(57)【要約】  【課題】ポールメンバーの内周空間に２つの軸受部を配置する場合に、回転軸方向の厚みを増加させずに、軸受部の軸芯ズレを低減させたアキシャルギャップ型電動機、及び、リング状の板バネがバネ性を失わず、また、最悪の場合でもロータとステータとが接触しないアキシャルギャップ型電動機を提供する。  【解決手段】同一の回転軸４に所定の空隙をもって対向的に配置される、リング状のステータ２と円盤状のロータ８、９とで電動機を構成し、ステータ２をティース５１の外周にコイル２７が巻回され、環状に連結される複数個のポールメンバーと、リング状の内周空間である左右の軸受穴２ｄ、２ｅにそれぞれ配置される軸受部２６とで構成し、ステータ２に軸受部２６をロータ方向に突出させる突出部２ｆ、２ｇとを設け、ロータ８、９に突出部２ｆ、２ｇと対応する凹部２ｄ、２ｅとを設ける。また、軸受穴にストッパを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置されるリング状のステータ及び円盤状のロータとを含み、
前記ステータが、ティースの外周にコイルが巻回され、環状に連結される複数個のポールメンバーと、リング状の内周空間である左右の軸受穴にそれぞれ配置される軸受部とで構成されてなるアキシャルギャップ型電動機において、
前記ステータが対向する前記ロータ側面の内周付近に凹部を設け、前記軸受部を前記凹部内に突出して配置してなることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【請求項２】
前記ステータは、環状に連結される複数個の前記ポールメンバーと、突出した前記軸受部の外周を保持する突出部とが合成樹脂により一体に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のアキシャルギャップ型電動機。
【請求項３】
前記ロータは、円形鋼板の前記ティースと対応する面に永久磁石が配置され、同永久磁石の内周付近に前記凹部が設けられてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型電動機。
【請求項４】
同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置される、リング状のステータと円盤状のロータとを含み、
前記ステータが、ティースの外周にコイルが巻回され、環状に連結される複数個のポールメンバーと、リング状の内周空間である左右の軸受穴にそれぞれ配置される軸受部とで構成されてなるアキシャルギャップ型電動機において、
前記軸受穴を形成する前記ステータの前記回転軸方向の面に、前記ロータの前記回転軸方向の摺動を規制するストッパを設け、前記軸受穴と前記軸受部との間に、前記ロータを前記ストッパの反対方向に押圧する押圧手段を設けてなることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型電動機の固定子に関し、より詳細には、巻線を巻回した複数のポールメンバーを円周状に配置し、その内周空間に備えられた軸受の配置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、３相９スロットのアキシャルギャップ型電動機は図５及び図６に示すように、ほぼ円盤状をなすステータ２０と、ステータ２０の両側に所定の空隙をもって対向的に配置される一対のプラスチックマグネットからなるロータ３１、３２とを含み、ロータ３１、３２は同一のロータ出力軸（回転軸）２４を共有しており、ステータ２０は、その内周側にロータ出力軸２４を支持する軸受部２６を備えている。
【０００３】
なお実際には、ステータ２０およびロータ３１、３２は、図示しないブラケット（筐体）内に収納され、ステータ２０は、その外周側がブラケットに固定されている。
【０００４】
ステータ２０は、環状（いわゆるドーナツ状）に形成されたステータコア２５と、ステータコア２５の内周側に同軸的に挿入された軸受部２６とを備え、ステータコア２５は、合成樹脂２１によって一体的にモールドされている。この例において、それぞれの軸受部２６は、１つのラジアルボールベアリングを備えている。
【０００５】
図６に示すように、ステータコア２５は、９個のポールメンバー２５ａ〜２５ｉを環状につなぎ合わせることにより構成されている。各ポールメンバー２５ａ〜２５ｉはすべて同一形状である。
【０００６】
また、１つのポールメンバー２５ｄは、図５に示すように、複数枚の金属板を台形状に積層してなるティース（鉄心）５１を備え、ティース５１の周りには、その両側面を除いて合成樹脂からなるインシュレータ５０が一体に形成されている。
【０００７】
インシュレータ５０は、ティース５１の両側面に沿って左右一対として配置されるほぼ扇型のフランジ５２、５３を含む全体が断面Ｈ字形のボビン状に形成されている。このフランジ５２、５３との間にコイル２７が巻回される構造になっている。
【０００８】
そして、３相分のポールメンバーユニットを形成した後、図６に示すように、Ｕ相用ポールメンバーを順次円弧状に配置する。そしてその隣にＶ相、その隣にＷ相の各ポールメンバーをそれぞれ円弧状に配置して、これらの各ポールメンバー両隣をそれぞれ連結する。これにより、９個のポールメンバーが環状に組み立てられる。
【０００９】
なお、Ｕａ、ＵｂはＵ相用の引出線、Ｖａ、ＶｂはＶ相用の引出線、Ｗａ、ＷｂはＷ相用の引出線であり、各引出線をステータコア２５に保持するための樹脂性の保持体３０を介して図示しない電動機用の駆動回路基板に接続される。
【００１０】
そして、インサート成形により各ポールメンバーの外周部分および内周部分、引出線用の保持体３０を合成樹脂２１によって固める。その後、ステータコア２５の左右の内周側に軸受部２６をそれぞれ圧入してステータ２０を作成する（例えば、特許文献１参照。）。
なお、ステータコア２５の一方の内周側と軸受部２６との間には、断面波形のリング状の板バネ３３が配置されており、ロータ出力軸２４の軸方向への摺動を抑制する構造になっている。
【００１１】
また、以上説明した従来例のように、ポールメンバーにティースを備えたステータは、ティース自体に、ある程度の回転軸方向の厚みが必要であり、結果的に円形に配置されたポールメンバーの内周空間に軸受部を配置することができる。このようにアキシャルギャップ型電動機は、回転軸方向の厚みを小さくできることが特徴であり、ラジアルギャップ型電動機のようにブラケットの両端で軸受を保持する構造でなく、ステータ内周に軸受部を配置する構造が一般的である。
【００１２】
しかしながら、ステータ内周に軸受部を配置すると、２つの軸受部が近接することになり、軸受部が近接すればするほど２つの軸受部の軸芯の僅かなズレにより、ロータが回転しているときに振動が発生するという問題があった。
また、リング状の板バネにより、ロータ出力軸の軸方向への摺動を抑制する構造になっているが、リング状の板バネが長期間の過度の押圧により板状となってバネ性を失ってしまったり、最悪の場合にロータとステータとが接触してしまう場合があった。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−２８２９８９号公報（第９−１２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は以上述べた問題点を解決し、ポールメンバーの内周空間に２つの軸受部を配置する場合に、回転軸方向の厚みを増加させずに、軸受部の軸芯ズレを低減させたアキシャルギャップ型電動機、及び、リング状の板バネがバネ性を失わず、また、最悪の場合でもロータとステータとが接触しないアキシャルギャップ型電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上述の課題を解決するため、同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置されるリング状のステータ及び円盤状のロータとを含み、
前記ステータが、ティースの外周にコイルが巻回され、環状に連結される複数個のポールメンバーと、リング状の内周空間である左右の軸受穴にそれぞれ配置される軸受部とで構成されてなるアキシャルギャップ型電動機において、
前記ステータが対向する前記ロータ側面の内周付近に凹部を設け、前記軸受部を前記凹部内に突出して配置してなる構造にする。
【００１６】
また、前記ステータは、環状に連結される複数個の前記ポールメンバーと、突出した前記軸受部の外周を保持する突出部とが合成樹脂により一体に形成されてなる構造にする。
【００１７】
また、前記ロータは、円形鋼板の前記ティースと対応する面に永久磁石が配置され、同永久磁石の内周付近に前記凹部が設けられてなる構造にする。
【００１８】
また、同一の回転軸に所定の空隙をもって対向的に配置される、リング状のステータと円盤状のロータとを含み、
前記ステータが、ティースの外周にコイルが巻回され、環状に連結される複数個のポールメンバーと、リング状の内周空間である左右の軸受穴にそれぞれ配置される軸受部とで構成されてなるアキシャルギャップ型電動機において、
前記軸受穴を形成する前記ステータの前記回転軸方向の面に、前記ロータの前記回転軸方向の摺動を規制するストッパを設け、前記軸受穴と前記軸受部との間に、前記ロータを前記ストッパの反対方向に押圧する押圧手段を設けてなる構造にする。
【発明の効果】
【００１９】
以上の手段を用いることにより、本発明によるアキシャルギャップ型電動機によれば、
請求項１に係わる発明は、ステータが対向するロータ側面の内周付近に凹部を設け、軸受部を凹部内に突出して配置してなる構造にすることにより、
２つの軸受部の回転軸方向の間隔を広げることができ、軸受部の軸芯の位置ズレを小さくすることができ、かつ、２つの軸受部の回転軸方向の間隔を広げるために、電動機全体の回転軸方向の厚みを大きくしなくてもよく、電動機の小型化が可能である。
【００２０】
請求項２に係わる発明は、ステータは、環状に連結される複数個のポールメンバーと、突出した軸受部の外周を保持する突出部とが合成樹脂により一体に形成されてなる構造にすることにより、
２つの軸受部の回転軸方向の間隔を広げることが容易で、かつ、軸芯を正確にできるため、軸受部の軸芯の位置ズレを小さくすることができ、ロータの回転ブレを小さくすることができる。
【００２１】
請求項３に係わる発明は、ロータは、円形鋼板のティースと対応する面に永久磁石が配置され、同永久磁石の内周付近に凹部が設けられてなる構造にすることにより、
電動機の性能への影響が比較的少ないロータの永久磁石内周付近に空間を設け、ステータの一部をこの空間に配置し電動機全体の回転軸方向の厚みを小さくできるため、小型化が可能になる。
【００２２】
請求項４に係わる発明は、軸受穴を形成するステータの回転軸方向の面に、ロータの回転軸方向の摺動を規制するストッパを設け、軸受穴と軸受部との間に、ロータをストッパの反対方向に押圧する押圧手段を設けてなる構造にすることにより、
押圧手段のバネ性を保持しつつ、摺動による大きな回転軸方向の移動が発生した場合、永久磁石がティースと接触することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に基づいた実施例として詳細に説明する。なお背景技術で説明した図４〜図５と同じ部品については同じ番号を付与し、詳細な説明を省略する。
【００２４】
本発明の特徴は、回転軸方向の厚みが小さいアキシャルギャップ型電動機において、軸受部の軸芯ズレを低減させるために、複数の軸受の回転軸方向の間隔を最大限広げるためのロータとステータの構造にある。このための構造を以下に説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明による３相９スロットのアキシャルギャップ型電動機１は図１に示すように、ほぼ円盤状をなすステータ２と、ステータ２の両側に所定の空隙をもって対向的に配置される一対のロータ８、９とを含み、ロータ８、９は同一のロータ出力軸（回転軸）４を共有しており、ステータ２は、その内周側に同軸的に挿入され、ロータ出力軸４を支持する軸受部２６を備えている。この例において、それぞれの軸受部２６は、１つのラジアルボールベアリングを備えている。
【００２６】
そして、この電動機は、ロータ出力軸４を中心にしてそれぞれが円形の、ブラケット蓋１５、モータの駆動回路が実装されたプリント基板１４、ロータ８、ステータ２、ロータ９、ブラケット蓋１６が順次配設されている。
【００２７】
そして、ロータ８の位置検出用の永久磁石８ｃと対向するプリント基板１４にはホール素子１４ｃが配置されており、ロータ８の回転位置を検出するようになっている。また、プリント基板１４の外周近辺では、結線体１１の巻線接続端子１１ａがハンダ付けされており、ステータ２のコイル２７の引出し線を結線体１１を介してプリント基板１４に接続する構造になっている。
【００２８】
また、ブラケット蓋１５、１６は鋼板をプレスして形成されており、ステータ２の両側にそれぞれ嵌着される構造になっている。当然のことながら、ブラケット蓋１５、１６を装着するか、しないかは電動機の仕様により決定されるべきものである。
【００２９】
一方、ステータ２は、ティース５１に施されたインシュレータ１０の周囲にコイル２７を巻回した９個のポールメンバーを環状（いわゆるドーナツ状）に配置したステータコア５を、合成樹脂７によって一体的にモールドして形成されている。その際、ステータ２は、軸受部２６を保持するための軸受穴２ｄと軸受穴２ｅとをロータ出力軸４と同心になるように、合成樹脂７によって一体的にモールドして形成されている。
【００３０】
そしてステータ２の一方の側面には、軸受穴２ｄとその内部に配置された軸受部２６とをロータ８に向かって突出させた突出部２ｆが、また他方の側面には、軸受穴２ｅとその内部に配置された軸受部２６とをロータ９に向かって突出させた突出部２ｇが、それぞれ合成樹脂７によって一体的にモールドして形成されている。これらの突出部は軸受穴の外周を保持しており、軸受部を確実にステータに保持すると共に、２つの軸受部の軸芯を精度よく合わせることができる
これにより、２つの軸受部２６の回転軸方向の間隔を、突出部２ｆ、２ｇが備えられていない図５に示す従来の電動機よりも広げることができるため、軸受部２６の軸芯の位置ズレを小さくすることができ、ロータの回転ブレを小さくすることができる。
【００３１】
ロータ８は円形の鋼板からなるバックヨーク８ａのステータコア５と対向する一方の面に、扇型の永久磁石８ｂをリング状に、また他方の面に位置検出用の永久磁石８ｃをそれぞれ備えている。また、ロータ９は鋼板からなるバックヨーク９ａのステータコア５と対向する一方の面に扇型の永久磁石９ｂをリング状に備えている。この結果、永久磁石８ｂと永久磁石９ｂとの内周付近に、これらの永久磁石と同じ厚さの円柱状の空間である凹部８ｄ、凹部９ｄとがそれぞれ形成される。また、これらの凹部の空間には、突出部２ｆ、２ｇが配置される構造になっている。
なお、凹部は本実施例に限定するものでなく、バックヨークと永久磁石が一体となったプラスチックマグネットに設けてもよいし、本実施例でのバックヨーク自体にさらに凹部を延長して設けてもよい。
【００３２】
このように、電動機の性能への影響が比較的少ないロータの永久磁石内周付近に空間を設け、軸受部を含むステータの一部をこの空間に配置することにより、電動機全体の回転軸方向の厚みを小さくできるため、小型化が可能になる。
【００３３】
さらに、ステータ２が対向するロータ８、９側面のそれぞれの内周付近に、凹部８ｄ、９ｄとを設け、軸受部２６をこの凹部８ｄ、９ｄとの内部に突出して配置する構造にすることにより、
２つの軸受部の回転軸方向の間隔を広げて軸受部の軸芯の位置ズレを小さくすることができ、かつ、２つの軸受部の回転軸方向の間隔を広げるために、電動機全体の回転軸方向の厚みを大きくしなくてもよいため電動機の小型化が可能である。
【００３４】
図２に示すように、ステータコア５は、９個のポールメンバー５ａ〜５ｉを環状につなぎ合わせることにより構成されている。各ポールメンバー５ａ〜５ｉは、５ａと５ｄと５ｇとに固定されている巻線を電気的に中継して接続する結線体１１を除けばすべて同一形状である。
【００３５】
ポールメンバー５ｅは、図１に示すように、複数枚の金属板を台形状に積層してなるティース（鉄心）５１を備え、ティース５１の周りには、その両側面を除いて合成樹脂からなるインシュレータ１０が一体に形成されている。
【００３６】
インシュレータ１０は、ティース５１の両側面に沿って左右一対として配置されるほぼ扇型のフランジ１２、１３を含む全体が断面Ｈ字形のボビン状に形成されている。
【００３７】
そして、任意のポールメンバー、例えばＵ相ならばポールメンバー５ｄの後方（ステータを形成した場合の外周側）のフランジ１２表面にＬ字型の巻線接続端子１１ａを左右両端に固定した結線体１１を装着する。そして、水平方向に突出した一方の巻線接続端子１１ａにポールメンバー５ｅのコイル巻終わり、つまり、Ｕ相の巻線終端Ｕｂを絡げてハンダ付けし、他方の巻線接続端子１１ａにＵ相の巻線始端Ｕａを絡げてハンダ付けする。
【００３８】
このようにして、３相分のポールメンバーユニットを形成した後、図２に示すように、Ｕ相用のポールメンバーを円弧状に配置し、この隣にＶ相、そしてその隣にＷ相用の各ポールメンバーをそれぞれ円弧状に配置して、これらの各ポールメンバー両隣をそれぞれ連結する。これにより、９個のポールメンバーが環状に組み立てられる。
【００３９】
そして図３の斜視図に示すように、インサート成形により各ポールメンバーの外周部分および、軸受穴２ｄと軸受穴２ｅを含む内周部分と、引出線用の結線体１１とを合成樹脂によって固めてステータ２を作成する。その後、ステータコア２の左右の内周側に備えられた軸受穴２ｄと軸受穴２ｅとに、軸受部２６をそれぞれ圧入してステータ２を作成する。
【００４０】
図４は本発明によるステータの軸受部周辺を表す要部断面図であり、（Ａ）は矩形のストッパを、（Ｂ）は他の実施例である凸状のストッパをそれぞれ示した例である。
図４（Ａ）において、インサート成形された樹脂７からなるステータコア２の軸受穴２ｄの底面と軸受部２６との間には、断面が波型であるリング状の板バネ３３が配置されており、ロータ８、９、及びロータ出力軸４を図１における左の軸方向へ押圧する構造になっている。
【００４１】
また、インサート成形により、ロータ８、９、及びロータ出力軸４を図１おける右の回転軸方向の摺動を規制するストッパ２ｃを設けた構造になっている。このストッパ２ｃは、ステータ２の軸受穴２ｄの底面外周に矩形の突起として形成されている。
本実施例において、ロータ直径７６ミリ、ロータ間隔２７ミリ、ベアリング直径２２ミリ、ベアリング厚み８ミリの場合、ストッパ２ｃのロータ出力軸４方向の厚みは２ミリとなっている。
【００４２】
さらに、図４（Ａ）のストッパ２ｃの変形例として図４（Ｂ）に示すストッパ２ｃ’の構造がある。ストッパ２ｃ’は、ステータ２の軸受穴２ｄの底面外周に三角状に形成されている。このようにストッパ２ｃ’を三角状に形成することにより、リング状の板バネ３３を軸受穴２ｄ内に装着する場合に、リング状の板バネ３３の回転方向の位置を気にする必要がなくなり、作業性が向上する。
【００４３】
つまり、図４（Ａ）に示す矩形のストッパ２ｃでは装着の際、ストッパ２ｃを跨ぐようにリング状の板バネ３３の波型の断面部分を配置しなければならないが、図４（Ｂ）に示すストッパ２ｃ’では装着の際、波型の断面部分を意識しなくても任意の回転方向で配置すれば、波型の断面部分がストッパ２ｃ’の三角形の傾斜で滑り落ちるため、結果的にリング状の板バネ３３の波型の断面部分がストッパ２ｃ’を跨ぐように配置されるからである。
【００４４】
以上のように、軸受穴２ｄを形成するステータ２のロータ出力軸４（回転軸）方向の面に、ロータの回転軸方向の摺動を規制するストッパ２ｃを設け、軸受穴２ｄと軸受部２６との間に、ステータ２をストッパ２ｃの反対方向に押圧する押圧手段であるリング状の板バネ３３とを設ける構造にすると、このストッパ２ｃにより、板バネ３３のバネ性を保持しつつ、摺動による大きなロータ出力軸４方向の移動が発生した場合、永久磁石８ｂ、９ｂがティース５１と接触することを防止することができる。なお、押圧手段はリング状の板バネでなくても、スプリングなどで代替してもよい。
【００４５】
このステータ２にはブラケット蓋１５が嵌着する段部２ａと、プリント基板の外周付近が嵌着する段部２ｂとが備えられている。また、インサート成形後には、結線体１１の巻線接続端子１１ａと基板位置決めボス１１ｃとが露出する構造になっている。
【００４６】
そして、結線体１１の垂直方向に突出した巻線接続端子１１ａが、電動機用の駆動回路が実装されたプリント基板１４の孔１４ａを挿通し、このプリント基板１４のランドパターンにハンダ付けされる。また、同時に結線体１１の基板位置決めボス１１ｃとプリント基板１４の切欠１４ｂとが嵌合する。
【００４７】
なお、本発明は以上説明した３相９スロットの電動機に限るものでなく、３相１２スロットや、ステータに２つ以上の軸受部を有するアキシャルギャップ型電動機などに広く適用することができる。
【００４８】
さらに、本実施例では各ロータ８、９は同一のロータ出力軸４を共有しているが、各ロータ８、９毎にロータ出力軸を有する２出力軸タイプであってもよい。また、ロータを１つのみ備えた電動機であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明によるアキシャルギャップ型電動機の実施例を示す断面図である。
【図２】本発明によるステータコア示す斜視図である。
【図３】本発明によるステータと駆動用プリント基板を示す斜視図である。
【図４】本発明によるステータの軸受部周辺を表す要部断面図であり、（Ａ）は矩形のストッパを、（Ｂ）は三角状のストッパをそれぞれ示した例である。
【図５】従来のアキシャルギャップ型電動機を示す断面図である。
【図６】従来のアキシャルギャップ型電動機のステータを示す平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  アキシャルギャップ型電動機
２  ステータ
２ａ、２ｂ  段部
２ｃ、２ｃ’  ストッパ
２ｄ、２ｅ  軸受穴
２ｆ、２ｇ  突出部
４  ロータ出力軸（回転軸）
５  ステータコア
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ  ポールメンバー
７  合成樹脂
８  ロータ
８ａ  バックヨーク
８ｂ  永久磁石
８ｃ  永久磁石
８ｄ  凹部
９  ロータ
９ａ  バックヨーク
９ｂ  永久磁石
９ｄ  凹部
１０  インシュレータ
１１  結線体
１１ａ  巻線接続端子
１１ｃ  基板位置決めボス
１２  フランジ
１２ａ  孔
１４  プリント基板
１４ａ  孔
１４ｂ  切欠
１４ｃ  ホール素子
１５  ブラケット蓋
１６  ブラケット蓋
２６  軸受部（ラジアルボールベアリング）
３３  リング状の板バネ（押圧手段）
２７  コイル
５１  ティース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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