JP2008141903A - ブラシレスｄｃモータおよびこれを搭載した換気送風装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電子部品を実装した回路基板とモータ駆動コイルおよび固定子とを樹脂で一体にモールド成形した、特性バラツキの少ないコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することを目的とする。
【解決手段】回路基板１５の一部が露出するようモールド成形しない露出部１５ａを設け、この露出した部分に電子部品であるヒューズ５、電解コンデンサ７、９、可変抵抗器１３を実装する。この手段により、電解コンデンサを使用可能とし、且つ、適正温度でモールド成型ができると共に、可変抵抗器を用いてモータの特性バラツキ調整が実現できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、換気送風装置に使用されるブラシレスＤＣモータに関し、詳しくはモータを駆動する回路基板とモータの主要部を一体にモールド成形して、耐湿性および安全性を向上したブラシレスＤＣモータとこれを搭載した換気送風装置等に関する。

従来、この種のブラシレスＤＣモータは効率が良く（省電力）耐久性に勝れていることから長時間に亘り駆動される冷蔵庫や換気送風装置に使用されている。

しかしながら、この種のブラシレスＤＣモータは商用電源を電源とするためＡＣ−ＤＣ変換の必要があり、また変換した１００Ｖ超のＤＣ電圧をモータの駆動に適した１０乃至数１０Ｖ程度に効率よく降圧するスイッチング電源式のＤＣ−ＤＣコンバータなどが必要となったり、前述の変換した１００Ｖ超のＤＣ電圧を直接ＰＷＭ駆動して平均電圧を制御してモータへの印加電圧を可変する高圧ＰＷＭ駆動方式が知られている。

このため、ＡＣ直接ドライブ式の従来の誘導電動機等に比べてモータ以外の多数の電子部品が必要になり、構造が複雑になる欠点がある。

そこで、この欠点を解消し、モータをコンパクトに構成する方法として例えば特許文献１、２に示すものが知られている。

特許文献１、２に示すものは、ダイオードや平滑コンデンサなどの電子部品を搭載したプリント基板（回路基板）に、モータの駆動コイルとこの駆動コイルにより励磁される固定子を取り付け、これらを熱硬化性の樹脂で一体にモールド成形するようにしたものである。
特開２０００−０４１３７０号公報（図５、６） 特開２００３−３１９６１５号公報

しかし、このようなモールド成形した従来のモータでは、電子部品を一体成形してコンパクトな構成にするために、使用する電子部品に耐熱性や耐圧性が要求され、あるいは成型時の温度を適正値より低くしたり、成形圧を下げる必要があった。

すなわち、モールド成型時の樹脂温度は１５０℃程度で圧力をかけて成形するため、電解コンデンサやヒューズなどの耐熱温度が低く、金属やガラスの外装ケースで覆われており圧力に弱い部品は、電解コンデンサであればセラミックコンデンサやフィルムコンデンサ、ヒューズであればガラス管以外の樹脂密閉型に変えるか、モールド成型温度を１５０℃よりも低くしたり、成形圧を下げる必要がある。前者はモータの価格が高くなり、後者は成型の品質が低下する課題があり、使用する電子部品の耐熱性や耐圧性に制限されることなく、適正な温度や圧力で成形することが要求されている。

本発明は、このような課題を解決するものであり、使用する電子部品の耐熱性や耐圧性に制限されることなく、適正温度、適正圧力でモールド成形することができ、安価な部品を使用することのできるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することを第１の目的としている。

また、電子部品を一体に成型するために、成型後の調整が困難であるという課題がある。

すなわち、モータの特性を一定レベルのバラツキ内に押さえるためには、前述のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を所定の範囲内に押さえる必要がある、この調整のための可変抵抗器が使えないので、ＤＣ−ＤＣコンバータを精度の良い部品で構成する必要があり、モータ価格が高くなるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するものであり、成形後にモータ特性バラツキを容易に調整することができるため、特性バラツキの少ない低価格なブラシレスＤＣモータを提供することを第２の目的としている。

また、電子部品を一体に成型するために、成型後の部品の交換が困難であるという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するものであり、成形後に部品の交換をすることができるブラシレスＤＣモータを提供することを第３の目的としている。

本発明のブラシレスＤＣモータは、上記第１と第２の目的を達成するために、複数の電子部品を実装した回路基板とモータ駆動コイルおよび固定子とを樹脂で一体にモールド成形するブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の一部が露出するようにモールド成形しない部分を設け、この回路基板の露出した部分に電子部品を実装もしくは接続するようにしたものである。

この手段により、使用する電子部品の耐熱性や耐圧性に制限されることなく、適正温度、適正圧力でモールド成形することができ、安価な部品を使用することができると共に、成形後にモータ特性バラツキを容易に調整することができるブラシレスＤＣモータが得られる。

また、このモータを換気送風装置に使用した場合に、送風ファンやケーシングの寸法のバラツキによる送風風量のバラツキを、モータの特性を修正することで所定値内に調整することができる。

また、本発明のブラシレスＤＣモータは上記第３の目的を達成するために、回路基板の露出した部分に端子等の接続手段を設けて、電子部品が接続できるようにしたものである。

この手段により、モールド成形後に電解コンデンサはもとより、ヒューズなどの交換が必要な部品の取り付けが容易になる。

本発明によれば、特性バラツキの少ないコンパクトで品質が良い低価格なブラシレスＤＣモータを提供できる。また、送風風量のバラツキの少ない換気送風装置を提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、複数の電子部品を実装した回路基板とモータ駆動コイルおよび固定子とを樹脂で一体にモールド成形するブラシレスＤＣモータであって、回路基板の一部が露出するようモールド成形しない部分を設けたブラシレスＤＣモータである。

これにより、使用する電子部品の耐熱性や耐圧性に制限されることなく、適正温度、適正圧力でモールド成形することができ、安価な部品を使用することができるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の露出した部分に電子部品の一部を実装したブラシレスＤＣモータである。

これにより、使用する電子部品の耐熱性や耐圧性に制限されることなく、適正温度、適正圧力でモールド成形することができ、安価な部品を使用することができるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項３記載の発明は、請求項２記載のブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の露出した部分に端子等の接続手段を設け、接続手段に電子部品の一部を接続したブラシレスＤＣモータである。

これにより、使用する電子部品の耐熱性や耐圧性に制限されることなく、適正温度、適正圧力でモールド成形することができ、安価な部品を使用することができ、成形後に部品の交換をすることができるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項４記載の発明は、請求項２もしくは３記載のブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の露出した部分に実装もしくは接続する電子部品は、電解コンデンサなどのモールド成形時に必要な耐熱性と耐圧性とが低い部品であるブラシレスＤＣモータである。

これにより、成形後に部品の交換をすることができるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項５記載の発明は、請求項２もしくは３記載のブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の露出した部分に実装もしくは接続する電子部品は、可変抵抗器などのモータの特性を調整するための部品であるブラシレスＤＣモータである。

これにより、成形後にモータ特性バラツキを容易に調整することができる特性バラツキの少ないコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項６記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の露出した部分と樹脂との境界部分に非金属性の保護枠を設けたブラシレスＤＣモータである。

これにより、回路基板が両面プリント基板の場合に、モールド成形時にモールド金型によるプリント箔を傷つけるおそれのないコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項７記載の発明は、請求項６記載のブラシレスＤＣモータにおいて、保護枠は樹脂製であるブラシレスＤＣモータである。

これにより、回路基板が両面プリント基板の場合に、モールド成形時にモールド金型によるプリント箔を傷つけるおそれのないコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項８記載の発明は、請求項６記載のブラシレスＤＣモータにおいて、保護枠内に防湿材を充填したブラシレスＤＣモータである。

これにより、モータの耐湿性を確保できるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項９記載の発明は、請求項１記載のブラシレスＤＣモータにおいて、回路基板の露出した部分を覆うカバーを設けたブラシレスＤＣモータである。

このことにより、露出した部分に設けた電子部品を外力から保護できるとともに、塵埃などからの汚染を防止することができるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項１０記載の発明は、請求項９記載のブラシレスＤＣモータにおいて、カバーは、金属製であってモールド成型された部分に密着して設けたブラシレスＤＣモータである。

このことにより、モータおよび電子部品の発熱を放出し、その温度を低下させることができるコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

本発明の請求項１１記載の発明は、請求項９記載のブラシレスＤＣモータにおいて、カバーはブラシレスＤＣモータを利用する機器へのブラシレスＤＣモータの取り付けネジで共締めされるようにしたブラシレスＤＣモータである。

このことにより、部品数を低減し組み立て性の良いコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供することができる。

請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１項のいずれか１項のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置である。

このことにより、送風ファンやケーシングの寸法のバラツキによる送風風量のバラツキをモータの特性を修正することで実現できる特性バラツキの少ないコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明のブラシレスＤＣモータを用いた換気送風機の構造外観図であり、図１（ａ）は、換気送風装置の構造外観図の側面図、図１（ｂ）は、換気送風装置の構造外観図の下面図、図１（ｃ）は、換気送風装置の構造外観図の正面図である。

ケーシング１にブラシレスＤＣモータ２を取り付け、ブラシレスＤＣモータ２の回転軸に送風ファン３を取り付けた構造であり、この換気送風装置を天井に取り付け、ブラシレスＤＣモータ２を駆動して室内の換気を行う。

図２は、本発明のブラシレスＤＣモータ（以下単にモータ）の電気回路の一例を示す図である。

商用電源４に接続されるブラシレスＤＣモータ２はヒューズ５の後段に整流器６（ブリッジダイオード）を接続し、その後段に接続した電解コンデンサ７で直流電圧を得る。さらに次段に接続したＤＣ−ＤＣコンバータ８で１０数Ｖ程度の電圧に降圧され電解コンデンサ９で再度平滑される。このＤＣ−ＤＣコンバータ８は、トランジスタを高速で断続してチョークコイル（図示せず）とコンデンサとで平滑する、いわゆるスイッチング電源式のものが多く用いられている。このようにして得られた直流電圧で次段に接続したモータ部が駆動されるが、その構成は、モータ駆動回路１０（ＩＣ）と駆動コイル１１ａ、１１ｂおよびこれら駆動コイルを励磁するトランジスタ１２ａ、１２ｂである。

なお、可変抵抗器１３はモータの特性バラツキを調整して所定の性能が出るようにするためのもので、ＤＣ−ＤＣコンバータ８のトランジスタ（図示せず）の導通期間を調整するために設けられている。また、図示しないがモータ駆動回路１０には、回転子（後述）の位置を検知するためのホール素子などの検知素子が接続される構成になっている。

図３は本発明のブラシレスＤＣモータの構造を示す図であり、図３（ａ）は、ブラシレスＤＣモータの回路基板の露出部を示す図、図３（ｂ）はブラシレスＤＣモータの構造断面図、図３（ｃ）は、ブラシレスＤＣモータの回路基板露出部のＡ−Ｂ断面図である。

図３（ｂ）で示すように、図２で説明した駆動コイル１１ａ、１１ｂと、この駆動コイルで励磁される固定子１４および図２で説明したモータ駆動回路１０等の電子部品（駆動コイル１１ａ、１１ｂを除く）を搭載した回路基板（プリント基板）１５を熱硬化性樹脂１６で一体にモールド成形した構成としている。ここで図の右４５°の斜線で示す部分が熱硬化性樹脂であることを示している。端子１７は回路基板１５に商用電源を供給するための端子である。

この場合、モールド成形は回路基板１５の全面を覆うのではなく、一部に回路基板１５の一部が露出するようモールド成形しない部分を設けている。露出部１５ａがその状態を示している。

この露出部１５ａの外部（上部）にヒューズ５、電解コンデンサ７、９および可変抵抗器１３が図３（ａ）に示すように実装されている。

ヒューズ５は図３（ｃ）に示すように回路基板１５に実装された棒状の端子である接続手段１８にはんだ付けされている。

また、露出部１５ａの外周の熱硬化性樹脂１６との境界面には樹脂製の保護枠１９があり、この保護枠１９内に防湿材２０を充填している。

このように駆動コイル１１ａ、１１ｂと固定子１４と回路基板１５をモールド成形して一体化したものに図３（ｂ）に示すように磁化した回転子２１、回転軸２２、軸受け２３、ブラケット２４を取り付けてモータが構成される。

カバー２５はアルミニュームなどの熱伝導性の良い金属板で露出部１５ａに実装された電解コンデンサ７などの電子部品を覆うようにしてモールド成形の樹脂部に密着するように取り付けられるが、ブラシレスＤＣモータ２を前述の換気送風機のケーシング１の一部であるケーシング１ａに取り付ける場合に、４カ所においてネジ２６でブラシレスＤＣモータ２とともにとも締めで取り付けられる。

なお、支持体２７はモールド成形時に回路基板１５を支持するために設けている。

図４は保護枠１９とモールド成型時の金型について説明するための図である。

２面の金型２８、２９によりモールド成形を行うが（樹脂注入口は図示していない）、この場合、回路基板１５の露出部１５ａの外周部に金型２８の一部を当接する必要がある。すると、回路基板１５の表面のプリント箔に金型が当接してプリント箔を傷つけられるおそれがある。そこで樹脂製の保護枠１９を設けて金型はこの保護枠１９に当接し、金型がプリント箔には当接しないようにしてプリント箔を保護している。

以上説明したように本発明のブラシレスＤＣモータは、電子部品を実装した回路基板と駆動コイルおよび固定子とを熱硬化性樹脂で回路基板の一部が露出するように一体成形し、この回路基板の露出部に電解コンデンサや可変抵抗器やヒューズなどを取り付けるようにしたものである。このため正規の温度と圧力でモールド成形が行えるので成形品質が落ちることなく、また耐熱性や耐圧性の低い電解コンデンサやヒューズを使用できる。

また、可変抵抗器も実装できるのでモータの調整が容易であり、端子などの接続手段を設けたので成形後の部品の交換が可能になる。

ここで、回路基板の一部とは、耐熱性や耐圧性の低い部品やモータの調整部品を実装するための基板スペースであり、耐熱性や耐圧性の低い部品やモータの調整部品などが該当し、耐熱温度がモールド成形時の温度より低い部品やモータの調整部品など、あるいは耐圧がモールド成形時の圧力より低い部品やモータの調整部品などであり、例えば、電解コンデンサや可変抵抗器やヒューズなどがある。

さらに露出部の外周の樹脂との境界部は樹脂製の保護枠を設けているので、成形時において回路基板のプリント箔を損傷するおそれがなく、この保護枠内に防湿材を充填するようにしたので、防湿の作業も簡単になり、露出部を設けたことで耐湿性が低下する欠陥を補完することができる。また、露出部に実装した電子部品を覆うように金属性のカバーを設けたので、実装した電子部品が外力で損傷をうけるおそれがなく、塵埃による汚染を防止できる。

また、金属性のカバーを成形された樹脂部に密着するようにしたのでモータおよび電子部品の発熱を効率よく放散させる効果がある。またカバーはモータと共にケーシングに共締めで取り付けられるようにしたので、部品数も少なく組み立てが簡単になる。

また、本発明のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置は、ケーシングや送風ファンの寸法バラツキによる送風風量のバラツキを調整することができる。

なお、本実施の形態では、回路基板の露出部は１カ所で説明したが、必要に応じて複数箇所もうけてもよい。

また、本実施の形態では、モールド成形する樹脂を熱硬化性樹脂として説明したが、紫外線硬化などの光硬化性樹脂や熱可塑性樹脂でもよく、その作用効果に差異を生じない。

また、モータの駆動コイルを２相、モータ駆動回路を半波駆動で説明したが、３相や全波駆動でもよく、その作用効果に差異を生じない。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いて降圧して駆動コイルへの印加電圧を制御する構成としたが、整流器（ブリッジダイオード）に接続した電解コンデンサで直流電圧を得て、降圧することなくモータ駆動回路を介してトランジスタで直接ＰＷＭ駆動する高圧ＰＷＭ駆動方式としてもよい。

また、モータの特性を調整するための部品を可変抵抗器で説明したが、スイッチ、抵抗、コンデンサ、発振子や半導体（例えばツェナーダイオード）やそれらの複合や部品そのものを変更してもよく、その作用効果に差異を生じない。

また、接続手段は棒状の端子で説明したが、ヒューズホルダーなどの接触式のものや表面実装用の銅箔（ランド）であってもよく、あるいはコネクタの端子（オス）を設けて、成形後にこのコネクタにモータ能力制御用のリモコン装置のコネクタを取り付けるようにしてもよい。

本発明のブラシレスＤＣモータは、特性バラツキの少ないコンパクトで品質が良く低価格なブラシレスＤＣモータを提供でき、さらに送風風量のバラツキを小さくできる換気送風装置を提供できるので、冷蔵庫や除湿機、エアコンなどの他の家庭電気機器などにも適用できる。

本発明のブラシレスＤＣモータを用いた換気送風機の構造外観図（（ａ）同、換気送風装置の構造外観図の側面図、（ｂ）同、換気送風装置の構造外観図の下面図、（ｃ）同、換気送風装置の構造外観図の正面図） 本発明のブラシレスＤＣモータの電気回路の一例を示す図 本発明のブラシレスＤＣモータの構造を示す図（（ａ）同、ブラシレスＤＣモータの回路基板の露出部を示す図、（ｂ）同、ブラシレスＤＣモータの構造断面図、（ｃ）同、ブラシレスＤＣモータの回路基板露出部のＡ−Ｂ断面図） 同、保護枠とモールド成型時の金型についての説明図 従来のブラシレスＤＣモータを示す外観図 従来のブラシレスＤＣモータを示す回路図

符号の説明

１ ケーシング
１ａ ケーシング
２ ブラシレスＤＣモータ
３ 送風ファン
４ 商用電源
５ ヒューズ
６ 整流器
７ 電解コンデンサ
８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
９ 電解コンデンサ
１０ モータ駆動回路
１１ａ 駆動コイル
１１ｂ 駆動コイル
１２ａ トランジスタ
１２ｂ トランジスタ
１３ 可変抵抗器
１４ 固定子
１５ 回路基板
１５ａ 露出部
１６ 熱硬化性樹脂
１７ 端子
１８ 接続手段
１９ 保護枠
２０ 防湿材
２１ 回転子
２２ 回転軸
２３ 軸受け
２４ ブラケット
２５ カバー
２６ ネジ
２７ 支持体
２８ 金型
２９ 金型

Claims (12)

1. 複数の電子部品を実装した回路基板とモータ駆動コイルおよび固定子とを樹脂で一体にモールド成形するブラシレスＤＣモータであって、前記回路基板の一部が露出するようモールド成形しない部分を設けたブラシレスＤＣモータ。
2. 回路基板の露出した部分の外部に前記複数の電子部品の一部を実装した請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
3. 回路基板の露出した部分の外部に端子等の接続手段を設け、前記接続手段に前記複数の電子部品の一部を接続した請求項２記載のブラシレスＤＣモータ。
4. 回路基板の露出した部分に実装もしくは接続する電子部品は、電解コンデンサなどのモールド成形時に必要な耐圧性と耐熱性とが低い部品である請求項２または３記載のブラシレスＤＣモータ。
5. 回路基板の露出した部分に実装もしくは接続する電子部品は、可変抵抗器などのモータの特性を調整するための部品である請求項２または３記載のブラシレスＤＣモータ。
6. 回路基板の露出した部分と前記樹脂との境界部分に非金属性の保護枠を設けた請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
7. 保護枠は樹脂製である請求項６記載のブラシレスＤＣモータ。
8. 保護枠内に防湿材を充填した請求項６記載のブラシレスＤＣモータ。
9. 回路基板の露出した部分に前記露出した部分を覆うカバーを設けた請求項１記載のブラシレスＤＣモータ。
10. カバーは、金属製であってモールド成型された部分に密着して設けた請求項９記載のブラシレスＤＣモータ。
11. カバーはブラシレスＤＣモータを利用する機器へのブラシレスＤＣモータの取り付けネジで共締めされるようにした請求項９記載のブラシレスＤＣモータ。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載のブラシレスＤＣモータを搭載した換気送風装置。

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