JP2023039361A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの支持力の安定性を一段と向上したモータを提供する。【解決手段】本発明のモータ（１）は、ロータ（１５）と、ロータ（１５）と対向して配置されたコイル（１３９）を有するステータ（１３）と、ステータ（１３）を保持するホルダ（１１）と、を備え、ステータ（１３）は、円環部（１３２）と、円環部（１３２）から外周側へ向かって突出し、コイル（１３９）が巻き回される磁極部（１３３，１３４）とを有し、ホルダ（１１）は、円環部（１３２）の軸方向における一方の面（１３２ａ）に接触する第１腕部（１１７）と、円環部（１３２）の軸方向における他方の面（１３２ｂ）に接触する第２腕部（１１８）と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、モータに関する。

従来、軸受部が固定されたベース部における外周側のステータ支持筒部の外周面に対してステータが接着等により固定された支持構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１９－６８６０４号公報

しかしながら、特許文献１のモータにおいては、熱や振動等の要因によってステータを支持する支持力が低減するおそれがあり、従来に比してステータの支持力を安定させたいという要望があった。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、ステータの支持力の安定性を向上したモータを提供することを課題の一例とする。

上記課題は、以下の本発明により解決される。即ち、本発明のモータは、ロータと、前記ロータと対向して配置されたコイルを有するステータと、前記ステータを保持するホルダと、を備え、前記ステータは、円環部と、前記円環部から外周側へ向かって突出し、コイルが巻き回される磁極部とを有し、前記ホルダは、前記円環部の軸方向における一方の面に接触する第１腕部と、前記円環部の軸方向における他方の面に接触する第２腕部とを有する。

本発明の一実施の形態にかかるアウターロータ型のモータの全体構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータの構成を示す斜視断面図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータからロータ、軸受、およびロータハウジングを取り除いた構成を示す斜視断面図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータのステータコアの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダとステータコアとの取付状態を示す斜視図である。

＜本発明の実施の形態＞
続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態にかかるアウターロータ型のモータの全体構成を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施の形態にかかるモータの斜視断面図である。図３は、本発明の一実施の形態にかかるモータからロータ、軸受、およびロータハウジングを取り除いた構成を示す斜視断面図である。図４は、本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダの構成を示す斜視図である。図５は、本発明の一実施の形態にかかるモータのステータコアの構成を示す斜視図である。図６は、本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダとステータコアとの取付状態を示す斜視図である。

なお、本実施の形態の説明において、以下の説明では、便宜上、モータ１が回転する際の軸Ｘが延びる方向を軸方向または回転軸方向とする。また、以下の説明では、便宜上、軸方向において矢印ａ方向を上側または上方、矢印ｂ方向を下側または下方とする。軸Ｘに垂直な径方向において、軸Ｘから遠ざかる矢印ｃ方向を外周側または外側とし、軸Ｘに近づく矢印ｄ方向を内周側または内側とする。モータ１の周方向において矢印ｅ方向を時計回り方向とし、矢印ｆ方向を反時計回り方向とする。以下の説明において、上側（矢印ａ方向）および下側（矢印ｂ方向）は、図面上におけるモータ１の上下関係を意味し、重力方向における上下関係とは、必ずしも一致しない。

図１乃至図６に示すように、モータ１は、例えばドローン（図示せず）などの浮遊式移動体に搭載されるアウターロータ型のブラシレスモータである。ドローンにおいては、組み立て時に締結具や接着により各部材同士が取り付けられているが、着陸時や落下時の機体への衝撃がモータ１の破損に繋がることが知られている。このため、本実施の形態におけるモータ１は、組み立てを簡素化すると共に各部材を支持する支持力の安定性を従来に比して一段と向上させている。

図１乃至図３に示すように、モータ１は、上側（矢印ａ方向）のロータハウジング１７にドローンのプロペラ（図示せず）が取り付けられ、下側（矢印ｂ方向）のホルダとしてのステータホルダ１１（図２）にドローンの機体が取り付けられる。図２に示すように、モータ１は、主に、ステータホルダ１１（図２）、ステータ１３（図３）、ロータ１５（図２）、ロータハウジング１７（図１、図２）、および、軸受１９（図２）を有している。

ステータホルダ１１は、アルミニウム合金等の金属からなり、軸受１９およびステータ１３（図３）を保持する部材である。ステータホルダ１１は、径方向における内周側（矢印ｄ方向）に設けられた円筒形状の円筒部（以下、これを「内周側円筒部」と言う。）１１１を有している。

ステータホルダ１１の内周側円筒部１１１は、回転軸方向に延びる全体的に円筒形状または略円筒形状に形成されている。この内周側円筒部１１１は、内周側（矢印ｄ方向）の面（以下、これを「内周面」と言う。）１１１ｎに２つの軸受１９を保持している。

２つの軸受１９（１９ａ、１９ｂ）は、内周側円筒部１１１の内周面１１１ｎに対して嵌着された状態で接着剤等により一体に固定されている。なお、固定する手段はこれに限定されずに、ステータホルダ１１における内周側円筒部１１１の内周面１１１ｎに軸受１９の外輪を圧入して固定しても構わない。

すなわち、ステータホルダ１１の内周側円筒部１１１は、２つの軸受１９に対する軸受ホルダとしても機能する。軸受１９は、例えばボールベアリングである。但し、軸受１９としては、これに限るものではなく、例えばスリーブベアリング等のその他種々のベアリングを用いるようにしてもよい。

ステータホルダ１１における内周側円筒部１１１のロータハウジング１７とは反対側（下側（矢印ｂ方向））の端部には、薄板状の円盤形状からなるプレート１２が固定されている。

プレート１２は、径方向における外周側（矢印ｃ方向）の面（以下、これを「外周面」と言う。）１２ｇが内周側円筒部１１１の内周面１１１ｎに対して嵌着された状態で接着剤等により一体に固定されている。また、プレート１２は、径方向における外周側の端部に段差部１２ａを有し、その段差部１２ａに対して軸受１９ｂが下側（矢印ｄ方向）から支持されている。

図３および図４に示すように、ステータホルダ１１は、内周側円筒部１１１の下側（矢印ｂ方向）の端部から径方向の外周側（矢印ｃ方向）へ向かって延びる円盤状の連結部１１３を有している。

連結部１１３は、内周側円筒部１１１と一体に形成され、内周側円筒部１１１と後述する斜面部１１５とを互いに連結している。連結部１１３は、軸Ｘを中心とした薄板状の円環状部分であり、斜面部１１５の内周側（矢印ｄ方向）の端部と接続されている。

ステータホルダ１１は、連結部１１３の径方向における外周側（矢印ｃ方向）の端部からステータ１３へ向かって上側（矢印ａ方向）へ斜めに延びる斜面部１１５を有している。斜面部１１５は、連結部１１３の外周側（矢印ｃ方向）の端部と一体に形成され、後述する外周側部分円筒片１１７および外周側部分突出片１１８と一体に形成されている。

ステータホルダ１１においては、斜面部１１５の外周側（矢印ｃ方向）の端部から軸方向に沿ってロータハウジング１７へ向かうように上側（矢印ａ方向）へ延び、周方向において一定間隔毎に円筒形状の一部をそれぞれ形成する部分である円筒片（以下、これを「外周側部分円筒片」と言う。）１１７を有している。

第１腕部としての外周側部分円筒片１１７は、周方向において一定間隔毎に６個設けられている。外周側部分円筒片１１７は、内周側（矢印ｄ方向）の面（以下、これを「内周面」と言う。）１１７ｎ、および、外周側（矢印ｃ方向）の面（以下、これを「外周面」と言う。）１１７ｇが円弧状に形成されており、内周面１１７ｎと外周面１１７ｇとの間は一定の厚さを有している。

外周側部分円筒片１１７（外周面１１７ｇ）の外径は、ステータコア１３１の円環部１３２（内周面１３２ｎ（図５））の内径と同じである。但し、これに限らず、外周側部分円筒片１１７（外周面１１７ｇ）の外径が円環部１３２（内周面１３２ｎ）の内径よりも僅かに小さい、または、僅かに大きくてもよい。

外周側部分円筒片１１７においては、上側（矢印ａ方向）の端部が外周側（矢印ｃ方向）へ向かって約９０度に屈曲された屈曲部１１７ｋ（図４）を有している。屈曲部１１７ｋは外周側（矢印ｃ方向）へ向かうに連れて周方向の幅が次第に拡がる略扇形形状を有している。

屈曲部１１７ｋは、外周側部分円筒片１１７の外周面１１７ｇから所定の長さだけ外周側（矢印ｃ方向）へ突出しているが、後述するコイル１３９および隣接するコイル１３９同士を繋ぐ渡り線１３９ｗ（図３）にまでは到達しない程度の長さである。これにより屈曲部１１７ｋがコイル１３９および渡り線１３９ｗに接触して破損させることを予め回避している。

また、屈曲部１１７ｋの上側（矢印ａ方向）を向く面（以下、これを「上側面」と言う。）１１７ｋａ（図３、図４）は、ロータハウジング１７と接触していない。一方、屈曲部１１７ｋの下側（矢印ｂ方向）を向く面（以下、これを「下側面」と言う。）１１７ｋｂ（図３、図４）は、ステータ１３の円環部１３２の上側面１３２ａ（図３）と当接されている。

図３に示すように、外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋは、ステータホルダ１１がステータコア１３１を保持する際にカシメられる部分である。外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋは、カシメられた際に屈曲部１１７ｋの下側面１１７ｋｂがステータ１３の円環部１３２の上側面１３２ａに当接されることになる。したがって、外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋは、ステータホルダ１１がステータコア１３１を保持する前には屈曲しておらず、上側（矢印ａ方向）に延びた状態（図示せず）にある。

さらに、ステータホルダ１１は、斜面部１１５の外周側（矢印ｃ方向）の端部から更に外周側（矢印ｃ方向）へ向かって突出し、周方向において一定間隔毎にリング形状の一部をそれぞれ形成する部分である突出片（以下、これを「外周側部分突出片」と言う。）１１８を有している。

外周側部分突出片１１８（図４）は、径方向に沿って外周側（矢印ｃ方向）へ直線状に所定の長さだけ延びており、上側（矢印ａ方向）を向く上側面１１８ａと、下側（矢印ｂ方向）を向く下側面１１８ｂを有している。

外周側部分突出片１１８の上側面１１８ａは、ステータ１３の円環部１３２の下側面１３２ｂと当接されており、スタータ１３を下側（矢印ｂ方向）から支持している。外周側部分突出片１１８の下側面１１８ｂは、連結部１１３および斜面部１１５よりも上側（矢印ａ方向）の位置にあり、いずれの部材とも接触していない。

複数の外周側部分円筒片１１７と、複数の外周側部分突出片１１８とは、それぞれ交互に配置されている。外周側部分円筒片１１７と外周側部分突出片１１８との間には、周方向において所定の幅を有する間隙ｇ１がそれぞれ形成されている。なお、間隙g1は、プレス成型時の形状出しのため、所定の大きさに設定される空隙である。

因みに、内周側円筒部１１１、外周側部分円筒片１１７、および、外周側部分突出片１１８は、全て軸Ｘを中心軸とする同軸上に形成されている。複数の外周側部分円筒片１１７および複数の外周側部分突出片１１８は、ステータコア１３１を保持し、外周側部分円筒片１１７および外周側部分突出片１１８によってステータ保持部１１９が形成されている。

このように、内周側円筒部１１１、連結部１１３、斜面部１１５、複数の外周側部分円筒片１１７、および、複数の外周側部分突出片１１８からなるステータ保持部１１９によってステータホルダ１１が構成されている。

ステータホルダ１１におけるステータ保持部１９（外周側部分円筒片１１７および外周側部分突出片１１８）には、ステータ１３が固定されている。ステータ１３は、図３に示すように、ステータコア１３１と、コイル１３９とを有している。

図５に示すように、ステータコア１３１は、磁性体としての珪素鋼板等の積層体となっている。ステータコア１３１は、環状体からなる円環部１３２と、円環部１３２から外周側（矢印ｄ方向の側）へ向かって延びる複数のティース部１３３と、それぞれのティース部１３３に接続された先端部１３４と、を備える。なお、ティース部１３３および先端部１３４を含めて磁極部と称する。

ステータコア１３１においては、円環部１３２と先端部１３４との間に、円環部１３２から外周側（矢印ｃ方向）へ向かって先端部１３４まで延びるティース部１３３が設けられている。

ステータコア１３１の円環部１３２の内周面１３２ｎがステータホルダ１１の外周側部分円筒片１１７の外周面１１７ｇに接触している。また、ステータコア１３１の先端部１３４は、周方向において時計回り方向（矢印ｅ方向）及び反時計回り方向（矢印ｆ方向）に向けてそれぞれ突出した凸部分を有し、隣り合う凸部分同士の間隙が、隣り合うティース部１３３同士の間隙（スロット）と比較して狭くなっている。

図３に示すように、ステータコア１３１のティース部１３３には、絶縁部材で形成されたインシュレータ（図示せず）が装着されており、そのインシュレータを介してコイル１３９が巻回されている。すなわち、ステータコア１３１のティース部１３３とコイル１３９との間は、インシュレータを介して電気的に絶縁されている。なお、絶縁性を有する樹脂膜をステータコア１３１の表面に形成して、樹脂膜をインシュレータとして用いても構わない。

ロータ１５（図２）は、ヨーク１５１およびマグネット１５３を有している。ヨーク１５１は、軸Ｘに沿って延びる環状かつ円筒形状からなる鉄芯である。ヨーク１５１はマグネット１５３を取り囲んだ状態でマグネット１５３を一体に保持している。マグネット１５３は、ヨーク１５１と同様に軸Ｘに沿って延びる円筒形状を有している。

具体的には、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに対してマグネット１５３が接着剤を用いて固定されている。ただし、これに限るものではなく、例えばマグネット１５３が圧入等によってヨーク１５１の内周面１５１ｎに接触して保持されていても構わない。

ヨーク１５１は、鉄等の磁性体により形成されている。ヨーク１５１は、回転軸方向においてマグネット１５３よりも高く形成されている。

マグネット１５３は、磁性体の一体成形物である。マグネット１５３は、ステータコア１３１の先端部１３４に対向する内周面が、Ｓ極に着磁された領域と、Ｎ極に着磁された領域とに分けられ、周方向に沿って交互に配置されている。マグネット１５３の回転軸方向における高さは、ヨーク１５１の回転軸方向における高さよりも低く形成されている。

すなわちマグネット１５３は、ヨーク１５１によってマグネット１５３の外周面１５３ｇが外周側（矢印ｃ方向）から覆われた状態で保持されていればよい。なお、ヨーク１５１の内周面１５１ｎとマグネット１５３の上側（矢印ｃ方向）の端面１５３ａとによってロータハウジング１７の外周部１７３（後述する）が保持されている。

ロータハウジング１７は、アルミニウム合金などの比較的軽い金属によって形成されており、全体的に円盤形状を有している。ただし、これに限るものではなく、ロータハウジング１７は、樹脂やプラスチック等の他の素材によって形成されていてもよい。

図１および図２に示すように、ロータハウジング１７は、内周側（矢印ｃ方向）に設けられた内周部１７１、外周側（矢印ｄ方向）の端部に設けられた外周部１７３、および、スポーク部１７５を有している。

図２に示すように、ロータハウジング１７の内周部１７１は、軸Ｘを中心とした貫通孔１７１ｈが設けられた円柱状の凸部１７１ｄと、凸部１７１ｄの外周側の端部から径方向へ延びるフランジ部１７１ｆを有している。フランジ部１７１ｆは、上側（矢印ａ方向）からステータホルダ１１の内周側円筒部１１１を覆うことが可能な外径を有している。

ロータハウジング１７における内周部１７１の凸部１７１ｄは、軸Ｘを中心として上下方向（矢印ａｂ方向）に延びる円筒形状の回転軸１７２を有している。回転軸１７２の外周面１７２ｇには、軸受１９（１９ａ、１９ｂ）の内輪が保持されている。すなわち、ロータハウジング１７の回転軸１７２は、モータ１においてロータ１５と共に回転する。なお、回転軸１７２は内周側に空間を有しない円柱形状であってもよい。

フランジ部１７１ｆの外周側（矢印ｃ方向）の端部には複数（例えば６本）のスポーク部１７５が接続されており、スポーク部１７５における外周側の先端部には環状の外周部１７３が接続されている。すなわちスポーク部１７５は、内周部１７１のフランジ部１７１ｆと外周部１７３とを接続している。

外周部１７３は、径方向における外周側（矢印ｃ方向）の端部によって、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに固定されたマグネット１５３を上側（矢印ａ方向）から覆う部分である。ロータハウジング１７の外周部１７３は、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに圧入されることにより一体に取り付けられ、外周部１７３の周側面１７３ｍとヨーク１５１の内周面１５１ｎとが密着される。

以上の構成において、モータ１は、外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋが上側（矢印ａ方向）へ延びた屈曲前のステータホルダ１１（図４）の上からステータコア１３１を被せるように重ねる。

このとき、ステータコア１３１の円環部１３２の内周面１３２ｎが外周側部分円筒片１１７の外周面１１７ｇに沿うようにステータコア１３１がステータホルダ１１に挿入される。

これにより、ステータコア１３１の円環部１３２は、ステータホルダ１１における外周側部分突出片１１８の上側面１１８ａの上に載置された状態が形成される。この段階では、ステータコア１３１の円環部１３２の下側面１３２ｂが、ステータホルダ１１における外周側部分突出片１１８の上側面１１８ａに当接されて支持された状態となっている。

すなわち、第２腕部としての外周側部分突出片１１８は、ステータコア１３１の円環部１３２の軸方向における他方の面である下側面１３２ｂに接触した状態で下側（矢印ｂ方向）から支持した状態となる。

その後、ステータホルダ１１の外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋが外周側（矢印ｃ方向）へ向かって約９０度カシメられる。

これにより、屈曲部１１７ｋの下側面１１７ｋｂがステータコア１３１の円環部１３２の上側面１３２ａに押し付けられた状態で当接される。この場合、第１腕部としての外周側部分円筒部１１７は、ステータコア１３１の円環部１３２の軸方向におけるの一方の面である上側面１３２ａに接触した状態で上側から支持した状態となる。

かくして、ステータコア１３１は、ステータホルダ１１における外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋの下側面１１７ｋｂと、外周側部分突出片１１８の上側面１１８ａとの間に挟み付けられた状態で保持される。

同時に、ステータホルダ１１の外周側部分円筒片１１７は、当該外周側部分円筒片１１７の外周面１１７ｇとステータコア１３１の円環部１３２の径方向における内周面１３２ｎとが接触している。

したがって、ステータホルダ１１は、外周側部分円筒片１１７の屈曲部１１７ｋ、外周側部分円筒片１１７の外周面１１７ｇ、複数の外周側部分突出片１１８の３点によってステータコア１３１を強固に保持することができる。このように、ステータホルダ１１は接着剤等を用いることなくステータコア１３１を一体化した状態で強固に保持することができる。

以上の構成によれば、モータ１では、ステータホルダ１１のステータ保持部１１９によってステータコア１３１を回転軸方向において上下および径方向の内周面側から保持することにより、接着剤や固定部材等を用いることなくステータコア１３１を容易かつ強固に保持することができる。かくしてモータ１は、ステータホルダ１１によってステータ１３を支持する際の支持力の安定性を従来に比して一段と向上させることができる。

＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態のモータ１は、アウターロータ型のブラシレスモータとして構成されているが、本発明はブラシレスモータ以外のモータにも適用可能である。また、本発明は、インナーロータ型のモータにも適用可能である。

以上、本発明のモータについて、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、本発明のモータは上記実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、本実施の形態においては、外周側部分円筒片１１７と外周側部分突出片１１８とが１つずつ交互にそれぞれ６個ずつ配置されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、隣接する外周側部分円筒片１１７同志の間に２個の外周側部分突出片１１８が配置されていたり、隣接する外周側部分突出片１１８同士の間に２個の外周側部分円筒片１１７が配置されていてもよく、外周側部分円筒片１１７および外周側部分突出片１１８の数および配置については任意に設定することが可能である。

また、本実施の形態においては、スポーク１７５を有するロータハウジング１７を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、スポークの存在しない円盤形状のロータハウジングを用いるようにしてもよい。

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

１…モータ、１１…ステータホルダ、１３…ステータ、１５…ロータ、１７…ロータハウジング、１９（１９ａ、１９ｂ）…軸受、１１１…内周側円筒部、１１３…連結部、１１５…斜面部、１１７…外周側部分円筒片、１１８…外周側部分突出片、１１９…ステータ保持部、ｇ１…間隙、１３１…ステータコア、１３２…円環部、１３３…ティース、１３４…先端部、１３９…コイル、１５１…ヨーク、１５３…マグネット、１７１…内周部、１７１ｄ…凸部、１７１ｆ…フランジ部、１７１ｈ…貫通孔、１７３…外周部、１７５…スポーク部。

Claims (4)

1. ロータと、
   前記ロータと対向して配置されたコイルを有するステータと、
   前記ステータを保持するホルダと、を備え、
   前記ステータは、円環部と、前記円環部から外周側へ向かって突出し、コイルが巻き回される磁極部とを有し、
   前記ホルダは、前記円環部の軸方向における一方の面に接触する第１腕部と、前記円環部の軸方向における他方の面に接触する第２腕部とを有する
   モータ。
2. 前記第１腕部は、前記円環部の径方向における内周側の面と接触する
   請求項１に記載のモータ。
3. 前記第１腕部と前記第２腕部とは、周方向に隣接して配置されている
   請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記第１腕部と前記第２腕部との間には、周方向において空隙が形成されている
   請求項３に記載のモータ。

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