JP6255566B2

JP6255566B2 - 電動機および電気機器

Info

Publication number: JP6255566B2
Application number: JP2013123502A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　弘規; 弘規佐藤
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: JP2014241691A

Description

本発明は、電動機内部に設けられた電子部品の冷却効果を高めた電動機およびそれを備えた電気機器に関するものである。

従来、電動機駆動回路内蔵型の電動機は、電動機駆動素子であるパワースイッチング素子の消費する電力により、素子自体が発熱をし、発熱量が大きくなると素子の温度上昇が限界値にまで達し、ついてはその発熱により過熱保護装置が働き素子自体の機能が停止してしまい、電動機の機能が停止するという課題があった。

この課題を解決するためにパワースイッチング素子の発熱を素子が取り付けられている回路基盤と相対して向かい合い位置している鉄製のブラケットに熱伝導樹脂を介して放熱させていた（例えば特許文献１参照）。

図５は従来のモールドされた電動機の構造断面図を示している。固定子鉄心１に固定子絶縁物２を介して巻線３を施して固定子鉄心巻線組立部（符号無し）を構成している。固定子鉄心巻線組立部は、軸出側ブラケット４とともに樹脂５により一体成型されてモールド電動機の一構造体を成す。回転子鉄心８に、と磁石７が樹脂９にて一体成形されてロータの構造体を成し、シャフト６に圧入固定され、このシャフト６の両端に軸受１０が設けられる。

モールド成型された固定子鉄心巻線組立部に回転子組立（符号無し）を納め、電動機のドライバＩＣ、電解コンデンサ等各種電子部品がはんだ付け実装された回路基板１１を配置したのち、反軸出側ブラケット１４を取り付けて電動機が完成する。なお、ブラシレス電動機のドライバＩＣ、電解コンデンサ等の電子部品は図示していない。

図５において、従来のモールドされた電動機は、電動機のドライバＩＣ、電解コンデンサ等の電子部品をはんだ付け実装した回路基板１１をモールド成形しないことにより、前記電動機は、固定子鉄心巻線組立部、回路基板１１、回転子、反軸出側ブラケット１４、これら各構成要素が分解可能な構成である。

また、電動機のドライバＩＣ、電解コンデンサ等の電子部品をはんだ付け実装した回路基板１１は、樹脂５に樹脂封止されない構成のため、樹脂５の内部応力が加わることもない。図５に示すように、モールド成型された固定子鉄心巻線組立部に、前記回転子および回路基板１１を、モールド成型された固定子鉄心巻線組立部に納めた後に、反軸出側ブラケット１４をモールド成形された固定子鉄心巻線組立部の反軸出力側に取り付ける構造である。

モールドされた電動機を分解する際には、反軸出側ブラケット１４を取り外すことにより、回路基板１１および回転子組立を容易に取り出せる構造のため、反軸出側ブラケット１４、回路基板１１、回転子組立に関しての分解は極めて簡便である。

次に、回路基板１１と固定子鉄心組立部との接続について詳細に説明する。固定子鉄心巻線組立部の構成要素である固定子絶縁物２に、取り付け基板固定用の突起部を予め設け、固定子鉄心巻線組立部のモールド成型時には、前記基板固定用の突起部が樹脂から露出するようにモールド成型を行う。

回路基板１１の取り付けに際しては、回路基板１１に予め設けた取り付け孔部に前記基板固定用の突起部を挿入して、取り付け孔部から突出した基板固定用の突起部の先端部を加熱して、偏平に変形させることにより、簡単に回路基板１１を固定子鉄心巻線組立部に固定できる。固定子絶縁物２には、熱可塑性樹脂を用いている。

固定子鉄心巻線組立部の構成要素である固定子絶縁物２には、巻線３が接続される巻線用接続用端子を予め設け、固定子鉄心巻線組立のモールド成型時に、前記巻線用接続用端子が樹脂５から露出するようにモールド成型を行い、回路基板１１の取り付けに際しては、回路基板１１に予め設けた接続孔部に巻線用接続用端子を挿入して、接続孔部から突出した巻線用接続用端子の先端部と回路基板１１の接続孔部の周囲のランドとをはんだ付けすることにより、回路基板１１と巻線３の電気的接続が極めて容易に行える。なお、前記巻線用接続用端子は導電性を有する。

樹脂５の材料については明記しなかったが、回路基板１１をモールド成型しないことにより、回路基板１１にはんだ付け実装された電動機のドライバＩＣ等の各種電子部品による温度制約が無く、成形温度が比較的低い熱硬化性樹脂だけでなく、成形温度が高い熱可塑性樹脂でも使用可能である。熱硬化性樹脂、熱可逆性樹脂のいずれでも可能である。

上述した電動機以外では、軸に直接ファンを取り付けることにより、空気を循環させて電子部品を冷却する構造の電動機が挙げられる（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−６６０３号公報特開２０１０−９３９８７号公報

上記前者の従来の電動機は、産業的価値の大きな特性を有して優れたものであったが、ファン負荷が増し、それに伴い電動機巻線電流が増加すると、制御駆動のパワースイッチング素子１２で消費される電力が多くなり、制御駆動のパワースイッチング素子１２の発熱量がさらに大きくなる。これにより制御駆動のパワースイッチング素子１２から、樹脂を介しての鉄製ブラケットへの放熱効果では不十分となっていた。

このため、特許文献１によれば、従来の電動機において、ブラケットの外気面側に放熱フィンをさらに付加し、放熱の熱抵抗を低減する構成もあった。しかしながら、制御駆動のパワースイッチング素子と放熱フィンとの間にブラケットを介しているために、このブラケットが熱抵抗層となっていた。

さらには、制御駆動のパワースイッチング素子とブラケットとの境界面にも熱抵抗層が生じること、ブラケットと放熱フィンとの境界面にも熱抵抗層を生じることになり、この２つの熱抵抗層も介することから、放熱の熱抵抗の低減にも限界があるという課題を有していた。

また、ブラケットと放熱フィンとを一体化した構造とした場合には、その材質をブラケットに適した材料または放熱フィンに適した材料のいずれかとなるため、機械的強度または熱抵抗のいずれかに課題が生じていた。さらには、ブラケットと放熱フィンとを一体化した構造では、寸法精度の条件を満たすための製造コストの増加を招いて、産業的価値が乏しくなるものであった。

また後者の特許文献２では、電動機内部にファンの取り付けスペースを確保する必要があるため、電動機の体格が大きくなってしまう。また、ファンを取り付けることで新たな部品と工数が増えるという課題を有していた。

上記課題を解決するために、本発明の電動機は、巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、前記固定子に対向し、周方向に複数の磁石を保持した回転体と、前記回転体の中央を貫通するように前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、前記シャフトを支持する軸受と、前記軸受を固定するブラケットと、前記固定子と反軸出側の前記ブラケットの間に位置して、その表面上に実装された電子部品が前記ブラケットと対面する回路基板を備え、前記回路基板が取り付けられた側の前記回転子の端面に、軸方向に突出し、かつ半径方向に延出する複数の突起部を設けたものである。

回転子が回ることにより、これらの突起部が電動機内部の空気を撹拌し、回路基板に実装されている電子部品の冷却効果を増すことができる。

本発明の電動機によれば、パワースイッチング素子等の電子部品を冷却することで電子部品の温度上昇の抑制が可能となる。

本発明の実施の形態１における電動機の断面図同電動機の回転体の斜視図本発明の実施の形態２における電動機の回転体の斜視図本発明の電動機を搭載した空調機の室外機の概略図従来の電動機の断面図

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電動機の断面図である。まず、固定子鉄心１に固定子絶縁物２を介して巻線３が施された固定子と、軸出側の軸受１０を固定する軸出側ブラケット４を、樹脂５でモールド成型している。

鉄製のシャフト６に、高透磁率鉄板を積層して形成される回転子鉄心８を圧入固定し、回転子を構成している。回転体は、外周の周方向に複数の磁石７を保持しており、樹脂９にてモールド成形されている。

そして、固定子鉄心１とわずかな隙間を設けて、回転子が挿入され、回転子のシャフト６は軸出側の軸受１０と、他方の反軸出側ブラケット１４に固定された反軸出側の軸受で保持されている。

この反軸出側ブラケット１４と固定子の間に回路基板１１が取り付けられている。

また、回路基板１１上のパワースイッチング素子１２の表面は、熱伝導樹脂１３を介して反軸出側ブラケット１４と接している。

巻線３に電流を流すと、パワースイッチング素子１２で消費される電力によりパワースイッチング素子１２自体が発熱する。パワースイッチング素子１２からの熱が熱伝導樹脂１３に伝わり、そして熱伝導樹脂１３に接している反軸出側ブラケット１４に伝わる。反
軸出側ブラケット１４は電動機外郭を構成しているため、熱源であるパワースイッチング素子１２より発生した熱は最終的に反軸出側ブラケット１４より外気中に発せられる。

次に回転体の詳細について図２を用いて説明する。回転体の回路基板１１側の端面には、樹脂９にて軸方向に突出する突起部１５が形成されている。この突起部１５は半径方向に放射状に延出するような形状となっている。

巻線３に電流を流すと回転子が回転し、この突起部１５により電動機内部の空気が撹拌されるのと同時に回路基板１１に実装されている電子部品が冷却される。従来構造に比べパワースイッチング素子１２の放熱効果が増し、より高い負荷に対しても過熱保護装置が働くことはなくなるため電動機の機能を損ねることはなくなる。

表１に、本発明の実施形態の電動機と従来例の電動機を空気調和機に搭載して運転を行った時の各部の温度上昇値を示す。温度上昇を観測している箇所は、パワースイッチング素子１２に加え、パワースイッチング素子１２の回路基板取り付け半田部、巻線３である。

この結果から本発明では、従来構造に比べ、パワースイッチング素子１２の温度だけでなく、パワースイッチング素子１２の回路基板取り付け半田部の温度も下がっている事が確認できる。

（実施の形態２）
電動機の回転方向が常に一定方向であれば、図３に示すようにロータの軸方向端面に形成される突起部１５を、より風量を多く送風できる突起部１０９とすることで、パワースイッチング素子等の電子部品の冷却効果を高くすることが可能となる。ここではファン回転方向１０８に対して、凹状に湾曲するような形状としている。なお、突起部１０９は翼状の形状であっても良い。

（実施の形態３）
図４は、本発明の電動機を搭載した空気調和機の室外機の構成を示した模式図である。室外機の筐体１００の中には電動機１０１が電動機取付板１０２に取り付けられており、その軸先端にはプロペラファン１０３が取り付けられている。電動機１０１とは別室に位置する圧縮機１０４の上に電動機駆動装置１０５が位置しており、この電動機駆動装置１
０５からの通電により電動機１０１は駆動し、それに伴いプロペラファン１０３が回転する。

このプロペラファン１０３の回転により、熱交換器１０６が冷却される。このプロペラファン１０３の送風方向１０７は常に一定方向であるため、電動機１０１のファン回転方向１０８も常に一定方向となる。

以上のように本発明によれば、内蔵する電子部品の冷却効果が向上するので、電子部品や回路基板を内蔵する電動機全般に適用可能である。

１固定子鉄心
２固定子絶縁物
３巻線
４軸出側ブラケット
５、９樹脂
６シャフト
７磁石
８回転子鉄心
１０軸受
１１回路基板
１２パワースイッチング素子
１３熱伝導樹脂
１４反軸出側ブラケット
１５、１０９突起部
１００筐体
１０１電動機
１０２電動機取付板
１０３プロペラファン
１０４圧縮機
１０５電動機駆動装置
１０６熱交換器
１０７送風方向
１０８ファン回転方向

Claims

巻線を巻装した固定子鉄心を含む固定子と、
前記固定子に対向し、周方向に複数の磁石を保持した回転体と、前記回転体の中央を貫通するように前記回転体を締結したシャフトとを含む回転子と、
前記シャフトを支持する軸受と、
前記軸受を固定するブラケットと、
前記固定子と反軸出側の前記ブラケットの間に位置して、その表面上に実装された電子部品が前記ブラケットと対面する回路基板を備え、
前記回路基板が取り付けられた側の前記回転子の端面に、軸方向に突出し、かつ半径方向に延出する複数の突起部を設けた電動機。
前記電子部品は、熱伝導樹脂を介して前記ブラケットと接する、請求項１に記載の電動機。
前記固定子は、少なくとも一部が樹脂で覆われている、請求項１または２のいずれか一項に記載の電動機。
前記複数の突起部は、前記回転子が回転したとき、前記回転子と前記ブラケットとの間の空気を攪拌して、前記回路基板を冷却する空気の流れを生成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動機。
前記突起部は、前記回転子が回転する方向の反対側に向かって凸状に湾曲していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機。
前記突起部は、前記磁石とともに、樹脂でモールド成形されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機。
前記固定子鉄心は、高透磁率鉄板を積層したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動機と、
前記電動機を駆動する電動機駆動装置と、
を搭載した電気機器。