JP4768737B2 - 空冷式の電子回路を有する電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機、特に電子回路を備えた電動機、たとえば直流モータに関する。

電動機に換気扇ホィールが設けられている、送風機用の電動機を使用する場合に、たとえばそれを車両内で使用する場合には、コンパクトな構造を求める要請がある。それは、それぞれ電動機の種類に応じて、電子回路を有する従来のブラシを備えた電動機であることも、あるいはパワーエレクトロニクスを備えたブラシレスモータであることもできる。

その場合に２つの電動機のための電子回路は、できる限り短い導線を達成し、かつ十分に良好な電磁的雑音除去を可能にするために、できる限りモータに近づけなければならない。しかしこれは、モータにおける熱の発生に基づいて電子回路の高い熱負荷をもたらす可能性があり、それによって電子回路の損傷がもたらされるおそれがある。

従来技術（たとえば、特許文献１を参照）からは、固定のモータハウジングを有する、内蔵された電子制御を備えた電動機が知られており、その場合にモータは熱保護部を有しており、それが軸方向に沿って接極子と電子制御部との間に挿入されており、かつ熱を逃がすための手段としてモータハウジングの外部にフィンを有している。
ドイツ公開公報ＤＥ１９７３６３００Ａ１

本発明の課題は、できるだけコンパクトに形成されている、内蔵された電子回路を備えた電動機を提供することである。十分に良好な熱導出を可能にしようとしている。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。好ましい展開が、従属請求項の対象である。

本発明は、電動機と内蔵された電子回路をできるだけ有効に冷却するために、これらを直接冷却すべきである、という考えに基づいている。特に付加的な冷却部材が省かれ、電動機ができるだけコンパクトに形成されている。そのために内蔵された電子回路を有する電動機は、回転するロータを有しており、そのロータがロータ内に配置されたステータと電子回路を包囲しており、ステータと電子回路が内部で換気される。換言すると、ステータと電子回路は、ロータ自体の内部で直接冷却される。それによって改良された熱導出が可能となる。

できるだけ簡単な実施形態においては、ステータと電子回路は、冷却フィルム、特に冷却空気流によって包囲されている。ステータをできるだけ均一に冷却するために、冷却空気流は１つの方向に方位付けされ、かつ均一に延びている。特に、冷却空気流はロータの内部でロータの軸方向の軸線に沿って１つの方向に向いて延びている。ロータの軸に、さらに換気扇ホィールが配置されている。

できるだけ１つの方向に向くように方位付けされた、制御可能な冷却空気流を得るために、ステータとロータが間隙を形成しながら互いに軸方向に隔てられている。それぞれ冷却効果および電動機の種類と構造に応じて、間隙の高さを可変に調節することができる。その場合に、ステータ、特にロータに対して垂直に配置されて、ステータと結合されているプレートとロータとの間の間隙によって、流れ入口としての第１の換気口が形成されている。好ましくは、第１の換気口は、ロータの周面を一周する間隙として形成されている。

さらに、第２の換気口が、ロータの上側に配置された幾つかの開口部によって流れ出口として形成されている。ここでも、得るべき冷却効果に従って、開口部がたとえば円形に、ロータの長手軸に対して半径方向に１列または複数列に配置されている。

できるだけ１つの方向に向くように方位付けされた冷却空気流を形成するために、それぞれの開口部は外側へ向けられた流れブレードを有している。好ましくは流れブレードは、アーチ状に形成されている。特に流れブレードは、ベンチレータブレードとして形成されているので、吸込み作用が得られる。それによってステータとロータの間の間隙を通して周囲空気が吸い込まれて、ロータの上側の開口部を介して逃がされるので、モータと電気回路の回りに割れ目流または冷却空気流の形式の冷却空気流が形成される。ロータの内部で電動機の個々のコンポーネントをめぐるこの種のフィルム状の冷却空気流によって、特に良好に熱を逃がすことができる。

それぞれロータの上側の開口部の種類と形成に応じて、流れブレードをロータ自体の打ち抜かれた領域によって形成することができる。そのために、打抜き工具を用いてロータに、特にロータの上側に開口部が打ち抜かれる。その場合、打ち抜かれた領域が変形され、特に湾曲されて、アーチ形状の流れブレード、たとえばベンチレータブレードが形成される。ロータの上側というのは、ロータが円筒状で片側へ向かって開放している場合に、その閉鎖された側である。その閉鎖された側に、従ってロータの上側に、ロータの軸が配置され、ロータが回転する。円筒の開放した側において、ステータのためおよび場合によっては電子回路のためのプレートを介在させて、ロータの軸の他方の端部に、たとえば換気扇ホィールが配置されている。代替的に、流れブレードを別に形成して、モータハウジングに配置することができる。それぞれ設定に応じて、開口部の列の１つにハウジングに適した流れブレードを設け、他の列に別の流れブレードを設けることができる。

本発明によって得られる効果は、特に、ステータとロータの内部換気によって、付加的なコンポーネントなしで、モータと電子回路の十分に良好な冷却をもたらすことができることである。特に、ステータと電子回路の回りを流れる冷却空気流によって、改良された熱導出がもたらされる。

本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

すべての図において、互いに相当する部分は、同一の参照符号を有している。

図１は、内蔵された電子回路２を有する電動機１を示している。電動機１は、ロータ４を有している。ロータ４がステータ６と電子回路２を包囲している。ロータ４とステータ６は、モータハウジング８によって包囲されている。回転するロータ４は、長手軸Ｄを備えた軸１０を有している。それぞれ電動機１の機能に応じて、たとえば送風機として、軸１０に換気扇ホィール１２を配置することができる。

電動機１の駆動中に、ロータ４の内部に発熱がもたらされることがある。内蔵された電子回路２、ロータ４およびステータ６の十分に良好な冷却を得るために、電動機１は、ステータ６、ロータ４および電子回路２が内部で換気されるように形成されている。換言すると、ステータ６、ロータ４および電子回路２は、ロータ４自体の内部で直接冷却される。

そのために、電動機１の駆動中、ステータ６、ロータ４および電子回路２は冷却フィルムＫＬ、特に冷却空気流ＫＬによって包囲されている。その冷却空気流ＫＬは、できるだけ均一に冷却するためにできるだけ１つの方向に向けて方位付けされて均質に延びている。特に冷却空気流ＫＬはロータ４の内部でロータ４の軸方向の長手軸Ｄに沿って１つの方向に向いて延びている。

ロータ４は、ロータ８の軸１０に配置され、特に固定されている。従って特に簡単な方法で、回転するロータ４によって、ステータ６と電子回路２の回りを流れる、割れ目流の形式の冷却空気流ＫＬが形成される。

流れ入口として、ステータ６とロータ４の間に軸方向に延びる間隙１４が設けられている。好ましくは間隙１４は、高さにおいて可変に調節可能であるので、所望の冷却量供給とそれに伴って冷却効果を調節することができる。その場合に、図１に示すように、間隙１４は、ロータ４に対して垂直に配置されてステータ６と結合されているプレート１６（このプレート１６はステータ６の一部である）とロータ４との間に形成されている。従って間隙１４は、ロータ４内の第１の換気口Ｌ１であって、それが流れ入口として用いられる。できるだけ大きい冷却空気量のために、第１の換気口Ｌ１は、ロータ４の周面を一周する間隙１４として形成されている。

プレート１６は、さらに、一方では、ステータ６を保持するため、そして他方では、プレート１６に対して垂直に配置されたウェブ１６ａを介して軸１０のための軸受Ｌ１からＬ４を保持するために用いられる。

流れ出口として、かつそれに伴って長手軸Ｄに対して平行にスタータ６、ロータ４および電子回路２に沿って一つの方向に向って流れる冷却空気流ＫＬを形成するために、ロータ４の上側４ａに配置された幾つかの開口部１８によって第２の換気口Ｌ２が形成されている。できるだけ一つの方向に向って方位付けされた冷却空気流ＫＬを形成するために、それぞれの開口部１８は外側へ向けられた流れブレード２０を有している。その流れブレードが図２に詳細に示されている。

開口部１８は、たとえば円形に、ロータ４の上側４ａにロータ４の長手軸Ｄに対して半径方向に１列または複数列Ｒに配置されている。流れブレード２０は、たとえばアーチ形状であって、特にベンチレータブレードの形式で形成されている。それによって吸込み効果が得られる。その場合にステータ６とロータ４の間の間隙１４を通して周囲空気が吸い込まれて、ロータ４の上側４ａの開口部１８を介して逃がされる。従って冷却空気流ＫＬが、図１に示すように、ステータ６と電子回路２の回りに形成される。

できるだけ簡単な実施形態においては、流れブレード２０はロータ４自体の打ち抜かれた領域によって形成することができる。そのために図示されていない打抜き工具を用いてロータ４の上側４ａに開口部１８が打ち抜かれる。その場合、打ち抜かれた領域が変形され、特に屈曲されるので、アーチ形状の流れブレード２０が形成される。代替的に、流れブレード２０を別に形成することができる。

プレート１６は、軸受ＬＡ１からＬＡ４の配置の他に、他の電子コンポーネントまたは、たとえば雑音除去部材２２、プレート形状の部材２６のような、他のコンポーネントＫの収容にも用いられる。プレート１６は、たとえば金属プレートとして形成されている。

内蔵された電子回路と内側で換気されるロータとを有する電動機を断面で図式的に示している。 図１に基づく電動機を図式的に示す斜視図である。

１ 電動機
２ 電子回路
４ ロータ
４ａ ロータの上側
６ ステータ
８ モータハウジング
１０ 軸
１２ 換気扇ホィール
１４ 間隙
１６ プレート
１８ 開口部
２０ 流れブレード
２２ 雑音除去部材
２６ プレート状の部材
Ｄ 長手軸
Ｋ コンポーネント
ＬＡ１からＬＡ４ 軸の軸受
Ｌ１ 第１の換気口
Ｌ２ 第２の換気口
ＫＬ 冷却空気流
Ｒ 列

Claims (14)

1. 内蔵された電子回路（２）を有する電動機（１）であって、回転するロータ（４）を有し、そのロータがロータ（４）内に配置されたステータ（６）と電子回路（２）を包囲しており、しかも、ステータ（６）、ロータ（４）および電子回路（２）が内部で換気され、電子回路（２）は、流出のためにロータ（４）に形成された少なくとも１つの喚気口（Ｌ２）に近接して配置されており、かつ、電子回路（２）は、ステータ（６）の一端にも近接して配置されており、さらに、ステータ（６）と電子回路（２）は、ロータ（４）の長手軸（Ｄ）に沿う１つの方向に向いて流れる冷却空気流（ＫＬ）によって包囲されている電動機。
2. 冷却空気流（ＫＬ）が、ロータ（４）の内部でロータ（４）の軸方向の長手軸（Ｄ）に沿って延びている、請求項１に記載の電動機。
3. ロータ（４）が換気扇ホィール（１２）を有しており、その軸（１０）にロータ（４）が配置されている、請求項１から２のいずれか１項に記載の電動機。
4. 回転するロータ（４）によって、ステータ（６）と電子回路（２）の回りを流れる、割れ目流の形式の冷却空気流（ＫＬ）が形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
5. ステータ（６）とロータ（４）が、間隙（１４）を形成しながら軸方向に互いに隔てられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機。
6. 第１及び第２の換気口（Ｌ１、Ｌ２）が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機。
7. ステータ（６）、特にロータ（４）に対して垂直に配置されて、ステータ（６）と結合されているプレート（１６）とロータ（４）との間の間隙（１４）によって、第１の換気口（Ｌ１）が形成されている、請求項６に記載の電動機。
8. 第１の換気口（Ｌ１）が、ロータ（４）の周面を一周する間隙（１４）として形成されている、請求項７に記載の電動機。
9. 第２の換気口（Ｌ２）が、ロータ（４）の上側（４ａ）上に配置された幾つかの開口部（１８）によって形成されている、請求項６または７に記載の電動機。
10. 開口部（１８）が、ロータ（４）の長手軸（Ｄ）に対して半径方向に複数列（Ｒ）に配置されている、請求項９に記載の電動機。
11. それぞれの開口部（１８）が、外側へ向けられた流れブレード（２０）を有している、請求項９または１０に記載の電動機。
12. 流れブレード（２０）が、アーチ形状に形成されている、請求項１１に記載の電動機。
13. 流れブレード（２０）が、ロータ（４）自体の打ち抜かれた領域によって形成されている、請求項１１または１２に記載の電動機。
14. 流れブレード（２０）が、別に形成されて、ロータ（４）に配置されている、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の電動機。

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