JP4398212B2 - 電動工具用自冷式モータ - Google Patents

Description

本発明は、自冷ファンを有する自冷式モータに関するものである。

従来より、回路一体型モータにおいて、電子部品の発熱による高出力化への妨げを解決し、電子部品及び巻線に対し冷却効果を得ることができる自冷モータが提案されている（特許文献１）。

この自冷式モータは、回転子フレームの天面に対向し近接配置した自冷ファンに外周面開口部を配設し、外周面開口部から誘導排出される冷却風の流路上に電子部品を取り付けた放熱体を配置したものである。
特開２０００−５０５７５

上記従来の自冷式モータにおいては、自冷ファンの回転により電子部品に冷却風を流すことは可能である。

しかし、この電子部品及び電子部品を取り付けた放熱体が、自冷式モータの外部に取り付けられているため、モータの外形が大きくなり、また、必ずしも冷却風が電子部品に流れない場合があるという問題点がある。

また、この自冷式モータにおいては、フレームの一部に流路を開口し、固定子や回転子を冷却する構造となっているが、電子部品を冷却するための流路とこの通気口との通路とは全く違う方向であるため、効率よく電子部品と固定子や回転子を冷却できないという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みて、固定子、回転子及び電子部品を配置した配線基板を効率よく冷却することができる自冷式モータを提供するものである。

請求項１に係る発明は、リング状の固定子内周部に回転子が回転自在に配され、ブラシレスＤＣモータで、前記回転子に自冷ファンが設けられた自冷式モータにおいて、両端部が開口した金属製の円筒状のフレーム内周部に前記固定子、前記回転子及び前記自冷ファンが配され、前記モータを駆動させるための駆動回路を有した配線基板が前記フレーム内部に配され、かつ、前記配線基板と前記フレーム内周部との間に通気口を設けるために、前記配線基板の端部を複数箇所切り欠き、前記フレームの開口した一端部にアルミニウム製のリング状放熱部が設けられ、前記リング状放熱部から内周側に向かってＹ字形の放熱取り付け部がリング状放熱部と一体に設けられ、前記配線基板に取り付けられた電子部品を前記放熱取り付け部に取り付けたことを特徴とする電動工具用自冷式モータである。

請求項２に係る発明は、前記配線基板が複数枚あり、前記複数枚の配線基板が所定間隔をあけて前記フレームの軸方向に沿って取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の電動工具用自冷式モータである。

請求項３に係る発明は、前記回転子の回転軸を回転自在に支持する一対の軸受け部材を固定する一対のブラケットに通気口がそれぞれ開口し、前記一対のブラケットが前記フレームに取り付けられたことを特徴とする請求項１及び２記載の電動工具用自冷式モータである。

請求項４に係る発明は、前記回転子の回転軸を回転自在に支持する一対の軸受け部材を固定する一対のブラケットに通気口がそれぞれ開口し、かつ、前記一対のブラケットが前記フレームに取り付けられ、前記一方のブラケット、前記自冷ファン、前記回転子、前記他方のブラケット、前記配線基板の順番で前記フレーム内周部に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至３記載の電動工具用自冷式モータである。

請求項１に係る自冷式モータにおいては、自冷式モータの回転子が回転すると自冷ファンも同時に回転し、円筒状のフレームの一方の開口部から空気が流入する。この流入した空気は冷却風となり、回転子、固定子、配線基板を冷却して、他方の開口部から排出される。また、配線基板とフレーム内周部との間には、通気口が設けられているため冷却風はこの通気口を通過することができる。

このように、自冷ファンによって固定子、回転子、配線基板が同時に冷却することができ、冷却風の流路は円筒状のフレーム内部で一方向に流れるものであるため、効率よくこれら部品を冷却することができる。

また、配線基板に取り付けられた電子部品が放熱取り付け部にも取り付けられているため、この電子部品から放熱される熱はアルミニウム製の放熱取り付け部及びリング状放熱部から放熱することができ、効率よくその放熱を行うことができる。

また、自冷式モータがブラシレスＤＣモータであるため、その部品を簡潔かつ容易にフレーム内部に配置することができる。

請求項２に係る自冷式モータにおいては、配線基板が複数枚あり、複数枚の配線基板が所定間隔を開けてフレームの軸方向に沿って取り付けられているので、配線基板が複数枚あっても効率よく冷却することができる。

請求項３に係る自冷式モータにおいては、回転子を取り付ける一対のブラケットに通気口が開口しているため、この通気口を介して冷却風を流すことができるため、固定子や回転子を効率よく冷却することができる。

請求項４に係る発明の自冷式モータにおいては、一方のブラケット、自冷ファン、回転子、他方のブラケット、配線基板の順番でフレーム内周部に取り付けられているため、自冷式ファンによって起こされた冷却風がこれら部品を順番に冷却することができる。

以下、本発明の一実施形態である自冷式モータ１０について、図１から図８に基づいて説明する。

（１）自冷式モータ１０の構造
本実施形態の自冷式モータ１０は、インバータ制御されるブラシレスＤＣモータである。

自冷式モータ１０のフレーム１２は金属製の円筒管よりなり、その両端部が開口している。

図１の縦断面図において、フレーム１２の内周側の右側には、リング状の固定子１４が取り付けられている。この固定子１４は、図５に示すように固定子鉄心１６に固定子巻線１８が巻回されたものである。なお、固定子鉄心１６の表面には絶縁層が設けられている。

固定子１４の内周側には、Ｓ極とＮ極の永久磁石よりなる回転子２０が配されている。回転子２０の中心部には回転軸２２が設けられ、図１において回転子２０の右側には自冷ファン２４が取り付けられている。この自冷ファン２４は、回転子鉄心２６とモールド樹脂により一体成型により形成されるものである。自冷ファン２４は、図１において、固定子１４の右側に配されている。

回転軸２２の右側を支持するベアリングよりなる軸受け部材２８は、金属製のブラケット３０により取り付けられている。このブラケット３０は、図８に示すように、同心円上に複数の通気口３２が開口している。ブラケット３０はフレーム１２の右端部の内周部に嵌め込まれて固定されている。

回転軸２２の左側を回転自在に支持するベアリングよりなる軸受け部材３４は、円筒状のフレーム１２の内周側の略中央部に取り付けられている金属製のブラケット３６に取り付けられている。このブラケット３６にも、通気口３８が開口している。

ブラケット３６と、固定子１４との間には、第１配線基板４０が設けられている。この第１配線基板４０は、図４に示すように、フレーム１２の内周部との間に通気口４２，４２が形成されるように、円形の基板の両端部が切り欠かれている。また、第１配線基板４０の中心部は、回転軸２２が貫通するように貫通口４４が開口している。この第１配線基板４０には、永久磁石よりなる回転子２０の回転位置を検出するためのホールＩＣ４６，４６，４６が１２０°毎に等間隔に配置されている。

ブラケット３６の左側には、第２配線基板４８と第３配線基板５０とが、フレーム１２の軸方向に沿って所定間隔を開けて取り付けられている。第２配線基板４８は、図３に示すように、フレーム１２の内周側との間に通気口５２，５２を設けるため、円形の基板の両端部が切り欠かれており。第３配線基板５０は、３個所の通気口５４，５４，５４を設けるために、図２に示すように略三角状の基板によって形成されている。第２配線基板４８と第３配線基板５０とは支持柱５６によって固定されている。第３配線基板５０は、リング状放熱部５８に固定されている。

リング状放熱部５８は、熱が放熱し易いようにアルミニウム製であって、円筒状のフレーム１２の左端部の内周側に嵌合されている。リング状放熱部５８の右端部には前記した第３配線基板５０が固定されている。リング状放熱部５８の左端部、すなわち、フレーム１２の左端部には、図７に示すように、Ｙ字形の放熱取り付け部６０が、リング状放熱部５８の内周側に掛け渡されるように設けられている。なお、リング状放熱部５８と放熱取り付け部６０とはアルミダイキャストで一体に形成されている。

第２配線基板４８と第３配線基板５０とにはそれぞれこの自冷式モータ１０を駆動させるための駆動回路を構成する電子部品が配置されているが、特に第３配線基板５０には、自冷式モータ１０、すなわち、ブラシレスＤＣモータの固定子巻線１８に駆動電流を流すためのインバータ回路を構成する６個のスイッチング素子であるＦＥＴ６２が取り付けられている。詳しくは、三角状の第３配線基板５０において、図２に示すように、３組のＦＥＴ６２−１，６２−２とＦＥＴ６２−３，６２−４とＦＥＴ６２−５，６２−６をＹ字状に相対向するように配置している。

この中の１組のＦＥＴ６２−１，６２−２に注目すると、これら１組のＦＥＴ６２−１，６２−２の間に前記の放熱取り付け部６０が図７に示すように配され、１組のＦＥＴ６２−１，６２−２が放熱取り付け部６０にネジ６３によって止められている。これによって６個のＦＥＴ６２−１，６２−２，６２−３，６２−４，６２−５，６２−６から放熱される熱はアルミニウム製の放熱取り付け部６０及びリング状放熱部５８から放熱することができる。

固定子巻線１８から延びる接続線１９は第３配線基板５０まで延びて接続されている。また、３個のホールＩＣ４６，４６，４６から延びるコネクタ６４は第２配線基板４８に電気的に接続されている。

第３配線基板５０には、外部からの制御信号及び電源を供給するためのリード線６６が放熱取り付け部６０の間を介して配されている。

（１）自冷式モータ１０の動作状態
上記構成の自冷式モータ１０の動作状態について説明する。

外部からの制御信号により回転子２０が回転すると、自冷ファン２４も回転する。自冷ファン２４が回転すると、図１において、円筒状のフレーム１２の右側から空気が吸い込まれる。この場合にブラケット３０には通気口３２が開口しているため、ブラケット３０は吸い込みの障害とはならない（図８参照）。フレーム１２内部に流入した空気である冷却風は、固定子１８の間と回転子２０との間を通り（図５参照）、次に、第１配線基板４０の２個所の通気口４２を通り（図４参照）、次に、フレーム３６の通気口３８を通り、次に、第２配線基板４８の２個所の通気口５２を通り（図３参照）、次に、第３配線基板５０の３個所の通気口５４を通り（図２参照）、次に、リング状放熱部５８の内周側を通り、次に、Ｙ字形の放熱取り付け部６０の間を通り（図７参照）、フレーム１２の左端部から排出される。この場合には、図１において、フレーム１２の右側の開口部が吸込口となり、左側の開口部が排出口となる。

以上により、円筒状のフレーム１２内部に順番に固定子１４、回転子２０、第１配線基板４０、第２配線基板４８、第３配線基板５０が配され、これらはフレーム１２内部を流れる冷却風によって効率よく冷却することができる。

また、第３配線基板５０に取り付けられているＦＥＴ６２−１，６２−２，６２−３，６２−４，６２−５，６２−６はアルミニウム製の放熱取り付け部６０に取り付けられているため、その放熱作用によってより効率よく放熱することができる。

なお、回転子２０の回転方向を反対にすると、冷却風の流れる方向が反対となり、上記の説明とは逆に図１において、フレーム１２の左側が吸込口に、右側が排出口となる。

また、自冷ファン２４の形状を変えることにより冷却風の流速を調整することができるため、冷却特性を容易に変化させることができる。

なお、本発明の自冷式モータは、その主旨を逸脱しない限り種々の変更を行うことができる。

本発明の自冷式モータとしては、電動工具用モータ、産業機器用モータ、車載用モータなどに適用でき、産業機器用モータとしては、円筒状のフレーム内部に配置できるためシャッター開閉用のモータなどに適用することができる。

本発明の一実施形態を示す自冷式モータの縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図１におけるＤ−Ｄ線断面図である。 本実施形態の自冷式モータの一部欠裁側面図である。 本実施形態の自冷式モータの左側面図である。 同じく右側面図である。

１０ 自冷式モータ
１２ フレーム
１４ 固定子
２０ 回転子
２２ 回転軸
２４ 自冷ファン
２８ 軸受け部材
３０ ブラケット
３２ 通気口
３４ 軸受け部材
３６ ブラケット
３８ 通気口
４０ 第１配線基板
４２ 通気口
４４ 貫通口
４６ ホールＩＣ
４８ 第２配線基板
５０ 第３配線基板
５２ 通気口
５４ 通気口
５６ 支持柱
５８ リング状放熱部
６０ 放熱取り付け部
６２ ＦＥＴ

Claims (4)

1. リング状の固定子内周部に回転子が回転自在に配され、
   ブラシレスＤＣモータで、前記回転子に自冷ファンが設けられた自冷式モータにおいて、
   両端部が開口した金属製の円筒状のフレーム内周部に前記固定子、前記回転子及び前記自冷ファンが配され、
   前記モータを駆動させるための駆動回路を有した配線基板が前記フレーム内部に配され、かつ、前記配線基板と前記フレーム内周部との間に通気口を設けるために、前記配線基板の端部を複数箇所切り欠き、
   前記フレームの開口した一端部にアルミニウム製のリング状放熱部が設けられ、
   前記リング状放熱部の内周側にＹ字形の放熱取り付け部が設けられ、
   前記配線基板に取り付けられた電子部品を前記放熱取り付け部に取り付けた
   ことを特徴とする電動工具用自冷式モータ。
2. 前記配線基板が複数枚あり、
   前記複数枚の配線基板が所定間隔をあけて前記フレームの軸方向に沿って取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１記載の電動工具用自冷式モータ。
3. 前記回転子の回転軸を回転自在に支持する一対の軸受け部材を固定する一対のブラケットに通気口がそれぞれ開口し、
   前記一対のブラケットが前記フレームに取り付けられた
   ことを特徴とする請求項１及び２記載の電動工具用自冷式モータ。
4. 前記回転子の回転軸を回転自在に支持する一対の軸受け部材を固定する一対のブラケットに通気口がそれぞれ開口し、かつ、前記一対のブラケットが前記フレームに取り付けられ、
   前記一方のブラケット、前記自冷ファン、前記回転子、前記他方のブラケット、前記配線基板の順番で前記フレーム内周部に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至３記載の電動工具用自冷式モータ。