JP6284271B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に係り、電磁ノイズを低減することが可能な回転電機に関する。

モータ等の回転電機では、稼働中に電磁ノイズ（以下、単にノイズ）が発生する場合がある。例えば、ブラシレスモータ等の多相モータでは、コイルにおける電流の流れを電界効果トランジスタによって切り替えるが、高周波数にて切り替えが行われるためにノイズ（詳しくは、高周波スイッチングノイズ）が生じる。こうしたノイズは、寄生容量を介してコイルあるいはワイヤ（ハーネス）等に重畳したりする。このような状況は、周辺機器に電波障害をもたらす要因となる。このため、一般に、ノイズを低減して周辺機器等への電波障害を解消するための方策として、コンデンサやチョークコイル等の雑音防止素子が回転電機の電気回路中に設けられることがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、電気回路中に雑音防止素子であるインダクタンス（チョークコイル）やコンデンサを配置した構成が開示されている。

特表２０１２−５１４９６６号公報

しかしながら、雑音防止素子を用いたノイズ抑制機構は、通常、数百ＭＨｚ以下の周波数のノイズに対しては有効である。一方、当該ノイズ抑制機構は、上記の周波数帯域よりも高周波数の周波数帯域を含むノイズについては除去することが困難である。このため、従来、ノイズ抑制機構では高周波数のノイズがワイヤ（ハーネス）に伝播したり、伝播の途中で空中に放射されたりする結果、周辺機器等への電波障害をもたらす虞があった。

そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コアに巻回されたコイルに対しての通電を制御する素子を備えた回転電機として、高周波数のノイズに対する低減効果を有する回転電機を提供することにある。

前記課題は、本発明の回転電機によれば、コイルが巻回されたコアと、前記コイルを通電するために電源と電気的に接続する接続部と、前記コイルに対しての通電を制御する素子と、を有する回転電機であって、前記接続部が前記電源と電気的に接続された状態において前記接続部の外周面と隣接している絶縁層と、前記状態において前記絶縁層と前記外周面とは反対側で隣接し、前記回転電機中のグランドに接地される部位と電気的に接続されている導電層と、を備え、前記回転電機は、多相型の回転電機であり、前記コイル及び前記接続部が各相別に設けられており、前記素子は、各相別の前記コイルのそれぞれに対しての通電を制御し、前記絶縁層及び前記導電層は、各相別の前記接続部にそれぞれ設けられ、各相別の前記絶縁層は互いに分離しており、各相別の前記導電層はそれぞれ連結して一体化しており、３つの前記接続部のうち２つは、互いに横並びの位置関係となるように配置され、３つの前記接続部のうち１つが他の前記接続部と互いに横並びの位置関係になく、前記絶縁層は、３つの前記接続部すべての前記外周面と隣接するように形成されており、前記導電層は、３つの前記接続部すべての前記外周面とは反対側で前記絶縁層と隣接することにより解決される。
上記の回転電機では、接続部の外周面と隣接する絶縁層と、接続部の外周面とは反対側で絶縁層と隣接する導電層と、が協働してコンデンサをなす。一方、導電層は、回転電機中の接地部位と電気的に接続される。これにより、上記のコンデンサを介して、素子由来の高周波スイッチングノイズ（以下、素子由来のノイズ）をアースに逃がすことが可能となる。以上の構成により、機器の大型化を抑えつつ、素子由来のノイズが伝播するのを抑制することが可能となる。
また、上記の回転電機によれば、多相型の回転電機において素子由来のノイズが伝播するのを抑制することが可能となる。
また、上記の回転電機によれば、各接続部別に絶縁層及び導電層を設けるので、その分、手間を要するものの、絶縁層及び導電層を設ける際の自由度が向上する。
また、上記の回転電機によれば、各接続部の外周面と隣接する絶縁層が連結して一体化し、さらに、絶縁層と隣接する導電層についても連結して一体化している。これにより、絶縁層及び導電層の剛性が向上し、また、各接続部別に絶縁層及び導電層を設ける場合と比較して製造工程を簡略化することが可能となる。

また、上記の回転電機において、前記接続部は、平板状の部材からなることとしてもよい。かかる構成であれば、接続部の外周面と絶縁層との当接面を比較的広く確保することが可能となり、絶縁層と導電層とによって構成されるコンデンサの静電容量をより大きくすることが容易となる。この結果、素子由来のノイズの伝播をより効果的に抑制することが可能となる。

本発明の回転電機によれば、通電時に電源と接続する接続部に対して絶縁層と導電層とを設け、これらがなすコンデンサを介して、素子由来のノイズをアースに逃がすことが可能となる。これにより、機器の大型化を抑えつつ、簡易な構造によって素子由来のノイズの伝播を抑制することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る回転電機の側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る接続部周りの構成を模式的に示した側面断面図である。 本発明の一実施形態に係る接続部の説明図であり、図２のＸ−Ｘ断面である。 第一変形例に係る接続部の正面断面図であり、（Ａ）が第一の構成例を、（Ｂ）が第二の構成例をそれぞれ示している。 第二変形例に係る接続部の正面断面図であり、（Ａ）が第一の構成例を、（Ｂ）が第二の構成例を、（Ｃ）が第三の構成例をそれぞれ示している。 第三変形例に係る接続部の正面断面図であり、（Ａ）が第一の構成例を、（Ｂ）が第二の構成例をそれぞれ示している。 第四変形例に係る接続部の正面断面図であり、（Ａ）が第一の構成例を、（Ｂ）が第二の構成例をそれぞれ示している。 第五変形例に係る接続部の正面断面図であり、（Ａ）が第一の構成例を、（Ｂ）が第二の構成例を、（Ｃ）が第三の構成例を、（Ｄ）が第四の構成例を、（Ｅ）が第五の構成例をそれぞれ示している。 本発明の他の実施形態に係る回転電機の側面断面図である。

以下、本発明の回転電機の一例であるモータ（以下、本モータ）１の構成について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、あくまでも一例に過ぎず本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、当然ながら本発明にはその等価物が含まれることとする。

本モータ１は、三相誘導型のブラシレスモータであり、厳密には図１に示すようにアウタロータ型のモータである。なお、図１に示す本モータ１の構成は、幾分簡略化して図示しており、例えば、後述する絶縁層５１及び導電層５２については図示を省略している。

本モータ１は、後述する通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを除き、公知のアウタロータ型のブラシレスモータと同様の構成となっている。具体的に説明すると、本モータ１は、ステータ２と、モータシャフト４と、ロータ６と、センターピース８と、制御ユニット１０とを有する。ステータ２は、コイル１８がインシュレータ１６を介して巻回されたコア１４を備えている。コア１４の径方向内側には、センターピース８の中心部である支柱部２０が圧入されている。この支柱部２０は、円筒状となっておりコア１４を支持している。

センターピース８は、本体部８Ａと筒部８Ｂとを有している。本体部８Ａは、コア１４の内側に圧入された円筒状の支柱部２０と、支柱部２０の軸方向一端部から延設された略円盤状のフランジ部２２と、を有している。筒部８Ｂは、上記の支柱部２０の内側に一体的に固定されている。そして、筒部８Ｂ及び本体部８Ａの支柱部２０の内側にモータシャフト４が挿通されている。

モータシャフト４は、コア１４の径方向内側に配置され、コア１４の中心軸方向に沿って延在されている。そして、モータシャフト４は、筒部８Ｂの内側に収容された不図示の軸受、及び本体部８Ａの支柱部２０の内側に収容された軸受１２によって軸線周りに回転可能に支持されている。モータシャフト４の一端側（本体部８Ａのフランジ部２２の側とは反対側）にはロータ６が支持されている。ロータ６は、底部２６と周壁部２８とを有する偏平カップ状のロータハウジング２４を有している。このロータハウジング２４は、収容体に相当し、その内側にステータ２が収容されている。

ロータハウジング２４の底部２６の中央部からはロータハウジング２４の内側空間とは反対側に突出する筒部３０が形成されている。この筒部３０には前述したモータシャフト４の一端側が圧入されている。これにより、ロータハウジング２４は、モータシャフト４と一体回転可能に固定されている。また、ロータハウジング２４の周壁部２８の内周面には、ロータマグネット３２が固着されている。ロータマグネット３２は、ロータハウジング２４の径方向においてステータ２のコア１４と対向して配置されている。

ロータ６及びステータ２に対する軸方向一方側（本体部８Ａのフランジ部２２の側）には、制御ユニット１０が配置されている。制御ユニット１０は、本体部８Ａのフランジ部２２に取り付けられている。また、制御ユニット１０は、回路基板１０Ａを備えている。回路基板１０Ａは、本体部８Ａのフランジ部２２に対しステータ２の側とは反対側に設けられている。

回路基板１０Ａには電気回路が形成されている。この電気回路には、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）それぞれの回路給電部３４が設けられているとともに、各相別のコイル１８のそれぞれに対しての通電を制御するスイッチング素子（不図示）が設けられている。スイッチング素子は、素子の一例であり、例えば電界効果トランジスタ（具体的にはＭＯＳ−ＦＥＴ）によって構成されている。

各相の回路給電部３４とコイル１８との間には、両者間を導通させるための金属製の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗが設けられている。この通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗは、接続部に相当し、上記の回路給電部３４と接合することで不図示の電源と電気的に接続することとなる。つまり、電源と各相のコイル１８とは、対応する通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを介して電気的に接続されるようになり、かかる状態（以下、コネクト状態）でコイル１８に三相交流電流が流れるようになる。なお、本実施形態では、電源と各相のコイル１８との間に介在した通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを接続部として用いることとしたが、これに限定されず、コイル１８の端部自体やコイル１８の端部に接続されたバスバーを接続部として用いてもよい。

通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗは、略Ｚ字状に折れ曲がった金属製の平板状部材からなる。また、通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗは、本体部８Ａのフランジ部２２に形成された貫通孔を通って先端部を露出させている。そして、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの先端部が、対応する回路給電部３４に接合されることになっている。ちなみに、本実施形態において、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗは、いずれも同じ方向に延出し、互いに横並びの位置関係となるように配置されている。厳密に説明すると、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗのそれぞれをその延出方向と直交する切断面にて切断したとき、図３に示すように、それぞれの断面が切断面において一定間隔毎に存在し、かつ、直線状に並んで列をなしている。

制御ユニット１０は、図示しない外部制御装置から出力された制御信号に応じて、回路給電部３４から通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを介してコイル１８を順次通電するように構成されている。そして、電流が流れるコイル１８が順次切り替わることでロータ６が回転するようになっている。また、制御ユニット１０には、アース線等のアース部３８が設けられている。このアース部３８は、グランドに接地された接地部であり、回路基板１０Ａの上に設けられてもよいし、回路基板１０Ａから離れて設けられてもよい。アース部３８とコア１４との間には、両者間を導通させるための金属製の導電部材としての第二端子４０が設けられている。この第二端子４０は、コア１４と接続されている。つまり、アース部３８とコア１４とは、第二端子４０を介して電気的に接続されている。

ところで、本モータ１では、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗのそれぞれに対して、図２及び図３に図示した絶縁層５１及び導電層５２が形成されている。絶縁層５１は、絶縁性樹脂（例えば、フェノール、ＰＰポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル）からなる部分であり、例えば、２種以上の絶縁性樹脂を用いて構成される。この絶縁層５１は、コネクト状態において通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗのそれぞれの外周面に隣接している。

より具体的に説明すると、本実施形態では、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの延出方向中途部の外周面を取り囲むように絶縁層５１が形成されている。ここで、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面は、振動で動くものではなく、図３に示すように４つの平板面により構成されている。つまり、絶縁層５１は、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面を構成する４つの平板面すべてに当接するように形成されている。

なお、本実施形態では、図３に示すように、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗすべての外周面と隣接するように絶縁層５１が形成されている。つまり、本実施形態では、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面と隣接する絶縁層５１が連結して一体化している。この結果、絶縁層５１の剛性が確保されることになる。ちなみに、絶縁層５１を形成する方法としては、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを金型内に投入した後に溶融した樹脂材料を金型内に投入するインサート成形を採用している。

導電層５２は、導電性を有する樹脂若しくは金属からなる部分であり、絶縁層５１を取り囲むように形成されている。つまり、導電層５２は、コネクト状態において通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面とは反対側で絶縁層５１と隣接している。また、本実施形態では、絶縁層５１と同様、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗすべてに対してまとまった状態で一つの導電層５２が形成されている。換言すると、本実施形態において導電層５２は、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗすべての外周面とは反対側で絶縁層５１と隣接するように形成されている。この結果、導電層５２の剛性が確保されることになる。

ちなみに、導電層５２を形成する方法としては、絶縁層５１の表面全体に金属メッキの塗装や金属テープの貼付を行う方法を採用している。なお、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗにおいて導電層５２と対向する部分の面積及び長さ（すなわち、対向距離）が端子間で揃っている。

そして、導電層５２は、その一部が本モータ１中、グランドに接地される接地部位と電気的に接続されている。接地部位の場所、及び接地部位との接続方法については特に限定されるものではない。一例を挙げて説明すると、導電層５２が前述したアース部３８やこれに接続される第二端子４０を接地部位とし、導電層５２がこれらに接する位置まで延出している構成が考えられる。

以上の構成により、本モータ１では、スイッチング素子由来の高周波ノイズがコイル１８周辺へ伝播するのを効果的に抑制することが可能である。具体的に説明すると、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗに設けられた絶縁層５１及び導電層５２は、コネクト状態においてコンデンサとして機能するようになる。また、導電層５２は、本モータ１中の接地部位に電気的に接続している。この結果、スッチング素子由来の高周波ノイズがコイル１８を介して各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗに伝播されたときに、上記のコンデンサの機能によって高周波ノイズをアースに逃すことが可能となる。

以上の構成であれば、例えば高周波ノイズを除去するために別途のコンデンサを設ける構成と比較して、モータサイズをより小型化し、かつ簡易な構造で高周波ノイズの伝播を抑制することが可能となる。なお、本実施形態では、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗが互いに横並び状態で配置されており、図３に示すように直線状に並んでいる。このような位置関係であれば、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ周りに絶縁層５１及び導電層５２を設けるためのスペースを、より小さくすることが可能である。これにより、モータサイズの更なる小型化を図ることが可能となる。ただし、図４の（Ａ）や（Ｂ）に示すように、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗが互いにずれた位置、分かり易くは、直線状に並ばない位置に配置されていてもよい。

また、ノイズ低減効果は、絶縁層５１と導電層５２によって構築されるコンデンサの静電容量に依存し、静電容量が大きいほど高いノイズ低減効果が得られる。そこで、本実施形態では、静電容量がより大きくなるように絶縁層５１と導電層５２とを形成することとしている。具体的に説明すると、本実施形態では、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗが平板状の部材からなり、その断面形状については矩形状になっている。一方、絶縁層５１が各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを取り囲むように形成されている。換言すると、絶縁層５１は、コネクト状態において各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面を構成する４つの平板面に当接している。また、導電層５２は、絶縁層５１を取り囲むように形成されており、具体的には絶縁層５１の導電層５２との対向面全体に当接している。このような構成であれば、通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面と絶縁層５１との当接面を比較的広く確保することが可能となる。この結果、コンデンサの静電容量をより大きくすることが比較的に容易となる。

なお、通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの断面形状については矩形状に限定されず、図５の（Ａ）や（Ｂ）に示すように円状の断面形状であってもよい。また、図５の（Ｃ）に示すように、三相分の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗのうちの少なくとも一つの断面形状が円状になっていることとしてもよい。

また、本実施形態では、各相別の通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗに対して設けられた絶縁層５１及び導電層５２が、それぞれ連結して一体化していることとした。これにより、前述したように、絶縁層５１及び導電層５２の各々の剛性が向上することになる。ただし、これに限定されるものではなく、絶縁層５１及び導電層５２のうちの少なくとも一方が通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ毎に個別に設けられ、それらが互いに分離していてもよい。例えば、図６の（Ａ）や（Ｂ）に示すように絶縁層５１が通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ毎に個別に設けられて互いに分離する一方で、導電層５２については各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗを跨るように形成されていてもよい。あるいは、図７の（Ａ）や（Ｂ）に示すように絶縁層５１及び導電層５２のいずれもが通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ毎に個別に設けられて互いに分離していてもよい。しかし、絶縁層５１や導電層５２を通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗ毎に個別に設けようとすると、その分、作業の手間が多くなるので、モータの製造工程をより簡略化する観点では、本実施形態のように絶縁層５１及び導電層５２が通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの間でまとまっている方が望ましい。

なお、上記の実施形態では、絶縁層５１及び導電層５２のいずれもが各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面に沿って形成されており、いずれも当該外周面の周方向に連続して形成されていることとした。ただし、これに限定されるものではなく、絶縁層５１及び導電層５２のうちの少なくとも一方が、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの外周面の周方向において部分的に不連続となるように形成されていてもよい。具体的に説明すると、図８の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように導電層５２の一部が欠損していてもよい。また、図８の（Ｃ）に示すように絶縁層５１及び導電層５２の双方が部分的に欠損していてもよい。また、図８の（Ｄ）に示すように絶縁層５１の一部が欠損していてもよい。また、図８の（Ｅ）に示すように、各通電用端子４１ｕ、４１ｖ、４１ｗの両側で絶縁層５１及び導電層５２の双方が欠損していてもよい。以上、図８の（Ａ）乃至（Ｅ）に示すように絶縁層５１及び導電層５２のうちの少なくとも一方が部分的に欠損していれば、その分、絶縁層５１や導電層５２の設置スペースや材料コストを抑えることが可能となる。

また、以上までに説明してきた構成は、本発明をアウタロータ型のブラシレスモータに適用したものであるが、これに限定するものではなく、インナロータ型のブラシレスモータに対しても本発明は適用可能である。インナロータ型のブラシレスモータ１０１について図９を参照しながら説明すると、有底筒状のヨーク１０３の内周面にステータ１１１が固定されており、このステータ１１１には、コイルＭが巻回されたステータコア１１２が備えられている。コイルＭは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相別に設けられており、それぞれ、不図示の導体（具体的には、ステータコア１１２のスロットに挿入される挿入導体）を介して通電用端子１４１ｕ、１４１ｖ、１４１ｗに接続している。ステータ１１１の内側にはロータ１２１が配設されており、ロータ１２１の回転軸１２２が回転自在に軸支されている。また、回転軸１２２にはロータコア１２３が固定されており、その外周面には複数のマグネット１２４が固着されている。また、ヨーク１０３の開口部にはエンドプレート１０４が取り付けられ、ヨーク１０３の底部側の端部の外側には収容ボックス１０５が取着されている。収容ボックス１０５内には回路基板１３４が固定されており、回路基板１３４中には各相別のコイルＭに対しての通電を制御するためのスイッチング素子１３５ｕ、１３５ｖ、１３５ｗが固定されている。以上までに説明したインナロータ型のモータ構成において、各相別の通電用端子１４１ｕ、１４１ｖ、１４１ｗのそれぞれを取り囲むように絶縁層５１及び導電層５２を設ければ、スイッチング素子１３５ｕ、１３５ｖ、１３５ｗ由来の高周波ノイズの伝播を抑制することが可能となる。

１ 本モータ（回転電機）、２ ステータ
４ モータシャフト、６ ロータ
８ センターピース
８Ａ 本体部、８Ｂ 筒部
１０ 制御ユニット、１０Ａ 回路基板
１２ 軸受、１４ コア
１６ インシュレータ、１８ コイル
２０ 支柱部、２２ フランジ部
２４ ロータハウジング
２６ 底部、２８ 周壁部
３０ 筒部、３２ ロータマグネット
３４ 回路給電部、３８ アース部
４０ 第二端子
４１ｕ，４１ｖ，４１ｗ 通電用端子（接続部）
５１ 絶縁層、５２ 導電層
１０１ ブラシレスモータ（回転電機）
１０３ ヨーク、１０４ エンドプレート
１０５ 収容ボックス
１１１ ステータ
１１２ ステータコア、１２１ ロータ
１２２ 回転軸
１２３ ロータコア、１２４ マグネット
１３４ 回路基板
１３５ｕ，１３５ｖ，１３５ｗ スイッチング素子
１４１ｕ，１４１ｖ，１４１ｗ 通電用端子（接続部）
Ｍ コイル

Claims (2)

1. コイルが巻回されたコアと、前記コイルを通電するために電源と電気的に接続する接続部と、前記コイルに対しての通電を制御する素子と、を有する回転電機であって、
   前記接続部が前記電源と電気的に接続された状態において前記接続部の外周面と隣接している絶縁層と、
   前記状態において前記絶縁層と前記外周面とは反対側で隣接し、前記回転電機中のグランドに接地される部位と電気的に接続されている導電層と、を備え、
   前記回転電機は、多相型の回転電機であり、
   前記コイル及び前記接続部が各相別に設けられており、
   前記素子は、各相別の前記コイルのそれぞれに対しての通電を制御し、
   前記絶縁層及び前記導電層は、各相別の前記接続部にそれぞれ設けられ、
   各相別の前記絶縁層は互いに分離しており、
   各相別の前記導電層はそれぞれ連結して一体化しており、
   ３つの前記接続部のうち２つは、互いに横並びの位置関係となるように配置され、
   ３つの前記接続部のうち１つが他の前記接続部と互いに横並びの位置関係になく、
   前記絶縁層は、３つの前記接続部すべての前記外周面と隣接するように形成されており、
   前記導電層は、３つの前記接続部すべての前記外周面とは反対側で前記絶縁層と隣接することを特徴とする回転電機。
2. 前記接続部は、平板状の部材からなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。

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