JP5327348B2

JP5327348B2 - 電動機

Info

Publication number: JP5327348B2
Application number: JP2012076779A
Authority: JP
Inventors: 正憲村上; 次良小野; 雅樹山田; 慎悟鈴木
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: CN104137402B; US20150015101A1; EP2833527B1; JP2013207987A; EP2833527A1; EP2833527A4; CN104137402A; US10270318B2; WO2013147126A1

Description

本発明は、ステータの中心にロータが同軸的に配置されるインナーロータ型の電動機に関するものであり、詳しくは、電動機全体の外形寸法サイズを変えずにロータの外径サイズを大きくした場合のリード線の接続に関するものである。

以前から、ステータの中心にロータが同軸的に配置されるインナーロータ型の電動機が存在する。図３に示すのは、従来技術としての電動機の構成を表したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。この図３（ａ）及び（ｂ）に示しているのは、回転軸１１を基準として、内周側に円筒状の永久磁石からなるロータ１２が形成され、その外周側にドーナツ状のステータ１３が形成されたラジアルエアギャップ型の電動機である。

図３（ｂ）に示すように、回転軸１１を固定するための軸受部１４がボールベアリング１４１、ベアリングハウジング１４２によって構成されており、このベアリングハウジングの端部と環状のステータ１３全体とを合成樹脂１５によって一体的にモールドして固定する。ベアリングハウジング１４２へロータ１２と一体となった回転軸１１と同回転軸１１に圧入されたボールベアリング１４１を挿入することで、環状のステータ１３の内側にロータ１２のマグネット部分１２１が近接して相対することになる。この状態で、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上部から基板１６を配置する。この基板１６には、基板１６上に配置された制御ＩＣ２０に対して電力を供給するための配線パターン、ステータ１３の巻線に対して制御ＩＣ２０を介して電力を供給するための配線パターンが形成されており、この基板１６に対して、ステータ１３の上部の外周部分に固定されるブッシング１７によって束ねられたリード線１８が半田付け等によって接続され、このリード線１８によって電動機に電力が供給される。

このように基板を用いて巻線同士を接続する電動機であって、基板の縁部に切り欠きを設けて概略矩形状としたものが知られている（特許文献１等）。このような概略矩形状の基板を用いた電動機を図３に示す。
特開平０８−２２３８４２号公報

図３に示すような電動機において外形寸法サイズを変えずに出力を上げるためには、ロータ１２の外径サイズを大きくすることが有効である。ロータ１２の外径サイズを大きくすると、相対的にステータ１３の径方向の寸法は小さくなるため、ブッシング１７を取り付けた箇所のステータ１３上部のスペースは狭くなる。そして、この状態において、従来と同様の基板１６に対するリード線１８の接続部１９の位置を採用すると、図４に示すように、ロータ１２のマグネット部分１２１の上部に接続部１９が近接することになる。このような状態で電動機を回転させると、ロータ１２のマグネット部分１２１を介して近接する接続部１９の間が短絡してしまったり、スパークが生じたりするおそれがあった。

短絡やスパークの問題を解決するためには、ロータ１２の外径サイズが大きくなった分だけ接続部１９を外側に逃がせば問題ないが、ステータ１３の上部のスペース自体が元々狭いため、ブッシング１７を設置してさらに接続部１９も設けることが難しい。

また、ステータ１３の上部のスペースに接続部１９を設けるためには、基板１６をステータ１３の上部まで延伸させなければならない。これにより、基板１６の面積が大きくなる、或いは、基板１６の形状が複雑になるため、加工性や材料の歩留まりが悪くなり、基板１６のコストが高くなるという問題が生じる。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、ロータを大径化した場合においても、基板１６へ接続するリード線１８の接続部１９がロータ１２のマグネット部分１２１の上部に近接することを防止し、かつ、基板１６の加工性や歩留まりを良くすることを可能とした電動機を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１は、回転軸と、この回転軸に固定的に付され円筒状のマグネット部分を有したロータと、このロータの外周側に環状に形成されたステータと、前記ロータ及びステータの上部に所定の空隙をもって設置された基板と、この基板に接続されるリード線とを具備してなる電動機において、前記基板とリード線との接続部は、基板上におけるロータのマグネット部分の軸方向投影面の内側となる位置に形成するようにしたことを特徴とする電動機である。

本発明の請求項２は、請求項１に加えて、前記ロータは、円筒形状のマグネット部分の上面と内周面とが接する角部を面取りしてテーパー面を形成するようにしたことを特徴とする電動機である。

本発明の請求項３は、請求項１又は２に加えて、前記基板は、短辺の長さが前記ロータのマグネット部分の外径又は内径よりも短い矩形状に形成したことを特徴とする電動機である。

請求項１記載の発明によれば、前記基板とリード線との接続部は、基板上におけるロータのマグネット部分の軸方向投影面の内側となる位置に形成するようにしたので、ロータを大径化した場合においても、接続部とロータのマグネット部分の距離を確保することが可能となるため、短絡やスパークのおそれを回避することが出来る。

請求項２記載の発明によれば、前記ロータは、円筒形状のマグネット部分の上面と内周面とが接する角部を面取りしてテーパー面を形成するようにしたので、接続部１９とロータ１２のマグネット部分が近接した場合でも、面取りした分だけ絶縁距離を確保することが出来るため、短絡やスパークのおそれを回避することが出来る。

請求項３記載の発明によれば、前記基板は、短辺の長さが前記ロータのマグネット部分の外径又は内径よりも短い概略矩形状に形成したので、省材料により材料費を抑えかつ歩留まりを良くすることが可能となる。

本発明の電動機の構成を表したものであり、（ａ）は上蓋２２を外した状態での平面図、（ｂ）は上蓋２２を取り付けた状態での断面図である。本発明の電動機の実施例２の構成を表した部分断面図である。従来技術としての電動機の構成を表したものであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。従来の電動機において外形寸法サイズを変えずにロータ１２の外径サイズを大きくした場合の様子を表した部分断面図である。

本発明による電動機は、回転軸と、この回転軸に固定的に付され円筒状のマグネット部分を有したロータと、このロータの外周側に環状に形成されたステータと、前記ロータ及びステータの上部に所定の空隙をもって設置された基板と、この基板に接続されるリード線とを具備してなる電動機において、前記基板とリード線との接続部は、基板上におけるロータのマグネット部分の軸方向投影面の内側となる位置に形成するようにしたことを特徴とする。以下、詳細に説明を行う。

本発明の電動機の実施の形態について図面に基づいて説明を行う。図１に示すのは、本発明の電動機の構成を表したものであり、（ａ）は上蓋２２を外した状態での平面図、（ｂ）は上蓋２２を取り付けた状態での断面図である。この図１（ａ）及び（ｂ）に示しているのは、回転軸１１を基準として、内周側に円筒状の永久磁石からなるロータ１２が配置され、その外周側にドーナツ状のステータ１３が配置されたラジアルエアギャップ型の電動機である。

図１（ｂ）に示すように、回転軸１１を固定するための軸受部１４がボールベアリング１４１、ベアリングハウジング１４２によって構成されており、このベアリングハウジングの端部と環状のステータ１３全体とを合成樹脂１５によって一体的にモールドして固定する。ロータ１２に圧入されロータ１２と一体に形成された回転軸１１にボールベアリング１４１を圧入し、ボールベアリング１４１をベアリングハウジング１４２に挿入することで、環状のステータ１３の内側にロータ１２のマグネット部分１２１が近接して相対することになる。この状態で、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、上部から基板１６を配置する。この基板１６には、基板１６上に配置された制御ＩＣ２０に対して電力を供給するための配線パターン、ステータ１３の巻線に対して制御ＩＣ２０を介して電力を供給するための配線パターンが形成されており、この基板１６に対して、ステータ１３の上部の外周部分に固定されるブッシング１７によって束ねられたリード線１８が半田付け等によって接続され、このリード線１８によって電動機に電力が供給される。また、電動機の駆動方式として、例えば、三相交流方式を採用している場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの電極が必要となるため、図１（ａ）に示すように、基板１６の端部にステータ１３と基板１６とを接続する３つの端子２１が形成される。接続部１９と端子２１とは基板１６上の配線パターンによって接続されている。基板１６を設置後に、上蓋２２が被せられる。この上蓋２２にはもう一つの軸受部２３が形成されており、上蓋２２を被せるとともに軸受部２３によって回転軸１１を固定する。

ここで、本発明において特徴的な構成は、基板１６に対するリード線１８の接続部１９が、基板１６上におけるロータ１２のマグネット部分１２１の軸方向投影面の内側（図１（ａ）のような平面視において破線で示したロータ１２のマグネット部分１２１の内側）となるようにする点である。即ち、図３に示す従来の構成に比較してブッシング１７から伸びるリード線１８を延伸させて、円筒状のロータ１２のマグネット部分１２１の上を跨ぐようにして通過させ、ロータ１２のマグネット部分１２１の軸方向投影面の内側となる基板１６上の箇所に接続部１９を設けることで、ロータ１２が大径化してステータ１３の上部のスペースが小さくなった場合であっても、接続部１９とロータ１２のマグネット部分１２１の距離を確保することが可能となるため、短絡やスパークのおそれを回避することが出来る。

なお、図１の実施例においては、リード線１８が基板１６の上側（基板上面１６１側）を通るようにして、リード線１８の先端を基板１６に予め設けた貫通孔を貫通させて基板１６の下側で半田付けするように構成しているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、リード線１８がロータ１２の回転に影響を与えないのであれば、リード線１８を基板１６の下側（基板下面１６２側）を通過させて基板１６の上側で半田付けするような構成であってもよい。ただ、従来に比較してリード線１８が長くなるので、たるみ等によりリード線１８がロータ１２と接触することを防ぐ意味においても、リード線１８は基板１６の上側を通るようにして固定することが望ましい。

また、ロータ１２のマグネット部分１２１の内側に接続部１９を設けるようにしたことで、図１（ａ）に示すように、基板１６の大きさを従来に比較して小さくすることが可能となる。図３に示す従来の場合には、ブッシング１７を取り付けた箇所を避けて基板１６を固定し、かつ、ブッシング１７の直近まで基板１６を延伸させて接続部１９をステータ１３の上部に設けるようにしていたので、基板１６が略円形を成していて、基板面積が大きく歩留まりが悪かった。しかし、本発明のように、ロータ１２のマグネット部分１２１の内側に接続部１９を設ける構成においては、基板１６の端部をブッシング１７の近くに設ける必要がないため、図１（ａ）に示すように、基板１６を概略矩形状に形成して小型化することが可能となる。概略矩形状に形成できるので、従来に比較して基板面積が小さくなることで歩留まりが良くなり、コスト削減が可能となる。なお、図１（ａ）に示すように、基板１６を固定する短辺部分は円弧を描いているが、従来に比較して基板面積を小さくすることで円弧の幅を狭めて直線近似出来るものとして、概略矩形状と表現している。

図１（ａ）においては、基板１６の短辺の長さ（図面上の縦幅）が前記ロータのマグネット部分１２１の外径よりも短い概略矩形状に形成したものとして記載している。このような幅で形成できるのは、基板１６に対するリード線１８の接続部１９を基板１６上におけるロータ１２のマグネット部分１２１の軸方向投影面の内側となる位置に形成しているからであるが、接続部１９をより回転軸１１に近い位置に形成可能であれば、基板１６の短辺の長さを前記ロータ１２のマグネット部分１２１の内径よりも短い概略矩形状に形成することも可能である。

以上のように、本発明による電動機は、基板１６に対するリード線１８の接続部１９を基板１６上におけるロータ１２のマグネット部分１２１の軸方向投影面の内側となるようにしたので、接続部１９とロータ１２のマグネット部分１２１の距離を確保することが可能となるため、短絡やスパークのおそれを回避することが出来る。
また、接続部１９をステータ１３の上部に設けるという制約が無くなるため、基板１６を小型化して図１に示すような概略矩形状に形成することが可能となるため、省材料により材料費を抑えかつ歩留まりを良くすることが可能となる。

前記実施例１においては、基板１６に対するリード線１８の接続部１９とロータ１２のマグネット部分１２１の距離を十分に確保することで短絡やスパークのおそれを回避していた。しかし、配線パターンや制御ＩＣ２０の配置位置等の制約によっては、リード線１８の接続部１９とロータ１２のマグネット部分１２１の距離を十分に確保することが出来ず、接続部１９とロータ１２のマグネット部分１２１が近接してしまう可能性もある。

そこで、図２に示すように、円筒形状からなるロータ１２のマグネット部分１２１の上面と内周面とが接する角部を面取りしてテーパー面２４を形成する。このようにテーパー面２４を形成することによって、接続部１９とロータ１２のマグネット部分１２１が近接した場合でも、面取りした分だけ絶縁距離を確保することが出来るため、短絡やスパークのおそれを回避することが出来る。

前記実施例においては、基板１６は、中心に回転軸１１がくるように形成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、基板１６の中心を回転軸１１からずらして形成することも可能である。
また、図１においては、ブッシング１７の設置位置と回転軸１１の中心を結んだ線が基板１６の長辺と略直交するような配置で記載して説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではい。基板１６を概略矩形状に形成することで、基板１６の設置されていないステータ１３の上部の外周部分は、従来に比較して広く残されていることになるので、図１の例に限らず、ブッシング１７の設置位置の自由度は高い。また、これにより、基板１６上に形成する配線パターンの設計の自由度も高まるといえる。

１１…回転軸、１２…ロータ、１３…ステータ、１４…軸受部、１４１…ボールベアリング、１４２…ベアリングハウジング、１５…合成樹脂、１６…基板、１６１…基板上面、１６１…基板下面、１７…ブッシング、１８…リード線、１９…接続部、２０…制御ＩＣ、２１…端子、２２…上蓋、２３…軸受部、２４…テーパー面。

Claims

回転軸と、この回転軸に固定的に付され円筒状のマグネット部分を有したロータと、このロータの外周側に環状に形成されたステータと、前記ロータ及びステータの上部に所定の空隙をもって設置された基板と、この基板に接続されるリード線とを具備してなる電動機において、前記基板とリード線との接続部は、基板上におけるロータのマグネット部分の軸方向投影面の内側となる位置に形成するようにしたことを特徴とする電動機。
前記ロータは、円筒形状のマグネット部分の上面と内周面とが接する角部を面取りしてテーパー面を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記基板は、短辺の長さが前記ロータのマグネット部分の外径又は内径よりも短い矩形状に形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の電動機。