JP2012244639A - モータ駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 回転角センサ線とECUとの接続部を小型にできるモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】 モータアッセンブリ8に取り付けられるECU3は、基板30およびヒートシンク20を備える。基板30は、モータ80の回転角に基づいてモータ80の駆動を制御するマイコンが電気的に接続される。ヒートシンク20は、基板30を固定する。ここで、基板30は、モータ80の回転角を検出する回転角センサ85に接続されている回転角信号線61とはんだ付けすることにより電気的接続可能なスルーホール31からなる第1スルーホール群および第2スルーホール群を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動装置に関する。
従来、モータとECU(電気機器制御ユニット)とを備える電動パワーステアリング装置が開示されている。例えば、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、ECUとモータとが合体した構成を有し、モータの回転角センサ線とECUとを電気的に接続する手段としてコネクタが使用されている。
特開2003−204654号公報
ところが、コネクタを使用することで、装置全体を小型にすることが阻害される。また、コネクタの部品費用が高いため、電動パワーステアリング装置全体のコストが高くなる。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転角センサ線とECUとの接続部を小型にできるモータ駆動装置を提供することにある。
請求項1に係る発明によると、モータ駆動装置はモータに接続され、基板および固定部材を備える。基板は、モータの回転角に基づいてモータの駆動を制御する制御部が設けられる。固定部材は、基板を固定する。ここで、基板は、モータの回転角を検出する回転角センサに接続されている回転角信号線とはんだ付けまたは溶接により電気的接続可能な接続部からなる接続部群を有する。
これにより、体格の大きいコネクタが不要となり、装置全体を小型にすることができる。また、部品費用の高いコネクタをなくすことで、製品のコストを低減することができる。さらに、はんだを除去してから再はんだ付けすること、または、溶接部を溶かして再溶接することで、モータまたはモータ駆動装置の組み換えを簡単に行うことができる。
モータおよびモータ駆動装置のうちいずれか一方に不具合があった場合、モータまたはモータ駆動装置を組み換えるために、回転角信号線を基板から外して再接続する必要が有る。ここで、回転角信号線を基板から外すとき、および、再はんだ付けするとき、基板の接続部が何度も加熱されることにより、基板の接続部にランド剥離および銅食われ等のダメージが与えられ、基板の接続部の電気的な接続信頼性を確保できなくなる恐れがある。
ここで、請求項2に係る発明によると、接続部群の数は2個以上である。これにより、例えば、モータを組み換える場合、回転角信号線を基板から一旦外し、再接続するとき、回転角信号線と未使用の接続部群とをはんだ付けすることで、回転角信号線と基板との接続不良を抑制することができる。
請求項3に係る発明によると、回転角信号線を接続部群にガイドするガイド部が設けられているガイド部材をさらに備える。
これにより、回転角信号線はガイド部により接続部群まで案内される。ここで、例えば回転角信号線が可撓性を有するフラットワイヤである場合、回転角信号線をガイド部に沿わせて接続部群までガイドすることができる。このため、回転角信号線と基板との接続を容易に行うことができ、組付け時の作業性を向上させることができる。
請求項4に係る発明のよると、ガイド部の数は、接続部群の数と同じである。
これにより、接続部群毎にガイド部が対応している。このため、回転角信号線と基板との再接続時、回転角信号線を、未使用の接続部群に対応するガイド部に案内することができる。よって、組み換え作業時の作業性を向上させることができる。
請求項5に係る発明によると、接続部はスルーホールに具現化され、接続部群はスルーホール群に具現化される。
請求項6に係る発明によると、複数のスルーホール群の各スルーホールは、配線の引き出しが独立しており、互いに断熱するよう形成されている。例えば、前記スルーホール群の他のスルーホールを経由せずに直接他素子と接続される。または、他素子からの配線が分岐してから各スルーホールに電気的に接続される。または、スルーホール群同士が分離して形成される。または、スルーホール群同士の接触面積が可及的に小さくなるように形成される。または、スルーホール群間の配線ができるだけ細くなるよう形成される。
これにより、モータまたはモータ駆動装置を組み換える場合、一方のスルーホール群のはんだを除去して基板から回転角信号線を取り外す際、一方のスルーホール群が加熱によりランド剥離等のダメージが与えられたとしても、未使用の他方のスルーホール群にはダメージが及ばない。そのため、他方のスルーホール群の電気的接続信頼性が悪化することを抑制することができる。
本発明の一実施形態のECUを示す断面図。 本発明の第1実施形態によるECUの回路ブロック図。 ブリッジ回路部(インバータ)の回路模式図。 本発明の一実施形態によるECUが適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図。 本発明の一実施形態によるECUのヒートシンクを上側から見た平面図。 図5のVI−VI線断面図。 本発明の一実施形態によるECUの基板を上側から見た平面図。 本発明の一実施形態によるECUを前側から見た平面図。 本発明の一実施形態によるECUの樹脂部材を上側から見た平面図。 本発明の一実施形態によるECUの樹脂部材を前側から見た側面図。
以下、本発明の一実施形態によるモータ駆動装置を図面に基づいて説明する。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による「モータ駆動装置」としてのECUは、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に適用される。電動パワーステアリング装置を備えたステアリングシステムの全体構成を図4示す。
図4に示すように、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するためのトルクセンサ93が設置されている。ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が回転可能に連結されている。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じて一対の車輪98が操舵される。
電動パワーステアリング装置1は、操舵アシストトルクを発生するモータユニット2と、モータユニット2の正逆回転を減速してステアリングシャフト92に伝達する減速ギア89とを備える。電動パワーステアリング装置1は、ハンドル91の操舵を補助するための操舵アシストトルクを発生し、ステアリングシャフト92に伝達する。
モータユニット2は、「モータ」としてのモータアッセンブリ8、および、「モータ駆動装置」としてのECU3から構成される。
モータアッセンブリ8は、モータ80および回転角センサ85を含む。モータ80は、巻線が巻回されるステータ、及び、巻線への通電によって発生する回転磁界を受けて回転するロータ等から構成される三相ブラシレスモータである。
回転角センサ85は、例えばレゾルバであり、ロータの回転角を検出する。また、回転角センサ85は、回転角信号線61によりECU3に電気的に接続される。回転角信号線61は、四本の信号線が一平面上に並べて形成された、可撓性を有する「フラットワイヤ」である(図1および図8参照)。
ECU3には、トルクセンサ93からの操舵トルク信号やCAN(Controller Area Network)バス94からの車速信号がCANインタフェース回路を経由して入力される。
次に、ECU3について図1〜図3、および、図5〜図10を参照して説明する。
まず、ECU3の電気回路の構成について、図2、図3を参照して説明する。図3は、図2におけるインバータ回路400の中のブリッジ回路440の模式図である。図2に示すように、ECU3のパワー電源は、バッテリ7からパワーIGラインを経由して供給され、制御電源は、バッテリ7からIGラインを経由して供給される。
パワーIGラインには、チョークコイル41、電解コンデンサ42、及び電源リレー用MOS431、432が設けられる。チョークコイル41および電解コンデンサ42は、フィルタ回路を構成し、バッテリ7を共有する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、ECU3から他の装置へ伝わるノイズを低減する。
電源リレー用MOS431、432は、寄生ダイオードが互いに逆極性となるように接続される。以下、2個の電源リレー用MOS431、432を総括して「電源リレー用MOS43」と記す。電源リレー用MOS431、432は、ECU3の異常時等にマイコン70からの指令によりオフし、ブリッジ回路440を保護する。また、ブリッジ回路440を経由してモータ80へ流れる電流を遮断する。
ここで、「MOS」は、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor)の略称である。
IGラインを流れる制御電源は、インバータ回路400に供給されるとともに、IG入力回路71および内部電源回路72を経由してマイコン70に供給される。
マイコン70は、操舵アシストトルクに関する各種入力信号に基づいてインバータ回路400を制御する。例えば、トルクセンサ93で検出された操舵トルクの信号がトルクセンサ回路73を経由して入力され、CANバス94からの車速信号がCANインタフェース回路74を経由して入力される。また、モータアッセンブリ8内の回転角センサ85で検出された回転角信号が回転角センサ回路75を経由して入力される。
インバータ回路400は、インバータの上下アームを構成するブリッジ回路440の他、インバータープリドライバ76および電流検出回路78を含む。図3において、「P」は、インバータープリドライバ76からの制御信号を示し、「S」は、電流検出回路78への出力信号を示す。
図3に示すように、ブリッジ回路440は、6個のインバータ用MOS44u1、44u2、44v1、44v2、44w1、44w2、及び3個のシャント抵抗49から構成される。インバータ用MOS44u1、44v1、45w1は、それぞれ、U相、V相、W相の上アームすなわち高電位側のスイッチング素子であり、インバータ用MOS44u2、44v2、44w2は、それぞれ、U相、V相、W相の下アームすなわち低電位側のスイッチング素子である。以下、3個の上アームのインバータ用MOSを総括して「インバータ用MOS441」と記し、3個の下アームのインバータ用MOSを総括して「インバータ用MOS442」と記す。さらに、上下アームのインバータ用MOS441、442を総括して「インバータ用MOS44」と記す。
インバータープリドライバ76は、マイコン70の指令に基づいてインバータ用MOS441、442のゲート電圧を変化させ、インバータ用MOS441、442のソース−ドレイン間のオンオフを切り替える。これにより、インバータ用MOS441のソースとインバータ用MOS442のドレインとの接続点の電圧であるモータ端子電圧が制御される。
シャント抵抗49は、下アームのインバータ用MOS442とグランドとの間に電気的に接続される。電流検出回路78によりシャント抵抗49に流れる電流を検出することで各相のモータ巻線に供給される電流を検出し、マイコン70にフィードバックする。
モータリレー用MOS45u、45v、45wは、ブリッジ回路440からモータ80への各相の電流供給経路に設けられ、故障時等に、電流経路を相ごとに遮断可能である。
以下、3個のモータリレー用MOSを総括して「モータリレー用MOS45」と記す。
続いて、ECU3の構造について図1、図5〜図10に基づいて説明する。
ECU3は、ヒートシンク20、基板30、および、「ガイド部材」としての樹脂部材50を備える。ここで、説明の便宜のために、図1から見た紙面の上側をECU3の上側とし、紙面の下側をECU3の下側とする。また、図1から見た紙面の左側をECU3の前側とし、紙面の右側をECU3の後側とする。さらに、図1から見た紙面の手前側をECU3の右側とし、紙面の奥側をECU3の左側とする。
ヒートシンク20は、例えばアルミニウム等の熱伝導性材料により形成され、ヒートシンク20は、ECU3を支持する機能と、MOSの発熱を吸収する機能とを兼ねる。ヒートシンク20は、固定ねじ81によりモータアッセンブリ8に固定されている。ここで、ヒートシンク20は、特許請求の範囲おける「固定部材」に対応する。
図5に示すように、ヒートシンク20は、上方向から見た外形形状が略矩形である。ヒートシンク20は、基板30と略平行に形成されている底部21を有する。底部21には、上方向に突出する第1搭載部24および第2搭載部25が形成されている。第1搭載部24はヒートシンク20の前側に左右方向に沿って延設され、第2搭載部25はヒートシンク20の左右方向の略中央に前後方向に沿って延設されている。第1搭載部24は、前側の傾斜面に、絶縁放熱シート47を介してモータリレー用MOS45が搭載されている。また、第2搭載部25は、左右両側の傾斜面に、絶縁放熱シート47を介してインバータ用MOS44および電源リレー用MOS43が搭載されている。
また、ヒートシンク20は、底部21に対して略垂直に設けられる複数の凸部23を有する。凸部23の頂面には、基板30を固定するためのねじ孔231が形成されている。すなわち、基板30は、図6に破線で示すように、ヒートシンク20の上方に組み付けられ、ねじ82によりヒートシンク20に固定される。基板30に対して、ヒートシンク20の反対側には、カバー22が設けられている。
基板30は、図1および図6に示すように、ヒートシンク20の上方向に設けられている。基板30の下側には、MOS43、44、45のリード部が電気的に接続されるとともに、電解コンデンサ42、チョークコイル41、およびコネクタ35が実装されている(図5および図7参照)。また、基板30には、MOS43、44、45のオンオフを制御するためのマイコン70等が実装されている。
また、図7に示すように、基板30の前側の左右方向の中間部には、基板30を上下方向に貫通する八つのスルーホール31が形成されている。本実施形態の場合、スルーホール31は、特許請求の範囲における「接続部」に対応する。八つのスルーホール31は、四つずつ左右方向に並べて、前後方向に二列となるよう形成されている。ここで、前側の四つのスルーホール31を第1スルーホール群31Aとし、後側の四つのスルーホール31を第2スルーホール群31Bとする。第1スルーホール群31Aおよび第2スルーホール群31Bは、特許請求の範囲における「接続部群」に対応する。
スルーホール群の各スルーホールは、独立して配線が取り出され、前記スルーホール群の他のスルーホールを経由せずに直接マイコン70等に電気的に接続されている。第1スルーホール群31Aのスルーホール31と第2スルーホール群31Bのスルーホール31とは、配線33により電気的に接続されている。配線33は、断熱性を有する細いランド線により形成されている。
図8に示すように、回転角センサ85に接続されている回転角信号線61は、第1スルーホール群31Aにはんだ付け等により接続することで、基板30に電気的に接続する。また、基板30には、複数の基板固定用の基板穴32が形成されている(図6参照)。複数の基板穴32は、ヒートシンク20のねじ孔231に対応するよう形成されている。
ここで、図1、図9、および図10に基づいて、樹脂部材50について説明する。図1に示すように、樹脂部材50は、基板30とヒートシンク20との間に設けられ、ECU3の前側に位置する。上方向から樹脂部材50を見た平面図を図9に示す。
図9に示すように、樹脂部材50は、略長方形に形成され、三つのモータ端子52がモールドされている。モータ端子52は、基板30とモータアッセンブリ8とを電気的に接続可能である。
樹脂部材50の左右方向の中間部には、樹脂部材50を上下方向に貫通するガイド孔55が形成されている。図10に示すように、ガイド孔55は、樹脂部材50の上下方向に形成されている第1側壁551および第2側壁552を有する。第1側壁551および第2側壁552は、長手方向の距離が、下から上まで徐々に小さくなるよう形成されている。
本実施形態の場合、ガイド孔55は、上側の孔部553および下側の溝部554を有する。孔部553の上側の開口555は、基板30の第2スルーホール群31Bに対応可能に形成されている(図1参照)。
図9に示すように、樹脂部材50のガイド孔55の前側には、ガイド溝56が形成されている。図10に示すように、ガイド溝56の左右方向の第1側壁561および第2側壁562は、左右方向の距離が、下から上まで徐々に小さくなるよう形成されている。また、ガイド溝56は、基板30の第1スルーホール群31Aに対応可能に形成されている(図1参照)。
ここで、ガイド孔55およびガイド溝56は、特許請求の範囲における「ガイド部」に対応する。本実施形態では、回転角信号線61は、ガイド溝56に沿って案内され、基板30の第1スルーホール群31Aのスルーホール31に挿入される(図1参照)。また、回転角信号線61は、基板30のランドにはんだ付けすることにより電気的に接続されている。
次に、本実施形態のモータ駆動装置の作動について説明する。
ECU3のマイコン70は、操舵トルク、車速、モータ電流検出信号、および、回転角センサ85から回転角信号線61により伝達されたモータ回転角信号等に基づき、インバータ回路400のインバータープリドライバ76を介して、インバータ用MOS44のオンオフを制御する。これにより、インバータ回路400は、バッテリ7から電源リレー用MOS43を経由して供給される直流電力を三相交流電力に変換し、モータ端子52を経由して、モータアッセンブリ8のモータ80に供給する。
モータアッセンブリ8の回転出力は、減速ギア89を経由してステアリングシャフト92に伝達され、運転者の操舵をアシストする。
本発明の一実施形態のECU3は、以下(1)〜(4)の効果を奏する。
(1)回転角信号線61は、基板30のスルーホール31にはんだ付けすることにより基板30に電気的に接続される。これにより、従来の体格の大きいコネクタが不要となり、ECU3を小型にすることができる。また、部品費用の高いコネクタをなくすことで、製品のコストを低減することができる。さらに、はんだを除去してから再はんだ付けすることで、モータ80またはECU3の組み換えを簡単に行うことができる。
(2)モータアッセンブリ8に不具合があった場合、モータアッセンブリ8を組み換えるために、回転角信号線61を基板30から外して再接続する必要が有る。ここで、回転角信号線61を基板30から外すとき、および再はんだ付けするとき、基板30の接続部が何度も加熱されることにより、ランド剥離・銅食われ等のダメージを与えられ、電気的な接続信頼性を確保できなくなる恐れがある。
本実施形態では、基板30には、第1スルーホール群31Aおよび第2スルーホール群31Bが形成されている。これにより、モータアッセンブリ8を組み換える場合、回転角信号線61を基板30の第1スルーホール群31Aから一旦外し、回転角信号線61と基板30とを再接続するとき、未使用の第2スルーホール群31Bに、回転角信号線61をはんだ付けすることができる。このため、回転角信号線61と基板30との再接続時、基板30の加熱によるダメージを与えられた第1スルーホール群31Aに、回転角信号線61が再び接続することを防止することができる。よって、回転角信号線61と基板30との再接続時のはんだ付け部の強度低下、または、接続不良を抑制することができ、信号の伝達に異常が生ずることを抑制することができる。
(3)基板30とヒートシンク20との間の樹脂部材50には、ガイド溝56が形成されている。これにより、組付け時において、回転角信号線61はガイド溝56により第1スルーホール群31Aまで案内される。ここで、回転角信号線61は可撓性を有するフラットワイヤであるため、回転角信号線61をガイド部に沿わせて第1スルーホール群31Aまでガイドすることができる。このため、回転角信号線61と基板30との接続を容易に行うことができ、組付け時の作業性を向上させることができる。
(4)基板30とヒートシンク20との間の樹脂部材50には、ガイド孔55をさらに有する。このため、例えば、回転角信号線61と基板30との再接続時、回転角信号線61は、未使用の第2スルーホール群31Bに対応するガイド孔55に案内されることができる。よって、組み換え作業時の作業性を向上させることができる。
(5)第1スルーホール群31Aのスルーホール31と第2スルーホール群31Bのスルーホール31とは、断熱性を有する細い配線により電気的に接続されている。これにより、モータアッセンブリ8を組み換える場合、第1スルーホール群31Aのはんだを除去して基板30から回転角信号線61を取り外す際、第1スルーホール群31Aが加熱によりランド剥離等のダメージが与えられたとしても、未使用の第2スルーホール群31Bにはダメージが及ばない。そのため、第2スルーホール群31Bの電気的接続の信頼性が悪化することを抑制することができる。なお、はんだ付けで使用するスルーホール群の順番は入れ替えてもよい。
(6)また、スルーホール群の各スルーホールは、独立して配線が取り出され、前記スルーホール群の他のスルーホールを経由せずに直接マイコン70等に電気的に接続されている。これにより、モータアッセンブリ8を組み換える場合、第1スルーホール群31Aのはんだを除去して基板30から回転角信号線61を取り外す際、第1スルーホール群31Aが加熱によりランド剥離になったとしても、第2スルーホール群31Bと配線33との電気的接続に影響を及ぼさない。よって、回転角信号線61を第2スルーホール群31Bに接続する際、回転角信号線61とマイコン70等との電気的接続を確保することができる。なお、はんだ付けで使用するスルーホール群の順番は入れ替えてもよい。
(他の実施形態)
上記実施形態では、回転角センサはレゾルバである。これに対し、他の実施形態では、回転角センサはホール素子等である構成としても良い。
上記実施形態では、車両の電動パワーステアリング装置に適用されるECUについて説明したが、本発明のモータ駆動装置は、他の用途のモータに適用されても良い。
上記実施形態では、八つのスルーホールが形成されている。これに対し、他の実施形態では、基板に形成するスルーホールの数はいくつでも良い。
上記実施形態では、接続部群としてのスルーホール群は、接続部としてのスルーホールが左右方向に並べて形成されている。これに対し、他の実施形態では、スルーホール群は、スルーホールが前後方向に並べて形成することとしても良い。
上記実施形態では、ガイド部としてガイド孔およびガイド溝が形成されている。これに対し、他の実施形態では、三つ以上のガイド部を形成することとしても良い。
上記実施形態では、回転角信号線は、はんだ付けすることにより基板と電気的に接続されている。これに対し、他の実施形態では、回転角信号線は溶接により基板と電気的に接続することとしても良い。
上記実施形態では、回転角信号線はフラットワイヤである。これに対し、他の実施形態では、回転角信号線はワイヤーハーネス等の他の配線部材にすることとしても良い。
上記実施形態では、基板に接続部としてスルーホールが形成されている。これに対し、他の実施形態では、回転角信号線と基板のランドとを直接接続することとしても良い。
上記実施形態では、ガイド部材として樹脂部材が設けられている。これに対し、他の実施形態では、セラミック等によりガイド部材を形成することとしても良い。
以上、本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない限度において種々なる形態で実施できる。
3 ・・・ECU(モータ駆動装置)
20 ・・・ヒートシンク(固定部材)
30 ・・・基板
31 ・・・スルーホール(接続部)
31A・・・第1スルーホール群(接続部群)
31B・・・第2スルーホール群(接続部群)
50 ・・・樹脂部材(ガイド部材)
55 ・・・ガイド孔(ガイド部)
56 ・・・ガイド溝(ガイド部)
61 ・・・回転角信号線
80 ・・・モータ
85 ・・・回転角センサ

Claims (6)

  1. モータに接続されるモータ駆動装置であって、
    前記モータの回転角に基づいて前記モータの駆動を制御する制御部が設けられる基板と、
    前記基板を固定する固定部材と、
    を備え、
    前記基板は、前記モータの回転角を検出する回転角センサに接続される複数の回転角信号線とはんだ付けまたは溶接により電気的接続可能な接続部からなる接続部群を有することを特徴とするモータ駆動装置。
  2. 前記接続部群の数は2個以上であることを特徴とする請求項1に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記回転角信号線を前記接続部群にガイドするガイド部が設けられているガイド部材をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記ガイド部の数は、前記接続部群の数と同じであることを特徴とする請求項3に記載のモータ駆動装置。
  5. 前記接続部は、スルーホールであり、前記接続部群はスルーホール群であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のモータ駆動装置。
  6. 複数の前記スルーホール群の各前記スルーホールは、配線の引き出しが独立しており、互いに断熱するよう形成されていることを特徴とする請求項5に記載のモータ駆動装置。
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