JP6410263B2 - モータ - Google Patents

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Description

本発明はモータに関する。
特許文献1には、ケース体の後端面にその前側面が固定される平板状のベース部と、ベース部の後側面に形成される複数のフィンとを備え、そのベース部の前側面に放熱用の放熱板が固定され、一方の回路基板が放熱板に固定されるとともに、他方の回路基板が一方と他方の回路基板の間に配置される支柱を介して、放熱板に固定されているモータが開示されている。
特開2013―226015号公報
特許文献1に開示されたモータの場合、一方の回路基板には、他方の回路基板を固定する支柱を通すために切り欠きを設ける必要があり、その分だけ一方の回路基板は回路の形成及び部品の実装が行える有効面積が減少することになる。
また、支柱のようなもので固定される他方の回路基板は、振動の影響を受け易い。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、基板の有効面積の減少を抑制し、耐振動性の向上が可能なモータを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明のモータは、モータ本体部及び駆動回路部を備えたモータであって、前記モータ本体部は、ロータと、ステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するフレームと、を備え、前記駆動回路部は、前記フレーム側となる一端部及び前記一端部と反対側に位置する他端部に開口を有する枠形状のケースと、前記ケース内に形成された第1取付部に固定される第1配線基板であって、駆動回路及び実装されたパワー素子を有する前記第1配線基板と、前記ケース内に形成された第2取付部に固定される第2配線基板であって、前記第1配線基板よりも前記ケースの前記一端部寄りの位置に配置される前記第2配線基板と、を備える。
(2)上記(1)の構成において、前記第1取付部及び前記第2取付部は、前記ケースの前記枠形状に沿った方向におけるケース内の複数箇所に設けられている。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記第1取付部及び前記第2取付部に対応する内壁面の位置には内側に延出する延出部が形成されており、前記延出部の他端部が第1取付部とされ、前記延出部の一端部が第2取付部とされている。
(4)上記(1)から(3)のいずれか1つの構成において、前記ケースの他端部の開口の形状と前記第1配線基板の形状がほぼ相補形であり、前記ケースの一端部の開口の形状と前記第2配線基板の形状がほぼ相補形である。
(5)上記(4)の構成において、前記第1配線基板及び前記第2配線基板は、外形がほぼ四角形であるとともにほぼ同じ大きさを有し、前記ケースの他端部の開口及び前記ケースの一端部の開口は、内形がほぼ四角形であるとともにほぼ同じ大きさを有し、前記第1取付部及び前記第2取付部が、前記ケース内の四隅に設けられている。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つの構成において、前記第1配線基板及び前記第2配線基板は、前記ステータに設けられる端子を通す孔が設けられており、前記端子は、前記第1配線基板及び前記第2配線基板の前記孔を貫通するように配置されており、前記第1配線基板の前記孔から前記ケースの他端部側に突出する前記端子の端部が前記第1配線基板に電気的に接続されている。
(7)上記(1)から(6)のいずれか1つの構成において、前記第1配線基板と前記第2配線基板の間に設けられ、前記第1配線基板と前記第2配線基板を電気接続する電気接続部材を備え、前記ケースが金属材料からなり、前記電気接続部材が、前記ケースの前記金属材料の線膨張係数に近い線膨張係数を有する。
(8)上記(1)から(7)のいずれか1つの構成において、前記ケースの前記他端部の開口を塞ぐように取り付けられるヒートシンク部材を備え、前記第1配線基板は、前記ヒートシンク部材に放熱可能に近接配置されている。
(9)上記(8)の構成において、前記ヒートシンク部材と前記ケースの他端部との間が気密構造とされている。
(10)上記(1)から(9)のいずれか1つの構成において、前記フレームと前記ケースの一端部との間が気密構造とされている。
本発明によれば、基板の有効面積の減少を抑制し、耐振動性の向上が可能なモータを提供することができる。
本発明に係る実施形態のモータの側面図である。 図1のA−A線断面図である。 本発明に係る実施形態の駆動回路部の分解斜視図である。 本発明に係る実施形態のモータの組み立て手順を説明する斜視図である。 本発明に係る実施形態のケースの変形例を示す斜視図である。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
図1は本発明に係る実施形態のモータ1を側面から見た平面図であり、図2は図1のA−A線断面図である。
図1に示すように、モータ1は、モータ本体部10と駆動回路部20と、を備えている。
なお、本実施形態のモータ1は、三相型のブラシレスモータであるが、モータ1としては、これに限定されるものではない。
(モータ本体部)
モータ本体部10は、図2に示すように、ロータ11と、ステータ12と、ロータ11及びステータ12を収容するフレーム13と、を備えている。
ロータ11は、シャフト11aと、シャフト11aに固定されるロータヨーク11bと、ロータヨーク11bの外周に固定されるロータマグネット11cと、を備えている。
ステータ12は、円環状を成すステータコア12aと、ステータコア12a上に設けられるインシュレータ12bと、インシュレータ12bを介してステータコア12a上に巻回されるコイル12cと、を備えている。
フレーム13は、ステータ12が内周面に圧入若しくは接着固定される円環状を成す側壁部13aと、側壁部13aの一端側(図上側)に設けられる天面部13bと、側壁部13aの他端側(図下側)に設けられるフランジ部13cと、を備え、他端側が開放された開放部を有するカップ状の形状をしている。
フレーム13の天面部13bの中央には、軸受14aを収容する凹部13baが設けられており、その凹部13baの中央には、シャフト11aの一端(図上側)の端部を外部に位置させるための貫通孔が設けられており、軸受14aでシャフト11aの一端側が回転可能に支持されている。
また、モータ本体部10は、フレーム13の他端側(図下側)の開放部を塞ぐように、フレーム13の他端側の開放部に圧入や接着固定で取り付けられるほぼ円盤状の蓋部15を備えている。蓋部15は、ステータ12に設けられる端子16(給電端子)を駆動回路部側に位置させるための貫通孔を有する。
そして、蓋部15には、フレーム13の天面部13bと同様に、中央に軸受14bを収容する凹部15aが形成されており、その凹部15aの中央には、シャフト11aの他端(図下側)の端部を配置する貫通孔が設けられており、軸受14bでシャフト11aの他端側が回転可能に支持されている。
したがって、ロータ11は、ステータ12の円環状を成すステータコア12aの中央に、ロータヨーク11b及びロータマグネット11cが位置するように、シャフト11aの一端側及び他端側が回転可能に軸受14a及び軸受14bに支持されて、ステータ12に対して回転可能に設けられている。
(駆動回路部)
駆動回路部20は、図2に示すように、ケース21と、ケース21内に固定される第1配線基板22と、ケース21内に固定される第2配線基板23であって第1配線基板22よりもケースの一端部(図上側)寄りの位置に配置される第2配線基板23と、ケース21の他端部(図下側)の開口21c(図3参照)を塞ぐように、ケース21の他端部に、図1に示すように、ネジで取り付けられるヒートシンク部材24と、を備えている。
ケース21は、フレーム13側となる一端部(図上側)及び一端部と反対側に位置する他端部(図下側)に開口21b,21c(図3参照)を有し、一端部がフレーム13のフランジ部13cにネジで固定される枠形状をしている。
図2に示す第1配線基板22は、図示を省略しているが、パワー素子を駆動するための駆動回路が形成されるとともに、パワー素子が実装された基板、つまり、駆動回路及び実装されたパワー素子を有する基板である。
また、図2に示す第2配線基板23は、モータ1の制御を行うための制御回路が形成された基板である。
そして、駆動回路部20は、第1配線基板22と第2配線基板23の間に設けられ、第1配線基板22と第2配線基板23を電気的に接続する電気接続部材25を備えている。
図3は、駆動回路部20の分解斜視図である。
なお、ヒートシンク部材24は図示を省略している。
図3に示すように、外形がほぼ四角形の形状をしており、その四隅にケース21がフレーム13のフランジ部13cにネジで固定されるときに、ネジが螺合される螺旋溝が形成されたネジ固定孔21aが形成されている。
また、ケース21は、フレーム側となる一端部(図左側)の開口21bが第2配線基板23の外形よりも少し大きく、第2配線基板23の外形がほぼ四角形であるのに合わせてほぼ相補形を成すように、ケース21の一端部(図左側)の開口21bも内形がほぼ四角形とされている。
同様に、ケース21は、一端部(図左側)と反対側に位置する他端部(図右側)の開口21cが第1配線基板22の外形よりも少し大きく、第1配線基板22の外形がほぼ四角形であるのに合わせてほぼ相補形を成すように、ケース21の他端部(図右側)の開口21cも内形がほぼ四角形とされている。
より詳細には、本実施形態では、第1配線基板22及び第2配線基板23は、外形がほぼ同じ大きさを有しており、ケース21の一端部(図左側)の開口21b及びケース21の他端部(図右側)の開口21cの内形が、ほぼ同じ大きさになっている。
そして、ケース21内には、第1配線基板22を取り付ける第1取付部26b及び第2配線基板23を取り付ける第2取付部26aをケース21内のケースの枠形状に沿った方向(以下、周方向ともいう)の位置でほぼ同じ位置に設けるように、第1取付部26b及び第2取付部26aに対応する内壁面の位置であるケース21内の四隅の位置に内側に延出する延出部26が形成されている。
その延出部26の一端部(図左側)には、第2配線基板23を取り付けるネジ23aを螺合させる螺旋溝を有するネジ固定孔が形成され、延出部26の一端部が第2取付部26aとされるとともに、その延出部26の他端部(図右側)には、第1配線基板22を取り付けるネジ22aを螺合させる螺旋溝を有するネジ固定孔(図示せず)が形成され、延出部26の他端部が第1取付部26bとされている。
このような構成からなるケース21とすると、第2配線基板23の四隅に第2取付部26aにネジ23aで固定するためのネジ孔23bを設けておきさえすれば、ケース21の一端部の開口21bの内形が、第2配線基板23の外形より大きくなっているため、第2配線基板23をケース21の一端部の開口21bを通じてケース21内に配置して第2配線基板23をネジ23aで第2取付部26aに固定することができる。
このため、第2配線基板23には、第2配線基板23をケース21内に形成された第2取付部26aに固定するためのネジ23aを通すネジ孔23bを形成するだけでよく、第2配線基板23の固定に関連してネジ孔23b以外に余計な切り欠きなどを設ける必要がないため、第2配線基板23の有効面積の減少を抑制することができる。
同様に、第1配線基板22の四隅に第1取付部26bにネジ22aで固定するためのネジ孔22bを設けておきさえすれば、ケース21の他端部の開口21cの内形が、第1配線基板22の外形より大きくなっているため、第1配線基板22をケース21の他端部の開口21cを通じてケース21内に配置して第1配線基板22をネジ22aで第1取付部26bに固定することができる。
このため、第1配線基板22には、第1配線基板22をケース21内に形成された第1取付部26bに固定するためのネジ22aを通すネジ孔22bを形成するだけでよく、第1配線基板22の固定に関連してネジ孔22b以外に余計な切り欠きなどを設ける必要がないため、第1配線基板22の有効面積の減少を抑制することができる。
また、第1取付部26b及び第2取付部26aは、ケース21の内壁面に直接形成されているため、棒状の支持構造と比べ、振動などに対する剛性が高いため、先行技術文献に開示されている支柱で基板が固定されるものに比べ、耐振動性を向上することが可能である。
電気接続部材25は、例えば、次の手順で、第1配線基板22と第2配線基板23を電気的に接続するように配置する。すなわち、電気接続部材25の一端の端子部を第2配線基板23に形成されたランド部に挿入して半田付けし、第2配線基板23をケース21に固定した後、第1配線基板22をケース21に固定する際に、電気接続部材25の他端の端子部を第1配線基板22に形成されたランド部に挿入し、第1配線基板22をケース21に固定してから、電気接続部材25の他端の端子部を第1配線基板22のランド部に半田付けする。
ところで、モータ1が駆動するときには、図示しないパワー素子が発熱することから、このパワー素子からの熱を速やかに放熱することが好ましい。
このため、本実施形態では、図2に示すように、第2配線基板23を図示しないパワー素子が実装される第1配線基板22よりもケース21の一端部(図上側)寄りの位置に配置するようにし、第1配線基板22をケース21の他端部側に位置するようにして、第1配線基板22からの熱をヒートシンク部材24に効率よく放熱するように、第1配線基板22が、ヒートシンク部材24に近接配置されるようにして高い放熱性が得られるものになっている。
なお、第1配線基板22とヒートシンク部材24との間に空気の介在するような隙間があると、第1配線基板22からヒートシンク部材24への熱伝導が低下するため、第1配線基板22とヒートシンク部材24との間には、空気の介在するような隙間ができないように、絶縁性の熱伝導性シート、絶縁性の熱伝導性グリス又は絶縁性の熱伝導性接着剤を設けるようにするのが好適である。
一方、このように放熱性を高めても、ケース21の熱膨張がまったくないわけではない。
そして、ケース21が熱膨張すると第1配線基板22と第2配線基板23の間の距離が拡がることになる。
そうすると、第1配線基板22と第2配線基板23の間に設けられている電気接続部材25に応力がかかることになる。
そこで、この電気接続部材25は、金属材料からなるケース21の金属材料の線膨張係数に近い線膨張係数を有するものとすることが好適である。
例えば、ケース21をアルミニウム合金やマグネシウムとし、電気接続部材25を黄銅や銅とする構成とすることが好ましく、線膨張係数で言えば、例えば、ケース21と電気接続部材25との線膨張係数の差を10.0×10−6/℃以内とするのが好ましい。
このようにすれば、ケース21が熱膨張するのに応じて第1配線基板22と第2配線基板23の間の距離が拡がるのとほぼ同じ分だけ、電気接続部材25も熱膨張して電気接続部材25の長さが長くなるため、電気接続部材25に応力がかかることが抑制され、耐ヒートショック性を向上させることが可能となる。
なお、電気接続部材25の線膨張係数をケース21の材料の線膨張係数に近いものとする代わりに、電気接続部材25の途中に伸び縮みを許容する弾性構造を設けるようにしても耐ヒートショック性を向上させることが可能である。
具体的には、電気接続部材25の途中に伸び縮みを許容する方向に直交する方向に折り曲げたほぼU字状の弾性構造を設けるようにすれば、耐ヒートショック性を向上させることが可能となる。
本実施形態では、図3に示すように、第1配線基板22にステータ12に設けられる端子16(給電端子)を通す孔22cを設けるとともに、第2配線基板23にも端子16を通す孔23cを設けるようにしている。
図4は、モータ1の組み立て手順を説明するための斜視図である。
図4に示すように、まず、モータ本体部10と、ヒートシンク部材24の取り付け以外が終わった状態の駆動回路部20と、ヒートシンク部材24と、を準備する。
そして、ヒートシンク部材24が取り付けられる前の駆動回路部20の部分をモータ本体部10に取り付ける。
具体的には、上述したように、第1配線基板22及び第2配線基板23には、端子16を通す孔22c及び孔23cが設けられているので、モータ本体部10の端子16をその孔22c及び孔23cを貫通するようにして、ケース21の一端部(図上側の端部)とフレーム13のフランジ部13cが当接するように配置して、ケース21をフランジ部13cにネジで固定する。
このようにケース21をフランジ部13cに固定すると、端子16の他端側(図下側)の端部が第1配線基板22の孔22cを通じてケース21の他端部側(図下側)に突出した状態、つまり、端子16の他端側の端部が第1配線基板22のヒートシンク部材24と面する側に導出された状態となる。
そこで、この導出された端子16の他端側の端部を、図2に示すように、第1配線基板22に半田30で電気的に接続する。
その後、ヒートシンク部材24をネジでケース21の他端部に固定するようにしてモータ1の組み立てが完了する。
この組み立て手順を見るとわかるように、駆動回路部20は、ヒートシンク部材24の取り付け以外が終わった状態の駆動回路部20をあらかじめ作製しておくことができるので、この状態のときに駆動回路部20の動作確認を行うようにすれば、モータ1に組み立てる前に駆動回路部20の動作不良などを知ることができる。
したがって、モータ1の組み立てが完了する前に、動作不良がある駆動回路部20を交換することが可能となり、モータ1を分解して駆動回路部20を取り替えるような手間を削減することが可能となる。
また、モータ1には、気密性が求められることが多いため、本実施形態では、図3に示すように、ケース21の一端部に図示しないパッキンを設けるための溝21dが設けられており、同様に、ケース21の他端部にも図示しないパッキンを設けるための図示しない溝が設けられている。
したがって、ヒートシンク部材24とケース21の他端部との間が気密構造とされるとともに、フレーム13とケース21の一端部との間が気密構造とされ、湿気や埃といったものに対する耐性の高いモータ1になっている。
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、図3に示したように、ケース21を外形が四角形であり、一端部の開口21b及び他端部の開口21cがほぼ四角形であるものとしていたが、ケース21はこのような形状に限定されるものではない。
例えば、ケース21は、図5に示す変形例のような形状であってもよい。
なお、図5において、上記実施形態と同様の構成部分については、同様の番号を付与して説明を省略する場合がある。
つまり、ケース21は、外形が円形で、一端部の開口21b及び他端部の開口21cがともに円形であるものであってもよく、このようなケース21の場合、フレーム13のフランジ部13cを円形状にするとともに、ヒートシンク部材24も円形状にすればよい。
なお、図5に示すケース21の場合、ケース21内に配置される図示しない第1配線基板22及び第2配線基板23の外形をほぼ円形にすることで配線基板の有効面積を大きなものとすることが可能である。
したがって、この場合でも、ケース21の一端部の開口21bの形状と一端部側に配置される第2配線基板23(図示せず)の形状は相補形であることが好ましく、ケース21の他端部の開口21cの形状と他端部側に配置される第1配線基板22(図示せず)の形状は相補形であることが好ましい。
上記実施形態では、ケース21の四隅に延出部26を設け、延出部26の一端部を第2取付部26aとし、他端部を第1取付部26bとする場合について示したが、延出部26を設ける位置は、四隅に限定される必要はなく、ケース21の周方向の四隅以外の位置に設けるようにしてもよい。
また、その延出部26の数も4つに限定される必要はなく、1つでもよく、4つより多くてもよいが、ケース21の周方向(枠形状に沿った方向)におけるケース21内の複数箇所に設ける方が固定強度を高めることができる。
このため、延出部26をケース21の周方向(枠形状に沿った方向)におけるケース21内の異なる位置に2つ以上設け、第1取付部26b及び第2取付部26aがケース21の周方向(枠形状に沿った方向)におけるケース21内の異なる位置に複数設けられているようにするのが好適である。
さらに、上記実施形態では、1つの延出部26に第1取付部26b及び第2取付部26aをセットで設けるようにしているが、必ずしも、第1取付部26b及び第2取付部26aがケース21の周方向で同じ位置にある必要はなく、第1取付部26bのための延出部26と第2取付部26aのための延出部26をケース21の周方向で異なる位置に設けるようにしてもよい。
加えて、変形例で示したように、ケース21の形状は特に限定されるものではなく、円形以外に、三角形や五角形などであってもよく、四角形の場合も正方形に限られず、長方形であってもよい。
この場合も、ケース21の一端部の開口21bと一端部側に配置される第2配線基板23をケース21の外形と同じ形状とし、ケース21の他端部の開口21cと他端部側に配置される第1配線基板22をケース21の外形と同じ形状とすれば、配線基板の有効面積を大きく確保できるので好適である。
さらに、加えて、上記実施形態では、第1配線基板22及び第2配線基板23は、それぞれ第1取付部26b及び第2取付部26aにネジ22a及びネジ23aで取り付けるようにしているが、取り付け方はネジに限定される必要はなく、リベットや嵌め込みなど他の取り付け方法で取り付けられてもよい。
このように、本発明は実施形態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が可能であり、そのことは当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。
1…モータ、10…モータ本体部、11…ロータ、11a…シャフト、11b…ロータヨーク、11c…ロータマグネット、12…ステータ、12a…ステータコア、12b…インシュレータ、12c…コイル、13…フレーム、13a…側壁部、13b…天面部、13c…フランジ部、13ba…凹部、14a,14b…軸受、15…蓋部、15a…凹部、16…端子、20…駆動回路部、21…ケース、21a…ネジ固定孔、21b…開口、21c…開口、21d…溝、22…第1配線基板、22a…ネジ、22b…ネジ孔、22c…孔、23…第2配線基板、23a…ネジ、23b…ネジ孔、23c…孔、24…ヒートシンク部材、25…電気接続部材、26a…第2取付部、26b…第1取付部、26…延出部、30…半田

Claims (9)

  1. モータ本体部及び前記モータ本体部とは別体である駆動回路部を備えたモータであって、
    前記モータ本体部は、
    ロータと、
    ステータと、
    前記ロータ及び前記ステータを収容するフレームと、を備え、
    前記駆動回路部は、
    前記フレーム側となる一端部及び前記一端部と反対側に位置する他端部に開口を有する枠形状のケースと、
    前記ケース内に形成された第1取付部に固定される第1配線基板であって、駆動回路及び実装されたパワー素子を有する前記第1配線基板と、
    前記ケース内に形成された第2取付部に固定される第2配線基板であって、前記第1配線基板よりも前記ケースの前記一端部寄りの位置に配置される前記第2配線基板と、を備え
    前記第1取付部及び前記第2取付部に対応する内壁面の位置には内側に延出する延出部が形成されており、
    前記延出部の他端部が第1取付部とされ、前記延出部の一端部が第2取付部とされ、
    前記第1配線基板は、前記ケースの他端部の開口を通じて前記ケース内に配置されるとともに、前記第2配線基板は、前記ケースの一端部の開口を通じてケース内に配置されるモータ。
  2. 前記第1取付部及び前記第2取付部は、前記ケースの前記枠形状に沿った方向におけるケース内の複数箇所に設けられている請求項1に記載のモータ。
  3. 前記ケースの他端部の開口の形状と前記第1配線基板の形状がほぼ相補形であり、
    前記ケースの一端部の開口の形状と前記第2配線基板の形状がほぼ相補形である請求項1又は2に記載のモータ。
  4. 前記第1配線基板及び前記第2配線基板は、外形がほぼ四角形であるとともにほぼ同じ大きさを有し、
    前記ケースの他端部の開口及び前記ケースの一端部の開口は、内形がほぼ四角形であるとともにほぼ同じ大きさを有し、
    前記第1取付部及び前記第2取付部が、前記ケース内の四隅に設けられている請求項に記載のモータ。
  5. 前記第1配線基板及び前記第2配線基板は、前記ステータに設けられる端子を通す孔が設けられており、
    前記端子は、前記第1配線基板及び前記第2配線基板の前記孔を貫通するように配置されており、
    前記第1配線基板の前記孔から前記ケースの他端部側に突出する前記端子の端部が前記第1配線基板に電気的に接続されている請求項1から請求項のいずれか1項に記載のモータ。
  6. 前記第1配線基板と前記第2配線基板の間に設けられ、前記第1配線基板と前記第2配線基板を電気接続する電気接続部材を備え、
    前記ケースが金属材料からなり、
    前記電気接続部材が、前記ケースの前記金属材料の線膨張係数に近い線膨張係数を有する請求項1から請求項のいずれか1項に記載のモータ。
  7. 前記ケースの前記他端部の開口を塞ぐように取り付けられるヒートシンク部材を備え、
    前記第1配線基板は、前記ヒートシンク部材に放熱可能に近接配置されている請求項1から請求項のいずれか1項に記載のモータ。
  8. 前記ヒートシンク部材と前記ケースの他端部との間が気密構造とされている請求項に記載のモータ。
  9. 前記フレームと前記ケースの一端部との間が気密構造とされている請求項1から請求項のいずれか1項に記載のモータ。
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