JP2019216549A - Coil, motor stator, motor, and electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータに関し、特に、電動アクチュエータの駆動源として用いられ、モータステータのコイルの温度等を測定するセンサを備えたモータに関する。 The present invention relates to a motor, and more particularly to a motor that is used as a drive source of an electric actuator and has a sensor that measures a temperature of a coil of a motor stator.
近年、車両等の省力化及び低燃費化を目的とした電動化が進んでおり、例えば、自動車の自動変速機やブレーキ、ステアリング等の操作を電動モータの力で行うシステムが開発され、市場に投入されている。このような用途に使用されるアクチュエータとして、モータで駆動される回転部材(例えばねじ軸)の回転運動を、これと螺合する直動部材(例えばナット)の直線運動に変換する運動変換機構(ボールねじ機構やすべりねじ機構)を有する電動アクチュエータが知られている。 2. Description of the Related Art In recent years, electrification for the purpose of saving power and reducing fuel consumption of vehicles and the like has been progressing. For example, a system for operating an automatic transmission, a brake, a steering, and the like of an automobile by using an electric motor has been developed. Has been turned on. As an actuator used for such an application, a motion conversion mechanism (for converting a rotary motion of a rotary member (for example, a screw shaft) driven by a motor into a linear motion of a linear motion member (for example, a nut) screwed with the motor). An electric actuator having a ball screw mechanism and a sliding screw mechanism) is known.
このような電動アクチュエータにおいて、例えば直動部材が他部材に突き当たってその直線運動が規制されたとき、その状態でモータを駆動し続けると、モータのコイルの温度が上昇し、コイルが損傷するおそれがある。このようなコイルの温度上昇に伴う損傷を回避するために、コイルの温度を検出する温度センサを設けたモータが知られている。 In such an electric actuator, for example, when the linear motion member abuts on another member and its linear motion is restricted, if the motor is continuously driven in that state, the temperature of the motor coil increases, and the coil may be damaged. There is. A motor provided with a temperature sensor for detecting the temperature of the coil has been known in order to avoid such damage caused by the temperature rise of the coil.
例えば特許文献1では、隣り合うコイルの間に温度センサ(サーミスタ素子)を挿入したモータが示されている。このように、コイルの間のデッドスペースに温度センサを配置することで、コイルの周囲における他部材のレイアウトがしやすくなり、モータを小型化することが可能となる。 For example, Patent Document 1 discloses a motor in which a temperature sensor (thermistor element) is inserted between adjacent coils. By arranging the temperature sensor in the dead space between the coils as described above, the layout of other members around the coil can be easily performed, and the size of the motor can be reduced.
しかし、コイルは、巻線の線径や巻き数によって占積率(みかけ体積)が変動し、これに伴って隣り合うコイル間の隙間が変動する。このため、コイル間の隙間が小さい場合には、この隙間に挿入する温度センサも小型(小径)のものを使用する必要がある。この場合、コイルの仕様に応じて複数種の温度センサを用意する必要が生じるため、コスト高を招く。 However, the space factor (apparent volume) of the coil varies depending on the wire diameter and the number of windings, and the gap between adjacent coils varies accordingly. Therefore, when the gap between the coils is small, it is necessary to use a small (small diameter) temperature sensor to be inserted into the gap. In this case, it is necessary to prepare a plurality of types of temperature sensors according to the specifications of the coil, which leads to an increase in cost.
そこで、本発明は、コイルの温度等を測定するセンサを有するモータの小型化及び低コスト化を図ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the size and cost of a motor having a sensor for measuring the temperature of a coil and the like.
前記課題を解決するために、本発明は、筒部を有するインシュレータと、前記インシュレータの筒部の外周に巻回された巻線と、前記巻線の内周に配されたセンサとを備えたコイルを提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes an insulator having a tubular portion, a winding wound around the outer periphery of the tubular portion of the insulator, and a sensor arranged on an inner periphery of the winding. Provide coils.
このように、巻線の内周にセンサを配することで、巻線の周囲にセンサを配置する場合と比べて、コイルを小型化することができる。また、巻線の内周にセンサを配することで、巻線の占積率に関わらず、センサを配置するための一定のスペースを確保することができる。この場合、コイルの仕様に関わらず、同じ種類(大きさ)のセンサを使用することができるため、モータの低コスト化が図られる。 By arranging the sensor on the inner periphery of the winding as described above, the size of the coil can be reduced as compared with the case where the sensor is arranged around the winding. In addition, by disposing the sensor on the inner circumference of the winding, a fixed space for disposing the sensor can be secured regardless of the space factor of the winding. In this case, the same type (size) of sensor can be used irrespective of the specification of the coil, so that the cost of the motor can be reduced.
上記のコイルでは、インシュレータの筒部に、センサを収容するためのセンサ収容部を形成することが好ましい。センサ収容部は、例えば、筒部に設けられた凹部で形成することができる。この凹部を筒部の外周面に開口させれば、凹部に配されたセンサと、筒部の外周に巻回された巻線とを、インシュレータを介することなく直接対向させることができるため、センサの検知能力が高められる。この場合、凹部を形成した領域では巻線が内周側から支持されないため、巻線の形状が崩れるおそれがある。そこで、上記のような凹部を、元々巻線をほとんど支持していない筒部の外周面の平坦部に形成すれば、凹部の形成により巻線の形状が崩れる事態を回避できる。 In the above-described coil, it is preferable that a sensor housing portion for housing the sensor is formed in the cylindrical portion of the insulator. The sensor accommodating portion can be formed, for example, by a concave portion provided in the cylindrical portion. If this concave portion is opened on the outer peripheral surface of the cylindrical portion, the sensor disposed in the concave portion and the winding wound on the outer peripheral portion of the cylindrical portion can directly face each other without interposing the insulator, so that the sensor Detection ability is improved. In this case, since the winding is not supported from the inner peripheral side in the region where the concave portion is formed, the shape of the winding may be lost. Therefore, if the above-described concave portion is formed in a flat portion on the outer peripheral surface of the cylindrical portion which originally does not substantially support the winding, it is possible to avoid a situation in which the shape of the winding is broken due to the formation of the concave portion.
上記のコイルでは、センサを、センサ収容部に隙間を介して収容することが好ましい。この場合、インシュレータに巻線を巻回した後でも、センサ収容部にセンサを挿入することができる。 In the above-described coil, it is preferable that the sensor be housed in the sensor housing via a gap. In this case, the sensor can be inserted into the sensor accommodating portion even after winding the winding around the insulator.
モータの用途によっては、高温になりやすいコイルの場所(位相)がおおよそ決まっていることがある。この場合、高温になりやすいコイルの巻線の内周にセンサを配置することが好ましい。しかし、センサの場所によっては、センサから引き出される導線の取り回しがしにくくなり、組立性の悪化を招くおそれがある。そこで、上記のコイルには、センサと電気的に接続されたセンサ配線用基板を設けることが好ましい。この場合、センサ配線用基板とセンサから延びる導線との接続部の場所を変更するだけで、容易にセンサの場所(位相)を変更することが可能となる。 Depending on the use of the motor, the location (phase) of the coil that is likely to be high in temperature may be roughly determined. In this case, it is preferable to dispose the sensor on the inner periphery of the winding of the coil that is likely to be heated to a high temperature. However, depending on the location of the sensor, it is difficult to route the lead wire drawn from the sensor, and there is a possibility that the assemblability may be deteriorated. Therefore, it is preferable to provide a sensor wiring substrate electrically connected to the sensor in the coil. In this case, it is possible to easily change the location (phase) of the sensor simply by changing the location of the connection between the sensor wiring substrate and the conductor extending from the sensor.
上記のセンサ配線用基板を環状に形成し、巻線と電気的に接続されたバスリングに嵌合させれば、センサ配線用基板の取り付けが容易化される。 If the above-described sensor wiring substrate is formed in a ring shape and fitted to a bus ring electrically connected to the winding, the mounting of the sensor wiring substrate is facilitated.
以上のように、コイルの巻線の内周にセンサを配置することで、モータの小型化及び低コスト化を図ることができる。 As described above, by arranging the sensor on the inner periphery of the winding of the coil, the size and cost of the motor can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に示す電動アクチュエータは、本発明の一実施形態に係るモータ1と、モータ1の回転運動を直線運動に変換する運動変換機構としてのねじ機構2とを主に備える。
The electric actuator shown in FIG. 1 mainly includes a motor 1 according to an embodiment of the present invention, and a
モータ1は、回転軸1aと、モータステータ(以下、単に「ステータ」とも言う。)10と、モータロータ(以下、単に「ロータ」とも言う。)20と、これらを内周に収容するハウジング30とを有する。
The motor 1 includes a rotating shaft 1a, a motor stator (hereinafter, also simply referred to as "stator") 10, a motor rotor (hereinafter, also simply referred to as "rotor") 20, and a
ハウジング30は、筒状の本体部31と、本体部31の後方開口部を閉塞する蓋部32とを有する。ステータ10は、ハウジング30の本体部31の内周面に固定される。ハウジング30の蓋部32には、ステータ10から延びる配線P1,P2を外部に出すための配線口32aが設けられる。回転軸1aは、ハウジング30に対して、ベアリング41,42を介して回転自在に取り付けられる。ロータ20は、回転軸1aの外周に固定され、回転軸1aと一体に回転する。
The
尚、以下の説明では、モータ1の回転軸方向(図1では左右方向)を「軸方向」と言う。また、軸方向で、モータ1のハウジング30から回転軸1aが突出した側(図1では右側)を「前方」と言い、その反対側(図1では左側)を「後方」と言う。
In the following description, the direction of the rotation axis of the motor 1 (the left-right direction in FIG. 1) is referred to as “axial direction”. In the axial direction, the side (right side in FIG. 1) where the rotating shaft 1a protrudes from the
ねじ機構2は、外周に雄ねじ2a1が形成されたねじ軸2aと、内周に雌ねじ2b1が形成されたナット2bとを有する。ねじ軸2aは、モータ1の回転軸1aと連結され、図示しないベアリングによって回転自在に支持される。ナット2bは、図示しない回転規制手段により回転が規制されている。モータ1により駆動されたねじ軸2aの回転運動が、ナット2bの直線運動(軸方向移動)に変換される。ねじ機構2は、ねじ軸2aの雄ねじ2a1とナット2bの雌ねじ2b1とが直接螺合するすべりねじ機構であってもよいし、これらが多数のボールを介して螺合するボールねじ機構であってもよい。
The
以下、モータ1の詳細な構造を、ステータ10の構成を中心に説明する。
Hereinafter, the detailed structure of the motor 1 will be described focusing on the configuration of the
ロータ20は、図2に示すように、軸方向に積層した複数の鋼板(例えば電磁鋼板)で形成された円筒状のロータコア21と、ロータコア21の外周面に取り付けられた複数のマグネット22と、マグネット22を外周から保持するカバー23とを備える。
As shown in FIG. 2, the
ステータ10は、ステータコア11と、コイルCと、バスリング14と、センサ配線用基板16とを主に備える。コイルCは、インシュレータ12と、巻線13と、センサ15とを有する。
The
ステータコア11は、軸方向に積層した複数の鋼板(例えば電磁鋼板)で形成される。ステータコア11は、図3(A)(B)に示すように、環状部11aと、環状部11aから内径向きに突出する複数のティース11bとを有する。複数のティース11bは、周方向等間隔に設けられる。
インシュレータ12は、樹脂等の絶縁材料で一体に形成され、図4に示すように、筒部12aと、筒部12aの両開口端部に設けられたフランジ部12b,12cとを有する。筒部12aの内周には、ステータコア11のティース11bが挿入される(図3参照)。インシュレータ12をステータコア11のティース11bに取り付けた状態では、一方のフランジ部12bが外径側に配され、他方のフランジ部12cが内径側に配される。筒部12aの外周面には、長辺に設けられた平坦部12a1と、短辺に設けられた平坦部12a2と、平坦部12a1,12a2を滑らかに連続する曲面部12a3とを有する(図4参照)。
The
筒部12aには、凹部12a4が形成される。本実施形態では、図5に示すように、凹部12a4が、筒部12aの一方の開口端部(モータ1の外径側の端部)に設けられる。図示例では、凹部12a4が、インシュレータ12のうち、ステータコア11の環状部11aで外周から覆われない領域に開口している(図7参照)。凹部12a4は、インシュレータ12の他方の開口端部(モータ1の内径側の端部)には開口しておらず、底面12a5で閉塞される(図5参照)。
A concave portion 12a4 is formed in the
本実施形態では、図4及び図5に示すように、凹部12a4が、筒部12aの外周面及び内周面に開口している。図示例では、凹部12a4が、筒部12aの外周面のうち、短辺に設けられた平坦部12a2に開口し、曲面部12a3には実質的に開口していない。これにより、凹部12a4により巻線13の形状が崩れることがない。具体的には、図5に示すように、巻線13のうち、凹部12a4の外径側に配された部分の内径と、平坦部12a2の外径側に配された部分の内径とが略等しくなっている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the concave portion 12a4 is opened on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the
巻線13は、金属線、例えば銅線からなり、インシュレータ12の筒部12aの外周に巻回され、筒部12a及び両フランジ部12b,12cで囲まれた空間に収容される(図5及び図6参照)。巻線13の一端13a及び他端13bが、コイルCから引き出され、バスリング14(図7参照)に接続される。
The winding 13 is made of a metal wire, for example, a copper wire, is wound around the outer periphery of the
バスリング14は、ステータコア11と同軸の環状に形成される(図7参照)。本実施形態では、図2に示すように、バスリング14がステータコア11の後方に設けられる。バスリング14は、金属からなるU相リング14a、V相リング14b、W相リング14c、及びアースリング14dを有する。U相リング14aの後方(図中左側)、各リング14a,14b,14c,14dの間、およびアースリング14dの前方(図中右側)には、樹脂からなる絶縁リング14eが設けられる。各リング14a〜14eの内周には、樹脂からなる円筒部14fが設けられる。図示例では、円筒部14fが、前方端部の絶縁リング14eと一体に設けられる。円筒部14fは、後方端部の絶縁リング14eよりも後方に突出している。後方端部の絶縁リング14eには、センサ配線用基板16を位置決めするための複数の位置決めピン14gが設けられる(図7参照)。バスリング14には、インシュレータ12に取り付けるための取付部14hが設けられる(図2参照)。取付部14hは、例えば、インシュレータ12の内周面と嵌合する嵌合面14h1と、インシュレータ12の端部(内径側のフランジ部12c)と当接する係止面14h2とを有する。図示例では、取付部14hが、前方端部の絶縁リング14eと一体に設けられる。
The
図8に示すように、各コイルCから引き出された巻線13の一端13aは、アースリング14dの端子14d1に接続され、他端13bは、U相リング14aの端子14a1、V相リング14bの端子14b1、あるいはW相リング14cの端子14c1の何れかに接続される。U相リング14a,V相リング14b,W相リング14cは、これらに電流を流すための配線P1が接続される。この配線P1は、ハウジング30の蓋部32の配線口32aから外部に引き出される(図1参照)。
As shown in FIG. 8, one
センサ15は、温度を測定するための温度センサである。センサ15は、図2に示すように、コイルCの巻線13の内周に配され、例えば、巻線13とステータコア11のティース11bとの間に配される。本実施形態では、センサ15が、インシュレータ12の筒部12aに設けられたセンサ収容部Sに配される。図示例では、センサ収容部Sが、インシュレータ12の筒部12aの凹部12a4で形成され、具体的には、インシュレータ12の凹部12a4と、巻線13の内周面と、ステータコア11の端面とで形成される。センサ収容部S内にセンサ15を配置した状態で、センサ収容部S内に接着剤(図2に散点で示す)を充填することにより、センサ15がインシュレータ12に固定される。接着剤としては、熱伝導性に優れたものを使用することが好ましい。
The
このように、センサ15をコイルCの巻線13の内周に配することで、巻線13の外周にセンサ15を配置するためのスペースを確保する必要がない。また、巻線13の占積率に関わらず、巻線13の内周に常に一定のスペースを確保することができるため、巻線の占積率の異なるコイルを用いた場合でも、同じ種類(大きさ)のセンサ15を使用することができる。
Thus, by arranging the
また、インシュレータ12の凹部12a4で形成されたセンサ収容部Sにセンサ15を配置することで、このセンサ収容部Sに充填した接着剤によりセンサ15をインシュレータ12に直接固定することができる。これにより、センサ15を保持するホルダ等が不要となり、センサ15の取り付け構造が簡略化される。
Further, by disposing the
また、インシュレータ12の凹部12a4が筒部12aの外周面に開口していることで、センサ15とコイルCの巻線13とがインシュレータ12を介することなく対向するため、センサ15の検知精度が高められる。特に、接着剤として熱伝導性に優れたもの(熱伝導性接着剤)を使用すれば、センサ15の検知精度がさらに高められる。
Further, since the concave portion 12a4 of the
図8に示すように、センサ15は、バスリング14のU相リング14aに接続されたU相のコイルC(U)、V相リングに接続されたV相のコイルC(V)、W相リングに接続されたW相のコイルC(W)にそれぞれ設けられる。図示例では、各相を構成するコイルC(U),C(V),C(W)のうち、それぞれ1個ずつに、センサ15が設けられる。尚、各相を構成するコイルCのうち、複数のコイルCにセンサ15を設けてもよい。また、センサ15は、必ずしも全ての相のコイルCに設ける必要はなく、U相、V相、W相のうちの何れか2つあるいは1つの相のコイルCに設けてもよい。ただし、本実施形態のように全ての相のコイルCにセンサ15を設けることで、各相のコイルC(U),C(V),C(W)の温度をそれぞれ個別に監視することができる。
As shown in FIG. 8, the
センサ配線用基板16は、バスリング14と同軸の環状に形成され、具体的には、バスリング14と略同径の環状(円環板状)を成している(図7参照)。本実施形態では、図2に示すように、センサ配線用基板16が、バスリング14の後方に設けられ、バスリング14と軸方向で重複している。センサ配線用基板16は、表面に配線パターン(図示省略)が設けられる。具体的には、センサ配線用基板16の表面に、U相用の配線パターン、V相用の配線パターン、W相用の配線パターン、およびアース用の配線パターンが形成される。U相のコイルC(U)に設けられるセンサ15は、U相用の配線パターンおよびアース用の配線パターンに接続される。V相のコイルC(V)に設けられるセンサ15は、V相用の配線パターンおよびアース用の配線パターンに接続される。W相のコイルC(W)に設けられるセンサ15は、W相用の配線パターンおよびアース用の配線パターンに接続される。各配線パターンには、外部の測定器(図示省略)と接続するための配線P2が接続される。この配線P2は、ハウジング30の蓋部32の配線口32aから外部に引き出される(図1参照)。
The
センサ配線用基板16には、複数の位置決め穴16aが設けられる(図7参照)。センサ配線用基板16の位置決め穴16aには、バスリング14の位置決めピン14gが挿入される(図8参照)。センサ配線用基板16の内周面は、バスリング14の円筒部14fの外周面と嵌合している(図2参照)。
A plurality of
上記構成のステータ10は、以下の手順で組み立てることができる。まず、インシュレータ12の筒部12aの外周に巻線13を巻回する(図6参照)。この巻線13及びインシュレータ12の一体品を、ステータコア11の各ティース11bに取り付ける(図3参照)。具体的には、インシュレータ12の筒部12aの内周に、ステータコア11のティース11bを挿入する。以下、巻線13、インシュレータ12、およびステータコア11の一体品を「ステータサブアッシA」と言う。
The
次に、各リング14a〜14eが一体化されたバスリング14(図7参照)を、ステータサブアッシAに取り付ける。本実施形態では、図2に示すように、バスリング14が、ステータサブアッシAのインシュレータ12に取り付けられる。具体的には、バスリング14の取付部14hの嵌合面14h1とインシュレータ12の内周面とを嵌合させると共に、取付部14hの係止面14h2をインシュレータ12の端部に軸方向で当接させる。これにより、バスリング14がステータサブアッシAに対して軸方向及び周方向で位置決めされ、この状態で、バスリング14をステータサブアッシAに適宜の手段で固定する。
Next, the bus ring 14 (see FIG. 7) in which the
こうしてステータサブアッシAに取り付けられたバスリング14に、各コイルCを接続する。具体的には、図8に示すように、各コイルCの巻線13の一端13aを、バスリング14のアースリング14dの端子14d1に接続すると共に、各コイルCの巻線13の他端13bを、バスリング14のU相リング14aの端子14a1、V相リング14bの端子14b1、あるいはW相リング14cの端子14c1の何れかに接続する。
Thus, each coil C is connected to the
次に、センサ15が接続されたセンサ配線用基板16(図7参照)を、バスリング14に取り付ける。具体的には、センサ配線用基板16の内周面を、バスリング14の円筒部14fの外周面に嵌合させながら、センサ配線用基板16の位置決め穴16aに、バスリング14の位置決めピン14gを挿入する(図8参照)。これにより、センサ配線用基板16がバスリング14に対して位置決めされ、この状態で、接着やねじ止め等の適宜の手段で、センサ配線用基板16がバスリング14に固定される。
Next, the
そして、センサ配線用基板16に導線を介して接続された3個のセンサ15を、それぞれ各相のコイルC(U),C(V),C(W)に取り付ける。具体的には、各センサ15を各コイルCの内周に挿入し、具体的には、インシュレータ12の筒部12aの凹部12a4で形成されたセンサ収容部Sに外径側から挿入する。本実施形態では、図2に示すように、インシュレータ12の凹部12a4と、巻線13の内周面と、ステータコア11のティース11bの端面とで形成されたセンサ収容部Sに、センサ15が隙間を介して挿入される。すなわち、センサ収容部Sの軸方向寸法Lが、センサ15の外径Dよりも大きい。これにより、ステータコア11,インシュレータ12,および巻線13からなるステータサブアッシAを組み立てた後に、センサ15をセンサ収容部Sに挿入して巻線13の内周に配することが可能となる。この状態で、センサ収容部Sに接着剤を注入し、これを硬化させることにより、センサ15が巻線13の内周に固定される。以上により、図8に示すステータ10が完成する。
Then, the three
上記構成の電動アクチュエータ(図1参照)において、モータ1のステータ10のコイルCの巻線13に通電し、ロータ20を正方向に回転させると、これと一体にモータ1の回転軸1a及びねじ機構2のねじ軸2aが正方向に回転し、これによりナット2bが前方に移動する。一方、ロータ20を逆方向に回転させると、これと一体にねじ軸2aが逆方向に回転し、これによりナット2bが後方に移動する。
In the electric actuator having the above configuration (see FIG. 1), when the winding 13 of the coil C of the
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、インシュレータ12の筒部12aに形成する凹部12a4が、筒部12aの外周面及び内周面の双方に開口しているが、これに限られない。例えば、図9に示すように、凹部12a4を、筒部12aの外周面のみに開口させてもよい。この場合、センサ収容部Sの容積が、上記の実施形態よりも小さくなるため、この空間に充填される接着剤の量を低減できる。また、これとは逆に、凹部12a4を、筒部12aの内周面のみに開口させてもよい(図示省略)。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the concave portion 12a4 formed in the
また、上記の実施形態では、ねじ機構2の回転部材がねじ軸2a、直動部材がナット2bである場合を示したが、これとは逆に、ナットを回転部材、ねじ軸を直動部材としてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the rotating member of the
1 モータ
2 ねじ機構(運動変換機構)
2a ねじ軸
2b ナット
10 モータステータ
11 ステータコア
11b ティース
12 インシュレータ
12a 筒部
12a4 凹部
12b,12c フランジ部
13 巻線
14 バスリング
15 センサ
16 センサ配線用基板
20 ロータ
30 ハウジング
A ステータサブアッシ
C コイル
S センサ収容部
1
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WO2021107096A1 (en) | 2019-11-29 | 2021-06-03 | 三菱マテリアル株式会社 | Copper alloy, copper alloy plastic-processed material, component for electronic and electric devices, terminal, bus bar, and heat dissipation substrate |
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