WO2020195392A1

WO2020195392A1 - モータ

Info

Publication number: WO2020195392A1
Application number: PCT/JP2020/006699
Authority: WO
Inventors: 藤原　英雄; 梅田　智之; 裕也齋藤; 尚石田
Original assignee: 日本電産株式会社
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2020-02-20
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN113424407A; JP2020167917A

Abstract

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、ロータと径方向に対向するステータと、樹脂からなりステータが埋め込まれるハウジングと、ハウジングに埋め込まれるインサート部材と、締結部材が締結される被締結具と、を備える。被締結具は、インサート部材に固定されインサート部材とともにハウジングに埋め込まれる。

Description

モータ

　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のモータでは、ステータをモールドする樹脂部分がハウジングを構成する。

日本国公開公報：特開２０１０－２２１９１号公報

　特許文献１のハウジングは、モータを取り付け対象である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。しかしならが、インサート成形によってナットをハウジングに埋め込む場合、ナットの位置精度を十分に確保することが困難であった。

　本発明は、上記事情に鑑みて、ステータを樹脂材料でモールドすることで組み立て工程を簡素化するとともに、被締結具の位置精度を高めることができるモータを提供すること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、前記ハウジングに埋め込まれるインサート部材と、締結部材が締結される被締結具と、を備える。前記被締結具は、前記インサート部材に固定され前記インサート部材とともに前記ハウジングに埋め込まれる。

　本発明の一つの態様によれば、ステータを樹脂材料でモールドすることで組み立て工程を簡素化するとともに、被締結具の位置精度を高めることが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、一実施形態のモータの平面図である。図３は、一実施形態のインサートユニットの斜視図である。

　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２は、モータ１の平面図である。図３は、モータ１の底面図である。なお、図２および図３において、ロータ１０の図示を省略する。

　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を保持する上側ベアリングホルダ（インサート部材）４０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、複数のインサートナット（被締結具）５０と、を有する。本実施形態において、上側ベアリングホルダ４０と複数のインサートナット５０とは、インサートユニット２を構成する。インサートユニット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。

　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。

　上側ベアリングホルダ４０は、ステータ２０の上側に位置する。上側ベアリングホルダ４０は、金属製である。上側ベアリングホルダ４０は、上側ベアリング１５を保持する。上側ベアリングホルダ４０は、少なくも一部がハウジング３０に埋め込まれる。上側ベアリングホルダ４０には、複数のインサートナット５０が固定される。

　図３は、上側ベアリングホルダ４０および複数のインサートナット５０を備えて構成されるインサートユニット２の斜視図である。上側ベアリングホルダ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、ホルダ筒部４１の下端から径方向外側に延びるホルダフランジ部（フランジ部）４３と、を有する。また、本実施形態において、ホルダ筒部４１の下端とホルダフランジ部４３との間には、ホルダ筒部４１の外径より直径の大きい内径を有する段状筒部４４が設けられる。すなわち、ホルダフランジ部４３は、段状筒部４４を介してホルダ筒部４１の下端部から径方向外側に延びる。

　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。これにより、ホルダ筒部４１は、上側ベアリング１５を保持する。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。ホルダフランジ部４３の径方向外側の端部は、ハウジング３０に埋め込まれる。

　ホルダフランジ部４３は、中心軸Ｊと直交する板状である。ホルダフランジ部４３は、軸方向から見て略円形である。ホルダフランジ部４３は、外縁部４３ｅに径方向内側に向かって略円形に凹む固定凹部４３ｂを有する。固定凹部４３ｂには、インサートナット５０が嵌る。これにより、インサートナット５０は、ホルダフランジ部４３に固定される。本実施形態によれば、インサートユニット２は、インサートナット５０を上側ベアリングホルダ４０の固定凹部４３ｂに嵌め込むことで組み立てることができ、組み立て工程が容易である。

　ホルダフランジ部４３は、軸方向に貫通する複数の貫通孔４３ａを有する。複数の貫通孔４３ａは、周方向に沿って並ぶ。また、ホルダフランジ部４３は、周方向に並ぶ貫通孔４３ａ同士を区画するブリッジ部４３ｃを有する。

　図１に示すように、上側ベアリングホルダ４０がハウジング３０に埋め込まれることで、貫通孔４３ａ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４３ａに進入する進入部３６を有する。上側ベアリングホルダ４０に周方向の力が付与された場合、進入部３６がブリッジ部４３ｃに干渉し上側ベアリングホルダ４０の回転が抑制される。

　インサートナット５０は、中心線Ｊ２に沿って延びる円柱状である。インサートナット５０は、ハウジング３０に埋め込まれる。インサートナット５０の中心線Ｊ２は、モータ１の中心軸Ｊと平行である。インサートナット５０は、上側を向く上端面（第１端面）５０ａと、下側を向く下端面（第２端面）５０ｂと、中心線Ｊ２の径方向外側を向く外周面５０ｃと、を有する。

　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、インサートナット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がインサートナット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。

　インサートナット５０の上端面５０ａは、ハウジング３０の上面と同一平面上に配置される。インサートナット５０の上端面５０ａは、ハウジング３０から露出する。インサートナット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。インサートナット５０の表面において、金型に接触する領域は、ハウジング３０から露出する。すなわち、インサートナット５０は、上端面５０ａにおいて金型内で軸方向に位置決めされる。このため本実施形態によれば、ハウジング３０に対するインサートナット５０の位置決め精度を高めることができる。

　インサートナット５０の下端面５０ｂおよび外周面５０ｃは、ハウジング３０の内部に埋め込まれる。このため、下端面５０ｂおよび外周面５０ｃは、ハウジング３０に接触する。下端面５０ｂは、ステータコア２１の上端面と上下方向に向き合って配置される。

　インサートナット５０は、上端面５０ａに開口し下側に延びるねじ穴（被締結穴）５１を有する。ねじ穴５１は、中心線Ｊ２を中心として軸方向に延びる。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は、雌ねじである。ねじ穴５１には、固定ボルト９ｅの軸部が挿入される。

　本実施形態によれば、複数のインサートナット５０は、ハウジング３０に埋め込まれる。モータ１は、インサートナット５０において外部装置９に固定される。インサートナット５０の材質には、制限がないため高強度な材料（本実施形態では金属材料）を採用できる。すなわち、インサートナット５０の材料は、ハウジング３０の樹脂材料より高強度とされる。このため、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（本実施形態ではねじ穴）が割れることが抑制される。このため、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。

　本実施形態によれば、インサートナット５０は、上側ベアリングホルダ４０に固定される。また、インサートナット５０は、上側ベアリングホルダ４０とともにハウジング３０に埋め込まれる。したがって、ハウジング３０を成形する金型において、上側ベアリングホルダ４０を高精度に保持することでインサートナット５０の位置決めを容易に行うことができる。結果的に、ハウジング３０に対するインサートナット５０の位置精度を高めることができる。

　本実施形態によれば、複数のインサートナット５０は、一つの上側ベアリングホルダ４０に固定される。このため、上側ベアリングホルダ４０を金型内で高精度に保持することで複数のインサートナット５０の中心線Ｊ２同士の平行度を保ちながら、複数のインサートナット５０の位置精度を同時に高めることができる。

　本実施形態によれば、複数のインサートナット５０を保持するインサート部材は、上側ベアリング１５を保持する上側ベアリングホルダ４０である。すなわち、上側ベアリングホルダ４０は、複数のインサートナット５０を保持する機能と、上側ベアリング１５を保持する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、インサートナット５０は、軸方向から見てステータ２０に重なる。このため、軸方向から見てインサートナット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、インサートナット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、インサートナット５０が、上側ベアリングホルダ４０に保持されるため、インサートナット５０を金型で挟み込む必要がない。このため、インサートナット５０の下端面５０ｂ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、軸方向から見てインサートナット５０をステータ２０に重ねて配置することができる。

　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。

　下側ベアリングホルダ７０の軸方向から見た中央には、中央孔７２ａが設けられる。中央孔７２ａには、シャフト１１の下端部が挿通される。中央孔７２ａの周囲には、下側ベアリング１６を径方向外側から囲み下側ベアリング１６を保持する内壁面７１ａが設けられる。

　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。

　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、上側ベアリングホルダ４０およびインサートナット５０が埋め込まれる。これにより、ハウジング３０は、ステータ２０、上側ベアリングホルダ４０およびインサートナット５０を保持する。ハウジング３０は、ステータ２０、上側ベアリングホルダ４０およびインサートナット５０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、上側ベアリングホルダ４０およびインサートナット５０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、ステータ２０を保持する本体部３１と、本体部３１の上面から上側に突出する突出部３と、本体部３１の下面から下側に延びる下筒部３７と、上側ベアリングホルダ４０を保持するホルダ保持部３８と、を有する。突出部３は、環状リブ３Ａと、径方向リブ３５とを含む総称である。また、環状リブ３Ａは、内側環状リブ３２と外側環状リブ３４とを含む総称である。

　本体部３１には、ステータ２０が埋め込まれる。本体部３１は、ステータ２０に対し上側、下側および径方向外側を囲む。本体部３１は、ティース部２１ｂおよびコイル２９を囲むとともに、周方向で互いに隣り合うティース部２１ｂおよびコイル２９の間にも設けられる。また、本体部３１は、ステータコア２１の内周面を覆わない。したがって、ステータコア２１の内周面は、ハウジング３０から露出する。

　図２に示すように、突出部３は、本体部３１の上面から上側に突出する。突出部３は、ステータ２０に対し上側に位置する。突出部３は、周方向に沿って延びる複数の環状リブ３Ａと、径方向に沿って延び環状リブ３Ａに繋がる複数の径方向リブ３５と、を有する。ハウジング３０は、互いに繋がる環状リブ３Ａと径方向リブ３５とを有することで、径方向および周方向の強度がバランスよく高められる。

　複数（本実施形態では２個）の環状リブ３Ａは、それぞれ中心軸Ｊを中心とする円筒状である。複数の環状リブ３Ａは、中心軸Ｊを中心とする同心円状に設けられる。２個の環状リブ３Ａは、直径が比較的小さい内側環状リブ３２と、直径が比較的大きい外側環状リブ３４と、を有する。内側環状リブ３２の内側には、ホルダ保持部３８が設けられる。

　複数の径方向リブ３５は、中心軸Ｊに対し放射状に延びる。複数の径方向リブ３５は、周方向に沿って等間隔に配置される。本実施形態のハウジング３０には、６つの径方向リブ３５が設けられる。複数の径方向リブ３５は、それぞれ内側環状リブ３２と外側環状リブ３４とホルダ保持部３８とを繋ぐ。複数の径方向リブ３５が、同心円状の複数の環状リブ３Ａおよびホルダ保持部３８を互いに繋ぐことで、ハウジング３０の周方向および径方向の強度を高めることができる。

　外側環状リブ３４と径方向リブ３５との複数の交差部のうち一部には、ナット包囲部３９が設けられる。ナット包囲部３９には、インサートナット５０の外周面を囲む。本実施形態のハウジング３０には、３個のナット包囲部３９が設けられる。インサートナット５０は、３個のナット包囲部３９にそれぞれ１個ずつ埋め込まれる。

　図１に示すように、内側環状リブ３２は、外部装置９に取り付く環状部３２ａを有する。環状部３２ａは、内側環状リブ３２の上端部に位置する。環状部３２ａは、内側環状リブ３２において、他のリブ（外側環状リブ３４および径方向リブ３５）の上端面より上側に位置する部位である。なお、軸方向において、他のリブ（すなわち、外側環状リブ３４および径方向リブ３５）それぞれの上端面の位置は、互いに一致する。環状部３２ａは、ハウジング３０の上側を向く面から上側に延びる円筒状である。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の内径は、環状部３２ａの外径より若干大きい。保持筒部９ａの先端面は、径方向リブ３５の上端面に接触する。

　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、ゴムなどの弾性材料から構成される。シール部材９ｃは、周方向に沿って延びる。本実施形態においてシール部材９ｃは、Ｏリングである。シール部材９ｃは、ガスケットとして機能するものであれば、断面形状が円形のものに限定されない。

　シール部材９ｃは、環状部３２ａの径方向外側を向く外周面３２ｄと、凹溝９ｂの径方向外側を向く底面との間に挟み込まれる。シール部材９ｃが圧縮されることにより、保持筒部９ａの内側に水分が浸入することが抑制される。

　ホルダ保持部３８は、本体部３１の上側に位置する。ホルダ保持部３８には、上側ベアリングホルダ４０のホルダフランジ部４３が埋め込まれる。また、ホルダ保持部３８は、上側ベアリングホルダ４０の段状筒部４４の外周面、上面およびホルダ筒部４１の外周面を覆う。これにより、ホルダ保持部３８は、上側ベアリングホルダ４０を保持する。

　下筒部３７は、中心軸Ｊを中心とする円筒状である。下筒部３７の外周面は、本体部３１の外周面と連続する。下筒部３７には、モータ１を制御する制御装置（図示略）が取り付けられる。制御装置には、バスバー（図示略）が接続されるソケット部（図示略）が設けられる。

　以上に、本発明の一実施形態およびその変形例を説明したが、実施形態および変形例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。

　例えば、上述した実施形態およびその変形例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、９ｅ…固定ボルト（締結部材）、１０…ロータ、１１…シャフト、２０…ステータ、３０…ハウジング、３６…進入部、４０…上側ベアリングホルダ（インサート部材）、４１…ホルダ筒部（筒状部）、４３…ホルダフランジ部（フランジ部）、４３ａ…貫通孔、４３ｂ…固定凹部、４３ｅ…外縁部、５０…インサートナット（被締結具）、５０ａ…上端面（露出端部）、５１…ねじ穴（被締結穴）、Ｊ…中心軸

Claims

　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、
　前記ハウジングに埋め込まれるインサート部材と、
　締結部材が締結される被締結具と、を備え、
　前記被締結具は、前記インサート部材に固定され前記インサート部材とともに前記ハウジングに埋め込まれる、モータ。
　前記ロータは、前記中心軸に沿って延びるシャフトを有し、
　前記インサート部材は、前記ハウジングに対して前記シャフトを回転可能に支持するベアリングを保持するベアリングホルダである、請求項１に記載のモータ。
　前記インサート部材は、前記ベアリングを保持する筒状部と、前記筒状部から径方向外側に延びるフランジ部と、を有し、
　前記被締結具は、前記フランジ部に固定される、請求項２に記載のモータ。
　前記フランジ部は、前記筒状部の端部から径方向外側に延びる、請求項３に記載のモータ。
　前記フランジ部は、外縁部に径方向内側に凹む固定凹部を有し、
　前記被締結具は、前記固定凹部に嵌る、請求項３又は４に記載のモータ。
　前記フランジ部は、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３～５の何れか一項に記載のモータ。
　前記被締結具は、複数設けられ、
　複数の前記被締結具は、一つの前記インサート部材に固定される、請求項１～６の何れか一項に記載のモータ。
　前記被締結具は、軸方向から見て前記ステータに重なる、請求項１～７の何れか一項に記載のモータ。
　前記被締結具は、
　　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１～８の何れか一項に記載のモータ。
　前記インサート部材および前記被締結具は、金属製である、請求項１～９の何れか一項に記載のモータ。