JP7347026B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

近年、組み立て工程を簡素化するなどの目的で、ステータを樹脂でモールドしたモータが開発されている。特許文献１には、ステータをモールドする樹脂製のハウジングを有するモータが開示されている。

特開２０１０－２２１９１号公報

特許文献１のハウジングは、外部機器に取り付けるためにボルトが締結される穴部を備えている。このようなモータにおいて、ボルトによる十分な締結力を得るため、ハウジングの内部にナットを埋め込む構造を採用することが考えられる。この場合、ナットは樹脂材料であるハウジングによって保持される。このため、回転部分であるロータから発せられる振動が締結部分から機器に逃げにくく、モータ自体が共振しやすいという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、駆動時の振動を低減できるモータの提供を目的の一つとする。

本発明のモータの一つの態様は、中心軸周りに回転するロータと、前記ロータと径方向に対向するステータと、樹脂からなり前記ステータが埋め込まれるハウジングと、インサート部材と、を備える。前記インサート部材は、前記ハウジングに埋め込まれる本体部と、締結部材が締結される被締結部と、を有する。前記本体部と前記被締結部とが、単一の部材からなる。前記インサート部材は、複数の前記被締結部を互いに連結する第４連結部を有する。

本発明の一つの態様によれば、駆動時の振動を低減できるモータが提供される。

図１は、一実施形態のモータの断面図である。 図２は、一実施形態のインサート部材の斜視図である。 図３は、一実施形態のインサート部材の平面図である。

以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
以下の説明において、中心軸Ｊ（図１参照）に平行な方向を単に「軸方向」又は「上下方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。また、本明細書では、中心軸Ｊに沿った軸方向の一方側を単に「上側」と呼び、他方側を単に「下側」と呼ぶ。なお、本明細書における上下方向は、単に説明のために用いられる方向であって、モータの使用時および流通時の姿勢を限定するものではない。

図１は、一実施形態のモータ１の断面図である。図１に仮想線（二点鎖線）で示すように、モータ１は、固定ボルト（締結部材）９ｅを用いてモータ１の上側に配置される外部装置９に取り付けられる。モータ１は、外部装置９に動力を伝達する。

モータ１は、ロータ１０と、ロータ１０を囲むステータ２０と、ロータ１０を回転可能に保持する上側ベアリング１５および下側ベアリング１６と、上側ベアリング１５を保持するインサート部材２と、下側ベアリング１６を保持する下側ベアリングホルダ７０と、ハウジング３０と、を有する。インサート部材２は、ハウジング３０に埋め込まれる。

ロータ１０は、上下方向に沿って延びる中心軸Ｊを中心として回転する。ロータ１０は、中心軸Ｊに沿って延びるシャフト１１と、ロータコア１２と、ロータマグネット１３と、を有する。

シャフト１１は、上端部（軸方向一方側の端部）において外部装置９の動力伝達機構９ｄに接続される。シャフト１１は、上側ベアリング１５により、中心軸Ｊ周りに回転可能に支持される。シャフト１１の外周面には、ロータコア１２が固定される。また、ロータコア１２の外周面には、ロータマグネット１３が固定される。なお、複数のロータマグネット１３は、ロータコア１２の内部に埋め込まれていてもよい。

ステータ２０は、ロータ１０を径方向外側から囲む。ステータ２０は、ロータ１０と径方向に対向する。ステータ２０は、ステータコア２１と、インシュレータ２２と、コイル２９と、を有する。

ステータコア２１は、中心軸Ｊを中心とする環状のコアバック部２１ａおよびコアバック部２１ａから径方向内側に延びる複数のティース部２１ｂを有する。ティース部２１ｂは、中心軸Ｊ周りの周方向に等間隔をあけて複数設けられる。

コイル２９は、インシュレータ２２を介してティース部２１ｂに装着される。コイル２９の端部は、ステータ２０の下側に配置されるバスバー（図示略）を介して制御装置から電力が供給される。

上側ベアリング１５は、ステータ２０の上側に位置し、下側ベアリング１６は、ステータ２０の下側に位置する。上側ベアリング１５は、シャフト１１の上端部を支持し、下側ベアリング１６は、シャフト１１の下端部を支持する。本実施形態の上側ベアリング１５および下側ベアリング１６は、ボールベアリングである。しかしながら、上側ベアリング１５および下側ベアリング１６は、ニードルベアリング等の他種のベアリングであってもよい。

下側ベアリングホルダ７０は、下側ベアリング１６を保持する。下側ベアリングホルダ７０は、ステータ２０の下側に位置する。下側ベアリングホルダ７０は、樹脂製である。下側ベアリングホルダ７０は、軸方向から見て円板状である。下側ベアリングホルダ７０は、外縁部においてハウジング３０に固定される。

ハウジング３０は、樹脂材料からなる。本明細書において樹脂材料とは、例えばガラス繊維や炭素繊維のような繊維材によって強化された複合材料であってもよい。すなわち、ハウジング３０は、繊維強化樹脂材料であってもよい。

ハウジング３０には、ステータ２０およびインサート部材２が埋め込まれる。これにより、ハウジング３０は、ステータ２０およびインサート部材２を保持する。ハウジング３０は、ステータ２０およびインサート部材２を金型内で保持した状態でインサート成形することで製造される。本実施形態によればハウジング３０が、ステータ２０およびインサート部材２を埋め込むため各部材の組み立て工程を簡素化することができる。

ハウジング３０は、上面から上側に突出する環状部３２ａを有する。環状部３２ａは、中心軸Ｊを中心とする円筒状である。環状部３２ａは、外部装置９に取り付きモータ１のシール機能の一部を担う。

外部装置９は、中心軸Ｊを中心とする円筒状の保持筒部９ａを有する。保持筒部９ａは、環状部３２ａを径方向外側から囲む。保持筒部９ａの内周面には、周方向に沿って延びる凹溝９ｂが設けられる。凹溝９ｂには、シール部材９ｃが収容される。シール部材９ｃは、凹溝９ｂの底面と環状部３２ａの外周面との間で圧縮される。シール部材９ｃは、保持筒部９ａの内側に水分が浸入することが抑制される。

インサート部材２は、ステータ２０の上側に位置する。インサート部材２は、アルミニウム合金からなる。また、インサート部材２は、ダイカスト法により製造される。

図２は、インサート部材２の斜視図である。図３は、インサート部材２の平面図である。
図２に示すように、インサート部材２は、ベアリングホルダ部（本体部）４０と、複数のナット部（被締結部）５０と、複数の腕部（第１連結部）６１と、環状ブリッジ部（第２連結部）６２と、複数の径方向ブリッジ部（第３連結部）６３と、外環部（第４連結部）６４と、を有する。本実施形態において、ナット部５０、腕部６１、および径方向ブリッジ部６３は、それぞれインサート部材２に３つ設けられる。

図１に示すように、ベアリングホルダ部４０は、ハウジング３０に埋め込まれる。ベアリングホルダ部４０は、上側ベアリング１５を保持する。ベアリングホルダ部４０は、インサート部材２の中央に位置する。

ベアリングホルダ部４０は、ホルダ筒部（筒状部）４１と、ホルダ筒部４１の上端から径方向内側に延びる上板部４２と、を有する。ホルダ筒部４１は、中心軸Ｊを中心とする円筒状である。ホルダ筒部４１の径方向内側には、上側ベアリング１５が配置される。上板部４２は、上側ベアリング１５の外輪の上側を覆う。上板部４２には、軸方向に貫通する中央孔４２ａが設けられる。中央孔４２ａには、シャフト１１が通る。

複数のナット部５０は、周方向に沿って並んで配置される。ナット部５０は、中心軸Ｊと平行な中心線Ｊ２に沿って延びる柱状である。ナット部５０は、ハウジング３０に埋め込まれる。ナット部５０の中心線Ｊ２は、モータ１の中心軸Ｊと平行である。

ナット部５０の上端面５０ａは、ハウジング３０から露出する。ナット部５０の上端面５０ａは、ハウジング３０から外部に露出する露出端部として機能する。ナット部５０は、上端面５０ａに開口し中心線Ｊ２に沿って下側に延びるねじ穴（被締結穴）５１を有する。ねじ穴５１の内周面は、ハウジング３０から露出する。ねじ穴５１には、固定ボルト９ｅの軸部が挿入される。

外部装置９は、保持筒部９ａの下端部から径方向外側に延びる板状の固定板部９ｆを有する。本実施形態の外部装置９は、ナット部５０と同数（本実施形態において３個）の固定板部９ｆを有する。それぞれの固定板部９ｆは、軸方向に貫通する固定孔９ｇを有する。固定孔９ｇには、上側から固定ボルト９ｅが挿入される。固定ボルト９ｅがナット部５０のねじ穴５１に締結されることで、モータ１は、外部装置９に固定される。

本実施形態によれば、ナット部５０が金属材料からなるため、樹脂製のハウジング３０に直接的に外部装置９を固定する場合と比較して、締結時の応力で締結部分に損傷が生じることを抑制できる。したがって、モータ１とハウジング３０との締結強度を高めることができる。さらに、１つの固定ボルト９ｅによる締結強度を高めることで、所望の固定強度を得るための固定ボルト９ｅの本数を少なくすることが可能となり、モータ１を外部装置９に固定する工程を簡素化できる。

複数の腕部６１は、ベアリングホルダ部４０から径方向外側に向かって放射状に延びる。複数の腕部６１は、周方向に沿って等間隔に並ぶ。腕部６１は、ベアリングホルダ部４０とナット部５０とを連結する。

本実施形態によれば、ベアリングホルダ部４０とナット部５０とは、腕部６１を介して繋がる単一の部材からなる。このため、ナット部５０の剛性を高めることができモータ１を外部装置９に強固に固定することができる。また、駆動時のモータ１が発する振動の振動数に対するモータ１の固有振動数を十分に高くすることができる。結果的に、モータ１の共振を抑制することができ、駆動時のモータ１の振動を効果的に低減できる。

本実施形態によれば、インサート部材２は、ベアリングホルダとしての機能と複数のナットとしての機能とを兼ね備える。このように、１つの部材に複数の機能を持たせることで、モータ１の部品点数を抑制し製造工程を簡素化できる。

本実施形態によれば、ナット部５０は、軸方向から見てステータ２０に重なる。このため、軸方向から見てナット部５０が、モータ１の外形から径方向外側に突出することを抑制できる。結果的に、モータ１の径方向において小型化できる。
なお、一般的に、ナット部５０のような柱状の部材を樹脂部材に埋め込む場合、上端面および下端面を金型に挟み込むことで金型に保持することが考えられる。本実施形態によれば、ナット部５０はインサート部材２の一部であるため、ナット部５０を個別に金型で挟み込む必要がない。このため、ナット部５０の下端面をハウジング３０の内部でステータ２０と対向して配置することができる。結果的に、軸方向から見てナット部５０をステータ２０に重ねて配置することができる。

腕部６１の下端部にはリブ６１ａが設けられる。リブ６１ａは、中心軸Ｊと直交する平面に沿う板状である。リブ６１ａは、腕部６１の下端部から周方向両側に延び出る。図３に示すように、リブ６１ａの周方向寸法は、径方向外側に向かうに従い大きくなる。リブ６１ａの径方向外側の端部は、外環部６４の下端部に繋がる。リブ６１ａは、腕部６１を補強して振動を抑制する。これにより、ベアリングホルダ部４０とナット部５０との相対的な振動が低減できる。

環状ブリッジ部６２は、中心軸Ｊを中心とする環状である。環状ブリッジ部６２は、複数の腕部６１と交差して繋がる。環状ブリッジ部６２は、複数の腕部６１同士が互いに繋がることで補強される。これにより、腕部６１の振動が抑制され、ベアリングホルダ部４０とナット部５０との相対的な振動が低減できる。

図２に示すように、腕部６１の高さ寸法（軸方向寸法）は、環状ブリッジ部６２の高さ寸法より大きい。腕部６１の高さ寸法を大きくすることで、ベアリングホルダ部４０とナット部５０との相対的な振動を効果的に抑制できる。一方で、環状ブリッジ部６２は、腕部６１と比較すると振動低減に対する寄与が小さいため、高さ寸法を小さくして全体として軽量化を図ることが好ましい。

径方向ブリッジ部６３は、ベアリングホルダ部４０から径方向外側に延びる。径方向ブリッジ部６３は、周方向に隣り合う腕部６１同士の間に位置する。径方向ブリッジ部６３は、環状ブリッジ部６２および外環部６４に繋がる。径方向ブリッジ部６３は、インサート部材２の各部を連結するため、インサート部材２全体の剛性を高め、インサート部材２の剛性を高める。図２に示すように、腕部６１の高さ寸法は、径方向ブリッジ部６３の高さ寸法より大きい。これにより、インサート部材２全体の軽量化を図りつつ、効果的に振動を低減できる。

外環部６４は、中心軸Ｊを中心とする環状である。外環部６４は、複数のナット部５０を互いに連結する。また、外環部６４は、腕部６１および径方向ブリッジ部６３に繋がる。

本実施形態によれば、複数のナット部５０が、外環部６４において互いに連結される。このため、複数のインサートナットをそれぞれハウジング３０の内部に埋め込む場合と比較して、ナット部５０の剛性を高めることができる。これにより、モータ１の固有振動数を高め、駆動時のモータ１の振動を効果的に低減できる。

さらに、本実施形態によれば、複数のインサートナットをそれぞれハウジング３０の内部に埋め込む場合と比較して、ねじ穴５１同士の相対的な位置精度を容易に高めることができる。加えて、本実施形態によれば、ナット部５０は、ベアリングホルダ部４０とも単一の部材から構成される。このため、ベアリングホルダ部４０と各ねじ穴５１との相対的な位置精度も容易に高めることができる。

外環部６４の高さ寸法（軸方向寸法）および厚さ寸法（径方向寸法）は、一様ではない。図２に示すように、外環部６４の高さ寸法および厚さ寸法は、ナット部５０を通過する部分で最も大きくなる。また、外環部６４の高さ寸法および厚さ寸法は、一対のナット部５０の間で、ナット部５０から離れるに従い小さくなり中間位置６４Ｍで最も小さくなる。

本実施形態によれば、ナット部５０の周囲において外環部６４の高さ寸法および厚さ寸法を最も大きくすることでナット部５０の剛性を効率的に高めることができる。また、ナット部５０から離間した領域で外環部６４の高さ寸法および厚さ寸法を最も小さくすることで、ナット部５０の剛性に対して寄与が小さい領域の軽量化を図ることができる。結果的にインサート部材２の全体としての軽量化を図りつつ剛性を十分に確保することができる。

なお、ナット部５０の剛性のみを考慮した場合、中間位置６４Ｍにおいて外環部６４が途切れた形状とすることも想定される。しかしながら、本実施形態ではインサート部材２をダイカスト法により製造するため、外環部６４を環状とすることにより金型内における溶融材料の流動効率が高められる。その結果、外環部６４、ひいてはインサート部材２を精度よく製造することができる。なお、インサート部材２の製造方法は、ダイカスト法に限らない。例えば、インサート部材２は、ダイカスト法以外の他の鋳造方法で製造されてもよい。

図３に示すように、インサート部材２は、ベアリングホルダ部４０と外環部６４との間に、軸方向に貫通する複数の貫通孔６９を有する。複数の貫通孔６９は、環状ブリッジ部６２および径方向ブリッジ部６３によって区画される。

図１に示すように、インサート部材２がハウジング３０に埋め込まれることで、貫通孔６９には、ハウジング３０の進入部３６が入り込む。すなわち、ハウジング３０は、貫通孔６９に進入する進入部３６を有する。インサート部材２に周方向の力が付与された場合、進入部３６が径方向ブリッジ部６３に干渉しインサート部材２の回転が抑制される。

例えば、上述の実施形態では、インサート部材２の本体部がベアリングホルダ部４０として機能する場合について説明した。しかしながら、本体部は、ハウジング３０に埋め込まれるインサート部材２の一部であれば、その構成は限定されない。

以上に、本発明の一実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

上述した実施形態のモータユニットの用途は、特に限定されない。上述した実施形態およびその変形例のモータユニットは、例えば、電動ポンプ、および電動パワーステアリング等に搭載される。

１…モータ、２…インサート部材、９ｅ…固定ボルト（締結部材）、１０…ロータ、２０…ステータ、３０…ハウジング、３６…進入部、４０…ベアリングホルダ部（本体部）、５０…ナット部（被締結部）、５０ａ…上端面（露出端部）、５１…ねじ穴（被締結穴）、６１…腕部（第１連結部）、６２…環状ブリッジ部（第２連結部）、６３…径方向ブリッジ部（第３連結部）、６４…外環部（第４連結部）、６４Ｍ…中間位置、６９…貫通孔、Ｊ…中心軸

Claims (15)

1. 中心軸周りに回転するロータと、
   前記ロータと径方向に対向するステータと、
   樹脂からなり前記ステータが埋め込まれるハウジングと、
   インサート部材と、を備え、
   前記インサート部材は、
   前記ハウジングに埋め込まれる本体部と、
   締結部材が締結される被締結部と、を有し、
   前記本体部と前記被締結部とが、単一の部材からなり、
   前記インサート部材は、複数の前記被締結部を互いに連結する第４連結部を有する、モータ。
2. 複数の前記被締結部は、周方向に沿って並んで配置され、
   前記インサート部材は、前記本体部から径方向外側に延び前記本体部と前記被締結部とを連結する複数の第１連結部を有する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記第４連結部の軸方向寸法は、一対の前記被締結部の間で、前記被締結部から離れるに従い小さくなり中間位置で最も小さくなる、請求項１に記載のモータ。
4. 前記第４連結部の径方向寸法は、一対の前記被締結部の間で、前記被締結部から離れるに従い小さくなり中間位置で最も小さくなる、請求項１または３に記載のモータ。
5. 前記第４連結部は、中心軸Ｊを中心とする環状である、請求項１または３または４に記載のモータ。
6. 前記インサート部材は、前記中心軸周りを環状に延びて前記第１連結部と交差し繋がる第２連結部と、を有する、請求項２に記載のモータ。
7. 前記第１連結部の軸方向寸法は、前記第２連結部の軸方向寸法より大きい、請求項６に記載のモータ。
8. 前記インサート部材は、前記本体部から径方向外側に延びて前記第２連結部に繋がる第３連結部を有する、請求項６または７に記載のモータ。
9. 前記第１連結部の軸方向寸法は、前記第３連結部の軸方向寸法より大きい、請求項８に記載のモータ。
10. 前記本体部は、前記ロータを回転可能に支持するベアリングを保持する、請求項１～９の何れか一項に記載のモータ。
11. 前記インサート部材は、軸方向に貫通する貫通孔を有し、
    前記ハウジングは、前記貫通孔に進入する進入部を有する、請求項１～１０の何れか一項に記載のモータ。
12. 前記被締結部は、軸方向から見て前記ステータに重なる、請求項１～１１の何れか一項に記載のモータ。
13. 前記被締結部は、
    軸方向一方側に位置し前記ハウジングから露出する露出端部と、
    前記露出端部において開口し前記締結部材が挿入される被締結穴と、を有する、請求項１～１２の何れか一項に記載のモータ。
14. 前記インサート部材は、ダイカスト法により製造される、請求項１～１３の何れか一項に記載のモータ。
15. 前記インサート部材は、アルミニウム合金からなる、請求項１～１４の何れか一項に記載のモータ。
    

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