JP2021191037A - 基板付きステータ及びブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ性能の低下を招くことなく、追加部品及び中間ハーネスを不要とした基板付きステータ及びブラシレスモータを提供する。【解決手段】軸方向の両端面が開口したハウジングに内蔵され、回転検出素子を備えた基板付きのステータ３であって、ハウジングに固定され、内径側にロータが配置される空間を有する環状のステータコア３０と、ステータコア３０に対してインシュレータ３１を介して巻回されたコイル３２と、コイル３２に接続され、ハウジングの外部から電気を供給するリード線６と、ステータコア３０の軸方向の一端側に配置され、ハウジング及びステータコア３０の少なくとも一方に支持されてリード線６を周方向に延設させるリード線止め部品５と、リード線止め部品５に設けられ、基板８を保持する基板保持部１０と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、回転検出素子を備えた基板付きステータと、このステータを備えたブラシレスモータとに関する。

ブラシレスモータは、ステータの巻線への通電を制御することでロータを回転させて出力を得るモータであり、巻線には電源入力用のリード線を通じて電気が供給される。このリード線は、ハウジング内で各相の巻線と接続されるとともにハウジングの外部へと引き出される。また、通電を制御するための信号入出力用のリード線は制御用の基板に接続されるとともにハウジングの外部へと引き出される。これらのリード線は、例えば留め部品によってハウジング内で所定の位置からずれないように支持されている（特許文献１参照）。

特許文献１では、回転検出素子を備えた回路基板（センサ基板、単に「基板」という）をエンドベルに固定することで、ロータの回転位置に応じた信号を検出している。この構成では、基板を固定するための専用の部品が不要であるというメリットがあるものの、基板からハウジングの出口部分（センサハーネスがハウジングから外部へと引き出されるときにハウジングに固定される部分）までの距離が長くなる。このため、基板に中間ハーネスを取り付け、エンドベルに基板を固定したのち、中間ハーネスをハウジング外部へ引き出すハーネスと接続してからハウジングに組み付けなければならない。中間ハーネスはコスト増を招き、また、組み立て作業が煩雑であるという課題がある。

このような課題に対し、回路基板をエンドベルに取り付けず、ステータコアに取り付けられるステータカバー（インシュレータ）の台座部に基板を載置したブラシレスモータが提案されている（特許文献２参照）。このような構成であれば、中間ハーネスを省略することが可能である。

特開２０１８−６６９１号公報 特許第５９４７６３７号公報

しかしながら、特許文献２の構成では、ステータコアの内径側に係止部としての爪部及びピンを設けており、巻線スペースが犠牲となり、巻線面積が縮小されてモータの性能低下を招く。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、モータ性能の低下を招くことなく、追加部品及び中間ハーネスを不要とした基板付きステータ及びブラシレスモータを提供することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）ここで開示する基板付きステータは、軸方向の両端面が開口したハウジングに内蔵され、回転検出素子を備えた基板付きのステータであって、前記ハウジングに固定され、内径側にロータが配置される空間を有する環状のステータコアと、前記ステータコアに対してインシュレータを介して巻回されたコイルと、前記コイルに接続され、前記ハウジングの外部から電気を供給するリード線と、前記ステータコアの軸方向の一端側に配置され、前記ハウジング及び前記ステータコアの少なくとも一方に支持されて前記リード線を周方向に延設させるリード線止め部品と、前記リード線止め部品に設けられ、前記基板を保持する基板保持部と、を備えている。

（２）前記リード線は、前記リード線止め部品の前記一端側の面に配置され、前記基板は、前記リード線止め部品の軸方向の他端側の面において前記基板保持部により保持されることが好ましい。
（３）前記基板保持部は、前記リード線止め部品に延設される前記リード線の内径側に設けられて前記基板が載置される平面部と、前記平面部に貫設又は突設されて前記基板を固定するための固定孔又は突起と、を有することが好ましい。

（４）ここで開示するブラシレスモータは、上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の基板付きステータと、前記基板付きステータの内径側に配置されるロータと、を備えている。

開示の基板付きステータ及びブラシレスモータによれば、リード線を支持するためのリード線止め部品に基板の保持機能も持たせることで、追加部品及び中間ハーネスが不要となる。このため、省スペース化、コスト削減、及び組み立て性の向上を図ることができる。さらに、ステータコアやインシュレータに基板を保持する従来構成に比べて巻線スペースを犠牲にすることがないため、モータ性能の低下を招くことがない。

実施形態に係るブラシレスモータの斜視図である。 図１のブラシレスモータの軸方向に沿う断面図である。 図１のブラシレスモータが備える基板付きステータのハウジングを除いた分解斜視図である。 図１のブラシレスモータからエンドベルを除いた状態をエンドベル側から見た斜視図である。 図３の基板付きステータからフロントベルを除いた状態をフロントベル側から見た斜視図である。 図３の基板付きステータのリード線止め部品に基板が取り付けられた状態を示す平面図である。 図６から基板を除いた平面図である。

図面を参照して、実施形態としての基板付きステータ及びブラシレスモータについて説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．構成］
［１−１．全体構成］
図１は、本実施形態に係るブラシレスモータ１（以下「モータ１」という）の斜視図であり、図２はモータ１の軸方向断面図である。モータ１は、インナーロータ型のブラシレスＤＣモータであり、マグネット２２を有する円柱状のロータ２と、コイル３２を有するステータ３とを備え、モータ１の外郭をなすハウジング４内にロータ２及びステータ３を内蔵して構成される。ハウジング４は、軸方向の両端が開口した筒型であり、一端側（図２中の右側）の開口にはエンドベル４２が固定され、他端側（出力側，図２中の左側）の開口にはフロントベル４１が固定される。なお、本実施形態のハウジング４は、その外観形状が略直方体であるが、ハウジング４の形状はこれに限られない。

図２に示すように、ロータ２は、シャフト２０と一体回転するロータコア２１と、ロータコア２１に固定された複数のマグネット２２とを備える。シャフト２０は、ロータ２を支持する回転軸であり、モータ１の出力（機械エネルギ）を外部に取り出す出力軸としても機能する。シャフト２０には、ロータコア２１を挟んだ二箇所に軸受２３，２４が設けられる。本実施形態では、軸受２３がフロントベル４１に固定されてシャフト２０の中間部を回転自在に支持し、軸受２４がエンドベル４２に固定されてシャフト２０の端部（図中右端部）を回転自在に支持する。

ステータ３は、内径側にロータ２が配置される空間を持つ略円筒状の部品であり、ハウジング４に圧入固定される環状のステータコア３０と、ステータコア３０に対してインシュレータ３１を介して巻回されたコイル３２と、を備える。ステータ３はさらに、コイル３２に接続される電源入力用のリード線６と、センサ信号入出力用のリード線７（以下「信号線７」という）と、リード線６を支持するリード線止め部品５と、基板８を保持する基板保持部１０（図３参照）とを備える。基板８は、ロータ２の回転位置に応じた信号を検出する回転検出素子８Ｅ（図６参照）を備えており、ステータ３に取付けられる。すなわち、ステータ３は、基板８が一体化された基板付きのステータである。

図３は、本実施形態に係る基板付きステータ３からハウジング４を除いた分解斜視図であり、図４は、モータ１からエンドベル４２を除いた状態をエンドベル４２側から見た斜視図であり、図５は、ステータ３からフロントベル４１を除いた状態をフロントベル４１側から見た斜視図である。

リード線６は、ハウジング４の外部からコイル３２へ電気を供給するものであり、ステータ３の中央の空間を回避して周方向に延設（配索）される。本実施形態では、三本のリード線６の各一端がハウジング４内においてコイル３２の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）と接続され、三本のリード線６の各他端がハウジング４に設けられた引き出し部４０から外部へと引き出される。

信号線７は、その一端がコネクタ７Ｃ（図４参照）を介して基板８に接続され、その他端がリード線６と同様、引き出し部４０からハウジング４の外部へと引き出される。リード線６及び信号線７は、引き出し部４０において、例えばホットメルト樹脂により固着され、ハウジング４に対する位置が規定される。本実施形態のモータ１では、引き出し部４０がハウジング４の軸方向一端寄り（エンドベル４２寄り）の側面部に貫設された開口（図示略）に取付けられる。

リード線止め部品５は、周方向に延設されたリード線６の位置がずれないようにリード線６を支持する（留めておく）ための部品であり、ステータコア３０及びハウジング４の少なくとも一方に支持される。本実施形態のリード線止め部品５は、ステータコア３０の軸方向の一端側（エンドベル４２側）に配置され、ステータコア３０に対して位置決めがされるとともにステータコア３０に支持される。リード線止め部品５には、基板保持部１０が設けられる。

［１−２．要部構成］
図６はリード線止め部品５に基板８が取り付けられた状態を示す平面図であり、図７は図６から基板８を除いた平面図である。リード線止め部品５は、周方向に間隔をあけた複数箇所において各リード線６の位置を規定する機能と、基板８を保持する機能とを兼ね備えており、例えば樹脂成形により一体で形成される。

図３〜図７に示すように、リード線止め部品５は、ステータコア３０の外径寸法と同等又はやや小さい外径の円筒状の外周壁５１と、外周壁５１の内径側で周方向に間隔をあけて複数配置され、リード線６の位置を規定する規定部５２と、規定部５２の内径側で外周壁５１と同心の円筒状の内周壁５３と、内周壁５３の内径側に設けられた基板保持部１０とを有する。外周壁５１は、複数の規定部５２の径方向外側の端部を連結し、内周壁５３は、複数の規定部５２の径方向内側の端部を連結する。図３に示すように、外周壁５１のステータコア３０側の端部には、周方向に等間隔に配置された三つの突起部５４が設けられる。各突起部５４は、リード線止め部品５をステータコア１０に対して位置決めをするためのものであり、ステータコア３０に設けられた図示しない凹部に係合される。

規定部５２は、周方向の寸法が小さい（厚さが薄い）板状の部位であり、図７に示すように、モータ１の中心軸に対して放射状に設けられる。各規定部５２は、周方向に隣接する二つのコイル３２の間（スロット）に配置され、コイル３２に対して非接触な状態とされる。規定部５２の形状や個数は特に限定されず、ハウジング４のリード線６の位置を規定できる構成であればよい。図４に示すように、リード線６は、リード線止め部品５の一端側（エンドベル４２側）の面に配置される。一方、基板８は、図５に示すように、リード線止め部品５の他端側（フロントベル４１側）の面において基板保持部１０により保持される。

基板保持部１０は、図７に示すように、リード線止め部品５に延設されるリード線６の内径側（すなわち、規定部５２の径方向内側）に設けられた平面部１１と、基板８を固定するための固定孔１２とを有する。本実施形態の基板保持部１０はさらに、コネクタ７Ｃと基板８とを取り付けるためのコネクタ用孔部１３と、図示しないピンを介して基板８を周方向に動かすための長孔１４とを有する。

平面部１１は、軸方向に直交する方向に延在する円環状の薄い平板部分であり、シャフト２０が挿通される孔部を中央に有する。固定孔１２，コネクタ用孔部１３，長孔１４はいずれも、平面部１１に貫設される。なお、図７に示す例では、長孔１４が二つ設けられており、一方の長孔１４がコネクタ用孔部１３と部分的に重なっているが、コネクタ用孔部１３と長孔１４とが独立して設けられていてもよい。

基板８は、図６に示すように、三つの回転検出素子８Ｅと、コネクタ７Ｃが接続される接続部８ａと、二つの取付孔８ｓと、二つのピン孔８ｐとを有する。基板８は、基板保持部１０に対し、接続部８ａがコネクタ用孔部１３と重なり、各取付孔８ｓが各固定孔１２と重なり、各ピン孔８ｐが各長孔１４と重なるように配置される。言い換えると、これらの要素が互いに重なるように、基板保持部１０が構成される。本実施形態の基板８は、基板保持部１０に対して螺子９によって固定される。ただし、基板８の固定方法はこれに限られない。例えば、固定孔１２の代わりに、基板８を固定するための突起を平面部１１に突設し、熱溶着によって基板８を基板保持部１０に固定してもよい。

［２．効果］
（１）上述したステータ３及びモータ１によれば、リード線６を支持するためのリード線止め部品５が基板８の保持機能も併せ持つため、基板８を保持するための追加の部品や、基板８を例えばエンドベル４２に保持させた場合に必要となる中間ハーネスを設けなくてよい。このため、部品点数を削減できることから省スペース化を実現でき、コスト削減にも寄与できる。

また、中間ハーネスを省略できることから、組立しやすくなり生産性を向上させることができる。すなわち、従来の中間ハーネスを使用したステータ（モータ）では、基板に中間ハーネスを取り付け、エンドベルに基板を固定したのち、中間ハーネスをハウジング外部へ引き出すハーネスと接続してからハウジングに組み付ける、という作業が必要であったのに対し、上述したステータ３及びモータ１では、リード線止め部品５に基板８を載せ、位相を調整するとともに固定したのち、基板８とコネクタ７Ｃとを接続するだけで済む。さらに、上述したステータ３及びモータ１によれば、ステータコア３０やインシュレータ３１に基板８を保持させる従来構成に比べて、巻線スペースを犠牲にすることがないため、モータ性能の低下を招くことがない。

（２）上述したステータ３及びモータ１では、リード線止め部品５の一端側の面にリード線６が配置され、リード線止め部品５の他端側の面に基板８が取り付けられることから、リード線６と基板８とを干渉させることなくリード線止め部品５に両者を配置することができる。

（３）さらに、上述した基板保持部１０によれば、リード線止め部品５の規定部５２の内径側に基板８が載置される平面部１１が設けられ、この平面部１１に基板８を固定するための固定孔１２（あるいは突起）が設けられることから、省スペース化を実現でき、ステータ３及びモータ１の小型化を図ることができる。

［３．その他］
上述の実施形態で説明したモータ１の構成は一例であって、上述したものに限られない。すなわち、ロータ２，ステータ３，ハウジング４及びリード線止め部品５の各形状や各構成は上述したものに限られず、リード線６及び信号線７の各配置や引き出し位置も上述したものに限られない。

例えば、リード線止め部品５が外周壁５１と内周壁５３との何れか一方を有していてもよい。このような構成であっても、複数の規定部５２が径方向外側又は内側で連結されるため、規定部５２の姿勢を安定させることができ、ハウジング４内でのガタつきを防止することができる。また、リード線止め部品５がハウジング４に支持されるものであってもよい。例えば、ハウジング４の内側の面に段差を設けて、リード線止め部品５の外周壁５１をこの段差に載置することでリード線止め部品５をハウジング４に支持させる構成であってもよい。

基板保持部１０の配置や形状も上述したものに限られない。基板保持部１０は、リード線止め部品５のロータ２と干渉しない位置に設けられればよく、基板８の大きさや形状に応じて適宜設定してよい。

また、上述した実施形態では、ハウジング４の側面からリード線６及び信号線７を引き出す、いわゆる「横出し」のステータ３及びモータ１を例示したが、エンドベル４２に引き出し位置を設けて、リード線６及び信号線７を軸方向へ引き出す「縦出し」のステータ及びモータに対しても、上述したリード線止め部品５を適用してもよい。また、リード線６と信号線７とを別々に引き出すような構成としてもよい。
なお、上述の実施形態では、リード線止め部品５が樹脂成形により一体で成形される場合を例示したが、リード線止め部品５が一体ものでなくてもよい。

１ モータ（ブラシレスモータ）
２ ロータ
３ ステータ（基板付きステータ）
４ ハウジング
５ リード線止め部品
６ リード線
７ 信号線
７Ｃ コネクタ
８ 基板
８ａ 接続部
８Ｅ 回転検出素子
８ｐ ピン孔
８ｓ 取付孔
１０ 基板保持部
１１ 平面部
１２ 固定孔
１３ コネクタ用孔部
１４ 長孔
２０ シャフト
２１ ロータコア
２２ マグネット
２３，２４ 軸受
３０ ステータコア
３１ インシュレータ
３２ コイル
４０ 引き出し部
４１ フロントベル
４２ エンドベル
５１ 外周壁
５２ 規定部
５３ 内周壁
５４ 突起部

Claims (4)

1. 軸方向の両端面が開口したハウジングに内蔵され、回転検出素子を備えた基板付きのステータであって、
   前記ハウジングに固定され、内径側にロータが配置される空間を有する環状のステータコアと、
   前記ステータコアに対してインシュレータを介して巻回されたコイルと、
   前記コイルに接続され、前記ハウジングの外部から電気を供給するリード線と、
   前記ステータコアの軸方向の一端側に配置され、前記ハウジング及び前記ステータコアの少なくとも一方に支持されて前記リード線を周方向に延設させるリード線止め部品と、
   前記リード線止め部品に設けられ、前記基板を保持する基板保持部と、を備えた
   ことを特徴とする、基板付きステータ。
2. 前記リード線は、前記リード線止め部品の前記一端側の面に配置され、
   前記基板は、前記リード線止め部品の軸方向の他端側の面において前記基板保持部により保持される
   ことを特徴とする、請求項１記載の基板付きステータ。
3. 前記基板保持部は、前記リード線止め部品に延設される前記リード線の内径側に設けられて前記基板が載置される平面部と、前記平面部に貫設又は突設されて前記基板を固定するための固定孔又は突起と、を有する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の基板付きステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板付きステータと、
   前記基板付きステータの内径側に配置されるロータと、を備えた
   ことを特徴とする、ブラシレスモータ。

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