JP7409159B2 - モータ、モータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度保護のための温度検出器を備えたモータ及びモータへの取り付け方法に関する。

モータは、コイルの過度な温度上昇を防ぐために、温度検出を高精度で行うことが必要とされる。

特許文献１にはステータに装着されたコイルに加工を加えることなく、モータの固定部分に形成したガイドを用いて温度検出素子を取り付ける構造が記載されている。

特開平１０－０９４２２２号公報

しかし、特許文献１では、コイルの温度を直接的に測定することができない。また、小型のモータではコイル間のスペースが狭いため、コイルの温度を直接測定することが難しい。

モータへの温度検出素子の取り付けは、特許文献１に示されているように、固定部分に形成したガイド穴を用いている。ガイド穴への取付け具であるホルダに温度検出素子を固定してガイド穴に挿入する。このため、モータの固定部分、例えばリアハウジングにガイド穴を形成する加工等が必要となり、製造工程での作業効率を低下させている。

本発明は、モータの発熱部であるコイルの温度を直接的に高精度に測定できるようにすることを目的とする。

本発明の一実施態様は、ロータと、ステータと、前記ステータのティースに巻回されたコイルと、フレキシブルプリント回路基板と、当該基板に実装された温度検出素子と、当該基板の外縁に設けられた取付部と、を有する温度検出器と、を備え、前記温度検出器は、隣接するティースに巻回されたコイル間に配置され、前記取付部が前記ステータに取り付けられている、モータである。

本発明の一実施方法は、ステータと、前記ステータのティースに巻回されたコイルと、を備えたモータの製造方法であって、温度検出素子が搭載されたフレキシブルプリント回路基板と当該基板の外縁に設けられた取付部とを有する温度検出器の前記取付部を前記ステータに取り付け、それによって隣接するティースに巻回された前記コイル間に前記温度検出器を配置する工程と、前記温度検出器が配置された前記コイル間に溶融樹脂を流し込み、前記温度検出器を固定する工程と、を含むモータ製造方法である。

本発明の一実施態様によれば、フレキシブルプリント回路基板に実装された温度検出素子は、モータの温度上昇率の高いコイル間で温度が高精度に測定ができる。

また、本発明の一実施方法によれば、温度検出器は、フレキシブルプリント回路基板に温度検出素子を実装しているため、モータのコイル間が狭くてもスムーズに挿入できる。このため、モータ間の温度検出素子の取り付け位置が均一となり、容易にモータを製造することができ、作業性が向上する。

図１は、温度検出器が取り付けられたモータの一実施形態を示す断面図である。 図２は、ステータコアのティースにコイルが形成され、温度検出器が配置されている状態を示す径方向の断面図である。 図３は、コイルの側面温度分布の概略を説明する図である。 図４は、一実施形態の温度検出器を示す図である。 図５は、第１取付辺と第２取付辺の直交部に“逃げ”を設けたＬ型の変形形状を示す図である。 図６は、温度検出器の変形例が取り付けられたモータの一実施形態を示す断面図である。 図７は、温度検出器をモータに取り付けた実施形態の例を示す断面図である。 図８は、第１取付辺に対する第２取付辺の角度θが、９０度以下の場合において、第１取付辺をステータに線接触させた状態を示す図である。 図９は、第１取付辺に対する第２取付辺の角度θが、９０度以下の場合において、第２取付辺ステータに線接触させた状態を示す図である。 図１０は、温度検出器を備えたモータの製造方法を示すフローチャートである。

以下の説明で用いる図面は、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示す場合がある。よって、各構成要素の寸法及び比率は実際のものと必ずしも同じで
はない。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示する場合がある。

本発明の実施形態は、温度検出器が取り付けられたモータである。本明細書では、モータにおいて、モータのシャフトを中心軸として、中心軸と平行な方向を「軸方向」、モータの中心軸に直交する方向を「径方向」、モータの中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とそれぞれ称する。また、本明細書では、図における上下を基準として「上下」を定義する。なお、「上」及び「下」は、説明を容易にするために定義した方向であり、実際のモータの設置状態を限定するものではない。また、重力の作用方向の上下と一致しない場合も含む。

図１は、温度検出器が取り付けられたモータの一実施形態を示す断面図である。モータ１０は、回転子であるロータ１２、固定子であるステータ１４とプリント基板２６を備える。プリント基板２６には、電子回路が搭載されている。ステータ１４の一部は絶縁部材に覆われる。プリント基板２６から、ステータ１４に備えられたコイル２０に電力が供給されて、ロータ１２が回転する。ロータ１２にはロータマグネット１６が設けられており、径方向においてステータ１４の内側に配置される。

ロータ１２は、シャフト１８とロータハウジング３２を含む。シャフト１８は、軸方向に延びる中心軸Ｃを中心とする円柱形状である。ロータハウジング３２は、シャフト１８に固定される。ロータハウジング３２は、シャフトの径方向外側を包囲する。ロータハウジング３２は、シャフト１８とともに回転する。ロータハウジング３２はロータマグネット１６を含み、ロータマグネット１６は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に円筒状に配置される。シャフト１８は、中心軸Ｃに沿って延び、ロータハウジング３２の中央を貫通する。上下のベアリング部２４－１、２４－２は、シャフト１８を支え、シャフト１８を円滑に回転させる。モータハウジング３６は、ベアリング部２４－２を支持し、ステータ１４と一体となっている。

ステータ１４は、ステータコア２８とコイル２０を備える。ステータ１４の一部は、絶縁部材で覆われる。ステータコア２８は、複数枚の磁性鋼板を軸方向に積層して形成される。ステータコア２８は、磁性板を軸方向に積層した積層体であってもよいし、例えば、紛体を焼結して同一の部材として形成した成形体であってもよい。ステータコア２８は、複数のティース２２を備える。複数のティース２２は、周方向に等間隔で配置される。コイル２０は、絶縁部材で被覆されたティース２２に導線を巻きつけて形成される。コイル２０は、ティース２２の各々に形成されている。複数のティース２２に形成されたコイル２０は、一本につながった導線によって形成され、互いに接続されている。

コイル２０を形成する導線の両端は、プリント基板２６に接続され、接続ケーブル３４で外部制御回路と接続される。ステータコア２８は、周方向に環状に組立てられた複数の分割コア部を有する。各分割コア部は、ティース２２と、コイル２０と、絶縁部材とを備える。ティース２２は、コアバック３０の内側面から径方向内側に向かって延びる。ステータコア２８において、複数のティース２２は、中心軸Ｃに対して放射状に配置される。絶縁部材はコイル２０同士の間もしくは、コイル２０と温度検出器４０との間に配置される。ステータ１４はさらに、コイル引出線を備え、コイル引出線は、支持部材を介してプリント基板２６に接続される。

温度検出器４０は、隣接するコイル２０の間に、ステータ１４の上面に引っ掛かるように取り付けられている。温度検出器４０は、リード線５８によりプリント基板２６と接続されている。温度検出素子４４は、温度検出器４０に搭載されており、温度検出器４０がステータ１４の上面に取り付けられることで、位置決めされる。温度検出素子４４は、コイル２０の側面軸方向の中心位置に配置される。温度検出素子４４は、例えば、サーミスタが使用される。

図２は、ステータコア２８のティース２２にコイル２０が形成され、温度検出器４０が配置されている状態を示す径方向の断面図である。ステータコア２８は、周方向に環状に組立てられた複数の分割コアを有する。各分割コアは、弧状のコアバック３０と、絶縁材で被膜されたティース２２と、コイル２０とを備える。ティース２２は、コアバック３０の内側面から径方向内側に向かって延びる。ステータコア２８において、複数のティース２２は、中心軸Ｃに対して放射状に配置される。コイル２０は、集中巻きによりティース２２に巻回されている。図２に示すように、複数のティース２２にコイル２０が形成されているため、コイル間隔は狭い。特に、小型のモータでは、よりコイル間隔が狭くなる。

このような狭い空間においても、フレキシブルプリント回路基板で形成された温度検出器４０は、薄いシート状であるため、容易に挿入でき、コイル２０の側面中心部の温度を測温できる。コイル２０間には樹脂が隙間なく流し込まれて充填され、コイル２０間に取り付けられた温度検出器４０が固定される。これにより、温度検出素子４４を含む温度検出器４０は、直接絶縁処理される。

樹脂は、例えばエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂の熱伝導率は、約０．３０Ｗ／ｍＫであり、空気の熱伝導率は、約０．０２４Ｗ／ｍＫである。このため、エポキシ樹脂で温度検出器４０を隙間なく充填することにより、空気中の１０倍以上の効率で、コイル２０からの熱が温度検出素子４４に伝導され、熱応答性が向上する。

コイル２０には、電流が流れており、コイル２０の抵抗成分によるジュール熱が発生する。モータの発熱は電力の損失であり、回転運動の仕事に使われる電力の効率を低下させる。さらに、過度な温度上昇を防ぐために、コイルの温度制御は、温度を高精度に検知して制御されなければならない。

図３は、コイル２０の側面温度分布の概略を説明する図である。隣接するティース２２は、導線が巻回されてコイル２０が隣接して形成される。このコイル２０に電流が流れると発熱する。発熱は、コイル２０の抵抗成分によるジュール熱であり、コイル２０の導線で発熱する。コイル２０は狭い隙間を隔てて隣接している。軸方向の上下及び径方向のロータ１２側には空間があり、放熱する。軸方向のコイル２０の側面中心部は、両側面のコイル２０からの熱で最も高い温度となる。このため、図３のコイル側面の温度分布（軸方向）に示したように、コイル２０の側面中心部は温度が高く、軸方向の上下は温度が低くなる。

コイル２０側面の径方向の温度分布は、コイル側面の温度分布（径方向）に概略を示した。コイル２０の側面において、コイル２０の軸方向の中心における径方向のコイル面の温度分布を示している。コイル２０の側面径方向の温度分布は、一方にコアバック３０があるため、放熱効果が低く、コイル２０の側面の中心点よりコアバック３０側に寄った部分が最も温度が高くなる。このため、軸方向及び径方向の温度分布から、図３において楕円で示した領域が温度測定に適した温度測定領域３８となる。この温度測定領域３８に、温度検出素子４４が配置されることで、正確で高精度の温度測定が可能となる。温度測定領域３８は、最高温度領域だけに限らず、最高温度より低い温度領域を含んでいる。この温度測定領域３８をどこまでの温度範囲とするかは、モータの構造、温度検出素子４４の特性やディレーティングを考慮して設計的に決められる。

図４は、本実施形態による温度検出器４０の一実施形態を示す図である。図４は、温度検出器４０の正面図、側面図と温度検出素子４４近傍の拡大断面図を示している。図１に示したように、温度検出器４０は、モータ１０に取り付けられ、コイル２０の温度を検出する。温度検出器４０は、薄いシート状のフレキシブルプリント回路基板４２に、温度を検知する温度検出素子４４が搭載されている。温度検出素子４４は、例えばサーミスタである。温度検出素子４４は、配線パターン部４６に設けられた導電性の薄膜パターン６０により、端子部５４に設けられた端子５６と接続されている。端子５６には、リード線５８がハンダ付けされ、リード線５８は、モータの電子回路が搭載されたプリント基板２６と接続される。

温度検出器４０には、取付部４８が備えられている。取付部４８は、温度検出器４０、即ち、コイル２０の側面における温度検出素子４４の位置を決めるために、ステータ１４を利用して取り付ける温度検出器４０の外縁部である。図５において、取付部４８の形状は、第１取付辺５０と第２取付辺５２が直交するＬ型形状である。

コイル２０の側面における温度検出素子４４の位置は、取付部４８がシャフト１８の軸方向と径方向の少なくとも２か所で、ステータ１４と線接触あるいは点接触していれば決めることができる。このため、軸方向はステータ１４の上面、径方向はステータ１４の内周面を利用する。ステータ１４の上面とは、図１における温度検出器４０の第２取付辺５２が線接触している面である。ステータ１４の内周面とは、図１における温度検出器４０の第１取付辺５０が線接触している面である。

図４に示した取付部４８はＬ型形状で、軸方向はステータ１４の上面に線接触しており、径方向はステータ１４の内周面に線接触している。温度検出素子４４の位置は、取付部４８がステータ１４と線接触あるいは点接触していれば決めることができるから、Ｌ型形状に限定されない。

例えば、第２取付辺５２をＵ字型に折り返したＪ型形状でもよい。さらには、図５に示したように、第１取付辺５０と第２取付辺５２の直交部に“逃げ６２”を設けたＬ型の変形形状であってもよい。逃げ６２を設けることにより、直交部の加工精度が要求されず、製造性が向上するとともに、組み立ても取り付けも容易となる。その他、温度検出器４０の位置決めは、軸方向と径方向の少なくとも２か所の位置が決まればよく、例えば、図６に示したように、第２取付辺５２をステータ１４の内周面に線接触させて、温度検出素子４４の下部にある温度検出器４０の底辺をモータハウジング３６の面に線接触させてもよい。また、端子部５４を９０度折り曲げて、コイル２０の上面に面接触させることも排除するものではない。

フレキシブルプリント回路基板４２は、厚さ数十ミクロンの絶縁性ベースフィルム上に導体箔のパターンを形成し、端子５６とハンダ付け部以外を絶縁性フィルムで覆って保護している（図４拡大断面図参照）。温度検出素子４４は、導体箔の薄膜パターン６０にハンダ付けして搭載されている。導体箔は、温度検出素子４４と端子５６を電気的に接続するため、導電性に優れた銅箔が使用されることが好ましい。

銅は、導電率が５．７６×１０^７Ｓ／ｍと優れた導電性を有するとともに、熱伝導率も３８６Ｗ／ｍＫであり、優れた熱伝導性を有する。このため、銅で形成された薄膜パターン６０を利用して、温度検出素子４４がずれても正確に温度測定をすることができる。

図７は、温度検出器４０をモータに取り付けた実施形態の例を示す図である。温度検出素子４４は、ロータ１２の軸方向において、コイル２０側面の中心位置よりも取付部４８から離れた位置に配置されている。この場合、温度検出素子４４は、図３で説明した温度測定領域３８からずれている。

薄膜パターン６０は、温度測定領域３８を通って温度検出素子４４に接続されている。銅で形成された薄膜パターン６０は、高い熱伝導率を有する熱伝導体であり、温度測定領域３８の熱は、薄膜パターン６０を介して温度検出素子４４に効率的に伝導する。このため、温度検出素子４４が温度測定領域３８からずれていても、高精度で温度測定をすることができる。

図５で示した取付部４８のＬ型形状は、第１取付辺５０と第２取付辺５２が、ステータ１４と線接触することにより、温度検出素子４４の位置決めを行っている。第１取付辺５０と第２取付辺５２がステータ１４と線接触するためには、第１取付辺５０と第２取付辺５２の直線性と角度が、ステータ１４と一致する必要がある。第１取付辺５０と第２取付辺５２の高精度の直線性は、製造が難しく、例えば、バリ等により部分的な突起がある場合もある。また、第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度も、製造時に不均一となる場合がある。

第１取付辺５０や第２取付辺５２にバリ等の突起がある場合や、第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度がステータ１４の角度と一致しない場合は、線接触とはならず、点接触となる。Ｌ型形状は、線接触に限らず、これらの場合の点接触をも許容した広い概念での形状を意味している。

図８及び図９は、第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度θが、９０度以下の場合のステータ１４への取付状態を説明する図である。説明の便宜上、第２取付辺５２の図における右端部をＡ点、第１取付辺５０と第２取付辺５２の直交部をＢ点、第１取付辺５０の図における下端部をＣ点とする。

図８は、第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度θが、９０度以下の場合において、第１取付辺５０をステータ１４に線接触させた状態である。この場合、第２取付辺５２は、Ａ点において点接触となり、Ｂ点は接触していない。

図９は、第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度θが、９０度以下の場合において、第２取付辺５２をステータ１４に線接触させた状態である。この場合、第１取付辺５０は、Ｃ点において点接触となり、Ｂ点は接触していない。

図８及び図９においては、第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度θが、９０度以下の場合において、一方の取付辺が線接触の場合を説明したが、Ａ点及びＣ点が点接触している場合でもよい。いずれの場合も、温度検出素子４４の位置ズレは少ない。第１取付辺５０に対する第２取付辺５２の角度θが、９０度以上の場合においては、第１取付辺５０又は第２取付辺５２が線接触して、Ｂ点が点接触となる。この場合においても、温度検出素子４４の位置ズレは少ない。

このため、製造上のバラツキの許容範囲が広くとれ、温度検出器４０、特に、フレキシブルプリント回路基板４２の製造が容易となる。また、点接触も含めて取り付けることができるので、温度検出器４０を、ステータ１４に取り付ける際にも、容易に取り付けることができ、作業性もよい。

次に、取付部４８をＬ型形状とした温度検出器４０を搭載したモータ１０の製造方法について説明する。

図１０は、モータ１０の製造方法を示すフローチャートである。ステップＳ１では、ステータ１４とステータ１４のティース２２に巻回されたコイル２０を備えたモータ１０を用意する。ステップＳ２では、温度検出素子４４が搭載されたフレキシブルプリント回路基板４２と、フレキシブルプリント回路基板４２の外縁に設けられた取付部４８とを有する温度検出器４０の取付部４８をステータ１４に取り付ける。取り付けは、温度検出器４０をコイル２０間に挿入し、取付部４８をステータ１４に引っ掛けるようにして突き当てればよく、容易に作業が行える。

次にステップＳ３では、取付部４８がステータ１４に接触しているかどうかを確認する。確認することで、温度検出素子４４の位置のバラツキが少ない配置となる。ステップＳ４で、温度検出器４０が配置されたコイル２０間に溶融樹脂を流し込む。ステップＳ５では、溶融樹脂が固化するまで待つ。溶融樹脂が固化することにより、温度検出素子４４が固定される。さらに、温度検出素子４４を含むコイル２０間が溶融樹脂、例えば空気より熱伝導性の良好なエポキシ樹脂で充填されるので、温度検出素子４４の熱応答性が向上する。ステップＳ５で、流し込んだ溶融樹脂が固化したかどうかを確認する。固化していれば、ステップＳ６で、温度検出器４０のリード線５８を、電気回路が搭載されたモータ１０のプリント基板２６に接続することによりモータ１０が製造される。

温度検出器４０を搭載したモータ１０の製造は、温度検出素子４４を搭載した薄いフレキシブルプリント回路基板４２を使用して、取付部４８をＬ型形状にしたことにより、作業性が向上し、容易に製造ができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。

１０ モータ
１２ ロータ
１４ ステータ
１６ ロータマグネット
１８ シャフト
２０ コイル
２２ ティース
２４－１、２４－２ ベアリング部
２６ プリント基板
２８ ステータコア
３０ コアバック
３２ ロータハウジング
３４ 接続ケーブル
３６ モータハウジング
３８ 温度測定領域
４０、４０－１ 温度検出器
４２ フレキシブルプリント回路基板
４４ 温度検出素子
４６ 配線パターン部
４８ 取付部
５０ 第１取付辺
５２ 第２取付辺
５４ 端子部
５６ 端子
５８ リード線
６０ 薄膜パターン
６２ 逃げ

Claims (9)

1. ロータと、
   ステータと、
   前記ステータのティースに巻回されたコイルと、
   フレキシブルプリント回路基板と、当該基板に実装された温度検出素子と、当該基板の外縁に設けられた取付部と、を有する温度検出器と、
   を備え、
   前記温度検出器は、隣接するティースに巻回されたコイル間に配置され、前記取付部が前記ステータに取り付けられている、モータ。
2. 前記基板の前記取付部は、少なくとも２か所で前記ステータと線接触又は点接触する形状である、請求項１に記載のモータ。
3. 前記基板の前記取付部は、Ｌ型形状である、請求項１又は２に記載のモータ。
4. 前記温度検出器は、絶縁処理が施されている、請求項１から３のいずれか一項に記載されたモータ。
5. 前記温度検出素子は、前記ロータの軸方向において、前記コイル側面の中心位置に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ。
6. 前記温度検出素子は、前記ロータの軸方向において、前記コイル側面の中心位置よりも前記取付部から離れた位置に配置されている、請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ。
7. ステータと、前記ステータのティースに巻回されたコイルと、を備えたモータの製造方法であって、
   温度検出素子が搭載されたフレキシブルプリント回路基板と当該基板の外縁に設けられた取付部とを有する温度検出器の前記取付部を前記ステータに取り付け、それによって隣接するティースに巻回された前記コイル間に前記温度検出器を配置する工程と、
   前記温度検出器が配置された前記コイル間に溶融樹脂を流し込み、前記温度検出器を固定する工程と、
   を含むモータ製造方法。
8. 前記取付部は、Ｌ型形状である、請求項７に記載されたモータ製造方法。
9. 前記モータは、プリント基板を備え、
   前記モータの製造方法は、前記温度検出器の配線を前記プリント基板に接続する工程をさらに含む、請求項７又は８に記載のモータ製造方法。