JP4863061B2

JP4863061B2 - 電動モータ

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Publication number: JP4863061B2
Application number: JP2006134082A
Authority: JP
Inventors: 博英稲山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-05-12
Also published as: EP1855369A3; US20070262659A1; US7705494B2; EP1855369A2; JP2007306740A

Description

この発明は、電動モータに関する。

従来の電動モータは、環状のステータを有している。ステータは、コイルが巻かれたステータコアを有している。ステータコアは、積層鋼板からなる。積層鋼板は、多数の珪素鋼板がステータの軸方向に積層されてなる組立品である。また、ステータコアが、粉末磁性材料を含み圧縮成形されてなる粉末成形品からなる場合がある。また、ステータコアが、積層鋼板と、上述の粉末成形品との組立品からなる場合がある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３６９４１８号公報

しかし、ステータコアが積層鋼板からなる場合には、ステータコアの外形は、円柱形状をなしている。コイルが、軸方向についてのステータコアの両端部から突出していた。その結果、コイルの周囲に空きスペースが生じていた。一方で、積層鋼板からなるステータコアでは、軸方向に相当する積層方向についてのステータコアの形状の自由度が低いので、コイルの周囲に生じた空きスペースを解消することはできない。従って、磁束が有効に利用されないので、出力トルクが小さくなっていた。また、逆に、出力トルクを高めようとすると、電動モータが大型化してしまう。

また、ステータコアが、上述の粉末成形品からなる場合には、形状の自由度が高いが、製造コストが高価である。
また、特許文献１では、ステータの軸方向について、積層鋼板の両端に粉末成形品を配置し、粉末成形品から軸方向に突出させた状態でコイルを巻いている。しかし、コイルの周囲に上述の空きスペースが生じるので、出力トルクが小さくなる。

そこで、この発明の目的は、電動モータの大型化を抑制しつつ電動モータの出力トルクを高めることができて安価な電動モータを提供することである。

本発明の電動モータは、環状のステータを備え、ステータは、ステータの軸方向に関して両端部に配置された一対の圧粉磁心と、ステータの軸方向に関して一対の圧粉磁心間に配置された積層鋼板とを含み、上記各圧粉磁心は、積層鋼板に結合するための結合部を含み、上記結合部は、上記圧粉磁心の端面から軸方向に突出して周方向に環状に延びた係合部を含み、上記係合部の内周が上記積層鋼板の外周の縁部に嵌合して係合し、ステータの軸方向に関して、圧粉磁心の外方側端部が、ステータに巻回されるコイルの外方側端部よりも外方に配置されていることを特徴とする。
この発明によれば、形状自由度が低くて済む軸方向の中間部に、安価な積層鋼板を用いているので、製造コストを低減できる。しかも、軸方向の端部に、形状自由度が高い圧粉磁心が配置されるので、ステータの軸方向端部に従来生じていた空きスペースを小さく抑制でき、磁束を有効に利用できる。従って、電動モータの大型化を抑制しつつ電動モータの出力トルクを高めることが安価に実現できる。また、圧粉磁心がコイルよりも軸方向外方へ延びているので、ロータのマグネットに対向して出力トルク発生に直接に寄与する部分の長さを長くできる結果、出力トルクを高めるのに好ましい。
また、上記各圧粉磁心は、積層鋼板に結合するための結合部を含む。これにより、ステータを製造するときに、一対の圧粉磁心と積層鋼板とを結合できるので、コイルを巻き易くできる結果、製造コストの低減に寄与する。また、上記結合部は、積層鋼板の縁部に係合する係合部を含む。これにより、係合部を積層鋼板の縁部に係合させることで、圧粉磁心と積層鋼板とを互いに結合することができる。また、結合するために積層鋼板の縁部を利用できるので、製造コストの上昇を抑制できる。

また、本発明において、上記各圧粉磁心は、ステータの軸方向外方に向く端面を含み、各端面に、巻回されるコイルが収容される溝が形成されており、コイルは、溝からステータの軸方向外方へ突出しないようにされている場合がある。この場合、コイルを溝に収容して、端面から確実に突出しないようにできる。

以下では、この発明の実施形態の電動モータを、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の電動モータの概略構成を示す断面図である。
図１を参照して、本電動モータ１は、ハウジング２と、このハウジング２に保持された第１および第２の軸受３，４と、これら第１および第２の軸受３，４により回動自在に支持されている出力軸５と、この出力軸５に一体回転するように設けられた円筒形状のロータ６と、ロータ６の外周と径方向Ｒ１，Ｒ２に対向してハウジング２内に固定される円筒形状をなすステータ７とを有している。また、電動モータ１は、ブラシレスモータである。また、電動モータ１は、ロータ６の回転角を検出する位置検出センサ（図示せず）と、ブラシレスモータ内部における電気的な接続のためのバスバーと呼ばれる結線用基板８とを有している。

なお、図１および後述する各図には、出力軸５の軸方向Ｓ、径方向の内方Ｒ１、径方向の外方Ｒ２、および周方向Ｔを必要に応じて図示している。また、これらの各方向は、ロータ６およびステータ７の対応する各方向に一致している。
ハウジング２は、有底円筒形状をなすハウジング本体９と、ハウジング本体９の開放端部に取り付けられている端部材１０とを有している。

端部材１０は、中央部に形成された貫通孔を有する。この貫通孔の周縁部に、第１の軸受３を支持する支持部が設けられている。また、端部材１０には、基板８が、貫通孔を取り囲むように固定されている。また、端部材１０の外周縁部には、ハウジング本体９と連結するための連結部が設けられている。
ハウジング本体９は、筒部９ａと、端部材としての底部９ｂとを有している。筒部９ａと底部９ｂとは、単一の部材により一体に形成されている。

筒部９ａは、内周と、外周とを有する。また、筒部９ａは、開放側の第１の端部と、底部９ｂ寄りの第２の端部とを有する。筒部９ａの第１の端部には、端部材１０の連結部に連結するための連結部が設けられている。筒部９ａの連結部と、端部材１０の連結部とは、図示しないボルトにより互いに固定される。
底部９ｂの中央部には、ハウジング２の内側に開く凹部が形成されている。凹部の周縁部に、第２の軸受４を支持する支持部が設けられている。

ハウジング２の内部に、ロータ６およびステータ７が収容されている。出力軸５の軸方向Ｓについて、端部材１０と底部９ｂとの間に、ステータ７が配置されている。筒部９ａの内周に、ステータ７の外周が固定されている。
出力軸５は、長尺部材からなる。出力軸５の一方の端部は、端部材１０の貫通孔から延び出している。出力軸５の他方の端部は、ハウジング２内に収容されている。出力軸５は、ハウジング２の筒部９ａの内周およびステータ７の内周に同心に配置されている。

ロータ６は、出力軸５と一体回転できるように、出力軸５に同心に配置されてこれに固定されている。ロータ６は、筒状をなしていて、外周および内周を有している。ロータ６は、ロータ本体６ａと、このロータ本体６ａの外周に一体回転できるように取り付けられたロータマグネット６ｂと、ロータ本体６ａおよび出力軸５の間に介在する筒状のスペーサ６ｃとを含んでいる。

ロータマグネット６ｂは、永久磁石からなり、環状に形成されて、その外周にＮ極とＳ極との磁極が交互に周方向Ｔに並んで複数箇所に形成されている。
ロータ本体６ａは、薄肉の環状部材であり、ロータマグネット６ｂおよび出力軸５と別体に形成されている。ロータマグネット６ｂの内周に、ロータ本体６ａの外周が嵌合されて固定されている。ロータ本体６ａの内周が、スペーサ６ｃを介して出力軸５の外周に固定されている。

ステータ７は、環状をなす。ステータ７の内周は、ロータ６の回転中心軸線に同心に配置されている。ステータ７の内周は、ロータ６のロータマグネット６ｂの外周と径方向Ｒ１，Ｒ２に所定間隔を開けて対向している。ステータ７は、環状をなす単一のステータコア１１と、複数のインシュレータ１２と、複数のコイル１３とを有している。ステータコア１１の外周が、ステータ７の外周を形成し、ハウジング本体９の筒部９ａの内周に嵌め入れられている。

図２は、図１のステータコア１１の斜視図である。図３は、図２のステータコア１１の要部の一部断面斜視図である。図４は、図１のステータ７の要部の断面図である。
図１および図２を参照して、ステータコア１１は、当該ステータコア１１の外周を形成し円筒形状をなすヨーク１４と、複数のティース１５とを有している。
複数のティース１５は、互いに同じ形状をなしていて、ヨーク１４の内周面に、周方向Ｔについて所定間隔を隔てて均等に配置されている。各ティース１５は、ヨーク１４に連結され径方向の内方Ｒ１へ突出して延びていてロータ６に対向している。軸方向Ｓについての各ティース１５の両端部に、２つのインシュレータ１２が組付けられている。インシュレータ１２は、コイル１３を保護するための絶縁体である。また、コイル１３が、２つの各インシュレータ１２を介してティース１５に巻回されている。各コイル１３は、絶縁被覆された電線をそれぞれ有している。

本実施形態のステータコア１１は、一対の圧粉磁心１６と、単一のユニットとしての積層鋼板１７とを有している。一方の圧粉磁心１６と、積層鋼板１７と、他方の圧粉磁心１６とが、この記載された順に、軸方向Ｓに沿って並んでいる。ステータコア１１は、軸方向Ｓに並ぶ３つの部分としての一対の圧粉磁心１６および積層鋼板１７に分割することができる。これに伴い、ヨーク１４は、軸方向Ｓに並ぶ３つの部分としての２個の第１の部分１４ａおよび１個の第２の部分１４ｂに分割することができる。ティース１５は、軸方向Ｓに並ぶ３つの部分としての２個の第１の部分１５ａおよび１個の第２の部分１５ｂに分割することができる。軸方向Ｓについて、ステータコア１１の両端部は、互いに同様に形成されている。以下では、一方の端部を中心にして説明する。

ヨーク１４において、第１の部分１４ａおよび第２の部分１４ｂは、それぞれ円筒形状をなしていて、軸方向Ｓから見たときに互いに同じ形状をなしている。
ティース１５において、第１の部分１５ａと第２の部分１５ｂとは、軸方向Ｓから見たときに互いに同じ形状をなしている。また、ティース１５の内周面は、２個の第１の部分１５ａと１個の第２の部分１５ｂとにより形成されていて、軸方向Ｓに真直に連続して延びていて、ロータマグネット６ｂに等しい長さで形成され、ロータマグネット６ｂと互いに軸方向Ｓについての同じ位置に配置されている。

一対の圧粉磁心１６は、ステータ７の軸方向Ｓについてのステータ７の両端部としてのステータコア１１の両端部１１ａに配置されている。一対の圧粉磁心１６は、互いに同じ形状に形成されていて、軸方向Ｓについて互いに逆向きに配置されている。各圧粉磁心１６は、磁性粉１８（一部のみ図示）を含み、これを用いて形成された粉末成型品としての焼結体からなる。

圧粉磁心１６は、ヨーク１４の第１の部分１４ａと、複数のティース１５の第１の部分１５ａとを有している。これらの複数の部分１４ａ，１５ａは、互いに一体に形成されていて、単一部品をなしている。また、圧粉磁心１６は、ステータ７の軸方向Ｓの外方（積層鋼板１７から遠ざかる向きＳ１に相当する。）に向く第１の端面１９と、第１の端面１９とは反対側にある第２の端面２０とを有している。

図３と図４を参照して、ティース１５の第１の部分１５ａは、ヨーク１４の第１の部分１４ａの内周部に連結されこの内周部からステータ７の径方向Ｒ１に延びた主体部としてのティース本体２１と、ティース本体２１の径方向内方Ｒ１にある端部に設けられた膨出部２２とを有している。
膨出部２２は、ティース本体２１から、ステータ７の軸方向Ｓの外方に所定長さで膨出され、また、周方向Ｔの両側へ所定長さで膨出されている。膨出部２２は、ティース本体２１の径方向内方Ｒ１にある端部から周方向Ｔについて遠ざかるにしたがって、肉厚（径方向寸法）が薄くなるように形成されている。軸方向Ｓについて、膨出部２２は、ヨーク１４の第１の部分１４ａに等しい長さで形成されている。

圧粉磁心１６の第１の端面１９は、ヨーク１４の第１の部分１４ａに形成された部分と、ティース１５の第１の部分１５ａの膨出部２２に形成された部分とを有している。また、これらの２つの部分の間には、溝２３が形成されている。溝２３は、軸方向Ｓの外方に向けて開放されている。溝２３に、インシュレータ１２を介してコイル１３が収容されている。コイル１３は、溝２３からステータ７の軸方向Ｓの外方Ｓ１へ突出しないように巻回されている。

圧粉磁心１６の第２の端面２０は、ヨーク１４の第１の部分１４ａに形成された部分と、ティース１５の第１の部分１５ａのティース本体２１に形成された部分と、ティース１５の第１の部分１５ａの膨出部２２に形成された部分とを有している。これら３つの部分は、互いに連続して、単一の平面を形成している。この平面は、軸方向Ｓに垂直に交差している。第２の端面２０は、当該第２の端面２０に対向する積層鋼板１７に接している。また、第２の端面２０には、積層鋼板１７に結合するための結合部としての複数の凸部２５（ひとつのみ図示した。）が設けられている。

各凸部２５は、第２の端面２０から軸方向Ｓに所定長さで突出していて、例えば円柱形状または角柱形状をなし、第２の端面２０に一体に形成されている。各凸部２５は、第２の端面２０において、ヨーク１４の第１の部分１４ａにより形成された部分であって、周方向についてはティース１５の第１の部分１５ａから離れた位置に配置されている。複数の凸部２５は、互いに離隔して配置されている。なお、凸部２５としては、圧粉磁心１６とは別体に形成され圧粉磁心１６に固定された柱状部材であってもよく、また、少なくとも１個が設けられていればよい。

図２および図３を参照して、積層鋼板１７は、ステータ７の軸方向Ｓについてのステータ７の中間部としてのステータコア１１の中間部１１ｂに配置されていて、一対の圧粉磁心１６の間に挟まれて配置されている。積層鋼板１７は、複数の電磁鋼板としての珪素鋼板１７ａ（一部のみ図示）が積層方向としての軸方向Ｓに積層されてなる。積層鋼板１７は、密度を高くできるので、磁束密度を高め易く、しかも、安価である。

積層鋼板１７は、ヨーク１４の第２の部分１４ｂと、複数のティース１５の第２の部分１５ｂとを有している。これらの複数の部分１４ｂ，１５ｂは、互いに一体に形成されていて、単一部品をなしている。積層鋼板１７の外形は、円柱形状をなし、軸方向Ｓについて所定長さで延びている。積層鋼板１７は、軸方向Ｓについて一対の端面２６を有している。この端面２６が、圧粉磁心１６の第２の端面２０に対向して接している。

ティース１５の第２の部分１５ｂは、主体部としてのティース本体２９と、ティース本体２９の径方向内方Ｒ１にある端部に設けられた膨出部３０とを有している。ティース本体２９は、ヨーク１４の第２の部分１４ｂの内周部に連結されこの内周部から径方向Ｒ１に延びている。膨出部３０は、ティース本体２９から、周方向Ｔの両側へ所定長さで膨出されている。膨出部３０は、ティース本体２９の径方向内方Ｒ１にある端部から周方向について遠ざかるにしたがって、肉厚（径方向寸法）が薄くなるように形成されている。

図３および図４を参照して、積層鋼板１７の各端面２６は、ヨーク１４の第２の部分１４ｂにより形成された部分と、ティース１５の第２の部分１５ｂのティース本体２９により形成された部分と、ティース１５の第２の部分１５ｂの膨出部３０により形成された部分とを有している。これら３つの部分は、互いに連続した平坦な単一の平面を形成し、この平面は、軸方向Ｓに垂直に交差している。各端面２６には、圧粉磁心１６に結合するための結合部としての孔２８が形成されている。

孔２８は、凸部２５に対向して配置され、軸方向Ｓに平行に延びて、軸方向Ｓから見たときに円形または角形をなしている。孔２８に、圧粉磁心１６の凸部２５が嵌まっている。孔２８は、積層鋼板１７を軸方向Ｓに貫通していてもよいし、凸部２５よりも長い所定深さで有底に形成されていてもよい。
このように本実施形態の電動モータ１は、環状のステータ７を備えている。このステータ７は、ステータ７の軸方向Ｓに関して両端部１１ａに配置された一対の圧粉磁心１６と、ステータ７の軸方向Ｓに関して一対の圧粉磁心１６間に配置された積層鋼板１７とを含む。ステータ７の軸方向Ｓに関して、圧粉磁心１６の外方側端部としての端面１９が、ステータ７に巻回されるコイル１３の外方側端部１３ａよりも外方に配置されている。

本実施形態によれば、形状自由度が低くて済む軸方向Ｓの中間部１１ｂに、安価な積層鋼板１７を用いているので、製造コストを低減できる。しかも、軸方向Ｓの端部１１ａに、形状自由度が高い圧粉磁心１６が配置されるので、端部１１ａに従来生じていた空きスペースを小さく抑制でき、磁束を有効に利用できる。従って、電動モータ１の大型化を抑制しつつ電動モータ１の出力トルクを高めることが安価に実現できる。圧粉磁心１６がコイル１３よりも軸方向Ｓの外方へ延びているので、ロータマグネット６ｂに対向して出力トルクの発生に直接に寄与する部分であるステータコア１１の長さを長くできる結果、出力トルクを高めるのに好ましい。

また、各圧粉磁心１６は、ステータ７の軸方向Ｓの外方に向く端面１９を含み、各端面１９に、巻回されるコイル１３が収容される溝２３が形成されており、コイル１３は、溝２３から軸方向Ｓの外方Ｓ１へ突出しないようにされている。この場合、コイル１３を溝２３に収容して、端面１９から確実に突出しないようにできる。
また、本実施形態では、各圧粉磁心１６は、積層鋼板１７に結合するための結合部（例えば本実施形態では凸部２５が相当する。）を含んでいる。この場合、ステータ７を製造するときに、一対の圧粉磁心１６と積層鋼板１７とを一体的に仮保持状態で結合できるので、コイル１３を巻き易くできる結果、製造コストの低減に寄与する。

また、結合部は、積層鋼板１７に形成された孔２８に嵌合する凸部２５を含んでいる。この場合、凸部２５を孔２８に嵌合することで、圧粉磁心１６と積層鋼板１７とを互いに結合することができる。また、圧粉磁心１６に凸部２５を設けること、および積層鋼板１７に孔２８を形成することは、容易であるので、製造コストの上昇を抑制できる。
また、軸方向Ｓについて、コイル１３よりも、圧粉磁心１６と積層鋼板１７との組立体を突出させることにより、軸方向Ｓについての寸法のばらつきが大きくなる傾向にある上述の組立体を用いる場合であっても、ステータ７の上述の寸法のばらつきを小さく抑制できるので、ステータ７をスペース効率よく配置することができる。

また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
例えば、図５は、本発明の第２の実施形態の電動モータ１のステータ７の要部の断面図である。図５を参照して、各圧粉磁心１６は、積層鋼板１７に結合するための結合部であり且つ係合部としての環状凸部３１を有している。これに対応して、積層鋼板１７は、圧粉磁心１６に結合するための結合部であり係合部としての縁部３２を含んでいる。縁部３２は、積層鋼板１７の外周に形成されている。環状凸部３１は、圧粉磁心１６の端面２０から軸方向Ｓに突出して周方向に環状に延びている。環状凸部３１の内周が、積層鋼板１７の外周に対向し、この外周の縁部３２に嵌合されて係合している。

このように、第２の実施形態では、結合部は、積層鋼板１７の縁部３２に係合する係合部としての環状凸部３１を含んでいる。この場合、係合部を積層鋼板１７の縁部３２に係合させることで、圧粉磁心１６と積層鋼板１７とを互いに結合することができる。また、結合するために積層鋼板１７の縁部３２を利用できるので、製造コストの上昇を抑制できる。また、圧粉磁心１６の係合部が積層鋼板１７の外周以外の縁部に係合するようにしてもよい。一方で、上述の各結合部を廃止することも考えられる。

また、上述の各実施形態では、ステータコア１１が、周方向に均等に複数に分割されてなる複数の分割コア（図示せず）を有していてもよい。各分割コアが、軸方向Ｓの両端部１１ａに配置された一対の圧粉磁心と、軸方向Ｓの中間部１１ｂに配置された単一のユニットとしての積層鋼板とを有していてもよい。
また、圧粉磁心としては、磁性粉を含む焼結体の他、磁性粉が高圧力で圧縮成形されてなる成型品であってもよいし、樹脂成型品であってもよい。この樹脂成型品は、磁性粉としての鉄粉と、バインダーとしての合成樹脂とを含んでいる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施形態の電動モータの概略構成を示す断面図。図１のステータコアの斜視図である。図２のステータコアの要部の一部断面斜視図である。図１のステータの要部の断面図である。本発明の第２の実施形態の電動モータのステータの要部の断面図である。

符号の説明

１…電動モータ、７…ステータ、１１ａ…端部（ステータの端部）、１３…コイル、１３ａ…（コイルの外方側端部）、１６…圧粉磁心、１７…積層鋼板、１９…端面（圧粉磁心の外方側端部）、２３…溝、２５…凸部（結合部）、２８…孔、３１…環状凸部（係合部、結合部）、３２…縁部、Ｓ…軸方向

Claims

環状のステータを備え、
ステータは、ステータの軸方向に関して両端部に配置された一対の圧粉磁心と、ステータの軸方向に関して一対の圧粉磁心間に配置された積層鋼板とを含み、
上記各圧粉磁心は、積層鋼板に結合するための結合部を含み、上記結合部は、上記圧粉磁心の端面から軸方向に突出して周方向に環状に延びた係合部を含み、上記係合部の内周が上記積層鋼板の外周の縁部に嵌合して係合し、
ステータの軸方向に関して、圧粉磁心の外方側端部が、ステータに巻回されるコイルの外方側端部よりも外方に配置されていることを特徴とする電動モータ。
請求項１において、上記各圧粉磁心は、ステータの軸方向外方に向く端面を含み、各端面に、巻回されるコイルが収容される溝が形成されており、コイルは、溝からステータの軸方向外方へ突出しないようにされていることを特徴とする電動モータ。