JP2016187246A - モータ駆動装置及びモータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】回路基板に取付けられた回路素子の熱を当該回路基板に取付けられた放熱部材により放熱させる。
【解決手段】モータ駆動装置３４は、モータの回転を制御するための制御回路の一部を構成する回路基板１８と、制御回路の他の一部を構成する回路素子１６と、回路基板１８に取付けられたヒートシンク２０と、を備えている。ヒートシンク２０は、絶縁性の材料を用いて形成されており、このヒートシンク２０の回路基板１８側の面には、複数の凹凸部５４が形成されている。また、ヒートシンク２０は、回路基板１８に当接された状態で、かつ回路基板１８との間に形成された隙間に絶縁性の放熱材６０が満たされた状態で、回路基板１８に取付けられている。これにより、回路基板１８に取付けられた回路素子１６の熱を当該回路基板１８に取付けられたヒートシンク２０により放熱させることができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、モータ駆動装置及びモータユニットに関する。

下記特許文献１には、回路基板に取付けられたパワーＩＣ等の熱源に対向して配置される金属部と、当該金属部において熱源とは反対側の面から突出するように形成されていると共に金属部とアウトサート成形またはインサート成形により一体に成形された熱伝導性の樹脂部と、を備えた放熱部材が開示されている。

特開２０１２−９４９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された放熱部材では、金属部を回路基板に接触させると当該回路基板に設けられた回路がショートすることが考えられる。すなわち、上記特許文献１に記載された放熱部材を回路基板に直接取り付けることは難しい。

本発明は上記事実を考慮し、回路基板に取付けられた回路素子の熱を当該回路基板に取付けられた放熱部材により放熱させることができるモータ駆動装置及びモータユニットを得ることが目的である。

請求項１記載のモータ駆動装置は、モータの回転を制御するための制御回路の一部を構成する回路基板と、前記回路基板に取付けられ、前記制御回路の他の一部を構成する回路素子と、絶縁性の材料を用いて形成されていると共に前記回路基板側の面に複数の凹凸部が形成されており、前記回路基板に当接された状態で、かつ前記回路基板との間に形成された隙間に絶縁性の放熱材が満たされた状態で前記回路基板に取付けられた放熱部材と、を備えている。

請求項１記載の本発明では、回路基板及び回路素子を含んで構成された制御回路により、モータの回転が制御される。ここで、制御回路の一部を構成する回路素子に通電がなされると、回路素子が発熱する。そして、この熱の一部は、回路基板に取付けられた放熱部材を介して放熱される。ここで、本発明では、放熱部材における回路基板側の面に、複数の凹凸部が形成されていると共に、この凹凸部の突出方向の先端が回路基板に当接している。そのため、回路素子から回路基板に伝達された熱の一部は、回路基板と放熱部材との接触部を通じて速やかに放熱部材に伝達される。また、本発明では、放熱部材が絶縁性の材料を用いて形成されているため、当該放熱部材を回路基板に当接させたとしても、制御回路がショートすることはない。さらに、本発明では、回路基板と放熱部材との間に形成された隙間に絶縁性の放熱材が満たされている。そのため、回路素子から回路基板に伝達された熱の他の一部は、放熱部材に放熱材を介して伝達される。これにより、本実施形態では、回路基板に取付けられた回路素子の熱を当該回路基板に取付けられた放熱部材により放熱させることができる。

請求項２記載のモータ駆動装置は、請求項１記載のモータ駆動装置において、前記放熱部材において前記凹凸部が形成された部位は、前記回路素子と前記回路基板を挟んで対向して配置されている。

請求項２記載の本発明では、放熱部材において凹凸部が形成された部位を、回路素子と回路基板を挟んで対向して配置させることにより、回路素子の熱を放熱部材により一層速やかに伝達させることができる。

請求項３記載のモータ駆動装置は、請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置において、前記放熱部材の回路基板側の面には、凹部と凸部とが一の方向に沿って交互に配列されている。

請求項４記載のモータ駆動装置は、請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置において、前記放熱部材の回路基板側の面には、複数の凹部又は複数の凸部が一の方向及び当該一の方向と直交する方向に沿って間隔をあけて配列されている。

請求項３記載及び請求項４記載の本発明では、凹部及び凸部を上記のように配列することにより、放熱部材を回路基板に安定した状態で当接させることができる。

請求項５記載のモータ駆動装置は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置において、前記放熱部材において前記凹凸部が形成されている部位の表面粗さが、前記回路基板において前記凹凸部と対向している部位の表面粗さに比して粗く設定されている。

請求項５記載の本発明では、放熱部材において凹凸部が形成されている部位の表面粗さを上記のように設定することにより、凹凸部における凸部の先端を回路基板に確実に当接させることができる。

請求項６記載のモータユニットは、通電されることで出力軸をその軸線回りに回転させるモータと、前記モータへの通電を制御することで前記出力軸の回転を制御する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、を備えている。

請求項６記載の本発明では、モータ駆動装置の加熱によってモータユニットに不具合が生じることを抑制することができる。

本実施形態の車両用モータユニットを分解して示す分解斜視図である。 回路基板をＦＥＴ等の回路素子が取付けられた側から見た平面図である。 回路基板をヒートシンクが取付けられた側から見た底面図である。 回路基板単体を示す平面図である。 回路基板のＦＥＴ取付部を拡大して示す平面図である。 図２に示された６−６線に沿って切断した回路基板等の断面を示す拡大断面図である。 （Ａ）はヒートシンクを回路基板に接合される面側から見た平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された７Ｂ−７Ｂ線に沿って切断したヒートシンクの断面を示す断面図である。 （Ａ）は第１変形例に係るヒートシンクを回路基板に接合される面側から見た平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された８Ｂ−８Ｂ線に沿って切断したヒートシンクの断面を示す断面図である。 （Ａ）は第２変形例に係るヒートシンクを回路基板に接合される面側から見た平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された９Ｂ−９Ｂ線に沿って切断したヒートシンクの断面を示す断面図である。

次に、図１〜図７を用いて本発明の実施形態に係る車両用モータユニットについて説明する。

図１に示されるように、本実施形態のモータユニットとしての車両用モータユニット１０は、一例として車載用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。具体的には、車両用モータユニット１０は、出力軸１４をその軸線回りに回転させるモータ１２と、モータ１２の出力軸１４の回転を制御するためのモータ駆動装置３４と、を備えている。

（モータ１２）
モータ１２は、出力軸１４、ロータ２２及びステータ２４を主要な要素として構成されている。

出力軸１４は、円柱状の鋼材に浸炭処理等の表面処理が施されることにより構成されており、図示しないベアリングによって回転自在に軸支されている。

また、ロータ２２は、一端が開放された有底円筒状に形成されており、円盤状の底壁２２Ａと、底壁２２Ａの外周端からロータ２２の一端側へ屈曲して延びる周壁２２Ｂと、を備えている。さらに、底壁２２Ａの中心部には、出力軸１４が挿入される挿入孔２２Ｃが設けられており、この挿入孔２２Ｃに出力軸１４が圧入されることによってロータ２２と出力軸１４とが一体回転可能となっている。また、周壁２２Ｂの内側には、図示しないロータマグネットが設けられている。

また、ステータ２４は、導電性の巻線２６が、環状に形成されたステータコア２８に巻回されることにより構成されている。また、ステータ２４はロータ２２の周壁２２Ｂの径方向内側に配置されており、このステータ２４が界磁する磁界を受けて、ロータ２２が出力軸１４と共に回転することが可能となっている。詳述すると、ステータ２４はステータコア２８を構成するコア部材３０に巻線２６が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。ステータ２４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ駆動装置３４の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。また、ステータ２４は、上ケース３２を介して、モータ駆動装置３４に取り付けられている。

（モータ駆動装置３４）
図２及び図３に示されるように、モータ駆動装置３４は、回路基板１８と、モータに電力を供給するための複数の回路素子１６と、回路素子１６の熱を放熱するための放熱部材としてのヒートシンク２０と、を含んで構成されている。

図４及び図６に示されるように、回路基板１８は、矩形板状に形成されており、また回路基板１８は、基板本体３３上に導電パターン部が形成されることによって構成されている。具体的には、図４に示されるように、回路基板１８の中央部分には、ステータ２４（図１参照）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に電力を供給する電力供給端子３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃ（図２参照）がハンダ付けで接合される電力供給端子接合部６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃが設けられている。また、回路基板１８の短手方向一方側の端部には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御装置が図示しないハーネス及びコネクタを介して接続されるコネクタ３８（図２参照）が取付けられるコネクタ取付部６８が設けられている。

さらに、回路基板１８の長手方向一方側の端部には、コンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ（図２参照）がハンダ付けで接合される第１コンデンサ接合部７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄが回路基板１８の短手方向に沿って設けられている。また、回路基板１８には、ノイズ除去用のコイル４４（図２参照）がハンダ付けで接合されるコイル接合部７２が設けられている。さらに、回路基板１８には、大容量のコンデンサ４２（図２参照）がハンダ付けで接合される第２コンデンサ接合部７４が設けられている。また、回路基板１８には、インバータ回路を制御するためのマイコン４６（図２参照）がハンダ付けで接合されるマイコン接合部７６が設けられている。

また、回路基板１８には、ＦＥＴ４１（４１Ａ〜４１Ｆ）（図２参照）がハンダ付けで接合される回路素子接合部としてのＦＥＴ接合部７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃ、７８Ｄ、７８Ｅ、７８Ｆが設けられている。さらに、回路基板１８には、回路保護のための逆接防止ＦＥＴ４１（４１Ｇ）（図２参照）がハンダ付けで接合される回路素子接合部としてのＦＥＴ接合部７８Ｇが設けられている。

図５に示されるように、ＦＥＴ接合部７８（７８Ａ〜７８Ｇ）は、ＦＥＴ４１の本体部８０（図２参照）の回路基板１８側の面に設けられた図示しない裏面端子がハンダ付けで接合される第１接合部８４及び第２接合部８６と、ＦＥＴ４１の本体部８０から延出する２本の端子８２Ａ、８２Ｂ（図２参照）がハンダ付けで接合される端子接合部８８、９０と、を含んで構成されている。

第１接合部８４は、基板本体３３（図６参照）上に導電性の材料を用いて形成されおり、この第１接合部８４は、平面視で正方形状に形成されている。また、第２接合部８６は、第１接合部８４と同様に基板本体３３上に導電性の材料を用いて形成されおり、この第２接合部８６は、中心部に第１接合部８４が配置される矩形状の開口部８６Ａを有する枠状に形成されている。さらに、端子接合部８８、９０は、第１接合部８４及び第２接合部８６と同様に基板本体３３上に導電性の材料を用いて矩形状に形成されており、また端子接合部８８と端子接合部９０とは、第２接合部８６の一の辺に沿って間隔をあけて配置されている。

図６に示されるように、本実施形態では、基板本体３３に放熱用筒状部材としての複数のスルーホール９２が固定されている。このスルーホール９２は、導電性の材料を用いて筒状に形成されている。また、スルーホール９２の長さは、基板本体３３の長さに対応する長さに設定されている。そして、回路基板１８（基板本体３３）の一方側と他方側とがスルーホール９２を介して連通されるようになっている。

図５に示されるように、第２接合部８６の開口部８６Ａの内側に配置された複数のスルーホール９２は、第１接合部８４の外周部に沿って当該第１接合部８４を囲むように配置された状態で基板本体３３に固定されている。また、第２接合部８６の外周部に配置された複数のスルーホール９２は、当該第２接合部８６の外周部に沿って当該第２接合部８６を囲むように配置された状態で基板本体３３に固定されている。

図６に示されるように、ＦＥＴ４１の本体部８０の回路基板側の面に設けられた図示しない裏面端子及び２本の端子８８、９０が、第１接合部８４、第２接合部８６及び端子接合部８８、９０にそれぞれハンダ付けで接合された状態では、ＦＥＴ４１の本体部８０の回路基板側の面に設けられた図示しない裏面端子と回路基板１８に設けられた第１接合部８４及び第２接合部８６とが、ハンダ９８を介して複数のスルーホール９２の一方側の端部に電気的に接合されるようになっている。

また、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇは、動作時の発熱が著しい。そこで、本実施形態では、図３及び図６に示されるように、ヒートシンク２０が、回路基板１８における動作時の発熱が著しい回路素子（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）が取付けられている箇所と板厚方向に対向する部位（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇが取付けられた面と反対側の面）に取付けられている。

具体的には、ヒートシンク２０は、熱伝導性が良好な絶縁性の樹脂材料を用いて形成されており、このヒートシンク２０は、回路基板１８の板厚方向から見て略矩形板状に形成されている。図３に示されるように、ヒートシンク２０の短手方向の一端には、該ヒートシンク２０の長手方向に沿って複数の突起部５２が設けられている、この突起部５２は、回路基板１８と離間する方向に向けて突出する円柱状に形成されている。この複数の突起部５２を有することによって、ヒートシンク２０における回路基板１８とは反対側の面の表面積が広くなり、ヒートシンク２０の放熱性能が向上されている。また、ヒートシンク２０の突起部５２は、上ケース３２（図１参照）と下ケース４８（図１参照）との間から露出されるようになっている。

図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ヒートシンク２０における回路基板１８に接合される側の面には、凹凸部５４が形成されている。本実施形態では、回路基板１８側が開放された凹部５６と回路基板１８側に向けて突出する凸部５８とがヒートシンク２０の長手方向に沿って交互に配列されている。また、本実施形態では、凸部５８の突出方向の先端側が緩やかに湾曲されている。

また、本実施形態では、ヒートシンクにおいて凹凸部５４が形成されている部位の表面粗さが、回路基板１８において凹凸部５４と対向している部位の表面粗さに比して粗く設定されている。なお、表面粗さとは、算術平均粗さのことであり、本実施形態では、図７（Ｂ）に示されるように、断面曲線（表面）の中心に線Ｃを引き、この中心線Ｃによって得られた曲線上の総面積を長さＬで割った値のことである。なお、回路基板１８の表面粗さも同様に算出される。

そして、図６に示されるように、凸部５８の突出方向の先端側の面５８Ａが回路基板１８に当接した状態で、ヒートシンク２０が回路基板１８に固定されている。また、本実施形態では、回路基板１８とヒートシンク２０との間に形成された隙間に絶縁性かつゲル状の放熱材６０が満たされた状態で、ヒートシンク２０が回路基板１８に固定されている。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

図１に示されるように、本実施形態の車両用モータユニット１０は、モータ１２の出力軸１４の回転がモータ駆動装置３４によって制御される。これにより、モータ１２の出力軸１４に固定された図示しないファンの回転が制御される。

ここで、図２〜図６に示されるように、本実施形態では、モータ駆動装置３４の一部を構成する回路素子１６に通電がなされると、回路素子１６が発熱する。特に、ＦＥＴ４１（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）の発熱が著しい。図６に示されるように、このＦＥＴ４１から第１接合部８４及び第２接合部８６に伝達された熱は、回路基板１８に固定された複数のスルーホール９２を介して回路基板１８においてＦＥＴ４１が取付けられた側とは反対側に伝達される。そして、当該熱がヒートシンク２０を介して大気に放熱されることで、ＦＥＴ４１の熱が放熱される。

ここで、本実施形態では、ヒートシンク２０における回路基板１８側の面に、複数の凹凸部５４が形成されていると共に、この凹凸部５４における凸部５８の突出方向の先端側の面５８Ａが回路基板１８に当接している。そのため、ＦＥＴ４１から回路基板１８（スルーホール９２や基板本体３３等）に伝達された熱の一部は、回路基板１８とヒートシンク２０の凸部５８との接触部を通じて速やかにヒートシンク２０に伝達される。また、本実施形態では、ヒートシンク２０が絶縁性の材料を用いて形成されているため、当該ヒートシンク２０を回路基板１８に当接させたとしても、制御回路がショートすることはない。

さらに、本実施形態では、回路基板１８とヒートシンク２０との間に形成された隙間に絶縁性の放熱材６０が満たされている。そのため、ＦＥＴ４１から回路基板１８に伝達された熱の他の一部は、ヒートシンク２０に放熱材６０を介して伝達される。これにより、本実施形態では、回路基板１８に取付けられたＦＥＴ４１の熱を当該回路基板１８に取付けられたヒートシンク２０により放熱させることができる。また、本実施形態では、凸部５８の突出方向の先端側の面５８Ａを回路基板１８に当接させる構成とすることにより、放熱材６０の使用量を削減することができる。

また、本実施形態では、ヒートシンク２０において凹凸部５４が形成された部位を、ＦＥＴ４１と回路基板１８を挟んで対向して配置させることにより、ＦＥＴ４１の熱をヒートシンク２０により一層速やかに伝達させることができる。これにより、ＦＥＴ４１の放熱性能をより一層向上させることができる。

さらに、本実施形態では、回路基板１８側が開放された凹部５６と回路基板１８側に向けて突出する凸部５８とをヒートシンク２０の長手方向に沿って交互に配列させて、凸部５８の突出方向の先端側の面５８Ａを回路基板１８に当接させる構成とされている。これにより、ヒートシンク２０を回路基板１８に安定した状態で当接させることができる。

また、本実施形態では、上記モータ駆動装置３４を用いて車両用モータユニット１０を構成することにより、モータ駆動装置３４の加熱によって車両用モータユニット１０に不具合が生じることを抑制することができる。

なお、本実施形態では、スルーホール９２を回路基板１８に設けた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、スルーホール９２を回路基板１８に設けない構成としてもよい。このように、スルーホール９２を回路基板１８に設けるか否かについては、ＦＥＴ４１等の回路素子１６の発熱量等を考慮して適宜設定すればよい。

また、本実施形態では、回路基板１８側が開放された凹部５６と回路基板１８側に向けて突出する凸部５８とをヒートシンク２０の長手方向に沿って交互に配列させた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、複数の凹部１００がヒートシンク２０の短他方向及び長手方向に沿って間隔をあけて配列されていてもよい。当該構成によれば、ヒートシンク２０において凹部５６が形成されていない部位（凸部１０２）を平面状に形成することができる。これにより、ヒートシンク２０を回路基板１８に安定した状態で当接させることができる。また、上記の凹部１００に対応する部位に、複数の凸部を設けた構成とすることもできる。

また、本実施形態では、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、凸部５８の突出方向の先端側を緩やかに湾曲させた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、凸部１０４の突出方向の先端側を鋭角に設定することにより、凸部１０４の突出方向の先端側の面１０４Ａと回路基板１８との接触面積を調節してもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０・・・車両用モータユニット（モータユニット），１２・・・モータ，１６・・・回路素子，１８・・・回路基板，２０・・・ヒートシンク（放熱部材），３４・・・モータ駆動装置，５４・・・凹凸部，５６・・・凹部，５８・・・凸部，６０・・・放熱材，１００・・・凹部，１０２・・・凸部，１０４・・・凸部

Claims (6)

1. モータの回転を制御するための制御回路の一部を構成する回路基板と、
   前記回路基板に取付けられ、前記制御回路の他の一部を構成する回路素子と、
   絶縁性の材料を用いて形成されていると共に前記回路基板側の面に複数の凹凸部が形成されており、前記回路基板に当接された状態で、かつ前記回路基板との間に形成された隙間に絶縁性の放熱材が満たされた状態で前記回路基板に取付けられた放熱部材と、
   を備えたモータ駆動装置。
2. 前記放熱部材において前記凹凸部が形成された部位は、前記回路素子と前記回路基板を挟んで対向して配置されている請求項１記載のモータ駆動装置。
3. 前記放熱部材の回路基板側の面には、凹部と凸部とが一の方向に沿って交互に配列されている請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置。
4. 前記放熱部材の回路基板側の面には、複数の凹部又は複数の凸部が一の方向及び当該一の方向と直交する方向に沿って間隔をあけて配列されている請求項１又は請求項２記載のモータ駆動装置。
5. 前記放熱部材において前記凹凸部が形成されている部位の表面粗さが、前記回路基板において前記凹凸部と対向している部位の表面粗さに比して粗く設定されている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のモータ駆動装置。
6. 通電されることで出力軸をその軸線回りに回転させるモータと、
   前記モータへの通電を制御することで前記出力軸の回転を制御する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のモータ駆動装置と、
   を備えたモータユニット。