JP5872807B2 - モータにおけるコイル巻線の結線構造およびモータ - Google Patents

Description

本発明は、モータにおけるコイル巻線の結線構造およびモータに関する。

インナーロータ型のブラシレスモータは、ステータ内側の複数の突極のそれぞれに巻線が巻回されて複数のコイルが形成され、これら複数のコイルから引き出された配線を引き回し、所定の結線が行われる構造を有している。この構造に関しては、例えば特許文献１〜４に記載された構造が公知である。ところで、端子に配線を接続する方法として、ヒュージング加工（熱カシメ加工）が知られている。ヒュージング加工は、被覆線を挟み込む（あるいは包み込む）構造の端子に、被覆線を挟み、その状態で圧力を加えながら端子に電流を流して発熱させ、この発熱により被覆線の被覆を溶かして剥離し、圧力と熱により被覆線の芯線と端子とを固相接合させ、それにより電気的な接続を行う技術である。

特開平２００９−１７７９８５号公報 特開平２００５−２８７２４０号公報 特開平２００１−２１８４０９号公報 特開平２００７−１４０４３号公報

ヒュージング加工は、生産性が高く、また高い信頼性を有した電気的な接続を行うことができる。しかしながらヒュージング加工は、端子に外部から専用の電極を接触させる必要があるので、ステータ内側での作業は困難である。特に、モータを小型化した場合にその傾向が顕著になる。このような背景において、本発明は、インナーロータ型のブラシレスモータのステータにおけるコイル巻線の端子への接続を行う構造において、ヒュージング加工を用いた接続に適した技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、インナーロータ型のブラシレスモータのステータコアに装着される略環形状を有するインシュレータと、前記インシュレータに配置され、前記ステータコアにおける複数の突極に巻回されたコイル巻線の渡り線が接続された導通端子と、前記インシュレータと一体に形成され、前記導通端子の周方向両端の側に位置し、周方向におけるエッジ部分が面取りされたＲ形状を有したガイド部材とを備え、前記導通端子は、軸中心から離れる方向に向いた部分で前記渡り線と接触する第１の導通部と、前記第１の導通部に接続されて前記第１の導通部の外側に配置され、前記第１の導通部との間で前記渡り線を挟んで保持する第２の導通部とを備え、前記渡り線を前記インシュレータの外側に露出させた状態で渡らせ前記導通端子に接続した構造を有し、前記第２の導通部は、前記第１の導通部よりも小さい形状を有し、前記渡り線は、前記第１の導通部と前記第２の導通部の間において固定され、且つ、前記インシュレータの前記Ｒ形状を有した部分に沿って引き回されていることを特徴とするモータにおけるコイル巻線の結線構造である。

請求項１に記載の発明によれば、渡り線をインシュレータの外側に向けて露出した状態で引き回して導通端子に接続する構造とすることで、導通端子に接触した渡り線に対する各種の作業（例えば、治具を用いてのヒュージング加工等）が容易な構造が得られる。なお、導通端子に接触した渡り線に対する作業が容易な構造である優位性は、ヒュージング加工以外の固定方法（例えば、半田や導電性接着剤を用いた固定等）においても同様に得ることができる。つまり、請求項１に記載の発明は、ヒュージング加工以外の方法で渡り線を導通端子に接続する場合にも利用することができる。また、請求項１に記載の発明によれば、第１の導通部と第２の導通部との隙間に渡り線が挟まれることで、導通端子への渡り線の接続が行われる。この構造は、導通端子への渡り線の電気的な接触を確実なものとできる。特に、第１の導通部と第２の導通部との間に渡り線を挟んだ状態において、第２の導通部に第１の導通部の方向への圧力を加え、更にその状態で第１の導通部と第２の導通部との間に電流を流すこと行われるヒュージング加工を容易に、且つ、確実に行うことができる。つまり、ヒュージング加工を用いた渡り線の導通端子への接続に適した構造とすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ガイド部材の外側の面は、前記第１の導通部の外側の面と面一であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記導通端子は、軸方向に突出し、回路基板に挿入される接続端子として機能することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記第１の導通部が前記接続端子として機能し、前記第２の導通部が前記第１の導通部に向かって湾曲し、該湾曲した部分の内側で前記第２の導通部に前記渡り線が固着していることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル巻線の結線構造を備えた略筒状のステータと、前記ステータの内側で回転自在な状態で保持されたロータとを備えることを特徴とするモータである。

本発明によれば、インナーロータ型のブラシレスモータのステータにおけるコイル巻線の端子への接続を行う構造において、ヒュージング加工を用いた接続に適した技術が提供される。

実施形態のモータの斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）および側断面図（Ｃ）である。 インシュレータを装着したステータコアの斜視図である。 図２の分解斜視図である。 図３の一部を拡大した斜視図である。 導通端子に渡り線をヒュージング加工によって固定した状態を示す斜視図である。 コイル巻線の結線状態を示す概念図である。

（構成）
図１には、実施形態のモータ１００の斜視図（Ａ）、正面図（Ｂ）および（Ｂ）におけるＡ−Ａの線で切断した側断面図（Ｃ）が示されている。モータ１００は、インナーロータ型のブラシレスモータである。モータ１００は、略筒状を有する外側ケーシング１０１を備えている。外側ケーシング１０１は、軟磁性の金属材料により構成され、ステータコア２０１のバックヨークとしても機能する。外側ケーシング１０１の内側には、ステータ２００が固定されている。図２には、ステータ２００が示され、図３には、ステータ２００を軸方向で分解した状態が示されている。ステータ２００は、略円筒形状を有し、ステータコア２０１、ステータコア２０１に取り付けられた絶縁用のインシュレータ２０２，２０３、コイル（図１〜図４では図示省略）を備えている。

図３に示すステータコア２０１は、一般的なインナーロータ型のブラシレスモータのステータコアと同じである。ステータコア２０１は、軟磁性材料により構成されている。この例において、ステータコア２０１は、図示する断面形状の珪素鋼板を軸方向で複数積層した構造を有している。ステータコア２０１は、略円筒形状を有し、その内側には、軸中心（回転中心）の方向に延在した突極２１０を備えている。突極２１０は、軸方向から見て等角な位置に９個が配置されている。突極２１０は、軸中心の方向に延在する延在部２１１と、延在部２１１の先端の部分であり、周方向に平たく開いた形状の先端部２１２と、先端部２１２のロータ側（軸中心側）における突極面２１３とを備えている。ここで、突極面２１３は、後述するロータの外周の形状に沿った曲面を有している。延在部２１１にコイルが巻回されることでステータコイルが構成される。このコイルが巻回された９個の突極２１０が、ステータ２００側の磁極となる。この点は、一般的なインナーロータ型のブラシレスモータと同じである。また、駆動方法についても一般的なインナーロータ型のブラシレスモータと同じである。

ステータコア２０１には、２分割されたインシュレータ２０２と２０３が軸方向の前後から装着される。インシュレータ２０２，２０３は、樹脂製であり、ステータコア２０１とコイルの巻線（マグネットワイヤ）との間を絶縁する。ここで、一方のインシュレータ２０２の軸方向の端部には、コイルの巻線を引き回す部分（渡り線）が接続され、また図示しない回路基板への接続を行うための導通端子２２０が設けられている。

図４は、図３の一部を拡大した拡大図であり、導通端子２２０の部分が拡大して示されている。導通端子２２０は、インシュレータ２０２の軸方向の端部に埋め込まれている。導通端子２２０は、軸方向から見た等角な３箇所（１２０°の開き角の位置）に配置されている。この導通端子２２０がインシュレータ２０２の端部に埋め込まれた構造は、樹脂により構成されるインシュレータ２０２を射出成形法により作製する際に、金属（例えば銅）により構成される導通端子２２０をインサート材とすることで得ている。導通端子２２０は、軸中心の側(ロータ側)から見た外側（軸中心から離れる方向に向いた部分）で後述する渡り線と接触する第１の導通部２２１、第１の導通部２２１に接続された（この例の場合は、一体物）第２の導通部２２２により構成されている。

第１の導通部２２１は、軸方向に突出したガイド部材２０４に根元の部分が埋め込まれている。ガイド部材２０４は、インシュレータ２０２の一部であり、インシュレータ２０２の軸方向の端部から軸方向に突出した部分である。ガイド部材２０４の外側の面２０５は、第１の導通部２２１の外側の面と面一となる形状を有し、その周方向両端のエッジの部分は、渡り線に傷をつけないように面取りがされ、Ｒ形状とされている。第１の導通部２２１と第２の導通部２２２とは、軸方向に延在し、その間には、軸方向外側に開放された隙間２２３が設けられている。また、第２の導通部２２２は、第１の導通部２２１よりも小さな形状を有し、更に外力を加えた際に変形が可能な程度の強度を有している。

図５には、導通端子２２０に渡り線２３０を接続した状態が示されている。渡り線２３０は、周方向で隣接する突極２１０（図３参照）に巻回されたコイル同士を接続する配線の引き回し部分のことである。図５の場合でいうと、図示されている導通端子２２０の左右に位置する図示省略したコイル同士を接続する配線の引き回し部分が渡り線２３０として示されている。渡り線２３０は、ガイド部材２０４の外側の面２０５に沿ってインシュレータ２０２の外側（外周側）に露出する状態で引き回され、第１の導通部２２１と第２の導通部２２２との間の隙間２２３に挟まれて保持されている。そして、隙間２２３の部分において、ヒュージング加工によって第１の導通部２２１と第２の導通部２２２に接触した状態で固着され、導通端子２２０への電気的な導通状態が確保されている。

図６には、本実施形態におけるコイルの接続構造が概念的に示されている。図６には、図２に示すステータ２０１の９個の突極（図３の符号２１３）に巻回されている９個のコイルの結線状態、および渡り線２３０の引き出し状態が概念的に示されている。図１のモータ１００は３相モータであり、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相により示される３つの部分から駆動電流の供給が行われる。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３箇所の部分は、３箇所の導通端子２２０のそれぞれに接続される。この３箇所の導通端子２２０における第１導通部２２１は、図１（Ａ）におけるエンドキャップ３３０の露出面に取り付けられる図示しない回路基板に直接接続される。この図示しない回路基板は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の部分に供給する駆動電流を生成するための駆動回路を備えている。この回路基板には、第１の導通部２２１が貫通する孔または切り欠きが３箇所に設けられ、この孔または切り欠きは、その周囲に回路への接続を行うための導電パターンを備えている。この孔や切り欠きに、第１の導通部２２１を挿入した状態で当該部分に半田を流すことで、導通端子２２０と上記の導電パターンとの電気的な接触が確保され、図６のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３つの部分から駆動電流の供給が可能な構造が得られる。

図１に戻り、ステータ２００の内側には、ロータ３００がステータ２００に対して回転自在な状態で保持されている。ロータ３００は、円筒状の外周を有するロータ部材３０１、ロータ部材３０１の外周に取り付けられた円筒形状のロータマグネット３０２により構成されている。ロータマグネット３０２は、永久磁石であり、周方向において多極に着磁されている。着磁の構造は、通常のインナーロータ型のブラシレスモータにおけるものと同じである。ロータ３００（ロータ部材３０１）の軸中心には、回転軸となるシャフト３１０が固定されている。シャフト３１０は、軸受３２１を介してエンドキャップ３３０に回転自在な状態で保持されている。エンドキャップ３３０は、外型ケーシング１０１の開口部に蓋をする樹脂性の部材であり、外側ケーシング１０１に固定されている。また、シャフト３０１の他端は、軸受３２２により、外側ケーシング１０１に回転自在な状態で保持されている。

（組み立て工程）
以下、図１に示すモータ１００を組み立てる工程の一例を説明する。最初にステータ２００を組み立てる。まず、図３に示すステータコア２０１を用意し、図３に示す位置関係でインシュレータ２０２，２０３をステータコア２０１に装着する。こうして図２の示す状態を得る。次に、インシュレータ２０２，２０３の上から巻回装置を用いて巻線（マグネットワイヤ）を９個の突極２１０のそれぞれに巻回し、ステータ２００にコイルを組み付ける。この際、図６に示す結線の状態となるように配線の引き回しを行なう。ここで、コイルの巻線は、エナメル線やポリウレタン線等の絶縁被覆が施されているものを用いる。また、この作業において、図６に示す渡り線のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の部分を隙間２２３の部分に引っ掛け、図５に示す段階の前状態を得る。この段階では、渡り線２３０が隙間２２３の部分に接触し、引っ掛かっている状態であり、また渡り線２３０の絶縁被覆が付いた状態であるので、渡り線２３０と導通端子２２０の導通状態は確保されていない。

次に、ヒュージング加工用の装置を用いてのヒュージング加工を行う。この工程では、第１の導通部２２０と第２の導通部２２１との間で電流を流しつつ、第２の導通部２２２が第１の導通部２２１に向けて押される。第１の導通部２２１と第２の導通部２２２との間に電流が流されることで発熱が生じ、この熱により第1の導通部２２１と第２の導通部２２２に接触した部分における渡り線２３０の絶縁被覆が溶ける。ここで、渡り線２３０には、２つの導通部によって挟まれ、圧力が加えられているので、絶縁被覆が溶けた部分で渡り線２３０の芯線と第１の導通部２２１および第２の導通部２２２とが接触する。この際、圧力と熱が加えられているので、接触している部分が固着する。こうして、隙間２２３の部分に渡り線２３０が固定される。なお、この工程において、図５に示すように第２の導通部２２２が変形して湾曲し、その変形した部分の内側で渡り線２３０に第２の導通部２２２が固着する。勿論、第１の導通部２２１も渡り線２３０に固着する。この構造によれば、第２の導通部２２２と渡り線２３０との接触面積が確保されるので、導通端子２２０と渡り線２３０との電気的な接続がより確実なものとなる。そして、この作業を他の２箇所においても行うことで、図６に示すＵ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれの部分が３箇所の導通端子２２０に接続される。

以上の工程によってステータ２００を得る。そして、ステータ２００の内部に、図１（Ｃ）のロータ３００を組み付け、更にエンドキャップ３３０を取り付けることで、図１に示すモータ１００を得る。図１に示す状態を得たら、図示しない回路基板をエンドキャップ３３０の露出面側に取り付ける。この際、導通端子２２０を回路基板の電極に接続する。以上のようにして、駆動回路が一体化された構造のインナーロータ型のブラシレスモータ（モータ１００）の組み立てが行われる。

（優位性）
図５に示すように、渡り線２３０をインシュレータ２０２の外側（外周側）に露出させた状態で引き回す構造とすることで、渡り線２３０の導電端子２２０への接続が容易となる。特に、ヒュージング加工用の治具を用いた作業における第２の導通部２２２に圧力を加える作業が容易となる。例えば、渡り線２３０をインシュレータ２０２の内側に向けて露出した状態で引き回した場合、ヒュージング加工用の治具を入れるスペースを確保することが困難となり、ヒュージング加工が難しくなる。この問題は、モータを小型化した場合に顕著になる。また、図５に示す構造は、導通端子２２０に巻線を巻回する作業を必要としないので、端子に巻線を巻回し、更に半田付けにより固定する場合に比較して、作業が簡素化される。

また、ヒュージング加工により変形するのが外側の第２の導通部２２２であるので、内側の第１の導通部２２１の回路基板への位置合わせ精度の低下が抑えられる。すなわち、ヒュージング加工に起因する端子部材の変形による導通端子２２０の回路基板への接触不良が抑えられる。

（その他）
図５に示す接続構造を得る工程において、ヒュージング加工の代わりに半田付けを利用することも可能である。この場合、半田を流し込む部分が、外側に露出しているので作業が行い易く、また半田による接続不良等の問題が発生し難い。なお、突極の数や導電端子の数は、実施形態のものに限定されず、駆動方法等に応じて他の数とすることも可能である。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、インナーロータ型のブラシレスモータやハイブリッド型（ＨＢ型）ステッピングモータに利用することができる。

１００…モータ、１０１…外側ケーシング、２００…ステータ、２０１…ステータコア、２０２…インシュレータ、２０３…インシュレータ、２０４…ガイド部材、２０５…外側の面、２１０…突極、２１１…延在部、２１２…先端部、２１３…突極面、２２０…導通端子、２２１…第１の導通部、２２２…第２の導通部、２２３…隙間、２３０…渡り線、３００…ロータ、３０１…ロータ部材、３０２…ロータマグネット、３１０…シャフト、３２１…軸受、３２２…軸受、３３０…エンドキャップ。

Claims (5)

1. インナーロータ型のブラシレスモータのステータコアに装着される略環形状を有するインシュレータと、
   前記インシュレータに配置され、前記ステータコアにおける複数の突極に巻回されたコイル巻線の渡り線が接続された導通端子と、
   前記インシュレータと一体に形成され、前記導通端子の周方向両端の側に位置し、周方向におけるエッジ部分が面取りされたＲ形状を有したガイド部材と
   を備え、
   前記導通端子は、軸中心から離れる方向に向いた部分で前記渡り線と接触する第１の導通部と、前記第１の導通部に接続されて前記第１の導通部の外側に配置され、前記第１の導通部との間で前記渡り線を挟んで保持する第２の導通部とを備え、
   前記渡り線を前記インシュレータの外側に露出させた状態で渡らせ前記導通端子に接続した構造を有し、
   前記第２の導通部は、前記第１の導通部よりも小さい形状を有し、
   前記渡り線は、前記第１の導通部と前記第２の導通部の間において固定され、且つ、前記インシュレータの前記Ｒ形状を有した部分に沿って引き回されていることを特徴とするモータにおけるコイル巻線の結線構造。
2. 前記ガイド部材の外側の面は、前記第１の導通部の外側の面と面一であることを特徴とする請求項１に記載のモータにおけるコイル巻線の結線構造。
3. 前記導通端子は、軸方向に突出し、回路基板に挿入される接続端子として機能することを特徴とする請求項１または２に記載のモータにおけるコイル巻線の結線構造。
4. 前記第１の導通部が前記接続端子として機能し、
   前記第２の導通部が前記第１の導通部に向かって湾曲し、該湾曲した部分の内側で前記第２の導通部に前記渡り線が固着していることを特徴とする請求項３に記載のモータにおけるコイル巻線の結線構造。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコイル巻線の結線構造を備えた略筒状のステータと、
   前記ステータの内側で回転自在な状態で保持されたロータと
   を備えることを特徴とするモータ。

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