JP2008011633A

JP2008011633A - 電動機

Info

Publication number: JP2008011633A
Application number: JP2006179142A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Takada; 昌亨高田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】圧力に弱い電子部品であっても高品質を確保した上で、電動機内に内蔵し、外被モールドを実現できる電動機の提供を目的とする。
【解決手段】コンデンサ１２およびコンデンサ１３の捲回素子２１に０．１５から０．３０重量パーセント含有している水分が膨張することにより、金属ケース２３内の内圧が上昇し、金属ケース２３内の圧力と天面２３ａ上部を流動する熱硬化性樹脂１７の流動圧とが略同等になるので、金属ケース２３の側面および天面２３ａの潰れが防止できるとともに、捲回素子２１の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するので、漏れ電流は修復するため、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加を抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主にパイプファンや天井埋め込み型等の排気用および給気用の換気装置や、送風機、加湿機、除湿機、冷凍機器、空気調和機、給湯機などのファン駆動用の電動機に関するものである。

近年、換気装置等の電気機器に搭載するファン駆動用の電動機においては、低価格化、高効率化、静音化が強く求められており、誘導電動機では大幅な高効率化は困難であることから、永久磁石を使用したブラシレスＤＣモータが増えてきている。

従来、この種の電動機は、配線基板に設けられたコンデンサを保護ケースによって覆い、その後モールド樹脂によってモールド成形されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その電動機について図６および図７を参照しながら説明する。

図に示すように、合成樹脂製の箱体である保護ケース１０１は、前面に扉１０２が開閉自在に設けられ、底面には前面の開口部から連続して一対の切欠部１０３に有天面円筒形状のアルミ電解コンデンサ１０４の一対の脚１０５を挿入し、アルミ電解コンデンサ１０４を保護ケース１０１内部に収納する。その後、扉１０２を閉じ、保護ケース１０１内部にアルミ電解コンデンサ１０４の本体を完全に収納する。このような状態の後に、配線基板１０６をモールド樹脂１０７によってモールド成形した構成としている。

また、この種の電動機には補強リブと中央部が高くなる湾曲上面を有する部品収容ケースに電解コンデンサを横倒しにして収容した後、モールド樹脂によってモールド成形されたものもある（例えば、特許文献２参照）。

以下、その電動機について図８〜図１０を参照しながら説明する。

図に示すように、保護ケース１１２は内面に補強リブ１１４を有する部品収容ケース１１３と、この部品収容ケース１１３にシートヒンジ１１９で連結され、内面に補強リブ１１４を有し、湾曲上面１１６をもつ形状に形成された蓋ケース１１５より成り、電解液を含有した有天面円筒形状の電解コンデンサ１１１は部品収容ケース１１２に収容され、そのリード端子１１７はリード端子引き出し溝１１８を通して下方に引き出され、蓋ケース１１５を閉じた後に、プリント基板１２１ごとモールド樹脂１２０によってモールド成形した構成としている。
特開２００１−３３９９０９号公報特開２００３−３１９６１５号公報

このような従来の電動機によれば、モールド成形時にアルミ電解コンデンサを保護するための保護ケースを別部材として使用するため、加工工数の増加や、コストが高くなるという課題があり、保護ケースを使用しなくてもコンデンサの破損を防止できることが要求されている。

また、アルミ電解コンデンサは電解液を含有するために、通電時は常に化学反応によりガスが発生し、封口ゴム部よりガスがコンデンサケースの外部に出ることから、マイグレーションを引き起こす可能性を有しているという課題があり、マイグレーション発生の可能性を確実に防止できることが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、モールド成形しても別部材となる保護ケースを使用することなく、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加や、マイグレーションの発生のない高品質の電動機を提供することを目的としている。

本発明の電動機は上記目的を達成するために、スロットを有する固定子鉄心に絶縁体を介して電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向して回転自在に保持した回転子と、前記電機子巻線への通電を制御し、前記回転子を回転制御する駆動回路を基板上に配置し、この基板と前記固定子はフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂にて一体的にモールド成形されて外被を形成し、前記駆動回路は前記電機子巻線への電流を供給するスイッチング素子群と、このスイッチング素子群のＯＮ・ＯＦＦ制御を所定の方向と順序で制御する駆動ロジック制御手段と、前記電機子巻線に供給される電圧を平滑する電解質を有機導電性化合物にて形成した固体電解コンデンサより成り、このコンデンサは有天面円筒状の金属ケース内に陽極箔と陰極箔を捲回した捲回素子を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴムを貫通して突出した陽極リード端子と陰極リード端子にて形成され、前記捲回素子には捲回素子の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有したことを特徴とする電動機の構成としたものである。

この手段により、モールド成形時に捲回素子にわずかに含有している水分が膨張することにより、金属ケース内の内圧が上昇し、金属ケース内の圧力と天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧とが略同等になるので、金属ケースの側面および天面の潰れが防止できるとともに、捲回素子の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するので、漏れ電流は修復するため、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加を抑制した高品質の電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、スロットを有する固定子鉄心に絶縁体を介して電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向して回転自在に保持した回転子と、同一の基板上に外部より供給される電源電圧を平滑する電解質を有機導電性化合物にて形成した固体電解コンデンサと、前記電機子巻線への通電を制御し、前記回転子を回転制御する駆動回路とを備え、前記基板と前記固定子はフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂にて一体的にモールド成形されて外被を形成し、前記駆動回路は前記電機子巻線への電流を供給するスイッチング素子群と、このスイッチング素子群のＯＮ・ＯＦＦ制御を所定の方向と順序で制御する駆動ロジック制御手段より成り、前記コンデンサは有天面円筒状の金属ケース内に陽極箔と陰極箔を捲回した捲回素子を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴムを貫通して突出した陽極リード端子と陰極リード端子にて形成され、前記捲回素子には捲回素子の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有したことを特徴とする電動機の構成としたものである。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、コンデンサの天面は半球形状としたことを特徴とする電動機の構成としたものである。

この手段により、コンデンサの天面の強度が上がることから、金属ケースの天面の潰れが防止できるので、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加をより一層抑制した高品質の電動機が得られる。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、コンデンサの天面には凸部を設けたことを特徴とする電動機の構成としたものである。

また、本発明の電動機は上記目的を達成するために、コンデンサの天面近傍にはモールド成形時に発生するガスを逃がすガス排出部を設けたことを特徴とする電動機の構成としたものである。

この手段により、金属ケースの天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧を下げることができることから、金属ケースの天面の潰れが防止できるので、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加をより一層抑制した高品質の電動機が得られる。

本発明によれば、モールド成形時に電機子巻線に供給される電圧を平滑する固体電解コンデンサの捲回素子にわずかに含有している水分が膨張することにより、金属ケース内の内圧が上昇し、金属ケース内の圧力と天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧とが略同等になるので、金属ケースの側面および天面の潰れが防止できるとともに、捲回素子の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するので、漏れ電流は修復するため、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加を抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。

また、本発明によれば、モールド成形時に外部より供給される電源電圧を平滑する固体電解コンデンサの捲回素子にわずかに含有している水分が膨張することにより、金属ケース内の内圧が上昇し、金属ケース内の圧力と天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧とが略同等になるので、金属ケースの側面および天面の潰れが防止できるとともに、捲回素子の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するので、漏れ電流は修復するため、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加を抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。

また、本発明によれば、コンデンサの天面の強度が上がることから、金属ケースの天面の潰れが防止できるので、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加をより一層抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。

また、本発明によれば、金属ケースの天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧を下げることができることから、金属ケースの天面の潰れが防止できるので、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加をより一層抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、スロットを有する固定子鉄心に絶縁体を介して電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向して回転自在に保持した回転子と、前記電機子巻線への通電を制御し、前記回転子を回転制御する駆動回路を基板上に配置し、この基板と前記固定子はフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂にて一体的にモールド成形されて外被を形成し、前記駆動回路は前記電機子巻線への電流を供給するスイッチング素子群と、このスイッチング素子群のＯＮ・ＯＦＦ制御を所定の方向と順序で制御する駆動ロジック制御手段と、前記電機子巻線に供給される電圧を平滑する電解質を有機導電性化合物にて形成した固体電解コンデンサより成り、このコンデンサは有天面円筒状の金属ケース内に陽極箔と陰極箔を捲回した捲回素子を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴムを貫通して突出した陽極リード端子と陰極リード端子にて形成され、前記捲回素子には捲回素子の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有したことを特徴とする電動機の構成としたものであり、モールド成形時に電機子巻線に供給される電圧を平滑する固体電解コンデンサの捲回素子にわずかに含有している水分が膨張することにより、金属ケース内の内圧が上昇し、金属ケース内の圧力と天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧とが略同等になるので、金属ケースを潰す応力が掛からないとともに、捲回素子の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、スロットを有する固定子鉄心に絶縁体を介して電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向して回転自在に保持した回転子と、同一の基板上に外部より供給される電源電圧を平滑する電解質を有機導電性化合物にて形成した固体電解コンデンサと、前記電機子巻線への通電を制御し、前記回転子を回転制御する駆動回路とを備え、前記基板と前記固定子はフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂にて一体的にモールド成形されて外被を形成し、前記駆動回路は前記電機子巻線への電流を供給するスイッチング素子群と、このスイッチング素子群のＯＮ・ＯＦＦ制御を所定の方向と順序で制御する駆動ロジック制御手段より成り、前記コンデンサは有天面円筒状の金属ケース内に陽極箔と陰極箔を捲回した捲回素子を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴムを貫通して突出した陽極リード端子と陰極リード端子にて形成され、前記捲回素子には捲回素子の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有したことを特徴とする電動機の構成としたものであり、モールド成形時に外部より供給される電源電圧を平滑する固体電解コンデンサの捲回素子にわずかに含有している水分が膨張することにより、金属ケース内の内圧が上昇し、金属ケース内の圧力と天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧とが略同等になるので、金属ケースを潰す応力が掛からないとともに、捲回素子の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、コンデンサの天面は半球形状としたことを特徴とする電動機の構成としたものであり、コンデンサの天面の強度が上がるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、コンデンサの天面には凸部を設けたことを特徴とする電動機の構成としたものであり、コンデンサの天面の強度が上がるという作用を有する。

請求項５に記載の発明は、コンデンサの天面近傍にはモールド成形時に発生するガスを逃がすガス排出部を設けたことを特徴とする電動機の構成としたものであり、金属ケースの天面上部を流動するモールド樹脂の流動圧を下げることができるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１〜図４に示すように、１は電動機で、１０は複数のスロットを有する固定子鉄心１０ａに絶縁材にて形成されたインシュレータ１１を介して電機子巻線２を巻装した固定子で、３は回転子であり、プラスチックマグネットを射出成形時に極配向させてシャフト２０と一体成形して形成しており、主磁極部は極異方性磁石３ａとなっている。回転子３は固定子１０に対向し、回転自在に配置されている。４は極異方性磁石３ａの磁束密度分布を検知する磁束密度分布検知手段となるホール素子で、Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５は上段側スイッチング素子で、Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６は下段側スイッチング素子であり、ブリッジ接続してインバータ回路６を形成している。５は駆動ロジック制御手段で、電機子巻線２に所定の方向と順序で順次全波通電となるよう上段側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６のＯＮ・ＯＦＦを制御し、電流波形制御手段７は磁束密度分布検知手段４によって検知した波形に略相似形になるように、上段側スイッチング素子Ｑ１、Ｑ３、Ｑ５と下段側スイッチング素子Ｑ２、Ｑ４、Ｑ６が飽和に近い非飽和状態になるようにフィードバックしながら出力バイアス電流を調整する。１５は商用交流電源を接続する交流電源接続手段であり、９は交流電源を全波整流する整流手段で、８は整流手段９にて全波整流されたリップルを有する高圧の電圧を４５Ｖ以下の低圧直流電圧に変換する降圧型のチョッパ回路にて形成された低圧直流電圧変換手段で、この低圧直流電圧変換手段８にて変換された低圧直流電圧はコンデンサ１２により平滑されて、インバータ回路６を介して電機子巻線２に供給される。そして、低圧直流電圧変換手段８と整流手段９の間には、外部より供給され全波整流した電圧を平滑するコンデンサ１３を配している。駆動回路１４はインバータ回路６と駆動ロジック制御手段５と電流波形制御手段７とコンデンサ１２より構成され、整流手段９とコンデンサ１３と低圧直流電圧変換手段８と駆動回路１４は同一の基板１６上に実装され、この基板１６と固定子１０は炭酸カルシウムや水酸化アルミニウムなどのフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂１７にてモールド成形されて外被を形成している。１８はブラケットで軸受け１９を保持している。ここで、コンデンサ１２とコンデンサ１３は、その電解質を有機導電性化合物とした固体電解コンデンサであり、有天面円筒状の金属ケース２３内に陽極箔２１ａと陰極箔２１ｂを捲回した捲回素子２１を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴム２４を貫通して突出した陽極リード端子２２ａと陰極リード端子２２ｂにて形成され、封口ゴム２４には基板１６への実装固定時に金属ケース２３が基板１６に対して若干浮くように凸部２４ａを設けている。捲回素子２１には捲回素子２１の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有している。そして、コンデンサ１２およびコンデンサ１３の基板１６への実装固定は、基板１６に直立させるとともに、陽極リード端子２２ａから陰極リード端子２２ｂに向かう方向に対して略垂直方向の金属ケース２３下端の対角２ヶ所に弾性接着機能を有する接着剤２５（例えばシリコーン変性ポリマー系弾性接着剤）を塗布して固定している。また、熱硬化性樹脂１７にて一体的にモールドするモールド金型２６において、コンデンサ１２およびコンデンサ１３の近傍にはガス排出部２７設け、モールド金型２６にはモールド成形時に発生するガスをモールド金型２６の外部に逃がすエアーベント２８をガス排出部２７に隣接させ、真空装置（図示せず）を用いて、モールド成形時に発生するガスをガス排出部２７からエアーベント２８を通じてモールド金型２６の外部に吸引してモールド成形を行う構成である。

このような本発明の電動機１によれば、コンデンサ１２およびコンデンサ１３の捲回素子２１にわずかに含有している水分が膨張することにより、金属ケース２３内の内圧が上昇し、金属ケース２３内の圧力と天面２３ａ上部を流動する熱硬化性樹脂１７の流動圧とが略同等になるので、金属ケース２３の側面および天面２３ａの潰れが防止できるとともに、捲回素子２１の誘電体層に生じたキズにわずかに含有している水分が反応し、酸化アルミ皮膜を再形成するので、漏れ電流は修復するため、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加を抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。ここで、捲回素子２１の総重量に対して水分量を０．１０重量パーセント以下とすると、モールド後のコンデンサの漏れ電流は１０倍以上の４００μＡ以上に増え、製造ばらつきによっては４０００μＡに達することもあり、０．１５から０．３０重量パーセントとすると、モールド後のコンデンサの漏れ電流は２０μＡ以下に抑えることができるものである。

また、コンデンサの天面２３ａ近傍にはモールド成形時に発生するガスを逃がすガス排出部２７を設けることにより、金属ケース２３の天面２３ａ上部を流動する熱硬化性樹脂１７の流動圧を下げることができるので、金属ケース２３の天面２３ａの潰れが防止できるため、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加をより一層抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できる。

なお、本実施の形態１では電機子巻線２にインバータ回路６を介して供給する電圧を平滑するコンデンサ１２と、外部から電動機１に供給される電源電圧を平滑するコンデンサ１３の両方を電動機１内部に内蔵してモールドした構成としたが、どちらか一方のみを内蔵する電動機の構成であっても、高品質化を実現した電動機を得られることに差異は生じない。

また、本実施の形態１では３相全波駆動の電動機の構成としたが、２相全波駆動であっても、２相半波駆動であっても良く、捲回素子２１には捲回素子２１の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有させることによる作用効果に差異を生じない。

また、図５に示すように、コンデンサの天面を半球形状天面２３ｂや、凸部２３ｃを設けた形状とすることによって、コンデンサの天面の強度が上がるため、金属ケースの天面の潰れが防止できるので、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加をより一層抑制した高品質化を実現できるという効果のある電動機を提供できることとなる。

以上のように、本発明にかかる電動機は、コンデンサの破損や、漏れ電流の増加を防止することができることから、コンデンサの静電容量の大容量化が必要で、そのためには電解コンデンサの使用が必須となる電気機器である換気装置、給湯機、空気清浄機、エアコン、クリーンルーム用送風ユニットなどへの搭載が有用である。

本発明の実施の形態１における電動機を示す断面図同電動機のモールド成形時の状態を示す断面図同電動機に搭載したコンデンサを示す断面図同電動機を示すブロック図同電動機に搭載したコンデンサにおける他の天面形状を示す断面図従来の電動機を示す断面図同電動機における保護ケースにコンデンサを収納した状態の斜視図従来の他の電動機を示す斜視図同電動機における電解コンデンサおよびモールド成形保護ケースの斜視図同電動機におけるモールド成形保護ケース付き電解コンデンサの取り付け状態を示す断面図

符号の説明

１電動機
２電機子巻線
３回転子
３ａ極異方性磁石
４磁束密度分布検知手段
５駆動ロジック制御手段
６インバータ回路
７電流波形制御手段
８低圧直流電圧変換手段
９整流手段
１０固定子
１０ａ固定子鉄心
１１インシュレータ
１２コンデンサ
１３コンデンサ
１４駆動回路
１５交流電源接続手段
１６基板
１７熱硬化性樹脂
１８ブラケット
１９軸受け
２０シャフト
２１捲回素子
２１ａ陽極箔
２１ｂ陰極箔
２２ａ陽極リード端子
２２ｂ陰極リード端子
２３金属ケース
２３ａ天面
２３ｂ半球形状天面
２３ｃ凸部
２４封口ゴム
２４ａ凸部
２５接着剤
２６モールド金型
２７ガス排出部
２８エアーベント
Ｑ１上段側スイッチング素子
Ｑ２下段側スイッチング素子
Ｑ３上段側スイッチング素子
Ｑ４下段側スイッチング素子
Ｑ５上段側スイッチング素子
Ｑ６下段側スイッチング素子

Claims

スロットを有する固定子鉄心に絶縁体を介して電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向して回転自在に保持した回転子と、前記電機子巻線への通電を制御し、前記回転子を回転制御する駆動回路を基板上に配置し、この基板と前記固定子はフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂にて一体的にモールド成形されて外被を形成し、前記駆動回路は前記電機子巻線への電流を供給するスイッチング素子群と、このスイッチング素子群のＯＮ・ＯＦＦ制御を所定の方向と順序で制御する駆動ロジック制御手段と、前記電機子巻線に供給される電圧を平滑する電解質を有機導電性化合物にて形成した固体電解コンデンサより成り、このコンデンサは有天面円筒状の金属ケース内に陽極箔と陰極箔を捲回した捲回素子を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴムを貫通して突出した陽極リード端子と陰極リード端子にて形成され、前記捲回素子には捲回素子の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有したことを特徴とする電動機。
スロットを有する固定子鉄心に絶縁体を介して電機子巻線を巻装した固定子と、この固定子に対向して回転自在に保持した回転子と、同一の基板上に外部より供給される電源電圧を平滑する電解質を有機導電性化合物にて形成した固体電解コンデンサと、前記電機子巻線への通電を制御し、前記回転子を回転制御する駆動回路とを備え、前記基板と前記固定子はフィラーを含有する不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂にて一体的にモールド成形されて外被を形成し、前記駆動回路は前記電機子巻線への電流を供給するスイッチング素子群と、このスイッチング素子群のＯＮ・ＯＦＦ制御を所定の方向と順序で制御する駆動ロジック制御手段より成り、前記コンデンサは有天面円筒状の金属ケース内に陽極箔と陰極箔を捲回した捲回素子を収納し、ゴムで封口し、この封口ゴムを貫通して突出した陽極リード端子と陰極リード端子にて形成され、前記捲回素子には捲回素子の総重量に対して０．１５から０．３０重量パーセントの水分を含有したことを特徴とする電動機。
前記コンデンサの天面は半球形状としたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに電動機。
前記コンデンサの天面には凸部を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電動機。
前記コンデンサの天面近傍にはモールド成形時に発生するガスを逃がすガス排出部を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電動機。