JPH0740780B2 - 無刷子電動機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は家庭用エアコン等の送風ファン駆動源として用
いられる無刷子電動機に関するものである。

従来の技術 近年エアコン等の空調機器においては、コンプレッサの
能力制御をすることが主流になりつつある。そしてこれ
に対応して熱交換器への送風量も幅広く多段階に調整す
ることが要求され、これら要望を満たすものとして従来
から使われてきたファン駆動源としての誘導電動機に替
って、速度調整の容易な無刷子電動機を直流電源で運転
する方式が採用されつつある。そしてこの種の電動機に
対しても軽薄短小化への要望は強いものがある。

この無刷子電動機の駆動方法としては従来２通りの方法
が考えられ、採用されている。その第１の従来方法は、
第15図のブロック図に示すような構成をとり、モータ部
Ａと駆動部回路部Ｂとを別体で構成して、各部の間をリ
ード線群Ｃで接続する方法である。

また、第２の方法として、第16図に示すようにモータ部
Ａと駆動部回路部Ｂとを樹脂モールドで一体的に構成す
る方法である。その例として、実開昭57−183053号公
報、実開昭55−141283号公報、特開昭55−104594部公報
等に記載の方法があげられる。

本発明は、この第２の方法に関するもので、以下第２の
方法の従来例につき図面に基づき説明する。

第17図は実開昭57−183053号公報に記載の無刷子電動機
の縦断面図である。

第17図において、鉄心１の継鉄部に巻線２が巻装され樹
脂モールド３で外郭が形成されている。そして、軸受け
4,5により軸６が支承されると共に、永久磁石回転子７
が構成されている。

一方、制御回路８および制御回路を構成する集積回路９
はプリント基板10の反鉄心側の面に固定され、樹脂モー
ルド３内の巻線端部に埋設されている。

また位置センサ12はプリント基板10の鉄心側の面に固定
されている。電源はリード線13によって制御回路８に供
給され、リード線13は口出ブッシュ14により樹脂モール
ド３に支持されている。樹脂モールド３の一部には冷却
フィン11が形成されている。

第18図は実開昭55−141283号公報に記載の無刷子電動機
の（ａ）正面および（ｂ）側面の各断面図である。

第18図において、固定子鉄心１の継鉄部に巻線が巻装さ
れ鉄心はフレームＤに固定され、フレームに固定された
軸６および軸受け4,5により永久磁石回転子７が支承さ
れ構成されている。

一方、センサを含む制御回路部品を搭載するプリント基
板10は、各磁極部間に存在する空間部に構成され、巻線
が干渉する部分には切り欠きが設けられている。

発明が解決しようとする問題点 以上のような従来の構成では次のようなことが考えられ
る。

まず、実開昭57−183053号公報の構成に対してその問題
点を以下に述べる。

１）．プリント基板の両側の面に部品が実装されるので
プリント基板は両面に銅箔を有する両面基板が必要にな
り、材料コストが高くつく。

２）．電動機の軸方向長さとして、固定子鉄心のプリン
ト基板側端面からの必要な累積長さを算出すると次のよ
うになる。

鉄心絶縁厚さ＋コイルエンド高さ＋半田付け高さ＋絶縁
距離＋プリント基板厚さ＋制御回路部品高さ＋樹脂モー
ルド厚さ となり、この寸法は電動機の軸方向長さの全体に対して
大きな比率を占めることになり、軽薄短小のニーズを満
足させることができない。

３）．前記第２項の理由によりモールド樹脂の使用量も
多くを必要とし、材料コストが高くなる。

４）．プリント基板および制御回路用部品が、樹脂モー
ルド内で偏在するため、モールド樹脂の成形時に樹脂流
動にアンバランスを生じ、成形条件の管理が困難になる
とともに、成形品のヒートショック等の性能面において
もバラツキが大きくなる。

次に実開昭55−141283号公報による第18図の例では、 １）．プリント基板を巻線高さ内に沈み込ませるために
切り欠きを設けていることから、磁極部の数が増加する
と、プリント基板面積（スペース）が極端に少なくな
り、制御回路部品の搭載およびプリント配線パターンが
制限されるので、プリント基板を巻線高さ（コイルエン
ド）以下に沈み込せることは不可能になる。

２）．前記第１項の構成のもと樹脂モールドで成形を実
施しようとすると、制御回路はその取付位置を極力低く
するか、固定台等で補強するなどしてモールド圧力に対
しての配慮が必要である。

問題点を解決するための手段 本発明は前記従来例の問題点を解決するために次のよう
な手段を構ずる。すなわち、複数のスロットを有する環
状の固定子鉄心の歯部毎に絶縁層を介して巻線を施し、
プリント基板には駆動回路用部品と電気角120゜のピッ
チを有する３個の位置センサとを同一面に装着し、電気
供給用リード線に接続するための口出ブッシュと駆動回
路のICまたはパワートランジスタの少なくとも１個とを
プリント基板の略直径線上に配し、３個の位置センサを
保持固定する一体成形センサ固定台を、その中央位置セ
ンサが上記直径線とほぼ直交するように配置し、上記IC
またはパワートランジスタの少なくとも１個をセンサ間
のいずれか一方に配設し、他の駆動回路用部品の少なく
とも一部はプリント基板の上記直径線に対してセンサ固
定台とは反対側でかつ固定子鉄心の歯部と歯部との間す
なわち巻線と巻線との間の空間に位置するように配置
し、プリント基板の駆動回路用部品を装着した面を固定
子鉄心端面に対向して配設する。この時センサ固定台は
鉄心歯部に設けたシュラウドの挿入溝に挿入されてお
り、固定子鉄心、巻線、プリント基板を熱硬化性樹脂で
一体的に成形固化して固定子とする。このようにして得
られた固定子と回転子とを軸受装置によって回転自在に
支持することにより本発明の無刷子電動機となる。

作用 以上の構成とすることにより、プリント基板は片面のみ
に銅箔を有するいわゆる片面基板の使用が可能になると
ともに、センサ固定台にセンサ３個が電気角120度ピッ
チで挿入され、かつ一体的に構成されるので最小限の大
きさにすることができる。

一方口出ブッシュとICまたはパワートランジスタとをプ
リント基板のほぼ直径線上に配し、センサ固定台をプリ
ント基板の直径線の一方側に配し、１個のパワートラン
ジスタまたはICをセンサとセンサの間に配置し、その他
の部品をセンサ固定台のない側に配することで、プリン
ト基板上での部品を分散配置できる。

また、センサ固定台は小形にできることからその強度も
強化され、駆動回路用部品も巻線と巻線の間の空間に配
置されることから、コイルエンドがプリント基板に接触
する付近までプリント基板を固定子鉄心に近づけて配置
することが可能になる。

その結果モールド樹脂の使用量を減じることができる。
またプリント基板に装着される駆動回路用部品の内、比
較的容積が大きいパワートランジスタとドライバーICは
放射状に配置することになり部品の偏在を緩和すること
ができるとともにモールド樹脂の流動圧に影響を受ける
ことなく信頼性の高い電動機とすることができる。

実施例 以下、本発明を３相全波通電方式の無刷子電動機に応用
した例により、図面に基づき詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の無刷子電動機の固定子巻線組
立状態図である。第１図において、固定子鉄心１は鉄板
の積層で構成され、鉄心絶縁２が鉄心１との一体成形ま
たは成形品の鉄心への挿入により形成されている。この
鉄心絶縁については後に第７図で詳細に説明する。鉄心
絶縁２の施された鉄心１の歯部1aに対して巻線３が巻装
されている。この時、鉄心絶縁２のシュラウド部2a、2b
は巻線が崩れるのを防止し、同時にシュラウド部2aの内
径面にはセンサ固定台８挿入のための溝2cが設けられて
いる。

一方プリント基板４はその外周に巻線引掛溝4aや巻線端
巻付け突起4bを有しながらも略ドーナツ状に形成してあ
り、これに対して、ドライバーIC5と電気供給用リード
線13が接続された口出ブッシュ14とはほぼ直径線上に配
置され、ホール素子を利用した位置センサ７は電気角が
120度ピッチ、機械角では60度ピッチとなるよう配設さ
れたセンサ固定台８に挿入されてプリント基板４に装着
される。この時センサ固定台８はその中央位置センサが
口出ブッシュ14とドライバーIC5を結ぶ直径線に対し
て、直交する直線上にほぼくるように配置され、パワー
トランジスタアレイ6aはセンサ間に配置され、パワート
ランジスタアレイ6bはその他の部品とともに直径線に対
してセンサ固定台の反対側に配置して構成されている。
このプリント基板４を巻線が完了した固定子鉄心１に装
着した時、巻線３やシュラウド部2a、2bに接触あるいは
干渉しない位置に装着される。

プリント基板４は後述する樹脂成形時の金型内でプリン
ト基板４を定位置に保持するとともに、成形後の電動機
組立時に通しボルトあるいはリベット等を挿通するため
の穴でかつ成形する金型ピンを挿通するための穴4cが設
けられている。さらにプリント基板４には電源供給用の
リード線群13を樹脂成形時に熱と圧力から保護するため
の口出ブッシュ14が、リード線群13に固定される。この
時、口出ブッシュ14とプリント基板４の干渉を防止し、
口出ブッシュ14の位置を決めるために、プリント基板４
に位置決め溝4dを設けて鉄心絶縁との位置決め用穴4eも
設けている。

以上のように構成した巻線が完了した固定子鉄心１と部
品装着済みのプリント基板４は、第２図の巻線完成側面
図に示すようにシュラウド部と隣のシュラウド部との間
にドライバーIC5やパワートランジスタアレイ6a,6bが位
置し、シュラウド部の軸方向先端がプリント基板面に当
接されるように組合されて固定子巻線完成品15が完成す
る。

この時プリント基板に配設されたセンサ固定台８は、シ
ュラウドに設けられたセンサ固定台挿入溝2cに挿入され
る。第３図はこの状態の斜視図で、巻線端3aはプリント
基板４の巻線引掛溝4aに引掛けた後、巻線端巻付け突起
4bに巻付けられ、半田等で導電固定されている。なおこ
の第３図にはプリント基板面のプリント配線および駆動
回路用部品リード穴等は図示していない。

固定子巻線完成品15は樹脂モールドで成形され固定子と
なるが、第４図は樹脂成形状態を示す断面図である。下
金型16のキャビティ16aに固定子巻線完成品15を装着
し、上金型17で密閉してゲート18よりモールド樹脂19が
加圧注入される。

上金型17には複数のピン20および21が突出しており、ピ
ン20はモータ組立時にボルトまたはリベット等締結用部
品を挿通するための穴を確保するもので、ピン21は樹脂
成形時のモールド樹脂19の流動圧等でプリント基板４を
保持して、移動したり曲げられたりすることを防止する
ものである。

上記と同様の目的から下金型16のマンドレル16bの上端
部にもピン22が設けられている。またピン20にも、同様
な目的を持たせて第５図に示すような異形段付形状と
し、樹脂成形時には外周突起部20aによりプリント基板
４を押える。このピン20によって形成された穴の正面拡
大形状および縦断面は第６図のようになり、ピン20の外
周面取部20bによって形成された部分は通しボルトやリ
ベットで締結する際の座として利用する。

鉄心絶縁２は第７図に示すような形状が一例として考え
られる。これは固定子鉄心１との一体成形により得たも
ので、歯部1a毎に内側シュラウド部2a、外側シュラウド
部2bが形成されている。内側シュラウド部2aの内径面に
は、第８図で示すセンサ固定台８のセンサ挿入部8aを収
納するための溝2cを設けるとともに、この溝2cの両側部
分2dの肉厚を他の部分より厚く成形してある。

また、外側シュラウド部2bにはプリント基板４を位置決
めする突起2eが複数設けられる。センサ固定台８はセン
サ挿入部8aの巾より大きく形成し、両者の中心を電機子
反作用による位相ズレ分の調整をするため移動できるよ
うにして、かつセンサのリード7aを挿入する溝8cは、第
９図に示すごとく溝先端からセンサのリード挿入穴8dま
での間で滑らかな勾配をもたせ、センサのリードをフォ
ーミングせずに挿入できる形状としてある。

また、第10図に示すごとくセンサ挿入部8aにセンサ挿入
溝8bを２個隣合せに設けることも可能で、このように２
個の溝を配備すると、電動機の回転方向が正逆どちらの
用途にも対応可能とすることができる。

さらにセンサ挿入溝8bを中央の１ケ所に配設すると、一
台で正逆転可能な電動機とすることもできる。

第11図は本発明の一実施例である内転形無刷子電動機の
組立状態斜視図であり、第12図は第11図の電動機正面
図、第13図は第12図のＡ−０−Ｂ線による側断面図であ
る。

第11図において、固定子23に永久磁石回転子が挿通さ
れ、両側より軸受装置25を装着して、締結部品26により
締結して完成する。

ここで永久磁石回転子24は軸27とこれに固定された回転
子ヨーク28および回転子ヨーク外周に接着剤で固着され
た永久磁石片29とで構成され、回転子ヨーク28の外周面
には余分な接着剤のたまりスペースとして複数の凹が軸
方向に設けられ、装着による永久磁石片29の固着を容易
にしている。また永久磁石片29の周方向の片端が常に回
転子ヨーク28の外周に設けた凸部に当接させて、接着に
よる位置決めを容易にするように配置される。

固定子23の端面には軸受装置25を当接する凹部23aが形
成されているが、この一部は放射状に固定子23の外径面
まで達するよう形成し、第14図に示すごときフランジ付
き軸受け装置25aの当接も可能なように構成される。

第13図において永久磁石回転子24の負荷軸側端面にスラ
ストボス30が装着されている。これは永久磁石回転子24
が負荷軸側にスラスト力を受けた場合に、負荷軸側への
移動量を規制するもので、軸受装置25の一部に当接して
規定量以上の移動（スラスト量）を防止する。

発明の効果 以上説明したごとく本発明の構成とすることにより、次
のような効果が得られる。

．使用するプリント基板は片面銅箔基板が使用できる
ので、安価に入手できる。

．固定子鉄心端面からの軸方向の必要な長さは〔鉄心
絶縁厚さ＋コイルエンド高さと駆動回路用部品の最大高
さの大きい方の寸法＋プリント基板厚さ＋半田付高さ＋
樹脂モールド厚さ〕で求められ、従来例に比べてコイル
エンド高さまで低くおさえられるので、駆動回路部品高
さと絶縁距離の分だけ短くすることができる。通常この
短くおさえることのできる数値は７〜10mm位である。

．前項で述べたように軸方向の長さを短くして薄型化
できることにより、使用するモールド樹脂の量が少なく
なり、材料質の低減が図れる。

．プリント基板上のセンサ固定台が小型になり、駆動
回路部品を分散配置することができ、かつ樹脂成形時の
モールド樹脂の流れがより均等となり、成形完了後のク
ラック等による不良品の異常発生をおさえることができ
る。

また樹脂流動が均一に近づくため、プリント基板や駆動
回路部品あるいは位置センサなど内蔵部品が受けるスト
レスも低減することができる。

．総合して薄型で軽量の軽薄短小ニーズに応える無刷
子電動機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固定子巻線組立状態斜視図、第２図は固定子巻
線完成側面図、第３図は固定子巻線完成斜視図、第４図
は樹脂成形状態を示す断面略図、第５図は上金型ピンの
部分斜視図、第６図は固定子の部分正面図、第７図は鉄
心絶縁部分斜視図、第８図はセンサ固定台の斜視図、第
９図は第８図の部分断面図、第10図はセンサ固定台の他
の実施例斜視図、第11図は本願発明による内転形無刷子
電動機の組立状態斜視図、第12図は第11図による無刷子
電動機の正面図、第13図は第12図のＡ−Ｏ−Ｂ線による
側断面図、第14図はフランジ部付軸受装置を当接した実
施例の斜視図、第15図は従来例第１の方法の構成ブロッ
ク図、第16図は従来例第２の方法の構成ブロック図、第
17図は従来例第２の方法による無刷子電動機の縦断面
図、第18図は実開昭55−141283号公報に記載の無刷子電
動機の（ａ）正面断面図と（ｂ）側面断面図である。 １……固定子鉄心、２……鉄心絶縁、３……巻線、４…
…プリント基板、５……ドライバーIC、6a,6b……パワ
ートランジスタアレイ、７……位置センサ、19……モー
ルド樹脂、23……固定子、24……永久磁石回転子、25…
…軸受装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のスロットを有する環状の固定子鉄心
   と、前記固定子鉄心の歯部に絶縁層を介して施した巻線
   と、駆動回路用部品と電気角120゜のピッチで配設され
   る３個の位置センサとを片面に装着したプリント基板と
   を備え、前記プリント基板に装着された駆動回路用部品
   のうち、ICまたはパワートランジスタの少なくとも１個
   と電気供給用リード線に接続するための口出しブッシュ
   とがプリント基板の略直経線上に配置され、前記３個の
   位置センサを保持固定する固定台を、その中央位置セン
   サが前記プリント基板の直径線と略直交するように配置
   し、前記ICまたはパワートランジスタの少なくとも１個
   を前記３個のセンサ間のいずれか一方に配置し、他の駆
   動回路用部品の少なくとも一部は前記プリント基板の直
   径線に対して前記センサ固定台と反対側でかつ前記巻線
   と巻線の間の空間に位置するように前記プリント基板に
   配置し、前記プリント基板に設けた巻線結線用プリント
   配線に前記巻線を結線し、電気絶縁性を有する熱硬化樹
   脂で前記固定子鉄心，巻線、駆動回路を一体的に成形固
   化してなる固定子と、前記固定子の内または外に配置さ
   れる永久磁石回転子と、前記回転子を回転自在に前記固
   定子に保持する軸受け装置とを備えてなる無刷子電動
   機。