(57)【要約】【課題】簡単な構成で回転軸の各端部に固着する軸受のスラスト方向の動きを効果的に規制できるブラシレスモータを提供する。【解決手段】開口端にフランジ１２を固定するハウジング１１内に、固定子１と回転軸１０に固着する回転子５とを有し、前記固定子１は電機子鉄心２の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極２ａを設けると共に、この各突極磁極２ａに巻回する電機子巻線３とを備え、また回転子５は鍔付永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７とを備えている。回転軸１０の各端部にそれぞれ固定する軸受１６、１７を、ハウジング１１及びフランジ１２の軸受箱１１ａ、１２ａにて保持する。回転軸１０には、各軸受１６、１７を軸受箱１１ａ、１２ａ側に押圧するコイルばね４２を配置して構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口端にフランジを固定するハウジング内に、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転軸の端部にそれぞれ固定する軸受を、ハウジング及びフランジの軸受箱にて保持するブラシレスモータにおいて、前記回転軸には、前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記回転軸の一部に、筒状の永久磁石界磁ヨークを固着する部分より小さな小径部を設け、前記小径部に前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成したことを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに係り、特に車両の補機用として好適な永久磁石界磁形のブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の低燃費化のため、エンジンで駆動されていたオイルポンプ等の車両用補機類を電動化する傾向にある。これら補機類を駆動するモータは、長寿命で低故障率の永久磁石界磁形のブラシレスモータが利用されてきている。
【０００３】
従来の永久磁石界磁形ブラシレスモータは、図５に示すように鋼製等のハウジング１１内に、固定子１と回転軸１０に固着した回転子５とを配置し、出力軸側のハウジング１１の開口端側にアルミ合金製等のカバーを兼ねるフランジ１２を取り付け固定して構成する。
【０００４】
固定子１は、電機子鉄心２の内周面側に等間隔に配列する三相分の複数の突極磁極２ａを設けると共に、これら各突極磁極２ａに配置する絶縁物製の巻枠４に、それぞれ三相接続する電機子巻線３を巻回している。この各相の電機子巻線３の端部には、ケ−ブル１３を接続してハウジング１１外に引き出し、ケーブル１３先端の端子１４を絶縁物製のコネクタハウジング１５で保持している。
【０００５】
また回転子５は、回転軸１０に機械的手段等で固着する筒状永久磁石界磁ヨーク６の外周面に、複数の磁極用永久磁石７を配置して耐熱性接着剤の接着層８で固定すると共に、磁極用永久磁石７部分を覆う磁石カバー９を設けた構成としている。
【０００６】
通常、永久磁石界磁形のブラシレスモータでは、電機子巻線３に流れる電流は、磁気検出素子２０によって検出した磁極用永久磁石７のＮ極及びＳ極の回転角度情報である磁極位置情報により制御している。このため、回転軸１０には磁極用永久磁石７と同期して回転するヨーク兼用プレート１８を固定し、これに磁極位置検出用永久磁石１９を保持させて磁極位置情報を取得に活用し、磁極位置センサとして用いるホール素子等の磁気検出素子２０によって間接的に検出している。
【０００７】
磁気検出素子２０は、通常フランジ１２側に固定するプリント基板２１に装着し、磁極位置検出用永久磁石１９と所定の間隔をおいて対向配置させている。また、磁気検出素子２０の端子は、プリント基板２１内に形成した導体パターンを介して検出用ケーブル２２と接続しており、ケ−ブル１３と同様にハウジング１１外のコネクタハウジング１５までに引き出している。良く知られているように磁気検出素子２０の電源は、電機子巻線３の電流と同様に検出用ケーブル２２により、モータ外部から供給される。また、磁気検出素子２０が検出した磁極位置信号は、モータ外に引き出された検出用ケーブル２２からコントローラに送られる。
【０００８】
磁極位置検出用永久磁石１９の磁極は、磁気検出素子２０と対向する面を磁極用永久磁石７の外周極、即ちＮ極及びＳ極の角度位置と同一関係に着磁している。また、磁極位置検出用永久磁石１９の固定は、電機子巻線３に流れる電流を精度良く制御する必要性から、磁極用永久磁石７のＮ極及びＳ極の角度の磁極位置とのずれが、可能な限り小さくなるように組み付けている。
【０００９】
一方、固定子５を設ける回転軸６は、左右にそれぞれ軸受１６及び１７を圧入等により固定しており、これらの軸受１６及び１７は、ハウジング１１及びフランジ１２の一部に設けた軸受箱１１ａ、１２ａに嵌合して支持している。軸受１６と１７は、モータの運転時の温度上昇で軸受箱１１ａ、１２ａとの線膨張差で隙間嵌め合いとなるから、例えば図６の軸受箱１２ａ側に軸受１７の側面を押さえるＣ形止め輪２２や板ばね等を設け、運転時の振動によるスラスト方向の動きを規制している。
【００１０】
上記したようなブラシレスモータの構造や磁気検出素子の取り付け構造は、例えば特許文献１から３等に記載されており、また軸受のスラスト方向の動きを規制する手段の例は、特許文献４等に記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平２−８７９５９号公報
【特許文献２】特開平６−１１３５２０号公報
【特許文献３】特開２００２−１０５７７号公報
【特許文献４】特開平５−６４３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来のようなブラシレスモータでの運転時の振動に基づく軸受のスラスト方向の動きを規制するため、軸受部分にＣ形止め輪２２や板ばねを設ける構成では、部品数が多くなって構造が複雑となる問題がある。
【００１３】
また、出力軸側の軸受１７外輪を保持するＣ形カバー２２は、形状の自由度からアルミ合金とする場合が一般的で、その場合軸受１７の外輪部分とＣ形カバー２２の線膨張差により高温時に嵌め合いが間隙となり、軸受１７の外輪部分とが回転してしまい、Ｃ形カバー２２側の軸受箱１２ａが磨耗する恐れがあった。このため、軸受１６、１７の動きを押さえる種々の提案がされているが、十分なものがなく、この改善が望まれていた。
【００１４】
本発明の目的は、簡単な構成で回転軸の各端部に固着する軸受のスラスト方向の動きを効果的に規制できるブラシレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のブラシレスモータでは、開口端にフランジを固定するハウジング内に、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転軸の端部にそれぞれ固定する軸受を、ハウジング及びフランジの軸受箱にて保持するもので、前記回転軸には、前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成したことを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、前記回転軸の一部に、筒状の永久磁石界磁ヨークを固着する部分より小さな小径部を設け、前記小径部に前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のように構成すれば、回転軸部分に配置するコイルばねにより、軸受にはそれぞれ軸受箱側に押圧する力が常に加わるから、モータの運転時の温度上昇で例え嵌め合い部分に緩みが生じたとしても、運転時の振動に基づく軸受のスラスト方向の動きを効果的に規制でき、信頼性の高いモータとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明のブラシレスモータは、開口端にフランジを固定するハウジング内に、固定子と回転軸に固着する回転子とを有し、前記固定子は電機子鉄心の内周面側に等間隔に配列する複数の突極磁極を設けると共に、前記各突極磁極に巻回する電機子巻線とを備え、前記回転子は永久磁石界磁ヨークと磁極用永久磁石とを備え、前記回転軸の端部にそれぞれ固定する軸受を、ハウジング及びフランジの軸受箱にて保持する。前記回転軸には、前記各軸受を軸受箱側に押圧するコイルばねを配置して構成する。
【実施例１】
【００１９】
本発明のブラシレスモータの一実施例を、従来と同一部分を同符号で示す図面を用いて以下に説明する。図１に示す如く本発明の回転子５は、後述するように回転軸１０に嵌合固定する鍔付永久磁石界磁ヨーク３６に、各相分の複数の磁極を形成する円筒状界磁用永久磁石３７を固着して永久磁石界磁を構成している。
【００２０】
そして、この円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面に、小間隙を介して磁気検出素子２０を対向する位置に配置し、各相のＮ極及びＳ極の回転角度情報である磁極位置情報を検出し、電機子巻線３に流れる電流の制御している。
【００２１】
磁気検出素子２０は、プリント基板２１上の所定位置に各相分を固定して内部配線と接続しており、例えばプリント基板２１は、回転軸１０が貫通できる円盤状に形成し、円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面位置に三相分の磁気検出素子２０が、容易に対向配置できるようにしている。この構造では、モータの軸方向寸法を短縮できるばかりか部品点数も少なくできるため、モータを軽量で組立て易くできる。
【００２２】
プリント基板２１は、図１に示すようにハウジング１１とフランジ１２間に配置して保持する絶縁体ホルダ２２に機械的に支持させ、円筒状界磁用永久磁石３７の一方の端面と対向する予め定めた所定の位置に、三相分の磁気検出素子２０を配置する。
【００２３】
絶縁体ホルダ２２は、例えばハウジング１１とフランジ１２間に配置して固定できる円形状に耐熱樹脂で成形製作し、しかもプリント基板２１を所定位置に位置決めして機械的に支持するため突起２３を設けている。また、絶縁体ホルダ２２には、電機子巻線３の口出し線３ａと接続する複数の端子３２からの三相分のバスバー３３及び前記磁気検出素子２０と接続する複数の検出用バスバー３４を電気的に絶縁した状態に内蔵している。この検出用バスバー３４の外部露出部は、プリント基板２１の接続位置で貫通させ、半田等にて内部配線パターンと電気的接続を行い、接続配線の引き回しのない構造としている。
【００２４】
また、絶縁体ホルダ２２には、三相分のバスバー３３及び磁気検出素子２０の３個の出力信号分と正負極分の５つの検出用バスバー３４を、ハウジング１１外に引き出して外部端子４３、４４とする部分に、一括して取り囲む一体型のコネクタハウジング３５を成形し、外部との接続を容易にしている。
【００２５】
本発明の実施例のブラシレスモータでは、回転子５は図１から図３に示すように、一端側に例えば円盤状の鍔部３８を形成した筒状の鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を用いており、この鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を回転軸１０に固着している。
【００２６】
鍔付永久磁石界磁ヨーク３６には、一端側から鍔部３８側まで挿入する中空の円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合し、接着層８で一体に固定する。両者間の接着層８による固定は、例えば、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の外周面に接着剤を塗布してから、円筒状界磁用永久磁石３７を嵌合して接着剤を硬化するか、或いは嵌合後に両者間の間隙に接着剤を注入して硬化させて形成する等によって行うようにする。
【００２７】
その上この実施例では、円筒状界磁用永久磁石３７の外面の保護に活用するカップ状の磁極カバー４２により、永久磁石界磁ヨーク６の鍔部３８側から覆って、回転子５を一体構成にしている。カップ状の磁極カバー４２は、例えば回転軸１０に嵌合して固定するか、外面に接着剤を塗布した円筒状界磁用永久磁石３７の嵌合して固定する。
【００２８】
鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の鍔部３８は、組み立てし易くするために回転軸１０と同心で円筒状界磁用永久磁石３７の外径と略同一寸法に形成して、円筒状界磁用永久磁石３７挿入時の受座となるようにしているもので、磁気検出素子２０の対向配置や、後述する軸受部分を考慮するならば、鍔なし円筒状界磁用永久磁石も使用できる。
【００２９】
またカップ状磁極カバー４２は、ステンレス等の非磁性材を用いて、回転軸１０を通す貫通孔３９を有し、この内径寸法を円筒状界磁用永久磁石３７の外径寸法に対して、組み立て可能な最少間隙を形成するようにしている。このカップ状磁極カバー４２を用いると、回転子５の回転中に円筒状界磁用永久磁石３７に何らかの障害が生じた場合でも防ぐことができるし、またカップ状磁極カバー４２を、接着層８が硬化していない状態で、組み込むようにすると、物理的に永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７との芯ずれも抑制することができる。
【００３０】
円筒状界磁用永久磁石３７を用い、この外径と鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の鍔部３８の寸法や、カップ状の磁極カバー４２の内径を適切に選択すれば、円筒状界磁用永久磁石３７と鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の芯ずれを機械的に抑制し、接着層８の不均一をより小さくでき、トルク変動が小さくて低振動で低騒音のブラシレスモータにできる。
【００３１】
この例では、円筒状界磁用永久磁石３７の寸法を、磁気検出素子２０と対向する端部が、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の端面よりも突出する長さにし、これにより円筒状界磁用永久磁石３７の端面と磁気検出素子２０の両者間が、より小さな間隔で対向させている。
【００３２】
永久磁石界磁ヨーク６と円筒状界磁用永久磁石３７との狭い間隙の接着層８は、これによる固着をより効果的にするため、図２に示す如く鍔付永久磁石界磁ヨーク３６の外周面に、この軸方向と略平行な複数の直線状溝４０を設け、この直線状溝４０で接着層８を部分的に厚くなるようにし、また鍔部３８側の近辺に周方向溝４１を設けて同様に接着層８を部分的に厚くなるようにしている。
【００３３】
これら直線状溝４０や周方向溝４１は、永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７の大きさに応じて、いずれか一方を設けるか双方を同時に設け、またその数や大きさを変更して設けることができる。各溝４０、４１により、結果的に接着層８を部分的に厚くできるから、接着層８による永久磁石界磁ヨーク３６と円筒状界磁用永久磁石３７間は、固着がより確実となり、接着層８の剥離を効果的に防止することができ、剪断強度の安定度を増して信頼性の向上が図れる。
【００３４】
回転子５を有する回転軸１０は、各軸受箱１１ａ、１２ａに嵌合する軸受１６、１７により支持されるが、本発明により図１及び図３に示すように回転軸１０部分に一つのコイルばね４５を配置し、このコイルばね４５の押圧力で各軸受１６、１７を各軸受箱１１ａ、１２ａ側に押圧し、軸受のスラスト方向の動きを規制する。
【００３５】
図に示す実施例の回転軸１０は、鍔付永久磁石界磁ヨーク３６を固着する軸の直径Ｄ１より、出力軸側部分により小さな直径Ｄ２の小径部を設けており、この小径部に一つのコイルばね４５を配置する。また、図３の例でのコイルばね４５は、その一端側はばね受座４６を介して回転軸１０に係合させると共に、他端側はばね受座４７を介して軸受１７の側面に係合させている。これによって、回転子５に何ら影響を与えることなく、コイルばね４５の押圧力で各軸受１６、１７を各軸受箱１１ａ、１２ａ側に押圧できる構造としている。
【００３６】
コイルばね４５は、その両端面部分を平坦に整形すれば、回転軸１０に配置する際に、ばね受座４６、４７の介在を省略しても、回転子５の永久磁石界磁ヨーク６側面や軸受１７の側面を損傷すること恐れもなくすことができる。
【００３７】
このように回転軸１０にコイルばね４５を配置すると、図４に示すようにハウジング１１にフランジを固定する組み立ての際等に加えられるコイルばね４５の力で、軸受１６、１７はその内輪部分が側面から常に押圧されるため、外輪部分が回転するボールによって、外側及び外周方向に向かって押圧されることになる。
【００３８】
したがって、軸受１６及び１７は、嵌め合い固定する軸受箱１１ａ、１２ａとの間に、例え緩みが生じても、コイルばね４５の押圧力が摩擦力となって軸受外輪の回動を制限し、モータ運転時の振動による回転子５の軸方向の動きを効果的に規制できる。
【００３９】
図に示した本発明の実施例では、磁気検出素子２０を配置する側の回転軸１０部分の空間を利用してコイルばね４５を配置した構造であるので、モータの軸方向寸法を大きくすることなく製作できる。
【００４０】
コイルばね４５の配置する位置は、回転子５の構造やハウジング１１の形状等により変更でき、例えば回転軸１０の軸受１６側に寸法に余裕がある場合には、この部分に配置して押圧力を加えるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のブラシレスモータの一実施例を示す縦断面図である。
【図２】回転子の分解斜視図である。
【図３】回転子を一部縦断面した説明図である。
【図４】軸受部分の説明図である。
【図５】従来のブラシレスモータの縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…固定子、２…電機子鉄心、２ａ…突極磁極、３…電機子巻線、５…回転子、８…接着層、１０…回転軸、１１…ハウジング、１２…フランジ、１１ａ、１２ａ…軸受箱、１６、１７…軸受、２０…磁気検出素子、３６…鍔付永久磁石界磁ヨーク、３７…円筒状界磁用永久磁石、３８…鍔部、４２…カップ状磁極カバー、４５…コイルばね。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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