WO2016174927A1 - インナーロータ型ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】　渦電流損を低減できる上、製造性及び寸法精度に優れた小型のインナーロータ型ブラシレスモータを提供する。 【解決手段】　マグネットを有するロータ１０と、ロータ１０の周囲に位置するコイル２０及びステータコア３０ａとを具備し、コイル２０への通電によりロータ１０を回転させるようにしたインナーロータ型ブラシレスモータにおいて、ステータコア３０ａを、磁性体によって軸方向に接合部のない一体筒状に形成し、このステータコア３０ａの周壁内における前記マグネットを覆う範囲に、多数の中空部３１を設けた。

Description

インナーロータ型ブラシレスモータ

　本発明は、例えば、医療機器や、精密測定装置、産業用機器、模型等に用いられるインナーロータ型のブラシレスモータに関するものである。 

　従来、この種のモータは、マグネットを有するロータと、このロータの周囲に位置するコイル及びステータコアとを具備している。ステータコアは、多数の薄板状鋼板を積層し、各鋼板間をカシメやダボ止め、溶接、接着等により接続するようにしている。前記薄板状鋼板の各々は、表裏が絶縁材により覆われている。 
　このような従来のモータでは、積層された多数の薄板状鋼板により、渦電流の経路が断たれるため、渦電流損を低減することができる。 

　しかし、特許文献１に示す小型モータのように、外径４ｍｍ以下のステータコア（ハウジング１）を、前述した多数の薄板状鋼板の積層により製造しようとした場合、各薄板状鋼板の加工や、薄板状鋼板を積層する作業が難しくなる。その上、積層されたステータコアの内外径や軸方向幅等の寸法を高精度に維持するのは困難である。 

特開２０００－１４０６５号公報

　本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とする処は、渦電流損を低減できる上、製造性及び寸法精度に優れた小型のインナーロータ型ブラシレスモータを提供することにある。 

　上記課題を解決するための一手段は、マグネットを有するロータと、前記ロータの周囲に位置するコイル及びステータコアとを具備し、前記コイルへの通電により前記ロータを回転させるようにしたインナーロータ型ブラシレスモータにおいて、 
　前記ステータコアを、磁性体によって軸方向に接合部のない一体筒状に形成し、このステータコアの周壁内における前記マグネットを覆う範囲に、多数の中空部を設けたことを特徴とする。 

　本発明は、以上説明したように構成されているので、渦電流損を低減できる上、製造性及び寸法精度に優れた小型のインナーロータ型ブラシレスモータを提供することができる。 

本発明に係るインナーロータ型ブラシレスモータの一例を示す斜視図である。 同インナーロータ型ブラシレスモータの縦断面図である。 ステータコアの一例を示す斜視図である。 同ステータコアの縦断面図である。 同ステータコアの中空部が表れる位置での横断面図である。 ステータコアの他例を示す斜視図である。 図６に示すステータコアの縦断面図である。 図６及び図７に示すステータコアの要部横断面図であり、（ａ）は図７の（ａ）－（ａ）線位置の横断面、（ｂ）は図７の（ｂ）－（ｂ）線位置の横断面を示す。 ステータコアの他例を示す斜視図である。 ステータコアの他例を示す斜視図である。

　本実施の形態のインナーロータ型ブラシレスモータは、マグネットを有するロータと、このロータの周囲に位置するコイル及びステータコアとを具備しており、コイルへの通電によりロータを回転させる。そして、ステータコアを、磁性体によって軸方向に接合部のない一体筒状に形成し、このステータコアの周壁内におけるマグネットを覆う範囲に、多数の中空部を設けたことを第一の特徴としている。 
　ここで、「ステータコア」は、インナーロータ型ブラシレスモータの中で、ヨークとして磁気回路を構成している。 
　また、「軸方向に接合部のない一体筒状」とは、ステータコアの中心軸の方向に接合された部分のない筒状であることを意味し、この構成には、例えば積層鋼板を軸方向に接合しているものは含まない。そして、「一体筒状」には、円筒状や、角筒状等を含む。 
　また、「中空部」には、ステータコアの外周面に設けられる凹部や、ステータコアの内周面に設けられる凹部、ステータコアの周壁を厚み方向へ貫通する貫通孔等を含む。 
　また、「中空部」の平面視形状は、例えば、円形状や、ステータコアの周方向に沿うスリット状、ステータコアの軸方向に沿うスリット状、その他の形状とすることができる。 
　本構成によれば、多数の中空部により、渦電流損を低減できる上、ステータコアの表面積が広くなるので、放熱性も良好である。しかも、従来技術のように薄板状鋼板を積層しなくてもよいため、製造性及び寸法精度に優れている。 

　また、第二の特徴として、より効果的に渦電流損を低減するために、中空部がステータコアの周壁を厚み方向へ貫通するようにした。 

　また、第三の特徴として、より効果的に渦電流損を低減するために、ステータコアに設けた中空部を、スリット状に形成した。 

　また、第四の特徴として、より効果的に渦電流損を低減するために、中空部は、ステータコアの周壁を厚み方向へ貫通し且つ周方向へ連続するスリット状に形成され、このスリット状の中空部は、ステータコアの周方向に間隔を置いて複数並ぶとともに、同ステータコアの軸方向にも間隔を置いて複数並んでいるようにした。 
　ここで、「周方向」とは、筒状のステータコアの周方向を意味し、例えば、ステータコアが円筒状の場合は、円周方向を示すものである。 

　また、第五の特徴として、ステータコアの強度アップやコギングトルクの低減等のために、軸方向に並ぶ多数の中空部を、該軸方向の異なる位置で周方向にずれるように配置した（図６及び図１０参照）。 

　また、第六の特徴として、渦電流損を特に効果的に低減できる小型な構成として、ステータコアの外径を、４ｍｍ以下に設定した。 

　次に、上記特徴を有する好ましい実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。 
　なお、本実施例中、「軸方向」とは、ステータコアの中心軸の方向を意味する。また、「径方向」とは、ステータコアの中心軸に直交する方向を意味する。 

　図１及び図２は、本発明に係るインナーロータ型ブラシレスモータの一例を示す。 
　このインナーロータ型ブラシレスモータ１は、マグネットを有するロータ１０と、ロータ１０の周囲に位置するコイル２０及びステータコア３０ａとを具備し、コイル２０への通電によりロータ１０を回転させるようにしたインナーロータ型ブラシレスモータである。 

　ロータ１０は、径方向の片半部側をＮ極とするとともに他半部側をＳ極とした長尺円筒状のマグネット（永久磁石）により構成される。 
　このロータ１０の中心部には、長尺軸状のシャフト１１が固定されている（図２参照）。 

　シャフト１１は、例えばステンレス等の硬質材料から長尺円柱状に形成される。このシャフト１１は、ロータ１０の中心部に貫通状に挿通され、その前後端部側を、それぞれロータ１０の前後端部から突出させている。 
　そして、シャフト１１の前端側と後端側は、それぞれ軸受け部材４１，４２によって回転自在に支持される。 
　シャフト１１の前端側には、必要に応じて、動力伝達のためのギヤ１１ａ等が固定される。 

　前側の軸受け部材４１は、周知の軸受材料により円筒状に構成され、ロータ１０よりも前側にて、ステータコア３０ａの前端側の内周面に固定されている（図２参照）。 
　後側の軸受け部材４２は、周知の軸受材料により円筒状に構成され、電気配線基板５０よりも後側にて、ステータコア３０ａの後端側の内周面に固定されている。 

　コイル２０は、導電性繊維を略円筒状に構成している。このコイル２０は、ステータコア３０ａ内に挿入され、該ステータコア３０ａの内周面に固定されている（図２参照）。 
　このコイル２０の入力端子は、電気配線基板５０に電気的に接続される。 

　電気配線基板５０は、シャフト１１を挿通してステータコア３０ａの内周面に固定され、給電配線により外部から供給される電力をコイル２０へ供給する。 
　また、この電気配線基板５０には、必要に応じて、シャフト１１の回転角を検出するセンサ等（図示せず）が設けられる。 

　ステータコア３０ａは、磁性体によって、軸方向に接合された部分のない一体円筒状に形成される。この磁性体には、例えば、パーメンジュールが用いられ、磁気焼鈍により磁気特性を改善している。 
　このステータコア３０ａの周壁内には、ロータ１０を構成するマグネットを、周方向及び軸方向に覆うようにして、多数の中空部３１が設けられている。すなわち、多数の中空部３１は、ロータ１０の全周を覆うように周方向に複数設けられ、さらに、ロータ１０の全長を全て含むように、軸方向にも複数設けられる。 
　磁性体であるステータコア３０ａは、ヨークとして磁気回路を構成するとともに、それ自体がハウジングとしての役割を果たしている。 

　中空部３１は、例えばプレス加工やワイヤー加工等により、ステータコア３０ａの周壁を厚み方向へ貫通し且つ周方向へ連続するスリット状に形成される。このスリット状の中空部３１は、ステータコア３０ａの周方向に間隔を置いて複数並ぶとともに、同ステータコア３０ａの軸方向にも間隔を置いて複数並んでいる。 

　本実施例のインナーロータ型ブラシレスモータ１によれば、ステータコア３０ａの外径を約２ｍｍ、各中空部３１のステータ軸方向の幅を約０．０２ｍｍとし、この中空部３１を、ステータコア３０ａの周方向において、所定間隔を置いて４つ設けるようにしている。例えば、図５に横断面を示すステータコア３０ａでは、スリット状の中空部３１を配置する角度ピッチα１を約９０度とし、周方向に隣り合う中空部３１，３１の間の部分の角度α２を、４～１０度程度としている。 
　そして、周方向に並ぶこれら４つの中空部３１は、ステータ軸方向に所定のピッチで複数設けられる。この軸方向ピッチは、本実施例のインナーロータ型ブラシレスモータ１によれば、０．２ｍｍに設定される。 

　周方向に隣り合う二つの中空部３１の間には、ステータコア３０ａの周壁を軸方向へ連続させる連続部３２が確保される。この連続部３２は、図３、図４に示すように、軸方向へ直線柱状に連続している。 

　そして、ステータコア３０ａの後端側には、筒状の接続部材６１を介して、可撓性を有する長尺筒状のシース６０が接続される。シース６０内には、電気配線基板５０に接続された給電配線やセンサ用の配線等が収納される。 

　上記構成のインナーロータ型ブラシレスモータ１によれば、ステータコア３０ａに生ずる渦電流の経路を遮断するようにして多数の中空部３１が存在することになり、この結果、渦電流の流れに対する電気抵抗が増大して渦電流が流れ難くなるので、渦電流損を低減することができる。また、スリット状の多数の中空部３１によりステータコア３０ａの表面積が広くなるので、放熱性も良好である。 
　しかも、従来技術のように薄板状鋼板を積層しなくてもよいため、製造性及び寸法精度に優れている。 

　なお、上記構成のインナーロータ型ブラシレスモータ１において、ステータコア３０ａは、以下に示す態様のものに置換することが可能である。 

　図６～図８に示すステータコア３０ｂは、上述したステータコア３０ａに対し、中空部３１の配置を変更したものである。 
　このステータコア３０ｂでは、軸方向に並ぶ多数の中空部３１を、該軸方向の異なる位置で周方向にずれるように配置している。 
　詳細に説明すれば、同一円周状に並ぶ複数の中空部３１は、軸方向において所定のピッチで複数設けられる。そして、軸方向に並ぶ複数の中空部３１は、一つ置きに、所定角度（図示例によれば４５度）ずれた位置に配置される。すなわち、軸方向に隣り合う二つの中空部３１は、その一方が他方に対し所定角度ずれている。 

　このため、ステータコア３０ｂでは、図６に示すように、周方向に隣り合う中空部３１間の連続部３２も、軸方向において一つ置きに、所定角度（図示例によれば４５度）ずれた位置に配置される。すなわち、連続部３２は、図９に示すステータコア３０ａのように軸方向に直線状に連続しておらず、軸方向において１ピッチ置きに中空部３１によって分断される。 

　よって、ステータコア３０ｂによれば、ステータコア３０ｂの周壁の強度低下を防いだり、連続部３２が直線的に連続する部分でコギングトルクの変動が大きくなるのを防いだり等することができる。 

　また、図９に示すステータコア３０ｃは、上述したステータコア３０ａに対し、中空部３１の周方向の数、及び各中空部３１の周方向幅を変更したものである。 
　このステータコア３０ｃでは、周方向において中空部３１を配置する角度ピッチを約１２０度としている。すなわち、このステータコア３０ｃにおいては、同一円周上に、中空部３１が所定間隔を置いて三つ設けられる。 

　また、図１０に示すステータコア３０ｄは、図９に示すステータコア３０ｃに対し、軸方向に並ぶ多数の中空部３１を、該軸方向の異なる位置で周方向にずれるように配置している。 
　詳細に説明すれば、ステータコア３０ｄにおいて、軸方向に並ぶ複数の中空部３１は、一つ置きに、所定角度（図示例によれば６０度）ずれた位置に配置される。すなわち、軸方向に隣り合う二つの中空部３１は、その一方が他方に対し所定角度ずれている。 

　なお、上記実施例によれば、各中空部３１はステータコアの周壁を貫通するように形成したが、他例としては、各中空部３１を、ステータコアの周壁を貫通しない有底状の凹部とすることも可能である。この場合、渦電流損を効果的に低減するためには、この有底状の凹部を、ステータコアの内周面側に設けるのが好ましい。 

　また、上記実施例によれば、各中空部３１をステータコアの周方向に沿うスリット状に形成したが、各中空部の他例としては、ステータコアの軸方向に沿うスリット状や、ステータコアの軸方向に対し傾斜するスリット状等とすることも可能である。 
　さらに、中空部３１の他例としては、ロータ１０のマグネットを覆うようにして配設される多数の丸孔や凹部等とすることも可能である。 
　また、樹脂によって、中空部を充填するとともに、ステータコアをコーティングしてもよい。これによって、ハウジングとしての役割も持つステータコアの強度を上げることができるとともに、優れた絶縁性を付与することができる。 

　上記実施例のように、ステータコアにスリット状の中空部を形成する構成は、積層鋼板によってはステータコアを配置することが困難となる外径４ｍｍ以下のステータコアに適用することが、渦電流損を低減する上で効果的である。当然ながら、例えば外径３ｍｍ以下のステータコアに適用するなど、その適用サイズが小さいほど積層鋼板をステータコアに高精度に適用することの困難性は大きくなる。とりわけ、上記実施例で示した外径約２ｍｍまでになると、薄板状鋼板を積層してステータコアを形成することは、まず不可能であるため、渦電流損を低減するために、上記実施例の構成を外径２ｍｍ以下のステータコアに適用することは極めて有効である。 

　また、図示例以外のステータコアとして、中空部３１を、軸方向の一方に行くにしたがって螺旋状にずらした態様とすることも可能であり、この態様によれば、コギングトルクの発生をより効果的に抑制することができる。 

　１：インナーロータ型ブラシレスモータ 
　１０：ロータ 
　１１：シャフト 
　２０：コイル 
　３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ：ステータコア 
　３１：中空部 
　３２：接続部 
　４１，４２：軸受け部材 
　５０：電気配線基板 
　６０：シース 
　 

Claims (6)

1. 　マグネットを有するロータと、前記ロータの周囲に位置するコイル及びステータコアとを具備し、前記コイルへの通電により前記ロータを回転させるようにしたインナーロータ型ブラシレスモータにおいて、 
   　前記ステータコアを、磁性体によって軸方向に接合部のない一体筒状に形成し、前記ステータコアの周壁内における前記マグネットを覆う範囲に、多数の中空部を設けたことを特徴とするインナーロータ型ブラシレスモータ。 
2. 　前記中空部が、前記ステータコアの周壁を厚み方向へ貫通していることを特徴とする請求項１記載のインナーロータ型ブラシレスモータ。 
3. 　前記中空部が、スリット状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のインナーロータ型ブラシレスモータ。 
4. 　前記中空部は、前記ステータコアの周壁を厚み方向へ貫通し且つ周方向へ連続するスリット状に形成され、前記スリット状の中空部は、前記ステータコアの周方向に間隔を置いて複数並ぶとともに、前記ステータコアの軸方向にも間隔を置いて複数並んでいることを特徴とする請求項１記載のインナーロータ型ブラシレスモータ。 
5. 　軸方向に並ぶ多数の前記中空部を、前記軸方向の異なる位置で周方向にずれるように配置したことを特徴とする請求項４記載のインナーロータ型ブラシレスモータ。 
6. 　前記ステータコアの外径を、４ｍｍ以下に設定したことを特徴とする請求項１～５何れか１項記載のインナーロータ型ブラシレスモータ。 

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