JP4852993B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、液体の流れを補助するウォータポンプに搭載されるブラシレスモータに関する。

従来から、ウォータポンプに搭載されるモータでは、電機子を外部の液体から隔絶するために、複数の円筒形状のカバーを組み合わせることによって電機子等を密閉する空間が形成される方式が主流である（従来の密閉空間が形成されるウォータポンプ用モータの例として、例えば、特許文献１参照）。

特許２９８９５４３号公報

しかしながら、特許文献１における図１のキャンは、キャンの内部において一番水圧の加わる底面部において、別途補強を兼ねる部材と組み合わせることによりキャンの強度を向上させている。さらに特許文献１におけるブラシレスモータでは、ホール素子を使用して回転制御を行う。そのため、ホール素子と駆動用マグネットとの間隙を狭くする必要があり、ホール素子が配置される部分では、補強を兼ねる部材がキャンに配置されていない。その結果、キャンのホール素子が配置された部分では、キャンの強度が低下してしまう。
上記により従来の構造においては以下の問題点を有する。

１）キャンの補強に別部材を用いることによって部材点数が増加してしまいブラシレスモータの単価が向上してしまう。

２）キャンのホール素子の配置部分の強度が低いことにより、キャンが水圧に耐えられなくなり、電機子や回路が配置された密閉空間に液体が漏洩してしまう可能性がある。

３）電機子と回転部との間を極力微小にするために、キャンの円筒部の厚さを極限まで薄くしている。その結果、キャンの円筒部における強度が低下してしまう可能性がある。

したがって、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数を増加させない単純な構造にてキャンの強度を向上させるブラシレスモータを提供することである。

本発明の請求項１によれば、ブラシレスモータは、一端が開口した開口部と、有底円筒形状である第１円筒部とを有する外側カバーと、外側カバー内に少なくとも一部が収容され、一端が開口した有底円筒形状である第２円筒部を有し、非導電性および非磁性を有した樹脂にて成形されたキャンと、前記外側カバーの前記第１円筒部の内周面に当接して固定され、前記キャンの外側に配置された中心軸を有する環状の電機子と、前記キャンの前記第２円筒部の内周面と間隙を介して配置され、前記電機子と半径方向に対向する駆動用マグネットおよび該駆動用マグネットを支持し前記電機子の前記中心軸と重なるように配置されたシャフトを備えた回転体とを備え、前記キャンの底壁の他端側には、複数のリブが形成され、前記キャンの開口側の端部には、半径方向外側に延び前記外側カバーの前記開口部に連結するキャン延出部が形成され、該キャン延出部には放射状の延出側リブが形成されることを特徴とする。

本発明の請求項１に従えば、キャンの内側において、液体の圧力が一番加わる底面部において、リブを設けることによって底面部を補強することができる。したがって、従来のようにキャンの補強のために別部材を必要とせず、部品点数の削減をすることができる。さらに底面部の板厚を極端に厚くしなくても強度を向上することができるので、キャンの樹脂成形の際に、引け巣や割れ巣を引き起こすことがなくなる。したがって、これら樹脂成形不良による密閉空間内への液体の漏洩を防止することができるので、ブラシレスモータの信頼性を向上させることができる。さらに、キャンのキャン延出部に放射状の延出側リブが形成されることにより、キャン延出部の強度を向上させることができる。したがって、キャンの振動低減を図ることができる。

本発明に従えば、部品点数を増加させない単純な構造にてキャンの強度を向上させるブラシレスモータを提供することができる。

＜ブラシレスモータの全体構造＞
本発明に係わるブラシレスモータの実施例の一形態について図１を参照して説明する。図１は、ブラシレスモータの軸方向模式断面図である。

図１を参照して、下側に開口した略円筒形状の外側カバー１０は、鋼板をプレス加工等の塑性加工によって形成される。そして外側カバー１０の下端部には半径方向外側に延出する延出部１１が一体的に形成されている。この外側カバー１０の円筒部１２には、軸方向に離間した上側段部１３および下側段部１４がそれぞれ形成される。上側段部１３は外側カバー１０の円筒部１２の軸方向中央部に形成され、後述する電機子２０の軸方向位置決めおよび保持を行う。下側段部１４は外側カバー１０の下端側に形成され、そして下側段部１４と後述するキャン３０とによって、後述する封止部材４０の軸方向および半径方向の位置決めおよび保持を行う。

外側カバー１０の円筒部１２における上側段部１３に保持されている電機子２０は、円環状に形成されたコアバック部２１および半径方向内方に延びる複数のティース部２２にて構成される積層コア２３と、この積層コア２３を上下方向から挟むように固定するインシュレータ２４と、インシュレータ２４の外側よりティース部２２に巻回する導線２５とを備えている。そしてコアバック部２１の外周縁には、インシュレータ２４に覆われていない非被覆部２１aを有し、この非被覆部２１aと外側カバー１０の上側段部１３とが当接することによって電機子２０の軸方向の位置決めおよび保持を行っている。

キャン３０は、下側に開口した略円筒形状に形成され、非導電性および非磁性を有する樹脂を用い、例えば射出成形にて形成される。そしてキャン３０の下端部には半径方向外側に延出するキャン延出部３１が形成されている。このキャン延出部３１は、外側カバー１０の下側段部１４より下側に形成された円筒部１２ａと半径方向に当接している。そしてキャン延出部３１と外側カバー１０の下側段部１４との間には、封止部材４０が固定配置されている。

外側カバー１０の円筒部１２の上側には、円筒部１２の内周面に当接固定されるようにブスバー５０が形成されている。外側カバー１０の底面部１５には、開口穴が形成され、この開口穴に挿通されるように外部電源から電流を供給されるコネクタ部５１がブスバー５０と一体的に形成されている。さらにブスバー５０の下面には、電機子２０への通電タイミングを制御することによって回転制御を行う回路基板６０が固定されている。

キャン３０の半径方向内側には、電機子２０の中心軸に沿って形成された円柱形状のシャフト７０と電機子２０と半径方向に間隙を設けて配置される駆動用マグネット８０とを備えた回転体９０が形成されている。この回転体９０は、さらに駆動用マグネット８０の半径方向内側に当接配置された磁性体のヨーク１００とシャフト７０、駆動用マグネット８０およびヨーク１００を固定保持する保持部材１１０を備えている。この保持部材１１０は、樹脂モールドにて成形され、略Ｈ字形状にて形成される。

図示しない外部電源から電流が電機子２０へ適切な通電タイミングにて供給されることにより、電機子２０には磁場が発生し、この磁場と駆動用マグネット８０との相互作用により、回転体９０は回転駆動する。

＜主要部＞
図２および図３を参照して、本発明の主要部であるキャン３０の形状の詳細について説明する。図２はキャン３０の軸方向模式断面図を示し、図３はキャン３０の上面図を示す。また図４は電機子２０とキャン３０とを組み合わせた際の上面図である。

図２を参照して、略円筒形状に形成されたキャン３０は、その円筒部３５の厚みが一番薄くなるように形成される。これにより電機子２０と駆動用マグネット８０との半径方向間隙を小さくすることができ、この間隙によって発生する磁気損失を低減することができる。その結果、高効率のブラシレスモータを提供することができる。そしてキャン３０のキャン延出部３１および底面部３２には、それぞれ延出側リブ３３および底面側リブ３４が形成されている。

次に図３を参照して、延出側リブ３３および底面側リブ３４について説明する。

延出側リブ３３は、キャン３０の円筒部３５から半径方向外側に延びるように複数の放射状に一体的に成形される。さらにキャン延出部３１の半径方向外側に形成される円環形状の外側円環リブ３３ａがキャン延出部３１および延出側リブ３３と一体的に形成されている。これによりキャン延出部３１の強度を向上させることができる。さらに延出側リブ３３が円筒部３５から一体的に形成されることにより、延出側リブ３３自体の強度を向上させることができ、さらに外側円環リブ３３ａとも一体的に形成されていることより、延出側リブ３３はより強度を向上させることができる。これと同時に外側円環リブ３３ａについても延出側リブ３３と一体的に形成されることによって、外側円環リブ３３ａ自体の強度を向上させることができる。その結果、キャン３０はキャン３０の内周側に流入を許した液体によって引き起こされる振動を低減させることができる。

また図１を参照して、延出側リブ３３および外側円環リブ３３ａは電機子２０の下面と当接することによって軸方向の位置決めを行う。これにより、電機子２０は、上面を外側カバー１０の上側段部１３と当接し、下面を延出側リブ３３および外側円環リブ３３ａと当接することにより、軸方向に挟持される。その結果、電機子２０は強固に保持されるので、電機子２０による振動を大幅に低減することができる。さらに電機子２０の各導線２４の間に延出側リブ３３を形成することによって導線２４と延出側リブ３３とは軸方向に重ねることができるので、ブラシレスモータの軸方向高さを低く形成することができる（図中の電機子２０の点線部分）。

再度図３を参照して、底面部３２に形成された底面側リブ３４は、キャン３０の中心に対して同心状かつ円環形状に形成された３つの円環リブ３４ａと放射形状に形成された放射形状リブ３４ｂとから構成される。またこれら円環リブ３４ａと放射形状リブ３４ｂとは一体的に形成される。これにより、円環リブ３４ａおよび放射形状リブ３４ｂがそれぞれ強度を向上させることができる。さらに放射形状リブ３４ｂの半径方向端部が円環リブ３４ａの一番内側に形成される内側円環リブ３４ａ１と一体的に形成されることにより、放射形状リブ３４ｂの強度をより向上させることができる。また従来の平面にて構成された底面部と比較して、図のように複数の円環リブ３４ａおよび放射形状リブ３４ｂとを一体的に組み合わせた形状である底面部３２である方が、底面部３２から放射する振動エネルギーを分散することができる。その結果、キャン３０の振動の低減を図ることができる。

またこれら延出側リブ３３および底面側リブ３４の代わりにキャン延出部３１および底面部３２の厚みを厚くすることによって強度を向上させることも可能であるが、樹脂成形においてキャン延出部３１および底面部３２の厚みを厚くすることは、引け巣や引け割れの問題を発生させてしまう。その結果、キャン３０の寸法精度の低下やキャン３０の強度低下を招いてしまう。したがって、キャン３０の厚みをおおよそ同じにて樹脂成形することができる延出側リブ３３および底面側リブ３４を形成することは有効である。

またこのキャン３０の強度を向上させるのに延出側リブ３３および底面側リブ３４を形成することにより、従来のように別途補強部材をキャン３０に取り付ける必要がなくなるので、部品手数の削減を図ることができる。さらに別途補強部材を使用すると、その補強部材を位置決め固定する部分を形成しなければならずブラシレスモータの内部構造が複雑となるが、本発明では延出側リブ３３および底面側リブ３４を形成するのみにて対応していることより、他の部品には全く影響がないので、ブラシレスモータの内部構造を単純化することができる。

次に図４を参照して、電機子２０のティース部２２の内周側先端部の周方向の両端には、周方向に延びる周方向延長部２２ａが形成されている。そして隣り合う周方向延長部２２ａには、間隙２２ｂが形成される。

キャン３０の円筒部３５の間隙２２ｂと半径方向に対向する部分には、円筒部リブ３５ａが半径方向外方に延びるように形成される。その結果、円筒部リブ３５ａは間隙２２ｂに挿入される状態となる。

従来から、電機子２０と駆動用マグネット８０との半径方向間隙は狭いほど磁気的効率が向上するため、極力半径方向間隙は狭くすることが望ましい。しかしながら、半径方向間隙を狭くすると、この半径方向間隙に配置されるキャン３０の円筒部３５の半径方向の厚さは成形可能な極限の薄さにて形成しなければならない。そのため、この円筒部３５における樹脂の湯流れが悪くなってしまう。そのため、キャン３０の成形不良を発生させる原因となっていた。

しかしながら、円筒部リブ３５ａを形成することにより、円筒部３５を成形可能な極限の薄さにて形成したとしても、この円筒部リブ３５ａがあるので樹脂を流す際の通路が大きくなる。したがって、この円筒部リブ３５ａによって湯流れは改善され、樹脂成形の成形性を向上させることができる。その結果、キャン３０を安定して製造することができる。さらに円筒部リブ３５ａは、キャン３０の底面部３２に形成された放射形状リブ３４ｂと連結して一体的に成形されることにより、より湯流れを改善することができる。その結果、さらにキャン３０の成形性を向上させることができる。さらに円筒部リブ３５ａは延出側リブと連結することにより、さらなる成形性の向上を図ることができる。またこれら円筒部リブ３５ａ、放射形状リブ３４ｂおよび延出側リブを連結することにより、キャン３０の強度を向上させることができる。その結果、キャン３０の円筒部３５の内周側に流入を許容した水の水圧に対して剛性を保持することができる。したがって、水圧によって発生する振動を抑えることができる。

また図１を参照して、本実施例のブラシレスモータの駆動方法は、ホール素子等の位置検出電子部品を使用しないセンサレス方式である。特に本発明のセンサレス方式は、導線２４に発生する逆起電力波形から位置情報を取得利用する方法である。これにより、従来のホール素子等の位置検出電子部品を使用する場合においては、位置検出精度を向上させるために駆動用マグネットと位置検出電子部品が実装された回路基板との軸方向間隙を小さくする必要がある。そのために、位置検出電子部品と駆動用マグネットとの軸方向間に配置されるキャンの底面部の厚みは薄く形成されることが必須であった。しかしながら、本発明のように駆動方法をセンサレス駆動にすることにより、位置検出電子部品が必要なくなり、キャン３０の底面部３２の厚みを自由に設定することができる。したがって、底面部３２に底面側リブ３４を形成するには、センサレス方式が好適である。

以上、本発明の実施例の一形態について記載したが、本発明は上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において、変形が可能である。

例えば、実施例の図３において、各リブが形成されているが、これらリブの数は図中の数に限定されることなく、少なくとも一つ形成されていれば効果を発揮することができる。

本発明のブラシレスモータの実施例の一形態を示す軸方向模式断面図である 本発明のキャンの一形態を示す軸方向模式断面図である 本発明のキャンの一形態を示す上面図である 本発明のキャンおよび電機子の一形態を示す上面図である

符号の説明

１０ 外側カバー
２０ 電機子
３０ キャン
３１ キャン延出部
３２ 底面部
３３ 延出側リブ
３３ａ 外側円環リブ
３４ 底面側リブ
３４ａ 円環形状リブ
３４ａ１ 内側円環リブ
３４ｂ 放射形状リブ
３５ 円筒部
４０ 封止部材
５０ ブスバー
６０ 回路基板
７０ シャフト
８０ 駆動用マグネット
９０ 回転体
１００ ヨーク
１１０ 保持部材

Claims (9)

1. ブラシレスモータであって、
   一端が開口した開口部と、有底円筒形状である第１円筒部とを有する外側カバーと、
   該外側カバー内に少なくとも一部が収容され、一端が開口した有底円筒形状である第２円筒部を有し、非導電性および非磁性を有した樹脂にて成形されたキャンと、
   前記外側カバーの前記第１円筒部の内周面に当接して固定され、前記キャンの外側に配置された中心軸を有する環状の電機子と、
   前記キャンの前記第２円筒部の内周面と間隙を介して配置され、前記電機子と半径方向に対向する駆動用マグネットおよび該駆動用マグネットを支持し前記電機子の前記中心軸と重なるように配置されたシャフトを備えた回転体と、
   を備え、
   前記キャンの底壁の他端側には、複数のリブが形成され、
   前記キャンの開口側の端部には、半径方向外側に延び前記外側カバーの前記開口部に連結するキャン延出部が形成され、該キャン延出部には放射状の延出側リブが形成されることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記複数のリブは、円環形状リブと放射形状リブとを組み合わせて形成されることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記延出側リブは、周方向において略等間隔に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記キャン延出部における半径方向外側には、前記延出側リブと連続した外側円環リブが形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
5. 前記外側カバーの前記第１円筒部には、段部が形成され、
   前記電機子の径方向外側における軸方向端部が、前記段部に当接し、
   前記キャンにおける前記延出側リブおよび前記外側円環リブの少なくともどちらか一方は、前記電機子と軸方向において当接することを特徴とする請求項４に記載のブラシレスモータ。
6. 前記電機子は、円環状に形成されたコアバック部と、該コアバック部より中心軸に向かって延びる複数のティース部とから構成され、
   隣り合う前記ティース部は、周方向において間隙を有しており、
   前記キャンの前記第２円筒部の外周面には、該間隙と軸方向において重なるように延びる円筒部リブが形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータ。
7. 前記円筒部リブと前記放射形状リブとは連結することを特徴とする請求項６に記載のブラシレスモータ。
8. 前記円筒部リブと前記延出側リブとは連結することを特徴とする請求項６または請求項７に記載のブラシレスモータ。
9. 前記外側カバー内には、前記電機子にセンサレス方式にて駆動電流を供給する電子回路部品が実装された回路基板が配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のブラシレスモータ。
   

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