JP7737866B2 - モータ - Google Patents

Description

本開示は、モータに関する。

従来、モータには、グランド端子を有するモータ制御回路が設けられることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－５０３１９号公報

ここで、上記モータ制御回路におけるグランド端子に、モータ外部に設けられる外部回路のグランド端子が電気的に接続される場合に、上記外部回路のグランド端子から上記モータ制御回路におけるグランド端子に向かって流れる電流により、モータに悪影響を及ぼす可能性がある。

上記状況に鑑み、本開示は、外部回路との電気的接続による悪影響を抑制できるモータを提供することを目的とする。

本開示の例示的なモータは、グランド端子を有するモータ制御回路と、前記グランド端子と、モータの外部に配置される外部回路に含まれる外部グランド端子との間を電気的に接続する経路に配置される電流制限部と、を有する。

本開示の例示的なモータによれば、外部回路との電気的接続による悪影響を抑制できる。

図１は、モータの一部縦断面図である。 図２は、モータと外部回路との電気的接続構成を示すブロック図である。 図３は、ＰＴＣサーミスタにおける温度－抵抗値特性の一例を示す模式図である。 図４は、ＰＴＣサーミスタにおける環境温度－制限電流最小値特性の一例を示す模式図である。 図５は、第１変形例に係るモータの構成を含むブロック図である。 図６は、第２変形例に係るモータの構成を含むブロック図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本明細書では、モータ１０の中心軸Ｊの延びる方向を「軸方向」と呼び、図面において、軸方向一方側をＺ１、軸方向他方側をＺ２として示す。また、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶことにする。

＜１．モータ＞
図１は、モータ１０の一部縦断面図である。図１は、中心軸Ｊを含む平面で切断した場合の断面図である。図１に示すように、モータ１０は、ステータ１と、ロータ２と、基板３と、オンボードコンタクト４と、第１軸受部５と、第２軸受部６と、を有する。モータ１０は、ブラシレスＤＣモータである。

ステータ１は、ステータコア１１と、インシュレータ１２と、軸受ホルダ１３と、板金ハウジング１４と、を有する。また、ステータ１は、図示しないコイルを有する。

ステータコア１１は、電磁鋼板を軸方向に積層して形成され、コアバック１１１と、ティース１１２と、を有する。コアバック１１１は、中心軸Ｊを中心とする円環状である。ティース１１２は、コアバック１１１の径方向外周面から径方向外方へ突出する。ティース１１２は、周方向に複数配置される。

インシュレータ１２は、絶縁材から形成され、軸方向一方側および軸方向他方側のそれぞれからティース１１２に装着される。コイルは、インシュレータ１２の周りに導線を巻き付けることで形成される。

軸受ホルダ１３は、中心軸Ｊを中心として上下方向に延びる円筒状である。コアバック１１１の径方向内周面は、軸受ホルダ１３の径方向外周面に固定される。軸受ホルダ１３は、軸方向一方側の第１収容部１３１と、軸方向他方側の第２収容部１３２と、を有する。

板金ハウジング１４は、金属製のハウジングであり、中心軸Ｊ周りに形成される。板金ハウジング１４は、軸方向他方側に配置される底部１４１と、底部１４１の径方向内端部から軸方向一方側に突出する円筒部１４２と、を有する。円筒部１４２の径方向内周面は、軸受ホルダ１３の軸方向他方側端部の径方向外周面に固定される。

基板３は、リジッドなプリント基板である。基板３には、後述するモータ制御回路３１等が設けられる。基板３は、インシュレータ１２の軸方向他方側端部に固定される。

オンボードコンタクト４は、金属製の弾性部材であり、基板３と板金ハウジング１４との間に配置される。オンボードコンタクト４は、基板３の軸方向他方側面と底部１４１とに押し付けることで、基板３とオンボードコンタクト４との電気的接続を確立する。

板金ハウジング１４は、ステータ１の一部であるステータコア１１、インシュレータ１２、およびコイル（不図示）と、基板３と、オンボードコンタクト４と、後述するロータ２の一部であるロータハウジング２３およびマグネット２４と、を軸方向他方側から覆う。板金ハウジング１４は、コイルに電流が流れることで発生するノイズが外部へ放射されることを抑制するとともに、外部から侵入するノイズを抑制する。

第１軸受部５および第２軸受部６は、ボール軸受である。第１軸受部５は、第１収容部１３１に収容される。第２軸受部６は、第２収容部１３２に収容される。

ロータ２は、シャフト２１と、連結部２２と、ロータハウジング２３と、マグネット２４と、を有する。

シャフト２１は、軸方向に延びる柱状であり、第１軸受部５および第２軸受部６により中心軸Ｊ周りに回転可能に支持される。連結部２２は、シャフト２１の軸方向一方側端部に固定され、シャフト２１とロータハウジング２３とを径方向に連結する。ロータハウジング２３は、中心軸Ｊ周りに形成される。マグネット２４は、中心軸Ｊを中心とする円環状であり、ロータハウジング２３の径方向内周面に固定される。マグネット２４は、ティース１１２の径方向外方において、径方向に対向する。

後述するモータ制御回路３１の制御によりステータ１のコイル（不図示）に電流が流れることで、コイルに発生する磁気とマグネット２４との作用により、ロータ２が中心軸Ｊ周りに回転駆動される。

なお、ロータハウジング２３にインペラ（不図示）を取り付けることで、例えば車載用の送風ファンを構成することができる。

＜２．外部回路との電気的接続に関する対策＞
先述した本実施形態に係るモータ１０は、後述するようにモータ１０の外部に配置される外部回路２５と電気的に接続される場合があり、このような場合を考慮した対策について説明する。なお、ここでは、一例としてモータ１０は、車両に搭載されるとする。

図２は、モータ１０と外部回路２５との電気的接続構成を示すブロック図である。図２に示すように、モータ１０においては、モータ制御回路３１、チップビーズ３２、およびＰＴＣサーミスタ（Positive Temperature Coefficient Thermistor）３３が基板３に設けられる。

モータ制御回路３１は、ステータ１におけるコイルに対して駆動信号を出力することで、上記コイルに電流を流し、ロータ２の回転を制御する。モータ制御回路３１は、第１グランド端子３１Ａと、第２グランド端子３１Ｂと、を有する。第１グランド端子３１Ａと第２グランド端子３１Ｂは、基板３における配線パターン３１Ｃにより電気的に接続される。

第１グランド端子３１Ａは、例えばリード線により、車両に搭載されるバッテリ３０用のグランド電位の印加端に電気的に接続される。第２グランド端子３１Ｂは、チップビーズ３２の第１端に電気的に接続される。チップビーズ３２の第２端は、ＰＴＣサーミスタ３３の第１端に電気的に接続される。ＰＴＣサーミスタ３３の第２端は、オンボードコンタクト４を介して板金ハウジング１４と電気的に接続される。チップビーズ３２およびＰＴＣサーミスタ３３については、後に詳述する。

先述の図１で説明したように、軸受ホルダ１３には、ステータコア１１および板金ハウジング１４が固定される。軸受ホルダ１３は、金属製であるため、ステータコア１１と板金ハウジング１４は、軸受ホルダ１３を介して電気的に接続される。従って、ステータ１におけるコイルに流れる電流により発生するノイズが軸受ホルダ１３を介して板金ハウジング１４に伝達される。本実施形態では、板金ハウジング１４からノイズが放射されることを抑制すべく、板金ハウジング１４をオンボードコンタクト４を介して第２グランド端子３１Ｂと電気的に接続している。これにより、板金ハウジング１４に伝達されたノイズがオンボードコンタクト４および第２グランド端子３１Ｂを介して第１グランド端子３１Ａからグランド側へ伝達されるため、板金ハウジング１４からのノイズの放射を抑制している。

このように、板金ハウジング１４と第２グランド端子３１Ｂとを電気的に接続したため、モータ制御回路３１におけるスイッチングによる高周波ノイズが第２グランド端子３１Ｂからオンボードコンタクト４を介して板金ハウジング１４に伝達され、板金ハウジング１４から高周波ノイズが放射される虞がある。そこで、本実施形態では、第２グランド端子３１Ｂとオンボードコンタクト４との間にチップビーズ３２を設けている。

チップビーズ３２は、いわゆるフェライトビーズをチップ化して構成される。フェライトビーズにおいては、高周波領域で損失の大きい材料のフェライトが用いられる。そのため、高周波領域では電流のエネルギーがフェライトにおける損失となって失われ、高周波ノイズを抑制できる。本実施形態では、チップビーズ３２を設けることで、第２グランド端子３１Ｂからオンボードコンタクト４側へ出力される高周波ノイズを抑制している。

板金ハウジング１４は、モータ１０の外部に配置される金属部材２０と電気的に接続される。金属部材２０は、例えばネジ止めなどにより板金ハウジング１４と電気的に接続される。外部回路２５は、モータ１０の外部に配置される。

例えば、モータ１０により構成される送風ファンが車両に搭載されるシートにおいて冷風の送風を行うファンであるとして、金属部材２０はシートフレームであり、外部回路２５は、シートヒータ用の回路である。

外部回路２５は、外部グランド端子２５Ａを有する。外部グランド端子２５Ａは、例えばリード線により金属部材２０と電気的に接続される。金属部材２０は、例えばリード線によりバッテリ３０用のグランド電位の印加端に接続される。これにより、外部回路２５は、金属部材２０を介してグランドをとることができる。

このような構成により、モータ制御回路３１におけるグランド端子３１Ｂと、外部回路２５における外部グランド端子２５Ａが経路Ｌによって電気的に接続される。

ここで、外部回路２５の外部グランド端子２５Ａから金属部材２０、板金ハウジング１４、およびオンボードコンタクト４を介して第２グランド端子３１Ｂ側に電流が流れる場合がある。この場合、仮にＰＴＣサーミスタ３３を設けない構成であれば、上記電流に過電流が発生した場合に、チップビーズ３２に悪影響を及ぼす虞がある。そこで、本実施形態では、ＰＴＣサーミスタ３３を設けている。

図３は、ＰＴＣサーミスタの温度Ｔと、ＰＴＣサーミスタの抵抗値Ｒの関係の一例を示す模式図である。図３に示すように、ＰＴＣサーミスタは、温度Ｔがキュリー点Ｔｃを超えると抵抗値Ｒが急激に増加する特性を有する。この特性を利用して、本実施形態では、外部グランド端子２５Ａから第２グランド端子３１Ｂ側へ流れる電流に過電流が発生した場合に、ＰＴＣサーミスタ３３における自己発熱によりＰＴＣサーミスタ３３の温度が上昇し、ＰＴＣサーミスタ３３の抵抗値が高くなることで、チップビーズ３２に流れる過電流を抑制することができる。

このように本実施形態に係るモータ１０は、グランド端子３１Ｂを有するモータ制御回路３１と、グランド端子３１Ｂと、モータ１０の外部に配置される外部回路２５に含まれる外部グランド端子２５Ａとの間を電気的に接続する経路Ｌに配置される電流制限部（ＰＴＣサーミスタ３３）と、を有する。これにより、外部グランド端子２５Ａからグランド端子３１Ｂ側へ流れる電流を電流制限部により抑制することで、当該電流によるモータ１０への悪影響を抑制できる。

また、モータ１０は、ステータ１と、ステータ１と径方向に対向するロータ２と、を有する。ステータ１は、ステータ１の一部を覆う金属製のハウジング１４を有する。金属製のハウジング１４は、経路Ｌに配置される。金属製のハウジング１４は、先述したように内部から外部へのノイズの放射、および外部から内部へのノイズの侵入を抑制する。このような金属製のハウジング１４を介してグランド端子３１Ｂ側へ流れる電流を電流制限部により抑制できる。

また、先述したように、ステータコア１１は、金属製の軸受ホルダ１３により板金ハウジング１４と電気的に接続される。すなわち、ステータ１の一部は、金属製のハウジング１４に電気的に接続される。モータ１０は、金属製のハウジング１４とグランド端子３１Ｂとの間の経路に配置されるフェライトビーズ（チップビーズ３２）を有する。

ステータ１の一部に含まれるコイルにより発生するノイズは、金属製のハウジング１４を介してグランド端子３１Ｂへ伝達され、金属製の板金ハウジング１４からのノイズ放射を抑制できる。また、モータ制御回路３１により発生してグランド端子３１Ｂから金属製のハウジング１４側へ伝達される高周波ノイズは、フェライトビーズにより抑制され、金属製の板金ハウジング１４からの高周波ノイズの放射を抑制できる。外部グランド端子２５Ａからグランド端子３１Ｂ側へ流れる電流を電流制限部により抑制することで、当該電流によるフェライトビーズへの悪影響を抑制できる。

また、ハウジング１４は、モータ１０の外部に配置される金属部材２０と電気的に接続可能である。金属部材２０は、外部グランド端子２５Ａおよびグランド電位の印加端と電気的に接続可能である。これにより、外部回路２５は、金属部材２０を介してグランドをとることができる。そして、外部グランド端子２５Ａから金属部材２０およびハウジング１４を介してグランド端子３１Ｂ側へ流れる電流を電流制限部により抑制できる。

また、本実施形態では、上記電流制限部は、ＰＴＣサーミスタ３３である。これにより、外部グランド端子２５Ａからグランド端子３１Ｂ側へ流れる電流によりＰＴＣサーミスタ３３が自己発熱することで抵抗値が上昇し、当該電流が抑制される。電流制限部を少ない素子数で実現できる。

また、上記電流制限部は、ＰＴＣサーミスタ３３であり、ステータ１は、コイルを有し、モータ１０は、モータ制御回路３１および電流制限部が設けられる基板３を有する。そして、ＰＴＣサーミスタ３３は、基板３における軸方向他方側面に配置されることが望ましい。すなわち、電流制限部は、基板３におけるコイル側と反対側の面に配置されることが望ましい。

ここで、図４は、ＰＴＣサーミスタ３３の環境温度ＡＴと、ＰＴＣサーミスタ３３に流れる電流が制限される最小電流値Ｉとの関係の一例を示す模式図である。このように、環境温度ＡＴが高いほど、ＰＴＣサーミスタ３３のより少ない自己発熱で電流が制限されるため、最小電流値Ｉが小さくなる。そのため、電流制限部（ＰＴＣサーミスタ３３）を基板３におけるコイル側と反対側の面に配置することで、電流制限部の環境温度がコイルの発熱により上昇することを抑制し、電流の制限によりハウジング１４からグランド端子３１Ｂ側へのノイズの伝達が阻害されることを抑制できる。

なお、チップビーズ３２は、必ずしも設けてなくてもよい。チップビーズ３２を設けない場合でも、外部グランド端子２５Ａから第２グランド端子３１Ｂ側へ流れる電流をＰＴＣサーミスタ３３により制限することで、モータ制御回路３１への悪影響を抑制する効果が得られる。

＜３．第１変形例＞
図５は、第１変形例に係るモータ１０の構成を含むブロック図である。先述した実施形態（図２）との相違点は、電流制限部としてスイッチ素子３５を用いていることと、停止指令判定回路３４を基板３に設けていることである。

停止指令判定回路３４は、モータ制御回路３１において生成される速度制御信号（ＰＷＭ信号）に基づき、ロータ２の回転停止指令の有無を判定する。スイッチ素子３５は、オンボードコンタクト４とチップビーズ３２との間に配置され、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）により構成される。

スイッチ素子３５は、停止指令判定回路３４による判定結果に応じてオンオフを制御される。具体的には、停止指令判定回路３４によりロータ２の回転停止指令の無が判定された場合は、スイッチ素子３５はオンに制御され、停止指令判定回路３４によりロータ２の回転停止指令の有が判定された場合は、スイッチ素子３５はオフに制御される。すなわち、第１変形例に係るモータ１０は、ロータ２の回転停止指令の有無を判定する停止指令判定回路３４と、停止指令判定回路３４によりオンオフを制御される電流制限部としてのスイッチ素子３５と、を有する。

本変形例では、モータ１０が動作する場合に外部回路２５は停止し、モータ１０が停止している場合に外部回路２５が動作する制御が前提となる。例えば、モータ１０が車両シート用ファンに用いられ、外部回路２５がシートヒータに用いられる場合に、上記のような制御が有効となる。

モータ１０の動作中にロータ２の回転停止指令がない場合は、スイッチ素子３５はオンとされる。これにより、モータ１０の動作中にコイルにより発生するノイズが板金ハウジング１４およびスイッチ素子３５を介して第２グランド端子３１Ｂに伝達され、板金ハウジング１４からのノイズの放射が抑制される。このとき、外部回路２５が動作することがないため、スイッチ素子３５がオンとされていても外部グランド端子２５Ａから第２グランド端子３１Ｂに電流が流れることはない。

一方、モータ１０の動作中にロータ２の回転停止指令があった場合は、スイッチ素子３５はオフとされる。モータ１０が停止するため、コイルからノイズは発生せず、スイッチ素子３５をオフとしてもよい。このとき、外部回路２５が動作しても、スイッチ素子３５はオフであるため、外部グランド端子２５Ａから第２グランド端子３１Ｂ側へ電流が流れることを阻止できる。すなわち、スイッチ素子３５は、電流制限部として機能する。

＜４．第２変形例＞
図６は、第２変形例に係るモータ１０の構成を含むブロック図である。先述した実施形態（図２）との相違点は、基板３に過電流保護部３６を設けていることである。過電流保護部３６は、スイッチ素子３６Ａと、過電流検出部３６Ｂと、スイッチ制御部３６Ｃと、を有する。すなわち、モータ１０は、スイッチ素子３６Ａと、過電流検出部３６Ｂと、スイッチ制御部３６Ｃと、を有する。

電流制限部としてのスイッチ素子３６Ａは、チップビーズ３２とオンボードコンタクト４との間に配置され、例えばＭＯＳＦＥＴにより構成される。過電流検出部３６Ｂは、スイッチ素子３６Ａに流れる過電流を検出する。スイッチ制御部３６Ｃは、過電流検出部３６Ｂの検出結果に応じてスイッチ素子３６Ａのオンオフを制御する。スイッチ制御部３６Ｃは、過電流検出部３６Ｂにより過電流が検出された場合、スイッチ素子３６Ａをオフとする。

通常動作時にはスイッチ制御部３６Ｃによりスイッチ素子３６Ａはオンとされている。これにより、コイルにより発生するノイズが板金ハウジング１４およびスイッチ素子３６Ａを介して第２グランド端子３１Ｂ側へ伝達される。そして、外部回路２５の外部グランド端子２５Ａからスイッチ素子３６Ａを介して過電流が流れた場合は、過電流検出部３６Ｂにより当該過電流が検出されるため、スイッチ制御部３６Ｃによりスイッチ素子３６Ａがオフとされる。これにより、スイッチ素子３６Ａが電流制限部として機能し、外部グランド端子２５Ａから第２グランド端子３１Ｂ側へ過電流が流れることが阻止される。

＜５．その他＞
以上、本開示の実施形態を説明した。なお、本開示の範囲は上述の実施形態に限定されない。本開示は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

本開示の技術は、例えば車載用のモータなどに利用することができる。

１ ステータ
２ ロータ
３ 基板
４ オンボードコンタクト
５ 第１軸受部
６ 第２軸受部
１０ モータ
１１ ステータコア
１２ インシュレータ
１３ 軸受ホルダ
１４ 板金ハウジング
２０ 金属部材
２１ シャフト
２２ 連結部
２３ ロータハウジング
２４ マグネット
２５ 外部回路
２５Ａ 外部グランド端子
３０ バッテリ
３１ モータ制御回路
３１Ａ 第１グランド端子
３１Ｂ 第２グランド端子
３１Ｃ 配線パターン
３２ チップビーズ
３３ ＰＴＣサーミスタ
３４ 停止指令判定回路
３５ スイッチ素子
３６ 過電流保護部
３６Ａ スイッチ素子
３６Ｂ 過電流検出部
３６Ｃ スイッチ制御部
１１１ コアバック
１１２ ティース
１３１ 第１収容部
１３２ 第２収容部
１４１ 底部
１４２ 円筒部
Ｌ 経路

Claims (7)

1. グランド端子を有するモータ制御回路と、
   前記グランド端子と、モータの外部に配置される外部回路に含まれる外部グランド端子との間を電気的に接続する経路に配置される電流制限部と、
   ステータと、
   前記ステータと径方向に対向するロータと、を有し、
   前記ステータは、前記ステータの一部を覆う金属製のハウジングを有し、
   前記金属製のハウジングは、前記経路に配置され、かつ、グランド電位の印加端に電気的に接続される、モータ。
2. 前記ステータの一部は、前記金属製のハウジングに電気的に接続され、
   当該モータは、前記金属製のハウジングと前記グランド端子との間の経路に配置されるフェライトビーズ
   をさらに有する、請求項１に記載のモータ。
3. 前記ハウジングは、当該モータの外部に配置される金属部材と電気的に接続可能であり、
   前記金属部材は、前記外部グランド端子および前記グランド電位の印加端と電気的に接続可能である、請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記電流制限部は、ＰＴＣサーミスタである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記電流制限部は、ＰＴＣサーミスタであり、
   前記ステータは、コイルを有し、
   当該モータは、前記モータ制御回路および前記電流制限部が設けられる基板をさらに有し、
   前記電流制限部は、前記基板における前記コイル側と反対側の面に配置される、請求項２に記載のモータ。
6. 前記ロータの回転停止指令の有無を判定する停止指令判定回路と、
   前記停止指令判定回路によりオンオフを制御される前記電流制限部としてのスイッチ素子と、
   を有する、請求項２に記載のモータ。
7. 前記電流制限部としてのスイッチ素子と、
   前記スイッチ素子に流れる過電流を検出する過電流検出部と、
   前記過電流検出部により前記過電流が検出された場合に、前記スイッチ素子をオフとするスイッチ制御部と、
   を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のモータ。