JP2023086311A - ドローン用モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ドローン用モータを軽量化する。【解決手段】ドローン用モータ１００は、ハウジング１０、パンチングプレート５、ロータ７、及びステータ８を備える。ハウジング１０は、開口部を含む天板２を有する。パンチングプレート５は、開口部を覆うように天板２に取り付けられる。ロータ７は、ハウジング内において回転可能に配置される。ステータは、ハウジング内において回転不能に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ドローン用モータに関するものである。

近年、ドローンが普及し始めている。一般的にドローンは、本体部と、本体部から放射状に延びる複数のアームと、各アームの先端に取り付けられるモータとを有している。モータは、プロペラを回転させる。このドローン用モータは、ハウジングを有しており、ハウジング内にロータ及びステータを収容している（特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０１９／０１８１７０１号明細書

上述したように構成されたドローン用モータでは、軽量化と屋外使用にも耐えうる防塵性とが望まれている。しかし、軽量化と防塵構造とは背反の関係性にある。そこで、本発明の課題は、防塵性を維持しつつ、軽量化が可能なドローン用モータを提供することにある。

本発明のある側面に係るドローン用モータは、ハウジングと、パンチングプレートと、ロータと、ステータとを備える。ハウジングは、開口部を含む天板を有する。パンチングプレートは、複数の貫通孔を有する。パンチングプレートは、開口部を覆うように天板に取り付けられる。ロータは、ハウジング内において回転可能に配置される。ステータは、ハウジング内において回転不能に配置される。

この構成によれば、天板に開口部が形成されているために、ドローン用モータを軽量化することができる。また、開口部はパンチングプレートによって覆われているため、異物がハウジング内に侵入することを抑制することができる。

好ましくは、パンチングプレートは、天板の内側面に取り付けられている。

好ましくは、天板は、パンチングプレートを固定する複数のカシメ部を有する。

好ましくは、天板は、複数のアーム部を有する。アーム部は、径方向に延びる。各アーム部は、周方向に間隔をあけて配置される。開口部は、周方向において隣り合うアーム部の間に配置される。各カシメ部は、周方向において、各アーム部と同じ位置に配置される。

好ましくは、パンチングプレートは、複数のカシメ領域を有する。カシメ領域は、カシメ部が当接し、パンチングが形成されていない領域である。

好ましくは、天板は、第１円筒部と、第２円筒部とを有する。第１円筒部は、軸方向に延びる。第２円筒部は、軸方向に延びる。第２円筒部は、第１円筒部に対して径方向外側に配置される。パンチングプレートは、第１円筒部と第２円筒部との間に配置される。

好ましくは、カシメ部は、第１円筒部及び第２円筒部の少なくとも一方の一部を折り曲げることによって構成される。

好ましくは、天板は、天板本体部と、外側円筒部とを有する。天板本体部は、開口部を含む。外側円筒部は、天板本体部の外周端部から軸方向に延びる。

好ましくは、外側円筒部は、テーパ形状である。

好ましくは、ロータは、環状のヨークと、複数の磁石とを有する。ヨークは、外側円筒部の内周面に固定される。ヨークは、外側円筒部から軸方向に突出している。磁石は、ヨークの内周面に取り付けられる。

好ましくは、パンチングプレートは、天板よりも薄い。

好ましくは、天板は、ロータとともに回転可能に配置される。

パンチングプレートの貫通孔の最大寸法は、ロータとステータとの隙間の寸法以下とすることができる。好ましくは、パンチングプレートの貫通孔の最大寸法は、ハウジング内に異物が混入しない寸法以下である。

好ましくは、ドローン用モータは、回転シャフトをさらに備える。回転シャフトは、天板を貫通して、ハウジング内から外部へと軸方向に延びる。

本発明によれば、ドローン用モータを軽量化することができる。

ドローン用モータの断面図。 天板の断面図。 天板の平面図。 パンチングプレートの平面図。

以下、実施形態に係るドローン用モータ（以下では、単に「モータ」とも言う）について図面を参照しつつ説明する。図１はモータの断面図である。なお、以下の説明において、軸方向とはモータ１００の回転軸Ｏが延びる方向を意味する。軸方向の第１側とは、図１の上側を意味し、軸方向の第２側とは図１の下側を意味する。また、周方向とは、回転軸を中心とした円の周方向を意味する。径方向とは、回転軸を中心とした円の径方向を意味する。

［全体構成］
図１に示すように、モータ１００は、ハウジング１０、支持フレーム４、パンチングプレート５、回転シャフト６、ロータ７、及びステータ８を有している。このモータ１００は、ドローンのプロペラを回転させるように構成されている。モータ１００の回転軸Ｏは、上下方向に延びている。すなわち、本実施形態において、軸方向は上下方向を意味する。このモータ１００は、ドローン用モータである。詳細には、このモータ１００は、産業用ドローンに用いられる。

ドローンのプロペラ（図示省略）は、モータ１００の上側（軸方向の第１側）に配置される。ドローンは、このモータ１００を複数備えている。一般的には、ドローンは、このモータ１００を４つ備えている。各モータ１００は、ドローンの本体部分にアームなどを介して取り付けられている。ドローンの本体部分には、バッテリ、及び制御ユニットなどが収容されている。

［ハウジング］
ハウジング１０は、天板２、及び底板３を有している。本実施形態では、天板２は回転可能に配置されており、底板３は回転不能に配置されている。天板２は、回転シャフト６及びロータ７とともに回転する。天板２の材質は、例えば、金属である。詳細には、天板２の材質は、アルミニウム合金、又はマグネシウム合金などとすることができる。なお、底板３の材質も、天板２の材質として例示したものを使用することができる。

［天板］
図２は天板の断面図、図３は天板の平面図である。図２及び図３に示すように、天板２は、天板本体部２１と、外側円筒部２２とを有している。天板本体部２１は、中央部２３、外周部２４、複数の開口部２５、及び複数のアーム部２６を有している。

中央部２３は、円板状であり、中央に貫通孔２３ａを有している。この貫通孔２３ａを介して、回転シャフト６は、天板２を貫通している。外周部２４は、環状であり、中央部２３に対して径方向に間隔をあけて配置されている。すなわち、外周部２４は、中央部２３を囲むように配置されている。

複数のアーム部２６は、中央部２３から放射状に延びている。詳細には、アーム部２６は、径方向に延びている。アーム部２６は、中央部２３と外周部２４とを連結している。各アーム部２６は、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

開口部２５は、ハウジング１０の内部と外部とを連通させるように構成されている。このため、ハウジング１０内の空気を、開口部２５を介して、外部へと排気することができる。開口部２５は、周方向において隣り合うアーム部２６の間に配置されている。すなわち、開口部２５は、一対のアーム部２６と、中央部２３と、外周部２４とによって、画定されている。

外側円筒部２２は、天板本体部２１の外周部２４から軸方向の第２側に延びている。外側円筒部２２は、天板本体部２１と一つの部材によって構成されている。外側円筒部２２は、テーパ形状となっている。具体的には、外側円筒部２２は、軸方向の第２側に向かって徐々に径が大きくなるように構成されている。

天板２は、第１円筒部２７、および第２円筒部２８を有している。第１及び第２円筒部２７、２８は、天板本体部２１から軸方向の第２側に延びている。第１円筒部２７は、中央部２３から軸方向の第２側に延びている。第２円筒部２８は、外周部２４から軸方向の第２側に延びている。

第２円筒部２８は、第１円筒部に対して径方向外側に配置されている。すなわち、第２円筒部２８は、第１円筒部２７を囲むように配置されている。

図１に示すように、天板２は、複数のカシメ部２９ａ、２９ｂを有している。詳細には、天板２は、複数の第１カシメ部２９ａと、複数の第２カシメ部２９ｂと、を有している。第１及び第２カシメ部２９ａ、２９ｂは、パンチングプレート５を固定するように構成されている。

各第１カシメ部２９ａは、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。また、各第２カシメ部２９ｂは、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。第１及び第２カシメ部２９ａ、２９ｂは、周方向において、各アーム部２６と同じ位置に配置される。すなわち、第１カシメ部２９ａの数と、第２カシメ部２９ｂの数と、アーム部２６の数は、同じである。軸方向視において、第１及び第２カシメ部２９ａ、２９ｂは、アーム部２６と重複している。

第１カシメ部２９ａは、第１円筒部２７の一部を径方向外側に折り曲げることによって構成されている。また、第２カシメ部２９ｂは、第２円筒部２８の一部を径方向内側に折り曲げることによって構成されている。

［底板］
底板３は、軸方向において、天板２と間隔をあけて配置されている。詳細には、底板３は、天板２に対して、軸方向の第２側に配置されている。底板３は、環状である。底板３は、内周端部において、支持フレーム４に固定されている。底板３は、パンチングプレートによって構成されていてもよいし、通常のプレートによって構成されていてもよい。

［支持フレーム］
支持フレーム４は、回転不能に配置されている。支持フレーム４は、例えば、ドローンの本体部分のアームに固定されている。支持フレーム４は、ステータ８を支持している。また、支持フレーム４は、回転シャフト６を回転可能に支持している。

支持フレーム４は、中央部において、軸方向に延びる貫通孔４１を有している。また、支持フレーム４は、貫通孔４１を画定する内壁面から径方向内側に突出する突出部４２を有している。

支持フレーム４の貫通孔４１内に、複数の軸受部材４３ａ、４３ｂが配置されている。なお、本実施形態では、第１軸受部材４３ａ及び第２軸受部材４３ｂが配置されている。第１軸受部材４３ａと第２軸受部材４３ｂは、軸方向において間隔をあけて配置されている。第１軸受部材４３ａは、第２軸受部材４３ｂに対して、軸方向の第１側に配置されている。

第１軸受部材４３ａは、突出部４２と天板２とによって挟まれることで、軸方向の移動が規制されている。また、第２軸受部材４３ｂは、突出部４２とナット４４とによって挟まれることで、軸方向の移動が規制されている。なお、ナット４４は、回転シャフト６に螺合している。支持フレーム４は、この第１及び第２軸受部材４３ａ、４３ｂを介して、回転シャフト６を回転可能に支持している。

支持フレーム４の材質は、例えば、金属である。詳細には、支持フレーム４の材質は、アルミニウム合金、又はマグネシウム合金などとすることができる。

［パンチングプレート］
パンチングプレート５は、複数の貫通孔（以下、「パンチング孔」とも言う）を有する。パンチングプレート５は、天板２の開口部２５を覆うように、天板２に取り付けられている。パンチングプレート５は、天板２の内側に取り付けられている。すなわち、パンチングプレート５は、天板２に対して、軸方向の第２側に配置されている。このようにパンチングプレート５が配置されることで、ハウジング１０内に異物が混入することを抑制することができる。また、パンチングプレート５の複数のパンチング孔を介して、ハウジング１０内に空気を流入させて冷却させたり、ハウジング１０内の熱気を外部に排気したりすることができる。

図４に示すように、パンチングプレート５は、環状である。パンチングプレート５は、天板２よりも薄い。パンチングプレート５は、例えば、金属又は樹脂製である。パンチングプレート５が金属製の場合、具体的には、パンチングプレート５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、又はアルミニウム合金などによって構成される。また、パンチングプレート５が樹脂製の場合、具体的には、パンチングプレート５は、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、又はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などによって構成される。

パンチングプレート５の各パンチング孔の最大寸法は、ロータ７とステータ８との隙間の寸法以下となっている。なお、パンチング孔が四角形や六角形のような多角形の場合、パンチング孔の最大寸法は、最も長い対角線の長さである。パンチング孔が円形の場合は、パンチング孔の最大寸法は直径である。ロータ７とステータ８との隙間は、径方向における隙間を意味する。このような寸法関係とすることにより、ロータ７とステータ８との隙間に挟まってロータ７の回転を阻害するような大きさの異物がパンチング孔を介してハウジング１０内に混入することを抑制できる。

パンチングプレート５は、複数のカシメ領域５１ａ、５１ｂを有している。詳細には、パンチングプレート５は、複数の第１カシメ領域５１ａと、複数の第２カシメ領域５１ｂとを有している。

第１カシメ領域５１ａは、パンチングプレート５の内周端部に形成されている。各第１カシメ領域５１ａは、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

第２カシメ領域５１ｂは、パンチングプレート５の外周端部に形成されている。各第２カシメ領域５１ｂは、周方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

第１及び第２カシメ領域５１ａ、５１ｂは、パンチング孔が形成されていない領域である。第１カシメ領域５１ａは、第１カシメ部２９ａが当接する領域である。第２カシメ領域５１ｂは、第２カシメ部２９ｂが当接する領域である。

第１カシメ領域５１ａの数は、第１カシメ部２９ａの数と同じである。また、第２カシメ領域５１ｂの数は、第２カシメ部２０ｂの数と同じである。なお、本実施形態では、パンチングプレート５は、６個の第１カシメ領域５１ａと、６個の第２カシメ領域５１ｂとを有している。

図１に示すように、パンチングプレート５は、径方向において、第１円筒部２７と、第２円筒部２８との間に配置される。パンチングプレート５は、第１及び第２円筒部２７，２８によって、径方向の位置決めがなされている。パンチングプレート５は、各第１カシメ部２９ａ及び各第２カシメ部２９ｂと、各アーム部２６との間に挟まれている。

［回転シャフト］
回転シャフト６は、天板２を貫通して、ハウジング１０内から外部へと軸方向に延びている。回転シャフト６は、第１及び第２軸受部材４３ａ、４３ｂを介して、支持フレーム４に回転可能に支持されている。

回転シャフト６の上端部には、プロペラが取り付けられる。回転シャフト６は、天板２に固定されており、天板２と一体的に回転する。

［ロータ］
ロータ７は、回転シャフト６を回転させるように構成されている。ロータ７は、ハウジング１０内に配置されている。なお、ロータ７の一部は、ハウジング１０から露出している。ロータ７は、径方向において、ステータ８の外側に配置されている。すなわち、モータ１００は、アウターロータ型である。

ロータ７は、天板２に取り付けられている。すなわち、ロータ７は、天板２と一体的に回転する。

ロータ７は、ヨーク７１、及び複数の永久磁石７２を有している。ヨーク７１は、円筒状である。ヨーク７１は、天板２に固定されている。詳細には、ヨーク７１は、天板２の外側円筒部２２に取り付けられている。なお、ヨーク７１の外周面が、外側円筒部２２の内周面に固定されている。

ヨーク７１は、軸方向の第１側における第１端部７１ａが、外側円筒部２２に取り付けられている。ヨーク７１は、外側円筒部２２から軸方向の第２側に突出している。すなわち、ヨーク７１の第１端部７１ａを除く部分は、ハウジング１０から露出している。ヨーク７１は、ハウジング１０の一部として機能している。

永久磁石７２は、ヨーク７１の内周面に取り付けられている。各永久磁石７２は、周方向において間隔をあけて配置されている。永久磁石７２は、ステータ８に対して径方向外側に配置されている。すなわち、永久磁石７２は、ステータ８を囲むように配置されている。なお、永久磁石７２は、径方向において、ステータ８と間隔をあけて配置されている。

［ステータ］
ステータ８は、ハウジング１０内において、回転不能に配置されている。ステータ８は、支持フレーム４によって支持されている。ステータ８は、支持フレーム４に対して径方向外側に配置されている。すなわち、ステータ８は、支持フレーム４を囲むように配置されている。

ステータ８は、ステータコア８１、複数のコイル部８２を有している。ステータコア８１は、複数枚の電磁鋼板を積層することによって構成されている。

コイル部８２は、ステータコア８１に巻かれている。詳細には、コイル部８２は、ステータコア８１のティースに巻かれている。なお、コイル部８２とステータコア８１との間には、絶縁層８３が介在している。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（ａ）上記実施形態では、モータ１００は、アウターロータ型であったが、インナーロータ型であってもよい。この場合、天板２は回転不能に配置されている。そして、ステータ８は天板２に支持される。また、支持フレーム４は、回転シャフト６とともに回転可能に配置される。そして、ロータ７は、支持フレーム４に支持される。

（ｂ）上記実施形態では、パンチングプレート５は、天板２の内側に配置されていたが、天板２の外側に配置されていてもよい。

（ｃ）上記実施形態では、回転シャフト６は、天板２と別部材によって構成されていたが、回転シャフト６の構成はこれに限定されない。例えば、回転シャフト６は、天板２と一つの部材によって構成されていてもよい。

２ ：天板
２１ ：天板本体部
２２ ：外側円筒部
２５ ：開口部
２６ ：アーム部
２７ ：第１円筒部
２８ ：第２円筒部
２９ａ、２９ｂ ：カシメ部
５ ：パンチングプレート
５１ａ、５１ｂ ：カシメ領域
６ ：回転シャフト
７ ：ロータ
７１ ：ヨーク
７２ ：永久磁石
８ ：ステータ
１０ ：ハウジング
１００ ：ドローン用モータ

Claims (14)

1. 開口部を含む天板、を有するハウジングと、
   複数の貫通孔を有し、前記開口部を覆うように前記天板に取り付けられるパンチングプレートと、
   前記ハウジング内において回転可能に配置されるロータと、
   前記ハウジング内において回転不能に配置されるステータと、
   を備える、ドローン用モータ。
   
2. 前記パンチングプレートは、前記天板の内側面に取り付けられている、
   請求項１に記載のドローン用モータ。
   
3. 前記天板は、前記パンチングプレートを固定する複数のカシメ部を有する、
   請求項１又は２に記載のドローン用モータ。
   
4. 前記天板は、径方向に延び且つ周方向に間隔をあけて配置される複数のアーム部を有し、
   前記開口部は、周方向において隣り合う前記アーム部の間に配置されており、
   前記各カシメ部は、周方向において、前記各アーム部と同じ位置に配置される、
   請求項１から３のいずれかに記載のドローン用モータ。
   
5. 前記パンチングプレートは、前記各カシメ部が当接し且つパンチングが形成されていない複数のカシメ領域を有する、
   請求項１から４のいずれかに記載のドローン用モータ。
   
6. 前記天板は、軸方向に延びる第１円筒部と、軸方向に延び且つ前記第１円筒部に対して径方向外側に配置される第２円筒部と、を有し、
   前記パンチングプレートは、前記第１円筒部と前記第２円筒部との間に配置される、
   請求項１から５のいずれかに記載のドローン用モータ。
   
7. 前記天板は、軸方向に延びる第１円筒部と、軸方向に延び且つ前記第１円筒部に対して径方向外側に配置される第２円筒部と、を有し、
   前記パンチングプレートは、前記第１円筒部と前記第２円筒部との間に配置され、
   前記カシメ部は、前記第１円筒部及び前記第２円筒部の少なくとも一方の一部を折り曲げることによって構成される、
   請求項３に記載のドローン用モータ。
   
8. 前記天板は、前記開口部を含む天板本体部と、前記天板本体部の外周端部から軸方向に延びる外側円筒部と、を有する、
   請求項１から７のいずれかに記載のドローン用モータ。
   
9. 前記外側円筒部は、テーパ形状である、
   請求項８に記載のドローン用モータ。
   
10. 前記ロータは、前記外側円筒部の内周面に固定される環状のヨークと、前記ヨークの内周面に取り付けられる複数の磁石と、を有し、
    前記ヨークは、前記外側円筒部から軸方向に突出している、
    請求項８又は９に記載のドローン用モータ。
    
11. 前記パンチングプレートは、前記天板よりも薄い、
    請求項１から１０のいずれかに記載のドローン用モータ。
    
12. 前記天板は、前記ロータとともに回転可能に配置される、
    請求項１から１１のいずれかに記載のドローン用モータ。
    
13. 前記パンチングプレートの貫通孔の最大寸法は、前記ロータと前記ステータとの隙間の寸法以下である、
    請求項１から１２のいずれかに記載のドローン用モータ。
    
14. 前記天板を貫通して、前記ハウジング内から外部へと軸方向に延びる回転シャフトをさらに備える、
    請求項１から１３のいずれかに記載のドローン用モータ。

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