JP6972890B2 - モータ、およびモータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はモータおよびモータの製造方法に関する。

従来のモータにおいて、ステータの径方向外側にマグネットが配置される、いわゆるアウターロータ型のモータが知られている。アウターロータ型のモータでは、ステータコアの径方向内側に、ステータを保持するための部材が配置されたり、モータの組み立て工程で、組み立て用の冶具が配置されたりする。

近年、アウターロータ型モータが搭載される装置の小型化に伴い、モータ自体を小径化することが求められている。モータの外径を規定する要素として、例えば、ステータコアのティースの径方向の長さ、ステータコアのコアバック部の径方向の長さ、がある。

特開１９９９−０８９１９６号公報

特開１９９９−０８９１９６号公報に開示のモータにおいて、コアバック部の径方向の長さを短くして、モータの小型化を図ろうとすると、切欠部の配置によって磁気的特性が低下する。一方で、切欠部の深さを浅くすると、ハウジングの凸部とステータコアの凹部が係合されない可能性がある。

本発明の目的は、磁気的特性を低下させることなく、ハウジングとステータとを構造的に締結する、小径化可能なモータを提供することである。

本発明の例示的な一実施形態のモータは、中心軸を中心として回転し、中心軸に対して上下に延びるシャフトと、シャフトを回転可能に支持する軸受部材と、シャフトに連結され、下向きに開口するカップ形状のロータハブと、ロータハブの径方向内側に保持されるロータマグネットと、ロータマグネットの径方向内側に位置し、ロータマグネットと間隙を介して対向するステータと、外側にステータを保持する筒部を有する、ハウジングと、を備え、ステータは、環状のコアバック部と、コアバック部の外周から径方向外側に延びる複数のティースと、ティースに導電線が巻回されてなるコイルと、を有し、コアバック部は、コアバック部の軸方向上側端部を含み、径方向内側に軸受部材を収容する上コアバック部と、コアバック部の軸方向下側端部を含み、筒部と径方向に対向する下コアバック部と、上コアバック部の軸方向下側および下コアバック部の軸方向上側に配置され、上コアバック部および下コアバック部よりも、中心軸から内周面までの距離の小さい小径部と、を有し、小径部は、径方向外側に向かって凹む凹部を有し、筒部と小径部との間隙、および凹部には接着剤が収容されており、筒部は、小径部と径方向に対向する第１筒部と、第１筒部の下方において、第１筒部よりも、中心軸から外周面までの距離が大きい第２筒部と、を有し、第２筒部は、下コアバック部と径方向に対向し、第１筒部の外周面は、小径部の内周面と接着剤を介して対向し、第２筒部の外周面と前記下コアバック部の内周面とは圧入にて固定され、第２筒部と下コアバック部との圧入領域は、第１筒部と小径部との接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に位置する。

本発明の例示的な一実施形態のモータの製造方法は、中心軸を中心とする環状のコアバック部と、コアバック部の外周から径方向外側に延びる複数のティースと、を有するステータと、中心軸に対して上下に延びる筒部を有する、ハウジングと、を備え、コアバック部は、コアバック部の軸方向上側端部を含む上コアバック部と、コアバック部の軸方向下側端部を含む下コアバック部と、上コアバック部の軸方向下側および下コアバック部の軸方向上側に配置され、上コアバック部および下コアバック部よりも、中心軸から内周面までの距離の小さい小径部と、を有し、小径部が、径方向外側に向かって凹む凹部を有する、モータの製造方法であって、ａ）巻線機のピンに設けられた凸部を、凹部に固定し、テ
ィースに導電線を巻回してコイルを形成する工程と、ｂ）筒部の下方を第１冶具の上面に配置する工程と、ｃ）筒部の上方から、小径部の上面に第２冶具の下面を接触させて、ステータを筒部の径方向外側に固定する工程と、を含み、小径部と径方向に対向する第１筒部と、第１筒部の下方において、第１筒部よりも、中心軸から外周面までの距離が大きい第２筒部と、を有する筒部を準備する工程を含み、工程ｃ）において、下コアバック部の内周面は、第２筒部の外周面に圧入され、工程ｃ）は、第１筒部の外周面または小径部の内周面のいずれかに接着剤を塗布する工程を含み、第２筒部と下コアバック部との圧入領域は、第１筒部と小径部との接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に位置する。

本発明に係る例示的なモータによれば、磁気的特性を低下させることなく、ハウジングとステータとを構造的に締結し、かつ、モータを小径化できる。

図１は、本発明の実施形態におけるモータの断面を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態におけるモータのコアバック部およびティースの上面図である。 図３は、本発明の実施形態に係るモータのティースに導電線を巻回してコイルを形成する工程を説明するための図である。 図４は、本発明の実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。 図５は、本発明の実施形態におけるモータのステータがハウジングに固定された状態を示した断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書では、図１に示す中心軸Jに沿う方向を軸方向、中心軸Jに直交する方向を径方向、中心軸Jを中心とする円弧に沿う方向を周方向と称する。また、本明細書では、軸方向を上下方向とし、モータ１０に対してロータハブ３側を上として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明のモータ１０の使用時の向きを限定する意図はない。

図１は、本発明の例示的な一実施形態に係るモータ１０の全体構成を示した断面図である。 モータ１０は、たとえば、小型の無人飛行機（不図示）に搭載されて翼部を回転させる。なお、この例示に限定されず、モータ１０は、たとえば、ＯＡ機器や医療機器、工具、産業用の大型設備などに搭載されて種々の駆動力を発生させてもよい。モータ１０は、シャフト１と、軸受部材２と、ロータハブ３と、ロータマグネット４と、ステータ５と、ハウジング６と、を備える。

シャフト１は、中心軸Ｊを中心として回転し、中心軸Ｊに対して上下に延びる。軸受部材２は、シャフト１を回転可能に支持する。軸受部材２は、シャフト１の外周に取り付けられる。本実施形態では、軸受部材２はボールベアリングである。また、軸受部材２は、上下方向に２つ設けられる。

ロータハブ３は、シャフト１に連結され、下向きに開口するカップ形状である。ロータハブ３は、円筒状のマグネット保持部３１と、マグネット保持部３１から径方向内側に延びる平板部３２と、平板部３２の中央から軸方向下側に延び、かつ軸方向に貫通する円筒状の連結部３３と、を有する。ロータハブ３は、連結部３３において、シャフト１の軸受部材２の固定される部位より上側に固定される。つまり、連結部３３の円筒状の内周面は、シャフト１の外周面と、接着剤または圧入によって固定される。

ロータマグネット４は、ロータハブ３の径方向内側に保持される。本実施形態において、ロータマグネット４は、マグネット保持部３１の内周面に固定される。ロータマグネット４の内周面とステータ５とは、径方向に間隙を介して対向する。ロータハブ３とロータマグネット４とは、接着または圧入によって固定される。平板部３２は、軸方向に貫通する複数の貫通孔３４を有する。モータ１０の回転によってステータ５から発生した熱い空気は、貫通孔３４を通じてモータ１０の外部に排出される。

ステータ５は、ロータマグネット４の径方向内側に位置し、ロータマグネット４と間隙を介して対向する。ステータ５は環状のコアバック部５１と、コアバック部５１の外周から径方向外側に延びる複数のティース５２と、ティース５２に導電線が巻回されてなるコイル５３と、を有する。本実施形態において、コアバック部５１およびティース５２は、強磁性体である薄い鋼鈑を複数積層されてなる。ティース５２において、導電線の巻回される部位とその周辺とには、絶縁塗装が行われる。なお、コアバック部５１およびティース５２は、金属粉末を金型に用いて圧縮成形して作成する、圧粉鉄心であってもよい。

コアバック部５１は、コアバック部５１の軸方向上側端部を含む上コアバック部５１１と、コアバック部５１の軸方向下側端部を含む下コアバック部５１２と、上コアバック部５１１の軸方向下側および下コアバック部５１２の軸方向上側に配置される小径部５１３と、を有する。上コアバック部５１１は、径方向内側に軸受部材２を収容する。言い換えると、軸受部材２は、上コアバック部５１１の内周面に直接又は接着剤を介して保持される。本実施形態において、軸受部材２の外輪の下面と小径部５１３の上面とは、直接又は予圧ばねを介して軸方向に対向する。下コアバック部５１２は、後述する筒部６１と径方向に対向する。

小径部５１３は、上コアバック部５１１および下コアバック部５１２よりも、中心軸Ｊから内周面までの距離が小さい。言い換えると、小径部５１３は上コアバック部５１１および下コアバック部５１２よりも中心軸Ｊに向かって突出する。

ハウジング６は、径方向外側にステータ５を保持する筒部６１を有する。さらに、ハウジング６は、ステータ５よりも軸方向下側において軸受部材２を収容する軸受収容部２１を有する。本実施形態において、上側の軸受部材２はステータ５の上コアバック部５１１に収容され、下側の軸受部材２はハウジング６の軸受収容部２１に収容される。筒部６１は、第１筒部６１１と、第２筒部６１２と、第３筒部６１３と、を有する。第１筒部６１１は、小径部５１３と径方向に対向する。第２筒部６１２は、第１筒部６１１の下方において、第１筒部６１１よりも、中心軸Jから外周面までの距離が大きく、下コアバック部５１２と径方向に対向する。

第３筒部６１３は、第２筒部６１２よりも下方において、第２筒部６１２よりも、中心軸Jから外周面までの距離が大きい。本実施形態において、軸受収容部２１は、第３筒部６１３に設けられ、下方に開口する。すなわち、第３筒部６１３には軸受部材２が配置される。軸受部材２は、下方から軸受収容部２１内に収容される。すなわち、軸受部材２は下方から第３筒部６１３内に収容される。軸受部材２の外周面は、第３筒部６１３の内周面と接着剤を介して固定される。

図２は、本発明の実施形態におけるステータ５のコアバック部５１およびティース５２の上面図である。図２に示すように、小径部５１３は、径方向外側に向かって凹む凹部５１４を有する。筒部６１と小径部５１３との間隙、および凹部５１４には接着剤１１が収容される。これにより、ステータ５とハウジング６とを強固に固定することができる。また、小径部５１３に凹部５１４が設けられるため、凹部５１４の形成によって磁気的特性が低下することを抑制できる。

図３は、本発明の実施形態におけるステータ５のティース５２に導電線を巻回してコイル５３を形成する工程を説明するための図である。ロータハブ３が小型化する場合、コアバック部５１の径方向の厚みも薄くなる。例えば、コイル５３を形成する場合、巻線機のピン８に設けられた凸部８１を凹部５１４に配置して位置決めをする。このとき、上コアバック部５１１または下コアバック部５１２に凹部５１４を設けると、凹部５１４の深さが浅くなる、または、磁気的特性が低下する虞がある。本実施形態において、ロータハブ３の外径は、１１ｍｍ以下である。このような小型のモータ１０において凹部５１４の深さが浅くなると、凹部５１４と凸部８１での保持力が小さくなり、凸部８１が凹部５１４から抜ける可能性がある。本実施形態において、凹部５１４は小径部５１３に設けられるため、小型のモータ１０においても、凹部５１４の深さをより深くすることができる。

本実施形態において、第２筒部６１２は、下コアバック部５１２と径方向に対向する。これにより、ステータ５とハウジング６との固定方法を、小径部５１３および第１筒部６１１の間と、下コアバック部５１２および第２筒部６１２の間と、で異なる方法を用いることができる。本実施形態では、例えば、第１筒部６１１の外周面と小径部５１３の内周面とは間隙を有し、さらに当該間隙において接着剤１１を介して対向する。第２筒部６１２の外周面と下コアバック部５１２の内周面とは圧入にて固定される。これにより、例えば、小径部５１３の内周面の中心軸と下コアバック部５１２の内周面の中心軸とがずれている場合、当該ずれ量を第１筒部６１１の外周面と小径部５１３の内周面との間隙にて調整し、第１筒部６１１の外周面と小径部５１３とが接触することによるコアバック部５１への応力が偏ることが抑制される。

図４は、本発明の実施形態におけるモータの一部を拡大して示す部分断面図である。第２筒部６１２の外周面は、上端に中心軸Ｊに対して傾斜する傾斜面６１４を有する。これにより、傾斜面６１４と、小径部５１３の下面と、下コアバック部５１２の内周面と、の間には空間７が形成される。第１筒部６１１の外周面と、小径部５１３の内周面との間に介在する接着剤１１は、第１筒部６１１を小径部５１３に固定するときに、接着剤１１は空間７に流入する。すなわち、空間７には接着剤１１の少なくとも一部が配置される。これにより、接着剤１１が上側に流出し、軸受部材２側に流出することを抑制できる。

本実施形態において、第２筒部６１２と下コアバック部５１２との圧入領域は、第１筒部６１１と小径部５１３との接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に位置する。当該圧入領域が、第１筒部６１１と小径部５１３との接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に位置することで、ステータ５とハウジング６との組立時に接着剤１１を圧入領域で堰き止めることができ、接着剤１１を接着領域に保持することができる。つまり、接着剤１１を第２筒部６１２の下方に流出することを抑制できる。

モータ１０において、圧入と接着とを併用することでステータ５とハウジング６とを強固に固定することができる。また、接着固定において、組立時の接着剤１１の流出を抑制するために圧入領域を接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に配置することで接着剤１１がステータ５とハウジング６との間隙に保持され、接着強度を確保することができる。

次に、本実施形態におけるモータ１０の製造工程について説明する。

上述したように、このモータ１０に備えられているステータ５は、中心軸Ｊを中心とする環状のコアバック部５１と、コアバック部５１の外周から径方向外側に延びる複数のティース５２と、を有する。さらに、このモータ１０は、中心軸Ｊに対して上下に延びる筒部６１を有するハウジング６と、を備える。

上述したように、このモータ１０に備えられているステータ５のコアバック部５１は、コアバック部５１の軸方向上側端部を含む上コアバック部５１１と、コアバック部５１の軸方向下側端部を含む下コアバック部５１２と、上コアバック部５１１の軸方向下側および下コアバック部５１２の軸方向上側に配置され、上コアバック部５１１および下コアバック部５１２よりも、中心軸Ｊから内周面までの距離の小さい小径部５１３と、を有し、小径部５１３が、径方向外側に向かって凹む凹部５１４を有する。

本実施形態におけるモータ１０の製造方法は、コイル５３を形成する工程と、ハウジング６の筒部６１を第１冶具９１に配置する工程と、ステータ５を筒部６１に固定する工程と、を含む。

図３は、本発明の実施形態におけるステータ５のティース５２に導電線を巻回してコイル５３を形成する工程を説明するための図である。巻線機のピン８には凸部８１が配置される。巻線機のピン８に設けられた凸部８１を、上述の凹部５１４に固定する。これにより、コアバック部５１およびティース５２が巻線機に位置決めされる。位置決めされたティース５２に、導電線を巻回してコイル５３を形成する。上述のように、凹部５１４は小径部５１３に設けられるため、小型のモータ１０においても、凹部５１４の深さをより深くすることができる。そのため、巻線機に取り付けた際にコアバック部５１およびティース５２が移動することを抑制できる。

図５は、本発明の実施形態におけるモータ１０のステータ５がハウジング６に固定された状態を示した断面図である。ハウジング６の筒部６１の下方を第１冶具９１の上面に配置する。第１冶具９１に配置した筒部６１の上方から、ステータ５を筒部６１の径方向外側に固定する。このとき、小径部５１３の上面に第２冶具９２の下面を接触させる。これにより、ステータ５に力が加わり、ステータ５が筒部６１の径方向外側に固定される。

上述のように、ティース５２において、導電線の巻回される部位とその周辺とには、絶縁塗装が行われている。コイル５３周辺のコアバック部５１の上面に第２冶具９２の下面を接触させる場合、コイル５３周辺の絶縁塗装が第２冶具９２に接触する可能性がある。本実施形態では、小径部５１３の上面に第２冶具９２の下面を接触させて力を加える。コイル５３周辺の絶縁塗装に第２冶具９２が接触しないため、絶縁塗装が剥げたり、薄くなったりすることを抑制できる。

本実施形態におけるモータ１０の製造方法は、小径部５１３と径方向に対向する第１筒部６１１と、第１筒部６１１の下方において、前記第１筒部６１１よりも、中心軸Ｊから外周面までの距離が大きい第２筒部６１２と、を有する筒部６１を準備する工程を含む。これにより、ステータ５とハウジング６との固定方法を、小径部５１３および第１筒部６１１の間と、下コアバック部５１２および第２筒部６１２の間と、で異なる方法を用いることができる。

本実施形態におけるモータ１０の製造方法は、ステータ５を筒部６１に固定する工程の後に、小径部５１３の上方から、上コアバック部５１１に軸受部材２を固定する工程を含む。

本実施形態において、ステータ５を筒部６１に固定する工程において、下コアバック部５１２の内周面は、第２筒部６１２の外周面に圧入される。さらに、ステータ５を筒部６１に固定する工程は、ステータ５を筒部６１に固定した後、第１筒部６１１の外周面または小径部５１３の内周面にいずれかに接着剤１１を塗布する工程を含む。すなわち、第１筒部６１１と小径部５１３とは、接着剤１１により固定される。下コアバック部５１２の内周面が小径部５１３の内周面よりも大きいことで、下コアバック部５１２の内周面が、第１筒部６１１の外周面に塗布された接着剤１１に接触することなく、ステータ５をハウジング６へ固定することができる。つまり、第１筒部６１１と小径部５１３との間隙に接着剤１１を保持することができる。

上述のように、第２筒部６１２の外周面は、上端に中心軸Ｊに対して傾斜する傾斜面６１４を有し、傾斜面６１４と、小径部５１３の下面と、下コアバック部５１２の内周面と、の間には空間７が形成される。本実施形態におけるモータ１０の製造方法は、接着剤１１の少なくとも一部が前記空間７内に流入する工程を含む。これにより、接着剤１１が上側に流出し、軸受部材２内側に流出することを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

本発明はモータに利用することができる。

１・・・シャフト、２・・・軸受部材、２１・・・軸受収容部、３・・・ロータハブ、３１・・・マグネット保持部、３２・・・平板部、３３・・・連結部、３４・・・貫通孔、４・・・ロータマグネット、５・・・ステータ、５１・・・コアバック部、５１１・・・上コアバック部、５１２・・・下コアバック部、５１３・・・小径部、５１４・・・凹部、５２・・・ティース、５３・・・コイル、６・・・ハウジング、６１・・・筒部、６１１・・・第１筒部、６１２・・・第２筒部、６１３・・・第３筒部、６１４・・・傾斜面、７・・・空間、８・・・ピン、８１・・・凸部、９１・・・第１冶具、９２・・・第２冶具、１０・・・モータ、１１・・・接着剤、Ｊ・・・中心軸

Claims (8)

1. 中心軸を中心として回転し、中心軸に対して上下に延びるシャフトと、
   前記シャフトを回転可能に支持する軸受部材と、
   前記シャフトに連結され、下向きに開口するカップ形状のロータハブと、
   前記ロータハブの径方向内側に保持されるロータマグネットと、
   前記ロータマグネットの径方向内側に位置し、前記ロータマグネットと間隙を介して対向するステータと、
   外側に前記ステータを保持する筒部を有する、ハウジングと、
   を備え、
   前記ステータは、
   環状のコアバック部と、
   前記コアバック部の外周から径方向外側に延びる複数のティースと、
   前記ティースに導電線が巻回されてなるコイルと、
   を有し、
   前記コアバック部は、
   前記コアバック部の軸方向上側端部を含み、径方向内側に前記軸受部材を収容する上コアバック部と、
   前記コアバック部の軸方向下側端部を含み、前記筒部と径方向に対向する下コアバック部と、
   前記上コアバック部の軸方向下側および前記下コアバック部の軸方向上側に配置され、前記上コアバック部および前記下コアバック部よりも、前記中心軸から内周面までの距離の小さい小径部と、
   を有し、
   前記小径部は、径方向外側に向かって凹む凹部を有し、
   前記筒部と前記小径部との間隙、および前記凹部には接着剤が収容されており、前記筒部は、前記小径部と径方向に対向する第１筒部と、前記第１筒部の下方において、前記第１筒部よりも、前記中心軸から外周面までの距離が大きい第２筒部と、を有し、前記第２筒部は、前記下コアバック部と径方向に対向し、前記第１筒部の外周面は、前記小径部の内周面と接着剤を介して対向し、前記第２筒部の外周面と前記下コアバック部の内周面とは圧入にて固定され、前記第２筒部と前記下コアバック部との圧入領域は、前記第１筒部と前記小径部との接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に位置する、モータ。
2. 前記軸受部材の外輪の下面と前記小径部の上面とは、直接又は予圧ばねを介して軸方向に対向する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記第２筒部の外周面は、上端に前記中心軸に対して傾斜する傾斜面を有し、
   前記傾斜面と、前記小径部の下面と、前記上コアバック部の内周面と、の間には空間が形成され、
   前記空間には前記接着剤の少なくとも一部が配置される、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記筒部は、前記第２筒部よりも下方において、前記第２筒部よりも、前記中心軸から外周面までの距離が大きい第３筒部を有し、
   前記第３筒部には、前記軸受部材が配置される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記ロータハブの外径が、１１ｍｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 中心軸を中心とする環状のコアバック部と、前記コアバック部の外周から径方向外側に延びる複数のティースと、を有するステータと、
   前記中心軸に対して上下に延びる筒部を有する、ハウジングと、
   を備え、
   前記コアバック部は、前記コアバック部の軸方向上側端部を含む上コアバック部と、前記コアバック部の軸方向下側端部を含む下コアバック部と、前記上コアバック部の軸方向下側および前記下コアバック部の軸方向上側に配置され、前記上コアバック部および前記下コアバック部よりも、前記中心軸から内周面までの距離の小さい小径部と、を有し、前記小径部が、径方向外側に向かって凹む凹部を有する、モータの製造方法であって、
   ａ）巻線機のピンに設けられた凸部を、前記凹部に固定し、前記ティースに導電線を巻回してコイルを形成する工程と、
   ｂ）前記筒部の下方を第１ 冶具の上面に配置する工程と、
   ｃ）前記筒部の上方から、前記小径部の上面に第２冶具の下面を接触させて、前記ステータを前記筒部の径方向外側に固定する工程と、
   を含み、前記小径部と径方向に対向する第１筒部と、前記第１筒部の下方において、前記第１筒部よりも、前記中心軸から外周面までの距離が大きい第２筒部と、を有する前記筒部を準備する工程を含み、前記工程ｃ）において、前記下コアバック部の内周面は、前記第２ 筒部の外周面に圧入され、前記工程ｃ）は、
   前記第１筒部の外周面または前記小径部の内周面のいずれかに接着剤を塗布する工程を含み、前記第２筒部と前記下コアバック部との圧入領域は、前記第１筒部と前記小径部との接着領域よりも軸方向下側かつ径方向外側に位置する、モータの製造方法。
7. 請求項６に記載の製造方法であって、
   前記工程ｃ）の後に、
   前記小径部の上方から、前記上コアバック部に前記軸受部材を固定する、モータの製造方法。
8. 請求項６または請求項７に記載の製造方法であって、
   前記第２筒部の外周面は、上端に前記中心軸に対して傾斜する傾斜面を有し、
   前記傾斜面と、前記小径部の下面と、前記下コアバック部の内周面と、の間には空間が形成され、
   前記工程ｃ）は、
   前記接着剤の少なくとも一部が前記空間内に流入する工程を含む、モータの製造方法。
   

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