JP6107044B2 - モーター構造 - Google Patents

Description

この発明は、モーター構造に関する。

従来のモーターでは、ステーターを収容するモーターケースとステーターとの隙間に樹脂を充填することによって、モーターケースとステーターとを密着させて剛性を向上させ、モーターの騒音を低減している。

特許文献１には、モーターケースとステーターとの隙間をモーター軸方向に等間隔に形成し、等間隔の隙間に樹脂を充填したモーター構造が開示されている。

特開２００８−０９２７５９号公報

前述したモーター構造では、ステーターの熱が樹脂を介してモーターケースに伝わると、熱膨張率が互いに異なるステーターと樹脂とモーターケースとで収縮又は膨張が起こるため、半径方向についての樹脂の厚みの変動率が大きくなってしまう。

このため、膨張時と収縮時には、熱膨張率の差によって樹脂の端部に集中する応力が大きくなって樹脂に亀裂が入ってしまう可能性がある。樹脂に亀裂が入ると、ステーターからモーターケースに熱が伝わりにくくなり、モーターの放熱性が低下するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、モーターの放熱性を高めるモーター構造を提供することである。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。

本発明によるモーター構造は、モーター軸に直交する方向に互いに離間して配置されるモーターケース及びステーターを有し、モーターケース及びステーターの少なくとも一方は、モーター軸方向端部側の所定領域の離間距離が他の領域の離間距離よりも長く形成される。さらにモーターケースとステーターとの離間スペースに充填されて形成される樹脂層を有することを特徴とする。

この態様によれば、モーター軸方向端部の領域に形成される樹脂は、他の部分よりも厚くなるため、膨張時又は収縮時において樹脂端部に集中する応力を抑制することができる。これにより、樹脂に亀裂が入ることを防止するこができ、モーターの放熱性を高めることができる。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるモーター構造を示す断面図である。 図２は、熱による収縮膨張に伴う樹脂の端部に集中する応力を示す図である。 図３は、熱膨張係数の差による樹脂の変動幅を示す図である。 図４は、第１実施形態における樹脂の端部を示す拡大図である。 図５は、樹脂の端部での離間距離の変動率を説明するための図である。 図６は、第２実施形態における端部での樹脂の形成手法を示す図である。 図７は、第３実施形態における樹脂の端部を示す拡大図である。 図８は、第４実施形態における樹脂の端部を示す拡大図である。 図９は、第５実施形態における樹脂の端部を示す拡大図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるモーター構造を示す図である。図１では、モーター１００の軸方向の断面図が示されている。

モーター１００は、例えば、車両に搭載される電動モーターである。電動モーターとしては、例えば、永久磁石同期モーターが挙げられる。

モーター１００は、ローター１１０と、ステーター１２０と、モーターケース１３０と、樹脂１４０と、を含む。

ローター１１０は、モーター軸１１１を有する。モーター軸１１１によってローター１１０の回転運動が伝達される。ローター１１０には、例えば永久磁石が設けられている。

ステーター１２０は、ローター１１０の周方向に環状に配置される。ステーター１２０には、円周方向に等間隔でティースが設けられている。各ティースの側面にはコイルが巻かれている。モーターの回転方向に向かって各ティースに巻き付けられたコイルに順次電流を流すことによって、ローター１１０の永久磁石がティースに引き寄せられて、ローター１１０が回転する。

モーターケース１３０は、ローター１１０及びステーター１２０を収容する筺体である。モーターケース１３０には、モーター軸１１１の外周にベアリング１３９が設けられている。モーターケース１３０によって、ローター１１０及びステーター１２０が保護される。

モーターケース１３０及びステーター１２０は、モーター軸１１１に直交する方向（以下、「半径方向」と称する）に互いに離間して配置される。ステーター１２０の外周面とモーターケース１３０の内周面とが離間している空間（隙間スペース）には、樹脂１４０が充填される。

樹脂１４０は、モーターケース１３０とステーター１２０とを固定する充填材である。樹脂１４０は、放熱性を有する。樹脂１４０は、モーターケース１３０とステーター１２０との離間スペースに充填されて樹脂層を形成する。樹脂１４０によって、モーターケース１３０とステーター１２０とで生じる振動を吸収すると共に、ステーター１２０で発生した熱がモーターケース１３０に伝えられる。

このように樹脂によってモーターケースとステーターを固定するモーター構造では、ステーターから樹脂層を介してモーターケースに放熱されるため、モーターケース、ステーター及び樹脂層は膨張又は収縮する。しかしながら、モーターケースと樹脂とステーターの熱膨張係数はそれぞれ異なるため、これらの膨張又は収縮によってモーターケースとステーターとの離間距離が大きく変動することになる。

図２は、収縮又は膨張によって樹脂層の端部に生じる応力を示す図である。図２（Ａ）は、一般的なモーター構造の樹脂層の端部を拡大した図である。図２（Ｂ）は、収縮時に樹脂層の端部に集中する応力を示す図である。図２（Ｃ）は、膨張時に樹脂層の端部に集中する応力を示す図である。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）には、ステーター７２０と、モールド７２９と、モーターケース７３０と、樹脂７４０と、が示されている。なお、ステーター７２０とモーターケース７３０と樹脂７４０は、図１に示したステーター１２０とモーターケース１３０と樹脂１４０とにそれぞれ対応する。

また、本実施形態では、モーターケース７３０の熱膨張率は、ステーター７２０の熱膨張率よりも高い。そのため、モーターケース７３０は、ステーター７２０よりも熱によって変動しやすい。

図２（Ａ）には、熱による収縮又は膨張が起こっていないときの離間距離Ｘが示されている。離間距離は、ステーター７２０とモーターケース７３０の半径方向の距離である。

図２（Ｂ）に示すように、樹脂７４０が収縮したときは、ステーター７２０と樹脂７４０とモーターケース７３０の熱膨張係数の差によって離間距離は変動幅Ｙｃだけ狭くなる。その結果、破線で示した樹脂７４０の端部では、ステーター７２０とモーターケース７３０とから押される応力が大きくなり、樹脂７４０に亀裂が入りやすくなる。

一方、図２（Ｃ）に示すように、樹脂７４０が膨張したときは、熱膨張係数の差によって離間距離は変動幅Ｙｅだけ広くなる。その結果、破線で示した樹脂７４０の端部には、ステーター７２０とモーターケース７３０とから引っ張られる応力が大きくなり、樹脂７４０が剥離しやすくなる。

図３は、膨張と収縮を考慮したモーター構造に関する図である。図３（Ａ）は、熱膨張係数の差によって生じる離間距離の変動量を示す図である。図３（Ｂ）は、離間距離を拡張したモーター構造を示す図である。

図３（Ａ）に示すように、膨張又は収縮時には、ステーター７２０とモーターケース７３０と樹脂７４０の熱膨張係数の違いによって離間距離の変動幅Ｙが大きくなる。そして、離間距離Ｘに対する変動幅Ｙｃ又はＹｅの比率（以下「変動率」という）が大きいほど、樹脂層の端部に集中する応力が大きくなるため、樹脂の剥離や樹脂に亀裂が入る可能性がある。樹脂の亀裂や剥離が生じると、ステーター７２０からモーターケース７３０への放熱性が低下してしまう。

これに対し、図３（Ｂ）に示すように離間距離を拡張することによって離間距離の変動率を小さくすることも可能である。しかし、このようなモーター構造では、ステーター７２０からモーターケース７３０に熱が伝わりにくくなり、モーターの放熱性が低下する。

そこで、本発明では、樹脂層に生じる応力のうち主に端部に集中する応力を軽減し、樹脂の亀裂等の発生を防ぐことで、モーターの放熱性を高める。

図４は、本発明の第１実施形態におけるモーター構造を示す図である。ここでは、図１に示したモーター１００のうち樹脂１４０の端部を拡大して表わしている。

図４に示すように、ステーター１２０とモーターケース１３０との離間スペースのうちモーター軸方向の端部側において、ステーター１２０とモーターケース１３０の離間間隔が半径方向に広げられている。すなわち、モーター軸方向端部側の拡張領域の離間距離を、モーター軸方向端部側以外の領域（以下「他の領域」と称する）の離間距離Ｘよりも長くしている。

このため、モーター軸方向端部側の拡張領域においては、ステーター１２０とモーターケース１３０は、互いに対称的になるように、へこまされて形成される。これにより、収縮又は膨張によって樹脂１４０の端部に生じるステーター１２０及びモーターケース１３０からの応力を均等にすることができる。

さらにモーター軸方向端部側の拡張領域では、ステーター１２０とモーターケース１３０とが、ステーター１２０の側面に近づくにつれて滑らかに広げられている。これにより、モーター軸方向端部側の樹脂１４０に生じる応力の集中を軽減することができる。

このようなモーター構造を採ることで、樹脂層の拡張領域の厚みＷを他の領域の厚みＸよりも厚くすることができる。

図５は、樹脂１４０の端部での離間距離の変動率を説明するための図である。図５（Ａ）は、膨張又は収縮によって樹脂１４０の端部に生じる応力を示す図である。図５（Ｂ）は、熱膨張係数の差による離間距離の収縮幅を示す図である。

図５（Ａ）には、熱膨張係数の差によって生じる変動幅Ｙが一点鎖線で示され、収縮によって樹脂１４０を押す応力が実線で示され、膨張によって樹脂１４０を引っ張る応力が破線で示されている。

樹脂１４０の拡張領域では、ステーター１２０とモーターケース１３０の離間距離Ｗを変動幅Ｙに比べて十分に大きくしているため、図２に示した従来のモーター構造と比較して離間距離の変動率が小さくなることがわかる。

例えば、図５（Ｂ）に示すように、離間距離Ｗに対する収縮幅Ｙｃの変動率（Ｙｃ／Ｗ）は、従来のモーター構造での変動率に比べて十分に小さくなる。仮に、離間距離Ｗを「１０」とし、離間距離Ｘを「４」とし、収縮幅Ｙｃを「３」と仮定すると、図２（Ｂ）での樹脂の変動率（Ｙｃ／Ｘ）は「０．７５」であるのに対し、本実施形態での樹脂の変動率（Ｙｃ／Ｗ）は「０．３」となる。

したがって、ステーター１２０とモーターケース１３０とが離間している領域のうちモーター軸方向端部側の拡張領域においては、従来よりも離間距離の変動率を十分に小さくすることができる。このため、樹脂１４０の端部に集中する応力を低減することができる。また、離間距離Ｘの領域では、樹脂１４０の半径方向の厚さを端部よりも薄くしているので、ステーター１２０から伝わる熱をモーターケース１３０に効率良く伝えることができる。

本発明の第１実施形態によれば、ステーター１２０の熱によって樹脂１４０の収縮又は膨張が起こっても、モーター軸方向端部側の拡張領域の離間距離は他の領域の離間距離よりも長くしているので、樹脂１４０の端部側の厚みを増やすことができる。このため、膨張又は収縮に対する樹脂の厚みの変動率を小さくすることができる。

したがって、モーター軸方向端部において、樹脂１４０に応力が集中することを抑制することができる。その結果、樹脂１４０に亀裂が入ってしまうことを防止し、モーターの放熱性を高めることができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態における樹脂層の端部を拡大した拡大図である。図６（Ａ）は、モーター軸方向端部側の拡張領域に形成される樹脂の形状を示す図である。図６（Ｂ）は、樹脂の側面の傾きを反対にした形状を示す図である。

本実施形態では、樹脂層のモーターケース側のモーター軸方向端部と、樹脂層のステーター側のモーター軸方向端部は、いずれか一方が他方よりもモーター軸先端側に位置するように形成される。すなわち、ステーター１２０とモーターケース１３０の拡張領域に充填される樹脂は半径方向に対して斜めに形成される。

その結果、図６（Ａ）に示すように、直角三角形の斜辺にあたる樹脂１４１の側面の長さ「ｃ」は、破線で示した樹脂の長さ「ａ」よりも長くなる。すなわち、樹脂層のステーター側の端部からモーターケース側の端部までの距離は、半径方向に直線状（平坦）に形成される樹脂の長さよりも長くなる。

したがって、樹脂１４１の側面の長さは、図４に示したモーター構造での樹脂側面の長さと比較して長くなるため、樹脂１４１の端部の変動率をより小さくすることができる。

さらに図６（Ａ）では、モーターケース１３０がステーター１２０よりも熱によって変動しやすいので、樹脂１４１がモーターケース側に接する長さをステーター側に接する長さよりも長くしている。これにより、モーターケース側に形成される樹脂は、拡張領域において薄くできる。

また、図６（Ｂ）に示すように、樹脂１４２がステーター１２０に接する長さを、樹脂１４２がモーターケース１３０に接する長さよりもモーター軸方向に長くしてもよい。この場合にも、樹脂１４２の側面の長さが、半径方向に直線状に形成された側面の長さよりも長くなるので、樹脂層の端部側の変動率を小さくすることができる。

本発明の第２実施形態によれば、第１実施形態と比較して、樹脂の側面の長さを長く形成する。これにより、膨張又は収縮の変動による歪みを小さくでき、樹脂の変動率をより小さくすることができる。

さらに第２実施形態では、モーター軸方向端部側の拡張領域において、樹脂１４１のモーターケース側の長さをステーター側の長さよりも長く形成する。これにより、熱によって変動しやすいモーターケース側の樹脂端部に集中する応力をステーター側の樹脂に比べて軽減することができる。

次に本発明の他の実施形態について簡単に説明する。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態におけるモーター軸方向の端部を示す拡大図である。

図７（Ａ）は、モーター軸方向端部側の拡張領域を矩形状にしたモーター構造を示す図である。ステーター１２１及びモーターケース１３１に対し、軽微な加工によって拡張領域での樹脂１４０の厚みＷを、他の領域の離間距離Ｘよりも厚くできるので、樹脂１４０の損傷を抑えることができる。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示した拡張領域を深くしたモーター構造を示す図である。離間距離Ｗの拡張領域をモーター軸方向に長くすることで、樹脂１４０の端部側に集中する応力を軽減することができる。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）に示した離間距離Ｗよりも狭くしたモーター構造を示す図である。モーター軸方向端部側の離間距離Ｕは、他の部分の離間距離Ｘよりも長い。したがって、樹脂端部の離間距離が他の部分よりも長ければ、樹脂端部の離間間隔の変動率は小さくなるので、樹脂１４０の端部に集中する応力を低減することができる。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態における樹脂層の端部を示す拡大図である。

モーター軸方向端部側の拡張領域において、ステーター１２４とモーターケース１３４の対向する面を互いに対称的に傾斜させて形成する。これにより、モーター軸方向端部側の拡張領域と拡張領域以外の領域との境界で生じる応力の集中を軽減することができる。

（第５実施形態）
図９は、本発明の第５実施形態における樹脂層の端部を示す拡大図である。第５実施形態では、第１〜第４実施形態と異なり、モーター軸方向端部側の拡張領域の形状を非対称にしている。

図９（Ａ）は、モーターケース１３５だけをへこませたモーター構造を示す図である。ステーター１２５に加工を施すことなく、拡張領域の離間距離Ｗを他の領域の離間距離よりも長くすることができる。この場合にも、樹脂１４０の端部の変動率を小さくでき、樹脂の損傷による放熱性の低下を抑制することができる。

図９（Ｂ）は、ステーター１２６だけをへこませたモーター構造を示す図である。モーターケース１３６に加工を施すことなく、拡張領域の離間距離Ｗを他の領域の離間距離よりも長くすることができる。このため、簡易な加工処理で樹脂層の放熱性の低下を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１００ モーター
１１０ ローター
１１１ モーター軸
１２０〜１２４ ステーター
１３０〜１３４ モーターケース
１４０〜１４２ 樹脂

Claims (3)

1. モーター軸に直交する方向に互いに離間して配置されたモーターケース及びステーターと、前記モーターケースと前記ステーターとの離間スペースに充填されて形成された樹脂層と、を備え、
   前記モーターケース及びステーターの少なくとも一方は、前記モーター軸方向端部側の所定領域の離間距離が他の領域の離間距離よりも長く形成されたことを特徴とする、
   モーター構造。
2. 請求項１に記載のモーター構造において、
   前記樹脂層のモーターケース側のモーター軸方向端部及びステーター側のモーター軸方向端部は、いずれか一方がいずれか他方よりもモーター軸先端側に位置する、
   モーター構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモーター構造において、
   前記樹脂層がモーターケースに接する長さは、ステーターに接する長さよりも長い、
   モーター構造。

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