JP2009131127A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機等のファン駆動用のブラシレスモータの制御駆動の出力素子の放熱性を高めること。
【解決手段】反軸出側外側から反軸出側の軸受８の収納部を形成するブラケット１１を取り付け、そのブラケット１１に孔部１６を設けることで外部よりこの孔部１６に挿入可能な突起部を含むブラケット１１の材質よりも熱伝導性の優れた材質の放熱フィン１２をブラケット１１に固定し、放熱フィン１２の突起部１７が熱伝導樹脂を介してブラシレスモータの駆動素子である制御駆動の出力素子１４に接する構成を備え、制御駆動の出力素子１４の発熱を放熱フィン１２の熱放散部に伝達し、この熱放散部を介してブラシレスモータ外部に放熱させ、ブラシレスモータの出力軸の軸５の負荷側で発生させる送風効果で生じる気流の流れが放熱フィン１２の熱放散部近傍を通過することで冷却効果を高める構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機等のファンブラシレスモータの制御駆動の出力素子の放熱構造に関する。

従来、空気調和機等に使用されるファンブラシレスモータは、ブラシレスモータの制御駆動の出力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加熱保護装置が働き素子自体の機能が停止してしまい、ブラシレスモータ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制御駆動の出力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反軸出力ブラケットに熱伝導樹脂を介して放熱させていた。

図２は従来のモールドされたブラシレスモータを示している。固定子鉄心５にインシュレータ（符号なし）を設けて巻線２を施して固定子鉄心巻線組立部（符号なし）を構成していた。固定子鉄心巻線組立部は、樹脂４により一体成型されてモールドモータの一構造体をなす。回転子鉄心６に、軸５、マグネット（符号なし）が一体化され、軸受８が前記軸５の両端に設けられる。モールド成型された固定子鉄心巻線組立部に、図２に示すように、回転子鉄心６を納め、ブラシレスモータのドライバ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１０を配したのち、反軸出力ブラケット１１を取り付けてモールドされたブラシレスモータが完成する。なお、ブラシレスモータのドライバＩＣ、電解コンデンサ等の電子部品は図示していない。

図２において、従来のモールドされたブラシレスモータは、ブラシレスモータのドライバ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１０をモールド成型しないことにより、前記ブラシレスモータは、固定子鉄心巻線組立部、回路基板１０、回転子鉄心６、反軸出力ブラケット１１、これらの各構成要素が分解可能な構成である。また、ブラシレスモータのドライバ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１０は、樹脂４に樹脂封止されない構成のため、樹脂の内部応力が加わることもない。図２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、前記回転子鉄心６及び回路基板１０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、反軸出力ブラケット１２をモールド成型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成である。

モールドされたブラシレスモータを分解する際には、反軸出力ブラケット１１を取り外すことにより、回路基板１０、回転子鉄心８を容易に取り出せる構造のため、反軸出力ブラケット１１、回路基板１０、回転子鉄心８に関しての分解は極めて簡便である。

つぎに、回路基板１０と固定子鉄心組立部との接続の詳細を説明する。固定子鉄心巻線組立部の構成要素であるインシュレータ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い、回路基板１０の取り付けに際しては、回路基板１０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前記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１０を固定子鉄心巻線組立部に固定できる。インシュレータには、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インシュレータには、巻線４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４から露出するようにモールド成型を行い、回路基板１０の取り付けに際しては、回路基板１０に、予め設けた接続孔部に前記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１０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１０と巻線２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４の材料について明記しなかったが、回路基板１０をモールド成型しないことにより、回路基板にはんだ付け実装されたブラシレスモータのドライバＩＣ等の各種電子部品による温度制約が無く、成型温度が比較的低い熱硬化性樹脂だけでなく、成型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、熱可塑性樹脂のいずれでも可能である。

上述したように、従来のブラシレスモータは、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、それに伴いモータ巻線電流が増加すると、制御駆動の出力素子で消費される電力が多くなり、制御駆動の出力素子の発熱量がさらに大きくなる。これにより制御駆動の出力素子から、樹脂を介しての鉄製のブラケットへの放熱では放熱効果が不十分となっていた。

このため、従来のブラシレスモータにおいて、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しする構成もあった。しかし、制御駆動の出力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、制御駆動の出力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又は放熱フィンに適した材料のいずれかとなるため、機械的強度又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。
特開２００７−６６０３号公報

上述したように、ファン負荷が増し、それに伴いブラシレスモータの巻線電流が増加すると、制御駆動の出力素子で消費される電力が多くなり、制御駆動の出力素子の発熱量がさらに大きくなる。これにより制御駆動の出力素子から、樹脂を介しての鉄製等のブラケットへの放熱では放熱が不十分となり、制御駆動の出力素子が温度上昇の限界に至り、加熱保護装置の働きにより素子の機能が停止し、ブラシレスモータの機能が停止するという課題を解決するために、ブラシレスモータの放熱の熱抵抗の低減を図りながら、製造コストの過大な増加をも回避する構成を得ることが本件出願の課題である。

上記課題を解決するために本件出願に係る第１の発明は、固定子鉄心と巻線とを有する固定子鉄心巻線組立部と、前記固定子鉄心巻線組立部に軸受けの収納を形成する軸出側のブラケットが樹脂でモールドされたモールド組立に、固定子鉄心内周面とギャップを介して回転自在に回転する回転子が挿入され、ブラシレスモータを駆動する回路基板が取り付け収納された前記モールド組立に、反軸出側外側から反軸出側の軸受の収納を形成するブラケットを取り付け、そのブラケットに孔部を設けることで外部よりこの孔部に挿入可能な突起部を含む前記ブラケットの材質よりも熱伝導性の優れた材質の放熱フィンを前記ブラケットに固定し、前記放熱フィンの突起部が熱伝導樹脂を介してブラシレスモータの制御駆動の出力素子に接する構成を具備するブラシレスモータである。

また、本件出願に係る第２の発明は、固定子鉄心と巻線とを有する固定子鉄心巻線組立部と、前記固定子鉄心巻線組立部に軸受けの収納を形成する軸出側のブラケットが樹脂でモールドされたモールド組立に、固定子鉄心内周面とギャップを介して回転自在に回転する回転子が挿入され、ブラシレスモータを駆動する回路基板が取り付け収納された前記モールド組立に、反軸出側外側から反軸出側の軸受の収納を形成するブラケットを取り付け、そのブラケットに孔部を設けることで外部よりこの孔部に挿入可能な突起部を含む前記ブラケットの材質よりも熱伝導性の優れた材質の放熱フィンを前記ブラケットに固定し、前記放熱フィンの突起部が熱伝導樹脂を介してブラシレスモータの制御駆動の出力素子に接する構成を備え、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）の発熱を前記放熱フィンの熱放散部に伝達し、前記熱放散部を介してブラシレスモータ外部に放熱させ、ブラシレスモータの出力軸の負荷側で発生させる送風効果で生じる気流の流れが前記放熱フィンの熱放散部近傍を通過することで冷却効果を高める構成を有するブラシレスモータである。

また、本件出願に係る第３の発明は、上記第１の発明又は第２の発明において、前記放熱フィンの材質をアルミニウムとした構成のブラシレスモータである。

また、本件出願に係る第４の発明は、上記第１の発明又は第２の発明において、風の流れに沿って放射状にフィンが形成された構造を有する放熱フィンを具備するブラシレスモータである。

また、本件出願に係る第５の発明は、上記第１の発明又は第２の発明において、前記熱伝導樹脂の材質を熱伝導性のシリコン樹脂とした構成のブラシレスモータである。

また、本件出願に係る第６の発明は、上記第１の発明から第５の発明によるブラシレスモータを搭載する空気調和機である。

本発明のブラシレスモータの、制御駆動の出力素子の放熱構造によれば、外付けの熱伝導性に優れた放熱フィンを熱伝導性樹脂を介して制御駆動の出力素子に接触させることにより、鉄製ブラケットに比べ放熱性が増し、送風ファンの自冷による風も直接放熱フィンに吹きつけるため、冷却効果が更に増すことが可能である。

また、制御駆動の出力素子の放熱部を従来の鉄板製のブラケットのみの構成から、制御駆動の出力素子の発熱をダイキャスト製によるアルミニウム製の放熱フィンによる放熱構造とすることで、放熱部のフィン形状の自由度が増し、軸に取り付けたファンの送風に適したフィン形状の対応が可能となり、気流の流れを配慮した放熱フィンを選択可能で、放熱フィンの構成について最適化が可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

つぎに、本発明のファン駆動用のブラシレスモータにおける制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）の放熱構造の具体的な実施例について、図を参照しながら説明する。

図１は、本発明のファン駆動用のブラシレスモータの構造断面図である。まず、固定子鉄心１に巻線２が施された固定子鉄心巻線組立部と軸出側の軸受の収納部を有するブラケット３を樹脂４でモールド成型したモールド組立に鉄製の軸５に圧入固定された積層鉄心シートと永久磁石とから構成される回転子鉄心６と回転子の位置検出用の信号を発生させるセンサマグネット７をその両側に同じく軸５に圧入固定された軸受８とで構成される回転子をモールド組立に挿入し、反軸出側より回転位置検出用のセンサ９を備えた回路基板１０を取り付ける。また、軸受３の収納部を有したブラケット１１と熱伝導性の優れた放熱フィン１２とをねじ１３で締結し、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４の表面に熱伝導樹脂１５を塗布し、反軸出力ブラケット１１をモールド組立の反軸出側外側より取り付けて構成しているブラシレスモータである。

放熱フィン１２の突起部１７と、ブラケット１１の孔部１６について説明する。ブラシレスモータを駆動する回路基板が取り付け収納されたモールド組立に、反軸出側外側から反軸出側の軸受８の収納部を形成するブラケット１１を取り付け、そのブラケット１１に孔部１６を設けることで外部よりこの孔部１６に挿入可能な突起部を含むブラケット１１の材質よりも熱伝導性の優れた材質の放熱フィン１２をブラケット１１に固定し、放熱フィン１２の突起部１７が熱伝導樹脂を介してブラシレスモータの駆動素子である制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４に接する構成を備え、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４の発熱を放熱フィン１２の熱放散部に伝達し、この熱放散部を介してブラシレスモータ外部に放熱させ、ブラシレスモータの出力軸の軸５の負荷側で発生させる送風効果で生じる気流の流れが放熱フィン１２の熱放散部近傍を通過することで冷却効果を高める構成である。

軸に負荷が加わり、ブラシレスモータの巻線に電流が流れると、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４で消費される電力により制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４自体が発熱する。本発明の放熱構造を採用することで、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４からの熱が熱伝導樹脂１５に伝わり、熱伝導樹脂１５に接している熱伝導性の優れた材質である放熱フィン１２に伝わる。放熱フィン１２はブラシレスモータ外郭を構成しているため、熱源である制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４より発生した熱は最終的に外気中に発せられるため、従来構造に比べ放熱効果が増し、より高い負荷に対しても加熱保護装置が働くことはなくなるためブラシレスモータの機能を損ねることはなくなる。

表１に本発明の構成の放熱フィン１２を取り付けたブラシレスモータの構造と従来のブラシレスモータの構造の空気調和機に搭載して、運転を行った時の温度上昇値を示す。温度上昇を観測している箇所は、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４に加え、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）の回路基板取り付け半田部、巻線２、軸受８である。この結果から提案する放熱構造により、従来構造に比べ、制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）１４の温度だけでなく、ブラシレスモータ全体としても温度が下がっていることが確認できる。なお、放熱フィン１２の材質は、アルミニウムに限らずアルミニウム合金や、マグネシウム合金など放熱フィンに好適なものを適宜選択することが可能である

また、図４に本発明のブラシレスモータの軸に取り付けたファンによる風の流れを示す。ファンが回転することで、風はブラシレスモータの反軸出側より軸出側に向かって流れるため、ブラシレスモータの反軸出側に当たった風は放射状に分散される。放熱フィン１２の形状を図５に示すように風の流れと同じ放射状にすることにより、風の流れによる放熱効果が高まる。軸５の軸線上の位置を中心として放熱フィンの凸凹形状を放射状に配置した構成である。

本発明は、例えば空気調和機の送風用途として用いられるファン駆動用のブラシレスモータに有用である。

本発明のブラシレスモータの構造断面図 従来のブラシレスモータの構造断面図 （ａ）本発明の反出力軸側からの放熱構造分解斜視図（ｂ）本発明の出力軸側からの放熱構造分解斜視図 気流の方向を示す斜視図 本発明の実施例２を示す斜視図

符号の説明

１ 固定子鉄心
２ 巻線
３ 軸出側ブラケット
４ 樹脂
５ 軸
６ 回転子鉄心
７ センサマグネット
８ 軸受
９ センサ
１０ 回路基板
１１ 反軸出側ブラケット
１２ 放熱フィン
１３ ねじ
１４ 制御駆動の出力素子（パワースイッチング素子）
１５ 熱伝導樹脂
１６ 孔部
１７ 放熱フィンの突起部

Claims (6)

1. 固定子鉄心と巻線とを有する固定子鉄心巻線組立部と、前記固定子鉄心巻線組立部に軸受けの収納を形成する軸出側のブラケットが樹脂でモールドされたモールド組立に、固定子鉄心内周面とギャップを介して回転自在に回転する回転子が挿入され、ブラシレスモータを駆動する回路基板が取り付け収納された前記モールド組立に、反軸出側外側から反軸出側の軸受の収納を形成するブラケットを取り付け、そのブラケットに孔部を設けることで外部よりこの孔部に挿入可能な突起部を含む前記ブラケットの材質よりも熱伝導性の優れた材質の放熱フィンを前記ブラケットに固定し、前記放熱フィンの突起部が熱伝導樹脂を介してブラシレスモータの制御駆動の出力素子に接する構成を具備するブラシレスモータ。
2. 固定子鉄心と巻線とを有する固定子鉄心巻線組立部と、前記固定子鉄心巻線組立部に軸受けの収納を形成する軸出側のブラケットが樹脂でモールドされたモールド組立に、固定子鉄心内周面とギャップを介して回転自在に回転する回転子が挿入され、ファンブラシレスモータを駆動する回路基板が取り付け収納された前記モールド組立に、反軸出側外側から反軸出側の軸受の収納を形成するブラケットを取り付け、そのブラケットに孔部を設けることで外部よりこの孔部に挿入可能な突起部を含む前記ブラケットの材質よりも熱伝導性の優れた材質の放熱フィンを前記ブラケットに固定し、前記放熱フィンの突起部が熱伝導樹脂を介してブラシレスモータの制御駆動の出力素子に接する構成を備え、制御駆動の出力素子の発熱を前記放熱フィンの熱放散部に伝達し、前記熱放散部を介してブラシレスモータ外部に放熱させ、ブラシレスモータの出力軸の負荷側で発生させる送風効果で生じる気流の流れが前記放熱フィンの熱放散部近傍を通過することで冷却効果を高める構成を有するブラシレスモータ。
3. 請求項１又は請求項２記載のブラシレスモータにおいて、
   前記放熱フィンの材質をアルミニウムとした構成のブラシレスモータ。
4. 請求項１又は請求項２記載のブラシレスモータにおいて、風の流れに沿って放射状にフィンが形成された構造を有する放熱フィンを具備するブラシレスモータ。
5. 請求項１又は請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記熱伝導樹脂の材質を熱伝導性のシリコン樹脂とした構成のブラシレスモータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のブラシレスモータを具備する空気調和機。

Images