JP4512803B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車載用空調機器、バッテリー冷却装置などに用いられるブラシレスモータに関する。

例えば、車載用空調機器の駆動装置として用いられるアウターロータ型のＤＣブラシレスモータについて説明する。
モータ軸の一端にはファンが取り付けられており他端側は軸受部（ハウジング）を貫通して基板保護ケース内に挿入されている。軸受部にはステータが組み付けられている。また軸受部に回転可能に支持されたモータ軸にはカップ状のロータヨークが組み付けられその内周面にマグネットが固着されたロータが、ステータを囲むように組み付けられている。

また、モータ軸の他端にはセンサマグネットが設けられ、該センサマグネットは基板保護ケース内に設けられた回路基板に設けられたホール素子で磁極検出がされモータコイルへの励磁電流が切り替えられるようになっている。

基板保護ケース上部近傍に延設された軸受部の端部には取付突部が突設されている。この取付突部は、基板保護ケース上に設けられた環状突起に位置合わせして嵌め込まれたリング状の第１防振ゴムと、取付突部上にリング状の第２防振ゴムが重ね合わされ、更に第２防振ゴム上に金属リングを重ね合わせてねじ止めすることにより基板保護ケースと一体に組み付けられている。これにより、モータ軸の振動を第１，第２防振ゴムが吸収するので、振動が基板保護ケースに伝わらず、回路基板の配線接続部を保護するようになっている。
上記第１，第２防振ゴムとしては、ゴム硬度計（JIS K 6253（ISO 7619）；デュロメータ，タイプＡ，スプリング式）で測定された硬度４０乃至６０程度のブチルゴム（ＩＩＲ），エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などが用いられる（特許文献１参照）。
特開２０００−２１７３２４号公報

上述した基板保護ケースの防振構造は、軸受部とケースと第１，第２防振ゴムと金属リングを相互に位置合わせしてねじ止めするため、組み立て工数が多く、作業に手間取るうえに、部品点数が多いため製造コストが高くなる。
また、ステータやロータの厚さに加えて、駆動回路が形成された回路基板の厚さも加わるため、軸方向に厚みを持ったモータ構造となり易い。トランジスタ等の発熱部品は基板保護ケースから外部に露出するヒートシンクに接触して組み付けられているため、軸方向に部品実装容積が必要となるうえに、回路基板には電解コンデンサやチョークコイル等の高さを要する電子部品が実装されるため基板保護ケースの容積が拡大し、筐体状に形成されるため振動が増幅され易い。

また、車載用空調装置として用いられる場合には、環境に配慮して車両総重量の軽量化を図るべくモータ自体も小型化・軽量化する必要があるうえに、過酷な使用環境にさらされるため、車内の静音化や十分な防振対策をとる必要がある。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、組立性が良くモータ振動を低減でき、しかも小型化・偏平化・軽量化を実現できるブラシレスモータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
カップ状のブラケットが取付けベースを覆って一体に組み付けられたモータケース内にロータ及びステータが収納されたブラシレスモータであって、前記取付けベースは、前記ロータ及びステータを収容するベース本体部と前記ブラケット開口端部を全周にわたって支持する支持部とを具備し、前記ベース本体部を形成する第１の樹脂材と前記支持部を形成する前記第１の樹脂材より柔らかい第２の樹脂材とを用いてインサート成形やアウトサート成形などによる２色押出し成形により前記取付けベースが一体成形されていることを特徴とする。

また、前記ブラケット開口端部に周方向に複数箇所でボス部が突設されており、前記受け部には前記ボス部が挿入されて位置決めされる挿入孔が複数箇所に形成されていることを特徴とする。

また、前記支持部の支持面には、前記ブラケットの開口端面を受ける複数の支持突部が各々突設されていることを特徴とする。

また、前記支持部の外周側には起立壁が全周にわたって起立形成されており、前記ブラケットの開口端外周に当接して組み付けられていることを特徴とする。

また、前記第１の樹脂材は、ゴム硬度計（JIS K 6253（ISO 7619）；デュロメータ，タイプＡ，スプリング式）で測定された硬度４０度乃至６０度の高分子樹脂材が用いられ、第２の樹脂材は硬度２５度乃至４０度のエラストマーが用いられることを特徴とする。

モータ駆動回路が形成されたモータ基板が前記ロータ及びステータと前記ブラケットの開口底部との間に軸方向に形成された空間部に前記ブラケット側に固定されていることを特徴とする。

上述したブラシレスモータを用いれば、取付けベースは、ロータ及びステータを収容するベース本体部とブラケット開口端部を全周にわたって受ける受け部が形成されており、受け部はベース本体部を形成する第１の樹脂材の硬度より柔らかい第２の樹脂材により２色押出し成形されている。よって、取付けベースを硬度の異なる樹脂材により２色押出し成形により一体成形されるので、部品点数が減り組み立てが容易で作業性も向上する。
また、ブラケット開口端部を全周にわたって支持する支持部はベース本体部を形成する第１の樹脂材の硬度より柔らかい第２の樹脂材が用いられるため、ブラケットに伝わるモータ振動（モータ励磁音）が支持部によって吸収されるので、取付けベース側に振動を伝わり難くすることができる。

ブラケット開口端部に周方向に複数箇所でボス部が突設されており、前記受け部には前記ボス部が挿入されて位置決めされる挿入孔が複数箇所に形成されていると、ブラケットと取付けベースとの位置合わせが容易でありかつ組み付けも容易に行なえる。

支持部の支持面には、ブラケットの開口端面を受ける複数の支持突部が各々突設されていると、ブラケットを取付けベースに重ね合わせると、開口部端面が支持突起によりフローティング支持され、各支持突起を潰すことで支持面に支持される。このベース本体部より柔らかい支持部により支持されることから、ブラケットのモータ振動のみならず組み立て誤差も吸収することができる。

また、支持部の外周側には起立壁が全周にわたって起立形成されており、ブラケットの開口端外周に当接して組み付けられていると、開口部端面から外周面にわたって柔らかい支持部が密着するため、ブラケットと取付けベースから閉止されたモータケース内のシール性や防振性が向上する。

また、第１の樹脂材は、ゴム硬度計（JIS K 6253（ISO 7619）；デュロメータ，タイプＡ，スプリング式）で測定された硬度４０度乃至６０度の高分子樹脂材が用いられ、第２の樹脂材は硬度２５度乃至４０度のエラストマーが用いられると、ベース本体部の強度を維持しつつ、支持部による振動吸収とシール性が高められ、かつ耐候性を有するモータの防振構造が実現できる。

モータ駆動回路が形成されたモータ基板がロータ及びステータとブラケットの開口底部との間に軸方向に形成された空間部にブラケット側に固定されていると、ブラケットに固定されるモータ基板を振動から保護することができ、配線接続の信頼性を維持することができる。また、モータを軸方向に小型化，偏平化することで、モータケースも小型化するため、モータ振動の増幅を低減することができる。

以下、本発明に係るブラシレスモータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、車載用のファンモータ（アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ）を用いて説明する。

図１乃至図４を参照して、ブラシレスモータの概略構成について説明する。
図１及び図２において、ブラシレスモータ１は、カップ状のブラケット２と取付けベース３とが一体に組み付けられている。ブラケット２の近傍には、ファン（インペラ）５が後述するモータ軸の一端に一体に組み付けられている。ファン５が回転すると軸方向中心部から吸気して外周方向へ排気するようになっている。

図３において、カップ状のブラケット２のブラケット開口部２ａ中心には中空円筒部６が突設されている。中空円筒部６には、モータ軸７が軸受部（ボールベアリング、スリーブ軸受など）８ａ，８ｂを介して回転可能に軸支されている。ブラケット２はロータ軸受部とモータケースを兼用しており、軽量で熱放散性の高いアルミダイカスト製品（鋳造品）のほかに、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）などが用いられる。モータの外装を構成するブラケット２が取付けベース３を覆って形成される閉鎖された閉鎖空間Ｐ内にロータＲ及びステータＳが収納されている。

図３において、環状のステータコア１２は、ブラケット２の開口底部２ｂに形成された中空円筒部６の外周面に組み付けられている。ステータコア１２には径方向内側に向けてティース部１３が設けられており、各ティース部１３はインシュレータ１４に覆われて絶縁されている。各ティース部１３にはマグネットワイヤ１５が巻き付けられている。

モータ駆動回路が形成されたモータ基板（ＰＷＢ）９は、ロータＲ及びステータＳとブラケット２の開口底部２ｂとの間に軸方向に形成された空間部Ｑにインシュレータ１４のねじ孔１４ａに固定ねじ２４を嵌め込んで固定されている。また、ブラケット２の開口底部２ｂにはねじ頭部を収容する逃げ凹部２ｈが形成されている。尚、モータ基板９は、インシュレータ１４に固定されていたが、ブラケット２の開口底部２ｂにボスを設けて直接ねじ止め固定することも可能である。また、モータ基板９は、中空円筒部６に対して固定されていてもよいが、基板外縁部の振動を防ぐため、当該基板外縁部で固定されるのが望ましい。

このため、モータの外装を構成するブラケット２と取付けベース３に囲まれたモータケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケット２の開口底部２ｂに可能な限り近接してモータ基板９が固定できるので、ブラシレスモータ１を軸方向に小型化、偏平化並びに軽量化することができる。

また、図３において、モータ基板９には、ブラケット開口部２ａのうち開口底部２ｂのロータヨーク１０より径方向外側の外縁部側に形成される空きスペースに比較的高さのある電子部品（例えばチョークコイル、電解コンデンサ２０など）が配置されている。これにより基板実装部品の高さをブラケット開口部２ａ内の空きスペースを利用して軸方向に吸収することができ、モータの偏平化（薄型化）を促進することができる。

ロータＲはカップ状のロータヨーク１０の内周面にマグネット１１が接着されている。ロータヨーク１０の中心部とモータ軸７の他端が一体に組み付けられている。ロータＲは、ブラケット２の開口底部２ｂに形成された中空円筒部６に軸受部８ａ，８ｂを介してモータ軸７が軸支され、かつロータヨーク開口部１０ａをブラケット２の開口底部２ｂに向けてブラケット２に回転可能に組み付けられている。このようにブラケット開口部２ａ内にロータヨーク１０が開口底部２ｂにロータヨーク開口部１０ａを対向するように収容して形成される空間内にステータＳが配置されるので、アウターロータ型モータであっても軸方向に小型化することができる。

また、モータ基板９には外部配線１８（図１，図２参照）が接続されている。この外部配線１８は取付けベース３に設けられた貫通孔に嵌め込まれたグロメット（図示せず）を通じてモータ外へ引き出される。この外部配線１８にアース線を含めることで、モータ基板９を外部接地することも可能である。

以上のように、ブラケット２と取付けベース３に囲まれ閉鎖されたモータケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケット開口部２ａの開口底部２ｂの面積内にモータ基板９を配置しているので、モータを軸方向に小型化、偏平化並びに軽量化することができる。
例えば出力５０Ｗクラスのアウターロータ型ブラシレスモータでブラケット２と取付けベース３との間の軸方向寸法が約１／２程度に薄型化を達成でき、重量に関しては２／３〜１／２程度に軽量化できた。

ここで取付けベース３の構造について、図４乃至図７を参照して詳細に説明する。
図５において取付けベース３は、ロータＲ及びステータＳを収容するベース本体部２１とブラケット２の開口端部２ｄを全周にわたって支持するリング状の支持部２２を備えている。

図６において、支持部２２はベース本体部２１を形成する第１の樹脂材の硬度より柔らかい第２の樹脂材によりインサート成形やアウトサート成形などによる２色押出し成形により形成されている。具体的には第１の樹脂材は、ゴム硬度計（JIS K 6253（ISO 7619）；デュロメータ，タイプＡ，スプリング式）で測定された硬度４０度乃至６０度の高分子樹脂材（ポリプロピレン材）が用いられ、第２の樹脂材は上記ゴム硬度計で測定された硬度２５度乃至４０度のエラストマーが好適に用いられる。図示しない成形型により第１の樹脂材を用いてベース本体部２１を射出成形して成形した後、金型を変えて第２の樹脂材を用いて支持部２２を射出成形することにより取付けベース３が２色押出し成形により一体成形される。このとき、第２の樹脂材は第１の樹脂材との食いつきを良くするため、成形孔２１ａに充填部２２ｅが充填されて一体に成形される。

また、図４において、ブラケット２の開口端部２ｄには周方向に複数箇所でボス部２ｅが突設されている。ボス部２ｅにはねじ孔２ｆが形成されている。また、支持部２２にはボス部２ｅが挿入されて位置決めされる挿入孔２２ａが複数箇所に形成されている。挿入孔２２ａは挿入孔２１ｂの内周側を覆って一体成形されている。
ブラケット２は取付けベース３に対してボス部２ｅを挿入孔２２ａに挿入して位置合わせして重ね合わせる。そして、ベース本体部２１の挿入孔２１ｂから露出するボス部２ｅのねじ孔２ｆに固定ねじ２３をワッシャー２３ａを介してねじ嵌合させて一体に組み付けられる。

また、図７（ａ）（ｂ）に示すように、各支持部２２の支持面２２ｂには、ブラケット２の開口端部２ｄを受ける複数の支持突部２２ｃが各々突設されている。図３において、ブラケット２を取付けベース３に重ね合わせると、開口部端部２ｄが支持突起２２ｃによりフローティング支持され、固定ねじ２３により取付けベース３に締め付ける際に各支持突起２２ｃを潰すことで支持面２２ｂに支持される。このようにブラケット２はベース本体部２１より柔らかい支持部２２により支持されることから、ブラケット２のモータ振動のみならず組み立て誤差も吸収することができる。支持突起２２ｃは挿入孔２２ａの外周に沿って設けられているが、起立壁２２ｄに沿って設けられていてもよい。

また、図７（ａ）（ｂ）において、支持部２２の外周側には起立壁２２ｄが全周にわたって起立形成されており、ブラケット２の開口端外周２ｇに当接して組み付けられている。これにより、図４において、ブラケット２の開口部端部２ｄから外周面２ｇにわたって柔らかい支持部２２が密着するため、ブラケット２と取付けベース３から閉止されたモータケース内のシール性や防振性が向上する。

また、取付けベース３は、第１の樹脂材として硬度４０度乃至６０度の高分子樹脂材が用いられ、第２の樹脂材として硬度２５度乃至４０度のエラストマーを用いて２色成形されることで、ベース本体部の強度を維持しつつ、支持部による振動吸収とシール性が高められ、かつ耐候性を有するモータの防振構造が実現できる。よって、車載されて過酷な使用環境下においても十分耐え得る防水性、防振性を備えたモータを提供できる。

上記実施例は、車載用のファンモータを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、空調機器等他の装置に適用することも可能である。また、アウターロータ型ブラシレスモータに限らず、ロータ及びステータとブラケット間にモータ基板が配置されたインナーロータ型ブラシレスモータに適用することも可能である。

ファンを取り外したブラシレスモータの斜視図である。 図１のブラシレスモータの正面図である。 ファンを取り外したブラシレスモータの断面図である。 ブラケットと取付けベースの固定部の拡大断面図である。 取付けベースの斜視図である。 ベース本体部と支持部の分解斜視図である。 支持部のブラケット開口端部を支持する支持部の斜視図及び平面図である。

符号の説明

Ｐ 閉鎖空間
Ｑ 空間部
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
１ ブラシレスモータ
２ ブラケット
２ａ ブラケット開口部
２ｂ 開口底部
２ｄ 開口端部
２ｅ ボス部
２ｆ，１４ａ ねじ孔
２ｇ 開口端外周
２ｈ 逃げ凹部
３ 取付けベース
３ａ 貫通孔
５ ファン（インペラ）
６ 中空円筒部
７ モータ軸
８ａ，８ｂ 軸受部
９ モータ基板
１０ ロータヨーク
１０ａ ロータヨーク開口部
１１ マグネット
１２ ステータコア
１３ ティース部
１４ インシュレータ
１５ マグネットワイヤ
１８ 外部配線
２０ 電解コンデンサ
２１ ベース本体部
２１ａ 成形孔
２２ 支持部
２２ａ 挿入孔
２２ｂ 支持面
２２ｃ 支持突起
２２ｄ 起立壁
２２ｅ 充填部
２３，２４ 固定ねじ
２３ａ ワッシャー

Claims (5)

1. カップ状のブラケットが取付けベースを覆って一体に組み付けられたモータケース内にロータ及びステータが収納されたブラシレスモータであって、
   前記取付けベースは、前記ロータ及びステータを収容するベース本体部と前記ブラケット開口端部を全周にわたって支持する支持部とを具備し、前記ベース本体部を形成する第１の樹脂材と前記支持部を形成する前記第１の樹脂材より柔らかい第２の樹脂材とを用いて２色押出し成形により前記取付けベースが一体成形されて、
   前記ブラケット開口端部に周方向に複数箇所でボス部が突設されており、
   各ボス部が前記支持部に複数箇所形成されている挿入孔に挿入されて、位置決めされて組み付けられているブラシレスモータ。
2. 前記支持部の支持面には、前記ブラケットの開口端面を受ける複数の支持突部が各々突設されている請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 前記支持部の外周側には起立壁が全周にわたって起立形成されており、前記ブラケットの開口端外周に当接して組み付けられている請求項１又は２記載のブラシレスモータ。
4. 前記第１の樹脂材は、ゴム硬度計（JIS K 6253（ISO 7619）；デュロメータ，タイプＡ，スプリング式）で測定された硬度４０度乃至６０度の高分子樹脂材が用いられ、第２の樹脂材は硬度２５度乃至４０度のエラストマーが用いられる請求項１、２又は３記載のブラシレスモータ。
5. モータ駆動回路が形成されたモータ基板が前記ロータ及びステータと前記ブラケットの開口底部との間に軸方向に形成された空間部に前記ブラケット側に固定されている請求項１乃至４のいずれか１項記載のブラシレスモータ。