JP2008245403A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータティース先端の震えを抑制する。
【解決手段】ティース１２間にスロット１３を有するステータとロータとを備えた電動機であって、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２０を設ける。スロットの内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジを設けるので、ティース先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。形状が簡易であるため、製造時のコストを低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ティース間にスロットを有するステータとロータとを備えた電動機に関する。

従来、ステータのティース間に形成されたスロットにコイルを挿入する電動機が知られている（特許文献１参照）。

特開２００６−２３００８１号公報

しかしながら、従来の電動機では、隣り合うティースの先端は開口しているため、電動機の回転駆動時に、ティース先端が震えて、音振悪化という問題が生じる。

本発明による電動機は、ティース間にスロットを有するステータとロータとを備えた電動機であって、スロットの内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジを設けることを特徴とする。

本発明による電動機によれば、スロットの内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジを設けるので、ティース先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。

−第１の実施の形態−
以下では、分布巻モータを例に挙げて、第１の実施の形態における電動機について説明する。図１は、回転軸方向から見た、第１の実施の形態における分布巻モータ（電動機）１００の構成を示す図である。この分布巻モータ１００は、ステータ１と、ステータ１の内側に設けられたロータ２とを備える。ステータ１を構成するステータコア１１は、内周方向に突出した複数のティース１２を有する。各ティース１２は、同一円周上に等間隔に配置されている。

図２は、ステータティース先端部分の拡大図である。第１の実施の形態における電動機では、ティース１２間に形成されたスロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有するウェッジ２０を配置（挿入）する。ウェッジ２０は、例えば、セラミックのような高剛性かつ摩擦係数の低い（摩擦係数が所定値以下の）材料を使用し、スロット１３の内周側開口部の形状に合わせた形状のものとする。図２に示すウェッジ２０では、スロット１３の内周側開口部を完全にふさぐような形状とすることにより、ティース１２の先端を保持するようにしている。これにより、コイルとステータコアとの間の絶縁性を保ちつつ、ティース１２の先端の振れを抑制することができる。

図３は、ステータ１に挿入する前のウェッジ２０の斜視図である。電動機の製造時に、図３に示すウェッジ２０を、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、円筒形のロータ２の回転軸方向に挿入する。上述したように、ウェッジ２０は高剛性であるため、挿入時に座屈することはなく、また、摩擦係数が低いため、挿入性も良い。

第１の実施の形態における電動機によれば、ティース間にスロットを有するステータ１とロータ２とを備えた電動機において、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２０を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。また、ウェッジ２０の材料として、高剛性かつ摩擦係数の低い材料を用いるので、ウェッジをステータに挿入する際の挿入性も向上する。

−第２の実施の形態−
図４は、第２の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図である。ステータ１のティース１２は、図４に示すように、先端部１２Ａと幹１２Ｂとから構成されている。ウェッジ２１は、隣り合うティース１２の幹１２Ｂに挟み込まれる形状であり、ティース１２の幹１２Ｂの二点で、ティース１２を固定（保持）する形状となっている。すなわち、ティース１２の先端１２Ａの間には、ウエッジは挿入されない。図４に示すウエッジ２１は、図２に示すウエッジ２０に比べて、形状が簡易なので、製造時の歩留まりが良くなり、製造コストを低減することができる。

第２の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２１を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。特に、ウェッジ２１の形状を、隣り合うティース１２の幹の間に挟まれる形状としたので、形状を簡易にすることができ、製造時のコストを低減することができる。

−第３の実施の形態−
図６は、第３の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図である。ウェッジ２２は、隣り合うティース１２の幹１２Ｂの二点、および、先端１２Ｂの二点の計四点で、ティース１２を固定する形状となっている。図５に示すウエッジ２２は、隣り合うティース１２の幹１２Ｂの二点でティースを固定するウェッジ２１（図４参照）に比べて、ティース１２の保持性、すなわち、振動の抑制力は大きい。また、図２に示すウエッジ２０に比べると、形状が簡易であるため、製造時のコストを低減することができる。

第３の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２２を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。特に、ウェッジ２２の形状を、隣り合うティースの幹の二点、および、隣り合うティースの先端部の二点を含む四点でティースを固定する形状としたので、二点でティースを固定する場合に比べて、ティースの振動抑制力を大きくすることができる。また、図２に示すウェッジ２０に比べると、形状が簡易であるため、製造時のコストを低減することができる。

−第４の実施の形態−
図６は、第４の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図である。第４の実施の形態におけるウェッジ２３は、第１〜第３の実施の形態におけるウェッジと同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じる形状によって、ティース１２の振動を抑制しつつ、ロータ２のすべり軸受としての機能も有する。すなわち、ウェッジ２３の形状として、ロータ２と接触する面に、すべり軸受部２３Ａを設ける。なお、すべり軸受とは、転がり運動を利用しない軸受のことである。

ウェッジ２３にすべり軸受部２３Ａを設けることにより、従来、ロータ２と結合されるシャフトの両端に必要としていたベアリングスペースが必要なくなり、サイズを縮小（全長短縮）することができる。また、エアギャップを必要としないため、ステータ１とロータ２との間のギャップを小さくすることができ、モータトルクを向上させることができる。

なお、ウェッジ２３のすべり軸受部２３Ａをダイヤモンドライクカーボンでコーティングすることにより、すべり軸受部２３Ａの摩擦を低減して、摩耗を防ぐことができる。また、モータ室内に油が存在する場合には、油を潤滑剤として使用することで、すべり軸受部２３Ａの摩擦をさらに低減し、摩耗をさらに防ぐことができる。

第４の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２３を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。また、ウェッジ２３の形状を、ロータ２のすべり軸受としても機能する形状としたので、従来、ロータ２と結合されるシャフトの両端に必要としていたベアリングスペースが必要なくなり、サイズを縮小（全長短縮）することができる。また、エアギャップを必要としないため、ステータ１とロータ２との間のギャップを小さくすることができ、モータトルクを向上させることができる。

−第５の実施の形態−
第４の実施の形態における電動機では、スロットの内周側開口部を閉じるために挿入されるウェッジ２３の形状として、すべり軸受部２３Ａを有する形状とした。ここで、軸受は摩擦がないことが理想的であるため、軸受としてロータ２と接触する面積は小さい方が望ましい。従って、第５の実施の形態における電動機では、ウェッジ２４の形状として、ロータ２の両端のエンドプレートにかかる部分にのみ、すべり軸受部２４Ａを設ける。

図７は、ウェッジ２４のすべり軸受部２４Ａの形状を示す図である。上述した図２，図４〜図６は、回転軸方向から見た場合の断面図であるが、図７は、回転軸と垂直な方向から見た場合の断面図である。すべり軸受部２４Ａは、Ｌ字形の形状であって、両端からロータ２を挟み込むことにより、ロータ２の回転軸方向の動きも制限する。

なお、第４の実施の形態における電動機と異なり、ロータ２の側面と接触する部分には、すべり軸受部を設けないので、図７に示すステータ１とロータ２との間のスペース６は、空隙になっている。従って、回転軸方向における両端を除く部分の断面図は、図２に示すような図となる。すなわち、ウェッジ２４は、回転軸方向に長い形状であって、両端がＬ字形状でロータ２を外側から挟み込むような形状となっている。

図７に示すように、ロータ２の両端のエンドプレート５にかかる部分にのみ、すべり軸受部２４Ａを設けることにより、ロータ２の側面と接触する部分にすべり軸受部２３Ａ（図６参照）を設ける場合に比べて、すべり軸受部とロータとの間の摩擦を小さくすることができる。また、ウェッジ２４のサイズを小さくすることができるので、図６に示すウェッジ２３に対して、製造コストを低減することができる。

第５の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２４を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。また、ウェッジ２４の形状を、ロータ２のすべり軸受としても機能する形状としたので、第４の実施の形態における電動機と同様の効果を得ることができる。さらに、ウェッジ２４のすべり軸受部２４Ａをロータ２の両端にのみ設けたので、すべり軸受部とロータとの間の摩擦を小さくするとともに、ロータ２の軸方向の安定化を向上させることができる。

−第６の実施の形態−
電動機では、モータトルク脈動の抑制等のために、ロータ２内部の磁石の配置をスキュー、すなわち、角度を変えて配置することがある。スキュー部分の隙間には、通常、非磁性材料が埋め込まれるため、その部分の磁力が弱くなる。従って、第６の実施の形態における電動機では、ロータ内部の磁石配置がスキューされている場合に、スロットの内周側開口部を閉じるために挿入されるウェッジ２５の形状として、ロータ２の両端のエンドプレート５にかかる位置と、スキュー部分に対応した位置とに、すべり軸受部２５Ａを設ける。すなわち、ウェッジ２５は、第５の実施の形態におけるウェッジ２４に対して、スキュー部分に対応した位置にすべり軸受部が追加された形状となる。

図８は、第６の実施の形態における電動機のウェッジ２５のすべり軸受部２５Ａの形状を示す図であり、図７と同様に、回転軸と垂直な方向から見た場合の断面図である。図８に示すように、ロータ２内部の磁石３０の配置は、スキューされており、スキューされている部分（磁石の配置がずれている部分）に対応する箇所にも、ウェッジ２５のすべり軸受部２５Ａが設けられている。なお、スキューされている部分に対応する箇所とは、スキューされている部分に対して、回転軸と垂直な方向に位置する箇所である。

ロータ２の両端のエンドプレート５にかかる部分だけでなく、スキュー部分にもすべり軸受部２５Ａを設けることによって、ロータ２の安定性、特に、高回転時の安定性を高くすることができる。

第６の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２５を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。また、ウェッジ２５の形状を、ロータ２のすべり軸受としても機能する形状としたので、第４および第５の実施の形態における電動機と同様の効果を得ることができる。さらに、ウェッジ２５のすべり軸受部２５Ａをロータ２の両端だけでなく、ロータ内部に設けられている磁石の配置がスキューされている部分に対応する位置にも設けたので、ロータの安定性をさらに高くすることができる。

−第７の実施の形態−
図９および図１０は、第７の実施の形態における電動機に用いられるウェッジ２６の形状を示す図である。図９は、ウェッジ２６の先端の正面図であり、図１０は、斜視図である。このウェッジ２６は、図６に示すウェッジ２３が有するすべり軸受部２３Ａと同様のすべり軸受部２６Ａを有している。

このウェッジ２６は、ステータ１に挿入する際の挿入性を向上させるために、回転軸方向におけるウェッジ２６の先端（少なくとも一方の端）を台形または丸くしている。特に、先端部分の２６Ｂおよび２６Ｃの部分を先端方向に向けて細くしている。これにより、ウェッジ２６をステータ１に挿入する際の挿入性を向上させることができる。

第７の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２６を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。特に、回転軸方向におけるウェッジ２６の先端を細くしたので、ウェッジ２６をステータ１に挿入する際の挿入性を向上することができる。

−第８の実施の形態−
図１１は、第８の実施の形態における電動機に用いられるウェッジ２７の形状を示す図である。このウェッジ２７は、両端のうちの一端２７Ｂから他端２７Ａに向かって幅が縮小するテーパ形状となっている。ウェッジ２７をステータ１に挿入する際に、幅の小さい端２７Ａから挿入することにより、挿入性を高めるとともに、幅の大きい終端２７Ｂでは、若干の圧入挿入とすることにより、ティース１２をしっかりと保持することができる。

第８の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２７を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。特に、ウェッジ２７をテーパ形状としたので、ステータ１に挿入する際の挿入性を良くするとともに、幅の大きい終端側では圧入挿入とすることにより、ティースをしっかりと保持して、ティースの振動を抑制することができる。

−第９の実施の形態−
図１２は、第９の実施の形態における電動機に用いられるウェッジ２８の形状を示す図である。このウェッジ２８は、真ん中２８Ａの幅が両端２８Ｂ，２８Ｃの幅に比べて大きくなっている、いわゆる中太り形状となっている。従って、ステータ１に挿入する際の挿入性は良く、また、ウェッジの真ん中２８Ａの部分が若干の圧入挿入となり、ティースをしっかりと保持することができる。

第９の実施の形態における電動機によれば、第１の実施の形態における電動機と同様に、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジ２７を設けるので、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。特に、ウェッジ２８の形状を、両端に比べて真ん中の幅が大きい形状としたので、ステータ１に挿入する際の挿入性を良くするとともに、幅の大きい真ん中部分では圧入挿入とすることにより、ティースをしっかりと保持して、ティースの振動を抑制することができる。

−第１０の実施の形態−
図１３は、第１０の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図である。この電動機は、ティース１２に、絶縁体であるボビン１３０を介してコイルを直接巻き付ける集中巻モータである。従来の集中巻モータでは、隣り合うティース１２の間、すなわち、ボビンの間は開口していたため、モータの回転駆動時に、ティース１２の先端が振れてしまっていた。第１０の実施の形態における電動機では、ティース１２間に形成されたスロット１３の内周側開口部を閉じるように、隣り合うボビン１３０の少なくとも一部を接触させて剛性を高める。さらに剛性を高めるためには、ボビン同士を接触させる部分１３０Ａの接触面積を増やせばよい。

第１０の実施の形態における電動機によれば、ティース１２間にスロット１３を有するステータ１とロータ２とを備え、ティース１２に、絶縁体であるボビン１３０を介してコイルを巻き付ける集中巻タイプの電動機であって、スロット１３の内周側開口部を閉じるように、隣り合うボビン１３０の少なくとも一部分を接触させる。これにより、ティース１２先端の振れを抑制して、音振を低減することができる。

本発明は、上述した第１〜第１０の実施の形態に限定されることはない。例えば、ウェッジは、絶縁性を有する材料で形成され、スロットの内周側開口部を閉じるように配置されるものであれば、上述した形状のものに限定されることはない。また、ウェッジの材料の一例として、セラミックを挙げたが、絶縁性を有し、高剛性、かつ、摩擦係数の低い材料であれば、セラミックに限定されることもない。

第５の実施の形態における電動機では、ロータ２の両端のエンドプレートにかかる部分にのみ、すべり軸受部２４Ａを設けた。しかし、第４の実施の形態における電動機に用いたウェッジ２３の形状に対して、ロータ２の両端にもすべり軸受部２４Ａを追加した構成とすることもできる。この形状によれば、ロータ２の安定性をさらに向上させることができる。

また、図６に示す形状のウェッジ２３を、例えば、時計の１２時、３時、６時、９時に該当する位置にのみ設け、他の箇所のウェッジの形状を図２に示すウェッジ２０の形状とすることもできる。この構成によれば、すべり軸受部を設けることにより、ロータ２と結合されるシャフトの両端に必要としていたベアリングスペースが必要なくなり、サイズを縮小（全長短縮）することができ、かつ、図６に示すウェッジ２３に比べて、すべり軸受部とロータとの間の摩擦を小さくすることができる。また、上述したように、第４の実施の形態における電動機に用いたウェッジ２３の形状に対して、ロータ２の両端にもすべり軸受部２４Ａを追加した構成についても同様に、時計の１２時、３時、６時、９時に該当する位置にのみ、すべり軸受を有するウェッジを設け、他の箇所には、すべり軸受を有さないウェッジを設けてもよい。さらに、すべり軸受を有するウェッジを設ける位置を上述した４点とせず、３点としてもよいし、５点以上としてもよい。

特許請求の範囲に記載のウェッジは、第１〜第１０の実施の形態におけるウェッジ２０、２１，２２，２３，２４，２５、２６，２７，２８に対応している。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

第１の実施の形態における分布巻モータ（電動機）の構成を示す図 第１の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図 ステータに挿入する前のウェッジの斜視図 第２の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図 第３の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図 第４の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図 第５の実施の形態における電動機に用いられるウェッジのすべり軸受部の形状を示す図 第６の実施の形態における電動機に用いられるウェッジのすべり軸受部の形状を示す図 第７の実施の形態における電動機に用いられるウェッジの先端の正面図 第７の実施の形態における電動機に用いられるウェッジの斜視図 第８の実施の形態における電動機に用いられるウェッジの形状を示す図 第９の実施の形態における電動機に用いられるウェッジの形状を示す図 第１０の実施の形態における電動機のティース先端部分の拡大図

符号の説明

１…ステータ、２…ロータ、１１…ステータコア、１２…ティース、１３…スロット、２０、２１，２２，２３，２４，２５、２６，２７，２８…ウェッジ

Claims (12)

1. ティース間にスロットを有するステータとロータとを備えた電動機であって、前記スロットの内周側開口部を閉じるように、絶縁性を有する材料で形成されたウェッジを設けることを特徴とする電動機。
2. 請求項１に記載の電動機において、
   前記ウェッジは、少なくとも隣り合うティースの先端部の間を埋める形状であることを特徴とする電動機。
3. 請求項１に記載の電動機において、
   前記ウェッジは、隣り合うティースの幹の間に挟まれる形状であることを特徴とする電動機。
4. 請求項３に記載の電動機において、
   前記ウェッジは、隣り合うティースの幹の二点、および、隣り合うティースの先端部の二点を含む四点でティースに接触していることを特徴とする電動機。
5. 請求項１に記載の電動機において、
   前記ウェッジは、前記ロータのすべり軸受としても機能する形状であることを特徴とする電動機。
6. 請求項５に記載の電動機において、
   前記ウェッジのすべり軸受を構成する部分は、前記ロータと前記ステータとの間に設けられていることを特徴とする電動機。
7. 請求項５に記載の電動機において、
   前記ウェッジのすべり軸受を構成する部分は、前記ロータの回転軸方向における両端に設けられて、前記ロータの回転軸方向の動きを制限することを特徴とする電動機。
8. 請求項７に記載の電動機において、
   前記ロータに設けられている磁石の配置はスキューされており、前記ウェッジのすべり軸受を構成する部分は、前記ロータの回転軸方向における両端、および、前記スキューに対応する位置に設けられていることを特徴とする電動機。
9. 請求項１に記載の電動機において、
   回転軸方向における前記ウェッジの先端を細くしたことを特徴とする電動機。
10. 請求項１に記載の電動機において、
    前記ウェッジは、テーパ形状であることを特徴とする電動機。
11. 請求項１に記載の電動機において、
    前記ウェッジは、前記ロータの回転軸方向における両端に比べて真ん中の幅が大きいことを特徴とする電動機。
12. ティース間にスロットを有するステータとロータとを備え、前記ティースに、絶縁体であるボビンを介してコイルを巻き付ける集中巻タイプの電動機であって、前記スロットの内周側開口部を閉じるように、隣り合うボビンの少なくとも一部分を接触させることを特徴とする電動機。

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