БЕСЩЕТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ И КОНДИЦИОНЕР, ИМЕЮЩИЙ ТАКОЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Настоящая полезная модель относится к теплорассеивающей конструкции устройства вывода, использующейся для управления приводом бесщеточного электродвигателя и кондиционера, использующего такой же бесщеточный электродвигатель, что и вентиляторный электродвигатель.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Некоторые традиционные кондиционеры воздуха применяли бесщеточный электродвигатель как вентиляторный электродвигатель. В таком бесщеточном двигателе устройство вывода, используемое для управления приводом бесщеточного двигателя, потребляет электроэнергию, так что устройство вывода само по себе вырабатывает тепло. Когда устройство вывода вырабатывает много тепла, то температура устройства вывода поднимается к предельной. Тогда срабатывает защитное устройство от перегрева для остановки функции устройства вывода, так что бесщеточный двигатель перестает работать.
Для преодоления вышеизложенной проблемы тепло, вырабатываемое устройством вывода, рассеивается от железного кронштейна посредством теплопроводящего полимера, такой кронштейн помещается на противоположную сторону от активной стороны вала и располагается напротив монтажной платы, на которую смонтировано устройство вывода.
Фиг.6 показывает поперечное сечение, иллюстрирующее конструкцию традиционного бесщеточного двигателя. На фиг.6 стальной сердечник 101 статора обмотан обмотками 102 через изолятор (не показан), так что образован узел 120 стального сердечника статора с обмотками. Узел 120 сформован с кронштейном 103 в один блок с полимером 104, причем кронштейн 103 размещается на активной стороне вала. Такой формованный блок образует часть формованного двигателя.
Выходной вал 105 и электромагниты (не показаны) объединены со стальным сердечником 106 ротора, образуя ротор 123. Два подшипника 108. расположены на обоих концах выходного вала 105 для поддерживания выходного вала 105. Как показано на фиг.6, ротор 123 размещается в узле 120 стального сердечника статора с обмотками, который был сформован. Затем устанавливается монтажная плата 110, а кронштейн 111 монтируется к узлу 120 на противоположную сторону от активной стороны вала 105. Таким образом, бесщеточный двигатель 130 укомплектовывается. Различные электронные компоненты, такие как устройство 114 вывода для управления приводом, драйвер IC бесщеточного двигателя 130, датчик 109 для обнаружения электромагнитного потока сенсорного электромагнита 107, смонтированного на ротор 123 и электролитический конденсатор, припаяны к монтажной плате 110. Драйвер IC, электролитический конденсатор и тому подобное не показаны на фиг.6.
Тепло от устройства 114 вывода рассеивается посредством теплопроводящего полимера 115, от железного кронштейна 111, расположенного на противоположной стороне от активной стороны вала 105. На фиг.6 бесщеточный двигатель 130, сформованный традиционным способом, не сформован вместе с монтажной платой 110, к которой припаяны электронные компоненты, такие как драйвер IC для двигателя 130, электролитический конденсатор. Бесщеточный двигатель 130 может быть, таким образом, разобран на узел 120 стального сердечника статора с обмотками, монтажную плату 110, ротор 123 и кронштейн 111. Поскольку монтажная плата 110 не спаяна полимером 104, она свободна от давления, создаваемого внутри полимера. Как показано на фиг.6, ротор 123 и монтажная плата 110 размещаются в узле 120 стального сердечника статора с обмотками, который был сформован, и затем кронштейн 111 монтируется на узел 120 на противоположную сторону вала 105.
Когда бесщеточный двигатель 130 разбирается, извлечение кронштейна 111 из узла 120 позволяет демонтировать монтажную плату 110 и ротор 123 с легкостью, так что кронштейн 111, монтажная плата 110 или ротор 123 могут быть с легкостью отдельно извлечены.
В дальнейшем детализируется соединение между монтажной платой 110 и узлом 120 стального сердечника статора с обмотками. Изолятор, который является одним из конструктивных элементов узла 120, предоставлен предварительно с выступами для узла 120, скрепляемого с монтажной платой 110. Узел 120 спрессовывается полимером 104, так что эти выступы могут быть выставлены из полимера 104. Когда узел 120 подогнан к монтажной плате 110, эти выступы вставляются в монтажные отверстия, предоставленные предварительно для монтажной платы 110, и наконечники выступов, выступающие из монтажных отверстий, нагреваются так, что эти наконечники деформируются в плоскую форму. Узел 120 стального сердечника статора с обмотками может быть, таким образом, с легкостью смонтирован с монтажной платой 110. Изолятор сделан из термопластического полимера.
Изолятор узла 120 предоставлен предварительно с клеммой, к которой прикрепляется обмотка 102. Узел 120 формуется полимером 104, так что клемма может быть выставлена из полимера 104. Когда узел 120 монтируется на монтажную плату 110, клемма вставляется в соединительное отверстие, предварительно обеспеченное в монтажной плате 110, и наконечник клеммы, выступающий из отверстия, припаивается к площадке, окружающей соединительное отверстие монтажной платы 110. Обмотка 102, таким образом, с легкостью может быть электрически подключена к монтажной плате 110. Клемма сделана из электрически проводящего материала.
Полимер 104 может быть сделан не только из термореактивного полимера, чья температура формования достаточно низкая, но также из термопластического полимера, чья температура достаточно высокая, поэтому монтажная плата 110 не формуется с полимером 104, так что полимер 104 не ограничен в его температуре электронными компонентами, такими как драйвер IC бесщеточного двигателя 130, припаянный к монтажной плате 110.
Как обсуждено выше, традиционный бесщеточный двигатель 130 является превосходным и имеет значимые промышленные характеристики. Однако вентилятор последние годы нагружался большими нагрузками, и большие токи проходят по обмоткам двигателя. Устройство вывода для управления приводом двигателя, таким образом, потребляет больше энергии, так что устройство вывода вырабатывает большее количество тепла. Это большее число тепла не может быть полностью рассеяно посредством теплопроводящего полимера 115, от железного кронштейна 111, расположенного на противоположной стороне от активной стороны вала 105. Абзац для преодоления этого недостаточного рассеивания тепла, теплорассеивающая пластина дополнительно предоставлена на внешней поверхности кронштейна 111, посредством чего уменьшая тепловое сопротивление рассеиванию тепла. В такой конструкции, однако, кронштейн 111 работает как теплосопротивляющийся слой, потому что он расположен между устройством 114 вывода и теплорассеивающей пластиной. Более того, теплосопротивляющийся слой создается не только на стыке между кронштейном 111 и устройством 114 вывода, но также на стыке между кронштейном 111 и теплорассеивающей пластиной. Присутствие таких наборов теплосопротивляющихся слоев препятствует уменьшению теплового рассеивания термосопротивлением.
Объединение кронштейна 111 и теплорассеивающей пластины вместе предложено для преодоления вышеупомянутой проблемы; однако такое объединение вызовет проблему механической прочности или теплового сопротивления, потому что объединение обязывает материал быть подходящим либо для кронштейна 111, либо для пластины. Более того, такое объединение несет увеличение производственных затрат, потому что должна быть соблюдена погрешность размеров. Модификации, обсужденные выше, будут, в результате, терять промышленную ценность бесщеточного двигателя.
Предшествующий уровень техники настоящей полезной модели раскрыт в публикации No. 2007-6603 нерассмотренной заявки на выдачу патента Японии.
Как обсуждалось выше, большая нагрузка прикладывается к вентилятору, и затем большее количество тока проходит по обмоткам бесщеточного двигателя, так что устройство вывода для управления приводом двигателя потребляет большую энергию, которая, в результате, создает большее количество тепла. В результате, это большее количество тепла не может быть рассеяно в достаточной мере от железного кронштейна посредством теплопроводящего полимера. Температура устройства вывода поднимается к пределу, и затем срабатывает защитное устройство от перегрева для остановки функции устройства вывода, так что бесщеточный двигатель вынужден останавливать свою деятельность. Эта проблема требует конструкции, которая может уменьшить термальную сопротивляемость тепловому рассеиванию наряду с тем, что конструкция должна избежать увеличения производственных затрат.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бесщеточный двигатель настоящей полезной модели содержит следующие элементы:
(а) узел стального сердечника статора с обмотками, включающий в себя стальной сердечник статора и обмотки;
(б) первый кронштейн, включающий в себя первый корпус подшипника, который вмещает первый подшипник, монтируемый на активной стороне вала;
(в) формованный узел, включающий в себя узел стального сердечника с обмотками и первый кронштейн, сформованные вместе полимером;
(г) ротор, вставленный в формованный узел и вращающийся внутри стального сердечника статора в пространстве между внутренней стенкой стального сердечника и ротора;
(д) монтажную плату, смонтированную с формованным узлом для привода бесщеточного двигателя;
(е) второй кронштейн, смонтированный с формованным узлом на противоположной стороне от активной стороны вала и включающий в себя второй корпус подшипника, который вмещает второй подшипник;
(ж) теплорассеивающую пластину, сделанную из материала, имеющего большую теплопроводность, чем теплопроводность второго кронштейна, и жестко смонтированное со вторым кронштейном путем вставления его выступа в отверстие, обеспеченное на втором кронштейне; и
(з) устройство вывода, смонтированное с монтажной платой для управления приводом бесщеточного двигателя, и прилегающее к выступу теплорассеивающей пластины посредством теплопроводящего полимера.
Теплоотводящая конструкция устройства вывода, которое управляет приводом бесщеточного двигателя обсужденного выше, имеет больший объем теплоотдачи, чем традиционная теплоотводящая конструкция, где тепло рассеивается через железный кронштейн. Так как теплорассеивающая пластина превосходна в теплопроводности и смонтированная со вторым кронштейном соединена с устройством вывода посредством теплопроводящего полимера, воздушный поток, создаваемый вентилятором, пускается прямо на пластину, посредством чего увеличивается охлаждающее действие пластины.
Традиционный железный кронштейн, работающий как рассеивающая секция устройства вывода, может быть заменен формованной теплорассеивающей пластиной, сделанной из алюминия. В результате, форма ребра может быть сконструирована более свободно, что позволяет конструирование ребра, имеющего подходящую форму для воздушного потока, производимого вентилятором, смонтированным на активную сторону вала. Может быть выбрана теплорассеивающее ребро, подходящее для воздушного потока, и может быть спроектирована оптимизированная конструкция теплорассеивающего ребра.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 показывает сечение, иллюстрирующее конструкцию бесщеточного двигателя в соответствии с первым вариантом осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.2А показывает покомпонентное изображение в перспективе теплорассеивающей конструкции бесщеточного двигателя, показанной на фиг.1, и изображенного с противоположной стороны к активной стороне вала бесщеточного двигателя.
Фиг.2В показывает покомпонентное изображение в перспективе теплорассеивающей конструкции бесщеточного двигателя, показанного на фиг.1, и изображенного с активной стороны вала.
Фиг.3 показывает перспективное изображение, иллюстрирующее направление воздушного потока бесщеточного двигателя.
Фиг.4 показывает перспективный вид бесщеточного двигателя в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.5 показывает конструкцию наружного блока кондиционера в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящей полезной модели.
Фиг.6 показывает сечение, иллюстрирующее конструкцию традиционного бесщеточного двигателя.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Примерные варианты осуществления представленной полезной модели детализированы ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.
ВАРИАНТ 1 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 показывает сечение, иллюстрирующее конструкцию бесщеточного двигателя в соответствии с первым вариантом осуществления настоящей полезной модели. Фиг.2А показывает покомпонентное изображение в перспективе теплорассеивающей конструкции бесщеточного двигателя, показанного на фиг.1 и изображенного с противоположной стороны к активной стороне вала бесщеточного двигателя. Фиг.2В показывает покомпонентное изображение в перспективе теплорассеивающей конструкции бесщеточного двигателя, показанного на фиг.1 и изображенного с активной стороны вала.
Сначала, базовая конструкция бесщеточного двигателя в соответствии с первым вариантом осуществления продемонстрирована ниже со ссылкой на фиг.1. Бесщеточный двигатель 30 в соответствии с первым вариантом осуществления содержит следующие элементы:
(а) узел 20 стального сердечника статора с обмотками, включающий в себя стальной сердечник 1 статора и обмотки 2;
(б) первый кронштейн 3, сформированный на активной стороне вала и включающий в себя первый корпус 22 подшипника, который размещает в себе первый подшипник 8;
(в) формованный узел 21, включающий в себя узел 20 стального сердечника с обмотками и первый кронштейн 3, сформованные вместе полимером 4;
(г) ротор 23, вставленный в формованный узел 21 и вращающийся внутри стального сердечника 1 статора в пространстве между внутренней стенкой стального сердечника 1 статора и ротора 23;
(д) монтажную плату 10, смонтированную к формованному узлу 21 для привода бесщеточного двигателя 30;
(е) второй кронштейн 11, смонтированный к формованному узлу 21 на противоположной стороне от активной стороны вала и включающий в себя второй корпус 24 подшипника, который размещает в себе второй подшипник 18;
(ж) теплорассеивающую пластину 12, сделанную из материала, имеющего большую теплопроводность, и жестко смонтированную со вторым кронштейном 11 путем вставки его выступа 17 в отверстие 16, обеспеченное на втором кронштейне 11; и
(з) устройство 14 вывода, смонтированное с монтажной платой 10 для управления приводом бесщеточного двигателя 30 и соединенное с выступом 17 теплорассеивающей пластины 12 посредством теплопроводящего полимера 15.
Теплопроводящий полимер 15 предпочтительно сделан, например, из теплопроводящего силиконового полимера. Стальной сердечник 6 ротора 23 оснащен роторными магнитами (не показаны), и ротор 23 оснащен сенсорным электромагнитом 7.
Различные электронные компоненты, такие как устройство 14 вывода, которое управляет приводом двигателя 30, драйвером IC двигателя 30, датчиком 9 для обнаружения электромагнитного потока сенсорного электромагнита 7, смонтированный на ротор 23, и электролитический конденсатор припаяны к монтажной плате 10. Электронные компоненты, включающие в себя драйвер IC и электролитический конденсатор, не показаны на фиг.1-2 В. Вентилятор (не показан) для приведения в действие как нагрузка прикладывается к активной стороне выходного вала 5 бесщеточного двигателя 30, и бесщеточный двигатель приводит в действие этот вентилятор.
Далее, теплорассеивающая конструкция устройства 14 вывода (элемента переключения энергии), которая будет использована для управления приводом бесщеточного двигателя, 30 дополнительно детализирована ниже со ссылками на фиг.1-фиг.2В.
Узел 20 стального сердечника статора с обмотками, образованный из стального сердечника 1 статора, обмотанного обмотками 2, сформован с кронштейном 3, включающим в себя первый корпус 22 подшипника, который размещает в себе первый подшипник 8, расположенный на активной стороне вала, полимером 4, посредством чего образуется формованный узел 21.
Ротор 23 вставляется в этот формованный узел 21. Ротор 23 содержит следующие элементы:
стальной сердечник 6 ротора, сформированный из слоеных ферромагнитных листов;
роторные магниты (не показаны), образованные из постоянных электромагнитов, расположенных на стальном сердечнике 6 ротора;
сенсорный электромагнит 7 для создания сигнала, который будет использован для определения положения ротора 23;
выходной вал 5, сделанный из железа и запрессованный в стальной сердечник 6 ротора; и
первый подшипник 8 и второй подшипник 18, запрессованные в обе стороны выходного вала 5, так что стальной сердечник 6 расположен между подшипником 8 и 18.
Ротор 23 вставлен в формованный узел 21, когда монтажная плата 10 смонтирована к формованному узлу 21 на противоположной стороне от активной стороны вала 5. Первая лицевая сторона монтажной платы 10 смонтирована с датчиком 9 для определения положения ротора 23 из условия, что датчик 9 противостоит сенсорному электромагниту 7 ротора 23. Вторая лицевая поверхность монтажной платы 10 смонтирована с устройством 14 вывода (устройством переключения энергии).
Теплорассеивающая пластина 12, превосходная с точки зрения теплопроводности, свинчена со вторым кронштейном 11, расположенным на противоположной стороне от активной стороны вала 5, винтами 13. Теплопроводящий полимер 15 приложен к поверхности устройства 14 вывода, затем второй кронштейн 11, к которому прикручена пластина 12, монтируется к формованному узлу 21 на противоположной стороне вала 5.
Ниже описаны выступ 17 пластины 12 и отверстие 16 второго кронштейна 11. Как показано на фиг.2А и фиг.2В, отверстие 16 образовано на втором кронштейне 11, и выступ 17, образованный на пластине 12, должен быть подогнан в отверстие 16. Когда второй кронштейн 11 монтируется с формованным узлом 21 на противоположную сторону от активной стороны вала 5, выступ 17 вставляется в отверстие 16. Теплорассеивающая пластина 12 сделана из материала, имеющего большую теплопроводность, чем материал второго кронштейна 11. Выступ 17 входит в контакт с устройством 14 вывода посредством теплопроводящего полимера 15, расположенного между ними.
Тепло, выделяемое из устройства вывода 14, перемещается к теплорассеивающей секции 25 пластины 12, затем тепло рассеивается из теплорассеивающей секции 25 внутрь бесщеточного двигателя 30. Сверх того, поток воздуха, производимый вентилятором, расположенным на активной стороне вала 5 двигателя 30, течет вокруг теплорассеивающей секции 25, посредством чего усиливая охлаждающее действие.
Нагрузка прикладывается к валу 5, и затем электрический ток проходит по обмоткам бесщеточного двигателя 30. Устройство 14 вывода (устройство переключения энергии) вырабатывает тепло вследствие потребления им тока. Присутствие теплорассеивающей конструкции настоящей полезной модели позволяет теплу из устройства 14 вывода перемещаться к теплопроводящему полимеру 15 и к теплорассеивающей пластине 12, соседней с полимером 15. Так как пластина образует внешнее ограждение бесщеточного двигателя 30, тепло, выделяемое от источника тепла, т.е. устройства 14 вывода, в конечном счете рассеивается на открытом воздухе. Бесщеточный двигатель 30 в соответствии с первым вариантом осуществления, таким образом, имеет теплорассеивающую конструкцию более дееспособную, чем традиционная конструкция, и ее устройство защиты от перегрева не активируется даже при большей нагрузке, так что двигатель 30 может быть освобожден от неправильной работы.
Таблица 1 показывает сравнение роста температуры, измеренного в нескольких точках, которые показаны в таблице 1, между традиционным бесщеточным двигателем и бесщеточным двигателем, в соответствии с первым вариантом осуществления, т.е. двигателем, имеющим вышеупомянутую теплорассеивающую пластину. Оба двигателя, соответственно, смонтированы в кондиционеры. Температурный рост измеряется в ходе работы кондиционеров. Таблица 1 говорит о том, что теплорассеивающая конструкция, в соответствии с первым вариантом понижает температуру не только в устройстве вывода, но также во всем бесщеточном двигателе больше, чем традиционная конструкция. Материал теплорассеивающей пластины не ограничен алюминием, но он может быть выбран из алюминиевого сплава, магниевого сплава и других, подходящих к теплорассеивающей пластине.
Таблица 1
Температурный рост [К]
Точки измерения
Устройство выхода
Спаянная секция устройства выхода
Обмотка
Первый подшипник
Второй подшипник
Традиционная конструкция (Фиг.6)
44,2
47,2
32,2
13,8
14,8
Настоящая полезная модель (Фиг.1)
24,1
25,9
28,1
11,5
8,7
ВАРИАНТ 2 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.3 показывает перспективный вид, иллюстрирующий направление воздушного потока, производимого вентилятором (не показан), смонтированного на выходной вал 35 бесщеточного двигателя 31 настоящей полезной модели. Фиг.4 показывает перспективный вид бесщеточного двигателя 31, в соответствии со вторым вариантом осуществления. Вращение вентилятора позволяет воздушному потоку течь от противоположной стороны от активной стороны вала 35 по направлению к активной стороне, так что поток воздуха, попадая на противоположную сторону, радиально рассеивается. Поверхность теплорассеивающей пластины 32 бесщеточного двигателя 31, в соответствии со вторым вариантом осуществления, образована радиально, как показано на фиг.4, и подобно воздушному потоку, так что теплорассеивающий эффект, производимый воздушным потоком, может быть усилен. Другими словами, множество вершин и впадин пластины 32 расположены радиально от аксиального центра вала 35. Другие конструкции остаются такими же, как использованные в первом варианте осуществления.
ВАРИАНТ 3 ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.5 показывает конструкцию наружного блока кондиционера, в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящей полезной модели. На фиг.5 бесщеточный двигатель 41 смонтирован в наружном блоке 40 кондиционера, и вентилятор 42 смонтирован на выходной вал двигателя 41, который приводится приводом 44 двигателя. Вращение двигателя 41 позволяет вращаться вентилятору 42, который нагнетает ветер на теплообменник (не показан) наружного блока 40. Бесщеточный двигатель 41 может применять двигатель, продемонстрированный в вариантах осуществления, продемонстрированных выше, так что кондиционер, в котором смонтированный двигатель вентилятора, превосходный в эффекте охлаждения, является доступным.