JP6812981B2 - モータおよび紡績機械 - Google Patents

Description

本発明は、モータおよび紡績機械に関する。

従来、静止部であるステータの外側に回転部が配置される、いわゆるアウターロータ型のモータが知られている。アウターロータ型のモータ（以下、単に「モータ」という）は、例えば、糸を巻き取る紡績機械等の産業機械に用いられている。従来のモータについては、例えば、米国特許公報７０４９７１８号公報に記載されている。当該公報に記載のモータでは、回転部である円筒部の径方向内側に、軸受が配置される。軸受は、中心軸を中心に固定されたシャフトに対して、回転部である円筒部を回転可能に支持する。また、軸受は、ステータの中心軸方向上側と、中心軸方向下側との両側に配置される。
米国特許第７０４９７１８号明細書

米国特許公報７０４９７１８号公報に記載されているモータでは、軸受は、ステータの両側において、シャフトおよび円筒部の双方と接触する。このため、モータ外部と接続するための導線を、ステータ側から引き出すためには、シャフトを削る等の加工を施す必要がある。そして、導線を外部へと引き出すための通路を設ける必要がある。当該加工には、多大な費用および時間を要する。したがって、当該加工を省略できれば、モータの製造コストを削減することができる。

本発明の目的は、シャフトを複雑に加工することなく、ステータから導線を引き出すことができるモータを提供することである。

本願の例示的な第１発明は、アウターロータ型のモータであって、中心軸に沿って上下に延びるシャフトを有する静止部と、前記中心軸を中心に回転する回転部と、前記シャフトに対して前記回転部を、前記中心軸を中心として回転可能に支持する、一つ以上の軸受と、を有し、前記回転部は、前記静止部より径方向外側において、前記シャフトを中心に軸方向に延びる円筒状のモータケーシングと、前記モータケーシングの内周面に配置されるマグネットと、を有し、前記静止部は、前記シャフトに対して垂直に配置される基板と、前記基板の軸方向上側かつ前記軸受の軸方向下側に位置するステータと、を有し、前記ステータは、前記中心軸を中心とする環状のコアバックおよび前記コアバックから径方向外側へ向けて延びる複数のティースをもつステータコアと、前記ティースに巻かれた導線からなるコイルと、を有し、前記コイルから引き出される第１導線が前記基板と接続され、前記基板は、軸方向上面に、第２導線が接続され、前記基板より軸方向上側かつ前記モータケーシングの上端より軸方向下側において、前記モータケーシングの径方向内側に配置され、前記中心軸に対して垂直に広がるプレートと、前記プレートと、前記モータケーシングとの間を塞ぐ、ダストシールと、をさらに有し、前記ダストシールは、二色成型品であり、金属製である金属部と、樹脂製である樹脂部と、を有し、前記金属部が、前記モータケーシングの内周面に固定され、前記樹脂部が、前記プレートに接触する。

本願発明の例示的な一実施形態によれば、導線を、軸受とは反対方向に引き出すことができる。このため、シャフトの複雑な加工が不要となる。したがって、モータの製造コストを削減できる。

図１は、第１実施形態に係るモータを備えた紡績機械の構成図である。 図２は、第１実施形態に係るモータの縦断面図である。 図３は、第１実施形態に係るモータの上面図である。 図４は、第１実施形態に係るモータの部分断面図である。 図５は、第１実施形態に係るモータの拡大断面図である。 図６は、変形例に係るモータの拡大断面図である。

以下に、モータおよび紡績機械の例を開示する。なお、本開示では、モータの中心軸方向における図１の右側を「上側」と、左側を「下側」として説明する。また、中心軸に平行な方向を「軸方向」と、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」として説明する。ただし、この方向の定義により、モータおよび紡績機械の製造時および使用時の向きを限定する意図はない。

＜１．第１実施形態＞
＜１−１．紡績機械の構成＞
図１は、第１実施形態に係るモータ２０を有する紡績機械１の構成を示す図である。紡績機械１は、ボビン１１に糸１２を巻き付けるための機械である。モータ２０は、上下に延びる円筒状のモータケーシング４１を、中心軸９を中心に回転させる。ボビン１１は、モータケーシング４１の外周面と接触して、中心軸９に対して平行に配置される棒状の部材である。ボビン１１は、モータケーシング４１と連動して、モータケーシング４１とは逆方向に回転する。

糸１２は、図外の糸供給部から供給されて、その先端がボビン１１に固定される。モータケーシング４１の回転に伴ってボビン１１が回転すると、糸１２は、糸供給部から順次送られ、ボビン１１へと巻き付けられていく。そして、モータケーシング４１は、ボビン１１に巻き付けられた糸１２と接触しつつ、さらに回転する。そして、ボビン１１は、巻き付けられた糸１２の厚みが増加するにつれて、モータケーシング４１から径方向外側へと押されて移動しながら、さらに糸１２が巻き付けられていく。これにより、糸１２が巻かれたボビン１１が製造される。つまり、ボビン１１は、モータ２０と連動して回転し、糸１２を巻き取る。この構造によって、紡績機械１の製造コストを削減できる。また、紡績機械１を小型化することができる。

＜１−２．モータの構成＞
次に、紡績機械１に用いられるモータ２０の詳細な構成について、説明する。図２は、第１実施形態に係るモータ２０の縦断面図である。モータ２０は、ステータ３３の径方向外側にマグネット４２が配置される。つまり、モータ２０は、アウターロータ型のモータである。モータ２０は、静止部３０と、回転部４０と、軸受５０と、を有する。

静止部３０は、紡績機械１の枠体に対して、相対的に静止する。静止部３０は、シャフト３１と、基板３２と、ステータ３３と、プレート３４と、を有する。

シャフト３１は、中心軸９に沿って軸方向上下に延びる略円柱状の部材である。つまり、静止部３０は、中心軸９に沿って上下に延びるシャフト３１を有する。シャフト３１の材料には、例えば、ステンレスや、炭素鋼等の金属が用いられる。シャフト３１の上端部は、モータケーシング４１よりも軸方向上側へ突出する。シャフト３１の下端部は、モータケーシング４１よりも軸方向下側へ突出する。シャフト３１の上端部および下端部は、それぞれ、紡績機械１の枠体に固定される。

ステータ３３は、駆動電流に応じて磁束を発生させる部位である。ステータ３３は、基板３２の軸方向下側かつ軸受５０の軸方向上側に位置する。ステータ３３は、ステータコア３３１と、コイル３３２と、を有する。ステータコア３３１は、複数の鋼板を軸方向に積層した積層鋼板からなる。ステータコア３３１は、中心軸９を中心とする環状のコアバック３３３およびコアバック３３３から径方向外側へ向けて延びる複数のティース３３４を有する。コイル３３２は、ティース３３４に巻かれた導線３５を有する。そして、導線３５の端部は、第１導線３５１として、コイル３３２から基板３２に向けて引き出される。つまり、コイル３３２から引き出される第１導線３５１は基板３２と接続される。

基板３２は、電子回路や電子部品が搭載された略板状の部材である。基板３２は、ステータ３３より上側かつ、モータケーシング４１の径方向内側において、シャフト３１に対して垂直に配置される。すなわち、静止部３０は、シャフト３１に対して垂直に配置される基板３２を有する。ただし、基板３２は、シャフト３１に対して略垂直であってもよい。本実施形態では、基板３２は、シャフト３１に対して垂直に固定された支持部３２５と接触して配置される。これにより、基板３２はモータケーシング４１内で位置決めされる。

基板３２は、コイル３３２から引き出される第１導線３５１と接続される。そして、基板３２は、軸方向上面に、第２導線３５２が接続される。外部電源から供給された電流は、第２導線３５２、基板３２、および第１導線３５１を介して、コイル３３２へと流れる。なお、図１の例では、コイル３３２から引き出される第１導線３５１の数は１本であるが、コイル３３２から引き出される第１導線３５１の数は複数であってもよい。そして、複数の第１導線３５１が基板３２と接続されてもよい。

図３は、モータ２０の上面図である。本実施形態では、コネクタ３２１は、基板３２の上面に位置する。コネクタ３２１は、第２導線３５２と接続される端子３２２と、端子３２２の外周を囲むカバー部３２３とを有する。端子３２２は、導体である金属からなり、コイル３３２から引き出された第１導線３５１と電気的に接続される。そして、モータ２０の外へ延びる第２導線３５２は、端子３２２と接続される。これにより、第２導線３５と基板３２とを、容易に接続することができる。また、第１導線３５１と第２導線３５２とを接続箇所を封止するための、ホットモールド工程が不要となる。このため、導線３５がホットモールド工程によって損傷することを防止できる。

カバー部３２３は、絶縁体である樹脂からなり、端子３２２の外周を環状に囲む。これにより、端子３２２が水や塵などの不純物と接触することを防ぐことができる。特に、本実施形態のモータ２０は、紡績機械１に用いられる。このため、モータ２０は、糸屑等の異物が発生しやすい環境下で使用される。しかしながら、カバー部３２３によって、端子３２２が糸屑等の異物と接触することを防ぐことができる。したがって、端子３２２の腐食などの劣化が抑えられ、モータ２０を長寿命化できる。

プレート３４は、中心軸９に対して垂直に広がる略板状の部材である。なお、プレート３４は、中心軸９に対して略垂直に広がっていてもよい。プレート３４は、基板３２より軸方向上側、かつ、モータケーシング４１の上端より軸方向下側において、モータケーシング４１の径方向内側に配置され、中心軸９に対して垂直に広がる。プレート３４は、モータケーシング４１とシャフト３１との間を塞ぐ。これにより、外部からモータ２０内部への異物の進入を防ぐことができる。なお、本実施形態では、プレート３４は、軸受５０より下側にも配置される。これにより、モータ２０内部への異物の進入をより防ぐことができる。なお、プレート３４は、貫通孔３４１を有する。そして、コネクタ３２１は貫通孔３４１内に配置される。これにより、複数の第２導線３５２は、コネクタ３２１により接続される。

回転部４０は、中心軸９を中心に回転する部位である。回転部４０は、モータケーシング４１、マグネット４２、およびロータヨーク４３を有する。

モータケーシング４１は、静止部３０および軸受５０を内部に収容する。モータケーシング４１は、静止部３０より径方向外側において、シャフト３１を中心に軸方向に延びる円筒状の部材である。図１および図３に示すように、モータケーシング４１の外周部には、軸方向に延びる複数の溝部４１１が設けられている。これにより、モータケーシング４１と、ボビン１１と、の間の摩擦が大きくなる。したがって、モータケーシング４１の回転に伴って、ボビン１１が空回りすることなく回転しやすくなる。また、モータケーシング４１と、糸１２との間の摩擦も大きくなる。したがって、モータケーシング４１の回転に伴って、糸１２をボビン１１へと送りやすくなる。

なお、モータケーシング４１の材料は、アルミニウム合金であることが好ましい。アルミニウム合金は、鉄等の他の金属材料と比較して、硬度や融点が低い。このため、切削加工によって、モータケーシング４１の外周部への溝部４１１の形成や、内周部の加工が容易になる。また、押出加工によってモータケーシング４１の外周部に容易に溝部４１１を形成することができる。したがって、モータ２０の製造コストを抑えることができる。また、アルミニウム合金を用いることで、モータケーシング４１の重量を軽量化できる。このため、モータ２０の駆動のための消費電力を抑えることができる。また、モータ２０の駆動に伴い発生する振動や騒音を低減できる。ただし、モータケーシング４１に、アルミニウム合金以外の材料が用いられていてもよい。

図２に戻る。マグネット４２は、モータケーシング４１の内周面に直接またはロータヨーク４３を介して配置される。ロータヨーク４３は、磁性体により形成された円環状の部材である。ロータヨーク４３は、例えば、モータケーシング４１の内周面に圧入されることで固定される。ただし、ロータヨーク４３は、圧入接着等の他の方法によって、モータケーシング４１の内周面に固定されてもよい。

マグネット４２は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁された１つの円環状の部材である。マグネット４２は、ロータヨーク４３の内周面に、例えば接着剤で固定される。マグネット４２の内周面は、複数のティース３３４の径方向外側の端面と、径方向に対向する。マグネット４２の径方向内側の面は、ステータ３３に対向する磁極面となっている。なお、１つの円環状のマグネット４２に代えて、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように、周方向に配列した複数のマグネットが、使用されていてもよい。また、マグネット４２には、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ合金系の焼結磁石が、使用されていてもよい。

モータケーシング４１の材料に、鉄などの磁性体を用いる場合には、ロータヨーク４３を省略してもよい。その場合、モータケーシング４１の内周面に、直接マグネット４２を固定すればよい。

モータ２０は、軸受５０を１つ以上有する。軸受５０は、シャフト３１に対して回転部４０を、中心軸９を中心として回転可能に支持する。軸受５０は、ステータ３３よりも下側に配置される。本実施形態では、軸受５０は、上軸受５１と、上軸受５１よりも下側に配置される下軸受５２とを有する。本実施形態の上軸受５１および下軸受５２には、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングが、使用されている。上軸受５１および下軸受５２の内輪は、シャフト３１の外周面に、固定されている。上軸受５１および下軸受５２の外輪は、モータケーシング４１の内周面に、固定されている。なお、軸受５０に、ボールベアリングに代えて、すべり軸受や流体軸受等の他方式の軸受が、使用されていてもよい。

このようなモータ２０において、ステータ３３のコイル３３２に駆動電流を与えると、ステータコア３３１の複数のティース３３４に、径方向の磁束が発生する。そして、ティース３３４とマグネット４２との間の磁束の作用により、周方向のトルクが発生する。その結果、静止部３０に対して回転部４０が、中心軸９を中心として回転する。回転部４０が回転すると、モータケーシング４１とともにボビン１１も回転する。

このように、本実施形態のモータ２０では、ステータ３３の軸方向下側のみに、軸受５０が配置されている。そして、ステータ３３のコイル３３２から、軸受５０とは反対方向に、第１導線３５１が引き出されている。このため、軸受５０を避けて導線を引き出すために、シャフト３１を複雑に加工する必要がない。したがって、モータ２０の製造コストを削減できる。

＜１−３．センサ、ダストシールについて＞
次に、センサ３２４およびダストシール６０について説明する。

図４は、モータ２０のステータ３３付近の部分断面図である。本実施形態では、基板３２は、軸方向下側の面に、少なくとも一つのセンサ３２４を有する。センサ３２４はマグネット４２の磁束を検出する。これにより、モータケーシング４１の回転速度を検出することができる。モータケーシング４１の回転速度は、センサ３２４の検出結果に基づいて、フィードバック制御される。なお、基板３２に搭載されるセンサ３２４の数は、一つであってもよく、二つ以上であってもよい。複数のセンサ３２４を設けることで、マグネット４２の磁束をより精度よく検出することができる。

ここで、図４に示すように、コアバック３３３の軸方向の長さをＬｓとする。また、ステータコア３３１の軸方向の中心から、マグネット４２の軸方向上側の端部までの軸方向の長さをＬｍ１とする。このとき、ＬｓとＬｍ１は、Ｌｍ１＞Ｌｓの関係を満たす。つまり、コアバック３３３の軸方向の長さＬｓと、ステータコア３３１の軸方向の中心から、マグネット４２の軸方向上側の端部までの軸方向の長さＬｍ１と、がＬｍ１＞Ｌｓの関係を満たす。これにより、マグネット４２の上側の端部を、センサ３２４に接近させることができる。さらに、コアバック３３３とセンサ３２４との軸方向距離を長くすることができるため、コアバック３３３のコイル３３２周辺に発生する磁束が、センサ３２４に影響しにくい。したがって、センサ３２４によるマグネット４２の磁束の検出精度を向上できる。

また、マグネット４２の軸方向下側の端部から、ステータコア３３１の中心までの軸方向の長さをＬｍ２とする。このとき、Ｌｍ１とＬｍ２は、Ｌｍ１≧Ｌｍ２の関係をさらに満たす。つまり、Ｌｍ１と、マグネット４２の軸方向下側の端部から、ステータコア３３１の中心までの軸方向の長さＬｍ２と、がＬｍ１≧Ｌｍ２の関係をさらに満たす。これにより、マグネット４２全体の軸方向の長さＬｍを抑えながら、マグネット４２の上側の端部を、センサ３２４に接近させることができる。

なお、本実施形態では、回転部４０は、ダストシール６０をさらに有する。図５は、モータ２０の、ダストシール６０付近の拡大断面図である。ダストシール６０は円環状の部材であり、モータケーシング４１の内周面に嵌めこまれて固定される。そして、ダストシール６０の一部は、プレート３４と接触する。つまり、ダストシール６０は、プレート３４と、モータケーシング４１との間を塞ぐ。したがって、水や埃などの不純物がモータ２０内部へと進入することを防止できる。

また、本実施形態では、ダストシール６０は、金属製である金属部６１と、樹脂製である樹脂部６２と、を有する二色成型品である。ダストシール６０の製造時には、金型の内部に予め金属部６１を配置した状態で、金型の内部に樹脂を流し込むことにより、樹脂部６２を成型する。金属部６１は、モータケーシング４１の内周面に沿って軸方向に延びる円筒部６３と、円筒部６３から径方向内側へ突出する環状の平板部６４と、平板部６４から径方向内側かつ軸方向下方へ折り曲がる傾斜部６５と、を有する。樹脂部６２は、傾斜部６５の径方向内側の端部に配置される。そして、樹脂部６２は、プレート３４と接触する。このように、プレート３４に対して、弾性を有する樹脂部６２を接触させることにより、ダストシール６０による防水性、防塵性を向上することができる。また、ダストシール６０を、モータケーシング４１内へ組み込みやすくなる。

また、本実施形態では、金属部６１が、モータケーシング４１の内周面に固定される。これにより、モータケーシング４１に対するダストシール６０の固定強度が向上する。また、ダストシール６０を、モータケーシング４１内に容易に組み込むことができる。

＜２．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。

図６は、変形例に係るモータのダストシール６０Ａ付近の拡大断面図である。ダストシール６０Ａの金属部６１Ａは、モータケーシング４１Ａの内周面に沿って、軸方向に延びる円筒部６３Ａと、円筒部６３Ａの上端から径方向内側へ突出する環状の平板部６４Ａと、平板部６４Ａの内端から径方向内側かつ下方へ折り曲がる傾斜部６５Ａと、を有する。樹脂部６２Ａは、傾斜部６５Ａの径方向内側の端部に配置される。そして、樹脂部６２Ａは、プレート３４Ａと接触する。ダストシール６０Ａは、このような構造であっても、モータケーシング４１Ａとプレート３４Ａとの間を塞ぐことができる。これにより、ダストシール６０Ａを、モータケーシング４１Ａ内へより組み込みやすくなる。

また、上記の実施形態では、基板は電子回路や電子部品が搭載された部材であった。しかしながら、基板は電気伝導性を備えた部材であってもよく、導線を支持する配線台であってもよい。この場合、導線を配線台に這わせて、直接端子ピンへ接続させ、駆動電流を供給すればよい。

また、上記の実施形態では、軸受は、上軸受と下軸受けの二つの軸受を有していた。しかしながら、軸受は、一つであってもよく、三つ以上であってもよい。

また、上記の実施形態では、モータは紡績機械に使用されていた。しかしながら、モータは、他の用途に使用されるものであってもよい。

また、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、モータおよび紡績機械に利用できる。

１ 紡績機械
９ 中心軸
１１ ボビン
１２ 糸
２０ モータ
３０ 静止部
３１ シャフト
３２ 基板
３３ ステータ
３４，３４Ａ プレート
３５ 導線
４０ 回転部
４１，４１Ａ モータケーシング
４２ マグネット
４３ ロータヨーク
５０ 軸受
５１ 上軸受
５２ 下軸受
６０，６０Ａ ダストシール
６１，６１Ａ 金属部
６２，６２Ａ 樹脂部
６３，６３Ａ 円筒部
６４，６４Ａ 平板部
６５，６５Ａ 傾斜部
３１１ 凹部
３２１ コネクタ
３２２ 端子
３２３ カバー部
３２４ センサ
３２５ 支持部
３３１ ステータコア
３３２ コイル
３３３ コアバック
３３４ ティース
３４１ 貫通孔
３５１ 第１導線
３５２ 第２導線
４１１ 溝部
５１１ 内輪

Claims (9)

1. アウターロータ型のモータであって、
   中心軸に沿って上下に延びるシャフトを有する静止部と、
   前記中心軸を中心に回転する回転部と、
   前記シャフトに対して前記回転部を、前記中心軸を中心として回転可能に支持する、一つ以上の軸受と、
   を有し、
   前記回転部は、
   前記静止部より径方向外側において、前記シャフトを中心に軸方向に延びる円筒状のモータケーシングと、
   前記モータケーシングの内周面に直接またはロータヨークを介して配置されるマグネットと、
   を有し、
   前記静止部は、
   前記シャフトに対して垂直に配置される基板と、
   前記基板の軸方向下側かつ前記軸受の軸方向上側に位置するステータと、
   を有し、
   前記ステータは、
   前記中心軸を中心とする環状のコアバックおよび前記コアバックから径方向外側へ向けて延びる複数のティースを有するステータコアと、
   前記ティースに巻かれた導線からなるコイルと、
   を有し、
   前記コイルから引き出される第１導線は前記基板と接続され、
   前記基板は、軸方向上面に、第２導線が接続され、
   前記基板より軸方向上側かつ前記モータケーシングの上端より軸方向下側において、前記モータケーシングの径方向内側に配置され、前記中心軸に対して垂直に広がるプレートと、
   前記プレートと、前記モータケーシングとの間を塞ぐ、ダストシールと、
   をさらに有し、
   前記ダストシールは、二色成型品であり、
   金属製である金属部と、
   樹脂製である樹脂部と、
   を有し、
   前記金属部が、前記モータケーシングの内周面に固定され、
   前記樹脂部が、前記プレートに接触するモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   複数の前記第２導線は、コネクタにより接続され、
   前記コネクタは、前記基板の上面に位置するモータ。
3. 請求項２に記載のモータであって、
   前記コネクタは、
   前記第２導線と接続される端子と、
   前記端子の外周を囲むカバー部と、
   を有するモータ。
4. 請求項１に記載のモータであって、
   前記金属部は、
   前記モータケーシングの内周面に沿って軸方向に延びる円筒部と、
   前記円筒部から径方向内側へ突出する環状の平板部と、
   前記平板部から径方向内側かつ軸方向下方に折り曲がる傾斜部と、
   を有し、
   前記樹脂部は、前記傾斜部の径方向内側の端部に配置されるモータ。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のモータであって、
   前記基板は、軸方向下側の面に、少なくとも一つのセンサを有し、
   前記センサは前記マグネットの磁束を検出するモータ。
6. 請求項５に記載のモータであって、
   前記コアバックの軸方向の長さＬｓと、前記ステータコアの軸方向の中心から、前記マグネットの軸方向上側の端部までの軸方向の長さＬｍ１と、がＬｍ１＞Ｌｓの関係を満たすモータ。
7. 請求項６に記載のモータであって、
   前記Ｌｍ１と、前記マグネットの軸方向下側の端部から、前記ステータコアの中心までの軸方向の長さＬｍ２と、がＬｍ１≧Ｌｍ２の関係をさらに満たすモータ。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のモータであって、
   前記モータケーシングの材料は、アルミニウム合金であるモータ。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のモータと、
   前記モータと連動して回転し、糸を巻き取るボビンと、
   を有する紡績機械。
   

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