(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータと、
前記ロータを回転駆動するステータと、
パワーモジュールが実装されたプリント配線基板とを備え、
前記パワーモジュールは、
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子及びダイオード素子を有するインバータ主回路と、
温度検知素子を有し、前記温度検知素子の検知温度に基づいて前記スイッチング素子を制御する過熱保護回路とを含んで構成され、
前記パワーモジュールの前記プリント配線基板への実装面と反対側に設けた放熱面が、前記ステータの巻線の熱を受けるように前記ステータの巻線に直接的又は間接的に当接していることを特徴とするファン駆動用電動機。
【請求項２】
前記パワーモジュールの接続端子と前記プリント配線基板との間に結束紐が通され、その結束紐が前記ステータのヨーク部に巻き付けられることで前記パワーモジュールが、前記放熱面を前記巻線に直接的に当接させた状態で前記ステータに取り付け固定されていることを特徴とする請求項１記載のファン駆動用電動機。
【請求項３】
ロータと、
前記ロータを回転駆動するステータと、
パワーモジュールが実装されたプリント配線基板とを備え、
前記パワーモジュールは、
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子及びダイオード素子を有するインバータ主回路と、
温度検知素子を有し、前記温度検知素子の検知温度に基づいて前記スイッチング素子を制御する過熱保護回路とを含んで構成され、
前記パワーモジュールの接続端子と前記プリント配線基板との間に結束紐が通され、その結束紐が前記ステータのヨーク部に巻き付けられることで、前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールの前記プリント配線基板への実装面と反対側に設けた放熱面を前記ステータの巻線に直接的に当接させた状態で前記ステータに取り付け固定されていることを特徴とするファン駆動用電動機。
【請求項４】
前記ステータのステータ鉄心の軸方向の端面から突出する前記巻線の複数の巻線端部が紐で縛り付けられて結束しており、その紐がそのまま前記結束紐として用いられていることを特徴とする請求項２又は請求項３記載のファン駆動用電動機。
【請求項５】
前記ステータと前記プリント配線基板との間に、一方の面が前記ステータのステータ鉄心の軸方向の端面から突出した複数の巻線端部に当接し、他方の面が前記パワーモジュールの放熱面に当接する放熱プレートを配置したことを特徴とする請求項１記載のファン駆動用電動機。
【請求項６】
ロータと、
前記ロータを回転駆動するステータと、
パワーモジュールが実装されたプリント配線基板とを備え、
前記パワーモジュールは、
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子及びダイオード素子を有するインバータ主回路と、
温度検知素子を有し、前記温度検知素子の検知温度に基づいて前記スイッチング素子を制御する過熱保護回路とを含んで構成され、
前記ステータと前記プリント配線基板との間に、一方の面が前記ステータのステータ鉄心の軸方向の端面から突出した複数の巻線端部に当接し、他方の面が前記パワーモジュールの前記プリント配線基板への実装面と反対側に設けた放熱面に当接する放熱プレートを配置したことを特徴とするファン駆動用電動機。
【請求項７】
前記複数の巻線端部のうちの何れかと前記パワーモジュールとが前記放熱プレートを介して対向していることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のファン駆動用電動機。
【請求項８】
前記放熱プレートの前記一方の表面に、前記複数の巻線端部の先端部分を収容する複数の凹みを設けたことを特徴とする請求項５乃至請求項７の何れか１項に記載のファン駆動用電動機。
【請求項９】
前記パワーモジュールは、前記パワーモジュールの前記実装面側から前記放熱プレートにパワーモジュール固定用ネジが螺合されて前記放熱プレートにネジ留めされており、前記パワーモジュール固定用ネジが前記放熱プレートを貫通して表面から突出することのないように調整されていることを特徴とする請求項５乃至請求項８の何れか１項に記載のファン駆動用電動機。
【請求項１０】
前記放熱プレートは外周部に複数のネジ穴を有し、前記ネジ穴に螺合した放熱プレート固定用ネジが前記ステータ鉄心に設けたネジ穴に螺合されることで、前記放熱プレートが前記ステータ鉄心に取り付けられていることを特徴とする請求項５乃至請求項９の何れか１項に記載のファン駆動用電動機。
【請求項１１】
前記放熱プレート固定用ネジの締め込み量により、前記放熱プレートと前記ステータ鉄心との間隔が調整されて両者が略平行状態を保って固定されていることを特徴とする請求項１０記載のファン駆動用電動機。
【請求項１２】
前記プリント配線基板に実装された前記パワーモジュールと前記ステータとを固定するための取り付けプレートを有し、前記取り付けプレートは、熱伝導性を有し、一方の表面が前記ステータのステータ鉄心の軸方向の端面から突出した複数の巻線端部のうちの一つを覆って当接するように前記ステータ鉄心に取り付けられ、前記取り付けプレートの他方の表面に前記放熱面が当接するように前記パワーモジュールが取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のファン駆動用電動機。
【請求項１３】
ロータと、
前記ロータを回転駆動するステータと、
パワーモジュールが実装されたプリント配線基板とを備え、
前記パワーモジュールは、
ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子及びダイオード素子を有するインバータ主回路と、
温度検知素子を有し、前記温度検知素子の検知温度に基づいて前記スイッチング素子を制御する過熱保護回路とを含んで構成され、
前記プリント配線基板に実装された前記パワーモジュールと前記ステータとを固定するための取り付けプレートを有し、前記取り付けプレートは、熱伝導性を有し、一方の表面が前記ステータのステータ鉄心の軸方向の端面から突出した複数の巻線端部のうちの一つを覆って当接するように前記ステータ鉄心に取り付けられ、前記取り付けプレートの他方の表面に、前記パワーモジュールの前記プリント配線基板への実装面と反対側に設けた放熱面が当接するように前記パワーモジュールが取り付けられていることを特徴とするファン駆動用電動機。
【請求項１４】
前記パワーモジュールが、前記ステータのステータ鉄心の外周面に設けた平面状の取り付け面に前記放熱面が当接した状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のファン駆動用電動機。
【請求項１５】
前記パワーモジュールの樹脂成形部分と前記プリント配線基板との隙間に通した取り付け治具が前記ステータのステータ鉄心に固定されることにより、前記パワーモジュールが前記ステータ鉄心に取り付けられていることを特徴とする請求項１４記載のファン駆動用電動機。
【請求項１６】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、ＳｉＣ、ＧａＮ又はダイヤモンドの何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか１項に記載のファン駆動用電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機や空気調和装置などに用いられるファン駆動用電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファン駆動用電動機では、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ装置を備えた構成が主流であり、近年では電動機にインバータ装置を内蔵させる方向に進んでいる。この種電動機として、ロータ及びステータを有する電動機本体と、インバータ主回路を含むプリント配線基板とをケース内に収納して一体化した電動機がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２９６０７５４号公報（第４頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のようなインバータ一体型の電動機では、インバータ主回路を構成するスイッチング素子や電動子巻線（以下、巻線という）の発熱により電動機内部が高温になることから、放熱対策が課題とされている。放熱対策の手法としては、スイッチング素子を有するパワーモジュールの放熱面にヒートシンクを取り付ける方法が一般的である。しかしこの方法では、スイッチング素子を形成するＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子の耐熱温度を考慮するとヒートシンクを大型化せざるを得ず、電動機が大型化するという問題があった。また、特許文献１では複数の電子回路を１チップ化することで放熱スペースを確保し、そのスペースに放熱板を配置することで放熱性を向上しているが、更なる改善が望まれている。
【０００５】
ところで、インバータ主回路を構成するスイッチング素子は、過電流や過熱により破壊されやすい。このため、スイッチング素子を保護するための過熱保護機能がスイッチング素子を有するパワーモジュール内に組み込まれて一つのパッケージとして構成されることが一般的である。
【０００６】
また、ファン駆動用電動機には通常、スイッチング素子を保護する過熱保護機能だけでなく、巻線を保護する過熱保護機能も備えられている。巻線の過熱保護を行う過熱保護装置は、所定の温度を超えた場合に接点を開いて巻線に流れる電流を一時的に遮断し、巻線自身の温度上昇を停止させることで巻線保護を図っている。
【０００７】
このように、ファン駆動用電動機にはスイッチング素子と巻線のそれぞれについて過熱保護が必要とされ、それぞれに個別に過熱保護装置を設けている。このため、大型化及び高コスト化を招くという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、スイッチング素子と巻線の両方をまとめて過熱保護を行う構成として小型化及び低コスト化を可能とし、且つ電動機の大型化を伴わないスイッチング素子の放熱を可能としたインバータ一体型のファン駆動用電動機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るファン駆動用電動機は、ロータと、ロータを回転駆動するステータと、パワーモジュールが実装されたプリント配線基板とを備え、パワーモジュールは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子及びダイオード素子を有するインバータ主回路と、温度検知素子を有し、温度検知素子の検知温度に基づいてスイッチング素子を制御する過熱保護回路とを含んで構成され、パワーモジュールのプリント配線基板への実装面と反対側に設けた放熱面が、ステータの巻線の熱を受けるようにステータの巻線に直接的又は間接的に当接しているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、パワーモジュール内の過熱保護回路によりスイッチング素子だけでなく巻線の過熱保護をも行うことができて巻線専用の過熱保護装置を不要とでき、また、スイッチング素子の熱をステータ側に放熱することで、ヒートシンクを不要とできる。その結果、小型化及び低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るファン駆動用電動機の構成を示す概略分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るファン駆動用電動機に内蔵するインバータ装置の構成を示す図である。
【図３】図１のステータ、パワーモジュール、プリント配線基板及び下ケース部分の取り付け構造を示す拡大図である。
【図４】図３を矢印Ａ方向から見た図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るファン駆動用電動機の構成を示す概略分解斜視図である。
【図６】図５のステータ、放熱プレート、パワーモジュール及びプリント配線基板の取り付け構造を示す拡大図である。
【図７】図６に示す部分をパワーモジュール部分で周方向に切断した断面図である。
【図８】図７に更にコンパウンドを設けた構成を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係るファン駆動用電動機のステータと放熱プレート部分の概略分解斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るファン駆動用電動機の概略分解斜視図である。
【図１１】図１０のステータ、取り付けプレート及びプリント配線基板の取り付け構造を示す拡大図である。
【図１２】本発明の実施の形態５に係るファン駆動用電動機の構成を示す概略分解斜視図である。
【図１３】図１２のパワーモジュール部分での横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るファン駆動用電動機の構成を示す概略分解斜視図である。図２は、図１のファン駆動用電動機に内蔵するインバータ装置の構成を示す図である。なお、図１及び後述の各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。また、図１を含め、以下の各図では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。以下、図１のファン駆動用電動機の全体構成を説明するに先立ち、ファン駆動用電動機に内蔵するインバータ装置について図２を参照して説明する。
【００１３】
インバータ装置１０は、ファン駆動用電動機２０を搭載する例えば空気調和装置側の直流電源１６から供給された直流電圧を交流電圧に変換し、ファン駆動用電動機２０の後述のステータ３２に供給する装置で、インバータ主回路１１とマイコン１５とを備えている。商用交流電圧を整流・平滑してインバータ装置１０に直流電圧を供給する回路やマイコン１５への駆動指令を行う制御回路は空気調和装置内の制御装置に搭載され、その制御装置とインバータ装置１０は通信配線や電源配線により接続される。
【００１４】
インバータ主回路１１は、複数のスイッチング素子１１ａ〜１１ｆと、複数のダイオード素子１２ａ〜１２ｆと、ドライブ回路１３と、過熱保護回路１４とを備えている。インバータ主回路１１は一つのパッケージ内に組み込まれてパワーモジュール４１（図１参照）を構成している。なお、ドライブ回路１３はパワーモジュール４１内ではなくマイコン１５側に含めた構成としてもよい。
【００１５】
スイッチング素子１１ａ〜１１ｆ及びダイオード素子１２ａ〜１２ｆはそれぞれワイドバンドギャップ半導体で構成されている。ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン（Ｓｉ）素子と比較して、バンドギャップが大きい半導体素子の総称であり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）素子の他、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ダイヤモンド素子等が挙げられる。ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱温度が高く（約４００℃）、高温での動作が可能であるといった特徴がある。
【００１６】
ドライブ回路１３は、マイコン１５から送られる制御信号に基づいて動作信号（ＰＷＭ信号、ゲート信号）を生成して各スイッチング素子１１ａ〜１１ｆに出力し、各スイッチング素子１１ａ〜１１ｆのスイッチング動作を行う。
【００１７】
過熱保護回路１４は、温度検知素子（図示せず）を備えており、温度検知素子の検知温度に基づいて過熱状態を検知すると、検知結果を示す信号をマイコン１５に出力してスイッチング素子１１ａ〜１１ｆを制御する。具体的には、例えば全てのスイッチング素子を停止させる。本例は、過熱保護回路１４がスイッチング素子１１ａ〜１１ｆだけでなく後述のステータ３２の巻線３５の過熱保護をも行うことを一つの特徴としており、この詳細については後述する。
【００１８】
マイコン１５は、空気調和装置内の制御装置からの制御信号や過熱保護回路１４からの信号に応じてドライブ回路１３に制御信号を出力し、ドライブ回路１３を制御する。
【００１９】
次に、ファン駆動用電動機２０の構成について図１を参照して説明する。
ファン駆動用電動機２０は、電動機本体部３０と、パワーモジュール４１が実装されたプリント配線基板４０と、これらを収納する金属製の上ケース５０ａ及び下ケース５０ｂとを有し、全体的に略円柱状を成している。下ケース５０ｂ、プリント配線基板４０及びステータ３２のそれぞれの外周部には複数の取り付け穴２１が設けられており、この取り付け穴２１にネジ２２を挿通し、上ケース５０ａに設けたネジ穴（図示せず）に螺合することで全体が一体化されている。
【００２０】
上ケース５０ａ、下ケース５０ｂ及びプリント配線基板４０のそれぞれには、電動機本体部３０のロータ３１の回転軸３１ａを通すための開孔２３が設けられており、上ケース５０ａ及び下ケース５０ｂの開孔２３から突出した回転軸３１ａの端部にファン（図示せず）が接続される。
【００２１】
次に、ファン駆動用電動機２０を構成する各構成部について順次説明する。
電動機本体部３０は、ロータ３１と、ロータ３１の外周部に配置され、ロータ３１を回転駆動するステータ３２とを有している。ステータ３２は、積層鉄心からなる円筒状のステータ鉄心３３の内周から突出した複数のティース部３４に絶縁層（図示せず）を介して巻線３５が巻装された構成を有している。ティース部３４の個数は通常６個〜２０個であるが図１には９個の例を示している。
【００２２】
このように構成された電動機本体部３０は、ステータ３２の巻線３５へ電流を流し回転磁界を発生させることでロータ３１が回転し、ロータ３１の回転軸３１ａに取り付けられたファンが回転して空気循環を行う。
【００２３】
プリント配線基板４０は円板状に形成され、プリント配線基板４０上にパワーモジュール４１が実装されている。なお、プリント配線基板４０上にはパワーモジュール４１以外にも電子部品が複数搭載されているが図示省略している。プリント配線基板４０に直流電圧を供給するための配線は、下ケース５０ｂに設けた配線用穴（図示せず）を通して下ケース５０ｂ外からプリント配線基板４０に接続される。
【００２４】
パワーモジュール４１においてプリント配線基板４０への実装面と反対側の面は、パワーモジュール４１の発生熱を放熱する放熱面４１ａとなっており、全体を組み立てた状態で放熱面４１ａと巻線３５とが当接するようにしている。本例では、パワーモジュール４１内部の過熱保護回路１４を用いて巻線３５の過熱保護を図ることを目的に、敢えて放熱面４１を巻線３５に当接させた構造としている。
【００２５】
なお、パワーモジュール４１の放熱面４１ａに巻線３５が当接することで、パワーモジュール４１は巻線３５からの熱を受けることになる。しかし、本例ではパワーモジュール４１内のスイッチング素子１１ａ〜１１ｆ及びダイオード素子１２ａ〜１２ｆに、巻線３５の保護温度（約１５０℃〜２００℃）よりも高温での動作が可能なワイドバンドギャップ半導体を用いているため、巻線３５からの熱を受けてもパワーモジュール４１の動作には何ら問題ない。
【００２６】
過熱保護回路１４による過熱保護機能の作動温度としては、ワイドバンドギャップ半導体をＳｉＣ素子（ＳｉＣ素子自体は３５０℃までの高温動作が可能）とした場合、巻線３５の過熱保護を優先して巻線３５の保護温度である１５０℃〜２００℃とする。すなわち、例えば１５０℃を超えるときに各スイッチング素子１１ａ〜１１ｆのスイッチ動作を停止させる。なお、過熱保護回路１４における過熱保護機能の具体的な処理内容は特に限定するものではなく、検知温度に応じて段階的に過熱保護を図る等としてもよい。
【００２７】
次に、パワーモジュール４１が実装されたプリント配線基板４０と巻線３５を有するステータ３２との具体的な取り付け構造について詳細に説明する。
【００２８】
図３は、図１のステータ、パワーモジュール、プリント配線基板及び下ケース部分の取り付け構造を示す拡大図で、これらを半径方向に切断した断面を示している。図４は、図３を矢印Ａ方向から見た図である。
ファン駆動用電動機２０のステータ３２は通常、ステータ鉄心３３の軸方向の端面から突出する巻線端部３５ａの高さが全体的に均一になるように結束紐３６（図１においては図示省略）を用いて縛られている。ここでは、その結束紐３６を利用してパワーモジュール４１をステータ３２に取り付ける。
【００２９】
具体的にはまず、パワーモジュール４１を含む複数の電子部品が実装されて完成したプリント配線基板４０をステータ３２と対向させ、パワーモジュール４１の放熱面４１ａを巻線端部３５ａに当接させる。そして、その状態で、ステータ鉄心３３に巻かれている結束紐３６をプリント配線基板４０及びパワーモジュール４１に複数回巻き付けることで互いにくりつける。この際、プリント配線基板４０とパワーモジュール４１との間の隙間に結束紐３６を通すようにし、パワーモジュール４１が巻線端部３５ａに安定的に取り付けられるようにする。
【００３０】
なお、結束紐３６は、巻線３５の高さを全体的に均一するために用いた紐と同一素材に限られず、別素材の紐としてももちろんよい。また、本実施の形態１では作業性向上の観点から、巻線３５の高さを全体的に均一するために用いた紐をそのままパワーモジュール４１と巻線３５との固定に用いることを想定したが、別途新たに同一素材の紐でパワーモジュール４１と巻線３５とを固定するようにしてもよい。
【００３１】
次に、下ケース５０ｂに設けた取り付け穴５１（図１参照）とプリント配線基板４０に設けた取り付け穴４２（図１参照）とに取り付け部材３７を通して下ケース５０ｂをプリント配線基板４０に取り付ける。下ケース５０ｂは金属部材で構成されているため、プリント配線基板４０との絶縁性を確保する観点から下ケース５０ｂとの間に隙間を設けてプリント配線基板４０を取り付けるようにしている。
【００３２】
取り付け部材３７には金属や樹脂などの材質のものを用いることができ、金属製とした場合にはネジ固定、樹脂製とした場合には嵌合固定とする。なお、プリント配線基板４０はロータ３１からの振動が伝わって振動するため、取り付け部材３７にはプリント配線基板４０の厚み（ここでは約１．０ｍｍ〜３．０ｍｍ）に応じた基板重量を考慮した耐破壊強度を有するものを選択する。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、パワーモジュール４１内のスイッチング素子１１ａ〜１１ｆ及びダイオード素子１２ａ〜１２ｆをワイドバンドギャップ半導体により形成したことにより、パワーモジュール４１の放熱面４１ａを巻線３５に当接させた構造とすることが可能であり、巻線３５の過熱保護をパワーモジュール４１内の過熱保護回路１４で行えるようになる。その結果、従来巻線の過熱保護のために必要であった過熱保護装置を不要とでき、小型化及び低コスト化が可能となる。よって、このファン駆動用電動機２０を備えた空調装置の小型化及び低コスト化も可能となる。
【００３４】
また、パワーモジュール４１の放熱面４１ａを巻線３５に当接させた構造としたことで、パワーモジュール４１側の熱を巻線３５側に放熱することができる。よって、従来、パワーモジュール４１に設けていたヒートシンクを不要とでき、この点からも小型化及び低コスト化が可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
実施の形態１では、結束紐３６によりパワーモジュール４１と巻線３５とを取り付ける構造について説明したが、実施の形態２では、プリント配線基板４０とステータ３２との間にパワーモジュール４１及び巻線３５の熱を放熱するための放熱プレートを設け、この放熱プレートを取り付けプレートとして取り付けを行うようにしたものである。放熱プレートを用いた取り付け構造部分以外は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００３６】
図５は、本発明の実施の形態２に係るファン駆動用電動機の構成を示す概略分解斜視図である。なお、図５において上ケース５０ａの図示は省略している。図６は、図５のステータ、放熱プレート、パワーモジュール及びプリント配線基板の取り付け構造を示す拡大図で、これらをパワーモジュール部分で半径方向に切断した断面を示している。また、図７は、図６に示す部分をパワーモジュール部分で周方向に切断した断面図である。
【００３７】
放熱プレート６０は、円板状を成し、その大きさはステータ３２の軸方向の端面と略同じ大きさに形成され、取り付け状態において全ての巻線端部３５ａに当接して各巻線端部３５ａからの熱が伝達されるように形成されている。また、放熱プレート６０にはパワーモジュール４１の取り付け用のネジ穴６１及びネジ２２が通過する貫通穴が設けられている。
【００３８】
放熱プレート６０には金属又は熱伝導率の高いセラミック等、熱伝導性及び放熱性を有する部材を使用する。金属の場合は、熱伝導率が高く且つ比較的安価であるアルミニウムを使用することを主とするが、アルミニウムより熱伝導率の高い銅やアルミニウムより安価な鉄を使用してもよい。放熱プレート６０の厚みは加工性と放熱性を考慮すると例えば０．１〜１．０ｍｍとすることが好ましい。放熱性を高めるために複数の放熱プレート６０を積層した構成としてもよい。この場合の厚みは最大で３．０ｍｍまでとする。この厚みまでであれば、ファン駆動用電動機２０の小型化やコスト低減の面で有効である。
【００３９】
放熱プレート６０を用いてパワーモジュール４１をステータ３２に取り付ける際には、まず、パワーモジュール４１を含む複数の電子部品が実装されて完成したプリント配線基板４０と放熱プレート６０とを取り付ける。具体的には、パワーモジュール４１の放熱面４１ａを放熱プレート６０に当接させる。そして、その状態で、プリント配線基板４０においてパワーモジュール４１の樹脂成形部分と対向する箇所に設けた取り付け作業用開孔４３を通じて、パワーモジュール４１に設けたネジ穴４１ｂと放熱プレート６０に設けたネジ穴６０ａとにネジ６３を螺合し、両者を固定する。ネジ６３は放熱プレート６０を貫通しない長さとし、ネジ６３の取り付け時にネジ６３の先端が巻線３５に接触して巻線３５を破損することがないようにしている。パワーモジュール４１と放熱プレート６０の間には、図８に示すようにシリコングリースや放熱用シートなど、密着性を高めて放熱を促進するコンパウンド６４を挟んでもよい。
【００４０】
ついで、プリント配線基板４０が固定された放熱プレート６０をステータ鉄心３３に取り付ける。具体的にはまず、放熱プレート６０を複数の巻線端部３５ａに当接させる。この際、パワーモジュール４１における巻線温度の検知精度が高まるように、パワーモジュール４１と巻線端部３５ａとが放熱プレート６０を介して対向するように位置合わせすることが望ましい。
【００４１】
プリント配線基板４０の外周部には同心円状に間隔を空けて複数（ここでは２個）の取り付け作業用開孔４３ａが形成されており、その取り付け作業用開孔４３ａを通じて放熱プレート６０のネジ穴６１にネジ６２を螺合し、ネジ６２の先端をステータ鉄心３３に設けたネジ穴（図示せず）に螺合することで放熱プレート６０をステータ鉄心３３に固定する。この固定状態において、パワーモジュール４１は放熱プレート６０を介して巻線端部３５ａに間接的に当接する。また、ネジ６２は、軸部の長さが巻線端部３５ａのステータ鉄心端面からの突出高さとプリント配線基板４０の厚みとを加味して設定され、一般的に約１ｃｍ〜１０ｃｍとされる。このネジ６２の締め込み量によりステータ鉄心３３の端面と放熱プレート６０との間隔が調整されて両者が略平行状態を保って固定される。下ケース５０ｂの取り付けは実施の形態１と同様である。
【００４２】
なお、取り付け順は任意であり、放熱プレート６０をステータ鉄心３３に取り付けた後、プリント配線基板４０上に実装されたパワーモジュール４１を放熱プレート６０に取り付けるようにしてもよい。
【００４３】
以上のように放熱プレート６０を用いることで、パワーモジュール４１の熱を放熱できると共に、放熱プレート６０が全ての巻線端部３５ａに接触するように構成されているため、各巻線端部３５ａからの熱が放熱プレート全体へ広がることで、巻線自身の放熱も可能となる。
【００４４】
以上の取り付け構造においてパワーモジュール４１は、上述したように放熱プレート６０を介して巻線端部３５ａに間接的に当接しており、過熱保護回路１４は放熱プレート６０の温度を巻線３５の温度と見なして過熱保護を行う。過熱保護機能は実施の形態１と同様である。放熱プレート６０の温度は厳密には巻線温度と同じではないが、放熱プレート６０は全ての巻線端部３５ａと当接しておりこれらからの熱伝達を受けるため、巻線温度と略同等と見なすことができる。よって、過熱保護回路１４では、巻線３５の実際の温度との誤差が少ない温度検知が可能となる。
【００４５】
なお、放熱プレート６０は、全ての巻線端部３５ａに接触する構成に限られたものではなく、例えば、２，３個の巻線端部３５ａに接触している構成としてもよい。しかし、上述したように全ての巻線端部３５ａと接触する構成とした方が温度検知誤差を少なくできる観点から好ましい。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態２によれば実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、パワーモジュール４１と巻線端部３５ａとの間に放熱プレート６０を設けたので、パワーモジュール４１と巻線３５の放熱性を高めることができる。
【００４７】
また、放熱プレート６０を全ての巻線端部３５ａが接触する構成として巻線３５との接触面積を大きくしたので、全ての巻線端部３５ａの熱を放熱プレート６０へと伝えることができる。これにより、巻線３５の放熱性を高めることができると共に、一部の巻線端部３５ａに接触している場合に比べて放熱プレート６０の温度を巻線温度に近づけることができ過熱保護回路１４における巻線温度の検知誤差を少なくできる。その結果、実際には保護温度を超えているにも関わらず、過熱保護が作動しないといった不都合を防止することができ、高精度な過熱保護機能を実現できる。
【００４８】
また、パワーモジュール４１と巻線端部３５ａとが放熱プレート６０を介して対向しているため、例えば巻線端部３５ａ同士間の領域に対向してパワーモジュール４１が位置する場合に比べて過熱保護回路１４における検知精度を高めることができる。
【００４９】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態２の放熱プレート６０の表面に巻線端部３５ａの先端を収容する凹みを設け、巻線３５と放熱プレート６０との接触面積を大きくするようにしたものである。それ以外の構成は実施の形態２と同様であり、以下、実施の形態３が実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。
【００５０】
図９は、本発明の実施の形態３に係るファン駆動用電動機のステータと放熱プレート部分の概略分解斜視図である。
実施の形態３の放熱プレート６０は、巻線端部３５ａと対向する位置に、巻線端部３５ａと同数の凹み６５を有している。この凹み６５は放熱プレート製作時にプレス加工より形成する。なお、全ての凹み６５の合計体積は、強度の観点から放熱プレート６０全体の体積の約５０パーセント以下とする。放熱プレート６０の取り付け方法は実施の形態２と同様である。
【００５１】
このように構成したことにより、実施の形態２と同様の作用効果が得られると共に、放熱プレート６０に凹み６５を設けたことにより放熱プレート６０と巻線３５との接触面積が増すため、実施の形態２に比べて更に巻線３５の熱を放熱プレート６０に伝達することができる。よって、放熱性を更に高めることができると共に、放熱プレート６０の温度を更に巻線温度に近づけることができる。その結果、過熱保護回路１４における検知温度と実際の巻線温度との温度差、すなわち検知誤差を少なくでき、誤差に伴う不都合を抑制できる。
【００５２】
実施の形態４．
実施の形態４は、パワーモジュール４１の巻線３５への他の取り付け形態を示すもので、取り付けプレートを用いて取り付ける構造を説明する。取り付けプレートを用いた取り付け構造部分以外は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００５３】
図１０は、本発明の実施の形態４に係るファン駆動用電動機の概略分解斜視図である。なお、図１０において上ケース５０ａの図示は省略している。図１１は、図１０のステータ、取り付けプレート及びプリント配線基板の取り付け構造を示す拡大図で、これらをパワーモジュール部分で周方向に切断した断面図である。
【００５４】
実施の形態４では、金属製の取り付けプレート７０を用いてパワーモジュール４１をステータ３２に取り付ける。取り付けプレート７０は、短冊状の金属プレートを断面略コ字状に形成し、コ字部７１の両端を外側に折曲した形状を有している。コ字部７１の両端の各折曲部７２にはネジ７４が挿通する貫通穴７３が形成されている。また、取り付けプレート７０のコ字部７１の背面には、パワーモジュール取り付け用に複数（ここでは２箇所）のネジ穴７０ａが設けられている。取り付けプレート７０は、巻線端部３５ａ一つ分を覆う程度の大きさに形成され、一般的に縦、横及び高さのそれぞれが例えば５〜５０ｃｍ程度に形成される。取り付けプレート７０は実施の形態２の放熱プレート６０と同等の材料で形成される。
【００５５】
また、プリント配線基板４０には、取り付けプレート７０のステータ鉄心３３への取り付け及びパワーモジュール４１の取り付けプレート７０への取り付けを行う際の作業用の取り付け作業用開孔４４が形成されている。取り付け作業用開孔４４は、ここではこれら２つの取り付け作業の両方を行える大きさとしたが、それぞれの取り付け作業用に分けた構成としてもよい。
【００５６】
以上のように構成した取り付けプレート７０を用いてパワーモジュール４１をステータ３２に取り付ける際には、まず、取り付けプレート７０のコ字部７１の背面を、プリント配線基板４０上に実装されたパワーモジュール４１の放熱面４１ａに当接させる。そして、取り付け作業用開孔４４を通じてネジ６３をパワーモジュール４１と取り付けプレート７０のそれぞれに設けたネジ穴４１ｂ、６０ａに螺合し、パワーモジュール４１を取り付けプレート７０に固定する。ネジ６３は取り付けプレート７０を貫通しない長さとし、ネジ６３の取り付け時にネジ６３の先端が巻線３５に接触して巻線３５を破損することがないようにしている。
【００５７】
そして、取り付けプレート７０を取り付け済みのプリント配線基板４０を、取り付けプレート７０が巻線端部３５ａを覆うようにステータ３２と対向して配置する。そして、取り付け作業用開孔４４を通じてネジ７４を取り付けプレート７０の貫通穴７３に通し、ステータ鉄心３３に設けたネジ穴３３ｃに螺合し、パワーモジュール取り付け済みの取り付けプレート７０をステータ鉄心３３に固定する。この固定状態において取り付けプレート７０のコ字部７１の両面が巻線端部３５ａ及びパワーモジュール４１の放熱面４１ａに当接する。なお、取り付け順は任意であり、取り付けプレート７０をステータ鉄心３３に取り付けた後、プリント配線基板４０上に実装されたパワーモジュール４１を取り付けプレートに取り付けるようにしてもよい。
【００５８】
ところで、図１０及び図１１には図示していないが、プリント配線基板４０とステータ３２の端面とが略並行状態を保って固定されるように、取り付けプレート７０による接続部分以外の部分にスペーサを設ける等してプリント配線基板４０とステータ３２の端面との隙間が均一になるようにする。
【００５９】
以上の取り付け構造においては、パワーモジュール４１が取り付けプレート７０を介して巻線端部３５ａに間接的に当接しており、過熱保護回路１４は取り付けプレート７０の温度を巻線３５の温度と見なして過熱保護を行う。過熱保護機能は実施の形態１と同様である。取り付けプレート７０の温度は厳密には巻線温度と同じではないが、取り付けプレート７０は金属製であり巻線３５の熱が伝達し易く、また、巻線端部３５ａ一つ分を覆う大きさであり必要以上に大きくないため、巻線３５の温度と同等の温度にすることができる。よって、パワーモジュール４１内の過熱保護回路１４では、巻線３５の実際の温度との誤差が少ない温度検知が可能となる。
【００６０】
以上説明したように、本実施の形態４によれば実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、ネジ留めによる取り付けであるため結束紐３６を用いて取り付ける方法に比べて取り付け作業を簡素化することができる。なお、上記実施の形態２にも、結束紐３６を用いずにパワーモジュール４１をステータ３２に取り付ける構造について示したが、本実施の形態４の取り付けプレート７０は実施の形態２の円板状の放熱プレート６０に比べて小さいため、使用する金属材料の量を削減でき、低コスト化が図れる。また、小型であるが故に取り扱いが容易であり取り付け作業も容易である。
【００６１】
また、小型であるが故に取り付けプレート７０を巻線温度と略同等の温度とすることができ、パワーモジュール４１の過熱保護回路１４における検知温度と実際の巻線温度との温度差を小さくできる。その結果、実際には保護温度を超えているにも関わらず、過熱保護が作動しないといった不都合を防止することができ、高精度な過熱保護機能を実現できる。
【００６２】
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４ではパワーモジュール４１を巻線端部３５ａと軸方向に対向するようにステータ３２に取り付けていたが、実施の形態５ではパワーモジュール４１をステータ３２の外周面に取り付けるようにしたものである。この取り付け構造部分以外は実施の形態１と同様であり、以下、実施の形態５が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００６３】
図１２は、本発明の実施の形態５に係るファン駆動用電動機の構成を示す概略分解斜視図である。図１３は、図１２のパワーモジュール部分での横断面図である。
以下、実施の形態５のファン駆動用電動機の構成を説明するに先立って、巻線３５の熱の伝熱経路について説明する。
巻線３５はステータ鉄心３３に巻きついており、巻線３５の熱はステータ鉄心３３側へ伝熱され、巻線３５の温度上昇と共にステータ鉄心３３の温度も上昇する。巻線３５には銅材料、鉄心には鉄などの金属材料を使用しており、巻線３５からステータ鉄心３３への伝熱量は多いため、巻線３５の温度とステータ鉄心３３の温度は略同等である。よって、パワーモジュール４１をステータ鉄心３３の外周面に当接した構成としても、巻線３５に直接的に取り付けた場合と略同等の温度をパワーモジュール４１内の過熱保護回路１４にてモニタすることが可能である。
【００６４】
以下、パワーモジュール４１のステータ鉄心３３の外周面への具体的な取り付け構造について説明する。
取り付けプレート７０は短冊状の板材の両端を折曲して断面コ字状に形成され、ステータ３２の軸方向の長さと同等の長さを有し、両端部８１には貫通穴８２が形成されている。取り付け治具８０の材料は鉄、アルミなどの金属の他、ゴムを用いてもよい。ゴムとした場合でもネジ取り付け部分は金属とする。
【００６５】
ステータ鉄心３３は、外周面の一部に軸方向に延びる平面状の取り付け面３３ａを有し、この取り付け面３３ａにパワーモジュール４１が取り付けられる。また、ステータ鉄心３３の軸方向の両端面には取り付けプレート７０を取り付けるためのネジ穴３３ｂが設けられている。
【００６６】
以上のように構成した取り付け治具８０を用いてパワーモジュール４１をステータ３２の外周面に取り付ける際には、プリント配線基板４０に実装されたパワーモジュール４１の樹脂成形部分とプリント配線基板４０との間に取り付け治具８０を通し、取り付け治具８０をステータ鉄心３３側に押しつけて、取り付け治具８０とステータ鉄心３３の取り付け面３３ａとの間でパワーモジュール４１を挟持した状態とする。
【００６７】
そして、取り付け治具８０の各貫通穴８２のそれぞれにネジ８３を挿通し、ステータ鉄心３３に設けたネジ穴３３ｂに螺合することで取り付け治具８０をステータ鉄心３３に固定し、パワーモジュール４１を挟み込み固定する。
【００６８】
このようにステータ鉄心３３に平面状の取り付け面３３ａを設けたことでパワーモジュール４１の放熱面４１ａとステータ鉄心３３との当接が面接触となるため、ステータ鉄心３３の熱を効率良くパワーモジュール４１に伝達できる。なお、ステータ鉄心３３のパワーモジュール４１を取り付ける箇所以外は丸みを帯びた形状のままとしてよい。
【００６９】
以上の取り付け構造においては、パワーモジュール４１の放熱面４１ａがステータ鉄心３３に当接しており、パワーモジュール４１内の過熱保護回路１４はステータ鉄心３３の温度を検知し、その検知温度を巻線温度と見なして過熱保護を行う。過熱保護機能の動作は実施の形態１と同様である。ステータ鉄心３３は上述したように巻線温度と同等であり、パワーモジュール４１内の過熱保護回路１４では、巻線３５の実際の温度との誤差が少ない温度検知を行える。
【００７０】
以上説明したように本実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができると共に、ステータ鉄心３３の外周面に平面状の取り付け面３３ａを設け、その取り付け面３３ａにパワーモジュール４１の放熱面４１ａを当接させた構造としたことにより、巻線３５に直接的にパワーモジュール４１を当接させて取り付けた場合と略同等の温度をパワーモジュール４１内の過熱保護回路１４にてモニタすることが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０  インバータ装置、１１  インバータ主回路、１１ａ〜１１ｆ  スイッチング素子、１２ａ〜１２ｆ  ダイオード素子、１３  ドライブ回路、１４  過熱保護回路、１５  マイコン、１６  直流電源、２０  ファン駆動用電動機、２１  取り付け穴、２２  ネジ、２３  開孔、３０  電動機本体部、３１  ロータ、３１ａ  回転軸、３２  ステータ、３３  ステータ鉄心、３３ａ  取り付け面、３３ｂ  ネジ穴、３３ｃ  ネジ穴、３４  ティース部、３５  巻線、３５ａ  巻線端部、３６  結束紐、３７  取り付け部材、４０  プリント配線基板、４１  パワーモジュール、４１ａ  放熱面、４１ｂ  ネジ穴、４２  取り付け穴、４３  作業用開孔、４３ａ  作業用開孔、４４  作業用開孔、５０ａ  上ケース、５０ｂ  下ケース、５１  取り付け穴、６０  放熱プレート、６０ａ  ネジ穴、６１  ネジ穴、６２  ネジ、６３  ネジ、６４  コンパウンド、６５  凹み、７０  プレート、７０ａ  ネジ穴、７１  コ字部、７２  折曲部、７３  貫通穴、７４  ネジ、８０  取り付け治具、８１  両端部、８２  貫通穴、８３  ネジ。
【図１】
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【図２】
0005943556.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005943556.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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