JP2008022592A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気特性の低下を抑制することができる電動モータを提供する。
【解決手段】電動モータ１は、筒状のフレーム１９と、このフレーム１９内に圧入嵌合されたステータコア５とを有する。軸方向Ｚ１に関するステータコア５の両端には、コイル巻回用の溝１４が形成されており、溝１４の外壁は、スタータコア５の一部を構成するヨーク７の端部１２によって構成されている。また、ステータコア５の外周１５には、上記溝１４の外壁１２の外周１８を除く範囲に環状凹部１６が形成されている。環状凹部１６に対応するステータコア５の外周１５には、フレーム１９の内周２０ａと非接触となる非接触領域Ａ１が形成されており、非接触領域Ａ１を軸方向Ｚ１に挟んだ両側には、一対の圧入領域Ｂ１，Ｂ２が形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動モータに関するものである。

電動モータは、通常、筒状のステータコアと、ステータコアに巻回されたコイルとを備えており、ステータコアは、筒状のフレームに保持されている。例えば、下記特許文献１では、ステータコアが、焼きばめによってフレームに固定されている。
特開２００４−４０９４８号公報

しかしながら、ステータコアを焼きばめや圧入等によってフレームに固定した場合、焼きばめや圧入等に起因した応力がステータコアの一部に加わってしまう。その結果、ステータコア内での磁気の流れに乱れが生じ、ステータコアの磁気特性が低下してしまう。このため、鉄損が増大してロストルクが大きくなる。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、磁気特性の低下を抑制することができる電動モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、筒状のフレーム（１９）と、コイル（６）が巻回され、フレームに圧入された環状のステータコア（５）とを備え、ステータコアの外周（１５）およびフレームの内周（２０ａ）の間に互いに非接触となる非接触領域（Ａ１〜Ａ４）が形成されていることを特徴とする電動モータ（１）である。
本発明によれば、非接触領域に対応する部分において、ステータコアに加わる応力を低減できる。したがって、ステータコアの磁気特性の低下を抑制することができる。

また、本発明において、上記ステータコアの外周およびフレームの内周の少なくとも一方に凹部（１６，１６ａ，２７,２９）が形成され、上記非接触領域は、上記凹部に対応して形成されている場合がある。この場合、凹部を形成することによって、ステータコアの外周に非接触領域を確実に形成することができる。
また、本発明において、上記ステータコアは、ステータコアの軸方向（Ｚ１）に関する一対の端部（１２）と、上記一対の端部間の中間部（２６）とを含み、上記非接触領域（Ａ１）は、上記中間部の外周（２８）に形成されており、上記一対の端部の外周（１８）に、フレームに対する圧入領域（Ｂ１，Ｂ２）が形成されている場合がある。この場合、応力を受けると磁気特性に影響が出易い上記中間部に、非接触領域が形成されているので、ステータコアの磁気特性の低下を効果的に抑制することができる。また、上記一対の端部の外周に圧入領域を形成することにより、フレームにステータコアを確実に固定することができる。

また、本発明において、上記ステータコアは、ステータコアの軸方向に関する一対の端部と、これら一対の端部間の中間部とを含み、上記非接触領域（Ａ２，Ａ３）は、上記一対の端部の外周に形成されている場合がある。この場合、上記一対の端部に加わる応力を低減することができるので、当該端部の耐久性を向上させることができる。
また、本発明において、上記ステータコアの上記一対の端部は圧粉磁心（Ｐ）を含み、上記一対の端部に、それぞれステータコアの軸方向外方に開放するコイル巻回用の溝（１４）が設けられている場合がある。この場合、圧粉磁心は形状の自由度が高いので、上記一対の端部にコイル巻回用の溝を容易に形成することができる。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電動モータ１の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図２は、図１における電動モータ１のII−II線に沿う断面の一部を示す拡大断面図である。
図１を参照して、本実施形態に係る電動モータ１は、ブラシレスモータであり、回転軸２に一体回転可能に連結されたロータ３と、ロータ３の外周を取り囲む環状のステータ４とを備える。

ロータ３は、円筒状をなしており、その外周には、複数の永久磁石（図示せず）が電動モータ１の周方向Ｘ１に沿って配置されている。ロータ３の外周は、Ｎ極およびＳ極が周方向Ｘ１に交互に入れ替わる磁極となっている。
図２を参照して、ステータ４は、ステータコア５と、このステータコア５に巻回されたコイル６とを含む。ステータコア５は、圧粉磁心Ｐにより構成され、環状のヨーク７と、ヨーク７の内周７ａに突出形成された複数のティース８とを有する。圧粉磁心Ｐは、軟磁性材料を含む粉末材料を圧縮成型し、焼結または樹脂などで固めた磁心である。軟磁性材料としては、例えば、純鉄、鉄シリコン合金、鉄アルミ合金、鉄ニッケル合金、カルボニル鉄、ＣＳＣ（Coasted Single Crystal）、フェライト等が挙げられる。

環状のヨーク７は、周方向Ｘ１に分割されており、円弧状をなす複数の分割体９によって構成されている。各分割体９の内周には、上記ティース８がそれぞれ突出形成されている。したがって、複数のティース８は、複数の分割体９とともに環状に配置されている。本実施形態では、各分割体９およびこれに対応するティース８は、単一の材料（上記軟磁性材料を含む粉末材料）によって一体に形成されている。

ティース８は、概ねＴ型形状をなし、ヨーク７の内周７ａから電動モータ１の径方向Ｙ１内方に突出する主体部１０と、主体部１０の両端から周方向Ｘ１の両側に延びる延設部１１とを有する。上記コイル６は、主体部１０に沿って巻回されている。
また、ヨーク７の周方向（図２では周方向Ｘ１と同一方向）に隣接するティース８間には、スロットＳが形成されている。すなわち、隣接するティース８は、周方向Ｘ１にスロットＳを挟んで環状に配置されている。

再び図１を参照して、ステータコア５の軸方向Ｚ１に関して、ヨーク７および延設部１１は、ティース８の主体部１０よりも長くされており、ヨーク７の両端１２および延設部１１の両端１３は、主体部１０の端面よりも軸方向Ｚ１外方に突出している。したがって、ステータコア５の軸方向Ｚ１に関する両端には、ヨーク７の端部１２の内周と、延設部１１の端部１３の外周と、主体部１０の端面とによって区画されたコイル巻回用の溝１４が各ティース８に対応して形成されている。

各溝１４の外壁は、ヨーク７の端部１２によって構成されており、各溝１４の内壁は、延設部１１の端部１３によって構成されている。また、各溝１４の底面は、主体部１０の端面によって構成されている。
図１および図２を参照して、ステータコア５の外周１５には、軸方向Ｚ１に所定長さで延びる環状凹部１６が形成されている。この環状凹部１６は、図２に示すように、各分割体９の外周に形成された複数の円弧状凹部１７によって構成されており、図１に示すように、ステータコア５の外周１５において上記溝１４の外壁（ヨーク７の端部１２）の外周１８を除く範囲に環状凹部１６が形成されている。

図１を参照して、ロータ３およびステータ４は、筒状のフレーム１９内に収容されている。フレーム１９は、筒状部２０と、筒状部２０の端部に配置された一対の端壁２１，２２とを含む。本実施形態では、一対の端壁２１，２２の一方（本実施形態では端壁２１）と筒状部２０とが、単一の材料によって一体に形成されている。
一対の端壁２１，２２の中央部には、回転軸２が挿通する挿通孔２３がそれぞれ形成されている。各挿通孔２３には、軸受２４を保持する軸受保持部２５が形成されており、回転軸２は、軸受保持部２５に保持された軸受２４を介してフレーム１９に回転可能に保持されている。

また、筒状部２０の内周２０ａには、例えば圧入嵌合によって、ステータコア５が固定されている。ステータコア５の外周１５には、上述のように環状凹部１６が形成されているので、環状凹部１６に対応するステータコア５の外周１５には、筒状部２０の内周２０ａに対して非接触となる非接触領域Ａ１が形成されている。また、非接触領域Ａ１を軸方向Ｚ１に挟んだ両側において、ステータコア５の外周１５（各溝１４の外壁１２の外周１８を含む範囲）には、筒状部２０の内周２０ａと接触する一対の圧入領域Ｂ１，Ｂ２がそれぞれ形成されている。

したがって、ステータコア５を筒状部２０に圧入嵌合することにより生じる応力は、溝１４の外壁１２およびその近傍に加わり、非接触領域Ａ１が形成されたステータコア５の軸方向Ｚ１の中間部２６には、当該応力がほとんど加わらないようになっている。
以上のように、本実施形態では、ステータコア５の磁気特性に影響を及ぼし易い部分であるステータコア５の中間部２６の外周２８に非接触領域Ａ１を形成することにより、上記中間部２６に加わる圧入嵌合に起因する応力を低減することができる。したがって、ステータコア５の磁気特性の低下を抑制することができる。

また、ステータコア５の両端の外周に一対の圧入領域Ｂ１，Ｂ２を形成することにより、ステータコア５の磁気特性を殆ど低下させることなく、確実にステータコア５をフレーム１９に固定することができる。
なお、上述の第１実施形態は、以下のように変形することができる。すなわち、第１実施形態では、ステータコア５全体が、圧粉磁心Ｐである場合について説明したが、ステータコア５は、圧粉磁心Ｐと積層鋼板Ｑとを含んでいてもよい。また、第１実施形態では、環状凹部１６がステータコア５の外周１５に形成されている場合について説明したが、環状凹部１６は、フレーム１９の筒状部２０の内周２０ａに形成されていてもよい。

ステータコア５が圧粉磁心Ｐと積層鋼板Ｑとを含む場合、図３に示すように、ステータコア５の中間部２６を積層鋼板Ｑとし、ステータコア５の両端を圧粉磁心Ｐとしてもよい。形状の自由度が高い圧粉磁心Ｐをステータコア５の両端に配置することにより、ステータコア５の両端に上記溝１４を形成し易くなる。
また、上記積層鋼板Ｑは、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いて形成された複数の薄板を軸方向Ｚ１に積層固定することによって形成されている。電磁鋼板としては、例えば表面に絶縁処理が施されたケイ素鋼板等を用いることができる。

また、環状凹部１６ａをフレーム１９の筒状部２０の内周２０ａに形成する場合、図４に示すように、筒状部２０の内周２０ａにおいて各溝１４の外壁１２の外周１８に対向しない範囲に環状凹部１６ａを形成してもよい。この場合、環状凹部１６ａによって、磁気特性に影響が出易い部分であるステータコア５の中間部２６の外周２８に非接触領域Ａ１が形成されるので、ステータコア５の磁気特性の低下を抑制することができる。

図５は、本発明の第２実施形態に係る電動モータ１の概略構成を模式的に示す断面図である。この図５において、上述の図１に示された各部と同等の構成部分については、図１と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図５を参照して、この第２実施形態が第１実施形態と主に相違するのは、ステータコア５の中間部２６が積層鋼板Ｑによって構成され、ステータコア５の両端が圧粉磁心Ｐによって構成されており、上記中間部２６の外周２８が溝１４の外壁１２の外周１８よりも径方向Ｙ１外方に突出していることにある。すなわち、ステータコア５の両端には、溝１４の外壁１２の外周１８と中間部２６の端面とを含む環状の凹部２７が形成されている。

ステータコア５がフレーム１９に圧入嵌合された状態で、ステータコア５の中間部２６の外周２８に圧入領域Ｂ３が形成されており、圧入領域Ｂ３を軸方向Ｚ１に挟んだ両側においてステータコア５の外周１５に、一対の非接触領域Ａ２，Ａ３がそれぞれ形成されている。
この第２実施形態では、圧粉磁心Ｐであるステータコア５の両端に一対の非接触領域Ａ２，Ａ３を形成することにより、ステータコア５の両端に加わる圧入嵌合による応力を低減することができる。したがって、ステータコア５の両端の耐久性を向上させることができる。

図６は、本発明の第３実施形態に係る電動モータ１の概略構成を模式的に示す断面図であり、図７は、図６における電動モータ１のVII−VII線に沿う断面の一部を示す拡大断面図である。この図６および図７において、上述の図１および図２に示された各部と同等の構成部分については、図１および図２と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図６および図７を参照して、この第３実施形態が第１実施形態と主に相違するのは、軸方向Ｚ１に延びる複数の軸方向溝２９がステータコア５の外周１５に形成されていることにある。具体的には、各軸方向溝２９は、対応する分割体９にそれぞれ形成されており、ステータコア５の一方の端部から他方の端部まで延びている。

ステータコア５がフレーム１９に圧入嵌合された状態では、図７に示すように、各軸方向溝２９に対応する複数の非接触領域Ａ４と、複数の圧入領域Ｂ４とがステータコア５の外周１５に形成されており、こられ非接触領域Ａ４および圧入領域Ｂ４は、周方向Ｘ１に交互に形成されている。
この第３実施形態では、ステータコア５の外周１５に複数の軸方向溝２９を形成することにより、圧入嵌合に起因する応力をステータコア５内に均一に分散させることができるので、ステータコア５の磁気特性の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、各軸方向溝２９が対応する分割体９にそれぞれ形成されている場合について説明したが、複数の軸方向溝２９は、周方向Ｘ１に関して、ステータコア５の外周１５の任意の位置に形成されていてもよい。すなわち、２つ以上の軸方向溝２９が形成された分割体９があってもよいし、軸方向溝２９が形成されていない分割体９があってもよい。また、複数の軸方向溝２９は、ステータコア５の外周１５に形成することに代えて、フレーム１９の筒状部２０の内周２０ａに形成されていてもよいし、ステータコア５は、上述のように、圧粉磁心Ｐと積層鋼板Ｑとを含むものであってもよい。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、圧入嵌合によってステータコア５がフレーム１９に固定されている場合について説明したが、焼きばめやその他のしまりばめによってステータコア５をフレーム１９に固定してもよい。
また、上述の実施形態では、ステータコア５が周方向Ｘ１に分割された分割型のステータコア５である場合について説明したが、ステータコア５は、周方向Ｘ１に分割されていない一体型のステータコア５であってもよい。

本発明の第１実施形態に係る電動モータの概略構成を模式的に示す断面図である。 図１における電動モータのII−II線に沿う断面の一部を示す拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電動モータの別の形態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電動モータのさらに別の形態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動モータの概略構成を模式的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る電動モータの概略構成を模式的に示す断面図である。 図６における電動モータのVII−VII線に沿う断面の一部を示す拡大断面図である。

符号の説明

１・・・電動モータ、５・・・ステータコア、６・・・コイル、１２・・・端部（一対の端部）、１４・・・溝、１５・・・外周（ステータコアの外周）、１６，１６ａ・・・環状凹部（凹部）、１８・・・外周（一対の端部の外周）、１９・・・フレーム、２０ａ・・・内周（フレームの内周）、２７・・・凹部、２６・・・中間部、２８・・・外周（中間部の外周）、２９・・・軸方向溝（凹部）、Ａ１〜Ａ４・・・非接触領域、Ｂ１，Ｂ２・・・圧入領域、Ｐ・・・圧粉磁心、Ｚ１・・・軸方向

Claims (5)

1. 筒状のフレームと、
   コイルが巻回され、フレームに圧入された環状のステータコアとを備え、
   ステータコアの外周およびフレームの内周の間に互いに非接触となる非接触領域が形成されていることを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１において、上記ステータコアの外周およびフレームの内周の少なくとも一方に凹部が形成され、
   上記非接触領域は、上記凹部に対応して形成されていることを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１または２において、上記ステータコアは、ステータコアの軸方向に関する一対の端部と、上記一対の端部間の中間部とを含み、
   上記非接触領域は、上記中間部の外周に形成されており、
   上記一対の端部の外周に、フレームに対する圧入領域が形成されていることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項１または２において、上記ステータコアは、ステータコアの軸方向に関する一対の端部と、これら一対の端部間の中間部とを含み、
   上記非接触領域は、上記一対の端部の外周に形成されていることを特徴とする電動モータ。
5. 請求項３または４において、上記ステータコアの上記一対の端部は圧粉磁心を含み、
   上記一対の端部に、それぞれステータコアの軸方向外方に開放するコイル巻回用の溝が設けられていることを特徴とする電動モータ。

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