JP4774888B2

JP4774888B2 - モータ

Info

Publication number: JP4774888B2
Application number: JP2005279266A
Authority: JP
Inventors: 秀樹草野
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: CN1941550B; CN1941550A; JP2007097241A; US20070069841A1

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

従来より、ウォータポンプに用いられる電動式のモータでは、電機子を外部の液体から隔絶するために、複数の樹脂製カップ状ホルダを組み合わせて電機子などを密閉する空間が形成されている。さらにモータを駆動する基板はモータ内部にて発生する熱を低減するために、あるいは、電機子にて発生する熱の影響を避けるためにモータの外側に設置され、実質的にモータの設置に必要な空間が大きくなっている。

例えば、特許文献１では、樹脂製のモータハウジングおよび樹脂製のポンプケーシングを備える流体ポンプが開示されており、基板がモータハウジングの外側に取り付けられた上で保護キャップにて覆われるようなっている。特許文献２では、合成樹脂製のハウジングと合成樹脂製のポンプカバーが接合面において溶着されることによりポンプ室が形成される磁気結合ポンプが開示されており、基板は電機子側の空間に配置されるが、この空間を広くして電機子と基板とが離れるようにされている。その結果、ハウジングの形状が大型化および複雑化している。

また、特許文献３では、固定子をインペラから隔離密閉するためのキャンを省略して、隔離密閉するための防水隔壁を固定子自体によって構成するモータポンプが開示されている。さらに、特許文献４では、流体ポンプ装置に用いられるブラシ型モータにおいて、電機子および磁石を覆う筒体および筒体の開口を覆う端面板の双方を金属板からプレス加工にて形成されたものとする点が開示されている。
特開平９−３１７６８４号公報特開２００１−３０４１６７号公報特開２００４−６０４９０号公報特開２０００−２６２００１号公報

ところで、特許文献１および２に示すモータのように、モータハウジングを樹脂にて形成すると、加工費が高くなり、ハウジングの肉厚も大きくなる。また、使用環境が高温である場合、樹脂も特殊な耐熱樹脂を使用しなければならず、材料費が増加する。さらに、特許文献３に示すモータでは、電機子側への液体の流入を防止する特殊な構造が必要になるとともに、モータを駆動するための基板のスペースを別途設けなければならず、モータの省スペース化が阻害され、特許文献４のモータはブラシモータであるため、電機子側への液体の流入を防止する複雑な構造が必要になる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電動式のモータにおいて、モータの製造コストを低減し、かつ、モータを小型化することを主たる目的としており、さらにモータの設置の際の省スペース化も目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、円筒面状の内側面を有するとともに液体の流入を許容する凹部が設けられた固定組立体と、前記凹部の中心軸を中心に前記凹部内にて回転する回転体と、を備え、前記回転体が、前記中心軸に沿って伸びるシャフトと、前記シャフトと前記凹部の前記内側面との間において前記シャフトの周囲に固定される界磁用磁石とを備え、前記固定組立体が、内面が前記凹部である有底円筒部、および、前記凹部の開口から前記中心軸に略垂直に広がる部位を有する第１カバー部と、前記有底円筒部の周囲に設けられ、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する電機子と、金属板のプレス加工により形成され、前記電機子の外側面および前記電機子の前記第１カバー部とは反対側の面を覆う第２カバー部とを備え、
前記第１カバー部と前記第２カバー部とがシール材を介して組み合わされることにより、前記電機子を収納する密閉空間が形成され、前記電機子に供給される駆動電流を発生する電子部品が実装された回路基板を前記密閉空間内にさらに備え、前記密閉空間内において前記回路基板に接触して固定され、前記回路基板および前記電機子に電気的に接続されて前記回路基板からの駆動電流を前記電機子へと導くブスバーをさらに備え、前記ブスバーが前記第２カバー部に当接する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記電機子が前記第２カバー部の内側面に接触する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記電機子のコアの外側面が、前記第２カバー部の前記内側面に圧入されている。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３に記載のモータであって、前記ブスバーが、前記第２カバー部の前記第１カバー部とは反対側の底部に当接し、前記電機子のコアをコイルから絶縁するインシュレータが前記回路基板または前記ブスバーに当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されている。

請求項５に記載の発明は、請求項２または３に記載のモータであって、前記第２カバー部の前記内側面が内側に突出する段部を有し、前記電機子が前記第２カバー部の前記段部に当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されている。

本発明では、第２カバー部をプレス加工にて形成することにより、モータの製造コストを低減することができ、モータを小型化することができる。また、回路基板を内蔵することによりモータの設置の際の更なる省スペース化が実現され、回路基板で発生した熱を良好に放出することが出来る。さらに、請求項２の発明では、電機子で発生した熱を良好に放出することができる。

請求項３の発明では、電機子を容易に第２カバー部に接触させることができる。また、請求項４および５の発明では、モータの組み立てを簡素化することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電動式のモータ１の縦断面図であり、図２は、モータ１を出力側から見た様子を示す左側面図である。モータ１は、図１に示すように、円筒面状の内側面を有するとともに液体の流入を許容する凹部３１０が設けられた固定組立体３、凹部３１０の中心軸Ｊ１を中心に凹部３１０内にて回転する回転体２を備え、固定組立体３と回転体２との間に仕切り板が介在して電機子が完全密閉される、いわゆるキャンドタイプのブラシレスモータとなっている。なお、図１では、断面の細部における平行斜線の図示を省略している。

回転体２は、図１および図２に示すように、中心軸Ｊ１に沿って伸びるシャフト２１、シャフト２１の周囲にて樹脂をモールドすることにより形成されたロータ本体２２、および、シャフト２１と固定組立体３の凹部３１０の内側面との間においてシャフト２１の周囲にロータ本体２２を介して固定される界磁用磁石２３（図１のみに図示）を備える。ロータ本体２２がシャフト２１に対し
て空回りしないように、シャフト２１のロータ本体２２との接合箇所には図１に示すように滑り止めの溝が形成されている。

固定組立体３は、内面が凹部３１０となっている有底円筒部３１１（以下、単に「円筒部」と呼ぶ。）、および、凹部３１０の開口から中心軸Ｊ１に略垂直に広がる部位である平板部３１２を有する第１カバー部３１、円筒部３１１の周囲に設けられる電機子３２、並びに、電機子３２の外側面および電機子３２の第１カバー部３１とは反対側の面を覆う第２カバー部３３を備える。

第１カバー部３１の円筒部３１１は、電機子３２からの磁力により渦電流が発生することを防止するために非磁性かつ非導電性であることが必須とされるため、第１カバー部３１は樹脂にて形成されている。一方、第２カバー部３３は、金属板（例えば、亜鉛めっき鋼板）のプレス加工により形成され、内面が第１カバー部３１の凹部より大きい有底円筒部３３１（以下、単に「円筒部」と呼ぶ。）、および、開口から中心軸Ｊ１に略垂直に広がるフランジ部３３２を有する。そして、第１カバー部３１の平板部３１２の外縁部と第２カバー部３３のフランジ部３３２とがシール材であるＯリング３４を介して組み合わされることにより、電機子３２を収納する密閉空間が形成される。

図１および図２に示すように、第１カバー部３１と第２カバー部３３とが重なる箇所において両者を貫通する３つの取り付け穴３５が設けられ、モータ１は、例えば、取り付け穴３５を介してポンプケーシングなどに締結されることにより、ウォータポンプの駆動源として使用される。

電機子３２は、図１に示すように、第２カバー部３３の円筒部３３１の内側面３３０に接触するとともに、電機子３２の中心軸が凹部３１０の中心軸Ｊ１と一致するように配置される。磁性材からなる電機子３２のコア３２１は、環状の外周部であ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、第２カバー部３３の内側面３３０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３２２を有する。

電機子３２は、複数のティース３２２を覆うインシュレータ３２３、および、複数のティース３２２にインシュレータ３２３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３２４をさらに備え、コイル３２４は、ティース３２２およびインシュレータ３２３の外周に中心軸Ｊ１方向に向かって導線が巻かれて形成される。インシュレータ３２３により、電機子３２のコア３２１が
コイル３２４から絶縁される。また、電機子３２は、コア３２１の外側面が第２カバー部３３の内側面３３０に圧入されることにより第２カバー部３３内に固定される。

固定組立体３は、密閉空間内において、電機子３２に供給される駆動電流を発生する電子部品が実装された回路基板５１、および、回路基板５１からの駆動電流を電機子３２へと導くブスバー５２（図１において回路基板５１の右側の上下においてブスバー５２の断面に平行斜線を付している。）をさらに備える。図３は、図１のモータ１を出力側とは反対側から見た様子を示す右側面図で
あり、環状のブスバー５２の概形を破線にて示している。ブスバー５２は、図１に示すようにコイル３２４からの導線がカシメにより接続される端子５２１、並びに、図１および図３に示すように外部からの配線が接続されるコネクタ部５２２が一体となるよう樹脂にて円環状に形成され、回路基板５１および電機子３２に電気的に接続される。

コネクタ部５２２はコネクタピン５２２１を有し、バッテリからの供給電力、回転制御用の所定周波数の信号などがコネクタピン５２２１からコネクタ部５２２に入力され、コネクタ部５２２を介して回路基板５１に伝えられる。回路基板５１では、実装された電子部品であるＩＣ(Integrated Circuit)により、供給電力から所定タイミングにてｕｖｗ相の駆動電流が生成され、ブスバー５
２の端子５２１を介して電機子３２に駆動電流が供給される。これにより、電機子３２と界磁用磁石２３との間で中心軸Ｊ１を中心とするトルクが発生し、回転体２が凹部３１０内で回転する。なお、モータ１が使用される際には、例えば、シャフト２１の先端部が軸受機構により支持されて回転体２が凹部３１０と非接触にて回転可能とされ、シャフト２１にポンプ用のインペラが取り付
けられる。

図１に示すように、ブスバー５２の端子５２１およびコネクタピン５２２１のそれぞれの一部が第１カバー部３１側（すなわち、回転体２側）に向かって突出しており、各突出部が回路基板５１に挿入されて半田付けされることにより、ブスバー５２が回路基板５１に接触して固定されている。そして、回路基板５１がインシュレータ３２３とブスバー５２とで挟まれるようにしてブスバー５２が第２カバー部３３の第１カバー部３１とは反対側の底部に当接して固定される。このとき、コネクタ部５２２の第２カバー部３３と当接する部位には、シール材としてＯリング３６が配置され、外部からの液体の流入が防止される。なお、図１では、端子５２１の周囲において端子５２１より奥に存在するブスバー５２の一部を図示することにより、第２カバー部３３の底部とブスバー５２とが当接する様子を示している。

ところで、従来のポンプ用のモータでは、第１カバー部３１に相当する部位が樹脂にて形成されることに合わせて、第２カバー部３３に相当する部位も同様の樹脂にて形成されていたが、モータ１では、第２カバー部３３を敢えて金属板のプレス加工により形成することにより、第２カバー部３３の材料として樹脂を用いる場合に比べ、生産性を上げつつ材料費および加工費を削減することができ、これにより、モータの製造コストを低減することができる。また、第２カバー部３３の肉厚が薄くなることからモータを小型化することも実現される。そして、電機子３２のコア３２１が第２カバー部３３に圧入されることにより、電機子３２を容易に第２カバー部３３に接触させることができ、このとき、第２カバー部３３が金属製であることから、第２カバー部３３を介して電機子３２で発生した熱を良好に放出することができる。

また、モータ１では、固定組立体３の密閉空間において、コイルエンドのすぐ近くに回路基板５１およびブスバー５２が設置されるため、コイル３２４への結線を容易に行うことができ、かつ、回路基板５１の内蔵によりモータ１の設置の際のさらなる省スペース化が実現される。なお、回路基板が第１カバー部３１の底部よりも平板部３１２側に設置される場合、第１カバー部３１の円筒部３１１を回路基板に挿入するために回路基板を円環状にする必要があり、その結果、回路基板の面積が減少して配線パターンの設計の自由度が減少し、必要な電子部品が配置できなくなるおそれがあるが、モータ１では、回路基板５１が第１カバー部３１の底部よりも第２カバー部３３の底部側に設置されることにより回路基板５１を円環状にする必要がなくなり、回路基板の面積を十分に大きくすることができる。

また、ブスバー５２が回路基板５１に接触して固定され、ブスバー５２が金属製の第２カバー部３３と当接することにより、回路基板５１で発生した熱を良好に放出することができる。さらに、図１に示すように、モータ１では、インシュレータ３２３が回路基板５１およびブスバー５２に当接することにより（いずれか一方に当接するのみであってもよい。）、電機子３２の中心軸Ｊ１方
向の位置が決定されている。このような構造により、第２カバー部３３の第１カバー部３１とは反対側の底部に当接するようにブスバー５２および回路基板５１を挿入した後、ブスバー５２および回路基板５１の少なくとも一方にインシュレータ３２３を当接させて電機子３２の中心軸Ｊ１方向の位置を決定し、Ｏリング３４を付けた第１カバー部３１を固定するという簡素化された組み立
て方法を実現することができる。

図４は、本発明の第２の実施の形態に係る電動式のモータ１ａの縦断面図である。モータ１ａは、図１に示すモータ１の固定組立体３の電機子３２および第２カバー部３３が、形状の異なるものに置き換えられたという点を除いて図１のモータ１と同様であり、これらの構成要素以外のものには図１と同符号を付している。モータ１ａの電機子３２ａは、外周面においてコア３２１とインシュレータ３２３との間にコア３２１が外側に突出する段部３２０ａを有する。第２カバー部３３ａは、内側面３３０の径が底部側において小さくなる段部３３０ａを有する。

モータ１ａでは、図４に示すように、ブスバー５２、回路基板５１および電機子３２ａが組み立てられて第２カバー部３３ａに挿入される際に、電機子３２ａの段部３２０ａ（特に、コア３２１）が第２カバー部３３ａの段部３３０ａに当接することにより、電機子３２ａの中心軸Ｊ１方向の位置が決定される。これにより、モータ１ａの組み立ての際に、第２カバー部３３ａに対して電機
子３２ａを含む組立体を挿入するのみで電機子３２ａの位置を容易かつ精度よく決定することができ、その後、Ｏリング３４を付けた第１カバー部３１を固定するという簡素化された組み立てを実現することができる。

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、様々な変形が可能である。

例えば、上記実施の形態のモータ１，１ａでは、ホール素子などの回転位置を検出する素子が使用されない、いわゆる、センサレス駆動とされるが、回路基板５１に回転位置を検出する素子が実装され、これによりモータの駆動が制御されてもよい。

上記実施の形態では第１カバー部３１が樹脂にて形成されるが、第１カバー部３１は他の非導電性かつ非磁性の材料にて形成されてもよい。また、第１カバー部３１は複数の部材の組み合わせであってもよい。第２カバー部３３，３３ａも亜鉛めっき鋼板以外の金属にて形成されてよい。

第１カバー部３１では円筒部３１１の開口側にて平板部３１２が設けられるが、平板部３１２は、中心軸Ｊ１に対して略垂直に広がる部位として設けられるのであれば、様々な形状とされてよい。第２カバー部３３のフランジ部３３２も第１カバー部３１に合わせて様々な形状に変更されてよい。

第１カバー部３１と第２カバー部３３との間に設けられるシール材はＯリング３４以外でもよく、例えば、接着剤や硬化性樹脂が用いられてもよい。

上記第２の実施の形態に係るモータ１ａでは、第２カバー部３３において底部側にて径を小さくすることにより段部３３０ａが形成されるが、内側面３３０から内側に突出するのであれば、段部３３０ａはどのように設けられてもよい。例えば、円筒部３３１の内側面３３０の一部を変形して、段部として内側に突出する複数の突起が周方向に配列して形成され、この複数の突起に電機子３２の段部３２０ａが当接することにより、電機子３２の中心軸Ｊ１方向の位置が決定されてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る電動式のモータの縦断面図である。モータの左側面図である。モータの右側面図である。本発明の第２の実施の形態に係る電動式のモータの縦断面図である。

１，１ａモータ
２回転体
３固定組立体
２１シャフト
２３界磁用磁石
３１第１カバー部
３２，３２ａ電機子
３３，３３ａ第２カバー部
３４Ｏリング
５１回路基板
５２ブスバー
３１０凹部
３１１円筒部
３１２平板部
３２１コア
３２３インシュレータ
３２４コイル
３３０内側面
３３０ａ段部
Ｊ１中心軸

Claims

電動式のモータであって、
円筒面状の内側面を有するとともに液体の流入を許容する凹部が設けられた
固定組立体と、
前記凹部の中心軸を中心に前記凹部内にて回転する回転体と、
を備え、
前記回転体が、
前記中心軸に沿って伸びるシャフトと、
前記シャフトと前記凹部の前記内側面との間において前記シャフトの周囲に
固定される界磁用磁石と、
を備え、
前記固定組立体が、
内面が前記凹部である有底円筒部、および、前記凹部の開口から前記中心軸に略垂直に広がる部位を有する、非磁性かつ非導電性の材料で形成された第１カバー部と、
前記有底円筒部の周囲に設けられ、前記界磁用磁石との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する電機子と、
金属板のプレス加工により形成され、前記電機子の外側面および前記電機子の前記第１カバー部とは反対側の面を覆う第２カバー部と、
を備え、
前記第１カバー部と前記第２カバー部とがシール材を介して組み合わされることにより、前記電機子を収納する密閉空間が形成され、
前記電機子に供給される駆動電流を発生する電子部品が実装された回路基板を前記密閉空間内にさらに備え、
前記密閉空間内において前記回路基板に接触して固定され、前記回路基板および前記電機子に電気的に接続されて前記回路基板からの駆動電流を前記電機子へと導くブスバーをさらに備え、
前記ブスバーが前記第２カバー部に当接することを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータであって、
前記電機子が前記第２カバー部の内側面に接触することを特徴とするモータ。
請求項２に記載のモータであって、
前記電機子のコアの外側面が、前記第２カバー部の前記内側面に圧入されていることを特徴とするモータ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のモータであって、
前記ブスバーが、前記第２カバー部の前記第１カバー部とは反対側の底部に当接し、
前記電機子のコアをコイルから絶縁するインシュレータが前記回路基板または前記ブスバーに当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されていることを特徴とするモータ。
請求項２または３に記載のモータであって、
前記第２カバー部の前記内側面が内側に突出する段部を有し、前記電機子が前記第２カバー部の前記段部に当接することにより、前記電機子の前記中心軸方向の位置が決定されていることを特徴とするモータ。