JP5591184B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関する。

電動機としてのＤＣブラシレスモーターには、コイルが巻回されたステーターが嵌め込まれた上ケースの中に、ローターが配置される構造のものがある。また、上ケースの中でプリント基板がステーターに固定され、さらに下ケースが取り付けられる。このような構造のＤＣブラシレスモーターにおいて、放熱性を改良するために、ステーターケース内にステーターとローターを配置し、軸受けハウジング構造をもったケース底面に、電子部品を配置してモールドする技術が、例えば特許文献１に開示されている。

また、ブラケットを用いて上ケースと下ケースとの間を仕切ることで、基板が設けられる回路空間と、ステーターやローターが設けられるモーター空間とにケース内を区切る技術が、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２では、ステーターから延びるピンを基板に形成された穴に貫通させ、その穴部分でピンと基板とをはんだ接合している。また、ステーターから延びるピンを貫通させるためにブラケットにも貫通穴が形成されている。ブラケットに形成された貫通穴部分に防湿材を設けることで、モーター空間から回路空間に湿気が入り込むのを防いでいる。

特開２００１−１２８４１７号公報 特開２０１１−６６９８０号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、ブラケットの貫通穴部分に防湿材を塗布してから基板を配置すると、ピンを通すために基板に形成された穴から防湿材が染み出してしまう場合がある。ピンを通す穴から染み出した防湿材が、ピンと基板とのはんだ接合の邪魔になり、はんだ接合の品質が確保できないという問題があった。一方、防湿材の染み出しを防ぐために、防湿材の乾燥を待ってから基板を配置すれば、加工時間が増加してしまい、コストが増加してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板の穴からの防湿材の染み出しを抑えて、品質の向上およびコストの抑制を図ることのできる電動機を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ステーターと、ステーターを内部に収容するフレームと、ステーターの内側に配置されるローターと、ローターに連結されたシャフトと、シャフトを回転可能に保持するブラケットと、ブラケットに対してステーターの反対側に配置される基板と、ステーターに立設されてステーターと基板とを電気的に接続するピンと、を備え、ブラケットには、ピンが貫通する貫通穴が形成され、貫通穴の周囲には、窪みが形成されることを特徴とする。

本発明によれば、ステーターとブラケットとの位置ずれ、および基板とブラケットとの位置ずれを抑えて、ホールＩＣとステーターとの位置決め精度が低下するのを抑えて、効率の悪化の抑制や異常音の発生の抑制を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかるＤＣブラシレスモーターの側面図である。 図２は、図１のＡ部分を拡大した部分拡大断面図である。 図３は、ブラケット部分の平面図であって、図１に示す矢印Ｂに沿って見た矢視図である。 図４は、基板の平面図である。 図５は、ステーターの平面図である。 図６は、基板搭載後のブラケット部分の平面図であって、図１に示す矢印Ｂに沿って見た矢視図である。 図７は、図３に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。 図８は、電動機の回路ブロック図である。 図９は、比較例としての従来の電動機における図１に示すＡ部分に相当する部分の部分拡大断面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる電動機および換気扇を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるＤＣブラシレスモーターの側面図である。図２は、図１のＡ部分を拡大した部分拡大断面図である。図３は、ブラケット部分の平面図であって、図１に示す矢印Ｂに沿って見た矢視図である。図４は、基板の平面図である。図５は、ステーターの平面図である。図６は、基板搭載後のブラケット部分の平面図であって、図１に示す矢印Ｂに沿って見た矢視図である。図７は、図３に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。図８は、電動機の回路ブロック図である。なお、図１では、ＤＣブラシレスモーター３１の内部構造を説明するために、一部を断面で示している。

電動機としてのＤＣブラシレスモーター３１では、フレーム１とカバー６とで構成される外郭の内部に各要素が納められている。ハウジング１ａを持った金属性のフレーム１の内径には、ステーター２が圧入されている。ステーター２は、鉄心２ａにコイル２ｂが巻回されて構成される。

ハウジング１ａには、軸受け４に適切な荷重を与えるためのスプリング１４が挿入される。ローターシャフト３は、ステーター２の内部に配置される。ローターシャフト３は、シャフト３ａに軸受け４とローター３ｂとを備えて構成される。軸受け４は、シャフト３ａを回転可能に支持する。ローター３ｂは、円環形状を呈する。

ブラケット５は、ステーター側突起５ａとブラケットフランジ５ｃとを備えている。ステーター側突起５ａをフレーム１の内径に挿入するとともに、フレーム１に形成されたフレームフランジ１ｂとカバー６に形成されたカバーフランジ６ａとでブラケットフランジ５ｃを挟みこむことで、フレーム１とカバー６で構成される外郭に対するブラケット５の位置決めと固定が行われる。

ブラケット５には、ブラケットハウジング（軸保持部）５ｅが一体形成されている。ブラケットハウジング５ｅは、シャフト３ａの外周に立設され、本実施の形態では、シャフト３ａの周囲を囲むように形成されている。ブラケットハウジング５ｅの内側、すなわちブラケットハウジング５ｅに対するシャフト３ａ側には、金属製の金属ハウジング８が設けられる。

上述したように、ステーター側突起５ａをフレーム１の内径に挿入してブラケット５の位置決めと固定を行うことで、ハウジング１ａの中心と金属ハウジング８の中心とが位置合わせされるようになっている。また、軸受け４ａ（４）は、フレーム１に保持され、軸受け４ｂ（４）は、金属ハウジング８を介してブラケットハウジング５ｅに保持される。すなわち、フレーム１およびブラケットハウジング５ｅ（金属ハウジング８）が、それぞれ軸受け４（４ａ，４ｂ）を介してシャフト３ａを保持する。

ブラケット５には、ピン２ｃ（図５も参照）を通すための貫通穴５ｄが形成されている。ピン２ｃは、ステーター２に埋設されて基板９と電気接続するためのものである。貫通穴５ｄは、ステーター２へのピン２ｃの埋設ピッチに合わせて形成されている。

貫通穴５ｄは、ステーター２側から基板９側に向けてその直径が小さくなるように形成されており、基板９側でブラケット５とピン２ｃとのスキマが最小となる。貫通穴５ｄには、ピン２ｃを貫通させた上で、ステーター２側から基板９側への湿気進入を抑制するように、ピン２ｃとブラケット５との隙間全面に速乾性のある防湿処理１０が施される。

基板９は、ブラケット５に対してステーター２側の反対側に取り付けられる。基板９は、貫通穴５ｄを貫通したピン２ｃとはんだ等で接合されて固定される。図４，７に示すように、基板９には、ローター位置検出手段であるホールＩＣ９ｂ、モーターを回転させるための駆動回路９ｇ、電源回路９ｆ、マイコン９ｈ等を構成する電子部品９ａが取り付けられている。

基板９には、電子部品９ａから発生する熱を放熱するためのアルミ製の放熱フィン９ｉが取り付けられている（図１を参照）。放熱フィン９ｉには、クッション性を有する放熱シート１１と、電気絶縁性を有する絶縁シート１２とを取り付けた後に、金属性のカバー６が取り付けられる。

カバー６は、ブラケット５のカバー側突起５ｂに嵌合する。また、図２に示すように、フレーム１のフレームフランジ１ｂと、ブラケット５のブラケットフランジ５ｃと、カバー６のカバーフランジ６ａとを合わせて、フレーム穴１ｃにカバー突起６ｂを挿入してカバー突起６ｂを折り曲げることで、フレーム１とブラケット５とカバー６とが組み合わされた状態で固定される。

ブラケットフランジ５ｃ、フレームフランジ１ｂ、カバーフランジ６ａにはネジ穴７が設けられており（図３も参照）、このネジ穴７を用いてＤＣブラシレスモーター３１が換気扇などの製品にネジ止めされる。

ブラケット５には、樹脂製のものが用いられる。ブラケット５を樹脂製にすることで絶縁性を有するため、コイル２ｂ、ピン２ｃ、基板９と、フレーム１、カバー６の半径方向への沿面距離を確保することができる。また、軸方向へはコイル２ｂとブラケット５のスペースを接触するまで最小限に設置でき、基板９とブラケット５のスペースも接触するまで最小限に設置できるため小型化を図ることができる。

また、ブラケット５のステーター側突起５ａがフレーム１の内径に挿入されるため、ブラケット５の金属ハウジング８とフレーム１のハウジング１ａとの同軸度を良好にでき、精度よく組立を行うことができる。

ブラケットフランジ５ｃをフレームフランジ１ｂとカバーフランジ６ａとで挟み込み、フレームフランジ１ｂとカバーフランジ６ａを固定することで、ブラケットフランジ５ｃを簡単に固定できる。また、軸方向に対する輸送振動や落下衝撃のストレスが基板９とピン２ｃとの接合部や基板９自体に加わることを抑えることができるため、基板９とピン２ｃとの接合部や基板９自体の品質低下を抑制することができる。

ブラケット５に形成された貫通穴５ｄは、ステーター２側の直径を大きくし、基板９側の直径がピン２ｃとのスキマが最小となるように形成されているため、コイル２ｂをピン２ｃにからげる空間を設けられるため、ブラケット５を設置する時に断線などコイル２ｂを傷つけるおそれがなくなる。

フレーム１の内径にブラケット５が圧入され、貫通穴５ｄには貫通するピン２ｃとの隙間を無くすように防湿処理１０が施されているため、ステーター２やローターシャフト３の空間と基板９側の空間を分離することができる。そのため、基板９側の空間に湿気が侵入するのを抑えることができ、湿気や結露などにより基板９が故障するのを回避しやすくなる。

電子部品９ａ側の耐湿性能が向上するため、その他の部分への防湿処理を省略したり軽微にしたりすることができるので、モールドやポッティングの作業時間や工程数を削減することができる。これにより、コストの抑制を図ることができる。

放熱フィン９ｉと、クッション性を有する放熱シート１１と、電気絶縁性を有する絶縁シート１２とを介して電子部品９ａをカバー６に接触させることで、電子部品９ａで発生する熱を、カバー６全体を通して外部へ放出させることができるため、電子部品９ａの温度上昇を抑えることができる。

フレーム穴１ｃとカバー突起６ｂを圧入寸法関係とすることで、フレーム穴１ｃにカバー突起６ｂを挿入すれば、フレーム１とカバー６を確実に導通させることができる。そのため、モーターのアース構造をモーター外郭（フレーム１とカバー６）のどこにでも設けることができ、製品組立時の作業性が良くなる。

また、カバー突起６ｂをフレーム穴１ｃに挿入してから折り曲げれば、フレーム１と、ブラケット５と、カバー６とを組み合わせた状態で固定できるため、固定用のネジを削減してコストの抑制を図ることができる。もちろん、カバー６側に穴を形成し、フレーム１側にその穴に合う突起を設けるように構成してもよい。

また、電子部品９ａの温度上昇などによる故障といった異常時にも、基板９が金属製のカバー６で覆われているため、ＤＣブラシレスモーター３１を安全に停止させることができる。

図８に示すように、基板９には外部から商用交流電源１３が投入され、電源回路９ｆにて交流電源が直流電圧に変換され、それぞれの素子に応じた電圧で電源の供給が行われる。

駆動回路９ｇは、ピン２ｃ（図２、図５も参照）を通して、ステーター２に設けられたコイル２ｂに対して所定方向電流が流れるよう交流電圧を発生させる。コイル２ｂに流れる電流によってローターシャフト３が回転する。

マイコン９ｈは、ローター位置検出手段であるホールＩＣ９ｂの信号を元に、モーターの誘起電圧位相を検出し、誘起電圧位相と駆動回路９ｇから発生するモーター相電流位相が同位相になるように制御を行う。誘起電圧位相とモーター相電流位相が同位相となることでモーターの効率を最大化することができる。

駆動回路９ｇは、モーター相電流が正弦波になるよう正弦波駆動を行っている。正弦波駆動を行うことでモーターの振動が低減する。そのため、ダクト換気扇などのファンモーターとして使用する場合においても、製品における防振構造の省略や軽微な防振構造の採用を行うことができるため、製品を低コストで生産できる。

図２に示すように、ブラケット５の基板９側の面には、貫通穴５ｄの周りに窪み５ｐが形成される。ブラケット５の貫通穴５ｄにピン２ｃを貫通させた状態で、窪み５ｐ部分に液状の防湿材を注入することで防湿処理１０が形成される。

窪み５ｐを設けることで、防湿材の注入が容易になり、防湿処理１０を施す場合の作業性の向上を図ることができる。また、窪み５ｐからはみ出さない量に防湿材の注入量を抑えれば、基板９をブラケット５に配置した際に、基板９への防湿材の付着や基板９に形成された貫通穴９ｋからの防湿材の染み出しを抑えることができる。これにより、基板９とピン２ｃとのはんだ接合の品質を確保しやすくなる。

図３および図７に示すように、ブラケット５には、基板９を固定する基板固定台５ｍが設けられている。基板固定台５ｍには、基板固定ネジ９ｊを用いて基板９を固定（図６も参照）するためのネジ穴５ｎが設けられている。

基板固定台５ｍは、貫通穴５ｄが形成される面よりも基板９側に突出するように形成されている。すなわち、ブラケット５の基準面Ｔからの高さＨ１（図２を参照）よりも、基準面からの高さＨ２（図７を参照）のほうが大きくなっている。これにより、基板固定台５ｍに基板９を固定した際に、ブラケット５の貫通穴５ｄ部分と基板９との間に隙間ができる。

したがって、基板９をブラケット５に配置した際に、基板９への防湿材の付着や基板９に形成された貫通穴９ｋからの防湿材の染み出しをより一層抑えることができる。これにより、基板９とピン２ｃとのはんだ接合の品質をより一層確保しやすくなる。例えば、ブラケット５の貫通穴５ｄ部分と基板９との間に０．５ｍｍ以上の隙間を設けることが好ましい。すなわち、Ｈ２−Ｈ１≧０．５ｍｍとすることが好ましい。

また、液状の防湿材の乾燥を待たずに、基板９を配置するなど、ＤＣブラシレスモーター３１の組み立てを進めることができるので、加工時間の短縮化を図ることができる。これにより、コストの抑制を図ることができる。

図９は、比較例としての従来の電動機における図１に示すＡ部分に相当する部分の部分拡大断面図である。図９に示すように、ブラケット１０５に窪みが形成されていない場合や、ブラケット１０５の貫通穴１０５ｄの周囲部分と基板９との間に隙間がほとんど設けられていない場合には、防湿材（防湿処理１１０）が基板９の貫通穴９ｋから染み出しやすくなる。そのため、染み出した防湿材が基板９とピン２ｃとのはんだ接合の邪魔になり、はんだ接合の品質を確保しにくくなる。

以上のように、本発明にかかる電動機は、ＤＣブラシレスモーターに有用であり、特に、換気扇に取り付けられるＤＣブラシレスモーターに適している。

１ フレーム
１ａ ハウジング
１ｂ フレームフランジ
１ｃ フレーム穴
２ ステーター
２ａ 鉄心
２ｂ コイル
２ｃ ピン
３ ローターシャフト
３ａ シャフト
３ｂ ローター
４ 軸受け
５ ブラケット
５ａ ステーター側突起
５ｂ カバー側突起
５ｃ ブラケットフランジ
５ｄ 貫通穴
５ｅ ブラケットハウジング
５ｍ 基板固定台
５ｎ ネジ穴
５ｐ 窪み
６ カバー
６ａ カバーフランジ
６ｂ カバー突起
７ ネジ穴
８ 金属ハウジング
９ 基板
９ａ 電子部品
９ｂ ホールＩＣ（ローター位置検出手段）
９ｆ 電源回路
９ｇ 駆動回路
９ｈ マイコン
９ｉ 放熱フィン
９ｊ 基板固定ネジ
９ｋ 貫通穴
１０ 防湿処理
１１ 放熱シート
１２ 絶縁シート
１３ 商用交流電源
１４ スプリング
３１ ＤＣブラシレスモーター（電動機）
１０５ ブラケット
１０５ｄ 貫通穴
１１０ 防湿処理
Ｂ 矢印
Ｔ 基準面

Claims (4)

1. ステーターと、
   前記ステーターを内部に収容するフレームと、
   前記ステーターの内側に配置されるローターと、
   前記ローターに連結されたシャフトと、
   前記シャフトを回転可能に保持するブラケットと、
   前記ブラケットに対して前記ステーターの反対側に配置される基板と、
   前記ステーターに立設されて前記ステーターと前記基板とを電気的に接続するピンと、を備え、
   前記ブラケットには、前記ピンが貫通する貫通穴および前記基板が載置されて固定される基板固定台が形成され、
   前記ブラケットの前記貫通穴の周囲は、前記基板側に突出し、
   前記基板固定台は、前記貫通穴の周囲の突出部分よりも前記基板側に突出するように形成されていることを特徴とする電動機。
2. 前記貫通穴の周囲の突出部分であって、前記貫通穴の周囲には窪みが形成されることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記貫通穴は、前記ステーター側から前記基板側に向かって直径が小さくなるテーパー状に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 前記ブラケットは、樹脂製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電動機。

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