JP2016077141A - 特にオイルポンプに好適な電子整流式のｄｃモータ - Google Patents

Abstract

【課題】可能な限り少ないプロセスステップ数で容易に製造可能なＤＣモータを提供する。
【解決手段】ＤＣモータ（１）は、多相ステータ巻線（３）が巻回されたステータ（４）と、モータ軸（２）を中心として回転可能に取付けられた磁石ロータ（５）と、回路基板（６）と、巻線（３）に電気的に接続されたガイドプレート（７）と、ハウジング部材（８）と、を備える。ＤＣモータは、可能な限り少プロセス数で容易に製造可能であり、軸方向寸法が小さく、軽量で、良好な放熱性能を備える。ＤＣモータは、集積電子部品を備え、そのモータ内部がオイルで充填でき、電子部品をオイルに対してシールしながら保持する。物流管理上のため、電子部品等の部品にも工夫がなされ、当該部品は、事前組立、テストを完了可能に設計される。上記課題は、請求項１に記載された特徴によって達成し得る。
【選択図】図５

Description

本発明は、多相ステータ巻線（３）が巻き回されたステータ（４）と、モータ軸（２）を中心に回転可能に取り付けされた永久磁石ロータ（５）と、回路基板（６）と、巻線（３）に電気的に接続されたガイドプレート（７）と、ハウジング部材（８）とを備えた電子整流式のＤＣモータ（１）に関するものである。

本発明の目的は、可能な限り少ないプロセスステップ数で容易に製造可能なＤＣモータを提供することであり、当該モータは、軸方向の寸法が小さく、軽量で、かつ、良好な放熱性能を備えたものである。本発明の他の目的は、集積電子工学に基づくＤＣモータであって、その内部モータ区画がオイルで充填可能で、電子部品を当該オイルに対してシールしながら保持するＤＣモータを提供することである。物流管理上の理由から、電子部品等の部品についても工夫がなされており、当該部品は、事前の組み立て、テストを完了できるように設計されたものである。

本発明によれば、上記の目的は、請求項１に記載の特徴及び請求項１６に記載の方法的特徴によって達成することができる。巻線は、ステータ領域ではなく、電子部品領域に形成され、これにより、長さを飛躍的に短くすることが可能となり、また、ＤＣモータの適用の幅を広げることが可能となる。プレスフィット接点により、半田付けを必要とせずに信頼性の高いプロセスにおいて回路基板との接続が容易となり、また、事前の組み立て、テストの実現性を簡易とすることができる。回路基板は、ガイドプレートの中央部分の油密な射出成形または鋳造によってオイル充填の悪影響から保護されている。
本発明を発展させた態様が、従属請求項に示されている。冷却プレート及び取り付けボスを介して熱が除去されるため、当該熱は、結合された集合部品へと引き出される。従って、ＤＣモータの外部に、大面積のヒートシンクを設ける必要がなくなる。好ましくは、冷却プレートは、固定用スクリューによって基板に対して強固に押圧され、これによって熱伝達性能が著しく改善される。

回路基板から冷却プレートへの放熱は、弾性手段によって改善され得る。好ましくは、この弾性手段は、ハウジングカバーに配置され、当該カバーは、電子部品ハウジングを外部に対して密閉する。ゴム状の材料、例えば、シリコンは、この機能を果たすために特に好適であることが判明した。さらに、パワー部品からの放熱は、回路基板内のサーマルビアホールを介して冷却プレートに伝わり、これらは、絶縁されあるいは接地電位となっている。相互作用する面は、熱伝達を最適なものとするため、可能な限りクリーンかつなだらかであることが望ましい。

ハウジング部材を、スライドベアリング、あるいは好ましくは、ローラベアリングが組み立て後に配置されるベアリングプレートとして形成すると特に有用である。このような構成によれば、既存のＤＣモータと比較して部品点数を減らすことが可能となる。従って、ハウジングは、プラスチックから、全体として経済的に製造することができる。回路基板を組み立てる製造プロセスの飛躍的な簡略化により、ねじ等のファスナーが不要となる。同様に、プレテンションも不要となる。

ガイドプレートは、複数の圧接接点からなり、１の相における複数のコイルを互いに接続する。メタルブリッジは、圧接接点をひとまとめにする。メタルブリッジは、ハウジング部材に、射出または鋳造によって埋設されるとよい。あるいは、回路基板がこのメタルブリッジの機能を果たしてもよい。

回路に関連する技術上の理由により、一般的に、互いに絶縁された複数のガイドプレートが設けられる。輪郭領域は、メタルブリッジが互いに交差する際に役立つ。

１のガイドプレートは、星形結線式の回路の中性点端子として設けられる。

流す電流の値が大きい場合、圧接接点は、二重接点、例えば、Ｕ字状に曲げられたシートメタル片として具現することもできる。

本発明の特に好ましい１の実施形態においては、接続用接点は、ハウジング部材に射出成形または鋳造によって埋設され、その１の端がハウジング部材の外側へ外向きに延伸し、他の端がプレスフィット接点を形成する。当該プレスフィット接点は、上述のプレスフィット接点と平行で、かつ、同一面上に配置される。そこで、接続用接点は、オイルに対して油密かつシールされた状態で埋め込まれている。回路基板との接続は、ガイドプレートのプレスフィット接点との接続に沿った１の機能している経路において実現できる。

オイルに対するシーリングの要求が高い場合、ハウジング部材は、射出成形に適用可能な熱硬化性材料から形成されるが、これは、プラスチック材料とガイドプレートとの間の接続領域が、特に良好なシーリング性を有するように形成できるからである。ハウジング部材は、複数の機能を備えている。すなわち、モータのベアリングプレートとして機能し、油密な電子部品用のハウジングとして機能し、そして、ウェット領域（ＤＣモータ）とドライ領域（電子部品／回路基板）とを分離する機能を果たす。ここで、油密な接点フィードスルーが具現される。このような解決手段は、より経済的で、例えば、アルミフランジを用いた場合と比較して重量が軽くなる。組み立ての複雑さもまた、大幅に軽減される。

本発明を発展させた態様として、回路基板（６）はシーリング材料内に埋設される。これにより、オイルの侵入や他の環境的な影響から回路基板を非常に良好に保護することが可能となる。

回路基板は、プロセスステップ数及び部品点数を最小限とするため、ハウジング部材の熱硬化性材料内に埋設されていると好適である。

接続用プラグの接点部は、ハウジングカバーに、射出成形、鋳造あるいはプレスによって埋設され、当該ハウジングカバーは、ドライ領域を密閉する。これにより、ハウジングカバーを、容易かつ確実にハウジング部材に取り付けることが可能となる。ハウジングの両当該部品は、好ましくは、例えば、熱硬化性プラスチック材料等の同一の材料からなり、あるいは、少なくともベースとなる材料が同一である。

電子部品を搬送の際に適切に固定するためには、単にハウジングカバーをスナップ式ファスナー部品でハウジング部材に固定するだけでよい。この場合、スナップ式ファスナーに熱硬化性材料を用いるとさらに好適である。

本発明の目的は、以下のプロセスステップによっても達成することができる。（ａ）ガイドプレート（７）及び冷却プレート（１３）が射出成形によって埋設された、事前に組み立てられたハウジング部材と、集積済みの回路基板（６）と、カバーシールと、ハウジングカバーとを用意し、（ｂ）回路基板を、ハウジング部材のプレスフィット接点に圧入し、（ｃ）カバーシールが設けられたハウジングカバーをハウジング部材に取り付ける。これにより、回路基板が接続用接点と電気的に接続され、ひいては、電子モジュールが組み立てられる。（ｄ）前記電子モジュールをテストし、（ｅ）ローラベアリングと、事前に組み立てられたＤＣモータとを用意し、（ｆ）ハウジング部材にローラベアリングを取り付け、また、電子部品と事前に組み立てられたＤＣモータとを組み付けし、ステータ巻線の巻線ワイヤに接続する。
以下に本発明をその例示的な実施形態とともに詳細に説明する。

本発明によれば、可能な限り少ないプロセスステップ数で容易に製造可能なＤＣモータを提供することが可能となる。

ＤＣモータの断面を示す図である。 ガイドプレートを３次元表示する図である。 ガイドプレートを３次元表示する図である。 ハウジング部材の第２の外観を示す図である。 ハウジング部材の第３の透視した外観を示す図である。 ステータを３次元表示する図である。 図２の応用を示す図である。 接地用の接点を示す図である。

アポストロフィ付きの参照符号及びアポストロフィなしの対応する参照符号は、図中及び当該図の説明中における同一名称の単一のユニットを示す。これは、異なる実施形態、従来技術、及び／または本発明の応用に係る個別のユニットにおいても同様である。説明を簡略にするため、特許請求の範囲、実施形態の説明、参照符号の説明、及び要約においては、アポストロフィなしの参照符号のみを用いている。

図１は、電子整流式のＤＣモータ１の断面を示し、当該モータ１は、ベアリングプレート２３と、第１のベアリング２８と、ローラベアリング１６を備え、ベアリングプレートとしても機能し得るハウジング部材８と、を備える。シャフト２９は、永久磁石ロータ５の１部品であって、ベアリング２８及びローラベアリング１６において回転可能な部品である。１の端において、シャフトはトランスデューサ磁石２４に連結され、当該磁石２４は、磁気センサ２５とともに動作する。トランスデューサ磁石２４と、磁気センサ２５とは、ハウジング部材８の壁３０によって互いに離間して配置されている。磁気センサ２５は、回路基板６の１部品であり、当該回路基板６は、ドライかつ耐油性の電子部品区画１２に配置されている。

ここで、電子部品区画１２は、ハウジングカバー１４、壁３０、及びハウジング部材８の中空でかつ円筒形の電子部品ハウジング区域２０によって画定されており、カバーシール３３によって密閉されている。モータ区画１１は、モータハウジング２２、ベアリングプレート２３、及びハウジング部材８によって画定されており、ハウジングシール３４及びベアリングプレートシール３５によって密閉されている。カバーシール３３、ハウジングシール３４及びベアリングプレートシール３５は、Ｏリングとして形成されている。

永久磁石ロータ５は、ステータ４とともに作用し、当該ステータ４は、ステータシートパッケージ３１と、ステータ絶縁体３２と、ステータ巻線３と、から構成される。巻線ワイヤ２７は、ガイドプレート７の圧接接点１０に接続されている。複数のガイドプレート７はハウジング部材８に油密な状態で埋設されている。当該ハウジング部材８は、熱硬化性材料から形成される。電子部品区画１２において、ガイドプレート７は、プレスフィット接点として形成され、回路基板６に圧入されている。
回路基板６の導電性トラックの大面積領域は、熱伝達を行えるように冷却プレート１３と接触しており、当該冷却プレート１３もまた、ハウジング部材８に部分的に埋設されている。例えばゴム等の弾性手段１７は、ハウジングカバー１４内に配置されており、それぞれ、パワー部品３７を押圧している。従って、回路基板６を冷却プレート１３に対して押圧している。冷却プレート１３は、ハウジング部材８から、取り付けボス１８の領域に存在し、取り付けボス１８の形状に応じて、例えば、モータ車両のエンジンコンパートメント内の鋳造ハウジングのようなヒートシンクに対する支持面を形成する。

パワー部品３７は、回路基板６内の冷却プレート１３の領域に配置されている。その結果、パワー部品において生じた熱は、導電性トラック領域及び冷却プレート１３を介して非常に短い経路に沿って外側の鋳造ハウジングへと放熱される。この熱伝達は、ソケット３６によってさらに改善され、当該ソケット３６は、取り付けボス１８の補強部として第１の面において機能するが、同時に、冷却プレート１３からの熱を、（図示しない）ファスナーボルトへと放熱する。

図２は、圧接接点１０、プレスフィット接点９及びチャンネル１９とともにガイドプレート７を３次元表示する図であり、当該チャンネル１９は、ハウジング部材８の熱硬化性材料に埋設された後に、ポジティブロッキング接点に入り込む。プレスフィット接点（接点領域）は、大きなプレート厚を有する。これは、より良好な折り曲げ剛性を得るためである。圧接接点１０は、ワイヤレセプタクル４０を備え、巻線ワイヤを保持するとともに当該巻線ワイヤに接続される。

図３は、ローラベアリング１６、圧接接点１０、グランド接点１５、中空で円筒形のモータハウジング区域２１、壁３０、取り付けボス１８及び冷却プレート１３とともにハウジング部材８の第１の外観を示す。また、ハウジング部材８のモータ側を示している。この図から明らかなように、冷却プレート１３は、電子部品からの熱を素早く放熱できるように、取り付けボス１８のボルト締結面を形成している。

図４は、プレスフィット接点９、グランド接点１５、中空で円筒形の電子部品ハウジング区域２０、壁３０、取り付けボス１８及び冷却プレート１３とともにハウジング部材８の第２の外観を示す。電子部品ハウジングの内部領域は開いており、これにより、回路基板の導電性トラックに直接接続することができるようになっている。冷却プレート１３は、好ましくは、熱伝達の信頼性を確実なものとするため、弾性を有する。

図５は、中空で円筒形の電子部品ハウジング区域２０、中空で円筒形のモータハウジング区域２１、壁３０、取り付けボス１８、冷却プレート１３及びガイドプレート７とともにハウジング部材８の第３の外観を透視する図である。ガイドプレート７は、それぞれ、個別の部品として形成され、それぞれがプレスフィット接点９を備え、また、他端においてそれぞれが圧接接点１０を備える。複数の圧接接点を採用してもよい。同電位のガイドプレートは、導電性のタイによって互いに接続されていてもよい。

図６は、ステータシートパッケージ３１、ステータ絶縁体３２、ステータ巻線３、巻線ワイヤ２７、及び圧接接点を保持する受け軸２６とともにステータ４を３次元表示する図である。巻線ワイヤ２７は、放射状に、接点領域に配置され、当該領域に対して、圧接接点は接線方向において位置合わせされている。

図７は、圧接接点１０’、プレスフィット接点９’及びチャンネル１９’ともに図２の応用を３次元表示する図であり、当該チャンネル１９’は、ハウジング部材８（図５参照）の熱硬化性材料に埋設された後に、ポジティブロッキング接点に入り込む。プレスフィット接点９’（接点領域）は、大きなプレート厚を有する。これは、より良好な折り曲げ剛性を得るためである。圧接接点１０’は、ワイヤレセプタクル４０’を備え、巻線ワイヤを保持するとともに当該巻線ワイヤに接続される。プレスフィット接点９’の凹部３８及び圧接接点１０’のスロット３９がこの応用例においては形成されており、これによってそれぞれの領域の弾性が高められている。

図８は、グランド接点１５（図３−５も同様に参照）を示し、当該グランド接点１５は、回路基板とステータとの間に電気的な接続を形成する。グランド接点は、接点ピン４１と、チャンネル１９’’と、凹部３８’が形成されたプレスフィット接点９’’と、を備える。

１ ＤＣモータ、
２ モータ軸、
３ ステータ巻線、
４ ステータ、
５ 永久磁石ロータ、
６ 回路基板、
７ ガイドプレート、
８ ハウジング部材、
９ プレスフィット接点、
１０ 圧接接点、
１１ モータ区画、
１２ 電子部品区画、
１３ 冷却プレート、
１４ ハウジングカバー、
１５ グランド接点、
１６ ローラベアリング、
１７ （カバー上の）弾性手段、
１８ 取り付けボス、
１９ チャンネル、
２０ 電子部品ハウジング区域、
２１ モータハウジング区域、
２２ モータハウジング、
２３ ベアリングプレート、
２４ トランスデューサ磁石、
２５ 磁気センサ、
２６ 受け軸、
２７ 巻線ワイヤ、
２８ ベアリング、
２９ シャフト、
３０ 壁、
３１ ステータシートパッケージ、
３２ ステータ絶縁体、
３３ カバーシール、
３４ ハウジングシール、
３５ ベアリングプレートシール、
３６ ソケット、
３７ パワー部品、
３８ 凹部、
３９ スロット、
４０ ワイヤレセプタクル、
４１ 接点ピン。

Claims (18)

1. 多相ステータ巻線（３）が巻回されたステータ（４）と、
   モータ軸（２）を中心として回転可能に取り付けられた永久磁石ロータ（５）と、
   回路基板（６）と、
   前記巻線（３）に電気的に接続された複数のガイドプレート（７）と、
   ハウジング部材（８）と、
   を備えた電子整流式のＤＣモータであって、
   前記ガイドプレート（７）の大多数は、前記回路基板（６）への電気接続のための少なくとも１のプレスフィット接点（９）と、前記巻線（３）への電気接続のための少なくとも１の圧接接点（１０）と、から構成され、
   前記ガイドプレート（１０）の、前記圧接接点（１０）と前記プレスフィット接点（９）との間の中央部分は、前記ハウジング部材（８）内に鋳造または射出成形によって油密に埋設され、
   前記圧接接点（１０）は、好ましくは、オイルが充填された、あるいはオイル充填可能なモータ区画（１１）内の軸と平行に延伸し、
   前記プレスフィット接点（９）は、好ましくは、前記回路基板（６）が配置されたドライ領域（１２）内の軸と平行に延伸し、
   前記プレスフィット接点（９）は、前記回路基板（６）に圧入されている、
   ことを特徴とする電子整流式のＤＣモータ。
2. 前記回路基板（６）内のビアホールは、熱伝達可能なように冷却プレート（１３）に結合され、あるいは、冷却プレート（１３）に対して熱伝達可能なように配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＤＣモータ。
3. 前記冷却プレート（１３）は、取り付けボス（１８）の領域において外側に放射状に延伸する、ことを特徴とする請求項２に記載のＤＣモータ。
4. 前記回路基板（６）は、前記冷却プレート（１３）に対して弾性を有するように配置され、あるいは、当該冷却プレートに対して押圧されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のＤＣモータ。
5. 前記ドライ領域（１２）は、ハウジングカバー（１４）によって密閉されており、少なくとも１の弾性手段（１７）が、前記回路基板（６）を前記冷却プレート（１３）に対して押圧するように当該ハウジングカバーに設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載のＤＣモータ。
6. 前記弾性手段（１７）は、ラバー状の材料、特に、シリコン材料から形成されている、ことを特徴とする請求項５に記載のＤＣモータ。
7. 前記ハウジング部材（８）は、ベアリングプレートであり、完全に組み立てられた状態で、ローラベアリング（１６）を保持し、当該ローラベアリングの外周が、当該ハウジング部材（８）のレセプタクルとともにスライド座面を形成する、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
8. 前記ガイドプレート（７）は、複数の圧接接点から構成され、当該複数の圧接接点は、少なくとも１のメタルブリッジによって一体化されており、当該メタルブリッジは、射出成形または鋳造によって前記ハウジング部材（８）に埋設されている、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
9. 前記複数のガイドプレート（７）は、相互に電気的に絶縁されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
10. １の前記ガイドプレートは中性点端子として機能し、他のガイドプレートは相端子として機能する、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
11. 前記圧接接点（１０）及び／または前記プレスフィット接点（９）は二重接点として形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
12. 前記巻線（３）は、ガイドプレート（７）または前記回路基板（６）の導電性トラックによって互いに接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
13. 接続用の接点が、前記ハウジング部材（８）に射出成形あるいは鋳造によって埋設され、その１の端が当該ハウジング部材（８）の外側に向かって延伸し、他方の端がプレスフィット接点を形成し、当該プレスフィット接点は、前記プレスフィット接点（９）と平行に、同一面上に配置されている、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
14. 前記ハウジング部材（８）は熱硬化性の材料から形成され、当該熱硬化性材料は、射出成形技術に適用可能なものである、ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
15. 前記回路基板（６）は、シーリング材料内に埋設されている、ことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
16. 前記回路基板（６）は、前記ハウジング部材（８）の前記熱硬化性の材料内に埋設されている、ことを特徴とする請求項１４または１５に記載のＤＣモータ。
17. ハウジングカバー（１４）は、スナップファスナーによって前記ハウジング部材（８）に結合されている、ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のＤＣモータ。
18. 多相ステータ巻線（３）が巻回されたステータ（４）と、モータ軸（２）に回転可能に取り付けられた永久磁石ロータ（５）と、前記モータ軸に対して直角に配置された回路基板（６）と、前記巻線（３）に電気的に接続された複数のガイドプレート（７）と、ハウジング部材（８）と、を備えた電子整流式のＤＣモータの製造方法であって、
    （ａ）前記ガイドプレート（７）及び冷却プレート（１３）が射出成形によって埋設された、事前に組み立てられた前記ハウジング部材（８）と、集積済みの前記回路基板（６）と、カバーシール（３３）と、ハウジングカバー（１４）とを用意し、
    （ｂ）前記回路基板を、前記ハウジング部材（８）のプレスフィット接点（９）に圧入し、
    （ｃ）前記カバーシール（３３）が設けられた前記ハウジングカバー（１４）を前記ハウジング部材（８）に取り付け、電子モジュールを組み立て、
    （ｄ）前記電子モジュールをテストし、
    （ｅ）事前に組み立てられたＤＣモータを用意し、
    （ｆ）前記電子モジュールを前記事前に組み立てられたＤＣモータに組み付けし、前記ステータ巻線（３）の巻線ワイヤ（２７）に接続する、
    ことを特徴とする電子整流式のＤＣモータの製造方法。

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