JP6722332B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

薄型で高出力のモータとして、１つのステータに対して２つのロータを軸方向に挟むように対向させたアキシャルギャップ型モータが知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−１２５２７８号公報

従来、アキシャルギャップ型モータでは、コアに巻回された各相におけるコイルの引出線をロータの径方向外側で結線していた。この場合、ロータの径方向外側に渡り線を収納する渡り線処理部が設けられ、ロータの外径を大きくすることができない。そのため、ロータとステータとが対向する面積が小さくなってしまう。他方、ロータとステータとの対向面積を増やすためにロータの外径を大きくしようとすると、渡り線処理部をステータコアの径方向外側へ移動させる必要がある。この場合、モータ全体の外径が大きくなってしまう。また、ステータの外周で渡り線を引き回すと、配線が複雑となり、結線が煩雑になる。

本発明の一態様は、ステータのコイル線を簡潔に結線することができるアキシャルギャップ型のモータを提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様によれば、一方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、軸方向に所定の間隔を空けて前記シャフトに取り付けられた２つのロータと、前記２つのロータの間に配置されたステータと、前記ステータを保持し、前記２つのロータを収容するハウジングと、を有し、前記ステータは、周方向に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルと、前記複数のコアは樹脂で互いに固定され、前記ロータよりも径方向外側の前記ステータの外周部に前記樹脂の一部として構成された引出線支持部を有し、前記引出線支持部の一方側端部は、軸方向において、前記ロータの外周端よりも前記ステータと反対側に突出し、前記コアから引き出される引出線は、前記引出線支持部を介して前記コアから前記軸方向に導出される、モータが提供される。

本発明の一つの態様によれば、ステータのコイル線を簡潔に結線することができるアキシャルギャップ型のモータが提供される。

実施形態のモータの断面図。 実施形態のモータの平面図。 実施形態のモータの内部構造を示す斜視図。 ステータの斜視図。 ステータにおけるコイルの巻線パターンを示す説明図。 変形例のモータを示す断面図。

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、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

また、図面においては、適宜３次元直交座標系としてＸＹＺ座標系を示す。ＸＹＺ座標系において、Ｚ軸方向は、図１に示す中心軸Ｊの軸方向（一方向）と平行な方向とする。Ｘ軸方向は、Ｚ軸に直交する一方向であり、本実施形態では図１の左右方向とする。Ｙ軸方向は、Ｚ軸及びＸ軸に直交する方向であり、本実施形態では図１の奥行方向とする。

また、以下の説明においては、Ｚ軸方向の正の側（＋Ｚ側）を「リア側」と呼び、Ｚ軸方向の負の側（−Ｚ側）を「フロント側」と呼ぶ。なお、リア側及びフロント側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Ｊに平行な方向（Ｚ軸方向）を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向、すなわち、中心軸Ｊの軸周り（θ_Ｚ方向）を単に「周方向」と呼ぶ。

なお、本明細書において、軸方向に延びる、とは、厳密に軸方向（Ｚ軸方向）に延びる場合に加えて、軸方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。 また、本明細書において、径方向に延びる、とは、厳密に径方向、すなわち、軸方向（Ｚ軸方向）に対して垂直な方向に延びる場合に加えて、径方向に対して、４５°未満の範囲で傾いた方向に延びる場合も含む。

図１は、本実施形態のモータの断面図である。図２は、本実施形態のモータの平面図である。図３は、本実施形態のモータの内部構造を示す斜視図である。

本実施形態のモータ１０は、アキシャルギャップ型のモータである。 モータ１０は、図１に示すように、ハウジング２１と、シャフト３０と、第１ロータ３１と、第２ロータ３２と、ステータ４０と、第１ベアリング５１と、第２ベアリング５２と、バスバーユニット６０と、コネクタ７１と、を備える。

第１ロータ３１と第２ロータ３２は、ステータ４０の軸方向の両面にそれぞれ対向配置される。第１ロータ３１と第２ロータ３２は、互いに同軸にシャフト３０に固定される。 シャフト３０は、ステータ４０の内周面に保持された第１ベアリング５１と、第２ロータ３２のフロント側（−Ｚ側）に保持された第２ベアリング５２と、によって軸方向の２箇所を支持される。

ハウジング２１は、本実施形態のモータ１０の筐体を構成する。ハウジング２１の軸方向のほぼ中央部にステータ４０が保持される。ステータ４０のリア側（＋Ｚ側）に第１ロータ３１とバスバーユニット６０とが収容される。ステータ４０のフロント側（−Ｚ側）に第２ロータ３２が収容される。

ハウジング２１は、両端が開口した円筒状の第１ハウジング２１ａと、第１ハウジング２１ａのフロント側（−Ｚ側）に連結された有底円筒状の第２ハウジング２１ｂと、第１ハウジング２１ａのリア側（＋Ｚ側）に連結された有蓋円筒状の第３ハウジング２１ｃとを有する。ハウジング２１は、例えば金属又は樹脂からなる。

第１ハウジング２１ａの内周面には複数の段差部が形成される。第１ハウジング２１ａの軸方向中央部の段差部１２７にステータ４０が保持される。 第２ハウジング２１ｂは、円盤状の底壁１２１と、底壁１２１の周縁部からリア側（＋Ｚ側）へ延びる円筒部１２２と、底壁１２１の中央部に設けられたベアリング保持部１２３と、を有する。円筒部１２２は、第１ハウジング２１ａのフロント側（−Ｚ側）の開口部１２４に嵌合される。ベアリング保持部１２３には、第２ベアリング５２が保持される。

第３ハウジング２１ｃは、円盤状の頂壁１２８と、頂壁１２８の端縁から軸方向に垂下された円筒部１２９と、を有する。円筒部１２９のフロント側（−Ｚ側）の開口端は、第１ハウジング２１ａのリア側（＋Ｚ側）の開口端に固定される。より詳細には、図２に示す第３ハウジング２１ｃのフランジ部１１１、１１２と、図３に示す第１ハウジング２１ａのフランジ部１１３、１１４とを用いて、ボルト締結等の方法により第１ハウジング２１ａと、第３ハウジング２１ｃとが固定される。

フランジ部１１１〜１１４には、軸方向に貫通する貫通孔１１１ａ〜１１４ａが設けられる。フランジ部１１１とフランジ部１１３とが、貫通孔１１１ａ、１１３ａに挿通されたボルト等により締結される。フランジ部１１２とフランジ部１１４とが貫通孔１１２ａ、１１４ａに挿通されたボルト等により締結される。

第３ハウジング２１ｃの頂壁１２８には、軸方向に貫通する図示略の貫通孔が設けられ、かかる貫通孔にコネクタ７１が取り付けられる。コネクタ７１には後述するバスバーユニット６０から頂壁１２８を貫通してリア側（＋Ｚ側）に延びる３本の外部接続端子６３（図３参照）が配置される。

第１ロータ３１及び第２ロータ３２はいずれも径方向に延びる円盤状である。第１ロータ３１は、ステータ４０と対向する面（−Ｚ側面）に周方向に配列された複数のマグネット３１ａを有する。第２ロータ３２は、ステータ４０と対向する面（＋Ｚ側面）に周方向に配列された複数のマグネット３２ａを有する。

図４は、ステータ４０の斜視図である。図５は、ステータ４０におけるコイルの巻線パターンを示す説明図である。 ステータ４０は、図４に示すように、周方向に配列された複数（図示では１２個）の平面視扇状のコア４１と、それぞれのコア４１に設けられた図示略のコイルと、それぞれのコア４１のコイルから引き出されたコイル引出線４２と、複数のコア４１を一体に固着するモールド樹脂４４と、ステータ４０の外周端に設けられた複数（図示では１２個）の引出線支持部４５と、を有する。

コア４１は、ステータ４０の両面において、モールド樹脂４４から露出するアンブレラ面４１ａを有する。それぞれのコア４１の側面（Ｚ軸に沿った面）には図示略のインシュレータを介して導電線が巻き回され、コイルが構成される。本実施形態の場合、図５に示すように、２つのコイル１４１ａ、１４１ｂを１本の導電線１４２で巻き回して連ね、コイル対１４１を構成する。ステータ４０全体では、周方向に６組のコイル対１４１が配置される。

ステータ４０は三相回路を有する。Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のそれぞれが２つのコイル対１４１を有する。各相のコイル対１４１は、図５に示すように、リア側（＋Ｚ側）から見て時計回り（ＣＷ）に導電線１４２が巻かれたコイル１４１ａと、反時計回り（ＣＣＷ）に導電線１４２が巻かれたコイル１４１ｂとを有する。各相のコイル対１４１のコイル１４１ａ、１４１ｂは、ステータ４０において周方向に隣り合って配置される。

上記の巻き線パターンでは、コア数が１２個であり、例えば第１ロータ３１、第２ロータ３２のマグネット数を１０個とし、１０Ｐ１２Ｓ（１０極１２スロット）構造とすることで、コギングトルクを小さく抑えることができる。また、同相の２つのコア４１を隣り合わせて配置していることで、逆起電力を最大にすることができ、さらに渡り線を少なくすることができる。これにより、モータ効率を向上させることができる。また、渡り線で連結された２つのコア４１にコイル１４１ａ、１４１ｂを巻く工程で、導電線１４２を巻く方向を一方向に揃えることができるため、効率よく製造することができる。

本実施形態では、コイル１４１ａ、１４１ｂからそれぞれ導電線１４２の両端がコア４１から引き出される。したがって、図４に示すように、コア４１と同じ数の１２本のコイル引出線４２がコア４１から導出される。ステータ４０には、隣り合うコア４１の境界の径方向外側の外周端に、軸方向に延びる柱状の引出線支持部４５が設けられる。本実施形態の場合、引出線支持部４５はモールド樹脂４４の一部として構成される。すなわち、ステータ４０は、第１ロータ３１よりも径方向外側のステータ４０の外周部において、モールド樹脂４４の一部として構成された引出線支持部４５を有する。

引出線支持部４５は、ステータ４０の外周面の軸方向中央部からリア側（＋Ｚ側）へ延び、一部がアンブレラ面４１ａよりもリア側（＋Ｚ側）へ突出する。コイル引出線４２は、コア４１から引出線支持部４５内を通り、引出線支持部４５のリア側（＋Ｚ側）の先端から軸方向へ延びる。すなわち、コイル引出線４２は、引出線支持部４５を介してコア４１から軸方向に導出される。

バスバーユニット６０は、図１及び図３に示すように、バスバーホルダ６１と、バスバーホルダ６１に保持されたバスバー６２と、バスバー６２からリア側（＋Ｚ側）に延びる外部接続端子６３と、を有する。バスバーホルダ６１は、絶縁性の樹脂材料からなる。バスバー６２は、例えば帯状の銅板を所定形状に折り曲げた金属部材である。

バスバーホルダ６１は、第１ロータ３１のリア側（＋Ｚ側）に配置された円環状の本体部６１ａと、本体部６１ａの外周面から径方向に放射状に延びる複数のホルダ支持部６１ｂと、を有する。本体部６１ａの外径は、第１ロータ３１の外径（直径）よりも小さい。

ホルダ支持部６１ｂは、本実施形態の場合、１２本設けられる。ホルダ支持部６１ｂは、側面視略Ｌ形の脚部であり、第１ロータ３１上に配置された本体部６１ａから径方向外側へ延び、第１ロータ３１の径方向外側でフロント側（−Ｚ側）へ屈曲され、第１ロータ３１の径方向外側において、ステータ４０に取り付けられる。したがって、バスバーホルダ６１は、ホルダ支持部６１ｂにより第１ロータ３１と第３ハウジング２１ｃの頂壁１２８との間において、ステータ４０に支持される。

バスバー６２は、ステータ４０の引出線支持部４５からリア側（＋Ｚ側）へ延びるコイル引出線４２に接続される。バスバー６２によって、コイル１４１ａ、１４１ｂの結線方式は、デルタ結線となる。バスバー６２は、コイル引出線４２のうち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応する配線を、それぞれ外部接続端子６３に接続する。また、コイル引出線４２のうち、中性点に対応する配線を互いに接続する。したがって、バスバー６２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、中性点に対応する４本の金属部材を有する。

バスバー６２は、バスバーホルダ６１の本体部６１ａから径方向外側へ放射状に延びる１２本のコイル接続部６２ａ、コイル接続部６２ａの先端に設けられた鈎形の引出線把持部６２ｂと、を有する。引出線把持部６２ｂは、第１ロータ３１の外周端よりも径方向内側に位置する。

本実施形態の場合、コイル引出線４２は、第１ロータ３１の径方向外側に位置するステータ４０の外周部からリア側（＋Ｚ側）へ延び、第１ロータ３１よりもリア側の位置で径方向内側へ屈曲され、第１ロータ３１上に位置する引出線把持部６２ｂに接続される。

以上の構成を備えた本実施形態のモータ１０では、ハウジング２１内にバスバー６２を内蔵したことで、ステータ４０のコイル引出線４２を軸方向に引出してバスバー６２に接続するだけで結線が完了する。これにより、コア４１の外周にコイル引出線４２を引き回す必要が無くなって配線が簡潔になり、コイル引
出線の結線を容易に行うことができる。また、バスバーユニット６０は第１ロータ３１の軸方向に配置されるため、ステータ４０の外周端よりも内側の領域でコイル引出線４２の結線を行うことができ、モータ１０が径方向に大型化するのを抑制することができる。

また本実施形態では、第１ロータ３１の径方向外側には、絶縁性の樹脂からなる引出線支持部４５が配置される。これにより、第１ロータ３１の外周端とコイル引出線４２とが接触するのを抑制することができ、短絡や断線、振動などの発生を抑制することができる。

特に本実施形態では、図１に示すように、引出線支持部４５のリア側（＋Ｚ側）の先端が、第１ロータ３１の外周面よりもさらにリア側に突出するため、第１ロータ３１の外周面とコイル引出線４２が径方向に直接対向しない。これにより、より確実にコイル引出線４２と第１ロータ３１との接触を抑制することができる。また、コイル引出線４２を径方向内側に屈曲させた場合にも、引出線支持部４５によってコイル引出線４２と第１ロータ３１との接触を抑制できる。さらに、コイル引出線４２を径方向内側に延ばすことで、第１ロータ３１よりも径方向内側の領域でコイル引出線４２とバスバー６２とを結線することができ、小径のバスバー６２を用いることができる。

なお、本実施形態では、引出線支持部４５がモールド樹脂４４の一部として構成される場合について説明したが、この構成に限られない。 例えば、引出線支持部４５として、モールド樹脂４４とは別部材の絶縁部材を配置してもよい。この場合にも、絶縁部材は第１ロータ３１の径方向外側に配置される。より具体的には、モールド樹脂４４から導出されたコイル引出線４２に、絶縁性の樹脂やゴムを被覆して上記絶縁部材を構成することができる。あるいは、上記絶縁部材として、絶縁性の樹脂やゴムのパイプをコイル引出線４２に取り付けてもよい。

また例えば、コア４１に取り付けられるインシュレータの一部を引出線支持部４５としてもよい。具体的には、コア４１の外周端付近からインシュレータの一部を軸方向に柱状に延ばし、この柱状に延びた部位の径方向外周側にコイル引出線４２を支持させる。この構成により、コイル引出線４２と第１ロータ３１との間にインシュレータの一部を介在させることができ、コイル引出線４２と第１ロータ３１との接触を抑制することができる。すなわち、ステータ４０は、第１ロータ３１よりも径方向外側のステータ４０の外周部に、コイル引出線４２の少なくとも一部を被覆する絶縁部材から構成された引出線支持部４５を有してもよく、もしくは、インシュレータの一部として構成された引出線支持部４５を有してもよい。

また本実施形態では、ステータ４０の外周端に引出線支持部４５を設けたが、引出線支持部４５をステータ４０の外周端よりも径方向内側に配置してもよい。この場合に、隣り合うコア４１の境界にはモールド樹脂４４が配置されているので、隣り合うコア４１の境界には引出線支持部４５を容易に配置することができる。引出線支持部４５をステータ４０の外周端又はその内側に配置することで、ステータ４０の径方向外側に突出する部材を減らすことができ、ステータ４０やモータ１０が径方向に大型化するのを抑制することができる。

また本実施形態では、それぞれのコア４１から１本ずつコイル引出線４２が引き出される構成としたが、コイル引出線４２の本数はコイルの巻き方、スロット数に応じて適宜変更してもよい。またコイル引出線４２の本数に合わせて、バスバー６２のコイル接続部６２ａの数も変更することができる。なお、バスバー６２によって、コイル１４１ａ、１４１ｂの結線方式を、スター結線としてもよい。

（変形例） 図６は、変形例のモータを示す断面図である。 なお、上記実施形態と同様の構成については、適宜同一の符号を付す等により説明を省略する場合がある。

変形例のモータ２１０は、図６に示すように、ハウジング２２１と、ハウジング２２１に収容された第１ロータ３１と、第２ロータ３２と、ステータ４０と、バスバーユニット２６０と、第１ベアリング５１と、第２ベアリング５２と、を有する。

ハウジング２２１は、ステータ４０を保持する第１ハウジング２２１ａと、第１ハウジング２２１ａのフロント側（−Ｚ側）に連結された第２ハウジング２２１ｂと、第１ハウジング２２１ａのリア側（＋Ｚ側）に固定された第３ハウジング２２１ｃと、を有する。 ステータ４０と第２ハウジング２２１ｂとの間に第２ロータ３２とバスバーユニット２６０とが収容される。ステータ４０と第３ハウジング２２１ｃとの間に第１ロータ３１が収容される。シャフト３０は、ステータ４０の内周に固定された第１ベアリング５１と、第２ハウジング２２１ｂに保持された第２ベアリング５２とに支持される。

第１ハウジング２２１ａは軸方向の両端が開口した円筒状である。第１ハウジング２２１ａは、円筒状の本体部２０１と、本体部２０１のリア側（＋Ｚ側）の面に固定された断面Ｌ形の円環状のステータ支持部２０２とを有する。ステータ支持部２０２は、内周に設けられた円筒状の筒部２０２ａによりステータ４０の外周面を支持する。

第２ハウジング２２１ｂは有底円筒状であり、円環状の底壁部２０４と、底壁部２０４の外周端からリア側（＋Ｚ側）に延びる筒部２０５と、底壁部２０４の中央に設けられたベアリング保持部２０６と、を有する。第２ハウジング２２１ｂの筒部２０５のリア側（＋Ｚ側）の先端部は、本体部２０１のフロント側（−Ｚ側）の開口部２０３に嵌合される。 第３ハウジング２２１ｃは、有蓋円筒状であり、第１ハウジング２２１ａのステータ支持部２０２のリア側（＋Ｚ側）の面に、例えばボルト締結等により固定される。

バスバーユニット２６０は、シャフト３０を周方向に囲む円環状のバスバーホルダ２６１と、バスバーホルダ２６１に支持されたバスバー２６２とを有する。バスバー２６２は、バスバーホルダ２６１から径方向外側へ放射状に延び、コア４１のフロント側（−Ｚ側）の面から軸方向に延びるコイル引出線２４２に電気的に接続される。

以上の構成を備えた変形例のモータ２１０は、フロント側（−Ｚ側）の第２ハウジング２２１ｂにバスバーユニット２６０が収容され、バスバーユニット２６０のさらにフロント側（−Ｚ側）に第２ベアリング５２が設けられる。このような構成においても、左記の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、本発明は、コイルから引き出される引出線が第１ロータ３１側（＋Ｚ側）へ延びた位置でバスバーに接続される形態に限らない。コイルから引き出される引出線が第２ロータ３２側（−Ｚ側）へ延びた位置でバスバーに接続される変形例でもよい。言い換えると、コイルから引き出される引出線は、一方のロータの径方向外側において、コアから一方のロータの軸方向一方側へ延びた位置でバスバーに接続されればよい。

１０，２１０…モータ、２１，２２１…ハウジング、３０…シャフト、４０…ステータ、４１…コア、４２…コイル引出線、４５…引出線支持部、６０，２６０…バスバーユニット、６２，２６２…バスバー、１４１ａ，１４１ｂ…コイル、Ｊ…中心軸

Claims (5)

1. 一方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、
   軸方向に所定の間隔を空けて前記シャフトに取り付けられた２つのロータと、
   前記２つのロータの間に配置されたステータと、
   前記ステータを保持し、前記２つのロータを収容するハウジングと、
   を有し、
   前記ステータは、周方向に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルと、を有し、
   前記複数のコアは樹脂で互いに固定され、
   前記ロータよりも径方向外側の前記ステータの外周部に前記樹脂の一部として構成された引出線支持部を有し、
   前記引出線支持部の一方側端部は、軸方向において、前記ロータの外周端よりも前記ステータと反対側に突出し、
   前記コイルから引き出される引出線は、前記引出線支持部を介して前記コアから前記軸方向に導出される、
   モータ。
2. 一方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、
   軸方向に所定の間隔を空けて前記シャフトに取り付けられた２つのロータと、
   前記２つのロータの間に配置されたステータと、
   前記ステータを保持し、前記２つのロータを収容するハウジングと、
   を有し、
   前記ステータは、周方向に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルとを有し、
   前記ロータよりも径方向外側の前記ステータの外周部に、前記コイルから引き出される引出線の少なくとも一部を被覆する絶縁部材から構成された引出線支持部を有し、
   前記引出線は、前記引出線支持部から軸方向に延び、
   前記引出線支持部の一方側端部は、軸方向において、前記ロータの外周端よりも前記ステータと反対側に突出される
   モータ。
3. 一方向に延びる中心軸を中心とするシャフトと、
   軸方向に所定の間隔を空けて前記シャフトに取り付けられた２つのロータと、
   前記２つのロータの間に配置されたステータと、
   前記ステータを保持し、前記２つのロータを収容するハウジングと、
   を有し、
   前記ステータは、周方向に配置された複数のコアと、前記コアに巻回されたコイルと、
   前記コアに取り付けられたインシュレータを有し、
   前記ロータよりも径方向外側の前記ステータの外周部に前記インシュレータの一部として構成された引出線支持部を有し、
   前記コイルから引き出される引出線は、前記引出線支持部に軸方向に延びて支持され、
   前記引出線支持部の一方側端部は、軸方向において、前記ロータの外周端よりも前記ステータと反対側に突出される
   モータ。
4. 前記引出線支持部は、周方向に隣り合うコア同士の境界上、又は、前記境界の径方向外側の前記ステータの外周端に設けられる、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記引出線は、前記一方のロータの径方向内側においてバスバーと接続される、請求項１から４いずれかに記載のモータ。

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