JP5318397B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ロータとステータとを有するインナーロータ型ブラシレスモータに関するものである。

一般に、インナーロータ型のブラシレスモータは、ステータケースに内嵌固定されたステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータとを有しており、その外周部に永久磁石を備えている。ステータには、略円筒状のステータコアが形成されており、このステータコアは径方向内側に突出する複数のティースを備えている。これらティースには、コイルが巻装されており、コイルに電流が流れることにより、ロータとステータとの間に吸引又は反発力が生じロータが回転する。

この種のステータコアの中には、筒状の継鉄部の内径側に固着される複数のティースを備えるとともに、コイルが巻装された複数のコイルボビンが連結されたコイルボビン連結体を備え、このコイルボビン連結体をティースに装着するものがある（特許文献１参照）。また、例えば、特許文献２に示すように、筒状に形成された継鉄部の内周面にあり溝を形成し、このあり溝に嵌合する突部を備えた分割ティースをコイルが巻装されたコイルボビンに装着させて分割コアとした後、あり溝に嵌合させるものもある。
そして、コイルボビンに巻装されたコイルの巻き始め端及び巻き終わり端は、ターミナルまで引き出され、このターミナルを介して外方から引き込まれるリード線と電気的に接続されている。
特許３１９０５１１号公報 特開２００６−２９６０３３号公報

ところで、上述のブラシレスモータにあっては、コイルはモータ内部における主な発熱箇所であり、そこで発生した熱が効率的に熱引きされず、モータ内部に熱が滞留してしまうという問題がある。モータ内部に熱が滞留したまま使用し続けると、モータがオーバーヒートしてしまう原因となる。
ここで、コイルで発生した熱は、ティースからステータ、ステータケース等を伝い、最終的にブラケットを伝ってモータの外部へ熱引きされる。この場合、ステータケースとブラケットとの間の接触面は最も小さくなっており、その間における熱抵抗が大きく、コイルの冷却性が悪いという問題がある。したがって、コイルの巻数を増やすと、それに伴い発熱量も高くなってしまうため、定格トルクを向上させることができないという問題がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、モータ内部で発生した熱を効率的に放出することができ、定格トルクを向上させることができるブラシレスモータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ステータケース（例えば、実施形態におけるステータケース２ａ）と、前記ステータケースに内装されコイルを巻装してある複数のティース（例えば、本実施形態における補極ティース１２）を備えたステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア２ｂ）と、前記ステータコアの内側に軸受け（例えば、実施形態における軸受け９，１０）を介して支持され前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータ（例えば、実施形態におけるロータ３）とを備えたブラシレスモータ（例えば、実施形態におけるブラシレスモータ１）において、前記ステータケースの開口部周縁には、径方向内側に張り出す内フランジ部（例えば、実施形態における内フランジ部２２）が前記ステータコアに軸方向で重なるように形成され、前記内フランジ部には、軸方向の外側から前記内フランジ部に当接して前記開口部を閉塞するブラケット（例えば、実施形態におけるフロントブラケット４）が固定されるとともに、前記ステータコアが軸方向の内側から当接し、前記ステータコアは、外周面が前記ステータケースの内周面に密接するように前記ステータケースに内嵌固定されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記ブラケットの周壁は厚肉に形成され、ここに前記内フランジ部との当接可能な突き当て面（例えば、実施形態における突き当て面４５）を備えていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、ステータケースの開口部周縁に、径方向内側に延びる内フランジ部を形成することで、ステータケースとブラケットとの接触面積を向上させることができる。これにより、ステータケースとフロントブラケットとの間の熱抵抗を減少させることができるため、コイルにより発熱した熱をステータケースからブラケットを伝って熱引きを効率的に行うことができる。
したがって、コイルの温度上昇を抑制することができるため、コイルの巻数を増やして定格トルクを向上させることができる。また、ステータケースとブラケットとの接触面積が向上することで、組み付け時のステータコアの位置決めも容易となるため、作業効率を向上させることが可能となる。
請求項２に記載した発明によれば、ブラケットの周壁をステータケースの内フランジ部との当接可能な突き当て面として厚肉形成することで、ステータケースとブラケットとの接触面積をより向上させて熱引きをより効率的に行うことができる。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において図１の左側を他端側（前側）、図１の右側を一端側（後側）とする。なお、図１は、図４のＡ−Ａ’線に相当する部分断面図である。
図１に示すように、本実施形態のブラシレスモータ１は、インナーロータ型のブラシレスモータ１であって、円筒形状のステータ２と、ステータ２の内側に回転自在に設けられたロータ３とを備えている。

図２〜６に示すように、ステータ２は、円筒形状のステータケース２ａと、このステータケース２ａに内嵌固定されたステータコア２ｂとを備えている。
ステータコア２ｂは、磁性材料の板材を軸線方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したりすることで形成されたものであって、筒状の継鉄部１１を備えている。継鉄部１１の内周面には、径方向内側に延びる補極ティース１２が継鉄部１１の周方向に等間隔で６個一体形成されている。

補極ティース１２の根元部１３は、継鉄部１１に至るまで徐々に拡大されて扇状に形成され、この根元部１３の側面は傾斜した肩部１４を備えている。隣接する補極ティース１２の向かい合う肩部１４は、平行になるように形成されており、隣接する補極ティース１２間には、略矩形のスロット１５が形成される。
このように隣接する補極ティース１２の向かい合う肩部１４が、平行になるように形成することで、スロット１５のスペースをより大きく確保することができる。そして、補極ティース１２の根元部１３には、ステータコア２ｂの軸方向に沿って、周方向に３箇所等間隔でセットボルト孔１６が形成されている。

また、継鉄部１１の内周面には、継鉄部１１の軸方向に沿ってあり溝１７が形成されている。このあり溝１７は、隣接する補極ティース１２の中間位置に形成され、スロット１５内に開口するように形成されている。なお、継鉄部１１と補極ティース１２とで本体コア２４が構成されている。
隣接する補極ティース１２間には、コイル７が巻装される分割コア１８が設けられている。この分割コア１８は、継鉄部１１の周方向に等間隔で６個設けられており、補極ティース１２と交互に配されている。なお、図２においては説明を分かりやすくするため、後述するコイルボビン６０は省略する。

図６〜８に示すように、上述した分割コア１８は、コイル７が巻装されるコイルボビン６０と、このコイルボビン６０に装着される分割ティース６１とを備えている。分割ティース６１は、平面視Ｔ字形状の部材であり、その一端には、本体コア２４のあり溝１７と嵌合可能な突部６７が形成されている。

コイルボビン６０は、樹脂等の絶縁性を有する材料からなり、コイル７が巻装される角筒形状の巻線部６２（図７参照）を備えている。コイルボビン６０の中央部には、コイルボビン６０の幅方向（ステータコア２ｂの径方向）に貫通する矩形の装着孔６３が形成されており、ここに分割ティース６１が装着される（図６参照）。

巻線部６２の上下端は、その周縁から外側に向けて張り出す上フランジ部６４と下フランジ部６５とを備えている。コイルボビン６０の上フランジ部６４の一端側は、拡大部６６として形成されており、その先端には２つのターミナル８０が設けられている。各ターミナル８０は、一方がコイル７の巻き始め端のターミナル８０ａ、他方がコイル７の巻き終わり端のターミナル８０ｂとなっており、コイルボビン６０に巻装されたコイル７が絡げられている。

コイルボビン６０の拡大部６６には、コイルボビン６０の長手方向に沿って平面視半円形状の逃げ溝６８が形成されている。この逃げ溝６８は、２つのターミナル８０の間であって、コイルボビン６０の装着孔６３と略同幅に形成されている。つまり、コイルボビン６０の装着孔６３に分割ティース６１を挿通させた後に、平面視で分割ティース６１の少なくとも突部６７が拡大部６６越しに視認可能になっている（図８参照）。

また、コイルボビン６０の上フランジ部６４の裏面であって、巻き始め端のターミナル８０ａ側には、傾斜部６９が形成されている。この傾斜部６９は、拡大部６６の先端から長手方向に沿って上フランジ部６４の中途部までスロープ状に形成されたものであり、具体的にはコイル７の１本分の太さ程度傾斜していることが好ましい。

図１に示すように、ステータケース２ａの一端側（後側）の開口部は、外周縁側に外径が縮小する段差部２０ａが形成され、この後側の開口部を閉塞するようにリヤブラケット５が設けられている。このリヤブラケット５は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁５０とエンド部（端面）５１とで構成されている。

リヤブラケット５の周壁５０の内周縁側には、ステータケース２ａの段差部２０ａに対応する段差部５２が形成されており、この段差部５２がステータケース２ａの段差部２０ａに外嵌固定されている。エンド部５１の径方向中央には、ロータ３の一端を挿通するための挿通孔５３が形成されている。

ロータ３は、その両端に段付部１９，２１を有するシャフト３ａに略円筒状のマグネット３ｂが外嵌固定されている。このマグネット３ｂは、周方向に磁極が順番に変わるように着磁してある。

挿通孔５３の軸線方向内側には、軸受けハウジング５４が形成されており、ここにシャフト３ａを回転自在に支持する軸受け１０が圧入されている。この軸受け１０は、その外輪１０ａ側の端面がリヤブラケット５のエンド部５１に突き当てられるように圧入される一方、内輪１０ｉ側の端面がシャフト３ａの一端側の段付部１９に突き当てられるように圧入されている。

軸受けハウジング５４の外周側には、略円盤形状の基板８が設けられている。この基板８は、コイル７に外部電力を給電するためのものであって、不図示の外部電源と複数のリード線３２を介して電気的に接続されている一方、分割コア１８に巻装されたコイル７の巻き始め端と巻き終わり端とが分割コア１８の後述するターミナル８０を介して電気的に接続されている。リード線３２は、軸方向に沿って引き出されており、リヤブラケット５の下部に形成された図示しない引き出し孔より引き出され、外部電源に接続される。引き出されたリード線３２には、グロメット３８を介して固定板３５が設けられ、一対のボルト３６，３６によって締結固定されている。なお、図１における３２ａは、リード線３２を束ねて被覆する被覆チューブである。

リヤブラケット５の軸方向内側には、周方向に沿って３ヶ所等間隔で後述するセットボルト４８が挿通されるセットボルト孔２５が形成されている。一方、リヤブラケット５の軸方向外側には、カバー３０がボルト３１によって締結固定されている。このカバー３０は、ロータ３のリヤブラケット５側端部、及びこの端部に固定された光学式エンコーダを閉塞するためのものである。光学式エンコーダはロータ３の回転角度を検出するためのものである。なお、本実施形態におけるブラシレスモータ１のロータ位置検出方法は光学式エンコーダに限らず、磁気式エンコーダ、レゾルバ、ホールＩＣとセンサマグネットによるものでもよく、またセンサレスによる駆動でもよい。

ここで、図４，５に示すように、ステータケース２ａの他端側（前側）の開口部には、一端側と同様に外周側に外径が縮小する段差部２０ｂが形成されるとともに、この段差部２０ｂから分割コア１８間に向かって径方向内側に張り出す内フランジ部２２が形成されている。この内フランジ部２２は、上述した継鉄部１１及び補極ティース１２の根元部１３に重なるように形成されており、その裏面側がステータコア２ｂに当接している。また、内フランジ部２２には、上述したステータコア２ｂのセットボルト孔１６に対応してセットボルト孔２３が形成されている。

また、シャフト３ａの他端側には、シャフト３ａを回転自在に支持する軸受け９が設けられている。軸受け９は、その内輪９ｉ側の端面がシャフト３ａの他端側の段付部２１に突き当てられるように圧入されている。

ステータケース２ａの他端側には、前側の開口部を閉塞するようにフロントブラケット４が設けられている。このフロントブラケット４は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁４３と底板部４４とで構成されている。

フロントブラケット４の周壁４３は、ステータケース２ａ内側が厚肉に形成され、その端面がステータケース２ａの内フランジ部２２との突き当て面４５として形成されている。ここで、突き当て面４５は、内フランジ部２２の幅と同様の形状に形成されている。周壁４３の外周側には、段差部２０ｂに対応する段差部４１が形成されている。フロントブラケット４は、段差部４１がステータケース２ａの段差部２０ｂに外嵌されることによって、突き当て面４５と内フランジ部２２とが面同士で当接するように固定されている。

フロントブラケット４の径方向中央には、軸方向外側に向けてボス部４０が形成されている。ボス部４０の径方向中央には、シャフト３ａの他端側を挿通するための挿通孔４２が形成され、この挿通孔４２の軸線方向内側は、ウェーブワッシャー４６が収容された軸受けハウジング４７として形成されている。そして、シャフト３ａの他端側は、シャフト３ａに圧入された軸受け９が、軸受けハウジング４７内にウェーブワッシャー４６を介して収容されるように、挿通孔４２に挿通される。なお、ウェーブワッシャー４６は、軸受け９の外輪９ａを押圧し、ボールを介して内輪９ｉにスラスト方向の力を付与している。フロントブラケット４の周縁には、周方向に３ヶ所等間隔で軸方向に沿って切り欠かれた段差部３７（図１，９参照）が形成され、ここに上述したセットボルト孔１６，２３に対応してセットボルト孔３９が形成されている。

そして、図１に示すように、セットボルト孔３９からセットボルト４８を挿通して締結することにより、フロントブラケット４及び、ステータ２、リヤブラケット５が連結される。なお、セットボルト４８の頭部は、段差部３７内に収容されることとなり、フロントブラケット４の底板部４４と面一の状態となる。

ここで、本実施形態のブラシレスモータ１の組み付け方法を説明する。
まず、図８に示すように、コイルボビン６０にコイル７を巻き付ける。具体的には、巻き始め端のターミナル８０ａにコイル７を絡げ、巻線部６２に巻き付けていく。ここで、ターミナル８０ａから引き回されるコイル７は、巻線部６２に巻き付けるコイル７と方向性が異なるが（図８中Ｋ参照）、ターミナル８０ａから引き回されるコイル７の１周目を傾斜部６９に逃がすことで、重なり合うコイル７が干渉することがなく容易に巻装作業を行うことができる。

次に、図６，９に示すように、コイルボビン６０の装着孔６３に分割ティース６１を装着し、分割ティース６１の突部６７と本体コア２４のあり溝１７とを嵌合させる。そして、分割コア１８をあり溝１７に押し込む際、コイルボビン６０に形成された逃げ溝６８を通して、直接分割ティース６１の突部６７をピン等で押し付けることによりステータコア２ｂが組み付けられる。そして、ステータコア２ｂをステータケース２ａに内嵌固定する。

次に、ステータケース２ａの一端側（後側）でターミナル８０とリード線３２とを基板８を介して接続し、軸受け１０が圧入されたリヤブラケット５によって閉塞する。そして、リード線３２をリヤブラケット５の引き出し孔から引き出した後、固定板３５によりグロメット３８を挟んでボルト３６により締結固定する。

一方、予めマグネット３ｂが着磁されたロータ３のシャフト３ａの他端側から軸受け９を圧入する。この時、軸受け９の内輪９ｉ側がシャフト３ａの段付部２１に突き当たるまで圧入する。
そして、ステータケース２ａの他端側（前側）からロータ３を挿入し、リヤブラケット５の軸受けハウジング５４内に圧入された軸受け１０の内輪１０ｉ側にシャフト３ａの段付部１９が突き当たるまで圧入する。

次に、ステータケース２ａの他端側の開口部をフロントブラケット４により閉塞する。この時、軸受け９を軸受けハウジング４７内にウェーブワッシャー４６を収容し、ウェーブワッシャー４６により軸受け９の外輪９ａを押圧した状態でセットするとともに、ステータケース２ａの内フランジ部２２とフロントブラケット４の突き当て面４５（図５参照）とを面同士で当接させる。

そして、セットボルト４８をセットボルト孔１６，２３，２５，３９に挿通し、締結することでフロントブラケット４及びステータ２、リヤブラケット５が連結される。
ここで、セットボルト４８により締結作業が終了すると、ブラシレスモータ１の内部が与圧される。具体的には、ウェーブワッシャー４６が軸受け９の外輪９ａ側に当接することにより、その圧力がボールを介して軸受け９の内輪９ｉ側へ伝わり、これら内外輪９ｉ，９ａ間の内部すきまによるガタツキをなくし、軸受け９の内輪９ｉ側からロータ３のシャフト３ａを介して軸受け１０の内輪１０ｉ側へ伝わり、軸受け１０の内外輪１０ｉ，１０ａ間の内部すきまによるガタツキをなくすこととなる。これにより、各軸受け９，１０の内外輪９ｉ，９ａ，１０ｉ，１０ａ全てが圧入固定された状態となるため、止めネジ等で軸受けを固定する必要がなく、部品点数を削減した上で各軸受け９，１０内部すきまを０にすることができる。これにより、ブラシレスモータ１の小型軽量化を図ることができるとともに、ブラシレスモータ１作動時の振動、騒音を抑制することが可能となる。

したがって、上述の実施形態によれば、ステータケース２ａの他端側の開口部に、径方向内側に張り出す内フランジ部２２を形成するとともに、フロントブラケット４の周壁４３を突き当て面４５として厚肉形成し、ステータケース２ａとフロントブラケット４とをこれら内フランジ部２２と突き当て面４５とで当接させることで、ステータケース２ａとフロントブラケット４との接触面積を向上させることができる。これにより、ステータケース２ａとフロントブラケット４との間の熱抵抗を減少させることができるため、コイル７により発熱した熱がステータコア２ｂからステータケース２ａ、フロントブラケット４を伝って効率的に熱引きを行うことができる。
したがって、コイル７の温度上昇を抑制することができるため、コイル７の巻数を増やして定格トルクを向上させることができる。また、ステータケース２ａとフロントブラケット４との接触面積が向上することで、組み付け時のステータコア２ｂの位置決めも容易となるため、作業効率を向上させることが可能となる。

また、巻き始め端のターミナル８０ａから引き回されるコイル７の巻き始めを、コイルボビン６０に形成された傾斜部６９に逃がすことで、方向性の異なるコイル７同士が重なり合って干渉することがない。つまり、コイルボビン６０自体を大型化せず、コイルボビン６０の上フランジ部６４をスロープ状に傾斜させるのみの容易な加工でコイル７の巻き乱れを防ぐことができるため、ブラシレスモータ１の小型化を図った上で、安価にコイル７の占積率を向上させることができる。そして、コイル７の巻装作業の際に巻き乱れがないため、組み付け作業を容易に行うことができる。

さらに、コイルボビン６０の拡大部６６に逃げ溝６８が形成されているため、コイルボビン６０に分割ティース６１を装着させた際、分割ティース６１の突部６７が平面視で突出することになる。そのため、分割ティース６１の突部６７を本体コア２４のあり溝１７に嵌合させる際に、従来のようにコイルボビン越しに分割ティースを押し付けるではなく、逃げ溝６８を通して分割ティース６１を直接押し付けることができる。したがって、分割コア１８を樹脂等からなるコイルボビン６０越しに押し込む場合に比べ、コイルボビン６０にダメージを与えず、分割コア１８を本体コア２４に嵌合させることができる。

また、本体コア２４における補極ティース１２の根元部１３が扇状に広がり、傾斜した肩部１４を備えているため、コイル７から発生する磁束に対応した磁路幅を充分に確保するとともに、セットボルト４８のセットボルト孔２３形成スペースを確保しつつ、継鉄部１１の肉厚を薄く形成することができる。
つまり、継鉄部１１の肉厚を薄く形成することで、隣接する補極ティース１２間に形成されるスロット１５のスペースを大きく確保することができるため、ブラシレスモータ１自体を大型化したり、コイル７を複雑な巻き方にすることなく、コイル７の断面積を増やすことができる。
また、例えばブラシレスモータ１の高出力化を図り、軸長の長いブラシレスモータ１を製作する際に大径のセットボルト４８を用いる場合でも、本体コア２４の根元部１３にセットボルト孔１６の形成スペースを充分に確保することができるため、ブラシレスモータ１を径方向に大型化させることなく、高出力のブラシレスモータ１を製作することが可能である。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、本実施形態においては、ステータケースの他端側（前側）の開口部に内フランジ部を形成したが、一端側（後側）の開口部にも内フランジ部を形成してもよい。
本実施形態において、コイル逃げ部をスロープ状に傾斜させたが、コイルの巻き始めを逃がす構造であれば、溝状に形成してもよい。また、逃げ溝の形状を半円状に形成したが、分割ティースを直接押し込める構造であれば、適宜設計変更可能である。

さらに、セットボルト孔は、Ｕ字溝形状に形成してもよい。また、補極ティースの根元部であって、各セットボルト孔の間にブラシレスモータを取り付けるためのボルト孔を形成してもよい。

本発明の実施形態のブラシレスモータの部分断面図である。 ステータコアの平面図である。 ステータケースを後側から視た平面図である。 ステータケースを前側から視た平面図である。 図４のＢ−Ｂ’線に相当する断面図である。 ステータコアの分解斜視図である。 コイルボビンを示し、（ａ）は左側面図、（ｂ）は平面図である。 分割コアの平面図である。 ブラシレスモータの分解斜視図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ ２ａ ステータケース ２ｂ ステータコア ３ ロータ ４ フロントブラケット ７ コイル １１ 継鉄部 １２ 補極ティース（ティース） ２２ 内フランジ部 ４３ 周壁 ６１ 分割ティース（ティース）

Claims (2)

1. ステータケースと、
   前記ステータケースに内装されコイルを巻装してある複数のティースを備えたステータコアと、
   前記ステータコアの内側に軸受けを介して支持され前記ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記ステータケースの開口部周縁には、径方向内側に張り出す内フランジ部が前記ステータコアに軸方向で重なるように形成され、
   前記内フランジ部には、軸方向の外側から前記内フランジ部に当接して前記開口部を閉塞するブラケットが固定されるとともに、前記ステータコアが軸方向の内側から当接し、
   前記ステータコアは、外周面が前記ステータケースの内周面に密接するように前記ステータケースに内嵌固定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記ブラケットの周壁は厚肉に形成され、ここに前記内フランジ部との当接可能な突き当て面を備えていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。

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