JP2020072485A - モータ - Google Patents

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智彰 中野
Tomoaki Nakano
智彰 中野
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Abstract

【課題】シャフトの回転を安定させることができるモータを提供すること。【解決手段】実施形態に係るモータは、ハウジングと、シャフトと、1または複数の軸受と、弾性部材とを備える。1または複数の軸受は、ハウジングに固定される。弾性部材は、軸受に対して、シャフトを軸方向に変位可能に支持する。【選択図】図2

Description

本発明は、モータに関する。
従来、例えば、ブラシレスモータ等といった種々のモータが提案されている。また、モータの中には、車両のエンジン周辺等に配置される車載用のモータがある。
特開2007−244084号公報
ところで、車両では、エンジンを発生源とする振動や、車両外から受ける外力による振動等が生じる。しかしながら、従来は、このような振動がモータのシャフトに伝播することで、シャフトの回転が不安定になるおそれがあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シャフトの回転を安定させることができるモータを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るモータは、ハウジングと、シャフトと、1または複数の軸受と、弾性部材とを備える。前記軸受は、前記ハウジングに固定される。前記弾性部材は、前記軸受に対して、前記シャフトを軸方向に変位可能に支持する。
本発明の一態様によれば、シャフトの回転を安定させることができる。
図1は、実施形態に係るモータの外観を示す斜視図である。 図2は、実施形態に係るモータの断面図である。 図3は、第2軸受の状態変化を示す図である。 図4は、第2軸受の状態変化を示す図である。 図5は、第1軸受の状態変化を示す図である。 図6は、第1軸受の状態変化を示す図である。
以下、実施形態に係るモータについて図面を参照して説明する。なお、以下に示す各実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下では、モータは、ステータの内周側にロータが配置されるインナロータ型のブラシレスモータである場合を例に挙げて説明するが、モータは、ステータの外周側にロータが配置されるアウタロータ型のブラシレスモータであってもよい。なお、Z軸方向である回転軸方向を、軸方向と呼称する。
図1は、実施形態に係るモータの外観を示す斜視図である。図1に示すように、実施形態に係るモータ1は、全体形状が略円柱形状である。また、モータ1は、後述するロータやステータ等の各部材がハウジング3および蓋部31によって覆われている。また、モータ1は、蓋部31から後述するシャフト2および外部端子4が突出している。これにより、モータ1は、外部端子4を介して外部から電力が供給されてシャフト2が回転し、シャフト2の端部に固定されたギア等の動力伝達機構を介して動力を出力する。
実施形態に係るモータ1は、後述する弾性部材12(図2参照)によってシャフト2の軸方向(Z軸方向)に与圧または予圧をかけることで、シャフト2が軸方向に変位可能に支持される。これにより、車両等の振動が伝播した場合に、シャフト2が軸方向に変位することで、かかる振動を吸収することができる。また、シャフト2が軸方向に変位したとしても、モータ1は、安定した回転が可能である。従って、実施形態に係るモータ1によれば、弾性部材12を用いることで、車両の振動等が伝播した場合であっても、シャフト2の回転を安定させることができる。なお、弾性部材12の詳細については後述する。
さらに、実施形態に係るモータ1は、後述する軸受9(図2参照)がシャフト2に圧入されて固定される。これにより、シャフト2の径方向への振動が抑制されるため、シャフト2の回転をさらに安定させることができる。また、軸受9とシャフト2との間に隙間が無くなるため、軸受9とシャフト2との接触により生じる粉が軸受9に進入することを低減できるため、回転の低下を抑えることができる。
以下、モータ1の構成について詳細に説明する。
図2は、実施形態に係るモータ1の断面図である。図2に示すように、モータ1は、シャフト2、ハウジング3、図示しない外部端子、図示しない端子ホルダ、ロータ6、ステータ7、インシュレータ8、1または複数の軸受9、軸受ホルダ10、摺動部材11、弾性部材12および蓋部31を備える。
シャフト2は、モータ1における回転軸である。シャフト2は、軸方向において、一端部と、他端部とを有し、後述する蓋部31から突出した一端部には、ギア等の動力伝達機構が固定される。また、シャフト2の他端部は、後述する摺動部材11に接する。
ハウジング3は、例えば鉄やアルミ等の金属材料で形成される筐体である。また、ハウジング3は、Z軸正方向側である一端部側の一部分が開口した開口部3aとなっており、他端部側が閉じられた底部3bとなっている。開口部3aはハウジング3の一端部側にある。また、底部3bは、環状の平板部3b2と、平板部3b2から突出する突出部3b3を備えており、この突出部3b3はハウジング3の他端部となっている。また、この突出部の内側には孔部3b1が形成されている。
蓋部31は、ハウジング3の開口部3aを覆う蓋であり、例えば、鉄やアルミ等の金属材料や、硬質樹脂材料等で形成される。蓋部31はハウジング3の一端部側にある。なお、蓋部31には、シャフト2および図示しない外部端子が通過するための図示しない貫通孔が設けられる。
ロータ6は、モータ1における回転体であり、ヨーク6aと、マグネット6bとを備える。また、ロータ6は、ステータ7の内周部7a側に配置される、いわゆるインナロータ型である。なお、ロータ6は、インナロータ型に限定されるものではなく、ステータ7の外周側に配置される、いわゆるアウタロータ型であってもよい。アウタロータ型のモータの場合には、ロータは筒状のヨークと、ヨークの外面または内面に取り付けられた環状のマグネットを備える。このロータの内側に、ステータが配置された構成でアウタロータ型のモータは構成される。
ヨーク6aは、筒状の鉄心であり、磁性部材で形成されており、内周部6a1側にシャフト2の外面2aが固定される。なお、ヨーク6aとシャフト2との固定は、例えば、接着部材等を用いて接着により固定してもよく、あるいは、ヨーク6aにシャフト2を圧入して固定してもよい。
マグネット6bは、内周部6b1と外周部6b2とを備える筒状の永久磁石であり、内周部6b1側にヨーク6aの外周部6a2が固定される。マグネット6bは、樹脂部材と磁性材料で形成した、いわゆるボンド磁石、または複数個のマグネットをヨーク6aの外面に配置してマグネット6bを形成してもよい。なお、ヨーク6aとシャフト2との固定は、例えば、接着部材等を用いた接着による固定であってもよく、あるいは、圧入による固定であってもよい。
また、モータ1の径方向において、マグネット6bの外周部6b2とステータ7の内周部7aとの間には磁気ギャップが形成されている。これにより、ロータ6がステータ7で発生する磁界によって回転する。
ステータ7は、筒状の磁性部材であり、例えば、ケイ素鋼板、電磁鋼板等の軟磁性鋼板等の板状の金属部材によって形成される。具体的には、ステータ7は、この板状の金属部材がシャフト2の軸方向に複数積まれて形成される。また、ステータ7の内周側には、図示しないコイルが巻かれた複数のティースを有する。かかる複数のティースとマグネット6bとの間には磁気ギャップが形成される。すなわち、ステータ7は、外部端子4を介して供給される交流電流を各ティースに巻かれたコイルに順次通電することで、ロータ6を回転するための磁界を形成する。
インシュレータ8は、例えば、樹脂などの絶縁性を有する絶縁部材である。本実施形態では、インシュレータ8は、第1インシュレータ8aと、第2インシュレータ8bとを備える。第1インシュレータ8aは、ステータ7のZ軸正方向側の端面およびステータ7の各ティースを覆う。また、第2インシュレータ8bは、ステータ7のZ軸負方向側の端面を覆う。
軸受9は、例えば、転がり軸受であり、ハウジング3に固定されるとともに、シャフト2を回転可能に支持する。本実施形態では、軸受9は、ハウジング3の一端部側に配置される第1軸受9aおよびハウジング3の他端部側に配置される第2軸受9bを備える。上記したシャフト2は、第1軸受9aおよび第2軸受9bに圧入される。
第1軸受9aは、シャフト2の外面2aと接触し、蓋部31に固定されている。また第1軸受9aは蓋部31を介してハウジング3に固定される。具体的には、第1軸受9aは、蓋部31に圧入される。より具体的には、蓋部31における固定箇所となる孔部の内径よりも、第1軸受9aの外径を若干大きくすることで、かかる孔部に第1軸受9aを圧入して固定を行う。これにより、例えば、車両の振動等により、第1軸受9aがハウジング3に対して位置ずれすることを抑制できる。
第2軸受9bは、シャフト2の外面2aと接触し、ハウジング3の他端部側にある底部3bに設けられており、底部3bに設けられた軸受ホルダ10を介してハウジング3の底部3bに固定される。具体的には、第2軸受9bは、軸受ホルダ10の係合部10bに圧入される。より具体的には、軸受ホルダ10における固定箇所となる孔部の内径よりも、第2軸受9bの外径を若干大きくすることで、かかる孔部に第2軸受9bを圧入して固定を行う。また、軸受ホルダ10の係合部10bの一端側(摺動部材11側)には、シャフト2に向かって突出する突出部10cが形成されており、突出部10cの一端部に第2軸受9bの他端部が接触し、支持されている。軸方向において、この突出部10cは、シャフト2の他端部側にあり、シャフト2の一端部側にある軸受ホルダ10の他の部分と、異なる位置に設けられている。よって、径方向において、突出部10cの内周部の径(内径)は、軸受ホルダ10の係合部10bにおける内周部の径(内径)より小さい。
軸受ホルダ10は、上記したように、第2軸受9bが固定される筒状の部材である。また、軸受ホルダ10は、ハウジング3の底部3bに固定される。具体的には、軸受ホルダ10の一部が底部3bの孔部3b1に挿入されて固定される。軸受ホルダ10と底部3bとの固定は、例えば、接着部材等により接着による固定を行ってもよく、あるいは、圧入による固定を行ってもよい。このように、軸受ホルダ10を底部3bに固定することで、例えば、車両の振動等により、第2軸受9bがハウジング3に対して位置ずれすることを抑制できる。
摺動部材11は、シャフト2の他端部および弾性部材12の間に配置される。具体的には、摺動部材11は、シャフト2の他端部と接しており、シャフト2の端部が摺動する。つまり、ハウジング3の底部3b側にあるシャフト2の他端部は、摺動部材11に対して摺動可能に接する。摺動部材11は、例えば、樹脂材料を用いることができる。また、摺動部材11は、例えば、シャフト2の他端部と接する箇所に摺動性を向上させる潤滑油等のオイルを塗布した部材であってもよい。このように、摺動部材11を用いることで、シャフト2の回転効率の低下を抑えることができる。
弾性部材12は、例えば、皿ばね等の略円錐形状のばね部材である。弾性部材12は、軸受9に対して、シャフト2を軸方向に変位可能に支持しており、ハウジング3の他端部側にある。また、弾性部材12は、シャフト2の軸方向において、第2軸受9bと底部3bとの間にあるとともに、ハウジング3の底部3b側にあるシャフト2の他端部を支持している。具体的には、弾性部材12は、シャフト2の他端部(ハウジング3の底部3b側の端部)側に配置され、シャフト2の端面をZ軸正方向側である蓋部31側へ向かって押圧する、すなわち、シャフト2に与圧または予圧をかける。これにより、例えば、車両の振動等が伝播した場合に、シャフト2がZ軸負方向側に変位したとしても、弾性部材12が変形し、また、振動が止まった後には、与圧または予圧によりシャフト2を変位前の位置に戻す。つまり、弾性部材12は、弾性的に変形することで、車両の振動を吸収することができる。従って、弾性部材12を用いることで、車両の振動等が伝播した場合であっても、シャフト2の回転を安定させることができる。
なお、弾性部材12は、皿ばねに限定されず、例えば、コイルばねや板ばね等の各種ばね部材を用いることができる。また、弾性部材12は、ばね部材に限定されず、ゴム部材等であってもよい。言い換えれば、軸方向に付勢力を作用させる部材または復元力を有する部材であればよい。
また、弾性部材12は、略円錐形状に限定されず、円柱形状や、角柱形状、多角錐形状等の任意の形状を採用可能である。また、弾性部材12は、1つに限定されず、複数であてもよい。
次に、図3〜図6を用いて、通常時と振動時とにおける軸受9の状態変化について説明する。図3および図4は、第2軸受9bの状態変化を示す図である。図5および図6は、第1軸受9aの状態変化を示す図である。
まず、図3および図4を用いて、通常時および振動時における軸受9の状態変化について説明する。なお、通常時とは、振動が発生していない、もしくは、シャフト2を変位させるほどの振動ではない場合であり、振動時とは、シャフト2を変位させるほどの振動が発生した場合である。なお、図4では、最大振幅時における第2軸受9bの状態を示す。
図3および図4に示すように、第2軸受9bは、内輪91bと、外輪92bと、ボール部93bとを備える。内輪91bは、シャフト2に固定される部位である。外輪92bは、軸受ホルダ10を介してハウジング3(底部3b)に固定される部位である。ボール部93bは、複数のボールがシャフト2の径方向に並んで配置されるとともに、内輪91bおよび外輪92bの間に配置される。
第2軸受9bは、内輪91bと外輪92bとがシャフト2の軸方向に位置ずれした状態において、シャフト2を回転可能に支持している。また、第2軸受9bは、内輪91bと外輪92bとがシャフト2の軸方向に位置ずれした状態において、シャフト2を回転可能に支持する。言い換えると、位置ずれした状態において、軸方向において、第2軸受9bの内輪91bと外輪92bとボール部93bとが互いに接触しつつ一体化することで変位しにくくなるため、軸方向におけるシャフト2の変位を抑えて、シャフトを安定に回転可能に支持することができる。具体的には、図3に示すように、通常時には、シャフト2は、弾性部材12の与圧または予圧によって、ハウジング3の底部3bとは反対側(Z軸正方向側)に変位する。この時、第2軸受9bのうち、内輪91bは、シャフト2に固定されているため、シャフト2の変位に伴って、Z軸正方向へ変位する。これにより、内輪91bは、外輪92bに対してZ軸正方向に変位する。つまり、内輪91bは、外輪92bに対してZ軸正方向側に位置ずれした状態で配置される。
なお、通常時において、第2軸受9bは、例えば、弾性部材12の与圧または予圧によって、外輪92bがZ軸正方向側へ位置ずれすることはない。これは、外輪92bが軸受ホルダ10に圧入固定されているためであり、さらにいえば、後述する第1軸受9aが蓋部31(図5参照)に固定されており、シャフト2のZ軸正方向への移動が規制されているためである。このため、第2軸受9b全体が弾性部材12の与圧または予圧によって位置ずれすることを抑制できる。
そして、ボール部93bは、内輪91bが変位することで、内輪91bの他端部と、外輪92bの一端部とに接することで挟持され、内輪91bと外輪92bとボール部93bとが一体化して、軸方向に変位しにくい状態にある。これにより、通常時において、第2軸受9bの内輪91bは、シャフト2の回転に伴って回転する。
また、シャフト2は、摺動部材11に接した状態で、摺動部材11に対して摺動しつつ回転する。図3に示すように、摺動部材11は、シャフト2の他端部が有する端面に接触し、シャフト2の他端部の端面がハウジング3の底部3bに向かって凸状の曲面(湾曲した面)である。つまり、シャフト2は、摺動部材11と点接触した状態で回転する。これにより、摺動部材11との摩擦を減らすことができるため、回転効率の低下を抑えることができる。また、シャフト2および摺動部材11は、点接触であるため、面接触に比べて、回転時にシャフト2または摺動部材11が摩耗することを低減できる。
そして、図4に示すように、振動が発生した場合、シャフト2は、振動に伴って弾性部材12を押圧することで、底部3b側(Z軸負方向側)へ変位する。そして、第2軸受9bは、シャフト2の変位に伴って内輪91bが外輪92bに対して底部3b側に変位する。具体的には、内輪91bは、外輪92bに対して通常時(図3の状態)とは反対側に変位する。つまり、内輪91bは、外輪92bに対して底部3b側に位置ずれした状態で配置される。
なお、振動時において、第2軸受9bは、かかる振動によって、外輪92bがZ軸負方向側へ位置ずれすることはない。これは、第2軸受9bの外輪92bの他端部が軸受ホルダ10の係合部10bに係合しており、さらに、軸受ホルダ10の段部10aがストッパーとして機能しているためである。また、軸受ホルダ10の段部10aは、ハウジング3の底部3bの屈曲部3b4に係合しているため、軸受ホルダ10自体が弾性部材12側へ移動することはない。このため、第2軸受9b全体が振動によって位置ずれすることを抑制できる。
そして、図4に示すように、ボール部93bは、内輪91bが底部3b側に変位することで、内輪91bの上端と、外輪92bの下端とに接して挟持される。これにより、振動時において、第2軸受9bの内輪91bは、シャフト2の回転に伴って回転する。
なお、上述したように、図4には、最大振幅時における第2軸受9bの状態を示しており、振動が最小振幅時(あるいは、振幅がゼロの場合)には、第2軸受9bは、図3に示す通常時の状態となる。つまり、振動の振幅に伴って、第2軸受9bの内輪91bの変位前後における位置は、外輪92bに対して上下する。換言すれば、内輪91bは、外輪92bに対して底部3b側に変位する場合と、底部3bとは反対側に変位する場合とを繰り返す。
また、底部3bから底部3bの反対側へ変位する途中過程においては、軸受ホルダ10の外圧により外輪92bが内輪91b側へ押圧されるため、ボール部93bは、常に外輪92bと内輪91bとに接した状態が保たれる。なお、外圧とは、第2軸受9bが係合部10bに圧入されることに起因して、係合部10bからシャフト2側へ向かって外輪92bを押圧する力のことである。これにより、例えば、車両の振動等がシャフト2に伝播した場合であっても、内輪91bの変位および弾性部材12の弾性力によってかかる振動を吸収することができる。すなわち、シャフト2の回転を安定させることができる。
次に、図5および図6を用いて、第1軸受9aの状態変化について説明する。図5には、通常時の第1軸受9aの状態を示し、図6には、振動時(最大振幅時)の第1軸受9aの状態を示す。
図5および図6に示すように、第1軸受9aは、内輪91aと、外輪92aと、ボール部93aとを備える。内輪91aは、シャフト2に固定される部位である。外輪92aは、蓋部31を介してハウジング3に固定される部位である。ボール部93aは、複数のボールがシャフト2の径方向に並んで配置されるとともに、内輪91aおよび外輪92aの間に配置される。
第1軸受9aは、内輪91aと外輪92aとがシャフト2の軸方向に位置ずれした状態となることで、シャフト2を回転可能に支持する。具体的には、図5に示すように、通常時には、シャフト2は、弾性部材12(図3参照)の与圧または予圧によって、蓋部31側(Z軸正方向側)に変位する。この時、第1軸受9aのうち、内輪91aは、シャフト2に固定されているため、シャフト2の変位に伴って、蓋部31側へ変位する。これにより、内輪91aは、外輪92aに対して蓋部31側に変位する。つまり、内輪91aは、外輪92aに対して蓋部31側に位置ずれした状態で配置される。
なお、通常時において、第1軸受9aは、例えば、弾性部材12の与圧または予圧によって、外輪92aが蓋部31側へ位置ずれすることはない。これは、外輪92aが蓋部31に圧入固定されているためであり、さらにいえば、外輪92aが蓋部31に引っ掛かって固定されるためである。このため、第1軸受9a全体が弾性部材12の与圧または予圧によって位置ずれすることを抑制できる。
そして、ボール部93aは、内輪91aが変位することで、内輪91aの下端と、外輪92aの上端とに接することで挟持される。これにより、通常時において、第1軸受9aの内輪91aは、シャフト2の回転に伴って回転する。
そして、図6に示すように、振動が発生した場合、シャフト2は、振動に伴って弾性部材12(図4参照)を押圧することで、底部3b側(Z軸負方向側)へ変位する。そして、第1軸受9aは、シャフト2の変位に伴って内輪91aが外輪92aに対して底部3b側に変位する。具体的には、内輪91aは、外輪92aに対して通常時(図5の状態)とは反対側に変位する。つまり、内輪91aは、外輪92aに対して底部3b側に位置ずれした状態で配置される。
そして、図6に示すように、ボール部93aは、内輪91aが底部3b側に変位することで、内輪91aの上端と、外輪92aの下端とに接して挟持される。これにより、振動時において、第1軸受9aの内輪91aは、シャフト2の回転に伴って回転する。
なお、上述したように、図6には、最大振幅時における第1軸受9aの状態を示しており、振動が最小振幅時(あるいは、振幅がゼロの場合)には、第1軸受9aは、図5に示す通常時の状態となる。つまり、振動の振幅に伴って、第1軸受9aの内輪91aは、外輪92aに対して変位位置が上下する。換言すれば、内輪91aは、外輪92aに対して底部3b側に変位する場合と、蓋部31側に変位する場合とを繰り返す。
また、蓋部31側から底部3b側へ変位する途中過程においては、蓋部31の外圧により外輪92aが内輪91a側へ押圧されるため、ボール部93aは、常に外輪92aと内輪91aとに接した状態が保たれる。なお、外圧とは、第1軸受9aが蓋部31に圧入されることに起因して、蓋部31からシャフト2側へ向かって外輪92aを押圧する力のことである。これにより、例えば、車両の振動等がシャフト2に伝播した場合であっても、内輪91aの変位および弾性部材12の弾性力によってかかる振動を吸収することができる。すなわち、シャフト2の回転を安定させることができる。
上述してきたように、実施形態に係るモータ1は、ハウジング3と、シャフト2と、軸受9と、弾性部材12とを備える。軸受9は、ハウジング3に固定されるとともに、シャフト2を回転可能に支持する。弾性部材12は、軸受9に対して、シャフト2を軸方向に変位可能に支持する。これにより、シャフト2の回転を安定させることができる。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1 モータ、2 シャフト、3 ハウジング、6 ロータ、6a ヨーク、6b マグネット、7 ステータ、8 インシュレータ、8a 第1インシュレータ、8b 第2インシュレータ、9 軸受、9a 第1軸受、9b 第2軸受、10 軸受ホルダ、11 摺動部材、12 弾性部材、31 蓋部

Claims (11)

  1. ハウジングと、
    シャフトと、
    前記ハウジングに固定される1または複数の軸受と、
    前記軸受に対して、前記シャフトを軸方向に変位可能に支持する弾性部材と、を備えるモータ。
  2. 前記複数の軸受は、
    前記ハウジングの一端部側に配置される第1軸受と、前記ハウジングの他端部側に配置される第2軸受とを備え、
    前記弾性部材は、
    前記ハウジングの他端部側に配置される、請求項1に記載のモータ。
  3. 蓋部を備え、
    前記蓋部は、前記ハウジングの一端部側にある開口部を覆っており、
    前記第1軸受は、
    前記シャフトの外面と接触し、前記蓋部に固定されており、
    前記第2軸受は、
    前記シャフトの外面と接触し、前記ハウジングの他端部側にある底部に設けられている、請求項2に記載のモータ。
  4. 前記弾性部材は、
    前記ハウジングの前記底部に設けられており、
    前記シャフトの軸方向において、前記弾性部材は、前記第2軸受と前記底部との間に配置されるとともに、前記ハウジングの底部側にある前記シャフトの他端部を支持している、請求項3に記載のモータ。
  5. 前記第1軸受は、
    前記蓋部に圧入される、請求項3または4に記載のモータ。
  6. 前記ハウジングの底部に固定されるホルダを備え、
    前記第2軸受は、
    前記ホルダを介して前記底部に固定される、請求項2〜5のいずれか1つに記載のモータ。
  7. 前記第2軸受は、
    前記ホルダに圧入される、請求項6に記載のモータ。
  8. 前記シャフトは、
    前記第1軸受および前記第2軸受に圧入される、請求項2〜6のいずれか1つに記載のモータ。
  9. 前記シャフトの端部および前記弾性部材の間に配置される摺動部材を備え、
    前記ハウジングの底部側にある前記シャフトの他端部は、
    前記摺動部材に対して摺動可能に接する、請求項1〜8のいずれか1つに記載のモータ。
  10. 前記摺動部材は、前記シャフトの他端部が有する端面に接触し、
    前記端面が前記ハウジングの底部に向かって凸状の曲面である、請求項9に記載のモータ。
  11. 前記軸受は、
    前記ハウジングに固定される外輪と、前記シャフトに固定される内輪とを有し、
    前記シャフトの軸方向への変位に伴って、前記内輪が前記外輪に対して変位する、請求項1〜10のいずれか1つに記載のモータ。
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