(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6185771
(24)【登録日】2017年8月4日
(45)【発行日】2017年8月23日
(54)【発明の名称】モータ
(51)【国際特許分類】
H02K 3/50 20060101AFI20170814BHJP
【FI】
H02K3/50 A
【請求項の数】16
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2013-133630(P2013-133630)
(22)【出願日】2013年6月26日
(65)【公開番号】特開2014-11955(P2014-11955A)
(43)【公開日】2014年1月20日
【審査請求日】2016年6月21日
(31)【優先権主張番号】10-2012-0069847
(32)【優先日】2012年6月28日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】513276101
【氏名又は名称】エルジー イノテック カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100146318
【弁理士】
【氏名又は名称】岩瀬 吉和
(74)【代理人】
【識別番号】100114188
【弁理士】
【氏名又は名称】小野 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100119253
【弁理士】
【氏名又は名称】金山 賢教
(74)【代理人】
【識別番号】100129713
【弁理士】
【氏名又は名称】重森 一輝
(74)【代理人】
【識別番号】100143823
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 英彦
(72)【発明者】
【氏名】リュウ・ウンソン
【審査官】
土田 嘉一
(56)【参考文献】
【文献】
特開2009−247138(JP,A)
【文献】
国際公開第2004/010562(WO,A1)
【文献】
特開2006−115681(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 3/50
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータハウジング、
前記モータハウジングの内側に配置され、ステーターコアと、前記ステーターコアに巻き取られるコイルとを含むステーター、
前記ステーターの内側に回転可能に配置されるローター、及び、
前記ステーター及び前記ローターに結合されて前記コイルに電源を供給するプレートモジュールを含み、
前記プレートモジュールは、積層される第1乃至第4プレートを含み、
前記第2乃至第4プレートは、前記コイルと電気的に連結されて3相電源を供給し、
前記第1プレートは、少なくとも3つのコイル貫通孔と、前記少なくとも3つのコイル貫通孔と離隔される少なくとも3つの端子貫通孔を含み、
前記コイルは、前記端子貫通孔と電気的に連結されて前記コイル貫通孔とは絶縁され、
前記コイル貫通孔と前記端子貫通孔は、前記第1プレートの円周方向に交代に配置されることを特徴とする、モータ。
【請求項2】
前記第1乃至第4プレートは、互いに同じ径を有することを特徴とする、請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記コイル貫通孔は、第1径を有し、
前記端子貫通孔は、前記第1径より小さい第2径を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ。
【請求項4】
前記少なくとも3つのコイル貫通孔は、第1乃至第3コイル貫通孔を含み、
前記端子貫通孔の数は、前記第1乃至第3コイル貫通孔の数の合計と同じであることを特徴とする、請求項3に記載のモータ。
【請求項5】
前記端子貫通孔の数は12個であり、
前記第1乃至第3コイル貫通孔は、各4つずつ合わせて12個形成されることを特徴とする、請求項4に記載のモータ。
【請求項6】
前記第2プレートは、
第1径を有する第4コイル貫通孔、及び
前記第1径より小さい第2径を有する第2端子貫通孔を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ。
【請求項7】
前記第4コイル貫通孔は20個、前記第2端子貫通孔は4つ形成されることを特徴とする、請求項6に記載のモータ。
【請求項8】
前記第3プレートは、
第1径を有する第5コイル貫通孔、及び
前記第1径より小さい第2径を有する第3端子貫通孔を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ。
【請求項9】
前記第5コイル貫通孔は20個、前記第3端子貫通孔は4つ形成されることを特徴とする、請求項8に記載のモータ。
【請求項10】
前記第4プレートは、
第1径を有する第6コイル貫通孔、及び
前記第1径より小さい第2径を有する第4端子貫通孔を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のモータ。
【請求項11】
前記第6コイル貫通孔は20個、前記第4端子貫通孔は4つ形成されることを特徴とする、請求項10に記載のモータ。
【請求項12】
前記第2径は、前記コイルの径と対応することを特徴とする、請求項3乃至11のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項13】
前記第1乃至第4プレートは、内径と外径とを有するリング状に設けられることを特徴とする、請求項1乃至12のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項14】
前記第1乃至第4プレートは、銅を含む通電層を有することを特徴とする、請求項13に記載のモータ。
【請求項15】
前記内径は、
前記ローターの径より大きく形成されることを特徴とする、請求項13または14に記載のモータ。
【請求項16】
前記コイルは、前記コイル貫通孔を通過し、
前記コイル貫通孔を通過する前記コイルの外周面は、前記コイル貫通孔を形成する前記第1プレートの内周面と離隔され、
前記コイルの外周面と前記第1プレートの内周面との間には離隔空間のみが形成されることを特徴とする、請求項1乃至15のいずれか一項に記載のモータ。
【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関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、自動車のステアリングの安全性を保障するための装置として別の動力で補助するステアリング装置が用いられる。従来には、このような補助ステアリング装置として油圧を用いた装置を使用したが、最近は、動力の損失が少なくて正確性に優れた電動式ステアリング装置(Electronic Power Steering System)が用いられる。
【0003】
前記のような電動式ステアリング装置(EPS)は、車速センサー、トルクアングルセンサー及びトルクセンサー等で感知した運行条件により電子制御装置(ECU、Electronic Control Unit)でモータを駆動して旋回安全性を保障し、迅速な復原力を提供することで、運転者が安全な走行ができるようにする。
【0004】
このようなEPSシステムは、運転者がステアリングをするためにハンドルを操作するトルクをモータが補助することによって、より少ない力でステアリング作業ができるようにするが、前記モータとしては、BLDCモータが用いられる。
【0005】
一般に、前記BLDCモータは、ハウジングと、カバー部材との結合で、モータの外観を形成し、前記ハウジングの内周面にはステーターが設けられ、前記ステーターの中央には、前記ステーターとの電磁気的相互作用により回転可能に設置されるローターが設けられる。前記ローターは、回転軸によって回転可能に支持されるが、前記回転軸の上部には車両のステアリング軸が連結されて、前記のようにステアリングを補助する動力を提供する。このように構成されたEPSモータのステーターは、バスバーを介して巻線されたコイルに電源が供給される。
【0006】
ステーターは、コアとコアに巻線されたコイルとで構成されるが、一般に車両に用いられるモータは、コイル抵抗による損失減少のために複数のコイルを並列連結する。従って、並列接続時にはコイルを入出力端子まで延ばし、端子でまとめて接続する方式を用いる。前記のように並列配置されたコイルをまとめて接続するために、ステーターの上側にはバスバー(Busbar)が結合するが、バスバーを結合するために、ステーターの上側に各々の巻線されたコイルのコイル端子が配置され、前記バスバーは前記コイル端子に連結される。
【0007】
前記バスバーには前記コイル端子と電気的に連結される複数の金属部材がインシュレーターによって絶縁されながら固定されて配置される。前記バスバーは、略ドーナツ形状でステーターの上面と対応するように構成される。バスバーの外周面にはコイル端子と接続するための複数のターミナルが配置される。
【0008】
前記バスバーの形状は連結される電源によって異なるが、一般にEPSモータは、3相(3−phase)回路を介して、各々の入出力ターミナルがバスバーの外周面に順次配置される。
【0009】
しかし、このようにバスバーを用いてコイルを連結する場合、バスバーにコイルを連結する工程に困難があり、バスバーの高さほどEPSモータの高さが高くなるため、モータの小型化に困難がある。
【0010】
また、バスバーを製造するためには、バスターミナルを形成して、インシュレーターでバスバー本体をモールド成型する等、複雑な工程を要するため、工程時間が過度に要する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、モータの小型化及び組立性を向上できるように構造が改善されたブラシレスモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一実施形態に係るモータは、モータハウジング、前記モータハウジングの内側に設けられ、ステーターコアと、前記ステーターコアに巻き取られるコイルとを含むステーター、前記ステーターの中心に回転可能に設けられるローター、及び複数のプレートが積層され、前記ステーター及びローターの上側に結合されて前記コイルに電源を供給するプレートモジュール、を含むことを特徴とする。
【0013】
前記プレートモジュールは、互いに同じ径を有する第1乃至第4プレートを含んでもよい。
【0014】
前記第1プレートは、第1径を有する第1乃至第3コイル貫通孔、及び前記第1径より小さい第2径を有する第1端子貫通孔、を含んでもよい。このとき、前記第1端子貫通孔の数は、前記第1乃至第3コイル貫通孔の数の合計と同じであってもよい。
【0015】
本発明の一実施形態によると、前記第1端子貫通孔の数は12個であり、前記第1乃至第3コイル貫通孔は各3つずつ合わせて12個形成されてもよい。
【0016】
前記第2プレートは、第1径を有する第4コイル貫通孔、及び前記第1径より小さい第2径を有する第2端子貫通孔を含んでもよい。このとき、前記第4コイル貫通孔は20個、前記第2端子貫通孔は4つ形成されてもよい。
【0017】
前記第3プレートは、第1径を有する第5コイル貫通孔、及び前記第1径より小さい第2径を有する第3端子貫通孔を含んでもよい。このとき、前記第5コイル貫通孔は20個、前記第3端子貫通孔は4つ形成されてもよい。
【0018】
前記第4プレートは、第1径を有する第6コイル貫通孔、及び前記第1径より小さい第2径を有する第4端子貫通孔を含んでもよい。前記第6コイル貫通孔は20個、前記第4端子貫通孔は4つ形成されてもよい。
【0019】
前記第2径は前記コイルの径と対応される。
【0020】
前記第1乃至第4プレートは、内径と外径を有するリング状に設けられてもよい。
【0021】
また、前記第1乃至第4プレートは、少なくとも4オンス(Oz.)以上の銅を含む通電層を有してもよい。
【0022】
前記内径は、前記ローターの径より大きく形成されてもよい。
【発明の効果】
【0023】
従来用いられた複雑な構造のバスバーの代わりに、複数のプレート部材を積層して電源の各極性及び共通端子の連結が可能であるため、モータ高さを低くしてより小型のモータを提供することが可能となる。
【0024】
また、ステーターに巻線されるコイルの先端をバスバーのターミナルに連結する複雑な工程を、プレート部材にコイルの先端を挿入した後、ヒーティングガン等で加熱して半田付けする工程に代わることができ、モータ組み立ての生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【
図1】本発明の一実施形態に係るモータの一部切開断面図である。
【
図2】本発明の一実施形態に係るプレートモジュールの分解斜視図である。
【
図7】コイルが巻線されたステーターコアの斜視図である。
【
図8】
図7のステーターコアに巻き取られたコイルの先端を脱皮した後、プレートモジュールを挿入した状態を示す斜視図である。
【
図9】
図8のプレートモジュールの上側に突出したコイルの脱皮部分を切断した状態を示す斜視図である。
【
図10】
図9のプレートモジュールの上側において通電性部材で半田付けした状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、本発明の一実施形態に係るモータを添付図面を参照して説明する。
【0027】
図1は、本発明の一実施形態に係るモータの一部切開断面図、
図2は、本発明の一実施形態に係るプレートモジュールの分解斜視図、
図3は、
図2の第1プレートの平面図、
図4乃至
図6は、それぞれ、
図2の第2乃至第4プレートの平面図、
図7は、コイルが巻線されたステーターコアの斜視図、
図8は、
図7のステーターコアに巻き取られたコイルの先端を脱皮した後、プレートモジュールを挿入した状態を示す斜視図、
図9は、
図8でプレートモジュールの上側に突出したコイルの脱皮部分を切断した状態を示す斜視図、
図10は、
図9のプレートモジュールの上側で通電性部材で半田付けした状態を示す斜視図である。
【0028】
図1に示したように、本発明によるEPSモータは、モータハウジング10、ステーター20、ローター30を含み、前記ステーター20に巻線されたコイル22に電源を供給するためのプレートモジュール100を含んでもよい。
【0029】
モータハウジング10は、略円筒状に設けられ、上側に開口部を形成し、下側は閉鎖される。前記モータハウジング10の内部には、前記ステーター20とローター30、前記ローター30を回転可能に支持する回転軸30aが設けられる。
【0030】
ステーター20は、ステーターコア21とコイル22、及び前記コイルの先端を脱皮して構成するコイル端子25を含む。前記ステーターコア21は、複数の歯を設けて、前記歯の周りに前記コイル22がインシュレーターの介在下に巻線されるように設けられてもよい。前記コイル22の先端は脱皮して、前記コイル端子25を形成できるが、前記コイル端子25は、
図2に示したように、一定の径と長さを有する円柱状に設けられる。
【0031】
ローター30は、前記ステーター20の中央に回転可能に設けられ、ローターコアの外周面に複数のマグネットが装着されて構成される。回転軸30aは、前記ローター30と同軸に設けられ、一端は前記ハウジング100の底面に設けられた下側軸受によって回転可能に支持され、その他端は図示しないカバー部材に設けられた上側軸受によって支持される。
【0032】
センシングユニット34は、プレート31、センシングマグネット32、及び磁気素子33を含む。前記プレート31は、略ディスク状に設けられ、上側に前記センシングマグネット32が接着剤等を用いて固定される。前記センシングマグネット32は、中央に通孔を有する形状に設けられてもよい。
【0033】
磁気素子33は、前記センシングマグネット32の磁場変化を感知するもので、前記センシングマグネット32と対向するように設けられる。前記磁気素子33は、前記ローター30の上側に配置される印刷回路基板35に設けられてもよい。
【0034】
プレートモジュール100は、
図2に示したように、複数の同一の外部形状を有する第1乃至第4プレート110〜140が積層結合される。このとき、前記第1乃至第4プレート110〜140は、中央にリング状の通孔が形成され、前記通孔の径は少なくとも前記ローター30の径より大きく形成される。前記通孔は、
図1に示したように、前記印刷回路基板35と干渉しない大きさで形成される。
【0035】
第1プレート110は、
図3に示したように、共通端子(common terminal)の役割を果たすもので、図示したように外周面に複数の貫通孔が形成されてもよい。このとき、前記貫通孔は、第1径を有する第1コイル貫通孔111、第2コイル貫通孔112、第3コイル貫通孔113と、前記第1径より小さい第2径を有する第1端子貫通孔115で設けられる。このとき、前記第1乃至第3コイル貫通孔111〜113と第1端子貫通孔115は、図示したように交互に配置されてもよい。即ち、第1コイル貫通孔111の次に第1端子貫通孔115が配置され、その隣に第2コイル貫通孔112、さらに第1端子貫通孔115、その隣に第3コイル貫通孔113、さらに第1端子貫通孔115の順に配置されてもよい。このような配置構成の理由は、後で説明する。
【0036】
第2プレート120は、
図4に示したように、前記のように第1プレート110と同一の外周面と内周面を有するリング状に設けられてもよい。前記第2プレート120は、前記第1径と対応する径を有する第4コイル貫通孔121と、前記第1端子貫通孔115と対応する第2径を有する第2端子貫通孔122とを含んでもよい。
【0037】
第3プレート130は、
図5に示したように、前記のように第1プレート110と同一の外周面と内周面を有するリング状に設けられてもよい。前記第3プレート130は、前記第1径と対応する径を有する第5コイル貫通孔131と、前記第1端子貫通孔115と対応する第2径を有する第3端子貫通孔132とを含んでもよい。
【0038】
第4プレート140は、
図6に示したように、前記のように第1プレート110と同一の外周面と内周面を有するリング状に設けられてもよい。前記第4プレート140は、前記第1径と対応する径を有する第6コイル貫通孔141と、前記第1端子貫通孔115と対応する第2径を有する第4端子貫通孔142とを含んでもよい。
【0039】
前記第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142は、通電可能な材質で形成され、前記第2径は、前記コイル22の径と対応するように構成される。このとき、前記第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142の内周面には、半田コーティングなどを行い、ホットガン(hot gun)等の道具を用いて熱を加える場合、前記第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142を通過するコイル22と通電可能に連結されるようにすることができる。
【0040】
また、前記第1乃至第4プレート110、120、130、140は、共通に、前記第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142と通電可能に配置される通電層を表面または内部に構成することができるが、前記通電層が上側面または下側面に配置される場合には、外部のショート等を防止できるように絶縁性塗料等で塗装またはコーティングしてもよく、前記通電層が内部に形成される場合、通電層を覆う部材は絶縁性部材で形成してもよい。一方、前記通電層は、厚さや面積よりは用いる通電性部材の重さが重要であるが、本発明の一実施形態によると、前記通電性部材は、銅材質であり、重さは少なくとも4オンス(oz.)以上で設けられてもよい。このとき、モータの径に応じて前記プレートモジュール100の径と厚さはこれと対応して増減できるが、前記通電性部材である銅の重さを4オンス以上さえ維持できれば、厚さは自由に調節可能であり、各々のプレート110〜140の厚さは最大1mmを越えないように構成することができる。一般に、4オンスの銅を用いるプレートモジュール100を形成する場合、リング状に製造されるため、一般的なPCB形成のために必要とするエッチング工程が省略されるため、製造単価が安くなる。
【0041】
一方、連結される極性により前記貫通孔の数は可変できるが、本発明の一実施形態に係るモータは3相電源と連結されるため、前記貫通孔は各々のプレート110〜140毎に合わせて24個が貫通形成される。従って、前記第1プレート110は合わせて12個の第1端子貫通孔115が形成され、第1乃至第3コイル貫通孔111〜113は各3つ、合わせて12個が形成される。
【0042】
また、第2乃至第4プレート120〜140は同じ形状と構造を有するが、第2プレート120の場合、合わせて20個の第1径を有する第4コイル貫通孔121と、合わせて4つの第2径を有する第2端子貫通孔122とを有することができる。前記第3及び第4プレート130、140の場合にも同様に、合わせて20個の第1径を有する第5及び
図6コイル貫通孔131、141と、合わせて4つの第2径を有する第3及び第4端子貫通孔132、142とを有することができる。
【0043】
一方、前記のように構成されたプレートモジュール100は、積層結合するが、各々の貫通孔を特定の配置位置になるように積層結合する必要がある。即ち、
図2に示したように、最下側には共通端子で構成される第1プレート110が配置される。そして、前記第1プレート110の上側には第1極性を有する電源と連結される第2プレート120が積層されるが、前記第2プレート120の第2端子貫通孔122が前記第1コイル貫通孔111と対応するように配置することができる。同様の方法で、第3プレート130の第3端子貫通孔132は第2コイル貫通孔112と対応する位置に配置され、第4プレート140の第4端子貫通孔142は第3コイル貫通孔113と対応する位置に配置できる。
【0044】
以下、本発明に係るプレートモジュール100の結合方法を
図7乃至
図10と共に説明する。本発明は、3(U、V、W)相電源を用いるブラシレスモータに関するものであるため、ステーター20の一般的な構成は、
図1と共に説明した。
【0045】
図7に示したように、ステーターコア21に巻線されたコイル22の先端23は、コイル22を覆っている絶縁被覆で覆われた状態でステーターコアの上側に長く立てられた状態で配置される。このとき、前記コイルの先端23は、前記ステーターコア21の長さ方向と平行方向に真っすぐ起立した状態で配置して、前記コイルの先端23が前記プレートモジュール100に形成された複数の貫通孔を通過できるようにする。
【0046】
このとき、前記のように、前記第1端子貫通孔115を通過したコイルの先端23を脱皮した脱皮部24は、前記第2乃至第4プレート120、130、140の第4乃至第6コイル貫通孔121、131、141を通過するため、前記第1端子貫通孔115のみで通電可能に連結できる。
【0047】
また、前記第1コイル貫通孔111を通過したコイルの先端23を脱皮した脱皮部24は、前記第2プレート120の第2端子貫通孔122を通過した後、前記第3及び第4プレート130、140の第5及び第6コイル貫通孔131、141を通過するため、前記第2端子貫通孔122のみで通電可能に連結できる。
【0048】
また、前記第2コイル貫通孔112を通過したコイルの先端23を脱皮した脱皮部24は、前記第2プレート120の第4コイル貫通孔121を通過した後、前記第3プレート130の第3端子貫通孔132を通過し、前記第4プレート140の第6コイル貫通孔141を通過するため、前記第3端子貫通孔132のみで通電可能に連結できる。
【0049】
また、前記第3コイル貫通孔113を通過したコイルの先端23を脱皮した脱皮部24は、前記第2及び第3プレート120、130の第4及び第5コイル貫通孔121、131を通過した後、前記第4プレート130の第4端子貫通孔142を通過するため、前記第4端子貫通孔142のみで通電可能に連結できる。
【0050】
このような連結が終了すると、
図9に示したように、前記プレートモジュール100の上側に突出した脱皮部24を除去して、コイルターミナル25を形成し、
図10のように、前記コイルターミナル25部分を鉛等の通電性部材200を用いて半田付けして、組立てが終了する。
【0051】
または、図示していないが、前記のように前記第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142の周りに半田コーティング等を予め行った後、プレート部材100の組立てが終了した後、ヒートガン等で熱を加えて、予め備えた半田コーティングを溶かして、前記第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142を通過したコイル脱皮部24を第1乃至第4プレート110〜140と通電可能に連結することができる。このとき、第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142の径は、前記コイル22の径と対応する第2径を有し、前記第1乃至第6コイル貫通孔111、112、113、121、131、141は、前記第2径より大きい径を有する第1径を有するため、
図10のように、上側で鉛等で半田付け工程を行うと、第1乃至第4端子貫通孔115、122、132、142のみで脱皮部24が各プレート110〜140と通電可能に連結できる。
【0052】
このような本発明によると、既存のバスバーを用いることなく、リング状で互いに同じ外形を有する第1乃至第4プレート110〜140を積層したプレートモジュール100の結合でバスバーと同じ機能を行うことができ、組立性及び生産性を向上させることができる。
【0053】
一方、上記の本発明の一実施形態は、3相電源が印加される場合を例に挙げて説明したものであって、印加される電源の極性が増えたり減ったりする場合、前記プレートモジュール100を構成するプレートの数は増減することができる。
【0054】
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野において通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能であることを理解することができる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定めなければならない。
【符号の説明】
【0055】
10 モータハウジング
20 ステーター
21 ステーターコア
22 コイル
25 コイル端子
30 ローター
31 プレート
32 センシングマグネット
33 磁気素子
34 センシングユニット
35 印刷回路基板
100 プレートモジュール
110〜140 プレート