JP4470524B2

JP4470524B2 - 密閉型モータ

Info

Publication number: JP4470524B2
Application number: JP2004056427A
Authority: JP
Inventors: 高徳大川; 修小平; 隆猪田
Original assignee: 三菱マテリアルシ−エムアイ株式会社
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-03-01
Also published as: JP2005253136A

Description

本発明は、気密性及び放熱性を重視すべく構成された密閉型モータに関するものである。

車載装備などの用途では、駆動源として使用するモータに高い気密性が要求される場合がある。この気密性が要求されるモータとしては、モータの全体を樹脂で一体的に覆った構造のものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
特公平８−２８９５８号公報

ところが、上記従来の密閉型モータにおいては、モータの全体を断熱性の大きな樹脂で覆うことになるので、放熱性が悪化し、モータ内の温度上昇により耐久性が低下するという問題がある。特に、ステッピングモータの場合には、コイルの通電を維持することで、出力軸の位置を制御することも行われるので、モータ内が高温になりやすく、放熱性の向上を図る必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放熱性の改善により、耐久性の向上を図ることのできる密閉型モータを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、筒状に形成された周壁部及びこの周壁部の一端開口部を閉塞する端壁部を有するとともに、前記周壁部の他端開口部の周縁に外向きのフランジを有する金属製のモータケースと、このモータケース内から前記端壁部の軸孔を介して突出する出力軸を駆動すべく、前記モータケース内に設けられたロータと、前記モータケース内の前記ロータの周囲に設けられ、当該ロータを回転駆動するステータと、前記モータケースの他端開口部を閉塞するように設けられた蓋体と、この蓋体の外側から前記フランジを包み込むように樹脂によってモールド成形されることにより前記モータケースの他端開口部を密閉するとともに前記他端部近傍部に固定されたコネクタ本体とを備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明おいて、前記蓋体は、前記ステータを一体的に構成する樹脂によって当該ステータと一体的に形成されていると共に、前記コネクタ本体が成形された際に先端側の部分が当該コネクタ本体に配置された状態になるコネクタピンを一体的に保持するように成形されており、前記コネクタピンは、その基端部が前記ステータにおけるコイルの端部を接続する端子となっていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記端子は、前記ステータにおける前記コイルを巻回するボビンの軸方向の外側に位置し、当該ボビンの軸方向の端面に沿って当該ボビンの外周側に延在するように設けられていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、前記蓋体には、前記端子に対応する部分に、当該端子を露出可能にするサブ蓋体が設けられていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記コネクタ本体は、前記モータケースにおける軸方向の前記端壁部側を向く面が取付対象部材に当接させて当該取付対象部材に取り付けるためのフランジ面となっていることを特徴としている。

請求項１〜５に記載の発明によれば、蓋体の外側からモータケースの他端開口部を密閉するように樹脂で一体的に成形したコネクタ本体を備えているので、コネクタ本体を例えば射出成形するだけで、モータケース内を簡単かつ確実に密閉することができる。

また、モータケースにおける他端開口部の近傍部が当該開口部の封止のためにコネクタ本体の樹脂によって覆われるものの、筒状に形成された周壁部の大部分及び端壁部は樹脂で覆われることがない。即ち、金属製のモータケースの大部分がそのまま露出させた状態になるので、当該モータケースを通して、内部で発生した熱を外部に効率よく放出することができる。

従って、モータケース内の温度を下げることができるので、耐久性の向上を図ることができる。しかも、モータケースを樹脂で覆う部分が少ないので、小径、軽量化を図ることができると共に、樹脂の使用量の低減によりコストの低減を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、蓋体がステータと一体的に形成されていると共にコネクタピンを一体的に保持するように成形され、コネクタピンの基端部がコイルの端部を接続するための端子になっているので、ステータにおいてコイルを巻回し、そのコイルの端部を端子に半田付け等で接続する作業を連続的に行うことができると共に、この作業を機械化することができる。そして、一体化されたステータ及び蓋体をモータケースに挿入するだけで、モータケースの他端開口部を閉塞することができる。

従って、組立作業や組立工程の簡素化を図ることができるので、不良率の低減を図ることができると共に、コストの低減を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、端子がステータにおけるコイルを巻回するボビンの軸方向の外側に位置し、当該ボビンの軸方向の端面に沿って当該ボビンの外周側に延在するように設けられているので、コイルの端部を端子に接続する際の作業能率の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、蓋体における端子に対応する部分に、当該端子を露出可能にするサブ蓋体が設けられているので、サブ蓋体を外すことによって、端子に対するコイルの端部の接続を容易にすることができると共に、サブ蓋体を取り付けることによって、モータケースの他端開口部を確実に閉塞することができる。

請求項５に記載の発明によれば、コネクタ本体の端壁部側を向く面が取付対象部材に当接させて当該取付対象部材に取り付けるためのフランジ面となっているので、取付対象部材に安定的に固定することができる。また、例えばモータケースを取付対象部材内に挿入する場合において、当該取付対象部材における挿入部の周囲をフランジ面で気密に保持することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
図１は本発明を密閉型ステッピングモータに適用した実施の形態の断面図、図２は同密閉型ステッピングモータのコネクタ方向から見た外観側面図である。

この実施の形態で示す密閉型ステッピングモータは、例えば、ガソリンエンジンの混合気流量調整弁（取付対象部材）の駆動源等に使用されるもので、取付状態において高い気密性が要求されるものである。一般にステッピングモータは、電気パルス信号を機械的断続のステップ動作に変換するデバイスであり、ここで示す密閉型ステッピングモータは、ＰＭ形のものであって、ステータコイル２１に流す電流を切り換えることによって回転磁界を作り、周方向に多極着磁したロータマグネット３２を同期回転させるように構成されている。

この密閉型ステッピングモータは、モータケース１０と、ステータ２０と、ロータ３０と、蓋体４０と、コネクタ本体５０とを備えた構成になっている。

モータケース１０は、円筒状に形成された周壁部１１ａ及びこの周壁部１１ａの一端開口部を閉塞する端壁部１１ｂを有し、磁性金属（例えば鉄）によってカップ状に一体に形成にされている。ステータ２０は、モータケース１０内のロータ３０の周囲に設けられ当該ロータ３０を回転駆動するようになっており、コイル２１と、ボビン２２と、ヨーク（ステータコアとも呼ばれる）２３、２４とを備えた構成になっている。ロータ３０は、モータケース１０内のステータ２０の内側に配置され、モータケース１０内から端壁部１１ｂに形成された軸孔１４を介して突出するモータ軸（出力軸）３１を回転駆動するようになっており、モータ軸３１の外周に同軸状に固定された円筒状のロータ本体３３と、このロータ本体３３の外周に同軸状に固定された円筒状のロータマグネット３２とを備えた構成になっている。蓋体４０は、モータケース１０の他端開口部１２を閉塞するように設けられるようになっており、内部にロータ３０の後端部を支持するラジアル軸受面（軸受部）４２を備え、樹脂で一体に形成されている。コネクタ本体５０は、蓋体４０の外側からモータケース１０の他端開口部１２を密閉するように樹脂で一体的に成形されるようになっており、組立の最終工程においてモールド成形（例えば射出成形）されることで、モータケース１０の他端開口部１２を完全に気密にするようになっている。

蓋体４０は、ステータ２０を一体的に構成する樹脂によって当該ステータ２０と一体的に形成されていると共に、コネクタ本体５０が成形された際に先端側の部分が当該コネクタ本体５０内に配置された状態になるコネクタピン５２を一体的に保持するように形成されている。コネクタピン５２は、その基端部がステータ２０におけるコイル２１の端部を接続する端子５２ａとなっている。

そして、例えば、ステータ２０と蓋体４０とをボビン２２を成形する樹脂で一体的に構成するに際し、複数のヨーク２３、２４及び複数のコネクタピン５２を金型内にインサートした状態でボビン２２と蓋体４０を同時に射出成形（インサート射出成形）する。その上で、ボビン２２にコイル２１を巻き付け、そのコイル２１の端部をコネクタピン５２の端子５２ａに巻回し半田付けや溶接等で接続することで、蓋体４０と一体化されたステータ２０を得ることができる。

また、コネクタピン５２の端子５２ａは、ステータ２０におけるボビン２２の軸方向の外側に位置し、当該ボビン２２の軸方向の端部に配置された端面に沿って当該ボビン２２の外周側に延在するように設けられている。

なお、コネクタ本体５０とコネクタピン５２によって防水コネクタ５１が構成されるようになっている。また、蓋体４０には、コネクタピン５２の端子５２ａの配置を可能とする空間部４０ａが設けられている。この空間部４０ａは、サブ蓋体４０ｂを蓋体４０に取り付けることによって当該蓋体４０内に形成され、サブ蓋体４０ｂを外すことによって外部に開放されるようになっている。即ち、サブ蓋体４０ｂは、端子５２ａに対応する部分に空間部４０ａを形成すべく、蓋体４０の一構成要素として当該蓋体４０に着脱自在に設けられており、端子５２ａを露出させることによって当該端子５２ａへのコイル２１の巻回、接続等を可能とし、端子５２ａを覆うことにより当該端子５２ａ等を保護するようになっている。また、蓋体４０は、サブ蓋体４０ｂを取り付けることによって、モータケース１０における他端開口部１２の全体を閉塞するようになっている。

また、モータケース１０は、他端開口部１２の周縁に外向きのフランジ１３を有している。端壁部１１ｂの軸心部に形成された軸孔１４には、軸受ブッシュ１５が嵌合固定されている。軸受ブッシュ１５は外周に段部１６を有し、段部１６をモータケース１０の内側から軸孔１４に嵌めることで、軸孔１４から前方に脱落するのを防止するようになっている。また、軸受ブッシュ１５は、その軸方向における内方の端面がロータ３０の軸線に対して直交するスラスト軸受面１７となっている。

ロータ３０は、モータケース１０の他端開口部１２からモータケース１０内に挿入されており、ロータ３０の中心に固定されたモータ軸３１が、軸受ブッシュ１５に回転自在に嵌合している。また、ステータ２０は、ロータ３０の外周面に近接した状態となるように、モータケース１０の周壁部１１ａに嵌合されている。

また、ステータ２０は、コイル２１を巻回する一対のボビン２２を軸方向に隣接させて設けたもので構成されており、各ボビン２２のそれぞれに一対のヨーク２３、２４が配置されている。各ヨーク２３、２４は、ボビン２２の軸方向の各端面から当該ボビン２２の内周面に沿って軸方向に延在する複数の極歯２３ａ、２４ａを有している。各極歯２３ａ、２４ａは円周方向に交互に配置されている。

このように構成されたステータ２０は、モータケース１０内に挿入された状態において、周壁部１１ａを部分的に縮径することによって、当該周壁部１１ａを各ヨーク２３、２４の外周縁に密着させるようになっている。これにより、モータケース１０の一部と、ヨーク２３、２４と、ロータマグネット３２によって、閉じた磁気回路が構成されることになる。

一方、ロータ本体３３は、自己潤滑性を有する樹脂（材料）によって一体に形成されたものであり、円筒部３３ａと、この円筒部３３ａの軸方向の後端部外周に形成された鍔部３３ｂとを備えている。そして、円筒部３３ａにおける鍔部３３ｂの前方の外周面にロータマグネット３２が嵌合されるようになっている。また、円筒部３３ａにおける鍔部３３ｂの後方の外周面がラジアル軸受面４２に回転自在に嵌合する第１摺動面３３ｃになっており、円筒部３３ａの先端面が軸受ブッシュ１５のスラスト軸受面１７に回転自在に当接する第２摺動面３３ｄになっている。自己潤滑性を有する樹脂としては、固体潤滑剤を配合したＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が使用されている。

蓋体４０は、内方の軸心部に凹部４１を有している。この凹部４１は、その開口部側の内周面がラジアル軸受面４２になっている。即ち、ロータ３０をモータケース１０に組み付けた後に、蓋体４０をモータケース１０の他端開口部１２に嵌合することにより、ロータ本体３３の第１摺動面３３ｃが蓋体４０のラジアル軸受面４２に回転自在に嵌合するようになっている。これにより、ロータ３０の先端部及び後端部がそれぞれ軸受ブッシュ１５及びラジアル軸受面４２によって回転自在に支持されるようになっている。

また、凹部４１の最奥部には、モータ軸３１の後端部を導入可能とする小径のガイド凹部４３がラジアル軸受面４２と同軸状に形成されている。ガイド凹部４３には、鋼球４４と、この鋼球４４をモータ軸３１の後端面に押し当てることにより、ロータ本体３３の第２摺動面３３ｄを軸受ブッシュ１５のスラスト軸受面１７に当接させるための押圧バネ４５が収容されている。

コネクタ本体５０は、組立工程の最終段階において、蓋体４０の外方からモータケース１０のフランジ１３を包み込むようにモールド成形されることで、モータケース１０の他端開口部１２を完全に封止すると共に、当該モータケース１０に強固に固定されるようになっている。この場合、モータケース１０は、他端開口部１２の近傍部分を除く大部分がそのまま外方に露出された状態になる。

また、コネクタ本体５０は、モータケース１０における軸方向の端壁部１１ｂ側を向く面が上述した混合気流量調整弁に取り付けるためのフランジ面５０ａとなっている。このフランジ面５０ａは、モータケース１０の軸方向に直交する平面によって形成されており、モータケース１０を例えば混合気流量調整弁の開口部に挿入し、この開口部の周縁の平面状の取付面に密着させることで、Ｏリング等のシール部材を介して気密を保持するようになっている。また、コネクタ本体５０及びコネクタピン５２を備えた防水コネクタ５１は、他のコネクタとの連結を図る連結部５１ａがモータケース１０の軸方向に対して直交する方向に向けられている。

次に上記構成の密閉型ステッピングモータの作用効果を説明する。
この密閉型ステッピングモータでは、カップ状のモータケース１０の他端開口部１２を閉塞する蓋体４０の外方から、コネクタ本体５０をモールド成形することにより、当該他端開口部１２を確実に密閉することができる。また、コネクタ本体５０にフランジ面５０ａを設けているので、混合気流量調整弁との連結部における気密性も充分に確保することができる。

また、この密閉型ステッピングモータでは、オープンループで使用することにより、コイル２１に常時電流が流れ、ジュール熱の発生量が多くなることがあっても、大部分が露出した状態の金属製のモータケース１０を通して、上記熱を外部に効率よく放出することができる。この場合、コイル２１で発生した熱は、ボビン２２及びヨーク２３、２４を介してモータケース１０に伝達されると共に、放射によってコイル２１からモータケース１０に直接伝達されることになる。

従って、コイル２１自体の温度を低減することができるので、絶縁被膜が溶けるなどの絶縁不良の防止を図ることができると共に、コイル２１、ボビン２２、ヨーク２３、２４、モータケース１０、蓋体４０等の部品の熱変形を防止することができる。しかも、コイル２１の温度が低下することから、コイル２１に近接するロータ３０のマグネット３２に熱減磁が生じるおそれがなくなり、トルクなどのモータとしての特性が劣化するのを防止することができる。よって、耐久性の向上を図ることができる。

また、樹脂で覆う部分が少なくなることから、小径、軽量化を図ることができると共に、樹脂の使用の低減によりコストの低減を図ることができる。

一方、モータケース１０内に一体化されたステータ２０及び蓋体４０を挿入することにより、当該モータケース１０の他端開口部１２を閉塞することができ、蓋体４０の外方からコネクタ本体５０をモールド成形するだけで、他端開口部１２を確実に封止することができるので、製造が容易であり、生産性を高めることができる。

また、ステータ２０と蓋体４０とコネクタピン５２が一体的に構成されているので、部品点数の低減を図ることができる。しかも、コネクタピン５２の基端部がコイル２１の端部を接続するための端子５２ａになっているので、ステータ２０においてコイル２１を巻回し、そのコイル２１の端部を端子５２ａに半田付け等で接続する作業を連続的に行うことができると共に、この作業を機械化することができる。そして、端子５２ａがボビン２２の軸方向の端面に沿って当該ボビン２２の外周側に延在するように設けられているので、コイル２１の端部を端子５２ａにより簡単に接続することができる。従って、組立作業や組立工程の簡素化を図ることができるので、不良率の低減を図ると共に、コストの低減を図ることができる。

更に、蓋体４０における端子５２ａに対応する部分に、当該端子５２ａを露出可能にするサブ蓋体４０ｂが設けられているので、端子５２ａに対するコイル２１の端部の接続が容易になると共に、モータケース１０の他端開口部１２を確実に閉塞して、コネクタ本体５０を成形する際の樹脂がモータケース１０内に流入するのを確実に防止することができる。

また、ロータ本体３３を自己潤滑性を有する樹脂（ＰＰＳ）で形成し、そのロータ本体３３に形成した第１摺動面３３ｃを直接、モータハウジング８１を構成する蓋体４０のラジアル軸受面４２に摺動自在に嵌合して、ラジアル方向の支持力を得るようにしているので、通常設置する必要のあるラジアル軸受を削除することができる。同様にして、ロータ本体３３の第２摺動面３３ｄを直接、軸受ブッシュ１５のスラスト軸受面１７に摺動自在に当接させるように構成しているので、通常設置する必要のあるスラスト軸受を削除することができる。従って、部品点数の低減、小型・軽量・低コスト化を図ることができると共に、構造の簡素化により生産性を高めることができる。

なお、上記実施の形態は、モータ軸３１をロータ３０と一体的に回転するように構成したが、ロータ３０の回転によりモータ軸３１を直線移動させるように構成してもよい。即ち、ロータ本体３３の内周部に設けた雌ネジ部と、モータ軸３１の外周部に設けた雄ネジ部とを互いに螺合させることにより、ロータ３０の回転に伴って、モータ軸３１が軸方向に移動するように構成してもよい。

また、本発明をステッピングモータに適用した例を示したが、本発明を他の種類のモータに適用することも可能である。

本発明の一実施の形態として示した密閉型ステッピングモータの断面図である。同密閉型ステッピングモータのコネクタ方向から見た外観側面図である。

符号の説明

１０モータケース
１１ａ周壁部
１１ｂ端壁部
１２他端開口部
１４軸孔
２０ステータ
２１コイル
３０ロータ
３１モータ軸（出力軸）
３３ロータ本体
４０蓋体
４０ｂサブ蓋体
５０コネクタ本体
５０ａフランジ面
５１防水コネクタ
５２コネクタピン
５２ａ端子

Claims

筒状に形成された周壁部及びこの周壁部の一端開口部を閉塞する端壁部を有するとともに、前記周壁部の他端開口部の周縁に外向きのフランジを有する金属製のモータケースと、
このモータケース内から前記端壁部の軸孔を介して突出する出力軸を駆動すべく、前記モータケース内に設けられたロータと、
前記モータケース内の前記ロータの周囲に設けられ、当該ロータを回転駆動するステータと、
前記モータケースの他端開口部を閉塞するように設けられた蓋体と、
この蓋体の外側から前記フランジを包み込むように樹脂によってモールド成形されることにより前記モータケースの他端開口部を密閉するとともに前記他端部近傍部に固定されたコネクタ本体とを備えていることを特徴とする密閉型モータ。
前記蓋体は、前記ステータを一体的に構成する樹脂によって当該ステータと一体的に形成されていると共に、前記コネクタ本体が成形された際に先端側の部分が当該コネクタ本体に配置された状態になるコネクタピンを一体的に保持するように成形されており、
前記コネクタピンは、その基端部が前記ステータにおけるコイルの端部を接続する端子となっていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型モータ。
前記端子は、前記ステータにおける前記コイルを巻回するボビンの軸方向の外側に位置し、当該ボビンの軸方向の端面に沿って当該ボビンの外周側に延在するように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の密閉型モータ。
前記蓋体には、前記端子に対応する部分に、当該端子を露出可能にするサブ蓋体が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の密閉型モータ。
前記コネクタ本体は、前記モータケースにおける軸方向の前記端壁部側を向く面が取付対象部材に当接させて当該取付対象部材に取り付けるためのフランジ面となっていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の密閉型モータ。