JPH09224359A - 永久磁石回転型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コストアップを招くことなく、永久磁石回転型
モータの軽量化，小型化及び慣性低減が図られるように
する。 【解決手段】ロータ６の回転軸４を空間４Ｂを有する中
空軸とする。即ち、回転軸４は、永久磁石５が外嵌する
部分が大径部４Ｃとなっていて、その大径部４Ｃの内側
に空間４Ｂを形成することにより大径部４Ｃを円筒状と
する。空間４Ｂは出力端４Ａとは逆側の端部に開口さ
せ、その逆側の端部を開口端４Ｄとする。そして、底部
２Ｃ中央部には、これをプレス成形することにより、開
口端４Ｄの内側に余裕を持って入り込む凸部２Ｄを形成
し、その凸部２Ｄの外周面と開口端４Ｄの内周面との間
に軸受３ｂを介在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石回転型
モータに関し、特に、その軽量化，小型化及び慣性低減
が図られるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】回転軸の外周部に永久磁石を固定したロ
ータが回転する形式の永久磁石回転型モータとしては、
例えば、図４に示すようなブラシレスモータがある。即
ち、この従来のブラシレスモータ１は、円筒形のセンタ
ハウジング２Ａと、このセンタハウジング２Ａの一方の
開口端部を閉塞する略円板状のフロントハウジング２Ｂ
とを有していて、センタハウジング２Ａの内側には、そ
の軸心に沿って、フロントハウジング２Ｂ及びセンタハ
ウジング２Ａ底部にそれぞれ配設された軸受３ａ，３ｂ
によって回転自在の回転軸４が配設されている。なお、
軸受３ａの外輪は、フロントハウジング２Ｂの周方向に
連続した凸部２ａと、フロントハウジング２Ｂの外面側
にネジ止めされる軸受ホルダ３Ａとに挟まれた状態で固
定されている。

【０００３】回転軸４の周囲にはモータ駆動用の永久磁
石５が固定されていて、このモータ駆動用の永久磁石５
は、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁さ
れた磁石であって、これら回転軸４及び永久磁石５によ
ってブラシレスモータ１の回転自在のロータ６が構成さ
れている。また、センタハウジング２Ａの内周面にはコ
ア７が固定され、このコア７には永久磁石５を包囲する
ように例えば３相の励磁コイル８が巻き付けられてい
て、これらコア７及び励磁コイル８によってブラシレス
モータ１のステータ９が構成されている。

【０００４】回転軸４のフロントハウジング２Ｂ側端部
は、出力端４Ａとしてハウジング外部に突出していて、
これによりブラシレスモータ１の回転出力を取り出せる
ようになっている。また、回転軸４のフロントハウジン
グ２Ｂ側端部には、永久磁石５と同様にＳ極及びＮ極が
周方向に交互に且つ等間隔に着磁されたリング状の位相
検出用の永久磁石１０が固定されている。

【０００５】さらに、フロントハウジング２Ｂ内には、
永久磁石１０の軸受３ａ側の面に近接するように、円形
の回路基板１１が固定されている。回路基板１１は、フ
ロントハウジング２Ｂの内面に螺合するネジ１１ａ及び
スペーサ１１ｂを利用して固定されている。そして、こ
の回路基板１１には、永久磁石１０に対向するように、
例えばホール素子等からなる位相検出用の検出素子１２
が固定されている。なお、実際には検出素子１２は、励
磁コイル８の相数に対応して周方向に等間隔に複数設け
られているが、図４は断面図であるため、その内の一つ
のみを示している。

【０００６】そして、検出素子１２の出力がこれに対向
する永久磁石１０の磁極によって変化することを利用し
てロータ６の回転位置を認識し、それに応じて図示しな
いモータ駆動回路が励磁コイル８に適宜電流を供給して
励磁状態を切り換えることにより、ロータ６を回転させ
てモータの回転出力を得るのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図４に示した
ようなブラシレスモータ１にあっては、回転軸４は、モ
ータで発生した回転トルクの伝達を担う部材であるとと
もに、永久磁石５で発生した磁束を通すための磁路部材
としての役割も有しているため、低炭素鋼のように、あ
る程度の機械的強度を有し且つ好適な磁気的性質（強磁
性，軟磁性）を兼ね備えた材料で形成されている。ま
た、磁気的性質や加工性を考慮して、高磁性材料のロー
タヨークを回転軸に配設している形式のブラシレスモー
タもある。

【０００８】いずれにしても、回転軸４は、その全体を
樹脂等の軽量な材料で成形することはできないから、そ
の軽量化が容易でないという問題点を有していた。その
一方で、高出力（大きい起電力定数）のブラシレスモー
タ１を得るには、永久磁石５の磁束量を多くすることが
必要になるが、そのためには、着磁面の面積（永久磁石
５の外周面）を大きくしなければならず、結局のとこ
ろ、永久磁石５の外径寸法を大きくすることになる。

【０００９】その場合、永久磁石５の肉厚を増してその
外径を大きくすることも可能であるが、ブラシレスモー
タ１の構成部品の中で永久磁石５は比較的高価な部品で
あるため、永久磁石５の大型化は大幅なコスト増加に繋
がってしまう。そこで、通常は、永久磁石５の肉厚は極
力薄くし、その薄くした分は回転軸４を大径とすること
により対処していたが、これでは、確かにブラシレスモ
ータ１の高出力化は図れるが、ロータ６の重量及び慣性
が大きくなってしまい、応答性等の面で劣ってしまうと
いう不具合を招いてしまう。このため、例えば車両用の
電動式パワーステアリング装置の動力源としてブラシレ
スモータを適用する場合、高出力を得るための構造とし
ても、操舵フィーリングが損なわれて運転者に違和感を
与えてしまう。また、そのような電動式パワーステアリ
ング装置の動力源として利用する場合等には、特に外部
からの衝撃に対する保護のためにも軽量化及び低慣性化
を図ることが望まれているのである。

【００１０】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、軽量
化，小型化及び慣性低減を図るのに有利な構造の永久磁
石回転型モータを提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ハウジングと、このハウジング内に回転
自在に支持され且つ一端部は出力端としてハウジング外
部に突出した回転軸と、この回転軸の外周面に固定され
た永久磁石と、この永久磁石を包囲するように前記ハウ
ジングに固定されたステータと、を備えた永久磁石回転
型モータにおいて、前記回転軸を、前記出力軸とは逆側
の端部が開口端となる中空の軸とするとともに、前記ハ
ウジングの前記回転軸の前記開口端に対向する部分に、
その開口端内側に入り込むようにプレス成形により凸部
を形成し、そして、その凸部の外周面と前記開口端内周
面との間に軸受を介在させた。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は発明の第１の実施の形態を
示すブラシレスモータ１の縦断面図である。先ず、構成
を説明するが、上記従来のブラシレスモータ１と同等の
構成には同じ符号を付し、その重複する説明は省略す
る。

【００１３】即ち、本実施の形態にあっては、フロント
ハウジング２Ｂの内面には、回転軸４と同軸に周方向に
連続した円周溝２ｂが形成されていて、その円周溝２ｂ
には基板ホルダ１５が嵌め込まれている。基板ホルダ１
５は、円周溝２ｂの内周側の立ち上がり面２ｃに嵌め込
まれる円筒部１５Ａと、この円筒部１５Ａの端部外側に
一体に形成され円周溝２ｂの底面に当接するフランジ部
１５Ｂとから構成されていて、その円筒部１５Ａの先端
側は、励磁コイル８の内側に入り込むようになってい
る。

【００１４】ここで、基板ホルダ１５は、フロントハウ
ジング２Ｂを外面側から貫通するネジ１６を締結するこ
とにより、フランジ部１５Ｂがフロントハウジング２Ｂ
内面に押し付けられて固定されるようになっている。ま
た、回転軸４の永久磁石５よりも軸受３ａ側の部位であ
って励磁コイル８に包囲された部分には、モータ駆動用
の永久磁石１０が固定されており、その永久磁石１０に
近接するように、基板ホルダ１５の円筒部１５Ａ先端部
内側に回路基板１１が固定されており、回路基板１１に
は検出素子１２が保持されている。

【００１５】一方、本実施の形態におけるロータ６の回
転軸４は、その内側に空間４Ｂを有する中空軸となって
いる。即ち、ロータ６及びこれに関連する部材を抜き出
した断面図である図２にも示すように、回転軸４は、永
久磁石５が外嵌する部分が大径部４Ｃとなっていて、そ
の大径部４Ｃの内側に空間４Ｂが形成されることにより
大径部４Ｃは円筒状となっている。そして、その空間４
Ｂは、出力端４Ａとは逆側の端部に開口していて、その
逆側の端部が開口端４Ｄとなっている。

【００１６】図１に戻って、センタハウジング２Ａの開
口端４Ｄに対向する底部２Ｃ中央部には、これをプレス
成形することにより、センタハウジング２Ａ内側に盛り
上がる凸部２Ｄが形成されている。この凸部２Ｄは、開
口端４Ｄの内側に余裕を持って入り込むような寸法に形
成されていて、その凸部２Ｄの外周面と開口端４Ｄの内
周面との間に軸受３ｂが介在している（凸部２Ｄの外周
面に軸受３ｂの内輪が外嵌し、開口端４Ｄの内周面に軸
受３ｂの外輪が内嵌している）。つまり、回転軸４Ａの
開口端４Ｄ側は、軸受３ｂを介して凸部２Ｄに回転自在
に支持されているのである。なお、凸部２Ｄの外周面に
は、軸受３ｂが組み付けられた際に、その軸受３ｂの外
輪端面と底部２Ｃ内面との間にクリアランスが保たれる
ように、軸受３ｂの内輪端面が当接する段差２０が形成
されている。この段差２０は、凸部２Ｄをプレス成形す
る際に同時に形成されるものである。

【００１７】次に、本実施の形態の作用効果を説明す
る。即ち、本実施の形態であっても、従来のブラシレス
モータと同様に、検出素子１２の出力がこれに対向する
永久磁石１０の磁極によって変化することを利用してロ
ータ６の回転位置を認識し、それに応じて図示しないモ
ータ駆動回路が励磁コイル８に適宜電流を供給して励磁
状態を切り換えることにより、ロータ６を回転させてモ
ータの回転出力を得ることになる。

【００１８】また、回転軸４には大径部４Ｃが形成さ
れ、その大径部４Ｃに比較的肉薄の円筒形の永久磁石５
が外嵌している構造であるため、高価な永久磁石５の体
積を大きくすることなくその着磁面が大きくなっている
から、コストアップを招くことなく高出力を得るのに有
利な構造となっている。そして、従来と同様に、出力端
４Ａを通じてブラシレスモータ１の回転トルクが取り出
されるから、回転軸４には、十分な機械的強度が必要で
あるとともに、磁路部材としての機能も必要であるが、
大径部４Ｃを円筒状としているから、その円筒部分の肉
厚を十分確保すれば、回転軸４は、回転トルク伝達部材
としても、磁路部材としても十分に機能を果たすことが
できる。

【００１９】その一方で、空間４Ｂを設けているから、
中実の回転軸４とした場合に比べてその質量を大幅に低
減できる。よって、軽量化にとって有利であるし、慣性
も低減できる。また、空間４Ｂの内径が大きく、その形
状も簡単であるので、回転軸４を冷間鍛造によって低コ
ストで製造できるという利点もある。

【００２０】しかも、センタハウジング２Ａの底部２Ｃ
に凸部２Ｄを形成し、その凸部２Ｄの外周面と開口端４
Ｄの内周面との間に軸受３ｂを介在させているため、図
４に示した従来例とは異なり、軸受３ｂを配設する部分
がハウジング外部に飛び出すような形状とはならないか
ら、その分、モータ長を短くして小型化が図られるよう
にもなっている。なお、このような構成では、軸受３ｂ
近傍の回転軸４の径も大きくなるが、その回転軸４の拡
径も従来デッドスペースであった部分が減少するという
影響しかないから、特にモータの大型化に繋がることも
ない。

【００２１】さらに、凸部２Ｄも、例えば底部２Ｃの肉
厚を内側に増大させることにより形成するのではなく、
その底部２Ｃをプレスすることにより形成しているた
め、センタハウジング２Ａの製造コストのアップや重量
増加を招くことがないし、プレス成形であれば、凸部２
Ｄの先端側の角部２Ｅに容易に丸みを持たせることがで
き、その角部２Ｅに丸みがあれば、軸受３ｂの凸部２Ｄ
への組み付けをスムーズに行えるという利点がある。な
お、凸部２Ｄの径が細い場合、その基端側の角部２Ｆ内
側の曲率が小さくなるため、強度的な問題点をなくする
にはセンタハウジング２Ａは鉄材で形成することが望ま
しい。

【００２２】また、本実施の形態のように、基板ホルダ
１５を、円筒部１５Ａ及びフランジ部１５Ｂから構成す
ると、その円筒部１５Ａ先端部を励磁コイル８の内側に
入り込ませることができ、回路基板１１を励磁コイル８
に包囲された空間の内側に容易に配置できるから、永久
磁石１０及び検出素子１２を、従来は利用されていなか
った空間（図４において、永久磁石５右側の励磁コイル
８に包囲された空間）に配置できる。その結果、回転軸
４やセンタハウジング２Ａの長さを短くできるから、小
型のブラシレスモータ１を得ることにとって、さらに有
利な構成となっている。つまり、基板ホルダ１５を設け
ずに、回路基板１１を直接フロントハウジング２Ｂにネ
ジ止めすることも不可能ではないが、これでは、回路基
板１１が大きくなってこれを励磁コイル８の内側に入り
込ませることができないし、円周溝２ｂを励磁コイル８
を収容するスペースとして利用できないし、しかも回路
基板１１にナットを固定することが必要になるため、結
果として、本実施の形態のような基板ホルダ１５を設け
ることが、ブラシレスモータ１の小型化・低コスト化を
図る上で有利なのである。

【００２３】このように、本実施の形態のブラシレスモ
ータ１であれば、コストアップ等を招くことなく、その
軽量化，小型化及び慣性低減を図ることができる。そし
て、小型化が図れれば取付スペースの余裕が小さい場合
でも配設が容易になるし、軽量化は衝撃などが加わった
際の故障発生を低減する上で有利であるし、慣性低減は
応答性の面で優れるから、特に本実施の形態のブラシレ
スモータ１は、配設スペースが小さく、走行中に振動等
が入力され、しかも高い応答性が要求される車両の電動
式パワーステアリング装置の動力源として好適である。

【００２４】因みに、本発明者等の試算によればロータ
６の外径が３６mmである場合、同等の寸法の従来のブラ
シレスモータと比較して、重量は２０％低減、慣性は６
％低減することができる。そして、このような低減効果
は、ロータ６の外径が大きい程顕著になる。図３は本発
明の第２の実施の形態を示す図であって、上記第１の実
施の形態における図２と同様の断面図である。なお、全
体構成は上記第１の実施の形態と同様であるためその図
示及び説明は省略する。また、上記第１の実施の形態と
同様の部材，部位には同じ符号を付し、その重複する説
明は省略する。

【００２５】即ち、本実施の形態では、回転軸４を、出
力端４Ａと大径部４Ｃとを別部材から構成している。つ
まり、円筒状の大径部４Ｃの一端側に出力端４Ａを嵌め
込んで両者を一体にすることにより、回転軸４を構成す
るようにしている。その他の構成は、上記第１の実施の
形態と同様である。このような構成であれば、上記第１
の実施の形態と同様の作用効果が得られるとともに、磁
気回路を形成するロータヨークとしての大径部４Ｃだけ
に高磁性材料を用いることができるから、コストアップ
を最低限に抑えつつ性能向上を図ることができる。ま
た、その大径部４Ｃにパイプ材を適用できるから、出力
端４Ａ及び大径部４Ｃが一体部材である場合に比べて、
その製造コストを低減できるという利点もある。

【００２６】なお、上記各実施の形態では、軸受３ａ，
３ｂとして転がり軸受を適用しているが、これに限定さ
れるものではなく、滑り軸受等の他の形式の軸受であっ
てもよい。また、上記各実施の形態では、位相検出セン
サとしてホール素子等が適用できる検出素子１２を設け
た場合について説明したが、その場合、ホール素子によ
り磁極を検出する簡単な構造であってもよいし、或い
は、分解能を上げた磁気エンコーダのような構造であっ
てもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転軸をその出力端とは逆側の端部が開口端となる中空
の軸とするとともに、ハウジングに、回転軸の開口端内
側に入り込むようにプレス成形により凸部を形成し、そ
して、その凸部の外周面と開口端内周面との間に軸受を
介在させたため、コストアップを招くことなくブラシレ
スモータの軽量化，小型化及び慣性低減を図ることがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるブラシレスモータの
縦断面図である。

【図２】第１の実施の形態の要部の断面図である。

【図３】第２の実施の形態の要部の断面図である。

【図４】従来のブラシレスモータの縦断面図である。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ（永久磁石回転型モー
タ） ２Ａ センタハウジング ２Ｂ フロントハウジング ２Ｃ 底部 ２Ｄ 凸部 ３ａ，３ｂ 軸受 ４ 回転軸 ４Ａ 出力端 ４Ｂ 空間 ４Ｃ 大径部 ４Ｄ 開口端 ５ 永久磁石 ６ ロータ ７ コア ８ 励磁コイル ９ ステータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングと、このハウジング内に回転
   自在に支持され且つ一端部は出力端としてハウジング外
   部に突出した回転軸と、この回転軸の外周面に固定され
   た永久磁石と、この永久磁石を包囲するように前記ハウ
   ジングに固定されたステータと、を備えた永久磁石回転
   型モータにおいて、 前記回転軸を、前記出力軸とは逆側の端部が開口端とな
   る中空の軸とするとともに、前記ハウジングの前記回転
   軸の前記開口端に対向する部分に、その開口端内側に入
   り込むようにプレス成形により凸部を形成し、そして、
   その凸部の外周面と前記開口端内周面との間に軸受を介
   在させたことを特徴とする永久磁石回転型モータ。