JP6195309B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明はブラシレスモータに関する。

モータが励磁されていないときに正確な停止位置制御ができるように、モータの保持トルク（ディテントトルク）を大きくする工夫がなされている。このように保持トルクを大きくできるブラシレスモータとしては、たとえば特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１のブラシレスモータは、ステータヨークに極歯を設けるようにし、その高さや幅によって面積を変えた極歯を３種類用意し、これらを組み合わせて所定の角度にずらして配置させることにより、保持トルクを大きくするようにしている。

しかし、上述した構成において、ステータヨークはモータの回転駆動に直接影響する部材であり、モータの他の特性に大きく影響するようになる。このため、ステータヨークに保持トルクを大きくするための極歯を設けるようにすることは、モータの回転トルクを大幅に下げることになり、たとえ保持トルクが大きくなったとしても、モータ本来の特性を下げてしまうことになる。

特開２００７−１４３２８９号公報

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構成にも拘わらず、モータの回転トルクを下げることなく、保持トルクを向上させることのできるブラシレスモータを提供することにある。

本発明は、以下の構成によって把握される。
（１）本発明のブラシレスモータは、ベース部と、前記ベース部に軸支されるシャフトと、前記ベース部に前記シャフトを囲んで固定されるステータと、前記シャフトと一体のロータと、を備え、前記ステータが、周方向に複数の突極を有するステータコアと、前記ステータコアの前記突極の周りにインシュレータを介して巻回される巻線と、を有し、前記ロータが、前記ステータを囲んで配置され、内周面に回転駆動用マグネットが配置される筒状のロータヨークを有し、さらに、前記シャフトを囲み、前記ステータコア上で前記巻線の内周部に配置され、周方向に複数の極に着磁された円環状の保持トルク用マグネットと、前記シャフトを囲み、前記ロータヨークの天部内面に取付けられて前記保持トルク用マグネットと対向して配置され、周方向に複数の極歯を有する磁性部材と、を備え、前記磁性部材が、前記保持トルク用マグネットの前記極数と同じ前記極歯の数を有することを特徴とする。
（２）本発明のブラシレスモータは、（１）の構成において、前記磁性部材が、その極歯の外径において、前記保持トルク用マグネットの外径よりも大きいことを特徴とする。
（３）本発明のブラシレスモータは、（１）又は（２）の構成において、前記磁性部材が、その内周側に連結部を有し、外周側に外方に突出する前記極歯を有することを特徴とする。
（４）本発明のブラシレスモータは、（１）又は（２）の構成において、前記磁性部材が、前記極歯とともに、前記ロータヨークの打ち抜きで形成されていることを特徴とする。
（５）本発明のブラシレスモータは、ベース部と、前記ベース部とケースを構成するフレームと、前記ベース部と前記フレームに軸支されるシャフトと、前記ベース部に前記シャフトを囲んで固定されるステータと、前記シャフトと一体のロータと、を備え、前記ステータが、周方向に複数の突極を有するステータコアと、前記ステータコアの前記突極の周りにインシュレータを介して巻回される巻線と、を有し、前記ロータが、前記ステータを囲んで配置され、内周面に回転駆動用マグネットが配置される筒状のロータヨークを有し、さらに、前記シャフトを囲み、前記ステータコア上で前記巻線の内周部に配置され、周方向に複数の極に着磁された円環状の保持トルク用マグネットと、前記シャフトに挿通され、周方向に形成された複数の極歯が前記保持トルク用マグネットの内周面と対向して配置される磁性部材と、を備え、前記磁性部材が、前記保持トルク用マグネットの前記極数と同じ前記極歯を有することを特徴とする。

このように構成したブラシレスモータによれば、簡単な構成にも拘わらず、モータ本来の特性を下げることなく、保持トルクを向上させることができるようになる。

本発明のブラシレスモータの実施形態１を示す断面図である。 図１に示すブラシレスモータに具備される保持トルク用マグネットの上面図である。 図１に示すブラシレスモータに具備される磁性部材で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。 図１に示すブラシレスモータのステータ、保持トルク用マグネット、磁性部材、およびロータヨークを示した分解斜視図である。 本発明のブラシレスモータの実施形態２を示す断面図である。 図５に示すブラシレスモータのロータヨークの内面図である。 本発明のブラシレスモータの実施形態３を示す断面図である。 図７に示すブラシレスモータに具備される磁性部材で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。 図７に示すブラシレスモータのステータ、保持トルク用マグネット、磁性部材、およびロータヨークを示した分解斜視図である。 本発明のブラシレスモータの実施形態４を示す断面図である。 本発明のブラシレスモータの実施形態５を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。

（実施形態１）
図１は、本発明のブラシレスモータの実施形態１を示す断面図である。図１において、ベース部１０があり、このベース部１０の一方の面（図中上面）を被って配置されるフレーム１１とでブラシレスモータのケース１２を構成している。

ケース１２のほぼ中央には、ベース部１０が配置され、ベース部１０には円筒部１０ａが一体に形成され、円筒部１０ａの内側に軸受１３が固定され、フレーム１１に固定された軸受１４とともにシャフト１５が回転可能に軸支されている。シャフト１５のベース側下端にはスラストプレート３０が設置されている。シャフト１５は、その一端がフレーム１１から突出するようになっている。

ケース１２内におけるベース部底面には回路基板３１が配置され、ベース部１０の円筒部１０ａには、シャフト１５を囲むようにしてステータ１６が固定されている。ステータ１６は、周方向に沿ってたとえば９個の突極１８を有するステータコア１７と、該突極１８の周りにインシュレータ１９を介して巻回される巻線２０と、を有して形成されている。

そして、シャフト１５と一体にロータ２２が設けられ、ロータ２２は、ステータ１６を囲むようにして配置されている。すなわち、ロータ２２は、有底円筒状のロータヨーク２３を有し、その有底部（天部）２３Ａにシャフト１５がロータヨーク２３の中心軸に沿って取り付けられている。ロータヨーク２３の内周面には、ステータコア１７と対向するように回転駆動用マグネット２４が配置されている。回転駆動用マグネット２４は、その周方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、……となるように着磁されている。

また、円環状の保持トルク用マグネット２５が、シャフト１５を囲んでステータコア１７に固定されている。保持トルク用マグネット２５は、比較的厚さの薄い板材からなっている。保持トルク用マグネット２５はステータコア１７上において巻線２０の内周部に位置づけられるようになっている。図２は、保持トルク用マグネット２５の上面図であり、その周方向に複数の極が、たとえばＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極というように４つの極が着磁されている。

さらに、図１に戻り、磁性部材２６が、シャフト１５を囲んでロータヨーク２３の天部内面に取付けられている。磁性部材２６は、比較的厚さの薄い板材からなっている。これにより、磁性部材２６は保持トルク用マグネット２５と対向して配置されるようになっている。図３（ａ）は、磁性部材２６の上面図であり、外周側から外方に突出する極歯２６Ａが周方向に４つ設けられている。磁性部材２６の極歯２６Ａの数は、保持トルク用マグネット２５の極数に対応する（同じ数になる）ようになっている。したがって、保持トルク用マグネット２５の極数がたとえば６つの場合、磁性部材２６の極歯２６Ａの数は６つになる。磁性部材２６は、図３（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である図３（ｂ）に示すように、内周側において肉厚となる連結部２６Ｂを有している。これにより、磁性部材２６は、図１に示すように、その連結部２６Ｂにおいて、ロータヨーク２３のシャフト１５への固定がなされる軸方向への屈曲部２３Ｂに信頼性ある連結ができるようになっている。また、図１に示すように、磁性部材２６は、その極歯２６Ａの外径Ｒ１において、保持トルク用マグネット２５の外径Ｒ２よりも大きく形成されている。

図４は、ステータ１６、保持トルク用マグネット２５、磁性部材２６、およびロータヨーク２３を示した分解斜視図である。保持トルク用マグネット２５はステータ１６に対して固定され、磁性部材２６はロータヨーク２３の回転とともに回転するようになっている。なお、保持トルク用マグネット２５及び磁性部材２６を比較的厚さの薄い板材によって形成することにより、ブラシレスモータの厚さが大きくなってしまうのを回避できるようになる。

このように構成したブラシレスモータは、モータ停止時において保持トルク用マグネット２５の隣り合う極が磁性部材２６を通して引き合うことになり、保持トルクを上昇させることができるようになる。そして、モータの巻線２０に通電を行うと、当該保持トルクよりも大きな回転力がロータヨーク２３に加わるが、回転のための構成と保持トルクのための構成は互いに独立し影響を与えないので、モータ本来の特性を下げてしまうのを回避できるようになる。また、保持トルク用マグネット２５及び磁性部材２６は比較的厚さの薄い板材からなっているため、モータ本体の厚さが大きくなるのを回避できるようになる。

表１は、本発明のブラシレスモータと従来のブラシレスモータの保持トルクを比較したデータ値を示している。

表１において、比較品の欄には従来のブラシレスモータのデータ値を示し、比較品に本案適用の欄には本発明のブラシレスモータのデータ値を示している。また、表中、ＣＷは時計回りを、ＣＣＷは反時計回りを表している。データ資料としては１０個挙げており、それらの平均値等も示している。表１から明らかなように、本発明のブラシレスモータは、いずれも場合においても、大きな保持トルクが得られることが確かめられる。

（実施形態２）
図５は、本発明のブラシレスモータの実施形態２を示す断面図であり、図１と対応した図となっている。

図５において、図１と比較して異なる構成は、図１に示す磁性部材２６を別個に形成することに代え、ロータヨーク２３の打ち抜きによって該ロータヨーク２３と一体に磁性部材２７を形成していることにある。ロータヨーク２３も磁性材で構成されることから、その一部において磁性部材２７の機能をもたせるようにしたものである。すなわち、図５において、まず、ロータヨーク２３の有底部（天部）２３Ａのうちシャフト１５に近い部分を段差Ｄの形成によって保持トルク用マグネット２５に僅かな間隙で近接させることによって磁性部材２７の形成領域としている。そして、ロータヨーク２３の内面を示す図６に示すように、磁性部材２７の形成領域にたとえば４つの切欠き２７Ｃを形成することによって、４つの極歯２７Ａを形成するようになっている。このようにロータヨーク２３と一体に磁性部材２７を形成することによっても、実施形態１に示した効果と同様の効果を奏するようになる。

（実施形態３）
図７は、本発明のブラシレスモータの実施形態３を示す断面図であり、図１と対応した図となっている。

図７において、図１と比較して異なる構成は、磁性部材２８にある。この磁性部材２８はシャフト１５に取付けられるようになっている。図８（ａ）は磁性部材２８を極歯２８Ａ側から観た上面図である。また、図８（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。図８（ａ）に示すように、磁性部材２８は、中央にシャフト１５の挿通孔２８Ｃが形成された円筒形をなし、その一端には軸方向に延在する突起部からなる極歯２８Ａを有している。極歯２８Ａは、周方向へ等間隔にたとえば４個形成されている。シャフト１５に取付けられる磁性部材２８は、図７に示すように、その極歯２８Ａが保持トルク用マグネット２５の内周面に対向するようになっている。なお、保持トルク用マグネット２５は図１に示した構成と同様となっている。

図９は、ステータ１６、保持トルク用マグネット２５、磁性部材２６、およびロータヨーク２３を示した分解斜視図である。保持トルク用マグネット２５はステータ１６に対して固定され、磁性部材２８はシャフト１５に取付けられロータヨーク２３の回転とともに回転するようになっている。この場合、磁性部材２８は、その極歯２８Ａが保持トルク用マグネット２５の内周面に常時対向して回転するようになっている。

（実施形態４）
上述した実施形態では、いずれも、フレーム１１を備えた構成としたものである。しかし、これに限定されることはなく、図１０に示すように、フレーム１１を備えない構成のものにも本発明を適用できることはいうまでもない。図１０の場合、フレーム１１に取り付けられた軸受１４は、軸受１３とともにベース部１０に取り付けられるようになっている。すなわち、軸受１３、軸受１４は、ベース部１０に対して垂直方向に並設された状態で該ベース部１０に取り付けられるようになっている。これにより、軸受１３、軸受１４に軸支されるシャフト１５は、たとえフレーム１１がなくても、ベース部１０のみによって信頼性よく軸支されるようにできる。

（実施形態５）
さらに、上述した実施形態では玉軸受を２個使用した構成としているが、これに限定されることはなく、図１１に記載の実施形態５では実施形態４での軸受１３、軸受１４の代わりにすべり軸受け３２を使用している。すべり軸受け３２を使用することによって、軸方向での支持領域を確保できるので、十分にシャフトを軸支することが可能となる。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１０ ベース部
１１ フレーム
１２ ケース
１３、１４ 軸受
１５ シャフト
１６ ステータ
１７ ステータコア
１８ 突極
１９ インシュレータ
２０ 巻線
２２ ロータ
２３ ロータヨーク
２３Ａ 有底部（天部）
２３Ｂ 屈曲部
２４ 回転駆動用マグネット
２５ 保持トルク用マグネット
２６ 磁性部材
２６Ａ 極歯
２６Ｂ 連結部
２７ 磁性部材
２７Ａ 極歯
２７Ｃ 切欠き
２８ 磁性部材
２８Ａ 極歯
３０ スラストプレート
３１ 回路基板
３２ すべり軸受け

Claims (5)

1. ブラシレスモータであって、
   ベース部と、
   前記ベース部に軸支されるシャフトと、
   前記ベース部に前記シャフトを囲んで固定されるステータと、
   前記シャフトと一体のロータと、を備え、
   前記ステータが、
   周方向に複数の突極を有するステータコアと、
   前記ステータコアの前記突極の周りにインシュレータを介して巻回される巻線と、を有し、
   前記ロータが、
   前記ステータを囲んで配置され、内周面に回転駆動用マグネットが配置される筒状のロータヨークを有し、
   さらに、前記シャフトを囲み、前記ステータコア上で前記巻線の内周部に配置され、周方向に複数の極に着磁された円環状の保持トルク用マグネットと、
   前記シャフトを囲み、前記ロータヨークの天部内面に取付けられて前記保持トルク用マグネットと対向して配置され、周方向に複数の極歯を有する磁性部材と、を備え、
   前記磁性部材が、前記保持トルク用マグネットの前記極数と同じ前記極歯の数を有することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記磁性部材が、その極歯の外径において、前記保持トルク用マグネットの外径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記磁性部材が、その内周側に連結部を有し、外周側に外方に突出する前記極歯を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記磁性部材が、前記極歯とともに、前記ロータヨークの打ち抜きで形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。
5. ブラシレスモータであって、
   ベース部と、
   前記ベース部とケースを構成するフレームと、
   前記ベース部と前記フレームに軸支されるシャフトと、
   前記ベース部に前記シャフトを囲んで固定されるステータと、
   前記シャフトと一体のロータと、を備え、
   前記ステータが、
   周方向に複数の突極を有するステータコアと、
   前記ステータコアの前記突極の周りにインシュレータを介して巻回される巻線と、を有し、
   前記ロータが、
   前記ステータを囲んで配置され、内周面に回転駆動用マグネットが配置される筒状のロータヨークを有し、
   さらに、前記シャフトを囲み、前記ステータコア上で前記巻線の内周部に配置され、周方向に複数の極に着磁された円環状の保持トルク用マグネットと、
   前記シャフトに挿通され、周方向に形成された複数の極歯が前記保持トルク用マグネットの内周面と対向して配置される磁性部材と、を備え、
   前記磁性部材が、前記保持トルク用マグネットの前記極数と同じ前記極歯を有することを特徴とするブラシレスモータ。

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