JP2023066607A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動を低減できるモータを提供する。【解決手段】モータ１は、ロータ３０と、ロータ３０と対向するステータ２０とを備える。ステータ２０は、コイル４０を有する。コイル４０は、それぞれが軸方向に対して傾斜した、第１傾斜部４１と、第２傾斜部４２とを有し、軸方向において、第１傾斜部４１は、第２傾斜部４２よりも長い。かかる構成によれば、スキュー効果を得るためにコイル４０の巻線に傾斜部を設ける場合においても、誘導起電力の高調波成分をさらに低減し、モータの振動及び騒音等を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、モータに関する。

モータのコイルに、空芯コイルを用いることが知られている。空芯コイルは、例えば、被覆層を、融着層で覆った自己融着線を用いることで構成される。

特開昭５６－１１５１５１号公報 特開昭６０－２６１３３７号公報 特開２０１１－１０１５７９号公報 特開２０１８－１５３０９５号公報

空芯コイルは、誘導起電力に高調波成分が発生することにより、振動が増加する場合がある。

一つの側面では、振動を低減できるモータを提供することを目的とする。

一つの態様において、モータは、ロータと、前記ロータと対向するステータと、を備える。前記ステータは、コイルを有する。前記コイルは、それぞれが軸方向に対して傾斜した、第１傾斜部と、第２傾斜部とを有する。軸方向において、前記第１傾斜部は、前記第２傾斜部よりも長い。

一つの態様によれば、振動を低減できる。

図１は、実施形態におけるモータの一例を示す側断面図である。 図２は、実施形態におけるコイルの一例を示す斜視図である。 図３は、実施形態におけるコイルの製造工程の一例を示す斜視図である。 図４は、実施形態における環状に形成される前の巻線の一例を示す斜視図である。 図５は、実施形態における環状に形成される前の巻線とマグネットとの位置関係の一例を示す平面図である。 図６は、実施形態におけるコイルとシャフトとの位置関係の一例を示す斜視図である。 図７は、実施形態におけるコイルとシャフトとの位置関係の一例を示す拡大断面図である。 図８は、実施形態におけるコイルとマグネットとの位置関係の一例を示す断面図である。

以下に、本願の開示するモータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、後に説明するシャフト９１が延在する方向を軸方向とする座標系を図示する場合がある。

［実施形態］
まず、実施形態におけるモータについて、図１を用いて説明する。図１は、実施形態におけるモータの一例を示す側断面図である。図１に示すように、実施形態におけるモータ１は、フレーム１０と、ステータ２０と、ロータ３０と、シャフト９１と、軸受け９２及び９３とを備える。実施形態におけるモータ１は、例えばブラシレスモータである。

フレーム１０は、モータ１のハウジングを構成する。フレーム１０は、筒部１１と、底部１２とを備える。筒部１１は、端部１Ｂを有する天面部１Ａを備える。天面部１Ａの端部１Ｂは、軸受け９２を支持している。底部１２は、端部１Ｃと、環状の凹部１Ｄとを備える。端部１Ｃは、軸受け９３を支持している。凹部１Ｄには、後に説明するコイル４０の第２傾斜部４２と、第４傾斜部４４とが挿入されて配置されている。コイル４０は、例えば底部１２の凹部１Ｄに、樹脂等により固定される。すなわち、実施形態におけるコイル４０は、軸方向において、底部１２により片持ち支持される。また、ロータ３０及びシャフト９１は、フレーム１０の筒部１１及び底部１２に対して回転可能に支持される。ロータ３０は、フレーム１０の底部１２と、軸方向において空間１９を隔てて対向する。

シャフト９１は、軸方向正方向側において、軸受け９２を介して、筒部１１に支持され、軸方向負方向側において、軸受け９３を介して、底部１２に支持される。シャフト９１は、ロータ３０に固定され、ロータ３０と連動して回動することにより、駆動力を外部装置に伝達する。

ロータ３０は、軸方向正方向側からコイル４０を覆うようなカップ状の形状を備える。ロータ３０のカップ状の外周部分は、ロータヨーク３１を構成する。ロータ３０の径方向における内側には、マグネット８０が配置される。マグネット８０は、軸方向一方側に位置する端面８１と、軸方向他方側に位置する端面８２とを備える。ロータヨーク３１は、固定されたコイル４０の外周側を回動し、マグネット８０は、固定されたコイル４０の内周側を回動する。なお、以下において、軸方向の正方向側を「軸方向一方側」と表記し、軸方向の負方向側を「軸方向他方側」と表記する場合がある。

ステータ２０は、ロータ３０と、径方向において対向する。ステータ２０は、図１に示すように、径方向において、マグネット８０と、ロータヨーク３１との間に位置する。実施形態におけるステータ２０は、ステータコアを有さず、コイル４０のみを備える。コイル４０は、例えば自己融着線を用いた平角線などにより形成される空芯コイルである。図２は、実施形態におけるコイルの一例を示す斜視図である。図２に示すように、実施形態におけるコイル４０を形成する巻線は、軸方向と平行ではなく、軸方向に対して傾斜して配置される。

コイル４０は、一つの方向Ｄ１に対して傾斜する第１傾斜部４１と、Ｄ１とは異なる方向Ｄ２に対して傾斜する第２傾斜部４２とを備える。また、コイル４０は、方向Ｄ３に対して傾斜する第３傾斜部４３と、Ｄ３とは異なる方向Ｄ４に対して傾斜する第４傾斜部４４とをさらに備える。図２に示すように、第１傾斜部４１及び第２傾斜部４２は、コイル４０の径方向外側に位置し、第３傾斜部４３及び第４傾斜部４４は、コイル４０の径方向内側に位置する。なお、図２においては、後に説明する端子４５及び４６の図示を省略する。

第１傾斜部４１は、第２傾斜部４２に対して軸方向一方側に位置し、第３傾斜部４３は、第４傾斜部４４に対して軸方向一方側に位置する。また、第１傾斜部４１は、屈曲部４９を介して第２傾斜部４２と連続して形成され、第４傾斜部４４は、屈曲部４９を介して第３傾斜部４３と連続して形成される。すなわち、コイル４０を形成する巻線の軸方向に対する角度は、屈曲部４９において変化する。図２に示すように、第１傾斜部４１の軸方向他方側の端部４ｂと、第２傾斜部４２の軸方向一方側の端部４ｃとが屈曲部４９を形成し、第３傾斜部４３の軸方向他方側の端部４ｆと、第４傾斜部４４の軸方向一方側の端部４ｇとが屈曲部４９を形成する。この場合において、コイル４０には、軸方向に対して平行となる部分が形成されない。

図３は、実施形態におけるコイルの製造工程の一例を示す斜視図である。図３に示すように、実施形態におけるコイル４０は、例えば、平角線を治具Ｔ００に連続して巻き回すことにより形成される。その際、第１傾斜部４１乃至第４傾斜部４４は、１周分の巻線４０Ａを構成する。この場合において、第１傾斜部４１と、第３傾斜部４３とは、第１折り返し部４７を介して連続して形成される。より具体的には、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａと、第３傾斜部４３の軸方向一方側の端部４ｅとが、第１折り返し部４７を形成する。すなわち、実施形態において、第１傾斜部４１乃至第４傾斜部４４は、一本の平角線により連続して形成される。

さらに、巻線４０Ａの第４傾斜部４４Ａと、巻線４０Ａとは異なる巻線４０Ｂの第２傾斜部４２Ｂとは、第２折り返し部４８を介して、連続して形成される。より具体的には、第４傾斜部４４Ａの軸方向他方側の端部４ｄと、第２傾斜部４２Ｂの軸方向他方側の端部４ｈとが、第２折り返し部４８を形成する。これにより、実施形態において、巻線４０Ａと巻線４０Ｂとが、一本の平角線により連続して形成される。この場合において、図２に示すコイル４０の径方向外側に位置する第１傾斜部４１及び第２傾斜部４２と、コイル４０の径方向内側に位置する第３傾斜部４３及び第４傾斜部４４とは、治具Ｔ００の周囲に交互に形成される。また、コイル４０の端子４５及び４６は、例えば、コイル４０を形成する際に、巻線の端部を軸方向一方側に引き出すことにより形成される。

このように平角線を連続して巻き回した後に治具Ｔ００を外すことにより、図４に示すような連続する巻線が形成される。図４は、実施形態における環状に形成される前の巻線の一例を示す斜視図である。そして、図４に示す巻線を、軸方向に対して垂直な方向から押圧して板状とし、さらに環状に成形することで、図２に示すコイル４０が形成される。

実施形態におけるコイル４０は、図５に示すように、軸方向において、第１傾斜部４１の長さが、第２傾斜部４２の長さよりも大きくなるように形成される。図５は、実施形態における環状に形成される前の巻線とマグネットとの位置関係の一例を示す平面図である。図５に示すように、実施形態において、第１傾斜部４１の軸方向における長さｈは、コイル４０の軸方向における長さをＬとした場合、以下の式（１）に示される範囲になるように設定される。

０．７ ≦ ｈ／Ｌ ≦ ０．８・・・式（１）

例えば、図５に示すコイル４０の軸方向における長さＬが５４．５ｍｍである場合において、第１傾斜部４１の軸方向における長さｈは４０．０ｍｍに設定される。この場合において、式（１）に示す「ｈ／Ｌ」は約０．７３となる。

また、図５は、マグネット８０と、第１傾斜部４１及び第２傾斜部４２との位置関係をさらに示す。図５に示すように、マグネット８０の軸方向一方側の端面８１は、軸方向において、第１傾斜部４１の軸方向一方側に位置する第１折り返し部４７よりも、軸方向他方側に位置する。また、マグネット８０の軸方向他方側の端面８２は、軸方向において、第１傾斜部４１と第２傾斜部４２との間に位置する屈曲部４９よりも、軸方向一方側に位置する。すなわち、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａと、軸方向他方側の端部４ｂとは、軸方向において、マグネット８０の両端面８１及び８２よりもそれぞれ突出する。言い換えると、マグネット８０の両端面８１及び８２は、それぞれ、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａと、軸方向他方側の端部４ｂとの間に配置される。また、実施形態において、マグネット８０は、コイル４０の第１傾斜部４１と径方向において対向するが、第２傾斜部４２及び屈曲部４９は、径方向において、マグネット８０と対向しない。

コイル４０の第１傾斜部４１乃至第４傾斜部４４の形状について、図６乃至図７を用いて説明する。図６は、実施形態におけるコイルとシャフトとの位置関係の一例を示す斜視図である。図７は、実施形態におけるコイルとシャフトとの位置関係の一例を示す拡大断面図である。図８は、実施形態におけるコイルとマグネットとの位置関係の一例を示す断面図である。図７は、図６を平面Ｐ９で切断した断面を示す。図８は、図６の枠Ｆ１に示す部分を拡大した図である。

図６乃至図８において、平面Ｓ１は、ロータ３０の径方向における中心線９９と、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａとを含む平面であり、平面Ｓ２は、中心線９９と、第１傾斜部４１の軸方向他方側の端部４ｂとを含む平面である。

また、図６乃至図８において、平面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ９及びＰｕ，Ｐｌは、いずれも中心線９９に対して垂直な平面である。平面Ｐ１は、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａを含む平面であり、平面Ｐ２は、第２傾斜部４２の軸方向他方側の端部４ｄを含む平面であり、平面Ｐ９は、第１傾斜部４１の軸方向他方側の端部４ｂを含む平面である。また、平面Ｐｕは、マグネット８０の軸方向一方側の端面８１を含む平面であり、平面Ｐｌは、マグネット８０の軸方向他方側の端面８２を含む平面である。なお、図７においては、平面Ｐ９には位置しないマグネット８０、第１傾斜部４１及び第３傾斜部４３を破線で図示している。

図８に示すように、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａと第３傾斜部４３の軸方向一方側の端部４ｅとにより形成される第１折り返し部４７は、ロータ３０のマグネット８０の端面８１よりも軸方向正方向側に位置する。また、フレーム１０における空間１９、すなわちマグネット８０の軸方向他方側の端面８２よりも軸方向他方側に位置する部分は、径方向において第２傾斜部４２と対向する。なお、実施形態において、第１傾斜部４１の軸方向他方側の端部４ｂと第２傾斜部４２の軸方向他方側の端部４ｃとにより形成される屈曲部４９が、空間１９に形成されていてもよい。

また、実施形態において、マグネット８０の軸方向における長さＭは、コイル４０の軸方向における長さＬの１／２よりも大きいが、第１傾斜部４１の軸方向における長さｈよりは小さい。

このように、実施形態において、径方向においてマグネット８０と対向する位置には、コイル４０の第１折り返し部４７及び第２折り返し部４８、並びに屈曲部４９が形成されない。すなわち、径方向において、屈曲部４９は、ロータ３０のマグネット８０とは対向しない。また、径方向においてマグネット８０と対向する第１傾斜部４１の軸方向における長さｈは、コイル４０全体の軸方向における長さＬの７０％以上である。これにより、誘導起電力の高調波成分を低減し、振動および騒音等を低減することができる。

また、実施形態において、第１傾斜部４１の軸方向一方側の端部４ａと、軸方向他方側の端部４ｂとがなす角αは、マグネット８０の極数をｐとした場合、以下の式（２）により算出される。

α＝３６０°／（２×ｐ）・・・式（２）

例えば、マグネット８０の極数ｐが「８」である場合、なす角αの角度は「２２．５°」となる。この場合において、図８に示すように、平面Ｓ２と平面Ｐ９との交線Ｌ９と、平面Ｓ１と平面Ｐ９との交線Ｌ１とがなす角α９の角度は「２２．５°」である。同様に、第３傾斜部４３の軸方向他方側の端部４ｆと中心線９９とを含む平面を平面Ｓ０とする場合において、平面Ｓ０と平面Ｐ９との交線と、交線Ｌ１とがなす角α０の角度も「２２．５°」である。

以上説明したように、実施形態におけるモータ１は、ロータ３０と、ロータ３０と対向するステータ２０とを備える。ステータ２０は、コイル４０を有する。コイル４０は、それぞれが軸方向に対して傾斜した、第１傾斜部４１と、第２傾斜部４２とを有し、軸方向において、第１傾斜部４１は、第２傾斜部４２よりも長い。かかる構成によれば、スキュー効果を得るためにコイル４０の巻線に傾斜部を設ける場合においても、誘導起電力の高調波成分をさらに低減し、モータの振動及び騒音等を低減できる。

［変形例］
以上、実施形態における構成について説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、コイル４０は、平角線ではなく、丸線等の他の材料により形成されてもよい。また、コイル４０は、治具Ｔ００に巻き回される工程以外にも、絶縁シート上にエッチングやメッキ等によりパターン導体で形成する等のその他の手法により形成されてもよい。

また、第１傾斜部４１及び第２傾斜部４２と、第３傾斜部４３及び第４傾斜部４４とが左右対称に形成される構成について説明したが、これに限られず、巻線が左右非対称に形成されてもよい。また、第１傾斜部４１、第２傾斜部４２、第３傾斜部４３、第４傾斜部４４は、それぞれ直線形状で構成される構成について説明したが、これに限られず、全てまたは一部の傾斜部が曲線形状で構成されていてもよく、軸方向に対して傾斜して構成されていればよい。

なお、マグネット８０は、例えば、ロータ３０と一体に形成されていてもよい。また、ロータヨーク３１は、ロータ３０とは別部材により構成されていてもよい。

以上、本発明を実施形態及び各変形例に基づき説明したが、本発明は実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であることも言うまでもない。そのような要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ モータ、１０ フレーム、１１ 筒部、１２ 底部、１９ 空間、２０ ステータ、３０ ロータ、３１ ロータヨーク、４０ コイル、４１ 第１傾斜部、４２ 第２傾斜部、４３ 第３傾斜部、４４ 第４傾斜部、４５，４６ 端子、４７ 第１折り返し部、４８ 第２折り返し部、４９ 屈曲部、８０ マグネット、８１，８２ 端面、９１ シャフト、９２，９３ 軸受け、Ｔ００ 治具

Claims (8)

1. ロータと、
   前記ロータと対向するステータと、を備え、
   前記ステータは、コイルを有し、
   前記コイルは、それぞれが軸方向に対して傾斜した、第１傾斜部と、第２傾斜部とを有し、
   軸方向において、前記第１傾斜部は、前記第２傾斜部よりも長い、
   モータ。
2. 前記ロータはマグネットを有し、
   径方向において、前記第１傾斜部は、前記ロータと対向する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記ロータはマグネットを有し、
   前記第２傾斜部の軸方向一方側の端部は、前記マグネットの軸方向他方側の端部よりも軸方向他方側に配置される、
   請求項１又は２に記載のモータ。
4. 軸方向において、前記第１傾斜部は、前記第２傾斜部よりも、軸方向一方側に位置し、
   前記第１傾斜部と前記第２傾斜部とは、連続して形成される、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のモータ。
5. 前記ロータはマグネットを有し、
   軸方向において、前記第１傾斜部の端部は、前記マグネットから突出する、請求項４に記載のモータ。
6. 前記ロータと前記ステータとを収容するフレームを備え、
   前記フレームは、筒部と、軸方向において前記ロータに対向する底部と、前記ロータと前記底部との間にある空間と、を備え、
   前記空間内に、前記第２傾斜部の軸方向一方側の端部が配置される、
   請求項１乃至５のいずれか１つに記載のモータ。
7. 前記ロータはマグネットを有し、
   軸方向一方側から見て、前記第１傾斜部の前記第１傾斜部の軸方向一方側の端部とロータの中心とを結ぶ直線と、前記第１傾斜部の軸方向他方側の端部とロータの中心とを結ぶ直線と、がなす角度をα、
   前記マグネットの極数をｐ、
   としたとき、
   α＝３６０°／（２×ｐ）
   である、
   請求項１乃至６のいずれか１つに記載のモータ。
8. 前記コイルの軸方向の長さをＬ、
   第１傾斜部の軸方向の長さをｈ、
   としたとき、
   ｈ／Ｌ= ０．７～０．８、
   である、
   請求項１乃至７のいずれか１つに記載のモータ。

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