JP2008187876A - アキシャルエアギャップ型電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラケットと蓋カバーとの間を確実にシールすることができるシーリング構造を備えたアキシャルエアギャップ型電動機を提供する。
【解決手段】ブラケット１００のステータ２に通電するための端子ピン１５１が突設される環状取付面１５０にブラケット１００と蓋カバー１２０との間を密閉シールするためのシール剤Ｓ２が充填される第１シール溝１６０と、端子ピン１５１の周囲を密閉シールする第２シール溝１７０とを設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ステータとロータとがモータ出力軸の軸線方向に沿って対向配置されたアキシャルエアギャップ型電動機に関し、さらに詳しく言えば、上記ステータおよびロータを収納するブラケットと、ブラケットに取り付けられる蓋カバーとのシール構造に関する。

アキシャルエアギャップ型電動機は、ステータ（固定子）の一方または両方の側面にロータ（回転子）を所定の空隙をもって対向的に配置してなる電動機であって、インナーロータ型などのラジアルギャップ型電動機に比べて回転軸方向の厚さを薄くする、すなわち扁平にすることができるという特徴がある。

ステータおよびロータを含むモータ機構は、円筒状のブラケット内に収納され、その両端に蓋カバーが取り付けられるが、このとき、ブラケット内に水など入り込まないようにするため、ブラケットと蓋カバーとの間をシーリング処理する必要がある。

このシーリング処理の一例として、例えば特許文献１では、ブラケットと蓋カバーとの突き当て面の間に形成された空間にシール剤を充填し、ブラケットを圧着させることによって、シール剤の空間内にまんべんなく行き渡らせ、ブラケットの内部を密閉している。

しかしながら、この種のシーリング処理をアキシャルエアギャップ型電動機に適用するには、次のような問題があった。すなわち、アキシャルエアギャップ型電動機は、特許文献２に示すように、ブラケットの内周面のすぐ内側にロータの回転空間があるため、ブラケットに蓋カバーを取り付けた際、ブラケットの周縁に塗布されたシール剤の余剰分がその回転空間に漏れ出すおそれがある。

また、アキシャルエアギャップ型電動機は、小型かつ高出力という特徴から近年、電動アシスト付き自転車の動力源として注目されており、この種の電動機は、屋外で用いられるため、特に高い防水性および防塵性が求められる。

特許第３１６８１６７号公報 特開２００７−６６９９号公報

そこで、本発明は上述した課題を解決するため、ブラケットと蓋カバーとの間を確実に密閉することができるシーリング構造を備えたアキシャルエアギャップ型電動機を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に記載の発明は、出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもってステータとロータとを対向的に配置した状態でブラケット内に収納し、上記ブラケットの開放端に蓋カバーを取り付けてなるアキルエアギャップ型電動機において、上記ブラケットの上記ステータに通電するための端子ピンが突設される上記開放端には、上記ブラケットと上記蓋カバーとの間を密閉シールするためのシール剤が充填される第１シール溝と、上記端子ピンの周囲を密閉シールするための第２シール溝とが設けられていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、上記請求項１において、上記第２シール溝は、上記端子ピンの周囲を取り囲むように設けられており、上記第２シール溝の一部には、上記蓋カバーを被せた際に上記第２シール溝から溢れた上記シール剤の余剰分を上記第２シール溝の外に逃がすための逃がし溝が設けられていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、上記請求項２において、上記逃がし溝は、上記第２シール溝の円周方向の一方または両方の側面に設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、上記請求項２または３において、上記第２シール溝の外周には、上記逃がし溝から出た上記シール剤を受け止める凹部が設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、上記請求項１ないし４のいずれか１項において、上記蓋カバーには、上記第２シール溝に沿って差し込まれる凸部が設けられていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ブラケットと蓋カバーとの間にシール剤を充填する第１シール溝と、端子ピンの周囲をシールする第２シール溝とを設けたことにより、ブラケットと蓋カバーとの間を確実にシールすることができる。

請求項２および３に記載の発明によれば、第２シール溝の円周方向の一方または両方に、シール剤の余剰分を逃がすための逃がし溝を設けたことにより、ブラケットのローラ収納部にシール剤が流れ込むことを確実に防止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、第２シール溝の外周に逃がし溝から吐出されたシール剤を受け止める凹部が設けられていることにより、凹部内でシール剤の余剰分を確実に受け止めることができる。

請求項５に記載の発明によれば、蓋カバー側に第２シール溝内に差し込まれる凸部を設けたことにより、第２シール溝内に充填されたシール剤を第２シール溝内にまんべんなく行き渡らせることができるばかりでなく、密着性も向上する。

次に、図１ないしは図９により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エアギャップ型電動機の分解断面図であり、図２はブラケットの斜視図であり、図３は、ブラケットを軸方向から見た正面図である。

図１および図２に示すように、このアキシャルエアギャップ型電動機１は、円盤状に形成されたステータ２と、同ステータ２の両側面に所定の空隙（エアギャップ）をもって対向的に配置される一対のロータ３，３とを備えている。

ステータ２は、複数個のコアメンバー２１がロータ出力軸４の軸線を中心に環状に配置されており、それらが一体的に連結されることにより、円盤状のステータ２が形成されている。各コアメンバーには、図示しないコイルが多重に巻回されており、それらが所定の順番で結線されている。

ロータ３，３は、電磁鋼板などからなる円盤状のロータバックヨーク３１と、ローターバックヨーク３１に円周方向に所定間隔で取り付けられるロータマグネット３２とを備えている。この例において、ロータ３，３はステータ２を挟んで左右両側に配置されているが、いずれか一方のみであってもよい。

ロータ３，３の中央には、ローター３，３の回転力を取り出すためのロータ出力軸４が同軸的に取り付けられている。この例において、ロータ出力軸４は、２つのロータ３，３を共有しているが、各ロータ３，３毎にロータ出力軸を有する２出力軸タイプであってもよい。さらには、ロータ出力軸４を持たずにステータ２に対してロータ３，３をラジアルボールベアリングを介して直に支持させるシャフトレス型としてもよい。

このステータ２は、金型内への溶融樹脂の流し込みによるインサート成形によってブラケット１００とともに一体成形されている。すなわち、この例において、ブラケット１００は、ステータ２と一体型である。ブラケット１００は、例えばエンジニアリングプラスチックなどの合成樹脂からなり、ステータ２のティース面２２の部分のみを露出させるようにして残すように形成されている。

ステータ２の中心部には軸受部５が配置されている。この例において、軸受部５は、一対のラジアルボールベアリング５，５を有し、その内輪はロータ出力軸４に圧入嵌めされ、外輪側はステータ２のブラケット１００の中央に形成された軸挿通孔１０１に埋設されている。本発明において軸受部５の構成は任意であってよい。

ブラケット１００の外周面には、後述する第１カバー２１０をブラケット１００に固定するためのネジ孔１０２が、この例では３箇所設けられている。ネジ孔１０２は、仕様に応じて任意に変更できる。

ブラケット１００の両端には、ロータ３，３が回転可能に収納される第１および第２ロータ収納凹部１１０，１２０が設けられている。第１および第２ロータ収納凹部１１０，１２０の底部には、ステータ２の各コアメンバー２１のティース面２２が環状に露出している。

ブラケット１００の一方の端部（図１では右端部）には、第１蓋カバー２１０が取り付けられる円筒部１４０が設けられている。図４に示すように、円筒部１４０の内周側が上述した第１ロータ収納凹部１１０として用いられる。

この円筒部１４０の外周面１４１に沿って第１蓋カバー２１０が取り付けられる。図１および図４を参照して、第１蓋カバー２１０は、エンジニアリングプラスチックなどの合成樹脂製の成型品からなり、ブラケット１００の端部を閉塞するよう円盤ドーム状に形成されている。

第１蓋カバー２１０の中央は環状に凹まされており、その側壁内面２１１がブラケット１００の円筒部１４０に沿って当接するようになっている。この第１蓋カバー２１０の外周には、ブラケット１００の外周に設けられたネジ孔１０２に対応する固定孔２１３が３箇所設けられている。

側壁内面２１１の開放端側には、側壁内面２１１の内径よりも若干大径な段差面２１２が設けられており、これにより、第１蓋カバー２１０をブラケット１００に取り付けた際に、円筒部１４０の外周面１４１と側壁内面２１２との間に空間が形成される。

これによれば、図５に示すように、円筒部１４０の付け根部にシール剤Ｓ１を塗布したのち、第１蓋カバー２１０を円筒部１４０に沿って嵌め込むことにより、シール剤Ｓ１が外周面１４１と側壁内面２１２との間の空間内に密に充填され、ブラケット１００と第１蓋カバー２１０との間を確実にシールすることができる。

再び図１ないし図３を参照して、ブラケット１００の他端側（図１では左端側）には、第２蓋カバー２２０を取り付けるための環状取付面１５０が設けられている。環状取付面１５０は、第２ロータ収納凹部１２０の内周面とブラケット１００の外周面との間に指定の幅をもって環状に形成されている。

環状取付面１５０の外周側には、後述する第２蓋カバー２２０に沿って当接する外リブ１５５が環状に形成されており、これに伴って、外リブ１５５の内側が段差面１５６として一段低く形成されている。

図２および図３に示すように、外リブ１５５の上面には、第２蓋カバー２２０との間で密閉シールするためのシール剤Ｓ２（図６参照）が流し込まれる第１シール溝１６０が設けられている。この例において、第１シール溝１６０は、上面から内側に向かって切り欠かれた半円溝からなり、外リブ１５５に沿って環状に形成されている。

図７に示すように、環状取付面１５０の段差面１５６には、図示しない外部電源よりステータ２に電力を供給するための端子ピン１５１を支持する端子台１５２が一体に設けられている。この例において、端子ピン１５１および端子台１５２は、３相ブラシレスＤＣモータ用として３箇所設けられているが、これ以外の数であってもよい。

環状取付面１５０にはさらに、各端子台１５２の周囲を独立してシールするための第２シール溝１７０が設けられている。第２シール溝１７０は、各端子台１５２の周囲を取り囲むようにして形成されており、その一部（半径方向の外側）が第１シール溝１６０と連通している。

第２シール溝１７０の外周側には、シール剤Ｓ２の漏洩を防止する漏洩防止壁１８０が設けられている。漏洩防止壁１８０は、ブラケット１００を軸方向（図３方向）から見て、開放側が外側（第１シール溝１６０側）を向くコ字状に形成されている。漏洩防止壁１８０は、その天端が外リブ１５５と同一平面となるように段差面１５６から立設されている。

これによれば、外リブ１５５と漏洩防止壁１８０との間に形成される空間が、第２シール溝１７０として機能することにより、第２シール溝１７０内に充填されたシール剤Ｓ２が第２ロータ収納凹部１２０側（半径方向の内側）に漏れ出さない。

漏洩防止壁１８０には、第２蓋カバー２２０をブラケット１００に取り付けた際、第２蓋カバー２２０によって押し出されたシール剤Ｓ２の余剰分を逃がすための逃がし溝１８１が形成されていることが好ましい。

逃がし溝１８１は、漏洩防止壁１８０の円周方向の両端側に設けられており、仮にシール剤Ｓ２に余剰分が生まれたとしても、その余剰シール剤を漏洩防止壁１８０の左右両側の空間に逃がすことによって、シール剤Ｓ２が第２ロータ収納凹部１２０に流れ込まないようになっている。

各端子台１５２の左右両側（逃がし溝１８１の出口側）には、所用シール剤を受け止めるための凹部１５３が設けられていることが好ましい。これによれば、シール剤Ｓ２の余剰分を逃がし溝１８１を通して凹部１５３内に回避させることができ、確実にシール剤Ｓ２が第２ロータ収納凹部１２０に流れ込むことを防止することができる。

図７に示すように、この例において、凹部１５３の一部には、第２蓋カバー２２０を取り付ける際に第２蓋カバー２２０の位置を位置決めするためのボス１５４が突設されているが、ボス１５４は本発明において任意的事項である。

次に、図１および図８を併せて参照して、第２蓋カバー２２０について説明する。第２蓋カバー２２０は、エンジニアリングプラスチックなどの合成樹脂の成型品からなり、ブラケット１００よりも大径な円盤状に形成されている。

第２蓋カバー２２０の中央には、ロータ出力軸４を外部に引き出すための軸引出孔２２１が設けられている。第２蓋カバー２２０の一方（図１では右端）の内面には、ブラケット１００の他端側の開放面（図１では左端）に沿って当接するシール面２２２が形成されている。

図１に示すように、シール面２２２は、第２蓋カバー２２０の内面から内側に向かって凹まされた環状凹部からなる。シール面２２２の内壁面は、ブラケット１００の外周面に沿って当接するようになっている。

第２蓋カバー２２０にはさらに、ブラケット１００の環状取付面１５０から突設された端子ピン１５１をブラケット１００の外に引き出すためのピン引出孔２２３が、端子ピンの１５１の数に合わせて３箇所設けられている。

第２蓋カバー２２０には、各ピン引出孔２２３の円周方向の両端と、半径方向の内側を囲むように切欠溝２２４が形成されている。切欠溝２２４は、環状取付面１５０の漏洩防止壁１８０に対向する位置に設けられている。これによれば、図９（ａ）および（ｂ）に示すように、第２蓋カバー２２０を環状取付面１５０に沿って取り付けることで、切欠溝２２４内に漏洩防止壁１８０が差し込まれる。

また、切欠溝２２４を設けたことで、各ピン引出孔２２３と切欠溝２２４との間には、第２シール溝１７０内に入るリブ２２５が形成され、このリブ２２５が第２シール溝１７０に沿って差し込まれることで、第２シール溝１７０内に充填されたシール剤Ｓ２が第２シール溝１７０に沿って密着するようになっている。

この例において、第２蓋カバー２２０には、ブラケット１００の環状取付面１５０から突設された位置決め用のリブ１５４が案内されるガイド孔２２６が設けられている。なお、リブ１５４とガイド孔２２６の位置や形状は、仕様に応じて任意に変更可能である。

次に、図４および図６を参照して、ブラケット１００と各蓋カバー２１０，２２０のシール手順の一例について説明する。なお、以下の説明においては、ブラケット１００内にはステータ２とロータ３とがあらかじめ所定の方法で組み込まれている状態とする。

まず、図４に示すように、シール剤Ｓ１をブラケット１００の円筒部１４０の付け根に沿って塗布する。この例において、シール剤Ｓ１は、例えばシリコーン系の液状ガスケットなどの硬化型シール剤が用いられている。

シール剤Ｓ１を塗布したのち、第１蓋カバー２１０をブラケット１００の円筒部１４０に沿って取り付けてゆき、第１蓋カバー２１０が円筒部１４０の終端に当接する位置まで押し込む。

これにより、シール剤Ｓ１は、ブラケット１００の円筒部１４０の外周面と、第１蓋カバー２１０の側壁内面２１２との間に形成された空間内に押し流される。これにより、第１蓋カバー２１０とブラケット１００との間が確実にシールされる。

次に、他方の開放面をシールする。図６に示すように、まず、第１シール溝１６０と第２シール溝１７０に沿ってシール剤Ｓ２を充填する。次に、第２蓋カバー２２０をリブ１５４とガイド孔２２６とが合致する位置に位置合わせしたのち、環状取付面１５０に被せる。

このとき、第２蓋カバー２２０を環状取付面１５０に向けて押し付けることにより、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第２蓋カバー２２０のリブ２２５が第２シール溝１７０内に入り込み、第２シール溝１７０内のシール剤Ｓ２を押し潰す。これにより、シール剤Ｓ２が台２シール溝１７０内にまんべんなく行き渡る。

このとき、第２シール溝１７０内に収まりきらないシール剤Ｓ２の余剰分は、漏洩防止壁１８０の逃がし溝１８１を介して第２シール溝１７０の両側に設けられた凹部１５３に排出される。

なお、この例において、他方の開放面（環状取付面１５０）の係合相手として、板状の第２蓋カバー２２０を例示したが、これ以外に、例えば電動アシスト付き自転車のトルク検出部や制御回路が収納された駆動ユニットのケーシングの一部にアキシャルエアギャップ型電動機を直付けするような場合においては、そのケーシングの係合面が蓋カバーの取付面に相当し、このような態様も本発明に含まれる。

最後に、図示しないモーター取付部にブラケット１００と第１および第２蓋カバー２１０，２２０とをネジ孔１０２と固定孔２１３を介してボルトで一体的に固定する。以上の一連のシール工程により、ブラケット１００の内部が、外部と確実に密閉される。

この例において、ブラケット１００はステータ２を金型内でインサート成型することにより一体成型されているが、ブラケット１００を別体として成型しておき、その中にステータ２およびロータ３を収納するようにしてもよい。

また、この例において、アキシャルエアギャップ型電動機１は電動アシスト付き自転車用の動力源として用いる方法について例示したが、これ以外に、エアコンなどのファンモータとして用いてもよく、本発明のシール構造を備えていれば、その使用形態は任意である。

本発明の一実施形態に係るアキシャルエアギャップ型電動機の分解断面図。 上記アキシャルエアギャップ型電動機のブラケットの斜視図。 ブラケットの端子ピン設置面の正面図。 ブラケットと第１蓋カバーの分解斜視図。 ブラケットに第１蓋カバーを取り付けた状態の部分拡大断面図。 ブラケットと第２蓋カバーの分解斜視図。 端子ピンが設置された環状取付面の部分拡大斜視図。 第２蓋カバーをブラケット対向面側から見た正面図。 （ａ）図７のＡ−Ａ線におけるブラケットとの噛み合わせの断面図，（ｂ）図７のＢ−Ｂ線におけるブラケットとの噛み合わせの断面図。

符号の説明

１ アキシャルエアギャップ型電動機
２ ステータ
２１ ステータコア
２２ ティース面
３，３ ロータ
３１ ローターバックヨーク
３２ ローターマグネット
４ ロータ出力軸
５ ラジアルボールベアリング
１００ ブラケット
１０１ 軸挿通孔
１０２ ネジ孔
１１０ 第１ロータ収納凹部
１２０ 第２ロータ収納凹部
１４０ 円筒部
１５０ 環状取付面
１５１ 端子ピン
１５２ 端子台
１５３ 凹部
１６０ 第１シール溝
１７０ 第２シール溝
１８０ 漏洩防止壁
１８１ 逃がし溝
Ｓ１，Ｓ２ シール剤

Claims (5)

1. 出力軸の軸線方向に沿って所定の空隙をもってステータとロータとを対向的に配置した状態でブラケット内に収納し、上記ブラケットの開放端に蓋カバーを取り付けてなるアキルエアギャップ型電動機において、
   上記ブラケットの上記ステータに通電するための端子ピンが突設される上記開放端には、上記ブラケットと上記蓋カバーとの間を密閉するためのシール剤が充填される第１シール溝と、上記端子ピンの周囲を密閉するための第２シール溝とが設けられていることを特徴とするアキシャルエアギャップ型電動機。
2. 上記第２シール溝は、上記端子ピンの周囲を取り囲むように設けられており、上記第２シール溝の一部には、上記蓋カバーを被せた際に上記第２シール溝から溢れたシール剤の余剰分を上記第２シール溝の外に逃がすための逃がし溝が設けら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エアギャップ型電動機。
3. 上記逃がし溝は、上記第２シール溝の円周方向の一方または両方の側面に設けられていることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
4. 上記第２シール溝の外周には、上記逃がし溝から出た上記シール剤を受け止める凹部が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。
5. 上記蓋カバーには、上記第２シール溝に沿って差し込まれる凸部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアキシャルエアギャップ型電動機。

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