WO2020110604A1

WO2020110604A1 - モータ

Info

Publication number: WO2020110604A1
Application number: PCT/JP2019/043054
Authority: WO
Inventors: 直哉伊佐治
Original assignee: 日本電産サンキョー株式会社
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2020-06-04
Also published as: JP2020089151A

Abstract

本願は、強度と軽量化を両立し、放熱性能に優れたモータを提供する。具体的には、モータは、内部にロータを収容する筒状部１０を有し、ステータを保持するハウジング５と、筒状部１０の軸方向端面１４に支持され、ロータを回転可能に保持するフランジ６と、筒状部１０の径方向外側に周方向に沿って配置され、それぞれが筒状部１０の軸方向端面１４と共にハウジング５を支持する軸方向端面１３ａを有する複数のボス部１３と、を有し、各ボス部１３には、軸方向端面１３ａに開口し、フランジ６をハウジング５に固定するねじ部材が螺合するねじ孔１３ｂが形成されている。

Description

モータ

　本発明は、モータに関する。

　従来から、絶縁性樹脂からなるハウジングの内部にステータ部が埋め込まれ、その内側にロータ部が収容されたモールドモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示すモータは、ステータ本体の各角部にボルトを挿通するボルト挿通孔が形成されている。この各ボルト挿通孔にボルトを挿通させてハウジングのネジ穴にボルトを締結固定することにより、モータがハウジングに締結固定されるようになっている。

特開２００５－２７４７８号公報

　特許文献１に示すモータでは、一般に、ハウジングの固定に必要なねじ部材の締め付けトルクを確保するために、ステータ本体のねじ部材の長手方向の寸法（Ｌ寸）を長くして有効長を確保することが行われている。しかしながら、ねじ部材のＬ寸を長くして有効長を確保するには、ハウジング端部の厚みを厚くする必要があるが、その場合、モータ全体の重量が重くなってしまう。また、ハウジング端部の厚みを厚くすると、この部分が肉厚部となり、内部にボイドが発生することが懸念される。一方で、ハウジング端部がフランジ状に形成されていることで、フランジとの接触面積が大きく、すなわち、例えばアルミニウムなどの金属からなるフランジの露出面積が小さく、放熱効果が十分ではないという問題もある。

　そこで、上記問題点を鑑みて、本発明の課題は、強度と軽量化を両立し、放熱性能に優れたモータを提供することである。

　上記の課題を解決するために、本発明のモータは、内部にロータを収容する筒状部を有し、ステータを保持するハウジングと、筒状部の軸方向端面に支持され、ロータを回転可能に保持するフランジと、筒状部の径方向外側に周方向に沿って配置され、それぞれが筒状部の軸方向端面と共にハウジングを支持する軸方向端面を有する複数のボス部と、を有し、各ボス部には、軸方向端面に開口し、フランジをハウジングに固定するねじ部材が螺合するねじ孔が形成されていることを特徴とする。

　本発明のモータでは、ねじ部材の長手方向の長さ（Ｌ寸）を長くして有効長を確保するために、ボス部の厚み（軸方向の長さ）のみを厚くすればよいため、強度と軽量化を両立することが可能になる。また、フランジのハウジングに対向する面のうち、ハウジングおよびボス部と接触している領域以外の領域を露出させることができ、フランジの放熱性能を向上させることが可能になる。

　本発明において、モータは、筒状部の外周面から径方向に突出する複数のアーム部を有し、各ボス部が、各アーム部の先端に設けられていることが好ましい。このような構成により、必要最小限の構成でボス部をハウジングに保持することができ、ハウジングの容積を減らすことが可能になる。

　本発明において、各ボス部が各アーム部の先端に設けられている場合、各アーム部が、ボス部の軸方向端面と反対側の端部に接続された周方向に平行なプレートからフランジに向けて軸方向に突出していることが好ましい。このような構成により、ボス部を保持するアーム部の強度を十分に確保することが可能になるとともに、樹脂成形時の収縮によりボス部の軸方向端面の平面度が悪化することを抑制することが可能になる。また、この場合、プレートが、周方向に連続して形成されていることが好ましく、周方向に隣接する２つのアーム部の間に、筒状部の外周面とプレートとを接続する軸方向リブが形成されていることがさらに好ましい。このような構成により、ボス部のハウジングに対する保持強度をより一層高めることが可能になる。

　本発明において、筒状部の軸方向端面に、円環状の溝が形成されていることが好ましい。このような構成により、ハウジングとフランジとの接触面積をさらに減らすことが可能になる。

　また、本発明において、フランジのハウジングに対向する側の面に、軸方向に突出するフィンが形成されていることが好ましく、フィンは、放射状に延びていてもよく、あるいは円環状に延びていてもよい。このような構成により、フランジの放熱性能をより一層向上させることが可能になる。

　以上のように、本発明のモータでは、強度と軽量化を両立し、放熱性能を向上させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係るモータの概略断面図である。本実施形態のハウジングおよびフランジの概略斜視図である。本実施形態の一変形例に係るフランジの概略斜視図である。本実施形態の他の変形例に係るフランジの概略斜視図である。

　以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

　（モータの全体構成）
　まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るモータの構成について説明する。図１は、本発明のモータの概略断面図であり、モータの回転軸に平行な断面を示している。ここでは、モータ１の回転軸Ｒ方向を上下方向とした場合を示しているが、これは、本発明によるモータ１の使用時における姿勢を限定するものではない。また、以下では、説明の便宜上、モータ１の回転軸Ｒの方向を「軸方向」と呼び、その回転軸Ｒを中心とする径方向および周方向をそれぞれ単に「径方向」および「周方向」と呼ぶことにする。

　モータ１は、ロータ部２と、ステータ部３と、シャフト４と、ハウジング５と、フランジ６と、２つの転がり軸受７，８とを有している。モータ１は、固定子（ステータ部３）をモールド樹脂によって一体成形してモータフレーム（ハウジング５）を形成したモールドモータである。さらに、モータ１は、モータフレーム内部に固定子が配され、この固定子の内周に回転子（ロータ部２）が配されたインナーロータ型のモールドモータである。

　（ロータ部）
　ロータ部２は、金属製の円柱部材であるシャフト４に固定され、シャフト４と共に回転する回転子であり、ロータマグネット２ａと、マグネットカバー２ｂと、プレート２ｃとを有している。

　ロータマグネット２ａは、フェライトからなる永久磁石であり、シャフト４の周囲で周方向に沿って配置されている。ロータマグネット２ａの外周側には、径方向でステータ部３と対向する磁極面が形成され、この磁極面には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されている。マグネットカバー２ｂは、ロータマグネット２ａを覆うように設けられ、フェライトからなるロータマグネット２ａの飛散を防止している。その軸方向の両側には、ステンレスなどの非磁性材料からなるプレート２ｃが設けられている。プレート２ｃのマグネットカバー２ｂと対向する面には、皿ばねなどの弾性部（詳細には図示せず）が形成されている。マグネットカバー２ｂがプレート２ｃに押し付けられることにより、ロータマグネット２ａは、弾性部の付勢力によって確実に締結されるようになっている。また、プレート２ｃは、ロータ部２を組み立てた後、モータ１のロータバランスを調整する機能を備えている。具体的には、ロータバランスを測定し、バランス調整のためにプレート２ｃに孔が形成される。

　（ステータ部）
　ステータ部３は、ロータ部２の周囲に円筒状に配置され、モータ１の電機子として機能する固定子である。本実施形態では、ステータ部３は、ステータコア３ａと、コイル３ｂと、インシュレータ３ｃとを有している。ステータ部３は、内周面がロータマグネット２ａの外周面と間隔を置いて対向するように、その内周面が露出した状態で、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの耐熱性の高い絶縁性樹脂からなるハウジング５の内部に埋め込まれて保持されている。

　ステータコア３ａは、ケイ素鋼板などの磁性鋼板が軸方向に複数積層された積層鋼板からなる。各磁性鋼板は、円環状部と、円環状部から径方向内側に突出する複数本の磁極歯とを有している。すなわち、ステータ部３の内周面は、磁極歯の端面により構成されている。コイル３ｂは、インシュレータ３ｃを介してステータコア３ａの磁極歯に巻回された巻線からなる。インシュレータ３ｃは、ＰＰＳなどの絶縁性樹脂からなり、ステータコア３ａとコイル３ｂとを電気的に絶縁している。

　このように、コイル３ｂに駆動電流を供給することで、磁芯である磁極歯に沿って径方向に磁束が発生する。それにより、磁極歯とロータマグネット２ａとの間に周方向のトルクが発生し、シャフト４の中心軸を回転軸Ｒとしてロータ２部がシャフト４と共に回転する。

　ハウジング５は、モータ１の出力側（以下、単に「出力側」ともいう）に開口する有底の円筒形状を有し、その内部空間にロータ部２が収容されている。ハウジング５は、２つのモールド部５１，５２から構成され、一方のモールド部５１は、いわゆるインサート成形により形成されている。すなわち、ステータ部３を金型内に挿入した後、金型内に樹脂を注入し、ステータ部３と樹脂を一体化させることで形成される。フランジ６は、ハウジング５の開口を覆うようにハウジング５に取り付けられている。ハウジング５とフランジ６との固定構造の詳細については後述する。

　２つの転がり軸受７，８は、モータ１のロータ部２とステータ部３とを相対回転可能に支持するものである。すなわち、第１の転がり軸受７は、モータ１の反出力側（以下、単に「反出力側」ともいう）でハウジング５に保持され、第２の転がり軸受８は、出力側でフランジ６に保持されており、２つの転がり軸受７，８の内周にシャフト４が圧入されて固定されている。

　第１の転がり軸受７は、内輪７ａと、２つ以上の転動体７ｂと、外輪７ｃとを備え、シャフト４を回転可能に支持する玉軸受である。内輪７ａおよび外輪７ｃは、いずれも金属製の円環状部材であり、内輪７ａの径方向外側に外輪７ｂが配置されている。転動体７ｂは、球状の部材であり、内輪７ａの外周面と外輪７ｃの内周面との間に配置されている。第１の転がり軸受７の内周に、シャフト４が圧入されて固定されている。詳細は図示していないが、第２の転がり軸受８も、第１の転がり軸受７と同様の構成を有している。

　（ハウジングとフランジとの固定構造）
　図２を参照して、本実施形態のハウジングとフランジとの固定構造について説明する。図２（ａ）は、本実施形態のハウジングを出力側から見た概略斜視図である。図２（ｂ）は、本実施形態のフランジを反出力側から見た概略斜視図である。

　ハウジング５は、出力側に開口して内部にロータ部２を収容する筒状部１０を有し、筒状部１０には、その外周面１１から径方向に突出する複数のアーム部１２が形成されている。複数のアーム部１２は、周方向に所定の間隔を置いて配置され、それぞれの先端にボス部１３が設けられている。すなわち、筒状部１１の径方向外側に周方向に沿って複数のボス部１３が配置されている。ボス部１３は、軸方向に延びており、出力側の端面である軸方向端面１３ａと、軸方向端面１３ａに開口するねじ孔１３ｂとを有している。ボス部１３の軸方向端面１３ａは、筒状部１０の出力側の端面である軸方向端面１４と同一平面にある。一方、フランジ６には、ボス部１３のねじ孔１３ｂに対応する周縁部に貫通孔２１が形成されている。フランジ６は、この貫通孔２１に挿入されたねじ部材（図示せず）がボス部１３のねじ孔１３ｂに螺号することで、ハウジング５に固定される。なお、フランジ６は、ハウジング５に固定されると、筒状部１０の軸方向端面１４とボス部１３の軸方向端面１３ａとに支持された状態になる。

　このような構成では、ボス部１３の厚み（軸方向の長さ）のみを厚くするだけで、ねじ部材の長手方向の寸法（Ｌ寸）を長くして有効長を確保することができる。したがって、フランジ６の固定に必要なねじ部材の締め付けトルクを確保しながら、ハウジング５の軽量化、ひいてはモータ１全体の軽量化を実現することができる。また、フランジ６のハウジング５に対向する側の面（ハウジング対向面）２２は、筒状部１０の軸方向端面１４とボス部１３の軸方向端面１３ａによって一部のみが覆われるため、それ以外の領域を露出させることができる。すなわち、フランジの端面全体でハウジングと接触する従来のモータに比べて、フランジ６の露出面積を増やすことができ、例えばアルミニウムなどの金属からなるフランジ６の放熱性能を向上させることができる。

　さらに、従来に比べて、ハウジング５のフランジ６との接触面積が小さくなるため、ハウジング５のフランジ６との接触面の平面度にそれほどの精度が要求されなくなるとともに、平面度の確保も容易になり、製造が容易になる点でも有利である。なお、筒状部１０の軸方向端面１４には、図示したように、円環状の溝１４ａが設けられている。この溝１４ａは、ハウジング５とフランジ６とをシールするためのＯリングを挿入するために設けられているが、ハウジング５のフランジ６との接触面積をさらに小さくする効果も有している。

　なお、ハウジング５に対するフランジ６の径方向の位置決めは、インロー構造によって行われる。すなわち、フランジ６のハウジング対向面２２に、軸方向に突出する円環状の突出部２３が形成され、この突出部２３が筒状部１０の出力側の内周面１５に嵌合することで、フランジ６の径方向の位置決めが行われる。フランジ６の反出力側の面２２には、第２の転がり軸受８を保持する軸受保持部２４も形成されている。

　アーム部１２は、ボス部１３の反出力側の端部に接続されたプレート１６からフランジ６に向けて軸方向に突出するように構成されている。このような構成により、ボス部１３を保持するアーム部１２の強度を十分に確保することができる。さらに、プレート１６は、周方向に連続して形成され、周方向に隣接する２つのアーム部１２の間には、筒状部１０の外周面１１とプレート１６とを接続する軸方向リブ１７が形成されている。その結果、ボス部１３を保持する強度をさらに高めることができる。なお、図２（ａ）では見えないが、プレート１６の反出力側にも、これを補強する軸方向リブが形成されている。

　（本実施形態の主な効果）
　以上説明したように、本実施形態のモータ１は、内部にロータ部２を収容する筒状部１０を有し、ステータ部３を保持するハウジング５と、筒状部１０の軸方向端面１４に支持され、ロータ部２を回転可能に保持するフランジ６と、筒状部１０の径方向外側に周方向に沿って配置され、それぞれが筒状部１０の軸方向端面１４と共にハウジング５を支持する軸方向端面１３ａを有する複数のボス部１３と、を有し、各ボス部１３には、軸方向端面１３ａに開口し、フランジ６をハウジング５に固定するねじ部材が螺合するねじ孔１３ｂが形成されている。本実施形態のモータ１では、ねじ部材の長手方向の長さ（Ｌ寸）を長くして有効長を確保するために、ボス部１３の厚み（軸方向の長さ）のみを厚くすればよいため、強度と軽量化を両立することが可能になる。また、フランジ６のハウジング５に対向する面２２のうち、ハウジング６およびボス部１３と接触している領域以外の領域を露出させることができ、フランジ６の放熱性能を向上させることが可能になる。

　本実施形態では、モータ１は、筒状部１０の外周面１１から径方向に突出する複数のアーム部１２を有し、各ボス部１３が、各アーム部１２の先端に設けられている。このような構成により、必要最小限の構成でボス部１３をハウジング５に保持することができ、ハウジング５の容積を減らすことが可能になる。

　また、本実施形態では、各アーム部１２が、ボス部１３の軸方向端面１３ａと反対側の端部に接続された周方向に平行なプレート１６からフランジ６に向けて軸方向に突出するように構成されている。このような構成により、ボス部１３を保持するアーム部１２の強度を十分に確保することが可能になるとともに、樹脂成形時の収縮によりボス部１３の軸方向端面１３ａの平面度が悪化することを抑制することが可能になる。さらに、プレート１６は、周方向に連続して形成され、周方向に隣接する２つのアーム部１２の間に、筒状部１０の外周面１１とプレート１６とを接続する軸方向リブ１７が形成されている。このような構成により、ボス部１３のアーム部１２に対する保持強度をより一層高めることが可能になる。

　また、本実施形態では、筒状部１０の軸方向端面１４に、円環状の溝１４ａが形成されている。この溝１４ａは、ハウジング５とフランジ６とをシールするためのＯリングを挿入するために設けられているが、ハウジング５とフランジ６との接触面積をさらに減らす効果も有している。

　（本実施形態の変形例）
　上述した実施形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した実施形態に対して、本発明の要旨を変更しない範囲において様々な変形が可能である。

　ボス部１３の数は、図示した数に限定されず、フランジ６の固定に必要な強度に合わせて適宜調整することができる。また、ボス部１３を十分な強度で保持することができれば、アーム部１２の厚みや軸方向長さに特に制限はなく、プレート１６の高さ（径方向長さ）や厚み、軸方向リブ１７の厚みや形状にも特に制限はない。例えば、プレート１６は、周方向において高さが一定の円板状でなくてもよく、周方向に隣接する２つのアーム部１２の間の領域が他の領域よりも高さが低くなっていてもよい。さらに、隣接する２つのアーム部１２の間に位置する軸方向リブ１７の数も２つに限定されず、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。その一方で、ボス部１３の十分な保持強度が確保されていれば、プレート１６は、アーム部１２の領域にのみ形成されていてもよく、その場合、軸方向リブ１７を省略することもできる。

　また、フランジ６の放熱性能をより一層向上させるために、フランジ６のハウジング対向面２２に、軸方向に突出するフィンが形成されていてもよい。このようなフィンは、例えば、図３に示すように放射状に延びるフィン２５であってもよく、図４に示すように円環状に延びるフィン２６であってもよい。あるいは、放射状フィン２５と円環状フィン２６の両方が形成されていてもよい。なお、円環状フィン２６には、アーム部１２との干渉を回避するために、溝２６ａが形成されている。

　本実施形態では、いわゆる両持ち軸受構造のモータに本発明を適用した例を示したが、ロータ部２の出力側に２つの転がり軸受７，８が配置された、いわゆる片持ち軸受構造のモータにも適用可能であることは言うまでもない。また、転がり軸受７，８として玉軸受を用いたが、玉軸受以外の転がり軸受、例えば、円錐ころ軸受を用いてもよい。また、シャフト４の固定は、圧入に限定されず、ボルト締めなど他の方法を用いて、転がり軸受３０に挿入されたシャフト４を固定してもよい。

　１　モータ　２　ロータ部　２ａ　ロータマグネット　２ｂ　マグネットカバー　２ｃ　プレート　３　ステータ部　３ａ　ステータコア　３ｂ　コイル　３ｃ　インシュレータ
　４　シャフト　５　ハウジング　６　フランジ　７　第１の転がり軸受　８　第２の転がり軸受　１０　筒状部　１１　（筒状部の）外周面　１２　アーム部　１３　ボス部
　１３ａ　（ボス部の）軸方向端面　１３ｂ　ねじ孔　１４　（筒状部の）軸方向端面
　１５　（筒状部の）内周面　１６　プレート　１７　軸方向リブ　２１　貫通孔
　２２　ハウジング対向面　２３　突出部　２４　軸受保持部　２５　放射状フィン
　２６　円環状フィン

Claims

　内部にロータを収容する筒状部を有し、ステータを保持するハウジングと、
　前記筒状部の軸方向端面に支持され、前記ロータを回転可能に保持するフランジと、
　前記筒状部の径方向外側に周方向に沿って配置され、それぞれが前記筒状部の前記軸方向端面と共に前記ハウジングを支持する軸方向端面を有する複数のボス部と、を有し、
　前記各ボス部には、前記軸方向端面に開口し、前記フランジを前記ハウジングに固定するねじ部材が螺合するねじ孔が形成されていることを特徴とするモータ。
　前記筒状部の前記外周面から径方向に突出する複数のアーム部を有し、
　前記各ボス部が、前記各アーム部の先端に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
　前記各アーム部が、前記ボス部の前記軸方向端面と反対側の端部に接続された周方向に平行なプレートから前記フランジに向けて軸方向に突出していることを特徴とする、請求項２に記載のモータ。
　前記プレートが、周方向に連続して形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のモータ。
　周方向に隣接する２つの前記アーム部の間に、前記筒状部の前記外周面と前記プレートとを接続する軸方向リブが形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のモータ。
　前記筒状部の前記軸方向端面に、円環状の溝が形成されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。
　前記フランジの前記ハウジングに対向する側の面に、軸方向に突出するフィンが形成されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のモータ。
　前記フィンが放射状に延びていることを特徴とする、請求項７に記載のモータ。
　前記フィンが円環状に延びていることを特徴とする、請求項７に記載のモータ。