JP2010098817A - アウターロータ型ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ性能を低下させることなく小型化・偏平化・軽量化を図ったアウターロータ型ブラシレスモータを提供する。
【解決手段】モータ駆動回路が形成されたモータ基板９がロータＲ及びステータＳとブラケット２の開口底部２ｂとの間に軸方向に形成された空間部Ｑにブラケット２側に固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、車載用空調機器、バッテリー冷却装置などに用いられるアウターロータ型ブラシレスモータに関する。

例えば、車載用空調機器の駆動装置として用いられるアウターロータ型のＤＣブラシレスモータについて図３を参照して説明する。
モータホルダ５１にステータ（図示せず）が固定され、軸受部には出力軸５２が回転可能に支持されている。また、図示しないが、出力軸５２にはカップ状のロータヨークの内周面にマグネットが固着されたロータがステータを囲むように組み付けられている。

また、出力軸５２の一端部にはファン（インペラ）５３が組み付けられている。また、出力軸５２の他端側はモータホルダ５１を覆う下部ケース５４側まで延設されている。モータホルダ５１と下部ケース５２との間にはモータ基板５５が収容されている。このモータ基板５５には、ＤＣブラシレスモータの駆動回路（励磁回路）が設けられている。

モータ基板５５には励磁電流を切り換えるＦＥＴ等の出力トランジスタ（スイッチング素子）５６が設けられ、該出力トランジスタ５６等の発熱部品はモータホルダ５１より外部に露出するヒートシンク（ラジエター）５７に接触して組み付けられている。出力トランジスタ５６等の発熱部品よりヒートシンク５７に誘導された熱は、ファン５３が回転することにより発生する冷却風により大気中へ放散されるようになっている（特許文献１参照）。
特開平１１−３３２２０３号公報

しかしながら、アウターロータ型ブラシレスモータの場合、ステータコアやロータの厚さに加えて、モータ駆動回路が形成されたモータ基板５５の厚さも加わるため、軸方向に厚みを持ったモータ構造となり易い。
特に、出力トランジスタ５６等の発熱部品は下部ケース５４内からモータホルダ５１より外部に露出するヒートシンク（ラジエター）５７に接触して組み付けられているため、ヒートシンク５７による熱誘導路に相当する分だけ軸方向に部品実装容積が必要となる。また、モータ基板５５には、電解コンデンサ５８やチョークコイル等の比較的高さを要する電子部品が実装されているため、軸方向に部品実装容積が拡大し易い。

また、車載用のモータにおいては、塩水噴霧試験後も駆動回路に損傷がない程度の防水性を要求されていることから、モータ基板５５を保護するためのカバー（下部ケース５４）に覆われており、軸方向の厚みを増長させている。
また、車載用電子機器の場合、快適性、安全性、環境への配慮から、モジュール部品やセンサー、モータなどの電子部品の基板実装数が増える一方で、環境に配慮して車両総重量の軽量化を図るべくモータ自体も小型化・軽量化する必要がある。
このように、車載用の電子機器が増える一方で、車両に確保できる部品設置スペースが減少するため、モータ性能を低下させることなく、軸方向に薄型化（偏平化）することに対するニーズが高くなっている。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータ性能を低下させることなく小型化・偏平化・軽量化を図ったアウターロータ型ブラシレスモータを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
ロータヨークに囲まれた空間内にステータが配置されるアウターロータ型ブラシレスモータであって、カップ状のブラケットが取付けベースを覆って組み付けられることにより前記ロータ及びステータが閉鎖されたモータケース内に収納され、かつモータ駆動回路が形成されたモータ基板が前記ロータ及びステータと前記ブラケットの開口底部との間に軸方向に形成された空間部内で前記ブラケットの開口底部に近接して固定されていることを特徴とする。

また、前記ロータはカップ状のロータヨークの内周面にマグネットが設けられ当該ロータヨーク開口部中心でモータ軸が連繋しており、前記ブラケット開口部中心に突設された軸受部に組み付けられたステータを囲んで前記ロータヨーク開口部を前記ブラケットの開口底部に向けて前記モータ軸が軸受部に軸支されることにより、前記ロータが前記ブラケットに回転可能に組み付けられていることを特徴とする。

また、前記モータ基板には、前記ブラケットの開口底部の径方向中心部側若しくは前記ロータヨークより径方向外側の外縁部側に比較的高さのある電子部品が配置され、これらの中間領域に発熱量の多い電子部品がブラケット開口底部に近接して配置されていることを特徴とする。

また、前記ブラケットと取付けベースとはシール材を介して閉止されて組み付けられていることを特徴とする。

また、前記モータ軸の前記ブラケット外へ延設された軸端部にファンが組み付けられた車載用のファンモータであることを特徴とする。

上述したアウターロータ型ブラシレスモータを用いれば、モータの外装を構成するブラケットと取付けベースに囲まれ閉鎖されたモータケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケットの開口底部に近接してモータ基板が固定されているので、モータを軸方向に小型化、偏平化並びに軽量化することができる。

また、ロータヨーク開口部をブラケット開口底部に向けてロータがブラケットの軸受部に組み付けられたステータを囲んで回転可能に組み付けられている。このようにブラケットの開口部内にロータヨークが開口底部を対向するように収容される空間内にステータが配置されるので、アウターロータ型モータであっても軸方向に小型化することができる。

また、モータ基板には、ブラケットの開口底部の径方向中心部側若しくはロータヨークより径方向外側の外縁部側に比較的高さのある電子部品が配置され、これらの中間領域に発熱量の多い電子部品がブラケット開口底部に近接して配置されていると、ブラケット開口部内で基板両面の空きスペースを利用した基板実装部品の配置が可能となるため、モータ基板をブラケットに近接配置してモータを小型化することができる。
更にはブラケットとモータ基板を電気的に導通させてアースをとることができるので、軸受部に発生した静電気を逃すことで電食を防いで耐久性を向上できる。

また、ブラケットと取付けベースとはシール材を介して閉止されているので、過酷な使用環境下においても十分耐え得る防水性、防振性を備えたアウター型ブラシレスモータを提供できる。

また、モータ軸のブラケット外に延設される軸端部にファンが組み付けられた車載用のファンモータである場合には、ファンの軸方向直近にあるブラケットに冷却風を当てて冷却できるので、モータ基板に実装された発熱部品やマグネットワイヤより発生した熱をブラケット全面を通じて効率よく放散することができる。

以下、本発明に係るアウターロータ型ブラシレスモータの最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施形態では、車載用のファンモータ（アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ）を用いて説明する。

図１及び図２を参照して、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータの概略構成について説明する。
図１の左半図において、ＤＣブラシレスモータ１は、カップ状のブラケット２と取付けベース３とがシール材（例えばエラストマー等の弾性樹脂材）４を介して一体に組み付けられている。ブラケット２の近傍には、ファン（インペラ）５が後述するモータ軸の一端に一体に組み付けられている。ファン５が回転すると軸方向中心部から吸気して外周方向へ排気するようになっている。

図１の右半図において、カップ状のブラケット２のブラケット開口部２ａ中心には中空円筒部６が突設されている。中空円筒部６には、モータ軸７が軸受部（ボールベアリング、スリーブ軸受など）８ａ，８ｂを介して回転可能に軸支されている。ブラケット２はロータ軸受部とモータケースを兼用しており、軽量で熱放散性の高いアルミダイカスト製品（鋳造品）のほかに、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）などが用いられる。モータの外装を構成するブラケット２がシール材４を介して取付けベース３を覆って形成される閉鎖された閉鎖空間Ｐ内にロータＲ及びステータＳが収納されている。

また、モータ駆動回路が形成されたモータ基板（ＰＷＢ）９は、ロータＲ及びステータＳとブラケット２の開口底部２ｂとの間に軸方向に形成された空間部Ｑに開口底部２ｂに複数箇所に設けられたボス部２ｃのねじ孔にねじ止めされて固定されている。このため、モータの外装を構成するブラケット２と取付けベース３に囲まれたモータケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケット２の開口底部２ｂに近接してモータ基板９が固定できるので、ＤＣブラシレスモータ１を軸方向に小型化、偏平化並びに軽量化することができる。また、ボス部２ｃやねじ（図示せず）を通じてブラケット２とモータ基板９との電気的に導通させてアースと接続することができる。これにより、中空円筒部６に設けられる軸受部８ａ，８ｂの電食を防いで耐久性を向上できる。尚、モータ基板９は、中空円筒部６に対して固定されていてもよいが、基板外縁部の振動を防ぐため、当該基板外縁部で固定されるのが望ましい。また、モータ基板９はブラケット２に直付けではなく、中空円筒部７に組み付けられるステータＳのインシュレータにねじ止め等により固定されていてもよい。

ロータＲはカップ状のロータヨーク１０の内周面にマグネット１１が接着されている。ロータヨーク１０の中心部とモータ軸７の他端が一体に組み付けられている。ロータＲは、ブラケット２の開口底部２ｂに形成された中空円筒部６に軸受部８ａ，８ｂを介してモータ軸７が軸支され、かつロータヨーク開口部１０ａをブラケット２の開口底部２ｂに向けてブラケット２に回転可能に組み付けられている。このようにブラケット開口部２ａ内にロータヨーク１０が開口底部２ｂにロータヨーク開口部１０ａを対向するように収容して形成される空間内にステータＳが配置されるので、アウターロータ型モータであっても軸方向に小型化することができる。

図２において、環状のステータコア１２は、ブラケット２の開口底部２ｂに形成された中空円筒部６の外周面に組み付けられている。ステータコア１２には径方向内側に向けてティース部１３が設けられており、各ティース部１３は図示しないインシュレータに覆われて絶縁されている。各ティース部１３にはマグネットワイヤ１５が巻き付けられている。

また、図２において、モータ基板９には、ブラケット開口部２ａのうち開口底部２ｂの径方向中心部側若しくはロータヨーク１０より径方向外側の外縁部側に形成される空きスペースに比較的高さのある電子部品（例えばチョークコイル、電解コンデンサ２０など）が配置されている。また、モータ基板９が開口底部２ｂと近接する中間領域（ボス２ｃが形成される領域）には発熱量の多い電子部品（例えばＦＥＴ１６などのスイッチング素子）が配置されている。これにより基板実装部品の高さをブラケット開口部２ａ内の基板両面の空きスペースを利用して軸方向に吸収することができ、モータの偏平化（薄型化）を促進することができる。

また、モータ基板９に実装される電子部品のうち、ＦＥＴ１６は放熱用シリコーン材（オイルコンパウンド，ゴム材，ゲル材等）１７を介してブラケット２（開口底部２ｂ）と当接している。
これにより、発熱電子部品（ＦＥＴ１６）は放熱用シリコーン材１７を通じてブラケット２は直接排熱し、その他の実装部品から発生した熱も近接するブラケット２を通じて効率よく放散することができる。また、ブラケット２へ熱が誘導されても、ファン５が回転することでブラケット２全面に冷却風が当たるため、効率よく放熱することができる。

また、モータ基板９をブラケット２に近接して固定することで、モータ振動がシール材４により吸収されるため、配線接続部を保護することができること、並びに、ブラケット２を基板側のアースに接続することにより軸受部（ベアリング等）をアース（接地）することで電食を防ぐことができる。

また、モータ基板９には外部配線１８が接続されている。この外部配線１８は取付けベース３に設けられた貫通孔３ａに嵌め込まれたグロメット１９を通じてモータ外へ引き出される。この外部配線１８にアース線を含めることで、モータ基板９を外部接地することも可能である。

以上のように、ブラケット２と取付けベース３に囲まれ閉鎖されたケース内の軸方向高さ範囲内でかつブラケット開口部２ａの開口底部２ｂの面積内にモータ基板９を配置しているので、モータを軸方向に小型化、偏平化並びに軽量化することができる。
例えば出力５０Ｗクラスのアウターロータ型ブラシレスモータでブラケット２と取付けベース３との間の軸方向寸法が約１／２程度に薄型化を達成でき、重量に関しては２／３〜１／２程度に軽量化できた。

ブラケット１と取付けベース３とはシール材４を介して閉止されているので、車載されて過酷な使用環境下においても十分耐え得る防水性、防振性を備えたモータを提供できる。

上記実施例は、車載用のファンモータを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、空調機器等他の装置に適用することも可能である。また、ファンモータに限らずモータ軸６の出力端にギヤが設けられたギヤードモータであってもよい。

ファンを組み付けたアウターロータ型ブラシレスモータの半断面説明図である。 ファンを取り外したアウターロータ型ブラシレスモータの断面説明図である。 従来のアウターロータ型モータの半段面説明図である。

符号の説明

Ｐ 閉鎖空間
Ｑ 空間部
Ｒ ロータ
Ｓ ステータ
１ ＤＣブラシレスモータ
２ ブラケット
２ａ ブラケット開口部
２ｂ 開口底部
２ｃ ボス部
３ 取付けベース
３ａ 貫通孔
４ シール材
５ ファン（インペラ）
６ 中空円筒部
７ モータ軸
８ａ，８ｂ 軸受部
９ モータ基板
１０ ロータヨーク
１０ａ ロータヨーク開口部
１１ マグネット
１２ ステータコア
１３ ティース部
１５ マグネットワイヤ
１６ ＦＥＴ
１７ 放熱用シリコーン
１８ 外部配線
１９ グロメット
２０ 電解コンデンサ

Claims (5)

1. ロータヨークに囲まれた空間内にステータが配置されるアウターロータ型ブラシレスモータであって、
   カップ状のブラケットが取付けベースを覆って組み付けられることにより前記ロータ及びステータが閉鎖されたモータケース内に収納され、かつモータ駆動回路が形成されたモータ基板が前記ロータ及びステータと前記ブラケットの開口底部との間に軸方向に形成された空間部内で前記ブラケット側に近接して固定されているアウターロータ型ブラシレスモータ。
2. 前記ロータはカップ状のロータヨークの内周面にマグネットが設けられ当該ロータヨーク開口部中心でモータ軸が連繋しており、前記ブラケット開口部中心に突設された軸受部に組み付けられたステータを囲んで前記ロータヨーク開口部を前記ブラケットの開口底部に向けて前記モータ軸が軸受部に軸支されることにより、前記ロータが前記ブラケットに回転可能に組み付けられている請求項１記載のアウターロータ型ブラシレスモータ。
3. 前記モータ基板には、前記ブラケットの開口底部の径方向中心部側若しくは前記ロータヨークより径方向外側の外縁部側に比較的高さのある電子部品が配置され、これらの中間領域に発熱量の多い電子部品がブラケット開口底部に近接して配置されている請求項１又は２記載のアウターロータ型ブラシレスモータ。
4. 前記ブラケットと取付けベースとはシール材を介して閉止されて組み付けられている請求項１乃至３のいずれか１項記載のアウターロータ型ブラシレスモータ。
5. 前記モータ軸の前記ブラケット外へ延設された軸端部にファンが組み付けられた車載用のファンモータである請求項１乃至４のいずれか１項記載のアウターロータ型ブラシレスモータ。

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