JP2009033968A - ブラシレス直流電動機 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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２３（この例では、４つ）を有している。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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３８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。

本発明の１つの面においては、そして図１２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３７’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。

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。

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。

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１に示す電動機の部分切除図である。 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。 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３に示すコンテナの下方からの斜視図である。 電動機の前側絶縁体の斜視図である。 電動機の回転子の斜視図である。 図７に示す回転子の部分切除図である。 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。 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。 別の変更された回転子ラミネーションの平面図である。 代替固定子の部分斜視図である。 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

Claims (7)

1. ブラシレス直流電動機であって、巻線型固定子（１３）と、永久磁石回転子（１１）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ようになっており、さらに上記オーバーモールディングは、上記ラミネートされたコア（２７）の軸端に上記センサに隣接して設けられた一体リング３４を含むことを特徴とするブラシレス直流電動機。
2. 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１に記載の電動機。
3. 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１または請求項２に記載の電動機。
4. 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１乃至３の何れか１つに記載の電動機。
5. 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４に記載の電動機。
6. 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１乃至５の何れか１つに記載の電動機。
7. 上記電動機の一方の端にスリーブ（１５）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６の何れか１つに記載の電動機。

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