JP2008079469A - モータの端子構造 - Google Patents

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孝将 青木
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Abstract

【課題】ネジ締め付け時等における端子支持部の応力を緩和可能なモータの端子構造を提供する。
【解決手段】外部給電用端子43は金属製の平板部材に形成され、ECUの接続端子にネジ止め固定される。外部給電用端子43の基部43aは、合成樹脂製のブラケットホルダユニット35の端子支持部35aにインサートモールドされている。外部給電用端子43の端子支持部35a近傍両側部には、切欠部55が対向配置されている。外部給電用端子43をネジ止めする際、ネジの軸力が外部給電用端子43に加わり、外部給電用端子43にはそれに対する応力が生じる。この応力は切欠部55に集中し、その分、ネジ締め付け時に端子支持部35aに生じる応力が緩和される。
【選択図】図4

Description

本発明は、モータの端子構造に関し、特に、ブラシレスモータと制御装置とを接続する接続端子の構造に関する。
一般にブラシレスモータでは、ロータの回転位置を検出し、検出したロータ回転位置に基づいて、ステータ側のコイル(ステータコイル)を順次励磁してロータを回転駆動させている。このようなブラシレスモータは、モータ制御用の電子制御ユニット(ECU)と接続され、モータ側からはロータ位置検出信号が送出される一方、ECU側からはステータコイルを励磁するための電力が供給される。近年、製品モジュール化等の観点から、電動パワーステアリング装置(EPS)などでは、ECUをモータと一体化させた構成が多く採用されており、そこでは、図9のように、ブラシレスモータ101(以下、モータ101と略記する)の上方にECU102が載置される。
モータ101側には、外部給電用端子103が相数(ここでは、U,V,Wの3相)に応じて設けられている。図10は、外部給電用端子103の構成を示す説明図である。外部給電用端子103(103U,103V,103W)は、モータ101の内部に配置されたブラケットホルダユニット104に設けられており、合成樹脂にて形成されたブラケットホルダユニット104内にインサート成形されている。モータ101では、ブラケットホルダユニット104をブラケット105に組み付けると、外部給電用端子103がブラケット105の側面から径方向に突出するようになっている。外部給電用端子103の先端部より中央には、ネジ孔106が形成されている。
一方、ECU102側にも、外部給電用端子103に対応して接続端子107(107U,107V,107W)が設けられている。ECU102をモータ101上に取り付けると、接続端子107は、外部給電用端子103と対向する形で配置される。接続端子107にもネジ孔106に対応してネジ孔108が設けられており、外部給電用端子103と接続端子107はネジ部材109によって締結される。これにより、モータ101とECU102が電気的に接続され、モータ101の各相の外部給電用端子103U,103V,103Wに対し、ECU102側から適宜電力が供給され、モータ101がECU102によって駆動制御される。
特開2005-111543号公報
しかしながら、図9のモータ101では、外部給電用端子103をネジ止めにて接続端子107と締結しているため、ネジの締め付けの際、その軸力により、ブラケットホルダユニット104の端子支持部104aに応力が生じる。外部給電用端子103は、合成樹脂製のブラケットホルダユニット104にインサート成形されており、ネジ締め付け時に合成樹脂の端子支持部104aに過大な応力が生じると、端子支持部104aが損傷するおそれがあるという問題があった。
本発明の目的は、ネジ締め付け時等における端子支持部の応力を緩和可能なモータの端子構造を提供することにある。
本発明のモータの端子構造は、モータに設置されその基部が合成樹脂製の端子支持部内に埋設された電気的接続端子の端子構造であって、前記接続端子は、前記端子支持部の近傍位置に形成され、前記接続端子に加わる力によって前記端子支持部に生じる応力を低減させる応力緩和部を有することを特徴とする。
本発明にあっては、接続端子に応力緩和部を設けることにより、例えば、接続端子をネジ止めする場合、ネジ締め付け時における端子支持部の応力が緩和される。このため、ネジの過大な締め付け等により大きな軸力が端子に加わっても、それによる端子支持部の損傷を防止できる。
前記モータの端子構造において、前記応力緩和部として、前記接続端子に切欠部を形成しても良く、例えば、平板状の接続端子の両側部に切欠部を対向配置しても良い。これにより、接続端子に力が加わったとき、切欠部に応力が集中し、端子支持部に生じる応力がその分緩和される。また、前記応力緩和部として、前記接続端子の基部と中央部との間に折曲部を形成しても良い。これにより、接続端子に力が加わったとき、折曲部に曲げ応力が集中的に生じ、端子支持部に生じる応力がその分緩和される。さらに、前記応力緩和部として、前記接続端子の基部に孔を形成したり、前記接続端子の基部に幅方向に沿って溝を形成したり、前記接続端子の基部に板幅変化部を形成したりしても良い。
また、前記接続端子を他の端子とネジ部材にて締結し、その際、前記ネジ部材の軸力によって前記端子支持部に生じる応力を前記応力緩和部にて緩和するようにしても良い。これにより、ネジ部材締め付け時に、ネジの軸力によって端子支持部に生じる応力が緩和される。
さらに、ブラシレスモータの給電用端子に本発明を適用し、前記接続端子をブラシレスモータに設け、前記ブラシレスモータを制御する制御ユニットの接続端子と電気的に接続するようにしても良い。
本発明のモータの端子構造によれば、金属製の平板部材にて形成され、電力又は電気的な信号を入力するためにモータに設置される接続端子にて、その基部を合成樹脂製の端子支持部内に埋設すると共に、端子支持部の近傍位置に、接続端子に加わる力によって端子支持部に生じる応力を緩和する応力緩和部を設けたので、例えば、接続端子をネジ止めする場合にように、接続端子に力が加わったとき、その力によって端子支持部に生じる応力を低減させることが可能となる。このため、過大な力が端子に加わっても、それによる端子支持部の損傷を防止でき、不良品が削減されコスト改善が図られると共に、高温環境下におけるクリープ破壊なども防止することができ、製品信頼性の向上を図ることも可能となる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施例1である端子構造を備えたブラシレスモータの断面図、図2は図1のブラシレスモータの分解斜視図である。図1に示すように、ブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)は、外側にステータ2、内側にロータ3を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ1は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置(EPS)の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ1は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ1の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。
ステータ2は、有底円筒形状のケース4と、ステータコア5、ステータコア5に巻装されたステータコイル6(以下、コイル6と略記する)及びステータコア5に取り付けられるバスバーユニット(端子ユニット)7とから構成されている。ケース4は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、固定ネジ23によってアルミダイキャスト製のブラケット24が取り付けられる。ステータコア5は、複数個の分割コア8からなり、分割コア8を周方向に9個集成した構成となっている。分割コア8は、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ9が取り付けられている。
インシュレータ9の外側にはコイル6が巻装され、ステータコア5の一端側には、コイル6の端部6aが径方向に引き出されている。ステータコア5の一端側には、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形されたバスバーユニット7が取り付けられる。バスバーユニット7の周囲には複数個の給電用端子11が径方向に突設されており、バスバーユニット7の取り付けに際し、コイル端部6aは、この給電用端子11と溶接される。バスバーユニット7では、バスバーはモータ1の相数に対応した個数(ここでは、U相,V相,W相分の3個)設けられており、各コイル6はその相に対応した給電用端子11と電気的に接続される。ステータコア5は、バスバーユニット7を取り付けた後、ケース4内に圧入され、ケース内周面に接着固定される。
ステータ2の内側にはロータ3が挿入されている。ロータ3はロータシャフト21を有しており、ロータシャフト21はベアリング22a,22bによって回転自在に支持されている。ベアリング22aはケース4の底部中央に、ベアリング22bはブラケット24の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト21には、円筒形状のロータコア25が固定されており、その外周には、セグメントタイプのマグネット(永久磁石)26が取り付けられている。ロータシャフト21には合成樹脂製のマグネットホルダ27が外挿されており、マグネット26は、マグネットホルダ27に保持される形でロータコア25の外周に配設される。モータ1では、マグネット26は、周方向に沿って6個配置されており、マグネット26の外側には、有底円筒形状のマグネットカバー28が取り付けられている。
マグネットホルダ27の端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ31のロータ(レゾルバロータ)32が取り付けられている。これに対し、レゾルバ31のステータ(レゾルバステータ)33は、金属製のレゾルバホルダ34内に圧入され、その状態でブラケットホルダユニット35に固定されている。レゾルバステータ33には、ロータ32の回転に伴って出力される信号を伝送するためのセンサハーネス36が固定されている。センサハーネス36はステータ33の端子部33aに溶接され、端子部33aの部分には合成樹脂製のインシュレータ37が取り付けられる。センサハーネス36は、ブラケット24とブラケットホルダユニット35との間を周方向に沿って引き回され、ゴムグロメット38を介してブラケット24の外周部から装置外へと引き出される。
モータ1では、レゾルバホルダ34は有底円筒形状に形成されており、ブラケットホルダユニット35の中央部に挿入装着される。一方、フランジ部34aが形成された開口側端部は、ブラケット24に設けられたリブ39の端部外周に軽圧入される。リブ39は、ブラケット24の中央部に、軸方向に向かって円筒形状に突設されており、その内側には、ロータシャフト21を支持するベアリング22bが固定されている。従って、リブ39にレゾルバホルダ34を軽圧入することにより、レゾルバステータ33がロータシャフト21と同心状に取り付けられ、レゾルバ31のステータ33とロータ32の芯精度が向上し、ロータ位置検出精度の向上が図られる。
ブラケットホルダユニット35は合成樹脂にて形成されており、金属製の雌ネジ部41がインサート成形されている。雌ネジ部41には、ブラケット24に設けられたレゾルバ固定孔48bから取付ネジ42がねじ込まれ、これにより、レゾルバホルダ34がブラケット24の内側に固定される。なお、レゾルバホルダ34のフランジ部34aに形成された取付孔34bは、周方向に延びる長孔となっており、レゾルバホルダ34の位置を周方向に微調整できるようになっている。ブラケットホルダユニット35にはまた、金属製の平板部材に形成された外部給電用端子43が3個インサートモールドされている。外部給電用端子43はU,V,Wの各相ごとに設けられており(43U,43V,43W)、それぞれに設けられたネジ孔56を用いて、図示しないECUの接続端子にネジ固定される(図9参照)。
図3はモータ1の正面図、図4は外部給電用端子43の構成を示す説明図である。なお、図3は、モータ1を図1の左方向から見た構成を示している。図3,4に示すように、外部給電用端子43は、基部43aがブラケットホルダユニット35の端子支持部35aに埋設される形で突設されており、ブラケットホルダユニット35をブラケット24に組み付けると、ブラケット24の側面から径方向に突出する。前述のように、従来の端子構造では、その際、ネジ締め付け時の軸力により、端子支持部35aに応力が生じ、それが過大となると端子支持部35aが損傷するおそれがある。これに対し、本発明による端子構造では、外部給電用端子43に切欠部55が設けられており、この切欠部55により、端子支持部35aに生じる応力が緩和されるようになっている。
切欠部55は、外部給電用端子43の両側部に設けられており、ここでは、互いに対向する位置に形成されている。当該モータ1では、切欠部55は、外部給電用端子43の端子支持部35a近傍、すなわち、基端Pから、端子板厚tの1〜4倍程度、好ましくは1.5〜2.5倍程度の位置Q(切欠部中心)に設けられている。また、切欠部55は、半円形状に形成されており、その半径Rは端子板厚tの1〜3倍程度、好ましくは1.5〜2.5倍程度に形成されている。なお、外部給電用端子43は、板厚1.2mm、幅10mm、長さ22mmに形成されている。
切欠部55には、ネジ締め付け時に端子平面と略垂直方向から外部給電用端子43に荷重が加わると、いわゆるノッチ効果により、そこに応力が集中する。通常、このような応力集中を避けるため、切欠部55のような凹部は避けるのが一般的であるが、ここでは、この応力集中を逆手に取り、ネジ締め付け時の応力をそこに集中させる。これにより、ネジ締め付け時に基部43aに生じる応力が減少し、それに対応して端子支持部35aに生じる応力も低減する。
このため、ネジ締め付け時における端子支持部35aの応力が緩和され、ネジの過大な締め付け等により大きな軸力が端子に加わっても、それによる端子支持部35aの損傷を防止することが可能となる。従って、不良品削減によるコスト改善と共に、高温環境下におけるクリープ破壊なども防止でき製品信頼性の向上も図られる。なお、切欠部55への応力集中により、外部給電用端子43自体が損傷しないように、切欠部55の寸法や位置、外部給電用端子43の板厚や板幅等を考慮することは言うまでもない。
各外部給電用端子43(43U,43V,43W)は、ブラケットホルダユニット35内に設けられた接続端子44(44U,44V,44W)と電気的に接続されている。各接続端子44は、ブラケットホルダユニット35の本体部45から軸方向に向かって突設されており、バスバーユニット7に設けられたバスバー端子46(46U,46V,46W)と溶接される。バスバー端子46もまた、バスバーユニット7の本体部47から軸方向に向かって突設されており、モータ1を組み付けると、バスバー端子46と接続端子44が並列に対向するようになっている。モータ1では、ケース4にブラケット24を取り付けた後、バスバー端子46と接続端子44を溶接固定する。ブラケット24にはそのための溶接作業孔48aが形成されおり、溶接作業孔48aには、溶接工程後にブラケットキャップ49が取り付けられる。
このようなモータ1は次のように組み付けられる。まず、ステータ2やロータ3、ブラケットアッセンブリ51を個々に組み付ける。この場合、ブラケットアッセンブリ51は、ベアリング22bを組み込んだブラケット24と、レゾルバステータ33関係の部品を組み付けたブラケットホルダユニット35とを一体化し、タッピンネジ52にて固定したアッセンブリ品である。ステータ2は、コイル6を巻装したステータコア5にバスバーユニット7を取り付け、給電用端子11とコイル端部6aを溶接したものをケース4内に収容固定したアッセンブリ品である。また、ロータ3は、ロータシャフト21にロータコア25を固定し、マグネットホルダ27を取り付けた後、マグネット26を圧入しマグネットカバー28を装着すると共に、マグネットホルダ27にレゾルバロータ32を圧入固定したアッセンブリ品である。
このようなアッセンブリ品をそれぞれ組み立てた後、ロータ3をブラケットアッセンブリ51に取り付け、そこにステータ2を外装して固定ネジ23にてケース4とブラケット24を締結する。次に、溶接作業孔48aを介して、バスバー端子46と接続端子44を溶接固定する。この状態にてモータ抵抗や絶縁チェック等を行い、その後、レゾルバ31の原点調整を行う。原点調整は、長孔の取付孔34bを利用して、レゾルバホルダ34の位置をブラケット24の外側から周方向に微調整して実施される。ブラケット24にはレゾルバ調整孔48cが形成されており、原点調整は、このレゾルバ調整孔48cから行われる。その際、レゾルバ調整孔48cには図示しない調整用治具が挿入され、レゾルバホルダ34の位置が取付孔34bを利用して周方向に微調整され、レゾルバ31の原点が調整される。
原点調整した後、ブラケット24の外側からレゾルバ固定孔48bを介して取付ネジ42を挿入し、雌ネジ部41に螺入固定する。これにより、レゾルバホルダ34のフランジ部34aが、ブラケット24とブラケットホルダユニット35との間に挟まれる形で固定される。取付ネジ42を締め付けた後、ブラケットキャップ49を取り付ける。これにてモータ1の組み付け作業は完了し、その後、各種特性チェック等が行われ、完成品となる。
次に、本発明の実施例2である端子構造について説明する。以下の実施例の端子構造が採用されるブラシレスモータは、図1のモータ1と外部給電用端子の構成のみを異にしており、その他の構成は前述のモータ1と同様である。従って、以下の実施例では、実施例1と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
図5は、本発明の実施例2である端子構造を採用した外部給電用端子61の構成を示す説明図であり、(a)はその正面図、(b)は(a)の右側面図である。図5に示すように、外部給電用端子61には、先の切欠部55に代えて、折曲部62が設けられている。折曲部62は、端子支持部35aからの延びる基端部61aと、外部給電用端子61の中央部61bとの間に形成されている。外部給電用端子61は、基端部61aから、折曲部62によって中央部61bへと一段下がる形となり、さらに外端部61c側へと延びている。折曲部62は、図5(b)に示すように、端子支持部35aからL1(端子幅Bの1/4〜3/4程度)の位置に設けられており、高さ方向の寸法hが板厚tの0.5〜2倍程度、好ましくは、1〜1.5倍程度に、長さ方向の寸法L2が端子幅Bの1/4〜3/4、好ましくは1/3〜2/3程度に形成されている。
このような折曲部62を設けると、ネジ締め付けによる軸力(図5(b)に矢示)が加わったとき、折曲部62に曲げ応力が集中的に生じ、その分、端子支持部35aに生じる応力が低減する。すわわち、ネジ締め付け時における端子支持部35aの応力が緩和され、端子支持部35aの損傷を防止することが可能となる。
図6は、本発明の実施例3である端子構造を採用した外部給電用端子63の構成を示す説明図である。図6の外部給電用端子63では、端子支持部35a近傍(実施例1の切欠部55とほぼ同様の位置、以下同様)に、板厚tの1〜4倍程度の径の孔64が貫通形成されている。このような孔64を設けると、ネジ締め付けによる軸力が加わったとき、孔64に応力集中が生じ、その分、端子支持部35aに生じる応力が低減し、端子支持部35aの損傷防止が図られる。
図7は、本発明の実施例4である端子構造を採用した外部給電用端子65の構成を示す説明図である。図7の外部給電用端子65では、端子支持部35a近傍に、凹溝66がプレス加工にて形成されている。凹溝66は、半径が板厚の2/3程度の略半円形状断面に形成されており、幅方向に沿って延びている。このような凹溝66の場合も、ネジ締め付け時に曲げ応力がそこに集中し、端子支持部35aの応力低減を図ることが可能となる。
図8は、本発明の実施例5である端子構造を採用した外部給電用端子67の構成を示す説明図である。図8の外部給電用端子67では、外部給電用端子67の板幅が端子支持部35a側と先端部側とで異なっている。すなわち、端子支持部35aから寸法L3(端子幅Bの1/4〜3/4程度)までは板幅B1(=B)の太幅部68となっており、板幅変化部69を挟んでそれより先端部側は、板幅B2(=B×1/2〜3/4程度)の細幅部71となっている。このように板幅を変えることにより、板幅変化部69にネジ締め付け時の曲げ応力が集中する。これにより、前述同様、端子支持部35aの応力が低減され、端子支持部35aの損傷防止が図られる。
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、応力緩和部として、切欠部55や折曲部62を設けた例を示したが、応力緩和部の形態はこれらには限定されず、例えば、孔を複数個設けたり、板厚を変えたりするなどの対応も可能である。また、切欠部55の形状も前述の例には限られず、例えば、切欠部55の形状を三角形などにすることも可能である。さらに、外部給電用端子43や切欠部55、折曲部62などの寸法はあくまでも一例であり、本発明がその寸法に限定されないのは言うまでもない。
さらに、前述の実施例では、コラムアシスト式のEPSに使用されるブラシレスモータを示したが、他の方式のEPS用モータにも本発明は適用可能である。また、EPSや各種車載電動品用のモータ以外にも広くブラシレスモータ一般にも適用可能であり、さらに、ブラシ付モータや電気機器にも適用可能である。
本発明の実施例1である端子構造を備えたブラシレスモータの断面図である。 図1のブラシレスモータの分解斜視図である。 図1のブラシレスモータを左方向から見た構成を示している。 本発明の実施例1である端子構造を採用した外部給電用端子の構成を示す説明図である。 本発明の実施例2である端子構造を採用した外部給電用端子の構成を示す説明図であり、(a)はその正面図、(b)は(a)の右側面図である。 本発明の実施例3である端子構造を採用した外部給電用端子の構成を示す説明図である。 本発明の実施例4である端子構造を採用した外部給電用端子の構成を示す説明図である。 本発明の実施例5である端子構造を採用した外部給電用端子の構成を示す説明図である。 ECUをモータと一体化させたブラシレスモータユニットの構成を示す説明図である。 図9のブラシレスモータにおける外部給電用端子の構成を示す説明図である。
符号の説明
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
3 ロータ
4 ケース
5 ステータコア
6 ステータコイル
6a コイル端部
7 バスバーユニット
8 分割コア
9 インシュレータ
11 給電用端子
21 ロータシャフト
22a,22b ベアリング
23 固定ネジ
24 ブラケット
25 ロータコア
26 マグネット
27 マグネットホルダ
28 マグネットカバー
31 レゾルバ
32 ロータ
33 ステータ
33a 端子部
34 レゾルバホルダ
34a フランジ部
34b 取付孔
35 ブラケットホルダユニット
35a 端子支持部
36 センサハーネス
37 インシュレータ
38 ゴムグロメット
39 リブ
41 雌ネジ部
42 取付ネジ
43 外部給電用端子
43a 基部
44 接続端子
45 本体部
46 バスバー端子
47 本体部
48a 溶接作業孔
48b レゾルバ固定孔
48c レゾルバ調整孔
49 ブラケットキャップ
51 ブラケットアッセンブリ
52 タッピンネジ
55 切欠部
56 ネジ孔
61 外部給電用端子
61a 基端部
61b 中央部
61c 外端部
62 折曲部
63 外部給電用端子
64 孔
65 外部給電用端子
66 凹溝
67 外部給電用端子
68 太幅部
69 板幅変化部
71 細幅部
101 ブラシレスモータ
102 ECU
103 外部給電用端子
104 ブラケットホルダユニット
104a 端子支持部
105 ブラケット
106 ネジ孔
107 接続端子
108 ネジ孔
109 ネジ部材
P 基端
Q 切欠部中心位置
R 切欠部半径
t 端子板厚
h 折曲部高さ
L1 折曲部位置寸法
L2 折曲部長
L3 板幅変化部位置寸法
B 端子幅
B1 太幅部板幅
B2 細幅部板幅

Claims (8)

  1. モータに設置され、その基部が合成樹脂製の端子支持部内に埋設された電気的接続端子の端子構造であって、
    前記接続端子は、前記端子支持部の近傍位置に形成され、前記接続端子に加わる力によって前記端子支持部に生じる応力を低減させる応力緩和部を有することを特徴とするモータの端子構造。
  2. 請求項1記載のモータの端子構造において、前記応力緩和部は、前記接続端子に形成された切欠部であることを特徴とするモータの端子構造。
  3. 請求項1記載のモータの端子構造において、前記応力緩和部は、前記接続端子の基部と中央部との間に形成された折曲部であることを特徴とするモータの端子構造。
  4. 請求項1記載のモータの端子構造において、前記応力緩和部は、前記接続端子の基部に形成された孔であることを特徴とするモータの端子構造。
  5. 請求項1記載のモータの端子構造において、前記応力緩和部は、前記接続端子の基部に幅方向に沿って形成された溝であることを特徴とするモータの端子構造。
  6. 請求項1記載のモータの端子構造において、前記応力緩和部は、前記接続端子の基部に形成された板幅変化部であることを特徴とするモータの端子構造。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載のモータの端子構造において、前記接続端子は他の端子とネジ部材にて締結され、前記応力緩和部は、前記ネジ部材の軸力によって前記端子支持部に生じる応力を緩和することを特徴とするモータの端子構造。
  8. 請求項1〜7の何れか1項に記載のモータの端子構造において、前記接続端子はブラシレスモータの給電用端子であり、前記ブラシレスモータを制御する制御ユニットの接続端子と電気的に接続されることを特徴とするモータの端子構造。
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