JPH09233738A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石形ロータを備えた回転電機におい
て、ロータが高速回転してもステータヨークに渦電流が
発生するおそれがなく、また、軸受に予圧機構を設けな
くともシャフトの軸方向の振れを防止することができる
ようにする。 【解決手段】 ステータヨーク１１を電気的絶縁が施さ
れた磁性粉を混入した樹脂により形成する。このとき、
ステータヨーク１１の内周面を段付き状とすることによ
り、ロータ１８の永久磁石１９の磁束によるステータヨ
ーク１１の磁化力が上側よりも下側の方が大きくなるよ
うにし、ロータ１８に下向きの偏倚力が作用するように
する。そして、ロータ１８の下向きの偏倚力をスラスト
軸受２３により受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石形のロータ
を備えた回転電機に係り、特にステータヨークに渦電流
が発生することを防止すると共に、ロータのシャフトの
軸方向の振れを防止するための構成を簡素化したものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にラジアルギャップ式の小形ブラシ
レスモータでは、円筒状のステータヨークに鉄材製（例
えばステンレス鋼）のものを使用している。このため、
電気的絶縁性の点からステータヨークの内周面にコイル
を直接取り付けることはできず、ステータヨークにメッ
キにより電気的絶縁層を形成してコイルを接着したり、
或いは図７に示すような内側に突起１ａを有したプラス
チック製のリング１を複数個積み重ね、そして図６に示
すように、それら積み重ねられたリング１群の軸方向両
側に突起１ａに重ねられる突片２ａを内側に有したプラ
スチック製の短円筒状部材２を配置して、それらリング
１の突起１ａと突片２ａにより構成される突条部分にコ
イル３を装着して電気的に絶縁した状態でステータヨー
ク４の内側に配設したりしている。

【０００３】また、ロータ５のシャフト６の軸受として
は、一般にボールボアリング７，７が用いられている。
ボールベアリング７では、アウターレース７ａとインナ
ーレース７ｂとの間にがたが存在するため、そのがたつ
きを防止してシャフト５が軸方向に振れることのないよ
うにするために、一方のボールベアリング７のインナー
レース７ａとロータ５の永久磁石８との間に圧縮スプリ
ング９を設けると共に、他方のボールベアリング７のイ
ンナーレース７ａと永久磁石８との間にスペーサ１０を
設けて両ボールベアリング７，７に予圧を与えるように
している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成のモータで
は、ステータヨーク５が導電材である鉄材製であるた
め、コイルとの間の電気的絶縁を図る必要があり、その
ためにメッキ処理や複数個のリング１、短円筒状部材２
を必要とし、コスト高となる。

【０００５】しかも、ロータ５を高速回転させると、ス
テータヨーク４に渦電流が発生して無駄なモータ電流が
増加したり、渦電流によってステータヨーク４が発熱し
てボールベアリング７，７の温度が上がり、その寿命低
下をもたらしたりする等の問題を生ずる。

【０００６】また、シャフト６の軸方向の振れを防止す
るために、圧縮スプリング９、スペーサ１０からなるボ
ールベアリング７，７の予圧機構が必要となり、コスト
高になるという問題がある。

【０００７】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、高速回転してもステータヨークに渦電
流が発生するおそれがなく、また、軸受に予圧機構を設
けなくともシャフトの軸方向の振れを防止することがで
きる回転電機を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の手段は、
シャフト及び永久磁石を有するロータと、このロータの
シャフトを支承するラジアル軸受と、前記永久磁石を取
り巻くように設けられた筒状のステータヨークと、この
ステータヨークの内側に配設され、前記永久磁石と対向
するコイルとを具備し、前記ステータヨークを、細状磁
性体を混入してなる樹脂により形成したことを特徴とす
るものである。

【０００９】この手段によれば、ステータヨークは細状
磁性体を混入した樹脂により形成されているから、ロー
タが高速回転しても、渦電流の発生がなく、仮に発生し
てもごく僅かな電流に抑制できる。

【００１０】本発明の第２の手段は、シャフト及び永久
磁石を有するロータと、このロータのシャフトを支承す
るラジアル軸受と、前記シャフトの一端側を支持して該
シャフトのスラスト荷重を受けるスラスト軸受と、前記
永久磁石を取り巻くように設けられた筒状のステータヨ
ークと、このステータヨークの内側に配設され、前記永
久磁石と対向するコイルとを具備し、前記永久磁石の磁
束による前記ステータヨークの磁化力が、該ステータヨ
ークの軸方向両側のうち、前記スラスト軸受側の方がそ
の反対側よりも大きくなるように構成したことを特徴と
するものである。

【００１１】この手段によれば、ステータヨークの一端
側と他端側とでは、磁化力が異なるので、永久磁石の磁
気中心とステータヨークの磁気中心とがずれるようにな
る。このため、ロータの永久磁石には、その磁気中心を
ステータヨークの磁気中心に一致させるような偏倚力が
軸方向に作用することとなり、その偏倚力はスラスト軸
受により受けられる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を小形ブラシレスモ
ータに適用して実施例により具体的に説明する。図１〜
図３は第１実施例を示すもので、まず図１において、ス
テータヨーク１１は上下面が開放された円筒状をなし、
その上下両端部には、アルミニューム製の軸受ハウジン
グ１２および１３が嵌着されている。両軸受ハウジング
１２および１３のうち、上端部側の軸受ハウジング１２
はベースと兼用され、その外周部にはモータの設置部位
への固定用フランジ１４が一体に延設されている。

【００１３】ステータヨーク１１は、図２に示すよう
に、細状磁性体例えば粉状或いは粒状のフェライトや鉄
（以下、磁性粉）１５を混入した樹脂により形成されて
いる。この場合、磁性粉１５の表面は、酸化鉄或いは樹
脂コーティングにより絶縁層１５ａが形成されている。
そして、ステータヨーク１１のうち上端側は、下端側に
比べ内径寸法が拡大されており、これにより、ステータ
ヨーク１１の内周面は段付き状になって上端側が径大内
周部１１ａとされ、その径大内周部１１ａの下方部分は
径小内周部１１ｂとされている。

【００１４】ステータヨーク１１の内側には、複数個の
コイル１６が周方向に沿って間欠的に配設されている。
このコイル１６は、熱接着性を有する絶縁被覆が施され
たマグネットワイヤからなり、予め加熱されてマグネッ
トワイヤの絶縁被覆が互いに接着し合った状態になされ
ている。これにより、コイル１６は、１ターン毎のマグ
ネットワイヤがバラバラにならないように固められた状
態になっている。

【００１５】上記複数個のコイル１６は、ステータヨー
ク１１の内周面に直接接着されている。この場合、ステ
ータヨーク１１の内周面が段付き状になっていることに
より、コイル１６は、径小内周部１１ｂの内周面に接着
され、径大内周部１１ａに対しては浮き上がってその間
に隙間ｇを形成している。

【００１６】このコイル１６のステータヨーク１１への
直接接着は、ステータヨーク１１が電気的絶縁材料であ
る樹脂で形成されており、且つ磁性粉１５の表面が電気
的絶縁処理（絶縁層１５ａ）が施されていることにより
可能になるもので、コイル１６の絶縁被膜が剥がれて
も、コイル１６とステータヨーク１１とが短絡状態とな
るおそれはない。そして、このコイル１６のステータヨ
ーク１１への直接接着により、ステータヨーク１１を径
小にでき、モータ全体の小形化を図ることができるもの
である。

【００１７】ステータヨーク１１の上端部分には、図３
にも示すように、各コイル１６の近傍に位置してコイル
１６と同数の切欠１７が形成されており、各コイル１６
の両端の引出線１６ａは、切欠１７を引出部として該切
欠１７からステータヨーク１１から外部に導出されてい
る。

【００１８】このように径大内周部１１ａにコイル１６
の引出線１６ａを引き出すための切欠１７を形成したの
で、引出線１６ａは後述するロータ１８との引っ掛かり
を防止するために、コイル１６とステータヨーク１１の
内周面との間を通して外部に引き出さねばならないとい
う事情があっても、その引出線１６ａをコイル１６と径
大内周部１１ａの内周面との間に存在する隙間ｇを通し
て切欠１７から外部に引き出すことができ、引出線１６
ａがコイル１６とステータヨーク１１の内周面との間に
挟み付けられて断線するといった事故の発生を未然に防
止することができる。

【００１９】さて、ロータ１８としては、周方向に沿っ
て複数極に着磁された永久磁石１９をシャフト２０に装
着して構成された永久磁石形ロータが用いられている。
このロータ１８は、ステータヨーク１１の内側に配設さ
れ、永久磁石１９はステータヨーク１１の内周面に接着
されたコイル１６とラジアル方向に小間隙をもって対向
している。

【００２０】このロータ１８に対して上側の軸受ハウジ
ング１２には、２個のラジアル軸受２１，２２が嵌着さ
れていると共に、下側の軸受ハウジング１３の取付孔１
３ａ内には、スラスト軸受２３が接着されている。ラジ
アル軸受２１，２２は、含油メタルにより形成された平
軸受からなり、またスラスト軸受２３は、硬質材料例え
ば宝石軸受により形成されたピボット軸受からなり、そ
の上面部には円錐状凹部２３ａが形成されている。

【００２１】そして、ロータ１８のシャフト２０の上端
側がラジアル軸受２１，２２に挿通されて回転可能に支
承されていると共に、シャフト２０の下端部はテーパ状
で先端が尖った状態に形成され、その尖端部がスラスト
軸受２３の円錐状凹部２３ａに回転可能に支承されてい
る。この場合、シャフト２０の尖端状の下端部がスラス
ト軸受２３の円錐状凹部２３ａに支承されることによ
り、シャフト２０の下向きのスラスト荷重がスラスト軸
受２３に受けられることはもちろん、シャフト２０の下
端部のラジアル方向の振れもスラスト軸受２３により防
止されるようになる。

【００２２】上記２個のラジアル軸受２１，２２を構成
する平軸受は同一のもので、その一端側の内径は段付き
状に拡大され、この内径の拡大により内周部の一端側に
は凹部２１ａ，２２ａが形成されている。そして、２個
のラジアル軸受２１，２２は、凹部２１ａ，２２ａ側を
互いに当接させるようにして組み合わされている。

【００２３】このような２個のラジアル軸受２１，２２
の組み合わせの結果、閉じられた状態となった凹部２１
ａ，２２ａ内には潤滑油或いはグリスＳが充填されてい
る。このため、凹部２１ａ，２２ａ内の潤滑油或いはグ
リスＳが長期に渡ってシャフト２０とラジアル軸受２
１，２２との摺動面間に供給されるようになり、シャフ
ト２０、ラジアル軸受２１，２２の摩耗を長期にわたっ
て防止できる。

【００２４】また、２個のラジアル軸受２１，２２に凹
部２１ａ，２２ａが形成されていることにより、シャフ
ト２０とラジアル軸受２１，２２との接触面積が小さく
なるので、シャフト２０の回転時にラジアル軸受２１，
２２との接触による摩擦損失を減少することができる。

【００２５】さらに、一般にシャフトのラジアル方向の
振れ精度は、ラジアル軸受の支承面の長さ（以下、軸受
スパン）により左右されるが、２個のラジアル軸受２
１，２２に凹部２１ａ，２２ａを設けたことにより、シ
ャフト２０とラジアル軸受２１，２２との接触面積の増
加を防止しながら、軸受スパンＬ（図１参照）を長くす
ることができる。

【００２６】しかも、２個のラジアル軸受２１，２２を
軸受ハウジング１２に嵌着する際に、その嵌着位置を変
えることにより、ラジアル軸受２１，２２の軸受スパン
Ｌを変えることができるので、シャフト２０の回転数が
高い場合には軸受スパンＬを短くし、要求される振れ精
度が高い場合には軸受スパンＬを長くする等、回転数や
要求される振れ精度に容易に対応できる。

【００２７】しかして、ロータ１８の永久磁石１９は、
該永久磁石１９を取り巻くステータヨーク１１の径大内
周部１１ａから径小内周部１１ｂにわたる部分と対向す
るように位置されている。従って、永久磁石１９のうち
径大内周部１１ａと対向する部分では両者間の間隙Ｇ1
は大きく、径小内周部１１ｂと対向する部分では両者間
の間隙Ｇ2 は小さくなっている。このため、永久磁石１
９の磁束による磁化力は径大内周部１１ａでは小さく、
径小内周部１１ｂでは大きいこととなり、永久磁石１９
の磁気中心はステータヨーク１１の磁気中心よりも上に
存在するようになる。

【００２８】このような磁気中心のずれにより、永久磁
石１９には、その磁気中心をステータヨーク１１の磁気
中心に一致させようとする下向きの偏倚力が作用するよ
うになり、その結果、シャフト２０に下向きのスラスト
力が作用するようになり、そのスラスト荷重はスラスト
軸受２３によって受けられる。以上のことから、図６に
示すボールベアリング７，７によりシャフト６を支承す
る従来構成のものとは異なり、予圧機構を設けなくと
も、シャフト２０が軸方向に振れ動くことを防止でき
る。

【００２９】この場合、軸受ハウジング１３の取付孔１
３ａへのスラスト軸受２３の接着位置を変えて永久磁石
１９の位置を変えることにより、シャフト２０に作用す
る上記スラスト力を加減することができるので、モータ
の使用状態を考慮して最適のスラスト力に設定でき、ス
ラスト軸受２３との摩擦損失を極力小さくした状態でロ
ータ１８を回転させることができる。

【００３０】さて、コイル１６が通電されると、ロータ
１８が回転する。このとき、ロータ１８の回転位置は図
示しないホール素子からなる位置センサにより検出さ
れ、その検出位置に基づいて図示しない制御装置が複数
個のコイル１６を所定のタイミングで通断電制御するこ
とによりロータ１８の回転制御がなされる。

【００３１】このロータ１８の回転時において、ステー
タヨーク１１は磁性粉１５を混入した樹脂により形成さ
れているので、ステータヨーク１１に作用する高周波磁
界により渦電流が発生することを防止でき、仮に発生し
ても微小電流に抑制することができる。このため、モー
タ電流が無駄に増加することがなく、またステータヨー
ク１１が渦電流により発熱することも抑制できるので、
ラジアル軸受２１，２２やスラスト軸受２３の温度上昇
を極力防止でき、その長寿命化を図ることができる。

【００３２】図４は本発明の第２実施例を示すもので、
上記第１実施例との相違は、ステータヨーク１１の内周
面を段付き状ではなく、テーパ状に形成したところにあ
る。すなわち、ステータヨーク１１の内周面は、永久磁
石１９を取り巻く部分の全体を上方に向かって漸次径大
となるテーパ面１１ｃに形成されている。

【００３３】これにより、ステータヨーク１１の内周面
と永久磁石１９との間の間隙は上方に向かって次第に大
となるので、ステータヨーク１１の一端側である下端側
よりも他端側である上端側の方が永久磁石１９の磁束に
よる磁化力は小さくなる。このため、永久磁石１９の磁
気中心はステータヨーク１１の磁気中心よりも上に位置
することとなり、永久磁石１９には下向きの力が作用す
るようになる。このように構成しても上記第１実施例と
同様の効果を得ることができる。

【００３４】図５は本発明の第３実施例を示すもので、
上記第１実施例との相違は、下側の軸受ハウジング１３
をステータヨーク１１と一体に形成したところにある。

【００３５】このように構成した場合には、軸受ハウジ
ング１３が樹脂製であるから、スラスト軸受２３を取付
孔１３ａに圧入により固定するようにしても、スラスト
軸受２３が割れたり、欠けたりするおそれがなく、スラ
スト軸受２３を容易に所望の高さ位置に固定できる。

【００３６】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張または
変更が可能である。径小内周部１１ａの上端位置は、永
久磁石１９の上端と下端の間にあれば良く、その位置
は、ロータ１８に作用させるべき下向きの偏倚力の大き
さに応じて変えれば良い。ステータヨーク１１の内周面
は上端側に向かって漸次径大となる多段形状としても良
い。

【００３７】ロータ１８を縦軸配置とする構成のものに
限らず、横軸形配置とする構成のものであっても良い。
ラジアル軸受２１，２２の一端側の内径を径大にする手
段としては、該一端側の内周面をテーパ状に形成するも
のであっても良い。

【００３８】ラジアル軸受は３個以上設けても良く、こ
の場合に、偶数個のときは２個ずつ内径を拡大した側を
対向させるように組み合わせ配置し、奇数個のときは、
２個ずつ内径を拡大した側を対向させるように配置して
残る１個は内径を拡大した側を別のラジアル軸受の内径
を拡大していない側に対向させるよう配置する。本発明
は、ブラシレスモータに限定されず、モータ一般に適用
可能であり、またモータに限られず、発電機に適用して
も良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。請求項１の発明で
は、ステータヨークが細状磁性体を混入した樹脂製であ
るから、ロータの回転時にステータヨークに渦電流が発
生するおそれがなく、仮に発生しても微小電流に抑制で
きる。

【００４０】請求項２の発明では、細状磁性体の表面が
電気的絶縁処理されているので、ステータヨークでの渦
電流の発生をより確実に防止できる。請求項３の発明で
は、ステータヨークの内周面にコイルを直接接着したの
で、径方向に小形化できる。

【００４１】請求項４の発明では、ロータの永久磁石と
ステータヨークとの間に作用する磁気力により、ロータ
に軸方向の偏倚力が作用するので、軸受に予圧機構を設
けなくとも、ロータの軸方向の振れを防止できる。請求
項５および６の発明では、ロータの永久磁石とステータ
ヨークとの間の磁気中心をずらすことにより、容易にロ
ータに軸方向の偏倚力を作用させることができる。

【００４２】請求項７の発明では、コイルの引出線をコ
イルとステータヨークとの間の隙間を通して容易に外部
に引き出すことができる。請求項８の発明では、軸受ハ
ウジングにスラスト軸受を圧入により容易に装着でき
る。

【００４３】請求項９の発明では、ラジアル軸受の個数
を変えることにより、シャフトの軸受スパンを容易に変
更できる。請求項１０の発明では、シャフトとラジアル
軸受との接触面積を減少しながら、軸受スパンを長くと
ることができる。請求項１１の発明では、スラスト軸受
によりシャフトのラジアル方向振れを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断側面図

【図２】ステータヨークを形成する材料の構成を示すた
めの部分拡大断面図

【図３】コイルと共に示すステータヨークの斜視図

【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図５】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図６】従来例を示す図１相当図

【図７】コイルを除去して示す横断面図

【符号の説明】

図中、１１はステータヨーク、１２，１３は軸受ハウジ
ング、１５は磁性粉（細状磁性体）、１５ａは絶縁層、
１６はコイル、１７は切欠（引出部）、１８はロータ、
１９は永久磁石、２０はシャフト、２１，２２はラジア
ル軸受、２３はスラスト軸受、２３ａは円錐状凹部であ
る。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シャフト及び永久磁石を有するロータ
   と、 このロータのシャフトを支承するラジアル軸受と、 前記永久磁石を取り巻くように設けられた筒状のステー
   タヨークと、 このステータヨークの内側に配設され、前記永久磁石と
   対向するコイルとを具備し、 前記ステータヨークを、細状磁性体を混入してなる樹脂
   により形成したことを特徴とする回転電機。
2. 【請求項２】 細状磁性体の表面には、電気的絶縁処理
   が施されていることを特徴とする請求項１記載の回転電
   機。
3. 【請求項３】 コイルは、ステータヨークの内周面に直
   接接着されていることを特徴とする請求項２記載の回転
   電機。
4. 【請求項４】 シャフト及び永久磁石を有するロータ
   と、 このロータのシャフトを支承するラジアル軸受と、 前記シャフトの一端側を支持して該シャフトのスラスト
   荷重を受けるスラスト軸受と、 前記永久磁石を取り巻くように設けられた筒状のステー
   タヨークと、 このステータヨークの内側に配設され、前記永久磁石と
   対向するコイルとを具備し、 前記永久磁石の磁束による前記ステータヨークの磁化力
   が、該ステータヨークの軸方向両側のうち、前記スラス
   ト軸受側の方がその反対側よりも大きくなるように構成
   したことを特徴とする回転電機。
5. 【請求項５】 ステータヨークの内周面を、スラスト軸
   受とは反対側の内径寸法がスラスト軸受側の内径寸法よ
   りも大きい段付き状に形成することにより、永久磁石の
   磁束によるステータヨークの磁化力が、該ステータヨー
   クの軸方向両側のうち、スラスト軸受側の方がその反対
   側よりも大きくなるようにしたことを特徴とする請求項
   ４記載の回転電機。
6. 【請求項６】 ステータヨークの内周面を、スラスト軸
   受側からその反対側に向かって拡開するテーパ状に形成
   することにより、永久磁石の磁束によるステータヨーク
   の磁化力が、該ステータヨークの軸方向両側のうち、ス
   ラスト軸受側の方がその反対側よりも大きくなるように
   したことを特徴とする請求項４記載の回転電機。
7. 【請求項７】 コイルの両端の引出線をステータヨーク
   内から外部に引き出す引出部は、ステータヨークの軸方
   向両側のうち、スラスト軸受側とは反対側の内径寸法の
   大なる部分に設けられていることを特徴とする請求項５
   記載の回転電機。
8. 【請求項８】 ステータヨークは細状磁性体を混入して
   なる樹脂により形成されていると共に、該ステータヨー
   クにスラスト軸受を装着する軸受ハウジングが一体に形
   成されていることを特徴とする請求項４記載の回転電
   機。
9. 【請求項９】 ラジアル軸受は、平軸受を複数個組み合
   わせて構成されていることを特徴とする請求項１または
   ４記載の回転電機。
10. 【請求項１０】 ラジアル軸受の一端側の内径は径大に
    形成され、複数個の各ラジアル軸受は内径の径大側が他
    のラジアル軸受と対向するように組み合わされているこ
    とを特徴とする請求項９記載の回転電機。
11. 【請求項１１】 シャフトの一端部は尖端状に形成さ
    れ、スラスト軸受はシャフトの尖端状の一端部を受ける
    円錐状凹部を形成した硬質材料製のピボット軸受により
    構成されていることを特徴とする請求項４記載の回転電
    機。