JP7063177B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関する。

特許文献１には、シャフトに設けられた円環状のロータコアを有するロータと、ロータコアに対して径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコアを有するステータと、ロータ及びステータを内包した円筒状の界磁ヨークと、を備えた電動機が開示されている。この電動機では、界磁ヨークの内周部にステータコアの外周部を圧入して、界磁ヨークにステータコアを固設している。

特開２０１２－１８２９４５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された電動機では、電動機の作動時に、ステータコアの外周部から界磁ヨークの内周部にトルク反力などの力が直接作用されることによって、界磁ヨークが変形するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、界磁ヨークが変形するのを抑制することができる電動機を提供することである。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機は、軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、前記ロータ及び前記ステータを内包し、前記ステータコアに対して相対的な位置関係が定まった円筒状の界磁ヨークと、前記界磁ヨークの外周面と対向して前記軸線方向に延在した側壁部を有し、前記界磁ヨークが固定されたケース部材と、を備えたことを特徴とするものである。

また、上記において、前記側壁部は円筒状であり、前記界磁ヨークが前記側壁部に圧入されていても良い。

これにより、ケース部材の側壁部によって界磁ヨークを補強して、界磁ヨークの変形を抑制することができる。

また、上記において、前記ケース部材は、前記軸線方向にて前記界磁ヨークを挟んで対向する、前記径方向に延在した一対の端壁部を有しており、前記界磁ヨークが前記一対の端壁部に固定されていても良い。

これにより、ケース部材の一対の端壁部によって界磁ヨークを補強して、界磁ヨークの変形を抑制することができる。

また、上記において、前記界磁ヨークと前記一対の端壁部とを締結する締結部材を有しても良い。

これにより、界磁ヨークと一対の端壁部とを締結部材によって締結し、ケース部材の端壁部によって界磁ヨークを補強して、界磁ヨークの変形を抑制することができる。

また、上記において、前記ケース部材が、軸受を介して前記回転軸部材に支持されていても良い。

これにより、軸受からの径方向の力が界磁ヨークに直接作用されるのを抑えて、界磁ヨークが変形するのを抑制することができる。

また、上記において、前記ステータコアが前記ケース部材に固定されていても良い。

これにより、前記ステータコアからの力が界磁ヨークに直接作用するのを抑えて、界磁ヨークが変形するのを抑制することができる。

また、上記において、前記界磁ヨークの外周面の一部に開口が形成されており、前記ステータコアと前記ケース部材とを前記開口に対応した位置にて固定しても良い。

これにより、ステータコアからの力が界磁ヨークに直接作用するのを抑えて、界磁ヨークが変形することを抑制することができる。

また、上記において、前記ケース部材は、前記界磁ヨークの前記外周面及び軸線方向両端面を覆っても良い。

これにより、ケース部材によって界磁ヨークを効果的に保護することができる。

本発明に係る電動機においては、界磁ヨークの外周面と対向して軸線方向に延在した側壁部を有するケース部材に、前記界磁ヨークを固定し、ケース部材によって界磁ヨークを補強している。これにより、本発明に係る電動機は、ステータコアの径方向外側にてステータコアから界磁ヨークに力が直接作用されたとしても、界磁ヨークが変形するのを抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る電動機の断面図である。 図２は、界磁ヨークを軸線方向から見た図である。 図３は、実施の形態２に係る電動機の断面図である。

以下に、本発明に係る電動機の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る電動機１の断面図である。図１に示すように、実施の形態１に係る電動機１は、シャフト２、ロータ３、ステータ４、界磁ヨーク５、界磁コイル６、及び、ケース７などを備えている。

シャフト２は、軸線方向に長尺な金属製の回転軸部材である。なお、以下の説明において、「軸線方向」とは、シャフト２の軸線方向（長手方向）と定義する。ロータ３は、ロータコア３１、磁石３２及び界磁コア３３などを有している。ロータコア３１は、複数の電磁鋼板をシャフト２の軸線方向に積層して円筒状に形成されている。ロータコア３１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、ロータコア３１の軸線方向と直交する方向である径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ロータコア３１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

磁石３２は、ロータコア３１の内部に埋設されており、ロータコア３１の軸線方向にわたって延在している。磁石３２の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。また、磁石３２は、ロータコア３１の周方向に９０［°］間隔にて４つ配置されている。

界磁コア３３は、磁性材によって円筒状に形成されており、ロータコア３１の内周に設けられ、シャフト２と共に回転可能にシャフト２に固設されている。界磁コア３３の軸線方向両端面は、それぞれロータコア３１の軸線方向両端面と略面一になっている。なお、界磁コア３３の軸線方向の磁気抵抗は、ロータコア３１の軸線方向の磁気抵抗よりも小さくなっている。そのため、界磁コア３３では、ロータコア３１内よりも軸線方向に磁束が流れやすくなっている。

ステータ４は、ロータコア３１の径方向外方に所定間隔をあけて配置された円筒状のステータコア４１と、ステータコア４１に巻き付けられたステータコイル４２とを有している。ステータコア４１は、複数枚の電磁鋼板を軸線方向に積層して構成されている。ステータコア４１は、軸線方向にて電磁鋼板間に隙間があるため、軸線方向の磁気抵抗が、径方向及び周方向の磁気抵抗よりも大きい。そのため、ステータコア４１内では、磁束が軸線方向に流れ難く、径方向及び周方向に磁束が流れやすくなっている。

界磁ヨーク５は、磁性材からなり、図１に示すように、一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂと、外側壁部５２と、一対の内側壁部５３Ａ，５３Ｂとによって構成されており、ロータ３及びステータ４を内包している。一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂは、円環状であり、それぞれ軸線方向にてロータ３及びステータ４の両端部から離れた位置に配置されている。外側壁部５２は、ステータ４のコイルエンド４２１よりも軸線方向外側まで延在しており、各端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向外周縁部に連なって円筒状に形成されている。一対の内側壁部５３Ａ，５３Ｂは、各端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向内周縁部に連なって円筒状に形成されており、軸線方向にてロータ３の両端部から所定間隔をあけて配置されている。また、各内側壁部５３Ａ，５３Ｂは、径方向にてシャフト２から所定間隔をあけて配置されている。

図２は、界磁ヨーク５を軸線方向から見た図である。界磁ヨーク５の各端壁部５１Ａ，５１Ｂの径方向外周縁部には、周方向に１２０［°］間隔にて凹形状の切り欠き部５１１が３つ形成されている。一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂにおいて、端壁部５１Ａに形成された３つの切り欠き部５１１と、端壁部５１Ｂに形成された３つの切り欠き部５１１とは、軸線方向から見て周方向にて重なる位置に位置している。そして、一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂの互いの切り欠き部５１１が軸線方向にて繋がるように、外側壁部５２には軸線方向に延在する開口５２１（図１参照）が形成されている。また、各端壁部５１Ａ，５１Ｂには、各切り欠き部５１１に対して周方向に１８０［°］ずれた位置に、それぞれ貫通孔５１２が開けられている。

また、各端壁部５１Ａ，５１Ｂの軸線方向におけるロータ３側の面には、界磁コイル６が設けられている。界磁コイル６は、界磁ヨーク５とロータコア３１との間に磁気回路を形成することによって、ロータコア３１とステータコア４１との間での磁束量を制御可能である。

ケース７は、図１に示すように、一対の端壁部７１Ａ，７１Ｂと、外側壁部７２と、一対の内側壁部７３Ａ，７３Ｂとによって構成され、内部にロータ３、ステータ４及び界磁ヨーク５を収納している。また、ケース７には、界磁ヨーク５が固定されている。なお、ケース７は、界磁ヨーク５の外周面及び軸線方向両端面を覆っており、ケース７によって界磁ヨーク５を効果的に保護することができるが、ケース７の一部に界磁ヨーク５が外部に露出するような開口を設けても良い。一対の端壁部７１Ａ，７１Ｂは、円環状であり、それぞれ軸線方向にて界磁ヨーク５の一対の端壁部５１Ａ，５１Ｂを挟むように対向して配置されている。また、各端壁部７１Ａ，７１Ｂにおける、界磁ヨーク５の各端壁部５１Ａ，５１Ｂに開けられた貫通孔５１２に対応した位置には、締結部材であるボルト１０Ａ，１０Ｂが挿入されるボルト穴７１１が開けられている。

そして、実施の形態１に係る電動機１においては、ケース７の外側壁部７２の内周に界磁ヨーク５の外側壁部５２が圧入されて、ケース７の外側壁部７２に界磁ヨーク５の外側壁部５２が固定されている。これにより、ケース７の外側壁部７２によって界磁ヨーク５の外側壁部５２が支持されて補強される。また、実施の形態１に係る電動機１においては、ケース７の各端壁部７１Ａ，７１Ｂに開けられたボルト穴７１１と、界磁ヨーク５の各端壁部５１Ａ，５１Ｂに開けられた貫通孔５１２とに、ボルト１０Ａ，１０Ｂを挿入し、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂと界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂとをボルト締結によって固定している。これにより、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂによって界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂが支持されて補強される。

なお、ケース７に対する界磁ヨーク５の固定方法としては、圧入、ボルト締結、焼嵌め、及び、かしめなど、いずれの機械的な固定方法を用いても良い。また、ケース７に対して界磁ヨーク５を固定する際には、ノックピンなどによるケース７に対する界磁ヨーク５の位置決め構造を併用するのが好ましい。

外側壁部７２は、各端壁部７１Ａ，７１Ｂの外周縁部に連なって円筒状に形成されている。外側壁部７２の内周面における、界磁ヨーク５の外側壁部５２に形成された開口５２１に対応した位置には、径方向内側に突出し、軸線方向にて一端側が端壁部７１Ａ，７１Ｂと連続し他端側がステータコア４１と接触可能なボス部７２１が設けられている。このボス部７２１には、ステータコア４１に開けられた軸線方向に貫通する貫通孔４１１と連通する位置に、ボルト１１が嵌め込まれるボルト穴７２２が軸線方向に開けられている。

実施の形態１に係る電動機１においては、ステータコア４１が界磁ヨーク５に非固定であり、ステータコア４１がケース７に固定されている。実施の形態１に係る電動機１では、ステータコア４１に開けられた貫通孔４１１と、ケース７のボス部７２１に開けられたボルト穴７２２とに、ボルト１１を挿入して、ステータコア４１とケース７の外側壁部７２とをボルト締結により固定している。これにより、ステータコア４１が界磁ヨーク５を介さずにケース７に直接固定されるため、電動機１の作動時におけるステータ４からのトルク反力が界磁ヨーク５に直接入ることがない。よって、前記トルク反力が界磁ヨーク５に直接作用されることに起因した界磁ヨーク５の変形を防ぐことができる。また、ステータコア４１が界磁ヨーク５を介さずにケース７に直接固定されるため、界磁ヨーク５とステータ４とを圧入などによって直接固設した場合に生じ得る、結合時の応力に起因した界磁ヨーク５の変形を防ぐことができる。

ケース７の一対の内側壁部７３Ａ，７３Ｂは、それぞれ各端壁部７１Ａ，７１Ｂの径方向内周縁部に連なって円筒状に形成されており、軸線方向にてロータ３の両端部からそれぞれ所定間隔をあけて配置されている。また、各内側壁部７３Ａ，７３Ｂは、界磁ヨーク５の内側壁部５３Ａ，５３Ｂ及びシャフト２に対して、それぞれ径方向にて所定間隔をあけて配置されている。なお、この際、内側壁部７３Ａ，７３Ｂとシャフト２との間における所定間隔のほうが、内側壁部７３Ａ，７３Ｂと界磁ヨーク５の内側壁部５３Ａ，５３Ｂとの間における所定間隔よりも広くなっている。各内側壁部７３Ａ，７３Ｂの内周には、それぞれ玉軸受８Ａ，８Ｂが設けられており、各玉軸受８Ａ，８Ｂに挿通されたシャフト２とケース７とは、各玉軸受８Ａ，８Ｂによって相対回転可能となっている。また、各玉軸受８Ａ，８Ｂよりも軸線方向外側には、各内側壁部７３Ａ，７３Ｂとシャフト２との間をシールする、シャフト２が挿通された環状のシール部材９Ａ，９Ｂがそれぞれ設けられている。

実施の形態１に係る電動機１においては、ケース７が玉軸受８Ａ，８Ｂを介してシャフト２に支持されるため、電動機１の作動時における玉軸受８Ａ，８Ｂからの径方向の力が界磁ヨーク５に直接入ることがない。よって、玉軸受８Ａ，８Ｂからの径方向の力が界磁ヨーク５に直接入ることに起因した界磁ヨーク５の変形を防ぐことができる。

以上のように、実施の形態１に係る電動機１においては、力が界磁ヨーク５に直接作用して、界磁ヨーク５が破損したり変形したりするのを防ぐことができる。これにより、界磁ヨーク５の信頼性が保たれ、界磁ヨーク５の歪による損失悪化を抑制することができる。また、力によって界磁ヨーク５が変形するのを防ぐことができるため、絶縁性能を保つことができる。ロータコア３１と界磁ヨーク５との間のギャップ寸法が安定し、界磁効果を安定させることができる。また、ケース７によってステータ４とロータ３との芯が出るため、ステータ４とロータ３との間のギャップ寸法が安定し、電動機１から出力されるトルクを安定させることができる。また、ステータ４が界磁ヨーク５とは別体にてケース７に固定されるため、ステータ４のケース７への組み付けが容易になる。

なお、本実施の形態１においては、ステータ４の径方向内側にロータ３が配置されたインナーロータ式の電動機１を用いて説明したが、ステータ４の径方向外側にロータ３が配置されたアウターロータ式の電動機１であっても良い。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る電動機１について説明する。なお、実施の形態２に係る電動機１において、実施の形態１に係る電動機１と共通する部分については、その説明を適宜省略する。

図３は、実施の形態２に係る電動機の断面図である。なお、図３は、シャフト２の軸線を境に、電動機１における径方向の半分を示している。実施の形態２に係る電動機１においては、ロータ３、ステータ４及び界磁ヨーク５を収納するケース７が、一対の円環状の端壁部７１Ａ，７１Ｂと円筒状の外側壁部７２とによって構成されており、実施の形態１に係る電動機１のケース７が有する内側壁部７３Ａ，７３Ｂを有していない。そして、実施の形態２に係る電動機１では、図３に示すように、界磁ヨーク５の各内側壁部５３Ａ，５３Ｂの内周に玉軸受８Ａ，８Ｂがそれぞれ設けられており、界磁ヨーク５によって玉軸受８Ａ，８Ｂが支持されている。そのため、電動機１の作動時には、玉軸受８Ａ，８Ｂからの径方向の力が界磁ヨーク５に直接作用される。

一方、実施の形態２に係る電動機１においては、実施の形態１に係る電動機１と同様に、ケース７の各端壁部７１Ａ，７１Ｂに開けられたボルト穴７１１と、界磁ヨーク５の各端壁部５１Ａ，５１Ｂに開けられた貫通孔５１２とに、ボルト１０Ａ，１０Ｂを挿通して、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂと界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂとをボルト締結によって固定している。これにより、ケース７の端壁部７１Ａ，７１Ｂによって界磁ヨーク５の端壁部５１Ａ，５１Ｂが支持されて、界磁ヨークがケース７によって補強される。よって、電動機１の作動時に、玉軸受８Ａ，８Ｂからの径方向の力が界磁ヨーク５に直接作用されても、界磁ヨーク５が変形するのを抑制することができる。

１ 電動機
２ シャフト
３ ロータ
４ ステータ
５ 界磁ヨーク
６ 界磁コイル
７ ケース
８Ａ，８Ｂ 玉軸受
９Ａ，９Ｂ シール部材
１０Ａ，１０Ｂ ボルト
１１ ボルト
３１ ロータコア
３２ 磁石
３３ 界磁コア
４１ ステータコア
４２ ステータコイル
５２ 外側壁部
５１Ａ，５１Ｂ 端壁部
５３Ａ，５３Ｂ 内側壁部
７２ 外側壁部
７１Ａ，７１Ｂ 端壁部
７３Ａ，７３Ｂ 内側壁部
４１１ 貫通孔
４２１ コイルエンド
５１１ 切り欠き部
５１２ 貫通孔
７１１ ボルト穴
７２２ ボルト穴

Claims (6)

1. 軸線を中心に回転可能な回転軸部材と、
   前記回転軸部材に設けられた円環状のロータコア、及び、該ロータコアに設けられた磁石を有するロータと、
   前記ロータコアに対して前記回転軸部材の軸線方向と直交する方向である径方向に間隔をあけて配置された円環状のステータコア、及び、該ステータコアに巻き付けられたステータコイルを有するステータと、
   前記ロータ及び前記ステータを内包し、前記ステータコアに対して相対的な位置関係が定まった円筒状の界磁ヨークと、
   前記界磁ヨークの外周面と対向して前記軸線方向に延在した側壁部を有し、前記界磁ヨークが固定されたケース部材と、
   を備えた電動機であって、
   前記ステータコアが前記ケース部材に固定されており、
   前記界磁ヨークの外周面の一部に開口が形成されており、
   前記ステータコアと前記ケース部材とを前記開口に対応した位置にて固定したことを特徴とする電動機。
2. 前記側壁部は円筒状であり、
   前記界磁ヨークが前記側壁部に圧入されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記ケース部材は、前記軸線方向にて前記界磁ヨークを挟んで対向する、前記径方向に延在した一対の端壁部を有しており、
   前記界磁ヨークが前記一対の端壁部に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記界磁ヨークと前記一対の端壁部とを締結する締結部材を有することを特徴とする請求項３に記載の電動機。
5. 前記ケース部材が、軸受を介して前記回転軸部材に支持されていることを特徴とする請求項３または４に記載の電動機。
6. 前記ケース部材は、前記界磁ヨークの前記外周面及び軸線方向両端面を覆うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電動機。

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