JP2008253049A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の放熱性を損なうことなく、制御基板のショートを防止可能な放熱構造を備えた電動モータを提供する。
【解決手段】合成樹脂製のケースカバー２５内に、アルミニウム製のヒートシンク３７を制御基板３３に対面する形で取り付ける。ヒートシンク３７の下面３７ａには、対向する制御基板３３と当接し、ヒートシンク３７と制御基板３３との間に間隙４２を形成する微小突起４１が形成されている。微小突起４１は、制御基板３３上の導電部以外の部位に当接するように配置されている。微小突起４１により、ヒートシンク３７と制御基板３３との間にクリアランスが確保され、ヒートシンク３７と制御基板導電部との接触を避けることができ、制御基板のショートを防止できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、制御基板上の電子部品を冷却する放熱部を備えた電動モータに関し、特に、制御基板と放熱部との間の絶縁性向上に関する。

従来より、自動車に搭載されるワイパ装置等の駆動源として、モータ本体と減速機構とを組み合わせて１つのユニットとした電動モータが使用されている。このような電動モータには、減速機構を収容するギヤケースと、ギヤケースを閉塞するケースカバーが設けられており、これらのケースやカバーは、重量やコスト等の面から合成樹脂材料によって形成されることが多い。また、ユニット化された電動モータには、減速機構に加えて、モータ制御用の電子部品を搭載した制御基板が設けられており、この制御基板は、減速機構と共にギヤケース内に収容されている。

一方、制御基板上の電子部品は、通電作動により発熱を伴うため、それらを適宜冷却する必要が生じる。このため、従来の電動モータでは、ケースカバーの制御基板に対面する部位にアルミニウム製のヒートシンクを配置し、このヒートシンクにより、電子部品の放熱を行っている。図８は、このような従来の電子部品の放熱構造を示す説明図である。図８に示すように、ケースカバー５１の上面には、アルミニウム製のヒートシンク５２が取り付けられている。ヒートシンク５２は、制御基板５３の上方に、制御基板５３と対向する形で配置されている。制御基板５３の図中下面側には、ＦＥＴ等の電子部品５４が実装され、制御基板５３の図中上面側には、銅箔による導電パターンが配されている。

図８の放熱構造では、制御基板５３とヒートシンク５２との間には、熱導電性シート５５が介設されている。熱導電性シート５５には、ＰＰＳ樹脂(polyphenylene sulfide)にセラミックス(ceramics)を充填したものや、ＰＰＳ樹脂に炭素繊維を充填したものなど、熱導電性の良い合成樹脂が使用される。このように、制御基板５３とヒートシンク５２との間に熱導電性シート５５を挟み込むことにより、電子部品５４にて発生した熱は、熱導電性シート５５を介してヒートシンク５２に伝わる。そして、ヒートシンク５２内を伝わり、その上面からケースカバー５１外へと放散される。
特開2005-168133号公報

ところが、図８のような放熱構造の場合、制御基板５３やヒートシンク５２との密着性を良好に維持しつつ、制御基板５３に生じる応力を抑えるためには、熱導電性シート５５として、厚いタイプのものを使用する必要がある。このため、図８の放熱構造では、ヒートシンク５２と制御基板５３との間の距離が大きくなり、熱導電性シート５５が挟み込まれてはいるものの、熱伝導性が低下し、冷却効率が良くないという問題があった。このため、冷却効率を向上させるべく、ヒートシンク５２と制御基板５３をより接近させ、両者間に熱伝導性の接着剤やシリコングリス等を塗布して熱伝導を図る方式が検討され、この方式も多くのモータにて採用されている。

図９は、このような近接配置方式による放熱構造を示す説明図である。図９に示すように、ここでは、ヒートシンク５２と制御基板５３との間に熱導電性シート５５が介設されておらず、ヒートシンク５２と制御基板５３は、密着しない程度に近接配置されている。一方、ヒートシンク５２と制御基板５３との間には、熱導電性接着剤５６が塗布されており、この熱導電性接着剤５６によって、電子部品５４の熱がヒートシンク５２に伝えられる。

しかしながら、図９の放熱構造のように、ヒートシンク５２と制御基板５３を接近させると、ヒートシンク５２の下面が制御基板５３の銅箔部分に接触するおそれがあるという問題があった。前述のように、ヒートシンク５２はアルミニウムにて形成されているため、ヒートシンク５２が銅箔部分に接触すると、制御基板５３がショートする可能性があり、製品信頼性の観点からもその対策が求められていた。

本発明の目的は、電子部品の放熱性を損なうことなく、制御基板のショートを防止可能な放熱構造を備えた電動モータを提供することにある。

本発明の電動モータは、回転軸を駆動するモータ本体と、前記回転軸の回転を減速して出力する減速機構とを有する電動モータであって、前記モータ本体に組み付けられ、前記減速機構を収容するギヤケースと、前記ギヤケースに収容され、前記モータ本体に駆動信号を出力する制御基板と、前記ギヤケースの開口部に組み付けられ、前記制御基板の熱を放出する放熱部材を備えるケースカバーとを有し、前記放熱部材は、前記制御基板に対面する形で前記ケースカバー内に取り付けられ、前記放熱部材又は前記制御基板の少なくとも何れか一方側に、対向する前記放熱部材又は前記制御基板と当接し、前記放熱部材と前記制御基板との間に間隙を形成する突起を設けたことを特徴とする。

本発明にあっては、放熱部材又は前記制御基板の少なくとも何れか一方側に突起を設け、放熱部材と制御基板との間に間隙を形成し、両者間にクリアランスを確保する。これにより、制御基板の放熱性を損なうことなく、制御基板のショートを防止できる。また、間隙確保に際し、制御基板に生じる応力も抑えられる。

前記電動モータにおいて、前記制御基板の前記放熱部材に対向する面に回路形成用の導電部を設け、前記放熱部材に形成された突起を、前記制御基板上における前記導電部以外の部位に当接するように配置しても良い。これにより、放熱部材に形成された突起が導電部に当接せず、突起自体による導電部のショートを避けることができる。

また、前記制御基板の前記放熱部材に対向する面と反対側の面にトランジスタ等のパワー系電子部品を配置すると共に、前記制御基板の前記放熱部材に対向する面の前記パワー系電子部品裏面側部位には、前記放熱部材との間に熱伝導性の接着剤が塗布するようにしても良い。これにより、トランジスタにて発生した熱を熱伝導性接着剤を介して効率良く放熱部材に伝えることができる。

本発明の電動モータによれば、放熱部材又は制御基板の少なくとも何れか一方側に、対向する放熱部材又は制御基板と当接し、放熱部材と制御基板との間に間隙を形成する突起を設けるようにしたので、放熱部材と制御基板を近接配置する構成でありながら、放熱部材と制御基板との間に所定のクリアランスを確保することができる。従って、放熱部材と制御基板との接触によるショートを防止することができ、製品信頼性の向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態である電動モータ１０（以下、モータ１０と略記する）を駆動源として使用したワイパ装置１１の構成を示す概略図である。図１に示すように、車両１２のフロントガラス１３の下方には、ワイパ装置１１が設けられている。ワイパ装置１１には、ワイパブレード１６ａ,１６ｂが装着されており、フロントガラス１３に付着した雨水等を拭き取り、運転者等の視界を確保している。

ワイパ装置１１は、車両１２に回転自在に支持された２つのワイパ軸１４ａ，１４ｂを備えている。ワイパ軸１４ａには、運転席側のワイパアーム１５ａが固定され、ワイパ軸１４ｂには、助手席側のワイパアーム１５ｂが固定されている。各ワイパアーム１５ａ,１５ｂの先端部には、ワイパブレード１６ａ,１６ｂが装着されている。ワイパアーム１５ａ,１５ｂの基端部には、図示しないスプリングが装着されている。このスプリングのばね力により、ワイパブレード１６ａ,１６ｂはフロントガラス１３に弾圧的に接触する。

ワイパ装置１１には、駆動源として、モータ１０が設けられている。モータ１０の出力軸１７には、クランクアーム１８が連結されている。クランクアーム１８は、ワイパ軸１４ａ,１４ｂを支点とするリンク機構１９に連結されている。クランクアーム１８を回転させると、ワイパアーム１５ａ,１５ｂは所定の角度範囲で揺動する。ワイパアーム１５ａ,１５ｂの揺動運動により、ワイパブレード１６ａ,１６ｂは、上反転位置と下反転位置との間の払拭範囲２０ａ,２０ｂにて作動し、フロントガラス１３に付着した雨水等が払拭される。

図２はモータ１０の外観を示す斜視図、図３はモータ１０の断面構成を示す説明図である。図２に示すように、モータ１０は、モータ本体２１と減速機２２とを備えている。モータ本体２１は、いわゆるブラシ付きの直流モータとなっており、モータケース２３の内部には、図示しない界磁マグネット、アマチュアコイル、コンミテータ、ブラシ等が収容されている。なお、ここではモータ本体２１としてブラシ付き直流モータを用いているが、モータ本体の形式はこれには限られず、ブラシレス直流モータなど他の形式の電動モータを用いても良い。

一方、減速機２２は、モータケース２３に組み付けられるギヤケース２４と、ギヤケース２４の開口部に組み付けられるケースカバー２５とを備えている。ギヤケース２４とケースカバー２５は共に、合成樹脂にて形成されている。図３に示すように、ギヤケース２４内には、ウォームギヤ機構３２や制御基板３３が収容されている。ギヤケース２４は、複数のクリップ２６を介してケースカバー２５に組み付けられ、これにより、ギヤケース２４内が密閉される。ギヤケース２４とケースカバー２５との合わせ面には、密閉状態を保持するため、液状パッキンやゴムパッキンが塗布あるいは装着されている。

図３に示すように、ギヤケース２４内には、モータ本体２１の回転軸２７が延びている。回転軸２７は、軸受２８，２９を介して回転自在に支持されている。また、ギヤケース２４の図中下部には、出力軸１７が突出している。出力軸１７の先端部には、前述のクランクアーム１８が固定される。出力軸１７は、ギヤケース２４のボス部２４ａに回転自在に支持されている。回転軸２７にはウォーム３０が固定される一方、出力軸１７には、ウォーム３０に噛み合うウォームホイール３１が固定されている。これらのウォーム３０とウォームホイール３１とにより、減速機構であるウォームギヤ機構３２が形成される。モータ本体２１の駆動に伴う回転軸２７の回転は、ウォームギヤ機構３２を介して減速される。その後、この回転は出力軸１７からクランクアーム１８に伝達され、ワイパ装置１１が所定の作動速度にて動作する。

ギヤケース２４の内部には、ウォームギヤ機構３２の上方を覆うように、制御回路を搭載した制御基板３３が収容されている。この制御基板３３は、プリント基板３４や、これに搭載される電子部品によって構成されている。電子部品には、ＣＰＵや、メモリ、パワー系電子部品である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３５等が含まれる。モータ本体２１の駆動制御は、この制御基板３３から出力される駆動信号つまり電流信号によって行われる。制御基板３３はさらに、電源やワイパスイッチに接続される入力端子や、モータ本体２１に接続される出力端子が設けられている。これらの端子は、ケースカバー２５に設けられたコネクタ部２５ａと電気的に接続されている。制御基板３３は、コネクタ部２５ａを介してワイパスイッチから入力される指令信号に基づいて、モータ本体２１に直流電流を供給し、モータ本体２１の駆動制御を実行する。

また、制御基板３３には、図示しない回転センサや位置センサが接続されている。制御基板３３は、回転センサから検出される回転軸２７の回転数や、位置センサから検出される出力軸１７の回転位置に基づいて、モータ本体２１の駆動制御を行う。回転センサや位置センサは磁気センサであり、回転軸２７やウォームホイール３１に磁石３６を固定することにより、その回転数や回転位置が検出される。

このように、モータ本体２１の駆動制御は、ギヤケース２４内に収容された制御基板３３を介して実行されるが、制御基板３３に搭載された例えばＦＥＴのようなＦＥＴ３５は通電によって発熱する。このため、ケースカバー２５には、制御基板３３に対面するようにアルミニウム製のヒートシンク（放熱部材）３７が設けられており、ＦＥＴ３５の熱はヒートシンク３７を経てモータ外部に放出される。図４は、当該モータ１０における電子部品放熱構造を示す説明図、図５は、ヒートシンク３７の下面図である。

図４,５に示すように、ヒートシンク３７の下面３７ａには、制御基板３３側（図４下方）に向かって微小突起４１が突設されている。微小突起４１は、０.１〜０.５ｍｍ程度の高さに形成されており、図５に示すように、ヒートシンク下面３７ａに複数個設けられている。各微小突起４１は、制御基板３３の銅箔パターン（導電部）の存在しない位置に配置されており、微小突起４１自体は、銅箔パターンには接触しないようになっている。また、ヒートシンク３７の表面（図４上面）には、放熱性を高めるため複数の放熱フィン３７ｂが形成さている。ヒートシンク３７は、ケースカバー２５にインサート成形され、ヒートシンク３７の両側面に形成された抜け止め部３７ｃによって、ケースカバー２５内に固定される。

このようなヒートシンク３７を備えたケースカバー２５に、制御基板３３を取り付けると、制御基板３３の上面３３ａに微小突起４１が当接し、ヒートシンク下面３７ａと制御基板上面３３ａとの間に間隙４２が形成される。この際、微小突起４１は、制御基板３３の銅箔パターンが存在しない位置に形成されているため、制御基板３３の絶縁基板部分に微小突起４１が当接する。このため、ヒートシンク３７同様アルミニウムにて形成された微小突起４１が銅箔パターンに接触することがなく、微小突起４１自体によるショートは発生しない。

また、制御基板３３には、図９の場合と同様に、ＦＥＴ３５の搭載部位に熱伝導性接着剤４３が塗布されている。すなわち、制御基板３３のヒートシンク３７と対向しない面にはＦＥＴ３５が搭載されており、ＦＥＴ３５の裏面側（ヒートシンク３７と対向する面）部位には、熱伝導性接着剤４３が塗布されており、この接着剤４３も間隙４２内に収容される。従って、ＦＥＴ３５の熱は、接着剤４３を介してヒートシンク３７に伝わり、放熱フィン３７ｂからモータ外部へと放熱される。その際、モータ１０では、ヒートシンク下面３７ａと制御基板上面３３ａとの間が近接しているため、制御基板３３側からヒートシンク３７側への熱伝導性が高く、図８のような放熱構造に比して冷却効率が向上する。

また、モータ１０の放熱構造の場合、ヒートシンク３７と制御基板３３との間の距離は小さいものの、両者間には、微小突起４１による間隙４２が形成されている。すなわち、ヒートシンク３７と制御基板３３との間には、わずかなクリアランスが確保されている。しかも、ヒートシンク下面３７ａの中央部にも微小突起４１が配置されているため、制御基板３３の撓みも抑えられ、ヒートシンク３７と制御基板３３との間のクリアランスが確実に保持される。このため、ヒートシンク３７と制御基板導電部との接触を回避することが可能となり、両者の接触によるショートを防止できる。さらに、当該構造では、基板の取付や間隙の形成に際し、制御基板３３には特に大きな外力は加わらないため、制御基板３３に生じる応力も抑えられる。

このように、本実施例のモータ１０では、ヒートシンク下面３７ａに微小突起４１を設け、ヒートシンク３７と制御基板３３との間に間隙４２を確保したので、ヒートシンク３７と制御基板３３を近接配置する構成でありながら、ヒートシンク３７と制御基板３３との間に所定のクリアランスが確保される。このため、車両の振動や衝撃等によって、ヒートシンク下面３７ａが制御基板導電部に接触してしまうのを避けることができ、制御基板３３のショートを防止することができる。従って、制御基板の放熱性を損なうことなく、ショートを防止し、製品信頼性の向上を図ることが可能となる。また、間隙４２の確保に際し、制御基板３３に生じる応力も抑えられるので、基板自体に無理が掛からず、この点においても製品信頼性の向上を図ることが可能となる。

なお、本実施例では、ヒートシンク３７に制御基板３３を固定するネジ４４の固定孔４５にも、微小突起４１と同じ高さの台座４６が設けられており、この台座４６も微小突起４１と同様の機能を果たしている。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、ヒートシンク下面３７ａに微小突起４１を設けて間隙４２を形成しているが、図６に示すように、制御基板３３側に微小突起４１を設けて間隙４２を形成しても良い。勿論、ヒートシンク３７と制御基板３３の両方に微小突起４１を設けることも可能である。なお、図６では、ヒートシンク３７をケースカバー２５にインサート成形する際に、ヒートシンク３７の外周から下面３７ａの外縁近傍に合成樹脂を回し、外縁部４７を形成し、間隙形成の一助としている。

さらに、図７に示すように、ギヤケース２４をアルミニウム等の熱伝導性材料にて形成し、その外壁面上に放熱フィン４８を形成すると共に、ギヤケース２４の内壁面上に微少突起４１を形成し、そこに制御基板３３を配置するような構造としても良い。この場合、微少突起４１によって、ギヤケース２４とプリント基板３４との間に間隙４９が形成され、両者間のクリアランスが確保される。また、ＦＥＴ３５から発生した熱は、放熱フィン４８から放熱される。従って、図７の構成においても、制御基板の放熱性を損なうことなく、制御基板３３のショートを防止することができる。なお、ケースカバー２５に、熱伝導性材料にて形成した放熱部材をさらに設けても良く、これにより、放熱性の向上が図られる。

一方、前述の実施例では、モータ１０をワイパ装置１１の駆動源として用いたが、本発明による電動モータの用途はワイパ装置には限定されず、パワーウィンド装置やドアの開閉装置などに本発明の電動モータを適用しても良い。また、ヒートシンク３７を熱伝導性の良い材料のひとつであるアルミニウムにて形成しているが、その材料はアルミニウムには限定されず、伝熱性を備える他の金属材料や樹脂材料などの熱伝導性材料を用いても良い。さらに、ヒートシンク３７には放熱フィン３７ｂが形成されているが、制御基板３３の発熱量が少ない場合には、これを削減しても良い。加えて、モータ１０では、減速機構としてウォームギヤ機構３２を用いているが、減速機構はこれには限定されず、複数の平歯車からなる減速歯車列など他の形式の減速機構を用いても良い。

本発明の一実施の形態である電動モータを駆動源として使用したワイパ装置の構成を示す概略図である。 図１の電動モータの外観を示す斜視図である。 図１の電動モータの断面構成を示す説明図である。 図１の電動モータにおける電子部品放熱構造を示す説明図である。 ヒートシンクの下面図である。 電子部品放熱構造の変形例を示す説明図である。 電子部品放熱構造の他の変形例を示す説明図である。 従来の電動モータにおける電子部品の放熱構造を示す説明図である。 従来の電動モータにおける他の電子部品放熱構造を示す説明図である。

符号の説明

１０ 電動モータ
１１ ワイパ装置
１２ 車両
１３ フロントガラス
１４ａ,１４ｂ ワイパ軸
１５ａ,１５ｂ ワイパアーム
１６ａ,１６ｂ ワイパブレード
１７ 出力軸
１８ クランクアーム
１９ リンク機構
２０ａ,２０ｂ 払拭範囲
２１ モータ本体
２２ 減速機
２３ モータケース
２４ ギヤケース
２４ａ ボス部
２５ ケースカバー
２５ａ コネクタ部
２６ クリップ
２７ 回転軸
２８ 軸受
２９ 軸受
３０ ウォーム
３１ ウォームホイール
３２ ウォームギヤ機構
３３ 制御基板
３３ａ 上面
３４ プリント基板
３５ 電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）
３６ 磁石
３７ ヒートシンク
３７ａ 下面
３７ｂ 放熱フィン
３７ｃ 抜け止め部
４１ 微小突起
４２ 間隙
４３ 熱伝導性接着剤
４４ ネジ
４５ 固定孔
４６ 台座
４７ 外縁部
４８ 放熱フィン
５１ ケースカバー
５２ ヒートシンク
５３ 制御基板
５４ 電子部品
５５ 熱導電性シート
５６ 熱導電性接着剤

Claims (3)

1. 回転軸を駆動するモータ本体と、前記回転軸の回転を減速して出力する減速機構とを有する電動モータであって、
   前記モータ本体に組み付けられ、前記減速機構を収容するギヤケースと、
   前記ギヤケースに収容され、前記モータ本体に駆動信号を出力する制御基板と、
   前記ギヤケースの開口部に組み付けられ、前記制御基板の熱を放出する放熱部材を備えるケースカバーとを有し、
   前記放熱部材は、前記制御基板に対面する形で前記ケースカバー内に取り付けられ、
   前記放熱部材又は前記制御基板の少なくとも何れか一方側に、対向する前記放熱部材又は前記制御基板と当接し、前記放熱部材と前記制御基板との間に間隙を形成する突起を設けたことを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１記載の電動モータにおいて、前記制御基板は、前記放熱部材に対向する面に回路形成用の導電部を有し、前記放熱部材に形成された突起は、前記制御基板上における前記導電部以外の部位に当接するように配置されてなることを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１又は２記載の電動モータにおいて、前記制御基板には、前記放熱部材に対向する面と反対側の面にパワー系電子部品が配置され、前記制御基板の前記放熱部材に対向する面における前記パワー系電子部品の裏面側の部位には、前記放熱部材との間に熱伝導性の接着剤が塗布されてなることを特徴とする電動モータ。

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