JP3318531B2 - 回転電機及びその軸受構造 - Google Patents

回転電機及びその軸受構造

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    • H02K5/1732Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータ軸の取り付
け精度と軸受の放熱性を向上させた、小型円筒型のラジ
アルギャップ型回転電機に関し、特に、突極とステータ
リングが別体で、且つ各突極が分割され、突極毎にボビ
ンを用いて集中巻したアーマチュア構造の回転電機に関
する。
【0002】
【従来の技術】一般にインナロータ型のブラシレスDC
モータは、ステータ部が外側に配置され、このステータ
部が直接金属のケース等に取り付けられることから、モ
ータ、特にステータ部で発生した熱は、ステータの金属
表面を通して外部に放射されたり、またケース等に伝達
されて放散されるため、冷却効率が良好とされている。
【0003】また本出願人は、特願平9−178687
号において、ケースとステ−タ部との間に樹脂を注入し
て一体化するとともにかかる樹脂によってフランジの一
方を形成した回転電機に関する発明を出願している。こ
の発明は、樹脂の充填によりステ−タをケースに固定で
きるとともに軸受を保持するフランジをケース内に充填
した樹脂によって一体に形成したことにより、組み付け
精度が向上し、かつ耐久性が高くできるという効果を有
している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記発
明の回転電機では、回転軸を保持するフランジが樹脂で
形成されるため、金属製のフランジ等と比較して機械的
な強度が十分でないという問題があった。
【0005】例えば、プリンタ等においてモータの駆動
軸にベルトをかけて印字ヘッドを作動させた場合、印字
ヘッドの位置の精度を上げるためベルトの張力を大きく
すると、駆動軸に加わる側圧が大きくなり、樹脂製のフ
ランジでは駆動軸を保持する強度が不足して軸等にがた
付き等を発生させることがある。
【0006】また、樹脂は金属と比較して熱伝導性が低
い素材であり、発生した熱が外部に伝達されにくいとい
う性質を有している。すなわち、フランジを樹脂で形成
して軸受の周囲を樹脂で覆うようにすると軸受の熱がこ
もり易くなり、軸受温度が上昇するという問題があっ
た。更にフランジの機械的な強度を上げるため樹脂の厚
みを厚くすると、樹脂の使用量が増加してモータ等が大
型化し重量コストとも増加するとともに熱抵抗がより大
きくなり、温度の上昇がより大きくなってしまってい
た。
【0007】したがって、上記例ではフランジを介した
ケース表面等への熱の伝達がなされず、フランジに保持
されている軸受の温度が作動中に大きく上昇してしまう
ことがあった。一般に、軸受は作動中の温度が上昇する
につれて寿命が著しく低下してしまうことが解ってお
り、回転電機としての寿命を考慮するとき、ステータ自
体の放熱性と同様に軸受の放熱性も非常に重要となって
くる。
【0008】この様に、放熱性が良好で耐久性が高いと
されているインナロータ型ブラシレスDCモータにおい
て、軸受部の放熱性を向上させることはモータ全体の寿
命を長くすることにとって極めて重要であり、その意味
でフランジ部を熱伝導性の低い(熱抵抗の高い)樹脂で
構成した特願平9−第178687号の発明は改良点を
有している。
【0009】本発明は、上記課題を解決し、回転電機ケ
ースを含めたアーマチュア部を樹脂で充填成形し、更に
軸受を樹脂製の軸受用ハウジングに挿入/固定した回転
電機において、軸受部の取り付け精度を高く維持しなが
ら、軸受部で発生する熱を効率良く外部に伝達させて耐
久性のよい回転電機を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するため、次のように回転電機を構成した。
【0011】1、円筒状の金属製ケースの内面にステー
タヨークを放射状に取り付け、該ステータヨークの中心
部にロータを回転自在に備え、前記ケースの少なくとも
一端面に金属製のフランジを取り付けてなる円筒ラジア
ルギャップ型回転電機において、前記ケースとステータ
ヨークとの間に樹脂を充填して一体とするとともに前記
ロータの軸受を保持する軸受用ハウジングを前記樹脂に
より前記充填部分に連続させて成形し、前記軸受用ハウ
ジングは前記軸受を保持する保持部の周囲に放射状に延
びる複数のリブを有し、前記保持部の外周で、該複数の
リブの根元部分の間には開放部分を有し、前記フランジ
は前記軸受の外径に等しい孔と前記リブを避ける切り欠
きを中心部分に有し、前記軸受用ハウジングに前記軸受
を挿入し、更に前記ケースに該フランジを取り付ける
と、該軸受の外周が前記開放部分を介して前記フランジ
に接触する形状としたことを特徴とした回転電機の軸受
構造。
【0012】2、円筒状の金属製ケースの内面にステー
タヨークを放射状に取り付け、該ステータヨークの中心
部にロータを回転自在に備え、前記ケースの少なくとも
一端面に金属製のフランジを取り付けてなる円筒ラジア
ルギャップ型回転電機において、前記ケースとステータ
ヨークとの間に樹脂を充填して一体とするとともに前記
ロータの軸受を保持する軸受用ハウジングを前記樹脂に
より前記充填部分に連続させて成形し、前記軸受用ハウ
ジングは前記軸受を保持する保持部の周囲に放射状に延
びる複数のリブを有し、前記保持部の外周で、該複数の
リブの根元部分の間には薄い樹脂層部分を有し、前記フ
ランジは前記軸受の外径に等しい孔と前記リブを避ける
切り欠きを中心部分に有し、前記軸受用ハウジングに前
記軸受を挿入し、更に前記ケースに該フランジを取り付
けると、該軸受の外周が前記薄い樹脂層部分を介して前
記フランジに接触する形状としたことを特徴とした回転
電機の軸受構造。
【0013】3、前記軸受用ハウジングの前記軸受を保
持する保持部の外周に設けた前記複数のリブの根元部分
の間に肉厚0.3mm以下の樹脂層を形成したことを特
徴とした2に記載の回転電機の軸受構造。
【0014】4、 前記軸受用ハウジングを前記回転電
機の外部負荷が連結される側に設けたことを特徴とした
1〜3のいずれか1に記載の軸受構造を有する回転電
機。
【0015】5、 前記回転電機は、インナロータ型の
ブラシレスDCモータであり、前記軸受用ハウジング、
並びにモータ取付け嵌合用ボスを前記モータの出力軸側
に設け、該出力軸に連結要素を備え、該連結要素に伝達
手段を取り付けて駆動機構を構成したことを特徴とした
請求項4に記載の回転電機。
【0016】このように構成したことにより、組立作業
の簡素化を達成し、かつモータの取付け精度を向上でき
る。また、軸受の取り付け強度を向上でき、かつ軸受で
発生する摩擦熱を効率良く回転電機外部に放出でき、冷
却性能を向上させて軸受寿命を延ばすことができる。軸
受ハウジング部に放射状のリブを形成し、これらリブの
間に複数の開放窓部を形成したことにより、開放窓部を
介してフランジの軸受け保持部が嵌合接触するので、モ
ータ取付け時の同心精度を高く維持すると同時に、軸受
ハウジング部の機械的強度と、冷却性能を向上させるこ
とができる。軸受とフランジとの間に樹脂層が介在する
ため、回転軸の回転に伴って発生する軸受の振動やノイ
ズ等を低減でき、かつ回転軸とフランジとを電気的に絶
縁することが可能となる。軸受ハウジングを外部負荷が
加わる側、特に、大きな外力が加わる側に、機械的強度
が高く、且つ熱放射性が良い軸受を配置した。このこと
により、高精度で高負荷に耐える高耐久性の回転電機を
提供することができる。直接外力(側圧)がかかる軸受
側の機械的強度を上げ、且つ軸受の熱放散性を高めるこ
とができ、耐久性、及び信頼性の高い回転電機を提供す
ることができる。
【0017】尚、軸受はボールベアリングに限らず、他
の形式の軸受でもよい。またボス部はなくともよい。更
に、軸受用ハウジングは軸受をケースの内側から挿入し
て固定するものに限らず、外側から挿入するものでもよ
い。また、軸受を射出成形時に軸受用ハウジングに埋め
込むようにしてもよい。
【0018】尚、モータの動力伝達は駆動ベルトでなく
チェーンその他を用いてもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる回転電機
の軸受構造及びその回転電機の一実施形態をモータを例
にして説明する。
【0020】図1及び図2に、モータ2の外観を示す。
モータ2は、突極数6/ロータ磁極数8の3相インナロ
ータ型DCブラシレスモータであり、図2は、モータ2
の軸方向断面を示す。
【0021】モータ2は、ケース4と、ケース4内に固
定されているステ−タ6と、回転軸8と一体のロータ1
0等から構成されている。
【0022】ケース4は、金属製でほぼ円筒状であり、
ケース4の両端面にはフランジ12、13が取り付けて
ある。図の左側のフランジ12にはボールベアリングの
軸受20が組り付けられ回転軸8が突出しており、他方
側のフランジ13にはスリーブベアリングの軸受21が
組み付けられ、回転軸8の他端部が支持されている。
【0023】ロータ10は、回転軸8と、ロータ磁極数
が8極の構成のロータ磁石と、スリーブ等からなり、軸
受20、21に回転自在に支持されている。また、スプ
リングホルダ25とスプリング23が設けられており、
ロータ10の軸方向の位置及び軸受20への予圧量が適
切に設定されている。
【0024】ステ−タ6は、図5、図6に示すよう6つ
のステ−タコイル32から形成されており、ケース4の
内側に放射状に固定してある。ステ−タコイル32は、
突極34と突極34を保持するボビン36、ボビン36
に巻きつけられたマグネットワイヤ38等から構成され
ている。
【0025】突極34は、図8に示すようにほぼT字型
に打ち抜かれた9枚の0.35mm厚の電磁鋼板を軸と
平行に積層してあり、突極34のT字型の細く形成され
た部分が、ボビン36の角孔37に挿入され、他方の長
手部は、回転軸8に向けてボビン36から若干突出した
状態で配設される。尚、突極34を軸方向に積層し、角
孔37に挿入するように構成してもよい。
【0026】ボビン36は樹脂製で、鍔部39と角孔3
7を有し、マグネットワイヤ38が角孔37の外周に巻
きつけてある。またボビン36の下端部には端子40が
設けてあり、巻き付けられたマグネットワイヤ38の端
をからげてある。マグネットワイヤ38を端子40にか
らげた後、半田付けが施される。図6に6組のステ−タ
コイル36を周状に配列した状態を示す。コイルの突極
34は、ロータ10を挿入したとき、微小なエアギャッ
プを介して対向するようになっている。この状態でケー
ス4の内周に配置し固定される。
【0027】また図2に示すようにマグネットワイヤ3
8をからげた端子40は、所定の電気回路と電子部品が
実装されたプリント配線板50に接続される。プリント
配線板50は、フランジ12とほぼ平行に電気的に絶縁
された状態でケース4の一端に配設され、電気回路とと
もにロータ10のロータ磁極を検出するホールセンサ5
2(3ケ配設)を備え、外部接続用のコネクタ53に接
続している。これにより、コネクタ53を介してロータ
10の位置情報が得られ、ホールセンサ52の位置情報
に合わせて各相の励磁を行うことにより、ロータ10が
回転する。57はコネクタ53を保護する樹脂製のピン
ホルダである。
【0028】更にモータ2のケース4内には、図5に示
すように樹脂58が注入してある。樹脂58は、ロータ
10が挿入される空間を中心部分に残し、ステ−タ6と
ケース4との間に充填されている。そして更にこの樹脂
58により軸受ハウジング14とボス部19がモータ2
の一方側に形成してある。
【0029】軸受ハウジング14の詳細について図を用
いて説明する。図3はモータ2の組立斜視図であり、図
4は組立後の斜視図である。軸受ハウジング14は、ケ
ース4の一方側端面をほぼ覆い、中心部分にボス部19
と軸受20を保持する軸受保持部17とを備えている。
ボス部19はケース4の端面から突出し周囲に6箇所均
等に延びるリブ16が形成してある。軸受保持部17
は、ボス部19の内側に形成してあり、軸受20を固定
するよう軸受20の外径に等しく形成してある。
【0030】更に軸受保持部17は、リブ16とリブ1
6との間に開放部18が形成され、軸受20を図3に示
すように軸受保持部17に挿入すると、軸受20の一部
が軸受ハウジング14の開放部18を通して露出する。
【0031】一方フランジ12は、金属製の円形の板材
で、中心には軸受20の外周に等しい中心孔15と、リ
ブ16を避けるスリット11が図3に示すように形成さ
れている。
【0032】したがって、軸受20を図3に示すように
軸受ハウジング14に挿入し,ボス部19にフランジ1
2を組み付けると、軸受20が軸受保持部17に挿入固
定され、更にハウジング14の開放部18を通して露出
した軸受20に、フランジ12の中心孔15の内側が接
触する。フランジ12をモータ2に組み付けた状態を図
4に示す。
【0033】これにより、フランジ12の内面が軸受2
0に直接接触することにより軸受20を強固に保持でき
るとともに発生する摩擦熱等をフランジ12を介して外
部に放散させることができる。更に、軸受ハウジング1
4を一体に成形するため軸受20の取付け精度を高く確
保でき、かつ機械的/電磁的振動に伴う騒音を低下させ
ることができる。
【0034】次に回転電機の他の実施形態を示す。上記
実施形態では、リブ16の間を開放部として完全に開放
させたが、この実施形態は、上記開放部18の部分に極
薄い樹脂層を形成し、軸受ハウジング14に開放部分を
形成させない。これにより、軸受20とフランジ12と
の間に樹脂層が介在するため、回転軸8の回転に伴って
発生する軸受20の振動やノイズ等を低減でき、かつ回
転軸8とフランジ12とを電気的に絶縁することが可能
となる。尚、樹脂層により軸受20の冷却性能が若干低
下するが、樹脂層の肉厚を0.5mm以下(好ましくは
0.3mm以下)にすれば実質的な放熱性の低下は問題
とならない。
【0035】次に、第三の実施形態を説明する。第三の
実施形態は、本発明に係わる突極数6/ロータ磁極数8
の3相インナロータ型のDCブラシレスモータ全体を用
いてベルト駆動させたものである。
【0036】図9に示すようにモータ2の回転軸8にプ
ーリ72を固定し、プーリ72に歯付きベルト74を掛
け、歯付きベルト74でヘッド75を駆動させる。歯付
きベルト74は、プーリ72と、従動プーリ76、77
に掛けてあり、従動プーリ77をバネ78により外方に
引張することにより、所定のテンションが歯付きベルト
74に付与されている。
【0037】上記モータ2を用いてこのように駆動機構
を構成したことにより、回転軸8の位置精度が高く、組
み立てが容易で、しかも放熱性がよいことから耐久性の
高い駆動機構を実現することができる。
【0038】尚、上記いずれの実施形態もモータを例に
説明したが、本発明にかかる回転電機の軸受構造やその
回転電機は、モータに限るものではなく、また、突極3
4の構成も回転軸8の軸方向に平行に積層するのではな
く、従来行なわれていたように軸方向に順次積層して形
成されていてもよい。すなわち、アーマチュア部を樹脂
で充填する際、軸受用ハウジングまで一体に成形し、か
つ軸受の強度向上と放熱を良くするために金属製のフラ
ンジを軸受に接触させた構造の回転電機全てに適用が可
能である。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、ステ−タとケースとの
間に樹脂を充填するとともにかかる樹脂により軸受用ハ
ウジング部を同時に成形し、かつ軸受に金属製のフラン
ジを組み付けたことにより、組み立てが容易で、しかも
耐久性の高い回転電機の軸受構造を提供することができ
る。また軸受とフランジとの間に樹脂層を介在させたた
め、回転軸の回転に伴って発生する軸受の振動やノイズ
等を低減でき、かつ回転軸とフランジとを電気的に絶縁
することが可能となる。
【0040】また、軸受の一部をフランジに接触させる
ことにより軸受に発生する熱を金属製のフランジを介し
て、回転電機の外部に放出できるため、非常に熱放散性
が良い回転電機を提供できる。特に、軸受部の放熱性が
向上でき、寿命が長く、かつ高い信頼性のインナロータ
タイプのDCブラシレスモータを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるモータの一実施形態を示す図で
ある。
【図2】本発明にかかるモータの一実施形態を示す断面
図である。
【図3】本発明にかかるモータの一実施形態を示す分解
組立図である。
【図4】本発明にかかるモータの一実施形態を示す図で
ある。
【図5】本発明にかかるモータの一実施形態を示す図で
ある。
【図6】本発明にかかるステータの一実施形態を示す斜
視図である。
【図7】本発明にかかるモータのボビンを示す斜視図で
ある。
【図8】本発明にかかるステータの一実施形態を示す分
解組立図である。
【図9】本発明にかかるモータの使用形態を示す図であ
る。
【符号の説明】
2 モータ 4 ケース 6 ステータ 8 回転軸 10 ロータ 11 スリット 12,13 フランジ 14 軸受ハウジング 15 中心孔 16 リブ 17 軸受保持部 18 開放部 19 ボス部 20,21 軸受 23 スプリング 25 スプリングホルダ 34 突極 36 ボビン 37 角孔 38 マグネットワイヤ 40 端子 50 プリント配線板 52 ホールセンサ 53 コネクタ 57 ピンホルダ 58樹脂
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山脇 孝之 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−1 ミネ ベアエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 佐野 浩 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−1 ミネ ベアエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 村松 和夫 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−1 ミネ ベアエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 西尾 太一 静岡県磐田郡浅羽町浅名1743−1 ミネ ベアエレクトロニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 平9−261935(JP,A) 特開 昭53−121108(JP,A) 特開 昭54−9701(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 5/04 H02K 5/16 H02K 5/18

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒状の金属製ケースの内面にステータ
    ヨークを放射状に取り付け、該ステータヨークの中心部
    にロータを回転自在に備え、前記ケースの少なくとも一
    端面に金属製のフランジを取り付けてなる円筒ラジアル
    ギャップ型回転電機において、 前記ケースとステータヨークとの間に樹脂を充填して一
    体とするとともに前記ロータの軸受を保持する軸受用ハ
    ウジングを前記樹脂により前記充填部分に連続させて成
    し、 前記軸受用ハウジングは、前記軸受を保持する保持部の
    周囲に放射状に延びる複数のリブを有し、前記保持部の
    外周で、該複数のリブの根元部分の間には開放部分を有
    し、 前記フランジは前記軸受の外径に等しい孔と前記リブを
    避ける切り欠きを中心部分に有し、前記軸受用ハウジン
    グに前記軸受を挿入し、更に前記ケースに該フランジを
    取り付けると、該軸受の外周が前記開放部分を介して前
    記フランジに接触する形状としたことを 特徴とした回転
    電機の軸受構造。
  2. 【請求項2】 円筒状の金属製ケースの内面にステータ
    ヨークを放射状に取り付け、該ステータヨークの中心部
    にロータを回転自在に備え、前記ケースの少なくとも一
    端面に金属製のフランジを取り付けてなる円筒ラジアル
    ギャップ型回転電機において、 前記ケースとステータヨークとの間に樹脂を充填して一
    体とするとともに前記ロータの軸受を保持する軸受用ハ
    ウジングを前記樹脂により前記充填部分に連続させて成
    形し、 前記軸受用ハウジングは前記軸受を保持する保持部の周
    囲に放射状に延びる複数のリブを有し、前記保持部の外
    周で、該複数のリブの根元部分の間には薄い樹脂層部分
    を有し、 前記フランジは前記軸受の外径に等しい孔と前記リブを
    避ける切り欠きを中心部分に有し、前記軸受用ハウジン
    グに前記軸受を挿入し、更に前記ケースに該フランジを
    取り付けると、該軸受の外周が前記薄い樹脂層部分を介
    して前記フランジに接触する形状としたことを特徴とし
    回転電機の軸受構造。
  3. 【請求項3】 前記軸受用ハウジングの前記軸受を保持
    する保持部の外周に設けた前記複数のリブの根元部分の
    間に肉厚0.3mm以下の樹脂層を形成したことを特徴
    とした請求項2に記載の回転電機の軸受構造。
  4. 【請求項4】 前記軸受用ハウジングを前記回転電機の
    外部負荷が連結される側に設けたことを特徴とした請求
    項1〜3のいずれか1項に記載の軸受構造を有する回転
    電機。
  5. 【請求項5】 前記回転電機は、インナロータ型のブラ
    シレスDCモータであり、前記軸受用ハウジング、並び
    にモータ取付け嵌合用ボスを前記モータの出力軸側に設
    け、該出力軸に連結要素を備え、該連結要素に伝達手段
    を取り付けて駆動機構を構成したことを特徴とした請求
    項4に記載の回転電機。
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