JP2009148115A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータからケースへの放熱を効果的に行えるようにすること。
【解決手段】環状のステータコア２と、ステータコア２の外周側からステータコア２を保持する円筒状部分を有するとともに、円筒状部分におけるステータコア２を保持する部位の外周面にステータコア２の挿入口に近くなるほど径が小さくなる勾配を設けたテーパ部８ａを有するケース８と、内周面にケース８のテーパ部８ａと対応するテーパ部１０ａを有するとともに、テーパ部８ａ、１０ａ同士が嵌合することでケース８と嵌合する円筒状部材１０と、を備える。ケース８は、テーパ部８ａにて軸方向に切り欠いた複数のスリット８ｂを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関し、特に、ステータからケースへの放熱を効果的に行うモータに関する。

従来のモータにおいては、ケース内にステータが固定され、ステータにコイルが巻回され、ステータの内周に所定の間隔をおいてロータが配置され、コイルに電流を流すことによって電磁力によりロータが回転するものがある。このようなモータでは、ステータはロータの回転に伴う反力を受けるので、ステータはケース内に常に強固に固定されていることが望まれる。また、ステータは発生した熱により膨張し作動不良を生ずるおそれがあるので、放熱性を確保するためにステータとケースとは密に接していることが望まれる。これらの要望に基づいて、以下のような技術が開示されている。

例えば、特許文献１では、筒状のケースの内側にステータを設けた構成よりなるモータケース構造において、前記ステータの外周の軸方向に沿って交互に形成されると共に円周方向に輪状に形成された凹部と凸部にアルミニウム鋳造により前記ケースを形成し、前記ケースの内面は前記凹部と凸部にならって形成されていると共に、前記凹部と凸部は前記ステータの軸方向と直交する複数の輪状平面を有しているものが開示されている。この技術によれば、ステータの凹部と凸部にアルミニウム鋳造によってケースが形成されているため、温度上昇時にステータとケースとの間に隙間が形成された場合においても、ステータとケースとの接合は解除されることがなく、ステータの放熱を常に行うことができるというものである。

特許文献２では、外周面に凹凸状の係合部が形成されたステータコアと、内周面に前記係合部の形状と対応する形状の被係合部が形成され、前記ステータコアが内部に挿入されると、前記係合部が前記被係合部と噛合関係となるようにしたケースとを有し、前記ステータコア内に設けられたロ−タが回転することにより、前記係合部の各凸部の一部がそれぞれ被係合部に接するようにしたものが開示されている。この技術によれば、ケースの内周面に係合部の形状と対応する形状の被係合部を形成し、ステータコアの係合部の一部が被係合部に接するようにしたので、係合部と被係合部との係合によりステータの空回りが防止でき、係合部と被係合部との接触によりステータの熱がケースに円滑に伝達されるというものである。

特許文献３では、モータ回転軸を囲んで設置されるステータであって、圧粉磁心により成形された複数の分割コアを、周方向に配置して形成した環状のステータコアと、ステータコアの外周面を鋳ぐるんで形成された鋳造体と、を備えるものが開示されている。この技術によれば、鋳ぐるみにより、ステータコアは鋳造体と強固に接合され一体的に固定され、ステータコアの外周面と鋳造体の結合が密に行われるため、ステータコアからの熱が速やかに鋳造体を介して外部に放出されるというものである。

特許第３３５４４８１号公報 特開２００１−２９８８８１号公報 特開２００７−７４８５２号公報

特許文献１の技術では、ステータの凹部と凸部にアルミニウム鋳造によってケースが形成されているため、温度上昇時にステータとケースとの間に隙間が形成された場合においても、ステータとケースとの接合が解除されることは無いが、温度上昇に伴いケース膨張が大きくなるため凹凸嵌合側面の接触部面積が小さくなるといった問題がある。

特許文献２の技術では、ケースの内周面に係合部の形状と対応する形状の被係合部を形成したので、ステータコアをケースに挿入するのみで組立てができるが、回転自在で軸方向には移動しないような構成が必要であるため、軸方向の固定方法が問題となる。また、特許文献２の技術では、モータトルクの反力により軸芯が出る構成となっているが、モータトルクが小さい時あるいはロ−タ空転時には十分な反力をとることができないため、軸芯が十分に出ず、振動や騒音の原因となるおそれがある。

特許文献３の技術では、大きな温度変化条件下では、ステータコアと鋳造体間に亀裂・隙間が発生するおそれがあるため、特に径の大きなステータコアに対して適用することは難しい。また、特許文献３の技術では、分割コアにおいてはコイルを巻回した後に鋳ぐるみ工程を実施する必要があるため、鋳ぐるみ時の環境下でのコイルの信頼性確保が困難である。さらに、特許文献３の技術では、一旦鋳ぐるみを実施すると、ステータコアを鋳造体から取り外すことができないため、ステータコアのみを交換することができないといった問題がある。

本発明の主な課題は、ステータからケースへの放熱を効果的に行えるようにすることである。

本発明の第１の視点においては、モータにおいて、環状のステータコアと、前記ステータコアの外周側から前記ステータコアを保持する円筒状部分を有するとともに、前記円筒状部分における前記ステータコアを保持する部位の外周面に前記ステータコアの挿入口に近くなるほど径が小さくなる勾配を設けたテーパ部を有するケースと、内周面に前記ケースの前記テーパ部と対応するテーパ部を有するとともに、テーパ部同士が嵌合することで前記ケースと嵌合する円筒状部材と、を備えることを特徴とする。

本発明の前記モータにおいて、前記ケースは、自身の前記テーパ部にて軸方向に切り欠いた１又は複数のスリットを有する。

本発明の前記モータにおいて、前記ケースは、自身の前記テーパ部にてスリットを有さないようにしてもよい。

本発明の前記モータにおいて、前記ケースには前記円筒状部材に用いられる材料よりも熱膨張率が高い材料が用いられる。

本発明の前記モータにおいて、前記ケースには前記円筒状部材に用いられる材料よりもヤング率が低い材料が用いられる。

本発明の前記モータにおいて、前記ケースは、アルミニウムよりなり、前記円筒状部材は、鉄よりなる。

本発明の前記モータにおいて、前記ケースは、前記円筒状部材の外周面の全体又は一部を覆うように延在した外周延在部を有し、前記ケースの前記外周延在部と前記テーパ部の間の溝に前記円筒状部材の前記テーパ部が挿入されている。

本発明によれば、温度が上昇した際にもケースとステータコアとの空隙が空くことなく、より確実に接触を確保することができる。そのため、ステータからケースへの放熱を効果的に行うことができる。

本発明の実施形態に係るモータにおいては、環状のステータコア（図１の２）と、前記ステータコア（図１の２）の外周側から前記ステータコア（図１の２）を保持する円筒状部分を有するとともに、前記円筒状部分における前記ステータコア（図１の２）を保持する部位の外周面に前記ステータコア（図１の２）の挿入口に近くなるほど径が小さくなる勾配を設けたテーパ部（図１の８ａ）を有するケース（図１の８）と、内周面に前記ケース（図１の８）の前記テーパ部（図１の８ａ）と対応するテーパ部（図１の１０ａ）を有するとともに、テーパ部（図１の８ａ、１０ａ）同士が嵌合することで前記ケース（図１の８）と嵌合する円筒状部材（図１の１０）と、を備える。

本発明の実施例１に係るモータについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。なお、図１（Ｂ）では、便宜上、ステータ、円筒状部材、及びケースの組み合わせのみ示している。

モータ１は、ケース８内にステータコア２が固定され、ステータコア２にコイル３が巻回され、ステータコア２の内周にて所定の間隔をおいてロータ４が配置され、コイル３に電流を流すことによって電磁力によりロータ４が回転するインナーロータ型のブラシレスモータである。モータ１は、ステータコア２と、コイル３と、ロータ４と、出力軸５と、軸受６、７と、ケース８と、カバー９と、円筒状部材１０と、を有する。

ステータコア２は、ロータ４の外周にて所定の間隔をおいて配置された環状の部材であり、モータ１の固定子である。ステータコア２は、内周側に突出した複数のティース２ａを有し、各ティース２ａの外周にヨーク（図示せず）を介してコイル３が巻回されている。ステータコア２には、ケイ素鋼板等の高透磁率材料からなる複数のプレートを積層したものや、コーティングされた鉄粉末を金型成形して焼結した圧粉磁心等を用いることができる。ステータコア２は、環状に一体に構成してもよいが、ティース２ａ毎に周方向に分割された分割コアを円環状に配列した構成であってもよい。ティース２ａの数は、図１（Ｂ）では８本となっているが、極数や結線形式に応じて決定される。ステータコア２は、ケース８内に挿嵌されている。

コイル３は、ティース２ａの外周にヨーク（図示せず）を介して巻回された線材（例えば、エナメル線）である。コイル３は、モータコントローラ（図示せず）によって制御される。コイル３の本数は、極数や結線形式に応じて決定される。

ロータ４は、ステータコア２の内周にて所定の間隔をおいて配置された円柱状（薄い場合は円板状）の部材であり、モータ１の回転子である。ロータ４は、打ち抜き形成されたケイ素鋼板等の高透磁（導磁）率材料からなる複数のプレートを積層したものや、コーティングされた鉄粉末を金型成形して焼結した圧粉磁心等を用いることができる。ロータ４は、軸方向に貫通するとともに周方向に等間隔に形成された複数の貫通穴（図示せず）を有し、各貫通穴に永久磁石（図示せず）が埋め込まれている。ロータ４の形式は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、ロータ４の表面に永久磁石（図示せず）を貼り付けたものでもよい。永久磁石は、軸方向に磁化され、Ｎ極、Ｓ極が交互に配置されている。永久磁石の配置は、本実施形態に限定されるものではなく、例えば、軸方向に貫通しており、さらに、周方向に等間隔で形成された複数の貫通穴のみをもつものや、かご型のものでもよい。ロータ４の中心には出力軸５が圧入されており、ロータ４と出力軸５は一体回転する。

出力軸５は、モータ１の回転動力を出力する軸部材である。出力軸５はロータ４の中心に圧入されており、出力軸５とロータ４は一体回転する。出力軸５は、ケース８に軸受６を介して回動自在に支持されるとともに、カバー９に軸受７を介して回動自在に支持されている。

軸受６は、出力軸５を回動自在にケース８に支持するための部材である。

軸受７は、出力軸５を回動自在にカバー９に支持するための部材である。

ケース８は、円筒状で片側に蓋部分を有する部材であり、モータ１のハウジングの構成部材である。ケース８は、蓋部分の中心に軸受６が取り付けられている。ケース８は、円筒状部分の内周にステータコア２が挿嵌されている。ケース８は、円筒状部分におけるステータコア２を保持する部位の外周面にステータコア２の挿入口に近くなるほど径が小さくなる勾配（肉厚が薄くなるテーパ面）を設けたテーパ部８ａを有する。ケース８には、例えば、アルミニウム等を用いることができる。ケース８と円筒状部材１０の関係については、後述する。

テーパ部８ａは、外周面にテーパ面を有し、円筒状部材１０のテーパ部１０ａの内周側のテーパ面と対応するように嵌合する。テーパ部８ａには、周方向に等間隔にスリット８ｂが形成されている。テーパ部８ａのテーパ面の軸方向の長さは、ステータコア２の軸方向の長さの半分以上となるように設定される。テーパ部８ａとテーパ部１０ａのテーパ面同士は圧接することになるが、テーパ面間にペースト状の導電材料等を介在させてもよい。テーパ部８ａは、テーパ部１０ａと組合わせる部分の寸法公差を０（締め代０）に設定することができ、テーパ部１０ａによって締り嵌めされる（ステータコア２を絞り込む）ように締め代を設定することができる。

スリット８ｂは、テーパ部８ａにて軸方向に細長く切り欠いた部分である。スリット８ｂは、テーパ部８ａがテーパ部１０ａによって締り嵌めされたときの絞りを吸収したり、ケース８の熱膨張時の逃げ場としての役割がある。スリット８ｂの間隔は、材料によって異なるが、高温時に周方向の壁面同士が接しないように（接しても圧力が加わらない程度に）設定される。そのため、テーパ部８ａがステータコア２の外周に倣うようになる。

カバー９は、ケース８の円筒状部分の開口部分を覆う円板状の部材であり、モータ１のハウジングの構成部材である。カバー９は、ボルト、接着剤、溶接、嵌め込みなどにより円筒状部材１０と一体固定されている。カバー９は、中心に軸受７が取り付けられている。

円筒状部材１０は、ケース８と嵌合する円筒状の部材であり、モータ１のハウジングの構成部材である。円筒状部材１０は、ボルト、接着剤、溶接、嵌め込みなどによりカバー９と一体固定されている。円筒状部材１０は、例えば、鉄等を用いることができる。円筒状部材１０は、内周面に、ケース８の蓋部分の側に近いほど径が小さくなる勾配（肉厚が薄くなるテーパ面）を設けたテーパ部１０ａを有する。テーパ部１０ａは、内周面のテーパ面にて、ケース８のテーパ部８ａの外周側のテーパ面と対応するように嵌合する。

ケース８と円筒状部材１０の関係について、ケース８及び円筒状部材１０はどちらも金属等の熱伝導性の高い材料が用いられるが、ケース８には、円筒状部材１０に用いられる材料よりも熱膨張率が高い材料が用いられる。これにより、ケース８が円筒状部材１０によって絞り込まれてケース８の膨張が抑えられる。また、ケース８には、円筒状部材１０に用いられる材料よりもヤング率が低い材料が用いられる。これにより、円筒状部材１０がケース８の熱膨張によって破損するのを抑えることができる。ケース８及び円筒状部材１０に用いる材料は、例えば、アルミニウム、鉄、銅、マグネシウム等の金属や合金等から、熱膨張率やヤング率を考慮して組み合わせが選択される。代表例として、ケース８にアルミニウム、円筒状部材１０に鉄といった組み合わせとすることができる。

なお、水分や異物の混入を防止するために、図２のように、円筒状部材１０の先端面とケース８の間にＯリングやガスケット等のシール部材１１を配設してもよい。

以上のようなモータ１を駆動させて、温度が上昇してステータコア２の熱がケース８や円筒状部材１０に伝達して外部に放熱されるが、円筒状部材１０はケース８に用いられる材料よりも熱膨張率が低い材料であるので、ケース８が円筒状部材１０によって絞り込まれてケース８の膨張が抑えられる。また、円筒状部材１０のテーパ部１０ａによってケース８のテーパ部８ａが絞り込まれてケース８の膨張が抑えられる。そのため、ケース８とステータコア２の接合が確保され、ステータコア２からの熱がケース８に確実に伝達し、ステータコア２の温度上昇によるモータ１の性能の低下を防止することができる。

実施例１によれば、熱膨張しても、円筒状部材１０のテーパ部１０ａによってケース８のテーパ部８ａが絞り込まれてケース８の膨張が抑えられる構成となっているため、ケース８とステータコア２の接合が確保され、ステータコア２の放熱を確実に行うことができる。また、モータ１を駆動させたりロータ４が高速回転することにより、モータ１が高温になった場合にも、円筒状部材１０で拘束されたケース８のテーパ部８ａにはスリット８ｂが形成されているため、ケース８の膨張を抑制することができる。さらに、円筒状部材１０とケース８がテーパ部８ａ、１０ａで嵌合する構成であるため、最終の短い長さを圧入すれば良く、テーパ部無しの場合と比較すると締め代を設定した組み付けが容易になり、焼き嵌めをしないで組み立ててもケース８とステータコア２の接合が確保される。

本発明の実施例２に係るモータについて図面を用いて説明する。図３は、本発明の実施例２に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。なお、図３（Ｂ）では、便宜上、ステータ、円筒状部材、及びケースの組み合わせのみ示している。

実施例２に係るモータ１は、円筒状部材１０（カバー９を含む）とケース８をボルト１２で固定可能な構成としたものである。円筒状部材１０は、ケース８のスリット８ｂに対応する部分に凸部１０ｂが形成されており、凸部１０ｂと対応する位置に貫通穴が形成され、当該貫通穴にボルト１２が挿通されている。凸部１０ｂは、高温時にスリット８ｂの壁面と接しない（接しても圧力が加わらない程度に）設定される。カバー９にも、円筒状部材１０のボルト１２用の貫通穴と対応する位置に貫通穴を有し、当該貫通穴にボルト１２が挿通されている。ケース８には、円筒状部材１０のボルト１２用の貫通穴と対応する位置に、ボルト１２と螺合する螺孔を有する。その他の構成は、実施例１と同様である。

実施例２によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、円筒状部材１０（カバー９を含む）とケース８との嵌合を強化することができる。

本発明の実施例３に係るモータについて図面を用いて説明する。図４は、本発明の実施例３に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。なお、図４（Ｂ）では、便宜上、ステータ、円筒状部材、及びケースの組み合わせのみ示している。

実施例３に係るモータ１は、実施例１に係るモータにおけるケース（図１の８）のスリット（図１の８ｂ）を廃止したものである。その他の構成は実施例１と同様である。

実施例３によれば、スリットがないためケース８の膨張は実施例１の場合よりも大きくなるが、ケース８は円筒状部材１０による拘束が大きくなるため、ケースとカバーのみの組み合わせの場合と比較すると、熱によるケースの膨張を抑制することができる。また、ケース８の構造上の強度低下に対する懸念もない。

本発明の実施例４に係るモータについて図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施例４に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。なお、図５（Ｂ）では、便宜上、ステータ、円筒状部材、及びケースの組み合わせのみ示している。

実施例４に係るモータ１は、実施例１に係るモータにおけるケース（図１の８）に外周延在部８ｃを設けたものである。外周延在部８ｃは、円筒状部材１０の外周面の全体（一部でも可）を覆うようにカバー９側に延在している。外周延在部８ｃとテーパ部８ａの間は溝となっており、その溝に円筒状部材１０のテーパ部１０ａが挿入される。外周延在部８ｃは、円筒状部材１０のテーパ部１０ａと当接している。その他の構成は実施例１と同様である。

実施例４によれば、実施例１と同様な効果を奏するとともに、図２のように円筒状部材（図２の１０）の先端部とケース（図２の８）との間にＯリング、ガスケット等のシール部材（図２の１１）を配設する必要がない。

本発明の実施例５に係るモータについて図面を用いて説明する。図６は、本発明の実施例５に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。なお、図６（Ｂ）では、便宜上、ステータ、円筒状部材、及びケースの組み合わせのみ示している。

実施例５に係るモータ１は、実施例４に係るモータにおけるケース（図５の８）のスリット（図５の８ｂ）を廃止したものである。その他の構成は実施例４と同様である。

実施例５によれば、スリットがないためケース８の膨張は実施例４の場合よりも大きくなるが、ケース８は円筒状部材１０による拘束が大きくなるため、ケースとカバーのみの組み合わせの場合と比較すると、熱によるケースの膨張を抑制することができる。また、ケース８の構造上の強度低下に対する懸念もない。

本発明の実施例１に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。 本発明の実施例１に係るモータの変形例の構成を模式的に示した断面図である。 本発明の実施例２に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。 本発明の実施例３に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。 本発明の実施例４に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。 本発明の実施例５に係るモータの構成を模式的に示した（Ａ）Ｘ−Ｘ´間の断面図、（Ｂ）Ｙ−Ｙ´間の断面図である。

符号の説明

１ モータ
２ ステータコア
２ａ ティース
３ コイル
４ ロータ
５ 出力軸
６、７ 軸受
８ ケース
８ａ テーパ部
８ｂ スリット
８ｃ 外周延在部
９ カバー
１０ 円筒状部材
１０ａ テーパ部
１０ｂ 凸部
１１ シール部材
１２ ボルト

Claims (7)

1. 環状のステータコアと、
   前記ステータコアの外周側から前記ステータコアを保持する円筒状部分を有するとともに、前記円筒状部分における前記ステータコアを保持する部位の外周面に前記ステータコアの挿入口に近くなるほど径が小さくなる勾配を設けたテーパ部を有するケースと、
   内周面に前記ケースの前記テーパ部と対応するテーパ部を有するとともに、テーパ部同士が嵌合することで前記ケースと嵌合する円筒状部材と、
   を備えることを特徴とするモータ。
2. 前記ケースは、自身の前記テーパ部にて軸方向に切り欠いた１又は複数のスリットを有することを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記ケースは、自身の前記テーパ部にてスリットを有さないことを特徴とする請求項１記載のモータ。
4. 前記ケースには前記円筒状部材に用いられる材料よりも熱膨張率が高い材料が用いられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載のモータ。
5. 前記ケースには前記円筒状部材に用いられる材料よりもヤング率が低い材料が用いられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載のモータ。
6. 前記ケースは、アルミニウムよりなり、
   前記円筒状部材は、鉄よりなることを特徴とする請求項４又は５記載のモータ。
7. 前記ケースは、前記円筒状部材の外周面の全体又は一部を覆うように延在した外周延在部を有し、
   前記ケースの前記外周延在部と前記テーパ部の間の溝に前記円筒状部材の前記テーパ部が挿入されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載のモータ。

Images