JP2011083064A - 駆動制御装置、およびモータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつ、電子部品が実装されている基板への電磁ノイズの影響を低減でき、誤作動を防止することができる駆動制御装置、およびモータユニットを提供する。
【解決手段】ブラシレスモータ２の駆動制御を行うための制御ユニット３において、ホルダ８１の第２ホルダ８３に電子部品が実装されたガラスエポキシ基板９１を設け、第２ホルダ８３に、ブラシレスモータ２に電力を供給するための第２電力供給ライン９７を埋設すると共に、第２電力供給ライン９７とガラスエポキシ基板９１との間に、導電性プレート１０１を埋設した。
【選択図】図２

Description

この発明は、自動車等に搭載される駆動制御装置、およびこれを用いたモータユニットに関するものである。

従来から、車両の操舵軸の操作に応じて操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置に、３相ブラシレスモータを用いたものがある。この種のブラシレスモータは、複数のコイルが巻装されたステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータとを有しており、コイルへの給電を制御する駆動制御装置（コントロールユニット）によってロータの回転駆動が制御されている。

この種の駆動制御装置は、複数の電子部品が実装された回路基板と、この回路基板やブラシレスモータに電力を供給するための電源ラインである回路導体部材とを有している。
ここで、車両の限られたスペースに電動パワーステアリング装置を載置する場合、ブラシレスモータと駆動制御装置とを一体化し、設置スペースの省スペース化を図ることが望ましい。このため、駆動制御装置のさらなる小型化を図るべく、さまざまな技術が提案されている。例えば、回路導体部材をインサート成型した樹脂製のベース基板に、各々電子部品が実装されている金属基板や絶縁基板を取り付け、駆動制御装置の小型化を図っているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１９６７７０号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、回路導体部材の近傍に、電子部品が実装された基板が隣接配置されるので、回路導体部材に大電流が供給されると、基板への電磁ノイズによる影響が大きくなる。このため、ブラシレスモータが誤作動する虞があるという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、小型化を図りつつ、電子部品が実装されている基板への電磁ノイズの影響を低減でき、誤作動を防止することができる駆動制御装置、およびモータユニットを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、電動モータの駆動制御を行うための駆動制御装置において、樹脂ホルダ上に電子部品が実装された回路基板を設け、前記樹脂ホルダに、前記電動モータに電力を供給するための電力供給ラインを埋設すると共に、前記電力供給ラインと前記回路基板との間に、導電性プレートを埋設したことを特徴とする。
このように構成することで、電力供給ラインと回路基板とを樹脂ホルダにより一体化することができ、駆動制御装置の小型化を図ることができる。
また、電力供給ラインに大電流が供給された場合であっても電力供給ラインから生じる電磁ノイズを導電性プレートにより遮蔽することができる。このため、回路基板への電磁ノイズの影響を低減することができ、電動モータの誤作動を防止することが可能になる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の駆動制御装置と、前記電動モータとを金属製の取付部材を介して一体化したモータユニットにおいて、前記導電性プレートに固定部材を挿通可能な貫通孔を形成すると共に、前記樹脂ホルダを前記貫通孔の周囲を露出するように形成し、前記取付部材と前記導電性プレートとを接触させるように構成したことを特徴とするモータユニットとした。
このように構成することで、固定部材によって取付部材に樹脂ホルダを固定する際、導電性プレートを樹脂ホルダを固定するためのカラーとして機能させることができる。このため、部品点数を減少することができ、駆動制御装置の低コスト化を図ることが可能になる。
また、樹脂ホルダの貫通孔の周囲を露出させることにより、導電性プレートと取付部材とを接触させ、導電性プレートを容易に接地させることができる。このため、確実に電力供給ラインから生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。よって、回路基板に実装されている電子部品の電磁ノイズによる影響を低減することが可能になる。

請求項３に記載した発明は、前記電力供給ラインをバスバーにより構成したことを特徴とする。
このように構成することで、電力供給ラインに確実に大電流を供給することができ、この分電動モータのモータ効率を向上させることが可能になる。

本発明によれば、電力供給ラインと回路基板とを樹脂ホルダにより一体化することができ、駆動制御装置の小型化を図ることができる。
また、電力供給ラインに大電流が供給された場合であっても電力供給ラインから生じる電磁ノイズを導電性プレートにより遮蔽することができる。このため、回路基板への電磁ノイズの影響を低減することができ、電動モータの誤作動を防止することが可能になる。

本発明の実施形態におけるモータユニットの斜視図である。 本発明の実施形態におけるモータユニットの縦断面図であるである。 本発明の実施形態における駆動回路部の斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態における駆動回路部、および電源回路部の斜視図である。

（モータユニット）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はモータユニット１の斜視図、図２はモータユニット１の縦断面図である。
図１、図２に示すように、モータユニット１は、例えば、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に用いられるものであって、ブラシレスモータ２と、このブラシレスモータ２に軸方向で組み付け可能に設けられた制御ユニット３とで構成されている。

（ブラシレスモータ）
ブラシレスモータ２は、所謂インナーロータ型の３相モータであって、ステータ４と、ステータ４内に配置されたロータ５とを有し、ステータ４に固定されたブラケット６にロータ５が回転自在に支持されている。
ステータ４は、一端が開口された有底円筒形状のステータハウジング７の内周に、ステータコア８が圧入固定されている。

ステータハウジング７の底部７ａには、径方向略中央にボス部１４が形成され、ここにロータ５の回転軸１５の一端を回転自在に軸支するベアリング１６が圧入固定されている。
ステータハウジング７の開口側には、ブラケット６と印籠接合する際に使用されるインロー部１７が形成されている。また、ステータハウジング７の開口は、これを覆うブラケット６により閉塞されている。

ステータコア８は、環状の外周部９から径方向中央に向かってコイル１０を巻装するためのティース１１が複数突設されている。ステータコア８の内周側には、隣接するティース１１間に蟻溝状のスロット１２が複数形成されている。各ティース１１には、インシュレータ１３を装着した上からコイル１０が巻回されている。コイル１０は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルを形成している。

ステータ４のブラケット６側端には、ロータ５の回転軸１５の周囲を囲むように形成された略環状のバスバーユニット２３がインシュレータ１３上に載置された形で設けられている。バスバーユニット２３は、ステータ４のコイル１０の端末部と、制御ユニット３とを電気的に接続するものであって、樹脂モールド体２４に略環状の複数のバスバー２５が軸方向に沿って積層された形で埋設されている。

バスバー２５はコイル１０の相毎に設けられており、各相のバスバー２５と、それぞれ対応する相のコイル１０とが接続されている。また、各相のバスバー２５の外周部には、接続端子２６が軸方向に沿ってブラケット６側に向かって延設されている。これら接続端子２６は、ブラケット６に設けられている接続端子２７の一端に接続されるようになっている。

ロータ５の回転軸１５の外周には、ステータコア８を臨む位置に、ロータコア２８が外嵌固定されている。ロータコア２８は、金属板（電磁鋼板）を軸方向に積層したり、軟磁性粉を加圧したりすることにより形成されたものである。ロータコア２８の外周面には、瓦状に形成された複数の永久磁石２９が周方向に磁極が順番に変わるように配置されている。

永久磁石２９は、回転軸１５に外嵌されているマグネットホルダ３０によって位置決め固定された状態になっている。また、回転軸１５のブラケット６側には、レゾルバ２２の一方を構成するレゾルバロータ２２ａが外嵌固定されている。レゾルバ２２は、回転軸１５の回転位置を検出するための回転位置検出装置である。

ブラケット６は、ステータハウジング７に複数のボルト１８によって締結固定されている。ブラケット６の軸方向ステータ４側の面には、ステータハウジング７に突き当てたときにインロー部１７に嵌合する筒状の接合部１９を有している。接合部１９の外周面と、インロー部１７の内周面との間には、両者１９，２０に挟まれるようにしてＯリングなどのパッキン２０が装着されている。
一方、ブラケット６のインロー部１７とは反対側の面には、減速機構等を嵌合可能な筒状の接合部３１が一体成形されている。この接合部３１の外周面には、Ｏリング（不図示）を取り付けるためのＯリング溝３２が形成されている。

ブラケット６の径方向略中央には、軸方向外側にロータ５の回転軸１５の他端を回転自在に軸支するベアリング２１が圧入されている。ベアリング２１よりもステータ４側には、レゾルバ２２の他方を構成するレゾルバステータ２２ｂが固定されている。レゾルバステータ２２ｂに巻装されているレゾルバコイル（不図示）は、制御ユニット３に電気的に接続されている。

また、ブラケット６には、一側に接続端子７５が径方向外側に向かって突設されている。この接続端子７５のブラケット６から突出している部位は、軸方向に沿って曲折形成されており、制御ユニット３と電気的に接続されるようになっている。
一方、接続端子７５の他端は、ブラケット６の内部でバスバーユニット２３のバスバー２５に接続されている。これにより、接続端子７５は、バスバーユニット２３を介してステータ４のコイル１０に電気的に接続された状態になる。

（制御ユニット）
制御ユニット３は、ブラシレスモータ２の駆動制御を行うものである。制御ユニット３は、ステータハウジング７の底部７ａと周面７ｂの一部を覆うように形成されたアルミダイキャスト製の断面略Ｌ字状のベース部７６を有している。すなわち、ベース部７６は、ステータハウジング７の底部７ａに配置されている第１ベース部７６ａと、ステータハウジング７の周面７ｂに配置されている第２ベース部７６ｂとが一体成形されたものである。第１ベース部７６ａ、および第２ベース部７６ｂには、駆動回路部７７が載置されている。さらに駆動回路部７７の第１ベース部７６ａに対応する部位であって回転軸１５の軸方向外側には、電源回路部７８が設けられている。

また、ベース部７６には、各回路部７７，７８の周囲を覆うように、カバー７９がボルト８０によって締結固定されている。カバー７９は、ベース部７６に対応するように断面略Ｌ字状に形成され、かつステータハウジング７側が開口された箱状に形成されたものである。カバー７９の開口縁には、第１ベース部７６ａ、および第２ベース部７６ｂの側面に向かって延出する取付け座８７が突設されている。この取付け座８７に不図示のボルト孔が形成されている。そして、ここにボルト８０が挿通され、各ベース部７６ａ，７６ｂに形成されている不図示の雌ネジ部に螺入されるようになっている。これにより、カバー７９は、ベース部７６に締結固定される。

（駆動回路部）
図３は駆動回路部７７の斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２〜図４に示すように、駆動回路部７７は、ベース部７６に対応するように断面略Ｌ字状に形成された樹脂製のホルダ８１を有している。すなわち、ホルダ８１は、第１ベース部７６ａ上に載置されている第１ホルダ８２と、第２ベース部７６ｂ上に載置されている第２ホルダ８３とが一体成形されたものである。

第１ホルダ８２の外面８２ａには、外周部に第１ホルダ８２を第１ベース部７６ａに締結固定するための複数のボルト８６が螺入されている。
また、第１ホルダ８２の外面８２ａには、中央の大部分にボルト８６を避けるようにして開口部８４が形成されている。この開口部８４にメタル基板８５が配置され、メタル基板８５の裏面（背面）と第１ベース部７６ａとが接触するようになっている。メタル基板８５の表面には、ブラシレスモータ２の各相のコイル（不図示）に選択的に給電を行う複数のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）５３が所謂三相ブリッジ構造として実装されている。

一方、第２ホルダ８３の外面８３ａには、大部分に平面視略四角形状の凹部８８が形成されている。この凹部８８の中央には、大部分にさらに１段掘り下げられた平面視略四角形状の小凹部８９が形成されている。この小凹部８９には、第２ホルダ８３を第２ベース部７６ｂに締結固定するための固定部材としての複数のボルト９０が螺入されている。
ここで、第２ホルダ８３には、小凹部８９よりも第２ベース部７６ｂ側に、板状の導電性プレート１０１が埋設されている。導電性プレート１０１は、平面視略四角形状を有しており、その大きさは凹部８８の平面視形状に対応する大きさに設定されている。また、導電性プレート１０１には、ボルト９０に対応する箇所にボルト９０を挿通するためのボルト孔１０２が形成されている。

一方、第２ホルダ８３には、導電性プレート１０１のボルト孔１０２に対応する箇所に、第２ホルダ８３を厚さ方向に貫通する貫通孔１０３が形成されている。貫通孔１０３の内径は、ボルト９０の頭部９０ａを挿通可能な大きさに設定されている。すなわち、第２ホルダ８３の貫通孔１０３内に導電性プレート１０１のボルト孔１０２の周囲が露出した状態になる。

また、第２ベース部７６ｂには、第２ホルダ８３の貫通孔１０３に対応する箇所に、貫通孔１０３に挿入可能なボルト座１０４が突設されている。このボルト座１０４には、ボルト９０が螺入される雌ネジ部（不図示）が刻設されている。これにより、導電性プレート１０１がボルト９０により第２ベース部７６ｂに締結固定される。この結果、導電性プレート１０１が埋設されている第２ホルダ８３がボルト９０によって第２ベース部７６ｂに締結固定された状態になる。すなわち、導電性プレート１０１は、第２ホルダ８３を第２ベース部７６ｂに締結固定するためのカラーの役割を有している。

一方、凹部８８には、小凹部８９を閉塞するようにガラスエポキシ基板９１が収納されている。ガラスエポキシ基板９１は、ボルト１００によって第２ホルダ８３の凹部８８に締結固定されている。
ガラスエポキシ基板９１には、ＦＥＴ５３の駆動制御を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５４、過電圧防止用のツェナーダイオード５５、各部品に電力を安定供給するためのレギュレータＩＣ５６などの複数の電子部品が実装されている。すなわち、駆動回路部７７は、ＦＥＴ５３が実装されているメタル基板８５と、ＣＰＵ５４等の電子部品が実装されているガラスエポキシ基板９１との２つの基板８５，９１を有している。これら基板８５，９１は互いにワイヤボンディングにより電気的に接続されている。

また、ガラスエポキシ基板９１には、ブラシレスモータ２の内部に配置されている不図示のレゾルバが電気的に接続されている。さらに、ガラスエポキシ基板９１には、第２ホルダ８３の外側面に一体成形されているコネクタ９２の端子９３に電気的に接続されている。コネクタ９２は、不図示の外部制御機器から延びるコネクタが嵌着可能に形成されている。

（電源回路部）
図５は、駆動回路部７７、および電源回路部７８の斜視図である。
図２、図５に示すように、駆動回路部７７の第１ベース部７６ａに対応する部位、つまり、メタル基板８５上には、電源回路部７８が設けられている。
電源回路部７８は、駆動回路部７７を構成する第１ホルダ８２の平面視形状に対応するように形成された平板状の樹脂モールド体９４を有している。樹脂モールド体９４は、第１ホルダ８２と対向するように配置されている。すなわち、樹脂モールド体９４は、駆動回路部７７の一部であるガラスエポキシ基板９１の面に対して略直交した状態で配置されていることになる。

樹脂モールド体９４には、複数のバスバー９５が埋設されている。複数のバスバー９５は、不図示の外部電源からの電力を駆動回路部７７を介してブラシレスモータ２に供給するためのものである。すなわち、複数のバスバー９５は、不図示の外部電源と、駆動回路部７７のメタル基板８５とを電気的に接続する第１電力供給ライン９６と、メタル基板８５とブラシレスモータ２の不図示のコイルとを電気的に接続するための第２電力供給ライン９７とを構成している。

第１電力供給ライン９６の一端には、樹脂モールド体９４からこの配置方向に沿って突出した端子部９６ａが２箇所形成されている。樹脂モールド体９４の端子部９６ａに対応する部位には、端子部９６ａを取り囲むように筒状のコネクタ部９８が一体成形されている。このコネクタ部９８に不図示の外部電源からの延びるコネクタ（不図示）が嵌着されることによってバスバー９５に電力が供給される。

また、第１電力供給ライン９６の他端は、メタル基板８５側に向かって突出し、メタル基板８５に接続されている。第１電力供給ライン９６のメタル基板８５側に向かって突出した部位は、一部に小樹脂モールド体９９が設けられており、第１電力供給ライン９６の剛性を高めるようになっている。
さらに、第１電力供給ライン９６の一端と他端との間には、電磁ノイズを低減するためのチョークコイル６２、およびコンデンサ６３が実装されている。これらチョークコイル６２、およびコンデンサ６３は、樹脂モールド体５７の電子部品実装部５７ａの表面からメタル基板８５側に向かって突出した状態で配置されている。

第２電力供給ライン９７の一端は、小樹脂モールド体９９に支持されている第１電力供給ライン９６の一部と接続している。一方、第２電力供給ライン９７の他端は、駆動回路部７７の第２ホルダ８３の内部をブラシレスモータ２の周面７ｂに沿って貫通し、駆動回路部７７の第２ホルダ８３からブラケット６側に向かって突出している。
すなわち、第２電力供給ライン９７は、第２ホルダ８３に埋設された状態になっている。第２電力供給ライン９７は、第２ホルダ８３に埋設されている導電性プレート１０１よりも第２ベース部７６ｂ寄りに埋設されている。つまり、第２電力供給ライン９７とガラスエポキシ基板９１との間に導電性プレート１０１が配置された状態になっている。

第２電力供給ライン９７の第２ホルダ８３から突出した他端は、ブラケット６から突出している接続端子７５に接続される端子部９７ａとして構成されている。この端子部９７ａと接続端子７５は互いに重なり合い、溶接等によって固定される。すなわち、接続端子７５の他端を軸方向に沿って曲折形成し、ここに端子部９７ａを重ね合わせることでブラシレスモータ２と制御ユニット３との電気的な接続を行うように構成することにより、ブラシレスモータ２に対して制御ユニット３を軸方向に組み付け可能としている。また、第２電力供給ライン９７の一端と他端との間には、フェールセーフ用のリレー６４が実装されている。

（作用）
次に、モータユニット１の作用について説明する。
まず、不図示の外部電源より制御ユニット３に電力が供給されると、駆動回路部４７のＣＰＵ５４によってＦＥＴ５３のオン／オフ切換え制御が行われる。そして、ブラシレスモータ２の各相のコイル１０に第２電力供給ライン９７を介して電流が供給される。コイル１０に電流が供給されると、ステータコア８の複数のティース１１にそれぞれ所望の磁界が発生する。この磁界とロータ５の永久磁石２９との間に、磁気的な吸引力や反発力が発生し、ロータ５が回転し続ける。

ここで、ロータ５の回転位置は、レゾルバ２２によって検出される。レゾルバ２２によって検出された回転位置信号は、駆動回路部４７のＣＰＵ５４に出力される。ＣＰＵ５４は、レゾルバ２２から入力される回転位置信号に基づいて、制御信号を出力する。この信号に基づいて、ＦＥＴ５３の駆動制御が行われる。

また、第２電力供給ライン９７には、ブラシレスモータ２を駆動させるために大電流が供給される。このため、第２電力供給ライン９７から電磁ノイズが生じ、第２電力供給ライン９７に隣接配置されたガラスエポキシ基板９１に実装されているＣＰＵ５４やレギュレータＩＣなどの電子部品に影響を及ぼす虞がある。
しかしながら、第２ホルダ８３には、第２電力供給ライン９７とガラスエポキシ基板９１との間に、導電性プレート１０１が埋設されている。このため、導電性プレート１０１によって、第２電力供給ライン９７から発生する電磁ノイズが遮蔽されるので、ガラスエポキシ基板９１に実装されている電子部品への電磁ノイズの影響が低減される。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、ガラスエポキシ基板９１が固定されている第２ホルダ８３に、ブラシレスモータ２に電力を供給するための第２電力供給ライン９７を埋設し、第２電力供給ライン９７とガラスエポキシ基板９１とを一体化しているので、この分制御ユニット３の小型化を図ることができる。この結果モータユニット１の小型化も可能になる。
また、第２電力供給ライン９７に大電流が供給された場合であっても第２電力供給ライン９７から生じる電磁ノイズを導電性プレート１０１により遮蔽することができる。このため、ガラスエポキシ基板９１への電磁ノイズの影響を低減することができ、ブラシレスモータ２の誤作動を防止することが可能になる。

さらに、導電性プレート１０１にボルト孔１０２を形成すると共に、第２ホルダ８３に貫通孔１０３を形成し、ボルト９０によって第２ベース部７６ｂに導電性プレート１０１を締結固定している。このため、導電性プレート１０１に第２ホルダ８３を第２ベース部７６ｂに締結固定するためのカラーの役割を持たせることができる。よって、駆動回路部７７の部品点数を減少することができ、制御ユニット３の低コスト化を図ることが可能になる。

そして、導電性プレート１０１と第２ベース部７６ｂのボルト座１０４とが互いに接触するので、導電性プレート１０１を容易に接地させることができる。このため、確実に第２電力供給ライン９７から生じる電磁ノイズを遮蔽することができる。
また、制御ユニット３を構成する電源回路部７８の各電力供給ライン９６，９７をバスバー９５により形成するので、ブラシレスモータ２に大電流を供給することができ、この分ブラシレスモータ２のモータ効率を向上させることが可能になる。

なお、本発明は上述の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、上述の実施形態では、モータユニット１は、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に用いられるものである場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ブラシレスモータ２を有するさまざまな電装品にモータユニット１を適用することが可能である。

また、上述の実施形態では、第２ホルダ８３にガラスエポキシ基板１０１を固定した場合について説明した。しかしながら、第２ホルダ８３に固定する回路基板はガラスエポキシ基板１０１に限られるものではなく、ガラスエポキシ基板１０１に代わって電子部品を実装可能なさまざまな回路基板を採用することが可能である。

１ モータユニット
２ ブラシレスモータ（電動モータ）
３ 制御ユニット（駆動制御装置）
７６ ベース部（取付部材）
７６ａ 第１ベース部
７６ｂ 第２ベース部
７７ 駆動回路部
７８ 電源回路部
８１ ホルダ
８２ 第１ホルダ
８３ 第２ホルダ（樹脂ホルダ）
８５ メタル基板
９１ ガラスエポキシ基板（回路基板）
９５ バスバー
９６ 第１電力供給ライン
９７ 第２電力供給ライン（電力供給ライン）
１０１ 導電性プレート
１０２ ボルト孔（貫通孔）
１０３ 貫通孔
１０４ ボルト座

Claims (3)

1. 電動モータの駆動制御を行うための駆動制御装置において、
   樹脂ホルダ上に電子部品が実装された回路基板を設け、
   前記樹脂ホルダに、
   前記電動モータに電力を供給するための電力供給ラインを埋設すると共に、
   前記電力供給ラインと前記回路基板との間に、導電性プレートを埋設したことを特徴とする駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の駆動制御装置と、前記電動モータとを金属製の取付部材を介して一体化したモータユニットにおいて、
   前記導電性プレートに固定部材を挿通可能な貫通孔を形成すると共に、前記樹脂ホルダを前記貫通孔の周囲を露出するように形成し、
   前記取付部材と前記導電性プレートとを接触させるように構成したことを特徴とするモータユニット。
3. 前記電力供給ラインをバスバーにより構成したことを特徴とする請求項２に記載のモータユニット。

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