JPWO2019224889A1 - 電動機及び換気扇 - Google Patents

Abstract

電動機（１）は、外郭を構成するフレーム（２）及びブラケット（３）と、筒形状を呈し、フレーム（２）に収容されたステータ（４）と、ステータ（４）の内側に配置されるロータ（７）と、ステータ（４）のブラケット（３）側に設置された回路基板（１５）と、回路基板（１５）に実装された発熱部品（１７）と、回路基板（１５）に実装され発熱部品（１７）に熱的に接続されたヒートシンク（１８）とを備え、ブラケット（３）とヒートシンク（１８）との間には、ヒートシンク（１８）側から第１の放熱接着剤層（１９ａ）、絶縁シート（２０）及び第２の放熱接着剤層（１９ｂ）が順に配置され、ブラケット（３）とヒートシンク（１８）とが熱的に接続されている。

Description

本発明は、発熱する電子部品が実装された回路基板を有する電動機及び電動機によって送風ファンが回転駆動される換気扇に関する。

換気扇には、送風ファンを回転駆動する電動機が搭載される。換気扇に搭載される電動機は、発熱部品を搭載した回路基板をブラケット内に備えており、運転時に発熱部品において発生した熱を、ブラケットに伝えて放熱している。

特許文献１には、ブラケットにねじで固定した伝熱部品を発熱部品に接触させて、発熱部品で発生した熱をブラケットに伝える電動機が開示されている。

特開２０１５−１４４５３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される電動機は、伝熱部品とブラケットとの間に放熱シートを介在させている。放熱シートは、製造時にピンホールが形成されてしまうことがあるため、伝熱部品と発熱部品との間に絶縁部品を取り付ける必要がある。したがって、特許文献１に開示される電動機は、絶縁部品を固定する部品が必要となることにより部品点数が増大し、組立工数が増加してしまう。また、放熱シートは、軟らかく破れやすいため、産業用ロボットによる自動組立が困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、部品点数の増大及び組立工数の増加を抑え、自動組立が可能な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、外郭を構成するフレーム及びブラケットと、筒形状を呈し、フレームに収容されたステータと、ステータの内側に配置されるロータと、ステータのブラケット側に設置された回路基板と、回路基板に実装された発熱部品と、回路基板に実装され発熱部品に熱的に接続されたヒートシンクとを備える。ブラケットとヒートシンクとの間には、ヒートシンク側から第１の放熱接着剤層、絶縁シート及び第２の放熱接着剤層が順に配置され、ブラケットとヒートシンクとが熱的に接続されている。

本発明に係る電動機は、部品点数の増大及び組立工数の増加を抑え、自動組立が可能という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る電動機の断面図 実施の形態１に係る電動機の部分拡大図 本発明の実施の形態２に係る換気扇の断面図

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機及び換気扇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、本発明の実施の形態１に係る電動機の断面図である。図２は、実施の形態１に係る電動機の部分拡大図である。実施の形態１に係る電動機１は、直流ブラシレスモータである。電動機１は、フレーム２とブラケット３とで構成される外郭の内部に各要素が納められている。フレーム２は、有底の円筒形状を呈しており、金属製である。フレーム２の内径側には、筒形状を呈するステータ４が圧入されている。ステータ４は、鉄心５にコイル６が巻回されて構成されている。

ステータ４の内側には、円環形状を呈するロータ７が配置される。ロータ７には、ステータ４の中心軸に沿って伸びるシャフト８が連結されている。シャフト８の一端部は、フレーム２の外部に突出している。

シャフト８は、ロータ７との連結部分よりも他端側で第１の軸受１０で軸支され、ロータ７との連結部分よりも一端側で第２の軸受９で軸支されている。第１の軸受１０及び第２の軸受９は、ステータ４の中心軸を中心にシャフト８を回転可能に支持する。第２の軸受９は、フレーム２に形成されているハウジング１１に保持される。第１の軸受１０は、ブラケット３に形成されているハウジング１２に保持される。

基板ケース１３は、ステータ４のブラケット３側に固定される。基板ケース１３には、回路基板１５が設置される。したがって、回路基板１５は、ステータ４のブラケット３側に設置される。基板ケース１３に形成された貫通穴に挿入された出力ピン１４は、基板ケース１３における回路基板１５の搭載面側に突き出し、回路基板１５とはんだ付けにより電気的に接続される。なお、出力ピン１４は、はんだ付け以外の手法で回路基板１５と電気的に接続されてもよい。基板ケース１３の開口部及び回路基板１５の開口部の径は、ブラケット３側の第１の軸受１０の外径よりも大きい。回路基板１５は、基板ケース１３及びインシュレータ１６に当接させることにより、軸方向に位置決めされる。

回路基板１５に実装された各種の電子部品は、駆動部、制御部及び電源部といった機能を実現する。駆動部は、６個のディスクリート素子とモータドライバをなす集積回路（Integrated Circuit, IC）とを組み合わせた三相ブリッジドライバを用いた構成で実現可能である。ディスクリート素子には、ワンチップインバータＩＣ又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT）を適用可能である。制御部は、マイクロコンピュータを適用可能である。

外部電源を電源部へ供給すると、駆動部は制御部からの制御指令によりコイル６を通電駆動することで、シャフト８に負荷が接続されたロータ７を回転させる駆動トルクを発生させる。コイル６が通電駆動される際、回路基板１５に実装された電子部品の一部は発熱する。すなわち、回路基板１５に実装された電子部品の一部は、駆動時に発熱する発熱部品１７である。発熱部品１７は、駆動部及び電源部を構成する。

発熱部品１７は、回路基板１５に設置されたヒートシンク１８に接触し熱的に接続されている。ヒートシンク１８のブラケット３側の面とブラケット３との間には、第１の放熱接着剤層１９ａ、絶縁シート２０及び第２の放熱接着剤層１９ｂが介在しており、ブラケット３とヒートシンク１８とは熱的に接続されている。したがって、発熱部品１７で発生した熱は、電動機１の外部に放熱される。絶縁シート２０は、ヒートシンク１８の上面よりも面積が大きくなっており、ブラケット３とヒートシンク１８とを絶縁する沿面距離が確保されている。

ブラケット３とヒートシンク１８とを熱的に接続する手順について説明する。まず、ヒートシンク１８の上面に放熱接着剤を塗布する。放熱接着剤の塗布は、ディスペンサーで行い、塗布位置及び塗布量はあらかじめ設定し自動で管理される。次に、放熱接着剤の上に、絶縁シート２０を設置する。続いて、絶縁シート２０上に放熱接着剤が同様に塗布される。ブラケット３を設置すると、ブラケット３とヒートシンク１８との間には、放熱接着剤及び絶縁シート２０が介在する。放熱接着剤を硬化させると、ヒートシンク１８と絶縁シート２０との間に第１の放熱接着剤層１９ａが形成され、絶縁シート２０とブラケット３との間に第２の放熱接着剤層１９ｂが形成される。

放熱接着剤は、機械による自動塗布が可能である。また、破れやすく取り扱いが難しい放熱シートは用いられていない。絶縁シート２０も、放熱接着剤と同様に自動組立が可能である。絶縁シート２０は、ロール材からインラインで打ち抜くことにより、形状を自由に決定することができる。

なお、放熱接着剤が硬化する際の収縮によって第１の放熱接着剤層１９ａ又は第２の放熱接着剤層１９ｂが設置面から剥離すると、放熱に影響を及ぼす懸念がある。実施の形態１に係る電動機１は、放熱接着剤が硬化する際には、放熱接着剤の同士の間に、いずれの部品にも拘束されていない絶縁シート２０が介在している。絶縁シート２０がいずれかの部品によって拘束されている場合、放熱接着剤が硬化する際に収縮し、絶縁シート２０にも引張力が働くため、硬化させた放熱接着剤が設置面から剥離しやすくなるが、実施の形態１に係る電動機１では、絶縁シート２０がいずれの部品にも拘束されていない。したがって、実施の形態１に係る電動機１は、放熱接着剤を硬化させた第１の放熱接着剤層１９ａ及び第２の放熱接着剤層１９ｂがブラケット３又はヒートシンク１８から剥離することを抑えることが可能となり安定的に放熱できる。

実施の形態１に係る電動機１は、絶縁シート２０を固定する部品が不要であるため、部品点数の増大及び組立工数の増加を抑え、自動組立が可能である。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る換気扇の断面図である。実施の形態２に係る換気扇２１は、筐体２３に実施の形態１に係る電動機１を搭載しており、シャフト８に送風ファン２２が取り付けられている。換気扇２１は、天井板２５の開口を通じて天井裏に設置され、グリル２４で下方から覆われている。

電動機１に通電して駆動すると、駆動トルクが発生し送風ファン２２を回転させる。送風ファン２２が回転すると、図３に矢印Ａで示す空気の流れが発生する。電動機１は筐体２３と当接しているため、通電駆動によって発生した熱は、筐体２３へ伝熱される。したがって、実施の形態２に係る換気扇２１は、電動機１を通電駆動中に電動機１で発生した熱を、筐体２３から放熱することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 電動機、２ フレーム、３ ブラケット、４ ステータ、５ 鉄心、６ コイル、７ ロータ、８ シャフト、９ 第２の軸受、１０ 第１の軸受、１１，１２ ハウジング、１３ 基板ケース、１４ 出力ピン、１５ 回路基板、１６ インシュレータ、１７ 発熱部品、１８ ヒートシンク、１９ａ 第１の放熱接着剤層、１９ｂ 第２の放熱接着剤層、２０ 絶縁シート、２１ 換気扇、２２ 送風ファン、２３ 筐体、２４ グリル、２５ 天井板。

Claims (3)

1. 外郭を構成するフレーム及びブラケットと、
   筒形状を呈し、前記フレームに収容されたステータと、
   前記ステータの内側に配置されるロータと、
   前記ステータの前記ブラケット側に設置された回路基板と、
   前記回路基板に実装された発熱部品と、
   前記回路基板に実装され前記発熱部品に熱的に接続されたヒートシンクとを備え、
   前記ブラケットと前記ヒートシンクとの間には、前記ヒートシンク側から第１の放熱接着剤層、絶縁シート及び第２の放熱接着剤層が順に配置され、前記ブラケットと前記ヒートシンクとが熱的に接続されていることを特徴とする電動機。
2. 前記絶縁シートの面積は、前記ヒートシンクの前記ブラケット側の面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 請求項１又は２に記載の電動機と、
   前記電動機によって回転駆動される送風ファンとを備えることを特徴とする換気扇。

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