JP2004201430A

JP2004201430A - 動力補助用同期電動機の構造

Info

Publication number: JP2004201430A
Application number: JP2002368079A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Takano; 正高野
Original assignee: Moric Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: US7038336B2; US20040119345A1; JP4064806B2

Abstract

【課題】大電流端末回路及び磁極位置検出器を含んでコンパクトな構造で一体化を図り、小型で取り扱い性を向上させた動力補助用同期電動機の提供を目的とする。
【解決手段】ロータ２と、該ロータ周囲に設けたステータ３と、該ステータ３のコイルを結線する大電流端末回路ユニット１０と、前記ロータ２の回転位置を検出する磁極位置検出器４とを備え、前記ロータ２は、ロータ軸７と、該ロータ軸７に固定されたロータコア８と、該ロータコア８の外面又はその近傍に固定されたマグネット９とからなり、前記ステータ３は、前記ロータコア８に対向するステータコア１４と、該ステータコア１４に巻回したコイルとからなる動力補助用同期電動機の構造において、前記ロータ軸７の一方の端部に前記大電流端末回路ユニット１０を設け、前記ロータ軸７の他方の端部に前記磁極位置検出器１１を設け、前記ステータ３と前記大電流端末回路ユニット１０とをモールド樹脂１５で一体形成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリングや動力補助自転車に用いられる動力補助用同期電動機の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の同期電動機は、ロータとステータとを備え、例えばステータコアにコイルを巻回し、コイル同士を結線してプリント基板上にコイル端末回路を形成し、ロータとステータとの間の相対的な回転角度を検出するための回転位置検出器を備えている。一般の家庭電気機器では、コイルの電流は数アンペアであり、コイルの線径は０．３〜０．６ｍｍ程度である。また、回転位置検出器として、ホール素子や光学式あるいは電気式のエンコーダ等の電子部品を搭載したものが用いられている。
【０００３】
一方、自動車のパワーステアリングや動力補助自転車に用いられる動力補助用同期電動機においては、高出力を必要とするためコイルに２０アンペアあるいはそれ以上の大電流が流れ、コイルの線径も１ｍｍ程度あるいはそれ以上に太くなり、コイル温度も１８０℃程度まで上昇する。
【０００４】
このような自動車のパワーステアリング等の動力補助用のモータとして、前述の家庭用電気機器の同期電動機と同じ構造を用いることは、使用環境温度範囲が−４０℃から１５０℃あるいはそれ以上までコイル温度が上昇する場合があるため、電子部品を搭載した回転位置検出器を用いたものでは不適当である。また、大電流のコイル端末処理も単純にプリント基板上ではできない。
【０００５】
従来の電動機のステータにおけるコイル巻線の結線構造が特許文献１に記載されている。
この特許文献１に記載された結線構造は、各相ごとに同一リング形状の導電部材を電気絶縁状態で積層固定して結線用ユニットととして形成し、ステータの端面に設けたものである。これによりコイル巻線端部同士を接続する大電流端末回路を構成することができる。
【０００６】
しかしながら、このような結線用ユニットを用いた電動機を動力補助用同期電動機として組み立てる場合、ステータをこれと別体のケーシング内に収容して固定し、さらに別体の磁極位置検出器を組み込んで結線しなければならず、全体の構成が複雑になって大型化し、取り扱いがしずらく、組立てやメンテナンスが面倒になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２３３４８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術を考慮したものであって、大電流端末回路及び磁極位置検出器を含んでコンパクトな構造で一体化を図り、小型で取り扱い性を向上させた動力補助用同期電動機の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、ロータと、該ロータ周囲に設けたステータと、該ステータのコイルを結線する大電流端末回路ユニットと、前記ロータの回転位置を検出する磁極位置検出器とを備え、前記ロータは、ロータ軸と、該ロータ軸に固定されたロータコアと、該ロータコアの外面又はその近傍に固定されたマグネットとからなり、前記ステータは、前記ロータコアに対向するステータコアと、該ステータコアに巻回したコイルとからなる動力補助用同期電動機の構造において、前記ロータ軸の一方の端部に前記大電流端末回路ユニットを設け、前記ロータ軸の他方の端部に前記磁極位置検出器を設け、前記ステータと前記大電流端末回路ユニットとをモールド樹脂で一体形成したことを特徴とする動力補助用同期電動機の構造を提供する。
【００１０】
この構成によれば、ステータと大電流端末ユニットとをモールド樹脂で一体形成したため、別体のケーシングが不要になり、構造が簡素化する。また、ステータを挟んでロータ軸の一端部側に大電流端末ユニットを装着し、他端部側に磁極位置検出器を設けてこれらを前記モールド樹脂を介して一体的に形成することにより、重量バランス及び熱影響に対するバランスが良好で、シンプルな構造で取り扱い性がよく、小型化が図れる動力補助用同期電動機が達成される。
【００１１】
好ましい構成例では、前記大電流端末回路ユニットは、周囲にコイル接続用端子を有するリング状であって、この大電流端末回路ユニットをステータコアのコイルエンド部に被せて相互に固定し、前記モールド樹脂で一体化したことを特徴としている。
【００１２】
この構成によれば、大電流端末回路ユニットとステータコアがモールド樹脂で一体化されるため、これにロータ軸を挿入して電動機部分を一体構成とすることができる。
【００１３】
さらに好ましい構成例では、前記磁極位置検出器は、前記ロータ軸端部に固定した回転磁気部材及びこの回転磁気部材の外周の前記樹脂モールドに固定した固定磁気部材とからなることを特徴としている。
【００１４】
この構成によれば、ロータ軸端部の例えば積層鋼板からなる回転磁気部材とその外周の同じく積層鋼板からなる固定磁気部材とにより、電子部品を用いることなく磁極位置が検出されるため、広い温度範囲での使用が可能になる。
【００１５】
好ましい適用例では、本発明の同期電動機は、自動車用パワーステアリングの駆動モータである。
【００１６】
自動車のパワーステアリング構造に本発明を適用すれば、シンプルな構造で小型化及び取り扱い性の向上が図られる。
【００１７】
別の好ましい適用例では、本発明の同期電動機は、動力補助自転車のアシストモータである。
【００１８】
動力補助自転車に本発明を適用すれば、シンプルな構造で小型化及び取り扱い性の向上が図られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る同期電動機の断面図である。また、図２及び図３は、それぞれ図１のＩＩ−ＩＩ視図及びＩＩＩ−ＩＩＩ視図である。
図１に示すように、この実施形態は、３相のＤＣブラシレスモータからなるモータユニット１からなり、このモータユニット１は、ロータ２と、ステータ３と、磁極位置検出器４と、図では上側に配置した上カバー５と、下カバー６とにより構成される。
【００２０】
ロータ２は、ロータ軸７と、このロータ軸７にセレーション７ａ（あるいはローレット加工）により固定されたロータコア８と、このロータコア８の表面に貼付された（ＳＰＭ）或いは表面近傍に埋入された（ＩＰＭ）構造のマグネット９とにより構成される。
【００２１】
ステータ３は、ロータ２のマグネット９に対向して１２磁極歯、１６磁極歯あるいは１８磁極歯その他の磁極を構成するステータコア１４と、ステータコア１４の各磁極に形成したスロット内に図の上下から挿入されるインシュレータ１３とにより構成される。上下インシュレータ１３を巻き回して低圧大電流（例えば１２Ｖで２０Ａ又はそれ以上）のコイル（不図示）が形成される。コイル巻線の径は約１ｍｍあるいはそれ以上である。
【００２２】
ステータ３の上側に大電流端末回路ユニット１０が配設される。この大電流端末回路ユニット１０は、３相Ｕ，Ｖ，Ｗに対応する３個の３層配置の導電リング３９（図では２個のみ示す）をインサートモールドしたものであり、外周に磁極数に対応した複数のコイル接続端子１２が備わる。このコイル接続端子１２はステータ３のコイルエンド部（ステータコア１４より上下に突出する部分）の上側のコイルエンド部のインシュレータ１３の外側に折り曲げられた巻線端部（不図示）に半田接合される。各コイル接続端子１２は、導電リング３９を介して外部接続端子１１に接続される。
【００２３】
大電流端末回路ユニット１０とステータ３はモールド樹脂１５により一体形成される。このモールド樹脂１５としては、耐薬品性があり、広い温度範囲（−４０℃から２００℃程度）で物性が安定している、例えば不飽和ポリエステル樹脂のプリミックスを用いる。このプリミックスは、液状の低収縮熱可塑性樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）を補強剤、充填剤、触媒、着色剤、離型剤などとともに練り合わせたパテ状の成形材料である。補強剤としてはガラス繊維やビニロン繊維、充填剤としては炭酸カルシウムや水酸化アルミニウム、硬化触媒としては有機過酸化物、離型剤としてはステアリン酸亜鉛などが用いられる。
【００２４】
このようなモールド樹脂１５を用いてモータを一体化することにより、▲１▼騒音や振動の抑制効果が得られ、▲２▼コイル巻線を完全に埋設するため絶縁性が高まりロータとステータの干渉が防止され、▲３▼完全な防水性が得られ腐食が防止され、▲４▼熱容量が大きくなり、急激な温度上昇に対し外部への熱的影響を緩和して実質的に放熱性がアルミニウム合金と同程度まで高められる。
【００２５】
大電流端末回路ユニット１０の上側のモールド樹脂１５に上カバー５が嵌合する。この上カバー５は、図２に示すように３本のボルト１７でモールド樹脂１５のインサートナット１６（図１）に締結され、外縁部に３つの取付孔２７が設けられる。上カバー５は、ベアリング１８を介してロータ軸７の上端部を回転可能に支持する。
【００２６】
ロータ軸７の下端部側でロータコア８の下側に磁極位置検出器（リゾルバ）４が備わる。この磁極位置検出器４は、回転磁極部材１９及びその外周に設けられた固定磁極部材２０からなる。回転磁極部材１９は積層鋼板からなり、ロータ軸７にキー等により回転方向に固定され、軸方向にナット２２で固定される。この回転磁極部材１９の外周に積層鋼板からなる固定磁極部材２０が配設される。固定磁極部材２０にはコイル２１が巻回される。回転磁極部材１９は、磁極数に応じて複数位置で外側に突出する。ロータ軸７の回転により固定磁極部材２０に対する磁束が変化し、これをコイル２１で検出することにより、ロータ２とステータ３との間の相対回転位置が検出される。固定磁極部材２０は、例えば鉄からなるホルダ２４に保持され、３本のボルト２６（図３参照）によりモールド樹脂１５に埋設したインサートナット１６に締結される。ホルダ２４はベアリング２３を介してロータ軸７の下端部を回転可能に支持する。
【００２７】
この磁極位置検出器４を覆って、モールド樹脂１５の下端面側に下カバー６が嵌合し、３本のボルト２５（図３参照）によりインサートナット１６に締結される。
【００２８】
図４は、モールド樹脂で一体化した大電流端末回路ユニット１０とステータ３の断面図である。また、図５及び図６は、それぞれ図４のＶ−Ｖ視図及びＶＩ−ＶＩ視図である。
図４に示すように、大電流端末回路ユニット１０の外部接続端子１１をキャップ２９で覆った状態でモールド成形する。樹脂硬化後、キャップ２９を外してロータ軸等を組み込み、図１で示したＤＣブラシレスモータ１を組み立てる。モールド樹脂１５の上面側には３個のインサートナット１６が埋設され（図５）、下面側には６個のインサートナット１６が埋設される（図６）。
【００２９】
図７は、本発明の適用例のブロック図である。
（Ａ）は、自動車のパワーステアリング機構に適用した例を示す。磁極位置検出器４によりステアリングの回転位置が検出される。トルク検出器３１によりステアリングを回すトルクが検出される。これら２つの検出信号が制御回路３２に入力される。制御回路３２は、ステアリングの回転方向を検出するための方向判別回路３３を有する。方向判別回路３３は、例えば入力信号がＵＶＷの順番か又はＵＷＶの順番かによって右回転か左回転かを判別する。この回転方向及びトルクに応じて、前述の本発明のＤＣブラシレスモータからなる駆動モータ３４を駆動する。駆動モータ３４は、減速機を介してステアリング機構３５の例えばラックピニオン機構のピニオン軸に連結され、ラックを駆動してステアリングに回転力を付与する。
【００３０】
（Ｂ）は、動力補助自転車に適用した例を示す。（Ａ）と同様に、磁極位置検出器４とトルク検出器３１が制御回路３２に接続される。（Ｂ）の場合は方向判別回路３２は不要であり、常に一定方向（前進方向）に回転力を付与する。制御回路３２は、トルク検出器３１によるペダル踏力に応じて、所定のアシスト比の補助駆動力で本発明のＤＣブラシレスモータからなるアシストモータ３６を駆動する。アシストモータ３６は、減速機あるいは遊星機構を介してペダルクランク軸に組み込まれた融合機構３７に連結され、ペダル踏力との合力を発生する。アシストモータ３６の回転力とペダル踏力との合力は、スプロケットを介してチェーンを駆動することにより、あるいは直接シャフトドライブを介して駆動輪３８に伝達され、回転補助動力を付与する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、ステータと大電流端末ユニットとをモールド樹脂で一体形成したため、別体のケーシングが不要になり、構造が簡素化する。また、ステータを挟んでロータ軸の一端部側に大電流端末ユニットを装着し、他端部側に磁極位置検出器を設けてこれらを前記モールド樹脂を介して一体的に形成することにより、重量バランス及び熱影響に対するバランスが良好で、シンプルな構造で取り扱い性がよく、小型化が図れる動力補助用同期電動機が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ視図。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ視図。
【図４】図１のモールド樹脂により一体形成した部分の断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ視図。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ視図。
【図７】本発明の適用例の説明図。
【符号の説明】
１：ＤＣブラシレスモータ、２：ロータ、３：ステータ、４：磁極位置検出器、
５：上カバー、６：下カバー、７：ロータ軸、７ａ：セレーション、
８：ロータコア、９：マグネット、１０：大電流端末回路ユニット、
１１：外部接続端子、１２：コイル接続端子、１３：インシュレータ、
１４：ステータコア、１５：モールド樹脂、１６：インサートナット、
１７：ボルト、１８：ベアリング、１９：回転磁極部材、２０：固定磁極部材、
２１：コイル、２２：ナット、２３：ベアリング、２４：ホルダ、
２５：ボルト、２６：ボルト、２７：取付孔、２９：キャップ、
３９：導電リング。

Claims

ロータと、
該ロータ周囲に設けたステータと、
該ステータのコイルを結線する大電流端末回路ユニットと、
前記ロータの回転位置を検出する磁極位置検出器とを備え、
前記ロータは、ロータ軸と、該ロータ軸に固定されたロータコアと、該ロータコアの外面又はその近傍に固定されたマグネットとからなり、
前記ステータは、前記ロータコアに対向するステータコアと、該ステータコアに巻回したコイルとからなる動力補助用同期電動機の構造において、
前記ロータ軸の一方の端部に前記大電流端末回路ユニットを設け、
前記ロータ軸の他方の端部に前記磁極位置検出器を設け、
前記ステータと前記大電流端末回路ユニットとをモールド樹脂で一体形成したことを特徴とする動力補助用同期電動機の構造。
前記大電流端末回路ユニットは、周囲にコイル接続用端子を有するリング状であって、この大電流端末回路ユニットをステータコアのコイルエンド部に被せて相互に固定し、前記モールド樹脂で一体化したことを特徴とする請求項１に記載の動力補助用同期電動機の構造。
前記磁極位置検出器は、前記ロータ軸端部に固定した回転磁気部材及びこの回転磁気部材の外周の前記樹脂モールドに固定した固定磁気部材とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の動力補助用同期電動機の構造。
前記同期電動機は、自動車用パワーステアリングの駆動モータであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の動力補助用同期電動機の構造。
前記同期電動機は、動力補助自転車のアシストモータであることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の動力補助用同期電動機の構造。