JP5612477B2 - 回転電気機械及び組立て方法 - Google Patents

Description

本発明は回転電気機械，特に内蔵電子制御回路を備えた電気モータに関する。

回転電気機械は基本的に，ケーシングと，ケーシングに剛結合された固定子と，例えば永久磁石を備えたもののような回転子であって，上記のケーシングで囲われ，ケーシングに回転可能に結合された回転子と，を備える。

電気機械がモータとして機能するとき，電子回路，すなわち制御回路によって固定子に電力を供給して回転子が回転駆動される。この場合，上記電子回路もケーシング内部に配置される。

そしてケーシングは，電子回路に電力を供給するために外側に端子線を有するカバーで閉じられて，電気モータとなる。

制御回路は電力回路を含み，したがって動作中に電子電力コンポーネントによって発生される熱を吸収するためのヒートシンクを備える必要がある。

同時に上記の集合体（assembly）は，モータが確実に正常動作するように電子回路と電気モータとの間の効率のよい接続を保証する必要がある。

内蔵電子回路を備えた電気モータの場合，電子回路とモータとの間の効果的な電気接続と，電子回路と対応するヒートシンク，特にカバーとの間の良好な熱接触とを実現するのは困難であるため，過剰な熱の吸収は容易には達成できない。

正確に言えば，主要課題は，ケーシングはカバーで閉じる必要があるので，モータを実質的に閉じたとき，すべての電気接続及び機械結合を最適にすることが困難なことである。

集合体を閉じることができるようにするため，先行技術による解決方法は，例えば接触子のような少なくとも一つの摺動接点を用いているが，例えば振動，接触摩耗，又は動作温度のため，モータと電子回路との間，又は電子回路と端子線との間での信頼性及び効率の問題が発生しやすい。

第１のケースでは，カバーとの熱交換を最適化するために，電子回路はカバーに剛結合されており，ケーシングを閉じたとき，摺動接点が電子回路をモータに接続する。したがってこの場合は，電子回路とモータとの接続の信頼性よりもヒートシンク機能が優先されている。

第２のケースでは，電子回路はモータに例えばはんだ付けによって効果的かつ剛的に結合されるが，一方，回路とカバーとの接触は，必要な閉合公差のために，熱交換の点では特に効果的ではない。

したがって後者の解決方法においては，例えば組立て公差のために，電子回路はヒートシンクに対して効果的に押圧できない。また，上述したとおり，固有の制約があるものの，電子回路と外側の端子線との間には通常，摺動接点が用いられる。

このような状況において，本願発明の主要な目的は，ケーシングに電子回路を内蔵した回転電気機械を提案することであり，本発明は上述の欠点を克服するものである。

したがって，本発明は，電気機械内部の過剰な熱の吸収及び電気接続の点で，先行技術による解決方法よりも信頼性の高い電気機械を提供することを目的とする。

本発明の別の目的は，回路自体が発生する過剰な熱を効果的に吸収する，電子回路を内蔵した電気モータを提供することにある。

更に本発明は，電気モータと電子電力回路との間の信頼性の高い電気接続を有する電気機械を提供することを目的とする。

また更に本発明は，端子線とモータとの間に効果的な相互接続を有する電気機械を提供することを目的とする。

上述の技術的目的と，少なくとも上記の特定した各目的は，請求項１及び該請求項に従属する１又は複数の請求項に記載された特徴を有する電気機械によって実質的に達成される。本発明はまた，請求項１９及び該請求項に従属する１又は複数の請求項に記載された動作ステップを有する回転電気機械の組立て方法に関する。

本発明のほかの特徴及び利点は，付属の図面に示された回転電気機械の好適かつ非制限的な実施例を参照し，以降に述べる詳細な説明においてより明白にされる。

本発明による回転電気機械の概略透視図である。 ほかの部分をより良く示すためにいくつかの部分を切除した，図１の回転電気機械の概略透視図である。 ほかの部分をより良く示すためにいくつかの部分を切除した，図１の回転電気機械の概略断面図である。 ほかの部分をより良く示すためにいくつかの部分を切除した，図１の回転電気機械の別の断面図である。 より明りょうに示すためにいくつかの部分を切除した，図１の回転電気機械の概略展開図である。 本発明による電気機械の第１の詳細を示す概略透視図である。 図６ａの詳細を示す別の概略透視図である。 より明りょうに示すためにいくつかの部分を切除した，図６ａ及び６ｂの詳細を示す概略透視図である。 本発明による電気機械の第２の詳細を示す概略透視図である。 本発明による電気機械の第２実施例の詳細を示す概略透視図である。

付属の図面，特に図１及び５を参照すると，参照符号１は本発明による電気機械を示しており，以降の説明は本発明を理解するために必要な部分に限定する。

機械１が，密閉タイプの，すなわち内部に通じる開口部のない，電気モータを含むことが望ましい。本明細書では特にこのタイプの電気モータを指すが，本願発明の範囲を制限するものではない。

機械１は，ケーシング２と，ケーシングと共に密閉容器１０をなす対応するカバー２ａと，ケーシング内に収容された固定子又は固定子ユニット３と，ケーシング２内に収容され，該ケーシングに回転可能に結合された回転子，又は回転子ユニット４と，を備える。

特に図２及び４を参照すると，例示された固定子３は３個の巻線５，６，７を有し，機械１は巻線５，６，７に電力を供給する電子回路８を備える。

回路８は，ケーシング２内に収容すると有利であり，回路８に電力を供給する端子線９は容器１０の外側から接続できる。

機械１はまた，特に電子回路８が発生する熱を吸収するためのヒートシンクも備える。

この解決方法において，ヒートシンクはカバー２ａに組み込まれ，以降の説明でより明らかとなるが，電子回路８と熱接触を保つ。

特に図４を参照すると，機械１は，固定子３と電子回路８との間で作用する弾性結合手段，すなわち弾性結合手段１１を備える。

モータを閉じたとき，電子回路８と固定子との間のこれらの結合手段１１は，以降より詳細に説明するが，電子回路８が剛的かつ確実に結合されることが望ましい固定子３に接近させるだけでなく，カバー２ａに対して押圧することができる。

図示したとおり，結合手段１１は複数の弾性押圧部品１２，より詳細に言えば，ばねを含み，そのばねは機械が組み立てられたとき，電子回路８をヒートシンクに向かって押圧し，固定子３から遠ざける。

弾性結合手段１１はまた，巻線５，６，７の可とう部１３を含む。

換言すれば，巻線５，６，７はそれぞれ，特に固定子３に向かう少なくとも一つの可とう部１３を有し，該可とう部は電子回路８と巻線５，６，７との間の結合を確実に維持し，回路自体はカバー２ａに対して押圧されるように，弾性結合手段１１の一部をなす。

電子回路８は特に，巻線５，６，７と，対応する可とう部１３の一端１４で剛的に結合される。

可とう部１３に関する詳細をより詳しく見ると，参照符号Ｒはモータの回転軸を示し，回転軸はモータが組み立てられている結合方向Ｄと実質的に平行である。可とう部は方向Ｄに実質的に横断方向の第１腕１５を有する。

腕１５は，可とう部１３が移動できるようにする一種の板ばね懸架システムである。

このようにして電子回路８は，板ばねののびに応じて固定子３の方向及び遠ざかる方向へ移動できる。

実際，図示された実施例では，各巻線の端部は並んで配置された２本の線であって，対応する磁極片に巻かれた最後のコイルから，該端部が実質的に電子回路８に固定された点に向かって伸びる形をしている。

各可とう部１３はまた，結合方向に実質的に平行であって，電子回路８の方向に伸びる第２腕１６も有する。

図２に示すように，可とう部１３の端１４は腕１６の一端をなす。

各巻線５，６，７は，電子回路８自体の中に適切に設けられた対応するタブ１７で電子回路８と接続されている。

端１４は，対応するタブ１７にはんだ付けすると有利である。

図２，５及び８において，参照符号３５は全体として，端１４を組立てに適した位置に保持する手段を表しており，以降より詳細に説明する。

図２及び５を参照すると，これらの手段３５は複数の座３７を有する板状の部品３６を備えており，各座に可とう部１３，特に第２腕１６がはめ合わされている。

機械１は，機械１の組み立て中に，部品３６を固定子３に実質的に正しい位置に保持して結合させる手段３８を備える。

図８を参照すると，端１４を組立てに適した位置に保持する手段３５が，上述の座に類似した座３７を備えた拡散部品３９に組み込まれている。

拡散部品３９は，断面が実質的に円であり，湾曲した側面を有する先端を切り取った円すい形をしている。

拡散部品３９は，図８には示されていないケーシング２に収容され，上述の結合手段３８によって固定子３に結合されている。

この実施例においては，部品３９は，ケーシング２の内部で発生され，回転子４，特にファン４ａによって部品３９自体の内部領域に運ばれた暖気が，電子制御回路８，より詳細に言えば回路８の一部をなす電力回路２２に影響を与えないようにするための形状をしていることに注目されたい。以降より詳細に説明する。

図示していない代替実施例においては，手段３５は腕１６に内蔵される。

本実施例においては，腕１６自体が剛構造を有し，腕を軸Ｄに実質的に平行な位置に効果的に保持する。

巻線の端部をなす線は，例として互いにらせん状に巻き付けられ，それによってモータ１の組み立て中に正しい位置に保持されるのに十分な剛性を持つ。

弾性部品１２に関しては，固定子３が，隔離部１９で覆われた磁極延長部（expansion）を有する金属コア，すなわち金属部１８を有し，弾性部品１２用の複数の座２０を有することに注目されたい。

座２０は隔離部１９に形成され，弾性部品１２の挿入を容易にする円すい形にすることが望ましい。

機械１の加熱を起こす困難な作業環境下においてさえも，弾性部品１２を正しい位置に保持して，回路８をカバー２ａに対して押圧した状態に保つために，座２０は管状，すなわち，弾性部品１２が金属部１８上に設置されるように，片端が開放されている。

図６ａ，６ｂ及び６ｃは特に，電子回路８が実質的に円盤状をした取付部品２１上に取り付けられ，弾性押圧部品１２が固定子３と部品２１との間で作用する様子を示している。

取付部品２１は，カバー２ａに対して押圧動作を行うために適した機械特性を有している。

電子回路８は，吸収すべきほとんどの熱を発生する電力回路２２と，信号回路２３とを含むことに注目されたい。

電力回路２２は，例えば銅製の導電性トラック２２ａを備え，その上にモータ１の動作に必要な，例えばＭＯＳ ＦＥＴのような実質的に既知の電子電力コンポーネント２２ｂが取り付けられる。

信号回路２３は，多層プリント回路基板２３ａと，回路基板２３ａ自体の上に取り付けられた複数の関連する受動電子フィルタコンポーネント及び／又は電子信号コンポーネント２３ｂと，を含む。

電子電力コンポーネント２２ｂは，取付部品２１に対して，受動電子コンポーネント２３ｂの反対側に取り付けるのが望ましい。

望ましい実施例においては，電子電力コンポーネント２２ｂは，取付部品２１に対してカバー２ａの反対側に取り付けられる。

電子電力コンポーネント２２ｂは，取付部品２１に直接取り付けるのが望ましい。

取付部品２１はまた，受動電子コンポーネント２３ｂを正しい位置にしっかりと保持するように，個々に固定するための複数の部品２１ａも含むことに注目されたい。

この解決方法は，大電流がプリント基板上を流れてプリント基板を損傷したり，劣化させたりしないようにすることに特に注目されたい。

特に図６ｃに示すように，電力回路２２，特にトラック２２ａは，ヒートシンクに接触するように配置して，取付部品２１を通して接触可能である。

実際上，取付部品２１は，回路２２自体の導電性トラック２２ａに接触できる１対の窓２４を，電力回路２２のそばに備えている。

特に図７を参照すると分かるが，カバー２ａは上述のとおり電子回路８用のヒートシンクになっており，導電性トラック２２ａによって電力回路２２と接触できるように，カバー内部の実質的に窓２４のところに配置された１対の突起２５を備える。

機械１は，電力回路２２の導電性トラック２２ａと，対応する突起２５との間に，例えばsilpad（登録商標）でできた熱伝導性の電気絶縁部品２６を備えると有利である。

部品２６が正しく機能するようにするため，弾性部品１２は，電力回路２２をヒートシンクに対して所定の圧力で押圧するのに適した寸法にすることに注目されたい。

例えばsilpad（登録商標）を用いるときは，正しい動作に必要な圧力は少なくとも１．５ｋｇ／ｃｍ^２である。

弾性部品１２は，取付部品２１に加えられた押圧力を最適化するように設計され，分散配置される。

特に，弾性部品１２は電力回路２２の部品に押圧力を加えるが，構造体を超静的（hyperstatic）にしないように設計される。

図示した実施例において，弾性部品１２は３個ずつ２組に分けられ，３個ずつの各組において部品は１２０度間隔に配置される。望ましい実施例においては，弾性部品１２は約６０ｋｇの押圧力を加える。

上述の観点から，カバーがケーシング上に置かれたとき，弾性部品１２は電気回路８がカバー２ａに対して良好な熱交換を保証するように十分きつく押圧されるが，一方可とう部１３は電子回路８自体と固定子巻線との間で最適な結合が維持できるようにする。

図３及び７を参照すると，機械１に電力を供給するため本発明は，適切な開口部２８を通じてカバー２ａから突き出た端子線２７の提供を考慮している。

開口部２８において，弾性部品１２によってカバー２ａに対して押圧されるガスケット２９が端子線２７とカバーとの間に挟まれ，機械１が閉じられたとき端子線２７における効果的な密閉を保証することに注目されたい。

本発明はまた，上述のとおり機械１を組み立てる方法を提供することも目的としている。ここでもその説明は，本発明を理解するために必要な部分に限定する。

組立て方法は，ケーシング２を準備するステップと，ケーシング２内に少なくとも一つの巻線５，６，７を有する固定子３を配置するステップと，ケーシング２内に，該ケーシングと回転可能に結合される回転子４を配置するステップと，固定子３上に弾性部品１２を準備するステップと，を有する。

そして取付部品２１は，可とう部１３の端部１４がそれぞれ対応するタブ１７に配置されるように，電子回路８と共に弾性部品１２の上に配置される。

この段階で，弾性部品１２は電子回路８を，モーターが閉じられたときより更に固定子から離し，固定子３からｄの距離に保持することに注目されたい。

このようにしてモータ１が閉じられると，弾性部品１２は必要な力で電子回路８をカバー／ヒートシンクに対して押圧する。

そして巻線の端部１４は対応するタブ１７にはんだ付けされて，二つの部分の間に優れて，しっかりした電気接触を形成する。

次のステップは，カバー２ａを電子回路８の上に配置して，ケーシング２に固定することである。

この段階で，上述したとおり弾性部品１２は回路８をカバー２ａに対して押圧し，一方はんだ付けした可とう部１３は，電気接続を犠牲にすることなく固定子３の方向に動くことができる。

板ばね部は，中でもはんだ部で材料に応力を与えることなく，組み立て「余裕」を補うことができる。

実際上，モータは回転子をはめ込むまでは従来の方法及び記載していない関連の支援方法によって組み立てることができる。

弾性部品１２は固定子内に収容され，電子回路が挿入されたとき，電子回路を固定子３及びケーシング２から離す。

巻線の端部１４は，適切に配置された対応する穴３０を通じて取付部品２１から突き出し，導電性トラックは，取付部品２１に対して固定子３の反対側に上述のタブ１７が配置され，そのタブに巻線の端部がはんだ付けされるのが望ましい。

手段３５は，端部１４を対応する穴３０に挿入するのに適した位置に保持する。

取付部品２１は，成型プラスチック材料で作られるのが望ましく，電子回路８の導電性トラックが取付部品に埋め込まれる。すなわち，導電性トラックは，取付部品２１が成型されるのと同時に作られる。

本発明は重要な利点を有する。

弾性部品及び板ばね部は，熱吸収及び電気接続双方の点で，モータを完全に信頼できるものにできる。

この解決方法は，密閉型モータに特に有利であり，内部に通じる開口部がないにもかかわらず，モータを最適な方法で組み立てることができる。

上述の本発明は，本願の請求項に規定した本発明の思想の範囲から逸脱することなく，いくつかの方法で修正し，適応させてもよい。

更に，本発明のすべての詳細は，技術的に均等な要素によって置き換えてもよい。

Claims (24)

1. ケーシング（２）と，
   前記ケーシングに固定され，少なくとも一つの電気巻線（５，６，７）を含む固定子（３）と，
   前記ケーシング（２）内に収容され，該ケーシングに回転可能に結合された回転子（４）と，
   少なくとも部分的に前記ケーシング（２）内に収容され，前記巻線（５，６，７）に電力を供給する電子回路（８）と，
   前記ケーシング（２）を閉じ，該ケーシングと共に密閉容器（１０）をなすカバー（２ａ）と，
   前記電子回路（８）を制御するために，前記容器（１０）の外部から接触可能な端子線（９）と，
   前記電子回路（８）によって発生される熱を吸収するヒートシンクと，
   前記固定子（３）と前記電子回路（８）との間で作用する弾性結合手段（１１）と，を備え，
   前記弾性結合手段（１１）は，前記巻線（５，６，７）の可とう部（１３）を含み，前記電子回路（８）は前記巻線（５，６，７）と前記可とう部（１３）の一端で剛結合していることを特徴とする電気機械。
2. 前記弾性結合手段（１１）は，前記固定子（３）から前記ヒートシンク（２ａ）に向かって前記電子回路（８）を押圧する複数の弾性部品（１２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
3. 前記固定子（３）は，前記弾性部品（１２）用の複数の座（２０）を有することを特徴とする請求項２に記載の電気機械。
4. 前記固定子（３）は少なくとも部分的に隔離部（１９）によって覆われた金属部（１８）を含み，前記座（２０）は前記隔離部（１９）内に形成されることを特徴とする請求項３に記載の電気機械。
5. 前記座（２０）は，円すい形であることを特徴とする請求項４に記載の電気機械。
6. 前記座（２０）は実質的に管状であって，前記弾性部品（１２）は前記金属部（１８）の上に配置されることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気機械。
7. 前記可とう部（１３）は，前記カバー（２ａ）が前記容器（１０）をなすために前記ケーシング（２）に取り付けられている結合方向（Ｄ）に実質的に横断方向の第１腕（１５）を有し，前記結合方向（Ｄ）は前記電気機械の回転軸（Ｒ）に平行であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
8. 前記可とう部（１３）は，前記結合方向（Ｄ）に実質的に平行な第２腕（１６）を有し，前記電子回路（８）は前記巻線（５，６，７）と前記第２腕（１６）の一端で剛結合していることを特徴とする請求項７に記載の電気機械。
9. 前記可とう部（１３）を前記電子回路（８）と結合するために適した位置に保持する手段（３５）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
10. 前記電子回路（８）を取り付けるための部品（２１）を備え，前記弾性結合手段（１１）は前記電子回路（８）を前記ヒートシンク（２ａ）に向かって前記固定子（３）から離れるように押圧するための複数の弾性部品（１２）を備え，前記弾性部品（１２）は前記固定子（３）と前記の取付部品（２１）との間で作用することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電気機械。
11. 前記電子回路（８）は電力回路（２２）を含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気機械。
12. 前記電子回路（８）は信号回路（２３）を含むことを特徴とする請求項１１に記載の電気機械。
13. 前記電子回路（８）は電力回路（２２）及び信号回路（２３）を備え，前記電力回路（２２）は前記取付部品（２１）に対して前記信号回路（２３）の反対側に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の電気機械。
14. 前記電子回路（８）は，前記取付部品（２１）に対して前記ヒートシンク（２ａ）の反対側に配置される複数の電子電力コンポーネント（２２ｂ）を含む電力回路（２２）を含むことを特徴とする請求項１０を引用する請求項１１に記載の電気機械。
15. 前記電力回路（２２）は，電子電力コンポーネント（２２ｂ）を結合するための，前記取付部品（２１）に埋め込まれた少なくとも一つの電導性トラック（２２ａ）を備えることを特徴とする請求項１４に記載の電気機械。
16. 前記ヒートシンク（２ａ）は，該カバーの内部に，実質的に前記電力回路（２２）に配置された少なくとも一つの突起部（２５）を備えることを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の電気機械。
17. 前記ヒートシンク（２ａ）は，内部に，実質的に前記電導性トラック（２２ａ）に配置された少なくとも一つの突起部（２５）を備えることを特徴とする請求項１５に記載の電気機械。
18. 前記電力回路（２２）と，対応する前記ヒートシンクの前記突起部と，の間に，熱伝導性の電気絶縁部品（２６）を備えることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の電気機械。
19. 前記ヒートシンクは前記カバー（２ａ）によって具現されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の電気機械。
20. 前記可とう部（１３）の前記第２腕（１６）を前記電子回路（８）と結合するために適した位置に保持する手段（３５）を備えることを特徴とする請求項８に記載の電気機械。
21. ケーシング（２）を準備するステップと，
    前記ケーシング（２）内に少なくとも一つの巻線（５，６，７）を有する固定子（３）を配置するステップと，
    前記ケーシング内に，該ケーシングと回転的に結合される回転子（４）を配置するステップと，
    前記ケーシング内の前記巻線（５，６，７）に電力を供給する電子回路（８）を準備するステップであって，該電子回路（８）は前記ケーシング（２）の外側から接触可能な制御端子線（２７）を有するステップと，
    前記ケーシング（２）をカバー（２ａ）で閉じ，密閉容器（１０）を形成するステップであって，前記カバー（２ａ）は前記電子回路（８）用のヒートシンクをなすステップと，を有する電気機械（１）の組立て方法であって，
    前記電子回路（８）を前記カバー（２ａ）に押圧し，前記カバー（２ａ）を閉じたとき，前記電子回路（８）を前記巻線（５，６，７）に接触させるために，前記固定子（３）と，前記電子回路（８）の間で作用する弾性結合手段（１１）を提供するステップを有し，
    前記の弾性結合手段（１１）を提供するステップは，前記巻線（５，６，７）が，前記電子回路（８）と剛結合される可とう部（１３）であって，前記カバー（２ａ）を閉じたとき，前記固定子（３）の方向へ移動できる可とう部を有するように，前記巻線を準備するステップを含むことを特徴とする方法。
22. 前記電子回路（８）を前記巻線（５，６，７）に剛結合するステップを有することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記の弾性結合手段（１１）を提供するステップは，前記固定子（３）と前記電子回路（８）との間に弾性部品（１２）を配置するステップを含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記弾性部品（１２）上に前記電子回路（８）を配置するステップと，
    前記巻線（５，６，７）の前記可とう部（１３）を前記電子回路（８）の対応するタブ（１７）に剛結合するステップと，
    前記カバー（２ａ）を前記電子回路（８）上に配置し，前記ケーシング（２）を閉じるステップであって，前記弾性部品（１２）が前記電子回路（８）を前記カバー（２ａ）に対して押圧し，前記可とう部（１３）は前記電子回路（８）が前記固定子（３）に向かって移動することを可能にするステップと，
    を連続して有することを特徴とする請求項２３に記載の方法。

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