特開 2022-103485 モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022103485

(43)【公開日】2022-07-08

(54)【発明の名称】モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20220701BHJP

   H02K 23/00 20060101ALI20220701BHJP

   H02K 3/487 20060101ALI20220701BHJP

【ＦＩ】

H02K9/06 G

H02K23/00 Z

H02K3/487 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020218145

(22)【出願日】2020-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000208743

【氏名又は名称】キヤノンファインテックニスカ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】楠 徳郎

【テーマコード（参考）】

5H604

5H609

5H623

【Ｆターム（参考）】

5H604BB07

5H604CC02

5H604DB01

5H604PB03

5H609BB06

5H609PP02

5H609PP07

5H609QQ02

5H609RR06

5H609RR33

5H609RR42

5H623AA08

(57)【要約】

【課題】 モータの温度上昇を低減することが可能になるブラシモータを提供することを目的とする。
【解決手段】 回転軸３を支点に回転する回転子６と、回転子６の回転モーメントを付与する固定子７を有するモータであって、回転軸に固定される鉄心４と、鉄心４に巻装される巻線１７と、鉄心４と巻線１７との間に設けられた樹脂成形された絶縁体２０と、エアの流入する流入口とエアが流出する流出口とが形成され、鉄心４と絶縁体２０との間にエアが移動する空洞部２１を設けた。
【選択図】 図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、前記回転軸を支点に回転する回転子と、前記回転子の回転モーメントを付与する固定子と、を備えたモータにおいて、
前記回転子は、前記回転軸に固定される鉄芯と、前記鉄芯に巻装される巻線と、前記鉄心と前記巻線との間に設けられた樹脂成形された絶縁体と、前記鉄芯と前記絶縁体との間に設けられた空洞部と、を有し、
前記空洞部は、エアの流入する流入口と、エアが流出する流出口とを有し、空洞内をエアが移動するように構成したモータ。

【請求項2】

前記鉄芯は、前記巻線が巻かれる放射状に延設された複数の巻付部を有し、
前記絶縁体は、前記鉄芯の複数の前記巻取部を覆う複数の被覆部を有し、
前記空洞部は、１つの前記巻付部と前記被覆部との間に前記流入口を形成するとともに他の１つの前記巻付部と前記被覆部との間に前記流入口を形成し、前記回転子の回転に伴って前記流入口と前記流出口が切り換わる請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記空洞部を前記鉄心と前記絶縁体との隙間で形成した請求項１または請求項２に記載のモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はモータに関し、詳しくはモータ回転軸に締結され鉄心と、回転力を発生させる巻線と、鉄心と巻線の絶縁を行う絶縁部材とを備えたモータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のモータは、一端側が閉鎖され、他端側が開放された円筒状のケースと、このケース内に配設される固定子（ステータ）及び回転子（ロータ）と、回転子が取り付けられる回転軸（シャフト）と、ケース２の開放部を閉塞するブラケットを備える。

【0003】

このようなブラシモータにおいて特許文献１には、モータの発熱を抑えるために固定子の鉄心（コア）と巻線（コイル）との間に設けられた絶縁体（インシュレータ）を樹脂部品で形成し、この樹脂部品にファンを取り付けて、風の流れを利用して、発熱を抑えるものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００１－１６１０４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１では樹脂形成された絶縁体、すなわち樹脂インシュレータにファンを形成しているため、形成されたファンが巻線を巻く際の妨げとなり、巻線の断線などの不具合が発生する恐れがある。

【0006】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、巻線に支障を与えることなくモータの温度上昇を低減することが可能になるブラシモータを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、回転軸と、回転軸を支点に回転する回転子と、回転子の回転モーメントを付与する固定子と、を備えたモータにおいて、回転子は、回転軸に固定される鉄心と、鉄心に巻装される巻線と、鉄心と巻線との間に設けられた樹脂成形された絶縁体と、を有し、鉄心と絶縁体との間にエアが移動する空洞部を設けた。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、空洞内に空気の流れを発生させることで、鉄心と巻線を冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明のブラシモータを示す断面図である。

【図2】（ａ）はブラシモータの鉄心の巻付部を示す拡大斜視図、（ｂ）は鉄心の巻付部を示す拡大上面図である。

【図3】（ａ）はブラシモータの樹脂インシュレータを示す正面図、（ｂ）は樹脂インシュレータを示す背面図である。

【図4】（ａ）、（ｂ）は、樹脂インシュレータの先端部を示す拡大図である。

【図5】ブラシモータ内の風の流れを説明する説明図である。

【図6】樹脂インシュレータの先端部の変形例を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１は本発明に係るモータを示す断面図である。以下、図面を参照して、本発明をブラシモータに適用した実施の形態について説明する。

【0011】

図１に示すように、本実施形態のブラシモータ１は、モータ回転軸としてのシャフト３と、回転する回転子６と、回転子６に回転モーメントを付与する固定子７と、を備えている。回転子６は、シャフト３の長手方向中央部を含む左寄りの位置に磁束の通路となる円柱状の鉄心（コア）４が固定されている。鉄心４は放射状に延設され、巻線１７が巻き付けられる巻付部４１が設けられている。鉄心４の巻付部の周部には長手方向に沿って複数本の歯（コアティース）と複数本の溝（コアスロット）が形成されており、これらの溝に巻線（コイル）１７が多数回巻き付けられている。このため、鉄心４の両側に巻線１７が膨らむように配設された構造となる。なお、鉄心４と巻線１７との間には両者の絶縁を保つ絶縁体（インシュレータ）２０が介在している。なお、鉄心４の複数本の巻付部４１は、シャフト３に取り付けられる中心部から放射状に等間隔で形成されている。

【0012】

また、シャフト３には、鉄心４の一方側には、巻線１７に流れる電流の方向と相を切り替えるための整流子（コミテータ）９が固定されている。なお、整流子９の鉄心４側には巻線１７と接続するためのフック部が設けられている。従って、ブラシモータ１では、シャフト３、鉄心４、巻線１７、絶縁体２０および整流子９により回転子（ロータ）が構成されている。

【0013】

図１に示すように、回転子６を構成する鉄心４および巻線１７（巻線部）の外側には、回転子のトルク発生に必要な磁束を発生させる複数の円弧状のマグネット（永久磁石）１４が配置されている。マグネット１４は外装ケース２の内周側にそれぞれ等間隔で固定されている。外装ケース２は、発生した磁束の通路を構成するとともに、モータ外部への磁束の漏れを防ぐために鋼板が用いられている。

【0014】

外装ケース２の開口部は円板状の反出力軸側のブラケット１０及び出力軸側のブラケット１１で封止されており、反出力軸側のブラケット１０及び出力軸側のブラケット１１の中央部にはシャフト３を挿通するための丸穴が形成されている。反出力軸側のブラケット１０及び出力軸側のブラケット１１の材質には外装ケース２と同様に鋼板が用いられている。なお、本実施形態では、外装ケース２と反出力軸側のブラケット１０と出力軸側のブラケット１１とでブラシモータ１の外装ケースを構成している。

【0015】

両側のブラケット１０、１１の中央部に形成された開口部にはそれぞれシャフト３を支持する軸受部材１２ａ、１２ｂが固定されており、シャフト３はこれらの軸受部材１２ａ、１２ｂに回転自在に支持される。

【0016】

整流子９の周面には、黒鉛を主材料とするブラシ５の一端が圧接されている。また、圧縮バネ１５がブラシ５を付勢して整流子９に当接させるように構成されている。ブラシ５は２個で一対となっており１８０゜対称の位置に配置されている。

【0017】

図１に示すように、ブラシモータ１は電源と接続するための電源のマイナス（－）側に接続されるリード線１３ａ及びプラス（＋）側に接続されるリード線１３ｂを有しており、リード線１３ａ及びリード線１３ｂの端部には電源接続用のコネクタが設けられている。なお、リード線１３ａ及びリード線１３ｂはブラケット１０に形成された孔を介して外装ケース内に導入され、ブラシ５に接続されている。

【0018】

本実施の形態のブラシモータ１では、モータ内の発熱を抑えるため、絶縁体２０に樹脂形成部品を用い、樹脂形成された絶縁体２０と鉄心４との間に空洞２１を構成している。以降において便宜上、樹脂形成された絶縁体２０を樹脂インシュレータ２０という。

【0019】

図２（ａ）は本実施の形態の鉄心の巻付部を示す拡大斜視図であり、図２（ｂ）は鉄心の巻付部を示す拡大上面図である。図３（ａ）は樹脂インシュレータを示す正面図である。（ｂ）は樹脂インシュレータを示す背面図である。図４（ａ）、（ｂ）は樹脂インシュレータの先端部を示す拡大図である。

【0020】

図４に示すように本実施の形態では鉄心４に形成されている巻付部４１ａ～４１ｇの数は７とした。樹脂インシュレータ２０は、図２、図３で示すように鉄心４を覆う形状であり、シャフト３の一部を覆うとともにシャフト３に圧入される圧入部２０１、鉄心４の巻付部４１を被覆部２０２、接続部２０３で構成されている。樹脂インシュレータ２０のシャフト３を覆う圧入部２０１は円筒状であり、被覆部２０２ａ～２０２ｇは鉄心４の各巻付部４１ａ～４１ｇの外形に沿った形状をして等間隔で７つの方向に放射状に外側に伸びた７つの第１～第７の被覆部２０２ａ～２０２ｇに分かれている。また、樹脂インシュレータ２０の第１～第７の被覆部２０２ａ～２０２ｇ及び接続部２０３は、鉄心４との間に隙間を有するように形成されており、樹脂インシュレータ２０と鉄心４との間には空洞２１がある。

【0021】

樹脂インシュレータ２０の圧入部２０１と７つの被覆部２０２ａ～２０２ｇを接続する部分は中心部のシャフト３から所定距離に離れた接続部２０３で構成されている。樹脂インシュレータ２０の第１～第７の被覆部２０２ａ～２０２ｇと鉄心４の第１～第７の巻付部４１ａ～４１ｇとの隙間からなる第１～第７の空洞２１ａ～２１ｇはすべて接続部２０３の空洞２６につながるため、各空洞２１ａ～２１ｇは接続部２０３の空洞２６を介してすべてが連通している。

【0022】

樹脂インシュレータ２０の各被覆部２０２ａ～２０２ｇと鉄心４の各巻付部４１ａ～４１ｇの外径とほぼ同じ形状をしている。また各被覆部２０２ａ～２０２ｇの先端部の一端側は、鉄心４の各巻付部４１ａ～４１ｇの先端面からシャフト３側に凹んだ凹部４８ａ～４８ｇが形成されている。凹部４８ａ～４８ｇの外周については、巻付部の対称中心より樹脂インシュレータ２０の各被覆部２０２ａ～２０２ｇの周方向の端面に向かってなめらかな曲線で構成されている。

【0023】

凹部４８ａ～４８ｇは、図４（ａ）に示すように反時計回り方向の端部を距離Ｌａだけ凹ました第１の形態と、図４（ｂ）に示すように時計回り方向の端部を距離Ｌａだけ凹ました第２の形態とに形成可能である。例えば、樹脂インシュレータ２０の各被覆部２０２ａ～２０２ｇのすべてを第１の形態または第２の形態に構成することもできる。また樹脂インシュレータ２０の各被覆部２０２ａ～２０２ｇに第１、第２の形態を混在させて構成することもできる。なお、この樹脂インシュレータ２０の各被覆部２０２ａ～２０２ｇの先端部分の形状が巻線１７と鉄心４を効率的に冷却する役割を果たしている。

【0024】

図5は、回転子時計方向（CW）に回転時のブラシモータ内の風の流れを説明する説明図である。ブラシモータ１は図５に示すように、固定子７のマグネット１４と鉄心４が対向している部分のギャップＬ２はモータ特性を得るために非常に狭く設定されており、固定子７のマグネット１４に対向していない部分のギャップＬ１は広く設定されている。

【0025】

回転子６が時計方向ＣＷに回転すると、回転子６周辺のエアは回転子６の回転にならうように時計方向ＣＷに流れている。広いギャップＬ１のエリアを流れているエアは、マグネット１４と鉄心４の各巻付部４１ａ～４１ｇが対向して狭いギャップＬ２のエリアでは、エアの流れを妨げるためにエアの圧力が上昇し、流れを妨げられたエアは空洞２１ａ～２１ｇ、２６内を流れる。

【0026】

図６に基づいて、上述のエアの流れについて詳細に説明する。回転子６の時計方向ＣＷの回転によって広いギャップＬ１のエリアで時計方向ＣＷに流れている空気は狭いギャップＬ２のエリアで流れを妨げられる。流れ妨げられたエアは、エア圧力の低い凹部４８ｂから第２の空洞２１ｂに流れ込む。第２の空洞２１ｂに流れ込んだエアは、さらにエア圧力の低いエリアを目指して流れる（図６中の破線で示す矢印方向を参照）。そして、中央の接続部２０３の中央空洞２６に流れ、広いギャップＬ１のエリアに臨む３つの第１、第４、第５の空洞２１ａ、２１ｄ、２１ｅを介して樹脂インシュレータ２０の外に流れる。なお、上述した説明では、第２の空洞２１ｂからエアが流入し、３つの第１、第４、第５の空洞２１ａ、２１ｄ、２１ｅからエアが流出することを説明したが、回転子６が時計方向ＣＷに回転する場合、反時計回り方向の端部に凹部４８ｂ、４８ｅ、４８ｇが形成された第２、第５、第７の空洞２１ｂ、２１ｅ、２１ｇが広いギャップＬ１のエリアを通過する毎に、順次にエアが樹脂インシュレータ２０内に流入し、広いギャップＬ１のエリアに臨む第１～７の空洞２１
～２１ｇのいずれかの空洞から流出する。つまり、回転子６の時計方向ＣＷの回転によって流入する空洞と流出する空洞が順次に切り換わっていく。

【0027】

上述の構成によれば、回転子６の時計方向ＣＷの回転よって、樹脂インシュレータ２０内にエアの流れが発生するため、樹脂インシュレータの中を風が通ることで鉄心と巻線を冷却することが出来る。

【0028】

また、本実施の形態では、回転子６が反時計方向ＣＣＷに回転しても、図５に示すように反時計回り方向の端部に凹部４８ａ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｆが形成された第１、第３、第４、第６の空洞２１ａ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｆが広いギャップＬ１のエリアを通過する毎に、順次にエアが樹脂インシュレータ２０内に流入し、広いギャップＬ１のエリアに臨む第１～７の空洞２１ａ～２１ｇのいずれかの空洞から流出する。つまり、回転子６の反時計方向ＣＷの回転によっても流入する空洞と流出する空洞が順次に切り換わって、樹脂インシュレータ２０内に流入にエアが流れるようになっている。これにより、回転子６が反時計方向ＣＣＷに回転しても時計回りＣＷの場合と同様に巻線４と鉄心１７を冷やすことができる。

【0029】

上述の実施の形態によれば、ブラシモータ１内部の回転子６を構成する樹脂インシュレータ２０に鉄心４と巻線１７を冷却する空洞２１をすべての鉄心４に形成し、回転子６の回転により空洞２１内にエア流すように構成したので、巻線４と鉄心１７の冷却することが可能になる。

【0030】

ここで、各被覆部２０２ａ～２０２ｇの先端部の各空洞２１ａ～２１ｇ、すなわちエアの流入口は、エアが流入し易い形状に構成することが望ましい。例えば、図６に示すように各被覆部２０２ａ～２０２ｇの先端部に複数も流入出口を形成することも可能である。この実施の形態では、樹脂インシュレータ２０のエアの流入出口部２３に複数のエアの流入出口２４ａ～２４ｄで構成している。これによって、エアの流れをより空洞２１ｂ内に向けることができる。なお、より効率的に風を流すために内側２４２ａ～２４２ｄの幅を広くするとよい。勿論、同一の幅としてしても、よく各流入出口２４ａ～２４ｄを個別に変えてもよい。

【0031】

上述の実施の形態では、樹脂インシュレータ２０の各被覆部２０２ａ～２０２ｇの凹部４８ａ～４８ｇが形成された先端部を各被覆部２０２ａ～２０２ｇと分離して、各被覆部２０２ａ～２０２ｇに対して着脱可能な構成にしてもよい。このように凹部４８ａ～４８ｇが形成された先端部を別体で構成することによって、ブラシモータの特性や使われ方、使用環境等に応じて、エアの流入量を調整することも可能になる。

【0032】

また、上述の実施の形態では、樹脂インシュレータ２０が鉄心４を覆うように形成しているが、樹脂インシュレータ２０を鉄心４の各巻付部４１ａ～４１ｇの先端側のみを覆うように設け、各空洞部２１ａ～２１ｇを鉄心４の各巻付部４１ａ～４１ｇの先端側のみに形成してもよい。これによって、巻線１７から発生する熱が多き場合に、より多く巻線１７を冷却することができ、効率の良い冷却が可能となる。なお、この場合、樹脂インシュレータ２０で覆われない他の鉄心４の部分は粉体塗装であるプラスチックコーティングすればよい。

【符号の説明】

【0033】

１ ブラシモータ
２ 外装ケース
３ シャフト
４ 鉄心（コア）
５ ブラシ
９ 整流子（コミテータ）
１４ マグネット
１７ 巻線（コイル）
２０ 樹脂インシュレータ（絶縁体）
２１ 空洞
２１ａ～２１ｇ 第１～第７の空洞
４１ａ～４１ｇ 第１～第７の巻付部
４８ａ～４８ｇ 凹部４８ａ～４８ｇ
２０１ 圧入部
２０２ 被覆部
２０２ａ～２０２ｇ 第１～第７の被覆部
２０３ 接続部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】