JP6068933B2 - 車両用モータユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両用モータユニットに関する。

下記特許文献１には、モータユニット等を制御する制御装置を構成する回路基板が直接又はモールドされた樹脂を介して金属ケースに取付けられた構成が開示されている。このような構成とすることで、回路基板に取付けられた高発熱部品（高発熱回路素子）の熱を金属ケース側に放熱することが可能となっている。

特開２００６−１０８３９８号公報 特開平９−８４３１９号公報 特開２０００−３１８６２８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された構成では、回路基板の全体が直接又は樹脂を介して金属ケースに接しているため、高発熱部品の熱が金属ケースを介して回路基板に取付けられた他の部品（回路素子）に伝達されることが考えられる。当該他の部品が熱を受熱したくない部品である場合、高発熱部品の熱が他の部品へ伝達されることを抑制することが望まれる。

高発熱部品の熱が他の部品へ伝達されることを抑制するために、上記特許文献２に記載された構成では、高発熱部品を回路基板から離間して配置して、当該高発熱部品の熱をヒートシンクを介して放熱している。また、上記特許文献３に記載された構成では、高発熱部品が取付けられる回路基板とその他の部品が取付けられる回路素子とを分けている。しかしながら、このような構成では、回路装置を構成する部品の点数及び回路装置を搭載するスペースの増加を招く。

本発明は上記事実を考慮し、回路基板に取付けられた発熱部品の熱が他の部品に伝達されることを抑制することができると共に、回路装置を構成する部品の点数の増加及び回路装置を搭載するスペースの増加を抑制することができる車両用モータユニットを得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る車両用モータユニットは、通電されることによって出力軸をその軸線回りに回転させるモータと、前記出力軸の回転を制御するための発熱部品及び複数のコンデンサが取付けられ、前記出力軸の軸方向を厚み方向として配置された回路基板と、前記回路基板において前記発熱部品及び前記複数のコンデンサの取付面と反対側に配置され、かつ前記発熱部品と対向する部位は前記回路基板に接触していると共に前記複数のコンデンサと対向する部位は前記回路基板から離間している放熱部材と、を備え、前記回路基板は前記モータと一体に構成されていると共に、前記回路基板はケース内に収容されており、前記放熱部材における前記複数のコンデンサと対向する部位には、前記ケースの外部に露出する複数の突起部が設けられており、前記放熱部材において前記複数の突起部が設けられた部分における前記回路基板側が、前記回路基板から離間しており、前記放熱部材において前記複数の突起部が設けられた部分における前記回路基板側の面が、該放熱部材において前記回路基板に接触している部分から離間するにつれて前記回路基板とは反対方向へ傾斜された傾斜面とされている。

請求項１記載の本発明では、モータの出力軸の回転が回路基板に取付けられた発熱部品及び制御部品によって制御される。また、本発明では、発熱部材の熱を放熱するための放熱部材が、回路基板における発熱部品及び制御部品の取付面と反対側に配置されている。さらに、放熱部材と回路基板とは、発熱部品と対向する部位において接触していると共に制御部品と対向する部位において離間している。これにより、発熱部品の熱が放熱部材を介して制御部品に伝達されることが抑制される。

また、本発明では、発熱部品の熱が制御部品に伝達されることを抑制するために、発熱部品が取付けられる回路基板と制御部品が取付けられる回路基板とを分ける等の対応が不要となる。その結果、本発明では、回路装置を構成する部品の点数の増加及び回路装置を搭載するスペースの増加を抑制することができる。

また、請求項１記載の本発明では、放熱部材の露出部が回路基板を収容するケースから露出している。そのため、発熱部品の熱は放熱部材を介して該放熱部材の露出部からケースの外部に向けて放熱される。これにより、放熱部材の露出部付近の温度の上昇が抑制され、ひいては該部分から制御部品に伝達される熱量（対流及び放射によって伝達される熱量）が低減される。すなわち、本発明では、発熱部品の熱が放熱部材を介して制御部品に伝達されることをより一層抑制することができる。

本実施形態の車両用モータユニットを分解して示す分解斜視図である。 本実施形態の車両用モータユニットをモータの軸方向に沿って切断した断面を示す断面図である。 （Ａ）ヒートシンク及び回路素子が取付けられた回路基板を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された回路基板の側面図であり、（Ｃ）は（Ａ）と反対方向から見た回路基板を示す斜視図である。 回路基板をヒートシンクが取付けられた面と反対方向からみた平面図である。 （Ａ）はヒートシンクを回路基板側から見た平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）に示された回路基板の端部を拡大して示す拡大斜視図である。

次に、図１〜図５を用いて本発明の実施形態に係る車両用モータユニットについて説明する。

図１及び図２に示されるように、本実施形態の車両用モータユニット１０は、一例として車載用エアコンの送風に用いられる、いわゆるブロアモータのユニットである。具体的には、車両用モータユニット１０は、出力軸をその軸線回りに回転させるモータ１２と、モータ１２の回転を制御する回路素子１６、回路基板１８及び回路素子１６の熱を放熱するための放熱部材としてのヒートシンク２０を含んで構成されたモータ駆動制御装置３４と、を備えている。すなわち、車両用モータユニット１０は、モータ１２及びこのモータ１２の回転を制御するモータ駆動制御装置３４と一体に構成されている。以下、先ずモータ１２について説明し、次いでモータ駆動制御装置３４を構成する回路基板１８及び回路素子１６について説明し、最後にヒートシンク２０について説明する。

（モータ１２）
モータ１２は、出力軸１４、ロータ２２及びステータ２４を主要な要素として構成されている。

出力軸１４は、円柱状の鋼材に浸炭処理等の表面処理が施されることにより構成されており、軸受部材１５によって回転自在に軸支されている。

また、ロータ２２は、一端が開放された有底円筒状に形成されており、円盤状の底壁２２Ａと、底壁２２Ａの外周端からロータ２２の一端側へ屈曲して延びる周壁２２Ｂと、を備えている。さらに、底壁２２Ａの中心部には、出力軸１４が挿入される挿入孔２２Ｃが設けられており、この挿入孔２２Ｃに出力軸１４が圧入されることによってロータ２２と出力軸１４とが一体回転可能となっている。また、周壁２２Ｂの内側には、ロータマグネット２３が設けられている。

また、ステータ２４は、導電性の巻線２６が、環状に形成されたステータコア２８に巻回されることにより構成されている。また、ステータ２４はロータ２２の周壁２２Ｂの径方向内側に配置されており、このステータ２４が界磁する磁界を受けて、ロータ２２が出力軸１４と共に回転することが可能となっている。詳述すると、ステータ２４はステータコア２８を構成するコア部材３０に巻線２６が巻かれた電磁石であって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相を構成している。ステータ２４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々は、後述するモータ駆動制御装置３４の制御により、電磁石で発生する磁界の極性が切り替えられることにより、いわゆる回転磁界を発生する。また、ステータ２４は、ケースとしての上ケース３２を介して、モータ駆動制御装置３４に取り付けられている。

（回路基板１８及び回路素子１６）
回路基板１８は、矩形板状に形成されており、回路素子１６及び後に詳述するヒートシンク２０等と共にモータ駆動制御装置３４（回路装置）を構成している。具体的には、図４に示されるように、回路基板１８の中央付近には、ステータ１４のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各々に電力を供給する電力供給端子３６Ａ、３６Ｂ、３６Ｃが設けられている。また、回路基板１８には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の制御装置が図示しないハーネス及びコネクタを介して接続されるコネクタ３８が取付けられている。さらに、回路基板１８には、複数の回路素子１６が取付けられている。詳述すると、回路基板１８には、制御部品としてのコンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄが並列に接続された状態で取付けられている。また、回路基板１８には、発熱部品としてのＦＥＴ４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ、４１Ｅ、４１Ｆが取付けられている。ＦＥＴ４１Ａ、４１ＤはＵ相に、ＦＥＴ４１Ｂ、４１ＥはＶ相に、ＦＥＴ４１Ｃ、４１ＦはＷ相に、各々供給される電力のスイッチングを行う構成である。さらに、回路基板１８には、ノイズ除去用のコイル４４が取付けられていると共に、回路保護のための逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ（発熱部品）及び大容量のコンデンサ４２が取付けられている。また、回路基板１８には、インバータ回路を制御するためのマイコン４６が取付けられている。

図２に示されるように、ケースとしての下ケース４８が上ケース３２に取付けられることによって、回路基板１８が下ケース４８と上ケース３２との間に収容されている。

（ヒートシンク２０）
以上説明した回路素子１６において、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇは、動作時の発熱が著しい。そこで、本実施形態では、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、ヒートシンク２０が、回路基板１８における動作時の発熱が著しい回路素子（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）が取付けられている箇所と板厚方向に対向する部位（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇが取付けられた面と反対側の面）に固定ボルト５０を介して取付けられている。具体的には、ヒートシンク２０は、熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属製とされており、回路基板１８の板厚方向から見て略矩形板状に形成されている。また、ヒートシンク２０の短手方向の一端には、該ヒートシンク２０の長手方向に沿って露出部としての複数の突起部５２が設けられている、この突起部５２は、回路基板１８から離間する方向に向けて突出する円柱状に形成されている。この複数の突起部５２を有することによって、ヒートシンク２０の表面積が大きくなり、ヒートシンク２０の放熱性能が向上されている。また、図２に示されるように、回路基板１８が下ケース４８と上ケース３２との間に収容された状態において、突起部５２は上ケース３２から露出している。

また、図３（Ｃ）、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ヒートシンク２０における回路素子（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）と対向する部位には、回路基板１８に沿って延びる対向面５４が設けられている。

また、ヒートシンク２０には、回路基板１８と当接することによって回路基板１８と対向面５４との間に放熱材が介在する隙間を形成する第１脚部５６及び第２脚部５８が設けられている。

第１脚部５６は、ヒートシンク２０の長手方向の両端部に設けられていると共に、該ヒートシンク２０の短手方向を長手方向とする矩形状に形成されている。また、第１脚部５６は、前述した対向面５４よりも回路基板１８側に向けて突出している。さらに、第１脚部５６の突出方向の端面は、回路基板１８に当接する当接面５６Ａとされている。

第２脚部５８は、ヒートシンク２０の長手方向の両端部かつ該ヒートシンク２０の短手方向の他端側の角部に配置されている。また、第２脚部５８は、前述した対向面５４よりも回路基板１８側に向けて突出している。さらに、第２脚部５８の突出方向の端面は、回路基板１８に当接する当接面５８Ａとされていると共に、この当接面５８Ａと第１脚部５６の当接面５６Ａとは略面一となるように設定されている。

また、対向面５４と隣り合う部位には、回路基板１８から離間する方向に窪んだ凹部６０が設けられている。この凹部６０は、第１脚部５６と対向面５４との間に配置された第１凹部６０Ａと、第２脚部５８と対向面５４との間に配置された第２凹部６０Ｂと、ヒートシンク２０の外周端に沿って配置された第３凹部６０Ｃと、を有して構成されている。

また、第１脚部５６におけるヒートシンク２０の他端側の部位は、締結部６２とされていると共に、この締結部６２には、固定ボルト５０が螺入される螺子孔６２Ａが形成されている。また、一対の締結部６２は、対向面５４を挟むように配置されており、この一対の締結部６２（螺子孔６２Ａ）を結ぶ線Ｌが、回路基板１８と対向面５４とが接触する部位（図４において２点鎖線で囲まれた部位）の中間部に配置されている。換言すると、一対の締結部６２（螺子孔６２Ａ）を結ぶ線Ｌによって、回路基板１８と対向面５４とが接触する部位（図４において２点鎖線で囲まれた部位）が、ヒートシンク２０の短手方向に略２等分に区切られている構成である。また、本実施形態では、一対の締結部６２を結ぶ線Ｌが延びる方向が、ヒートシンク２０の長手方向と一致している。

また、ヒートシンク２０における回路素子（コンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ）と対向する部位で、かつ突起部５２が突出する方向と反対側の面は、回路基板１８が延びる方向に対して傾斜して延びる傾斜面６４とされている。この傾斜面６４は、ヒートシンク２０の短手方向の一端側に向けて徐々に回路基板１８との距離が大きくなるように設定されている。

以上説明したヒートシンク２０の対向面５４にゲル状かつ熱伝導性を有する図示しない放熱材が塗布された後、ヒートシンク２０が回路基板１８に固定ボルト５０を介して取付けられている。その結果、ヒートシンク２０の対向面５４と回路基板１８とが放熱材を介して接触している。なお、放熱材としては、一例として流動性を有するシリコングリスが用いられているが、常温時には流動性を有するゲル状でＦＥＴ等の素子の発熱によって硬化するシリコーン樹脂の放熱材を用いることもできる。

（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。

図１及び図２に示されるように、本実施形態の車両用モータユニット１０は、モータ１２の出力軸１４の回転が回路基板１８に取付けられた回路素子１６によって制御される。また、本実施形態では、図４及び図５に示されるように、回路素子（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）とヒートシンク２０の対向面５４との間に放熱材が介在している。そのため、通電されることによって発熱した回路素子（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）の熱が、放熱材及びヒートシンク２０を介して放熱される。さらに、本実施形態では、ヒートシンク２０が、対向面５４を挟むように配置された一対の締結部６２を介して回路基板１８に取付けられていると共に、この一対の締結部６２を結ぶ線Ｌが回路基板１８と対向面５４とが接触する部位の中間部に配置されている。そのため、ヒートシンク２０が、一対の締結部６２を結ぶ線Ｌを軸方向として回路基板１８に対して傾くことが抑制される。その結果、ヒートシンク２０を回路基板１８に均等に押圧できる。すなわち、本実施形態では、ヒートシンク２０を回路基板１８に取付けるための締結点を少なくすることができると共に、回路基板１８と放熱材とが離間する、或いは放熱材とヒートシンク２０とが離間することを抑制することができる。その結果、回路素子１６とヒートシンク２０との間の接触熱抵抗を小さくすることができる。

また、本実施形態では、ヒートシンク２０が一対の締結部６２を介して回路基板１８に取付けられていると共に、一対の締結部６２を結ぶ線Ｌが延びる方向がヒートシンク２０の長手方向と一致している。そのため、ヒートシンク２０の長手方向の中間部を回路基板１８に均等に押圧できる。その結果、本実施形態では、放熱効率を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、放熱材が熱伝導性を有するゲル状とされているため、回路基板１８とヒートシンク２０との間により均一に放熱材が介在される。その結果、本実施形態では、回路素子１６とヒートシンク２０との間の接触熱抵抗をより一層小さくすることができる。

また、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、本実施形態では、ヒートシンク２０における対向面５４と隣り合う部位に回路基板１８から離間する方向に窪んだ凹部６０が設けられている。そのため、ヒートシンク２０を回路基板１８に取付ける際に、対向面５４と回路素子１６との間からはみ出した放熱材が凹部６０内に収容される（凹部６０内に留まる）。その結果、本実施形態では、ヒートシンク２０と回路基板１８との間から放熱材がはみ出ることを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記の凹部６０が、ヒートシンク２０の第１脚部５６と対向面５４との間に設けられた第１凹部６０Ａと、ヒートシンク２０の第２脚部５８と対向面５４との間に設けられた第２凹部６０Ｂと、を有して構成されている。そのため、対向面５４と回路素子１６との間からはみ出した放熱材が第１脚部５６の当接面５６Ａ及び第２脚部５８の当接面５６Ｂと回路基板１８との間に介在することが抑制される。その結果、本実施形態では、回路基板１８に対してヒートシンク２０が傾くことを抑制することができる。

次に、本実施形態の特有の作用並びに効果について説明する。

図３及び図５に示されるように、本実施形態では、ヒートシンク２０と回路基板１８とは、発熱の著しい回路素子（ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇ）と対向する部位において放熱材を介して接触していると共に、発熱の少ない回路素子（コンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ）と対向する部位において離間している。これにより、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇの熱がヒートシンク２０を介してコンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄに伝達されることを抑制することができる。

また、本実施形態では、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇの熱がヒートシンク２０を介してコンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄに伝達されることを抑制するために、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇが取付けられる回路基板とコンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄが取付けられる回路基板とを分ける等の対応が不要となる。その結果、本実施形態では、モータ駆動制御装置３４を構成する部品の点数の増加及びモータ駆動制御装置３４を搭載するスペースの増加を抑制することができ、ひいては車両用モータユニット１０の小型化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、ヒートシンク２０の突起部５２が回路基板１８を収容する上ケース３２側から露出している。そのため、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇの熱はヒートシンク２０を介して該ヒートシンク２０の突起部５２からケース（上ケース３２及び下ケース４８）の外部に向けて放熱される。これにより、ヒートシンク２０の突起部５２付近の温度の上昇が抑制され、ひいては該部分からコンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄに伝達される熱量（対流及び放射によって伝達される熱量）が低減される。すなわち、本実施形態では、ＦＥＴ４１Ａ〜４１Ｆ及び逆接防止ＦＥＴ４１Ｇの熱がヒートシンク２０を介してコンデンサ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄに伝達されることをより一層抑制することができる。

なお、本実施形態では、ヒートシンク２０の対向面と回路基板１８とを放熱材を介して接触させた例について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、ヒートシンク２０の対向面と回路基板１８とを直接接触させた構成としてもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０…車両用モータユニット，１２…モータ，１４…出力軸，１８…回路基板，２０…ヒートシンク（放熱部材），３２…上ケース（ケース），４０Ａ…コンデンサ（制御部品），４０Ｂ…コンデンサ（制御部品），４０Ｃ…コンデンサ（制御部品），４０Ｄ…コンデンサ（制御部品），４１Ａ…ＦＥＴ（発熱部品），４１Ｂ…ＦＥＴ（発熱部品），４１Ｃ…ＦＥＴ（発熱部品），４１Ｄ…ＦＥＴ（発熱部品），４１Ｅ…ＦＥＴ（発熱部品），４１Ｆ…ＦＥＴ（発熱部品），４１Ｇ…逆接防止ＦＥＴ（発熱部品），４８ 下ケース（ケース）５２ 突起部（露出部）

Claims (1)

1. 通電されることによって出力軸をその軸線回りに回転させるモータと、
   前記出力軸の回転を制御するための発熱部品及び複数のコンデンサが取付けられ、前記出力軸の軸方向を厚み方向として配置された回路基板と、
   前記回路基板において前記発熱部品及び前記複数のコンデンサの取付面と反対側に配置され、かつ前記発熱部品と対向する部位は前記回路基板に接触していると共に前記複数のコンデンサと対向する部位は前記回路基板から離間している放熱部材と、
   を備え、
   前記回路基板は前記モータと一体に構成されていると共に、前記回路基板はケース内に収容されており、
   前記放熱部材における前記複数のコンデンサと対向する部位には、前記ケースの外部に露出する複数の突起部が設けられており、
   前記放熱部材において前記複数の突起部が設けられた部分における前記回路基板側が、前記回路基板から離間しており、
   前記放熱部材において前記複数の突起部が設けられた部分における前記回路基板側の面が、該放熱部材において前記回路基板に接触している部分から離間するにつれて前記回路基板とは反対方向へ傾斜された傾斜面とされている車両用モータユニット。

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