JP5137683B2 - コアレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、減速機構を備えたコアレスモータに関するものである。

モータから減速された出力を取り出すには、モータ出力軸と所望の出力軸の間に減速機構を設ける手法が一般的であり、減速機構はモータ外部あるいは内部に取り付けられる。内部に取り付けられる場合であっても、多くはモータハウジング内に減速機構が収まっているだけで、該減速機構は電機子や固定子といったモータ基本構成部の外部に配置されている（特許文献１）。

特許文献１において、個別に組み立てられていたモータとギヤヘッド（減速機構）とを同一のハウジング内に装填したことによる恩恵は、モータと減速機構の位置出しに不可欠な中間部品を廃止できたことである。また、その分の調整作業の廃止による組み立て工数の削減などである。
特開平８−１８６９５５号公報

しかしながら、上記特許文献１のモータは、減速機構の一体化によって実現された小型化は僅かなものである。つまり、減速機構を一体化したモータを小型化（全長を短く）するには、モータ構造を含めた抜本的な見直しが必要であった。

（発明の目的）
本発明の目的は、小型化することのみならず、モータ軸とマグネット、外筒との必要な同軸度を確保しやすく、組み立て作業の容易な構造のコアレスモータを提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としてのコアレスモータは、遊星ギヤユニットと、前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛み合う内歯車が形成される内部継鉄と、前記内部継鉄の外周に配置される円筒状のマグネットと、前記マグネットの外周に配置される外筒とを含む外筒・ギヤユニットと、前記内部継鉄に取り付けられる中蓋と、前記中蓋を前記内部継鉄に取り付けた際に、前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛み合うピニオンギヤが取り付けられたモータ軸と、前記モータ軸を前記中蓋に対して回転可能に軸受けする一対の軸受とを含むモータ軸ユニットと、前記モータ軸に取り付けられる円板と、前記円板に取り付けられる整流子と、前記円板に固定され、前記整流子と電気的に接続される円筒形のコイルとを含むロータユニットと、前記外筒に取り付けられる後蓋と、前記後蓋に固定され、前記後蓋が前記外筒に取り付けられた際に、前記整流子と接触するブラシとを含む後蓋ユニットとを有し、前記ピニオンギヤが前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛み合うように前記中蓋を前記内部継鉄に取り付けた後、前記コイルが前記マグネットと前記外筒との間に位置するように前記モータ軸に前記円板を取り付け、その後、前記外筒に前記後蓋を取り付けることを特徴とする。
また、本発明の他の側面としてのコアレスモータは、モータ軸と、前記モータ軸に取り付けられるピニオンギヤと、前記ピニオンギヤと噛みあう遊星歯車を有する遊星ギヤユニットと、前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛みあう内歯車が形成される内部継鉄と、前記内部継鉄に固定される中蓋と、前記中蓋に前記モータ軸を軸受けする一対の軸受と、前記内部継鉄の外周に配置される円筒状のマグネットと、前記内部継鉄に固定され、前記マグネットの外周に配置される外筒と、前記マグネットと前記外筒との間に配置され、通電されることで前記モータ軸を中心として、前記マグネットに対して回転するコイルと、前記コイルと電気的に接続される整流子と、前記整流子が取り付けられ、前記コイルに固定される円板と、前記整流子と接触するブラシと、前記ブラシが取り付けられ、前記外筒に固定される後蓋と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、小型化することのみならず、モータ軸とマグネット、外筒との必要な同軸度を確保しやすく、組み立て作業の容易な構造のコアレスモータを提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例に示す通りである。

ここで、本発明の実施例の説明に入る前に、以下に説明する実施例のコアレスモータの前提となるモータについて説明する。

減速機を有するモータには、例えば特許文献１のように、モータと同一ハウジング内に減速機構を設けたものが提案されており、この種の多くは、モータと減速機のハウジングを一体化したに過ぎない。この点に鑑み、特にモータ部分をコアレスモータとし、界磁マグネットの内部継鉄の役割を減速機のハウジングが兼ねるように、すなわちマグネットに内包するように減速機を配置し、モータ全長を短縮できるようにした減速機内包型コアレスモータが考えられる。

この減速機内包型コアレスモータの基本構成について、図７ないし図９を用いて説明する。なお、図７はコアレスモータの分解斜視図、図８はコアレスモータの組み立て途中の状態を示す斜視図、図９はコアレスモータの組み立て完了状態を示す断面図である。

図７において、まず、磁性体で作られた内部継鉄兼内歯車６に円筒状のマグネット７（界磁マグネット）を取り付け、さらに外筒４を取り付けて界磁組を形成する。そして、出力軸５、太陽歯車９、遊星歯車８を組み込み、中蓋１０を有する後蓋ユニット３（図８参照）が取り付けられる外筒・ギヤユニット１（図８参照）を完成する。ここで、中蓋１０の中心の孔はモータ軸１３の出力側軸受１４の台座を兼ねており、後にロータユニット２（図８参照）の円筒状のコイル１１が収まるマグネット７の外径と外筒４の内径の空隙に対して、中心軸が精度良く一致している必要がある。そのためには、中蓋１０が取り付けられる内歯車６の内径とマグネット７の外径部、外筒４の内径を精度良く組み付けておかなければならない。加えて中蓋１０の外径と内径、さらには軸受１４の外径と内径の同軸度など、部品単体としての精度も求められる。

次に、モータ軸１３の反出力側の軸受２０について考えると、軸受２０は後蓋２１に取り付けられ、これら軸受２０、後蓋２１およびブラシばね１８、端子１９、ブラシ２２より成る後蓋ユニット３（図８参照）が外筒・ギヤユニット１に取り付けられる。ここでは後蓋ユニット３と外筒４の取り付け精度のほかに、外筒内径と外筒４の後蓋取り付け部内径との同軸度、後蓋２１の外径と後蓋２１の軸受取り付け部内径との同軸度、軸受２０の外径と内径の同軸度などの部品精度が求められる。

図９に示すように組み立て完了したコアレスモータは、マグネット７の外径と外筒４の内径の間の空隙えロータのコイル１１が回転する構造である。よって、少なくともロータの軸（モータ軸１３）を支承する前後の軸受１４，２０は、その中心がマグネット外径と外筒内径の中心軸同士と精度良く一致していなければならない。

しかしながら、上述したように減速機内包型コアレスモータの場合、小型化は達成できるが、軸受とマグネット外径、外筒内径との間に介在する部品や組み立て工程が多い。このため、それぞれの部品精度と組み立て精度の積み重ねにより、最終的な軸受とマグネット外径、外筒内径との同軸度が決定されるから、仕上がりにばらつきが多く、所望の同軸精度を満たせない場合が多々出てくる。

さらに詳しくは、コアレスモータにおいて、界磁組とロータユニットを精度良く組み立てることは、最も重要な要件の一つであり、そのためには界磁組とモータ軸あるいはその軸受を精度良く組み立てておく必要がある。しかし、減速機構を内包するように配置したコアレスモータでは、モータ軸の軸受間距離が短いこと、高い組み立て精度を要求される界磁組とモータ軸との間に介在する部品点数や組み立て工程が多い。このようなことから、界磁組とモータ軸を所望の精度で組み立てることは難しかった。

そこで、小型化にすることのみならず、このような点についても改善できるコアレスモータを本発明の実施例として、以下に説明する。

図１ないし図６は本発明の一実施例に係わるコアレスモータの構造を示す図である。詳しくは、図１はコアレスモータの構造を示す断面図、図２は図１のコアレスモータをユニット単位で分解して示す斜視図である。図３は図２の外筒・ギヤユニット１の構造を示す分解斜視図、図４は図２のモータ軸ユニット２３の構造を示す分解斜視図、図５は図２のロータユニット２の構造を示す分解斜視図、図６は図２の後蓋ユニット３の構造を示す分解斜視図である。なお、図７ないし図９と同じ部品には同一の符号を付してある。

本発明の一実施例に係わるコアレスモータは、図１に示すように、マグネット７の内部に遊星歯車減速機を構成する。そして、図２に示すように、外筒・ギヤユニット１、モータ軸ユニット２３、ロータユニット２、後蓋ユニット３の４つのユニットに分けて構成することで、以下に述べるように容易に組み立てることができる。

図３において、磁性体で作られた内部継鉄兼内歯車６の外周部にマグネット７を取り付け、マグネット７の外周部に外筒４を取り付けて界磁組を形成する。そして、着磁した後、出力軸５、太陽歯車９、遊星歯車８を組み込み、中蓋１０を有するモータ軸ユニット２３が取り付けられる外筒・ギヤユニット１を完成する。着磁は遊星ギヤユニット（出力軸５、太陽歯車９、遊星歯車８）を組み込んだ後に行うこともできる。内部継鉄兼内歯車６に内接する遊星歯車８は、磁界の安定のため非磁性体で構成することが望ましい。ここまでは従来の構造と同一である。

図４において、モータ軸ユニット２３は、モータ軸１３に一対の軸受（玉軸受）であるボールベアリング２４、間座２５を取り付けたものを、中蓋１０の中心にある孔に取り付け、モータ軸１３の出力側にピニオンギヤ１２を取り付けて成る。上記モータ軸１３に玉軸受を取り付けたものを中蓋１０に取り付ける際、出力側軸受（図４中、下側のボールベアリング２４）の外輪を突き当てで支承し、反出力側軸受（図４中、上側のボールベアリング２４）の外輪をばね等で加圧しながら接着固定する。これにより、適切に予圧を付加された状態を保持できるため、モータ軸１３を回転させた際の振れがほとんど発生しなくなる。

図５において、円板１６に整流子１７を取り付け、円筒状のコイル１１を整流子片と電気的に接続した後、接着固定してロータユニット２を完成する。これにより、ロータユニット２は軸の無い状態で構成する。

図６において、後蓋２１に、ブラシばね１８、ブラシ２２および端子１９を取り付けることで、後蓋ユニット３を完成する。

上記の４つのユニットを精度よく組み立て（図１参照）、減速機付きコアレスモータを完成する。

詳しくは、内部継鉄兼内歯車６の外周部に円筒状のマグネット７を取り付け、マグネット７の外周部に外筒４を取り付けて界磁組を形成する。そして、界磁組を着磁した後に出力軸５、減速機構（太陽歯車９、遊星歯車８）を組み込んで外筒・ギヤユニット１を構成する。また、モータ軸５に直列に間座を挟んで一対の玉軸受であるボールベアリング２４を取り付ける。そして、中蓋１０の孔に対し、モータ軸１３の出力側のボールベアリング２４の外輪を突き当てで支承し、反出力側のボールベアリング２４の外輪を加圧しながら接着固定してモータ軸ユニット２３を構成する。また、円板１６に整流子１７を取り付け、円筒形のコイル１１を整流子１７と電気的に接続した後に接着固定してロータユニット２を構成する。また、後蓋２１に、ブラシばね１８、ブラシ２２および端子１９を取り付けて後蓋ユニット３を構成する。

そして、外筒・ギヤユニット１の内部継鉄兼内歯車６の内周部にモータ軸ユニット２３の中蓋１０の外周部を組み込み、次に、外筒４の内周部とマグネット７の外周部の間隙にロータユニット２のコイル１１を組み込む。この時、コイル１１、円板１６、整流子１７をモータ軸１３に一体に回転するように取り付ける。次いで、ロータユニット２および外筒４に前記後蓋ユニット３を取り付けることでコアレスモータの組み立てが完了するようにしている。

上記のように、軸受（玉軸受）は一対のボールベアリング２４とし、まずモータ軸１３に対して間座２５を挟んで２つ直列に軸受を取り付け、軸受外輪に予圧をかけた状態であらかじめ中蓋１０の孔に組み込み、ユニット化（モータ軸ユニット２３）しておく。そして、ユニット化されたモータ軸ユニット２３を外筒・ギヤユニット１内の界磁組に対して精度よく支持しながら、中蓋１０の外径部を内部継鉄兼内歯車６の内径部に組み付ける。

図７等で述べたコアレスモータは、小型化は達成されているが、界磁組とモータ軸との間に介在する部品点数や組み立て工程が多いことなどから、界磁組とモータ軸を所望の精度で組み立てることは難しかった。しかし、上記実施例のように、モータ軸ユニット２３を予め構成し、該モータ軸ユニット２３を外筒・ギヤユニット１内の界磁組に直接組み付けるようにしているので、モータ軸１３とマグネット７、外筒４との同軸精度を容易に確保できる。つまり、モータ軸１３とマグネット７、外筒４との必要な同軸度を確保しやすく、組み立て作業が容易な構造のコアレスモータとなる。

以上に述べたのは、減速機構に遊星歯車減速機を採用した場合であるが、一般的な多段平歯車減速機や、３Ｋ型不思議歯車機構、波動歯車機構などを使用した場合でも同様の特徴をもった減速機構付きコアレスモータを構成することができる。

本発明の一実施例に係わるコアレスモータの構造を示す断面図である。 図１のコアレスモータの各ユニット毎の状態を示す斜視図である。 図２の外筒・ギヤユニットを示す斜視図である。 図２のモータ軸ユニットを示す斜視図である。 図２のロータユニットを示す斜視図である。 図２の後蓋ユニットを示す斜視図である。 本発明の前提となるコアレスモータを示す分解斜視図である。 図７のコアレスモータの組み立て途中の状態を示す斜視図である。 図７のコアレスモータの組み立て完了状態を示す断面図である。

符号の説明

１ 外筒・ギヤユニット
２ ロータユニット
３ 後蓋ユニット
４ 外筒
５ 出力軸
６ 内部継鉄兼内歯車
７ 界磁マグネット
８ 遊星歯車
９ 太陽歯車
１０ 中蓋
１１ コイル
１２ ピニオンギヤ
１３ モータ軸
１６ 円板
１７ 整流子
１８ ブラシばね
１９ 端子
２１ 後蓋
２２ ブラシ
２３ モータ軸ユニット
２４ ボールベアリング
２５ 間座

Claims (3)

1. 遊星ギヤユニットと、前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛み合う内歯車が形成される内部継鉄と、前記内部継鉄の外周に配置される円筒状のマグネットと、前記マグネットの外周に配置される外筒とを含む外筒・ギヤユニットと、
   前記内部継鉄に取り付けられる中蓋と、前記中蓋を前記内部継鉄に取り付けた際に、前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛み合うピニオンギヤが取り付けられたモータ軸と、前記モータ軸を前記中蓋に対して回転可能に軸受けする一対の軸受とを含むモータ軸ユニットと、
   前記モータ軸に取り付けられる円板と、前記円板に取り付けられる整流子と、前記円板に固定され、前記整流子と電気的に接続される円筒形のコイルとを含むロータユニットと、
   前記外筒に取り付けられる後蓋と、前記後蓋に固定され、前記後蓋が前記外筒に取り付けられた際に、前記整流子と接触するブラシとを含む後蓋ユニットとを有し、
   前記ピニオンギヤが前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛み合うように前記中蓋を前記内部継鉄に取り付けた後、前記コイルが前記マグネットと前記外筒との間に位置するように前記モータ軸に前記円板を取り付け、その後、前記外筒に前記後蓋を取り付けることを特徴とするコアレスモータ。
2. モータ軸と、
   前記モータ軸に取り付けられるピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤと噛みあう遊星歯車を有する遊星ギヤユニットと、
   前記遊星ギヤユニットの遊星歯車と噛みあう内歯車が形成される内部継鉄と、
   前記内部継鉄に固定される中蓋と、
   前記中蓋に前記モータ軸を軸受けする一対の軸受と、
   前記内部継鉄の外周に配置される円筒状のマグネットと、
   前記内部継鉄に固定され、前記マグネットの外周に配置される外筒と、
   前記マグネットと前記外筒との間に配置され、通電されることで前記モータ軸を中心として、前記マグネットに対して回転するコイルと、
   前記コイルと電気的に接続される整流子と、
   前記整流子が取り付けられ、前記コイルに固定される円板と、
   前記整流子と接触するブラシと、
   前記ブラシが取り付けられ、前記外筒に固定される後蓋と、を有することを特徴とするコアレスモータ。
3. 前記一対の軸受は前記モータ軸の軸方向に並べて配置される一対のボールベアリングであって、前記一対のボールベアリングの間には間座が配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のコアレスモータ。

Images