向におけるモータ１の厚みの増加を抑制することが可能となる。なお、コイル１９は、ボビン（不図示）に巻き回されて、第３の磁性部材１７の周囲に配置されていてもよい。

本実施形態では、磁性部材２０の永久磁石１３と対向する側の少なくとも一部は、複数の板状磁性体が積層された積層体で構成されている。これにより、永久磁石１３の周辺で生じやすい鉄損を低減することが可能である。なお、磁性部材２０の永久磁石１３と対向する面が積層体で形成された面であれば、このような効果を得ることができる。

さらに鉄損を低減するために、磁性部材２０のコイル１９が巻き回された部分、すなわち第３の磁性部材１７は、複数の板状磁性体が積層された積層体で構成されていてもよい。なお、第３の磁性部材１７のコイル１９と対向する面が積層体で形成された面であれば、このような効果を得ることができる。

磁性部材２０は、図２および図３に示されるように、永久磁石１３と対向する側から、コイル１９が巻き回された部分まで、複数の板状磁性体が積層された積層体で構成されていることが好ましい。すなわち、鉄損を低減するために、第１の磁性部材１５、第２の磁性部材１６、および第３の磁性部材１７は、複数の板状磁性体が積層された積層体で構成されていることが好ましい。

なお、図３において、第２の磁性部材１６および第３の磁性部材１７は、磁束の通り道が塞がらないように結合される。

また、第２の磁性部材１６および第３の磁性部材１７に鉄芯を使用してもよい。鉄芯は、例えば、軟磁性体などを切削加工して作成される。また、第２の磁性部材１６および第３の磁性部材１７に加圧成形することで作製された圧粉成形体などを使用してもよい。圧粉成形体は、例えば、原料粉末を金型で一体成形し、焼結加工して作製される。このとき、第２の磁性部材１６および第３の磁性部材１７は一体に形成されている。

本実施形態では、図１および図２に示されるように、磁性部材２０の一部は、絶縁部材２４で覆われている。コイル１９は絶縁部材２４を介して磁性部材２０に巻き回されているため、コイル１９と磁性部材２０は絶縁されている。絶縁部材２４は、例えば、高分子化合物や樹脂などから構成される。

本実施形態では、図１および図２に示されるように、コイル１９は、回転子１４の周囲の領域のうち一部の領域（第１の領域）に配置されている。すなわち、コイル１９は、回転子１４の周囲に、回転軸１１に対して回転非対称に配置されている。これにより、回転子１４の周囲の領域のうち、コイル１９が配置されていない領域（スペース、第２の領域）を設けることができ、設けられたスペースに動力伝達機構などを配置することが可能となる。特に、設けられたスペースに動力伝達機構を配置する場合、後述するように、動力伝達のためのギヤの数を削減することができるため、動力の伝達ロスを低減することができる。

次に、モータ１に、回転子１４の動力を伝達する動力伝達機構４６が組み込まれた構成について説明する。図４は、動力伝達機構４６が組み込まれたモータ１の斜視図である。図５は、図４のＢ−Ｂ点線に沿って切断した断面図である。なお、図４では、構成を見やすくするため、図５に示されるモータ取り付け板金４１、４２、スプロケット４４ｂは図示していない。

回転子１４、固定子１８および動力伝達機構４６は、図５に示されるように、モータ取り付け板金４１、４２の間に配置されている。第１の磁性部材１５は、絶縁部材２４を介さずにモータ取り付け板金４２に接して配置されている。そのため、モータ１の放熱性を向上させることができる。

動力伝達機構４６は、図４および図５に示されるように、回転軸１１に固定された出力ギヤ（第１の動力伝達機構）４５と、出力ギヤ４５からの動力を伝達する伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂと、を有する。

本実施形態では、出力ギヤ４５からの動力を伝達する第２の動力伝達機構として、伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂが設けられているが、伝達ギヤ４４ａのみで出力ギヤ４５からの動力を伝達してもよい。

ここで、図６を用いて、固定子１１８のコイル１１９が回転子１１４の周囲の領域のうち、全領域に配置されているモータ１００に組み込まれた動力伝達機構の配置について説明する。図６は、動力伝達機構が組み込まれ、コイル１１９が回転子１１４の周囲の領域のうち、全領域に配置されているモータ１００の断面図である。

コイル１１９は、回転子１１４の周囲の領域のうち、全領域に配置されている。すなわち、コイル１１９は、回転子１１４の周囲に、回転軸１１１に対して回転対称に配置されている。

モータ１００において、回転軸１１１に固定された出力ギヤ１０８と、伝達ギヤ１０６およびスプロケット１０７との間にコイル１１９が介在しているため、出力ギヤ１０８に伝達ギヤおよびスプロケット１０７を直接組み込むことができない。

モータ１００を高トルク化するために、コイル１１９の巻回数を増やした場合、回転軸１１１の軸方向におけるコイル１１９の厚みが増加してしまう。このとき、出力ギヤ１０８に伝達ギヤ１０６およびスプロケット１０７を直接組み込むことが一層困難になる。したがって、図６に示されるように、モータ１００からの動力を伝達するためには、出力ギヤ１０８と伝達ギヤ１０６およびスプロケット１０７との間に伝達ギヤ１０４、１０５を設ける必要がある。しかしながら、伝達ギヤ１０４、１０５を設けることで、モータ１００からの動力の伝達ロス、およびスプロケット１０７の停止位置精度の低減を招いてしまう。

本実施形態では、図４および図５に示されるように、コイル１９は、回転子１４の周囲の領域のうち一部の領域（第１の領域）に配置されている。一部の領域に配置されているとは、回転子１４の周囲の領域の全領域には配置されていないということを意味する。すなわち、コイル１９は、回転子１４の周囲に、回転軸１１に対して回転非対称に配置されている。そのため、前述したように、回転子１４の周囲の領域のうち、コイル１９が配置されていない領域（第２の領域）を設けることができる。本実施形態では、伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂは、コイル１９が配置されていない領域、すなわちコイル１９の配置されている領域とは異なる領域に配置されている。言い換えると、回転軸１１の軸方向から見た場合、コイル１９および動力伝達機構４６は、互いに重ならないように配置されている。本実施形態では、伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂは、回転子１４の周方向において、コイル１９とは異なる位置に配置されている。また、伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂは、回転軸１１の軸方向から見た場合、回転子１４とコイル１９との間の領域に配置されていてもよい。

したがって、本実施形態のモータ１では、出力ギヤ４５と伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂとの間に設けられるギヤの数を、図６のモータ１００に比べて減らすことができる。本実施形態では、図４および図５に示されるように、出力ギヤ４５は、複数の伝達ギヤを介することなく、伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂに動力を直接伝達する。これにより、本実施形態では、動力の伝達ロスを低減することができるとともに、伝達ギヤ４４ａおよびスプロケット４４ｂの停止位置精度を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態の構成により、軸方向における厚みの増加を抑制しつつ、高トルクのモータを提供することができる。本実施形態の構成は、特に、ブラシレスモータに適用されることが好ましい。ブラシレスモータとは、直流モータから機械的接触部である整流子とブラシを取り除き、電子的な整流回路を備えたモータである。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ モータ
１１ 回転軸
１２ ヨーク
１３ 永久磁石
１４ 回転子
１８ 固定子
１９ コイル
２０ 磁性部材

Claims (10)

1. 回転軸と、前記回転軸に固定されたヨークと、前記ヨークに固定された永久磁石と、を備える回転子と、
   前記永久磁石と対向して配置された磁性部材と、前記磁性部材に巻き回されたコイルと、を備える固定子と、を有し、
   前記コイルの巻き回し方向は、前記回転子の周方向であることを特徴とするモータ。
2. 前記磁性部材の前記永久磁石と対向する側の少なくとも一部は、複数の板状磁性体が積層された積層体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記磁性部材の前記コイルが巻き回された部分は、複数の板状磁性体が積層された積層体で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記回転子の動力を伝達する動力伝達機構を更に有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記動力伝達機構は、前記回転軸に固定された第１の動力伝達機構と、前記第１の動力伝達機構からの動力を伝達する第２の動力伝達機構と、を備えることを特徴とする請求項４に記載のモータ。
6. 前記コイルは、前記回転子の周囲の領域のうち、一部の領域に配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記コイルは、前記回転子の周囲の領域のうち、一部の領域に配置され、
   前記第２の動力伝達機構は、前記回転子の周囲の領域のうち、前記一部の領域とは異なる領域に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のモータ。
8. 前記コイルおよび前記第２の動力伝達機構は、前記回転子の周方向において、互いに異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のモータ。
9. 前記回転軸の軸方向から見た場合、前記コイルおよび前記第２の動力伝達機構は、互いに重ならないように配置されていることを特徴とする請求項７または８に記載のモータ。
10. 前記コイルは、前記回転子の周囲に、前記回転軸に対して回転非対称に配置されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のモータ。