JP2004312984A - アキシャルギャップ型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータのブレを抑えつつ、ギャップ面の面間距離の調節も容易に行えるアキシャルギャップ型電動機を安価に提供する。
【解決手段】 ステータ２にラジアルベアリング５からなる軸受部を設け、ラジアルベアリング５の内輪５１をステータ２側に固定し、ラジアルベアリング５の外輪４２をロータ３側に固定して、ロータ３を出力軸４を介さずステータ２に直に保持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータの回転軸方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機に関し、さらに詳しくいえば、ロータのブレ（振れ）を抑えて性能の向上および品質の安定化を図る技術に関する。

アキシャルギャップ型電動機は、円盤状に形成されたステータと、同じく円盤状に形成されたロータとを出力軸の軸方向（アキシャル方向）に沿って所定の空隙をもって互いに対向配置した電動機であり、通常のモータに比べてブラケットを薄型に設計できることから、電動機付き自転車用やＦＤ（フロッピィディスク）ドライブなどの駆動用モータとして好ましく用いられている。

この種の電動機では、ステータとロータとの間に形成される隙間（ギャップ面）が面全体にわたって均一であることが重要であるとともに、ギャップ面の面間距離が狭ければ狭いほど回転運動への変換が効率よく行われる。

そこで、例えば特許文献１などに示すように、従来では、ステータの内周側にラジアルベアリングからなる軸受部を設けて、このラジアルベアリングの内輪をロータの出力軸を圧入して固定し、外輪をステータの軸受ハウジングに固定することにより、出力軸を基準としてステータとロータとの間のギャップ出しを行うようにしている。

また、ギャップ面の面間距離が狭ければ効率がよくなる反面、ロータがステータに接触しやすくなる。そこで、接触事故を無くすための一例として、ギャップ面の面間距離を広げる方法もあるが、上述したようにギャップ面の面間距離が広がる分、変換効率が悪くなる。また、上述した出力軸を内輪に圧入する方法では、ギャップ面の面間距離の調節が難しい。

さらには、出力軸をラジアルベアリングで軸受する方法では、出力軸の軸径がステータ径およびロータ径に比べて数段小さいため、軸受精度を上げないとロータの回転バランスが狂いやすいという問題もある。軸受精度を高めるために高精度なボールベアリングを用いたり、軸受ハウジングを高精度に設計するなどの方法もあるが、これでは、部品コストや組立コストがかさんでしまう。

特開平１１−３５６０１７号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであって、ロータのブレを抑えつつ、ロータとステータとの間のギャップの面間距離の調節も容易に行えるアキシャルギャップ型電動機を安価に提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明は以下に示すいくつかの特徴を備えている。請求項１の発明は、出力軸の軸線方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機において、上記ステータは、その外周が所定の固定部に固定支持され、内周側に上記出力軸が非接触で挿通される第１軸受部を備え、上記第１軸受部に上記ロータの第２軸受部が上記出力軸に一体に連結された状態で、上記ラジアルベアリングを介して支持されていることを特徴としている。

請求項２および３の発明は、上記第１軸受部にラジアルベアリングの内輪（もしくは外輪）が固定され、上記ラジアルベアリングの外輪（もしくは内輪）に上記ロータの第２軸受部が固定されていることを特徴としている。

請求項４の発明は、ロータの回転軸方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機において、上記ステータはその外周が所定の固定部に固定支持され、上記ロータに対向する対向面には、上記ロータを支持する第１軸受部が同軸的に設けられており、上記軸受部にラジアルベアリングを介して上記ロータの第２軸受部が固定されていることを特徴としている。

請求項５および６の発明は、上記第１軸受部にラジアルベアリングの内輪（もしくは外輪）が固定され、上記ラジアルベアリングの外輪（もしくは内輪）に上記ロータの第２軸受部が固定されていることを特徴としている。

請求項７の発明は、上記内輪の端面と上記軸受部の端面との間には、上記ロータと上記ステータとの間に形成されるギャップの面間距離を調整するスペーサーが介装されていることを特徴としている。

請求項１，２および３に記載の発明によれば、ロータがラジアルベアリングを介してステータの軸受部に保持されるため、出力軸で軸受した場合よりも広い径でロータを支持できる分、ロータの安定性がよくなり、回転ブレを効果的に抑えることができる。

請求項４，５および６に記載の発明によれば、ロータに出力軸を設けずに、ロータをステータにラジアルベアリングを介して直付けすることにより、出力軸で支持した場合に比べ、支持面積が広くなる分、よりローターの安定性をよくでき、安価に製造することができる。

請求項７に記載の発明によれば、ギャップ面の面間調整が、軸受部の端面とラジアルベアリングの端面との間にスペーサーを挟み込むだけで簡単に調節することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機を概略的に示した断面図である。

このアキシャルギャップ型電動機１は、円盤状のステータ２と、同ステータ２の軸方向（アキシャル方向）に対して互いに対向配置された一対のロータ３，３とを備えている。なお、この例においてアキシャルギャップ型電動機１は、ＡＣモータである。

このアキシャルギャップ型電動機１はステータ２やロータ３を含む各種機構が実際には図示しないブラケット内に収納されているが、本発明においてブラケットの構成は任意であってよく、図示しないとともにその説明は省略する。なお、ブラケットの代わりに例えば空気調和機などの内壁面などを固定部として、ステータ２の外周を固定してもよく、ステータ２の固定構造については任意である。

ステータ２は、中央にロータ３，３の出力軸４が非接触で挿通される挿通孔２１１を有するハブ２１と、同ハブ２１の外周側に沿って環状に形成されたステータコア２２とを備えている。ハブ２１は、ステータコア２２とともに一体にモールド成型される合成樹脂によって形成されている。なお、ステータ２は、外周側が上記ブラケットに固定支持されている。

ハブ２１の両端には、ラジアルベアリング５，５が保持される軸受部２３，２３（第１軸受部）が設けられている。なお、軸受部２３，２３は、ハブ２１に対して左右対称に設けられていることを除いて、その構成は同一であるため、一方のみについて説明し、他方については同じ参照符号を付すに留める。

軸受部２３は、挿通孔２１１の軸線方向に沿って同軸的に突設された円筒状のボスが形成されており、その外周に沿ってラジアルベアリング５の内輪５１が隙間バメによって固定されている。

図１の部分拡大図に示すように、軸受部２３の端面２３１と、ラジアルベアリング５の内輪５１の端面との間には、ステータ２とロータ３とのギャップＧの面間距離を調節するスペーサー６が設けられている。

この例において、スペーサー６は、所定厚みを有する樹脂製のリング状フィルムからなり、これにより、ステータ２とロータ３との間にスペーサー６が挟まれることで、ギャップＧの面間距離が調節される。

この例において、スペーサー６は、樹脂製フィルムを用いているが、これ以外に、ステータ２とロータ３との間にラジアルベアリング５に対して予圧を与える予圧バネなどを挟み込んでもよいし、予圧バネとスペーサー６とを組み合わせて使用してもよい。

図１の部分拡大図に示すように、軸受部２３の周りには、ステータ２がラジアルベアリング５の外輪５２に接触しないようにするための逃げ溝２４が環状な凹溝としてステータ面に設けられている。

この例においては、逃げ溝２４によってステータ２がラジアルベアリング５の外輪５２に接触するのを防止しているが、これ以外に、逃げ溝２４を設けず、端面２３１に置かれたスペーサー６の厚さを利用して逃げを形成するようにしてもよい。また、逃げ溝２４の軸受部２３側の端部を軸受部２３の外周と同一として、ステータ２側に逃げ溝２４の底部にスペーサー６を介装して、逃げ溝２４内にラジアルベアリング５を設けてもよい。

次に、ロータ３，３の具体的な構成について説明するが、この実施形態において、ロータ３，３は、実際には両方とも同じ形状であり、それらがステータ２を挟んで左右対称に形成されているため、以下においては、図１において右側のロータ３について説明を行い、他方のロータ３については、同じ参照符号を付すに留める。

ロータ３は、中心に出力軸４が固定される固定孔３１を有するロータフレーム３２と、同ロータフレーム３２の外周側に一体的に保持されるロータコア３３とを備えている。

ロータフレーム３２は、ロータコア３３を例えばインジェクション成型によって一体的にモールドする合成樹脂の成型品からなり、出力軸４の半径方向に沿って円盤状に形成されている。このロータフレーム３２には、固定孔３１を介して出力軸４が固定されている。

ロータフレーム３２のステータ２対向面には、ステータ２に固定されたラジアルベアリング５の外輪５２が固定される軸受部３４（第２軸受部）が設けられている。軸受部３４は、ロータフレーム３２の固定孔３１を中心に同軸的に突設された環状凸部からなるハウジングであり、軸受部３４の内周に沿ってラジアルベアリング５の外輪５２が圧入される。

ロータコア３３は電磁鋼板の積層体からなり、一部がステータ２側に突出され、その周部にはコイル導体３４が設けられている。なお、本発明においてロータコア３３およびコイル導体３４の構成（例えば磁性材料など）は、任意的な構成要素であり、その説明は省略する。

軸受部３４の内周には、ラジアルベアリング５の外輪５２の端面を受け止める端面３４１が設けられている。この例において、端面３４１は、ラジアルベアリング５の外輪５２の幅とほぼ同じ幅を有し、軸受部３４の端部から環状に一段低く形成されている。

ロータフレーム３２のステータ対向面には、ロータ３の側面がラジアルベアリング５の内輪５１に接触しないようにするための逃げ溝３５が設けられている。逃げ溝３５は、軸受部３４の端面３４１内周からさらに軸方向に一段低く形成され、出力軸４を中心に同心円上に形成された環状凹溝からなる。

また、この例において、ロータフレーム３２はラジアルベアリング５の外輪５２に対して圧入して固定されているが、例えばネジなどによって固定してもよく、その固定方法については任意である。

次に、このアキシャルギャップ型電動機１の組立手順の一例について説明する。まず、あらかじめ別工程によって組み立てられたロータ３，３の軸受部３４，３４にラジアルベアリング５の外輪５２を圧入する。

次に、同じく別工程によってあらかじめ組み立てられたステータ２に一方のロータ３（図１では右側のロータ３）を取り付ける。取り付けを行う前にまず、一方のロータ３の固定孔３１に出力軸４を圧入する。

次に、ロータ３に固定された出力軸４の先端（図１では左側）をステータ２の挿通孔２１に差し込んで行き、ラジアルベアリング５の内輪５２が軸受部２４の端部２４１に当接するまで差し込む。

次に、他方のロータ３（図１では左側のロータ３）の固定孔３１に沿って出力軸４を圧入しながら、ロータ３の軸受部３４にラジアルベアリング５の外輪５２を固定することで、ステータ２とロータ３，３とが一体化される。最後に、これらを図示しないブラケット内に収納することでアキシャルギャップ型電動機１が完成する。

上述した実施形態において、軸受部２３は円筒状の凸部からなり、そこにラジアルベアリング５の内輪５１が圧入されているが、例えば図２に示すように、ステータ２側に凹形状の軸受部２３ａを形成し、他方のロータ３に凸形状の軸受部３４ａを設けて、軸受部２３ａにラジアルベアリング５の外輪５２を圧入し、内輪５１にロータ３の軸受部３４ａを圧入するような軸受構造であってもよい。このような態様も本発明に含まれる。

上述した第１実施形態におけるアキシャルギャップ型電動機１には、ステータ２を貫通するように出力軸４が各ロータ３，３同士を連結するように取り付けられており、ステータ２には、この出力軸４を非接触で挿通する挿通孔２１１が貫設されているが、本発明には、このような出力軸４を持たずにステータ２にロータ３，３を固定する場合も含まれる。

すなわち、図３に示すように、このアキシャルギャップ型電動機１ａは、出力軸を持たない２つのロータ３，３が軸受部２３を介してステータ２に回転可能に保持されている。なお、基本的な形態は、上述した第１実施形態と同じであり、同一もしくは同一と見なされる箇所には同じ参照符号を付し、その説明は省略する。

ステータ２は、両端に円筒状の軸受部２３，２３（第１軸受部）が出力軸に沿って同軸的に突設されたハブ２１と、同ハブ２１の外周に沿って環状に配置されたステータコア２２とを有し、それらが合成樹脂によって一体的に円盤状に形成されている。

この実施形態において、ハブ２１は金属製であるが、合成樹脂製であってもよい。なお、上述した実施形態と同じくステータ２は、図示しないブラケットに固定されている。

ロータ３，３には、ロータフレーム３２のステータ２対向面にステータ２に固定されたラジアルベアリング５の外輪５２が固定される軸受部３４（第２軸受部）が設けられており、他方の面には、ボス３６が出力軸方向に沿って同軸的に突設されている。

ロータ３，３のロータフレーム３２には、例えばネジ孔などからなる係止手段（図示しない）が設けられており、この係止手段を介して例えばクロスフローファンなどの出力装置７が直付け可能になっている。

図３に示すように、ボス３６は、出力装置７の端板に設けられたガイド孔６１に沿ってガイドするガイド役を担うことにより、出力装置７をアキシャルギャップ型電動機１ａに対して確実に同軸保持することができる。

なお、各ローター３，３に取り付けられる出力装置７は、両方とも同じもの（例えばクロスフローファン）が取り付けられることが基本的ではあるが、一方のロータ３と他方のロータ３とに取り付けられる出力装置７が異なっていてもよい。また、ロータ３は、ステータ２に対して１つであってもよい。

この第２実施形態によれば、出力軸の取り付けが不要となることにより、組立性がより向上する。さらに、エアコンや冷蔵庫などの送風ファンとして本体に一体的にビルトインすることにより、さらなる小型化および低コスト化が可能となる。

また、この実施形態においても軸受部２３は円筒状の凸部からなり、そこにラジアルベアリング５の内輪５１が圧入されているが、逆に、図４に示すようにステータ２側に凹形状の軸受部２３ａを形成し、他方のロータ３に凸形状の軸受部３４ａを設けて、軸受部２３ａにラジアルベアリング５の外輪５２を圧入し、内輪５１にロータ３の軸受部３４ａを圧入するような軸受構造であってもよい。このような態様も本発明に含まれる。

上述した各実施形態において、ロータ３，３は、ステータ２を挟んで左右一対に設けられているが、ステータ２に対して１つのロータを有するアキシャルギャップ型電動機に本発明の軸受構造を適用してもよい。また、この例において、ラジアルベアリング５は、外輪５２がロータ３側に圧入され、内輪５１がステータ２側に隙間バメされているが、逆であってもよく、外輪５２を隙間バメとし、内輪５１を圧入としてもよい。

さらにこの実施形態において、ロータ３，３は、１つの出力軸４を共有して取り付けられているが、例えば特開昭６０−１２８８３８号公報に記載されているように、１つのロータに対して１つの出力軸を有する構造に本発明を適用してもよい。

さらには、この実施形態では、ＡＣモータを例にとって説明したが、本発明は例えばマグネットモータなどにも適用可能であり、アキシャルギャップ構造を備えるモータ全般に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機の構造を概略的に示す断面図。 上記第１実施形態の軸受構造の変形例を模式的に示す断面図。 本発明の第２実施形態に係るアキシャルギャップ型電動機に構造を概略的に示す断面図。 上記第２実施形態の軸受構造の変形例を模式的に示す断面図。

符号の説明

１、１ａ アキシャルギャップ型電動機
２ ステータ
２３ 軸受部（第１軸受部）
２４ 逃げ溝
３ ロータ
３４ 軸受部（第２軸受部）
３５ 逃げ溝
３６ ボス
４ 出力軸
５ ラジアルベアリング
６ スペーサー

Claims (7)

1. 出力軸の軸線方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機において、
   上記ステータは、その外周が所定の固定部に固定支持され、内周側に上記出力軸が非接触で挿通される第１軸受部を備え、上記第１軸受部に上記ロータの第２軸受部が上記出力軸に一体に連結された状態で、上記ラジアルベアリングを介して支持されていることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
2. 上記第１軸受部にラジアルベアリングの内輪が固定され、上記ラジアルベアリングの外輪に上記ロータの第２軸受部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
3. 上記第１軸受部にラジアルベアリングの外輪が固定され、上記ラジアルベアリングの内輪に上記ロータの第２軸受部が固定されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型電動機。
4. ロータの回転軸方向に沿ってロータとステータとが所定の空隙をもって互いに対向配置されているアキシャルギャップ型電動機において、
   上記ステータはその外周が所定の固定部に固定支持され、上記ロータに対向する対向面には、上記ロータを支持する第１軸受部が同軸的に設けられており、上記第１軸受部にラジアルベアリングを介して上記ロータの第２軸受部が支持されていることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。
5. 上記第１軸受部にラジアルベアリングの内輪が固定され、上記ラジアルベアリングの外輪に上記ロータの第２軸受部が固定されている請求項４に記載のアキシャルギャップ型電動機。
6. 上記第１軸受部にラジアルベアリングの外輪が固定され、上記ラジアルベアリングの内輪に上記ロータの第２軸受部が固定されている請求項４に記載のアキシャルギャップ型電動機。
7. 上記内輪の端面と上記軸受部の端面との間には、上記ロータと上記ステータとの間に形成されるギャップの面間距離を調整するスペーサーが介装されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型電動機。

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