JP2022041311A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で小型化を実現したブラシレスモータを提供する。【解決手段】円筒状のステータ３の中央にロータ２が配置されるインナーロータ型のブラシレスモータ１であって、ステータ３の軸方向一端側に配置され、ステータ３に設けられる三相のコイルを同相ごとに結線する三つのバスバー６０と、ステータ３及びロータ２を収容するハウジング４に隣接配置される有底筒状のコネクタ部５１と、コネクタ部５１の底部を貫通して固定され、コネクタ部５１の内部空間に露出する複数のコネクタ端子５０と、ステータ３の軸方向一端側及びコネクタ部５１の底部側に亘って配置され、各バスバー６０の端部と貫通したコネクタ端子５０とを電気的に接続する基板７と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、インナーロータ型のブラシレスモータに関する。

ブラシレスモータでは、ステータに設けられる三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のコイルのそれぞれにリード線やバスバーといった導電性部材が接続され、この導電性部材を通じて対応する相の電流が各コイルに供給される。例えば特許文献１には、三つのコイル接続バスバーを含むバスバーユニットが設けられたブラシレスモータが開示されている。このバスバーユニットは、複数のバスバーに加え、ステータコアの下側を覆う本体部から径方向外側に設けられたコネクタ部を持つバスバーホルダーを含んで構成される。コネクタ部には各バスバーの端子部が設けられる。このように、特許文献１のモータは、バスバーのみでコネクタ部に配線している。

特開２００９－２１９３３５号公報

ブラシレスモータは、三相の電力線（出力線）に加え、複数のセンサ線を配線する必要がある。このため、小径のブラシレスモータのような小型のモータを製造する場合、上記の特許文献１のようにバスバーのみで配線する構成では小型化が難しく、配線構成には改善の余地がある。

本件は、このような課題に鑑み案出されたもので、簡素な構成で小型化を実現した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）ここで開示するブラシレスモータは、円筒状のステータの中央にロータが配置されるインナーロータ型のブラシレスモータであって、前記ステータの軸方向一端側に配置され、前記ステータに設けられる三相のコイルを同相ごとに結線する三つのバスバーと、前記ステータ及び前記ロータを収容するハウジングに隣接配置される有底筒状のコネクタ部と、前記コネクタ部の底部を貫通して固定され、前記コネクタ部の内部空間に露出する複数のコネクタ端子と、前記ステータの前記軸方向一端側及び前記コネクタ部の前記底部側に亘って配置され、各々の前記バスバーの端部と貫通した前記コネクタ端子とを電気的に接続する基板と、を備える。

（２）前記ブラシレスモータは、前記コネクタ部と、前記ステータの前記軸方向一端側に配置される筒部と、前記コネクタ部及び前記筒部を繋ぐ連結部とを一体で有する小ケースをさらに備えることが好ましい。この場合、前記各々のバスバーは、前記ステータの軸方向から視て円弧状をなし、前記基板は面一な平板状であり、前記軸方向から視て前記バスバーに重なるとともに前記筒部に収容されるリング部を有することが好ましい。

（３）前記ブラシレスモータは、前記基板が収容された前記小ケースに対し前記軸方向一端側から装着される絶縁性のカバーをさらに備えることが好ましい。この場合、前記カバーは、前記ロータと一体回転するシャフトが挿通される孔部を有し、前記筒部及び前記リング部はいずれも、その中央に円形状の孔部を有し、前記カバー，前記筒部及び前記リングのそれぞれの前記孔部の直径はいずれも、前記ロータの外径よりも大きいことが好ましい。

（４）前記カバーは、前記孔部の周囲に位置する環状部の縁から軸方向に突設されたリブを有し、前記リブは、前記カバーが前記小ケースに対し押圧されて取り付けられたときに潰れることが好ましい。
（５）各々の前記コネクタ端子は、前記コネクタ部の前記底部に貫設された固定孔に対し開きカシメにより固定されることが好ましい。

（６）前記ブラシレスモータは、前記基板から前記ステータの軸方向他端側に向かって立設され、前記ロータの回転位置を検出するホールセンサをさらに備えることが好ましい。この場合、前記ホールセンサは、前記ロータの径方向外側において前記ロータに対向配置されることが好ましい。

開示のブラシレスモータによれば、簡素な構成で小型化を実現できる。

実施形態に係るブラシレスモータを示す斜視図である。 図１のブラシレスモータの分解斜視図である。 図１のブラシレスモータの軸方向に沿う断面図であり、ロータ，シャフト，小ケース板及びカバーを省略して示す。 図２の小ケースを示す斜視図である。 図２のバスバーユニットを示す斜視図である。 図２の基板を示す斜視図である。 図２のカバーを示す斜視図である。 図１のＡ部拡大図である。

図面を参照して、実施形態としての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］
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の分解斜視図である。図３は、モータ１の軸方向断面図であって後述するロータ２，シャフト２０，小ケース板９及びカバー８を省略して示す。図４～図７は、図２に示す小ケース５，バスバーユニット６，基板７，カバー８をそれぞれ拡大した斜視図であり、図８は図１のＡ部拡大図である。

図１～図３に示すように、モータ１は、円筒状のステータ３の中央にロータ２が配置されるインナーロータ型のブラシレスモータである。本実施形態では、直径が３０ｍｍ（Φ３０）であって、６溝の小径モータ１を例示する。モータ１は、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、ロータ２と一体回転するシャフト２０とを備え、モータ１の外郭をなす金属製のハウジング４内にロータ２及びステータ３を収容して構成される。ハウジング４は、軸方向の一端側が開口した有底筒型であり、一端側の開口には小ケース板９が固定されるとともにシャフト２０が突設される。なお、本実施形態のハウジング４は、その外観形状が円筒であるが、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（図示略）と、ロータコアの外周面に固定された円筒状のマグネット２２と、マグネット２２の一端側でシャフト２０に固定されたブッシュ２３と、ブッシュ２３に固定されてシャフト２０と一体回転するセンサマグネット２４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。本実施形態のシャフト２０は、ロータコア２１を挟んだ二箇所に設けられた軸受を介して、ハウジング４の底部と小ケース板９とに回転自在に支持される。

図３に示すように、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内に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。本実施形態のモータ１では、六つのコイル３２が設けられる。二つのコイル３２にはＵ相の電流が供給され、他の二つのコイル３２にはＶ相の電流が供給され、残りの二つのコイル３２にはＷ相の電流が供給される。モータ１では、この電流の供給においてバスバー６０及びプリント基板７（以下「基板７」という）が用いられる。

図１～図３に示すように、モータ１は、ハウジング４に隣接配置される有底筒状のコネクタ部５１と、複数のコネクタ端子５０と、基板７と、バスバー６０を含むバスバーユニット６とを備える。本実施形態のコネクタ部５１は、その外形状が略四角筒状であり、長手方向（中心軸方向）がモータ１の中心軸Ｃと平行になるように設けられる。ただし、図３に示すように、コネクタ部５１の底部５１ａは、ハウジング４の底部とは逆側（一端側）に位置する。すなわち、ハウジング４は一端側に向けて開口し、コネクタ部５１は他端側に向けて開口している。

本実施形態のモータ１は、コネクタ部５１を含む小ケース５と、小ケース５に取り付けられるカバー８と、ロータ２の回転位置を検出するホールセンサ１０とを備える。図１～図３に示すように、本実施形態のモータ１では、コネクタ部５１を含む小ケース５がハウジング４に取り付けられることで、コネクタ部５１がハウジング４に隣接配置される。

小ケース５は、絶縁性材料（例えば樹脂）で形成された部品であり、上記のコネクタ部５１と、ステータ３の軸方向一端側に配置される筒部５２と、コネクタ部５１と筒部５２とを繋ぐ連結部５３とを一体で有する。筒部５２は、有底円筒状の外形をなし、底部をステータ３側に向けて姿勢でハウジング４の一端側の開口近傍に収容される。なお、軸方向における筒部５２とステータ３との間には、バスバーユニット６が配置される。

図３及び図４に示すように、コネクタ部５１の底部５１ａには、複数のコネクタ端子５０が底部５１ａを貫通して固定される。コネクタ端子５０は、コネクタ部５１の四つの側面部５１ｂで囲まれた内部空間に露出して配置される。コネクタ端子５０には、電源用の端子と作動信号用の端子とが含まれ、外部からの電源及び作動信号の入力を可能とする。本実施形態では、各コネクタ端子５０が、コネクタ部５１の底部５１ａに貫設された固定孔に対し開きカシメによって固定される。これにより、複数のコネクタ端子５０のそれぞれを近接させた状態で簡単にコネクタ部５１に固定可能である。図４に示すように、コネクタ部５１は、四つの側面部５１ｂのうち筒部５２から最も遠い一つの側面部５１ｂに突設された凸部５１ｆを有する。凸部５１ｆは、カバー８を係止するための部位であり、底部５１ａ側に位置する。

筒部５２は、底部の中央に貫設された円形状の孔部５２ｄを有する。孔部５２ｄはモータ１の中心軸Ｃと同心である。なお、本実施形態では、孔部５２の周方向の一部分が径方向外側に切り欠かれて拡張されている。この拡張された切欠部５２ｅには、ホールセンサ１０が配置される。また、筒部５２の底部には、後述するバスバー６０の端部６０ｂが挿通される出力ピン孔５２ｆが貫設される。連結部５３は、筒部５２から径方向外側に延設されてコネクタ部５１に繋がる断面略コ字状の部位である。筒部５２の側面部は連結部５３の部分で欠成されており、筒部５２の側面部で囲まれた空間と連結部５３のコ字で囲まれた空間とは連通している。これらの空間には、基板７が配置される。

図２，図３及び図５に示すように、バスバーユニット６は、ステータ３の軸方向一端側に配置される環状の部品であり、三つのバスバー６０を含む。バスバー６０は、ステータ３に設けられる三相のコイル３２を同相ごとに結線する導電性の平板部材である。各バスバー６０は、ステータ３の軸方向から視て円弧状をなす。この円弧部分（図示略）は、軸方向に直交する方向に延在し、同相のコイル３２を結線する部分である。バスバー６０は、各円弧部分から軸方向一端側に向かって屈曲形成された端部６０ａ，６０ｂを有する。三つの端部６０ａは出力ピン（電力供給用のピン部分）であり、六つの端部６０ｂは巻回したコイル３２と接続するための端子である。本実施形態のバスバーユニット６は、バスバー６０を樹脂でモールドしたインサート成形品として設けられる。バスバーユニット６は、その中央に、モータ１の中心軸Ｃと同心の円形状の孔部６ｄを有する。

図２，図３及び図６に示すように、基板７は、各バスバー６０の端部６０ａ，６０ｂと底部５１ａを貫通したコネクタ端子５０とを電気的に接続する部品である。基板７は、ステータ３の軸方向一端側とコネクタ部５１の底部５１ａ側とに亘って配置される。基板７には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の出力線のほか、ホール信号を取り出すためのセンサ線，電源線，グランド線等を含むパターンが配置される。本実施形態の基板７は面一な平板状であり、小ケース５の一端側に配置される。

本実施形態の基板７は、軸方向から視て、コネクタ端子５０が接続される略矩形状の端子接続部７ａと、バスバー６０に重なるドーナツ形状のリング部７ｂと、端子接続部７ａ及びリング部７ｂを繋ぐ一直線状の接続部７ｃとを有する。端子接続部７ａはコネクタ部５１に収容され、リング部７ｂは筒部５２に収容され、接続部７ｃは連結部５３に収容される。端子接続部７ａには、コネクタ端子５０が挿通されて固定される端子孔７ｅが貫設される。リング部７ｂは、その中央に、モータ１の中心軸Ｃと同心の円形状の孔部７ｄを有する。さらにリング部７ｂには、バスバー６０の端部６０ｂが挿通されて固定される出力ピン孔７ｆが貫設される。

ホールセンサ１０は、基板７のリング部７ｂからステータ３の軸方向他端側に向かって立設され、ロータ２の径方向外側においてセンサマグネット２４に対向配置される。これにより、ホールセンサ１０は、シャフト２０と一体回転するセンサマグネット２４の回転を検出する。

図１，図２及び図７に示すように、カバー８は、小ケース５に対し基板７を挟んで軸方向一端側から取り付けられる絶縁性の部品であり、小ケース５の開口を塞ぐ。カバー８は、軸方向から視た形状が、小ケース５の一端側の外形（外縁部）と略同一形状となっている。すなわち、カバー８は、コネクタ部５１を覆うコネクタカバー部８ａと、筒部５２を覆う環状部８ｂと、連結部５３を覆う接続部８ｃとを有する。環状部８ｂは、中心軸Ｃと同心の円形状に形成された孔部８ｄを有する。

図２に示すように、本実施形態のモータ１では、ハウジング４に収容されたステータ３に対し、バスバーユニット６，小ケース５，基板７及びカバー８をこの順に取り付けていくと、バスバーユニット６の孔部６ｄと、小ケース５の孔部５２ｄと、基板７の孔部７ｄと、カバー８の孔部８ｄとがすべて重なる。これらの孔部６ｄ，５２ｄ，７ｄ，８ｄには、シャフト２０が挿通される。本実施形態のモータ１では、これらの孔部６ｄ，５２ｄ，７ｄ，８ｄの直径がいずれも、ロータ２の外径よりも大きい。これにより、四つの要素６，５，７，８をハウジング４に組み付けたあとで、シャフト２０と一体化されたロータ２を、ハウジング４（ステータ３）に挿入することが可能である。

図７に示すように、本実施形態のカバー８は、コネクタ部５１に対しカバー８を係止させる係止部８ｆと、小ケース５に対するカバー８の位置ずれを防止するためのリブ８ｅとを有する。係止部８ｆは、コネクタカバー部５１の側面部５１ｂに突設された凸部５１ｆに係合する。リブ８ｅは、孔部８ｄの周囲に位置する環状部８ｂの縁から軸方向他端側に向かって突設されており、図８に示すように、カバー８が小ケース５に対し押圧されて取り付けられたときに潰れる。なお、図８はリブ８ｅが潰れる前（変形前）の状態を示しており、この状態からリブ８ｅが押し潰されることのみで、カバー８の位置が固定される。

図１及び図２に示すように、小ケース板９は、カバー８の一端側に装着される金属製の部品であり、ハウジング４に固定される。本実施形態の小ケース板９は、カバー８の一端側の面に載置される平面部９ａと、平面部９ａから中心軸Ｃを中心とした有底筒状に形成された膨出部９ｂとを有する。この膨出部９ｂは、図示しない軸受を収容する部位である。

［２．効果］
（１）上述したモータ１によれば、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれの結線をバスバー６０で行うとともに、バスバー６０の端部６０ａ，６０ｂを基板７によってコネクタ端子５０まで配線するため、従来のバスバーユニットのみで配線する構成に比べて、簡素な構成でモータ１の小型化を実現できる。

（２）上述したモータ１では、コネクタ部５１が小ケース５の一部として設けられており、小ケース５の筒部５２をステータ３の軸方向一端側に配置することで、コネクタ部５１をハウジング４に隣接配置できる。さらに、基板７が面一な平板状であり、円弧状のバスバー６０と軸方向視で互いに重なるように配置されることから、ステータ３のコイル３２以外の部分（非磁気回路部）を最薄化することができる。これによっても、モータ１を小型化することができる。

（３）上述したモータ１では、小ケース５の筒部５２の孔部５２ｄ，基板７のリング部７ｂの孔部７ｄ，カバー８の孔部８ｄの直径がいずれもロータ２の外径よりも大きいため、これら三つの要素をハウジング４に組み付けたあとから、ロータ２を組み込むことができる。このため、ロータ２に傷が付くことを防止でき、組み立て時の設備制約を低減できる。したがって、組立性を向上でき、製造コストを低減できる。

（４）上述したモータ１によれば、カバー８の環状部８ｂからリブ８ｅが突設されており、このリブ８ｅが潰れることで小ケース５に対するカバー８のスラストガタを抑制することができる。
（５）上述したモータ１によれば、各コネクタ端子５０がコネクタ部５１の底部５１ａに貫設された固定孔に対し開きカシメにより固定されることから、溶接や接着等で固定される構成と比べ、複数のコネクタ端子５０のそれぞれを近接させた状態で簡単にコネクタ部５１に固定できる。

（６）上述したモータ１によれば、ホールセンサ１０が基板７からステータ３の軸方向他端側に向かって立設され、ロータ２の側方から回転位置を検出することから、モータ１の軸方向寸法を短くでき、モータ１をより小型化することができる。

［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。例えば、コネクタ部５１が軸方向一端側に開口していてもよいし、径方向に向かって開口していてもよい。少なくとも、コネクタ部５１はハウジング４に隣接配置され、複数のコネクタ端子５０が固定されていればよい。なお、複数のコネクタ端子５０の固定方法は開きカシメに限らず、接着などの他の固定方法を採用してもよい。

カバー８の形状や取付方法は上記のものでなくてもよい。例えば、カバー８のリブ８ｅを省略してもよいし、係止部８ｆの代わりにねじ止めやピン止めによって小ケース５にカバー８を装着してもよい。また、小ケース板９の形状や素材も上述したものに限られない。上記のモータ１では、ハウジング４にバスバーユニット６，小ケース５，基板７及びカバー８を取り付けたあとでロータ２を挿入する構成を例示したが、ロータ２を先に挿入してからこれらの要素を組み付けてもよい。この場合、各孔部６ｄ，５２ｄ，７ｄ，８ｄの直径がロータ２の外径以下であってもよい。

ホールセンサ１０の取付位置や向きは上記のものに限られず、例えばロータ２の軸方向から回転を検出するように基板７に取り付けられていてもよいし、ホールセンサ１０自体を省略してもよい。また、バスバー６０が樹脂でモールドされたものでなくてもよいし、基板７が面一の平板状でなくてもよい。なお、モータ１の大きさや極数は一例である。例えばΦ２４やΦ３６といった小径モータであってもよいし、小径モータ以外のモータに対し、基板を用いた配線構造を適用することも可能である。

１ モータ（ブラシレスモータ）
２ ロータ
３ ステータ
５ 小ケース
７ 基板
７ｂ リング部
７ｄ 孔部
８ カバー
８ｂ 環状部
８ｄ 孔部
８ｅ リブ
１０ ホールセンサ
２０ シャフト
３２ コイル
５０ コネクタ端子
５１ コネクタ部
５１ａ 底部
５２ 筒部
５２ｄ 孔部
５３ 連結部
６０ バスバー
６０ａ，６０ｂ 端部

Claims (6)

1. 円筒状のステータの中央にロータが配置されるインナーロータ型のブラシレスモータであって、
   前記ステータの軸方向一端側に配置され、前記ステータに設けられる三相のコイルを同相ごとに結線する三つのバスバーと、
   前記ステータ及び前記ロータを収容するハウジングに隣接配置される有底筒状のコネクタ部と、
   前記コネクタ部の底部を貫通して固定され、前記コネクタ部の内部空間に露出する複数のコネクタ端子と、
   前記ステータの前記軸方向一端側及び前記コネクタ部の前記底部側に亘って配置され、各々の前記バスバーの端部と貫通した前記コネクタ端子とを電気的に接続する基板と、を備えた
   ことを特徴とする、ブラシレスモータ。
2. 前記コネクタ部と、前記ステータの前記軸方向一端側に配置される筒部と、前記コネクタ部及び前記筒部を繋ぐ連結部とを一体で有する小ケースをさらに備え、
   前記各々のバスバーは、前記ステータの軸方向から視て円弧状をなし、
   前記基板は面一な平板状であり、前記軸方向から視て前記バスバーに重なるとともに前記筒部に収容されるリング部を有する
   ことを特徴とする、請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 前記基板が収容された前記小ケースに対し前記軸方向一端側から装着される絶縁性のカバーをさらに備え、
   前記カバーは、前記ロータと一体回転するシャフトが挿通される孔部を有し、
   前記筒部及び前記リング部はいずれも、その中央に円形状の孔部を有し、
   前記カバー，前記筒部及び前記リングのそれぞれの前記孔部の直径はいずれも、前記ロータの外径よりも大きい
   ことを特徴とする、請求項２記載のブラシレスモータ。
4. 前記カバーは、前記孔部の周囲に位置する環状部の縁から軸方向に突設されたリブを有し、
   前記リブは、前記カバーが前記小ケースに対し押圧されて取り付けられたときに潰れる
   ことを特徴とする、請求項３記載のブラシレスモータ。
5. 各々の前記コネクタ端子は、前記コネクタ部の前記底部に貫設された固定孔に対し開きカシメにより固定される
   ことを特徴とする、請求項１～４の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
6. 前記基板から前記ステータの軸方向他端側に向かって立設され、前記ロータの回転位置を検出するホールセンサをさらに備え、
   前記ホールセンサは、前記ロータの径方向外側において前記ロータに対向配置される
   ことを特徴とする、請求項１～５の何れか１項に記載のブラシレスモータ。

Images