JP2019068605A - ステータ、モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアのティースに対して抜き差し可能なボビンを簡便に固定できるステータおよびモータを提供する。【解決手段】上下方向に伸びる中心軸を中心とし周方向に延びる環状のコアバック３１ａと、コアバック３１ａから径方向に延びる複数のティース３１ｂと、ティース３１ｂに対して径方向に取り付け可能な複数のボビン３３と、ボビン３３に巻き回されたコイル線からなるコイル３２と、を備え、ボビン３３は、径方向に延びる筒状の筒部と、筒部のコアバック側の上端部から径方向に突出し、コアバックに固定される突出片３３ｂと、を有する、ステータ。【選択図】図４

Description

本発明は、ステータ、モータに関する。

従来、コイルの占積率を向上させるためにステータコアに対して取り外し可能なボビンを備えたステータが知られる（特許文献１）。

特開２００１−１６１０３９号公報

特許文献１記載のステータでは、ボビンがステータコアから外れるのを防止するために、筒状の外ステータコアにより内ステータコアが覆われていた。この構成では、外ステータコアの分だけ部品点数が増え、内ステータコアの圧入工程も必要になるため、製造工程が煩雑になる問題があった。

本発明の一態様は、ステータコアのティースに対して抜き差し可能なボビンを簡便に固定できるステータおよびモータを提供することを目的の一つとする。

本発明の１つの態様によれば、上下方向に伸びる中心軸を中心とし周方向に延びる環状のコアバックと、前記コアバックから径方向に延びる複数のティースと、前記ティースに対して径方向に取り付け可能な複数のボビンと、前記ボビンに巻き回されたコイル線からなるコイルと、を備え、前記ボビンは、径方向に延びる筒状の筒部と、前記筒部の前記コアバック側の上端部から径方向に突出し、前記コアバックに固定される突出片と、を有する、ステータが提供される。

本発明の１つの態様によれば、ステータコアのティースに対して抜き差し可能なボビンを簡便に固定できるステータおよびモータが提供される。

図１は、実施形態のモータを上側から見た斜視図である。 図２は、実施形態のモータを示す断面図である。 図３は、ステータの斜視図である。 図４は、ボビンの取り付け構造を示す斜視図である。 図５は、ステータの断面図である。 図６は、変形例のステータの断面図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本願では、モータ１１のシャフト２１の回転軸Ｊと平行な方向を「軸方向」、回転軸Ｊに直交する方向を「径方向」、回転軸Ｊを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、ベース部４０に対してステータ３０側である軸方向一方側を上側として、各部の形状や位置関係を説明する。すなわち、回転軸Ｊの延びる一方向を上下方向とする。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るモータの使用時の向きを限定する意図はない。

また、本願において「平行な方向」とは、略平行な方向も含む。また、本願において「直交する方向」とは、略直交する方向も含む。

図１は、本実施形態のモータを上側から見た斜視図である。図２は、本実施形態のモータを示す断面図である。図３は、ステータの斜視図である。図４は、ボビンの取り付け構造を示す斜視図である。図５は、ステータの断面図である。

本実施形態のモータ１１は、例えばマルチコプタにおいて回転翼を回転させるモータとして用いられる。以下では、マルチコプタに搭載される実施形態について説明するが、モータ１１の用途はマルチコプタに限定されない。

図１および図２に示すように、本実施形態のモータ１１は、アウターロータ型のモータである。モータ１１は、回転翼が固定されるロータ１３と、マルチコプタに取り付けられる静止部１４と、を備える。図２に示すように、ロータ１３と静止部１４とは、ロータ１３を回転可能に支持する軸受部５１，５２を介して接続される。ロータ１３は、回転軸Ｊを中心に周方向に回転する部位である。

ロータ１３は、シャフト２１、ロータ本体２０、マグネット２３、およびヨーク２２を有する。シャフト２１は、回転軸Ｊを中心に軸方向に延びる。シャフト２１は、軸受部５１，５２によって回転可能に支持される。軸受部５１，５２は、内輪、外輪、ボールおよびリテーナで構成される玉軸受である。なお、軸受部５１，５２は、すべり軸受であってもよい。シャフト２１は、後述するベース部４０のベース貫通孔４１ａに挿入され、軸受部５１，５２の内輪に挿入される。

ロータ本体２０は、シャフト２１の上端に接続される。ロータ本体２０は、シャフト２１の上端からステータ３０の上面を通ってステータ３０の外周面に延びる。ロータ本体２０は、シャフト２１の上端から回転軸Ｊに直交する方向に広がるロータ円板部２４と、ロータ円板部２４の外周端から径方向外側に延びる複数のロータリブ部２７と、ロータリブ部２７の外端から下側に延びる略円筒状のロータ外縁部２６とを有する。本実施形態の場合、シャフト２１とロータ本体２０は、単一の部材である。

ロータ円板部２４は、回転翼が固定される複数の回転部材固定部２４ａを有する。本実施形態では、回転部材固定部２４ａは、ロータ円板部２４を軸方向に貫通する貫通孔である。回転部材固定部２４ａの内周面には雌ネジが設けられる。回転翼は、回転部材固定部２４ａに締め込まれるネジによってロータ本体２０に固定される。回転翼は、接着またはカシメなどネジ以外の方法でロータ本体２０に固定されてもよい。

ロータリブ部２７は、ロータ円板部２４の外周端から径方向外側に延びる。ロータリブ部２７は、ロータ円板部２４とロータ外縁部２６とを接続する。図１に示すように、ロータリブ部２７は、径方向に延びる棒状の部位である。ロータリブ部２７は、ロータ外縁部２６の上端面まで延びる。複数のロータリブ部２７は、例えば、周方向に沿って不等間隔に配置される。ロータリブ部２７は、例えば、６本設けられる。

ロータ本体２０は、ロータ円板部２４とロータ外縁部２６とが複数のロータリブ部２７で接続されることで、ロータリブ部２７の周方向にロータ孔部２８を有する。ロータ孔部２８は、ロータ本体２０を軸方向に貫通する孔である。ロータ孔部２８は、例えば、６つ設けられる。

ロータ本体２０がロータ孔部２８を有することで、モータ１１の内部、つまりステータ３０への空気循環経路が構成され、モータ１１の駆動時において、ステータ３０を冷却することができる。本実施形態では、ロータ孔部２８がステータ３０の上方に開口しており
、外気が直接、コイル３２に当たる。これにより、発熱したコイル線を効率的に冷却できる。

ヨーク２２は、回転軸Ｊを中心とする略円筒状の部材である。ヨーク２２は、ロータ外縁部２６の内周面に配置される。ヨーク２２は、強磁性材料からなる。ヨーク２２は、マグネット２３の外周面の少なくとも一部を覆う。これにより、マグネット２３の外周面から磁力が漏れることが抑制される。

マグネット２３は、軸方向に長い矩形の板状である。本実施形態においてマグネット２３は、複数設けられる。マグネット２３は、本実施形態では４２個設けられる。マグネット２３は、例えば接着剤によって、ヨーク２２の内周面に固定される。マグネット２３は、内周面にＮ極またはＳ極の磁極を有する。Ｎ極の磁極を有するマグネット２３とＳ極の磁極を有するマグネット２３とは、周方向に沿って交互に配置される。

図２に示すように、マグネット２３の内周面は、後述する複数のティース３１ｂの径方向外側の端面と、僅かな間隙を介して径方向に対向する。すなわち、マグネット２３は、ステータ３０と径方向に対向する磁極面を有する。なお、マグネットは、ステータ３０の外周面全体を囲む略円筒形状であってもよい。この場合、マグネットの内周面には、Ｎ極とＳ極とが、周方向に交互に着磁される。

静止部１４は、ベース部４０とステータ３０と、を有する。ベース部４０は、図２および図３に示すように、いずれも回転軸Ｊを中心に軸方向に延びるベース円筒部４１と、ベース円筒部４１の下端部から径方向外側に広がるベース底部４２と、ベース底部４２の径方向外側の端部から軸方向の上側に延びる円筒状のステータ支持筒部４３と、を有する。ステータ支持筒部４３の外周面には、ステータ３０の後述するステータコア３１が固定される。

ベース円筒部４１は、回転軸Ｊを中心にベース円筒部４１を軸方向に貫通するベース貫通孔４１ａを有する。ベース貫通孔４１ａの内側には、軸受部５１，５２が配置される。
２つの軸受部５１，５２が、ベース貫通孔４１ａの内側に軸方向に並んで配置される。蓋部４４は、軸受部５１を下側から押さえる。軸受部５１，５２は、シャフト２１およびベース部４０に固定されることで、回転軸Ｊを中心にロータ１３を回転可能に支持する。

図２に示すように、ステータ３０は、ロータ１３と径方向に隙間を介して対向する。図３に示すように、ステータ３０は、ステータコア３１と電流が供給される複数のコイル３２とを有する電機子である。すなわち、静止部１４は、複数のコイル３２を有する。

ステータコア３１は、磁性体である。本実施形態のステータコア３１は、電磁鋼板を軸方向に重ねて構成された積層鋼板により構成される。ステータコア３１は、ベース部４０に固定される。ステータコア３１は、図３および図４に示すように、コアバック３１ａおよび複数のティース３１ｂを有する。コアバック３１ａは、回転軸Ｊを中心とする円環状である。複数のティース３１ｂは、コアバック３１ａから径方向外側に延びる。複数のティース３１ｂは、周方向に略等間隔に配置される。ティース３１ｂは、外周端にアンブレラ部を有さない直方体状である。

コイル３２は、ボビン３３に巻き回されるコイル線からなる構造体である。ボビン３３は、径方向に延びる四角形状の筒体であり、ティース３１ｂが挿入される貫通孔３３Ａを有する。ボビン３３は、樹脂等の絶縁材料からなる。本実施形態のステータ３０では、ティース３１ｂがアンブレラ部を有していないため、ボビン３３は、ステータコア３１のティース３１ｂに径方向外側から着脱可能である。この構成によれば、ボビン３３をティース３１ｂから取り外した状態で、ボビン３３にコイル線を巻き回せるため、ボビン３３に高密度にコイル線を巻き回せる。本実施形態のステータ３０のようにスロット数が多い場合に製造が容易になる。

ボビン３３は、図４および図５に示すように、径方向に延びる筒状の筒部３３ａと、筒部３３ａのコアバック３１ａ側の上端部から径方向内側に突出する突出片３３ｂと、筒部３３ａの径方向外側の端部から径方向と直交する方向に広がるフランジ部３３ｄと、筒部３３ａの径方向内側の端部から径方向と直交する方向に広がるフランジ部３３ｅと、を有する。

突出片３３ｂは、図４に示すように、薄板状であり、径方向内側の先端部の上面に、突出片３３ｂから上側へ突出する爪部３３ｃを有する。爪部３３ｃは、上面１３０と、突出片３３ｂの上面から上側へ延び、径方向外側を向く面１３１とを有する。突出片３３ｂは、ボビン３３がティース３１ｂに取り付けられた状態において、コアバック３１ａの上面２３０上に位置する。突出片３３ｂの爪部３３ｃが設けられる先端部は、コアバック３１ａの上面２３０から径方向内側へ突出する。すなわち、突出片３３ｂの上面１３２は、径方向において、コアバック３１ａと同等の長さを有する。

ステータ３０は、図３および図５に示すように、コアバック３１ａ上の突出片３３ｂを上側から覆う円環状の固定部材３５を有する。固定部材３５は、下面の外周側に沿って配置され下側に突出する円環状突出部３５ａを有する段付きリングである。固定部材３５は、円環状突出部３５ａが突出片３３ｂの上面１３２上に位置する姿勢で、コアバック３１ａ上に配置される。

固定部材３５は、円環状突出部３５ａの下面部１３５において突出片３３ｂの上面１３２と接触する。また固定部材３５は、円環状突出部３５ａよりも内側に位置する下面１３７において、爪部３３ｃの上面１３０と接触する。円環状突出部３５ａの径方向内側を向く周面部１３６は、爪部３３ｃの径方向外側を向く面１３１と径方向に対向する。

固定部材３５とボビン３３の突出片３３ｂとが上記の配置とされることで、ボビン３３が径方向外側への移動が阻止される。具体的には、固定部材３５の円環状突出部３５ａに爪部３３ｃが引っ掛かるため、ボビン３３の径方向外側への移動が阻止される。すなわち、本実施形態のステータ３０では、ボビン３３の突出片３３ｂが、固定部材３５によりコアバック３１ａに固定される。これにより、ティース３１ｂに着脱可能なボビン３３の移動が抑制される。この構成によれば、ステータ３０の外周にボビン３３を抜け止めするための筒状部材を設ける必要が無く、製造が容易になる。

また本実施形態では、突出片３３ｂに設けられる爪部３３ｃを利用してボビン３３の径方向の移動を抑制するので、ボビン３３が複雑な構造とならず、容易に製造可能である。
また環状の固定部材３５により、すべてのボビン３３を一括して固定するので、部品点数を少なくでき、またステータ３０の組み立て作業も効率化できる。

本実施形態において、固定部材３５は、コアバック３１ａおよび突出片３３ｂと接着される。具体的に、固定部材３５と突出片３３ｂとは、円環状突出部３５ａの下面部１３５と、突出片３３ｂの上面１３２とが接着される。固定部材３５とコアバック３１ａとは、円環状突出部３５ａの下面部１３５と、周方向に隣り合う突出片３３ｂ同士の間に露出するコアバック３１ａの上面２３０とが接着される。固定部材３５とコアバック３１ａと突出片３３ｂとを接着することで、ボビン３３がより強固にステータコア３１に固定される。

突出片３３ｂは、コアバック３１ａの上面２３０と接着されてもよい。この場合において、突出片３３ｂとコアバック３１ａとは、突出片３３ｂの周方向を向く側面に塗布される接着剤により接着されてもよい。また、突出片３３ｂとコアバック３１ａとは、突出片３３ｂの下面とコアバック３１ａの上面２３０との間に配置される接着剤により接着されてもよい。この構成により、ボビン３３をさらに強固にステータコア３１に固定可能である。

ボビン３３は、ティース３１ｂの間に露出するコアバック３１ａの外周面３１ｃと接着されてもよい。本実施形態の場合、ボビン３３のフランジ部３３ｅとコアバック３１ａの外周面３１ｃとが、接着剤により接着されてもよい。この構成によれば、ボビン３３が上下方向にわたって接着固定されるため、ボビン３３をさらに強固にステータコア３１に固定可能である。

本実施形態では、突出片３３ｂは、ボビン３３の上端部にのみ設けられる構成としたが、突出片３３ｂがボビン３３の上端部および下端部に設けられ、固定部材３５もステータコア３１の上下面に配置される構成としてもよい。この構成によれば、ステータ３０の上下でボビン３３が固定されるので、ボビン３３をさらに強固に固定可能である。

このようなモータ１１において、コイル３２に駆動電流を供給すると、複数のティース３１ｂに磁束が生じる。そして、ティース３１ｂとマグネット２３との間の磁束の作用により、ステータ３０とロータ１３との間に、周方向のトルクが発生する。その結果、ステータ３０に対してロータ１３が回転軸Ｊ周りに回転する。ロータ１３に支持される回転翼は、ロータ１３とともに回転軸Ｊ周りに回転する。

本発明は上述の実施形態に限られず、他の構成を採用することもできる。
図６は、変形例のステータの断面図である。
図６に示すボビン１３３は、上記実施形態のボビン３３と、爪部の構成が異なる。具体的に、ボビン１３３は、突出片３３ｂの下面から下側へ突出する爪部１３３ｃを有する。爪部１３３ｃは、コアバック３１ａの上面２３０よりも径方向内側に位置し、コアバック３１ａの上面２３０と内周面２３１との角部に引っ掛けられる。すなわち、爪部１３３ｃは、コアバック３１ａのティース３１ｂと反対側の径方向端部に引っ掛けられる。

上記変形例の構成によれば、ボビン１３３をスナップフィットによりコアバック３１ａに固定可能となる。これにより、固定部材３５を用いずにボビン１３３をステータコア３１に固定できるため、部品点数を削減でき、組み立て作業も効率化できる。

上記変形例において、突出片３３ｂとコアバック３１ａとが接着される構成であってもよい。この場合に、突出片３３ｂの下面と、コアバック３１ａの上面２３０とが、接着剤により接着されてもよい。また、爪部１３３ｃの径方向外側を向く面２３２と、コアバック３１ａの内周面２３１とが、接着剤により接着されてもよい。
また上記変形例において、突出片３３ｂがボビン１３３の上端部および下端部に設けられる構成としてもよい。この構成によれば、ステータ３０の上下でボビン１３３が固定されるので、ボビン１３３をより強固に固定可能である。

１１…モータ、３０…ステータ、３１ａ…コアバック、３１ｂ…ティース、３２…コイル、３３，１３３…ボビン、３３ａ…筒部、３３ｂ…突出片、３３ｃ，１３３ｃ…爪部、３５…固定部材、１３０，１３２，２３０…上面、１３１，２３２…面、１３５…下面部、１３６…周面部

Claims (10)

1. 上下方向に伸びる中心軸を中心とし周方向に延びる環状のコアバックと、
   前記コアバックから径方向に延びる複数のティースと、
   前記ティースに対して径方向に取り付け可能な複数のボビンと、
   前記ボビンに巻き回されたコイル線からなるコイルと、
   を備え、
   前記ボビンは、
   径方向に延びる筒状の筒部と、
   前記筒部の前記コアバック側の上端部から径方向に突出し、前記コアバックに固定される突出片と、
   を有する、ステータ。
2. 前記突出片は、先端部において上側または下側に突出する爪部を有する、
   請求項１に記載のステータ。
3. 前記爪部は、前記突出片から上側へ突出し、
   前記コアバックおよび前記突出片を上側から覆う環状の固定部材を有する、
   請求項２に記載のステータ。
4. 前記固定部材は、
   前記筒部と前記爪部との間に位置する前記突出片の上面に接触する下面部と、
   前記下面部の前記爪部側の端部から上側へ延び、前記爪部の前記筒部側を向く面と対向する周面部と、
   を有する、
   請求項３に記載のステータ。
5. 前記固定部材は、前記コアバックおよび前記突出片と接着される、請求項３または４に記載のステータ。
6. 前記爪部は、前記突出片から下側へ突出し、前記コアバックの前記ティースと反対側の径方向端部に引っ掛けられる、請求項２に記載のステータ。
7. 前記突出片は、前記コアバックの上面と接着される、請求項１から６のいずれか１項に記載のステータ。
8. 前記ボビンは、前記ティースの間に露出する前記コアバックの面と接着される、請求項１から７のいずれか１項に記載のステータ。
9. 前記ティースは前記コアバックの径方向外側へ延びる、請求項１から８のいずれか１項に記載のステータ。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載のステータを備える、モータ。

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