JP2014117005A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子を内蔵したブラシレスモータの径方向の小型化を図り、耐熱性に優れたブラシレスモータを提供する。
【解決手段】モータハウジング１０１、ステータ１０２、ロータ１０６、モータハウジング１０１の開口部に配置されたエンドキャップ１１３、エンドキャップ１１３の下方に配置される分離壁１１６ａ、円筒部１１６ｂに取り付けられたヒートシンク１２４、制御回路基板１１８、制御回路基板１１８に搭載されたスイッチング素子１２１、スイッチング素子１２１が取り付けられると共にヒートシンク１２４に熱的に結合し、制御回路基板１１８とヒートシンク１２４の間の空間１２９に配置された取付けプレート１２２を備え、エンドキャップ１１３と分離壁１１６は一定の距離を置いて配置され、ヒートシンク１２４は、制御回路基板１１８に接続されたリード線１２６を引き出す貫通孔１３０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、径方向の小型化を図ったブラシレスモータに関する。

例えば、車両の各種装置（例えば、ブレーキ装置の負圧ポンプ）の駆動にブラシレスモータが用いられている。近年、車両のレイアウト制限により装置の小型化と共に、耐熱性の向上や製造コストの低減が強く要望されている。このため、使用されるブラシレスモータも小型化と共に製造コストの低減を図る必要がある。例えば、特許文献１には、車両に搭載されるブラシレスモータにおいて、小型軽量化を図るとともに、製造コストを低減することができる構造が記載されている。

特許文献１に記載されたブラシレスモータは、自動車の電動ブレーキ用として用いられるブラシレスモータで、筒状のモータハウジングと、ハウジングの内側に固定されたステータと、回転自在に保持されたロータと、モータハウジングの開口部に取り付けられたブラケットとを備えている。ブラケットの開口部にはカバープレートが取り付けられている。そして、ブラシレスモータの駆動を制御するコントローラユニットとセンサユニットなどが実装された制御基板がカバープレートの内面側に組み付けられ、カバープレートの外面側にはヒートシンクが一体形成されている。また、ブラケットの周壁にはブラシレスモータと外部機器とを接続するためのコネクタが形成されている。このコネクタには複数の端子が設けられており、制御基板から引き出されたターミナルに接続されている。そして、コネクタには外部機器のカプラが接続されている。

また、特許文献２に記載のブラシレスモータは、電動機本体と制御ユニットの間に空隙を設けたことにより、耐熱性を向上させた構造となっている。この空隙による空気層を設けることにより、電動機本体と制御ユニットの相互に熱的影響がないようにしている。

特開２０１０−１０４２１２号公報 特開平１０−１１７４６４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のブラシレスモータはブラケットの周壁にコネクタが形成されているため、コネクタがブラケットの外周面から径方向外方に突出した構成となっている。このため、このコネクタによってブラシレスモータの径方向での小型化が阻害されている。また、軸方向の端部（底部）に配置されたヒートシンクの内側にＦＥＴ等のスイッチング素子を接触させ、放熱を行う構造としている。しかしながら、ブラシレスモータを駆動するスイッチグ素子は複数必要であり、また、ある程度の大きさを有しているので、この構造でスイッチング素子をヒートシンクに直付けすることは、限られたスペースを有効利用する上でマイナス要因となる。この点でも特許文献１に記載のブラシレスモータは、径方向での小型化が阻害されている。また、特許文献２のように空気層を設けたとしても、熱的には改善されても、スイッチグ素子が複数必要であることに変わりはなく、ヒートシンクが大型化してしまい、径方向での小型化が阻害されている。

このような背景において、本発明は、スイッチング素子を内蔵したブラシレスモータの径方向の小型化を図ることができるとともに、耐熱性に優れたブラシレスモータを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、一方側に底部を備え、他方側に開口部を備えた有底筒状のモータハウジングと、前記モータハウジングの内側に配置されたステータと、前記ステータの内側に回転可能に配置されたロータと、前記モータハウジングの前記開口部に配置されたエンドキャップと、前記エンドキャップの前記ロータとは反対の側に配置された分離壁と、前記分離壁の前記エンドキャップとは反対の側に配置されたヒートシンクと、前記分離壁と前記ヒートシンクの間に配置された制御回路基板と、前記制御回路基板に搭載されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子が取り付けられると共に前記ヒートシンクに熱的に結合し、前記制御回路基板と前記ヒートシンクの間の空間に配置された取付けプレートとを備え、前記エンドキャップと前記分離壁は距離を置いて配置され、前記ヒートシンクは、前記制御回路基板に接続されたリード線を外部に引き出す引出し部を備えていることを特徴とするブラシレスモータである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記スイッチング素子は、軸方向に立てた状態で前記取付けプレートに取付けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記取付けプレートは、前記スイッチング素子が軸方向で立てられた状態で取り付けられる側面部および前記ヒートシンクに熱的に結合する底面部を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートシンクは、一方側に複数の放熱フィンが一体に形成され、他方側は前記分離壁から延在する部材に取り付けられ、前記一方側の前記放熱フィンが形成されていない箇所に前記引出し部を備えていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記制御回路基板は前記分離壁に隙間を有した状態で取り付けられていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発明において、前記ヒートシンクと前記取付けプレートとが熱伝導シートを介して接触していることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記エンドキャップと前記モータハウジング、および前記分離壁から延在する部材と前記ヒートシンクは、Ｏリングを介して結合していることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発明において、前記分離壁の中央には回転軸を臨む開口を有し、前記回転軸の後端面には、マグネットが配置され、前記制御回路基板の前記回転軸に面する側には回転検出用のホール素子が併設されていることを特徴とする。

本発明によれば、スイッチング素子を内蔵したブラシレスモータの径方向の小型化を図ることができるとともに、耐熱性に優れたブラシレスモータが提供される。

実施形態の断面図である。 実施形態の斜視図である。

（構成）
図１および２には、ブラシレスモータ１００が示されている。ブラシレスモータ１００は、車両に搭載される負圧ポンプを駆動するために用いられるブラシレスモータであり、８極９スロット構造を有している。ブラシレスモータ１００は、有底筒状のモータハウジング１０１と、このモータハウジング１０１の内側に嵌合固定されたステータ１０２と、ステータ１０２の内側において、ステータ１０２に対して回転可能な状態で支持されたロータ１０６とを備えている。

有底筒状のモータハウジング１０１は、一方の側（図１の上側）に底部１０１ａを有し、他方の側（図１の下側）に開口部を備えている。底部１０１ａの中央には、軸方向に突出したボス部１０１ｂが形成されている。ボス部１０１ｂは、長さの短い円筒形状の部分が軸方向に突出した構造を有している。ボス部１０１ｂの中央には、回転軸１０９を挿通するための孔が形成され、ボス部１０１ｂの内側には、回転軸１０９（ロータ１０６）を回転可能に支持するための軸受１０８が圧入固着されている。

モータハウジング１０１の内側には、ステータ１０２が嵌合固着されている。ステータ１０２は、ステータコア１０３と、ステータコア１０３に装着するインシュレータ１０４と、ステータコア１０３に巻回するコイル１０５とから構成されている。ステータコア１０３は、軟磁性鋼板（例えば、ケイ素鋼板、電磁鋼板など）を複数枚積層したもので、円環状のヨーク部から軸中心の方向に複数が突出する極歯部が形成されている。そして、ステータコア１０３には、インシュレータ１０４が装着され、インシュレータ１０４を介してステータコア１０３の極歯部に界磁コイルを構成するコイル１０５が巻回されている。そして、コイル１０５のコイル端末（図示省略）は、インシュレータ１０４に配設された端子ピン（図示省略）に接続されている。

ロータ１０６は、ステータ１０２の内側に配置され、一対の軸受１０８，１１４によってステータ１０２に対して回転が可能な状態で支持されている。ロータ１０６は、中空筒状を有するスリーブ１１０、軟磁性材から形成された中空筒状のロータコア１１１、ロータコア１１１の外周面に固着された中空筒状のロータマグネット１１２を備えている。ロータマグネット１１２は、周方向に沿ってＳＮＳＮ・・と交互に極性が反転する磁極の構造に着磁されている。スリーブ１１０の中央には回転軸１０９が圧入固着されている。回転軸１０９の一方の先端には、負圧ポンプ（図示省略）を構成するベーンポンプのロータ（図示省略）と結合するためのインボリュートスプライン加工１０９ａが施されている。なお、回転軸１０９と図示しないベーンポンプのロータとを結合する構造は、回転軸１０９の回転をベーンポンプのロータに伝えることができるものであれば、例示する構造に限定されない。

モータハウジング１０１の開口部の内側には、エンドキャップ１１３が取り付けられている。エンドキャップ１１３は、円盤部１１３ａと、その外縁から軸方向に延在する円筒部１１３ｂを有している。エンドキャップ１１３の円盤部１１３ａの中央には、軸方向に突出したボス部１１３ｃが形成されている。ボス部１１３ｃの中央には、回転軸１０９を挿通するための孔が形成され、ボス部１１３ｃの内側には、ロータ１０６を回転可能に支持するための軸受１１４が圧入固着されている。エンドキャップ１１３は、モータハウジング１０１端部のカシメ構造１０１ｃによりモータハウジング１０１に固定されている。また、モータハウジング１０１とエンドキャップ１１３の間には、Оリング１３１が入れられている。

スリーブ１１０と軸受１０８との間には、予圧付与のためのコイルばね１３２が装着され、スリーブ１１０と軸受１１４との間には円筒状のカラー１３３が配設されている。この構造により、コイルばね１３２によって軸受１０８に予圧が付勢されるとともに、カラー１３３によって軸受１１４にも予圧が付勢される。

エンドキャップ１１３の円筒部１１３ｂの内側には、有底筒状の構造を有する分離部材１１６がねじ等により取り付けられている。分離部材１１６は、中心に開口を有する円盤形状の分離壁１１６ａ、分離壁１１６ａの外縁から軸方向に延在する円筒部１１６ｂを有している。分離壁１１６ａは、エンドキャップ１１３の円盤部１１３ａから軸方向から離れた位置にあり、分離壁１１６ａと円盤部１１３ａとの間に空気層１１７が形成されている。分離部材１１６（分離壁１１６ａ）の外径は、ブラシレスモータ１００の外径と同一か小径となっている。分離部材１１６の円筒部１１６ｂの内側には、制御回路基板１１８が取り付けられている。

制御回路基板１１８は、ブラシレスモータ１００の駆動を行うための回路を搭載した電子基板である。制御回路基板１１８の両面には配線パターンが形成されるとともに、制御回路基板１１８の両面に電子部品が実装され、電子部品の実装密度を上げている。制御回路基板１１８は、分離壁１１６ａから軸方向に離れた位置に配置されるように、分離壁１１６ａにねじ止めにより固定されている。なお、制御回路基板１１８を、分離壁１１６ａをまたいで、エンドキャップ１１３の円盤部１１３ａにねじ止めにより固定する構造も可能である。

制御回路基板１１８の軸中心には、ホール素子１１９が配置され、ホール素子１１９と隙間を隔てて対向する位置に、分離壁１１６ａ中央の開口を貫通した回転軸１０９の端部が位置している。この回転軸１０９のホール素子１１９に対向する端部には、マグネット１２０が取り付けられている。回転軸１０９が回転すると、マグネット１２０が回転し、その回転がホール素子１１９によって検出される。

制御回路基板１１８の回転軸１０９と反対側（図２の下側）には、ＦＥＴ等のスイッチング素子１２１が軸方向に立てた状態で取付けられている。また、制御回路基板１１８のスッチング素子１２１が取付けられた側には、放熱器として機能する金属製の取り付けプレート１２２が取り付けられている。取り付けプレート１２２は、スイッチング素子１２１が軸方向で立てられた状態で取り付けられる軸方向に延在した側面部１２２ａ、およびヒートシンク１２４に熱的に結合する底面部１２２ｂを備えている。取り付けプレート１２２は、制御回路基板１１８とヒートシンク１２４の間の空間１２９に配置されている。

この例において、取り付けプレート１２２は、軸に垂直な方向から見て略コの字形状を有し、その底面が熱導電シート１２３を介してヒートシンク１２４に熱結合している。軸方向から見たヒートシンク１２４の外径は、ブラシレスモータ１００の外径と同一か、または小径となっている。この構造では、スイッチング素子１２１で生じる熱は、取り付けプレート１２２を介してヒートシンク１２４に伝わり、ヒートシンク１２４から外部に放熱される。

取付けプレート１２２は、スイッチング素子１２１の放熱器として機能する部材であり、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属材料により構成されている。スイッチング素子１２１は、放熱面を有し、この放熱面が取付けプレート１２２に熱的に結合する状態で、取付けプレート１２２に取り付けられている。また、スイッチング素子１２１の端子（リード線）は、制御回路基板１１８の配線パターンに電気的に接続されている。なお、図２には、スイッチング素子１２１が一つ示されているが、通常その数は複数ある。また、取付けプレート１２２は、スペーサ１３４を介して、制御回路基板１１８にねじ１３５により取り付けられている。

軸方向から見た取付けプレート１２２の形状は、スイッチング素子１２１を取り付ける平坦面（この例では、１２２ａ）がある構造であればよい。軸方向から見た取り付けプレート１２２の形状としては、四角形等の多角形状を挙げることができる。この例において、取付けプレート１２２は、側面部１２２ａと底面部１２２ｂとを有している。側面部１２２ａは、スイッチング素子１２１を取り付ける平坦な側面であり、底面部１２２ｂは、後述するヒートシンク１２４に接触する。この側面部１２２ａと底面部１２２ｂに対応する部分があるのであれば、取付けプレート１２２の形状は、例示する形状のものに限定されない。側面部１２２ａにスイッチング素子１２１を取り付けた取付けプレート１２２は回転軸１０９の周囲に立設し配置した構成であってもよい。

図示されるように、取付けプレート１２２の側面部１２２ａは複数（この場合は、２箇所）あり、図示省略されている符号１２１以外のスイッチング素子をスイッチング素子１２１と同様な状態で取り付けることができる。側面部１２２ａに複数のスイッチング素子を取り付けても、各スイッチング素子を図示するように軸方向に立てた状態で配置できるので、各スイッチング素子の径方向における占有面積が抑えられる。

分離部材１１６の円筒部１１６ｂの開口部（図１の下端部）には、Оリング１２５を介して、ヒートシンク１２４が取り付けられ、閉塞されている。ヒートシンク１２４は、略円板状を有し、一方側（外側となる側）に複数の放熱フィン１２４ａが一体に形成され、他方側（内側となる側）に凹部が形成されている。ヒートシンク１２４と制御回路基板１１８との間には取り付けプレート１２２および取り付けプレート１２２に取り付けられたスイッチング素子１２１が位置している。

取り付けプレート１２２の底面部１２２ｂは、熱伝導シート１２３を介してヒートシンク１２４と接触し、ヒートシンク１２４と熱的に結合している。この熱伝導シート１２３をヒートシンク１２４と取付けプレート１２２との間に介装することによって両者の熱的な結合状態を向上させている。また、熱伝導シート１２３は、ヒートシンク１２４と取付けプレート１２２との間で緩衝材としても機能している。

ヒートシンク１２４の放熱フィン１２４ａが形成されていない箇所には、リード線１２６を外部に引き出すための引き出し部を構成する軸方向に貫通した複数の貫通孔１３０が形成されている。この複数の貫通孔１３０は、制御回路基板１１８に接続されたリード線１２６を外部に引き出すための孔であり、貫通孔１３０にはそれぞれワイヤーシール１２７が装着されている。なお、貫通孔１３０が設けられた部分に、制御回路基板からの配線が接続された接続コネクタを配置し、この接続コネクタに、外部からの配線を接続する形態とすることも可能である。

ヒートシンク１２４の外周面には、環状溝が形成され、この環状溝には、Ｏリング１２５が装着されている。ヒートシンク１２４は、分離部材１１６の円筒部１１６ｂの内側に嵌合されており、Оリング１２５によって円筒部１１６ｂの開口部が封止されている。
そして、分離部材１１６の円筒部１１６ｂの開口部の周縁部分の複数個所は、カシメ構造１２８とされ、それによりヒートシンク１２４が分離部材１１６の開口部に固定されている。このカシメ構造の位置や数は適宜決めることができる。ヒートシンク１２４をモータ本体側に装着する手段は、カシメに限定されず、溶接、接着、ねじ止め、嵌め込み構造等であってもよい。

モータハウジング１０１の他端側（図の上方の底部１０１ａの側）には、ブラシレスモータ１００を負圧ポンプ（図示省略）に装着するためのフランジ１０７が固定されている。フランジ１０７には、ボス部１０１ｂが挿通する開口が形成されるとともに、この開口の周縁には環状溝が形成され、この環状溝にはＯリング１３６が装着されている。この開口をボス部１０１ｂに挿通させ、溶接にて取付けフランジ１０７がモータハウジング１０１の底部１０１ａに固着されている。そして、図示しないねじによってブラシレスモータ１００が図示省略した負圧ポンプに締結される。

（優位性）
以上の構造によれば、スイッチング素子１２１を内蔵したブラシレスモータ１００の径方向の小型化を図ることができるとともに、耐熱性に優れたブラシレスモータ１００が得られる。特にリード線１２６を引き出す引き出し部をヒートシンク１２４の後方（軸方向の端面側）に設けることで、径方向の小型化が可能となる。また、取り付けプレート１２２にスイッチング素子１２１を立てた状態で取り付けることで、ヒートシンク１２４の径方向における形状を小型化できる。また、分離壁１１６ａを設け、更に空気層１１７を確保することで、ステータ１０２やロータ１０６といったモータ本体部分と、制御回路基板１１８側とが熱的に相互に影響し合う問題が生じ難い構造が得られる。

また、取り付けプレート１２２の底面部１２２ｂをヒートシンク１２４に熱伝導シート１２３を介して面接触させることで、取り付けプレート１２２からヒートシンク１２４への熱の伝導を良好に行うことができ、スイッチング素子１２１の放熱を効果的に行える。更に、ヒートシンク１２４端面の放熱フィン１２４ａが形成されていない部分にリード線１２６の引き出し部を設けることで、径方向へのリード線１２６の引き出しを行わない構造でありながら、放熱効果を維持することができる。

制御回路基板１１８を分離壁１１６ａから離した状態で取り付けることで、簡素な構造でありながら、電動機本体と制御ユニット相互間の熱的影響を抑えた構造が得られる。分離壁１１６ａの中央に開口を設け、そこから回転軸１０９を制御回路基板１１８の側に突出させ、回転軸１０９の端部に取り付けたマグネット１２０の磁気を制御回路基板１１８側のホール素子１１９で検出することで、分離壁１１６ａによる熱的な遮断構造を確保しながら、ロータ１０６の回転を検出できる構造が得られる。

（その他）
上述の実施形態では負圧ポンプを駆動するためのブラシレスモータについて説明したが、本発明を利用したブラシレスモータの適用範囲は、負圧ポンプに限定されない。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

本発明は、ブラシレスモータに利用することができる。

１００…ブラシレスモータ、１０１…モータハウジング、１０１ａ…底部、１０１ｂ…ボス部、１０１ｃ…カシメ構造、１０２…ステータ、１０３…ステータコア、１０４…インシュレータ、１０５…コイル、１０６…ロータ、１０７…フランジ、１０８…軸受、１０９…回転軸（シャフト）、１０９ａ…インボリュートスプライン加工、１１０…スリーブ、１１１…ロータコア、１１２…ロータマグネット、１１３…エンドキャップ、１１３ａ…円盤部、１１３ｂ…円筒部、１１３ｃ…ボス部、１１４…軸受、１１６…分離部、１１６ａ…分離壁、１１６ｂ…円筒部、１１７…空気層、１１８…制御回路基板、１１９…ホール素子、１２０…マグネット、１２１…スイッチング素子、１２２…取り付けプレート、１２２ａ…側面部、１２２ｂ…底面部、１２３…熱伝導シート、１２４…ヒートシンク、１２４ａ…放熱フィン、１２５…Оリング、１２６…リード線、１２７…ワイヤーシール、１２８…カシメ構造、１２９…制御回路基板１１８とヒートシンク１２４の間の空間、１３０…貫通孔、１３１…Оリング、１３２…コイルばね、１３３…カラー、１３４…スペーサ、１３５…ねじ、１３６…Оリング。

Claims (8)

1. 一方側に底部を備え、他方側に開口部を備えた有底筒状のモータハウジングと、
   前記モータハウジングの内側に配置されたステータと、
   前記ステータの内側に回転可能に配置されたロータと、
   前記モータハウジングの前記開口部に配置されたエンドキャップと、
   前記エンドキャップの前記ロータとは反対の側に配置された分離壁と、
   前記分離壁の前記エンドキャップとは反対の側に配置されたヒートシンクと、
   前記分離壁と前記ヒートシンクの間に配置された制御回路基板と、
   前記制御回路基板に搭載されたスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子が取り付けられると共に前記ヒートシンクに熱的に結合し、前記制御回路基板と前記ヒートシンクの間の空間に配置された取付けプレートと
   を備え、
   前記エンドキャップと前記分離壁は距離を置いて配置され、
   前記ヒートシンクは、前記制御回路基板に接続されたリード線を外部に引き出す引出し部を備えていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記スイッチング素子は、軸方向に立てた状態で前記取付けプレートに取付けられていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記取付けプレートは、前記スイッチング素子が軸方向で立てられた状態で取り付けられる側面部および前記ヒートシンクに熱的に結合する底面部を備えることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記ヒートシンクは、一方側に複数の放熱フィンが一体に形成され、他方側は前記分離壁から延在する部材に取り付けられ、前記一方側の前記放熱フィンが形成されていない箇所に前記引出し部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記制御回路基板は前記分離壁に隙間を有した状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
6. 前記ヒートシンクと前記取付けプレートとが熱伝導シートを介して接触していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
7. 前記エンドキャップと前記モータハウジング、および前記分離壁から延在する部材と前記ヒートシンクは、Ｏリングを介して結合していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
8. 前記分離壁の中央には回転軸を臨む開口を有し、前記回転軸の後端面には、マグネットが配置され、前記制御回路基板の前記回転軸に面する側には回転検出用のホール素子が併設されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。

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