JP2004508797A - 電気駆動装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に自動車の送風機用の電気駆動装置に関し、電気駆動モーターと、前記駆動モーターを制御する電子制御ユニットからなる。駆動モーターは、整流子と、前記整流子に摺接する電源装置によって構成され、制御ユニットはプリント基板上に設けた電子モジュールからなる。電気駆動装置の構成を平易化し、組み立てを経済的にできるような設計にするため、駆動モーターと制御ユニットを、印刷回路板上に保持された電源装置とともに共通のハウジングに格納することが提案される。本発明は、また、このようなタイプの電気駆動装置を持つ電気送風機に関する。

Description

【０００１】
本発明は特に、電気駆動モーターと前記駆動モーターを制御するための制御ユニットとを有し、前記駆動モーターは整流子と前記整流子に摺接する電源装置とを有し、前記制御ユニットは印刷回路板を有する、自動車の送風機用の電気駆動装置に関する。
【０００２】
さらに本発明は電気送風機に関し、特に、この種の電気駆動装置と駆動モーターによって駆動可能な送風機ホイールとからなる自動車用電気送風機に関する。
【０００３】
前述したタイプの電気駆動装置は、特に、自動車においてそのラジエータユニットと協働する電動送風機を駆動するために用いられる。駆動モーターは通常送風機ホイールと共に組み立てられて構造ユニットを形成する。他方、制御ユニットは接続ケーブルを介して駆動モーターに接続され、駆動モーターから隔てた別のハウジング内に配置される。制御ユニットによって駆動モーターの動力制御が可能になり、その目的のために、制御ユニットは一般に、原則として負荷電流回路で動作する少なくとも一つの半導体スイッチを有する電力装置と、駆動モーターの供給電流を切り換えるためのＦＥＴ出力段スイッチと、半導体スイッチを制御する電子制御ユニットとから構成されている。前記電力装置と前記電子制御装置は印刷回路板上に共用電子モジュールとして保持される。このような制御ユニットは、例えばドイツ国特許公開ＤＥ １９７ ０２ ９４９号により知られている。
【０００４】
本発明の目的は、冒頭で述べたようなタイプの電気駆動装置を更に発展させ、その構造設計をより簡単にし、組み立てがより経済的にできるようにすることである。
【０００５】
本発明のこの目的は、一般的なタイプの電気駆動装置において、駆動モーターと制御ユニットが共通のハウジング内に配置され、電源装置が印刷回路板上に保持されることによって達成される。
【０００６】
本発明によれば、制御ユニットと駆動モーターとによって構造ユニットを形成し、その目的からこれらは共通ハウジング内に配置される。このようなコンパクト配置は、数個の単体部品で構成される標準的な送風機駆動装置と比べて、極めて小さなスペースしか必要としない。さらに、本発明の構成は、制御ユニットの電力装置が駆動モーターの直近に配置され、かつ駆動モーターと共にハウジングで覆うことにより電磁干渉の発生を確実に防止するので、電磁的適応性が極めて優れている点を特徴とする。特に、前記電気駆動装置においては、制御ユニットと駆動モーターとの間の別個の電源供給ラインが不要になる。この電源供給ラインは電磁干渉の主な原因になる。電気駆動装置の取扱も相当に容易化されている。さらに、電気駆動装置を構造ユニットとして設計することにより磁化率が低くなる。
【０００７】
電気駆動モーターは、（電流変換のための）整流子を有する整流子モーターとして設計される。整流子は駆動モーターの回転電機子上に通常の方法で保持される。電源装置はハウジング内の駆動モーターの静止している固定子上に固定され、整流子と摺接するように、整流子上に保持される。本発明によれば、電源装置は制御ユニットの電子モジュールを受容する印刷回路板上に保持される。その結果、設計が極めてコンパクトになり、電源装置で発生する熱の放散が改良され、それにより電源装置の温度が低くなり、耐用年数がかなり長くなる。
【０００８】
本発明による設計がもたらす他の利点は、制御ユニットの印刷回路板上に電源装置を配置したことであり、特に制御ユニットの電力装置と電源装置との間の接続が短くできる。これにより、システム全体の効率が上がる。制御ユニットの電力装置と電源装置間の接続を短くすると、エネルギー放出受容接続ラインの長さが短くなるので電磁的適応性が上がる。
【０００９】
本発明による電気駆動装置は、また、電源装置用の別個のホルダを不要にすることにより製造コストを低くできる特徴を有する。またそれより、電気駆動装置の組み立てが単純化できる。
【００１０】
特に好ましい実施形態において、制御ユニットは、電源装置に熱的に結合したヒートシンクを含む。ヒートシンクは、特に制御ユニットの電力装置から発する熱を周囲に放出するのに役立つだけでなく、ヒートシンクと熱的に結合している電源装置を冷却する役割も果たす。接続は、ヒートシンクと電源装置との両方に当接する制御ユニットの印刷回路板を介して行われる。
【００１１】
ヒートシンクは、好ましくは、ハウジングの通気口に配置された数個の冷却体と、印刷回路板を固定するための支持体とを有する。電気駆動装置が特に自動車用の送風機に使用されるときは、送風機によって発生する冷気流が、ヒートシンクの冷却体を保持する通気口を通るようにし、それにより特に有効な熱放散が行われるようにすることができる。
【００１２】
確実に、極めて効率的に熱放散させるために、ヒートシンクの支持体は、印刷回路板をリング状に囲んでいるのが望ましい。
【００１３】
省スペース設計は、電動モーターのモーターシャフトを円周方向に囲む印刷回路板によって得られる。ここで、印刷回路板が、ほぼ円形リング状に設計されるのが特に望ましいことが証明された。
【００１４】
本発明の電気駆動装置の特に望ましい実施形態において、印刷回路板はヒートシンク及び電源装置とともに、独立して取り扱われる構造ユニットを形成する。このような設計によれば、駆動モーターと、前述の構造ユニットを一緒にハウジング内に組み立てるだけでよいので、電気駆動装置の組み立てはかなり簡易化される。特にこの方法により、電子モジュールを搭載した印刷回路板からなる構造ユニット、電源装置およびヒートシンクをあらかじめ組み立てておくことができる。
【００１５】
電源装置は炭素ブラシとして設計されるのが望ましい。代替として、電源装置に、例えば銅線網を使用することもできる。
【００１６】
各炭素ブラシを印刷回路板に固定された炭素ブラシホルダ上に移動自在に配置することが特に好ましいことが判明した。
【００１７】
上記のように、本発明による電気駆動装置は、好ましくは自動車の電気送風機における使用に特に適している。前記送風機は駆動モーターにより回転する送風機ホイールを有する。冷気の流れがハウジング内の送風機ホイールによって発生し、印刷回路板およびそこに保持された電源装置に作用することが、特に好ましいことが判明した。
【００１８】
例えば、ハウジングには、送風機ホイールに隣接した排気口と、排気口から離れた吸気口とが設けられ、それにより排気口域では送風機ホイールによって不圧が発生し、ハウジング内に吸気口から排気口にかけての吸気流が生じる。電源装置を搭載した印刷回路板は、吸気口または排気口に隣接して配置するのが望ましい。特に、吸気口域に配置すると、すぐれた熱放散が達成できる利点があることが判明している。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態を、以下に図面とともに更に詳細に説明する。
【００２０】
図１は、特に自動車に使用される電気送風機１０がエンジン室内のラジエータユニット上に位置し、送風機１０によって発生した空気の流れをラジエータユニットに向けるようにしたことを図解的に示す。電気送風機１０は送風機ホイール１２と、以下送風機モーターと称される駆動モーター１４とを有する。電子制御ユニット１６は、送風機モーター１４とともに実質的に円筒形のハウジング１８に配置される。ハウジング１８には、送風機ホイール１２に面するフロントベアリングカバー２０と、送風機ホイール１２と逆方向に面するリアベアリングカバー２２とを有し、それぞれの端面で制御ユニット１６と送風機モーター１４とを円周方向に囲むハウジングカバー２４を封鎖する。フロントベアリングカバー２０とリアベアリングカバー２２はそれぞれフロントベアリングカバー２０から突出しかつ送風機モーター１４の長軸２７を形成するモーターシャフト２６のベアリングを形成する。
【００２１】
ハウジング１８内に一緒に保持される送風機モーター１４と制御ユニット１６とは、送風機ホイール１２を駆動するコンパクトな構造ユニットとしての電気駆動装置３０を形成する。
【００２２】
送風機ホイール１２は軸流送風機として設計され、ハウジング１８のフロントベアリングカバー２０上に送風機ポット３６を有する。送風機ポット３６はほぼＵ字型に設計されており、長軸２７を横切って配向された底壁３８と、底壁３８と一体的に結合されかつ軸線２７と同軸に配向された円筒形ジャケットの形態の側壁４０とを有する。送風機ホイール１２は側壁４０から半径方向に離隔して外環４２を有し、かつ側壁４０と外環４２との間には放射状に配向した数個の送風機羽根４４が通常の方法で延在する。
【００２３】
フロントベアリングカバー２０に面して、スリーブ４６が送風機ポット３６の底壁３８に形成され、それを介して送風機ホイール１２が送風機モーター１４に回転自在に固定的に接続され、その結果、送風機ホイール１２は長軸２７を中心として回転自在に駆動可能である。
【００２４】
ハウジング１８内に配置された電気制御ユニットは送風機モーター１２の作動を制御するために設けられる。特に図２から明白であるように、制御ユニット１６はリアベアリングカバー２２と隣接し、かつハウジング１８内でそれと平行に保持される円環状の印刷回路板５０を有し、前記印刷回路板５０はモーターシャフト２６を円周方向に囲撓する。印刷回路板５０は、それ自体既知の方法で電子モジュールを受容する。図示しないが、この電子モジュールは印刷回路板５０に搭載され、かつ導電路を介して相互に電気的に接続された多数の電子部品を含む。図面を明瞭にするために電子部品は図２に示されていない。制御ユニット１６はパルス幅変調制御信号を発生する電子制御装置と、数個のＦＥＴ出力段スイッチ付電力装置を通常の方法で有しており、これは例えばドイツ国公開特許公報　ＤＥ １９７ ０２ ９４９ Ａ１によって知られている。印刷回路板５０上の電子部品はハウジング１８から、電源、及び、例えば自動車の中央エンジン管理システム等の制御装置に通じる接続線５２を介して電気的に接続される。
【００２５】
印刷回路板５０はリアベアリングカバー２２に固定される金属ヒートシンク５４を介してハウジング１８内に保持される。ヒートシンク５４は複数個の冷却フィン５６と、印刷回路板５０を包囲する支持リング８０とを有する。冷却フィンはハウジングジャケット２４内に形成され、かつリアベアリングカバー２２に隣接した吸気口５８を貫通する。対応する排気口６０はフロントベアリングカバー２０に設けられ、それにより冷却空気６２の流れが吸気口５８及び排気口６０を通ってハウジング１８に送られる。
【００２６】
側壁４０に対して垂直にかつ相互に等間隔をおいて配置された複数の薄板６３は、スリーブ４６に面した送風機ポット３６の側壁４０の内側４１に設けられて冷却空気６２の流れを発生する。送風機ホイール１２が送風機モーター１４によって回転するときに、送風機ポット３６中の空気は送風機ホイール１２の回転方向を横切って配向された薄板６３によって回転するように設定される。この回転運動は、空気に遠心力を起こし、その結果、空気が外方に傾いて旋回する。これにより、フロントベアリングカバー２０に設けられた排気口６０域で送風機ポット３６内に負圧が発生し、この負圧によって、空気が吸気口５８から吸引力で吸い込まれる。このようにして、冷却空気６２の流れが電気駆動装置３０のハウジング１８内に形成され、かつ吸気口５８から始まって、最初に長軸２７に対して実質的半径方向に向けられ、かつ印刷回路板５０に隣接した放射状流れ部を形成する。次いで、冷却空気６２の流れはフロントベアリングカバー２０の方向で、実質的軸方向の流れ部になり、かつ排気口６０を通ってハウジング１８から排気される。
【００２７】
ヒートシンク５４の冷却フィン５６は吸気口５８内に設けられ、従って冷却空気６２は冷却フィンを通る。これにより、ヒートシンク５４と、前記ヒートシンクに固定された印刷回路板５０が効率よく冷却される。冷却空気６２が送風機モーター１４の実質上全長に亘って作用するため、送風機モーター１４もまた効率よく冷却される。
【００２８】
送風機モーター１４は整流子モーターとして設計され、通常の方法で、ハウジング１８に固定された固定子６６と、ベアリングカバー２０，２２上に回転可能に取り付けられた電機子６８を含む。図中に、単に線図によってのみ示されている整流子７０は、整流子に摺接する二つの炭素ブラシ７２，７４とともに、印刷回路板５０のレベルで電機子６８上に保持されている。炭素ブラシは印刷回路板５０上に通常の方法で保持される。そのため、炭素ブラシ７２，７４をそれぞれ受容する二つの炭素ブラシ保持器７６，７８が印刷回路板５０上に設けられている。炭素ブラシ保持器７６、７８はそれぞれ炭素ブラシ７２及び７４を整流子７０の方向に移動するように保持するハウジングを形成する。
【００２９】
図２から明らかであるように、印刷回路板５０は支持リング８０によって円周方向で包囲され、かつ支持リング８０は冷却フィン５６に一体的に接続されかつ印刷回路板５０を固定する。支持リング８０はヒートシンク５４の一部を形成し、炭素ブラシ保持器７６，７８に極めて近接している。それにより、それぞれ炭素ブラシ保持器７６，７８および印刷回路板５０を介して炭素ブラシ７２，７４からヒートシンク５４への最適な熱放出が確実にされる。結果として、電気駆動装置３０の作動時に、炭素ブラシ７２，７４は相対的に低温となり、電気駆動装置の耐用年数が実質的にのびる。
【００３０】
炭素ブラシ７２，７４はそれ自体既知の、図示しない銅線によって制御ユニット１６の電力装置に接続される。印刷回路板５０上に炭素ブラシ７２，７４を配置することによって電気接続線を短くできるので、電気駆動装置３０の全体的効率が良くなり、電磁干渉の発生および受容が減少維持される。
【００３１】
図２から明らかなように、ヒートシンク５４は、独立に取り扱うために、印刷回路板５０と炭素ブラシ保持器７６．７８付き炭素ブラシ７２，７４と共に構造ユニットを形成し、これにより電気駆動装置３０の組み立てを容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による電気駆動装置を有する自動車用の電気送風機の断面線図を示す。
【図２】
独立的に取り扱うよう設計され、印刷回路板を固定したヒートシンクと、前記印刷回路板上に保持される炭素ブラシとを有する電気駆動装置のモジュールを示す斜視図である。

Claims (11)

1. 電気駆動モーターと前記駆動モーターを制御する電子制御ユニットとを有し、前記駆動モーターは整流子と、前記整流子に摺接する電源装置とを有し、前記制御ユニットは印刷回路板を有する、特に自動車の送風機用の電気駆動装置であって、駆動モーター（１４）と制御ユニット（１６）が共通のハウジング（１８）内に配置され、電源装置（７２，７４）が印刷回路板（５０）上に保持されていることを特徴とする電気駆動装置。
2. 制御ユニット（１６）は電源装置（７２，７４）と熱的に結合されるヒートシンク（５４）を有する請求項１に記載の電気駆動装置。
3. ヒートシンク（５４）は、ハウジング（１８）の通気口（５８）に配置される数個の冷却体（５６）と、印刷回路板（５０）を固着する支持体（８０）とを有する請求項２に記載の電気駆動装置。
4. 支持体（８０）は印刷回路板（５０）をリング状に囲む請求項３に記載の電気駆動装置。
5. 印刷回路板（５０）はモーター軸（２６）を円周方向に囲む、請求項１から４のいずれか一つに記載の電気駆動装置。
6. 印刷回路板（５０）は略円形リング状に設計された請求項５に記載の電気駆動装置。
7. 印刷回路板（５０）は、電源装置（７２，７４）とヒートシンク（５４）とともに独立的に取扱可能な構造ユニットを形成している請求項１から６のいずれか一つに記載の電気駆動装置。
8. 電源装置は炭素ブラシ（７２，７４）として設計された請求項１から７のいずれか一つに記載の電気駆動装置。
9. 炭素ブラシ（７２，７４）は、各々、印刷回路板（５０）に固定された炭素ブラシ保持器（７６．７８）上に移動可能に保持されている請求項８に記載の電気駆動装置。
10. 特に自動車用の電気送風機であって、請求項１から９のいずれか一つによる電気駆動装置（３０）と、前記電気駆動装置（３０）の駆動モーター（１４）によって駆動可能な送風機ホイール（１２）とを有する電気送風機。
11. 冷却空気の流れが電気駆動装置（３０）のハウジング（１８）を介して送風機ホイールによって発生可能でありかつ印刷回路板（５０）および前記印刷回路板（５０）上に保持された電源装置に作用する構成である請求項１０に記載の電気送風機。