JP2010233348A

JP2010233348A - 電動機

Info

Publication number: JP2010233348A
Application number: JP2009077982A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Oikawa; 政伸及川; Yoichi Hirayama; 洋一平山
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】ハウジング内に、ステータと発熱部品が実装された回路基板とを有する電動機において、ステータをハウジングに焼き嵌めするときの熱で、発熱部品が破壊されるのを防止しつつ、構造を簡素化すること。
【解決手段】ハウジング２００内に、ステータ３００と、ロータ４００と、発熱部品５２０が実装された回路基板５００とを備える電動機１００において、ハウジング２００の発熱部品５２０と対向する位置に開口部（第２開口部）２１３を形成した。また、回路基板５００はステータ３００に取付けられ、回路基板５００にロータ４００の位置を検出するホール素子５３０を実装した。更に、開口部２１３に嵌合される蓋体を備え、蓋体は、発熱部品５２０に接触し、発熱部品５２０の熱を放熱する放熱体とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステータが焼き嵌めされるハウジング内に、電力により発熱する発熱部品が実装された回路基板を内蔵する電動機の構造に関する。

従来から、空気調和機や自動車などに用いられる電動機にはブラシレスＤＣモータがあり、ブラシレスＤＣモータは、ハウジング内に、ステータと、ロータと、回路基板とが内蔵されている。回路基板には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子、または、スイッチング素子を含むパワーモジュールなどの発熱部品が実装されている。

例えば、スイッチング素子はステータのコイルへ電力を供給するパワー素子であり、スイッチング素子がこの電力供給でおこる損失によって発生する熱で破壊することがないように、ハウジングにスイッチング素子を固定し、スイッチング素子から発生する熱を、ハウジングを通じて外部へ放熱する構造になっている。

具体的に、この構造としては、ブラシレスＤＣモータにおいて、ステータが固定され、ロータが支持された第１ハウジングと、ホール素子を実装する基板が取付けられた第２ハウジングと、スイッチング素子を実装する回路基板が取付けられた第３ハウジングとを設け、この第３ハウジングに放熱体を介してスイッチング素子を固定した構造になっている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、特許文献１のブラシレスＤＣモータは、第１ハウジングにステータを焼き嵌めした後、第１ハウジングおよび第２ハウジングに一対の軸受を介してロータを固定し、第１ハウジングにスイッチング素子を有する回路基板を取付けた第３ハウジングを固定することで組み立てられている。

したがって、ステータとスイッチング素子とは、それぞれ異なる第１ハウジングと第３ハウジングとに収容され、ステータが焼き嵌めされた第１ハウジングに、スイッチング素子を有する回路基板を取付けた第３ハウジングを固定する手順で組み立てられるので、ステータを焼き嵌めするときの熱がスイッチング素子に伝熱して破壊されることがない構造になっている。

しかしながら、特許文献１では、ステータと回路基板との間の配線を考慮して、第１ハウジング、第２ハウジングおよび第３ハウジングを組み立てることになるので、ブラシレスＤＣモータとして複雑な構造になってしまうという欠点があった。

特開２００３−５２１６０号公報（第７頁−第９頁、第１図、第１２図、第１３図）

本発明は上記問題点に鑑み、ハウジング内に、ステータと、発熱部品が実装された回路基板とを有する電動機において、ステータをハウジングに焼き嵌めするときの熱で、発熱部品が破壊されるのを防止しつつ、構造を簡素化することができる電動機を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、ハウジング内に、ステータと、ロータと、発熱部品が実装された回路基板とを備える電動機において、前記ハウジングの前記発熱部品と対向する位置に開口部を形成したことを特徴とする構成となっている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動機において、前記開口部に嵌合される蓋体を備え、同蓋体は、前記発熱部品に接触し、同発熱部品の熱を放熱する放熱体としたことを特徴とする構成となっている。

本発明によれば、ステータをハウジングに焼き嵌めするときの熱で、発熱部品が破壊されるのを防止しつつ、構造を簡略化した電動機を得ることができる。

本発明による電動機を示す説明図で、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。本発明による電動機の第１ハウジングを示す斜視図である。本発明による電動機のステータを示す斜視図である。本発明による電動機の回路基板を示す斜視図である。本発明によるステータと回路基板との組み立て状態を示す斜視図である。本発明による第１ハウジングと回路基板が取付けられたステータとの組み立て状態を示す断面図である。本発明によるステータを挿入した第１ハウジングと、ロータと、第２ハウジングとの組み立て状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１に示すように、本発明による電動機１００は、ハウジング２００内に、ステータ３００と、ロータ４００と、回路基板５００とを内蔵するブラシレスＤＣモータであり、空気調和機用送風ファンやコンプレッサを駆動するためなどに用いられるものである。

ハウジング２００は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる円筒状に形成された第１ハウジング２１０と第２ハウジング２２０とからなっている。第１ハウジング２１０は、ステータ３００とロータ４００と回路基板５００とを内蔵し、第２ハウジング２２０は、第１ハウジング２１０に固定され、ロータ回転軸４１０を支持する軸受４３０が収容される軸受収容部２２１を有している。

第１ハウジング２１０の一端は、図１（Ａ）および図２に示すように、第１開口部２１１を備え、この第１開口部２１１を塞ぐように、第２ハウジング２２０が第１ハウジング２１０に固定されている。第１ハウジング２１０の他端は、図１および図２に示すように、塞がれた形状になっており、その中心にロータ回転軸４１０を支持する軸受４２０が収容される軸受収容部２１２を有し、後述する発熱部品５２０と対向する位置に第２開口部２１３を備えている。そして、第１ハウジング２１０には、この第２開口部２１３に嵌合される蓋体２１４を備え、この蓋体２１４は、第１ハウジング２１０と同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。

第２開口部２１３の形状は、発熱部品５２０の大きさよりも大きな長方形状になっており、第１ハウジング２１０には、第２開口部２１３の長手方向の端部から一定の距離ａを置いて一対のネジ孔２１５が形成されている。また、蓋体２１４は、第２開口部２１３に対応する大きさで長方形状の凸部２１６と、この凸部２１６の長手方向に延出される一対の固定部２１７とを有しており、この固定部２１７にそれぞれネジ孔２１８が形成されている。更に、発熱部品５２０の表面５２１に軟質材料からなる熱伝導性のシートや樹脂などの伝熱部材６００が配置されており、第２開口部２１３に嵌合される蓋体２１４は、ネジ孔２１５およびネジ孔２１８にネジ２１９をねじ込むことで、蓋体２１４と伝熱部材６００と発熱部品６００とが互いに接触した状態で第１ハウジング２１０に固定されている。

そして、発熱部品５２０の内部には、電力によって発熱を伴う図示を省略した半導体チップが実装されており、図１に示すように、蓋体２１４は、伝熱部材６００を介して発熱部品５２０に接触していることから、電動機１００の駆動時に発熱部品５２０の熱を放熱する放熱体となり、発熱部品５２０の熱を蓋体２１４から外部に放熱するようになっている。また、蓋体２１４の固定部２１７は、第１ハウジング２１０に接触していることから、第１ハウジング２１０も放熱体となり、発熱部品５２０の熱を蓋体２１４を介して第１ハウジング２１０から外部に放熱するようになっている。

ステータ３００は、図３に示すように、固定子鉄心３１０と、固定子鉄心３１０をインサート成型してなる合成樹脂で形成されたインシュレータ３２０と、インシュレータ３２０に巻回されるコイル３３０とからなっている。このインシュレータ３２０には複数個の端子台３４０が一体形成されており、端子台３４０には、この端子台３４０の内部でコイル３３０に接続されるピン端子やタブ端子などの端子３５０が配置されている。

ロータ４００は、図１に示すように、ステータ３００の内周側に、ステータ３００の径方向に所定の空隙をもって配置されている。このロータ４００には、その外周に図示を省略した複数個の永久磁石を有し、中心にロータ回転軸４１０を有しており、ロータ回転軸４１０は軸受４２０および軸受４３０によって支持されている。

回路基板５００は、図４に示すように、電動機１００を駆動するためのドライバ回路を搭載しており、直流電源の供給を受けて通電波形を生成する駆動制御用ＩＣ５１０や、この通電波形の供給を受けてステータ３００のコイル３３０に電力を供給しロータ４００を回転させる発熱部品５２０や、ロータ４００の位置を検出するホール素子５３０などが実装されている。発熱部品５２０としては、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子、または、スイッチング素子を含むパワーモジュールなどが回路基板５００に実装されている。そして、図５に示すように、回路基板５００は、ステータ３００の端子３５０と半田接続されることで、ステータ３００に取付けられている。このように、ステータ３００に回路基板５００が取付けられた状態では、発熱部品５２０がステータ３００に対面しない回路基板５００の表面上に実装された状態となっている。

以上説明してきた電動機１００について、その組み立て手順を説明する。最初に、図６に示すように、ステータ３００に回路基板５００を取付けた状態で、第１ハウジング２１０にステータ３００を焼き嵌めする。この焼き嵌めの方法は、第１ハウジング２１０を加熱して膨張させることで、第１ハウジング２１０の内径をステータ３００の外径より大きくした状態とし、第１ハウジング２１０の第１開口部２１１から回路基板５００側よりステータ３００を挿入する。その後、第１ハウジング２１０の温度が常温になって第１ハウジング２１０が収縮し、第１ハウジング２１０の内径がステータ３００の外径より小さくなろうとすることで、第１ハウジング２１０にステータ３００が固定される。このとき、回路基板５００の表面上に実装された発熱部品５２０が、回路基板５００と第１ハウジング２１０の第２開口部２１３との間に配置され、発熱部品５２０が第２開口部２１３に対向した状態になっている。

次に、図７に示すように、第１ハウジング２１０に固定されたステータ３００の内周側にロータ４００を取付ける。第１ハウジング２１０の第１開口部２１１よりロータ回転軸４１０に配置された反負荷側の軸受４２０の方からロータ４００を挿入した後、第１ハウジング２１０の軸受収容部２１２に反負荷側の軸受４２０を挿入することによって、第１ハウジング２１０にロータ４００が取付けられる。その後、第１ハウジング２１０に第２ハウジング２２０が固定される。このとき、第１ハウジング２１０の第１開口部２１１側にあるロータ回転軸４１０に配置された負荷側の軸受４３０を、第２ハウジング２２０の軸受収容部２２１に挿入した後、第２ハウジング２２０が第１ハウジング２１０に図示を省略した固定ネジによって固定される。

最後に、図１および図７に示すように、第１ハウジング２１０の第２開口部２１３から、発熱部品５２０の表面５２１上に、伝熱部材６００として、シートを貼ったり、樹脂を塗布したりした後、第２開口部２１３に蓋体２１４を固定する。第２開口部２１３に発熱部品５２０の表面５２１側が臨んでいるので、第２開口部２１３から伝熱部材６００を発熱部品５２０の表面５２１上に配置させた後、上述のように、蓋体２１４を第２開口部２１３に嵌合させ、蓋体２１４が第２開口部２１３にネジ２１９により固定される。このとき、蓋体２１４と伝熱部材６００と発熱部品５２０とが互いに接触するように固定される。

このようにして組み立てられた電動機１００によれば、第１ハウジング２１０に形成された第２開口部２１３によって、第１ハウジング２１０と発熱部品５２０とがお互いに接触しない空間を設けている。したがって、回路基板５００をステータ３００に取付けた状態で、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めするとき、第１ハウジング２１０の第２開口部２１３によって、加熱された第１ハウジング２１０に発熱部品５２０が接触しないようになっている。このように、第１ハウジング２１０と発熱部品５２０とは互いに非接触となっており、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めするときの熱が、第１ハウジング２１０から発熱部品５２０に伝熱することがないので、焼き嵌めの熱による発熱部品５２０の破壊を防止することができる。また、最後に、蓋体２１４と伝熱部材６００と発熱部品５２０とが互いに接触するように固定されるので、電動機１００の駆動時に発熱部品５２０から発生する熱を、伝熱部材６００と蓋体２１４を通じて効率よく放熱することができる。

また、回路基板５００をステータ３００に取付けた状態で、ステータ３００を第１ハウジング２１０に内蔵できるので、ステータ３００と発熱部品５２０が実装された回路基板５００とを、特許文献１のように、それぞれ異なるハウジングに内蔵させる必要がなく、第１ハウジング２１０と第２ハウジング２２０のみで容易に組み立てられるため、電動機１００の構造を簡素化することができる。更に、回路基板５００に発熱部品５２０とホール素子５３０とを実装しているので、特許文献１のように、それぞれ異なる回路基板を設ける必要がないため、回路基板を共通化することができ、ステータ３００と回路基板５００との間の配線を簡略化することができる。

更に、これまで説明してきたステータ３００は、図５に示すように、ステータ３００の成型加工時に、固定子鉄心３１０の端子３５０側に位置する端部３６０からインシュレータ３２０に一体形成される端子台３４０までの高さにばらつきが生じる場合がある。すなわち、回路基板５００をステータ３００に取付けた状態にばらつきが生じることになる。具体的には、図６に示すように、回路基板５００をステータ３００に取付けた状態で、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めしたとき、回路基板５００に実装された発熱部品５２０から第１ハウジング２１０の外表面ｂまでの距離にばらつきを生じることがある。この距離のばらつきにより、発熱部品５２０から蓋体２１４までの距離が遠くなると、伝熱部材６００と蓋体２１４との間で接触不良となり、逆に距離が近くなると、第１ケーシング２１０と蓋体２１４との間で接触不良となって、発熱部品５２０の熱を効率よく放熱できない場合がある。

しかしながら、蓋体２１４が軟質材料からなる伝熱部材６００を介して発熱部品５２０に接触し、蓋体２１４が第１ハウジング２１０に固定されているので、この伝熱部材６００の柔軟性を利用して、発熱部品５２０から第１ケーシング２１０の外表面ｂまでの距離のばらつきを吸収することができる。したがって、発熱部品５２０から発生する熱を安定した放熱性能を保持して、蓋体２１４や第１ハウジング２１０から外部に放熱することができる。

なお、本実施形態では、第１ハウジング２１０内に、発熱部品５２０とホール素子５３０とが実装された回路基板５００を内蔵しているが、本発明はこれに限定されず、第１ハウジング２１０内に、発熱部品５２０が実装された第１回路基板と、ホール素子５３０が実装された第２回路基板とを内蔵するようにしてもよい。

この場合には、第１回路基板を取付ける取付手段を第１ハウジング２１０に形成し、第１回路基板と第２回路基板とをケーブルで接続することで、第１回路基板を第１ハウジング２１０に取付けた後、第２回路基板をステータ３００に取付けた状態で、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めしても、第１ハウジング２１０の第２開口部２１３によって、加熱された第１ハウジング２１０に発熱部品５２０が接触しないようになっている。したがって、上述と同様に、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めするときの熱が発熱部品５２０に伝熱することがないので、発熱部品５２０の破壊を防止することができる。また、第１回路基板と第２回路基板とを第１ハウジング２１０に内蔵できるので、上述と同様に、第１ハウジング２１０と第２ハウジング２２０のみで容易に組み立てられるため、電動機１００の構造を簡素化することができる。

また、本実施形態では、蓋体２１４が伝熱部材６００を介して発熱部品５２０に接触しているが、本発明はこれに限定されず、蓋体２１４を発熱部品５２０に直接接触させるようにしてもよい。この場合には、発熱部品５２０から第１ケーシング２１０の外表面ｂまでの距離のばらつきに合わせて、蓋体２１４の凸部２１６を加工することによって、発熱部品５２０に蓋体２１４を直接接触させることができるので、上述と同様に、電動機１００の駆動時に発熱部品５２０の熱を蓋体２１４から外部に放熱することができ、また、発熱部品５２０の熱を蓋体２１４を介して第１ハウジング２１０から外部に放熱することができる。

更に、本実施形態では、第２開口部２１３の形状を発熱部品５２０の大きさよりも大きな長方形状にしているが、本発明はこれに限定されず、第２開口部２１３の形状を発熱部品５２０の大きさよりも小さな長方形状にしてもよい。この場合には、第２開口部２１３の発熱部品５２０側の端部から一定の距離を置いて発熱部品５２０を配置し、第１ハウジング２１０と発熱部品５２０とが互いに非接触になるようにすることで、上述と同様に、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めするときの熱が発熱部品５２０に伝熱することがないので、発熱部品５２０の破壊を防止することができる。そして、蓋体２１４も、この発熱部品５２０の位置から第１ハウジング２１０の外表面ｂまでの距離に合わせて、蓋体２１４の凸部２１６を加工することによって、上述と同様に、電動機１００の駆動時に発熱部品５２０の熱を蓋体２１４から外部に放熱することができ、また、発熱部品５２０の熱を蓋体２１４を介して第１ハウジング２１０から外部に放熱することができる。

以上説明してきた本発明の電動機によれば、ハウジング２００内に、ステータ３００と、ロータ４００と、発熱部品５２０が実装された回路基板５００とを備える電動機１００において、ハウジング２００の発熱部品５２０と対向する位置に開口部（第２開口部）２１３を形成するようにした。これにより、ステータ３００を第１ハウジング２１０に焼き嵌めするときの熱が開口部（第２開口部）２１３を設けたことで発熱部品５２０に伝熱することがないので、発熱部品５２０の破壊を防止することができる。

また、開口部（第２開口部）２１３に嵌合される蓋体２１４を備え、蓋体２１４は、発熱部品５２０に接触し、発熱部品５２０の熱を放熱する放熱体とした。これにより、電動機１００の駆動時に発熱部品５２０から発生する熱を、蓋体２１４から外部に放熱することができる。

１００電動機
２００ハウジング
２１０第１ハウジング
２１１第１開口部
２１２軸受収容部
２１３第２開口部
２１４蓋体
２１５ネジ孔
２１６凸部
２１７固定部
２１８ネジ孔
２１９ネジ
２２０第２ハウジング
２２１軸受収容部
３００ステータ
３１０固定子鉄心
３２０インシュレータ
３３０コイル
３４０端子台
３５０端子
３６０端部
４００ロータ
４１０ロータ回転軸
４２０軸受
４３０軸受
５００回路基板
５１０駆動制御用ＩＣ
５２０発熱部品
５２１表面
５３０ホール素子
６００伝熱部材

Claims

ハウジング内に、ステータと、ロータと、発熱部品が実装された回路基板とを備える電動機において、前記ハウジングの前記発熱部品と対向する位置に開口部を形成したことを特徴とする電動機。
前記開口部に嵌合される蓋体を備え、同蓋体は、前記発熱部品に接触し、同発熱部品の熱を放熱する放熱体としたことを特徴とする請求項１記載の電動機。