KR101819005B1 - 모터 - Google Patents

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케이스케 후쿠나가
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니혼 덴산 가부시키가이샤
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Abstract

이 모터의 회전부는 복수의 마그넷과, 통 형상의 중공 샤프트와, 볼 너트를 갖는다. 각 마그넷은 중공 샤프트의 외측면에 접촉한다. 볼 너트는 중공 샤프트의 지름 방향 내측에 위치한다. 마그넷의 적어도 일부분과, 중공 샤프트의 적어도 일부분과, 볼 너트의 적어도 일부분은 지름 방향으로 겹친다. 또한, 중공 샤프트 및 볼 너트는 자성 재료로 이루어진다. 또한, 중공 샤프트의 내주면과 볼 너트의 외주면이 서로 접촉한다. 이 때문에, 중공 샤프트 뿐만 아니라 볼 너트의 일부분을 자로로서 이용할 수 있다. 이것에 의해, 중공 샤프트의 여분의 두께를 줄일 수 있다. 따라서, 모터의 지름 방향의 치수를 억제하면서 마그넷의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있다.

Description

모터{MOTOR}
본 발명은 모터에 관한 것이다.
종래, 자동차에 탑재되어 모터의 회전 운동을 볼 나사에 의해 직선 운동으로 변환해서 출력하는 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특허공개 2007-187262호 공보에는 전동 모터의 회전을 볼 나사 기구를 통해서 직선 운동으로 변환시킴으로써 출력축에 소정의 직선 동작을 행하게 하는 전동 액츄에이터가 기재되어 있다(청구항 1, 기술분야 등 참조).
일본 특허공개 2007-187262호 공보
최근, 환경 부하를 저감하기 위해서 자동차의 연비 개선이 강하게 요구되고 있다. 그것에 따라, 자동차에 탑재되는 모터에 대해서도 소형화 및 저중량화의 요구가 높아지고 있다. 이 점에 관해서, 일본 특허공개 2007-187262호 공보의 전동 액츄에이터는 볼 나사 기구를 전동 모터의 로터 마그넷 내에 배치하고 있다. 이것에 의해, 볼 나사 기구의 출력축의 길이 방향에 있어서 전동 액츄에이터의 유닛으로서의 길이를 단축하고 있다(단락 [0019]∼[0021] 등 참조).
그러나, 일본 특허공개 2007-187262호 공보의 구조에서는 전동 모터의 로터 마그넷과, 볼 나사 기구의 너트 부재 사이에 자속 차폐 링이 개재되어 있다(단락 [0033] 등 참조). 이 때문에, 너트 부재, 자속 차폐 링, 및 로터 마그넷이 지름 방향으로 배열됨으로써 지름 방향의 두께가 커진다. 상기 구조에 있어서 각 부재의 지름 방향의 두께를 단순히 얇게 하면, 로터 마그넷의 지름 방향 내측에 있어서 자속을 통과시키는 자로를 확보하는 것이 곤란하게 된다. 충분한 자로를 확보할 수 없으면 토크가 저하해 버려, 결과적으로 전동 모터의 회전수를 저하시켜 버린다. 또한, 전동 모터의 회전수가 저하됨으로써 볼 나사를 개재한 직선 운동의 속도도 낮아져 버린다.
본 발명의 목적은 볼 나사를 이용하여 회전 운동을 직선 운동으로 변환해서 출력하는 모터에 있어서, 모터의 지름 방향의 치수를 억제하면서 마그넷의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.
본원의 예시적인 제 1 발명은, 외주면에 나선 형상의 제 1 나사홈을 갖는 로드를, 상기 로드의 중심축을 따르는 전후 방향으로 이동시키는 모터로서, 정지부(靜止部)와 상기 중심축을 중심으로 해서 상기 정지부에 대하여 회전 가능하게 지지되는 회전부를 갖고, 상기 정지부는 둘레 방향으로 배열된 복수의 코일을 갖는 스테이터와 상기 스테이터를 유지하는 하우징을 갖고, 상기 회전부는 상기 스테이터의 지름 방향 내측에 있어서 둘레 방향으로 배열된 복수의 마그넷과, 통 형상의 중공 샤프트와, 상기 중공 샤프트의 지름 방향 내측에 위치하는 볼 너트를 갖고, 상기 마그넷의 적어도 일부분과, 상기 중공 샤프트의 적어도 일부분과, 상기 볼 너트의 적어도 일부분이 지름 방향으로 겹치고, 상기 볼 너트는 내주면에 나선 형상의 제 2 나사홈을 갖고, 상기 제 1 나사홈과 상기 제 2 나사홈의 지름 방향 사이에 복수의 구체가 개재하고, 상기 마그넷의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께는, 이웃하는 상기 마그넷의 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께, 또는 상기 중공 샤프트 중 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부분의 둘레 방향 단부에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께보다 얇고, 상기 중공 샤프트 및 상기 볼 너트는 자성 재료로 이루어지며, 상기 중공 샤프트의 내주면과 상기 볼 너트의 외주면이 서로 접촉하는 모터이다.
(발명의 효과)
본원의 예시적인 제 1 발명에 의하면, 볼 너트의 일부분을 자로로서 이용할 수 있다. 이것에 의해, 중공 샤프트의 여분의 두께를 줄일 수 있다. 따라서, 모터의 지름 방향의 치수를 억제하면서 마그넷의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 모터의 단면도이다.
도 2는 제 2 실시형태에 의한 모터의 종단면도이다.
도 3은 제 2 실시형태에 의한 모터의 부분 종단면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 의한 회전부의 단면도이다.
도 5는 제 2 실시형태에 의한 회전부의 부분 단면도이다.
도 6은 변형예에 의한 회전부의 단면도이다.
도 7은 변형예에 의한 모터의 부분 종단면도이다.
도 8은 변형예에 의한 모터의 단면도이다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본원에서는 로드의 중심축을 따르는 방향을 「축 방향」, 로드의 중심축에 직교하는 방향을 「지름 방향」, 로드의 중심축을 중심으로 하는 원호를 따르는 방향을 「둘레 방향」으로 각각 칭한다. 또한 본원에서는, 축 방향을 전후 방향으로 해서 각 부의 형상이나 위치 관계를 설명한다. 단, 이 전후 방향의 정의에 의해, 본 발명에 의한 모터의 제조시 및 사용시의 방향을 한정하는 의도는 없다.
또한, 본원에 있어서 「평행한 방향」이란 대략 평행한 방향도 포함한다. 또한, 본원에 있어서 「직교하는 방향」이란 대략 직교하는 방향도 포함한다.
<1. 제 1 실시형태>
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 모터(1A)의 단면도이다. 이 모터(1A)는 로드(4A)를 전후 방향으로 이동시키는 장치이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 모터(1A)는 정지부(2A)와 회전부(3A)를 갖는다. 회전부(3A)는 중심축(9A)을 중심으로 해서 정지부(2A)에 대하여 회전 가능하게 지지된다.
정지부(2A)는 하우징(21A)과 하우징(21A)에 유지되는 스테이터(22A)를 갖는다. 스테이터(22A)는 복수의 코일(52A)을 갖는다. 복수의 코일(52A)은 둘레 방향으로 배열된다. 회전부(3A)는 통 형상의 중공 샤프트(31A)와, 복수의 마그넷(32A)과, 볼 너트(34A)를 갖는다. 복수의 마그넷(32A)은 스테이터(22A)의 지름 방향 내측에 있어서 둘레 방향으로 배열된다. 각 마그넷(32A)은 중공 샤프트(31A)의 외측면에 접촉한다. 볼 너트(34A)는 중공 샤프트(31A)의 지름 방향 내측에 위치한다.
로드(4A)는 그 외주면에 나선 형상의 제 1 나사홈(41A)을 갖는다. 또한, 볼 너트(34A)는 그 내주면에 나선 형상의 제 2 나사홈(341A)을 갖는다. 그리고, 제 1 나사홈(41A)과 제 2 나사홈(341A)의 지름 방향 사이에는 복수의 구체(35A)가 개재된다. 이 때문에, 회전부(3A)가 회전하면 그 구동력이 복수의 구체(35A)를 통해서 로드(4A)에 전해지고, 로드(4A)가 축 방향으로 이동한다.
이 모터(1A)에서는 마그넷(32A)의 적어도 일부분과, 중공 샤프트(31A)의 적어도 일부분과, 볼 너트(34A)의 적어도 일부분이 지름 방향으로 겹친다. 또한 마그넷(32A)의 둘레 방향 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 중공 샤프트(31A)의 지름 방향 두께는, 이웃하는 마그넷(32A) 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 중공 샤프트(31A)의 지름 방향 두께, 또는 중공 샤프트(31A) 중 마그넷(32A)의 지름 방향 내측에 위치하는 부분의 둘레 방향 단부에 있어서의 중공 샤프트(31A)의 지름 방향 두께보다 얇다.
중공 샤프트(31A) 및 볼 너트(34A)는 자성 재료로 이루어진다. 또한, 중공 샤프트(31A)의 내주면과 볼 너트(34A)의 외주면은 서로 접촉한다. 이 때문에, 볼 너트(34A)의 일부분을 자로로서 이용할 수 있다. 이것에 의해, 중공 샤프트(31A)의 두께를 줄일 수 있다. 따라서, 모터(1A)의 지름 방향의 치수를 억제하면서 마그넷(32A)의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있다.
<2. 제 2 실시형태>
<2-1. 모터의 전체 구성>
계속해서, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해서 설명한다. 도 2는 제 2 실시형태에 의한 모터(1)의 중심축(9)을 포함하는 종단면도이다. 이하에서는 설명의 편의상, 도 2에 있어서의 우측을 「전」이라고 하고, 도 2에 있어서의 좌측을 「후」라고 한다. 이 모터(1)는 볼 나사를 이용하여 회전 운동을 축 방향의 직선 운동으로 변환하여 로드(4)를 전후 방향으로 이동시키는 장치이다. 모터(1)는, 예를 들면 자동차에 탑재되어, 자동차 내의 각 부를 구동시키기 위해서 사용된다. 단, 본 발명의 모터는 가전제품, OA기기, 의료기기 등에 탑재되어 각종의 구동력을 발생시키는 것이라도 좋다.
이 모터(1)는 스테이터(22)의 지름 방향 내측에 마그넷(32)이 배치되는, 소위 이너 로터형의 모터이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 모터(1)는 정지부(2), 회전부(3), 및 로드(4)를 갖는다. 정지부(2)는 구동 대상이 되는 기기의 프레임체에 고정된다. 회전부(3)는 정지부(2)에 대하여 회전 가능하게 지지된다. 로드(4)는 기둥 형상의 부재이며, 중심축(9)을 따라서 수평으로 배치된다. 로드(4)는 그 외주면에 나선 형상의 제 1 나사홈(41)을 갖는다.
본 실시형태의 정지부(2)는 하우징(21), 스테이터(22), 뒷베어링부(23), 및 앞베어링부(24)를 갖는다.
하우징(21)은 통 형상부(211), 뒷벽부(212), 및 앞벽부(213)를 갖는다. 통 형상부(211)는 스테이터(22) 및 회전부(3)의 지름 방향 외측에 있어서 축 방향으로 대략 원통 형상으로 연장된다. 뒷벽부(212)는 스테이터(22)의 후방에 있어서 중심축(9)에 대하여 대략 수직으로 펼쳐진다. 뒷벽부(212)의 중앙에는 로드(4) 및 후술하는 중공 샤프트(31)를 통과시키기 위한 후방부 원구멍(214)이 형성된다. 앞벽부(213)는 스테이터(22)의 전방에 있어서 중심축(9)에 대하여 대략 수직으로 펼쳐진다. 앞벽부(213)의 중앙에는 로드(4) 및 후술하는 중공 샤프트(31)를 통과시키기 위한 전방부 원구멍(215)이 형성된다.
통 형상부(211), 뒷벽부(212), 및 앞벽부(213)의 재료에는, 예를 들면 알루미늄이나 스테인레스 등의 금속이 사용된다. 도 2의 예에서는 통 형상부(211)와 뒷벽부(212)가 하나의 부재로 구성되고, 앞벽부(213)가 다른 부재로 구성되어 있다. 단, 통 형상부(211)와 앞벽부(213)가 하나의 부재로 구성되고, 뒷벽부(212)가 다른 부재로 구성되어 있어도 좋다.
스테이터(22)는, 후술하는 마그넷(32)의 지름 방향 외측에 위치하고, 하우징(21)에 유지된다. 스테이터(22)는 스테이터 코어(51)와 복수의 코일(52)을 갖는다. 스테이터 코어(51)는 전자 강판이 축 방향으로 적층된 적층 강판이다. 스테이터 코어(51)는 원환 형상의 코어 백(511)과, 코어 백(511)으로부터 지름 방향 내측을 향해서 돌출된 복수의 티스(512)를 갖는다. 코어 백(511)은 중심축(9)과 대략 동축에 배치된다. 또한 코어 백(511)의 외주면은 하우징(21)의 통 형상부(211)의 내주면에 고정된다.
코일(52)은 각 티스(512)의 주위에 감긴 도선에 의해 구성된다. 복수의 티스(512) 및 복수의 코일(52)은 각각 둘레 방향으로 대략 동일한 간격으로 배열된다. 티스(512)의 표면에는 절연 도장이 실시된다. 절연 도장은 티스(512)와 코일(52) 사이에 개재됨으로써 티스(512)와 코일(52)이 전기적으로 도통하는 것을 방지한다. 또한, 절연 도장 대신에 수지제의 부재인 인슐레이터를 티스(512)와 코일(512) 사이에 개재시켜도 좋다.
뒷베어링부(23) 및 앞베어링부(24)는 하우징(21)과, 회전부(3)측의 중공 샤프트(31) 사이에 배치된다. 본 실시형태의 뒷베어링부(23) 및 앞베어링부(24)에는 구체를 개재하여 외륜과 내륜을 상대 회전시키는 볼 베어링이 사용되어 있다. 이것에 의해, 하우징(21)에 대하여 중공 샤프트(31)가 회전 가능하게 지지된다. 단, 볼 베어링 대신에 미끄럼 베어링이나 유체베어링 등의 다른 방식의 베어링이 사용되어 있어도 된다.
본 실시형태의 회전부(3)는 중공 샤프트(31), 복수의 마그넷(32), 로터 커버(33), 및 볼 너트(34)를 갖는다.
중공 샤프트(31)는 로드(4)의 지름 방향 외측에 있어서 축 방향으로 대략 원통 형상으로 연장된다. 중공 샤프트(31)의 재료에는 철이나 자성 스테인레스 등의 자성 재료가 사용된다. 중공 샤프트(31)는 상술한 뒷베어링부(23) 및 앞베어링부(24) 중 적어도 한쪽에 지지되면서 중심축(9)을 중심으로 해서 회전한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 중공 샤프트(31)는 후육부(311)와, 후육부(311)보다 지름 방향의 두께가 얇은 박육부(312)를 갖는다. 후육부(311)는 박육부(312)보다 후방에 위치한다. 뒷베어링부(23)의 내륜은 후육부(311)의 외측면에 고정된다. 앞베어링부(24)의 내륜은 박육부(312)의 외측면에 고정된다. 또한 후육부(311)의 내주면은 박육부(312)의 내주면보다 지름 방향 내측에 위치한다. 후육부(311)의 내주면과 박육부(312)의 내주면 사이에는 단차면(313)이 개재된다.
복수의 마그넷(32)은 스테이터(22)의 지름 방향 내측에 위치한다. 각 마그넷(32)은 중공 샤프트(31)의 외측면에, 예를 들면 접착제로 고정된다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 마그넷(32)의 축 방향의 길이는 볼 너트(34)의 축 방향의 길이보다 길다. 본 실시형태에서는 후육부(311)의 외주면과 박육부(312)의 외주면의 쌍방에 걸쳐서 마그넷(32)이 배치된다. 각 마그넷(32)의 지름 방향 외측의 면은 티스(512)의 지름 방향 내측의 끝면과 지름 방향으로 대향한다. 복수의 마그넷(32)은 N극과 S극이 교대로 늘어서도록 둘레 방향으로 배열된다. 또한, 복수의 마그넷(32) 대신에 N극과 S극이 둘레 방향으로 교대로 착자된 하나의 원환 형상의 마그넷이 사용되어 있어도 좋다.
로터 커버(33)는 원통부(331)와, 환상 판부(332)를 갖는다. 원통부(331)는 복수의 마그넷(32)의 지름 방향 외측에 있어서 축 방향으로 원통 형상으로 연장된다. 원통부(331)의 내주면은 복수의 마그넷(32)의 지름 방향 외측의 면에 접촉한다. 환상 판부(332)는 원통부(331)의 전단부로부터 지름 방향 내측을 향해서 연장된다. 환상 판부(332)의 후방측 면은 복수의 마그넷(32)의 전단면에 접촉한다. 모터(1)의 구동시에는 복수의 마그넷(32)에 원심력이 작용하지만, 로터 커버(33)에 의해 마그넷(32)의 지름 방향 외측으로의 튀어나감은 방지된다. 또한 가령, 마그넷(32)에 깨짐이 생겼다고 해도 로터 커버(33)에 의해 마그넷(32) 파편의 외부로의 비산이 억제된다.
또한, 환상 판부(332)는 원통부(331)의 후단부로부터 지름 방향 내측을 향해서 연장되어 있어도 좋다. 그 경우, 환상 판부(332)의 전방측의 면이 복수의 마그넷(32)의 후단면에 접촉한다. 또한, 환상 판부(332)는 원통부(331)의 전단부 및 후단부의 쌍방으로부터 지름 방향 내측을 향해서 연장되어 있어도 좋다.
볼 너트(34)는 중공 샤프트(31)의 지름 방향 내측에 배치된다. 볼 너트(34)는 축 방향으로 대략 원통 형상으로 연장된다. 볼 너트(34)의 후단면은 중공 샤프트(31)의 단차면(313)에 부딪힌다. 볼 너트(34)의 외주면은 박육부(312)의 내주면에 고정된다. 또한, 볼 너트(34)는 그 내주면에 나선 형상의 제 2 나사홈(341)를 갖는다. 로드(4)의 제 1 나사홈(41)과 볼 너트(34)의 제 2 나사홈(341)의 지름 방향 사이에는 복수의 구체(35)가 개재된다.
볼 너트(34)는 철이나 자성 스테인레스 등의 자성 재료로 이루어진다. 구체적으로는, 볼 너트(34)의 재료로서 JISG4805:2008 또는 IS0683-17:1999에 규정된 베어링강을 사용할 수 있다. 상기 베어링강을 사용하면, 후술과 같이 볼 너트(34)의 일부분을 자로로서 이용할 수 있고, 또한 볼 너트(34)에 높은 내구성을 부여할 수 있다.
이러한 모터(1)에 있어서, 코일(52)에 구동 전류가 공급되면 스테이터 코어(51)의 복수의 티스(512)에 자속이 생긴다. 그리고, 티스(512)와 마그넷(32) 사이의 자속의 작용에 의해 둘레 방향의 토크가 발생한다. 이것에 의해, 중심축(9)을 중심으로 해서 회전부(3)가 회전한다. 또한, 볼 너트(34)가 회전하면 회전 방향의 구동력이 복수의 구체(35)에 의해 축 방향의 구동력으로 변환되어서 로드(4)에 전달된다. 그 결과, 로드(4)가 축 방향으로 이동한다.
<2-2. 중공 샤프트, 마그넷, 및 볼 너트에 대해서>
계속해서, 중공 샤프트(31), 복수의 마그넷(32), 및 볼 너트(34)의 보다 상세한 구조에 대해서 설명한다. 도 3은 볼 너트(34)의 부근에 있어서의 모터(1)의 부분 종단면도이다. 도 4는 도 3 중의 A-A 위치로부터 본 회전부(3)의 단면도이다. 도 5는 회전부(3)의 부분 단면도이다.
도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 복수의 마그넷(32)은 각각 내측 자극면(321)과 외측 자극면(322)을 갖는다. 내측 자극면(321)은 마그넷(32)의 지름 방향 내측의 면이며, 지름 방향에 대하여 대략 수직 또한 평탄하게 펼쳐진다. 외측 자극면(322)은 마그넷(32)의 지름 방향 외측의 면이며, 지름 방향 외측을 향해서 돌출된다. 따라서, 마그넷(32)의 둘레 방향의 중앙부에 있어서의 지름 방향의 두께는 마그넷(32)의 둘레 방향의 양단부에 있어서의 지름 방향의 두께보다 두껍다. 이와 같이, 마그넷(32)의 둘레 방향의 중앙부를 두껍게 하면 회전부(3)의 지름 방향의 치수를 확대시키지 않고 마그넷(32)의 체적만을 크게 할 수 있다. 이에 따라 강한 자력을 얻을 수 있다.
한편, 중공 샤프트(31)는 단면으로 볼 때에 있어서 다각 형상의 외측면(60)을 갖는다. 즉, 중공 샤프트(31)의 외측면(60)은 둘레 방향으로 배열된 복수의 평탄면(601)을 포함한다. 각 평탄면(601)은 지름 방향에 대하여 대략 수직으로 펼쳐진다. 이들 평탄면(601)에는 복수의 마그넷(32)의 내측 자극면(321)이 각각 접촉한다. 또한, 중공 샤프트(31)는 이웃하는 평탄면(601)의 경계에 지름 방향 외측을 향해서 뾰족해지는 각부(602)를 갖는다. 각 각부(602)는 이웃하는 마그넷(32) 사이에 개재한다. 이에 따라 각 마그넷(32)의 둘레 방향의 위치 어긋남이 억제된다.
상술한 바와 같이, 중공 샤프트(31) 및 볼 너트(34)는 자성 재료로 이루어진다. 또한, 중공 샤프트(31)의 내주면과 볼 너트(34)의 외주면은 서로 접촉한다. 이 때문에, 도 5 중에 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, 어떤 마그넷(32)으로부터 생기는 자속(320)이 중공 샤프트(31)와 볼 너트(34)의 일부분을 지나서 다른 마그넷(32)으로 흐른다. 즉, 중공 샤프트(31)와 볼 너트(34)의 일부분을 자로로서 이용할 수 있다. 이와 같이, 중공 샤프트(31) 뿐만 아니라 볼 너트(34)의 일부분을 자로로서 이용하면, 중공 샤프트(31)의 여분의 두께를 줄일 수 있다. 따라서, 모터(1)의 지름 방향의 치수를 억제하면서 마그넷(32)의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있다.
본 실시형태에서는 마그넷(32)의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서 중공 샤프트(31)의 지름 방향의 두께가 줄어들어 있다. 즉, 도 4와 같이 마그넷(32)의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 중공 샤프트(31)의 지름 방향의 두께를 d1이라고 하고, 이웃하는 마그넷(32) 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 중공 샤프트(31)의 지름 방향의 두께를 d2라고 하면, d1은 d2보다 얇다. 이것에 의해, 중공 샤프트(31)의 외측면(60)을 다각 형상으로 하면서 마그넷(32)의 지름 방향 내측에 있어서의 자로가 확보되어 있다.
또한, 도 4와 같이 볼 너트(34)의 지름 방향의 두께를 d3이라고 하고, 제 2 나사홈의 깊이를 d4라고 하면, 본 실시형태의 모터(1)는 d1+d3-d4≥d2를 만족시킨다. 이 관계를 만족시키면, 중공 샤프트(31) 및 볼 너트(34) 중 제 2 나사홈(341)을 제외한 부분의 지름 방향의 두께가 두꺼워진다. 따라서, 볼 너트(34)의 일부분을 자로로서 이용하고, 또한 제 2 나사홈(341)에 자속이 미치는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 구체(35)의 자화에 의한 전식현상의 발생을 억제할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 중공 샤프트(31)의 박육부(312)는 제 1 통부(61)를 갖는다. 또한, 중공 샤프트(31)의 후육부(311)는 제 2 통부(62)를 갖는다. 제 1 통부(61)는 복수의 마그넷(32)과 볼 너트(34) 사이에 위치한다. 즉, 볼 너트(34)의 원통 형상의 외주면은 제 1 통부(61)에 덮여진다. 이와 같이, 본 실시형태에서는 마그넷(32)의 전방측의 일부분과, 중공 샤프트(31)의 제 1 통부(61)와, 볼 너트(34)가 지름 방향으로 겹친다. 제 2 통부(62)는 제 1 통부(61) 및 볼 너트(34)보다 후방에 위치한다. 또한, 제 2 통부(62)는 마그넷(32)의 지름 방향 내측에 위치한다.
본 실시형태에서는 제 1 통부(61)의 내주면과 볼 너트(34)의 외주면이 모두 원통면이다. 이 때문에, 제 1 통부(61)의 내주면과 볼 너트(34)의 외주면을 서로 밀착시키기 쉽다. 따라서, 제 1 통부(61)와 볼 너트(34) 사이에 있어서 보다 효율적으로 자속을 흘릴 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 제 2 통부(62)의 내경이 제 1 통부(61)의 내경보다 작다. 따라서, 제 2 통부(62)의 내주면은 볼 너트(34)의 외주면보다 지름 방향 내측에 위치한다. 제 2 통부(62)의 지름 방향 내측에는 볼 너트(34)가 배치되지 않기 때문에 볼 너트(34)를 자로로서 이용할 수 없다. 그러나, 본 실시형태에서는 제 2 통부(62) 자체의 지름 방향의 두께가 제 1 통부(61)의 지름 방향의 두께보다 크다. 따라서, 제 2 통부(62)에 있어서의 자로도 확보할 수 있다. 또한, 제 1 통부(61)의 내경과 제 2 통부(62)의 내경을 서로 다르게 함으로써, 제 1 통부(61)와 제 2 통부(62) 사이에 단차면(313)이 생긴다. 이 단차면(313)에 의해 볼 너트(34)의 위치 결정이 용이하게 된다.
또한, 본 실시형태에서는 제 2 통부(62)의 내주면이 제 2 나사홈(341)의 저면보다 지름 방향 외측에 위치한다. 이 때문에, 제 2 통부(62)로부터 제 2 나사홈(341) 부근으로의 자속의 누설을 억제할 수 있다. 이에 따라 구체(35)의 자화에 의한 전식현상의 발생을 보다 억제할 수 있다.
<3. 변형예>
이상, 본 발명의 예시적인 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시형태에는 한정되지 않는다.
도 6은 일변형예에 의한 회전부(3B)의 단면도이다. 도 6의 예에서는 마그넷(32B)의 외측 자극면(322B)이 지름 방향에 대하여 대략 수직 또한 평탄하게 펼쳐져 있다. 그리고, 마그넷(32B)의 내측 자극면(321B)이 지름 방향 내측을 향해서 돌출되어 있다. 이러한 경우에도, 중공 샤프트(31B)와 볼 너트(34B)의 일부분을 자로로서 이용하면, 마그넷(32B)의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서 중공 샤프트(31B)의 지름 방향의 두께를 줄일 수 있다. 따라서, 회전부(3B)의 지름 방향의 사이즈를 억제하면서 마그넷(32B)의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있다.
또한, 마그넷의 내측 자극면을 지름 방향 내측을 향해서 돌출시키고, 또한 마그넷의 외측 자극면을 지름 방향 외측을 향해서 돌출시켜도 좋다.
또한, 뒷베어링부 또는 앞베어링부에는 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 볼 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 도 7은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 볼 베어링을 사용한 뒷베어링부(23C) 부근 부분 종단면도이다. 도 7의 뒷베어링부(23C)는 하나의 외륜(231C)과, 2개의 내륜(232C, 233C)과, 복수의 볼(234C)을 갖는다. 외륜(231C)은 모터의 하우징(21C)에 고정된다. 2개의 내륜(232C, 233C)은 축 방향으로 배열된다. 각 내륜(232C, 233C)은 중공 샤프트(31C)에 고정된다. 복수의 볼(234C)은 하나의 외륜(231C)과 2개의 내륜(232C, 233C)에 접촉한다. 이러한 3점 접촉식의 볼 베어링을 사용하면, 하우징(21C)에 대한 중공 샤프트(31B)의 축 방향의 지지력을 높일 수 있다. 따라서, 중공 샤프트(31B)의 축 방향의 위치 어긋남을 억제하면서 로드를 축 방향으로 정밀하게 이동시킬 수 있다.
또한, 3점 접촉식의 볼 베어링 이외에도 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 볼 베어링으로서 레이디얼 스러스트 베어링, 앵귤러 베어링 등을 사용해도 좋다. 또한, 앞베어링부에도 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 볼 베어링을 사용해도 좋다. 또한, 하나의 베어링부가 갖는 외륜의 수는 2개 이상이어도 좋다. 또한, 하나의 베어링부가 갖는 내륜의 수는 3개 이상이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 제 2 통부(62)가 제 1 통부(61)보다 후방에 위치하고 있었다. 그러나, 제 2 통부는 제 1 통부보다 전방에 위치하고 있어도 된다. 즉, 제 2 통부는 볼 너트보다 축 방향의 앞 또는 뒤에 위치하고, 또한 적어도 일부가 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하고 있으면 된다.
중공 샤프트의 내주면 및 볼 너트의 외주면은 반드시 원통면이 아니어도 좋다. 예를 들면, 중공 샤프트의 내주면과 볼 너트의 외주면이 단면으로 볼 때에 있어서 모두 다각 형상이라도 된다. 중공 샤프트의 내주면과 볼 너트의 외주면은 서로 접촉하고, 자로로서 연속하고 있으면 된다.
또한, 복수의 마그넷, 중공 샤프트, 및 볼 너트의 축 방향의 위치 관계는 반드시 상기 실시형태와 동일하지 않아도 좋다. 마그넷의 적어도 일부분과, 중공 샤프트의 적어도 일부분과, 볼 너트의 적어도 일부분이 지름 방향으로 겹져 있으면 된다.
또한, 중공 샤프트는 중공 샤프트와 마그넷이 지름 방향으로 겹치는 부분에 있어서 지름 방향으로 돌출되어 있어도 된다.
또한, 상기 실시형태의 모터는 중공 샤프트의 측면에 마그넷이 부착된, 소위 SPM 구조이었지만, 본 발명의 모터는 중공 샤프트 내에 마그넷이 메워넣어진, 소위 IPM 구조라도 좋다. IPM 구조의 경우, 중공 샤프트에 형성된 복수의 내구멍 속에 마그넷이 배치된다. 또한, SPM 구조와 IPM 구조에 관계없이, 중공 샤프트가 복수의 부재로 구성되어 있어도 된다. 예를 들면, 중공 샤프트가 볼 너트에 고정되는 내측 통 형상 부재와, 내측 통 형상 부재의 외측에 위치하는 로터 코어의 2부재로 구성되어 있어도 된다.
도 8은 2부재로 구성된 중공 샤프트(31D)를 갖는 IPM 구조의 모터(1D)의 단면도이다. 도 8의 예에서는, 중공 샤프트(31D)가 내측 통 형상 부재(36D)와 로터 코어(37D)로 구성되어 있다. 내측 통 형상 부재(36D)는 볼 너트(34D)의 지름 방향 외측에 있어서 축 방향으로 원통 형상으로 연장된다. 내측 통 형상 부재(36D)의 내주면은 볼 너트(34D)의 외주면에 고정된다. 로터 코어(37D)는 내측 통 형상 부재(36D)의 지름 방향 외측에 있어서 축 방향에 원통 형상으로 연장된다. 로터 코어(37D)의 내주면은 내측 통 형상 부재(36D)의 외주면에 고정된다.
로터 코어(37D)는 둘레 방향으로 배열된 복수의 내구멍(38D)을 갖는다. 그리고, 각 내구멍(38D) 속에 마그넷(32D)이 배치된다. 즉, 복수의 마그넷(32D)은 로터 코어(37D)에 유지된다. 또한, 도 8의 예에서는 마그넷(32D), 볼 너트(34D), 내측 통 형상 부재(36D), 및 로터 코어(37D)의 각각의 일부가 지름 방향으로 겹친다. 따라서, 중공 샤프트(31D)의 일부분과 볼 너트(34D)의 일부분을 자로로서 이용할 수 있다. 또한, 마그넷(32D)의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 중공 샤프트(31D)의 지름 방향의 두께는, 중공 샤프트(31D) 중 마그넷(32D)의 지름 방향 내측에 위치하는 부분의 둘레 방향 단부에 있어서의 지름 방향의 두께보다 얇다. 이것에 의해, 중공 샤프트(31D)의 두께가 저감된다. 따라서, 모터(1D)의 지름 방향의 치수를 억제하면서 마그넷(32D)의 지름 방향 내측에 있어서의 자로를 확보할 수 있다.
또한, 각 부재의 세부의 형상에 대해서는 본원의 각 도면에 나타내어진 형상과 상위하고 있어도 된다. 또한, 상기 실시형태나 변형예에 등장한 각 요소를, 모순이 생기지 않는 범위에서 적당하게 조합하여도 좋다.
(산업상 이용가능성)
본 발명은 모터에 이용할 수 있다.
1, 1A : 모터 2, 2A : 정지부
3, 3A, 3B : 회전부 4, 4A : 로드
9, 9A : 중심축 21, 21A, 21C : 하우징
22, 22A : 스테이터 23, 23C : 뒷베어링부
24 : 앞베어링부 31, 31A, 31B : 중공 샤프트
32, 32A, 32B : 마그넷 33 : 로터 커버
34, 34A, 34B : 볼 너트 35, 35A : 구체
41, 41A : 제 1 나사홈 51 : 스테이터 코어
52, 52A : 코일 60 : 중공 샤프트의 외측면
61 : 제 1 통부 62 : 제 2 통부
311 : 후육부 312 : 박육부
313 : 단차면 320 : 자속
321, 321B : 내측 자극면 322, 322B : 외측 자극면
341, 341A : 제 2 나사홈 601 : 평탄면
602 : 각부

Claims (32)

  1. 외주면에 나선 형상의 제 1 나사홈을 갖는 로드를, 상기 로드의 중심축을 따르는 전후 방향으로 이동시키는 모터로서,
    정지부와,
    상기 중심축을 중심으로 해서 상기 정지부에 대하여 회전 가능하게 지지되는 회전부를 갖고,
    상기 정지부는,
    둘레 방향으로 배열된 복수의 코일을 갖는 스테이터와,
    상기 스테이터를 유지하는 하우징을 갖고,
    상기 회전부는,
    상기 스테이터의 지름 방향 내측에 있어서 둘레 방향으로 배열된 복수의 마그넷과,
    통 형상의 중공 샤프트와,
    상기 중공 샤프트의 지름 방향 내측에 위치하는 볼 너트를 갖고,
    상기 마그넷의 적어도 일부분과, 상기 중공 샤프트의 적어도 일부분과, 상기 볼 너트의 적어도 일부분이 지름 방향으로 겹치고,
    상기 볼 너트는 내주면에 나선 형상의 제 2 나사홈을 갖고,
    상기 제 1 나사홈과 상기 제 2 나사홈의 지름 방향 사이에 복수의 구체가 개재되고,
    상기 마그넷의 둘레 방향 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께는, 이웃하는 상기 마그넷 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께, 또는 상기 중공 샤프트 중 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부분의 둘레 방향 단부에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께보다 얇고,
    상기 중공 샤프트 및 상기 볼 너트는 자성 재료로 이루어지고,
    상기 중공 샤프트의 내주면과 상기 볼 너트의 외주면은 서로 접촉하고,
    상기 마그넷의 축 방향의 길이는 상기 볼 너트의 축 방향의 길이보다 길고,
    상기 중공 샤프트는,
    상기 볼 너트의 외주면을 덮는 제 1 통부와,
    상기 볼 너트보다 축 방향의 앞 또는 뒤에 위치하고, 또한 적어도 일부가 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 제 2 통부를 갖고,
    상기 제 2 통부의 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부위의 내주면은 상기 볼 너트의 외주면보다 지름 방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중공 샤프트의 내주면과 상기 볼 너트의 외주면은 모두 원통면인 것을 특징으로 하는 모터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공 샤프트의 외측면은 둘레 방향으로 배열된 복수의 평탄면을 갖고,
    복수의 상기 평탄면에 복수의 상기 마그넷이 각각 접촉하는 것을 특징으로 하는 모터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    복수의 상기 마그넷은, 각각
    상기 평탄면에 접촉하는 평탄한 내측 자극면과,
    지름 방향 외측을 향해서 돌출되는 외측 자극면을 갖고,
    상기 마그넷의 둘레 방향 중앙부의 지름 방향의 두께는 상기 마그넷의 양단부의 지름 방향의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 모터.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마그넷의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께를 d1,
    이웃하는 상기 마그넷의 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께를 d2,
    상기 볼 너트의 지름 방향의 두께를 d3,
    상기 제 2 나사홈의 깊이를 d4로 해서,
    d1+d3-d4≥d2
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 모터.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 볼 너트는 JISG4805:2008 또는 ISO683-17:1999에 규정된 베어링강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 통부의 내주면은 상기 제 2 나사홈의 저면보다 지름 방향 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    복수의 상기 마그넷의 지름 방향 외측의 면에 접촉하는 통 형상의 로터 커버를 더 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 마그넷의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께를 d1,
    이웃하는 상기 마그넷의 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께를 d2,
    상기 볼 너트의 지름 방향의 두께를 d3,
    상기 제 2 나사홈의 깊이를 d4로 해서,
    d1+d3-d4≥d2
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 모터.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 마그넷의 둘레 방향의 중앙부의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께를 d1,
    이웃하는 상기 마그넷의 경계의 지름 방향 내측에 있어서의 상기 중공 샤프트의 지름 방향의 두께를 d2,
    상기 볼 너트의 지름 방향의 두께를 d3,
    상기 제 2 나사홈의 깊이를 d4로 해서,
    d1+d3-d4≥d2
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는 모터.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 볼 너트는 JISG4805:2008 또는 ISO683-17:1999에 규정된 베어링강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터.
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼 너트는 JISG4805:2008 또는 ISO683-17:1999에 규정된 베어링강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터.
  15. 제 5 항에 있어서,
    상기 볼 너트는 JISG4805:2008 또는 ISO683-17:1999에 규정된 베어링강으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모터.
  16. 제 3 항에 있어서,
    상기 마그넷의 축 방향의 길이는 상기 볼 너트의 축 방향의 길이보다 길고,
    상기 중공 샤프트는,
    상기 볼 너트의 외주면을 덮는 제 1 통부와,
    상기 볼 너트보다 축 방향의 앞 또는 뒤에 위치하고, 또한 적어도 일부가 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 제 2 통부를 갖고,
    상기 제 2 통부의 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부위의 내주면은 상기 볼 너트의 외주면보다 지름 방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터.
  17. 제 4 항에 있어서,
    상기 마그넷의 축 방향의 길이는 상기 볼 너트의 축 방향의 길이보다 길고,
    상기 중공 샤프트는,
    상기 볼 너트의 외주면을 덮는 제 1 통부와,
    상기 볼 너트보다 축 방향의 앞 또는 뒤에 위치하고, 또한 적어도 일부가 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 제 2 통부를 갖고,
    상기 제 2 통부의 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부위의 내주면은 상기 볼 너트의 외주면보다 지름 방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터.
  18. 제 5 항에 있어서,
    상기 마그넷의 축 방향의 길이는 상기 볼 너트의 축 방향의 길이보다 길고,
    상기 중공 샤프트는,
    상기 볼 너트의 외주면을 덮는 제 1 통부와,
    상기 볼 너트보다 축 방향의 앞 또는 뒤에 위치하고, 또한 적어도 일부가 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 제 2 통부를 갖고,
    상기 제 2 통부의 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부위의 내주면은 상기 볼 너트의 외주면보다 지름 방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터.
  19. 제 6 항에 있어서,
    상기 마그넷의 축 방향의 길이는 상기 볼 너트의 축 방향의 길이보다 길고,
    상기 중공 샤프트는,
    상기 볼 너트의 외주면을 덮는 제 1 통부와,
    상기 볼 너트보다 축 방향의 앞 또는 뒤에 위치하고, 또한 적어도 일부가 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 제 2 통부를 갖고,
    상기 제 2 통부의 상기 마그넷의 지름 방향 내측에 위치하는 부위의 내주면은 상기 볼 너트의 외주면보다 지름 방향 내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 모터.
  20. 제 3 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    복수의 상기 마그넷의 지름 방향 외측의 면에 접촉하는 통 형상의 로터 커버를 더 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  21. 제 4 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    복수의 상기 마그넷의 지름 방향 외측의 면에 접촉하는 통 형상의 로터 커버를 더 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  22. 제 5 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    복수의 상기 마그넷의 지름 방향 외측의 면에 접촉하는 통 형상의 로터 커버를 더 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  23. 제 6 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    복수의 상기 마그넷의 지름 방향 외측의 면에 접촉하는 통 형상의 로터 커버를 더 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  24. 삭제
  25. 제 8 항에 있어서,
    상기 회전부는,
    복수의 상기 마그넷의 지름 방향 외측의 면에 접촉하는 통 형상의 로터 커버를 더 갖는 것을 특징으로 하는 모터.
  26. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
  27. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
  28. 제 5 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
  29. 제 6 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
  30. 삭제
  31. 제 8 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
  32. 제 9 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 중공 샤프트 사이에 개재하는 볼 베어링을 더 갖고,
    상기 볼 베어링은 지름 방향의 강성보다 축 방향의 강성 쪽이 높은 것을 특징으로 하는 모터.
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