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Title:
BRUSHLESS MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/111242
Kind Code:
A1
Abstract:
To provide a small-sized brushless motor in which the rise of the temperature of a power element is suppressed. A stator (2) is disposed on the same axis as the output shaft (1a) of a rotor (1). A first wiring board (3a), on which a power element (7) is mounted, is disposed at the ends of the rotor (1) and the stator (2). A second wiring board (3b) is so disposed between the rotor (1) and the first wiring board (3a) as to partition the inside of a motor casing (4). A magnetoelectric conversion element (5) is disposed on the second wiring board (3b) in close vicinity to the rotor (1). A stator winding (22) is connected to the first wiring board (3a).

Inventors:
KAMOGI YUTAKA (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/064733
Publication Date:
September 18, 2008
Filing Date:
July 27, 2007
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Assignee:
MATSUSHITA ELECTRIC IND CO LTD (JP)
KAMOGI YUTAKA (JP)
International Classes:
H02K11/00; H02K29/08
Foreign References:
JP2002031084A2002-01-31
JP2005102370A2005-04-14
JP2001210786A2001-08-03
JP2006319146A2006-11-24
Attorney, Agent or Firm:
ITAGAKI, Takao (10-10 Nishi-Hommachi 1-chome,Nishi-k, Osaka-shi Osaka 05, JP)
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Claims:
 ロータに対して固定側の検出位置に配置された磁電変換素子がロータの磁極を検出しこの検出に基づいて制御回路がステータの複数の巻線への通電をパワー素子によって切り換えて回転磁界を発生させて前記ロータを回転駆動するブラシレスモータにおいて、
  前記ロータの出力軸と同軸上に前記ステータを配置し、
 前記ロータの出力軸の反対方向の端部に対向して、前記制御回路と前記パワー素子のうちの少なくとも前記パワー素子が実装された第1の配線基板を配置し、
 前記ロータと第1の配線基板の間に前記モータケーシングの内部を仕切るように第2の配線基板を配置し、
 第2の配線基板には前記制御回路と前記磁電変換素子のうちの少なくとも前記磁電変換素子を前記ロータに近接して配置し、
 前記ステータ巻線を第1の配線基板に接続した
ブラシレスモータ。
 第1の配線基板の第2の配線基板との対向面に前記制御回路を実装し、第1の配線基板の第2の配線基板との対向面とは反対側の面に前記パワー素子を実装した
請求項1記載のブラシレスモータ。
 第1の配線基板の前記パワー素子が実装されている面の導体の膜厚が、第2の配線基板の前記磁電変換素子が実装されている面の導体の膜厚よりも厚い
請求項1記載のブラシレスモータ。
 第2の配線基板の外周に、前記ステータから第1の配線基板へ接続される前記ステータの巻線のリードが通過するガイド溝を形成した
請求項1記載のブラシレスモータ。
 第1,第2の配線基板の外周の一部に切欠部が形成されており、第1の配線基板の前記切欠部と前記モータケーシングの内周との間に嵌り合い、第1の配線基板と第2の配線基板とを間隔保持するスペーサを配設し、前記スペーサを通過する電極片で両基板間を電気接続した
請求項1記載のブラシレスモータ。
Description:
ブラシレスモータ

 本発明は駆動回路を内蔵したブラシレス ータに関する。詳しくは、自動車のエンジ ルーム環境の様な高温環境で運転されるモ タの駆動回路をモータに内蔵する方法に関 るものである。

 図11(a)と図11(b)は従来の小型のブラシレス モータを示し、ロータ1とステータ2と配線基 3をモータケーシング4に納めて構成されて る。配線基板3には、磁電変換素子5と制御回 路6とパワー素子7が実装されている。磁電変 素子5はロータ1に近接して配線基板3に配置 れている。磁電変換素子5がロータ1の磁極 検出して制御回路6がパワー素子7を介して複 数のステータ巻線2aへの通電を切り換えて回 磁界を発生させてロータ1を回転駆動してい る。

 図12は大型モータの場合を示す。特許文 1のこのブラシレスモータは、制御回路が実 された配線基板8が、回路保護ケース9の内 の中央に取り付けられており、この配線基 8によって駆動されてモータ巻線10への通電 スイッチングするパワー素子11は回路保護ケ ース9の外周壁12に取り付けて放熱されている 。

 また、パワー素子11および制御回路が実装 れた配線基板8は回路保護ケース9によりモー タ巻線10の発熱の影響から保護されている。

特開2000-4566公報

 100℃を超える高温環境下で駆動回路を内 した小型モータを運転した場合には、ステ タ巻線2aが発熱し、このステータ巻線2aから の熱の輻射や対流の影響で、パワー素子7の 近が130℃程度になることがある。しかしな ら一般的なパワー素子の動作可能なジャン ション温度の上限は150℃であるため、信頼 の向上のためにパワー素子7の発熱および付 の温度上昇を低減することが必要である。

 しかし、大型モータに見られるように回 保護ケース9を設けてこれを放熱器やモータ 巻線10の発熱の影響から保護する手段として 用する対策などは、小型モータでは採用す ことができない。

 本発明は、小型のブラシレスモータにお るパワー素子付近の温度上昇を低減するこ ができるブラシレスモータを提供すること 目的とする。

 本発明の請求項1記載のブラシレスモータ は、ロータに対して固定側の検出位置に配置 された磁電変換素子がロータの磁極を検出し この検出に基づいて制御回路がステータの複 数の巻線への通電をパワー素子によって切り 換えて回転磁界を発生させて前記ロータを回 転駆動するブラシレスモータにおいて、前記 ロータの出力軸と同軸上に前記ステータを配 置し、前記ロータの出力軸の反対方向の端部 に対向して、前記制御回路と前記パワー素子 のうちの少なくとも前記パワー素子が実装さ れた第1の配線基板を配置し、前記ロータと 1の配線基板の間に前記モータケーシングの 部を仕切るように第2の配線基板を配置し、 第2の配線基板には前記制御回路と前記磁電 換素子のうちの少なくとも前記磁電変換素 を前記ロータに近接して配置し、前記ステ タ巻線を第1の配線基板に接続したことを特 とする。

 本発明の請求項2記載のブラシレスモータ は、請求項1において、第1の配線基板の第2の 配線基板との対向面に前記制御回路を実装し 、第1の配線基板の第2の配線基板との対向面 は反対側の面に前記パワー素子を実装した とを特徴とする。

 本発明の請求項3記載のブラシレスモータ は、請求項1において、第1の配線基板の前記 ワー素子が実装されている面の導体の膜厚 、第2の配線基板の前記磁電変換素子が実装 されている面の導体の膜厚よりも厚いことを 特徴とする。

 本発明の請求項4記載のブラシレスモータ は、請求項1において、第2の配線基板の外周 、前記ステータから第1の配線基板へ接続さ れる前記ステータの巻線のリードが通過する ガイド溝を形成したことを特徴とする。

 本発明の請求項5記載のブラシレスモータ は、請求項1において、第1,第2の配線基板の 周の一部に切欠部が形成されており、第1の 線基板の前記切欠部と前記モータケーシン の内周との間に嵌り合い、第1の配線基板と 第2の配線基板とを間隔保持するスペーサを 設し、前記スペーサを通過する電極片で両 板間を電気接続したことを特徴とする。

 この構成によると、ロータと第1の配線基 板の間にモータケーシングの内部を仕切るよ うに第2の配線基板を配置したので、第2の配 基板によってステータ巻線からの熱の輻射 対流を遮って、第1の配線基板付近の温度上 昇を低減でき、第1の配線基板に実装された ワー素子付近の温度上昇を低減できる。

本発明のブラシレスモータの縦断面図 横断面図 同実施の形態の一部切り欠き斜視図 同実施の形態の分解斜視図 図1(b)のB-BB断面図 同実施の形態の第1の配線基板の上面図 と下面図および第2の配線基板の上面図と下 図 同実施の形態の第1,第2の配線基板をス ーサで連結した状態の正面図と背面図およ 断面図 同実施の形態のモータケーシング本体 正面図と底面図およびケーシング蓋の正面 同実施の形態のケーシング蓋の平面図 別の実施の形態のモータケーシング本 の正面図と底面図およびケーシング蓋の正 図 アウターロータ型の場合の縦断面図 従来の小型モータの縦断面図と横断面 図 従来の大型モータの断面図

 以下、本発明のブラシレスモータを各実 の形態に基づいて説明する。

  (実施の形態1)
 図1(a),図1(b)~図8は本発明の(実施の形態1)を す。

 図1(a)に示したブラシレスモータは図1(b) おけるA-AAの断面図である。図2は完成品の斜 視図、図3は分解斜視図、図4は図1(b)における B-BBの断面図である。

 モータケーシング4は、金属製のケーシン グ本体4aと金属製のケーシング蓋4bとで構成 れている。ケーシング本体4aとケーシング蓋 4bとで形成されるモーターケーシングの内部 は、ロータ1とステータ2ならびに第1,第2の 線基板3a,3bの一部が納められている。ステー タ2は、ロータ1の出力軸1aと同軸上に配置さ ている。第1の配線基板3aは、ロータ1とステ タ2に対してロータ1の出力軸1aの反対方向の 端部に配置されている。第1の配線基板3aには 制御回路6とパワー素子7が実装されている。 5(c),図5(d)に第1の配線基板3aの上面と背面を す。第1の配線基板3aの外周の一部13a,13b,13c 、ケーシング本体4aの内周壁から離れるよう に直線状にカットされている。

  第1の配線基板3aの直線状にカットされ 外周の一部13a,13cで挟まれた外周の一部13bに 、ガイド溝14が形成され、第1の配線基板3a 背面にはガイド溝14に近接してランド15が設 られている。

 第1の配線基板3aの外周の一部13a,13cには、 第2の配線基板3bに向かって延びる電極片16の 端が固着され、半田付けにより電気接続さ ている。

 なお、第1の配線基板3aとしては、パワー 子7が生じる発熱の放熱効果を高めるため、 パワー素子7が実装されている背面の銅箔の さは、通常の18μmや35μmよりも2倍以上厚く例 えば両面とも105μmの両面基板、あるいは少な くとも背面の銅箔の厚さが105μmで上面の銅箔 の厚さより厚い両面基板が使用されている。

 磁電変換素子5が実装された第2の配線基 3bは、ロータ1と第1の配線基板3aの間に配置 れている。詳しくは、ロータ1と第1の配線基 板3aの間にモータケーシング4の内部を仕切る ように第1の配線基板3aとは間隔L1をあけて配 されている。磁電変換素子5はロータ1に近 して配置されている。図5(a),図5(b)に第2の配 基板3bの上面と背面を示す。

 第2の配線基板3bの外周の一部17a,17b,17cは 第1の配線基板3aの外周の一部13a,13b,13cに対応 してケーシング本体4aの内周壁から離れるよ に直線状にカットされており、外周の一部1 7a,17cには第1の配線基板3aに半田付けされた前 記電極片16の先端が接触するランド18を有す 端子部19が突出して形成されている。また、 第2の配線基板3bの外周の一部17bにも、第1の 線基板3aと同様にガイド溝20が形成されてい 。

 なお、第2の配線基板3bとしては、上面と 面の銅箔の厚さが、例えば18μmあるいは35μm の両面基板を使用している。

 この第1,第2の配線基板3a,3bは、図4と図6(a) ,図6(b),図6(c)に示すように電気絶縁性のスペ サ21aを、第1の配線基板3aの外周の一部13aと 2の配線基板3bの外周の一部17aとの間にセッ し、電気絶縁性のスペーサ21bを、第1の配線 板3aの外周の一部13cと第2の配線基板3bの外 の一部17cとの間にセットして、第1,第2の配 基板3a,3bの間隔を前記間隔L1に保持すると共 、第1の配線基板3aの側の前記電極片16の先 と第2の配線基板3bの端子部19の前記ランド18 を接続状態に保持している。

 ケーシング本体4aにロータ1とステータ2を 納めて、上記のようにスペーサ21a,21bで連結 た第1,第2の配線基板3a,3bを次に納める際には 、ステータ2のステータ巻線のリード22を、ケ ーシング本体4aの内周壁23と第1の配線基板3a 外周の13bとの間に形成される空間、ならび ケーシング本体4aの内周壁23と第2の配線基板 3bの外周の17bとの間に形成される空間から引 出しておき、第1,第2の配線基板3a,3bをケー ング本体4aに納めた後にステータ巻線のリー ド22を、図1(a),図1(b)と図5(a),図5(d)に示すよう 、第2の配線基板3bのガイド溝20と第1の配線 板3aのガイド溝14を通して、第1の配線基板3a の背面のランド15に接続されている。

 この結線が完了する前工程において、次 ようにして第1,第2の配線基板3a,3bを位置決 し接続している。

 図7(a)はこの場合のケーシング本体4a、図7 (b)はケーシング本体4aのC-CC矢視図、図7(c)は の場合のケーシング蓋4bを示している。ケー シング本体4aの外周に形成した切り起こし片2 4をケーシング本体4aの内側へ折り曲げ、切り 起こし片24の先端部によって図6(b)に示すよう に第1の配線基板3aの外周部を受けて支持して 、第1,第2の配線基板3a,3bの軸方向高さを位置 めし、切り起こし片24に対応するケーシン 本体4aの端部4cをカシメ加工することにより 定する。

 切り起こし片24による第1,第2の配線基板3a ,3bの位置決め固定が完了すると、ステータ巻 線のリード22を、第1の配線基板3aの背面のラ ド15に結線し、その後にケーシング蓋4bをケ ーシング本体4aに挿入し、カシメ加工により 定する。

 これによって、磁電変換素子5がロータ1 磁極を検出した検出信号などは、第2の配線 板3bから電極片16を介して第1の配線基板3aの 制御回路6に入力され、制御回路6が同じ第1の 配線基板3aに搭載されているパワー素子7を介 してステータ巻線への通電を切り換えて回転 磁界を発生させてロータ1を回転駆動してい 。

 さらに、ロータ1とステータ2の側が前述 ように130℃程度に温度上昇していても、こ 実施の形態ではロータ1とステータ2の側と第 1の配線基板3aとの間に、第2の配線基板3bが介 装されていて熱の輻射および対流を遮断して いるため、第1の配線基板3aに実装された制御 回路6ならびのパワー素子7付近の温度上昇を 来に比べて低減できる。

 ここで制御回路6からパワー素子7への信 は、第1の配線基板3aの上面と背面とを接続 るスルーホールによって供給できるため、 ータ駆動用のインバータ回路を構成する際 パワー素子7の裏側直近にパワー素子の駆動 路を配置する事が可能になるため、インバ タ各相の配線長をほぼ等しくかつ配線距離 短くすることができるため、パワー素子と てMOSFET等の高速スイッチング素子を使用す 際に各相のゲート駆動回路のインピーダン をほぼ等しくかつインダクタンス成分を低 することができるので、スイッチング周波 の高速化による性能の向上および信頼性の 上を期待できる。

 また、この実施の形態のケーシング蓋4b 形状は、ケーシング本体4aから突出している 第1,第2の配線基板3a,3bの一部を収容するシー ドケースを形成するために、図3と図8に示 ようにシールドケース底部25とシールドケー ス側壁26とが連接されており、シールドケー 側壁26の両端部27a,27bがシールドケース底部2 5の側面に沿うように絞り加工されている。 らにケーシング蓋4bをケーシング本体4aに取 付けた後に、シールドケース側壁26の上部 口28が金属製の補助蓋29で閉塞されている。

 また、第1の配線基板3aの外周の全部がケ シング本体4aの内周に近接しているのでは く、第1の配線基板3aの外周の一部13a,13b,13cは 、ケーシング本体4aの内周壁から離れるよう 直線状にカットされているため、ケーシン 本体4aから第1の配線基板3aへの熱伝導も低 されている。

  (実施の形態2)
 上記の実施の形態では第1,第2の配線基板3a,3 bは、スペーサ21a,21bで間隔保持された上で、 1の配線基板3aの位置をケーシング本体4aの り起こし片24によって軸方向の高さを位置決 めして組み立てたが、スペーサ21a,21bを使わ くても組み立てることができる。

 具体例を図9(a),図9(b),図9(c)に示す。

 図9(a)はこの場合のケーシング本体4a、図9 (b)はケーシング本体4aのD-DD矢視図、図9(c)は の場合のケーシング蓋4bを示している。

 ケーシング本体4aには、第1の配線基板3a 固定する第1の切り起こし片30aとは別に、第2 の配線基板3bを固定する第2の切り起こし片30b を形成する。ケーシング本体4aに第2の配線基 板3bを挿入してこれを第2の切り起こし片30bで 軸方向の高さを位置決めしながら切り起こし 片30bに対応するケーシング本体4aの端部4dを シメ加工することにより固定する。次にケ シング本体4aに第1の配線基板3aを挿入してこ れを第1の切り起こし片30aで軸方向の高さを 置決めしながらケーシング本体4aの切り起こ し片30aに対応する端部4eをカシメ加工して固 した後、ケーシング蓋4bをケーシング本体4a に挿入してケーシング本体4aにカシメ加工に り固定することによって実現できる。

 上記の各実施の形態では、第1の配線基板 3aに制御回路6とパワー素子7を実装し、第2の 線基板3bに磁電変換素子5を実装したが、第1 の配線基板3aにパワー素子7を実装し、第2の 線基板3bに磁電変換素子5と制御回路6を実装 て構成することもできる。

 上記の各実施の形態では、第1,第2の配線 板3a,3bの一部がケーシング本体4aから突出し 、この突出した部分をシールドできるように ケーシング蓋4bを形成したが、第1,第2の配線 板3a、3bがケーシング本体4aの内側に全部が まる形状にした場合にも同様に実施するこ ができる。

 上記の各実施の形態では、インナーロー 型を例に挙げて説明したが、図10に示すよ にアウターロータ型であっても同様に実施 ることができる。ここでは内側の固定側に テータ2が取り付けられており、その外周に テータ2と同軸上にロータ1が回転自在に支 されている。なお、この場合のモーターケ シング4は、ロータ1の外周と間隙をもってロ ータ1を覆うように構成されており、第2の配 基板3bによってケーシング内部を仕切るこ によって、第1の配線基板3aへの熱の伝達を 減することができる。

 本発明は小型ブラシレスモータを使用し 各種機器の信頼性の向上に寄与できる。