JP2015223017A - 絶縁部材とそれを用いた電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】端子とブラケットとの絶縁を確保しつつ、電動機を小型化することができる電動機用の絶縁部材とそれを用いた電動機を提供すること。
【解決手段】電動機１内部のステータ１０と回路基板５０とを接続する端子１３と電動機１の外郭を形成するブラケット３０、４０との絶縁を図る絶縁部材２００は、回路基板５０の上面５１の少なくとも端子１３の上方を覆う天面部２１０と、天面部２１０のブラケット３０側の端部から垂下し、端子１３のブラケット３０側の側方を覆う壁面部２２０とを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動機内部の端子とブラケットとの絶縁を図る絶縁部材とそれを用いた電動機に関する。

従来から、固定子と、固定子の中心に配置された回転子と、回転子の出力回転軸を支持する軸受と、軸受を保持するとともに固定子を収容する金属製のブラケットと、ブラケット内に配置された回路基板とを備えた電動機が知られている。固定子と回路基板とは、固定子に設けられた端子を介して電気的に接続されており、ブラケットは、固定子と軸受と回路基板を覆う電動機の外郭を形成している。また、電動機内部の回路基板とブラケットとの絶縁を図るために、絶縁シートを回路基板の上方に配置した電動機も知られている。（例えば、特許文献１参照）。しかし、特許文献１に開示された電動機は端子とブラケットとの絶縁について考慮されていないため、例えば、端子のブラケット側の側方とブラケットとは所定の絶縁距離を確保する必要があり、電動機を小型化することができなかった。

特開２００１−０６１２６５号公報

本発明は、端子とブラケットとの絶縁を確保しつつ、電動機を小型化することができる電動機用の絶縁部材とそれを用いた電動機を提供する。

（１）本発明に係る第１の態様は、電動機内部の固定子と回路基板とを接続する端子と電動機の外郭を形成するブラケットとの絶縁を図る絶縁部材であって、回路基板の上面の少なくとも端子の上方を覆う天面部と、天面部のブラケット側の端部から垂下し、端子のブラケット側の側方を覆う壁面部とを備える絶縁部材を提供する。
（２）天面部が、上記（１）に記載の絶縁部材において、前記回路基板の上面全体を覆ってもよい。
（３）天面部が、上記（１）又は（２）に記載の絶縁部材において、回路基板に実装された発熱部品が発生する熱を伝熱する伝熱部材を仮固定するための仮固定部を有していてもよい。
（４）上記（１）ないし（３）のいずれかに記載の絶縁部材を用いた電動機を提供する。

本発明によれば、端子とブラケットとの絶縁を確保しつつ、電動機を小型化することができる電動機用の絶縁部材とそれを用いた電動機を提供できる。

第１実施形態におけるブラシレスＤＣモータの一部切欠き断面図である。 回路基板側のブラケットを内側から見た図である。 ブラケット及び絶縁部材を外した状態で、回路基板からブラシレスＤＣモータを見た平面図である。 第１実施形態における絶縁部材を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａから見た断面図、（ｃ）は側面図である。 変形例における絶縁部材の平面図である。 第２実施形態における絶縁部材を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂから見た断面図、（ｃ）は側面図である。

以下、本発明の実施形態における電動機としてのブラシレスＤＣモータ１及びブラシレスＤＣモータ１内部のステータ（固定子）１０と回路基板５０とを接続する端子（以下、接続ピンという）１３と、ブラシレスＤＣモータ１の外郭を形成するブラケット３０、４０との絶縁を図る絶縁部材１００、１００Ａ、２００を添付図面に基づき詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１において、ブラシレスＤＣモータ１は、ステータ（固定子）１０と、ステータ１０の中心に同軸的に配置されたロータ（回転子）２０と、ロータ２０の出力回転軸２１を支持する軸受６１、６２と、軸受６１を保持するとともにステータ１０の一方側を覆うブラケット３０と、軸受６２を保持するとともにステータ１０の他方側を覆うブラケット４０と、ステータ１０の一方側でブラケット３０内部に配置された回路基板５０と、回路基板５０を覆う絶縁部材１００とを備えている。ブラケット３０とブラケット４０は、ステータ１０と軸受６１、６２と回路基板５０を覆うブラシレスＤＣモータ１の外郭を形成している。

ステータ１０の形状はリング状で、インシュレータ１４を介して電磁鋼板の積層体１１に巻線１２が巻かれて構成されている。巻線１２は、回路基板５０との接続を行うためにインシュレータ１４に立設された接続ピン１３に電気的に接続されている。さらに、接続ピン１３は、回路基板５０のステータ１０側から回路基板５０に挿入され、回路基板５０に形成された図示しない配線に電気的に接続されている。

ロータ２０は、出力回転軸２１と出力回転軸２１に同軸的に取り付けられた円盤状のバックヨーク２２と、バックヨーク２２の外径側に配置された複数の板状の永久磁石２３とを備えている。永久磁石２３の磁極は、等間隔で、かつ、隣接する磁極同士がＮ、Ｓ交互に逆極性となるようにバックヨーク２２の外周面上に配置され、バックヨーク２２は出力回転軸２１と一体化されている。永久磁石２３は、樹脂材にフェライト磁性体を混入させて成形後、着磁することでフェライトボンド磁石として形成することができる。なお、永久磁石２３はこれに限らず、フェライト磁石の代わりに希土類磁石を用い、ボンド磁石の代わりに焼結磁石を用いてもよい。

ロータ２０は、ステータ１０の内周壁より内側に、ステータ１０の内周壁と所定の空隙をもって対向して収められている。そして、出力回転軸２１は、ブラケット３０に収容された軸受６１及びブラケット４０に収容された軸受６２に通されて回転可能に軸支されている。軸受６１及び軸受６２には、ボール軸受を用いることができる。

ブラケット３０は、図１及び図２において、ステータ１０を一方側から覆う略カップ状に形成されている。ブラケット３０の底面３５の中心部には、外方に向かって突出した有底円筒形状の保持部３１を備えている。軸受６１は保持部３１に収容されている。また、保持部３１の中心には出力回転軸２１を通す孔３４が形成されている。

ブラケット４０は、図１及び図３において、ブラケット３０と同様に、ステータ１０の他方側から覆う略カップ状に形成されている。ブラケット４０の底面４４の中心部には、外方に向かって突出した有底円筒形状の保持部４１を備えている。軸受６２は保持部４１に収容されている。ブラケット３０及びブラケット４０は、例えば、亜鉛メッキ鋼板、ステンレス合金等の金属で形成できる。

図１、図２及び図３において、ブラケット３０、ブラケット４０には、略カップ状形状の開口側の外縁から径方向に突出した板状の突起３２、突起４２が４カ所ずつ形成されている。突起３２と突起４２は、ブラケット３０とブラケット４０とを組み合わせたとき、互いに向き合う位置に形成されている。ブラケット３０とブラケット４０は、突起３２及び突起４２にそれぞれ形成された孔３３と孔４３とにねじ７０を通し、ナット７１によって締めて固定されている。なお、固定方法は、ねじ７０及びナット７１による方法に限らず、カシメる方法、接着による方法等であってもよい。

回路基板５０の形状は、図１及び図３において、略円盤形状である。回路基板５０には、外周の一部に直線状の切欠き５２が形成されている。さらに、切欠き５２から回路基板５０の中心まで切り込み５３が形成されている。切り込み５３の先端は、出力回転軸２１を通すために、出力回転軸２１の径に対応して半円状に形成されている。回路基板５０は、横方向から出力回転軸２１を切り込み５３に通しながら中心まで差し込むことで、ブラシレスＤＣモータ１の内部に配置することができる。回路基板５０の上面５１には、巻線１２への通電を制御するＩＣ（発熱部品）８０が実装されている。その他、図示しない電子部品も実装されている。

図１及び図３において、ＩＣ８０には、ＩＣ８０が発生する熱を伝熱するための伝熱部材９０がシリコン伝熱シート９１を介して載せられている。また、図２において、伝熱部材９０とブラケット３０との間に、塗布後に硬化する放熱シリコン接着剤９２を充填することによって、伝熱部材９０からブラケット３０にＩＣ８０が発生する熱が伝わる。

以下、絶縁部材１００についてより詳しく説明する。図１及び図４において、絶縁部材１００は、図１に示したブラシレスＤＣモータ１の内部に設けられた回路基板５０の上面５１全体を覆う天面部１１０と、天面部１１０のブラケット３０側の端部から垂下し、回路基板５０の側面５４を覆うとともに、接続ピン１３のブラケット３０側の側方を覆う壁面部１２０とを備えている。絶縁部材１００は、天面部１１０及び壁面部１２０が薄い樹脂材により形成されている。なお、天面部１１０は、回路基板５０の上面５１の少なくとも接続ピン１３の上方が覆われていればよい。

天面部１１０は、平面視において略円盤状で、回路基板５０と同様に、切欠き１１２と切欠き１１２から天面部１１０の中心まで切り込み１１３が形成されている。壁面部１２０は、平面視で天面部１１０の外周縁であるブラケット３０側の端部から垂下している。

天面部１１０は、薄い樹脂材により形成されているので、強度を確保し撓みを防ぐための補強リブ１３０、１３１を設けてもよい。絶縁部材１００は、回路基板５０等の収納スペースを確保するためには、できるだけ薄いことが好ましいが、絶縁部材１００は、接続ピン１３とブラケット３０との絶縁を確保するためには、少なくとも０．２ｍｍの厚みが必要である。

また、天面部１１０は、シリコン伝熱シート９１を介してＩＣ８０の上に載置される伝熱部材９０を仮固定するための開口部（仮固定部）１４０を有する。そして、図１及び図２において、開口部１４０が、その内周において、伝熱部材９０の上面９０ａ及び下面９０ｂを除く側面９０ｃに当接するのが好ましい。さらに、図４において、切欠き１１２の両端部には、それぞれ延長部１２１が形成されている。延長部１２１は、壁面部１２０と連続し、切欠き１１２の両端部からそれぞれ垂下されている。延長部１２１は、回路基板５０の切欠き５２の一部を覆うようになっている。開口部１４０の内周が伝熱部材９０の側面９０ｃに当接することによって、伝熱部材９０はＩＣ８０の上に仮固定される。

以下に、絶縁部材１００の組み込み方法について述べる。絶縁部材１００は、横方向から出力回転軸２１を切り込み１１３に通しながら中心まで差し込み、ＩＣ８０及びシリコン伝熱シート９１に開口部１４０の位置を合わせる。絶縁部材１００は、回路基板５０の側面５４及び接続ピン１３を壁面部１２０が覆うように、かつ、回路基板５０の切欠き５２を壁面部１２０の延長部１２１が覆うようにステータ１０に向かって下げて組み込む。そして、絶縁部材１００の開口部１４０に伝熱部材９０が挿入され、ＩＣ８０の上に伝熱部材９０が仮固定される。

本実施形態の絶縁部材１００によれば、絶縁部材１００は、天面部１１０と壁面部１２０とで略カップ状に立体的に形成されているので、薄いフィルム材で形成されていても、絶縁部材１００の変形が少なく組み立て作業性が向上する。また、絶縁部材１００は、略カップ状に形成されているので、筒状に形成された壁面部１２０が回路基板５０の側面５４に沿うように配置される。さらに、壁面部１２０の延長部１２１が回路基板５０の切欠き５２に沿うように配置される。従って、絶縁部材１００がステータ１０に組み込まれた後は、絶縁部材１００は回路基板５０によって位置決めされるため、径方向と周方向に位置ずれしない。また、絶縁部材１００は、天面部１１０に補強リブ１３０、１３１を設けることによって強度が補強されて、より変形が抑えられ、ブラシレスＤＣモータ１の組み立て作業性がより向上する。さらに、絶縁部材１００の天面部１１０と壁面部１２０により、接続ピン１３とブラケット３０との絶縁を確保しつつ、接続ピン１３の上方及びブラケット３０側の側方と、ブラケット３０との間の絶縁距離を短縮することができる。したがって、ブラケット３０と接続ピン１３を近づけることができるので、ブラシレスＤＣモータ１を小型化することができる。なお、天面部１１０の形成により、回路基板５０とブラケット３０との絶縁も兼ねることができる。

また、伝熱部材９０は、塗布後に硬化する放熱シリコン接着剤９２によってブラケット３０に取り付けられているが、放熱シリコン接着剤９２が硬化するまで伝熱部材９０を仮固定しておく必要がある。本実施例では、絶縁部材１００の開口部１４０に伝熱部材９０が挿入されると、絶縁部材１００の開口部１４０の周縁が伝熱部材９０の側面９０ｃと当接するので、放熱シリコン接着剤９２が硬化するまで伝熱部材９０を径方向と周方向に仮固定することができる。このように開口部１４０によって伝熱部材９０が仮固定されているので、所定の位置からずれるのを抑えることができる。したがって、放熱性を維持できる。

（変形例）
以下、第１実施形態における変形例である絶縁部材１００Ａについて説明する。図５において、第１実施形態と同じ部位には同じ符号を付した。絶縁部材１００Ａでは、開口部１４０が、その内周において、伝熱部材９０の外周である側面９０ｃに当接するように開口部１４０の内側に向かって突出する凸状の弾性部１４１を有する。また、補強リブ１３０と補強リブ１３１とをつなぐ補強リブ１３２が形成されている。

変形例によれば、弾性部１４１によって弾性的に伝熱部材９０の仮固定が行える。また、絶縁部材１００Ａに補強リブ１３２を追加形成したことにより、より絶縁部材１００Ａの強度が補強されて変形が抑えられ、直流ブラシレスモータ１の組み立て作業性がより向上する。

（第２実施形態）
以下、本実施形態における絶縁部材２００を添付図面に基づき説明する。図６において、本実施形態では、絶縁部材２００は天面部２１０と壁面部２２０とを備えており、天面部２１０が図１及び図３に示した回路基板５０の上面５１から露出する接続ピン１３の上方を主に覆っている点が第１実施形態と異なる。また、本実施形態では、天面部２１０には、図２及び図３に示した伝熱部材９０の形状に合わせ切欠き部（仮固定部）２３０が形成されている。切欠き部２３０が伝熱部材９０の３つの側面９０ｃに当接することにより、伝熱部材９０がＩＣ８０の上に仮固定される。

本実施形態によれば、絶縁部材２００に使用する樹脂材の体積を小さくすることができ、材料コストの低減が図れる。また、伝熱部材９０は、第１実施形態と同様に、放熱シリコン接着剤９２が硬化するまで切欠き部２３０によって仮固定されているので、所定の位置からずれるのを抑えることができる。

第１実施形態及び変形例において、絶縁部材１００、１００Ａは、一体化された天面部１１０及び壁面部１２０で構成されているが、例えば、切り込み１１３を中心に対称形状になった２つの分割品とし、それぞれの分割品に互いに連結する連結手段を設けて構成されていてもよい。この構成によると、２つの分割品を横方向から差し込んでそれぞれの分割品を連結手段にて連結させることで組み立てることができ、出力回転軸２１を通すための切り込み部分のみを形成すればよく、回路基板５０の上面５１、側面５４及び切欠き５２の大部分を覆う絶縁部材を得ることができる。

また、第１実施形態及び変形例において、開口部１４０の内周から垂下する壁面部を形成してもよい。さらに、第２実施形態において切欠き部２３０の縁から垂下する壁面部を形成してもよい。これらの壁面部により、伝熱部材９０の保持力がより向上する。

以上述べた絶縁部材１００、１００Ａ、２００は、ブラシレスＤＣモータ１に限らず、他の構成の電動機の絶縁部材としても利用できる。また、ブラシレスＤＣモータ１は、例えば、空気調和機に搭載される送風ファンを駆動する電動機として使用することができ、室内機での使用では出力回転軸２１にクロスフローファンが取付けられ、室外機での使用では出力回転軸２１にプロペラファンが取付けられる。

１ ブラシレスＤＣモータ（電動機）
１０ ステータ（固定子）
１１ 積層体
１２ 巻線
１３ 接続ピン（端子）
１４ インシュレータ
２０ ロータ（回転子）
２１ 出力回転軸
２２ バックヨーク
２３ 永久磁石
３０ ブラケット
３１ 保持部
３２ 突起
３３ 孔
３４ 孔
３５ 底面
４０ ブラケット
４１ 保持部
４２ 突起
４３ 孔
４４ 底面
５０ 回路基板
５１ 上面
５２ 切欠き
５３ 切り込み
５４ 側面
６１ 軸受
６２ 軸受
７０ ねじ
７１ ナット
８０ ＩＣ（発熱部品）
９０ 伝熱部材
９０ａ 上面
９０ｂ 下面
９０ｃ 側面
９１ 伝熱シート
９２ 放熱シリコン接着剤
１００ 絶縁部材
１１０ 天面部
１１２ 切欠き
１１３ 切り込み
１２０ 壁面部
１２１ 延長部
１３０、１３１ 補強リブ
１４０ 開口部（仮固定部）
１００Ａ 絶縁部材
１３２ 補強リブ
１４１ 弾性部
２００ 絶縁部材
２１０ 天面部
２２０ 壁面部
２３０ 切欠き部（仮固定部）

Claims (4)

1. 電動機内部の固定子と回路基板とを接続する端子と電動機の外郭を形成するブラケットとの絶縁を図る絶縁部材であって、
   前記回路基板の上面の少なくとも前記端子の上方を覆う天面部と、
   前記天面部の前記ブラケット側の端部から垂下し、前記端子の前記ブラケット側の側方を覆う壁面部とを備える
   ことを特徴とする絶縁部材。
2. 前記天面部が、前記回路基板の上面全体を覆う
   ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁部材。
3. 前記天面部が、前記回路基板に実装された発熱部品が発生する熱を伝熱する伝熱部材を仮固定するための仮固定部を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁部材。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の絶縁部材を用いたことを特徴とする電動機。

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