(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径φ12mm以下のインナロータマグネット型のDCブラシレスモータにおいて、
複数枚の略リング状磁性鋼板を互いに電気的に絶縁された状態で積層した積層コアを、
界磁コイルの外周部円筒軸方向であって、少なくともインナーロータマグネット全長の領域幅に配置し、
前記積層コアの内径の一部に、少なくとも一箇所以上の樹脂導入溝が形成されており、
さらに前記界磁コイル及び通電のための給電機構部品、及び前記積層コアを、ステータ円筒軸方向両端に位置する該モータのフランジ嵌合部を形成しつつ樹脂により一体成形し、
前記樹脂導入溝は、前記樹脂によって充填されており、
かつ前記積層コアを内包する外装ケースを備えておらず、前記積層コア外周面が露出したステータ構造であることを特徴とするDCブラシレスモータ。
【請求項２】
外径φ12mm以下のインナロータマグネット型のDCブラシレスモータにおいて、
複数枚の略リング状磁性鋼板を互いに電気的に絶縁された状態で積層した積層コアを、
界磁コイルの外周部円筒軸方向であって、少なくともインナーロータマグネット全長の領域幅に配置し、
前記積層コアの外径の一部に、少なくとも一箇所以上の樹脂導入溝が形成されており、
さらに前記界磁コイル及び通電のための給電機構部品、及び前記積層コアを、ステータ円筒軸方向両端に位置する該モータのフランジ嵌合部を形成しつつ樹脂により一体成形し、
前記樹脂導入溝は、前記樹脂によって充填されており、
かつ前記積層コアを内包する外装ケースを備えておらず、前記積層コア外周面が露出したステータ構造であることを特徴とするDCブラシレスモータ。
【請求項３】
外径φ12mm以下のインナロータマグネット型のDCブラシレスモータにおいて、
複数枚の略リング状磁性鋼板を互いに電気的に絶縁された状態で積層した積層コアを、
界磁コイルの外周部円筒軸方向であって、少なくともインナーロータマグネット全長の領域幅に配置し、
前記積層コアの板面に、少なくとも一箇所以上の貫通穴が形成されており、
さらに前記界磁コイル及び通電のための給電機構部品、及び前記積層コアを、ステータ円筒軸方向両端に位置する該モータのフランジ嵌合部を形成しつつ樹脂により一体成形し、
前記貫通穴は、前記樹脂によって充填されており、
かつ前記積層コアを内包する外装ケースを備えておらず、前記積層コア外周面が露出したステータ構造であることを特徴とするDCブラシレスモータ。
【請求項４】
前記一体成形する樹脂材料が、バルクモールディングコンパウンド（BMC）、エポキシ、あるいはその充填材含有物の熱硬化性樹脂、66ナイロン、PBT、PPS、あるいはそれらの充填材含有物の熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のDCブラシレスモータ。
【請求項５】
前記充填材が、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の熱良伝導性素材であることを特徴とする請求項４記載のDCブラシレスモータ。
【請求項６】
前記給電機構部品がFPCであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の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、主に医療用機器や精密測定装置などに用いられる小径DCブラシレスモータの改良構造であり、より詳細には、輸液ポンプ又は透析用ポンプ等に用いられる外径φ12mm以下のインナーロータマグネット型のDCブラシレスモータの鉄損・発熱対策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、ハウジングとして金属磁性材料を切削加工、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２に示すDCブラシレスモータのように、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全体を、円筒状ハウジング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、これをハウジング1内に固定配置した界磁コイル5への通電・転流により発生する回転磁界により回転駆動させるDCブラシレスモータ110が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記図２のようなインナーロータマグネット型DCブラシレスモータ110では、モータ動作時のロータ回転中に、ロータマグネット4の磁束が、磁性材料からなるハウジング1を横切るため、ハウジング1中にうず電流が流れ、鉄損が発生するという問題が以前から指摘されていた。
【０００５】
つまり従来のインナーロータマグネット型のモータ構成の場合、ハウジングが一体の単一鋼塊であり、電気抵抗が小さく、うず電流が流れやすいため、結果的にうず電流損の増大や、発熱の促進を大きく招いていた。
【０００６】
この改善のため、非磁性材料からなる外装ハウジング内部に、薄板状の積層鋼板（コア）を軸方向に多重に収めた二層ハウジング構造とすることにより、うず電流を流れにくくする手段が提案されている。しかし積層鋼板（コア）をハウジング内に内包する場合、ハウジングとなる外装ケースの厚み分、モータ外径寸法が増大してしまい、小径化が難しく、また各部品の小型化にともなう組み立てのしにくさから、工数が増大し、特に外径φ12mm以下の小径モータには適用が困難であった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、外径φ12mm以下の小径のインナーロータマグネット型モータであっても、組み立てにくさによる工数の増大を解消するとともに、うず電流損を低減し、高効率で発熱の少ないモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【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、外径φ12mm以下のインナロータマグネット型のDCブラシレスモータにおいて、複数枚の略リング状磁性鋼板を互いに電気的に絶縁された状態で積層した積層コアを、界磁コイルの外周部円筒軸方向であって、少なくともインナーロータマグネット全長の領域幅に配置し、前記積層コアの内径の一部に、少なくとも一箇所以上の樹脂導入溝が形成されており、さらに前記界磁コイル及び通電のための給電機構部品、及び前記積層コアを、ステータ円筒軸方向両端に位置する該モータのフランジ嵌合部を形成しつつ樹脂により一体成形し、前記樹脂導入溝は、前記樹脂によって充填されており、かつ前記積層コアを内包する外装ケースを備えておらず、前記積層コア外周面が露出したステータ構造のDCブラシレスモータとするものである。
【０００９】
この発明によれば、例えば外径φ12mm、またはそれ以下の小径の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、従来のハウジング相当部、つまり本発明における積層コアの電気抵抗が増加するため、うず電流が流れにくくなり、これによりうず電流損を大幅に低減することができ、かつ、この発明によれば、従来の形態に対し、モータ全体の外径寸法を増加させることなく総磁路断面積（積層コア総断面積）を同一に維持することができる。よってモータ特性を低下させることはない。
【００１０】
さらに、この発明によれば、積層コアの外周表面が露出する構造であるため、外部外気と接する接触面積が大きくなり、効率的な放熱が行える。
【００１１】
さらに、積層コアに設けた溝は射出成形機からの樹脂の導入をスムーズにする役目と、樹脂が充填されることにより積層コアの軸回転方向のずれ止めの役割を果たすものである。
【００１２】
またその他の形態としては、前記積層コア内外径の凹溝形状以外として、例えば略リング状積層コア板面上に一箇所以上の貫通穴部を設けても前記溝と同様な効果が得られる。
【００１３】
また請求項４及び５にかかるDCブラシレスモータにあっては、前記一体成形する樹脂材料として、バルクモールディングコンパウンド（BMC）、エポキシ、あるいはその充填材含有物の熱硬化性樹脂、66ナイロン、PBT、PPS、あるいはそれらの充填材含有物の熱可塑性樹脂を用い、耐熱性、寸法精度を考慮して適宣選定する。また前記充填材は例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の熱良伝導性素材であることが望ましい。
【００１４】
これらにより、従来例で示した非磁性材料の外装ハウジングケースが不要となり、外径寸法の増大を解消できるとともに、界磁コイル、給電機構部品、略リング状積層コアがコンパクトに一体部品構造とできるため、組み立ての簡易化による工数低減を実現できる。
【００１５】
また、これにより、うず電流損を低減して、高効率で発熱の少ないDCブラシレスモータが実現できる。さらに、積層コア外周面が露出しているため、放熱が効率的に行われ、発熱を抑制することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるDCブラシレスモータの好適な実施の形態について、図を参照し、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、下記形態の構造は説明のための一例とする。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態にかかるDCブラシレスモータの構成を示す側断面図である。この構造は、インナーロータマグネット型のDCブラシレスモータ100として、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、略リング状積層コア11の両端フランジ嵌合部9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、これを積層コア11内径側に固定配置した界磁コイル5への通電・転流により発生する回転磁界により回転駆動させる外径φ12mmのモータである。
【００１８】
積層コア11は、前記図２の従来構造のように、磁性材料を切削、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ものではなく、図１の丸枠内で示す略リング状薄葉鋼板11Aの複数枚重ね合わせにより形成されており、同積層コア11と界磁コイル5、給電機構部品7とを、樹脂でインサートモールドにより一体化し、ステータを構成している。
【００１９】
図１のように、外径φ12mm以下のインナロータマグネット型DCブラシレスモータでは、磁性材料からなる前記薄葉鋼板（積層鋼板）11A、11B、11C、…からなる積層コア11を狭支するように、積層コア11、界磁コイル5、給電機構部品7、及び補強板7'を樹脂で一体にモールド成形し、その際、同時にフランジ嵌合部9を形成している。また積層コア11の外周面は外部に露出しており、界磁コイル5への通電により発生した熱、あるいは鉄損に起因した熱等を積層コア11を介して直接外気へ放熱ができる構造となっている。
【００２０】
一般的に、うず電流損低減に対する積層鋼板適用の効果は既に知られているが、図１のような外径φ12mm、またはそれ以下の小径の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は、その適用が寸法的な制限のため難しく実用化できなかったが、これに対し図１に示す樹脂モールド一体化構造のものは、外装ケースが不要になり、寸法上も小径化が可能となる。
【００２１】
前記図１の丸枠内に示す略リング状薄葉鋼板（積層鋼板）11A、11B、11C、…は、例えばケイ素鋼板が用いられ、薄葉状の鋼板間は絶縁されており、全体の積層コアとして電気抵抗が大きくなるため、うず電流が流れにくくなり、有効トルクの拡大と発熱の抑制ができ、よって総合的にモータ性能を考えた場合、同一外径寸法でもモータの高性能化を図ることができる。また、構造は積層コア外周面が露出しており、コイル通電により生成した熱、あるいは鉄損に起因した熱等は効率よく放熱される。
【００２２】
下記表１に本発明の実施例（例えば図１の構造）と従来例（例えば図２の構造）との損失比率ηLOSS とモータ外装表面の発熱飽和温度Ｔの比較値を示す。両者はステータ構造が異なる以外、外形寸法・マグネット材質及び寸法・軸受・界磁コイルなどを含め同一仕様である。またモータ駆動電圧は共にDC 5 Vとし、無負荷運転テストを行った。また、環境温度は25℃一定とした。
【００２３】
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。
【００２４】
【表１】
0004915540.tif 000002
【００２５】
前記表１の平均値を比較すると、従来例の損失比率40.3％、ハウジング飽和温度44℃であるのに対し、本発明の実施例の損失比率は6.8％、ステータ部（積層コア部分）飽和温度29℃であり、明らかに本発明の効果が定量的に確認できた。
【００２６】
なお、この実施の形態では、外径φ12mmの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、詳細はこれに限定されるものではない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、例えば外径φ12mm、またはそれ以下の小径の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、モータ外径を増加させることなく、うず電流損とそれに起因した発熱を大幅に低減することができる。
【００２８】
つまり、積層コアでステータヨーク部を構成したので、ヨーク部全体が互いに絶縁された薄葉鋼板により電気的に分割され、電気抵抗が増大し、ヨーク内に発生するうず電流が小さくなるため、うず電流損が低減される。
【００２９】
また、本発明によれば、前記界磁コイル及び通電のための給電機構部品（例えばFPCと補強板）と、前記界磁コイル外周部円筒軸方向に位置する略リング状積層コアとを、樹脂により一体成形し、かつ同略リング状積層コアの外周表面を外部に露出する構造としたので、界磁コイル通電により発生した熱、あるいはヨーク部分での鉄損に起因した熱などを、効率よくモータ外部に放熱することができ、モータの発熱飽和温度を抑制することができる。よって、発熱抑制によるモータの高性能化を図ることができる。
【００３０】
さらに、本発明のステータ部樹脂一体構造により、組み立て部品点数を削減することができるため、モータの組立工数、組立時間を低減することができる。
【００３１】
また、本発明によれば、略リング状積層コアの少なくとも一箇所以上に、樹脂導入溝が形成されているので、製造工程時に射出成形機からの樹脂の導入をスムーズにできるとともに、樹脂が溝に充填されることにより積層コアの軸回転方向のずれを防止でき、また、樹脂部と積層コアとの結合強度を向上させることができるため、ステータとしての必要強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るDCブラシレスモータの構成を示す側断面図。
【図２】従来のDCブラシレスモータの構成を示す側断面図。
【符号の説明】
1   ハウジング
2   フランジ
3   シャフト
4  マグネット
5  界磁コイル
6  軸受
7  給電機構部品
7'  補強板
9  フランジ嵌合部
11  積層コア
11A、11B、11C、…  薄葉鋼板（積層鋼板）
12  樹脂導入部
100  DCブラシレスモータ
110  DCブラシレスモータ
【図１】
0004915540.tif 000003
【図２】
0004915540.tif 000004