JP2005176451A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータの構造に関し、詳しくはスイッチング素子から発生する熱を放熱する構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of a brushless motor, and more particularly to a structure for radiating heat generated from a switching element.
一般にブラシレスモータはMOSFET素子のようなスイッチング素子により通電相を切り替えることでモータを回転させるが、スイッチング素子は通電すると発熱するためにアルミニウム製などの金属の放熱部材にばねやねじなどの圧力で押し付けて熱を伝え、放熱する必要がある。ところで、MOSFET素子のようなスイッチング素子のパッケージは通常ドレイン端子と電気的に接続された金属製の放熱フィンがあり、複数のスイッチング素子を1個の放熱部材に取り付ける場合は絶縁が必要である。つまり、スイッチング素子を放熱部材に取り付ける際、他のスイッチング素子との絶縁を確保するため放熱部材をスイッチング素子毎に絶縁する、またはスッチング素子と放熱部材との間を絶縁することが必要になる。 In general, a brushless motor rotates the motor by switching the energized phase with a switching element such as a MOSFET element. However, since the switching element generates heat when energized, it is pressed against a metal heat radiating member such as aluminum with the pressure of a spring or a screw. It is necessary to transmit heat and dissipate heat. By the way, a package of a switching element such as a MOSFET element usually has a metal radiating fin electrically connected to a drain terminal, and insulation is necessary when a plurality of switching elements are attached to one radiating member. That is, when the switching element is attached to the heat radiating member, it is necessary to insulate the heat radiating member for each switching element or to insulate the switching element and the heat radiating member in order to ensure insulation from other switching elements.
この絶縁のために従来は図7に示すように樹脂モールドして金属部が露出しないようにしたパッケージ品のスイッチング素子1′を使用していた。このスイッチング素子1′は上部に樹脂製の連出部2を有し、この連出部2にねじ止め用の穴3を設けてある。そしてスイッチング素子1′を放熱部材に当接した状態で穴3を介してねじを放熱部材に螺合して取り付けることでスイッチング素子1′を放熱部材に押し付けている。つまり、金属部が露出しないように樹脂モールドしたものであるため、ねじ止めで強く押し付けないと放熱できない。
Conventionally, for this insulation, a switching element 1 'of a packaged product in which a metal part is not exposed by resin molding as shown in FIG. 7 has been used. The
ところがこのように金属部が露出しないようにモールドしたスイッチング素子1′はねじ止めする構造にしなければならないためと、金属部が露出しないように樹脂モールドしなければならないこととによりスイッチング素子1′の寸法が大きくなり、それに伴ないモータ寸法も大きくなるという問題がある。
However, the
また上記のようにねじで取り付ける代わりに連出部2と放熱部材をばねクリップで挟持してスイッチング素子1′を取り付けるものもある(例えば、特許文献1参照)。かかるものではねじ止めの手間を要せずスイッチング素子1′を取り付けることができるが、スイッチング素子1′としては図7に示すものと同じものを用いなければならなく、スイッチング素子1′の寸法が大きくなり、それに伴ないモータ寸法も大きくなるという問題がある。
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、スイッチング素子の寸法を小さくしてモータの小型化を図ることができるブラシレスモータを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a brushless motor capable of reducing the size of the switching element and reducing the size of the motor.
上記課題を解決するために本発明に係るブラシレスモータは、固定子鉄心にコイルを巻回した固定子鉄心ブロックと、前記コイルへの通電を切り替えるためのスイッチング素子と、スイッチング素子で発生する熱を放熱するための熱伝導率の高い金属製の放熱部材と、スイッチング素子をスイッチング素子の前面から押圧して放熱部材に圧力をかけて押し付けるための板ばねからなる押さえ部材とで固定子を構成し、回転子鉄心及び永久磁石と、回転子鉄心の中心に挿通された回転軸とで回転子を構成し、固定子に空隙を介して回転子を配置して回転軸を軸受にて支持したブラシレスモータにおいて、金属製の放熱部材とスイッチング素子の少なくとも背面との間に薄肉の絶縁部材を介在すると共に板ばね材からなる押さえ部材にてスイッチング素子の前面から押圧したことを特徴とする。スイッチング素子の背面と放熱部材との間に介装した薄肉の絶縁部材でスイッチング素子と放熱部材との間が絶縁できると共に板ばねからなる押さえ部材で押さえてスイッチング素子を固定できることにより放熱フィンのような金属部が露出した小さい寸法のスイッチング素子を用いることができてモータの小型化を図ることができる。 In order to solve the above problems, a brushless motor according to the present invention includes a stator core block in which a coil is wound around a stator core, a switching element for switching energization to the coil, and heat generated by the switching element. A stator is composed of a metal heat radiating member with high thermal conductivity for radiating heat and a pressing member made of a leaf spring for pressing the switching element from the front surface of the switching element and pressing the radiating member against pressure. A brushless in which a rotor is constituted by a rotor core and a permanent magnet, and a rotating shaft inserted through the center of the rotor core, and the rotor is disposed in the stator via a gap and the rotating shaft is supported by a bearing. In a motor, a thin insulating member is interposed between a metal heat dissipating member and at least the back surface of the switching element, and a switch is made by a pressing member made of a leaf spring material. Characterized by being pressed from the front of the grayed elements. A thin insulating member interposed between the back surface of the switching element and the heat radiating member can insulate between the switching element and the heat radiating member, and can be fixed by pressing with a holding member made of a leaf spring, so that the switching element can be fixed. Therefore, a small-sized switching element with an exposed metal part can be used, and the motor can be miniaturized.
また上記絶縁部材をスイッチング素子の背面、上面及び両側の側面の4面を覆う形状にしたことを特徴とすることも好ましい。この場合、スイッチング素子の背面だけでなく、側面や上面との絶縁性が確保される。これにより放熱部材との間の絶縁だけでなく、他のスイッチング素子や押さえ部材との間の絶縁も確保され、安全がブラシレスモータを形成できる。 It is also preferable that the insulating member has a shape that covers the back surface, top surface, and side surfaces on both sides of the switching element. In this case, not only the back surface of the switching element but also the side surface and the top surface are secured. Thereby, not only the insulation with the heat radiating member but also the insulation with other switching elements and pressing members are ensured, and a safety brushless motor can be formed.
また上記絶縁部材をシリコンゴムなどの熱伝導性が高く弾性が大きい材質としたことを特徴とすることも好ましい。この場合、絶縁部材を介在しても伝熱効率がよく、押さえ部材のばね圧により放熱部材と密着性を高めることができる。またモータに振動が発生してもスイッチング素子と放熱部材との接触が保たれ、熱伝導を確保できるため、熱による破壊に対してさらに安全性が高まるようにできる。 It is also preferable that the insulating member is made of a material having high thermal conductivity and high elasticity such as silicon rubber. In this case, heat transfer efficiency is good even if an insulating member is interposed, and adhesion with the heat radiating member can be enhanced by the spring pressure of the pressing member. Further, even if vibration is generated in the motor, the contact between the switching element and the heat radiating member is maintained, and heat conduction can be ensured, so that the safety against destruction by heat can be further increased.
またスイッチング素子の背面、上面及び両側の側面の4面を覆う形状の絶縁部材の内部にスイッチング素子の金属製のフィンが納まる段差部を設けたことを特徴とすることも好ましい。この場合、スイッチング素子のフィンが段差部に納まることでスイッチング素子と絶縁部材とが外れにくくなり、組み立てが容易なモータを提供できる。 In addition, it is also preferable that a stepped portion in which a metal fin of the switching element is accommodated is provided in an insulating member that covers the back surface, the upper surface, and the four side surfaces on both sides of the switching element. In this case, since the fins of the switching elements are housed in the stepped portions, the switching elements and the insulating member are not easily detached, and a motor that can be easily assembled can be provided.
本発明は叙述のようにスイッチング素子の背面と放熱部材との間に介装した薄肉の絶縁部材でスイッチング素子と放熱部材との間が絶縁できると共に板ばねからなる押さえ部材で押さえてスイッチング素子を固定できることにより放熱フィンのような金属部が露出した小さい寸法のスイッチング素子を用いることができてモータの小型化を図ることができるという効果がある。 As described above, the present invention can insulate between the switching element and the heat radiating member with a thin insulating member interposed between the back surface of the switching element and the heat radiating member and press the switching element with a pressing member made of a leaf spring. Since it can be fixed, it is possible to use a switching element having a small dimension in which a metal part such as a heat radiating fin is exposed, and the motor can be miniaturized.
以下、本発明を図1乃至図6の添付図面に示す実施形態に基いて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the accompanying drawings of FIGS.
図1は埋め込み磁石型のブラシレスモータの軸方向断面図であり、このモータは固定子4と回転子5とから構成されている。
FIG. 1 is an axial cross-sectional view of an embedded magnet type brushless motor, and this motor includes a
電磁鋼板等が積層された固定子鉄心6の一端側にはアルミニウム等の熱伝導性のよい金属よりなる放熱部材7が配置され、固定子鉄心6に放熱部材7を連結してある。固定子鉄心6には樹脂等の絶縁物からなるコイル枠8が圧入して固定してあり、その外側にコイル9を巻装して固定子4が組み立てられている。固定子4の一端側には回路基板10が配置され、回路基板10がねじ11にて放熱部材7に固定されている。この回路基板10にはMOSFET素子のようなスイッチング素子1が搭載されており、回路基板10には回路基板10に通電するためのリード線12が接続されている。スイッチング素子3と放熱部材7とは接触させてあり、コイル9と回路基板10とは電気的に結合してある。
A
固定子4の内側には回転子5の回転子鉄心13がギャップをもって配置され、回転子鉄心13には永久磁石14が接着等で固定されている。回転子鉄心13の中央には回転軸15が挿通されて一体化されており、回転軸15の両端にはボールベアリングのような軸受16,17が装着され、回転軸15の端部にピニオン18が装着されている。このように固定子4に回転子5を組み込んだ状態で固定子4や回転子5がモータケース(図示せず)内に内装され、軸受16、17はモータケースに支持される。
A
上記のようなモータは、電流がリード線12→回路基板10→スイッチング素子1→コイル9の順に流れて回転子5の回転軸15が回転駆動される。つまり、MOSFET素子制御回路のようなスイッチング素子制御回路19により制御されるスイッチング素子1により回転子5の回転角度に応じてコイル9への通電が制御され、回転子5との間に発生するトルクにより回転子5と一緒に回転軸15が回転駆動されるようになっている。このように回転駆動されるが、スッチング素子1で発生した熱は放熱部材7及び固定子鉄心6から放熱される。このとき固定子鉄心6が放熱リブの機能をして効果的に放熱される。
In the motor as described above, the current flows in the order of the
回転子5の回転軸15には放熱部材7と反対側の位置で冷却ファン20が配置され、冷却ファン20が回転軸15に固定されて回転軸15と一緒に冷却ファン20が回転するようになっている。回転子5の回転軸15が駆動されたとき冷却ファン20が回転して冷却ファン20で送風され、冷却風としての外気が放熱部材7側から取り込まれ、スイッチング素子1→コイル9の順に通って外部に排出され、スイッチング素子1とコイル9とが順に冷却される。
A
上記スイッチング素子1は図3に示すようなパッケージ品であり、従来のように金属部が露出しないように樹脂でモールドしたパッケージ品ではなく、金属の放熱フィン21が露出している。図3でGはゲート端子、Dはドレイン端子、Sはソース端子であり、放熱フィン21はドレイン端子Dに導通している。
The
放熱部材7には直方体状の取り付け部22を有しており、この取り付け部22の四周の側面22aに図4に示すように沿わせて複数個(本例の場合6個)のスイッチング素子1を配置してある。つまり、四周の側面22aのうち長辺側の側面22aには2個のスッチング素子1を短辺側の側面22aには1個のスイッチング素子1が沿うように配置してある。スイッチング素子1を配置するときスイッチング素子1の背面が放熱部材7側を向くように配置してある。
The
スイッチング素子1を押さえて取り付ける押さえ部材23はばね性があり放熱性に優れた金属(SUS、銅等)の板ばね材にて形成されており、矩形状の本体板23aの周縁から複数の押圧片23bと直交する方向に突設してある。この押さえ部材23の本体板23aを取り付け部22の端面22bに当接し、ビスのようなねじ24を本体板23aから取り付け部のねじ穴25に螺合して押さえ部材23を取り付けある。このように押さえ部材23を取り付けることで押圧片23bをスイッチング素子1の前面を押圧してスイッチング素子1を保持している。
The pressing
スイッチング素子1は回路基板10に搭載してあり、回路基板10のスイッチング素子制御回路19に接続されている。図2は回路図であり、スイッチング素子制御回路19により6個のスイッチング素子1のオン、オフの組み合わせを変え、3相のコイル9へ流す電流の向きを変えることで回転子5を回転駆動することができる。図2ではHU、HV、HWはハイサイドの3相のスイッチング素子1であり、LU、LV、LWはローサイドの3相のスイッチング素子1である。
The switching
ところで、図2のようにLU、LV、LWで示すローサイドの3相のスイッチング素子1のドレイン端子はDU、DV、DWとなっており、HU、HV、HWで示すハイサイドの3相のスイッチング素子1のオン、オフにより各端子の電位は変化する。LU、LV、LWで示すローサイドの3相のスイッチング素子1を放熱部材7に電気的に絶縁せずに取り付けると、DU、DV、DWに示すドレイン端子が短絡するためにローサイド側のいずれかのスイッチング素子1がオンされ、コイル9を介さずにオンされたスイッチング素子1を通って流れる。このとき、コイル9と比較してMOSFET素子のようなスイッチング素子1の抵抗は小さいため、大電流が流れてスイッチング素子1が破壊される。従って、少なくともローサイド側の3個のスイッチング素子1は放熱部材7に対して絶縁する必要がある。ハイサイド側のスイッチング素子1のドレイン端子は全て電源電圧Vhと接続されているため、ハイサイド側のスイッチング素子1間の絶縁は不要である。
Incidentally, as shown in FIG. 2, the drain terminals of the low-side three-
そして本発明ではスイッチング素子1を放熱部材7に絶縁して接触するために少なくともスイッチング素子1の背面と放熱部材7との間に薄肉の絶縁部材26を介在させている。本例では最低限絶縁が必要なローサイド側の3つのスイッチング素子1と放熱部材7との間に絶縁部材26を介在させている。この絶縁部材は26はシリコンゴムなどの高伝導率、高弾性の絶縁材質にて形成されており、押さえ部材23の押圧片23bの押圧にて放熱部材7、絶縁部材26、スイッチング素子1が密着して熱伝導率が高まる。また振動が発生しても弾性により吸収して外れにくくなる。このようにスイッチング素子1が絶縁部材26を介して設けることにより、放熱フィン21のような金属部が露出した小さい寸法のスイッチング素子1を用いることができてモータの小型化を図ることができる。
In the present invention, a thin insulating
また本例の場合、絶縁部材26は図4に示すようにスイッチング素子1の背面だけなく、上面及び両側の側面を覆うような箱状に形成されている。このように絶縁部材26でスイッチング素子1の上面及び両側の側面を覆うようにすると、隣接するように配置されたスイッチング素子1に対して絶縁を確保できると共に押さえ部材23に対しても絶縁を確保できる。上記のように絶縁部材26はスイッチング素子1の背面、上面及び両側の側面を覆う箱状に形成されているが、この箱状の絶縁部材26内には図6に示すように段差部27を設けてあり、スイッチング素子1に絶縁部材26を被着したとき放熱フィン21が段差部27に収まるようになっている。このようしてあると、組み立て時にスイッチング素子1に絶縁部材26を外れないように止めることができ、組み立て性を向上することができる。
In the case of this example, the insulating
また図5に示すように押さえ部材23の押圧片23bにてスイッチング素子1の前面を直接押さえて取り付けおり(スイッチング素子1の前面はパッケージで絶縁されている)、絶縁部材26ではスイッチング素子1の前面を覆っていないため、押さえ部材23からの放熱は促進される。
Further, as shown in FIG. 5, the front surface of the
1 スイッチング素子
4 固定子
5 回転子
6 固定子鉄心
7 放熱部材
9 コイル
13 回転子鉄心
14 永久磁石
15 回転軸
16 軸受
17 軸受
21 放熱フィン
23 押さえ部材
26 絶縁部材
27 段差部
1 Switching element
4 Stator
5
14 Permanent magnet
DESCRIPTION OF
Claims (4)
3. The brushless motor according to claim 2, further comprising a step portion in which a metal fin of the switching element is accommodated inside an insulating member that covers the back surface, the top surface, and the four side surfaces on both sides of the switching device.
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