JP2006161620A

JP2006161620A - 電動送風機、及びその組立方法

Info

Publication number: JP2006161620A
Application number: JP2004352044A
Authority: JP
Inventors: Takuya Ogishima; 拓哉荻島; Hiroyuki Kushida; 博之櫛田
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-22
Also published as: CN1783655B; US20060120887A1; CN1783655A

Abstract

【課題】電動送風機のステータ巻線と制御回路基板との接続を簡単にする。
【解決手段】モータ２の回転軸３に取り付け、前記モータ２に送風するファン４と前記ファン４を収納するファンカバー１５からなるファン部と、前記モータ２のステータ１９の巻回された巻線１０２を保持し、前記ファン部側に開口部をもつモータ支持体６からなるモータ部と、前記モータ部を保持し、前記ファン部を一体的に保持し、前記吸入された空気を前記モータ側への風路を形成する通風口１７を備え、前記風路の下流側で前記モータ２の開口部との間に前記巻線に流れる電流を駆動制御する駆動制御回路基板１１０を保持するフレーム６からなるフレーム部と、前記巻線１０２の終端部が前記駆動制御回路基板１１０に設けられた巻線接続端子の貫通孔を貫通した状態で前記接続端子に接続され、かつ前記接続端子が前記ファン部方向から視た時に前記フレームの通風口１７に臨む位置に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動制御回路基板が組み込まれた電動送風機、及びその組立方法に関する。

電動送風機として、例えば、特許文献１には、構造の簡素化等を実現する方法が記載されている。

特開２００２−４８０９９号公報

しかしながら、モータケース内部に制御回路基板を備えた電動送風機は、制御回路基板と実装される部品のスペースを確保しなければならない。また、組立てにあたっては、ステータ巻線の配線処理スペースを確保する必要があり、特に巻線の線径が太い場合は、駆動制御回路基板への接続のやり方が複雑である。
本発明の目的は、電動送風機について、特にステータ巻線と制御回路基板との接続を簡単に行える構造、及びその組立方法を提供することを目的とする。

ファン部と、このファン部のファンを駆動するモータ部と、前記ファン部およびモータ部を保持し、かつ、前記ファン部から前記モータ部側への風路を形成する通風口を備えたフレーム部と、前記モータ部のステータに巻回された巻線へ流れる電流を制御する駆動制御回路を備え、前記ファン部とモータ部の間に位置するように前記フレーム部に保持された駆動制御回路基板とからなり、前記モータ部のステータに巻回された巻線の終端部が前記駆動制御回路基板に設けられた巻線接続端子の貫通孔を貫通した状態で前記接続端子に接続され、かつ接続端子が前記フレーム部の通風口に臨むように前記フレーム部に保持されるようにした。

本発明によれば、電動送風機の構造の簡単化を図ることができ、さらにステータ巻線と制御回路基板との接続を容易に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態を図１ないし図６に基づいて説明する。
本実施の形態の電動送風機１は、空気を吸引するファン４とファンカバー１５とから構成されるファン部２７３（図６参照）と、モータ２とモータ２を支持するモータ支持体６からなるモータ部２７０（図６参照）とが一体的に取り付けられるフレーム８に、モータを駆動制御する駆動制御回路基板１１０が取り付けられているフレーム部２７２（図６参照）から構成されている。
ここに、本実施の形態のモータ２として、インバータ回路４４（図４参照）で駆動される三相ブラシレスモータを用いられる。

次に、電動送風機１の風路構成について説明する。モータ２の回転軸３が回転すると、その回転と一体にファン４が回転し、ファンカバー１５の上部方向（以下、電動送風機１のファン４側方向を「上部方向」とする。）に設けられた吸引開口部１６から吸引された空気がファン４を通り、ファン４の外周方向の吐出口２２から吹き出される。さらに整流板１４の整流板流入口２０４を通過し、整流板１４の裏面（下部方向）に到達する。整流板１４の裏面において、円弧形状をしたブレード（図示しない）の間を渦巻状に中心に向かって流れる。このようにして整流板１４は、ファン４の吐出口２２から吹き出される空気を一様に整流し、整流板１４により整流された空気は、フレーム８に設けられている複数の通風部２０１（図２参照）を通過し、さらに駆動制御回路基板１１０のほぼ中央に設けられている基板風路口２０８（図３参照）を通り、モータ２側へ案内される。モータ２側へ案内された空気は、モータ２を冷却し、モータ支持体６の下部に設けられている排気孔１０５から電動送風機１の外部へ排出する。

モータ２を構成する巻線１０２が巻回されたステータ１９とモータ２の回転軸３に取り付けられたロータ２０がステータ１９の内周面に位置するように、有底筒型形状をしたモータ支持体６に収納されている。このモータ支持体６は、ファン４からの空気をモータ２の内部に流入するように上部方向が開口している。また、モータ２の回転軸３の両端部は、フレーム８とモータ支持体６とにそれぞれ設けられたベアリング１１ａ、１１ｂにより回転自在に軸支される。モータ支持体６の軸方向後面側は後板部２１により有底状に閉塞されるとともに、この後板部２１の中央部が下方に向けて円筒状に突出し、内周面側に上記したベアリング１１ｂを収容するベアリング収納部１３ｂが設けられる。

次に、図２（ａ）は、フレーム８の下方から視た構成を示し、Ａ−Ａ断面を図２（ｂ）に示している。
フレーム８の外周部を構成する外周リブ２００は、モータ支持体６の外径よりも径大な円柱形をしており、略扇形をした複数（図では４つ）の通風口２０１を備え、モータ２の回転軸３と交叉する方向の裏面に、平面部２０２を有する。この平面部２０２には、３ヶ所に切欠き２６０が設けられている。これらの切欠き２６０部に図３に示す駆動制御回路基板１１０の耳部２０７が位置するように形成され、耳部２０７が切り欠き２６０の内部に収まるようになっている。また、フレーム８の略中央には、上方に向けて円筒状に突出し、内周側のベアリング収納部１３ａにベアリング１１ａ（図１参照）を収納し、中心部にモータ２の回転軸３が貫通する貫通孔１２が設けられている。さらに、モータケース６の外周の径がフレーム８の内周２６１に嵌まるようになっており、フレーム８の外周リブ２６０の内周面２６１にモータ支持体６が嵌合される。

フレーム８の上方側では、整流板１４がフレーム８の突起部２６２に設けられているネジ孔にネジで固定される。さらに整流板１４の上方に突出した回転軸３にファン４が取り付けられている。また、この整流板１４やファン４を覆うようにしてファンカバー１５がフレーム８の外周リブ２００の外周面１４に嵌合される。このようにファン部２７３がフレーム８に取り付けられる。

また、ファンカバー１５は、ファン４の上部中心部に設けられている通風口１７に対向する位置に吸引開口部１６を有するとともに、下面の全面は後部開口部（図示せず）が形成され、全体では略円筒状に形成されている。
ここに、フレーム８の上部方向には、ファンカバー１５などのファン部２７３を構成する部品が取り付けられ、また、このフレーム８の外周リブ２００の内周部にはモータ支持体６が取り付けられ、電動送風機１を構成す主要部がこのフレーム８により一体化される。
なお、本実施の形態においては、ファンカバー１５の外径がモータ支持体６の外径より大きいのでこれらの径の異なる段差部は、フレーム８の外周リブ２００により風路の外壁を形成しつつ一体化されている。

フレーム８の外周リブ２００の裏面に形成されている切り欠き２６０に、図３に示すように駆動制御回路基板１１０の外周部に設けされている耳部２０７が収納される。また駆動回路制御基板１１０の耳部２０７以外の部分は、フレーム８の外周リブ２００の内側に形成された凹部２０５（図５（ａ）参照）に位置するように取り付けられている。この駆動制御回路基板１１０の風路口２０８の周縁部にネジ孔２５０が設けられ、スペーサ２０６を介してフレーム８と所定のギャップを形成しつつネジでフレーム８に固定されている。

モータ２は、上述のごとく、モータ支持体６に固定されたステータ１９と、このステータ１９の内周面に対向する位置に配置されているロータ２０とにより構成されている。ロータ２０は、複数枚のケイ素鋼板からなるロータコアを積層し、このロータコアに複数個の永久磁石が分割して埋め込まれた内部磁石埋め込み型ロータを用いている。
ロータコアと同様、複数のケイ素鋼板が積層されるとともに、ステータ１９は、モータ支持体６内周面に環状に取り付けられている。また、ステータ１９を構成する巻線１０２は、ティースに巻回され、例えばＹ字結線されＵ相、Ｖ相、Ｗ相を形成する。各相の巻き始め、または巻き終わり同士を接続し、Ｙ字結線の中点６００とする（図４参照）。もう一方の巻線の端部２６０（図６参照）は、モータ支持体６の内部において上方（ファン部２０３の方向）を向くように端部が処理される。

また、モータ２において、ロータ２０の磁極位置検知用のセンサ磁石１０８が、ロータ２０に埋め込まれた永久磁石とは別に、ロータ２０の磁極ピッチに等しくなるように設けられている。従って、モータ２の回転軸３上には、ロータ２０に埋め込まれた永久磁石と、この永久磁石に等しい磁極ピッチのセンサ磁石１０８の二つの磁石が配置されている。また、センサ磁石１０８の磁極位置を検出するためにホール素子１０４が用いられる。モータ支持体６の後板部２１に固定されたセンサ回路基板取付け部１０６上にセンサ回路基板２５１が取り付けられている。

次に、電動送風機１の駆動制御回路基板１１０に実装されている駆動制御回路を示す概略回路図を図４に示す。直流電源部４３により供給される電源をインバータ回路４４により生成される交流電流で、ブラシレスモータからなる電動送風機１を回転駆動する。駆動制御回路の主要部は、電動送風機１の駆動を制御する電動送風機制御部４５と、インバータ回路４４を制御するドライブ回路４６ａ〜４６ｆと、インバータ回路４４を構成するＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆにより構成される

直流電源部４３は、例えば、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池、ニッケル水素電池、又はリチウムイオン電池などの２次電池、等で構成され、この直流電源部４３から供給される直流電圧が、インバータ回路４４に供給される。インバータ回路４４は、６個のパワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆを３相ブリッジ接続した構成になっている。これらのパワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆは、マイコンを主体とする電動送風機制御部４５から出力されるパルス信号に基づき動作し、パルス信号により高圧側ドライブ回路４６ａ〜４６ｃ及び低圧側ドライブ回路４６ｄ〜４６ｆが駆動され、交流電流を電動送風機１の巻線１０２ａ〜１０２ｃに供給する。なお、商用電源を整流することで直流電源部４３を構成してもよい。

また、電動送風機制御部４５には、電動送風機１の始動、停止又は電力を選択するための操作部５０、インバータ回路４４に流れる電流を検出する電流検出手段５１、直流電源部４３による入力電圧をチェックするための入力電圧検出手段５２等が接続されている。電動送風機制御部４５にはホール素子１０４が接続され、センサ磁石１０８の磁極位置情報を受けている。
なお、ここではホール素子１０４以外の磁極位置検出方法として特に図示しないが、光学式パルスエンコーダを使用する方法や、巻線１０２ａ〜１０２ｃに誘起される電圧を電圧位相検出手段によって検出する方法なども使用可能である。
巻線１０２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻き始めまたは巻き終わり同士を中点６００として接続するとともに、各相のもう一方の巻線の端部２６０は３相ブリッジ接続された６個のパワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆに接続される。

次に、電動送風機１の組立て工程について主として図６に基づき説明する。
本実施の形態の電動送風機１は４つの主要部分組立て工程からなる。第１の組立て工程は、モータ支持体６の内側にステータ１９を固定するモータ部２７０の組立てを行う工程である。第２の組立て工程は、回転軸３にロータ２０などの回転部材と装着する回転部２７１の組立てを行う工程である。第３の組立て工程は、フレーム８に制御回路基板１１０等を固定するフレーム部２７２の組立てを行う工程である。第４の組立て工程は、ファン部７３等を取り付けるファン部２７３の組立てを行う工程である。以下、これらの組立て工程の詳細について説明する。

まず最初にモータ部２７０の組立てを行う。モータ支持体６の底部に設けられたセンサ回路基板取付け部１０６にセンサ回路基板２５１を取り付けた後（図１参照）、巻線１０２ａ〜１０２ｃ（図４参照）が巻回されたステータ１９をモータ支持体６の内周部にネジ止め等により固定する。このとき、ステータ１９のティースに巻かれた巻線の端部２６０は、組立て作業を容易にするために、モータ支持体６の上方向に必要寸法より長めになるように長さが調整される。

次に、回転部２７１の組立てを行う。モータ２の回転軸３にロータ２０、センサ磁石１０８、ベアリング１１ａおよび１１ｂが取り付けられる。ロータ２０やセンサ磁石１０８用のヨークをモータの回転軸３に圧入後、センサ磁石１０８がヨークに取り付けられる（図１参照）。この後、ベアリング１１ａおよび１１ｂがモータ２の回転軸３に圧入される。

次にフレーム部２７２の組立てを行う。図５（ａ）に示すように、フレーム８の外周リブ２０の内周部に設けられている凹み部２０５側に駆動制御回路基板１１０を配置し、ネジ貫通穴２５０上からネジを通し、スペーサ２０６（図１参照）を介して駆動制御回路基板１１０をフレーム８に固定する。このようにスペーサ２０６によりフレーム８の凹み部２０５を駆動制御基板１１０とのギャップが形成され、空気の風路が確保される。
図５（ｂ）は、駆動制御回路基板１１０のフレーム８への固定状態をフレーム８の上方から見た図である。モータ部２７０のステータ１９の巻線の端部２６０を接続する接続部２２０ａ〜２２０ｃは、すべて駆動制御回路基板１１０上の、フレーム８の通風口２０１として開口されている位置の真下に設けられている。つまり、ファン部２７３側からフレーム部２７２を見た場合、駆動制御回路基板１１０上の巻線の端部２６０の接続端子２２０ａ〜２２０ｃを、フレーム８の通風部２０１から視認することができる位置、即ち、接続部２２０ａ〜２２０ｃは、それぞれ対応する通風部２０１に臨んで、設けられている。

次に駆動制御回路基板１１０をフレーム８に固定後、パワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆを制御回路基板１１０のフレーム８の通風部２０１に対面していない平面側に実装してフレーム部２７２が完成する。本実施の形態においては、パワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆとして、例えば、面実装型ＭＯＳＦＥＴが用いられ、駆動制御回路基板１１０上の巻線端子の接続端子２２０ａ〜２２０ｃの周囲にある６箇所の実装部に配置される。

次に、上記したようにモータ部２７０、回転部２７１およびフレーム部２７２の組立てがそれぞれ完成した後、これらの組立てを行う。
まず、回転部２７１のうち、ベアリング１１ａをフレーム部２７２のベアリング収納部１３ａに収納する。このとき、モータ部２７０において、ステータ１９のティースに巻かれた３本の巻線１０２ａ〜１０２ｃのそれぞれの端部２６０が、巻線接続端子２２０ａ〜２２０ｃに設けられている巻線の貫通孔（図示しない）を貫通させ、さらに上方向にフレーム８の通風口２０１を貫通させ、フレーム８の上方側に突き出す状態ができる。その後、回転部２７１の下方のベアリング１１ｂをモータ部２７０（モータケース６）のベアリング収納部１３ｂに収納し、フレーム８に設けられている固定用穴７００を介し、モータ部２７０とフレーム部２７２とをネジで一体的に固定する。

次に、巻線接続端子２２０（ａ、ｂ、ｃ）に設けられている貫通孔を貫通した巻線の端部２６０をそれぞれ電気的に接続する。フレーム８の通風部２０１から上方（ファン部７３側へ）側に突き出ている３箇所の端部２６０は、上方のフレーム８の通風部２０１を通して視認しながら張力や長さを調整されながら、巻線接続端子２２０（ａ、ｂ、ｃ）に巻線の端部２６０を半田等で電氣的に接続すると同時に機械的に固定した後、上方にはみ出している巻線端部２６０を切断し、モータ部２７０、回転部２７１およびフレーム部２７２が一体的に固定されたフレーム部２７２が完成する。

以上のように、上記駆動制御基板１１０がフレーム８に固定された後、巻線の端部２６０のそれぞれが、巻線接続端子２２０ａ〜２２０ｃの貫通孔に貫通された後、巻線接続端子に電気的に接続される。ステータ１９の巻線に大電流が流れる仕様の場合は、比較的太い線が使用されるため、実装のやり難さがあるが、本実施の形態の場合は、巻線の実装が貫通孔に挿入後に駆動制御回路基板１１０をフレームに固定するために、実装が容易である。また、巻線の端部２６０を挿入後、フレーム８の通風部２０１から視認できる部位であるので、巻線の端部２６０を接続端子２２０ａ〜２２０ｃへの接続処理の作業を容易に行うことが可能になる。

次に、上記したモータ部２７０、回転部２７１およびフレーム部２７２が一体的に組み立てられた後、ファン部２７３の組立てを行う。
まず整流板１４をフレーム部２７２のフレーム８に予め設けられているネジ孔（図示しない）にネジ留めし、ファン４をフレーム８の中心の貫通孔１２を貫通し、整流板１４から突き出ているモータ２の回転軸３に取り付ける。その後、この整流板１４やファン４を覆うようにしてファンカバー１５が整流板１４の外周部側面に嵌合され、ファン部２７３の組立て工程が完了する。以上のような工程により図１に示す電動送風機１の組立てが完了する。

上記したような電動送風機１の組立方法により、駆動制御回路基板１１０をモータ支持体６に組み込む際に、ステータ１９の巻線１０２を駆動制御回路基板１１０の巻線の貫通孔を設けているために、巻線１０２のモータ２と駆動制御回路基板１１０との配線経路を短くできるとともに、巻線１０２の貫通後の接続端子２２０ａ〜２２０ｃとの接続工程が、フレーム８の風路口２０１の上方から視認することができる位置にあるため接続作業が容易にしかも確実にできる。

上記の実施形態では、ステータ１９の巻線端部２６０の駆動回路制御基板１１０の接続端子２２０への電気的接続について、半田による方法について述べたが、その他の方法として、変形例を以下に示す。
図７に示すように駆動制御回路基板１１０の接続部２２０にかしめ筒部を有する巻線固定金具３００を取り付け、ステータ１９から引き出された巻線端部２６０を貫通孔３２０を貫通させた後、巻線固定金具３００に設けられた引っかけ部３０２に巻線端部２６０を固定することもできる。

次に、本発明の第２の実施の形態を図８及び図９に基づいて説明する。第一の実施の形態で示した部分と同一部分は同一符号を用いて示し、説明を省略する。
図８は本実施の形態の電動送風機８００の構成を一部切り欠いて示す正面図、図９はその一部の内部構成例を示す平面図である。
本実施の形態は、基本的には第１の実施の形態に準ずるものであるが、本実施の形態では、パワーデバイス２０９ａ〜２０９ｆに代えてパワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆが用いられている。パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆは、三端子を有するＭＯＳＦＥＴなどで、例えば、ＴＯ−２２０パッケージのデバイスである。これらのパワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆを取り付ける場合、フレーム８の通風部２０１よりも外周の、フレーム８の平面部２０２側にパワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆの本体部をネジ止め固定する。

フレーム８の平面部２０２にパワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆを取り付ける手順を示す。フレーム８の凹み部２０５に駆動制御回路基板１１０を固定後、パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆの電極端子が駆動制御回路基板１１０に設けられているパワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆの接続配線端子（図示しない）に位置するようにし、パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆのそれぞれをフレーム８の平面部２０２にネジで固定する。
次に、パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆの各端子を駆動回路制御基板１１０に設けられているそれぞれの電極端子に、はんだ付けにより、電気的な接続および機械的な固定を行い、パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆの駆動制御回路基板１１０上への実装を完了する。

本実施の形態では、各パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆが、フレーム９に機械的に取付け位置が固定された後に、それぞれの電極端子が駆動制御回路基板１１０へ半田等で接続されるので電極端子等に機械的な応力が負荷されることがなく、また、各パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆが直接フレーム８に固定されるので放熱効果が大きくなる利点を有する。さらに、各パワーデバイス８０９ａ〜８０９ｆが風路上に位置しないので、空気流路を乱すことがないため、風路抵抗の損失の発生を抑制できる。

本発明の第１の実施の形態の電動送風機の構成を一部切欠いて示す正面図である。フレームの形状を示す側面図および平面図である。駆動制御回路基板の形状を示す平面図である。電動送風機の駆動制御回路を示す概略回路図である。電動送風機のフレーム部の組立方法の一部を説明する図である。電動送風機の組立方法を示す斜視図である。巻線端子の駆動制御回路基板の接続端子の変形例を示す斜視図である。第２の実施の形態の電動送風機の構成を一部切欠いて示す正面図である。図８の内部を示す平面図である。

符号の説明

１電動送風機
２モータ
３回転軸
４ファン
６モータ支持体
８フレーム
１４整流板
１５ファンカバー
１６吸引開口部
１７通風口
１９ステータ
２０ロータ
２２吐出口
４３直流電源部
４４インバータ回路
４５電動送風機制御部
４６ドライブ回路
５０操作部
５１電流検出手段
５２入力電圧検出手段
８８制御回路基板
１０２巻線
１０５排気孔
１１０駆動制御回路基板
２００外周リブ
２０１通風口
２０５凹み部
２０６スペーサ
２０７耳部
２０８基板風路口
２０９パワーデバイス
２２０巻線接続端子
２６０巻線端部
２７０モータ部
２７１回転部
２７２フレーム部
２７３ファン部
３００端子部
６００中点
８００電動送風機（第２の実施の形態）
８０９パワーデバイス

Claims

ファン部と、
このファン部のファンを駆動するモータ部と、
前記ファン部およびモータ部を保持し、かつ、前記ファン部から前記モータ部への風路を形成する通風口を備えたフレーム部と、
前記モータ部のステータに巻回された巻線へ流れる電流を制御する駆動制御回路を備え、前記ファン部とモータ部の間に位置するように前記フレーム部に保持された駆動制御回路基板とからなり、
前記モータ部のステータに巻回された巻線の終端部が前記駆動制御回路基板に設けられた巻線接続端子の貫通孔を貫通した状態で前記接続端子に接続され、かつ接続端子が前記フレーム部の通風口に臨むように前記フレーム部に保持されていることを特徴とする電動送風機。
前記駆動制御回路の一部を構成し前記巻線に流れる電流をスイッチングするパワーデバイスの本体部が前記フレーム部のフレームに固定され、前記パワーデバイスの電極端子が前記駆動制御回路基板に設けられた電極端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動送風機。
請求項１記載の電動送風機の組立方法であって、
前記駆動制御回路基板の前記巻線接続端子が前記フレーム部の通風口に臨むように駆動制御回路基板をフレーム部のフレームに保持する工程と、この工程の後に、前記巻線の端部を前記巻線接続端子に設けられた貫通孔に貫通させる工程と、この工程の後に、前記フレーム部に前記モータ部を固定する工程と、この工程の後に、前記巻線接続端子の貫通孔に貫通した巻線端部を前記巻線接続端子に接続する工程を含むことを特徴とする電動送風機の組立方法。
請求項２記載の電動送風機の組立方法であって、
前記パワーデバイスの本体を前記フレーム部のフレームに固定した後、前記駆動制御回路基板の前記電極端子に前記パワーデバイスの電極端子を接続する工程を含むことを特徴とする電動送風機の組立方法。