JP2013223394A - 同期回転機の固定子および空調用ブラシレスｄｃファンモータ - Google Patents

Abstract

【課題】同期回転機の固定子において、種々の駆動回路方式に対応可能な固定子を安価に実現することを目的とする。
【解決手段】絶縁インシュレータ２を介して巻線３を巻装した固定子鉄芯と、巻線３の端末部に棒状の導電性部材を接続した端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃとを有した固定子巻線ユニット６と、端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃと電気的に接続される端子部（導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）を備えた電源ユニット１７で構成され、固定子巻線ユニット６は、端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃの端部が外部に露出するようにモールド樹脂１２で一体的に封止され、固定子巻線ユニット６と、電源ユニット１７は、それぞれ別個に作成した後、端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃが導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃに接続されるようにして所期の目的を達成するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、固定子巻線ユニットとその固定子巻線ユニットに電流を供給する電源ユニットの２分割構造で構成する同期電動機や同期発電機等の同期回転機の固定子に関する。

従来、この種の同期回転機の固定子は、巻線が巻装された固定子鉄芯に、交流を直流に変換する電源回路用電子部品とモータの駆動用ＩＣ等の電子部品を実装したプリント配線基板を取付け、モールド樹脂にて一体的に固定子を構成するものが知られている。

（例えば、特許文献１参照）
また、同様に、プリント配線基板に駆動用ＩＣ等の電子部品だけを実装したものが知られている。

（例えば、特許文献２参照）
以下、特許文献１に記載されているこの種の固定子の構成について、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、固定子鉄芯１０１に絶縁インシュレータ１０２を介して巻線１０３が巻装されている。絶縁インシュレータ１０２には交流電源から直流に整流された電流を平滑する為のコンデンサ１０６やモータ駆動用ＩＣ１０５を実装したプリント配線基板１０４を取付け、モールド樹脂１０７にてそれらを一体的に封止して固定子１０８を構成している。一体的に構成された固定子１０８には、磁石１０９と軸１１０を備えた回転子を挿入し、軸受を保持する板金１１１にて蓋をしてモータを構成している。

また、特許文献２に記載されている図８に示す固定子では、プリント配線基板１０４に特許文献１の例と違い、電源変換用の電子部品は実装されず、モータ駆動用のＩＣ１０５等だけが実装されたもので、その他の構成は特許文献１に記載された構成と同じなので、説明は省略する。

特開２００９−１８３０２１号公報 特開２０１１−１０９８６１号公報

このような特許文献１および特許文献２に記載されている図６と図７および図８に示す従来の固定子においては、交流電源を直流に変換する為の電子部品やモータ駆動用ＩＣ等の電子部品を実装したプリント配線基板を、巻線を巻装した固定子鉄芯に取付け、モールド樹脂で一体的に封止している。例えば、交流電源の電圧が高圧化し、平滑用のコンデンサ等の電子部品やモータ駆動用ＩＣの大きさが大きくなった場合、それらの部品が外部に露出しないようにモールド樹脂成形用の金型を大きくする必要がある。また、プリント配線基板に実装する電子部品の大きさが変化するたびに、モールド樹脂成形用の金型を製作する必要があるという課題があった。モールド樹脂成形用の金型を大きくしておけば、そのような課題は解消されるが、低圧駆動の場合のように電子部品の大きさが小さい場合や、センサレス駆動のように電子部品の実装が必要のないモータ等の場合には、モールド樹脂の量が必要以上に多くなり、高コストの固定子になってしまうとともに、モータが大きくなってしまうという課題があった。

さらに、電子部品の中には電解コンデンサや温度ヒューズ等、モールド樹脂成形時の圧力や熱によりダメージを受けやすいものがあり、モールド樹脂成形する場合に、その圧力や熱に耐える為の補助的な部品を使用する為、高コストの固定子になってしまうという課題があった。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、電源ユニットの大きさが電源電圧や回転機の駆動方式によって変化しても、固定子巻線ユニットを変更する必要がなく、
種々の電源電圧に対応可能な固定子を、モールド樹脂成形用の大きな金型を多くの種類製作することなく構成することが可能であるとともに、モールド樹脂成形時の圧力や熱に弱い電子部品を使用する場合でも、補助部材等を使用する必要のない、安価で小形の固定子を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、
絶縁インシュレータを介して巻線を巻装した鉄芯と、前記巻線の端末部に棒状の導電性部材を接続した端末ピンとを有した固定子巻線ユニットと、
前記端末ピンと電気的に接続される端子部を備えた電源ユニットで構成され、
前記固定子巻線ユニットは、前記端末ピンの端部が外部に露出するようにモールド樹脂で一体的に封止され、
前記固定子巻線ユニットと、前記電源ユニットは、それぞれ別個に作成した後、前記端末ピンが前記端子部に接続されるようにしたもので、これにより所期の目的を達成するものである。

本明によれば、固定子巻線ユニットと電源ユニットを別体で構成し、電源電圧が変化して電源用の電子部品やモータ駆動用ＩＣの大きさが変化した場合でも、固定子巻線ユニットは変更せずに、電源ユニットだけを変更すればよく、種々の電源電圧に対応可能な固定子を、モールド樹脂成形用の大きな金型を多くの種類製作することなく実現できる。また、電源ユニットはプリント配線板に実装する電子部品が電解コンデンサや温度ヒューズ等、圧力や熱によりダメージを受けやすいものである場合は、モールド樹脂で封止せず、板金や樹脂のケースで周囲を保護して構成することにより、専用の保護部材等の必要のない、安価な固定子を実現できる。

本発明の実施の形態１の固定子巻線ユニットの（ａ）上方向からの矢視図、（ｂ）半断面図、（ｃ）下方向からの矢視図 同電源ユニットの（ａ）上方向からの矢視図、（ｂ）半断面図、（ｃ）下方向からの矢視図 同固定子巻線ユニットと電源ユニットと回転子を組合せた同期電動機の半断面図 本発明の実施の形態２の電源ユニットの（ａ）上方向からの矢視図、（ｂ）半断面図、（ｃ）下方向からの矢視図 同固定子巻線ユニットと電源ユニットと回転子を組合せた同期電動機の半断面図 従来のモールド電動機の半断面図 同従来のモールド電動機の固定子の半断面図 同従来の他のモールド電動機の半断面図

本発明の請求項１記載の発明は、絶縁インシュレータを介して巻線を巻装した鉄芯と、前記巻線の端末部に棒状の導電性部材を接続した端末ピンとを有した固定子巻線ユニットと、前記端末ピンと電気的に接続される端子部を備えた電源ユニットで構成され、前記固定子巻線ユニットは、前記端末ピンの端部が外部に露出するようにモールド樹脂で一体的に封止され、前記固定子巻線ユニットと、前記電源ユニットは、それぞれ別個に作成した後、前記端末ピンが前記端子部に接続されるようにしたものであり、電源ユニットの大きさが変化しても、固定子巻線ユニットの大きさを変更する必要がなく、モールド樹脂成形の金型を製作する必要がなくなり、安価な固定子を製作することができるという効果を奏する。また、電源ユニットの変化に応じて、回転機の固定子の大きさを変更することができるので、不必要に回転機を大きくすることがなく、小形の回転機を製作することができるという効果を奏する。

また、電源ユニットに、電子部品を搭載したプリント配線板を装着し、無整流子電動機を駆動する駆動回路を実装する構成としてもよい、これにより、無整流子電動機を駆動することが可能な、安価な２分割構造の固定子を製作することができるという効果を奏する。

また、電源ユニットに、電子部品を搭載したプリント配線板を装着し、無整流子電動機を駆動する前記駆動回路と前記駆動回路および前記固定子巻線に電流を供給する電源回路を実装する構成としてもよい。これにより、電動機外部に駆動用の電源を用意することなく、無整流子電動機を駆動することが可能な、安価な２分割構造の固定子を製作することができるという効果を奏する。

また、固定子巻線ユニットあるいは電源ユニットに軸受を保持する軸受ハウス部を一体的に形成する構成としてもよい。これにより、軸受保持用の特別な部材を用意する必要がなく、固定子巻線ユニットと電源ユニットおよび軸受を備えた回転子を組合せることで回転機を組み立てることが可能になり、２割構造の固定子で構成された安価な回転機を製作することができるという効果を奏する。

また、電源ユニットの前記端子部を外部に露出させ、モールド樹脂で一体的に封止した電源ユニットとする構成としてもよい。これにより、電源ユニットに電子部品を搭載したプリント配線板を装着した場合でも、モールド樹脂が電子部品で発生する熱を吸熱するので、電子部品の温度上昇を抑制することが可能になるとともに、周囲からの水等の湿気から電子部品を保護することが可能になるので、電子部品の温度が低く、耐湿性能の高い、高品質の２分割構造の固定子を製作することが実現できるという効果を奏する。さらに、モールド樹脂には絶縁性能もあるので、電源ユニット内部に電子部品や端子部等の充電部からの絶縁距離を確保する空間を設ける必要が無く、小形の２分割構造の固定子の製作が実現できるという効果を奏する。

また、電源ユニットの前記端子部をバネ性のある導電部材で形成し、前記固定子巻線ユニットの端末ピンを前記端子部に挿入することにより、前記固定子巻線ユニットと前記電源ユニットが電気的に接続される構成としてもよい。これにより、固定子巻線ユニットと電源ユニットの電気的接続が、半田付け等の作業を必要とせずに可能になり、組立が容易で安価な２分割構造の固定子の製作が実現できるという効果を奏する。

また、本発明の同期回転機の固定子を空調用ブラシレスＤＣファンモータに搭載する構成としてもよい。これにより、電源ユニットだけを変更することにより、多くの電源電圧に対応することができ、また駆動方式により電源ユニットの大きさが変更できるので、多くの電源電圧への対応を要求される多種類の空調用ブラシレスＤＣファンモータの製造が安価に実現できるという効果を奏する。

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は、本発明の第１の実施の形態における固定子巻線ユニットの半断面図と、図の矢印で示した上下それぞれの方向からの矢視図である。図において、固定子鉄芯１は、絶縁インシュレータ２を介して巻線３が巻装されている。巻線３の端末部は絶縁インシュレータ２に固定された導電性の端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃに電気的に接続されている。この状態で、端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃの先端部だけが外部に露出するようにして、その他の部分すべてをモールド樹脂５にて一体的に封止して固定子巻線ユニット６を構成している。また、固定子巻線ユニット６には、軸受を保持する軸受ハウス部８と次に説明する電源ユニット１７との結合用の穴７が設けられている。図２は電源ユニット１７の半断面図と、図の矢印で示した上下それぞれの方向からの矢視図である。図において、プリント配線板９は、モータ駆動用ＩＣ１１等の電子部品を搭載している。そして、固定子巻線ユニット６の外部に露出した端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃに対峙する位置に、対応して接続する端子部となる導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃが取り付けられている。導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃを挿入したときに密着して保持するようにバネ性を持たせたものである。また、導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、プリント配線板９に搭載した電子部品と電気的に接続されている。プリント配線板９には、外部から電源を供給する電源リード線１６も保持用のコネクター１５を介して電気的に接続され、固定子巻線ユニット６と結合するためのインサートナット１３とともに、モールド樹脂１２にて一体的に封止されている。モールド樹脂１２にて封止する成形の際に、導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃがある部分はモールド樹脂１２には封止されず、プリント配線板９の両面とも外部に露出するようにモールド成形の金型が製作されている。すなわち、導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃがある部分では、封止された状態でも、プリント配線板９の両面が外部に露出している。また、電源ユニット１７には、固定子巻線ユニット６と同様に軸受を保持する軸受ハウス部１４も設けられている。図３は、図１で示した固定子巻線ユニット６に磁石１８と軸受１９ａ、１９ｂを備えた回転子２０を挿入した後、図２で示した電源ユニット１７で蓋をするようにして組み立てた同期電動機の半断面図である。電源ユニット１７を固定子巻線ユニット６に結合させるとき、露出した導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃに、突出した固定子巻線ユニットの端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃが挿入され、結合と同時に固定子巻線ユニット６と電源ユニット１７の電気的接続も完成する。結合した後、それぞれのユニットはネジ２１にて締め付けられ、一体化し、電動機としての運転が可能になる。

このように、プリント配線板９に実装する電子部品の大きさや量や、電子部品の耐熱性や耐圧性に応じて、電源ユニット１７を変更することにより、固定子巻線ユニット６は変更せずに種々の駆動方式に対応した電動機を構成することが可能になる。そして、駆動方式や電源電圧に応じて駆動回路や電源回路が変化するたびに、駆動回路や電源回路を含んだ大きなモールドの樹脂型を製作する必要がなく、安価な多種類の同期電動機の製造が実現できることになる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態における電源ユニット３０の半断面図と、図の矢印で示した上下それぞれの方向からの矢視図である。固定子巻線ユニット６については、実施の形態１と同一のものを用いている。図４に示すように、プリント配線板２３には、ＡＣ電源からＤＣ電流を取り出す際に使用される電解コンデンサ３１やチョークコイル２２とともに、実施の形態１と同様にモータ駆動用ＩＣ１１等の電子部品が実装される。さらに、プリント配線板２３には、固定子巻線ユニット６の外部に露出した端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃに対峙する位置に、プリント配線板２３に搭載した電子部品と電気的に接続された、導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃが取り付けられている。また、電子部品等に外部から電源を供給する電源リード線１６が保持用のコネクター１５を介して電気的に接続されているのも実施の形態１と同様である。ここで、導電部材１０ｂ、１０ｃについては、後述する保護ケース２４に覆われていて、図４では図示されていない。プリント配線板２３は、板金の円形状の固定板２５に取り付けられている。固定板２５は、固定子巻線ユニット６と結合したのちにネジ２１で締め付ける為のネジ穴２６と固定子巻線ユニット６から突出した端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃが貫通する穴２７および軸受を保持する軸受ハウス２８を備えている。そして、固定板２５には、プリント配線板２３を覆う片端が閉じた円筒形状の保護ケース２４が固定ネジ２９にて取り付けられて一体化し、電源ユニット３０を形成している。本実施の形態では、電子部品である電解コンデンサ３１やチョークコイル２２をモールド樹脂で封止しようとすると成形時の圧力に弱く、保護部材を用いて成形する必要がありコスト高になる為、モールド樹脂による封止はしていない。図５は、実施の形態１の図１で示した固定子巻線ユニット６に磁石１８と軸受１９ａ、１９ｂを備えた回転子２０を挿入した後、実施の形態１と同様に図４で示した電源ユニット３０で蓋をするようにして組み立てた同期電動機の半断面図である。電源ユニット３０を固定子巻線ユニット６に結合させるとき、突出した固定子巻線ユニットの端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃが、固定板２５に設けられた貫通用の穴２７を貫通する。そして、端末ピン４ａ、４ｂ、４ｃは、プリント配線板２３に取り付けられた導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃに挿入され、結合と同時に固定子巻線ユニット６と電源ユニット３０の電気的接続が完成する。結合した後、それぞれのユニットはネジ２１にて締め付けられ、一体化し、実施の形態１と同様電動機としての運転が可能になる。

このように、プリント配線板２３に実装する電子部品の大きさや量や、電子部品の耐熱性や耐圧性に応じて、電源ユニット３０を変更することにより、固定子巻線ユニット６は変更せずに種々の駆動方式に対応した電動機を構成することが可能になり、駆動方式や電源電圧に応じて駆動回路や電源回路が変化するたびに、駆動回路や電源回路を含んだ大きなモールドの樹脂型を製作する必要がなく、安価な多種類の同期電動機の製造が実現できる。

尚、実施の形態２では、電源ユニット３０を構成する固定板２５と保護ケース２４を板金で形成したが、樹脂のケースとしてもよく、要は軸受の保持とプリント配線板２３の固定と保護ができればよい。また、一旦、固定板２５に保護ケース２４を固定ネジ２９で固定してから、固定子巻線ユニット６と結合させたが、先にプリント配線板２３を固定板２５に取り付けた状態で固定子巻線ユニット６結合させ一体化させてから、保護ケース２４を取付けても、同期電動機の構成は可能である。

また、実施の形態１および２、どちらの実施例でも、端末ピン４ａ，４ｂ，４ｃとプリント配線板の電気的接続を導電部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用いて実施したが、半田接続を利用してもよい。要は電気的接続が確実に実施できればよい。

以上のように、本発明による同期回転機の固定子は、固定子巻線ユニットは変更せず、電源ユニットだけを変更して、種々の駆動方式や電源電圧に対応した回転機を、安価に構成できるので、種々の駆動方式および様々な電源電圧への安価な対応を求められる空調用ブラシレスＤＣファンモータの固定子等として最適である。

１ 固定子鉄芯
２ 絶縁インシュレータ
３ 巻線
４ａ、４ｂ、４ｃ 端末ピン
５ モールド樹脂
６ 固定子巻線ユニット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 導電部材
１２ モールド樹脂
１７ 電源ユニット
３０ 電源ユニット

Claims (8)

1. 絶縁インシュレータを介して巻線を巻装した鉄芯と、前記巻線の端末部に棒状の導電性部材を接続した端末ピンとを有した固定子巻線ユニットと、
   前記端末ピンと電気的に接続される端子部を備えた電源ユニットで構成され、
   前記固定子巻線ユニットは、前記端末ピンの端部が外部に露出するようにモールド樹脂で一体的に封止され、
   前記固定子巻線ユニットと、前記電源ユニットは、それぞれ別個に作成した後、前記端末ピンが前記端子部に接続されるように合体して構成した同期回転機の固定子。
2. 前記固定子巻線ユニットと前記電源ユニットとを合体する際、前記固定子巻線ユニットの開口部を前記電源ユニットが封止する請求項１記載の同期回転機の固定子。
3. 前記電源ユニットに、電子部品を搭載したプリント配線板を装着し、無整流子電動機を駆動する駆動回路を実装した、請求項１または２記載の同期回転機の固定子。
4. 前記電源ユニットに、電子部品を搭載したプリント配線板を装着し、無整流子電動機を駆動する前記駆動回路と、前記駆動回路および前記固定子巻線に電流を供給する電源回路を実装した請求項１または２記載の同期回転機の固定子。
5. 前記固定子巻線ユニットあるいは前記電源ユニットに軸受を保持する軸受ハウス部を一体的に形成した請求項１乃至４いずれかに記載の同期電動機の固定子。
6. 前記電源ユニットの前記端子部を外部に露出させ、モールド樹脂で一体的に封止した電源ユニットとした請求項１乃至５いずれかに記載の同期電動機の固定子。
7. 前記電源ユニットの前記端子部をバネ性のある導電部材で形成し、前記固定子巻線ユニットの端末ピンを前記端子部に挿入することにより、前記固定子巻線ユニットと前記電源ユニットが電気的に接続される請求項１乃至６いずれかに記載の同期電動機の固定子。
8. 請求項１乃至７いずれかに記載の固定子を備えた空調用ブラシレスＤＣファンモータ。

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