JP5748729B2 - 電動機、並びにこの電動機を備えたポンプ、ヒートポンプ装置、及び空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機、並びにこの電動機を備えたポンプ、ヒートポンプ装置、及び空気調和機に関する。

従来、ポンプ内部に設けられた回路基板の温度検出回路内に、駆動素子と、この駆動素子の温度を検出する温度検出素子とが設けられ、温度検出素子により駆動素子の温度を検出して、駆動素子の過熱保護を行うものがあった。この駆動素子及びこの温度検出素子は、回路基板の同一面に実装され、駆動素子のパッケージと温度検出素子のパッケージとの間が接続及び接触されておらず、その間の空間は空気又は封止樹脂で満たされている。

このため、急激な電動機負荷増加や回転子の軸がロックした際に起こる急激な駆動素子の温度上昇に対する検知精度が低く、検知遅れが原因で駆動素子が破壊することがあった。

このような課題を解決するために、駆動素子及び温度検知素子を、電動機を封止している封止樹脂よりも熱伝導率の高い封止樹脂で封止し、温度検知精度の向上を図ったポンプがあった（例えば、特許文献１参照）。

特許第４５３３３９３号公報（［００２９］、図５）

しかしながら、特許文献１に記載のポンプにおいて、駆動素子及び温度検知素子を封止する封止樹脂は硬化時間を要するため、樹脂の流動性により付着量や厚さにばらつきが生じる。このため、生産性が低くなってしまうという課題があった。

また、駆動素子及び温度検知素子を封止する封止樹脂自体、駆動素子及び温度検知素子の素子間の狭い隙間への充填性や流動性を確保する必要性から、放熱効果を向上させる充填材の量を増やせないため（充填材を増やすほど流動性が劣るため）、十分な熱伝導性を確保出来ない。このため、急激な駆動素子の発熱に対しては追従しきれないという課題があった。

本発明は、上述のような課題を背景としてなされたもので、駆動素子の温度検知精度や温度検知の追従性を高め、駆動素子の破壊を抑制する電動機、並びにこの電動機を備えたポンプ、ヒートポンプ装置、及び空気調和機を提供することを目的とする。

本発明に係る電動機は、回転子及び固定子を備える電動機であって、前記電動機を駆動させる駆動素子と、前記駆動素子の温度を検知する温度検知素子と、前記駆動素子及び前記温度検知素子が実装された基板と、前記駆動素子の表面及び前記温度検知素子の表面に貼り付けられた放熱シートと、前記放熱シートよりも高い熱伝導率を有する伝熱板とを備え、前記駆動素子及び前記温度検知素子は、前記放熱シートを介して前記伝熱板に取り付けられたものである。

本発明に係るポンプは、本発明の電動機と、水の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、前記回転子とともに回転する羽根車により液体を搬送するポンプ部とを備えたものである。

本発明に係るヒートポンプ装置は、ポンプ及び熱交換器を有し、水を循環させる水回路と、前記熱交換器及び圧縮機を有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、ファンモータとを備え、前記ポンプ及び前記ファンモータの少なくとも一方は、本発明の電動機で構成されたものである。

本発明に係る空気調和機は、本発明の電動機と、室内機と、前記室内機に接続される室外機とを備え、前記電動機は、前記室内機及び前記室外機の少なくとも一方に搭載されたものである。

本発明によれば、駆動素子の温度検知精度や温度検知の追従性を高め、駆動素子の破壊を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機５０の部分断面図。 本発明の実施の形態２に係るポンプ１００の部分断面図。 本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置１５０の構成図。 本発明の実施の形態４に係る空気調和機２００の構成図。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機５０の部分断面図である。
図１に示されるように、電動機５０は、モールド固定子１０と、回転子組立２０と、ブラケット３０とを備える。

モールド固定子１０は、固定子部１１にモールド樹脂１２が施されて一体成形される。固定子部１１は、固定子１と基板２とを備える。

固定子１は、電磁鋼板を積層して構成され、複数のスロット（図示省略）を有する固定子鉄心１ａに絶縁部材１ｂが取り付けられ、このスロットに集中巻方式の巻線１ｃが施されたものである。

基板２は、固定子１の絶縁部材１ｂの一方の軸方向端面に取り付けられている。基板２には、電動機５０を駆動するための電子部品（インバータを構成する駆動素子２ａ等）、放熱板２ｂ、及び温度検知素子２ｃが実装されている。駆動素子２ａ及び温度検知素子２ｃは、基板２のうち、固定子１と対向する面とは反対側の面（モールド固定子１０の外周部側の面）に、相互に接触しないように取り付けられる。

駆動素子２ａは、電動機５０を駆動させる素子である。放熱板２ｂは、例えばアルミ板や銅板で構成されたものであり、駆動素子２ａと近接した位置に配置され、駆動素子２ａで発生した熱を逃がしている。温度検知素子２ｃは、駆動素子２ａの温度を監視する保護回路の部品であり、例えば正特性サーミスタで構成される。温度検知素子２ｃは、駆動素子２ａよりもシャフト４（後述する）側に実装されている。駆動素子２ａ、放熱板２ｂ、及び温度検知素子２ｃの、基板２と対向する面とは反対側の面には、基材の両面に粘着剤を有する放熱シート２ｄが貼り付けられている。

放熱シート２ｄの基材には、ＰＥＴなどの有機材料が用いられ、基材中に無機材料フィラーが充填され、熱伝導率を向上させている。充填される無機材料フィラーは、例えば、窒化ホウ素（六方晶系、立方晶系）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡＬ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＳｉ_２Ｎ_４のうち少なくとも１つのセラミック系のものである。

放熱シート２ｄは、駆動素子２ａ及び放熱板２ｂの表面に貼り付けられる部分と、温度検知素子２ｃの表面に貼り付けられる部分とが分離して設けられている。放熱シート２ｄの表面のうち、駆動素子２ａ、放熱板２ｂ、及び温度検知素子２ｃとの接着面と反対側の表面に、伝熱板２ｅが貼り付けられている。

伝熱板２ｅは、駆動素子２ａ及び放熱板２ｂの表面に貼り付けられる放熱シート２ｄと、温度検知素子２ｃの表面に貼り付けられる放熱シート２ｄとを介在するように跨いで取り付けられている。こうして、駆動素子２ａ、放熱板２ｂ、及び温度検知素子２ｃは、放熱シート２ｄを介して伝熱板２ｅに取り付けられる。このため、駆動素子２ａで生じた熱が、放熱シート２ｄ及び伝熱板２ｅを介して温度検知素子２ｃに伝えられる。なお、伝熱板２ｅは、放熱シート２ｄ及びモールド樹脂１２よりも熱伝導性の高い金属の薄板などが好適であり、本実施の形態１では、銅板が用いられる。

なお、放熱シート２ｄが、駆動素子２ａ及び放熱板２ｂに取り付けられる例について説明したが、駆動素子２ａ及び放熱板２ｂのいずれかのみに取り付けられていてもよい。

また、放熱シート２ｄは、駆動素子２ａ及び放熱板２ｂの表面に貼り付けられる部分と、温度検知素子２ｃの表面に貼り付けられる部分とが分離した２枚で構成されたものでなく、１枚で構成されたものであってもよい。また、放熱シート２ｄは、粘着性のものであればよい。また、上述の説明では放熱板２ｂを用いているが、省略して構成してもよい。

回転子組立２０は、永久磁石（図示省略）を有する回転子３と、シャフト４と、軸受５，６とを備える。

回転子３は、例えば、永久磁石を有する永久磁石形の回転子であり、シャフト４によって回転自在に支持されている。回転子３は、固定子１に電流が供給されることで回転する。シャフト４は、回転子３の略中央部に形成された軸孔（図示省略）に嵌合するものである。

軸受５は、外輪５ａ及び内輪５ｂを備え、ブラケット３０で保持される。軸受６は、外輪６ａ及び内輪６ｂを備え、モールド樹脂１２で保持される。外輪５ａはブラケット３０に嵌合し、内輪５ｂはシャフト４に嵌合し、外輪６ａ及び内輪６ｂも同様の構成となっている。軸受５，６は、シャフト４に固定され、回転子３の軸方向両端部の外側に位置している。軸受５，６は、例えば玉軸受で構成される。なお、玉軸受とは、転動体が玉を使用している軸受であり、主に受ける荷重の方向により、ラジアル玉軸受とスラスト玉軸受に分類される。ラジアル玉軸受には、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、４点接触玉軸受、自動調心玉軸受、その他の軸受などがある。

以上のように、本実施の形態１の電動機５０は、駆動素子２ａの表面及び温度検知素子２ｃの表面に貼り付けられた放熱シート２ｄと、放熱シート２ｄよりも高い熱伝導率を有する伝熱板２ｅとを備え、駆動素子２ａ及び温度検知素子２ｃは、放熱シート２ｄを介して伝熱板２ｅに取り付けられたものである。すなわち、駆動素子２ａと温度検知素子２ｃとが相互に接触していない状態で基板２に実装されていても、伝熱板２ｅを介して駆動素子２ａと温度検知素子２ｃとが熱的に接続される。このため、駆動素子２ａの温度検知精度や温度検知の追従性を高め、駆動素子２ａの破壊を抑制することができる。また、電動機５０の運転範囲の拡大を図ることができる。

また、本実施の形態１の電動機５０は、基板の両面に粘着剤を有する放熱シート２ｄが、駆動素子２ａ、放熱板２ｂ、温度検知素子２ｃ及び伝熱板２ｅに貼り付けられたものである。このため、駆動素子２ａと、金属製の放熱板２ｂとを熱的に接続させることができる。また、駆動素子２ａと、金属製の伝熱板２ｅとを熱的に接続させることができる。また、温度検知素子２ｃと、金属製の伝熱板２ｅとを熱的に接続させることができる。

また、本実施の形態１の電動機５０は、放熱シート２ｄの基材にＰＥＴなどの有機材料が用いられ、この基材中に無機材料フィラーが充填されている。このため、放熱シート２ｄの熱伝導率が向上する。

実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係るポンプ１００の部分断面図である。
図２に示されるように、ポンプ１００は、モールド固定子１０と、ポンプ部６０とを備え、実施の形態１の電動機５０を搭載している。本実施の形態２のモールド固定子１０は、実施の形態１のモールド固定子１０と同一の構成であるので、説明を割愛する。

ポンプ部６０は、ケーシング６１と、回転子７１と、軸８１と、スラスト軸受８２，８３と、Ｏリング８５と、椀状隔壁部品９０とを備え、回転子３とともに回転する羽根車７３（後述する）により液体を搬送する。

ケーシング６１は、回転子３の羽根車を内部に収納し、水の吸入口６１ａと吐出口６１ｂとが形成されている。ケーシング６１は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの熱可塑性樹脂を用いて成形される。ケーシング６１には、吸入口６１ａ側の端部に、モールド固定子１０が締結されるタッピングネジ９５用の下穴を有するボス部が数箇所に設けられる。

回転子７１は、回転子部７２と、羽根車７３とを備える。回転子部７２は、フェライト等の磁性粉末と樹脂を混練したペレットを成形したリング状（円筒状）の樹脂マグネット７２ａと、樹脂マグネット７２ａの内側に設けられる円筒形のスリーブ軸受７２ｂ（例えば、カーボン製）とが、例えばＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等の樹脂７２ｃで一体化される。羽根車７３は、例えばＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等の樹脂成形品である。回転子部７２と羽根車７３との接合は、超音波溶着等により行われる。

軸８１は、その一端が椀状隔壁部品９０の軸支持部９３に挿入され、他端がケーシング６１の軸支持部６２に挿入される。軸８１は、長さ方向に対称形となっており、挿入時に上下の向きを考慮せずに組み立てることができる。

スラスト軸受８２は、例えば、アルミナ等のセラミックで構成される。スラスト軸受８３は、例えば、ＳＵＳ製で構成される。Ｏリング８５は、ケーシング６１と椀状隔壁部品９０とのシールを行うものであり、例えば、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）などの熱可塑性樹脂を用いて成形される。

椀状隔壁部品９０は、モールド固定子１０との嵌合部である椀状隔壁部９１と、鍔部９２とを備え、円形の底部（図示省略）と円筒形の隔壁（図示省略）とで構成される。円形の底部の内面の略中央部には、軸８１の一端が挿入される軸支持部９３が立設している。椀状隔壁部９１の外周面には、軸方向に延びるリブ９１ａが形成されている。リブ９１ａは、椀状隔壁部９１の根元（鍔部９２との連結部）から軸方向に所定長さ形成されている。リブ９１ａの径方向の寸法は、椀状隔壁部９１の根元側が大きく、先端側に向かって小さくなるテーパ形状となっている。

以上のように、本実施の形態２のポンプ１００は、電動機５０と、水の吸入口６１ａ及び吐出口６１ｂを有するケーシング６１と、回転子７１とともに回転する羽根車７３により液体を搬送するポンプ部６０とを備えている。このように、本実施の形態２のポンプ１００は、実施の形態１の電動機５０を備えている。このため、駆動素子２ａの温度検知精度や温度検知の追従性を高め、駆動素子２ａの破壊を抑制することができる。また、ポンプ１００の運転範囲を拡大することができる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係るヒートポンプ装置１５０の構成図である。
図３に示されるように、ヒートポンプ装置１５０は、圧縮機（図示省略）と、水を循環させるポンプ１００と、水を貯留するタンク１０１と、水１０８と冷媒１０９との熱交換が行われる熱交換器１０３と、ポンプ１００及び熱交換器１０３を有し、水１０８を循環させる水回路１０４と、熱交換器１０３及び圧縮機を有し、冷媒１０９を循環させる冷媒回路１０５と、水回路１０４の水温度を検出する水温検出手段１０６と、水温設定指令信号と水温検出手段１０６からの水温情報を入力し、速度指令信号１１２をポンプ１００に出力する水量制御部１０７と、ファン１１０と、ファンモータ１１１と、を備えている。

ヒートポンプ装置１５０は、ファンモータ１１１が実施の形態１の電動機５０として構成されている。なお、本実施の形態３のポンプ１００は、実施の形態２のポンプ１００と同一のものであるため、説明を割愛する。

以上のように、本実施の形態３に係るヒートポンプ装置１５０は、ポンプ１００及びファンモータ１１１の少なくとも一方が電動機５０で構成されたものである。このように、本実施の形態３のヒートポンプ装置１５０は、実施の形態１の電動機５０を備えている。このため、駆動素子２ａの温度検知精度や温度検知の追従性を高め、駆動素子２ａの破壊を抑制することができる。また、ヒートポンプ装置１５０の運転範囲の拡大を図ることができる。

実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る空気調和機２００の構成図である。
図４に示されるように、空気調和機２００は、室内機１６０と、室内機１６０に接続する室外機１７０とを備える。室内機１６０には送風機１６１が設けられ、室外機１７０には送風機１７１が設けられている。送風機１６１及び送風機１７１には、実施の形態１の電動機５０が搭載されている。

以上のように、本実施の形態４に係る空気調和機２００は、電動機５０が、送風機１６１及び送風機１７１に搭載されたものである。このように、本実施の形態４の空気調和機２００は、実施の形態１の電動機５０を備えている。このため、駆動素子２ａの温度検知精度や温度検知の追従性を高め、駆動素子２ａの破壊を抑制することができる。したがって、空気調和機２００の信頼性が向上する。

なお、電動機５０は、送風機１６１又は送風機１７１のみに搭載されていてもよい。

１ 固定子、１ａ 固定子鉄心、１ｂ 絶縁部材、１ｃ 巻線、２ 基板、２ａ 駆動素子、２ｂ 放熱板、２ｃ 温度検知素子、２ｄ 放熱シート、２ｅ 伝熱板、３ 回転子、４ シャフト、５，６ 軸受、５ａ，６ａ 外輪、５ｂ，６ｂ 内輪、１０ モールド固定子、１０ａ 溝、１１ 固定子部、１２ モールド樹脂、２０ 回転子組立、３０ ブラケット、５０ 電動機、６０ ポンプ部、６１ ケーシング、６１ａ 吸入口、６１ｂ 吐出口、６２ 軸支持部、７１ 回転子、７２ 回転子部、７２ａ 樹脂マグネット、７２ｂ スリーブ軸受、７２ｃ 樹脂、７３ 羽根車、８１ 軸、８２，８３ スラスト軸受、８５ Ｏリング、９０ 椀状隔壁部品、９１ 椀状隔壁部、９１ａ リブ、９２ 鍔部、９３ 軸支持部、９５ タッピングネジ、１００ ポンプ、１０１ タンク、１０３ 熱交換器、１０４ 水回路、１０５ 冷媒回路、１０６ 水温検出手段、１０７ 水量制御部、１０８ 水、１０９ 冷媒、１１０ ファン、１１１ ファンモータ、１１２ 速度指令信号、１５０ ヒートポンプ装置、１６０ 室内機、１６１ 送風機、１７０ 室外機、１７１ 送風機、２００ 空気調和機。

Claims (8)

1. 回転子及び固定子を備える電動機であって、
   前記電動機を駆動させる駆動素子と、
   前記駆動素子の温度を検知する温度検知素子と、
   前記駆動素子及び前記温度検知素子が実装された基板と、
   前記駆動素子の表面及び前記温度検知素子の表面に貼り付けられた放熱シートと、
   前記放熱シートよりも高い熱伝導率を有する伝熱板とを備え、
   前記駆動素子及び前記温度検知素子は、前記放熱シートを介して前記伝熱板に取り付けられた
   ことを特徴とする電動機。
2. 前記駆動素子の熱を放熱する放熱板を備え、
   前記放熱シートは前記放熱板に貼り付けられた
   ことを特徴とする請求項１記載の電動機。
3. 前記固定子及び前記基板はモールド樹脂で封止され、
   前記伝熱板の熱伝導率は、前記モールド樹脂の熱伝導率よりも高い
   ことを特徴とした請求項１又は請求項２記載の電動機。
4. 前記放熱シートは、
   有機材料の基材と、
   前記基材の両面に設けられた粘着層とで構成され、
   前記基材中に無機材料フィラーが充填された
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電動機。
5. 前記無機材料フィラーは、
   窒化ホウ素（六方晶系、立方晶系）、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＡＬ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及びＳｉ_２Ｎ_４のうち少なくとも１つのセラミック系のものである
   ことを特徴とする請求項４記載の電動機。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動機と、
   水の吸入口及び吐出口を有するケーシングと、
   前記回転子とともに回転する羽根車により液体を搬送するポンプ部とを備えた
   ことを特徴とするポンプ。
7. ポンプ及び熱交換器を有し、水を循環させる水回路と、
   前記熱交換器及び圧縮機を有し、冷媒を循環させる冷媒回路と、
   ファンモータとを備え、
   前記ポンプ及び前記ファンモータの少なくとも一方は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動機で構成された
   ことを特徴とするヒートポンプ装置。
8. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電動機と、
   室内機と、
   前記室内機に接続される室外機とを備え、
   前記電動機は、前記室内機及び前記室外機の少なくとも一方に搭載された
   ことを特徴とする空気調和機。

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