JP7415823B2

JP7415823B2 - 回転電機

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Publication number: JP7415823B2
Application number: JP2020112867A
Authority: JP
Inventors: 諒内藤; 秀典藤井; 宏八十島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2024-01-17
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: JP2022011613A

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、回転角度検出用の素子を実装した基板をハウジングに収容し、ハウジングにインサートされたターミナルにより基板と外部とを電気的に接続する回転電機が知られている。特許文献１では、基板には、ハウジングから真っ直ぐに突き出た基板接続端子が接続されている。

特許第４３６７２０４号公報

特許文献１では、冷熱応力や振動による応力が基板とターミナルとの接続部にかかり易い。そのため、上記応力を緩和する構造を設けることが望ましい。これに対して、ターミナルのうちハウジングと基板との間の空間に位置する部分に応力緩和部を設けることが考えられる。

しかし、上記応力緩和部を設ける場合、ハウジングの成型時に溶融樹脂が応力緩和部に流れ込まないようにするための樹脂切り部材が別途必要になり、部品点数が増加する。また、樹脂切り部材を用いることなく成形型のみで樹脂切りを行う場合、成形型の構造が複雑になり、製造が困難になる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を増やさずに容易に製造可能であって、ターミナルの接続部にかかる応力を緩和できる回転電機を提供することである。

本発明は、ステータ（３１）と、回転可能に設けられたロータ（３４）と、ロータの回転角度を検出する素子（５８）を搭載している基板（５９）と、ステータ、ロータおよび基板を収容しているハウジング（２０）と、ハウジングにインサートされ、ハウジングの外部接続用コネクタ（２７）から基板まで延びているターミナル（６１，６１２，６１３，６１４，６１６）と、を備える。

ターミナルは、外部接続用コネクタに保持されているコネクタ部（７１）と、基板に接続されている接続部（７２）と、コネクタ部から、ハウジングと基板との間の空間に面する位置まで延びている延出部（７３，７３２，７３３，７３６）と、延出部と接続部とを繋ぎ、少なくとも一箇所以上の屈曲部（７６，７６１，７６２）または湾曲部を有する応力緩和部（７４）とを有する。接続部および応力緩和部を基板に垂直な方向から延出部に投影したときの投影像（７７）が延出部内に収まる。
基板に垂直な方向から見て延出部の延出方向に垂直な方向を幅方向と定義すると、ターミナルは、延出部の延出方向において少なくとも接続部および応力緩和部を含む所定範囲にわたって、延出部の幅方向の両側から基板に向けてそれぞれ突き出す壁部（７８，７８４，７８６）を有する。

このようにハウジングと基板との間の空間に応力緩和部を設けることで、冷熱応力や振動による応力がターミナルの接続部にかかり難くなる。これにより接続部にかかる応力が緩和され、信頼性が向上する。

また、ハウジングまたはその一部を成型するとき、接続部および応力緩和部を収めるための成形型内の空間を延出部により蓋をして密閉可能であり、溶融樹脂が応力緩和部に流れ込まないように樹脂切りすることができる。つまり、樹脂切り部材を別途用いることなく、また樹脂切りを行うために成形型の構造を複雑にすることなく、ターミナルを用いて樹脂切りを行うことが可能である。そのため、部品点数を増やさずに容易に製造可能である。

第１実施形態のモータを備える回転式アクチュエータが適用されたシフトバイワイヤシステムを説明する模式図。図１の回転式アクチュエータの断面図。図２のＩＩＩ部分拡大図。図３のセンサターミナルおよび一次成形体を矢印ＩＶ方向から見た図。図４の一次成形体を成形する成形型の断面図。図５の成形型のＶＩ－ＶＩ線断面図。第２実施形態のセンサターミナルおよび一次成形体を示す図。図７の一次成形体を成形する成形型の断面図。図８の成形型のＩＸ－ＩＸ線断面図。第３実施形態のセンサターミナルおよび一次成形体を示す図。図１０の一次成形体を成形する成形型の断面図。図１１の成形型のＸＩＩ－ＸＩＩ線断面図。第４実施形態のセンサターミナルと、一次成形体を成形する成形型とを示す断面図。図１３の成形型のＸＩＶ－ＸＩＶ線断面図。第５実施形態のセンサターミナルと、一次成形体を成形する成形型とを示す断面図。図１５の成形型のＸＶＩ－ＸＶＩ線断面図。第６実施形態のセンサターミナルと、一次成形体を成形する成形型とを示す断面図。図１７の成形型のＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線断面図。

以下、回転電機としてのモータの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
図１に示すように、第１実施形態のインナーロータ型回転電機としてのモータ３０は、回転式アクチュエータ（以下、アクチュエータ）１０に備えられる。アクチュエータ１０は、車両用変速機１１のケース１２の外壁に固定され、シフトバイワイヤシステム１３の動力源として用いられる。シフトバイワイヤシステム１３は、制御装置１５がシフト操作装置１４からの指令信号に応じてアクチュエータ１０を制御することにより、変速機１１のシフトレンジ切替機構１６を作動させてシフトレンジを切り替える。

（アクチュエータ）
先ず、アクチュエータ１０の全体構成について図２を参照して説明する。アクチュエータ１０は、ハウジング２０、モータ３０および減速機４０を備える。

ハウジング２０は、カップ状のフロントハウジング２１およびリアハウジング２２を有する。フロントハウジング２１およびリアハウジング２２は、開口部同士が組み合わされてボルト２３により互いに締結されている。フロントハウジング２１には、有底筒状の金属プレート２４がインサートされている。リアハウジング２２は、フロントハウジング２１とは反対側に突き出す筒状突出部２８を有する。リアハウジング２２の外壁にはブラケット２９が固定されている。アクチュエータ１０は、ブラケット２９を用いて変速機１１のケース１２（図１参照）に固定される。

モータ３０は、ハウジング２０に収容されたステータ３１およびロータ３４を有する。ステータ３１は、金属プレート２４に例えば圧入等により固定されたステータコア３２と、ステータコア３２に設けられた巻線３３とを有する。ロータ３４は、モータ側軸受３５および減速機側軸受３６により回転軸心ＡＸ１まわりに回転可能に支持された回転軸３７と、回転軸３７の外側に嵌合して固定されたロータコア３８とを有する。モータ側軸受３５は、金属プレート２４に設けられている。減速機側軸受３６は、後述の出力部材４４に設けられている。

減速機４０は、偏心軸４１、リングギア４２、偏心ギア４３、出力部材４４および伝達機構４５を備える。偏心軸４１は、回転軸心ＡＸ１に対して偏心する偏心軸心ＡＸ２上に設けられ、回転軸３７と一体に形成されている。リングギア４２は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に固定されている。偏心ギア４３は、リングギア４２の内歯部４６と噛み合う外歯部４７を有し、偏心軸４１に設けられた軸受４８により遊星運動可能に支持されている。遊星運動とは、偏心軸心ＡＸ２まわりに自転しつつ回転軸心ＡＸ１まわりに公転する運動のことである。遊星運動時の偏心ギア４３の自転速度は、回転軸３７の回転速度に対して変速させられる。

出力部材４４は、回転軸心ＡＸ１と同軸上に設けられ、リアハウジング２２に設けられた軸受４９により回転可能に支持されている。伝達機構４５は、偏心ギア４３に形成された係合突起５１と、出力部材４４に形成され、係合突起５１が挿入された係合孔５２とから構成され、偏心ギア４３の偏心軸心ＡＸ２まわりの回転を出力部材４４に伝達する。

アクチュエータ１０では、巻線３３の通電相が切り替えられることにより回転磁界が発生し、この回転磁界により生じる磁気的吸引力または反発力を受けてロータ３４が回転する。ロータ３４と共に偏心軸４１が回転軸心ＡＸ１まわりに回転すると偏心ギア４３が遊星運動し、ロータ３４の回転に対して減速させられた偏心ギア４３の回転が出力部材４４から出力される。

（外部接続構造）
次に、回転角度検出素子を実装した基板５９を外部に接続するための構成について説明する。以降、基板５９と平行な方向を「基板平面方向」と記載する。上記「外部」は、アクチュエータ１０の構成要素に対して外側の部分のことを指す。

図２に示すように、アクチュエータ１０は、ロータコア３８に設けられた磁石５７と、ロータ３４の回転角度を検出する素子であって、磁石５７の磁気に応じた信号を出力する磁気センサ５８と、磁気センサ５８を実装した基板５９とを備える。

フロントハウジング２１は、樹脂製の本体部を構成する筒部２５、底部２６および外部接続用コネクタ２７を有する。外部接続用コネクタ２７は、筒部２５の外側に形成されている。外部接続用コネクタ２７には、外部コネクタ１７が着脱可能に接続される。外部コネクタ１７は、外部電源端子１８および外部信号端子１９を保持している。

フロントハウジング２１には、図示しない複数のモータターミナルと、複数のセンサターミナル６１とがインサートされている。モータターミナルは、巻線３３を外部に電気的に接続するターミナルである。センサターミナル６１は、基板５９を外部に電気的に接続するターミナルである。

図２、図３に示すように、モータターミナルおよびセンサターミナル６１は、フロントハウジング２１にインサートされている。第１実施形態では、フロントハウジング２１は、モータターミナルおよびセンサターミナル６１を一体化している一次成形体６２と、一次成形体６２がインサートされた二次成形体６３とを含む。一次成形体６２は、金属プレート２４に形成された通孔６４に挿入されている。センサターミナル６１は、外部接続用コネクタ２７から筒部２５および底部２６を通って基板５９まで延びている。

フロントハウジング２１の底部２６と基板５９との間には空間６５が区画されている。センサターミナル６１は、外部接続用コネクタ２７に保持されているコネクタ部７１と、基板５９に接続されている接続部７２と、コネクタ部７１から空間６５に面する位置まで延びている延出部７３と、延出部７３と接続部７２とを繋ぐ応力緩和部７４とを有する。

延出部７３のうち基板５９側の端部（以下、基板側端部７５）は、底部２６の内壁に沿って基板平面方向へ延出している。基板側端部７５の延出方向は基板平面方向と同じである。センサターミナル６１は、基板側端部７５がハウジング２０の内部空間に露出するように一次成形体６２にインサートされている。

応力緩和部７４は、少なくとも一箇所以上の屈曲部または湾曲部を有することによって、温度変化や振動に起因するフロントハウジング２１と基板５９との相対位置変化を吸収する。これにより接続部７２にかかる応力が緩和される。第１実施形態では、応力緩和部７４は、２つの屈曲部７６を有する。具体的には、応力緩和部７４は、基板側端部７５の先端から基板５９に向けて延び出したのち、基板側端部７５の延出方向のコネクタ部７１側に向けて屈曲する第１屈曲部７６１と、基板側端部７５の延出方向のコネクタ部７１側に延び出したのち、基板５９に向けて屈曲する第２屈曲部７６２とを有する。第１屈曲部７６１と第２屈曲部７６２とを区別しない場合、屈曲部７６と記載する。

図４に示すように、基板５９に垂直な方向（以下、基板垂直方向）から見て基板側端部７５の延出方向に垂直な方向を幅方向と定義する。また、幅方向の長さのことを「幅」と記載する。接続部７２および応力緩和部７４の幅ｗ１は、基板側端部７５の幅ｗ２と同じである。基板垂直方向から見たとき、接続部７２および応力緩和部７４の全体が基板側端部７５に完全に重なる。つまり、接続部７２および応力緩和部７４を基板垂直方向から延出部７３に投影したときの投影像７７が延出部７３内に収まる。図４において投影像７７は二点鎖線のハッチングで示されている。

一次成形体６２は、図５、図６に示す成形型８０を用いて製造される。成形型８０は、コネクタ部７１を保持する第１金型８１と、一次成形体６２のうち筒部２５（図３参照）に対応する部分を形成する第２金型８２と、一次成形体６２のうち底部２６（図３参照）に対応する部分を形成する第３金型８３とを有する。延出部７３は、第２金型８２と第３金型８３との境界部に設置される。

接続部７２および応力緩和部７４を一次成形体６２（図３参照）外に完全に露出させるべく、第２金型８２は、接続部７２および応力緩和部７４を収容するための密閉空間８４を有する。密閉空間８４の幅は、基板側端部７５の幅と同じである。そのため、基板側端部７５は、密閉空間８４に蓋をして当該密閉空間８４を密閉可能であり、溶融樹脂を流すキャビティ８５と密閉空間８４とを隔離することで、溶融樹脂が応力緩和部７４に流れ込まないように樹脂切りすることができる。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、モータ３０は、フロントハウジング２１にインサートされ、外部接続用コネクタ２７から基板５９まで延びているセンサターミナル６１を備える。センサターミナル６１は、外部接続用コネクタ２７に保持されているコネクタ部７１と、基板５９に接続されている接続部７２と、コネクタ部７１から空間６５に面する位置まで延びている延出部７３と、延出部７３と接続部７２とを繋ぐ応力緩和部７４とを有する。接続部７２および応力緩和部７４を基板５９に垂直な方向から延出部７３に投影したときの投影像７７が延出部７３内に収まる。

このようにフロントハウジング２１と基板５９との間の空間に応力緩和部７４を設けることで、冷熱応力や振動による応力が接続部７２にかかり難くなる。これにより接続部７２にかかる応力が緩和され、検出値の信頼性が向上する。

また、一次成形体６２を成型するとき、接続部７２および応力緩和部７４を収めるための成形型８０内の密閉空間８４を延出部７３により蓋をして密閉可能であり、溶融樹脂が応力緩和部７４に流れ込まないように樹脂切りすることができる。つまり、樹脂切り部材を別途用いることなく、また樹脂切りを行うために成形型８０の構造を複雑にすることなく、センサターミナル６１を用いて樹脂切りを行うことが可能である。そのため、部品点数を増やさずに容易に製造可能である。

また、第１実施形態では、接続部７２および応力緩和部７４の幅ｗ１が基板側端部７５の幅ｗ２と同じである。これによりセンサターミナル６１の展開形状を設計し易くなる。

また、第１実施形態では、フロントハウジング２１は、複数のセンサターミナル６１を一体化している一次成形体６２と、一次成形体６２がインサートされた二次成形体６３とを含む。これにより、複数のセンサターミナル６１が一体化された状態で二次成形体６３を成型できるため、二次成形体６３の成型が容易である。特に外部接続用コネクタ２７の成型が容易になる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図７に示すように、センサターミナル６１２の接続部７２および応力緩和部７４の幅ｗ１は、基板側端部７５２の幅ｗ２よりも小さい。基板垂直方向から見たとき、接続部７２および応力緩和部７４の全体が基板側端部７５２に完全に重なる。つまり、接続部７２および応力緩和部７４を基板垂直方向から延出部７３２に投影したときの投影像７７が延出部７３２内に収まる。

図８、図９に示すように、基板側端部７５２は、密閉空間８４の開口縁に設置されている。基板側端部７５２の幅ｗ２は、密閉空間８４の幅ｗ３よりも大きく、キャビティ８５の幅ｗ４よりも小さい。基板側端部７５２は、密閉空間８４の開口縁に当接して当該密閉空間８４を密閉可能であり、キャビティ８５と密閉空間８４とを隔離することで、溶融樹脂が応力緩和部７４に流れ込まないように樹脂切りすることができる。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに第２実施形態では、投影像の幅ｗ１は基板側端部７５２の幅ｗ２よりも小さくなっている。そのため、密閉空間８４の幅ｗ３を投影像の幅ｗ１よりも大きく設定しても、基板側端部７５２により密閉空間８４を密閉可能になる。これにより、密閉空間８４の幅ｗ３が投影像の幅ｗ１よりも大きいことで、成型時に接続部７２および応力緩和部７４が成形型８０と干渉することを防ぐことができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、図１０～図１２に示すように、センサターミナル６１３は、延出部７３３の延出方向において少なくとも接続部７２および応力緩和部７４を含む所定範囲にわたって、延出部７３３の基板側端部７５３の幅方向の両側から基板５９（図３参照）に向けて（すなわち、接続部７２側に向けて）それぞれ突き出す壁部７８を有する。

基板側端部７５３は、密閉空間８４の開口に設置されている。基板側端部７５３の幅ｗ２は、密閉空間８４の幅ｗ３およびキャビティ８５の幅ｗ４と同じである。壁部７８は、密閉空間８４を区画する成形型８０３の第２金型８２３の内壁面に当接して、基板側端部７５３と共に密閉空間８４を密閉可能であり、キャビティ８５と密閉空間８４とを隔離することで、溶融樹脂が応力緩和部７４に流れ込まないように樹脂切りすることができる。第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに第３実施形態では、壁部７８が設けられることで、成形型８０３の製造を考慮して形状を変更しやすく、応力緩和部７４および接続部７２と成形型８０３との接触を防ぐことができる。

［第４実施形態］
第４実施形態では、図１３、図１４に示すように、壁部７８４は、基板側端部７５３から接続部７２側に突き出したのち、幅方向外側に湾曲して接続部７２とは反対側に延びるように形成されている。これにより、壁部７８４のうち第２金型８２４への挿入部分が曲面になるので、壁部７８４と第２金型８２４との当接状態が良好となり、成形型８０４の寿命を長くすることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態では、図１５、図１６に示すように、壁部７８は、一次成形体の成型時に成形型８０５の第２金型８２５の当接面８６と当接する。これにより、壁部７８と接する第２金型８２５の形状が単純になり、成形型８０５の寿命を長くすることができる。

［第６実施形態］
第６実施形態では、図１７、図１８に示すように、成形型８０６は、第１金型８１６と第２金型８２６とからなる。センサターミナル６１６の壁部７８６は、成形型８０６の第１金型８１６と第２金型８２６との組合せ部から延出部７３６の先端までの所定範囲にわたって、延出部７３６の幅方向の両側から接続部７２側に向けてそれぞれ突き出している。壁部７８６の突き出し方向の端面８７は、コネクタ部７１側から応力緩和部７４側に向かうにつれて壁部７８６の突き出し長さが短くなるように傾斜している。これにより、成形型８０６を第１金型８１６と第２金型８２６とからなる２分割の型とすることができるので、一次成形体を製造し易くなる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、応力緩和部は、１つの屈曲部または３つ以上の屈曲部を有していてもよい。また、応力緩和部は、屈曲部に限らず、湾曲部を有するように構成されてもよい。また、センサターミナルの延出部は、真っ直ぐのみならず、途中で屈曲または湾曲するように形成されてもよい。

他の実施形態では、ハウジングの樹脂部分は、１つの成形体から構成されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

２０ハウジング、２７外部接続用コネクタ、３１ステータ、３４ロータ、
５８磁気センサ（素子）、５９基板、
６１，６１２，６１３，６１４，６１６センサターミナル（ターミナル）、
７１コネクタ部、７２接続部、７３，７３２，７３３，７３６延出部、
７４応力緩和部、７６，７６１，７６２屈曲部、７７投影像。

Claims

ステータ（３１）と、
回転可能に設けられたロータ（３４）と、
前記ロータの回転角度を検出する素子（５８）を搭載している基板（５９）と、
前記ステータ、前記ロータおよび前記基板を収容しているハウジング（２０）と、
前記ハウジングにインサートされ、前記ハウジングの外部接続用コネクタ（２７）から前記基板まで延びているターミナル（６１，６１２，６１３，６１４，６１６）と、
を備え、
前記ターミナルは、前記外部接続用コネクタに保持されているコネクタ部（７１）と、前記基板に接続されている接続部（７２）と、前記コネクタ部から、前記ハウジングと前記基板との間の空間（６５）に面する位置まで延びている延出部（７３，７３２，７３３，７３６）と、前記延出部と前記接続部とを繋ぎ、少なくとも一箇所以上の屈曲部（７６，７６１，７６２）または湾曲部を有する応力緩和部（７４）とを有し、
前記接続部および前記応力緩和部を前記基板に垂直な方向から前記延出部に投影したときの投影像（７７）が前記延出部内に収まり、
前記基板に垂直な方向から見て前記延出部の延出方向に垂直な方向を幅方向と定義すると、
前記ターミナルは、前記延出部の延出方向において少なくとも前記接続部および前記応力緩和部を含む所定範囲にわたって、前記延出部の幅方向の両側から前記基板に向けてそれぞれ突き出す壁部（７８，７８４，７８６）を有する、回転電機。
前記基板に垂直な方向から見て前記延出部の延出方向に垂直な方向を幅方向と定義すると、
前記投影像の幅方向の長さ（ｗ１）は、前記延出部の幅方向の長さ（ｗ２）よりも小さい、請求項１に記載の回転電機。
前記壁部の突き出し方向の端面（８７）は、前記コネクタ部側から前記応力緩和部側に向かうにつれて前記壁部の突き出し長さが短くなるように傾斜している、請求項１または２に記載の回転電機。
前記ハウジングは、複数の前記ターミナルを一体化している一次成形体（６２）と、前記一次成形体がインサートされた二次成形体（６３）とを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の回転電機。