JP2010213451A - モータおよびモータ組込用回路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板を内蔵したモータにおいて、従来の技術に比較して内蔵する回路基板の面積をより大きく確保する。
【解決手段】３枚の回路基板をコネクタケーブルで接続し、保持部材１１６を用いて、略三角柱状の回路基板部１１０とする。この三角柱状の回路基板部１１０をモータ１００のハウジング内に収めた構造とする。これにより、限られたスペースを有効に利用してモータ内に収められた回路の面積を確保する。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータ内部に回路基板を内蔵したモータおよびこのモータに組み込むのに適したモータ組込用回路装置に関する。

従来、モータに回路基板を内蔵する場合、ロータの径方向（回転軸に垂直な方向）に沿って基板面が配置される（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−２８８９５９号公報（図１）

回転軸に垂直な方向に沿って回路基板を配置した場合、モータハウジングの内径に回路基板の幅が制限される。このため、回路基板の大きさが制限され、回路構成、回路を構成する部品の数や大きさが制限される。この傾向は、小型モータの場合に特に顕著になる。

そこで本発明は、回路基板を内蔵したモータにおいて、従来の技術に比較して内蔵する回路基板の面積をより大きく確保することができる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、モータハウジングと、前記モータハウジングの内側に配置されたロータと、前記モータハウジングの内側に配置され、前記ロータを駆動する複数の駆動コイルと、前記モータハウジングの内側に配置され、前記複数の駆動コイルに接続された回路部と、前記ロータの軸方向に沿った複数の異なる方向の基板面を有し、前記回路部が形成された回路基板部とを備えることを特徴とするモータである。

請求項１に記載の発明において、基板面の方向は、基板面に垂直な方向として定義される。そして、異なる方向の基板面を有するというのは、この基板面に垂直な方向が複数存在していることをいう。例えば、３枚の平板状の基板を三角柱状に組み合わせた構造とした場合、異なる３方向の基板面を有した回路基板部の構造となる。また、複数の異なる方向には、数の制限はない。よって、曲面状の基板構造も含まれる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回路基板部は、面の向きが互いに異なる複数の回路基板を含み、前記複数の回路基板は、１または複数の結合部材によって電気的に結合された構造を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記１または複数の結合部材は、コネクタケーブルまたはフレキシブル基板であることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、前記複数の回路基板のそれぞれは、前記ロータの回転位置を検出する検出素子を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の回路基板は３枚の回路基板であり、該３枚の回路基板は略三角柱状に配置されることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記複数の回路基板の中の隣接する２つの回路基板と、この２つの回路基板を電気的に接合する前記結合部材とに接触し、前記複数の回路基板の結合状態を保持する保持部材を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回路基板部は、柔軟性を有する素材から構成された回路基板を前記軸方向の回りに沿って折り曲げた形状または湾曲させた形状を有することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、面の向きが互いに異なる複数の回路基板と、前記複数の回路基板を予め決められた位置関係で立体的に保持する保持部材と、前記複数の回路基板の隣接する回路基板を電気的に結合する結合部材とを備えることを特徴とするモータ組込用回路装置である。

請求項９に記載の発明は、柔軟性を有するフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板を折り曲げた形状または湾曲させた形状を保持する保持部材とを備えることを特徴とするモータ組込用回路装置である。

請求項１に記載の発明によれば、三角柱形状や円筒形状等の立体的な形状とされた回路基板構造を有する回路基板部がモータハウジング内に収納される。このため、モータハウジング内の制限された空間であっても回路基板の総面積を大きく確保することができ、従来の技術に比較して内蔵する回路の規模や回路部品を大きくできる。また、内径の小さなモータハウジングであっても、これまで困難であった回路を内蔵することができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の回路基板を結合部材により電気的に結合し、これら複数の回路基板を立体的に組み上げることで、複数の回路基板を用いた立体構造（例えば多角柱構造）を有する回路基板部を効率良く得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、複数の回路基板間における通信が簡素な構造で可能となり、複数の回路基板を利用した回路を効率良く構築できる。また、電気的な結合が柔軟性のある部材により行われるので、立体形状とした回路基板部をモータハウジング内に収める際の作業における結合部での断線や接触不良の発生が抑えられる。

請求項４に記載の発明によれば、回路部を構成する複数の回路のそれぞれにロータの回転を検出する検出素子を配置することで、回路部に回転検出機構を一体化した構成とすることができる。これにより、当該検出素子の位置精度を高くでき、ロータの回転を検出する精度を高くできる。

請求項５に記載の発明によれば、３枚の回路基板を軸方向から見て三角形状に組むことで、回路部の面積を確保できると共に強固な構造の回路基板部が得られる。また、各回路基板にロータの回転を検出する検出素子を配置した場合、ローラの回転を容易に、且つ、精度よく検出することができる。

請求項６に記載の発明によれば、保持部材によって隣接する回路基板とこれら回路基板の間の結合部材とが保持される。このため、立体構造とされた回路基板部の一体性と強度が確保され、組立時に扱い易い構造とできる。また、強度と一体性が確保されるので、組立時における破損や断線等の不良の発生を抑えることができる。また、剛性が確保されるので、回路基板部にロータの回転を検出する検出センサを配置した場合における検出センサの検出誤差を抑えることができる。

請求項７に記載の発明によれば、回路基板を柔軟性のあるフレキシブル基板とすることで、折り曲げたり湾曲させたりことが簡単であり、モータハウジング内に収めやすい立体形状とすることができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発明におけるモータのモータハウジングの内部に収納する回路基板部が提供される。請求項８に記載の発明により提供される回路基板部は、立体形状とされた状態が保持部材により保持され、その形状が維持された構造となる。このため、回路の面積を確保しつつ、回路基板部を取り扱いやすい部品として扱うことができ、生産性が向上すると共に低コスト化が計れる。

請求項９に記載の発明によれば、請求項７に記載の発明におけるモータのモータハウジングの内部に収納する回路基板部が提供される。請求項９に記載の発明により提供される回路基板部は、立体形状とされたフレキシブル基板が保持部材により保持され、その形状が維持された構造となる。このため、回路の面積を確保しつつ、回路基板部を取り扱いやすい部品として扱うことができ、生産性が向上すると共に低コスト化が計れる。

実施形態のモータの外観を示す斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）および側面図（Ｃ）である。 実施形態のモータを軸方向で切った断面図である。 回路基板部の一例を示す斜視図（Ａ）と展開図（Ｂ）である。 実施形態の保持部材の概要を示す上面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）、斜視図（Ｃ）、正面図（Ｄ）、側面図（Ｅ）および背面図（Ｆ）である。 モータに回路基板部を取り付ける状態を説明する斜視図である。 回路基板部の他の一例を示す展開図である。

（１）第１の実施形態
（モータの概要）
図１は、第１の実施形態によるモータ１００の外観を示す斜視図（Ａ）、軸方向から見た正面図（Ｂ）、側面図（Ｃ）である。図２は、モータ１００の内部構造を示す断面図である。モータ１００は、ブラシレスＤＣモータである。モータ１００は、外側のケースとなるハウジング１０１と１０３、駆動コイルのコアおよび磁路として機能するステータ１０２を備えている。また、ハウジング１０１からは、駆動力を出力する回転軸１０４が突出している。また、ハウジング１０３からは、モータ１００の回転を制御する制御信号をモータ１００に送り、またモータ１００から回転数や回転角度等の情報を外部に出力するためのリード線１０５が引き出されている。

ステータ１０２は、樹脂製のインシュレータ１０８（図２参照）によって保持されている。インシュレータ１０８には、ハウジング１０１および１０３が固定されている。この構造により、ハウジング１０１、ステータ１０２およびハウジング１０３が一体とされ、モータ１００の本体が構成されている。

ハウジング１０１は、円筒形状を有し、図２の左側の部分に蓋部材となる円板部１０１ａを備えている。円板部１０１ａの中心には孔が設けられ、そこから回転軸１０４が図の左方向に突出している。円板部１０１ａにはベアリング１０６が取り付けられ、このベアリング１０６により回転軸１０４がモータ本体に対して回転自在な状態で支持されている。

ハウジング１０３は、円筒形状を有し、図２の右側の部分に蓋部材となる円板部１０３ａを備えている。円板部１０３ａの中心には孔が設けられ、そこから回転軸１０４が図の右方向に少しだけ（１ｍｍ程度）突出している。また円板部１０３ａには、リード線１０５をモータの外側に引き出すための図示省略した隙間が設けられている。円板部１０３ａにはベアリング１０７が取り付けられ、このベアリング１０７により回転軸１０４がモータ本体に対して回転自在な状態で支持されている。

図５には、ステータ１０２の一部を斜め方向から見た様子が示されている。図５には、６極の磁極を備えたステータ１０２の内側の様子が一部示されている。６極の磁極は、同じ構造を有しているので、以下においてその中の一つの構造について説明する。図５には、磁極１０２ａが示されている。磁極１０２ａは、軸中心の方向に延出する延出部と、その先の巻き止めとなる傘形状に広がった磁極歯１０２ｃとを備えている。この延出部の部分に駆動コイル１０２ｂが巻かれている。また、図５には、上述したインシュレータ１０８が示されている。

図２に戻り、ステータ１０２の内側には、ロータマグネット１０９が配置されている。ロータマグネット１０９は、４極に着磁された円筒形状を基本構造とした永久磁石であり、回転軸１０４と一体となって回転する。ステータの磁極に巻かれた６極の駆動コイルに位相が制御された駆動電流が流されることで、６極の駆動コイルとロータマグネット１０９との間で磁気吸引力と磁気反発力が周期的に切り替わり、ロータマグネット１０９が回転する。この動作は、通常のブラシレスＤＣモータと同じである。

ハウジング１０３の内側には、回路基板部１１０が収納されている。回路基板部１１０からは、リード線１０５が引き出されている。回路基板部１１０は、モータ１００を駆動する駆動回路、モータ１００の回転角度等の情報を取得するためのセンシング回路を備えている。回路基板部１１０への制御信号や回路基板部１１０からのセンシング信号は、リード線１０５を介して、外部との間でやり取りが行われる。

回路基板部１１０は、３枚の回路基板を、軸方向から見て三角形の各辺の部分に位置するように組み合わせた立体形状（この例では略三角柱の形状）とされた構造を有している。回路基板部１１０は、インシュレータ１０８に保持されると共に、図示省略したスペーサによってハウジング１０１の内側に保持される。回路基板部１１０には、上述した６極の磁極に巻かれた巻線（駆動コイル）からの配線が接続される。図２には、これらの配線の一部として配線２１と２２が示されている。これらの配線を介して、６極の磁極に巻かれた駆動コイルに駆動電流が回路基板部１１０から供給される。なお、図示省略するが、６極の駆動コイルは、２対ずつの３組に分けられ、対となる駆動コイルは、図示省略した渡り線により接続されている。

（回路基板部の構造）
以下、回路基板部１１０について説明する。図３には、略三角柱の形状に組まれた状態の回路基板部１１０の斜視図（Ａ）と、回路基板部１１０を平面に展開した状態の平面図（Ｂ）が示されている。図３（Ｂ）に示されるように、展開された状態における回路基板部１１０は、回路基板１１１、回路基板１１２および回路基板１１３の３枚の回路基板を接続した構造とされている。各回路基板の材質は特に限定されず、電子回路用として入手できるものを利用できる。

回路基板の接続構造を説明する。まず、回路基板１１１と回路基板１１２とは、コネクタケーブル１２により接続され、回路基板１１２と回路基板１１３とはコネクタケーブル１３により接続されている。コネクタケーブル１２および１３は、ポリイミドフィルム等のフレキシブルな絶縁フィルムに銅箔パターンが形成された構造を有している。このコネクタケーブルによる接続により、回路基板１１１〜１１３は、物理的および電気的に接続され、３枚の回路基板を用いた電子回路が構成されている。回路基板とコネクタケーブルとの接続は、既知の方法、例えばはんだ付け等によって行われている。コネクタケーブルの代わりにポリイミドフィルム等を用いたフレキシブル基板を用いて基板間の接続を行ってもよい。

また、図３（Ａ）に示されるように、回路基板１１１と１１３は、コネクタとしては機能しないフレキシブル接合部材１１により接続されている。なお、フレキシブル接合部材１１は、コネクタケーブル１２および１３と同じ素材で構成されており、違いは配線として機能しない点だけである。

回路基板部１１０は、図３（Ｂ）の展開された状態から回路基板１１１と１１３とが紙面に対して奥側に折り曲げられて、図３（Ａ）に示すような略三角柱形状の立体構造とされる。この際、フレキシブルな物性を有するフレキシブル接合部材１１とコネクタケーブル１２、１３が折れ曲がり（湾曲し）、図示する略三角柱形状の立体形状とされる。なお、角の縁の部分が切り落とされた形状となるので、正確には、断面の形状は三角形ではないが、ここでは略三角形と見なす。

略三角柱形状とされた回路基板部１１０は、保持部材１１６によってその形状が保持されている。図４は、保持部材の概要を示す上面図（Ａ）、斜視図（Ｂ）、斜視図（Ｃ）、正面図（Ｄ）、側面図（Ｅ）および背面図（Ｆ）である。図４には、図３に示される保持部材１１６が示されている。

保持部材１１６は、樹脂により構成され、断面形状が変形五角形の柱状支持部材１１７、１１８および１１９を備えている。柱状支持部材１１７〜１１９のそれぞれは、図３（Ａ）に示す回路基板部１１０を立体形状に組み上げた際に隣接する２枚の基板に接触し、この２枚の基板を保持する。また、柱状支持部材１１７には、突起１１７ａと１１７ｂが設けられ、柱状支持部材１１８には、突起１１８ａが設けられ、柱状支持部材１１９には、突起１１９ａが設けられている。これらの突起は、基板１１２やコネクタケーブル１２、１３に設けられた結合孔に嵌められる。例えば、コネクタケーブル１２には、結合孔１４（図３参照）が設けられており、この結合孔１４に突起１１９ａが嵌り、コネクタケーブル１３が保持部材１１６に取り付けられる。以上の構造により、略三角柱の形状とされた回路基板部１１０の立体構造の保持が保持部材１１６により行われる。

（回路基板部の組み込み構造）
図５（Ａ）には、ハウジング１０３（図１および図２参照）を取り付ける前の状態のモータ本体に、三角柱形状とされた回路基板部１１０を組み付けようとする状態が示されている。そして図５（Ｂ）には、図５（Ａ）の状態から先に進んで回路基板部１１０をモータ１００内に組み込んだ状態が示されている。この状態においては、ハウジング１０３が取り付けられていないので、三角柱形状とされた回路基板部１１０が露出している。

図５（Ｂ）の状態を得た後に、ハウジング１０３を取り付けることで、図１に示す外観を有し、且つ、図２に示す内部断面構造を有するモータ１００が得られる。

（回路基板部が備える機能の一例）
基板１１１〜１１３を利用して、６極の駆動コイルに励磁電流を供給する駆動回路が構成されている。さらに、回路基板１１１〜１１３のそれぞれには、磁気検出素子１５〜１７（この例では、ホール素子）およびその周辺回路を含むセンシング回路が形成されている。

この構成によれば、軸方向から見て、三角形の各辺の部分に磁気検出素子１５〜１７が紙面に対して各回路基板の裏側に配置される。ロータマグネット１０９（図２参照）が回転し、ロータマグネット１０９の磁極が磁気検出素子１５〜１７の前を通過すると、磁気検出素子１５〜１７の出力が変化する。各磁気検出素子は、上述した三角形の各辺に相当する位置に配置されているので、上記回転するロータマグネット１０９の磁極の位置検出に伴う出力波形は、各磁気検出素子において位相がずれたものとなる。このため、各回路基板に配置された３つの磁気検出素子１５〜１７の出力を比較することで、ロータマグネット１０９の回転角や回転数を計測することができる。

（優位性）
以上説明したモータ１００は、３枚の回路基板１１１〜１１３を接続した状態で折り曲げ、略三角柱形状とした回路基板部１１０を内蔵している。このため、ハウジング１０３の内径を最大幅とする１枚の回路基板をハウジング１０３内に単に収納する場合に比較して、回路形成面の総面積をより大きく確保できる。よって小型のモータであっても、回路の面積を確保でき、例えば駆動回路を内蔵したモータが得られる。

また、各回路基板に磁気検出素子を配置することで、３箇所の角度位置に配置した磁気検出素子を用いてのロータの回転の計測が行われるので、高い計測精度を得ることができる。また、基板に磁気検出素子を直接搭載するので、構造が簡略化され、また部品点数が抑えられる。

（２）第２の実施形態
回路基板部１１０を複数の回路基板を接続した構造とするのではなく、全体を１枚のフレキシブルな材質の回路基板で構成することもできる。この例を図６に示す。図６には、ポリイミドフィルム等のフレキシブルな絶縁フィルムを用いたフレキシブル基板６０１が示されている。フレキシブル基板６０１には、必要な回路パターンが銅箔パターンによって形成されている。フレキシブル基板６０１からは、リード線６０２が引き出されている。

フレキシブル基板６０１の符号６０３と６０４により示される部分、および上下の縁の部分が、図４に示す保持部材１１６に接触し、保持部材１１６に取り付けられる。保持部材１１６に取り付けられた状態の外観は、図３（Ａ）に示すものと基本的に同じである。

この例では、フレキシブル基板６０１には、複数の結合孔（その一つが符号６０５により示されている）が設けられており、これら結合孔に図４に示す保持部材１１６の突起１１７ａ、１１７ｂ、１１８ａ、１１９ａが嵌ることで、フレキシブル基板６０１の保持部材１１６への取り付けが行われる。保持部材１１６にフレキシブル基板６０１が取り付けることで、図３（Ａ）に示すのと同様な外観を有した三角柱形状の回路基板部が得られる。

この例においても限られたモータハウジング内の空間を有効に利用して、回路基板を収めることができる。なお、回路の構成は、第１の実施形態の場合と同じである。

（その他）
回路基板部の形状としては、三角柱形状の他に、四角柱形状等の多角柱形状を採用できる。したがって、結合される回路基板の数は、限定されない。また、軸方向から見てＶ字形状、Ｌ字形状、コの字形状といった構造も可能である。また、第２の実施形態のようにフレキシブルな基板を用いる場合、上記多角柱形状の角を丸めた構造、円柱形状、楕円柱形状、軸方向から見てＵ字形の形状、軸方向から見てＣ字形の形状といった構造も可能である。

ロータの回転位置を検出する検出素子としては、ホール素子の他に、磁気抵抗素子を用いることができる。本発明のポイントは、内蔵する回路基板部を三角柱形状等の立体形状とする点にある。よって、モータの形式は、ブラシレスＤＣモータに限定されず、ブラシ構造を用いた直流モータ等の他の形式のモータであってもよい。

本発明は、回路基板を内蔵したモータに利用することができる。

１００…モータ、１０１，１０３…ハウジング、１０１ａ，１０３ａ…円板部、１０２…ステータ、１０２ａ…磁極、１０２ｂ…駆動コイル、１０２ｃ…磁極歯、１０４…回転軸、１０５,６０２…リード線、１０６，１０７…ベアリング、１０８…インシュレータ、１０９…ロータマグネット、１１０…回路基板部、１１１，１１２，１１３…回路基板、１１６…保持部材、１１７，１１８，１１９…柱状支持部材、１１７ａ,１１７ｂ，１１８ａ，１１９ａ…突起、１１…フレキシブル接合部材、１２，１３…コネクタケーブル、１４，６０５…結合孔、１５，１６，１７…磁気検出素子、２１，２２…配線、６０１…フレキシブル基板、６０３，６０４…保持部材が接触する部分、

Claims (9)

1. モータハウジングと、
   前記モータハウジングの内側に配置されたロータと、
   前記モータハウジングの内側に配置され、前記ロータを駆動する複数の駆動コイルと、
   前記モータハウジングの内側に配置され、前記複数の駆動コイルに接続された回路部と、
   前記ロータの軸方向に沿った複数の異なる方向の基板面を有し、前記回路部が形成された回路基板部と
   を備えることを特徴とするモータ。
2. 前記回路基板部は、面の向きが互いに異なる複数の回路基板を含み、
   前記複数の回路基板は、１または複数の結合部材によって電気的に結合された構造を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記１または複数の結合部材は、コネクタケーブルまたはフレキシブル基板であることを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記複数の回路基板のそれぞれは、前記ロータの回転位置を検出する検出素子を備えることを特徴とする請求項２または３に記載のモータ。
5. 前記複数の回路基板は３枚の回路基板であり、該３枚の回路基板は略三角筒状に配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のモータ。
6. 前記複数の回路基板の中の隣接する２つの回路基板と、該２つの回路基板を電気的に接合する前記結合部材とに接触し、前記複数の回路基板の結合状態を保持する保持部材を備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載のモータ。
7. 前記回路基板部は、柔軟性を有する素材から構成された回路基板を前記軸方向の回りに沿って折り曲げた形状または湾曲させた形状を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ。
8. 面の向きが互いに異なる複数の回路基板と、
   前記複数の回路基板を予め決められた位置関係で立体的に保持する保持部材と、
   前記複数の回路基板の隣接する基板を電気的に結合する結合部材と
   を備えることを特徴とするモータ組込用回路装置。
9. 柔軟性を有するフレキシブル基板と、
   前記フレキシブル基板を折り曲げた形状または湾曲させた形状を保持する保持部材と
   を備えることを特徴とするモータ組込用回路装置。

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