JP4698621B2 - 電力変換回路を内蔵したモータおよびそれを搭載した機器 - Google Patents
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Description
また、プリント基板上のIC位置は、金属製放熱板との位置関係を考慮する必要があり、実装位置に制約が出て、表面実装IC化による電力変換回路基板や、その電力変換回路基板を具備するモータおよびそのモータを搭載した機器の小型化の効果が充分得られていなかった。
図1は、本発明の実施の形態1におけるモータのロータおよびブラケットを除く側面断面図(上図)および上面透視図(下図)である。
図1において、1はモータを駆動するための電力変換回路を実装したプリント基板(電力変換回路基板ともいう)である。この電力変換回路は、前記特許文献2に示されるように、少なくとも1つ以上のスイッチング素子と、該スイッチング素子に逆並列に接続される還流ダイオードからなる半導体回路部とを有する半導体モジュールをプリント基板にリフロー半田により表面実装することにより構成される。また、半導体モジュールを、少なくとも1つ以上のスイッチング素子と、該スイッチング素子に逆並列に接続される還流ダイオードと、交流電源を整流するダイオード整流回路と、半導体モジュールの温度を検出する温度検出手段とを有する構成としてもよい。
本実施の形態では、主回路IC2の端子部に応力緩和樹脂10を塗布したのち、モールド樹脂4でモールドするため、ベアリングハウジング等の強度を要求される部分に使用される硬いモールド樹脂4で、主回路IC2およびプリント基板1は固定されるが、主回路IC2の端子は、低応力のIC端子応力緩和樹脂10で覆われていることで拘束されることなく変形可能なため、熱によるモータ内の各部品の収縮差に起因する端子半田部の歪の量を、モールド樹脂4により端子が固定され変形できない場合に比べ低減することができる。さらにモールド樹脂4の線膨張係数を他のモータの内蔵部品と近いものを選定することでも、半田の歪量を低減することができる。なお、前記のように自己発熱が大きな主回路IC2の端子に応力緩和の措置をとったが、ステータ3の発熱が大きく、電力変換回路基板1全体にその影響がおよぶ場合は、ホールIC6やその他の表面実装部品にもIC端子応力緩和樹脂10をIC足部もしくはIC全体に塗布しても良い。
図3は、本発明の実施の形態2におけるモータのロータおよびブラケットを除く側面断面図(上図)および上面透視図(下図)で、図4は図3の主回路ICの側面断面図である。なお、本実施の形態2以降において、特に断らない限り、実施の形態1と同一または相当部品は同一符号を付して説明は省略する。
本実施の形態は、基本的に実施の形態1と同様の構成である。実施の形態1と相違する点は、電力変換回路を実装したプリント基板(電力変換回路基板)1とモータのステータ3とを一体にモールドするモールド樹脂4が図3に示すように、主回路IC2の上部において周辺より厚く形成されていることと、主回路IC2のICチップ11が図4に示すように、金属製のリードフレーム13より、反プリント基板側に配置されていることである。
本実施の形態では、モールド樹脂4の線膨張係数を他のモータ内蔵部品と近いものを選定することにより、半田の歪量を低減し、電力変換回路基板の寿命を向上することができる。なお、図1に示すように主回路IC2の端子部に応力緩和樹脂10をモールド前に塗布する構造としてもよい。
その他の効果は実施の形態1と同じである。
図5は、本発明の実施の形態3におけるモータのロータおよびブラケットを除く側面断面図(上図)および上面透視図(下図)である。
本実施の形態の場合も、基本的に実施の形態1と同様の構成である。実施の形態1と相違する点は、主回路IC2の上側に、電力変換回路を実装したプリント基板(電力変換回路基板)1とモータのステータ3とを一体にモールドするモールド樹脂4に金属板20を埋め込み配置する構成としたことである。この金属板20は、主回路IC2の金属バリア兼ヒートスプレッダとして機能するものである。この場合、主回路IC2には主に図4に示したものが用いられる。
その他の効果は、実施の形態1、2の効果と同じである。
図6は、本発明の実施の形態4におけるモータのロータおよびブラケットを除く側面断面図(上図)および上面透視図(下図)である。
本実施の形態の場合も、基本的に実施の形態1と同様の構成である。実施の形態1と相違する点は、L形状の外部放熱用金属板21を主回路IC2の上部を覆うように配置する構成としたことである。この外部放熱用金属板21は、電力変換回路を実装したプリント基板(電力変換回路基板)1とステータ3とをモールド樹脂4で成型しモータ完成後、モータのケーシング内に取り付けられる。なお、外部放熱用金属板21の主回路IC2上側部分は放熱をよくするために部分的に厚く形成されている。したがって、モールド樹脂4にはこの外部放熱用金属板21の肉厚部分がはまる凹部21aが形成されている。また、図6の下図では示していないが、外部放熱用金属板21は主回路IC2の部分を覆うようにモータケーシング内に取り付けられている。
図7は、本発明の実施の形態5における換気扇およびモータの側面断面図である。図7において、1はモータを駆動するための電力変換回路を実装したプリント基板(電力変換回路基板)である。2は電力変換回路のうちモータのステータまき線に電圧を印加する電圧型インバータの主回路を内蔵する主回路ICである。主回路IC2の内部構造は、図4のものを用いる。3はステータコアに巻き線を巻いて構成されるモータのステータ、4はステータ3を絶縁するモールド樹脂で、ステータ3と一体にモールドされる。5はステータ3の巻き線と電力変換回路基板1を半田付けを用いて電気的に結合するためのモータ端子である。6はロータの回転速度もしくは回転位置をロータが発生する磁束密度変化により検出するホールICである。22は換気扇の金属筐体、23は換気扇を取り付けている天井壁、24は換気扇グリル、25はシロッコファン、26はモータシャフト、29はロータである。27はモータの金属製ケーシングで、ベアリングハウジング9の機能をも有する。28はコンバータ(図示せず)が商用電源のAC100Vを整流し得られた、直流電圧を平滑化するための電解コンデンサである。この電解コンデンサ28は、モールド樹脂4の成型圧力および温度に耐えられないので、前記電解コンデンサ28を実装した電力変換回路基板1をステータ3と同時にモールドすることは難しい。
本実施の形態では、図7に示されるように、電力変換回路基板1はモールド樹脂4でモールドされないため、電解コンデンサ28を実装した電力変換回路基板1を、モータに内蔵することが可能である。
Claims (15)
- パッケージ化された半導体モジュールをプリント基板に表面実装して電力変換回路を構成し、前記電力変換回路が構成された電力変換回路基板をステータと電気的に接続したのち一体にモールドしたモータであって、
前記半導体モジュールは金属製のリードフレームを備え、前記半導体モジュール内の半導体チップを、前記リードフレームよりステータ側に配置したことを特徴とするモータ。 - 前記モールド前に、前記半導体モジュールの端子部もしくはIC全体に事前に端子応力緩和樹脂を塗布したことを特徴とする請求項1記載のモータ。
- 前記半導体モジュールを、前記プリント基板上のステータ側と反対側の面に配置し、前記半導体モジュール上のモールド樹脂の肉厚を周辺より薄くし、その薄い部分からモータ外部に放熱することを特徴とする請求項1または2記載のモータ。
- 前記半導体モジュールを、前記プリント基板上のステータ側と反対側の面に配置し、前記半導体モジュール上のモールド樹脂の肉厚を周辺より厚くしたことを特徴とする請求項1または2記載のモータ。
- 前記半導体モジュールを、前記プリント基板上のステータ側と反対側の面に配置し、前記半導体モジュール上のモールド樹脂に金属板を配置したことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のモータ。
- 前記半導体モジュールを、前記プリント基板のステータ側の面に配置したことを特徴とする請求項1または2記載のモータ。
- 前記半導体モジュールは、少なくとも1つ以上のスイッチング素子と、前記スイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオードからなる半導体回路部とを備えたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のモータ。
- 前記半導体モジュールは、少なくとも1つ以上のスイッチング素子と、前記スイッチング素子に逆並列に接続された還流ダイオードと、交流電源を整流するダイオード整流回路と、前記半導体モジュールの温度を検出する温度検出手段とから構成されたことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のモータ。
- 前記半導体モジュール以外の構成素子も、前記プリント基板に表面実装されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のモータ。
- 前記プリント基板は、ステータの断面積の1/2より小さいことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載のモータ。
- 前記プリント基板にはコンバータ回路を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載のモータ。
- 前記電力変換回路基板とステータとを一体にモールドして構成された構造体を金属製ケーシングに内蔵し、前記金属板を前記金属製ケーシングに取り付けたことを特徴とする請求項5、8〜11のいずれかに記載のモータ。
- 請求項1〜12のいずれかに記載のモータを搭載したことを特徴とする空気調和機。
- 請求項1〜12のいずれかに記載のモータを搭載したことを特徴とする換気扇。
- 請求項1〜12のいずれかに記載のモータを搭載したことを特徴とするポンプ。
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