JP2018042362A - ステータユニット、モータ、およびファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータと回路基板との位置決め精度の高いモールドモータを提供する。【解決手段】モータ１は、モールド樹脂２５で覆われたステータユニット２を有する。ステータユニットは、ステータコア２１１と、コイル２１３と、回路基板２４と、インシュレータ２１２とを有する。インシュレータは、円筒部と周方向位置決め部４４３とを有する。円筒部は、ステータコアよりも下側において、中心軸９を囲む。周方向位置決め部は、円筒部の外周面から径方向外側へ向けて突出する。回路基板の少なくとも一部と、周方向位置決め部とは、周方向に対向する。周方向位置決め部の下端は、円筒部の下端よりも、上方に位置する。【選択図】図１

Description

本発明は、ステータユニット、モータ、およびファンモータに関する。

従来、ステータおよび回路基板が樹脂に覆われた、いわゆるモールドモータが知られている。モールドモータは、ステータの防水性および防塵性等に優れている。従来のモールドモータについては、例えば、特開平１１−２５２８６７号公報に記載されている。

また、特開平１１−３２４９７８号公報および特許４９４６２７６号公報には、ステータに対して回路基板を位置決めするための構造が記載されている。ステータに対して回路基板を精度よく位置決めできれば、モータの駆動時の騒音またはがたつきを抑えることができる。
特開平１１−２５２８６７号公報 特開平１１−３２４９７８号公報 特許４９４６２７６号公報

近年、モールドモータにおいて、小型化および薄型化が求められている。また、モールドモータにおいて、製造コストの低減が求められている。小型化、薄型化、および製造コストの低減を実現するためには、例えば、ステータおよび回路基板を覆う樹脂の量を低減することが考えられる。しかしながら、樹脂の量を低減すると、樹脂による防水性および防塵性を低下させる虞がある。

また、特開平１１−３２４９７８号公報および特許４９４６２７６号公報に記載の構造は、モールドモータを前提とするものではない。仮に、特開平１１−３２４９７８号公報または特許４９４６２７６号公報の構造をモールドモータに適用すると、ステータに対する回路基板の位置決めはできたとしても、樹脂の使用量を抑制しつつ、高い防水性および防塵性を得ることは困難である。

本発明の目的は、モールドモータにおいて、ステータに対して回路基板を精度よく位置決めでき、樹脂の使用量を抑制し、かつ、高い防水性および防塵性を得ることができる構造を提供することである。

本願の例示的な第１発明は、樹脂で覆われたステータユニットであって、上下に延びる中心軸の周囲に配置された環状のコアバックおよび前記コアバックから径方向外側へ向けて突出する複数のティースを有するステータコアと、前記ティースに巻かれた導線からなるコイルと、前記ステータコアの下方に配置される回路基板と、前記ティースの少なくとも一部を覆うインシュレータと、を有し、前記インシュレータは、前記ステータコアよりも下側において、前記中心軸を囲む円筒部と、前記円筒部の外周面から径方向外側へ向けて突出する周方向位置決め部と、を有し、前記回路基板の少なくとも一部と、前記周方向位置決め部とは、周方向に対向し、前記周方向位置決め部の下端は、前記円筒部の下端よりも、上方に位置する。

本願の例示的な第１発明によれば、ステータに対して回路基板を精度よく位置決めでき、樹脂の使用量を抑制し、かつ、高い防水性および防塵性を得ることができる。

図１は、モータの縦断面図である。 図２は、ステータユニットの部分縦断面図である。 図３は、ステータユニットの部分縦断面図である。 図４は、ステータユニットの下面図である。 図５は、ステータユニットの部分下面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本願では、ステータユニットを含むモータの中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」、とそれぞれ称する。また、本願では、軸方向を上下方向とし、ステータコアに対して回路基板側を下として、各部の形状や位置関係を説明する。ただし、この上下方向の定義により、本発明に係るステータユニット、モータ、およびファンモータの製造時および使用時の向きを限定する意図はない。

＜１．第１実施形態＞
図１は、一実施形態に係るモータ１の縦断面図である。このモータ１は、例えば、冷蔵庫などの家電製品や、複数の電子機器が配置された通信基地局において、冷却用の空気流を供給するためのファンモータとして使用される。ただし、本発明のステータユニットおよびモータは、他の用途に使用されるものであってもよい。

図１に示すように、モータ１は、ステータユニット２を含む静止部と、ロータ３とを有する。ロータ３は、ステータユニット２に対して回転可能に支持される。また、ロータ３は、上下に延びる中心軸９を中心として回転する。

ロータ３は、シャフト３１と、ロータホルダ３２と、複数のマグネット３３とを有する。なお、複数のマグネット３３に代えて、１つの円環状のマグネットを、使用してもよい。シャフト３１は、中心軸９に沿って配置される柱状の部材である。シャフト３１の少なくとも一部分は、後述する軸受ハウジング２３の径方向内側に位置する。シャフト３１は、軸受部２３１を介して、軸受ハウジング２３に回転可能に支持される。

ロータホルダ３２の材料には、例えば、磁性体である鉄等の金属が用いられる。ロータホルダ３２は、ホルダ天板部３２１と、ホルダ円筒部３２２とを有する。ホルダ天板部３２１は、中心軸９に対して略垂直に拡がる。ホルダ天板部３２１の中央部は、シャフト３１に対して固定される。したがって、ロータホルダ３２は、シャフト３１とともに回転する。ホルダ円筒部３２２は、ホルダ天板部３２１の外周部から軸方向下側へ向けて、円筒状に延びる。複数のマグネット３３は、ホルダ円筒部３２２の内周面に固定される。

ステータユニット２は、ステータ２１、軸受ハウジング２３、回路基板２４、およびモールド樹脂部２５を有する。ステータ２１は、軸受ハウジング２３の外周面に固定された電機子である。ステータ２１は、ステータコア２１１と、インシュレータ２１２と、複数のコイル２１３とを有する。ステータコア２１１は、中心軸９の周りを取り囲む円環状のコアバック４１と、コアバック４１から径方向外側に向けて突出する複数のティース４２とを有する。ティース４２の径方向外側の端面と、マグネット３３の径方向内側の面とは、径方向に対向する。

インシュレータ２１２は、ステータコア２１１に取り付けられ、ティース４２の表面の少なくとも一部を覆う。インシュレータ２１２の材料には、絶縁体である樹脂が用いられる。本実施形態のインシュレータ２１２は、ステータコア２１１の上部を覆う上部インシュレータ４３と、ステータコア２１１の下部を覆う下部インシュレータ４４と、を含む。下部インシュレータ４４の詳細については、後述する。

コイル２１３は、インシュレータ２１２を介して複数のティース４２に巻かれた導線２１４により構成される。すなわち、コイル２１３とティース４２との間には、インシュレータ２１２が介在する。これにより、コイル２１３とティース４２とは、電気的に絶縁される。

軸受ハウジング２３は、中心軸９に沿って延びる円筒状の部材である。軸受ハウジング２３の径方向内側には、軸受部２３１が配置される。軸受部２３１には、例えば、ボールベアリングが用いられる。軸受部２３１の外輪は、軸受ハウジング２３の内周面に固定される。軸受部２３１の内輪は、シャフト３１の外周面に固定される。これにより、シャフト３１が、軸受ハウジング２３に対して回転可能に支持される。ただし、軸受部２３１に、ボールベアリングに代えて、すべり軸受や流体軸受等の他方式の軸受部が使用されていてもよい。

回路基板２４は、ステータ２１と電気的に接続される。回路基板２４は、ステータ２１の下側に位置し、中心軸９に対して略垂直に配置される。本実施形態の回路基板２４は、電子部品２４１およびセンサ２４２を有する。電子部品２４１は、コイル２１３に駆動電流を供給するための電気回路の一部を構成する。本実施形態の電子部品２４１は、回路基板２４の下面に搭載される。コイル２１３を構成する導線２１４の端部は、回路基板２４上の電子部品２４１を含む電気回路と、電気的に接続される。外部電源から供給される電流は、電気回路を介してコイル２１３へ流れる。なお、回路基板２４に搭載される電子部品２４１の数は、１つであってもよく、複数であってもよい。また、電子部品２４１は、回路基板２４の上面に搭載されてもよい。

センサ２４２は、回路基板２４の上面に搭載され、マグネット３３の磁束を検出する。これにより、ロータホルダ３２の回転速度が検出される。ロータホルダ３２の回転速度は、センサ２４２の検出結果に基づいて、フィードバック制御される。なお、回路基板２４に搭載されるセンサ２４２の数は、１つであってもよく、２つ以上であってもよい。複数のセンサ２４２を設けることで、マグネット３３の磁束をより精度よく検出することができる。

また、本実施形態のステータ２１は、インシュレータ２１２から下方へ延びる端子２８を有する。コイル２１３から引き出された導線２１４の端部は、端子２８に絡げられる。そして、端子２８の下端部は、回路基板２４に固定されるとともに、回路基板２４上の電気回路と電気的に接続される。このように、回路基板２４と導線２１４とを、端子２８を介して接続することで、接続を容易にして、接続不良を低減できる。

モールド樹脂部２５は、ステータ２１および回路基板２４を覆う。モールド樹脂部２５の材料には、例えば、熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂が用いられる。モールド樹脂部２５は、ステータ２１および回路基板２４が収容された金型内の空洞に、樹脂を流し込んで硬化させることにより得られる。すなわち、モールド樹脂部２５は、ステータ２１および回路基板２４をインサート部品とする樹脂成型品である。

ステータ２１および回路基板２４は、モールド樹脂部２５により覆われることで、外部の水や粉塵から保護される。これにより、モータ１の電気的信頼性を向上させることができるとともに、モータ１を長寿命化できる。また、ステータ２１および回路基板２４をモールド樹脂部２５により覆うことで、ステータユニット２の機械的強度も向上させることができる。その結果、モータ１の駆動時の騒音またはがたつきを抑制できる。

モータ１の駆動時には、外部電源から、回路基板２４を介してコイル２１３に、駆動電流が供給される。これにより、ステータコア２１１の複数のティース４２に、磁束が生じる。そして、ティース４２とマグネット３３との間の磁束により、周方向のトルクが発生する。その結果、中心軸９を中心としてロータ３が回転する。

なお、本実施形態のモータ１は、空気流を発生させるためのファンモータとして用いられる。図１に示すように、モータ１は、インペラ７を有する。インペラ７は、例えば、ロータホルダ３２の外周部に形成された複数の羽根により構成される。ただし、ロータホルダ３２とインペラ７とは、互いに別部材であってもよい。モータ１が駆動すると、インペラ７は、ロータホルダ３２およびシャフト３１とともに、中心軸９周りに回転する。これにより、インペラ７は、軸方向の気流を生じさせる。

＜２．下部インシュレータの構造について＞
続いて、下部インシュレータ４４の構造について説明する。図２は、後述する軸方向位置決め部４４４の付近におけるステータユニット２の部分縦断面図である。図３は、後述する周方向位置決め部４４３の付近におけるステータユニット２の部分縦断面図である。図４は、ステータユニット２の下面図である。

上述したように、下部インシュレータ４４は、ステータコア２１１の下部を覆う絶縁性の部材である。図１〜図４に示すように、本実施形態の下部インシュレータ４４は、円筒部４４１、端子保持部４４２、周方向位置決め部４４３、および軸方向位置決め部４４４を有する。

円筒部４４１は、ステータコア２１１よりも下側において、中心軸９を囲む円筒状の部位である。図４に示すように、本実施形態の回路基板２４は、中央貫通孔２４３を有する。円筒部４４１は、中央貫通孔２４３に挿入される。そして、回路基板２４および円筒部４４１は、モールド樹脂部２５により覆われる。これにより、回路基板２４と円筒部４４１との相対的な位置関係が固定される。

図２および図３に示すように、本実施形態の円筒部４４１は、下端付近に段部４６１を有する。段部４６１の径は、円筒部４４１の他の部分の径よりも小さい。また、段部４６１の外径は、下端へ向かうにつれて徐々に縮径する。段部４６１の上端は、回路基板２４と径方向に重なる。そして、段部４６１の外周面と、回路基板２４の内周部との間には、モールド樹脂部２５の一部が介在する。このような段部４６１を設けることによって、モールド樹脂部２５の成型時に、円筒部４４１と回路基板２４との間に、樹脂が流れ込みやすくなる。したがって、回路基板２４の内周部に対するモールド樹脂部２５の接触面積を増加させることができる。その結果、円筒部４４１に対する回路基板２４の位置を、より強固に固定できる。また、回路基板２４からの樹脂の剥離も抑制できる。

端子保持部４４２は、円筒部４４１の径方向外側において、端子２８を保持する部位である。端子保持部４４２は、円筒部４４１の外周面から径方向外側へ突出する。端子保持部４４２は、軸方向に貫通する貫通孔４５１を有する。端子２８は、貫通孔４５１に挿入されることで、下部インシュレータ４４に保持される。ただし、端子保持部４４２は、貫通孔４５１に代えて、端子２８を保持する凹部を有していてもよい。

図４に示すように、本実施形態の回路基板２４の内周部には、複数の切り欠き２４４が設けられている。複数の切り欠き２４４は、それぞれ、中央貫通孔２４３から径方向外側に凹む。回路基板２４の切り欠き２４４と、端子保持部４４２の貫通孔４５１とは、軸方向に重なる。このため、貫通孔４５１に挿入された端子２８は、複数の切り欠き２４４の内部を通って、回路基板２４よりも下方へ突出する。

周方向位置決め部４４３は、下部インシュレータ４４に対する回路基板２４の周方向の移動を制限する部位である。周方向位置決め部４４３は、円筒部４４１の外周面から径方向外側へ向けて突出する。本実施形態では、周方向位置決め部４４３の下端は、円筒部４４１の下端よりも上方に位置する。周方向位置決め部４４３の少なくとも一部分は、回路基板２４の切り欠き２４４の内部に配置される。これにより、ステータ２１に対して回路基板２４を、周方向に精度良く位置決めできる。

また、図３に示すように、本実施形態では、周方向位置決め部４４３の下端が、回路基板２４の下端よりも上方に位置する。このため、回路基板２４と円筒部４４１との間に、モールド樹脂部２５を構成する樹脂を、より多く介在させることができる。これにより、下部インシュレータ４４に対する回路基板２４の固定強度を、より向上させることができる。また、回路基板２４からの樹脂の剥離も、より抑制される。

図５は、ステータユニット２の、周方向位置決め部４４３付近の部分下面図である。図５に示すように、本実施形態の周方向位置決め部４４３は、周方向の両端部に、周方向に対して交差する第１位置決め面４７１を有する。また、本実施形態の回路基板２４は、第１位置決め面４７１と周方向に対向する第２位置決め面４７２を有する。下部インシュレータ４４に回路基板２４が取り付けられると、第１位置決め面４７１と第２位置決め面４７２とが接触する。これにより、下部インシュレータ４４に対する回路基板２４の周方向の移動が制限される。その結果、ステータ２１に対して回路基板２４が、周方向により精度よく位置決めされる。

また、図４および図５に示すように、本実施形態の周方向位置決め部４４３は、周方向の両端部に、周方向に対して傾斜する傾斜面４８１を有する。このため、モールド樹脂部２５の成型時に、周方向位置決め部４４３の傾斜面４８１と回路基板２４との間に、樹脂が入り込みやすくなる。これにより、下部インシュレータ４４に対する回路基板２４の固定強度を、より向上させることができる。また、回路基板２４からの樹脂の剥離も、より抑制される。

また、図４および図５に示すように、本実施形態の端子保持部４４２は、周方向位置決め部４４３の径方向外側に位置する。すなわち、端子２８と、周方向位置決め部４４３とは、径方向に重なる。このようにすれば、端子２８を配置するための切り欠きと、周方向位置決め部４４３に接触させるための切り欠きと、を別々に設ける必要がない。したがって、回路基板２４に形成される切り欠きの数を、低減できる。その結果、電子部品２４１およびセンサ２４２を搭載するための回路基板２４の有効領域を広くとることができる。

軸方向位置決め部４４４は、回路基板２４の軸方向の移動を制限する部位である。軸方向位置決め部４４４は、円筒部４４１の外周面から径方向外側に突出する。回路基板２４の上面の一部は、軸方向位置決め部４４４の下端面に接触する。これにより、回路基板２４は、下部インシュレータ４４に対して、軸方向に位置決めされる。

ここで、図２に示すように、軸方向位置決め部４４４の下端面から円筒部４４１の下端までの、軸方向の長さをｄ１とする。また、図３に示すように、周方向位置決め部４４３の下端面から円筒部４４１の下端までの、軸方向の長さをｄ２とする。このとき、ｄ１とｄ２は、ｄ１＞ｄ２の関係を満たす。すなわち、軸方向位置決め部４４４の下端面は、周方向位置決め部４４３の下端よりも、上方に位置する。このため、回路基板２４を、周方向位置決め部４４３および軸方向位置決め部４４４の双方に、同時に接触させることができる。これにより、ステータ２１に対して回路基板２４を、周方向および軸方向に精度よく位置決めできる。

また、図４に示すように、本実施形態では、周方向位置決め部４４３と軸方向位置決め部４４４との間に、周方向の間隙４９１が介在する。下部インシュレータ４４は、周方向位置決め部４４３と軸方向位置決め部４４４との間の間隙４９１において、上方へ凹んでいる。もし、間隙４９１が無ければ、インシュレータ２１２の成型時に、周方向位置決め部４４３と軸方向位置決め部４４４との間の角部に、湾曲部が生じる可能性がある。このような湾曲部に回路基板２４が接触すると、回路基板２４の軸方向の位置決め精度が低下する。しかしながら、本実施形態のように、周方向位置決め部４４３と軸方向位置決め部４４４との間に、間隙４９１を設けることで、湾曲部が生じることを防止できる。これにより、回路基板２４を軸方向により精度よく位置決めできる。

以上のように、本実施形態のモータ１では、下部インシュレータ４４の円筒部４４１の外周部に、周方向位置決め部４４３および軸方向位置決め部４４４が設けられている。このため、例えば、周方向位置決め部４４３および軸方向位置決め部４４４をティース４２の先端に近い箇所に設ける場合と比べて、下部インシュレータ４４の径方向の幅を抑制できる。また、周方向位置決め部４４３および軸方向位置決め部４４４が、ティース４２の外周部に配置されるマグネット３３と干渉する虞もない。また、モールド樹脂部２５の薄肉となる箇所を減らし、かつ、樹脂の使用量も低減できる。

また、周方向位置決め部４４３は、円筒部４４１の下端よりも上方に位置する。このため、ステータユニット２の下端部付近を、樹脂の量を抑えつつ十分に覆うことができる。その結果、モールド樹脂部２５による防塵および防水の効果を高めることができる。また、モータ１の製造コストを低減できるとともに、モータ１の軽量化および小型化を実現できる。

＜３．変形例＞
以上、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されない。

上記の実施形態の図４の例では、端子の数、回路基板の切り欠きの数、周方向位置決め部の数、および軸方向位置決め部の数は、いずれも３つであった。しかしながら、端子の数、切り欠きの数、周方向位置決め部の数、および軸方向位置決め部の数は、いずれも、２つ以下であってもよく、４つ以上であってもよい。

また、上記の実施形態では、円筒部、端子保持部、周方向位置決め部、および軸方向位置決め部が、単一の部材である下部インシュレータに設けられていた。しかしながら、円筒部、端子保持部、周方向位置決め部、および軸方向位置決め部は、複数の部材に設けられていてもよい。

また、各部材の細部の形状については、本願の各図に示された形状と、相違していてもよい。また、上記の実施形態や変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、ステータユニット、モータ、およびファンモータに利用できる。

１ モータ
２ ステータユニット
３ ロータ
７ インペラ
９ 中心軸
２１ ステータ
２３ 軸受ハウジング
２４ 回路基板
２５ モールド樹脂部
２８ 端子
３１ シャフト
３２ ロータホルダ
３３ マグネット
４１ コアバック
４２ ティース
４３ 上部インシュレータ
４４ 下部インシュレータ
２１１ ステータコア
２１２ インシュレータ
２１３ コイル
２１４ 導線
２３１ 軸受部
２４１ 電子部品
２４２ センサ
２４３ 中央貫通孔
２４４ 切り欠き
３２１ ホルダ天板部
３２２ ホルダ円筒部
４４１ 円筒部
４４２ 端子保持部
４４３ 周方向位置決め部
４４４ 軸方向位置決め部
４５１ 貫通孔
４６１ 段部
４７１ 第１位置決め面
４７２ 第２位置決め面
４８１ 傾斜面
４９１ 間隙

Claims (10)

1. 樹脂で覆われたステータユニットであって、
   上下に延びる中心軸の周囲に配置された環状のコアバックおよび前記コアバックから径方向外側へ向けて突出する複数のティースを有するステータコアと、
   前記ティースに巻かれた導線からなるコイルと、
   前記ステータコアの下方に配置される回路基板と、
   前記ティースの少なくとも一部を覆うインシュレータと、
   を有し、
   前記インシュレータは、
   前記ステータコアよりも下側において、前記中心軸を囲む円筒部と、
   前記円筒部の外周面から径方向外側へ向けて突出する周方向位置決め部と、
   を有し、
   前記回路基板の少なくとも一部と、前記周方向位置決め部とは、周方向に対向し、
   前記周方向位置決め部の下端は、前記円筒部の下端よりも、上方に位置するステータユニット。
2. 請求項１に記載のステータユニットであって、
   前記インシュレータから下方へ延びる端子をさらに有し、
   前記周方向位置決め部と、前記端子とは、径方向に重なるステータユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のステータユニットであって、
   前記周方向位置決め部の周方向両端部は、周方向に対して傾斜する傾斜面を有するステータユニット。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のステータユニットであって、
   前記周方向位置決め部の周方向両端部は、周方向に対して交差する第１位置決め面を有し、
   前記回路基板は、前記第１位置決め面と周方向に対向する第２位置決め面を有するステータユニット。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のステータユニットであって、
   前記円筒部は、下端に向けて外径が縮径するような段部を有し、
   前記段部の上端と、前記回路基板とは、径方向に重なるステータユニット。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のステータユニットであって、
   前記周方向位置決め部の下端は、前記回路基板の下端よりも上方に位置するステータユニット。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のステータユニットであって、
   前記インシュレータは、前記円筒部の外周面から径方向外側に突出する軸方向位置決め部をさらに有し、
   前記回路基板の一部が、前記軸方向位置決め部の下端面に接触し、
   前記軸方向位置決め部の下端面は、前記周方向位置決め部の下端よりも、上方に位置するステータユニット。
8. 請求項７に記載のステータユニットであって、
   前記周方向位置決め部と、前記軸方向位置決め部との、周方向の間には、間隙が介在するステータユニット。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のステータユニットを含む静止部と、
   前記ステータユニットと径方向外側に対向するマグネットを備え、前記中心軸を中心に回転するロータと、
   を有するモータ。
10. 請求項９に記載のモータと、
    前記ロータの外周部に配置され、前記中心軸周りに回転し気流を生じさせるインペラと、
    を有するファンモータ。

Images