JP2007202325A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ部とステータ部をケース部材の内部に収容する構成のブラシレスモータにおいて、高温環境下における軸受部の潤滑油の劣化や消耗が生じ軸受の破壊等の不具合が発生するという課題を解決し、高温環境下においても長時間にわたり安定した回転性能を有する優れたブラシレスモータを提供することを目的とする。
【解決手段】大径部３ａとこれより小さい外径寸法の小径部３ｂとを備える軸受３により二つの軸受を一体化して大径部３ａをケース部材２に取り付け、ロータフレーム４ａの天面の中央にロータフレーム４ａの内側に向けて突出して形成した凹部４ｄの内側に軸受３の小径部３ｂを収容し、小径部３ｂの外周と凹部４ｄの内周との間に形成された空間に軸受の潤滑油と同一の成分の溶媒を有する磁性流体８を充填したブラシレスモータ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに関し、特に軸受の潤滑油の保持構造に関するものである。

小型で取り扱い性に優れたブラシレスモータとして、ロータ部とステータ部をケース部材の内部に収容し、さらに、ステータ部にステータコイルの通電切り替えを行う駆動回路を実装したものが公知である。（例えば特許文献１参照）
図３に上記特許文献１に開示されたブラシレスモータを示す。

図３において３１はモータを駆動し一定回転数に制御するために必要な回路素子を実装した金属プリント基板であり、その中央付近に第１の含油メタル３２ａ（軸受）が直接嵌合されている。鉄心３３（ステータコア）にインシュレータ３４を介して電機子巻線３５（ステータコイル）が巻装された電機子（ステータコイル組立部）が前記金属プリント基板３１上に設置され、前記インシュレータ３４には複数の突起部３４ａが有り、金属プリント基板３１に挿入され回転子の磁気的吸引力を受けるスラスト板３６によりはさみ込み前記突起部を溶着にて固定して固定子（ステータ部）を構成している。そして周方向にＮ極、Ｓ極を交互に着磁した円筒状のマグネット３７を固着したロータフレーム３８とロータフレーム３８の中央部にバーリング加工を施して圧入した回転軸３９とで回転子（ロータ部）を構成している。その回転子（ロータ部）が前記第１の含油メタル３２ａ（軸受）に挿入されている。モータの骨格を形成する鋼板のフレーム４０（ケース部材）の中央部に第２の含油メタル３２ｂ（軸受）が圧入してあり、前記回転子（ロータ部）の回転軸３９に回転自在に支持できるように挿入され、前記固定子（ステータ部）を圧入又はカシメにより結合しブラシレスモータ３０を構成している。

以上のように、それまでフレーム（ケース部材）の開放端側を塞ぐために要した底板を金属プリント基板で兼用することにより、薄型化および部材の削減を図るものである。
実用新案登録第２５３２４８９号公報（第１−２頁、図１）

しかしながら、上記従来の構成では、第１の含油メタルはフレームに、第２の含油メタルは金属プリント基板にそれぞれ別に固定されているため、二つの含油メタル中心の同心精度を高くすることに限界があった。また、出力側の第１の含油メタルには大きな負荷加重が加わるので発熱が大きく、特に高温環境下においてこれによる潤滑油の劣化や消耗が生じ軸受の破壊等の不具合が発生するという課題があった。

本発明は、従来のロータ部とステータ部をケース部材の内部に収容する構成のブラシレスモータにおける上記の課題を解決することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、大径部とこの大径部より小さい外径寸法を有する小径部とを備える軸受により二つの軸受を鉄系の焼結合金により一体化し、大径部をケース部材に取り付け、ロータフレームの天面の中央にロータフレームの内側に向けて凹部を突き出し形成し、軸受の小径部をロータフレームの凹部の内側に収容し、軸受の小径部の外周とロータフレームの凹部の内周との間に形成された空間に軸受の潤滑油と同一の成分の溶媒を有する磁性流体を充填し、ロータフレームの凹部の開口部付近に形成された空間
から磁性流体の流出を防止する流出防止手段を備えたブラシレスモータである。

本発明の請求項１に記載の発明によれば、二つの軸受を一体化してモータの出力側に取り付けることにより同心精度の向上と対負荷性能を高め、さらに、軸受の小径部の外周とロータフレーム天面凹部の内周との間に形成された空間を潤滑油の溜部として活用することにより、充填された磁性流体の潤滑油を軸受へ補給することが可能となるという作用を有する。

加えて、磁性流体により、軸受の発熱がロータフレームに伝導して放熱されるので、軸受の温度上昇をより低減することができるという有利な効果が得られる。

この構成によれば、軸受に大きな負荷加重が加わる条件下においても軸受の発熱を抑制できるので、潤滑油の劣化や消耗を低減できる。さらに、モータ内部の空間を有効に活用して潤滑油の溜部を形成することにより、高温環境下においても長時間にわたり安定した回転性能を有する優れたブラシレスモータを提供できるという効果が得られる。

請求項２から請求項３に記載の発明によれば、軸受の小径部の外周とロータフレームの凹部の内周との間に形成された空間に充填された磁性流体の流出防止手段を、限られたスペース内に構成できる。また非接触でシールできるので損失の抑制が可能となるという有利な効果が得られる。

以下本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）においてブラシレスモータ１は、有底円筒形状のケース部材２、軸受３、ロータ部４、ステータコイル組立部５、金属プリント基板６、駆動制御回路素子７を有している。

金属製のケース部材２には、その中央に円筒状の突出部２ａが形成されている。軸受３は大径部３ａとこの大径部より小さい外形寸法を有する小径部３ｂとを有し、焼結含油合金により構成されている。そして軸受３の大径部３ａがケース部材の突出部２ａの内周に圧入により固定されている。

ロータ部４は、磁性材で形成されたカップ状のロータフレーム４ａとこのロータフレーム４ａの内周に固着され周方向に交互にＮ極、Ｓ極着磁を施した円筒状のロータマグネット４ｂと、ロータフレーム４ａの中央部に取り付けられた回転軸４ｃとにより構成されている。

ロータフレーム４ａの天面中央にはロータフレーム４ａの内側に向けて凹部４ｄが突き出し形成され、さらにこの凹部４ｄの中央にバーリング加工部４ｅが形成されている。

このロータフレーム４ａのバーリング加工部４ｅに回転軸４ｃが圧入により固定される。

そして、ロータフレーム４ａの天面中央の凹部４ｄの内周側に軸受３の小径部３ｂを収容しながら回転軸４ｃが軸受３に挿入されている。

以上の構成において、軸受３の小径部３ｂの外周とロータフレーム４ａの凹部４ｄの内
周との間に形成された空間には、軸受３に含浸された潤滑油と同一の成分の溶媒を有する磁性流体８を充填する。

そして、ケース部材２を磁性材料で、軸受３を鉄系の焼結合金でそれぞれ形成し、軸受３の大径部３ａと小径部３ｂの境界部に軸方向に着磁を施された円環状マグネット９を装着する。また、円環状のマグネット９は、ロータフレーム４ａの凹部４ｄの開口部端面との間にわずかな隙間を隔てて配置される。

この実施の形態の構成によれば、図１（ｂ）に示すように軸受３の大径部３ａと小径部３ｂの境界部に配設した円環状のマグネット９の一方磁極から発生する磁界が、鉄系の焼結合金で形成された軸受３の内部を通り円環状マグネット９の他方の磁極に回帰する磁界の閉ループＪ１、および、軸受３から磁性材料製のケース部材２に流れ、ロータフレーム４ａの凹部４ｄの開放端周辺から円環状マグネット９の他方の磁極に回帰する磁界の閉ループＪ２を形成することにより、軸受３の小径部３ｂの外周とロータフレーム４ａの凹部４ｄの内周との間に形成された空間に充填された磁性流体８を磁気的にシールすることができる。この構成により、限られたスペースで磁性流体８から軸受３に対する潤滑油の補給と、この空間内から磁性流体８の流出抑制を同時に実現できるという有利な効果が得られる。また、モータを水平方向あるいは軸方向下向きの姿勢で使用する場合においても空間に充填された磁性流体８の流出を抑制できる。

加えて、磁性流体８により、軸受３の発熱がロータフレーム４ａに伝導して放熱されるので、軸受３の温度上昇をより低減することができるという有利な効果が得られる。

必要に応じて、ロータフレーム４ａの天面に撥油剤を塗布することで空間に充填された磁性流体の流出をさらに抑制できる。

ステータコイル組立部５は、ステータコア５ａとステータコア５ａに樹脂からなるインシュレータ５ｂを介して巻装されたステータコイル５ｃとにより構成されている。インシュレータ５ｂにはステータコア５ａを保持するステータコア保持部５ｄが一体に形成されている。

ステータコア保持部５ｄには、ステータコア５ａの中央に形成された穴５ｅの内周に嵌入して径方向の位置決めを行う径方向位置決め部５ｆと、軸方向の位置決めを行う軸方向位置決め部５ｇが形成されている。さらに、径方向位置決め部５ｆには回転軸４ｃをスラスト方向に支持するスラスト受け部５ｈが形成されている。

以上の様に構成されたステータコイル組立部５は、モータを駆動・制御するために必要な回路素子７を実装した金属プリント基板６上にステータコア保持部５ｄにより位置決めしながら設置・固定される。

そして、ステータコイル組立部５を取り付けた金属プリント基板６を、ロータ部４を軸受３に挿入したケース部材２の開放端側から挿入してロータ部４およびステータコイル組立部５をケース部材２の内部に収容しながら、圧入、カシメ等により結合してブラシレスモータ１が完成する。

なお、ロータフレーム４ａの凹部４ｄの一部をステータコア５ａの中央の穴５ｅの内部に挿入する構成とすることにより、ブラシレスモータ１の軸方向高さ寸法の増大を抑制している。そして、軸受３の小径部３ｂの外径寸法を、軸受３を金属製のケース部材２に固定する大径部３ａより小さくすることにより、ロータフレーム４ａの凹部４ｄの内径を小さくできるので、ステータコア５ａの中央穴５ｅの内径を小さくすることができる。この
構成により、スタータコア５ａの径方向の巻線スペースを確保することができる。

以上の構成により、モータの高さ寸法の増大を抑制しながら上述の作用による効果を得て従来の技術の課題を解決することができる。

（実施の形態２）
図２（ａ）に本発明の上記とは別の実施の形態を示す。上記の実施の形態と同一の構成部については同一の符号を付与し、説明を省略する。図２（ａ）において上記図１と異なるのは、ロータフレーム４ａの凹部４ｄの内側に収容された軸受３の小径部３ｂに、この小径部３ｂよりさらに小さい外径寸法を有する第２の小径部３ｃを凹部４ｄの開口部端面のやや内側に形成し、小径部３ｂと第２の小径部３ｃの境界部に軸方向に着磁を施された円環状マグネット９ａを配設して、流出防止手段を構成した点である。

この実施の形態の構成によれば、図２（ｂ）に示すように軸受３の小径部３ｂと第２小径部３ｃの境界部に配設した円環状のマグネット９ａの一方磁極から発生する磁界が、鉄系の焼結合金で形成された軸受３の内部を通り円環状マグネット９ａの他方の磁極に回帰する磁界の閉ループＪ１、および、磁性材料製のロータフレーム４ａの凹部４ｄを通り円環状マグネット９ａの他方の磁極に回帰する磁界の閉ループＪ２を形成することにより、軸受３の小径部３ｂ及び第２小径部３ｃの外周とロータフレーム４ａの凹部４ｄの内周との間に形成された空間に充填された磁性流体８を、この空間の境界から空間内部に磁気的に吸引してシールすることができる。従って、より確実に磁性流体８の流失を抑制することができる。

本発明のブラシレスモータは、高温環境で長時間使用されるブラシレスモータ用として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１によるブラシレスモータを示す断面図、（ｂ）本発明の実施の形態１によるブラシレスモータの要部拡大断面図 （ａ）本発明の実施の形態２によるブラシレスモータを示す断面図、（ｂ）本発明の実施の形態２によるブラシレスモータの要部拡大断面図 従来のブラシレスモータを示す断面図

符号の説明

１、２１、３０ ブラシレスモータ
２、４０ ケース部材（フレーム）
２ａ 突出部
３、３２ａ、３２ｂ 軸受
３ａ 大径部
３ｂ 小径部
３ｃ 第２の小径部
４ ロータ部
４ａ、３８ ロータフレーム
４ｂ、３７ ロータマグネット
４ｃ、３９ 回転軸
４ｄ 凹部
４ｅ バーリング加工部
５ ステータコイル組立部
５ａ、３３ スタータコア（鉄心）
５ｂ、３４ インシュレータ
５ｃ、３５ ステータコイル（電機子巻線）
５ｄ スタータコア保持部
５ｅ 穴
５ｆ 径方向位置決め部
５ｇ 軸方向位置決め部
５ｈ スラスト受け部
６、３１ 金属プリント基板
７ 駆動制御回路素子
８ 磁性流体
９、９ａ マグネット
３６ スラスト板
Ｊ１、Ｊ２ 磁界閉ループ

Claims (4)

1. 有底円筒形状の金属製のケース部材と、このケース部材の中央に突き出し形成される円筒状の突出部と、この突出部の内周に固定される含油軸受と、この軸受に回転自在に支承される回転軸とこの回転軸を中央に装着するカップ状の磁性材料製のロータフレームとこのロータフレームの内周に取り付けられる円筒状のロータマグネットとからなるロータ部と、このロータマグネットの内周に対抗して配置されるステータコイル組立部とを有し、前記ロータ部とステータコイル組立部は前記ケース部材に収容され保持されるブラシレスモータであって、前記軸受を鉄系の焼結合金により前記ケース部材の突出部の内周に固定される大径部とこの大径部より小さい外径寸法を有する小径部とを備える形状に形成し、前記ロータフレームの天面の中央にはロータフレームの内側に向けて凹部が突き出し形成されており、前記軸受の小径部は前記ロータフレームの凹部の内側に収容され、前記小径部の外周と前記凹部の内周との間に形成された空間に前記軸受の潤滑油と同一の成分の溶媒を有する磁性流体を充填し、前記ロータフレームの凹部の開口部付近に前記空間から前記磁性流体の流出を防止する流出防止手段を備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 流出防止手段を、ケース部材を磁性材料で形成し、大径部と小径部の境界部に軸方向に着磁を施された円環状マグネットを配設して構成したことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 流出防止手段を、ロータフレームの凹部の内側に収容された小径部に、この小径部よりさらに小さい外径寸法を有する第２の小径部を形成し、小径部と第２の小径部の境界部に軸方向に着磁を施された円環状マグネットを配設して構成したことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
4. 軸受に潤滑剤と同一の磁性流体を含浸させた請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
   
   

Images