JP2003204664A - ブラシレス直流電動機 - Google Patents

ブラシレス直流電動機

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料ポンプと共に使用するためのブラシレス
直流電動機を提供する。 【解決手段】 ブラシレス直流電動機は、ハウジング
（１０）と、ハウジング内の固定子（１３）及び回転子
（１１）と、上記固定子上の巻線と、上記固定子に対す
る上記回転子の位置を検知するセンサと、上記センサか
らの出力に応答して上記巻線内の電流をスイッチさせ、
上記回転子を上記固定子に対して回転させる電子回路と
を備えている。上記センサと、上記電子回路の少なくと
も一部は、電気絶縁性の、且つ燃料に対して抵抗性の材
料で上記ハウジング内のコンテナ内にカプセル封じされ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はブラシレス直流電動
機に関し、特定的には、限定するものではないが、燃料
ポンプと共に使用するかかる電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の永久磁石直流（ＰＭＤＣ）電動機
は、伝統的に、コミュテータ及びブラシ／リーフシステ
ムからなる比較的高価なコミュテーティング部品を用い
て設計されている。多くの特定応用の場合、これらのブ
ラシ型電動機は、特にそれらの適用範囲の下端において
それらの重要性を保持している。
【０００３】一方、異なる電圧の種々の自動車応用から
プロフェッショナルなパワーツールまで、電子制御シス
テムへの依存性が高まりつつある。また、長寿命、効
率、信頼性、低い電磁気干渉及び雑音のようなパラメー
タの重要性が大きくなりつつある。
【０００４】ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）電動機技術
は、これらの要求の達成を可能にする。ブラシに関連す
る問題が排除される。ＭＯＳＦＥＴ及び表面マウント技
術の進歩によって、電圧降下は低下し（熱シンキングの
低下を伴う）、必要な空間が小さくなり、そして価格が
低下する傾向がもたらされている。
【０００５】
【発明の概要】本発明の第１の面によれば、ブラシレス
直流電動機が提供される。この電動機は、ハウジング
と、ハウジング内の固定子及び回転子と、固定子または
回転子上の巻線と、固定子に対する回転子の位置を検知
するセンサと、センサからの出力に応答して巻線内の電
流をスイッチさせ、回転子を固定子に対して回転させる
電子回路とを備え、センサと、電子回路の少なくとも一
部とは、電気絶縁性の材料でハウジング内のコンテナ内
にカプセル封じされる。
【０００６】本発明の第２の面によれば、ブラシレス直
流電動機が提供される。この電動機は、巻線型固定子と
永久磁石回転子とを備え、回転子はラミネートされたコ
アを有し、且つ磁化可能な材料でオーバーモールドされ
ており、この磁化可能な材料はモールディングの後に磁
化される。
【０００７】
【実施の形態】以下に添付図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図示したブラシレス直流電動
機は、深く絞り加工された外側ハウジング１０と、ハウ
ジング１０の閉じた端から突き出ている方の端に平坦部
１２ａを有するシャフト１２を含む回転子１１と、回転
子１１を取り巻いている巻線型固定子１３と、ハウジン
グ１０の開いた端を閉じているエンドキャップ１４と、
ハウジング１０内にあってセンサ及び電子回路のための
コンテナ１６とを備えている。巻線型固定子１３は、固
定子ラミネーション３０のスタックの周囲に巻かれてい
る固定子巻線１９を含んでいる。
【０００８】電動機は、コミュテータ及びブラシ／リー
フシステムを含むコミュテーティング部品を有する普通
の永久磁石直流電動機と類似した総合外観を有してい
る。電動機は、燃料ポンプ電動機として特定の応用を有
しているが、他の用途をも有している。
【０００９】図３乃至５を参照する。コンテナ１６は円
筒形のボウル１７を含み、ボウル１７のベースから、そ
れと一体のスリーブ１８が直立している。コンテナは、
典型的にはポリアセタル（ＰＯＭ）で作られており、セ
ンサ及び電子回路を収容している。センサは、典型的に
は固定子１３に対する回転子１１の位置を検知する、典
型的にはホール効果センサの形状のセンサである。電子
回路は、直立スリーブ１８に嵌め込まれる環状印刷回路
基板２０上に取付けられている。理想的には、ホール効
果センサは印刷回路基板２０上に平らに（寝かせて）配
置する。これは組立てが容易で、且つ燃料及び完全にカ
プセル封じされた後の振動に対してより高い信頼性を与
えるので、普通に“立たせて”配置されたホールセンサ
に比して有利である。またこれにより、センサと永久磁
石回転子の平らな上面との間の距離を短縮することがで
きる。回路は、センサからの出力に応答して公知の技法
で固定子巻線内の電流をスイッチさせ、回転子を固定子
に対して回転させる。センサ及び電子回路は、典型的に
はエポキシ樹脂である電気絶縁性材料内にカプセル封じ
される。この電気絶縁性材料は、コンテナ１６内に充
填、または実質的に充填される。スリーブ１８は、回転
子シャフト１２がそれを通って伸びることができるよう
な、また燃料ポンプからの燃料がそれを通って流れるこ
とができるような寸法である。
【００１０】センサ、及び全導電性部品を含む殆どの電
子成分は、完全にカプセル封じされる。例えば、電気端
子及び／または大きいコンデンサのような部品だけは、
完全にカプセル封じされないであろう。
【００１１】図５に示すように、ボウル１７のベースの
下側は、固定子１３の巻線に直接接続するようになって
いる４つの絶縁変位コネクタ２１を有している。コンテ
ナ１６及びその内容は、それを電動機内へ“プラグイ
ン”させることができるように、予め組立てておくこと
ができる。
【００１２】スリーブ１８を通過する燃料が冷却効果を
呈するので、カプセル封じ用材料の熱伝導率はそれ程重
要ではない。
【００１３】図６は、固定子上に配置される前側絶縁体
２２の詳細を示しており、固定子巻線及びコンテナ１６
上の絶縁変位コネクタ２１を受入れる同数のスロット２
３（この例では、４つ）を有している。
【００１４】センサ及び電子回路を印刷回路基盤上に取
付ける代わりに、コンテナ１６の内側底面に導電性パタ
ーンの刷り込みを有することができる。これは、熱・プ
レススタンプを用いて付着させた熱・プレス箔の形状を
取ることができる。全ての電子成分をボウルの内面上に
自動的に組立て、その後にカプセル封じすることができ
る。この技術の別の利点は、ホールセンサと回転子磁石
の平らな上面との間の距離が更に短縮されることであ
り、それによって位置検出のための磁場の強さが増加す
ることである。
【００１５】電動機は、前側絶縁体２２と類似している
が同一ではない後側絶縁体２４を更に有している。
【００１６】エンドキャップ１４は、ハウジング１０の
縁を、２つの位置においてエンドキャップ上に折曲げる
等によってハウジング１０に接続される。このエンドキ
ャップ１４は、回転子シャフト１２のための軸受を支
持、もしくは限定し、また顧客の燃料ポンプに必要な一
体のフィーチャをも含む。外部の源に接続するための端
子２６がエンドキャップ１４上に設けられている。
【００１７】電動機の他方の端にはスリーブ１５が設け
られている。スリーブ１５は、典型的にはポリフェニレ
ンスルフィド（ＰＰＳ）で作られる。この材料は、高い
熱寸法安定性と、低い伸びと、全ての種類の攻撃的な燃
料に対して極めて良好な抵抗性を有している。スリーブ
１５は、回転子シャフト１２のための軸受を支持、もし
くは限定し、また燃料ポンプの孔の中に圧入することに
よって顧客の燃料ポンプへ取付けるようにもなってい
る。従来は、スリーブ１５はポンプハウジングの一部で
あった。本発明ではこれは電動機の一部になっている。
これは、２つの目的、即ち回転子シャフト１２のための
軸受を支持、もしくは限定し、及びポンプハウジングの
接続／位置合わせとして役立ち、また電動機を顧客に引
渡す前に完全に試験できることから有利である。
【００１８】ブラシレス直流電動機を普通のコミュテー
タ電動機とは全く異なって使用することにより、電動機
の半径方向及び軸方向の寸法を減少させることができ
る。
【００１９】図７乃至１１を参照する。回転子は、回転
子シャフト１２及び磁化可能な材料３３でオーバーモー
ルドされているラミネートされたコア２７からなり、材
料３３はモールディングの後に磁化される。
【００２０】ラミネートされたコア２７は、複数の回転
子ラミネーション２９からなる。図９に示すように、こ
れらのラミネーションはシートから打抜かれ、多分、固
定子ラミネーション３０と同時に打抜かれる。回転子ラ
ミネーション２９は３つの等角に離間し、半径方向内向
きに伸びるスロット３１と、回転子シャフト１２上にラ
ミネーションを取付けるための中心アパーチャ３２とを
有している。これらのラミネーション３０のスタック
は、典型的には熱可塑的に結合されたＮdＦeＢ化合物で
ある磁化可能な材料３３でオーバーモールドされ、この
（等方性）材料３３はモールディングの後に磁化される
（図７に示すように）。オーバーモールディングは、軸
方向に高い磁場強度を与えるために（ホールセンサのた
めに必要）エンコーディングディスクのようにチャージ
できる一体リング３４を含むこともできる。
【００２１】このように作られた回転子は、何らの糊付
けも必要とせず、また組立てが簡単である。更に、バラ
ンシングも不要である。モールディング材料３３は、ス
ロット３１をも充填する。
【００２２】図１０は、６つのアパーチャ３５を有する
代替回転子ラミネーションを示している。これらのアパ
ーチャ３５は等角に離間し、これらのアパーチャの３つ
は他の３つよりも大きい。これは回転子コア２７の重量
を軽減するが、好ましくは燃料ポンプ回転子パンチ損
（即ち、流体内の回転子の乱流による損失）を回避する
ために、端ラミネーションにはこれらのアパーチャ３５
は設けないことが好ましい。
【００２３】図１１は、スロット３１は有していない
が、滑らかではなくぎざぎざした周縁表面と、同一寸法
の６つのアパーチャ３５’とを有する更に別の回転子ラ
ミネーションを示している。
【００２４】図９に示す固定子ラミネーション３０は、
回転子ラミネーションと同じように打抜かれており、外
側リング３６と、４つの等角に離間し、半径方向内向き
に伸びる磁極片３７（それらの周りに巻線（図示してな
い）が巻かれる）と、磁極片３７の間の４つの磁束片３
８を含む。これらのラミネーションのスタックは、磁極
シュー３７と磁束片３８との間の間隙が小さいために、
線を巻くことが困難である。また、磁極片の周りに外部
コイルを巻付け、その後に外側リング上に挿入すること
は、小型電動機の場合には推奨されない。
【００２５】本発明の１つの面においては、そして図１
２及び１３に示すように、代替固定子１３’は、外側リ
ング３６’と、等角に離間し外側リング３６’から半径
方向内向きに伸びる複数の磁極片３７’と、磁極片３
７’の間の複数の磁束片３８’とを有している。磁束片
３８’は、リング３６’及び磁極片３７’から分離して
おり、磁極片３７’への巻線の後に外側リング３６’に
よって限定されているスロット３９内に滑り込ませるこ
とが可能である。これは、巻線プロセスを簡易化し、ま
た磁束片３８を最適形状にすることを可能にする。
【００２６】リング３６’及び磁極片３７’は一体に形
成され、打抜かれたラミネーションをレーザ溶接／パッ
ケージパンチング等によって互いに固着し合うように形
成することも、または、より好ましくは、軟磁性焼結材
料をモールディングすることによって単一構造に形成す
ることもできる。
【００２７】以上の実施の形態の説明は単なる例示に過
ぎず、当業者ならば、特許請求の範囲に記載されている
本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更が可能
であろう。例えば、より特定的に、ファンモータまたは
ストレージドライブとして使用する場合に、回転子が固
定子を取り巻くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブラシレス直流電動機の一実施の
形態の斜視図である。
【図２】図１に示す電動機の部分切除図である。
【図３】図１及び２に示す電動機の電子回路を収容する
ためのコンテナの分解斜視図である。
【図４】固定子上に取付けられた図３の電子回路を収容
するためのコンテナの斜視図である。
【図５】図３に示すコンテナの下方からの斜視図であ
る。
【図６】電動機の前側絶縁体の斜視図である。
【図７】電動機の回転子の斜視図である。
【図８】図７に示す回転子の部分切除図である。
【図９】電動機の回転子及び固定子ラミネーションの平
面図である。
【図１０】変更された回転子ラミネーションの第２の実
施の形態の平面図である。
【図１１】別の変更された回転子ラミネーションの平面
図である。
【図１２】代替固定子の部分斜視図である。
【図１３】図１３に示す固定子に磁束片を追加した斜視
図である。
【符号の説明】
１０ 外側ハウジング １２ シャフト １２ａ 平坦部 １３ 固定子 １４ エンドキャップ １５ スリーブ １６ コンテナ １７ ボウル １８ スリーブ １９ 固定子巻線 ２０ 印刷回路基板 ２１ コネクタ ２２ 前側絶縁体 ２４ 後側絶縁体 ２６ 端子 ２７ 回転子コア ２９ 回転子ラミネーション ３０ 固定子ラミネーション ３１ スロット ３２ 中心アパーチャ ３３ 磁化可能なモールディング材料 ３４ リング ３５ アパーチャ ３６ 外側リング ３７ 磁極片 ３８ 磁束片 ３９ スロット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 15/02 Ｈ０２Ｋ 11/00 Ｘ (72)発明者 ベンノ ブラセ ドイツ連邦共和国 70771 ラインフェル デン エヒテルディンゲン マイバッハシ ュトラーセ 11 ジョンソン エレクトリ ック エンジニアリング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (72)発明者 アンドレアス シュレーゲル ドイツ連邦共和国 70771 ラインフェル デン エヒテルディンゲン マイバッハシ ュトラーセ 11 ジョンソン エレクトリ ック エンジニアリング ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AB01 AB06 AC08 AE07 AE08 5H019 AA07 AA10 BB01 BB05 BB15 BB22 CC03 CC07 DD01 EE03 EE07 EE14 FF01 5H611 AA03 BB01 BB07 BB08 PP07 QQ03 RR02 TT01 UA04 UB02 5H615 AA01 BB01 BB07 BB14 PP01 PP02 PP07 PP10 SS05 SS19 SS44 SS51 5H622 CA01 CA07 PP20 QB01

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブラシレス直流電動機であって、ハウジ
    ング（１０）と、上記ハウジング内の固定子（１３）及
    び回転子（１１）と、上記固定子上の巻線と、上記固定
    子に対する上記回転子の位置を検知するセンサと、上記
    センサからの出力に応答して上記巻線内の電流をスイッ
    チさせ、上記回転子を上記固定子に対して回転させる電
    子回路とを備え、上記センサと、上記電子回路の少なく
    とも一部は、電気絶縁性で、且つ燃料に対して抵抗性の
    材料で上記ハウジング内のコンテナ（１６）内にカプセ
    ル封じされていることを特徴とするブラシレス直流電動
    機。
  2. 【請求項２】 上記センサは、上記回転子（１１）に最
    も近い上記コンテナ（１６）の端上に、またはそれに近
    接して平らに配置されているホール効果センサであるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の電動機。
  3. 【請求項３】 上記電子回路の全導電性部品は、上記電
    気絶縁性で、且つ燃料に対して抵抗性の材料でカプセル
    封じされていることを特徴とする請求項１または請求項
    ２に記載の電動機。
  4. 【請求項４】 上記コンテナ（１６）は内部スリーブ
    （１８）を有し、上記回転子のシャフト（１２）は上記
    スリーブを通って伸び、燃料ポンプからの燃料は上記ス
    リーブを通って流れることができることを特徴とする請
    求項１乃至３の何れか１つに記載の電動機。
  5. 【請求項５】 上記センサ及び電子回路は、上記コンテ
    ナ（１６）内の印刷回路基板（２０）上に取付けられて
    いることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記
    載の電動機。
  6. 【請求項６】 上記回路のセンサ及び電子成分は、上記
    コンテナの内面に刷り込まれた導電性パターンによって
    電気的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至
    ５の何れか１つに記載の電動機。
  7. 【請求項７】 上記コンテナ（１６）は、上記巻線に直
    接接続するための外部絶縁変位接続（２１）を有してい
    ることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載
    の電動機。
  8. 【請求項８】 上記コンテナ（１６）及びその内容は、
    予め組立てられることを特徴とする請求項１乃至７の何
    れか１つに記載の電動機。
  9. 【請求項９】 ブラシレス直流電動機であって、巻線型
    固定子（１３）及び永久磁石回転子（１１）とを備え、
    上記回転子（１１）はラミネートされたコア（２７）を
    有し、且つ材料（３３）でオーバーモールドされてお
    り、上記材料はモールディングの後に磁化されることを
    特徴とするブラシレス直流電動機。
  10. 【請求項１０】 上記回転子のコアは、等角に離間して
    上記コアの外縁表面から内向きに伸びる複数のスロット
    （３１）を有していることを特徴とする請求項９に記載
    の電動機。
  11. 【請求項１１】 上記ラミネーション（２９）の少なく
    とも若干は、複数の離間したアパーチャ（３５）を有し
    ていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記
    載の電動機。
  12. 【請求項１２】 上記ラミネーション（２９）の外縁表
    面は滑らかではないことを特徴とする請求項９乃至１１
    の何れか１つに記載の電動機。
  13. 【請求項１３】 上記ラミネーション（２９）の外縁表
    面はぎざぎざしていることを特徴とする請求項１２に記
    載の電動機。
  14. 【請求項１４】 上記固定子に対する上記回転子の位置
    を検知するセンサと、上記センサからの出力に応答して
    上記固定子巻線内の電流をスイッチさせ、上記回転子を
    上記固定子に対して回転させる電子回路とを更に備えて
    いることを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１つに
    記載の電動機。
  15. 【請求項１５】 上記固定子（１３）は、上記回転子
    （１１）を取り巻き、且つ外側リング（３６）と、等角
    に離間して上記外側リングから内向きに伸びる複数の磁
    極片（３７）と、上記磁極片の間に位置する複数の磁束
    片（３８）とを有し、上記磁束片は上記磁極片への線巻
    きが終了した後に挿入されたものであることを特徴とす
    る請求項１乃至１４の何れか１つに記載の電動機。
  16. 【請求項１６】 上記外側リング（３６）は、その内面
    上に複数のスロット（３９）を限定しており、上記スロ
    ットは上記巻線型磁極片（３７’）の隣接する各対間に
    磁束片（３８’）を滑入させるようになっていることを
    特徴とする請求項１５に記載の電動機。
  17. 【請求項１７】 上記電動機の一方の端にスリーブ（１
    ５）を更に備え、上記スリーブは上記回転子のための軸
    受を支持、または限定し、且つ燃料ポンプへ取付けるた
    めのものであることを特徴とする請求項１乃至１６の何
    れか１つに記載の電動機。
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