JP5525887B2

JP5525887B2 - ブラシレスｄｃモータ

Info

Publication number: JP5525887B2
Application number: JP2010077701A
Authority: JP
Inventors: 学中村; 譲鈴木
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011211840A; US20110241499A1; US8796891B2

Description

本発明は、回転駆動に必要な電子部品を内蔵し、軸方向に薄型化されたブラシレスＤＣモータに関する。

モータと電子部品を集積化した構成が知られている。例えば、特許文献１には、電子部品をロータの外周外側に配置したブラシレスＤＣモータが記載されている。特許文献２には、ケースを挟む形で軸方向においてロータマグネットに重なる位置に電子部品を配置する構成が記載されている。また、特許文献３には、ブラシレスＤＣモータのアッパーハウジングに開口を設け、基板に固定したホール素子が各々の開口からロータの上面に臨んでいる構成が記載されている。

特開２００２−２９１１９４号公報特開２００７−６０８４４号公報特開２００５−５７８５５号公報

特許文献１に記載されているようなロータの外周外側に電子部品を配置する構成は、モータ径方向の小型化ができない。他方で、特許文献２に記載されているような軸方向におけるケースの外側に電子部品を配置する構成は、径方向の寸法を抑える点ではよいが、軸方向の寸法（モータの高さ寸法）が大きくなる。なお、特許文献３には、電子部品をハウジング内に納め、更にロータと干渉させないようにする構成については何ら記載されていない。

このような背景において、本発明は、電子部品を備えていながら径方向および軸方向の寸法を抑えることができるブラシレスＤＣモータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、（ａ）第１の軸受を備えた下側ケースと、（ｂ）第２の軸受を備え、前記下側ケースに取り付けられた上側ケースと、（ｃ）略リング状を有し内周方向に突出する複数の極歯を有するステータコアと、前記極歯に巻回されたコイルとを備え、前記下側ケースと前記上側ケースとの中に配置されたステータと、（ｄ）前記下側ケースの中に配置され、前記ステータと軸方向で結合した略円環状のスペーサと、（ｅ）中心に回転軸を備えた円盤状のスリーブと、該スリーブの外周に取り付けられたマグネットとを備え、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、（ｆ）電子部品が搭載され、前記下側ケースの下面に取り付けられた回路基板と、からなるブラシレスＤＣモータであって、（ｇ）前記下側ケースの底面には複数の開口が形成され、前記スペーサはその一方端には軸方向に突出する凸部と、他方端には軸方向に突出部を有し、前記凸部は前記ステータコアの外周に形成された軸方向に延在する溝と嵌合して結合し、前記コイルの端部が絡げられた前記突出部は前記複数の開口の一つを通して前記回路基板に形成された切り欠き部に収容され、（ｈ）前記回路基板に搭載された前記電子部品は前記複数の開口の一つを通して前記下側ケースの中に位置すると共に、前記スリーブに形成された円環状の溝に中に収納されてなることを特徴とするブラシレスＤＣモータである。

請求項１に記載の発明によれば、回路基板に配置された電子部品が、軸方向に向かってケースの開口を突き抜け、ケースの内側に突出している。そしてロータのスリーブには、このケースの内側に突出した電子部品を納める凹部が逃げ部として設けられており、当該電子部品とロータとの干渉が防止されている。すなわち、電子部品は、一部がロータに食い込んだ部分が存在しているが、ロータのその部分は凹部とされ、電子部品がロータに接触しないようにされている。こうすることで、電子部品をケース内に設置させた構造において、軸方向における寸法を切り詰めることができる。また、ステータの内側に電子部品を納めることができるので、径方向の寸法を抑えることができる。また、凹部をマグネットの部分に形成しないので、マグネットの寸法が削られず、小型化を追求してもモータの特性が犠牲にならない優位性が得られる。

請求項１に記載の発明において、電子部品は１つであってよいし、複数であってもよい。電子部品としては、ＩＣ、トランジスタ、ダイオード、コンデンサ、インダクタ、抵抗素子、磁気センサ等のセンサ素子が挙げられる。極歯の数やマグネットの磁極の数は限定されない。ケースの軸方向の一方の面は、ケース本体と一体となる蓋部材のようなものであってもよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記下側ケースの前記底面に前記コイルの一部が収まる開口が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記スペーサが前記下側ケースに対する前記ステータの位置関係を決めるためのものであることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記突出部に絡げられた前記コイルの前記端部と前記回路基板との電気的な接合が行われていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、スペーサの突出部にコイルの巻線端部が絡げられ、その部分がケースの開口を貫通して、回路基板の切り欠き部に収容されている。そしてこの状態において、半田等によりスペーサ突出部に絡げられたコイルの巻線端部と回路基板とが電気的に接合され、回路基板へのコイルの電気的な接合が行われている。この接合は、外部に露出した回路基板面の側からの作業により可能である。

請求項１に記載の発明によれば、電子部品を備えていながら径方向および軸方向の寸法を抑えることができるブラシレスＤＣモータが提供される。

実施形態に係るブラシレスＤＣモータの外観図である。実施形態に係るブラシレスＤＣモータを軸方向から見た正面図である。第１の実施形態に係るブラシレスＤＣモータの断面図である。第１の実施形態に係るブラシレスＤＣモータの分解図である。第２の実施形態に係るブラシレスＤＣモータの断面図である。第２の実施形態に係るブラシレスＤＣモータの分解図である。

１．第１の実施形態
図１には、実施形態のブラシレスＤＣモータ１０の外観が示されている。図２には、ブラシレスＤＣモータ１０を軸方向から見た状態が示されている。図３には、図２のＡ−Ａの線で切断した断面の状態が示されている。図４には、ブラシレスＤＣモータ１０を軸方向に分解した状態が示されている。

以下、図１〜図４を参照してブラシレスＤＣモータ１０について説明する。ブラシレスＤＣモータ１０の最下面には、回路基板５２が配置されている。回路基板５２は、両面基板でありブラシレスＤＣモータ１０の内部に向かう面に電子部品５３が搭載されている。電子部品５３は、後述するステータのコイルに駆動電流を流すためのＩＣである。図示省略されているが電子部品は符号５３で示すもの以外に複数が配置されている。電子部品５３は、軸方向から見て、ロータ２１のマグネット２４と重ならず、スリーブ２３と重なる位置に配置されている。

回路基板５２の縁には、切り欠き部５２１が設けられている。切り欠き部５２１は、後述するスペーサ３４の突出部３４２を収容し、電極端子５４、５５が設けられた面（図の下面）から突出部３４２へのアクセス（半田付け）を可能とする収容部として機能する。切り欠き部５２１の周囲には回路基板５２の回路につながる電極パターンが形成されている。回路基板５２の電子部品５３が配置された面と反対側の面（図３、図４の下側の外部に露出する面）には、回路基板５２に外部から電気的な接続を行うための電極端子５４、５５（図３参照）が設けられている。図３には、２つの電極端子５４、５５が示されているが、この電極端子は、必要に応じた数が配置される。この電極端子５４、５５には、ブラシレスＤＣモータ１０の駆動を制御する制御信号を伝達する制御配線や電源配線が接続される。

回路基板５２は、ブラシレスＤＣモータ１０の下側のケースであるケース４２の下面に接着等によって取り付けられている。ケース４２は、ケースアセンブリ４１を構成している。ケース４２の回路基板５２に対向する面には、電子部品５３との干渉を避けるための開口４２１が設けられている。回路基板５２をケース４２に取り付けた状態において、電子部品５３は、開口４２１を突き抜けて、ロータ２１の側、言い換えるとブラシレスＤＣモータ１０の内側に突出する。ケース４２の中心には、軸受４３が取り付けられ、回転軸２２の端部を回転自在な状態でケース４２に保持する構造とされている。また図４に示すように、回路基板５２の切り欠き部５２１への突出部３４２の収容を妨げないように、ケース４２の底面の縁部分には、開口４２２が設けられている。開口４２２は、コイル３２の巻線端部が絡げられた突出部３４２が回路基板５２側に貫通するためのスペースを確保している。

スペーサ３４とステータ３１は軸方向で結合している。ステータ３１は、ステータコア３３を備えている。ステータコア３３は、略リング形状を有し、内周方向に突出した６個の極歯３３１を備えている。各極歯３３１には、ステータコイル（駆動コイル）として機能するコイル３２が巻回されている。ステータコア３３の外周には、軸方向に延在した溝形状の凹部３３２が設けられている。この凹部３３２にスペーサ３４の凸部３４１が嵌ることで、ステータ３１とスペーサ３４との結合が行われる。

スペーサ３４は、略円環形状を有し、ステータ３１と結合し、ケース４２に対するステータ３１の位置関係を決めている。スペーサ３４には、ケース４２の軸方向に突出する突出部３４２が設けられている。突出部３４２には、コイル３２の巻線端部が絡げられ、その部分は回路基板５２の切り欠き部５２１に収容される。この状態で、図３の下の方向から見て、コイル３２の巻線端部が絡げられた突出部３４２の部分が、切り欠き部５２１の部分に見える。この状態で半田等により、突出部３４２に絡げられたコイル３２の巻線端部と切り欠き部５１２周囲の回路基板５２側の電極パターンとの電気的な接続が行われる。

ステータ３１とスペーサ３４を結合したものをケース４２に収めた状態において、軸受４３に回転軸２２を回転自在な状態で支持させることで、ロータ２１がケース４２に対して回転自在な状態で取り付けられている。ロータ２１は、中心に回転軸２２を備えた円盤形状のスリーブ２３、スリーブ２３の外周に取り付けられた多極に着磁されたマグネット（永久磁石）２４を備えている。ロータ２１は、ステータ３１の内側に空隙を有した状態で配置され、ステータ３１に対して回転可能であり、ロータ２１のマグネット２４は、ステータ３１の極歯３３１に対向可能な位置関係とされている。

スリーブ２３の電子部品５３の側の面には、軸方向に窪んだ円環状の凹部２３１が形成されている（図３参照）。凹部２３１は、ロータ２１を回転させた際に、軸方向から見て電子部品５３と重なる部分に設けられている。ここでは、凹部２３１の内側に電子部品５３が接触せず、且つ、その一部（上部）が収まった状態でロータ２１を回転させることができる構造とされている。この凹部２３１は、ロータ２１の回転時にスリーブ２３と電子部品５３との干渉を避けるための逃げ溝として機能する。

上側のケースであるカバー１２は、軸受１３を備え、カバー１２と軸受１３によってカバーアセンブリ１１が構成されている。軸受１３は、回転軸２２を回転自在な状態で支持する。カバー１２は、ケース４２に接着等によって取り付けられている。以上のようにして、図１に示す外観のブラシレスＤＣモータ１０が構成されている。

（優位性）
ケース４２には、開口４２１が設けられ、そこから電子部品５３がケース４２の内側に突出している。また、このケース４２の内側に突出した電子部品５３の上端は、ロータ２１を構成するスリーブ２３に設けられた凹部２３１内に収まり、ロータ２１を回転させた際のスリーブ２３と電子部品５３との干渉が防止されている。これにより、ブラシレスＤＣモータ１０の軸方向の寸法は、カバー１２の肉厚、コイル３２の軸方向の寸法、ケース４２の肉厚および回路基板５２の厚みの和の値となる。

この構造では、開口４２１および凹部２３１を設けることで、電子部品５３を内部に納めた状態で電子部品５３がロータ２１に接触しないようにしている。また、軸方向から見て、電子部品５３がマグネット２４と重ならない位置となるようにし、マグネット２４を支持するスリーブ２３に凹部２３１を設けることで、マグネット２４が削られることによる性能の低下が生じないようにしている。このため、回路基板を一体化したブラシレスＤＣモータにおいて、その性能を損なうことなく薄型化を追求できる。またステータ３１の外周外側に電子部品を配置しないことで、径方向の寸法も抑えることができる。

また、回路基板５２は両面基板であり、その露出面（図３の下面）には、電極端子５４、５５が設けられている。このため、内部の配線をケースの外側に引き出す等の作業を必要とせずに外部からのブラシレスＤＣモータ１０への配線の接続を行うことができる。このことは、配線の接続作業の省力化や部品コストの削減に有利となる。

２．第２の実施形態
以下、ステータのコイルとケースとの干渉を避ける構造とすることで、更に軸方向における薄型化を図ったブラシレスＤＣモータについて説明する。本実施形態のブラシレスＤＣモータの外観は、図１および図２に示すブラシレスＤＣモータ１０と同じである。図５には、第２の実施形態のブラシレスＤＣモータ１０ａの断面構造が示され、図６には、このブラシレスＤＣモータ１０ａを軸方向で分解した状態が示されている。なお、図５の断面の位置は、図３の場合と同じである。

以下、第１の実施形態のブラシレスＤＣモータ１０と異なる部分について説明する。図５、図６に示すブラシレスＤＣモータ１０ａは、ケースアセンブリ４１ａを備えている。ケースアセンブリ４１ａは、ケース４２ａを備えている。ケース４２ａは、ケース４２と異なり、開口４２３、開口４２４を備えている（開口４２１は同じである）。ここで、開口４２３、４２４は、コイル３２とケース４２ａとの干渉を避けるための逃げの空間を構成している。

この構成によれば、ケース４２の厚みの分だけ、ケース４２をステータ３１の側に近付けることができ、更に軸方向の薄型化が可能となる。また、第１の実施形態と同じ寸法であれば、よりコイルを大型化でき、同じ軸方向厚さ寸法でより大きなトルクのブラシレスＤＣモータを得ることができる。

（その他）
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、ブラシレスＤＣモータに利用することができる。

１０、１０ａ…ブラシレスＤＣモータ、１１…カバーアセンブリ、１２…カバー、１３…軸受、２１…ロータ、２２…回転軸、２３…スリーブ、２４…マグネット、３１…ステータ、３２…コイル、３３…ステータコア、３４、３４ａ…スペーサ、４１、４１ａ…ケースアセンブリ、４２、４２ａ…ケース、４３…軸受、５２…回路基板、５３…電子部品、５４…電極端子、５５…電極端子、２３１…凹部、３３１…極歯、３３２…凹部、３４１…凸部、３４２…突出部、４２１…開口、４２２…開口、４２３…開口、４２４…開口、５２１…切り欠き部。

Claims

（ａ）第１の軸受を備えた下側ケースと、
（ｂ）第２の軸受を備え、前記下側ケースに取り付けられた上側ケースと、
（ｃ）略リング状を有し内周方向に突出する複数の極歯を有するステータコアと、前記極歯に巻回されたコイルとを備え、前記下側ケースと前記上側ケースとの中に配置されたステータと、
（ｄ）前記下側ケースの中に配置され、前記ステータと軸方向で結合した略円環状のスペーサと、
（ｅ）中心に回転軸を備えた円盤状のスリーブと、該スリーブの外周に取り付けられたマグネットとを備え、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、
（ｆ）電子部品が搭載され、前記下側ケースの下面に取り付けられた回路基板と、
からなるブラシレスＤＣモータであって、
（ｇ）前記下側ケースの底面には複数の開口が形成され、前記スペーサはその一方端には軸方向に突出する凸部と、他方端には軸方向に突出部を有し、前記凸部は前記ステータコアの外周に形成された軸方向に延在する溝と嵌合して結合し、前記コイルの端部が絡げられた前記突出部は前記複数の開口の一つを通して前記回路基板に形成された切り欠き部に収容され、
（ｈ）前記回路基板に搭載された前記電子部品は前記複数の開口の一つを通して前記下側ケースの中に位置すると共に、前記スリーブに形成された円環状の溝に中に収納されてなることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
前記下側ケースの前記底面に前記コイルの一部が収まる開口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
前記スペーサが前記下側ケースに対する前記ステータの位置関係を決めるためのものであることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータ。
前記突出部に絡げられた前記コイルの前記端部と前記回路基板との電気的な接合が行われていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。