JP5937554B2

JP5937554B2 - モータ

Info

Publication number: JP5937554B2
Application number: JP2013189135A
Authority: JP
Inventors: 隆司原田; 真藤嶋
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: JP2013252054A

Description

本発明は、ロータを支持する軸受を軸受ホルダに保持するとともに、ステータを軸受ホルダに固定した構成のモータに関する。

従来のモータ構造として、特許文献１に開示されたものがある。

特開平１０−１０８４０４号公報

特許文献１のモータ構造では、モータ基板に取り付けられた軸受ホルダの外周に、ステータが圧入されて取り付けられている。
軸受ホルダには、その長手方向に貫通して貫通孔が形成されており、貫通孔の長手方向における両端に設けた軸受で、貫通孔に挿入されたロータのシャフトが回転可能に支持されている。

電気安全面での法規制により、露出するコイルなどの電線と周辺の金属部材との間に所定の間隙を設ける必要がある。上記のようなモータ構造では、シャフトの回転軸方向で隣接するモータ基板とステータとの間に、間隙を設ける必要があり、モータが、隙間の分だけ回転軸方向に大きくなってしまう。
そのため、特許文献１のモータ構造では、回転軸方向の大きさを抑えるために、軸受の径方向外側に、軸受ホルダに圧入されるステータが位置しており、圧入による影響が軸受に及んでしまう。

したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、高い構造精度で小型化が可能なモータを提供することを目的とする。

このため本発明のモータは、
貫通穴を備えてその両端に軸受を保持し、モータ基板に対して垂直方向に配置された軸受ホルダと、
前記軸受ホルダの外周に結合したステータと、
前記軸受ホルダの軸受に支持され前記貫通穴を貫通するシャフト、該シャフトの前記モータ基板と反対側の端に結合されたロータケース、および該ロータケースの内周面に前記ステータの外周面に対向させて設けられたマグネットを備えるロータと、を有し、
前記軸受ホルダの前記モータ基板側では、前記ステータの軸方向の位置決めをするための段差が径方向に張り出して形成されており、
前記ステータは、ステータコアに巻かれたコイルを含んで当該ステータコアの前記モータ基板側の端面を樹脂でモールドした第１の樹脂ブロックを備えるとともに、前記ステータコアおよび前記第１の樹脂ブロックを通して内周面が面一の中心穴を有しており、
前記軸受ホルダは、前記段差を前記樹脂ブロックに当接させた状態で、前記中心穴に圧入されており、
前記軸受ホルダにおける前記ステータの圧入位置と、前記軸受ホルダにおける前記軸受の保持位置とが、前記軸受ホルダの軸方向にオフセットしており、
前記モータ基板は、前記軸受ホルダを貫通させる穴を有すると共に、当該穴の穴縁は、前記径方向で前記軸受ホルダに間隔を置いて対向しており、
前記モータ基板は、前記垂直方向に延びると共に前記径方向に張り出す段差部を有するピンを前記穴縁に備えており、
前記モータ基板は、前記ピンと一体に形成されていると共に、前記ステータに設けた孔に圧入された前記ピンの前記段差部を前記第１の樹脂ブロックの下端面に当接させた状態で、前記ステータに連結されており、
前記ピンが圧入される前記孔は、前記第１の樹脂ブロックを貫通して前記ステータコアに及ぶ長さで形成されており、
前記第１の樹脂ブロックの下端面を前記モータ基板に設けた前記ピンの前記段差部に当接させることにより、前記第１の樹脂ブロックの下端面と前記モータ基板とが、隙間を介して対向配置されるように、前記ステータの軸方向の位置決めがされている
ことを特徴とするモータとした。

本発明によれば、軸受ホルダにおけるステータの圧入位置と、軸受ホルダにおける軸受の保持位置とが、軸受ホルダの軸方向にオフセットしているので、圧入による影響が、軸受に及ぶことを好適に防止できる。

本発明の第１の実施例にかかるモータの断面図である。第１の実施例の分解断面図である。ステータの外観を示す斜視図である。モータ基板を示す拡大斜視図である。第２の実施例にかかるモータの断面図である。

次に、本発明の実施の形態を実施例により詳細に説明する。
図１は第１の実施例にかかるモータの断面図、図２はその分解図である。ただし、図２にはモータ基板は省略している。
モータ１は、軸受ホルダ１０にステータ２０を圧入する一方、ロータ３０を支持させ、さらにステータ２０をモータ基板２に固定して構成されている。
ステータ２０はステータコア２１の所定範囲を絶縁材２２でカバーした上にコイル２３を巻いてあり、このコイル２３を樹脂で覆ってステータコア２１の上下端面にモールドされた樹脂ブロック２４、２５を備えている。
絶縁材２２はシート状のものを巻きつけてもよく、あるいはステータコア２１の外周を覆うように形成された樹脂成形品を被せてもよい。
樹脂ブロック２４、２５の樹脂材としては、とくに不飽和ポリエステル樹脂を基材とするＢＭＣ（ＢｕｌｋＭｏｌｄｉｎｇＣｏｍｐｏｕｎｄ）が好ましい。

ステータコア２１は公知のように放射状に延びる複数の突極部にコイル２３を巻いてあるので、上下の樹脂ブロック２４、２５は突極部間において互いにつながって一体となっている。
樹脂ブロック２４、２５の径方向外周面２４ａ、２５ａは、ステータコア２１の外周面２１ａと面一に整合している。したがって、ステータ２０の外周面は全体として一つの円筒面をなし、ステータコア２１が上下の樹脂ブロック２４、２５に挟まれた形態となっている。

また、樹脂ブロック２４、２５の内周面２４ｂ、２５ｂもステータコア２１の内周面２１ｂと面一に整合して全体として一面をなし、ステータコア２１が上下の樹脂ブロック２４、２５に挟まれた状態で、全体としてステータ２０の円筒状の中心穴２６を構成している。これによりステータ２０は、図３に示すように、全体としてドーナツ状の外観を呈する。
ステータ２０の下面には、中心穴２６の周囲に沿って、周方向に例えば等間隔など任意の間隔で３箇所の孔２７がそれぞれ樹脂ブロック２５からステータコア２１にかけて形成されている。

上述のようにステータコア２１とコイル２３と樹脂ブロック２４、２５とが一体となったステータ２０は、その中心穴２６を軸受ホルダ１０に圧入されている。
軸受ホルダ１０は、基部１１、ステータ圧入部１２、および先端の小径部１３からなり、基部１１はステータ圧入部１２よりも大径に形成されて、基部１１とステータ圧入部１２の間に段差１４が形成され、ステータ圧入部１２と小径部１３の間にも段差１５が形成されている。

軸受ホルダ１０はロータ３０のシャフト３１を通す貫通穴１６を有し、基部１１の内周側には軸受を保持するために用いる環状の取付凹部１７を備え、先端側の小径部１３の内周側にも同様に環状の取付凹部１８を備えている。すなわち、取付凹部１７、１８はいずれも軸方向においてステータ圧入部１２と重ならず、ステータ圧入部１２両端の段差１４、１５の位置からそれぞれわずかに離間している。
これらの取付凹部１７、１８にそれぞれ軸受６４、６５が保持される。

ステータ２０は樹脂ブロック２５側からその中心穴２６を軸受ホルダ１０の小径部１３に差し込み、ステータ圧入部１２方向へ挿入する。樹脂ブロック２５の下端面が基部１１とステータ圧入部１２の間の段差１４に突き当たるまで挿入することにより、ステータ２０がステータ圧入部１２に圧入状態となり、軸受ホルダ１０とステータ２０相互間が軸方向に位置決めされる。
この際、ステータ圧入部１２がステータ２０と最初に接触するのは樹脂ブロック２５の穴縁であるため、段差１５部分の角が削り落とされたり、ステータ圧入部１２の外周面が削られてその削り屑が発生することはない。

なお、とくに図示しないが、ステータコア２１と上下の樹脂ブロック２４、２５を通してステータ２０の中心穴２６の内周面には軸方向のキー溝が設けられ、軸受ホルダ１０のステータ圧入部１２にはこれに対応する軸方向のキーリブが設けられて、キー溝をキーリブに沿わせてステータ２０を圧入することにより、周方向（回転方向）も位置決めされるので、ステータ２０と軸受ホルダ１０間が回り止めされる。
なお、キーリブとキー溝の設定は逆でもよく、キーリブをステータ２０の中心穴２６に、そしてキー溝を軸受ホルダ１０のステータ圧入部１２に設けてもよい。

モータ基板２は樹脂製で、ステータ連結部２ａとコネクタ部２ｂとからなる。
とくに図４に示すように、ステータ連結部２ａは軸受ホルダ１０の基部１１を貫通させる穴３を有するとともに、その穴縁に沿って周方向等間隔に３本の一体成形のピン４を備えている。ピン４は根元側の大径部４ａとその先の細長い小径部４ｂとからなっている。
各ピン４の位置はステータ２０の孔２７に対応しており、穴３に軸受ホルダ１０の基部１１を貫通させながらピン４の小径部４ｂを、大径部４ａとの段差部が樹脂ブロック２５に当接するまで、ステータ２０の孔２７に圧入することにより、モータ基板２がステータ２０と連結される。

これにより、ステータ連結部２ａはステータ２０の軸方向に対して垂直な平面配置となり、換言すれば、軸受ホルダ１０はステータ２０を介してモータ基板２に対して垂直となる。
なお、ステータ２０の孔２７は樹脂ブロック２５からステータコア２１の両方にかけてピン４が圧入されるように設定するのが好ましいが、少なくともピン４がステータコア２１と圧入関係となるようにするのがよい。

コネクタ部２ｂはステータ連結部２ａの平面延長方向に開口するソケット部３６を備える。ソケット部３６内にはコネクタ端子３７が突出して設けられるとともに、コネクタ端子３７はステータ連結部２ａ方向へソケット部３６外に延びたあと下方へＬ字型に折り曲げられて、コイル２３から引き出された配線２３ａとの接続端子３８となっている。
配線２３ａはモータ基板２の接続端子３８近傍の位置で樹脂ブロック２５から引き出されるように、樹脂ブロック２４、２５のモールド時に設定されている。

ロータ３０は、シャフト３１と、シャフト３１を軸心とする金属製のロータケース３２を有する。
ロータケース３２は、シャフト３１に圧入された円盤部３３と円盤部３３の外周縁からシャフト３１と平行に延びる筒壁３４とからなる有底カップ状に形成されており、筒壁３４の内面には接着等によりマグネット３５を固定してある。

とくに図１に示すように、ステータ２０の中心穴２６の内周面は、樹脂ブロック２５を段差１４に突き当てた状態で、下側の当該樹脂ブロック２５とステータコア２１の相当部分がステータ圧入部１２上にあり、上側の樹脂ブロック２４とステータコア２１の一部は小径部１３と間隙を置いて対向している。
ロータ３０は、そのシャフト３１を上方から軸受ホルダ１０の軸受６５、貫通穴１６および軸受６４を通して挿し込み、これによりロータケース３２の筒壁３４がステータ２０の外周を囲むように位置させており、このような状態でマグネット３５の内周面とステータコア２１の外周面とが所定の間隙を介して対向配置されている。

ロータ３０の円盤部３３と軸受６５の間にはシャフト３１上に第１スラストワッシャ７と第２スラストワッシャ８が設けられている。第１スラストワッシャ７はシャフト３１に圧入で固定される一方、第２スラストワッシャ８はシャフト３１に対して遊嵌状態とされ、第１スラストワッシャ７と軸受６５の間の磨耗軽減を図っている。
この状態で、ロータ３０の筒壁３４の内面に固定してあるマグネット３５は、ステータコア２１の外周面のみでなく、その上下両側の樹脂ブロック２４、２５ともそれらの高さの大部分と、一定間隙で対向している。

ここで、コイル２３とロータ３０の円盤部３３間の間隙は、コイル２３が樹脂ブロック２４内にモールドされているため露出していないから、法規制に沿った間隙Ｓよりも小さく設定される。同様に、コイル２３とモータ基板２間の間隙も小さく設定される。
なお、コイル２３の配線２３ａはモータ基板２の接続端子３８近傍の位置で樹脂ブロック２５から引き出されるように、樹脂ブロック２４、２５のモールド時に設定されている。

本実施例では、樹脂ブロック２５が発明における第１の樹脂ブロックに該当し、樹脂ブロック２４が第２の樹脂ブロックに該当する。また、段差１４が発明における段差に該当する。

本実施例のモータ１は以上のように構成され、
軸受ホルダ１０は、モータ基板２側に径方向に張り出す段差１４を有し、ステータ２０は、ステータコア２１に巻かれたコイル２３を含んで当該ステータコア２１のモータ基板２側の端面を樹脂でモールドした樹脂ブロック２５を備えるとともに、ステータコア２１および樹脂ブロック２５を通して内周面が面一の中心穴２６を有しており、
ステータ２０は、樹脂ブロック２５が段差１４に当接するまで、中心穴２６に軸受ホルダ１０に圧入して、軸受ホルダ１０に結合されており、
軸受ホルダ１０におけるステータ２０の圧入位置と、軸受ホルダ１０における軸受６５の保持位置とが、軸受ホルダ１０の軸方向にオフセットしている構成とし、
モータ基板２は、軸受ホルダ１０を貫通させる穴３を有すると共に、当該穴３の穴縁は、径方向で軸受ホルダ１０の基部１１に間隔を置いて対向しており、
モータ基板２は、垂直方向に延びるピン４を穴縁に備えると共に、ピン４をステータ２０に設けた孔２７に圧入して、ステータ２０に連結されており、
ピン４が圧入される孔２７は、樹脂ブロック２５を貫通してステータコア２１に及ぶ長さで形成されている構成とした。

このように構成すると、ステータ２０のコイル２３とモータ基板２間の間隙をコイル２３が露出している場合の法規制に沿う間隙（Ｓ）よりも小さくすることができ、モータ１の軸方向サイズを小型化できる。
さらに、圧入による影響が、軸受６５に及ぶことを好適に防止できる。

特に、軸受ホルダ１０におけるモータ基板２側の軸受６４を保持する部位（基部１１）が、軸受ホルダ１０の径方向でモータ基板２に間隙を置いて対向している構成にすると共に、モータ基板２に設けたピン４を、ステータ２０に設けた孔２７に圧入して、モータ基板２をステータ２０に位置決めする構成としたので、軸受ホルダ１０の基部１１にモータ基板２を圧入して位置決めする場合に比べて、圧入による影響が軸受６４に及ぶことを好適に防止できる。

軸受ホルダ１０におけるモータ基板２とは反対側の軸受６５を保持する部位は、軸受ホルダ１０の径方向でステータ３０に間隙を置いて対向している構成としたので、このことによっても、圧入による影響が軸受６５に及ぶことを好適に防止できる。

軸受ホルダ１０におけるステータ２０が圧入される部位の外周と、中心穴２６の内周のうちの一方に、軸受ホルダ１０の軸方向に沿うキー溝を設けると共に、他方に、軸方向に沿うキーリブを設け、キー溝をキーリブに沿わせて圧入することで、ステータを軸受ホルダに結合させる構成としたので、キー溝をキーリブに沿わせてステータ２０を圧入することにより、周方向（回転方向）も位置決めされるので、ステータ２０と軸受ホルダ１０間が回り止めされる。

また、ステータ２０を軸受ホルダ１０に圧入する際、ステータ２０の圧入方向先端が樹脂ブロック２５であるため、その中心穴２６の穴縁で軸受ホルダ１０の外周面を削ることがない。したがって削り屑が段差１４部分に溜まってステータ２０が軸受ホルダ１０の段差１４に当接するのを邪魔することもないから、軸受ホルダ１０とステータ２０間の正確な位置決めができる。

ステータ２０は、さらにモータ基板２側と反対側の端面を樹脂でモールドした樹脂ブロック２４も備えるので、ステータ２０のコイル２３とロータ３０のロータケース３２（円盤部３３）間の間隙も小さくすることができ、モータ１の軸方向サイズを一層小型化することができる。
これにより、軸受ホルダ１０の長さが短くなるに加えて、ステータコア２１とコイル２３を樹脂ブロック２４、２５にモールドしたことにより、樹脂ブロック２４、２５自体も従来のステータコアに重ねた絶縁体ボビン４２、４３よりも軸方向のサイズを小さくできる。

なお、この結果、上側においてステータコア２１が軸受６５の略半分と軸方向において重なっているが、前述のように、ステータ圧入部１２は軸受６５を保持する取付凹部１８と重なっていないので、軸受６５に影響を及ぼさない。
さらに、下側でも圧入されるステータ２０の端部が樹脂ブロック２５であるため、ステータ２０を突き当てる段差１４を軸方向において取付凹部１７に接近した位置に設定しても軸受６４に影響を与えないので、この面でもモータ１の軸方向のサイズが小さくなっている。

そして、樹脂ブロック２４と樹脂ブロック２５は一体につながっているから、樹脂ブロック２４、２５がステータコア２１から剥がれるおそれもない。
同じく、樹脂ブロック２４、２５とステータコア２１、コイル２３が一体にモールドされ、全体として円筒状の外形を有しているので、形状精度の高いステータ２０を形成することができる。したがって、上記精度向上により、ステータ２０の外周面とマグネット３５間の間隙を小さく設定することができるから、モータの軸方向サイズの小型化に加えて径方向サイズもより小型化できる。

また、樹脂ブロック２４、２５をＢＭＣで形成しているので、エポキシによるポッティングが例えば硬化時間が１〜２時間、線膨張係数が（３〜７）×１０^-5／℃であるのに対して、硬化時間が９０〜３００ｓｅｃで工程時間が短縮されるとともに、線膨張係数が（１〜４）×１０^-5／℃と小さくなって冷熱衝撃にも強いものとなっている。

つぎに第２の実施例について説明する。これは第１の実施例に対して、ステータの構成を異ならせたものである。
図５は第２の実施例の断面図である。
第１の実施例におけるステータ２０は、ステータコア２１を上下の樹脂ブロック２４、２５で挟んでモールドし、ステータコア２１の内周面および外周面は露出させていたが、第２の実施例のモータ１'では、ステータ２０Ａは、ステータコア２１'の全表面をＢＭＣ樹脂で覆って、これにより上下の樹脂ブロック２４、２５と一体で連続する内周樹脂壁２８および外周樹脂壁２９をも有する構成としている。
その他の構成は第１の実施例と同じである。
本実施例でも、樹脂ブロック２５が発明における第１の樹脂ブロックに該当し、樹脂ブロック２４が第２の樹脂ブロックに該当する。また、段差１４が発明における段差に該当する。

本実施例によれば、ステータコア２１'が完全に樹脂内に埋め込まれ、ステータ２０Ａの外観はドーナツ状の樹脂の塊である。この結果、ステータ２０Ａの上下端面、外周面および中心穴の内周面はすべて樹脂モールドの成形型により高い寸法精度をもつものとなっている。
したがって、第１の実施例に対して、さらにステータ２０Ａの上端面とロータ３０の円盤部３３間の間隙、ステータ２０Ａの下端面とモータ基板２間の間隙、およびステータ２０Ａの外周面とマグネット３５間の間隙も、それぞれ一層小さく設定することができて、モータ１'の軸方向サイズをより小型化できる。

また、ステータ２０Ａの中心穴２６の内周面がステータコア２１'の軸方向全長にわたって内周樹脂壁２８となっているので、軸受ホルダ１０に圧入されたとき、ステータコアが直接圧入された場合に局部的な集中加重が及ぼされるのと比較して、ステータ圧入部１２に対する圧縮力の局部性が緩和され、平準化される。したがって、軸受ホルダ１０のステータ圧入部１２の肉厚を薄く（すなわち、ステータ圧入部１２の外径を細く）しても軸受６４、６５の取付凹部１７、１８に変形をもたらさないので、モータ１'の径方向もさらに小型化できるという利点を有する。
同じく、ステータコア２１'が完全に樹脂内に埋め込まれているので、錆の発生が防止されるとともに、ＢＭＣの材質特性に基づく放熱効果による発熱ロスの低減が得られる。
そしてさらに、ステータコア２１'の電磁振動による騒音の放出も低減されるという利点を有する。

なお、各実施例では回転するロータに対する固定側へのモータ基板２の取り付けを、モータ基板２に設けたピン４をステータ２１（２１'）の孔２７に圧入して結合するものとしたが、これに限らず、軸受ホルダの基部にモータ基板を結合したり、あるいはさらに、モータ基板を軸受ホルダと一体に成形することもできる。

また、接続端子３８と配線２３ａの接続部を除いてモータ基板２上の回路配線部分、あるいはモータ基板２全体をＢＭＣでカバーしてもよく、これにより一層の電気的安全性を向上させることができる。
さらに、第２の実施例では、ステータ２０Ａが内周樹脂壁２８および外周樹脂壁２９の双方を備えてステータコア２１'が完全に樹脂内に埋め込まれたものとしたが、内周樹脂壁２８と外周樹脂壁２９は仕様要求に応じてそのいずれか一方のみを備えるものとしてもよい。

１、１' モータ
２モータ基板
２ａステータ連結部
２ｂコネクタ部
３穴
４ピン
１０軸受ホルダ
１１基部
１２ステータ圧入部
１３小径部
１４、１５段差
１６貫通穴
１７、１８取付凹部
２０、２０Ａステータ
２１、２１' ステータコア
２２絶縁材
２３コイル
２４、２５樹脂ブロック
２６中心穴
２７孔
２８内周樹脂壁
２９外周樹脂壁
３０ロータ
３１シャフト
３２ロータケース
３３円盤部
３４筒壁
３５マグネット
３６ソケット部
３７コネクタ端子
３８接続端子
６４、６５軸受

Claims

貫通穴を備えてその両端に軸受を保持し、モータ基板に対して垂直方向に配置された軸受ホルダと、
前記軸受ホルダの外周に結合したステータと、
前記軸受ホルダの軸受に支持され前記貫通穴を貫通するシャフト、該シャフトの前記モータ基板と反対側の端に結合されたロータケース、および該ロータケースの内周面に前記ステータの外周面に対向させて設けられたマグネットを備えるロータと、を有し、
前記軸受ホルダの前記モータ基板側では、前記ステータの軸方向の位置決めをするための段差が径方向に張り出して形成されており、
前記ステータは、ステータコアに巻かれたコイルを含んで当該ステータコアの前記モータ基板側の端面を樹脂でモールドした第１の樹脂ブロックを備えるとともに、前記ステータコアおよび前記第１の樹脂ブロックを通して内周面が面一の中心穴を有しており、
前記軸受ホルダは、前記段差を前記樹脂ブロックに当接させた状態で、前記中心穴に圧入されており、
前記軸受ホルダにおける前記ステータの圧入位置と、前記軸受ホルダにおける前記軸受の保持位置とが、前記軸受ホルダの軸方向にオフセットしており、
前記モータ基板は、前記軸受ホルダを貫通させる穴を有すると共に、当該穴の穴縁は、前記径方向で前記軸受ホルダに間隔を置いて対向しており、
前記モータ基板は、前記垂直方向に延びると共に前記径方向に張り出す段差部を有するピンを前記穴縁に備えており、
前記モータ基板は、前記ピンと一体に形成されていると共に、前記ステータに設けた孔に圧入された前記ピンの前記段差部を前記第１の樹脂ブロックの下端面に当接させた状態で、前記ステータに連結されており、
前記ピンが圧入される前記孔は、前記第１の樹脂ブロックを貫通して前記ステータコアに及ぶ長さで形成されており、
前記第１の樹脂ブロックの下端面を前記モータ基板に設けた前記ピンの前記段差部に当接させることにより、前記第１の樹脂ブロックの下端面と前記モータ基板とが、隙間を介して対向配置されるように、前記ステータの軸方向の位置決めがされている
ことを特徴とするモータ。
前記軸受ホルダにおける前記モータ基板とは反対側の前記軸受を保持する部位は、前記径方向で前記ステータに間隙を置いて対向していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
前記ステータコアは、前記軸受ホルダにおける前記モータ基板とは反対側の前記軸受と、前記軸方向において重なっていることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
前記軸受ホルダにおける前記ステータが圧入される部位の外周と、前記中心孔の内周のうちの一方に、前記軸方向に沿うキー溝を設けると共に、他方に、前記軸方向に沿うキーリブを設け、
前記キー溝を前記キーリブに沿わせて圧入することで、前記ステータを前記軸受ホルダに結合させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１に記載のモータ。
前記樹脂がＢＭＣであることを特徴とする請求項１から４の何れか１に記載のモータ。