JP4602392B2 - インナーロータ型ブラシレスモータ - 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インナーロータ型ブラシレスモータに関する。

例えば、車両用ファン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。樹脂製の上下ハウジング内に駆動回路が設けられたモータ基板が２段に分けて収納されている。このハウジング上部には凹部が形成され、該凹部には軸受けスリーブが垂直上方に突出して設けられている。軸受けスリーブには、ベアリングシャフトが回転可能に支持されている。ベアリングシャフトはロータをより外部に延設されており先端側にファンが設けられる。また、ステータコアは、軸受けスリーブに滑り嵌めされた段付部に突き当てて組み付けられている。

ロータを回転させると、ハウジング側面に設けられた空気導入口より吸気してロータ端面に設けられた排気口よりファン側へ排出され、モータ基板の発熱や巻線の発熱を冷却するようになっている（特許文献１参照）。また、車載用に限られないが、モータの回転方向位置や回転速度を備えモータ検出精度の向上と径方向の厚みを減らして小型化を図ったインナーロータ型のブラシレスモータも提案されている（特許文献２参照）
特開２００２−２６２５１７号公報 特開２００５−２２９６９８号公報

しかしながら、アウターロータ型及びインナーロータ型のブラシレスモータの場合、ステータコアやロータの厚さに加えて、モータ駆動回路が形成されたモータ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という課題があった。特に車載用のモータにおいては、塩水噴霧試験後も駆動回路に損傷がない程度の防水性を要求されていることから、回路基板を保護するためのカバー（ケース）に覆われており、軸方向の厚みを増長させ易い構造となっている。例えば出力５０Ｗクラスのモータで、モータ基板を収納したカバーを含むモータの軸方向の厚さが６５ｍｍ〜７０ｍｍ程度のものが用いられている。

また、車載用電子機器の場合、快適性、安全性、環境への配慮から、モジュール部品やセンサー、モータなどの電子部品の基板実装数が増える一方で、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。
また、車載用の電子機器が増える一方で、車両に確保できる部品設置スペースが減少するため、モータ性能を低下させることなく、軸方向に薄型化（偏平化）することに対するニーズが高くなっている。

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、モータ性能を低下させることなく小型化・偏平化・軽量化を図ったインナーロータ型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。
環状のステータに囲まれた空間内にロータが配置されるインナーロータ型ブラシレスモータであって、 カップ状のブラケットが取付けベースを覆って組み付けられることにより前記ロータ及びステータが閉鎖されたケース内に収納され、かつモータ駆動回路が形成されたモータ基板がインシュレータを介してステータに組み付けられて前記ロータ及びステータとブラケット開口底部との間に軸方向に形成された隙間に設けられており、前記ロータはカップ状のロータヨークの外周面にマグネットが設けられ当該ロータヨーク開口部中心にモータ軸が連繋しており、前記ブラケット開口底部中心に前記モータ基板を挿通して突設された中空円筒部に前記モータ軸が軸受部を介して回転可能に軸支されかつ前記ロータヨークの開口部をブラケット開口部内の底部に向けて組み付けられており、前記モータ基板のロータヨーク対向面側に実装された高さのあるディスクリート部品が前記ロータヨーク開口部内の空きスペースに入り込んで配置され、かつ発熱量の多いディスクリート部品が前記ブラケット対向面側に配置されていることを特徴とする。
また、ブラケットと取付けベースとはシール材を介して閉止されており、ステータコアは、シール材の段付き面とブラケット内壁面の段付き面に挟み込まれて組み付けられていることを特徴とする。
また、モータ軸のブラケット外に延設された軸端部にファンが組み付けられた車載用のファンモータであることを特徴とする。

上述したインナーロータ型ブラシレスモータを用いれば、カップ状のブラケットが取付けベースを覆って組み付けられることによりロータ及びステータが閉鎖されたケース内に収納され、かつ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開口部内の底部との間に軸方向に形成された隙間に設けられている。このように、モータの外装を構成するブラケットと取付けベースに囲まれ閉鎖されたケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケット開口部の底部面積内にモータ基板を配置して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。
また、ロータはカップ状のロータヨークの外周面にマグネットが設けられ当該ロータヨーク開口部中心にモータ軸が連繋しており、ブラケット開口部中心に設けられた軸受部にモータ軸が軸支されてロータヨーク開口部をブラケット開口部内の底部に向けてロータがブラケットに回転可能に組み付けられている。このように、ブラケット開口部内の底部にロータヨーク開口部が対向して配置され当該ロータヨーク開口部内の空きスペースを利用した基板実装部品の配置が可能となるためモータを小型化することができる。
また、モータ基板には、ロータヨーク対向面に比較的高さのあるディスクリート部品がロータヨークの開口部に向けて配置されているので、基板部品の高さをロータヨーク開口部内の空きスペースで軸方向に吸収することができ、偏平化（薄型化）を促進することができる。また、発熱量の多いディスクリート部品がブラケット対向面側に配置されていると、金属製のブラケットを通じた熱放散性を高めることができる。
また、ブラケットと取付けベースとはシール材を介して閉止されており、ステータコアは、シール材の段付き面とブラケット内壁面の段付き面に挟み込まれて組み付けられているので、塩水噴霧試験後も駆動回路に損傷はなく、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。
また、モータ軸のブラケット外に延設される軸端部にファンが組み付けられた車載用のファンモータである場合には、ファンが軸方向中心部から吸気して外周方向に排気するため、発熱部品やモータコイルより発生した熱がブラケットを通じて拡散され易くなるため、熱放散性をさらに向上させることができる。

以下、本発明に係るインナーロータ型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、一例として環状のステータコアに囲まれた空間内にロータが配置される車載用のファンモータ（インナーロータ型ＤＣブラシレスモータ）を用いて説明する。図１は図３のＸ−Ｏ−Ｚ断面図、図２は図３のＹ−Ｏ−Ｘ´断面図、図３は図２の矢印Ａ方向から見た内視平面図である。

図１乃至図３を参照して、インナーロータ型ＤＣブラシレスモータの概略構成について説明する。図１において、カップ状のブラケット１のブラケット開口部１ａ中心には中空円筒部２が突設されている。中空円筒部２には、モータ軸４が軸受部（ボールベアリング、スリーブ軸受など）５、６を介して回転可能に軸支されている。ブラケット１はロータ軸受部とモータケースを兼用しており、金属製カップ材（例えばアルミブラケット）が好適に用いられる。モータの外装を構成するブラケット１が取付けベース３を覆って組み付けられることにより、閉鎖されたケース内（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。また、モータ駆動回路が形成されたモータ基板１７は、中空円筒部２の軸長さ範囲内であって、かつロータＲ及びステータＳとブラケット開口部１ａ内の底部１ｂとの間に軸方向に形成された隙間Ｑに設けられている。このため、モータの外装を構成するブラケット１と取付けベース３に囲まれたケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケット開口部１ａの底部面積内にモータ基板１７を配置して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。

ロータＲはカップ状のロータヨーク７の外周面にマグネット８が接着されており、当該ロータヨーク７の中心部とモータ軸４の一端が一体に組み付けられている。ブラケット開口部１ａ内に形成された中空円筒部２に軸受部５，６を介してモータ軸４が軸支され、かつロータヨーク開口部７ａをブラケット開口部１ａ内の底部１ｂに向けてロータＲがブラケット１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１ａ内の底部１ｂにロータヨーク開口部７ａが対向して配置され、当該ロータヨーク開口部７ａ内の空きスペースを利用した基板実装部品の配置が可能となるためモータを小型化することができる。

また、モータ軸４のブラケット１の外方へ延設された他端部にはファン（羽根）９が組み付けられている。ファン９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２において、ブラケット１と取付けベース３との間にはシール材（例えばゴム材）１０を介して閉止されている。シール材１０は固定ねじ１１によって取付けベース３にねじ止め固定されている。ステータコア１２は、シール材１０の段付面１０ａとブラケット１の径方向内壁面１ｃに設けられた段付面１ｄに挟み込まれて保持され、固定ねじ１３（図１参照）によってシール材１０、ステータコア１２及びブラケット１と各々ねじ嵌合して一体に組み付けられる。

図３において、環状のステータコア１２には径方向内側に向けてティース部１４が設けられており、各ティース部１４はインシュレータ１５に覆われて絶縁されている。各ティース部１４にはモータコイル１６が巻き付けられている。本実施例では６極１２スロットの３相ＤＣブラシレスモータが用いられている。各相間のわたり配線はインシュレータ１５の外周側に設けられた配線溝１５ａを通じて行なわれる。

また、図１及び図２において、モータ駆動回路が形成されたモータ基板（ＰＷＢ）１７がロータＲ及びステータＳとブラケット１の開口部１ａ内の底部１ｂとで軸方向に囲まれた隙間Ｑに設けられている。具体的には、モータ基板１７は、基板嵌合穴（図示せず）にインシュレータ１５の上端部に設けられた突起１５ｂを嵌め込ませてモータ基板１７がステータＳに組み付けられている。

また、モータ基板１７には、ロータヨーク７の対向面に比較的高さのあるディスクリート部品（例えばチョークコイル、電解コンデンサ１８など）がロータヨーク開口部７ａ内の空きスペースに入り込んで配置され、発熱量の多いディスクリート部品（例えばＦＥＴ１９などのスイッチング素子）がブラケット１の対向面側に配置されている。

このように、モータ基板１７には、ロータヨーク７の対向面側に比較的高さのあるディスクリート部品がロータヨーク開口部７ａ内の空きスペース内に向けて配置されているので、基板実装部品の高さをロータヨーク開口部７ａ内の空きスペースで軸方向に吸収することができ、偏平化（薄型化）を促進することができる。例えば出力５０Ｗクラスのモータでブラケット１と取付けベース３との間の軸方向寸法が３５ｍｍ程度(約１／２程度)に薄型化を達成でき、重量に関しては１／２〜１／３程度に軽量化できた。

また、発熱量の多いディスクリート部品がブラケット１の対向面側に配置されていると、金属製ブラケット１を通じて熱放散性を高めることができる。
また、モータ軸４のブラケット１外に延設される軸端部に、ファン９が組み付けられることにより、ファン９が軸方向中心部から吸気して外周方向に排気するため、発熱部品やモータコイル１６より発生した熱がブラケット１を通じて拡散され易くなるため、熱放散性をさらに向上することもできる。

また、図２において、モータ基板１７には外部接続線（リード線）２０が接続されており、該リード線２０はブラケット１の内周面とステータヨーク１２の外周面の隙間を通過し、シール材１０にも受けられた貫通孔１０ｂ（図３参照）を通過して取付けベース３に設けられた円筒状のグロメット２１の中心孔を通過してモータ外部に取り出されるようになっている。

ブラケット１と取付けベース３とはシール材１０を介して閉止されており、ステータコア１２は、シール材１０の段付き面１０ａとブラケット１の径方向内壁面１ｃの段付き面１ｄに挟み込まれて組み付けられているので、塩水噴霧試験後も回路に損傷はなく、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、ファンモータに限らずモータ軸４の出力端にギヤが設けられたギヤードモータであってもよい。

インナーロータ型ブラシレスモータの断面説明図である。 インナーロータ型ブラシレスモータの断面説明図である。 図２のモータを矢印Ａ方向から見た内視平面図である。

符号の説明

Ｐ 閉鎖空間
Ｑ 隙間
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
１ ブラケット
１ａ ブラケット開口部
１ｂ 底部
１ｃ 径方向内壁面
１ｄ，１０ａ 段付面
２ 中空円筒部
３ 取付けベース
４ モータ軸
５，６ 軸受部
７ ロータヨーク
７ａ ロータヨーク開口部
８ マグネット
９ ファン
１０ シール材
１０ｂ 貫通孔
１１，１３ 固定ねじ
１２ ステータコア
１４ ティース部
１５ インシュレータ
１５ａ 配線溝
１５ｂ 突起
１６ モータコイル
１７ モータ基板
１８ 電解コンデンサ
１９ ＦＥＴ
２０ リード線
２１ グロメット

Claims (3)

1. 環状のステータに囲まれた空間内にロータが配置されるインナーロータ型ブラシレスモータであって、
   カップ状のブラケットが取付けベースを覆って組み付けられることにより前記ロータ及びステータが閉鎖されたケース内に収納され、かつモータ駆動回路が形成されたモータ基板が、インシュレータを介してステータに組み付けられて前記ロータ及びステータとブラケット開口底部との間に軸方向に形成された隙間に設けられており、
   前記ロータはカップ状のロータヨークの外周面にマグネットが設けられ当該ロータヨーク開口部中心にモータ軸が連繋しており、前記ブラケット開口底部中心に前記モータ基板を挿通して突設された中空円筒部に前記モータ軸が軸受部を介して回転可能に軸支されかつ前記ロータヨークの開口部をブラケット開口部内の底部に向けて組み付けられており、
   前記モータ基板のロータヨーク対向面側に実装された高さのあるディスクリート部品が前記ロータヨーク開口部内の空きスペースに入り込んで配置され、かつ発熱量の多いディスクリート部品が前記ブラケット対向面側に配置されているインナーロータ型ブラシレスモータ。
2. 前記ブラケットと取付けベースとはシール材を介して閉止されており、前記ステータコアはシール材の段付き面とブラケット内壁面の段付き面に挟み込まれて組み付けられている請求項１記載のインナーロータ型モータ。
3. 前記モータ軸のブラケット外に延設された軸端部にファンが組み付けられた車載用のファンモータである請求項１又は２記載のインナーロータ型モータ。