JP5240495B2

JP5240495B2 - モータ

Info

Publication number: JP5240495B2
Application number: JP2007284118A
Authority: JP
Inventors: 昌史佐久間; 智宏福島; 誠之西村
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: JP2009112160A; US20090108700A1; US8258670B2; DE102008043332A1

Description

本発明は、複数の薄板を積層して筒状に形成され、その内部にロータを収容可能なバックヨーク部及び当該バックヨーク部の内周面から軸芯に近づくように突出した複数のティース部を備え、前記ティース部が形成されない幅狭部および前記ティース部が形成される幅広部を周方向に沿って交互に形成してあるステータと、その内周面に軸芯方向に延在する連通路を形成し、前記ステータを囲繞して保持するケースと、を備えたモータに関する。

例えばインバータ駆動の永久磁石同期モータでは、スイッチング素子により交流化された電流を流すこと等により回転磁場を発生させるステータと、永久磁石の埋め込み等が施され、ステータに対して回動自在に設けられるロータとを備える。

ステータは、その内部にロータを収容可能なバックヨーク部、および、当該バックヨーク部から軸芯方向に突出した複数のティース部をその内周面に設ける。このようにステータには、ティース部が形成される幅広の部位（幅広部）、および、ティース部が形成されない幅狭の部位（幅狭部）が形成される。ステータコイルは、当該ティース部に配線を直巻きして形成される。

このようなモータにおいては、ステータやロータに鉄心を設けることができる。鉄心は、複数の電磁鋼板をモータの軸芯方向に積層して形成される。このようにして形成されたステータは、例えば外枠であるケースに、或いはロータは回転軸に、それぞれ焼き嵌め等により取り付けることがある。

例えば厚みが薄い電磁鋼板によって鉄心が形成されたステータを、焼き嵌めによってケースに取り付ける際には、積層方向の外側に位置する電磁鋼板に座屈等の変形が生じ易い。このような変形を防止するために、例えば非磁性体を材料とする端板等を、積層された電磁鋼板の両端に設けることが考えられる。しかしこの場合は、当該端板の分だけモータの寸法が大きくなってしまう。

特許文献１には、鉄心を備えるモータが開示してある。当該鉄心は、モータの軸芯方向に、第一の電磁鋼板を積層した第一部位と、第二の電磁鋼板を積層した第二部位とが互いに隣接するように形成してある。そして、第二の電磁鋼板の厚みは、第一の電磁鋼板の厚みよりも大きい。

このように構成すれば、当該ステータをケースに取り付ける際に、第一の電磁鋼板が変形することを第二部位によって防止することができる。さらに、前述の非磁性体からなる端板等の構造部材を必要としないため、モータ寸法の大きさを抑えることができる。

特開２００５−１５１６４８号公報

一般に、モータの鉄損はヒステリシス損および渦電流損の和で表される。渦電流損は、鉄心の中に生じる渦電流によって生じ、渦電流の大きさは板厚の２乗に比例する。そのため、電磁鋼板の厚さが増すと渦電流損の比率が大きくなる。

特許文献１に記載のモータでは、厚みを増した電磁鋼板（第二の電磁鋼板）を使用している。そのため、当該モータでは鉄損が増加するという問題点があった。当該モータでは、それぞれ厚さが異なる二種類の電磁鋼板を利用する必要があるため、材料費が嵩む。さらに、これら二種類の電磁鋼板は、各種類の電磁鋼板を別々に積層した後で一体化するため、組み付け効率が悪い。

また、当該モータでは、ケースによってステータを囲繞し、当該ケースには、その内周面を凹設する等してステータの軸芯方向に延在して連通する連通路を設けることがある。当該連通路は、信号線を挿通させたり、或いは、油路として利用される。
仮に、当該連通路を設けないケースにステータを焼き嵌めや圧入によって取り付ける場合、ケースの内周面からステータの外周面の全周に亘って均等な径方向の締付力が作用する。しかし、上述した連通路を形成したケースを適用する場合、その内周面には当該連通路が存在する部位および存在しない部位があるため、ステータの外周面に作用する締付力は、周方向の全体に亘って均一ではない。ステータには、ティース部の有無によって幅広部および幅狭部が存在し、当該幅狭部の剛性は低い。そのため、前記取り付け時には、当該幅狭部で、座屈等の変形が発生し易くなる。

従って、本発明の目的は、鉄損の増加を抑え、かつ、取り付け時の変形を防止できるモータを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るモータの第一特徴構成は、複数の薄板を積層して筒状に形成され、その内部にロータを収容可能なバックヨーク部及び当該バックヨーク部の内周面から軸芯に近づくように突出した複数のティース部を備え、前記ティース部が形成されない幅狭部および前記ティース部が形成される幅広部を周方向に沿って交互に形成してあるステータと、その内周面に軸芯方向に延在する連通路を形成し、当該連通路に対向する外周面に凸部を有し、前記ステータを囲繞して保持するケースと、を備え、少なくとも１つの前記連通路の内部に、前記幅狭部の位置で前記ステータの外周面に当接する保持部を設けた点にある。

本構成のように、連通路の内部に、ステータの幅狭部の外周面と当接する保持部を設けることで、剛性の低いステータの幅狭部が変形するのを未然に防止できる。
この結果、例えば変形を防止する厚板の端板をステータの最外層に設ける必要が無くなり、鉄損の増加を抑えることができる。

さらに、保持部を設けることでステータとケースとの接触面積が大きくなり、ステータからケースへの伝熱が促進され、放熱効率の優れたモータとなる。

本発明に係るモータの第二特徴構成は、前記保持部が、前記ステータの外周面に当接する第１保持部、および、前記ステータの軸芯方向の端面に当接する第２保持部を備えた点にある。

本構成によれば、ステータの外周面に当接して上記の作用効果を奏する第１保持部に加えて、ステータの軸芯方向の端面に当接する第２保持部を備えることで、ステータを挿入したときにステータの端面に対してステータの積層方向に当接力が付与される。この結果、ステータを構成する薄板同士が分離するのを防止することができ、ステータが変形するのを確実に防止することができる。

本発明に係るモータの第三特徴構成は、前記保持部を、前記ティース部間の幅の中央位置に対応する位置に形成した点にある。

ティース部間の幅の中央位置、即ち、幅狭部の周方向における中央位置は、剛性が低く、ケースへの取り付けに対して最も応力が集中する部位となる。本構成では、幅狭部の当該部位を保持する保持部を設けるため、効果的にステータの変形を防止することができる。

本発明に係るモータの第四特徴構成は、前記保持部を設けた連通路の他に、前記保持部を設けない連通路を形成し、前記保持部を設けない連通路の前記周方向に沿った幅の中央位置が、前記幅広部の位置に対応するように前記ステータおよび前記ケースの相対位置を決定した点にある。

連通路の幅は様々であり、周方向に沿った幅がそれ程広くない連通路も存在する。このような連通路の場合、ステータに与える応力集中は小さくなるため、必ずしも前記保持部を設ける必要はない。ただし、この場合にあってもステータに与える影響を極力少なくするために、連通路の位置を、剛性の高い幅広部の位置に対応させるのが好ましい。この結果、ケースに変形が発生する虞が殆ど無い。
この場合、特に連通路の中央位置が幅広部の位置に対応するように構成すれば、連通路の幅の少なくとも半分以上を幅広部の位置に対応させることができるため、ステータの変形を効果的に防止することができる。

本発明に係るモータの第五特徴構成は、前記保持部を設けない連通路を複数設けたとき、前記幅が広い連通路から優先的に前記中央位置が前記幅広部の位置に対応するように構成した点にある。

幅が広い連通路の幅が広くなる程、ステータの外周面を保持できない範囲が広くなるため、当該連通路の位置でのステータの変形が生じ易くなる。仮に、連通路が複数設けられている場合には、全ての連通路が、ステータに対して最適な位置に設定されているとは限らない。そこて、ステータに与える影響が最も大きな幅広の連通路を優先して位置決めすることで、ステータに生じる変形を最小に止めることができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜３に、本願発明のモータを示す。
本実施形態のモータＸは、回転磁場を発生させるステータ１０、当該スタータ１０の内部に配置されて永久磁石を備えてステータ１０の磁界の変化によって駆動するロータ２０、ステータ１０を収容するケース３０等を備える。

（ステータ）
固定子であるステータ１０は、ロータ２０と相互作用してトルクを発生させるように構成してある。
当該ステータ１０は、ステータコア１１およびステータコイル１７を備える。ステータコア１１は、モータＸの軸芯Ｚの方向に複数の薄板１６を積層して筒状に形成される。当該薄板１６は電磁鋼板を使用する。ステータ１０は、その内部にロータ２０を収容可能なバックヨーク部１２及びバックヨーク部１２の内周面から軸芯Ｚに近づくように突出した複数のティース部１３を備える。そして、ティース部１３が形成されない部位は幅狭部１４となり、ティース部１３が形成される部位は幅広部１５となる。これら幅狭部１４および幅広部１５は、周方向に沿って交互に形成される。

（ロータ）
ロータ２０は、ロータコア２１およびロータコア２１と一体回転するシャフト２２を備える。ロータコア２１は、電磁鋼板を積層した鉄心で構成する。当該ロータコア２１には、その軸芯方向に貫通する孔を設け、当該孔の内部に板状の永久磁石を保持させる。当該シャフト２２は軸受け２３ａ，２３ｂによって支持される。

（ケース）
ケース３０は、ステータ１０を囲繞して保持する。ケース３０は、ブラケット３０ａ，３０ｂによって構成され、軸受け２３ａ，２３ｂを収容する軸受け収容部３２ａ，３２ｂがそれぞれブラケット３０ａ，３０ｂに設けてある。
当該ケース３０は、その内周面に軸芯Ｚの方向に延在する連通路３１を有する。連通路３１は、当該内周面を凹設して形成してある。連通路３１は単数或いは複数形成され、信号線を挿通させたり、或いは、油路として利用される。

本発明のモータＸは、連通路３１のうち、例えば周方向に沿った幅が広いものには、幅狭部１４の位置でステータ１０の外周面に当接する保持部４０を設けてある。

このように保持部４０を設けることで、ステータ１０をケース３０に取り付ける際に発生する虞のあった変形を未然に防止することができる。

例えば、連通路３１を形成したケース３０にステータ１０を焼き嵌め・圧入等によって取り付ける際には、当該連通路３１が存在する部位および存在しない部位があるため、ケース３０の内周面からステータ１０の外周面に作用する締付力は、周方向の全体に亘って均一ではない。

焼き嵌めによってステータ１０を取り付ける際には、ケース３０を加熱して膨張させ、ステータ１０に外嵌した後、ケース３０を冷却する。ケース３０の温度が常温まで低下すると、ケース３０が収縮してステータ１０に嵌合する。このとき、連通路３１が形成されない箇所では、ステータ１０とケース３０とが当接するからステータ１０の外周部位には締付力が作用する。しかし、連通路３１に対向するステータ１０の外周部位には、上記締付力は直接作用しない。当該連通路３１に対向する部位に隣接する部位に作用する前記締付力は、軸芯Ｚの方向を向いている。そのため、これらの力は当該連通路３１に対向する部位に対して曲げ力として作用する。当該部位には、ケース３０からの締付力は作用しないため、このような曲げ力のみが作用することとなり、この部位において曲げ変形等の変形が生じ易い状態となる。このとき、当該部位が、ステータ１０において剛性の低い部位である幅狭部１４であれば、ステータ１０に座屈等の変形が生じてしまう。

しかし、本構成では、当該保持部４０が幅狭部１４の位置でステータ１０の外周面と当接する保持部４０を設けるため、剛性の低い幅狭部１４を確実に保持して当該幅狭部１４で座屈等の変形が発生するのを未然に防止できる。

仮に当該変形が発生した場合、例えばステータコイル１７には当該変形に伴う外力がステータコイル１７に作用するが、本構成では当該外力が発生しないため、ステータコイル１７の断線などの劣化を防止することができる。
さらに、保持部４０を設けることでステータ１０とケース３０との接触面積が大きくなり、ステータ１０からケース３０への伝熱が促進され、放熱効率の優れたモータＸとなる。これにより、モータＸの小型化を図ることができる。

保持部４０は、ステータ１０の外周面１１ａに当接する第１保持部４０ａ、および、ステータ１０の軸芯方向の端面１１ｂに当接する第２保持部４０ｂを備えるように構成する。本構成であれば、ステータ１０の外周面および軸芯方向の端面を確実に保持することができる。

圧入によってケース３０にステータ１０を取り付ける場合、ステータ１０を軸芯Ｚの方向に押圧して、ステータ１０の軸芯方向の端面１１ｂが、ケース３０のステータ止め３３に達するまでケース３０に嵌め込む。ステータ１０は、複数の薄板１６を積層して筒状に形成したものであるため、当該軸芯方向の端面側の薄板１６が隣接する薄板１６と分離し易くなる。

本構成では、第２保持部４０ｂを備えることで、ステータ１０を挿入したときにステータ１０の端面に対してステータ１０の積層方向に当接力が付与される。この結果、ステータ１０を構成する薄板１６同士が分離するのを防止することができ、ステータ１０が変形するのを確実に防止することができる。

保持部４０は、ティース部１３間の幅Ｗ１の中央位置Ｃ１に対応する位置に形成してある。
ティース部１３間の幅をＷ１とすると、この中央位置Ｃ１は、幅狭部１４の周方向における中央位置に対応する。当該中央位置Ｃ１は、ケース３０への取り付けに対して最も応力が集中する部位となる。本構成では、幅狭部１４の当該部位を保持する保持部４０を設けるため、効果的にステータ１０の変形を防止することができる。

連通路３１としては、保持部４０を設けた連通路３１の他に、保持部４０を設けない連通路３１も存在する。この場合にあってもステータ１０に与える影響を極力少なくするために、連通路３１の位置を、剛性の高い幅広部１５の位置に対応させるのが好ましい。この結果、ケース３０に変形が発生する虞が殆ど無くなる。

本構成では、保持部４０を設けない連通路３１の周方向に沿った幅Ｗ２の中央位置Ｃ２が、幅広部１５の位置に対応するようにステータ１０およびケース３０の相対位置を決定してある。この結果、連通路３１の幅Ｗ２の少なくとも半分以上を幅広部１５の位置に対応させることができるため、上記変形を効果的に防止することができる。

保持部４０を設けない連通路３１を複数設けた場合、全ての連通路３１において、「保持部４０を設けない連通路３１の周方向に沿った幅Ｗ２の中央位置Ｃ２が、幅広部１５の位置に対応するようにステータ１０およびケース３０の相対位置を決定する」という条件を満たさない場合がある。当該幅Ｗ２が広い連通路３１では、ケース３０の内周面がステータ１０の外周面を保持しない範囲が広くなっている。そのため、当該幅Ｗ２が広い連通路３１は、幅Ｗ２が広い分だけ剛性の弱い部位となる幅狭部１４に位置付けられ易くなる。

そこで、幅Ｗ２が広い連通路３１から優先的に中央位置Ｃ２が幅広部１５の位置に対応するように構成する。本構成により、ステータ１０に与える影響が最も大きな幅広の連通路３１を優先して位置決めすることで、ステータ１０に生じる変形を最小に止めることができる。

〔別実施の形態〕
＜１＞上述した実施形態では、単一の保持部４０を連通路３１の内部に設けた場合について説明した。しかし、このような態様に限られるものではない。
例えば、図４に示したように、連通路３１の周方向に沿った幅Ｗ２が幅広部１５の複数に亘るとき、保持部４０を複数設け、各保持部４０は、ティース部１３間の幅Ｗ１の中央位置Ｃ１に対応する位置にそれぞれ形成するように構成してもよい。

幅Ｗ２が広い連通路３１を形成することで、ケース３０の内周面がステータ１０の外周面を保持しない範囲が広くなり、この場合、当該範囲内に幅狭部１４が複数存在する。
このような場合であっても、本構成では、連通路３１の内部に複数の保持部４０を設けることで、それぞれの保持部４０が幅狭部１４の位置でステータ１０の外周面と当接する。このように連通路３１の幅Ｗ２が広い場合であっても、座屈等の変形が発生するのを未然に防止できる。
＜２＞上述した実施形態では、保持部４０は、ケース３０と一体形成した場合を例示した。しかし、これに限られるものではなく、保持部４０はステータ１０およびケース３０と別体で構成することが可能である。
これにより、ケース３０を単純な形状とすることができるため、ケース３０を容易に製造することができる。
＜３＞上述した実施形態では、ステータコア１１は、モータＸの軸芯Ｚ方向に複数の薄板１６を積層して筒状に形成した場合について例示した。このとき、薄板１６間を接着剤等によって固定するように構成してもよい。この場合、特に積層端部で剛性が増すため、座屈等の変形は更に発生し難くなる。

本発明は、複数の薄板を積層して筒状に形成され、その内部にロータを収容可能なバックヨーク部及び当該バックヨーク部の内周面から軸芯に近づくように突出した複数のティース部を備え、前記ティース部が形成されない幅狭部および前記ティース部が形成される幅広部を周方向に沿って交互に形成してあるステータと、その内周面に軸芯方向に延在する連通路を形成し、前記ステータを囲繞して保持するケースと、を備えたモータに利用することができる。

本発明のモータにおける軸芯に沿った断面視概略図本発明のモータにおける軸芯に垂直な方向に沿った断面視概略図本発明のモータの要部概略図本発明のモータの別実施形態の要部概略図

Ｘモータ
１０ステータ
１２バックヨーク部
１３ティース部
１４幅狭部
１５幅広部
１６薄板
２０ロータ
３０ケース
３１連通路
４０保持部
４０ａ第１保持部
４０ｂ第２保持部

Claims

複数の薄板を積層して筒状に形成され、その内部にロータを収容可能なバックヨーク部及び当該バックヨーク部の内周面から軸芯に近づくように突出した複数のティース部を備え、前記ティース部が形成されない幅狭部および前記ティース部が形成される幅広部を周方向に沿って交互に形成してあるステータと、
その内周面に軸芯方向に延在する連通路を形成し、当該連通路に対向する外周面に凸部を有し、前記ステータを囲繞して保持するケースと、を備え、
少なくとも１つの前記連通路の内部に、前記幅狭部の位置で前記ステータの外周面に当接する保持部を設けてあるモータ。
前記保持部が、前記ステータの外周面に当接する第１保持部、および、前記ステータの軸芯方向の端面に当接する第２保持部を備えた請求項１に記載のモータ。
前記保持部が、前記ティース部間の幅の中央位置に対応する位置に形成してある請求項１又は２に記載のモータ。
前記保持部を設けた連通路の他に、前記保持部を設けない連通路を形成し、前記保持部を設けない連通路の前記周方向に沿った幅の中央位置が、前記幅広部の位置に対応するように前記ステータおよび前記ケースの相対位置を決定してある請求項１〜３の何れか一項に記載のモータ。
前記保持部を設けない連通路を複数設けたとき、前記幅が広い連通路から優先的に前記中央位置が前記幅広部の位置に対応するように構成した請求項４に記載のモータ。