JP2005027478A

JP2005027478A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2005027478A
Application number: JP2003270739A
Authority: JP
Inventors: Takumi Arao; 匠荒尾
Original assignee: Jidosha Denki Kogyo KK
Current assignee: Jidosha Denki Kogyo KK
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】耐振性と耐熱性及び電気的な接続性に優れ、高寿命なブラシレスモータを提供する。
【解決手段】一対の軸受２３，２３を介して回転自在に支持されたロータ軸１２と該ロータ軸１２に固着されたマグネット１３とから成るロータ１１と、このロータ１１を励磁により回転させるコイル１８をコア１６のティース１７に巻装して成る環状のステータ１５と、を備えたブラシレスモータ１０において、ステータ１５を熱硬化性樹脂Ｐのインサートモールド成形で中央にロータ挿通孔２０ａを有したステータ本体２０に一体形成し、このステータ本体２０のロータ挿通孔２０ａの両端を塞ぐように該ステータ本体２０を一対のカバー２１，２２で挾持し、この一対のカバー２１，２２の中央に軸受２３を取り付けて該一対のカバー２１，２２の各軸受２３，２３間でロータ軸１２を回転自在に支持した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載アクチュエータに用いて好適なＤＣ（直流電流）のブラシレスモータに関する。

この種のブラシレスモータとして、図１２に示すものがある（例えば、特許文献１参照）。このブラシレスモータ１は、図１２に示すように、有底で略円筒状のケース本体２ａと該ケース本体２ａの開口部を閉塞するカバー２ｂとから成るモータケース２を有している。このモータケース２のケース本体２ａの内側にはステータ３を取り付けてあると共に、ケース本体２ａとカバー２ｂとに取り付けた各軸受４ａ，４ｂ間にはロータ軸５を回転自在に支持してある。このロータ軸５はロータ６の回転軸になっている。

ステータ３は、６つのティース３ｂを有した円環状のコア３ａと、このコア３ａの各ティース３ｂにそれぞれ巻き付けられたコイル３ｃとで構成されている。また、ロータ６は、ロータ軸５に固着された非磁性材料から成るロータベース６ａと、このロータベース６ａの外周にマグネット鉄心６ｂを介して固着され、円環状のコア３ａ内に所定のクリアランスを有して挿通される円筒状のマグネット６ｃとで構成されている。

また、モータケース２のカバー２ｂには円板の回路基板７を取り付けてあり、この回路基板７のマグネット６ｃに対向する位置には、等間隔毎に３つのホール素子８をそれぞれ取り付けてある。そして、ロータ６のマグネット６ｃは、外周側に互いに相反する磁極を着磁してあり、ステータ３の内周側にティース３ｂ毎に回転磁界が発生すると、互いに相反する磁力によって反発または吸引することによって回転エネルギーを与えられてロータ軸５とともに回転するようになっている。この際に、各ホール素子８によりロータ６の回転が検出されるようになっている。

特開平９−３０８２０８号公報

しかしながら、前記従来のブラシレスモータ１では、ケース本体２ａの内側にステータ３を取り付けた構造であるため、例えば、エンジンの周辺等の高温の取付場所に搭載されるアクチュエータの駆動源として使用するには耐振性及び耐熱性に劣り、高温の環境下では十分に対処することができなかった。また、ステータ３のコイル３ｃへの通電経路とホール素子８（回路基板７）への通電経路（通電用端子９）が分かれているため、上記アクチュエータの駆動回路等との電気的な接続が煩雑であった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、耐振性と耐熱性及び電気的な接続性に優れ、高寿命なブラシレスモータを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、一対の軸受を介して回転自在に支持されたロータ軸と該ロータ軸に固着されたマグネットとから成るロータと、このロータを励磁により回転させるコイルをコアのティースに巻装して成る環状のステータと、を備えたブラシレスモータにおいて、前記ステータを熱硬化性樹脂のインサートモールド成形で中央にロータ挿通孔を有したステータ本体に一体形成し、このステータ本体のロータ挿通孔の両端を塞ぐように該ステータ本体を一対のカバーで挾持し、この一対のカバーの中央に前記軸受をそれぞれ取り付けて該一対のカバーの各軸受間で前記ロータ軸を回転自在に支持したことを特徴とする。

このブラシレスモータでは、ステータ全体が熱硬化性樹脂で封止されているため、ブラシレスモータ全体の耐振性が向上すると共に、ステータのコイル部分の放熱性が向上する。これにより、耐振性及び耐熱性に優れた高寿命のブラシレスモータが低コストで提供される。

請求項２の発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、前記一対のカバーのうちの一方のカバーと前記ステータ本体との間に回路基板を配置すると共に、前記ロータ軸の前記回路基板に対向する位置にセンサ用マグネットを配置し、前記回路基板の前記センサ用マグネットに対向した位置に回転検出用素子を配置し、かつ、前記コイルに一端が接続されたコイル通電用端子の他端と前記回路基板に一端が接続されたセンサ用端子の他端を前記ステータ本体に突設されたコネクタの内部に収容された各端子にそれぞれ接続したことを特徴とする。

このブラシレスモータでは、ステータのコイルに接続されたコイル通電用端子と回路基板に配置されたセンサ用端子とが一つのコネクタにまとめられる。これにより、コネクタ内に相手側コネクタを嵌合することでステータのコイル部分及び回路基板と外部との電気的接続が容易に行われ、電気的な接続作業性が向上する。

請求項３の発明は、請求項１記載のブラシレスモータであって、前記軸受としてボールベアリングを用いたことを特徴とする。

このブラシレスモータでは、軸受として耐振性及び耐熱性に優れたボールベアリングを用いたので、ブラシレスモータ全体の耐振性及び耐熱性がより一段と向上する。

以上説明したように、請求項１の発明によれば、ステータを熱硬化性樹脂のインサートモールド成形により中央にロータ挿通孔を有したステータ本体として一体に形成し、このステータ本体のロータ挿通孔の両端を塞ぐように該ステータ本体を一対のカバーで挾持し、この一対のカバーの中央に軸受をそれぞれ取り付けて該一対のカバーの各軸受間でロータ軸を回転自在に支持したので、ステータ全体を熱硬化性樹脂で封止することができ、ブラシレスモータ全体の耐振性を向上させることができる。また、ステータ全体を熱硬化性樹脂で封止することで、ステータのコイル部分の放熱性を向上させることができ、ブラシレスモータ全体の耐熱性を向上させることができる。その結果、高寿命のブラシレスモータを低コストで提供することができる。

請求項２の発明によれば、一方のカバーとステータ本体との間に回路基板を配置すると共に、ロータ軸の回路基板に対向する位置にセンサ用マグネットを配置し、回路基板のセンサ用マグネットに対向した位置に回転検出用素子を配置し、かつ、コイルに一端が接続されたコイル通電用端子の他端と回路基板に一端が接続されたセンサ用端子の他端をステータ本体に突設されたコネクタの内部に収容された各端子にそれぞれ接続したので、コイル通電用端子とセンサ用端子を一つのコネクタにまとめることができ、このコネクタに相手側コネクタを嵌合することでステータのコイル部分及び回路基板と外部の電気的接続を容易に行うことができる。

請求項３の発明によれば、軸受として耐振性及び耐熱性に優れたボールベアリングを用いたので、ブラシレスモータ全体の耐振性及び耐熱性をより一段と向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態のブラシレスモータを示す断面図、図２は同ブラシレスモータの斜視図、図３は同ブラシレスモータを下側から見た分解斜視図、図４は同ブラシレスモータを向きを変えて上側から見た分解斜視図、図５は同ブラシレスモータに用いられるステータの巻き線前の状態を上側から見た斜視図、図６は同ステータの巻き線前の状態を下側から見た斜視図、図７は同ステータの平面図、図８は同ステータのコイルの結線図、図９（ａ）は同コイルの結線前の状態を示す要部の拡大説明図、図９（ｂ）は同コイルの結線後の状態を示す要部の拡大説明図、図１０（ａ）は同コイルの左巻きの状態を示す要部の斜視図、図１０（ｂ）は同コイルの右巻きの状態を示す要部の斜視図、図１１は同ブラシレスモータをアクチュエータのハウジングに取り付ける前の状態を示す斜視図である。

図１〜図４に示すように、ブラシレスモータ１０は直流電流（ＤＣ）モータであり、ロータ軸１２と該ロータ軸１２に固着されたマグネット１３及びセンサ用マグネット１４とから成るロータ１１と、このロータ１１を励磁により回転させるコイル１８をコア１６の各ティース１７に巻装して成る円環状のステータ１５と、を備えている。

図１，図３，図４に示すように、ロータ軸１２は段差部を有した円柱状に形成してあり、その上部１２ａと下部１２ｂの間の上部１２ａ寄りの位置には円板状の鍔部１２ｃを一体突出形成してある。そして、このロータ軸１２の鍔部１２ｃより下側に円筒状のマグネット１３を固着してあると共に、該ロータ軸１２の鍔部１２ｃより上側に円環板状のセンサ用マグネット１４を固着してある。これらマグネット１３及びセンサ用マグネット１４はＮ極とＳ極を交互に８極それぞれ着磁してあり、マグネット１３の着磁方向は軸方向に対して所定角傾斜（スキュー）している。

図１，図５〜図７に示すように、ステータ１５は、中空円板を複数積層して成るコア１６と、この積層コア１６の内側に一体突出形成された複数のティース１７に巻き付けされたコイル１８と、このコイル１８に電源を供給する複数のコイル通電用端子１９と、積層コア１６の上下面を被覆する上下一対のインシュレータ（絶縁体）２９ａ，２９ｂとで構成されている。

尚、図７に示すように、積層コア１６の上面には、コイル１８を結線する第１のフック部１６ａ、第２のフック部１６ｂ、第３のフック部１６ｃ、第４のフック部１６ｄ、第５のフック部１６ｅの５つのフック部を突設してあり、また、ティース１７は、第１のティース１７ａ、第２のティース１７ｂ、第３のティース１７ｃ、第４のティース１７ｄ、第５のティース１７ｅ、第６のティース１７ｆの６つのティースを有している。さらに、コイル１８は、第１のティース１７ａに巻き付けされる第１のコイル部１８ａ、第２のティース１７ｂに巻き付けされる第２のコイル部１８ｂ、第３のティース１７ｃに巻き付けされる第３のコイル部１８ｃ、第４のティース１７ｄに巻き付けされる第４のコイル部１８ｄ、第５のティース１７ｅに巻き付けされる第５のコイル部１８ｅ、第６のティース１７ｆに巻き付けされる第６のコイル部１８ｆの６つコイル部を有しており、また、コイル通電用端子１９は第１のコイル通電用端子１９ａ、第２のコイル通電用端子１９ｂ、第３のコイル通電用端子１９ｃの３本から成る。

図７〜図１０（ａ），（ｂ）を用いて、ステータ１５のコイル１８の巻き線の一例を説明すると、図７，図８，図９（ａ）に示すように、まず、積層コア１６の第１のフック部１６ａにコイル１８の一端（始端）を巻き始める。次に、第１のティース１７ａにコイル１８を図１０（ｂ）中矢印Ｒで示すように右巻きに巻き付けて第１のコイル部１８ａを形成した後で、第２のフック部１６ｂに結線して第１のコイル通電用端子１９ａに接続させる。

次に、第１のティース１７ａと１８０゜相対向する第２のティース１７ｂにコイル１８を連続して図１０（ａ）中矢印Ｌで示すように左巻きに巻き付けて第２のコイル部１８ｂを形成した後で、第３のフック部１６ｃに結線する。この後、第３のティース１７ｃにコイル１８を連続して図１０（ｂ）中矢印Ｒで示すように右巻きに巻き付けて第３のコイル部１８ｃを形成すると共に、第４のフック部１６ｄに結線して第２のコイル通電用端子１９ｂに接続させる。

次に、第３のティース１７ｃと１８０゜相対向する第４のティース１７ｄにコイル１８を連続して図１０（ａ）中矢印Ｌで示すように左巻きに巻き付けて第４のコイル部１８ｄを形成した後で第１のフック部１６ａに結線する。次に、第５のティース１７ｅにコイル１８を連続して図１０（ｂ）中矢印Ｒで示すように右巻きに巻き付けて第５のコイル部１８ｅを形成すると共に、第５のフック部１６ｅに結線して第３のコイル通電用端子１９ｃに接続させる。

そして、図７，図８に示すように、最後に、第５のティース１７ｅと１８０゜相対向する第６のティース１７ｆにコイル１８を連続して図１０（ａ）中矢印Ｌで示すように左巻きに巻き付けて第６のコイル部１８ｆを形成した後で、コイル１８の他端（終端）を第３のフック部１６ｃに結線することによりコイル１８の巻き付けが完成する。

図１〜図４に示すように、上述のようにコイル１８を巻装したステータ１５は熱硬化性樹脂Ｐのインサートモールド成形により中央にロータ挿通孔２０ａを有するステータ本体２０として一体に形成されている。即ち、このステータ１５のコイル１８の周辺部分は熱硬化性樹脂Ｐで封止してある。この熱硬化性樹脂Ｐの封止部分は上側のカバー２１と回路基板２４及び下側のカバー２２とで挾持されて一体化してあり、図１１に示すように、ボルト３１を介して後述するアクチュエータのハウジング３０に締結固定されるようになっている。

図１〜図４に示すように、上下一対のカバー２１，２２の中央には円筒部２１ａ，２２ａを一体突出形成してある。この各円筒部２１ａ，２２ａ内にはボールベアリング（軸受）２３を圧入により嵌合してあり、この一対のボールベアリング２３，２３を介してロータ軸１２を回転自在に支持してある。尚、上下一対のカバー２１，２２及び各ボールベリング２３によりステータ本体２０のロータ挿通孔２０ａの両端はそれぞれ塞がれており、ロータ軸１２の下端部１２ｄは下側のカバー２２の円筒部２２ａより外に露出している。

図１，図３に示すように、上側のカバー（一方のカバー）２１とステータ本体２０との間の該ステータ本体２０の上部に回路基板２４を配置してある。この回路基板２４はロータ軸１２の上部に併設されたセンサ用マグネット１４に所定距離隔てて対向しており、該回路基板２４の中央にはロータ軸１２を挿通するための軸挿通孔２４ｃを形成してある。また、回路基板２４の下面２４ｂのセンサ用マグネット１４に対向する位置には、３つのホール素子（回転検出用素子）２５ａ，２５ｂ，２５ｃをそれぞれ取り付けてある。これらセンサ用マグネット１４と各ホール素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃとでロータ軸１２の回転位置を検出する位置センサ２５が構成されている。即ち、センサ用マグネット１４の磁界の方向を各ホール素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃが検出してロータ軸１２の回転角度の情報を回路基板２４に取り付けられた図示しないＣＰＵ等に伝えるようになっている。さらに、回路基板２４の上面２４ａの突出部には各ホール素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃに接続された複数のパターン（ランド）２４ｄを形成してある。

図１，図４に示すように、ステータ本体２０の一側面にはステータ１５のコイル１８に一端が接続されたコイル通電用端子１９（３本のコイル通電用端子１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）の他端が露出している。この各コイル通電用端子１９ａ，１９ｂ，１９ｃの他端は雌コネクタ（コネクタ）２６の複数（８個）の端子収容室２６ａ内にそれぞれ収容された雌型の各中継端子（端子）２７に接続されている。また、この雌コネクタ２６の残りの各中継端子２７には複数のセンサ用端子２８の他端を接続してある。この複数のセンサ用端子２８の一端は回路基板２４の複数のパターン２４ｄに接続されるようになっている。

また、雌コネクタ２６は上下に分離できるタイプであり、ボルト（締結手段）３２により締結固定されて一体化されるようになっている。さらに、複数のセンサ用端子２８は回路基板２４に電源を供給する＋端子用と−端子用の２本と各ホール素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃの出力端子用の３本の計５本の端子から構成されている。また、図２に示すように、回路基板２４の各パターン２４ｄは上側のカバー２１の矩形の切欠部２１ｃより露出している。

図１〜図４及び図１１に示すように、ブロック状のステータ本体２０の各コーナ部及び上下一対のカバー２１，２２の各コーナ部には、ブラシレスモータ１０をアクチュエータのアルミ合金ダイキャスト製のハウジング３０に締結固定するためのボルト（締結手段）３１を挿通するボルト挿通孔２０ｂ，２１ｂ，２２ｂをそれぞれ形成してある。この各ボルト挿通孔２０ｂ，２１ｂ，２２ｂにボルト３１を挿通させてハウジング３０の図示しないネジ穴にボルト３１を締結固定することにより、ブラシレスモータ１０がアクチュエータのハウジング３０に締結固定されるようになっている。

尚、上記アクチュエータは、例えば可変ノズル式ターボチャージャの可変ノズルの各ノズルベーン（いずれも図示省略）を開閉駆動用として好適なものであり、このアクチュエータでは各ノズルベーンの開度を制御してタービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を調整させる電子コントロールユニット（ＥＣＵ）と一体化されている。

以上実施例１のブラシレスモータ１０によれば、ステータ１４を熱硬化性樹脂Ｐのインサートモールド成形により中央にロータ挿通孔２０ａを有したステータ本体２０として一体に形成し、このステータ本体２０のロータ挿通孔２０ａの両端を塞ぐように該ステータ本体２０を一対のカバー２１，２２で挾持し、この一対のカバー２１，２２の中央の各円筒部２１ａ，２２ａ内に軸受としてのボールベアリング２３を圧入して該一対のカバー２１，２２の各ボールベアリング２３，２３間でロータ軸１２の上，下部１２ａ，１２ｂを回転自在に支持したので、ステータ全体を熱硬化性樹脂Ｐで封止することができ、ブラシレスモータ全体の耐振性を向上させることができる。また、ステータ全体を熱硬化性樹脂Ｐで封止することで、ステータ１５の第１，第２，第３，第４，第５，第６のコイル部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆの放熱性を向上させることができる。これにより、ブラシレスモータ全体の耐熱性を向上させることができ、高寿命のブラシレスモータ１０を低コストで提供することができる。

また、上側のカバー２１とステータ本体２０の上部との間に回路基板２４を配置すると共に、ロータ軸１２の上部１２ａの回路基板２４に対向する位置に円板環状のセンサ用マグネット１４を鍔部１２ｃの上面に接触するように配置し、回路基板２４の下面２４ｂのセンサ用マグネット１４に対向する位置に各ホール素子２５ａ，２５ｂ，２５ｃをそれぞれ配置し、かつ、コイル１８に一端が接続されたコイル通電用端子１９（３本のコイル通電用端子１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）の他端と回路基板２４に一端が接続された各センサ用端子２８の他端をステータ本体２０に突設された雌コネクタ２６の内部に収容された各中継端子２７にそれぞれ接続したので、各コイル通電用端子１９ａ，１９ｂ，１９ｃと各センサ用端子２８を一つの雌コネクタ２６の端子収容室２６ａ内にまとめることができる。そして、この雌コネクタ２６内に図示しない雄コネクタ（相手側コネクタ）を嵌合することでステータ１５のコイル部分及び回路基板２４と外部の電気的接続を容易に行うことができ、ブラシレスモータ１０の外部との電気的な接続作業性を向上させることができる。

さらに、軸受取付部としての上下のカバー２１，２２とステータ本体２０とを別部品とし、また、軸受として耐振性及び耐熱性に優れたボールベアリング２３を用いたので、ブラシレスモータ全体の耐振性及び耐熱性をより一段と向上させることができる。さらに、ホール素子２６ａ，２５ｂ，２５ｃも耐熱性に優れたホールＩＣを使用することにより、ブラシレスモータ全体の耐熱性をより一層向上させることができる。

尚、前記実施例１によれば、ブラシレスモータをエンジンの周辺の高温の取付場所に搭載されるアクチュエータの駆動源として使用する場合について説明したが、エンジンの周辺以外の他の駆動源として前記ブラシレスモータを使用できることは勿論である。

この発明は、以上のように構成されているので、ステータ全体を熱硬化性樹脂で封止することができ、ブラシレスモータ全体の耐振性を向上させることができる。また、ステータ全体を熱硬化性樹脂で封止することで、ステータのコイル部分の放熱性を向上させることができ、ブラシレスモータ全体の耐熱性を向上させることができる。その結果、高寿命のブラシレスモータを低コストで提供することができる。

本発明の実施例１のブラシレスモータを示す断面図である。上記ブラシレスモータの斜視図である。上記ブラシレスモータを下側から見た分解斜視図である。上記ブラシレスモータを向きを変えて上側から見た分解斜視図である。上記ブラシレスモータに用いられるステータの巻き線前の状態を上側から見た斜視図である。上記ステータの巻き線前の状態を下側から見た斜視図である。上記ステータの平面図である。上記ステータのコイルの結線図である。（ａ）は上記コイルの結線前の状態を示す要部の拡大説明図、（ｂ）は同コイルの結線後の状態を示す要部の拡大説明図である。（ａ）は上記コイルの左巻きの状態を示す要部の斜視図、（ｂ）は同コイルの右巻きの状態を示す要部の斜視図である。上記ブラシレスモータをアクチュエータのハウジングに取り付ける前の状態を示す斜視図である。従来のブラシレスモータの断面図である。

符号の説明

１０ブラシレスモータ
１１ロータ
１２ロータ軸
１３マグネット
１４センサ用マグネット
１５ステータ
１６コア
１７ティース
１８コイル
１９ａ，１９ｂ，１９ｃコイル通電用端子
２０ステータ本体
２０ａロータ挿通孔
２１，２２一対のカバー
２１上側のカバー（一方のカバー）
２３ボールベアリング（軸受）
２４回路基板
２５ａ，２５ｂ，２５ｃホール素子（回転検出用素子）
２６雌コネクタ（コネクタ）
２７中継端子（端子）
２８センサ用端子
Ｐ熱硬化性樹脂

Claims

一対の軸受を介して回転自在に支持されたロータ軸と該ロータ軸に固着されたマグネットとから成るロータと、このロータを励磁により回転させるコイルをコアのティースに巻装して成る環状のステータと、を備えたブラシレスモータにおいて、
前記ステータを熱硬化性樹脂のインサートモールド成形で中央にロータ挿通孔を有したステータ本体に一体形成し、このステータ本体のロータ挿通孔の両端を塞ぐように該ステータ本体を一対のカバーで挾持し、この一対のカバーの中央に前記軸受をそれぞれ取り付けて該一対のカバーの各軸受間で前記ロータ軸を回転自在に支持したことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１記載のブラシレスモータであって、
前記一対のカバーのうちの一方のカバーと前記ステータ本体との間に回路基板を配置すると共に、前記ロータ軸の前記回路基板に対向する位置にセンサ用マグネットを配置し、前記回路基板の前記センサ用マグネットに対向した位置に回転検出用素子を配置し、かつ、前記コイルに一端が接続されたコイル通電用端子の他端と前記回路基板に一端が接続されたセンサ用端子の他端を前記ステータ本体に突設されたコネクタの内部に収容された各端子にそれぞれ接続したことを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１記載のブラシレスモータであって、
前記軸受としてボールベアリングを用いたことを特徴とするブラシレスモータ。