(57)【要約】【課題】製造コストを抑制しつつ、小型化を図ることができる電動機を提供する。【解決手段】アルミフレーム５には、ステータコア７に巻線９が巻回されたステータ３が固定される。ステータ３の内側には、磁石埋込型ロータ４が回転可能に収納されている。アルミフレーム５におけるステータ３の固定面の反対側に回路基板２６が装着される。回路基板２６には、制御回路３５が形成されるとともに、磁石埋込型ロータ４の回転位置を検出するためのホールＩＣ３６が一体的に形成されている。ホールＩＣ３６の検出信号は制御回路３５に取り込まれ、その検出信号に応じてステータ３の巻線９に駆動電流が供給される。【選択図】      図１
2005269875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレートと、
前記プレートに固定され、ステータコアに巻線が巻回されたステータと、
前記ステータの内側に回転可能に収納され、ロータコアに磁石が装着されたロータと
を備え、前記ロータの回転位置に応じて前記ステータの巻線に駆動電流を供給するための制御回路を内蔵した電動機であって、
前記制御回路が形成される回路基板を、前記プレートにおけるステータの固定面の反対側に装着し、該回路基板には前記ロータの回転位置を検出するための回転センサを一体的に形成したことを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記プレートは金属製のプレートであることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記回路基板には、前記プレートを挟んで回転軸の端部が対向する位置に、前記制御回路を構成する回路素子を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記プレートに、前記回転センサを収納するための溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項５】
前記プレートに、前記回転センサを収納するための貫通孔を設けたことを特徴とする請求項２に記載の電動機。
【請求項６】
前記ロータに固定された回転軸の端部が前記プレートに当接しないよう該回転軸を保持する軸受けを備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機。
【請求項７】
前記プレートに前記軸受けを収納する軸受けハウスを設け、該軸受けハウスと前記軸受けの外輪との間に弾性部材を設けたことを特徴とする請求項６に記載の電動機。
【請求項８】
前記ロータコアの中央部に軸方向の凹部を設け、該凹部に前記軸受けを挿入したことを特徴とする請求項６に記載の電動機。
【請求項９】
前記ロータコアの中央部に貫通孔を設け、該貫通孔に嵌め込まれたカップ状部材を介して前記ロータコアと回転軸とを固定し、前記軸受けをそのカップ状部材の内側に配置したことを特徴とする請求項６に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転センサにてロータの回転位置を検出し、その回転位置に基づいて駆動電流を制御する制御回路を内蔵した電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用エンジンには、その運転状態に応じてバルブタイミングを適宜変更するバルブタイミング可変装置が設けられたものがある。バルブタイミング可変装置は、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更させるものであり、その駆動源として、例えばステッピングモータが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般的に、ステッピングモータは回転位相を高精度に制御することが困難であり、特許文献１に開示されるような脱調対策も必要となる。そのため、ステッピングモータの代わりにブラシレスモータを用いて高精度な制御を行うバルブタイミング可変装置が提案されている。
【０００４】
図４には、そのブラシレスモータの従来例を示している。
図４に示すように、ブラシレスモータ５１のハウジング５２は略有底円筒状をなし、そのハウジング５２内にステータ５３と磁石埋込型ロータ５４とが設けられ、ハウジング５２の開口部はアルミフレーム５５によって閉塞されている。
【０００５】
ステータ５３は、円筒状に形成され、複数のティース部を有するステータコア５７と、該各ティース部に巻回される巻線５９とを備えている。このステータ５３の内側には、磁石埋込型ロータ５４が回転可能に収納されている。磁石埋込型ロータ５４は、円板状のコアシートを複数枚積層して形成されるロータコア６０を備え、そのロータコア６０の中央に形成された貫通孔６１に回転軸６２が嵌入されている。回転軸６２は、ハウジング５２及びアルミフレーム５５に設けられた軸受６３によって回転可能に支持されている。
【０００６】
磁石埋込型ロータ５４の端部には、位置検出用のセンサマグネット６５が固定され、そのセンサマグネット６５に対向する位置に回転センサ６６が設けられている。回転センサ６６は、磁石埋込型ロータ５４の回転位置を検出し、検出信号をモータ外部に設けられた制御回路６８に出力する。また、制御回路６８は、磁石埋込型ロータ５４の回転位置に基づいた駆動電流をステータ５３の巻線５９に供給する。その駆動電流の供給に基づいて、ステータ５３に回転磁界が生じ、その回転磁界によって磁石埋込型ロータ５４が回転する。
【特許文献１】特開平１１−１５３００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のブラシレスモータ５１では、その制御回路６８が別体になっているため、モータ内部の回転センサ６６と制御回路６８とをリード線などにより接続する必要がある。そのため、リード線の配線材やそれを固定する固定部材によるコストが増加してしまう。また、リード線の取り回しスペースを確保しなければならないといった問題も生じる。
【０００８】
この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを抑制しつつ、小型化を図ることができる電動機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、プレートと、前記プレートに固定され、ステータコアに巻線が巻回されたステータと、前記ステータの内側に回転可能に収納され、ロータコアに磁石が装着されたロータとを備え、前記ロータの回転位置に応じて前記ステータの巻線に駆動電流を供給するための制御回路を内蔵した電動機であって、前記制御回路が形成される回路基板を、前記プレートにおけるステータの固定面の反対側に装着し、該回路基板には前記ロータの回転位置を検出するための回転センサを一体的に形成した。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動機において、前記プレートは金属製のプレートである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電動機において、前記回路基板には、前記プレートを挟んで回転軸の端部が対向する位置に、前記制御回路を構成する回路素子を設けた。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電動機において、前記プレートに、前記回転センサを収納するための溝を設けた。
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の電動機において、前記プレートに、前記回転センサを収納するための貫通孔を設けた。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機において、前記ロータに固定された回転軸の端部が前記プレートに当接しないよう該回転軸を保持する軸受けを備えた。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の電動機において、前記プレートに前記軸受けを収納する軸受けハウスを設け、該軸受けハウスと前記軸受けの外輪との間に弾性部材を設けた。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項６に記載の電動機において、前記ロータコアの中央部に軸方向の凹部を設け、該凹部に前記軸受けを挿入した。
請求項９に記載の発明は、請求項６に記載の電動機において、前記ロータコアの中央部に貫通孔を設け、該貫通孔に嵌め込まれたカップ状部材を介して前記ロータコアと回転軸とを固定し、前記軸受けをそのカップ状部材の内側に配置した。
【００１５】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、制御回路が形成される回路基板がプレートにおけるステータの固定面の反対側に装着され、その回路基板上に回転センサが一体的に形成されるので、従来のように制御回路と回転センサとを接続するリード線が不要となり、スペース的に有利なものとなる。また、プレートの一方の固定面にステータ及びロータが設けられ、他方の固定面に回路基板が設けられるので、回路基板の装着を容易に行うことができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、プレートが金属プレートであるので、制御回路の回路素子で発生する熱を効率良く放熱することができる。また、回路基板に加わる外力が抑制され、制御回路を確実に保護することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明によれば、回路基板において回転軸の端部が対向する部位、すなわち回路基板の中央部分を含む部位にも回路素子が実装されて制御回路が構成される。このようにすると、回路基板の実装面を有効に利用することができ、電動機の小型化が可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、プレートに形成した溝に、回路基板における回転センサの軸線方向の出っ張り部分を収容することができるので、電動機の小型化が可能となる。
【００１９】
また、請求項２の発明のように、プレートが金属製である場合、該プレートに発生する渦電流によってセンサ感度の低下が問題となる。これに対し、請求項５に記載の発明によれば、プレートに貫通孔を設け、その貫通孔内に回転センサが収納されるので、渦電流によるセンサ感度の低下を抑制することができる。また、プレートに形成した貫通孔に、回転センサの軸線方向の出っ張り部分を収容することができるので、電動機の小型化が可能となる。
【００２０】
請求項６に記載の発明によれば、回転軸の端部がプレートに当接しないので、該プレートに装着された回路基板を保護することができる。
請求項７に記載の発明によれば、軸受けハウスと軸受けの外輪との間に弾性部材を介在させることにより、プレートに伝わるロータ振動が抑制され、回路基板上の制御回路を確実に保護することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、ロータコアの凹部に軸受けが挿入されることにより、電動機の軸方向の体格を小さくすることができる。また、回転軸を２つの軸受けで保持する場合、ロータの両端を短いピッチで固定することが可能となり、ロータ振動を抑制することができる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、軸受けをコア中央部に配置させることができ、電動機の軸方向の体格をより一層小さくすることができる。また、プレート側の軸受けを省略することができる。この場合、プレートに回転軸が保持されないので、ロータ振動が回路基板に伝達されることを防止できる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、製造コストを抑制しつつ、小型化を図ることができる電動機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
本実施形態の電動機は、車両用エンジンのバルブタイミング可変装置に用いられるブラシレスモータであり、モータを駆動するための駆動装置（ＥＤＵ：Electric Driver Unit）が内蔵されている。
【００２５】
図１に示すように、ブラシレスモータ１のハウジング２は略有底円筒状に形成され、そのハウジング２内にステータ３と磁石埋込型ロータ４とが設けらている。そして、そのハウジング２の開口部を塞ぐようにプレートとしてのプレート状のアルミフレーム５が設けられている。
【００２６】
ステータ３は、円筒状に形成され、複数のティース部を有するステータコア７と、該各ティース部にインシュレータ８を介して巻回される巻線９とを備えている。ステータ３は、巻線９に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。
【００２７】
ハウジング２は、ステータコア７とほぼ同じ径を有する大径部２ａと、その大径部２ａよりも径が小さな小径部２ｂとを有する。ステータ３は、ハウジング２の大径部２ａ内に収納され、大径部２ａと小径部２ｂとの間の段差部に当接している。そして、そのステータ３の外周端は、ハウジング２の段差部とアルミフレーム５から突出する固定凸部５ａとにより挟持され固定されている。
【００２８】
ステータ３の内側には、磁石埋込型ロータ４が回転可能に収納されている。磁石埋込型ロータ４は、円板状のコアシートを複数枚積層してなるロータコア１０を備え、そのロータコア１０に形成されたスリット内に永久磁石１１が挿入されている。また、ロータコア１０の軸方向両端部に固定板１２が設けられ、ロータコア１０及び固定板１２に形成された貫通穴にカシメピン１３を挿入してかしめることによって、永久磁石１１がロータコア１０に形成されたスリットから抜け出ないように該スリット内に固定されている。
【００２９】
また、ロータコア１０の中央部には貫通孔１５が設けられ、その貫通孔１５に回転軸１６が嵌入されている。本実施形態におけるロータコア１０は、回転軸１６に直接固定されているが、ロータコア１０と回転軸１６との間に係合部材を介在させて固定してもよい。
【００３０】
回転軸１６は、ハウジング２及びアルミフレーム５に設けられた軸受け（ボールベアリング）１７，１８によって回転可能に支持されている。詳しくは、アルミフレーム５の中央部分には収容部（軸受けハウス）１９が設けられており、その収容部１９の内周面に弾性部材２０を介して軸受け１８の外輪が固定され、軸受け１８の内輪は回転軸１６に固定されている。この軸受け１８によって、回転軸１６の端部がアルミフレーム５に当接しないよう回転保持されている。また、軸受け１８の外輪とアルミフレーム５の収容部１９との間に弾性部材２０を介在させることにより、アルミフレーム５に伝達されるロータ振動が抑制されている。
【００３１】
ハウジング２の中央部分にも収容部２１が設けられており、その収容部２１の内周面に軸受け１７の外輪が固定され、軸受け１７の内輪は回転軸１６に固定されている。この軸受け１７によって回転軸１６の中央部が回転可能に保持されている。さらに、ハウジング２の収容部２１において軸受け１７よりも外側にオイルシール２２が設けられ、ハウジング２の収容部２１と回転軸１６との隙間がシールされている。
【００３２】
磁石埋込型ロータ４の端部には、リング状のセンサマグネット２４が該ロータ４と一体回転可能に固定されている。センサマグネット２４は磁石埋込型ロータ４の回転位置を検出するために設けられるものであり、該センサマグネット２４にはＮ極とＳ極が所定角度毎に交互に設けられている。
【００３３】
本実施形態のブラシレスモータ１では、アルミフレーム５において前記ステータ３が固定される固定面の反対側に該モータ１を駆動するためのＥＤＵ（Electric Driver Unit）２５が設けられ、そのＥＤＵ２５（回路基板２６や給電板２７の回路素子２８など）を覆うようにモータカバー３０が装着されている。
【００３４】
詳述すると、モータカバー３０内において、アルミフレーム５にＥＤＵ２５のコネクタハウジング３１が固定され、そのハウジング３１には複数の接続端子３２が設けられている。各接続端子３２としては、３相駆動電流を供給するための電源端子やエンジン制御用のＥＣＵ（図示略）との間で制御信号を入出力するための信号端子などがある。電源端子３２から延びるリード端子３３がコネクタハウジング３１から導出されており、そのリード端子３３は、ステータ３の給電用端子３４に抵抗溶接にて接続されている。さらに、ステータ３の給電用端子３４に巻線９の端末がヒュージングにて接続されている。
【００３５】
アルミフレーム５には、回路基板（セラミック基板からなるＥＤＵ基板）２６が固定されており、その回路基板２６に制御回路３５が形成されている。また、回路基板２６において、前記センサマグネット２４に対向する位置に回転センサとしてのホールＩＣ３６が一体に形成されている。なお、本実施形態では、３相の電磁回路の制御上、回路基板２６におけるホールＩＣ３６は、回転軸１６を中心として所定角度間隔で３つ設けられている。
【００３６】
各ホールＩＣ３６は、磁石埋込型ロータ４の回転位置を検出し、検出信号を制御回路３５に出力する。本実施形態のホールＩＣ３６は、アルミフレーム５に設けられた貫通孔３８に収納されるている。これにより、そのホールＩＣ３６の軸方向の出っ張り分による体格の増大が抑制される。また、金属製のアルミフレーム５内で発生する渦電流によるセンサ感度の低下が防止される。
【００３７】
回路基板２６の上段（図１ではコネクタハウジング３１の右側）に給電板２７が配設され、該給電板２７には、電源配線以外に平滑コンデンサ２８ａやチョークコイル２８ｂからなるノイズフィルタ３９が形成されている。このノイズフィルタ３９は、モータに供給される３相駆動電流のノイズを除去し、モータノイズの発生を抑制する。
【００３８】
回路基板２６に形成される制御回路３５は、ホールＩＣ３６の検出信号によって磁石埋込型ロータ４の回転位置を検出する。また、制御回路３５は、ＥＣＵからの制御信号（回転方向や速度指令の信号）とその磁石埋込型ロータ４の回転位置とに基づいてモータ駆動信号を生成し、該モータ駆動信号をコネクタハウジング３１の接続端子３２からＥＣＵに出力する。ＥＣＵは、モータ駆動信号を受け、巻線９の励磁タイミングが適切となるよう駆動電流をモータ１の電源端子３２に供給する。そして、その駆動電流は、給電板２７などを通じてステータ３の巻線９に供給される。それにより、ステータ３に回転磁界が生じ、その回転磁界によって磁石埋込型ロータ４が回転する。
【００３９】
以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）制御回路３５が形成される回路基板２６がアルミフレーム５におけるステータ３の固定面の反対側に装着され、その回路基板２６上に回転センサとしてのホールＩＣ３６が一体的に形成される。このようにすれば、従来のブラシレスモータ５１ように制御回路６８と回転センサ６６とを接続するリード線が不要となり、スペース的に有利なものとなる。また、アルミフレーム５の一方の固定面にステータ３及び磁石埋込型ロータ４が設けられ、他方の固定面に回路基板２６が設けられるので、回路基板２６の装着を容易に行うことができる。さらに、アルミフレーム５へのステータ３などの組み付け時において、制御回路３５の損傷が回避される。従って、ブラシレスモータ１の製造コストを抑制しつつ、小型化を図ることができる。
【００４０】
（２）アルミフレーム５が金属製のプレートであるので、制御回路３５の回路素子２８で発生する熱を効率良く放熱することができる。また、回路基板２６に加わる外力が抑制され、制御回路３５を確実に保護することができる。
【００４１】
（３）回路基板２６において、アルミフレーム５を挟んで回転軸１６の端部が対向する位置、すなわち、回路基板２６の中央部分にも回路素子２８が実装されて制御回路３５が構成されている。このようにすると、回路基板２６の実装面を有効に利用することができ、モータ１の小型化が可能となる。
【００４２】
（４）アルミフレーム５には貫通孔３８が設けられ、その貫通孔３８内にホールＩＣ３６が収納される。この場合、アルミフレーム５に発生する渦電流によるセンサ感度の低下を抑制することができる。また、回路基板２６におけるホールＩＣ３６の軸方向の出っ張り部分がアルミフレーム５の貫通孔３８に収納されるので、その分だけモータ１の小型化が可能となる。
【００４３】
（５）アルミフレーム５には軸受け１８を収納する収容部１９が設けられ、該軸受け１８により、回転軸１６の端部がアルミフレーム５に当接しないように保持されているので、アルミフレーム５に装着された回路基板２６上の制御回路３５を保護することができる。
【００４４】
（６）アルミフレーム５の収容部１９と軸受け１８の外輪との間に弾性部材２０を介在させることにより、アルミフレーム５に伝わるロータ振動が抑制されるので、回路基板２６上の制御回路３５を確実に保護することができる。
【００４５】
尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・図２や図３に示すように磁石埋込型ロータ４の構成を変更してもよい。なお、上記実施の形態と同様な構成部分については同一符号を付している。
【００４６】
すなわち、図２のブラシレスモータ１において、ロータコア１０の中央部に軸方向凹部１０ａが設けられ、その凹部１０ａに軸受け１７の収容部２１が挿入されている。このように、ロータコア１０の凹部１０ａに軸受け１７が挿入されることによって、ブラシレスモータ１の軸方向の体格を小さくすることができる。また、各軸受け１７，１８の間隔が短くなるため、磁石埋込型ロータ４の両端が短いピッチで固定されることとなる。従って、磁石埋込型ロータ４の振動が抑制され、その振動に伴う制御回路３５の疲労を防止することができる。
【００４７】
また、図３に示すブラシレスモータ１では、ロータコア１０の中央部に軸方向の貫通孔１０ｂが設けられており、この貫通孔１０ｂ内に軸受け１７が配置されている。詳しくは、ロータコア１０の貫通孔１０ｂにはカップ状部材４１の大径部４１ａの外周面が嵌め込まれ、カップ状部材４１の小径部４１ｂの内周面に回転軸１６の端部が嵌め込まれている。このカップ状部材を介して磁石埋込型ロータ４が回転軸１６に固定される。また、カップ状部材４１の大径部４１ａの内側に、ハウジング２の収容部２１が配設されている。ハウジング２の収容部２１の内周面に軸受け１７の外輪が固定され、軸受け１７の内輪は回転軸１６に固定されている。この軸受け１７によって回転軸１６が回転可能に保持されている。また、回転軸１６の端部と対向するアルミフレーム５の中央部分には、凹部５ｂが形成されており、該回転軸１６の端部がアルミフレーム５に当接しないようになっている。このように、カップ状部材４１を介して磁石埋込型ロータ４と回転軸１６とを固定することにより、軸受け１７をコア中央部に配置させることができるので、モータ１の軸方向の体格をより一層小さくすることができる。また、アルミフレーム５側の軸受け１８を省略することができ、アルミフレーム５に回転軸１６の端部が保持されていないので、ロータ振動がアルミフレーム５を介して回路基板２６に伝達されることを防止でき、制御回路３５を確実に保護できる。
【００４８】
・アルミフレーム５の貫通孔３８とホールＩＣ３６との隙間を、非電導部材で塞ぐようにしてもよい。また、アルミフレーム５を非電導性プレートに代えてもよく、その場合には、その非電導性プレートに溝を形成し、その溝内にホールＩＣ３６を埋め込むように構成する。このようにしても、センサ感度を低下させることなく、ブラシレスモータ１の軸方向の体格を小さくすることができる。
【００４９】
・磁石埋込型ロータ４を構成するロータコア１０は、コアシートを積層してなる積層コアであるが、鉄焼結で成形したコア材を用いてもよい。
・上記実施形態では、回転センサとしてホールＩＣ３６を使用したが、これ以外に、例えば、磁気抵抗素子等の磁気検出素子を用いてもよい。
【００５０】
上記実施形態から把握できる技術的思想を記載する。
（イ）前記プレートは、非電導性プレートであり、前記回転センサはそのプレート内に埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【００５１】
（ロ）前記ロータは、ロータコアに永久磁石が埋め込まれた磁石埋込型ロータであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電動機。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一実施の形態のブラシレスモータを示す断面図。
【図２】別例のブラシレスモータを示す断面図。
【図３】別例のブラシレスモータを示す断面図。
【図４】従来のブラシレスモータを示す断面図。
【符号の説明】
【００５３】
１…電動機としてのブラシレスモータ、３…ステータ、４…磁石埋込型ロータ、５…プレートとしてのアルミフレーム、７…ステータコア、９…巻線、１０…ロータコア、１０ａ…凹部、１０ｂ…貫通孔、１６…回転軸、１７，１８…軸受け、１９…軸受けハウスとしての収容部、２０…弾性部材、２６…回路基板、２８…回路素子、３５…制御回路、３６…回転センサとしてのホールＩＣ、３８…貫通孔、４１…カップ状部材。
【図１】
2005269875.tif 000003
【図２】
2005269875.tif 000004
【図３】
2005269875.tif 000005
【図４】
2005269875.tif 000006