(57)【要約】【課題】騒音が低くしかもコストが安い、改善された電気モータ及びステータを提供する。【解決手段】ステータは、ステータコアと、ステータコア上に巻き付けた三相巻線とを含む。ステータは中性点端子を与え、各々の三相巻線は、相接続端及び中性点接続端を備え、各々の三相巻線の中性点接続端は、中性点端子に固定されかつこれに電気的に接続される。三相巻線の中性点接続端は、回路基板の外部で電気的に一緒に接続される。回路基板は、三相巻線の中性点接続端を組み合わせるための余分な空間又は配線層を設ける必要がない。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータであって、ステータコアと、前記ステータコア上に巻き付けた三相巻線とを備え、前記ステータは中性点端子をさらに備え、各々の前記三相巻線は相接続端及び中性点接続端を備え、各々の前記三相巻線の前記中性点接続端は、前記中性点端子に固定される、ことを特徴とするステータ。
【請求項２】
前記ステータは回路基板をさらに備え、前記中性点端子及び前記中性点接続端は、前記回路基板から離間して電気的隙間を定める、請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
前記回路基板は貫通穴を定め、前記中性点端子と前記中性点端子に固定された中性点接続端とは、前記貫通穴を通って延び、前記回路基板のうち前記貫通穴と境を接する側壁から離間している、請求項２に記載のステータ。
【請求項４】
前記ステータは三相端子をさらに備え、前記三相巻線の前記相接続端は、前記相端子にそれぞれ接続され、前記回路基板は、前記三相端子に対応する３つのパッド穴を与え、前記三相端子は、前記パッド穴にそれぞれ溶接される、請求項３に記載のステータ。
【請求項５】
前記貫通穴の面積は、前記パッド穴の面積よりも大きい、請求項４に記載のステータ。
【請求項６】
前記回路基板は、各パッド穴に対応するパッドを与え、前記パッドは、前記回路基板上の配線によって前記対応するパッド穴に電気的に接続される、請求項４又は５に記載のステータ。
【請求項７】
前記中性点端子は、導電材料で作った支柱である、請求項２〜６の何れか１つに記載のステータ。
【請求項８】
各中性点接続端は、前記支柱に複数の折返しで巻き付け、及び／又は前記支柱に溶接又ははんだ付けによって固定される、請求項７に記載のステータ。
【請求項９】
前記ステータは、前記ステータコア上に取り付けた絶縁ブラケットをさらに備え、前記中性点端子は、前記絶縁ブラケット上に配置される、請求項１〜８の何れか１つに記載のステータ。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１つに記載のステータと、前記ステータに対して回転可能なロータとを備える、ことを特徴とする電気モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、電気モータの分野に、特に三相ブラシレス直流回路モータの巻線接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  機械的なブラシ及び整流子がない三相ブラシレス直流回路（ＢＬＤＣ）モータは、体積が小さくしかも制御が簡単であるとの長所があり、従って家庭電化製品、医療機器、車両及び動力工具のような多種類の装置にますます応用されている。三相巻線がスター構成で接続される従来の三相ＢＬＤＣモータでは、三相巻線を中性点に接続する必要があり、モータの回路基板には、三相巻線の相接続端及び中性点接続端につながるために６つの端子を設ける必要がある。全ての相巻線の中性点接続端は、回路基板で電気的に一緒に接続され、それにより回路基板には、中性点接続端に電気的につながるための余分な空間又は付加的な配線層を設けることが必要となり、それにより回路基板のコストが上昇するとともに、回路によって騒音が発生することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  従って、騒音が低くしかもコストが安い、改善された電気モータ及びステータに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  ステータは、ステータコアと、ステータコア上に巻き付けた三相巻線とを備え、ステータは中性点端子をさらに備え、各々の三相巻線は、相接続端及び中性点接続端を備え、各々の三相巻線の中性点接続端は、中性点端子に固定される。
【０００５】
[0005]  ステータは回路基板をさらに備え、中性点端子及び中性点接続端は、回路基板から離間して電気的隙間を定めることが好ましい。
【０００６】
[0006]  回路基板は貫通穴を定め、中性点端子と中性点端子に固定された中性点接続端とは、貫通穴を通って延び、回路基板のうち貫通穴と境を接する側壁から離間していることが好ましい。
【０００７】
[0007]  貫通穴にはパッドがないことが好ましい。
【０００８】
[0008]  ステータは三相端子をさらに備え、三相巻線の相接続端は、相端子にそれぞれ接続され、回路基板は、三相端子に対応する３つのパッド穴を与え、三相端子は、パッド穴にそれぞれ溶接されることが好ましい。
【０００９】
[0009]  貫通穴の面積は、パッド穴の面積よりも大きいことが好ましい。
【００１０】
[0010]  回路基板は、各パッド穴に対応するパッドを与え、パッドは、対応するパッド穴に回路基板上の配線によって電気的に接続されることが好ましい。
【００１１】
[0011]  中性点端子は、導電材料で作った支柱であることが好ましい。
【００１２】
[0012]  各中性点接続端は、支柱に複数の折返しで巻き付けることが好ましい。
【００１３】
[0013]  各中性点接続端は、支柱に溶接又ははんだ付けによって固定されることが好ましい。
【００１４】
[0014]  ステータは、ステータコア上に取り付けた絶縁ブラケットをさらに備え、中性点端子は、絶縁ブラケット上に配置されることが好ましい。
【００１５】
[0015]  ステータは、開放端を持つハウジングと、開放端に取り付けたエンドキャップとを備え、ステータコアは、中性点端子がエンドキャップに直面する状態でハウジングに取り付け、エンドキャップにワイヤ出口が定まることが好ましい。
【００１６】
[0016]  本開示は、上述したステータと、ステータに対して回転可能なロータとを備える電気モータをさらに提供する。
【００１７】
[0017]  本実施形態では、モータのステータに中性点端子を設け、中性点端子で三相巻線の中性点接続端が電気的に一緒に接続される。従って、各中性点接続端を回路基板によって接続する必要はなく、回路基板は、三相巻線の中性点接続端間の電気的な組合せ／接続を達成するための余分な空間や配線層を設ける必要はなく、それにより回路基板のコストが下がり、回路基板の生産プロセスが単純化される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本開示の実施形態による電気モータの斜視図である。
【図２】図１の電気モータの分解組立図である。
【図３】図２のステータの斜視図である。
【図４】図２の回路基板の斜視図である。
【図５】図１の電気モータを、ハウジング、エンドキャップ、絶縁リング及びロータを除去して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
[0023]  以下に、本発明の実施形態が図面を参照してより詳しく説明される。説明された実施形態は、本発明の実施形態の全てというよりも一部に過ぎないことは明らかである。各図は、限定ではなく例示であることに注意されたい。各図は、縮尺通りではなく、説明された実施形態のあらゆる態様を示すとは限らず、本開示の範囲を限定しない。
【００２０】
[0024]  図１及び図２を参照して、本発明の実施形態による電気モータ１０は、ステータ２０と、ステータ２０に対して回転可能なロータ５０とを含む。
【００２１】
[0025]  ステータ２０は、開放端を持つ筒状ハウジング２１と、ハウジング２１の開放端に取り付けたエンドキャップ２３と、ハウジング２１の内側に取り付けたステータコア３０と、ステータコア３０に取り付けた絶縁ブラケット４０と、絶縁ブラケット４０に設置された回路基板６０と、絶縁ブラケット４０及び回路基板６０の周囲を取り囲む絶縁リング４８と、ステータコア３０上に巻き付けかつ絶縁ブラケット４０によって支持された巻線とを含む。回路基板６０は、回路基板６０を外部の電源及び／又はモータ制御回路に接続するように構成されたケーブルコネクタ８０に接続される。
【００２２】
[0026]  図３を参照して、ステータコア３０は、外側ヨーク３１と、外側ヨーク３１から内方に突出する複数の磁極本体と、各々の磁極本体の半径方向内側端から２つの円周方向側面に向かって突出する磁極片３５とを含む。この実施形態では、外側ヨーク３１は、連続的な環形状とされ、ステータ２０の外側環状部分と呼ばれる。各磁極片３５は、協働して、ステータ２０の内側環状部分と呼ばれる不連続な環形状を形成する。巻線は、対応する磁極本体に巻き付け、絶縁ブラケット４０によってステータコア３０から分離される。ステータコア３０は、磁気伝導材料で、例えばモータの軸線に沿って積み重ねた磁気伝動積層体（当該技術ではケイ素鋼板が一般に使用される）で作る。
【００２３】
[0027]  図１及び図２に戻って、ロータ５０は、磁極本体の磁極片３５に取り囲まれた空間内に収納され、磁極片３５の内端面とロータ５０との間に空隙が定まる。ロータ５０は、その円周方向に沿って配置された環状永久磁石５５を含み、環状永久磁石５５の外周面は、磁極片３５の内端面と同心である。環状永久磁石５５は、一体の輪状永久磁石によって形成することができる。さらに、ロータ５０は、環状永久磁石５５を通って延びるシャフト５１をさらに含む。シャフト５１の一端は、軸受２４を介してステータ２０のエンドキャップ２３に取り付け、シャフト５１の他端は、別の軸受２７を介してステータ２０の筒状ハウジング２１の底部に取り付け、その結果ロータ５０は、ステータ２０に対して回転することができる。
【００２４】
[0028]  図３を参照して、この実施形態では、モータは三相のＢＬＤＣモータであり、ステータは三相かつ６磁極のステータである。ステータの三相巻線は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線を含み、それらはスター構成で接続される。各相巻線は２本のコイルを含み、すなわち、Ｕ相巻線はコイルＵ１及びＵ２を含み、Ｖ相巻線はコイルＶ１及びＶ２を含み、Ｗ相巻線はコイルＷ１及びＷ２を含む。各相巻線の２本のコイルは、ステータの半径方向で互いに向かい側の磁極本体にそれぞれ巻き付ける。各相巻線の２本のコイルは同じ様式で巻き付け、すなわち両方は、時計方向に又は反対時計方向に巻き付ける。各相巻線は、２つの端部、即ち相接続端３９０及び中性点接続端３９２を含む。各相巻線の２つの端部は、対応するコイルの自由端からエンドキャップ２３に向かってそれぞれ引き出す。
【００２５】
[0029]  絶縁ブラケット４０に、４つの端子を、即ちそれぞれＵ相端子４１、Ｖ相端子４２、Ｗ相端子４３及び中性点端子４４を設ける。４つの端子は、絶縁ブラケット４０からエンドキャップ２３に向かって突出し、絶縁ブラケット４０の円周方向で互いに離間している。端子は、銅のような導電性金属材料で作った支柱とすることができる。支柱は、円筒形状、矩形状などにすることができる。端子は、射出成形によって絶縁ブラケット４０に固定することが好ましい。中性点端子４４は、反転したフックのような異なる形状にすることができ、形状はここでは制限されない。Ｕ相端子４１、Ｖ相端子４２、Ｗ相端子４３は、対応する相巻線の相接続端３９０にそれぞれ隣接して、相接続端３９０の長さ及び巻線の乱雑の程度を最小する。具体的には、Ｕ相巻線のコイルを対応する磁極本体に巻き付けた後、コイルＵ１から延びる相接続端３９０は、Ｕ相端子４１の周りに複数の折返しで巻き付けてＵ相端子４１に電気的に接続し、コイルＵ２から延びる中性点接続端３９２は、複数の折返しで中性点端子４４の周りに巻き付けて中性点端子４４に電気的に接続する。Ｖ相巻線のコイルを対応する磁極本体に巻き付けた後、コイルＶ１から延びる相接続端３９０は、Ｖ相端子４２の周りに複数の折返しで巻き付けてＶ相端子４２に電気的に接続し、コイルＶ２から延びる中性点接続端３９２は、複数の折返しで中性点端子４４の周りに巻き付けて中性点端子４４に電気的に接続する。Ｗ相巻線のコイルを対応する磁極本体に巻き付けた後、コイルＷ１から延びる相接続端３９０は、Ｗ相端子４３の周りに複数の折返しで巻き付けてＷ相端子４３に電気的に接続し、コイルＷ２から延びる中性点接続端３９２は、複数の折返しで中性点端子４４の周りに巻き付けて中性点端子４４に電気的に接続する。中性点端子４４が導電性であるので、三相巻線の中性点接続端３９２は、中性点端子４４で電気的な接続／組合せを実現する。他の実施形態では、電気接続をより安定させるために、相接続端３９０及び対応する端子は、一緒に溶接し又ははんだ付けすることができ、中性点接続端３９２及び中性点端子４４は、一緒に溶接し又ははんだ付けすることができる。
【００２６】
[0030]  絶縁ブラケット４０のうちエンドキャップ２３に向かう側面に、複数の取付部分４５が形成される。各取付部分４５は、支持シート４５２と、支持シート４５２の頂部中間から上方に延びる位置決め支柱４５４とを含む。
【００２７】
[0031]  図４は回路基板６０の拡大図であり、図５は、ハウジング２１、エンドキャップ２３、絶縁リング４８及びロータ５０が除去された電気モータの斜視図である。図４及び図５を参照して、回路基板６０は、普通の環形状とされ、中心にモータのシャフト５１が通過するための開口部６２を有する。実施形態では、回路基板６０は、モータのロータの位置を感知するためにホールセンサ６３を設けた、ホールセンサ回路基板である。ホールセンサ６３の数は３つであることが好ましい。３つのホールセンサ６３は、回路基板６０のうちエンドキャップ２３から遠い側面に、ロータの円周方向に沿って電気角６０度又は１２０度の間隔で配置される。回路基板６０は、絶縁ブラケット４０の位置決め支柱４５４、Ｕ相端子４１、Ｖ相端子４２、Ｗ相端子４３及び中性点端子４４にそれぞれ対応する貫通穴を定める。図４に示すように、Ｕ相端子４１、Ｖ相端子４２、Ｗ相端子４３に対応する貫通穴は６６として表示され、中性点端子４４に対応する貫通穴は６７として表示され、位置決め支柱４５４に対応する貫通穴は６８として表示される。貫通穴６８の大きさは位置決め支柱４５４の大きさに対応し、結果として位置決め支柱４５４は、対応する貫通穴６８に堅く固定して、回路基板６０をステータ２０に固定することができる。
【００２８】
[0032]  回路基板６０をステータ２０に取り付けるとき、回路基板６０のうちエンドキャップ２３から遠い側面は、支持シート４５２に当接する。Ｕ相端子４１、Ｖ相端子４２、Ｗ相端子４３に対応する貫通穴６６の大きさは、対応する端子４１、４２、４３の大きさと等しい又はこれよりもわずかに大きい。回路基板６０を通って延びるＵ相端子４１、Ｖ相端子４２及びＷ相端子４３は、回路基板６０に溶接される。Ｕ相端子４１、Ｖ相端子４２、Ｗ相端子４３に対応する貫通穴６６はパッド穴であり、パッド穴は、回路基板において三相巻線の対応する相接続端３９０の接続端子として使用される。回路基板６０は、溶接によってステータ２０に安定して固定することができる。中性点端子４４に対応する貫通穴６７の大きさは、各々の貫通穴６６の大きさよりも大きく、中性点端子４４の大きさよりも大きい。中性点端子４４と、中性点端子４４に取り付けたＵ、Ｖ、Ｗ三相巻線の３つの中性点接続端３９２とは、回路基板６０のうち貫通穴６７と境を接する側面から離間している。すなわち、三相巻線中性点と回路基板６０とは、物理的に離間して隙間を定めて、三相巻線中性点と回路基板６０との間の電気的な隔離を実現している。この実施形態では、貫通穴６６、６７、６８は、回路基板６０の円周縁に沿って配置され、回路基板６０の縁部にノッチ／切欠き形成する。他の実施形態では、貫通穴６６、６７及び６８は円形、正方形又は他の適切な形状とすることができ、回路基板６０のうちその縁部から遠い領域に形成される。こうして、貫通穴６６、６７、６８の断面図は、開口部なしで閉じている。貫通穴６７はパッドから解放することができ、貫通穴６７の面積は、各々の貫通穴６６の面積よりも大きくすることができる。
【００２９】
[0033]  回路基板６０のうちエンドキャップ２３に向かう側面に複数のパッドを設け、それらは、正極パッド７１、負極パッド７２、Ｕ相巻線パッド７３、Ｖ相巻線パッド７４、Ｗ相巻線パッド７５、及び３つのホール信号パッド７６を含む。各ホールセンサ６３は、３本のピンを、即ち正電力ピン、負電力ピン及び信号ピンを含む。回路基板６０上では、３つのホールセンサ６３の３本の正電力ピンは、回路基板上の電導体／配線によって正極パッド７１に電気的に接続され、３つのホールセンサ６３の３本の負電力ピンは、回路基板上の電導体／配線によって負極パッド７２に電気的に接続され、ホールセンサ６３の３本の信号ピンは、回路基板６０上の電導体／配線によってホール信号パッド７６にそれぞれ電気的に接続される。Ｕ相巻線パッド７３、Ｖ相巻線パッド７４及びＷ相巻線パッド７５は、対応する貫通穴６６にそれぞれ隣接して、回路基板配線７７によって対応する貫通穴６６にそれぞれ電気的に接続される。
【００３０】
[0034]  ケーブルコネクタ８０は、複数のケーブル８１及び電気コネクタ８３を含む。各々のケーブル８１の一端は、回路基板６０の対応するパッドに接続され、たとえば溶接によって電気的に接続される。ケーブル８１の他端は、電気コネクタ８３によって外部の電源又はモータ制御回路に電気的に接続される。正極パッド７１及び負極パッド７２は、ケーブル８１のうちの２本によって直流電源の正極及び負極にそれぞれ接続され、回路基板６０上の配線によってホールセンサ６３に直流電力を供給する。ホール信号パッド７６は、回路基板６０上の配線によってホールセンサ６３の信号出力ピンに接続され、ケーブル８１によって外部の制御回路にホール信号を伝達する。Ｕ相巻線パッド７３、Ｖ相巻線パッド７４及びＷ相巻線パッド７５は、回路基板６０に溶接されたＵ相端子４１、Ｖ相端子４２及びＷ相端子４３に、回路基板６０上の配線によってそれぞれ電気的に接続される。Ｕ相巻線パッド７３、Ｖ相巻線パッド７４及びＷ相巻線パッド７５は、ケーブル８１によってモータの外部制御回路のインバータの出力端に接続され、これによりステータ巻線を流通する電流がインバータの出力に応じて制御され、モータを駆動して回転させる。
【００３１】
[0035]  エンドキャップ２３は、筒状ハウジング２１の軸方向開放端に取り付ける。エンドキャップ２３は、ケーブルコネクタ８０のケーブル８１を通り抜けて延びるワイヤ出口２３２を定め、ケーブル８１をハウジング２１の外部へ導き、モータの対応する外部電源又は制御回路に接続する。
【００３２】
[0036]  本発明の実施形態では、モータのステータ２０に中性点端子を設け、中性点端子で三相巻線の中性点接続端が一緒に電気的に接続される。従って、中性点接続端同士を回路基板によって接続する必要はなく、回路基板に、三相巻線の中性点接続端間の組合せ／電気的接続を達成するための余分な空間や配線層を設ける必要はなく、それにより回路基板のコストが下がり、回路基板の生産プロセスが単純化される。巻線の中性点接続端と回路基板との間に電気的な隙間があり、それにより巻線の中性点接続端と回路基板の内側の回路との間に電気的な隔離が効果的に実現され、騒音の発生が減少する。さらに、三相巻線の中性点接続端は、中性点端子で包み及び／又は溶接する必要があるに過ぎない。動作は単純でかつ便利である。
【００３３】
[0037]  当業者は、本開示の技術的解決法に応じて様々に変更することができる。例えば、回路基板はホール回路基板に限定されず、他の実施形態では、回路基板は、インバータと、巻線の整流を制御するための制御ユニットと、過電流、過電圧及び／又はブロッキングからモータを保護するための保護ユニットとを設けることができる。従って、回路基板からモータの制御回路にホール信号を伝達するケーブルは必要なく、しかもインバータと巻線の接続端相とを接続するケーブルは必要ない。ケーブルの数はさらに減らすことができる。回路基板は、ステータの絶縁ブラケットに取り付けるようには限定されない。回路基板は、ステータの他の位置に、例えばエンドキャップ２３に設置することもできる。相接続端と回路基板との間の接続は、回路基板のパッド上に直接溶接された相接続端によって達成できる。回路基板の形状は、輪形に限定されず、他の形状に、例えば扇形、四角形、円形にすることができる。
【００３４】
[0038]  それ故、本発明の実施形態の技術的解決法は、明確にかつ完全に上述される。説明した実施形態は、本発明の実施形態の全てと言うよりも一部に過ぎないことは明らかである。当業者であれば、様々な実施形態の技術的特徴を様々に組み合わせて、実際的な要求を満たすことができる。説明した本発明の実施形態に基づいて、当業者によって創造的努力を払わずに得られる他のあらゆる実施形態は、本発明の範囲内に属する。
【符号の説明】
【００３５】
３０  ステータコア
３１  外側ヨーク
３５  磁極片
４０  絶縁ブラケット
４１  Ｕ相端子
４２  Ｖ相端子
４３  Ｗ相端子
４４  中性点端子
４５  取付部分
３９０  相接続端
３９２  中性点接続端
４５２  支持シート
４５４  支柱
【図１】
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【図２】
2018113848.tif 000004
【図３】
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【図４】
2018113848.tif 000006
【図５】
2018113848.tif 000007
【外国語明細書】
2018113848000001.pdf