JP2006271193A

JP2006271193A - モータ

Info

Publication number: JP2006271193A
Application number: JP2006053881A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakajo; 誠中條
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】同一サイズのコアブロックを用いて様々なトルク特性を有する多極モータが製造できる扁平なモータを提供する。
【解決手段】ステータ７はコ字状に形成されたコアブロック８の胴部８ａにマグネットワイヤ９が巻き付けられ、通電によりコア脚部８ｂの対向面に磁束作用面が形成され独立した磁気回路が形成される当該コアブロック８が取付プレート５上にロータ１を囲んで配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＤＣブラシレスモータ、ステッピングモータなどのモータに関する。

インナーロータ型モータの一例として、ＤＣブラシレスモータを図１１に示す。ロータ５１及びステータ５６は、モータケース５３ａ、取付板５３ｂに囲まれた空間に設けられる。ロータ５１は出力軸５２がモータケース５３ａ、取付板５３ｂに各々設けられた軸受（ベアリング）５４ａ、５４ｂに回転可能に支持されている。ロータ５１は出力軸５２に環状のマグネット５５が一体に組み付けられている。マグネット５５は、周面部がＮ極・Ｓ極交互に着磁されている。

図１２において、ステータ５６は、ロータ５１を囲んでステータコア５７が制御基板６０上に設けられる。ステータコア５７はリング状のコア本体５７ａに出力軸５２に向けてティース部５７ｂが放射状に突設されている（図１３参照）。各ティース部５７ｂにはインシュレータ５８を介してマグネットワイヤ５９が巻き回される。ステータコア５７は、モータ駆動回路が設けられた制御基板６０と共にモータケース５３ｂに組み付けられる。
制御基板６０に設けられた制御部は、マグネットワイヤ５９に所定のタイミングで通電制御することでティース部５７ｂの先端面に形成されるステータ磁極と、ティース部５７ｂに対向するマグネット５５のロータ磁極との反発吸引を繰り返して回転子５１が回転するようになっている。

図１３において、ステータコア５７はケイ素鋼板を打ち抜いてリング状のコア本体５７ａにティース部５７ｂを径方向内側に向けて突設したコアプレートを複数積層してかしめることにより形成される積層コアが用いられる。
このような積層コアを用いる場合、母材となるケイ素鋼板の材料取りが悪くなり、材料の無駄が多い。また、ティース部５７ｂの間隔は巻線機のノズルが進入するスペース分だけ空ける必要があるため、各ティース部５７ｂに巻き付けるコイルの巻数を増やすには限界がある。よって、トルクを必要とするモータは、径の大きなステータコア５７を用いるか、ステータコア５７の積層枚数を増やす必要がある。ステータコア５７のサイズを変える場合は固定子金型を新規に起こす必要があり、設備投資が増大する。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、同一サイズのコアブロックを用いて様々なトルク特性を有する多極モータが製造できる扁平なモータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ロータとステータを備えたモータにおいて、ステータはコ字状に形成されたコアブロックの胴部にマグネットワイヤが巻き付けられた当該コアブロックが周方向に複数配設され、通電によりコア脚部の対向面に磁束作用面が形成されて各コアブロックで独立した磁気回路が形成されることを特徴とする。
また、ロータを出力軸と一体に支持し、当該ロータを囲んでステータが設けられるインナーロータ型のモータであって、コアブロックが取付プレート上でロータを囲んで配置されることを特徴とする。
また、各コアブロックはコ字状に打ち抜かれた鋼板を積層した積層コアであり、凹部を出力軸に向けて積層端面側が取付プレートに組み付けられることを特徴とする。
また、コアブロックはＬ字状のブロック片の一片どうしをマグネットワイヤが巻き付けられたボビンの巻芯部の貫通孔へ両側から挿入して互いに重ね合わせて組み付けられていることを特徴とする。
或いは、コアブロックはＬ字状のブロック片とＩ字状ブロック片が関節部を介して展開可能に連設されており、展開されたＩ字状ブロック片をマグネットワイヤが巻き付けられたボビンの巻芯部の貫通孔を通過させてボビンをＬ字状のブロック片へ組み付け、Ｉ字状ブロック片を関節部で折り曲げてＬ字状ブロック片と一体に組み付けられることを特徴とする。
また、取付プレートは非磁性体よりなる金属プレートが用いられることを特徴とする。
また、ロータは、板厚方向に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成された円筒状若しくは円板状のマグネットの磁極面がコアブロックの凹部を通過するように組み付けられることを特徴とする。
或いはロータは、板厚方向に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成された円筒状若しくは円板状のマグネットであって、各磁極間には非磁性部が介在してセグメント化されていることを特徴とする。

また、ロータハウジング内にリング状のマグネットが設けられ出力軸を中心に回転するロータと、該出力軸を回転可能に支持するステータハウジングとコアブロックが組み付けられるステータを備えたアウターロータ型のモータであって、各コアブロックは凹部をマグネットに向けて取付プレートに組み付けられることを特徴とする。

ロータハブにリング状のマグネットが設けられ出力軸を中心に回転するロータと、出力軸を回転可能に支持するステータハウジングとコアブロックが組み付けられるステータを備えたモータであって、コアブロックが取付プレート上で凹部を軸方向と平行にマグネットに向けかつ胴部をプレート面に対向させて配置されることを特徴とする。

上述した各種のモータを用いれば、ステータはコ字状に形成されたコアブロックの胴部にマグネットワイヤが巻き付けられ、通電によりコア脚部の対向面に磁束作用面が形成され独立した磁気回路が形成される当該コアブロックが取付プレート上で周方向に複数配置される。よって、通電によりステータの各コアブロックに独立して磁気回路が形成されるため、ステータコアを製造する際の材料の無駄が減るため製造コストが削減できる。また、マグネットワイヤは、コ字状のコアブロックの胴部に巻き付けられるため巻数を稼ぐことができ、同じサイズのモータに比べてトルク性能が向上する。
また、コアブロックはＬ字状のブロック片の一片どうしをマグネットワイヤが巻き付けられたボビンの巻芯部の貫通孔へ両側から挿入して互いに重ね合わせて組み付けられ、或いは展開されたＩ字状ブロック片をマグネットワイヤが巻き付けられたボビンの巻芯部の貫通孔を通過させてボビンをＬ字状のブロック片へ組み付け、Ｉ字状ブロック片を関節部で折り曲げてＬ字状ブロック片と一体に組み付けられると、ボビンとコアの組立てが個別に行なえるのでモータの組立性が向上する。
また、ステータコアはコアブロックが取付プレート上に個別に配置されるので、径方向位置を変えることで、各コアブロックの積厚を変化させるか新たにコアブロックを増やすことができる。このため、軸方向へのコアサイズの変更なしに様々なサイズの扁平なモータが製造でき、同一サイズのコアブロックの径方向位置を変えることで性能の異なる多極モータを実現することができる。
また、ロータは、板厚方向に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成された円筒状若しくは円板状のマグネットであって、各磁極間には非磁性部が介在してセグメント化されていると、マグネットの磁極から対向するコアの磁極へ向かう磁束量を増やすことができるので、回転トルク向上が期待できる。

以下、本発明に係るインナーロータ型モータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本発明に係るモータは、ロータを出力軸と一体に支持し、当該ロータを囲んでステータが設けられるインナーロータ型のＤＣモータ、或いはロータハウジング内にリング状のマグネットが設けられ出力軸を中心に回転するロータと、出力軸を回転可能に支持するステータハウジングとコアブロックが組み付けられるステータを備えたアウターロータ型のＤＣモータ等に広く適用である。

図１及び図２を参照して、インナーロータ型モータの概略構成について説明する。
図２において、ロータ１は、周縁部に軸方向にＮ極・Ｓ極に交互に着磁されたマグネット２を有するカップ状の回転磁性体３が、非磁性材料からなる出力軸４と一体となって回転するようになっている。ロータ１は、マグネット２と回転磁性体３が出力軸４をインサートして一体成形により製造しても良い。図１において、出力軸４は取付プレート５に支持されたベアリング６を介して回転可能に支持されている。取付プレート５は後述するコアブロック８に形成される磁気回路への影響を考慮すると非磁性材料（アルミ板など）からなる金属プレートが好適に用いられる。或いは各コアブロック８の磁束漏れ等による磁気回路への影響を回避できれば、磁性材料であってもよい。

図２において、ステータ７は、ロータ１を囲んで配置される。ステータ７はコ字状に形成されたコアブロック８が取付プレート５に組み付けられる。図１において、コアブロック８の胴部８ａにはマグネットワイヤ９が巻き付けられ、通電によりコア脚部８ｂの対向面に磁束作用面が形成され独立した磁気回路が形成されるようになっている（図３参照）。マグネットワイヤ９は、インシュレータ１０を介して胴部８ａにコイル状に巻き付けられる。或いはマグネットワイヤ９は絶縁処理された胴部８ａに直接巻き付けても良い。

このように、鋼板を打ち抜いて形成される積層コアの材料の無駄が減るため、製造コストが削減できる。また、マグネットワイヤ９はコアブロック８の胴部８ａに巻き付けられるため、巻線空間が広く確保できるため巻数を稼ぐことができ、同じサイズのモータに比べてトルク性能が向上する。また、巻線機のノズルが進入する空間を広く確保できるため、製造工程も簡略にできる。また、マグネットワイヤ９はコアブロック８の胴部８ａに巻き付けられるため、コアブロック８を回転させてマグネットワイヤ９を巻くボビン巻のような簡易な巻線機を用いた巻線も可能になる。

ロータ１とステータ７は、取付プレート５とカップ状に形成されたモータケース１１に囲まれた空間に収納される。モータケース１１には、モータ駆動回路が設けられた制御基板１２が固定される。制御基板１２に設けられた制御部は、マグネットワイヤ９へ所定のタイミングで通電制御することでコア脚部８ｂの対向面に形成されるステータ磁極と、コア脚部８ｂに対向するマグネット２のロータ磁極との反発吸引を繰り返してロータ１が回転する。

また、図３において、各コアブロック８は例えばコ字状に打ち抜かれた電磁鋼板（ケイ素鋼板）を積層してかしめた積層コアが用いられる。或いは、Ｌ字状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層した積層コアどうしを組み合わせて、マグネットワイヤ９が巻き付けられたインシュレータ１０の巻芯部に挿入されてコ字状のコアブロック８が形成される。図２において、各コアブロック８は、凹部８ｃを出力軸４に向けて放射状に配置され、積層端面側に突設された突部８ｄを取付プレート５に設けられた孔に嵌め込んで組み付けられる。

図２に８極１２スロット用のステータ配置例を示す。カップ状のロータ１は、板厚方向（軸方向）に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成されたマグネット２の磁極面がコアブロック８の凹部８ｃを通過するように組み付けられる（図１及び図３参照）。ロータ磁極面がコアブロック８の凹部８ｃを通過するように配置することで、同じサイズのモータでもロータ径の大きいモータを製造できる。

モータサイズを変更する場合、或いはマグネットワイヤ９の巻数を増やしてトルク性能を向上させたい場合には、図４において、コアブロック８を取付プレート５の径方向外側に位置をずらして組み付ける。これにより、コアブロック８どうしの間隔が広がり、（或いはコアブロック８の数を増やす）ことができるため、軸方向へのコアサイズの変更なしに様々なサイズの扁平なモータが製造でき、同一サイズのコアブロック８を用いて性能の異なる多極モータを実現することができる。

また、図５は、コアブロック８の数を減らして各ブロックを径方向内側に位置をずらせて径方向及び高さ方向に小型化を図った４極６スロットのステータ配置例を示す。コアブロック８の間隔が広がった分だけ、コアの積厚を増大させることができるので、小型でも同サイズの図８に示す一体型の積層コアを用いたモータに比べて、トルクの大きい扁平なモータを製造することができる。

次に、アウターロータ型のＤＣブラシレスモータへの適用例について図６を参照して説明する。図６において、ロータ１３は、ロータハウジング１４内にリング状のマグネット１５が設けられており、出力軸１６を中心に回転する。ステータ１７には、ステータハウジング１８とコアブロック１９が組み付けられる。具体的には、ステータハウジング１８は出力軸１６を回転可能に支持している。出力軸１６は筒状のステータハウジング１８の軸孔に設けられたベアリング１９により回転可能に支持されている。

ステータハウジング１８には制御基板２１及び取付プレート２２が一体に組み付けられる。取付プレート２２は各コアブロック１９の磁束漏れ等による磁気回路への影響がなければ、非磁性材料或いは磁性材料のいずれであってもよい。取付プレート２２上にはコアブロック１９が所定間隔で組み付けられ、各コアブロック１９はロータ１３に囲まれて配置される。各コアブロック１９の胴部１９ａにはインシュレータ２３を介してマグネットワイヤ２４が巻き付けられ、通電によりコア脚部１９ｂの対向面が磁束作用面となる独立した磁気回路が各々形成されるようになっている。また、コアブロック１９はコ字状若しくはＬ字状に打ち抜かれた電磁鋼板が積層された積層コアが用いられ、凹部１９ｃをマグネット１５に向けて積層端面側に突設された突部１９ｄを取付プレート２２に穿孔された孔に嵌め込まれて組み付けられる。

ロータ１３は、板厚方向（軸方向）に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成されたリング状のマグネット１５の磁極面がコアブロック１９の凹部１９ｃを通過するように組み付けられる。マグネット１５の磁極面がコアブロック１９の凹部１９ｃを通過するように配置することで、同じコアサイズのモータでもロータ径の小さいモータを製造できる。モータサイズを変更する場合、或いはマグネットワイヤ２４の巻数を増やしてトルク性能を向上させたい場合には、図４と同様にコアブロック１９を取付プレート２２の径方向外側に位置をずらして組み付ける。これにより、軸方向へのコアサイズの変更なしに様々なサイズの扁平なモータが製造でき、同一サイズのコアブロック１９を用いて性能の異なる多極モータを実現することができる。

次に、図７に更に他例に係るモータの実施形態を示す。図６と同一部材には同一番号を付して説明を援用するものとする。

ロータ２５は、ロータハブ２６の外周にリング状のマグネット２７が設けられている。ロータハブ２６には出力軸１６の一端が一体に組み付けられており、ロータ２５は出力軸１６を中心に回転する。ステータ２８には、ステータハウジング２９とコアブロック１９が組み付けられる。具体的には、ステータハウジング２９は出力軸１６を回転可能に支持している。出力軸１６は筒状のステータハウジング２９の軸孔に設けられたベアリング１９により回転可能に支持されている。

ステータハウジング２９には取付プレート２２が一体に組み付けられる。取付プレート２２は各コアブロック１９の磁束漏れ等による磁気回路への影響がなければ、非磁性材料或いは磁性材料のいずれであってもよい。取付プレート２２上にはコアブロック１９が所定間隔で組み付けられる。各コアブロック１９の胴部１９ａにはインシュレータ２３を介してマグネットワイヤ２４が巻き付けられ、通電によりコア脚部１９ｂの対向面が磁束作用面となる独立した磁気回路が各々形成されるようになっている。また、コアブロック１９はコ字状若しくはＬ字状に打ち抜かれた電磁鋼板が積層された積層コアが用いられる。

各コアブロック１９は、凹部１９ｃを軸方向と平行にマグネット１５に向け胴部１９ａをプレート面に対向させて配置され、コア脚部１９ｂの両側を取付プレート２２に突設された保持部２２ａに挟み込まれて取付プレート２２に組み付けられる。取付プレート２２には、インシュレータ２３及びマグネットワイヤ２４との干渉を回避するための逃げ凹部２２ｂが保持部２２ａの間に形成されている。取付プレート２２には、ロータ２５及びステータ２８を覆ってモータケース３０が組み付けられる。モータケース３０内には、制御基板３１が固定されている。

ロータ２５は、径方向に着磁されたリング状のマグネット２７の磁極面がコアブロック１９の凹部１９ｃを通過するように組み付けられる。このようにロータ２５がステータ２８に対して中間配置され、ロータ磁極面がコアブロック１９の凹部１９ｃを通過するようにすると、同じサイズのコアブロック１９を用いて任意のロータ径（ロータハブ２６の長さ）に対応したモータを製造できる。モータサイズを変更する場合、或いはマグネットワイヤ２４の巻数を増やしてトルク性能を向上させたい場合には、取付プレート２２を交換することでコアブロック１９の径方向位置を変更して組み付ける。これにより、軸方向へのコアサイズの変更なしに様々なサイズの扁平なモータが製造でき、同一サイズのコアブロック１９を用いて性能の異なる多極モータを実現することができる。

ここでロータ及びステータの他例について、図８乃至図１０を参照して説明する。
図８（ａ）において、ロータは、板厚方向（軸方向）にＮ極（Ｓ極）・Ｓ極（Ｎ極）に着磁され、周方向に異なる磁極が交互に形成された円板状のマグネット３２が用いられる。この場合、図８（ｂ）において、マグネット３２の各磁極間には非磁性部３３が介在して各磁極がセグメント化されているのが好ましい。これにより図８（ｃ）において、マグネット３２の磁極から隣り合う異なる磁極へ向かう磁束を減らして対向するコアブロック３４に作用する磁束量が増えるので回転トルクの向上が期待できる。

次に、図９（ａ）において、コアブロック３５はＬ字状のブロック片３５ａ、３５ｂを組み合わせて形成されるようにしてもよい。この場合、図９（ｂ）において、ブロック片３５ａ、３５ｂの一片３５ｃ、３５ｄどうしをマグネットワイヤ３６が巻き付けられたボビン３７の巻芯部の貫通孔３７ａへ両側から挿入して互いに重ね合わせてコアブロック３５が組み立てられる。例えば、図９（ｂ）においてはブロック片３５ｂの一片３５ｄにボビン３７の貫通孔３７ａを通し、該貫通孔３７ａにブロック片３５ａの一片３５ｃを挿入することで、一片３５ｃと一片３５ｄが互いに重なり合って一体に組み付けられる。

また、図１０（ａ）（ｂ）において、コアブロック３８はＬ字状のブロック片３８ａとＩ字状ブロック片３８ｂが関節部３８ｃを介して展開可能に連設されていてもよい。Ｌ字状のブロック片３８ａとＩ字状ブロック片３８ｂの端面には凹部３８ｄと凸部３８ｅが設けられている。Ｉ字状ブロック片３８ｂを関節部３８ｃを中心に起立するように回転させると、凹部３８ｄに凸部３８ｅが嵌合してコ字状に組立てられる。

コアブロック３８にボビン３７を組み付けるには、図１０（ａ）において、展開されたＩ字状ブロック片３８ｂをマグネットワイヤ３６が巻き付けられたボビン３７の巻芯部の貫通孔３７ａを通過させてボビン３７をＬ字状のブロック片３８ａへ組み付ける。
次いで、図１０（ｂ）において、Ｉ字状ブロック片３８ｂを関節部３８ｃを中心に折り曲げてＬ字状ブロック片３８ａと端面どうしを突き当てて一体に組み付けられる。
このように、ボビン３７とコアブロック３８の組立てが個別に行なえるのでモータの組立性が向上する。

尚、本実施例ではＤＣブラシレスモータについて例示したが、これに限定されるものではなく、例えばステッピングモータなどの他のモータについても適用可能である。

インナーロータ型のＤＣブラシレスモータの半断面説明図である。ロータ及びステータのレイアウト例を示す平面図である。コアブロックの斜視説明図である。ロータ及びステータのレイアウト例を示す平面図である。他例に係るロータ及びステータの平面図である。アウターロータ型のＤＣブラシレスモータの半断面説明図である。他例に係るブラシレスモータの半断面説明図である。他例に係るロータの斜視図及びロータとステータの配置構成図である。他例に係るステータコアの分解図及び組立説明図である。他例に係るステータコアの組立説明図である。従来のＤＣブラシレスモータの半断面説明図である。従来のロータ及びステータのレイアウト例を示す平面図である。従来のステータコアの平面図である。

符号の説明

１、１３、２５、ロータ
２、１５、２７、３２マグネット
３回転磁性体
４、１６出力軸
５、２２取付プレート
６、２０ベアリング
７、１７、２８ステータ
８、１９、３４、３５、３８コアブロック
８ａ、１９ａ胴部
８ｂ、１９ｂコア脚部
８ｃ、１９ｃ凹部
８ｄ、１９ｄ突部
９、２４、３６マグネットワイヤ
１０、２３インシュレータ
１１、３０モータケース
１２、２１、３１制御基板
１４ロータハウジング
１８、２９ステータハウジング
２２ａ保持部
２２ｂ逃げ凹部
２６ロータハブ
３３非磁性部
３５ａ、３５ｂ、３８ａ、３８ｂブロック片
３７ボビン
３７ａ貫通孔

Claims

ロータとステータを備えたモータにおいて、
ステータはコ字状に形成されたコアブロックの胴部にマグネットワイヤが巻き付けられた当該コアブロックが周方向に複数配設され、通電によりコア脚部の対向面に磁束作用面が形成されて各コアブロックで独立した磁気回路が形成されることを特徴とするモータ。
ロータを出力軸と一体に支持し、当該ロータを囲んでステータが設けられるインナーロータ型のモータであって、コアブロックが取付プレート上でロータを囲んで配置されることを特徴とする請求項１記載のモータ。
各コアブロックはコ字状に打ち抜かれた鋼板を積層した積層コアであり、凹部を出力軸に向けて積層端面側が取付プレートに組み付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
コアブロックはＬ字状のブロック片の一片どうしをマグネットワイヤが巻き付けられたボビンの巻芯部の貫通孔へ両側から挿入して互いに重ね合わせて組み付けられていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
コアブロックはＬ字状のブロック片とＩ字状ブロック片が関節部を介して展開可能に連設されており、展開されたＩ字状ブロック片をマグネットワイヤが巻き付けられたボビンの巻芯部の貫通孔を通過させてボビンをＬ字状のブロック片へ組み付け、Ｉ字状ブロック片を関節部で折り曲げてＬ字状ブロック片と一体に組み付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
コアブロックを組み付ける取付プレートは非磁性体よりなる金属プレートが用いられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
ロータは、板厚方向に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成された円筒状若しくは円板状のマグネットの磁極面がコアブロックの凹部を通過するように組み付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
ロータは、板厚方向に着磁され周方向に異なる磁極が交互に形成された円筒状若しくは円板状のマグネットであって、各磁極間には非磁性部が介在してセグメント化されていることを特徴とする請求項１記載のモータ。
ロータハウジング内にリング状のマグネットが設けられ出力軸を中心に回転するロータと、該出力軸を回転可能に支持するステータハウジングとコアブロックが組み付けられるステータを備えたアウターロータ型のモータであって、各コアブロックは凹部をマグネットに向けて取付プレートに組み付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ。
ロータハブにリング状のマグネットが設けられ出力軸を中心に回転するロータと、出力軸を回転可能に支持するステータハウジングとコアブロックが組み付けられるステータを備えたモータであって、コアブロックが取付プレート上で凹部を軸方向と平行にマグネットに向けかつ胴部をプレート面に対向させて配置されることを特徴とする請求項１記載のモータ。