JP2007053852A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアの回転軸方向における寸法精度に関わらず、回転軸方向における部品の取り付けを、簡易に、しかも、高い精度で行えるようにする。
【解決手段】上下のコアカバー３１，３２には、筒状部４１ａ，４２ｂの小径部４３ａ，４３ｂ端部に、小径部４３ａ，４３ｂがステータコア６の貫通孔６ａに挿入された際に、相互に嵌合する嵌合部４０が設けられており、コアカバー３１，３２の接続、一体化が可能となっており、それによって、コアカバー３１，３２に一体形成された上下のベアリングホルダ３３，３４に保持される軸受け１４ａ，１４ｂの回転軸方向における位置決めが簡易に、確実に行えるものとなっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスモータに係り、特に、組み立て作業の簡素化と共に、組み立て完了時における仕上がり寸法精度の向上等を図ったものに関する。

従来、この種のブラシレスモータとしては、例えば、特許文献１などに開示されたような構成を有してなるものが公知となっている。
すなわち、特許文献１に開示されたブラシレスモータは、永久磁石が環状に配されたロータを有し、かかるロータが回転軸に固着される一方、ロータの永久磁石に対向する外周面を有すると共に、励磁コイルが巻装されてなるステータを有するものとなっている。かかるステータを構成するステータコアの中央には、貫通孔が穿設され、この貫通孔の両端部には軸受けホルダがそれぞれ装着されている。そして、軸受けホルダには、回転軸を回転自在に保持する軸受けが固着され、回転軸は、その両端部近傍がこの軸受けによって保持されつつ、貫通孔を挿通せしめられるよう設けられたものとなっている。
さらに、ステータコアの上下の面には、励磁コイルを巻装するために、絶縁性部材材からなるコアカバーが取着されたものとなっている。

特開平９−８４３１８号公報（第２−４頁、図１）

しかしながら、上記従来のブラシレスモータにおいては、それぞれ２つの軸受けホルダ及びコアカバーが、ステータコアの上下の面にそれぞれ取着され、その取着後も、それぞれ上下別体に維持される構成であるため、ステータコアの厚み、すなわち、回転軸方向の長さの寸法精度によっては、組み立ての際、回転軸方向における２つの軸受けの位置や、回転軸の一方の端に取着されるセンサマグネットの位置などを一義的に定めることができず、それぞれの取り付け位置をその都度確認して取り付けを行わなければならず、組み立て作業が繁雑で、そのため、装置の低価格化の障害となっていたという問題があった。

すなわち、ステータコアは、一般に、例えば板厚の薄い珪素鋼板を複数枚積層して構成されるが、一枚の珪素鋼板の仕上がり寸法公差が比較的大きいため、ステータコアの回転軸方向に沿った厚みの寸法精度は比較的低くならざる得ないが現状である。
したがって、ステータコアの上下の面にそれぞれ取着される軸受けホルダの回転軸方向の距離が、ステータコアの回転軸方向の厚みによって変化することとなり、その変化の大きさは、上述のような珪素鋼板の寸法精度の粗さに起因して、本来必要とされる寸法精度を満足することができないものとなることがある。そのため、組み立て作業の度に、２つの軸受けホルダの実際の距離を計測し、その計測結果に応じて、これら軸受けホルダに固着される軸受けの位置を基準として回転軸に取着されるセンサマグネットなどの他の構成部品の取り付け位置などを決定しなければならず、作業効率が極めて悪く、装置の低価格化の障害となっていた。

また、上記従来のブラシレスモータにあっては、軸受けホルダとコアカバーは、いずれも２つずつ別体に形成されて、それぞれステータの上下の面に取着されるような構成であるために、ブラシレスモータ全体の部品点数の削減、構成の簡素化という要請に応えることができないという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、軸受けなどの回転軸方向で所定の位置での取り付を必要とする部品の取り付け作業を、ステータコアの仕上がり寸法精度に関わらず簡易に、しかも、所定の位置に確実に行うことができるブラシレスモータを提供するものである。
本発明の他の目的は、軸受けの相互の距離精度を高く維持することのできるブラシレスモータを提供することにある。
本発明の他の目的は、従来に比してより部品点数の削減、構成の簡素化を図ることのできるブラシレスモータを提供することにある。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るブラシレスモータは、
励磁コイルがステータコアに巻装されてなるステータが設けられ、当該ステータの中央部分を挿通せしめられると共に、回転可能に支持された回転軸に、前記ステータの外周面に対向するよう永久磁石が配されてなるロータが固着されてなるブラシレスモータであって、
前記回転軸の軸方向において相互に嵌合せしめられて、前記ステータをその上下から挟持するように収納するステータコア収納空間が形成される２つのコアカバーが設けられてなるものである。

本発明によれば、２つのコアカバーが嵌合により回転軸方向で接続、一体化されるため、別体とされていた従来と異なり、一体化されたコアカバーの回転軸方向における長さが、ステータコアの回転軸方向における仕上がり寸法精度に影響されることなく定まり、そのため、コアカバーの寸法精度の維持が容易となり、コアカバーと共に設けられる２つのベアリングホルダの回転軸方向での距離を一義的に定めることができ、組み立て作業の簡素化による装置の低価格化を実現することができる。
特に、コアカバーとベアリングホルダとを一体化する場合には、簡易な組み立て作業により、回転軸方向における軸受け相互の距離精度を高く維持することができ、しかも、構成部品の削減、構成の簡素化を図ることができる。
また、回転軸方向におけるステータコア収納空間の大きさ、特に、その最小寸法値を、回転軸方向におけるステータコアの厚みに寸法誤差があってもステータコアを確実に収納できる範囲に設定することで、従来と異なり、組み立ての際に、ステータコアの厚みの誤差に応じて、回転軸方向における他の部品の取り付け位置などを再設定するような作業の必要がなく、大幅な作業の簡素化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図３を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの全体的な構成について、図１を参照しつつ説明する
本発明の実施の形態におけるブラシレスモータは、ケーシング１に基部が固定されたステータ２と、このステータ２に回転自在に取り付けられたロータ３と、ステータ２に巻装された励磁コイル７への通電制御を行う電子回路が搭載された回路基板４とに大別されてなるものである。

本発明の実施の形態におけるステータ２は、ステータコア６と、このステータコア６を上下から挟持するよう装着される上下のコアカバー３１，３２と、この上下のコアカバー３１，３２を介してステータコア６に巻装される励磁コイル７とを有してなり、ロータ３の内側に配されたものとなっている。
本発明の実施の形態におけるステータコア６は、例えば、肉薄の板状に形成された珪素鋼板などの磁性体部材が多段積層されてなるいわゆる積層コア構造を有するものである。かかるステータコア６は、その中央部分に上下のコアカバー３１，３２が圧入される貫通孔６ａが穿設され、この貫通孔６ａを画成する周壁６ｂから径方向に複数のコイル巻回部８が延出されると共に、さらに、このコイル巻回部８に連設されてロータ３の永久磁石１３の回転円に対応するように円弧状に形成された磁極面９を有する公知の構成を有するものとなっている。

本発明の実施の形態における上下のコアカバー３１，３２は、合成樹脂などの絶縁性部材からなり、詳細は後述するが、それぞれ上下のベアリングホルダ３３，３４が一体化されており、この上下のベアリングホルダ３３，３４に上下の軸受け１４ａ，１４ｂが保持されて、回転軸１２が上下の軸受け１４ａ，１４ｂにより回転自在に支持されるようになっている。

ロータ３は、大凡椀型に形成されたヨーク１１を有し、その開放面がケーシング１側に、閉成面が上面を形成するようにして、その閉成面の中央部には回転軸１２が貫通される軸通孔１１ａが穿設されている。すなわち、回転軸１２には、ロータ３が軸通孔１１ａを介して圧入固着されて、スラストストッパ１５によって軸方向に支持されると共に、ケーシング１上に保持されるものとなっている。

そして、ヨーク１１の内周面には、複数の永久磁石１３が周方向で適宜な間隔を隔てて固着されており、ステータコア６の外周面と適宜な間隔を介して対向するようになっている。
また、回転軸１２には、ロータ３の上部に突出した上端部１２ａに、例えば、シロッコ型のファン５が固着されている。

ケーシング１は、モータホルダ２１と基板カバー２２とからなり、両者の間に収納空間２３が形成されて、回路基板４が収納されるようになっている。本発明の実施の形態においては、基板カバー２２がモータホルダ２１の裏面側、すなわち、換言すれば、ロータ３やステータ２が位置する側の面（表面）とは反対側でねじ止めされるようになっている。
回路基板４は、モータホルダ２１の下面側（裏面側）に突出形成された支持柱（図示せず）にねじ止めされて、ケーシング１内に保持、収納されるようになっている。かかる回路基板４は、外部から入力される制御信号に基づいて、励磁コイル７への通電を制御する公知の通電駆動回路が搭載されたものである。

また、ケーシング１内には、回転軸１２の一方の端部が臨むようになっており、その端部近傍には、センサマグネット２６が固着されている。
そして、回路基板４には、センサマグネット２６に対向する適宜な部位に、ホール素子（図示せず）が設けられており、ロータ３の回転位置に応じた検出信号が、回路基板４による励磁コイル７への通電制御に供されるようになっている。

次に、本発明の実施の形態における上下のコアカバー３１，３２について、図１及び図２を参照しつつ詳述する。
本発明の実施の形態における上コアカバー３１と下コアカバー３２は、後述する嵌合部分を除けば、基本的に同一の構成を有してなるものである。したがって、以下、上コアカバー３１の説明を行い、その際、下コアカバー３２の対応する構成要素の符号を、上コアカバー３１を構成する構成要素の符号の後に括弧書きで表記することとし、上コアカバー３１の構造の説明を以て、下コアカバー３２の構造の説明に代えることとする。

上コアカバー３１は、外観形状が概略中空筒状に形成された筒状部４１ａ（４１ｂ）を有すると共に、その筒状部４１ａ（４１ｂ）の外周面には、ステータコア６の複数のコイル巻回部８に対応した複数の鍔部４２ａ（４２ｂ）が筒状部４１ａ（４１ｂ）の径方向に沿って外方へ一体に突出形成されたものとなっている（図１参照）。
筒状部４１ａ（４１ｂ）は、小径部４３ａ（４３ｂ）と大径部４４ａ（４４ｂ）とからなり、小径部４３ａ（４３ｂ）は、ステータコア６の貫通孔６ａへ圧入可能にその外径が貫通孔６ａの内径にほぼ一致したものとなっている。鍔部４２ａ（４２ｂ）は、この小径部４３ａ（４３ｂ）から大径部４４ａ（４４ｂ）へ移る部分において、ステータコア６のコイル巻回部８に対応して外方へ一体に突出形成されている。

また、小径部４３ａ（４３ｂ）の内部、すなわち、中空円筒状に形成された部位においては、大径部４４ａ（４４ｂ）側の端部から大径部４４ａ（４４ｂ）と反対方向へ向かって徐々に小径となるテーパ形状に形成され、かつ、その中央には回転軸１２が貫通可能な軸孔４５が穿設された軸受支持片４６ａ（４６ｂ）が延設されたものとなっている。
そして、この軸受支持片４６ａと先の大径部４４ａとで、上ベアリングホルダ３３が、また、同様に、軸受支持片４６ｂと大径部４４ｂとで下ベアリングホルダ３４が、それぞれ構成され、かつ、上ベアリングホルダ３３は、上コアカバー３１に一体化され、また、下ベアリングホルダ３４は、下コアカバー３２に一体化されたものとなっている（図１参照）。

また、上コアカバー３１の小径部４３ａの大径部４４ａと反対側の端部の外周面には、嵌合段部４７が環状に形成されている（図２（Ａ）参照）。すなわち、嵌合段部４７は、上コアカバー３１の小径部４３ａ端部の外周面が環状に切り欠かれ、段部環状周壁４８が形成されたものとなっている（図２（Ａ）参照）。
一方、下コアカバー３２の小径部４３ｂの肉厚は、上コアカバー３１の小径部４３ａの肉厚に比して薄く設定されている。この下コアカバー３２の小径部４３ｂの肉厚Ｌ１は、嵌合段部４７の径方向の幅Ｌ２にほぼ等しく設定されるのが好適である（図２（Ａ）参照）。

このようにして、この実施例においては、上述の上コアカバー３１の嵌合段部４７と、この嵌合段部４７の径方向における間隔Ｌ２にほぼ等しい肉厚を有する下コアカバー３２の小径部４３ｂの端部とで嵌合部４０が構成されている（図２（Ａ）参照）。

かかる構成において、上コアカバー３１と下コアカバー３２は、次述するようにして回転軸１２の軸方向で接続され、一体化されるものとなっている。
すなわち、まず、上コアカバー３１と下コアカバー３２を、ステータコア６を上下から挟むようにしてそれぞれの小径部４３ａ，４３ｂの端部側からステータコア６の貫通孔６ａへ圧入してゆく。圧入が進み、小径部４３ａ，４３ｂの先端部分が貫通孔６ａの軸方向のほぼ中央付近に位置する付近で、下コアカバー３２の小径部４３ｂの端部が、上コアカバー３１の小径部４３ａ先端近傍に形成された嵌合段部４７に入り込んでゆく。そして、下コアカバー３２の小径部４３ｂの先端部が嵌合段部４７の底部４７ａに当接したところで、小径部４３ａ，４３ｂの嵌合が完了すると共に、圧入が完了し、それによって、上下のコアカバー３１，３２が回転軸１２の軸方向で接続、一体化されるものとなっている（図２（Ａ）参照）。

このように小径部４３ａ，４３ｂの嵌合により上下のコアカバー３１，３２が接続され一体化された状態において、上コアカバー３１の鍔部４２ａと下コアカバー３２の鍔部４２ｂの間に、これら鍔部４２ａ，４２ｂと小径部４３ａ，４３ｂの外周面の一部とによってコア収納空間４９が画成され、ステータコア６が位置せしめられるようになっている（図２（Ａ）参照）。

ここで、本発明の実施の形態においては、上述のように上下のコアカバー３１，３２が接続され一体化された状態であって、鍔部４２ａ，４２ｂに励磁コイル７が巻回されていない状態において、上コアカバー３１の鍔部４２ａと下コアカバー３２の鍔部４２ｂのコア収納空間４９内における間隔、換言すれば、回転軸１２の軸方向におけるコア収納空間４９の長さＬ３が、回転軸１２の軸方向におけるステータコア６の厚みＬ４に等しいか、又は、若干大きくなるように設定されている（図２（Ａ）参照）。

より具体的には、まず、上述のコア収納空間４９の長さＬ３とステータコア６の厚みＬ４を、それぞれ設計値と仮定する一方、Ｌ３の最小寸法公差を−αと、Ｌ４の最大寸法公差を＋βと、それぞれ仮定する。
そして、上コアカバー３１の鍔部２ａと下コアカバー３２の鍔部４２ｂのコア収納空間４９内における間隔、換言すれば、回転軸１２の軸方向におけるコア収納空間４９の長さは、回転軸１２の軸方向におけるステータコア６の厚みに対して、Ｌ３−α≧Ｌ４＋βを満足する大きさに設定されるのが好適である。

すなわち、換言すれば、設計値から最小寸法公差分だけ差し引いた値を最小寸法値、設計値に最大寸法公差分加えた値を最大寸法値と定義すると、回転軸１２の軸方向におけるコア収納空間４９の長さは、その最小寸法値が、回転軸１２の軸方向におけるステータコア６の厚みの最大寸法値以上に設定されるのが好適である。

なお、現実的には、回転軸１２の軸方向におけるコア収納空間４９の最小寸法値は、回転軸１２の軸方向におけるステータコア６の厚みの最大寸法値に対して０〜＋２ｍｍ程度とするのが好適である。これは、これ以上の差となると、上下のコアカバー３１，３２に励磁コイル７を巻装した際に、上下のコアカバー３１，３２がステータコア６になじまなくなる虞があるためである。

回転軸１２の軸方向におけるコア収納空間４９の長さが上述のように設定される結果、小径部４３ａ，４３ｂにおける嵌合により一体化された上下のコアカバー３１，３２の鍔部４２ａ，４２ｂとステータコア６との間には、上下のコアカバー３１，３２やステータコア６の実際の仕上がり状態によっては、微少隙間が生ずる場合があり得る（図２（Ａ）参照）。
しかしながら、上下のコアカバー３１，３２は、十分撓むことのできる樹脂部材から形成することで、鍔部４２ａ，４２ｂに励磁コイル７を巻回しても鍔部４２ａ，４２ｂはステータコア６に充分密着した状態となる（図２（Ｂ）参照）。

また、本発明の実施の形態においては、上下のコアカバー３１，３２は、上述したように小径部４３ａ，４３ｂにおける嵌合によって相互に接続、一体化されるため、回転軸１２の軸方向における上下のコアカバー３１，３２の長さが一義的に定まり、従来のように回転軸１２の軸方向におけるステータコア６の厚みの仕上がり精度に応じて定まるということがなくなり、製造時における従来の不確定要素が確実に排除されることとなるものである。

回転軸１２の軸方向における上下のコアカバー３１，３２の長さが一義的に定まることに伴い、上下の軸受け１４ａ，１４ｂの位置が一義的に定まり、さらには、従来と異なり、センサマグネット２６などの位置決めも機械的に行えることとなる。

しかして、かかる上下のコアカバー３１，３２に一体化された上下のベアリングホルダ３３，３４には、次述するようにして上下の軸受け１４ａ，１４ｂなどが配設されるものとなっている。
上ベアリングホルダ３３の軸受支持片４６ａには、上軸受け１４ａが、また、下ベアリングホルダ３４の軸受支持片４６ｂには、下軸受け１４ｂが、次述するようにしてそれぞれ固設されると共に、その一部は、それぞれの大径部４４ａ，４４ｂの内部に位置するものとなっている（図１参照）。

すなわち、上軸受け１４ａの軸受支持片４６ａに接する側と反対側の端面近傍の回転軸１２には、スラストストッパ１５が位置せしめられると共に、スラストストッパ１５と上軸受け１４ａとの間には、詳細な図示は省略してあるが、複数の上ワッシャ群５１ａが配されており、スラストストッパ１５と上軸受け１４ａとの間の摺動抵抗が減じされるようにしてある。ここで、上ワッシャ群５１ａは、例えば、少なくとも一つのナイロンベースのワッシャと、ＮＢＲゴムからなるワッシャと、ＰＯＭ（ポリアセタール）とから構成されたものとするのが好適である。

そして、上軸受け１４ａのスラストストッパ１５側の外周面に環状に当接すると共に、大径部４４ａの内周面に当接するよう大径部４４ａに圧入された上軸受けストッパ５２ａによって、上軸受け１４ａは、軸受支持片４６ａに固着されるものとなっている。なお、上軸受けストッパ５２ａと大径部４４ａ側の小径部４３ａの端部との間には、潤滑油を含んだフェルト５３が配されており、焼結金属によって形成された上軸受け１４ａに潤滑油が供給できるようになっている。

一方、下軸受け１４ｂの軸受支持片４６ｂに接する側と反対側の端面近傍には、回転軸１２に固着されたセンサマグネット２６の端面が位置するようになっている。そして、双方の間には、複数の詳細な図示は省略してあるが、複数の下ワッシャ群５１ｂが配されており、センサマグネット２６と下軸受け１４ｂとの間の摺動抵抗が減じられるようにしてある。なお、下ワッシャ群５１ｂの好適な構成例は、先の上ワッシャ群５１ａと同様である。

そして、下軸受け１４ｂのセンサマグネット２６側の外周面に環状に当接すると共に、大径部４４ｂの内周面に当接するよう大径部４４ｂに圧入された下軸受けストッパ５２ｂによって、下軸受け１４ｂは、軸受支持片４６ｂに固着されるものとなっている。なお、下軸受けストッパ４６ｂと小径部４３ｂの端部との間には、潤滑油を含んだフェルト５３が配されており、焼結金属によって形成された下軸受け１４ｂに潤滑油が供給できるようになっている。

上述の構成例において、嵌合部４０は、上コアカバー３１の小径部４３ａに形成された段部環状周壁４が、下コアカバー３２の小径部４３ｂの内部へ嵌まり込むような構成としたが、必ずしもこのような構成に限定される必要はないことは勿論である。
例えば、上述の構成例とは逆に、嵌合段部４７を下コアカバー３２の小径部４３ｂに設け、上コアカバー３１の小径部４３ａの径方向における肉厚を嵌合段部４７の径方向における幅Ｌ２にほぼ等しく設定した構成としてもよい。

また、嵌合の形態は、上述の構成例のようなものに限定される必要はなく、他の嵌合形態であってもよいことは勿論である。
すなわち、例えば、図３に示されたように、上述の構成例同様、上コアカバー３１の小径部４３ａの端部外周面に嵌合段部４７Ａを形成する一方、下コアカバー３２の小径部４３ｂの端部内周面に嵌合段部４７Ｂを形成した構成としてもよい。かかる構成においては、上コアカバー３１の小径部４３ａの段部環状周壁４８ａが下コアカバー３２の嵌合段部４７Ｂに、下コアカバー３２の小径部４３ｂの段部環状周壁４８ｂが上コアカバー３１の嵌合段部４７Ａに、それぞれ嵌り込んで嵌合し、上下のコアカバー３１，３２が接続、一体化されるものである。

また、上述の構成例においては、上下のベアリングホルダ３３，３４を、上下のコアカバー３１，３２に一体化したが、上下のベアリングホルダ３３，３４のいずれか一方のみがコアカバー３１，３２に一体化される構成であってもよい。
さらに、本発明の実施の形態における上下の軸受け１４ａ，１４ｂは、含油軸受けであるが、これに限定される必要はないことは勿論であり、例えば、玉ベアリングなどの他の種類の軸受けであってもよい。

本発明の実施の形態におけるブラシレスモータの構成例を示す縦断面図図である 図１に示されたブラシレスモータの上下のコアカバーの嵌合部分の拡大断面図であり、図２（Ａ）は励磁コイルを巻回す前の嵌合部を示す拡大断面図、図２（Ｂ）は励磁コイルを巻回した状態の嵌合部を示す拡大断面図である。 上下のコアカバーの嵌合部の他の実施例を示す断面図である。

符号の説明

３１…上コアカバー
３２…下コアカバー
３３…上ベアリングホルダ
３４…下ベアリングホルダ
４０…嵌合部
４１ａ，４１ｂ…筒状部
４２ａ，４２ｂ…鍔部
４６ａ，４６ｂ…軸受支持片
４９…コア収納空間

Claims (6)

1. 励磁コイルがステータコアに巻装されてなるステータが設けられ、当該ステータの中央部分を挿通せしめられると共に、回転可能に支持された回転軸に、前記ステータの外周面に対向するよう永久磁石が配されてなるロータが固着されてなるブラシレスモータであって、
   前記回転軸の軸方向において相互に嵌合せしめられて、前記ステータコアをその上下から挟持するように収納するステータコア収納空間が形成される２つのコアカバーが設けられてなることを特徴とするブラシレスモータ。
2. コアカバーは、ほぼ中空円筒状に形成された筒状部と、前記筒状部の外周面において周方向で適宜な間隔を隔てて径方向へ突出形成された複数の鍔部とが設けられてなると共に、前記筒状部の一方の端部には、対となる他方の筒状部の一方の端部と共に嵌合部が形成されるよう構成されてなることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 筒状部の鍔部が突出形成された近傍の部位には、回転軸を回動可能に支持する軸受けが保持されるベアリングホルダが一体形成されてなることを特徴とする請求項２記載のブラシレスモータ。
4. ベアリングホルダは、軸受けが取着可能に筒状部の中空部の内壁に突出形成され、かつ、回転軸が貫通可能な軸孔が穿設されてなる軸受支持片を有してなることを特徴とする請求項３記載のブラシレスモータ。
5. ２つのコアカバーの嵌合により形成されるコア収納空間の回転軸方向に沿う長さの最小寸法値は、ステータコアの回転軸方向における長さの最大寸法値以上に設定されてなることを特徴とする請求項４記載のブラシレスモータ。
6. コア収納空間の回転軸方向に沿う長さの最小寸法値は、ステータコアの回転軸方向における長さの最大寸法値に対して０以上で＋２ｍｍを越えない範囲であることを特徴とする請求項５記載のブラシレスモータ。

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