JP2004166493A - 電気モータの制御用電子部品の接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 出力損失を最小限にする電気モータの制御用電子部品の接続装置を提供する。
【解決手段】 本発明にかかる電気モータの制御用電子部品の接続装置は、打抜きグリッド８を備え、当該打抜きグリッド８は、電力供給線とモータの位相コイルとを接続するための導体路１２’−２０’を有する。ここで、打抜きグリッド８の導体路１２’−２０’は、出力回路部品２２’−３２’を直接、電気的に接続するために装備されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電気モータの制御用電子部品の接続装置に関する。そのような装置は、例えば、電力供給線及び電気モータの位相コイルを接続するための導体路を含む打抜きグリッドの形態の接続部品を含む。特に、本発明は、整流ブラシレス直流モータの分野で使用可能であるが、直流モータに限定されない。

そのようなモータは、多数の分野で、例えば、送風機、冷却ポンプ用の若しくは操縦システム支援用の自動車技術において、使用可能になってきている。若干の例だけを挙げると、他の分野は、例えば、配管の通風機、データ処理装置用ディスク記憶装置のスピンドルモータである。

整流ブラシレスモータは、原理的には、シャフトと、ロータ部品と、ステータ部品とを含み、該ロータ部品は、シャフトに配置された１つ若しくは複数の永久磁石を有し、ステータ部品は、ステータ本体と位相コイルとを含む。２つの軸受が、ロータ部品とステータ部品とを互いに相対して軸支するために、軸方向に間隔をおいてシャフトに配置されている。

図１は、３相モータの制御回路の回路図を模式的に示す。示された例では、この制御回路は、６つの出力トランジスタ及びさらに、モータの作動を制御する図示しない制御電子部品を含む。従来技術においては、通常、モータ用制御電子部品は、プリント基板上に、絶縁された一体物として組立てられ、当該一体物は、モータにピン止めされ、若しくは、別の方法で、モータと結合される。導電プレートとモータとの結合は、接続ワイヤ及び電線により形成され、これらは、はんだ、差込プラグ又は類似のものにより、プリント基板と結合される。プラグ結合及びはんだ結合並びにモータとプリント基板との間の導線長さは、モータの抵抗を増加させ、それにより、モータコイルで使用できる電圧を低下させる。

モータ内部及びモータ外部で、モータの電気抵抗を減らすように作用し得るような結合が、例えば、以下の領域に存在する。若干の例のみを挙げると、３相モータについてのスター点を用いたモータの位相コイルのコイル端部の結合、１つの相ごとのコイルの結合、モータケーシング若しくはケーブルに使用される、プラグ結合を用いた１相のコイル端部の結合、若しくは、かかるプラグ結合と電子部品との、さらなるプラグ結合若しくは電子部品のさらなるはんだ結合によるケーブル結合がある。

下記の特許文献１から、原則として、モータ外部において、打抜きグリッド若しくは所謂リードフレームにより、位相コイルのコイル端部を接続することが知られている。そのような打抜きグリッドは、金属板を打ち抜いた導体路から構成され、当該導体路は、電気絶縁性の材料により互いに絶縁される。打抜きグリッドは、例えば、プラスチックから成る支持部材に挿入可能である。モータに連動する位相コイルは、はんだ、溶接若しくはプラグにより打抜きグリッドと結合される。特許文献１では、モータの制御電子部品と結合するための信号線が、プラグ／ジャック部を介して、モータから導出されている。リレーは、そのために具備されるプラスチック製の支持部材に保持される。モータ制御用電子部品は、導体路自体に配置され、当該導体路は、上記の信号線と結合されている。これにより、プラグ結合又ははんだ結合及び余分な導線長さに基づく抵抗の増大という上記の欠点が発生する。
独国特許出願１０１３０１１７．０

そこで、本発明の課題は、電気モータの制御用電子部品の接続装置を提供することであり、当該装置は、プラグ結合又ははんだ結合及び導線長さに基づく出力損失を最小限にし、特に、結合の総数及び導線長さを最大限に低減させる。

この課題は、請求項１の特徴を有する装置により解決される。

本発明では、電気モータの制御用電子部品の接続装置を備え、当該装置は、１つの接続部品を有し、該接続部品は、電力供給線及びモータの位相コイルを接続するための導体路を含む打抜きグリッドとして構成される。打抜きグリッドの導体路は、電子部品が打抜きグリッドに直接接続され得るように用意されている。好ましくは、打抜きグリッドは、電子部品の支持部として直接間接に利用可能なように構成される。特に、打抜きグリッドは、モータ制御用の出力トランジスタの支持部として直接利用され、若しくは、出力トランジスタは、その端子が直接打抜きグリッドと結合されるように配置される。このようにして、モータと電子部品との間の導線長さは最小化され、結合箇所の抵抗も低減される。

本発明の好ましい実施形態において、打抜きグリッドは回転対称に形成され、且つ、電子部品は、この打抜きグリッドに回転対称に配置される。これにより、打抜きグリッドの導体路及び電子部品を、最短距離で、モータの対応する位相コイルと接続して導線長さに基づく出力損失を最小限にすることが可能である。打抜きグリッドは、平坦で、平面若しくは３次元的に形成され得る。例えば、導体路から突出した曲がった打ち抜き湾曲部を有する、打抜きグリッドの３次元構造では、該湾曲部は、電子部品のために発生する熱を、良好に流出させることができる。さらに、打抜きグリッドと電子部品との間に、支持部材が嵌装される。この支持部材は、好ましくは、冷却体の機能を有し、例えば、金属プレートの形状に構成される。

本発明は、また、請求項１２の特徴を有する電気モータに関する。

本発明のさらなる好ましい実施形態は、従属クレームにおいて提供される。

本発明によれば、出力損失を最小限にする電気モータの制御用電子部品の接続装置を提供することができる。

本発明の実施の形態にかかる電気モータの制御用電子部品の接続装置について、以下図面を参照して説明する。

図１は、３相モータ用の制御電子部品の模式的な回路図を示す。このモータは、位相コイルＵ；１２，Ｖ；１４，Ｗ；１６を有し、これらの位相コイルは、図１のスター回路１０に模式的に図示されている。３つのコイル１２，１４，１６は、正の電圧供給線１８及び負の電圧供給線２０との間に接続されている。正の電圧供給線１８は、ポテンシャル電位＋Ｕ_ＢＡＴを導き、負の電圧供給線２０は、ポテンシャル電位−Ｕ_ＢＡＴを導く。位相コイル１２，１４，１６は、６つの出力回路部品Ｔ１；２２，Ｔ２；２４，Ｔ３；２６，Ｔ４；２８，Ｔ５；３０，Ｔ６；３２を介して、制御信号に応じて、電圧供給線１８，２０と結合される。出力回路部品２２乃至３２は、好ましくは、出力トランジスタである。この出力トランジスタは、図１においてＧ１乃至Ｇ６で示される制御端子を有する。この制御端子は、詳細には、出力トランジスタのゲートに対応する。受けた制御信号に基づいて、その作動を制御するために、出力トランジスタのゲートにてモータの位相コイル１２乃至１６が通電される。ブラシレス整流モータの制御方法は、例えば、独国特許１００３３５６１Ａ１及び米国特許６４００１０９Ｂ１に記載されている。

本実施形態では、出力回路部品２２乃至３２並びに電圧供給線１８，２０及びモータの位相コイル１２，１４，１６は、直接打抜きグリッドに接続され、該グリッドは、図１に従う回路を実現するために必要な導体路を含む。そのような打抜きグリッド若しくはリードフレームの１つの例が、図２に示されている。

図２に示される打抜きグリッドは、図１の回路を実現し、ここで、対応する部品及び電圧供給線は、対応する参照番号が付され、当該参照番号は、ダッシュ符号（’）により特徴的に示される。図示するように、打ち抜きグリッド８は、実質的に平面形状に構成されている。

図２に示される打抜きグリッド８は、正のポテンシャル電位＋Ｕ_ＢＡＴと接続するための導体路１８’と、負のポテンシャル電位−Ｕ_ＢＡＴと接続するための導体路２０’とを有する。さらに、位相コイルＵ，Ｖ及びＷと接続するための導体路１２’，１４’及び１６’が具備される。出力トランジスタＴ１乃至Ｔ６；２２’乃至３２’は、打抜きグリッド８と、直接電気的に接続され、ここで、打抜きグリッド８は、出力トランジスタの支持部として機能し、そのため、余分な導線長さ及びプラグ結合若しくははんだ結合に基づく抵抗は、最小化される。

図２は、特に、出力トランジスタＴ１乃至Ｔ６；２２’乃至３２’並びに対応する導体路１２’乃至２０’の、１つの可能性としての円形で回転対称な配置を示す。トランジスタＴ１乃至Ｔ３；２２’乃至２６’のドレイン端子は、共に、導体路１８’に結合され、該導体路は、正のバッテリー電圧＋Ｕ_ＢＡＴを供給する。トランジスタＴ４乃至Ｔ６；２８’乃至３２’のソース端子は、導体路２０’に結合され、該導体路は、負のバッテリー電圧−Ｕ_ＢＡＴを供給する。トランジスタＴ１及びＴ４、Ｔ２及びＴ５若しくはＴ３及びＴ６のソース端子及びドレイン端子は、それぞれ互いに結合され、位相コイルＵ，Ｖ及びＷ１２，１４，１６に通じる。トランジスタ２２’乃至３２’のゲート端子Ｇ１乃至Ｇ６を、別々の導線を介して、制御電子部品と接続することは、問題とはならない。何故なら、制御電子部品には、相対的に小さい電流のみが流れ、その結果、この結合により発生する追加的な抵抗は、モータの出力損失に関して、無視できるからである。なお、図中では、理解を容易にするために、出力トランジスタＴ１；２２’，Ｔ２：２４’，Ｔ３；２６’のゲート端子Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３と結合するための導体路３４，３６，３８のみが示されている。

図２に示される打抜きグリッドの配置は、導体路１２’，１４’，１８’並びに出力トランジスタＴ１乃至Ｔ６；２２’乃至３２’を回転対称に配置することにより、モータの位相コイルが最短距離で打抜きグリッド８に案内されて接続可能であるという利点を有する。ここで、打抜きグリッド内の電流配分は、対称であり、その結果、出力損失は最小化され、モータの各相を同一に制御することが保証される。本実施形態の打抜きグリッド８を用いて、大きい電流が流れる導体路及び出力回路部品の絶対的に対称な配置では、同一で損失のない通電が保証され、該電子部品は、プラグ結合なしで済む。

本実施形態では、特に、モータに通じる位相コイルが、はんだ若しくは溶接により、打抜きグリッド８と結合される。打抜きグリッド８の個々の導体路の横断面は、実際には、無視できる抵抗を有し、運転中には発熱しないように最適化され得る。さらに、打抜きグリッドにおいて導体路１２’乃至２０’から突出し曲げられた湾曲部を備えることが想定可能であり、当該湾曲部は、熱の放出部として作用する。本実施形態の打抜きグリッドの個々の導体路は、１つの若しくは複数の平面に配置可能である。

図２に示される打抜きグリッド８は、本発明の好ましい実施形態では、支持部材に保持可能であり、当該支持部材は、相対して配置された導体路を絶縁し、その位置に保持する。打抜きグリッド８は、支持部材に、例えば、嵌装若しくは挿入可能である。電力供給線及び位相コイルは、打抜きグリッド８の平坦な導体路にて、はんだ付けされ若しくは溶接される。その代わりに、導体路、位相コイル及び／又は出力トランジスタ用の端子が、アーチ状のブリッジ若しくはラップ加工により形成可能である。

図３は、支持プレート４０上でのトランジスタ２２’乃至３２’の配置を示す。支持プレート４０は、トランジスタ２２’乃至３２’を固定するように機能し、本実施形態では、さらに、冷却体として構成され得る。また、図３のトランジスタ２２’乃至３２’の配置では、このトランジスタは、打抜きグリッドの対応する構造上で接続可能である。

上記の記載、クレーム及び図面に開示された特徴は、単独でも、任意の組み合わせでも、本発明を実現するために、異なる実施形態において、重要である。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、本発明の思想を逸脱しない範囲で、その応用及び変形等は任意である。
例えば、本発明は、整流ブラシレス直流モータに好適に使用されるが、他の電気モータにも使用可能である。

上記実施の形態では、打ち抜きグリッドは、実質的に平面に構成されると説明した。しかし、打ち抜きグリッドの形状は、平面形状に限定されず任意である。例えば、既に述べたように、電子部品から発生する熱を放出するために、その横断面及び構造は、最適化されてもよい。すなわち、打ち抜きグリッドは、３次元形状に形成されてもよく、例えば、導体路から突出する湾曲部を有することができる。

３相モータの制御電子部品の模式的な回路図である。 本発明に従う電子部品の接続装置の模式的な上面図である。 支持プレート上の複数の出力トランジスタの配置を示す斜視図である。

符号の説明

８ 打ち抜きグリッド
１０ スター回路
１２ 位相コイル
１２’ 導体路
１４ 位相コイル
１４’ 導体路
１６ 位相コイル
１６’ 導体路
１８ 正の電圧供給線
１８’ 導体路
２０ 負の電圧供給線
２０’ 導体路
２２’ 出力回路部品（出力トランジスタ）
２４’ 出力回路部品（出力トランジスタ）
２６’ 出力回路部品（出力トランジスタ）
２８’ 出力回路部品（出力トランジスタ）
３０’ 出力回路部品（出力トランジスタ）
３２’ 出力回路部品（出力トランジスタ）
３４ 導体路
３６ 導体路
３８ 導体路
４０ 支持プレート

Claims (13)

1. 電力供給線と電気モータの位相コイルとを接続するための導体路（１２’−２０’）を有する打抜きグリッド（８）を備え、
   前記打抜きグリッド（８）の前記導体路（１２’−２０’）は、電子部品（２２’−３２’）を直接、電気的に接続するために装備されている、
   ことを特徴とする電気モータの制御用電子部品の接続装置。
2. 前記打抜きグリッド（８）の前記導体路（１２’−２０’）は、前記電子部品（２２’−３２’）を配置し支持するために装備されている、ことを特徴とする請求項１に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
3. 前記電子部品（２２’−３２’）は、出力トランジスタである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
4. 前記打抜きグリッド（８）は、正及び負の電圧供給部と結合するための導体路（１８’，２０’）と、電気モータの位相コイルと結合するための導体路（１２’−１４’）と、前記電子部品（２２’−３２’）の制御端子と結合するための導体路（３４，３６，３８）とを有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
5. 前記打抜きグリッド（８）は、回転対称であり、前記電子部品（２２’−３２’）は、当該打抜きグリッド（８）上に、回転対称に配置される、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
6. 前記打抜きグリッド（８）は、実質的に、平面に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
7. 前記打抜きグリッド（８）は、３次元状に形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
8. 前記打抜きグリッド（８）は、前記導体路（１２’−２０’）から突出し、曲がった打抜き湾曲部を有する、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
9. 前記打抜きグリッド（８）の横断面及び構造が、該打抜きグリッド（８）が前記電子部品（２２’−３２’）により発生される熱を放出するように構成されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
10. 前記打抜きグリッド（８）と前記電子部品（２２’−３２’）との間に、支持部材（４０）が挿入されている、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
11. 前記支持部材（４０）は、冷却体としての機能を有する、ことを特徴とする請求項１０に記載の電気モータの制御用電子部品の接続装置。
12. 打抜きグリッド（８）が、電気モータの位相コイルを該打抜きグリッド（８）の導体路（１２’−２０’）と接続する長さが最小化されるように、配置されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の接続装置を有する電気モータ。
13. 複数の部材からなるモータケーシングを備え、
    前記打抜きグリッド（８）を保持する支持装置が、前記モータケーシング内に保持されている、
    ことを特徴とする請求項１２に記載の電気モータ。

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