JP3867557B2

JP3867557B2 - モータ

Info

Publication number: JP3867557B2
Application number: JP2001352909A
Authority: JP
Inventors: 達哉野田; 徳也中元; 幹久石黒
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2001-11-19
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2021-11-19
Also published as: JP2003158834A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに関し、特に直流ブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の装置として特開２０００−２１７２８３号公報に記載されているものがある。このモータの固定子はｍ個のティース部と各ティース部を半径方向外側で一体的に連結する円環状のコアバック部を有する板状部材を、ティース数ｍより小さいｎ個に分割した板状部材をコアバック部の周方向に沿ってコアバック全周分並べて積層して形成される。積層されたティース部には、ティース部を励磁するためのコイルが巻き回されて固定子が構成される。
【０００３】
このモータの固定子では、製造工程において隣接するティース部の限られた空間内で機械によりコイルを巻き回すためコイルの巻きに乱れが生じる。その結果、巻かれたコイルの厚みが増加し、コイルの厚みのためにモータを薄く構成することは困難であった。コイルの厚みを減らす方法として、ティース部に直接コイルを巻き回す代わりに、ボビンを使用する手段がある。つまり、固定子とは別体の円筒状のボビンにコイルを整列巻きして、ティース部をボビン内周に挿通する状態で嵌合するものである。しかし、従来の固定子のティース部では、嵌合したボビンがティース部から脱落しないようにティース部に止め具を取り付ける等固定方法が煩雑であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
組み付け性の良い薄型のモータを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するために講じた第１の技術的手段は請求項１に示すように、略円柱状の回転子と、該回転子外周面と所定間隔を保ちつつ回転子側へ突設された複数のティース部と前記ティース部を連結するコアバック部が一体的に形成された固定子と、前記ティース部に配設されたコイルとを備え、前記固定子は前記回転子の径方向に複数個に分割されたモータにおいて、前記コイルは円筒状のボビンに整列巻きされた角線であり、前記固定子は複数通りの互いに異なる形状の金属の板状部材を前記回転子の軸方向に積層することで形成され、前記ボビンは前記ティース部に嵌合した後、前記板状部材を互いに前記回転子の軸方向に垂直な平面内で移動させたことを特徴とするモータを構成したことである。
【０００６】
上記の構成によれば、固定子のティース部へのコイルの配設方法として、円筒状のボビンに予め角線コイルを整列巻きして、ティース部がボビンを挿通する状態で、ボビンをティース部に嵌合して配設できる。角線コイルをボビンに整列巻きすることにより、固定子のティース部を磁化するボビンの線積率が上げられるため、コイル巻き数を減らさずにボビンの径方向の大きさを縮小できる。この径方向に縮小されたボビンを嵌合することによって固定子、ひいてはモータ全体の回転子軸方向のサイズ即ち厚さが縮小され、薄型のモータを構成することができる。また、複数通りの異なる形状の板状部材を回転子の軸に垂直な平面内において互いに移動することによって固定子のティース部の外周寸法、即ち幅を変化させることができる。ティース部の幅を小さくした時にボビンを嵌め、ティース部の幅を大きくすることでボビンをティース部に固定することができる。そのため、無理な力を加えることなくボビンをティース部に嵌合することができ、ボビンをティース部に嵌合時に、ボビン破損を防止できる。
【０００７】
より好ましくは請求項２に示すように、前記固定子の複数の前記ティース部は互いに平行に延在し、前記板状部材は前記ティース部の延在方向に垂直な方向に移動することを特徴とする、請求項１に記載のモータを構成したことである。
【０００８】
上記の構成によれば、複数のティース部は互いに平行であるため、全てのティース部に対してボビンの嵌め方向が一致する。よってボビンのティース部への組み付け性は良いものになる。
【０００９】
さらに好ましくは請求項３に示すように、前記板状部材において前記ティース部は板状であり、前記ティース部の延在方向に垂直な方向の長さは互いに異なることを特徴とする、請求項２に記載のモータを構成したことである。
【００１０】
上記の構成によれば、磁気回路が長くなる長いティース部は幅を大きく、磁気回路が短くなる短いティース部は幅を小さくすることができ、ティース部間の磁気抵抗の大きさを揃えることで、異なる長さのティース部が発生する磁界の強さを揃えることができ、磁界の強さのばらつきに起因するモータのコギングトルクを小さくすることができる。
【００１１】
さらに、請求項４に示すように、前記固定子は前記回転子の径方向に２分割され、互いの前記固定子の接合面は平面で構成されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載のモータとするとよい。
【００１２】
上記の構成によれば、２分割された固定子間の接合が安定し、固定子の内周に並ぶ複数のティース部がなす円筒状の空間の真円度が向上する。これにより、モータの回転及びモータのトルクを安定させることができる。
【００１３】
さらに、請求項５に示すように、前記板状部材には回転子の径方向に平行な長孔が設けられ、前記回転子の軸方向に略平行な棒状部材がモータの回転軸方向に前記長孔を挿通し、前記板状部材は互いに長孔の長手方向に沿って移動することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のモータとするとよい。
【００１４】
上記の構成によれば、長孔と棒状部材により板状部材間の移動方向が規制されるため、正確且つ容易に板状部材を相対移動させることが可能になる。
【００１５】
さらに、請求項６に示すように、前記板状部材は２種類の形状の２組からなり、２種類の前記形状は互いに反転形状であることを特徴とする請求項１乃至４に記載のモータとするとよい。
【００１６】
上記の構成によれば、２種類の互いに異なる形状の板状部材を、１種類の板状部材を製造し、半分を引っくり返し、残り半分と組み合わせるだけで用意できるため、板状部材の製造工程を簡単化することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態であるモータの構成を添付した図１乃至４に基づいて以下に説明する。
【００１８】
図１及び２に示すように、本発明の実施形態である直流ブラシレスモータは主に、モータ出力軸１３に同軸的に配設された略円筒状の磁性体（鉄製）の回転子１と、回転子１の外周面外側に所定隙間を保ちつつ取り囲むように配置された磁性体（鉄製）の固定子２と、固定子２を励磁するコイルである角線３が整列巻きされた非磁性体（樹脂製）のボビン４から構成される。さらに、図１に示すように上記モータは回転子１及び固定子２の下方側に非磁性体の（アルミ製）のモータカバー５を、回転子の下方側に鉄製の回転子支持軸６を備える。
【００１９】
回転子１は、略円筒形状の鉄製の中実部材である回転子本体１４と、上底部に図１上下方向に延びるモータ出力軸１３を備える。回転子本体１４の外周部には円筒状の永久磁石１５が嵌合されている。下底部には円環状のベアリング１６が嵌合され、ベアリング１６の内周部には支持軸６が嵌合されている。支持軸６はモータカバー５を厚さ方向に形成された貫通孔２１に圧入嵌合されている。以上の構成により回転子１はベアリング１６を介して、支持軸６及びモータカバー５に回転可能に支持されている。
【００２０】
回転子１の外周外側には、図１及び２に示すように固定子２の４個のティース部１７と２個のティース部１８が所定隙間を取って取り囲むように配置されている。固定子２はさらにティース部１７とティース部１８を図１及び２の左右方向外側で連結するコアバック部２０を有する。
【００２１】
上記の６個のティース部１７、１８の外周には、同じ端部外周にフランジを有した略円筒形状の６個のボビン４がそれぞれ嵌合されている。ボビン４のフランジ間の外周面には断面形状が正方形である角線３が整列巻きされている。角線３を整列巻きしたボビン４は、通常の円断面のコイルを巻いた場合に比較して線積率が高く、巻き数の割に巻きまわしたコイルの厚みが抑えられているため、ボビン４は径方向のサイズが比較的小さく構成されている。
【００２２】
図２は図１で記述した直流ブラシレスモータからロータ１１、ボビン４、モータカバー５、支持軸６を除いた状態を示している。この図２の固定子２は図３に示す回転子１の径に平行な平面３８で２分割され、分割されたそれぞれの部分は、鋼板を打抜き成形品である板状部材２４、３４を交互に積層して構成される。
【００２３】
図３に示すように板状部材２４は板状部材３４の略反転形状であり、異なるのは長孔７の有無である。（このため、図３以下では同じ部位が反転しているだけの場合は同じ呼び出し番号を付与している。）
板状部材３４は、ティース部２５、２６、２７及びティース部２５、２６、２７を一体的に連結するコアバック部１２Ａ４を備えている。ティース部２５、２６及び２７の先端部は回転子１の外周面所定隙間を取りつつ、これに沿う形状をなしている。ティース部２５の先端部内側にはストッパ部３２、ティース部２６の先端部にはストッパ部３３が一体的に形成されているさらにコアバック部１２Ａ４には打抜き成形による円孔２８、２９及び３０が形成されている。
【００２４】
板状部材２４は、打抜き成形により上述の板状部材３４を成形後、板状部材３４を引っくり返し、円孔２９部分に打抜き成形により長孔７を形成する工程を経て成形される。長孔７は幅が円孔２９の径より若干大きくなるように形成されている。
【００２５】
上述の図２に示す固定子２の２分割されたうちの一方を形成する板状部材２４、３４の平面図と斜視図を図４（ａ）、（ｂ）に示す。図４（ａ）では板状部材２４が板状部材３４の上に重なった状態を示す。この板状部材２４、３４の積層が繰り返されて図４（ｂ）に示すように固定子２の２分割されたうちの一方及び他方は形成されている。この状態で板状部材２４の長孔７と板状部材３４の円孔２９は重なる位置になるように形成されている。図４（ａ）、（ｂ）に示すように円孔２９は長孔７の一端側（図４では下端）に位置している。複数枚の板状部材３４の円孔２９は積層した全ての板状部材２４、３４を上下方向に貫通しており、図４（ａ）、（ｂ）に示すように円孔２９には挿通ピン８（棒状部材）が嵌挿されている。挿通ピン８の外径は円孔２９の内径と略同じだが、長孔７の幅はこの２つの径より若干大きいため、板状部材２４と板状部材３４は互いに長孔の長手方向にずらすことができる。
【００２６】
板状部材２４と板状部材３４を互いにずらす際に用いる治具の構成を図５に基づいて以下に述べる。ガイド治具９及び固定治具１０は直方体状の図示しない作業台上に固定された治具である。ガイド治具９の幅（図５の上下方向の長さ）は板状部材２４の奥行き（図５の上下方向の長さ）よりやや大きめ、高さ（図５紙面垂直方向の長さ）は上述の積層した板状部材２４、３４の高さ以上である。固定治具１０は図５に示すように円柱状で、外形は回転子１の外形よりやや小さく、高さ（図５紙面垂直方向の長さ）はガイド治具９と略同じである。一方、スライド治具１１は上述した作業台上を移動するガイド治具９、固定治具１０と略同じ高さの５角柱であり、図５に示すように板状部材２４と当接する部分の形状に特徴を備える。即ち、スライド治具１１の上記当接部は図４、５で示す板状部材３４のティース部２７の先端部外側に形成されたチャンファ部３１に平行な面１２を有している。
【００２７】
面１２のチャンファ部３１への押圧力とガイド治具９からの反力により板状部材２４の間に交互に積層された板状部材３４全ての位置は上下方向について（図５紙面垂直方向）に容易且つ正確に揃うように決定される。
【００２８】
次に本発明の実施の形態である直流ブラシレスモータの固定子２のティース部１７，１８の、ボビン４が嵌合される際の作用を添付した図５乃至７に基づいて以下に説明する。
【００２９】
図６は、図４の積層した板状部材２４，３４の形成するティース部１７，１８の外寸とボビン４の径の対比、及びティース部１７，１８へのボビン４嵌合の前後の状態を示している。図４、６に示した積層状態において、ティース部１７の幅である２２（図６）及びティース部１８の幅である２３（図６）よりボビン４の内径は若干大きく設定されているため、ボビン４は図６の矢印の示す方向への容易に嵌合される。この時、ボビン４はティース部１７，１８に圧入嵌合されないため、ボビン４が破損することは無い。
【００３０】
ボビン４をティース部１７，１８に嵌合後、ガイド治具９、固定治具１０間に積層した板状部材２４，３４を図５に示すように配置する（但し、図５には嵌合されたボビン４は描かれていない）。この時、上記板状部材間１２Ａに積層されている板状部材３４のティース部２７の先端部内側は固定治具１０からの抗力が働いており、板状部材３４のコアバック部１２Ａ４にはガイド治具９からの抗力が働くため、板状部材３４は図示しない作業台に対して制止されている。スライド治具１１を図５の矢印の方向に移動させ、板状部材２４のチャンファ部３１を押圧すると、板状部材２４は板状部材３４の間を摺動しつつ図５上方向へ移動し、積層された板状部材２４、３４は図７に示す状態になる。
【００３１】
図７の斜視図に示すように、板状部材２４のストッパ部３２、ストッパ部３３の先端部は隣接する板状部材３４のストッパ部３３、ストッパ部３２の先端部にそれぞれ接している。従って、ティース部１７，１８、ストッパ部３２、３３は連結され、この連結したティース部及びストッパ部によりボビン４は抜け落ちないように固定される。
【００３２】
さらに、図６に示すようにボビン４が固定子２に嵌合された時、ボビン４は角線３が整列巻きされていることによりボビン４の径方向の大きさが抑えられているため、固定子２及びボビン４全体に厚み（図６紙面垂直方向の寸法）を抑えることができる。このため、モータの厚みを抑えることが可能になる。
【００３３】
また、上述のようにティース部１７，１８、ストッパ部３２、３３が連結されることで、固定子２のティース部１７，１８間の隙間はゼロになっている。従って、上述のティース部１７，１８の構成により、ティース間の隙間に起因するモータのコギングトルクが抑制される。
【００３４】
ところで、本実施形態の直流ブラシレスモータは、図７に示すように、６個のティース部１７，１８をそれぞれ回転子１の径方向に放射状に配設せず、ある１つの径方向に平行に延びるようにティース部１７，１８を配設している。このティース部の配置では必然的にティース部１７はティース部１８より長くなる。これらのティース部を角線３の巻き数が同じボビン４を共通に使用して励磁した場合、ティース部の長さの違いから生じる磁気抵抗の差からティース部１７と隣接するティース部１８の発生する磁界の強さにばらつきが生じる。この磁界の強さのばらつきもまたモータのコギングトルクを発生させる原因となる。
【００３５】
ボビン４を全てのティース部に共通して使用できる利点を残しつつ、上述のモータのコギングトルクを抑えるために、本実施形態の直流ブラシレスモータでは図７に示すように、ティース部１７，１８の幅２２、２３及び、板状部材２４,３４のティース部２５と２７、及び２６の幅３５及び３６を以下のように設定している。即ち、長いティース部１７は単位長さ当たりの磁気抵抗を抑えるため幅２２を大きく、それに伴いティース部２５、２７の幅３５を大きく設定されている。一方、短いティース部１８は幅２３を小さく、それに伴いティース部２６の幅３６は小さく設定されている。このティース部幅の調整により、本実施形態の直流ブラシレスモータのコギングトルクは効果的に抑制されている。
【００３６】
また、上述したティース部の平行な配置に伴い、本実施形態の直流ブラシレスモータでは図２に示すように、固定子２のコアバック部２０は回転子１の周面外側全周に円環状に配設されず、回転子１の径方向における一方向両端側（図２の左右方向外側）にのみ配設されている。このコアバック部２０の配置により、前記一方向両端側以外の径方向外寸（例えば図２の上下方向の長さ、即ち奥行き）を小さくすることができる。
【００３７】
この形状のコアバック部２０には、例えば図８に示すように外寸の小さい側（図２の奥行き方向両端側）に減速ギヤ４０及びその出力軸４１を近接して配置することができる。従って、上述のように薄型直方体形状のモータの外寸の小さい側に減速歯車機構を近接して配設することでアクチュエータ全体を薄型化するだけでなく小型化することも可能になる。
【００３８】
また、図２及び７に示すように、２組の積層した板状部材２４、３４の当接面は所定幅３７を有する平面３９により当接する。板状部材２４、３４が幅３７の平面３９で接合されることで、固定子２の当接したティース部１７同士間の磁気回路が容易且つ確実に接続される。更に、２分割された固定子２を接合した時の寸法精度が向上し、回転子が嵌合される空間の真円度が向上する。その結果、本実施形態の直流ブラシレスモータでは回転速度及びトルクを安定させることができる。
【００３９】
また、本実施形態の固定子２では２種類の板状部材２４、３４から構成されているが、図３に示すように板状部材２４と板状部材３４とは長孔７の有無のみ異なるだけで、板状部材２４と板状部材３４は互いに略反転形状である。このため、板状部材２４、板状部材３４それぞれ専用の打抜き成形用の金型は不要となり、板状部材２４成形用の金型と長孔７用のパンチのみで製造が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明により、コギングトルクの小さな組み付け性の良い薄型のモータを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である直流ブラシレスモータの断面を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態である直流ブラシレスモータの固定子２の斜視図である。
【図３】直流ブラシレスモータの固定子２を構成する金属の板状部材の斜視図である。
【図４】積層された板状部材の上視図と斜視図である。
【図５】積層された板状部材と、これを移動させる治具の概略を示す上視図である。
【図６】直流ブラシレスモータのボビン４と固定子２を構成する積層された金属の板状部材の外寸と嵌合の概略を示す上視図である。
【図７】積層された板状部材の上視図と斜視図である。
【図８】直流ブラシレスモータと減速ギヤの配置例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１回転子
２固定子
３角線
４ボビン
７長孔
８挿通ピン（棒状部材）
１７ティース部
１８ティース部
２４板状部材
３４板状部材

Claims

略円柱状の回転子と、
該回転子外周面と所定間隔を保ちつつ回転子側へ突設された複数のティース部と前記ティース部を連結するコアバック部が一体的に形成された固定子と、
前記ティース部に配設されたコイルとを備え、前記固定子は前記回転子の周方向に複数個に分割されたモータにおいて、
前記コイルは円筒状のボビンに整列巻きされた角線であり、前記固定子は複数通りの互いに異なる形状の金属の板状部材を前記回転子の軸方向に積層することで形成され、前記ボビンは前記ティース部に嵌合した後、前記板状部材を互いに前記回転子の軸方向に垂直な平面内で移動させたことを特徴とするモータ。
前記固定子の複数の前記ティース部は互いに平行に延在し、前記板状部材は前記ティース部の延在方向に垂直な方向に移動することを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
前記板状部材において前記ティース部は板状であり、前記ティース部の延在方向に垂直な方向の長さは互いに異なることを特徴とする、請求項２に記載のモータ。
前記固定子は前記回転子の径方向に２分割され、互いの前記固定子の接合面は平面で構成されることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか１項に記載のモータ。
前記板状部材には回転子の径方向に平行な長孔が設けられ、前記回転子の軸方向に略平行な棒状部材がモータの回転軸方向に前記長孔を挿通し、前記板状部材は互いに長孔の長手方向に沿って移動することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
前記固定子は２種類の形状の前記板状部材からなり、前記２種類の形状は互いに反転形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。