JP2020103020A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータを大型化せずに、砂鉄や塵埃が機器内に侵入することを防止することが可能なモータの提供。【解決手段】モータ１は、回転部２と、静止部３と、軸受４と、を有する。回転部２は、上下に延びる中心軸を中心として、軸方向に延びるシャフト５を有する。静止部３は、回転部２の内側に配置され、ステータ９を有する。軸受４は、シャフト５を支持する。回転部２は、ロータヨーク６と、マグネット８と、を有する。ロータヨーク６は、磁性体であり、筒状である。マグネット８は、ロータヨーク６の内周面に固定され、ステータ９と径方向に対向する。ロータヨーク６は、壁部６２と、先端部６３と、を有する。壁部６２は、内周面から径方向内側に延び、マグネット８と軸方向に対向する。先端部６３は、壁部６２よりも軸方向下方に延びる。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関する。

従来、アウターロータ型のモータが知られている。アウターロータ型のモータは、マグネットを有する回転部と、ステータコアを有する静止部と、を有する。マグネットは、ステータコアの径方向外側に配置される。例えば、特許文献１のモータにおいて、ロータヨークはステータの周囲を取り囲み、軸受装置により回動可能に支承されている。

特開２０００―１８９８９３号公報

外部環境下においてモータを使用する場合、砂に含まれた砂鉄や塵埃が機器内に侵入する恐れがある。特許文献１では、ロータを覆うカバーを設けることで、砂鉄がマグネットに吸着されたり、隙間に塵埃が侵入して動作不良を招くといった事態を阻止している。しかしながら、カバーを設けることでモータは大型化し、重量が増える。

上記の点に鑑み、本発明は、モータを大型化せずに、砂鉄や塵埃が機器内に侵入することを防止することが可能なモータを提供することを目的とする。

本発明の例示的なモータは、回転部と、静止部と、軸受と、を有する。回転部は、上下に延びる中心軸を中心として、軸方向に延びるシャフトを有する。静止部は、回転部の内側に配置され、ステータを有する。軸受は、シャフトを支持する。回転部は、ロータヨークと、マグネットと、を有する。ロータヨークは、磁性体であり、筒状である。マグネットは、ロータヨークの内周面に固定され、ステータと径方向に対向する。ロータヨークは、壁部と、先端部と、を有する。壁部は、ロータヨークの内周面から径方向内側に延び、マグネットと軸方向に対向する。先端部は、壁部よりも軸方向下方に延びる。

本発明の例示的なモータによれば、モータを大型化せずに、砂鉄や塵埃が機器内に侵入することを防止することが可能である。

図１は、本発明の第１実施形態におけるモータの縦断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。 図３は、本発明の第２実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。 図４は、本発明の第３実施形態におけるモータの縦断面図である。 図５は、本発明の第３実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。 図６は、本発明の第４実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本書では、モータの中心軸が延びる方向を単に「軸方向」と呼び、モータの中心軸を中心として中心軸と直交する方向を単に「径方向」と呼び、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を単に「周方向」と呼ぶ。また、本書では、説明の便宜上、軸方向を上下方向とし、図１における上下方向をモータの上下方向として各部の形状及び位置関係を説明する。なお、この上下方向の定義がモータの使用時の向き及び位置関係を限定するものではない。

図１は、本発明の第１実施形態におけるモータ１の縦断面図である。モータ１はアウターロータ型のモータであり、例えば小型の無人飛行機（不図示）に搭載されて回転翼を回転させる。なお、モータ１は、無人飛行機以外の用途に使用されてもよい。例えば、モータ１は、自動車や鉄道等の輸送機械、ＯＡ機器、医療機器、工具、産業用の大型設備等に搭載されて種々の駆動力を発生させるものであってもよい。

モータ１は、回転部２と、静止部３と、軸受４と、を有する。静止部３は、回転部２の内側に配置される。回転部２は、上下に延びる中心軸Ｃを中心として回転し、軸方向に延びるシャフト５を有する。軸受４は、シャフト５を支持する。軸受４は、軸方向上下一対で配置される。本実施形態において、軸受４は、ボールベアリングで構成されるが、スリーブ軸受などによって構成されても良い。

回転部２は、シャフト５と、ロータヨーク６と、蓋部７と、マグネット８と、を有する。ロータヨーク６は、磁性材料であり、軸方向に延びる筒状体である。ロータヨーク６の詳細な構成は後述する。

マグネット８は、ロータヨーク６の内周面６１に固定され、ステータ９と径方向に対向する。すなわち、マグネット８は、ステータ９の径方向外側に配置される。マグネット８は、例えば接着剤により内周面６１に固定される。本実施形態において、マグネット８は、複数の板状のマグネット８により形成される。複数のマグネット８はＮ極の磁極面とＳ極の磁極面とが交互に並ぶ。複数のマグネット８は、周方向に等間隔に配列される。なお、複数のマグネット８に替えて、単一の環状のマグネットを用いてもよい。この場合、マグネットの内周面にＮ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されていればよい。

蓋部７は、ロータヨーク６の上端に接続され、ロータヨーク６の上端を覆う。蓋部７は、径方向に延びる天面部７１と、天面部７１の径方向外側端部から下方に向かって延びる複数のリブ７２と、天面部７１の中央に貫通する貫通孔７３と、を有する。マグネット８は、隣り合うリブ７２の間に配置される。本実施形態において、シャフト５の上部は、貫通孔７３に嵌められて固定される。例えば、無人飛行機の回転翼は、蓋部７の軸方向上方に延びる、シャフト５の取付部５１に固定される。

静止部３は、ステータ９と、ブラケット１０と、軸受ハウジング１１と、基板１２と、を有する。モータ１は、ブラケット１０を介して無人飛行機のシャーシ等に固定される。

ステータ９は、マグネット８の径方向内側に配置される。ステータ９は、軸受ハウジング１１の外周部に固定される。ステータ９は、ステータコア９１及び複数のコイル９２を有する。ステータコア９１は電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなり、コアバック９１１と複数のティース９１２とを有する。

コアバック９１１は軸方向に延びた環状に形成される。複数のティース９１２はコアバック９１１の外周面からマグネット８に向かって径方向の外側に放射状に延びる。これにより、複数のティース９１２が周方向に配置される。コイル９２は各ティース９１２の周囲にそれぞれ導線を巻き回して形成される。

ブラケット１０は、ステータ９の軸方向下方に配置され、径方向に延びる。ブラケット１０は、中央部１０１と、縁部１０２と、を有する。中央部１０１は、ステータ９と軸方向に対向する。縁部１０２は、中央部１０１の径方向外側に配置される。中央部１０１の上端は、縁部１０２の上端よりも軸方向上方に位置する。すなわち、ブラケット１０は、径方向外側に向かって段差が形成される。

軸受ハウジング１１は、ステータ９の径方向内側に配置される。軸受ハウジング１１は、軸方向に延びる筒状である。軸受４は、軸受ハウジング１１の内側に保持される。さらに、シャフト５は、軸受４によって支持される。本実施形態において、ブラケット１０と軸受ハウジング１１とは一体に形成される。なお、ブラケット１０と軸受ハウジング１１とは、別体により形成されてもよい。

基板１２は、ステータ９の軸方向下方に配置される。つまり、基板１２は、ステータ９とブラケット１０との軸方向間に配置される。基板１２には、コイル９２の引出線（図示略）が電気的に接続される。基板１２には、コイル９２に駆動電流を供給するための電子回路（図示略）が実装される。コイル９２に駆動電流が供給されると、ティース９１２に磁束が生じる。そして、ティース９１２とマグネット８との間の磁束の作用により周方向のトルクが発生する。これにより、回転部２が静止部３に対して中心軸Ｃを中心として回転し、モータ１の回転動作が開始される。

図２は、本発明の第１実施形態におけるモータ１の一部を拡大して示す部分断面図である。ロータヨーク６は、壁部６２と、先端部６３と、を有する。壁部６２は、ロータヨーク６の内周面６１から径方向内側に延び、マグネット８と軸方向に対向する。先端部６３は、壁部６２よりも軸方向下方に延びる。

ロータヨーク６は磁性材料であるため、マグネット８からロータヨーク６に向かって磁束が漏れる。ロータヨーク６は、漏れ出た磁束により磁化する。モータ１を外部環境下で使用する場合、砂に含まれた砂鉄や塵埃が、外部に露出するロータヨーク６の外周面に付着し、モータ１の内部に侵入する場合がある。

本実施形態のモータ１によれば、ロータヨーク６に漏れ出た磁束は、壁部６２を通じて径方向内側に向かう。つまり、ロータヨーク６の先端部６３を通じて下端まで漏れ出る磁束を低減できる。ロータヨーク６の径方向内側に配置された壁部６２を磁化させることで、トルクの発生に寄与する磁束が増える。そのため、モータ１の効率が向上する。さらに、先端部６３に漏れ出る磁束を低減でき、モータ１外部の砂鉄等が先端部６３に付着してモータ１内部に侵入することを抑制できる。

本実施形態において、ロータヨーク６の径方向の厚みＲ１は、壁部６２の径方向の長さＲ２よりも大きい。ロータヨーク６の径方向の厚みＲ１を大きくすることで、漏れ出る磁束を低減することができる。そのため、ロータヨーク６への砂鉄等の吸着がより抑制される。

本実施形態において、壁部６２は、接着剤または第１間隙Ｆを介して、マグネット８と軸方向に対向する。マグネット８をロータヨーク６に固定する際、マグネット８の位置が上下に移動し、マグネット８の径方向外側の側面が壁部６２の径方向内側の側面に接触し、マグネット８が径方向内側に浮いて配置される恐れがある。そのような場合、例えば、作業者が浮いたマグネット８を径方向外側に押し込む必要があり、作業性が悪い。本実施形態のモータ１によれば、壁部６２とマグネット８との間に第１間隙Ｆが配置されるため、マグネ
ット８の位置が上下に移動しても、マグネット８は第１間隙Ｆ内に配置される。これにより、マグネット８が径方向内側に浮くことを抑制でき、作業性が容易である。

本実施形態において、先端部６３の軸方向の長さＬ１は、壁部６２の軸方向の長さＬ２よりも大きい。これにより、先端部６３とマグネット８の距離を大きくすることができ、漏れ出た磁束により先端部６３が磁化しにくい。そのため、ロータヨーク６への砂鉄等の吸着がより抑制される。

本実施形態において、壁部６２は、ロータヨーク６の内周面６１に沿って環状に配置される。つまり、壁部６２の設けられた部分において、ロータヨーク６の径方向の厚みは大きくなる。これにより、ロータヨーク６の剛性が高まる。そのため、モータ１の駆動時におけるティース９１２とマグネット８との間の磁束の作用に起因する振動と騒音を低減することができる。しかしながら、本発明はこれに限られない。壁部６２は、周方向において間隔をあけて複数個所に設けられてもよい。

本実施形態において、壁部６２の径方向内端は、マグネット８の径方向内端よりも径方向外側に位置する。マグネット８を、筒状のロータヨーク６に固定する際、ロータヨーク６の軸方向の端部からマグネット８が挿入される。例えば、蓋部７と反対側のロータヨーク６の下方からマグネット８を挿入する場合、マグネット８は壁部６２の軸方向上方に挿入される。本実施形態のモータ１によれば、壁部６２の径方向内端は、マグネット８の径方向内端よりも径方向外側に位置するため、マグネット８を壁部６２の径方向外側に通しながら軸方向上方に移動させて、容易に挿入することができる。

本実施形態において、先端部６３はブラケット１０と軸方向に第２間隙Ｇを介して対向する。これにより、第２間隙Ｇを通じてモータ１の外方から空気が流入する。そのため、ステータ９で発生した熱を冷却することができる。

本実施形態において、ブラケット１０の縁部１０２は、中央部１０１の径方向外側において、先端部６３と軸方向に対向する。中央部１０１の上端が縁部１０２の上端よりも軸方向上方に位置するため、先端部６３は、中央部１０１の径方向外側の側面と径方向に対向する。すなわち、第２間隙Ｇは、径方向内端において、中央部１０１の径方向外側の側面と、先端部６３の径方向内側の側面との軸方向に延びる間隙へと通じる。そのため、ロータヨーク６の下方の第２間隙Ｇから、水や埃、砂鉄等がモータ１内部に侵入しにくい。

本実施形態において、基板１２は、中央部１０１の上面に配置される。さらに、基板１２は、先端部６３と径方向に対向する。これにより、基板１２は、第２間隙Ｇから離れた位置に配置される。そのため、基板１２への水や埃、砂鉄等の付着が抑制される。

図３は、本発明の第２実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。ロータヨーク６ａは、壁部６２ａと、先端部６３ａと、を有する。ステータ９ａは、ステータコア９１ａ及び複数のコイル９２ａを有する。ステータコア９１ａは、電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板からなる。ブラケット１０ａは、ステータ９ａの軸方向下方に配置され、径方向に延びる 。基板１２ａは、ステータ９ａの軸方向下方に配置される。

図３に示す第２実施形態では、壁部６２ａの径方向内端は、マグネット８ａの径方向内端と同じ位置に位置する。これにより、ロータヨーク６ａの径方向内側に配置された壁部６２ａの磁束をより増やすことができる。また、壁部６２ａがステータコア９１ａに近付くため、トルクの発生に寄与する磁束が増え、モータ１ａの効率がさらに向上する。そして、先端部６３ａに漏れ出る磁束を低減でき、モータ１ａ外部の砂鉄等が先端部６３ａに付着してモータ１ａ内部に侵入することを抑制できる。

図４は、本発明の第３実施形態におけるモータの断面図である。図６は、本発明の第３実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。ロータヨーク６ｃは、壁部６２ｃと、先端部６３ｃを有する。先端部６３ｃは、縁部１０２ｃと軸方向に対向する先端面６４ｃを有する。先端面６４ｃは、中心軸Ｃと直交する面に対して傾斜する。ブラケット１０ｃは、中央部１０１ｃと、縁部１０２ｃと、を有する。縁部１０２ｃは、先端部６３ｃと軸方向に対向する縁面１０３ｃを有する。縁面１０３ｃは、中心軸Ｃと直交する面に対して傾斜する。

図５に示す第３実施形態では、先端面６４ｃおよび縁面１０３ｃは互いに平行に設けられる。第２間隙Ｇは、径方向内端において、中央部１０１ｃの径方向外側の側面と、先端部６３ｃの径方向内側の側面との軸方向に延びる間隙へと通じる。このため、第２間隙Ｇから、水や埃、砂鉄等がモータ１の内部に侵入しにくい。先端面６４ｃと縁面１０３ｃとが互いに平行に設けられことで、第２間隙Ｇに水や埃、砂鉄等の浸入を抑制することができる。さらに、縁面１０３ｃが中心軸と直交する面に対して傾斜することにより、モータ１の外部へ、水や埃、砂鉄等は排出されやすい。これにより、第２間隙Ｇから流入した空気は、水や埃、砂鉄等を含むことなく、ステータ９で発生した熱を冷却することができる。

図６は、本発明の第４実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。ブラケット１０ｂは、中央部１０１ｂと、縁部１０２ｂと、を有する。ロータヨーク６ｂは、壁部６２ｂと、先端部６３ｂとを有する。先端部６３ｂは、縁部１０２ｂと軸方向に対向する先端面６４ｂを有する。先端面６４ｂは、中心軸Ｃと直交する面に対して傾斜する。より具体的には、先端面６４ｂは、先端部６３ｂの径方向内側から径方向外側に向かって、軸方向下方に傾斜している。つまり、先端面６４ｂの径方向内端の位置は、径方向外端の位置よりも軸方向上側に位置する。なお、先端面６４ｂは、径方向内端から径方向外端に向かって直線状に形成されてもよく、湾曲状に形成されてもよい。

図６に示す第４実施形態では、先端面６４ｂは、径方向外側に向かうにつれて軸方向下方に傾斜する。これにより、先端面６４ｂに付着した水や埃、砂鉄等は先端面６４ｂが中心軸と直交する面に対して傾斜することによりモータ１の外部へ、排出されやすい。

図４、５および６に示す実施形態では、中央部１０１ｂ（１０１ｃ）の軸方向厚みを軸方向に更に長くする。これにより、中央部１０１ｂ（１０１ｃ）の径方向外側と対向する先端部６３ｂ（６３ｃ）の軸方向長さをさらに長くできるため、先端面６４ｂ（６４ｃ）および縁面１０３ｃの傾斜角度を更に大きくすることができる。したがって、モータ１の外部へ、水や埃、砂鉄等は更に排出され易く、水や埃、砂鉄等は更に侵入しにくい。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上記実施形態とその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。

本発明は、例えばモータにおいて利用可能である。

１・・・モータ、２・・・回転部、３・・・静止部、４・・・軸受、５・・・シャフト、５１・・・取付部、６・・・ロータヨーク、６１・・・内周面、６２・・・壁部、６３・・・先端部、７・・・蓋部、７１・・・天面部、７２・・・リブ、７３・・・貫通孔、８・・・マグネット、９・・・ステータ、９１・・・ステータコア、９１１・・・コアバック、９１２・・・ティース、９２・・・コイル、１０・・・ブラケット、１０１・・・中央部、１０２・・・縁部、１１・・・軸受ハウジング、１２・・・基板、Ｃ・・・中心軸、Ｆ・・・第１間隙、Ｇ・・・第２間隙

Claims (13)

1. 上下に延びる中心軸を中心として、軸方向に延びるシャフトを有する回転部と、
   前記回転部の内側に配置され、ステータを有する静止部と、
   前記シャフトを支持する軸受と、
   を有し、
   前記回転部は、
   磁性体である筒状のロータヨークと、
   前記ロータヨークの内周面に固定され、前記ステータと径方向に対向するマグネットと、
   を有し、
   前記ロータヨークは、
   前記内周面から径方向内側に延び、前記マグネットと軸方向に対向する壁部と、
   前記壁部よりも軸方向下方に延びる先端部と、
   を有する、モータ。
2. 前記ロータヨークの径方向の厚みは、前記壁部の径方向の長さよりも大きい、請求項１に記載のモータ。
3. 前記壁部は、接着剤または第１間隙を介して、前記マグネットと対向する、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記先端部の軸方向の長さは、前記壁部の軸方向の長さよりも大きい、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. 前記壁部は、前記内周面に沿って環状に配置される、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. 前記壁部の径方向内端は、前記マグネットの径方向内端よりも径方向外側に位置する、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. 前記壁部の径方向内端は、前記マグネットの径方向内端と同じ位置に位置する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のモータ。
8. 前記静止部は、前記ステータの軸方向下方に配置され、径方向に延びるブラケットを有し、
   前記先端部は、軸方向に第２間隙を介して、前記ブラケットと対向する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のモータ。
9. 前記ブラケットは、
   前記ステータと軸方向に対向する中央部と、
   前記中央部の径方向外側において、前記先端部と軸方向に対向する縁部と、
   を有し、
   前記中央部の上端は、前記縁部の上端よりも軸方向上方に位置する、請求項８に記載のモータ。
10. 前記先端部は、前記縁部と軸方向に対向する先端面を有し、
    前記先端面は、中心軸と直交する面に対して傾斜する、請求項９に記載のモータ。
11. 前記縁部は、前記先端部と軸方向に対向する縁面を有し、
    前記縁面は、中心軸と直交する面に対して傾斜する、請求項９または請求項１０に記載のモータ。
12. 前記先端面および前記縁面は互いに平行に設けられる、請求項１１に記載のモータ。
13. 前記静止部は、前記ステータの軸方向下方に配置される基板を有し、
    前記基板は、前記中央部の上面に配置され、かつ前記先端部と径方向に対向する、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載のモータ。

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