JP5089117B2

JP5089117B2 - ギアードモータ

Info

Publication number: JP5089117B2
Application number: JP2006256675A
Authority: JP
Inventors: 聡一渡部
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: JP2008079442A; CN101150263A; CN101150263B

Description

本発明はギアードモータに関し、さらに詳しくは、主に洗濯機の排水弁や換気扇の開閉シャッタ等の駆動機構に好適に用いられるギアードモータに関する。

従来、モータと歯車輪列とが一体的に設けられたギアードモータが知られている。例えば特許文献１に記載のギアードモータにはＡＣ同期モータが適用されており、このＡＣ同期モータは複数の極歯を有するステータを備えている。これら複数の極歯は、略同一形状の複数の主極と、この主極より若干小さい複数の補極とからなり、起動性確保のため磁界のバランスを崩すように、略等間隔に整列された主極の間に所々補極が介設されている。
特開２００２―２６２４９１号公報

一方、ギアードモータには、薄型化を図るため、歯車輪列の軸受けとなるプレートを省いてステータコアの極歯を切り起こし形成した残りの部分に歯車輪列の軸受けを形成するものがあるが、特許文献１に記載のモータのように、補極同士が互いに対向する位置に配置されていると、面積の大きい主極が集まって、面積の小さい補極が離ればなれに形成されるため、歯車輪列の軸受けを形成することができる位置が離散され、歯車輪列の配置可能な範囲が限定される、または補極を避ける歯車輪列の配置にしなくてはならない。そのため所望のギア比を得るための歯車輪列の配置を設計するのが困難になるといった問題があった。

そこで、本発明の解決しようとする課題は、歯車輪列の軸受けを形成することができる比較的広いスペースを確保し、歯車輪列の配置の自由度を向上させたギアードモータを提供することにある。

本発明は、請求項１記載のように、コイルと、このコイルより発生する磁束の磁路を形成する複数の極歯と、を有するステータを備えるクローポール型のモータと、該モータの回転を減速する減速機構と、を有するギアードモータにおいて、前記複数の極歯は、対向する２枚の板状の磁性体の一部を切り起こして形成された主極と補極で構成されるとともに、前記主極を通る前記磁束の量と前記補極を通る前記磁束の量とが異なるように前記補極は前記主極よりも面積が小さく形成され、前記主極と前記補極の両方が形成される前記２枚の磁性体の一方であるプレートには、中央に前記モータのロータが挿入される開口部が形成されるとともに、この開口部の外周側に前記主極と前記補極を切り起こすことによって生ずる穴が形成され、この穴を避けるようにして前記減速機構を形成する歯車輪列の軸を保持する軸受けが形成され、前記プレートに形成された全ての主極および全ての補極のそれぞれが周方向に連続して配置されていることを要旨とするものである。

さらに、請求項２に記載のように、前記複数の極歯を構成する全ての補極が、前記プレートに形成されていることが好ましい。
また、請求項３に記載のように、前記プレートには前記補極が複数構成され、この複数の補極は前記モータの回転軸を中心に対向しないよう周方向に連続して配置されるとともに、この補極を切り起こすことによって生ずる穴の間に前記軸受けが形成されていることが好ましい。

本発明に係るギアードモータによれば、補極を通る磁束の量と主極を通る磁束の量とを異ならせているため、この補極が形成される側の磁性体には、前記主極のみが形成される側の磁性体よりも、前記減速機構の歯車輪列の軸を保持する軸受けを形成するために利用できるスペースが広く形成される。そして、前記対向する２枚の磁性体のうち、この補極が形成される側の磁性体に、前記軸受けが形成されるので、前記軸受けの配置の自由度が向上する。

また、前記補極が、前記主極よりも小さく形成されているため、前記対向する２枚の板状磁性体のうち、この補極が形成される側の磁性体に、前記歯車輪列の軸を保持する軸受けを形成するために利用できるスペースをより広く設けることができる。

また、前記補極をモータ回転軸の周方向に連続して形成して、補極をまとめて配置すれば、補極周辺にまとまったスペースを確保することができ、軸受けの配置の自由度がより向上する。

以下に本発明の一実施形態に係るギアードモータについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係るギアードモータ１０の概略構成を示す分解斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るギアードモータ１０は、ロータ軸１２の周りにマグネットが設けられてなるロータＲと、このロータＲの外周面を取り囲むように複数の極歯１６，１６，・・・が配置され、これら極歯１６，１６，・・・のさらに外周にコイル１８が設けられてなるステータＳとからなるクローポール型のモータＭ、および、このモータＭのロータ軸１２の回転を出力軸Ｏまで減速して伝達するように複数の複合歯車２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを有する減速機構が、本体ケース内３０ａ，３０ｂに納められてなる。このギアードモータ１０は、モータＭから供給される回転を減速し回転力を増加させて出力軸Ｏから出力を行なうものである。

図２は、このギアードモータ１０に備えられたモータＭのステータＳの分解斜視図である。ステータＳは、対向して配置される略円形状の２枚の板状の磁性体（以下、ステータＳコアと称す。）の間にコイル１８が介設されて構成される。

尚、このステータコア３２，３４としては、例えば鉄やニッケル等の磁性鋼板等が好適に用いられる。また、このコイル１８は、例えば銅線あるいはアルミクラッド線等が略円筒形状に巻き回されて形成されたものである。

この対をなす略円形状のステータコア３２，３４の中心付近には、各ステータコア３２，３４（板状の磁性体）を部分的にコイル１８の方に切り起こして形成された４枚の極歯１６が立設されている。

ここで、一方のステータコア３４（図２ではコイル１８の下方に配置されている側のステータコア）には、コイル１８の内径より僅かに小さい径を有する円周上に、面積の略等しい４枚の極歯（主極）１６ａが略等間隔に並んで起立形成されている。この一方のステータコア３４は、外周縁に、コイル１８の外径より僅かに大きい内径と、コイル１８の高さとほぼ同じ高さを有する円筒状の壁３４ａが一体的に設けられており、コイル１８の外側を覆うケースの機能も兼ねている。

そして、他方のステータコア３２（図２ではコイル１８の上方に配置されている側のステータコア）にも、同じくコイル１８の内径より僅かに小さい径を有する円周状に、４枚の極歯１６が切り起こされて設けられている。この他方のステータコア３２に形成された極歯１６は、一方のステータコア３４に形成された極歯１６ａと略等しい大きさの２枚の極歯（主極）１６ａ，１６ａと、他の極歯より若干面積が小さく形成された２枚の極歯（補極）１６ｂ，１６ｂとから構成されている。これら主極１６ａ，１６ａ同士および補極１６ｂ，１６ｂ同士は互いに隣り合うように配置されている。

この、他方のステータコア３２の中心にはロータＲを挿入するための略円形状の開口部３２ａが設けられている。また、このステータコア３２の外周端縁にはステータＳを本体ケース３０ｂに固定するためのネジ穴３１，３１を有する取り付け部３０ｃ，３０ｃが設けられている。

この、若干小さく形成された２枚の極歯（補極）は、コイル１８への通電により発生する磁界のバランスを崩すために主極１６ｂと異なる大きさに形成されており、モータＭの起動性を確保するために、電源投入時に起動トルクが発生しやすいようにするためのものである。

この他方のステータコア３２は、主極１６ａおよび補極１６ｂが切り起こされた残りの部分に軸受け用孔３６ａ〜３６ｅが形成され、ギアードモータ１０の減速機構Ｇを構成する歯車輪列の軸を保持する軸受けを備えたプレートとしての機能も有している。

対をなすステータコア３２，３４のそれぞれに備えられた極歯１６は、略同一径を有する円周上の互い違いの位置に形成されている。すなわち、コイル１８にこれらの対をなすステータコア３２，３４を装着すると、コイル１８の内周面にそれぞれのステータＳの極歯１６が互い違いに並ぶように配置される。これら極歯１６のさらに内周にロータＲが配置される（図１参照）。

そして、コイル１８をステータコア３２，３４で挟み込むようにして固定し、コイル１８の内周面に極歯１６が配置され、そのさらに内周にロータＲが装着された状態で、端子３８等を介してコイル１８に電流を通電すると、コイル１８が励磁され、ロータＲのマグネット１４の磁力との相互作用によってトルクが発生し、ロータＲが回転する。

このとき、ステータコア３２，３４に設けられた極歯１６はコイル１８から発生する磁束の磁路を形成するが、前記他方のステータコア３２（図２ではコイル１８の上方に配置されている側のステータコア）に設けられた極歯１６は、主極１６ａと補極１６ｂとで面積が異なるため、この主極１６ａを通る磁束の量と、補極１６ｂを通る磁束の量が異なる。

従って、コイル１８の内周に、略同じ大きさの主極１６ａと、大きさの異なる補極１６ｂとが入り交じって配置されることにより、コイル１８への通電により発生する磁界の分布がロータＲのマグネット１４の周囲（コイル１８の内周）で均一にならず、ロータＲ（図１参照）の起動トルクが発生しやすくなる。

図３は、図２に示したステータＳを組み立て、その中心に円周上に配列された極歯１６，１６，・・・の内周にロータＲを装着した状態の上面図である。ステータコア３２の開口部３２ａの外周側には、４枚の極歯１６を切り起こした際に極歯１６の大きさに相当する穴１６’が形成されている。このステータコア３２の極歯１６を切り起こした残りの部分には、ギアードモータ１０の減速機構Ｇを構成する歯車輪列の軸を保持する軸受け用孔３６ａ〜３６ｅが形成されている。

ここで、前述のように、本実施形態では補極１６ｂは主極１６ａより面積が小さく形成されているので、対をなすステータコア３２，３４の補極１６ｂが設けられている側のステータコア３２には、主極１６ａのみが形成される側のステータコア３４に比べ、複数の極歯１６，１６，・・・を切り起こした残りの部分の面積が大きく、軸受け用孔を形成するために利用できる広いスペースを確保することができる。

更に、本実施形態ではステータコア３２に補極１６ｂ同士が隣り合って配置されている。面積の小さい補極１６ｂが集まって配置されることで、この補極１６ｂを切り起こした穴の周辺に、軸受け用孔を形成するためのまとまったスペースを確保することができる。

そして、これらの軸受け用孔３６ａ〜３６ｅに減速機構Ｇを構成する歯車輪列の各複合歯車２０ａ〜２０ｄ，２６の軸２２ａ〜２２ｅが取り付けられ（図１参照）、各複合歯車２０ａ〜２０ｄ，２６が噛み合わされて配置される。

次に、この減速機構Ｇについて図面を参照して説明する。図４は、図３に示したステータＳに歯車輪列が取り付けられた状態を示す上面図である。図５は、ケース本体３０ａ，３０ｂ内に納められた減速機構Ｇの各歯車の軸を繋ぐ断面を示した輪列展開図である。

尚、図面では省略したが、各複合歯車２０ａ〜２０ｄ，２６の外周面には歯車の歯が形成されており、それぞれの複合歯車２０ａ〜２０ｄ，２６が互いに噛み合って、回転を伝達することができるように構成されている。また、これらの複合歯車は合成樹脂材料による射出成形などにより形成される。

図４および５に示すように、歯車輪列の軸受け用孔３６ａ〜３６ｅが形成されたステータコア３２の中心には、マグネット１４が取り付けられたロータ軸１２が突出して設けられており、ロータ軸１２のマグネットの上部にはロータピニオン２４が取り付けられて、ロータ軸１４とともに回転する。

このロータピニオン２４に噛み合うように、第１の複合歯車２０ａが第１の軸２２ａに取り付けられて配置されている。第１の複合歯車２０ａは径の大きい下層の歯車と、径の小さい上層の歯車とが一体的に形成されて、径の大きい歯車がロータピニオン２４に噛合し、径の小さい歯車に第２の複合歯車２０ｂが噛合して、ロータピニオン２４の回転を減速して第２の複合歯車２０ｂに伝達する。

第２の複合歯車２０ｂも径の大きい下層の歯車と、径の小さい上層の歯車とが一体的に形成されており第２の軸２２ｂに取り付けられている。この第２の複合歯車２０ｂの径の大きい歯車が第１の複合歯車２０ａに噛合し、径の小さい歯車に第３の複合歯車２０ｃが噛合して、ロータピニオン２４の回転を更に減速して第３の複合歯車２０ｃに伝達する。

第３の複合歯車２０ｃも同様に、径の大きい歯車が第２の複合歯車２０ｂに噛合し、径の小さい歯車に第４の複合歯車２０ｄが噛合するように第３の軸２２ｃに取り付けられている。第４の複合歯車２０ｄも、径の大きい歯車が第３の複合歯車２０ｃに噛合し、径の小さい歯車に出力歯車２６が噛合するように、第４の軸２２ｄに取り付けられている。

このようにして、ロータピニオン２４の回転は、第１〜第４の複合歯車２０ａ〜２０ｄを介して減速されて出力歯車２６に伝達される。

尚、図１に示すように、第１の複合歯車２０ａが取り付けられている第１の軸２２ａには、逆回転防止部材２８が設けられている。この逆回転防止部材２８は、ロータピニオン２４の歯に引っ掛かる突起２８ａが設けられた円盤２８ｂと、該円盤２８ｂを軸方向に付勢することにより、前記複合歯車２０ａと前記円盤２８ｂにフリクションを発生させる板バネ２８ｃとからなる。ロータピニオン２４が正規の方向に回転するときは、円盤２８ｂの突起２８ａロータピニオン２４の歯から外れ、ロータピニオン２４が反対方向に回転するときは、円盤２８ｂの突起２８ａロータピニオン２４の歯に引っ掛かってロータピニオン２４の回転が規制される。

このように構成された減速機構Ｇの上に、図１および図５に示すようにロータ軸１２とステータコア３２に取り付けられた第１〜第４の軸２２ａ〜２２ｄの先端側の軸受けが設けられた中板４０が取り付けられる。中板４０には、出力歯車２６の上部に設けられた出力軸Ｏが挿通される貫通孔４０ａが設けられている。

また、図１に示すように、中板４０には、ステータＳのコイル１８に電流を供給する端子３８が取り付けられている。更に、中板４０の側部には、ケース本体３０ｂと中板４０とを係止するための係止部４０ｂが設けられており、この係止部４０ｂにはネジ４２を挿通するネジ穴４０ｃと係止爪４０ｄが設けられている。この係止爪４０ｄが本体ケース４０ｂの被係止部（図示せず）に係止し、かつ、ネジ４２によってネジ止めされて、モータＭと減速機構Ｇをケース本体３０ｂ内に固定する。

ギアードモータ１０はこのようにしてケース本体３０ｂと中板４０との間にモータＭと減速機構Ｇとが固定され、その更に上からケース本体３０ａで覆われてなるものである。

ケース本体３０ｂの上面には、中板４０の貫通孔４０ａから突出するように配置された出力軸Ｏが挿通される出力用開口部４６が設けられている。この出力用開口部４６内に配置された出力軸Ｏの先端に牽引部材４８、コイルバネ５０、ホルダ５２等がネジ５４を介して取り付けられ、牽引部４８ａが駆動されることで、洗濯機の排水弁や、換気扇のシャッタ等が駆動される。

また、ケース本体３０ａ，３０ｂの外側面には、係止窓４２ａと係止片４２ｂが複数組設けられており、ケース本体３０ａ，３０ｂ同士を互いに係止する。

さらに、ケース本体３０ａの上面には、中板４０に取り付けられた端子３８の一端を収容するコネクタ部４４が設けられている。端子３８の他端は、中板４０とステータＳとを互いに固定することで、ステータＳに設けられたステータ側コネクタ内に配置されコイル１８の電線端末に接続されたコイル側端子（図示せず）と接続される。このようにして、コネクタ部４４に相手側コネクタが接続されて、コイル１８の電源と、コイル１８への通電を制御する信号とが入力されることにより、ギアードモータ１０が駆動される。

ギアードモータ１０の減速機構のギア比等は、モータＭの駆動特性（ロータＲの回転数およびトルクなど）と出力側に取り付けられる機器との関係で決定されるが、本発明に係るギアードモータによれば、モータＭの、補極が形成される側のステータコアに減速機構の歯車輪列の軸受けが設けられているため、軸受けを形成するためのスペースが広く、歯車輪列の配置を設計する際の制約が少ない。そのため、ギアードモータの設計の自由度が向上する。

このように、このギアードモータ１０によれば、補極１６ｂを通る磁束の量と主極１６ａを通る磁束の量とを異ならせているため、この補極１６ｂが形成される側のステータコア３２には、主極１６ｂのみが形成される側のステータコア３４よりも、減速機構Ｇの歯車輪列の軸２２ａ〜２２ｅを保持する軸受け３６ａ〜３６ｅを形成するために利用できるスペースが広く形成される。そして、コイル１８を介して対向するステータコア３２，３４のうち、この補極１６ｂが形成される側のステータ湖３２に、軸受け３６ａ〜３６ｅが形成されるので、これらの軸受け３６ａ〜３６ｅの配置の自由度が向上する。

このとき、補極１６ｂが、主極１６ａよりも小さく形成されているため、コイル１８を介して対向するステータコア３２，３４のうち、この補極１６ｂが形成される側のステータコア３２に、減速機構Ｇの歯車輪列の軸２２ａ〜２２ｅを保持する軸受け３６ａ〜３６ｅを形成するために利用できるスペースをより広く設けることができる。

さらに、補極１６ｂをモータＭのロータ軸１４の周方向に連続して形成して、補極１６ｂをまとめて配置することにより、補極１６ｂ周辺にまとまったスペースを確保することができ、軸受け３６ａ〜３６ｅの配置の自由度がより向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることはもちろんである。例えば、上記実施形態では、主極と補極の面積を異ならせて、主極と補極を通る磁束の量を異ならせる例を示したが、主極と補極のコイルの内周面からの距離を異ならせて磁束の量を変化させても良い。また、減速機構の歯車輪列の構成は上記実施形態に限られるものではなく、要求されるギア比等によって適宜調節することができる。

本発明の一実施形態に係るギアードモータの構成を示す分解斜視図である。図１のギアードモータが備えるモータのステータ示す分解斜視図である。図２に示したステータの上面図である。図３に示したステータに減速機構を構成する歯車輪列を取り付けた状態を示す上面図である。図４に示したモータに取り付けられた減速機構の輪列展開を示す断面図である。

符号の説明

１０ギアードモータ
１２ロータ軸
１４マグネット
１６極歯
１６ａ主極
１６ｂ補極
１８コイル
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ複合歯車
２４ロータピニオン
２６出力歯車
３０ａ，３０ｂ本体ケース
３２，３４ステータコア
Ｍモータ
Ｇ減速機構
Ｒロータ
Ｓステータ

Claims

コイルと、このコイルより発生する磁束の磁路を形成する複数の極歯と、を有するステータを備えるクローポール型のモータと、
該モータの回転を減速する減速機構と、
を有するギアードモータにおいて、
前記複数の極歯は、対向する２枚の板状の磁性体の一部を切り起こして形成された主極と補極で構成されるとともに、前記主極を通る前記磁束の量と前記補極を通る前記磁束の量とが異なるように前記補極は前記主極よりも面積が小さく形成され、
前記主極と前記補極の両方が形成される前記２枚の磁性体の一方であるプレートには、中央に前記モータのロータが挿入される開口部が形成されるとともに、この開口部の外周側に前記主極と前記補極を切り起こすことによって生ずる穴が形成され、この穴を避けるようにして前記減速機構を形成する歯車輪列の軸を保持する軸受けが形成され、
前記プレートに形成された全ての主極および全ての補極のそれぞれが周方向に連続して配置されていることを特徴とするギアードモータ。
請求項１において、前記複数の極歯を構成する全ての補極が、前記プレートに形成されていることを特徴とするギアードモータ。
請求項１または２において、前記プレートには前記補極が複数構成され、この複数の補極は前記モータの回転軸を中心に対向しないよう周方向に連続して配置されるとともに、この補極を切り起こすことによって生ずる穴の間に前記軸受けが形成されていることを特徴とするギアードモータ。