(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に円筒マグネットを備えたインナーロータとその周囲に配置されたステータ界磁コイルとを有する外径φ12mm以下のインナーロータマグネット型の小型モータにおいて、
前記インナーロータ及び界磁コイルを内包し収めるとともに、前記界磁コイルの外周部に位置し、モータの外装部品となるハウジングケースが、軟磁性材材料であるパーマロイ素材により形成され、かつ組み込まれており、
前記ハウジングケースが筒状とされ、該ハウジングケースの筒内一端の後部側には、前記界磁コイルへの電力供給を行うための配線を有する基板が配置され、
さらに該ハウジングケース内の前記基板の取り付け配置位置には、該基板のケース内前側方向への移動を規制する規制段部が設けられ、
かつ前記基板の後側には絶縁性の弾性体からなる略環状の押さえ部材が隣接し配置され、
これに前記ハウジングケースの後端部に蓋体が嵌合されるとともに、該蓋体が前記押さえ部材を前側に押しつぶす状態に嵌合配置されることにより、前記押さえ部材の弾性力により前記基板を前記規制部側に押圧して、前記基板を配置固定していることを特徴とする小型ＤＣブラシレスモータ。
【請求項２】
前記押さえ部材の弾性体がＯリング形状であり、材質として、天然ゴム（NR）、イソプレンゴム（IR）、スチレンブタジエンゴム（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、クロロプレンゴム（CR）、ニトリルブタジエンゴム（NBR）、エチレンプロピレンゴム（EPM、EPDM）、ブチルゴム（IIR）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（CSM）、アクリルゴム（ACM、ANM）、エピクロロヒドリンゴム（CO、ECO）、ウレタンゴム（U）、シリコーンゴム（Q）、フッ素ゴム（FKM）、多硫化ゴム（T）、の一種を用いて前記基板を配置固定していることを特徴とする請求項１記載の小型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、主に医療機器や精密測定装置などに利用される小径小型のＤＣブラシレスモータ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小型モータは、バックヨークを兼ねたハウジングケースとして、SUM、SPCC、SPCE、SK材等の鉄鋼材料を切削加工、又はプレス加工等により形成した単一鋼塊の略円筒状のパーツ部品を用いるのが一般的であった。
【０００３】
例えば、図３に示すように、円筒状マグネット５とその中心を貫通するシャフト６からなるインナーロータ部21を、円筒状ハウジングケース２の両端開口部に位置するフランジ３及びエンドフランジ16の軸中心位置でベアリング８及びベアリング９により回転自在に軸支し、これをハウジングケース２の内周面２aに固定された界磁コイル４に転流通電することにより発生する回転磁界によりインナーロータ部21を回転駆動させるＤＣブラシレスの小型モータ11がある。
【０００４】
図３に示した小型モータ11の向かって右端側（エンドフランジ16側）には、リード線24を介してドライバ出力電流を界磁コイル４に供給する基板12が設置されている。この基板12は、界磁コイル４の端末処理作業を容易にしたり、線材の断線を防止したりする為に、ハウジングケース２に確実に固定されることが必要となる。
【０００５】
その為、環状をした例えばステンレス製の押さえリング13を用い、内径部に圧入嵌合させ、基板12をハウジングケース２に固定していた。この際、図４にその拡大部を示すとおり、基板12と押さえリング13とは絶縁させる必要がある。そこで、押さえリング13と接触する部分の基板12にはパターンを配置しないようにしたり、基板12と押さえリング13の間に、例えばポリエチレンテレフタレート（PET）のシートからなる絶縁部材15を挿入したりしている。
【０００６】
また、基板12、押さえリング13の後部側には、ハウジングケース２の開口部を覆うようにエンドフランジ16が嵌めこまれ、カシメ部27で固定される。この際、ハウジングケース２、押さえリング13及びエンドフランジ16は金属製であり、弾性が無いことから、例えば間挿する各部材の寸法公差によっては、エンドフランジ16がハウジングケース２に寸法通り正確に嵌らない場合がある。そこで、この各部材の寸法の公差を吸収するために押さえリング13とエンドフランジ16の間にスペースＳを設けている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記図３に示すようなインナーロータマグネット型の小型モータ11は、モータ動作時におけるインナーロータ部21の回転中に、ロータ部マグネット５の磁束が、磁性材料からなるハウジングケース２を横切るため、ハウジングケース２中にうず電流が流れ、鉄損（うず電流損）が発生するという問題が以前から指摘されていた。つまり従来の小型モータ11の構成の場合、ハウジングケース２が一体の単一鋼塊であるために電気抵抗が小さく、うず電流が流れやすいことから、結果的にうず電流損の増大や発熱の促進を招いていた。
【０００８】
これらの問題点を改善するため、非磁性材料からなるハウジングケース内に、例えば厚み0.5mm程度の鋼板を軸方向に積層して収めることにより、うず電流を流れにくくする手段が提案されているが、積層鋼板を内包するハウジングケースの厚み分、モータ外径寸法が増大してしまうため小径化することは難しく、特に外径ψ12mm以下の小径モータには適用が困難であった。
【０００９】
また、上述のように基板12と押さえリング13の間に絶縁部材15を挟むと、部品数が多くなると共にコストが大きくなるという問題があった。さらに、押さえリング13とエンドフランジ16の間に、各部材の寸法公差を吸収するためのスペースＳを設けている為、その分小型モータ11全体の軸方向の寸法が長くなってしまうというだけでなく、押さえリング13がはずれてスペース内で遊んでしまい、基板12がズレることにより結果的に界磁コイル端末の断線を招くなどの問題があった。
【００１０】
本発明の課題は、うず電流損を低減し、高効率で発熱の少ない小型モータを低コストで提供すると共に、基板が確実に固定される取り付け構造の小型モータを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明においては、回転軸に円筒マグネットを備えたインナーロータとその周囲に配置されたステータ界磁コイルとを有する外径φ12mm以下のインナーロータマグネット型の小型モータにおいて、前記インナーロータ及び界磁コイルを内包し収めるとともに、前記界磁コイルの外周部に位置し、モータの外装部品となるハウジングケースが、軟磁性材材料であるパーマロイ素材により形成され、かつ組み込まれており、前記ハウジングケースが筒状とされ、該ハウジングケースの筒内一端の後部側には、前記界磁コイルへの電力供給を行うための配線を有する基板が配置され、さらに該ハウジングケース内の前記基板の取り付け配置位置には、該基板のケース内前側方向への移動を規制する規制段部が設けられ、かつ前記基板の後側には絶縁性の弾性体からなる略環状の押さえ部材が隣接し配置され、これに前記ハウジングケースの後端部に蓋体が嵌合されるとともに、該蓋体が前記押さえ部材を前側に押しつぶす状態に嵌合配置されることにより、前記押さえ部材の弾性力により前記基板を前記規制部側に押圧して、前記基板を配置固定している小型ＤＣブラシレスモータとした。
【００１２】
この請求項１に記載の発明によれば、インナロータ及び界磁コイルを収めるハウジングケース全体は、軟磁性材料であるパーマロイにより形成されている。パーマロイは、後記の表１に示すように、鋳鉄に対し電気抵抗が高いため、うず電流が流れにくく、従って、うず電流損が抑制され、発熱を抑えることができるので、エネルギー損失の少ない、効率のよい小型モータを提供できる。
【００１４】
そして、基板の押さえ部材は絶縁性の弾性体であり、押さえ部材自身が絶縁性を有するので、基板の押さえ部材と接触する部分にも通電パターンを配置できる。また、押さえ部材そのものが絶縁体であることから、基板と押さえ部材の間に特に絶縁部材を挟む必要が無いので、部品数が少なくて済み、絶縁不良もない。つまり、コスト削減と不良問題解決につながる。
【００１５】
さらに、弾性体である押さえ部材を蓋体が組み込んだときに押しつぶすように設定配置されており、この挟まれた押さえ部の弾性力により基板が規制段部に常に押し付けられて、ハウジングケース内に固定されることとなる。
【００１６】
つまり、従来取り付け構造の小型モータだと押さえ部材が金属製である為、金属（押さえ部材）と金属（蓋体）同士を組み付けることになり、各部材の寸法の公差を考慮しないと蓋体が完全に嵌合できない等の問題が生じる場合があったので、各部材の間に隙間を設けていたが、しかし本発明における小型モータでは、弾性体（押さえ部材）と金属（蓋体）とを構造的に組み付けるので、弾性体である押さえ部材が各部材の寸法の公差を吸収する為に上述のようなスペースの問題を考慮する必要が無く、押さえ部材と蓋体の間に隙間を設ける必要がなくなり、従って、基板を確実に固定しつつ小型モータ全体の寸法をより小さくすることが可能である。
【００１７】
また、ハウジングケースを形成するパーマロイは、他の鉄系材料に比べて柔らかいので、基板を固定するのに従来タイプの金属製押さえリングを用いた場合、押さえリングの外径を圧入嵌合の設定でハウジングケースの内径に合わせると、ハウジングケースに押さえリングを押し込こんだ際に、薄肉部分のハウジングケース部分が変形してしまう可能性が大きい。このようにハウジングケースが変形してしまうと、蓋体をハウジングケース中心位置に嵌合させることが困難になるだけでなく、回転軸の芯ズレ、位置ズレや、基板の固定力が不足する場合がある。さらに蓋体の抜去力も極端に低下する。
【００１８】
それに対して本発明は、押さえ部材が弾性体から成るため、ハウジングケースの内径にほぼ等しい外径を有する押さえ部材を配置する場合でも、ハウジングケースが圧入などにより変形することはないので、蓋体を設計嵌合公差内で常に正確に嵌合できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１、図２、及び図５、図６に基づいて詳細に説明する。
なお、小型モータ１は、ハウジングケース22、Ｏリング20（押さえ部材）以外は図３に示す従来の小型モータ11と同様であるので、同じ構成要素については同一符号を付す。また、小型モータ１は、例えば輸液ポンプ又は透析用ポンプ、或いは精密測定装置、小型携帯電子機器類等に用いられる外径ψ12mm以下のインナーロータマグネット型の小型モータである。
【００２０】
図２は、本発明を適用したインナーロータ型の小型モータ１の側断面図であり、図１は図２の右端部分のエンドフランジ側のモータ構造を示す拡大図で、さらにその構造の一部を拡大したのが図６である。また、図５は、図２の小型モータ１をエンドフランジ側から見た時の外観概略図である。
【００２１】
インナーロータ型の小型モータ１は、大別して、外部から供給される電流により回転磁界を発生させるステータ界磁コイル４と、回転磁界に基づいて回転するロータ部インナロータ23と、これらの各部材が収められるステータ部ハウジングケース22等とから概略構成される。
【００２２】
インナーロータ23部分は、希土類永久磁石からなる円筒型のマグネット５とシャフト６からなり、フランジ３及びエンドフランジ16中心に配置した軸受８及び軸受９により二点間で回転自在に軸支されている。またマグネット５は、回転磁界に基づいて回転する小型モータ１の駆動部分となるロータとしての役割を果たすものであり、マグネット５の中央には長手方向に沿ってシャフト６が貫通している。さらにハウジングケース22は、Ｆe−Ｎi系材料である軟磁性材料のパーマロイＰＢ（Ｆe−45％Ｎi）からなる円筒状で両端が開口した形状で、前記インナーロータ23が内部に収められている。
【００２３】
また、ハウジングケース22の左端には、ハウジングケース22の開口部を覆うようにフランジ３が設けられ、フランジ３の小型モータ１内部側の中心位置に設けられた凹部には、インナーロータ23のシャフト６を支持する為のベアリング８が嵌めこまれており、シャフト６は、このベアリング８を介してフランジ３の中心を貫いている。
【００２４】
ベアリング８とマグネット５の間には、例えばポリエチレンテレフタレートからなる環状の二枚のライナー14、14が挿入されている。同ライナー14、14は、ライナー間ですべり摺動することにより、インナーロータをスムーズに回転させるものであり、中央に設けられた穴にはシャフトが貫通している。
【００２５】
またハウジングケース22の右端には、ハウジングケース22の開口部を覆うようにエンドフランジ16（蓋体）が設けられ、カシメ部27により固定されている。これもフランジ３同様に、エンドフランジ16の小型モータ１内部側の中心に設けられた凹部には、インナーロータ部23のシャフト６を受けるベアリング９が嵌めこまれており、シャフト６は、このベアリング９を介してエンドフランジ16の中心に位置している。ベアリング９とマグネット５の間には、後述する基板12を設置するための空間を確保するスペーサ10が設けられている。またスペーサ10とベアリング９の間には、前述のライナー14、14と同一のライナー17、17が挿入されている。
【００２６】
ハウジングケース22の内周面22aには、回転磁界を発生させる円筒状の界磁コイル４が固定されており、この界磁コイル４の内方側に、間隙を介して上述のインナーロータ23が回転可能に収められている。またハウジングケース22のエンドフランジ側開口部内径部分には、円筒肉厚方向に段差部を設けるため、界磁コイル４が収められる部分の内径R1よりも、エンドフランジ16が嵌めこまれる部分の内径R2の方が大きくなるように設計されている（図１参照）。
【００２７】
この段差からなる固定部25（規制部）に押し付けられるように、配線パターンが施された基板12が配置され設けられている。基板12には、図示していない外部ドライバからの出力電流をリード線24を介して界磁コイル４に供給するための導通パターンが設けられている。
【００２８】
またエンドフランジ16には、界磁コイル４に電流を供給するためのリード線24、24・・を通す長円形状の貫通孔16a（図５参照）が設けられており、リード線24、24・・の端部は外部の駆動用ドライバに接続されている。そしてリード線、モータ内部の基板12を介して界磁コイル４へと接続されている。
【００２９】
この時、界磁コイル４がスター結線の場合、Ｕ・Ｖ・Ｗ・ＣＯＭ４本の内ＣＯＭ１本は中性点で、デルタ結線の場合は、Ｕ・Ｖ・Ｗ３本である。小型モータはスペース的にセンサレスが一般的であるが、センサレス駆動方式の場合、前者はＤＣブラシレス駆動又は同期モータ駆動として用い、後者は同期モータ駆動として基本的に用いられることが多い。
【００３０】
また図６に示すように、基板12とエンドフランジ16の間には、絶縁性のゴム状弾性体からなる、環状で断面が略円形状のＯリング20が挟み込まれている。Ｏリング20の外径はハウジングケース22の内径R2とほぼ等しくなっており、基板12は、Ｏリング20を介してエンドフランジ16により固定部25（規制部）の段差に弾性体の反発力（図中の矢印）により、双方押し付けられることによって、ハウジングケース22に押圧固定される。
【００３１】
Ｏリング20の材質としては、例えば天然ゴム（NR）、イソプレンゴム（IR）、スチレンブタジエンゴム（SBR）、ブタジエンゴム（BR）、クロロプレンゴム（CR）、ニトリルブタジエンゴム（NBR）、エチレンプロピレンゴム（EPM、EPDM）、ブチルゴム（IIR）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（CSM）、アクリルゴム（ACM、ANM）、エピクロロヒドリンゴム（CO、ECO）、ウレタンゴム（U）、シリコーンゴム（Q）、フッ素ゴム（FKM）、多硫化ゴム（T）などがある。
【００３２】
なお、上記カッコ内の略号は、米国における工業材料およびその試験法の標準化機関である米国材料試験協会（Ａmerican Ｓociety for Ｔesting and Ｍaterials）による標記表示のものである。
【００３３】
次に上記構成の小型モータ１の動作について説明する。
まず、リード線24、24・・を通じてドライバから供給量や供給タイミングを制御された駆動電流が供給される。次に、基板12に配置された導通パターンを介して同電流が界磁コイル４に供給される。
【００３４】
界磁コイル４は、この電流に基づいて回転磁界を発生させ、ロータとしてのマグネット５を有するインナーロータ23部は、前記回転磁界に基づいて回転駆動する。このとき、シャフト６の両端にはライナー14、14、17、17及びベアリング８、９が設けられているため、インナーロータ部はスムーズに回転する。
【００３５】
以上、前記小型モータ１によれば、ハウジングケース22に電気抵抗の大きいパーマロイＰＢを使用している為、うず電流が流れにくくなり、鉄損や発熱を抑えることができ、モータの損失を低減すことができる。
【００３６】
実際に、ハウジングケースの材質にパーマロイＰＢを用いた本発明の実施と、従来例との損失比率の比較値を、表１に示す。
【００３７】
【表１】
0004771036.tif 000002
【００３８】
両者はハウジングケース材質が異なる以外、寸法・その他構成部品などを含め、全く同一仕様のモータ仕様であり、またモータ駆動電圧は共にDC５Vとした。このとき損失比率ηLOSS (％)は、無負荷電流Ｉo (mA)および起動電流Ｉs (mA)を実測し、損失比率ηLOSS (％)＝［無負荷電流Ｉo (mA)／起動電流Ｉs (mA)］×100の計算式により算出した。
【００３９】
前記表１の平均値を比較すると、従来例の損失比率が40.2％であるのに対し、本発明の実施例の損失比率は18.5％であり、明らかに材料の差の効果が定量的に確認できる。このパーマロイＰＢは軟磁性材料であり、表１に示すようにＦe（SUM）が抵抗率11μΩ・cm であるのに対し、パーマロイＰＢは抵抗率45μΩ・cm であり、パーマロイＰＢの方が電気抵抗が高く、よって、うず電流損が抑制できるという結果が確認できた。
【００４０】
また、パーマロイＰＢは、他の鉄系材料に比べて材質的に柔らかいが、基板12を押さえる手段としてゴム状のＯリング20を用いている為、薄厚のハウジングケース22が変形することはなく、確実に基板固定ができ、さらに芯ズレすることもなく、エンドフランジ16を設計寸法公差内で確実に嵌めこむことができた。
【００４１】
なお、本発明は上記実施の形態にのみに限定されることはない。例えば上記実施の形態におけるハウジングケース22は軟磁性材料のパーマロイＰＢにより作られているが、パーマロイＰＢ以外のパーマロイでもよく、例えば同じＦe−Ｎi系の軟磁性材料であるパーマロイＰＣ（Ｆe−78％Ｎi−4.5％Ｍo−3.5％Ｃu）でもよい。また、上記実施の形態におけるＯリング20は環状であるが、Ｃリング形状のものや一部が変形、又は切断されたリング状のものなどでもよい。
【００４２】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、インナロータ及び界磁コイルを収めるハウジングケース素材は、軟磁性材料であるパーマロイにより形成されている。パーマロイは電気抵抗が大きい為、ロータ（マグネット）の回転に起因して生じるうず電流が流れにくく、従って、うず電流損が抑制でき、ハウジングケース部材の発熱を抑えることができるので、効率のよい小型モータを提供できる。
【００４３】
また請求項２に記載の発明によれば、基板の押さえ部材は絶縁性弾性体であり、絶縁性を有するので、基板の押さえ部材と接触する部分にもパターンを配置できる。また、押さえ部材そのものが絶縁体であることから、従来のように絶縁部材を基板と押さえ部材の間に挟む必要が無く、従来と比較して部品数を減らすことができる。つまり、コスト削減につながる。
【００４４】
さらに、弾性体である押さえ部材を、蓋体が押すように設定配置されており、この押さえ部材の弾性力により基板が規制部に押し付けられて、ハウジングケース内に確実に固定される。
【００４５】
つまり、従来の小型モータの場合、押さえ部材が金属製である為、金属（押さえ部材）と金属（蓋体）同士を組み付けることになり、各部材の寸法公差によっては蓋体が完全に嵌合できない問題が生じる場合があったが、本発明における小型モータでは、弾性体（押さえ部材）と金属（蓋体）とを組み付けるので、弾性体である押さえ部材が各部材の寸法公差を吸収する為に上述のような問題を考慮する必要が無く、押さえ部材と蓋体の間に、前記公差を吸収する為の隙間を設ける必要がなく、従って、基板を確実に固定しつつ小型モータ全体の寸法をより小さくすることが可能である。
【００４６】
加えて、ハウジングケースを形成するパーマロイは、他の鉄系材料に比べて変形しやすく柔らかいが、押さえ部材が弾性体から成るため、ハウジングケースの薄肉部内径に対し、挿入嵌合寸法を設けた蓋体を後に配置する場合でも、押さえ部材圧入嵌合の変形を受けることなく、蓋体が確実にハウジングケースの後端部中心位置に嵌合カシメ固定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る小型ＤＣブラシレスモータのエンドフランジ側の構造を示す拡大側断面図。
【図２】本発明に係る小型ＤＣブラシレスモータの側断面図。
【図３】従来の小型ＤＣブラシレスモータの側断面図。
【図４】従来の小型ＤＣブラシレスモータのエンドフランジ側の構造を示す拡大側断面図。
【図５】本発明の小型ＤＣブラシレスモータをエンドフランジ側から見た時の外観概略図。
【図６】本発明に係る小型ＤＣブラシレスモータのエンドフランジ側の構造を示す部分拡大側断面図。
【符号の説明】
１    小型モータ
３    フランジ
４    界磁コイル
５    マグネット
６    シャフト
12    基板
16    エンドフランジ（蓋体）
16a   貫通孔
20    Ｏリング（押さえ部材）
22    ハウジングケース
22a   内周面
23    インナーロータ（インナロータ部）
25    固定部（規制部）
【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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