(57)【要約】【課題】小型のブラシレスモータにおけるパワー素子の温度上昇を低減することができるブラシレスモータを提供することを目的とする。【解決手段】ロータ１の出力軸１ａと同軸上にステータ２を配置し、ロータ１とステータ２との端部に、パワー素子７が実装された第１の配線基板３ａを配置し、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２の配線基板３ｂを配置し、第２の配線基板３ｂには磁電変換素子５をロータ１に近接して配置し、ステータ巻線２２を第１の配線基板３ａに接続した。【選択図】図１
2008228380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は駆動回路を内蔵したブラシレスモータに関する。詳しくは、自動車のエンジンルーム環境の様な高温環境で運転されるモータの駆動回路をモータに内蔵する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１は小型のブラシレスモータで、ロータ１とステータ２と配線基板３をモータケーシング４に納めて構成されている。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。磁電変換素子５はロータ１に近接して配線基板３に配置されている。磁電変換素子５がロータ１の磁極を検出して制御回路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転磁界を発生させてロータ１を回転駆動している。
【０００３】
図１２は大型モータの場合を示す。特許文献１のこのブラシレスモータは、制御回路が実装された配線基板８が、回路保護ケース９の内部の中央に取り付けられており、この配線基板８によって駆動されてモータ巻線１０への通電を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。
【０００４】
また、パワー素子１１および制御回路が実装された配線基板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。
【特許文献１】特開２０００−４５６６公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１００℃を超える高温環境下で駆動回路を内蔵した小型モータを運転した場合には、ステータ巻線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の付近が１３０℃程度になることがある。しかしながら一般的なパワー素子の動作可能なジャンクション温度の上限は１５０℃であるため、信頼性の向上のためにパワー素子７の発熱および付近の温度上昇を低減することが必要である。
【０００６】
しかし、大型モータに見られるように回路保護ケース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使用する対策などは、小型モータでは採用することができない。
【０００７】
本発明は、小型のブラシレスモータにおけるパワー素子付近の温度上昇を低減することができるブラシレスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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ことを特徴とする。
【０００９】
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とは反対側の面に前記パワー素子を実装したことを特徴とする。
【００１０】
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ことを特徴とする。
【００１１】
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ことを特徴とする。
【００１２】
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ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
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の配線基板によってステータ巻線からの熱の輻射や対流を遮って、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パワー素子付近の温度上昇を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明のブラシレスモータを各実施の形態に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図７は本発明の（実施の形態１）を示す。
【００１５】
図１（ａ）に示したブラシレスモータは図１（ｂ）における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。
【００１６】
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とで構成されている。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には、ロータ１とステータ２ならびに第１，第２の配線基板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と同軸上に配置されている。第１の配線基板３ａは、ロータ１とステータ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。図５（ｃ）（ｄ）に第１の配線基板３ａの上面と背面を示す。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に直線状にカットされている。
【００１７】
第１の配線基板３ａの直線状にカットされた外周の一部１３ａ，１３ｃで挟まれた外周の一部１３ｂには、ガイド溝１４が形成され、第１の配線基板３ａの背面にはガイド溝１４に近接してランド１５が設けられている。
【００１８】
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の基端が固着され、半田付けにより電気接続されている。
なお、第１の配線基板３ａとしては、パワー素子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厚さは、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。
【００１９】
磁電変換素子５が実装された第２の配線基板３ｂは、ロータ１と第１の配線基板３ａの間に配置されている。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をあけて配置されている。磁電変換素子５はロータ１に近接して配置されている。図５（ａ）（ｂ）に第２の配線基板３ｂの上面と背面を示す。
【００２０】
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うに直線状にカットされており、外周の一部１７ａ，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を有する端子部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の配線基板３ａと同様にガイド溝２０が形成されている。
【００２１】
なお、第２の配線基板３ｂとしては、上面と背面の銅箔の厚さが、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に示すように電気絶縁性のスペーサ２１ａを、第１の配線基板３ａの外周の一部１３ａと第２の配線基板３ｂの外周の一部１７ａとの間にセットし、電気絶縁性のスペーサ２１ｂを、第１の配線基板３ａの外周の一部１３ｃと第２の配線基板３ｂの外周の一部１７ｃとの間にセットして、第１，第２の配線基板３ａ，３ｂの間隔を前記間隔Ｌ１に保持すると共に、第１の配線基板３ａの側の前記電極片１６の先端と第２の配線基板３ｂの端子部１９の前記ランド１８とを接続状態に保持している。
【００２２】
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で連結した第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の外周の１３ｂとの間に形成される空間、ならびにケーシング本体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き出しておき、第１，第２の配線基板３ａ，３ｂをケーシング本体４ａに納めた後にステータ巻線のリード２２を、図１と図５（ａ）（ｄ）に示すように第２の配線基板３ｂのガイド溝２０と第１の配線基板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。
【００２３】
この結線が完了する前工程において、次のようにして第１，第２の配線基板３ａ，３ｂを位置決めし接続している。
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）はこ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２４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決めし、切り起こし片２４に対応するケーシング本体４ａの端部４ｃをカシメ加工することにより固定する。
【００２４】
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の背面のランド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、カシメ加工により固定する。
【００２５】
これによって、磁電変換素子５がロータ１の磁極を検出した検出信号などは、第２の配線基板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を回転駆動している。
【００２６】
さらに、ロータ１とステータ２の側が前述のように１３０℃程度に温度上昇していても、この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付近の温度上昇を従来に比べて低減できる。
【００２７】
ここで制御回路６からパワー素子７への信号は、第１の配線基板３ａの上面と背面とを接続するスルーホールによって供給できるため、モータ駆動用のインバータ回路を構成する際にパワー素子７の裏側直近にパワー素子の駆動回路を配置する事が可能になるため、インバータ各相の配線長をほぼ等しくかつ配線距離を短くすることができるため、パワー素子としてＭＯＳＦＥＴ等の高速スイッチング素子を使用する際に各相のゲート駆動回路のインピーダンスをほぼ等しくかつインダクタンス成分を低減することができるので、スイッチング周波数の高速化による性能の向上および信頼性の向上を期待できる。
【００２８】
また、この実施の形態のケーシング蓋４ｂの形状は、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ルドケースを形成するために、図３と図８に示す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、シールドケース側壁２６の両端部２７ａ，２７ｂがシールドケース底部２５の側面に沿うように絞り加工されている。さらにケーシング蓋４ｂをケーシング本体４ａに取り付けた後に、シールドケース側壁２６の上部開口２８が金属製の補助蓋２９で閉塞されている。
【００２９】
また、第１の配線基板３ａの外周の全部がケーシング本体４ａの内周に近接しているのではなく、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に直線状にカットされているため、ケーシング本体４ａから第１の配線基板３ａへの熱伝導も低減されている。
【００３０】
（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，３ｂは、スペーサ２１ａ，２１ｂで間隔保持された上で、第１の配線基板３ａの位置をケーシング本体４ａの切り起こし片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を使わなくても組み立てることができる。
【００３１】
具体例を図９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）はこの場合のケーシング蓋４ｂを示している。
【００３２】
図９に示すようにケーシング本体４ａに第１の配線基板３ａを固定する第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をカシメ加工することにより固定する。次にケーシング本体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で軸方向の高さを位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定した後、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にカシメ加工により固定することによって実現できる。
【００３３】
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の配線基板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の配線基板３ｂに磁電変換素子５と制御回路６を実装して構成することもできる。
【００３４】
上記の各実施の形態では、第１，第２の配線基板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の配線基板３ａ、３ｂがケーシング本体４ａの内側に全部が収まる形状にした場合にも同様に実施することができる。
【００３５】
上記の各実施の形態では、インナーロータ型を例に挙げて説明したが、図１０に示すようにアウターロータ型であっても同様に実施することができる。ここでは内側の固定側にステータ２が取り付けられており、その外周にステータ２と同軸上にロータ１が回転自在に支持されている。なお、この場合のモーターケーシング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の配線基板３ｂによってケーシング内部を仕切ることによって、第１の配線基板３ａへの熱の伝達を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は小型ブラシレスモータを使用した各種機器の信頼性の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明のブラシレスモータの縦断面図と横断面図
【図２】同実施の形態の一部切り欠き斜視図
【図３】同実施の形態の分解斜視図
【図４】図１（ｂ）のＢ−ＢＢ断面図
【図５】同実施の形態の第１，第２の配線基板の上面図と下面図
【図６】同実施の形態の第１，第２の配線基板をスペーサで連結した状態の正面図と背面図と断面図
【図７】同実施の形態のモータケーシング本体の正面図と底面図およびケーシング蓋の正面図
【図８】同実施の形態のケーシング蓋の平面図
【図９】別の実施の形態のモータケーシング本体の正面図と底面図およびケーシング蓋の正面図
【図１０】アウターロータ型の場合の縦断面図
【図１１】従来の小型モータの縦断面図と横断面図
【図１２】従来の大型モータの断面図
【符号の説明】
【００３８】
１    ロータ
１ａ    ロータ１の出力軸
２    ステータ
３ａ    第１の配線基板
３ｂ    第２の配線基板
４    モータケーシング
４ａ    ケーシング本体
４ｂ    ケーシング蓋
４ｃ、４ｄ、４ｅ    ケーシング本体の端部
５    磁電変換素子
６    制御回路
７    パワー素子
１３ａ〜１３ｃ，１７ａ〜１７ｃ    第１，第２の配線基板３ａ，３ｂの外周の切欠部
１４    ガイド溝
１６    電極片
１８    端子部１９のランド
１９    第２の配線基板３ｂの端子部
２１ａ，２１ｂ    スペーサ
２０    ガイド溝
２２    ステータ２のステータ巻線のリード
２４    切り起こし片
３０ａ    第１の切り起こし片
３０ｂ    第２の切り起こし片
【図１】
2008228380.tif 000003
【図２】
2008228380.tif 000004
【図３】
2008228380.tif 000005
【図４】
2008228380.tif 000006
【図５】
2008228380.tif 000007
【図６】
2008228380.tif 000008
【図７】
2008228380.tif 000009
【図８】
2008228380.tif 000010
【図９】
2008228380.tif 000011
【図１０】
2008228380.tif 000012
【図１１】
2008228380.tif 000013
【図１２】
2008228380.tif 000014