JP2005168133A - 電動モータ - Google Patents

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誠 荻原
Masami Kano
雅巳 狩野
Makoto Suzuki
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Abstract

【課題】 放熱部を備える電動モータの防水性能を低コストで向上させる。
【解決手段】 電動モータ10は、回転軸27を駆動するモータ本体21と、回転軸27の回転を減速して出力する減速機22とを備えている。減速機22はギヤケース24とこれを密閉するケースカバー25とを備えており、ギヤケース24内にはウォームギヤ機構32が収容されるとともに、モータ本体21に駆動信号を出力する制御基板33が収容される。この制御基板33から発生する熱を外部に放出するため、制御基板33に対面するケースカバー25にはアルミニウム製のヒートシンク37が組み込まれた放熱樹脂部25bが形成される。このヒートシンク37を備えるケースカバー25をインサート成形する際には、ヒートシンク37の裏面37dを覆うように熱伝導性樹脂材料が流し込まれ、ケースカバー25の裏面25dに一面に広がる樹脂層が形成される。
【選択図】 図3

Description

本発明は、放熱部を備える電動モータに関し、特に、電動モータの防水性能を高めるために適用して有効な技術に関する。
自動車に搭載されるワイパ装置等の駆動源としては、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おり、この電動モータは減速機構を収容するギヤケースとこれを閉塞するケースカバーとを備えている。これらのギヤケースやケースカバーは、重量面やコスト面から樹脂材料によって形成されることが多く、複数の樹脂材料が複合的に用いられることもある(たとえば、特許文献1参照)。
また、ユニット化される電動モータは、減速機構だけでなく複数の電子部品が搭載された制御基板を備えている。この制御基板は減速機構とともにギヤケース内に収容されており、モータ本体の駆動制御はこの制御基板から出力される電流によって実行されることになる。さらに、通電に伴って発熱する制御基板上の電子部品を冷却する必要があるため、従来の電動モータのケースカバーにあっては、制御基板に対面する部位をアルミニウム製のヒートシンクで形成し、このヒートシンクを囲む部位を樹脂材料で形成する構造が採用されていた。
このようなヒートシンクを備えるケースカバーの成形方法としては、一般的にインサート成形が用いられることになるが、金属材料と樹脂材料とを用いてケースカバーを成形するため、金属材料と樹脂材料との熱膨張係数の差から、樹脂材料にクラックやひけを生じさせてしまうことがあり、金属材料と樹脂材料との境界面つまりヒートシンクの外周面に接合不良を発生させてしまうおそれがある。
このように、境界面に接合不良が発生すると、ケースカバーにはギヤケース内に連通する隙間が形成されるため、電動モータをワイパ装置の駆動源として使用する場合には、制御基板が収容されるギヤケース内に雨水等が浸入するおそれがある。そこで、電動モータの製造工程に、境界面の接合不良による隙間を塞ぐためシール剤を塗布する塗布工程や、境界面を良好な接合状態にするためヒートシンクに表面処理を施す表面処理工程を組み込むことにより、電動モータの防水性能を高める必要があった。
特開昭61−213145号公報(第1−3頁、第1−3図)
しかしながら、電動モータの製造工程に、シール剤の塗布工程やヒートシンクの表面処理工程を組み込むようにすると、電動モータの製造工数が増加するだけでなく、シール剤や処理溶液の材料コストが掛かることになるため、電動モータの低コスト化を達成することが大変困難になっていた。しかも、シール剤の塗布により防水性能を高める場合には、その防水性能にばらつきが生ずるおそれがあった。
本発明の目的は、放熱部を備える電動モータの防水性能を高めるとともに、電動モータの低コスト化を達成することにある。
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回路と、前記ギヤケースの開口部に組み付けられ、前記制御回路の熱を放出する放熱部材を備える樹脂カバーとを有し、前記放熱部材は、前記樹脂カバーの表面と裏面とのいずれか一方の面から露出して設けられることを特徴とする。
本発明の電動モータは、前記樹脂カバーは、前記放熱部材に接触する放熱樹脂部と、前記放熱樹脂部を支持する基部とを備え、前記放熱樹脂部は熱伝導性樹脂材料を用いて形成され、前記基部は前記熱伝導性樹脂材料と異なる樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする。
本発明の電動モータは、前記放熱部材は、熱伝導性材料を用いて形成されることを特徴とする。
本発明の電動モータは、前記放熱部材は、アルミニウム材料を用いて形成されることを特徴とする。
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回路と、前記ギヤケースの開口部に組み付けられ、前記制御回路の熱を放出する放熱部を備える樹脂カバーとを有し、前記樹脂カバーは、熱伝導性樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする。
本発明の電動モータは、前記樹脂カバーは前記放熱部を支持する基部を備え、前記放熱部は熱伝導性樹脂材料を用いて形成され、前記基部は前記熱伝導性樹脂材料と異なる樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする。
本発明によれば、樹脂カバーの表面と裏面とのいずれか一方の面から露出させて放熱部材を設けるようにしたので、放熱部材が露出することのない樹脂カバーの他方の面に、一面に広がる樹脂層を形成することができ、電動モータの防水性能を飛躍的に向上させることができる。また、樹脂カバーの防水性能を確保するために設けられてきた従来の工程を省くことができ、電動モータの低コスト化を達成することができる。
また、樹脂カバーの放熱樹脂部を熱伝導性樹脂材料を用いて形成する一方、樹脂カバーの基部を熱伝導性樹脂材料とは異なる樹脂材料を用いて形成するようにしたので、制御回路からの熱を効率的に放出することができるとともに、電動モータの更なる低コスト化を達成することができる。
さらに、放熱部材を熱伝導性材料やアルミニウム材料を用いて形成することにより、制御回路からの熱を効率的に放出することができる。
本発明によれば、熱伝導性樹脂材料を用いて放熱部を備える樹脂カバーを形成するようにしたので、樹脂カバーに一面に広がる樹脂層を形成することができ、電動モータの防水性能を飛躍的に向上させることができる。また、樹脂カバーの防水性能を確保するために設けられてきた従来の工程を省くことができ、電動モータの低コスト化を達成することができる。
また、樹脂カバーの放熱部を熱伝導性樹脂材料を用いて形成する一方、樹脂カバーの基部を熱伝導性樹脂材料とは異なる樹脂材料を用いて形成するようにしたので、制御回路からの熱を効率的に放出することができるとともに、電動モータの更なる低コスト化を達成することができる。
以下、本発明の実施の形態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が駆動源として適用されるワイパ装置11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、フロントガラス13に付着した雨水等を拭き取って運転者の視界を確保するためのワイパ装置11が設けられている。
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を備えており、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。それぞれのワイパアーム15a,15bの先端部にはワイパブレード16a,16bが装着されており、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ようになっている。
また、ワイパ装置11には駆動源として電動モータ10が設けられており、電動モータ10の出力軸17にはクランクアーム18が連結されている。このクランクアーム18はワイパ軸14a,14bを支点とするリンク機構19に連結されており、クランクアーム18を回転させることによって、ワイパアーム15a,15bを所定の角度範囲で揺動させることができる。このようなワイパアーム15a,15bの揺動運動により、ワイパブレード16a,16bを上反転位置と下反転位置との間の払拭範囲20a,20bで作動させることができ、フロントガラス13に付着した雨水等の払拭が可能となる。
図2は電動モータ10を示す斜視図であり、図3は図2のa−a線に沿って電動モータ10を示す断面図である。まず、図2に示すように、電動モータ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る。なお、モータ本体21としてブラシ付き直流モータを用いるようにしているが、これに限られることはなく、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るようにしても良い。
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樹脂カバーとしてのケースカバー25とを備えている。ギヤケース24には後述するウォームギヤ機構32や制御基板33が収容されており、複数のクリップ26を介してギヤケース24にケースカバー25を組み付けることで、ギヤケース24の内部は密閉されるようになっている。なお、ギヤケース24とケースカバー25との合わせ面には、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おり、その密閉状態が保たれている。
図3に示すように、ギヤケース24内に延びるモータ本体21の回転軸27は、軸受28,29を介して回転自在に支持されており、ギヤケース24から先端部が突出する出力軸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が固定されており、これらのウォーム30とウォームホイール31とにより減速機構としてのウォームギヤ機構32が形成されている。そして、ギヤケース24から突出する出力軸17の先端部には、前述のクランクアーム18が固定されることになる。これにより、モータ本体21の駆動に伴う回転軸27の回転を、ウォームギヤ機構32を介して減速した後に、クランクアーム18に伝達することができ、ワイパ装置11を所定の作動速度で作動させることが可能となる。なお、ボス部24aの端部には図示しないオイルシールが組み込まれており、ギヤケース24内からのグリースの流出や、ギヤケース24外からの異物の侵入が防止される。
また、図3に示すように、ギヤケース24の内部にはウォームギヤ機構32を覆うように制御回路つまり制御基板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CPU、メモリ、電界効果トランジスタ等の電子部品35によって構成されており、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。さらに、制御基板33は電源やワイパスイッチに接続される入力端子と、モータ本体21に接続される出力端子とを備えており、制御基板33は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てモータ本体21の駆動制御を実行する。なお、図2に示すように、ケースカバー25にはコネクタ部25aが形成されており、このコネクタ部25aにバッテリやワイパスイッチに接続されたコネクタを装着することにより、制御基板33に指令信号や直流電流が供給されている。
また、この制御基板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おり、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の駆動制御を行うようになっている。つまり、制御基板33に回転軸27の回転数を認識させることにより、ワイパブレード16a,16bに加わる負荷等が変化して払拭速度が変化し得る状況であっても、常に回転軸27を一定の回転数で回転させるようにモータ本体21に電流を供給することができるため、ワイパブレード16a,16bの払拭速度を一定に保つことができる。また、制御基板33に出力軸17の回転位置を認識させることにより、ワイパブレード16a,16bの払拭位置を判定することができるため、ワイパスイッチが無造作に切られた場合であっても、ワイパブレード16a,16bを下反転位置まで作動させた後にモータ本体21の駆動を停止することができる。なお、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って回転数や回転位置を検出することができる。
このように、モータ本体21の駆動制御はギヤケース24内に収容される制御基板33を介して実行されることになるが、制御基板33に搭載された例えばFETのような電子部品35は通電によって発熱するため、ケースカバー25には制御基板33に対面するように放熱樹脂部25bが形成されており、この放熱樹脂部25bに接触するように放熱部材であるヒートシンク37が設けられている。そして、電子部品35の熱は放熱樹脂部25bからヒートシンク37を経て外部に放出されるようになっている。
以下、ケースカバー25の構造について説明する。図4(A)はケースカバー25を示す平面図であり、図4(B)は(A)のa−a線に沿ってケースカバー25を示す断面図である。図4(A)および(B)に示すように、樹脂材料を用いて一体成形されるケースカバー25には、ケースカバー25の表面25cに露出するようにヒートシンク37が組み込まれている。また、アルミニウム材料により形成されるヒートシンク37の表面37aには、放熱性を高めるため複数の放熱フィン37bが形成される一方、ヒートシンク37の両側面には水平方向に伸びる抜け止め37cが形成されている。そして、ヒートシンク37の裏面37dはケースカバー25の放熱樹脂部25bによって覆われるようになっている。ここで、ケースカバー25の表面25cとは、ケースカバー25をギヤケース24に組み付けた際に外部に露出する面であり、ケースカバー25の裏面25dとは、ケースカバー25をギヤケース24に組み付けた際に、ギヤケース24内の制御基板33に対面する面である。
このようなケースカバー25は、インサート成形つまりケースカバー25の金型内にヒートシンク37を配置した状態のもとで樹脂材料を流し込む成形方法によって成形されており、ケースカバー25の樹脂材料としては熱可塑性成形材料である熱伝導性樹脂材料が用いられる。この熱伝導性樹脂材料としては、たとえば、PPS樹脂(polyphenylene sulfide)にセラミックス(seramics)を充填したものや、PPS樹脂に炭素繊維を充填したものが使用される。なお、熱伝導性樹脂材料のベース材料としてはPPS樹脂に限られることはなく、ポリアミド樹脂(polyamide)など他のエンジニアリングプラスチックであっても良い。さらに、充填材としてはセラミックスや炭素繊維に限られることはなく、熱伝導性を高める他の充填材であっても良い。
このように、ケースカバー25を成形する際に、ケースカバー25の表面25cにだけヒートシンク37を露出させるようにしたので、ヒートシンク37の裏面37dを熱伝導性樹脂材料によって覆うことができる。よって、ケースカバー25の裏面25dに途切れることなく一面に広がる樹脂層を形成することができ、ケースカバー25の防水性能を飛躍的に向上させることができる。つまり、ケースカバー25はヒートシンク37が樹脂層を貫通しない構造を備えているため、たとえ、インサート成形時に樹脂材料と金属材料との境界面に接合不良が生じた場合であっても、境界面に生じた隙間がギヤケース24内に連通することはなく、ギヤケース24内に対する雨水等の浸入が防止される。しかも、ケースカバー25の防水性能を高めるために、シール剤の塗布工程やヒートシンク37の表面処理工程を設ける必要がないため、ケースカバー25の製造コストを低く抑えることができ、電動モータ10の低コスト化を達成することができる。また、ヒートシンク37の裏面37dを覆う放熱樹脂部25bの樹脂材料は熱伝導性樹脂材料であるため、制御基板33から発生する熱を樹脂層を介して効率的にヒートシンク37に伝導させることができる。
図5(A)〜(C)は、本発明の他の実施の形態である電動モータに適用されるケースカバー40,50,60を示す断面図である。まず、図5(A)に示すように、ケースカバー40に組み込まれる放熱部材としてのヒートシンク41を、ケースカバー40の裏面40bに露出させるようにしても良い。このように、ケースカバー40を形成する場合には、ヒートシンク41の表面41aをケースカバー40の放熱樹脂部40aによって覆うことにより、ケースカバー40の表面40cに一面に広がる樹脂層を形成することができ、ケースカバー40の防水性能を高めることができる。また、ケースカバー40を熱伝導性樹脂材料で形成するととともに、ケースカバー40の放熱樹脂部40aに複数の放熱フィン40dを形成することにより、制御基板33からの熱を効率的に放出することができる。
また、図5(B)および(C)に示すように、ケースカバー50にあっては表面50cにヒートシンク51を露出させ、ケースカバー60にあっては裏面60dにヒートシンク61を露出させた上で、ケースカバー50,60の各部位毎に樹脂材料を使い分けるようにしても良い。つまり、図示するケースカバー50,60は、ヒートシンク51,61に接触する放熱樹脂部50a,60aと、この放熱樹脂部50a,60aを支持する基部50b,60bとを備えており、この放熱樹脂部50a,60aを熱伝導性樹脂材料によって形成する一方、基部50b,60bを熱伝導性樹脂材料と異なる樹脂材料、たとえば、PBT樹脂(polybutylene terephthalate)を用いて形成するようにしても良い。この場合には、ケースカバー50,60の金型内にヒートシンク51,61を配置した状態のもとで2種類の樹脂材料を流し込む二色成形によって成形されることになるが、放熱樹脂部50a,60aと基部50b,60bとの成形材料は共に樹脂材料であるため、放熱樹脂部50a,60aと基部50b,60bとの境界面を良好に接合することができる。これにより、ケースカバー50の裏面50dやケースカバー60の表面60cに、一面に広がる樹脂層を形成することができるため、ケースカバー50,60に高い防水性能を持たせることができる。
このように、ケースカバー50,60の各部位に応じて樹脂材料の種類を変更することにより、ケースカバー50,60の基部50b,60bに低コストの樹脂材料を用いることができ、電動モータの更なる低コスト化を達成することができる。なお、ケースカバー50,60を成形する際の成形方法としては、二色成形に限られることはなくインサート成形などであっても良い。また、ケースカバー50,60の樹脂材料としては、2種類の樹脂材料に限られることはなく、更に多くの樹脂材料を用いるようにしても良い。さらに、基部50b,60bの樹脂材料としては、PBT樹脂に限られることはなく、他の樹脂材料を用いても良いことはいうまでもない。
図6(A)および(B)は、本発明の他の実施の形態である電動モータに適用されるケースカバー70,80を示す断面図である。図6(A)に示すように、ケースカバー70にヒートシンクを組み込むことなく、制御基板33に対面する放熱部70aを備えるケースカバー70を、熱伝導性樹脂材料だけで形成するようにしても良い。さらに、図6(B)に示すように、制御基板33に対面するケースカバー80の放熱部80aを熱伝導性樹脂材料により形成する一方、放熱部80aを支持するケースカバー80の基部80bを熱伝導性樹脂材料と異なる樹脂材料を用いて形成するようにしても良い。ギヤケース24に収容される制御基板33の発熱量が少ない場合には、図示するように、ヒートシンクを組み込むことなく、樹脂材料だけでケースカバー70,80を形成することにより、ケースカバー70,80の製造コストを引き下げることができ、高い防水性能を備える電動モータの更なる低コスト化を達成することができる。
本発明は前記実施の形態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いうまでもない。たとえば、前記実施の形態においては、電動モータ10をワイパ装置11の駆動源として用いるようにしているが、ワイパ装置11に限られることはなく、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10を適用するようにしても良い。
また、ヒートシンク37,41,51,61を熱伝導性材料であるアルミニウム材料によって形成するようにしているが、これに限られることはなく、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るようにしても良い。
さらに、図示するケースカバー25,40,50,60は、ヒートシンク37,51や放熱樹脂部40a,60aに放熱フィン37b,40dを形成するようにしているが、制御基板33の発熱量が少ない場合には、これらの放熱フィン37b,40dを削減しても良い。
さらに、ケースカバー25,40,50,60に設けられるヒートシンク37,41,51,61は、ケースカバー25,40,50,60の表面と裏面とのいずれか一方に露出するようになっているが、ヒートシンク37,41,51,61を外部に露出させることなくケースカバー25,40,50,60内に埋め込むようにしても良い。
なお、減速機構としてウォームギヤ機構32が用いられているが、これに限られることはなく、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るようにしても良い。
本発明の一実施の形態である電動モータが駆動源として適用されるワイパ装置を示す概略図である。 電動モータを示す斜視図である。 図2のa−a線に沿って電動モータを示す断面図である。 (A)はケースカバーを示す平面図であり、(B)は(A)のa−a線に沿ってケースカバーを示す断面図である。 (A)〜(C)は、本発明の他の実施の形態である電動モータに適用されるケースカバーを示す断面図である。 (A)および(B)は、本発明の他の実施の形態である電動モータに適用されるケースカバーを示す断面図である。
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(樹脂カバー)
25a コネクタ部
25b 放熱樹脂部
25c 表面
25d 裏面
26 クリップ
27 回転軸
28,29 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(減速機構)
33 制御基板(制御回路)
34 プリント基板
35 電子部品
36 磁石
37 ヒートシンク(放熱部材)
37a 表面
37b 放熱フィン
37c 抜け止め
37d 裏面
40 ケースカバー(樹脂カバー)
40a 放熱樹脂部
40b 裏面
40c 表面
40d 放熱フィン
41 ヒートシンク(放熱部材)
41a 表面
50 ケースカバー(樹脂カバー)
50a 放熱樹脂部
50b 基部
50c 表面
50d 裏面
51 ヒートシンク(放熱部材)
60 ケースカバー(樹脂カバー)
60a 放熱樹脂部
60b 基部
60c 表面
60d 裏面
61 ヒートシンク(放熱部材)
70 ケースカバー(樹脂カバー)
70a 放熱部
80 ケースカバー(樹脂カバー)
80a 放熱部
80b 基部

Claims (6)

  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回路と、
    前記ギヤケースの開口部に組み付けられ、前記制御回路の熱を放出する放熱部材を備える樹脂カバーとを有し、
    前記放熱部材は、前記樹脂カバーの表面と裏面とのいずれか一方の面から露出して設けられる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、
    前記樹脂カバーは、前記放熱部材に接触する放熱樹脂部と、前記放熱樹脂部を支持する基部とを備え、
    前記放熱樹脂部は熱伝導性樹脂材料を用いて形成され、前記基部は前記熱伝導性樹脂材料と異なる樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする電動モータ。
  3. 請求項1または2記載の電動モータにおいて、
    前記放熱部材は、熱伝導性材料を用いて形成されることを特徴とする電動モータ。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動モータにおいて、
    前記放熱部材は、アルミニウム材料を用いて形成されることを特徴とする電動モータ。
  5. 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回路と、
    前記ギヤケースの開口部に組み付けられ、前記制御回路の熱を放出する放熱部を備える樹脂カバーとを有し、
    前記樹脂カバーは、熱伝導性樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする電動モータ。
  6. 請求項5記載の電動モータにおいて、
    前記樹脂カバーは前記放熱部を支持する基部を備え、
    前記放熱部は熱伝導性樹脂材料を用いて形成され、前記基部は前記熱伝導性樹脂材料と異なる樹脂材料を用いて形成されることを特徴とする電動モータ。

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