(57)【要約】【課題】スイッチング素子の寸法を小さくしてモータの小型化を図ることができる。【解決手段】  固定子鉄心６にコイル９を巻回した固定子鉄心ブロックと、コイル９への通電を切り替えるためのスイッチング素子１と、スイッチング素子１で発生する熱を放熱する放熱部材７と、スイッチング素子１を放熱部材７に押し付けるための板ばねからなる押さえ部材２３とで固定子４を構成し、回転子鉄心１３及び永久磁石１４と、回転子鉄心１３の中心に挿通された回転軸１５とで回転子５を構成し、固定子４に空隙を介して回転子５を配置して回転軸１５を軸受１６，１７にて支持したブラシレスモータである。これにおいて、金属製の放熱部材７とスイッチング素子１の少なくとも背面との間に薄肉の絶縁部材２６を介在する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心にコイルを巻回した固定子鉄心ブロックと、前記コイルへの通電を切り替えるためのスイッチング素子と、スイッチング素子で発生する熱を放熱するための熱伝導率の高い金属製の放熱部材と、スイッチング素子をスイッチング素子の前面から押圧して放熱部材に圧力をかけて押し付けるための板ばねからなる押さえ部材とで固定子を構成し、回転子鉄心及び永久磁石と、回転子鉄心の中心に挿通された回転軸とで回転子を構成し、固定子に空隙を介して回転子を配置して回転軸を軸受にて支持したブラシレスモータにおいて、金属製の放熱部材とスイッチング素子の少なくとも背面との間に薄肉の絶縁部材を介在すると共に板ばね材からなる押さえ部材にてスイッチング素子の前面から押圧したことを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
上記絶縁部材をスイッチング素子の背面、上面及び両側の側面の４面を覆う形状にしたことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
上記絶縁部材をシリコンゴムなどの熱伝導性が高く弾性が大きい材質としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
スイッチング素子の背面、上面及び両側の側面の４面を覆う形状の絶縁部材の内部にスイッチング素子の金属製のフィンが納まる段差部を設けたことを特徴とする請求項２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、ブラシレスモータの構造に関し、詳しくはスイッチング素子から発生する熱を放熱する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にブラシレスモータはＭＯＳＦＥＴ素子のようなスイッチング素子により通電相を切り替えることでモータを回転させるが、スイッチング素子は通電すると発熱するためにアルミニウム製などの金属の放熱部材にばねやねじなどの圧力で押し付けて熱を伝え、放熱する必要がある。ところで、ＭＯＳＦＥＴ素子のようなスイッチング素子のパッケージは通常ドレイン端子と電気的に接続された金属製の放熱フィンがあり、複数のスイッチング素子を1個の放熱部材に取り付ける場合は絶縁が必要である。つまり、スイッチング素子を放熱部材に取り付ける際、他のスイッチング素子との絶縁を確保するため放熱部材をスイッチング素子毎に絶縁する、またはスッチング素子と放熱部材との間を絶縁することが必要になる。
【０００３】
この絶縁のために従来は図７に示すように樹脂モールドして金属部が露出しないようにしたパッケージ品のスイッチング素子１′を使用していた。このスイッチング素子１′は上部に樹脂製の連出部２を有し、この連出部２にねじ止め用の穴３を設けてある。そしてスイッチング素子１′を放熱部材に当接した状態で穴３を介してねじを放熱部材に螺合して取り付けることでスイッチング素子１′を放熱部材に押し付けている。つまり、金属部が露出しないように樹脂モールドしたものであるため、ねじ止めで強く押し付けないと放熱できない。
【０００４】
ところがこのように金属部が露出しないようにモールドしたスイッチング素子１′はねじ止めする構造にしなければならないためと、金属部が露出しないように樹脂モールドしなければならないこととによりスイッチング素子１′の寸法が大きくなり、それに伴ないモータ寸法も大きくなるという問題がある。
【０００５】
また上記のようにねじで取り付ける代わりに連出部２と放熱部材をばねクリップで挟持してスイッチング素子１′を取り付けるものもある（例えば、特許文献１参照）。かかるものではねじ止めの手間を要せずスイッチング素子１′を取り付けることができるが、スイッチング素子１′としては図７に示すものと同じものを用いなければならなく、スイッチング素子１′の寸法が大きくなり、それに伴ないモータ寸法も大きくなるという問題がある。
【特許文献１】実公平６−４６２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、スイッチング素子の寸法を小さくしてモータの小型化を図ることができるブラシレスモータを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係るブラシレスモータは、固定子鉄心にコイルを巻回した固定子鉄心ブロックと、前記コイルへの通電を切り替えるためのスイッチング素子と、スイッチング素子で発生する熱を放熱するための熱伝導率の高い金属製の放熱部材と、スイッチング素子をスイッチング素子の前面から押圧して放熱部材に圧力をかけて押し付けるための板ばねからなる押さえ部材とで固定子を構成し、回転子鉄心及び永久磁石と、回転子鉄心の中心に挿通された回転軸とで回転子を構成し、固定子に空隙を介して回転子を配置して回転軸を軸受にて支持したブラシレスモータにおいて、金属製の放熱部材とスイッチング素子の少なくとも背面との間に薄肉の絶縁部材を介在すると共に板ばね材からなる押さえ部材にてスイッチング素子の前面から押圧したことを特徴とする。スイッチング素子の背面と放熱部材との間に介装した薄肉の絶縁部材でスイッチング素子と放熱部材との間が絶縁できると共に板ばねからなる押さえ部材で押さえてスイッチング素子を固定できることにより放熱フィンのような金属部が露出した小さい寸法のスイッチング素子を用いることができてモータの小型化を図ることができる。
【０００８】
また上記絶縁部材をスイッチング素子の背面、上面及び両側の側面の４面を覆う形状にしたことを特徴とすることも好ましい。この場合、スイッチング素子の背面だけでなく、側面や上面との絶縁性が確保される。これにより放熱部材との間の絶縁だけでなく、他のスイッチング素子や押さえ部材との間の絶縁も確保され、安全がブラシレスモータを形成できる。
【０００９】
また上記絶縁部材をシリコンゴムなどの熱伝導性が高く弾性が大きい材質としたことを特徴とすることも好ましい。この場合、絶縁部材を介在しても伝熱効率がよく、押さえ部材のばね圧により放熱部材と密着性を高めることができる。またモータに振動が発生してもスイッチング素子と放熱部材との接触が保たれ、熱伝導を確保できるため、熱による破壊に対してさらに安全性が高まるようにできる。
【００１０】
またスイッチング素子の背面、上面及び両側の側面の４面を覆う形状の絶縁部材の内部にスイッチング素子の金属製のフィンが納まる段差部を設けたことを特徴とすることも好ましい。この場合、スイッチング素子のフィンが段差部に納まることでスイッチング素子と絶縁部材とが外れにくくなり、組み立てが容易なモータを提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は叙述のようにスイッチング素子の背面と放熱部材との間に介装した薄肉の絶縁部材でスイッチング素子と放熱部材との間が絶縁できると共に板ばねからなる押さえ部材で押さえてスイッチング素子を固定できることにより放熱フィンのような金属部が露出した小さい寸法のスイッチング素子を用いることができてモータの小型化を図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図１乃至図６の添付図面に示す実施形態に基いて説明する。
【００１３】
図１は埋め込み磁石型のブラシレスモータの軸方向断面図であり、このモータは固定子４と回転子５とから構成されている。
【００１４】
電磁鋼板等が積層された固定子鉄心６の一端側にはアルミニウム等の熱伝導性のよい金属よりなる放熱部材７が配置され、固定子鉄心６に放熱部材７を連結してある。固定子鉄心６には樹脂等の絶縁物からなるコイル枠８が圧入して固定してあり、その外側にコイル９を巻装して固定子４が組み立てられている。固定子４の一端側には回路基板１０が配置され、回路基板１０がねじ１１にて放熱部材７に固定されている。この回路基板１０にはＭＯＳＦＥＴ素子のようなスイッチング素子１が搭載されており、回路基板１０には回路基板１０に通電するためのリード線１２が接続されている。スイッチング素子３と放熱部材７とは接触させてあり、コイル９と回路基板１０とは電気的に結合してある。
【００１５】
固定子４の内側には回転子５の回転子鉄心１３がギャップをもって配置され、回転子鉄心１３には永久磁石１４が接着等で固定されている。回転子鉄心１３の中央には回転軸１５が挿通されて一体化されており、回転軸１５の両端にはボールベアリングのような軸受１６，１７が装着され、回転軸１５の端部にピニオン１８が装着されている。このように固定子４に回転子５を組み込んだ状態で固定子４や回転子５がモータケース（図示せず）内に内装され、軸受１６、１７はモータケースに支持される。
【００１６】
上記のようなモータは、電流がリード線１２→回路基板１０→スイッチング素子１→コイル９の順に流れて回転子５の回転軸１５が回転駆動される。つまり、ＭＯＳＦＥＴ素子制御回路のようなスイッチング素子制御回路１９により制御されるスイッチング素子１により回転子５の回転角度に応じてコイル９への通電が制御され、回転子５との間に発生するトルクにより回転子５と一緒に回転軸１５が回転駆動されるようになっている。このように回転駆動されるが、スッチング素子１で発生した熱は放熱部材７及び固定子鉄心６から放熱される。このとき固定子鉄心６が放熱リブの機能をして効果的に放熱される。
【００１７】
回転子５の回転軸１５には放熱部材７と反対側の位置で冷却ファン２０が配置され、冷却ファン２０が回転軸１５に固定されて回転軸１５と一緒に冷却ファン２０が回転するようになっている。回転子５の回転軸１５が駆動されたとき冷却ファン２０が回転して冷却ファン２０で送風され、冷却風としての外気が放熱部材７側から取り込まれ、スイッチング素子１→コイル９の順に通って外部に排出され、スイッチング素子１とコイル９とが順に冷却される。
【００１８】
上記スイッチング素子１は図３に示すようなパッケージ品であり、従来のように金属部が露出しないように樹脂でモールドしたパッケージ品ではなく、金属の放熱フィン２１が露出している。図３でＧはゲート端子、Ｄはドレイン端子、Ｓはソース端子であり、放熱フィン２１はドレイン端子Ｄに導通している。
【００１９】
放熱部材７には直方体状の取り付け部２２を有しており、この取り付け部２２の四周の側面２２ａに図４に示すように沿わせて複数個（本例の場合６個）のスイッチング素子１を配置してある。つまり、四周の側面２２ａのうち長辺側の側面２２ａには２個のスッチング素子１を短辺側の側面２２ａには１個のスイッチング素子１が沿うように配置してある。スイッチング素子１を配置するときスイッチング素子１の背面が放熱部材７側を向くように配置してある。
【００２０】
スイッチング素子１を押さえて取り付ける押さえ部材２３はばね性があり放熱性に優れた金属（ＳＵＳ、銅等）の板ばね材にて形成されており、矩形状の本体板２３ａの周縁から複数の押圧片２３ｂと直交する方向に突設してある。この押さえ部材２３の本体板２３ａを取り付け部２２の端面２２ｂに当接し、ビスのようなねじ２４を本体板２３ａから取り付け部のねじ穴２５に螺合して押さえ部材２３を取り付けある。このように押さえ部材２３を取り付けることで押圧片２３ｂをスイッチング素子１の前面を押圧してスイッチング素子１を保持している。
【００２１】
スイッチング素子１は回路基板１０に搭載してあり、回路基板１０のスイッチング素子制御回路１９に接続されている。図２は回路図であり、スイッチング素子制御回路１９により６個のスイッチング素子１のオン、オフの組み合わせを変え、３相のコイル９へ流す電流の向きを変えることで回転子５を回転駆動することができる。図２ではＨＵ、ＨＶ、ＨＷはハイサイドの３相のスイッチング素子１であり、ＬＵ、ＬＶ、ＬＷはローサイドの３相のスイッチング素子１である。
【００２２】
ところで、図２のようにＬＵ、ＬＶ、ＬＷで示すローサイドの３相のスイッチング素子１のドレイン端子はＤＵ、ＤＶ、ＤＷとなっており、ＨＵ、ＨＶ、ＨＷで示すハイサイドの３相のスイッチング素子１のオン、オフにより各端子の電位は変化する。ＬＵ、ＬＶ、ＬＷで示すローサイドの３相のスイッチング素子１を放熱部材７に電気的に絶縁せずに取り付けると、ＤＵ、ＤＶ、ＤＷに示すドレイン端子が短絡するためにローサイド側のいずれかのスイッチング素子１がオンされ、コイル９を介さずにオンされたスイッチング素子１を通って流れる。このとき、コイル９と比較してＭＯＳＦＥＴ素子のようなスイッチング素子１の抵抗は小さいため、大電流が流れてスイッチング素子１が破壊される。従って、少なくともローサイド側の３個のスイッチング素子１は放熱部材７に対して絶縁する必要がある。ハイサイド側のスイッチング素子１のドレイン端子は全て電源電圧Ｖｈと接続されているため、ハイサイド側のスイッチング素子１間の絶縁は不要である。
【００２３】
そして本発明ではスイッチング素子１を放熱部材７に絶縁して接触するために少なくともスイッチング素子１の背面と放熱部材７との間に薄肉の絶縁部材２６を介在させている。本例では最低限絶縁が必要なローサイド側の３つのスイッチング素子１と放熱部材７との間に絶縁部材２６を介在させている。この絶縁部材は２６はシリコンゴムなどの高伝導率、高弾性の絶縁材質にて形成されており、押さえ部材２３の押圧片２３ｂの押圧にて放熱部材７、絶縁部材２６、スイッチング素子１が密着して熱伝導率が高まる。また振動が発生しても弾性により吸収して外れにくくなる。このようにスイッチング素子１が絶縁部材２６を介して設けることにより、放熱フィン２１のような金属部が露出した小さい寸法のスイッチング素子１を用いることができてモータの小型化を図ることができる。
【００２４】
また本例の場合、絶縁部材２６は図４に示すようにスイッチング素子１の背面だけなく、上面及び両側の側面を覆うような箱状に形成されている。このように絶縁部材２６でスイッチング素子１の上面及び両側の側面を覆うようにすると、隣接するように配置されたスイッチング素子１に対して絶縁を確保できると共に押さえ部材２３に対しても絶縁を確保できる。上記のように絶縁部材２６はスイッチング素子１の背面、上面及び両側の側面を覆う箱状に形成されているが、この箱状の絶縁部材２６内には図６に示すように段差部２７を設けてあり、スイッチング素子１に絶縁部材２６を被着したとき放熱フィン２１が段差部２７に収まるようになっている。このようしてあると、組み立て時にスイッチング素子１に絶縁部材２６を外れないように止めることができ、組み立て性を向上することができる。
【００２５】
また図５に示すように押さえ部材２３の押圧片２３ｂにてスイッチング素子１の前面を直接押さえて取り付けおり（スイッチング素子１の前面はパッケージで絶縁されている）、絶縁部材２６ではスイッチング素子１の前面を覆っていないため、押さえ部材２３からの放熱は促進される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の一例のブラシレスモータの断面図である。
【図２】同上のモータを駆動する回路を説明する回路図である。
【図３】同上のスイッチング素子を示し（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【図４】同上のスイッチング素子を取り付ける状態を示す斜視図である。
【図５】図４の状態から押さえ部材を取り付けた状態の斜視図である。
【図６】図５の状態の断面図である。
【図７】従来のスイチング素子を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  スイッチング素子  
４  固定子  
５  回転子
６  固定子鉄心
７  放熱部材
９  コイル
１３  回転子鉄心  
１４  永久磁石  
１５  回転軸
１６  軸受
１７  軸受
２１  放熱フィン
２３  押さえ部材
２６  絶縁部材
２７  段差部
【図１】
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【図２】
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【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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