JP2020005348A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】小型で耐久性に優れたブラシレスモータを提供する。【解決手段】ブラシレスモータ１０はステータ３１とロータ３２とを備え、ステータ３１はそれぞれコイル５４が巻回される複数のティース５２と絶縁用のインシュレータ５３とを有し、モータケース１１は、ステータ３１を保持する円筒部１３と、折返し部２３が設けられた底壁部１２とを有している。折返し部２３の径方向内側にベアリング保持部２６が形成され、コイル５４およびインシュレータ５３の端部が入り込む収容部２７が折返し部２３の径方向外側に形成される。収容部２７に注入されるコーティング剤の溜まり部６１が収容部２７内に形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、円筒部と底壁部とが一体となったモータケースを有するブラシレスモータに関する。

ブラシレスモータは、シャフトが設けられたロータと、コイルが設けられたステータとを有し、ステータはモータケースに保持され、ロータのシャフトはモータケースに回転自在に支持される。ロータの位置は磁気感応素子であるホール素子により検出され、ホール素子の検出信号に基づいてコイルに対する通電タイミングがインバータにより制御される。ロータには、ロータの外周に複数のマグネットを貼り付けられた表面磁石型（ＳＰＭ）と、複数の永久磁石をロータに埋め込んだ埋込磁石型（ＩＰＭ）とがある。さらに、ロータにはリングマグネットを備えたタイプがあり、このタイプのロータは、磁性材料からなる円筒部材に磁極としてのＮ極とＳ極が円周方向にずらして交互に着磁されたリングマグネットを備えている。

シャフトの先端部をモータケースの一端から突出させ、シャフトの基端部をモータケース内で回転自在に支持するようにしたモータにおいては、モータケースの底壁部内に装着されるベアリングによりシャフトの基端部が支持され、モータケースの開口部側のブラケットに装着されるベアリングによりシャフトの先端部が支持される。特許文献１には、モータケースがケース底部と筒状ハウジングとに分離され、ステータコアの外周面が外部に露出された形態の電動モータが記載されている。ベアリングが装着されるベアリング保持部がモータケースの底壁部の径方向中央部に設けられており、ベアリング保持部は軸方向外方に突出している。

特開２０１５−１５９６７０号公報

モータケースを円筒部とこれと一体となった底壁部とを有する有底円筒状とし、ステータの全体をモータケース内に収容すると、モータケースを構成する部品点数を少なくすることができる。しかし、底壁部を軸方向外方に突出させて底壁部内にベアリングを支持するための保持部を形成すると、モータケースの軸方向長さが長くなり、モータを小型化することができないという欠点がある。

一方、ステータのコイルにコイルのばらけ防止や、放熱性向上等を目的としてコーティング剤が塗布されることがある。コーティング剤がコイルやステータに連なった形状となって確実に固定されていないと、コーティング剤の一部が剥落してモータケース内に飛散し、飛散したコーティング剤が異物となるおそれがある。モータケース内に異物が飛散するとモータの耐久性を低下させる。

本発明の目的は、小型で耐久性に優れたブラシレスモータを提供することにある。

本発明のブラシレスモータは、モータケース内に配置されるステータと、シャフトが挿通され前記ステータの内部に回転自在に軸支されるロータとを備えたブラシレスモータであって、前記ステータは、それぞれコイルが巻回される複数のティースと、それぞれの前記ティースと前記コイルとの間に設けられる絶縁用のインシュレータと、を有し、前記モータケースは、前記ステータを保持する円筒部と、軸方向内部側に突出する折返し部が設けられた底壁部と、を有し、前記シャフトを回転自在に保持するベアリングが装着されるベアリング保持部を前記折返し部の径方向内側に形成し、前記コイルおよび前記インシュレータの端部が入り込む収容部を前記折返し部の径方向外側に形成し、コーティング剤が前記コイルに塗布され、前記コイルに接触するコーティング剤の溜まり部を前記収容部内に形成する。

モータケースの底壁部には、モータケースの軸方向内部側に突出する折返し部が設けられており、折返し部の径方向内側にベアリング保持部が形成され、折返し部の径方向外側に収容部が形成されている。ベアリング保持部にはシャフトを回転自在に支持するベアリングが装着され、収容部にはコイルおよびインシュレータの端部が収容される。これらの端部とベアリングが径方向にオーバーラップするので、モータケースの軸方向の長さを短くすることができ、ブラシレスモータの小型化が達成される。コイルに塗布されるコーティング剤により収容部内にコーティングの溜まり部が形成され、溜まり部はコイルに接触するので、コーティング剤はコイルの外面から溜まり部にまで連なった状態となる。これにより、コーティング剤の一部が剥落してモータケース内に飛散することが防止され、モータの耐久性を高めることが可能となる。

一実施の形態であるブラシレスモータを示す斜視図である。 図１の縦断面図である。 図２の拡大横断面図である。 図２におけるＡ部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２に示されるように、ブラシレスモータ１０はモータケース１１を備えている。モータケース１１は、金属板を深絞り等のプレス加工を施すことにより形成され、図２に示されるように、底壁部１２と円筒部１３を有し、円筒部１３の開口端部１４にはフランジ部１５が設けられている。フランジ部１５には、樹脂材料からなるブラケット１６が複数のねじ部材１７により取り付けられる。

ブラケット１６には複数のカラー１８が取り付けられており、それぞれのカラー１８を貫通するねじ部材により、ブラシレスモータ１０は図示しない部材に取り付けられる。このブラシレスモータ１０は、自動車のブレーキ装置駆動用として適用することができ、その場合には、モータケース１１はカラー１８を貫通するねじ部材により減速機に取り付けられる。

図２に示されるように、モータケース１１の底壁部１２には、モータケース１１の内部に向けて底壁部１２から軸方向に屈曲した内側の屈曲部２１が環状に設けられている。この屈曲部２１の内方端からモータケース１１の外部に向けて軸方向に反転して屈曲する外側の屈曲部２２が底壁部１２に環状に設けられている。内側の屈曲部２１と外側の屈曲部２２は重なっており、両方の屈曲部２１、２２により、底壁部１２の軸方向内側に突出する折返し部２３が形成される。この折返し部２３を境界部として、底壁部１２は、径方向内側の中央部２４と、それよりも径方向外側の外側部２５とからなる。中央部２４と外側部２５は、略同一平面状となっており、円筒部１３に対して略直角の平坦面となっている。

折返し部２３の径方向内側にはベアリング保持部２６が形成され、折返し部２３の径方向外側には収容部２７が形成され、モータケース１１の底部は、折返し部２３によりベアリング保持部２６と収容部２７とに仕切られている。

金属板を素材として折返し部２３を有するモータケース１１をプレス加工により成型すると、屈曲部２１、２２が重なり合った部分には、成型後にメッキや塗装等の表面処理を行うことができない。したがって、通常の鋼板を使用して折返し構造を有するモータケース１１を製造すると、耐腐食性が低下する。そこで、モータケース１１をプレス加工するための金属板としては、表面に耐食性のメッキ層が表面処理されたメッキ鋼板が使用される。これにより、メッキ鋼板製のモータケース１１は、成型後に表面処理を施すことなく、ブラシレスモータ１０の耐久性を向上させることができる。

耐食性のメッキ層が施されて成型後に表面処理を施すことなく、製品化できるメッキ鋼板としては、例えば、日新製鋼株式会社製の亜鉛・アルミニウムが６％、マグネシウムが３％の溶融メッキ鋼板であるＺＡＭ（登録商標）を使用することができる。

モータケース１１の円筒部１３には、ステータ３１が固定され、ステータ３１の内部にはロータ３２がエアギャップつまり隙間３３を介して回転自在に軸支される。ロータ３２はモータのシャフト３４を有し、シャフト３４は基端部側のベアリング３５と先端部側のベアリング３６により回転自在に保持される。基端部側のベアリング３５はベアリング保持部２６に装着され、先端部側のベアリング３６はブラケット１６に取り付けられたホルダー３７に装着される。ベアリング保持部２６を形成する環状の折返し部２３の内径は、ベアリング３５の外径に対応している。

シャフト３４の図２における下端部をシャフト３４の基端部とし、上端部を先端部とすると、先端部にはピニオンギヤ３８が取り付けられる。ピニオンギヤ３８の回転は、図示しない減速歯車機構を介して送りねじ軸に伝達される。送りねじ軸は、ブレーキ装置のキャリパに軸方向に往復動自在に装着された往復動部材にねじ結合されている。往復動部材とこれに対向するキャリパの爪部とには、それぞれ自動車の電動ブレーキ装置のブレーキディスクに押圧されるパッドが設けられており、ブラシレスモータ１０により自動車には制動力が加えられる。

図３に示されるように、ロータ３２は円筒形状のロータコア４１を有し、ロータコア４１の挿通孔４２にはシャフト３４が貫通して挿入される。ロータコア４１の外周には接着剤４３によりリングマグネット４４が固定される。挿通孔４２には複数の凹溝４５が軸方向に延びて設けられている。ロータコア４１は、プレス加工により略環状に打ち抜かれた金属板（電磁鋼板）を複数枚積層することにより形成される。それぞれの金属板には、積層時の位置決め用の貫通孔４６が設けられている。さらに、金属板にはロータコア４１の軽量化のための図示しない貫通孔が設けられている。

リングマグネット４４は、磁性材料からなる円筒形状の部材に、磁極としてのＮ極とＳ極とを円周方向にずらして交互に着磁することにより形成される。図３に示されるリングマグネット４４には、円周方向に１０個の磁極が着磁されており、ロータ３２は１０極の極数を有している。図３においては、リングマグネット４４の磁極の境界部分が破線で示されている。このように、ブラシレスモータ１０をリングマグネット型とすると、前述のように、表面磁石型や埋込磁石型のロータと相違して、円周方向に均等に磁極を割り付けることができるとともに、少ない組み立て工数でロータ３２を製造することができる。

ロータ３２としては、上述した表面磁石型としても良く、埋込磁石型としても良い。表面磁石型のロータは、円筒形状の部材の外周面に貼り付けられた円弧形状の磁石が外れることが考えられるが、リングマグネット型とすることにより、モータの耐久性を向上させることができる。

ステータ３１は、略円筒形状のステータコア５１を有している。ステータコア５１は、図３に示されるように、９つのティース５２を円周方向に組み合わせることにより形成される。それぞれのティース５２は、プレス加工により打ち抜かれた金属板（電磁鋼板）を複数枚積層することにより形成される。それぞれの金属板には、積層時の位置決め用の図示省略した貫通孔が設けられている。それぞれのティース５２には絶縁用の樹脂材料からなるインシュレータ５３が装着され、インシュレータ５３の外側にはコイル５４が巻回つまり巻き付けられている。９つのティース５２にコイル５４が巻き付けられており、図３に示されるステータ３１は、９つのコイル５４を有している。

図２に示されるように、ステータ３１がモータケース１１の円筒部１３内に装着されると、インシュレータ５３およびコイル５４の底壁部１２側の端部は収容部２７内に入り込む。したがって、折返し部２３を境界として、その内側にはベアリング３５が配置され、その外側にはインシュレータ５３とコイル５４の端部、つまりステータ３１の端部が収容されるので、ベアリング３５とステータ３１の端部とが、相互に径方向にオーバーラップする。これにより、モータケース１１の軸方向の長さを短くすることができ、ブラシレスモータ１０を小型化することができる。

このように、モータケース１１は底壁部１２と円筒部１３とが一体となった有底円筒形状であり、底壁部１２にモータケース１１の内部に突出した折返し部２３を設けたので、モータの小型化を達成することができる。モータケース１１の成型後に、折返し部２３に表面処理層を形成することができないことから、耐食性のメッキ層が施されたメッキ鋼板を用いてモータケース１１を製造するようにしたので、ブラシレスモータ１０の小型化を達成しつつ、耐久性を向上させることができる。

それぞれのコイル５４は、円周方向に順にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相を構成し、それぞれの相は、３つのコイル５４により形成される。図２に示されるように、ステータ３１の先端側の端面にはバスバーユニット５５が配置されている。バスバーユニット５５により各コイル５４の端子と外部電源とが電気的に接続される。シャフト３４には、ロータ３２の回転方向の位置を検出するために、センサディスク５６が取り付けられている。センサディスク５６には、図示しないマグネットが設けられている。ブラケット１６には、センサディスク５６に対向してセンサ基板５７が取り付けられており、センサディスク５６に設けられたマグネットの磁力に感応するホール素子５８が設けられている。

図２には、ホール素子５８が１つ示されているが、３相のコイルに対応させて３つのホール素子がセンサ基板５７に設けられている。それぞれのホール素子は、センサディスク５６に設けられたマグネットの磁束を検出することにより、ロータ３２の磁極部の極性がＮ極からＳ極の中性点となったときに検出信号を出力する磁界検出素子であり、ホール素子からの検出信号に基づいてロータ３２の位置を検出し、それぞれのコイル５４に対する通電切換動作が行われる。回転位置を検出するためのセンサとしては、ホール素子のみに限られず、コンパレータの機能を有する電子素子とホール素子をワンチップ化したホールＩＣを用いるようにしても良い。

ホール素子５８に接続されるリード線は、図１に示されるように、ブラケット１６に設けられたケーブルガイド５９ａを通って外部に案内される。さらに、各相のコイルの一方の接続端子を外部のインバータ回路に接続するリード線はケーブルガイド５９ｂを通って案内される。

コイル５４がばらけたり、断線したりするのを防止するために、それぞれのコイル５４にはコーティング剤が塗布される。コイル５４に対するコーティング剤の塗布は、モータケース１１の内部にステータ３１が組み込まれた後に行われる。ステータ３１は、それぞれのティース５２にインシュレータ５３が取り付けられ、インシュレータ５３にコイル５４が巻き付けられることにより、組み立てられる。

ステータ３１をモータケース１１の円筒部１３内に挿入する際には、ステータコア５１の図２における上側の端面を基準位置として、その基準位置と円筒部１３内の取付位置とを一致させることにより設定される。この取付位置にステータ３１が挿入されたときには、インシュレータ５３の図２における下側の端面は、底壁部１２の底面つまり収容部２７の底面には接触しておらず、インシュレータ５３と収容部２７の底面との間には、空隙６０が設けられる。

ステータ３１のモータケース１１内への挿入位置を、インシュレータ５３が底壁部１２の底面に接触する位置とすると、ステータ３１のモータケース１１に対する組立精度は、インシュレータ５３の加工精度に依存する。これに対して、ステータコア５１の端面をステータ３１の円筒部１３に対する組立時の基準位置とすると、ステータコア５１の組立精度は、インシュレータ５３の寸法精度よりも高精度であるので、ステータ３１の組立精度を高めることができる。

ステータ３１がモータケース１１に挿入されて位置決め保持された状態のもとで、液状のコーティング剤がコイル５４の外面に塗布される。このときには、図３に示されるように、ティース５２にインシュレータ５３を介して巻き付けられたコイル５４の相互間には隙間があるので、その隙間からコーティング剤を滴下してコイル５４に塗布される。コーティング剤はコイル５４の上下に延びる部分を伝って、収容部２７の内部に入り込む。これにより、コーティング剤の溜まり部６１が収容部２７に形成される。したがって、溜まり部６１のコーティング剤は、その一部がインシュレータ５３の基端部側の端部内に入り込んで、コイル５４の外側に付着したコーティング剤と連なった状態になる。

コーティング剤がステータ３１に塗布され、収容部２７内に溜まり部６１が形成されたた後には、コーティング剤は加熱炉において加熱されて硬化される。これにより、モータケース１１内に供給されたコーティング剤は、全体的に連なって固まった状態になる。

図４には、収容部２７に注入されたコーティング剤の溜まり部６１が点を付して示されている。図４に示されるように、収容部２７の内面から溜まり部６１の上面までの溜まり部６１の高さＨは、収容部２７の底面からインシュレータ５３の端面までの高さ（Ａ）よりも高く、収容部２７の底面から折返し部２３の先端までの高さ（Ｂ）よりも低い位置に設定される。

コーティング剤の塗布量が少なく、溜まり部６１の上面が高さＡよりも低い位置となると、コイル５４に塗布されて収容部２７内に滴下されたコーティング剤は、ツララ状ないし糸状となる。ツララ状のコーティング剤は、モータ使用時に欠け落ちてモータケース１１の内部に異物となって残留して飛散してしまうことが考えられる。一方、溜まり部６１の上面が高さＢよりも高くなるように、コーティング剤がモータケース１１内に注入されると、コーティング剤が折返し部２３を超えてベアリング保持部２６内に入り込んでしまう。コーティング剤がベアリング保持部２６内に入り込むと、ベアリング３５をベアリング保持部２６に装着する前に、ベアリング保持部２６を清掃する工程が必要となる。

したがって、溜まり部６１の高さＨは、収容部２７の底面からインシュレータ５３の端面までの高さ（Ａ）よりも高く、収容部２７の底面から折返し部２３の先端までの高さ（Ｂ）よりも低い位置に設定される。これにより、コーティング剤は、インシュレータ５３の端部に浸るとともに、ベアリング保持部２６内へコーティング剤が流入することが防止される。これにより、コーティング剤が異物となってモータケース１１内に飛散することが防止され、ブラシレスモータ１０の耐久性を向上させることができる。

上述したブラシレスモータ１０を組み立てるには、ステータ３１とロータ３２は別々に組み立てられる。モータケース１１は耐食性のメッキ層が表面処理されたメッキ鋼板を素材としてプレスにより成型される。モータケース１１の円筒部１３にはステータ３１が圧入される。このときには、上述のように、ステータコア５１の端面を位置決めの基準位置としてステータ３１はモータケース１１内に組み込まれる。

ステータ３１がモータケース１１内に組み込まれた後に、モータケース１１の開口端部１４を上向きとして、図示しないノズルからコーティング剤をコイル５４に塗布する。コーティング剤としては、エポキシ樹脂等が用いられる。コイル５４に塗布されたコーティング剤はコイル５４を伝って収容部２７の内部に入り込む。これにより、収容部２７内に、コーティング剤の溜まり部６１が形成される。コーティング剤の塗布が完了したら、コーティング剤は加熱硬化される。

次いで、ステータ３１にバスバーユニット５５を配置し、各コイル５４の端子がバスバーユニット５５に接続される。ロータ３２は、ベアリング保持部２６に装着されたベアリング３５にシャフト３４の基端部を挿入することにより、ステータ３１の内部に組み込まれる。

このように、モータケース１１の底壁部１２に折返し部２３を設けることにより、底壁部１２の内側にベアリング保持部２６と収容部２７とを形成し、収容部２７にステータ３１の端部を入り込ませるとともにコーティング剤の溜まり部６１を形成し、溜まり部６１によりステータ３１の端面を覆うようにしたので、モータの小型化と耐久性の向上とを達成することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、ロータ３２の磁極の数は１０極に限られず、２極、４極、８極等とすることも可能である。また、コイル５４が巻回されるティース５２の数は、図示した９つに限られず、３個、６個等としても良い。さらに、また、ロータ３２としては、シャフト３４とこれに取り付けられるロータコア４１の部分が一体となったタイプとすることができ、その場合には、シャフト３４に設けられ大径の部分の外周面にリングマグネット４４が取り付けられる。

１０ ブラシレスモータ
１１ モータケース
１２ 底壁部
１３ 円筒部
２１、２２ 屈曲部
２３ 折返し部
２４ 中央部
２５ 外側部
２６ ベアリング保持部
２７ 収容部
３１ ステータ
３２ ロータ
３４ シャフト
３５、３６ ベアリング
４１ ロータコア
５１ ステータコア
５２ ティース
５３ インシュレータ
５４ コイル
６０ 空隙
６１ コーティング剤の溜まり部

Claims (6)

1. モータケース内に配置されるステータと、シャフトが挿通され前記ステータの内部に回転自在に軸支されるロータとを備えたブラシレスモータであって、
   前記ステータは、
   それぞれコイルが巻回される複数のティースと、
   それぞれの前記ティースと前記コイルとの間に設けられる絶縁用のインシュレータと、
   を有し、
   前記モータケースは、
   前記ステータを保持する円筒部と、
   軸方向内部側に突出する折返し部が設けられた底壁部と、
   を有し、
   前記シャフトを回転自在に保持するベアリングが装着されるベアリング保持部を前記折返し部の径方向内側に形成し、前記コイルおよび前記インシュレータの端部が入り込む収容部を前記折返し部の径方向外側に形成し、
   コーティング剤が前記コイルに塗布され、前記コイルに接触するコーティング剤の溜まり部を前記収容部内に形成する、ブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
   前記モータケースは、耐食性のメッキ層が表面処理されたメッキ鋼板からなる、ブラシレスモータ。
3. 請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記耐食性のメッキ鋼板は、亜鉛、アルミニウム、マグネシウムにより溶融メッキされた鋼板からなる、ブラシレスモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記収容部の底面から前記コーティング剤の溜まり部の上面までの高さは、
   前記収容部の底面から前記インシュレータの前記底壁部の側の端面までの高さより高く、
   前記収容部の底面から前記折返し部の先端までの高さより低い、ブラシレスモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記インシュレータと前記収容部の内面との間には空隙が設けられる、ブラシレスモータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
   ブレーキ装置駆動用のモータとして使用される、ブラシレスモータ。

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