JP2009171734A - 減速機構付き電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータ本体のブラシ、コミュテータ、アマチュアコイルが発する熱を効果的に放熱させて減速機構付き電動モータの作動信頼性や耐久性を向上させることである。
【解決手段】モータ本体１２のヨーク１４に固定されて減速機構を収容するギヤケース３１の外面に複数の放熱フィン５１を設ける。これらの放熱フィン５１にギヤケース３１のブラシ収容部３５からアマチュア軸と平行に延びる平行部５１ａと平行部５１ａに連なるとともに平行部５１ａに対して傾斜した方向に延びる傾斜部５１ｂとを設け、ギヤケース３１の配置方向に拘わらず放熱フィン５１の平行部５１ａと傾斜部５１ｂのいずれかの部分に放熱による自然対流を生じさせる。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば車両用のワイパ装置等の駆動源として用いられる減速機構付き電動モータに関する。

従来から、車両用のワイパ装置やパワーウインド装置等の駆動源としては、モータ本体に減速機構が取り付けられて１つのユニットとされた減速機構付き電動モータが用いられている。

このような減速機構付き電動モータではモータ本体としてブラシ付きモータが多く用いられている。この場合、アマチュア軸にはコミュテータ（整流子）が固定され、コミュテータの外周面には一対のブラシが摺接している。また、コミュテータにはアマチュアに設けられるアマチュアコイルが電気的に接続されており、ブラシとコミュテータにより転流された駆動電流がアマチュアコイルに供給されるようになっている。また、モータ本体のヨークは有底筒状に形成されており、その開口端には減速機構を収容するためのギヤケースが固定されている。このギヤケースのヨークに固定される側には略円筒状のブラシ収容部が設けられ、モータ本体の各ブラシはこのブラシ収容部に収容されている。

一方、例えば特許文献１に示されるように、モータ本体の作動を制御するための制御基板を備えた減速機構付き電動モータが知られている。この場合、ギヤケースはバスタブ状に形成されたケース本体がカバーにより閉塞される構造となっており、制御基板はこのカバーの内面（裏面）に取り付けられている。そして、カバーにはヒートシンクが設けられ、制御基板が発する熱をヒートシンクにより外部に放熱するようにしている。
特開２００５−１６８１３３号公報

しかしながら、特許文献１に示される減速機構付き電動モータでは、カバーの内面に取り付けられる制御基板が発する熱をカバーに設けられるヒートシンクにより外部に放熱することはできるが、モータ本体のブラシとコミュテータの摺接部分から発せられる熱とコミュテータに接続されたアマチュアコイルから発せられる熱を十分に放熱することができなかった。そのため、ブラシ、コミュテータ、アマチュアコイルが発する熱により、この減速機構付き電動モータに作動不良や耐久性の低下が生じるおそれがあった。

本発明の目的は、モータ本体のブラシ、コミュテータ、アマチュアコイルが発する熱を効果的に放熱させて減速機構付き電動モータの作動信頼性や耐久性を向上させることにある。

本発明の減速機構付き電動モータは、アマチュア軸を備えたモータ本体と前記アマチュア軸の回転を減速して出力軸から出力する減速機構とを有する減速機構付き電動モータであって、有底筒状に形成され、前記アマチュア軸を回転自在に支持するヨークと、前記ヨークの開口端に固定され、前記減速機構を収容するギヤケースと、前記ギヤケースのブラシ収容部に収容され、前記アマチュア軸に固定されるコミュテータに摺接する少なくとも２つのブラシと、それぞれ前記ギヤケースの外面に設けられ、互いに平行となって前記ブラシ収容部から延びる平行部と前記平行部に連なるとともに該平行部に対して傾斜した方向に延びる傾斜部とを備えた複数の放熱フィンとを有することを特徴とする。

本発明の減速機構付き電動モータは、前記ギヤケースはバスタブ状のケース本体と該ケース本体を閉塞するカバーとを備え、前記モータ本体の作動を制御する制御基板が前記カバーの内面に取り付けられるとともに前記カバーに前記制御基板の熱を放熱するヒートシンクが設けられることを特徴とする。

本発明の減速機構付き電動モータは、前記放熱フィンの高さｈと隣り合う前記放熱フィンの間隔ｐとを、ｐ／ｈ＝０．５〜１．０の比率に設定したことを特徴とする。

本発明の減速機構付き電動モータは、前記放熱フィンの高さｈと隣り合う前記放熱フィンの間隔ｐとを、ｐ／ｈ＝２／３の比率に設定したことを特徴とする。

本発明によれば、ギヤケースの外面にブラシ収容部から延びる複数の放熱フィンを設けるようにしたので、ブラシの発する熱を放熱フィンにより効果的に放熱して、減速機構付き電動モータの作動信頼性や耐久性を向上させることができる。また、放熱フィンに平行部と平行部に対して傾斜する傾斜部とを設けるようにしたので、ギヤケースの配置に拘わらず平行部と傾斜部のいずれかに放熱による自然対流を生じさせることができ、これにより、放熱フィンの放熱効果を高めることができる。

また、本発明によれば、制御基板が取り付けられるカバーにヒートシンクを設けるようにしたので、カバーの内面に制御基板を設けるようにした場合であっても、制御基板の発する熱をヒートシンクにより放熱するとともにブラシの発する熱を放熱フィンから放熱させて、ギヤケース内の熱を効率的に放熱することができる。

さらに、本発明によれば、それぞれの放熱フィンの高さｈと隣り合う放熱フィンの間隔ｐとを、ｐ／ｈ＝０．５〜１．０の比率に設定するようにしたので、放熱フィンの放熱効率を高めることができる。

さらに、本発明によれば、それぞれの放熱フィンの高さｈと隣り合う放熱フィンの間隔ｐとを、ｐ／ｈ＝２／３の比率に設定するようにしたので、放熱フィンを最適形状として、その放熱効率を高めることができる。

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ワイパモータを示す斜視図であり、図２は図１に示すワイパモータの内部構造を示す断面図であり、図３は図１に示すカバーの内面を示す図であり、図４は図２に示すブラシホルダの変形例を示す正面図である。

図１に示すワイパモータ１１は車両用のワイパ装置（不図示）の駆動源として用いられるものであり、モータ本体１２と減速機１３とを備えた減速機構付き電動モータとなっている。

モータ本体１２は所謂ブラシ付き電動モータとなっており、図２に示すように、鋼板により有底筒状（底付き円筒状）に形成されるヨーク（継鉄）１４とヨーク１４の内部に収容されるアマチュア（電機子）１５とを備えている。アマチュア１５はアマチュア軸１６を備え、このアマチュア軸１６はメタル軸受１７を介してヨーク１４に回転自在に支持されている。これにより、アマチュア１５はヨーク１４の内部で回転自在となっている。

ヨーク１４の内面には一対のマグネット１８ａ，１８ｂが互いに異なる磁極を向かい合わせて固定され、これらのマグネット１８ａ，１８ｂによりヨーク１４の内部には磁界が形成されている。これらのマグネット１８ａ，１８ｂの内側に位置するようにアマチュア軸１６にはアマチュアコア（鉄心）２１が固定され、このアマチュアコア２１には複数のアマチュアコイル（巻線）２２が巻装されている。つまり、アマチュアコイル２２はアマチュアコア２１を介してアマチュア軸１６に固定されている。また、アマチュア軸１６にはアマチュアコア２１に対して減速機１３の側に隣接してコミュテータ（整流子）２３が固定されており、アマチュアコイル２２のコイル端はそれぞれコミュテータ２３の対応するセグメント片に電気的に接続されている。

アマチュアコイル２２に駆動電流を供給するために、モータ本体１２には一対のブラシ２４ａ，２４ｂが設けられている。これらのブラシ２４ａ，２４ｂはそれぞれブラシホルダ２５に支持されるとともにスプリング２６ａ，２６ｂにより付勢されており、コミュテータ２３の外周面に径方向外側から摺接している。これにより、各ブラシ２４ａ，２４ｂに駆動電流が供給されると、コミュテータ２３を介して所定のタイミングで転流された駆動電流が各アマチュアコイル２２に供給され、アマチュア軸１６が回転するようになっている。

なお、図４に示すように、ブラシホルダ２５に、通常動作用の電源側のブラシ２４ａとアース側のブラシ２４ｂに加えて、スプリング（不図示）によりコミュテータ２３に向けて付勢される高速作動用の電源側のブラシ２４ｃを追加し、これら電源側のブラシ２４ａ，２４ｃへの通電を切り替えることにより、ワイパモータ１１を通常動作と高速動作とに切り替えるようにしてもよい。

一方、減速機１３は締結部材（ボルト）２７ａ，２７ｂによりヨーク１４の開口端に固定されるギヤケース３１を備えている。このギヤケース３１はアルミダイキャストによりバスタブ状に形成されるケース本体としてのボトムケース３２と樹脂製のカバー３３とを備えており、ボトムケース３２がカバー３３で閉塞されることによりギヤケース３１が構成されるようになっている。

ボトムケース３２にはヨーク１４との固定部分となるフランジ部３４と一体に有底筒状のブラシ収容部３５が設けられており、各ブラシ２４ａ，２４ｂはブラシホルダ２５とともにブラシ収容部３５の内部に収容されている。また、ブラシ収容部３５の底壁部分の軸心には挿通孔３６が設けられ、アマチュア軸１６はこの挿通孔３６に挿通されてその先端側はボトムケース３２の内部に突出している。

挿通孔３６にはボールベアリング３７が装着され、アマチュア軸１６の中間部分はこのボールベアリング３７によりボトムケース３２に回転自在に支持されている。また、アマチュア軸１６の先端部はボトムケース３２に固定されるメタル軸受３８により回転自在に支持されている。なお、アマチュア軸１６の先端部はボトムケース３２に支持されていなくてもよい。

アマチュア軸１６の回転を減速して出力軸４１から出力するために、ギヤケース３１の内部には減速機構４２が収容されている。この減速機構４２は所謂ウォームギヤ機構となっており、アマチュア軸１６のギヤケースに収容される部分の外周面に一体に形成されるウォーム４３と出力軸４１に固定されてギヤケース３１の内部に回転自在に収容されるウォームホイル４４とを備えている。ウォーム４３はウォームホイル４４に噛み合わされており、モータ本体１２が作動してアマチュア軸１６が回転すると、その回転はウォーム４３とウォームホイル４４とを介して所定の回転数にまで減速されて出力軸４１から出力されるようになっている。

図３に示すように、カバー３３の内面にはモータ本体１２の作動を制御するための制御基板４５が取り付けられている。この制御基板４５は基板上にＣＰＵやメモリ、ＦＥＴ等の複数の電子部品が搭載された所謂マイクロコンピュータとしての機能を有するものとなっており、カバー３３がボトムケース３２に固定されるとその給電端子４５ａ，４５ｂが各ブラシ２４ａ，２４ｂに電気的に接続されるようになっている。また、制御基板４５はカバー３３に設けられたコネクタ４６を介して図示しないワイパスイッチやバッテリ（電源）に接続され、ワイパスイッチからの指令信号に応じてモータ本体１２に直流電流を供給してその作動制御を行うようになっている。

アマチュア軸１６の回転を検出するために、制御基板４５には一対のホールセンサ４７ａ，４７ｂが設けられ、アマチュア軸１６にはウォーム４３に対してヨーク１４の側に隣接してセンサマグネット４８が固定されている。センサマグネット４８は複数の磁極が周方向に交互に着磁されたリング状の多極着磁マグネットとなっており、各ホールセンサ４７ａ，４７ｂはセンサマグネット４８に対して互いに所定の位相差をもって対向するようになっている。これにより、アマチュア軸１６が回転すると、その回転数に反比例した周期のパルス信号が各ホールセンサ４７ａ，４７ｂから出力され、制御基板４５はこれらのパルス信号の周期からアマチュア軸１６の回転数を検出することができるようになっている。また、制御基板４５は各ホールセンサ４７ａ，４７ｂからのパルス信号の出現順序に基づいてアマチュア軸１６の回転方向を検出することができるようになっている。そして、これらの検出信号は制御基板４５によるモータ本体１２の作動制御に用いられる。

図５は図１に示すワイパモータの裏面側を示す斜視図であり、図６は図５に示す放熱フィンの配置を示す正面図である。

このワイパモータ１１のボトムケース３２の底壁部３２ａの外面つまりボトムケース３２のカバー３３により閉塞される側とは反対側の外面には、ブラシ２４ａ，２４ｂが発する熱をギヤケース３１の外部に放熱するために、複数の放熱フィン５１が設けられている。これらの放熱フィン５１はアルミダイキャストによりボトムケース３２と一体に形成されており、それぞれボトムケース３２の底壁部３２ａ外面から垂直に突出する壁状となっている。

それぞれの放熱フィン５１は平行部５１ａと傾斜部５１ｂとを有しており、図６に示すように、各平行部５１ａはその延び方向の一端においてボトムケース３２のフランジ部３４に連なるとともに互いに平行且つ等間隔に並んでブラシ収容部３５の外面からアマチュア軸１６の軸方向に沿ってヨーク１４とは反対側に向けて延びている。

一方、各傾斜部５１ｂは平行部５１ａに対して所定の角度だけ傾斜するように平行部５１ａに対して傾斜した方向に延びており、また、その延び方向の一端において対応する平行部５１ａの延び方向の端部または中間部分に連ねられている。つまり、図６中下側となる３つの傾斜部５１ｂはその延び方向端部が平行部５１ａの延び方向端部に連ねられ、これにより放熱フィン５１は中間部において折れ曲がる「くの字」形状に形成されている。これに対して、図６中上側となる３つの傾斜部５１ｂはその延び方向端部が平行部５１ａの中間部分に連ねられ、これにより、放熱フィン５１は全体として平行部５１ａから３つの傾斜部５１ｂが枝分かれした形状に形成されている。

これらの放熱フィン５１はギヤケースのブラシ収容部３５から延びているので、ブラシ２４ａ，２４ｂが発する熱をギヤケース３１のブラシ収容部３５から放熱フィン５１を介して外部に効果的に放出することができる。

このように、このワイパモータ１１では、ギヤケース３１の外面に複数の放熱フィン５１を設けるようにしたので、ブラシ２４ａ，２４ｂの発する熱をこれらの放熱フィン５１により効果的に放熱して、このワイパモータ１１の作動信頼性や耐久性を向上させることができる。

また、各放熱フィン５１には平行部５１ａとこれに対して傾斜する傾斜部５１ｂとが設けられているので、各放熱フィン５１の間に形成される凹状の流路は途中でくの字に曲がった形状となる。したがって、平行部５１ａと傾斜部５１ｂの延び方向のいずれか一方が水平となるようにワイパモータ１１が車体に配置された場合であっても、いずれか他方の部分は水平方向に対して傾斜することになり、ワイパモータ１１の配置方向に拘わらず、平行部５１ａと傾斜部５１ｂのいずれかの部分において放熱フィン５１の放熱により隣り合う放熱フィン５１の間つまり凹状の流路に当該フィンの延び方向に沿った自然対流を生じさせることができる。これにより、ワイパモータ１１の車体への配置方向に拘わらず、放熱フィン５１により効果的に自然対流を生じさせて、当該放熱フィン５１の放熱効率を高めることができる。

このように、このワイパモータ１１では、放熱フィン５１に平行部５１ａと平行部５１ａに対して傾斜する傾斜部５１ｂとを設けるようにしたので、ギヤケース３１の配置方向に拘わらず放熱フィン５１の平行部５１ａと傾斜部５１ｂのいずれかの部分に放熱による自然対流を生じさせ、これにより、放熱フィン５１の放熱効果を高めることができる。

なお、図５、図６における符号５２は、それぞれこのワイパモータ１１を車体（不図示）に取り付けるための取り付け足であり、符号５３はギヤケース３１の呼吸用のブリーザキャップである。

図７は図６におけるＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図８は放熱フィンのフィンピッチと熱源温度との関係を示す特性線図である。

図７に示すように、このワイパモータ１１では、それぞれの放熱フィン５１は、その高さｈと隣り合う放熱フィン５１の間隔つまりフィンピッチｐとがｐ／ｈ＝０．５〜１．０の比率となるように設定されている。また、最適形状としてｐ／ｈ＝２／３（ｈ：ｐ＝３：２）の比率となるように設定されている。なお、傾斜部５１ｂも同様に設定される。

図８に示す特性線図は、このワイパモータ１１の放熱フィン５１の高さｈ、先端幅ｗ１、根本幅ｗ２、ボトムケース３２の底壁部３２ａの厚みｔを一定とした状態のもとで、フィンピッチｐを変化させたときの熱源温度つまりブラシ収容部３５またはヨーク１４の内部温度の変化を示している。この実施例においては、放熱フィンの高さｈは１８ｍｍ、放熱フィンの先端幅ｗ１は２ｍｍ、根本幅ｗ２は４．５ｍｍ、ボトムケースの底壁の厚み（シンク厚）ｔは６ｍｍとされており、これに対してフィンピッチｐが９〜１８ｍｍとなったときにフィンピッチｐをそれ以外としたときより熱源温度が低くなっている（図８の斜線の範囲）。そして、フィンピッチｐが１２ｍｍとなったときに熱源温度が最低となっている。つまり、放熱フィン５１の高さｈを１８ｍｍ、フィンピッチｐを９〜１８ｍｍとして、高さｈとフィンピッチｐとをｐ／ｈ＝０．５〜１．０の比率としたときに、熱源温度がフィンピッチｐをそれ以外としたときより低くなっている。特に、フィンピッチｐを１２ｍｍとして、高さｈとフィンピッチｐとをｐ／ｈ＝２／３（ｈ：ｐ＝３：２）の比率としたときに熱源温度が最低となる。

このように、このワイパモータ１１では、それぞれの放熱フィン５１の高さｈとフィンピッチｐとを、ｐ／ｈ＝０．５〜１．０の比率となるように設定したので、放熱フィン５１の放熱効率を高めることができる。

また、それぞれの放熱フィン５１の高さｈとフィンピッチｐとを、ｐ／ｈ＝２／３（ｈ：ｐ＝３：２）の比率に設定するようにしたので、放熱フィン５１を放熱に最適な形状として、その放熱効率を高めることができる。

一方、図１に示すように、カバー３３には制御基板４５の熱をギヤケース３１の外部に放出するためにヒートシンク６１が設けられている。このヒートシンク６１はアルミダイキャスト製となっており、樹脂製のカバー３３にインサートされて当該カバー３３と一体となっている。ヒートシンク６１の外面には複数の放熱フィン６１ａが互いに平行に並べて設けられ、これらの放熱フィン６１ａにより制御基板４５が発する熱がギヤケース３１の外部に放熱されるようになっている。これにより、制御基板４５が発する熱をカバー３３の側から外部に放熱するとともに、ブラシ２４ａ，２４ｂが発する熱をボトムケース３２の底壁部３２ａの側から外部に放熱して、ギヤケース３１の内部の熱を効果的に放熱することができる。

このように、このワイパモータ１１では、ボトムケース３２の底壁部３２ａに複数の放熱フィン５１を設けるとともに制御基板４５が取り付けられるカバー３３にヒートシンク６１を設けるようにしたので、ブラシ２４ａ，２４ｂの熱をボトムケース３２の底壁部３２ａの側から放熱するとともに制御基板４５の熱をカバー３３の側から放熱し、つまりギヤケース３１の内部の熱を当該ギヤケース３１の表裏両側から放熱することにより、ギヤケース３１の内部の熱を効率的に放熱することができる。

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。例えば、前記実施の形態においては、車両用のワイパ装置の駆動源として用いられるワイパモータ１１に本発明を適用するようにしているが、これに限らず、例えば、パワーウインドモータ等、他の用途に用いられる減速機構付き電動モータに本発明を適用するようにしてもよい。

また、前記実施の形態においては、放熱フィン５１の平行部５１ａはアマチュア軸１６の軸方向に平行に配置されているが、これに限らず、平行部５１ａと傾斜部５１ｂとが互いに傾斜していれば、その配置は問わない。

本発明の一実施の形態であるワイパモータを示す斜視図である。 図１に示すワイパモータの内部構造を示す断面図である。 図１に示すカバーの内面を示す図である。 図２に示すブラシホルダの変形例を示す正面図である。 図１に示すワイパモータの裏面側を示す斜視図である。 図５に示す放熱フィンの配置を示す正面図である。 図６におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 放熱フィンのフィンピッチと熱源温度との関係を示す特性線図である。

符号の説明

１１ ワイパモータ（減速機構付き電動モータ）
１２ モータ本体
１３ 減速機
１４ ヨーク
１５ アマチュア
１６ アマチュア軸
１７ メタル軸受
１８ａ，１８ｂ マグネット
２１ アマチュアコア
２２ アマチュアコイル
２３ コミュテータ
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ ブラシ
２５ ブラシホルダ
２６ａ，２６ｂ スプリング
２７ａ，２７ｂ 締結部材
３１ ギヤケース
３２ ボトムケース（ケース本体）
３２ａ 底壁部
３３ カバー
３４ フランジ部
３５ ブラシ収容部
３６ 挿通孔
３７ ボールベアリング
３８ メタル軸受
４１ 出力軸
４２ 減速機構
４３ ウォーム
４４ ウォームホイル
４５ 制御基板
４５ａ，４５ｂ 給電端子
４６ コネクタ
４７ａ，４７ｂ ホールセンサ
４８ センサマグネット
５１ 放熱フィン
５１ａ 平行部
５１ｂ 傾斜部
５２ 取り付け足
５３ ブリーザキャップ
６１ ヒートシンク
６１ａ 放熱フィン
ｈ 高さ
ｐ フィンピッチ
ｗ１ 先端幅
ｗ２ 根本幅
ｔ 底壁部の厚み

Claims (4)

1. アマチュア軸を備えたモータ本体と前記アマチュア軸の回転を減速して出力軸から出力する減速機構とを有する減速機構付き電動モータであって、
   有底筒状に形成され、前記アマチュア軸を回転自在に支持するヨークと、
   前記ヨークの開口端に固定され、前記減速機構を収容するギヤケースと、
   前記ギヤケースのブラシ収容部に収容され、前記アマチュア軸に固定されるコミュテータに摺接する少なくとも２つのブラシと、
   それぞれ前記ギヤケースの外面に設けられ、互いに平行となって前記ブラシ収容部から延びる平行部と前記平行部に連なるとともに該平行部に対して傾斜した方向に延びる傾斜部とを備えた複数の放熱フィンとを有することを特徴とする減速機構付き電動モータ。
2. 請求項１記載の減速機構付き電動モータにおいて、前記ギヤケースはバスタブ状のケース本体と該ケース本体を閉塞するカバーとを備え、前記モータ本体の作動を制御する制御基板が前記カバーの内面に取り付けられるとともに前記カバーに前記制御基板の熱を放熱するヒートシンクが設けられることを特徴とする減速機構付き電動モータ。
3. 請求項１または２記載の減速機構付き電動モータにおいて、前記放熱フィンの高さｈと隣り合う前記放熱フィンの間隔ｐとを、ｐ／ｈ＝０．５〜１．０の比率に設定したことを特徴とする減速機構付き電動モータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の減速機構付き電動モータにおいて、前記放熱フィンの高さｈと隣り合う前記放熱フィンの間隔ｐとを、ｐ／ｈ＝２／３の比率に設定したことを特徴とする減速機構付き電動モータ。