JP2007209100A - ブスバーおよびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動式のモータのブスバーにおいて、外部と接続されるコネクタピンと回路基板との接合部に応力が生じることを防止して接合部や回路基板の破損を防止する。
【解決手段】電動式のモータのブスバー５０は、配線板を内部に有する略環状の樹脂本体５１および樹脂本体５１上に配置された回路基板５２を備え、樹脂本体５１の一部分にはそれぞれが略Ｊ字状の金属部材である複数のコネクタピン５１３が設けられる。ブスバー５０では、各コネクタピン５１３の両端部５１３ａ，５１３ｂ間の一部が、インサート成形により樹脂本体５１内に位置するように樹脂モールドされる。これにより、外部コネクタ７１１の着脱の際にコネクタピン５１３に作用する力が樹脂本体５１に吸収され、コネクタピン５１３と回路基板５２との接合部に応力が生じることを防止し、接合部や回路基板５２の破損を防止することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブスバー、および、ブスバーを備える電動式のモータに関する。

従来より、電動式のモータでは、電機子のコイルエンドに設けられたブスバーまたは回路基板に、コイルの端末線、センサ素子等の電子部品等が接続される。例えば、特許文献１では、電動式のモータにおいて、支持体が取り付けられた基板にコイルの端末線、速度検出用のセンサ等が接続され、さらに、この基板上にコネクタが接合され、コネクタを介して外部電源用リード線と基板との接続が行われたり、速度検出用のセンサからの信号がコネクタを介して外部に取り出されるようになっている。
特開平１０−１４１５３号公報

ところで、特許文献１のモータのように、コネクタ内のピンが回路基板に直接接合される場合、コネクタと外部のコネクタとの着脱の際にピンに作用する力が回路基板に直接伝達されてしまい、この力に起因する応力によりピンと回路基板との接合部の破損や回路基板のひび割れが発生してしまう恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、電動式のモータに利用されるブスバーにおいて、コネクタ内のピン等の金属部材と回路基板との接合部に応力が生じることを防止し、これにより、接合部や回路基板の破損を防止することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータにおいて所定の中心軸方向に関して電機子の一方側に配置され、前記電機子へ駆動電流を供給する結線が施されるブスバーであって、樹脂の射出成形により形成された樹脂本体と、前記電機子および電流供給部との結線用の複数の端子を有し、前記射出成形時のインサート成形により、前記複数の端子間を接続する部位が前記樹脂本体内に位置する複数の第１金属部材と、それぞれが略線状の金属であり、両端部が前記樹脂本体から露出し、前記射出成形時のインサート成形により前記両端部間の一部が前記樹脂本体内に位置する複数の第２金属部材と、前記樹脂本体上に配置され、前記複数の第２金属部材のそれぞれの一の端部と接合される回路基板とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブスバーであって、前記回路基板に、モータのロータ部の回転位置を検出するセンサが接続される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のブスバーであって、前記複数の第２金属部材のそれぞれの前記一の端部が、前記樹脂本体の表面から垂直に突出し、前記回路基板に設けられた孔に挿入される。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のブスバーであって、前記複数の第２金属部材の前記回路基板とは反対側の複数の端部が、外部コネクタと着脱可能に接続される。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のブスバーであって、前記複数の第２金属部材の前記複数の端部および前記樹脂本体の前記複数の端部の周囲の部位が、前記外部コネクタと嵌合されるコネクタの一部となっている。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のブスバーであって、前記複数の第２金属部材のそれぞれが、略Ｊ字状である。

請求項７に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子を有するステータ部と、前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するロータ部と、前記中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、請求項１ないし６のいずれかに記載のブスバーとを備える。

本発明では、第２金属部材の回路基板に接合される端部とは反対側の端部に配線等の接続を行う際に、この端部に作用する力が回路基板と接合される端部に作用して接合部や回路基板に応力が生じることを防止することができ、接合部や回路基板の破損を防止することができる。

請求項３の発明では、回路基板と第２金属部材とを容易に接合することができる。請求項４の発明では、外部コネクタの着脱の際に第２金属部材に作用する力が接合部や回路基板に作用することを防止することができ、請求項５の発明では、ブスバーの構造を簡素化することができる。また、請求項６の発明では、ブスバーの樹脂本体上の同一の面から第２金属部材の両端部を容易に露出させることができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係る電動式のモータ１の縦断面図である。モータ１はいわゆるブラシレスモータとなっており、自動車の操舵を補助するパワーステアリングの駆動源として利用される。なお、断面の細部における平行斜線の図示を一部省略している。モータ１は、回転組立体であるロータ部２、固定組立体であるステータ部３、ロータ部２およびステータ部３を収納する略有底円筒状のハウジング１１、および、軸受機構４を備える。

モータ１が実際に使用される際には、ハウジング１１の図１における上側の開口が別途蓋部材により塞がれ、その上にモータ１の駆動を制御する制御回路ユニット（以下、「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」という。）７１が取り付けられる。また、ハウジング１１の底部の外側にはポンプが取り付けられ、ポンプの内部およびハウジング１１の内部はパワーステアリング用の流体であるオイルで満たされる。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１の伸びる方向に関してハウジング１１の開口側を上側、ハウジング１１の底部側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は、必ずしも重力方向に一致する必要はない。

ハウジング１１は、アルミダイカストにて１つの部材として形成され、中心軸Ｊ１を中心とする略円筒状の筒状部１１１、筒状部１１１の下端を覆うとともに中央に開口１１２１が形成された底部１１２、開口１１２１から中心軸Ｊ１に沿って筒状部１１１の上端に向かって突出する略円筒状の軸受保持部１１３を備える。

ロータ部２は、中心軸Ｊ１を中心として一端（上端）が軸受保持部１１３の先端から突出するシャフト２１、中心軸Ｊ１を中心とする円筒部を有するとともにシャフト２１の上端にてシャフト２１に取り付けられるロータコア２２、ロータコア２２の側面に取り付けられた界磁用磁石２３、中心軸Ｊ１を中心とする環状でありロータコア２２の上端の外周面に取り付けられたセンサ用磁石２４、および、界磁用磁石２３とセンサ用磁石２４とを覆うロータカバー２５を備える。

ロータコア２２は、金属の粉末材料の加圧成形および焼結を含む工程により軸受保持部１１３の先端を覆う有蓋円筒状に形成された磁性体であり、上部の蓋部２２１がシャフト２１の上端に接続されて下側が自由端とされる。このように、ロータコア２２を、いわゆる片持ち構造にて支持することにより、軸受機構４をロータコア２２内に位置させてモータ１の高さ（軸方向の長さ）を低減することが実現される。なお、軸受機構４の全体がロータコア２２の内部に位置する必要はなく、軸受機構４の少なくとも一部が、ロータコア２２内に位置するのみであってもよい。

界磁用磁石２３は、それぞれが中心軸Ｊ１方向に長い複数の界磁用磁石要素（いわゆるセグメントマグネット）の集合体であり、周方向に沿ってロータコア２２の外周面上に配列される。界磁用磁石２３としては、例えば、ネオジウムを含む焼結体が利用される。

ハウジング１１の筒状部１１１の内周面には電機子３０が界磁用磁石２３に対向して取り付けられ、電機子３０の中心軸はシャフト２１の中心軸Ｊ１と一致する。電機子３０は、磁性体からなるコア３１の環状部（いわゆるコアバック）の内周面から、先端を中心軸Ｊ１に向けて中心軸Ｊ１を中心に放射状に配置される（すなわち、ハウジング１１の内周面からシャフト２１および界磁用磁石２３に向かって伸びる）複数のティース（図２の符号３１１参照）、複数のティースを覆うインシュレータ３２、および、複数のティースにインシュレータ３２上から多層に導線を巻回することにより設けられたコイル３５を備える。コイル３５は、ティースおよびインシュレータ３２の外周に上下方向（中心軸Ｊ１方向）に向かって導線が巻かれて形成されている。

中心軸Ｊ１方向に関して電機子３０の一方側となる上側には、電機子３０のコイル３５へ駆動電流を供給する結線が施されるブスバー５０が配置され、ブスバー５０はＥＣＵ７１にも接続される。ブスバー５０は、樹脂の射出成形により形成された略環状の樹脂本体５１、樹脂本体５１内で中心軸Ｊ１の向く方向に間隔を開けて積層される複数（本実施の形態では４つ）の円弧状の配線板５１２、それぞれが剛性を有する略線状の金属である複数のコネクタピン５１３、および、樹脂本体５１上に配置される回路基板５２を備える。

モータ１では、電機子３０およびブスバー５０等を主要部としてハウジング１１内に固定されたステータ部３が構成され、ハウジング１１の軸受保持部１１３の内側には軸受機構４が保持される。軸受機構４は、中心軸Ｊ１に沿って配列された１対の軸受４１，４２であり、ロータ部２のシャフト２１が軸受保持部１１３内にて１対の軸受４１，４２に支持されることにより、ロータ部２がステータ部３に対して中心軸Ｊ１を中心に相対的に回転可能に支持される。そして、ブスバー５０を介して電機子３０に駆動電流が供給されることにより、界磁用磁石２３と電機子３０との間で中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生し、ロータ部２が回転する。

回路基板５２の樹脂本体５１側には、種々の電子部品と共にロータコア２２の向き（すなわち、ロータ部２の回転位置）を検出するセンサである３つのホール素子５３が下方に向かって突出するように接続されており、ホール素子５３は後述するセンサホルダ５４に保持される。ホール素子５３は、中心軸Ｊ１に対してセンサ用磁石２４の外側に配置され、センサ用磁石２４はホール素子５３と対向する。センサ用磁石２４は界磁用磁石２３と同様に多極着磁されており、ホール素子５３がセンサ用磁石２４からの磁界を検出することにより、界磁用磁石２３の回転位置が間接的に検出される。そして、検出結果に基づいて電機子３０への駆動電流が制御される。

図２は、ステータ部３の主要な構成要素を分解して示す斜視図である。図２では電機子３０についてはコア３１のみを示しているが、実際には、電機子３０の上端にブスバー５０が取り付けられる際には、コア３１のティース３１１がインシュレータ３２で覆われ、さらにインシュレータ３２の上から導線が巻回されてコイル３５が形成された電機子３０が準備される（図１参照）。

ブスバー５０内の配線板５１２（図１参照）は、図２に示すように、電機子３０との結線用の複数の端子５１２１、および、外部の電流供給部との結線用の複数の平端子５１２２を有し、端子５１２１および平端子５１２２の間を接続する部位が、射出成形時のインサート成形により樹脂本体５１内に位置するように樹脂モールドされる。また、ブスバー５０には外部との接続用の複数のコネクタピン５１３も設けられ、各コネクタピン５１３の両端部５１３ａ，５１３ｂ間の一部も射出成形時のインサート成形により樹脂本体５１内に位置するように樹脂モールドされる。このように、ブスバー５０の樹脂本体５１内には大きく分けて２種類の金属部材が配置され、複数の第１金属部材である複数の配線板５１２の一部および複数の第２金属部材である複数のコネクタピン５１３の一部が樹脂本体５１に覆われることにより互いに電気的に絶縁されつつ固定されている。

ステータ部３では、図示省略のコイル３５からの導線がカシメにより外周の端子５１２１に接続されることによりブスバー５０が電機子３０と電気的に接続される。このとき、樹脂本体５１の外周に設けられた複数の脚部５１４がコア３１の上面に当接し、さらに、脚部５１４の先端に形成された突起部がコア３１の外周面の縦溝に係合することにより、コア３１に対するブスバー５０の位置が決定される。

図３は、ブスバー５０の一部を拡大して示す縦断面図である。ブスバー５０では、各コネクタピン５１３が略Ｊ字状となっており、両端部５１３ａ，５１３ｂが樹脂本体５１から上方へと露出する。各コネクタピン５１３の両端部のうちの回路基板５２に接合される端部（以下、「基板側端部」という。）５１３ａは、図２および図３に示すように、樹脂本体５１の回路基板５２と対向する表面から垂直に突出し、コネクタピン５１３の回路基板５２とは反対側の端部（以下、「コネクタ側端部」という。）５１３ｂは、樹脂本体５１に上方に突出するように設けられた突出部５１５の先端からさらに上方に突出する。

詳細には、突出部５１５の先端には複数のコネクタ側端部５１３ｂの周囲にて上方に突出するコネクタ用突起５１５ａが設けられ、コネクタ用突起５１５ａの先端から複数のコネクタ側端部５１３ｂが突出する。そして、コネクタ用突起５１５ａおよびコネクタ側端部５１３ｂを含むコネクタ５１０に、信号をＥＣＵ７１（図１参照）へ出力する外部コネクタ７１１が着脱可能に接続される。すなわち、ブスバー５０では樹脂本体５１のコネクタ側端部５１３ｂの周囲の部位が、外部コネクタ７１１と嵌合されるコネクタ５１０の一部となっている。ＥＣＵ７１に出力される信号は、ホール素子５３からの信号に基づいて回路基板５２上に実装された電子部品により生成される。

図２および図３に示すように、樹脂本体５１の内周面には、樹脂製で円弧状のセンサホルダ５４が収容される円弧状の凹部５１８が形成されており、ホール素子５３が回路基板５２に取り付けられる際には、ホール素子５３がセンサホルダ５４の各凹部５４１に挿入されて保持され、回路基板５２上のランドに形成された孔にホール素子５３の端子が挿入された上で、センサホルダ５４が回路基板５２の樹脂本体５１側の面に固定される。センサホルダ５４の回路基板５２への固定は、図２に示すように、センサホルダ５４の突起部５４２を回路基板５２の孔５２１に挿入して突起部５４２を加熱溶融して押し潰す熱溶着により行われる。その後、ホール素子５３の端子が半田付けにより回路基板５２に接合される。

回路基板５２の樹脂本体５１への固定は、回路基板５２にセンサホルダ５４が取り付けられた後に行われ、まず、センサホルダ５４が凹部５１８内に嵌め込まれ、樹脂本体５１の上面に設けられた２つの樹脂製の突起部５１１が回路基板５２の孔５２２に挿入されるとともに複数のコネクタピン５１３の基板側端部５１３ａが回路基板５２に設けられた孔５２３に挿入される。そして、突起部５１１を加熱溶融して押し潰す熱溶着により、樹脂本体５１に回路基板５２が強固に固定され、さらに、基板側端部５１３ａが半田付けにより回路基板５２に接合される。なお、ブスバー５０では基板側端部５１３ａが樹脂本体５１の表面から垂直に突出することから、回路基板５２とコネクタピン５１３との接合を容易に行うことができる。

以上、モータ１の構造について説明したが、モータ１のブスバー５０では、コネクタピン５１３の基板側端部５１３ａとコネクタ側端部５１３ｂとの間の一部が、樹脂本体５１内に位置するように樹脂モールドされ、各基板側端部５１３ａと回路基板５２とが接合される。これにより、コネクタ側端部５１３ｂに外部コネクタ７１１が接続される際に、この端部に作用する力が樹脂本体５１に吸収されて基板側端部５１３ａに作用しない。その結果、基板側端部５１３ａの接合部や回路基板５２に応力が生じることを防止することができ、接合部や回路基板５２の破損が防止される。また、コネクタピン５１３を略Ｊ字状とすることにより、外部コネクタ７１１の接続方向に沿う位置（すなわち、コネクタ側端部５１３ｂの下方）ではなくコネクタ５１０の隣に回路基板５２が配置されることから、外部コネクタ７１１の着脱の際にコネクタピン５１３に作用する力が樹脂本体５１に効率よく吸収され、基板側端部５１３ａの接合部や回路基板５２に作用する力をさらに防止することができる。

さらに、各コネクタピン５１３が略Ｊ字状であることから、樹脂本体５１上の同一の面から基板側端部５１３ａを容易に露出させることができ、コネクタピン５１３と回路基板５２とを容易に接合することができる。

また、ブスバー５０では、樹脂本体５１のコネクタ側端部５１３ｂの周囲の部位（コネクタ用突起５１５ａ）およびコネクタ側端部５１３ｂが、外部コネクタ７１１と嵌合されるコネクタ５１０の一部（実際にはコネクタ５１０にはパッキン等がさらに設けられるが、コネクタ用突起５１５ａおよびコネクタ側端部５１３ｂがほぼコネクタ５１０全体を構成してもよい。）とされることから、樹脂本体５１にコネクタを別途取り付ける必要がなくなり、ブスバー５０の構造および組み立てを簡素化することができる。

なお、モータ１は、既述のように、流体であるオイルを送出するポンプの動力源として利用され、ハウジング１１内がオイルで満たされるため、ブスバー５０の各端子、ホール素子５３や他の電子部品等と回路基板５２との接合部には適宜、封止剤が塗布される。

図４および図５は、ブスバーの他の例を示す縦断面図であり、図３に対応する。図４に示すブスバー５０ａでは、図３の場合と同様にピン５１６（図３のコネクタピン５１３に対応する。）の両端部５１６ａ，５１６ｂが樹脂本体５１から露出し、回路基板５２に接続される端部５１６ａとは反対側の端部５１６ｂに柔軟性を有するリード線５１７がはんだを用いて接続される。ブスバー５０ａにおいても、配線等の接続を行う際に、具体的には端部５１６ｂにリード線５１７を接合したり、リード線５１７の反対側に接続されたコネクタ（図示省略）をＥＣＵ７１に着脱する際に、端部５１６ｂに作用する力が樹脂本体５１に吸収され、ピン５１６の端部５１６ａと回路基板５２との接合部に応力が生じることを防止することができる。このように、樹脂本体５１内に第２金属部材として設けられるピンは、嵌合タイプのコネクタのピンとして利用されなくてもよい。また、第２金属部材は略線状であればピン状でなくてもよく、例えば、剛性に乏しい撚線状の金属であってもよい。

図５は、略Ｌ字状のコネクタピン５１３を備えるブスバー５０ｂを例示する縦断面図である。図５に示すコネクタピン５１３は略Ｌ字状であるため、基板側端部５１３ａが樹脂本体５１の上面から垂直に突出するが、コネクタ側端部５１３ｂは樹脂本体５１の外側面から突出する。そして、コネクタ側端部５１３ｂとその周囲の部位とが外部コネクタ７１１と嵌合されるコネクタ５１０の一部となる。このように、樹脂本体５１内の第２金属部材であるコネクタピン５１３は様々な形状とされてよく、例えば、コネクタピン５１３は直線状とされてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

例えば、モータ１では、ブスバー５０の樹脂本体５１が環状とされるが、これに限定されるものではなく、樹脂本体が円弧状あるいは円盤状とされてもよい。

上記実施の形態では樹脂本体５１内には配線板５１２およびコネクタピン５１３のみが金属部材としてインサート成形によりモールドされるが、他の金属部材がさらにインサート成形によりモールドされてもよい。

また、回路基板５２は樹脂本体５１の上面以外に設けられてもよく、例えば、樹脂本体５１の下面に取り付けられてもよい。

軸受機構４は、１対の軸受４１，４２以外の軸受を有していてもよく、例えば、含油スリーブによりシャフト２１が支持されてもよい。また、シャフト２１は片持ち構造にて支持される必要はなく、両持ち構造にて支持されてもよい。すなわち、ハウジング１１に対してシャフト２１を回転可能に支持する軸受機構は、ロータコア２２に対して上下に分離されてもよい。

モータ１は、自動車の電動パワーステアリング以外に、電動ブレーキシステムや電磁サスペンション、トランスミッションシステムに利用されてもよく、また、ブスバー上に回路基板を備えるモータが用いられる様々なシステムに利用されてよい。

本発明の一の実施の形態に係る電動式のモータの縦断面図である。 ステータ部の主要な構成要素を分解して示す斜視図である。 ブスバーの一部を拡大して示す縦断面図である。 ブスバーの他の例を示す縦断面図である。 ブスバーのさらに他の例を示す縦断面図である。

符号の説明

１ モータ
２ ロータ部
３ ステータ部
４ 軸受機構
２３ 界磁用磁石
３０ 電機子
５０，５０ａ，５０ｂ ブスバー
５１ 樹脂本体
５２ 回路基板
５３ ホール素子
５１２ 配線板
５１３ コネクタピン
５１３ａ 基板側端部
５１３ｂ コネクタ側端部
５１６ ピン
５１６ａ，５１６ｂ 端部
５１７ リード線
５２３ 孔
７１１ 外部コネクタ
５１２１ 端子
５１２２ 平端子
Ｊ１ 中心軸

Claims (7)

1. 電動式のモータにおいて所定の中心軸方向に関して電機子の一方側に配置され、前記電機子へ駆動電流を供給する結線が施されるブスバーであって、
   樹脂の射出成形により形成された樹脂本体と、
   前記電機子および電流供給部との結線用の複数の端子を有し、前記射出成形時のインサート成形により、前記複数の端子間を接続する部位が前記樹脂本体内に位置する複数の第１金属部材と、
   それぞれが略線状の金属であり、両端部が前記樹脂本体から露出し、前記射出成形時のインサート成形により前記両端部間の一部が前記樹脂本体内に位置する複数の第２金属部材と、
   前記樹脂本体上に配置され、前記複数の第２金属部材のそれぞれの一の端部と接合される回路基板と、
   を備えることを特徴とするブスバー。
2. 請求項１に記載のブスバーであって、
   前記回路基板に、モータのロータ部の回転位置を検出するセンサが接続されることを特徴とするブスバー。
3. 請求項１または２に記載のブスバーであって、
   前記複数の第２金属部材のそれぞれの前記一の端部が、前記樹脂本体の表面から垂直に突出し、前記回路基板に設けられた孔に挿入されることを特徴とするブスバー。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のブスバーであって、
   前記複数の第２金属部材の前記回路基板とは反対側の複数の端部が、外部コネクタと着脱可能に接続されることを特徴とするブスバー。
5. 請求項４に記載のブスバーであって、
   前記複数の第２金属部材の前記複数の端部および前記樹脂本体の前記複数の端部の周囲の部位が、前記外部コネクタと嵌合されるコネクタの一部となっていることを特徴とするブスバー。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のブスバーであって、
   前記複数の第２金属部材のそれぞれが、略Ｊ字状であることを特徴とするブスバー。
7. 電動式のモータであって、
   電機子を有するステータ部と、
   前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するロータ部と、
   前記中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、
   請求項１ないし６のいずれかに記載のブスバーと、
   を備えることを特徴とするモータ。

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