JP3370514B2 - ブラシレス電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転子の回転位
置を回転位置検出センサーによって検出し、この検出信
号に基づいて、固定子巻線に駆動電流を供給し電動機を
駆動するブラシレス電動機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転子の回転位置を回転位置検出
センサーによって検出し、この検出信号に基づいて、固
定子巻線に駆動電流を供給し回転子を回転させるブラシ
レス電動機は広く知られている。そして、この種のブラ
シレス電動機は回転子の外周に永久磁石を配設するとと
もに固定子に巻装した固定子巻線（以下単に巻線とい
う）に駆動電流を供給して回転磁界を発生させて回転子
を回転させる構成となっている。この巻線によって所定
の回転磁界を発生させるためには、回転子の回転位置を
検出し、この検出信号に基づいて前記巻線に順次駆動電
流を供給している。そして、前記回転子の回転位置の検
出はホール素子等からなる回転位置検出センサー（以下
単にセンサーという）によってなされているものである
が、前記センサーは回転子に巻装された巻線との間に絶
縁距離を確保して設けなけばならない。また、正確な回
転位置を検出する上からはできるだけ永久磁石に対応さ
せるとともに近接させなければならない。このことか
ら、従来は回転子の軸方向の長さ寸法を、前記固定子の
積層鉄心の積層寸法よりも長く、つまり回転子の永久磁
石が配設された外周を固定子の端面にある巻線から十分
な絶縁距離を確保できる長さ寸法だけ長く設定してい
る。それにより、固定子つまり磁極の端面から回転子を
突出させ、この突出した回転子の周囲にセンサーを対応
させて配設する構成として、センサーと前記巻線との絶
縁距離を確保するとともに正確な検出ができるようにし
ているものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のブラシレス電動
機における回転子の回転位置検出の構成は、上述したよ
うにセンサーと巻線との絶縁距離の確保および正確な回
転位置を検出するために回転子の軸方向の長さ寸法を固
定子の積層寸法よりも所定長さ長く設定し、回転子の外
周端部を固定子の端面から突出させ、この突出した回転
子の周囲にセンサーを対応させて配設する構成としたも
のであることから、前記回転子の軸方向寸法が大きくな
り電動機の小形化が図れないという問題があり、また、
回転子に設ける永久磁石も大きなものが必要となる等高
価となり経済的な面で好ましくないという問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、請求項１記載の発明は、フレ
ーム内に回転自在に設けられるとともに外周に永久磁石
が配設された回転子と、積層鉄心からなり前記回転子の
周囲に配列される複数の磁極を有するとともにこの磁極
を絶縁する絶縁体を介して固定子巻線が巻装され前記フ
レーム内に収納された固定子と、前記回転子の近傍に配
設されて前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出
センサーと、前記回転位置検出センサーの検出信号に基
づいて前記固定子巻線に駆動電流を供給する回路手段と
を備えたブラシレス電動機において、前記固定子の端面
に前記磁極を絶縁する絶縁体を配設し、この絶縁体に軸
方向に突出する環状の外側壁及びこの外側壁と離間対向
する内側壁とを設けて、これら内外両壁により前記固定
子巻線を収納する収納溝を設け、前記内側壁に、前記回
転子側に位置した防護壁と前記収納溝側に位置した絶縁
壁とを設けて、これら両壁間に溝状でかつこの溝が延び
る方向の両端が夫々開放された配設凹部を形成し、か
つ、前記外側壁に配線基板取付け用の取付突起を設け、
前記回転位置検出センサーが取付けられた配線基板に切
欠を設け、この切欠に前記取付突起を嵌合させて前記配
線基板を前記外側壁に取付けるとともに、前記回転位置
検出センサーを前記配設凹部内に位置させたブラシレス
電動機としたものである。

【０００５】このように構成した請求項１記載の発明
は、固定子の磁極を絶縁する絶縁体に回転子側に位置し
た防護壁と収納溝側に位置した絶縁壁とによって形成し
た配設凹部に、前記絶縁体に固定される配線基板に取付
けられた回転位置検出センサーを位置させることとした
ことから、回転子の軸方向の長さ寸法を大きくすること
がないという作用を有するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明のブラシレス電動機の実
施の形態を電動送風機に適用した場合を図１ないし図５
に基づいて説明する。

【０００７】図１は電動送風機Ａを一部断面して示す側
面図であり、同図に示すように電動送風機Ａは、電動機
１と、この電動機１に取り付けられるファン５０とから
構成されている。そして、前記電動機１は、フレーム
２、固定子３０、回転子４０等から構成されている。

【０００８】前記フレーム２は主フレーム１０とこの主
フレーム１０に取付ねじ３によって取り付けられた副フ
レーム２０とから構成されている。そして、前記主フレ
ーム１０は一端側に開口１１が設けられた有底筒状に形
成され、その底壁１２には前記開口１１側に開口した凹
状に形成された軸受収納部１３が形成されている。ま
た、周壁１４の底壁１２側に位置する部位には排気孔１
４ａが形成されている。また、前記開口１１の周縁部に
は後述するファンカバー５６を嵌合して取り付ける嵌合
部１５ａが設けられたフランジ部１５が一体に形成さ
れ、このフランジ部１５には図示しないねじ孔が設けら
れている。

【０００９】前記副フレーム２０は略短冊形状に形成さ
れ、中心部には図１に示すように主フレーム１０の底壁
１２側に開口して凹状に形成された軸受収納部２１が形
成されている。また、幅フレーム２０には、前記軸受収
納部２１の両側の部位に通気孔２２（一方のみ図示）
が、また、軸受収納部２１の近傍にねじ孔２３が形成さ
れ、また両端部（一方端部のみ図示）に図示しないねじ
挿通孔が形成されている。そして、前記両端部に形成し
た前記図示しないねじ挿通孔と前記主フレーム１０のフ
ランジ部１５に形成した図示しないねじ孔とを対応させ
て前記取付ねじ３を取り付けることにより、副フレーム
２０と主フレーム１０とは結合されている。両者が結合
された状態では副フレーム２０の両側縁と前記開口１１
の周縁とで略半円形状の風路開口が形成されるようにな
っている。

【００１０】主フレーム１０に圧入されて取り付けられ
る固定子３０について説明する。この固定子３０はケイ
素鋼板等を打ち抜いて形成した鉄心３２を所定の積層寸
法となるように複数枚積層して形成した積層鉄心３１か
ら構成されている。また、前記鉄心３２には図２（Ａ）
に示すように所定数（図では６個）の磁極３２ａが形成
され、そして、隣接する磁極３２ａの間には磁極３２ａ
に固定子巻線３３を巻回するためのスロット３２ｂが形
成されている。また、鉄心３２の外周には前記主フレー
ム１０内に圧入される圧入部３２ｃが突出して形成され
ており、この圧入部３２ｃを圧入した状態では、互いに
隣接する圧入部３２ｃと前記主フレーム１０の周壁１４
とで囲まれて空間が形成される。この空間は固定子３０
の外周と主フレーム１０の内周との間に風路を形成する
ものである。そして、鉄心３２を積層して積層鉄心３１
つまり固定子３０の前記各スロット３２ｂおよび前記磁
極３２ａの端面つまり固定子３０の端面には、図２
（Ａ）〜（Ｃ）に示すように電動機１の駆動時に高温と
なる固定子３０の温度に耐え得る耐熱性合成樹脂で形成
された絶縁体としてのスロット絶縁材３４が配設されて
いる。このスロット絶縁材３４の前記副フレーム２０側
には、このスロット絶縁材３４と一体に形成され前記固
定子３０の両端面よりこの端面と直交する方向つまり軸
方向に突出して外側壁としての環状壁３５が形成されて
いるとともに、この環状壁３５の内側でかつこの環状壁
３５と離間対向して各磁極３２ａの磁極３２ａの先端部
つまり歯部に対応した部位に内側壁としての突出壁３７
が複数（図では６個）個形成されている。この突出壁３
７と前記環状壁３５とによって両者の間には図１に示す
ように前記固定子巻線３３を収納する収納溝３８が形成
されている。また、前記底壁１２側に位置する前記突出
壁３７には溝状に形成されてセンサーを配設する配設凹
部３９が形成されている。この配設凹部３９は、図１、
図３および図４に示すように突出壁３７の周方向に延び
る細溝で形成されている。つまり、前記回転子４０側に
位置した防護壁３７ａと、前記収納溝３８側に位置した
絶縁壁３７ｂとを形成することにより、細溝形状に形成
されていて、その溝が延びる方向の両端は夫々開放され
ているものである。そして、図３に示すように前記スロ
ット絶縁材３４の底壁部３７ｃは前記磁極３２ａの端面
つまり固定子３０の端面を覆うとともに肉薄に形成され
た絶縁用の壁となっている。また、図３および図４に示
すように前記絶縁壁３７ｂは前記防護壁３７ａよりも長
く突出されている。なお、前記スロット絶縁材３４と環
状壁３５および突出壁３７とは、あらかじめ耐熱性を有
する合成樹脂で成型して前記積層鉄心３１に取り付ける
ようにしてもよく、また、積層鉄心３１と一体成型して
形成するようにしてもよい。また、前記配設 凹部３９
は、要は回転子４０側に位置した防護壁３７ａと前記収
納溝３８側に位置した絶縁壁３７ｂが形成されていれば
よいものである。

【００１１】また、前記主フレーム１０の底壁１２側の
環状壁３５にはそれぞれ３個の突起３５ａと３５ｂが形
成されており、突起３５ａは後に詳述する配線基板を取
付るための取付用の突起となっている。

【００１２】そして、固定子３０は前記固定子巻線３３
を巻回するとともに後述する配線基板６０を取り付けた
状態で前記主フレーム１０内に圧入して取り付けられる
ものである。

【００１３】前記回転子４０は、ケイ素鋼板等を打ち抜
いて形成した鉄心４２を所定の積層寸法となるように複
数枚積層して形成した積層鉄心４３、この積層鉄心４３
の外周に取着した所定の極数を形成した永久磁石４４お
よび前記積層鉄心４３の軸孔４３ａに圧入された回転軸
４５とから構成されている。なお、この回転軸４５の一
端側先端部に後述する遠心ファン５１を取り付けるため
のねじ４５ａが形成されている。そして、前記回転軸４
５にはボールベアリング４６、４７がその内輪を圧入し
て取り付けられている。

【００１４】回転子４０は回転軸４５に取り付けたボー
ルベアリング４６、４７を前記主フレーム１０および副
フレーム２０のそれぞれに形成した軸受収納部１３およ
び２１にその外輪を回り止めして収納つまり嵌合するこ
とによってフレーム２内に回転自在に支持されて配設さ
れるものである。

【００１５】ファン５０は、遠心ファン５１、整流板５
５、これら遠心ファン５１および整流板５５を収納する
ファンカバー５６とから構成されている。そして、前記
遠心ファン５１は、円形状の平板プレート５２、中央部
に吸入口５３ｂが設けられたなだらかな曲面とした山形
の曲面プレート５３、および平板プレート５２と曲面プ
レート５３を互いに所定距離離間して結合する複数のブ
レード５４とから構成されている。なお、前記平板プレ
ート５２の中心には回転軸４５が挿通される貫通孔５２
ａが形成されている。また、前記整流板５５は、外周部
に図示しないが複数の風路口が形成されるとともに中心
部には円形状に凹ませた凹部５５ａが形成され、この凹
部５５ａには前記副フレーム２０の軸受収納部２１の外
周部に嵌合する嵌合孔５５ｂが形成されている。また、
前記凹部５５ａには前記副フレーム２０に形成したねじ
孔２３に対応した貫通孔５５ｃが形成されている。ま
た、前記ファンカバー５６は図１において下方を開口し
た有底筒状に形成され、その底壁つまり前記曲面プレー
ト５３と対向する面は、前記曲面プレート５３の曲面に
沿った形状に形成されるとともに、この面の中央部には
曲面プレート５３に形成した吸入口５３ｂと対応して吸
入口５６ａが形成されている。また、環状壁５６ｂの開
口の近傍の内周壁は、前記主フレーム１０に形成したフ
ランジ部１５に形成した嵌合部１５ａに嵌合する被嵌合
部となっている。

【００１６】このファン５０は前記電動機１が組み立て
られた状態で取り付けられるものである。つまり、電動
機１が組み立てられた状態の前記副フレーム２０に、ま
ず整流板５５をその貫通孔５５ｃを前記副フレーム２０
のねじ孔２３に対応させて配置し、ねじ４をねじ孔２３
に締結して取り付ける。ついで、前記遠心ファン５１の
平板プレート５２を取付板５７、５７によって挾持する
とともに、遠心ファン５１をワッシャー５８を介して前
記回転軸４５のねじ４５ａにナット５９によって取り付
ける。ついでファンカバー５６を前記遠心ファン５１、
整流板５５を覆って被嵌合部を前記嵌合部１５ａに嵌合
させて取り付けるものである。

【００１７】前記主フレーム１０の底壁１２側に位置す
る環状壁３５には配線基板６０が取り付けられている。
この配線基板６０には、図５に示すように略円板状に形
成され中央部に前記回転子４０の回転軸４５を貫通させ
る貫通孔６１が形成され、また、外周部に前記環状壁３
５に設けた取付突起３５ａが嵌合する３個の切欠６２が
設けられている。この切欠６２に前記取付突起３５ａを
嵌合した後、この取付突起３５ａの頭部に熱を加えて溶
融することにより、前記配線基板６０は前記環状壁３５
に取り付けられるようになっている。また、配線基板６
０には、前記配設凹部３９内に配設されて前記永久磁石
４４を介して回転子４０の位置を検出するセンサーつま
り回転位置検出センサーとしてのホール素子（ホールＩ
Ｃ）６３および温度センサー６４が取り付けられてい
る。また、配線基板６０にはピン６５が設けられてお
り、このピン６５には前記巻線３３の端部３３ａとリー
ド線７０とが接続される。また、前記ホール素子６３は
配線基板６０に設けたプリント配線を介してフレキシブ
ル基板からなるリード線７１に接続されている。そし
て、前記リード線７０およびフレキシブル基板からなる
リード線７１は保護チューブ７３（図１参照）に挿通さ
れて前記主フレーム１０に設けた排気口１４ａから外部
に引き出され、図示しない駆動回路が設けられた回路手
段に接続されている。そして、前記温度センサー６４は
前記巻線３３の端部３３ａの近傍に位置した部位に設け
られている。巻線３３を流れる駆動電流によって前記端
部３３ａ部分も発熱する。この発熱つまり温度を前記温
度センサー６４で検知して、所定温度以上つまり駆動電
流により巻線３３が異常に発熱した際は、駆動電流の供
給を停止する等して、電動機１の焼損等を防止するもの
である。なお、この温度センサー６４は図１に点線で示
したように前記収納溝３８内に収納された巻線３３に接
触ないし近接して配設するようにしてもよいものであ
る。

【００１８】前記ホール素子６３が取り付けられた前記
配線基板６０を前記環状壁３５に取り付けた状態では、
前記ホール素子６３は前記配設凹部３９内に位置してい
るものである。このことによって、前記ホール素子６３
は前記絶縁壁３７ｂによって巻線３３との絶縁が確実に
なされており、また、防護壁３７ａによって電動送風機
Ａの振動あるいは外部からの予期せぬ衝撃力が加わり、
仮に前記ホール素子６３が動くようなことが生じたとし
ても、前記防護壁３７ａによって回転子４０への接触を
確実に防止できることから、ホール素子６３の破損等を
防止できるものである。また、このように配設凹部３９
を固定子３０の端面に設けたことにより、ホール素子６
３と巻線３３との絶縁およびホール素子６３と回転子４
０との接触の防止等ができるとともに、前記配設凹部３
９は固定子３０に形成した磁極３２ａの端面でかつ回転
子側に位置して形成されていることから、固定子３０の
端面および回転子４０に近接した位置に形成できる。そ
のため、従来のように回転子の軸方向の長さ寸法を大き
くする必要がなくなり、従来のように電動機の小形化が
図れないという問題および回転子に設ける永久磁石を大
きくしなければならないという問題を解消できるもので
ある。

【００１９】また、前記温度センサー６４を前記配線基
板６０に設ける構成としたことから、従来のように温度
センサーを巻線にテープ等によって取り付けるものに比
べて、その取り付けを容易かつ簡単とすることができる
ものである。

【００２０】なお、上記実施の形態においては、絶縁体
としての環状壁３５をスロット絶縁材３４に一体に形成
する構成としたが、これはスロット絶縁材３４とは別体
に形成して固定子３０の端面部に取着する構成としても
よいものである。しかし、上記実施の形態のようにスロ
ット絶縁材３４に一体に形成する構成とした場合は、別
体とした場合に比べ部品点数が少なくなり組立が容易で
ある等の利点がある。

【００２１】なお、上記実施の形態ではブラシレス電動
機を電動送風機に用いた場合について説明したが、これ
は言うまでもなくブラシレス電動機単体とすることもで
きるものであり、また、他の電気機器に用いることがで
きるものである。

【００２２】

【発明の効果】上記のように構成した請求項１記載の発
明は、固定子の磁極を絶縁する絶縁体に回転子側に位置
した防護壁と固定子巻線を収容する前記絶縁体の収納溝
側に位置した絶縁壁とによって配設凹部を形成し、この
配設凹部に、前記絶縁体に固定される配線基板に取付け
られた回転位置検出センサーを位置させることとしたこ
とから、回転子の軸方向の長さ寸法を大きくすることが
ないという効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電動送風機の一部を
断面して示す側面図。

【図２】上記実施の形態の電動送風機が備える固定子に
スロット絶縁材を取り付けた状態を示す図であり、
（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は下面図であ
る。

【図３】図２（Ｃ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図４】図３に示された部分を示す斜視図。

【図５】上記実施の形態に係る電動送風機が備える配線
基板を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面
図、（Ｃ）は下面図である。

【符号の説明】

Ａ 電動送風機 １ 電動機 ２ 電動機のフレーム １０ 主フレーム ２０ 副フレーム ３０ 固定子３１ 積層鉄心 ３２ａ 固定子の磁極３３ 固定子巻線 ３４ スロット絶縁材（絶縁体） ３５ 環状壁（外側壁）３５ａ 取付突起 ３７ 突出壁（内側壁） ３７ａ 防護壁 ３７ｂ 絶縁壁 ３８ 収納溝３９ 配設凹部 ４０ 回転子４４ 永久磁石 ６０ 配線基板６２ 切欠 ６３ ホール素子（回転位置検出センサー）

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−217512（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−93442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−43592（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−159576（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−168784（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 29/08 H02K 21/14 H02K 11/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレーム内に回転自在に設けられるととも
   に外周に永久磁石が配設された回転子と、積層鉄心から
   なり前記回転子の周囲に配列される複数の磁極を有する
   とともにこの磁極を絶縁する絶縁体を介して固定子巻線
   が巻装され前記フレーム内に収納された固定子と、前記
   回転子の近傍に配設されて前記回転子の回転位置を検出
   する回転位置検出センサーと、前記回転位置検出センサ
   ーの検出信号に基づいて前記固定子巻線に駆動電流を供
   給する回路手段とを備えたブラシレス電動機において、前記固定子の端面に 前記磁極を絶縁する絶縁体を配設
   し、この絶縁体に軸方向に突出する環状の外側壁及びこ
   の外側壁と離間対向する内側壁とを設けて、これら内外
   両壁により前記固定子巻線を収納する収納溝を設け、 前記内側壁に、前記回転子側に位置した防護壁と前記収
   納溝側に位置した絶縁壁とを形成して、これら両壁間に
   溝状でかつこの溝が延びる方向の両端が夫々開放された
   配設凹部を形成し、 かつ、前記外側壁に配線基板取付け用の取付突起を設
   け、 前記回転位置検出センサーが取付けられた配線基板
   に切欠を設け、この切欠に前記取付突起を嵌合させて前
   記配線基板を前記外側壁に取付けるとともに、前記回転
   位置検出センサーを前記配設凹部内に位置させたことを
   特徴とするブラシレス電動機。
2. 【請求項２】前記絶縁壁が前記防護壁よりも長く突出さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のブラシレス電
   動機。