JP2012135187A - モータ制御装置及びこれを備える電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化と放熱性確保とを両立できるモータ制御装置及びこれを備える電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータ１２とモータ１２の駆動を制御するＥＣＵ１１とが一体的に取り付けられ、ＥＣＵ１１がモータ１２を駆動したときに発生する熱をモータ１２の端部３０に伝導することにより放熱させるモータ制御装置２０において、ＥＣＵ１１と端部３０との間に接して配置されるヒートシンク２３を備え、ヒートシンク２３は、端部３０と接する面が開口して凹形状の第１空洞部２４を形成し、熱伝導性樹脂２５を第１空洞部２４に設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータとモータの駆動を制御する制御部とが一体的に取り付けられたモータ制御装置、及びこのモータ制御装置を備える電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、車両用のパワーステアリング装置には、モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、このようなＥＰＳには、従来の油圧式のパワーステアリング装置と比較して、レイアウト自由度が高く、且つエネルギー消費量が小さいという利点がある。このため、近年では、車種や車格等を問わず、幅広い範囲において、その採用が進められるようになっている。

また、近年、車両においては、燃費向上のため、より一層の軽量化が進められ、上記のＥＰＳについても同様な要求がある。
そこで、ＥＰＳを構成するモータ制御装置は、小型化、軽量化、及び低コスト化のために、モータとこれを制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）とを一体化した構成（例えば、特許文献１を参照）が提案されている。

特許文献１の電動パワーステアリング装置では、モータにパワーを供給するためのパワー基板に、発熱要素である複数のＦＥＴ（電解効果型トランジスタ）が実装されている。ＦＥＴが発熱する熱は、パワー基板からヒートシンクを介してハウジングへ放熱される。

また、大型車両のＥＰＳでは、停止状態における据え切り時は大きな操舵補助力が必要となり、それに伴い操舵を補助する操舵補助用モータに大電力を供給するために、ＥＣＵに含まれる発熱要素が発熱する熱を効率よく放熱する必要がある。

特開２００９−１９０４７８号公報

このようなモータとＥＣＵとを一体化したモータ制御装置では、ＥＣＵ内部に装着される発熱要素である複数のＦＥＴを備えるパワー基板の熱はモータハウジングとの間に配置されるヒートシンク（例えば、軽量で熱伝導性が良いアルミニウム）を介してモータハウジングに放熱される構造であるため、放熱性は確保できる反面、ヒートシンクの肉厚の分だけ重くなるという問題があった。
また、車両内のレイアウトから構成品の配置が制約を受けることがあり、例えば、ＥＣＵの配線部が車両の他の部分と干渉する場合には、干渉を回避するためにモータとＥＣＵとを少し離して配置することがある。この場合には、ヒートシンクは、上記のようにモータとＥＣＵとを少し離して配置し、離した分だけ肉厚となって重くなってしまう。一方、軽量化のためにヒートシンク内に空洞部を設けると熱伝導が悪くなり放熱性が悪化してしまうという問題があった。
このように、モータ制御装置の軽量化と放熱性確保との両立が課題となっていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、モータとＥＣＵとを一体化しヒートシンクを用いた放熱構造を有するモータ制御装置の軽量化と放熱性確保とを両立できることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係るモータ制御装置の構成上の特徴は、モータと前記モータの駆動を制御する制御部とが一体的に取り付けられ、
前記制御部が前記モータを駆動したときに発生する熱を前記モータの端部に伝導することにより放熱させるモータ制御装置において、
前記制御部と前記端部との間に接して配置されるヒートシンクを備え、
前記ヒートシンクは、前記端部と接する面が開口して凹形状の第１空洞部を形成し、
熱伝導性樹脂を前記空洞部に設けることを備えたことである。

請求項１のモータ制御装置によれば、制御部の熱がヒートシンクと、このヒートシンクに形成された第１空洞部に設けられる熱伝導性樹脂とを介してモータの端部に熱伝導することにより放熱される。

これにより、第１空洞部に設ける熱伝導性樹脂が、アルミニウムに比べて軽量で、第１空洞部に熱伝導性樹脂を設けない場合の空気に比べて熱伝導性を向上できる。そのため、モータ制御装置の軽量化と放熱性確保とを両立できる。

請求項２に係るモータ制御装置の構成上の特徴は、前記制御部は、発熱要素が実装されたパワー基板を含み、
前記ヒートシンクは、前記パワー基板と前記端部との間に接して配置されていることを備えたことである。

請求項２のモータ制御装置によれば、パワー基板の熱がヒートシンクと、このヒートシンクに形成された第１空洞部に設ける熱伝導性樹脂とを介してモータの端部に熱伝導することにより放熱される。

これにより、モータ制御装置は、発熱要素に隣接しているパワー基板にヒートシンクの一方を接触させて配置しているので、非常に短い熱伝導経路で発熱要素の熱を効率良く放熱させることが可能となる。これにより、発熱要素の熱を効率良く放熱することができるためヒートシンクを小型化することができる。そのため、モータ制御装置の軽量化と放熱性確保とを両立できる。

請求項３に係るモータ制御装置の構成上の特徴は、前記ヒートシンクは、前記制御部又は前記パワー基板と接する面が開口して凹形状の第２空洞部が形成されていることである。

請求項３のモータ制御装置によれば、制御部又はパワー基板で第２空洞部に収まる位置に発熱要素を実装することにより、基板の回路部品の実装効率が高まるので小型化できる。また、パワー基板で実装されている発熱要素に隣接してヒートシンクの一方を接触させて配置しているので、非常に短い熱伝導経路で発熱要素の熱を効率良く放熱させることができる。これらにより、モータ制御装置の軽量化と放熱性確保とを両立できる。

請求項４に係るモータ制御装置の構成上の特徴は、前記ヒートシンクは、前記端部と接する面が円筒状に形成され、前記円筒内周から前記円筒の円中心に連続的に形成し且つ前記端部と接する補強部を含み、
前記補強部は、周方向に略均等配置して少なくとも３箇所に形成されていることである。

これにより、ヒートシンクの円筒部の内側第１空洞部に補強部が形成されることにより、ヒートシンクを堅牢化できるので、第１空洞部を増加させてより軽量化できる。そのため、モータ制御装置の軽量化と放熱性確保とを両立できる。

請求項５に係る電動パワーステアリング装置の構成上の特徴は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置を備えたことである。

これにより、請求項５の電動パワーステアリング装置は、モータとこれを制御するＥＣＵとを一体化した構成において、車両内のレイアウトから構成品の配置が制約を受けることがあってモータから離してＥＣＵが配置される場合でも、モータ及びＥＣＵの間に配置されるヒートシンクを軽量化しても放熱性を確保できるので、軽量化と放熱性確保とを両立できる。また、車両内への搭載性を向上できる。

本発明によれば、モータとＥＣＵとを一体化しヒートシンクを用いた放熱構造を有するモータ制御装置及びこれを備える電動パワーステアリング装置の軽量化と放熱性確保とを両立できる。

本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図である。 本発明の実施形態のモータ制御装置の断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２の変形例を示す図である。

以下、本発明の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１の概略構成図である。このＥＰＳ１は、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３が、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。そして、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３a、インターミデイエイトシャフト３b、及びピニオンシャフト３cを連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するための操舵補助用のモータ１２と、モータ１２を制御するＥＣＵ（制御部）１１と、を有するモータ制御装置２０と、モータ１２の回転を減速してコラムシャフト３ａに伝達するウオーム及びホイールからなる減速機構１３と、を備え、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

ＥＣＵ１１には、トルクセンサ１４及び車速センサ１５が接続されている。尚、トルクセンサ１４は、ステアリングシャフト３を構成する上記コラムシャフト３ａの途中に設けられたトーションバー１６の捩れ、即ち操舵系に伝達される操舵トルクに応じて、そのセンサ信号の出力レベルが変化するように構成されている。そして、ＥＣＵ１１は、これらトルクセンサ１４及び車速センサ１５により検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、操舵系に付与すべきアシスト力（目標アシスト力）を演算し、モータ１２を制御する。

図２は、本発明の実施形態のモータ制御装置２０の断面図である。このモータ制御装置２０は、ＥＣＵ１１、モータ１２、及びＥＣＵ１１とモータ１２との間に配置されるヒートシンク２３により構成される。

ＥＣＵ１１には、モータ１２を駆動するためのパワー回路（例えば、ＦＥＴなどのスイッチング素子）が実装されているパワー基板２２及びパワー回路を制御する制御基板２１が収容されて保持されている。パワー基板２２は、片面に回路が実装された基板からなり、回路が実装されていない面が後述するヒートシンク２３に対して面接触して熱伝導する熱伝導性が良いアルミニウム板である。また、ＥＣＵ１１は、制御基板２１と電源を供給するための配線ケーブル２９を備える。

モータ１２は、ブラシレス直流モータからなり、ロータ２８、ステータ２７、及びこれらを収容するモータハウジング２６により構成される。モータハウジング２６は、例えばアルミニウム合金（例えば鋳造品、冷間鍛造品）により形成され、熱伝導を良くするとともに軽量化が図られている。

ヒートシンク２３は、例えばアルミニウムにより形成され、モータハウジング２６の一部であってモータ１２の端部３０と接する面が開口して凹形状の第１空洞部２４、第１空洞部２４に密着して設けられる熱伝導性樹脂（例えば、日本科学冶金株式会社製「ＮＴ−７８３」。熱伝導率：１０Ｗ／ｍＫ、比重：２．３）２５を有している。ヒートシンク２３は、一方がパワー基板２２に密着した状態で図示しないボルトにより締結され、他方がモータ１２の端部３０に密着した状態で図示しないボルトにより締結されている。

熱伝導性樹脂２５は、アルミニウム（比重：２．７）に比べて軽量で、空気（熱伝導率：０．０２４１Ｗ／ｍＫ）よりも熱伝導が良い。そのため、ヒートシンク２３は、第１空洞部２４を形成せずに（即ち、熱伝導性樹脂２５を設けない）アルミニウムのみにより形成される場合に比べて軽量化することができて、一方、第１空洞部２４に熱伝導性樹脂２５を設けない場合に比べて熱伝導性を向上させることができる。
これにより、パワー基板の熱がヒートシンク２３と熱伝導性樹脂２５とを介してモータハウジング２６に放熱される。

図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。ヒートシンク２３は、モータ１２の端部３０と接する面が円筒状に形成されて、円筒内周３１から円筒の円中心３２に連続的に形成し且つ端部３０と接する補強部３３を有する。補強部３３は、円筒周方向に略均等配置された３箇所の補強部３３ａ，３３ｂ，３３ｃにより構成される。
ヒートシンク２３は、これらの補強部３３ａ，３３ｂ，３３ｃが、ヒートシンク２３の円筒部内側の第１空洞部２４により剛性が低下するのを防止するための補強効果があり、ヒートシンクを堅牢化できるので、第１空洞部２４を増加させてより軽量化できる。
第１空洞部２４には、上述の熱伝導性樹脂２５が設けられている。

図４は、図２の変形例を示す図である。ヒートシンク２３は、パワー基板２２と接する面が開口して凹形状の第２空洞部４０が形成されている。パワー基板２２は、ヒートシンク２３と接しない面に回路部品が実装され、ヒートシンク２３と接する面には第２空洞部４０に収まる位置に発熱要素（例えば、ＦＥＴ）４１などが実装され、ヒートシンク２３とは面接触して熱伝導する熱伝導性が良いアルミニウム板である。
これにより、モータ制御装置２０は、パワー基板２２の両面に回路部品が実装されて実装効率が高まるので小型化できる。また、パワー基板２２で実装されている発熱要素４１に隣接してヒートシンク２３の一方を接触させて配置しているので、非常に短い熱伝導経路で発熱要素４１の熱を効率良く放熱させることができる。
これらにより、モータ制御装置２０の軽量化と放熱性確保とを両立できる。

以上のように、本実施の形態に係るモータ制御装置２０及びこれを備えたＥＰＳ１によれば、パワー基板２２の熱を放熱する構成が、ヒートシンク２３の内部に第１空洞部２４を形成し、その空洞にヒートシンク２３よりも軽量な熱伝導性樹脂２５を設けることにより軽量化でき、放熱性をも確保できる。そのため、モータ制御装置及びこれを備えたＥＰＳの軽量化と放熱性確保とを両立できる。
また、本実施の形態に係るモータ制御装置２０及びこれを備えたＥＰＳ１によれば、モータ１２とこれを制御するＥＣＵ１１とを一体化した構成において、車両内のレイアウトから構成品の配置が制約を受けることがあってモータ１２から離してＥＣＵ１１が配置される場合でも、モータ１２とＥＣＵ１１との間に配置されるヒートシンク２３を軽量化しても放熱性を確保できるので、軽量化と放熱性確保とを両立できる。また、車両内への搭載性を向上できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、本発明を所謂コラム型のＥＰＳ１に具体化したが、本発明は、所謂ピニオン型やラックアシスト型のＥＰＳに適用してもよい。
・上記実施形態では、本発明はブラシレス直流モータを駆動源とするＥＰＳ１に具体化したが、ブラシ付の直流モータ等のブラシレス直流モータ以外のモータを駆動源とするＥＰＳに適用してもよい。
・上記実施形態では、補強部３３ａ，３３ｂ，３３ｃを３箇所としたが、それに限るものではなく、３箇所以上であればよい。

１：電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、 １１：ＥＣＵ（制御部）、 １２：モータ、 ２０：モータ制御装置、 ２１：制御基板、 ２２：パワー基板、 ２３：ヒートシンク、 ２４：第１空洞部、 ２５：熱伝導性樹脂、 ２６：モータハウジング、 ２７：ステータ、 ２８：ロータ、 ２９：配線ケーブル、 ３０：モータの端部、 ３１：円筒内周、 ３２：円筒の円中心、 ３３：補強部、 ４０：第２空洞部、 ４１：発熱要素

Claims (5)

1. モータと前記モータの駆動を制御する制御部とが一体的に取り付けられ、
   前記制御部が前記モータを駆動したときに発生する熱を前記モータの端部に伝導することにより放熱させるモータ制御装置において、
   前記制御部と前記端部との間に接して配置されるヒートシンクを備え、
   前記ヒートシンクは、前記端部と接する面が開口して凹形状の第１空洞部を形成し、
   熱伝導性樹脂を前記第１空洞部に設けることを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記制御部は、発熱要素が実装されたパワー基板を含み、
   前記ヒートシンクは、前記パワー基板と前記端部との間に接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記ヒートシンクは、前記制御部又は前記パワー基板と接する面が開口して凹形状の第２空洞部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記ヒートシンクは、前記端部と接する面が円筒状に形成され、前記円筒内周から前記円筒の円中心に連続的に形成し且つ前記端部と接する補強部を含み、
   前記補強部は、周方向に略均等配置して少なくとも３箇所に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のモータ制御装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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