JP5405480B2 - ブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレス電磁モータに関し、より詳細には、この種のモータの電気接続手段に関する。本発明は、より詳細に、比較的小さい直径（通常＜Ｆ５０ミリ）を有するモータに関し、モータは、複数のコネクタのアセンブリを備え、コネクタのアセンブリは、各相当たりＸ本の巻き線を用いて、３つの電気相を接続するためのＮ個の電気接続プラグを有する一つの外部コネクタを含み、Ｎが３＋Ｙに等しく且つこれを最低の部品数とすることにより、モータ及び該モータの、例えば、ロータの位置を管理するためのエンコード信号を制御する。

ブラシレス電磁モータは、一般的に、多相電源を提供するために電気励磁巻線のアセンブリを備える。３相モータの場合、Ｘを各相当たりの巻線数としたとき、３Ｘの巻線が接続され、各巻線は直列または並列に接続されて星状または三角状に構成される。従来技術において、巻線を互いに接続させるとともに３相の電源に必要な３つの接続部を接続させる手法が知られている。例えば、欧州特許出願公開明細書第０１６７７４０４号（日立）は、リング状に巻線を接続する手段と、各リングに対する接続を可能とする横方向に変位したコネクタの形態を有する接続手段とを開示している。寸法が小さい場合、溶接または力を付与することによって接続されなければならない最低２つの部品アセンブリ、即ち、リング及びコネクタは、結果として部品数や接続部を増やし、このような手法のコストを増加させる。加えて、この特許公報は、モータ位置を確認してそれを駆動するためのエンコーダの使用を必要とする。このエンコーダは更に補助的な接続手段を必要とする。従って、接続部やコネクタの数が多く、アッセンブリの小型化が妨げられ、不具合の発生を最大限回避することを難しくしている。

同様に、米国特許明細書第７０４５９２０号（日立）が開示する従来技術のコネクタは、銅板から切り出され、巻線と電気接続される部分が折り曲げられる銅トラックの形状を有している。各トラックは巻線の上方で固定され、必要で有れば、例えば、欧州特許出願公開明細書第０１６７７４０４号（パプスト）や米国特許出願公開明細書第２００７０１７０７９２号（シーメンス）に示すように、これらトラックを収容する支持材に支持される。これら特許公報のモータも、必要な部品の数が大変多く、追加的な接続部やコネクタを要するエンコーダも必要である。また、銅板からこのようなトラックを切り出すには、必要な数のトラックを得るための充分な量の材料が必要である。結果として、製造コストが高くなる。

本発明は上記問題を解決するため、有益な接続手法を提供することにあり、この接続手法により、モータの３つの電気相を各相当たりＸの巻線数とし、限られた数の部品で、３個のソケットを含むコネクタを用いて、各巻線を直列または並列に接続して星状または三角状の構成にすることを目的とする。

この目的を達成するため、３つの電気相には少なくとも３つの電気プラグが設けられる。電気プラグは、円形状のトラックから形成され、その主要部分が矩形断面を有し、その中心がモータの回転軸である。このようなトラックは、電気巻線と接触する軸方向に延びる少なくとも２つのワイヤ狭持部を有する。また、このような円形状のトラックは、モータの側方において、コネクタに挿通されて径方向に延びるターミナルを有する。各電気プラグにより、電気相を適切な数のワイヤ狭持部に接続することが可能となる。各相当たり２つの並列な巻線を有する三角状巻線の場合、各電気プラグは、４個のワイヤ狭持部を含み、各ワイヤ狭持部は、１つのターミナルに異なる４本の巻線を接続する。

巻線の端子をワイヤ狭持部に接続する際、これら端子はワイヤガイドによって所定位置で保持される。ワイヤガイドは、例えば、プラスチック製の円形状部品であって、電気プラグのワイヤ狭持部の挿通を可能とするスロットを有し、これにより電気接続が行われる。

モータの巻線を接続するための３つの電気プラグはコネクタ支持材にまとめられて保持される。プラグの端部に設けられた３つのターミナルは、互いに軸方向にずれている点において有益であり、コネクタ差込口において、軸方向に並べられている。このため、重なり合うトラックはない。

そして、並列三角状構成の場合、各相当たり一箇所のみの連続した部分があって、この部分により、コネクタからの電源供給が可能となる。電源はコネクタまで供給され、ここから電気巻線に供給される。

従って、本発明は、直列または並列に接続され、各相当たりＸ本設けられる３相電気ステータ巻線を含むブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリにおいて、前記ブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリは、前記巻線のワイヤの端部を保持するためのスロットを含む円形状のワイヤガイドと、少なくとも３つの円形状の銅トラックを含むコネクタ支持材とを備え、前記トラックの３つはそれぞれターミナルを形成する終端部を有するとともに、前記ワイヤガイドの前記スロットを介して軸方向に延びるようワイヤ保持部に保持されて前記モータの３つの相と確実に電気接続され、前記ターミナルはコネクタを介してモータの外へと延びることを特徴とする。

また、本発明は、ロータ位置検出に用いられるエンコーダのＹ個の信号（例えば、ホールプローブからの信号）をプリント回路から受けるアセンブリと接続されるコネクタを提供することをその目的とする。

この目的を達成するため、エンコーダは、ロータに接続される少なくとも１つの磁気円形トラックから形成されている点において有益であり、磁気トラックはＳ極とＮ極が交互に設けられる。磁気トラックの軸方向近傍には、Ｎ極とＳ極に対応する２つのホールプローブがプリント回路に配置され、磁気トラックから生じる磁気誘導の変動を検出する。ホールプローブの電気的管理（信号の供給及び読み取り）は、Ｙ個のプラグから成るアセンブリによって行われる。Ｙ個のプラグは、プリント回路からモータの外へコネクタから横方向に延びる。

また、本発明は、モータの３つの電気接続ターミナル及びエンコーダのＹ個のプラグが同じコネクタに配置されるコネクタアセンブリを提供することをその目的とする。
小型化を実現すべく、コネクタは平行六面体マトリックスの形状を有する。コネクタは、その中心に３つの開口が含まれているという点において有益であり、開口はモータ電源プラグの３つのターミナルを収容する。３つの開口の両側には、それぞれＹ個の開口が設けられ、エンコーダプローブを管理するＹ個のプラグがその中に収容される。従って、コネクタは、同一面上の最小限の領域にまとめられた（３＋Ｙ）個の開口から成るアセンブリを含む。

本発明の更なる目的は、重大な電位損失を生じることなく、主に小型モータに利用できるよう、小さい寸法及び全体として低い抵抗で済む接続方法を提供することにある。
本発明の更なる目的は、巻き形状の導体トラックを備え、製造コストを抑えることのできるコネクタを提供することにある。

本発明の更なる目的は、モータ及びエンコーダの電気接続部をまとめ、モータ軸に対して横方向に延びる小型のコネクタを提供することにある。
本発明の更なる目的は、外部負荷を動作させるための成形モータとコネクタとから成る小型のアセンブリを提供することにある。

本発明の更なる目的は、２つの同軸円形磁気トラックを含み、各トラックは異なる数の交互に配置されたＳ極とＮ極を有するとともに磁界測定プローブに対応し、種々の駆動モード（始動、連続運転）を可能とするエンコーダを接続するコネクタを提供することにある。

本発明をより容易に理解すべく、添付図面を参照しながら本発明を説明する。

本発明のコネクタを示す図である。 図１に示すコネクタの一部である電気プラグのアセンブリのみを示す図である。 ワイヤガイドに接続されるよう設計された第１銅トラックの一例を示す図である。 ワイヤガイドに接続されるよう設計された第２銅トラックの一例を示す図である。 ワイヤガイドに接続されるよう設計された第３銅トラックの一例を示す図である。 銅トラックを収容するよう設計されたコネクタ支持材を示す図である。 巻線ステータアセンブリに接続されるワイヤガイドを示す図である。 （ａ）は銅トラックを保持しているコネクタ支持材を示す図であり、（ｂ）は図３、図４、図５に示すトラックによって形成される平列三角型接続を概略的に示す図であり、（ｃ）は巻線ステータアセンブリを示す別の図である。 コネクタ、巻線アセンブリ、及びコネクタ支持材をトラックとワイヤガイドとともに示す分解図である。 コネクタ、巻線アセンブリ、及びトラック接続用のコネクタ支持材をトラック、ワイヤガイド、及びプリント回路とともに示す分解図である。 コネクタ、巻線アセンブリ、及びコネクタ支持材をトラック、ワイヤガイド、プリント回路、及びモータ相の切り替えを管理するためのエンコーダアセンブリとともに示す分解図である。 横方向に延びるコネクタ差込口を有する成形モータを示す図である。 成形されたコネクタの形状を示す別の図である。 （ａ）及び（ｂ）は巻線が２本ずつ平列に接続された６巻線星型接続のために設計されたコネクタアセンブリの第２実施形態を示す。 （ａ）及び（ｂ）は巻線が２本ずつ直列に接続された６巻線三角型接続のために設計されたコネクタアセンブリの第３実施形態を示す。 （ａ）及び（ｂ）は巻線が２本ずつ平列に接続された６巻線星型接続のために設計されたコネクタアセンブリの第４実施形態を示す。

図１は本発明のコネクタアセンブリの一部品であるコネクタ１を示す。このコネクタ１から８つの電気プラグ５が延び、モータの３つの電気相の接続ターミナル用の通路２を形成する。電気プラグ５は、例えば、エンコーダのプローブと接続される。

コネクタ１の頂上から、８個の接続プラグ５が、突出部４として突出してプリント回路に接続される。
図２はプラグ５のみを示す図であり、その下部突出部３は、該プラグ５を介した信号、即ち、エンコーダからの位置信号の供給及び読み取りを管理する外部部材と接続される。エンコーダは、例えば、ホールプローブとして形成される。

図３、図４、及び図５はそれぞれ導電トラック６，７，８を示す。各導電トラック６，７，８は、巻き形状を有し、その端部はコネクタ通路２から突出するターミナル９を形成している。これらトラックは、モータ巻線の端部を狭持する複数のワイヤ狭持部１０を含む。本例において、これら３つのトラック６，７，８によって、三角状の構成において、６本の巻線が電気接続され、各相当たり２つの並列な巻線が設けられる。このため、図８ｂで概略的に示すように、各トラック６は４つの巻線に接続され、それぞれ２本ずつの巻線から成る電源相が形成される。巻き形状により部品切断コストを制限することが可能となる。

このような３つのトラック６のアセンブリによって、限られた部品数でモータの３相を設けることができる。
３つの導電トラック６，７，８はワイヤ狭持部１０を介して巻線に接続され、その後、図８ａに示すように、コネクタ支持材１１を用いて一体的に固定される。コネクタ支持材１１は各ターミナル９が垂直方向に配置されてコネクタ１に向けて延びるように各トラック６，７，８を支持する。このため、トラック６，７，８のターミナルは互いに幾分か軸方向にずれて配置されている。

図７は、モータの各電気巻線のワイヤ２２を何れか１つのトラック６，７，８に接続するためのワイヤガイド１２を示す。このワイヤガイド１２は、巻線の先端部よりも軸方向上方において配置され、モータのステータ２１に固定される。図８ｃに示すように、巻線はワイヤ２２の端部が上方に延びるよう配置され、この端部をワイヤガイド１２と接続するとワイヤガイド１２が位置決めされる。ワイヤガイド１２が巻線の上方に位置決めされれば、ワイヤ狭持部１０を通すスロット１３によって、導電トラック６，７，８が接続され、ワイヤの端部が位置決めされる。このようにワイヤ２２が狭持され、電気接続がなされる。

図９は、ワイヤガイド１２に接続された６本の巻線１６のアセンブリを示す。３つのトラック６，７，８が装着されたコネクタ支持材１１から３つのターミナル９がコネクタ１を介して延びている。従って、モータ軸に対して横手方向に配置された単一のコネクタ１によって、モータとエンコーダが電気接続される。図９は、コネクタ１、トラック６，７，８、及びコネクタ支持材１１から成るアセンブリとその近くに配置された巻線１６及びワイヤガイド１２から成るアセンブリを示す。

図１０に示すように、巻線１６及びワイヤガイド１２から成るアセンブリは、コネクタ１、トラック６，７，８、及びコネクタ１１から成るアセンブリに接続される。プリント回路１７は接続プラグ５に接続される。プリント回路１７には、対向するモータロータの位置を管理するエンコーダアセンブリに必要なホールプローブが設けられている。

図１１は、これらアセンブリとともに、同軸の磁気トラック１８，２１を示す。磁気トラック１８，２１は、モータ２０のロータ１９と一体的に設けられ、プリント回路１７のホールプローブを用いてモータのロータ位置の読み取りを可能としている。これら磁気トラック１８，２１は同軸上にあるという点において有益であり、異なる極ピッチを有する。このため、磁気トラック１８，２１は、位置を読み取るときの安全を保証し、種々の駆動モード（始動、連続運転）を可能とする。図１１に示すように、外側の第１磁気トラック１８は１５対の磁極を含み、２つのホールプローブと対応付けられている。第２磁気トラック２１は５対の磁極を含み、３つのホールプローブと対応付けられている。このため、少なくともプリント回路１７からコネクタ１に向けて延びる接続プラグ５が７個必要である。従って、コネクタ１１は８個のプラグ５を有する。そのうちの１個は、モータに電源を供給するとともに単一のコネクタ１を形成する３つのターミナル９と対応する何れのプローブにも接続されない。

このエンコーダアセンブリによって、ホールプローブに対応した何れの磁気トラック１８，２１を用いても、モータを同様に駆動することができる。
図１１はモータ２０の下部開口に配置されたロータ１９も示す。ロータ１９からはネジが延びている。これは、外部負荷を制御する出力として用いることのできる非限定的な一例である。

図１２は一つの実施形態を示し、モータは円筒形状を有し、モータからコネクタが横方向に延びている。この例は、成形されたモータ２０の最終形状を示す。上述の各アセンブリは、成形されたモータ２０の側部にあるコネクタの差込口が開放されるように成形される。これによって、成形されたモータ２０は、電気信号のための接続及びその供給・管理及びモータのロータ位置のエンコードを可能とする。

図１３はモータ２０に成形されたコネクタ１を示す部分図である。図１３において、モータの電気接続素子は、全て単一のコネクタ１にまとめられ、３つのターミナル９が形成されるとともに、エンコーダを管理するための素子が８つのプラグ３として形成される。

ここまで説明した好ましい実施形態では、３相アセンブリの三角状接続が６本の巻線を含み、巻線が各相当たり２本ずつ並列に接続されている。これは、部品数の観点から最も簡単な実施形態である。勿論、異なる部品数の三角状または星状コネクタアセンブリに、本発明の範囲から逸脱することなく、同じ概念をＭ本の巻線から成るアセンブリに適用できることは予想できる。この場合、銅トラックの数は接続形態及び巻線数に応じて変わる。

一例として、図１４ａ及び図１４ｂに示すように、巻線が６本の星状並列接続は、上記の３つのトラック６，７，８の他に、ターミナルを有さない１つの追加トラック２３が必要となる。これにより、６本の巻線は互いに接続可能となる。

一例として、図１５ａ及び図１５ｂに示すように、巻線が６本の三角状直列接続は、上記の３つのトラック６，７，８の他に、それぞれターミナルがない少なくとも３つの追加トラック２４，２５，２６が必要となる。これにより、同じ相に対応する各巻線が互いに接続される。

更なる一例として、図１６ａ及び図１６ｂに示すように、巻線が６本の星状直列接続は、上記の３つのトラック６，７，８の他に、ターミナルがない少なくとも４つの追加トラック２３，２７，２８，２９が必要となる。これにより、３つの巻線が互いに３つの相と接続され、同じ相に対応する各巻線が互いに接続される。

Claims (9)

1. 直列または並列に接続され、各相当たりＸ本設けられる３相電気ステータ巻線を含むブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリにおいて、前記ブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリは、
   前記巻線のワイヤの端部を保持するためのスロットを含む円形状のワイヤガイドと、
   少なくとも３つの円形状の導電トラックを含むコネクタ支持材とを備え、前記少なくとも３つの円形状の導電トラックは、それぞれターミナルを形成する終端部を有するとともに、前記ワイヤガイドの前記スロットを介して軸方向に延びるワイヤ挟持部により前記ブラシレス電磁モータの３つの相と確実に電気接続され、前記ターミナルは、前記コネクタ支持材と隣接するコネクタを介して前記ブラシレス電磁モータの外へと延びることを特徴とするブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリ。
2. 前記コネクタはＹ個のプラグを収容し、前記プラグはプリント回路に接続されてエンコーダを管理する素子を接続することを特徴とする請求項１に記載のブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリ。
3. 前記ブラシレス電磁モータの３つの前記ターミナル及び前記Ｙ個のプラグは、前記ブラシレス電磁モータの差込口において同じコネクタに配置されることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリ。
4. 前記コネクタは、（３＋Ｙ）個の開口を含むマトリックス形状を有し、前記開口には、前記ブラシレス電磁モータの電気接続のための３つの前記ターミナル及びエンコーダを管理するための前記Ｙ個のプラグが挿通されることを特徴する請求項３に記載のブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリ。
5. 前記ブラシレス電磁モータ及び前記電気コネクタアセンブリは一つのアッセンブリとして成形されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のブラシレス電磁モータの電気コネクタアセンブリ。
6. 各相当たりＸ本設けられる３相電気ステータ巻線のアセンブリと、ロータ（１９）と、前記巻線を電気接続する手段とを含むブラシレス電磁モータにおいて、前記ブラシレス電磁モータは、
   前記電気接続する手段が、前記巻線のワイヤの端部を保持するためのスロットを含む円形状のワイヤガイドと、
   少なくとも３つの円形状の導電トラックを含むコネクタ支持材とを備え、前記少なくとも３つの円形状の導電トラックは、それぞれターミナルを形成する終端部を有するとともに、前記ワイヤガイドの前記スロットを介して軸方向に延びるワイヤ挟持部により前記ブラシレス電磁モータの３つの相と確実に電気接続され、前記ターミナルは、前記コネクタ支持材と隣接するコネクタを介して前記ブラシレス電磁モータの外へと延びることを特徴とするブラシレス電磁モータ。
7. 前記ブラシレス電磁モータは円筒形状を有し、前記コネクタは横方向に外へ延びることを特徴とする請求項６に記載のブラシレス電磁モータ。
8. 前記コネクタはＹ個のプラグを収容し、前記プラグはプリント回路に接続されてエンコーダの管理素子を接続し、前記エンコーダの管理素子はモータ相の電気的切り替えを管理する複数のホールプローブを含み、
   前記エンコーダは２つの同軸円形状の磁気トラックを含み、各磁気トラックはＳ極とＮ極が交互に配置される複数の磁石から形成され、２つの前記磁気トラックは異なる数の交互に配置された磁石を含むことを特徴とする請求項７に記載のブラシレス電磁モータ。
9. 前記エンコーダの管理素子は、第１の前記磁気トラックに対向するＡホールプローブ及び第２の前記磁気トラックに対向するＢホールプローブに分配されることを特徴とする請求項８に記載のブラシレス電磁モータ。

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