WO2013094086A1 - モータ制御ユニットおよびブラシレスモータ - Google Patents

モータ制御ユニットおよびブラシレスモータ Download PDF

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WO2013094086A1 PCT/JP2012/004661 JP2012004661W WO2013094086A1 WO 2013094086 A1 WO2013094086 A1 WO 2013094086A1 JP 2012004661 W JP2012004661 W JP 2012004661W WO 2013094086 A1 WO2013094086 A1 WO 2013094086A1
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control unit
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motor
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豊 鴨木
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a motor control unit that houses a circuit board for driving and controlling a motor, and a brushless motor in which the motor control unit is integrated.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose motor control units that drive and control motors for electric power steering and variable valve timing devices.
  • Patent Document 1 describes a motor control unit in which circuit boards are classified into a plurality of boards, such as a power board and a control board, and these circuit boards are stored in the unit.
  • the power substrate is a metal substrate on which a large current semiconductor element is mounted.
  • the control board is a small signal board on which a microcomputer is mounted.
  • a connection member having a connection terminal is mounted on the power board, and a through hole for connecting to the power board is formed on the control board. Then, a connection terminal from the power board is inserted into the through-hole to achieve electrical connection of signals between the power board and the control board.
  • Patent Document 1 provides such connection terminals as internal connection means for electrically connecting the power board and the control board.
  • Patent Document 2 describes a motor control unit in which a large current semiconductor element and a circuit board are accommodated in the unit, and a conductive plate connected to a terminal of the large current semiconductor element is used for connection to the circuit board.
  • the large current semiconductor element is directly attached to a heat sink that is a part of the case, and a conductive plate is connected to each necessary terminal of the large current semiconductor element.
  • the conductive plate includes a terminal portion extending from the base end portion.
  • the circuit board is formed with through holes corresponding to the respective terminal portions. Then, by inserting this terminal portion into a through hole of the circuit board, electrical connection of signals between the large current semiconductor element and the circuit board is achieved.
  • a conductive plate including such a terminal portion is provided as internal connection means for electrically connecting a high-current semiconductor element and a circuit board. Furthermore, such a terminal portion is also used as an external connection means for connecting to the outside such as a power source.
  • Patent Document 3 discloses a brushless motor in which a power feeding plate and a circuit board for power feeding are housed in a unit provided integrally with the brushless motor. A plurality of connection terminals are provided in the housing of the brushless motor, and lead wires from the connection terminals extend in the housing to supply power. In Patent Document 3, such a connection terminal is provided as external connection means for connecting to the outside such as a power source.
  • connection holder for electrical connection to the outside is disposed on the outer surface of the case.
  • the connection holder has a plurality of connection pins each extending in the same direction as well as external connection terminals for electrical connection to the outside.
  • Each of the two circuit boards has a plurality of through holes that penetrate the connection pins.
  • the plurality of connection pins include an external connection pin electrically connected to the external connection terminal and an internal connection pin electrically insulated from the external connection terminal.
  • the connection holder and the two circuit boards are arranged so that the plurality of connection pins pass through the through holes of the two circuit boards.
  • This configuration can be used for electrical connection between circuit boards inside the board case by using a connection holder for electrical connection with the outside.
  • the brushless motor of the present invention has a configuration in which a stator provided with windings, a rotor that is rotatably arranged facing the stator, and the motor control unit of the present invention are integrally formed.
  • the motor control unit of the present invention and the brushless motor including the motor control unit can be used for electrical connection between circuit boards inside the board case using the connection holder. For this reason, it is not necessary to create a connection member between the circuit boards for each model, and the connection between the circuit boards and the connection holders in the motor control unit can be made common, and versatility can be improved. In addition, since the same connection holder can be shared between models, it is possible to eliminate the man-hours and reliability verification time for newly creating connector performance and verifying reliability.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a brushless motor including a motor control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view showing a main part of the brushless motor.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the connection holder of the brushless motor.
  • FIG. 4 is a diagram showing an exploded configuration of the connection holder of the brushless motor.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement configuration of the connection holder and the circuit board of the brushless motor.
  • FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a brushless motor 10 including a motor control unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view showing a main part of the brushless motor 10 according to the embodiment of the present invention.
  • an example of an inner rotor type brushless motor in which a rotor is rotatably disposed on an inner peripheral side of a stator will be described.
  • the brushless motor 10 includes a stator 11 as a stator and a rotor 12 as a rotor in a casing 13 and also includes a circuit board 14 for driving and controlling the motor. is there.
  • the casing 13 includes a metal motor case 31 that houses the stator 11 and the rotor 12 that constitute the motor, and a metal substrate case 32 that houses the circuit board 14.
  • the motor unit 100 is configured by attaching necessary members to the motor case 31 together with the stator 11 and the rotor 12.
  • the circuit board 14 and other necessary components are housed in the substrate case 32, and the case cover 35 is mounted, whereby the motor control unit 110 of the present embodiment that controls the drive of the motor is configured.
  • the brushless motor 10 of this Embodiment is the structure which integrated the motor unit 100 and the motor control unit 110.
  • the motor case 31 has a structure including a substantially cup-shaped storage portion 31a having an upper portion formed in a cylindrical shape and having an opening on the bottom surface side, and a flat plate portion 31b extending in the outer peripheral direction from the opening on the bottom surface side. As shown in FIG. 1, the stator 11 and the rotor 12 are accommodated in such a motor case 31.
  • a metal attachment portion 19 integrally formed with the motor case 31 is formed on the top surface portion of the motor case 31 in order to attach the brushless motor 10 to the counterpart member.
  • the heat generated in the stator 11 or the like is conducted to the mating member via the mounting portion 19 to radiate heat.
  • a substrate case 32 is disposed on the bottom side of the motor case 31.
  • the substrate case 32 has a box shape and an opening on the bottom surface side, and the circuit board 14 is accommodated therein.
  • the substrate case 32 is configured to be attachable to the motor case 31.
  • An annular upright portion 32 a is provided on the top surface portion of the substrate case 32 in order to attach both cases to each other.
  • the annular upright portion 32a protrudes from the top surface portion of the substrate case 32 to the motor case 31 side in a substantially annular shape as shown in FIG. By inserting the annular upright portion 32a into the opening of the motor case 31, both cases are combined.
  • the substrate case 32 By attaching the substrate case 32 to the motor case 31 in this manner, the motor case 31 is substantially sealed. Further, by attaching the case lid 35 to the bottom surface side of the substrate case 32, the substrate case 32 is substantially sealed.
  • the substrate case 32 is fixed to the motor case 31 with the screw 36, whereby the brushless motor 10 in which the motor and the drive control circuit are integrated is configured.
  • the stator 11 is configured by winding the winding 16 for each phase around the stator core 15 via the insulator 17.
  • a winding 16 divided into three phases of a U phase, a V phase, and a W phase that are 120 degrees out of phase with each other is wound around the stator core 15.
  • the stator core 15 is formed by laminating a plurality of steel plates and has a plurality of salient poles projecting to the inner peripheral side.
  • a winding 16 is wound around the salient pole via a resin insulator 17 for insulating the stator core 15.
  • the outer peripheral side of the stator core 15 has a substantially cylindrical shape, and the outer periphery thereof is fixed in surface contact with the inner side of the storage portion 31 a of the motor case 31. That is, the outer peripheral side of the stator core 15 and the inner peripheral side of the storage portion 31a have substantially the same diameter.
  • the rotor 12 is inserted inside the stator 11 through a gap.
  • the rotor 12 includes a rotor core 21 that holds a permanent magnet 22, a rotating shaft 25 that penetrates the inner peripheral side of the rotor core 21, and a fixing member 24 that fixes the rotor core 21 to the rotating shaft 25.
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • the rotor core 21 is provided with a plurality of magnet insertion holes 22h so as to be parallel to the rotary shaft 25, and the permanent magnets 22 are disposed in the respective magnet insertion holes 22h.
  • the rotor core 21 is formed by laminating a plurality of steel plates, and has a cylindrical shape in which a rotation shaft 25 is arranged at the center.
  • the outer peripheral surface of the rotor core 21 faces the tip surface of each salient pole of the stator core 15 via a gap.
  • the rotary shaft 25 extends in both directions through the inner peripheral side of the rotor core 21 and is rotatably supported by respective bearings 26 arranged in both directions.
  • the outer peripheral side of one bearing 26 is fixed at the top surface portion of the motor case 31, and the outer peripheral side of the other bearing 26 is fixed at the top surface portion of the substrate case 32.
  • the substrate case 32 is further provided with an annular upright portion 32 b that protrudes in an annular shape from the top surface portion toward the motor case 31.
  • the bearing 26 is fixed to the inner peripheral side of the annular upright portion 32b.
  • the rotary shaft 25 is further extended from the top surface portion of the motor case 31 that fixes one bearing 26 to the outside of the motor case 31, and is used as an output shaft for rotational driving. Further, the rotating shaft 25 extending toward the other bearing 26 passes through the top surface portion of the substrate case 32 and extends into the substrate case 32. In the present embodiment, a position detection magnet 80 is attached to the tip of the rotating shaft 25 extending in this direction.
  • the circuit board 14 on which various circuit components 41 are mounted is built in the board case 32.
  • These circuit components 41 constitute a drive control circuit for controlling and driving the power supply circuit and the motor.
  • the position detection element 41 s is mounted on the circuit board 14 so as to face the tip of the rotating shaft 25 on which the position detection magnet 80 is mounted. Thereby, position detection during the rotation operation is performed.
  • a connection holder 37 for electrical connection with the outside is disposed on the outer surface of the substrate case 32. That is, as shown in FIG. 2, a connection holder 37 is disposed on the top surface portion of the substrate case 32, and an external wiring 38 such as a power supply line or a control signal line is connected to an external connection terminal 72t of the connection holder 37. Then, for example, power is supplied to the power circuit in the substrate case 32 through the connection holder 37.
  • the circuit board 14 accommodated in the board case 32 is composed of a plurality of circuit boards, and one of the circuit boards includes an inverter circuit.
  • the circuit board 14 is separated into two boards: a first circuit board 14t on which the circuit component 41 with a large amount of heat generation is mounted and a second circuit board 14b on which the circuit component 41 with a small amount of heat generation is mounted.
  • the configuration is as follows. Then, the connection pins 71 of the connection holder 37 are used for electrical connection with the outside, and the connection pins 71 are used to transmit signals between the first circuit board 14t and the second circuit board 14b. .
  • a circuit component 41 with a large amount of heat generation including a power element 41p such as an inverter transistor is mounted on a first circuit board 14t. That is, the first circuit board 14t mainly constitutes a drive circuit including an inverter for energizing and driving the windings 16. In particular, a large amount of current flows through the inverter transistor and the amount of heat generated is large, and since it is a semiconductor element, destruction occurs when the operating temperature exceeds an allowable limit, and thus protection against heat is important. For this reason, in the present embodiment, in the substrate case 32, the first circuit board 14t is disposed so that the first circuit board 14t is thermally coupled to the substrate case 32, thereby radiating heat.
  • the first circuit board 14t is mounted so as to be in surface contact with the top surface portion in the substrate case 32 with an insulating sheet 43 as an electrically insulating layer having good thermal conductivity interposed therebetween. With such a configuration, heat generated on the first circuit board 14t is efficiently radiated from the board case 32 while ensuring insulation between the board case 32 and the first circuit board 14t.
  • the second circuit board 14b which is the other circuit board 14 a circuit component 41 such as a control microcomputer having a small current amount and a small amount of heat generation is mounted. That is, the second circuit board 14b mainly includes a control circuit for performing inverter control, speed control, and the like for rotationally driving the motor based on position detection of the position detection element 41s.
  • the second circuit board 14b is arranged in the board case 32 so as to be closer to the opening side of the board case 32 than the first circuit board 14t. In the present embodiment, the second circuit board 14b is held in the substrate case 32 via a spacer 44 extending from the top surface portion in the substrate case 32 to the opening side.
  • the winding 16 is energized and driven by the inverter power element 41p mounted on the first circuit board 14t, the following configuration is adopted in the present embodiment.
  • the ends of the windings 16 of the U phase, the V phase, and the W phase are drawn out from the stator 11 toward the board case 32 as lead wires 16a.
  • a plurality of holes 32h are provided in the top surface portion of the substrate case 32, and the lead lines 16a are connected to the first circuit board 14t through these holes 32h. More specifically, a heat shielding member 60 having a low thermal conductivity is disposed between the winding 16 and the substrate case 32.
  • a cylindrical guide portion 60 b is formed on the heat shield member 60, and the guide portion 60 b is inserted into the hole 32 h of the substrate case 32. Then, the lead wire 16a is guided to the first circuit board 14t through the guide portion 60b. That is, the heat shield member 60 cuts off heat from the motor case 31 and insulates the lead wire 16a and the substrate case 32 from each other.
  • the motor control unit 110 accommodates at least two circuit boards 14 for driving and controlling the motor in the board case 32 and the connection holder 37 for electrical connection with the outside. It is arranged on the outer surface.
  • connection holder 37 in the present embodiment will be described.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the connection holder 37 of the brushless motor provided with the motor control unit in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an exploded configuration of the connection holder 37 of the brushless motor provided with the motor control unit in the embodiment of the present invention.
  • connection holder 37 has a plurality of connection pins 71 each extending in the same direction with a holder housing 70 formed of resin as a base.
  • the holder housing 70 has a pin holding portion 70h for leading out each connection pin 71, and each connection pin 71 protrudes in a needle shape and extends through the pin holding portion 70h.
  • the connection pin 71 includes a plurality of external connection pins 72 electrically connected to the external connection terminal 72t, and a plurality of internal connection pins 73 electrically insulated from the external connection terminal 72t. That is, the external connection pins 72 are electrically connected to external wirings 38 such as power supply lines and control signal lines.
  • external wirings 38 such as power supply lines and control signal lines.
  • connection end 38t of the external wiring 38 is arranged with respect to the external connection terminal 72t as shown in FIG. 3, the head of the external connection terminal 72t is crimped, and the connection end 38t of the external wiring 38 is externally connected.
  • the example connected to the terminal 72t is shown.
  • connection holder 37 As a more specific configuration example of the connection holder 37, in the present embodiment, the connection holder 37 is configured as shown in FIG.
  • the internal connection pin 73 is simply a pin extending in one direction as shown in FIG.
  • tapered tip portions are formed at both ends of a metal that becomes an elongated cylindrical rod to form the internal connection pins 73.
  • the external connection pin 72 has a configuration in which a connection pin portion 72p extending in the same direction as the internal connection pin 73 and an external connection terminal 72t are integrally formed. That is, as shown in FIG. 4, the external connection pin 72 has a bent portion 72b that is bent so as to be substantially perpendicular to the connection pin portion 72p on the holder housing 70 side of the connection pin portion 72p. A columnar external connection terminal 72t is formed on the bent portion 72b.
  • an elongated metal flat plate is used from the viewpoint of ease of processing, and the external connection pin 72 is processed into an L shape as shown in FIG.
  • connection pins 71 is attached to the holder housing 70 by press-fitting such external connection pins 72 and internal connection pins 73 into small holes formed in the holder housing 70 in advance. Further, in order to securely fix the external connection pin 72, the bent portion 72b is resin-sealed by a pin fixing member 78 formed of resin.
  • connection holder 37 since the connection holder 37 has a simple structure, it can be manufactured with an inexpensive mold and parts and in a simple procedure. Further, all the connection pins 71 in the holder housing 70 are sealed with resin, so that it can correspond to a waterproof electronic control unit.
  • the external connection pin 72 since the external connection pin 72 is L-shaped, the external connection pin 72 can be easily press-fitted into the holder housing 70 by using the bent portion 72b. That is, the external connection pin 72 may be pushed into the small hole of the holder housing 70 using the bent portion 72b as a pressing surface. Further, it is possible to more easily press-fit by connecting the external wiring 38 to the external connection terminal 72t in advance and then press-fitting the external connection pin 72 in a state where the external wiring 38 is connected to the holder housing 70. .
  • the external wiring 38 extends in a substantially right angle direction with respect to the extending direction of the connection pin portion 72p, a sufficient pin holding strength is provided against problems such as the disconnection of the external connection pin 72 due to the pulling of the external wiring 38. It can be secured.
  • a mounting hole is formed in the top surface portion of the substrate case 32. That is, as shown in FIG. 1, a holder hole 32t for fixing the connection holder 37 and guiding the connection pin 71 inside is formed in the substrate case 32 together with a holder fixing hole 32f for fixing the connection holder 37. Yes.
  • a holder fixing projection 70f corresponding to the holder fixing hole 32f is formed in the connection holder 37.
  • the connection holder 37 is attached to the substrate case 32 by fitting the holder fixing hole 32f and the holder fixing projection 70f and inserting the pin holding portion 70h into the holder hole 32t. Then, the connection pin 71 extends into the substrate case 32.
  • connection holder 37 and the circuit board 14 will be described.
  • FIG. 5 is a diagram showing an arrangement configuration of the connection holder 37 and the circuit board 14 of the brushless motor provided with the motor control unit in the embodiment of the present invention.
  • the first circuit board 14t is formed with a through hole 172 that penetrates the connection pin portion 72p of the external connection pin 72 and a through hole 173 that penetrates the internal connection pin 73, respectively.
  • the second circuit board 14b is formed with a through hole 272 that penetrates the connection pin portion 72p of the external connection pin 72 and a through hole 273 that penetrates the internal connection pin 73, respectively.
  • the circuit board 14 has a plurality of through holes which are holes through which the connection pins 71 penetrate.
  • a land of a wiring pattern for electrical connection with the external wiring 38 is formed around the through hole 172 of the first circuit board 14t.
  • a land of a wiring pattern for electrically connecting to the external wiring 38 is formed around the through hole 272 of the second circuit board 14b.
  • a land of a wiring pattern for connecting to the second circuit board 14b is formed in the through hole 173 of the first circuit board 14t, and the first hole is formed in the through hole 273 of the second circuit board 14b.
  • a land of a wiring pattern for connecting to the circuit board 14t is formed.
  • the first circuit board 14t is mounted so that the connection pin portion 72p penetrates the through hole 172 and the internal connection pin 73 penetrates the through hole 173. Insert into the substrate case 32.
  • the external wiring 38 and a desired circuit on the first circuit board 14t can be electrically connected by soldering the land, for example, in a state where the connection pin portion 72p is passed through the through hole 172. Further, for example, the land is soldered in a state where the internal connection pin 73 is also passed through the through hole 173.
  • the second circuit board 14 b is inserted into the board case 32 so that the connection pin portion 72 p passes through the through hole 272 and the internal connection pin 73 passes through the through hole 273.
  • the external wiring 38 and a desired circuit on the second circuit board 14b can be electrically connected by soldering the land, for example, in a state where the connection pin portion 72p is passed through the through hole 272.
  • the land is soldered in a state where the internal connection pin 73 is passed through the through hole 273. Thereby, the electrical connection between the circuit on the first circuit board 14t and the circuit on the second circuit board 14b is performed via the internal connection pins 73.
  • connection holder 37 and each circuit board 14 are connected so that the external connection pins 72 and the internal connection pins 73 of the connection holder 37 pass through the through holes of the respective circuit boards 14. It is arranged.
  • the circuit boards 14 can be electrically connected by the connection holder 37 having a small and simple shape.
  • the connection holder 37 for electrical connection with the outside can be used for electrical connection between the circuit boards 14 in the substrate case 32.
  • the connection holder 37 for electrical connection with the outside can be used for electrical connection between the circuit boards 14 in the substrate case 32.
  • the motor control unit of the present invention houses at least two circuit boards for driving and controlling the motor in the case, and arranges a connection holder for electrical connection with the outside on the outer surface of the case. is doing.
  • the connection holder has a plurality of connection pins each extending in the same direction as well as external connection terminals for electrical connection to the outside.
  • Each of the two circuit boards has a plurality of through holes that penetrate the connection pins.
  • the plurality of connection pins include an external connection pin electrically connected to the external connection terminal and an internal connection pin electrically insulated from the external connection terminal.
  • the connection holder and the two circuit boards are arranged so that the plurality of connection pins pass through the through holes of the two circuit boards.
  • the brushless motor of the present invention has a configuration in which a stator provided with windings, a rotor that is rotatably arranged facing the stator, and the motor control unit of the present invention are integrally formed.
  • Such a configuration makes it possible to share connections between circuit boards and connectors, increasing versatility, and making it possible to share motor control units for each model.
  • an example of an IPM type rotor has been described, but an SPM (Surface Permanent Magnet) type rotor in which magnets are arranged on the surface of the rotor core may be used.
  • SPM Surface Permanent Magnet
  • the present invention can provide a configuration of a motor control unit that can be shared by each model, it is useful as a motor control unit for electrical equipment and other electrical equipment and a brushless motor equipped with the motor control unit.

Abstract

モータ制御ユニットは、2枚の回路基板を基板ケース内に収納し、接続ホルダを基板ケースの外面に配置している。接続ホルダは、外部接続端子とともに、接続ピンを有する。回路基板はそれぞれに、接続ピンを貫通させる複数のスルーホールを有する。接続ピンは、外部接続ピンと内部接続ピンとで構成される。そして、接続ピンが回路基板のスルーホールをそれぞれに貫通するように、接続ホルダと回路基板とが配置される。

Description

モータ制御ユニットおよびブラシレスモータ
 本発明は、モータを駆動制御するための回路基板を収納したモータ制御ユニットおよびこのモータ制御ユニットを一体化したブラシレスモータに関する。
 従来、自動車に搭載する電装機器用として、このようなモータ制御ユニットやブラシレスモータに関する技術が提案されている。例えば、特許文献1~3には、電動式パワーステアリング用やバルブタイミング可変装置用のモータを駆動制御するモータ制御ユニットが開示されている。
 特許文献1では、パワー基板や制御基板というように、回路基板を複数に分類して、ユニット内にこれら回路基板を収納したモータ制御ユニットが記載されている。パワー基板は、大電流半導体素子を実装した金属基板である。一方、制御基板は、マイクロコンピュータを搭載した小信号用の基板である。また、パワー基板には、接続端子を有する接続部材が実装され、制御基板には、パワー基板と接続するためのスルーホールが形成されている。そして、このスルーホールにパワー基板からの接続端子を挿入して、パワー基板と制御基板との信号の電気接続を図っている。特許文献1は、パワー基板と制御基板とを電気接続する内部接続手段として、このような接続端子を設けている。
 また、特許文献2では、ユニット内に大電流半導体素子や回路基板を収納し、大電流半導体素子の端子に接続した導電板を回路基板との接続に利用したモータ制御ユニットが記載されている。大電流半導体素子は、ケースの一部となるヒートシンクに直接に取り付けられ、大電流半導体素子の必要な端子にそれぞれ導電板を接続している。導電板は、基端部から伸びた端子部を含む。また、回路基板にはそれぞれの端子部に対応したスルーホールが形成されている。そして、この端子部を回路基板のスルーホールに挿入することによって、大電流半導体素子と回路基板との信号の電気接続を図っている。特許文献2は、大電流半導体素子と回路基板とを電気接続する内部接続手段として、このような端子部を含む導電板を設けている。さらに、このような端子部を、電源など外部と接続する外部接続手段としても利用している。
 また、特許文献3では、ブラシレスモータと一体に設けたユニット内に給電用の給電板や回路基板を収納したブラシレスモータが開示されている。このブラシレスモータのハウジングには複数の接続端子が設けられ、ハウジング内を接続端子からのリード線が延伸し、給電を図っている。特許文献3は、電源など外部と接続する外部接続手段として、このような接続端子を設けている。
 しかしながら、上述した従来の内部接続手段や外部接続手段は、部品や基板の配置に対応づけた構成であるため、その機種のみの小型化などに対しては有効であるものの、多機種展開などの汎用性には欠けるという課題があった。
特開2005-304203号公報 特開2008-166382号公報 特開2005-269875号公報
 本発明のモータ制御ユニットは、モータを駆動制御するための少なくとも2枚の回路基板をケース内に収納するとともに、外部と電気接続するための接続ホルダをケースの外面に配置している。接続ホルダは、外部に電気接続するための外部接続端子とともに、それぞれが同方向に延伸する複数の接続ピンを有する。2枚の回路基板はそれぞれに、接続ピンを貫通させる複数のスルーホールを有する。また、複数の接続ピンは、外部接続端子に対して電気接続された外部接続ピンと、外部接続端子に対して電気絶縁された内部接続ピンとで構成される。そして、複数の接続ピンが2枚の回路基板のスルーホールをそれぞれに貫通するように、接続ホルダと2枚の回路基板とが配置された構成である。
 この構成により、外部と電気接続するための接続ホルダを利用して、基板ケース内部の回路基板どうしの電気接続にも利用できる。
 また、本発明のブラシレスモータは、巻線を備えたステータと、ステータに対面して回転自在に配置されたロータと、上記本発明のモータ制御ユニットとを一体化して形成した構成である。
 このように、本発明のモータ制御ユニットおよびそれを備えたブラシレスモータは、接続ホルダを利用して、基板ケース内部の回路基板どうしの電気接続にも利用できる。このため、機種ごとに回路基板間の接続部材を作成する必要はなく、モータ制御ユニットにおける回路基板や接続ホルダ間の接続の共通化を図ることができ、汎用性を高めることができる。また、機種間で同じ接続ホルダとする共通化を図ることができるため、新たにコネクタの性能を作りこんだり、信頼性を検証したりする工数と信頼性検証時間を不要にできる。
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御ユニットを備えたブラシレスモータの断面構造を示す図である。 図2は、同ブラシレスモータの要部を示す上面図である。 図3は、同ブラシレスモータの接続ホルダの断面図である。 図4は、同ブラシレスモータの接続ホルダの分解構成を示す図である。 図5は、同ブラシレスモータの接続ホルダと回路基板との配置構成を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態におけるモータ制御ユニットを備えたブラシレスモータについて図面を参照しながら説明する。
 (実施の形態)
 図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御ユニットを備えたブラシレスモータ10の断面構造を示す図である。また、図2は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ10の要部を示す上面図である。本実施の形態では、ロータがステータの内周側に回転自在に配置されたインナロータ型のブラシレスモータの例を挙げて説明する。
 まず、図1および図2を参照してブラシレスモータ10の全体構成について説明する。
 図1に示すように、ブラシレスモータ10は、ケーシング13内に、固定子としてのステータ11および回転子としてのロータ12を備えるとともに、モータを駆動制御するための回路基板14をも備えた構成である。さらに、ケーシング13は、モータを構成するステータ11およびロータ12を収納する金属製のモータケース31と、回路基板14を収納する金属製の基板ケース32とで構成されている。
 モータケース31に、ステータ11およびロータ12とともに必要部材を取り付けてモータユニット100が構成される。また、基板ケース32に、回路基板14およびその他必要な部品を収納し、ケース蓋35を装着することで、モータを駆動制御する本実施の形態のモータ制御ユニット110が構成される。そして、本実施の形態のブラシレスモータ10は、モータユニット100とモータ制御ユニット110とを一体化した構成である。
 モータケース31は、上部が円筒形状を成して底面側に開口を有した略カップ形状の収納部31aと、底面側の開口から外周方向に広がる平板部31bとを含む構造となっている。このようなモータケース31内に、図1に示すように、ステータ11およびロータ12が収納されている。
 また、モータケース31の天面部には、ブラシレスモータ10を相手部材に取付けるために、モータケース31と一体的に結合した金属製の取付部19が形成されている。これによって、ステータ11などで発生した熱に対しては、取付部19を介して相手部材へと伝導させて放熱を図るような構成としている。
 さらに、モータケース31の底面側に基板ケース32が配置されている。
 基板ケース32は、箱形状を成すとともに底面側に開口を有した構造となっており、この内部に回路基板14を収納している。また、基板ケース32は、モータケース31と互いに装着可能なように構成されている。両ケースを互いに装着するため、基板ケース32の天面部に環状立上部32aを設けている。環状立上部32aは、基板ケース32の天面部からモータケース31側に、図2に示すような概略環状の形状で突出している。モータケース31の開口に対して、環状立上部32aを挿入することで、両ケースが合体する。このようにモータケース31に基板ケース32を装着することで、モータケース31が略密封される。さらに、基板ケース32の底面側にケース蓋35を装着することで、基板ケース32が略密封される。そして、本実施の形態では、ネジ36によりモータケース31に基板ケース32が固定され、これによって、モータと駆動制御回路とを一体化したブラシレスモータ10が構成される。
 モータユニット100において、ステータ11は、ステータコア15に、インシュレータ17を介して相ごとの巻線16を巻回して構成される。本実施の形態では、互いに120度位相が異なるU相、V相、W相とする3つの相に区分した巻線16をステータコア15に巻回している。ステータコア15は、複数枚の鋼板を積層して形成されており、内周側に突出した複数の突極を有している。この突極に、ステータコア15を絶縁するための樹脂製のインシュレータ17を介して巻線16を巻回している。また、ステータコア15の外周側は概略円柱形状であり、その外周がモータケース31の収納部31a内側に面接触して固定されている。すなわち、ステータコア15の外周側と収納部31aの内周側とを略等しい径としている。このようなステータ11の内側には、空隙を介してロータ12が挿入されている。
 ロータ12は、永久磁石22を保持したロータコア21と、ロータコア21の内周側を貫通する回転軸25と、回転軸25にロータコア21を固着するための固着部材24とで構成される。本実施の形態では、IPM(Interior Permanent Magnet:内部磁石埋込型)タイプのロータ12とした一例を挙げている。すなわち、ロータコア21には、回転軸25と並行するように磁石挿入孔22hが複数設けられており、それぞれの磁石挿入孔22hに永久磁石22を配設している。また、ロータコア21は、複数枚の鋼板を積層して形成されており、中心に回転軸25を配置した円柱形状を成している。そして、ロータコア21の外周面が、空隙を介して、ステータコア15の各突極の先端面と対面している。
 回転軸25は、ロータコア21の内周側を貫通して両方向に延伸し、両方向に配置されたそれぞれの軸受26によって回転自在に支持される。ここで、一方の軸受26の外周側はモータケース31の天面部で固定され、他方の軸受26の外周側は基板ケース32の天面部で固定されている。基板ケース32側の軸受26を保持するため、基板ケース32には、その天面部からモータケース31側に円環状に突出した環状立上部32bをさらに設けている。この環状立上部32bの内周側に軸受26が固定される。
 回転軸25は、一方の軸受26を固定するモータケース31の天面部からモータケース31の外部へとさらに延伸し、回転駆動するための出力軸として利用される。また、他方の軸受26側へと延伸した回転軸25は、基板ケース32の天面部を貫通し、基板ケース32内まで延伸している。本実施の形態では、この方向に延伸した回転軸25の先端部に、位置検出用磁石80を装着している。
 次に、モータ制御ユニット110において、各種の回路部品41を実装した回路基板14が基板ケース32の内部に内蔵されている。これら回路部品41によって、電源回路やモータを制御したり駆動したりするための駆動制御回路が構成される。例えば、位置検出用磁石80を装着した回転軸25の先端部に対向するように、位置検出素子41sが回路基板14上に実装されている。これによって、回転動作中の位置検出が行われる。
 また、本実施の形態のモータ制御ユニット110には、外部と電気接続するための接続ホルダ37を基板ケース32の外面に配置している。すなわち、図2に示すように、基板ケース32の天面部には接続ホルダ37が配置されており、この接続ホルダ37の外部接続端子72tに電源線や制御信号線などの外部配線38が接続される。そして、接続ホルダ37を介して、例えば電源電力が基板ケース32内の電源回路に給電される。
 特に、本実施の形態では、基板ケース32に収納する回路基板14を複数の回路基板で構成するとともに、その中の1つの回路基板にインバータの回路を含めた構成としている。具体的には、回路基板14を、発熱量の多い回路部品41を実装した第1の回路基板14tと発熱量の少ない回路部品41を実装した第2の回路基板14bとの2つの基板に分離した構成としている。そして、接続ホルダ37の接続ピン71により外部との電気接続を行うとともに、接続ピン71を利用して第1の回路基板14tと第2の回路基板14bとの間の信号伝送を行う構成としている。
 まず、一方の回路基板14である第1の回路基板14tには、インバータ用トランジスタなどのパワー素子41pを含む発熱量の多い回路部品41を実装している。すなわち、第1の回路基板14tでは、巻線16を通電駆動するためのインバータを含む駆動回路を主に構成している。特に、インバータ用トランジスタは大電流が流れて発熱量が多いとともに、半導体素子なので動作温度が許容限界を超えると破壊に至ることになり、熱に対する保護が重要となる。このため、本実施の形態では、基板ケース32内において、第1の回路基板14tが基板ケース32と熱的に結合するように第1の回路基板14tを配置し、放熱を図っている。具体的には、第1の回路基板14tは、熱伝導性の良好な電気絶縁層としての絶縁シート43を挟んで、基板ケース32内の天面部に面接触するように装着されている。このような構成により、基板ケース32と第1の回路基板14tとの間の絶縁を確保しながら、第1の回路基板14t上で発生した熱を基板ケース32から効率よく放熱させている。
 一方、他方の回路基板14である第2の回路基板14bには、制御用マイコンなどの電流量が小さく発熱量の少ない回路部品41を実装している。すなわち、第2の回路基板14bでは、位置検出素子41sの位置検出に基づきモータを回転駆動するためのインバータの制御や速度制御などを行うための制御回路を主に構成している。そして、第2の回路基板14bは、基板ケース32内において、第1の回路基板14tよりも基板ケース32の開口側となるように配置している。本実施の形態では、基板ケース32内の天面部から開口側へと延伸したスペーサ44を介して、第2の回路基板14bを基板ケース32内に保持した構成としている。
 また、第1の回路基板14tに実装したインバータ用のパワー素子41pによって巻線16を通電駆動するため、本実施の形態では、次のような構成としている。まず、U相、V相、W相それぞれの巻線16の端部が引出線16aとして、ステータ11から基板ケース32の方向に引き出されている。基板ケース32の天面部には複数の孔32hを設けており、これらの孔32hを介してそれぞれの引出線16aが第1の回路基板14tに接続される。より具体的には、巻線16と基板ケース32との間に低熱伝導率の遮熱部材60を配置している。遮熱部材60には筒状の案内部60bが形成されており、この案内部60bが基板ケース32の孔32hに挿入されている。そして、引出線16aがこの案内部60b内を通って第1の回路基板14tへと導かれる。すなわち、遮熱部材60によって、モータケース31からの熱の遮断とともに、引出線16aと基板ケース32との間の絶縁を図っている。
 以上のように、モータ制御ユニット110は、モータを駆動制御するための少なくとも2枚の回路基板14を基板ケース32内に収納するとともに、外部と電気接続するための接続ホルダ37を基板ケース32の外面に配置している。
 次に、本実施の形態における接続ホルダ37の詳細な構成について説明する。
 図3は、本発明の実施の形態におけるモータ制御ユニットを備えたブラシレスモータの接続ホルダ37の断面図である。また、図4は、本発明の実施の形態におけるモータ制御ユニットを備えたブラシレスモータの接続ホルダ37の分解構成を示す図である。
 図3に示すように、接続ホルダ37は、樹脂で形成されたホルダハウジング70を基部として、それぞれが同方向に延伸する複数の接続ピン71を有している。ホルダハウジング70には、各接続ピン71を導出するピン保持部70hを有しており、ピン保持部70hを介してそれぞれの接続ピン71が針状に突出して延伸している。接続ピン71は、外部接続端子72tに対して電気接続された複数の外部接続ピン72と、外部接続端子72tに対して電気絶縁された複数の内部接続ピン73とで構成されている。すなわち、外部接続ピン72には、電源線や制御信号線などの外部配線38が電気的に接続される。図1では、図3のような外部接続端子72tに対して外部配線38の接続端部38tを配置し、外部接続端子72tの頭部をかしめて、外部配線38の接続端部38tを外部接続端子72tに接続した例を示している。
 接続ホルダ37のより具体的な一構成例として、本実施の形態では図4に示すように構成された接続ホルダ37としている。
 まず、内部接続ピン73は、図4に示すように、単に一方向に延伸したピンである。本実施の形態では、細長の円柱棒となる金属の両端に、先細の先端部を形成して内部接続ピン73としている。
 これに対し、外部接続ピン72は、内部接続ピン73とは同一方向に延伸する接続ピン部72pと、外部接続端子72tとを一体に形成した構成としている。すなわち、図4に示すように、外部接続ピン72は、接続ピン部72pのホルダハウジング70側において、接続ピン部72pから略直角となるように折り曲げた折曲部72bを有している。この折曲部72b上に、円柱状の外部接続端子72tが形成されている。本実施の形態では、加工し易さの観点より細長の金属平板を用い、図4のようなL字状に加工して外部接続ピン72としている。
 このような外部接続ピン72および内部接続ピン73を、ホルダハウジング70にあらかじめ形成した小孔に圧入することで、ホルダハウジング70に接続ピン71それぞれが取り付けられる。また、外部接続ピン72を確実に固定するため、樹脂で形成されたピン固定部材78により折曲部72bを樹脂封止している。
 このように、接続ホルダ37は単純な構造であるため、安価な金型と部品で、かつ簡易な手順で製作できる。また、ホルダハウジング70内での接続ピン71をすべて樹脂封止することにより、防水型の電子制御ユニットに対応させることができる。
 特に、本実施の形態では、外部接続ピン72をL字状としているため、折曲部72bを利用することで、容易にホルダハウジング70に外部接続ピン72を圧入できる。すなわち、折曲部72bを押圧面として利用して、ホルダハウジング70の小孔に外部接続ピン72を押し込めばよい。また、外部接続端子72tにあらかじめ外部配線38をかしめ接続しておき、外部配線38を接続した状態の外部接続ピン72をホルダハウジング70に圧入するような手順とすることにより、さらに容易に圧入できる。さらに、接続ピン部72pの延伸方向に対して外部配線38は略直角方向に伸びるため、外部配線38の引っ張りによる外部接続ピン72の抜けのような不具合に対して、十分なピン保持の強度を確保できる。
 また、このような接続ホルダ37を基板ケース32に装着するため、基板ケース32の天面部には装着用の孔を形成している。すなわち、図1に示すように、接続ホルダ37を固定するためのホルダ固定孔32fとともに、接続ホルダ37を固定および接続ピン71を内部に導くためのホルダ孔32tが、基板ケース32に形成されている。一方、接続ホルダ37には、図3に示すように、ホルダ固定孔32fに対応したホルダ固定用突起70fが形成されている。ホルダ固定孔32fとホルダ固定用突起70fとを嵌合させるとともに、ホルダ孔32tにピン保持部70hを挿入することで、接続ホルダ37が基板ケース32に装着される。そして、接続ピン71が基板ケース32内へと延伸する構造となる。
 次に、接続ホルダ37と回路基板14との配置構成について説明する。
 図5は、本発明の実施の形態におけるモータ制御ユニットを備えたブラシレスモータの接続ホルダ37と回路基板14との配置構成を示す図である。
 図5に示すように、第1の回路基板14tには、外部接続ピン72の接続ピン部72pをそれぞれに貫通させるスルーホール172、および内部接続ピン73をそれぞれに貫通させるスルーホール173を形成している。また、第2の回路基板14bには、外部接続ピン72の接続ピン部72pをそれぞれに貫通させるスルーホール272、および内部接続ピン73をそれぞれに貫通させるスルーホール273を形成している。このように、回路基板14には接続ピン71を貫通させる孔である複数のスルーホールを有している。
 また、第1の回路基板14tのスルーホール172の周囲には、外部配線38と電気接続するための配線パターンのランドを形成している。同様に、第2の回路基板14bのスルーホール272の周囲には、外部配線38と電気接続するための配線パターンのランドを形成している。
 また、第1の回路基板14tのスルーホール173には、第2の回路基板14bと接続するための配線パターンのランドを形成し、第2の回路基板14bのスルーホール273には、第1の回路基板14tと接続するための配線パターンのランドを形成している。
 そして、接続ホルダ37を装着した基板ケース32に対して、まず、接続ピン部72pがスルーホール172を貫通し、内部接続ピン73がスルーホール173を貫通するように、第1の回路基板14tを基板ケース32に挿入する。このように、スルーホール172に接続ピン部72pを貫通させた状態で、ランドを例えば半田付けすることで、外部配線38と第1の回路基板14t上の所望の回路とを電気接続できる。また、内部接続ピン73もスルーホール173に貫通させた状態でランドを例えば半田付けする。次に、接続ピン部72pがスルーホール272を貫通し、内部接続ピン73がスルーホール273を貫通するように、第2の回路基板14bを基板ケース32に挿入する。このように、スルーホール272に接続ピン部72pを貫通させた状態で、ランドを例えば半田付けすることで、外部配線38と第2の回路基板14b上の所望の回路とを電気接続できる。
 また、内部接続ピン73をスルーホール273に貫通させた状態でランドを例えば半田付けする。これによって、内部接続ピン73を介して、第1の回路基板14t上の回路と第2の回路基板14b上の回路との電気接続が行われる。
 このように、本実施の形態では、接続ホルダ37の外部接続ピン72および内部接続ピン73がそれぞれの回路基板14のスルーホールそれぞれを貫通するように、接続ホルダ37とそれぞれの回路基板14とを配置している。
 本実施の形態では、このような構成とすることにより、小型で単純な形状の接続ホルダ37によって、回路基板14間を電気接続することができる。特に、外部と電気接続するための接続ホルダ37を利用して、基板ケース32内部の回路基板14どうしの電気接続にも利用できる。このため、機種ごとに回路基板間の接続部材を作成する必要はなく、モータ制御ユニットにおける回路基板やコネクタ間の接続の共通化を図ることができ、汎用性を高めることができる。すなわち、外部接続ピン72を介して、2枚の回路基板14の少なくとも一方と外部接続端子72tとを電気接続し、例えばモータ制御ユニットの機種ごとに回路基板14間接続を対応させて、内部接続ピン73を介して、2枚の回路基板14どうし間を電気接続すればよい。
 以上説明したように、本発明のモータ制御ユニットは、モータを駆動制御するための少なくとも2枚の回路基板をケース内に収納するとともに、外部と電気接続するための接続ホルダをケースの外面に配置している。接続ホルダは、外部に電気接続するための外部接続端子とともに、それぞれが同方向に延伸する複数の接続ピンを有する。2枚の回路基板はそれぞれに、接続ピンを貫通させる複数のスルーホールを有する。また、複数の接続ピンは、外部接続端子に対して電気接続された外部接続ピンと、外部接続端子に対して電気絶縁された内部接続ピンとで構成される。そして、複数の接続ピンが2枚の回路基板のスルーホールをそれぞれに貫通するように、接続ホルダと2枚の回路基板とが配置された構成である。また、本発明のブラシレスモータは、巻線を備えたステータと、ステータに対面して回転自在に配置されたロータと、上記本発明のモータ制御ユニットとを一体化して形成した構成である。
 このような構成により、回路基板やコネクタ間の接続の共通化が可能となって汎用性を高め、モータ制御ユニットの機種ごとの共用化も可能となる。
 なお、以上、IPMタイプのロータとした一例を挙げて説明したが、磁石をロータコアの表面に配設したSPM(Surface Permanent Magnet:表面磁石貼付型)タイプのロータであってもよい。
 本発明は機種ごとの共用化が可能なモータ制御ユニットの構成を提供できるため、電装機器およびその他の電気機器用のモータ制御ユニットやそれを備えたブラシレスモータとして有用である。
 10  ブラシレスモータ
 11  ステータ
 12  ロータ
 13  ケーシング
 14  回路基板
 14t  第1の回路基板
 14b  第2の回路基板
 15  ステータコア
 16  巻線
 16a  引出線
 17  インシュレータ
 19  取付部
 21  ロータコア
 22  永久磁石
 22h  磁石挿入孔
 24  固着部材
 25  回転軸
 26  軸受
 31  モータケース
 31a  収納部
 31b  平板部
 32  基板ケース
 32a,32b  環状立上部
 32f  ホルダ固定孔
 32t  ホルダ孔
 35  ケース蓋
 36  ネジ
 37  接続ホルダ
 38  外部配線
 38t  接続端部
 41  回路部品
 41p  パワー素子
 41s  位置検出素子
 43  絶縁シート
 44  スペーサ
 60  遮熱部材
 60b  案内部
 70  ホルダハウジング
 70f  ホルダ固定用突起
 70h  ピン保持部
 71  接続ピン
 72  外部接続ピン
 72b  折曲部
 72p  接続ピン部
 72t  外部接続端子
 73  内部接続ピン
 78  ピン固定部材
 80  位置検出用磁石
 100  モータユニット
 110  モータ制御ユニット
 172,173,272,273  スルーホール

Claims (8)

  1. モータを駆動制御するための少なくとも2枚の回路基板をケース内に収納するとともに、外部と電気接続するための接続ホルダを前記ケースの外面に配置したモータ制御ユニットであって、
    前記接続ホルダは、外部に電気接続するための外部接続端子とともに、それぞれが同方向に延伸する複数の接続ピンを有し、
    前記2枚の回路基板はそれぞれに、前記接続ピンを貫通させる複数のスルーホールを有し、
    前記複数の接続ピンは、前記外部接続端子に対して電気接続された外部接続ピンと、前記外部接続端子に対して電気絶縁された内部接続ピンとで構成され、
    前記複数の接続ピンが、前記2枚の回路基板の前記スルーホールをそれぞれに貫通するように、前記接続ホルダと前記2枚の回路基板とを配置したことを特徴とするモータ制御ユニット。
  2. 前記外部接続ピンを介して、前記2枚の回路基板の少なくとも一方と前記外部接続端子とを電気接続し、
    前記内部接続ピンを介して、前記2枚の回路基板どうし間を電気接続したことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御ユニット。
  3. 前記2枚の回路基板のうちの一方の回路基板は、モータの巻線を駆動するインバータ用のパワー素子を少なくとも実装した回路基板であることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御ユニット。
  4. 前記接続ホルダ、前記一方の回路基板、前記他方の回路基板をこの順に配置したことを特徴とする請求項3に記載のモータ制御ユニット。
  5. 前記ケースと熱的に結合するように、電気絶縁層を介して、前記一方の回路基板を前記ケースの内面に配置したことを特徴とする請求項4に記載のモータ制御ユニット。
  6. 前記外部接続ピンは、
    前記内部接続ピンと同一方向に延伸する接続ピン部と、
    前記接続ピン部から略直角となるように折り曲げた折曲部と、
    前記折曲部に形成された前記外部接続端子とを一体化して形成されていることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御ユニット。
  7. 前記外部接続ピンは、
    前記内部接続ピンと同一方向に延伸する接続ピン部と、
    前記接続ピン部から略直角となるように折り曲げた折曲部と、
    前記折曲部に形成された前記外部接続端子とを一体化して形成されていることを特徴とする請求項2に記載のモータ制御ユニット。
  8. 巻線を備えたステータと、
    前記ステータに対面して回転自在に配置されたロータと、
    請求項1から7のいずれか1項に記載のモータ制御ユニットとを一体化して形成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
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