JP5476040B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータの改良に関する。

モータは、電機子の巻線に電流供給する必要があるので、通常、ケース外へ伸びるリード線を介して外部に設置される電源に接続することができるようになっている。このようなモータは、内部へ水の浸入の心配が無い機器に適用される場合には、問題は無いのであるが、たとえば、自動車等の屋外で使用される機器に適用される場合には、リード線周りからケース内に水が浸入する虞があるので、当該部位に防水構造を採用して内部への水の侵入を防止しなくてならない。

そして、防水構造を実現したモータとしては、たとえば、電機子と界磁を収容した筒状のケースと、ケース内に回転自在に挿入されて一端から外方へ突出するロータと、ケースの他端開口部に嵌合されるキャップとを備えて構成されており、キャップは、樹脂製であって電機子の巻線へ通電する端子の挿通を許容する透孔と、透孔を介して外方へ突出される端子の外周を覆う筒状のコネクタを備えている。

また、キャップは、ロータの回転位置を検出するセンサを保持しており、センサに接続されるセンサ端子はキャップに埋設され、外方へ突出するセンサ端子の外周を筒状のセンサコネクタで覆っている。

このように構成されたモータは、キャップに設けたコネクタおよびセンサコネクタに外部電源や制御装置から伸びるリード線の先端部に設けたコネクタを接続することで、外部電源等と巻線およびセンサが接続され、これらに給電することができるようになっているが、上述したように、モータの開口部にキャップが嵌合してこれを閉塞し、キャップがモールド樹脂にて一体化されるコネクタおよびセンサコネクタを備えて、端子およびセンサ端子がモールド樹脂内を貫通してコネクタおよびセンサコネクタ内へ突出するように構成されているため、確実な防水を実現することができる（たとえば、特許文献１参照）。

また、ケースを廃止して電機子をインサート成形してモールド樹脂にてケースを形成するモールドモータの提案もあり、このモールドモータにあっても内部の防水を実現することができる（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００４−４０８５２号公報 特開平５−１０３４３９号公報

上記した従来の各モータにあっては、モータ内への水の浸入を防止できるので、自動車等に適合させることが可能である点で優れているが、以下の問題点がある。

すなわち、従来のモータにあっては、センサ端子がコードで被覆されており、コードとコード内の導線との間がシールされず、コードと樹脂であるキャップとの間もモールド樹脂の型内射出時の温度や圧力や材質の違いによってはコードが溶融せずコードとモールド樹脂との間に隙間が生じる場合があり、特に、モータが装着される機器内の圧力が高く、モータ自体が圧力容器として使用されるような場合、モータ内を気密に保つことができず、モータ内を気密に保つ必要がある用途に使用することができない。

また、従来のモールドモータにあっても、内部に高圧が作用するとモールド樹脂で形成されたケースが変形し、モータの特性が変化して、狙い通りのトルクを発揮できなくなるので、やはり、圧力容器としての使用に向かない。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、内部に高圧が作用しても特性の変化が少なく、内部を気密に保つことができるモータを提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明における課題解決手段は、ロータと巻線が巻回されるステータと、ロータの外周に装着されるレゾルバロータとこのレゾルバロータに対向するレゾルバステータとを備えて構成される共にロータの回転位置を検出するセンサとを備えたモータにおいて、内周に嵌合されるステータを保持する外筒を備え、ステータ、外筒、一端が巻線に接続される端子およびレゾルバステータをインサート成形してモールド樹脂にて一体化するとともに、当該モールド樹脂で外筒の一端側を閉塞し、端子の他端をモールド樹脂からモータ外へ突出させたことを特徴とする。

本発明におけるモータによれば、ステータ、外筒、端子およびレゾルバステータがモールド樹脂にてインサート成形により一体化されるので、モータを圧力容器として使用する場合にあっても、ステータ、外筒、端子の周りからモータ内部の圧力の漏れを生じることが無く、モータ内を気密に保つことができる。

また、端子の周りをシールすることなく、モータ内を気密に閉塞することができ、部品点数を削減できる。そしてまた、ステータ、外筒、端子がインサート成形によってモールド樹脂に一体化されるので、各部をケースに組付ける加工が省略されるので、製造コストを削減することができるとともに作業負担も軽減される。

そしてさらに、ステータが外筒に保持されており、モータ内に高圧が作用しても、ステータの変形が抑制されるので、モータの特性の変化が抑制され、モータに狙い通りのトルクを発揮させることができ、気密性を確保しつつモータを圧力容器として使用することができる。

さらに、キャップに端子がインサート成形にて一体化されるため、端子の周りをシールする必要がなく、端子の断面形状を円形とせずともシールすることができるから、端子の設計自由度が向上することになって、たとえば、端子を平板形状とすることで断面が円形であるものに比較してケース内にてスペースを採らずに済み、この点でもモータの小型化に寄与することができる。

一実施の形態におけるモータの縦断面図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態におけるモータＭは、ロータ１と、巻線２が巻回されるステータＳと、内周に嵌合されるステータＳを保持する外筒３と、一端が巻線２に接続される端子４と、ロータ１の回転位置を検出するセンサ５と、一端がセンサ５に接続されるセンサ端子６とを備えて構成され、ステータＳ、外筒３、端子５およびセンサ端子６をモールド樹脂１２にインサート成形によって一体化し、モールド樹脂１２で外筒３の一端側となる図１中上端側を閉塞したものである。

以下、各部について詳しく説明する。図１に示すように、ロータ１は、筒状であって、外周に界磁となる複数の磁石１１を備え、下端が開口される有頂筒状に成形されるモールド樹脂１２の内周に嵌合される一対のボールベアリング７，８によって両端が軸支されており、モールド樹脂１２に保持されるステータＳに対して回転自在とされている。

ステータＳは、円筒状であって複数のスロットを備えてロータ１の磁石１１の外周に対向するコア９と、コア９の各スロットに巻回される巻線２とを備えて構成されており、筒状の外筒３の内周に固定されている。

詳しくは、外筒３は、上下端に内周側へ向けて加締められて形成される加締部３ａ，３ｂを備えており、当該加締部３ａ，３ｂによって内側に嵌合されるステータＳのコア９の上下端外周を把持することで、ステータＳを固定的に保持している。そのため、外筒３は、軸方向長さは、ステータＳより加締部３ａ，３ｂ分長くなっている。なお、ステータＳの外筒３への固定に際して、上記の加締め固定以外にも圧入その他の固定方法を採用しても良い。

また、外筒３の外周には、環状のフランジ１０が設けられている。フランジ１０は、複数のボルト挿通孔１０ａを有しており、このフランジ１０を利用してモータＭをモータ設置箇所へ螺子締結によって固定することができるようになっている。

なお、このモータＭの場合、ステータＳにはＵ，Ｖ，Ｗ相の三相の巻線２が設けられており、各相の巻線２にそれぞれ端子４が一つずつ接続され、当該端子４を介して巻線２が外部電源に接続されるようになっている。すなわち、このモータＭにあっては、端子４を介して巻線２に給電できるようになっており、モータＭは、たとえば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の三相の巻線に１２０度の位相差で正弦波電圧を印加して電機子であるステータに回転磁界を発生させて、界磁となる磁石１１がこれに追随してロータ１を回転駆動させる従来周知の三相ブラシレスモータとして構成されており、端子４は上記のように巻線２へ電圧を印加させるためインバータ回路等のモータドライバ回路を介して外部電源に接続される。

このように、本実施の形態においては、モータＭがブラシレスモータとして構成されており、各巻線２への通電制御のためにロータ１の回転位置を検出する必要があるため、これを検出するセンサ５を備えている。センサ５は、具体的には、レゾルバとされており、ロータ１の図１中上端外周に装着されるレゾルバロータ５ａと、モールド樹脂１２に一体化されてレゾルバロータ５ａに対向するレゾルバステータ５ｂとを備えて構成されている。

そして、センサ５のレゾルバステータ５ｂへ通電するとともに出力信号を外部へ取り出すためのセンサ端子６が設けられており、センサ端子６を通じてレゾルバステータ５ｂが外部電源と出力信号を受け取る図外のコントローラへ接続される。なお、コントローラはセンサ５の出力からロータ１の位置を得て、モータドライバ回路を制御してモータＭを正しく回転駆動する。

つづいて、モールド樹脂１２は、型によって有頂筒状に成形されて頂部１２ａと筒部１２ｂとを備えて外筒３の上端を閉塞しており、筒部１２ｂの内周には、ロータ１の両端を回転自在に軸支するボールベアリング７，８が嵌合されている。

また、このモールド樹脂１２には、ステータＳ、外筒３、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６が一体化されている。モールド樹脂１２は、ステータＳのコア９のスロット内にも入り込んでおりステータＳを内包しており、レゾルバステータ５ｂの外周を覆ってレゾルバステータ５ｂをも内包している。

さらに、端子４は、バー状とされてモールド樹脂１２に埋め込まれており、一端４ａが巻線２に接続された状態でモールド樹脂１２によって覆われて内包され、その他端４ｂはモールド樹脂１２の図１中上方となる頂部１２ａからモータ外へ突出されている。センサ端子６も同様にバー状とされてモールド樹脂１２に埋め込まれており、一端６ａがレゾルバステータ５ｂに接続された状態でモールド樹脂１２によって覆われて内包され、その他端６ｂはモールド樹脂１２の図１中上方となる頂部１２ａからモータ外へ突出されている。

そして、モールド樹脂１２の頂部１２ａのモータ外側となる図１中上端の外周には、筒状のコネクタ１２ｃが形成されており、このコネクタ１２ｃを図外の外部電源およびコントローラから伸びるリード線の先端に設けられるコネクタ１３に接続することができるようになっていて、コネクタ１２ｃ，１３同士を接続することで、端子４およびセンサ端子６の他端４ａ，６ａを外部電源等に接続されておりコネクタ１３に内包される電源側端子１４へ接続した状態に維持できるようになっている。

なお、モールド樹脂１２の筒部１２ｂの図１中下端外周には、環状溝１２ｄが設けられており、当該環状溝１２ｄ内にはシールリング１５が装着される。よって、モールド樹脂１２の筒部１２ｂの下端をモータＭの動力を要する機器へ挿入することで、当該機器とモータＭとの間が気密にシールされるようになっている。

このように、上記したステータＳ、外筒３、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６は、インサート成形にてモールド樹脂１２に一体化されているが、詳しくは、ステータＳとこれを保持する外筒３、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６は、モールド樹脂１２を成形する型内に予め挿入され、当該型内に加熱および加圧したモールド樹脂１２を注入するインサート成形することによって一体化される。そうすることで、ステータＳ、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６の外周がモールド樹脂１２で取り巻かれ、これらとモールド樹脂１２との間に隙間を生じないので、成形後のモールド樹脂１２内となるモータＭ内を気密に保持することができるようになっている。

ここで、モールド樹脂１２を熱可塑性樹脂として、これに、含酸素炭化水素樹脂を配合して、金属製に溶融したモールド樹脂１２を接触させると金属とモールド樹脂１２とを接着させることができ、接着効果を利用して機密性を向上させることができる。すなわち、モールド樹脂１２に含酸素炭化水素樹脂を配合した熱可塑性樹脂を利用して、金属製の端子４およびセンサ端子６を型内に挿入して、溶融した上記熱可塑性樹脂を型内に注入するインサート成形を行うことにより、金属とモールド樹脂１２とを接着するようにすれば、金属とモールド樹脂１２とが剥離しないのでモータＭ内の気密性を向上させることができる。

また、インサート成形前に、金属である端子４およびセンサ端子６をトリアジンチオール類化合物で表面処理を行うようにしておけば、より強固に金属とモールド樹脂１２とを接着することができるので、よりモータＭ内の気密性を向上させることができる。この場合には、熱可塑性樹脂以外の樹脂を利用してもよい。

なお、熱可塑性樹脂、これに配合される含酸素炭化水素樹脂の選定、トリアジンチオール類化合物で金属を表面処理する手順等については、たとえば、特開平１１−５８６０４号公報や特開２００１−１４４５号公報に記載された方法や手順に準じて行うことができる。

上述したところからステータＳ、外筒３、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６がモールド樹脂１２にてインサート成形により一体化されるので、モータMを圧力容器として使用する場合にあっても、ステータＳ、外筒３、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６の周りからモータ内部の圧力の漏れを生じることが無く、モータＭ内を気密に保つことができる。

また、端子４およびセンサ端子６の周りをシールすることなく、モータＭ内を気密に閉塞することができ、部品点数を削減できる。そしてまた、ステータＳ、外筒３、レゾルバステータ５ｂ、端子４およびセンサ端子６がインサート成形によってモールド樹脂１２に一体化されるので、各部をケースに組付ける加工が省略されるので、製造コストを削減することができるとともに作業負担も軽減される。

そしてさらに、ステータＳが外筒３に保持されており、モータＭ内に高圧が作用しても、ステータＳの変形が抑制されるので、モータの特性の変化が抑制され、モータＭに狙い通りのトルクを発揮させることができ、気密性を確保しつつモータＭを圧力容器として使用することができる。

加えて、外筒３の外周にモータ固定用のフランジ１０を設けたので、モータＭがトルクを出力したときの反作用としてのトルクを外筒３とフランジ１０とで当該受け止めることができ、モールド樹脂１２に上記トルクが作用することを防止できる。

またさらに、端子４およびセンサ端子６の周りをシールする必要がなく、端子４やセンサ端子６の断面形状を円形とせずともシールすることができるから、端子４およびセンサ端子６の設計自由度が向上することになって、たとえば、端子４およびセンサ端子６を平板形状とすることで断面が円形であるものに比較してケース１内にてスペースを採らずに済み、この点でもモータＭの小型化に寄与することができる。

また、本実施の形態にあっては、三相ブラシレスモータで三つの端子４をケース１外へ突出させているが、端子数は巻線相数に応じて必要な数を設ければよい。ロータ１の位置検出をするセンサ５にレゾルバを用いているが、ホール素子等の他のセンサを用いてもよく、さらに、モータＭがブラシ付モータであってセンサの設置を要しない場合には、巻線２の通電用の端子４のみをインサート成形によってキャップ６に一体化すればよい。

また、さらに、上述したところでは、ケース１外へ突出させる端子４と、センサ５に接続されるセンサ端子６を単一のコネクタ１２ｃ内へ突出させるようにしているが、電源用とセンサ用のコネクタを別個に設けてもよく、コネクタ１２ｃの形状は図示したものに限られない。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、モータに利用することができる。

１ ロータ
２ 巻線
３ 外筒
３ａ，３ｂ 外筒における加締部
４ 端子
４ａ 端子の一端
４ｂ 端子の他端
５ センサ
５ａ レゾルバロータ
５ｂ レゾルバステータ
６ センサ端子
６ａ センサ端子の一端
６ｂ センサ端子の他端
７，８ ボールベアリング
９ コア
１０ フランジ
１０ａ フランジにおけるボルト挿通孔
１１ 磁石
１２ モールド樹脂
１２ａ モールド樹脂における頂部
１２ｂ モールド樹脂における筒部
１２ｃ モールド樹脂におけるコネクタ
１２ｄ モールド樹脂における環状溝
１３ コネクタ
１４ 電源側端子
１５ シールリング
Ｍ モータ
Ｓ ステータ

Claims (7)

1. ロータと巻線が巻回されるステータと、ロータの外周に装着されるレゾルバロータとこのレゾルバロータに対向するレゾルバステータとを備えて構成される共にロータの回転位置を検出するセンサとを備えたモータにおいて、内周に嵌合されるステータを保持する外筒を備え、ステータ、外筒、一端が巻線に接続される端子およびレゾルバステータをインサート成形してモールド樹脂にて一体化するとともに、当該モールド樹脂で外筒の一端側を閉塞し、端子の他端をモールド樹脂からモータ外へ突出させたことを特徴とするモータ。
2. 外部電源に接続される電源側端子に上記端子を接続した状態に維持するコネクタを上記モールド樹脂に設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. ロータの回転位置を検出するセンサと、一端がセンサに接続されるセンサ端子とをモールド樹脂に一体化し、センサ端子の他端をモールド樹脂からモータ外へ突出させたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 上記コネクタは、外部電源に接続される電源側端子に上記センサ端子を接続した状態に維持することを特徴とする請求項２を引用する請求項３に記載のモータ。
5. モールド樹脂がロータの両端を回転自在に軸支する一対のボールベアリングを保持することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
6. 外筒の外周にモータ固定用のフランジを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
7. 端子がトリアジンチオール類化合物により表面処理されたのちに、インサート成形されてモールド樹脂に一体化されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のモータ。

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