JP6409321B2 - インナーロータ型のブラシレスモータ - Google Patents

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    • H02K5/161Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor

Description

本発明は、インナーロータ型のモータに関する。
インナーロータ型のモータでは、近年、高い回転精度のモータが求められている。
また、近年、家庭内や職場における電気機器の増加に伴い、家電や調理機器などの各電気機器から生じる騒音を抑制することが求められている。従来、モータの低騒音化のために、モータをインナーロータ型としたり、モータの回転精度をなるべく高くするなどの工夫がなされている。
従来のモータにおいては、高い回転精度を実現するために、モータ筐体内部に、ホールICが配置された基板を配置し、永久磁石からなる回転子の回転位置を検出するという構成が開示されている。従来のモータについては、例えば、特開2005-102370号公報に記載されている。
特開2005-102370号公報
しかしながら、より高い回転精度が求められる場合においては、回転子の回転位置を検出するだけでは不十分となることがある。その際には、例えば、モータのロータ部の動バランスを修正するという方法が考えられるが、特開2005-102370号公報において開示されている技術においては、回転子の一方側に、電子部品及び巻線を冷却するための自冷ファンが配置されており、動バランスを修正することが困難であった。
本発明の目的は、周方向において、ロータ部の高精度な位置検出が可能であり、かつ、軸方向両側においてロータの動バランスを修正できる技術を提供することである。
本願の例示的な第1発明は、中心軸に沿って上下方向に延びるシャフトを有するロータ部と、前記ロータ部の径方向外方に位置するステータ部と、前記ステータ部に対して、前記ロータ部を支持する軸受部と、を備えた、インナーロータ型のブラシレスモータであって、前記ロータ部は、上下に延びる中心軸を中心に回転するシャフトと、前記シャフトとともに回転し、マグネットを有するロータと、前記ロータの軸方向上側および下側に配置され、前記ロータとともに回転する上円筒部および下円筒部と、を有し、前記ステータ部は、前記ロータと径方向に間隙を介して対向するステータと、前記ステータを保持するハウジングと、前記ハウジングの軸方向上側に配置されるキャップと、前記ハウジングまたはステータに保持され、回転検知部を有する回路基板と、を有し、前記軸受部は、前記ステータの軸方向上側において、前記キャップ部材に保持され、前記シャフトを回転可能に支持する上軸受と、前記ステータの軸方向下側において、前記ハウジングに保持され、前記シャフトを回転可能に支持する下軸受と、を有し、前記下円筒部は、下バランス修正部を含み、前記上円筒部は、上蓋部と、前記上蓋部に配置されるセンサーマグネットと、前記上蓋部と別体の部材である上バランス修正部と、を有し、前記上バランス修正部は、前記上蓋部よりも軸方向上側に位置する、ブラシレスモータ。

本願の例示的な第1発明によれば、周方向において、ロータマグネットの高精度な位置検出が可能である。また、ロータの軸方向両側に位置するバランス修正部によって、ロータの動バランスを修正できる。
図1は、本発明にかかるモータの縦断面図である。 図2は、本発明にかかるハウジングの側面図である。 図3は、本発明にかかるモータにおける回路基板の平面図である。 図4は、本発明にかかる上蓋部(上円筒部)の側面図である。 図5は、本発明にかかる上バランス修正部材(上円筒部)の側面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本願では、モータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では軸方向を上下方向とし、ロータに対してキャップ側を「上」として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために上下方向を定義したものであって、本発明に係るモータの使用時の姿勢を限定するものではない。
<1.第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ1の縦断面図である。図に示すように、モータ1は、ステータ部2と、ロータ部3と、軸受部4を有する。ステータ部2は、調理器具や家電など、モータ1が搭載される装置本体に対して固定されている。ロータ部3は、軸受部4によって、ステータ部2に対して回転可能に支持されている。
ステータ部2は、ステータ21と、ハウジング22と、キャップ部材23と回路基板24とを有する。ステータ21は、ステータコア211と、インシュレータ212と、コイル213を有する。
ステータコア211は、コイル213とともに、ステータ21として機能する部位である。ステータコア211は、ステータ21よりも径方向内側に位置するロータ31に対して、径方向に間隙を介して対向する。ステータコア211は、珪素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層した、積層鋼板からなる。ステータコア211は、円環状のコアバックと、コアバックから径方向内側へ向けて突出した複数本の磁極歯を有している。コアバックは、コアバックの外周面が、ハウジング22の内周面に圧入されることによって保持される。ステータコア211の各磁極歯には、コイル213が巻かれる。また、本実施形態においては、磁極歯の数は6本である。
コイル213は、磁極歯の周囲に巻かれた導線により、構成されている。コイル213は、ステータコア211の少なくとも一部を覆うインシュレータ212を介して、磁極歯に巻かれる。本実施形態においては、コイル213からはU相、V相、W相およびコモンの4つの端部が引き出される。引き出された各端部は、それぞれ、ハウジング筒部222に形成された第1切欠き部2221を介して、ハウジング筒部222の外側に位置する外部コネクタ224に接続される。これにより、引出線をハンダ付けする作業が不要となり、引出線を外部へ接続することが容易になる。
引き出された端部には、ハウジング22外部から、モータ駆動のための電流を供給される。コイル213に電流が流れると、磁芯である磁極歯に、径方向の磁束が発生する。そして、磁極歯とロータ部3のロータマグネット322との間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ部2に対してロータ部3が、中心軸を中心として回転する。
インシュレータ212は、軸方向上側に位置する上インシュレータ2121と、軸方向下側に位置する下インシュレータ2122とを含む。上インシュレータ2121および下インシュレータ2122は、ステータコア211とコイル213とを電気的に絶縁する、樹脂製の部材である。上インシュレータ2121は、ステータコア211の上側に配置されている。下インシュレータ2122は、ステータコア211の下側に配置されている。換言すれば、上インシュレータ2121と下インシュレータ2122との間に、ステータコア211が挟まれている。上インシュレータ2121は、磁極歯の上面を覆う。下インシュレータ2122は、磁極歯の下面を覆う。また、上インシュレータ2121および下インシュレータ2122は磁極歯の側面を覆う。上インシュレータ2121と下インシュレータ2122とで、インシュレータ212を構成する。ただし、インシュレータ212は3部材以上の部材を組み合わせて構成してもよい。本実施形態においては、コイル213が上インシュレータ2121および下インシュレータ2122の上から磁極歯に巻かれることにより、インシュレータ212がステータコア211に固定される。
上インシュレータ2121は、上インシュレータ2121の上端面において、軸方向上側に突出し、軸方向先端が径方向内側に突出しているスナップフィット部2123と、凸部の周方向両端に軸方向下側に延びる切欠き2124を有する。上インシュレータ2121のスナップフィット部2123には、後述する回路基板24の回路基板突起部241が嵌合する。これにより、回路基板24が保持される。
ハウジング22は、ハウジング底部221と、ハウジング円筒部222と、ハウジング軸受部223を有する。ハウジング底部221は、軸方向において、下インシュレータ2122よりも下側に位置し、中心軸に垂直な面上に広がる、平板状の円板部である。ハウジング円筒部222は、ハウジング底部221の径方向外周面から軸方向上側に延びる円筒状の部位である。ハウジング軸受部223は、ハウジング底部221の径方向内周面から軸方向下側に延びる円筒状の部位である。
ハウジング円筒部222は、ステータコア211の径方向外周面が、ハウジング円筒部222の径方向内周面に圧入されることによって、ステータコア211を保持する。また、ハウジング円筒部222は、軸方向上端面から軸方向下側に切り欠かれた第1切り欠き部2221と、第1切り欠き部よりも軸方向下側に浅く切り欠かれた第2切り欠き部2222を有する。
図2は、本発明にかかるハウジング22の側面図である。図2を参照して、第1切り欠き部2221には、後述する外部コネクタ224が嵌合する。第2切り欠き部2222には、後述するキャップ23から径方向に延びる複数の突起が嵌合し、キャップ23が保持される。
ハウジング軸受部223は、後述する下軸受42の外周面が、ハウジング軸受部223の径方向内周面に圧入されることによって、下軸受42を保持する。
キャップ23は、キャップ底部231とキャップ軸受部232を有する。
キャップ底部231は、後述する上バランス修正部54よりも軸方向上側に位置し、軸方向に垂直な面上に広がる平板上の円板部である。キャップ底部231は、径方向外周面において、径方向外側に突出する複数のキャップ突起部233を有する。複数のキャップ突起部233は、ハウジング円筒部222の複数の第2切り欠き部2222と嵌合し、周方向に固定される。
キャップ軸受部232は、キャップ底部231の径方向内側から軸方向上側に延びる、円筒状の部位である。キャップ軸受部232は、後述する上軸受41の外周面が、ハウジング軸受部223の径方向内側に圧入されることによって、上軸受41を保持する。
回路基板24は、後述するロータ32よりも軸方向上側に位置し、軸方向に垂直な面内に広がる平板状の円板部材である。図3は、本発明にかかるモータにおける回路基板24の平面図である。図3を参照して、回路基板24の径方向外周面には、径方向外側に突出する複数の回路基板突起部241を有する。
複数の回路基板突起部241は、径方向外周面において、径方向内側に窪む回路基板切欠き部242を有する。回路基板切欠き部242は、上述の上インシュレータ2121のスナップフィット部2123と嵌合し、回路基板24とインシュレータ212とが固定される。
回路基板24の軸方向下側の面には、回転検知部243が配置される。
回転検知部243の軸方向下端は、後述するセンサーマグネットの上端と間隙をあけて対向する。回転検知部243は、センサーマグネットの周方向位置を高精度で検出する。本実施形態において、回転検知部243はホール素子である。
ロータ部3は、シャフト31と、ロータ32と、上円筒部5と、下円筒部6と、を有している。シャフト31は、中心軸に沿って、上下方向に延びる略円柱状の部材である。シャフト31は、上述の上軸受41と下軸受42によって支持されており、ステータ部2に対して、中心軸に沿って回転する。
ロータ32は、ロータコア321と、複数のマグネット322を有する。
ロータコア321は、ステータコア211よりも径方向外側に位置するステータ21に対して、径方向に間隙を介して対向する。ロータコア321は、珪素鋼板等の電磁鋼板を軸方向に積層した、積層鋼板からなる。ロータコア321は、軸方向に貫通する複数の孔を有する、円筒状の部材である。
複数のマグネット322は、ロータコア321に形成された複数の孔にそれぞれ挿入され、径方向及び周方向に固定される。なお、複数のマグネット321は、ロータコア322の径方向外側に固定されてもよい。
上円筒部5は、ロータコア321よりも軸方向上側に位置し、上蓋部51と、センサーマグネット52と、センサーマグネットヨーク53と、上バランス修正部54を有する。
図4は、本発明にかかる上蓋部51の側面図である。上蓋部51は、樹脂によって形成されている。上蓋部51は、上第1円筒部511と、上第2円筒部512と、上第3円筒部513と、複数の上位置決め部515と、を有する。上蓋部51は、シャフト31に圧入されることによって固定される。
上第1円筒部511は、軸方向に延びる円筒状の部位である。上第1円筒部511の下面は、ロータコア321の上面に接触している。
上第2円筒部512は、上第1円筒部511の径方向内端から、軸方向上側に延びる円筒状の部位である。上第2円筒部512の外周面の径方向長さは、上第1円筒部511の外周面の径方向長さよりも短い。上第2円筒部512は、外周面に、軸方向に延びる突起を有する。
上第3円筒部513は、上第2円筒部512の径方向内端から、軸方向上側に延びる円筒状の部位である。上第3円筒部513の外周面の径方向長さは、上第2円筒部512の外周面の径方向長さよりも短い。上第3円筒部513は、径方向外周面に、径方向内側に窪み、軸方向に延びる切欠き514を有する。
上位置決め部515は、上第1円筒部511の下端から軸方向下側に突出する凸部である。上位置決め部515は、ロータコア321に設けられた孔に挿入される。これにより、ロータ3と上円筒部5との位置決めを行うことができる。
上第1円筒部511は環状の上面を有し、上面の軸方向上側には、センサーマグネットヨーク53が位置する。
センサーマグネットヨーク53は、磁性体によって形成された円筒状の部位である。センサーマグネットヨーク53の軸方向下面は、上円筒部5の上蓋部51の上第1円筒部511の上面に接触する。すなわち、また、センサーマグネットヨーク53の径方向内周面は、上円筒部5の第2円筒部512の外周面に少なくとも一部が接触する。センサーマグネットヨーク53の内周面は、径方向外側に窪む切欠きを有し、その切欠きは、上第2円筒部512の外周面に形成された、軸方向に延びる突起と嵌合する。これによって、センサーマグネットヨーク53が、上第2円筒部512に対して、周方向に固定される。なお、本実施形態において上蓋部51は、被検知部が配置される部材である。
センサーマグネット52は、円筒状の部位である。センサーマグネット52の軸方向下面は、センサーマグネットヨーク53の上面に接触し、センサーマグネット52とセンサーマグネットヨーク53との間に発生する磁力によって、軸方向に固定される。本実施形態において、センサーマグネット52は、被検知部である。センサーマグネット52の径方向内周面は、上第2円筒部512の外周面に接触する。センサーマグネット52の内周面は、径方向外側に窪む切欠きを有し、その切欠きは、上第2円筒部512の外周面に形成された、軸方向に延びる突起と嵌合する。これによって、センサーマグネット52が、上第2円筒部512に対して、周方向に固定される。
図5は、本発明にかかる上バランス修正部材54の側面図である。上バランス修正部54は、樹脂によって形成される、上蓋部51とは別体の部材である。これにより、上バランス修正部54と、下バランス修正部64との軸方向スパンを調整できる。また、上バランス修正部54における、動バランス修正の作業効率が向上する。
上バランス修正部54は、軸方向下側に突出する凸部541を有する。軸方向下側に突出する凸部541は、上蓋部51の第3円筒部513に形成された切欠514に嵌合する。これにより、上バランス修正部54が周方向に固定される。
上バランス修正部54は、上蓋部51よりも軸方向上側に位置する、円筒状の部位である。これにより、上バランス修正部54と、下バランス修正部64との軸方向スパンを長くすることができる。
上バランス修正部54の下面は、軸方向下側に突出する突起部541を有する。上バランス修正部54の突起部541は、上蓋部51の第3円筒部513の上面に形成される、切欠514に嵌合する。これにより、上バランス修正部54は、周方向に固定される。
ここで、上バランス修正部54は、その外側の肉が掘削されることによって、ロータ部3の動バランスを修正することができる。本実施形態においては、上バランス修正部54の径方向外側において、電動ドリル等で樹脂材に穴を開けることによって、ロータ部3の動バランス修正が行われる。上バランス修正部54が樹脂によって形成されているために、上バランス修正部54が金属等で形成されている場合に比べて、動バランス修正が容易に行われる。
上バランス修正部54は、上蓋部51とは別体の部材である。これにより、上バランス修正部54を掘削し、樹脂部材の肉を取り除いた際にも、上蓋部51には大きな影響を与えない。従って、上蓋部51に固定されたセンサーマグネット52やセンサーマグネットヨーク53の固定に対しても大きな影響を与えない。また、上蓋部51とは別体の部材である上バランス修正部54を掘削することによって、動バランスの修正の作業効率が向上する。ただし、上バランス修正部54は、上蓋部51と一体の部材であってもよい。
上バランス修正部54は、上蓋部51よりも軸方向上側に位置する。これにより、上蓋部51でロータ部3の動バランス修正を行う場合に比べて、ロータコア321よりも軸方向に遠い位置において、ロータ部3の動バランス修正ができる。
上バランス修正部54よりも軸方向上側には、後述する上軸受41が配置される。上バランス修正部54の軸方向上端と、上軸受41の軸方向下端は、軸方向に間隙を空けて対向する。これにより、上バランス修正部54において、バランス修正を行う際に、上軸受41に、上バランス修正部54の樹脂製の肉を掘削することによる影響を与えにくい。
下円筒部6は、ロータコア321よりも軸方向下側に位置する。下円筒部6は、樹脂によって形成されている。下円筒部6は、下第1円筒部61と、下第2円筒部62と、複数の下位置決め部63を有する。また、下円筒部は、下バランス修正部64を有する。下円筒部6は、シャフト31に圧入されることによって固定される。
下第1円筒部61は、軸方向に延びる円筒状の部位である。下第1円筒部61の上面は、ロータコア321の下端に接触している。
下第2円筒部62は、下第1円筒部61の径方向内端から、軸方向下側に延びる円筒状の部位である。下第2円筒部62の外周面の径方向幅は、下第1円筒部61の外周面の径方向幅よりも短い。下第2円筒部62の軸方向下側には、後述する下軸受42が配置される。下第2円筒部62の下端と、下軸受42の上端とは、軸方向に間隙を空けて対向する。
ここで、下第1円筒部61又は下第2円筒部62は、側面の肉が掘削されることによって、ロータ部3の動バランス修正を行うことが可能である。本実施形態においては、下第2円筒部62の径方向外側から、電動ドリル等で樹脂材に穴を開けることによって、ロータ部3の動バランス修正が行われる。下円筒部6が樹脂によって形成されているために、下円筒部6が金属等で形成されている場合に比べて、動バランス修正が容易に行われる。
また、下第2円筒部62の下端と、下軸受42の上端とが、軸方向に間隙を開けて対向する構造によって、下円筒部6においてロータ部3の動バランス修正を行った際の影響が、下軸受42に及ぼされることを低減できる。
本実施形態においては、上バランス修正部54は、軸方向において、上軸受41よりも下側に位置し、下バランス修正部64は、軸方向において、下軸受42よりも上側に位置する。これにより、上バランス修正部54と、下バランス修正部64との軸方向スパンを、上軸受41と、下軸受42との軸受スパンよりも短くできる。従って、バランス修正部の軸方向スパンが長くなりすぎることを防ぎ、動バランス修正の精度を向上させる。
また、本実施形態においては、上バランス修正部54と、下バランス修正部64とは、樹脂製の肉が掘削されることによって、ロータ部3の動バランスが修正される。これにより、動バランスが修正された後の、上バランス修正部54又は下バランス修正部64は、周方向において、軸非対称になる。なお、本実施形態においては、上バランス修正部、および下バランス修正部に対して、一部を除去するいわゆるマイナスバランスにて動バランス修正したが、これに限られるものではない。例えば、上バランス修正部、下バランス修正部のそれぞれに溝を形成し、溝内に錘を付与する、いわゆるプラスバランスにて修正してもよい。ただし、いわゆるマイナスバランスのほうが容易にバランス修正を行うことができる。
下位置決め部63は、下第1円筒部611の下端から軸方向上側に突出する凸部である。下位置決め部63は、ロータコア321に設けられた孔に挿入される。これにより、ロータ3と下円筒部5との位置決めを行うことができる。
また、本実施形態においては、下円筒部6を一部材としたが、これに限られるものではない。下円筒部6は、上円筒部5の、上蓋部51と上バランス修正部材54と同じように、2以上の部材で構成されてもよい。
軸受部4は、上軸受41と、下軸受42とを有する。
上軸受41は、上バランス修正部54の軸方向上側において、上軸受41の内輪側がシャフトの外周面に圧入されることによって固定される。上軸受41の外輪側は、キャップ底部231の内周面に保持される。上軸受41は、キャップ23に対して、シャフト31を回転可能に支持する。
上軸受41の上側には、ウェーブワッシャ43が配置される。ウェーブワッシャは、軸方向において、上軸受41の上面と、キャップ蓋部との間に位置する。
下軸受42は、下軸受42とワッシャ44を有する。下軸受42は、下円筒部6の軸方向下側において、上軸受41の内輪側がシャフト31の外周面に圧入されることによって固定される。下軸受42の外輪側は、ハウジング軸受部223の内周面に保持される。下軸受42は、下円筒部6よりも軸方向下側において、ハウジング蓋部221とワッシャ44によって、軸方向に保持される。下軸受42は、ハウジング22に対して、シャフト31を回転可能に支持する。
その他、モータ1の細部の形状については、本願の各図面と相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。
例えば、実施形態では、検知手段として被検知部をマグネット、検知部をホール素子としたが、これに限られるものではない。例えば、被検知部をスケール、検知部をフォトセンサとする、光学式の検知手段を用いてもよい。
本発明は、モータや、家電製品及び調理機器に利用できる。
モータ1
ステータ部 2
ステータ 21
ハウジング 22
キャップ 23
回路基板 24
回転検知部 243
ロータ部 3
シャフト 31
ロータ 32
マグネット 322
軸受部 4
上軸受 41
下軸受 42
上円筒部 5
被検知部(センサマグネット) 52
上バランス修正部 54
下円筒部 6
下バランス修正部 64

Claims (11)

  1. 中心軸に沿って上下方向に延びるシャフトを有するロータ部と、
    前記ロータ部の径方向外方に位置するステータ部と、
    前記ステータ部に対して、前記ロータ部を支持する軸受部と、を備えた、インナーロータ型のブラシレスモータであって、
    前記ロータ部は、
    上下に延びる中心軸を中心に回転するシャフトと、
    前記シャフトとともに回転し、マグネットを有するロータと、
    前記ロータの軸方向上側および下側に配置され、前記ロータとともに回転する上円筒部および下円筒部と、
    を有し、
    前記ステータ部は、
    前記ロータと径方向に間隙を介して対向するステータと、
    前記ステータを保持するハウジングと、
    前記ハウジングの軸方向上側に配置されるキャップと、
    前記ハウジングまたはステータに保持され、回転検知部を有する回路基板と、
    を有し、
    前記軸受部は、
    前記ステータの軸方向上側において、前記キャップ部材に保持され、前記シャフトを回転可能に支持する上軸受と、
    前記ステータの軸方向下側において、前記ハウジングに保持され、前記シャフトを回転可能に支持する下軸受と、
    を有し、
    前記下円筒部は、下バランス修正部を含み、
    前記上円筒部は、
    上蓋部と、
    前記上蓋部に配置されるセンサーマグネットと、
    前記上蓋部と別体の部材である上バランス修正部と、
    を有し、
    前記上バランス修正部は、前記上蓋部よりも軸方向上側に位置する、ブラシレスモータ。
  2. 前記上バランス修正部は、前記回転検知部が配置される部材よりも、軸方向上側に位置する、請求項1に記載のモータ。
  3. 前記上バランス修正部は、軸方向において上軸受と間隙をあけて対向している、請求項1乃至2のいずれかに記載のモータ。
  4. 前記下バランス修正部は、軸方向において、下軸受と間隙をあけて対向している、請求項1乃至3のいずれかに記載のモータ。
  5. 前記上バランス修正部は、軸方向において、前記上軸受よりも下側に位置し、
    前記下バランス修正部は、軸方向において、前記下軸受よりも上側に位置する、請求項1乃至4のいずれかに記載のモータ。
  6. 前記ロータは、ロータコアをさらに有し、
    前記ロータコアは、軸方向に貫通する複数の孔を有し、
    前記マグネットは、前記に挿入される、請求項1乃至5に記載のモータ。
  7. 前記ロータは、ロータコアをさらに有し、
    前記ロータコアの径方向外周には、前記マグネットが配置される、請求項1乃至5に記載のモータ。
  8. 前記上バランス修正部と前記下バランス修正部は、周方向において軸非対称である、請求項1乃至7のいずれかに記載のモータ。
  9. 前記ステータは、前記ステータの一部を覆う上インシュレータを有し、
    前記回路基板は、周方向外側において、径方向外側に突出する複数の突起を有し、前記上インシュレータから軸方向上側に突出するスナップフィット部と、少なくとも一つの前記複数の突起が嵌合することによって固定される、請求項1乃至8のいずれかに記載のモータ。
  10. 前記ステータは、導線を有し、
    前記ハウジングは、軸方向に延びる筒状のハウジング筒部を含み、
    前記導線は、前記ハウジング筒部に形成された切欠きを介して、前記ハウジング筒部の外側に位置する外部コネクタに接続される、請求項1乃至9のいずれかに記載のモータ。
  11. 前記上バランス修正部は、軸方向に突出する凸部または、軸方向に切り欠かれた凹部を有する、請求項1乃至10のいずれかに記載のモータ。
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