JP2009050096A - ブラシレスモールドモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子のロックなどに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検出できるラシレスモールドモータを提供する。
【解決手段】３相直流ブラシレスモールドモータＭの各相の固定子巻線３のスロット内それぞれに温度ヒューズ２８を挿入、配置し、各温度ヒューズ２８を電気的に直列接続する。また、モールド樹脂６として温度ヒューズ２８の遮断温度よりも低い温度でモールドされるものを用いる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、固定子を備えたモータケーシングが、モールド樹脂により固定子を一体にモールド成形されて成るブラシレスモールドモータに関するものである。

従来、モータにおいて、防振性や信頼性などを確保するために、固定子全体をモールド樹脂によりモールドすることが行われている。そして、この種モールドモータでは、回転子のロックなどに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱を検知するために、１個の温度ヒューズを電源から固定子巻線への電源ラインに設け、温度ヒューズの動作温度以上に固定子巻線が温度上昇すると、温度ヒューズが溶断して固定子巻線への電流を遮断する構成が採用されている（例えば、特許文献１参照）。

また近年では、直流ブラシレスモータにおいても、固定子全体をモールドし、温度ヒューズを設けて固定子巻線への電流を遮断することも広く行われている。

特開平９−４６９７６号公報（段落[００１１]、図１、図２）

従来のモールドモータ、特に例えば多相の直流ブラシレスモールドモータの場合には、特定の固定子巻線に近接して１個の温度ヒューズを配置しても、モールド樹脂の熱伝導性によって温度ヒューズに他の固定子巻線の温度上昇による熱が伝わったり、各固定子巻線に電流を通流するための駆動回路を構成するスイッチング素子の発熱がモールド樹脂にこもって温度ヒューズにこのスイッチング素子の熱が伝わったりすることもあり、１つの特定の固定子巻線の温度上昇を安定して検出することができないという問題があった。

一方、温度ヒューズに代えて、あるいは、温度ヒューズに加えて、サーミスタなどの温度検知素子を用いた入力制限システムを設け、温度検知素子により検知した温度に伴い各固定子巻線への電流制限を行うことも考えられているが、このような温度により抵抗値が変化するだけで電気的に遮断しないアナログ素子を用いた入力制限システムは、アメリカ保険業者安全試験所（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ Ｉｎｃ．）が発行する規格（以下、これをＵＬ規格という）では、温度ヒューズのように電源を完全に遮断するものではないことを理由に承認されないことがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、回転子のロックなどに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検出できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、電源から前記各固定子巻線への電源ラインの途中に設けられ、異なる相の前記固定子巻線の遮断温度以上の温度上昇を検知して前記電源ラインを電気的に遮断する複数個の温度ヒューズを備えることを特徴としている（請求項１）。

また、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、前記固定子巻線が３相用であり、少なくとも２個の前記温度ヒューズが各相の前記固定子巻線間に配設されていることを特徴としている（請求項２）。

また、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、前記固定子巻線が３相用であり、２個の前記温度ヒューズが異なる２相の前記固定子巻線に近接して配設されていることを特徴としている（請求項３）。

また、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、前記各温度ヒューズが、前記固定子鉄心のスロット内に配設されるものであり、前記各温度ヒューズの折り曲げられたリード部分には熱収縮チューブの被装などの絶縁処理が施されていることを特徴としている（請求項４）。

また、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、前記各温度ヒューズが電気的に直列に接続されていることを特徴としている（請求項５）。

また、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、前記モールド樹脂が、前記温度ヒューズの遮断温度よりも低い温度でモールドされるものであることを特徴としている（請求項６）。

また、本発明にかかるブラシレスモールドモータは、モータ内部の温度を検知するサーミスタなどの温度検知素子により検知した温度に伴い、前記各固定子巻線への電流制限を行う温度検知・電流制限部を更に備え、電流制限を行うときの前記温度検知素子の作動範囲が、前記温度ヒューズの遮断温度よりも低く設定されていることを特徴としている（請求項７）。

請求項１の発明によれば、電源ラインを電気的に遮断する複数個の温度ヒューズを設けたため、回転子のロックや過負荷運転による固定子巻線の温度上昇があった場合に、複数個の温度ヒューズにより異なる相の固定子巻線の遮断温度以上の温度上昇を検知するため、従来のようにモールド樹脂の熱伝導性により特定の固定子巻線以外の発熱や駆動回路のスイッチング素子の発熱を検知して温度ヒューズが誤作動するようなこともなく、回転子のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検知して電源ラインを遮断することができる。

ところで、３相ブラシレスモールドモータの場合、温度ヒューズを隣接する固定子巻線間に配置したときにおける通電時の過熱パターンとして、
（ａ）温度ヒューズの片側の固定子巻線から過熱されるパターン、
（ｂ）温度ヒューズの反対側の固定子巻線から過熱されるパターン、
（ｃ）温度ヒューズの両側の固定子巻線から過熱されるパターン、
の３つのパターンがあり、請求項２の発明のように、少なくとも２個の温度ヒューズを各相の固定子巻線間に配設すると、いずれかの温度ヒューズはその両側の固定子巻線からの発熱を検知できる。

したがって、請求項２の発明によれば、３相ブラシレスモールドモータにおいて、各温度ヒューズのうちいずれかは必ずその両側の固定子巻線からの発熱を検知するため、回転子のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検知することが可能になる。

また、請求項３の発明によれば、３相ブラシレスモールドモータでは、通電時に異なる２相の固定子巻線に電流が流れるため、２個の温度ヒューズを異なる２相の固定子巻線の例えば上面に近接して配設することで、回転子のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検知することが可能になる。

また、請求項４の発明によれば、各温度ヒューズの折り曲げられたリード部分に熱収縮チューブを被装したため、各温度ヒューズを固定子鉄心のスロット内に挿入する場合に、温度ヒューズへの半田熱の影響を極力抑制することができ、しかも熱収縮チューブにより電気的絶縁性を確保することができ、温度ヒューズの信頼性を維持することが可能なる。

また、請求項５の発明によれば、各温度ヒューズを電気的に直列に接続すると、各温度ヒューズのうちいずれかは必ずその両側の固定子巻線からの発熱を検知できるため、回転子のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検知して速やかに電源ラインを遮断することが可能になる。

また、請求項６の発明によれば、モールド樹脂として温度ヒューズの遮断温度よりも低い温度でモールドされるものを用いるため、モールド時の熱により温度ヒューズが溶断することもなく、回転子のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をより確実に検知することができる。

また、請求項７の発明によれば、電流制限を行うときの作動範囲が温度ヒューズの遮断温度よりも低い温度検知素子から成る温度検知・電流制限部を備えたため、温度検知・電流制限部と温度ヒューズによる２段の異常発熱の検知が可能になり、回転子のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱をよりいっそう確実に検知することができる。更に、温度検知・電流制限部に動作不良などが発生しても、温度ヒューズにより異常発熱を検知でき、より優れたフェールセーフ機能を有するブラシレスモータを提供することが可能になる。

本発明を３相直流ブラシレスモールドモータに適用した場合の一実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。なお、図１はモータの縦断面図、図２はモータ制御回路部のブロック結線図、図３は温度ヒューズと固定子巻線との配置関係の説明図、図４は熱収縮チューブが被装された温度ヒューズの外観図である。

本実施形態における３相直流ブラシレスモールドモータＭ（以下、単にモータＭとも称する）は、図１に示すように構成されている。即ち、固定子鉄心１に形成された複数個のスロットに、インシュレータ２を介して３相分固定子巻線３（以下では、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の固定子巻線をそれぞれ固定子巻線３ｕ，３ｖ，３ｗとも称する）が巻回されて固定子４が形成され、この固定子４が後述する駆動回路を設けた配線基板５と共にモールド樹脂によって筒状に一体成形されている。このとき、モールド樹脂６によって一体成形する際、第１ベアリングブラケット７も一体成形されている。

このように、固定子４、配線基板５、第１ベアリングブラケット７をモールド樹脂６によって一体成形することによってモータケーシング８が構成されている。

更に、図１に示すように、モータケーシング８の内周には回転子１０が挿入され、この回転子１０は、中心にシャフト１１が嵌挿されたコア１２と、該コア１２に外嵌された円筒状の回転子マグネット１３とから成り、第１ベアリングブラケット７に保持された第１ボールベアリング１４と、第２ベアリングブラケット１５に保持された第２ボールベアリング１６とによって回転子１０が回転自在に支持されている。

なお、図１中の２０は放熱フィン２１が形成されたモータカバー、２２，２３はモータカバー２０の端部に外嵌されたクッションラバー及び保持リング、２４は配線基板５の駆動回路等と図外の外部制御装置とを接続するために外部に導出されて保護チューブ２５が被装されたリードワイヤ、２６はリードワイヤ２４の先端に取り付けられたコネクタである。

ところで、図１に示す３相直流ブラシレスモールドモータＭでは、図３に示すように、各相の固定子巻線３用のスロット内に１個ずつ合計３個の温度ヒューズ２８が挿入、配置され、これら各温度ヒューズ２８の折り曲げられたリード部分には、図４に示すように熱収縮チューブ２９が被装され、この熱収縮チューブ２９により、配線基板５に半田付けする際の温度ヒューズ２８への半田熱の影響を極力抑制することができると共に、電気的絶縁性を確保することができる。

また、各温度ヒューズ２８も含め、配線基板５に実装された駆動回路等は図２に示すように結線されてモータ制御回路部が構成されている。

即ち、図２に示すように、例えば図外のＡＣ２００Ｖの商用交流電源を整流、平滑化してモータ駆動に必要な例えばＤＣ２８０Ｖの直流の駆動電源電圧Ｖｍが形成され、図外の安定化電源部により例えばＤＣ１５Ｖの安定な直流の制御電源電圧Ｖｃｃが形成され、これら駆動電源電圧Ｖｍ、及び、制御電源電圧Ｖｃｃがロジック部３１に供給される。

また、ロジック部３１は、外部制御装置により形成されるモータＭの速度指令としてＰＷＭ制御のデューティを決定するＤＣ入力信号Ｖｓｐを取り込むと共に、モータ駆動部３３のモータへの給電をフィードバック制御するために外部制御装置により形成される回転検出パルスＰＧを取り込み、外部制御装置では、周知のブラシレスモータの速度のフィードバック制御と同様、取り込んだ回転検出パルスＰＧのパルス周期からモータの回転速度を検出する。

このとき、外部制御装置では、検出した回転速度と設定された目標速度との誤差（ずれ）を検出し、検出した誤差に応じて変化する、換言すればモータＭの回転速度が目標速度より遅くなる程大きくなるＤＣ入力信号Ｖｓｐを形成してロジック部３１に出力する。

更に、ロジック部３１は、後述するモータ駆動部３３のインバータ回路の駆動を制御するＰＷＭ回路を備え、このＰＷＭ回路により、回転検出パルスＰＧに基づきインバータ回路の各スイッチング素子をＰＷＭ制御で高周波スイッチングする。

そして、モータ駆動部３３は、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の電力用のスイッチング素子を用いた周知の３相フルブリッジから成るインバータ回路を備え、ＰＷＭ回路の各相のスイッチング制御出力（例えば相毎に２出力）に基づき、インバータ回路の各スイッチング素子が、例えば数十ＫＨｚのＰＷＭ制御で高周波スイッチングされてモータＭが給電駆動されるようになっている。

また、外部制御装置には、回転子１０の位置を検出する例えば３個のホールＩＣの時々刻々の位置情報の信号が入力され、これらの信号の処理により、例えば、３相のＰＷＭ制御に必要な各相１対の計６個のタイミングゲートパルス等が形成されてロジック部３１のＰＷＭ回路に出力されるとともに、モータＭのロータ回転に同期した電気角３０度毎の回転検出パルスＰＧ、すなわち、１２ｐｐｒ（ｐｐｒはパルス／１回転）の回転検出パルスＰＧが形成され、この回転検出パルスＰＧがロジック部３１に出力される。

また、ロジック部３１のＰＷＭ回路は、ＤＣ入力信号Ｖｓｐを信号波とし、この信号波と自走発振等によって形成した高周波数（前記数十ＫＨｚ）の三角波（或いは鋸波）の搬送波とのレベル比較により、ＤＣ入力信号Ｖｓｐに応じてデューティ（通電期間）が変化するＰＷＭ信号を形成し、このＰＷＭ信号と外部制御装置から入力された前記の各タイミングゲートパルスに基づき、各相のスイッチング制御出力を形成してインバータ回路に供給する。なお、図２中のＧＮＤはグラウンド（接地）を示す。

こうして、ＤＣ入力信号Ｖｓｐのフィードバック制御に基づくモータ駆動部３３のインバータ回路の高周波スイッチングにより、モータＭは３相のＰＷＭ制御で駆動されて設定された目標速度で回転する。

ところで、各相の固定子巻線３用のスロット内にそれぞれ配置された温度ヒューズ２８は、図２に示すように、駆動電源電圧Ｖｍの電源ラインの途中に直列接続の状態で配置されており、その結果、モータＭの通電時における
（ａ）温度ヒューズの片側の固定子巻線から過熱されるパターン、
（ｂ）温度ヒューズの反対側の固定子巻線から過熱されるパターン、
（ｃ）温度ヒューズの両側の固定子巻線から過熱されるパターン、
の３つの過熱パターンに対して、３個の温度ヒューズ２８のうちいずれかはその両側の固定子巻線３からの発熱を検知することができるのである。

更に、図２に示すように、ロジック部３１は、電流制限を行うときの作動範囲が温度ヒューズの遮断温度よりも低い正温度特性を有する温度検知素子から成る温度検知・電流制限部３５を備えており、モータＭの固定子巻線３やインバータ回路のスイッチング素子などの異常発熱により、温度検知素子の温度が上昇すると、それに比例して増加する温度検知素子の抵抗値の変化により、温度検知・電流制限部３５はモータＭの固定子巻線３への電流の制限（電流遮断も含む）などを行う。このとき、電流制限を行うときの作動範囲が温度ヒューズ２８の遮断温度よりも低い温度検知素子が選定されているため、温度検知・電流制限部３５と温度ヒューズ２８による２段の異常発熱の検知が可能となる。

従って、上記した実施形態によれば、３相直流ブラシレスモールドモータＭの各相の固定子巻線３のスロット内それぞれに温度ヒューズ２８を挿入、配置したため、各温度ヒューズ２８のうちいずれかは必ずその両側の固定子巻線３からの発熱を検知することができ、回転子１０のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線３の異常な発熱をより確実に検知することができる。

また、各温度ヒューズ２８の折り曲げられたリード部分に熱収縮チューブ２９を被装したため、各温度ヒューズ２８を固定子鉄心１のスロット内に挿入する場合に、温度ヒューズ２８への半田熱の影響を極力抑制することができ、しかも熱収縮チューブ２９により電気的絶縁性を確保することができ、温度ヒューズ２８の信頼性を維持することができる。

更に、各温度ヒューズ２８を電気的に直列に接続したため、各温度ヒューズ２８のうちいずれかは必ずその両側の固定子巻線３からの発熱を検知でき、その結果、回転子１０のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線３の異常な発熱をより確実に検知して速やかに電源ラインを遮断することができる。

また、モールド樹脂６として温度ヒューズ２８の遮断温度よりも低い温度でモールドされるものを用いたことにより、モールド時の熱により温度ヒューズが溶断することを防止できる。

更に、電流制限を行うときの作動範囲が温度ヒューズ２８の遮断温度よりも低い正温度特性の温度検知素子から成る温度検知・電流制限部３５を設けたため、温度検知・電流制限部３５と温度ヒューズ２８による２段の異常発熱の検知を行うことができ、温度検知・電流制限部３５に動作不良などが発生しても、温度ヒューズ２８により異常発熱を検知できて、より優れたフェールセーフ機能を有し信頼性の高いモータＭを提供することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。

例えば、図５に示すように、３相直流ブラシレスモールドモータＭにおいて、２個の温度ヒューズ２８を、異なる２相の固定子巻線３（例えばＵ，Ｖ相の固定子巻線３ｕ，３ｖ）の上面など近接して配設してもよい。

このような構成にすると、モータＭの通電時、異なる２相の固定子巻線に電流が流れるため、異なる２相の固定子巻線３に近接して配設した両温度ヒューズ２８により、回転子１０のロックや過負荷運転などに起因した過電流による固定子巻線の異常な発熱が確実に検知される。

また、上記した実施形態では、ロジック部３１に温度検知・電流制限部３５を設け、温度検知・電流制限部３５と温度ヒューズ２８による２段での異常発熱の検知を可能にする場合について説明したが、温度検知・電流制限部３５は必ずしも設ける必要はない。

また、上記した実施形態では、３相直流ブラシレスモールドモータＭを例として説明したが、４相以上の多相直流ブラシレスモールドモータにも本発明を適用できるのは勿論である。

更に、上記した実施形態では、３相直流ブラシレスモールドモータＭの各相の固定子巻線３のスロット内にそれぞれ温度ヒューズ２８を配置したが、要するに各温度ヒューズ２８が各相の固定子巻線間に配設されていればよく、少なくとも２個の温度ヒューズ２８が固定子巻線間に配設されていればよい。

本発明の一実施形態における３相直流ブラシレスモールドモータの縦断面図である。 本発明の一実施形態におけるモータ制御回路部のブロック結線図である。 本発明の一実施形態における温度ヒューズと固定子巻線との配置関係の説明図である。 本発明の一実施形態における熱収縮チューブが被装された温度ヒューズの外観図である。 本発明の他の実施形態における温度ヒューズと固定子巻線との配置関係の説明図である。

符号の説明

１…固定子鉄心
３（３ｕ，３ｖ，３ｗ）…固定子巻線
４…固定子
６…モールド樹脂
８…モータケーシング
２８…温度ヒューズ
２９…熱収縮チューブ
３５…温度検知・電流制限部

Claims (7)

1. 固定子鉄心に多相の固定子巻線が巻回された固定子を備えたモータケーシングが、モールド樹脂により前記固定子を一体にモールド成形されて成るブラシレスモールドモータにおいて、
   電源から前記各固定子巻線への電源ラインの途中に設けられ、異なる相の前記固定子巻線の遮断温度以上の温度上昇を検知して前記電源ラインを電気的に遮断する複数個の温度ヒューズを備えることを特徴とするブラシレスモールドモータ。
2. 前記固定子巻線が３相用であり、少なくとも２個の前記温度ヒューズが各相の前記固定子巻線間に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモールドモータ。
3. 前記固定子巻線が３相用であり、２個の前記温度ヒューズが異なる２相の前記固定子巻線に近接して配設されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモールドモータ。
4. 前記各温度ヒューズが、前記固定子鉄心のスロット内に配設されるものであり、
   前記各温度ヒューズの折り曲げられたリード部分には熱収縮チューブの被装などの絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項２または３に記載のブラシレスモールドモータ。
5. 前記各温度ヒューズが電気的に直列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のブラシレスモールドモータ。
6. 前記モールド樹脂が、前記温度ヒューズの遮断温度よりも低い温度でモールドされるものであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のブラシレスモールドモータ。
7. モータ内部の温度を検知するサーミスタなどの温度検知素子により検知した温度に伴い、前記各固定子巻線への電流制限を行う温度検知・電流制限部を更に備え、
   電流制限を行うときの前記温度検知素子の作動範囲が、前記温度ヒューズの遮断温度よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のブラシレスモールドモータ。

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