JP5927765B2

JP5927765B2 - アキシャルギャップ型電動機

Info

Publication number: JP5927765B2
Application number: JP2011045823A
Authority: JP
Inventors: 前山　研; 研前山; 元明藤本; 智則小嶋
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2016-06-01
Anticipated expiration: 2031-03-03
Also published as: JP2012182957A

Description

本発明は、アキシャルギャップ型電動機に関し、特に、ステータコアおよび回路基板をモールド樹脂で成形したアキシャルギャップ型電動機に関する。

従来から、ステータコアおよび回路基板をモールド樹脂で成形した電動機が知られている。この種の電動機は、例えば、ステータコアをモールド樹脂で成形したモールドコアに、回路基板を組付けた後、回路基板をモールド樹脂で成形することにより、ステータコアと回路基板とを一体的に成形した電動機がある（例えば、特許文献１参照）。

この電動機は、モールドコアのモールド部に回路基板を嵌め入れることにより、回路基板を外側から簡単に組付けられるようになっている。また、モールド部から露出させた端子と回路基板とをはんだで接合した後、電子部品が搭載された回路基板の全面をモールド樹脂で封入することにより、電子部品が絶縁されて電子部品の信頼性を確保できるようになっている。

しかしながら、上述の電動機では、ステータコアをモールド樹脂で成形した後に組付けられた回路基板をさらにモールド樹脂で成形するため、製造工程のリードタイムが長くなってしまうという問題点があった。また、ステータコアと回路基板とは一体的に成形されているため、検査によりステータコアまたは回路基板のいずれかに不良が見つかった場合、部分的な不良でも一体成形されたステータが不良品となってしまうという問題点があった。

特開２０００−２５３６１２号公報

本発明は上記問題点に鑑み、製造工程のリードタイムを短縮することができるとともに、電動機の歩留りを改善することができるアキシャルギャップ型電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のアキシャルギャップ型電動機は、ステータとロータとが同ロータの軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されたアキシャルギャップ型電動機であって、前記ステータは、インシュレータを介して巻線を巻回したステータコアを樹脂で覆った樹脂外殻付きコアと、電子部品を搭載した回路基板を樹脂で覆った樹脂外殻付き回路基板とを備え、前記樹脂外殻付きコアまたは前記樹脂外殻付き回路基板は、一方の端面には、軸線方向に突き出た円筒状の凸部が形成され、前記凸部の先端面から露出された第１端子を備え、他方の端面には、前記円筒状の凸部に嵌合され軸線方向にへこませた凹部が形成され、前記第１端子に対向する端面から露出された第２端子を備え、前記凹部が前記円筒状の凸部に嵌合された状態のとき、前記第１端子と前記第２端子とが抜差し可能に接続されるとともに、前記凹部と前記円筒状の凸部との間であって内径側に空隙が形成される。

本発明のアキシャルギャップ型電動機によれば、ステータは、凹部が円筒状の凸部に嵌合されたとき、第１端子と第２端子とが抜差し可能に接続され、モールド回路基板がモールドコアに取付けられているため、モールドコアとモールド回路基板は別々の製造工程で並列に製造可能であり、製造工程のリードタイムを短縮することができるとともに、その後の検査によってモールドコアまたはモールド回路基板のいずれかに不良個所が見つかったとしても、良品のモールドコアまたはモールド回路基板に取替えが可能であり、電動機の歩留りを改善することができる。

さらに、本発明のアキシャルギャップ型電動機によれば、ステータは、凹部が円筒状の凸部に嵌合されたとき、第１端子と第２端子とが抜差し可能に接続されるとともに、凹部と円筒状の凸部との間であって内径側に空隙が形成されるため、モールドコア側の熱がモールド回路基板側に伝熱するのを防ぐ空気層を形成することになり、この空気層で断熱構造を実現することができる。

本発明によるアキシャルギャップ型電動機を用いたポンプ装置を示す外観斜視図である。本発明によるアキシャルギャップ型電動機を用いたポンプ装置を示す断面図である。本発明によるアキシャルギャップ型電動機のコアメンバー組をティース部側から見た状態を示す外観斜視図である。本発明によるアキシャルギャップ型電動機のコアメンバー組をバックヨーク側から見た状態を示す外観斜視図である。本発明によるアキシャルギャップ型電動機に用いる回路基板を示す外観斜視図である。コアメンバー組をモールド樹脂で成形したモールドコアを示す断面図である。回路基板をモールド樹脂で成形したモールド回路基板を示す断面図である。モールド回路基板がモールドコアに取付けられたステータを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１および図２は、本実施形態におけるアキシャルギャップ型電動機を用いたポンプ装置である。このポンプ装置は、樹脂製の仕切板９０によってポンプ室Ａと電動機Ｂとに水密的に区画されている。

ポンプ室Ａは、吸引口５１および吐出口５２が一体形成されたポンプケーシング５０内に、軸１０、ロータ２０、インペラ３０および軸受４０が収容された構成になっている。ロータ２０とインペラ３０は、カーボン製の軸受４０を介して軸１０に対して回転可能に支持されている。電動機室Ｂは、その外郭がモールド樹脂６６、７７で形成された電動機ハウジング内にコアメンバー組６１と回路基板７１が収容された構成になっている。コアメンバー組６１をモールド樹脂６６で覆ったモールドコア６０と、回路基板７１をモールド樹脂７７で覆ったモールド回路基板７０が、図示しないネジで締結されてステータ８０を構成する。

ロータ２０は、鋼板で形成された円板状のヨーク２２と、ヨーク２２の電動機室Ｂ側の面上に等角度ピッチで配置された複数個のマグネット２１と、ヨーク２２とマグネット２１とを覆ってロータ２０の外郭を円板状に形成する樹脂とから構成される。

コアメンバー組６１は、図３および図４に示すように、１２個のコアメンバー６２が環状に連結されている。各コアメンバー６２のステータコア６３は、ロータ２０に対向するティース部６３１と、ティース部６３１から立設する巻胴部６３２と、巻胴部６３２の先端側に環状のバックヨークの一部を形成するヨーク部片６３３とを備えている。ティース部６３１と巻胴部６３２とヨーク部片６３３とは、Ｈ字状に打ち抜かれた電磁鋼板を、コアメンバー組６１の半径方向に積層することで形成されている。これにより、ステータコア６３は、巻胴部６３２の両端にフランジ状のティース部６３１とヨーク部片６３３とを有するボビン状になっている。

各コアメンバー６２のインシュレータ６４は、巻胴部６３２の外周面を覆う外筒部６４１と、外筒部６４１の両端部からそれぞれ半径方向に延在する一対のフランジ部６４２とを備えている。これにより、インシュレータ６４は、ステータコア６３と同様に、外筒部６４１の両端にフランジ部６４２を有するボビン状になっている。コアメンバー６２は、ステータコア６３のティース部６３１とヨーク部片６３３を残して覆ったインシュレータ６４に巻線６５を巻回して構成される。ヨーク部片６３３側のフランジ部６４２の外周部には、端子台が設けられており、この端子台から端子ピン６４２ａが立設する。この端子ピン６４２ａには、巻胴部６３２に巻回された巻線６５が接続される。

回路基板７１は、コアメンバー組６１のヨーク部片６３３側の端面と軸線方向に沿って所定の間隔で対向的に配置されている。また、回路基板７１は、図５に示すように、中心に貫通孔７２が設けられた円環状に形成されている。回路基板７１には、コアメンバー組６１に設けられた端子ピン６４２ａが差込まれるピンコネクタ７５と、アキシャルギャップ型電動機の駆動制御を行う電動機駆動部を構成する電子部品７６が載置されている。ピンコネクタ７５は、図４に示す６個の端子ピン６４２ａに対応するように等角度ピッチで６つ設けられており、それぞれのピンコネクタ７５は、電動機駆動部に接続されている。

コアメンバー組６１は、図４に示すように、端子ピン６４２ａを備えた６個のコアメンバー６２と、端子ピン６４２ａを備えていない６個のコアメンバー６２とが連結されて環状に配置されている。上述の端子ピンのうち、３本の端子ピン６４２ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の巻線６５の巻き始め側端部が結線され、残り３本の端子ピン６４２ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の巻線６５の巻き終り側端部が結線される。これらの端子ピン６４２ａが、ピンコネクタ７５に差込まれることで、上述の３相の各巻線６５と回路基板７１上の回路とが電気的に接続される。なお、アキシャルギャップ型電動機自体は、コアメンバー組６１のティース部６３１とロータ２０のマグネット２１とが仕切板９０を挟んで軸１０の軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されている。

仕切板９０は、開口９１ａを有する有底筒状の筒状部９１と、筒状部９１の底面中心から軸線方向に向けて一体的に突出する軸支持部９２と、筒状部９１の開口９１ａから径方向に向かって一体形成される円板状の鍔部９３と、鍔部９３の外周側に形成される周囲部９４とを備えている。鍔部９３は、コアメンバー組６１のティース部６３１とロータ２０のマグネット２１が対向する位置に配置される。また、筒状部９１の開口９１ａ内は、軸受４０を収容する軸受収容部を兼ねており、軸受４０が筒状部９１内に収容されるとともに、軸受４０に連結される軸１０が軸支持部９２で支持されている。

パッキン１００は、周囲部９４に形成された凹み９４ａに装着されている。ポンプケーシング５０、仕切板９０およびモールドコア６０をパッキン１００の外側にてネジ１１０で結合して締付けることで、ポンプ室Ａ内の流体がポンプ装置の外に漏れないようになっている。

このような構成からなるポンプ装置の動作を説明する。ポンプ装置では、回路基板７１に載置された電子部品７６は、ピンコネクタ７５と端子ピン６４２ａを介して巻線６５に印加される電圧を、ロータ２０の回転位置に応じて切り換える。この印加電圧の切り換えにより、コアメンバー組６１のティース部６３１とロータ２０のマグネット２１との間に磁気的な吸引／反発が起こり、ロータ２０がインペラ３０とともに所定の方向に回転する。このロータ２０の回転により、吸引口５１から黒矢印のように水や湯などの流体を吸引し、その流体を吐出口５２から黒矢印のように吐出する。

次に、モールドコア６０のモールド樹脂６６による成形構造について図６を用いて説明する。本実施例では、モールド樹脂６６は、各コアメンバー６２に備えたティース部６３１の端面とヨーク部片６３３の端面と端子ピン６４２ａとを残してコアメンバー組６１の全体を覆うとともに、内周側に円柱状の貫通孔６６３を備えた円環状の外郭を形成する。言い換えれば、モールドコア６０は、樹脂外殻付きコア６０である。

モールドコア６０には、ヨーク部片６３３側の端面に、軸線方向に突き出た円筒状の凸部６２２が形成される。この凸部６６２は、後述するモールド回路基板７０の側面７７３と嵌め合わされるように、モールドコア６０の外周側側面よりも少し内径側に形成され、凸部６６２の先端面６６２ａから端子ピン６４２ｅが露出するように端子台を覆う高さに形成されている。また、モールドコア６０には、ヨーク部片６３３側の端面のうち、凸部６６２の内径側を内端面６６５、外径側を外端面６６４としたとき、外端面６６４には、モールド回路基板７０がネジ止めされる孔６６１が複数個形成されている。

次に、モールド回路基板７０のモールド樹脂７７による成形構造について図７を用いて説明する。本実施例では、モールド樹脂７７は、回路基板７１に備えたピンコネクタ７５の先端側を残して回路基板７１の全体を覆い、モールド回路基板７０の外郭を形成する。言い換えれば、モールド回路基板７０は、樹脂外殻付き回路基板７０である。

モールド回路基板７０には、軸線方向の一端面（モールドコア６０と軸線方向に対向する端面）の内径側を軸線方向にへこませた凹部７７２が形成される。この凹部７７２には、回路基板７１と平行な底面７７２ａと、底面７７２ａの中央を軸線方向に窪ませた円柱状の穴部７７２ｂと、底面７７２ａの外周から軸線方向に立設する側面７７３と、この側面７７３の頂部から径方向に延在する外端面７７４とが形成されている。なお、外端面７７４には、モールドコア６０の孔６６１と軸線方向に対向するように設けられたネジ止め用の孔７７１が形成されている。

このような構成からなるモールドコア６０とモールド回路基板７０とが相互に取付けられた状態について図８を用いて説明する。図８に示すように、モールドコア６０の凸部６６２にモールド回路基板７０の凹部７７２が嵌合された状態となる。このとき、凸部６６２の先端面６６２ａと凹部７７２の底面７７２ａが相互に当接するが、内端面６６５は凸部６６２の先端面６６２ａよりも一段低くなっているので、内端面６６５と凹部７７２の底面７７２ａとの間には空隙Ｃが形成される。また、このとき、端子ピン６４２ａがピンコネクタ７５に差込まれる。

なお、モールドコア６０とモールド回路基板７０は、図示しないネジで孔６６１および孔７７１を用いて締結されてステータ８０となる。そして、このステータ８０は、貫通孔６６３および孔部７７２ｂに仕切板９０の筒状部９１および軸支持部９２が嵌合される。

以上説明してきた本発明のアキシャルギャップ型電動機によれば、ステータ８０は、インシュレータ６４を介して巻線６５を巻回したステータコア６３をモールド樹脂６６で覆ったモールドコア６０と、電子部品７６を搭載した回路基板７１をモールド樹脂７７で覆ったモールド回路基板７０とを備え、モールド回路基板７０がモールドコア６０に取付けられた構造になっている。

したがって、ステータ８０は、モールド回路基板７０がモールドコア６０に取付けられているため、モールドコア６０とモールド回路基板７０は別々の製造工程で並列に製造可能であり、製造工程のリードタイムを短縮することができる。また、ステータ８０は、モールド回路基板７０がモールドコア６０に取付けられているため、その後の回路動作などの検査によってモールドコア６０またはモールド回路基板７０のいずれかに不良個所が見つかったとしても、良品のモールドコア６０またはモールド回路基板７０に取替えが可能であり、アキシャルギャップ型電動機の歩留りを改善することができる。

また、本発明のアキシャルギャップ型電動機によれば、モールドコア６０は、モールド回路基板７０に対向する外面から露出された端子ピン６４２ａを備え、モールド回路基板７０は、端子ピン６４２ａに対向する外面から露出されたピンコネクタ７５を備えており、端子ピン６４２ａとピンコネクタ７５とが抜差し可能に接続された構造になっている。

したがって、モールドコア６０またはモールド回路基板７０のいずれかに不良個所が見つかった場合、良品のモールドコア６０またはモールド回路基板７０への取替えを容易に行うことができる。

また、本発明のアキシャルギャップ型電動機によれば、モールド回路基板７０とモールドコア６０との間に空隙Ｃが形成された構造になっている。

したがって、空隙Ｃは空気層を形成することになるため、巻線６５への通電によって発熱するステータコア６３や巻線６５からの熱が、この空気層で断熱されて、モールド回路基板７０側の回路基板７１に伝熱するのを防ぐことができる。これにより、回路基板７１に搭載された電子部品７６を含む電動機駆動部に熱ストレスをかけないようにすることができる。

また、本発明のアキシャルギャップ型電動機によれば、モールド回路基板７０は、回路基板７１に搭載された電子部品７６もモールド樹脂７７で覆われるため、巻線６５に印加する電圧を切り換えるときに発熱する電子部品７６からの熱が、このモールド樹脂７７を伝熱して外部に放熱し易くすることができる。

なお、本実施形態では、モールドコア６０に端子ピン６４２ａを、モールド回路基板７０にピンコネクタ７５をそれぞれ備えたが、本発明はこれに限らず、モールドコア６０にピンコネクタを、モールド回路基板７０に端子ピンをそれぞれ備えてもよい。また、本実施形態では、モールド樹脂６６に凸部６６２を、モールド樹脂７７に凹部７７２をそれぞれ形成したが、本発明はこれに限らず、モールド樹脂６６に凹部を、モールド樹脂７７に凸部をそれぞれ形成してもよい。

Ａポンプ室
Ｂ電動機室
Ｃ空隙
１０軸
２０ロータ
２１マグネット
２２ヨーク
３０インペラ
４０軸受
５０ポンプケーシング
５１吸引口
５２吐出口
６０モールドコア
６１コアメンバー組
６２コアメンバー
６３ステータコア
６３１ティース部
６３２巻胴部
６３３ヨーク部片
６４インシュレータ
６４１外筒部
６４２フランジ部
６４２ａ端子ピン（第１端子）
６５巻線
６６モールド樹脂
６６１孔
６６２凸部
６６２ａ先端面
６６３貫通孔
６６４外端面
６６５内端面
７０モールド回路基板
７１回路基板
７２貫通孔
７５ピンコネクタ（第２端子）
７６電子部品
７７モールド樹脂
７７１孔
７７２凹部
７７２ａ底面
７７２ｂ穴部
７７３側面
７７４外端面
８０ステータ
９０仕切板
９１筒状部（軸受収容部）
９１ａ開口
９２軸支持部
９３鍔部
９４周囲部
９４ａ凹み
１００パッキン
１１０ネジ

Claims

ステータとロータとが同ロータの軸線方向に沿って所定の空隙をもって対向的に配置されたアキシャルギャップ型電動機であって、
前記ステータは、インシュレータを介して巻線を巻回したステータコアを樹脂で覆った樹脂外殻付きコアと、電子部品を搭載した回路基板を樹脂で覆った樹脂外殻付き回路基板とを備え、
前記樹脂外殻付きコアまたは前記樹脂外殻付き回路基板は、一方の端面には、軸線方向に突き出た円筒状の凸部が形成され、前記凸部の先端面から露出された第１端子を備え、他方の端面には、前記円筒状の凸部に嵌合され軸線方向にへこませた凹部が形成され、前記第１端子に対向する端面から露出された第２端子を備え、
前記凹部が前記円筒状の凸部に嵌合された状態のとき、前記第１端子と前記第２端子とが抜差し可能に接続されるとともに、前記凹部と前記円筒状の凸部との間であって内径側に空隙が形成されることを特徴とするアキシャルギャップ型電動機。