JP2005168268A - モータの駆動回路装置、及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で大型化を招くことなく、駆動回路装置を構成する素子から発生される熱が制御回路に伝わることを抑制することができるモータの駆動回路装置、及び該駆動回路装置を備えたモータを提供する。
【解決手段】駆動回路装置１９の回路基板４１上が、放熱部材４２の支柱部４２ａによって、発熱を伴う回路素子（トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５）を全て含む第１回路部Ａ１と、制御回路３９を有する第２回路部Ａ２とに分離されている。そして、モータ本体が駆動されてトランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５等の発熱を伴う回路素子が発熱すると、これらの回路素子から発生した熱は支柱部４２ａに伝達され、その後、放熱板４２ｂに伝達されて放熱板４２ｂの放熱フィン４２ｃから放熱される。
【選択図】 図４

Description

本発明はモータに係り、詳しくは該モータに備えられる駆動回路装置に関する。

モータの駆動を制御するために該モータに備えられる駆動回路装置は、一般的に、駆動トランジスタ、ダイオード、コイル、電流検出抵抗等の大きく発熱を伴う素子と、制御回路（ＩＣ）とが共に回路基板に配設されて構成されている。しかし、これらの素子により発生した熱が制御回路に伝わると、熱に弱い制御回路は壊れてしまうことがあった。そのため、定格温度の高い制御回路を使用しなければならず、製造コストが上昇してしまうという問題があった。

このような問題を解決するための構成を備えたモータとして、特許文献１にて開示されている構成としたモータがある。特許文献１にて開示されているモータは、モータの下部に設けられた回路保護ケースの内部に駆動回路装置が収容されている。駆動回路装置は、供給電力からサージ等を除去するフィルタ回路と、該フィルタ回路を通過した電流のモータへの電流経路を切り換えてモータ内に発生される磁界を変化させるスイッチング回路と、該スイッチング回路の電流経路切換時期を制御してモータの回転を制御する制御回路とを備えている。フィルタ回路は、電界コンデンサと、チョークコイルと、配線用バスバーとを備えており、インナーケースに組み付けられている。スイッチング回路は電流経路を切り換える複数のスイッチング素子（駆動トランジスタ）を備えており、該スイッチング素子は該スイッチング素子の上部に配設される放熱部材に圧接されている。また、制御回路は、スイッチング素子の電流経路切換時期を制御する制御ＩＣと、センサ磁石と共にモータの回転位置を検出するホール素子とを備えている。そして、スイッチング回路と制御回路とは回路基板に配設されている。

回路保護ケース内には、該回路保護ケース内を二分する隔壁が回路保護ケース及びインナーケースと一体に形成されており、この隔壁によって、回路基板において、スイッチング回路が形成された部分と、制御回路が形成された部分とに区分されている。この隔壁により、スイッチング素子から発生する熱が制御回路に伝達されることを抑制している。
特開２００１−２５１８３３号公報

しかしながら、特許文献１にて開示されているモータでは、スイッチング素子から発生する熱が制御回路に伝達されることを防止するために、新たに回路保護ケース内に隔壁を設けているため、構成が複雑になっている。また、新たに回路保護ケースに隔壁を設けることは駆動回路装置、ひいてはモータの大型化に繋がるという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構成で大型化を招くことなく、駆動回路装置を構成する素子から発生される熱が制御回路に伝わることを抑制することができるモータの駆動回路装置、及び該駆動回路装置を備えたモータを提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、モータを駆動するために設けられて発熱を伴う回路素子と、該記回路素子から発生する熱を放熱する放熱部材と、前記モータの駆動を制御する制御回路とが回路基板に配設されて構成されるモータの駆動回路装置において、前記回路基板上が、前記放熱部材によって、発熱を伴う前記回路素子を有する第１回路部と、前記制御回路を有する第２回路部とに分離されている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータの駆動回路装置において、発熱を伴う前記回路素子は、全て前記第１回路部に含まれる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のモータの駆動回路装置において、前記モータは電機子を備え、前記第１回路部は、前記放熱部材における前記電機子側に位置し、前記第２回路部は、前記放熱部材における反電機子側に位置するように前記モータに備えられる。

請求項４に記載の発明は、モータを駆動するために設けられて発熱を伴う回路素子と、該回路素子から発生する熱を放熱する放熱部材と、前記モータの駆動を制御する制御回路とが回路基板に備えられて構成される駆動回路装置を備えたモータにおいて、前記回路基板上が、前記放熱部材によって、発熱を伴う前記回路素子を有する第１回路部と、前記制御回路を有する第２回路部とに分離されている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータにおいて、発熱を伴う前記回路素子は、全て前記第１回路部に含まれる。
請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載のモータにおいて、前記モータは電機子を備え、前記第１回路部は、前記放熱部材における前記電機子側に位置し、前記第２回路部は、前記放熱部材における反電機子側に位置するように前記駆動回路装置が備えられる。

（作用）
請求項１，４に記載の発明によれば、回路基板上が、放熱部材によって、発熱を伴う回路素子を有する第１回路部と、制御回路を有する第２回路部とに分離されているため、第１回路部の回路素子から発生する熱は、放熱部材によって、制御回路を有する第２回路部に伝達されることが抑制される。また、放熱部材は元来モータの駆動回路装置に備えられているものであり、そのような放熱部材を利用して回路基板上を第１回路部と第２回路部とに分離することにより、簡単な構成で駆動回路装置、ひいてはモータの大型化を抑制しつつ、第１回路部に含まれる回路素子から発生する熱が制御回路へ伝達されることを抑制することができる。

請求項２，５に記載の発明によれば、発熱を伴う回路素子は全て第１回路部に含まれるため、第２回路部には発熱を伴う回路素子は含まれない。従って、回路素子から発生する熱が第２回路部の制御回路へ伝達されることをより抑制することができる。

請求項３，６に記載の発明によれば、放熱部材における電機子側に第１回路部が位置するように、制御回路を有する第２回路部は放熱部材における反電機子側に位置するようにモータに備えられる。従って、放熱部材によって、発熱を伴う回路素子から発生する熱だけでなく、電機子側で発生する熱も制御回路に伝達されることを抑制することができる。

本発明によれば、簡単な構成で大型化を招くことなく、駆動回路装置を構成する素子から発生される熱が制御回路に伝わることを抑制することができるモータの駆動回路装置、及び該駆動回路装置を備えたモータを提供することができる。

以下、本発明を車両空調用モータに用いた一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、モータとしての車両空調用モータ１のモータホルダ２は、略有底円筒状の収容部２ａと、該収容部２ａの外周に形成される円盤状のフランジ部２ｂとを備えている。そして、収容部２ａにはモータ本体３が収容されている。

モータ本体３は直流モータであり、有底円筒状のヨーク４と、該ヨーク４の内周面に固着されるマグネット５と、該マグネット５の内側に回転可能に収容される電機子６とを備えている。このようなモータ本体３は、ヨーク４の底部と収容部２ａの底部とがねじ７により締め付けられることによってモータホルダ２に固定されている。

ヨーク４の上部開口部には、前記電機子６の上部を覆うカバー８が装着されている。ヨーク４の上部開口部と、カバー８との間にはモータ本体３の内部と外部とを連通可能な開口９が設けられている。

前記電機子６は、回転軸１０と、該回転軸１０に固定されるコア１１と、該コア１１に巻回される巻線１２と、該コア１１の上部側で回転軸１０に固定される整流子１３とからなる。回転軸１０の下端部は、前記ヨーク４の底部中央に設けられた軸受１４によって回転可能に支持されている。また、回転軸１０の上端部側は、前記カバー８に設けられた軸受１５によって回転可能に支持され、更にその上端部は、該カバー８から外部上方へ突出している。そして、回転軸１０のカバー８から突出した上端部分には、ファン１６が回転軸１０と一体回転可能に固定されている。さらに、カバー８の内側には図示しないブラシホルダが設けられ、該ブラシホルダ収容される図示しないブラシが前記整流子１３に摺接している。

前記ヨーク４の底部には、モータ本体３の内部と外部とを連通する連通孔４ａが形成されている。この連通孔４ａは、モータホルダ２の収容部２ａの底部とヨーク４の底部とにより形成される連通通路１７と連通している。

前記モータホルダ２のフランジ部２ｂの下面２ｃには、送風路１８を形成すると共に、モータ本体３の駆動を制御する駆動回路装置１９を収容する下部ケース２０がねじ等により固定されている。送風路１８は、前記連通通路１７を介して前記連通孔４ａと連通されると共に、フランジ部２ｂの外周縁部に設けられた導入孔２ｄと連通されている。また、下部ケース２０の内部は、送風路１８と駆動回路装置１９とを分離する仕切壁２１が設けられており、この仕切壁２１によって下部ケース２０の内部が仕切られることにより回路収容部２２が形成され、該回路収容部２２の内部に駆動回路装置１９が収容されている。

前記フランジ部２ｂの上面２ｅには前記ファン１６の外周を覆うブロワケース２３が装着されている。このブロワケース２３の上部には、車室内又は車室外の空気を導入する図示しない導入ダクトに連設される空気取込口２４が形成され、その側面には図示しない送風ダクトに連設される図示しない送風口が形成されている。そして、ファン１６が回転すると、空気取込口２４から取り込まれた空気が送風ダクト、空調装置（図示しない）を介して車室内に送られるようになっている。

前記ブロワケース２３には、前記空気取込口２４から取り込まれた空気の一部を分流させる分流ダクト２５が形成されている。この分流ダクト２５は前記導入孔２ｄに接続されている。そして、ファン１６の回転により空気取込口２４から取り込まれた空気の一部が、分流ダクト２５、送風路１８、連通通路１７，及び連通孔４ａを介してモータ本体３の内部に冷却風として送り込まれ、モータ本体３の内部が冷却される。

ここで、駆動回路装置１９について説明する。図２に示すように、駆動回路装置１９には車載のバッテリ３０からヒューズ３１を介して駆動電源が供給される。駆動回路装置１９は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ（以下単にトランジスタという）３２、２つのダイオード３３，３６、電流検出抵抗３４、チョークコイル３５、４つのコンデンサ３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ、及び制御回路３９を備えている。尚、トランジスタ３２は、駆動回路装置１９のスイッチング用に設けられるスイッチング素子である。

モータ本体３の一方の電源端子は、トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、チョークコイル３５、及びヒューズ３１を介してバッテリ３０のプラス端子に接続されており、モータ本体３の他方の電源端子は接地（グランドＧＮＤに接続）されている。

チョークコイル３５の一端は並列に接続されるコンデンサ３７ａ，３７ｂを介して接地され、他端は並列に接続されるコンデンサ３８ａ，３８ｂを介して接地されている。これらのコンデンサ３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ、及びチョークコイル３５は電源ノイズを低減させるために設けられるものである。

前記電流検出抵抗３４は駆動回路装置１９に流れる駆動電流を検出し、制御回路３９は、その検出した駆動電流の電流値に基づいて、所定値を超えるような過大な駆動電流が駆動回路装置１９に供給されると、モータ本体３の駆動を強制的に停止する。

前記トランジスタ３２のソース・ドレイン間には該トランジスタ３２保護用のダイオード３３が接続されている。また、モータ本体３の両端子間には、ダイオード３６が接続されており、モータ本体３にて発生する逆起電力をモータ本体３に回帰させてモータ本体３の効率向上とノイズ低減が図られている。

また、トランジスタ３２は、制御回路３９から出力される制御信号に応じてオンオフ制御、即ちＰＷＭ制御が行われる。制御回路３９は、外部の操作部４０の操作によって出力される指令値に応じて制御信号のデューティ比を変更してトランジスタ３２のオン時間を調整する。つまり、制御回路３９は、モータ本体３に供給する駆動電源を調整して、モータ本体３の回転速度を操作部４０の操作に応じた速度とする。

このような駆動回路装置１９は、図３及び図４（ａ）（ｂ）に示すように、略長方形状の回路基板４１にトランジスタ３２、ダイオード３３，３６（図２にのみ図示）、電流検出抵抗３４、チョークコイル３５、コンデンサ３７ａ，３７ｂ，３８ａ，３８ｂ等の回路素子、及び制御回路３９等が配設されて構成される。これらの回路素子のうち、トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５は比較的発熱の大きい回路素子である。

また、回路基板４１にはアルミ等の放熱性の高い金属材料よりなる放熱部材４２が設けられている。放熱部材４２は、回路基板４１に固定される支柱部４２ａと、該支柱部４２ａの上端に形成される放熱板４２ｂとから構成される。

支柱部４２ａは板状をなしており、回路基板４１の長手方向に沿って配設されると共に、ねじ等により回路基板４１に固定されている。そして、この支柱部４２ａは、トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５と、熱に弱い制御回路３９との間に配設されて、回路基板４１上を、発熱の大きい回路素子が配設される第１回路部Ａ１と、制御回路３９が配設される第２回路部Ａ２とに分離している。尚、ＰＷＭ制御によるスイッチング動作により特に大きく発熱を伴うトランジスタ３２については、第１回路部Ａ１側において、支柱部４２ａにねじ４３を用いて直接固定され、放熱効果が高められている。

放熱板４２ｂは略長方形状をなしており、前記支柱部４２ａの上端から、比較的発熱の大きい回路素子（トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５）を覆うように延設されている。即ち、放熱板４２ｂは、前記第１回路部Ａ１の上部を覆うように形成され、第１回路部Ａ１の各回路素子から生じる熱を効果的に吸収するようになっている。そして、放熱板４２ｂの上面には円柱状の複数の放熱フィン４２ｃが設けられており、この放熱フィン４２ｃによって表面積を大きくして放熱され易いようになっている。

このような放熱部材４２を備えた駆動回路装置１９は、図１に示すように、第１回路部Ａ１を放熱部材４２の支柱部４２ａのモータ本体３（電機子６）側に、第２回路部Ａ２を放熱部材４２の支柱部４２ａの反モータ本体３（反電機子６）側にして前記回路収容部２２に収容される。この時、放熱部材４２の放熱フィン４２ｃは回路収容部２２の上方に設けられた開口部からフランジ部２ｂの上面２ｅ側、即ちファン１６側に露出している。そして、モータ本体３が駆動されてトランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５等の回路素子が発熱すると、これらの回路素子から発生した熱は支柱部４２ａに伝達され、その後、放熱板４２ｂに伝達されて放熱板４２ｂの放熱フィン４２ｃから放熱される。

上記のように構成された車両空調用モータ１において、操作部４０の操作に基づいた制御回路３９の制御によってモータ本体３が所定の回転速度で回転すると、ファン１６が回転して送風動作が行われる。この時、ファン１６により発生した冷却風の一部は冷却風として分流ダクト２５を通って内に流れ込む。そして、その冷却風は、導入孔２ｄ、送風路１８、連通通路１７、及びヨーク４の連通孔４ａを通ってモータ本体３内に流れ込み、モータ本体３の内部（巻線１２、ブラシ、整流子１３等）を冷却した後、ヨーク４とカバー８との間に形成される開口９から放出される。開口９から放出された冷却風の一部は、放熱部材４２の放熱板４２ｂ（放熱フィン４２ｃ）の上方を通り、放熱部材４２を冷却する。

上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
（１）回路基板４１上が、放熱部材４２の支柱部４２ａによって、大きく発熱を伴う回路素子（トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５）を全て含む第１回路部Ａ１と、制御回路３９を有する第２回路部Ａ２とに分離されている。従って、第１回路部Ａ１に含まれる発熱を伴う各回路素子から発生される熱は、支柱部４２ａを伝って放熱板４２ｂの放熱フィン４２ｃから放熱されるため、制御回路３９を有する第２回路部Ａ２に各回路素子から発生する熱が伝わりにくい。その結果、制御回路３９に各回路素子から発生する熱が伝達されることを抑制することができる。

また、放熱部材４２（支柱部４２ａ）は、各回路素子（トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５）から発生する熱を放熱するために元来駆動回路装置１９に備えられているものである。そのような放熱部材４２の支柱部４２ａを利用して回路基板４１上を第１回路部Ａ１と第２回路部Ａ２とに分離することにより、簡単な構成で駆動回路装置１９、ひいてはモータの大型化を抑制しつつ、第１回路部Ａ１に含まれる各回路素子から発生する熱を放熱して、熱が制御回路３９へ伝達されることを抑制することができる。

（２）車両空調用モータ１において、発熱する回路素子を有する第１回路部Ａ１は放熱部材４２の支柱部４２ａにおける電機子６側に位置するように、制御回路３９を有する第２回路部Ａ２は放熱部材４２の支柱部４２ａにおける反電機子６側に位置するよう車両空調用モータ１に備えられている。モータ本体３駆動時に電機子６は発熱を伴うが、第１回路部Ａ１は、第２回路部Ａ２及び支柱部４２ａを介した先に配置されることになるため、放熱部材４２の支柱部４２ａによって、発熱を伴う各回路素子から発生する熱だけでなく、電機子６側で発生する熱も制御回路３９に伝達されることを抑制することができる。

（３）放熱部材４２は、回路基板４１上で、比較的発熱の大きい各回路素子（トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５）を覆うように備えられている。従って、各回路素子に流れる駆動電流によって発生した放射ノイズが第１回路部Ａ１から外部に伝わりにくい。

（４）回路基板４１上を第１回路部Ａ１と第２回路部Ａ２とに分離する支柱部４２ａは、回路基板４１に固定されるものであって、モータホルダ２や下部ケース２０に設けられるものでない。従って、駆動回路装置１９を容易にモータホルダ２に組み付けることができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、発熱を伴う回路素子（トランジスタ３２、電流検出抵抗３４、及びチョークコイル３５）は全て第１回路部Ａ１に含まれるように支柱部４２ａによって回路基板４１上が分離されているが、発熱を伴う回路素子のうち少なくとも１つが第１回路部Ａ１に含まれるように分離してもよい。この時、特に大きく発熱を伴うスイッチング素子（トランジスタ３２）が第１回路部に含まれるようにすると尚よい。この場合、第１回路部Ａ１に含まれる回路素子が発生する熱は、支柱部４２ａによって制御回路３９を有する第２回路部Ａ２に伝達されることが抑制される。従って、第１回路部Ａ１に含まれる回路素子が発生する熱が制御回路３９に伝達されることを抑制することができる。

○上記実施形態では、車両空調用モータ１において、駆動回路装置１９は、放熱部材４２の支柱部４２ａにおける電機子６側に第１回路部Ａ１が位置するように、制御回路３９有する第２回路部Ａ２は放熱部材４２の支柱部４２ａにおける反電機子６側に位置するよう備えられている。しかし、駆動回路装置１９は、放熱部材４２の支柱部４２ａにおける反電機子６側に第１回路部Ａ１が位置するように、放熱部材４２の支柱部４２ａにおける電機子６側第２回路部Ａ２が位置するように車両空調用モータ１に備えられるものであってもよい。また、これに限らず、車両空調用モータ１の形状に合わせて備えられるものであればよい。

○上記実施形態では、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ３２を用いているが、その他のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やバイポーラトランジスタ等を用いてもよい。
○上記実施形態では、駆動回路装置１９は車両空調用モータ１に備えられるものであるが、これに限らず、ブラシレスモータ等、車両空調用モータ１以外のモータに備えられるものであってもよい。

上記実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
（イ）請求項１に記載のモータの駆動回路装置であって、前記回路素子はスイッチング素子であることを特徴とするモータの駆動回路装置。

（ロ）請求項４に記載のモータであって、前記回路素子はスイッチング素子であることを特徴とするモータ。
上記（イ）（ロ）のように構成すると、特に大きく発熱を伴う回路素子であるスイッチング素子から発生する熱は、放熱部材によって第２回路部に伝達されることが抑制される。従って、制御回路に大きく発熱を伴うスイッチング素子から発生する熱が伝達されることが抑制される。

車両空調用モータの断面図。 駆動回路装置の回路図。 駆動回路装置の斜視図。 （ａ）は駆動回路装置の正面図、（ｂ）は駆動回路装置の側面図。

符号の説明

１…モータとしての車両空調用モータ、６…電機子、１９…駆動回路装置、３２…発熱する回路素子の１つであるＮチャネルＭＯＳトランジスタ（トランジスタ）、３４…発熱する回路素子の１つである電流検出抵抗、３５…発熱する回路素子の１つであるチョークコイル、３９…制御回路、４１…回路基板、４２…放熱部材、Ａ１…第１回路部、Ａ２…第２回路部。

Claims (6)

1. モータを駆動するために設けられて発熱を伴う回路素子と、該記回路素子から発生する熱を放熱する放熱部材と、前記モータの駆動を制御する制御回路とが回路基板に配設されて構成されるモータの駆動回路装置であって、
   前記回路基板上が、前記放熱部材によって、発熱を伴う前記回路素子を有する第１回路部と、前記制御回路を有する第２回路部とに分離されていることを特徴とする駆動回路装置。
2. 請求項１に記載のモータの駆動回路装置であって、
   発熱を伴う前記回路素子は、全て前記第１回路部に含まれることを特徴とするモータの駆動回路装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータの駆動回路装置であって、
   前記モータは電機子を備え、
   前記第１回路部は、前記放熱部材における前記電機子側に位置し、前記第２回路部は、前記放熱部材における反電機子側に位置するように前記モータに備えられることを特徴とするモータの駆動回路装置。
4. モータを駆動するために設けられて発熱を伴う回路素子と、該回路素子から発生する熱を放熱する放熱部材と、前記モータの駆動を制御する制御回路とが回路基板に備えられて構成される駆動回路装置を備えたモータであって、
   前記回路基板上が、前記放熱部材によって、発熱を伴う前記回路素子を有する第１回路部と、前記制御回路を有する第２回路部とに分離されていることを特徴とするモータ。
5. 請求項４に記載のモータであって、
   発熱を伴う前記回路素子は、全て前記第１回路部に含まれることを特徴とするモータ。
6. 請求項４又は請求項５に記載のモータであって、
   前記モータは電機子を備え、
   前記第１回路部は、前記放熱部材における前記電機子側に位置し、前記第２回路部は、前記放熱部材における反電機子側に位置するように前記駆動回路装置が備えられることを特徴とするモータ。

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