JP2021129463A

JP2021129463A - 電動機

Info

Publication number: JP2021129463A
Application number: JP2020023971A
Authority: JP
Inventors: 泰章里見; Yasuaki Satomi
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Micro Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Micro Co Ltd
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-02-17
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2040-02-17
Also published as: JP7455606B2

Abstract

【課題】電動機において、ばね部材の反力を受けずに、ロータをステータ内に組み込めるものとする。【解決手段】モータ１００（電動機）は、軸Ｃ方向の一端が開口したステータ部３０と、ステータ部３０の軸Ｃ方向の他端３０ｂから突出した回転軸１１を有する、ステータ部３０の内部に配置されたロータ部１０と、ステータ部３０の一端３０ａを塞ぐキャップ部５０と、を備え、ステータ部３０とキャップ部５０とで囲まれた空間の外部に、回転軸１１の停止状態を保持する保持トルクを付与する、コイルばね７２を有する保持トルク付与部７０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機に関する。

電動機（モータ）には、軸の回転が停止しているとき、ある程度の保持トルクによって軸の停止状態を維持する構造を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１１８７７７号公報

特許文献１に記載された電動機は、ロータやステータが組み込まれるケース（フレーム組立体）の内部に圧縮ばねを設けた構造である。そして、この圧縮ばねの弾性力により、ロータを軸受け部に押し付けることで、ロータと軸受け部の間に生じる摩擦力により、停止時の保持トルクを発生させている。

しかし、この構造は、ロータやステータをケース内に組み込みを、圧縮ばねを圧縮した状態を維持して行う必要がある。このため、圧縮ばねを指等で押さえながら、組み込み作業を行わなければならず、組み立て治具を使ったり、特別な指使い等の技能が必要であったりする。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ロータをステータ内に組み込む際に、ばね部材の反力を受けずに行うことができる電動機を提供することを目的とする。

本発明は、軸方向の一端が開口したステータ部と、前記ステータ部の前記軸方向の他端から突出した回転軸を有する、前記ステータ部の内部に配置されたロータ部と、前記ステータ部の前記一端を塞ぐキャップ部と、を備え、前記ステータ部と前記キャップ部とで囲まれた空間の外部に、前記回転軸の停止状態を保持する保持トルクを付与する、ばね部材を有する保持トルク付与部を備えた電動機である。

本発明に係る電動機によれば、ロータをステータ内に組み込む際に、ばね部材の反力を受けずに行うことができる。

本発明に係る電動機の一実施形態であるインナーロータ型のモータを示す、回転軸を含む面による縦断面図である。図１に示したモータのうち、ステータ部、ロータ部及びキャップ部を組み立てる途中の状態を示す分解断面図である。ステータ部、ロータ部及びキャップ部が組み立てられた状態を示す断面図である。図３に示した、ロータ部とステータ部とキャップ部とが組み立てられた状態で、保持トルク付与部のカラーが組み込まれた状態を示す断面図である。図４に示した状態から、保持トルク付与部のコイルばねが組み込まれた状態を示す断面図である。図５に示した状態から、保持トルク付与部の止めワッシャが組み込まれた状態を示す断面図である。止めワッシャと併せて、回転軸にピニオンギヤを適用したモータを示す図１相当の断面図である

以下、本発明に係る電動機の一実施形態について、図面を用いて説明する。

＜構成＞
図１は本発明に係る電動機の一実施形態であるインナーロータ型のモータ１００を示す、回転軸１１を含む面による縦断面図、図２は、図１に示したモータ１００のうち、ステータ部３０、ロータ部１０及びキャップ部５０を組み立てる途中の状態を示す分解断面図、図３は、ステータ部３０、ロータ部１０及びキャップ部５０が組み立てられた状態を示す断面図である。

本発明の一実施形態に係るモータ１００は、図１に示すように、ステータ部３０の内部にロータ部１０が配置され、ステータ部３０の一端３０ａ側の開口３０ｃをキャップ部５０で塞ぎ、ステータ部３０の他端３０ｂ側と回転軸１１の他端１１ｂ側との間に、ロータ部１０の回転軸１１の停止状態を保持する保持トルクを付与する保持トルク付与部７０と、を備えている。

ロータ部１０は、図２に示すように、回転軸１１と、カップコイル１２と、モールド１３と、ブッシュ１４と、整流子１５と、摺動ワッシャ１６と、を備えている。

回転軸１１は直線状に延びた棒状に形成されている。カップコイル１２は円筒状に形成されている。カップコイル１２の円筒部分は、回転軸１１の直径よりも大きく形成されている。

モールド１３は、回転軸１１とカップコイル１２とを連結する円板状に形成されている。モールド１３の円板の中心部に回転軸１１が貫通して固定され、円板の外周縁にカップコイル１２の円筒部分が固定されて、円筒部分の軸方向が回転軸１１の軸Ｃ方向に一致して、回転軸１１、モールド１３及びカップコイル１２が一体化されている。

なお、モールド１３は、回転軸１１の一端１１ａ側及びカップコイル１２の軸方向の一端１２ａ側に固定され、回転軸１１は、その固定された側の一端１１ａはモールド１３を貫通して突出している。モールド１３の、回転軸１１の一端１１ａが突出した面側からその突出した回転軸１１の一端１１ａに亘って、整流子１５が設けられている。整流子１５は後述するキャップ部５０の金属ブラシ５２と接して設けられている。

ブッシュ１４は、回転軸１１の軸Ｃ方向に沿って、モールド１３の中心部に隣接して設けられている。ブッシュ１４は、モールド１３を挟んで回転軸１１の一端１１ａとは反対側に設けられていて、モールド１３と同様に、回転軸１１が貫通している。ブッシュ１４も回転軸１１と一体に固定されている。なお、モールド１３とブッシュ１４は絶縁体であるが、ブッシュ１４は導体（金属等）であってもよい。

摺動ワッシャ１６は、ブッシュ１４よりも、回転軸１１の他端１１ｂ側に配置されている。摺動ワッシャ１６の内径は回転軸１１の外径よりも大きく形成されていて、回転軸１１に緩く嵌められている。したがって、摺動ワッシャ１６は回転軸１１に対して回転自在である。

摺動ワッシャ１６は、例えば、樹脂によって形成されている。なお、摺動ワッシャ１６の材質は樹脂に限定されるものではなく、樹脂以外の材料（例えば、金属）であってもよい。

ステータ部３０は、ハウジング３１と、マグネット支持部３３と、マグネット３２と、滑り軸受け３４と、ラジアルベアリング（転がり軸受け）３５と、を備えている。

ハウジング３１は、ロータ部１０を内側に収容するモータ１００の外装（ケース）を兼ねていて、カップコイル１２よりも外径の大きい円筒状に形成されている。マグネット支持部３３は、内側に回転軸１１が通され、外周面に後述するマグネット３２が固定された、概略略円筒状に形成された部分３３ｃ（以下、円筒部分３３ｃという。）と、この円筒部分３３ｃの他端３３ｂにおいて、ハウジング３１の他端３１ｂに結合された大径の部分３３ｄ（以下、大径部３３ｄという。）と、を有している。

したがって、ステータ部３０は、一端３０ａが開口し、他端３０ｂが大径部３３ｄによって塞がれている。

滑り軸受け３４は、円筒部分３３ｃの一端３３ａ側に固定されていて、回転軸１１が貫通した状態で、回転軸１１を回転自在に支持する。ラジアルベアリング３５は、大径部３３ｄの内側に形成された凹部３３ｅに設けられている。ラジアルベアリング３５の外輪３５ａは大径部３３ｄに固定されていて、ラジアルベアリング３５の内輪３５ｂは、回転軸１１を回転自在に支持する。

これにより、回転軸１１は、軸Ｃ方向の一端１１ａ側が滑り軸受け３４に支持され、軸Ｃ方向の他端１１ｂ側がラジアルベアリング３５に支持されて、回転自在となっている。

マグネット支持部３３の外周面に固定されたマグネット３２は、外径がカップコイル１２よりも小さく形成されている。これにより、マグネット３２とハウジング３１との間には、回転軸１１を中心とする半径方向において、円筒状の空間が形成される。この円筒状の空間には、カップコイル１２が配置される。

そして、ロータ部１０の回転軸１１を、他端１１ｂ側から、ステータ部３０の滑り軸受け３４、ラジアルベアリング３５の順に通して、図３に示すように、滑り軸受け３４に摺動ワッシャ１６を突き当て、さらに、摺動ワッシャ１６にブッシュ１４を突き当てて、摺動ワッシャ１６を滑り軸受け３４とブッシュ１４とで軸Ｃ方向に挟んだ状態とする。

このとき、カップコイル１２は、他端１２ｂ側から、マグネット３２とハウジング３１との間に形成された空間に配置され、ロータ部１０が、ステータ部３０とキャップ部５０とで囲まれた内部空間に収容された組み立て状態となる。

なお、回転軸１１の他端１１ｂは、ラジアルベアリング３５を通して、ステータ部３０とキャップ部５０とで囲まれた内部空間の外側（外部）に対応した部分に配置されている。回転軸１１は滑り軸受け３４とラジアルベアリング３５とに支持されて、回転自在となっている。

そして、滑り軸受け３４とラジアルベアリング３５とにより回転自在に支持された回転軸１１を軸Ｃ回りに回転させたとき、カップコイル１２は、マグネット３２にもハウジング３１にも接触しない状態で、ステータ部３０に対して回転する。

なお、滑り軸受け３４とブッシュ１４とで摺動ワッシャ１６を挟んだ状態では、回転軸１１の他端１１ｂは、ラジアルベアリング３５から突出した状態となる。

キャップ部５０は、短円筒状のブラシ台５１と、ブラシ台に設けられた金属ブラシ５２と、ブラシ台５１に固定されて外部に延びた電気配線５３，５４と、を備えている。電気配線５３，５４は、金属ブラシ５２と電気的に接続されている。

ブラシ台５１の中心部には、回転軸１１のモールド１３から突出した一端１１ａを通す空間が形成されている。ブラシ台５１は、外周部分がハウジング３１の一端３１ａに嵌め込まれてステータ部３０に固定される。

この状態で、回転軸１１の一端１１ａの外周に配置された整流子１５が、ブラシ台５１の中心部に形成された空間に突出した金属ブラシ５２に接した状態となる。これにより、外部から電気配線５３，５４に供給された電流が、金属ブラシ５２、整流子１５を通じてカップコイル１２に００流れて、カップコイル１２は回転軸１１と一体に、軸Ｃ回りに回転する。

図４は、図３に示した、ロータ部１０とステータ部３０とキャップ部５０とが組み立てられた状態で、保持トルク付与部７０のカラー７１が組み込まれた状態を示す断面図、図５は、図４に示した状態から、保持トルク付与部７０のコイルばね７２が組み込まれた状態を示す断面図、図６は、図５に示した状態から、保持トルク付与部７０の止めワッシャ７３が組み込まれた状態を示す断面図である。

保持トルク付与部７０は、図４〜６に示すように、回転軸１１の、ステータ部３０とキャップ部５０とで囲まれた空間の外部に対応した部分に配置されている。保持トルク付与部７０は、図４〜６に示すように、カラー７１と、コイルばね７２（ばね部材の一例）と、止めワッシャ７３（固定部材の一例）と、を備えている。

カラー７１は、図４に示すように、円筒部７１ａ（筒部の一例）の軸方向の一端に底板７１ｂが形成された部材であり、例えば金属の材料で形成されている。

カラー７１の円筒部７１ａは、マグネット支持部３３に形成された凹部３３ｅの直径よりもわずかに小さい外径で形成されている。カラー７１の底板７１ｂは、外側の面が、ラジアルベアリング３５の外輪３５ａよりも小さい直径で形成されていて、中心部には、回転軸１１を通す孔が形成されている。

そして、カラー７１は、底板７１ｂを回転軸１１の一端１１ａ側として、円筒部７１ａの軸を回転軸１１の軸Ｃ方向に沿わせた姿勢で、回転軸１１の他端１１ｂ側から、底板７１ｂの孔に回転軸１１に通して、凹部３３ｅに配置される。そして、底板７１ｂの外側の面がラジアルベアリング３５の内輪３５ｂに突き当てられた状態となっている。

コイルばね７２は、図５に示すように、カラー７１の円筒部７１ａの内側空間に、コイルばね７２の一端が底板７１ｂの内側の面に接した状態で配置されている。コイルばね７２は、軸方向に圧縮荷重の作用していない状態（弾性力が発生していない状態）での自然長が、カラー７１の円筒部７１ａの軸Ｃ方向の長さよりも長く形成されている。

止めワッシャ７３は、図６に示すように、丸平ワッシャと同様の形状であり、例えば樹脂材料で形成されている。止めワッシャ７３を形成している樹脂材料は、摺動ワッシャ１６を形成している樹脂材料とは異なる材料であるが、同じ材料であってもよい。

止めワッシャ７３の中心部に形成された孔は、回転軸１１の外径とほぼ同じか、又は回転軸１１の外径よりもわずかに小さく形成されていて、回転軸１１を通したとき、軽い圧入（軽圧入）となる。

ここで、軽圧入とは、円筒部７１ａの長さまで縮めたときに発生するコイルばね７２の弾性力を受けても、回転軸１１に固定された状態を維持することができる摩擦力に抗して、組み立て作業者の人力だけで、止めワッシャ７３を回転軸１１に圧入することができる程度の圧入を意味する。

回転軸１１にカラー７１及びコイルばね７２が配置されている状態で、止めワッシャ７３の孔に、回転軸１１の他端１１ｂ側から回転軸１１を通すように、止めワッシャ７３が回転軸１１に軽圧入される。

そして、止めワッシャ７３は、図１に示すように、カラー７１の円筒部７１ａの端面（底板７１ｂを有する側の端面とは反対側の端面（回転軸１１の他端１１ｂに近い側の端面））に突き当てられた状態とされている。

この状態において、カラー７１の、底板７１ｂを有する側の端面とは反対側の端面及び開口は、止めワッシャ７３により完全に覆われている。これにより、コイルばね７２は、止めワッシャ７３とカラー７１の円筒部７１ａ及び底板７１ｂと回転軸１１とで囲まれて閉鎖された空間に収容された状態とされている。この閉鎖された空間は、外部から内部へ細かいゴミ等の異物が侵入しない程度に密閉されている。

なお、止めワッシャ７３が回転軸１１に軽圧入される際には、止めワッシャ７３と回転軸１１との間に作用する摩擦力によって、回転軸１１が、キャップ部５０側の方向に動く。回転軸１１がキャップ部５０側に動くと、止めワッシャ７３が回転軸１１の所定の位置まで圧入することができなくなる。

このような事態を防ぐために、止めワッシャ７３が回転軸１１に軽圧入される際には、ブラシ台５１の中心部に形成された孔を通して回転軸１１の一端１１ａを他端１１ｂ側に押圧して、回転軸１１が動かないようにする。

このとき、コイルばね７２は、カラー７１の円筒部７１ａの内部において、底板７１ｂと止めワッシャ７３とに挟まれて、底板７１ｂと止めワッシャ７３との間の長さに押し縮められた状態になっている。したがって、コイルばね７２は、自然長よりも押し縮められた長さに対応した、軸Ｃ方向の両外側に向けた弾性力を発生している。

これにより、コイルばね７２は、底板７１ｂをラジアルベアリング３５に向けて押圧し、止めワッシャ７３を他端１１ｂ側に押圧している。ラジアルベアリング３５はマグネット支持部３３に固定されているのに対して、止めワッシャ７３は回転軸１１に軽圧入で固定されている。

したがって、上述したコイルばね７２に発生している弾性力は、相対的に、回転軸１１をマグネット支持部３３に対してキャップ部５０から遠ざける向き（図１の軸Ｃ方向に沿った矢印方向）に、作用している。

ロータ部１０のブッシュ１４とステータ部３０の滑り軸受け３４とにそれぞれ接している摺動ワッシャ１６は、これら両者から押圧力を受けるため、この押圧力が、コイルばね７２に発生している弾性力に応じて増大する。

この増大した押圧力は、ブッシュ１４と滑り軸受け３４との相対的な回転の際の、摺動ワッシャ１６に生じる摩擦力の増大となり、ステータ部３０に対するロータ部１０の回転を妨げる保持トルクとなる。

したがって、カラー７１、コイルばね７２及び止めワッシャ７３は、ステータ部３０に対するロータ部１０の回転を妨げる保持トルクを付与する保持トルク付与部７０として機能する。

このように、本実施形態のモータ１００は、保持トルク付与部７０によって、ステータ部３０に対するロータ部１０の回転を妨げる保持トルクを付与することができ、ステータ部３０に対してロータ部１０が停止している状態で、ロータ部１０が容易に回転するのを防止又は抑制する。

そして、保持トルク付与部７０は、ステータ部３０とキャップ部５０とで囲まれたモータ１００の内部空間ではなく、この内部空間の外部に設けられている。したがって、ロータ部１０、ステータ部３０及びキャップ部５０が組み立てられた後に、組み付けることができる。

つまり、モータ１００は、ロータ部１０とステータ部３０とが互いに組み付けられる際や、キャップ部５０がステータ部３０及びロータ部１０に組み付けられる際に、コイルばね７２の反力を受けない。

したがって、モータ１００は、コイルばね７２の弾性力の反力を受けた状態で、ロータ部１０、ステータ部３０及びキャップ部５０の組み立て作業を行う必要がない。よって、反力を受けた状態で、ロータ部１０、ステータ部３０及びキャップ部５０の組み立て作業を行う場合に比べて、組み立て作業を容易化することができる。

また、保持トルク付与部７０は、モータ１００の内部空間の外部に設けられているため、モータ１００の内部空間に、保持トルク付与部７０を配置するためのスペースを確保することがなく、モータ１００の外形を小さくすることができる。

また、本実施形態のモータ１００は、保持トルク付与部７０が付与する保持トルクが、予め設定された長さ（自然長）のコイルばね７２を、カラー７１の円筒部７１ａの長さまで縮めたときの差の長さに応じたものとすることができるため、自然長が同じコイルばね７２及び円筒部７１ａの長さが同じカラー７１を用いたモータ１００は、常に一定の保持トルクを発生することができる。したがって、モータ１００は、保持トルクの個体差によるばらつきを低減することができる。

本実施形態のモータ１００は、回転軸１１の出力側となる他端１１ｂに軽圧入された止めワッシャ７３によって、ロータ部１０側に作用するコイルばね７２の弾性力を受けているが、止めワッシャ７３は、軽圧入よりも強い摩擦力で回転軸１１に固定されていてもよい。

また、モータ１００は、回転軸１１に固定されて、コイルばね７２の上述した弾性力を回転軸１１側で受けるものであれば、止めワッシャ７３以外の形態の固定部材であってもよい。そのような固定部材としては、例えば、ピニオンギヤやプーリ等を適用することができる。これらのピニオンギヤやプーリ等の固定部材は、止めワッシャ７３とともに用いてもよい。

図７は、止めワッシャ７３と併せて、回転軸１１にピニオンギヤ２１０を適用したモータ１００を示す図１相当の断面図である。軽圧入の止めワッシャ７３は、圧入に比べて、回転軸１１との摩擦力が小さいため、コイルばね７２の弾性力を受けることで、経時的に他端１１ｂ側に移動する恐れがある。

しかし、図７に示すように、回転軸１１の他端１１ｂ側に、止めワッシャ７３の位置までピニオンギヤ２１０が圧入されたモータ１００は、ピニオンギヤ２１０が、軽圧入の止めワッシャ７３よりも強い摩擦力で回転軸１１に固定されているため、コイルばね７２の弾性力を受けても止めワッシャ７３が他端１１ｂ側に移動するのを防ぐことができる。

なお、ピニオンギヤ２１０は、回転軸１１に、圧入ではなく、接着、溶接又はねじ等により固定されていてもよい。

しかも、モータ１００は、回転軸１１にピニオンギヤ２１０が固定されているため、回転軸１１の回転を他の装置（例えば、減速装置）に伝達する場合に、他の装置に設けられた歯車に、ピニオンギヤ２１０を噛み合わせるだけで、回転軸の回転を伝達することができる。

本実施形態のモータ１００は、保持トルク付与部７０を、モータ１００の内部空間から外部に突出した回転軸１１の他端１１ｂ側に配置したものであるが、回転軸１１の一端１１ａがモータ１００の内部空間から外部に突出したものでは、保持トルク付与部７０を、回転軸１１の一端１１ａ側に配置してもよい。

この場合、例えば、キャップ部５０の中心部を通って外部に突出した回転軸１１の一端１１ａ側に保持トルク付与部７０を配置し、回転軸１１を、キャップ部５０に対して軸Ｃ方向（図１の軸Ｃ方向に沿った矢印方向とは反対方向）に付勢してもよい。

１０ロータ部
１１回転軸
１２カップコイル
３０ステータ部
３１ハウジング
３２マグネット
３３マグネット支持部
５０キャップ部
７０保持トルク付与部
７１カラー
７２コイルばね（ばね部材）
７３止めワッシャ（固定部材）
１００モータ（電動機）
Ｃ軸

Claims

軸方向の一端が開口したステータ部と、前記ステータ部の前記軸方向の他端から突出した回転軸を有する、前記ステータ部の内部に配置されたロータ部と、前記ステータ部の前記一端を塞ぐキャップ部と、を備え、
前記ステータ部と前記キャップ部とで囲まれた空間の外部に、前記回転軸の停止状態を保持する保持トルクを付与する、ばね部材を有する保持トルク付与部を備えた電動機。
前記保持トルク付与部は、前記回転軸の、前記ステータ部と前記キャップ部とで囲まれた空間の外部に対応した部分に配置されている請求項１に記載の電動機。
前記保持トルク付与部は、前記回転軸を前記ステータ部又は前記キャップ部に対して前記軸方向に付勢することにより、前記回転軸と前記ステータ部又は前記キャップ部との間の摩擦力を増大させて前記保持トルクを付与する請求項２に記載の電動機。
前記保持トルク付与部は、
前記軸方向に延びた筒部と、前記筒部の一端に形成され、前記回転軸を緩く貫通させる孔が形成され、前記ステータ部又は前記キャップ部に接して配置された底板とを有するカラーと、
前記筒部の他端に接した状態で前記回転軸に固定された固定部材と、
一端が前記底板に接し、他端が前記固定部材に接して、前記筒部の内側に前記軸方向に沿って配置された、圧縮前の自然長が前記筒部の長さよりも長い前記ばね部材と、を備えた請求項３に記載の電動機。