技術 モータの固定子構造及びモータ

0001

この発明は、モータの固定子構造及びモータに関し、特に、インナーロータ型のモータの固定子構造及びモータに関する。

0002

モータにおいて、コイルと鉄心等とを絶縁するために、インシュレータ（絶縁物）が用いられる。モータの性能を向上させるには、コイルを巻回するスペースをより広く確保することが重要になる。そのため、インシュレータは、耐電圧性が確保される限り、できるだけ薄く形成されていることが望ましい。

0003

下記特許文献１には、モータの固定子を構成する分割鉄心に一体成形によりインシュレータが設けられた構造が記載されている。分割鉄心の形状を改善することにより、インシュレータの薄型化が図られている。

0004

特開２００４−２４８４７１号公報

0005

ところで、上記の特許文献１に記載されているような構造では、樹脂製のインシュレータが、射出成形により形成される。そのため、インシュレータの薄型化が困難であるという問題がある。

0006

すなわち、金型と鉄心との隙間に樹脂を適正に流すためには、インシュレータの肉厚をある程度確保することが必要である。しかしながら、そうすると、コイルを巻回するスペースが狭くなるという問題がある。また、ショートモールドの危険性が生じるため、インシュレータの厚みを、成形機や材料の許容範囲以上に薄くすることは困難である。

0007

また、薄肉に成形するためには、流動性が高い高価な樹脂を使用する必要があり、モータの製造コストが高くなるという問題がある。すなわち、一般に、流動性が高い（肉薄に成形できる）樹脂ほど、高価である。例えば、比較的安価なＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート樹脂）やＰＡ（ポリアミド樹脂）等と比較して、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）耐熱樹脂は流動性が高いが、高価である。また、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）は、さらに流動性が高いが、さらに高価である。

0008

なお、ショートモールドを起こさない範囲の長さで鉄心の上下にインシュレータを取り付け、鉄心の中間部に絶縁塗料を塗布することで、コイルと鉄心との間を絶縁する方法がある。しかしながらこの方法では、インシュレータを上下別体で形成し、鉄心に絶縁塗装を行った後で両者を組み合わせる必要がある。そのため、部品点数が増え、製造工数が増加するという問題がある。

0009

この発明はそのような問題点を解決するためになされたものであり、インシュレータを薄型化でき、製造コストが低く容易に製造可能なモータの固定子構造及びモータを提供することを目的としている。

0010

上記目的を達成するためこの発明のある局面に従うと、空芯のコイルを用いたモータに用いられるモータの固定子構造は、筒状のバックヨーク部と、バックヨーク部の内周に形成されたインシュレータと、インシュレータの内周面に固定された空芯のコイルとを備え、バックヨーク部とインシュレータとは、一体に形成されており、インシュレータの内周面は、バックヨーク部とインシュレータとが一体に形成された後で、インシュレータの一部を除去する加工が行われることにより形成された面を有する。

0011

好ましくは、バックヨーク部は、複数のリング状部材が積層されて構成されている。

0012

好ましくは、インシュレータの内周面の表面粗さは、インシュレータの表面のうち加工が行われていない面の表面粗さよりも大きい。

0013

この発明の他の局面に従うと、モータは、上述に記載のモータの固定子構造と、コイルの内周側に配置されたロータとを備え、ロータは、シャフトと、シャフトに取り付けられコイルを挟んでバックヨーク部に対向するように配置された永久磁石とを有する。

0014

好ましくは、コイルは、インシュレータの内周面に接着されている。

0015

これらの発明に従うと、インシュレータの内周面は、バックヨーク部とインシュレータとが一体に形成された後で、インシュレータの一部を除去する加工が行われることにより形成された面を有している。したがって、インシュレータを薄型化でき、製造コストが低く容易に製造可能なモータの固定子構造及びモータを提供することができる。

0016

本発明の実施の形態の１つにおけるモータを示す側断面図である。
固定子の分解斜視図である。
固定子をモータの回転軸を通る平面で切断した場合の断面斜視図である。
コアユニットの製造工程を説明する第１の図である。
コアユニットの製造工程を説明する第２の図である。
表面粗さの測定結果を示す表である。
後加工前のインシュレータについての表面粗さの測定結果を示すグラフである。
後加工後のインシュレータについての表面粗さの測定結果を示すグラフである。
インシュレータの成形についてのシミュレーション結果を示す第１の図である。
インシュレータの成形についてのシミュレーション結果を示す第２の図である。

0017

以下、本発明の実施の形態の１つにおける固定子構造を有するモータについて説明する。

0018

［実施の形態］

0019

図１は、本発明の実施の形態の１つにおけるモータ１を示す側断面図である。

0020

図１に示されるように、モータ１は、ロータ１０と、固定子４０と、ハウジング３０とを有している。ロータ１０は、大まかに円筒状に形成された固定子４０の内径側に配置されている。すなわち、モータ１は、いわゆるインナーロータ型のものである。

0021

本実施の形態において、モータ１は、直径が約５ミリメートル以下の、小径の円柱形のコアレスモータである。なお、モータ１のサイズや形状は、これに限られるものではない。

0022

ロータ１０は、シャフト１１と、筒状の永久磁石１２とを有している。永久磁石１２は、シャフト１１と同軸になるようにしてシャフト１１に固定されている。シャフト１１は、永久磁石１２を貫通している。

0023

ハウジング３０は、例えば、非磁性体の金属板を用いて形成されたケース３１と、エンドピース３２とを有している。ケース３１の一方の端部は、シャフト１１が貫通可能な程度に開口している。この端部には、ロータ１０を支持するためのベアリング３３がはめ込まれている。ケース３１の他方の端部は、全面が開口している。この端部には、エンドピース３２が配置されている。エンドピース３２は、ロータ１０を支持するためのベアリング３４を保持する。

0024

ロータ１０は、シャフト１１がベアリング３３，３４に軸支された状態で、ハウジング３０に対して回転可能に取り付けられている。シャフト１１は、ベアリング３３側の端部から、ハウジング３０の外部に突出している。永久磁石１２は、ハウジング３０の内部に収容されている。

0025

固定子４０は、コアユニット４５と、コアユニット４５の内側に固定されたコイル３５とを有している。固定子４０は、ハウジング３０の内部に収容されている。固定子４０は、ケース３１に対して固定されている。これにより、ロータ１０の永久磁石１２は、コイル３５を挟んで、バックヨーク部４１に対向するように配置される。

0026

図２は、固定子４０の分解斜視図である。

0027

図２に示されるように、コイル３５は、円筒形状を有する空芯のものである。コイル３５の外径は、コアユニット４５の内径と略同じである。コイル３５の一端部には、引き出し端線３５ａが位置している。

0028

コアユニット４５は、筒状のバックヨーク部４１と、その内周に配置されたインシュレータ４３とを有している。コアユニット４５は、バックヨーク部４１とインシュレータ４３とで一体に構成されたインシュレータ構造を有している。コアユニット４５は、略円筒形状を有している。コアユニット４５の外径は、ケース３１の内径と略同じである。コアユニット４５の内周面４３ａ（内径側の面）は、円筒面である。

0029

コイル３５は、コアユニット４５に挿入され、コアユニット４５に接着される。このとき、コイル３５は、接着により、コアユニット４５の内周面４３ａに固定される。

0030

図３は、固定子４０をモータ１の回転軸を通る平面で切断した場合の断面斜視図である。

0031

図３に示されるように、本実施の形態において、バックヨーク部４１は、多数のコアシート（リング状部材の一例）４１ａを積層して形成されている。コアシート４１ａは、例えば鋼板を加工することにより形成された、リング状部材である。なお、バックヨーク部４１は、他の構造を有していてもよい。

0032

固定子４０において、インシュレータ４３は、バックヨーク部４１とコイル３５との間に位置している。すなわち、コイル３５は、インシュレータ４３の内周面４３ａに接着されている。インシュレータ４３は、樹脂製であり、コイル３５とバックヨーク部４１とを絶縁する。

0033

バックヨーク部４１とインシュレータ４３とは、インサート成形により一体成形されている。すなわち、バックヨーク部４１を金型に設置し、金型に樹脂を流し込むことで、インシュレータ４３とバックヨーク部４１とが一体成形されたコアユニット４５が得られる。

0034

ここで、本実施の形態において、インシュレータ４３は、バックヨーク部４１とインシュレータ４３とが一体成形されるとき、樹脂が金型内に行き渡りやすくなるように、厚く（肉厚に）形成される。そして、肉厚に形成されたインシュレータ４３に対して後加工が行われることで、インシュレータ４３が薄肉化される。

0035

図４は、コアユニット４５の製造工程を説明する第１の図である。

0036

図４においては、コアユニット４５の製造工程において、バックヨーク部４１とインシュレータ４３とが一体成形された後であって、後加工が行われる前の状態が示されている。図４に示されるように、インシュレータ４３の内径側の肉厚が厚くなるように、一体成形が行われる。後加工前のインシュレータ４３の厚さは、例えば０．３ミリメートルから０．４ミリメートル程度である。

0037

図５は、コアユニット４５の製造工程を説明する第２の図である。

0038

図５においては、コアユニット４５の製造工程において、インシュレータ４３に後加工が行われた後の状態が示されている。すなわち、コアユニット４５の製造が完了した状態が示されている。

0039

図５に示されるように、後加工では、上述のように厚く形成されたインシュレータ４３の内径側の部分が除去される。後加工により、インシュレータ４３が薄肉化される。後加工後のインシュレータ４３の厚さは、例えば０．１ミリメートル程度である。後加工後のインシュレータ４３の内周面４３ａが、コイル３５が接着される面となる。すなわち、本実施の形態において、コイル３５が接着されるインシュレータ４３の内周面４３ａは、バックヨーク部４１とインシュレータ４３とが一体成形された後で、インシュレータ４３の一部を除去する加工が行われることにより形成された面を有する。

0040

モータ１の全体の外径は５ミリメートル程度であるため、旋盤による切削加工（バイトの刃による加工）によりインシュレータ４３の後加工を行うことは不可能である。そのため、後加工は、例えば、ドリル加工により行うようにすればよい。後加工は、一体成形された後のコアユニット４５の外径をチャッキングした状態で、ドリルの刃をインシュレータ４３に当てて、インシュレータ４３の内径側の部位を除去するようにすればよい。なお、モータが比較的大きいサイズである場合は、通常の切削加工により後加工を行ってもよいし、他の方法で加工を行ってもよい。

0041

ここで、本実施の形態において、インシュレータ４３の内周面４３ａの表面粗さは、インシュレータ４３の表面のうち後加工が行われていない面の表面粗さよりも大きくなっている。すなわち、インシュレータ４３の表面のうち後加工が行われていない面は、一体成形時の表面であり、その表面粗さは比較的小さい。これに対して、後加工が行われることにより形成された内周面４３ａは、ドリル加工の加工面であり、その表面粗さは比較的大きくなっている。

0042

インシュレータ４３についてドリル加工により後加工を行う前後では、内周面の表面粗さは、例えば次のように変化する。

0043

すなわち、表面粗さ測定器として株式会社東京精密製の「サーフコム１４００Ｇ」を用いた。測定対象サンプルのインシュレータ４３の内壁表面に測定針を当て、軸方向に２ミリメートルの測定範囲内で、毎秒０．０６ミリメートルの測定速度で測定針を走査させ、算術平均粗さ（Ｒａ）と最大高さ粗さ（Ｒｚ）とを算出した。測定は、後加工前と後加工後とで、それぞれ３つのサンプルについて行った。

0044

図６は、表面粗さの測定結果を示す表である。図７は、後加工前のインシュレータ４３についての表面粗さの測定結果を示すグラフである。図８は、後加工後のインシュレータ４３についての表面粗さの測定結果を示すグラフである。

0045

図６、図７、及び図８に示されるように、この測定例では、後加工が行われることにより、算術平均粗さ（Ｒａ）が後加工前の５倍程度大きくなっていることがわかる。

0046

このように内周面４３ａの表面粗さが後加工が行われていない面の表面粗さよりも大きいことにより、コイル３５とインシュレータ４３との接着性が良好になるという効果が得られる。なお、後加工が行われたとき、その加工面に対して、表面粗さを大きくするための加工がさらに行われるようにしてもよい。

0047

［実施の形態における効果］

0048

以上説明したように、本実施の形態においては、インシュレータ４３は、一体成形により厚肉に成形された後で、薄肉に加工される。

0049

図９は、インシュレータ４３の成形についてのシミュレーション結果を示す第１の図である。図１０は、インシュレータ４３の成形についてのシミュレーション結果を示す第２の図である。

0050

図９及び図１０において、着色部分は樹脂が流れ込む部分を示し、数値は、樹脂の充填開始から経過した秒数を示している。図９が、インシュレータ４３の成形時の厚みが０．３ミリメートルの場合のシミュレーション結果を示す。図１０が、インシュレータ４３の成形時の厚みが０．１ミリメートルであると仮定した場合のシミュレーション結果を示す。図に示されるように、厚みが厚い方は、０．１１秒程度でくまなく樹脂が行き渡っているのに対し、厚みが薄い方は、その倍の時間をかけても、樹脂が全体には行き渡っていない。すなわち、厚みが薄いと、ショートモールドが発生する可能性が高くなる。

0051

本実施の形態においては、インシュレータ４３の成形時の厚みを厚めに確保しているので、一体成形を、流動性が高い高価な樹脂を用いることなく、比較的安価な樹脂を用いて、容易かつ確実に行うことができる。また、成形後に後加工を行うので、インシュレータ４３を薄く形成することができる。したがって、モータ１の製造コストを低く抑えることができ、かつ、コイル３５を設けるスペースを広く確保してモータ１の性能を高くすることができる。

0052

また、バックヨーク部４１は、リング状のコアシート４１ａが積層されて構成されているため、バックヨーク部４１の形状の寸法精度を容易に高めることができる。バックヨーク部４１の外周面と、一体成形時のインシュレータ４３の内周面との同軸度が０．０５ミリメートルでもずれると片側偏肉となり、射出成形時にショートモールドが発生しやすくなる。しかしながら、本実施の形態においては、リング状のコアシート４１ａを用いることで、射出成形時に偏肉とならないように、バックヨーク部４１を高い精度で成形することができる。また、インシュレータ４３の後加工を行うとき、バックヨーク部４１の外径を基準にして加工を行うことができる。したがって、容易に、後加工後にも偏肉にならないように、高精度にコアユニット４５を形成することができる。

0053

さらにまた、インシュレータ４３の内周面４３ａは、他の表面よりも表面粗さが大きくなっている。コイル３５とインシュレータ４３との接着性が良好になり、コイル３５がしっかりと固定される。したがって、モータ１の信頼性が高くなる。インシュレータ４３の内周面４３ａは、ドリル加工によりインシュレータ４３が後加工されることで生成された加工面である。したがって、表面粗さを大きくするために特別の加工を行うことなく、容易に、コイル３５とインシュレータ４３との接着性を向上させることができる。

0054

［その他］

0055

モータは、インナーロータモータに限られない。上述と同様のインシュレータ構造を用いる他種のモータであってもよい。

0056

モータの外周形状や、コアユニットの外周形状は、円柱型のものに限られない。例えば、角柱型の形状を有していてもよい。

0057

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0058

１モータ
１０ロータ
１１シャフト
１２永久磁石
３５コイル
４０固定子
４１バックヨーク部
４１ａコアシート（リング状部材の一例）
４３インシュレータ
４３ａ内周面
４５ コアユニット