JP6281373B2

JP6281373B2 - 電動機

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Publication number: JP6281373B2
Application number: JP2014068632A
Authority: JP
Inventors: 拓也 ▲浜▼野; 英隆寺久保
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2034-03-28
Also published as: JP2015192544A

Description

本発明は、発熱部品が発生する熱を放熱する構造を備えた電動機に関する。

従来の電動機には、ステータの内部にロータを回転可能に配置したインナーロータ型の電動機が知られている。電動機は、例えば、空気調和機に搭載する送風ファンを回転駆動するためのブラシレスＤＣモータとして用いられる。

従来のブラシレスＤＣモータは、鋼板ブラケット内にブラシレスＤＣモータを駆動するための半導体素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴなど）やその集合体（いわゆるパワーモジュール）などの発熱部品を搭載した回路基板を備え、発熱部品と鋼板ブラケットの間にはブロック状の伝熱部品が配置されている。従って、モータ駆動時に発熱部品が発生する熱はブロック状の伝熱部品を通じて鋼板ブラケットに放熱される。このように構成された従来のブラシレスＤＣモータは、組み立て時の製造バラツキを吸収するために、伝熱部品と鋼板ブラケットとの間に放熱シリコーン接着剤を用いている。また、接触面の平面度の影響をなくし放熱性を良くするために、発熱部品と伝熱部品との間に柔軟性を有する放熱シートを用いている（例えば、特許文献１参照）。しかし、従来のブラシレスＤＣモータでは、放熱シリコーン接着剤が固まるまでは伝熱部品が完全には固定されていないため、電動機の組み立て時および組立後に、放熱シリコーン接着剤が硬化するまで伝熱部品が移動しないように電動機を厳重に管理する必要があった。

特開２０１２−２０００５５号公報

本発明は上記問題点に鑑み、発熱部品上に伝熱部品を固定した状態で電動機を組立てることができる電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の電動機は、ステータと、ステータの内周側に回転自在に配置されたロータと、ロータのシャフトを支持するベアリングと、ベアリングを保持するとともにステータを収容して固定する鋼板ブラケットと、鋼板ブラケット内に配置され発熱部品を搭載した回路基板とを備えたものであって、鋼板ブラケットと発熱部品との間にシャフトの軸方向に沿って配置され発熱部品が発生する熱を鋼板ブラケットに伝熱する伝熱部品と、発熱部品上に伝熱部品を固定するための固定部材とを設け、固定部材は、伝熱部品と当接する伝熱部品保持部と、発熱部品と当接する係合部とを備え、伝熱部品保持部と係合部とは別体形成され、伝熱部品保持部と係合部のいずれか一方にはそれぞれを連結するための連結部を備えることを特徴とする。

また、本発明の電動機において、伝熱部品と発熱部品との間に配置される放熱シートを備え、係合部には伝熱部品側に放熱シートを位置決めする放熱シート位置決め部を設けることを特徴とする。

本発明の電動機によれば、発熱部品上に伝熱部品を固定するための固定部材を設け、固定部材は、伝熱部品と当接する伝熱部品保持部と、発熱部品と当接する係合部とを備えることにより、発熱部品が発生する熱の放熱性を高めつつ、発熱部品上に伝熱部品を固定した状態で電動機を組立てることができる。

また、本発明の電動機によれば、伝熱部品保持部と係合部とは別体形成され、伝熱部品保持部と係合部のいずれか一方にはそれぞれを連結するための連結部を備えることにより、発熱部品上に伝熱部品を固定する作業を容易にし、電動機を組み立て易くすることができる。

さらに、本発明の電動機によれば、伝熱部品と発熱部品との間に配置される放熱シートを備え、係合部には伝熱部品側に放熱シートを位置決めする放熱シート位置決め部を設けることにより、発熱部品上に放熱シートを挟んで伝熱部品を固定する作業を容易にし、電動機を組み立て易くすることができる。

本発明による電動機を示す断面図である。本発明による電動機を示す一部切欠部を含む外観斜視図である。本発明の電動機における発熱部品が発生する熱を放熱する構造を示す分解斜視図である。本発明の電動機における発熱部品が発生する熱を放熱する構造を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は斜視図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１乃至図４は、本実施形態における電動機を説明する図である。本実施形態における電動機Ｍは、回転磁界を発生するステータ１の内周側にロータ２を回転可能に配置したインナーロータ型電動機であり、例えば、空気調和機に搭載する送風ファンを回転駆動するためのブラシレスＤＣモータとして用いられる。

電動機Ｍは、図１および図２に示すように、シャフト２１が鋼板ブラケット５の軸方向の両側から外に突出する両軸出力型の電動機であり、インシュレータ１２で外周を覆われたステータコア１１を備えたステータ１と、シャフト２１を中心に有して回転自在にステータ１の内周側に配置されたロータ２と、シャフト２１の一方の出力側を支持するベアリング４１と、シャフト２１の他方の出力側を支持するベアリング４２と、２つのベアリング４１、４２を保持するとともにステータ１を収容して固定する鋼板ブラケット５と、電気回路が形成されると共に電動機Ｍを駆動するための半導体素子（例えばＭＯＳ−ＦＥＴなど）やその集合体（いわゆるパワーモジュール）などの発熱部品６１を搭載した回路基板６とを備えている。

ステータコア１１は、薄い鋼板を複数積層して円筒状に形成され、環状のバックヨーク部とバックヨーク部から内径側に延びる複数のティース部とを備えている（図示省略）。ステータコア１１にはインシュレータ１２が一体形成され、インシュレータ１２を介してティース部にステータ巻線１３が巻回されている。インシュレータ１２は樹脂で成形され、ステータコア１１の内周面１１１（ティース部の先端面）と外周面１１２（バックヨーク部の外周面）を除いて覆っている。インシュレータ１２の一端側には、回路基板６を支持する基板支持台１２１と、ステータ巻線１３に接続される端子１４を保持する端子台１２２とが形成されている。

ロータ２は、中心に配置されたシャフト２１と、シャフト２１に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２の外周側を覆う永久磁石２３とを備えている。ロータコア２２は、薄い鋼板を複数積層して円柱状に形成され、さらに、ロータコア２２には永久磁石２３が樹脂で一体的に固定されている。このように構成されたステータ１とロータ２は、ステータコア１１の内周面１１１が、ロータ２の永久磁石２３の外周面２３１に所定の間隙（いわゆるエアギャップ）をもって対向するように鋼板ブラケット５に固定されている。

鋼板ブラケット５は、シャフト２１の軸方向に分割された２つの鋼板ブラケット片５１、５２を備える。シャフト２１の一方の出力側に鋼板ブラケット片５１が設けられるとともに、シャフト２１の他方の出力側に鋼板ブラケット片５２が設けられている。一方の出力側の鋼板ブラケット片５１は有底円筒形状に形成され、開口端にフランジ５１１を有している。この鋼板ブラケット片５１に対し、ステータ１の一部分がシャフト２１の軸方向に沿って挿入されている。鋼板ブラケット片５１の底面５１２の中央には、底面５１２より小径で軸方向に突出した有底円筒形状のベアリングハウス５１３が形成され、ベアリングハウス５１３にベアリング４１が保持されている。

他方の出力側の鋼板ブラケット片５２は鋼板ブラケット片５１と同様に有底円筒形状に形成され、開口端にフランジ５２１を有している。この鋼板ブラケット片５２は、ステータ１の残り部分とステータ１のシャフト２１の軸方向の一端側に配置される回路基板６を覆うように配置され、鋼板ブラケット片５２のフランジ５２１が鋼板ブラケット片５１のフランジ５１１に締結部材（図示省略）で締結されている。鋼板ブラケット片５２の底面５２２の中央には、底面５２２より小径で軸方向に突出した有底円筒形状のベアリングハウス５２３が形成され、ベアリングハウス５２３にベアリング４２が保持されている。

回路基板６は、図１乃至図４に示すように、基板表面６２に電気回路が形成され、この電気回路上に発熱部品６１が載置されている。回路基板６は、基板支持台１２１に支持されるとともに端子台１２２から外に突出した端子１４と電気回路とが電気的に接続され、ステータ１とともに鋼板ブラケット５の内部に配置されている。発熱部品６１は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴやその集合体であるパワーモジュールなどであり、ステータ巻線１３への通電を制御する。発熱部品６１はステータ巻線１３への通電時に熱を発生する部品であり、ブロック状に形成されている。発熱部品６１は、図３に示すように、発生する熱を放熱する上面６１１、側面６１２、前面６１３および背面６１４が形成され、側面６１２と前面６１３との角部下方に一対の凹部６１５が形成されている。発熱部品６１は後述する固定部材８と当接するとともに固定部材８の一部が凹部６１５に引っ掛けられる。発熱部品６１が発生する熱は、発熱部品６１の上面６１１から後述する放熱シート７１と伝熱部品７２と放熱シリコーン接着剤７３とを介して鋼板ブラケット５２に伝熱される。この結果、発熱部品６１が発生する熱は、鋼板ブラケット片５２から外気中に放熱される。鋼板ブラケット片５２と発熱部品６１との間には、放熱シート７１と伝熱部品７２と放熱シリコーン接着剤７３が、発熱部品６１の鋼板ブラケット片５２と対向する面（上面６１１）から、鋼板ブラケット片５２に向かって順次配置されている。

放熱シート７１は、シリコーンなどの材料により形成された柔軟性および粘着性を有する矩形状の伝熱部材であり、発熱部品６１が発生する熱を伝熱部品７２に伝熱する。伝熱部品７２は、アルミニウムや銅などの金属材料により形成されたブロック状の部品であり、放熱シート７１から伝熱される熱を放熱シリコーン接着剤７３に伝熱する。伝熱部品７２は、熱を伝熱する上面７２１、下面７２２、側面７２３、前面７２４および背面７２５を有し、前面７２４および背面７２５の中央に横方向に延びる一対の溝７２６が形成されている。伝熱部品７２は後述する固定部材８と当接するとともに固定部材８の一部が溝７２６に嵌合される。放熱シリコーン接着剤７３は、伝熱部品７２の上面７２１に塗布されて一定時間後に固まる伝熱性を有する接着剤であり、伝熱部品７２から伝熱される熱を鋼板ブラケット片５２に伝熱する。

次に、本発明の特徴部分である固定部材８について説明する。固定部材８は、図３および図４に示すように、伝熱部品７２のブロック状の形状に合わせて樹脂により枠状に形成され、発熱部品６１の上面６１１に放熱シート７１と伝熱部品７２をシャフト２１の軸方向に沿って積み重ねた状態で固定するために用いられる。固定部材８は、伝熱部品７２と当接する伝熱部品保持部８１と発熱部品６１と係合する係合部８２とを備えている。なお、本実施形態においては伝熱部品保持部８１と係合部８２は別体形成されているが、伝熱部品保持部８１と係合部８２とを一体形成した固定部材８であってもよい。さらに、この固定部材８を伝熱部品７２と一体成形してもよい。

伝熱部品保持部８１は枠状に形成され、側面壁８１１、前面壁８１２および背面壁８１３が形成されている。伝熱部品保持部８１の側面壁８１１には、下端から下方に延びて伝熱部品保持部８１と係合部８２とを連結するための連結部８１４と、上端から外側に向けて延びるフランジ部８１５とを備えている。連結部８１４は下方の中央が開放された切込部８１４ａと、切込部８１４ａの両側にある下端から内側に向けて延びる爪部８１４ｂとを有している。フランジ部８１５は上面から伝熱部品７２の上面７２１よりも突出して鋼板ブラケット片５２により押圧される突起部８１５ａを有している。

伝熱部品保持部８１の前面壁８１２および背面壁８１３には、内面側の中央に横方向に延びる一対の突出部８１６と、内面側の角部近傍から突出する４つの突出片８１７とを備えている。一対の突出部８１６は伝熱部品７２の一対の溝７２６に嵌合されて伝熱部品７２と当接する。４つの突出片８１７は伝熱部品７２の側面７２３の両端に引っ掛かり伝熱部品７２を位置決めする。

係合部８２は前面側の一辺が開放された枠状に形成され、側面壁８２１と背面壁８２２が形成されている。係合部８２の側面壁８２１には、前端から内方に延びて発熱部品６１の凹部６１５に引っ掛かる前面係合片８２３と、上端から外側に向けて延びるフランジ部８２４とを備えている。前面係合片８２３は上方から下方に向けて背面壁８２２側に傾斜するように形成されている。係合部８２の側面壁８２１の内面には発熱部品６１の側面６１２が当接する。係合部８２の背面壁８２２は発熱部品６１の背面６１４から突出し回路基板６の電気回路に接続された端子６１６を覆っている。

フランジ部８２４は前端寄りに外側に向けて突出する一対の突出片８２４ａと、背面壁８２２側の角部にシャフト２１の軸方向に沿って延びる一対の放熱シート位置決め部８２４ｂとを有している。一対の突出片８２４ａは伝熱部品保持部８１の連結部８１４に有する切込部８１４ａが係合される。フランジ部８２４の下面には伝熱部品保持部８１の連結部８１４に有する爪部８１４ｂが引っ掛けられる。一対の放熱シート位置決め部８２４ｂは発熱部品６１の上面６１１に放熱シート７１を位置決めする。

次に、電動機Ｍの組立手順について説明する。まず、ステータ１を鋼板ブラケット片５１に圧入した後、ロータ２のシャフト２１に取付けられたベアリング４１をベアリングハウス５１３に保持する。次に、インシュレータ１２の基板支持台１２１に回路基板６を載置し、インシュレータ１２の端子台１２２から突出する端子１４と回路基板６の電気回路とを電気的に接続する。

その後、係合部８２の前面係合片８２３を発熱部品６１の凹部６１５に係合し、係合部８２の側面壁８２１を発熱部品６１の側面６１２に当接し、係合部８２の背面壁８２２で発熱部品６１の端子６１６を覆う。このとき、前面係合片８２３を傾斜するように形成しているため、係合部８２を発熱部品６１に取り付け易くなっている。そして、フランジ部８２４の放熱シート位置決め部８２４ｂに放熱シート７１の角部を位置合わせし、発熱部品６１の上面６１１に放熱シート７１を載置する。

次に、伝熱部品７２が伝熱部品保持部８１の突出片８１７の内側に挿入されるように、伝熱部品保持部８１の突出部８１６に伝熱部品７２の溝７２６を嵌合させる。次に、係合部８２の突出片８２４ａに伝熱部品保持部８１の切込部８１４ａを係合させ、係合部８２のフランジ部８２４に伝熱部品保持部８１の爪部８１４ｂを引っ掛ける。この結果、放熱シート７１と伝熱部品７２は、伝熱部品保持部８１と係合部８２により、発熱部品６１の上面６１１に対し前後方向と左右方向の位置が位置決めされる。なお、伝熱部品保持部８１の爪部８１４ｂは、伝熱部品保持部８１に上方への力がかかって伝熱部品保持部８１が係合部８２から抜けないようにし、伝熱部品７２が外れないようにしている。

次に、伝熱部品７２の上面７２１に放熱シリコーン接着剤７３を塗布し、ロータ２のシャフト２１に取付けられたベアリング４２をベアリングハウス５２３に保持した後、鋼板ブラケット片５１に鋼板ブラケット片５２を締結部材で締結することにより電動機Ｍの組み立てが完了する。このとき、伝熱部品保持部８１のフランジ部８１５に有する突起部８１５ａは、鋼板ブラケット片５２の底面５２２に当接し、鋼板ブラケット片５２により回路基板６に向かって押圧される。このため、伝熱部品保持部８１に嵌合された伝熱部品７２が放熱シート７１を押圧することになり、伝熱部品７２と放熱シート７１と発熱部品６１との密着性を良好にする。また、放熱シート７１と伝熱部品７２は、この押圧により、発熱部品６１の上面６１１に対し上下方向の位置が位置決めされる。伝熱部品保持部８１は、この押圧力が回路基板６や発熱部品６１に過度な荷重とならないように、例えば、アーチ状のフランジ部８１５を備える。また、フランジ部８１５に孔を開けるとともに、側面壁８１１、前面壁８１２および背面壁８１３に切欠きを形成した形状とすることで、フランジ部８１５の弾性を調節し、回路基板６や発熱部品６１に過度な荷重とならないように、フランジ部８１５に作用する押圧力を適正な力とすることができる。なお、伝熱部品保持部８１の構造は、これに限らず、適宜変更可能である。

以上のような手順で電動機Ｍを組立てることにより、発熱部品６１と鋼板ブラケット片５２との間に、シャフト２１の軸方向に沿って放熱シート７１と伝熱部品７２と放熱シリコーン接着剤７３が積み重ねられ、発熱部品６１が発生する熱を伝熱する伝熱経路を良好に形成することができる。また、放熱シート７１と伝熱部品７２は、固定部材８を用いて発熱部品６１の上面６１１に固定されているため、鋼板ブラケット片５１と鋼板ブラケット片５２との締結時および締結後に、放熱シリコーン接着剤７３が硬化するまで伝熱部品７２が位置ズレすることがない。さらに、組み立て時に、放熱シート７１の汚れや放熱シート７１へのごみの付着により放熱シート７１の粘着力が低下しても、放熱シリコーン接着剤７３が硬化するまで伝熱部品７２が位置ズレしたり浮き上がったりせず、発熱部品６１が発生する熱の放熱性を良好にする。

なお、発熱部品６１と伝熱部品７２との間に柔軟性を有する放熱シート７１を挟んでいるため、発熱部品６１と伝熱部品７２の接触面の平面度の影響があっても、発熱部品６１から伝熱部品７２への伝熱性が確保される。また、伝熱部品７２と鋼板ブラケット片５２との間に一定時間後に硬化する放熱シリコーン接着剤７３を充填するため、組み立て時の製造バラツキや個々の部品の寸法バラツキの影響があっても、伝熱部品７２から鋼板ブラケット片５２への伝熱性が確保される。

以上説明してきた実施形態による電動機Ｍによれば、ベアリング４１、４２を保持するとともにステータ１を収容して固定する鋼板ブラケット５と、鋼板ブラケット５内に配置され発熱部品６１を搭載した回路基板６とを備え、鋼板ブラケット５と発熱部品６１との間に配置され発熱部品６１が発生する熱を鋼板ブラケット５に伝熱する伝熱部品７２と、発熱部品６１上に伝熱部品７２を固定するための固定部材８とを設け、固定部材８は、伝熱部品７２と当接する伝熱部品保持部８１と、発熱部品６１と係合する係合部８２とを備える。この結果、電動機Ｍの組み立て時に伝熱部品７２が位置ズレせず、鋼板ブラケット５の組み付けができる。また、電動機Ｍの組み立て後、放熱シリコーン接着剤７３が硬化する前に電動機Ｍを移動したり横倒ししたりしても、伝熱部品７２が位置ズレしない。したがって、発熱部品６１が発生する熱の放熱性を高めつつ、伝熱部品７２を固定した状態で電動機Ｍを組立てることができる。

また、本実施形態による電動機Ｍによれば、伝熱部品保持部８１と係合部８２とは別体形成され、伝熱部品保持部８１には係合部８２に連結するための連結部８１４を備えることにより、発熱部品６１の上面６１１に伝熱部品７２を固定する作業を容易にし、電動機を組み立て易くすることができる。

さらに、本実施形態による電動機Ｍによれば、伝熱部品７２と発熱部品６１との間に配置される放熱シート７１を備え、係合部８２には伝熱部品７２側に放熱シート７１を位置決めする放熱シート位置決め部８２４ｂを設けることにより、発熱部品６１の上面６１１に放熱シート７１を介在し伝熱部品７２を固定する作業を容易にし、電動機を組み立て易くすることができる。

以上説明してきた本実施形態による電動機Ｍは、両軸出力型の電動機であるが、本発明はこれに限らず、シャフト２１が鋼板ブラケット片５１または鋼板ブラケット片５２の片方のみから外に突出する片軸出力型の電動機でもよい。また、本実施形態による電動機Ｍでは、伝熱部品保持部８１に係合部８２に連結するための連結部８１４を備えるようにしたが、本発明はこれに限らず、係合部８２に伝熱部品保持部８１に連結するための連結部を備えるようにしてもよい。さらに、本実施形態による電動機Ｍでは、ステータコア１１にインシュレータ１２を一体形成するようにしたが、ステータコア１１とインシュレータ１２を別体に形成してもよい。

１ステータ
１１ステータコア
１１１内周面
１１２外周面
１２インシュレータ
１２１基板支持台
１２２端子台
１３ステータ巻線
１４端子
２ロータ
２１シャフト
２２ロータコア
２３永久磁石
２３１外周面
４１ベアリング
４２ベアリング
５鋼板ブラケット
５１鋼板ブラケット片
５１１フランジ
５１２底面
５１３ベアリングハウス
５２鋼板ブラケット片
５２１フランジ
５２２底面
５２３ベアリングハウス
６回路基板
６１発熱部品
６１１上面
６１２側面
６１３前面
６１４背面
６１５凹部
６２基板表面
７１放熱シート
７２伝熱部品
７２１上面
７２２下面
７２３側面
７２４前面
７２５背面
７２６溝
７３放熱シリコーン接着剤
８固定部材
８１伝熱部品保持部
８１１側面壁
８１２前面壁
８１３背面壁
８１４連結部
８１４ａ切込部
８１４ｂ爪部
８１５フランジ部
８１５ａ突起部
８１６突出部
８１７突出片
８２係合部
８２１側面壁
８２２背面壁
８２３前面係合片
８２４フランジ部
８２４ａ突出片
８２４ｂ放熱シート位置決め部
Ｍ電動機

Claims

ステータと、前記ステータの内周側に回転自在に配置されたロータと、前記ロータのシャフトを支持するベアリングと、前記ベアリングを保持するとともに前記ステータを収容して固定する鋼板ブラケットと、前記鋼板ブラケット内に配置され発熱部品を搭載した回路基板とを備えた電動機であって、
前記鋼板ブラケットと前記発熱部品との間に前記シャフトの軸方向に沿って配置され前記発熱部品が発生する熱を前記鋼板ブラケットに伝熱する伝熱部品と、前記発熱部品上に前記伝熱部品を固定するための固定部材とを設け、
前記固定部材は、前記伝熱部品と当接する伝熱部品保持部と、前記発熱部品と当接する係合部とを備え、
前記伝熱部品保持部と前記係合部とは別体形成され、前記伝熱部品保持部と前記係合部のいずれか一方にはそれぞれを連結するための連結部を備えることを特徴とする電動機。
前記伝熱部品と前記発熱部品との間に配置される放熱シートを備え、
前記係合部には前記伝熱部品側に前記放熱シートを位置決めする放熱シート位置決め部を設けることを特徴とする請求項１に記載の電動機。