JP2009118614A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型軽量化を図った上で、リード線に作用する引張り応力に耐えることができるとともに、絶縁性を確保することができるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータコアにはコイルが巻装され、コイルの巻き始め端または巻き終わり端と複数のリード線３２の一端とが結線基板を介して接続され、リヤブラケット５には、リード線３２の接合箇所に対応してリード線の他端側を外方へ直接引き出す引き出し孔３４が形成され、引き出し孔３４を跨ぐようにハーネスガイド８０が設けられ、リード線３２の他端側はハーネスガイド８０により折り返されて固定されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、ロータとステータとを有するインナーロータ型ブラシレスモータに関するものである。

一般に、インナーロータ型のブラシレスモータは、ステータケースに内嵌固定されたステータコアと、ステータコアに対して回転自在に設けられたロータとを有しており、その外周部に永久磁石を備えている。このステータコアは径方向内側に突出する複数のティースを備えている。これらティースには、コイルが巻装されている。コイルは、その巻き始め端または巻き終わり端と外方から引き込まれるリード線とが結線基板を介して電気的に接続されることにより給電されるものである。そして、コイルに電流が流れることにより、ロータとステータとの間に吸引又は反発力が生じロータが回転する。

ところで、上述したリード線は結線基板にハンダ等により接合されて外方に引き出され、リード線の引張り方向に応力が作用した場合には、リード線の接合箇所まで応力が伝わり、リード線が結線基板から外れて断線してしまう虞がある。
そこで、例えば、特許文献１に示すように、ステータコアを覆うブラケット内に櫛歯状に形成されたハーネス保持部を設け、このハーネス保持部にリード線を嵌め込むとともに、ブラケット内に熱可塑性樹脂を充填して封止することでリード線の引き抜き耐圧を確保しているものがある。また、リード線をブラケット内に弛ませた状態で這わして外方に引き出し、グロメットを介してプレートで挟持することにより、リード線に引張り方向の応力が作用した場合でも結線基板におけるリード線の接合箇所まで応力が及ばないように余裕をもてるように構成しているものもある。
特開２００３−１９９２７９号公報

近年、ブラシレスモータの更なる小型軽量化が要請されている。
しかしながら、上述のブラシレスモータにあっては、ブラケット内でリード線を保持、あるいは弛ませた状態で這わすことで、リード線を保持することで引張り方向の応力に対応しているため、ブラシレスモータが大型化してしまうという問題がある。
また、万が一リード線が結線基板から外れて外方に抜けてしまった場合には、リード線同士や周りの金属部品等に接触してしまい、短絡してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、装置の小型軽量化を図った上で、リード線に作用する引張り応力に耐えることができるとともに、絶縁性を確保することができるブラシレスモータを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、筒状のステータコア（例えば、実施形態におけるステータコア２ｂ）と、前記ステータコアの開口部を閉塞するブラケット（例えば、実施形態におけるリヤブラケット５）と、前記ステータコアの内側に軸受け（例えば、実施形態における軸受け９，１０）を介して回転自在に支持されるロータ（例えば、実施形態におけるロータ３）とを備えたブラシレスモータ（例えば、実施形態におけるブラシレスモータ１）において、前記ステータコアにはコイル（例えば、実施形態におけるコイル７）が巻装され、前記コイルの巻き始め端または巻き終わり端と複数のリード線（例えば、実施形態におけるリード線３２）の一端とが結線基板（例えば、実施形態における結線基板８）を介して接続され、前記ブラケットには、前記リード線と前記結線基板との接合箇所に対応して前記リード線の他端側を外方へ直接引き出す引き出し孔（例えば、実施形態における引き出し孔３４）が形成され、前記引き出し孔を跨ぐようにハーネスガイド（例えば、実施形態におけるハーネスガイド８０）が設けられ、前記リード線の他端側は前記ハーネスガイドにより折り返されて固定されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記ハーネスガイドは前記ブラケットの稜線を跨ぐように配置されるベース部（例えば、実施形態におけるベース部８１）を備え、このベース部には複数の仕切り板（例えば、実施形態における仕切り板８２）が配列され、隣接する仕切り板間に形成されたスリット（例えば、実施形態におけるスリット８３）内に前記複数のリード線の各々が収容されていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、コイルと結線基板を介して接続されるリード線をブラケット内に引き回さずに直接引き出し孔から引き出すことで、ブラケット内を省スペース化することができる。そして、引き出し孔を跨ぐようにハーネスガイドを設け、このハーネスガイドによりリード線を折り曲げた状態で固定することで、リード線に引張り応力が作用した場合でも、結線基板におけるリード線の接合箇所に応力が及ぶことを防ぐことができる。したがって、装置の小型軽量化を図った上で、リード線に作用する引張り応力に耐えることができる。
請求項２に記載した発明によれば、複数のリード線を仕切り壁間に形成されたスリット内に収容することで、複数のリード線の各々を隔てることができるため、リード線同士が接触することがない。さらに、ベース部がブラケットの稜線を跨ぐように配置されるため、リード線がステータコア等の金属部品に接触することもない。したがって、万が一、結線基板からリード線外れてしまっても、絶縁性を確保することができる。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明において図１の左側を前側（他端側）、図１の右側を後側（一端側）とする。
図１〜４に示すように、本実施形態のブラシレスモータ１は、インナーロータ型のブラシレスモータ１であって、フロントブラケット４とリヤブラケット５とで構成されたケーシング２内に収容された円筒形状のステータコア２ｂと、ステータコア２ｂの内側に回転自在に設けられたロータ３とを備えている。

ステータコア２ｂは、磁性材料の板材を軸方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したりすることで形成されたものであって、筒状の継鉄部１１を備えている。継鉄部１１の内周面には、径方向内側に突出する補極ティース１２が継鉄部１１の周方向に等間隔で６個一体形成されている。

補極ティース１２の根元部１３には、ステータコア２ｂの軸方向に沿って、周方向に等間隔で逃げ溝１６が形成されている。また、継鉄部１１の内周面には、継鉄部１１の軸方向に沿ってあり溝１７が形成されている。このあり溝１７は、隣接する補極ティース１２の中間位置に形成され、径方向内側に向けて開口形成されている。なお、継鉄部１１と補極ティース１２とで本体コア２４が構成されている。

隣接する補極ティース１２間には、コイル７が巻装される分割コア１８が設けられている。この分割コア１８は、継鉄部１１の周方向に等間隔で６個設けられており、補極ティース１２と交互に配されている。

ステータコア２ｂの前側には、その前側を収容するようにフロントブラケット４が設けられている。このフロントブラケット４は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁４３とエンド部（端面）４４とで構成されている。
フロントブラケット４の周壁４３は、厚肉に形成されており、その周縁で内径が拡大した段差部２０が形成されている。そして、ステータコア２ｂの端面が周壁４３の端面に突き当てられるとともに、段差部２０がステータコア２ｂに外嵌されている。

フロントブラケット４の径方向中央には、軸方向外側に向けてボス部４０が形成されている。ボス部４０の径方向中央には、シャフト３ａの他端側を挿通するための挿通孔４２が形成され、この挿通孔４２の軸方向内側は、軸受けハウジング４７として形成されている。

ロータ３は、その両端に段付部１９，２１を有するシャフト３ａに略円筒状のマグネット３ｂが外嵌固定されている。このマグネット３ｂは、周方向に磁極が順番に変わるように着磁してある。シャフト３ａの一端側には、シャフト３ａを回転自在に支持する軸受け９が設けられている。軸受け９は、その内輪側の端面がシャフト３ａの一端側の段付部２１に突き当てられるように圧入されている。

そして、シャフト３ａの他端側は、軸受け９が圧入された状態で軸受けハウジング４７内に収容されるとともに、挿通孔４２に挿通される。また、フロントブラケット４の周縁には、軸方向に沿って切り欠かれた逃げ部３７が形成され、ここに上述した逃げ溝１６に対応してセットボルト孔３９が形成されている。

一方、ステータコア２ｂの後側には、この後側を収容するようにリヤブラケット５が設けられている。このリヤブラケット５は、熱伝達率の高い、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成されたものであって、周壁５０とエンド部（端面）５１とで構成されている。

リヤブラケット５のエンド部５１の径方向中央には、ロータ３の一端を挿通するための挿通孔５３が形成されている。挿通孔５３の軸方向内側には、軸受けハウジング５４が形成されており、ここにシャフト３ａを回転自在に支持する軸受け１０が圧入されている。この軸受け１０は、その外輪側の端面がリヤブラケット５のエンド部５１に突き当てられて圧入される一方、内輪側の端面がシャフト３ａの他端側の段付部１９に突き当てられて圧入されている。

リヤブラケット５の周壁５０の外周面には、径方向外側に張り出すフランジ部２７が形成されている。フランジ部２７には、周方向に沿って複数のボルト孔５９が形成されている。そして、フランジ部２７には、取付ブラケット５７がボルト５８により締結固定されている。この取付ブラケット５７は、周方向に沿って複数の取付片７４を有し、この取付片７４に形成された取付孔２８（図４参照）に図示しないボルトを挿通することで、ブラシレスモータ１が外部装置に固定される。

リヤブラケット５の軸方向内側には、周方向に沿って上述したセットボルト孔３９に対応してセットボルト孔２５が形成されている。そして、セットボルト孔３９からセットボルト４８を挿通して締結することにより、フロントブラケット４及びリヤブラケット５が連結され、それらの相対位置が決定されるとともに、ステータコア２ｂを収容するケーシング２が構成されるようになっている。なお、セットボルト４８の頭部は、逃げ部３７内に収容されることとなり、フロントブラケット４のエンド部４４から突出せず、エンド部４４と面一の状態となる。また、リヤブラケット５の軸方向外側にも、ボルト孔５５が形成されている。

リヤブラケット５の軸方向外側には、カバー３０が設けられている。このカバー３０は、ロータ３のリヤブラケット５側端部、及びこの端部に固定された光学式エンコーダを覆うものである。光学式エンコーダはロータ３の回転角度を検出するために用いられる。カバー３０は、上述したボルト孔５５に対応して形成されたボルト孔５６にボルト３１を挿入することによって締結固定されている。なお、本実施形態におけるブラシレスモータ１のロータ位置検出方法は光学式エンコーダに限らず、磁気式エンコーダ、レゾルバ、ホールＩＣとセンサマグネットによるものでもよく、またセンサレスによる駆動でもよい。

リヤブラケット５の周壁５０の内周側であって、軸受けハウジング５４の外周側には、略円盤形状の結線基板８が設けられている。結線基板８は、コイル７に外部電力を給電するためのものであって、その表面には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した配線パターン７１が積層されている（図３では１層のみを示す）。結線基板８の外周側には、不図示の外部電源から引き回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した３本のリード線３２が接合されており、結線基板８の配線パターン７１を介して分割コア１８に巻装されたコイル７の巻き始め端と巻き終わり端とが電気的に接続されている。結線基板８の径方向内側には、周方向に沿って結線基板８の内径側に開口する複数のＵ字溝４６が形成されている。このＵ字溝４６の深さは、コイル７の引き出し位置に対応するように形成されており、具体的には、深さの異なるＵ字溝４６が交互に形成されている。また、結線基板８の外周部分には、周方向に沿って等間隔に複数（例えば、６箇所）の切り欠き部７３が形成されている。なお、図中３２ａは、リード線３２を束ねて被覆する被覆チューブである。

図１〜３及び図６〜８に示すように、上述した分割コア１８は、コイル７が巻装されるコイルボビン６０と、このコイルボビン６０に装着される分割ティース６１とを備えている。分割ティース６１は、平面視Ｔ字形状の部材であり、その一端には、本体コア２４のあり溝１７と嵌合可能な突部６７が形成されている。

コイルボビン６０は、樹脂等の絶縁性を有する材料からなり、コイル７が巻装される角筒形状の巻線部６２を備えている。コイルボビン６０の中央部には、コイルボビン６０の幅方向（ステータコア２ｂの径方向）に貫通する矩形の装着孔６３が形成されており、ここに分割ティース６１が装着される。

巻線部６２の両周縁には、外側に向けて張り出す内フランジ部６４と外フランジ部６５とが形成されている。
ここで、外フランジ部６５周縁であって、コイルボビン６０の長手方向（ステータコア２ｂの軸方向）に沿う軸心上には、突起部６８が形成されている。この突起部６８は、外フランジ部６５の一部が上方（図７中上方）へ延出した矩形状のものであり、上述した結線基板８の切り欠き部７３に対応して嵌合可能に構成されている。そして、結線基板８は、その表面に配線パターン７１やリード線３２を接合させた後、結線基板８の切り欠き部７３とコイルボビン６０の突起部６８とを嵌合させ、接着剤や熱かしめ等によりコイルボビン６０の周縁に当接させた状態で接続される。

一方、コイルボビン６０の内フランジ部６４周縁の一端側（図７中上部）は、内フランジ部６４の幅方向（ステータコア２ｂの径方向内側）に膨出する拡大部６６が形成されている。この拡大部６６には、コイル７の巻き始め端及び巻き終わり端を各々保持して結線基板８へ導く一対のガイド部６９が形成されている。なお、各ガイド部６９は、一方がコイル７の巻き始め端のガイド部６９ａ、他方がコイル７の巻き終わり端のガイド部６９ｂとなっている。

ガイド部６９ａには、内フランジ部６４の周縁の一部を軸方向に沿って拡大部６６に達するまで切り込むとともに、拡大部６６を凹状に切り込んだ溝部７０が形成されている。この溝部７０は、コイルボビン６０の巻線部６２からコイル７を引き回して結線基板８へ向けて案内するものである。

また、溝部７０内には、この溝部７０内を臨むように延出する平面視矩形状の爪部４５が形成されている。この爪部４５は、溝部７０内に引き回されたコイル７が折り返されることにより保持され結線基板８に導くものであり、その長手方向に沿う一側には折り返されたコイル７を係合させる切り欠き部４９が形成されている。

また、溝部７０の両側は拡大部６６により囲まれており、溝部７０の下方にも拡大部６６を貫通させずに残存させた仕切り壁９１が形成されている。この仕切り壁９１は、コイル７とガイド部６９ａの周囲に配置されるステータコア２ｂ等の金属部品とを隔てている。なお、ガイド部６９ａの構成ついて説明したが、ガイド部６９ｂの構成も同様であるため、説明は省略する。

ところで、両ガイド部６９ａ，６９ｂは、コイルボビン６０の長手方向に沿う軸心から各々異なる距離に配され、軸心に対して左右対称に配されていない。具体的には、巻き始め端側のガイド部６９ａは、コイル７を巻線部６２に無理なく引き回せるように、溝部７０の切り込み位置が巻線部６２における巻き始め位置に対応して配されている。一方、巻き終わり端側のガイド部６９ｂは巻き始め端側のガイド部６９ａに比べコイルボビン６０の軸心寄りに配されている。これは、コイルボビン６０をステータコア２ｂに組み付けた後に、巻き始め端側のガイド部６９ａに引き回されたコイル７と、隣接するコイルボビン６０の巻き終わり端側のガイド部６９ｂに引き回されたコイル７とが接触しないようにするためである。

図１，４〜６に示すように、リヤブラケット５のエンド部５１の外周側（図１における下側）には、エンド部５１と周壁５０の稜線を跨いで引き出し孔３４が形成されている。この引き出し孔３４は、リード線３２と結線基板８との接合箇所に対応して配されており、結線基板８に接合されたリード線３２は軸方向外側へ直接引き出されている。リヤブラケット５の外面側であって、引き出し孔３４の周方向における両側には、リヤブラケット５のエンド部５１側と周壁５０側とに各々一対のビス孔７６，７７が形成された保持部７８が形成されている。

ここで、引き出し孔３４には、両保持部７８間を跨ぐように樹脂等の絶縁材からなるハーネスガイド８０が設けられている。このハーネスガイド８０は、リヤブラケット５の稜線に対応して折れ曲がった断面視Ｌ字状のベース部８１を備えている。ベース部８１の一端は、引き出し孔３４をリード線３２の太さ程度開口させる位置まで配され、他端はリヤブラケット５の周壁５０の外周面に沿ってフランジ部２７に近接する位置まで延出している。

ベース部８１の一端側には、その幅方向に沿って４枚の仕切り板８２が配列されている。この仕切り板８２は、側面視矩形状のものがベース部８１に一体的に形成されたものであり、リヤブラケット５の軸方向外側に延出している。各仕切り板８２の間には、３つのスリット８３が形成されている。これら各スリット８３内には、引き出し孔３４から軸方向外側に引き出された３本のリード線３２の各々が、ベース部８１を伝うように折れ曲がっている。具体的には、ベース部８１の一端側において若干余裕を持った状態でＵ字状（約１８０°）に折り返され、ベース部８１の他端側を沿うように軸方向内側に向かって引き回される。

ハーネスガイド８０における両側の仕切り板８２には、保持部７８に形成されたビス孔７６にビス８４により締め付けられる取付片８５が形成されている。この取付片８５には、丸孔８６が形成されており、この丸孔８６にワッシャーを介してビス８４を挿入して締結することにより、ハーネスガイド８０がリヤブラケット５に固定される。

ベース部８１の他端側には、ベース部８１の他端側を沿うように引き回されたリード線３２を、絶縁シート９０を介して挟持する固定プレート８７が設けられている。この固定プレート８７は、その周縁に面取り加工が施された略長方形状の薄板で、長手方向に沿う両側には保持部７８のビス孔７７に対応してザグリ加工されたビス孔８８が形成されている。このビス孔８８にビス８９を挿入して締結することにより、固定プレート８７がリヤブラケット５に固定される。そして、リード線３２は、固定プレート８７の周縁で９０°下方（図１における下方）に折り曲げられている。この時、ハーネスガイド８０におけるベース部８１の他端側と絶縁シート９０とで挟持されておりリード線３２がリヤブラケット５等の金属部品に接触することはない。

このように、上述の実施形態によれば、コイル７と結線基板８の配線パターン７１を介して接続されるリード線３２を、リヤブラケット５内を引き回さずに引き出し孔３４から軸方向外側へ直接外方に引き出すことで、従来のようにリード線３２をリヤブラケット５内を引き回してから外方へ引き出す場合と比べて、リヤブラケット５内を省スペース化することができる。したがって、ブラシレスモータ１の軸長を短縮することができるため、よりブラシレスモータ１の小型軽量化が可能になる。
そして、リヤブラケット５の引き出し孔３４を跨ぐようにハーネスガイド８０を設け、このハーネスガイド８０を伝うようにリード線３２を余裕を持った状態で折り曲げて固定することで、リード線３２に引張り応力が作用した場合でも、結線基板８におけるリード線３２の接合箇所まで応力が及ぶことを防ぐことができる。したがって、リード線３２に作用する引張り応力にも耐えることができる。

さらに、複数のリード線３２を仕切り壁８２間に形成されたスリット８３内に収容することで、複数のリード線３２を各々を隔てることができる。また、ハーネスガイド８０の断面視Ｌ字状のベース部８１がリヤブラケット５の稜線を跨ぐように配置されるとともに、絶縁シート９０を介して挟持するため、リード線３２がステータコア２ｂ等の金属部品や、リード線３２同士に接触することがない。したがって、万が一結線基板８からリード線３２が外れてしまった場合でも、絶縁性を確保することができる。

加えて、コイルボビン６０の径方向内側にコイル７の巻き始め端または巻き終わり端を保持して結線基板８へ導くガイド部６９ａ，６９ｂを形成することで、従来のようにリード線との導通端子としてピンを設ける場合に比べ、軸方向外側に突出することがないため、コイルボビン６０の軸方向の長さを短縮することができる。つまり、コイルボビン６０を切り込んで形成された溝部７０にコイル７を案内することとなるため、コイルボビン６０の内フランジ部６４及び外フランジ部６５の周縁は面一の状態となる。
さらに、これらガイド部６９ａ，６９ｂにコイル７を引き回して結線基板８のＵ字溝４６に接合することにより、結線基板８はコイルボビン６０の内フランジ部６４及び外フランジ部６５の周縁に当接させた状態で接続されることとなる。これにより、結線基板８の軸方向の取付代を小さくした上で、配線パターン７１を介して外方から引き込まれるリード線３２との電気的導通を確保することができる。
したがって、複雑な加工を要することなくブラシレスモータ１の軸長を短縮することができるため、モータ出力を維持した上で、ブラシレスモータ１の小型軽量化が可能になる。

また、爪部４５の切り欠き部４９によりコイル７を係合することで、ガイド部６９ａ，６９ｂに引き回されたコイル７が抜けることを防ぐことができるため、コイル７の巻き乱れを防ぐことができる。さらに、コイル７が切り欠き部４９に係合されることで、コイル７から結線基板８への引き出し位置が決定されるため、コイル７と結線基板８のＵ字溝４６との位置決めを容易に行うことができ、組み付け性も向上させることができる。

また、外フランジ部６５の周縁に結線基板８の切り欠き部７３と嵌合可能な突起部６８を形成することで、結線基板８とステータコア２ｂとの位置決めを容易に行うことができるため、組み付け性を向上させることができる。すなわち、複雑な加工を要することなくブラシレスモータ１の軸長が短縮でき、出力を維持した上で、装置の小型軽量化が可能になる。

さらに、ガイド部６９ａ，６９ｂの溝部７０の側方が拡大部６６に囲まれるとともに、溝部７０の下方にも拡大部６６を残存させた仕切り壁９１が形成されているため、ガイド部６９ａ，６９ｂは溝部７０の両側方及び下方の三方向が囲まれることとなる。これにより、万が一コイル７が巻き乱れた場合が生じてもコイルボビン６０に配置された金属部品等に接触することを防ぐことができる。したがって、コイル７の絶縁性を確保して、コイル７の短絡やコイル７の損傷を防ぐことができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、本実施形態において、リード線を絶縁シートを介して固定プレートにより固定した場合について説明したが、リード線にグロメットを挿通させ、そのグロメットを介して固定プレートにより固定する構成としてもよい。

また、本実施形態において、ガイド部を溝部と爪部とで構成したが、コイルボビンの軸方向外側に突出しない構成であれば、適宜設計変更が可能である。また、結線基板等に形成されたＵ字溝や各ビス孔等は、丸孔や長孔に形成してもよい。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの断面図である。 ステータコアの斜視図である。 ステータケースを後側から視た平面図である。 リヤブラケットの分解斜視図である。 リヤブラケットの部分斜視図である。 ハーネスガイドの断面図である。 コイルボビンの斜視図である。 図７のＡ部拡大図である。 コイルボビンの平面図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ ２ｂ ステータコア ３ ロータ ５ リヤブラケット（ブラケット） ７ コイル ３２ リード線 ３４ 引き出し孔 ８０ ハーネスガイド ８１ ベース部 ８２ 仕切り壁 ８３ スリット

Claims (2)

1. 筒状のステータコアと、
   前記ステータコアの開口部を閉塞するブラケットと、
   前記ステータコアの内側に軸受けを介して回転自在に支持されるロータとを備えたブラシレスモータにおいて、
   前記ステータコアにはコイルが巻装され、前記コイルの巻き始め端または巻き終わり端と複数のリード線の一端とが結線基板を介して接続され、
   前記ブラケットには、前記リード線と前記結線基板との接合箇所に対応して前記リード線の他端側を外方へ直接引き出す引き出し孔が形成され、前記引き出し孔を跨ぐようにハーネスガイドが設けられ、前記リード線の他端側は前記ハーネスガイドにより折り返されて固定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記ハーネスガイドは前記ブラケットの稜線を跨ぐように配置されるベース部を備え、このベース部から複数の仕切り板が配列され、隣接する仕切り板間に形成されたスリット内に前記複数のリード線の各々が収容されていることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
   
   
   
   
   
   

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