(57)【要約】【課題】無騒音で安価な非接触型の小型モータの逆転防止装置を提供する。【解決手段】同一軸線上に潤滑剤を介して対向して配置される一対の固定部材を構成する軸受２と、回転部材を構成する回転板４の向かい合う面には、それぞれ軸方向に設けられた鋸歯状の歯を円環状に配置されたラチェットＡ、Ｂが形成され、そのラチェットの歯は前記向かい合う面２ｄｄ、４ｂｂに対し急勾配斜面と緩勾配斜面で形成され、さらに、急勾配斜面と急勾配斜面、緩勾配斜面と緩勾配斜面が対向するように配置されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一軸線上に潤滑剤を介して対向して配置された一対の固定部材と回転部材と、この固定部材と回転部材の向かい合う面にはそれぞれ軸方向に設けられた鋸歯状の歯を円環状に配置されたラチェットを有し、そのラチェットの歯は前記向かい合う面に対し急勾配斜面と緩勾配斜面で形成され、さらに、急勾配斜面と急勾配斜面、緩勾配斜面と緩勾配斜面が対向するように配置されるとともに、前記回転部材のラチェットは前記固定部材のラチェットの同軸上を回転することを特徴とする逆転防止装置。
【請求項２】
ステータに請求項１に記載の固定部材を設けるとともに、その固定部材に対向し、ロータに請求項１に記載の回転部材を配置し、さらに、その間に潤滑剤が充填されていることを特徴とする逆転防止装置を備えた小型モータ。
【請求項３】
ステータに設けたアキシャル型流体動圧軸受の固定側に請求項１に記載の固定部材を併設するとともに、その固定部材に対向し請求項１に記載の回転部材を前記アキシャル型流体動圧軸受の回転側に併設して配置し、さらに、その間に潤滑剤が充填されていることを特徴とする逆転防止装置を備えた小型モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、モータ等の回転機における起動時の逆転防止装置に関し、特にセンサー素子等を用いた非接触型であるが構造的には機械式の逆転防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
界磁に回転磁界を発生させロータを回転駆動させる比較的小型でトルクの小さいモータにおいて、始動時の回転方向が定まらず、意に反して逆方向に回転させて機器の破損を招くことがある。この始動時の回転方向を確実に決め逆転を防止する装置を必要として従来から、ホール素子等の位置検出センサーを界磁側に備えてこのホール素子とロータの磁極との相対位置検出により回転方向を決めてやる電子式の逆転防止装置や、逆回転発生時は回転軸の回転を止めてやる機械式の逆転防止装置が知られている。
【０００３】
なお、一般的に前者は後者に比べて部品コストが遙かに高く掛かるとのことや組立が煩雑であるとの問題がある。図７は従来から用いられている、安価な機械式の逆転防止装置の一例を示したものである。図７において、５１はロータ（図示しない）を挿着した回転軸５２に固着され軸受（図示しない）に支承され回転する逆転防止用の平ギヤ構造のラチェットホイール（以降ラチェットという）である。また、５３は支持軸５４に支承された回転運動ができる逆転防止爪であり、その自由端の片方にラチェット５１の歯と歯が形成する谷部の形状に相似したくさび状の突部５３ａが形成されている。また、この突部５３ａはラチェット５１の歯と歯が形成する谷部に抵抗無く挿脱可能に回転軸５２と支持軸５４が配置されている。
【０００４】
図７（ａ）および（ｂ）は、この逆転防止装置の作動を説明したものである。図７（ａ）を図方向に見て、ラチェット５１を矢印Ｚ１のようにＣＣＷに回転させた場合、支持軸５４に支承された逆転防止爪５３の突部５３ａはラチェット５１の歯の先端に弾かれ矢印Ｙ１のような常にラチェット５１から逃げるように作動するのでラチェット５１の回転には何ら支障をきたさない。逆に、図７（ｂ）のように、ラチェット５１を矢印Ｚ２のようにＣＷに回転させた場合、支持軸５４に支承された逆転防止爪５３の突部５３ａは、ラチェット５１の歯と歯の谷部に向かって矢印Ｙ２のような噛み込む力が作動して瞬時にラチェット５１の回転を阻害する。このように、ラチェット５１のＣＣＷ方向の回転を正解転、また、ＣＷの方向の回転を逆回転とするように逆転防止装置は構成されている。
【０００５】
そして、前記のように逆回転が発生し、ロータは回転を瞬時に止められると、そのロータの慣性力の反作用として逆方向、即ち、瞬時に正回転方向の回転が作用仕し始める。この現象を利用してロータを瞬時に正常の回転磁界に同期や追従させてやれば逆転を瞬時に防止できるものである。なお、このラチェットをモータのピニオンギアと兼用しているものもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、安価な機械式の逆転防止機構は、ラチェットと爪が常に接触しているので騒音が発生したり、接触部が摩耗したり、また、爪の周辺に異物が付着しその爪の動きを阻害する等の問題を抱えている。
【０００７】
そこで、本発明は上記の問題を解決し、安価な非接触型の機械式逆転防止装置とその装置を備えたセンサーレス方式のブラシレスモータやインダクターモータ等の小型モータを提供しようというものである。
【０００８】
【課題を達成するための手段】
上記課題は、請求項１に記載の発明のように、同一軸線上に潤滑剤を介して対向して配置された一対の固定部材と回転部材と、この固定部材と回転部材の向かい合う面にはそれぞれ軸方向に設けられた鋸歯状の歯を円環状に配置されたラチェットを有し、そのラチェットの歯は前記向かい合う面に対し急勾配斜面と緩勾配斜面で形成され、さらに、急勾配斜面と急勾配斜面、緩勾配斜面と緩勾配斜面が対向するように配置されるとともに、前記回転部材のラチェットは前記固定部材のラチェットの同軸上を回転させることにより達成できる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、ステータに請求項１に記載の固定部材を設けるとともに、その固定部材に対向しロータに請求項１に記載の回転部材を配置し、さらに、その間に潤滑剤が充填されていることを特徴とする逆転防止装置を備えた小型モータとすれば前記の課題を解決した小型モータを得ることができる。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の発明のように、ステータに設けたアキシャル型流体動圧軸受の固定側に請求項１に記載の固定部材を併設するとともに、その固定部材に対向し請求項１に記載の回転部材を前記アキシャル型流体動圧軸受の回転側に併設して配置し、さらに、その間に潤滑剤が充填されていることを特徴とする逆転防止装置を備えた小型モータとすれば前記の課題を解決したさらに優れた小型モータを得ることができる。
【００１１】
【第１の実施例】
図１は、本発明の実施の形態を示す要部断面図である。図２は図１の構成をさらに詳しく説明する分解斜視図である。また、図３および図４は、本発明に係る基本的構成および作動の原理を示す説明図である。
本発明に係る逆転防止装置１は、図１に示す如く、逆転防止装置１の固定部材を構成する軸受２に備えられているラジアル軸受２ａとアキシャル軸受２ｂは回転軸３を支承しており、また、その軸受２の開口端は第１の段部２ｃと第２の段部２ｄが形成されている。また、軸受２に支承されている逆転防止装置１の回転部材を構成する回転軸３には、回転板４が固着されており、その回転板４は円筒形状のボス４ａとその一端に円盤状のフランジ４ｂが形成されている。
【００１２】
また、軸受２の第１の段部２ｃと第２の段部２ｄが形成する略凹字状部に、回転板４のボス４ａとフランジ４ｂが形成する断面的に略凸字状の段部が接触しないように嵌入されている。さらに、第１の段部２ｃの面２ｃｃとボス４ａの端面４ａａにはそれぞれラチェットホイール（以降ラチェットという）が設けられている。そして、軸受２のラジアル軸受２ａおよびアキシャル軸受２ｂと回転軸３、ラチェットＡとラチェットＢの間には潤滑油Ｃが充填されている。
【００１３】
詳しくは、図２に示す如く、回転軸３と垂直な面である軸受２の第１の段部２ｃの面２ｃｃと回転軸３に固着された回転板４のボス４ａの端面４ａａに、ラチェットの歯を有するラチェットＡ、Ｂが形成されている。このラチェットＡ、Ｂの歯は、円環状に配置された鋸歯状あるいは追歯状の歯を有しお互いに接触をしないように対面している。さらに、図１に示す如く、軸受２の第２の段部２ｄの面２ｄｄと回転板４のフランジ４ｂの端面４ｂｂは、約１０μｍのギャップを持って対面している。
【００１４】
図３は、円環状に配置されたラチェットＡ、Ｂの歯Ｄの形状を円周方向から図示した図である。基本的には、ラチェットＡとラチェットＢの歯Ｄの形はほぼ同じ形状をしており、軸受２の面２ｃｃやボス４ａの端面４ａａの平面Ｅに対して急勾配斜面と緩勾配斜面とで形成されている。ここにおいて、急勾配斜面の角度をＦ、穏勾配斜面の角度をＧとするとＦ≫Ｇのとなるように形成されている。
【００１５】
図４（ａ）および（ｂ）は逆転防止装置１の動作原理を示した説明図である。詳しくは、図４は前述のように構成されたラチェットＡ、Ｂの組合せ状態と、ラチェットＡまたはラチェットＢを正回転あるいは逆回転させたとき、この間に作用する潤滑油の流れ方を示した図である。なお、分かり易いように、ラチェットＡ、Ｂ図は展開して示してある。図４（ａ）および（ｂ）において、ラチェットＡの歯ＤａとラチェットＢの歯Ｄｂは基本的には同じ形状をしているので、お互いに対面させ回転させると、それぞれの急勾配斜面と急勾配斜面、穏勾配斜面と穏勾配斜面とが対向するように組み立てられる。
【００１６】
ここにおいて、ラチェットＡは固定され、ラチェットＢはこれに対面して回転させるものとする。このように構成されたラチェットＢを、お互いに緩勾配斜面が対向するように回転させると（の矢印Ｈ方向）この間に充填されている潤滑油Ｃは矢印Ｃａのようにながれる。また、お互いに急勾配斜面が対向するように回転させると（図４（ｂ）矢印Ｉ方向）この間に充填されている潤滑油Ｃは矢印Ｃｂのような流れになる。
【００１７】
このように、図４（ａ）の潤滑油Ｃは常に緩やかな斜面に沿ってＣａのように同一方向に平行して流れることができるので、ラチェットＢはラチェットＡに対向しほぼ抵抗も受けずに滑らかに回転することができる。一方、図４（ｂ）は図４（ａ）と逆に潤滑油Ｃは急な斜面同士がぶつかり合いながら流れるので、その流れは各所でＣｂのような乱流（渦流）が発生する。この乱流Ｃｂは潤滑油Ｃの流れに抵抗を発生させ、ラチェットＢの回転に大きなブレーキを掛けることになる。ここにおいて前述の矢印Ｈ方向を正転、矢印Ｉ方向を逆転とすれば、ラチェットＢは正転においては滑らかなを回転をさせることができ、一度、逆転をしたときには、非接触で瞬時に大きなトルクをを加えたりまたはロックしてその回転動作を阻害したり検知することに利用ができる。
【００１８】
前述ように本発明でなる逆転防止装置は、基本的には一対のラチェットとそこに充填される潤滑油で構成される。また、前記の構造は潤滑油の確保・保持と構造の簡素化のために軸受に取り付けた構造を示したが、これと別の所に設けてもよい。また、前述の説明は軸回転方式で回転軸に取り付けた構成としたが、軸固定方式のモータでロータに直接取り付けてもよい。なお、ラチェットの歯形は回転ムラを防止するためにそれぞれ同じサイズのものをしようするのが望ましい。また、逆転時に発生させるトルクの大きさの増減は、ラチェットの歯の傾斜角度を変えることにより容易に得らることができる。
【００１９】
図５は、本発明になる逆転防止装置を備えたブラシレスモータの要部断面正面図である。図５において、ブラシレスモータＭは、カップ状をしたロータヨーク１１の中央部に回転軸１２、およびその側面内周部にマグネット１３が固着されている。一方、ステータコア１４の複数の磁極部にはコイル１５が巻回され、その中央環状部に軸受ハウジング１６を固着している。また、その軸受ハウジング１６は、回転軸１２を支承するラジアル軸受１７を内部に保持して、さらに、ステータベース１８に固着されている。また、そのステータベース１８のステータコア１４側に回路基板１９が装着されている。
【００２０】
さらに、このように構成されたまたブラシレスモータＭの、軸受ハウジング１６とラジアル軸受１７の開口端面とに対向するように、本発明になる回転板２１が軸受ハウジング１６に向けて回転軸１２を介してロータヨーク１１に固着されている。即ち、図６に示すように回転板２１のボス２１ａの端面にラチェットＢ１、また、この回転板２１に対向するラジアル軸受１７の端面には、本発明でなるラチェットＡ１が形成されている。
【００２１】
さらに、軸受ハウジング１６の開口端面１６ａと対向する回転板２１のフランジ２１ｂの端面２１ｂｂ、即ち、アキシャル流体軸受の回転側の面となる面２１ｂｂにはスパイラルグルーブ等の動圧発生溝Ｊが形成されている。なお、動圧発生溝Ｊは、軸受ハウジング１６の端面１６ａ側に設けてもよい。また、この構成においてはラジアル軸受１７と回転軸１２の間にはラジアル流体軸受機構が形成されていることは言うまでもない。この構成の利点は、ラチェットＡ、Ｂおよびフランジ２１ｂの面２１ｂｂに形成された動圧発生溝Ｊに用いられる流体は同一のものなので、ラチェットＡ、Ｂ部を動圧発生溝Ｊで用いる流体の溜りに利用することができる。
【００２２】
このようにして、ブラシレスモータＭは非接触型の機械式逆転防止装置を備えることになる。従来はブラシレスモータを回転させるために、駆動コイルを２相、３相等に構成し、これにホール素子を組み合わせてロータの位置を検出し、その各駆動コイルに与えられる交流電圧の周波数と位相を制御して行っていたが、ホール素子駆動方における省線化、小型化、低価格化のためと、近年のＩＣ技術の進歩によりホール素子を使用しないで駆動コイルに与えられる交流電圧の周波数と位相の制御が行われるようになっている。
【００２３】
従来方式の、ホール素子を使わないセンサーレス駆動方式において、モータ始動時に、ロータの動きが機械的であるので、電気的位相とに遅れが発生し易く、これによりロータのスタートが遅れた場合、ロータの回転方向を与える次の位相に追従できず、その後の位相に追従するようになる。このとき逆回転とか起動不能を来すようになる。
【００２４】
しかし、前記のようになセンサーレス駆動ブラシレスモータに前述のような本発明になる逆転防止装置を取り付けることにより、逆方向の回転が生じた時は、瞬時に乱流発生現象を利用して回転軸の回転を阻止して、正常回転をさせることができる。これは、ロータが瞬時にこの止められたときにロータのイナーシャによる反動で正方向の力が作用し、この力によりロータは正常な位相に同期または追従することができ、以降正回転方向の回転を続けられることになる。または、逆方向の回転が始まると、乱流によりモータに過大なトルクが掛けられとともに回転が停止までに回転数が落ちることになり、その結果モータの負荷電流は急激に増大する。この電流増加分を駆動ＩＣ側が検知し直ちに次位相の電圧の極性を変えるとロータは一端停止後その位相に追従するので、最終的にロータは正回転方向に回転するようになる。しかも、この装置は非接触方式であるので騒音を発生することはない。
【００２５】
これにより、完全にホール素子を使わないブラシレスモータを得ることが出来るが、ホール素子と本発明になる逆転防止装置を組み合わせてホール素子の使用数を削減したモータも得ることができる。また、前記のブラシレスモータにおいては、本発明でなる逆転防止装置は動圧軸受機構と組み合わせてある。これは、逆転防止装置に省ペースで効率よく潤滑油を供給するためである。なお、前述の説明においては、本発明でなる逆転防止装置をアキシャル流体軸受の内側に設けたものとしたが、これとは逆に、アキシャル流体軸受を取り囲むように本発明でなる逆転防止装置を設けてもよい。また、動圧取付スペースに余裕があり、潤滑剤の保持が確実に行えるならば特に軸受に併設することはない。また、インダクターモータ等、特に簡素化された小型の制御回路を必要としないモータにもこの逆転防止装置を単独で使用できる利点がある。
【００２６】
【発明の効果】
前述のように、請求項１に記載した発明によれば、同一軸線上に潤滑剤を介して対向して配置された一対の固定部材と回転部材と、この固定部材と回転部材の向かい合う面にはそれぞれ軸方向に設けられた鋸歯状の歯を円環状に配置されたラチェットを有し、そのラチェットの歯は前記向かい合う面に対し急勾配斜面と緩勾配斜面で形成され、さらに、急勾配斜面と急勾配斜面、緩勾配斜面と緩勾配斜面が対向するように配置されるとともに、前記回転部材のラチェットは前記固定部材のラチェットの同軸上を回転させることにより、簡素化された構成で、尚且つ、騒音を発しない非接触型で安価な逆転防止装置を提供できる。
【００２７】
また、請求項２に記載した発明によれば、ステータに請求項１に記載の固定部材を設けるとともに、その固定部材に対向しロータに請求項１に記載の回転部材を配置し、さらに、その間に潤滑剤が充填されていることを特徴とする逆転防止装置を備えた小型モータとすれば、組立し易く安価で騒音を低減した小型モータを提供することができる。
【００２８】
さらに、請求項３に記載の発明のように、ステータに設けたアキシャル型流体動圧軸受の固定側に請求項１に記載の固定部材を併設するとともに、その固定部材に対向し請求項１に記載の回転部材を前記アキシャル型流体動圧軸受の回転側に併設して配置し、さらに、その間に潤滑剤が充填されていることを特徴とする逆転防止装置を備えた小型モータとすれば、さらに薄型化され、尚且つ、潤滑剤の供給と保持が特に優れた小型モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態例を示す逆転防止装置の断面図である。
【図２】図１に示した逆転防止装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３】図１に示した逆転防止装置の歯形形状を示す説明図である。
【図４】本発明でなる逆転防止装置の動作を示す説明図である。
【図５】本発明でなる逆転防止装置を備えたブラシレスモータの断面図である。
【図６】図５に示した逆転防止装置の構成を示す分解斜視図である。
【図７】従来の逆転防止装置の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
２  軸受
２ａ  ラジアル軸受
２ｃ  第１の段部
２ｃｃ  （２ｃの）面
２ｄ  第２の段部
２ｄｄ  （２ｄの）面
３  回転軸
４  回転板
４ａ  ボス
４ａａ  （４ａの）端面
４ｂ  フランジ
４ｂｂ  （４ｂの）端面
Ａ、Ｂ  ラチェット
【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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【図７】
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