JP5748698B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、扇風機や換気扇等に用いられる電動機に関する。

従来、前端板中央に前軸受保持部が形成され筒状胴部の後端外周部にフレームフランジが形成された金属製のフレームと、コイルが巻装され前記フレームの筒状胴部内に嵌合されたステータと、前記ステータの後側に立設され前記コイルの端末が絡められたピンと、中央に後軸受保持部が形成され外周部に外筒部及び貫通孔が形成され前記ステータの後から前記外筒部が前記フレームの筒状胴部に圧入され前記貫通孔に前記ピンが挿通された樹脂製のブラケットと、前記ピンが挿通された貫通孔を塞ぐ防湿シールと、前軸受が前記フレームの前軸受保持部に保持され後軸受が前記ブラケットの後軸受保持部に保持され前記ステータ内に配置されるロータと、電源回路及び駆動回路を構成する電子部品を実装し前記ブラケットの後側に配置され前記ピンに導電接続される回路基板と、前端外周部に前記フレームフランジと締結されるカバーフランジが形成され前記ブラケットの外筒部に筒状胴部が外嵌されて前記フレームに締結され前記電子部品と接触して該電子部品の熱を放熱する金属製のカバーと、を備えるＤＣブラシレスモータが開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−６６９８０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、カバーの筒状胴部とピンとの絶縁沿面距離を確保するために、樹脂製のブラケットの外筒部がピンを囲むようにカバー側に延びている。そのため、回路基板にピンをハンダ付けするとき、ハンダ鏝がブラケットの外筒部に干渉してハンダ付けの作業性が悪い、という問題があった。

ハンダ鏝と外筒部の干渉を避けるために、ピンを内側へ移そうとすると、ピンは、ステータに装着されコイルが巻装されるインシュレータの外フランジ上に立設されているので、外フランジを内側へ移してインシュレータのコイル巻幅を狭くしなければならず、コイルの巻き回し数が減ってしまう、という問題が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回路基板にピンをハンダ付けするときハンダ鏝が樹脂製のブラケットの外筒部に干渉せず、ピンが立設されるインシュレータのコイル巻幅を確保することができる電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、前端板中央に前軸受保持部が形成され筒状胴部の後端外周部にフレームフランジが形成された金属製のフレームと、インシュレータを介してコイルが巻装され前記フレームの筒状胴部内に嵌合されたステータと、基部が前記インシュレータの外フランジの後側に立設され前記コイルの端末が絡められ、先部が折り曲げられて前記基部よりも中央寄りに配置されるピンと、中央に後軸受保持部が形成され外周部に外筒部及び貫通孔が形成され前記ステータの後から前記外筒部が前記フレームの筒状胴部に圧入され前記貫通孔に前記ピンの先部が挿通された樹脂製のブラケットと、前軸受が前記フレームの前軸受保持部に保持され後軸受が前記ブラケットの後軸受保持部に保持され前記ステータ内に配置されるロータと、電源回路及び駆動回路を構成する電子部品を実装し前記ブラケットの後側に配置され前記ピンの先部にハンダにより導電接続される回路基板と、前端外周部に前記フレームフランジと締結されるカバーフランジが形成され前記ブラケットの外筒部に筒状胴部が外嵌されて前記フレームに固定され前記回路基板を覆う金属製のカバーと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回路基板にピンをハンダ付けするときハンダ鏝が樹脂製のブラケットの外筒部に干渉せず、且つ、ピンが立設されるインシュレータのコイル巻幅を確保することができる電動機が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明にかかる電動機の実施の形態を示す部分断面図である。 図２は、図１のＡ部拡大図である。 図３は、フレームにブラケットを組込んだ状態を示す後面図である。 図４は、回路基板の後面図である。 図５−１は、ブラケットの前面図である。 図５−２は、図５−１のＢ部拡大図である。 図５−３は、図５−２のＣ矢視図である。 図６は、実施の形態の電動機の回路ブロック図である。 図７は、ステータの後面図である。 図８は、ステータに巻線を行なっている状態を示す図である。 図９は、図８のＤ−Ｄ線に沿う矢視図である。 図１０は、実施の形態の電動機を搭載した換気扇の断面図である。

以下に、本発明にかかる電動機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる電動機の実施の形態を示す部分断面図であり、図２は、図１のＡ部拡大図であり、図３は、フレームにブラケットを組込んだ状態を示す後面図であり、図４は、回路基板の後面図であり、図５−１は、ブラケットの前面図であり、図５−２は、図５−１のＢ部拡大図であり、図５−３は、図５−２のＣ矢視図であり、図６は、実施の形態の電動機の回路ブロック図であり、図７は、ステータの後面図であり、図８は、ステータに巻線を行なっている状態を示す図であり、図９は、図８のＤ−Ｄ線に沿う矢視図であり、図１０は、実施の形態の電動機を搭載した換気扇の断面図である。

図１及び図２に示すように、実施の形態の電動機９０は、前端板１ｔの中央に前軸受保持部１ａが形成され筒状胴部１ｄの後端外周部にフレームフランジ１ｂが形成され、全体としてキャップ状に形成された金属製のフレーム１と、インシュレータ２ｄが装着されコイル２ａが巻装された鉄心２ｂからなりフレーム１の筒状胴部１ｄ内に嵌合されたステータ２と、シャフト３ａが嵌入され前軸受３ｂ及び後軸受３ｃが装着され前軸受３ｂをフレーム１の前軸受保持部１ａに保持させてステータ２内に配置されるロータ３と、中央に後軸受３ｃを保持する後軸受保持部４ａが形成され、外周部に外筒部４ｂが形成され、ステータ２の後から外筒部４ｂがフレーム１の筒状胴部１ｄに圧入される樹脂製円盤状のブラケット４と、を備えている。

ブラケット４の外筒部４ｂの外周部にブラケットフランジ４ｆを設け、ブラケットフランジ４ｆをフレームフランジ１ｂと後述のカバーフランジ８ｂとで挟み込むようにし、ブラケット４の軸方向の位置決めをしている。ブラケットフランジ４ｆをフレームフランジ１ｂとカバーフランジ８ｂとで挟み込んで固定することにより、フレーム１に圧入されたブラケット４が、樹脂と金属の熱膨張率の差により、軸方向にずれるのを防止することができる。

ブラケット４の外筒部４ｂの外径寸法は、フレーム１の内径寸法に対してシマリバメとなるような寸法に形成されている。また、ブラケット４の外筒部４ｂの外周面は、全周に亘ってフレーム１の内周面に接触している。上記により、フレーム１の中心とブラケット４の中心を精密に合わせることができる。前軸受３ｂがフレーム１の前軸受保持部１ａに保持され、後軸受３ｃがブラケット４の後軸受保持部４ａに保持される。

ブラケット４の外縁部（外筒部４ｂの内側）には、４ヶ所に軸方向の貫通孔４ｃが形成されている。貫通孔４ｃには、ステータ２の鉄心２ｂに装着されたインシュレータ２ｄの外フランジ２ｄ_１の後側に立設されたピン２ｃが挿通される。ピン２ｃは、ステータ２のコイル２ａの端末と回路基板５とを導電接続する。ピン２ｃの形状の詳細については後述する。

貫通孔４ｃは、ステータ２側（モータ部１１側）の内径が大きく、回路基板５側（回路部１２側）の内径がピン２ｃとの間隙が小さくなるように、テーパ孔となっている。貫通孔４ｃにピン２ｃを挿通した後、モータ部１１側から回路部１２側への空気の浸入を防ぐために、ピン２ｃとの間隙を塞ぐように速乾性の防湿シール６が施されている。

ブラケット４の回路部１２側に、ピン２ｃを挿通させるようにして回路基板５を取付け（配置し）、ピン２ｃと回路基板５とをハンダ２ｅ等により導電接続する。図１、図４及び図６に示すように、回路基板５には、ロータ３の位置を検出するホールＩＣ７ｂ、ロータ３を回転させる駆動回路７ｃ、マイコン７ｄ及び電源回路７ｅ等の電子部品７が実装されている。

図１に示すように、回路基板５には、電子部品７から発生する熱を放熱するためのアルミ製の放熱フィン９が取付けられている。放熱フィン９には、クッション性を有する放熱シート９ａ及び電気絶縁性を有する絶縁シート９ｂが接着され、絶縁シート９ｂは、回路基板５を覆う金属製のカバー８の後端板８ｔに押圧され、カバー８の表面から放熱する。

カバー８の筒状胴部８ｄをブラケット４の外筒部４ｂに外嵌し、フレームフランジ１ｂに、ブラケットフランジ４ｆを介して、カバー８の前端外周部に形成されたカバーフランジ８ｂを重ね、フレーム１のフレーム孔１ｃにカバー突起８ｃを挿入（圧入）し、カバー突起８ｃを折り曲げることにより、フレーム１とカバー８とを固定する。

図３に示すように、フレームフランジ１ｂ、ブラケットフランジ４ｆ及びカバーフランジ８ｂには、４つの締結孔１０が設けられていて、締結孔１０を用いて電動機９０を換気扇等の製品にネジ止めする。

ブラケット４は、ＰＰＳ等の樹脂製であり絶縁性を有するので、コイル２ａ、ピン２ｃ及び回路基板５とフレーム１及びカバー８との間の半径方向の沿面距離を確保することができる。また、コイル２ａとブラケット４との間のスペース、及び、回路基板５とブラケット４との間のスペースは不要であり（接触させてもよい）、電動機９０の軸方向寸法を小さくすることができる。

ブラケット４は、ブラケットフランジ４ｆをフレームフランジ１ｂとカバーフランジ８ｂとで挟み込むようにして、軸方向に位置決めされているので、ブラケット４が軸心に対して傾くことはない。また、ブラケット４は、フレーム１に圧入されているので、フレーム１の前軸受保持部１ａとブラケット４の後軸受保持部４ａとの同軸度が高く、シャフト３ａ及びロータ３を高精度に組立てることができる。

ブラケットフランジ４ｆを、フレームフランジ１ｂとカバーフランジ８ｂの間に挟み込むことで、ブラケット４を簡単に固定することができ、軸方向の輸送振動や落下衝撃のストレスが回路基板５や回路基板５とピン２ｃの接合部に加わるのを防止し、回路基板５や回路基板５とピン２ｃの接合部の品質を良好な状態に維持することができる。

貫通孔４ｃは、モータ部１１側の内径が大きいテーパ孔となっているので、コイル２ａの端末をピン２ｃに絡げるための空間が確保され、ブラケット４をフレーム１に圧入するときに、絡げた端末が断線する恐れはない。

フレーム１にブラケット４が圧入され、貫通孔４ｃには、ピン２ｃとの間隙を塞ぐように防湿シール６が施されているので、モータ部１１と、回路部１２とを気密に分離することができ、回路部１２における湿気、結露等の悪影響を回避することができる。回路部１２の耐湿性能が高いので、モールドやポッティングの作業時間や工程数を削減することができる。

電子部品７が発生する熱を、放熱フィン９、放熱シート９ａ及び絶縁シート９ｂを介してカバー８の表面全体から放熱するので、電子部品７の温度上昇を抑えることができる。フレーム１のフレーム孔１ｃにカバー突起８ｃを圧入し、カバー突起８ｃを折り曲げることにより、フレーム１とカバー８とを固定しているので、フレーム１とカバー８とが確実に導電接続され、電動機９０のアースを、フレーム１とカバー８のどこにでも設けることができ、電動機９０の組立作業性がよい。また、フレーム１とカバー８の固定用ネジが不要である。

また、電動機９０の異常時（電子部品７の温度上昇等による故障）にも、電子部品７等を金属製のカバー８で覆っているため、安全に停止することができる。

図６に示すように、回路部１２には、外部から商用交流電源７ｆが投入され、電源回路７ｅで直流電圧に変換され、各素子に、素子に応じた電圧が供給される。駆動回路７ｃは、ピン２ｃを通して、ステータ２に巻装されたコイル２ａに、所定方向の電流が流れるよう交流電圧を発生させ、コイル２ａに流れる電流によりロータ３が回転する。

マイコン７ｄは、ホールＩＣ７ｂからの信号により電動機９０の誘起電圧位相を検出し、誘起電圧位相と駆動回路７ｃが発生するモータ相電流位相が同位相になるように制御する。誘起電圧位相とモータ相電流位相を同位相とすることにより、電動機９０の効率を最大にすることができる。

駆動回路７ｃは、モータ相電流が正弦波になるように正弦波駆動を行っている。正弦波駆動を行うことにより、電動機９０の振動が低減し、ダクト換気扇などのファンモータとして用いる場合においても、製品に防振構造を設ける必要がなく、製品を低コストで生産することができる。

駆動回路７ｃから出力されるモータ相電流は、ロータ位置検出手段としてのホールＩＣ７ｂの出力信号に基づいて制御されているので、ステータ２とホールＩＣ７ｂの相対位置が想定されていた位置からずれると、誘起電圧位相とモータ相電流位相にずれが発生しモータ効率の悪化を招くだけでなく、駆動回路７ｃから出力されるモータ相電流の波形に歪が発生し、異常音発生の原因となる。

図７に示すように、ステータ２は、鉄心２ｂに、コイル２ａとの絶縁を目的として、樹脂成型されたインシュレータ２ｄを装着し、インシュレータ２ｄにコイル２ａを巻装している。コイル２ａの端末は、ピン２ｃに電気的に接続されている。鉄心２ｂの外周部には、溝２ｆが設けられている。

図５−１〜図５−３に示すように、ブラケット４は、外筒部４ｂのステータ２側に、鉄心２ｂの溝２ｆに嵌合する位置決め突起４ｈが設けられている。位置決め突起４ｈの先端は、溝２ｆへの挿入性を向上させるためにテーパ形状となっている。

図４に示すように、回路基板５の外縁部２箇所には切欠き部５ａが設けられている。図３に示すように、ブラケット４の回路部１２側には、回路基板５を支持する複数の支持台４ｉが設けられている。複数の支持台４ｉの一部には、回路基板５を固定するネジ穴４ｊが設けられ、ネジ穴４ｊの近傍には、回路基板５の切欠き部５ａに嵌合する基板位置決め突起４ｋが設けられている。鉄心２ｂの溝２ｆ及び回路基板５の切欠き部５ａは、孔としてもよい。

ステータ２の鉄心２ｂの溝２ｆとブラケット４の位置決め突起４ｈとの嵌合、及び、ブラケット４の基板位置決め突起４ｋと回路基板５の切欠き部５ａとの嵌合により、ステータ２と回路基板５の相対位置決めを行ない、ステータ２と回路基板５に搭載されているホールＩＣ７ｂとの位置ずれを最小化することにより、ホールＩＣ７ｂによるロータ３の位置検出精度を向上させ、電動機９０の高効率化、低騒音化を実現している。

次に、実施の形態の電動機９０の特徴的な構成について説明する。図１及び図２に示すように、ステータ２に装着されたインシュレータ２ｄの外フランジ２ｄ_１には、コイル２ａと回路基板５を電気的に接続するピン２ｃの基部２ｃ_１が立設されているが、ピン２ｃは、先部２ｃ_２がクランク状に折り曲げられた形状となっている。

図８及び図９に示すように、ステータ２に装着されたインシュレータ２ｄにコイル２ａを巻装するときは、ステータ２を、鉄心接続部２ｇで外側に折り曲げた状態で行なっている。コイル２ａの巻装時は、ピン２ｃの先部２ｃ_２を、ステータ２の周方向（図８の矢印Ｅ方向）に向け、先部２ｃ_２をインシュレータ２ｄの外フランジ２ｄ_１上に位置させ、巻線作業性を損なわないようにしている。

図７に示すように、巻線作業後、ステータ２は、鉄心接続部２ｇで内側に折り曲げられ、環状に成形される。巻線作業後、ピン２ｃの先部２ｃ_２を、基部２ｃ_１回りに９０°回転させ、回転中心方向（図７の矢印Ｆ方向）に向け、ピン２ｃと回路基板５とのハンダ付け接続位置（先部２ｃ_２の位置）を、インシュレータ２ｄの外フランジ２ｄ_１の基部２ｃ_１立設位置より中央寄りに位置させる。ブラケット４の貫通孔４ｃは、ピン２ｃの先部２ｃ_２の位置と同じ位置に形成する。

ピン２ｃの先部２ｃ_２と回路基板５との接続位置を中央寄り（径方向中心側）に位置させ、ブラケット４の外筒部４ｂとピン２ｃの先部２ｃ_２との距離を確保（図２の距離Ｈ１を大きくする）ことができるので、ハンダ付け時の作業性を改善することができる。また、ピン２ｃと回路基板５との接続位置に関わらず、ピン２ｃの基部２ｃ_１が立設されるインシュレータ２ｄの外フランジ２ｄ_１をブラケット４の外筒部４ｂ寄りに位置させることができ（図２の距離Ｈ２を小さくすることができ）、コイル２ａの巻幅を広くとることができ、電動機９０を高効率化することができる。

図１０に示すように、換気扇１００のボディー４１には、実施の形態の電動機９０が搭載され、シャフト３ａには、送風ファン４２が取付けられている。天井板４３にボディー４１を設置し、グリル４４を下からボディー４１に取付ける構造となっている。

電動機９０を回転させ、送風ファン４２が回転すると、図１０に矢印で示す空気の流れが発生する。電動機９０は、回路部１２とモータ部１１がブラケット４（図１参照）で仕切られていて、モータ部１１は、空気の流れに晒されるが、回路部１２は空気の流れから遮断された空間になっているため高湿度にならず、高湿度雰囲気、例えば、浴室等の換気に用いることができる。また、電動機９０は、小型化することができるので、換気扇１００を小形化することができ、天井裏などに設置し易い。

また、電動機９０は、電源回路７ｅ及び駆動回路７ｃ（図６参照）を内蔵し、ＡＣ電源を直接、電動機９０に入力することができ、換気扇１００に回路基板を搭載する空間を設ける必要がなく、ＡＣモータを搭載する換気扇とボディーを共通化することができる。

さらに、電動機９０の駆動回路７ｃは、正弦波駆動を行なうので、コイル２ａに流れる電流の歪率が小さく、異常音が発生し難いので、送風ファン４２に、フローティング構造などの低騒音化機構を設ける必要がなく、コストを削減することができる。また、ＡＣモータに取付ける送風ファンとの共通化も可能となる。

以上のように、本発明にかかる電動機９０は、浴室用換気扇に適している。

１ フレーム
１ａ 前軸受保持部
１ｂ フレームフランジ
１ｃ フレーム孔
１ｄ 筒状胴部
１ｔ 前端板
２ ステータ
２ａ コイル
２ｂ 鉄心
２ｃ ピン
２ｃ_１ 基部
２ｃ_２ 先部
２ｄ インシュレータ
２ｄ_１ 外フランジ
２ｅ ハンダ
２ｆ 溝
２ｇ 鉄心接続部
３ ロータ
３ａ シャフト
３ｂ 前軸受
３ｃ 後軸受
４ ブラケット
４ａ 後軸受保持部
４ｂ 外筒部
４ｃ 貫通孔
４ｆ ブラケットフランジ
４ｈ 位置決め突起
４ｉ 支持台
４ｊ ネジ穴
４ｋ 基板位置決め突起
５ 回路基板
５ａ 切欠き部
６ 防湿シール
７ 電子部品
７ｂ ホールＩＣ
７ｃ 駆動回路
７ｄ マイコン
７ｅ 電源回路
７ｆ 商用交流電源
８ カバー
８ｂ カバーフランジ
８ｃ カバー突起
８ｄ 筒状胴部
８ｔ 後端板
９ 放熱フィン
９ａ 放熱シート
９ｂ 絶縁シート
１０ 締結孔
１１ モータ部
１２ 回路部
４１ ボディー
４２ 送風ファン
４３ 天井板
４４ グリル
９０ 電動機
１００ 換気扇

Claims (4)

1. 前端板中央に前軸受保持部が形成され筒状胴部の後端外周部にフレームフランジが形成された金属製のフレームと、
   インシュレータを介してコイルが巻装され前記フレームの筒状胴部内に嵌合されたステータと、
   基部が前記インシュレータの外フランジの後側に立設され前記コイルの端末が絡められ、先部が折り曲げられて前記基部よりも中央寄りに配置されるピンと、
   中央に後軸受保持部が形成され外周部に外筒部及び貫通孔が形成され前記ステータの後から前記外筒部が前記フレームの筒状胴部に圧入され前記貫通孔に前記ピンの先部が挿通された樹脂製のブラケットと、
   前軸受が前記フレームの前軸受保持部に保持され後軸受が前記ブラケットの後軸受保持部に保持され前記ステータ内に配置されるロータと、
   電源回路及び駆動回路を構成する電子部品を実装し前記ブラケットの後側に配置され前記ピンの先部にハンダにより導電接続される回路基板と、
   前端外周部に前記フレームフランジと締結されるカバーフランジが形成され前記ブラケットの外筒部に筒状胴部が外嵌されて前記フレームに固定され前記回路基板を覆う金属製のカバーと、
   を備え、
   折り曲げられた前記ピンの先部を、前記ピンの基部の回りに回転させて中央寄りに配置することが可能となるように、前記基部は、前記外フランジの後側に回転可能に立設される構成を有する、ことを特徴とする電動機。
2. 前記ピンは、クランク状に折り曲げられていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前端板中央に前軸受保持部が形成され筒状胴部の後端外周部にフレームフランジが形成された金属製のフレームと、
   インシュレータを介してコイルが巻装され前記フレームの筒状胴部内に嵌合されたステータと、
   基部が前記インシュレータの外フランジの後側に立設され前記コイルの端末が絡められ、先部が折り曲げられて前記基部よりも中央寄りに配置されるピンと、
   中央に後軸受保持部が形成され外周部に外筒部及び貫通孔が形成され前記ステータの後から前記外筒部が前記フレームの筒状胴部に圧入され前記貫通孔に前記ピンの先部が挿通された樹脂製のブラケットと、
   前軸受が前記フレームの前軸受保持部に保持され後軸受が前記ブラケットの後軸受保持部に保持され前記ステータ内に配置されるロータと、
   電源回路及び駆動回路を構成する電子部品を実装し前記ブラケットの後側に配置され前記ピンの先部にハンダにより導電接続される回路基板と、
   前端外周部に前記フレームフランジと締結されるカバーフランジが形成され前記ブラケットの外筒部に筒状胴部が外嵌されて前記フレームに固定され前記回路基板を覆う金属製のカバーと、
   を備え、
   前記ステータにコイルを巻装するときは、折り曲げられたピンの先部を前記インシュレータの外フランジ上に位置させ、コイルの巻装後に、前記ピンの先部を、基部回りに９０°回転させて中央寄りに配置することを特徴とする電動機。
4. 前記ピンは、クランク状に折り曲げられていることを特徴とする請求項３に記載の電動機。

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