JP7561549B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

モータや発電機等のステータにおいて、ステータコアに対して、軸方向の上下からインシュレータをかぶせる技術が知られている。その際、コイルからステータコアへの熱伝導効率を上げるために、ステータコアを周方向側から覆う絶縁部材であるスカートを含まないインシュレータが知られている。

特開２０１４－１０００１６号公報 特開２００８－２７８６９５号公報

しかし、インシュレータにスカートを設けない場合、ステータコアとインシュレータとの嵌合部が、コイルへの磁束の流れに影響を及ぼす場合がある。

一つの側面では、磁束の流れへの影響を抑制できるモータを提供することを目的とする。

一つの態様において、モータは、回転軸と、ロータと、磁極部と、インシュレータとを備える。前記磁極部は、前記ロータに対向する。前記磁極部は、周方向に突出した端部を２つ備える。前記２つの端部には、前記インシュレータと嵌合する嵌合部が設けられる。前記インシュレータには、前記２つの端部に直接又は他の部材を介して嵌合する被嵌合部が設けられる。前記端部の径方向における厚さが、前記２つの端部の中間に位置する前記磁極部の一部分の径方向における厚さよりも大きい。

一つの態様によれば、磁束の流れへの影響を抑制できる。

図１は、第１の実施形態におけるモータの一例を示す斜視図である。 図２は、第１の実施形態における磁極部の一例を示す上面図である。 図３Ａは、第１の実施形態における第１インシュレータの一例を示す斜視図である。 図３Ｂは、第１の実施形態における第２インシュレータの一例を示す斜視図である。 図４は、第１の実施形態におけるコイルが巻き回される前のピースの一例を示す斜視図である。 図５は、第１の実施形態におけるピースの一例を示す分解斜視図である。 図６は、第１の実施形態におけるコイルが巻き回されたピースの一例を示す斜視図である。 図７は、第２の実施形態におけるコイルが巻き回されたピースの一例を示す斜視図である。 図８は、第２の実施形態におけるコイルが巻き回される前のピースを示す斜視図である。 図９は、図８のＢ－Ｂ線における断面図である。 図１０は、図７のＡ－Ａ線における断面図である。

以下、実施形態に係るモータについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、モータ１における軸方向、径方向及び周方向のうち、少なくともいずれかを含む座標系を図示する場合がある。

図１は、第１の実施形態におけるモータの一例を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態におけるモータ１は、例えば、ステータ２と、フレーム５１と、ロータ５２と、回転軸（シャフト）５３とを含む。ステータ２は、例えば、フレーム５１の内部に収容される。なお、実施形態で説明するステータ２は、インナーロータ型のブラシレスモータにおけるステータであり、例えば、ステータ２の内周側には、マグネットを構成部品として持つロータ５２が配置されており、さらにこのロータ５２には回転軸（シャフト）５３が結合している。また、ステータ２が実装されるモータ１は、例えば、車載用モータとして用いられる。また、ステータ２の形状を、インナーロータ型のブラシレスモータのステータに代えて、アウターロータ型のブラシレスモータのステータに変更しても構わない。

本実施形態におけるステータ２は、例えば、複数のピース３が円環状に連結されることにより構成される。本実施形態におけるステータ２は、例えば、等間隔で１２個のピース３α乃至３μを備える。なお、以下において、各ピース３α乃至３μを区別せずに表現する場合に、単にピース３と表記する場合がある。図１においては、１２個のピース３α乃至３μのうち、ピース３α及び３λのみを図示している。また、図１においては、周方向において各ピース３は連結されているが、この連結した構造の図示を省略している。

本実施形態におけるピース３は、第１インシュレータ１０と、第２インシュレータ２０と、ヨークとしてのティース（ステータコアを構成する構成要素）３０とを備える。また、ピース３には、コイル４０が巻き回される。また、本実施形態におけるピース３は、周方向に突出した２つの突出部３ａ及び３ｂを備える。

ティース３０は、例えば、ケイ素鋼板等の磁性体で形成された鋼板が、所定枚数、軸方向に積み重ねられて構成されている。図２は、第１の実施形態におけるティースの一例を示す上面図である。図２に示すように、ティース３０は、周方向に延在するバックヨークとしての外周部３２と、外周部外周部３２から径方向にロータ５２に向かって延在するフロントヨークとしての内周部３１と、外周部３２と内周部３１とを連結する中間部（連結部）３５と、を有する。また、内周部３１はロータ５２に対向するステータ２の磁極部となる。以下、内周部３１を磁極部３１と呼称する。本実施形態における磁極部３１は、ロータ５２に向かう先端側に、周方向に突出した２つの端部３３ａ及び３３ｂを備える。また、外周部３２には、周方向に突出した２つの第２端部３２ａ，３２ｂが形成される。２つの第２端部３２ａ，３２ｂは、２つの端部３３ａ，３３ｂよりも径方向における外周側に位置する。

本実施形態において、２つの端部３３ａ及び３３ｂは、磁極部３１を中心として、周方向に略対称となるように形成される。また、図２に示すように、ティース３０は、端部３３ａ，３３ｂの径方向における厚みＴ１が、磁極部３１の中央部分付近における、径方向における厚みＴ２よりも肉厚になるように形成される。また、端部３３ａには、孔部３４ａが形成され、端部３３ｂには、孔部３４ｂが形成される。なお、孔部３４ａ及び３４ｂは、嵌合部の一例である。また、嵌合部は、後に説明する突出部１４ａ，１４ｂ，２４ａ及び２４ｂとそれぞれ直接又は他の部材を介して嵌合可能な態様であれば、孔部ではなく凹部であってもよい。

また、図２に示すように、外周部３２は、端部３３ａ及び３３ｂと対向する面３２ｃを備える。また、端部３３ａ及び３３ｂは、外周部３２と対向する面３３ｃを備える。本実施形態において、外周部３２の面３２ｃと、端部３３ａ及び３３ｂの面３３ｃとは、相互に略平行に形成される。

本実施形態における第１インシュレータ１０は、ティース３０に、軸方向における上方向から装着される。また、本実施形態における第２インシュレータ２０は、ティース３０に、軸方向における下方向から装着される。図３Ａは、第１の実施形態における第１インシュレータの一例を示す斜視図である。図３Ｂは、第１の実施形態における第２インシュレータの一例を示す斜視図である。図４は、第１の実施形態におけるコイルが巻き回される前のピースの一例を示す斜視図である。第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０は、例えば、絶縁性樹脂を用いた射出成形によって形成される。

図３Ａに示すように、第１インシュレータ１０は、接続部１１と、外周部１２とを備える。第１インシュレータ１０の接続部１１は、例えば、巻き回されるコイル４０が断線することを抑制するために、図４に示すように、縁が丸みを帯びるように湾曲した面又は傾斜した面が形成される。第１インシュレータ１０の接続部１１は、中央部付近に、後に説明する孔部１８を備える。また、第１インシュレータ１０の接続部１１は、ロータ５２に向かう先端側に、周方向に突出した２つの端部１３ａ及び１３ｂを備える。端部１３ａには、突出部１４ａが形成され、端部１３ｂには、突出部１４ｂが形成される。

図３Ｂに示すように、第２インシュレータ２０は、接続部２１と、外周部２２とを備える。第２インシュレータ２０の接続部２１も、巻き回されるコイル４０が断線することを抑制するために、縁が丸みを帯びるように形成される。第２インシュレータ２０の接続部２１は、中央部付近に、後に説明する孔部２８を備える。また、第２インシュレータ２０の接続部２１は、ロータ５２に向かう先端側に、周方向に突出した２つの端部２３ａ及び２３ｂを備える。端部２３ａには、軸方向に突出する突出部２４ａが形成され、端部２３ｂには、軸方向に突出する突出部２４ｂが形成される。なお、突出部１４ａ，１４ｂ，２４ａ及び２４ｂは、被嵌合部の一例である。また、突出部１４ａ，１４ｂ，２４ａ及び２４ｂと、ティース３０の孔部３４ａ及び３４ｂとをまとめて表現する場合に「嵌合機構」と表記する場合がある。

図５は、第１の実施形態におけるピースの一例を示す分解斜視図である。図４及び図５に示すように、各ピース３は、ティース３０に、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０が装着されることにより形成される。すなわち、ピース３において、ティース３０は、回転軸方向において、第１インシュレータ１０と第２インシュレータ２０とに挟まれる。この際、図５に示すように、第１インシュレータ１０の突出部１４ａ及び１４ｂは、それぞれティース３０の孔部３４ａ及び３４ｂに挿入される。同様に、第２インシュレータ２０の突出部２４ａ及び２４ｂは、それぞれティース３０の孔部３４ａ及び３４ｂに挿入される。

また、図３Ａ、図３Ｂ及び図４に示すように、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０は、上面視において、ティース３０と略相似形に形成される。例えば、第１インシュレータ１０の接続部１１及び第２インシュレータ２０の接続部２１は、ティース３０の磁極部３１に対応する位置に形成される。同様に、第１インシュレータ１０の外周部１２及び第２インシュレータ２０の外周部２２は、ティース３０の外周部３２に対応する位置に形成される。また、第１インシュレータ１０の端部１３ａ，１３ｂ及び第２インシュレータ２０の端部２３ａ，２３ｂは、それぞれティース３０の端部３３ａ，３３ｂと対応する位置に形成される。また、第１インシュレータ１０の端部１３ａ，１３ｂ及び第２インシュレータ２０の端部２３ａ，２３ｂは、ティース３０の端部３３ａ及び３３ｂと同様に、径方向における厚みが、接続部２１の中央部分付近における、径方向における厚みよりも肉厚になるように形成される。

本実施形態において、第１インシュレータ１０の端部１３ａと、第２インシュレータ２０の端部２３ａと、ティース３０の端部３３ａとは、図１に示すピース３の突出部３ａを構成する。同様に、第１インシュレータ１０の端部１３ｂと、第２インシュレータ２０の端部２３ｂと、ティース３０の端部３３ｂとは、図１に示すピース３の突出部３ｂを構成する。

ピース３には、コイル４０が巻き回される。図６は、第１の実施形態におけるコイルが巻き回されたピースの一例を示す斜視図である。図６に示すように、本実施形態におけるコイル４０は、第１インシュレータ１０の接続部１１と、ティース３０の磁極部３１と、第２インシュレータ２０の接続部２１とを介して巻き回される。

本実施形態において、コイル４０は、ピース３の周方向における中央部にある接続部１１、２１及び磁極部３１に巻き回されるので、コイル４０に電流又は電圧が印加されて生じた磁束はティース３０を通過し、主にピース３の周方向における中央部付近において密度が高くなる。これに対し、本実施形態における、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０とティース３０との嵌合機構は、ピース３の周方向における中央部からは離間した位置である、突出部３ａ，３ｂに設けられる。これにより、嵌合機構がコイル４０への磁束の流れに及ぼす影響を軽減できる。

以上説明したように、本実施形態におけるモータ１は、回転軸５３と、ロータ５２と、ティース３０と、インシュレータ１０，２０とを備える。ティース３０は、ロータ５２に対向する。ティース３０は、周方向に突出した端部３３ａ，３３ｂを備える。２つの端部３３ａ，３３ｂには、インシュレータ１０，２０と嵌合する嵌合部３４ａ，３４ｂが設けられる。インシュレータ１０，２０には、２つの端部３３ａ，３３ｂに嵌合する被嵌合部１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂが設けられる。

かかる構成によれば、嵌合機構が、ティース３０内における磁束の流れを妨げる位置に設けられていないので、嵌合機構を設けたことによるモータ１における磁束の流れへの影響を抑制できる。また、嵌合機構を磁極部３１に設けないことで、コイル４０と、金属部材であるティース３０との接触面積をより広く確保できるので、コイル４０からティース３０への放熱の効率を向上できる。

また、回転軸方向において、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０の間に、ティース３０が挟まれる。ティース３０には、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０を介して、コイルが巻き回される。かかる構成において、嵌合部３４ａ，３４ｂ及び被嵌合部１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂの一方が、回転軸方向に延在する凸部であり、他方が回転軸方向に形成された凹部又は孔部であるが、実施の形態はこれに限られない。例えば、嵌合部３４ａ，３４ｂ及び被嵌合部１４ａ，１４ｂ，２４ａ，２４ｂの両方が、回転軸方向に形成された凹部又は孔部であるような構成であってもよい。このような構成においては、例えば、嵌合部３４ａと被嵌合部１４ａ及び２４ａとを、他の部材を用いて連結することができる。

また、ティース３０は、嵌合部３４ａ，３４ｂが設けられる端部３３ａ，３３ｂの径方向における厚さが、２つの端部３３ａ，３３ｂの中間に位置する部分の径方向における厚さよりも大きくなるように形成されてもよい。第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０についても同様である。これにより、嵌合部３４ａ，３４ｂを含む嵌合機構の強度を確保することができる。また、端部３３ａ，３３ｂの径方向における厚さを確保するために、ティース３０は、２つの端部３３ａ，３３ｂと対向し、２つの端部よりも径方向における外周側に位置する外周部３２を備え、この外周部３２が周方向に突出した２つの第２端部３２ａ，３２ｂをさらに備え、径方向において対向し合う端部３３ａ，３３ｂの面３３ｃと、第２端部３２ａ，３２ｂの面３２ｃとが、周方向において、略平行に形成されてもよい。

また、ティース３０における嵌合部は、例えば、第２端部３２ａ，３２ｂに設けられてもよく、端部３３ａ，３３ｂと第２端部３２ａ，３２ｂとの両方に設けられてもよい。これにより、ティース３０と、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０との嵌合をより強化し、安定感を向上させることができる。

次に、本発明に係るその他の実施形態及び変形例について説明する。なお、以下の各実施形態及び各変形例において、先に説明した図面に示す部位と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の各実施形態及び各変形例におけるピース４も、第１の実施形態におけるピース３と同様に、例えば図１に示すモータ１に実装され、円環状に連結されることによりステータ２を構成する。

［第２の実施形態］
第２の実施形態におけるピース４は、第１インシュレータ１０、第２インシュレータ２０及びティース３０が、金属部材６０，７０により覆われる点が、第１の実施形態におけるピース３と異なる。図７は、第２の実施形態におけるコイルが巻き回されたピースの一例を示す斜視図である。図８は、第２の実施形態におけるコイルが巻き回される前のピースを示す斜視図である。図７に示すように、本実施形態において、コイル４０は、第１インシュレータ１０、第２インシュレータ２０及びティース３０を覆う金属部材６０，７０の外側に接触するように巻き回される。

第２の実施形態における金属部材６０，７０は、例えば、銅などの熱伝導性がよい金属を、鞍形に加工することにより形成される。図９は、図８のＢ－Ｂ線における断面図である。図９に示すように、金属部材６０は、凸部６８を有し、第１インシュレータ１０、第２インシュレータ２０及びティース３０に軸方向の上側から被せられる。金属部材６０は、凸部６８が第１インシュレータ１０の孔部１８にかしめられることにより、第１インシュレータ１０に固定される。同様に、金属部材７０は、凸部７８を有し、第１インシュレータ１０、第２インシュレータ２０及びティース３０に軸方向の下側から被せられる。金属部材７０は、凸部７８が第２インシュレータ２０の孔部２８にかしめられることにより、第２インシュレータ２０に固定される。また、金属部材６０及び７０も、第１インシュレータ１０の接続部１１及び第２インシュレータ２０の接続部２１と同様に、巻き回されるコイル４０の断線を抑制するために、角部が丸みを帯びるように湾曲した面又は傾斜した面が形成される。また、金属部材６０、７０がインシュレータ１０に嵌め込んだ際に、金属部材６０、７０の間には所定の間隙が形成されていても構わない。

図１０は、図７のＡ－Ａ線における断面図である。図１０に示すように、金属部材６０は、絶縁膜６１と、金属層６２との２つの層を有する。金属部材７０についても、同様に絶縁膜７１と、金属層７２との２つの層（不図示）を有する。なお、図９においては、当該絶縁膜６１、７１の図示を省略している。コイル４０は、図１０に示す金属部材６０の絶縁膜６１と、金属部材７０の絶縁膜７１（不図示）とに触れるように巻き回される。

絶縁膜６１，７１は、例えば、メッキ、電着、塗装等により形成される絶縁層である。絶縁膜６１，７１は、厚さ０．０１～０．０２ｍｍ程度の熱伝導性を妨げない厚さに形成される。金属層６２，７２は、厚さ０．２～１．０ｍｍの金属で形成される。

以上説明したように、第２の実施形態におけるピース４では、回転軸方向において、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０の間に金属部材６０，７０が配置されており、金属部材６０，７０とコイル４０とは接触している。かかる構成においては、コイル４０から金属部材６０，７０への放熱性を確保しつつ、金属部材６０，７０により、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０とティース３０との嵌合をより強固にすることができる。

また、金属部材６０，７０には、絶縁膜６１，７１が形成され、コイル４０は、絶縁膜６１，７１に接触するように巻き回されてもよい。これにより、コイル４０と、ティース３０との絶縁性を確保できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０の端部１３ａ，１３ｂ，２３ａ及び２３ｂに孔部又は凹部が形成され、ティース３０の端部３３ａ，３３ｂに凸部が形成されてもよい。また、第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０の端部１３ａ，１３ｂ，２３ａ及び２３ｂと、ティース３０の端部３３ａ，３３ｂとの両方に孔部又は凹部が形成され、他の部材により第１インシュレータ１０及び第２インシュレータ２０とティース３０とが嵌合されるような構成であってもよい。また、第１インシュレータ１０の孔部１８、及び第２インシュレータ２０の孔部２８は、金属部材６０、７０をかしめられる形状であれば、凹部等であってもよい。

また、上述した実施形態では、モータ１が車載用に用いられるインナーロータ型のブラシレスモータである場合について説明したが、モータ１は、車載用以外に用いられるモータであってもよく、アウターロータ型のブラシレスモータであってもよく、またブラシ付きモータやステッピングモータなどの公知の他のモータであってもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ モータ、２ ステータ、３，４ ピース、１０，２０ インシュレータ、３０ ティース、３１ 磁極部、３２ 外周部、３３ａ，３３ｂ 端部、３５ 連結部、４０ コイル、５１ フレーム、５２ ロータ、５３ 回転軸（シャフト）、６０，７０ 金属部材、６１，７１ 絶縁膜、６２，７２ 金属層

Claims (7)

1. 回転軸と、
   ロータと、
   前記ロータに対向する磁極部と、
   インシュレータと、
   を備え、
   前記磁極部は、周方向に突出した端部を２つ備え、
   前記２つの端部に、前記インシュレータと嵌合する嵌合部が設けられ、
   前記インシュレータには、前記２つの端部に直接又は他の部材を介して嵌合する被嵌合部が設けられ、
   前記端部の径方向における厚さが、前記２つの端部の中間に位置する前記磁極部の一部分の径方向における厚さよりも大きい、
   モータ。
2. 前記インシュレータは、第１インシュレータ及び第２インシュレータを含み、
   回転軸方向において、前記第１インシュレータ及び前記第２インシュレータの間に、前記磁極部が挟まれ、
   前記磁極部には、前記第１インシュレータ及び前記第２インシュレータを介して、コイルが巻き回される、
   請求項１に記載のモータ。
3. 回転軸方向において、前記第１インシュレータ及び前記第２インシュレータの間には金属部材が配置されており、
   前記金属部材と前記コイルとは接触している、
   請求項２に記載のモータ。
4. 前記金属部材には、絶縁膜が形成され、
   前記コイルは、前記絶縁膜に接触している、
   請求項３に記載のモータ。
5. 前記嵌合部及び前記被嵌合部の一方が、回転軸方向に延在する凸部であり、
   前記嵌合部及び前記被嵌合部の他方が、回転軸方向に形成された凹部又は孔部である、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のモータ。
6. 前記嵌合部及び前記被嵌合部が、回転軸方向に形成された凹部又は孔部であり、
   前記他の部材を介して前記嵌合部と前記被嵌合部とが嵌合している、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のモータ。
7. 前記磁極部を含むヨークを備え、
   前記ヨークは、前記磁極部を内周部として、外周部と、当該内周部と外周部とを連結する中間部と、を備え、
   前記外周部は、径方向において前記磁極部の２つの端部と対向し、周方向に突出した２つの端部を備え、
   径方向において対向する、前記磁極部の端部の面と、前記外周部の端部の面とが、周方向において、略平行に形成される、請求項１乃至６のいずれか１つに記載のモータ。

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