JP2008148533A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータに使用する銅の使用量を低減させることによって、モータの低価格化を実現すること
【解決手段】電機子４１のコイル４１３を形成する導電線４１３ａは、主導線部４１３ａ１にアルミニウムを用い、その主導線部４１３ａ１を銅にて被覆する銅被覆部４１３ａ２を構成する。主導線部４１３ａ１にアルミニウムを用いることによって、銅の使用量を減らすことができる。また電機子４１は、樹脂材料にてモールド成形する樹脂成形体４３によって一つの剛体となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータ、特に電機子に関する。

従来から、モータの電機子には、銅線を絶縁被膜によって覆われた導電線を複数層巻回することによって、コイルを形成している。この導電線に電流を流すことによって、モータの回転体を回転させる回転磁場を発生させている。

図６は、従来の電機子の構造を示す。図６は、従来の電機子を上側より見た平面図である。

図６を参照して、電機子１００は、所定の中心軸Ｊ２に向かい伸びる複数のティース部１１１とこれらティース部１１１を周方向に連結するコアバック部１１２を有する電機子コア１１０と、複数のティース部１１１にそれぞれ導電線１２１を複数層巻回して形成されるコイル１２０と、を備える。電機子コア１１０の表面には、絶縁層（不図示）がプレモールド、スプール或いは粉体塗装によって覆われている（このような従来の電機子の例として、例えば特許文献１参照）。

特開２００２−１８６２０３号公報

しかしながら、コイル１２０を形成する導電線１２１は、銅線を絶縁被膜によって覆われた構造であるので、銅を使用する量が非常に多くなってしまう。また現在、産業の発達により、銅を消費する量が世界中で飛躍的に増加している。そのために、銅の単価は大幅に増加している。この事情に反して、電化製品は、低消費電力化が進み、モータの低電流化が求められている。そのために、モータでは、ティース部に巻回する巻回数（ターン数）を多くすることによって、低電流化を図っている。また電化製品には、低価格化の要求が高まっている。したがって、モータの低価格化は必須の課題であった。しかしながら、モータの低電流化を実現するのに、導電線を多く必要とするために、単価の高い銅を多く使用しなければならず、モータの低価格化の障害となっていた。

本発明は、上記課題に鑑み、なされたものであり、その目的とするところは、銅の使用量を低減させることによって、モータの低価格化を実現することである。

本発明の請求項１によれば、モータであって、所定の回転軸を中心として回転する回転体と、該回転体を回転自在に支持し、回転磁界を発生させる電機子を有する固定体と、を備え、前記電機子は、前記回転軸に向かい伸び放射状に配置される複数のティース部と、該複数のティース部を連結するコアバック部と、前記ティース部の周囲を複数の導電線が巻回されて形成されるコイルと、を有し、前記複数の導電線は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る主導線部と、該主導線部を被覆する銅被覆部と、該銅被覆部を被覆する絶縁被覆部と、を備える銅被覆アルミニウム線であることを特徴とする。

本発明の請求項１に従えば、導電線に銅被覆アルミニウム線を用いることによって、導電線に銅線を用いる場合と比較して、銅の使用量を減らすことができる。したがって、安価なモータを提供することができる。

本発明の請求項２によれば、請求項１に係り、前記電機子は、前記複数の導電線の端部のそれぞれを接続する複数のからげピンを有し、前記導電線の端部と前記からげピンとは半田接合によって固定されていることを特徴とする。

本発明の請求項２に従えば、銅被覆アルミニウム線は、アルミニウムの主導線部に銅を被覆しているので、からげピンと半田接合することができる。アルミニウム線のみの場合、アルミニウムは半田接合を行うことができないために、溶接等の複雑な工程を必要とするが、銅被覆アルミニウム線を用いることにより、半田接合という安易な接合工程のみにてからげピンとの接合を行うことができるために、更なる製造コストを低減させることができる。

本発明の請求項３によれば、請求項１および請求項２のいずれかに係り、前記ティースには、前記ティースと前記コイルとの電気的絶縁を図る複数のインシュレータが配置され、
前記インシュレータにおける、前記ティースの上面から側面を覆う角部は、曲面形状であることを特徴とする。

本発明の請求項３に従えば、インシュレータの上面から側面を覆う角部を曲面形状とすることによって、導電線をティース部の上面から側面へ巻回する際の導電線を屈曲させる応力を低減させることができる。これは、特に銅被覆アルミニウム導線のように銅線よりも機械的な強度が低い導電線には好適である。

本発明の請求項４によれば、請求項１乃至請求項３のいずれかに係り、前記電機子は、樹脂材料によってモールド成形されることを特徴とする。

本発明の請求項４に従えば、電機子を樹脂材料にてモールド成形することによって、電機子全体を一つの剛体としてみなすことができる。したがって、各ティース部における振動を抑えることができ、且つ、電機子全体としての振動も抑えることができる。

本発明の請求項５によれば、請求項１に係り、前記電機子の下側には、前記回転体の回転を制御する回路基板が配置され、前記複数の導電線の端部は、前記回路基板に半田接合されることによって電気的接続がされることを特徴とする。

本発明の請求項５に従えば、導電線に銅被覆アルミニウム線を用いることにより、回路基板と導電線とを半田接合することを可能にすることができる。特にアルミニウム線のみの場合、回路基板とは半田接合することができず、溶接等の複雑な接合工程を必要としなければならない。しかしながら、銅被覆アルミニウム線は、半田接合という安易な接合工程にて回路基板と接合することができるために、更なる製造コストを低減することができる。

本発明の請求項６によれば、請求項５に係り、前記電機子および前記回路基板は、樹脂材料によってモールド成形されることを特徴とする。

本発明の請求項６に従えば、電機子と回路基板とをモールド成形することによって、電機子と回路基板とを一つの剛体としてみなすことができる。したがって、各ティース部における振動を抑えることができ、且つ、電機子全体としての振動も抑えることができる。

本発明の請求項７によれば、請求項１乃至請求項６のいずれかに係り、前記複数の導電線における前記絶縁被膜部は、ポリエステル変性にて成形されていることを特徴する。

本発明の請求項７に従えば、導電線の絶縁被膜部にポリエステル変性を使用することによって、絶縁被膜の耐熱性を向上させることができる。その上、絶縁被膜部にポリエステル変性を使用することによって、導電線の半田接合を行う際にポリエステル変性の部分と半田とが接続可能であることにより、銅被覆部を半田によって溶かすことなく、導電線の半田接合を行うことができる。したがって、導電線の導電性を向上させることができ、且つ、作業を容易に行うことができる。

本発明は、銅の使用量を低減させることによって、モータの低価格化を実現することができる。

＜モータの全体構造＞
本発明のモータの実施例の一形態について図１を参照して説明する。図１は、本発明のモータの実施例の一形態を軸方向に切った模式断面図である。

図１を参照して、モータ１は、回転軸Ｊ１を中心に回転する回転体２と、この回転体２を回転自在に支持する軸受部３と、軸受部３を保持し、回転体２の回転磁場を発生させる電機子４１を有する固定体４と、を備える。

回転体２は、回転軸Ｊ１と同軸に伸び、回転中心となるシャフト２１と、シャフト２１と回転軸Ｊ１とは垂直な方向（以下、単に径方向という）に間隙を介して配置され、回転体２の回転トルクを発生するロータマグネット２２と、樹脂材料にて成形され、シャフト２１とロータマグネット２２とを接続する接続部材２３と、を備える。

固定体４は、電機子４１と、電機子４１の回転軸Ｊ１に沿った方向（以下、単に軸方向という）の下側に配置される回路基板４２と、電機子４１と回路基板４２とを一体的に樹脂材料にてモールド成形する樹脂成形部４３と、樹脂成形部４３と一体的にモールド成形され、軸方向の両側に配置された軸受部３を保持する円筒部４４１を有する軸受保持体４４と、を備える。

軸受保持体４４は、回転体２の接続部材２３の軸方向の両側にそれぞれ形成される。そして、それぞれの円筒部４４１には、軸受部３であるボールベアリング３１がシャフト２１と接触して固定される。

電機子４１に回路基板４２を介して外部電源（不図示）から電流が流れることによって、電機子４１には、回転磁場が発生する。この回転磁場とロータマグネット２２との相互作用によって、回転体２は回転軸Ｊ１を中心に回転する。

＜電機子の構造＞
次に本発明の電機子４１の構造について図２乃至図４を参照して説明する。図２は、本発明の電機子の実施例の一形態を示した、上側より見た平面図である。図３は、本発明の導電線４１３ａの一形態を示した、模式断面図である。そして図３のａ）は導電線４１３ａの断面を示し、ｂ）は、導電線４１３ａの模式的な斜視図である。図４は、本発明のインシュレータのティースカバー部を示した、軸方向に切った模式断面図である。また図５は、導電線と回路基板との接続構造における他の実施形態を示した、軸方向に切った模式断面図である。

図２を参照して、電機子４１は、回転軸Ｊ１に向かい伸びる複数のティース部４１１aと、複数のティース部４１１ａの径方向外側を周方向に連結するコアバック部４１１ｂと、を有する電機子コア４１１と、電機子コア４１１を軸方向の両側より覆う２つのインシュレータ４１２と、ティース部４１１ａをインシュレータ４１２の外側より導電線４１３ａにて複数層巻回して形成されるコイル４１３と、を備える。

各ティース部４１１ａの径方向内周縁には、周方向の両側に伸びる周方向延長部４１１ａ１が形成される。

各インシュレータ４１２は、ティース部４１１ａの軸方向の端面、側面および周方向延長部４１１ａ１の外周面を覆うティースカバー部４１２ａと、コアバック部４１１ｂの軸方向の端面における径方向内周側およびコアバック部４１１ｂの内周面を覆うコアバックカバー部４１２ｂと、を有する。そして各インシュレータ４１２は、電気的絶縁性を有する樹脂材料を射出成形にて成形される。またティースカバー部４１２ａとコアバック部４１２ｂとは一体的に形成される。

また各インシュレータ４１２には、ティース部４１１ａにおける内周側および外周側に、それぞれ軸方向に沿って伸びる内周壁４１２ｃおよび外周壁４１２ｄが形成される。これら内周壁４１２ｃおよび外周壁４１２ｄにより、コイル４１３の巻き崩れを防止することができる。

図３を参照して、導電線４１３ａは、アルミニウムにて成形された主導線部４１３ａ１と、この主導線部４１３ａ１の外周を覆う銅にて形成された銅被覆部４１３ａ２と、銅被覆部４１３ａ２の外周を覆うポリウレタン等の絶縁樹脂にて形成された絶縁被覆部４１３ａ３と、を備える。特に本実施例では、主導線部４１３ａ１の直径に対する銅被覆部４１３ａ２の径方向の厚さは、１５％程度である。

図４を参照して、インシュレータ４１２のティースカバー部４１２ａは、ティース部４１２ａの端面を覆う端面カバー部４１２ａ１およびティース部４１１ａの側面を覆う側面カバー部４１２ａ２が形成される。そして端面カバー部４１２ａ１と側面カバー部４１２ａ２とを接続する位置には、角部である曲面部４１２ａ３が形成される。この曲面部４１２ａ３により、導電線４１３ａは、ティース部４１１ａの上面から側面にかけて巻回する際の曲率半径を大きくすることができる。したがって、導電線４１３ａに大きな応力を与えることを防ぐことができる。特に本実施例の導電線４１３ａは、主導線部４１３ａ１にアルミニウムを使用するので、一般的な銅線と比較して、機械的な強度が低下してしまう。したがって、導電線４１３ａをティース部４１１ａに巻回する際に大きな応力が加わってしまう場合には、主導線部４１３ａ１が破断してしまう可能性がある。特にティース部４１１ａの上面から側面に導電線４１３ａを巻回する際の導電線４１３ａの屈曲には、最も導電線４１３ａに応力が加わる。しかしながら、インシュレータ４１２におけるティース部４１１ａの上面と側面との接続部に対応する位置に曲面部４１２ａ３が形成されることによって、導電線４１３ａを屈曲する際に、曲率半径を大きくすることができるので、導電線４１３ａの屈曲の際に応力を加えずに、良好にティース部４１２ａに巻回することができる。

また図２を参照して、インシュレータ４１２には、複数のからげピン４１４が周方向に離間して配置される（実施例では４つ）。そして図１を参照して、この複数のからげピン４１４は、回路基板４２と半田接合によって電気的および機械的に接続されている。また導電線４１３ａの端部とからげピン４１４とはそれぞれ半田接合によって接続される。これにより、導電線４１３ａと回路基板４２とは絡げピン４１４を介して電気的に接続される。ここで、導電線がアルミニウムのみである場合、溶接等の複雑な接合方法を行う必要がある。しかしながら導電線４１３ａは、主導線部４１３ａ１はアルミニウムであるが、この主導線部４１３ａ１に銅被膜部４１３ａ２が形成されることによって、半田接合を実現することができる。したがって、溶接等の接合方法を行わず、半田接合という安易な接合方法を採用することができる。その結果、導線部４１３ａとからげピン４１４との接続を容易に行うことができ、製造コストを低減することができる。

また導電線４１３ａは、主導線部４１３ａ１をアルミニウムにて形成されることにより、導電線４１３ａを一般の銅線と比較して軽量化することができる。したがって、各コイル４１３を軽量化することができるために、電機子４１自体の重量を軽量化することができる。また、電機子４１の軽量化に伴い、回転トルクの大きいモータでは、電機子４１の振動が懸念される。特に導電線４１３を集中巻きとした場合、コイル４１３が軽量化されるために各ティース部４１１ａの振動の増加が懸念される。しかしながら、本発明では、電機子４１の全体を樹脂材料にてモールド成形するために、電機子４１および樹脂成形部４３を一つの剛体をみなすことができる。したがって、各ティース部４１１ａの振動を抑えることができ、電機子４１および樹脂成形部４３の全体の振動として発生するために、電機子４１の振動を抑えることができる。

また図５を参照して、導電線４１３ｂは、回路基板４２ａと直接半田接合される。導電線４１３ｂの端部を回路基板４２ａの銅箔によって形成されたランド部（不図示）まで伸ばすことによって半田接合を可能とする。この際、コイル４１３１から回路基板４２ａまでの間は、導電線４１３ｂが他の部材に保持されない状態であり、自由に動いてしまう。したがって、導電線４１３ｂと回路基板４２ａとの半田接合部分が外れる可能性、および、導電線４１３ｂ自体が断線してしまう可能性がある。

しかしながら、本発明では、導電線４１３ｂと回路基板４２ａとを半田接合後に、樹脂材料にて電機子４１ａと回路基板４２ａとをモールド成形することによって、一体の固定子４ａとすることができる。したがって、コイル４１３１と回路基板４２ａとの間における導電線４１３ｂは樹脂材料によって自由に動かないように保持されるために、導電線４１３ｂと回路基板４２ａとの半田接合部分が外れる可能性、および、導電線４１３ｂ自体が断線してしまう可能性を防ぐことができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲において、種々の変形が可能である。

例えば、本発明の実施例では、導電線４１３ａの主導線部４１３ａ１にアルミニウムを使用したが、本発明はこれに限定されることはない。例えば、アルミニウムに代えてアルミニウム合金を使用してもよい。

また例えば、本発明の実施例では、導電線４１３ａの絶縁被膜部４１３ａ３にポリウレタン等の絶縁樹脂を使用したが、これに限定されることはない。特に絶縁被覆部４１３ａ３には、ポリエステル変性を含む絶縁樹脂にて成形することが望ましい。これにより、導電線４１３ａの耐熱温度を向上させることができる。したがって、導電線４１３ａに大電流を流すことができる。そして、モータを高温環境下において使用したとしても、高い信頼性を得ることができる。その結果、モータの設計自由度および適用範囲を広げることができる。その上、導電線４１３ａの半田接合を行う際にポリエステル変性の部分と半田とが接続可能であることにより、銅被覆部４１３ａ２を半田によって溶かすことなく、導電線４１３ａの半田接合を行うことができる。したがって、導電線４１３ａの導電性を向上させることができ、且つ、導電線４１３ａの接続作業を容易に行うことができる。

また例えば、本発明の実施例では、導電線４１３ａは、回路基板４２ａおよびからげピン４１４と半田接合されていたが、本発明は、これらの部材の半田接合に限ることはない。例えば、リード線等の電線と半田接合によって接続されてもよい。

また本発明は、ブラシレスモータに限定されることなく、誘導電動機、シリースモータ等の他の駆動方式のモータ全般に適用することができる。

本発明のモータの実施例の一形態を示した、軸方向に切った模式断面図である 本発明の電機子の実施例の一形態を示した、上側より見た平面図である 本発明の電機子の導電線の一形態を示した、模式断面図であり、ａ）は、導電線の断面を示し、ｂ）は模式的な斜視図を示す 本発明のインシュレータのティースカバー部を示した、軸方向に切った模式断面図である 本発明の電機子と回路基板の他の接続構造を示した、模式断面図である 従来の電機子を示した、上側より見た平面図である

符号の説明

１ モータ
２ 回転体
３ 軸受部
４、４ａ 固定体
４１、４１ａ 電機子
４１１ 電機子コア
４１１ａ ティース部
４１１ｂ コアバック部
４１２ インシュレータ
４１２ａ１ 端面カバー部
４１２ａ２ 側面カバー部
４１２ａ３ 曲面部（角部）
４１３ コイル
４１３ａ 導電線
４１３ａ１ 主導線部
４１３ａ２ 銅被覆部
４１３ａ３ 絶縁被覆部
４１４ からげピン
４２、４２ａ 回路基板
４３ 樹脂成形体

Claims (7)

1. モータであって、
   所定の回転軸を中心として回転する回転体と、
   該回転体を回転自在に支持し、回転磁界を発生させる電機子を有する固定体と、
   を備え、
   前記電機子は、
   前記回転軸に向かい伸び放射状に配置される複数のティース部と、
   該複数のティース部を連結するコアバック部と、
   前記ティース部の周囲を複数の導電線が巻回されて形成されるコイルと、
   を有し、
   前記複数の導電線は、
   アルミニウムもしくはアルミニウム合金から成る主導線部と、
   該主導線部を被覆する銅被覆部と、
   該銅被覆部を被覆する絶縁被覆部と、
   を備える銅被覆アルミニウム線であることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   前記電機子は、前記複数の導電線の端部のそれぞれを接続する複数のからげピンを有し、
   前記導電線の端部と前記からげピンとは半田接合によって固定されていることを特徴とするモータ。
3. 請求項１および請求項２のいずれかに記載のモータであって、
   前記ティースには、前記ティースと前記コイルとの電気的絶縁を図る複数のインシュレータが配置され、
   前記インシュレータにおける、前記ティースの上面から側面を覆う角部は、曲面形状であることを特徴とするモータ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のモータであって、
   前記電機子は、樹脂材料によってモールド成形されることを特徴とするモータ。
5. 請求項１に記載のモータであって、
   前記電機子の下側には、前記回転体の回転を制御する回路基板が配置され、
   前記複数の導電線の端部は、前記回路基板に半田接合されることによって電気的接続がされることを特徴とするモータ。
6. 請求項５に記載のモータであって、
   前記電機子および前記回路基板は、樹脂材料によってモールド成形されることを特徴とするモータ。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のモータであって、
   前記複数の導電線における前記絶縁被膜部は、ポリエステル変性にて成形されていることを特徴するモータ。

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