JP7024776B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

モータのハウジングにバスバーを支持するバスバーホルダを固定する構造が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００９－２１９３３４号公報

一般的にバスバーホルダは、バスバー同士の絶縁性を確保する為に樹脂などの絶縁性の材料から構成される。一方で、近年、部品点数の削減や製造工程の簡略化を目的として、挿入工程により電気的な接続を確保する構造を採用する場面が増えてきた。例えば、バスバーに接続端子を設けて外部機器のソケットに挿入することで接続を確保する場合には、挿入時の反力がバスバーホルダに加わる。このため、バスバーホルダの耐荷重を高めることが望まれていた。

本発明の一つの態様は、上記課題に鑑みて、バスバーホルダの耐荷重を高めることを目的の一つとする。

本発明のモータの一つの態様は、上下方向に延びる中心軸を中心として回転するロータと、コイル線を有し、前記ロータの径方向外側に位置するステータと、前記コイル線が接続されるバスバーと、前記ステータの上側に位置し前記バスバーを支持するバスバーホルダと、前記ステータおよび前記バスバーホルダを径方向外側から囲む筒状のハウジングと、を備え、前記バスバーホルダは、樹脂材料からなる本体部と、前記本体部に固定され下側を向く接触面が設けられた金属片と、を有し、前記ハウジングの内周部には、上側を向いて前記接触面と接触する支持面が設けられる。

本発明の一つの態様によれば、バスバーホルダの耐荷重を高めたモータが提供される。

図１は、一実施形態のモータの斜視図である。 図２は、一実施形態のモータの中心軸に沿う断面図である。 図３は、図２の領域IIIの拡大図である。 図４は、本体部によるバスバーの支持構造を示す断面図である。 図５は、一実施形態の電動パワーステアリング装置を示す模式図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。以下の説明において、中心軸Ｊが延びる方向を上下方向として各構成を説明する。モータ１の姿勢は、以下の説明における姿勢に限定されない。

図１は、一実施形態のモータ１の斜視図である。図２は、モータ１の中心軸Ｊに沿う断面図である。図３は、図２の領域IIIの拡大図である。

図２に示すように、モータ１は、上下方向に延びる中心軸Ｊを中心として回転するロータ３０と、複数のコイル４３を有するステータ４０と、上側ベアリング５４と、下側ベアリング５５と、ベアリングホルダ５０と、ハウジング２０と、複数のバスバー７０と、バスバーを支持するバスバーホルダ６０と、を備える。

［ハウジング]
ハウジング２０は、ステータ４０、ベアリングホルダ５０およびバスバーホルダ６０を径方向外側から囲む有底の筒状である。ハウジング２０は、上側に開口する。ハウジング２０の上側の開口は、ベアリングホルダ５０に覆われる。

ハウジング２０は、筒部２０ａと底部２０ｂとを有する。筒部２０ａは、中心軸Ｊに沿って延びる円筒である。筒部２０ａは、ステータ４０を径方向外側から囲む。底部２０ｂは、筒部２０ａの下側の開口を覆う。底部２０ｂには、ロータ３０のシャフト３１が通過する第１の保持孔２０ｃが設けられる。ハウジング２０は、第１の保持孔２０ｃの内周面において、下側ベアリング５５の外輪を保持する。また、第１の保持孔２０ｃの内周面の下端には、径方向内側に突出する第１の庇部２０ｄが設けられる。下側ベアリング５５の外輪は、第１の庇部２０ｄの上面に接触する。

筒部２０ａは、ステータ４０、ベアリングホルダ５０およびバスバーホルダ６０を径方向外側から囲む内周部２１を有する。ハウジング２０は、内周部２１において、ステータ４０、ベアリングホルダ５０およびバスバーホルダ６０を保持する。

図３に示すように、内周部２１は、段差部２１ａと、段差部２１ａの上側に位置する大径部２１ｂと、段差部２１ａの下側に位置する小径部２１ｃと、を有する。
段差部２１ａは、上側を向く支持面２２を有する。支持面２２は、周方向に沿って一様に延びる。支持面２２の径方向外端は、大径部２１ｂと連なる。また、支持面２２の径方向内端は、小径部２１ｃと連なる。
大径部２１ｂは、小径部２１ｃに対して、内径が大きい。大径部２１ｂの内周面は、ベアリングホルダ５０の外周面５０ｂと接触する。小径部２１ｃの内周面は、ステータ４０の外周面４１ａと接触する。

［ロータ]
図２に示すように、ロータ３０は、シャフト３１と、ロータコア３２と、ロータマグネット３３と、を有する。シャフト３１は、上下方向に延びる中心軸Ｊを中心とする。

シャフト３１は、下側ベアリング５５と上側ベアリング５４とによって、中心軸Ｊの軸周りに回転可能に支持される。シャフト３１の下側の端部は、底部２０ｂの下側に突出する。シャフト３１の下側の端部は、例えば、ギアやカップリング等の伝達部材に接続され、トルクを出力する。

ロータコア３２は、シャフト３１の外周面に固定される。ロータコア３２は、シャフト３１を周方向に囲んでいる。ロータコア３２は、上下方向において、下側ベアリング５５と上側ベアリング５４との間に位置する。
ロータマグネット３３は、永久磁石である。ロータマグネット３３は、ロータコア３２の周方向に沿った外側面に固定される。

［上側ベアリングおよび下側ベアリング]
上側ベアリング５４は、シャフト３１の上部を回転可能に支持する。上側ベアリング５４は、ステータ４０の上側に位置する。下側ベアリング５５は、シャフト３１の下部を回転可能に支持する。下側ベアリング５５は、ステータ４０の下側に位置する。
本実施形態において、上側ベアリング５４および下側ベアリング５５は、ボールベアリングである。しかしながら、上側ベアリング５４および下側ベアリング５５の種類は、特に限定されず、他の種類のベアリングを用いてもよい。

［ベアリングホルダ]
ベアリングホルダ５０は、ステータ４０の上側に位置する。ベアリングホルダ５０は、中心軸Ｊを中心とする円板形状を有する。ベアリングホルダ５０の外周面５０ｂは、ハウジング２０の内周部２１に固定される。

ベアリングホルダ５０には、上下方向に貫通する第２の保持孔５０ｃと２つの端子挿通孔５１と、が設けられる。端子挿通孔５１には、３つの接続端子７７が挿通される（図１参照）。

第２の保持孔５０ｃは、ベアリングホルダ５０の平面視中央に位置する。第２の保持孔５０ｃには、シャフト３１が挿通される。ベアリングホルダ５０は、第２の保持孔５０ｃの内周面において、上側ベアリング５４の外輪を保持する。また、第２の保持孔５０ｃの内周面の上端には、径方向内側に突出する第２の庇部５０ｄが設けられる。上側ベアリング５４の外輪は、第２の庇部５０ｄの上面に接触する。

［ステータ]
ステータ４０は、ロータ３０の径方向外側に位置する。ステータ４０は、ステータコア４１と、インシュレータ４２と、コイル４３と、を有する。コイル４３は、コイル線４３ａから構成される。すなわち、ステータ４０は、コイル線４３ａを有する。ステータ４０は、ステータコア４１の外周面４１ａにおいてハウジング２０の内周部２１に固定される。
インシュレータ４２は、絶縁性を有する材料から構成される。インシュレータ４２は、ステータコア４１の少なくとも一部を覆う。

コイル４３は、インシュレータ４２を介して、コイル線４３ａをステータ４０に巻き回されることで構成される。コイル４３は、モータ１の駆動時において、ステータコア４１を励磁する。コイル４３を構成するコイル線４３ａは、バスバー７０のコイル線接続部７１まで引き出される。

バスバー７０は、コイル線接続部７１と、接続端子７７と、コイル線接続部７１と接続端子７７との間を繋ぐ連結部７２と、を有する。すなわち、モータ１は、外部機器９に電気的に接続される接続端子７７を有する。なお、本実施形態において、接続端子７７とバスバー７０とは、互いに連結された一つの部材であるが、接続端子７７とバスバー７０とは、別部材であってもよい。

バスバー７０は、導電性の金属板をプレス加工することで成形される。連結部７２は、板厚方向が軸方向と一致する。一方で、コイル線接続部７１および接続端子７７は、板厚方向が軸方向と直交する。コイル線接続部７１および接続端子７７は、連結部７２に対して軸方向に折り曲げて成形される。

コイル線接続部７１は、コイル線４３ａと電気的に接続される。コイル線接続部７１は、例えば、コイル線４３ａを挟み込むＵ字形状を有する。コイル線接続部７１と、コイル線４３ａとは、溶接によって互いに固定され、電気的に接続される。具体的には、コイル線接続部７１が、コイル線４３ａを周方向に挟持した状態で２つの電極で周方向に挟み込み、抵抗溶接することで、コイル線接続部７１とコイル線４３ａとを接続する。なお、コイル線接続部７１とコイル線４３ａとは、アーク溶接等の抵抗溶接以外の溶接、かしめ等の塑性変形、はんだ付け、導電性接着剤による接着等により固定してもよい。

接続端子７７は、上下方向に沿って延びる。接続端子７７は、ベアリングホルダ５０に設けられた端子挿通孔５１を通過してベアリングホルダ５０の上側に突出する。接続端子７７は、ベアリングホルダ５０の上側において、外部機器９のソケットに挿入されて、外部機器９に電気的に接続される。

バスバーホルダ６０は、間隙を介してステータ４０の上側に位置する。また、バスバーホルダ６０は、間隙を介してベアリングホルダ５０の下側に位置する。すなわち、バスバーホルダ６０は、ステータ４０およびベアリングホルダ５０と接触せずにステータ４０およびベアリングホルダ５０の間に位置する。

バスバーホルダ６０は、円板形状である。図２に示すように、バスバーホルダ６０の中央には、シャフト３１が通過する中央孔６０ｃが設けられる。また、図３に示すように、バスバーホルダ６０には、コイル線４３ａが挿通される複数のコイル線挿通孔６０ｄが設けられる。コイル線４３ａは、コイル線挿通孔６０ｄを通ってバスバーホルダ６０の上側でバスバー７０のコイル線接続部７１に接続される。

図２に示すように、バスバーホルダ６０は、樹脂材料からなる本体部６１と、金属材料からなる板状の金属板（金属片）６５と、を有する。本体部６１は、金属板６５の一部を埋め込んでインサート成型により成形される。すなわち、バスバーホルダ６０は、インサート成型品である。金属板６５は、円板形状を有する。また、本体部６１は、金属板６５の表面の一部を露出させて金属板６５の表面を覆う。

金属板６５は、本体部６１に一部埋め込まれて固定される。なお、本実施形態では、本体部６１と金属板６５とが、インサート成形によって固定される。しかしながら、本体部６１と金属板６５とは、互いに固定していれば、嵌め合いなどの他の方法によって互いに固定されていてもよい。金属板６５の外径は、ハウジング２０の大径部２１ｂの内径と同じか若干小さく、ハウジング２０の小径部２１ｃの内径より大きい。

図３に示すように、金属板６５は、上面６５ｂおよび下面６５ｃを有する。金属板６５は、本体部６１から露出する露出部６６を有する。露出部６６は、金属板６５の径方向外側を向く外端面６５ｅと外端面６５ｅの近傍における上面６５ｂおよび下面６５ｃの一部とを含む。本実施形態によれば、金属板６５が、露出部６６を除いて本体部６１に覆われる。これにより、コイル線４３ａとバスバーホルダ６０の金属板６５との絶縁を確保して安定動作が可能なモータ１を提供できる。

露出部６６のうち、下面６５ｃの径方向の最も外側の領域には、ハウジング２０の支持面２２と接触する接触面６６ａが設けられる。すなわち、バスバーホルダ６０には、下側を向く接触面６６ａが設けられる。

本実施形態によれば、バスバーホルダ６０は、金属板６５の接触面６６ａにおいてハウジング２０と直接接触して支持される。また、バスバーホルダ６０は、ステータ４０およびベアリングホルダ５０と接触していない。したがって、バスバーホルダ６０は、ステータ４０およびベアリングホルダ５０の寸法精度に依存することなく、ハウジング２０に対して位置決めすることができる。このため、バスバーホルダ６０に支持される接続端子７７の先端の上下方向位置を高精度で位置決めすることが可能となり、外部機器９との電気的な導通を安定させることができる。
加えて、本実施形態によれば、バスバーホルダ６０におけるハウジング２０との接触面６６ａが金属材料から構成されるため、接触面６６ａの寸法精度および平面度を高めることができる。これにより、ハウジング２０に対するバスバーホルダ６０の上下方向の位置精度を容易に高めることができ、結果として接続端子７７の先端の上下方向位置の精度を高めることができる。

本実施形態によれば、バスバーホルダ６０が金属板６５を有することで、バスバーホルダ６０が補強されており、バスバーホルダ６０の上下方向の耐荷重が高められる。接続端子７７を外部機器９に接続する際に、バスバーホルダ６０には、接続端子７７を介して下側に向かう応力が付与される。本実施形態によれば、接続端子７７の挿入時の反力に対し、バスバーホルダ６０の耐荷重を十分に高くすることができる。

本実施形態によれば、バスバーホルダ６０は、ハウジング２０と接触する接触面６６ａを金属板６５により構成することで、応力が集中する接触面６６ａの強度を十分に高めることができる。すなわち、接触面６６ａの面積を小さくした場合であっても、バスバーホルダ６０に十分な強度を与えることができる。これにより、接触面６６ａと接触するハウジング２０の支持面２２の面積を小さくすることが可能となり、結果としてハウジングの径方向寸法を小さくできる。

図３に示すように、金属板６５が本体部６１と上下方向に面する部分の面積は、接触面６６ａが支持面２２と上下方向に面する部分の面積より大きい。すなわち、本実施形態によれば、金属板６５と樹脂製の本体部６１との接触面積は、十分に確保される。したがって、金属板６５と本体部６１との接触部において応力が分散され、本体部６１に過剰な応力が加わることが抑制され、バスバーホルダ６０の耐荷重が高められる。

露出部６６のうち、上面６５ｂに含まれる部分は、接触面６６ａより径方向外側に位置する。すなわち、金属板６５は、接触面６６ａの上側の面の少なくとも一部が本体部６１により覆われる。接続端子７７に外力が付与されると、接触面６６ａは、ハウジング２０から反力としての応力を受ける。本実施形態によれば、本体部６１の一部が、接触面６６ａを応力方向の後方から支えることができる。

金属板６５は、本体部６１の一部を介してバスバー７０の接続端子７７の下側に位置する。すなわち、金属板６５は、上下方向から見て接続端子７７と重なる。上述したように、接続端子７７には、外部機器９に挿入する際に下方向の外力が加わる。本実施形態によれば、金属板６５を接続端子７７の下側に配置することで、金属板６５が挿入時の反力を直接的に受ける。このため、接続端子７７の挿入時の反力に対するバスバーホルダ６０の耐荷重を高めることができる。

金属板６５には、上下方向に貫通する貫通孔６５ａが設けられる。貫通孔６５ａの内周面は、本体部６１の被覆部６１ｃに覆われる。被覆部６１ｃの内周面は、コイル線４３ａが通過するコイル線挿通孔６０ｄを構成する。被覆部６１ｃは、コイル線４３ａと金属板６５との絶縁を確保する。また、被覆部６１ｃは、インサート成型におけるアンカーの機能を果たす。すなわち、被覆部６１ｃが設けられることによって、金属板６５と本体部６１とが強固に固定される。

バスバーホルダ６０の本体部６１は、上側を向く上面６１ａを有する。上面６１ａは、バスバー７０の下面と接触する。バスバーホルダ６０は、上面６１ａにおいてバスバー７０を支持する。すなわち、バスバーホルダ６０は、バスバー７０（特に接続端子７７）を下側から支持する。

図４は、本体部６１によるバスバー７０の支持構造を示す断面図である。
本体部６１の上面６１ａには、支持突起６４が設けられる。支持突起６４は、上面６１ａから上側に延びる。また、バスバー７０の連結部７２には、上下方向に貫通する孔７２ｃが設けられる。孔７２ｃには、支持突起６４が挿入される。

支持突起６４は、軸部６４ｂと頭部６４ａとを有する。軸部６４ｂは、上面６１ａから上側に延びる。頭部６４ａは、軸部６４ｂの上端に位置する。また、頭部６４ａは、バスバー７０の上側に位置する。頭部６４ａの直径は、軸部６４ｂの直径より大きい。頭部６４ａは、軸部６４ｂの先端を加熱することで成形される。組立作業者等は、頭部６４ａが成形される前の状態で、軸部６４ｂをバスバー７０の孔７２ｃに挿入して、軸部６４ｂの先端を加熱して頭部６４ａを成形する。また、本実施形態によれば、バスバー７０は、加熱の過程でバスバーホルダ６０に押し付けられることにより、熱溶着にて固定される。したがって、バスバーホルダ６０に対するバスバー７０の上下方向の位置決め精度を高めることができる。

図３に、二点鎖線で示すように、バスバーホルダ６０の本体部６１には、上下方向に沿って延びる延伸部１６２が設けられていてもよい。すなわち、バスバーホルダ６０は、延伸部１６２を有していてもよい。

延伸部１６２は、本体部６１の径方向外端に位置し周方向に沿って円環状に延びる。延伸部１６２は、金属板６５の上側に位置する。延伸部１６２は、ハウジング２０の内周部２１と径方向に対向する。延伸部１６２は、ハウジング２０の内周部２１と面接触する。この構成によれば、延伸部１６２が、ハウジング２０の内周部２１に接触することで、ハウジング２０に対しバスバーホルダ６０を径方向に位置決めできる。また、延伸部１６２が、上下方向に延び、延伸部１６２と内周部２１との接触面が上下方向に延びることで、ハウジング２０の中心軸に対しバスバーホルダ６０の中心軸が傾くことを抑制できる。

なお、本実施形態では、延伸部１６２と内周部２１とが面接触する場合を例示したが、延伸部１６２と内周部２１とが周方向に沿う３点以上で接触すれば径方向の位置決めが可能となる。なお、本実施形態に示すように、延伸部１６２と内周部２１とが、面接触する場合は、接触点が無数に存在すると解することができる。

本実施形態では、延伸部１６２が周方向に沿って円環状に延びる場合を例示したが、延伸部は周方向に沿って並ぶリブであってもよい。また、本実施形態では、延伸部１６２が金属板６５の上側に位置する場合を例示したが、金属板６５の下側に位置していてもよい。さらに、本実施形態では、延伸部１６２が本体部６１の一部である場合を例示したが、延伸部１６２は、金属板６５の一部であってもよい。

（変形例）
次に、本実施形態のモータ１に採用可能な変形例の構成について説明する。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

図３に二点鎖線で示すように、本変形例のモータは、一対（２枚）の基板１０７、１０８と、基板１０７、１０８同士を繋ぐ圧入端子１０６と、を有する。一対の基板１０７、１０８は、バスバーホルダ６０の上側に位置する。一対の基板１０７、１０８とは、上下方向に間隙を介して対向する。また、一対の基板１０７、１０８のうち、下側に位置する一方の基板１０８は、バスバーホルダ６０に支持される。一対の基板１０７、１０８には、それぞれ開口部１０７ａ、１０８ａが設けられる。一対の基板１０７、１０８の開口部１０７ａ、１０８ａには、圧入端子１０６が圧入により挿入される。これにより、一対の基板１０７、１０８は、互いに電気的に接続される。

本変形例によれば、一対の基板１０７、１０８を繋ぐ圧入端子１０６の圧入に係る応力をバスバーホルダ６０が受ける。バスバーホルダ６０は、金属板６５を有するため、圧入に係る応力に対して、十分に耐荷重が高められている。したがって、圧入端子１０６を用いる場合であっても、バスバーホルダ６０の厚くする必要がなく、結果的に上下方向に沿うモータ１の寸法を小さくできる。

＜＜電動パワーステアリング装置＞＞
次に、本実施形態のモータ１を搭載する装置の実施形態について説明する。ここでは、モータ１を電動パワーステアリング装置に搭載した例について説明する。図５は、一実施形態の電動パワーステアリング装置２を示す模式図である。

電動パワーステアリング装置２は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。本実施形態の電動パワーステアリング装置２は、モータ１の動力により操舵力を直接的に軽減するラック式のパワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置２は、モータ１と、操舵軸９１４と、車軸９１３と、を備える。

操舵軸９１４は、ステアリング９１１からの入力を、車輪９１２を有する車軸９１３に伝える。モータ１の動力は、図示略のボールねじを介して、車軸９１３に伝えられる。ラック式のパワーステアリング装置２に採用されるモータ１は、車軸９１３に取り付けられ外部に露出しるため、防水構造を必要とする。

本実施形態の電動パワーステアリング装置２は、上述のモータ１を備えるため、モータ１の効果を享受する電動パワーステアリング装置２が得られる。なお、ここでは、本実施形態のモータ１の使用方法の一例としてパワーステアリング装置２を挙げたが、モータ１の使用方法は限定されない。

以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

例えば、上述の本実施形態では、板状の金属板６５を用いる場合を説明したが、金属板６５と同等の機能を奏するものであればよく、金属板６５に代えてブロック状の金属片を用いてもよい。

１…モータ、９…外部機器、２０…ハウジング、２１…内周部、２２…支持面、３０…ロータ、４０…ステータ、４３…コイル、４３ａ…コイル線、６０…バスバーホルダ、６１…本体部、６５…金属板（金属片）、６６ａ…接触面、７０…バスバー、７７…接続端子、１０６…圧入端子、１０７、１０８…基板、１０７ａ、１０８ａ…開口部、１６２…延伸部、Ｊ…中心軸

Claims (8)

1. 上下方向に延びる中心軸を中心として回転するロータと、
   コイル線を有し、前記ロータの径方向外側に位置するステータと、
   前記コイル線が接続されるバスバーと、
   前記ステータの上側に位置し前記バスバーを支持するバスバーホルダと、
   前記ステータおよび前記バスバーホルダを径方向外側から囲む筒状のハウジングと、
   を備え、
   前記バスバーホルダは、
   樹脂材料からなる本体部と、
   前記本体部に固定され下側を向く接触面が設けられた金属片と、を有し、
   前記ハウジングの内周部には、上側を向いて前記接触面と接触する支持面が設けられる、
   モータ。
2. 前記バスバーホルダは、インサート成型品である、
   請求項１に記載のモータ。
3. 上下方向に沿って延び外部機器に電気的に接続される接続端子を備え、
   前記バスバーホルダは、前記接続端子を下側から支持し、
   前記金属片は、上下方向から見て前記接続端子と重なる、
   請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記金属片は、前記接触面の上側の面の少なくとも一部が前記本体部により覆われる、
   請求項１～３の何れか一項に記載のモータ。
5. 前記金属片が前記本体部と上下方向に面する部分の面積は、前記接触面が前記支持面と上下方向に面する部分の面積より大きい、
   請求項１～４の何れか一項に記載のモータ。
6. 前記バスバーホルダは、上下方向に沿って延びて前記ハウジングの内周部と径方向に対向し、３点以上で接触する延伸部を有する、
   請求項１～５の何れか一項に記載のモータ。
7. 前記バスバーホルダは、前記ステータと間隙を介して上下方向に対向する、
   請求項１～６の何れか一項に記載のモータ。
8. 前記バスバーホルダの上側に位置し、上下方向に間隙を介して積層された２枚の基板を有し、
   前記２枚の基板は、前記２枚の基板それぞれに設けられた開口部に圧入された圧入端子により互いに接続される、
   請求項１～７の何れか一項に記載のモータ。

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