JP6783198B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、ブラシレスモータに関する。

特許文献１に、ロータとステータを備えるブラシレスモータが開示されている。ステータは、コアと、コアに配置されるボビンと、ボビンに巻回される導線と、を備える。導線は、ボビンに層状に巻回されている。コアとボビンと導線は、樹脂モールドによって一体に形成されている。

特開２０１４−２３６６５１号公報

コアとボビンと導線を成形型に配置してインサート成形によって樹脂層を成形する際に、成形型内で溶湯の流れが阻害され、成形型に溶湯を適切に充填することができない場合がある。これにより、樹脂層に欠陥が生じる場合がある。本明細書では、樹脂層の欠陥を抑制する技術を提供する。

本明細書に開示される技術は、ロータと、前記ロータの外周に配置されているステータと、を備えるブラシレスモータに関する。前記ステータは、前記ロータを一巡するコアと、前記コアを覆っており、前記ロータの回転軸に沿った一対の側面と、前記一対の側面の内周側に位置する内壁部と、前記一対の側面の外周側に位置する外壁部と、を備えるボビンと、前記ボビンに複数層に重なって巻回されている導線と、前記ボビンと前記導線とを覆う樹脂層と、を備え、前記導線の輪郭は、前記ステータの外周側に向かって大きくなっており、前記一対の側面の少なくとも一方の前記側面上に前記ロータの回転軸方向に沿って配置されており、前記複数層のそれぞれの最も内周側に位置している前記導線のうち、前記樹脂層に露出しており、前記内壁部及び前記外壁部から離間している前記導線は、前記ステータの内周側から外周側に向かって傾斜していてもよい。

樹脂層に欠陥が生じる１つの原因として、ボビンに巻回されている導線が成形型内を流れる溶湯によってボビンから外れて溶湯の流路を塞いでしまうことが発見された。上記のブラシレスモータでは、樹脂層を成型する際に、ステータの内周側から外周側に向かって傾斜している導線に対して、ステータの外周側に位置する側からステータの内周側に位置する側に向けて溶湯が流れるように、コアとボビンとボビンに巻回された導線を成形型に配置する。これにより、成形型内を流れる溶湯によって、ステータの内周側から外周側に向かって傾斜している導線は、ステータの外周側に押圧される。ステータの内周側から外周側に向かって傾斜している導線は、各層の最も内周側に位置する。導線の輪郭がステータの径方向の外周側に向かって大きくなるため、導線は、溶湯に押圧されても外周側に大きく移動することができない。さらに、ステータの外周側に位置する導線を、外周側に押圧することができる。この構成によれば、導線が溶湯に押されてボビンから外れることを防止することができる。これにより、導線が溶湯の流路を塞ぐことを防止することができる。この結果、樹脂層の欠陥を抑制することができる。

前記一方の前記側面上に前記ロータの回転軸方向に沿って配置されており、最外層に位置する前記導線のうち、前記外周側に位置する前記導線は、前記外壁部に沿って配置されていてもよい。この構成によれば、外壁部に沿って配置されている導線と外壁部との間に溶湯が流入することを抑制することができる。この結果、導線と外壁部との間に流入する溶湯によって、導線が内周側に押圧されて、ボビンから外れることを抑制することができる。

前記導線の巻き数は、前記ステータの前記外周側に向かって増加してもよい。この構成によれば、導線の巻き数を増加することによって、ステータの外周側に向かって導線の輪郭を大きくすることができる。

前記一対の側面のうちの他方の前記側面上に前記ロータの回転軸方向に沿って配置されており、前記複数層のそれぞれの最も内周側に位置している前記導線のうち、前記樹脂層に露出しており、前記内壁部及び前記外壁部から離間している前記導線は、前記ロータの回転軸方向に平行に配置されていてもよい。他方の側面上の導線を、内壁部に沿って配置することによって、傾斜して配置する場合と比較して、導線を容易に巻回することができる。

前記内壁部の前記一対の側面側の面は、前記回転軸方向に平行であり、前記一対の側面の一方の前記側面上に前記回転軸方向に沿って配置されており、前記複数層のそれぞれの最も内周側に位置している前記導線のうち、前記内壁部に接触している前記導線は、前記回転軸方向に平行に配置されていてもよい。この構成によると、内壁部に沿って配置されている導線が、溶湯に押圧されてボビンから外れることを抑制することができる。

実施例の燃料ポンプの縦断面図を示す。 実施例のステータの斜視図を示す。 実施例のステータ樹脂層を取り外した状態を示す斜視図を示す。 実施例のティースを覆うボビンを回転軸方向に平行な側面から見た図を示す。 実施例の回転軸方向に平行なボビンの一方の側面に配置されている導線を示す図を示す。 実施例の回転軸方向に平行なボビンの他方の側面に配置されている導線を示す図を示す。 実施例のボビンの上端のボビンの側面に配置されている導線を示す図を示す。 実施例のコアの形状及び導線の断面図を示す。 実施例の樹脂層を成形する際のゲートの位置を示す斜視図を示す。 変形例のコアの形状及び導線の断面図を示す。

図１に示すように、本実施例のモータ部５０は、燃料ポンプ１０に用いられる。燃料ポンプ１０は、燃料タンク（図示省略）内に配置され、自動車等の車両のエンジン（図示省略）に燃料（例えばガソリン等）を供給する。燃料ポンプ１０は、モータ部５０と、ポンプ部３０と、を備える。モータ部５０とポンプ部３０は、ハウジング２内に配置されている。ハウジング２は、両端が開口された円筒形状を有する。

ポンプ部３０は、ケーシング３２とインペラ３４を備える。ケーシング３２は、ハウジング２の下端の開口を閉塞する。ケーシング３２の下端には、吸入口（図示省略）が設けられている。ケーシング３２の上端には、ケーシング３２内とモータ部５０とを連通する連通孔（図示省略）が設けられている。ケーシング３２内には、インペラ３４が収容されている。

モータ部５０は、ポンプ部３０の上方に位置する。モータ部５０は、ブラシレスモータであり、三相モータである。モータ部５０は、ロータ５４と、ステータ６０と、を備える。ロータ５４は、永久磁石を備える。ロータ５４の中心には、シャフト５２が貫通して固定されている。シャフト５２の下端は、インペラ３４の中心部に挿入され、貫通している。ロータ５４は、シャフト５２の両端部に配置された軸受けによって、シャフト５２を中心に回転可能に支持されている。以下では、シャフト５２の軸方向に平行な方向を、「回転軸方向Ｘ」と呼ぶ。なお、実施例では、図１の状態で上下を規定する。即ち、モータ部５０から見てポンプ部３０は「下」に位置し、ポンプ部３０から見てモータ部５０は「上」に位置する。

図２〜図４に示すように、ステータ６０は、樹脂層６２と、コア７０と、複数のボビン８０と、複数の導線９０と、複数の端子１００と、を備える。図２はステータ６０の斜視図を示し、図３は樹脂層６２が外されている状態のコア７０、ボビン８０、導線９０及び端子１００の斜視図を示す。なお、図２と図３とは、視点が相違する。コア７０は、複数枚のコアプレート７２（図１参照）を積層させることによって構成されている。なお、図１では、コアプレート７２とハウジング２との隙間が省略されている。また、コア７０の側面には、コアプレート７２が露出しているが、図３では、コアプレート７２の記載を省略している。複数枚のコアプレート７２は上下方向に積層されており、各コアプレート７２は磁性体材料によって形成されている。コアプレート群（７２、７２、・・）は、ステータヨーク７４と、複数（本実施例では６本）のティース７６と、を備える。図４は、１本のティース７６を覆うボビン８０の側面８４ｂから見た図を示す。各ティース７６及び各ティース７６を覆うボビン８０は、同様の構成を有している。ステータヨーク７４は、ステータ６０の側面に配置される円筒形状を有する。複数のティース７６は、ステータヨーク７４の内周面に等間隔に配置されており、ロータ５４に向かって伸びている。ティース７６は、ステータ６０の半径方向に延びる基部７８と、ロータ５４の外形に沿った内周端部７９と、を有する。

コア７０には、ボビン８０が被覆されている。ボビン８０は、外壁部８２と、複数（本実施例では６個）の内壁部８６と、複数（本実施例では６個）の中間部８４と、を備える。外壁部８２は、ステータヨーク７４の上端、下端及び、内面を覆う。外壁部８２は、上端及び下端のそれぞれに、導線９０を支持する導線支持部８８、８９を備える。外壁部８２の上端と下端とは、ステータヨーク７４の内面側の内周面８２ａで連結されている。外壁部８２の内周面８２ａは、回転軸方向Ｘに平行な平面形状を有する。

外壁部８２の内周側には、複数の中間部８４のそれぞれの外端が連結されている。各中間部８４は、各ティース７６の基部７８の外端と内端との間の４つの側面に沿って一巡して覆っている。図８は１本のティース７６を覆うボビン８０を上方から見た図を示す。図８では、導線９０は、ボビン８０の上端の側面が露出するように断面で示されている。導線９０は、中間部８４の下端の側面に一致する高さの回転軸方向Ｘに垂直な断面で示されている（なお、ハッチングは省略されている）。中間部８４は、内周側に向かって、ロータ５４の回転方向Ｒ及び回転軸方向Ｘに徐々に大きくなっている。各中間部８４の内周端には、内壁部８６が連結されている。内壁部８６は、ティース７６の内周端部７９を覆っている。内壁部８６の外周面８６ａは、回転軸方向Ｘに平行な平面形状を有する。

図４に示すように、外壁部８２の内周面８２ａは、中間部８４の上端よりも上方まで延びており、中間部８４の下端よりも下方まで延びている。また、図８に示すように、内周面８２ａは、中間部８４の回転方向Ｒの端よりも両側に延びている。図４に示すように、内壁部８６の外周面８６ａは、中間部８４の上端よりも上方まで延びており、中間部８４の下端よりも下方まで延びている。また、図８に示すように、内壁部８６の外周面８６ａは、中間部８４の回転方向Ｒの端よりも両側に延びている。

各中間部８４には、導線９０が複数層に亘って巻回されている。各層には、１巻き以上の導線９０が、隣接して配置されている。導線９０の始端は、外壁部８２の下端の導線支持部８９に係止されている。導線９０は、導線支持部８９から中間部８４の外壁部８２側の端に位置する溝８４ａに延びて、溝８４ａに沿って中間部８４を一巡される。導線９０は、中間部８４の側面に沿って巻回されながら内周側に進む。導線９０が内壁部８６まで巻回されると、導線９０は、既に巻回された１層目の導線９０の隣接する導線９０の間に沿って巻回される。

導線９０は、複数層に重ねて巻回されている。導線９０の層数、即ち巻き数は、ステータ６０の径方向の外側に向かって増加している。この結果、導線９０の輪郭が、ステータ６０の外周側に向かって徐々に大きくなっている。なお、図８に示すように、中間部８４の側面８４ｂに配置される導線９０のうち、最外層に位置する導線９０ａは、外壁部８２の内周面８２ａに沿って配置されており、導線支持部８８まで延びている。導線９０ａは、内周面８２ａに接触している。

図７に示すように、ボビン８０の上端の側面上に配置される導線９０のうち、導線９０が外側に重なっておらず、後述する樹脂層６２に露出、即ち接触している導線９０は、半径方向ＲＡに垂直に配置されている。ボビン８０の下端の側面上に配置される導線９０も同様に、半径方向に垂直に配置されている。また、図６に示すように、ボビン８０の回転軸方向Ｘに平行に延びる一対の側面８４ｂ、８４ｃ（図８参照）のうち、側面８４ｃ上に配置されている導線９０のうち、導線９０が外側に重なっておらず、後述する樹脂層６２に露出、即ち接触する導線９０ｑ、９０ｒ、９０ｓ、９０ｔ、９０ｕは、回転軸方向Ｘに平行に配置されている。

一方、図５に示すように、側面８４ｂ上に配置されている導線９０のうち、最外層（即ち１０層目）の導線９０ａと、９層目の導線９０ｂと、８層目の導線９０ｃ、９０ｄと、７層目の導線９０ｅ、９０ｆとが、導線９０が外側に重なっておらず、後述する樹脂層６２に露出、即ち接触する。導線９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｅ、９０ｆでは、導線９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｅが、各層の最も内周側に位置する。導線９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｅでは、導線９０ｂ、９０ｃが、外壁部８２にも内壁部８６にも接触していない。導線９０ｂ、９０ｃは、上方から下方に向かって、内周側に傾斜している。また、８層目の導線９０ｄ、９０ｇも、上方から下方に向かって内周側に傾斜している。さらに、７層目の最も内周側に位置する導線９０ｅも、上方から下方に向かって、内周側に傾斜している。一方で、図８に示すように、７層目以下の導線９０のうち、各層の最も内周側に位置する導線９０ｈ、９０ｉ、９０ｊは、内壁部８６に沿って回転軸方向Ｘに平行に配置されている。なお、導線９０ｉは、内壁部８６の外周面８６ａに接触して配置されている。

複数の端子１００は、複数（本実施例では３個）の通電端子群１０２と、接地端子１０４と、コモン端子１０６と、を備える。コモン端子１０６は、ステータ６０の下端に配置され、各導線９０の導線支持部８９に支持されている部分に電気的に接続されている。

通電端子群１０２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれを、導線９０に供給するための通電端子１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗを備える。各通電端子１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗは、支持部材１０３を介して、ボビン８０に取り付けられている。各通電端子１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗは、導線９０の導線支持部８８に支持されている部分に電気的に接続されている。接地端子１０４は、ハウジング２に電気的に接続されている。

樹脂層６２は、ボビン８０、導線９０、及びコモン端子１０６の全体、及び通電端子群１０２と接地端子１０４の下端部分を覆う。樹脂層６２は、図９に示す状態のコア７０、ボビン８０、導線９０、及び複数の端子１００との組合せを、成形型に配置して樹脂成形を実行する、いわゆるインサート成形によって配置される。

樹脂層６２は、外壁６４と、隔壁６６と、コネクタ６８と、吐出口１１と、を備える。外壁６４と、隔壁６６と、コネクタ６８と、吐出口１１と、は、一体で成形されている。「一体で成形されている」とは、１回の樹脂成形で、外壁６４と隔壁６６とコネクタ６８と吐出口１１とが成形されており、いずれの部分にも繋ぎ目が現れない。外壁６４は、コア７０の上端部と下端部と内周部とを覆う。外壁６４の上端から、通電端子１０２Ｕ、１２２Ｖ、１０２Ｗと、接地端子１０４と、が上方に突出している。外壁６４の上端には、隔壁６６と、コネクタ６８と、吐出口１１と、が配置されている。吐出口１１は、円筒形状を有する。吐出口１１は、コア７０の内側を介してポンプ部３０に連通している。隔壁６６は、通電端子群１０２を外周側から覆っている。コネクタ６８は、端子１０２、１０４と外部端子とを接続するためのコネクタである。

図９には、成形型において、樹脂の溶湯が成形型のキャビティ内に導入されるゲートＧＴの位置が示されている。ゲートＧＴは、ボビン８０の上端の上方であって、ボビン８０の内周端の若干内側に配置されている。溶湯は、ゲートＧＴからキャビティに向けて加圧されて導入される。溶湯は、導線９０のうち、外部に露出している導線９０に接触しながらキャビティ内を上方から下方に流れる。このとき、上方から下方に向かって内周側に傾斜している導線９０ｂ、９０ｃ、９０ｅは、溶湯によって、外周方向及び下方向に押圧される。導線９０の輪郭が、ステータ６０の外周側に向かって徐々に大きくなっているため、導線９０ｂ、９０ｃの線長が短く、外周に向かって移動することが抑制される。他の位置の導線９０は、外壁部８２又は内壁部８６によって移動が制限されている。これにより、導線９０がボビン８０から外れることを抑制することができる。この結果、導線９０が溶湯の流れを妨げることを抑制することができ、樹脂層６２に欠陥が発生することを防止することができる。

最外層の導線９０ａは、外壁部８２の内周面８２ａに接触して配置されている。この構成によれば、外壁部８２に沿って配置されている導線９０ａと外壁部８２との間に溶湯が流入することを抑制することができる。この結果、導線９０ａと外壁部８２との間に流入する溶湯によって、導線９０ａが内周側に押圧されて、ボビン８０から外れることを抑制することができる。

導線９０の層数、即ち巻き数は、ステータ６０の径方向の外側に向かって増加している。この構成によれば、ステータ６０の外周側に向かって導線９０の輪郭を大きくすることができる。

側面８４ｃ上に配置されている導線９０のうち、導線９０が外側に重なっておらず、後述する樹脂層６２に露出、即ち接触する導線９０ｑ、９０ｒ、９０ｓ、９０ｔ、９０ｕは、回転軸方向Ｘに平行に配置されている。この構成によれば、導線９０ｑ、９０ｒ、９０ｓを、側面８４ｂの導線９０ｂ、９０ｃ、９０ｄのように傾斜して配置する場合と比較して、導線を容易に巻回することができる。

側面８４ｂ上の導線９０ｈ、９０ｉ、９０ｊが、内壁部８６に沿って配置されているために、溶湯に押圧されてボビン８０から外れることを抑制することができる。なお、側面８４ｃ上の導線９０も同様である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（１）上記の実施例では、ゲートＧＴが、ボビン８０の上方に位置している。しかしながら、ゲートＧＴの位置は、ボビン８０の上方に限られず、ボビン８０の上方であって、外周側に位置していてもよい。この場合、ゲートＧＴから導入される溶湯が、回転軸方向Ｘに対して傾斜している導線９０ｂ、９０ｃに対して、上方から下方に向けて流れるように構成されていればよい。

（２）上記の実施例では、導線９０ｂ、９０ｃ、９０ｄ、９０ｇは、上方から下方に向けて、内周側に傾斜している。しかしながら、少なくとも導線９０ｂ、９０ｃは、下方から上方に向けて、内周側に傾斜していてもよい。この場合、ゲートＧＴから導入される溶湯が、回転軸方向Ｘに対して傾斜している導線９０ｂ、９０ｃに対して、下方から上方に向けて流れるように、成形型に配置してもよい。

（３）上記の実施例では、図８に示すように、側面８４ｃに配置される導線９０のうち、導線９０が外側に重なっておらず、後述する樹脂層６２に露出しており、各層の最も内周側に位置しており、外壁部８２にも内壁部８６にも接触していない導線９０ｑ、９０ｓは、回転軸方向Ｘに平行に配置されている。しかしながら、導線９０ｑ、９０ｓの少なくとも一方は、導線９０ｂ、９０ｃと同様に回転軸方向Ｘに対して傾斜していてもよい。

（４）上記の実施例では、導線９０の外形は、ステータ６０の内周側から外周側に向けて、導線９０の巻き数を多くすることによって、ステータ６０の外周側に向かって大きくなっている。しかしながら、図１０に示すように、ボビン８０の中間部８４を、ステータ６０の内周側から外周側に向けて大きくすることによって、導線９０の外形がステータ６０の外周側に向かって大きくなっていてもよい。この場合、ステータ６０の内周側から外周側に向けて、導線９０の巻き数は多くなくてもよい。

（５）上記の実施例では、１０層目の導線９０ａは、外壁部８２の内面に沿って配置されている。しかしながら、導線９０ａは、外壁部８２の内面に沿って配置されていなくてもよく、例えば、外壁部８２の内面に離間して配置されていてもよい。

（６）上記の実施例では、７層目以下の導線９０のうち、７層目以下の導線９０のうち、各層の最も内周側に位置する導線９０ｈ、９０ｉ、９０ｊは、内壁部８６に沿って回転軸方向Ｘに平行に配置されている。しかしながら、導線９０ｈ、９０ｉ、９０ｊは、内壁部８６に沿って配置されていなくてもよい。例えば、導線９０ｈ、９０ｉ、９０ｊは、回転軸方向Ｘに対して傾斜して配置されていてもよい。

（７）上記の実施例では、モータ部５０は、燃料ポンプ１０に用いられている。しかしながら、モータ部５０は、例えば、ウォータポンプ等、燃料ポンプ１０以外に用いられてもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０ ：燃料ポンプ
３０ ：ポンプ部
３２ ：ケーシング
３４ ：インペラ
５０ ：モータ部
５４ ：ロータ
６０ ：ステータ
６２ ：樹脂層
７０ ：コア
７８ ：基部
７９ ：内周端部
８０ ：ボビン
８２ ：外壁部
８４ ：中間部
８４ｂ ：側面
８４ｃ ：側面
８６ ：内壁部
８６ａ ：外周面
９０ ：導線
１０２ ：通電端子群
１０４ ：接地端子
１０６ ：コモン端子
ＧＴ ：ゲート

Claims (5)

1. ロータと、
   前記ロータの外周に配置されているステータと、を備え、
   前記ステータは、
   前記ロータを一巡するコアと、
   前記コアを覆っており、前記ロータの回転軸に沿った一対の側面と、前記一対の側面の内周側に位置する内壁部と、前記一対の側面の外周側に位置する外壁部と、を備えるボビンと、
   前記ボビンに複数層に重なって巻回されている導線と、
   前記ボビンと前記導線とを覆う樹脂層と、を備え、
   前記導線の輪郭は、前記ステータの外周側に向かって大きくなっており、
   前記一対の側面の少なくとも一方の前記側面上に前記ロータの回転軸方向に沿って配置されており、前記複数層のそれぞれの最も内周側に位置している前記導線のうち、前記樹脂層に露出しており、前記内壁部及び前記外壁部から離間している前記導線は、前記ステータの内周側から外周側に向かって傾斜している、ブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータであって、
   前記一方の前記側面上に前記ロータの回転軸方向に沿って配置されており、最外層に位置する前記導線のうち、前記外周側に位置する前記導線は、前記外壁部に沿って配置されている、ブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２に記載のブラシレスモータであって、
   前記導線の巻き数は、前記ステータの前記外周側に向かって増加する、ブラシレスモータ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のブラシレスモータであって、
   前記一対の側面のうちの他方の前記側面上に前記ロータの回転軸方向に沿って配置されており、前記複数層のそれぞれの最も内周側に位置している前記導線のうち、前記樹脂層に露出しており、前記内壁部及び前記外壁部から離間している前記導線は、前記ロータの回転軸方向に平行に配置されている、ブラシレスモータ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のブラシレスモータであって、
   前記内壁部の前記一対の側面側の面は、前記回転軸方向に平行であり、
   前記一対の側面の一方の前記側面上に前記回転軸方向に沿って配置されており、前記複数層のそれぞれの最も内周側に位置している前記導線のうち、前記内壁部に接触している前記導線は、前記回転軸方向に平行に配置されている、ブラシレスモータ。
   
   

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