JP4770156B2 - 扁平型ブラシ付コアレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車搭載の軽量、薄型、低コストを要求されるＤＣブラシ付モータに関する。

自動車用モータは１）低燃費を実現する為の軽量化、２）限られたスペースの中で使用可能な薄型化、３）低コスト化が要求されている。その中で、出力６０Ｗまでの要求性能においては、その薄型、軽量化のメリットが生かされる扁平型ブラシ付コアレスモータ：以下フラットモータが使用されている。その代表的な構造について第２図を参照しながら説明する。第２図はフラットモータを示す。巻線と整流子１を有するロータと呼ばれる無鉄心の回転子２が軸受３、４を介して保持されており、略ドーナツ形状マグネット５は反出力軸側のブラケット６に配設され、カーボンブラシ７：以下ブラシを配設するための異形形状を持ち、その平面からの軸方向への磁束と、巻線に流れる電流によって回転トルクを発生するもので、そのときに整流子１とブラシ５によって電流方向が切替え、整流されて一定方向の有効なトルクを発生するものである。その駆動トルクを発生する源であるマグネット５からの磁束の量は、そのロータ２に対面するマグネット５の面積に比例し、面積が大きいほど有効な磁束を確保することになる。

このフラットモータの特徴は第３図に示す有鉄心のモータに対し、軽量、薄型が実現できることが特徴である。第３図においては、巻線８は鉄心９に具備されマグネット５の形状は弓型で磁束を、軸方向ではなく、軸に対し放射状の方向に発生させる。そのため、鉄心９による重量と、軸方向にある程度の鉄心９とマグネット５の長さが必要となる。この２つのタイプのモータを同一出力で比較した時、重量で約２０％の軽量化 薄型化で約１５％の薄型化が実現できる。逆に短所としては、軸方向に磁束を発生するモータの為、その磁気変動による振動１次モードは第２図内の破線で示すようなモータ外周を節とした太鼓状の振動となり、モータの加振周波数と合致した時に共振音を発生するという短所がある。第４図はその振動モードをＣＡＥで解析した結果と、その共振音をＦＦＴで周波数分析した結果である。

上記軽量化、薄型化の比較指標は胴径がφ９０〜１００程度の胴径を有するモータの場合の比較となる。これがφ６０〜φ８０の小さい胴径を必要とする、φ１２０〜φ１６０の小径ファン回転用のモータとなるとマグネット５の形状の中でブラシを配設するために設けられた異形形状部分（図１：薄いハッチング部分で有効磁束を発生しない部分）の比率が大きくなる為、同等重量で同等出力を得ることが困難となる。

この改善策として、出力軸側にマグネットを配設し、反出力軸側にそのマグネットの面積分をもつブラケットを配設する方法がある。図５はその実施形態を示す為の説明図であるが、軸受３を保持する部分をブラケット６と分離した３ピース構造とする為に、２つの軸受の同軸を確保することが難しく軸受異音の発生という課題と、ブラシホルダー１０を合わせた部品点数がアップする課題と、薄型化が犠牲になるという課題がある。
特開２００３−１５３５００号公報

解決しようとする課題はモータの薄型化、軽量化、出力性能、低騒音、低コストなどの性能を成立させることである。

本発明は、まず出力軸側のブラケットにマグネットを配し、内径の小さいマグネットにてマグネットの面積を確保（マグネットの磁束を確保）し出力性能を満足させると同時に、反出力軸側のブラケットに同等の磁気回路を構成する為の平面部を有し、且つ軸受ハウジングを有し、ブラシ、電源リード線を具備しながら防水性の確保する為の蓋の役割をする樹脂成型ブラシホルダーを、上記反出力軸側のブラケットの磁気回路を構成する平面部に直接固定する構造としたことを特徴とするものである。

本発明のフラットモータは、胴径φ４０の有鉄心モータに対し、φ６０の胴径で同等出力性能を確保し、且つフラットモータの特徴である 軽量化：１５％を実現し、薄型化：５３％を実現することができる。また、部品点数を増やすことなく実現できている為、その構成材料費は同等で、且つ、上記反出力軸側のブラケットの磁気回路を構成する平面部に樹脂成型ブラシホルダーを直接固定する構造とすることで上記振動１次モードに対し大きなダンピング効果を発生させることにより共振音の低減を実現することができ、且つ、軸受の保持構造を２ピースで実現している為、同軸ズレによる軸受異音の発生もないという利点がある。

モータの薄型化、軽量化、出力性能、低騒音、低コストなどの性能を成立させるという目的を、部品点数、モータ組立工数を増加させること無く実現した。

次に、本発明の具体例を説明する。

図１は、本発明のモータの１実施例の図であって、軸方向に断面した図と反出力軸側から見た図である。マグネット５はブラケット１１に配し、内径はロータ２の外径に対し、５０％の小さい内径のドーナツ形状のものである。反出力軸側のブラケット６はそのマグネット５の内径部分まで平面部を有し、マグネット５との間に適正な磁気的エアギャップを確保していると同時に、軸受３を保持する軸受ハウジング１４と、ブラシホルダー１０に具備されたブラシ７が整流子１に接する為の開口部分を有している。ブラシ７を具備し、電源リード線１２が接続され防水の為のシール等が施されたブラシホルダー１０は、反出力軸側のブラケット６の上記平面部分に直接ボルト１３で固定されている。反出力軸側のブラケット６への固定の為のネジ穴は反出力軸側のブラケット６をバーリング加工で反出力側に有効ネジ長を確保している。固定ボルト１３はマグネット５のラジアル方向のＮ極、Ｓ極の磁極の極間に配設され磁界の乱れることを防止していると同時に、モータ取り付け穴１ヶ所と連動した位置に配設されモータが実機に取り付けられた後の剛性アップに寄与している。

マグネット５を出力軸側のブラケット１１にロータ径の５０％以下で配することで、ドーナツ上のマグネット５の面積をフルに活用し、且つ反出力軸側のブラケット６に相当面積の平面部を有することで約２０％の有効磁束がアップしている。それによって本実施例におけるモータの重量は約２００ｇで他の同等出力のモータに対し大きく優位性のある軽量化となっている。

ブラシホルダー１０を直接反出力軸側のブラケット６の平面部にボルト１３で固定する構造によってモータの軸方向の厚みを極めて薄く、且つ 共振音低減を実現させることができる。本実施例における厚みは約２９ｍｍで他の同等出力のモータに大きく５０％以上の優位性のある厚みとなっている。またブラシホルダー１３は反出力軸側のブラケットの開口部に対し、蓋の役目を果たし、モータとして防水構造を確保できている。本実施例における振動１次モードに対するＣＡＥ解析の結果及び共振音のＦＦＴアナライザによる周波数分析データの図６に示す。共振音を約１／３に低減できている。

また、反出力軸側のブラケット６は軸受３を保持するハウジング１４を具備しているため、出力軸側のブラケット１１と２つのパーツで保持構造を完結することができるため、両軸受の同軸精度が極めて高い精度で組み立てることが可能で、そのことによって軸受の異常音の発生を抑制でき低騒音のモータを提供することができる。

本発明は、自動車搭載の軽量、薄型、低コストを要求されるＤＣブラシ付モータに適用できる。

本発明を実施したフラットモータの構造断面図と矢視外観図 従来のフラットモータの構造断面図と矢視モータ内部説明図 従来の有鉄心モータの構造断面図と矢視モータ内部説明図 従来のフラットモータの振動１次モードＣＡＥ解析結果図と共振音の周波数分析結果図 従来のフラットモータの構造断面図 本発明を実施したフラットモータの振動１次モードＣＡＥ解析結果図と共振音の周波数分析結果図 従来のフラットモータの振動１次モードＣＡＥ解析結果（図４）の詳細図 本発明を実施したフラットモータの振動１次モードＣＡＥ解析結果（図６）の詳細図

符号の説明

１ 整流子
２ ロータ
３ 軸受
４ 軸受
５ マグネット
６ 反出力軸側のブラケット
７ ブラシ
８ 巻線
９ 鉄心
１０ ブラシホルダー
１１ 出力軸側のブラケット
１２ 電源リード線
１３ 固定ボルト
１４ 軸受を保持するハウジング

Claims (5)

1. ドーナツ形状マグネット平面からの軸方向への磁束を利用して駆動力を発生する扁平型ブラシ付コアレスモータであり、マグネットを出力軸側のブラケットに配し、反出力側の磁気回路を構成するブラケットにはマグネットの内径部分まで平面部を構成しかつロータの軸受を保持するハウジングと開口部とを有し、さらに前記開口部の蓋となりかつカーボンブラシを有する樹脂成形ブラシホルダーを、前記反出力側の磁気回路を構成するブラケットのマグネット内径部分までの磁気回路を構成する平面部に直接固定する構造を有する扁平型ブラシ付コアレスモータにおいて、
   前記反出力側の磁気回路を構成するブラケットに前記ブラシホルダーをボルトにて固定し、
   前記ブラシホルダーの固定位置をマグネットの極間に設置した構成を具備する扁平型ブラシ付コアレスモータ。
2. マグネットの内径をロータ外径の５２％以下にした構成を具備する請求項１記載の扁平型ブラシ付コアレスモータ。
3. ブラシホルダーを固定する為にブラケットにバーリングを構成した請求項１記載の扁平型ブラシ付コアレスモータ。
4. ブラシホルダーの固定位置をブラケット取付け穴と連動した位置に設置した構成を具備する請求項１記載の扁平型ブラス付コアレスモータ。
5. 請求項１乃至４に記載の扁平型ブラシ付コアレスモータを搭載した自動車。