JP2019024320A - アウターロータ型ブラシレスモータ - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、空調機器のルーバーを駆動・制御するようなモータの場合、モータによって開閉制御等が行われるが、使用用途によっては、ルーバーを開放位置などに移動し、その状態のまま、モータを停止すると共に、ルーバーの位置を開放位置に保持するような場合がある。
このように、ロータに外力がかかりやすい使用環境下で、ロータの位置を保持し続けたいような場合、モータには高い保持トルクが求められる。
このため、従来のように、ステータコアを利用して保持トルクを得る方法では、適切な回転制御を保証するという構造上の制約から、最適な保持トルクを得ることが難しいという問題がある。
また、この構造上の制約は、保持トルクの値を細かく設定することも難しくしている。
(1)本発明のアウターロータ型ブラシレスモータは、ロータフレームの中心に設けられたシャフトと前記ロータフレームの外周部に設けられたロータマグネットとを有するロータ部と、前記シャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングと、前記外周部の内側であって前記軸受ハウジングの外周に前記ロータマグネットと対向するように設けられ、ステータコアの複数の第1突極部に絶縁体を介して巻線が施されたステータ部と、前記外周部の内側であって前記軸受ハウジングの外周に前記ロータマグネットと対向するように設けられ、前記ステータコアと同軸上に配置される複数の第2突極部を有するトルク保持部とを備え、前記第1突極部が、前記第2突極部と異なる数にされている。
(3)上記(1)または(2)の構成において、前記第2突極部が巻回されたコイルを有する。
(4)上記(1)から(3)のいずれかの構成において、前記第2突極部は、前記ロータマグネットと対向する部分において、折り曲げられている。
(5)上記(1)から(4)のいずれかの構成において、前記ロータマグネットは、別体で形成されている。
実施形態の説明では全体を通して、同じ要素には同じ番号を付与している。
図1は、本発明のアウターロータ型ブラシレスモータ1の全体構成を示す断面図である。
図1に示される本発明のアウターロータ型ブラシレスモータ1は、ロータ部10、軸受ハウジング20、ステータ部50、トルク保持部60、ベース基板30及び回路基板40から主に構成されている。
ロータ部10は、カップ形状の中央部に開口部を有したロータフレーム11と、その開口部に固定されたロータボス12と、ロータボス12に固定された回転軸となるシャフト13と、ロータフレーム11の外周部の内側に取付けられた円筒状のロータマグネット14で構成されている。
なお、図1では、ロータフレーム11とは別部品のロータボス12を介してシャフト13を固定した場合を示しているが、ロータフレーム11にシャフト13を固定する構造を一体的に形成し、直接、シャフト13がロータフレーム11に固定されてもよい。
軸受ハウジング20は、軸受ハウジング20の中央に軸受構造21を有し、シャフト13を回転自在に軸受けする。
なお、図1では、軸受構造21と軸受ハウジング20とが別部品である場合を示しているが、軸受ハウジング20の内部に、直接、軸受構造21を一体的に形成したようなものでもよい。
このワッシャー22は、ロータ部10の回転時にロータボス12と軸受ハウジング20の間で発生する回転抵抗を軽減するために介在させている部品である。
なお、上記ワッシャー22は、スラストベアリングや玉軸受と呼ばれる場合もある。
ステータ部50は、ステータコア51と絶縁体(例えば、インシュレータ)52と巻線(コイル)53とから構成されている。
図1に示されるステータコア51は、複数の電磁鋼板を積層した構造を有し、圧入等により軸受ハウジング20の外周に固定されている。
また、ステータコア51は複数の第1突極部54を有する構造であり(図2参照)、それぞれの第1突極部54に絶縁体52を介してコイル53が巻かれている。なお、ステータコア51に関しては後ほど詳細に説明する。
図1に示されるトルク保持部60は、複数の電磁鋼板を積層した構造を有し、圧入等によって軸受ハウジング20の外周に固定されている。
なお、トルク保持部60は、磁性材料であればよく、積層構造でなくてもよい。つまり、一枚もののプレートのようなものであってもよい。
また、後ほど詳細に説明するが、トルク保持部60は、複数の第2突極部61を有する構造をしている(図3参照)。
図1に示される例では、軸受ハウジング20の下部に、鉄やアルミといった材質からなるベース基板30が取り付けられており、そのベース基板30上には、ステータコア51の第1突極部54を励磁するためのコイル53に供給する電流等を制御するための、ICやホール素子といった電子部品を搭載した回路基板40が貼り付けられている。
そして、コイル53の端部は回路基板40に半田等によって電気的に接続されている。
以下、図2及び図3を参照しながら、本発明の第1実施形態について説明する。
初めに、図2を参照しながら第1実施形態のモータ部の構成(ロータ部10及びステータ部50)について説明し、その後、図3を参照しながら、保持トルクを高めるための構成(ロータ部10及びトルク保持部60)について説明する。
図2は、図1のA−A線断面を示した図である。
図2に示す例では、ロータマグネット14の磁極数が12極とされ、ステータコア51の第1突極部54が9個(9スロット)とされている。
なお、図2では、ロータフレーム11の外周部の図示を省略している。
また、ステータコア51も、円周方向に均等間隔で第1突極部54が設けられ、番号(1)、(2)、(3)の第1突極部54が、順次、繰り返されるように配置されている。
このモータ駆動の一例をあげれば、例えば、番号(2)の3つの第1突極部54がS極に励磁されると、番号(2)の第1突極部54に近いロータマグネット14のN極が、この番号(2)の第1突極部54に引き寄せられる。
従って、ロータ部10は反時計回りに回転する方向に動くことになる。
この回転により、番号(2)の第1突極部54の箇所は、図2の番号(1)の第1突極部54のように、ロータマグネット14のN極だけが対向しているような状態に変わる。
この状態で、今後は、番号(3)の3つの第1突極部54がS極に励磁されると上記番号(2)の第1突極部54で説明したのと同様の動作が、番号(3)の第1突極部54の箇所で起きるのでロータ部10は、さらに、反時計回りに回転する方向に動くことになる。
但し、上記説明は、モータ駆動の状態がわかり易いように、番号(2)、(3)、(1)を順番に励磁していくように説明した。
しかしながら、モータ駆動を実現するための励磁の方法は上記に限定されるものではない。
この場合、番号(2)の第1突極部54はロータマグネット14のN極を引き寄せようとし、番号(3)の第1突極部54はロータマグネット14のS極を引き寄せようとする。
この引き寄せる力は、図2を見るとわかるように、どちらもロータ部10を反時計回りに回転させるように作用する。
従って、このように励磁しても反時計回り方向にロータ部10は回転する。
従って、今度は、番号(3)、(1)の第1突極部54を、それぞれS極、N極となるように励磁すれば、さらに、ロータ部10は反時計回り方向に回転する。
このような励磁を繰り返すことでもロータ部10は反時計回り方向に回転する。
具体的には、図2の状態で、第1突極部54が番号(3)→(2)→(1)→(3)→・・・の順番で反時計回り方向にS極に励磁されると、ロータ部10は時計回りに回転する。
例えば、図2の状態で、番号(3)、(2)の第1突極部54が、それぞれS極、N極に励磁されれば、ロータ部10は時計回り方向に回転することになる。
以下、図3を参酌しながら、保持トルクを高めるための構成であるトルク保持部60について説明を行う。
図3は、図1のB−B線断面を示した図である。
なお、図3では、ロータフレーム11の外周部の図示を省略している。
図1に示されるように、ロータマグネット14は、このトルク保持部60がある位置まで配置されている。
また、第2突極部61はロータマグネット14に対向する先端から基端部に至るまで略同じ幅に形成されており、各第2突極部61の基端部が繋がっている。
従って、トルク保持部60の各第2突極部61と、それに対向するロータマグネット14の各磁極とは、互いに引き付け合う(以下、「吸引力」という。)。
この吸引力によって、保持トルクが高められることになる。
そして、この一対の第2突極部61が、それぞれ対向するロータマグネット14の磁極の状態を見ると、どちらも同じ状態となるようにされている。
つまり、この一対の第2突極部61は、一方の第2突極部61がロータマグネット14の磁極のN極に対向していれば、他方も磁極のN極と対向し、また、一方の第2突極部61が磁極のN極とS極との境界線上に対向していれば、他方の第2突極部61も磁極のN極とS極との境界線上に対向する配置となる。
この力は、ロータフレーム11でロータマグネット14と連結関係にあるシャフト13と、トルク保持部60を固定している軸受ハウジング20との間に作用し、シャフト13を回転中心からずらす(偏心させる)ことになる。
このため、シャフト13が偏心するようなことが避けられる。
さらに、周方向で見ても、略均等間隔で均一に、吸引力が発生するようになっている。
従って、モータが回転するときに、その吸引力によって、回転軸がずれて偏心回転状態になるような不具合がなく、また、モータの停止状態においては、周方向に安定した保持トルクが得られるようになっている。
従って、ステータコア51として求められる機能はステータコア51の構造で実現され、トルク保持部60はステータコア51として求められる機能を果たすための構造上の制約を受けずに、必要な保持トルクを得るための最適設計が可能である。
この結果、このトルク保持部60を有する本発明のアウターロータ型ブラシレスモータ1では、最適な保持トルクを実現することができる。
また、この最適設計のための構造上の制約がないことで、必要に応じて、保持トルクの値を細かく設定することも可能になっている。
このため、ステータコアの製造ラインを流用することで部品単価も低く抑えることができる。
一方、トルク保持部60はロータマグネット14の磁極数と同じ12個の第2突極部61を有するものとされており、従って、第1突極部54と第2突極部61とが、異なる数に構成されている。
本発明の第2実施形態について、図4を参照しながら、説明する。
なお、図4は、図1のB−B線断面を示した図であり、ロータフレーム11については、図示を省略している。
本発明の第2実施形態は、図4に示されるように、基本的な構成は第1実施形態と同じである。
この場合、コイル62の巻き方は、順次、正転巻きと逆転巻きを繰り返すようにすることが好ましい。
つまり、隣接する第2突極部61同士は、コイル62の巻き方向が逆になっている。
このようにしておくと、コイル62に電流を供給した時に、図4に示すように、第2突極部61は、交互にN極、S極となるように励磁される。
本発明の第3実施形態について、図5及び図6を参照しながら、説明する。
図5は、第3実施形態のアウターロータ型ブラシレスモータ1の全体構成を示す断面図である。
上述した第1実施形態と異なる点は、トルク保持部60aが電磁鋼板を積層したものではなく、磁性材料からなる1枚のプレートからなり、第2突極部61のロータマグネット14に対向する先端部分61aがロータマグネット14に沿うように折り曲げられている点である。
つまり、ロータマグネット14の磁極数は12極であり、トルク保持部60aの第2突極部61は周方向に均等間隔で12個形成されている。
また、図示していないが、本実施形態でも第1実施形態と同様に、第2突極部61はロータマグネット14に対向する先端から基端部に至るまで略同じ幅に形成されている。
図5では、第2突極部61のロータマグネット14に対向する先端部分61aをステータ部50側に向けて折り曲げているが、この折り曲げ方向は、特に限定されるものではなく、図6に示すように、ステータ部50と反対側に向けて折り曲げた先端部分61bとしてもよい。
また、図6に示すように、トルク保持部60aがステータ部50のインシュレータ52に当接するように配置されてもよい。
本発明の第4実施形態について、図7及び図8を参照しながら、説明する。
図7は、第4実施形態のアウターロータ型ブラシレスモータ1の全体構成を示す断面図である。
図7に示すアウターロータ型ブラシレスモータ1は、第3実施形態の図5に示したものと比較して、ロータマグネット14が、ステータ部50に対向する部分14bと第2突極部61の先端部分61aに対向する部分14aとで別体に形成されている点が異なり、その他の点は、第3実施形態の図5に示したものと同様である。
また、図8に示すように、第2突極部61の先端部分をステータ部50と反対側に向けて折り曲げた先端部分61bとしたものにおいても、同様に、ロータマグネット14を別体で形成するようにしてもよい。
第1実施形態から第4実施形態では、いずれもトルク保持部60、60aの第2突極部61が12個とされ、ロータマグネット14の磁極(12極)と同じ数とされている。
しかしながら、この第2突極部61は、必ずしも、ロータマグネット14の磁極と同数にする必要はない。
次に、このロータマグネットの磁極数と第2突極部61の数に関する説明を行う。
なお、以下の説明では、第1実施形態で示したトルク保持部60と対比しながら説明を行うが、第2実施形態、第3実施形態、及び、第4実施形態においても同様である。
なお、図9から図12は、図1のB−B線断面を示す図であり、ロータフレーム11については、図示を省略したものである。
また、周方向に安定した保持トルクを得るためには、周方向で見たときに第2突極部61が略均等間隔で均一に配置されていれば良い。
なお、このような状態を以降では「第1実施形態と類似の配置」という。
以下、図9から図12に示された第2突極部61の配置について、さらに説明する。
このとき、ロータマグネット14は、第2突極部61(6個)の2倍の磁極(12極)を有している。
このとき、ロータマグネット14は、第2突極部61(4個)の3倍の磁極(12極)を有している。
上記のように、図9及び図10は、トルク保持部60が、ロータマグネット14の磁極(12極)と同じ数の第2突極部61を有する場合を基準にして、前述した第1実施形態と類似の配置となるように、いくつかの第2突極部61が、1つの第2突極部61にまとめられることで実現されている。
このとき、ロータマグネット14は、第2突極部61(6個)の2倍の磁極(12極)を有している。
このとき、ロータマグネット14は、第2突極部61(4個)の3倍の磁極(12極)を有している。
以上のことから、第2突極部61の好適な配置のためには、ロータマグネット14が、第2突極部61の整数倍の磁極を有していれば良いことがわかる。
例えば、第3実施形態および第4実施形態において、図4を参照して説明した第2実施形態のように、トルク保持部60aの第2突極部61に巻線(コイル)を設けるようにしてもよい。
また、第4実施形態で示したロータマグネット14を別体で形成する態様を第1実施形態や第2実施形態に適用するようにしてもよい。
さらに、前述したように、トルク保持部60、60aは磁性材料で形成されていればよいので、トルク保持部60、60aは磁性材料であれば、ステータコア51の材料と異なる材料で形成されていてもよい。
その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
10 ロータ部
11 ロータフレーム
12 ロータボス
13 シャフト
14 ロータマグネット
20 軸受ハウジング
21 軸受構造
22 ワッシャー
30 ベース基板
40 回路基板
50 ステータ部
51 ステータコア
52 絶縁体(インシュレータ)
53 巻線(コイル)
54 第1突極部
60、60a トルク保持部
61 第2突極部
61a、61b 先端部分
62 巻線(コイル)
Claims (5)
- アウターロータ型ブラシレスモータであって、
ロータフレームの中心に設けられたシャフトと前記ロータフレームの外周部に設けられたロータマグネットとを有するロータ部と、
前記シャフトを回転自在に支持する軸受ハウジングと、
前記外周部の内側であって前記軸受ハウジングの外周に前記ロータマグネットと対向するように設けられ、ステータコアの複数の第1突極部に絶縁体を介して巻線が施されたステータ部と、
前記外周部の内側であって前記軸受ハウジングの外周に前記ロータマグネットと対向するように設けられ、前記ステータコアと同軸上に配置される複数の第2突極部を有するトルク保持部とを備え、
前記第1突極部が、前記第2突極部と異なる数にされていることを特徴とするブラシレスモータ。 - 前記ロータマグネットが前記第2突極部の整数倍の磁極を有することを特徴とする請求項1に記載のブラシレスモータ。
- 前記第2突極部が巻回されたコイルを有することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
- 前記第2突極部は、前記ロータマグネットと対向する部分において、折り曲げられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
- 前記ロータマグネットは、別体で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のブラシレスモータ。
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