JP7234813B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

ステータ及びロータ等を含むモータの構成部品を収容する有底円筒状のモータケースの開口部に、外形円形状のエンドフレームを圧入する固定構造が周知である。モータケースの内周面には円環状のステータが固定され、ステータの径方向内側にはロータが回転可能に収容されている。ロータの回転軸は、モータケースの底壁部の中央部分に設けた軸受と、エンドフレームの中央部分に設けた軸受とによってそれぞれ軸支されている。そして、ステータに備えられるコイルに通電がなされると、コイルの巻回されたティース部の先端部とロータの永久磁石との間にて磁力による吸引や反発が繰り返し行われて、ロータが回転駆動されるようになっている。

ところで、ロータの回転駆動に際、ステータとロータとの間にて相互に吸引力や反発力といった磁気加振力が作用することで、例えばステータの円環形状が楕円形状となって、しかも都度その環状形状が周方向に波打つように変化する。このようなステータの環状形状の変化がモータケースの周壁部に伝わってモータケース自身も同様な形状変化が生じると、このことがモータの振動や騒音の発生へと繋がる。

そこで、モータの振動や騒音を低減させる対策の一つとして、モータケースの内周面からネジ等の支持部材と突出させ、周方向に複数設けたその支持部材にてステータを局所的に支持する技術がある（例えば特許文献１参照）。本技術では、ステータとロータとの間の磁気加振力にてステータの環状形状が変化してもモータケース側に伝達され難い構造となっているため、モータの駆動時の振動や騒音の発生が抑えられるというものである。

特開２０１４－７５９００号公報

しかしながら、上記技術では、モータケースとステータとの他にネジ等の支持部材が必要である。そのため、モータの構成部品が増加することが問題となる。
すなわち、本発明は、別途部品を用いずに駆動時の振動や騒音の抑制を可能としたモータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するモータは、有底円筒状のモータケース（１１）と、前記モータケースの開口部（１１ａ）の内周面に圧入される外形円形状のエンドフレーム（１２）と、前記モータケースの内周面に固定される円環状のステータ（１３）と、前記ステータの内側に回転可能に収容されるロータ（１４）と、を備え、前記ロータの回転軸（２５）が前記モータケースに設けられる軸受（３０）と前記エンドフレームに設けられる軸受（３１）とによってそれぞれ軸支されてなるモータ（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）であって、前記エンドフレームは、前記モータケースの開口部の内周面に対して周方向に局所的に圧接させるための圧接部位（４０ａ）を有する圧入部（４０）を、周方向に５箇所以上分散配置して構成されている。

上記態様によれば、エンドフレームの周方向の５箇所以上に圧入部がそれぞれ分散して設けられ、各圧入部の圧接部位がモータケースの開口部の内周面に局所的に圧接してエンドフレームが固定される。つまり、各圧入部により５箇所以上の狙った位置にて圧入点が設定されることから、モータの製品毎のばらつきが小さくモータケースの剛性がより確実に向上する。そのため、モータの回転駆動時にロータとの間で生じる磁気加振力にてステータに形状変化が生じようとしても、モータケースの剛性が高いために自身の形状変化が生じ難く、モータからの振動や騒音の発生がより確実に抑えられる。またこのことは、エンドフレームの適切位置に複数の圧入部を設けることで、別途部品を用いることなく実現可能である。

一実施形態におけるモータの断面図。 エンドフレームの固定部分を拡大した断面図。 ステータの平面図。 エンドフレームの固定態様を説明するための平面図。 変更例におけるエンドフレームの固定態様を説明するための平面図。 変更例におけるエンドフレームの固定態様を説明するための平面図。 変更例におけるエンドフレームの固定態様を説明するための平面図。

以下、モータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ１０は、有底円筒状のモータケース１１と、モータケース１１の開口部１１ａに固定される外形円形状のエンドフレーム１２とで形成される内部空間に、ステータ１３及びロータ１４を収容してなる。ステータ１３は、モータケース１１の内周面に固定されている。ロータ１４は、ステータ１３の径方向内側に回転可能に収容されている。本実施形態では、ステータ１３は１２磁極、ロータ１４は１０磁極に設定されている。

図１及び図３に示すように、ステータ１３は、円環状をなし、モータケース１１の内周面に対して例えば圧入若しくは焼嵌めにて固定されている。ステータ１３は、ステータコア２０と、コイル２１と、インシュレータ２２とを備えている。

ステータコア２０は、磁性金属製であり、外周縁がモータケース１１の内周面に圧接する円環部２０ａと、円環部２０ａの内周縁から内径方向に延びるティース部２０ｂとを有している。ティース部２０ｂは、本実施形態では３０°等間隔で１２個設けられている。１２個の各ティース部２０ｂには、樹脂製のインシュレータ２２を装着した上からコイル２１が巻装されている。各コイル２１は、それぞれ個々のティース部２０ｂに集中巻きされている。また、各コイル２１は、三相駆動電流の供給を受けるために三相結線構造となっている。

また、本実施形態のステータ１３は、分割ステータ構造をなしている。１つのステータ１３を構成するにあたり、１２個の分割ステータ１３ｘが用いられている。各分割ステータ１３ｘは、１２個のティース部２０ｂ毎に隣接のティース部２０ｂ間の円環部２０ａの中間部分で分割されたステータコア２０及びインシュレータ２２を用い、各ティース部２０ｂにインシュレータ２２を介してコイル２１が装着されて構成されている。１２個の分割ステータ１３ｘは、同一構成である。そして、各分割ステータ１３ｘは、分割された円環部２０ａの部分を互いに連結して１つの円環状となるように構成されている。

図１に示すように、ロータ１４は、回転軸２５と、ロータコア２６と、永久磁石２７とを備えている。回転軸２５は、金属製で円柱棒状をなし、ロータコア２６の径方向中心部に圧入されて固定されている。ロータコア２６は、磁性金属製で円環状をなし、径方向中心部に回転軸２５を固定するための固定孔２６ａを有している。永久磁石２７は、周方向に１０個設けられている。各永久磁石２７は、軸方向視で円弧状、径方向視で矩形状をなしており、ロータコア２６の外周面に対して接着等にて固定されている。

回転軸２５の基端部は、モータケース１１の底部１１ｂ側に位置し、その底部１１ｂの中央の軸受保持部１１ｃに設けた軸受３０にて軸支されている。回転軸２５の先端部は、エンドフレーム１２側に位置し、そのエンドフレーム１２の中央の軸受保持部１２ａに設けた軸受３１にて軸支されている。回転軸２５の軸方向各端部が各軸受３０，３１にて回転可能に支持された状態では、ロータ１４の永久磁石２７とステータ１３のティース部２０ｂとが僅かな空隙を有して径方向に対向している。

エンドフレーム１２は、外形円形状をなしており、径方向中間部から内側の部位がモータケース１１の底部１１ｂ側に向けて有底円筒状に凹設される凹設部１２ｂとして構成されている。凹設部１２ｂの中央部には、上記軸受保持部１２ａが設けられている。なお、凹設部１２ｂの外側においては、検出対象を回転軸２５とするレゾルバ等の回転検出装置が組付可能な空間として設けられている。モータ１０の仕様に基づき、凹設部１２ｂへの回転検出装置の設置の有無が選択される。

エンドフレーム１２の径方向中間部から外周縁まで部位は、円環板状をなす外周板状部１２ｃとして構成されている。エンドフレーム１２の内側における外周板状部１２ｃと凹設部１２ｂとに囲まれた内側の環状空間には、コイル２１から導出された端末線２１ａの配策を行う樹脂製で円環状の配策用ガイド部材３５が配置されている。配策用ガイド部材３５は、図示略の支持部材を用いて例えばステータ１３に対して支持されている。

また、配策用ガイド部材３５にて配策された端末線２１ａは、引出用ガイド部材３６に設けられる図示略の挿通孔に挿通されている。引出用ガイド部材３６は、樹脂製で柱状をなしており、図示略の支持部材を用いて例えば配策用ガイド部材３５に対して支持されている。ここで、エンドフレーム１２の外周板状部１２ｃにおける周方向一部には、外周縁から切り欠かれた切欠部１２ｄが設けられている。そして、引出用ガイド部材３６は、回転軸２５の軸方向に沿って配置され、エンドフレーム１２の切欠部１２ｄを通じてモータ１０の外部に突出している。引出用ガイド部材３６に挿通された端末線２１ａは、モータ１０の外部に引き出されて、図示略の制御装置等と接続される。

図２及び図４に示すように、エンドフレーム１２の外周縁、すなわち外周板状部１２ｃの外周縁には、複数箇所に圧入部４０が設けられている。エンドフレーム１２は、モータケース１１の開口部１１ａの内周面に圧入されて固定されている。その際、各圧入部４０がエンドフレーム１２を通じてモータケース１１の剛性を向上させるように機能する。

本実施形態では、圧入部４０の数は７箇所に設定され、圧入部４０の配置は上記切欠部１２ｄを含めて周方向等間隔、この場合４５°等間隔に設定されている。各圧入部４０は、平面視で略半円状をなし、一側面から他側面に向けて段差となるように例えばプレス加工が施されている。各圧入部４０は、その段差加工が行われることで、エンドフレーム１２の圧入部４０を除く外周縁よりも径方向外側に僅かに迫り出す圧接部位４０ａをそれぞれ備える。各圧入部４０は、互いに同形状をなしている。

また、各圧入部４０は、圧入による取付け前のエンドフレーム１２に対して予め形成されている。そして、各圧入部４０を有するエンドフレーム１２はモータケース１１の開口部１１ａに圧入され、各圧入部４０の圧接部位４０ａはモータケース１１の開口部１１ａの内周面に対して局所的に圧接する。その際、モータケース１１の開口部１１ａの周方向において、切欠部１２ｄを挟む隣接の圧入部４０間を除き、その他の本実施形態では４５°等間隔に位置する各圧入部４０は、モータケース１１の開口部１１ａの内周面に対して周方向等間隔に局所的に圧接するようになっている。

また、モータケース１１の開口部１１ａの外周面には、径方向外側に略三角形状に延びるフランジ部１１ｄが設けられている。フランジ部１１ｄは、円形のねじ穴１１ｅを有している。フランジ部１１ｄは、モータケース１１の開口部１１ａの周方向に、本実施形態では１２０°等間隔に３箇所設けられている。さらに、モータケース１１の開口部１１ａの外周面において、１つのフランジ部１１ｄの１８０°反対側の位置、換言すると、残りの２つのフランジ部１１ｄ間の周方向中間位置には、径方向外側に略四角形状に延びる延出部１１ｆが設けられている。

ここで、延出部１１ｆの１８０°反対側に位置するフランジ部１１ｄを「１１ｄ１」とし、これ以外の２つのフランジ部１１ｄをフランジ部１１ｄ１から時計回り方向に順に「１１ｄ２」「１１ｄ３」とする。つまり、延出部１１ｆの１８０°反対側にフランジ部１１ｄ１が位置し、フランジ部１１ｄ２，１１ｄ３間の周方向中間位置に延出部１１ｆが位置している。また、エンドフレーム１２の７箇所の圧入部４０についても、切欠部１２ｄから時計回り方向に順に「４０ｘ１」～「４０ｘ７」とする。

本実施形態におけるエンドフレーム１２のモータケース１１に対する詳細な位置関係について、切欠部１２ｄは延出部１１ｆと周方向位置が対応し、また圧入部４０ｘ４はフランジ部１１ｄ１と周方向位置が対応するように設定されている。また、フランジ部１１ｄ２は圧入部４０ｘ６，４０ｘ７間の周方向略中間位置に対応し、フランジ部１１ｄ３は圧入部４０ｘ１，４０ｘ２間の周方向略中間位置に対応するように設定されている。すなわち、圧入部４０ｘ４とフランジ部１１ｄ１とは周方向位置が重なる配置とする一方で、圧入部４０ｘ６，４０ｘ７とフランジ部１１ｄ２とは周方向位置がずれるように、また圧入部４０ｘ１，４０ｘ２とフランジ部１１ｄ３とは周方向位置がずれるように設定されている。

本実施形態の作用について説明する。
モータ１０の回転駆動を行うべくステータ１３のコイル２１に通電がなされると、コイル２１の巻回されたティース部２０ｂの先端部とロータ１４の永久磁石２７との間にて磁力による吸引や反発が繰り返し行われて、ロータ１４が回転駆動される。

ここで、ロータ１４の回転駆動に際においては、ステータ１３とロータ１４との間に生じる吸引力や反発力といった磁気加振力が作用する。そのため、例えばステータ１３の円環形状が楕円形状となって、しかも都度その環状形状が周方向に波打つように変化しようとする。このようなステータ１３の環状形状の変化がモータケース１１の周壁部に伝わってモータケース１１自身も同様な形状変化が生じると、このことがモータ１０の振動や騒音の発生へと繋がる。

本実施形態では、エンドフレーム１２の周方向の７箇所に圧入部４０がそれぞれ設けられ、各圧入部４０の圧接部位４０ａがモータケース１１の開口部１１ａの内周面に圧接してエンドフレーム１２が固定される。各圧入部４０は、エンドフレーム１２の切欠部１２ｄを含む周方向の４５°等間隔に位置し、これら７箇所の狙った位置にて圧入点が設定されることから、モータケース１１の剛性がモータ１０の製品毎のばらつきが小さくより確実に向上する。そのため、モータ１０の回転駆動時において、ロータ１４との間での磁気加振力にてステータ１３が楕円形状となって周方向に波打つ形状変化が生じようとしても、モータケース１１の剛性が高められているため、モータケース１１自身では都度の形状変化が生じ難い。つまり、本実施形態では、別途部品を用いることなくエンドフレーム１２の適切位置に複数の圧入部４０を設けたことで、モータ１０の駆動時の振動や騒音の発生がより確実に抑えられるものとなっている。

本実施形態の効果について説明する。
（１）本実施形態では、エンドフレーム１２の周方向の７箇所に圧入部４０がそれぞれ分散して設けられ、各圧入部４０の圧接部位４０ａがモータケース１１の開口部１１ａの内周面に局所的に圧接してエンドフレーム１２が固定されている。つまり、各圧入部４０により７箇所の狙った位置にて圧入点が設定されることから、モータ１０の製品毎のばらつきが小さくモータケース１１の剛性がより確実に向上する。そのため、モータ１０の回転駆動時にロータ１４との間で生じる磁気加振力にてステータ１３に形状変化が生じようとしても、モータケース１１の剛性が高いために自身の形状変化が生じ難く、モータ１０からの振動や騒音の発生をより確実に抑えることができる。またこのことは、エンドフレーム１２の適切位置に複数の圧入部４０を設けることで、別途部品を用いることなく実現することができる。

（２）ステータ１３は、複数個の分割ステータ１３ｘが周方向に互いに連結されて１つの円環状となるように構成されるものであるため、モータ１０の回転駆動時にロータ１４との間で生じる磁気加振力にて形状変化が生じ易い構造である。そのため、上記したモータケース１１の剛性向上の効果は大きい。

（３）エンドフレーム１２の圧入部４０は、モータケース１１のフランジ部１１ｄと周方向位置が重なるものと、モータケース１１のフランジ部１１ｄと周方向位置がずらしたものとを混在させた設定としているため、フランジ部１１ｄ自身によるモータケース１１の剛性向上を有効的に利用でき、圧入部４０の数の低減に寄与することができる。

（４）圧入部４０は、切欠部１２ｄを含めてエンドフレーム１２の周方向等間隔に設けられるため、エンドフレーム１２の設計容易化等に寄与することができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態のエンドフレーム１２とモータケース１１との圧入による固定態様は一例であり、エンドフレーム１２に設けた圧入部４０の位置や数等、適宜変更してもよい。
図５に示すモータ１０ａでは、エンドフレーム１２の圧入部４０が５箇所に設定されている。切欠部１２ｄから時計回り方向に順に圧入部４０を「４０ｘ１」～「４０ｘ５」と付すとすると、切欠部１２ｄの１８０°反対側の圧入部４０ｘ３がフランジ部１１ｄ１と周方向位置が重なる配置とする一方で、他の圧入部４０ｘ４，４０ｘ５とフランジ部１１ｄ２とは周方向位置がずれるように、また圧入部４０ｘ１，４０ｘ２とフランジ部１１ｄ３とは周方向位置がずれるように設定されている。

また、圧入部４０は、切欠部１２ｄを挟んだ隣接の圧入部４０ｘ１，４０ｘ５以外の圧入部４０ｘ２～４０ｘ４が、切欠部１２ｄを含めてエンドフレーム１２の周方向等間隔、この場合６０°等間隔に設けられ、切欠部１２ｄを挟んだ隣接の圧入部４０ｘ１，４０ｘ５は切欠部１２ｄ寄りに偏倚させて設けられている。すなわち、圧入部４０ｘ１，４０ｘ５はそれぞれ圧入部４０ｘ２，４０ｘ４から離間した９０°間隔とする一方で、隣接の圧入部４０ｘ１，４０ｘ５は切欠部１２ｄを含めるのであれば互いに１２０°とするところ、互いに近接した６０°間隔に設定されている。つまり、圧入部４０ｘ１，４０ｘ５はフランジ部１１ｄ２，１１ｄ３と周方向位置をずらしてフランジ部１１ｄ２，１１ｄ３自身によるモータケース１１の剛性向上を有効的に利用し、またエンドフレーム１２の構造的に弱い切欠部１２ｄを挟む圧入部４０ｘ１，４０ｘ５を他の圧入部４０ｘ２～４０ｘ４の間隔と同等とすることで、モータケース１１の剛性を効果的に向上させている。

図６に示すモータ１０ｂでは、エンドフレーム１２の圧入部４０が６箇所に設定されている。圧入部４０は、切欠部１２ｄを除いてエンドフレーム１２の周方向等間隔、この場合６０°等間隔に設けられている。切欠部１２ｄから時計回り方向に順に圧入部４０を「４０ｘ１」～「４０ｘ６」と付すとすると、その全てがモータケース１１のフランジ部１１ｄと周方向位置がずれるように設定されている。つまり、圧入部４０ｘ１～４０ｘ６はフランジ部１１ｄ１～１１ｄ３と周方向位置をずらしてフランジ部１１ｄ１～１１ｄ３自身によるモータケース１１の剛性向上を有効的に利用し、またエンドフレーム１２の構造的に弱い切欠部１２ｄを挟む圧入部４０ｘ１，４０ｘ６を他の間隔と同等とすることで、モータケース１１の剛性を効果的に向上させている。

図７に示すモータ１０ｃでは、エンドフレーム１２の圧入部４０が９箇所に設定されている。圧入部４０は、切欠部１２ｄを含めてエンドフレーム１２の周方向等間隔、この場合３６°等間隔に設けられている。切欠部１２ｄから時計回り方向に順に圧入部４０を「４０ｘ１」～「４０ｘ９」と付すとすると、切欠部１２ｄの１８０°反対側の圧入部４０ｘ５がフランジ部１１ｄ１と周方向位置が完全に重なる配置とし、圧入部４０ｘ８，４０ｘ２についてもフランジ部１１ｄ２，１１ｄ３と周方向位置がある程度重なる配置にて設定されている。

また、図５から図７の態様から、圧入部４０を５箇所以上設けるのが好ましく、モータケース１１の剛性を効果的に向上することが可能である。一方、圧入部４０を９箇所以下に止めることで、エンドフレーム１２の圧入抵抗の増大抑制をも考慮、すなわちエンドフレーム１２の組付性をも考慮した好ましい態様と言える。

・圧入部４０の形状も略半円状の段差形状のみならず、適宜変更してもよい。
・分割ステータ１３ｘを用いるステータ１３を備えたモータ１０（１０ａ～１０ｃ）に実施したが、分割ステータ構造でないステータを備えるモータに実施してもよい。

・その他、モータ１０（１０ａ～１０ｃ）の構成を適宜変更してもよい。

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…モータ、１１…モータケース、１１ａ…開口部、１１ｄ…フランジ部、１２…エンドフレーム、１２ｄ…切欠部、１３…ステータ、１３ｘ…分割ステータ、１４…ロータ、２５…回転軸、３０，３１…軸受、４０…圧入部、４０ａ…圧接部位。

Claims (9)

1. 有底円筒状のモータケース（１１）と、
   前記モータケースの開口部（１１ａ）の内周面に圧入される外形円形状のエンドフレーム（１２）と、
   前記モータケースの内周面に固定される円環状のステータ（１３）と、
   前記ステータの内側に回転可能に収容されるロータ（１４）と、
   を備え、前記ロータの回転軸（２５）が前記モータケースに設けられる軸受（３０）と前記エンドフレームに設けられる軸受（３１）とによってそれぞれ軸支されてなるモータ（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）であって、
   前記エンドフレームは、前記モータケースの開口部の内周面に対して周方向に局所的に圧接させるための圧接部位（４０ａ）を有する圧入部（４０）を、周方向に５箇所以上分散配置して構成されており、
   前記エンドフレームは、周方向一部に外周縁から切り欠かれた切欠部（１２ｄ）を有するものであり、
   前記モータケースは、前記開口部の外周面から径方向外側に延びるフランジ部（１１ｄ）が、周方向に複数箇所設けられるものであり、
   周方向において前記切欠部を挟んだ両隣に位置する前記フランジ部の間であって且つ該切欠部を含む周方向範囲において、前記切欠部と、該切欠部を挟んだ両隣に位置する前記フランジ部との間には、それぞれ、前記圧入部が該フランジ部と周方向位置をずらして配置されており、それら圧入部の間に前記切欠部が位置している、モータ。
2. 前記切欠部の前記回転軸を挟んだ周方向の反対側には、前記フランジ部が設けられており、
   周方向において前記切欠部を挟んだ両隣の前記フランジ部の間であって且つ該切欠部を含まない側の周方向範囲において、前記切欠部の周方向の反対側の前記フランジ部以外にフランジ部は設けられておらず、前記切欠部を挟んだ両隣の前記フランジ部と、前記切欠部の周方向の反対側の前記フランジ部との間には、それぞれ、複数の前記圧入部が設けられている、請求項１に記載のモータ。
3. 前記ステータは、複数個の分割ステータ（１３ｘ）が周方向に互いに連結されて１つの円環状となるように構成されたものであり、
   前記周方向において前記切欠部を挟んだ両隣の前記フランジ部の間であって且つ該切欠部を含まない側の周方向範囲において、前記切欠部を挟んだ両隣の前記フランジ部と、前記切欠部の周方向の反対側の前記フランジ部との間にそれぞれ設けられた前記複数の圧入部には、隣り合う分割ステータの連結部分と対応する位置に設けられた前記圧入部が含まれる、請求項２に記載のモータ。
4. 前記ステータは、複数個の分割ステータ（１３ｘ）が周方向に互いに連結されて１つの円環状となるように構成されたものである、請求項１又は請求項２に記載のモータ。
5. 前記モータケースは、前記開口部の外周面から径方向外側に延びる前記フランジ部（１１ｄ）が、周方向等間隔に複数箇所設けられるものであり、
   前記エンドフレームの前記圧入部は、前記モータケースの前記フランジ部と周方向位置が重なるものと、前記モータケースの前記フランジ部と周方向位置をずらしたものとが混在して設定されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記モータケースは、前記開口部の外周面から径方向外側に延びる前記フランジ部が、周方向等間隔に複数箇所設けられるものであり、
   前記エンドフレームの前記圧入部は、その全てが前記モータケースの前記フランジ部と周方向位置がずれるように設定されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
7. 前記圧入部は、前記切欠部を含めて前記エンドフレームの周方向等間隔に設けられている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。
8. 前記圧入部は、前記切欠部を除いて前記エンドフレームの周方向等間隔に設けられている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。
9. 前記圧入部は、前記切欠部を挟んだ隣接のもの以外、前記切欠部を含めて前記エンドフレームの周方向等間隔に設けられ、前記切欠部を挟んだ隣接のものは前記切欠部寄りに偏倚させて設けられている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。

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