JP2021170861A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受部材の劣化を抑制する。【解決手段】モータ１００は、支持フレーム２、ステータ３、軸受部材４ａ、及びロータ５を備える。支持フレーム２は、第１筒状部２１、第２筒状部２２、及び通気孔２３を有する。第２筒状部２２は、第１筒状部２１の径方向外側に配置される。通気孔２３は、第１筒状部２１と第２筒状部２２との間において軸方向に延びる。ステータ３は、第２筒状部２２の径方向外側に配置される。ステータ３は、第２筒状部２２によって支持される。軸受部材４ａは、第１筒状部２１内において第１筒状部２１に支持される。ロータ５は、ロータフレーム５１、シャフト５２、及び永久磁石５３を有する。ロータフレーム５１は、軸方向において支持フレーム２の第１側に配置される。シャフト５２は、ロータフレーム５１に固定される。シャフト５２は、軸受部材４ａを介して支持フレーム２に回転可能に取り付けられる。永久磁石５３は、ステータ３の径方向外側に配置される。永久磁石５３は、ロータフレーム５１に支持される。【選択図】図２

Description

本発明は、モータに関するものである。

近年、ドローンが普及し始めている。一般的にドローンは、本体部と、本体部から放射状に延びる複数のフレームと、各フレームの先端に取り付けられるモータとを有している。モータは、プロペラを回転させる。このドローン用のモータは、ハウジングを有しており、このハウジングによって軸受部材及びコイル部を支持している（特許文献１参照）。

米国特許出願公開第２０１９／０１８１７０１号明細書

上述したように構成されたドローン用のモータでは、コイル部が発熱する。そして、コイル部からハウジングを介して軸受部材へ伝熱し、その結果、軸受部材が劣化するという問題が発生する。

本発明の課題は、軸受部材の劣化を抑制することにある。

本発明のある側面に係るモータは、支持フレーム、ステータ、軸受部材、及びロータを備える。支持フレームは、第１筒状部、第２筒状部、及び通気孔を有する。第２筒状部は、第１筒状部の径方向外側に配置される。通気孔は、第１筒状部と第２筒状部との間において軸方向に延びる。ステータは、第２筒状部の径方向外側に配置される。ステータは、第２筒状部によって支持される。軸受部材は、第１筒状部内において第１筒状部に支持される。ロータは、ロータフレーム、シャフト、及び永久磁石を有する。ロータフレームは、軸方向において支持フレームの第１側に配置される。シャフトは、ロータフレームに固定される。シャフトは、軸受部材を介して支持フレームに回転可能に取り付けられる。永久磁石は、ステータの径方向外側に配置される。永久磁石は、ロータフレームに支持される。

この構成によれば、ステータが第２筒状部に支持されているため、ステータから第２筒状部へ伝熱する。この第２筒状部と第１筒状部との間には通気孔が形成されているため、第２筒状部から第１筒状部への伝熱が抑制される。この結果、第１筒状部に支持された軸受部材への伝熱も抑制されるため、軸受部材の劣化を抑制することができる。

なお、この通気孔内には、プロペラが回転することによってモータ内に供給される空気が流れるため、第１筒状部及び第２筒状部が冷却される。この結果、第２筒状部から第１筒状部への伝熱をより抑制することができ、軸受部材への伝熱もより抑制される。

好ましくは、第１筒状部は、第２筒状部よりも軸方向の第１側に突出する突出部を有する。この突出部によって、空気を通気孔へと案内することができる。

好ましくは、第１筒状部は、本体部を有する。突出部は、本体部から軸方向の第１側に突出する。突出部の外径は、本体部の外径よりも小さい。

好ましくは、軸受部材は、突出部内において支持される。

好ましくは、ロータフレームは、周方向に配列された複数の貫通孔を有する。貫通孔は、通気孔に対して、径方向外側に配置される。

好ましくは、ロータフレームは、傾斜部を有する。傾斜部は、径方向外側に向かって軸方向の第２側に近づく。貫通孔は、傾斜部に形成される。この構成によれば、貫通孔を介してモータ内に入ってくる空気を通気孔へ向かって供給することができる。

好ましくは、通気孔の断面積は、軸方向第１側の端部において、軸方向の第１側に向かって徐々に大きくなる。

好ましくは、ロータは、ロータフレームから軸方向の第１側に突出するボス部を有する。ボス部は、プロペラが取り付けられるように構成される。

好ましくは、ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻かれたコイル部と、を有する。

好ましくは、コイル部は、第２筒状部よりも軸方向の第１側に延びる。

本発明によれば、軸受部材の劣化を抑制することができる。

モータの斜視図。 モータの断面図。 支持フレームの斜視図。 支持フレームの平面図。 ロータを取り外した状態のモータの斜視図。

以下、実施形態に係るモータについて図面を参照しつつ説明する。図１は、モータの斜視図、図２はモータの断面図である。なお、以下の説明において、軸方向とはモータの回転軸が延びる方向を意味する。軸方向の第１側とは、図２の上側を意味し、軸方向の第２側とは図２の下側を意味する。また、周方向とは、回転軸を中心とした円の周方向を意味する。径方向とは、回転軸を中心とした円の径方向を意味する。

［全体構成］
図１及び図２に示すように、モータ１００は、支持フレーム２、ステータ３、複数の軸受部材４ａ，４ｂ、及びロータ５を備えている。このモータ１００は、ドローンのプロペラを回転させるように構成されている。モータ１００の回転軸Ｏは、上下方向に延びている。すなわち、本実施形態において、軸方向は上下方向を意味する。このモータ１００は、ドローン用モータである。詳細には、このモータ１００は、産業用ドローンに用いられる。

ドローンのプロペラ（図示省略）は、モータ１００の上側（軸方向の第１側の一例）に配置される。ドローンは、このモータ１００を複数備えている。一般的には、ドローンは、このモータ１００を４つ備えている。各モータ１００は、ドローンの本体部分にアームなどを介して取り付けられている。ドローンの本体部分には、バッテリ、及び制御ユニットなどが収容されている。

［支持フレーム］
支持フレーム２は、第１筒状部２１、第２筒状部２２、及び複数の通気孔２３を有している。支持フレーム２の材質は、例えば、金属である。詳細には、支持フレーム２の材質は、アルミニウム合金、又はマグネシウム合金などとすることができる。

第１筒状部２１は、軸方向に延びる円筒状である。第１筒状部２１は、本体部２１１と、突出部２１２とを有している。本体部２１１及び突出部２１２は、軸方向に延びる円筒状である。本体部２１１は、内周面に複数の段差部を有している。この段差部によって、軸受部材４ａ，４ｂの軸方向の移動を規制している。

突出部２１２は、本体部２１１から上側に突出している。突出部２１２は、第２筒状部２２よりも上側に突出している。すなわち、突出部２１２の上端は、第２筒状部２２の上端よりも上側に位置している。このように突出部２１２が形成されているため、径方向内側へ流れる空気を通気孔２３へ案内することができる。

突出部２１２の外径は、本体部２１１の外径よりも小さい。突出部２１２の内径は、本体部２１１の内径と実質的に同じである。

第２筒状部２２は、軸方向に延びる円筒状である。第２筒状部２２は、径方向において、第１筒状部２１の外側に配置されている。すなわち、第２筒状部２２内に、第１筒状部２１が配置されている。第１筒状部２１と第２筒状部２２とは、径方向において互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、第１筒状部２１の外周面は、第２筒状部２２の内周面と接触していない。

図３に示すように、第２筒状部２２は、外周面において段差部２２１を有している。この段差部２２１は、第２筒状部２２の軸方向第２端部の外径が大きくなることによって形成されている。この段差部２２１によって、ステータ３の下側への移動が規制されている。

第２筒状部２２は、外周面上に、係合突起２２２を有している。係合突起２２２は、第２筒状部２２の外周面から径方向外側に突出している。

図３及び図４に示すように、第１筒状部２１と第２筒状部２２とは、複数の連結部２４によって連結されている。連結部２４は、径方向に延びている。また、連結部２４は、軸方向に延びている。すなわち、連結部２４は、板状である。各連結部２４は、周方向において互いに間隔をあけて配置されている。

通気孔２３は、第１筒状部２１と第２筒状部２２との間において軸方向に延びている。通気孔２３は、軸方向に貫通している。通気孔２３は、第１筒状部２１と第２筒状部２２と一対の連結部２４によって画定されている。

軸方向視において、通気孔２３は、周方向に延びている。各通気孔２３は、周方向に配列されている。すなわち、複数の通気孔２３は、環状を形成している。

通気孔２３は、通気孔２３の上端部において、その断面積が上側に向かって徐々に大きくなるように構成されている（図２参照）。

支持フレーム２は、第１円板部２５及び外壁部２７をさらに有している。第１円板部２５は、第２筒状部２２の下端部に固定されている。第２筒状部２２は、第１円板部２５の中央部から上側に延びている。第１円板部２５は、複数のスリット孔２６が形成されている。各スリット孔２６は、周方向に延びている。

外壁部２７は、第１円板部２５の外周端部から上側に延びている。外壁部２７の軸方向の長さは、第１筒状部２１の長さや第２筒状部２２の長さよりも短い。

［ステータ］
図２に示すように、ステータ３は、支持フレーム２によって支持されている。詳細には、ステータ３は、支持フレーム２の第２筒状部２２によって支持されている。ステータ３は、径方向において、第２筒状部２２の外側に配置されている。すなわち、ステータ３の中央部の貫通孔内に、第２筒状部２２が配置されている。

図５に示すように、ステータ３は、ステータコア３１、複数のコイル部３２を有している。ステータコア３１は、複数枚の電磁鋼板を積層することによって構成されている。ステータコア３１は、ヨーク３１１と、複数のティース３１２とを有している。

ヨーク３１１は、環状である。このヨーク３１１の開口部内に第２筒状部２２が配置されている。ヨーク３１１の内周面には係合凹部３１３が形成されている。この係合凹部３１３内に、第２筒状部２２の係合突起２２２が係合することによって、ステータ３の回転が規制されている。

ティース３１２は、ヨーク３１１から径方向外側に延びている。各ティース３１２は、周方向において互いに間隔をあけて配置されている。

コイル部３２は、ステータコア３１に巻かれている。詳細には、コイル部３２は、ティース３１２に巻かれている。なお、コイル部３２とティース３１２との間には、絶縁層が介在している。また、コイル部３２とヨーク３１１との間にも絶縁層が介在している。例えば、絶縁層は、ティース３１２を覆うとともに、ヨーク３１１の外周部を覆っている。

図２に示すように、コイル部３２は、第２筒状部２２よりも上側に延びている。すなわち、コイル部３２の上端は、第２筒状部２２の上端よりも上側に位置している。また、コイル部３２の上面は、径方向内側に向かって下がるように傾斜している。この構成によれば、通気孔２３へ空気を案内することができる。

［軸受部材］
本実施形態のモータ１００は、２つの軸受部材４ａ、４ｂを有している。なお、上側に配置された軸受部材を第１軸受部材４ａと称し、下側（軸方向の第２側の一例）に配置された軸受部材を第２軸受部材４ｂと称する。

第１及び第２軸受部材４ａ、４ｂは、第１筒状部２１内に配置されている。そして、第１及び第２軸受部材４ａ、４ｂは、第１筒状部２１によって支持されている。第１及び第２軸受部材４ａ、４ｂは、第１筒状部２１内に嵌合している。第１軸受部材４ａと第２軸受部材４ｂとは、軸方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

第１軸受部材４ａは、突出部２１２内において支持されている。詳細には、第１軸受部材４ａは、第１筒状部２１の本体部２１１と突出部２１２との両方に支持されている。第１軸受部材４ａは、ロータ５によって上側への移動が規制されている。また、第１軸受部材４ａは、第１筒状部２１内の段差部によって、下側への移動が規制されている。

第２軸受部材４ｂは、第１筒状部２１の本体部２１１のみに支持されている。第２軸受部材４ｂは、第１筒状部２１内の段差部によって上側への移動が規制されている。また、第２軸受部材４ｂは、後述する弾性部材５６によって、上側へ付勢されている。

［ロータ］
ロータ５は、プロペラを回転させるように構成されている。ロータ５は、ロータフレーム５１、シャフト５２、及び永久磁石５３を有している。ロータ５は、支持フレーム２に対して回転可能に取り付けられている。具体的にはロータ５は、第１及び第２軸受部材４ａ、４ｂを介して支持フレーム２に取り付けられている。

ロータフレーム５１は、支持フレーム２の上側に配置されている。ロータフレーム５１は、ステータ３を覆うように配置されている。ロータフレーム５１は、第２円板部５１１と、第２外壁部５１２とを有している。

第２円板部５１１は、径方向外側に向かって下側に下がる傾斜部５１１ａを有している。傾斜部５１１ａは、環状であり、周方向に延びている。傾斜部５１１ａは、コイル部３２の上側に配置される。

第２円板部５１１は、複数の貫通孔５１３を有している。貫通孔５１３は、第２円板部５１１の外周端部に形成されている。詳細には、貫通孔５１３は、傾斜部５１１ａに形成されている。貫通孔５１３は、通気孔２３に対して、径方向外側に配置される。また、貫通孔５１３の一部は、コイル部３２よりも径方向外側に配置される。すなわち、径方向外側から、貫通孔５１３、コイル部３２、通気孔２３の順で配置されている。この構成によれば、貫通孔５１３から通気孔２３へスムーズに空気を流すことができる。

図１に示すように、複数の貫通孔５１３は、周方向に配列されている。貫通孔５１３は、軸方向視において、周方向に延びる長孔である。軸方向視において、コイル部３２は、貫通孔５１３から露出している。

図２に示すように、シャフト５２は、ロータフレーム５１に固定されている。すなわち、シャフト５２は、ロータフレーム５１と一体的に回転する。シャフト５２は、ロータフレーム５１から下側に延びている。シャフト５２は、第１及び第２軸受部材４ａ、４ｂを介して支持フレーム２に回転可能に取り付けられる。詳細には、シャフト５２は、第１及び第２軸受部材４ａ、４ｂの内輪に固定されている。

シャフト５２は、円柱状である。シャフト５２の下端部には、下側に開口するネジ孔５２１が形成されている。

永久磁石５３は、ロータフレーム５１の第２外壁部５１２に取り付けられている。詳細には、永久磁石５３は、第２外壁部５１２の内周面に取り付けられている。永久磁石５３は、ステータ３の径方向外側に配置されている。すなわち、永久磁石５３は、ステータ３を囲むように配置されている。

ロータ５は、ボス部５４をさらに有している。ボス部５４は、ロータフレーム５１の中央部から上側に延びている。ボス部５４は円柱状である。このボス部５４に、プロペラが取り付けられる。

また、ロータ５は、座金５５、弾性部材５６、及び押圧部材５７をさらに有している。座金５５、弾性部材５６、及び押圧部材５７は、第１筒状部２１内の下端部に配置されている。

座金５５は、ボルト５８によってシャフト５２に取り付けられている。ボルト５８は、シャフト５２のネジ孔５２１に螺合する。弾性部材５６及び押圧部材５７は、座金５５と第２軸受部材４ｂとの間に配置されている。弾性部材５６は、座金５５と押圧部材５７との間に配置されている。弾性部材５６は、例えば皿バネである。弾性部材５６は、押圧部材５７を上側に付勢している。押圧部材５７は、第２軸受部材４ｂの内輪を上側に押圧している。詳細には、押圧部材５７は、環状の押圧突起５７１を有する。この押圧突起５７１が、第２軸受部材４ｂの内輪を押圧している。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

変形例１
上記実施形態では、通気孔２３は軸方向視において周方向に延びているが、通気孔２３の形状はこれに限定されない。例えば、通気孔２３は、軸方向視において、円形であってもよいし、矩形状であってもよいし、その他の形状であってもよい。

変形例２
上記実施形態では、モータ１００は、ロータを回転可能に支持するための軸受部材を２つ有していたが、軸受部材の数は２つに限定されない。すなわち、モータ１００は、軸受部材を１つのみ有していてもよいし、３つ以上有していてもよい。

１００ モータ
２ 支持フレーム
２１ 第１筒状部
２１１ 本体部
２１２ 突出部
２２ 第２筒状部
２３ 通気孔
３ ステータ
３１ ステータコア
３２ コイル部
４ａ 第１軸受部材
４ｂ 第２軸受部材
５ ロータ
５１ ロータフレーム
５２ シャフト
５３ 永久磁石
５４ ボス部

Claims (10)

1. 第１筒状部、前記第１筒状部の径方向外側に配置される第２筒状部、及び前記第１筒状部と前記第２筒状部との間において軸方向に延びる通気孔、を有する支持フレームと、
   前記第２筒状部の径方向外側に配置され、前記第２筒状部によって支持されるステータと、
   前記第１筒状部内において前記第１筒状部に支持される軸受部材と、
   軸方向において前記支持フレームの第１側に配置されるロータフレーム、前記ロータフレームに固定されるとともに前記軸受部材を介して支持フレームに回転可能に取り付けられるシャフト、及び前記ステータの径方向外側に配置されて前記ロータフレームに支持される永久磁石、を有するロータと、
   を備える、モータ。
   
2. 前記第１筒状部は、前記第２筒状部よりも軸方向の第１側に突出する突出部を有する、
   請求項１に記載のモータ。
   
3. 前記第１筒状部は、本体部を有し、
   前記突出部は、前記本体部から軸方向の第１側に突出し、前記本体部よりも外径が小さい、
   請求項２に記載のモータ。
   
4. 前記軸受部材は、前記突出部内において支持される、
   請求項２又は３に記載のモータ。
   
5. 前記ロータフレームは、周方向に配列された複数の貫通孔を有し、
   前記貫通孔は、前記通気孔に対して、径方向外側に配置される、
   請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
   
6. 前記ロータフレームは、径方向外側に向かって軸方向の第２側に近づく傾斜部を有し、
   前記貫通孔は、前記傾斜部に形成される、
   請求項５に記載のモータ。
   
7. 前記通気孔の断面積は、軸方向第１側の端部において、軸方向の第１側に向かって徐々に大きくなる、
   請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
   
8. 前記ロータは、前記ロータフレームから軸方向の第１側に突出するボス部を有し、
   前記ボス部は、プロペラが取り付けられるように構成される、
   請求項１から７のいずれかに記載のモータ。
   
9. 前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻かれたコイル部と、を有する、
   請求項１から８のいずれかに記載のモータ。
   
10. 前記コイル部は、前記第２筒状部よりも軸方向の第１側に延びる、
    請求項９に記載のモータ。

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