JP2005224078A - モータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの組立性を向上させ、組付けに要する部品点数を減らしても位置決めを行うことができるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータケース１４内に開口部１４ｂよりモータ１０が軸方向に挿入されてステータの軸方向一端面がケース内壁面１４ｄに突き当てられ、開口部１４ｂに蓋体１７が嵌め込まれることにより、ステータが軸方向他端面側より軸方向一端面側に向かって付勢されてモータケース１４内で固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車両のサンルーフ駆動用などのモータ駆動装置に関する。

冷蔵庫、冷却ファンなどの家電製品や複写機、プリンタ等のＯＡ機器、車両のサンルーフ装置、ウィンドウ開閉装置、ドア開閉装置などには、電動モータにより様々なアクチュエータを作動させるモータ駆動装置が用いられている。これらの駆動源としては、インナーロータ型若しくはアウターロータ型のＤＣブラシ付モータ、ＤＣブラシレスモータ、ステップモータ等様々な電動モータが用いられ、ＣＰＵやＭＰＵなどを含む駆動回路により駆動制御される。これらのモータは、通常モータケースに収容されて該モータケースが取付面にねじ止め固定されるか、ステータが制御基板と共に取付面に搭載されてステータを貫通して直接ねじ止め固定される場合が多い。

モータ駆動装置を組み立てる際、モータケースにステータやエンドブラケット等をねじ止め固定する必要があり、組立工数がかかり組立性が良いとはいえない。特に、小型化を要するモータ駆動装置ではねじ止め固定のためのフランジ等が小型化の妨げとなる。このためモータ組付けに要する部品点数が増える。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータの組立性を向上させ、組付けに要する部品点数を減らしても位置決めを行うことができモータ駆動装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ステータティース部にコイルが巻き回されたステータコアに囲まれた空間内に、ロータマグネットを備えたモータ軸がモータケースに回転可能に軸支されたインナーロータ型のモータ駆動装置において、モータケース内に開口部よりモータが軸方向に収納されてステータの軸方向一端面がケース内壁面に突き当てられ、開口部に蓋体が嵌め込まれることにより、ステータが軸方向他端面側より軸方向一端面側に向かって付勢されてモータケース内で固定されることを特徴とする。
また、ステータの軸方向他端面と蓋体との間には弾性体が挟み込まれることを特徴とする。
また、蓋体はモータケースの開口部にスナップフィットにより嵌め込まれることを特徴とする。
また、モータケースにブラシレスモータが収納されて組み付けられることを特徴とする。

上述したモータ駆動装置を用いれば、モータケース内に開口部よりモータが軸方向に収納されてステータの軸方向一端面がケース内壁面に突き当てられ、開口部に蓋体が嵌め込まれることにより、ステータが軸方向他端面側より軸方向一端面側に向かって付勢されてモータケース内で固定されるので、ねじ止めなどの固定作業が不要であり組立性が良い。またモータがモータケースに対して接着剤や熱圧着などにより強固に固着されていないので、熱膨張係数の異なるモータ部品とモータケースとの間に歪みを与えないで位置決め固定されているため、過酷な使用環境であってもモータケースに変形や破損が発生することはない。
また、ステータコアの軸方向他端面と蓋体との間には弾性体が挟み込まれることにより、弾性体の弾性力によりモータケース内での位置決めが行え、あわせてモータの回転振動を弾性体が吸収することで低騒音化を図ることができる。
また、蓋体はモータケースの開口部にスナップフィットにより容易に嵌め込まれることにより、ケース内にモータを軸方向から収納して蓋体を開口部にワンタッチで嵌め込むだけで取付固定できるので、組立性が極めて良い。
また、モータケースにブラシレスモータが収納されて組み付けられる場合には、低騒音化に寄与できる。

以下、本発明に係るモータ駆動装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。モータ駆動装置は、電動モータによりアクチュエータを作動させる装置に広く適用できる。本実施の形態は、一例として車両用のサンルーフを開閉駆動するサンルーフ駆動装置に適用した場合について説明する。サンルーフ駆動装置は、モータ駆動により回転する出力ギヤに噛み合うギヤードケーブル（スパイラル状のギヤ溝が形成されたケーブル）、樹脂ベルトなどの押し引き手段に連繋するスライドパネルを全開位置と全閉位置との間でスライドさせるスライド動作及び全閉位置から後端側を上昇させるチルト動作を行って、固定ルーフの開口を開閉するようになっている。

図１のブロック図を参照して、車両用のサンルーフ駆動装置の概略構成について説明する。電源１は車両に搭載されているバッテリー、燃料電池等が用いられ、電源電圧（例えばバッテリー電圧１２Ｖ）が電源処理部２へ供給される。電源処理部２は、電源電圧（例えば１２Ｖ）を制御部用電圧（例えば５Ｖ）の変換、電源電圧の安定化、逆接続等の保護、外部信号による電源のＯＮ／ＯＦＦを行う。電圧監視部３はＣＰＵ（中央制御処理装置）４へ供給される制御電圧を監視し、電圧降下が生じた場合には、ＣＰＵ４へ入力信号を送信する。

ＣＰＵ４は、サンルーフ駆動装置を駆動制御するもので、サンルーフの動作制御とモータの回転磁界を形成するための相切替制御とを合せて行うようになっている。即ち、ＣＰＵ４には、ルーフ１３の開閉動作を制御するルーフ動作制御部５と、モータからの磁極検出信号により回転磁界を発生させて回転制御を行う回転磁界発生制御部６が一つのチップに設けられている。ＣＰＵ４には車両の操作パネルに設けられたスイッチ７などから動作開始信号が入力され、ルーフ動作制御部５は回転磁界発生制御部６を通じてモータを起動する。

また、不揮発性メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭなど）８には、現在のルーフ位置情報と予めルーフの動作制御に必要な開閉位置、減速位置やモータ回転数などに関する制御データが書き込まれており、必要に応じてデータを書き換えることができるようになっている。例えば、電源投入時に前回記憶した位置情報を読み出し、電源電圧低下を電圧監視部３が検出したときに不揮発性メモリ８にルーフ位置情報を書き込む。また、回転磁界発生制御部６から送信された相切替信号に応じてモータ駆動部９は、トランジスタ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのスイッチング素子を設けた駆動回路（３相ブリッジ回路）を通じて駆動源である３相ＤＣブラシレスモータ１０へ相切替信号（駆動電圧）を出力する。モータ駆動部９の駆動電源は電源処理部２から供給される。ＤＣブラシレスモータ１０は後述する減速部１１を通じて連繋するルーフ駆動用ケーブル１２を押し引き駆動する。これにより、ルーフ駆動用ケーブル１２に連繋するルーフ（スライドパネル）１３を開閉動作するようになっている。

ルーフ動作制御部５及び回転磁界発生制御部６にはＤＣブラシレスモータ１０に設けられた磁極センサ（ホール素子、ホールＩＣ、ＭＲセンサなどの磁電変換素子）から３相の検出パルス信号が各々入力される。また、ルーフ動作制御部５は制御プログラムに基づいてルーフ速度（モータ回転数）と相切替信号のパルス数を監視しており、ルーフ速度（モータ回転数）に過不足がある場合には、回転磁界発生制御部６に指令して相切替信号を更新する。また、ルーフ動作制御部５は、３相の検出パルス信号を用いてルーフの位置情報を生成している。

次に、サンルーフ駆動装置の具体的な構成について図２及び図３を参照して説明する。
図２（ａ）（ｂ）において、サンルーフ駆動装置は、例えば樹脂製の基板ケース１５と該基板ケース１５を覆うモータケース１４及び外装ケース１６とを組み合わせて構成されている。モータケース１４には、３相ＤＣブラシレスモータ１０や該３相ＤＣブラシレスモータ１０に減速部１１を通じて連繋してルーフ駆動用ケーブル１２を押し引き駆動するケーブル駆動機構が収納されている。基板ケース１５には、ＣＰＵ４、モータ駆動部９、不揮発性メモリ８などの制御回路を構成する電子部品を搭載した制御基板１８が組み付けられている。外装ケース１６は基板ケース１５に組み付けられた制御基板１８を覆っている。

３相ＤＣブラシレスモータ１０はモータケース１４の開口部より軸方向から挿入され、蓋体１７を嵌め込むことで、後述するようにステータがモータケース１４内で支持固定される。モータケース１４の外面にはルーフ駆動ケーブル１２の移動をガイドする一対のガイドプレート１９が外側に向かって突設されている（図２（ｂ）参照）。また、図３（ａ）において、モータケース１４にはルーフ駆動用ケーブル１２の移動経路に沿って２箇所に貫通孔２０が各々形成されている。図３（ｂ）において、各貫通孔２０の内壁に形成されたＣ型止め部２１に、ダンパー（グロメット、防振ゴムなど）２２が外周に形成された周溝（凹溝）にて各々嵌め込まれている。これらのダンパー２２は、ＤＣブラシレスモータ１０の回転振動がモータケース１４を通じてルーフ駆動装置支持部やルーフ駆動用ケーブル１２に伝達しないように設けられている。

図２（ａ）（ｂ）において、基板ケース１５内に制御基板１８が基板受け部１５ａに重ね合され、重ね合された制御基板１８及び基板ケース１５の上下面がダンパー（グロメット）２３により挟み込まれて制御基板１８が基板ケース１５に組み付けられる。ダンパー２３を装着して制御基板１８及び基板ケース１５を挟みこみ、ダンパー２３の軸孔に止めねじ２４を挿入してモータケース（他のケース）１４との間でねじ止め固定される。ダンパー（グロメット）２３は、円筒状のゴム材の周方向に凹溝が形成され、軸孔にカラー（金属円筒）が嵌め込まれたものが好適に用いられる。

制御基板１８にはコネクタ部２５が接続されており、基板ケース１５に設けられた切欠部より外方へ突設されている。コネクタ部２５は、サンルーフ駆動装置を車両の固定ルーフ内に組み付ける際に、車両側の端子部（図示せず）と結合して電気的に接続される。

尚、基板ケース１５及び制御基板１８のダンパー２２に対応する部位及び後述する出力軸に対応する部位には貫通孔２６が設けられている。サンルーフ駆動装置は、ルーフ駆動用ケーブル１２のねじ止め部にモータケース１４の貫通孔２０を位置合わせして取り付けられる。即ち、基板ケース１５側よりダンパー２２にワッシャーを重ねて、ねじをダンパー２２の軸孔へ挿入してねじ止め部へねじ嵌合することでサンルーフ駆動装置がルーフ駆動用ケーブル１２へ連繋して固定される。また、貫通孔２７は、サンルーフ駆動装置が非常停止した場合、基板ケース１５側より工具を出力軸に嵌合させて出力ギヤを回転させることで、ルーフ駆動用ケーブル１２を移動させてルーフ１３を手動で開閉するために設けられている。

次に、図３及び図４を参照してＤＣブラシレスモータ１０の構成について説明する。図４において、ＤＣブラシレスモータ１０としては、例えば４極６スロットのインナーロータ型の３相ＤＣブラシレスモータが好適に用いられる。ステータコア２８は例えば積層コアが用いられ、径方向内側に向かってステータティース部２９が６カ所に突設されている。各ステータティース部２９にはステータコイル３０が巻き回されている。このステータコア２８に囲まれた空間内にロータ３１が組み込まれている。このような、ロータ径が小さいインナーロータ型のモータを用いることでイナーシャが小さく、回転振動が少ないので静音化を促進するうえにモータの回転バランス取り加工も不要となる。ロータ外周付近に対向して磁極センサ（ホール素子、ホールＩＣ、ＭＲセンサなどの磁電変換素子）３２が３箇所に設けられている。尚、ＤＣブラシレスモータ１０は、４極６スロットに限らず、例えば８極１２スロット等のモータであっても良い。
図３（ａ）において、磁極センサ３２はモータ軸３３と直交して配置されたセンサ基板３４に設けられている。センサ基板３４は、ステータコア２８の端面に間座（例えば図５のインシュレータ４９）を介して突き当てられ、Ｏリング等の弾性体３５がセンサ基板３４と蓋体１７との間で挟み込まれてモ−タケース１４内で固定されている。センサ基板３４は制御基板１８と配線接続され、制御回路に接続されている。

図３（ａ）において、ロータ３１はモータ軸３３がモータケース１４と蓋体１７とで合計３カ所に設けられた軸受部３６にてラジアル方向で軸支されている。モータ軸３３の両端部は、モータケース１４及び蓋体１７に設けられたスラスト受け３７に突き当てられている。ロータ３１は、モータ軸３３の周囲に円筒状のロータマグネット３８が設けられている。ロータマグネット３８は、回転方向でＮ極及びＳ極が交互に着磁されている。ロータマグネット３８は、ラジアル方向にスキュー着磁若しくは正弦波着磁されていても良く、この場合にはモータのトルクリップルやコギングトルクを減らして回転振動を低減することができる。

ＤＣブラシレスモータ１０の減速部１１の構成について説明する。図３（ａ）において、ＤＣブラシレスモータ１０のモータ軸３３は、ステータコア２８を貫通して、一端側がモータケース１４側で軸受部３６にてラジアル方向に軸支されており、他端側は蓋体１７に嵌め込まれた軸受部３６にてラジアル方向に軸支されている。この一端側に延設されたモータ軸３３には、スパイラル状のギヤ溝が形成されたウォーム部３９が形成されている。

図３（ｃ）において、モータケース１４の軸孔１４ａには、出力ギヤ（ピニオンギヤ）４０が一体に形成された出力軸４１が外面側より嵌め込まれる。モータケース１４の内面側には軸孔１４ａの周囲に円筒状のボス部４２が起立形成されており、ボス部４２には減速ギヤ（ウォームギヤ）４３の軸孔が嵌め込まれる。減速ギヤ４３は、内周側をボス部４２に、外周側をモータケース１４に形成されたギヤ収納壁４４に囲まれてモータケース１４内に組み込まれ、モータ軸３３のウォーム部３９と回転方向が直交する位置で噛み合う。
減速ギヤ４３の内周面側には複数箇所で挿入されたダンパー４５がロックプレート４６により一体に組み付けられている。減速ギヤ４３はボス部４２に嵌め込まれ、出力軸４１が軸孔１４ａに嵌め込まれて減速ギヤ４３の側面より突出した軸端側にＣ形止め輪４７が取り付けられて一体に連繋する。

図３（ｃ）において、ケース内で減速ギヤ４３と制御基板１８とが遮蔽材４８を隔てて対向して同室配置されている。具体的にはモータケース１４内に減速ギヤ４３及び該減速ギヤ４３を覆う遮蔽材４８が組み付けられ、基板ケース１５に制御基板１８が固定されている。このモータケース１４と基板ケース１５とを組み付けることで減速ギヤ４３と制御基板１８とが遮蔽材４８を隔てて対向して同室配置される。これにより、制御基板１８を小型化でき、ケースの高さ及び設置面積を減らして装置を小型化できる。

ＤＣブラシレスモータ１０を起動すると、モータ軸３３が所定方向へ回転し、ウォーム部３９と噛み合う減速ギヤ４３により減速されて出力軸４１及び出力ギヤ４０を回転駆動する。これにより、出力ギヤ４０に噛み合うルーフ駆動用ケーブル１２が所定方向へ移動（押し引き駆動）して、ルーフ１３の開閉動作が行われる。

次に、ＤＣブラシレスモータ１０のモータケース１４への組付構造について図３（ａ）及び図５を参照して説明する。図５において、筐体状のモータケース１４の端部には開口部１４ｂが形成されている。この開口部１４ｂに軸受部３６及びスラスト受け３７が一体に嵌め込まれた蓋体（エンドブラケット）１７が装着される。モータケース１４の開口部近傍には、爪係止孔１４ｃが設けられている。また、蓋体１７の側面部１７ａには、弾性変形可能な係止爪１７ｂが形成されている。この係止爪１７ｂは、蓋体１７を開口部１４ｂに嵌め込む際に一旦開口部内側へ弾性変形して嵌め込みが完了すると爪係止孔１４ｃに係止し、いわゆるスナップフィットにより係止固定されるようになっている。このように蓋体１７をモータケース１４にスナップフィットでワンタッチで固定できるので、組立性が極めて良い。

図３（ａ）において、ステータコア２８の軸方向一端面（図面左手側）がケース内壁面１４ｄに突き当てられ軸方向他端面（図面右手側）が開口部１４ｂに蓋体１７が嵌め込まれることで、ステータコア２８が軸方向他端面側から軸方向一端面側に向かって付勢されてモータケース１４内で固定される。具体的には、図５において、ステータコア２８の軸方向他端面側にはインシュレータ４９を介してセンサ基板３４が固定されている。また、センサ基板３４上には弾性体（Ｏリング）３５が設けられており、該弾性体３５を蓋体１７とセンサ基板３４との間で挟み込むように装着される。
このように、ステータコア２８と蓋体１７との間には弾性体３５が挟み込まれているので、該弾性体３５の弾性力によりＤＣブラシレスモータ１０のモータケース１４内での位置決めが行え、あわせてモータの回転振動を弾性体３５が吸収することで低騒音化を図ることができる。

図３（ａ）において、ＤＣブラシレスモータ１０は、ウォーム部３９が形成されたモータ軸３３を先頭にして開口部１４ｂよりモータケース１４内に収納される。そして、ステータコア２８の軸方向一端面（図面左手側）がケース内壁面１４ｄに突き当てられた状態で、センサ基板３４上に弾性体３５を載せて開口部１４ａより蓋体１７をスナップフィットにより嵌め込んで、弾性体３５がステータと蓋体１７との間で挟み込まれてＤＣブラシレスモータ１０がモータケース１４に取付固定される。
このように、ステータが弾性体３５により軸方向一端面側に付勢されてモータケース１４内で固定されるので、ねじ止めなどの固定作業が不要であり組立性が良い。また、ＤＣブラシレスモータ１０がモータケース（樹脂ケース）１４に対して接着剤や熱圧着などにより強固に固着されていないので、熱膨張係数の異なるモータ部品と樹脂ケースとの間に歪みを与えないで位置決め固定されているため、過酷な使用環境であっても樹脂ケースに変形や破損が発生することはない。

本実施例は車両のサンルーフ開閉用のモータ駆動装置について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばサンシェード開閉用のモータ駆動装置に用いても良く、更には家電製品、ＯＡ機器、車両用装置などにおいてアクチュエータを作動させる他のモータ駆動装置に用いてもよい。また、モータとしてはインナーロータ型のＤＣブラシレスモータの他に、ステップモータ等他の電動モータに適用することもできる。

サンルーフ駆動装置のブロック構成図である。 サンルーフ駆動装置を基板ケース側から見た平面図及び正面図である。 サンルーフ駆動装置をモータケース側から見た部分破断図、矢印Ａ−Ａ部分断面図及び矢印Ｂ−Ｂ断面図である。 ３相ＤＣブラシレスモータの説明図である。 モータケースと蓋体との組付構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 電源
２ 電源処理部
３ 電圧監視部
４ ＣＰＵ
５ ルーフ動作制御部
６ 回転磁界発生制御部
７ スイッチ
８ 不揮発性メモリ
９ モータ駆動部
１０ ３相ＤＣブラシレスモータ
１１ 減速部
１２ ルーフ駆動用ケーブル
１３ ルーフ
１４ モータケース
１４ａ 軸孔
１４ｂ 開口部
１４ｃ 爪係止孔
１４ｄ ケース内壁面
１５ 基板ケース
１６ 外装ケース
１７ 蓋体
１７ａ 側面部
１７ｂ 係止爪
１８ 制御基板
１９ ガイドプレート
２０、２６、２７ 貫通孔
２１ Ｃ形止め部
２２、４５ ダンパー
２３ 防振ゴム
２４ 止めねじ
２５ コネクタ部
２８ ステータコア
２９ ステータティース部
３０ コイル
３１ ロータ
３２ 磁極センサ
３３ モータ軸
３４ センサ基板
３５ 弾性体
３６ 軸受部
３７ スラスト受け
３８ ロータマグネット
３９ ウォーム部
４０ 出力ギヤ
４１ 出力軸
４２ ボス部
４３ 減速ギヤ
４４ ギヤ収納壁
４６ ロックプレート
４７ Ｃ形止め輪
４８ 遮蔽材
４９ インシュレータ

Claims (4)

1. ステータティース部にコイルが巻き回されたステータコアに囲まれた空間内に、ロータマグネットを備えたモータ軸がモータケースに回転可能に軸支されたインナーロータ型のモータ駆動装置において、
   モータケース内に開口部よりモータが軸方向に収納されてステータの軸方向一端面がケース内壁面に突き当てられ、開口部に蓋体が嵌め込まれることにより、ステータが軸方向他端面側より軸方向一端面側に向かって付勢されてモータケース内で固定されることを特徴とするモータ駆動装置。
2. ステータの軸方向他端面と蓋体との間には弾性体が挟み込まれていることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 蓋体はモータケースの開口部にスナップフィットにより嵌め込まれることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。
4. モータケースにブラシレスモータが組み付けられることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置。

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