JP7054718B2 - アウターロータ型モータ - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、ビル空調用ダンパアクチュエータなどの電動機の駆動源に用いられるアウターロータ型モータに関する。
アウターロータ型のＤＣブラシレスモータは、例えば真鍮等の金属製軸受ハウジングに金属製取付板が支持され、該金属製取付板に基板が一体に組み付けられる。軸受ハウジング内には含油軸受が組み付けられており回転子軸が含油軸受に回転可能に支持されている。
回転子軸の一端は回転子ヨークを保持する回転子ハブに一体に連結されている。回転子ハブは真鍮製などの金属部品が用いられ、カップ状の回転子ヨークとかしめられて一体に組み付けられる。また回転子軸の他端（出力端）には金属製のモータ歯車が圧入されている。
軸受ハウジングには固定子が一体に組付けられている。具体的には固定子コアの環状コアバック部が軸受ハウジングの外周に圧入接着されて組み付けられる。また、コアバック部より径方向外側に延設された極歯にはインシュレータを介してコイルが巻かれている。極歯の歯先である磁束作用面は、回転子ヨークの内周に設けられた環状の回転子マグネットと対向するように組み付けられている。
上述したモータは、回転子軸の軸直角度を維持するため、固定子コアは、金属製のモータケースや軸受ハウジングなどの剛性の高い部材に固定されていた。
また、固定子極歯に巻かれたコイルから引き出されたコイルリードは、回路基板に接続されて通電制御され、或いはホールＩＣ等のセンサ基板が設けられ、回路基板やセンサ基板から外部接続端子により上位機器の制御基板と電気的に配線接続されるようになっている。
アウターロータ型モータの固定子側の構成部品である、軸受ハウジング、軸受は金属部品が用いられ、軸受に回転可能に支持される回転子側の構成部品である回転子軸、回転子ヨークなども金属部品が用いられ、回転子ハブと回転子軸は圧入等により一体に組み付けられている（特許文献１：特開２００１－２９８８９３号公報，特許文献２：特開２０１４－１８０６８号公報参照）。
特開２００１－２９８８９３号公報 特開２０１４－１８０６８号公報
しかしながら、上述したモータは、モータ側の回路基板等と搭載機器側の制御基板の複数基板の配置と配線接続が必要になり、固定子コアを固定する軸受ハウジングやモータケースなど、部品点数が多く製造コストが嵩む。
そこで、原価コスト削減のため、回転子軸と固定子コアをインサート成形により一体成形し、固定子コアを一元化した回路基板に搭載することで、部品点数を削減し、コスト削減することが考えられる。この場合に、モータ部品の樹脂化に際して以下の懸念事項がある。
（１）固定子コアと回転子軸の軸直角度が低下してモータ性能が低下するおそれがある。
（２）固定子コアと基板との軸直角度が低下してモータ性能が低下するおそれがある。
本発明は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータ部品の加工コストを抑え部品点数を減らして組立工数を減らし、固定子コアと回転子軸の軸直角度や固定子コアと基板との軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することが可能なアウターロータ型モータを提供することにある。
上記課題を解決するため本発明は、少なくとも次の構成を備える。
固定子の径方向外側に回転子が回転可能に組み付けられたアウターロータ型モータであって、環状に形成されたコアバック部より径方向外側に突設された複数の極歯を有する固定子コアと、前記コアバック部の中心孔に挿入された固定軸が前記固定子コアを覆う第一樹脂材によりインサート成形されたインシュレータと、前記固定子コアが前記インシュレータを介して組み付けられ、前記インシュレータを介して極歯に巻かれたマグネットワイヤーと電気的に接続される基板と、を有する固定子ユニットと、カップ状に形成された回転子ヨークの内周面に環状の回転子マグネットが設けられ、前記回転子ヨークの中央部に内面側及び外面側に延設された筒状部を有する回転子ハブが第二樹脂材よりインサート成形された回転子ユニットと、を備え、前記インシュレータの軸方向反出力端側に突設された複数の基板挿入片を基板挿入孔に嵌め合わせて前記固定子コアが前記基板と一体に組み付けられ、前記回転子ハブの筒孔に前記固定軸が挿入されて前記回転子マグネットと前記極歯が対向するように前記固定子ユニットと前記回転子ユニットが組み付けられ、当該回転子ユニットは前記固定軸を中心に摺動回転可能に組み付けられていることを特徴とする。
上記構成によれば、軸受、軸受ハウジング、取付板、モータ歯車等通常金属製品が用いられるモータ構成部品を樹脂化することで、可及的に部品点数を減らして製造コストを削減することができる。
また、コアバック部の中心孔に挿入された固定軸が固定子コアを覆う第一樹脂材であるインシュレータと一体成形されていることで、固定子コアと回転子ユニットが組み付けられる固定軸の軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することができる。
インシュレータの軸方向反出力端側に突設された複数の基板挿入片を基板挿入孔に嵌め合わせて固定子コアが基板と一体に組み付けられることで、固定子コアと基板との軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することができる。
また、回転子ハブの内側筒状部の軸方向長さを長くしたり外側筒状部にモータ歯車を設けたりすることで、軸方向荷重支点間距離が長くなり、モータの外部荷重に対する耐荷重性能や寿命を維持することができる。
前記基板挿入片には前記基板の基板挿入孔に挿通して挿入面側に突き当たる段付き部と先端部が反対面側まで延設されて固定される基板固定部が形成されていてもよい。
これにより、インシュレータの複数の基板挿入片を基板挿入孔に挿入して挿入面に段付き部が突き当たることで、固定子コアの基板に対する高さ位置が一様に決まり、先端部を反対面側で固定することにより固定子コアと基板が位置決めされて組み付けられる。よって、固定子コアと基板との軸直角度を維持して組立て性も向上する。
前記インシュレータには、前記固定子コアの極歯に対応して前記基板挿入片が設けられ、前記基板挿入片どうしの間には前記極歯に対応して前記基板に当接して支持する支持脚が設けられていてもよい。
これにより、固定子コアの極歯に対応して基板挿入片が設けられているので、固定子コアを基板に対して軸直角度を維持して平行に組み付けることができ、基板挿入片どうしの間には極歯に対応して基板に当接して支持する支持脚が設けられていると、固定子コアを基板に対する組み付け姿勢を安定させることができる。
モータ部品の加工コストを抑え部品点数を減らして組立工数を減らし、固定子コアと回転子ユニットが組み付けられる固定軸の軸直角度や固定子コアと基板との軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することが可能なアウターロータ型モータを提供することができる。
固定子ユニットの斜視図である。 回転子ユニットの斜視図である。 アウターロータ型モータの斜視図である。 図３のアウターロータ型モータの軸方向断面図である。 固定子ユニットと基板との組み付け状態を示す正面図、右側面図お及び斜視図である。 他例に係る回転子ユニットの斜視図である。 他例に係る回転子ユニットの斜視図である。
以下、添付図面を参照しながらアウターロータ型モータの一例について説明する。アウターロータ型モータは、固定子の径方向外側に回転子が回転可能に組み付けられ、回転子の出力軸に歯車が設けられたモータをいう。
図１において固定子ユニット１は、環状に形成されたコアバック部２ａより径方向外側に突設された極歯２ｂを有する固定子コア２を備えている。固定子コア２のコアバック部２ａの中心孔２ｃに固定軸３が挿入され、第一樹脂材（絶縁性樹脂材例えばＰＢＴ：ポリブチレンテレフタレート樹脂）によりインサート成形されて固定子ユニット１が形成されている。具体的には、コアバック部２ａ及び極歯２ｂの周囲がインシュレータ４により覆われかつ固定軸３がインシュレータ４と一体化されている。この固定軸３は後述するように回転子ユニット５の回転中心となり回転子軸の固定軸化が図られている。
図４に示すように、固定子コア２の軸方向一端側のコアバック部２ａの中心孔２ｃは、固定軸３と連結されたインシュレータ４により閉塞されている。このように、固定子コア２と固定軸３がインサート成形されてコアバック部２ａの中心孔２ｃがインシュレータ４により閉塞されているので、従来のように固定子コア２の軸受保持部等への組み付け作業が不要であり、コアバック部２ａ及び極歯２ｂの周囲がインシュレータ４により覆われているので、固定子コア２にインシュレータ４を事後的に組み付ける作業も不要となり、部品点数を減らして組立て性も向上する。
また、固定子コア２は、固定軸３と共に絶縁性樹脂材によりインサートモールドされインシュレータ４に覆われた状態で一体に組付けられる。このため、インサート形成により一体化された固定軸３と固定子コア２との軸直角度は維持される。インシュレータ４で覆われた固定子コア２の極歯２ｂにはマグネットワイヤー２ｄが巻かれて固定子ユニット１が組み立てられる。このように、固定子コア２が、コアバック部２ａの中心孔２ｃに挿入された固定軸３と共に絶縁性樹脂材を用いてインシュレータ４と一体成形されていることで、固定子コア２と回転子ユニット５が組み付けられる固定軸３の軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することができる。
また、図１に示すように、固定子コア２の各極歯２ｂを覆うインシュレータ４の反出力側端部は、基板９の基板挿入孔９ａ（図５Ｂ，Ｃ参照）に挿入され、先端が溶着される基板挿入片４ａが複数箇所（少なくとも３箇所以上）に等角配置されている。各基板挿入片４ａには基板９に突き当たる段付き部４ｂと基板挿入孔９ａに挿入されて基板９の反対面まで延設されて溶着される溶着部４ｃ（基板固定部）が各々形成されている。固定子コア２の極歯２ｂにインシュレータ４を介して巻き付けられたマグネットワイヤー２ｄは後述する基板９（図５参照）の基板端子と電気的に接続される。
このように、インシュレータ４の軸方向反出力端側に突設された複数の基板挿入片４ａを基板挿入孔９ａに嵌め合わせて固定子コア２が基板９と一体に組み付けられることで、固定子コア２と基板９との軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することができる。また、インシュレータ４の複数の基板挿入片４ａを基板挿入孔９ａに挿入して挿入面に段付き部４ｂが突き当たることで、固定子コア２の基板９に対する高さ位置が一様に決まり、先端側の溶着部４ｃを反対面側で溶着させることにより固定子コア２と基板９が位置決めされて組み付けられる。尚、基板固定部は、溶着部４ｃに限らず他の構成でもよく、例えばスナップフィットによる係合やねじ止め固定、或いは接着固定等であってもよい。また、インシュレータ４に複数箇所に設けられた基板挿入片４ａは必ずしも等角配置でなくてもよい。
図５Ａ～Ｃに示すように、溶着部４ｃは、基板９のモータ搭載面とは反対面まで延設され、基板９より突出した溶着部４ｃの先端が溶着される。例えば、９スロットの固定子コア２の場合、少なくとも３箇所には基板挿入片４ａが設けられ、残りの６箇所は基板面に当接して支持する支持脚４ｄが設けられる（図１，図４参照）。尚、固定子コア２を覆うインシュレータ４のすべての極歯２ｂに対応して基板挿入片４ａが設けられていても良い。
これにより、固定子コア２の極歯２ｂに対応して基板挿入片４ａが等間隔で設けられているので、固定子コア２を基板９に対して軸直角度を維持して平行に組み付けることができ、基板挿入片４ａどうしの間には極歯２ｂに対応して基板９に当接して支持する支持脚４ｄが設けられていると、固定子コア２を基板９に対する組み付け姿勢を安定させることができる。
次に、回転子ユニット５の構成について図２及び図４を参照して説明する。図２に示すように回転子ヨーク６は、磁性体材料よりなりカップ状に形成され、中心部が肉抜きされた抜孔６ａが形成されている（図４参照）。回転子ヨーク６の内周面には環状の回転子マグネット７が設けられている。回転子マグネット７は周方向にＮ極とＳ極が交互に形成されるように着磁されている。
また、図４に示すように、回転子ヨーク６は中心部に抜孔６ａが形成され、可及的に金属部分を減らしたカップ状の磁性体金属材を、耐摩耗性、摺動性の良い第二樹脂材、例えばエンジニアリングプラスチック樹脂材（ＰＯＭ：ポリアセタール樹脂等）を用いてインサート成形することで、後述するモータ歯車８ｃを含めて回転子ハブ８が一体成形される。回転子ハブ８は抜孔６ａを通じて回転子ヨーク６の内面側及び外面側に軸方向に一体に延設されている。
図４に示すように、回転子ハブ８は、回転子ヨーク６の中央部に筒状に一体成形されており、回転子ヨーク６の内面側に軸方向に延設された内側筒状部８ａと、回転子ヨーク６の外面側に軸方向に延設された外側筒状部８ｂを有している。外側筒状部８ｂの筒端部には、モータ歯車８ｃが一体成形されている。尚、モータ歯車８ｃは必ずしも外側筒状部８ｂの筒端部に設ける必要はなく、例えば図６に示すように、回転子ヨーク６の軸方向外面側であって外側筒状部８ｂの一部に回転子ハブ８と一体成形されていてもよい。
回転子ユニット５は、少なくともモータ歯車８ｃが一体成形された回転子ハブ８が樹脂材であればよく、図７に示すように、カップ状の回転子ヨーク８ｅも含めて例えばエンジニアリングプラスチック樹脂材で一体成形されていてもよい。この場合には、環状の回転子マグネット７がカップ状の回転子ヨーク６の内周面にインサート成形されて一体に組み付けられる。
図３に示すように、筒状の回転子ハブ８の筒孔８ｄに固定軸３が挿入されて回転子マグネット７と極歯２ｂが対向するように固定子ユニット１に回転子ユニット５が組み付けられ、当該回転子ユニット５は固定軸３を中心に摺動回転可能に組み付けられている。具体的には、回転子ユニット５は、回転子ハブ８の内側筒状部８ａがコアバック部２ａの軸方向他端側の中心孔２ｃに挿入されて筒端部がインシュレータ４に突き当てられて固定子ユニット１に組み付けられている。
これにより、回転子ハブ８の内側筒状部８ａの軸方向長さを長くすることでモータ歯車８ｃからの軸方向荷重支点間距離Ｄ（図４参照）を長くすることができ、回転子ハブ８の外側筒状部８ｂの筒端部にモータ歯車８ｃを設けることによっても、回転子ハブ８の内側筒状部８ａからモータ歯車８ｃまでの軸方向荷重支点間距離Ｄ（図４参照）を長くすることができる。よって、モータの外部荷重に対する耐荷重性能や寿命を維持することができる。
以上説明したように、軸受、軸受ハウジング、取付板、モータ歯車等通常金属製品が用いられるモータ構成部品を樹脂化することで、可及的に部品点数を減らして製造コストを削減することができる。
また、固定子コア２が、コアバック部２ａの中心孔２ｃに挿入された固定軸３と共に絶縁性樹脂材を用いたインシュレータ４と一体成形されていることで、固定子コア２と回転子ユニット５が組み付けられる固定軸３の軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することができる。
インシュレータ４の軸方向反出力端側に突設された複数の基板挿入片４ａを基板挿入孔９ａに嵌め合わせて固定子コア２が基板９と一体に組み付けられることで、固定子コア２と基板９との軸直角度が低下することなくモータ性能を維持することができる。
更には、回転子ユニット５及び固定子ユニット１を最適な樹脂を用いてインサート成形することで、構成部品が減少し、組立性の良いアウターロータ型モータを安価に提供することができる。
尚、アウターロータ型モータには、回転子ハブ８にモータ歯車８ｃが必ずしも一体に形成されていなくてもよい。
１ 固定子ユニット ２ 固定子コア ２ａ コアバック部 ２ｂ 極歯 ２ｃ 中心孔 ２ｄ マグネットワイヤー ３ 固定軸 ４ インシュレータ ４ａ 基板挿入片 ４ｂ 段付き部 ４ｃ 溶着部 ５ 回転子ユニット ６，８ｅ 回転子ヨーク ６ａ 抜孔 ７ 回転子マグネット ８ 回転子ハブ ８ａ 内側筒状部 ８ｂ 外側筒状部 ８ｃ モータ歯車 ８ｄ 筒孔 ９ 基板 ９ａ 基板挿入孔 Ｄ 軸方向荷重支点間距離

Claims (3)

  1. 固定子の径方向外側に回転子が回転可能に組み付けられたアウターロータ型モータであって、
    環状に形成されたコアバック部より径方向外側に突設された複数の極歯を有する固定子コアと、前記コアバック部の中心孔に挿入された固定軸が前記固定子コアを覆う第一樹脂材によりインサート成形されたインシュレータと、前記固定子コアが前記インシュレータを介して組み付けられ、前記インシュレータを介して極歯に巻かれたマグネットワイヤーと電気的に接続される基板と、を有する固定子ユニットと、
    カップ状に形成された回転子ヨークの内周面に環状の回転子マグネットが設けられ、前記回転子ヨークの中央部に内面側及び外面側に延設された筒状部を有する回転子ハブが第二樹脂材よりインサート成形された回転子ユニットと、を備え、
    前記インシュレータの軸方向反出力端側に突設された複数の基板挿入片を基板挿入孔に嵌め合わせて前記固定子コアが前記基板と一体に組み付けられ、前記回転子ハブの筒孔に前記固定軸が挿入されて前記回転子マグネットと前記極歯が対向するように前記固定子ユニットと前記回転子ユニットが組み付けられ、当該回転子ユニットは前記固定軸を中心に摺動回転可能に組み付けられていることを特徴とするアウターロータ型モータ。
  2. 前記基板挿入片には前記基板の基板挿入孔に挿通して挿入面側に突き当たる段付き部と先端部が反対面側まで延設されて固定される基板固定部が形成されている請求項１記載のアウターロータ型モータ。
  3. 前記インシュレータには、前記固定子コアの極歯に対応して前記基板挿入片が設けられ、前記基板挿入片どうしの間には前記極歯に対応して前記基板に当接して支持する支持脚が設けられている請求項１又は請求項２記載のアウターロータ型モータ。
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