JP2009112139A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータとしての組付性や製造コストを損なうことなく、外部接続端子と給電用パワー端子の接続部の絶縁信頼性を向上させる。
【解決手段】ブラシレスモータ１の外部接続端子５４には、外部電源と接続される給電用パワー端子５５が端子固定ネジ５７によって接続される。ステータ１１の端部には、ステータ１１の端部と、外部接続端子５４と給電用パワー端子５５との接続部とをカバーするインシュレータ６１が装着される。インシュレータ６１は、ステータ端部を覆うキャップ部６１ａと、端子接続部を覆う端子カバー部６１ｂとを有し、キャップ部６１ａと端子カバー部６１ｂは一体形成されている。端子カバー部６１ｂの内部には隔壁６５が設けられており、端子カバー部６１ｂ内は３個の端子収容部６６に隔離されている。各端子収容部６６には、外部接続端子５４と給電用パワー端子５５が互いに絶縁状態で収容される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置等に使用されるブラシレスモータに関し、特に、外部電源と接続される給電用パワー端子の絶縁構造に関する。

自動車等の操舵力補助のため、近年多くの車両にいわゆるパワーステアリング装置が装備されている。このようなパワーステアリング装置としては、近年、エンジン負荷軽減や重量低減等の観点から、電気式の動力操舵装置（いわゆる電動パワーステアリング装置）を搭載した車両が増大している。この電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略記する）では、狭いボンネット空間内などに装置を配置する関係から、その駆動源であるモータにも小型化、高性能化が要求されている。従来、このようなモータとしては、ブラシ付のＤＣモータが多く用いられてきたが、昨今では、制御技術の向上も相俟って、小型高性能化の点で優れたブラシレスモータの採用が増大している。

図８は、このようなＥＰＳ向けブラシレスモータの構造を示す説明図である。図８に示すように、ブラシレスモータ101では、略円筒形状のケース102内に、鋼板を多数積層して形成したステータコア103が収容されている。ステータコア103には、複数個のティースとスロットが交互に形成されており、各ティースの周囲には、合成樹脂製のインシュレータ104を介して銅線を用いたコイルが巻装されている。ステータコア103の一端側（図中上端側）には、径方向に向かってコイル給電端子（図示せず）が多数突設されたターミナルユニット107が取り付けられている。各コイル給電端子には、コイルの端末部（コイルの巻き始め部分や巻き終わり部分）が接続されている。

ターミナルユニット107にはまた、コイル給電端子と電気的に接続された外部接続端子108が設けられている。外部接続端子108には、外部電源と接続される給電用パワー端子109が接続される。各コイルには、給電用パワー端子109からターミナルユニット107を介して適宜電力が供給される。外部接続端子108と給電用パワー端子109は、端子固定ネジ111（以下、ネジ111と略記する）によって固定されている。これにより、外部接続端子108と給電用パワー端子109が接触状態で固定され、両者が電気的に接続される。給電用パワー端子109は、ケース102の外部に延びており、パワーコネクタ112を介して給電用のリード線と接続される。

さらに、ターミナルユニット107の端部には、信頼性向上のため、アルミニウムダイキャスト製のケース102とターミナルユニット107との間に、絶縁用のインシュレータ113が取り付けられている。また、外部接続端子108と給電用パワー端子109との接続部にも、同様の趣旨にて、インシュレータ114が取り付けられている。インシュレータ113は合成樹脂にて、また、インシュレータ114はゴムにてそれぞれ形成されている。

インシュレータ113は、図８に示すように、ターミナルユニット107の端部を覆うように取り付けられる。これにより、ターミナルユニット107とケース102との間にインシュレータ113が介在する形となり、コイル端末部やコイル給電端子とケース102との間の絶縁性が確保される。また、インシュレータ114は、外部接続端子108と給電用パワー端子109（以下、適宜、両端子108,109と略記する）との接続部を覆うように取り付けられる。そして、これにより、両端子108,109とケース102との間にインシュレータ114が介在する形となり、両端子108,109とケース102との間の絶縁性が確保される。
特開2004-222488号公報

しかしながら、このようなブラシレスモータ101では、インシュレータ114により、両端子108,109とケース102との間の絶縁性は確保されるものの、その内部では、両端子108,109はそのままの状態で並列配置されている。このため、インシュレータ114内に異物（特に、導電性のもの）が侵入したり、車両の振動が加わったりすると、各端子間の絶縁性が損なわれるおそれがあるという問題があった。

本発明の目的は、モータとしての組付性や製造コストを損なうことなく、外部接続端子と給電用パワー端子の接続部の絶縁信頼性を向上させることにある。

本発明のブラシレスモータは、鋼製のコアと、前記コアに巻装されたコイルとを備えるステータと、前記ステータを収容するケースと、前記ケース内に配置され、前記ステータに対し回転自在に設けられたロータとを有してなるブラシレスモータであって、モータ内部に配置され、前記コイルと電気的に接続された複数個の外部接続端子と、外部の電源と電気的に接続され、前記外部接続端子とモータ内部にてそれぞれ接続される複数個の給電用パワー端子と、前記外部接続端子と前記給電用パワー端子との接続部に配置され、該接続部をカバーするインシュレータとを備え、前記インシュレータは、その内部に、隔壁によって隔離され、電気的に接続された前記外部接続端子と前記給電用パワー端子を個々に収容可能な複数個の端子収容部を有することを特徴とする。

本発明にあっては、インシュレータの内部に、隔壁によって隔離された複数個の端子収容部を設け、その中に外部接続端子と給電用パワー端子を個々に収容する。これにより、端子同士の接触を確実に防止でき、外部接続端子と給電用パワー端子の電気的な絶縁性が確保される。

前記ブラシレスモータにおいて、前記インシュレータを、前記ステータの端部に取り付けられ、前記ステータ端部をカバーするインシュレータと一体に形成しても良い。この場合、前記インシュレータに、前記ステータ端部を覆うキャップ部と、前記外部接続端子と前記給電用パワー端子との前記接続部を覆う端子カバー部とを設け、前記キャップ部と前記端子カバー部とを一体に形成しても良い。これにより、２部品構成のインシュレータを１部品化することができ、製品信頼性を損なうことなく部品点数の削減が図られる。

本発明のブラシレスモータは、インシュレータの内部に、隔壁によって隔離され、電気的に接続された外部接続端子と給電用パワー端子を個々に収容可能な複数個の端子収容部を設けたので、インシュレータ内における端子同士の接触を確実に防止でき、外部接続端子と給電用パワー端子の電気的な絶縁性を確保することが可能となる。従って、異物侵入や振動等による端子の絶縁不良を防止することができ、装置信頼性の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したブラシレスモータの構成を示す断面図である。図１のモータ１は、ラックアシスト式のＥＰＳの動力源として使用され、モータ１の内部をラック軸２が貫通する構成となっている。モータ１の回転は、ボールねじ機構３を介してラック軸２に伝達され、操舵補助力となる。

モータ１は、外側にステータ１１、内側にロータ２１を配したインナーロータ型の装置構成となっている。ステータ１１は、ケース１２と、ケース１２の内周側に固定されたステータコア１３及びステータコア１３に巻装されたコイル１４とを備えた構成となっている。ケース１２はアルミダイカストや鉄等にて形成され、その図中左端側には、ハウジング４１（アルミダイカスト製）が取り付けられている。ステータコア１３は鋼板を多数積層した構成となっており、ステータコア１３の内周側には複数個（ここでは９個）のティースが突設されている。ティース間に形成されたスロット（同９個）には、合成樹脂製のインシュレータを介してコイル１４が巻装されており、インシュレータによってスロット間に巻かれるコイル１４の絶縁を確保している。

図８に示した従来のブラシレスモータと同様に、ステータコア１３の両端には、ステータインシュレータ５１（以下、インシュレータ５１と略記する）が取り付けられている。インシュレータ５１のうち、図１において左側のもの（インシュレータ５１ａ）の左端部には、ターミナルユニット５２が取り付けられている。ターミナルユニット５２には、径方向に向かってコイル給電端子５３が多数突設されている。各コイル給電端子５３には、コイル１４の端末部（コイル１４の巻き始め部分や巻き終わり部分）が接続されている。

ターミナルユニット５２にはさらに、コイル給電端子５３と電気的に接続された外部接続端子５４が設けられている。外部接続端子５４には給電用パワー端子５５の一端部が接続されており、給電用パワー端子５５の他端部は雌型のパワーコネクタ５６内に配置されている。パワーコネクタ５６には、給電用の図示しないリード線が雄型のコネクタにて接続される。各コイル１４には、パワーコネクタ５６から、給電用パワー端子５５とターミナルユニット５２を介して適宜電力が供給される。

図２は、外部接続端子５４と給電用パワー端子５５との接続部の構成を示す説明図である。図２に示すように、外部接続端子５４と給電用パワー端子５５（以下、適宜、端子５４,５５と略記する）は、図８のモータと同様に端子固定ネジ（ネジ部材）５７によって固定されている。端子固定ネジ５７（以下、ネジ５７と略記する）は軸方向（図１において左右方向）に沿って取り付けられ、ターミナルユニット５２に配されたナット５８に螺合している。これにより、給電用パワー端子５５が外部接続端子５４に接触状態で固定され、両者が電気的に接続される。

本発明によるモータ１では、図２に示すように、ステータコア１３の一端側に、ターミナルユニット５２を覆う形でインシュレータ６１が取り付けられている。図３は、インシュレータ６１にて外部接続端子５４と給電用パワー端子５５との接続部をカバーした状態を示す説明図であり、図２のＸ方向からインシュレータ６１を見た場合の構成を示している。また、図４はインシュレータ６１の平面図、図５は図４のＡ−Ａ線に沿った断面図、図６は図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

インシュレータ６１は、合成樹脂（例えば、ガラス繊維強化ポリアミド）にて形成されており、図４に示すように、略円筒形状のキャップ部６１ａと、キャップ部６１ａの端面に突出形成された端子カバー部６１ｂとから構成されている。キャップ部６１ａと端子カバー部６１ｂは一体に形成されており、図８に示した従来のインシュレータ113,114を一体化したような形となっている。このように、モータ１では、従来２部品構成となっていたインシュレータが一体化されており、その分、部品点数が削減され、製品コストの低減が図られている。

インシュレータ６１をステータコア１３の一端側に装着すると、キャップ部６１ａと端子カバー部６１ｂによって、ターミナルユニット５２と、両端子５４,５５の接続部がそれぞれ覆われる。これにより、ターミナルユニット５２や端子５４,５５の接続部がケース１２や他の部材から電気的に絶縁される。

キャップ部６１ａの端部（図５において右端部）には、インシュレータ６１をケース１２に固定するための嵌合爪（爪部）６２が設けられている。嵌合爪６２は、径方向外側に突出する形で形成されており、周方向に沿って３個等分（１２０°間隔）に配置されている。一方、これに対しケース１２の内周面には、この嵌合爪６２に対応して、嵌合溝（溝部）６３が凹設されている。当該モータ１では、インシュレータ６１は、嵌合爪６２が嵌合溝６３に嵌り込む形でケース１２に装着される。なお、ケース１２に嵌合溝６３を形成する際には、別途切削加工が必要となるが、従来より、ケース１２の内径は全て切削仕上げとなっているため、嵌合溝形成による加工費の変動はほとんどなく、これは、絞り加工にてケース１２を形成する場合も同様である。

また、端子カバー部６１ｂ内には、図３,６に示すように、カバー内を隔離する隔壁６５が２個設けられている。この隔壁６５により、端子カバー部６１ｂの内部には、複数個（ここでは３個）の端子収容部６６に隔離形成される。端子収容部６６は、Ｕ,Ｖ,Ｗ相の各端子５４,５５に合わせて３個設けられており、各端子収容部６６には、それぞれの端子５４,５５が互いに絶縁された状態で収容される。これにより、端子５４,５５の接続部が絶縁材にてカバーされると共に、隔壁６５によって端子同士も確実に隔離される。このため、端子５４,５５とケース１２等との間の絶縁のみならず、端子間の接触や異物による短絡を防止することができ、端子５４,５５の絶縁信頼性の向上を図ることが可能となる。

このようなインシュレータ６１を用いたモータ１では、次のようにしてインシュレータ６１や両端子５４,５５の接続部を組み付ける。ここではまず、（ａ）ケース１２にステータコア１３を組み付けた状態で、ステータコア１３の外周に接着材を注入塗布する。この場合も接着材としては熱硬化性のものを使用するが、ケース１２のインシュレータ６１が取り付けられる部位の内周面には接着材は塗布しない。また、嵌合溝６３にも接着剤が付着しないように配慮する。その後、（ｂ）接着材を加熱し、ケース102にステータコア103を接着固定する。

一方、パワーコネクタ５６は、予めＯリング６４が装着された状態で納入され、（ｃ）ケース１２にネジ止め固定される。パワーコネクタ５６をケース１２に取り付けると、端子５４,５５が対向する状態となり、その状態で（ｄ）両端子５４,５５をネジ５７にてネジ止め固定する。そして、（ｅ）ネジ止め後、インシュレータ６１をターミナルユニット５２上に取り付ける。この際、インシュレータ６１は、嵌合爪６２側からケース１２内に挿入され、嵌合爪６２が嵌合溝６３内に嵌り込むことにより、インシュレータ６１はケース１２内に安定的に固定される。

また、端子カバー部６１ｂは、各端子５４,５５をそれぞれ別個に端子収容部６６内に収容する形で装着される。この場合、端子収容部６６は、各端子５４,５５に合わせて３室に区画されており、端子を個別に収容する作業は極めて容易である。このように、本発明のモータ１では、端子カバー部６１ｂに隔壁６５を設け、各端子５４,５５をそれぞれ別個に収容可能な端子収容部６６を形成したので、端子同士の接触を確実に防止でき、端子５４,５５の電気的な絶縁性を確保することが可能となる。従って、組付性の低下や部品コストの増大を招来することなく、異物侵入や振動等による端子５４,５５の絶縁不良を防止することができ、ほとんどコストアップなく、装置信頼性の向上、商品性の向上を図ることが可能となる。

図７は、インシュレータ６１をケース１２内に取り付けた状態を示す説明図である。図７に示すように、当該モータ１では、インシュレータ６１は、嵌合爪６２が嵌合溝６３にスナップフィットする形でケース１２に取り付けられる。これにより、インシュレータ６１は、ケース１２内に抜け止めされた状態で固定され、ターミナルユニット５２と両端子５４,５５の接続部がインシュレータ６１によって覆われる。従って、図７に示したように、ターミナルユニット５２上の各端子や両端子５４,５５とケース１２との間に、絶縁部材からなるインシュレータ６１が介在する形となり、両者間の絶縁性が確保される。

このように、モータ１では、インシュレータ６１をスナップフィットにてケース１２に固定する構成としたことにより、組付工程を削減することができ、特に、ゴム製インシュレータのめくり上げのような煩雑な作業が不要となるため、従来のモータに比して製造工数を大幅に低減させることが可能となる。さらに、従来、接着固定されていたインシュレータ６１をスナップフィット固定としたことにより、インシュレータ６１の組みバラシ（分解）が可能となり、製品の分解や保守、修理等が容易となる。

ロータ２１はステータ１１の内側に配設されており、円筒状のロータシャフト２２と、ロータコア２３、マグネット２４及びマグネットカバー２５を同軸状に配した構成となっている。ロータシャフト２２の内側には、ラック軸２が挿通される。ロータシャフト２２の外周には、円筒形状のロータコア２３が外装されている。ロータコア２３の外周には、６極構成のマグネット２４が固定されている。

マグネット２４には、小型で高磁束密度が得られるネオジウム鉄磁石等の希土類磁石が使用される。このように、マグネット２４に希土類磁石を用いることにより、モータの小型化が図れると共に、ロータ２１のイナーシャが低減され操舵フィーリングも向上する。マグネット２４は、リング形状となっており、周方向に複数の磁極がＮ,Ｓ交互に配置されている。なお、マグネット２４として、複数個のセグメントマグネットを用いても良い。マグネット２４の外側には、マグネットカバー２５が外装されており、万が一マグネットが破損しても、その破片によりモータ１がロックしないようになっている。

ケース１２の図中右端側には、アルミダイカスト製のハウジング３１が取り付けられている。ハウジング３１内には、ロータ２１の右端側を支持するベアリング３２と、ロータ２１の回転を検知するレゾルバ３３が収容されている。レゾルバ３３は、ハウジング３１側に固定されたレゾルバステータ３４と、ロータ２１側に固定されたレゾルバロータ３５とから構成されている。レゾルバステータ３４にはコイル３６が巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。

レゾルバステータ３４の内側には、ロータシャフト２２に固定されたレゾルバロータ３５が配設される。レゾルバロータ３５は、金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。ロータシャフト２２が回転すると、レゾルバロータ３５もまたレゾルバステータ３４内にて回転する。レゾルバステータ３４の励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ２１の回転位置が検出される。そして、ロータ２１の回転位置に基づき、コイル１４への電流が適宜切り替えられ、ロータ２１が回転駆動される。

ケース１２の左端側にはハウジング４１が取り付けられており、このハウジング４１内には、ボールねじ機構３が組み込まれている。ボールねじ機構３は、ナット部４２と、ラック軸２の外周に形成されたスクリュー部４３と、ナット部４２とスクリュー部４３との間に介装された多数のボール４４とから構成されている。ラック軸２は、軸回りの回動が規制された状態でナット部４２によって左右方向に往復動自在支持され、ナット部４２の回転に伴って左右方向に移動する。

ナット部４２は、ロータシャフト２２の左端部に固定されており、ハウジング４１に固定されたアンギュラーベアリング４５によって回動自在に保持されている。アンギュラーベアリング４５は、ハウジング４１の開口部にねじ込まれたベアリング固定用リング４６ａ,４６ｂとハウジング４１の内部に形成された段部４７との間で軸方向の動きが規制された状態で固定されている。また、ナット部４２とアンギュラーベアリング４５との間の軸方向の動きは、ナット部４２の左端にねじ込まれたベアリング固定用リング４８とナット部４２の外周に形成された段部４９とによって規制される。

このようなモータ１を備えたＥＰＳでは、まず操向ハンドルが操作されてステアリング軸が回動し、この回動に応じた方向にラック軸２が移動して転舵操作がなされる。この操作により、図示しないステアリングトルクセンサが作動すると、検出トルクに応じて、バッテリからリード線を介してコイル１４に電力が供給される。コイル１４に電力が供給されるとモータ１が作動し、ロータシャフト２２が回転する。ロータシャフト２２が回転すると、これと結合されたナット部４２が回転し、ボールねじ機構３の作用により、ラック軸２に対し軸方向の操舵補助力が伝達される。これにより、ラック軸２の移動が促進され、操舵力が補助される。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前述の実施例では、従来のインシュレータ113,114を一体化した形のインシュレータ６１に隔壁６５を設けた構成を示したが、インシュレータ114単体に隔壁６５を設け、各端子５４,５５をそれぞれ別個に収容可能な端子収容部６６を形成しても良い。また、前述の実施例では、本発明によるステータをＥＰＳの駆動源として用いられるブラシレスモータに使用した例を示したが、当該ステータは、ＥＰＳ用ブラシレスモータには限定されず、他の用途のブラシレスモータにも広く適用可能である。また、ＥＰＳや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般にも適用可能である。さらに、前述の実施例では、ラックアシスト式のＥＰＳに使用されるブラシレスモータを示したが、コラムアシスト式等、他の方式のＥＰＳ用モータにも本発明は適用可能である。

本発明を適用したブラシレスモータの構成を示す断面図である。 外部接続端子と給電用パワー端子との接続部の構成を示す説明図である。 インシュレータにて外部接続端子と給電用パワー端子との接続部をカバーした状態を示す説明図である。 インシュレータの平面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 インシュレータをケース内に取り付けた状態を示す説明図である。 従来のＥＰＳ向けブラシレスモータの構造を示す説明図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ ラック軸
３ ボールねじ機構
１１ ステータ
１２ ケース
１３ ステータコア
１４ コイル
２１ ロータ
２２ ロータシャフト
２３ ロータコア
２４ マグネット
２５ マグネットカバー
３１ ハウジング
３２ ベアリング
３３ レゾルバ
３４ レゾルバステータ
３５ レゾルバロータ
３６ コイル
４１ ハウジング
４２ ナット部
４３ スクリュー部
４４ ボール
４５ アンギュラーベアリング
４６ａ ベアリング固定用リング
４６ｂ ベアリング固定用リング
４７ 段部
４８ ベアリング固定用リング
４９ 段部
５１ ステータインシュレータ
５１ａ インシュレータ
５２ ターミナルユニット
５３ コイル給電端子
５４ 外部接続端子
５５ 給電用パワー端子
５６ パワーコネクタ
５７ 端子固定ネジ
５８ ナット
６１ インシュレータ
６１ａ キャップ部
６１ｂ 端子カバー部
６２ 嵌合爪
６３ 嵌合溝
６４ Ｏリング
６５ 隔壁
６６ 端子収容部
101 ブラシレスモータ
102 ケース
103 ステータコア
104 インシュレータ
107 ターミナルユニット
108 外部接続端子
109 給電用パワー端子
111 端子固定ネジ
112 パワーコネクタ
113 インシュレータ
114 インシュレータ

Claims (3)

1. 鋼製のコアと、前記コアに巻装されたコイルとを備えるステータと、
   前記ステータを収容するケースと、
   前記ケース内に配置され、前記ステータに対し回転自在に設けられたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
   モータ内部に配置され、前記コイルと電気的に接続された複数個の外部接続端子と、
   外部の電源と電気的に接続され、前記外部接続端子とモータ内部にてそれぞれ接続される複数個の給電用パワー端子と、
   前記外部接続端子と前記給電用パワー端子との接続部に配置され、該接続部をカバーするインシュレータとを備え、
   前記インシュレータは、その内部に、隔壁によって隔離され、電気的に接続された前記外部接続端子と前記給電用パワー端子を個々に収容可能な複数個の端子収容部を有することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記インシュレータは、前記ステータの端部に取り付けられ、前記ステータ端部をカバーするインシュレータと一体に形成されてなることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記インシュレータは、前記ステータ端部を覆うキャップ部と、前記外部接続端子と前記給電用パワー端子との前記接続部を覆う端子カバー部と有し、前記キャップ部と前記端子カバー部は一体に形成されてなることを特徴とするブラシレスモータ。

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