JP6310753B2 - 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。

従来、様々な装置や製品の駆動源としてモータが用いられている。例えば、プリンタや複写機等の事務機器、様々な家電製品、自動車や電動自転車等の車両のアシストを含めた動力源の用途で採用されている。特に、動作頻度の高い可動部品の駆動源として、耐久性や電気ノイズの観点からブラシレスモータが使われる場合がある。

ブラシレスモータは、ステータのコイルへの通電を制御することでロータを回転させることができる。しかしながら、ブラシレスモータは、ブラシや整流子がないため、ロータの回転位置を何らかの方法で検知する必要がある。このような検知手段としては、ホール素子やホールＩＣ等が用いられることが多い。

検知手段の配置はロータやステータの構成に応じて種々考案されているが、例えば、ロータの軸方向の端面と対向する位置に、位置検出素子を搭載した基板を配置した電動機が知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１０１５８３号公報

しかしながら、上述の電動機においては、位置検出に必要な磁束量を増加させるために、ロータマグネットの一部をロータの端面からオーバーハングさせ、ロータマグネットと位置検出素子との距離を維持するようにしているが、結果として電動機の軸方向の長さ（厚み）が大きくなってしまう。また、モータ性能に起因しないオーバーハング分のマグネットを使用する事によりコストも増加してしまう。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低コストで小型化を達成したブラシレスモータを実現する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のブラシレスモータは、マグネットを有する円柱状のロータと、ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、ロータおよびステータを収容する収容部材と、ロータの回転に伴う磁界の変動に基づいて該ロータの回転位置に応じた信号を検出する検出部と、を備える。収容部材は、ロータの回転軸の一部を支持する第１の支持部材と、ロータの回転軸の他部を支持する第２の支持部材と、を有する。第１の支持部材は、基部と、基部の中央に形成され、回転軸を支持する支持部と、支持部の周囲に形成され、検出部が取り付けられる載置部と、を有する。載置部は、基部からロータの端面に向かって突出している。

この態様によると、突出した載置部に検出部が載置されるため、検出部をロータの端面により近づけることが可能になる。そのため、検出部での信号の検出精度が向上するとともに、ブラシレスモータの軸方向の厚みをコンパクトにできる。

ステータは、インシュレータに巻き付けられたステータ巻線を有してもよい。ステータ巻線は、第１の支持部材と対向する側の巻線端部がロータの端面よりも突き出しており、載置部は、ロータと対向する位置に突出端面を有してもよい。突出端面は、回転軸の方向において、ステータ巻線の巻線端部とロータの端面との間に位置していてもよい。これにより、第１の支持部材とステータ巻線とが干渉せずに、載置部をロータ端面に近づけることができる。

収容部材の外部から検出部またはステータ巻線に向けて電気を供給するリード線を更に備えてもよい。載置部は、突出端面とインシュレータとの隙間がリード線の外径よりも小さくなるように構成されていてもよい。これにより、リード線がロータ端面近傍の領域に入り込んでロータと干渉してしまう、といったことが防止できる。

支持部および載置部は、連続した平坦面を有してもよい。これにより、支持部近傍の強度を向上できる。また、平坦面とすることで検出部の位置決めや取付けが容易となる。また、平坦面をエジェクタピンの受け部として利用することもできる。

支持部は、回転軸を回転可能に支持する軸受が収容される円形の凹部または貫通孔が形成されていてもよい。これにより、位置精度や寸法精度が求められる支持部や載置部といった複数の機能を持つ第１の支持部材を一つの部品で実現できる。

ロータは、円形のロータコアと、複数の板状マグネットとを備えてもよい。ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有してもよい。板状マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するようにマグネット収容部に収容されていてもよい。これにより、ロータの外周部での平均磁束密度を向上できる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を部品、製造方法、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、コストを下げながら検出部での信号の検出精度が向上するとともに、モータの軸方向の厚みをコンパクトにできる。

本実施の形態に係るブラシレスモータの全体斜視図である。 本実施の形態に係るブラシレスモータの側面図である。 本実施の形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。 本実施の形態に係るブラシレスモータの側方断面図である。 図５（ａ）は、本実施の形態に係るロータコアの上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すロータコアにマグネットを嵌め込んだ状態を示す上面図である。 ステータコアの上面図である。 巻線を巻き付けるインシュレータの斜視図である。 本実施の形態に係るフロントベルおよび検出部の取付け状態を示す分解斜視図である。 本実施の形態に係るフロントベルに検出部を取り付けた状態をモータの内側から見た正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。以下では、インナーロータタイプのブラシレスモータを例に説明する。

（ブラシレスモータ）
図１は、本実施の形態に係るブラシレスモータの全体斜視図である。図２は、本実施の形態に係るブラシレスモータの側面図である。図３は、本実施の形態に係るブラシレスモータの分解斜視図である。図４は、本実施の形態に係るブラシレスモータの側方断面図である。

本実施の形態に係るブラシレスモータ（以下、「モータ」と称する場合がある。）１０は、マグネットを有する円柱状のロータ１２と、ロータ１２が配置される空間を中央部に有するステータ１４と、フロントベル１６と、ハウジング本体１８と、給電部１９と、を備える。

フロントベル１６は、板状の部材であり、中央に回転シャフト２０が貫通できるように孔１６ａが形成されているとともに、孔１６ａの近傍に軸受２２を保持する凹部１６ｂが形成されている。そして、フロントベル１６は、ロータ１２の回転シャフト２０の一部を軸受２２を介して支持する。また、ハウジング本体１８は、円筒状の部材であり、基部１８ａの中央に孔１８ｂが形成されているとともに、孔１８ｂの近傍に軸受２４を保持する凹部１８ｃが形成されている。そして、ハウジング本体１８は、ロータ１２の回転シャフト２０の他部を軸受２４を介して支持する。本実施の形態では、フロントベル１６およびハウジング本体１８は、ロータ１２およびステータ１４を収容する収容部材を構成する。

（ロータ）
図５（ａ）は、本実施の形態に係るロータコアの上面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すロータコアにマグネットを嵌め込んだ状態を示す上面図である。

ロータ１２は、円形のロータコア２６と、複数のマグネット２８と、を備える。ロータコア２６の中心には、回転シャフト２０が挿入された状態で固定される貫通孔２６ａが形成されている。また、ロータコア２６は、マグネット２８が挿入され固定される複数のマグネット収容部２６ｂを有する。マグネット２８は、マグネット収容部２６ｂの形状に対応した板状の部材である。

そして、これら各部材を順に組み立てる。具体的には、複数（１４個）のマグネット２８のそれぞれを、対応するマグネット収容部２６ｂに嵌め込み、そのロータコア２６の貫通孔２６ａに回転シャフト２０を挿入する。そして、軸受２２および軸受２４は、回転シャフト２０に取り付けられる。

（ロータコア）
図５（ａ）に示すロータコア２６は、複数の板状の部材を積層したものである。複数の板状の部材のそれぞれは、無方向性電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）からプレス加工によって図５（ａ）に示すような所定の形状で打ち抜くことで作製される。そして、マグネット収容部２６ｂは、ロータコア２６の回転軸を中心に放射状に形成されている。

マグネット２８は、図５（ｂ）に示すように、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコア２６の周方向において対向するようにマグネット収容部２６ｂに収容されている。つまり、マグネット２８は、略直方体の６つの面のうち表面積の広い２つの主面２８ａ，２８ｂがそれぞれＮ極とＳ極となるように構成されている。これにより、マグネット２８の主面２８ａから出た磁力線は、２つのマグネット２８の間の領域からロータコア２６の外に向かう。その結果、本実施の形態に係るロータ１２は、その外周部に、Ｎ極とＳ極が交互に７極ずつ計１４極ある磁石として機能する。

なお、マグネット２８は、例えば、ボンド磁石や焼結磁石である。ボンド磁石は、ゴムや樹脂などに磁性材を練り込んで射出成形または圧縮成型した磁石であり、後加工をしなくても高精度のＣ面（斜面）やＲ面を得られる。一方、焼結磁石は、粉末状の磁性材を高温で焼き固めた磁石であり、ボンド磁石よりも残留磁束密度を向上させやすいが、高精度のＣ面やＲ面を得るためには後加工が必要な場合が多い。

（ステータ）
次に、ステータ１４の構造について詳述する。図６は、ステータコアの上面図である。図７は、巻線を巻き付けるインシュレータの斜視図である。

ステータコア３６は、円筒状の部材であり、複数枚の板状のステータヨーク３８が積層されたものである。ステータヨーク３８は、複数本（本実施の形態では１２本）のティース４０が環状部の内周から中心に向かって形成されている。

各ティース４０には、図７に示す一体型のインシュレータ４２が取り付けられる。次に、ティース４０ごとにインシュレータ４２の上から導体を巻き付けてステータ巻線４３（図４参照）を形成する。そして、このような工程を経て完成したステータ１４の中央部にロータ１２を配置する。なお、ティースの幅が先端部に向かって広がっている場合、複数に分割したインシュレータをティースの上下から取り付けてもよい。

（フロントベル）
次に、フロントベルおよびフロントベルに取り付けられる検出部について詳述する。図８は、本実施の形態に係るフロントベルおよび検出部の取付け状態を示す分解斜視図である。図９は、本実施の形態に係るフロントベルに検出部を取り付けた状態をモータの内側から見た正面図である。なお、前述の図４に示す断面図は、図９に示すＡ−Ａ’断面を含む図である。

図８に示す検出部３０は、ロータ１２の回転に伴う磁界の変動に基づいてロータ１２の回転位置に応じた信号を検出する。具体的には、ホール素子やホールＩＣなどの検出素子３２を基板３４に搭載したものである。なお、本実施の形態に係る検出部３０は、検出素子３２を３つ備えている。

フロントベル１６は、基部１６ｃと、基部１６ｃの中央に形成され、回転シャフト２０を軸受２２を介して支持する支持部１６ｄと、支持部１６ｄの周囲に一体に形成され、検出部３０が取り付けられる載置部１６ｅと、を有する。載置部１６ｅは、図４に示すように、基部１６ｃからロータ１２の端面１２ａに向かい、ステータ巻線４３に干渉しない位置に突出している。

したがって、本実施の形態に係るモータ１０は、突出した載置部１６ｅに検出部３０が載置されるため、検出部３０をロータ１２の端面１２ａに近づけることが可能になる。そのため、検出部３０での信号の検出精度が向上するとともに、モータ１０の回転軸方向の厚みをコンパクトにできる。

また、ステータ１４は、前述のように、インシュレータ４２に巻き付けられたステータ巻線４３を有している。図４に示すように、ステータ巻線４３は、フロントベル１６と対向する側の巻線端部４３ａがロータの端面１２ａよりも突き出している。載置部１６ｅは、ロータ１２の端面１２ａと対向する位置に突出端面１６ｆを有している。突出端面１６ｆは、回転シャフト２０の軸方向Ａｘにおいて、ステータ巻線４３の巻線端部４３ａとロータ１２の端面１２ａとの間に位置している。これにより、フロントベル１６とステータ巻線４３とが干渉せずに、載置部１６ｅをロータ１２の端面１２ａに近づけることができる。

また、モータ１０は、図４に示すように、収容部材の外部から検出部３０またはステータ巻線４３に向けて電気を供給するリード線４４を更に備えている。載置部１６ｅは、突出端面１６ｆとインシュレータ４２との隙間Ｇ１がリード線４４の外径Ｌ１よりも小さくなるように構成された部位を備えている。これにより、ロータ１２の端面１２ａの近傍領域にリード線４４が入り込んでロータ１２と干渉してしまう、といったことが防止できる。なお、載置部１６ｅは、支持部１６ｄの全周に渡り設けなくても、少なくとも一部にのみ設けてあれば（実施例では３ヶ所）、リード線４４自身の堅硬性やバネ性もあり、載置部１６ｅを設けていない箇所でも、ロータ１２の端面１２ａ近傍領域へのリード線４４の入り込みを防止できる。

また、図８や図９に示すように、支持部１６ｄおよび載置部１６ｅは、連続した平坦面を有し、一体にて構成されている。これにより、支持部１６ｄ近傍の強度を向上できる。また、平坦面とすることで検出部３０の位置決めや取付けが容易となる。また、フロントベル１６を鋳造などにより一体成形で製造する場合には、強度のある載置部１６ｅの平坦面をエジェクタピンの受け部として利用することもできる。

支持部１６ｄは、前述のように、回転シャフト２０を回転可能に支持する軸受２２が収容される円形の凹部１６ｂ（貫通孔）が形成されている。これにより、位置精度や寸法精度が求められる支持部１６ｄや載置部１６ｅといった複数の機能を持つフロントベル１６を一つの部品で実現できる。なお、フロントベル１６は、一体成形で製造可能な形状を有しているとよい。

上述のように、本実施の形態に係るモータ１０は、検出部が取り付けられる部品の形状を工夫することで、ロータの位置検出の為にマグネットをオーバーハングさせる必要がなく、コストダウンができると共に省スペースによるモータの小型化を実現できる。また、モータ１０は、ロータ１２と検出部３０とが非常に近接しているため、ロータが備えるマグネットの形状や配置に特段の工夫をしなくても、ロータの回転位置に対して所望の検出精度が得られる。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

例えば、上述の実施の形態では、検出部３０をフロントベル１６に設けた場合について説明したが、検出部３０をハウジング本体１８に設けることも可能である。

Ｇ１ 隙間、 Ｌ１ 外径、 １０ モータ、 １２ ロータ、 １２ａ 端面、 １４ ステータ、 １６ フロントベル、 １６ａ 孔、 １６ｂ 凹部、 １６ｃ 基部、 １６ｄ 支持部、 １６ｅ 載置部、 １６ｆ 突出端面、 １８ ハウジング本体、 １８ａ 基部、 １８ｂ 孔、 １８ｃ 凹部、 １９ 給電部、 ２０ 回転シャフト、 ２２，２４ 軸受、 ２６ ロータコア、 ２６ａ 貫通孔、 ２６ｂ マグネット収容部、 ２８ マグネット、 ３０ 検出部、 ３２ 検出素子、 ３４ 基板、 ３６ ステータコア、 ３８ ステータヨーク、 ４２ インシュレータ、 ４３ ステータ巻線、 ４３ａ 巻線端部、 ４４ リード線。

Claims (6)

1. マグネットを有する円柱状のロータと、
   前記ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、
   前記ロータおよび前記ステータを収容する収容部材と、
   前記ロータの回転に伴う磁界の変動に基づいて該ロータの回転位置に応じた信号を検出する検出部と、を備え、
   前記収容部材は、
   前記ロータの回転軸の一部を支持する第１の支持部材と、
   前記ロータの回転軸の他部を支持する第２の支持部材と、を有し、
   前記第１の支持部材は、
   基部と、
   前記基部の中央に形成され、前記回転軸を支持する支持部と、
   前記支持部の周囲に形成され、前記検出部が取り付けられる載置部と、を有し、
   前記載置部は、前記基部から前記ロータの端面に向かって突出しており、
   前記ステータは、インシュレータに巻き付けられたステータ巻線を有し、
   前記載置部は、前記ロータと対向する突出端面を有し、
   前記収容部材の外部から前記検出部または前記ステータ巻線に向けて電気を供給するリード線を更に備え、
   前記載置部は、前記インシュレータと径方向に離間しており、
   前記載置部は、前記突出端面と前記インシュレータとの隙間が前記リード線の外径よりも小さくなるように構成された部位を備えており、
   前記リード線は、前記載置部の径方向外側の領域において、周方向に配置されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記ステータ巻線は、前記第１の支持部材と対向する側の巻線端部が前記ロータの端面よりも突き出しており、
   前記突出端面は、前記回転軸の方向において、前記ステータ巻線の前記巻線端部と前記ロータの端面との間に位置している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. 前記支持部および前記載置部は、連続した平坦面を有す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モータ。
4. 前記支持部は、前記回転軸を回転可能に支持する軸受が収容される円形の凹部または貫通孔が形成さ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モータ。
5. 前記ロータは、
   円形のロータコアと、
   複数の板状マグネットとを備え、
   前記ロータコアは、回転軸を中心に放射状に形成された複数のマグネット収容部を有し、
   前記板状マグネットは、隣接するマグネットと同じ磁極同士がロータコアの周方向において対向するように前記マグネット収容部に収容されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
6. マグネットを有する円柱状のロータと、
   前記ロータが配置される空間を中央部に有するステータと、
   前記ロータおよび前記ステータを収容する収容部材と、
   前記ロータの回転に伴う磁界の変動に基づいて該ロータの回転位置に応じた信号を検出する検出部と、を備え、
   前記収容部材は、
   前記ロータの回転軸の一部を支持する第１の支持部材と、
   前記ロータの回転軸の他部を支持する第２の支持部材と、を有し、
   前記第１の支持部材は、
   基部と、
   前記基部の中央に形成され、前記回転軸を支持する支持部と、
   前記支持部の周囲に形成され、前記検出部が取り付けられる載置部と、を有し、
   前記載置部は、前記基部から前記ロータの端面に向かって突出しており、
   前記支持部は、環状に形成されており、
   前記載置部は、前記支持部から径方向に向かって複数形成されており、
   複数の前記載置部は、周方向に離間して配置されていることを特徴とするブラシレスモータ。

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