JP2015095556A - 電子機器及びモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を低減することのできるモータ制御装置を提供する。
【解決手段】このモータ制御装置３は、基板３０に接続されるバスバー３４と、ＦＥＴ３７に隣接するヒートシンク３１とを備える。ここで、バスバー３４に板ばね部３４ｃを形成する。バスバー３４の板ばね部３４ｃは、ＦＥＴ３７に押圧力を付与することにより、ＦＥＴ３７とヒートシンク３１とを密着させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器及びモータ制御装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置等に用いられるモータ制御装置としては、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。このモータ制御装置は、車載バッテリ等の電源から供給される直流電圧を三相の交流電圧に変換するインバータ回路、及びインバータ回路を駆動させるマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する）を備えている。また、このモータ制御装置は、インバータ回路に設けられるスイッチング素子としての電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の放熱性を高めるためのヒートシンクを備えている。ＦＥＴは、ねじでヒートシンクに固定されることによりヒートシンクと密着している。

特開２０１１−２３８８５０号公報

ところで、このようなモータ制御装置では、ＦＥＴをヒートシンクに固定するためにねじが必要となり、これが部品点数を増加させる要因の一つとなっている。
なお、このような課題は、モータ制御装置に限らず、冷却対象の放熱性を高めるためのヒートシンクを備える各種電子機器に共通する課題である。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を低減することのできる電子機器及びモータ制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、基板に接続されるバスバーと、冷却対象に隣接するヒートシンクと、を備える電子機器において、前記バスバーに板ばね部を形成し、前記冷却対象及び前記ヒートシンクを、前記板ばね部から付与される押圧力により互いに密着させることとした。

この構成によれば、冷却対象とヒートシンクとを密着させるためのねじが不要となるため、部品点数を低減することができる。
また、上記課題を解決するために、基板に接続されるバスバーと、前記基板に実装される電界効果トランジスタと、前記電界効果トランジスタに隣接するヒートシンクと、を備え、前記電界効果トランジスタを含む電子部品を通じてモータ本体への供給電圧を制御するモータ制御装置において、前記バスバーに板ばね部を形成し、前記電界効果トランジスタ及び前記ヒートシンクを、前記板ばね部から付与される押圧力により互いに密着させることとした。

この構成によれば、冷却対象である電界効果トランジスタとヒートシンクとを密着させるためのねじが不要となるため、部品点数を低減することができる。
そして、前記冷却対象が前記バスバーと前記ヒートシンクとの間に配置されている場合には、前記板ばね部を、前記バスバーにおける前記冷却対象と対向する部位に形成することが有効である。これにより板ばね部から冷却対象に付与される押圧力により冷却対象とヒートシンクとを密着させることができる。

なお、上記電子機器について、前記板ばね部と前記冷却対象との間に挟み込まれる介在部材を更に備えることが好ましい。
この構成によれば、介在部材の厚さを適宜変更することにより、板ばね部から冷却対象に付与される押圧力の大きさを適宜調整することができるため、冷却対象とヒートシンクとの密着性をより高めることができる。

一方、前記ヒートシンクが前記バスバーと前記冷却対象との間に配置されている場合には、前記板ばね部を、前記バスバーにおける前記ヒートシンクに対向する部位に形成することが有効である。これにより、板ばね部からヒートシンクに付与される押圧力により冷却対象とヒートシンクとを密着させることができる。

上記電子機器について、前記基板には、前記バスバーが接続される雌コネクタが実装され、前記雌コネクタには、前記板ばね部の押圧方向と反対方向に前記バスバーが挿入されることが好ましい。

バスバーに板ばね部を形成し、この板ばね部により例えば冷却対象に押圧力を付与した場合、バスバーには、押圧方向と反対方向の反力が作用する。この点、上記構成によれば、バスバーに作用する反力の方向が、バスバーを雌コネクタに挿入させる方向と一致するため、雌コネクタからバスバーが抜け難くなる。そのため雌コネクタとバスバーとの電気的な接続を安定させることができる。

そして前記冷却対象としては、前記基板に実装された電界効果トランジスタや、前記基板自体等が挙げられる。これらの部材は高温状態になる可能性が高いため、それらの近傍にヒートシンクが設けられていることが多い。そのため、上記のような構成を採用することが特に有効である。

また前記バスバーとしては、前記基板を第１基板とするとき、前記第１基板と、前記第１基板とは別の第２基板との間に接続されるバスバーや、外部電源から前記基板に電圧を供給するバスバー等が挙げられる。これらのバスバーは電子機器に設けられていることが多いため、それらに板ばね部を形成すれば、上記のような構造を容易に実現することができる。

これらの電子機器及びモータ制御装置によれば、部品点数を低減することができる。

モータコントロールユニットの断面構造を示す断面図。 モータ制御装置の第１実施形態についてその概略構造を示す正面図。 モータ制御装置の第２実施形態についてその概略構造を示す正面図。 モータ制御装置の第３実施形態についてその概略構造を示す正面図。 モータ制御装置の他の実施形態についてその概略構造を示す正面図。 モータ制御装置の他の実施形態についてその概略構造を示す正面図。 モータ制御装置の他の実施形態についてその概略構造を示す正面図。 モータ制御装置の他の実施形態についてその概略構造を示す正面図。

＜第１実施形態＞
以下、モータ制御装置及びモータ本体が一体化されたモータコントロールユニットの一実施形態について説明する。本実施形態のモータコントロールユニットは電動パワーステアリング装置に搭載されて、操舵機構にアシスト力を付与するための動力源として用いられるものである。

図１に示すように、モータコントロールユニット１は、モータ本体２と、モータ本体２への供給電圧を制御するモータ制御装置３とが一体化された構造からなる。モータ本体２及びモータ制御装置３は、軸線ｍを中心に円筒状に形成されたハウジング４の内部に収容されている。

モータ制御装置３は、モータ本体２に近い方から順に配置された基板３０、ヒートシンク３１、及び樹脂モジュール３２を備えている。基板３０、ヒートシンク３１、及び樹脂モジュール３２は、図示しない支持構造を介してハウジング４に固定されている。

樹脂モジュール３２は、フィルタ等の電子部品を樹脂封止した構造からなり、軸線ｍに直交する方向に延びるように形成されている。樹脂モジュール３２は、ヒートシンク３１と対向する面と反対側の面からハウジング４の外部に導出される配線３３を介して外部電源５に接続されている。また樹脂モジュール３２は、基板３０に対向する面から基板３０に向かって延びる棒状導体からなる第１電源系バスバー３４を有している。第１電源系バスバー３４は、樹脂モジュール３２から軸線ｍに平行に延びる第１部位３４ａと、第１部位３４ａの先端部から軸線ｍに直交する方向に折り曲げ加工された第２部位３４ｂとを有しており、第２部位３４ｂの先端部が基板３０に接続されている。樹脂モジュール３２は外部電源５から配線３３を介して供給される直流電圧に含まれるノイズをフィルタ等を通じて除去するとともに、ノイズの除去された直流電圧を第１電源系バスバー３４を介して基板３０に供給する。

基板３０は、軸線ｍに直交する方向に延びるように配置されるとともに、接着等によりヒートシンク３１に組み付けられている。基板３０には、インバータ回路を中心に構成されるパワー系回路を含め、インバータ回路の駆動を制御するマイコン等の各種電子部品が実装されている。また、軸線ｍに直交する方向における基板３０の一端部には、モータ本体２に延びる棒状導体からなる第２電源系バスバー３６が半田付け等により実装されており、他端部には、第１電源系バスバー３４の接続先となる雌コネクタ３５が半田付け等により実装されている。雌コネクタ３５は、ハウジング４の中心軸ｍに向かって開口する雌端子３５ａを有しており、この雌端子３５ａに第１電源系バスバー３４の先端部が挿入されている。基板３０に実装された電子部品のうち、インバータ回路を構成するＦＥＴ３７は、ヒートシンク３１と第１電源系バスバー３４との間に配置され、半田付け等により基板３０に実装されている。これによりＦＥＴ３７の放熱面はヒートシンク３１に対向した位置で固定されている。基板３０に実装されたインバータ回路やマイコン等の電子部品は、樹脂モジュール３２から第１電源系バスバー３４を介して供給される直流電圧から、モータ本体２に供給するための交流電圧を生成し、生成した交流電圧を第２電源系バスバー３６を介してモータ本体２に供給する。

モータ本体２は、モータ制御装置３から第２電源系バスバー３６を介して供給される交流電圧に基づいて駆動し、出力軸２０を回転させる。
次に、ＦＥＴ３７周辺の構造について詳述する。

図２に示すように、第１電源系バスバー３４の第１部位３４ａにおけるＦＥＴ３７との対向部分には、ＦＥＴ３７に向かってＶ字状に折り曲げ加工された板ばね部３４ｃが形成されており、この板ばね部３４ｃのＶ字の先端部がＦＥＴ３７に接触している。板ばね部３４ｃはＦＥＴ３７に対してヒートシンク３１に向かう方向の押圧力Ｆを付与している。

以下、本実施形態のモータ制御装置３の作用及び効果について説明する。
（１）第１電源系バスバー３４に形成された板ばね部３４ｃからＦＥＴ３７に付与される押圧力Ｆにより、ＦＥＴ３７とヒートシンク３１とを密着させることができる。これにより、従来のモータ制御装置で用いられていたようなＦＥＴとヒートシンクとを密着させるためのねじが不要となるため、部品点数を低減することができる。また、ヒートシンク３１、ＦＥＴ３７、及び雌コネクタ３５の間の位置ずれを板ばね部３４ｃで吸収することができるため、寸法管理が容易となる。

（２）第１電源系バスバー３４に形成された板ばね部３４ｃによりＦＥＴ３７を押圧した場合、第１電源系バスバー３４には、板ばね部３４ｃの押圧方向と反対方向の反力Ｆｒが作用する。この点、図２に示すように、本実施形態では、雌コネクタ３５への第１電源系バスバー３４の挿入方向が板ばね部３４ｃの押圧方向と反対方向に設定されているため、第１電源系バスバー３４に作用する反力Ｆｒの方向が、第１電源系バスバー３４を雌コネクタ３５に挿入させる方向に一致する。これにより、雌コネクタ３５から第１電源系バスバー３４が抜け難くなるため、雌コネクタ３５と第１電源系バスバー３４との電気的な接続を安定させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、モータ制御装置３の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図３に示すように、本実施形態のモータ制御装置３は、基板３０とは別に、ヒートシンク３１と樹脂モジュール３２との間に配置される基板４０を備えている。なお、以下では、便宜上、基板３０を「第１基板」と称し、基板４０を「第２基板」と称する。

第２基板４０には、インバータ回路の駆動を制御するマイコン等を中心に構成された制御系回路が実装されている。また第２基板４０には、第１基板３０に向かって延びる信号系バスバー４１が設けられている。信号系バスバー４１は、第２基板４０から軸線ｍに平行に延びる第１部位４１ａと、第１部位４１ａの先端部から軸線ｍに直交する方向に折り曲げ加工された第２部位４１ｂとを有しており、第２部位４１ｂの先端部が第１基板３０に接続されている。

第１基板３０には、インバータ回路を中心に構成されたパワー系回路が実装されている。また第１基板３０には、信号系バスバー４１の接続先となる雌コネクタ３８が半田付け等により実装されている。雌コネクタ３８は、ハウジング４の中心軸ｍに向かって開口する雌端子３８ａを有しており、この雌端子３８ａに信号系バスバー４１の先端部が挿入されている。第１基板３０に実装される電子部品のうち、インバータ回路を構成するＦＥＴ３７は、信号系バスバー４１とヒートシンク３１との間に配置され、半田付けなどにより第１基板３０に固定されている。なお、樹脂モジュール３２から延びる第１電源系バスバー３４の先端部は、半田付け等により第１基板３０に固定されている。

このモータ制御装置３では、第２基板４０に実装されたマイコンが信号系バスバー４１を介して第１基板３０に制御信号を出力することにより、第１基板３０に実装されたインバータ回路の駆動を制御する。

次に、ＦＥＴ３７周辺の構造について詳述する。
図３に示すように、信号系バスバー４１の第１部位４１ａにおけるＦＥＴ３７との対向部分には、ＦＥＴ３７に向かってＶ字状に折り曲げ加工された板ばね部４１ｃが形成されており、この板ばね部４１ｃのＶ字の先端部がＦＥＴ３７に接触している。板ばね部４１ｃは、ＦＥＴ３７に対してヒートシンク３１に向かう方向の押圧力Ｆを付与する。

以下、本実施形態のモータ制御装置３の作用及び効果について説明する。
（３）信号系バスバー４１に形成された板ばね部４１ｃからＦＥＴ３７に付与される押圧力ＦによりＦＥＴ３７とヒートシンク３１とを密着させることができる。これにより、第１実施形態と同様に、従来のモータ制御装置で用いられていたようなＦＥＴとヒートシンクとを密着させるためのねじが不要となるため、部品点数を低減することができる。

（４）図３に示すように、雌コネクタ３８への信号系バスバー４１の挿入方向が板ばね部４１ｃの押圧方向と反対方向に設定されているため、第１実施形態による（２）の効果に準じた効果を得ることが可能である。すなわち、雌コネクタ３８と信号系バスバー４１との電気的な接続を安定させることができるという効果を得ることが可能である。

＜第３実施形態＞
次に、モータ制御装置３の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

図４に示すように、本実施形態のモータ制御装置３では、モータ本体２に近い方向からヒートシンク３１、基板３０、及び樹脂モジュール３２が順に配置されている。
基板３０は、樹脂モジュール３２と対向する面にＦＥＴ３７が実装されており、その反対側の面がヒートシンク３１に対向している。

第１電源系バスバー３４の第２部位３４ｂには、基板３０に向けてＶ字状に折り曲げ加工された板ばね部３４ｄが形成されており、この板ばね部３４ｄのＶ字の先端部が基板３０に接触している。板ばね部３４ｄは基板３０に対してヒートシンク３１に向かう方向の押圧力Ｆを付与する。

以下、本実施形態のモータ制御装置３の作用及び効果について説明する。
（５）第１電源系バスバー３４に形成された板ばね部３４ｄから基板３０に付与される押圧力Ｆにより、基板３０とヒートシンク３１とを密着させることができる。これにより、基板３０をヒートシンク３１に密着させるための構造を新たに設ける必要がないため、部品点数の増加を回避することができる。

＜他の実施形態＞
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第１実施形態では、第１電源系バスバー３４の板ばね部３４ｃをＶ字状に形成したが、板ばね部３４ｃの形状は適宜変更可能である。例えば図５に示すように板ばね部３４ｃをＷ字状に形成してもよい。あるいは図６に示すように、板ばね部３４ｃにおけるＦＥＴ３７との接触部分を平面状に形成してもよい。図５及び図６にそれぞれ示す板ばね部３４ｃのいずれを用いた場合であっても、Ｖ字状の板ばね部３４ｃを用いる場合と比較すると、板ばね部３４ｃとＦＥＴ３７との接触面積が増えるため、ＦＥＴ３７とヒートシンク３１との密着性を高めることができる。なお、同様の構成を第２実施形態及び第３実施形態で採用してもよい。

・図７に示すように、第１電源系バスバー３４の板ばね部３４ｃとＦＥＴ３７との間に、例えばプラスチック等からなる平板状の介在部材３９を挟み込んでもよい。これにより介在部材３９の板厚を適宜変更することにより、ＦＥＴ３７に付与される押圧力の大きさを調整することができるため、ＦＥＴ３７とヒートシンク３１との密着性をより高めることができる。なお、同様の構成を第２実施形態及び第３実施形態で採用してもよい。

・図８に示すように、ＦＥＴ３７と第１電源系バスバー３４との間にヒートシンク３１が配置されている場合には、第１電源系バスバー３４の板ばね部３４ｃによりヒートシンク３１をＦＥＴ３７に向かって押圧することにより、ＦＥＴ３７とヒートシンク３１とを密着させてもよい。

・各実施形態では、ヒートシンク３１に基板３０を組み付けることとしたが、基板３０はヒートシンク３１に組み付けられていなくてもよい。
・各実施形態では、基板３０に雌コネクタ３８を設け、この雌コネクタ３８に第１電源系バスバー３４を接続したが、これに代えて、基板３０から雌コネクタ３８を排除し、第１電源系バスバー３４の先端部を半田付け等により基板３０に直接固定してもよい。

・各実施形態では、板ばね部が形成されるバスバーとして、樹脂モジュール３２と基板３０とを接続する第１電源系バスバー３４、及び第１基板３０と第２基板４０とを接続する信号系バスバー４１を例示したが、板ばね部が形成されるバスバーはこれに限定されない。例えばヒートシンク３１及びＦＥＴ３７を、基板３０におけるモータ本体２と対向する面に実装する。またＦＥＴ３７をヒートシンク３１と第２電源系バスバー３６の間に配置する。そして第２電源系バスバー３６に板ばね部を形成し、この板ばね部によりＦＥＴ３７をヒートシンク３１に押圧してもよい。なお、板ばね部を有するバスバーは、電源系バスバーや信号系バスバーに限らず、基板３０に接続される適宜のバスバーを採用することが可能である。

・各実施形態では、ヒートシンク３１の冷却対象としてＦＥＴ３７や基板３０を例示したが、冷却対象はこれに限定されない。ヒートシンク３１の冷却対象は、モータ制御装置３に搭載される適宜の部材を採用することが可能である。

・各実施形態の構造は、モータ本体２及びモータ制御装置３が一体化されたモータコントロールユニット１に限らず、モータ本体から分離されたモータ制御装置にも適用可能である。

・各実施形態の構造は、モータ制御装置３に限らず、基板に接続されるバスバーと、ＦＥＴ等の冷却対象に隣接するヒートシンクとを備える各種電子機器に適用可能である。

２…モータ本体、３…モータ制御装置、５…外部電源、３０…第１基板、３１…ヒートシンク、３４…第１電源系バスバー、３４ｃ，３４ｄ，４１ｃ…板ばね部、３４ｄ…板ばね部、３５，３８…雌コネクタ、３７…ＦＥＴ（冷却対象）、３９…介在部材、４０…第２基板、４１…信号系バスバー。

Claims (10)

1. 基板に接続されるバスバーと、
   冷却対象に隣接するヒートシンクと、を備える電子機器において、
   前記バスバーには、板ばね部が形成され、
   前記冷却対象及び前記ヒートシンクは、前記板ばね部から付与される押圧力により互いに密着していることを特徴とする電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記冷却対象は、前記バスバーと前記ヒートシンクとの間に配置され、
   前記板ばね部は、前記バスバーにおける前記冷却対象に対向する部位に形成され、前記冷却対象に押圧力を付与することにより、前記冷却対象と前記ヒートシンクとを密着させることを特徴とする電子機器。
3. 請求項２に記載の電子機器において、
   前記板ばね部と前記冷却対象との間に挟み込まれる介在部材を備えることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記ヒートシンクは、前記バスバーと前記冷却対象との間に配置され、
   前記板ばね部は、前記バスバーにおける前記ヒートシンクに対向する部位に形成され、前記ヒートシンクに押圧力を付与することにより、前記冷却対象と前記ヒートシンクとを密着させることを特徴とする電子機器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記基板には、前記バスバーが接続される雌コネクタが実装され、
   前記雌コネクタには、前記板ばね部の押圧方向と反対方向に前記バスバーが挿入されることを特徴とする電子機器。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記冷却対象は、前記基板に実装された電界効果トランジスタであることを特徴とする電子機器。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記冷却対象は、前記基板であることを特徴とする電子機器。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記バスバーは、外部電源から前記基板に電圧を供給する電源系バスバーであることを特徴とする電子機器。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記基板を第１基板とするとき、
   前記第１基板とは別に第２基板を更に備え、
   前記バスバーは、前記第１基板と前記第２基板との間に接続される信号系バスバーであることを特徴とする電子機器。
10. 基板に接続されるバスバーと、
    前記基板に実装される電界効果トランジスタと、
    前記電界効果トランジスタに隣接するヒートシンクと、を備え、
    前記電界効果トランジスタを含む電子部品を通じてモータ本体への供給電圧を制御するモータ制御装置において、
    前記バスバーには、板ばね部が形成され、
    前記電界効果トランジスタ及び前記ヒートシンクは、前記板ばね部から付与される押圧力により互いに密着していることを特徴とするモータ制御装置。