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公開番号2021136858
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020177824
出願日20201023
発明の名称ブラシレスDCモータ
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人個人,個人
主分類H02K 11/33 20160101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】天井扇を薄型化可能なブラシレスDCモータを提供する。
【解決手段】ブラシレスDCモータ10は、天井扇1に設けられるブラシレスDCモータであって、コイル24が巻かれたステータコア22を有するステータ20と、ステータコア22の中心部に固定されるシャフト30と、ベアリング34と、ステータコア22を環囲するマグネット42を有するロータ40と、軸方向でステータコア22とベアリング34との間に、1次側電源回路51と、1次側電源回路51から供給される電圧を変換する2次側電源回路52と、2次側電源回路52から供給される電力に基づいてコイル24に駆動電流を供給するモータ駆動回路53とを有する回路基板と、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
天井扇に設けられるブラシレスDCモータであって、
コイルが巻かれたステータコアを有するステータと、
前記ステータコアの中心部に固定されるシャフトと、
ベアリングと、
前記ステータコアを環囲するマグネットを有するロータと、
軸方向で前記ステータコアと前記ベアリングとの間に、1次側電源回路と、前記1次側電源回路から供給される電圧を変換する2次側電源回路と、前記2次側電源回路から供給される電力に基づいて前記コイルに駆動電流を供給するモータ駆動回路とを有する回路基板と、を備えたブラシレスDCモータ。
続きを表示(約 1,300 文字)【請求項2】
前記ステータコアに前記回路基板を保持する基板保持部をさらに備え、
前記基板保持部は、前記ステータコアと前記回路基板との間に位置し、軸視にして前記ステータコアの軸方向端部と略同一形状を有する請求項1に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項3】
前記基板保持部は、前記シャフトの外周面に外接する円筒部を有する請求項2に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項4】
前記基板保持部と前記回路基板との間に前記モータ駆動回路の熱を放熱する放熱部を備える請求項2または3に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項5】
前記基板保持部の前記ステータコアとは反対側の面に、
前記回路基板を保持する支柱部を備え、
前記支柱部は、
前記放熱部と前記回路基板とを保持する請求項4記載のブラシレスDCモータ。
【請求項6】
前記支柱部は、
中心軸を共有し当該中心軸からの径方向への長さが及び軸方向の高さが異なる二つの配置面を備え、
一方の前記配置面に前記放熱部が配置され、
他方の前記配置面に前記回路基板が配置された請求項5記載のブラシレスDCモータ。
【請求項7】
前記回路基板の前記ステータコアとは反対側の面に、配線を接続するための配線接続部品を備える請求項2から6のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項8】
前記回路基板の前記ステータコアとは反対側の面に、前記1次側電源回路を構成する電子部品を備える請求項2から7のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項9】
前記基板保持部の前記ステータコアとは反対側の面に、
前記シャフトの中空空間を通って前記回路基板上に結線される複数のリード線を保持するリード線保持部を備え、
前記リード線保持部の前記ステータコアとは逆側の端部が、
前記回路基板の内周側空間を貫通して前記回路基板における前記1次側電源回路の配置面まで延伸する請求項8記載のブラシレスDCモータ。
【請求項10】
前記基板保持部は、前記ステータコアの開口部と係合する位置決め突起を有する請求項2から9のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項11】
前記位置決め突起は、前記マグネットの磁束を検知するホール素子の近傍位置と、当該位置の周方向反対側の位置と、に設けられる請求項10に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項12】
前記位置決め突起は、前記開口部の壁面に沿う形状を有する請求項10または11に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項13】
前記基板保持部の前記ステータコアと対向する面の前記コイルを避ける位置に放射状リブが設けられる請求項2から12のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータ。
【請求項14】
前記基板保持部の前記ステータコアと対向する面の外周側に周状リブが設けられる請求項2から13のいずれか1項に記載のブラシレスDCモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、天井扇に設けられるブラシレスDCモータに関する。
続きを表示(約 6,400 文字)【背景技術】
【0002】
ブラシレスDCモータを搭載した天井扇が知られている。例えば、特許文献1には、天井から下方に延びる筒状の筐体の先端に送風用の羽根が設けられた天井扇が記載されている。この天井扇は、羽根を回転させるためのブラシレスDCモータを備える。ブラシレスDCモータは、ステータとロータからなるモータ本体と、モータ本体を駆動する駆動回路とを有する。駆動回路は、筐体中でモータ本体の上方に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2016−063678号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ブラシレスDCモータを搭載した天井扇において、羽根の床面からの高さは、空気流を広い範囲に分散させる観点で高位置に設けられることが望ましい。このため、天井高さが決まっている場合、天井扇の筐体は上下に短い方が有利である。筐体を上下に短くするためには、モータ本体と、駆動回路とを合わせたブラシレスDCモータの薄型化が必要とされる。
【0005】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、天井扇を薄型化することが可能なブラシレスDC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】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のブラシレスDCモータは、天井扇に設けられるブラシレスDCモータであって、コイルが巻かれたステータコアを有するステータと、ステータコアの中心部に固定されるシャフトと、ベアリングと、ステータコアを環囲するマグネットを有するロータと、軸方向でステータコアとベアリングとの間に、1次側電源回路と、1次側電源回路から供給される電圧を変換する2次側電源回路と、2次側電源回路から供給される電力に基づいてコイルに駆動電流を供給するモータ駆動回路とを有する回路基板と、を備える。
【0007】
なお、本開示の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、天井扇を薄型化することが可能なブラシレスDCモータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1は、実施例に係るモータが設けられた天井扇を示す斜視図である。
図2は、図1のモータの周辺構造を示す断面図である。
図3は、図1のモータの分解斜視図である。
図4は、図1のモータのステータを示す側面図である。
図5は、図1のモータの回路基板を示す底面図である。
図6は、図1のモータの回路基板の構成を示すブロック図である。
図7は、図1のモータの基板保持部をステータコア側から見た状態の斜視図である。
図8は、基板保持部とステータコアの関係を示すA−A断面図である。
図9は、基板保持部の位置決め突起とステータコアの開口部を示すB部拡大図である。
図10は、基板保持部を回路基板側から見た状態の斜視図である。
図11は、ステータの放熱部と回路基板の関係を示す分解斜視図である。
図12は、ステータにリード線を保持した状態を示す平面図(a)とC−C断面図(b)である。
図13は、基板保持部と回路基板が放熱部を挟持した状態を示すD−D断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本開示を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。実施例および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施例を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
【0011】
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
【0012】
本開示の実施例に係るモータ10は、天井扇1に設けられるブラシレスDCモータである。まず、天井扇1の全体構成を説明する。図1は、天井扇1を示す斜視図である。天井扇1は、天井4に取り付けられ、回転することにより気流を生じさせる複数の羽根2を有する扇風機として機能する。天井扇1は、複数の羽根2を回転させるモータ10と、天井4から下方に延びて、モータ10を包囲する筐体5とを備える。天井扇1は、その下端にLED等の発光素子を有する照明部3が設けられる。
【0013】
筐体5は、天井側から下方に向かって徐々に縮径する略円錐状の第1部分5aと、第1部分5aの下部から下方に向かって徐々に拡径する略円錐状の第2部分5bとを有する。第1部分5aと第2部分5bの接続部分5cは、第1部分5aおよび第2部分5bよりも細く絞られている。第2部分5bの下部は一定直径の円筒状を呈する。第2部分5bは、モータ10を収容する外殻として機能する。
【0014】
図2〜図4を参照する。図2は、天井扇1のモータ10の周辺構造を示す断面図である。図3は、モータ10の分解斜視図である。図4は、ステータ20を示す側面図である。モータ10は、ステータ20と、シャフト30と、ロータ40と、第1ベアリング32と、第2ベアリング34と、回路基板48と、羽根ホルダ70と、回転検出部400とを主に含む。以下、シャフト30の中心軸線Laに沿った方向を「軸方向」といい、その中心軸線Laを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。また、以下、便宜的に、軸方向の一方側(図中上側)を「上」、「上方」といい、他方側(図中下側)を「下」、「下方」という。このような方向の表記は、モータ10の使用姿勢を制限するものではなく、モータ10は任意の姿勢で使用されうる。
【0015】
先に、モータ10および天井扇1の動作を説明する。天井扇1では、ステータ20、シャフト30、回路基板48および回転検出部400は静止体を構成し、ロータ40、羽根ホルダ70および複数の羽根2は回転体を構成する。回路基板48は、回転検出部400の検出信号に基づいてステータ20に駆動電流を供給する。ステータ20は、駆動電流に応じて回転磁界を発生させる。ロータ40は、回転磁界に応じて中心軸線La周りに回転する。羽根ホルダ70は、ロータ40と一体的に回転することにより、複数の羽根2を回転させる。複数の羽根2は、回転することにより下向きの空気流を生成する。以下、各部について詳述する。
【0016】
第1ベアリング32と、ロータ40およびステータ20と、回路基板48と、第2ベアリング34とは、この順で上から下に向かって配置され、シャフト30を環囲する。ロータ40は、ステータ20の径方向に対向して配置されている。ロータ40およびステータ20は、第1ベアリング32よりも大径で、回路基板48は、ロータ40およびステータ20よりも大径である。シャフト30は、中心部に配線用のワイヤを通すための中空部を有するパイプ状の部材である。シャフト30の中空部は、上下に貫通しており、シャフト30の側面にワイヤを通すための横穴30hが設けられている。
【0017】
ステータ20は、コイル24が巻かれたステータコア22を有する。コイル24は、3相電機子コイルを構成する。シャフト30は、ステータコア22の中心部に固定される。ロータ40は、ステータコア22を環囲するマグネット42を有し、第1ベアリング32の外輪に固定される。
【0018】
ステータコア22は、複数(例えば、12)のティース部22tと、複数のティース部22tの間に設けられた複数のスロット22sとを有する。各スロット22sの側面は、ステータコア22の開口部22kに通じる。各スロット22sには、樹脂製フィルムからなる絶縁シート23が挿入される。絶縁シート23は、ティース部22tの内側面(スロット22s側の面)を覆うスロットインシュレータ23bと、スロット22sの外周側に設けられるスロットキー23cとを含む。この例の絶縁シート23は、ティース部22tの端面から軸方向に突出している。ステータコア22の上面と下面には、それぞれ絶縁部材200が設けられる。絶縁部材200は、各ティース部22tの一部をカバーするコアカバーとして機能する。絶縁部材200は、モールド成形により形成される樹脂製部材である。
【0019】
コイル24は、各ティース部22tに巻かれる複数(例えば、12)のコイル本体部24aを含む。複数のコイル本体部24aは各相ごとに直列接続される。各相のコイル本体部24aの端末は後述するモータ駆動回路に接続される。
【0020】
ロータ40は、ロータヨーク44を有する。ロータヨーク44は、中空円板状の天板部44aと、天板部44aの外周部から下方に延びる円筒状のマグネット支持部44bと、マグネット支持部44bの下部から径方向外側に延出するドーナツ状の延出部44cとを有する。天板部44aの中心部は第1ベアリング32の外輪に固定される。マグネット支持部44bの内周面にマグネット42が固定される。延出部44cの外周部は、雄ねじS1によって羽根ホルダ70に固定される。
【0021】
マグネット42は、ステータコア22に界磁磁束を供給する複数(例えば、10個)の磁極を有する。マグネット42は、複数のセグメントに分割されている。図4に示すように、マグネット42の上端および下端は、ステータコア22の所定の寸法(例えば、5mm)だけ上下に延びている。
【0022】
図3に示すように、ロータ40は、マグネット42を所定位置に保持するマグネットホルダ300を有する。マグネットホルダ300は、マグネット42の上下に配置され、マグネット42の軸方向位置を制限する。マグネットホルダ300は、マグネット42の下側に配置される第1ホルダ310と、マグネット42の上側に配置される第2ホルダ320とを含む。第1ホルダ310の外周部がロータヨーク44に係止されており、マグネット42の下方への移動を制限する。第2ホルダ320は、マグネット42の上方への移動を制限する。第1ホルダ310および第2ホルダ320は、弾性変形可能な略リング状の樹脂製部材である。
【0023】
図2に示すように、第1ベアリング32および第2ベアリング34は、ボールなどの転動体33を有する転がり軸受である。第1ベアリング32および第2ベアリング34の内輪は、Eワッシャー32c、34cを介してシャフト30に固定される。第1ベアリング32および第2ベアリング34は、ステータコア22および回路基板48を挟んで、上下に離間して配置される。第1ベアリング32は、ステータコア22の上方に配置される。第2ベアリング34は、ステータコア22の第1ベアリング32とは反対側で、回路基板48の下方に配置される。
【0024】
図5、図6も参照する。図5は、回路基板48を示す底面図である。図6は、回路基板48の構成を示すブロック図である。回路基板48は、配線基板50、1次側電源回路51、2次側電源回路52およびモータ駆動回路53を有する。1次側電源回路51、2次側電源回路52およびモータ駆動回路53は、配線基板50に設けられる。配線基板50は印刷配線板(Printed Circuit Board)である。
【0025】
1次側電源回路51は、入力されたAC電圧(例えば、220V〜240V)を整流して第1DC電圧V1(例えば、310V〜340V)を供給する。2次側電源回路52は、第1DC電圧に基づいて、DC−DCコンバータ52a、52bにより15Vの第2DC電圧V2と、5Vの第3DC電圧V3とを供給する。
【0026】
モータ駆動回路53は、マイクロプロセッサ53aと、制御部53bと、スイッチング部53cとを含み、コイル24に駆動電流を供給する。第1DC電圧V1は、主にスイッチング部53cに供給される。第2DC電圧V2は、主に制御部53bに供給される。
第3DC電圧V3は、主にマイクロプロセッサ53aに供給される。制御部53bは、回転検出部400のホール素子HE1、HE2、HE3から取得した位置信号HsをもとにFG信号を生成してマイクロプロセッサ53aに出力する。
【0027】
マイクロプロセッサ53aは、制御部53bから出力されたFG信号をもとに、モータ10の回転を制御する回転制御信号Csを生成して制御部53bに出力する。制御部53bは、回転検出部400のホール素子から取得した位置信号Hsをもとに通電相切替用の相切替信号Qsを生成する。制御部53bは、マイクロプロセッサ53aから出力された回転制御信号Csと相切替信号Qsとに基づいて、PWM信号Psを生成してスイッチング部53cに出力する。
【0028】
スイッチング部53cは、3相ブリッジを構成するスイッチング素子(不図示)を含む。スイッチング部53cは、制御部53bから出力されたPWM信号Psに基づいてスイッチング素子の導通/非道通を制御してコイル24に駆動電流を流す。制御部53bとスイッチング部53cとは、3相インバータを構成する。本実施例のスイッチング部53cは、1チップのモータ駆動ICにより実現されている。
【0029】
図5に示すように、本実施例の回路基板48は、サブ配線基板49と、照明部3を駆動する照明駆動回路55と、天井扇1を遠隔操作するリモートコントローラ(不図示)と通信する通信回路56とをさらに含む。照明駆動回路55はサブ配線基板49に設けられ、通信回路56は配線基板50に設けられる。サブ配線基板49は印刷配線板である。
【0030】
図4に示すように、回路基板48は、シャフト30を囲むリング形状を有し、軸方向でステータコア22と第2ベアリング34との間に設けられる。回路基板48は、基板保持部100を介して配線基板50がステータコア22に固定されることにより、ステータコア22に支持される。基板保持部100は、ステータコア22と回路基板48との間に位置し、軸視にしてステータコア22の軸方向端部と略同一形状を有する。これにより、ステータコア22に巻かれたコイル24と、回路基板48との絶縁距離を確保できるので、絶縁安全性を高く保ち、薄型化することができる。サブ配線基板49は、基板ホルダ60を介して配線基板50の下面に固定される。図5に示すように、配線基板50は、中心孔50hを有するリング状の円形部材であり、サブ配線基板49はリング状における部分的な部材である。
(【0031】以降は省略されています)

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