JP2023135430A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】保持トルクの向上を実現することが可能なモータを提供することを課題とする。【解決手段】モータ１は、フレーム１０と、シャフト２と、シャフト２に固定されるロータ６と、フレーム１０に固定される第１マグネット４と、シャフト２に固定される部材３１と、部材３１の外周面に固定される第２マグネット３と、を備え、第１マグネット４は、径方向において第２マグネット３に対向し、部材３１は、第２マグネット３よりも軽い。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関する。

従来、様々な装置の駆動源としてモータが用いられている。モータには様々な種類があり、目的や場面に応じて、使用するモータが選択されている。
情報機器、車載用等に使用されるモータにおいて、例えば、車両の電動ドアや電動ハッチゲートに用いられるモータなどは、モータの停止時において、モータの軸の回転が抑制されることが望まれるなど、回転体を一定の位置に保持したいという需要がある。

回転体を一定の位置に保持するためのトルクである保持トルクを大きくする技術として、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、４個の界磁磁極と、軸部から放射状に延出し、界磁磁極に対向する５個の歯部をもつ電機子鉄心とを備え、該電機子鉄心の各歯部の先端外周面の開角中央部に前記界磁磁極との間のエアギャップが大きくなる溝を有する直流電動機の技術が記載されている。このエアギャップの存在により、駆動電圧が印加されていないときに、界磁磁極と電機子鉄心との対向する位置関係が安定状態になり、保持トルクが大きくなるようになっている。

特開平１－９１６４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、例えば、外力によってモータシャフトが回転した場合など、界磁磁極と歯部が安定した位置から外れた際に、そのまま、回転してしまい、回転体の位置を保持することができなくなってしまう場合がある。
従って、本願発明は、軽量化を図りつつ制動力の向上を実現することが可能なモータを提供することを一つの目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。即ち、本発明の一態様にかかるモータは、フレームと、シャフトと、前記シャフトに固定される回転体と、前記フレームに固定される第１マグネットと、前記シャフトに固定される部材と、前記部材の外周面に固定される第２マグネットと、を備え、前記第１マグネットは、径方向において前記第２マグネットに対向していて、前記部材は、前記第２マグネットより軽い。

本発明の実施の形態にかかるモータの、シャフトの軸を含む断面の断面図であり、図２におけるＣ－Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態にかかるモータの、シャフトの軸と垂直の断面の断面図であり、図１におけるＡ－Ａ断面図である。 本発明の実施の形態にかかるモータにおける第１マグネット及びその近傍を抜き出した、シャフトの軸を含む断面の拡大断面図である。 本発明の実施の形態の変形例１にかかるモータの、部材及び第２マグネットの断面図である。 本発明の実施の形態の変形例２にかかるモータの、シャフトの軸を含む断面の断面図である。 本発明の実施の形態の変形例２にかかるモータの、シャフトの軸と垂直の断面の断面図であり、図５におけるＢ－Ｂ断面図である。

以下、本発明の例示的態様である実施の形態にかかるモータについて、図面を参照しながら説明する。
図１は、実施の形態にかかるモータ１の、シャフト２の軸ｘを含む断面の断面図である。また、図２は、本実施の形態にかかるモータ１の、シャフト２の軸ｘと垂直の断面の断面図である。図１は図２におけるＣ－Ｃ断面図に相当し、図２は図１におけるＡ－Ａ断面図に相当する。なお、軸線ｘ方向（以下、「軸方向」ともいう。）において左側の矢印ａ方向を一方側ａとし、右側の矢印ｂ方向を他方側ｂとする（以降の全ての実施の形態においても同様）。本実施の形態において、軸線ｘ方向に垂直な方向を径方向とする。また、径方向において、軸線ｘから遠ざかる方向を外周側とし、軸線ｘに向かう方向を内周側とする。以下の説明では、軸線ｘを中心として円を描く方向を周方向とする。

図１に示されるように、本実施の形態にかかるモータ１は、筐体１ａと、筐体１ａに対して回転可能に支持された回転体としてのアマチュア１ｂと、を有している。モータ１は、いわゆるインナーロータ型のブラシ付ＤＣモータである。

モータ１は、アマチュア１ｂを筐体１ａに対して回転可能に支持するシャフト（回転軸）２を備えている。
アマチュア１ｂは、ロータ６及び整流子５などを有している。
ロータ６は、シャフト２に固定されている。ロータ６は、径方向に突出する複数の突極（磁極部）を有するロータコア６１及び各突極に巻回された巻線（図示せず）などを有している。

筐体１ａは、フレーム１０と、エンドプレート１３と、で形成されている。

フレーム１０は、シャフト２が突出する状態で、一端部（図１において一方側ａの端部近傍をいう。）１０ｘが閉じた、筒形状を有している。フレーム１０の他端部（図１において他方側ｂの端部近傍をいう。）１０ｙの開口部は、エンドプレート１３により閉じられている。

フレーム１０には、径方向においてロータ６の外周面と対向する駆動用のマグネットである第１マグネット４、回路が設けられた基板（以下、回路基板と呼称する）１４やブラシ１２等を支持するブラケット１５などが取り付けられている。筐体１ａには、第１軸受部２１、第２軸受部２２などが収容されている。第１マグネット４は、フレーム１０の内周面に取り付けられている。ロータ６におけるロータコア６１の突極は、この第１マグネット４に対向している。

フレーム１０の内部にアマチュア１ｂが収納され、フレーム１０の他端部１０ｙがエンドプレート１３により閉じられていることで、ロータ６を内部に収容する筐体１ａが構成されている。フレーム１０の一端部１０ｘ側の端部（以下、「底部１０ｂ」と称する場合がある。）には、シャフト２の一端側ａの端部に向けて（一方側ａ方向に向けて）突出した部位（以下、「突出部１０ａ」と称する。）がある。突出部１０ａの内部には、後述する第１軸受部２１が固定される。モータ１の駆動力は、シャフト２の突出した部分から外部に取り出すことができる。

第１軸受部２１は、フレーム１０の一端部１０ｘにおける軸線ｘ方向から見た中央部に保持されている。第２軸受部２２は、軸線ｘ方向から見たエンドプレート１３の中央部に保持されている。すなわち、第１軸受部２１は、ロータ６の軸方向の一方側に位置し、第２軸受部２２は、ロータ６の軸方向の他方側に位置している。シャフト２は、２箇所の第１軸受部２１及び第２軸受部２２により軸支されている。アマチュア１ｂは、第１軸受部２１及び第２軸受部２２により、フレーム１０に対して回転可能に保持されている。

ロータ６に対してエンドプレート１３側にあるシャフト２の一部分「（シャフト２の他方側ｂの一部分）」には、整流子５が設けられている。整流子５は、整流子を支持する支持部５１の外周面に整流子片５２を有し、整流子片５２がロータコア６１に巻回された巻線に接続されている。

給電ユニット２０は、エンドプレート１３、回路基板１４、ブラケット１５、第２軸受部２２、給電接続部１１及びブラシ１２等により、構成されている。回路基板１４は、エンドプレート１３の外側に、ブラケット１５を介して取り付けられている。給電接続部１１には、給電端子１６が含まれ、給電端子１６に接続された給電線によって外部からの電流がブラシ１２を介して整流子５に供給されるようになっている。

給電接続部１１にリングが電気的に接続されており、ブラシ１２の端部が整流子５の外周面に接触するように配置されている。ブラシ１２を介して、整流子５の整流子片５２に電力が供給されることにより、モータ１が駆動するようになっている。

シャフト２の他方側ｂの端部には、例えばマグネットなどで形成された板状の磁性体２３と、例えばホールセンサなどのセンサ１７と、を備えるエンコーダが固定されている。また、回路基板１４には、磁性体２３に対向する位置にセンサ１７が実装されている。例えば、磁性体２３には周方向に異なる２つの磁極が配列しており、これら複数の磁極から発せられる磁束をセンサ１７で検知して、シャフト２の回転状態（回転数、回転角等）を読み取ることができるようになっている。

図３は、本実施の形態にかかるモータ１における第２マグネット３及びその近傍を抜き出した、シャフト２の軸を含む断面の拡大断面図である。
図１～３に示すように、本実施の形態において、シャフト２の一方側ａに、円盤状または略円盤状に形成される部材（以下、「マグネット固定部材」と称する）３１を介して第２マグネット３が取り付けられている。第２マグネット３は、第１マグネット４との間で制動力を発生する。第２マグネット３の外周側の面（以下「外周面３０１」と称する）は全周にわたり、第１マグネット４の内周側の面（以下「内周面４１」と称する）に対向している。第２マグネット３は、薄い板状の磁石を円盤状または略円盤状に形成したような形状を有している。第２マグネット３は、マグネット固定部材３１の外周側の面（以下「外周面３１１」と称する）を全周にわたって囲んでいる。マグネット固定部材３１は、第２マグネット３よりも質量が軽い。マグネット固定部材３１は、例えば、第２マグネット３よりも比重が軽い樹脂などの非磁性体により形成されている。第２マグネット３の外周面３０１の外径は、図２に示されるように、全周にわたって一定な湾曲面である。

径方向において、第１マグネット４と第２マグネット３は互いに対向している。対向し合う第１マグネット４及び第２マグネット３の対向面、すなわち第１マグネット４の内周面４１の内径及び第２マグネット３の外周面３０１の外径は、それぞれ全周にわたって一定である。
第２マグネット３は、シャフト２の軸である軸線ｘを中心軸として、シャフト２及びマグネット固定部材３１とともに回転する。

第２マグネット３の外周面３０１は、図１～３に示されるように、径方向において、第１マグネット４の内周面４１と、所定の間隙（磁気ギャップ）を空けて対向している。

軸線ｘ方向の多くの領域（図１における領域Ｅ）における第１マグネット４の一部分の内周面４１は、ロータコア６１の外周面６１１と径方向において対向している（図３参照）。また、軸線ｘ方向の一方側ａに延在した領域（図１における領域Ｆ）における第１マグネット４の他の部分の内周面４１は、第２マグネット３の外周面３０１と径方向において対向している（図３参照）。

すなわち、第１マグネット４は、モータ１においてステータを構成する部材であり、ロータ６と対向し磁気的に作用することで、モータ１の駆動力を発生させる。また、第１マグネット４は、第２マグネット３とも対向し磁気的に作用することで、制動力を発生させる。

第１マグネット４は、例えば、フェライト磁石等あるいは強磁性の希土類磁石であり、所定の磁束密度を有する永久磁石である。一方、第２マグネット３は、例えば、無方向性の鋼板で形成されている。モータ１の駆動力を発生させる第１マグネット４の磁束密度は、第２マグネット３の磁束密度よりも大きい。

図２に示されるように、第１マグネット４の内周面４１は、周方向に２つの異なる磁極（Ｎ極とＳ極）が交互になるように、中心角９０°毎の等間隔で着磁されている。また、第２マグネット３の外周面３０１の磁極が、第１マグネット４の磁極と磁気的に作用して、互いに異なる第２マグネット３及び第１マグネット４の磁極が対向し合う。すなわち、径方向において、対向し合う第１マグネット４及び第２マグネット３の対向面は、複数の磁極部を有する。そのため、第１マグネット４と第２マグネット３との間に磁気力による引力（図３における両矢印Ｇ）が生じて、第２マグネット３がシャフト２とともに回転することが抑制され、制動力が生じる。

本実施の形態では、第２マグネット３と、第１マグネット４と、の間に生じる磁気力（引力）によって、制動力を発生する。モータ１が、制動力を発生させる第２マグネット３を備えることで、制動力を大きくできる。

本実施の形態での第２マグネット３には、比較的小さい保磁力を有するマグネットを用いている。そのため、外力等によってシャフト２が回転した場合であっても、回転位置において、第２マグネット３は、第１マグネット４が発生する磁気力の影響を受けて、制動力が発生する。

保磁力の小さい第２マグネット３を用いることで、制動力を大きくさせつつも、脈動（コギング）が大きくなることを避けられるため、モータ１の駆動時における比較的大きな騒音や振動の発生を抑制できる。また、外力が作用した場合であっても、ロータ（回転体）６が外力により回転することを防ぐことができる。

第２マグネット３に好適な保磁力の小さな磁性体としては、ケイ素鋼板や無方向性の鋼板等のいわゆる電磁鋼板や、アルミニウム、ニッケル及びコバルトを含むマグネットである、いわゆるアルニコ磁石を挙げることができる。一方、第１マグネット４に好適な保磁力の大きなマグネットとしては、鉄を含む各種永久磁石を挙げることができる。

本実施の形態の構成において、制動力の大きさは、第１マグネット４の磁力の強さ自体を調整することの他、図３に両矢印Ｈとして示される第２マグネット３の軸線ｘ方向の長さ（即ち、第１マグネット４と対向する第２マグネット３の外周面の面積）によっても調整することができる。即ち、制動力をより向上させようとする場合には、第２マグネット３の軸線ｘ方向の長さを大きくすればよい。例えば、モータ１の軸線ｘ方向において、第２マグネット３の長さを、ロータ６を形成する複数の鋼板それぞれの厚みより大きくしたり、マグネット固定部材３１の軸線ｘ方向の長さよりも長くしたり、第２マグネット３に対向するフレーム１０の底部１０ｂの内面（底面）から第１マグネット４の矢印ａ側の端部までの長さより大きくしたり、整流子５の厚みより小さくしてもよい。

また、本実施の形態の構成において、制動力の大きさは、図３に両矢印Ｔとして示される第２マグネット３の径方向の厚みによっても調整することができる。即ち、制動力をより向上させようとする場合には、第２マグネット３の径方向の厚みを大きくすればよい。

以上、本発明のモータについて、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、上記の実施形態のように、複数の磁性体が対向する構造とし、例えば、第１マグネット４と第２マグネット３とを有する構造とすることによって、第１マグネット４の磁気力と第２マグネット３との磁気的な作用により、制動力を発生させることが可能となる。

このとき、第１マグネット４の保持力又は磁束密度が、第２マグネット３の保持力又は磁束密度よりも大きいことによって、コギングトルクを抑えつつ、制動力を向上させることが可能となる。

さらに、この時、第１マグネット４や第２マグネット３は、周方向において全周にわたって一定の径を有する形状、言い換えると、軸線ｘ方向に垂直な断面の全周において円状となる形状をしていることによって、トルクリップルを抑えつつ制動力を向上させることが可能であり、騒音や振動等を増加させることがない。

同様に、対向し合う第１マグネット４と第２マグネット３の対向面の間隔が、全周にわたって一定となっていることによって、トルクリップルを抑えつつ制動力を向上させることが可能であり、騒音や振動等を増加させることがない。

モータ１において、第２マグネット３は、円環状または略円環状に形成されていて、円盤状または略円環状のマグネット固定部材３１により保持されている。マグネット固定部材３１は、樹脂などの第２マグネット３よりも軽い（比重が小さい）非磁性体により形成されている。

モータ１によれば、第２マグネット３を保持するマグネット固定部材３１を非磁性体とすることにより、内径側に流れる磁束を抑制して外径側、すなわち第１マグネット４側に流すことができる。従って、モータ１によれば、高い制動性を発揮することができる。

また、第２マグネット３よりも軽い比重の軽い物質で形成されているマグネット固定部材３１を介して第２マグネット３を保持することにより、軽量化を実現することができる。従って、モータ１によれば、高い制動性を発揮することができる。

さらに、上記の実施の形態において、インナーロータ型のいわゆるブラシ付ＤＣモータに適用した例を挙げて説明したが、本発明は、かかる構造のモータであることには限定されず、アウターロータ型のモータに適用しても構わないし、ブラシレスモータに適用しても構わない。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

図４は、本発明の実施の形態の変形例１にかかるモータ１の、マグネット固定部材３３及び第２マグネット３の断面図である。

例えば、モータ１において、第２マグネット３を保持するマグネット固定部材３１の形状は、先に説明したように円盤状または略円盤状のものに限定されない。図４において、マグネット固定部材３３は、シャフト２に取り付けられるリング３３１と、リング３３１から外周側に向かって放射状に延びて外周面３１１を支持する複数のスポーク３３２と、を有する。このように、第２マグネット３を保持するマグネット固定部材３３は、外周面３１１の形状が円環状または略円環状の第２マグネット３の内周側の面を保持してシャフト２への取り付けを可能にするものであればよい。

図５は、本発明の実施の形態の変形例２にかかるモータ１００の、シャフト２の軸を含む断面の断面図である。図６は、変形例２にかかるモータ１００の、シャフト２の軸と垂直の断面の断面図であり、図５におけるＢ－Ｂ断面図である。

図５及び図６に示す変形例２にかかるモータ１００は、以下の点が先に説明したモータ１と相違する。まず、モータ１００は、第２マグネット３の軸線ｘ方向の長さがマグネット固定部材３３の軸線ｘ方向の長さよりも長い。また、モータ１００は、第２マグネット３の内周側に、筐体１ａに固定されている第３マグネット７を備える。

第３マグネット７は、第２マグネット３の内周側において、円環状または略円環状に形成されている磁石である。第３マグネット７は、ホルダ７１及びヨーク７２を介して筐体１ａを構成するフレーム１０に保持されている。ホルダ７１は、本体部７１１と、連結部７１２とを備える。本体部７１１は、第２マグネット３の内周側において第３マグネット７を保持する円筒状または略円筒状に形成されている。径方向において、本体部７１１の寸法は、第２マグネット３の内周側の面の寸法よりも小さい。連結部７１２は、フレーム１０の内周側においてフレーム１０の内周面に接続することができるように、円筒状または略円筒状に形成されている。

以上、モータ１と同様に、変形例２のモータ１００においても、第１マグネットの磁気力によって第２マグネットが引かれる構成となり、制動力を発生させることが可能となる。加えて、モータ１００は、第２マグネット３の内周側に第３マグネット７を備えるため、第３マグネットの磁気力によっても第２マグネット３が引かれるため、さらに制動力を発生させることが可能となる。

１，１００…モータ、１ａ…筐体、１ｂ…アマチュア、２…シャフト、３…第２マグネット、４…第１マグネット、５…整流子、６…ロータ、７…第３マグネット、１０…フレーム、１０ａ…突出部、１０ｂ…底部、１０ｘ…一端部、１０ｙ…他端部、１１…給電接続部、１２…ブラシ、１３…エンドプレート、１４…回路基板、１５…ブラケット、１６…給電端子、１７…センサ、２０…給電ユニット、２１…第１軸受部、２２…第２軸受部、２２ａ…平面、２３…磁性体、３１，３３…マグネット固定部材、４１…内周面、５１…支持部、５２…整流子片、６１…ロータコア、７１…ホルダ、７２…ヨーク、３０１，３１１，６１１…外周面、３３１…リング、３３２…スポーク、７１１…本体部、７１２…連結部

Claims (6)

1. フレームと、
   シャフトと、
   前記シャフトに固定されるロータと、
   前記フレームに固定される第１マグネットと、
   前記シャフトに固定される部材と、
   前記部材の外周面に固定される第２マグネットと、
   を備え、
   前記第１マグネットは、径方向において前記第２マグネットに対向し、
   前記部材は、前記第２マグネットより軽い、モータ。
2. 前記部材は樹脂で形成されている、請求項１に記載のモータ。
3. 前記部材は非磁性体である、請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記部材の比重は前記第２マグネットの比重より小さい、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記第１マグネットの磁束密度は、前記第２マグネットの磁束密度より大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記第１マグネットは、鉄を含み、
   前記第２マグネットは、アルミニウム、ニッケル、コバルトを含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。

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