JP5839627B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータに係り、特に、小型化に好適な端子台を備えるブラシレスモータに関する。

近年、車両の低燃費化のためオイルポンプなど、車両用補機類を電動化して必要な時のみ作動させるなど、システムを省エネルギー化する傾向にある。これら補機類を駆動するモータは、高効率や小型軽量化、および長寿命が要求されるため永久磁石界磁形のブラシレスモータが利用されてきている。また、低コストの要求も強い。

従来の永久磁石界磁形ブラシレスモータは、ハウジング内にステータと、回転軸に固着したヨークに接着した永久磁石から構成されるロータと、電機子巻線に電力を供給するコネクタ部を有する複数の端子を配置した端子台とを内蔵しており、また、出力軸側のハウジングの開口端側は鍔形状になっており、モータを取り付けるためのフランジを兼ねたアルミ合金製等のカバーを装着して構成されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、特許文献１記載のブラシレスモータは、外部からの電力供給を電気的に接続する複数のバスバーターミナルを、樹脂でオーバーモールドした端子台を備えている。複数のバスバーターミナルは、モータ軸方向に積層して設置してあり、各バスバーモールドの固定及び電気的絶縁のため、樹脂でオーバーモールドをしている。

特開２００７−２２１９７６号公報

しかしながら、特許文献１記載の端子台のバスバーは、モータの回転軸に対し直角方向に配置され、一部が対向した２層構造である。端子台は、樹脂モールド成形で製作するため、成形時にバスバーは樹脂の注入圧力を受ける。そのためバスバーが樹脂に押されて変形し、短絡や露出の可能性があり、樹脂の注入圧力管理が難しく、歩留まり悪化など生産性に難点があり、コストアップの要因となっていた。また、バスバーの変形を見込んだバスバー層間の絶縁距離設定など、
小型化の制約にもなっていた。

本発明の目的は、樹脂の注入圧力管理が容易で、生産性に優れ、かつ小型で安価なブラシレスモータを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、円筒状の金属製ハウジングと、該金属製ハウジングの内径側に保持された固定子と、前記金属製ハウジングに対して回転自在に支持されるとともに、前記固定子の内径側に前記固定子に対してギャップを介して配置された回転子と、複数の端子を配置する複数のバスバーを絶縁保持する端子台とを有し、前記固定子は、内周面側に等間隔に配列した複数の突極磁極が設けられた電機子鉄心と、前記各突極磁極に巻回された電機子巻き線とを有し、前記端子台の前記端子が、前記電機子巻線のコイル端に電気接続されているブラシレスモータであって、前記複数のバスバーは、モータの回転軸に対し直角に積層して配列され、前記端子台は、第１の絶縁部材と第２の絶縁部材との間に、第１相のバスバーが配置され、前記第２の絶縁部材と第３の絶縁部材との間に、第２相のバスバーと、第３相のバスバーとが配置され、前記第１〜第３の絶縁部材及び第１〜第３相のバスバーを覆う樹脂を備え、前記第２相のバスバーと前記第３相のバスバーは１つの面上に配置されるようにしたものである。
かかる構成により、樹脂の注入圧力管理が容易で、生産性に優れ、かつ小型で安価なブラシレスモータを得ることができる。

本発明によれば、樹脂の注入圧力管理が容易で、生産性に優れ、かつ小型で安価なブラシレスモータを得ることができる。

本発明の一実施形態によるブラシレスモータの全体構成を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態によるブラシレスモータの電機子巻線の結線図である。 本発明の一実施形態によるブラシレスモータの電機子巻線とバスバーの配置図である。 本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成を示す分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の外観構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成図である。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの全体構成を示す縦断面図である。

ハウジング１は、有底の円筒形状をしている。ハウジング１の開口端部側には、鍔部１ａが一体的に形成されている。ハウジング１の内部には、固定子４と、回転子６と、玉軸受け７とが収納されている。

固定子４の電機子鉄心４ａは、内周面側に等間隔に配列する複数に突極磁極４ｂを有している。隣接する突極磁極４ｂの間にはスロットが形成される。電機子鉄心４ａは、プレス打ち抜きされた磁性鋼板の薄板を複数枚積層し、かしめ結合されている。隣接する突極磁極４ｂの間に形成されるスロットの内周部、および突極磁極４ｂの軸方向両端部は、樹脂モールドにより、絶縁ボビン４ｅが形成される。突極磁極４ｂには、絶縁ボビン４ｅを介しの電機子巻線４ｃを巻回し、集中巻きの３相電機子巻き線を形成している。

回転子６は、永久磁石１１と、ヨーク１２と、軸１３で構成されている。ヨーク１２は、プレス打ち抜きされた磁性鋼板の薄板を複数枚積層し、かしめ結合されている。永久磁石１１は、ヨーク１２の外周に等間隔で接着されている。本例では、１０個の永久磁石１１が用いられている。隣接する永久磁石１１の極性は互いに逆方となるように着磁されている。従って、本実施形態のブラシレスモータは、１０極１２スロットの集中巻の３相ブラシレスモータとなっている。ヨーク１２は、回転軸１３に圧入固定されている。

また、軸１３の一方の端部（図示の右側の端部）は、ハウジング１に外輪を保持された玉軸受け７の内輪及び、後述するカバー２の外輪を保持された玉軸受け１０の内輪に圧入固定され、自在に回転できる構造となっている。

カバー２は、アルミ合金によりダイキャスト形成されたものである。その形状は円盤状である。カバー２の中央貫通孔には、玉軸受け１０の外輪が挿入され、保持板８を複数のボルト９で締め付けることで、固定している。カバー２は、ハウジング１の鍔部１ａに複数のボルト３で締結されている。

端子台５は、３相巻線（電機子巻線４ｃ）を外部の電源に接続するための複数のバスバー１４（１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｅ，１４Ｎ１，１４Ｎ２）及び、複数の絶縁物１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）を樹脂モールド成型したもので、ハウジング１の内部に挿入される。複数のバスバー１４は、電機子巻線４ｃのコイル端４ｄと電気的に接続するための端子部を形成しており、フュージング等により、複数のバスバー１４と電機子巻線４ｃを電気的に接続する。端子台５には、コネクタハウジング５ａも一体成型されている。

コネクタハウジング５ａの内部に、複数のバスバー１４の端部１４ｂが突出しており、一緒に同時成型された複数のインサートナット１６を介し、外部電源とねじ止めで接続が可能である。端子台５は、コネクタハウジング５ａの突出部を除くと、円盤状の形状である。

次に、図２を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの電機子巻線の結線について説明する。
図２は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの電機子巻線の結線図である。

本実施形態のブラシレスモータは、スロット数は１２で、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる３相のスター結線である。巻き線方式は、前述のように集中巻きである。

３相のスター結線は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる第一の回路と、Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相からなる第二の回路から構成され、各相は並列に電気接続されている。各相の巻線は４つあり、例えば、Ｕ相は、Ｕ１コイルとＵ２コイルを直列接続し、Ｕ’相は、Ｕ１’コイルとＵ２’コイルを直列接続している。また、第一の回路と第二の回路は各々中性点を有している。

これらの巻き線を電気接続するバスバー１４の数は、３相に電力を供給するための１４Ｕ，１４V，１４Ｗの３枚と、中性点電気接続用の１４Ｎ１，１４Ｎ２の２枚の合計５枚備える。

次に、図３を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの電機子巻線とバスバーの配置について説明する。
図３は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータの電機子巻線とバスバーの配置図である。

図３は、図２の結線図の具体的な、電機子巻線とバスバーの配置を示している。電機子鉄心４ａは、内周面側に等間隔に配列する１２個の突極磁極４ｂを有している。電機子巻線４ｃは、突極磁極４ｂに集中巻きしている。

Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相からなる各相の電機子巻線４ｃは、４個ずつ備えており隣接する２個の電機子巻線が直列に接続されて１組となり１相分を構成している。例えばＵ相は、Ｕ１コイルとＵ２コイルが直列接続され、図２の第一の回路の１相分を構成し、Ｕ１‘コイルとＵ２’コイルが直列接続され、図２の第二の回路の１相分を構成している。また、これら各組のコイルは並列接続されている。なお、
Ｖ相、Ｗ相も同様な関係である。

これら、第一の回路と、第二の回路の各相の組は、対称に配置されている。Ｕ相に電力を供給するバスバー１４Ｕは、Ｕ１コイルとＵ１’コイルに接続されている。V相に電力を供給するバスバー１４Vは、V１コイルとV１’コイルに接続されている。Ｗ相に電力を供給するバスバー１４Ｗは、Ｗ１コイルとＷ１’コイルに接続されている。

中性点のバスバー１４Ｎ１は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相（図２の第一の回路）コイルに接続されている。中性点のバスバー１４Ｎ２は、Ｕ’相、Ｖ’相、Ｗ’相（図２の第二の回路）コイルに接続されている。

また、各バスバーはお互いに電気的に絶縁する必要があるため、最大で３本のバスバーを接触しないように配置する必要がある。具体的には、バスバー１４Ｕ、バスバー１４V、バスバーＮ１部およびバスバー１４Ｗ、バスバー１４V、バスバーＮ２部である。

次に、図４及び図５を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成を示す分解斜視図である。図５は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成を示す斜視図である。なお、図４及び図５において、図１から図３と同一符号は同一部分を示している。

図４は、各構成部品を樹脂モールド成形する際の金型への組み込む順番を示している。図５は、構成部品を積み重ねた図である。但しインサートナット１６は除いている。

各構成部品は、図５に示すように、内周側に複数の半円状の突起１７と、突起の中心に孔が設けられており、図４に示すように、この孔を金型に設けられたピン１８に挿入することで、各部品の角度位置を規制している。

金型に組み込む順番は、図４に示すように、絶縁部材１５ｃ、バスバー１４V、絶縁部材１５ａ、バスバー１４Ｗ、バスバー１４Ｕ、絶縁部材１５ｂ、バスバー１４Ｎ１、バスバー１４Ｎ２（バスバー１４Ｎ１とバスバー１４Ｎ２は、任意）である。

樹脂は、図４の上側から注入され、これらの構成部品をインサートモールドして端子台が完成する。

端子台の成形に当たっては、可能な限り外径寸法を小さくすることと、前述のようにバスバー１４Ｕ、バスバー１４V、バスバーＮ１間およびバスバー１４Ｗ、バスバー１４V、Ｎ２間のバスバーを接触させず、かつ露出しないように樹脂モールド成形可能な構造とすることが必要である。

そこで、本例では、バスバー１４Ｕ、バスバー１４V、バスバーＮ１およびバスバー１４Ｗ、バスバー１４V、バスバーＮ２の３枚のバスバーをモータの中心軸に対し直角方向に平行に配置し３層の積層構造としている。こうすることで、３枚のバスバーの半径をほぼ同一とすることが可能で、径方向の拡大を抑制することができる。

これら複数のバスバー１４は、プレス打ち抜き、曲げ加工された電導性金属板の半円盤の形状で、内側に電機子巻線との接続部１４ａが突出してある。

バスバー１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗには、外側に外部電源との接続部１４ｂをコネクタハウジング５ｃ内部から突出させている。

バスバー間の接触防止のため、バスバー１４Ｕとバスバー１４V間およびバスバー１４Ｗとバスバー１４V間に絶縁部材１５ａを配置している。また、バスバー１４Ｕとバスバー１４Ｎ１間およびバスバー１４Ｗとバスバー１４Ｎ２間に絶縁部材１５ｂを配置している。

これら、絶縁部材１５ａ，１５ｂで物理的に接触を防止できるので、絶縁部材厚みは１ｍｍで、絶縁部材を使用しない場合 （成形時の樹脂の注入圧力による変形を見込んだ場合）の端子間距離の１／２〜１／３であり、端子台を小型化している。

また、バスバー１４Vの下側（図４の下側）に、樹脂成形時のバスバー１４Vの保持と露出防止を兼ねた絶縁部材１５ｃを配置している。

前述のように、樹脂注入ゲートは図の上側なので、インサート部品に作用する樹脂注入圧力は絶縁部材１５ｃが受け持つ構造である。

次に、図６を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の外観について説明する。
図６は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の外観構成を示す斜視図である。

図６は、樹脂モールド成形後の端子台５の外観を示している。樹脂注入ゲート１９は、本例では６箇所である。

次に、図７を用いて、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成について説明する。
図７は、本発明の一実施形態によるブラシレスモータに用いる端子台の構成図である。

図７（Ａ）は、端子台５の樹脂注入ゲート側から見た平面図である。図７（ｂ）は、図７（Ａ）に示す端子台５のＡ−Ａ断面図である。

図７（Ｂ）に示すように、絶縁部材１５ｃを土台にして、バスバー１４V、絶縁部材１５ａ、バスバー１４Ｗ、絶縁部材１５ｂ、バスバー１４Ｎ２を積み重ねて樹脂モールド成形されている。

樹脂注入ゲート１９は、各バスバーの積層面に対して直角方向に設置されており、矢印のように注入される樹脂の流れにより、構成部品を絶縁部材１５ｃに押し付けている。そのために、構成部品が金型内で暴れることなく品質が安定する。

ここで、従来の端子台の構成及びその問題点について説明する。

従来の構成では、本実施形態同様に積層構造としているが２層と少ないため、端子台にバスバーの層間の絶縁部材１５ａ、１５ｂ及びバスバー保持用の絶縁部材１５ｃは用いられていない。バスバーの保持は、金型に設けたピンで挟む構造としていた。

しかし、ピンの配置は、構造上の制約などで最適な位置に設けることができない場合があり、樹脂の注入圧力によって、バスバーが変形し、短絡や露出の可能性があった。その為、樹脂の注入圧力管理が難しく、歩留り悪化など生産性に難点があった。

また、バスバーの変形を見込んだバスバー間の絶縁距離の設定など、小型化の妨げにもなっていた。

それに対して、前述のように、本実施形態では、バスバー１４の層間に絶縁部材１５ａ，１５ｂを挟み、また、樹脂注入位置とは反対側に、バスバーの保持と露出防止を兼ねた絶縁部材１５ｃを配置して、端子台５をモールド成形している。

このように、絶縁物１５ａ，１５ｂをバスバー１４の層間に配置する事により、層間の接触を物理的に回避することが可能となり、バスバー１４の層間距離を最小にして、小型化できる。また、樹脂の注入ゲート１９とは反対側に絶縁物１５ｃを配置することで、バスバー１４の露出を物理的に回避することが可能となり、樹脂の注入圧力管理が容易で、歩留りが向上し、安価なものができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、バスバー層間の接触を物理的に回避し、且つ、樹脂の注入圧力によるバスバーの露出を物理的に回避する構造にすることで、端子台の樹脂モールド成型時の樹脂注入圧力管理が容易で、生産性に優れ、且つ小型で安価なブラシレスモータを得ることができる。

なお、本発明は、車両の補機用として好適な永久磁石界磁形のブラシレスモータの普及に効果がある。採用車種が増加することで、システムとしてのエネルギー効率向上が達成され、環境保護に与える効果が大きいものである。

１…ハウジング
１ａ…鍔部
２…カバー
３…ボルト
４…固定子
４ａ…電機子鉄心
４ｂ…突極磁極
４ｃ…電機子巻線
４ｄ…コイル端
４ｅ…絶縁ボビン
５…端子台
５ａ…コネクタハウジング，
６…回転子
７…玉軸受け
８…保持板
９…ボルト
１０…玉軸受け
１１…永久磁石
１２…ヨーク
１３…回転軸
１４…バスバー
１４Ｕ…Ｕ相バスバー
１４Ｖ…Ｖ相バスバー
１４Ｗ…Ｗ相バスバー
１４ａ…コイル端との接続部
１４ｂ…外部電源との接続部
１５…絶縁部材
１６ａ…絶縁部材１
１６ｂ…絶縁部材２
１６ｃ…絶縁部材３（土台）
１７…突起
１８…成型金型ピン
１９…樹脂注入ゲート

Claims (4)

1. 円筒状の金属製ハウジングと、
   該金属製ハウジングの内径側に保持された固定子と、
   前記金属製ハウジングに対して回転自在に支持されるとともに、前記固定子の内径側に前記固定子に対してギャップを介して配置された回転子と、
   複数の端子を配置する複数のバスバーを絶縁保持する端子台とを有し、
   前記固定子は、内周面側に等間隔に配列した複数の突極磁極が設けられた電機子鉄心と、前記各突極磁極に巻回された電機子巻き線とを有し、
   前記端子台の前記端子が、前記電機子巻線のコイル端に電気接続されているブラシレスモータであって、
   前記複数のバスバーは、モータの回転軸に対し直角に積層して配列され、
   前記端子台は、
   第１の絶縁部材と第２の絶縁部材との間に、第１相のバスバーが配置され、
   前記第２の絶縁部材と第３の絶縁部材との間に、第２相のバスバーと、第３相のバスバーとが配置され、
   前記第１〜第３の絶縁部材及び第１〜第３相のバスバーを覆う樹脂を備え、
   前記第２相のバスバーと前記第３相のバスバーは１つの面上に配置される
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
   前記端子台が、
   前記第３の絶縁部材の、前記第２，３相のバスバーと対向する面とは反対側の面に、中性点のバスバーが配置されて構成されている
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項２記載のブラシレスモータにおいて、
   前記第１相、第２相、第３相のバスバーを各１枚、前記中性点のバスバーを２枚有し、
   一方の前記中性点のバスバーが接続される第１の回路の各相の電機子巻線と、
   他方の前記中性点のバスバーが接続される第２の回路の各相の電機子巻線とが、対称に配置されている
   ことを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のブラシレスモータにおいて、
   前記バスバーはいずれも半円盤の形状であり、
   前記第２相のバスバーと前記第３相のバスバーは、組み合わせることにより１つの円を形成するように前記１つの面上に配置される
   ことを特徴とするブラシレスモータ。

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