JP4774888B2 - モータ - Google Patents

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Description

本発明は、電動式のモータに関する。
従来より、ウォータポンプに用いられる電動式のモータでは、電機子を外部の液体から隔絶するために、複数の樹脂製カップ状ホルダを組み合わせて電機子などを密閉する空間が形成されている。さらにモータを駆動する基板はモータ内部にて発生する熱を低減するために、あるいは、電機子にて発生する熱の影響を避けるためにモータの外側に設置され、実質的にモータの設置に必要な空間が大きくなっている。
例えば、特許文献1では、樹脂製のモータハウジングおよび樹脂製のポンプケーシングを備える流体ポンプが開示されており、基板がモータハウジングの外側に取り付けられた上で保護キャップにて覆われるようなっている。特許文献2では、合成樹脂製のハウジングと合成樹脂製のポンプカバーが接合面において溶着されることによりポンプ室が形成される磁気結合ポンプが開示されており、基板は電機子側の空間に配置されるが、この空間を広くして電機子と基板とが離れるようにされている。その結果、ハウジングの形状が大型化および複雑化している。
また、特許文献3では、固定子をインペラから隔離密閉するためのキャンを省略して、隔離密閉するための防水隔壁を固定子自体によって構成するモータポンプが開示されている。さらに、特許文献4では、流体ポンプ装置に用いられるブラシ型モータにおいて、電機子および磁石を覆う筒体および筒体の開口を覆う端面板の双方を金属板からプレス加工にて形成されたものとする点が開示されている。
特開平9−317684号公報 特開2001−304167号公報 特開2004−60490号公報 特開2000−262001号公報
ところで、特許文献1および2に示すモータのように、モータハウジングを樹脂にて形成すると、加工費が高くなり、ハウジングの肉厚も大きくなる。また、使用環境が高温である場合、樹脂も特殊な耐熱樹脂を使用しなければならず、材料費が増加する。さらに、特許文献3に示すモータでは、電機子側への液体の流入を防止する特殊な構造が必要になるとともに、モータを駆動するための基板のスペースを別途設けなければならず、モータの省スペース化が阻害され、特許文献4のモータはブラシモータであるため、電機子側への液体の流入を防止する複雑な構造が必要になる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電動式のモータにおいて、モータの製造コストを低減し、かつ、モータを小型化することを主たる目的としており、さらにモータの設置の際の省スペース化も目的としている。
請求項1に記載の発明は、電動式のモータであって、円筒面状の内側面を有するとともに液体の流入を許容する凹部が設けられた固定組立体と、前記凹部の中心軸を中心に前記凹部内にて回転する回転体と、を備え、前記回転体が、前記中心軸に沿って伸びるシャフトと、前記シャフトと前記凹部の前記内側面との間において前記シャフトの周囲に固定される界磁用磁石とを備え、前記固定組立体が、内面が前記凹部である有底円筒部、および、前記凹部の開口から前記中心軸に略垂直に広がる部位を有する第1カバー部と、前記有底円筒部の周囲に設けられ、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する電機子と、金属板のプレス加工により形成され、前記電機子の外側面および前記電機子の前記第1カバー部とは反対側の面を覆う第2カバー部とを備え、
前記第1カバー部と前記第2カバー部とがシール材を介して組み合わされることにより、前記電機子を収納する密閉空間が形成され、前記電機子に供給される駆動電流を発生する電子部品が実装された回路基板を前記密閉空間内にさらに備え、前記密閉空間内において前記回路基板に接触して固定され、前記回路基板および前記電機子に電気的に接続されて前記回路基板からの駆動電流を前記電機子へと導くブスバーをさらに備え、前記ブスバーが前記第2カバー部に当接する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のモータであって、前記電機子が前記第2カバー部の内側面に接触する。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のモータであって、前記電機子のコアの外側面が、前記第2カバー部の前記内側面に圧入されている。
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3に記載のモータであって、前記ブスバーが、前記第2カバー部の前記第1カバー部とは反対側の底部に当接し、前記電機子のコアをコイルから絶縁するインシュレータが前記回路基板または前記ブスバーに当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されている。
請求項5に記載の発明は、請求項2または3に記載のモータであって、前記第2カバー部の前記内側面が内側に突出する段部を有し、前記電機子が前記第2カバー部の前記段部に当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されている。
本発明では、第2カバー部をプレス加工にて形成することにより、モータの製造コストを低減することができ、モータを小型化することができる。また、回路基板を内蔵することによりモータの設置の際の更なる省スペース化が実現され、回路基板で発生した熱を良好に放出することが出来る。さらに、請求項2の発明では、電機子で発生した熱を良好に放出することができる。
請求項3の発明では、電機子を容易に第2カバー部に接触させることができる。また、請求項4および5の発明では、モータの組み立てを簡素化することができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電動式のモータ1の縦断面図であり、図2は、モータ1を出力側から見た様子を示す左側面図である。モータ1は、図1に示すように、円筒面状の内側面を有するとともに液体の流入を許容する凹部310が設けられた固定組立体3、凹部310の中心軸J1を中心に凹部310内にて回転する回転体2を備え、固定組立体3と回転体2との間に仕切り板が介在して電機子が完全密閉される、いわゆるキャンドタイプのブラシレスモータとなっている。なお、図1では、断面の細部における平行斜線の図示を省略している。
回転体2は、図1および図2に示すように、中心軸J1に沿って伸びるシャフト21、シャフト21の周囲にて樹脂をモールドすることにより形成されたロータ本体22、および、シャフト21と固定組立体3の凹部310の内側面との間においてシャフト21の周囲にロータ本体22を介して固定される界磁用磁石23(図1のみに図示)を備える。ロータ本体22がシャフト21に対し
て空回りしないように、シャフト21のロータ本体22との接合箇所には図1に示すように滑り止めの溝が形成されている。
固定組立体3は、内面が凹部310となっている有底円筒部311(以下、単に「円筒部」と呼ぶ。)、および、凹部310の開口から中心軸J1に略垂直に広がる部位である平板部312を有する第1カバー部31、円筒部311の周囲に設けられる電機子32、並びに、電機子32の外側面および電機子32の第1カバー部31とは反対側の面を覆う第2カバー部33を備える。
第1カバー部31の円筒部311は、電機子32からの磁力により渦電流が発生することを防止するために非磁性かつ非導電性であることが必須とされるため、第1カバー部31は樹脂にて形成されている。一方、第2カバー部33は、金属板(例えば、亜鉛めっき鋼板)のプレス加工により形成され、内面が第1カバー部31の凹部より大きい有底円筒部331(以下、単に「円筒部」と呼ぶ。)、および、開口から中心軸J1に略垂直に広がるフランジ部332を有する。そして、第1カバー部31の平板部312の外縁部と第2カバー部33のフランジ部332とがシール材であるOリング34を介して組み合わされることにより、電機子32を収納する密閉空間が形成される。
図1および図2に示すように、第1カバー部31と第2カバー部33とが重なる箇所において両者を貫通する3つの取り付け穴35が設けられ、モータ1は、例えば、取り付け穴35を介してポンプケーシングなどに締結されることにより、ウォータポンプの駆動源として使用される。
電機子32は、図1に示すように、第2カバー部33の円筒部331の内側面330に接触するとともに、電機子32の中心軸が凹部310の中心軸J1と一致するように配置される。磁性材からなる電機子32のコア321は、環状の外周部であるコアバックの内周面から先端を中心軸J1に向けて中心軸J1を中心に放射状に配置される(すなわち、第2カバー部33の内側面330からシャフト21および界磁用磁石23に向かって伸びる複数のティース322を有する。
電機子32は、複数のティース322を覆うインシュレータ323、および、複数のティース322にインシュレータ323上から多層に導線を巻回することにより設けられたコイル324をさらに備え、コイル324は、ティース322およびインシュレータ323の外周に中心軸J1方向に向かって導線が巻かれて形成される。インシュレータ323により、電機子32のコア321が
コイル324から絶縁される。また、電機子32は、コア321の外側面が第2カバー部33の内側面330に圧入されることにより第2カバー部33内に固定される。
固定組立体3は、密閉空間内において、電機子32に供給される駆動電流を発生する電子部品が実装された回路基板51、および、回路基板51からの駆動電流を電機子32へと導くブスバー52(図1において回路基板51の右側の上下においてブスバー52の断面に平行斜線を付している。)をさらに備える。図3は、図1のモータ1を出力側とは反対側から見た様子を示す右側面図で
あり、環状のブスバー52の概形を破線にて示している。ブスバー52は、図1に示すようにコイル324からの導線がカシメにより接続される端子521、並びに、図1および図3に示すように外部からの配線が接続されるコネクタ部522が一体となるよう樹脂にて円環状に形成され、回路基板51および電機子32に電気的に接続される。
コネクタ部522はコネクタピン5221を有し、バッテリからの供給電力、回転制御用の所定周波数の信号などがコネクタピン5221からコネクタ部522に入力され、コネクタ部522を介して回路基板51に伝えられる。回路基板51では、実装された電子部品であるIC(Integrated Circuit)により、供給電力から所定タイミングにてuvw相の駆動電流が生成され、ブスバー5
2の端子521を介して電機子32に駆動電流が供給される。これにより、電機子32と界磁用磁石23との間で中心軸J1を中心とするトルクが発生し、回転体2が凹部310内で回転する。なお、モータ1が使用される際には、例えば、シャフト21の先端部が軸受機構により支持されて回転体2が凹部310と非接触にて回転可能とされ、シャフト21にポンプ用のインペラが取り付
けられる。
図1に示すように、ブスバー52の端子521およびコネクタピン5221のそれぞれの一部が第1カバー部31側(すなわち、回転体2側)に向かって突出しており、各突出部が回路基板51に挿入されて半田付けされることにより、ブスバー52が回路基板51に接触して固定されている。そして、回路基板51がインシュレータ323とブスバー52とで挟まれるようにしてブスバー52が第2カバー部33の第1カバー部31とは反対側の底部に当接して固定される。このとき、コネクタ部522の第2カバー部33と当接する部位には、シール材としてOリング36が配置され、外部からの液体の流入が防止される。なお、図1では、端子521の周囲において端子521より奥に存在するブスバー52の一部を図示することにより、第2カバー部33の底部とブスバー52とが当接する様子を示している。
ところで、従来のポンプ用のモータでは、第1カバー部31に相当する部位が樹脂にて形成されることに合わせて、第2カバー部33に相当する部位も同様の樹脂にて形成されていたが、モータ1では、第2カバー部33を敢えて金属板のプレス加工により形成することにより、第2カバー部33の材料として樹脂を用いる場合に比べ、生産性を上げつつ材料費および加工費を削減することができ、これにより、モータの製造コストを低減することができる。また、第2カバー部33の肉厚が薄くなることからモータを小型化することも実現される。そして、電機子32のコア321が第2カバー部33に圧入されることにより、電機子32を容易に第2カバー部33に接触させることができ、このとき、第2カバー部33が金属製であることから、第2カバー部33を介して電機子32で発生した熱を良好に放出することができる。
また、モータ1では、固定組立体3の密閉空間において、コイルエンドのすぐ近くに回路基板51およびブスバー52が設置されるため、コイル324への結線を容易に行うことができ、かつ、回路基板51の内蔵によりモータ1の設置の際のさらなる省スペース化が実現される。なお、回路基板が第1カバー部31の底部よりも平板部312側に設置される場合、第1カバー部31の円筒部311を回路基板に挿入するために回路基板を円環状にする必要があり、その結果、回路基板の面積が減少して配線パターンの設計の自由度が減少し、必要な電子部品が配置できなくなるおそれがあるが、モータ1では、回路基板51が第1カバー部31の底部よりも第2カバー部33の底部側に設置されることにより回路基板51を円環状にする必要がなくなり、回路基板の面積を十分に大きくすることができる。
また、ブスバー52が回路基板51に接触して固定され、ブスバー52が金属製の第2カバー部33と当接することにより、回路基板51で発生した熱を良好に放出することができる。さらに、図1に示すように、モータ1では、インシュレータ323が回路基板51およびブスバー52に当接することにより(いずれか一方に当接するのみであってもよい。)、電機子32の中心軸J1方
向の位置が決定されている。このような構造により、第2カバー部33の第1カバー部31とは反対側の底部に当接するようにブスバー52および回路基板51を挿入した後、ブスバー52および回路基板51の少なくとも一方にインシュレータ323を当接させて電機子32の中心軸J1方向の位置を決定し、Oリング34を付けた第1カバー部31を固定するという簡素化された組み立
て方法を実現することができる。
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る電動式のモータ1aの縦断面図である。モータ1aは、図1に示すモータ1の固定組立体3の電機子32および第2カバー部33が、形状の異なるものに置き換えられたという点を除いて図1のモータ1と同様であり、これらの構成要素以外のものには図1と同符号を付している。モータ1aの電機子32aは、外周面においてコア321とインシュレータ323との間にコア321が外側に突出する段部320aを有する。第2カバー部33aは、内側面330の径が底部側において小さくなる段部330aを有する。
モータ1aでは、図4に示すように、ブスバー52、回路基板51および電機子32aが組み立てられて第2カバー部33aに挿入される際に、電機子32aの段部320a(特に、コア321)が第2カバー部33aの段部330aに当接することにより、電機子32aの中心軸J1方向の位置が決定される。これにより、モータ1aの組み立ての際に、第2カバー部33aに対して電機
子32aを含む組立体を挿入するのみで電機子32aの位置を容易かつ精度よく決定することができ、その後、Oリング34を付けた第1カバー部31を固定するという簡素化された組み立てを実現することができる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記実施の形態のモータ1,1aでは、ホール素子などの回転位置を検出する素子が使用されない、いわゆる、センサレス駆動とされるが、回路基板51に回転位置を検出する素子が実装され、これによりモータの駆動が制御されてもよい。
上記実施の形態では第1カバー部31が樹脂にて形成されるが、第1カバー部31は他の非導電性かつ非磁性の材料にて形成されてもよい。また、第1カバー部31は複数の部材の組み合わせであってもよい。第2カバー部33,33aも亜鉛めっき鋼板以外の金属にて形成されてよい。
第1カバー部31では円筒部311の開口側にて平板部312が設けられるが、平板部312は、中心軸J1に対して略垂直に広がる部位として設けられるのであれば、様々な形状とされてよい。第2カバー部33のフランジ部332も第1カバー部31に合わせて様々な形状に変更されてよい。
第1カバー部31と第2カバー部33との間に設けられるシール材はOリング34以外でもよく、例えば、接着剤や硬化性樹脂が用いられてもよい。
上記第2の実施の形態に係るモータ1aでは、第2カバー部33において底部側にて径を小さくすることにより段部330aが形成されるが、内側面330から内側に突出するのであれば、段部330aはどのように設けられてもよい。例えば、円筒部331の内側面330の一部を変形して、段部として内側に突出する複数の突起が周方向に配列して形成され、この複数の突起に電機子32の段部320aが当接することにより、電機子32の中心軸J1方向の位置が決定されてもよい。
本発明の第1の実施の形態に係る電動式のモータの縦断面図である。 モータの左側面図である。 モータの右側面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る電動式のモータの縦断面図である。
1,1a モータ
2 回転体
3 固定組立体
21 シャフト
23 界磁用磁石
31 第1カバー部
32,32a 電機子
33,33a 第2カバー部
34 Oリング
51 回路基板
52 ブスバー
310 凹部
311 円筒部
312 平板部
321 コア
323 インシュレータ
324 コイル
330 内側面
330a 段部
J1 中心軸

Claims (5)

  1. 電動式のモータであって、
    円筒面状の内側面を有するとともに液体の流入を許容する凹部が設けられた
    固定組立体と、
    前記凹部の中心軸を中心に前記凹部内にて回転する回転体と、
    を備え、
    前記回転体が、
    前記中心軸に沿って伸びるシャフトと、
    前記シャフトと前記凹部の前記内側面との間において前記シャフトの周囲に
    固定される界磁用磁石と、
    を備え、
    前記固定組立体が、
    内面が前記凹部である有底円筒部、および、前記凹部の開口から前記中心軸に略垂直に広がる部位を有する、非磁性かつ非導電性の材料で形成された第1カバー部と、
    前記有底円筒部の周囲に設けられ、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する電機子と、
    金属板のプレス加工により形成され、前記電機子の外側面および前記電機子の前記第1カバー部とは反対側の面を覆う第2カバー部と、
    を備え、
    前記第1カバー部と前記第2カバー部とがシール材を介して組み合わされることにより、前記電機子を収納する密閉空間が形成され
    前記電機子に供給される駆動電流を発生する電子部品が実装された回路基板を前記密閉空間内にさらに備え、
    前記密閉空間内において前記回路基板に接触して固定され、前記回路基板および前記電機子に電気的に接続されて前記回路基板からの駆動電流を前記電機子へと導くブスバーをさらに備え、
    前記ブスバーが前記第2カバー部に当接することを特徴とするモータ。
  2. 請求項1に記載のモータであって、
    前記電機子が前記第2カバー部の内側面に接触することを特徴とするモータ。
  3. 請求項2に記載のモータであって、
    前記電機子のコアの外側面が、前記第2カバー部の前記内側面に圧入されていることを特徴とするモータ。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載のモータであって、
    前記ブスバーが、前記第2カバー部の前記第1カバー部とは反対側の底部に当接し、
    前記電機子のコアをコイルから絶縁するインシュレータが前記回路基板または前記ブスバーに当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されていることを特徴とするモータ。
  5. 請求項2または3に記載のモータであって、
    前記第2カバー部の前記内側面が内側に突出する段部を有し、前記電機子が前記第2カバー部の前記段部に当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されていることを特徴とするモータ。
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