WO2019187752A1

WO2019187752A1 - 電動モータ

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Publication number: WO2019187752A1
Application number: PCT/JP2019/005545
Authority: WO
Inventors: 竜大堀; 直樹塩田; 杉山　友康; 聖基早田
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2019176542A; EP3780341A1; EP3780341A4

Abstract

ブラシレスモータ２は、断面外形が多角形形状に形成されたステータコア１４を備える。ステータコア１４は、外周部１５とティース１６とを備える。外周部１５は、ティース１６の基部に形成されたストレート部３１と、隣接するストレート部３１を接続するように設けられた中間部３２とを備える。中間部３２には、周方向（ロータ回転方向）に沿って屈曲する屈曲部３３が形成されている。中間部３２の径方向の幅Ｗ１は、ストレート部３１の径方向の幅Ｗ２よりも大きく（Ｗ１＞Ｗ２）、両者の比（Ｗ１／Ｗ２）は、１.２５～１.５に設定されている。

Description

電動モータ

　本発明は、電動モータに関し、特に、断面外形が多角形形状に形成されたステータを備える電動モータに関する。

　電動モータにおける振動、騒音の発生要因として、ステータに加わる径方向への電磁加振力が知られている。例えば、ステータ振動に起因する放射音は、回転方向成分よりも、径方向成分の方が含まれる割合が大きく、その影響が大きい。そこで、径方向の電磁加振力により発生する振動、騒音を抑制する手段として、従来より、ステータを樹脂モールド等により固めて高強度化する方法が行われており、振動、騒音の低減に効果をあげている。

特開２０１６－２１８２２号公報

　しかしながら、ステータを樹脂モールド等により固める方法は、製造コストが増加したり、モータ寸法が増大したりするなどの課題があった。このため、電動モータにおいて、ステータを樹脂モールド等することなく、振動、騒音を有効に低減する方法が求められていた。

　本発明の電動モータは、ロータと、前記ロータの外側に回転自在に配置され、断面外形が多角形形状に形成されたステータコアを備える電動モータであって、前記ステータコアは、環状に形成された外周部と、該外周部から前記ロータに向かって突出し、前記ロータの回転方向に沿って配置される複数個のティース部と、を備え、前記外周部は、前記ティース部の基部に形成されたストレート部と、隣接する前記ストレート部の間に設けられた中間部と、前記中間部に形成された屈曲部と、を備え、前記中間部の径方向の幅Ｗ１は、前記ストレート部の径方向の幅Ｗ２よりも大きく設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）ことを特徴とする。

　本発明にあっては、断面外形が多角形形状に形成されたステータコアを備える電動モータにて、ステータコアのティース部基部にストレート部を形成すると共に、屈曲部を有する中間部を、隣接するストレート部の間を接続するように設ける。そして、中間部の径方向の幅Ｗ１を、ストレート部の径方向の幅Ｗ２よりも大きく設定する（Ｗ１＞Ｗ２）。これにより、ステータコア強度を向上させることができ、ステータを樹脂モールド等することなく、振動や騒音を有効に低減することが可能になる。

　前記電動モータにおいて、前記中間部の径方向の幅Ｗ１と、前記ストレート部の径方向の幅Ｗ２の比（Ｗ１／Ｗ２）を１.２５～１.５に設定しても良い。この場合、比Ｗ１／Ｗ２を、好ましくは１.２５近傍（例えば、１.３程度）に設定しても良い。これにより、ステータコア質量の増加と巻線面積の低下を抑えつつ、ステータコア強度を向上させることができる。その結果、ステータコア質量、巻線面積、ステータコア強度の３つをバランス良く好適に満たしつつ、振動や騒音を有効に低減することが可能になる。

　また、前記電動モータに、前記ティース部に巻装され、前記ティース部間に形成されるスロット内に収容される巻線を設け、前記ステータコア質量の増加と前記スロット内における巻線面積の低下を抑えつつ、前記中間部の応力が低く抑えられるよう、前記中間部の径方向の幅Ｗ１と、前記ストレート部の径方向の幅Ｗ２の比（Ｗ１／Ｗ２）を、１.２５～１.５に設定しても良い。

　本発明の電動モータによれば、断面外形が多角形形状に形成されたステータコアを備える電動モータにて、ステータコアの外周部に、ティース部の基部に形成されたストレート部と、隣接するストレート部の間を接続するように設けられた屈曲部を有する中間部と、を設け、中間部の径方向の幅Ｗ１を、ストレート部の径方向の幅Ｗ２よりも大きく（Ｗ１＞Ｗ２）設定したので、ステータコア強度を向上させることができ、ステータを樹脂モールド等することなく、振動や騒音を有効に低減することが可能になる。

本発明の一実施の形態であるブラシレスモータを用いたモータユニットの構成を示す断面図である。図１のモータユニットに使用されているブラシレスモータの断面図である。ストレート部と中間部の寸法比とステータ質量・巻線面積との関係を示すグラフである。ストレート部と中間部の寸法比と屈曲部の応力との関係を示すグラフである。本発明が適用可能なステータコアの変形例を示す説明図である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の目的は、断面外形が多角形形状のステータを備える電動モータにおいて、ステータを樹脂モールド等することなく、振動や騒音を有効に低減することにある。

　図１は、本発明の一実施の形態である電動モータを用いたモータユニット１の構成を示す断面図、図２は、図１のモータユニットに使用されている電動モータの構成を示す断面図である。図１のモータユニット１は、電動モータ２（以下、モータ２と略記する）と、減速機構部（変速機構）３とから構成されており、例えば、自動車のサンルーフやワイパ装置、パワーウインド、パワーシートなどの駆動源として使用される。モータユニット１では、モータ２の回転軸４の回転は減速機構部３内にて変速され、出力軸５からユニット外に出力される。

　モータ２はブラシレスモータであり、図１,２に示すように、ステータ１１と、ステータ１１内に回転自在に配置されたロータ１２とから構成されている。ステータ１１は、有底筒状のモータハウジング１３と、モータハウジング１３の内面に固定されたステータコア１４を備えている。ステータコア１４は、磁性体にて形成されたプレートを複数枚積層して形成されており、環状の外周部１５と、外周部１５から中心方向（径方向内側）に向かって突設されたティース（ティース部）１６とから構成されている。ティース１６はロータ１２に向かって放射状に形成されており、モータ２では、ティース１６はロータ回転方向に沿って６個設けられている。隣接するティース１６の間はスロット１７となっており、モータ２は６スロット構成となっている。ティース１６の外周には巻線１８が巻装されている。巻線１８は、スロット１７内に収容されている。

　図２に示すように、ステータコア１４の外周部１５は、外形が六角形（多角形状）となっている。なお、本発明における環状とは、円環状のみならず、多角形の輪郭形状も含む意味である。外周部１５は、直線状のストレート部３１と、隣接するストレート部の間に設けられた中間部３２とを備えている。ストレート部３１は、ティース１６の基部（径方向外周側）に、ティース１６と一体に形成されている。中間部３２は、隣接するストレート部３１同士を接続するようにティース１６の間に設けられている。ストレート部３１は、ティース１６に対し垂直に設けられている。中間部３２は、周方向（ロータ回転方向）に沿って「ドッグレッグ」状に屈曲した屈曲部３３を有している。ストレート部３１と中間部３２は切れ目なくつながっており、外周部１５は、全周が分割されることなく一体に形成されている。

　ステータ１１の内側にはロータ１２が挿入されている。ロータ１２は、回転軸４と、回転軸４に固定されたマグネット１９とを備えている。回転軸４の一端側は、モータハウジング１３の端部に設けられた軸受２１によって回転自在に支持されている。マグネット１９には、ネオジウムや、ジスプロシウム、サマリウムなどの希土類系の永久磁石が用いられている。マグネット１９は４極に着磁されており、モータ２は、４極６スロット構成のブラシレスモータとなっている。

　減速機構部３は、回転軸４に形成されたウォーム（駆動ギヤ）５と、ウォーム５と噛合するウォームホイール（被動ギヤ）６とから構成されている。減速機構部３は、合成樹脂やアルミダイカストにて形成されたギヤケース２２内に収容されている。図１に示すように、ギヤケース２２には、モータハウジング１３の一端開口側が固定されている。モータ２の回転軸４は、ギヤケース２２内に延伸している。回転軸４は、共にギヤケース２２内に設けられたベアリング２３と軸受２４によって回転自在に支持されている。ウォームホイール７は、出力軸５に固定されている。出力軸５は、ウォームホイール７と共に回転する。

　ここで、モータ２は、前述のように、ステータコア１４の断面外形（回転軸４に垂直な断面の外形形状）が多角形状（本実施形態では六角形）となっている。一般に、多角形状のステータを用いた場合、その構造上、隣接するティース間の中間部に応力が集中する。したがって、振動や騒音の原因となる電磁加振力に対し、最も応力が生じるのも中間部（特に屈曲部）となる。加振力に対しては、ステータの強度が高い方が作動音を抑制でき、多角形状のステータの場合、中間部の強度を増すことが振動や騒音の対策として有効となる。

　そこで、本発明によるモータ２では、中間部３２の強度を高くするため、中間部３２の厚み寸法Ｗ１が、ストレート部３１の厚み寸法Ｗ２よりも大きく設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）。この場合、中間部３２の厚み寸法Ｗ１は、大きければ大きいほど、その強度は大きくなる。しかしながら、強度が増す反面、ステータのサイズも大きくなり、モータが大型化、重量化する。このため、発明者らは、ストレート部３１と中間部３２の最適寸法を得るべく、多角形状のステータコアにおいて、ストレート部と中間部の寸法比率を変化させて、径方向の電磁加振力ティース１６に生じる応力と、ステータ質量、巻線面積（１スロット内において巻線を収容可能な面積）を比較した。

　図３,４は、断面外形が六角形のステータコア１４において、ストレート部３１と中間部３２の寸法比（中間部／ストレート部＝Ｗ１／Ｗ２）と、ステータ質量および巻線面積（図３）、屈曲部３３の応力（図４）との関係を示すグラフである。図３から分かるように、中間部３２の寸法Ｗ１を増加させ、寸法比Ｗ１／Ｗ２を大きくすると、ステータコア１４の質量が増加し、巻線面積も低下するが、これらの変化は二次曲線となる傾向がある。このことから、寸法比Ｗ１／Ｗ２は、なるべく小さい方が望ましいことが分かる。

　次に、ステータコア１４に掛かる応力の傾向を見ると、図４から分かるように、中間部３２の寸法Ｗ１を増加させ、寸法比Ｗ１／Ｗ２を大きくすることで、全体的に応力が低下する。このことから、応力の観点では、ストレート部３１と中間部３２の寸法比Ｗ１／Ｗ２は、なるべく大きい方が望ましい。すなわち、ステータコア質量および巻線面積との関係では、寸法比Ｗ１／Ｗ２は小さい方が望ましく、応力との関係では寸法比Ｗ１／Ｗ２は大きい方が望ましくなっており、両者はトレードオフの関係にある。

　一方、図４を見ると、ストレート部３１と中間部３２の寸法比Ｗ１／Ｗ２が１.５～１.７５の範囲では、中間部３２に発生する応力に余り変化がなく、その低下幅が小さい。また、ストレート部３１の応力は直線状に低下するのに対し、中間部３２の応力は、１.０～１.５にかけて低下の割合が大きい。Ｗ１／Ｗ２＝１.２５のときの中間部３２の応力は同＝１.０の場合に対し半減しており、３ＭＰａを下回っている。さらに、ストレート部３１と中間部３２、ティース１６の応力は、Ｗ１／Ｗ２＝１.１２５付近でほぼ等しくなり、１.２５近傍では各値が比較的近い値となっている。

　そこで、トレードオフの関係にあるステータコア質量および巻線面積と応力をバランス良く調整すべく、上述の関係を総合すると、次のことが分かる。すなわち、ステータコア質量を抑え、巻線面積を確保しつつ、中間部３２の応力を低くするには、寸法比Ｗ１／Ｗ２が１.２５～１.５の範囲が好ましく、特に、１．２５近傍が好適である。

　このように、ストレート部３１と中間部３２の寸法比Ｗ１／Ｗ２を、１.２５～１.５の範囲に設定することにより、ステータコア質量の増加と巻線面積の低下を抑えつつ、ステータコア強度を向上させることが可能になる。すなわち、かかる設定により、ステータコア質量、巻線面積、ステータコア強度の３つをバランス良く好適に満たすことが可能となる。その結果、断面外形が多角形形状のステータを備える電動モータにおいて、ステータを樹脂モールド等することなく、振動や騒音を有効に低減することが可能になる。

　本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　例えば、前述の実施形態では、屈曲形状となった中間部３２を有するステータコア１４を例に挙げて説明したが、図５のように中間部３２の一部がストレート形状となったステータコア３４にも本発明は適用可能である。その場合、中間部３２の両端に、屈曲部３５が周方向（ロータ回転方向）に沿って屈曲形成され、その部位に応力が集中する。しかし、この場合も、ストレート部３１と中間部３２の寸法比Ｗ１／Ｗ２を、前述同様、１.２５～１.５の範囲に設定することにより、ステータコア質量、巻線面積、ステータコア強度をバランス良く好適に満たすことができる。

　また、ステータ１１のスロット数も６個には限定されず、３スロット、４スロット、８スロット、９スロットのモータにも本発明は適用可能である。なお、スロット数の違いに伴い、ステータコア１４の外形も三角形や四角形、八角形などの多角形となる。さらに、本発明の実施形態としてブラシレスモータを示したが、本発明はブラシ付きモータにも適用可能である。

　加えて、モータ２では、マグネット１９をステータコア１４に直接対向させるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）構成としたが、ロータ側に鋼製のロータコアを設け、その内側にマグネットを埋設したＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構成のモータにも本発明は適用可能である。

　本発明によるブラシレスモータは、自動車の車載モータのみならず、家電製品や産業機械等に使用される電動モータにも広く適用可能である。

　１　　モータユニット　　　　　　　　　２　　ブラシレスモータ
　３　　減速機構部　　　　　　　　　　　４　　回転軸
　５　　出力軸　　　　　　　　　　　　　６　　ウォーム（駆動ギヤ）
　７　　ウォームホイール（被動ギヤ）　１１　　ステータ
１２　　ロータ　　　　　　　　　　　　１３　　モータハウジング
１４　　ステータコア　　　　　　　　　１５　　外周部
１６　　ティース（ティース部）　　　　１７　　スロット
１８　　巻線
１８Ｕ,１８Ｖ,１８Ｗ　　巻線
１９　　マグネット　　　　　　　　　　１９ａ　マグネット外周面
２１　　軸受　　　　　　　　　　　　　２２　　ギヤケース
２３　　ベアリング　　　　　　　　　　２４　　軸受
３１　　ストレート部　　　　　　　　　３２　　中間部
３３　　屈曲部　　　　　　　　　　　　３４　　ステータコア
３５　　屈曲部　　　　　　　　　　　　Ｗ１　　中間部幅寸法
Ｗ２　　ストレート部幅寸法

Claims

　ロータと、
　前記ロータの外側に回転自在に配置され、断面外形が多角形形状に形成されたステータコアを備える電動モータであって、
　前記ステータコアは、環状に形成された外周部と、該外周部から前記ロータに向かって突出し、前記ロータの回転方向に沿って配置される複数個のティース部と、を備え、
　前記外周部は、前記ティース部の基部に形成されたストレート部と、隣接する前記ストレート部の間に設けられた中間部と、前記中間部に形成された屈曲部と、を備え、
　前記中間部の径方向の幅Ｗ１は、前記ストレート部の径方向の幅Ｗ２よりも大きく設定されている（Ｗ１＞Ｗ２）ことを特徴とする電動モータ。
　請求項１記載の電動モータにおいて、
　前記中間部の径方向の幅Ｗ１と、前記ストレート部の径方向の幅Ｗ２の比（Ｗ１／Ｗ２）が、１.２５～１.５に設定されていることを特徴とする電動モータ。
　請求項１記載の電動モータにおいて、
　前記電動モータは、前記ティース部に巻装され、前記ティース部間に形成されるスロット内に収容される巻線を有し、
　前記ステータコア質量の増加と前記スロット内における巻線面積の低下を抑えつつ、前記中間部の応力が低く抑えられるよう、前記中間部の径方向の幅Ｗ１と、前記ストレート部の径方向の幅Ｗ２の比（Ｗ１／Ｗ２）が、１.２５～１.５に設定されていることを特徴とする電動モータ。