JPWO2018123880A1 - モータ、および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
上下方向に延びる中心軸を中心として回転するシャフトと、シャフトが挿通する貫通孔が設けられた金属製のヒートシンクと、ヒートシンクの上側に隙間を介して配置された基板と、シャフトの上端部に固定されたセンサマグネットと、センサマグネットの上側に位置する回転センサと、基板とヒートシンクとの間の隙間に位置する放熱材と、を備え、基板およびヒートシンクの少なくとも一方には、上下方向から見て放熱材と貫通孔の間に位置し、基板とヒートシンクとの間の隙間に向かって開口して放熱材を滞留させる逃がし部が設けられている、モータ。
Description
本発明は、モータ、および電動パワーステアリング装置に関する。
電子部品から発生する熱を放熱するために、電子部品が実装された基板とヒートシンクとを組み付け、電子部品とヒートシンクとの間に放熱材を用いる冷却構造が知られている(例えば特許文献1)。このような従来技術では、基板又はヒートシンクに放熱材を塗布した後、基板とヒートシンクとを組み付けることにより、放熱材を両部材の間に押し広げている。
基板を備えたモータに上述の冷却構造を採用する場合に、ベアリングホルダをヒートシンクとして利用することができる。ベアリングホルダには、回転軸を挿通させる貫通孔を設ける場合がある。この場合に、放熱材が貫通孔を介して回転部分に付着して回転を阻害する虞がある。
本発明の一つの態様は、上記問題点に鑑みて、放熱材を介して基板からヒートシンクに熱を逃がす構成を採用するとともに、放熱材の飛散を抑制できるモータおよびそのようなモータを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的の一つとする。
本発明のモータの一つの態様は、上下方向に延びる中心軸を中心として回転するシャフトと、前記シャフトが挿通する貫通孔が設けられた金属製のヒートシンクと、前記ヒートシンクの上側に隙間を介して配置された基板と、前記シャフトの上端部に固定されたセンサマグネットと、前記センサマグネットの上側に位置する回転センサと、前記基板と前記ヒートシンクとの間の隙間に位置する放熱材と、を備え、前記基板および前記ヒートシンクの少なくとも一方には、上下方向から見て前記放熱材と前記貫通孔の間に位置し、前記基板と前記ヒートシンクとの間の隙間に向かって開口して前記放熱材を滞留させる逃がし部が設けられている。
本発明の一つの態様によれば基板で生じた熱を効率的に放熱できるモータ、およびそのようなモータを備えた電動パワーステアリング装置が提供される。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るモータについて説明する。なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
また、図面においては、適宜3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、図1に示す中心軸Jの軸方向と平行な方向とする。X軸方向は、Z軸方向と直交する方向であって図1の左右方向とする。Y軸方向は、X軸方向とZ軸方向との両方と直交する方向とする。
また、以下の説明においては、Z軸方向の正の側(+Z側,一方側)を「上側」と呼び、Z軸方向の負の側(−Z側,他方側)を「下側」と呼ぶ。なお、上側および下側とは、単に説明のために用いられる名称であって、実際の位置関係や方向を限定しない。また、特に断りのない限り、中心軸Jに平行な方向(Z軸方向)を単に「軸方向」と呼び、中心軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Jを中心とする周方向、すなわち、中心軸Jの軸周りを単に「周方向」と呼ぶ。
<モータ>
図1は、本実施形態のモータ1を示す断面図である。図2は、図1の一部を拡大した拡大断面図である。
モータ1は、モータハウジング11と、基板ハウジング12と、シャフト21を有するロータ20と、ステータ30と、上側ベアリング(ベアリング)24と、下側ベアリング25と、センサマグネット63と、ベアリングホルダ(ヒートシンク)40と、第1の基板66と、第2の基板67と、回転センサ61と、放熱材Gと、を備える。
[ハウジング]
モータハウジング11および基板ハウジング12は、モータ1の各部を内部に収容する。モータハウジング11は、上側(+Z側)に開口する筒状である。また、基板ハウジング12は、下側(−Z側)に開口する筒状である。モータハウジング11と基板ハウジング12とは、互いに開口を対向させて配置されている。モータハウジング11と基板ハウジング12との間には、後述するベアリングホルダ40の周縁部が挟み込まれている。
モータハウジング11は、第1の筒状部14と、第1の底部13と、下側ベアリング保持部18と、を有する。第1の筒状部14は、ステータ30の径方向外側を囲む筒状である。本実施形態において第1の筒状部14は、例えば、円筒状である。第1の筒状部14は、上端においてベアリングホルダ40の周縁に設けられた段差部40bに嵌め込まれている。第1の筒状部14の内側面には、ステータ30が固定されている。
第1の底部13は、第1の筒状部14の下側(−Z側)の端部に設けられている。第1の底部13には、第1の底部13を軸方向(Z軸方向)に貫通する出力軸孔部13aが設けられている。下側ベアリング保持部18は、第1の底部13の上側(+Z側)の面に設けられている。下側ベアリング保持部18は、下側ベアリング25を保持する。
基板ハウジング12は、モータハウジング11の上側に(+Z側)に位置する。本実施形態では、基板ハウジング12は、第1の基板66および第2の基板67を収容する。第1の基板66および第2の基板67の上面および下面の少なくともいずれか一方には、電子部品等が実装される。基板ハウジング12は、第2の筒状部15と、第2の底部16と、を有する。なお、モータ1において用いられる基板の枚数は、2枚に限られず、1枚でもよく、3枚以上であってもよい。
第2の筒状部15は、第1の基板66および第2の基板67の径方向外側を囲む筒状である。第2の筒状部15は、例えば、円筒状である。第2の筒状部15の下端にはフランジ部15aが設けられている。第2の筒状部15は、フランジ部15aにおいてベアリングホルダ40の上面40aに接続されている。
[ロータ]
ロータ20は、シャフト21と、ロータコア22と、ロータマグネット23と、センサマグネット63と、を有する。
シャフト21は、上下方向(Z軸方向)に延びる中心軸Jを中心とする。シャフト21は、下側ベアリング25と上側ベアリング24とによって、中心軸Jの軸周りに回転可能に支持されている。シャフト21の下側(−Z側)の端部は、出力軸孔部13aを介してハウジング10の外部に突出している。シャフト21の下側の端部には、例えば、出力対象に接続するためのカプラー(図示略)が圧入される。シャフト21の上側(+Z側)の端部は、ベアリングホルダ40の貫通孔45および第1の基板66の基板貫通孔66hを介して第1の基板66の上側に突出している。シャフト21の上端面21aには穴部が設けられている。シャフト21の穴部には、取付部材62が嵌め合わされている。取付部材62は、軸方向に延びる棒状部材である。取付部材62の先端にはセンサマグネット63が固定されている。
ロータコア22は、シャフト21に固定されている。ロータコア22は、シャフト21を周方向に囲んでいる。ロータマグネット23は、ロータコア22に固定されている。より詳細には、ロータマグネット23は、ロータコア22の周方向に沿った外側面に固定されている。ロータコア22およびロータマグネット23は、シャフト21とともに回転する。なお、ロータコア22が貫通孔または凹部を有し、当該貫通孔または凹部の内部にロータマグネット23が収容されてもよい。
センサマグネット63は、シャフト21の上端部に固定されている。センサマグネット63は、円環状である。センサマグネット63は、シャフト21に固定された取付部材62の外側面に嵌め合わされている。なお、センサマグネット63の形状は、円環状に限られず、環状や円盤状など他の形状であってもよい。この場合、センサマグネット63には、凹部が設けられ、当該凹部に取付部材62の先端が圧入や接着等によって固定されてもよい。また、センサマグネット63はシャフト21の先端に直接取り付けられてもよい。
[ステータ]
ステータ30は、ロータ20の径方向外側を囲んでいる。ステータ30は、ステータコア31と、ボビン32と、コイル33と、を有する。ボビン32は、絶縁性を有する材料から構成される。ボビン32は、ステータコア31の少なくとも一部を覆う。モータ1の駆動時において、コイル33は、ステータコア31を励磁する。コイル33は、導電線が巻き回されて構成される。コイル33は、ボビン32に設けられている。コイル33を構成する導電線の端部には、図示略の接続端子が設けられている。接続端子は、コイル33から上側に向かって延びる。接続端子は、ベアリングホルダ40を貫通して第1の基板66に接続されている。なお、コイル33を構成する導電線の端部が直接的に第1の基板66に接続されてもよい。
[上側ベアリングおよび下側ベアリング]
上側ベアリング24および下側ベアリング25は、本実施形態においてボールベアリングである。上側ベアリング24は、シャフト21の上端部を回転可能に支持する。上側ベアリング24は、ステータ30の上側(+Z側)に位置する。上側ベアリング24は、ベアリングホルダ40に保持されている。下側ベアリング25は、シャフト21の下端部を回転可能に支持する。下側ベアリング25は、ステータ30の下側(−Z側)に位置する。下側ベアリング25は、モータハウジング11の下側ベアリング保持部18に保持されている。
上側ベアリング24と下側ベアリング25とは、シャフト21を支持している。上側ベアリング24および下側ベアリング25の種類は、特に限定されず、他の種類のベアリングを用いてもよい。
[第1の基板、第2の基板]
第1の基板66および第2の基板67は、モータ1を制御する。すなわち、モータ1は、第1の基板66および第2の基板67から構成され、シャフト21の回転を制御する制御装置60を備える。第1の基板66および第2の基板67には、電子部品が実装されている。第1の基板66および第2の基板67に実装される電子部品は、回転センサ61、電解コンデンサ、チョークコイル等である。
第1の基板66は、ベアリングホルダ40の上側(+Z側)に配置されている。第2の基板67は、第1の基板66の上側に配置されている。第1の基板66および第2の基板67の板面方向は、ともに軸方向に対して垂直である。第1の基板66および第2の基板67は、軸方向からみて互いに重なり合って配置されている。すなわち、第1の基板66および第2の基板67は、軸方向に沿って所定の隙間を介し積層されている。
第1の基板66は、下面66aと上面66bとを有する。同様に、第2の基板67は、下面67aと上面67bとを有する。第1の基板66の上面66bと第2の基板67の下面67aは、隙間を介して上下方向に対向している。また、第1の基板66の下面66aとベアリングホルダ40の上面40aは、隙間を介して上下方向に対向する。すなわち、第1の基板66は、ベアリングホルダ40の上側に隙間を介して配置されている。第1の基板66とベアリングホルダ40との間の隙間には、放熱材Gが充填されている。
第1の基板66および第2の基板67には、それぞれ上下方向に貫通する複数の孔66c、67cが設けられている。第1の基板66の孔66cと第2の基板67の孔67cとは、軸方向からみて互いに重なりあって配置されている。接続ピン51は、孔66c、67cとの間で軸方向(上下方向)に沿って延びている。接続ピン51は、下側に位置する第1の先端部51aと、上側に位置する第2の先端部51bと、を有する。第1の先端部51aは、上面66b側から第1の基板66の孔66cに圧入されている。また、第2の先端部51bは、下面67a側から第2の基板67の孔67cに圧入されている。これにより、第1の基板66と第2の基板67は、複数の接続ピン(配線)51により電気的に接続されている。
第1の基板66には、基板貫通孔66hが設けられている。基板貫通孔66hには、シャフト21が挿通する。したがって、シャフト21の上端面21aは、第1の基板66の上面66bより上側に位置する。また、シャフト21の上端部に固定されたセンサマグネット63は、第1の基板66より上側に位置する。
第1の基板66の下面66aには、発熱素子69が実装されている。
図3は、第1の基板66の上面図である。第1の基板66の下面66aには、発熱素子69としての電界効果トランジスタ69a、電界効果トランジスタ駆動用ドライバ集積回路69cおよび電源用集積回路69dが実装されており、上面66bには、発熱素子69としてのコンデンサ69bが実装されている。すなわち、複数の発熱素子69のうち幾つかの発熱素子69は、第1の基板66の下面66aに位置する。また、発熱素子69は、上下方向から見て、ベアリングホルダ40の凹溝47より径方向外側に位置する。下面66aとベアリングホルダ40の上面40aとの間であって、凹溝47の径方向外側には、放熱材Gが充填されているため、発熱素子69は、放熱材Gで覆われている。このため本実施形態によれば、発熱素子69から放熱材Gに効率的に熱を移動させることができる。
なお、本実施形態において、複数の発熱素子69のうちコンデンサ69bを除く他の発熱素子69が、第1の基板66の上面66bに配置されているが、全ての発熱素子69を第1の基板66の下面66aに配置してもよい。すなわち、複数の発熱素子69のうち、電界効果トランジスタ69a、コンデンサ69b、電界効果トランジスタ駆動用ドライバ集積回路69cおよび電源用集積回路69dのうち何れか1つ又は2つ以上が、第1の基板66の下面66aに実装されていれば、上述の効果を奏することができる。
本明細書において発熱素子69は、実装部品のうち動作において熱を発し高温となる素子を意味する。発熱素子69としては、上述したように、電界効果トランジスタ、コンデンサ、電界効果トランジスタ駆動用ドライバ集積回路、電源用集積回路が例示されるが、高温となる素子であればその種類は限定されない。
図3に示すように、第1の基板66の下面66aは、3つの領域(第1の領域A69a、第2の領域A69bおよび第3の領域A69c)に区画される。第1の領域A69a、第3の領域A69cおよび第2の領域A69bは、面内の一方向(本実施形態ではY軸方向)に沿ってこの順で並んでいる。すなわち、Y軸方向に沿って、第1の領域A69aと第2の領域A69bとの間に、第3の領域A69cが位置する。第1〜第3の領域A69a、A69b、A69cの境界線は、互いに略平行な直線状に延びる。第1の領域A69aは、下面66aの全体に対して半分以上の領域を占める。第1の領域A69aには、電界効果トランジスタ69aが位置することが好ましい。第2の領域A69bには、コンデンサ69bが位置することが好ましい。第3の領域A69cには、電界効果トランジスタ駆動用ドライバ集積回路69cおよび電源用集積回路69dが位置することが好ましい。
[回転センサ]
回転センサ61は、第2の基板67の下面67aに実装されている。回転センサ61は、センサマグネット63の上側に位置する。回転センサ61は、軸方向から見て、センサマグネット63と重なるように配置されている。回転センサ61は、センサマグネット63の回転を検出する。本実施形態において回転センサ61は、磁気抵抗素子である。回転センサ61は、例えば、ホール素子であってもよい。
[放熱材]
放熱材Gは、ベアリングホルダ40の上面40aと第1の基板66の下面66aとの間に位置する。放熱材Gは、第1の基板66および第1の基板66に実装された実装部品において生じた熱を、ベアリングホルダ40に伝える。ベアリングホルダ40は、放熱材Gから伝わる熱を外部に放熱する。放熱材Gは、一方向から付与される圧力に対して形状が容易に変化する柔軟性を有する半固形体(又はゲル状)であってもよい。放熱材Gは、流動性を有するグリスであってもよい。また、放熱材Gは、未硬化状態において流動性を有しており、塗布後に硬化する硬化性物質であってもよい。
本実施形態において、放熱材Gは、絶縁性を有する。これにより、放熱材は、第1の基板66とベアリングホルダ40との間での放電を抑制することができる。なお、放熱材Gが、絶縁性を有さない場合には、ベアリングホルダ40の上面40aに絶縁シートを貼付するなどの絶縁対策を行ってもよい。
[ベアリングホルダ(ヒートシンク)]
ベアリングホルダ40は、ステータ30の上側(+Z側)に位置している。ベアリングホルダ40は、ホルダ本体部(ヒートシンク本体部)49と、上側ベアリング保持部48と、を備える。また、ベアリングホルダ40には、シャフト21が挿通する貫通孔45が設けられている。ベアリングホルダ40は、上側ベアリング保持部48において上側ベアリング24を直接的に保持する。ベアリングホルダ40の平面視(XY面視)形状は、例えば、中心軸Jと同心の円形状である。ベアリングホルダ40は、金属製である。本実施形態においてベアリングホルダ40は、モータハウジング11と基板ハウジング12との間に挟み込まれている。なお、ベアリングホルダ40の平面視(XY面視)形状は、円形状に限られず、多角形状などの他の形状であってもよい。
ベアリングホルダ40は、第1の基板66および第1の基板66の実装部品で生じた熱を、放熱材Gを介して受け取り外部に放熱する。すなわち、本実施形態によれば、ベアリングホルダ40をヒートシンクとして機能させることができる。ベアリングホルダ40は、熱伝導効率の高い材料から構成されることが好ましく、例えばアルミニウム合金からなることが好ましい。なお、ベアリングホルダ40は、アルミニウム、銅、銅合金、または、SUSなどの鉄系金属などの材料から構成されてもよい。
上側ベアリング保持部48は、ベアリングホルダ40の下側(−Z側)の面に設けられている。上側ベアリング保持部48は、上側ベアリング24を保持する。上側ベアリング保持部48は、下側を向く下向き面48aと、径方向内側を向く保持部内周面48bと、を有する。下向き面48aには、貫通孔45が開口する。下向き面48aには、ウェーブワッシャ46を介して上側ベアリング24の外輪の上面が接触する。また、保持部内周面48bは、上側ベアリング24の外輪と嵌合する。下向き面48aは、ベアリングホルダ40に対する上側ベアリング24を位置決めする。下向き面48aと上側ベアリング24の外輪との間にウェーブワッシャ46を介在させることで、上側ベアリング24に予圧を付与させることができる。
ホルダ本体部49には、上下方向に貫通する貫通孔45が設けられている。貫通孔45は、ホルダ本体部49の略中央に位置する。貫通孔45の内側には、シャフト21が挿通される。ベアリングホルダ40に貫通孔45が設けられていることで、ベアリングホルダ40に対するシャフト21の組立工程の自由度を高めることができる。例えば、組み立て時において、シャフト21の上端面21aに圧入の際の力を受ける治具を貫通孔45内に配置できるため、シャフト21をベアリングホルダ40に組み付けた状態で、シャフト21に他の部材を圧入するという組立順序を採用できる。
ホルダ本体部49は、上側を向く上面40aを有する。上面40aは、第1の基板66の下面66aと対向する。上面40aには、下側に凹む収容凹部41が設けられている。また、上面40aには、下側に凹む凹溝(逃がし部)47が設けられている。収容凹部41および凹溝47は、上側に開口する。収容凹部41には、スペーサ80が挿入されている。
スペーサ80は、収容凹部41の内側面に沿う側壁部81と、収容凹部41の底面に沿う底壁部82と、側壁部81の上端に位置するフランジ部83と、を有する。スペーサ80は、絶縁材料からなる。フランジ部83は、ベアリングホルダ40と第1の基板66との間に挟み込まれた状態で、第1の基板66とともにフランジ部83にネジ止めされる。フランジ部83は、ベアリングホルダ40に対する第1の基板66の上下方向の位置を決める。
凹溝47は、ホルダ本体部49の上面40aに設けられている。凹溝47は、上下方向から見て中心軸Jを中心とした円形に延びる。凹溝47は、上下方向から見て、第1の基板66の基板貫通孔66hの径方向外側に位置し第1の基板66と重なる。また、凹溝47の上側の開口は、第1の基板66の下面66aと対向する。すなわち、凹溝47は、ベアリングホルダ40と第1の基板66との間の隙間に向かって開口する。
凹溝47は、シャフト21を径方向外側から囲む。凹溝47は、シャフト21の周方向に沿って連続している。凹溝47は、上下方向から見て放熱材Gが充填される空間と貫通孔45との間に位置している。放熱材Gが、径方向外側から径方向内側に濡れ広がると移動経路中の凹溝47に侵入する。すなわち、凹溝47は、放熱材Gを凹溝47の深さ方向に逃がして滞留させる逃がし部として機能する。これにより、放熱材Gが、凹溝47より径方向内側に移動することを抑制でき、貫通孔45内に侵入することを抑制できる。
なお、本実施形態において、放熱材Gがシャフト21の周方向に沿って第1の基板66とベアリングホルダ40の間に充填されている。このため、本実施形態では、凹溝47がシャフト21を径方向外側から囲むことで、放熱材Gが径方向内側に移動することを抑制できる。しかしながら、放熱材Gが、シャフト21の周方向一部の領域にのみ位置する場合、上下方向から見て凹溝47が放熱材Gと貫通孔45との間に位置していれば、上述の効果を奏することができる。
図2に示すように、本実施形態の凹溝47の底部47bは、円弧形状を有する。しかしながら凹溝47の底部47bの形状はこれに限定されない。例えば、底部47bは、径方向内側から外側に向かって深さを浅く又は深くする傾斜面であってもよい。
<変形例1>
図4に、変形例1のモータ101の部分断面図を示す。本変形例のモータ101は、上述のモータ1と比較して、ベアリングホルダ140の上面140aに複数の凹溝147A、147Bが設けられている点が異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本変形例のモータ101は、シャフト21と、センサマグネット63と、ベアリングホルダ(ヒートシンク)140と、第1の基板66と、回転センサ61と、放熱材Gと、を備える。
ベアリングホルダ140は、ホルダ本体部(ヒートシンク本体部)149と、上側ベアリング保持部148と、を備える。ホルダ本体部149には、上下方向に貫通する貫通孔145が設けられている。貫通孔145の内側には、シャフト21の上端部およびセンサマグネット63が配置されている。上側ベアリング保持部148は、上側ベアリング24を保持する。
ホルダ本体部149の上面140aには、第1の凹溝147Aと、第2の凹溝147Bとが設けられている。第1の凹溝147Aおよび第2の凹溝147Bは、ベアリングホルダ140と第1の基板66との間の隙間に向かって開口する。第1の凹溝147Aおよび第2の凹溝147Bは、上下方向から見て中心軸Jを中心とした円形に延びる。すなわち、第1の凹溝147Aと第2の凹溝147Bは、同心円状に配置されている。上下方向から見て、第1の凹溝147Aは、第2の凹溝147Bの径方向外側に位置し、第2の凹溝147Bは、第1の基板66の基板貫通孔66hの径方向外側に位置する。第1の凹溝147Aおよび第2の凹溝147Bは、シャフト21を径方向外側から囲む。第1の凹溝147Aおよび第2の凹溝147Bは、シャフト21の周方向に沿って連続している。
本変形例によれば、第1および第2の凹溝147A、147Bが、放熱材Gと貫通孔145の間に位置する。第1および第2の凹溝147A、147Bは、内部に放熱材Gが侵入することで、放熱材Gが径方向内側に移動することを抑制する。複数の凹溝(第1および第2の凹溝147A、147B)は、放熱材Gが径方向外側から径方向内側に濡れ広がることを2段階に抑制する。したがって、本変形例によれば、これにより、放熱材Gが貫通孔145内に達することをより効果的に抑制できる。なお、本変形例では、複数の凹溝として、径方向に並ぶ2つの凹溝を例示したが、凹溝の数は限定されない。
<変形例2>
図5に、変形例2のモータ201の部分断面図を示す。本変形例のモータ201は、上述のモータ1と比較して、シャフト221の上端部に固定されたセンサマグネット63および回転センサ161の位置などが異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本変形例のモータ201は、シャフト221と、センサマグネット63と、ベアリングホルダ40と、第1の基板266と、回転センサ161と、放熱材Gと、を備える。
第1の基板266は、ベアリングホルダ40の上側に下面266aを対向させて配置されている。本変形例の第1の基板266には、基板貫通孔が設けられていない。したがって、第1の基板266は、ベアリングホルダ40の貫通孔45の上側の開口を覆う。
第1の基板266の下面266aには、回転センサ161が実装されている。回転センサ161は、センサマグネット63の上側に位置する。回転センサ161は、中心軸J上に位置する。本変形例では、第1の基板266上に、回転センサ161が実装されており、モータ駆動に必要な全ての回路構成を第1の基板266にできる。すなわち、本変形例において、単一の基板により駆動するモータ201を構成してもよい。
<変形例3>
図6に、変形例3のモータ301の部分断面図を示し、図7に、変形例3のモータ301における第1の基板366の上面図を示す。本変形例のモータ301は、上述のモータ1と比較して、第1の基板366に逃げ部としてのスリット(逃がし部)368が設けられている点が異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
本変形例のモータ301は、シャフト21と、センサマグネット63と、ベアリングホルダ(ヒートシンク)340と、第1の基板366と、第2の基板67と、第2の基板67に実装されている回転センサ61と、放熱材Gと、を備える。
ベアリングホルダ340は、ホルダ本体部(ヒートシンク本体部)349と、上側ベアリング保持部348と、を備える。ホルダ本体部349には、上下方向に貫通する貫通孔345が設けられている。なお、図7において、貫通孔345の縁部は、第1の基板366の基板貫通孔366hの縁部を示す線と重なっている。本変形例のホルダ本体部349の上面には、凹溝が設けられていない。上側ベアリング保持部348は、上側ベアリング24を保持する。
第1の基板366は、ベアリングホルダ340の上側に下面366aを対向させて配置されている。第1の基板366には、基板貫通孔366hが設けられている。基板貫通孔366hには、シャフト21が挿通する。また、シャフト21の上端部に固定されたセンサマグネット63は、第1の基板366より上側に位置し、上下方向において回転センサ61に対向する。
第1の基板366には、スリット368が設けられている。スリット368は、第1の基板366を貫通する。したがって、スリット368は、ベアリングホルダ340と第1の基板366との間の隙間に向かって開口する。
スリット368は、シャフト21を径方向外側から囲む。スリット368は、上下方向から見て放熱材Gが充填される空間と貫通孔345との間に位置している。放熱材Gが、径方向外側から径方向内側に濡れ広がると移動経路中のスリット368に侵入する。すなわち、スリット368は、放熱材Gを滞留させる逃がし部として機能する。これにより、放熱材Gが、スリット368より径方向内側に移動することを抑制でき、貫通孔345内に侵入することを抑制できる。
図7に示すように、スリット368は、4つの第1のスリット368Aおよび4つの第2のスリット368Bを含む。すなわち、第1の基板366には、複数のスリット368が設けられている。第1のスリット368Aおよび第2のスリット368Bは、上下方向から見て中心軸Jを中心とした円弧状に延びる。すなわち、第1および第2のスリット368A、368Bは、同心円状に配置されている。4つの第1のスリット368Aは、同一直径の円周上に位置し、90°毎の回転対称に配置されている。同様に、4つの第2のスリット368Bは、同一直径の円周上に位置し、90°毎の回転対称に配置されている。また、上下方向から見て、第2のスリット368Bは、第1のスリット368Aの径方向外側に位置し、第1のスリット368Aは、貫通孔345および第1の基板366の基板貫通孔366hの径方向外側に位置する。
第1および第2のスリット368A、368Bは、周方向に沿って延びる。第1のスリット368Aの周方向の端部は、第2のスリット368Bの周方向の端部と径方向に重なっている。したがって、中心軸Jから径方向外側を向くと、全周において少なくとも1つのスリット368が配置されている。したがって、スリット368は、周方向に沿う何れの方向においても、放熱材Gを第1の基板366の板厚方向に逃がして滞留させることが可能となる。すなわち本変形例によれば、放熱材Gの貫通孔345への侵入をより効果的に抑制できる。
第1のスリット368Aは、周方向における両側の端部に第1の溜り部368Aaを有する。同様に、第2のスリット368Bは、周方向における両側の端部に第2の溜り部368Baを有する。第1および第2のスリット368A、368Bは、第1および第2の溜り部368Aa、368Baにおいて、それ以外の部分よりスリット幅が太くなっている。第1の溜り部368Aaは、径方向外側にスリット幅が太くなっている。一方で、第2の溜り部368Baは、径方向内側にスリット幅が太くなっている。
第1および第2の溜り部368Aa、368Baは、幅広に形成されているため、他の部分より多くの放熱材Gを内部に滞留させることができる。本変形例によれば、第1および第2のスリット368A、368Bの端部にそれぞれ第1および第2の溜り部368Aa、368Baが設けられていることで、第1および第2のスリット368A、368Bの内部で周方向に流れ端部に達した放熱材Gが、端部から溢れ出ることを抑制できる。これにより、第1および第2のスリット368A、368Bによって、放熱材Gを滞留させる効果を高めることができる。
本変形例によれば、径方向内側に位置する第1のスリット368Aの端部(第1の溜り部368Aa)が径方向外側に太くなっており、径方向外側に位置する第2のスリット368Bの端部(第2の溜り部368Ba)が径方向内側に太くなっている。すなわち、スリット368の端部は、周方向に沿ってラビリンス状に配置されている。これにより、周方向に沿って移動する放熱材Gを、第1の溜り部368Aa又は第2の溜り部368Baに侵入させることができる。すなわち本変形例によれば、放熱材Gの貫通孔345への侵入をより効果的に抑制できる。
図7に示すように、逃がし部として、スリット368に加えて4つの凹溝347をベアリングホルダ340の上面340aに設けてもよい。凹溝347は、上下方向から見て中心軸Jを中心とした円弧状に延びる。すなわち、凹溝347は、第1および第2のスリット368A、368Bと同心円状に配置されている。4つの凹溝347は、同一直径の円周上に位置し、90°毎の回転対称に配置されている。凹溝347は、上下方向から見て第1のスリット368Aより径方向外側に位置し、第2のスリット368Bより径方向内側に位置する。凹溝347は、第1および第2のスリット368A、368Bの径方向の隙間に沿って延びている。この構成によれば、凹溝347が、上下方向から見て第1および第2のスリット368A、368B同士の間に位置するため、したがって、凹溝347は、ベアリングホルダ340と第1の基板366との隙間において、第1および第2のスリット368A、368Bの間を流れようとする放熱材Gを凹溝347により滞留させることができる。
<その他の変形例>
上述の実施形態においては、下記の構成を採用してもよい。
上述の実施形態およびその変形例では、ヒートシンクが上側ベアリング24を直接的に保持するベアリングホルダ40である場合を例示した。しかしながら、ヒートシンク(上述の実施形態のベアリングホルダ40に相当)は、別途用意されたベアリングホルダを介して間接的に上側ベアリング24を保持してもよい。この場合ヒートシンクは、ベアリングホルダに固定された構造とすることが好ましい。
また、上述の実施形態において、第1の基板66に代えて、銅インレイ基板466を採用してもよい。図8は、上述の実施形態に採用可能な銅インレイ基板466を示す。銅インレイ基板466には、厚さ方向に延びる貫通孔466iが設けられている。貫通孔466iには、伝熱部材466mが挿入されている。伝熱部材466mは、銅合金からなる。すなわち、銅インレイ基板466は、厚さ方向に貫通する銅製の伝熱部材466mを有する。銅インレイ基板466には、発熱素子69が実装されている。発熱素子69は、銅インレイ基板466の上面466bで伝熱部材に接触する。第1の回路基板の下側には、放熱材Gを介してベアリングホルダ40が配置されている。発熱素子69が発した熱は、伝熱部材466mを介して銅インレイ基板466の下面466a側に伝わる。さらにこの熱は、放熱材Gを介してベアリングホルダ40に放熱される。第1の回路基板として銅インレイ基板466を用いることで、発熱素子69を放熱材Gと反対側の面(上面466b)側に実装した場合であっても、発熱素子69の熱を放熱材Gに効率的に伝えることができる。
<電動パワーステアリング装置>
次に、本実施形態のモータ1を搭載する装置の実施形態について説明する。本実施形態においては、モータ1を電動パワーステアリング装置に搭載した例について説明する。図9は、本実施形態の電動パワーステアリング装置2を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置2は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。電動パワーステアリング装置2は、操舵力を油圧により軽減する装置である。図9に示すように、本実施形態の電動パワーステアリング装置2は、モータ1と、操舵軸914と、オイルポンプ916と、コントロールバルブ917と、を備える。
操舵軸914は、ステアリング911からの入力を、車輪912を有する車軸913に伝える。オイルポンプ916は、車軸913に油圧による駆動力を伝えるパワーシリンダ915に油圧を発生させる。コントロールバルブ917は、オイルポンプ916のオイルを制御する。電動パワーステアリング装置2において、モータ1は、オイルポンプ916の駆動源として搭載されている。
本実施形態の電動パワーステアリング装置2は、本実施形態のモータ1を備えるため、第1の基板66で生じた熱を効率的に放熱できる。これにより、本実施形態によれば、信頼性に優れた電動パワーステアリング装置2が得られる。
以上に、本発明の実施形態および変形例を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
なお、上述の実施形態および変形例では、逃がし部としてスリット又は貫通孔が設けられている場合を例示した。このように、逃がし部は、第1の基板およびベアリングホルダ(ヒートシンク)の少なくとも一方に設けられ、第1の基板とベアリングホルダとの間の隙間に向かって開口し、上下方向から見て放熱材と貫通孔の間に位置すればよい。
1,101,201,301…モータ、2…電動パワーステアリング装置、21,221…シャフト、40,140,340…ベアリングホルダ(ヒートシンク)、45,145,345…貫通孔、47,147A,147B、347…凹溝(逃がし部)、61…回転センサ、63…センサマグネット、66h,366h…基板貫通孔、69…発熱素子、69a…電界効果トランジスタ、69b…コンデンサ、69c…電界効果トランジスタ駆動用ドライバ集積回路、69d…電源用集積回路、368…スリット(逃がし部)、368A…第1のスリット、368B…第2のスリット、466m…伝熱部材、911…ステアリング、G…放熱材、J…中心軸
Claims (17)
-
上下方向に延びる中心軸を中心として回転するシャフトと、
前記シャフトが挿通する貫通孔が設けられた金属製のヒートシンクと、
前記ヒートシンクの上側に隙間を介して配置された基板と
前記シャフトの上端部に固定されたセンサマグネットと、
前記センサマグネットの上側に位置する回転センサと、
前記基板と前記ヒートシンクとの間の隙間に位置する放熱材と、を備え、
前記基板および前記ヒートシンクの少なくとも一方には、上下方向から見て前記放熱材
と前記貫通孔の間に位置し、前記基板と前記ヒートシンクとの間の隙間に向かって開口して前記放熱材を滞留させる逃がし部が設けられている、
モータ。
-
前記逃がし部は、前記シャフトを径方向外側から囲む、
請求項1に記載のモータ。
-
前記逃がし部が、前記ヒートシンクに設けられた凹溝を含む、
請求項1又は2に記載のモータ。
-
前記凹溝が、前記ヒートシンクに複数設けられている、
請求項3に記載のモータ。
-
前記凹溝が、前記シャフトの周方向に沿って連続している、
請求項3又は4に記載のモータ。
-
前記逃がし部が、前記基板に設けられたスリットを含む、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ。
-
前記スリットは、上下方向から見て前記貫通孔より径方向外側に位置する、
請求項6に記載のモータ。
-
前記基板には、第1のスリットおよび第2のスリットを含む複数の前記スリットが設けられ、
上下方向から見て、前記第2のスリットは、前記第1のスリットに対し前記シャフトの径方向外側に位置し、
前記第1のスリットの端部と前記第2のスリットの端部が、径方向に重なり合っている、
請求項6又は7に記載のモータ。
-
前記第1のスリットおよび第2のスリットの端部には、スリット幅を太くした溜り部が設けられている、
請求項8に記載のモータ。
-
前記第1のスリットの端部には、少なくとも径方向外側にスリット幅を太くした前記溜り部が設けられている、
請求項9に記載のモータ。
-
前記第2のスリットの端部には、少なくとも径方向内側にスリット幅を太くした前記溜り部が設けられている、
請求項9又は10に記載のモータ。
-
前記逃がし部は、前記基板に設けられたスリットと、前記ヒートシンクに設けられた凹溝と、を含み、
前記スリットは、周方向に沿って並んで複数設けられ、
前記凹溝は、上下方向から見て前記スリット同士の間に位置する、
請求項1又は2に記載のモータ。
-
前記基板には、発熱素子が実装され、
前記発熱素子が、前記逃がし部より径方向外側に位置する、
請求項1〜12のいずれか一項に記載のモータ。
-
前記発熱素子が、前記基板の下面に位置する、
請求項13に記載のモータ。
-
前記基板は、厚さ方向に貫通する金属製の伝熱部材を有し、
前記発熱素子が、前記基板の上面で前記伝熱部材に接触する、
請求項13に記載のモータ。
-
前記発熱素子が、電界効果トランジスタ、コンデンサ、電界効果トランジスタ駆動用ドライバ集積回路および電源用集積回路のうち何れかである、
請求項13〜15の何れか一項に記載のモータ。
-
請求項1から16の何れか一項に記載のモータを有する電動パワーステアリング装置。
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