JP2017225306A - 減速機付モータ - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング素子の放熱を確実に行いつつ、部品点数増加及びコスト上昇を抑えることのできる減速機付モータを提供する。【解決手段】ワイパモータ１は、モータ部と、回転軸に連結されたウォーム軸、ウォーム軸に噛合して回転軸の回転を減速して出力するウォームホイールを有する減速機部と、モータ収容部１７及び減速機収容部１３を備えたハウジング本体１１と、ハウジング本体１１内に収容され、モータ部に電流を供給するＦＥＴ素子４２を有したコントローラ基板４０と、を備え、ハウジング本体１１は、減速機収容部１３に対してモータ収容部１７が回転軸の軸線方向に沿って外方に延びるよう設けられるとともに、モータ収容部１７に隣接して減速機収容部１３から外方に延びる基板放熱部１８が形成され、コントローラ基板４０のＦＥＴ素子４２は基板放熱部１８に対向する位置に設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、ワイパモータとして用いられる減速機付モータに関するものである。

従来から、自動車等の車両のフロントガラス等に付着した埃や雨滴等を払拭するために、ワイパブレードが装着されたワイパアームをフロントガラス上における所定の範囲内で揺動動作させるワイパモータが知られている。

この種のワイパモータは、駆動源としてのモータ部と、モータ部の回転駆動力を減速して出力するウォーム軸及びウォームホイールからなる減速機部と、この減速機部やモータ部のコントローラ基板等を収納するハウジングと、を備えている（例えば、特許文献１参照）。

モータ部は、ハウジングに内嵌固定されたステータと、ステータに対して回転自在に設けられたロータと、を備えている。ステータには、複数のコイルが巻回されている。コントローラ基板には、各コイルに選択的に供給される電流を制御するＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子が実装されている。

このようなワイパモータにおいて、スイッチング素子を実装したコントローラ基板は、ハウジングの開口部に、ハウジング内に収容されたウォーム軸やウォームホイールを覆うように設けられていることが多い。

特開２０１１−２３４４５３号公報

上述したような構成において、スイッチング素子は、作動時に発する熱による温度上昇を抑制する必要がある。
しかしながら、ウォーム軸やウォームホイールを覆うようにコントローラ基板を設けた場合、スイッチング素子で発する熱をハウジングに伝達して放熱するため、コントローラ基板においてスイッチング素子が設けられた部分の裏面側に、放熱板を追加する必要がある。その結果、部品点数が増加し、コスト上昇に繋がる。

そこで、本発明の目的は、スイッチング素子の放熱を確実に行いつつ、部品点数増加及びコスト上昇を抑えることのできる減速機付モータを提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の減速機付モータは、外部から供給される電流によって回転軸を回転駆動させるモータ部と、前記回転軸に連結されたウォーム軸、前記ウォーム軸に噛合し、前記回転軸の回転を減速して出力するウォームホイールを有する減速機部と、前記モータ部を収容するモータ収容部及び前記減速機部を収容する減速機収容部を備えたハウジングと、前記ハウジング内に収容され、前記モータ部に前記電流を供給するスイッチング素子を有したコントローラ基板と、を備え、前記ハウジングは、前記モータ収容部が前記減速機収容部から前記回転軸の軸線方向に沿って外方に延びるよう設けられるとともに、前記モータ収容部に隣接して前記減速機収容部から外方に延びる基板放熱部が形成され、前記コントローラ基板の前記スイッチング素子は前記基板放熱部に対向する位置に設けられていることを特徴とする。

このような構成によれば、基板放熱部が、モータ収容部に隣接して減速機収容部から外方に延びるように形成され、コントローラ基板のスイッチング素子が基板放熱部に対向する位置に設けられているので、スイッチング素子で発した熱を、基板放熱部を介して外部に放熱することができる。したがって、スイッチング素子で発した熱をハウジングに伝達するための放熱用の部材等を備える必要が無い。

また、本発明は、前記基板放熱部が、前記スイッチング素子に対向する位置に、前記コントローラ基板に突き当たるパッド部を有しているのが好ましい。

このような構成によれば、基板放熱部に設けたパッド部がスイッチング素子に対向する位置でコントローラ基板に突き当たることで、スイッチング素子で発する熱を効率よく放熱することができる。

また、本発明は、前記コントローラ基板に電流を供給するための外部のコネクタが接続される外部接続端子を有したコネクタ受容部が、前記減速機収容部を挟んで前記モータ収容部及び前記基板放熱部と反対側に設けられていてもよい。

このような構成によれば、外部接続端子が減速機収容部を挟んで基板放熱部と反対側に設けられることで、コントローラ基板のスイッチング素子と外部接続端子とが、減速機収容部を挟んで離間して配置される。これにより、スイッチング素子とコネクタ受容部との相互干渉による電磁ノイズの発生を抑えることができる。
また、コネクタ受容部は、減速機収容部を挟んでモータ収容部と反対側に設けられることで、コネクタ受容部に対して外部のコネクタを接続するに際し、外部のコネクタがモータ収容部に干渉するのを抑え、コネクタを容易に接続することができて作業性が向上する。また、コネクタ受容部に接続されるコネクタが端部に設けられた配線ハーネスが、高温となるモータ部に干渉するのを抑えることができる。

また、本発明は、前記ハウジングを車体に固定するためのサポート部材が、前記ハウジングの外部において、前記減速機収容部と前記基板放熱部とを跨がるように配置されていてもよい。

このような構成によれば、ハウジングは、減速機収容部に対して外方に延びる基板放熱部を備えているので、減速機収容部と基板放熱部とを結ぶ方向のハウジングの外形寸法が大きくなっている。サポート部材を、減速機収容部と基板放熱部とを跨がるように配置することで、サポート部材をハウジングに対して固定するに際し、ボルト等による固定部位のスパンを大きく確保することができ、サポート部材を安定的に固定することができる。

本発明によれば、スイッチング素子の放熱を確実に行いつつ、部品点数増加及びコスト上昇を抑えることが可能となる。

本発明の実施形態における減速機付モータの外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態における減速機付モータを、図１とは異なる側から見た斜視図である。 本発明の実施形態におけるモータ部と減速機部の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態における減速機付モータのカバーを取り外した状態の斜視図である。 本発明の実施形態における減速機付モータをサポート部材に取り付けた状態を示す平面図である。 本発明の実施形態における減速機付モータを、図５とは車体の反対側でサポート部材に取り付けた状態を示す平面図である。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態におけるワイパモータ１の外観を示す斜視図である。図２は、ワイパモータ１を、図１とは異なる側から見た斜視図である。図３は、ワイパモータ１に備えたモータ部２０と減速機部３０の構成を示す斜視図である。図４は、ワイパモータ１のカバー１２を取り外した状態の斜視図である。図５は、ワイパモータ１をサポート部材８０に取り付けた状態を示す平面図である。図６は、ワイパモータ１を、図５とは車体の反対側でサポート部材８０に取り付けた状態を示す平面図である。

本実施形態のワイパモータ（減速機付モータ）１は、例えば図示しない車両のフロントウィンドウを払拭する図示しないフロントワイパ（ワイパ装置）を駆動させるものである。具体的に、図１から図４に示すように、ワイパモータ１は、ワイパモータ１の外殻をなすハウジング１０と、ハウジング１０に設けられたモータ部２０と、ハウジング１０内に設けられ、モータ部２０の回転を減速して出力する減速機部３０（図３参照）と、モータ部２０の駆動制御を行うコントローラ基板４０（図４参照）と、を備えている。

図１、図２に示すように、ハウジング１０は、例えばアルミダイキャスト等の放熱性の優れた材料に形成されている。ハウジング１０は、モータ部２０、減速機部３０（図３参照）、及びコントローラ基板４０（図４参照）を保持するハウジング本体１１と、カバー１２と、から構成されている。

図３に示すように、ハウジング本体１１は、その一面側に、減速機部３０を収容する減速機収容部１３が形成されている。減速機収容部１３は、ハウジング本体１１の天面部１１ｔから天面部１１ｔに対向する背面部１１ｂに向かって窪んだ有底状で、背面部１１ｂ側に形成された底部１３ｂと、底部１３ｂの外周部から天面部１１ｔ側に立ち上がる周壁部１３ｗとに囲まれて形成されている。
減速機収容部１３には、後述するウォーム軸３１を収容する軸収容部１４と、ウォームホイール３２を収容するホイール収容凹部１５と、が形成されている。

減速機収容部１３内には、軸収容部１４の軸線方向の両端部に、ウォーム軸３１（回転軸２７）の両端部を回転自在に支持する軸受部１６Ａ，１６Ｂが形成されている。

図３、図４に示すように、ハウジング本体１１の外周部には、周壁部１３ｗから外方に向かってウォーム軸３１の軸線方向に沿って筒状に延び、モータ部２０の一部を収容するモータ収容部１７が一体に形成されている。モータ収容部１７の内側には、周壁部１３ｗを貫通し、前記の軸受部１６Ａに連通する軸挿通穴１７ｈが形成されている。

また、ハウジング本体１１の天面部１１ｔ側には、周壁部１３ｗから減速機収容部１３の径方向外側に向かって延びる板状の基板放熱部１８が一体に形成されている。この基板放熱部１８は、減速機収容部１３のホイール収容凹部１５から、ウォーム軸３１の軸線方向に沿って外方に延び、モータ収容部１７に対してウォーム軸３１の軸線方向に直交する方向に隣接して形成されている。
図３に示すように、この基板放熱部１８には、後述するＦＥＴ素子（スイッチング素子）４２に対向する位置に、天面部１１ｔ側に突出する平面視矩形状のパッド部１８ｐが形成されている。

ハウジング本体１１の天面部１１ｔ側には、上記減速機収容部１３と基板放熱部１８とを取り囲むように、背面部１１ｂ側から天面部１１ｔ側に向かって立ち上がるリブ１１ｐが、周方向に連続して形成されている。

また、図１に示すように、ハウジング本体１１には、背面部１１ｂから、天面部１１ｔとは反対側に突出するボス部１９が一体に形成されている。ボス部１９には、ホイール収容凹部１５に連通する軸挿通孔（図示無し）が貫通形成されている。

図２に示すように、カバー１２は、ハウジング本体１１の天面部１１ｔ側において、リブ１１ｐに囲まれた減速機収容部１３（図３参照）と基板放熱部１８（図３参照）とを塞ぐように設けられる。カバー１２は、その外周部の複数個所において、ボルト（図示無し）によってハウジング本体１１に締結されている。
また、カバー１２には、このカバー１２をハウジング本体１１に取り付けた状態で、モータ収容部１７に対し、軸線方向Ｃに沿った反対側に向かって突出するコネクタ受容部１２Ｃが形成されている。このコネクタ受容部１２Ｃは、筒状をなし、外部の電源供給コネクタ（コネクタ）が接続可能とされている。

（モータ部）
図３に示すように、モータ部２０は、モータカバー２１（図１参照）と、略円筒状のステータ２２と、ステータ２２の径方向内側に設けられ、ステータ２２に対して回転可能設けられたロータ２３と、を備えている。

図１に示すように、モータカバー２１は、鉄等の金属からなる部材であって、例えば深絞りによるプレス加工等により有底円筒状に成形されている。モータカバー２１の開口端には、径方向外側に張り出すフランジ２１ａが形成され、フランジ２１ａに挿通されたボルト２１ｂにより、モータカバー２１がモータ収容部１７に連結されている。

図３に示すように、ステータ２２は、モータカバー２１の内周面に沿って配置される。ステータ２２は、略円筒状に形成されたステータコア２４と、ステータコア２４から径方向内側に向かって突出する複数のティース２５と、巻線２６と、を備える。

ステータコア２４は、複数の鋼板２４ｐを積層して形成される。なお、ステータコア２４は、複数の金属板を積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成してもよい。このように形成されたステータコア２４の外周面が、モータカバー２１に内嵌される。

ティース２５は、ステータコア２４の径方向内側に沿って周方向に等間隔に形成されている。

巻線２６は、各ティース２５に巻装され、コントローラ基板４０から供給される電流によって、ロータ２３を回転させるための磁束を発生する。

ロータ２３は、ステータ２２の径方向内側の中心部に配されている。ロータ２３は、回転軸２７と、回転軸２７に外嵌固定されている円柱状のロータコア２８と、ロータコア２８の外周面に嵌合されるリング状の永久磁石２９と、を備えている。

回転軸２７は、棒状で、軸受部１６Ａ，１６Ｂに回転自在に支持されている。回転軸２７は、その一端部２７ａが、減速機収容部１３内の軸収容部１４に収容されて軸受部１６Ｂに回転自在に支持され、他端部２７ｂがモータ収容部１７内に突出するようにして設けられている。

ロータコア２８は、複数の金属板を軸方向に積層することにより形成されている。なお、ロータコア２８は、複数の金属板を軸方向に積層して形成する場合に限られるものではなく、例えば、軟磁性粉を加圧成形することにより形成してもよい。
ロータコア２８の径方向略中央には、軸方向に貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔に、回転軸２７が圧入されている。なお、貫通孔に対して回転軸２７を挿入し、接着剤等を用いて回転軸２７にロータコア２８を外嵌固定してもよい。

ロータコア２８の外周面に嵌合される永久磁石２９には、複数の磁極が周方向に順番に形成されるように着磁されている。
このようなロータ２３は、ロータ２３の永久磁石２９と、ステータ２２の巻線２６で発生する磁束との間に生じる磁気的な吸引力や反発力によって、その中心軸回りに回転する。

（減速部）
減速機部３０は、ウォーム軸３１と、ウォーム軸３１に噛合されるウォームホイール３２と、により構成されている。

ウォーム軸３１は、軸受部１６Ａ，１６Ｂの中間部において、モータ部２０の回転軸２７の外周面に、螺旋状に連続するウォームギヤ部３１ｇが形成されることで、回転軸２７の一部として形成されている。なお、ウォーム軸３１は、モータ部２０の回転軸２７とは別体として構成し、ウォーム軸３１と回転軸２７とを連結することで一体化してもよい。

ウォームホイール３２は、円盤状で、その外周面にウォーム軸３１のウォームギヤ部３１ｇに噛み合う外周ギヤ部３２ｇを有している。ウォームホイール３２は、ハウジング本体１１の減速機収容部１３のホイール収容凹部１５に収容されている。

ウォームホイール３２において、減速機収容部１３の底部１３ｂに対向する側には、このウォームホイール３２の径方向中央から突出する出力軸３３が設けられている。出力軸３３はウォームホイール３２の回転中心と同軸上に配置されている。出力軸３３の先端部は、ハウジング本体１１に形成されたボス部１９の軸挿通孔を介してハウジング本体１１の外部に突出している。出力軸３３の先端部には、不図示の電装品と接続可能なスプライン３３ａが形成されている。

（コントローラ部）
図４に示すように、モータ部２０の駆動制御を行うコントローラ基板４０は、基板本体４１と、基板本体４１上に実装されたＦＥＴ素子４２と、モータ部２０の巻線２６に電流を供給する給電端子（図示無し）と、外部のコネクタに電気的に接続される外部接続端子４４と、を少なくとも備えている。

基板本体４１は、いわゆるエポキシ基板上に、ＦＥＴ素子４２，給電端子（図示無し），外部接続端子４４，その他の不図示の各種電気素子部品を電気的に接続する所定の導電性のパターン（不図示）が形成されたものである。

この基板本体４１は、ハウジング本体１１のリブ部１１ｐの内側で、減速機収容部１３と、基板放熱部１８とを覆うように配置される。この実施形態において、基板本体４１は、減速機収容部１３に収容されたウォーム軸３１とウォームホイール３２とを覆うように形成された矩形状部４１ａと、矩形状部４１ａから基板放熱部１８側に突出するように延びる突出部４１ｂとからなる、平面視略Ｌ字状に形成されている。

ＦＥＴ素子４２は、巻線２６に供給する電流を制御するスイッチング素子である。ＦＥＴ素子４２は、基板本体４１上において、基板放熱部１８に対向する突出部４１ｂ上に実装されている。基板本体４１の下面は、基板放熱部１８に形成された各パッド部１８ｐ（図３参照）に接するように設けられ、基板本体４１上の各ＦＥＴ素子４２は、各パッド部１８ｐに対向した位置に配置されている。

外部接続端子４４は、基板本体４１において、ＦＥＴ素子４２に対して対角線に沿った反対側、すなわち、ＦＥＴ素子４２に対し、回転軸２７の軸線方向、及びこの軸線方向に直交する方向の反対側の端部４１ｓに実装されている。これにより、ＦＥＴ素子４２と外部接続端子４４とは、基板本体４１において互いに最も遠い位置に配置されている。
外部接続端子４４は、図２に示すカバー１２に設けられたコネクタ受容部１２Ｃ内に延び、このコネクタ受容部１２Ｃに接続される外部の電源供給コネクタ（図示無し）に電気的に接続される。

（ワイパモータの動作）
次にワイパモータ１の動作について説明する。
ワイパモータ１は、外部接続端子４４を介して外部から基板本体４１に供給された電力が、ＦＥＴ素子４２によりモータ部２０の各巻線２６に選択的に供給される。すると、ステータ２２に所定の磁界が形成され、この磁界とロータ２３の永久磁石２９との間で磁気的な吸引力や反発力が生じる。これにより、ロータ２３が継続的に回転する。
ロータ２３が回転すると、回転軸２７と一体に形成されているウォーム軸３１が回転し、さらにウォーム軸３１に噛合されているウォームホイール３２が回転する。そして、ウォームホイール３２に連結されている出力軸３３が回転し、所望の電装品が駆動する。

ここで、図５、図６に示すように、ワイパモータ１は、車両に対し、パイプ状のサポート部材８０を介して装着する場合がある。
この場合、サポート部材８０は、ハウジング本体１１の背面部１１ｂ側において、ボス部１９に対し、ウォーム軸３１やモータ部２０が設けられている側とは反対側の、ＦＥＴ素子４２が配置されている側に配置し、図示しないブラケット等を介してハウジング本体１１に固定するのが好ましい。
さらに、この場合、ハウジング本体１１の基板放熱部１８とサポート部材８０との隙間を、金属製のスペーサ等で埋めることで、ＦＥＴ素子４２で発する熱を、ハウジング本体１１の基板放熱部１８からサポート部材８０に伝達することも可能である。

このように、本実施形態のハウジング本体１１は、減速機収容部１３に対してモータ収容部１７が回転軸２７の軸線方向Ｃに沿って外方に延びるよう設けられるとともに、モータ収容部１７に隣接して減速機収容部１３から外方に延びる基板放熱部１８が形成され、コントローラ基板４０のＦＥＴ素子４２は基板放熱部１８に対向する位置に設けられている。
このような構成によれば、基板放熱部１８が、モータ収容部１７に隣接して減速機収容部１３から外方に延びるように形成され、コントローラ基板４０のＦＥＴ素子４２が基板放熱部１８に対向する位置に設けられているので、ＦＥＴ素子４２で発した熱を、基板放熱部１８を介してハウジング本体１１に放熱することができる。したがって、ＦＥＴ素子４２で発した熱をハウジング本体１１に伝達するための放熱用の部材等を用いる必要が無く、ＦＥＴ素子４２の放熱を確実に行いつつ、部品点数増加及びコスト上昇を抑えることが可能となる。

また、基板放熱部１８は、ＦＥＴ素子４２に対向する位置に、コントローラ基板４０に突き当たるパッド部１８ｐを有している。
このような構成によれば、基板放熱部１８に設けたパッド部１８ｐがＦＥＴ素子４２に対向する位置でコントローラ基板４０に突き当たることで、ＦＥＴ素子４２で発する熱を効率よくハウジング本体１１に放熱することができる。

また、外部接続端子４４が減速機収容部１３を挟んで基板放熱部１８と反対側に設けられることで、コントローラ基板４０のＦＥＴ素子４２と、外部接続端子４４とが、減速機収容部１３を挟んで離間して配置される。これにより、ＦＥＴ素子４２とコネクタ受容部１２Ｃとの相互干渉による電磁ノイズの発生を抑えることができる。

さらに、コネクタ受容部１２Ｃは、減速機収容部１３を挟んでモータ収容部１７やモータカバー２１と反対側に設けられることで、コネクタ受容部１２Ｃに対して外部のコネクタを接続するに際し、外部のコネクタがモータ収容部１７やモータカバー２１に干渉するのを抑えることができる。
また、図５に示すように、ワイパモータ１を、サポート部材８０によって車体左側に設けた場合と、図６に示すように車体右側に設けた場合とで、コネクタ受容部１２Ｃに接続する外部の電源供給コネクタは、左右の向きが異なるだけであり、コネクタを容易に接続することができて作業性が向上する。

また、ハウジング本体１１を車体に固定するためのサポート部材８０が、ハウジング本体１１の外部において、減速機収容部１３と基板放熱部１８とを跨がるように配置されている。
このような構成によれば、ハウジング本体１１は、減速機収容部１３に対して外方に延びる基板放熱部１８を備えているので、減速機収容部１３と基板放熱部１８とを結ぶ方向のハウジング本体１１の外形寸法が大きくなっている。サポート部材８０を、減速機収容部１３と基板放熱部１８とを跨がるように配置することで、サポート部材８０をハウジング本体１１に対して固定するに際し、ボルト等による固定部位のスパンを大きく確保することができ、サポート部材８０を安定的に固定することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上述の各実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

例えば、上記実施形態において、ワイパモータ１は、ブラシレスモータとして例示したが、ブラシ付モータにおいても、上記と同様の構成を適用することが可能である。

また、上記実施形態では、本発明の減速機付モータの一例として、ワイパ駆動用のワイパモータを示したが、これに限らず、他の各種電装部品を駆動する用途として用いても構わない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１…ワイパモータ（減速機付モータ）
１０…ハウジング
１１…ハウジング本体
１２…カバー
１２Ｃ…コネクタ受容部
１３…減速機収容部
１７…モータ収容部
１８…基板放熱部
１８ｐ…パッド部
２０…モータ部
２７…回転軸
３０…減速機部
３１…ウォーム軸
３２…ウォームホイール
３３…出力軸
４０…コントローラ基板
４２…ＦＥＴ素子（スイッチング素子）
４４…外部接続端子
８０…サポート部材

Claims (4)

1. 外部から供給される電流によって回転軸を回転駆動させるモータ部と、
   前記回転軸に連結されたウォーム軸、前記ウォーム軸に噛合し、前記回転軸の回転を減速して出力するウォームホイールを有する減速機部と、
   前記モータ部を収容するモータ収容部及び前記減速機部を収容する減速機収容部を備えたハウジングと、
   前記ハウジング内に収容され、前記モータ部に前記電流を供給するスイッチング素子を有したコントローラ基板と、を備え、
   前記ハウジングは、前記モータ収容部が前記減速機収容部から前記回転軸の軸線方向に沿って外方に延びるよう設けられるとともに、前記モータ収容部に隣接して前記減速機収容部から外方に延びる基板放熱部が形成され、
   前記コントローラ基板の前記スイッチング素子は前記基板放熱部に対向する位置に設けられていることを特徴とする減速機付モータ。
2. 前記基板放熱部は、前記スイッチング素子に対向する位置に、前記コントローラ基板に突き当たるパッド部を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の減速機付モータ。
3. 前記コントローラ基板に電流を供給するための外部のコネクタが接続される外部接続端子を有したコネクタ受容部が、前記減速機収容部を挟んで前記モータ収容部及び前記基板放熱部と反対側に設けられている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減速機付モータ。
4. 前記ハウジングを車体に固定するためのサポート部材が、前記ハウジングの外部において、前記減速機収容部と前記基板放熱部とを跨がるように配置されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の減速機付モータ。

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