JP3787303B2 - 車両用ファンのための駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、ブラシレス直流モーター（すなわち、ブラシレス直流電動機）と電子作動システムとを備える、車両用ファンのための駆動装置（すなわち、駆動ユニット）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部ローターを備えたブラシレス直流モーターを有する駆動装置を備えた車両用ファンは、米国特許第５，５８８，８１４号より既に公知である。このファンの駆動装置は、ファンホイール（ｆａｎ ｗｈｅｅｌ）を取り囲む集合配線ボックス（ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｂｏｘ）に組み込まれる。外部ローターは、ファンホイールと結合して一つの構造体を形成し、集合配線ボックスのベース部分に取り付けられる。ファンホイールによって吸い込まれた空気は、駆動装置に対して向けられる。吸い込まれた空気から得られる冷却風（すなわち、冷却空気の流れ）が、電子作動システムの電力半導体（ｐｏｗｅｒ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）に供給される。電力半導体は、駆動装置の下に設置された回路基板に取り付けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための手段】
車両用ファンのための本願発明による駆動装置は、集合配線ボックスに直流電気モーターの取り付けや電子作動システムの収容のためのいかなる構造部材も必要としない、自律性のある又は独立した（ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ）組立体である。本願発明によれば、電子作動システムは、前記電気モーターを支持するプラスチック製のハウジングに囲まれている。前記駆動装置は、自律性のある又は独立した組立体を形成しているので、あらゆる種類のハウジング部分（又は、ハウジング部品）やファンホイールと組み合わせて、ファンを構成することができる。電子作動システムを囲むハウジングは、吸い込まれた空気がハウジングの導入口から供給されて、電気モーターの部品だけでなく電子作動システムの電力半導体をも冷却するために用いられることができるよう、ファンの吸引側に設置されている。
【０００４】
駆動装置の好ましい態様では、ハウジングは、外部ローターを有する前記電気モーターのローターを取り付けるための、一体成形された軸受けスリーブ（すなわち、ベアリングスリーブ）を有している。軸受けスリーブは、外部ローターの軸部（すなわち、外部ローターのジャーナル）を取り付けるための軸受け（すなわち、ベアリング）を収容している。軸受けスリーブは、また、電子作動システムの電力半導体を冷却するために必要され、ハウジングの空気導入口から入ることのできる冷却風（すなわち、冷却空気の流れ）の案内通路（すなわち、ガイドチャネル）を形成する。この案内通路は、ファンの吸引側と圧力側との差圧によって生じる、電気モーターのローターとステーターとの間の空気流と平行になっている。
【０００５】
本発明の他の有利な態様によれば、電子作動システムは、異なる回路基板（別個の回路基板）に取り付けられた電力部（ｐｏｗｅｒ ｐａｒｔ）と制御部とを有しており、電力部の回路基板は、金属シートから打ち抜かれた導体構造（換言すれば、導電体構造）が、射出成形によってプラスチックで包まれる（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）ように構成されている。従って、電力部は、制御部のプリント回路基板上の敏感な部品（すなわち、損傷を受けやすい部品））を危険にさらすことなく、極めて高い電流を扱うことができる。
【０００６】
本願発明の他の特徴や有利な点は、以下の好ましい態様の記載及び参照される添付図面より明らかになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図面には、全体に参照番号１０を付してあるプラスチック製のハウジングを備えた、駆動装置が示されている。概ね直方体の（parallelepipedal）ハウジング１０は、上部１２と下部１４とを備えている。上部１２と下部１４にそれぞれ設けられた係止用の（ｌａｔｃｈｉｎｇ：ラッチ止め用の）接続部材１６ａと１６ｂによって、上部１２と下部１４は互いに接続されている。上部１２は、側方に突出する組み付けタブ１８を有しており、この組み付けタブ１８で駆動装置全体がファンハウジング内に吊り下げられ又は取り付けられる。ハウジング１０の上部１２は、支持部を形成している。
【０００８】
図４に示されるように、ハウジング１０の上部１２は、その上端に略円筒形の凹部（換言すれば、窪み）２０を有している。凹部２０の底部からは、一体成形された軸受けスリーブ（すなわち、ベアリングスリーブ）２２が垂直上方に突出している。ベアリングシャフト２８用の軸受け（すなわち、ベアリング）２４と２６が、軸受けスリーブ２２の軸方向端部に取り付けられている。ベアリングシャフト２８は、外部ローターとして構成された概ねポット形状の（ｐｏｔ−ｓｈａｐｅｄ：例えば、鍋型形状の）、電気直流モーター（すなわち、直流電動機）のローター３０を支持している。該モーターのステーター３２は、中空円筒形であり、軸受けスリーブ２２上に滑り嵌めされる。ステーター３２の軸方向の位置は、その内周が軸受けスリーブ２２の肩部２２ａに当接する位置によって決められる。電気モーターは、特に、ブラシレス４相直流モーターである。
【０００９】
ステーター３２の巻線からは、軸受けスリーブ２２の外周にある複数の堅固な（ｓｏｌｉｄ：すなわち、ソリッドな、換言すれば、剛性のある、非可撓性の、または強度のある）固定用の接続タグ３４が、上部１２の凹部２０の底部に沿って延び、軸受けスリーブ２２の周囲にある複数の開口４４を通ってハウジング１０の内部に延びている。ハウジング１０には、ハウジング１０の全長又は全幅にわたって延びる第１回路基板３６がはめ込まれている（又は、埋設されている）。この第１回路基板３６は、射出成形によりプラスチックで包まれた堅固な（ｓｏｌｉｄ：すなわち、ソリッドな、換言すれば、剛性のある、非可撓性の、または強度のある）導体構造（又は、導電体構造）である。この堅固な導体構造は、金属シートから打ち抜かれたストリップ状の導体（導電体）４０（図５）を備える。回路基板３６は、軸受けスリーブ２２と同軸に配置される円形通路４２を有している。この円形通路４２は複数の開口４４に囲まれており、開口４４の配置は、ハウジング１０内に延びるステーター３２の接続タグ３４の端部に対応している。電気モーターが４極構成であるので、そのような開口４４が８つ、導体４０の末端部（端子部）に隣接して設けられている。接続タグ３４の端部は、開口４４ではんだ付けにより、対応する導体の末端部に接続されている。
【００１０】
回路基板３６の小幅側には、導体４０のうちの数本が、接触タグ５０ａと５０ｂとして延びている。接触タグ５０ａと５０ｂは、小幅側の端面でハウジング１０から突出し、ハウジング１０に成形されたプラグカラー５２と５４とによって囲まれている。接触タグ５０ａの寸法は、接触タグ５０ｂの寸法より小さくなっており、接触タグ５０ａはセンサーや制御用のラインを接続するために用いられる。一方、接触タグ５０ｂは電力を供給するために用いられる。
【００１１】
コンデンサー５６とチョーク５８のような、比較的容積の大きなフィルター部材が、ハウジング１０の内部空間に、接触タグ５０ａと５０ｂに隣接して配置されている。その反対側の回路基板３６には、４つの電力半導体６０が設置されている。電力半導体６０の冷却フィンが、導体４０の露出された金属面に直接当接している。電力半導体は、電気的に（すなわち、電気伝達可能に）かつ熱的に（すなわち、熱伝達可能に）導体と接触している。電力半導体６０の接続用の導線（すなわち、リード線）は、回路基板３６に対して垂直に屈曲して、回路基板３６の対応する開口を通り、第１回路基板３６の下に平行に設置された第２プリント回路基板６２に到達する。直流モーターの電気作動システムの制御部は、このプリント回路基板６２に取り付けられており、一方、電気作動システムの電力部は、第１回路基板３６に取り付けられている。
【００１２】
空気導入口６６が、接触タグ５０ａと５０ｂとは反対側の、ハウジング１０の小幅側で、電力半導体６０の隣に設けられている。さらに、空気排出口６８が、空気導入口６６から離れたポット形状のローター３０の端面に設けられている。上述の駆動装置は、空気導入口６６がファンの吸引側に設置されるように、ファンのハウジングに配置される。ファン（ｆａｎ）のファンホイール（ｆａｎ ｗｈｅｅｌ）は、ローター３０から外方に延出するベアリングシャフト２８の端部に取り付けられあるいは直接的に固定（固着）される。運転時には、駆動装置はファンの吸引側に位置しているので、空気流が、ハウジング１０の空気導入口６６を通ってハウジング１０の内部に供給され、電力半導体６０を通り過ぎて案内される。その後、空気は、案内通路としても機能する軸受けスリーブ２２を通ってローター３０の端面に流れ、空気排出口６８から排出される。冷却用空気流は、ステーター３２の巻線だけでなく電力電子部品も冷却する。
【００１３】
上述の駆動装置は、特にその熱的負荷のかかる部品の全てを良好に冷却し、また機械的に丈夫な構造を有しているため、極めてコンパクトで、しかもパワフルである（すなわち、出力が高くなっている）。この組立体の特に高い剛性は、回路基板３６が、ハウジング１０内でその上部１２の底部にあることによってステーター３２の軸方向の支えとなることにより実現される。ハウジング１０の上部１２以外には支持部材を必要としないため、機械的な構造が極めて簡単であり、しかも丈夫である。組み付け時は、駆動装置の様々な部品が、ローター３０の主に軸方向に組み付けられ、そして互いに取り付けられるので、自動化の可能な簡単な組立を実現できる。
【００１４】
以上のように、上記実施の形態によれば、車両用ファンのための駆動装置は、ブラシレス直流モーター３０、３２と電子作動システム３６、６２とを備える。電子作動システム３６、６２は、直流モーターを支持するプラスチック製のハウジング１０に囲まれている。ハウジング１０は、外部ローターとして構成される直流モーターのローター３０を取り付けるための一体成形された軸受けスリーブ２２を有する。このように、ハウジング１０の上部１２は、駆動装置の唯一の支持部材となっている。
【００１５】
本願発明の種々の特徴が、特許請求の範囲に述べられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ファン用の駆動装置の概略側面図である。
【図２】図２は、駆動装置の正面図である。
【図３】図３は、駆動装置の上面図である。
【図４】図４は、駆動装置の軸方向断面図である。
【図５】図５は、駆動装置のプリント回路基板の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ ハウジング
１２ 上部
１４ 下部
１６ａ、１６ｂ 接続部材（係止手段あるいはラッチ止め手段）
１８ 組み付けタブ
２０ 凹部
２２ 軸受けスリーブ
２２ａ 肩部
２４、２６ 軸受け
２８ ベアリングシャフト
３０ ローター
３２ ステーター
３４ 接続タグ
３６ 第１回路基板
４０ 導体（導電体）
４２ 円形通路
４４ 開口
５０ａ、５０ｂ 接触タグ
５２、５４ プラグカラー
５６ コンデンサー
５８ チョーク
６０ 電力半導体
６２ 第２プリント回路基板
６６ 空気導入口
６８ 空気排出口

Claims (18)

1. 車両用ファンのための駆動装置であって、
   ローターとステーターとを備えたブラシレス直流電気モーターと、
   電子作動システムと、
   プラスチックで成形されたハウジングとを備え、
   前記電子作動システムは、前記ハウジングによって囲まれており、
   前記ハウジングは、前記電気モーターを支持しており、
   前記ハウジングは、前記電気モーターのローターを取り付けるための一体成形された軸受けスリーブを有しており、
   前記電子作動システムは、電力部と制御部とを備えており、前記電力部と前記制御部は、異なる回路基板に取り付けられており、
   前記ハウジングは、前記電力部の電力半導体と隣り合う空気導入口を有しており、
   前記一体成形された軸受けスリーブは、前記ハウジングの空気導入口から該ハウジングに入った冷却用空気を案内するための案内通路を有しており、
   前記ローターは、前記ハウジングの空気導入口から離れた該ローターの端面に空気排出口を有していることを特徴とする、駆動装置。
2. 請求項１に記載の駆動装置であって、
   前記ローターは外部ローターであることを特徴とする、駆動装置。
3. 請求項２に記載の駆動装置であって、
   前記ハウジングは、前記ファンの吸引側に配置されており、前記電子作動システムの電子部品及び前記電気モーターの部品を冷却するための前記空気導入口を有していることを特徴とする、駆動装置。
4. 請求項３に記載の駆動装置であって、
   前記外部ローターは、概ねポット形状になっており、ベアリングシャフトに取り付けられた端面を有していることを特徴とする、駆動装置。
5. 請求項４に記載の駆動装置であって、
   前記ベアリングシャフトは、前記軸受けスリーブ内に置かれた軸受けによって、前記軸受けスリーブに回転可能に取り付けられていることを特徴とする、駆動装置。
6. 請求項２に記載の駆動装置であって、
   前記軸受けスリーブは、前記電気モーターの中空円筒状のステーターによって囲まれていることを特徴とする、駆動装置。
7. 請求項６に記載の駆動装置であって、
   前記軸受けスリーブは、前記ステーターの内周縁部が当接する肩部を有していることを特徴とする、駆動装置。
8. 請求項７に記載の駆動装置であって、
   前記ステーターには、軸方向に突出する複数の接続タグが設けられており、前記接続タグは、前記軸受けスリーブを囲むハウジング部分の開口を通って延び、前記ハウジングの内部に配置されたプリント回路基板に接続可能であることを特徴とする、駆動装置。
9. 請求項４に記載の駆動装置であって、
   前記ハウジングは、前記軸受けスリーブを囲む円筒凹部を有しており、前記外部ローターの周縁部は前記円筒凹部に延びていることを特徴とする、駆動装置。
10. 請求項２に記載の駆動装置であって、
    前記ハウジングは二つのハウジング部分から組み立てられており、支持用の上ハウジング部分は前記軸受けスリーブを備え、下ハウジング部分は前記上ハウジング部分の開口する主側面を閉じていることを特徴とする、駆動装置。
11. 請求項１０に記載の駆動装置であって、
    前記上ハウジング部分は、側方に突出する組み付けタブを有していることを特徴とする、駆動装置。
12. 請求項１０に記載の駆動装置であって、
    前記下ハウジング部分と前記上ハウジング部分は、係止手段により互いに接続されていることを特徴とする、駆動装置。
13. 請求項２に記載の駆動装置であって、
    前記電力部用の回路基板は、金属シートから打ち抜かれた導体構造を、射出成形によりプラスチックで包むことによって形成されていることを特徴とする、駆動装置。
14. 請求項１３に記載の駆動装置であって、
    前記導体構造は、前記回路基板の縁部から突出する接触タグを有していることを特徴とする、駆動装置。
15. 請求項１４に記載の駆動装置であって、
    前記接触タグは、前記ハウジングの外側から突出しており、前記ハウジングに成形された少なくとも一つのプラグカラーによって囲まれていることを特徴とする、駆動装置。
16. 請求項１３に記載の駆動装置であって、
    前記電力部用の前記回路基板は、円形に配置された複数の接続用開口を有しており、
    前記ステーターの接続タグは、前記接続用開口に挿入できるようになっており、
    前記導体構造は、前記接続用開口に隣接する複数の端子部を有していることを特徴とする、駆動装置。
17. 請求項１３に記載の駆動装置であって、
    前記電力部用の前記回路基板は、前記導体構造の露出した複数の金属面を有しており、
    前記電子作動システムの複数の電力半導体が、前記露出した金属面に熱的に接触していることを特徴とする、駆動装置。
18. 請求項１７に記載の駆動装置であって、
    前記電子作動システムの制御部は、前記電力部の回路基板から隔置されかつ前記回路基板に平行なプリント回路基板を備えており、
    前記電力半導体は、前記電力部の回路基板の開口を通って延び前記制御部のプリント回路基板に接続された、屈曲した接続タグを有していることを特徴とする、駆動装置。

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