JP2017169348A - モータ - Google Patents
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Abstract
【課題】部品との干渉が起き難く、加工の行い易い構造で弾性を付与した巻線端子を有するモータを提供すること。【解決手段】本発明のモータ1は、ロータ11と、コイル123が巻回されたステータ12と、を有するモータ本体部10と、主として一方の面22aにパワー素子221を含む駆動回路が実装される回路基板22及び回路基板22を収容する樹脂製のケース21を有する駆動回路部20と、回路基板22の他方の面22b側に配置され、駆動回路部20の熱を放熱するヒートシンク30と、モータ本体部10のコイル123の端部が一方側に電気接続され、他方側の一部が回路基板22に実装されたパワー素子221に電気接続される巻線端子40と、を備え、巻線端子40には、巻線端子40に弾性機能を付与する所定のカット部42が設けられている。【選択図】図4
Description
本発明はモータに関する。
従来、モータのコイルの熱変形による力を端子接続金具側で吸収することができず、端子接続金具側の剛性の強さが、反力としてコイルの変形を拘束し、大きな熱応力を生じさせていたことに鑑み、端子接続金具に湾曲部や屈曲部を設けたり、端子接続金具をらせん状の構造としたりすることで端子接続金具に弾性機能を持たせるようにしたモータが開示されている(特許文献1参照)。
ところで、モータ部とケース内にそのモータ部の駆動を制御する回路基板を収容した駆動回路部を一体に設けるようにしたモータ(駆動回路部一体型モータ)では、例えば、一方側がモータ部のステータに固定されるとともにモータ部のコイルに電気的に接続された巻線端子が駆動回路部内に導出され、その巻線端子の他方側が回路基板に半田等の導電材料で電気接続されるように固定される。
そして、駆動回路部一体型モータのコスト低減のために、駆動回路部のケースに生産性の高い樹脂製のケースを用いようとすると、駆動回路部にはモータ部への電力の供給を行うパワー素子が配置されるため、駆動回路部の温度が上昇し、駆動回路部のケースと巻線端子の熱膨張係数の差で巻線端子を回路基板に接合している半田等の導電材料にストレスが生じることになる。
また、モータを駆動しない場合でも、雰囲気温度が大きく変化する環境(例えば、車のエンジンルームなど)に設置される場合には、巻線端子と駆動回路部のケースの熱膨張率の差により、上記と同様に、巻線端子と回路基板に接合している半田等の導電材料にストレスが生ずることになる。
また、モータを駆動しない場合でも、雰囲気温度が大きく変化する環境(例えば、車のエンジンルームなど)に設置される場合には、巻線端子と駆動回路部のケースの熱膨張率の差により、上記と同様に、巻線端子と回路基板に接合している半田等の導電材料にストレスが生ずることになる。
そこで、そのストレスを緩和するために、特許文献1に開示されるように、湾曲部、屈曲部又はらせん状の構造を巻線端子に設けるようにすることも考えられるが、巻線端子に湾曲部や屈曲部を設けたり、らせん状の構造を設けるようにすると、その設けた湾曲部、屈曲部又はらせん状の構造との干渉を回避するために、巻線端子の回りに部品等を配置することができなくなるという問題がある。
また、そのような構造を設けるためには、巻線端子に対して立体的な曲げ加工を行う必要があり、巻線端子の加工が行い難いという問題もある。
また、そのような構造を設けるためには、巻線端子に対して立体的な曲げ加工を行う必要があり、巻線端子の加工が行い難いという問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、部品との干渉が起き難く、加工の行い易い構造で弾性を付与した巻線端子を有するモータを提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
(1)本発明のモータは、ロータと、コイルが巻回されたステータと、を有するモータ本体部と、主として一方の面にパワー素子を含む駆動回路が実装される回路基板及び前記回路基板を収容する樹脂製のケースを有する駆動回路部と、前記回路基板の他方の面側に配置され、前記駆動回路部の熱を放熱するヒートシンクと、前記モータ本体部のコイルの端部が一方側に電気接続され、他方側の一部が前記回路基板に実装された前記パワー素子に電気接続される巻線端子と、を備え、前記巻線端子には、前記巻線端子に弾性機能を付与する所定のカット部が設けられている。
(1)本発明のモータは、ロータと、コイルが巻回されたステータと、を有するモータ本体部と、主として一方の面にパワー素子を含む駆動回路が実装される回路基板及び前記回路基板を収容する樹脂製のケースを有する駆動回路部と、前記回路基板の他方の面側に配置され、前記駆動回路部の熱を放熱するヒートシンクと、前記モータ本体部のコイルの端部が一方側に電気接続され、他方側の一部が前記回路基板に実装された前記パワー素子に電気接続される巻線端子と、を備え、前記巻線端子には、前記巻線端子に弾性機能を付与する所定のカット部が設けられている。
(2)上記(1)の構成において、前記カット部は、前記巻線端子の前記回路基板と前記モータ本体部との間の位置に設けられている。
(3)上記(1)又は(2)の構成において、前記巻線端子は、他方側の一部が前記パワー素子に電気接続された前記回路基板のランドに導電材料で接合されている。
(4)上記(3)の構成において、前記ランドは、前記回路基板の他方の面に設けられ、前記ランドは、前記ランドから前記回路基板の一方の面に繋がる導電パターンで前記パワー素子に電気接続されている。
(5)上記(1)から(4)のいずれか1つの構成において、前記回路基板が、前記ケースに固定されている。
(6)上記(1)から(5)のいずれか1つの構成において、前記巻線端子は薄板形状であり、前記カット部は、前記巻線端子の幅方向の一方の側面側に形成された第1スリットと、前記巻線端子の幅方向の他方の側面側に形成された第2スリットを有し、前記第1スリットと前記第2スリットが、前記巻線端子の長手方向で見て交互に位置している。
(7)上記(6)の構成において、前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、前記巻線端子の長手方向に対してほぼ直交するように形成されている。
(8)上記(6)の構成において、前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、前記巻線端子の長手方向に対して斜めに形成されている。
(9)上記(6)の構成において、前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部から先端部に向かって幅が狭くなる略U字形状で、前記巻線端子の長手方向に対してほぼ直交するように形成されている。
(10)上記(6)の構成において、前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部の開口辺と、前記開口辺の一端から前記巻線端子の長手方向に対してほぼ直交する方向に延びる直交辺と、を有する直角三角形状であり、前記第1スリットと前記第2スリットは、前記直角三角形状における斜辺の向きが、前記巻線端子の長手方向に対して反対側を向くように形成されている。
(11)上記(1)から(10)のいずれか1つの構成において、前記巻線端子の他方側の端部は、前記回路基板の他方の面より突出して配置されるとともに、前記ヒートシンクに直接接触しないように前記ヒートシンクに形成された溝部内に配置されている。
(12)上記(11)の構成において、前記ヒートシンクの前記溝部には、前記巻線端子の他方側の前記端部から前記ヒートシンクに熱を伝達する電気絶縁性でかつ熱伝導性の材料が設けられている。
(13)上記(1)から(12)のいずれか1つの構成において、前記巻線端子は、前記回路基板の一方の面側から他方の面側に熱を伝達する熱伝達部を有し、前記巻線端子には熱抵抗の低い材料が用いられ、かつ、前記熱伝達部が電流を流すのに必要な断面積より十分に大きい断面積とされている。
本発明によれば、部品との干渉が起き難く、加工の行い易い構造で弾性を付与した巻線端子を有するモータを提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
図1は本発明に係る実施形態のモータ1の斜視図であり、図2はモータ1のシャフト113の導出側を正面に見た平面図であり、図3は図2のA−A線断面図であり、図4はモータ1の分解斜視図である。
図1に示すように、モータ1は、モータ本体部10と、駆動回路部20、とヒートシンク30と、を備えている。
なお、本実施形態では、ブラシレスモータを示しているが、モータの種類はブラシレスモータに限定されるものではない。
図1に示すように、モータ1は、モータ本体部10と、駆動回路部20、とヒートシンク30と、を備えている。
なお、本実施形態では、ブラシレスモータを示しているが、モータの種類はブラシレスモータに限定されるものではない。
(モータ本体部)
図3に示すように、モータ本体部10は、中央に配置されるロータ11と、ロータ11の外周に配置されるステータ12と、ステータ12の外周を覆うように配置されるフレーム13と、を備えている。
ロータ11は、ロータヨーク111と、ロータヨーク111の外周に設けられるロータマグネット112と、ロータヨーク111と一体に設けられ、ロータヨーク111の中心を貫通するシャフト113と、を備えている。
ステータ12は、ステータコア121と、ステータコア121を覆うインシュレータ122と、インシュレータ122上に巻回されるコイル123と、を備えている。
フレーム13は、ステータ12の外周を覆う円筒状の側壁部131と、側壁部131の上側(一方側)の端部に一体に形成された底部132と、側壁部131の下側(他方側)の端部に形成されるフランジ133と、を備えている。
底部132の中央側には、上側(一方側)に出っ張るシャフト113を回転自在に軸支する軸受部14を収納する凹部132aが形成されており、その凹部132aの中央には、シャフト113の一端側を外部に出すための貫通孔が設けられている。
本実施形態では、軸受部14として転がり軸受を用いており、軸受部14は、凹部132aに嵌め込まれる外輪14aと、シャフト113の外周面に固定される内輪14cと、外輪14aと内輪14cの間に設けられ、外輪14aと内輪14cを相互に回転可能に架橋するボール14bと、を備えている。
なお、ステータ12(ステータコア121)が、フレーム13の側壁部131に対して圧入固定や接着固定されることで、フレーム13とステータ12とは一体化されている。
なお、ステータ12(ステータコア121)が、フレーム13の側壁部131に対して圧入固定や接着固定されることで、フレーム13とステータ12とは一体化されている。
また、フレーム13の側壁部131の下側(他方側)の端部には、蓋部134が設けられている。
蓋部134の中央側には、下側(他方側)に出っ張るシャフト113を回転自在に軸支する軸受部15を収納する凹部134aが形成されており、その凹部134aの中央には、シャフト113の他端側を通す貫通孔が設けられている。
蓋部134の中央側には、下側(他方側)に出っ張るシャフト113を回転自在に軸支する軸受部15を収納する凹部134aが形成されており、その凹部134aの中央には、シャフト113の他端側を通す貫通孔が設けられている。
なお、本実施形態では、軸受部15にも軸受部14と同様に転がり軸受を用いており、軸受部15は、凹部134aに嵌め込まれる外輪15aと、シャフト113の外周面に隙間嵌めされる内輪15cと、外輪15aと内輪15cの間に設けられ、外輪15aと内輪15cを相互に回転可能に架橋するボール15bと、を備えている。
さらに、モータ本体部10は、一方端(上側の端部)がロータヨーク111の他端(下側の端部)に当接し、他方端(下側の他端)が軸受部15の内輪15cの一端(上側の端部)に当接するように設けられた圧縮コイルばね16を備えている。
この圧縮コイルばね16は、軸受部14と軸受部15との間に予圧を付与するものであり、具体的には、圧縮コイルばね16によって、軸受部15の内輪15cが下側(他方側)に付勢されるとともに、ロータヨーク111およびスペーサ114を介して軸受部14の内輪14cが上側(一方側)に付勢されることで軸受部14及び軸受部15に予圧が付与されるようになっている。
そして、ロータ11は、上述のように、シャフト113の上側(一方側)と下側(他方側)が、軸受部14と軸受部15とによって回転自在に軸支されることでステータ12に対して回転可能に設けられている。
また、モータ1は、ステータ12に取付けられた巻線端子40を備えている。
詳細に関しては、後述するが、図3に示すように、巻線端子40は、上側(一方側)にモータ本体部10のコイル123(インシュレータ122上に巻回されたコイル123)の端部が電気接続されるコイル接続部45を有しており、一方、巻線端子40の下側(他方側)の一部が後ほど説明する回路基板22上の導電パターンを介してパワー素子221に電気接続される。
したがって、パワー素子221で制御された電流が巻線端子40を介してコイル123に供給され、モータ1が駆動するようになっている。
詳細に関しては、後述するが、図3に示すように、巻線端子40は、上側(一方側)にモータ本体部10のコイル123(インシュレータ122上に巻回されたコイル123)の端部が電気接続されるコイル接続部45を有しており、一方、巻線端子40の下側(他方側)の一部が後ほど説明する回路基板22上の導電パターンを介してパワー素子221に電気接続される。
したがって、パワー素子221で制御された電流が巻線端子40を介してコイル123に供給され、モータ1が駆動するようになっている。
そして、この巻線端子40を駆動回路部20側に出すために、蓋部134には、図3及び図4に示すように、巻線端子40を通すための開口134bが設けられている。
なお、本実施形態のモータ1は、相数が3相型のブラシレスモータであるため、図3に示すように、3本の巻線端子40を備えているが、相数自体は限定されるものではなく、したがって、巻線端子40の数は、その求められる相数に合わせて、増やしてもよく、減らしてもよい。
なお、本実施形態のモータ1は、相数が3相型のブラシレスモータであるため、図3に示すように、3本の巻線端子40を備えているが、相数自体は限定されるものではなく、したがって、巻線端子40の数は、その求められる相数に合わせて、増やしてもよく、減らしてもよい。
また、本実施形態では、ロータ11が中央に位置するインナーロータ型の場合を示しているが、ステータが中央に位置し、ロータがステータの外側に配置されるアウターロータ型のモータでもよい。
(駆動回路部)
駆動回路部20は、図3に示すように、フレーム13の下側(他方側)の端部に形成されるフランジ133にネジ固定(図4参照)される樹脂製のケース21と、そのケース21内に配置される回路基板22と、を備えている。
図4に示すように、回路基板22には、ネジを通す4つのネジ孔26が設けられており、ケース21には、その4つのネジ孔26に対応したネジ固定孔を有するネジ固定部27が設けられており、図示しないネジによって回路基板22がケース21に固定されるようになっている。
駆動回路部20は、図3に示すように、フレーム13の下側(他方側)の端部に形成されるフランジ133にネジ固定(図4参照)される樹脂製のケース21と、そのケース21内に配置される回路基板22と、を備えている。
図4に示すように、回路基板22には、ネジを通す4つのネジ孔26が設けられており、ケース21には、その4つのネジ孔26に対応したネジ固定孔を有するネジ固定部27が設けられており、図示しないネジによって回路基板22がケース21に固定されるようになっている。
したがって、回路基板22はケース21に固定されているので、モータ1の振動等によって回路基板22が振動することが抑制される。
このため、回路基板22上に配置されている電子部品や後ほど説明する巻線端子40の半田等の導電材料による固定箇所が回路基板22の振動によって破損することを回避することができる。
このため、回路基板22上に配置されている電子部品や後ほど説明する巻線端子40の半田等の導電材料による固定箇所が回路基板22の振動によって破損することを回避することができる。
また、本実施形態では、ケース21を樹脂製にすることで金属のケースの場合に比べ部品コストを大幅に低減している。
しかしながら、ケース21を樹脂製にすることで大幅に部品コストを低減できるものの、金属のケースに比べると放熱性の点で劣ることになる。
このため、駆動回路部20の温度が上昇すると、ケース21と巻線端子40の熱膨張係数の差に起因して、巻線端子40を回路基板22に電気接続するように固定している半田等の導電材料の箇所にストレスがかかることになるので、そのストレスを緩和するために、本実施形態では、後述するような巻線端子40を用いるようにしている。
しかしながら、ケース21を樹脂製にすることで大幅に部品コストを低減できるものの、金属のケースに比べると放熱性の点で劣ることになる。
このため、駆動回路部20の温度が上昇すると、ケース21と巻線端子40の熱膨張係数の差に起因して、巻線端子40を回路基板22に電気接続するように固定している半田等の導電材料の箇所にストレスがかかることになるので、そのストレスを緩和するために、本実施形態では、後述するような巻線端子40を用いるようにしている。
回路基板22は、安価に製造できる一般的な構成のものでよく、例えば、エポキシやガラスエポキシ等の樹脂製のベース基材の表面及び裏面に電気配線となる導電パターンを形成し、表面及び裏面の導電パターンの必要な個所をスルーホールで接続するようにしたようなものでよい。
このように、回路基板22にエポキシやガラスエポキシ等の樹脂製のベース基材を用いたものとすることで回路基板22の部品コストを低減することができる。
このように、回路基板22にエポキシやガラスエポキシ等の樹脂製のベース基材を用いたものとすることで回路基板22の部品コストを低減することができる。
なお、このような一般的な回路基板は、ベース基材の表裏の全面にベタパターンとして導電膜(例えば、銅等の膜)を形成し、導電パターンを描くように導電膜をエッチングして形成される。
このエッチングは、導電パターンを形成するためにエッチングすることが必要な部分だけに行われ、導電パターンに使用しない導電膜の部分であっても、エッチングの必要がない部分については、そのままベタパターンのまま残されている。
そして、導電膜を形成する材料(例えば、銅等)は一般的に熱伝導率が大きいため、回路基板の表裏の面は横方向への熱の伝達は悪くない。
そして、導電膜を形成する材料(例えば、銅等)は一般的に熱伝導率が大きいため、回路基板の表裏の面は横方向への熱の伝達は悪くない。
一方で、一般的なベース基材にはフェノールやガラスエポキシ等のように熱伝導率が小さく、熱抵抗が大きい材料が使用されるため、回路基板の表面側から裏面側への熱伝導はよくない。
したがって、このような一般的な回路基板の構成とすることで部品コストを安く抑えることができる反面、放熱性の観点からすると回路基板の厚さ方向への放熱性が低いという問題がある。
したがって、このような一般的な回路基板の構成とすることで部品コストを安く抑えることができる反面、放熱性の観点からすると回路基板の厚さ方向への放熱性が低いという問題がある。
そして、図3に示すように、回路基板22の上側の面(一方の面22a)には、パワー素子221が実装されており、このパワー素子221の発生する熱を回路基板22の下側(他方側)に配置されるヒートシンク30に効率よく伝達し、放熱効率を高めることが、上述した巻線端子40の半田等の導電材料による固定箇所に対するストレスの発生を抑制することになる。
そこで、以下では、このパワー素子221の構成等に関する説明を行いながら、併せてパワー素子221の発生する熱を効率よくヒートシンク30に伝達する方法についての説明を行う。
図5は、回路基板22の一方の面22a(図3で上側となっている面)を正面に見た平面図(正面図)である。
なお、図5では、回路基板22の一方の面22aに形成されている電気配線となる導電パターンやパワー素子221以外の素子についての図示を省略している。
図5は、回路基板22の一方の面22a(図3で上側となっている面)を正面に見た平面図(正面図)である。
なお、図5では、回路基板22の一方の面22aに形成されている電気配線となる導電パターンやパワー素子221以外の素子についての図示を省略している。
図5に示すように、回路基板22には、上述した3つの巻線端子40のそれぞれに対応した位置に、一方の面22a側から反対側に位置する他方の面22b側(図3参照)まで貫通する貫通孔222が形成されている。
そして、回路基板22の一方の面22aには、2個で1セットのパワー素子221が、図示しない所定の導電パターンに電気接続されるように、それぞれの貫通孔222の近傍に取り付けられている。
導電パターンは、貫通孔222の壁面にもほどこされており、貫通孔222は大径のスルーホールとして形成されている。
なお、回路基板22に横並びに4つ設けられている貫通孔223は、図1に示すコネクタ50の導出されるコネクタ端子51(図4参照)の端部が挿入される貫通孔である。
導電パターンは、貫通孔222の壁面にもほどこされており、貫通孔222は大径のスルーホールとして形成されている。
なお、回路基板22に横並びに4つ設けられている貫通孔223は、図1に示すコネクタ50の導出されるコネクタ端子51(図4参照)の端部が挿入される貫通孔である。
図6は、回路基板22の他方の面22b(図3で下側となっている面)を正面に見た平面図(裏面図)である。
なお、図6でも、回路基板22の他方の面22bに形成されているランド23以外の電気配線となる導電パターン等の図示を省略している。
なお、図6でも、回路基板22の他方の面22bに形成されているランド23以外の電気配線となる導電パターン等の図示を省略している。
図6に示すように、巻線端子40を通す貫通孔222の周囲には、巻線端子40と電気接続されるランド23が形成されており、このランド23には、貫通孔222を通して回路基板22の他方の面22bに突出して配置される巻線端子40の他方側が半田で接合される。
なお、本実施形態では、ランド23と巻線端子40を半田接合しているが、半田による接合に限らず、導電性接着剤等による接合であってもよく、導電材料で接合されていればよい。
なお、本実施形態では、ランド23と巻線端子40を半田接合しているが、半田による接合に限らず、導電性接着剤等による接合であってもよく、導電材料で接合されていればよい。
そして、図示を省略しているが、大径のスルーホールとして形成された貫通孔222の壁面には導電パターンが形成されており、ランド23は、ランド23から回路基板22の一方の面22aに繋がるその導電パターンでパワー素子221に電気接続されており、ランド23と巻線端子40の他方側が半田接合される。
この半田接合のときに、図3に示すように、貫通孔222と巻線端子40のすきまが半田で満たされるため、巻線端子40の他方側の一部がパワー素子221に低い電気抵抗で電気接続されることになる。
この半田接合のときに、図3に示すように、貫通孔222と巻線端子40のすきまが半田で満たされるため、巻線端子40の他方側の一部がパワー素子221に低い電気抵抗で電気接続されることになる。
このように、回路基板22の他方の面22bに巻線端子40の他方側が半田接合されるランド23を設ける構成にしておくと、図3に示すような組付状態とするために、モータ本体部10のフレーム13のフランジ133に、駆動回路部20のケース21をネジ固定した後に、回路基板22の貫通孔222に巻線端子40の他方側を通すようにして回路基板22をセットして、回路基板22の他方の面22bに突出した巻線端子40の根本部分をランド23に半田接合すればよいため、半田作業等が行い易い。
ここで、上述のように、1つの巻線端子40に対して2つのパワー素子221を設けることの理由について、図7の駆動回路図を参照しながら、以下簡単に説明する。
上述の2つのパワー素子221とは、より具体的には、1つがハイサイド側パワー素子221Hであり、もう1つがローサイド側パワー素子221Lである。
上述の2つのパワー素子221とは、より具体的には、1つがハイサイド側パワー素子221Hであり、もう1つがローサイド側パワー素子221Lである。
つまり、上述の2つのパワー素子221を設ける構成は、ハイサイド側パワー素子221Hとローサイド側パワー素子221Lとを対で設ける構成を示したものであり、このハイサイド側パワー素子221H及びローサイド側パワー素子221Lを図示しない制御回路部が制御することでモータ本体部10に供給する電流の制御が行われる。
ハイサイド側パワー素子221Hとローサイド側パワー素子221Lとを用いるようにすると正負の電流制御ができるため、電力の利用効率を高めることができるので好適である。
ただし、電力の利用効率は低下するが、ハイサイド側パワー素子221Hだけとして、モータ1を駆動させるような駆動回路を構成することが可能であるので、必ずしも1つの巻線端子40に対して2個のパワー素子221(ハイサイド側パワー素子221H及びローサイド側パワー素子221L)をセットとして設けることに限定される必要はない。
図9は、図3の点線の丸囲み部分Bの拡大図である。
巻線端子40の他方側は、パワー素子221に電気接続されていればよいので、図9を見ればわかるとおり、本来であれば、回路基板22の一方の面22a側で、パワー素子221に電気接続されるように半田や導電性接着剤等で接合する態様も可能である。
巻線端子40の他方側は、パワー素子221に電気接続されていればよいので、図9を見ればわかるとおり、本来であれば、回路基板22の一方の面22a側で、パワー素子221に電気接続されるように半田や導電性接着剤等で接合する態様も可能である。
しかしながら、本実施形態では、上述したように、回路基板22に貫通孔222を設け、図9に示すように、その貫通孔222を通じて巻線端子40の他方側は回路基板22の一方の面22aから他方の面22bに貫通するように配置され、巻線端子40の突出した根本部分が他方の面22bのランド23(図示省略)に半田付けされている。
そして、巻線端子40のような電流を流すことを目的とする部材には、銅等の導電材料が用いられるが、そのような材料は熱伝導率が比較的大きく、熱抵抗で見れば小さいので、効率よく熱を伝達することが可能である。
したがって、パワー素子221が発生する熱は、巻線端子40を通じて回路基板22の一方の面22aから他方の面22bに効率よく伝達され、他方の面22bを介してヒートシンク30に伝わり、効率よく放熱することができる。
このように、本実施形態では、巻線端子40が、貫通孔222内に配置され、回路基板22の一方の面22a側から他方の面22b側に熱を伝達する熱伝達部41を有するようにすることで、パワー素子221の発生する熱を効率よく、ヒートシンク30に伝達できるようにしている。
しかも、この構成は、回路基板22の巻線端子40に対応する位置に貫通孔222を設けるだけという極めてシンプルな構成のため、回路基板22の製造コストをほとんど上昇させることがない。
ところで、熱抵抗は断面積が大きいほど低くできるため、この熱伝達部41は巻線端子40として電流を流すのに必要な断面積よりも十分に大きい断面積とすることが好ましい。
また、熱伝導率が大きく、熱抵抗が低い材料であるほど効率よく熱を伝達することができるため、巻線端子40には、熱伝導率が大きく、熱抵抗が低い材料を用いることが好ましく、本実施形態では、その一例として銅を用いているが、その他の材料であっても、導電性で熱伝導率が大きく、熱抵抗を小さくできる材料を好適に用いることができる。
また、熱伝導率が大きく、熱抵抗が低い材料であるほど効率よく熱を伝達することができるため、巻線端子40には、熱伝導率が大きく、熱抵抗が低い材料を用いることが好ましく、本実施形態では、その一例として銅を用いているが、その他の材料であっても、導電性で熱伝導率が大きく、熱抵抗を小さくできる材料を好適に用いることができる。
(ヒートシンク)
図3に示すように、ヒートシンク30は、回路基板22側に向く、一方の面30aがほぼ平面状であり、一方の面30aの反対側に位置する他方の面30bには、複数の突起31が形成されており、放熱面積を増やして放熱効率を高めるようにされている。
図3に示すように、ヒートシンク30は、回路基板22側に向く、一方の面30aがほぼ平面状であり、一方の面30aの反対側に位置する他方の面30bには、複数の突起31が形成されており、放熱面積を増やして放熱効率を高めるようにされている。
そして、ヒートシンク30は、駆動回路部20のケース21のモータ本体部10と反対側に位置する4隅に設けられたネジ止め部にネジ止めされる(図1及び図4参照)。
なお、ヒートシンク30をネジ止めするのに先立って、図3に示すように、ヒートシンク30の回路基板22側となる一方の面30aに電気絶縁性の熱伝導性シート24(電気絶縁性かつ熱伝導性の材料の一例)を設けておく。
このようにすることで、ヒートシンク30と回路基板22との間に熱伝導が低くなる空気が存在するような隙間ができ難くなり、回路基板22からヒートシンク30への熱伝導を高めることができる。
なお、ヒートシンク30をネジ止めするのに先立って、図3に示すように、ヒートシンク30の回路基板22側となる一方の面30aに電気絶縁性の熱伝導性シート24(電気絶縁性かつ熱伝導性の材料の一例)を設けておく。
このようにすることで、ヒートシンク30と回路基板22との間に熱伝導が低くなる空気が存在するような隙間ができ難くなり、回路基板22からヒートシンク30への熱伝導を高めることができる。
ただし、熱伝導性シート24に限定される必要はなく、電気絶縁性の熱伝導性接着剤等を回路基板22とヒートシンク30との間に設けるようにしてもよく、このようにしてもヒートシンク30と回路基板22との間に空気が存在するような隙間ができ難くなり、回路基板22からヒートシンク30への熱伝導を高めることができる。
図8は、ヒートシンク30の回路基板22側に向く、一方の面30aを主に見るようにした斜視図である。
図8に示すように、一方の面30aには、回路基板22の他方の面22bから突出する巻線端子40の他方側の端部を収容する溝部32が形成されている。
なお、一方の面30aには、コネクタ端子51の端部を配置するコネクタ端子51用の端子溝33も形成されている。
図8に示すように、一方の面30aには、回路基板22の他方の面22bから突出する巻線端子40の他方側の端部を収容する溝部32が形成されている。
なお、一方の面30aには、コネクタ端子51の端部を配置するコネクタ端子51用の端子溝33も形成されている。
この溝部32は、巻線端子40がヒートシンク30に直接接触しない大きさに形成されている。
このため、図9に示すように、巻線端子40の他方側の端部は、図3のモータ1の状態のときに、ヒートシンク30に直接接触しないようにヒートシンク30に形成された溝部32内に配置されるので、巻線端子40とヒートシンク30との間が空間的に離間して電気的に絶縁された状態となっている。
このため、図9に示すように、巻線端子40の他方側の端部は、図3のモータ1の状態のときに、ヒートシンク30に直接接触しないようにヒートシンク30に形成された溝部32内に配置されるので、巻線端子40とヒートシンク30との間が空間的に離間して電気的に絶縁された状態となっている。
ところで、上述したように、ヒートシンク30には溝部32が設けられ、絶縁のために、巻線端子40の他方側の端部は、この溝部32内に配置されているが、ヒートシンク30への熱伝導の観点からすれば、巻線端子40の他方側の端部とヒートシンク30との間に熱伝導が悪い空気が介在することは好ましくない。
そこで、この溝部32には、ヒートシンク30に熱を伝達する電気絶縁性でかつ熱伝導性の材料が設けられていることが好ましい。
そこで、この溝部32には、ヒートシンク30に熱を伝達する電気絶縁性でかつ熱伝導性の材料が設けられていることが好ましい。
(巻線端子)
巻線端子40は、パワー素子221とモータ本体部10のコイル123とを電気的に接続するための端子であり、図3に示すように、巻線端子40の上側(一方側)には、コイル接続部45が設けられており、この部分にコイル123の端部が接合される。
巻線端子40は、パワー素子221とモータ本体部10のコイル123とを電気的に接続するための端子であり、図3に示すように、巻線端子40の上側(一方側)には、コイル接続部45が設けられており、この部分にコイル123の端部が接合される。
また、本実施形態では、図3に示すように、巻線端子40の上側(一方側)がステータ12のインシュレータ122に設けられた固定凹部122aに圧入固定されており、一方、巻線端子40の下側(他方側)の一部がパワー素子221に電気接続されるように回路基板22に半田等の導電材料で接合されている。
そして、回路基板22は、駆動回路部20の下側(他方側)に固定されていることから、例えば、駆動回路部20の温度が上昇してケース21が伸びると、巻線端子40も回路基板22を介してケース21の伸びる方向に引っ張られることになる。
ここで、巻線端子40も駆動回路部20の温度上昇に応じてケース21と同じだけ伸びれば、半田等の導電材料で接合されている箇所にストレスがかかることを回避することができるものの、ケース21の部品コストを下げるためには樹脂製のケース21を用いることになり、ケース21と巻線端子40の熱膨張係数に大きな差ができるため、半田等の導電材料で接合されている箇所に強いストレスがかかることになる。
そこで、本実施形態では、巻線端子40の回路基板22とモータ本体部10との間の位置に、図4に示すように、弾性機能を付与する所定のカット部42を設けるようにしている。
図10は、巻線端子40だけを示した平面図であり、巻線端子40のカット部42の周辺を拡大した図になっている。
図10において、下側(他方側)は回路基板22側となる部分であり、巻線端子40のカット部42より下側(他方側)となる部分が上述した熱伝達部41である。
図10において、下側(他方側)は回路基板22側となる部分であり、巻線端子40のカット部42より下側(他方側)となる部分が上述した熱伝達部41である。
また、図10において、上側(一方側)がモータ本体部10側であり、図10では、巻線端子40の長手方向をZ軸で表している。
本実施形態では、巻線端子40として薄板形状の端子を用いており、そして、図10に示すように、カット部42は、巻線端子40の幅方向(図左右方向)の一方の側面側に形成された第1スリット42aと、巻線端子40の幅方向の他方の側面側に形成された第2スリット42bを有している。
本実施形態では、巻線端子40として薄板形状の端子を用いており、そして、図10に示すように、カット部42は、巻線端子40の幅方向(図左右方向)の一方の側面側に形成された第1スリット42aと、巻線端子40の幅方向の他方の側面側に形成された第2スリット42bを有している。
また、引っ張り方向及び縮み方向の応力を受けたときに弾性変形しやすいように、第1スリット42aと第2スリット42bが、巻線端子40の長手方向(Z軸方向)で見て交互に位置しているようになっている。
このようなカット部42は、巻線端子40の薄板形状の部分にサイドからカットを施すだけであるため、折り曲げを伴うような加工に比べ極めて簡単な加工で済むとともに、立体的に出っ張ることもないため周辺の部品等との干渉を起こすおそれもない。
しかも、第1スリット42a及び第2スリット42bの切り込み深さを変えたり、第1スリット42a及び第2スリット42bのスリット幅を変えたり、第1スリット42a及び第2スリット42bの数を変えることで、簡単に巻線端子40の伸縮量を調整することができる。
したがって、ケース21で予想される伸び縮みに合わせた伸縮性を容易に設定することができ、半田等の導電材料で接合されている箇所に発生するストレスを適切に低減することができる。
このため、半田等の導電材料で接合されている箇所がストレスよって破損することが防止され、モータの信頼性を向上させることが可能である。
このため、半田等の導電材料で接合されている箇所がストレスよって破損することが防止され、モータの信頼性を向上させることが可能である。
ところで、弾性変形しやすくするためには、このカット部42の幅の小さくなる部分は小さければ小さいほど好ましいといえるが、巻線端子40がコイル123に供給できる電力は、巻線端子40の断面積に比例し、最も断面積が小さくなる部分で制限されることになるため、カット部42の幅が小さくなる部分でも、断面積が0.3mm2以上であるのが好適であり、断面積が0.6mm2以上であることがより好適であり、断面積が1.0mm2であることが更に好適である。
一方で、断面積が増加することは弾性変形が起こりにくくなることを意味するので、カット部42の幅が小さくなる部分の断面積は、4mm2以下であるのが好適であり、断面積が2mm2以下であるのがより好適である。
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。
上記実施形態では、図10に示すように、カット部42の第1スリット42a及び第2スリット42bは、巻線端子40の側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、巻線端子40の長手方向(Z軸方向)に対してほぼ直交するように形成されている場合を示しているが、カット部42を形成するためのスリットは、このようなスリットに限定される必要はなく、図11に示す変形例のようなものであってもよい。
上記実施形態では、図10に示すように、カット部42の第1スリット42a及び第2スリット42bは、巻線端子40の側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、巻線端子40の長手方向(Z軸方向)に対してほぼ直交するように形成されている場合を示しているが、カット部42を形成するためのスリットは、このようなスリットに限定される必要はなく、図11に示す変形例のようなものであってもよい。
図11は、巻線端子40のカット部42の変形例を示す図であり、図11(a)は第1変形例であり、図11(b)は第2変形例であり、図11(c)は第3変形例である。
具体的に、各図のカット部42について説明していくと、図11(a)に示す第1変形例では、第1スリット42a及び第2スリット42bが、巻線端子40の側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、巻線端子40の長手方向(Z軸方向)に対して斜めに形成されるようにしたものである。
具体的に、各図のカット部42について説明していくと、図11(a)に示す第1変形例では、第1スリット42a及び第2スリット42bが、巻線端子40の側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、巻線端子40の長手方向(Z軸方向)に対して斜めに形成されるようにしたものである。
また、図11(b)に示す第2変形例では、第1スリット42a及び第2スリット42bは、巻線端子40の側面側に位置する基端部から先端部に向かって幅が狭くなる略U字形状で、巻線端子40の長手方向に対してほぼ直交するように形成されるようにしたものである。
さらに、図11(c)に示す第3変形例では、第1スリット42a及び第2スリット42bが、巻線端子40の側面側に位置する基端部の開口辺と、開口辺の一端から巻線端子40の長手方向(Z軸方向)に対してほぼ直交する方向に延びる直交辺43a,43bと、を有する直角三角形状であり、第1スリット42aと第2スリット42bは、直角三角形状における斜辺44a,44bの向きが、巻線端子40の長手方向(Z軸方向)に対して反対側を向くように形成されるようにしたものである。
このような図11に示す第1変形例から第3変形例のスリットで構成されるカット部42であっても、図10で示したカット部42と同様の効果を奏することができる。
また、上記でも、少し触れたが、第1スリット42a及び第2スリット42bの幅、深さ及び数は、カット部42が適切な伸縮性能を発揮するように適宜設定されるものであり、上記具体的な形態に限定されるものではなく、また、第1スリット42a及び第2スリット42bの形状も上記具体的な形態に限定されるものではなく、さらに、カット部42を設ける位置も巻線端子40の一方側と他方側の固定が行われている部分の間に位置してさえいればよい。
このように、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であり、そのような種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれることは、当業者にとって、特許請求の範囲の記載から明らかである。
1…モータ、10…モータ本体部、11…ロータ、111…ロータヨーク、112…ロータマグネット、113…シャフト、114…スペーサ、12…ステータ、121…ステータコア、122…インシュレータ、122a…固定凹部、123…コイル、13…フレーム、131…側壁部、132…底部、132a…凹部、133…フランジ、134…蓋部、134a…凹部、134b…開口、14…軸受部、14a…外輪、14b…ボール、14c…内輪、15…軸受部、15a…外輪、15b…ボール、15c…内輪、16…圧縮コイルばね、20…駆動回路部、21…ケース、22…回路基板、22a…一方の面、22b…他方の面、221…パワー素子、221H…ハイサイド側パワー素子、221L…ローサイド側パワー素子、222…貫通孔、223…貫通孔、23…ランド、24…熱伝導性シート、26…ネジ孔、27…ネジ固定部、30…ヒートシンク、30a…一方の面、30b…他方の面、31…突起、32…溝部、33…端子溝、40…巻線端子、41…熱伝達部、42…カット部、42a…第1スリット、42b…第2スリット、43a,43b…直交辺、44a,44b…斜辺、45…コイル接続部、50…コネクタ、51…コネクタ端子
Claims (13)
- ロータと、コイルが巻回されたステータと、を有するモータ本体部と、
主として一方の面にパワー素子を含む駆動回路が実装される回路基板及び前記回路基板を収容する樹脂製のケースを有する駆動回路部と、
前記回路基板の他方の面側に配置され、前記駆動回路部の熱を放熱するヒートシンクと、
前記モータ本体部のコイルの端部が一方側に電気接続され、他方側の一部が前記回路基板に実装された前記パワー素子に電気接続される巻線端子と、を備え、
前記巻線端子には、前記巻線端子に弾性機能を付与する所定のカット部が設けられているモータ。 - 前記カット部は、前記巻線端子の前記回路基板と前記モータ本体部との間の位置に設けられている請求項1に記載のモータ。
- 前記巻線端子は、他方側の一部が前記パワー素子に電気接続された前記回路基板のランドに導電材料で接合されている請求項1又は請求項2に記載のモータ。
- 前記ランドは、前記回路基板の他方の面に設けられ、
前記ランドは、前記ランドから前記回路基板の一方の面に繋がる導電パターンで前記パワー素子に電気接続されている請求項3に記載のモータ。 - 前記回路基板が、前記ケースに固定されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のモータ。
- 前記巻線端子は薄板形状であり、
前記カット部は、
前記巻線端子の幅方向の一方の側面側に形成された第1スリットと、
前記巻線端子の幅方向の他方の側面側に形成された第2スリットを有し、
前記第1スリットと前記第2スリットが、前記巻線端子の長手方向で見て交互に位置している請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のモータ。 - 前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、前記巻線端子の長手方向に対してほぼ直交するように形成されている請求項6に記載のモータ。
- 前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部から先端部までの幅がほぼ等しく、前記巻線端子の長手方向に対して斜めに形成されている請求項6に記載のモータ。
- 前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部から先端部に向かって幅が狭くなる略U字形状で、前記巻線端子の長手方向に対してほぼ直交するように形成されている請求項6に記載のモータ。
- 前記第1スリット及び前記第2スリットは、前記巻線端子の前記側面側に位置する基端部の開口辺と、前記開口辺の一端から前記巻線端子の長手方向に対してほぼ直交する方向に延びる直交辺と、を有する直角三角形状であり、
前記第1スリットと前記第2スリットは、前記直角三角形状における斜辺の向きが、前記巻線端子の長手方向に対して反対側を向くように形成されている請求項6に記載のモータ。 - 前記巻線端子の他方側の端部は、前記回路基板の他方の面より突出して配置されるとともに、前記ヒートシンクに直接接触しないように前記ヒートシンクに形成された溝部内に配置されている請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のモータ。
- 前記ヒートシンクの前記溝部には、前記巻線端子の他方側の前記端部から前記ヒートシンクに熱を伝達する電気絶縁性でかつ熱伝導性の材料が設けられている請求項11に記載のモータ。
- 前記巻線端子は、前記回路基板の一方の面側から他方の面側に熱を伝達する熱伝達部を有し、
前記巻線端子には熱抵抗の低い材料が用いられ、かつ、前記熱伝達部が電流を流すのに必要な断面積より十分に大きい断面積とされている請求項1から請求項12のいずれか1項に記載のモータ。
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