JP2009291015A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの信頼性を向上するとともにモータの小型化を可能とする。
【解決手段】モータ１は電機子２１の上端部２１１を覆う第１カバー部材５、電機子２１が圧入状態にて固定される第２カバー部材６、および、電機子２１と第１カバー部材５との間に挟まれる弾性部材７を備える。モータ１では、弾性部材７の下部の凹部７１および上部がそれぞれインシュレータ２１３の突出部２１５および第１カバー部材５の下端の凹部５１１１に中心軸Ｊ１を中心とする周方向において係合する。これにより、弾性部材７、突出部２１５および凹部５１１１にて第２カバー部材５に対する電機子２１の回り止めが実現され、仮に第２カバー部材６に対する電機子２１の固定が緩んでも電機子２１の回転が防止され、モータ１の信頼性が向上される。さらに、弾性部材７が電機子２１の上端に位置することから中心軸Ｊ１に垂直な方向におけるモータ１の小型化が可能とされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

従来より、電動式のモータでは電機子を覆うカバー部材に対する電機子の回り止めが行われており、例えば、特許文献１に開示されるモータでは、ステータ（電機子）よりも内側においてステータのモールド成形時に設けられる凹部とカバーとの間に防振ゴムが配置され、凹部と防振ゴムに設けられる凸部とが嵌り合うことにより、ステータと防振ゴムとの間の相対的な回転、すなわち、ステータとカバーとの間の相対的な回転が防止される。

特許文献２に開示される水中モータでは、ステータコアの外周面に中心軸に平行に伸びるキー溝が形成され、ステータコアの外周を覆うモータフレームの内周面にキー溝に対向する切欠状の溝が設けられる。ステータコアのキー溝とモータフレームとの間にはキーが挿入され、キーの一方の先端の径方向外方に伸びる係止爪がモータフレームの溝に嵌り合うことにより、モータフレームに対するステータコアの回り止めが行われる。また、特許文献２では、ステータコアの外周を覆うモータフレームにステータコアに向かう貫通孔を設け、当該貫通孔にピンを打ち込んでステータコアの回転を防止する技術も開示されている。
特開２０００−１８８８４１号公報 特開２００２−３４５１８５号公報

ところで、特許文献１に示されるモータでは、ステータよりも内側に防振ゴムが配置されるためカバーに対するステータの回り止めが十分には行われず、モータの信頼性が確保されない。また、特許文献２に示されるように、キーを利用してモータフレームに対するステータコアの回り止めが行われるモータでは、モータが中心軸に垂直な方向に大きくなってしまう。さらに、ピンを利用してステータコアの回り止めが行われる場合は、カバーを薄くするとピン用の貫通穴の長さが確保されないため、カバーに対するステータコアの回り止めの強度が低下する。

また、自動車等の車両に搭載されるモータは振動を受ける環境下で使用されるため高い信頼性が要求されており、カバー部材に対する電機子の回り止めを確実に行う必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電機子の外周を覆うカバー部材に対する電機子の回り止めを確実に行うことによりモータの信頼性を向上するとともに、中心軸に垂直な方向においてモータを小型化することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、略円筒状の電機子を有するステータ部と、前記電機子内に挿入されるロータ部と、前記ロータ部を前記ステータ部に対して前記電機子の中心軸を中心に回転可能に支持する軸受機構と、前記電機子の前記中心軸方向における一方の端部を覆う第１カバー部材と、前記電機子の外周を覆うとともに前記第１カバー部材により塞がれる開口を有する第２カバー部材と、前記電機子の前記一方の端部と前記第１カバー部材との間に挟まれるとともに、前記中心軸を中心とする周方向において前記電機子および前記第１カバー部材と係合する樹脂製の弾性部材とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記電機子が、前記中心軸に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、前記複数のティースを覆うインシュレータと、前記複数のティースに導線を巻回することにより形成されたコイルとを備え、前記インシュレータが、前記一方の端部における前記ステータコアの外縁部上において径方向外方に伸びる突出部を有し、前記弾性部材が前記突出部に前記中心軸に平行な方向において接するとともに前記周方向において係合する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記インシュレータが、前記ステータコアの前記外縁部上において前記周方向に配列されるとともに径方向外方に伸びる複数の突出部を有し、前記弾性部材が、前記中心軸を中心とする環状であり、前記複数の突出部に前記中心軸に平行な方向において接するとともに前記周方向において係合する。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記弾性部材の前記周方向の長さが、前記弾性部材が配置される径方向の位置において前記電機子のティース間のピッチに対応する距離の０．５倍以上１．５倍以下である。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載のモータであって、前記第１カバー部材が、前記電機子の前記一方の端部に向かって突出するとともに前記第２カバー部材の前記開口に嵌め合わされる円筒部を有し、前記円筒部の前記電機子側の端部に前記周方向において前記弾性部材と係合する凹部が設けられる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、前記第１カバー部材が前記第２カバー部材に対してネジにより固定される。

請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のモータであって、車両に搭載される。

本発明によれば、電機子の外周を覆うカバー部材に対する電機子の回り止めを確実に行うことによりモータの信頼性が向上されるとともに、中心軸に垂直な方向においてモータの小型化が可能となる。

また、請求項２および３の発明では、電機子の回り止めの強度を容易に確保することができ、請求項４の発明では、弾性部材による回り止めの機能を確保しつつ弾性部材の大きさを小さく抑えることができる。請求項５の発明では、弾性部材に係合する凹部を容易に設けることができる。請求項６の発明では、第２カバー部材に対して第１カバー部材が回転することが確実に防止される。

図１は本発明の一の実施の形態に係る電動式のモータ１が搭載されたパワーステアリング装置９を示す図である。パワーステアリング装置９は、自動車等の車両の運転操作の補助に利用され、ハンドルや車軸等のステアリング機構に接続されるシャフト部９１、ハンドルに加えられるトルクを検出するトルクセンサ９２、トルクセンサ９２からの出力に基づいて必要なアシスト力を算出するＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御ユニット９３、制御ユニット９３からの出力に基づいて回転力を発生するモータ１、および、回転数を減速しつつモータ１の回転力をステアリング機構に伝える減速機構９４を備える。

パワーステアリング装置９が搭載された車両では、操作者からハンドルに加えられる回転力に基づいてパワーステアリング装置９のモータ１が駆動され、モータ１の回転力によりハンドルの回転が補助されるため、車両のエンジン出力を直接的に利用することなく、比較的小さな力で操作者がハンドルを操作することが可能とされる。

図２はモータ１の部分断面図である。モータ１は略円筒状の電機子２１を有するステータ部２、電機子２１内に挿入される略円柱状のロータ部３、軸受機構として中心軸Ｊ１に沿って電機子２１の上方および下方に設けられる玉軸受４（下側の玉軸受は図示されていない。）、電機子２１の上端部２１１を覆う第１カバー部材５、電機子２１の外周および下端部を覆う有底円筒状の第２カバー部材６、並びに、電機子２１の上端部２１１と第１カバー部材５との間に位置する樹脂製の弾性部材７を備える。電機子２１は第２カバー部材６の側部６１内に焼きばめにより圧入状態にて固定される。以下の説明では、電機子２１の中心軸Ｊ１に沿って第１カバー部材５側を上側、第２カバー部材６側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向に一致する必要はない。

ロータ部３は、シャフト３１、シャフト３１の周囲に取り付けられる略円柱状のロータコア３２、ロータコア３２の外周に取り付けられる界磁用磁石３３、および、ロータコア３２の上下面に取り付けられる端板３４（下側の端板は図示されていない。）を備える。シャフト３１は第１カバー部材５の穴部５１に挿入され、界磁用磁石３３は電機子２１に中心軸Ｊ１に垂直な方向において対向する。

図３は電機子２１および第２カバー部材６の平面図であり、弾性部材７を二点鎖線にて示している。図２および図３に示すように、ステータ部２の電機子２１は、中心軸Ｊ１に向かって突出する１２個のティース２１２１を有するステータコア２１２、ティース２１２１を覆うインシュレータ２１３、および、１２個のコイル２１４（図３では図示を省略している。）を備える。ステータコア２１２は複数の珪素鋼板を積層して形成され、ステータコア２１２の外周では隣り合う２つのティース２１２１の外側が互いに連なって環状のコアバック２１２２が形成される。

インシュレータ２１３は上端部２１１において中心軸Ｊ１を中心とする径方向外方に伸びる１２個の突出部２１５を有し、図３に示すように、１２個の突出部２１５はそれぞれステータコア２１２の外縁部（すなわち、コアバック２１２２）上に位置する。また、インシュレータ２１３を介在させつつティース２１２１上に導線を巻回することにより図２に示すコイル２１４が形成される。なお、ステータ部２は電機子２１以外に電機子２１の配線を保持する基板やロータ部３の回転を検出するセンサ等も備えている。

図２に示すように、玉軸受４は第１カバー部材５の穴部５１の内側に配置され、玉軸受４よりも下方に位置する他の玉軸受は第２カバー部材６の底部６２の中央に配置され、２つの玉軸受によりシャフト３１の上部および下部が支持される。モータ１では、ステータ部２の電機子２１とロータ部３の界磁用磁石３３との間でトルクが発生し、ロータ部３がステータ部２に対して中心軸Ｊ１を中心に回転可能とされる。

図４はモータ１の分解斜視図であり、電機子２１を第２カバー部材６よりも上方に突出させた状態にて示し、弾性部材７を電機子２１と第１カバー部材５との間に示している。また、ステータコア２１２を形成する鋼板同士の境界の図示を省略している。第１カバー部材５は電機子２１の上端部２１１に向かって突出する円筒部５１１、および、外周に中心軸Ｊ１に平行に伸びる４つの穴部５３を有し、円筒部５１１の下端部（電機子２１側の端部）には中心軸Ｊ１を中心とする周方向（以下、単に「周方向」と呼ぶ。）に長く、中心軸Ｊ１を中心とする径方向（以下、単に「径方向」と呼ぶ。）に円筒部５１１を横切る切欠状の凹部５１１１が設けられる。第２カバー部材６は上部の周方向における４箇所にフランジ状の部位を有し、当該部位に雌ネジ部６３が形成される。

図２に示すように、第２カバー部材６の上端の開口６１１は第１カバー部材５により塞がれて電機子２１が収容される空間が形成され、図４に示すネジ８が第１カバー部材５の穴部５３に挿入されるとともに第２カバー部材６の雌ネジ部６３に螺合されることにより、第１カバー部材５が第２カバー部材６に対して固定される。モータ１では、図２に示すように、弾性部材７が電機子２１の上端部２１１と第１カバー部材５の円筒部５１１との間に圧縮状態にて挟まれる。

図５は弾性部材７の正面図であり、図６は弾性部材７の平面図である。弾性部材７は、例えば、ゴムにより形成され、図５および図６に示すように中心軸Ｊ１（図２参照）を中心とする径方向に垂直な方向に伸びる略棒状であり、図５に示すように弾性部材７の下端には弾性部材７の伸びる方向に垂直な方向（すなわち、径方向）に弾性部材７を横切る切欠状の凹部７１が形成される。

図４に示すように、弾性部材７は第１カバー部材５の円筒部５１１の凹部５１１１およびインシュレータ２１３の１つの突出部２１５に対して中心軸Ｊ１に平行な方向に並ぶように配置され、既述のように、弾性部材７は円筒部５１１と突出部２１５との間に挟まれる。図３および図４に示すように、弾性部材７の周方向の長さはステータコア２１２の外縁部（すなわち、弾性部材７が配置される径方向の位置）におけるティース２１２１（図３参照）間のピッチに対応する距離よりも僅かに小さくされ、図４に示す弾性部材７の凹部７１の周方向における幅は突出部２１５の周方向における幅にほぼ等しくされる。また、第１カバー部材５の凹部５１１１の周方向における幅は弾性部材７の周方向の長さよりも僅かに大きくされる。

図７は、第１カバー部材５の円筒部５１１、弾性部材７、インシュレータ２１３の突出部２１５およびステータコア２１２の径方向に垂直な断面を示す図である。弾性部材７の上部７２は円筒部５１１の凹部５１１１に嵌り合い、弾性部材７の凹部７１は突出部２１５に嵌り合う。これにより、弾性部材７は、上部７２が円筒部５１１の凹部５１１１の周方向における両側に係合し（すなわち、周方向において接する。）、凹部７１の下方を向く面が突出部２１５に対して中心軸Ｊ１（図２参照）に平行な方向において接するとともに凹部７１の周方向における両側の部位が突出部２１５に周方向において係合する（すなわち、周方向において接する。）。

モータ１では、弾性部材７、第１カバー部材５の凹部５１１１および突出部２１５により第２カバー部材６に対する電機子２１（図４参照）の回り止めが実現される。弾性部材７の周方向の長さはティース２１２１間のピッチに対応する距離よりも僅かに小さくされることから、弾性部材７は電機子２１の回り止めの機能を確保しつつ大きさを小さく抑えた設計となっている。

図２に示す電機子２１は焼きばめにより第２カバー部材６に対して強固に固定されるため、通常、第２カバー部材６に対して電機子２１が移動することはない。しかし、モータ１に対して大きな力が作用する過酷な環境下にモータ１が置かれることにより、さらには、モータ１が経時変化することにより、仮に第２カバー部材６に対する電機子２１の固定に緩みが生じても弾性部材７が電機子２１および第１カバー部材５に対して周方向において係合するため、電機子２１が第２カバー部材６に対して回転することが確実に防止される。なお、図７に示す弾性部材７の上部７２の上面と円筒部５１１の凹部５１１１の下方を向く面との摩擦によっても電機子２１の回り止めが行われる。また、弾性部材７を介して第２カバー部材６に対する電機子２１の上方への移動も防止される。

第２カバー部材６に第１カバー部材５が固定される際には、まず、図４に示すように、弾性部材７が電機子２１上に載置され、凹部７１がインシュレータ２１３の１つの突出部２１５に嵌め合わされる。次に、弾性部材７と第１カバー部材５の凹部５１１１とが中心軸Ｊ１に平行な方向に並ぶように第１カバー部材５が第２カバー部材６に対して中心軸Ｊ１方向に対向して配置される。そして、図２に示すように、第１カバー部材５の円筒部５１１が第２カバー部材６の開口６１１に嵌め合わされる。

これにより、弾性部材７が電機子２１の上端部２１１と第１カバー部材５との間に圧縮状態にて挟まれる。その後、図４に示すように、ネジ８が第１カバー部材５の穴部５３に挿入されるとともに第２カバー部材６の雌ネジ部６３に螺合され、第１カバー部材５と第２カバー部材６とが固定される。

以上に説明したように、モータ１では、弾性部材７が第１カバー部材５の凹部５１１１およびインシュレータ２１３の突出部２１５に周方向において係合することにより第１カバー部材５および第２カバー部材６に対する電機子２１の回り止めが確実に行われ、モータ１の信頼性が向上される。また、弾性部材７はステータコア２１２の外縁部上に位置するインシュレータ２１３の突出部２１５に周方向において係合するため、電機子２１の回り止めの強度を容易に確保することができる。このようにモータ１は高い信頼性を有するため、車両用のモータとして特に適している。

さらに、第１カバー部材５および第２カバー部材６はネジ８により固定されるため、第２カバー部材５に対して第１カバー部材６が回転することが確実に防止され、その結果、第２カバー部材５に対する電機子２１の回り止めがより確実に行われる。第１カバー部材５では、円筒部５１１を利用して弾性部材７に係合する凹部５１１１を容易に設けることができる。

モータ１では、弾性部材７、インシュレータ２１３の突出部２１５および第１カバー部材５の凹部５１１１が中心軸Ｊ１に平行な方向に並んで配置されて電機子２１の回り止めが行われるため、中心軸Ｊ１に垂直な方向においてモータ１の小型化が可能とされる。また、弾性部材７が第１カバー部材５と電機子２１との間に挟まれることにより電機子２１の高さが誤差を有する場合であってもモータ１の高さが変化することはない。

図８および図９は弾性部材の他の例に係る底面図および平面図である。図８に示すように、他の例に係る弾性部材７ａは略環状となっており、弾性部材７ａの下部には１２箇所に等間隔に凹部７３が設けられ、図９に示すように、上部には凹部７３と重なる位置において上方に向かって突出する凸部７４が設けられる。また、弾性部材７ａが採用される場合、図４に示す第１カバー部材５の円筒部５１１には弾性部材７ａの凸部７４に対応する１２箇所に凹部５１１１が形成される。

図１０は第１カバー部材５の円筒部５１１、弾性部材７ａ、インシュレータ２１３の突出部２１５およびステータコア２１２の径方向に垂直な断面を示す図であり、図７に対応している。弾性部材７ａでは、各凹部７３が対応する突出部２１５に中心軸Ｊ１（図２参照）を中心とする周方向において係合し、各凸部７４が円筒部５１１の対応する凹部５１１１に周方向において係合する。これにより、弾性部材７ａ、突出部２１５および円筒部５１１の凹部５１１１にて第２カバー部材６に対する電機子２１（図３参照）の回り止めの強度を容易に確保することが実現される。また、図５に示す弾性部材７を複数個用いて回り止めの強度を向上する場合と比べて作業性を向上することができる。

図１１は弾性部材のさらに他の例に係る斜視図である。図１１に示す弾性部材７ｂは、図８および図９に示す弾性部材７ａと同様に略環状となっており、弾性部材７ｂの下部には１２箇所に等間隔に凹部７５が設けられ、上部には４箇所に等間隔に滑らかな（かつ、なだらかな）凸部７６が設けられる。弾性部材７ｂが採用される場合、図４に示す第１カバー部材５の円筒部５１１には弾性部材７ｂの凸部７６に対応する４箇所に滑らかな（かつ、なだらかな）な凹部５１１１が形成される。

図１１に示す弾性部材７ｂにおいても、各凹部７５が対応する突出部２１５（図４参照）に中心軸Ｊ１に平行な方向において接するとともに中心軸Ｊ１を中心とする周方向において係合し、各凸部７６も円筒部５１１の対応する凹部５１１１に中心軸Ｊ１に平行な方向において接するとともに周方向において係合する。これにより、弾性部材７ｂ、突出部２１５および凹部５１１１にて第２カバー部材６に対する電機子２１の回り止めの強度を容易に確保することが実現される。特に、弾性部材７ｂでは、凸部７６をなだらかな形状として数を少なくする（好ましくは６個以下とする）ことにより、円筒部５１１に加わる押圧力が分散され、歪みによるステータ部２に対するロータ部３の位置ずれが防止される。また、４つの凹部５１１１を強固に弾性部材７ｂに係合させるために、凹部５１１１は図４に示す第１カバー部材５の穴部５３の中心軸Ｊ１側に設けられる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、弾性部材７の周方向の長さは上記実施の形態に示すものには限定されず、好ましくは、電機子２１の十分な回り止めを行うために弾性部材７の径方向の位置におけるティース２１２１間のピッチに対応する距離の０．５倍以上とされ、弾性部材７が弾性部材７の両側に位置する突出部２１５に干渉することを避けるために当該距離の１．５倍以下とされる。また、モータ１では図８および図９に示す弾性部材７ａの一部である円弧状の弾性部材が搭載されてもよい。

弾性部材は、ある程度の弾性を有するのであれば様々な樹脂（樹脂以外の材料を有する場合を含む。）により形成されてよく、様々な堅さのゴムや繊維等の他の材料で強化されたゴム、その他弾性を有する高分子材料により形成されたものが用いられてよい。

上記実施の形態では、第１カバー部材５の円筒部５１１に凹部５１１１に代えて凸部が設けられ、弾性部材７の上部に凹部が設けられることにより、第１カバー部材５と弾性部材７との周方向における係合が実現されてもよい。電機子２１は焼きばめ以外の手法により圧入状態にて第２カバー部材６に固定されてよく、また、第２カバー部材６は電機子２１の外周を覆うのであれば底部が閉塞されない円筒状とされてもよい。

モータ１はパワーウィンド等のモータとして車両に搭載されてもよい。

第１の実施の形態に係るモータが搭載されるパワーステアリング装置を示す図である。 モータの部分断面図である。 電機子および第２カバー部材の平面図である。 モータの分解斜視図である。 弾性部材の正面図である。 弾性部材の平面図である。 弾性部材、第１カバー部材、第２カバー部材およびステータコアの断面図である。 他の例に係る弾性部材の底面図である。 弾性部材の平面図である。 弾性部材、第１カバー部材、第２カバー部材およびステータコアの断面図である。 さらに他の例に係る弾性部材の斜視図である。

符号の説明

１ モータ
２ ステータ部
３ ロータ部
４ 玉軸受
５ 第１カバー部材
６ 第２カバー部材
７，７ａ，７ｂ 弾性部材
８ ネジ
２１ 電機子
２１１ （電機子の）上端部
２１２ ステータコア
２１３ インシュレータ
２１５ 突出部
５１１ 円筒部
６１１ （第２カバー部材の）開口
２１２１ ティース
５１１１ 凹部
Ｊ１ 中心軸

Claims (7)

1. 電動式のモータであって、
   略円筒状の電機子を有するステータ部と、
   前記電機子内に挿入されるロータ部と、
   前記ロータ部を前記ステータ部に対して前記電機子の中心軸を中心に回転可能に支持する軸受機構と、
   前記電機子の前記中心軸方向における一方の端部を覆う第１カバー部材と、
   前記電機子の外周を覆うとともに前記第１カバー部材により塞がれる開口を有する第２カバー部材と、
   前記電機子の前記一方の端部と前記第１カバー部材との間に挟まれるとともに、前記中心軸を中心とする周方向において前記電機子および前記第１カバー部材と係合する樹脂製の弾性部材と、
   を備えることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   前記電機子が、
   前記中心軸に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、
   前記複数のティースを覆うインシュレータと、
   前記複数のティースに導線を巻回することにより形成されたコイルと、
   を備え、
   前記インシュレータが、前記一方の端部における前記ステータコアの外縁部上において径方向外方に伸びる突出部を有し、
   前記弾性部材が前記突出部に前記中心軸に平行な方向において接するとともに前記周方向において係合することを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータであって、
   前記インシュレータが、前記ステータコアの前記外縁部上において前記周方向に配列されるとともに径方向外方に伸びる複数の突出部を有し、
   前記弾性部材が、前記中心軸を中心とする環状であり、前記複数の突出部に前記中心軸に平行な方向において接するとともに前記周方向において係合することを特徴とするモータ。
4. 請求項２に記載のモータであって、
   前記弾性部材の前記周方向の長さが、前記弾性部材が配置される径方向の位置において前記電機子のティース間のピッチに対応する距離の０．５倍以上１．５倍以下であることを特徴とするモータ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のモータであって、
   前記第１カバー部材が、前記電機子の前記一方の端部に向かって突出するとともに前記第２カバー部材の前記開口に嵌め合わされる円筒部を有し、前記円筒部の前記電機子側の端部に前記周方向において前記弾性部材と係合する凹部が設けられることを特徴とするモータ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、
   前記第１カバー部材が前記第２カバー部材に対してネジにより固定されることを特徴とするモータ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のモータであって、
   車両に搭載されることを特徴とするモータ。

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