JP5580128B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの改良に関するものである。

一般に、ブラシレスモータは、例えば特許文献１及び２に記載されているように、内周に複数の突極を有する環状のステータと、ステータの内側に挿設したロータを備え、ロータにおける磁石の磁極を検出しつつ各突極に対する通電制御を行うことにより回転駆動するものである。

そして、特許文献１に記載されたブラシレスモータでは、ステータを収容するケースを備え、ケースに設けた軸受によりロータを回転自在に保持する構造になっている。また、特許文献２に記載されたブラシレスモータでは、ステータの軸線方向両側に、前フレーム及び後フレームを固定して、ステータ及び両フレームでモータの外観を形成すると共に、両フレームに設けた軸受によりロータを回転自在に保持する構造になっている。

特開平０４−３２５８６３号公報 特開平０４−２４４７６５号公報

しかしながら、上記したような従来のブラシレスモータにあっては、いずれもステータを収容するケースやモータの外観を形成するフレームを備えた構造であったため、さらなる小型軽量化を図ることが難しく、例えば電動工具類のような小型軽量のモータが要求される用途に対処するうえで改善が要望されていた。

本発明は、上記従来の状況に鑑みて成されたもので、小型軽量化を実現することができると共に、電動工具類に組み込むビルトインモータとしても好適なブラシレスモータを提供することを目的としている。

本発明のブラシレスモータは、内周に少なくとも三個の歯部を配置した環状のステータと、ステータの内側に同軸状に組み付けるロータと、ステータの軸線方向両側に同軸状に組み付ける非磁性材料製の二個のエンドブラケットを備えている。

このブラシレスモータにおいて、ステータは、各歯部にコイルを巻回して夫々の突極を構成している。ロータは、円周方向に磁石を配置したロータ本体と、ロータ軸を備えている。各エンドブラケットは、各コイル配列の内接円に相当する大きさを有する本体部と、本体部から突出して隣接する歯部の先端部同士の間に夫々嵌合する突部と、本体部の中央に配置されてロータ軸を回転自在に保持するラジアル軸受を夫々備えると共に、いずれか一方のエンドブラケットに、制御回路基板が設けてある。

そして、ブラシレスモータは、ステータの内側にロータを組み付けると共に、ステータの両端部内側にエンドブラケットを組み付けて、両エンドブラケットのラジアル軸受の内輪にロータ軸を嵌合固定し、両エンドブラケットの間にロータ本体を収容すると共に、コイルの部分がステータの軸線方向両側に開放してあり、前記両エンドブラケットが、ステータに組み付けた状態において、突部の先端同士が互いに当接してロータ本体の収容空間を閉塞している構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のブラシレスモータによれば、ステータの両端部内側に嵌合するエンドブラケットを採用したことから、小型軽量化を実現することができると共に、電動工具類に組み込むビルトインモータとしても非常に好適なものとなる。また、ブラシレスモータは、両エンドブラケットにおける突部の先端同士が互いに当接して、ロータ本体の収容空間を閉塞しているので、前記収容空間に異物が入り込むのをより確実に防ぐことができ、これにより良好な性能を長期にわたって維持することができる。

本発明のブラシレスモータの一実施形態を説明する正面側の分解斜視図（Ａ）及び背面側の分解斜視図（Ｂ）である。 一方のエンドブラケットを外した状態のステータを示す斜視図である。 図２に示すステータの平面図である。 ブラシレスモータの斜視断面図である。

以下、図面に基づいて、本発明のブラシレスモータの一実施形態を説明する。
図１に示すブラシレスモータＭは、概略として、内周に少なくとも三個の歯部１ｔを配置した環状のステータ１と、ステータ１の内側に同軸状に組み付けるロータ２と、ステータ１の軸線方向両側に同軸状に組み付ける非磁性材料製の二個のエンドブラケット３，４を備えている。

この実施形態のステータ１は、図２及び図３にも示すように、内周に沿って六個の歯部１ｔを等間隔で有し、各歯部１Ａにインシュレータ（図示せず）を介してコイル５を巻回することで、突極６を構成している。なお、図２及び図３では、半数の歯部１ｔにコイル６を示した。ステータ１は、その製法がとくに限定されるものではなく、例えば、プレスにより所定形状に打ち抜いた多数の鋼板を積層して互いに結合したものや、金属粉末を加圧成形してこれを焼結したもの等である。また、ステータ１は、電源や信号入力用の端子を備えている。

ロータ２は、円周方向に四個の磁石７を等間隔で配置した円柱状のロータ本体２Ａと、これを貫通するロータ軸２Ｂを備えている。図示のロータ２は、ロータ本体２Ａの内部に板状の磁石８を組み込んだ構造になっている。ロータ２は、ステータ１に挿設され、ロータ本体２Ａの外周面と各突極６との間に僅かなエアギャップを形成する。

エンドブラケット３，４は、非磁性材料すなわち代表的には合成樹脂から成るものであって、本体部３Ａ，４Ａと、複数の突部３Ｂ，４Ｂと、ラジアル軸受８，９を夫々備えている。本体部３Ａ，４Ａ及び各突部３Ｂ，４Ｂは、樹脂成形により互いに一体化することができる。また、ラジアル軸受８，９は、内輪と外輪との間に、ボール（又はころ）及び保持器を介装した周知のものである。

本体部３Ａ，４Ａは、各コイル配列の内接円（若しくは各突極６の先端部分を結ぶ円）に相当する大きさを有する円形部分であって、中央に軸受取付け穴３Ｃ，４Ｃを有し、その軸受取付け穴３Ｃ，４Ｃにラジアル軸受８，９の外輪が嵌合固定してある。

突部３Ｂ，４Ｂは、この実施形態では前記歯部１ｔと同数の六個であって、いずれも本体部３Ａ，４Ａの片側において、円周方向に等間隔で配置され、且つモータ軸線方向に突出している。そして、各突部３Ｂ，４Ｂは、隣接する歯部１ｔの先端部同士の間に夫々隙間無く嵌合可能であり、嵌合した際に、夫々の内周面（モータ中心側となる面）が、各歯部１ｔの内周面（先端面）と同一面状に連続した状態になる。

両エンドブラケット３，４のうちの一方のエンドブラケット３には、制御回路基板１０が設けてある。制御回路基板１０は、ロータ２における磁石７の磁極を検出するセンサ、センサからの磁極位置情報（ロータ回転位置情報）に基づいて各コイルへ５の通電を切り換えるスイッチング素子、及び結線用の端子等々を配置したものである。そして、一方のエンドブラケット３には、とくに図１に示すように、本体部３Ａに基板取付け部３Ｄが一体成形してあり、この基板取付け部３Ｄに制御回路基板１０が固定してある。

そして、ブラシレスモータＭは、ステータ１の内側にロータ２を組み付けると共に、ステータ１の両端部内側にエンドブラケット３，４を組み付けて、両エンドブラケット３，４のラジアル軸受８，９の内輪にロータ軸２Ｂを嵌合固定する。これにより、両エンドブラケットの間にロータ本体２Ａを収容すると共に、突極６のコイル５の部分をステータ１の軸線方向両側に開放させている。この際、ブラシレスモータＭは、組み立ての順序が限定されることはなく、製作工程を適宜選択することが可能である。

また、ロータ軸２Ｂと各軸受８．９との嵌合固定は、圧入により行ったり、嵌合後にスナップリング等の固定具を用いたりすることができる。このようなロータ軸２Ｂと各軸受８，９との嵌合固定は、ステータ１に取付けた各エンドブラケット３，４の抜け止めとしても機能する。

さらに、図示例のブラシレスモータＭは、図５に示すように、両エンドブラケット３，４をステータ１に組み付けた状態において、各突部３Ｂ，４Ｂの先端同士が互いに当接して、ロータ本体２の収容空間すなわちステータ１と両エンドブラケット３，４により形成した空間を閉塞している。また、両エンドブラケット３，４の突部３Ｂ，４Ｂは、前記収容空間の密閉性をより一層高めるために、先端部に互いに当接係合する凹凸形状を有している。

上記の構成を備えたブラシレスモータＭは、従来のようなステータを収容するケースやモータの外観を形成するフレームが廃止され、ステータ１の両端部内側に嵌合するエンドブラケット３，４を採用したことから、小型軽量化を実現することができると共に、電動工具類に組み込むビルトインモータとしても非常に好適なものとなる。

ここで、例えば、ステータの内径部にエンドブラケットの嵌合部を確保する構造の場合では、少なくとも嵌合部の長さ分だけ、ステータの軸線方向長さを、ロータ本体の軸線方向長さよりも大きくする必要がある。これに対して、この実施形態のブラシレスモータＭは、上記エンドブラケット３，４の採用により、ステータ１の軸線方向長さをロータ２の軸線方向長さとほぼ同等又はそれ以下にして、全体を小型にすることができる。

また、ブラシレスモータＭは、組み立てた状態において、ロータ軸２Ｂと各軸受８，９との嵌合固定により各エンドブラケット３，４を固定する。つまり、ブラシレスモータＭは、モータの機能部品を利用してエンドブラケット３，４を固定するので、エンドブラケット３，４をステータ１に固定するための専用部品が一切不要になり、部品点数の削減や製造コストの低減も実現することができる。

さらに、ブラシレスモータＭは、エンドブラケット３，４に軸受８，９が一体化してあると共に、一方のエンドブラケット３に制御回路基板１０が設けてあるので、組み立て工数の削減を実現することができるうえに、モータ単体でロータ軸２Ｂの軸心を精度良く保てるので、ステータ１とロータ２とのエアギャップを小さくすることによっても小型軽量化に貢献することができる。

さらに、ブラシレスモータＭは、エンドブラケット３，４の本体部３Ａ，４Ａが、各コイル配列の内接円に相当する大きさであることから、ロータ本体２Ａの収容空間を閉塞する一方で、突極６のコイル５の部分をステータ１の軸線方向両側に開放し、同コイル５をむき出しにしている。また、各突極６同士の間は、ステータ軸線方向に連通する空間である。これにより、ブラシレスモータＭは、ロータ本体２Ａの収容空間に塵埃等の異物が入り難い構造であると共に、コイル５部分の通気性が非常に良好であり、コイル５の冷却効果を高めることが可能である。

そしてさらに、ブラシレスモータＭは、両エンドブラケット３，４における突部３Ｂ，４Ｂの先端同士が互いに当接して、ロータ本体２Ａの収容空間を閉塞しているので、前記収容空間に異物が入り込むのをより確実に防ぐことができ、これにより良好な性能を長期にわたって維持することができる。

このように、ブラシレスモータＭは、小型軽量化の実現等々により、電動工具類に組み込むビルトインモータに好適であり、この場合には、ロータ軸２Ｂの軸心精度が確保されているので、電動工具側に軸受を設ける必要も無く、また、電動工具の内蔵ファンによりコイル５の部分を効率的に冷却することができ、ロータ本体２Ａの収容空間の密閉性確保も電動工具の性能を維持するうえで非常に有効である。

なお、本発明のブラシレスモータは、その構成が上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、構成の細部を適宜変更することが可能である。

本発明のブラシレスモータにおいて、エンドブラケット３，４の本体部３Ａ，４Ａは、例えば、各コイル配列の内接円よりも大径にしたり、ステータ１と同等の大きさにして開口部を形成したりしても、コイル５の部分を開放状態にすることが可能である。しかし、エンドブラケット３，４は、その突部３Ｂ，４Ｂを歯部１ｔの先端部同士の間に嵌合することにより、ステータ１に対してがたつくことなく良好に固定されるので、本体部３Ａ，４Ａを大きくすることに特にメリットは無い。したがって、本体部３Ａ，４Ａは、各コイル配列の内接円に対応する大きさにすることにより、ロータ本体２Ａの収容空間の閉塞機能と、コイル５の部分の充分な通気機能とを両立させることができる。

また、本発明のブラシレスモータにおいて、エンドブラケット３，４の突部３Ｂ，４Ｂの数は、ステータ１の歯部１ｔと同数でなくても良いが、少なくとも複数であることが望ましく、ステータ１に対してエンドブラケット３，４を良好に固定するには、ステータ１の歯部１ｔと同数にすることが最適であるのは言うまでもない。

さらに、本発明のブラシレスモータは、ステータ１の歯部１ｔの先端部同士の間に、樹脂製のエンドブラケット３，４の突部３Ｂ，４Ｂが隙間無く嵌合した状態となり、ロータ本体２Ａの収容空間の周面を密閉することが可能である。これに対して、従来のブラシレスモータには、ステータの歯部にコイルを巻回した後、このステータ全体を樹脂でモールドしたものがあり、この場合もロータ本体の収容空間の周面が密閉される。ところが、このようなブラシレスモータには、軸受を備えた別のエンドブラケットが不可欠であるうえに、コイルの部分の通気性が全く無い。つまり、本発明のブラシレスモータは、エンドブラケット３，４の採用により、ロータ本体２Ａの収容空間の周面を密閉する機能と、コイル５の部分の充分な通気機能とを両立させている。

Ｍ ブラシレスモータ
１ ステータ
１ｔ 歯部
２ ロータ
２Ａ ロータ本体
２Ｂ ロータ軸
３ 一方のエンドブラケット
３Ａ 本体部
３Ｂ 突部
４ 他方のエンドブラケット
４Ａ 本体部
４Ｂ 突部
５ コイル
６ 突極
７ 磁石
８ 一方のラジアル軸受
９ 他方のラジアル軸受
１０ 制御回路基板

Claims (1)

1. 内周に少なくとも三個の歯部を配置した環状のステータと、ステータの内側に同軸状に組み付けるロータと、ステータの軸線方向両側に同軸状に組み付ける非磁性材料製の二個のエンドブラケットを備え、
   ステータは、各歯部にコイルを巻回して夫々の突極を構成し、
   ロータは、円周方向に磁石を配置したロータ本体と、ロータ軸を備え、
   各エンドブラケットは、各コイル配列の内接円に相当する大きさを有する本体部と、本体部から突出して隣接する歯部の先端部同士の間に夫々嵌合する突部と、本体部の中央に配置されてロータ軸を回転自在に保持するラジアル軸受を夫々備えると共に、いずれか一方のエンドブラケットに、制御回路基板が設けてあり、
   ステータの内側にロータを組み付けると共に、ステータの両端部内側にエンドブラケットを組み付けて、両エンドブラケットのラジアル軸受の内輪にロータ軸を嵌合固定し、両エンドブラケットの間にロータ本体を収容すると共に、コイルの部分がステータの軸線方向両側に開放してあり、
   前記両エンドブラケットが、ステータに組み付けた状態において、突部の先端同士が互いに当接してロータ本体の収容空間を閉塞していることを特徴とするブラシレスモータ。

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