JP6185771B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータに関するものである。

一般に、自動車のステアリングの安全性を保障するための装置として別の動力で補助するステアリング装置が用いられる。従来には、このような補助ステアリング装置として油圧を用いた装置を使用したが、最近は、動力の損失が少なくて正確性に優れた電動式ステアリング装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が用いられる。

前記のような電動式ステアリング装置（ＥＰＳ）は、車速センサー、トルクアングルセンサー及びトルクセンサー等で感知した運行条件により電子制御装置（ＥＣＵ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）でモータを駆動して旋回安全性を保障し、迅速な復原力を提供することで、運転者が安全な走行ができるようにする。

このようなＥＰＳシステムは、運転者がステアリングをするためにハンドルを操作するトルクをモータが補助することによって、より少ない力でステアリング作業ができるようにするが、前記モータとしては、ＢＬＤＣモータが用いられる。

一般に、前記ＢＬＤＣモータは、ハウジングと、カバー部材との結合で、モータの外観を形成し、前記ハウジングの内周面にはステーターが設けられ、前記ステーターの中央には、前記ステーターとの電磁気的相互作用により回転可能に設置されるローターが設けられる。前記ローターは、回転軸によって回転可能に支持されるが、前記回転軸の上部には車両のステアリング軸が連結されて、前記のようにステアリングを補助する動力を提供する。このように構成されたＥＰＳモータのステーターは、バスバーを介して巻線されたコイルに電源が供給される。

ステーターは、コアとコアに巻線されたコイルとで構成されるが、一般に車両に用いられるモータは、コイル抵抗による損失減少のために複数のコイルを並列連結する。従って、並列接続時にはコイルを入出力端子まで延ばし、端子でまとめて接続する方式を用いる。前記のように並列配置されたコイルをまとめて接続するために、ステーターの上側にはバスバー（Ｂｕｓｂａｒ）が結合するが、バスバーを結合するために、ステーターの上側に各々の巻線されたコイルのコイル端子が配置され、前記バスバーは前記コイル端子に連結される。

前記バスバーには前記コイル端子と電気的に連結される複数の金属部材がインシュレーターによって絶縁されながら固定されて配置される。前記バスバーは、略ドーナツ形状でステーターの上面と対応するように構成される。バスバーの外周面にはコイル端子と接続するための複数のターミナルが配置される。

前記バスバーの形状は連結される電源によって異なるが、一般にＥＰＳモータは、３相（３−ｐｈａｓｅ）回路を介して、各々の入出力ターミナルがバスバーの外周面に順次配置される。

しかし、このようにバスバーを用いてコイルを連結する場合、バスバーにコイルを連結する工程に困難があり、バスバーの高さほどＥＰＳモータの高さが高くなるため、モータの小型化に困難がある。

また、バスバーを製造するためには、バスターミナルを形成して、インシュレーターでバスバー本体をモールド成型する等、複雑な工程を要するため、工程時間が過度に要する問題がある。

本発明の目的は、モータの小型化及び組立性を向上できるように構造が改善されたブラシレスモータを提供することである。

本発明の一実施形態に係るモータは、モータハウジング、前記モータハウジングの内側に設けられ、ステーターコアと、前記ステーターコアに巻き取られるコイルとを含むステーター、前記ステーターの中心に回転可能に設けられるローター、及び複数のプレートが積層され、前記ステーター及びローターの上側に結合されて前記コイルに電源を供給するプレートモジュール、を含むことを特徴とする。

前記プレートモジュールは、互いに同じ径を有する第１乃至第４プレートを含んでもよい。

前記第１プレートは、第１径を有する第１乃至第３コイル貫通孔、及び前記第１径より小さい第２径を有する第１端子貫通孔、を含んでもよい。このとき、前記第１端子貫通孔の数は、前記第１乃至第３コイル貫通孔の数の合計と同じであってもよい。

本発明の一実施形態によると、前記第１端子貫通孔の数は１２個であり、前記第１乃至第３コイル貫通孔は各３つずつ合わせて１２個形成されてもよい。

前記第２プレートは、第１径を有する第４コイル貫通孔、及び前記第１径より小さい第２径を有する第２端子貫通孔を含んでもよい。このとき、前記第４コイル貫通孔は２０個、前記第２端子貫通孔は４つ形成されてもよい。

前記第３プレートは、第１径を有する第５コイル貫通孔、及び前記第１径より小さい第２径を有する第３端子貫通孔を含んでもよい。このとき、前記第５コイル貫通孔は２０個、前記第３端子貫通孔は４つ形成されてもよい。

前記第４プレートは、第１径を有する第６コイル貫通孔、及び前記第１径より小さい第２径を有する第４端子貫通孔を含んでもよい。前記第６コイル貫通孔は２０個、前記第４端子貫通孔は４つ形成されてもよい。

前記第２径は前記コイルの径と対応される。

前記第１乃至第４プレートは、内径と外径を有するリング状に設けられてもよい。

また、前記第１乃至第４プレートは、少なくとも４オンス（Ｏｚ.）以上の銅を含む通電層を有してもよい。

前記内径は、前記ローターの径より大きく形成されてもよい。

従来用いられた複雑な構造のバスバーの代わりに、複数のプレート部材を積層して電源の各極性及び共通端子の連結が可能であるため、モータ高さを低くしてより小型のモータを提供することが可能となる。

また、ステーターに巻線されるコイルの先端をバスバーのターミナルに連結する複雑な工程を、プレート部材にコイルの先端を挿入した後、ヒーティングガン等で加熱して半田付けする工程に代わることができ、モータ組み立ての生産性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るモータの一部切開断面図である。 本発明の一実施形態に係るプレートモジュールの分解斜視図である。 図２の第１プレートの平面図である。 図２の第２プレートの平面図である。 図２の第３プレートの平面図である。 図２の第４プレートの平面図である。 コイルが巻線されたステーターコアの斜視図である。 図７のステーターコアに巻き取られたコイルの先端を脱皮した後、プレートモジュールを挿入した状態を示す斜視図である。 図８のプレートモジュールの上側に突出したコイルの脱皮部分を切断した状態を示す斜視図である。 図９のプレートモジュールの上側において通電性部材で半田付けした状態を示す斜視図である。

以下、本発明の一実施形態に係るモータを添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るモータの一部切開断面図、図２は、本発明の一実施形態に係るプレートモジュールの分解斜視図、図３は、図２の第１プレートの平面図、図４乃至図６は、それぞれ、図２の第２乃至第４プレートの平面図、図７は、コイルが巻線されたステーターコアの斜視図、図８は、図７のステーターコアに巻き取られたコイルの先端を脱皮した後、プレートモジュールを挿入した状態を示す斜視図、図９は、図８でプレートモジュールの上側に突出したコイルの脱皮部分を切断した状態を示す斜視図、図１０は、図９のプレートモジュールの上側で通電性部材で半田付けした状態を示す斜視図である。

図１に示したように、本発明によるＥＰＳモータは、モータハウジング１０、ステーター２０、ローター３０を含み、前記ステーター２０に巻線されたコイル２２に電源を供給するためのプレートモジュール１００を含んでもよい。

モータハウジング１０は、略円筒状に設けられ、上側に開口部を形成し、下側は閉鎖される。前記モータハウジング１０の内部には、前記ステーター２０とローター３０、前記ローター３０を回転可能に支持する回転軸３０ａが設けられる。

ステーター２０は、ステーターコア２１とコイル２２、及び前記コイルの先端を脱皮して構成するコイル端子２５を含む。前記ステーターコア２１は、複数の歯を設けて、前記歯の周りに前記コイル２２がインシュレーターの介在下に巻線されるように設けられてもよい。前記コイル２２の先端は脱皮して、前記コイル端子２５を形成できるが、前記コイル端子２５は、図２に示したように、一定の径と長さを有する円柱状に設けられる。

ローター３０は、前記ステーター２０の中央に回転可能に設けられ、ローターコアの外周面に複数のマグネットが装着されて構成される。回転軸３０ａは、前記ローター３０と同軸に設けられ、一端は前記ハウジング１００の底面に設けられた下側軸受によって回転可能に支持され、その他端は図示しないカバー部材に設けられた上側軸受によって支持される。

センシングユニット３４は、プレート３１、センシングマグネット３２、及び磁気素子３３を含む。前記プレート３１は、略ディスク状に設けられ、上側に前記センシングマグネット３２が接着剤等を用いて固定される。前記センシングマグネット３２は、中央に通孔を有する形状に設けられてもよい。

磁気素子３３は、前記センシングマグネット３２の磁場変化を感知するもので、前記センシングマグネット３２と対向するように設けられる。前記磁気素子３３は、前記ローター３０の上側に配置される印刷回路基板３５に設けられてもよい。

プレートモジュール１００は、図２に示したように、複数の同一の外部形状を有する第１乃至第４プレート１１０〜１４０が積層結合される。このとき、前記第１乃至第４プレート１１０〜１４０は、中央にリング状の通孔が形成され、前記通孔の径は少なくとも前記ローター３０の径より大きく形成される。前記通孔は、図１に示したように、前記印刷回路基板３５と干渉しない大きさで形成される。

第１プレート１１０は、図３に示したように、共通端子（ｃｏｍｍｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ）の役割を果たすもので、図示したように外周面に複数の貫通孔が形成されてもよい。このとき、前記貫通孔は、第１径を有する第１コイル貫通孔１１１、第２コイル貫通孔１１２、第３コイル貫通孔１１３と、前記第１径より小さい第２径を有する第１端子貫通孔１１５で設けられる。このとき、前記第１乃至第３コイル貫通孔１１１〜１１３と第１端子貫通孔１１５は、図示したように交互に配置されてもよい。即ち、第１コイル貫通孔１１１の次に第１端子貫通孔１１５が配置され、その隣に第２コイル貫通孔１１２、さらに第１端子貫通孔１１５、その隣に第３コイル貫通孔１１３、さらに第１端子貫通孔１１５の順に配置されてもよい。このような配置構成の理由は、後で説明する。

第２プレート１２０は、図４に示したように、前記のように第１プレート１１０と同一の外周面と内周面を有するリング状に設けられてもよい。前記第２プレート１２０は、前記第１径と対応する径を有する第４コイル貫通孔１２１と、前記第１端子貫通孔１１５と対応する第２径を有する第２端子貫通孔１２２とを含んでもよい。

第３プレート１３０は、図５に示したように、前記のように第１プレート１１０と同一の外周面と内周面を有するリング状に設けられてもよい。前記第３プレート１３０は、前記第１径と対応する径を有する第５コイル貫通孔１３１と、前記第１端子貫通孔１１５と対応する第２径を有する第３端子貫通孔１３２とを含んでもよい。

第４プレート１４０は、図６に示したように、前記のように第１プレート１１０と同一の外周面と内周面を有するリング状に設けられてもよい。前記第４プレート１４０は、前記第１径と対応する径を有する第６コイル貫通孔１４１と、前記第１端子貫通孔１１５と対応する第２径を有する第４端子貫通孔１４２とを含んでもよい。

前記第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２は、通電可能な材質で形成され、前記第２径は、前記コイル２２の径と対応するように構成される。このとき、前記第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２の内周面には、半田コーティングなどを行い、ホットガン（ｈｏｔ ｇｕｎ）等の道具を用いて熱を加える場合、前記第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２を通過するコイル２２と通電可能に連結されるようにすることができる。

また、前記第１乃至第４プレート１１０、１２０、１３０、１４０は、共通に、前記第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２と通電可能に配置される通電層を表面または内部に構成することができるが、前記通電層が上側面または下側面に配置される場合には、外部のショート等を防止できるように絶縁性塗料等で塗装またはコーティングしてもよく、前記通電層が内部に形成される場合、通電層を覆う部材は絶縁性部材で形成してもよい。一方、前記通電層は、厚さや面積よりは用いる通電性部材の重さが重要であるが、本発明の一実施形態によると、前記通電性部材は、銅材質であり、重さは少なくとも４オンス（ｏｚ.）以上で設けられてもよい。このとき、モータの径に応じて前記プレートモジュール１００の径と厚さはこれと対応して増減できるが、前記通電性部材である銅の重さを４オンス以上さえ維持できれば、厚さは自由に調節可能であり、各々のプレート１１０〜１４０の厚さは最大１ｍｍを越えないように構成することができる。一般に、４オンスの銅を用いるプレートモジュール１００を形成する場合、リング状に製造されるため、一般的なＰＣＢ形成のために必要とするエッチング工程が省略されるため、製造単価が安くなる。

一方、連結される極性により前記貫通孔の数は可変できるが、本発明の一実施形態に係るモータは３相電源と連結されるため、前記貫通孔は各々のプレート１１０〜１４０毎に合わせて２４個が貫通形成される。従って、前記第１プレート１１０は合わせて１２個の第１端子貫通孔１１５が形成され、第１乃至第３コイル貫通孔１１１〜１１３は各３つ、合わせて１２個が形成される。

また、第２乃至第４プレート１２０〜１４０は同じ形状と構造を有するが、第２プレート１２０の場合、合わせて２０個の第１径を有する第４コイル貫通孔１２１と、合わせて４つの第２径を有する第２端子貫通孔１２２とを有することができる。前記第３及び第４プレート１３０、１４０の場合にも同様に、合わせて２０個の第１径を有する第５及び図６コイル貫通孔１３１、１４１と、合わせて４つの第２径を有する第３及び第４端子貫通孔１３２、１４２とを有することができる。

一方、前記のように構成されたプレートモジュール１００は、積層結合するが、各々の貫通孔を特定の配置位置になるように積層結合する必要がある。即ち、図２に示したように、最下側には共通端子で構成される第１プレート１１０が配置される。そして、前記第１プレート１１０の上側には第１極性を有する電源と連結される第２プレート１２０が積層されるが、前記第２プレート１２０の第２端子貫通孔１２２が前記第１コイル貫通孔１１１と対応するように配置することができる。同様の方法で、第３プレート１３０の第３端子貫通孔１３２は第２コイル貫通孔１１２と対応する位置に配置され、第４プレート１４０の第４端子貫通孔１４２は第３コイル貫通孔１１３と対応する位置に配置できる。

以下、本発明に係るプレートモジュール１００の結合方法を図７乃至図１０と共に説明する。本発明は、３（Ｕ、Ｖ、Ｗ）相電源を用いるブラシレスモータに関するものであるため、ステーター２０の一般的な構成は、図１と共に説明した。

図７に示したように、ステーターコア２１に巻線されたコイル２２の先端２３は、コイル２２を覆っている絶縁被覆で覆われた状態でステーターコアの上側に長く立てられた状態で配置される。このとき、前記コイルの先端２３は、前記ステーターコア２１の長さ方向と平行方向に真っすぐ起立した状態で配置して、前記コイルの先端２３が前記プレートモジュール１００に形成された複数の貫通孔を通過できるようにする。

このとき、前記のように、前記第１端子貫通孔１１５を通過したコイルの先端２３を脱皮した脱皮部２４は、前記第２乃至第４プレート１２０、１３０、１４０の第４乃至第６コイル貫通孔１２１、１３１、１４１を通過するため、前記第１端子貫通孔１１５のみで通電可能に連結できる。

また、前記第１コイル貫通孔１１１を通過したコイルの先端２３を脱皮した脱皮部２４は、前記第２プレート１２０の第２端子貫通孔１２２を通過した後、前記第３及び第４プレート１３０、１４０の第５及び第６コイル貫通孔１３１、１４１を通過するため、前記第２端子貫通孔１２２のみで通電可能に連結できる。

また、前記第２コイル貫通孔１１２を通過したコイルの先端２３を脱皮した脱皮部２４は、前記第２プレート１２０の第４コイル貫通孔１２１を通過した後、前記第３プレート１３０の第３端子貫通孔１３２を通過し、前記第４プレート１４０の第６コイル貫通孔１４１を通過するため、前記第３端子貫通孔１３２のみで通電可能に連結できる。

また、前記第３コイル貫通孔１１３を通過したコイルの先端２３を脱皮した脱皮部２４は、前記第２及び第３プレート１２０、１３０の第４及び第５コイル貫通孔１２１、１３１を通過した後、前記第４プレート１３０の第４端子貫通孔１４２を通過するため、前記第４端子貫通孔１４２のみで通電可能に連結できる。

このような連結が終了すると、図９に示したように、前記プレートモジュール１００の上側に突出した脱皮部２４を除去して、コイルターミナル２５を形成し、図１０のように、前記コイルターミナル２５部分を鉛等の通電性部材２００を用いて半田付けして、組立てが終了する。

または、図示していないが、前記のように前記第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２の周りに半田コーティング等を予め行った後、プレート部材１００の組立てが終了した後、ヒートガン等で熱を加えて、予め備えた半田コーティングを溶かして、前記第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２を通過したコイル脱皮部２４を第１乃至第４プレート１１０〜１４０と通電可能に連結することができる。このとき、第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２の径は、前記コイル２２の径と対応する第２径を有し、前記第１乃至第６コイル貫通孔１１１、１１２、１１３、１２１、１３１、１４１は、前記第２径より大きい径を有する第１径を有するため、図１０のように、上側で鉛等で半田付け工程を行うと、第１乃至第４端子貫通孔１１５、１２２、１３２、１４２のみで脱皮部２４が各プレート１１０〜１４０と通電可能に連結できる。

このような本発明によると、既存のバスバーを用いることなく、リング状で互いに同じ外形を有する第１乃至第４プレート１１０〜１４０を積層したプレートモジュール１００の結合でバスバーと同じ機能を行うことができ、組立性及び生産性を向上させることができる。

一方、上記の本発明の一実施形態は、３相電源が印加される場合を例に挙げて説明したものであって、印加される電源の極性が増えたり減ったりする場合、前記プレートモジュール１００を構成するプレートの数は増減することができる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能であることを理解することができる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定めなければならない。

１０ モータハウジング
２０ ステーター
２１ ステーターコア
２２ コイル
２５ コイル端子
３０ ローター
３１ プレート
３２ センシングマグネット
３３ 磁気素子
３４ センシングユニット
３５ 印刷回路基板
１００ プレートモジュール
１１０〜１４０ プレート

Claims (16)

1. モータハウジング、
   前記モータハウジングの内側に配置され、ステーターコアと、前記ステーターコアに巻き取られるコイルとを含むステーター、
   前記ステーターの内側に回転可能に配置されるローター、及び、
   前記ステーター及び前記ローターに結合されて前記コイルに電源を供給するプレートモジュールを含み、
   前記プレートモジュールは、積層される第１乃至第４プレートを含み、
   前記第２乃至第４プレートは、前記コイルと電気的に連結されて３相電源を供給し、
   前記第１プレートは、少なくとも３つのコイル貫通孔と、前記少なくとも３つのコイル貫通孔と離隔される少なくとも３つの端子貫通孔を含み、
   前記コイルは、前記端子貫通孔と電気的に連結されて前記コイル貫通孔とは絶縁され、
   前記コイル貫通孔と前記端子貫通孔は、前記第１プレートの円周方向に交代に配置されることを特徴とする、モータ。
2. 前記第１乃至第４プレートは、互いに同じ径を有することを特徴とする、請求項１に記載のモータ。
3. 前記コイル貫通孔は、第１径を有し、
   前記端子貫通孔は、前記第１径より小さい第２径を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記少なくとも３つのコイル貫通孔は、第１乃至第３コイル貫通孔を含み、
   前記端子貫通孔の数は、前記第１乃至第３コイル貫通孔の数の合計と同じであることを特徴とする、請求項３に記載のモータ。
5. 前記端子貫通孔の数は１２個であり、
   前記第１乃至第３コイル貫通孔は、各４つずつ合わせて１２個形成されることを特徴とする、請求項４に記載のモータ。
6. 前記第２プレートは、
   第１径を有する第４コイル貫通孔、及び
   前記第１径より小さい第２径を有する第２端子貫通孔を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ。
7. 前記第４コイル貫通孔は２０個、前記第２端子貫通孔は４つ形成されることを特徴とする、請求項６に記載のモータ。
8. 前記第３プレートは、
   第１径を有する第５コイル貫通孔、及び
   前記第１径より小さい第２径を有する第３端子貫通孔を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ。
9. 前記第５コイル貫通孔は２０個、前記第３端子貫通孔は４つ形成されることを特徴とする、請求項８に記載のモータ。
10. 前記第４プレートは、
    第１径を有する第６コイル貫通孔、及び
    前記第１径より小さい第２径を有する第４端子貫通孔を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のモータ。
11. 前記第６コイル貫通孔は２０個、前記第４端子貫通孔は４つ形成されることを特徴とする、請求項１０に記載のモータ。
12. 前記第２径は、前記コイルの径と対応することを特徴とする、請求項３乃至１１のいずれか一項に記載のモータ。
13. 前記第１乃至第４プレートは、内径と外径とを有するリング状に設けられることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のモータ。
14. 前記第１乃至第４プレートは、銅を含む通電層を有することを特徴とする、請求項１３に記載のモータ。
15. 前記内径は、
    前記ローターの径より大きく形成されることを特徴とする、請求項１３または１４に記載のモータ。
16. 前記コイルは、前記コイル貫通孔を通過し、
    前記コイル貫通孔を通過する前記コイルの外周面は、前記コイル貫通孔を形成する前記第１プレートの内周面と離隔され、
    前記コイルの外周面と前記第１プレートの内周面との間には離隔空間のみが形成されることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のモータ。

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