WO2016017164A1 - 電子機器の断熱構造、その断熱構造を備えたモータ、および電子機器の断熱部材の形成方法 - Google Patents

電子機器の断熱構造、その断熱構造を備えたモータ、および電子機器の断熱部材の形成方法 Download PDF

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electronic device
heat
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雄一郎 定永
近藤 憲司
豪 坂田
暢謙 森田
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Definitions

  • the present invention relates to a heat insulating structure for an electronic device and a method for forming a heat insulating member for the electronic device, and more particularly to a motor having a heat insulating structure.
  • heat generating portion made of another heat generating component As countermeasures against the temperature rise of such electronic components, heat dissipation and a heat generating portion made of another heat generating component (hereinafter, “heat generating portion made of another heat generating component” is simply referred to as “heat generating portion as appropriate”)
  • heat generating portion made of another heat generating component For example, the following proposals have been made for the purpose of improving the heat insulation against the heat from “denoted”.
  • Patent Document 1 discloses a molded motor in which a circuit board on which an electronic component for driving a motor is mounted and a stator of a magnetic circuit portion that is a heat generating portion are integrally molded with a thermosetting resin. And the mold motor of patent document 1 is made into the heat insulation structure which provides a heat insulation layer with low heat conductivity between a circuit board and a stator.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a partition wall is provided between a motor circuit board similar to the above and a stator as a heat generating portion.
  • the motor of Patent Document 2 has a heat insulating structure in which a heat insulating rubber sheet is pasted or a heat insulating paint is applied on the surface of the partition wall on the circuit board side.
  • Patent Documents 1 and 2 by providing such a heat insulating structure, heat is prevented from being transmitted from the stator to the electronic components on the circuit board, and the temperature rise of the electronic components is avoided.
  • Patent Document 3 discloses means for a motor, such as pasting a heat reflecting material on a partition wall similar to the above, forming a plating layer, or using a mirror-finished metal plate for the partition wall. . And the motor of patent document 3 is aiming at the heat insulation of an electronic device by reflecting the radiant heat of a heat-emitting part with such a means.
  • Patent Document 4 discloses an electric water heater having a configuration in which a heat insulating material is closely attached to a water storage container in order to keep the stored hot water. And the electric water heater of patent document 4 uses the solidified heat insulating material with favorable heat insulation performance that the heat conductivity is below the heat conductivity of the stationary air as this heat insulating material. Patent Document 4 proposes silica xerogel, which is known to have extremely high heat insulating performance among non-vacuum heat insulating materials, as an example of such a basic heat insulating material.
  • Patent Document 4 in the case of a heat insulating material obtained by solidifying silica xerogel, a molded body as a heat insulating material is formed by solidifying using a powdery raw heat insulating material and an aqueous binder.
  • the heat insulating material formed in this way has a problem of powder falling that the raw heat insulating material falls as powder due to the passage of time or external vibration. For this reason, in the precision apparatus and the apparatus which has a movement structure, it is easy to be especially badly affected by the powder which fell. For example, when it is used for a motor, there is a problem that the powder affects the rotational operation of the motor.
  • JP 2011-166977 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-271863 Japanese Patent Laid-Open No. 11-234948 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-204886
  • the heat insulating structure of the electronic device of the present invention is a heat insulating structure that insulates between the electronic circuit portion and the heat generating portion made of another component.
  • a partition wall made of an electrically insulating resin for separating each space is provided between the electronic circuit portion and the heat generating portion.
  • the partition wall is formed by integrating the resin and the heat insulating material so that the resin encloses the heat insulating material having a lower thermal conductivity than air.
  • the heat insulating structure of the electronic device of the present invention has such a configuration, it can efficiently insulate while preventing a short circuit between the heat generating portion and the electronic component and preventing powder from falling off from the heat insulating material. For this reason, according to this heat insulation structure, the electronic component mounted on the circuit board of an electronic circuit part can acquire high reliability.
  • the motor of the present invention has such a heat insulating structure for electronic devices, it is possible to provide a motor that suppresses the temperature rise of electronic components and has no adverse effects such as powder falling.
  • the method for forming a heat insulating member for an electronic device is a method for forming a heat insulating member for an electronic device that insulates between an electronic circuit portion and a heat generating portion made of another component.
  • the method of forming the heat insulating member includes a step of impregnating a non-woven fabric as a sheet-like material to be impregnated with a heat insulating material having a thermal conductivity lower than that of air, and sandwiching the non-woven fabric impregnated with the heat insulating material with a film to form the heat insulating sheet , Forming a heat insulating material by punching out the heat insulating sheet, and forming a heat insulating member by insert-molding the heat insulating material with a resin.
  • the method for forming a heat insulating member of an electronic device according to the present invention has such a configuration, it is possible to form a heat insulating member that has good heat insulating performance and is free from powder falling.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a motor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the motor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the motor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a diagram showing a cross-sectional structure of a heat insulating material in Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4B is a diagram showing a cross-sectional structure of the heat insulating material in the first exemplary embodiment of the present invention, which is shown for comparison with FIG. 4A.
  • An electronic device used around the engine room of a car is, for example, a motor used for an electric oil pump that supplies hydraulic oil or lubricating oil to a hydraulic control device of an automatic transmission.
  • a brushless motor for an electric oil pump used in a vehicle will be described as an example of an electronic device.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an external appearance of a motor 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the motor 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view showing a side surface of motor 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the motor 100 which is a brushless motor, includes a bracket 23, a motor frame 11 disposed on one side of the bracket 23, and a bottom plate 21 disposed on the other side of the bracket 23 as shown in FIGS. ing.
  • the motor frame 11 houses a stator 14 having a coil and a rotor 15 having a permanent magnet and rotating around a shaft.
  • the circuit unit 10 is configured. As shown in FIG. 1, a shaft 15 a protrudes from the top surface of the motor frame 11 as an output shaft through an oil seal 12. The shaft 15a rotates to function as a motor.
  • a circuit board 22 on which electronic components described below are mounted is accommodated in the bracket 23, and the electronic circuit unit 20 is configured by these electronic components and the like.
  • the bracket 23 has a connector portion 24 for supplying power and signals to the circuit board 22. And the bottom plate 21 provided with the radiation fin for radiating the heat
  • the motor frame 11 is formed in a substantially cylindrical shape by processing an iron plate, having one side as a top surface, an opening that is an opening on the bottom side that is the other side, and a space inside. And the flange 11f which spreads from an opening part to an outer peripheral side is provided for the assembly
  • a bearing 13a and an oil seal 12 are held on the output shaft side of the motor frame 11 from which the shaft 15a protrudes, as shown in FIG.
  • a stator 14 is press-fitted and fixed to the inner diameter portion of the motor frame 11, and a rotor 15 is rotatably included through a gap.
  • the stator 14 includes a stator core 14a, an insulator 14b, and a coil 14c.
  • the stator core 14a is formed by laminating a plurality of steel plates, for example, and has a plurality of salient poles projecting to the inner peripheral side.
  • a coil 14c is wound around each salient pole via an insulator 14b formed of an insulating resin or the like.
  • the coil 14c being wound is a three-phase winding, and various winding patterns exist depending on the number of poles of a rotor magnet 15b described later.
  • the rotor 15 includes a cylindrical rotor magnet 15b, a substantially cup-shaped rotor frame 15c, and a shaft 15a penetrating the inner peripheral side of the rotor frame 15c.
  • the rotor magnet 15b is made of a permanent magnet, and is bonded and fixed to the rotor frame 15c.
  • the rotor magnet 15b has magnetic poles in which N poles and S poles are alternately arranged.
  • the rotor magnet 15b is magnetized to have 8 poles or 10 poles.
  • the rotor frame 15c is formed in a substantially cup shape by processing an iron plate, and is configured by arranging two rotor frames 15c in opposite directions in the axial direction so as to face each other.
  • the rotor frame 15c has a shaft 15a pressed into and fixed to the inner diameter hole thereof.
  • the rotor frame 15c also serves as a back yoke of the rotor magnet 15b and constitutes a part of the magnetic path.
  • the shaft 15a is made of metal such as iron and is rotatably supported by a bearing 13a on the output side and a bearing 13b on the opposite output side. And the shaft 15a has a role which transmits the output which the motor 100 rotates to the other party apparatus, for example, an oil pump.
  • the output-side tip of the shaft 15a is processed into a D-cut (processing to make the cylinder D-shaped) or a two-sided width (processing the cylinder into two parallel surfaces) for connection with the counterpart device. . Further, the non-output side of the shaft 15a is processed to have a D cut or a two-sided width in order to position and hold the sensor magnet 16. And the sensor magnet 16 is positioned by the adhesion
  • the bottom plate 21 is made of aluminum die casting, and has continuous substantially triangular radiating fins for radiating heat generated by the electronic component 22a on the circuit board 22.
  • the bracket 23 is made of a thermoplastic resin having electrical insulation.
  • the shape of the bracket 23 is generally a structure like a box that is thin in the axial direction, with the top side closed, an opening on the bottom side, and a space provided inside.
  • the top side of the bracket 23 is closed by a flat plate portion 23a that spreads in a flat plate shape, and the magnetic circuit portion 10 side projects from the flat plate portion 23a to the magnetic circuit portion 10 side so as to protrude from the motor frame. 11, a motor frame receiving portion 23b for receiving the bearing 11 and a bearing receiving portion 23c for receiving the bearing 13b are formed.
  • the bottom plate 21 and the bracket 23 are fixed by means such as screw tightening. And the circuit board 22 is accommodated in the space in the bracket 23 closed so that the bottom plate 21 may cover.
  • the circuit board 22 has a configuration in which a general electronic component 22a such as an IC, a capacitor, or a chip component is mounted on the substrate 22b. These electronic components 22a constitute a drive circuit for energizing and driving the coil 14c of the stator 14.
  • a hole for penetrating the shaft 15a is formed in the center of the circuit board 22, and a Hall element (not shown) is mounted as a magnetic detection means around the hole. The Hall element detects the magnetic pole of the sensor magnet 16 magnetized and magnetized at the same position and the same position as the rotor magnet 15b at such a position on the circuit board 22.
  • the motor 100 has a configuration that is not a mold motor that is molded with a mold resin including the circuit board 22. That is, the motor 100 is configured to house the stator 14 and the rotor 15 in the space in the motor frame 11 and house the circuit board 22 in the space in the bracket 23.
  • the electronic circuit portion 20 can be improved in reliability because the electronic component 22a and the electric joint portion between the electronic component 22a and the substrate 22b are not damaged.
  • bracket 23 that houses the circuit board 22 and structurally separates the magnetic circuit unit 10 and the electronic circuit unit 20 will be described.
  • the resin bracket 23 is made of an electrically insulating thermoplastic resin made of polyphenylene sulfide resin (hereinafter referred to as PPS resin).
  • PPS resin polyphenylene sulfide resin
  • the bracket 23 of the present embodiment is formed by insert molding that includes and integrates various parts to be described later.
  • the bracket 23 is formed of a resin having an electrically insulating characteristic, thereby preventing a short circuit between the magnetic circuit unit 10 and the electronic circuit unit 20. Moreover, since the magnetic circuit part 10 is provided with the coil 14c, the emitted-heat amount from these coils 14c is large. For this reason, in this Embodiment, the bracket 23 is formed by insert-molding so that the heat insulating material 30 may be integrated. And it comprises so that the bracket 23 containing the heat insulating material 30 may be arrange
  • a bracket 23 serving as a partition wall formed of an electrically insulating resin for separating each space is provided between the electronic circuit unit 20 and the magnetic circuit unit 10 that is a heat generating unit. It has a configuration. In the present embodiment, this configuration realizes a heat insulating structure of an electronic device that insulates between the electronic circuit portion 20 and the magnetic circuit portion 10 as a heat generating portion made of another component. In addition, the detail of the heat insulating material 30 included in this bracket 23 is further demonstrated below.
  • Table 1 shown below is a table showing a comparison of characteristics of synthetic resins used in insert molding.
  • Table 1 shows a comparison between the PPS resin in the present embodiment and a thermosetting resin as a comparative example.
  • bracket 23 made of PPS resin formed in this way an inlay having a fitting shape for positioning is provided on the magnetic circuit portion 10 side in order to fit and fix the motor frame 11. The coaxial with the part 10 is ensured.
  • the bracket 23 is formed by integrating a metal cup 18 having a through hole in the center with a bearing receiving portion 23c on the magnetic circuit portion 10 side by insert molding in order to insert the bearing 13b.
  • the bracket 23 holds and fixes the bearing 13b by the metal cup 18 thus formed.
  • the bearing 13b and the metal cup 18 are made of the same type of iron-based metal, there is no relative change in dimensions due to the difference in thermal expansion coefficient, so that the creep phenomenon can be prevented.
  • a wave washer 19 for preloading the rotor 15 is inserted between the bearing 13 b and the metal cup 18.
  • the electronic circuit unit 20 side of the bracket 23 made of PPS resin also serves as a circuit holder for mechanically holding and fixing the circuit board 22, and the circuit board 22 is fixed by means such as welding or screw tightening.
  • a 3-phase bus bar for connecting a 3-phase lead wire from the coil 14c and connecting to the circuit board 22, a power supply terminal, and a signal terminal are made of PPS resin while maintaining electrical insulation. It is arranged on the bracket 23.
  • the bracket 23 of the present embodiment is insert-molded including these bus bars and power supply terminals.
  • nuts for mechanically connecting and fixing the motor frame 11 and the bottom plate 21 are also enclosed in a bracket 23 made of PPS resin and insert-molded.
  • a bracket 23 made of PPS resin and insert-molded By encapsulating these metal terminals and coupling members in a PPS resin bracket 23 and insert molding them, the number of parts and the number of assembly steps can be reduced.
  • the power supply terminal and the signal terminal are integrally formed with the connector portion 24 and the bracket 23 made of PPS resin so that electrical connection to the outside can be easily performed, thereby forming a direct connector.
  • a direct connector it is possible to prevent disconnection due to bending of the lead wire for connection to the outside and deterioration of the sealing performance inside the motor, and it is possible to provide a highly reliable connection portion.
  • the motor 100 houses the magnetic circuit portion 10 including the stator 14 around which the coil 14 c is wound and the rotor 15 that is rotatably disposed facing the stator 14 in the metal motor frame 11. ing. Further, the motor 100 also includes an electronic circuit unit 20 including a circuit board 22 on which an electronic component 22a for energizing and driving the coil 14c is incorporated in a resin-made bracket 23 as a housing. Thus, the motor 100 is a motor that also incorporates a drive circuit that electrically drives the magnetic circuit unit 10 including the motor mechanism. Further, the motor 100 is configured such that the top side including the flat plate portion 23a of the bracket 23 serves as a partition, and the magnetic circuit unit 10 and the electronic circuit unit 20 are structurally separated by the top side serving as the partition. .
  • the heat insulating material 30 which thermally isolates the magnetic circuit part 10 and the electronic circuit part 20 is included in the bracket 23 made from PPS resin by insert molding as mentioned above. It is characterized by.
  • the heat insulating material 30 included in the bracket 23 is a gel-like silicon-based resin, and in particular, in this embodiment, the heat insulating material is silica xerogel. And in this Embodiment, the heat insulation sheet is created first by the following procedures.
  • a non-woven fabric as a sheet-like material to be impregnated made of glass wool, and a heat insulating material made of silica xerogel as a heat insulating material having a lower thermal conductivity than air (thermal conductivity: about 0.017 W / m ⁇ K). ).
  • a film made of glass cloth is sandwiched and formed to form a heat insulating sheet that is a film heat insulating material or a sheet heat insulating material.
  • the heat insulating sheet formed in this manner is punched into an arbitrary shape, and the die cut is used as the heat insulating material 30.
  • generates the heat insulating material 30 by punching out from the heat insulating sheet formed previously in this way is included.
  • the method for forming a heat insulating member in the present embodiment is a method for forming a heat insulating member for an electronic device that insulates between an electronic circuit portion and a heat generating portion made of another component.
  • the method for forming the heat insulating member includes a step of impregnating a non-woven fabric as a sheet-like material to be impregnated with silica xerogel as a heat insulating material, and sandwiching the non-woven fabric impregnated with the heat insulating material with a film to form a heat insulating sheet. And a step of punching out the heat insulating sheet to generate a heat insulating material, and a step of insert-molding the heat insulating material with a resin to form a heat insulating member.
  • the heat insulating material 30 thus generated is configured such that the resin completely envelops the entire peripheral end portion of the heat insulating material 30.
  • vibration is very large, such as for in-vehicle use
  • dust-free ensuring and high temperature environment can be achieved without causing powder falling off from the impregnated material or the heat insulating material at the end surface of the heat insulating material.
  • Heat resistance sufficient for use at a lower temperature (about 150 ° C.) can be ensured, and a heat insulating structure excellent in cost and moldability can be obtained.
  • Table 2 shown below is a table showing the characteristics of the heat insulating material formed from various materials.
  • a heat insulating material 30 As shown in Table 2, by creating a heat insulating material 30 using a heat insulating material made of silica xerogel as a raw material, it has heat resistance that can withstand even in a high temperature environment (about 150 ° C.) such as in-vehicle use, and cost And the heat insulating material 30 with favorable moldability can be provided. Furthermore, since a favorable heat insulation structure can be obtained, it is possible to efficiently insulate the heat generated in the magnetic circuit unit 10 and realize the electronic circuit unit 20 having high reliability.
  • FIG. 4A is a diagram showing a cross-sectional structure of the heat insulating material 40 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4B is a figure which shows the cross-section of the heat insulating material 30 in Embodiment 1 shown for a comparison with FIG. 4A.
  • the present embodiment is characterized in that the cross-sectional structure of the heat insulating material 40 is formed in a multilayer as shown in FIG. 4A.
  • the configuration of the motor 100 other than the cross-sectional structure of the heat insulating material is the same as that of the first embodiment, and detailed description thereof is omitted.
  • the multilayered heat insulating material 40 in the present embodiment shown in FIG. 4A will be described while comparing with the single-layered heat insulating material 30 shown in FIG. 4B.
  • the heat insulating material 30 having a single layer structure shown in FIG. 4B will be described.
  • the heat insulating material 30 is made by impregnating a non-woven fabric as an impregnated material made of glass wool with a heat insulating material using silica xerogel having a lower thermal conductivity than air as a raw material. And sandwiched between films made of glass cloth. And the thermal conductivity (about 0.017 W / m ⁇ K) is smaller than the thermal conductivity of air (about 0.026 W / m ⁇ K). Further, in the cross-sectional structure, as shown in FIG.
  • a layer 32 (hereinafter referred to as the intermediate layer 32) in which the material to be impregnated is impregnated with the heat insulating material is formed in the intermediate portion of the cross section.
  • a heat insulating material rich layer 31 containing more heat insulating material than the intermediate layer 32 is formed on the upper and lower surface layer portions of the heat insulating material 30.
  • the heat insulating material 30 has an uneven density distribution of the heat insulating material in the thickness direction.
  • the above-described uneven distribution of the heat insulating material influences and the thermal conductivity tends to increase.
  • a material having a thickness of 0.3 mm and a thermal conductivity of 0.017 W / m ⁇ K increases to a thermal conductivity of about 0.022 W / m ⁇ K when the thickness is increased to 1.5 mm.
  • the heat insulating material has a laminated structure to prevent an increase in thermal conductivity.
  • the total thickness of the heat insulating material is 1.5 mm
  • the heat insulating material 30 is configured as one sheet of 1.5 mm in one layer
  • in FIG. 4A is a sheet of 0.3 mm in one layer.
  • stacking 5 sheets is shown.
  • the heat insulating material rich layer 31 has a relatively low thermal conductivity compared to the intermediate layer 32.
  • the ratio of the heat insulating material rich layer 31 to the total thickness is large, the original thermal conductivity of 0.017 W / m ⁇ K can be maintained.
  • the present invention is not limited to the brushless motor in the above-described embodiment or the one shown in the drawings, and may depart from the gist of the present invention, for example, by appropriately combining the above-described embodiments. It can be implemented with various design changes within the range not to be performed.
  • the heat insulation structure of the electronic device according to the present invention can ensure the reliability of the electronic component, not only the in-vehicle electronic device but also the industrial electronic device, the home appliance electronic device, etc. It can also be applied to applications. It is particularly useful in fields that require high heat resistance and reliability.

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Abstract

本発明の電子機器の断熱構造は、電子回路部と別の構成部品からなる発熱部との間を断熱する断熱構造である。本断熱構造は、電子回路部と発熱部との間に、各々の空間を隔てる電気絶縁性を有する樹脂により形成された隔壁を設けている。そして、その隔壁は、空気より熱伝導率の低い断熱材を樹脂が内包するように、樹脂と断熱材とを一体化して形成されている。また、断熱材を樹脂によりインサート成形することよってこのような隔壁を形成している。また、電気絶縁性を有する樹脂を熱可塑性樹脂とし、断熱材の断熱素材をシリカキセロゲルとしている。

Description

電子機器の断熱構造、その断熱構造を備えたモータ、および電子機器の断熱部材の形成方法
 本発明は、電子機器の断熱構造、電子機器の断熱部材の形成方法に関し、特に断熱構造を有するモータに関する。
 近年、車の電動化が進んで来ており、車両に搭載される電子機器の数が年々増加傾向にある。また、それに伴って各電子機器に求められる制御機能も高度化してきており、電子回路を内蔵した電子機器において、回路基板に実装されている電子部品を熱の影響から保護することが必須となっている。
 特に、車のエンジンルーム周辺(周辺温度90℃以上の環境)で使用される電子機器の電子部品では、自ら発熱した熱を放熱する放熱性に加えて、その周辺から伝わる熱を伝わりにくくする断熱性の向上も必須となってくる。
 従来、このような電子部品の温度上昇に対する対策として、放熱性、および別の発熱する構成部品からなる発熱部(以下、適宜、”別の発熱する構成部品からなる発熱部”を単に”発熱部”と呼び説明する)からの熱に対する断熱性を向上させる目的で、例えば、以下のような提案が成されてきた。
 特許文献1には、モータ駆動用の電子部品を実装した回路基板と、発熱部である磁気回路部のステータとを熱硬化性樹脂で一体にモールド成形したモールドモータが開示されている。そして、特許文献1のモールドモータは、回路基板とステータとの間に熱伝導率の低い断熱層を設ける断熱構造としている。
 また、特許文献2には、上記と同様のモータの回路基板と発熱部であるステータとの間に、隔壁を設けた構成が開示されている。そして、特許文献2のモータは、この隔壁の回路基板側の面上に、断熱性のゴムシートを貼り付けたり、断熱性の塗料を塗布したりする断熱構造としている。
 特許文献1や2では、このような断熱構造を設けることで、ステータから回路基板上の電子部品へ熱が伝わることを防ぎ、電子部品の温度上昇を避けている。
 さらに、特許文献3には、モータにおいて、上記と同様の隔壁に熱反射材を貼合せたりメッキ層を形成したり、あるいは隔壁を鏡面仕上げの金属板としたりする等の手段が開示されている。そして、特許文献3のモータは、このような手段で、発熱部の輻射熱を反射することにより、電子機器の断熱を図っている。
 また、特許文献4には、貯めた湯を保温するために、断熱材を貯水用容器に密着させた構成の電気湯沸かし器が開示されている。そして、特許文献4の電気湯沸かし器は、この断熱材として、その熱伝導率が静止した空気の熱伝導率以下であるような断熱性能の良好な固形化した断熱材を用いている。また、特許文献4では、このような断熱材の素断熱材の一例として、非真空断熱材の中では極めて断熱性能が高いとして知られるシリカキセロゲルが提案されている。
 しかしながら、特許文献1のようなモールド構造では、特に、エンジンルーム周辺など周囲温度の高い状況で使用される場合は、モールド樹脂による放熱効果が十分に得られない。しかも、空気層のような低熱伝導率の層を設けたとしても、モールド樹脂自体の熱伝導率はあまり低くないため、発熱部である磁気回路部からの発熱を、モールド樹脂を介して受熱してしまい、電子部品の耐熱温度を超える恐れがある。
 また、特許文献2のように、電子回路部と発熱部との間に設けた隔壁に、断熱性のゴムシートを貼り付ける構成では、一般的にゴムシートの熱伝導率(約0.2 W/m・K)は空気の熱伝導率(約0.026 W/m・K)よりも大きいため断熱効果が少ない。これより、断熱効果を高めるには厚み寸法を大きく取る必要があり、機器の大型化を招く恐れがある。一方、断熱性の塗料を塗布する構成では、粘度が高くて厚膜塗布可能な塗料を用いても、断熱性能を上げるためには何層も重ねて塗布しなければならず多大な時間を要する。さらに、塗料の粘度が高いために特殊な塗布装置が必要で、大きな設備投資も必要となる。そして、粘度が低い塗料を用いると厚膜化ができず、必要な断熱性能を得ることができない。
 さらに、特許文献3のように、回路基板や磁気回路部からの輻射熱を反射させるような手法では、本来放熱して温度を低下させたい箇所に熱を返すことになる。このため、温度上昇による性能や信頼性の低下を招く原因となる恐れがある。
 また、特許文献4のように、シリカキセロゲルを固形化した断熱材の場合、粉末状の素断熱材と水性バインダとを用いて固形化することで、断熱材としての成形体が形成される。ところが、このように形成された断熱材は、時間の経過や外部からの振動などにより、素断熱材が粉体となって落ちるという粉落ちの課題がある。このため、精密な機器や動き構造を有する機器においては、特に、粉落ちした粉体により悪影響を受けやすい。例えば、モータに利用するような場合、モータの回転動作に粉体が影響するという課題がある。
特開2011-166977号公報 特開平10-271763号公報 特開平11-234948号公報 特開2003-204886号公報
 本発明の電子機器の断熱構造は、電子回路部と別の構成部品からなる発熱部との間を断熱する断熱構造である。本断熱構造は、電子回路部と発熱部との間に、各々の空間を隔てるための電気絶縁性を有する樹脂により形成された隔壁を設けている。そして、その隔壁は、空気より熱伝導率の低い断熱材を樹脂が内包するように、樹脂と断熱材とを一体化して形成されている。
 本発明の電子機器の断熱構造は、このような構成であるため発熱部と電子部品間の短絡を防止するとともに断熱材からの粉落ちも防止しながら、効率的に断熱する事ができる。このため、本断熱構造によれば、電子回路部の回路基板上に実装された電子部品は高い信頼性を得ることができる。
 また、本発明のモータは、このような電子機器の断熱構造を備えるため、電子部品の温度上昇を抑えるとともに、粉落ちのような悪影響もないモータを提供できる。
 また、本発明の電子機器の断熱部材の形成方法は、電子回路部と別の構成部品からなる発熱部との間を断熱する電子機器の断熱部材の形成方法である。本断熱部材の形成方法は、シート状の被含浸素材としての不織布に、空気より熱伝導率の低い断熱素材を含浸させるステップと、断熱素材を含浸させた不織布をフィルムで挟み込んで成形し断熱シートを形成するステップと、断熱シートを打抜いて断熱材を生成するステップと、断熱材を樹脂によりインサート成形して断熱部材を形成するステップとを含む。
 本発明の電子機器の断熱部材の形成方法は、このような構成であるため、断熱性能の良好であるとともに、粉落ちなどがない断熱部材を形成することができる。
図1は、本発明の実施の形態1のモータ斜視外観図である。 図2は、本発明の実施の形態1のモータ斜視分解図である。 図3は、本発明の実施の形態1のモータ断面図である。 図4Aは、本発明の実施の形態2における断熱材の断面構造を示す図である。 図4Bは、図4Aとの比較のために示す、本発明の実施の形態1における断熱材の断面構造を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面および表を参照して説明する。
 車のエンジンルーム周辺で使用される電子機器は、例えば、自動変速機の油圧制御装置等に作動油や潤滑油を供給する電動オイルポンプに用いられるモータである。以下の実施の形態では、電子機器の一例として車両で使用される電動オイルポンプ用のブラシレスモータを用いて説明する。
 (実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1におけるモータ100の外観を示す斜視図である。図2は、本発明の実施の形態1におけるモータ100の構成を示す分解斜視図である。図3は、本発明の実施の形態1におけるモータ100の側面を示す断面図である。
 ブラシレスモータであるモータ100は、図1、図2、図3に示すようにブラケット23、ブラケット23の一方側に配置したモータフレーム11、ブラケット23の他方側に配置したボトムプレート21を含み構成されている。詳細については以下で説明するが、モータフレーム11内には、コイルを有したステータ14と永久磁石を有してシャフトを中心に回転するロータ15とが収納されており、これら磁気部品等によって磁気回路部10を構成している。図1に示すように、モータフレーム11の天面からは、オイルシール12を介してシャフト15aが出力軸として突出している。このシャフト15aが回転することによりモータとして機能する。また、ブラケット23内には、以下で説明する電子部品を実装した回路基板22が収納されており、これら電子部品等によって電子回路部20を構成している。ブラケット23は、回路基板22に対して電源や信号を供給するためのコネクタ部24を有している。そして、ブラケット23の底部には、電子部品からの熱を放熱するための放熱フィンを備えたボトムプレート21が配置されている。
 最初に、モータフレーム11とブラケット23との間に内包される磁気回路部10について説明する。モータフレーム11は、鉄板を加工して、一方側を天面とし、他方側である底面側に開口である開口部を有し、内部に空間を設けた略円筒形状をしている。そして、樹脂性のブラケット23との組み付け用に、開口部から外周側に広がるフランジ11fを設けている。モータフレーム11と樹脂製のブラケット23とは、圧入やネジ締め等の手段によって勘合固定されている。
 また、磁気回路部10において、シャフト15aが突出するモータフレーム11の出力軸側には、図2に示すように、ベアリング13a、およびオイルシール12が保持されている。そして、モータフレーム11の内径部には、ステータ14が圧入固定されており、ギャップを介してロータ15が回転自在に内包されている。
 ステータ14は、ステータコア14a、インシュレータ14b、コイル14cを備えている。ステータコア14aは、例えば複数枚の鋼板を積層して形成されており、内周側に突出した複数の突極を有している。そして、それぞれの突極には、コイル14cが、絶縁樹脂等で形成されたインシュレータ14bを介して巻回されている。巻回されているコイル14cは、3相巻線であり、後述するロータマグネット15bの極数により、様々な巻線パターンが存在する。
 また、ロータ15は、円筒形状のロータマグネット15b、略カップ形状のロータフレーム15c、ロータフレーム15cの内周側を貫通するシャフト15aを備えている。ロータマグネット15bは、永久磁石から成り、ロータフレーム15cに接着固定され、N極とS極とが交互に配置された磁極を持っており、例えば8極や10極などの極数に着磁されている。ロータフレーム15cは、鉄板を加工して略カップ形状で形成されており、2個のロータフレーム15cを各々が対向するように軸方向で逆向きに配置して構成している。そして、ロータフレーム15cは、その内径穴に、シャフト15aを圧入して固定している。また、ロータフレーム15cは、ロータマグネット15bのバックヨークを兼ねており、磁路の一部を構成している。シャフト15aは、鉄等の金属製であり出力側をベアリング13a、反出力側をベアリング13bで回転自在に支持されている。そして、シャフト15aは、モータ100の回転する出力を相手側機器、例えばオイルポンプに伝える役割を持っている。
 シャフト15aの出力側先端は、相手機器との接続のためにDカット(円柱をDの字状にする加工)や二面幅(円柱を互いに平行な二面に加工)に加工がなされている。さらに、シャフト15aの反出力側は、センサマグネット16を位置決めおよび保持するために、Dカットや二面幅に加工がなされている。そして、その反出力側の先端部に、センサマグネット16が接着や圧入によって位置決めされ、プッシュナット17等の手段を用いて固定されている。
 次に、ボトムプレート21とブラケット23との間に回路基板22を内包する電子回路部20について説明する。
 ボトムプレート21は、アルミダイカストで作成され、回路基板22上の電子部品22aで発生した熱を放熱するために、連続した略三角形の放熱フィンを備えている。
 また、ブラケット23は、電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂を材料として形成されている。ブラケット23の形状としては、概略、天部側を閉じ、底部側に開口を有し、内部に空間を設けて、軸方向に薄い箱のような構造としている。また、ブラケット23の天部側は、平坦な板状に広がる平板部23aで閉じられているとともに、その磁気回路部10側には、平板部23aから磁気回路部10側へと突出してモータフレーム11を受けるためのモータフレーム受け部23bやベアリング13bを受けるためのベアリング受け部23cが形成されている。また、ブラケット23の底部側において、ボトムプレート21とブラケット23とは、ネジ締め等の手段によって固定されている。そして、ボトムプレート21で蓋をするように閉じられたブラケット23内の空間に、回路基板22が収納されている。
 回路基板22は、基板22b上にICやコンデンサ、チップ部品といった一般的な電子部品22aを実装した構成となっている。そして、これら電子部品22aによって、ステータ14のコイル14cを通電駆動するための駆動回路が構成されている。また、回路基板22の中央部には、シャフト15aを貫通させるための穴が開いており、その周辺には、磁気検出手段としてホール素子(図示せず)が実装されている。ホール素子は、このような回路基板22上の位置において、ロータマグネット15bと同極、同位置に着磁し磁化されたセンサマグネット16の磁極を検出する。
 なお、このように、本実施の形態のモータ100は、回路基板22を含めてモールド樹脂でモールド成形するようなモールドモータではない構成である。すなわち、モータ100は、ステータ14およびロータ15をモータフレーム11内の空間に収納するとともに、回路基板22をブラケット23内の空間に収納するような構成である。このため、本実施の形態では、回路基板22上に実装された電子部品22aに対してモールド成形時に発生していた応力や、成形後のモールド樹脂の熱膨張および熱収縮作用による影響が無い。さらに、本実施の形態では、電子部品22aおよび電子部品22aと基板22bの電気接合部にダメージを与ることが無いため、電子回路部20の信頼性向上を図れる。
 次に、回路基板22を収納するとともに、磁気回路部10と電子回路部20とを構造的に分離するブラケット23の詳細について説明する。
 樹脂製のブラケット23は、ポリフェニレンサルファイド樹脂(以下PPS樹脂と呼ぶ)からなる電気絶縁性を有する熱可塑性樹脂を材料としている。そして、本実施の形態のブラケット23は、後述する各種部品を内包し一体化するインサート成形によって形成されている。
 このように、本実施の形態では、ブラケット23を電気的な絶縁特性の樹脂で形成しており、これによって、磁気回路部10と電子回路部20との間の短絡を防止している。また、磁気回路部10はコイル14cを備えているため、これらコイル14cからの発熱量が多い。このため、本実施の形態では、断熱材30を含めて一体化するようにインサート成形することによって、ブラケット23を形成している。そして、磁気回路部10と電子回路部20との間に、断熱材30を含むブラケット23が配置されるように構成し、これによって、ステータ14のコイル14cから回路基板22の電子部品22aへの熱の伝わりを抑制している。すなわち、本実施の形態では、電子回路部20と発熱部である磁気回路部10との間に、各々の空間を隔てるための電気絶縁性を有する樹脂により形成された隔壁となるブラケット23を設けた構成としている。本実施の形態では、この構成によって、電子回路部20と別の構成部品からなる発熱部としての磁気回路部10との間を断熱する電子機器の断熱構造を実現している。なお、このブラケット23に内包される断熱材30の詳細については、以下でさらに説明する。
 次に示す表1は、インサート成形で用いる合成樹脂の特性の比較を示す表である。表1では、本実施の形態でのPPS樹脂と比較例としての熱硬化性樹脂との比較を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示すように、PPS樹脂を用いてブラケット23を作成する事で、薄肉成形が可能で形状の設計自由度が向上する。さらに、PPS樹脂とすることで、各種部品を内包してもヒケが少なく、寸法安定性を確保することができ、成形性に優れる。また、短いタクトによる高い生産性を確保することができ、コストに優れる。さらに、耐熱性にも優れる。
 このように形成されるPPS樹脂製のブラケット23において、その磁気回路部10側には、モータフレーム11を勘合固定するために、位置出し用のはめ込み形状であるインローが設けられており、磁気回路部10との同軸を確保している。
 また、ブラケット23は、ベアリング13bを挿入するために、中心に貫通穴の開いた金属カップ18を、その磁気回路部10側のベアリング受け部23cにインサート成形で一体化している。ブラケット23は、このように形成された金属カップ18により、ベアリング13bを保持固定している。ここで、ベアリング13bと金属カップ18とは鉄系の同種金属からなるため、熱膨張率の差異による寸法の相対変化が無いため、クリープ現象を防止することができる。ベアリング13bと金属カップ18との間には、ロータ15を予圧する波形ワッシャ19が挿入されている。
 また、PPS樹脂製のブラケット23の電子回路部20側は、回路基板22を機械的に保持固定する回路ホルダを兼ねており、回路基板22が溶着またはネジ締めなどの手段で固定されている。また、電気的な接続部品として、コイル14cからの3相引き出し線を結線し回路基板22と接続する3相分のバスバーや、給電端子、信号端子が電気的な絶縁を保ってPPS樹脂製のブラケット23に配置されている。本実施の形態のブラケット23は、これらバスバーや給電端子なども内包してインサート成形されている。
 また、モータフレーム11や、ボトムプレート21と機械的に接続固定するためのナットもPPS樹脂製のブラケット23に内包してインサート成形されている。これら金属製の端子類や結合部材をPPS樹脂製のブラケット23に内包してインサート成形することで、部品点数や組立工数を削減することができる。また、外部への電気的な接続が容易に行えるように、給電端子と信号端子がコネクタ部24にPPS樹脂製のブラケット23と一体成形され、ダイレクトコネクタとなっている。ダイレクトコネクタとする事で、外部への接続用リード線の曲げによる断線や、モータ内部へのシール性低下を防止することができ、信頼性の高い接続部とする事が可能である。
 以上のように、モータ100は、コイル14cを巻回したステータ14とステータ14に対面して回転自在に配置されたロータ15とを含む磁気回路部10を金属製のモータフレーム11内に収納している。そして、さらに、モータ100は、コイル14cを通電駆動するための電子部品22aを搭載した回路基板22を含む電子回路部20も、筐体としての樹脂製のブラケット23内に内蔵している。このように、モータ100は、モータ機構を含む磁気回路部10を電気的に駆動する駆動回路も内蔵したモータである。さらに、モータ100は、ブラケット23の平板部23aを含む天部側が隔壁となり、この隔壁となる天部側によって磁気回路部10と電子回路部20とを構造的に分離するように構成されている。
 そして、本実施の形態では、上述のようにインサート成形によって、PPS樹脂製のブラケット23には、磁気回路部10と電子回路部20とを熱的に分離する断熱材30が内包されていることを特徴としている。
 ここで、ブラケット23が内包する断熱材30としては、断熱素材をゲル状のケイ素系樹脂としており、特に、本実施の形態では断熱素材をシリカキセロゲルとしている。そして、本実施の形態では、次のような手順により、まず、断熱シートを作成している。
 すなわち、まず、ガラスウールからなるシート状の被含浸素材としての不織布に、空気より熱伝導率の低い断熱素材としてのシリカキセロゲルからなる断熱材(熱伝導率:約0.017 W/m・K)を含浸させている。次に、例えばガラスクロスからなるフィルムで挟み込んで成形し、フィルム状断熱材またはシート状断熱材である断熱シートを形成している。
 また、本実施の形態では、このように形成した断熱シートを任意形状に打抜いて、型抜きしたものを断熱材30としている。本実施の形態では、このように、前もって形成した断熱シートから打抜くことによって、断熱材30を生成する手順を含んでいる。このような断熱材30を型抜きする手順を加えることで、例えば断熱効果が高まるような所望の形状とすることができ、柔軟な断熱構造の設定を可能としている。
 このように、本実施の形態における断熱部材の形成方法は、電子回路部と別の構成部品からなる発熱部との間を断熱する電子機器の断熱部材の形成方法である。本断熱部材の形成方法は、シート状の被含浸素材としての不織布に、断熱素材としてのシリカキセロゲルを含浸させるステップと、断熱素材を含浸させた不織布をフィルムで挟み込んで成形し断熱シートを形成するステップと、断熱シートを打抜いて断熱材を生成するステップと、断熱材を樹脂によりインサート成形して断熱部材を形成するステップとを含む。
 また、特に、本実施の形態では、インサート成形において、このように生成された断熱材30に対しては、樹脂が断熱材30の周辺端部全体を完全に包み込むような構成としている。このため、本実施の形態によれば、車載用など振動が非常に大きい用途においても断熱材周辺端面で被含浸素材や断熱素材から粉落ちが発生することなく、無塵性の確保および高温環境下(約150℃)での使用に十分な耐熱性を確保することができ、コストや成形性に優れる断熱構造とすることが可能となる。
 次に示す表2は、各種材料にて成形した断熱材の特性を示す表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、シリカキセロゲルからなる断熱材を素材に用いて断熱材30を作成する事で、車載用途のような高温環境下(約150℃)でも耐えうる耐熱性を有し、コストおよび成形性の良好な断熱材30を提供できる。さらに、良好な断熱構造を得ることができるため、磁気回路部10で発生した熱を効率良く断熱し、高い信頼性を有する電子回路部20を実現することが可能となる。
 上記の実施形態を用いることにより、電子部品の信頼性を確保し、かつ断熱性の高い断熱構造を実現できる。
 (実施の形態2)
 図4Aは、本発明の実施の形態2における断熱材40の断面構造を示す図である。また、図4Bは、図4Aとの比較のために示す、実施の形態1における断熱材30の断面構造を示す図である。実施の形態1との比較において、本実施の形態では、図4Aに示すように断熱材40の断面構造が多層となるように形成したことを特徴としている。なお、本実施の形態において、例えばモータ100の構成など、断熱材の断面構造以外に関しては、実施の形態1と同様であり、詳細な説明については省略する。以下、図4Bに示す単層構造の断熱材30と比較しながら、図4Aに示す本実施の形態での多層構造の断熱材40について説明する。
 まず、図4Bに示す単層構造の断熱材30について説明する。実施の形態1で説明したように、断熱材30は、ガラスウールからなるシート状の被含浸素材としての不織布に、空気より熱伝導率の低いシリカキセロゲルを素材に用いた断熱材素材を含浸させ、ガラスクロスからなるフィルムで挟み込んで成形している。そして、その熱伝導率(約0.017 W/m・K)は空気の熱伝導率(約0.026 W/m・K)よりも小さい。さらに、断面構造においては、図4Bに示すように、断面の中間部には、被含浸素材に断熱材素材を含浸させた層32(以下、中間層32と呼ぶ)が形成される。そして、断熱材30の上下表層部には、中間層32よりも断熱材素材を多く含む断熱素材リッチ層31が形成される。このように、断熱材30は、厚み方向においては断熱材素材の密度分布に偏りが生じている。
 このような断熱材30の構成において、断熱性能を向上させるために厚み寸法を増していくと、上述の断熱材素材の分布の偏りが影響して、熱伝導率が上昇傾向にある。例えば、厚み0.3mmで熱伝導率0.017W/m・Kであったものが、厚み1.5mmまで増すと熱伝導率0.022W/m・K程度まで上昇する。
 そのため、本実施の形態では、図4Aに示すように断熱材を積層構造とし、熱伝導率の上昇を防止している。
 このような一例として、断熱材の総厚みを1.5mmとし、図4Bには1層1.5mmのシートを1枚として構成した断熱材30とし、図4Aには1層0.3mmのシートを5枚積層して構成した断熱材40の例を示す。断熱素材リッチ層31は、中間層32に比べ、相対的に熱伝導率が低い。図4Aに示す積層構造は、総厚みに対する断熱素材リッチ層31が占める割合が大きいため、本来の性能である熱伝導率0.017W/m・Kを維持することができる。
 上記の実施の形態を用いることにより、断熱材の厚みを増した場合でも熱伝導率を上昇させることなく、断熱性の高い断熱構造を実現できる。
 なお、本発明は、上記実施例におけるブラシレスモータや図面に示したものに限定されるものではなく、例えば上記各実施例を適宜組み合わせて実施することも可能であるなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて設計的に種々変更して実施できるものである。
 以上のように、本発明にかかる電子機器の断熱構造は、電子部品の信頼性を確保することが可能となるので、車載用電子機器のみならず、産業用電子機器や家電用電子機器等の用途にも適用できる。特に、高い耐熱性や信頼性が要求される分野に有用である。
 10  磁気回路部
 11  モータフレーム
 11f  フランジ
 12  オイルシール
 13a,13b  ベアリング
 14  ステータ
 14a  ステータコア
 14b  インシュレータ
 14c  コイル
 15  ロータ
 15a  シャフト
 15b  ロータマグネット
 15c  ロータフレーム
 16  センサマグネット
 17  プッシュナット
 18  金属カップ
 19  波形ワッシャ
 20  電子回路部
 21  ボトムプレート
 22  回路基板
 22a  電子部品
 22b  基板
 23  ブラケット
 23a  平板部
 23b  モータフレーム受け部
 23c  ベアリング受け部
 24  コネクタ部
 30,40  断熱材
 31  断熱素材リッチ層
 32  中間層
 100  モータ

Claims (10)

  1. 電子回路部と別の構成部品からなる発熱部との間を断熱する電子機器の断熱構造であって、
    前記電子回路部と前記発熱部との間に、各々の空間を隔てるための電気絶縁性を有する樹脂により形成された隔壁を設け、
    前記隔壁は、空気より熱伝導率の低い断熱材を前記樹脂が内包するように、前記樹脂と前記断熱材とを一体化して形成されていることを特徴とする電子機器の断熱構造。
  2. 前記隔壁は、前記断熱材を前記樹脂によりインサート成形することよって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子機器の断熱構造。
  3. 前記電気絶縁性を有する樹脂を熱可塑性樹脂としたことを特徴とする請求項1に記載の電子機器の断熱構造。
  4. 前記断熱材の断熱素材をシリカキセロゲルとしたことを特徴とする請求項1に記載の電子機器の断熱構造。
  5. 前記断熱材は、フィルム状またはシート状であることを特徴とする請求項1に記載の電子機器の断熱構造。
  6. 前記隔壁に内包される前記断熱材は、フィルム状断熱材またはシート状断熱材を型抜きすることによって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子機器の断熱構造。
  7. 前記隔壁は、前記断熱材の周辺端部全体を前記樹脂内に内包するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電子機器の断熱構造。
  8. 前記断熱材を複数枚積層したことを特徴とする請求項5に記載の電子機器の断熱構造。
  9. コイルを巻回したステータと前記ステータに対面してシャフトを中心に回転自在に配置されたロータとを含むモータ機構とともに、前記コイルを通電駆動するための電子部品を搭載した回路基板も一体に内蔵したモータであって、
    前記ステータと前記ロータとをモータケース内に収納した磁気回路部と、
    前記回路基板を箱状のブラケット内に収納した電子回路部と、
    前記磁気回路部と前記電子回路部との間に設けた請求項1から8のいずれか1項に記載の電子機器の断熱構造とを備えたことを特徴とするモータ。
  10. 電子回路部と別の構成部品からなる発熱部との間を断熱する電子機器の断熱部材の形成方法であって、
    シート状の被含浸素材としての不織布に、空気より熱伝導率の低い断熱素材を含浸させるステップと、
    前記断熱素材を含浸させた前記不織布をフィルムで挟み込んで成形し、断熱シートを形成するステップと、
    前記断熱シートを打抜いて断熱材を生成するステップと、
    前記断熱材を樹脂によりインサート成形して前記断熱部材を形成するステップとを含むことを特徴とする電子機器の断熱部材の形成方法。
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