JP2020167760A - インナーロータ型モータ、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型かつ小型のインナーロータ型モータ、およびその製造方法を提供すること。【解決手段】インナーロータ型モータは、環状部と、環状部から径方向へ突出する複数の突極部を備えるコアと、複数の突極部に巻回された巻線と、貫通穴を備え、コアを覆う絶縁部材と、貫通穴に係止される複数のピンとを有し、複数のピンは、巻線の巻き始め部を係止する第１のピン、および巻線の巻き終わり部を係止する第２のピンを含み、巻線は、複数の突極部の間に形成される渡線部を備え、絶縁部材は、渡線部を係止する係止部、および巻き始め部と係止部との間で渡線部が係止部から外れることを防止するフック部を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、インナーロータ型モータ、およびその製造方法に関する。

従来、インナーロータ型モータでは、コアとコイルの絶縁性を確保するために樹脂等の絶縁部材にてコアを覆った後、コアの径方向へ突出した複数の突極部にコイルが巻回される。特許文献１には、突極部間の渡り線が外れたり、損傷や断線したりすることを防ぐために、絶縁部材の一部に突極部間の渡り線を係止する部分を設けているインナーロータ型モータが開示されている。

特開２０１２−８０６３８号公報

モータを薄型化させるためには巻線端末の処理が重要であるが、特許文献１には巻線端末の処理方法が具体的に記載されていない。

本発明は、薄型かつ小型のインナーロータ型モータ、およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのインナーロータ型モータは、環状部と、環状部から径方向へ突出する複数の突極部を備えるコアと、複数の突極部に巻回された巻線と、貫通穴を備え、コアを覆う絶縁部材と、貫通穴に係止される複数のピンとを有し、複数のピンは、巻線の巻き始め部を係止する第１のピン、および巻線の巻き終わり部を係止する第２のピンを含み、巻線は、複数の突極部の間に形成される渡線部を備え、絶縁部材は、渡線部を係止する係止部、および巻き始め部と係止部との間で渡線部が係止部から外れることを防止するフック部を備えることを特徴とする。

また、本発明の他の側面としてのインナーロータ型モータの製造方法は、環状部と、環状部から径方向へ突出する複数の突極部を備えるコアと、複数の突極部に巻回された巻線と、貫通穴を備え、コアを覆う絶縁部材と、第１ピンと、第２ピンと、ランド部を備える基板とを有し、巻線は、複数の突極部の間に形成される渡線部を備え、絶縁部材は、渡線部を係止する係止部、および巻き始め部と係止部との間で渡線部が係止部から外れることを防止するフック部を備えるインナーロータ型モータの製造方法であって、第１および第２ピンの第１端部が絶縁部材から突出した状態で、第１および第２ピンの第２端部を貫通穴に係止するステップと、巻線の巻き始め部を第１ピンの第１端部に係止するステップと、巻線を、フック部で係止させた後、係止部で渡線部を係止するステップと、巻線の巻き終わり部を第２ピンの第１端部に係止するステップと、第１および第２ピンの第１端部が貫通穴に係止されるとともに、第１および第２ピンの第２端部が絶縁部材から突出するように、第１および第２ピンを貫通穴に押し込むステップと、第１および第２ピンの第２端部とランド部を接続するステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、薄型かつ小型のインナーロータ型モータ、およびその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るインナーロータ型ブラシレスモータの断面図である。 絶縁部材と一体となったコアの斜視図である。 絶縁部材と一体となったコアの説明図である。 絶縁部材と一体となったコアとピンの組み立てを説明する図である。 巻線作業を説明する図である。 コアの内部にピンを押し込んだ状態を示す図である。 基板、前蓋、およびハウジングの組み立てを説明する図である。 ステータと、基板、前蓋、およびハウジングで構成された部材との組み立てを説明する図である。 前蓋と後蓋の接合状態を示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るインナーロータ型のブラシレスモータ（以下、モータ）１００の断面図である。モータ１００は、ロータ１１０、ステータ１２０、基板３、前蓋４、絶縁紙５、および後蓋６を有する。

ロータ１１０は、マグネット１、回転軸７、ヨーク９、および取付具１０を備える。ロータ１１０の回転軸７の一端には、ピニオン８が取り付けられている。これにより、モータ出力を取り出すことができる。マグネット１および回転軸７はそれぞれ、ヨーク９および取付具１０に固定されている。また、ヨーク９と取付具１０は、固定されている。これにより、ロータ１１０を構成する部品は一体となって回転する。

ステータ１２０は、コア１１、巻線２、絶縁部材１２、およびピン１３によって構成されている。コア１１は、絶縁部材１２に覆われている。絶縁部材１２は、モータ１００の外壁部として機能する。巻線２は、後述するコア１１の複数の突極部１１ｂのそれぞれに巻回されている。ピン１３は、複数個設けられ、絶縁部材１２に設けられた貫通穴１２ｄに挿入され係止されている。ピン１３の第１突出部（第１端部）１３ａは、巻線２の端部２ａを係止し、巻線２に接続されている。ピン１３の後述する第２突出部（第２端部）１３ｂは、基板３に接続されている。基板３には、ホール素子１４やコネクタ等が実装されている。また、基板３は、外部の電源部と接続されている。基板３は、ＦＰＣ基板であってもよいし、鉄基板であってもよい。

前蓋４は、基板３を固定している。前蓋４には、ハウジング１５が固定されている。ハウジング１５には、ロータ１１０を回転可能に支持するための、前軸受１６および後軸受１７が設けられている。後蓋６は、前蓋４に固定されている。絶縁紙５は、後蓋６とピン１３の間に配置されている。なお、本実施形態では、基板３と前蓋４を別部材としているが、金属基板等で一体としてもよい。

図２は、絶縁部材１２と一体となったコア１１の斜視図である。本実施形態では、コア１１には、樹脂一体成型により絶縁部材１２が形成されている。絶縁部材１２は、別部材としてコア１１に組み付けられてもよい。コア１１は、複数枚の軟磁性鋼板を積層して形成されている。コア１１は、環状部１１ａ、および環状部１１ａから径方向へ突出する複数の突極部１１ｂを備える。環状部１１ａおよび複数の突極部１１ｂのそれぞれが絶縁部材１２に覆われている。

以下、モータ１００の製造方法について説明する。図３は、絶縁部材１２と一体となったコア１１の説明図である。図３（ａ）はコア１１の上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。貫通穴１２ｄは、隣り合う突極部１１ｂ間で、かつ環状部１１ａの内周側に設けられており、モータ１００を駆動するのに必要な相数に応じた数だけ設けられている。また、絶縁部材１２の上面には、係止部１２ａ、およびフック部１２ｂが設けられている。

図４は、絶縁部材１２と一体となったコア１１とピン１３の組み立てを説明する図である。図４（ａ）は、絶縁部材１２と一体となったコア１１とピン１３の組み立て状態を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。ピン１３は、絶縁部材１２と一体となったコア１１の厚さよりも長い。図４（ｂ）に示されるように、ピン１３は、貫通穴１２ｄに圧入され、係止される。このとき、第１突出部１３ａは絶縁部材１２から突出し、第２突出部１３ｂは貫通穴１２ｄに係止される。図４の状態において、コア１１は自動巻線機に取り付けられ、巻線作業が行われる。

図５は、巻線作業を説明する図である。図５（ａ）は、巻線作業が実行された状態のコア１１の上面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。図５（ｃ）は、フック部１２ｂを巻線２の渡線部２ｂが通過している状態を表す拡大図である。

巻線作業では、まず、端部２ａのうち巻き始め部２ａ１が第１突出部１３ａに係止された後、巻線２が突極部１１ｂに巻回される。その際に自動巻線機のノズルの通過空間に渡線部２ｂが存在しないようにするために、係止部１２ａにて渡線部２ｂが係止される。また、係止部１２ａは、渡線部２ｂが環状部１１ａの内側に引っ張られ、突極部１１ｂ等に係ることを防止する。しかしながら、係止部１２ａの高さが十分でない場合、突極部１１ｂを通過する渡線部２ｂの通過角度が窮屈になるため、巻線２が係止部１２ａに乗り上げてしまう場合がある。また、ノズルの通過空間に渡線部２ｂが残ってしまい、係止部１２ａが渡線部２ｂを係止しない場合がある。一方、係止部１２ａの高さを高くすると、モータ１００の薄型化が難しくなる。また、渡線部２ｂの通過角度を緩和するために、ピン１３を環状部１１ａの外側に配置すると、径方向へ大きくなり、モータ１００の小型化が難しくなる。このため、ピン１３は、隣り合う突極部１１ｂ間で、かつ環状部１１ａの内周側に設けられる。その上で、フック部１２ｂが、巻き始め部２ａ１と係止部１２ａの間で渡線部２ｂの通過角度が窮屈になる部分に設けられている。渡線部２ｂがフック部１２ｂを通過することで、渡線部２ｂが係止部１２ａに乗り上げることを防止できる。

突極部１１ｂに巻線２が巻回された後、端部２ａのうち巻き終わり部２ａ２は、巻き始め部２ａ１が係止されるピン１３とは異なるピン１３の第１突出部１３ａに係止される。本実施形態では、巻き終わりでは自動巻線機のノズルの通過がこれ以上ないため、ノズルの通過空間を確保する必要がない。よって、渡線部２ｂは、係止部１２ａおよびフック部１２ｂに係止されていない。しかしながら、巻き終わり部２ａ２がノズルの通過空間等に存在し、巻線作業の妨げになる場合等は巻き終わりでも係止部１２ａおよびフック部１２ｂにより渡線部２ｂを係止してもよい。

本実施形態では、ピン１３は、Ｕ相Ｖ相Ｗ相の各巻線の端部が係止されるように計６カ所に設けられている。係止部１２ａとフック部１２ｂは、ピン１３の位置に合わせて設けられている。本実施形態では、コア１１および絶縁部材１２を上述した構造とすることで、モータ１００の高さ方向への薄型化、および径方向への小型化が可能となる。また、自動巻線機にて巻線工程が可能となり、組立性を良くすることができる。

巻き始め部２ａ１および巻き終わり部２ａ２を係止した第１突出部１３ａが半田槽に浸けられることで、巻線２とピン１３が接合される。巻線２とピン１３は、溶接等を用いて接合されてもよい。第１突出部１３ａの突出量は、第１突出部１３ａを半田槽に浸けた際に半田付け可能で、絶縁部材１２を含むコア１１と他の巻線２に半田による影響がない長さに設定されている。

図６は、コア１１の内部にピン１３を押し込んだ状態を示す図である。図６（ａ）は、第１突出部１３ａを半田付けした後、コア１１の内部にピン１３を押し込んだ状態を表す上面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。図６（ｃ）は、絶縁部材１２の係止部１２ａおよびフック部１２ｂが設けられた面と反対側の面に設けられた凸部１２ｃを示す図である。端部２ａと第１突出部１３ａを接合した後、第１突出部１３ａの半田付けされた部分が絶縁部材１２と一体となったコア１１の厚さ内に収納されるように、ピン１３を貫通穴１２ｄに押し込む。これにより、第１突出部１３ａが、貫通穴１２ｄに係止される。ピン１３を貫通穴１２ｄに押し込むことで、第２突出部１３ｂは絶縁部材１２から突出する。次に、第２突出部１３ｂを、凸部１２ｃを除いた絶縁部材１２の厚さ内に位置し、コア１１の外周から突出しないように折り曲げる。なお、第２突出部１３ｂの突出した部分を切断してもよい。凸部１２ｃをピン１３の折り曲げ側に設けることで、凸部１２ｃの突出分だけ、半田槽に浸ける際の第１突出部１３ａの突出量を減らすことになる。第１突出部１３ａの突出量が多いと、ピン１３を貫通穴１２ｄに押し込んだ際に渡線部２ｂが弛む量が増えてしまう。結果として、渡線部２ｂの断線やコア１１からのはみ出し等に繋がり、品質や組立性が低下するため、ピン１３を曲げる前の凸部１２ｃ側への突出量は少ない方が望ましい。

図７は、基板３、前蓋４、およびハウジング１５の組み立てを説明する図である。図７（ａ）は、基板３、前蓋４、およびハウジング１５の組み立て状態を示す図である。図７（ｂ）は、基板３、前蓋４、およびハウジング１５の組み立て前の状態を示す図である。前蓋４およびハウジング１５は、圧入によって係止されている。前蓋４および基板３は、前蓋４に設けられた前蓋穴４ａおよび基板３に設けられた基板穴３ａに嵌合する位置決め部材等を用いて互いに位置決めされ、両面テープや接着等で接合される。基板３に設けられたランド部３ｂの位置および数はピン１３の位置および数と一致している。また、前蓋穴４ａと基板穴３ａは、凸部１２ｃと位置が一致しており、後述するリフローの際の位置決めに利用される。

図８は、ステータ１２０と、基板３、前蓋４、およびハウジング１５で構成された部材との組み立てを説明する図である。図８（ａ）は、ステータ１２０と、基板３、前蓋４、およびハウジング１５で構成された部材との組み立て状態を示す下面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。基板３には、ホール素子１４等の実装部品と併せてステータ１２０が位置決めされている。ステータ１２０の位置決めは、前述したように、凸部１２ｃと前蓋穴４ａにて行われる。凸部１２ｃの高さは前蓋４および基板３の厚さの合計内に抑えられているため、凸部１２ｃは厚さ方向へ突出しない。また、ハウジング１５やホール素子１４等の突出部を環状部１１ａよりも内周部で、かつ突極部１１ｂが配置されていない空間に設けることで、モータ１００の厚みを抑え、薄型化を可能としている。基板３に実装されたホール素子１４等の実装部品は、リフローにて基板３と接合される。その際、ステータ１２０に係止されたピン１３の位置および数は、ランド部３ｂに対応しているため、同時にリフローにて接合することが可能で、組立性の向上を図っている。その後、ハウジング１５に後軸受１７を圧入して係止し、ロータ１１０と前軸受１６とピニオン８を組み付ける。

図９は、前蓋４と後蓋６の接合状態を示す図である。後蓋６の後蓋凸部６ａを前蓋４の前蓋凹部４ｂに合わせて組み付けし、溶接にて接合することで、図１の状態となる。このとき、後蓋６とピン１３および端部２ａの空間的距離が近いため、絶縁紙５を間に挟んで組み付けることによって、絶縁性を確保しながら薄型化を図っている。溶接可能な材料として後蓋６を金属製としているが、樹脂等で後蓋６を形成して絶縁性を確保してもよい。

以上説明したように、本実施形態の構成によれば、薄型かつ小型のインナーロータ型モータを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００ ブラシレスモータ（インナーロータ型モータ）
２ 巻線
２ａ１ 巻き始め部
２ａ２ 巻き終わり部
２ｂ 渡線部
１１ コア
１１ａ 環状部
１１ｂ 突極部
１２ 絶縁部材
１２ａ 係止部
１２ｂ フック部
１２ｄ 貫通穴
１３ ピン

Claims (5)

1. 環状部と、前記環状部から径方向へ突出する複数の突極部を備えるコアと、
   前記複数の突極部に巻回された巻線と、
   貫通穴を備え、前記コアを覆う絶縁部材と、
   前記貫通穴に係止される複数のピンとを有し、
   前記複数のピンは、前記巻線の巻き始め部を係止する第１のピン、および前記巻線の巻き終わり部を係止する第２のピンを含み、
   前記巻線は、前記複数の突極部の間に形成される渡線部を備え、
   前記絶縁部材は、前記渡線部を係止する係止部、および前記巻き始め部と前記係止部との間で前記渡線部が前記係止部から外れることを防止するフック部を備えることを特徴とするインナーロータ型モータ。
2. 前記複数のピンの位置および数に対応したランド部を備える基板を更に有し、
   前記絶縁部材は、前記係止部および前記フック部が設けられた面と反対側の面に、前記貫通穴から突出した前記複数のピンと前記基板を位置決めする凸部を備えることを特徴とする請求項１に記載のインナーロータ型モータ。
3. 前記フック部は、前記貫通穴の位置に応じて設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインナーロータ型モータ。
4. 前記貫通穴は、前記複数の突極部の間で前記環状部の内周側に設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のインナーロータ型モータ。
5. 環状部と、前記環状部から径方向へ突出する複数の突極部を備えるコアと、前記複数の突極部に巻回された巻線と、貫通穴を備え、前記コアを覆う絶縁部材と、第１ピンと、第２ピンと、ランド部を備える基板とを有し、前記巻線は、前記複数の突極部の間に形成される渡線部を備え、前記絶縁部材は、前記渡線部を係止する係止部、および前記巻き始め部と前記係止部との間で前記渡線部が前記係止部から外れることを防止するフック部を備えるインナーロータ型モータの製造方法であって、
   前記第１および前記第２ピンの第１端部が前記絶縁部材から突出した状態で、前記第１および第２ピンの第２端部を前記貫通穴に係止するステップと、
   前記巻線の巻き始め部を前記第１ピンの前記第１端部に係止するステップと、
   前記巻線を、前記フック部で係止させた後、前記係止部で前記渡線部を係止するステップと、
   前記巻線の巻き終わり部を前記第２ピンの前記第１端部に係止するステップと、
   前記第１および前記第２ピンの前記第１端部が前記貫通穴に係止されるとともに、前記第１および前記第２ピンの前記第２端部が前記絶縁部材から突出するように、前記第１および第２ピンを前記貫通穴に押し込むステップと、
   前記第１および前記第２ピンの第２端部と前記ランド部を接続するステップとを有することを特徴とするインナーロータ型モータの製造方法。