JP2009060760A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングによるステータコアの保持力を安定化させることにより出力が安定化された電動モータを提供する。
【解決手段】電動モータ１は、筒状の第１のハウジング１６と、第１のハウジング１６の内周に嵌合された筒状の第２のハウジング１７と、第２のハウジング１７の内周に嵌合されたステータコア８を有するステータ４とを備えている。第１のハウジング１６はアルミニウムを含む材料で形成され、第２のハウジング１７は鉄を含む材料で形成され、ステータコア８は鉄を含む材料で形成されている。第１のハウジング１６の材料、第２のハウジング１７の材料およびステータコア８の材料の線膨張係数を、それぞれＫ１、Ｋ２およびＫ３としたときに、下記の式（１）が満たされている。
Ｋ３≦Ｋ２＜Ｋ１ …（１）
【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。

インナーロータ型の電動モータは、ロータを取り囲む環状のステータコアを備えている。ステータコアは、例えば下記特許文献１記載のように、鉄を含む材料によって形成されている。また、ハウジングは、例えば下記特許文献２記載のように、アルミニウムによって形成されている。これら特許文献１，２では、ステータコアがハウジングの内周に焼嵌めされている。
特開２００４−４０９４８号公報 特開２００３−３４８８０１号公報

しかしながら、特許文献１，２記載のような電動モータでは、ハウジングによるステータコアの保持力を最適な大きさに維持できないおそれがある。すなわち、ステータコアが鉄を含む材料で形成され、ハウジングがアルミニウムで形成されている場合、ステータコアとハウジングとの線膨張係数が大きく異なるので、温度が変化すると（例えば−４０℃から１５０℃の範囲内での温度変化）、ハウジングによるステータコアの保持力が大きく変動してしまう。さらに、ハウジングによるステータコアの保持力が大きく変動すると、電動モータの出力が不安定になるおそれがある。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、ハウジングによるステータコアの保持力を安定化させることにより出力が安定化された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、筒状の第１のハウジング（１６）と、第１のハウジングの内周に嵌合された筒状の第２のハウジング（１７）と、第２のハウジングの内周に嵌合されたステータコア（８）を有するステータ（４）とを備え、第１のハウジングの材料、第２のハウジングの材料およびステータコアの材料の線膨張係数を、それぞれＫ１、Ｋ２およびＫ３としたときに、下記の式（１）が満たされていることを特徴とする電動モータ（１，１ａ）である。

Ｋ３≦Ｋ２＜Ｋ１ …（１）
本発明によれば、第２のハウジングによるステータコアの保持力が温度変化に伴って変動することが抑制または防止される。具体的には、Ｋ３＝Ｋ２の場合、つまり、ステータコアの材料の線膨張係数と第２のハウジングの材料の線膨張係数とが等しい場合、ステータコアおよび第２のハウジングは、それぞれ温度変化に伴って等しい割合で膨張または収縮するので、第２のハウジングによるステータコアの保持力は一定に維持される。一方、Ｋ３＜Ｋ２の場合、つまり、ステータコアの材料の線膨張係数が第２のハウジングの材料の線膨張係数よりも小さい場合であっても、第２のハウジングの材料の線膨張係数は第１のハウジングの材料の線膨張係数よりも小さいので（Ｋ２＜Ｋ１）、第１のハウジングにステータコアを保持させた場合に比べて、温度変化に伴うステータコアの保持力の変動が抑制される。したがって、電動モータの出力を安定させることができる。

また、上記ステータコアは、複数の分割コア（１２）を環状に組み合せてなる場合がある（請求項２）。この場合、ステータコアの外径のばらつきが第２のハウジングによるステータコアの保持力に影響するものの、上述のように、温度の変化に伴うステータコアの保持力の変動が抑制されているので、電動モータの出力を安定させることができる。
また、第１および第２のハウジングの嵌合はルーズフィットとされ、第２のハウジングとステータコアとの嵌合はタイトフィットとされている場合がある（請求項３）。この場合、ステータコアに対して線膨張係数の値が相対的に近い第２のハウジングの内周にステータコアをタイトフィットさせることで、温度変化に拘わらず第２のハウジングにステータコアを安定して固定することができる。また、第１および第２のハウジングの嵌合がルーズフィットとされている場合、タイトフィットである場合に比べて、第１および第２のハウジングの寸法精度が必要とされないので、電動モータの加工コストを低減することができる。さらに、線膨張係数が最も大きい第１のハウジングの温度変化による寸法変化の影響を第２のハウジングやステータコアに与え難くすることができて好ましい。

また、第１のハウジングおよび第２のハウジングの少なくとも一方に、両ハウジングの間の所定領域に隙間を設けるための凹部（３２）が形成されている場合がある（請求項４）。この場合、第２のハウジングからステータコアに加わる荷重が低減され、ステータコアの磁気特性の低下が防止される。これにより、電動モータのロストルクが低減され、電動モータの出力が向上される。

また、第２のハウジングおよびステータコアは鉄を含む場合がある（請求項５）。この場合、概ねＫ３＝Ｋ２となるので、第２のハウジングによるステータコアの保持力が確実に安定化され、その結果、電動モータの出力が確実に安定化される。
また、第２のハウジングの端部に、径方向（Ｙ１）外方に延び第１のハウジングにねじ（３０，３１）によって固定されたフランジ（２５）が形成されている場合がある（請求項６）。この場合、フランジが第１のハウジングに固定されることにより、第２のハウジングが第１のハウジングに固定される。また、上述のように、第１および第２のハウジングの嵌合がルーズフィットとされている場合、フランジを第１のハウジングに固定することで、第１のハウジングに対する第２のハウジングの回転を防止することができる。これにより、上記ルーズフィットの採用が実質的に可能となる。

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、本発明の一実施形態に係る電動モータ１の図解的な断面図である。また、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う電動モータ１の図解的な断面図である。また、図３は、図２の一部を拡大した図である。以下では、電動モータ１が、インナーロータ型のブラシレスモータである場合について説明する。

図１および図２を参照して、電動モータ１は、回転軸２に同行回転可能に連結された環状のロータ３と、ロータ３の周囲を取り囲む環状のステータ４と、ロータ３およびステータ４を収容する筒状のハウジング５とを備えている。
ロータ３は、回転軸２に同軸的に連結された環状のロータコア６と、このロータコア６の外周に固定されたリング磁石７とを備えている。リング磁石７は、複数の磁極を有する多極磁石であり、リング磁石７の外周面の磁極は、図２に示すように、Ｎ極およびＳ極がリング磁石７の周方向に交互に入れ替わっている。リング磁石７は、例えば８極の磁極を有している。なお、ロータコア６の外周に固定される磁石としては、複数枚のセグメント磁石などのその他の永久磁石であってもよい。

ステータ４は、環状のステータコア８と、このステータコア８に巻回された複数のコイル９とを含む。ステータコア８は、電磁鋼板を打ち抜いて所定の形状に形成された複数枚の薄板がステータコア８の軸方向に積層固定された積層体である。すなわち、ステータコア８は、鉄を含む材料により形成されている。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。なお、ステータコア８は、例えば、軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された圧粉体であってもよい。軟磁性材料としては、鉄、フェライト、センダスト、パーマロイ、パーメンジュールを例示することができる。

図２を参照して、ステータコア８は、環状のヨーク１０と、このヨーク１０の内周からステータコア８の径方向内方に向けて突出形成された複数のティース１１とを含む。本実施形態では、例えば１２個のティース１１が設けられている。ステータコア８は、複数の分割コア１２が環状に組み合わされてなる。すなわち、ヨーク１０は、１２個の分割ヨーク１３が環状に組み合わされることにより構成されており、ティース１１は、分割ヨーク１３ごとに設けられている。各分割コア１２は、分割ヨーク１３とティース１１とを含む。

図３を参照して、複数のティース１１は、ステータコア８の周方向に等間隔を隔てて環状に配置されている。隣接するティース１１の間には、スロットＳが形成されている。本実施形態では、ティース１１が１２個設けられているので、スロット数は１２である。すなわち、電動モータ１は、８極１２スロットのモータである。
各ティース１１は、概ね断面Ｔ字形形状をなしている。すなわち、各ティース１１は、ヨーク１０の内周からステータコア８の径方向内方に延びる径方向延伸部１４と、この径方向延伸部１４に連結され、ヨーク１０と同心をなす円の周方向に沿って延びる周方向延伸部１５とを有する。

図１を参照して、ハウジング５は、一端が開放された筒状の第１のハウジング１６と、この第１のハウジング１６の内周に嵌合された筒状の第２のハウジング１７と、第１のハウジング１６の一端および第２のハウジング１７の一端を覆う蓋状の第３のハウジング１８とを含む。
第１のハウジング１６および第３のハウジング１８は、それぞれ例えばアルミニウムを含む材料によって形成されている。また、第２のハウジング１７は、例えば炭素鋼等の鉄を含む材料によって形成されている。第２のハウジング１７の線膨張係数の値は、ステータコア８の線膨張係数の値を基準とした所定範囲内にある。すなわち、第２のハウジング１７の線膨張係数の値は、ステータコア８の線膨張係数の値と等しいか、または、ステータコア８の線膨張係数の値よりもやや大きい値となっている。

第１のハウジング１６は、第１の筒状部１９と、この第１の筒状部１９の一端から第１の筒状部１９の径方向外方に延びる環状の第１のフランジ部２０と、第１の筒状部１９の他端から第１の筒状部１９の径方向内方に延び回転軸２が挿通する挿通孔２１が中心部に形成された環状部２２とを含む。環状部２２の内周部には、軸受４１が保持された軸受保持部２３が形成されている。

第２のハウジング１７は、第２の筒状部２４と、この第２の筒状部２４の一端から第２の筒状部２４の径方向Ｙ１外方に延びる環状の第２のフランジ部２５とを含む。第２の筒状部２４は、第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に関してステータコア８よりも長くされている。第２の筒状部２４の内周には、焼嵌めまたは圧入によってステータコア８が固定されている。すなわち、第２のハウジング１７とステータコア８との嵌合はタイトフィットとされている。

また、第２の筒状部２４は、第１の筒状部１９の内周にすきまばめされている。すなわち、第１のハウジング１６と第２のハウジング１７との嵌合は、ルーズフィットとされている。第１の筒状部１９の内周に第２の筒状部２４が嵌合した状態で、第２のフランジ部２５は第１のフランジ部２０に重なり合っている。
第３のハウジング１８は、円形の板状部２６と、この板状部２６の外周部に沿って連結された第３の筒状部２７と、この第３の筒状部２７の一端から第３の筒状部２７の径方向外方に延びる環状の第３のフランジ部２８とを含む。板状部２６の中心部には、軸受４２が保持された軸受保持部２９が形成されている。回転軸２は、軸受保持部２３に保持された軸受４１と、軸受保持部２９に保持された軸受４２とを介して回転可能にハウジング５に保持されている。

第３のフランジ部２８は、第２のフランジ部２５に重なり合わされている。すなわち、第２のフランジ部２５は、第１のフランジ部２０と第３のフランジ部２８とによって挟まれている。第１のフランジ部２０、第２のフランジ部２５および第３のフランジ部２８は、固定手段としての複数のボルト３０および複数のナット３１によって、共締めにより固定されている。

これにより、第１のハウジング１６の一端および第２のハウジング１７の一端が第３のハウジング１８によって覆われ、さらに、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転が防止されている。すなわち、複数のボルト３０および複数のナット３１、ならびに、第１のフランジ部２０および第３のフランジ部２８は、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転を防止する回転防止手段として機能している。

本実施形態の特徴とするところは、第１のハウジング１６の材料、第２のハウジング１７の材料およびステータコア８の材料の線膨張係数を、それぞれＫ１、Ｋ２およびＫ３とすると、下記の式（１）が満たされていることにある。
Ｋ３≦Ｋ２＜Ｋ１ …（１）
具体的には、第１のハウジング１６がアルミニウムを含む材料で形成され、第２のハウジング１７が鉄を含む材料で形成され、ステータコア８が鉄を含む材料で形成されている。ここで、アルミニウムの線膨張係数は、鉄の線膨張係数よりも大きいので、Ｋ２＜Ｋ１となり、Ｋ３＜Ｋ１となる。また、上述のように、第２のハウジング１７の線膨張係数の値は、ステータコア８の線膨張係数の値と等しいか、または、ステータコア８の線膨張係数の値よりもやや大きい値となっているので、Ｋ３≦Ｋ２となり、式（１）が満たされている。

式（１）が満たされることで、焼嵌めまたは圧入によって生じた第２のハウジング１７によるステータコア８の保持力が一定に維持され、温度変化に伴うステータコア８の保持力の変動が抑制される。すなわち、電動モータ１の温度が変化しても（例えば−４０℃から１５０℃の範囲内での温度変化）、ステータコア８および第２のハウジング１７は、それぞれ温度変化に伴って等しい割合または概ね等しい割合で膨張または収縮する。そのため、焼嵌めまたは圧入によって生じた第２のハウジング１７によるステータコア８の保持力は一定に維持され、温度変化に伴うステータコア８の保持力の変動が抑制される。これにより、温度変化に拘わらずステータコア８が第２のハウジング１７に安定して保持され、その結果、電動モータ１の出力が安定化される。

また上記式（１）において、仮に、第２のハウジング１７の線膨張係数の値がステータコア８の線膨張係数の値よりも大きくなっている場合であっても、第２のハウジング１７の線膨張係数は第１のハウジング１６の線膨張係数よりも小さいので、第１のハウジング１６にステータコア８を直接保持させた場合に比べて、温度変化に伴うステータコア８の保持力の変動が抑制される。したがって、このような場合であっても、第１のハウジング１６にステータコア８を直接保持させた場合に比べて、電動モータ１の出力の安定化が達成される。Ｋ１、Ｋ２およびＫ３の関係としては、上記式（１）が満たされることに加えて、下記式（２）が満たされることが好ましい。

Ｋ２≦（Ｋ３＋Ｋ１）／２ …（２）
また本実施形態において、第２の筒状部２４が第１の筒状部１９の内周にすきまばめされており、第１のハウジング１６と第２のハウジング１７との嵌合がルーズフィットとされているので、タイトフィットである場合に比べて、第１の筒状部１９の内径および第２の筒状部２４の外径の寸法精度が必要とされず、電動モータ１の加工コストが低減されている。

さらに、第１のハウジング１６および第２のハウジング１７の嵌合をルーズフィットとすることで、線膨張係数が最も大きい第１のハウジング１６の温度変化による寸法変化の影響を第２のハウジング１７やステータコア８に与え難くすることができる。すなわち、温度変化に伴って第２の筒状部２４が第１の筒状部１９に締め付けられ、この締め付け荷重が第２の筒状部２４やステータコア８に加わることを抑制することができる。

図４は、本発明の別の実施形態に係る電動モータ１ａの図解的な断面図である。また、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線に沿う電動モータ１ａの図解的な断面図である。この図４および図５において、上述の図１〜図３に示された各部と同等の構成部分については、図１〜図３と同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図４および図５を参照して、本実施形態が上述の実施形態と主に相違するのは、第２の筒状部２４が第１の筒状部１９の内周に焼嵌めまたは圧入されており、第１の筒状部１９および第２の筒状部２４の間の所定領域に隙間を設けるための凹部３２が第２の筒状部２４に形成されていることにある。

凹部３２は、第２の筒状部２４の外周部に形成されており、第２の筒状部２４の径方向Ｙ１内方に凹んでいる。図５に示すように、凹部３２は、第２の筒状部２４の全周に亘って形成されている。また、図４に示すように、凹部３２は、第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に関して、ステータコア８と等しい長さ、または、ほぼ等しい長さにされている。ステータコア８は、この凹部３２に対応する位置で第２の筒状部２４に保持されている。すなわち、ステータコア８が第２の筒状部２４に保持された状態で、第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に関する凹部３２の端部の位置と、第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に関するステータコア８の端部の位置とが一致している。

第２の筒状部２４が第１の筒状部１９の内周に焼嵌めまたは圧入された状態において、第１の筒状部１９と第２の筒状部２４との間には、この凹部３２に対応する隙間が形成されている。すなわち、第１の筒状部１９と第２の筒状部２４とは、この凹部３２が形成された領域内において非接触となっている。言い換えると、第１の筒状部１９と第２の筒状部２４とは、ステータコア８の周囲に対応する領域において非接触となっている。

本実施形態では、ステータコア８の周囲において第１の筒状部１９と第２の筒状部２４とが接触していないので、第１の筒状部１９の内周に第２の筒状部２４を焼嵌めまたは圧入しても、第２の筒状部２４を介してステータコア８に入力される、上記焼嵌めまたは圧入に起因した荷重を低減することができる。したがって、ステータコア８に加わる荷重に起因したステータコア８の磁気特性の低下を防止でき、電動モータ１ａのロストルクを低減できる。これにより、電動モータ１ａの出力が向上される。

なお、本実施形態では、第２の筒状部２４の外周部に凹部３２が形成されている場合について説明したが、図６に示すように、凹部３２は、第１の筒状部１９の内周部に形成されていてもよい。また、図示はしないが、第１の筒状部１９の内周部および第２の筒状部２４の外周部の両方に凹部３２が形成されていてもよい。
また、本実施形態では、第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に関して、凹部３２が、ステータコア８と等しい長さ、または、ほぼ等しい長さにされている場合について説明したが、第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に関する凹部３２の長さは、ステータコア８より短くてもよい。

さらに、本実施形態では、凹部３２が第２の筒状部２４の全周に亘って形成された環状である場合について説明したが、凹部３２の形状はこれに限られない。例えば、凹部３２の形状を第２の筒状部２４の軸方向Ｘ１に長手となる溝形状にし、複数の凹部３２を第２の筒状部２４の外周部に形成してもよい。
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、電動モータ１，１ａは、インナーロータ型のブラシレスモータに限らず、それ以外のモータであってもよい。

また、ステータコア８は、ステータコア８の周方向に分割されていない一体型のステータコアであってもよい。また、第１のハウジング１６は、アルミニウムを含む材料に限らず、マグネシウムなどの鉄よりも線膨張係数の大きな材料を主体とするその他の材料により形成されていてもよい。
さらに、第１のフランジ部２０は、環状に限らず、第１の筒状部１９の一端の一部から第１の筒状部１９の径方向外方に延びる突起形状であってもよい。同様に、第２のフランジ部２５は、第２の筒状部２４の一端の一部から第２の筒状部２４の径方向Ｙ１外方に延びる突起形状であってもよいし、第３のフランジ部２８は、第３の筒状部２７の一端の一部から第３の筒状部２７の径方向外方に延びる突起形状であってもよい。

本発明の一実施形態に係る電動モータの図解的な断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う電動モータの図解的な断面図である。 図２の一部を拡大した図である。 本発明の別の実施形態に係る電動モータの図解的な断面図である。 図４におけるＶ−Ｖ線に沿う電動モータの図解的な断面図である。 上記別の実施形態に係る電動モータの変形例の図解的な断面図である。

符号の説明

１，１ａ・・・電動モータ、４・・・ステータ、８・・・ステータコア、１２・・・分割コア、１６・・・第１のハウジング、１７・・・第２のハウジング、２５・・・第２のフランジ部（フランジ）、３０・・・ボルト（ねじ）、３１・・・ナット（ねじ）、３２・・・凹部、Ｙ１・・・径方向

Claims (6)

1. 筒状の第１のハウジングと、
   第１のハウジングの内周に嵌合された筒状の第２のハウジングと、
   第２のハウジングの内周に嵌合されたステータコアを有するステータとを備え、
   第１のハウジングの材料、第２のハウジングの材料およびステータコアの材料の線膨張係数を、それぞれＫ１、Ｋ２およびＫ３としたときに、下記の式（１）が満たされていることを特徴とする電動モータ。
   Ｋ３≦Ｋ２＜Ｋ１ …（１）
2. 請求項１において、上記ステータコアは、複数の分割コアを環状に組み合せてな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、第１および第２のハウジングの嵌合はルーズフィットとされ、第２のハウジングとステータコアとの嵌合はタイトフィットとされていることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項において、第１のハウジングおよび第２のハウジングの少なくとも一方に、両ハウジングの間の所定領域に隙間を設けるための凹部が形成されていることを特徴とする電動モータ。
5. 請求項１〜４の何れか１項において、第２のハウジングおよびステータコアは鉄を含むことを特徴とする電動モータ。
6. 請求項１〜５の何れか１項において、第２のハウジングの端部に、径方向外方に延び第１のハウジングにねじによって固定されたフランジが形成されていることを特徴とする電動モータ。

Images