JP2009268168A

JP2009268168A - モータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2009268168A
Application number: JP2008111201A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Kamoki; 豊鴨木
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-04-22
Also published as: JP5146077B2

Abstract

【課題】巻線処理の作業性と巻線占有率の向上とを実現でき、かつ滑らかな回転性能を実現できるモータを提供することを目的とする。
【解決手段】ステータは、複数に分割したティースブロック１６の内周側一端を近接させて環状に配置され、かつティースブロック１６の内周側一端が連結され、隣接するティースブロック１６の外周側一端との間にモータケーシング本体４ａを介して磁路が形成され、ティースブロックの内周側一端の連結が、低磁性材の端板１７に形成された第２の突部１７ｃを介して連結されている。
【選択図】図５

Description

本発明は自動車のエンジンルーム環境の様な高温環境や、高振動環境で運転されるモータに関するものである。

図７（ａ）に示すようなインナーロータモータでは、モータケーシング２４はケーシング本体２４ａとケーシング蓋２４ｂとで構成されている。ケーシング本体２４ａの内側には、巻線２２ａが施されたステータ２２が固定されている。ステータ２２の内側の中心と同軸上に出力軸２１ａを有するロータ２１が回転自在に軸受２８ａ、２８ｂを介してモータケーシング２４に取り付けられている。

ステータ２２のコア形状は、図７（ｂ）に示すように各ティース９０の外終端（基端）を互いに連結し、ステータ２２の内側では隣接するティース９０の先端間に隙間１００が形成された形状に磁性鋼板を打ち抜き、この打ち抜かれた磁性鋼板を積層し、前記隙間１００から巻線機の巻線ノズル（図示せず）を挿入し、ティース９０の周りで巻線ノズルを回転させてティース９０への巻線処理が実施されている。

しかし、このような巻線処理では加工が難しいと共に、巻線占有率を向上させるのが難しいため、特許文献１では図８（ａ）に示したように内周側１８０で連結されて外周側に隙間２００が形成されたステータコア２２ｂが使用されている。このステータコア２２ｂは、図８（ｂ）に示したように、複数に分割したティースブロック１１６ａ、１１６ｂ・・・を作成し、このティースブロック１１６ａ、１１６ｂ・・・の内周側一端を近接させて環状に配置して、絶縁性の合成樹脂３０によって鋳くるんで構成されている。この後に、外周側に隙間２００から巻線ノズルを挿入して巻線処理され、巻線処理が完了したステータコア２２ｂは、ケーシング本体２４ａの内側に圧入されることによって、隣接するティースブロックの外周側の間がケーシング本体２４ａによって連結されて磁気回路が構成されている。
特開平３−２３５６２９号公報

図８に示すステータコア２２ｂを採用することによって巻線処理の作業性と、巻線率の向上とを実現できるが、ケーシング本体２４ａにステータコア２２ｂを圧入する際に生じる応力や両者の円筒度の違いにより、ケーシング本体２４ａ内壁とステータコア２２ｂの外周面との間に不均一な隙間が生じて部分的に磁気抵抗が増大したり、ステータコア２２ｂの内周面が歪んで真円度精度が低下しておのおののティース間をつなぐ磁路の磁気抵抗が不均一になることによりコギングトルクが増大し易くなるので、滑らかな回転性能の点で図７（ｂ）で示した形状のステータコアを使用したモータに比べて性能が劣るという課題があった。

また、特に高温環境下ではティースブロック１１６ａ、１１６ｂ・・・を鋳ぐるむ絶縁性の合成樹脂３０がクリープを生じ易く、ティースブロック１１６ａ、１１６ｂ・・・を連結する保持力が低下し、ステータコア２２ｂの内周面が大幅に歪んでモータの回転に支障をきたしたり、ステータコア２２ｂを保持する応力が減少するため振動が加わった際にステータコア２２ｂが移動する虞があるという課題がある。

本発明は、巻線処理の作業性と巻線占有率の向上とを実現でき、かつ滑らかな回転性能
と高信頼性を実現できるモータを提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載のモータは、巻線処理されたステータをモータケーシングの内側に配置し、前記ステータの内周にロータを配置し、前記ステータの巻線への通電を切り換えて回転磁界を発生させて前記ロータを回転駆動するモータにおいて、前記ステータは、複数のティースの内周側一端を近接させ、各ティース毎に分割して環状に配置したティースブロックと、前記ティースブロックの軸方向両側に配設された端板とからなり、隣接する前記ティースブロックの外周側一端との間に前記モータケーシングを介して磁路が形成されるように前記ティースブロックの外周側一端はそれぞれ前記モータケーシングの内側に当接し、前記端板は非磁性金属もしくは低磁性金属からなり、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置するとともに、各ティースの内周側一端が連結されて形成され、前記端板を介して、前記ティースブロックが連結されていることを特徴とする。

本発明の請求項２記載のモータは、請求項１において、前記端板に第１の突部と第１の穴部を各ティースに交互に形成し、前記ティースブロックには、前記端板の第１の突部に対応する位置に凹部を、前記端板の第１の穴部に対応する位置に突部をそれぞれ形成し、前記端板の第１の突部を前記ティースブロックの凹部に、前記端板の第１の穴部に前記ティースブロックの突部をそれぞれ圧入してカシメることにより前記ティースブロックを連結固定したことを特徴とする。

本発明の請求項３記載のモータは、請求項１において、前記端板の各ティース連結部に、隣接するティースブロックの内周側一端間に挟まれる第２の突部を形成したことを特徴とする。

本発明の請求項４載のモータは、請求項３において、隣接するティースブロックの内周側一端間の空間を内径方向に広がる形状に形成し、かつ、前記空間に介在する前記第２の突部の形状も内径方向に広がる形状に形成したことを特徴とする。

本発明の請求項５載のモータは、請求項１から請求項４おいて、前記ティースブロックの外周側一端には、中央部から前記モータケーシングの内側に沿って両側に延びる張り出し部を形成し、前記張り出し部が前記モータケーシングの内側に当接して変形するとともに、前記中央部と前記モータケーシングの内側との間に隙間が形成されていることを特徴とする。

本発明の請求項６記載のモータの製造方法は、複数に分割したティースブロックの内周側一端を近接させて環状に配置し、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置するとともに、各ティースの内周側一端が連結されて形成された非磁性金属もしくは低磁性金属からなる端版を前記ティースブロックの軸方向両側に配設し、前記端板を介して前記ティースブロックを連結してティースブロック連結体を形成し、前記ティースブロック連結体の各ティースブロックのティース部に巻線を施し、隣接する前記ティースブロックの外周側一端との間に磁路が形成されるように前記ティースブロック連結体をモーターケーシングの内側に圧入することを特徴とする。

本発明の請求項７載のモータの製造方法は、請求項６おいて、端板を介してティースブロックの連結体を形成するときには、前記端板に第１の突部と第１の穴部を各ティースに交互に形成し、前記ティースブロックには、前記端板の第１の突部に対応する位置に凹部を、前記端板の第１の穴部に対応する位置に突部をそれぞれ形成し、前記端板の第１の突部を前記ティースブロックの凹部に、前記端板の第１の穴部に前記ティースブロックの突
部をそれぞれ圧入してカシメることにより前記ティースブロックを連結固定するとともに前記第２の突部を隣接するティースブロックの間に挟んだ状態で連結したことを特徴とする。

この構成によると、巻線処理の作業性と巻線占有率の向上とを実現でき、かつティースブロックの内周側一端の前記連結が、非磁性金属もしくは低磁性金属からなる端板を介して連結されているので、合成樹脂を介して連結した従来の構成に比べてクリープによる変形が少なく、滑らかな回転性能を維持することができ、高温・高振動の環境で使用した場合にも信頼性を維持することができる。

また、ティースブロックの外周側一端の中央部とモータケーシングの内側との間に隙間が形成されているので、ティースブロック連結体をモータケーシングに圧入したのちのステータコアの内周円の真円度の低下が極めて少なく、滑らかな回転性能を実現できる。

以下、本発明のモータを実施の形態に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明のモータを示す。図１（ａ）に示したモータは図１（ｂ）におけるＡ−ＡＡの断面図である。

モータケーシング４は、金属製のケーシング本体４ａと金属製のケーシング蓋４ｂとで構成されている。ケーシング本体４ａの内部には、ロータ１とステータ２ならびに第１、第２の配線基板３ａ、３ｂの一部が納められている。ステータ２は、ロータ１の出力軸１ａと同軸上に配置されている。第１の配線基板３ａは、ロータ１とステータ２に対してロータ１の出力軸１ａの反対方向の端部に配置されている。第１の配線基板３ａには制御回路６とパワー素子７が実装されている。

磁電変換素子５が実装された第２の配線基板３ｂは、ロータ１と第１の配線基板３ａの間に配置されている。磁電変換素子５はロータ１に近接して配置されており、磁電変換素子５がロータ１の磁極を検出した検出信号などは、第２の配線基板３ｂから第１の配線基板３ａの制御回路６に入力され、制御回路６が同じ第１の配線基板３ａに搭載されているパワー素子７を介してステータの巻線２ａへの通電を切り換えて回転磁界を発生させてロータ１を回転駆動している。

図２〜図６はステータ２とケーシング本体４ａとの詳細を示している。

ステータ２のステータコアは、図２（ａ）に示す複数個のティースブロック１６と、図２（ｂ）に示す２つの端板１７とで構成されている。

ティースブロック１６は、磁性鋼板を例えばカシメ、接着、レーザー溶接等の公知の手段により積み重ねて構成されており、内周側１８の一端には、図１のように組み立てた状態でロータ１の外周とギャップをあけて対向する張り出し部１９ｂ、１９ｃが中央部１９ａから両側に形成されている。また、外周側２０の一端にも中央部２１ａから前記モータケーシングの内側に沿って両側に延びる張り出し部２１ｂ、２１ｃが形成されている。

この実施の形態では、１２個のティースブロック１６を図３に示すように内周側一端を近接させて環状に配置している。そして端板１７は、図２（ｂ）に示すようにティースブロック１６と同じ形状の複数のティース１７ａをティースブロック１６と同じ配列で配置するとともに、各ティース１７ａの内周側一端が連結されて形成されている。また、端板
１７の各ティース１７ａのティースブロック１６と軸方向に当接する面には第１の突部１７ｂと第１の穴部１７ｄが、各ティース１７ａ毎に周方向に交互に形成されている。さらに、端板１７の各ティース連結部には、１２個の第２の突部１７ｃが等間隔で形成されている。

図３に示すように、上記ティースブロック１６の端板１７の第１の突部１７ｂもしくは第１の穴部１７ｄと対応する位置には凹部１６ａもしくは突部１６ｂが各ティースブロック毎に交互に形成されており、前記端板１７の第１の突部１７ｂをティースブロック１６の凹部１６ａに、前記端板１７の第１の穴部１７ｄにティースブロック１６の突部１６ｂをそれぞれ上下から圧入カシメを行うことにより、隣接するティースブロック１６を連結して図４（ａ）に示すティースブロック連結体２３を構成している。この際、前記第２の突部１７ｃが、図５に示すように隣接するティースブロック１６の張り出し部１９ｂ、１９ｃの間に挟まれて、隣接するティースブロック１６の張り出し部１９ｂ、１９ｃは、第２の突部１７ｃを介して周方向に当接している。

なお、ティースブロック１６を、積層方向一面に凸部、他面は凸部を形成することによる凹部が形成された複数枚の磁性鋼板を、個々の磁性鋼板の凸部を、別の磁性鋼板の凹部に圧入しながら順次積層して一体化するいわゆるパック方式で積層カシメして作成した場合には、ティースブロック１６の積層方向の一端面には凸部が、そして反対側の一端面には凹部が形成される。従って、この凹部を凹部１６ａとして、凸部を突部１６ｂとして利用することができる。即ち、上記のパック方式で作成したティースブロック１６を、交互に上下反転させて環状に配列すれば、端板１７と当接する面に凹部１６ａと突部１６ｂを交互に配列することができる。上記方法によれば、ティースブロック連結体２３を、１種類のティースブロック１６と１種類の端板１７の少ない種類の部品で作成することが可能となる。

そして、ティースブロック１６の材質が珪素鋼板の場合には、端板１７の材質として、非磁性材もしくは低磁性材の金属で熱膨張係数がティースブロック１６に極めて近いＳＵＳ３０４などを使用することが望ましい。

次に、このティースブロック連結体２３に粉体塗装、電着塗装、あるいは浸漬塗装等の方法により絶縁層を形成した後、各ティース部に、隙間２５から巻線処理して図４（ｂ）に示す状態に仕上げる。このようにティースブロック連結体２３の外周の隙間２５から巻線２ａの巻回を実行するので、巻線処理の作業性と巻線占有率の向上とを維持できる。

次に、図４（ｃ）に示すようにケーシング本体４ａの内側に、巻線処理が完了したティースブロック連結体２３を圧入する。なお、ティースブロック１６の巻線２ａの結線は、ティースブロック連結体２３をケーシング本体４ａの内側に圧入する前工程または後工程の何れでも良いし、対応するティースブロック１６間を連続して巻線しても構わない。

図５がこのティースブロック連結体２３の圧入後の詳細を示している。なお、ここでは巻線２ａは図示されていない。

圧入されたティースブロック連結体２３は、ティースブロック１６の外周側２０の一端の前記張り出し部２１ｂ、２１ｃが、波線位置から実線位置に変形してモータケーシング４ａの内側に圧入されて、隣接するティースブロックの外周側一端との間にモータケーシング本体４ａを介して磁路が形成される。この際にティースブロックの外周側一端とモータケーシング本体４ａは密着するので均一かつ磁気抵抗の低い磁路を形成することが出来る。

このようにティースブロック連結体２３が圧入された状態では、ティースブロック１６の内周側１８において隣接するティースブロック１６との間に、内径を縮小する方向に大きな力が作用した状態が続く。図８（ｂ）に図示した従来例のように合成樹脂３０だけが介在している状態では、介在している合成樹脂３０にクリープが発生して、ステータ２２の内周の磁極の配列の真円度の低下、ならびにステータコアのがたつきが発生していたが、この実施の形態では、合成樹脂３０よりも剛性が高く、低磁性の金属から形成された端板１７を使用して、端板１７の第２の突部１７ｃを介在させてティースブロック１６を連結して構成しており、さらに、隣接するティースブロック１６との間の空間、即ち、先端部１９ｂ、１９ｃで囲まれる空間が内径方向に広がる形状に形成されており、また、ここに介在する第２の突部１７ｃの形状も内径方向に広がる形状に形成されているので、第２の突部１７ｃがくさびとして機能する、一種のくさび効果を発揮するため、図５に矢印Ｆで示すように内径を縮小する方向に大きな力が作用して隣接するティースブロック１６との間に大きな力が作用した状態が続いても、ステータコアのがたつきがなく、ステータ２の内周の磁極の配列の真円度の低下は発生しない。よって、滑らかな回転性能を長期間にわたって維持することができるとともに、高温・高振動の過酷な環境下で使用した場合にも回転性能、信頼性を維持することができる。

さらに、この実施の形態ではティースブロック１６の外周側一端には、前記張り出し部２１ｂ、２１ｃがモータケーシング本体４ａの内側に当接して変形した状態においても、モータケーシング本体４ａの内側に当接していない中央部２１ａが存在しており、ティースブロック１６の外周側一端の中央部２１ａとモータケーシング本体４ａの内側との間に隙間２７が形成されている。

このように隙間２７が形成されていることによって、ステータ２の内周の磁極の配列の真円度の低下をより確実に防止できていることを図６に示した比較例を用いて説明する。

図６の場合には、ティースブロック１６の外周側一端の形状が、上記の実施の形態とは異なっており、ティースブロック１６の外周側一端の形状は円弧の一部で、その曲率半径はケーシング本体４ａの内周の曲率半径とほぼ等しく設定されている。ティースブロック連結体２３をモータケーシング本体４ａの内側に圧入された状態で前記中央部２１ａがモータケーシング本体４ａの内側に当接して磁極２９が矢印Ｇで示すように内周側に押し出されるため、ティースブロック連結体２３をモータケーシング本体４ａの内側への圧入にともなって、内周側の磁極の位置が仮想線で示すように内側に変形して、滑らかな回転性能が得られない。

これに対して、図５に示したように前記隙間２７が残されている場合には、ティースブロック連結体２３をモータケーシング本体４ａの内側への圧入にともなう磁極の位置ずれは図６と比べて極めて少なく、滑らかな回転性能が得られる。

なお、上記隙間２７においては磁気抵抗が増大するが、前述の様に、張り出し部２１ｂ、２１ｃがモータケーシング本体４ａの内側に当接して磁路が形成されるので、磁束の減少は生じない様に構成されている。

また、ティースブロック連結体２３をモータケーシング本体４ａの内側へ圧入する際にはティースブロック連結体２３内周の変形をさらに少なくするためにティースブロック連結体２３内周に変形防止治具を挿入した状態で圧入を行う。

本実施の形態においては、ティースブロック連結体２３をモータケーシング本体４ａの内側に圧入により挿入したが、この方法以外に、ケーシング本体４ａを加熱してその内径を拡大させた状態で嵌め合わせた後に冷却してティースブロック連結体２３を加圧保持す
る方法（いわゆる焼き嵌め）も可能である。この方法によれば、圧入時の摺動による磨耗屑の発生がないため信頼性の高いモータを製造できる。さらに、図４（ｄ）に示すようにティースブロック連結体２３をケーシング本体４ａに隙間嵌め状態で挿入後、別の円筒状部材４ｃをケーシング本体４ａの外側に焼き嵌めすることによりティースブロック連結体２３を加圧保持する方法も有効である。この方法によれば、圧入時の摺動による磨耗屑の発生がなく、焼き嵌めに使用する円筒状部材４ｃを予め加熱しておくことが可能なため短時間で組立てを実施できる。また、円筒状部材４ｃを磁性材料で形成した場合は、モータケーシング本体４ａと共に磁気回路が形成できるので、モータケーシング本体４ａの肉厚を薄くすることが可能となる。これにより、円筒状部材４ｃをモータケーシング本体４ａの外側に焼き嵌めする時のモータケーシング本体４ａの縮径が容易となり、一層確実にティースブロック連結体２３を加圧保持することができる。

本発明は小型モータを使用した各種機器の信頼性の向上に寄与できる。

（ａ）本発明のモータの縦断面図、（ｂ）本発明のモータの横断面図（ａ）同実施の形態のティースブロックの斜視図、（ｂ）リング端板の拡大斜視図同実施の形態のティースブロック連結体の分解斜視図（ａ）同実施の形態のティースブロック連結体を示す図、（ｂ）ティースブロック連結体巻線処理した図、（ｃ）ケーシング本体に巻線処理が完了したティースブロック連結体を圧入した図、（ｄ）円筒状部材でケーシング本体圧入後のティースブロック連結体を加圧保持した図同実施の形態のティースブロック連結体をケーシング本体に圧入した状態の拡大図比較例の拡大図（ａ）従来のモータの縦断面図、（ｂ）第１の従来例のステータコアの平面図（ａ）第２の従来例のステータコアの平面図、（ｂ）第２の従来例の要部拡大図

符号の説明

１、２１ロータ
１ａ、２１ａロータ１の出力軸
２、２２ステータ
２ａ、２２ａ巻線
３ａ第１の配線基板
３ｂ第２の配線基板
４、２４モータケーシング
４ａ、２４ａケーシング本体
４ｂ、２４ｂケーシング蓋
４ｃ円筒状部材
５磁電変換素子
６制御回路
７パワー素子
１６、１１６ａ、１１６ｂティースブロック
１８０コア内周側
１６ａ凹部
１６ｂ突部
１７端板
１７ａ端板のティース
１７ｂ第１の突部
１７ｃ第２の突部
１７ｄ第１の穴部
１８ティースブロックの内周側
１９ａティースブロックの内周側の中央部
１９ｂ、１９ｃティースブロックの内周側の張り出し部
２０ティースブロックの外周側
２１ａティースブロックの外周側の中央部
２１ｂ、２１ｃティースブロックの外周側の張り出し部
２２ｂステータコア
２３ティースブロック連結体
２５、２７、１００、２００隙間
２８ａ、２８ｂ軸受
２９磁極
３０合成樹脂
９０ティース
Ｆ収縮する方向を示す矢印
Ｇ磁極の方向を示す矢印

Claims

巻線処理されたステータをモータケーシングの内側に配置し、前記ステータの内周にロータを配置し、前記ステータの巻線への通電を切り換えて回転磁界を発生させて前記ロータを回転駆動するモータにおいて、前記ステータは、複数のティースの内周側一端を近接させ、各ティース毎に分割して環状に配置したティースブロックと、前記ティースブロックの軸方向両側に配設された端板とからなり、隣接する前記ティースブロックの外周側一端との間に前記モータケーシングを介して磁路が形成されるように前記ティースブロックの外周側一端はそれぞれ前記モータケーシングの内側に当接し、前記端板は非磁性金属もしくは低磁性金属からなり、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置するとともに、各ティースの内周側一端が連結されて形成され、前記端板を介して、前記ティースブロックが連結されているモータ。
前記端板に第１の突部と第１の穴部を各ティースに交互に形成し、前記ティースブロックには、前記端板の第１の突部に対応する位置に凹部を、前記端板の第１の穴部に対応する位置に突部をそれぞれ形成し、前記端板の第１の突部を前記ティースブロックの凹部に、前記端板の第１の穴部に前記ティースブロックの突部をそれぞれ圧入してカシメることにより前記ティースブロックを連結固定した請求項１に記載のモータ。
前記端板の各ティース連結部に、隣接するティースブロックの内周側一端間に挟まれる第２の突部を形成した請求項１に記載のモータ。
隣接するティースブロックの内周側一端間の空間を内径方向に広がる形状に形成し、かつ、前記空間に介在する前記第２の突部の形状も内径方向に広がる形状に形成した請求項３に記載のモータ。
前記ティースブロックの外周側一端には、中央部から前記モータケーシングの内側に沿って両側に延びる張り出し部を形成し、前記張り出し部が前記モータケーシングの内側に当接して変形するとともに、前記中央部と前記モータケーシングの内側との間に隙間が形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
複数に分割したティースブロックの内周側一端を近接させて環状に配置し、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置するとともに、各ティースの内周側一端が連結されて形成された非磁性金属もしくは低磁性金属からなる端版を前記ティースブロックの軸方向両側に配設し、前記端板を介して前記ティースブロックを連結してティースブロック連結体を形成し、前記ティースブロック連結体の各ティースブロックのティース部に巻線を施し、隣接する前記ティースブロックの外周側一端との間に磁路が形成されるように前記ティースブロック連結体をモーターケーシングの内側に圧入するモータの製造方法。
複数に分割したティースブロックの内周側一端を近接させて環状に配置し、前記ティースブロックと同じ形状の複数のティースを前記ティースブロックと同じ配列で配置するとともに、各ティースの内周側一端が連結されて形成された非磁性金属もしくは低磁性金属からなる端版を前記ティースブロックの軸方向両側に配設し、前記端板を介して前記ティースブロックを連結してティースブロック連結体を形成し、前記ティースブロック連結体の各ティースブロックのティース部に巻線を施し、前記ティースブロック連結体をモーターケーシングの内側に隙間嵌めした状態で保持し、前記モーターケーシングの外側に円筒状部材を焼き嵌めしてモーターケーシングを縮径させ、隣接する前記ティースブロックの外周側一端との間に磁路を形成するモータの製造方法。
端板を介してティースブロックの連結体を形成するときには、前記端板に第１の突部と第１の穴部を各ティースに交互に形成し、前記ティースブロックには、前記端板の第１の突部に対応する位置に凹部を、前記端板の第１の穴部に対応する位置に突部をそれぞれ形成し、前記端板の第１の突部を前記ティースブロックの凹部に、前記端板の第１の穴部に前記ティースブロックの突部をそれぞれ圧入してカシメることにより前記ティースブロックを連結固定するとともに、前記第２の突部を隣接するティースブロックの間に挟んだ状態で連結する請求項６もしくは請求項７のいずれか１項に記載のモータの製造方法。