JP2010075040A - ハウジングレス電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、高い電気的効率を有するハウジングレス電動機を提供する。
【解決手段】ハウジングレス電動機は、ステータと、ステータに対して相対的に回転可能なロータと、ステータの両端に設けられた２つのフランジと、これら２つのフランジを互いに結合するフランジ結合部材とを備えている。フランジ結合部材は、平板で構成され、ステータの外周に密接して配置されている。このように構成すれば、電動機の外径の増加は僅かであるため、小型で占有スペースが少なく、高い電気的効率を有するハウジングレス電動機を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータと、そのステータに対して相対的に回転可能なロータと、ステータの両端に配置された二つのフランジと、これら二つのフランジを結合するフランジ結合部材とを備えたハウジングレス電動機に関する。

上記のような電動機は、例えばインナーロータ型のブラシレス直流モータであり、多数の金属薄板を積層したステータを備えている。ステータは、外部に対して閉じた形状を有しており、ハウジングとして機能する。また、ステータの両端には、ハウジングの一部をなすようにフランジをそれぞれ設けることができ、その内側には、例えばロータを支持する軸受、ステータコイルの電気接続端子、位置センサ、或いは、またはそれらに加えて、他の機能要素を収容することができる。

フランジとステータとでモータ体を構成するためには、各フランジをステータに固定するか、またはフランジ同士を相互に固定しなければならない。そのため、ステータにネジ穴を設け、フランジをステータにネジ止めすることが考えられる。しかしながら、この場合、ステータに設けられたネジ穴に、ネジ（通常は強磁性材料以外の材料で構成される）が螺号するため、磁束がネジ穴部分を通過することができず、その結果、ステータのネジ穴の周囲の領域で磁気飽和が生じ、電気的効率が低下する。このような問題は、強磁性材料からなるネジ用い、ネジ穴のネジ山にきつく密着するように締めることで軽減することができるが、そのようなネジは、厳しい公差管理の下に製造する必要があり、安価に製造することはできない。

また、例えば特許文献１では、ステータの端部に、径方向外側に膨出する膨出部を設け、その膨出部にネジ穴を形成して、フランジを取り付けている。しかしながら、このような構成では、膨出部がステータから径方向外側に大きく突出するため、電動機の外形寸法が大幅に増加する。

そこで、両フランジを、フランジ結合部材で互いに結合させることが考えられる。具体的には、例えば、両フランジにそれぞれネジ穴を設け、両フランジの間に配したフランジ結合部材をネジ止めすることが考えられる。ステータは、両フランジの間に挟み込まれているだけで、フランジに対して直接固定されてはいない。この場合、フランジ結合部材を、ステータに設けた穴部を介してステータの内側に導く構成が考えられる。しかしながら、ステータに穴部（磁性材料の存在しない部分）を形成することで、上述した電気的効率の低下が生じる。

一方、ステータの外側で、フランジをフランジ結合部材にネジ止めすれば、ステータに穴部を設ける必要はないが、ネジ、とりわけネジの頭部がステータから大きく突出するため、電動機の外形寸法が大幅に増加する。

また、例えば特許文献２には、それぞれフランジ状に形成した２つのヨークを、スペーサを挟んでネジで互いに固定したステッパモータが開示されているが、この場合も、ヨークのフランジ部分にネジ穴を設けるため、上述した電気的効率の低下が生じる。

また、例えば特許文献３には、ステータ及びフランジにそれぞれ穴部を設けて中空部材を貫通させ、その中空部材の内側にネジを貫通させることで、ステータとフランジとを固定した電動機が開示されているが、この場合も、ステータに穴部を設けるため、上述した電気的効率の低下が生じる。

特開２００７−００６５７０（図１参照） 特開２００５−０８０４１３（図２参照） 独国実用新案出願公開ＤＥ２０２００４００２５２７Ｕ１（ＦＩＧ．１，２参照）

本発明は、上記の課題に鑑み、寸法が小さく、且つ電気的効率の高いハウジングレス電動機を提供することを目的とする。

本発明に係るハウジングレス電動機は、ステータと、ステータに対して相対的に回転可能なロータと、ステータの両端に設けられた２つのフランジと、２つのフランジを互いに結合するフランジ結合部材とを備え、フランジ結合部材は、平板で構成され、ステータの外周に密接して配置されていることを特徴とする。このように、フランジ結合部材が平板で構成されており、ステータの外周に密接して配置されているため、上述した課題を解決することができる。

また、フランジ結合部材をステータの外周に当接させ、あるいはステータの外周に沿うように配置することにより、ステータにネジ穴等を形成する必要がないため、ステータの全断面を、磁束を通過させる磁路として利用することができる。従って、磁気飽和の原因となる磁路の狭い部分は生じない。また、平板で構成されたフランジ結合部材は、ステータの外周から僅かに外側に突出するに過ぎないため、電動機の直径の増加は僅かである。すなわち、本発明に係るハウジングレス電動機は、非常に小さなスペースで使用することができる。

なお、平板で構成されたフランジ結合部材は、略長方形の断面を有することが好ましい。この場合、フランジ結合部材の厚さは、ステータの外径に対して非常に小さいことが好ましく、例えば約０．５ｍｍから約３ｍｍまでの範囲とすることが好ましい。また、フランジ結合部材は、幅方向に僅かに湾曲させてもよい。このようにすれば、フランジ結合部材をステータの外周に完全に沿うように密着させることができる。本明細書では、フランジ結合部材がこのような僅かな湾曲を有する場合も含めて、「平板」と称する。また、フランジ結合部材は、長さ方向に亘って幅が一定でなくてもよく、例えば、一つ又は複数のくびれ部を有してもよく、またはテーパ形状を有していてもよい。同様に、フランジ結合部材は、厚さ方向に亘って幅が一定でなくてもよい。フランジ結合部材の幅を、長さ方向及び幅方向のいずれかまたは両方で変化させ、例えば、ステータの側面（外周面）にぴったり沿うように凹状に形成してもよい。

フランジ結合部材は、十分な強度を有するものであれば、任意の材料で形成することができる。フランジ結合部材は、特に、金属薄板、とりわけステータの金属薄板と同一の金属薄板で形成することが好ましい。このようにすれば、電動機の製造工程において、フランジ結合部材とステータとで異なる金属薄板を用意する必要がなくなる。

また、フランジ結合部材を、打ち抜き加工により形成したものとすれば、合理的な製造工程を実現できるため、特に有利である。また、これにより、フランジ結合部材の製造工程を簡略化し、コストを低減することができる。製造治具を適宜作成することにより、フランジ結合部材を、ステータ薄板と共に、単一の打ち抜きプレスで生産することも可能である。このように材料を効率的に利用することで、電動機全体の製造コストを大幅に低減することができる。

フランジ結合部材をフランジに固定するため、フランジ結合部材の一端に、少なくとも一つのフックを設けることができる。この場合、フックは、周方向または半径方向に向けて配置することができる。フランジ結合部材の当該一端は、例えばＬ字型、Ｔ字型、またはＨ字型に形成することができる。また、周方向に複数個のフックを組み合わせて配置することもできる。一方のフランジに、フックに対応する形状の少なくとも一つの突出部を設け、この突出部にフックを径方向または軸方向のいずれか一方あるいは両方においてアンカーのように係合させることができる。

もう一方のフランジには、フランジ結合部材の他端を挿入し、貫通させるための開口部を設けることができる。フランジ結合部材の当該他端には、特に、湾曲または折り曲げ可能な可撓舌部を配置することが好ましい。可撓舌部は、開口部を貫通した後で、湾曲させ、または折り曲げることができ、これにより、開口部を介してフランジ結合部材が引き戻されないようにすることができる。

可撓舌部は、フランジ結合部材に設けた切り欠きにより形成することが好ましい。可撓舌部は、例えば、フランジ結合部材の長手方向、または幅方向の軸周りに、湾曲させ、または折り曲げることができる。このように可撓舌部を湾曲させ、または折り曲げることにより、各フランジは、軸方向においてステータ及び他方のフランジに対して強固に固定される。これは、例えば、フランジ結合部材に斜めに形成された切り欠きによって実現することができる。

フランジ結合部材は、とりわけ、非対称に形成することが好ましい。このようにすれば、フランジ結合部材の組み付け位置を明確に規定することができ、フランジ結合部材を長手方向軸を中心として反転させた状態では使用できないようにすることができる。これにより、可撓舌部を湾曲させ、または折り曲げる方向が常に同じになるため、可撓舌部の湾曲または折り曲げを自動化することができる。

本発明によれば、寸法が小さく、且つ電気的効率の高いハウジングレス電動機を実現することができる。

本発明の実施の形態に係る電動機の縦断面図である。 図１の電動機の斜視図である。 図１の電動機のフランジ結合部材を拡大して示す図である。 後フランジの開口部におけるフランジ結合部材の詳細を示す図である。 後フランジ及び可撓舌部の詳細を示す図である。

本発明の一つの好ましい実施形態を、図面を用いて以下にさらに詳しく説明する。

図１と図２において、符号１は、本発明の実施の形態に係るブラシレス直流電動機としてのハウジングレス電動機（以下、電動機）を示す。

電動機１は、いくつかの金属薄板３を積み重ねて構成されたステータ２を有している。ステータ２の内側には、ロータ４が、ステータ２に対して同軸に、かつ回転自在に取り付けられている。ステータ２は、ロータ４を駆動するためのステータ巻線６が巻回された、複数のステータ極５を有している。

ロータ４は、少なくとも一つのリング状永久磁石９が配置されたロータ体８と、このロータ体８が取り付けられたロータ軸（シャフト）７とを備えている。以下では、ロータ軸７の方向を、「軸方向」とする。

ステータ２の一端には、ロータ軸７を軸支するための軸受１１を有する前フランジ１０が設けられている。ステータ２の他端には、ロータ軸７を軸支するための、もう一つの軸受１１を有する後フランジ１２が設けられている。後フランジ１２には、さらに、ステータ巻線６を接続するための電気接続端子１３が備えられる。これらのフランジ１０，１２は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のようなプラスチックを射出成形したものであることが特に好ましいが、例えば金属やセラミックのような他の任意の材料で形成したものであっても良い。

フランジ１０，１２とステータ２とで一つのモータ体を構成するために、両フランジ１０，１２は、少なくとも一つ（ここでは３つ）のフランジ結合部材１４により互いに結合されている。フランジ結合部材１４は、ステータ２の外周に当接するように設けられ、軸方向においてフランジ１０，１２を固定する。また、ステータ２の周方向においてフランジ１０，１２が互いに捩じれる方向に移動することを防ぐために、ステータ２の外周には、フランジ１０，１２に設けられた突出部１６に係合する幾つかの細長い溝１５が形成されている（図２）。

図３は、上述したフランジ結合部材１４を示す図である。フランジ結合部材１４は、長方形の断面を有し、例えば約０．５ｍｍ〜約３ｍｍの厚さを有している。電動機１の大きさが特に大きいか、または特に小さい場合には、フランジ結合部材１４の厚さを、電動機１の大きさに合わせて調整してもよい。いずれの場合も、フランジ結合部材１４の厚さは、ステータ２の外径と比較すると極めて小さく、そのため、フランジ結合部材１４を設けたことによる電動機１の直径の増加は僅かである。ステータ２の外径は、例えば約２０ｍｍ〜約８０ｍｍである。

フランジ結合部材１４は、その一端に、くびれ部（幅狭部）１７を有している。くびれ部１７のさらに先端には、ステータ２の周方向に長いフック１８が形成されており、くびれ部１７とフック１８とでＴ字形状をなしている。フランジ結合部材１４は、その他端に、可撓舌部（可撓片）１９を有している。この可撓舌部１９は、フランジ結合部材１４の幅方向（フック１８の長手方向）に対して斜め方向に、フランジ結合部材１４の幅の約半分に至る切り込み２０を設けることにより形成されている。

くびれ部１７及びフック１８は、フランジ結合部材１４の幅方向中心を規定する軸線に対して、非対称に形成されている。より具体的には、図３において、フランジ結合部材１４の長手方向に延在する中心軸線Ｐを、その中心軸線Ｐからフランジ結合部材１４の幅方向両端までの距離Ａ１，Ａ２が等しく（Ａ１＝Ａ２）となるように規定すると、中心軸線Ｐからくびれ部１７の幅方向両端までの距離Ｂ１，Ｂ２はＢ１＜Ｂ２となり、中心軸線Ｐからフック１８の両端までの距離Ｃ１，Ｃ２はＣ１＜Ｃ２となるよう構成されている。なお、距離Ａ１，Ｂ１，Ｃ１は、中心軸線Ｐに対して、切り込み２０が形成された側と同じ側の距離であり、距離Ａ２，Ｂ２，Ｃ２は、中心軸線Ｐに対して、切り込み２０が形成された側と反対の側の距離である。このように構成することで、フランジ結合部材１４を、その長手方向軸の周りに反転させた状態でステータ２に組み付けることが不可能になる。即ち、フランジ結合部材１４を反転させた状態で前フランジ１０及び後フランジ１２に組み付けると、上記の非対称性により、前フランジ１０の後フランジ１２に対する周方向の相対位置が変化する。その結果、前フランジ１０の突出部１６と、後フランジ１２の突出部１６とが周方向に位置ずれすることになり、両フランジ１０，１２の突出部１６が共にステータ２の溝１５と係合することができない状態となり、ステータ２への装着が不可能となる。これにより、フランジ結合部材１４は、常に同じ向き（すなわち上記のように反転されていない状態）で両フランジ１０，１２に組み付けられることになる。すなわち、可撓舌部１９は、常に同じ方向に湾曲させ、または折り曲げることになる。

フランジ結合部材１４は、例えば金属薄板を打ち抜いて形成される。その際、特に、ステータ薄板と同一の金属薄板から、同一の打ち抜きプロセスで打ち抜くことが好ましい。

図２から理解されるように、フランジ結合部材１４が前フランジ１０に組み付けられた状態で、フック１８は、このフック１８に合うように前フランジ１０に形成された少なくとも一つ（ここでは３対）の突出部２１に、軸方向においてぴったり係合する。また、フランジ結合部材１４は、フック１８側と反対側の端部において、後フランジ１２に形成された開口部２２に挿入される。フランジ結合部材１４が軸方向において開口部２２を貫通したところで、可撓舌部１９を（ステータ２の半径方向内側に）湾曲させ、または折り曲げることにより、フランジ結合部材１４を開口部２２から引き抜くことができないようにすることができる。

次に、電動機１の組み立てについて説明する。電動機１の組み立ての際には、まず、ステータ２の両端に、前フランジ１０及び後フランジ１２を取り付ける。このとき、前フランジ１０及び後フランジ１２の突出部１６が、ステータ２の溝１５に係合するようにする。続いて、フランジ結合部材１４を、前フランジ１０及び後フランジ１２に組み付ける。このとき、前フランジ１０に形成された突出部２１の間にくびれ部１７を周方向に係合させた状態で、フランジ結合部材１４を、後フランジ１２の開口部２２を貫通させ、Ｔ字型のフック１８が突出部２１にぴったり係合するまで軸方向に押し込む。図４は、このときの、可撓舌部１９の位置を詳細に示している。図４に示した状態で、切り込み２０の始点は、後フランジ１２の開口部２２の出口近傍に設けられたエッジ２３の僅か前方（すなわちフランジ結合部材１４の押し込み方向における僅か前方）にある。フランジ結合部材１４の可撓舌部１９を、ロータ軸７と平行な軸線回りに湾曲させ、または折り曲げることにより、可撓舌部１９の内側端縁１９ａがエッジ２３に当接し、エッジ２３に沿って案内される（図５）。切り込み２０が斜めに形成されているため、可撓舌部１９を湾曲させ、または折り曲げる動作に伴って、フランジ結合部材１４及び前フランジ１０は、軸方向において後フランジ１２側に引っ張られる。これにより、各部材の寸法公差に関らず、前フランジ１０、フランジ結合部材１４及び後フランジ１２が引っ張られた状態に保たれる。これにより、両フランジ１０，１２は、軸方向に互いに強固に結合され、ステータ２と共に頑丈な電動機１を構成する。

１ 電動機（ハウジングレス電動機）、 ２ ステータ、 ３ ステータ薄板、 ４ ロータ、 ５ ステータ極、 ６ ステータ巻線、 ７ シャフト、 ８ ロータ体、 ９ リングマグネット、 １０ 前フランジ、 １１ 軸受、 １２ 後フランジ、 １３ 電気接続端子、 １４ フランジ結合部材、 １５ 溝、 １６ 突出部、 １７ くびれ部、 １８ フック、 １９ 可撓舌部、 ２０ 切り込み、 ２１ 突出部、 ２２ 開口、 ２３ フランジのエッジ。

Claims (10)

1. ステータと、
   前記ステータに対して相対的に回転可能なロータと、
   前記ステータの両端に設けられた２つのフランジと、
   前記２つのフランジを互いに結合するフランジ結合部材と
   を備え、
   前記フランジ結合部材は、平板で構成され、前記ステータの外周に密接して配置されていることを特徴とするハウジングレス電動機。
2. 前記フランジ結合部材は、金属薄板で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のハウジングレス電動機。
3. 前記フランジ結合部材は、抜き打ち加工されたものであることを特徴とする請求項２に記載のハウジングレス電動機。
4. 前記ステータは、金属薄板を複数枚積み重ねて構成されており、前記フランジ結合部材と前記ステータを構成する金属薄板とは、同じ材料で構成されていることを特徴とする請求項３に記載のハウジングレス電動機。
5. 前記フランジ結合部材は、組み付けられた状態で前記ステータの外周に沿うように、幅方向に僅かに湾曲していることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のハウジングレス電動機。
6. 前記フランジ結合部材は、その一端に、前記２つのフランジの一方に設けられた突出部に係合する少なくとも一つのフックを有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のハウジングレス電動機。
7. 前記フランジ結合部材は、可撓舌部を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれかに１項に記載のハウジングレス電動機。
8. 前記可撓舌部は、組み付け時において、前記２つのフランジの一方に設けられたエッジに当接する縁部を有しており、前記縁部は、前記フランジ結合部材の幅方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項７に記載のハウジングレス電動機。
9. 前記フランジ結合部材の前記可撓舌部を有する側の端部は、前記２つのフランジの一方に形成された開口部に挿入可能であり、前記可撓舌部は、前記２つのフランジの前記一方が前記開口部を介して引き抜かれることがないように、前記開口部の外側において湾曲または折り曲げ可能であることを特徴とする請求項７または８に記載のハウジングレス電動機。
10. 前記フランジ結合部材は、その長手方向の軸に対して非対称な形状を有し、当該非対称な形状により、前記長手方向の軸の周りに反転した向きで組み付けられることを防止するよう構成されていることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載のハウジングレス電動機。

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