JP2015144532A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品が発生する熱の伝熱性を損なわず、伝熱部品の位置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。
【解決手段】ステータ１と、ステータ１の内周側に回転自在に配置されたロータ２と、ロータ２のシャフト２１を支持するベアリング４１、４２と、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とを備えた電動機Ｍであって、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に伝熱するブロック状の伝熱部品８と、伝熱部品８を鋼板ブラケット５に固定する固定部材１０としてのネジとを備える。
【選択図】図１

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パワーモジュールやＩＧＢＴ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流動性のある放熱シリコーン接着剤を用いている（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、放熱性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、発熱部品が発生する熱の伝熱性を損なわず、伝熱部品の位置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ブロック状の伝熱部品と、伝熱部品を鋼板ブラケットに固定する固定部材と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、伝熱部品はネジ穴を有し、固定部材はネジからなり、ネジをネジ穴に螺合して伝熱部品を鋼板ブラケットに固定することを特徴とする。

本発明の電動機によれば、鋼板ブラケットと発熱部品との間に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ブロック状の伝熱部品と、伝熱部品を鋼板ブラケットに固定する固定部材とを備えることにより、発熱部品が発生する熱の伝熱性を損なわず、伝熱部品の位置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、伝熱部品はネジ穴を有し、固定部材はネジからなり、ネジをネジ穴に螺合して伝熱部品を鋼板ブラケットに固定することにより、伝熱部品を鋼板ブラケットに確実に固定しつつ、発熱部品が発生する熱を鋼板ブラケットを介して電動機の外部へ放熱するとともにネジ穴に螺合されたネジを介して電動機の外部へ放熱することができる。

本発明による電動機を示す部分断面を含む側面図である。 本発明による電動機の図１に示すＡ部分を拡大した部分拡大断面図である。

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および図２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を駆動するためのパワーモジュールやＩＧＢＴ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。

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、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に所定の間隔（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。また、ベアリングハウス５２３よりも外周側であって、鋼板ブラケット片５２の底面５２２には、後述の固定部材１０を挿入するための挿入孔５２４が形成されている。

回路基板６は、基板表面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、ステータ１の一端側に支持され、ステータ１と共に鋼板ブラケット５の内部に配置されている。発熱部品６１は、例えば、パワーモジュールやＩＧＢＴなどからなり、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る。発熱部品６１が発生する熱は、後述する第１伝熱部材７と伝熱部品８と第２伝熱部材９とを介して鋼板ブラケット片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、第１伝熱部材７と伝熱部品８と第２伝熱部材９が発熱部品６１の鋼板ブラケット片５２と対向する面から、鋼板ブラケット片５２に向かって順次配置されている。

第１伝熱部材７は、例えば、発熱部品６１の表面に塗布後に固まる伝熱性を有する放熱シリコーン接着剤である。伝熱部品８は、アルミニウムや銅などの金属材料がブロック状に形成されている。第２伝熱部材９は、例えば、シリコーンなどの材料により形成された弾性および伝熱性を有する放熱シートである。

固定部材１０は、例えば、シール座金１０１が付属されたネジである。固定部材１０であるネジは、伝熱部品８と第２伝熱部材９である放熱シートを鋼板ブラケット片５２に固定するために用いられる。伝熱部品８は固定部材１０であるネジが螺合される軸方向に形成されたネジ穴８１を有し、第２伝熱部材９である放熱シートは固定部材１０であるネジが挿入される挿入孔９１を有している。固定部材１０であるネジは、鋼板ブラケット片５２の外側から鋼板ブラケット片５２の挿入孔５２４と第２伝熱部材９である放熱シートの挿入孔９１に挿入され、伝熱部品８のネジ穴８１に螺合されている。このため、伝熱部品８と第２伝熱部材９である放熱シートが鋼板ブラケット片５２に固定されている。なお、シール座金１０１は、鋼板ブラケット片５２と固定部材１０であるネジの間から水の浸入を防ぎ、伝熱部品８の腐食や絶縁不良を防いでいる。また、シール座金１０１の代わりにＯリング（不図示）をネジに取付けてもよい。

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。その後、ステータ１のインシュレータ１２の一端側に形成した端子台（図示省略）に回路基板６を載置し、ステータ１のステータ巻線１３に接続され端子台から外に突出する端子（図示省略）と、回路基板６の電気回路とを半田付けにより電気的に接続する。次に、固定部材１０であるネジを用いて第２伝熱部材９である放熱シートと伝熱部品８とを鋼板ブラケット片５２に固定する。その後、回路基板６の発熱部品６１の表面に第１伝熱部材７として放熱シリコーン接着剤を塗布する。次に、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の組立が完了する。固定部材１０であるネジを用いて伝熱部品８を鋼板ブラケット片５２に固定する際、伝熱部品８と鋼板ブラケット片５２の間に第２伝熱部材９である放熱シートを介在しているため、伝熱部品８から鋼板ブラケット片５２への伝熱性を良好にする。そして、鋼板ブラケット片５１と鋼板ブラケット片５２との締結の際、伝熱部品８は鋼板ブラケット片５２に固定されているため、伝熱部品８が位置ズレすることがない。また、鋼板ブラケット片５２に形成した挿入孔５２４と回路基板６の位置は、挿入孔５２４を通じて伝熱部品８を固定した鋼板ブラケット片５２を、回路基板６が配置された鋼板ブラケット片５１に締結するとき、伝熱部品８と発熱部品６１とが互いに向き合う位置関係になっている。この結果、発熱部品６１と鋼板ブラケット片５２との間に、シャフト２１の軸方向に沿って第１伝熱部材７である放熱シリコーン接着剤の上に伝熱部品８と第２伝熱部材９である放熱シートが積み重ねられ、発熱部品６１が発生する熱を伝熱する伝熱経路が良好に形成される。なお、発熱部品６１と伝熱部品８との間に発熱部品６１が発生する熱を伝熱部品８に伝熱する第１伝熱部材７として硬化するまで流動性を有する放熱シリコーン接着剤や弾性を有する放熱シートを設けることにより、個々の部品の寸法バラツキや接触面の平面度の影響があっても、発熱部品６１と伝熱部品８との間の伝熱性を確保することができる。

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に伝熱するブロック状の伝熱部品８と、伝熱部品８を鋼板ブラケット５に固定する固定部材としてのネジ１０とを備える。この結果、電動機Ｍの組み立て時に伝熱部品８が位置ズレせず、鋼板ブラケット５の組付けができる。また、電動機Ｍの組み立て後、第１伝熱部材７としての放熱シリコーン接着剤が固まる前に電動機Ｍを移動したり横倒ししたりしても、伝熱部品８が位置ズレしない。したがって、発熱部品６１が発生する熱の伝熱性を損なわず、伝熱部品８の位置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８はネジ穴８１を有し、固定部材１０としてネジを有し、このネジをネジ穴８１に螺合して伝熱部品８を鋼板ブラケット５に固定する。この結果、伝熱部品８を鋼板ブラケット５に確実に固定しつつ、発熱部品６１が発生する熱を鋼板ブラケット５を介して電動機Ｍの外部へ放熱するとともにネジ穴８１に螺合されたネジを介して電動機Ｍの外部へ放熱することができる。

以上説明してきた本実施形態による電動機Ｍでは、伝熱部品８には内面にネジ山のあるネジ穴８１を形成したが、本発明はこれに限らず、伝熱部品８にネジ山の無い穴を形成し、固定部材１０としてネジに替えてセルフタッピングネジを用いてもよい。また、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８と鋼板ブラケット片５２との間に第２伝熱部材９として放熱シートを配置したが、本発明はこれに限らず、第２伝熱部材９として放熱シートに替えて放熱シリコーン接着剤を配置してもよく、また、第２伝熱部材９を省略してもよい。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
１３ ステータ巻線
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
５２４ 挿入孔
６ 回路基板
６１ 発熱部品
７ 第１伝熱部材（放熱シリコーン接着剤）
８ 伝熱部品
８１ ネジ穴
９ 第２伝熱部材（放熱シート）
９１ 挿入孔
１０ 固定部材（ネジ）
１０１ シール座金
Ｍ 電動機

Claims (2)

1. 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ブロック状の伝熱部品と、前記伝熱部品を前記鋼板ブラケットに固定する固定部材とを備えることを特徴とする電動機。
2. 前記伝熱部品はネジ穴を有し、前記固定部材はネジからなり、前記ネジを前記ネジ穴に螺合して前記伝熱部品を前記鋼板ブラケットに固定することを特徴とする請求項１に記載の電動機。

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