WO2015037110A1 - ブラシレスｄｃモータ及びこれを用いた空気調和機器 - Google Patents

Abstract

　ブラシレスＤＣモータは、永久磁石を備え、回転軸に取り付けられたロータと、ロータを回転可能に収容する中空部を有し、ロータに対向する内周面に複数のコイルが配置されたステータと、ロータに軸方向において対向し、ロータの回転位置を検出する磁気センサを有するセンサ基板と、一端がステータに固定され、他端がステータの内周側から径方向に向かって延びており、センサ基板における磁気センサの実装面がロータの永久磁石に対向するようにセンサ基板を保持する基板取付具とを有する。

Description

ブラシレスＤＣモータ及びこれを用いた空気調和機器

　本発明は、ロータの回転位置を検出する磁気センサを備えたブラシレスＤＣモータに関するものである。

　従来から、永久磁石が取り付けられたロータ（回転子）が、コイルが巻線されたステータ（固定子）に収容されたブラシレスＤＣモータが知られている。このブラシレスＤＣモータにおいて、例えばホール素子等からなる磁気センサがプリント基板に実装された状態でロータに対向するように配置されており、磁気センサがロータの磁束を検出し回転位置を検出するようになっている。

　ここで、磁気センサを実装したセンサ基板をステータ内に配置する方法として種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１には、モータのエンドブラケットにセンサ基板を取付けたブラシレスＤＣモータが開示されている。特許文献２には、ステータコアの上端に直接プリント基板を固定したブラシレスＤＣモータが開示されている。

特開２００８－５４３９０号公報 特開２０００－４１３７１号公報

　特許文献１、２のように、磁気センサ及びプリント基板がロータに対して露出している場合、ステータの内部に水分が浸入し不具合が生じる可能性がある。特に、ブラシレスＤＣモータが野外に設置される空気調和機器の室外機に使用された場合、雨水が浸入し不具合が生じる可能性がある。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、センサ基板への雨水または結露水等の付着を防ぎ、基板の劣化及びショート破損を防止するブラシレスＤＣモータを提供することを目的とする。

　本発明のブラシレスＤＣモータは、永久磁石を備え、回転軸に取り付けられたロータと、ロータを回転可能に収容する中空部を有し、ロータに対向する内周面に複数のコイルが配置されたステータと、ロータに軸方向において対向し、ロータの回転位置を検出する磁気センサを有するセンサ基板と、一端がステータに固定され、他端がステータの内周側から径方向に向かって延びた形状を有し、磁気センサがロータの永久磁石に対向するようにセンサ基板を保持する基板取付具とを有する。

　本発明のブラシレスＤＣモータは、センサ基板の実装面が基板取付具に覆われた状態で保持されているため、ステータ内に浸入した雨水等の水分からセンサ基板を保護し基板の劣化及びショート破損を防止することができる。

本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態１を示す模式図である。 図１のセンサ基板の一例を示す平面図である。 図１の基板取付具の一例を示す斜視図である。 図１の基板取付具の一例を示す平面図である。 図１の基板取付具の一例を示す斜視図である。 本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態２を示す模式図である。 本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態３を示す模式図である。 本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態４を示す模式図である。

実施形態１．
　以下、図面を参照しながら本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態について説明する。図１は本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態１を示す模式図であり、図１を参照してブラシレスＤＣモータ１について説明する。ブラシレスＤＣモータ１は、例えば空気調和機器の室外機に取り付けられた送風機の回転駆動源として用いられるものである。このブラシレスＤＣモータ１は、ステータ３、ロータ２、センサ基板１０、基板取付具２０を備えている。

　ロータ２は、ステータ３に回転可能に保持された軸２Ａと、軸２Ａに固定された円柱状のロータコア２Ｂと、ロータコア２Ｂの外周側に取り付けられた複数の永久磁石２Ｃとを有している。軸２Ａは両端においてベアリング等によりステータ３に対し回転可能に保持されており、軸２Ａには円筒状のロータコア２Ｂが固定されている。ロータコア２Ｂの外周には複数の永久磁石２Ｃが取り付けられており、複数の永久磁石２Ｃは回転方向に対し極性が交互になるように配列されている。

　ステータ３は、内部にロータ２を収容する中空部を有するものであって、内周面側に複数のコイル３Ａが配置された構造を有している。なお、ステータ３は、円筒状に形成されたステータコアに複数のコイル３Ａが巻線されており、ステータコアの外周側が樹脂モールドされた構造を有している。つまり、ステータ３は有底円筒形状に形成されており、開口側にはエンドブラケット４が取り付けられている。

　図２は図１のセンサ基板１０の一例を示す模式図であり、図１及び図２を参照してセンサ基板１０について説明する。センサ基板１０は、ロータ２の回転位置を検出する磁気センサ１１を実装した基板であって、ロータ２の軸方向（矢印Ｚ方向）において対向するように配置されている。センサ基板１０は、例えばプリント基板からなっており、実装面１０Ａ側にロータ２の回転位置を検出する磁気センサ１１が実装されている。この磁気センサ１１は、たとえばホール素子等からなっており、ロータ２の永久磁石２Ｃの磁束を検出してロータ２の回転位置を検出するものである。センサ基板１０は、基板取付具２０に保持されるものであって、基板取付具２０に取り付けられる際に位置決めを行うための切欠部１３と、基板取付具２０に固定するための挿入穴１２とを有している。

　図１の基板取付具２０は、一端側がステータ３に固定されているとともに、他端側がロータ２の径方向に向かって延びるように形成されている。そして、基板取付具２０は、センサ基板１０における磁気センサ１１の実装面１０Ａがロータ２の永久磁石２Ｃに対向するように、センサ基板１０を保持している。ここで、図３は図１の基板取付具の一例を示す斜視図、図４は図１の基板取付具の他面側を示す平面図、図５は図１の基板取付具の一面側を示す斜視図である。図３から図５の基板取付具２０は、例えば耐熱性及び絶縁性に優れた樹脂からなるものであって、固定部２１、段差部２２、基板取付部２３を備えている。

　固定部２１は、ステータ３の内周側に固定されるものであって、外周がステータ３の形状に沿うように円弧状に形成されている。固定部２１は、円形状に形成された取付穴２１Ａ及び位置決め穴２１Ｂを有している。なお、図３～図５においては、取付穴２１Ａ及び位置決め穴２１Ｂは、それぞれ２つずつ形成されている場合について例示する。一方、ステータ３の接触面には各取付穴２１Ａに挿入される円柱状の第１突起部３Ｐと、各位置決め穴２１Ｂに挿入される円柱状の固定部２１を固定するための第２突起部３Ｑとが設けられている。第１突起部３Ｐは、取付穴２１Ａに挿入された際、先端が取付穴２１Ａから突出する長さを有している。

　そして、固定部２１がステータ３に固定される際、各取付穴２１Ａにそれぞれ第１突起部３Ｐが挿入されるとともに、各位置決め穴２１Ｂに第２突起部３Ｑがそれぞれ挿入される。その後、取付穴２１Ａから突出した第１突起部３Ｐの先端が熱カシメされ、基板取付具２０がステータ３に固定される。なお、基板取付具２０が熱カシメによりステータ３に固定されている場合について例示しているが、超音波溶着、ネジ止め、接着等の公知の手法を用いてもよい。

　段差部２２は、固定部２１からステータ３の内周に沿ってロータ２側へ軸方向に延びるように形成されたものである。すなわち、基板取付部２３がロータ２側へ近づくように、固定部２１と基板取付部２３との間に軸方向（矢印Ｚ方向）において段差を形成する。なお、段差部２２は、外周がステータ３の形状に沿って円弧状に形成されている。

　基板取付部２３は、段差部２２から軸２Ａに向かって径方向（矢印β方向）に延びる形状を有し、センサ基板１０が取り付けられるものである。なお、基板取付部２３は、回転方向（矢印α方向）の長さが径方向（矢印β方向）の長さよりも長く形成されているとともに、センサ基板１０の外形よりも大きい面積を有している。基板取付部２３は、一面２３Ａ側がロータ２に対向しており、他面２３Ｂ側にセンサ基板１０が取り付けられている。したがって、センサ基板１０は、基板取付部２３を介してロータ２に対向することになる。

　基板取付部２３の他面２３Ｂ側には、枠体２４、台座２５、挿入ピン２６、リブ２７がそれぞれ形成されている。枠体２４は、基板取付部２３の周縁に沿って設けられており、基板取付部２３の他面２３Ｂ側にセンサ基板１０の側面を囲うように設けられている。すなわち、基板取付部２３には枠体２４によりセンサ基板１０を収容するための凹部が形成された状態になっている。台座２５は、センサ基板１０が載置されるものであって、他面２３Ｂ側から突出しているとともに、センサ基板１０に接触する部位が平面状に形成されている。台座２５は、他面２３Ｂの中央と長手方向（矢印α方向）の両端とに形成されている。

　挿入ピン２６は、センサ基板１０の挿入穴１２に挿入されるものであって円柱形状を有している。挿入ピン２６は複数設けられており、例えば回転方向（矢印α方向）の両端に２つ設けられている。なお、挿入ピン２６は、センサ基板１０の挿入穴１２の数及び配置位置に対応した数及び配置位置になるように設けられている。リブ２７は、樹脂成形時の基板取付部２３の反りを防ぐものであって、基板取付部２３から段差部２２に沿って延びるように形成されている。なお、リブ２７により基板取付部２３が水平状態に保つようにしている場合について例示しているが、例えばコスト削減等の点から台座２５が反りに合わせて予め傾斜した形状を有するようにしてもよい。

　そして、センサ基板１０は、基板取付部２３に対し磁気センサ１１の実装面１０Ａが基板取付部２３に対向するように取り付けられる。この際、挿入ピン２６が挿入穴１２に挿入されるとともに切欠部１３がリブ２７に嵌ることにより、センサ基板１０は基板取付部２３の所定の位置に基板を所定の位置に精度良く取り付けられる。そして、挿入ピン２６の先端が熱カシメされることにより、センサ基板１０が基板取付部２３に対し固定される。なお、挿入ピン２６が熱カシメされて固定されている場合について例示しているが、超音波溶着、ネジ止め、接着等の公知の手法を用いてもよい。そして、センサ基板１０が固定された基板取付具２０が、上述したようにステータ３に対し固定され、センサ基板１０の磁気センサ１１がロータ２の磁束を検出して回転位置の検出を行うことができるようになる。

　なお、２つの挿入ピン２６同士の間隔（複数の挿入穴１２同士の間隔）は、センサ基板１０の長手方向の長さの５０％以上の長さを有していることが望ましい。これにより、センサ基板１０を基板取付部２３に確実に固定することができる。

　また、上述したように、センサ基板１０の実装面１０Ａが基板取付部２３に対向するように固定される場合、実装面１０Ａ上のコネクタ等のリード部品が基板取付部２３に干渉する場合がある。そこで、コネクタ等のリード部品が基板取付具２０に接触しないように、基板取付部２３には溝２８が設けられている。なお、リード部品が基板取付部２３に干渉することがない場合には溝２８が形成されていなくてもよい。

　このように、センサ基板１０が基板取付具２０に取り付けられた際、センサ基板１０の実装面１０Ａは基板取付部２３に覆われた状態になり、ステータ３内に進入する水分に対してセンサ基板１０の実装面１０Ａが露出しない構造になっている。このため、センサ基板１０に水分が付着せず、センサ基板１０の腐食やショートによる不具合を防止することができる。特に、枠体２４が設けられていることにより、センサ基板１０及び基板取付部２２３の側面からの水の進入路を塞ぐことができるため、センサ基板１０の実装面１０Ａへの水分の付着を確実に防止することができる。

　さらに、基板取付具２０が樹脂モールドされたステータ３の第１突起部３Ｐに熱カシメ等により固定するだけで、磁気センサ１１を実装したセンサ基板１０を位置精度良く、簡易に取付けることができ作業性も良い構造となる。また、センサ基板１０が樹脂でモールドされることなく水分の付着を防止するようにしているため、通気性を向上させることができる。

　また、組立作業時に実装面１０Ａを被覆して固定している状態の基板取付具２０がステータ３に取り付けられるようにしているため、基板取付時の作業効率を向上させることができる。すなわち、センサ基板１０の形状及びステータ３の形状、エンドブラケット４の形状等の制約条件の中でセンサ基板１０をロータ２に対し精度よく位置決めする必要がある。このため、センサ基板１０の取付位置が限定されるとともに、モータ作製時に磁気センサ１１への接触などに注意して作業する必要があり組立作業の効率が悪化する場合がある。一方、上述した基板取付具２０を用いることで、磁気センサ１１の取り付け位置精度を確保しながら、センサ基板１０の取付時の作業効率を向上することができる。

実施形態２．
　図６は本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態２を示す模式図であり、図６を参照してブラシレスＤＣモータ１００について説明する。なお、実施形態２のブラシレスＤＣモータ１００において、図１～図５のブラシレスＤＣモータ１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図６のブラシレスＤＣモータ１００が、図１～図５のブラシレスＤＣモータと異なる点は、基板取付具２０が位置調整部材１０１を介してステータ３に取り付けられている点である。

　位置調整部材１０１は、ロータ２と磁気センサ１１の高さ方向の位置関係を調整するものであって、例えば耐熱性、絶縁性に優れた樹脂からなる挟み板から構成されている。位置調整部材１０１は、振動に対しても安定であり、回転位置の検出に影響を与えないような十分に広い面積を有するものであって、例えば熱カシメによりステータ３に固定される。なお、位置調整部材１０１の固定方法として熱カシメに限られず、超音波溶着、ネジ止め、接着等の公知の手法により固定することができる。なお、位置調整部材１０１は、１枚板の構造を有するものであってもよいし、回転方向（矢印α方向）においてステータ３及び基板取付具２０の形状に合わせて任意に分割された形状を有していてもよい。

　そして、位置調整部材１０１の軸方向（矢印Ｚ方向）の厚さが調整されることにより、センサ基板１０の設置位置が調整される。この際、位置調整部材１０１の枚数の増減により位置調整部材１０１の厚さを増減させてもよいし、厚さが異なる複数の種類の位置調整部材１０１が予め用意されており、最も適合する厚さの位置調整部材１０１を取り付けるようにしてもよい。これにより、ロータ２との接触がなく、かつ、ロータ２の永久磁石２Ｃからの漏れ磁束を十分検出できる位置に磁気センサ１１を有するセンサ基板１０の軸方向（矢印Ｚ方向）の位置を任意の位置に調整できるようになっている。

　このように、基板取付具２０の高さを調整することができるため、センサ基板１０と永久磁石２Ｃの漏れ磁束を十分検出できる位置に取り付けることができる。また、実施形態１と同様、センサ基板１０は基板取付具２０により水分が付着するのを防止し、基板の劣化及びショート破損等の不具合を防止することができる。

実施形態３．
　図７は本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態３を示す模式図であり、図７を参照してブラシレスＤＣモータについて説明する。なお、図７のブラシレスＤＣモータにおいて、図１～図５のブラシレスＤＣモータと同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図７のブラシレスＤＣモータ２００が、図１～図５のブラシレスＤＣモータと異なる点は、センサ基板１０がロータ２に対し直接対向するように基板取付具２０上に取り付けられる点である。

　図７において、基板取付具２２０の基板取付部２２３は、ロータ２に対向する一面側にセンサ基板１０を取り付ける取付面が形成された構成を有している。この際、基板取付部２２３には、上述した台座２５及び挿入ピン２６がロータ２に対向する一面２３Ａ側に設けられており、センサ基板１０は、上述した熱カシメ等により基板取付部２２３に対し取り付けられることになる。また、基板取付部２２３は、センサ基板１０の一端側を固定するものであって他端側は固定しておらず、センサ基板１０の実装面１０Ａの一端側の一部と対向した状態になっている。

　また、センサ基板１０は、片面実装基板からなるものであって、基板取付具２２０を実装した実装面１０Ａが基板取付部２２３に対向するように取り付けられる。そして、磁気センサ１１は、ロータ２からセンサ基板１０を通過した漏れ磁束を検出することでロータ２の回転位置を検出することになる。

　このように、センサ基板１０は、片面実装基板からなるとともに、非実装面側がロータ２に対向するように基板取付具２２０に取り付けられていることにより、上部からセンサ基板１０の実装面１０Ａへ浸入する水分の付着を防止することができる。また、基板取付具２２０がセンサ基板１０全体を覆う必要がないため、基板取付具２２０の成形時に使用する樹脂量を減少させるとともに、取付具の樹脂成型形状を簡素化することができる。

　なお、図７において、基板取付具２２０がステータ３に直接取り付けられている場合について例示しているが、図６に示すように、高さ位置を調整するための位置調整部材１０１を介してステータ３に取り付けられたものであってもよい。また、図７において、基板取付具２２０はセンサ基板１０の一端側で固定している場合について例示しているが、図１と同様に、センサ基板１０の両端側で固定してもよい。この際、基板取付部２２３に台座２５、挿入ピン２６、リブ２７が設けられていてもよい。

実施形態４．
　図８は本発明のブラシレスＤＣモータの実施形態４を示す模式図であり、図８を参照してブラシレスＤＣモータ３００について説明する。なお、図８のブラシレスＤＣモータ３００において、図１のブラシレスＤＣモータ１と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。図８のブラシレスＤＣモータ３００が、図１のブラシレスＤＣモータ１と異なる点は、基板取付具３２０がステータ３の上面側に取り付けられている点である。

　図８の基板取付具３２０は、ステータ３の壁面３Ｃに固定されるものであって、センサ基板１０が取り付けられる基板取付部３２３の両端に固定部３２１が設けられている。また、固定部３２１と基板取付部３２３とは段差部３２２が設けられており、センサ基板１０の側面から水分が浸入するのを防止している。なお、センサ基板１０と基板取付具３２０とは、上述した挿入穴１２に挿入ピン２６が挿入され熱カシメ等されることにより固定されている。

　このような場合であっても、雨水等の水分に対して、ステータ３内においてセンサ基板１０に水分が付着するのを防止することができる。なお、図８において、取付具は、直接ステータに取り付けられている場合について例示しているが、上記実施形態２と同様、高さ位置を調整するための位置調整部材１０１を介してステータ３に取り付けられたものであってもよい。

　以上、上記各実施形態１～４によれば、センサ基板１０が基板取付具２０、２２０、３２０を用いて設置されることにより、実装面１０Ａへの水分の付着を防止することができ、水分付着による腐食やショートなどの不具合を発生を防止することができる。特に、センサ基板１０が基板取付具２０、３２０により被覆されている場合、モータの配置状態が上下反転した際、ロータ２の位置のずれによるセンサ基板１０とロータ２の接触を基板取付具２０、３２０により防止することができる。

　本発明の実施形態は、上記実施形態１～４に限定されない。例えば、図２～図４において、固定部２１においてステータ３に固定されている場合について例示しているが、段差部２２においてステータ３の内周側面に固定されるようにしてもよい。この際、段差部２２が固定部２１として機能し、段差部２２に取付穴２１Ａ及び位置決め穴２１Ｂが形成されることになる。

　また、取付穴２１Ａの形状が円状に形成されている場合について例示しているが、位置精度を上げるために、三角形もしくは四角形等の円以外の形状にしてもよい。また、取付穴２１Ａの個数は２つ設けられている場合について例示しているが、１つでもよいし２つ以上であってもよい。

　さらに、ブラシレスＤＣモータ１が空気調和装置における室外機のファンモータとして使用した場合について例示しているが、その他の室外（自然環境化）に設置されるモータに適用することができる。

　１、１００、２００、３００　ブラシレスＤＣモータ、２　ロータ、２Ａ　軸、２Ｂ　ロータコア、２Ｃ　永久磁石、３　ステータ、３Ａ　コイル、３Ｃ　壁面、３Ｐ　第１突起部、３Ｑ　第２突起部、４　エンドブラケット、１０　センサ基板、１０Ａ　実装面、１１　磁気センサ、１２　挿入穴、１３　切欠部、２０、２２０、３２０　基板取付具、２１、３２１　固定部、２１Ａ　取付穴、２１Ｂ　位置決め穴、２２、３２２　段差部、２３、２２３、３２３　基板取付部、２３Ａ　一面、２３Ｂ　他面、２４　枠体、２５　台座、２６　挿入ピン、２７　リブ、２８　溝、１０１　位置調整部材、Ｚ　軸方向、α　回転方向、β　径方向。

Claims (13)

1. 　永久磁石を備え、回転軸に取り付けられたロータと、
   　前記ロータを回転可能に収容する中空部を有し、前記ロータに対向する内周面に複数のコイルが配置されたステータと、
   　前記ロータに軸方向において対向し、前記ロータの回転位置を検出する磁気センサを有するセンサ基板と、
   　一端が前記ステータに固定され、他端が前記ステータの内周側から径方向に向かって延びた形状を有し、前記磁気センサが前記ロータの前記永久磁石に対向するように前記センサ基板を保持する基板取付具と
   　を有することを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
2. 　前記ステータは、前記ロータに対向する対向面から突出した突起部を有し、
   　前記基板取付具は、前記突起部が挿入される貫通孔を備え、
   　前記突起部が前記貫通孔に挿入された状態で熱カシメにより、前記基板取付具が前記ステータに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
3. 　前記基板取付具には挿入ピンが形成されており、
   　前記センサ基板には前記挿入ピンを挿入するための挿入穴が設けられており、
   　前記挿入ピンが前記挿入穴に挿入された状態で熱カシメにより、前記センサ基板が前記基板取付具に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスＤＣモータ。
4. 　前記基板取付具は、複数の前記挿入ピンを有し、
   　前記センサ基板は、複数の前記挿入ピンに対応する複数の前記挿入穴を有するものであり、
   　複数の前記挿入ピン同士のうち最も離れている前記挿入ピンの間隔は、前記センサ基板の長手方向の長さの５０％以上の長さを有することを特徴とする請求項３に記載のブラシレスＤＣモータ。
5. 　前記基板取付具は、前記センサ基板全体と対向するように前記センサ基板を保持していることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
6. 　前記基板取付具は、前記センサ基板の側面を囲う枠体を有することを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
7. 　前記基板取付具は、
   　前記ステータの内周側に固定される固定部と、
   　前記固定部から前記ステータの内周に沿って前記ロータ側へ軸方向に延びる段差部と、
   　前記段差部から回転中心に向かって径方向に延びる形状を有し、前記センサ基板が取り付けられる基板取付部と
   　を備えたことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
8. 　前記基板取付具は、耐熱性及び絶縁性を有する樹脂からなるものであって、
   　前記基板取付部から前記段差部に沿ってリブが設けられていることを特徴とする請求項７に記載のブラシレスＤＣモータ。
9. 　前記基板取付部は、外部から前記磁気センサに導かれる配線用コネクタのリード部分に対向する位置に溝が設けられていることを特徴する請求項７または８に記載のブラシレスＤＣモータ。
10. 　前記基板取付具は、前記センサ基板の軸方向の位置を調整する位置調整部材を介して前記ステータに固定されることを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
11. 　前記センサ基板は、片面実装基板からなるものであって、非実装面側が前記ロータに対向するように前記基板取付具に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
12. 　前記基板取付具及び前記センサ基板は、前記ステータの径方向に広がる壁面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスＤＣモータ。
13. 　請求項１～１２のいずれか１項のブラシレスＤＣモータを搭載した空気調和機器器。

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