JPWO2019244451A1 - モータ - Google Patents

Abstract

モータは、ロータと、径方向内側に延びて、周方向に配列された複数のティース部を有するリング状のステータコア、および複数のティース部のそれぞれに巻き付けられた複数のコイルを有するステータと、複数のティース部のそれぞれの回転軸方向の両側に配置される一対のインシュレータとを備えている。コイルが、インシュレータを介して、ティース部のまわりに巻かれて構成され、ティース部の方向に向かって開口する収納溝が、インシュレータの少なくとも一方に形成されており、センサが、収納溝に収納されている。

Description

本発明は、モータに係り、特にセンサを内蔵したモータに関する。

従来より、温度センサ、磁気センサ等を内蔵する構造のモータ、いわゆるセンサ内蔵型モータが知られている。

例えば、温度センサは，モータ内部のコイルの温度を監視する目的で、モータに内蔵される。これにより、コイルの温度上昇によってコイルの絶縁被膜が劣化することを防止する。

通常、モータ内部のコイルの表面は、放熱面として機能するため、コイルの内側と表面とでは温度にむらが存在する。そのため、温度センサを内蔵するモータにおいて、より正確にコイルの温度を測定するために、巻回されたコイルの内側に温度センサを埋め込む技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特許第３４４７７０２号公報 特開２０１０−４６７３号公報

しかしながら、特許文献１、２では、温度センサがコイルに直接触れる構造となっている。そのため、温度センサの角部によって、コイルの絶縁皮膜が傷つけられ、コイルの絶縁特性が低下するおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、モータの絶縁特性に影響を与えずにセンサを内蔵することができる、モータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るモータは、ロータと、径方向内側に延びて、周方向に配列された複数のティース部を有するリング状のステータコア、および複数のティース部のそれぞれに巻き付けられた複数のコイルを有するステータと、複数のティース部のそれぞれの回転軸方向の両側に配置される一対のインシュレータとを備え、コイルが、インシュレータを介して、ティース部のまわりに巻かれて構成され、ティース部の方向に向かって開口する収納溝が、インシュレータの少なくとも一方に形成されており、センサが、収納溝に収納されている。

また、本発明に係る別のモータは、ロータと、径方向内側に延びて、周方向に配列された複数のティース部を有するリング状のステータコア、および複数のティース部のそれぞれに巻き付けられた複数のコイルを有するステータと、複数のティース部のそれぞれの回転軸方向の両側に配置される一対のインシュレータとを備え、コイルが、インシュレータを介して、ティース部のまわりに巻かれて構成され、周方向に向かって開口する収納溝が、インシュレータの少なくとも一方に形成されており、センサが、収納溝に収納されている。

本発明に係るモータによれば、センサの角部がコイルの絶縁皮膜を傷つけることがないため、モータの絶縁特性に影響を与えずにセンサを内蔵することができるモータを実現できる。

実施の形態１に係るモータの構造を示す断面図である。 実施の形態１に係るモータの構造を示すは上面図である。 実施の形態１に係るモータのロータの構造を示す側面図である。 実施の形態１に係るモータのロータの構造を示す斜視図である。 実施の形態１に係るモータのステータコアの斜視図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの正面側の斜視図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの正面図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの上面図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの側面図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの下面図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの断面図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの背面側の斜視図である。 実施の形態１に係るモータの負荷側のインシュレータの背面図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの正面側の斜視図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの正面図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの上面図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの側面図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの下面図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの断面図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの背面側の斜視図である。 実施の形態１に係るモータの反負荷側のインシュレータの背面図である。 実施の形態２に係るモータの負荷側のインシュレータの構造を示す下面図であり、温度センサを配置しない状態の図である。 実施の形態２に係るモータの負荷側のインシュレータの構造を示す下面図であり、温度センサを配置した状態の図である。 実施の形態３に係るモータの負荷側のインシュレータの構造を示す下面図であり、温度センサを配置しない状態の図である。 実施の形態３に係るモータの負荷側のインシュレータの構造を示す下面図であり、温度センサを配置した状態の図である。 実施の形態４に係るモータの負荷側のインシュレータの構造を示す下面図であり、磁気センサを配置しない状態の図である。 実施の形態４に係るモータの負荷側のインシュレータの構造を示す下面図であり、磁気センサを配置した状態の図である。 実施の形態５に係るモータの反負荷側のインシュレータの側面図である。 実施の形態５に係るモータの反負荷側のインシュレータの断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願が開示するモータの実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１〜図２１は、本発明の実施の形態１に係るモータ１の構造を示す図である。

図１、図２に示されるように、実施の形態１に係るモータ１は、ロータ２と、リング形状のステータ３とを備えている。これ以降、ロータ２のシャフト２１に沿う方向を「回転軸方向」と定義する。また、シャフト２１の回転する方向を「周方向」、シャフト２１からステータ３の外周に放射状に向かう方向を「径方向」と定義する。

図１、図３、図４には、ロータ２の詳細な構造が示されている。ロータ２は、回転軸であるシャフト２１と、磁性材料によって構成されるロータコア２２と、軸受ベアリング２３，２４と、磁石２５とを含んでいる。磁石２５は、ロータコア２２に設けられたスロット溝に挿入されて固定されている。シャフト２１は、ロータコア２２および軸受ベアリング２３，２４を貫通して固定されている。

なお、本実施の形態１では、ロータコア２２に設けられたスロット溝に磁石２５が挿入される構造であるが、ロータコア２２の外周面に磁石２５を貼り付ける構造であってもよい。また、かご型誘導モータのロータコアのように、磁石２５を使用しない構造であってもよい。

また、図１に示されるように、ステータ３は、磁性材料によって構成されるリング形状のステータコア３１と、ステータコア３１の上部に嵌め合わされるフレーム３２と、コイル３３と、インシュレータ３４，３５とを含んでいる。また、フレーム３２の下部には、ブラケット４が嵌め合わされている。

図５には、ステータコア３１の詳細な構造が示されている。ステータコア３１の内周側には、ステータコア３１の径方向に沿って延びる複数のティース部３６が設けられている。

各ティース部３６には、図中の上方向からインシュレータ３４が取り付けられる共に、図中の下方向からインシュレータ３５が取り付けられる。また、インシュレータ３４，３５が取り付けられた後の各ティース部３６には、コイル３３が巻き付けられる。

インシュレータ３４，３５は、ステータコア３１の各ティース部３６とコイル３３とを電気的に絶縁するものであり、絶縁材料、例えば樹脂によって構成されている。

なお、図１の断面図に示されるように、インシュレータ３４は、ロータ２の回転軸方向に沿って負荷に近い側、すなわち「負荷側」に取り付けられている。また、インシュレータ３５は、ロータ２の回転軸方向に沿って負荷と反対の側、すなわち「反負荷側」に取り付けられている。

換言すれば、各ティース部３６について、インシュレータ３４，３５は、ロータ２の回転軸方向に沿って、両側から取り付けられている。

また、同じく図１の断面図に示されるように、ロータ２の負荷側の軸受ベアリング２３は、ステータ３のフレーム３２によって支持されている。一方、ロータ２の反負荷側の軸受ベアリング２４は、フレーム３２に嵌め合わされたブラケット４によって支持されている。

次に、本実施の形態１に係るインシュレータ３４，３５の詳細について説明する。

図６〜図１３には、ステータコア３１の各ティース部３６の負荷側に取り付けられるインシュレータ３４の詳細な構造が示されている。

インシュレータ３４は、ティース部３６を覆うカバー部３４ａと、カバー部３４ａの上から巻き付けられるコイル３３を支える内ツバ部３４ｂおよび外ツバ部３４ｃとを有している。

図６に示されるように、カバー部３４ａの角部３４ｅには、巻き付けられるコイル３３の線径と同程度のラウンドが形成されている。これにより、コイル３３の曲げＲが極端に小さくなることが回避され、コイル３３の絶縁皮膜の絶縁特性が低下することが防止される。この理由から、角部３４ｅに形成されるラウンドのＲ寸法は、大きいほうが好ましい。

一方、インシュレータ３４の各部分の厚みは、成形可能な最小の厚み寸法以上であればよい。そのため、カバー部３４ａの回転軸方向の厚み、すなわち図６の紙面上方向の厚みは、上記のＲ寸法にあわせて決定されることが好ましい。

図１４〜図２１には、ステータコア３１の各ティース部３６の反負荷側に取り付けられるインシュレータ３５の詳細な構造が示されている。

インシュレータ３５は、ティース部３６を覆うカバー部３５ａと、カバー部３５ａの上から巻き付けられるコイル３３を支える内ツバ部３５ｂおよび外ツバ部３５ｃとを有している。

図１４に示されるように、カバー部３５ａの角部３５ｅには、巻き付けられるコイル３３の線径と同程度のラウンドが形成されている。これにより、コイル３３の曲げＲが極端に小さくなることが回避され、コイル３３の絶縁皮膜の絶縁特性が低下することが防止される。この理由から、角部３５ｅに形成されるラウンドのＲ寸法は、大きいほうが好ましい。

一方、インシュレータ３５の各部分の厚みは、成形可能な最小の厚み寸法以上であればよい。そのため、カバー部３５ａの回転軸方向の厚み、すなわち図１４の紙面上方向の厚みは、上記のＲ寸法にあわせて決定されることが好ましい。

また、インシュレータ３５の外ツバ部３５ｃには、コイル導入溝３５ｄが形成されている。

さらに、図１８、図１９に示されるように、カバー部３５ａの下面、すなわちティース部３６に対向する面には、コイル３３の温度を測定する温度センサを収納するための収納溝３５ｆが形成されている。

収納溝３５ｆは、ステータコア３１のティース部３６に向けて開口しており、ステータコア３１の径方向に沿って形成されている。また、収納溝３５ｆにおいて、外ツバ部３５ｃの側の端面３５ｇと内ツバ部３５ｂの側の端面３５ｈとは、ともに開いている。

モータ１の内部に温度センサを組み込む際には、この収納溝３５ｆに温度センサを収納して固定する。温度センサの固定方法としては、収納溝３５ｆへの圧入、接着、樹脂封入等が考えられる。

特に、コイル３３から温度センサへの熱伝導を促進するためには、接着、樹脂封入等の熱伝導性の優れた方法によって固定するのが好ましい。また、モータ１の組み立て時に温度センサを収納するタイミングは、ステータコア３１にフレーム３２を嵌め合わせた後であれば、コイル３３を巻き付ける前であってもよいし、コイル３３を巻き付けた後であってもよい。

なお、先述したように、インシュレータ３５において、収納溝３５ｆが形成される部分の厚みは、カバー部３５ａの角部３５ｅにラウンドを形成する要求から決定されている。すなわち、収納溝３５ｆが形成される部分は、元々はデッドスペースとなっていた部分である。

したがって、インシュレータ３５の回転軸方向、すなわち図１４の紙面上方向の寸法増加は、温度センサ５の外寸からインシュレータ３５に元来必要であった厚みを減算した後、成形可能な最小厚みを加算した値で済む。

これに対して、仮にコイル３３の外側に温度センサを取り付ける場合には、温度センサの外寸の分だけインシュレータ３５の寸法が増加してしまう。したがって、本実施の形態１では、コイル３３の外部に温度センサを取り付ける場合と比較すると、回転軸方向の寸法増加が大幅に抑えられる。

以上に説明したように、本発明の実施の形態１係るモータでは、ステータのティース部にインシュレータが取り付けられており、インシュレータの上からコイルが巻き付けられている。インシュレータのカバー部には、ティース部に向けて開口する収納溝が形成されており、この収納溝内にセンサが収納されている。

したがって、センサをコイルの内側に配置しながら、センサがコイルに直接触れてその絶縁皮膜を傷つけることが防止される。これにより、モータの絶縁特性に影響を与えずにセンサを内蔵することができる。

また、センサをコイルの内側に配置しているにもかかわらず、容易にコイルを整列して巻き付けることができ、コイルの巻き付き形状に影響を与えることがない。

また、上述したように、インシュレータにおいて、元来デッドスペースとなっていた部分に収納溝が形成されるため、省スペースなセンサ内蔵型モータとすることができる。

さらに、収納溝内にセンサを固定する際には、圧入、接着、樹脂封入等の固定方法を使用することができるため、センサ固定用の追加部品が不要である。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２に係るモータの構造について、図２２、図２３を参照して説明する。なお、これ以降に説明する実施の形態２〜４は、実施の形態１を基本構造とする派生形態である。そのため、実施の形態１と同一または同様の構造については、詳細な説明は省略する。

図２２、図２３は、実施の形態２に係るインシュレータ２３５の下面図であり、インシュレータ２３５をステータ３のティース部３６の方向から見た図である。このインシュレータ２３５は、ティース部３６の反負荷側に取り付けられるものであり、実施の形態１のインシュレータ３５に相当するものである。

実施の形態１と同様に、インシュレータ２３５のカバー部２３５ａの下面に形成される収納溝２３５ｆは、ステータコア３１のティース部３６に向けて開口しており、ステータコア３１の径方向に沿って形成されている。しかしながら、図２２に最もよく示されるように、収納溝２３５ｆにおいて、外ツバ部２３５ｃの側の端面２３５ｇは開いているが、内ツバ部２３５ｂの側の端面２３５ｈは閉じている。

図２３は、収納溝２３５ｆに温度センサ５を配置した状態を示す図である。この図に示されるように、収納溝２３５ｆの外ツバ部２３５ｃの側の開いている端面２３５ｇからは、温度センサ５の配線が取り出される。一方、収納溝の２３５ｆの内ツバ部２３５ｂの側の閉じている端面２３５ｈは、温度センサ５を配置する際の位置決め基準として機能し、温度センサ５の一端が当て止めされている。

以上説明したように、本実施の形態２では、収納溝の少なくとも一端は閉じており、センサを配置する際の位置決め基準として機能する。これにより、例えば複数のティース部のそれぞれにセンサを配置する際の位置のばらつきを防止することができる。また、センサが回転するロータの側、すなわち内ツバ部の側にはみ出して干渉することが防止される。

実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３に係るモータの構造について、図２４、図２５を参照して説明する。

図２４、図２５は、実施の形態３に係るインシュレータ３３５の下面図であり、インシュレータ３３５をステータ３のティース部３６の方向から見た図である。このインシュレータ２３５は、ティース部３６の反負荷側に取り付けられるものであり、実施の形態１のインシュレータ３５に相当するものである。

実施の形態２と同様に、インシュレータ３３５のカバー部３３５ａの下面に形成される収納溝３３５ｆにおいて、外ツバ部３３５ｃの側の端面３３５ｇは開いているが、内ツバ部３３５ｂの側の端面３３５ｈは閉じている。また、図２４に最もよく示されるように、収納溝３３５ｆには、閉じている側の端面３３５ｈから温度センサ５の外寸程度離れた位置に、スナップフィット機構３３５ｉが設けられている。スナップフィット機構３３５ｉは、収納溝３３５ｆの幅よりも小さい部分を有しており、図中の右側から温度センサ５を挿入して、図中の左側へと移動させることができる。

図２５は、収納溝２３５ｆに温度センサ５を配置した状態を示す図である。この図に示されるように、ひとたび温度センサ５を閉じている側の端面３３５ｈまで移動させると、それ以降、温度センサ５は図中の右側へと移動することができなくなる。

以上説明したように、本実施の形態３では、収納溝の少なくとも一端は閉じており、収納溝にスナップフィット機構が設けられている。これにより、収納溝に簡単にセンサを挿入することができ、また固定することができる。

実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４に係るモータの構造について、図２６、図２７を参照して説明する。

図２６、図２７は、実施の形態４に係るインシュレータ４３５の下面図であり、インシュレータ４３５をステータ３のティース部３６の方向から見た図である。このインシュレータ４３５は、ティース部３６の反負荷側に取り付けられるものであり、実施の形態１のインシュレータ３５に相当するものである。

実施の形態２，３とは異なり、インシュレータ４３５のカバー部４３５ａの下面に形成される収納溝４３５ｆにおいて、外ツバ部４３５ｃの側の端面４３５ｇと内ツバ部４３５ｂの側の端面４３５ｈとは、ともに開いている。また、図２６に最もよく示されるように、収納溝４３５ｆには、端面４３５ｈの付近に第１の突起部４３５ｊが設けられており、端面４３５ｈからセンサ６の外寸程度離れた位置に第２の突起部４３５ｋが設けられている。また、第１の突起部４３５ｊと第２の突起部４３５ｋとに挟まれた部分には、肉厚部４３５ｌが形成されている。

図２７は、収納溝２３５ｆに磁気センサ６を配置した状態を示す図である。磁気センサ６は、ロータの磁束を監視してその回転速度を推測するために配置されており、磁気を検知する先端部６ａが内ツバ部４３５ｂの側の端面４３５ｈからロータに向けて飛び出している。

磁気センサ６は、収納溝４３５ｆにおいて、第１の突起部４３５ｊと第２の突起部４３５ｋとに挟まれた肉厚部４３５ｌの位置に配置され、第１の突起部４３５ｊと第２の突起部４３５ｋと肉厚部４３５ｌとで挟まれることによって、固定されている。

以上説明したように、本実施の形態４では、収納溝の両端は開いており、収納溝には、少なくとも２つの突起部と、少なくとも２つの突起部によって挟まれた部分に形成される肉厚部とが設けられている。これにより、ロータの特性を測定するセンサを収納溝に配置することができ、また固定することができる。

実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５に係るモータの構成について、図２８、図２９を参照して説明する。

図２８は、実施の形態５に係るインシュレータ５３５の側面図である。このインシュレータ５３５は、ティース部３６の反負荷側に取り付けられるものであり、実施の形態１のインシュレータ３５に相当するものである。

インシュレータ５３５のカバー部５３５ａの一方の側面には、コイル３３の温度を測定する温度センサを収納するための収納溝５３５ｆが形成されている。

収納溝５３５ｆは、ステータコア３１の径方向に沿って形成されている。また、収納溝５３５ｆにおいて、外ツバ部５３５ｃの側の端面５３５ｇは開いているが、内側ツバ部５３５ｂの側の端面５３５ｈは閉じている。

モータ１の内部に温度センサを組み込む際には、この収納溝５３５ｆに温度センサを収納して固定する。温度センサの固定方法としては、収納溝５３５ｆへの圧入、接着、樹脂封入等が考えられる。

以上説明したように、本実施の形態５では、インシュレータ５３５のカバー部５３５ａの少なくとも一方の側面に、周方向に向けて開口する収納溝５３５ｆが形成されている。これにより、収納溝５３５ｆに簡単にセンサを挿入することができ、また固定することができる。

１ モータ、２ ロータ、３ ステータ、５ 温度センサ、６ 磁気センサ、３３ コイル、３４ インシュレータ、３５ インシュレータ、３５ａ カバー部、３５ｆ 収納溝、３５ｇ 端面、３５ｈ 端面、３６ ティース部、２３４ インシュレータ、２３５ インシュレータ、２３５ａ カバー部、２３５ｆ 収納溝、２３５ｇ 端面、２３５ｈ 端面、３３４ インシュレータ、３３５ インシュレータ、３３５ａ カバー部、３３５ｆ 収納溝、３３５ｇ 端面、３３５ｈ 端面、３３５ｉ スナップフィット機構、４３４ インシュレータ、４３５ インシュレータ、４３５ａ カバー部、４３５ｆ 収納溝、４３５ｇ 端面、４３５ｈ 端面、４３５ｊ 第１の突起部、４３５ｋ 第２の突起部、４３５ｌ 肉厚部、５３５ インシュレータ、５３５ａ カバー部、５３５ｆ 収納溝。

Claims (10)

1. ロータと、
   径方向内側に延びて、周方向に配列された複数のティース部を有するリング状のステータコア、および前記複数のティース部のそれぞれに巻き付けられた複数のコイルを有するステータと、
   前記複数のティース部のそれぞれの回転軸方向の両側に配置される一対のインシュレータとを備え、
   前記コイルが、前記インシュレータを介して、前記ティース部のまわりに巻かれて構成され、
   前記ティース部の方向に向かって開口する収納溝が、前記インシュレータの少なくとも一方に形成されており、
   センサが、前記収納溝に収納されている、モータ。
2. 前記収納溝は前記ステータの径方向に沿って形成されており、前記収納溝の少なくとも一端は閉じている、請求項１に記載のモータ。
3. 前記収納溝には、スナップフィット機構が設けられている、請求項２に記載のモータ。
4. 前記センサは温度センサである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
5. 前記収納溝に収納される前記センサは、樹脂によって封入されている、請求項４に記載のモータ。
6. 前記収納溝は前記ステータの径方向に沿って形成されており、前記収納溝の両端は開いており、
   前記収納溝には少なくとも２つの突起部と、該少なくとも２つの突起部によって挟まれた部分に形成される肉厚部とが設けられている、請求項１に記載のモータ。
7. 前記センサは磁気センサである、請求項６に記載のモータ。
8. ロータと、
   径方向内側に延びて、周方向に配列された複数のティース部を有するリング状のステータコア、および前記複数のティース部のそれぞれに巻き付けられた複数のコイルを有するステータと、
   前記複数のティース部のそれぞれの回転軸方向の両側に配置される一対のインシュレータとを備え、
   前記コイルが、前記インシュレータを介して、前記ティース部のまわりに巻かれて構成され、
   周方向に向かって開口する収納溝が、前記インシュレータの少なくとも一方に形成されており、
   センサが、前記収納溝に収納されている、モータ。
9. 前記センサは温度センサである、請求項８に記載のモータ。
10. 前記収納溝に収納される前記センサは、樹脂によって封入されている、請求項９に記載のモータ。

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