JP2021016228A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】固定子コアに装着されるインシュレータの真円度を確保し、固定子コアの固定子磁極と回路基板のホール素子との周方向位置及び軸方向高さを精度よく位置決めしかつ配線の電気絶縁性を確保することができるブラシレスモータを提供する。【解決手段】インシュレータ７と回路基板１０との間に、インシュレータ７及び回路基板１０と少なくとも周方向の位置決めを行なう基板スペーサ１３が組み付けられているので、インシュレータ７と基板スペーサ１３間で固定子磁極６ｄの基板スペーサ１３に対する少なくとも周方向の位置決めが行われ、回路基板１０と基板スペーサ１３間でホールＩＣ１１の基板スペーサ１３に対する少なくとも周方向の位置決めが行われる。【選択図】図１

Description

本開示は、ブラシレスモータに関する。

ブラシレスモータは、回転子軸に回転子磁極が支持された回転子と、固定子コアの極歯にインシュレータを介してコイルが巻かれた固定子が、回転子磁極と固定子磁極を対向するように組み付けられている。回転子磁極若しくは回転子磁極位置に対応したセンサーマグネットに対向して回路基板がインシュレータに配置され、該回路基板に搭載された磁電変換素子（ホールＩＣ，ホール素子）により回転子磁極位置を検出して回転子の回転を付勢するように固定子コアのコイルに対する通電方向を切り替えることが行われている。

使用されるモータの速度に応じてホール素子の取付配置が異なる複数の回路基板を設けて回路基板とステータ磁極に対するホール素子の位置決めを行なう煩わしさを解消するため、一方のインシュレータ側に一対の嵌合凸部が設けられ、回路基板の貫通孔内壁部に３対の嵌合凹部が設けられており、インシュレータの一対の嵌合凸部に嵌合する回路基板の嵌合凹部の組み合わせを選択し嵌合することにより固定子磁極とホールＩＣの位置決めを行なうブラシレスモータが提案されている（特許文献１：特開２０１０−９３９０５号参照）。

特開２０１０−９３９０５号公報

ＤＣブラシレスモータにおいては、コイルを巻線する前に極歯にインシュレータを装着する。インシュレータ及びインシュレータを装着されたコアは、コイルを巻線する際に圧力をかけながら巻き付けられるため変形する場合がある。また、展開コアや分割コアでは円環状に組み立てた際、部品精度や組立誤差などによるコア同士でずれが生じる場合がある。このため、固定子コア及びこれに装着されたインシュレータの真円度が確保できないおそれがある。よって、このようなインシュレータに回路基板を搭載するとすれば、インシュレータの変形や撓みにより当該回路基板に搭載されるホールＩＣと固定子磁極の位置決めが崩れるおそれがある。

また、ホールＩＣは、センサーマグネットとの軸方向距離が所定距離に保たれないと、検出精度が維持できない。
また、回路基板に接続される固定子コアの巻線から引き出される配線や外部に接続されるワイヤーハーネスなどの絶縁性を確保する必要がある。

以下に述べるいくつかの実施形態は、これらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、固定子コアとして一体型コア若しくは分割コアのみならず展開コアを用いた場合でも、固定子コア及びこれを覆うインシュレータの真円度を確保し、固定子コアの固定子磁極と回路基板のホール素子との少なくとも周方向位置を精度良く位置決めしかつ配線の電気絶縁性を確保することができるブラシレスモータを提供することにある。

以下に述べるいくつかの実施形態に関する開示は、少なくとも次の構成を備える。
固定子コアにインシュレータが装着され極歯にコイルが巻線された固定子磁極が形成された固定子と、回転子軸を中心として回転子磁極が形成され前記回転子磁極が前記固定子磁極と対向するように前記回転子軸が回転可能に支持される回転子と、前記回転子軸に前記回転子磁極に対応して組み付けられたセンサーマグネットと、前記コイルから引き出されたコイルリードが接続されると共に前記センサーマグネットの磁極変化を検出することで回転子位置を検出する磁電変換素子が搭載される回路基板と、を備え、前記インシュレータと前記回路基板との間に、前記インシュレータ及び前記回路基板と少なくとも周方向の位置決めを行なう基板スペーサが組み付けられていることを特徴とする。尚、固定子コアは、環状一体型コアであっても、予め複数に分割されたコアを環状に連結される分割コアのいずれでもよい。

これにより、インシュレータと回路基板との間に、インシュレータ及び回路基板と少なくとも周方向位置の位置決めを行なう基板スペーサが組み付けられているので、インシュレータと基板スペーサ間で固定子磁極の基板スペーサに対する少なくとも周方向の位置決めが行われ、回路基板と基板スペーサ間で磁電変換素子の基板スペーサに対する少なくとも周方向の位置決めが行われる。
従って、基板スペーサを介して固定子磁極と磁電変換素子の位置決めを行うことができる。具体的には、固定子磁極間に磁電変換素子が配置できるように、インシュレータと回路基板を組み付けることができる。

前記基板スペーサの軸方向第一面には、半円柱状をした複数のリブが所定間隔で突設されており、前記インシュレータの外周面には前記リブが嵌め合う半円状の凹溝が形成されていてもよい。
このように、基板スペーサの複数の半円柱状リブがインシュレータ外周面の半円状の凹溝に嵌め込まれることで、インシュレータが装着された固定子磁極と基板スペーサの少なくとも周方向の位置決めが精度良く行われる。特に、固定子コアとして一体型コアのみならず展開コアを用いた場合でも、半円柱状リブと凹溝との嵌合により固定子コア及びインシュレータの真円度を確保し易くなるため、基板スペーサとの位置決めが正確に行える。

前記基板スペーサの軸方向第二面には、複数の円筒状のボスが突設されており、前記回路基板の外周縁部に前記ボスが嵌め合う複数の切欠きが設けられていてもよい。
このように、基板スペーサの複数の円柱状のボスが回路基板の外周縁部に設けられた複数の切欠きに嵌め合うことで、回路基板に搭載された磁電変換素子と基板スペーサの少なくとも周方向の位置決めが精度良く行われる。

尚、基板スペーサに設けられたボスにより回転子軸の軸端に設けられたセンサーマグネットと回路基板までの高さが規定されてもよく、この場合には磁電変換素子による感度が一定に維持される。

前記基板スペーサに設けられたボスの中空軸内は前記コイルリードが配線されて前記回路基板に接続されてもよい。これにより、コイルリードの絶縁性が維持され断線のおそれもなくなる。

前記回転子軸は、第一軸受が設けられた第一ブラケットと第二軸受が設けられた第二ブラケットに回転可能支持されており、前記インシュレータは前記第一ブラケットと前記固定子コア間及び前記固定子コアと前記基板スペーサ間に軸方向に挟み込まれて組み付けられ、前記基板スペーサに第二ブラケットを介して前記回路基板が組み付けられていてもよい。
これにより、例えば、第一ブラケットの第一軸受に回転子軸が支持されて回転子が組み付けられ第一ブラケットと固定子コアにインシュレータが軸方向に挟み込まれて固定子が組み付けられ、固定子コアと基板スペーサ間にインシュレータ軸方向に挟み込まれて組み付けられ、基板スペーサに対して第二ブラケットを介して回路基板が軸方向に順次位置決めされて組み付けられるので、組立性が向上する。

前記固定子コアは、単一の極歯が形成されたコアバック部が薄肉部を介して変形可能に複数連結された展開コアであり、前記コアバック部及び極歯を覆うインシュレータが装着された前記展開コアが環状に形成され、前記基板スペーサに等間隔で突設された複数のリブと前記インシュレータ外周面の複数の凹溝が嵌合して組み付けられていてもよい。
これにより、固定子コアとして展開コアを用いた場合、コアバック部及び極歯を覆うインシュレータが装着された展開コアが環状に形成されると固定子コア及びインシュレータの真円度が崩れやすいが、基板スペーサに等間隔で突設された複数のリブとインシュレータ外周面の複数の凹溝が嵌合することで、固定子コア及びインシュレータの真円度が維持されるため、固定子磁極と磁電変換素子の位置決めが正確に行える。

固定子コアとして一体型コア若しくは分割コアのみならず展開コアを用いた場合でも、固定子コア及びこれを覆うインシュレータの真円度を確保し、固定子コアの固定子磁極と回路基板のホール素子との少なくとも周方向位置を精度良く位置決めしかつ配線の電気絶縁性を確保することができるブラシレスモータを提供することができる。

図１Ａはブラシレスモータの正面図、図１Ｂは図１Ａの矢印Ｙ−Ｙ方向断面図である。 図１Ａのブラシレスモータの分解斜視図である。 固定子コアにインシュレータの着脱状態を示す斜視図である。 固定子コアとインシュレータの分解斜視図である。 基板スペーサの軸方向第一面及び第二面の構成を示す斜視図、第二面の平面図及び基板スペーサの側面図である。 回路基板の斜視図、平面図及び正面図である。

以下、本開示に係るＤＣブラシレスモータの一実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施例はインナーロータ型モータについて説明する。

図１Ａは、ＤＣブラシレスモータ１の外観図である。モータケース２内に固定子及び回転子が収納されている。
図１Ｂに示すように、回転子３は、モータケース２に組み付けられた第一ブラケット４ａ及び第二ブラケット４ｂによって回転可能に軸支されている。第一ブラケット４ａには、第一滑り軸受５ａがＥリング５ｃにより抜け止めされて組み付けられている。第二ブラケット４ｂには第二滑り軸受５ｂがＥリング５ｄにより抜け止めされて組み付けられている。回転子磁極３ｂは、回転子軸３ａに図示しない回転子ヨークを介して回転子マグネットが組み付けられていてもよいし、回転子軸３ａに回転子マグネットが一体に組み付けられていてもよい。回転子マグネットは、周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁されている。回転子軸３ａは第一滑り軸受５ａ及び第二滑り軸受５ｂに回転可能に支持されている。尚、第一滑り軸受５ａ及び第二滑り軸受５ｂに代えて第一転がり軸受及び第二転がり軸受を用いてもよい。

図２に示すように、筒状のモータケース２の一端開口には第一ブラケット４ａが組み付けられる。図１Ｂに示すように、第一ブラケット４ａには、固定子６が組み付けられている。固定子６は、環状に形成された固定子コア６ａにインシュレータ７が装着され、各極歯６ｂにはインシュレータ７を介してコイル６ｃが巻線されて固定子磁極６ｄ（図３参照）が形成される。
固定子コア６ａは、環状のコアバック部６ｆと径方向内側に等間隔で突設された極歯６ｂが形成されるように所定形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層プレスされた積層コアであっても良く、磁性体金属材を放電加工や金属成形等により一体成形されたブロックコアであってもよく、環状のコアバック部６ｆが予め複数分割されたコアを環状に連結される分割コアであってもよい。或いは固定子コア６ａは、単一の極歯６ｂが形成されたコアバック部６ｆが薄肉部を介して変形可能に複数連結された展開コアであってもよい。

図３に示すように、インシュレータ７は、コアバック部６ｆの軸方向端部を覆う外壁部７ａと極歯６ｂの軸方向端部を覆う内壁部７ｂが起立形成されている。外壁部７ａと内壁部７ｂを連結する胴部７ｃにコイル６ｃが巻かれる。各極歯６ｂに対応する外壁部７ａの外周面には半円筒状の凹溝７ｄが各々形成されている。

図４に示すように、一対のインシュレータ７は、共通部品が用いられるため固定子コア６ａの軸方向両側からコアバック部６ｆ及び径方向内側に等間隔で突設された極歯６ｂを覆うように装着される。尚、展開コアの場合には、単一の極歯６ｂが形成されたコアバック部６ｆが薄肉部を介して直列状に複数連結されたままインシュレータ７が軸方向両側からコアバック部６ｆ及び極歯６ｂに装着されてもよいし、単一のコアバック部６ｆ及び極歯６ｂを覆うだけのインシュレータ７をひとつずつ装着するのでもよい。

図１Ｂに示すように、回転子３は、回転子磁極３ｂが固定子磁極６ｄと対向するように回転子軸３ａが、第一滑り軸受５ａ及び第二滑り軸受５ｂに回転可能に支持される。回転子軸３ａの軸端は第二ブラケット４ｂより延設されており、軸端には回転子磁極３ｂに対応して組み付けられたセンサーマグネット８が一体に組み付けられている。

図２に示すように、筒状のモータケース２の他端には、基板ケース９が組み付けられる。図１Ｂに示すように、基板ケース９には、第二ブラケット４ｂに対する面に、回路基板１０が組み付けられている。回路基板１０にはコイル６ｃから引き出されたコイルリード６ｅが接続される。また、基板にはセンサーマグネット８の磁極変化を検出することで回転子位置を検出するホールＩＣ（磁電変換素子）１１が３箇所に搭載されている。ホールＩＣ１１は、回転子磁極位置を検出し、制御回路は回転子３の回転を付勢するようにコイル６ｃに通電する方向が切り替えられる。回路基板１０には、外部接続機器と電気的に接続するための接続端子１２がモータケース２より外部に延設されている。

また、インシュレータ７と回路基板１０との間には、インシュレータ７及び回路基板１０と少なくとも周方向の位置決めを行なう基板スペーサ１３が組み付けられている。以下この構成について詳述する。基板スペーサ１３は円板状の絶縁樹脂材が用いられ、中心部は回転子軸３ａが貫通する貫通孔１３ａが設けられている。

図５Ａに示すように基板スペーサ１３の固定子側端面１３ｂ（軸方向第一面）の外周縁部には、半円柱状をしたリブ１３ｃが等間隔で６カ所に突設されている。尚、リブ１３ｃの数はそれより多くても少なくてもよいが好適には極歯６ｂと同じ数である。
また、図３に示すように、一対のインシュレータ７のコアバック部６ｆの軸方向端部を覆う外壁部７ａの外周面にはリブ１３ｃと嵌め合う半円筒状の凹溝７ｄが等間隔で６カ所に形成されている。尚、凹溝７ｄの数はそれより多くても少なくてもよいが好適には内壁部７ｂと同じ数である。

図１Ｂに示すように、基板スペーサ１３の複数の半円柱状リブ１３ｃがインシュレータ７の外周面に形成された複数の凹溝７ｄに嵌め込まれることで、インシュレータ７が装着された固定子磁極６ｄと基板スペーサ１３の少なくとも周方向の位置決めが精度良く行われる。特に、固定子コア６ａとして一体型コア若しくは分割コアのみならず展開コアを用いた場合でも、周方向に等間隔に設けられた半円柱状リブ１３ｃと半円筒状凹溝７ｄとの嵌合により固定子コア６ａ及びインシュレータ７の真円度を確保し易くなるため、基板スペーサ１３との位置決めが正確に行える。なお、基板スペーサ１３の軸方向高さの位置決めは固定子側端面１３ｂと外壁部７ａの対向面が接触することで決まる。なお、半円柱状リブ１３ｃと凹溝７ｄの軸方向の長さを調整することで、基板スペーサ１３の周方向の位置決めだけではなく軸方向高さの位置決めに用いても良い。

また、図５Ｂ，Ｃにおいて、基板スペーサ１３の基板側端面１３ｄ（軸方向第二面）には、円筒状のボス１３ｅが等間隔で３箇所に突設されている。尚、ボス１３ｅの数はそれより多くてもよい。ボス１３ｅにより周方向の位置決めを行うため、少なくとも３つは必要である。多くても少なくてもよい。
図６Ａ〜Ｃに示すように、回路基板１０の外周縁部にはボス１３ｅが係合する半円状の切欠き１０ａが等間隔で３箇所に設けられている。尚、切欠き１０ａの数はそれより多くてもよいし、等間隔に設けられていなくてもよい。

このように、基板スペーサ１３の複数の円筒状のボス１３ｅが回路基板１０の外周縁部に設けられた複数の半円状の切欠き１０ａに係合することで、回路基板１０に搭載されたホールＩＣ（磁電変換素子）１１と基板スペーサ１３の少なくとも周方向の位置決めが精度良く行われる。尚、回路基板１０の軸方向高さの位置決めは基板ケース９と回路基板１０が接触することで決まる。
尚、図５Ｄに示すように、基板スペーサ１３の固定子側端面１３ｂにはリブ１３ｃが外周縁部に設けられ、基板スペーサ１３の基板側端面１３ｄには、ボス１３ｅが径方向中間部に設けられているが、必ずしもこの位置に限定されるものではなく、対向するインシュレータ7の形状や回路基板１０の大きさによって位置を変更してもよい。

上述したように、固定子コア６ａと回路基板１０との間に、インシュレータ７及び回路基板１０を少なくとも周方向の位置決めを行なう基板スペーサ１３が組み付けられているので、インシュレータ７と基板スペーサ１３間で固定子磁極６ｄの基板スペーサ１３に対する少なくとも周方向の位置決めが行われ、回路基板１０と基板スペーサ１３間でホールＩＣ（磁電変換素子）１１の基板スペーサ１３に対する少なくとも周方向の位置決めが行われる。
従って、基板スペーサ１３を介して固定子磁極６ｄとホールＩＣ（磁電変換素子）１１の位置決めを精度良く行うことができる。具体的には、固定子磁極６ｄ間にホールＩＣ（磁電変換素子）１１が配置できるように、インシュレータ７と回路基板１０を組み付けることができる。

図１Ｂに示すように、基板スペーサ１３に設けられたボス１３ｅは、回転子軸３ａを回転可能に支持する第二ブラケット４ｂを貫通して基板ケース９に固定される。具体的にはボス１３ｅが基板ケース９と嵌合する部分がホットメルトなどにより溶着されて固定される。これにより、回転子軸３ａの軸端に設けられたセンサーマグネット８と基板ケース９に保持された回路基板１０までの軸方向高さが所定距離に規定される。このように、基板スペーサ１３に設けられたボス１３ｅにより回転子軸３ａの軸端に設けられたセンサーマグネット８と回路基板１０までの軸方向高さが規定されるので、ホールＩＣ（磁電変換素子）１１による感度が一定に維持される。

この場合、第二ブラケット４ｂを貫通するボス１３ｅの中空軸内は前記コイルリード６ｅが配線されて回路基板１０のパッド部にはんだ付けされて電気的に接続される。これにより、コイルリード６ｅの絶縁性が維持され断線のおそれもなくなる。

図１Ｂに示すように、回転子軸３ａは、第一滑り軸受５ａが設けられた第一ブラケット４ａと第二滑り軸受５ｂが設けられた第二ブラケット４ｂに回転可能支持されている。インシュレータ７は共通品が用いられ、第一ブラケット４ａと固定子コア６ａ間及び固定子コア６ａと基板スペーサ１３間に軸方向に挟み込まれて組み付けられ、基板スペーサ１３に第二ブラケット４ｂを介して回路基板１０が組み付けられる。
これにより、例えば、第一ブラケット４ａの第一滑り軸受５ａに回転子軸３ａが支持されて回転子３が組み付けられ第一ブラケット４ａと固定子コア６ａにインシュレータ７が軸方向に挟み込まれて固定子６が組み付けられ、固定子コア６ａと基板スペーサ１３間にインシュレータ７が軸方向に挟み込まれて組み付けられ、基板スペーサ１３に対して第二ブラケット４ｂを介して回路基板１０が軸方向に順次位置決めされて組み付けられるので、組立性が向上する。

また、固定子コア６ａは、単一の極歯６ｂが形成されたコアバック部６ｆが薄肉部を介して変形可能に複数連結された展開コアを用いた場合に、基板スペーサ１３に等間隔で突設された複数のリブ１３ｃとインシュレータ７の外周面の複数の凹溝７ｄが嵌合することが好ましい。
コアバック部６ｆが直列状に展開されたコアにインシュレータ７が装着されて極歯６ｂにコイル６ｃが巻かれた後で、コアバック部６ｆどうしを環状に変形させると固定子コア６ａ及びインシュレータ７の真円度が崩れやすい。しかしながら、基板スペーサ１３に等間隔で突設された複数のリブ１３ｃとインシュレータ７の外周面の複数の凹溝７ｄが嵌合することで、固定子コア６ａ及びインシュレータ７の真円度が維持されるため、固定子磁極６ｄとホールＩＣ（磁電変換素子）１１の位置決めが正確に行える。
尚、展開コアは、極歯６ｂ間のスロットが狭い場合、ノズル式巻線機のノズルが進入するスペースがない場合に、コアを展開した状態でコイル巻線ができるため好適に用いられる。また、分割コアも同様に好適に用いられる。

以上説明したように、固定子コア６ａとして環状一体型コアのみならず展開コア或いは分割コアを用いた場合でも、これに装着される固定子コア６ａ及びインシュレータ７の真円度を確保し、固定子コア６ａの固定子磁極６ｄと回路基板１０のホールＩＣ（磁電変換素子）１１との周方向位置及び軸方向高さが精度良く位置決めされかつ配線の電気絶縁性を確保することができるブラシレスモータ１を提供することができる。

尚、ＤＣブラシレスモータは、三相ＤＣブラシレスモータに限らず、二相モータ或いはそれより多相のモータであってもよい。

１ ブラシレスモータ ２ モータケース ３ 回転子 ３ａ 回転子軸 ３ｂ 回転子磁極 ４ａ 第一ブラケット ４ｂ 第二ブラケット ５ａ 第一滑り軸受 ５ｂ 第二滑り軸受 ５ｃ，５ｄ Ｅリング ６ 固定子 ６ａ 固定子コア ６ｂ 極歯 ６ｃ コイル ６ｄ 固定子磁極 ６ｅ コイルリード ６ｆ コアバック部 ７ インシュレータ ７ａ 外壁部 ７ｂ 内壁部 ７ｃ 胴部 ７ｄ 凹溝 ８ センサーマグネット ９ 基板ケース １０ 回路基板 １０ａ 切欠き １１ ホールＩＣ（磁電変換素子） １２ 接続端子 １３ 基板スペーサ １３ａ 貫通孔 １３ｂ 固定子側端面 １３ｃ リブ １３ｄ 基板側端面 １３ｅ ボス

Claims (6)

1. 固定子コアにインシュレータが装着され極歯にコイルが巻線された固定子磁極が形成された固定子と、
   回転子軸を中心として回転子磁極が形成され前記回転子磁極が前記固定子磁極と対向するように前記回転子軸が回転可能に支持される回転子と、
   前記回転子軸に前記回転子磁極に対応して組み付けられたセンサーマグネットと、
   前記コイルから引き出されたコイルリードが接続されると共に前記センサーマグネットの磁極変化を検出することで回転子位置を検出する磁電変換素子が搭載される回路基板と、を備え、
   前記インシュレータと前記回路基板との間に、前記インシュレータ及び前記回路基板と少なくとも周方向の位置決めを行なう基板スペーサが組み付けられていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記基板スペーサの軸方向第一面には、半円柱状をした複数のリブが所定間隔で突設されており、前記インシュレータの外周面には前記リブと嵌め合う凹溝が形成されている請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 前記基板スペーサの軸方向第二面には、複数の円筒状のボスが突設されており、
   前記回路基板の外周縁部に前記ボスが嵌め合う複数の切欠きが設けられている請求項1又は請求項２記載のブラシレスモータ。
4. 前記基板スペーサに設けられたボスの中空軸内は前記コイルリードが配線されて前記回路基板に接続される請求項３記載のブラシレスモータ。
5. 前記回転子軸は、第一軸受が設けられた第一ブラケットと第二軸受が設けられた第二ブラケットに回転可能支持されており、前記インシュレータは前記第一ブラケットと前記固定子コア間及び前記固定子コアと前記基板スペーサ間に軸方向に挟み込まれて組み付けられ、前記基板スペーサに第二ブラケットを介して前記回路基板が組み付けられている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のブラシレスモータ。
6. 前記固定子コアは、単一の極歯が形成されたコアバック部が薄肉部を介して変形可能に複数連結された展開コアであり、前記コアバック部及び極歯を覆うインシュレータが装着された前記展開コアが環状に形成され、前記基板スペーサに等間隔で突設された複数のリブと前記インシュレータ外周面の複数の凹溝が嵌合して組み付けられている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータ。