JP2008079470A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータに使用されるロータ回転位置検出手段のリード線接続端子の絶縁性向上を図る。
【解決手段】ステータ２と、ステータ２に対し回転自在に配設されたロータ３と、ロータ３の回転位置を検出するレゾルバ３１とを有するブラシレスモータ１にて、レゾルバステータ３３のリード線接続端子５５に、合成樹脂にて形成され、接続端子５５を個別に収容可能な端子収容室５７を備えたインシュレータ３７を装着する。インシュレータ３７は、中空状の筐体部５６と、筐体部５６内に形成され隔壁５８によって隔離された複数個の端子収容室５７を備えた格子状の構成となっている。インシュレータ３７をレゾルバステータ３３の端子部３３ａに装着すると、各接続端子５５は、互いに隔絶・絶縁された状態で端子収容室５７内に１個ずつ収容される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、ブラシレスモータにおけるロータ位置検出装置の端子間絶縁構造に関する。

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。ロータの回転位置検出には、従来より、エンコーダやホールＩＣ、レゾルバ等を用いたセンサ装置が使用されており、センサ装置にはリード線が接続され、モータ外部にロータ位置検出信号を出力している。これらのセンサ装置のうち、高温や振動環境下に強く、構造がシンプルで故障にくいことから、近年、レゾルバを使用したブラシレスモータが増加しており、車載用のモータ、特に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）への使用が増大している。

通常、レゾルバは、レゾルバステータとレゾルバロータとから構成され、ステータ側にはコイルが巻装されている。図６は、レゾルバステータ101の構成を示す説明図である。図６に示すように、レゾルバステータ101には、環状の本体部102の内面に、内方へ向けて突出する複数の磁極103が所定間隔で形成されている。磁極103には、励磁コイルと検出コイルとからなるステータ巻線104が巻装されている。本体部102の図中上端部には端子保持部105が設けられており、端子保持部105には、リード線接続端子106が一体成形されている。リード線接続端子106には亜鉛メッキ処理が施されており、その内端部（本体部102側の端部）には、ステータ巻線104の端部が接続されている。

一方、レゾルバロータ（図示せず）は磁性体にて形成され、モータのロータシャフトに固定されている。このようなレゾルバでは、ステータ巻線104の励磁コイルに高周波信号を付与すると、モータのロータ回転位置に応じてステータ巻線104の検出コイルに流れる信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、モータロータの回転位置が検出される。その際、レゾルバステータ101からの検出信号は、リード線接続端子106に溶接固定されたセンサリード線を介して、モータ外に設けられた図示しない制御装置に送信される。
特開2005-184952号公報 特開2005-210837号公報

しかしながら、図６のレゾルバステータ101では、リード線接続端子106の間隔が狭いため、メッキ処理された端子にウィスカが発生すると、それが他の端子に接触し、端子間の絶縁が確保できない恐れがある。一般に、電気亜鉛メッキ処理の際に光沢剤を添加すると、金属の内部に応力が封じ込められ、処理後ある期間が経過すると、この応力が亜鉛を垂直に押し出し、太さ約２μm、長さ２〜３mmのウィスカと呼ばれる微小なヒゲ状の結晶が生じる。このため、モータが高温状態に置かれると、メッキ部分からこのようなウィスカが発生する場合があり、それが他の端子に接触するとロータの回転位置検出に支障が生じるおそれがある。また、何らかの導体が端子部分に接触した場合、各端子間、あるいは、端子と他の部品との間の絶縁性に問題が生じるおそれがある。

特に、近年、モータの高出力小型化が求められ、モータ内部のレイアウトが非常に厳しくなっており、ブラシレスモータのように、ロータ位置検出用のセンサを必要とするモータではレイアウトにはほとんど余裕がない。そのため、レゾルバステータのように複数の入出力端子を有する部品では、レイアウト上の問題から、各端子の間隔がかなり狭くなることが多く、ウィスカや異物等に対するリード線接続端子の電気的な絶縁性の確保が大きな問題となっていた。

一方、図６のレゾルバステータ101にあっては、センサリード線が外部などから引っ張られた場合、センサリード線が他のセンサリード線やリード線接続端子106と接触し、導通不良が生じる可能性があるという問題があった。また、センサリード線が引っ張られると、引張力により溶接固定した部分に応力が加わり、溶接固定部が損傷を受ける恐れがあるという問題もあった。

本発明の目的は、ブラシレスモータに使用されるロータ回転位置検出手段のリード線接続端子の絶縁性向上を図ることにある。また、本発明の他の目的は、リード線接続端子の溶接固定部の損傷を防止することにある。

本発明のブラシレスモータは、ステータと、前記ステータに対し回転自在に配設されたロータと、前記ロータの回転位置を検出するロータ回転位置検出手段とを有してなるブラシレスモータであって、前記ロータ回転位置検出手段のリード線接続端子に、絶縁素材にて形成され、前記接続端子を個別に収容可能な端子収容部を備えてなる被覆部材を装着したことを特徴とするブラシレスモータ。

本発明にあっては、ロータ回転位置検出手段のリード線接続端子に絶縁素材にて形成された被覆部材を装着し、接続端子を被覆部材の端子収容部に個別に収容することにより、各接続端子を物理的に隔絶した状態とすることができる。このため、リード線接続端子にウィスカが発生したり、何らかの導体が端子に接触したりしても、端子間や端子と他の部品との間の絶縁性が損なわれず、接続端子の電気的絶縁性が確保される。

前記ブラシレスモータにおいて、前記被覆部材を、中空状の筐体部と、前記筐体部内に形成され隔壁によって隔離された複数個の端子収容室を有する構成としても良い。この場合、リード線が外部などから引っ張られても、リード線はまず隔壁部に接触し、引張力はリード線と接続端子との接続部に直接加わらない。このため、接続部に過大な応力が生じず、引張力による接続部の損傷を防止できる。また、前記被覆部材を前記リード線接続端子に装着したとき、各リード線接続端子は、互いに隔絶された状態で前記端子収容部内に１個ずつ収容されるようにしても良い。

さらに、前記ロータ回転位置検出手段としてレゾルバを用いても良く、この場合、前記ブラシレスモータに、前記ロータのシャフトに取り付けられ、前記ロータと共に回転するレゾルバロータと、前記レゾルバロータの外側に配置され、前記レゾルバロータの回転に伴って出力信号の位相が変化する検出コイルを備えたレゾルバステータとをさらに設け、前記被覆部材を前記レゾルバステータのリード線接続端子に装着するようにしても良い。

本発明のブラシレスモータによれば、ステータと、ステータに対し回転自在に配設されたロータと、ロータの回転位置を検出するロータ回転位置検出手段とを有してなるブラシレスモータにて、ロータ回転位置検出手段のリード線接続端子に、絶縁素材にて形成され、接続端子を個別に収容可能な端子収容部を備えた被覆部材を装着するようにしたので、各接続端子を物理的に隔絶した状態とすると共に、電気的にも互いに絶縁された状態にすることができる。従って、接続端子にウィスカが発生したり、何らかの導体が端子に接触したりしても、端子間や端子と他の部品との間の絶縁性が損なわれず、接続端子の絶縁性が確保され、ロータ回転位置検出に支障が生じるのを防止することが可能となる。

また、被覆部材を、中空状の筐体部と、筐体部内に形成され隔壁によって隔離された複数個の端子収容室とを備えた構成としたことにより、リード線が引っ張られた場合、リード線はまず隔壁部に接触するので、引張力がリード線と接続端子との接続部に直接加わるのを防止することができる。このため、引っ張りによってリード線接続部に過大な応力が生じることがなく、引張力によって接続部が損傷を受けるのを防止することが可能となる。

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は本発明の一実施例である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、ロータ回転位置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、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。

図３は、レゾルバステータ３３の構成を示す斜視図である。図３に示すように、レゾルバステータ３３には、複数個（ここでは、６個）のリード線接続端子５５（以下、接続端子５５と略記する）が配された端子部３３ａが設けられている。各接続端子５５には、センサハーネス３６のセンサリード線３６ａが溶接固定され、レゾルバステータ３３とセンサハーネス３６が電気的に接続される。端子部３３ａの外側には、センサリード線３６ａが接続された状態で、合成樹脂製のインシュレータ３７（被覆部材）が取り付けられる。図４はインシュレータ３７の構成を示す斜視図、図５(a)はインシュレータ３７の平面図、(b)は正面図、(c)は(a)のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線に沿った断面図、(d)は(b)のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

インシュレータ３７は、略直方体形状に形成された中空状の筐体部５６と、筐体部５６内に形成された複数個の端子収容室（端子収容部）５７を備えた格子状の構成となっている。端子収容室５７は、接続端子５５に合わせて、インシュレータ３７内に６個形成されており、各端子収容室５７は隔壁５８によって隔離されている。端子収容室５７は、インシュレータ３７の正面側から背面側まで貫通形成されており、インシュレータ３７を端子部３３ａに取り付けると、各接続端子５５が個別に各端子収容室５７内に収容されるようになっている。また、インシュレータ３７の上下面正面側には、嵌合孔５９が形成されている。これに対し、端子部３３ａの基部に設けられた端子保持部６１の上下面には、嵌合突起６２（下面側は図示せず）が突設されている。インシュレータ３７を端子部３３ａに取り付ける際には、この嵌合突起６２を嵌合孔５９に嵌め込むことにより、両者は抜け止めされて固定される。

このように、当該モータ１では、レゾルバステータ３３の端子部３３ａにインシュレータ３７を取り付け、各接続端子５５を隔壁５８によって隔絶しつつインシュレータ３７内に収容する。これにより、各接続端子５５は、隔壁５８にて物理的に隔絶されると共に、電気的にも互いに絶縁された状態で端子収容室５７内に配置される。また、モータ１では、接続端子５５がインシュレータ３７によって覆われる形となるため、接続端子５５は外部に露出しない状態でインシュレータ３７内に格納される。従って、接続端子５５にウィスカが発生したり、何らかの導体が接続端子５５に接触したりしても、接続端子５５間や接続端子５５と他の部品との間の絶縁性が損なわれない。すなわち、インシュレータ３７により、接続端子５５の絶縁性が確保される。このため、接続端子５５の絶縁不良により、ロータ回転位置検出に支障が生じるのを防止することができ、モータの信頼性向上を図ることが可能となる。

また、センサリード線３６ａが外部から引っ張られるなどして、延伸方向に引張力を受けた場合、センサリード線３６ａはまず隔壁５８（端部のリード線は筐体部５６の側壁）に接触し、この引張力は、接続端子５５とセンサリード線３６ａとの溶接固定部には直接加わらない。従って、センサリード線３６ａと端子部３３ａとの溶接部に、引張力による過大な応力が生じることがない。このため、外からの引っ張りによってリード線接続部が破損してしまうことを防止でき、この点においても製品信頼性の向上が図られる。

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。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、外部給電用端子４３が３個設けられている。外部給電用端子４３はＵ,Ｖ,Ｗの各相ごとに設けられ、ブラケットホルダユニット３５をブラケット２４に組み付けたとき、外部給電用端子４３は、ブラケット２４の側面から径方向に突出するよう設けられている。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。

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、絶縁物のひとつである合成樹脂にてインシュレータ３７を形成した例を示したが、インシュレータの素材は合成樹脂には限定されず、例えばセラミックなど、他の絶縁性の高い物質も使用可能である。また、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。さらに、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る。

本発明の一実施例である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。 レゾルバステータの構成を示す斜視図である。 インシュレータの構成を示す斜視図である。 (a)はインシュレータの平面図、(b)は正面図、(c)は(a)のＡ−Ａ線，Ｂ−Ｂ線に沿った断面図、(d)は(b)のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 レゾルバステータの一般的な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（ロータ回転位置検出手段）
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
３６ センサハーネス
３６ａ センサリード線
３７ インシュレータ（被覆部材）
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
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 リード線接続端子
５６ 筐体部
５７ 端子収容室（端子収容部）
５８ 隔壁
５９ 嵌合孔
６１ 端子保持部
６２ 嵌合突起
101 レゾルバステータ
102 本体部
103 磁極
104 ステータ巻線
105 端子保持部
106 リード線接続端子

Claims (4)

1. ステータと、前記ステータに対し回転自在に配設されたロータと、前記ロータの回転位置を検出するロータ回転位置検出手段とを有してなるブラシレスモータであって、
   前記ロータ回転位置検出手段のリード線接続端子に、絶縁素材にて形成され、前記接続端子を個別に収容可能な端子収容部を備えてなる被覆部材を装着したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記被覆部材は、中空状の筐体部と、前記筐体部内に形成され隔壁によって隔離された複数個の端子収容室を有することを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２記載のブラシレスモータにおいて、前記被覆部材を前記リード線接続端子に装着したとき、各リード線接続端子は、互いに隔絶された状態で前記端子収容部内に１個ずつ収容されることを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータ回転位置検出手段がレゾルバであり、前記ブラシレスモータはさらに、前記ロータのシャフトに取り付けられ、前記ロータと共に回転するレゾルバロータと、前記レゾルバロータの外側に配置され、前記レゾルバロータの回転に伴って出力信号の位相が変化する検出コイルを備えたレゾルバステータとを有し、前記被覆部材は、前記レゾルバステータのリード線接続端子に装着されることを特徴とするブラシレスモータ。

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