(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インナーロータマグネット型DCブラシレスモータにおいて、ロータ部円筒マグネットとステータ部リング状対向ヨークとが、亀甲巻成形型円筒状界磁コイルを挟んでモータ内部で駆動系としての間隙を配して内外で対向し、さらに前記界磁コイルの軸方向平行に直線的に巻回された巻線の中央帯幅部付近に、前記ロータマグネットと前記対向ヨークとが、前記界磁コイル帯幅部とほぼ同じ軸方向長さ寸法で形成配置され、また磁気回路を形成する径方向の間隙配置構成として、対向ヨーク内径側を前記界磁コイル帯幅部段差に嵌め合わせ、マグネットとのエアギャップ寸法を狭く配置設定したことを特徴とするDCブラシレスモータ。
【請求項２】
前記ステータ部対向ヨークが、前記ロータマグネットに対して軸方向にオフセットされた取り付け配置構成であることを特徴とする請求項１記載のDCブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に測定装置などの産業用精密機器に利用されるDCブラシレスモータに関するものであり、より詳細には、軽量、コンパクト、高効率な回転動作が必要とされる測定機器等に搭載されるインナーロータマグネット型DCブラシレスモータユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インナーロータマグネット型のDCブラシレスモータは、ステータ部外装のハウジングケースとして磁性材料又は該ケース内に積層コアを内装して、界磁コイルを前記ケース内径又はコア内側に配置し、これに対し回転軸シャフトを中心位置に貫通させた円筒状マグネットをロータ部とする構成のものが一般的である。
【０００３】
例えば、図７に示すように、円筒状マグネット4とその中心を貫通するシャフト3からなるインナーロータ部を、円筒状ハウジングケース1の両端開口部に位置するフランジ2の軸中心位置で、軸受6により回転自在に軸支し、これを対向ヨークとなる磁性体ハウジングケース1内周面に固定配置した界磁コイル5に転流通電することによって発生する回転磁界により、ロータ部を回転駆動させるDCブラシレスモータ110がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら図７のようなティースを持たないスロットレスタイプのDCブラシレスモータ110の場合、軸方向のマグネット4全長に比べ、対向ヨークとなる部分、つまり図７に示すところのハウジングケース1の対向ヨーク部分をより長くした方が、磁束面積が増え、また大きなトルク出力が得られので、従来のDCブラシレスモータにおいては、対向ヨーク側の方を長く設計することが通例とされていた。
【０００５】
これにより、前記ロータマグネットと対向ヨークは共に軸方向に延長され、モータの全長も長くなった。また搭載する界磁コイルの巻型形式（別巻型形式の界磁コイル50を図８に示す）の違いによるモータ特性への影響の差は、軸方向の寸法拡張により多少減少したが、その分重量的にはロータマグネットと対向ヨークの重量が増し、軽量コンパクト化が難しいという欠点があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するもので、界磁コイルとして、巻線形状の軸方向直線部分が多い亀甲巻成形型の円筒状界磁コイルを用い、対向ヨーク及びマグネットとの組み合わせにおいて、構造的に磁気効率の良い、軽量コンパクトで高性能なモータを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係るインナロータマグネット型DCブラシレスモータにあっては、ロータ部円筒マグネットとステータ部リング状対向ヨークとが、亀甲巻成形型円筒状界磁コイルを挟んでモータ内部で駆動系としての間隙を配して内外で対向し、さらに前記界磁コイルの軸方向平行に直線的に巻回された巻線の中央帯幅部付近に、前記ロータマグネットと前記対向ヨークとが、前記界磁コイル帯幅部とほぼ同じ軸方向長さ寸法で形成して配置され、また磁気回路を形成する径方向の間隙配置構成として、対向ヨーク内径側を前記界磁コイル帯幅部段差に嵌め合わせ、マグネットとのエアギャップ寸法を狭く配置設定する。
【０００８】
この発明によれば、外径寸法が小さいインナーロータマグネット型DCブラシレスモータであっても、円筒コイル両端方向の多重巻線部分の膨らみを避けて対向ヨークが接近して存在するため、マグネットと対向ヨークとの隙間（エアギャップ）を小さく構成できるので、この構造的配置により磁気効率が向上し、必要に応じた駆動回転トルクを得るように軸方向の長さ寸法を算出して、ショートタイプのコンパクトな基本設計が可能となる。
【０００９】
また、請求項２に係るインナロータマグネット型DCブラシレスモータにあっては、前記請求項１に加え、前記ステータ部対向ヨークが、前記ロータマグネットに対して軸方向にオフセットされた取り付け配置構成とするものである。
【００１０】
この発明によれば、インナーロータマグネット型DCブラシレスモータにおけるロータ部の軸方向スラストリングへの一方向の予圧力が発生するので、停止状態又は回転動作時におけるロータ部シャフトのガタツキを抑制できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるDCブラシレスモータ構造の好適な実施の形態について、図面を参照し、その実施例を詳細に説明する。
なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、細部の構造は一例とする。
【００１２】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係るインナーロータマグネット型DCブラシレスモータ100の構成を示す側断面図の一例である。この構造は、基本的な部品構成は従来と同じで、円筒状マグネット4とその中心を貫通するシャフト3からなるインナーロータ部を、円筒状対向ヨーク11（積層コアリング）を樹脂一体モールドしたハウジング9の側端開口部に位置するフランジ2の軸中心位置で軸受6により回転自在に軸支し、これを前記樹脂一体モールドで対向ヨーク内側に固定配置した界磁コイル5側に転流通電することにより、ステータ部で電気的に発生する回転磁界を用いてロータ部を回転駆動させるDCブラシレスモータである。
【００１３】
このモータの場合、ロータ部円筒マグネット4とステータ部リング状対向ヨーク11とが、図３・図４に示す亀甲巻成形型円筒状界磁コイル5を挟んでモータ内部で駆動系としての間隙を配して内外で対向し、さらに前記界磁コイル5の軸方向平行に直線的に巻回された巻線の中央帯幅部W付近に、前記ロータ部マグネット4と前記対向ヨーク11とが、前記界磁コイル帯幅部Wとほぼ同じ軸方向長さ寸法で形成配置され、また磁気回路を形成する径方向の間隙配置構成として、図２に示すように、対向ヨーク11内径側を前記界磁コイル帯幅部Wの段差Ｄに嵌め合わせ、マグネット4とのエアギャップ寸法Gを狭く配置できるように設定している。
【００１４】
これにより、外径寸法が小さいインナーロータマグネット型DCブラシレスモータであっても、円筒コイル両端方向の斜線多重巻線部分の膨らみを避けて軸方向直線の有効巻線部に対向ヨークが接近して存在するため、マグネットと対向ヨークとの隙間（エアギャップ寸法G）を狭く構成できる。また、この構造配置により磁気効率が向上するので、必要に応じた駆動トルクが得られるように軸方向の長さ寸法を試算すれば、従来に比べ、ショートタイプでコンパクトな基本設計が可能となる。また重量的にも軽量化が図れる。さらに、対向ヨークの近傍にホールセンサ（図１の符号10）を設置することもスペース的に容易になる。
【００１５】
また、 図５は前記界磁コイル5の側断面概略図であり、図に示されるように、帯幅部Wが両側のクロスした重ね合わせ部分より、明らかに径方向に薄肉厚な巻線部分であることがわかる。参考までに述べるが、この亀甲巻型の界磁コイル5の製造工程概略としては、六角形の巻枠に巻き付けた巻線束を、巻枠から取り外し、筒状六角形の平行する二辺を、軸の一方向につぶして折り畳み、重ね合わせて板状にプレス押圧成形し、さらにその成形した巻線の帯をロールして組み立てて円筒コイルを形成する、いわゆる亀甲巻成形型の円筒状界磁コイルである。
【００１６】
この円筒状界磁コイルを用いることにより、界磁コイル5の両開口端側の多重巻巻線の膨らみ部分を避けて、帯幅部Wの凹部に対向ヨーク11を嵌合させ、図２で示すように、マグネット4と対向ヨーク11との隙間（エアギャップ寸法G）を狭く設定することができる。さらに、マグネット4と対向ヨーク11が同じ軸方向長さ寸法のため、シャフト3は一部に規制（スラストリング12）を設けてあるが、マグネット自身の磁気吸引力でそのスラスト位置が安定して定まる。
【００１７】
また、この応用例として、図６に示すような構造があげられる。これは、ステータ部対向ヨーク11が前記ロータ部マグネット4に対して軸方向にオフセット（符号F）された取り付け配置構成であり、これにより、ロータ部全体が磁気吸引力によりスラスト方向（矢印P）に予圧力を発生させ、停止状態又は回転動作時におけるロータ部（シャフト3）のガタツキを抑制できる。
【００１８】
前記全ての構造は、本発明の実施例では円筒型DCブラシレスモータについて説明したが、モータ細部の構造はこれに限定されるものではない。なお、この実施の形態では、外径φ15mm以下の小型なインナーロータマグネット型DCブラシレスモータを例にとって説明したが、ロータ部（マグネット等）に重量的なマスがある同様の構造のモータであれば、本発明を他のいずれのサイズのモータにも適用することができるのは、言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る請求項１に係るDCブラシレスモータによれば、外径寸法が小さいインナーロータマグネット型DCブラシレスモータであっても、亀甲巻成形型の円筒コイル両端方向の斜線多重巻線部分の膨らみを避けて、凹部直線の有効巻線部に対向ヨークが接近して存在するため、マグネットと対向ヨークとの隙間（エアギャップ寸法G）を狭く構成配置することができる。この構成により、磁気効率が向上し、よって必要に応じた軸方向の長さ寸法を確保した上で、従来に比べてショートタイプでコンパクトな、かつ高性能のDCブラシレスモータの基本設計が可能となり、加えて重量的にも軽量化が図れる。
【００２０】
さらに、この構造により、モータ外径寸法を変更することなく対向ヨーク近傍位置にホールセンサを設置するスペースも確保でき、必要に応じてホールセンサを容易に取り付けることができる。
【００２１】
また本発明に係る請求項２に係るDCブラシレスモータによれば、インナーロータマグネット型DCブラシレスモータにおけるロータ部の軸方向スラストリングの一方向に予圧力を発生させることができるので、停止状態又は回転動作時におけるロータ部のガタツキを抑制でき、振動と騒音の少ない高性能なDCブラシレスモータが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るDCブラシレスモータの一例を示す側断面図。
【図２】本発明の実施の形態に係るDCブラシレスモータの内部構成例を示す側断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係る亀甲巻成形型界磁コイルの巻線形状を示す斜視図。
【図４】本発明の実施の形態に係る亀甲巻成形型界磁コイルの巻線形状を示す側面図。
【図５】本発明の実施の形態に係る亀甲巻成形型界磁コイルの巻線形状を示す側断面概略図。
【図６】本発明の実施の形態に係る別の一例となるDCブラシレスモータの内部構成例を示す側断面図。
【図７】従来のDCブラシレスモータの構成を示す側断面図。
【図８】円筒型界磁コイルの他の巻線形状例を示す斜視図。
【符号の説明】
１       ハウジングケース
２       フランジ
３       シャフト
４       マグネット
５、50   界磁コイル
６       軸受
７       FPC給電部
７’     FPC保持プレート
８       タップ線
９       ハウジング
10       ホールセンサ
11       対向ヨーク
12       スラストリング
100, 110  インナーロータマグネット型DCブラシレスモータ
【図１】
0004734516.tif 000002
【図２】
0004734516.tif 000003
【図３】
0004734516.tif 000004
【図４】
0004734516.tif 000005
【図５】
0004734516.tif 000006
【図６】
0004734516.tif 000007
【図７】
0004734516.tif 000008
【図８】
0004734516.tif 000009