JP2010093921A - モールド電動機およびそれを搭載した送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、例えば換気扇や空気調和装置に活用される送風装置に関するもので、長寿命化を目的とするものである。
【解決手段】固定子鉄心に駆動コイルを巻装した固定子（ステータ１４）と、電子部品を実装した制御回路（制御回路１５）と、中心に回転軸９を配し、前記固定子鉄心に対向して回転可能に保持された回転子（ロータ１２）とで構成され、前記固定子と前記制御回路とを樹脂で一体成形したモールド電動機であって、前記樹脂（モールド樹脂体１７）には、前記回転軸９の一端に取り付けられた軸受１０の嵌合部２３を設け、この嵌合部は、軸受１０との間に空隙ができるように複数の凹部２４を設けた構成としたものであるので、軸受の長寿命化を図ることが出来る。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば換気扇や空気調和装置に活用される電動機およびそれを搭載した送風装置に関するものである。

従来のこの種の電動機の構造は、下記のような構造となっていた。

まず、この種の電動機が備え付けられる換気扇は、空気吸込口と空気排出口を有する本体ケースと、この本体ケース内に設けられたファンと、このファンに、その回転軸が連結されるとともに、前記本体ケースに固定された電動機によって構成されている。この電動機は、回転軸と一体になった回転子と、この回転子の周りに設けられる固定子と、回転子を保持する軸受を有している。回転軸の反負荷側に設けられた軸受は、固定子と一体に樹脂によりモールドされて固定されている構成となっていた。（例えば下記特許文献１）。

さらに、近年では、ＤＣモータが普及し、樹脂内に制御回路を一体にモールドした構成となっている（例えば、下記特許文献２）。
特開昭６３−１４８８４４号公報 特開２００４−２３６４８８号公報

上記従来例における課題は、制御回路を同じモールド樹脂内に一体にモールドしたために、電動機全体が高温になるということである。

すなわち、制御回路（特に、電動機の駆動回路）から発生する熱が、電動機の軸受に伝わり、軸受に注入された潤滑油の劣化につながるという課題があった。

そこで本発明は、軸受に熱を伝わりにくくして軸受の長寿命化を図るものである。

そして、この目的を達成するために本発明は、固定子鉄心に駆動コイルを巻装した固定子と、電子部品を実装した制御回路と、中心に回転軸を配し、前記固定子鉄心に対向して回転可能に保持された回転子とで構成され、前記固定子と前記制御回路とを樹脂で一体成形したモールド電動機であって、前記樹脂には、前記回転軸の一端に取り付けられた軸受の嵌合部を設け、この嵌合部は、軸受との間に空隙ができるように複数の凹部を設けた構成とし、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、固定子鉄心に駆動コイルを巻装した固定子と、電子部品を実装した制御回路と、中心に回転軸を配し、前記固定子鉄心に対向して回転可能に保持された回転子とで構成され、前記固定子と前記制御回路とを樹脂で一体成形したモールド電動機であって、前記樹脂には、前記回転軸の一端に取り付けられた軸受の嵌合部を設け、この嵌合部は、軸受との間に空隙ができるように複数の凹部を設けた構成としたものであるので、軸受の長寿命化を図ることが出来る。

すなわち、本発明においては、電動機の制御回路と電動機の固定子を一体に樹脂モールドするために、制御回路、特に電動機の駆動回路から発生する熱によってモールド樹脂体が高温になるが、回転子の軸受は、モールド樹脂体と完全に密着固定されているわけではなく、空隙を持たせて固定されているので、モールド樹脂体の持つ熱が軸受に伝わりにくい状態となり、これにより軸受の長寿命化を図ることができるようになるのである。

以下本発明の一実施形態を、天井埋め込み形の換気扇に活用したものを、添付図面を用いて説明する。

図１において、１は略直方体形状の本体ケースで、図２に示すごとく下面には空気吸込口２が、また外周面には空気排出口３が、それぞれ合成樹脂で一体に形成されている。

この本体ケース１の天井面４は、金属板により形成されており、その中央部には貫通孔５が形成されている。

また、上記本体ケース１内には、遠心型ファン６が設けられており、その中心軸部分に設けた円管状の軸支部７には、モータ８（電動機）の回転軸９の下端が貫通させられており、この回転軸９の下端部分において遠心型ファン６が実質的な固定状態（必要に応じての着脱自在を含む）で取り付けられている。

上記モータ８は、図２、図３に示すように、回転軸９上部の上、下に軸受１０、１１が設けられ、これら上、下の軸受１０、１１間の回転軸９部分にロータ１２（回転子）が固定されている。

また、ロータ１２の外周方向には、所定間隔をおいて絶縁体１３を装着した固定子鉄心２６に駆動コイル２７が巻装されたステータ１４（固定子）が配置されている。

一方モータ８の遠心型ファン６とは反対側には、図５に示した制御回路１５（制御器）を構成する基板１６が配置されている。

そしてこの基板１６は図３に示したように、モールド樹脂体１７によりモータ８と一体化されている（当然のことではあるが、回転軸９、ロータ１２、軸受１０、１１の回転部分はモールド樹脂体１７が直接的接してはいない状態で、可動な状態となっている）。

この状態についてさらに詳述すると、このようにモータ８と制御回路１５の基板１６を覆ったモールド樹脂体１７は、図３に示したように下方のモータ８部外周を覆った部分が円柱状の小径部１７ａとなっており、また制御回路１５の基板１６外周部を覆った部分が大径部１７ｂとなっている。

そして、その小径部１７ａが、上記本体ケース１に設けた貫通孔５を、この本体ケース１外から本体ケース１内に、図２のごとく上方から下方に向けて突入させられ、この図２に示した状態で、モールド樹脂体１７の上面から本体ケース１の天井面４にねじ（図示せず）が螺合させられ、これにて本体ケース１の天井面４への、モータ８と制御回路１５との固定が完了する。

さて、このように本体ケース１の天井面４へのモータ８と制御回路１５の固定が完了した状態では、モールド樹脂体１７で覆われた状態の基板１６部分で、図４のごとく本体ケース１の天井面４に対向する下面側に、図５で示した制御回路１５の半導体素子１８を実装した構成となっている。

半導体素子１８は図５においてインバータを構成するものであり、動作時には、大きな発熱を伴うものである。

つまり、図５において、電源１９は全波整流回路２０で全波整流され、次にコイル２１とコンデンサ２２でより直流に近い状態に整流され、この直流を使って半導体素子（インバータ）１８は、モータ８の回転数制御を行うものである。半導体素子（インバータ）１８は大きな電流が流れ、かつスイッチングがおこなわれるので、大きな発熱を伴うものであり、そこで本実施形態では上述のごとく、モールド樹脂体１７で覆われた状態の基板１６部分で、図４のごとく本体ケース１の天井面４に対向する下面側に、図５で示した制御回路１５の半導体素子１８を実装した。

この場合、モールド樹脂体１７には、例えば水酸化アルミニウムや炭酸カルシウム等で形成された熱伝導性の充填材（図示せず）が混入されているので、半導体素子１８の発熱は、モールド樹脂体１７を介して本体ケース１の天井面４へと効率よく伝達され、ここで金属板製の天井面４へと拡散し、放熱されることになる。

ここで、本実施形態における最も大きな特徴部分について説明する。

すなわち、本実施形態における上側の軸受１０は、モールド樹脂体１７に設けられた嵌合部２３に嵌合固定されているが、この嵌合部２３には、図６に示すように、その周囲に軸受１０と空隙ができるように複数の凹部２４が形成されている。この凹部２４によれば、半導体素子１８の発熱によって温度上昇するモールド樹脂体１７との間に、空気の層ができることになり、軸受１０に熱が伝わりにくくなる。以上の結果により、軸受１０の温度上昇は抑えることが可能となるので、軸受１０に用いられている潤滑油の熱劣化が抑制され、長寿命化が図れることになるのである。

さらには、モールド樹脂体１７には、ガラス繊維と、前述したように水酸化アルミニウムや炭酸カルシウム等で形成された熱伝導性の充填材（図示せず）が混入されている。この炭酸カルシウムは、流動性が良いが熱伝導性が水酸化アルミニウムと比較すると低い特徴がある。逆に、水酸化アルミニウムは、流動性は悪いが、熱伝導性が高い。このような充填材のふるまいを説明する。嵌合部２３の周りに設けた凹部２４では、ガラス繊維が網目を形成することによって、凹部２４間をふさいで嵌合部２３の端部（この場合、最も内周側となる部分）には、流動性の良い炭酸カルシウムが多くなる傾向がある。すなわち、嵌合部２３の周りに凹部２４を設けることによって、嵌合部２３の内周部分の熱伝導性が、モールド樹脂体１７全体に比べて低くなるということになる。このように、モールド樹脂体１７に混入した充填剤（炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム）と嵌合部２３の周りに設けた凹部２４によって、軸受１０に熱が伝わりにくくなるのである。

また、炭酸カルシウムの粒径を水酸化アルミニウムの粒径よりも小さくするとよい。このような構成によれば、小さな粒径の炭酸カルシウムは、大きな粒径の水酸化アルミニウムに比べ、さらに流動性が良くなり、嵌合部２３の内周部分（凹部２４以外の部分）には、炭酸カルシウムが多く含まれることになる。従って、軸受１０と接する部分の熱伝導性は低くなり、軸受１０に熱が伝わりにくくなるのである。

モールド樹脂体１７に含まれるガラス繊維の長さは２種類以上とするとよい。ガラス繊維は、長いガラス繊維と短いガラス繊維を比較すると、長いガラス繊維は流動性が悪いため、モールド樹脂体１７の形状形成の過程において、長いガラス繊維はモールド樹脂体１７全体（複雑形状部以外）の強度補強を図り、複雑形状部は短いガラス繊維の割合が増加するので、複雑形状部となる凹部２４に形成されるガラス繊維の網目は一段と細かくなる。このことによっても、小さくなった網目を通過するのは、粒径の小さな炭酸カルシウムが多くなるため、嵌合部２３の内周部分（凹部２４以外の部分）には、炭酸カルシウムが多く含まれることになる。

あるいは、スクリュウ式成形機による射出成形によってモールド樹脂体１７の成形を行うことによっても、同様の効果が得られる。つまり、樹脂計量時に、スクリュウの回転がガラス繊維を折損して細かくするため、ガラス繊維の形成する網目が細かくなることになるのである。

また、凹部２４は、嵌合部２３のまわりに奇数個設けると良い。すなわち、凹部２４を奇数個にして嵌合部２３のまわりに均等に配置することにより、凹部２４は回転軸９を挟んで対象の位置に配置されることがなくなる。このような構成によれば、振動を抑えることが可能になるのである。

また、図７に示すように、嵌合部２３の中心から外側に向かって空隙が広がるような凹部２５としても良い。このような構成によれば、軸受１０との接合面積を確保して強固に固定することができるとともに、空隙の容積を大きくとって、より熱の伝わりにくい構成とすることができる。

以上のように本発明は、固定子鉄心に駆動コイルを巻装した固定子と、電子部品を実装した制御回路と、中心に回転軸を配し、前記固定子鉄心に対向して回転可能に保持された回転子とで構成され、前記固定子と前記制御回路とを樹脂で一体成形したモールド電動機であって、前記樹脂には、前記回転軸の一端に取り付けられた軸受の嵌合部を設け、この嵌合部は、軸受との間に空隙ができるように複数の凹部を設けた構成としたものであるので、軸受の長寿命化を図ることが出来る。

すなわち、本発明においては、電動機の制御回路と電動機の固定子を一体に樹脂モールドするために、制御回路、特に電動機の駆動回路から発生する熱によってモールド樹脂体が高温になるが、回転子の軸受は、モールド樹脂体と完全に密着固定されているわけではなく、空隙を持たせて固定されているので、モールド樹脂体の持つ熱が軸受に伝わりにくい状態となり、これにより軸受の長寿命化を図ることができるようになるのである。

したがって、例えば換気扇や空気調和装置への活用が大いに期待されるものとなる。

本発明の一実施形態を示す斜視図 同断面図 同主要部の断面図 同主要部の拡大断面図 同制御器のブロック図 同嵌合部の拡大図 同嵌合部の拡大図

符号の説明

１ 本体ケース
２ 空気吸込口
３ 空気排出口
４ 天井面
５ 貫通孔
６ 遠心型ファン
６ａ 大径開口
６ｂ 小径開口
７ 軸支部
８ モータ
９ 回転軸
１０ 軸受
１１ 軸受
１２ ロータ
１３ 絶縁体
１４ ステータ
１５ 制御回路
１６ 基板
１７ モールド樹脂体
１７ａ 小径部
１７ｂ 大径部
１８ 半導体素子
１９ 電源
２０ 全波整流回路
２１ コイル
２２ コンデンサ
２３ 嵌合部
２４ 凹部
２５ 凹部
２６ 固定子鉄心
２７ 駆動コイル

Claims (11)

1. 固定子鉄心に駆動コイルを巻装した固定子と、中心に回転軸を配し、前記固定子鉄心に対向して回転可能に保持された回転子とで構成され、前記固定子は樹脂で一体成形されたモールド電動機であって、前記樹脂には、前記回転軸の一端に取り付けられた軸受の嵌合部を設け、この嵌合部は、軸受との間に空隙ができるように複数の凹部を設けたモールド電動機。
2. 前記凹部は、外周に向けて空隙が広がるようにした請求項１記載のモールド電動機。
3. 前記樹脂は熱硬化性の樹脂としたことを特徴とする請求１または２に記載のモールド電動機。
4. 前記樹脂には、ガラス繊維と、炭酸カルシウムと、水酸化アルミニウムを混入させた請求項項１〜３のいずれかに記載のモールド電動機。
5. 前記炭酸カルシウムの粒径は前記水酸化アルミニウムの粒径よりも小さいものを含有していることを特徴とする請求項４記載のモールド電動機。
6. 前記樹脂はスクリュウ式成形機にて射出成形により一体成形されたことを特徴とする請求項４または５に記載のモールド電動機。
7. 前記ガラス繊維は２種類以上の長さのガラス繊維としたことを特徴とする請求項５記載のモールド電動機。
8. 前記回転子の回転制御を行う制御回路を備え、この制御回路と前記固定子を前記樹脂にて一体成形したことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のモールド電動機。
9. 前記制御回路には半導体素子をスイッチング制御するインバータ回路を備えたことを特徴とする請求項８記載のモールド電動機。
10. 前記嵌合部の前記凹部の個数は奇数個としたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のモールド電動機。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つに記載のモールド電動機を搭載した送風装置。

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