JP2006333587A

JP2006333587A - モータシステム

Info

Publication number: JP2006333587A
Application number: JP2005151628A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakagawa; 紘一中川
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2005-05-24
Filing date: 2005-05-24
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】ＦＥＴ等の電子部品を配線基板に簡単に取り付けることができると共に、放熱効果が高く、さらにスペースを小さくすることができるモータシステムを提供する。
【解決手段】電動工具５０内部に取り付けられるモータシステム１０であって、モータ１０のモータケース１８の下部に放熱器１４が取り付けられ、この放熱器１４の下方に放熱シート７４を介して配線基板１６が取り付けられ、配線基板１６の下面にパワー回路用のＦＥＴ７０が取り付けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動工具の駆動源等に用いられるモータシステムに関するものである。

電動ドリルや、インパクトドライバ等の電動工具の駆動源としてブラシレスＤＣモータが用いられ、このブラシレスＤＣモータは電動工具のフレーム内部に収納され、また、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）の下面には、モータを駆動するための駆動回路を有した配線基板が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

従来のモータ１００に、配線基板１０２を取り付ける構造について図９及び図１０に基づいて説明する。

モータ１００は、金属製のモータケース１０４を有し、このモータケース１０４の下部にはアルミニウム製の放熱器１０６がネジ止めされている。この放熱器１０６は放熱器基部１０８から複数のフィン１１０が突出した構造になっている。この放熱器１０６の下方には、配線基板１０２が取り付けられている。配線基板１０２の上面にはモータ１００を駆動させるためのインバータ用のＦＥＴ１１２が６個取り付けられ、このＦＥＴ１１２は放熱のために放熱器基部１０８にもネジ１１４によって固定されている。
特開２００３−３０５６６７号公報

上記構成のモータシステムにおいては、配線基板１０２の上面に取り付けられたＦＥＴ１１２をネジ１１４によって放熱器基部１０８に固定する必要があるため、配線基板１０２に開口部１１６を設ける必要があると共にその取り付け作業が非常に困難であるという問題点がある。

また、放熱器基部１０８と配線基板１０２の間にはＦＥＴ１１２が存在するため、放熱器基部１０８から配線基板１０２までの厚みが大きくなるという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、ＦＥＴ等の電子部品を配線基板に簡単に取り付けることができると共に、放熱効果が高く、さらにスペースを小さくすることができるモータシステムを提供する。

請求項１に係る発明は、モータのケース下部に金属製の放熱器が取り付けられ、前記放熱器の下方に配線基板が取り付けられたモータシステムにおいて、前記配線基板の下面に電子部品が固定され、前記配線基板と前記放熱器との間に放熱シートが挟持されていることを特徴とするモータシステムである。

請求項２に係る発明は、前記放熱器は、放熱器基部と、この放熱器基部から上方に突出した複数のフィンを有し、前記放熱器基部の下面に前記放熱シートが接触していることを特徴とする請求項１記載のモータシステムである。

請求項３に係る発明は、前記配線基板には放熱貫通孔が複数開口していることを特徴とする請求項１記載のモータシステムである。

請求項４に係る発明は、前記配線基板の下面にバスバー用金属板が取り付けられ、前記バスバー用金属板によって前記モータシステムの固定子からのコイルと前記電子部品、または、前記電子部品同士とが接続されていることを特徴とする請求項１記載のモータシステムである。

請求項５に係る発明は、前記バスバー用金属板が合成樹脂によってモールド成型されていることを特徴とする請求項４記載のモータシステムである。

請求項６に係る発明は、前記電子部品がＦＥＴであることを特徴とする請求項１記載のモータシステムである。

請求項７に係る発明は、前記モータがブラシレスＤＣモータシステムであることを特徴とする請求項１記載のモータシステムである。

請求項８に係る発明は、前記モータシステムが電動工具のフレーム内部に収納され、前記モータが前記電動工具の駆動源であることを特徴とする請求項１記載のモータシステムである。

請求項１に係る発明のモータシステムであると、配線基板の下面に電子部品が固定され、配線基板と放熱器との間に放熱シートが挟持されている。そのため、配線基板と放熱器との厚みが小さくなり、また、電子部品から出た熱は放熱シートを介して放熱器によって放熱される。さらに、配線基板の下面に電子部品を取り付ける構造であるためその取り付け作業が簡単である。

請求項２に係る発明のモータシステムであると、放熱器基部の下面に接触している放熱シートからの熱は複数のフィンによって効率的に放熱される。

請求項３に係る発明のモータシステムであると、配線基板に放熱用貫通孔が複数開口しているため、電子部品からの熱がこの貫通孔を通して放熱シートに伝わり易い。

請求項４に係る発明のモータシステムであると、大電流が流れるモータの固定子からのコイルと電子部品、または、前記電子部品同士との間の電気的接続がバスバー用金属板によって接続されているため、回路損失が少なく発熱を抑えることができる。また、制御回路とパワー回路が１枚の配線基板に混在していても、パワー回路系の配線をバスバー用金属板によって行うためノイズが乗りにくい。さらに、配線がバスバー用金属板によって行われているため振動を吸収でき信頼性が向上する。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態のモータシステム１０について図１〜図４に基づいて説明する。

（１）電動工具５０の構造
まず、モータシステム１０が取り付けられている電動工具５０について図４に基づいて説明する。

電動工具５０は例えば電動ドリルであって、ピストル型のフレーム５２の前端部にドリル５４がドリルチャック５６を介して取り付けられている。モータシステム１０からの出力軸はギヤボックス５８を介してドリルチャック５６に連結されている。さらに、フレーム５２の把持部６０の下部にはモータシステム１０を駆動させるための充電池６２が着脱自在に取り付けられている。また、把持部６０の上端部前方には、トリガー式のスイッチ６４が設けられている。

（２）モータシステム１０の構成
次に、モータシステム１０の構成について図１〜図３に基づいて説明する。

モータシステム１０は、三相のブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータという）１２と、放熱器１４と配線基板１６とより構成されている。

（１−１）モータ１０の構成
モータ１０のモータケース１８は金属製の筒状であって、前端部と後端部にそれぞれブラケット１９，１９が設けられている。このモータケース１８の内部には、リング状の固定子２０が設けられている。この固定子２０は、鋼板を積層した固定子鉄心２２に絶縁層を介してコイル２４が巻回されている。このコイル２４の端部２５はモータケース１８の外部に引き出されている。なお、このモータ１０は三相のブラシレスＤＣモータであるため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の少なくとも３本のコイル２４の端部２５が引き出されている。

この固定子２０の内周側には回転子２６が配されている。この回転子２６は、回転子鉄心２８内部にマグネット３０が挿入され、前端部及び後端部が合成樹脂製の蓋部３２，３２によって覆われている。また、回転子２６の中心部にはシャフト３４が貫通している。このシャフト３４はベアリング３６，３８によってモータケース１８の一対のブラケット１９，１９に回動自在に固定されている。

固定子２０の前方であって、モータケース１８の内部にはドーナツ型のセンサ基板４０が取り付けられている。このセンサ基板４０にはホールＩＣ４２が３個取り付けられ、回転子２６の位置を検出する。このセンサ基板４０からはセンサ用のコード４４が引き出されている。

モータ１０のモータケース１８から突出したシャフト３４の前端部は、前記したギヤボックス５８に連結されている。また、シャフト３４の後端部には放熱を促進するためのファン６８が取り付けられている。

（１−２）放熱器１４の構成
放熱器１４は、アルミニウム製であり、板状の放熱器基部４６から複数のフィン４８が上方に垂直にかつ平行に複数枚突出し、放熱器基部４６とフィン４８が一体成型されている。そして、この放熱器基部４６とモータケース１８とはネジ６６によって固定されている。

（１−３）配線基板１６の構成
配線基板１６には、モータ１２を駆動させるための駆動回路を構成するものであり、パワー回路と制御回路とからなる。インバータ回路を構成する電子部品はＦＥＴ７０、ダイオード等であり、このインバータ回路は大きな電流が流れているため以下ではパワー回路という。そして、このインバータ回路を制御する論理回路等のＩＣや、ホールＩＣ４２からの位置信号によって位置の検出を行う位置検出回路等を以下では制御回路という。この制御回路はパワー回路と異なり電流が流れる量が少ないため放熱量も少ない。

この配線基板１６の下面には、制御回路及びパワー回路を構成する全ての電子部品が下面に取り付けられている。即ち、パワー回路におけるＦＥＴ７０も配線基板１６の下面に取り付けられている。また、図３に示すようにＦＥＴ７０のランドパターン付近には放熱用貫通孔が複数開口している。

コイル２４の端部２５はコネクタ８０を介して配線基板１６に取り付けられている。センサ基板４０からのコード４４もコネクタ８２を介して配線基板１６に取り付けられている。

この配線基板１６は、放熱器基部４６の下面に、放熱シート７４を介して取り付けられている。この放熱シート７４は、伝熱性が高いシリコンゴム等によって形成されたシート状のものである。配線基板１６は、放熱器基部４６の両側部から下面に突出したフランジ部７６，７６の間に挟まれ、かつ、基板フック７８によって固定されている。

（３）モータシステム１０の効果
上記構成のモータシステム１０であると、モータ１２が回転し熱が発生するとモータケース１８が金属製であるため、その熱が放熱器１４に伝わり、フィン４８から放熱されると共に、ファン６８によって冷却される。

また、駆動によりＦＥＴ７０が発熱すると、放熱貫通孔７２を通じてその熱が放熱シート７４に伝わり、さらに放熱器基部４６を介してフィン４８から放熱される。これによって、従来の放熱構造よりもより放熱効率を向上させることができる。

また、ＦＥＴ７０は配線基板１６にのみ固定されているため、従来のように放熱器基部４６と配線基板１６に挟まれた構造ではなく、電動工具５０の使用により振動が発生しても、その振動ストレスに対してＦＥＴ７０のリード部の強度が向上する。

さらに、放熱器基部４６と配線基板１６とは放熱シート７４を挟んで取り付けられた構造であるため、従来よりその厚みを薄くすることができスペースを減少させることができる。また、従来必要であったＦＥＴ７０を取り付けるためのネジ等が不要であるためコスト及び重量を低減させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について図５〜図８に基づいて説明する。

本実施形態と第１の実施形態と異なる点は、コイル２４とＦＥＴ７０、及び、ＦＥＴ７０，７０同士を接続する構造にある。

第１の実施形態ではコイル２４の端部２５にコネクタ８０を取り付け、このコネクタ８０を配線基板１６に接続する構造であった。しかし、本実施形態では、バスバー用金属板８４を介して接続する構造となっている。

詳しくは、図７に示すように、長い長方形状の金属板から下方に脚部８６が突出した形状のバスバー用金属板８４によって接続する。このバスバー用金属板８４の一端部にコイル２４の端部２５をスポット溶接し、バスバー用金属板８４の他端部にＦＥＴ７０のリード部を半田付けする。このバスバー用金属板８４は、図６に示すように、３枚のバスバー用金属板８４があり、各バスバー用金属板８４は三相のコイル２４に対応している。これら３枚のバスバー用金属板８４は合成樹脂８７によってモールド成型され接続部材８８に埋設されている。

この接続部材８８は合成樹脂８７によって形成されているため絶縁性があり、互いのバスバー用金属板８４は絶縁されている。そして、この３枚のバスバー用金属板８４が埋設された接続部材８８を配線基板１６の下面に取り付ける。この場合には、脚部８６を配線基板１６のランドに半田付けによって固定する。このようにすることによって、三相のコイル２４の６個のＦＥＴ７０の配線を簡単に行うことができる。

大電流が流れるＦＥＴ７０とコイル２４との間はバスバー用金属板８４によって接続されているため放熱効率が高く、特に、合成樹脂によって覆われているためより放熱効果を高めることができる。

また、６個のＦＥＴ７０についても、ＦＥＴ７０，７０の各端子同士を、図８に示すバスバー用金属板９０によって接続する。そのため、大電流が流れるＦＥＴ７０、７０同士の間はバスバー用金属板９０によって接続されているため放熱効率が高い。

コイル２４とＦＥＴ７０、及び、ＦＥＴ７０、７０、７０同士との接続をバスバー用金属板８４、９０によって行うことにより、結果的に制御回路とパワー回路の接続部分を分離することができ、制御回路における配線にパワー回路からのノイズがのりにくい。

バスバー用金属板８４、９０によって配線しているため、電動工具５０による使用によって振動が発生してもその振動を吸収でき信頼性が向上する。

バスバー用金属板８４、９０は図６に示すように下面側から見てその厚みは１ｍｍ以下であるため、面積をとるこなく他の配線部分や実装面積を大きくすることができる。

（変更例）
上記実施形態では、モータシステム１０を電動工具５０に使用したが、これ以外の電気機器に用いてもよい。

また、上記実施形態ではブラシレスＤＣモータで説明したが、これ以外の誘導モータ等に適用してもよい。

本発明の第１の実施形態を示すモータシステムの縦断面図である。図面の左半分がモータシステムの前面図であり、右側が後面図である。ＦＥＴを取り付けた状態の配線基板の下面図である。電動工具の側面図である。第２の実施形態のモータシステムの縦断面図である。第２の実施形態の配線基板の下面図である。接続部材に埋設されたバスバー用金属板の縦断面図である。ＦＥＴ同士のバスバー用金属板の縦断面図である。従来のモータシステムの縦断面図である。図面の左半分はモータシステムの前面図であり、右半分は後面図である。

符号の説明

１０モータシステム
１２モータ
１４放熱器
１６配線基板
１８モータケース
２４コイル
４６放熱器基部
４８フィン
５０電動工具
７０ＦＥＴ
７２放熱貫通孔
７４放熱シート

Claims

モータのケース下部に金属製の放熱器が取り付けられ、前記放熱器の下方に配線基板が取り付けられたモータシステムにおいて、
前記配線基板の下面に電子部品が固定され、
前記配線基板と前記放熱器との間に放熱シートが挟持されている
ことを特徴とするモータシステム。
前記放熱器は、放熱器基部と、この放熱器基部から上方に突出した複数のフィンを有し、前記放熱器基部の下面に前記放熱シートが接触している
ことを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
前記配線基板には放熱貫通孔が複数開口している
ことを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
前記配線基板の下面にバスバー用金属板が取り付けられ、前記バスバー用金属板によって前記モータシステムの固定子からのコイルと前記電子部品、または、前記電子部品同士とが接続されている
ことを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
前記バスバー用金属板が合成樹脂によってモールド成型されている
ことを特徴とする請求項４記載のモータシステム。
前記電子部品がＦＥＴである
ことを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
前記モータがブラシレスＤＣモータシステムである
ことを特徴とする請求項１記載のモータシステム。
前記モータシステムが電動工具のフレーム内部に収納され、前記モータが前記電動工具の駆動源である
ことを特徴とする請求項１記載のモータシステム。