JP7132541B2

JP7132541B2 - 電動機

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Publication number: JP7132541B2
Application number: JP2018130729A
Authority: JP
Inventors: 英也樋口; 裕介太田; 健一福山; 正幸丸山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2022-09-07
Anticipated expiration: 2038-07-10
Also published as: JP2020010535A

Description

本発明は、ボビンを備えた電動機に関する。

電動機は、例えば、僅かなエアギャップをあけて回転子に対向するステータコアと、ステータコアに嵌合されたボビンと、を備えている。ボビンの位置がずれると、ボビンが回転子に干渉するおそれがある。そのため、ボビンの一部をフック状に形成して、ステータコアのくぼみに引っ掛けるボビンの抜け防止構造が提案されている（例えば、特許文献１乃至６参照）。

特開２０１７－１６３７５５号公報特開２０１６－２０８７３０号公報特開２０１２－１６１１９５号公報特開２０１２－６５５１０号公報特開２００１－１５７３８７号公報特開２０００－３４１８９７号公報

しかしながら、特許文献１乃至６の抜け防止構造を採用すると、ステータコアにくぼみを形成する特別な加工を追加することや、ボビンの形状を複雑にすることが必要になる。
そこで、本発明は、ステータコアに特別な加工を追加することや、ボビンの形状を複雑にすることなく、ボビンが抜け出て回転子に干渉することを防止できる電動機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電動機は、回転方向に沿って並べられた複数の磁石を備えた回転子と、回転方向に沿って並べられた複数のボビンを備えた固定子と、回転子の径方向においてボビンの移動を規制するストッパと、を具備し、各々のボビンは、マグネットワイヤが巻回された筒部と、筒部の両端に形成された一対の鍔部と、を有し、一方の鍔部が磁石に臨む姿勢で保持されており、ストッパは、一方又は他方の鍔部に対して回転子側から対向している。

この態様によれば、ステータコアに特別な加工を追加することや、ボビンの形状を複雑にすることなく、ボビンが抜け出て回転子に干渉することを防止できる。

上記態様において、径方向における一方の鍔部とストッパとの隙間は、一方の鍔部と磁石との隙間よりも狭くてもよい。

この態様によれば、ボビンが抜け出て回転子に干渉するよりも先にボビンに対してストッパが当接する。ボビン及び回転子の損傷を未然に防ぐことができる。

上記態様において、固定子に取り付けられ、固定子の中心と回転子の回転軸とを一致させるハウジングをさらに具備し、ストッパは、ハウジングに設けられていてもよい。

この態様によれば、ハウジングの一部を利用してストッパを構成できる。ステータコアにくぼみを形成する特別な加工を追加することや、ボビンの形状を複雑にすることが必要ない。ストッパを設けられた部材が固定子に取り付けられるハウジングであるため、固定子との位置精度に優れたストッパを構成できる。

上記態様において、固定子に取り付けられ、固定子の中心と回転子の回転軸とを一致させるハウジングと、ハウジングに取り付けられ、固定子を挟んでハウジングの反対側に位置するカバーと、をさらに具備し、ストッパは、カバーの縁に設けられていてもよい。

この態様によれば、カバーにストッパを設けることができる。ストッパを設ける部材がハウジングに限定されないため、設計の自由度が向上する。

上記態様において、回転子の回転軸に平行に投影したとき、ストッパの少なくとも一部は、磁石に重畳する位置に設けられていてもよい。

この態様によれば、軸方向に交差する径方向において磁石とストッパとが重畳しているため、ストッパがあっても径方向における電動機の寸法が長大にならない。ボビンが回転子に干渉しにくい電動機をコンパクトに構成できる。

本発明によれば、ステータコアに特別な加工を追加することや、ボビンの形状を複雑にすることなく、ボビンが抜け出て回転子に干渉することを防止できる電動機を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態の電動機を示す斜視図である。図２は、図１に示された電動機の内部構造の一部を示す平面図である。図３は、図２に示されたＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、第１実施形態の変形例に係るストッパを示す断面図である。図５は、図４に示されたストッパの一例を示す平面図である。図６は、図４に示されたストッパの他の一例を示す平面図である。図７は、本発明の第２実施形態の電動機を示す断面図である。図８は、本発明の第３実施形態の電動機を示す断面図である。図９は、本発明の第４実施形態の電動機を示す平面図である。図１０は、図９に示されたＸ－Ｘ線に沿う断面図である。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。本発明の各実施形態の電動機１は、固定子４とは異なる部材にストッパ（６４１，６４２，６４４，６７，６８，７１）が設けられていることが特徴の一つである。ストッパが設けられる部材は、例えば、ハウジング６であってもよいし（図３、図４、図７及び図１０参照）、カバー７（図８参照）であってもよい。

各実施形態の電動機１は、ボビン４２の第１鍔部４２２又は第２鍔部４２３に回転子５側から対向するストッパによって、ボビン４２が抜け出て回転子５に干渉することを防止できる。そのため、固定子４を構成するステータコア４１に貫通孔を追加するスペースを確保したり、ボビン４２の第２鍔部４２３を部分的に延長してフック状に形成したりする必要がない。以下、図１から図１０を参照して各構成について詳しく説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態の電動機１を示す斜視図である。図１に示す例では、電動機１が、インナーロータ型のブラシレスモータとして構成されている。なお、本発明の電動機１は、インナーロータ型に限られず、アウターロータ型であってもよい。アウターロータ型の電動機１については、図９及び図１０を参照して後で説明する。

図１に示すように、電動機１は、例えば、円柱形に形成されたモータコア２と、モータコア２を収容する筐体３と、を備えている。モータコア２は、固定子（ステータ）４と、回転子（ロータ）５と、を備えている。電動機１は、外部のドライブユニット等に接続される。ドライブユニットは、モータコア２に電力を供給するとともに、当該電力を供給するタイミングを制御して、固定子４に対して回転子５を回転させる。

筐体３は、ハウジング６と、カバー７と、を備えている。ハウジング６及びカバー７は、固定子４を挟んで互いに反対側に位置している。ハウジング６は、固定子４に取り付けられ、固定子４が動かないように固定している。カバー７は、ハウジング６に取り付けられ、固定子４に対向している。

カバー７は、例えば、板金から形成された蓋体であり、外部の塵埃がハウジング６の内部に侵入しないようにハウジング６と回転子５との隙間を閉塞している。ハウジング６は、例えば、外部のドライブユニットのケーブルを接続するコネクタ６１、外部の装置や基台にハウジング６を据え付けるための複数の脚部６２、固定子４やカバー７を締結するための複数のボルト穴６３等を有している。

図２は、図１に示された電動機１の内部構造の一部を示す平面図である。図２に示すように、回転子５は、円筒形に形成されたロータコア（回転子鉄心）５１と、ロータコア５１の外周面５１Ｄに固定された複数の磁石５２と、を備えている。複数の磁石５２は、回転子５の回転方向Ｄθに沿って等間隔に並べられている。なお、回転方向Ｄθは、時計回りであってもよいし、反時計回りであってもよい。磁石５２は、ネオジム磁石等の永久磁石であって、固定子４側がＳ極の磁石５２と、固定子４側がＮ極の磁石５２とが交互に配置されている。

固定子４は、略円筒形に形成されたステータコア（固定子鉄心）４１と、回転方向Ｄθに沿って等間隔に並べられた複数のボビン４２と、を備えている。各々のボビン４２は、絶縁材から形成され、エナメル線等のマグネットワイヤ（巻線用電線）４３１が巻回されている。複数のマグネットワイヤ４３１は、相互に結線されて磁界を発生させる巻線部４３を構成している。巻線部４３は、図２に示す集中巻であってもよいし、図示しない分布巻であってもよい。

ステータコア４１は、例えば、積層された電磁鋼板から形成されている。なお、ステータコア４１は、単一の電磁鋼板から形成されていてもよいし、圧粉磁心等の材料から形成されていてもよい。ステータコア４１は、円筒形に形成されたバックヨーク部４１１と、バックヨーク部４１１の内周面４１１Ｃから中心に向かって突出した複数のティース部４１２と、を有している。ティース部４１２の先端は、僅かなエアギャップをあけて回転子５の磁石５２に対向している。

各々のボビン４２は、各々のティース部４１２に嵌合されている。ボビン４２は、円筒形に形成された筒部４２１と、筒部４２１の両端に形成された一対の第１及び第２鍔部４２２，４２３と、を有している。第１鍔部４２２は、一方の鍔部の一例であり、第２鍔部４２３は、他方の鍔部の一例である。筒部４２１には、前述したマグネットワイヤ４３１が巻回されている。筒部４２１は、円筒形であってもよいし、角筒形であってもよい。筒部４２１が円筒形の場合、第１及び第２鍔部４２２，４２３は、筒部４２１の外周方向にそれぞれ延出している。

図３は、図２に示されたＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。図３に示すように、各々のティース部４１２の先端は、回転子５の回転軸Ｚに平行な軸方向Ｄｚにおいて、磁石５２と略同一の高さに位置して磁石５２に対向している。各々のボビン４２は、第１鍔部４２２が回転子５側を向いた姿勢で各々のティース部４１２に保持されている。第１鍔部４２２は、ティース部４１２の先端を囲繞している。換言すると、第１鍔部４２２は、磁石５２の正面から僅かにずれた位置において、磁石５２に臨む姿勢で保持されている。

図３に示す例では、回転子５が、前述したロータコア５１及び複数の磁石５２に加えて、ロータコア５１の内周面５１Ｃに一定の間隔をあけて対向する円筒形の内筒部５３と、ロータコア５１の縁と、内筒部５３の縁とを繋ぐ蓋部５４と、をさらに有している。また、図３に示す例では、ハウジング６が、略円盤形のベース部６４と、ベース部６４の中央に設けられた柱部６５と、ベース部６４の外周から起立したリム部６６と、を有している。

ハウジング６の柱部６５は、例えば円筒形に形成され、回転子５のロータコア５１及び内筒部５２の間に位置している。柱部６５の外周面６５Ｄは、ロータコア５１の内周面５１Ｃに対向している。柱部６５の内周面６５Ｃは、内筒部５３の外周面５３Ｄに対向している。柱部６５とロータコア５１との間には、回転子５を支持するベアリング２１が介装されている。ハウジング６は、ベアリング２１を介して固定子４の中心Ｏと回転子５の回転軸Ｚとを一致させている。なお、固定子４の中心Ｏとは、例えば、ティース部４１２の先端を結んだ円の中心のことである。

柱部６５と内筒部５３との間には、回転子５の回転角を検出する回転角センサ２２が設けられている。回転角センサ２２は、エンコーダ等であってもよいし、レゾルバ等であってもよい。回転角センサ２２を省略してもよい。センサレスの場合、回転子５が回転することで発生する誘起電圧の波形によって回転子５の回転角を検出してもよい。

ハウジング６のリム部６６には、前述したボルト穴６３が形成されている。固定子４のバックヨーク部４１１は、例えば、ボルト３１によってカバー７とともにボルト穴６３に共締めされている。なお、固定子４とカバー７との間にスペーサ３２等が介在してもよい。異なるボルト穴６３に固定子４及びカバー７をそれぞれ固定してもよい。カバー７は、軸方向Ｄｚにおいて、固定子４のボビン４２を覆うように対向している。

ベース部６４は、第１主面（天面）６４Ａと、第１主面６４Ａとは反対側の第２主面（底面）６４Ｂと、を有している。第２主面６４Ｂは、電動機１が設置された状態において、外部の装置や基台等に対向する。第１主面６４Ａは、ティース部４１２、ボビン４２、巻線部４３、ロータコア５１及び磁石５２に対向している。第１主面６４Ａには、ストッパの一例である凸条部６４１が設けられている。

凸条部６４１は、例えば、回転方向Ｄθに延びる環状の一条の突起であり、図３に示すように、ベース部６４と一体構造物として構成されている。凸条部６４１は、軸方向Ｄｚにおいて第１主面６４Ａから突出しており、回転子５の径方向Ｄｒにおいてボビン４２の第１鍔部４２２に回転子５側から対向している。図３に示す例では、回転子５が固定子４の内側で回転するインナーロータ型であるため、凸条部６４１は、ボビン４２の第１鍔部４２２よりも内側（固定子４の中心Ｏ側）に設けられ、第１鍔部４２２に対して内側から対向している。

図３に示す例では、径方向Ｄｒにおいて、第１鍔部４２２と凸条部６４１との隙間Ｇ２が、第１鍔部４２２と回転子５の磁石５２との隙間Ｇ１よりも狭くなるように凸条部６４１が形成されている。これは、ボビン４２及び回転子５の損傷を未然に防ぐためである。隙間Ｇ２が隙間Ｇ１よりも狭ければ、ボビン４２が抜け出て回転子５に干渉するよりも先に、ボビン４２に対して凸条部６４１等のストッパが当接する。

また、図３に示す例では、軸方向Ｄｚに投影したとき、凸条部６４１の少なくとも一部が、磁石５２に重畳する位置に設けられている。これは、電動機１をコンパクトに構成できるためである。仮に、ストッパを磁石５２に重畳して配置できない場合、ストッパを追加した分だけ電動機１の外形寸法を長大に変更する必要がある。これに対し、図示した例によれば、軸方向Ｄｚに交差する径方向Ｄｒにおいてストッパを磁石５２に重畳して配置できる。

図４は、第１実施形態の変形例に係るストッパを示す断面図である。図４に示すように、ボビン４２の位置を規制するストッパ（６７，６８）は、ベース部６４と別体に構成されていてもよい。図５及び図６は、図４に示されたストッパの一例である。図５に示すように、ストッパは、ボビン４２の第１鍔部４２２を繋いだ円の軌跡よりも僅かに外径が小さいリング６７であってもよい。

或いは、図６に示すように、ストッパは、各々のボビン４２に対応して一つずつ設けられた複数のピン６８であってもよい。各々のピン６８は、各々の第１鍔部４２２に対向している。リング６７又は複数のピン６８は、図４に示すベース部６４の溝６４３に埋設されている。ストッパであるリング６７又はピン６８は、固定子４のステータコア４１と同一のハウジング６に固定されており、当該ハウジング６を介してステータコア４１との相対位置が固定されている。

以上のように構成された第１実施形態の電動機１は、径方向Ｄｒにおいてボビン４２の移動を規制するストッパを備えているため、ボビン４２が抜け出て回転子５の磁石に干渉することを防止できる。ストッパは、例えば、凸条部６４１、リング６７及び複数のピン６８であり、ステータコア４１とは別部材のハウジング６に設けられている。

第１実施形態によれば、ボビン４２の移動を規制するストッパを追加しても、ステータコア４１に特別な加工を追加することや、ボビン４２の形状を複雑にする必要がない。ステータコア４１のバックヨーク部４１１に貫通孔を形成しないため、バックヨーク部４１１の幅を十分に確保でき、固定子４の磁気特性に優れている。しかも、ストッパを設けられた部材が固定子４を固定しているハウジング６であるため、固定子４とストッパとの位置精度に優れている。

続いて、本発明の第２乃至第４実施形態の電動機１について説明する。なお、第２乃至第４実施形態では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。

［第２実施形態］
第２実施形態は、図７を参照して説明する。第２実施形態は、ストッパが第２鍔部４２３に回転子５側から対向する位置に設けられる点が第１実施形態と異なる。第２実施形態に係るストッパは、例えば、図３に示された第１実施形態と同様の凸条部６４２である。なお、第２実施形態に係るストッパは、図４乃至図６に示された第１実施形態の変形例と同様のリングであってもよいし、複数のピンであってもよい。

図７に示すように、凸条部６４２は、径方向Ｄｒにおいて、第２鍔部４２３と凸条部６４２との隙間Ｇ３が、第２鍔部４２３と回転子５の磁石５２との隙間Ｇ１よりも狭くなる位置に形成されている。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、ステータコア４１に特別な加工を追加することや、ボビン４２の形状を複雑にすることなく、ボビン４２が抜け出て回転子５に干渉することを防止できる。しかも、ストッパの配置が第１鍔部４２２の近傍に限定されないため、電動機１の設計の自由度が向上する。

［第３実施形態］
第３実施形態は、図８を参照して説明する。第３実施形態は、ストッパをカバー７の縁に設ける点が第１実施形態と異なる。図８に示すように、第３実施形態に係るカバー７の縁は、ハウジング６側に折り曲げられた曲げ部７１として形成されている。曲げ部７１は、ボビン４２の第１鍔部４２２に回転子５側から対向している。第２実施形態によれば、ストッパを設ける部材がハウジング６に限定されないため、電動機１の設計の自由度が向上する。

［第４実施形態］
第４実施形態は、図９及び図１０を参照して説明する。第４実施形態は、電動機１がアウターロータ型として構成されている点が第１実施形態と異なる。図９は、第４実施形態の電動機１を示す平面図である。図１０は、図９に示されたＸ－Ｘ線に沿う断面図である。図９に示すように、回転子５は、円環形に形成され、固定子４の外側を回転する。固定子４のティース部４１２は、円筒形のバックヨーク部４１１の外周面４１１Ｄから外側（中心Ｏとは反対側）に向かって放射状に突出している。各々のティース部４１２に嵌合されたボビン４２は、ティース部４１２の先端を囲繞する第１鍔部４２２が外側に向いた状態で保持されている。

ハウジング６のベース部６４又はカバー７の縁には、ボビン４２の移動を規制するストッパが設けられている。図１０に示す例では、ストッパが、図３に示された第１実施形態と同様の凸条部６４４である。凸条部６４４は、第１鍔部４２２に対して回転子５側から対向している。

電動機１がアウターロータ型に構成されているため、凸条部６４４は、第１鍔部４２２に対して外側から対向している。アウターロータ型の第４実施形態であっても、第１実施形態と同様に、ステータコア４１に特別な加工を追加することや、ボビン４２の形状を複雑にすることなく、ボビン４２が抜け出て回転子５に干渉することを防止できる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

１…電動機、２…モータコア、３…筐体、４…固定子、５…回転子、６…ハウジング、７…カバー、２１…ベアリング、２２…回転角センサ、３１…ボルト、３２…スペーサ、４１…ステータコア、４２…ボビン、４３…巻線部、５１…ロータコア、５１Ｃ…内周面、５１Ｄ…外周面、５２…磁石、５３…内筒部、５３Ｄ…外周面、５４…蓋部、６１…コネクタ、６２…脚部、６３…ボルト穴、６４…ベース部、６４Ａ…第１主面、６４Ｂ…第２主面、６５…柱部、６５Ｃ…内周面、６５Ｄ…外周面、６６…リム部、６７…リング（ストッパの一例）、６８…ピン（ストッパの一例）、７１…曲げ部（ストッパの一例）、４１１…バックヨーク部、４１１Ｃ…内周面、４１１Ｄ…外周面、４１２…ティース部、４２１…筒部、４２２…第１鍔部（一方の鍔部の一例）、４２３…第２鍔部（他方の鍔部の一例）、４３１…マグネットワイヤ、６４１，６４２，６４４…凸条部（ストッパの一例）、６４３…溝、Ｄｒ…径方向、Ｄθ…回転方向、Ｄｚ…軸方向、Ｇ１…第１鍔部と磁石との隙間、Ｇ２…第１鍔部とストッパとの隙間、Ｇ３…第２鍔部とストッパとの隙間、Ｏ…固定子の中心、Ｚ…回転子の回転軸。

Claims

回転方向に沿って並べられた複数の磁石を備えた回転子と、
前記回転方向に沿って並べられた複数のボビンを備えた固定子と、
前記回転子の径方向において前記ボビンの移動を規制するストッパと、を具備し、
各々の前記ボビンは、マグネットワイヤが巻回された筒部と、前記筒部の両端に形成された一対の鍔部と、を有し、一方の前記鍔部が前記磁石に臨む姿勢で保持されており、
前記ストッパは、一方又は他方の前記鍔部に対して前記回転子側から対向しており、
前記径方向において、前記ストッパと対向する前記鍔部との間に、前記一方の鍔部と前記磁石との隙間よりも小さい隙間を設ける、電動機。
前記固定子に取り付けられ、前記固定子の中心と前記回転子の回転軸とを一致させるハウジングをさらに具備し、
前記ストッパは、前記ハウジングに設けられている、請求項１に記載の電動機。
前記固定子に取り付けられ、前記固定子の中心と前記回転子の回転軸とを一致させるハウジングと、
前記ハウジングに取り付けられ、前記固定子を挟んで前記ハウジングの反対側に位置するカバーと、をさらに具備し、
前記ストッパは、前記カバーの縁に設けられている、請求項１に記載の電動機。
前記回転子の回転軸に平行に投影したとき、前記ストッパの少なくとも一部は、前記磁石に重畳する位置に設けられている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電動機。