JP7734026B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

従来、ベース部を備えたモータが知られている。ベース部は、内周側にベース円筒部を有しており、外周側にステータ支持筒部を有している。ベース円筒部とステータ支持筒部は、ベース座部によって接続されている。ベース円筒部には軸受部が固定されており、ステータ支持筒部にはステータが固定されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１９－６８６０４号公報

しかしながら、モータにおいては、振動の低減が求められており、特許文献１のような構造を有するモータにおいても、より振動を低減したいという要望があった。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、振動を低減することができるモータを提供することを課題の一例とする。

上記課題は、以下の本発明により解決される。すなわち、本発明のモータは、環状のロータと、前記ロータと対向するステータと、前記ロータを回転自在に保持する軸受と、前記ステータを保持するホルダと、を備え、前記ホルダは、前記軸受を保持する軸受保持部と、前記軸受保持部から径方向に延びる第１の平面部と、前記第１の平面部と軸方向に離れ、径方向に延びる第２の平面部と、前記第１の平面部と前記第２の平面部とを接続する接続部と、を有する。

本発明の一実施の形態にかかるアウターロータ型のモータの全体構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータの斜視断面図である。 図２の一部を拡大した断面図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータのステータコアの構成を示す斜視図である。 本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダとステータコアとコイルとの取付状態を示す図である。 図６の一部を拡大した図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態にかかるアウターロータ型のモータの全体構成を示す斜視図である。図２は、本発明の一実施の形態にかかるモータの斜視断面図である。図３は、図２の一部を拡大した断面図である。図４は、本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダの構成を示す斜視図である。図５は、本発明の一実施の形態にかかるモータのステータコアの構成を示す斜視図である。図６は、本発明の一実施の形態にかかるモータのステータホルダとステータコアとコイルとの取付状態を示す図である。図７は、図６の一部を拡大した図である。

なお、本実施の形態の説明において、以下の説明では、便宜上、モータ１が回転する際の軸Ｘが延びる方向を軸方向（回転軸方向）とする。また、以下の説明では、便宜上、軸方向において矢印ａ方向を上側または上方、矢印ｂ方向を下側または下方とする。軸Ｘに垂直な径方向において、軸Ｘから遠ざかる矢印ｃ方向を外周側または外側とし、軸Ｘに近づく矢印ｄ方向を内周側または内側とする。モータ１の周方向において矢印ｅ方向を時計回り方向とし、矢印ｆ方向を反時計回り方向とする。以下の説明において、上側（矢印ａ方向）および下側（矢印ｂ方向）は、図面上におけるモータ１の上下関係を意味し、重力方向における上下関係とは、必ずしも一致しない。

図１～図７に示すように、モータ１は、例えば、ドローン（図示せず）などの浮遊式移動体に搭載されるアウターロータ型のブラシレスモータである。
図１～図３に示すように、モータ１は、上側（矢印ａ方向）にあるロータハウジング１７にドローンのプロペラ（図示せず）が取り付けられ、下側（矢印ｂ方向）にあるステータホルダ１１にドローンの機体が取り付けられる。図２に示すように、モータ１は、主に、ステータホルダ１１と、ステータ１３と、ロータ１５と、ロータハウジング１７と、軸受１９と、を有している。

ステータホルダ１１は、例えば、鉄等の磁性体から構成されており、ステータ１３および軸受１９を保持する部材である。すなわち、ステータホルダ１１は、ホルダとして機能する。図４に示すように、ステータホルダ１１は、平面視円形状に形成された筒状の部材である。ステータホルダ１１は、内壁部１１１と、第１の平面部１１２と、接続部１１３と、第２の平面部１１４と、外壁部１１５と、第３の平面部１１６と、を有している。

内壁部１１１は、ステータホルダ１１の径方向における内周側（矢印ｄ方向）に形成されている。内壁部１１１は、軸Ｘ方向に延びて全体的に円筒形状または略円筒形状に形成されている。内壁部１１１は、内周側（矢印ｄ方向）の面（以下、これを「内周面」という。）１１１ｎにおいて、２つの軸受１９を保持している。
２つの軸受１９（１９ａ、１９ｂ）は、ロータ１５を回転自在に保持する。２つの軸受１９（１９ａ、１９ｂ）は、内壁部１１１の内周面１１１ｎに嵌め込まれて接着剤等により内壁部１１１に固定されている。なお、２つの軸受１９を固定する手段は、嵌め込みと接着剤に限られず、内壁部１１１の内周面１１１ｎに軸受１９の外輪を圧入して固定してもよい。
すなわち、内壁部１１１は、２つの軸受１９を保持する軸受ホルダ（軸受保持部）として機能する。軸受１９は、例えば、ボールベアリングである。ただし、軸受１９としては、ボールベアリングに限られず、例えば、スリーブベアリング等のその他種々のベアリングを用いるようにしてもよい。

ステータホルダ１１における内壁部１１１のロータハウジング１７とは反対側（下側（矢印ｂ方向））の端部には、薄板状の円盤形状に形成されたプレート１２が固定されている。
プレート１２は、径方向における外周側（矢印ｃ方向）の面（以下、これを「外周面」という。）１２ｇが内壁部１１１の内周面１１１ｎに嵌め込まれて接着剤等により内壁部１１１に固定されている。プレート１２は、径方向における外周側の端部に段差部１２ａを有している。段差部１２ａは、軸受１９ｂを下側（矢印ｄ方向）から支持する。

第１の平面部１１２は、内壁部１１１の下側（矢印ｂ方向）の端部からステータホルダ１１の径方向の外周側（矢印ｃ方向）へ向かって延びる円盤状に形成されている。
第１の平面部１１２は、内壁部１１１に連続して形成され、内壁部１１１と一体に形成されている。第１の平面部１１２は、面が径方向に平行に延びるように形成されている。すなわち、第１の平面部１１２は、軸Ｘを中心とした薄板状の環状部分である。
第１の平面部１１２には、上下方向に貫通する孔１１２ａが複数形成されている。孔１１２ａは、ステータホルダ１１の軽量化を図る肉抜き孔として機能する他、配線や締結具等を通す孔としても機能する。

接続部１１３は、第１の平面部１１２の径方向における外周側（矢印ｃ方向）の端部からステータ１３に向かって延びる筒状に形成されている。すなわち、接続部１１３は、第１の平面部１１２の径方向における外周側（矢印ｃ方向）の端部からステータホルダ１１の径方向の外周側（矢印ｃ方向）、かつ、上側（矢印ａ方向）へ延びるように形成されている。言い換えると、接続部１１３は、軸Ｘ方向に対して傾斜して延びている。具体的には、接続部１１３は、内壁部１１１および第１の平面部１１２の延びる方向に交差する斜め方向に延びるように形成されている。
接続部１１３は、一方の端部（下側（矢印ｂ方向）の端部）が第１の平面部１１２に連続して形成され、第１の平面部１１２と一体に形成されている。
接続部１１３は、ステータホルダ１１の内側において、第１の平面部１１２とのなす角度が鈍角となるように形成されていることが好ましい。

第２の平面部１１４は、接続部１１３の他方の端部（上側（矢印ａ方向）の端部）からステータホルダ１１の径方向の外周側（矢印ｃ方向）へ向かって延びる円盤状に形成されている。すなわち、第２の平面部１１４は、第１の平面部１１２と軸Ｘ方向に離れている。
第２の平面部１１４は、接続部１１３に連続して形成され、接続部１１３と一体に形成されている。すなわち、接続部１１３は、第１の平面部１１２と第２の平面部１１４を接続する。第２の平面部１１４は、面が径方向に平行に延びるように形成されている。すなわち、第２の平面部１１４は、軸Ｘを中心とした薄板状の環状部分である。

外壁部１１５は、第２の平面部１１４の径方向における外周側（矢印ｃ方向）の端部から軸Ｘ方向に延びて全体的に円筒形状または略円筒形状に形成されている。外壁部１１５は、第２の平面部１１４に連続して形成され、第２の平面部１１４と一体に形成されている。外壁部１１５は、外周側（矢印ｃ方向）の面（以下、これを「外周面」という。）１１５ｇにおいて、ステータ１３を保持している。
ステータ１３は、外壁部１１５の外周面１１５ｇに嵌め込まれて接着剤等により外壁部１１５に固定されている。なお、ステータ１３を固定する手段は、嵌め込みと接着剤に限られず、外壁部１１５の外周面１１５ｇにステータ１３を圧入して固定してもよい。
外壁部１１５（外周面１１５ｇ）の外径は、後述するステータコア１３１の円環部１３２における内周面１３２ｎ（図５）の内径とほぼ同じである。ただし、これに限らず、外壁部１１５（外周面１１５ｇ）の外径が円環部１３２における内周面１３２ｎの内径よりも僅かに小さい、または、僅かに大きくてもよい。

第３の平面部１１６は、外壁部１１５の上側（矢印ａ方向）の端部からステータホルダ１１の径方向の外周側（矢印ｃ方向）へ向かって延びる円盤状に形成されている。すなわち、第３の平面部１１６は、第１の平面部１１２および第２の平面部１１４と軸Ｘ方向に離れている。
第３の平面部１１６は、外壁部１１５に連続して形成され、外壁部１１５と一体に形成されている。すなわち、外壁部１１５は、第２の平面部１１４と第３の平面部１１６を接続する。第３の平面部１１６は、面が径方向に平行に延びるように形成されている。すなわち、第３の平面部１１６は、軸Ｘを中心とした薄板状の環状部分である。
第３の平面部１１６は、外壁部１１５の外周面１１５ｇから所定の長さだけ外周側（矢印ｃ方向）へ突出している。しかし、第３の平面部１１６は、後述するコイル１３９および隣接するコイル１３９同士を繋ぐ渡り線１３９ｗにまでは到達しない程度の長さに形成されている。これにより、第３の平面部１１６がコイル１３９および渡り線１３９ｗに接触して破損させることを予め回避する構造となっている。
第３の平面部１１６の上側（矢印ａ方向）の面１１６ａは、ロータハウジング１７と接触していない。第３の平面部１１６の下側（矢印ｂ方向）の面１１６ｂは、ステータ１３の円環部１３２の上側の面１３２ａ（ステータ１３の軸方向における一方の面）に接触している。第３の平面部１１６は、下側（矢印ｂ方向）の面１１６ｂにおいて、ステータ１３を上方から押さえることにより、外壁部１１５と共にステータ１３を保持している。ステータ１３は、接着剤等によりステータホルダ１１の第３の平面部１１６の下側の面１１６ｂに固定されている。
外壁部１１５および第３の平面部１１６は、ステータコア１３１を保持する機能を有しており、外壁部１１５および第３の平面部１１６によってステータ保持部１１７が形成されている。

ステータ１３は、ステータホルダ１１における外壁部１１５の外周面１１５ｇに固定されている。ステータ１３は、図２に示すように、ロータ１５に対向する位置に設けられている。ステータ１３は、ステータコア１３１と、コイル１３９とを有している。
図５に示すように、ステータコア１３１は、磁性体としての珪素鋼板等の積層体となっている。ただし、ステータコア１３１は、非磁性体や樹脂等であってもよい。
ステータコア１３１は、円環部１３２と、ティース部１３３と、先端部１３４と、を有する。なお、ティース部１３３および先端部１３４を含めて磁極部と称する。

円環部１３２は、平面視円形状に形成された環状体である。円環部１３２は、径方向に所定の厚みを有するように形成されている。具体的には、円環部１３２の径方向における厚みは、外壁部１１５の外周面１１５ｇからの第３の平面部１１６の径方向への突出量よりも長くなるように形成されている。
円環部１３２の内周面１３２ｎ（ステータ１３の径方向における内径側の側端面）は、ステータホルダ１１の外壁部１１５の外周面１１５ｇに接触する部分であり、円環部１３２の外周面１３２ｇは、ティース部１３３が形成される部分である。

ティース部１３３は、円環部１３２の外周面１３２ｇに形成されている。ティース部１３３は、円環部１３２の外周面１３２ｇから外周側（矢印ｃ方向の側）へ向かって延びるように円環部１３２と一体に形成されている。すなわち、ティース部１３３は、円環部１３２の径方向に沿って延びるように形成されている。ティース部１３３は、円環部１３２の外周面１３２ｇの周方向に沿って一定の間隔をあけて複数形成されている。

先端部１３４は、各ティース部１３３の先端にそれぞれ形成されている。先端部１３４は、ティース部１３３の先端から円環部１３２の周方向における時計回り方向（矢印ｅ方向の側）および反時計回り方向（矢印ｆ方向の側）にそれぞれ突出するようにティース部１３３と一体に形成されている。先端部１３４は、隣り合う先端部１３４同士が互いに接触しないように一定の間隔をあけて形成されている。隣り合う先端部１３４の間隔は、隣り合うティース部１３３同士の間隙（スロット）と比較して狭くなっている。

円環部１３２、ティース部１３３、先端部１３４は、ヨークとして機能する。
ステータコア１３１のティース部１３３には、絶縁部材で形成されたインシュレータ（図示せず）が装着されおり、そのインシュレータを介してコイル１３９が巻回されている。すなわち、ステータコア１３１のティース部１３３とコイル１３９との間は、インシュレータを介して電気的に絶縁されている。なお、絶縁性を有する樹脂膜をステータコア１３１の表面に塗布または形成して、樹脂膜をインシュレータとして用いても構わない。

ロータ１５は、図２に示すように、環状に形成されている。ロータ１５は、ヨーク１５１と、マグネット１５３と、を有している。

ヨーク１５１は、軸Ｘに沿って延びる円筒形状を有する鉄芯である。ヨーク１５１は、マグネット１５３を取り囲んだ状態でマグネット１５３を一体に保持している。ヨーク１５１は、マグネット１５３と磁気回路を形成するものであり、鉄等の磁性体により形成されている。ヨーク１５１は、軸Ｘ方向においてマグネット１５３よりも高く形成されている。

マグネット１５３は、磁性体の一体成形物である。マグネット１５３は、ヨーク１５１と同様に軸Ｘに沿って延びる円筒形状を有している。マグネット１５３は、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに接着剤を用いて固定されている。ただし、接着剤に限らず、例えば、マグネット１５３が圧入等によってヨーク１５１の内周面１５１ｎに接触して保持されていてもよい。
マグネット１５３は、ステータコア１３１の先端部１３４に対向する内周面が、Ｓ極に着磁された領域と、Ｎ極に着磁された領域とに分けられ、周方向に沿って交互に配置されている。マグネット１５３の軸Ｘ方向における高さは、ヨーク１５１の軸Ｘ方向における高さよりも低く形成されている。なお、マグネット１５３の軸Ｘ方向における高さは、ヨーク１５１の軸Ｘ方向における高さと等しく形成されていてもよい。
すなわち、マグネット１５３は、ヨーク１５１によってマグネット１５３の外周面１５３ｇが外周側（矢印ｃ方向側）から覆われた状態で保持されていればよい。なお、ヨーク１５１の内周面１５１ｎと、マグネット１５３の上側（矢印ａ方向）の端面１５３ａとによって、ロータハウジング１７の外周部１７３（後述する）が保持されている。

ロータハウジング１７は、アルミニウム合金等の比較的軽い金属によって形成されており、全体的に円盤形状を有している。ただし、アルミニウム合金に限らず、ロータハウジング１７は、樹脂やプラスチック等の他の素材によって形成されていてもよい。
図１および図２に示すように、ロータハウジング１７は、内周部１７１と、外周部１７３と、スポーク部１７５と、を有している。

図２に示すように、内周部１７１は、ロータハウジング１７の内周側（矢印ｃ方向）に形成されている。内周部１７１は、円盤状に形成されており、中心には軸Ｘを中心とした孔１７１ｈが形成されている。内周部１７１は、上側（矢印ａ方向）からステータホルダ１１の内壁部１１１を覆うことが可能な外径を有している。
内周部１７１は、軸Ｘを中心として上下方向（矢印ａｂ方向）に延びる円筒形状の回転軸１７２を有している。回転軸１７２の外周面１７２ｇには、軸受１９（１９ａ、１９ｂ）の内輪が保持されている。すなわち、回転軸１７２は、モータ１においてロータ１５と共に回転する。なお、回転軸１７２は内周側に空間を有しない円柱形状であってもよい。

外周部１７３は、ロータハウジング１７の外周側（矢印ｃ方向）の端部に環状に形成されている。外周部１７３は、径方向における外周側（矢印ｃ方向）の端部によって、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに固定されたマグネット１５３を上側（矢印ａ方向）から覆う部分である。外周部１７３は、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに圧入されることにより、ヨーク１５１に一体に取り付けられ、外周部１７３の外側面１７３ｍとヨーク１５１の内周面１５１ｎとが接触している。なお、外周部１７３は、ヨーク１５１の内周面１５１ｎに接着等によって、ヨーク１５１に一体に取り付けられていてもよい。

スポーク部１７５は、複数（例えば、６本）形成されており、内周部１７１と外周部１７３とを接続する。スポーク部１７５は、一方の端部が内周部１７１の外周側（矢印ｃ方向）の縁部に接続されており、他方の端部が外周部１７３の内周側（矢印ｄ方向）の縁部に接続されている。
内周部１７１と、外周部１７３と、スポーク部１７５は、一体に形成されている。

以上の構成において、ステータコア１３１の円環部１３２の内周面１３２ｎが、ステータホルダ１１の外壁部１１５の外周面１１５ｇに沿うようにステータホルダ１１をステータコア１３１に挿入する。
このとき、予め、ステータホルダ１１の外壁部１１５の外周面１１５ｇと、第３の平面部１１６の下側の面１１６ｂとに接着剤を塗っておく。ステータホルダ１１をステータコア１３１に挿入した際には、ステータホルダ１１の外壁部１１５の外周面１１５ｇとステータコア１３１の円環部１３２の内周面１３２ｎとを密着させ、第３の平面部１１６の下側の面１１６ｂとステータ１３の円環部１３２の上側の面１３２ａとを密着させ、接着剤を乾燥させることにより、ステータコア１３１がステータホルダ１１に固定される。
また、ステータホルダ１１の内壁部１１１にプレート１２、軸受１９、ロータハウジング１７を取り付ける。
これにより、モータ１を組み立てることができる。

以上の構成によれば、ステータホルダ１１は、それぞれ径方向に延びる第１の平面部１１２と第２の平面部１１４を有し、第１の平面部１１２と第２の平面部１１４とが接続部１１３にて接続されているので、ステータホルダ１１には段差が形成される。ここで、ステータ１３で発生した振動はステータホルダ１１を伝わるが、振動の成分は、径方向と軸方向の成分を有している。その際、ステータホルダ１１が段差を有することで、断面二次モーメントが大きくなり、軸Ｘ方向の力に対して曲げ強度が高くなる構造となっていることから、振動や衝撃が伝わりにくくなり、ステータホルダ１１で振動を低減することができる。
また、接続部１１３を軸Ｘ方向に対して傾斜する方向に延びるように形成することで、ステータホルダ１１の剛性をより高めることができる。また、接続部１１３を軸Ｘ方向に対して交差する斜め方向に延びるように形成することで、接続部１１３を軸Ｘ方向に沿って延びるように形成する場合よりもステータホルダ１１の体積を減らすことができるので、ステータホルダ１１の軽量化を図ることができる。

また、ステータホルダ１１を磁性体で構成することにより、図７の矢印に示すように、ステータコア１３１とステータホルダ１１とで磁気回路を形成することができるので、ステータコア１３１内にとどまっていた磁路をステータホルダ１１内まで拡大することができる。これにより、ステータコア１３１における円環部１３２の径方向の厚みを減らすことができるので、ステータコア１３１の軽量化を図ることができる。ステータコア１３１の軽量化を図ることにより、ステータ１３で発生する振動を低減することができる。

また、ステータホルダ１１は、外壁部１１５と第３の平面部１１６でステータ１３を保持することができるので、ステータコア１３１の円環部１３２内にステータホルダ１１を挿入することでステータ１３を保持することができるので、モータ１の組み立てを容易にすることができる。

＜その他の形態＞
以上、モータについて、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、モータは上記実施の形態の構成に限定されるものではない。
例えば、上記のモータ１は、アウターロータ型のブラシレスモータとして構成されているが、ブラシレスモータ以外のモータ、インナーロータ型のモータにも適用可能である。
また、ステータホルダ１１の接続部１１３は、軸Ｘ方向に対して傾斜する方向に延びている場合に限らず、軸Ｘ方向に沿って延びていてもよい。つまり、ステータホルダ１１に段差が形成されていれば、接続部１１３が延びる方向は問わない。
また、上記のモータ１は、第１の平面部１１２と第２の平面部１１４とを形成することにより、一つの段差が形成されていたが、平面部の数を増やして複数の段差を有するステータホルダ１１としてもよい。
また、ステータホルダ１１を構成する内壁部１１１、第１の平面部１１２、接続部１１３、第２の平面部１１４、外壁部１１５および第３の平面部１１６は、一体に形成されていてもよいし、一部が別個に形成されていてもよい。
また、スポーク部１７５を有していない円盤形状のロータハウジングを用いるようにしてもよい。
その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明のモータを適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範囲に含まれる。

１…モータ、１１…ステータホルダ、１３…ステータ、１５…ロータ、１７…ロータハウジング、１９（１９ａ、１９ｂ）…軸受、１１１…内壁部、１１２…第１の平面部、１１３…接続部、１１４…第２の平面部、１１５…外壁部、１１６…第３の平面部、１３１…ステータコア、１３２…円環部、１３３…ティース部、１３４…先端部、１３９…コイル、１５１…ヨーク、１５３…マグネット、１７１…内周部、１７３…外周部、１７５…スポーク部。

Claims (3)

1. 環状のロータと、
   前記ロータと対向するステータと、
   前記ロータを回転自在に保持する軸受と、
   前記ステータを保持するホルダと、を備え、
   前記ホルダは、
   前記軸受を保持する軸受保持部と、
   前記軸受保持部から径方向に延びる第１の平面部と、
   前記第１の平面部と軸方向に離れ、径方向に延びる第２の平面部と、
   前記第１の平面部と前記第２の平面部とを接続する接続部と、
   前記第２の平面部から前記軸方向に延びる外壁部と、を有し、
   前記外壁部の外周面に前記ステータの内周面が固定され、
   前記接続部は、軸方向に対して傾斜して延びる、モータ。
2. 前記ホルダは、磁性体で構成され、前記ステータの径方向における内径側の側端面と接触する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記第２の平面部と軸方向に離れ、前記ステータの軸方向における一方の面と接触する第３の平面部を有する、請求項１または２に記載のモータ。