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