JP2016036244A - 駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】基準位置からの配線長の相間ばらつきを低減可能な駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】基板41は、モータの一方の側に設けられる。SW素子51〜56は、発熱素子実装面42に配置される。SW素子61〜66は、基板41のSW素子51〜56が配置される面と同一の面であって、SW素子51〜56が配置される第1領域R1とモータ10の軸中心Oを挟んで反対側の領域である第2領域R2に配置される。第1モータ線135は、第1巻線組から相毎に取り出されて基板41に配列され、第2モータ線145は、第2巻線組から相毎に取り出されて基板41に配列される。第1モータ線135およびSW素子51〜56と、第2モータ線145およびSW素子61〜66とは、電力供給領域Rinの側からの相配列が逆順である。これにより、電力供給領域Rinからの配線長の相間ばらつきが低減される。【選択図】 図10

Description

本発明は、駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、モータとモータの駆動を制御するインバータ回路とを近接させて配置させることが公知である。例えば特許文献1では、インバータ回路が実装された回路基板を収納した筐体を圧縮機の外殻に取り付けている。
特開2003−153552号公報
特許文献1の図4には、回路基板上に6つの電力制御用半導体が実装されている。しかしながら、特許文献1では、3相インバータの相配列については、なんら言及されていない。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基準位置からの配線長の相間ばらつきを低減可能な駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の駆動装置は、回転電機と、基板と、第1駆動素子と、第2駆動素子と、第1取出線と、第2取出線と、を備える。
3相以上の回転電機は、第1巻線組および第2巻線組が巻回されるステータ、ステータに対して相対回転可能に設けられるロータ、および、ロータと共に回転するシャフトを有する。
基板は、回転電機の軸方向の一方の側に設けられる。
第1巻線組の通電を切り替える第1インバータ部を構成する第1駆動素子は、基板の一方の面に配置される。
第2巻線組の通電を切り替える第2インバータ部を構成する第2駆動素子は、基板の第1駆動素子が配置される面と同一の面であって、第1駆動素子が配置される領域である第1領域と回転電機の軸中心を挟んで反対側の領域である第2領域に配置される。
第1取出線は、第1巻線組から相毎に取り出され、基板に配列される。
第2取出線は、第2巻線組から相毎に取り出され、基板に配列される。
第1取出線および第1駆動素子と、第2取出線および第2駆動素子とは、基板上の基準位置側からの相配列が逆順である。
本発明では、第1取出線および第1駆動素子と、第2取出線および第2駆動素子とは、基準位置側からの相配列が逆順となっている。これにより、基板における配線長の相間のばらつきが低減される。
本発明の第1実施形態によるパワーステアリングシステムを示す概略構成図である。 本発明の第1実施形態による駆動装置の回路構成を示す模式図である。 本発明の第1実施形態による駆動装置の断面図である。 本発明の第1実施形態による駆動装置の側面図である。 図4のV方向の矢視図である。 図4のVI方向の矢視図である。 本発明の第1実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第1実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第1実施形態によるECUの側面図である。 図9のX方向の矢視図である。 図9のXI方向の矢視図である。 本発明の第2実施形態による駆動装置の断面図である。 本発明の第2実施形態による駆動装置の側面図である。 図13のカバー部材の一部を除いた側面図である。 図14のXV方向の矢視図であって、カバー部材の一部を除いた図である。 本発明の第2実施形態による基板のフレーム部材側の面を示す平面図である。 本発明の第2実施形態による基板のフレーム部材と反対側の面を示す平面図である。 本発明の第3実施形態による駆動装置の断面図である。 本発明の第4実施形態による駆動装置の断面図である。 本発明の第5実施形態による駆動装置の断面図である。
以下、本発明による駆動装置、および、電動パワーステアリング装置を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による駆動装置、および、電動パワーステアリング装置を図1〜図11に示す。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
図1に示すように、駆動装置1は、運転者によるステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置8に適用される。駆動装置1は、回転電機としてのモータ10と、モータ10の駆動制御に係るコントローラとしてのECU40とが一体に形成される。
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム100の全体構成を示すものである。ステアリングシステム100は、操舵部材としてのハンドル101、コラム軸102、ピニオンギア104、ラック軸105、車輪106、および、電動パワーステアリング装置8等から構成される。
ハンドル101は、コラム軸102と接続される。コラム軸102には、運転者がハンドル101を操作することにより入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ103が設けられる。コラム軸102の先端には、ピニオンギア104が設けられ、ピニオンギア104はラック軸105に噛み合っている。ラック軸105の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪106が設けられる。
これにより、運転者がハンドル101を回転させると、ハンドル101に接続されたコラム軸102が回転する。コラム軸102の回転運動は、ピニオンギア104によりラック軸105の直線運動に変換され、ラック軸105の変位量に応じた角度に一対の車輪106が操舵される。
電動パワーステアリング装置8は、動力伝達部としての減速ギア9、および、駆動装置1を備える。電動パワーステアリング装置8は、トルクセンサ103から取得される操舵トルクや、図示しないCAN(Controller Area Network)から取得される車速等の信号に基づき、ハンドル101の操舵を補助するための補助トルクをモータ10から出力し、減速ギア9を介してコラム軸102に伝達する。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、モータ10にて発生したトルクにてコラム軸102の回転をアシストする、所謂「コラムアシスト」であるが、ラック軸105の駆動をアシストする、所謂「ラックアシスト」としてもよい。換言すると、本実施形態では、コラム軸102が「駆動対象」であるが、ラック軸105を「駆動対象」としてもよい、ということである。
次に、電動パワーステアリング装置8の電気的構成を図2に基づいて説明する。なお、図2においては、煩雑になることを避けるため、一部の制御線等を省略している。
モータ10は、三相ブラシレスモータであって、後述するステータ12に巻回される第1巻線組13および第2巻線組14を有する。第1巻線組13は、U相コイル131、V相コイル132、および、W相コイル133から構成される。第2巻線組14は、U相コイル141、V相コイル142、および、W相コイル143から構成される。
ECU40は、いずれも後述の基板41に実装される第1インバータ部50、第2インバータ部60、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、制御部80、回転角センサ85、コンデンサ86、87、チョークコイル89等を備える。本実施形態では、ECU40を構成する電子部品は、1枚の基板41に実装される。これにより、複数の基板によりECU40を構成する場合と比較し、部品点数を低減可能であるとともに、小型化が可能である。
第1インバータ部50は、6つのスイッチング素子(以下、「SW素子」という。)51〜56がブリッジ接続されており、第1巻線組13への通電を切り替える。第2インバータ部60は、6つのSW素子61〜66がブリッジ接続されており、第2巻線組14への通電を切り替える。
本実施形態のSW素子51〜56、61〜66は、MOSFET(金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)であるが、IGBT等の他の素子を用いてもよい。
第1インバータ部50の高電位側に配置されるSW素子51、52、53は、ドレインが電源としてのバッテリ109の正極側に接続され、ソースが低電位側に配置されるSW素子54、55、56のドレインに接続される。SW素子54、55、56のソースは、電流検出素子57、58、59を経由してバッテリ109の負極側に接続される。高電位側のSW素子51、52、53と低電位側のSW素子54、55、56との接続点は、それぞれU相コイル131、V相コイル132、W相コイル133に接続される。
第2インバータ部60の高電位側に配置されるSW素子61、62、63は、ドレインがバッテリ109の正極側に接続され、ソースが低電位側に配置されるSW素子64、65、66のドレインに接続される。SW素子64、65、66のソースは、電流検出素子67、68、69を経由してバッテリ109の負極側に接続される。高電位側のSW素子61、62、63と低電位側のSW素子64、65、66との接続点は、それぞれU相コイル141、V相コイル142、W相コイル143に接続される。
本実施形態では、SW素子51〜56が「第1駆動素子」、SW素子61〜66が、「第2駆動素子」に対応する。また、SW素子51〜53、61〜63が「高電位側素子」、SW素子54〜56、64〜66が「低電位側素子」に対応する。
電流検出素子57、58、59は、第1巻線組13の各相に対応してSW素子54〜56の低電位側に設けられ、第1巻線組13の各相に通電される電流を検出する。
電流検出素子67、68、69は、第2巻線組14の各相に対応してSW素子64〜66の低電位側に設けられ、第2巻線組14の各相に通電される電流を検出する。
本実施形態の電流検出素子57〜59、67〜69は、シャント抵抗である。
電源リレー71は、バッテリ109と第1インバータ部50との間に設けられ、バッテリ109と第1インバータ部50との間における電流を導通または遮断する。電源リレー72は、バッテリ109と第2インバータ部60との間に設けられ、バッテリ109と第2インバータ部60との間における電流を導通または遮断する。
逆接保護リレー73は、電源リレー71と第1インバータ部50との間に設けられる。逆接保護リレー74は、電源リレー72と第2インバータ部60との間に設けられる。逆接保護リレー73、74は、寄生ダイオードの向きが電源リレー71、72と反対向きとなるように接続され、バッテリ109が逆向きに接続された場合に逆向きの電流が流れるのを防ぎ、ECU40を保護する。
本実施形態では、電源リレー71、72および逆接保護リレー73、74は、いずれもMOSFETであるが、IGBT等の他の素子を用いてもよい。本実施形態では、電源リレー71、72が「リレー」に対応する。
制御部80は、マイコン81、および、集積回路部品であるASIC82等を有する。
マイコン81は、トルクセンサ103や回転角センサ85等からの信号に基づき、第1巻線組13および第2巻線組14への通電に係る指令値を演算する。
ASIC82は、プリドライバ、信号増幅部、および、レギュレータ等から構成される。プリドライバは、指令値に基づいて駆動信号を生成し、生成された駆動信号を第1インバータ部50および第2インバータ部60に出力する。詳細には、プリドライバは、生成された駆動信号を、SW素子51〜56、61〜66のゲートに出力する。SW素子51〜56、61〜66が駆動信号に従ってスイッチング動作することで、第1インバータ部50および第2インバータ部60から第1巻線組13および第2巻線組14に指令値に応じた交流電流が通電される。これにより、モータ10が駆動される。
信号増幅部は、電流検出素子57〜59、67〜69の検出信号(本実施形態では両端電圧)や、回転角センサ85の検出値を増幅し、マイコン81に出力する。また、レギュレータは、マイコン81等に供給される電圧を安定化させる安定化回路である。
回転角センサ85は、磁気検出素子により構成され、後述するシャフト16の他端162に設けられるマグネット18が回転することによる回転磁界を検出することにより、ロータ15の回転角度を検出する。
コンデンサ86は、第1インバータ部50と並列に接続される。コンデンサ87は、第2インバータ部60と並列に接続される。本実施形態では、コンデンサ86、87は、アルミ電解コンデンサであって、リレー71〜74のインバータ部50、60側に設けられる。また、チョークコイル89は、バッテリ109とコンデンサ86、87の正極側との間に接続される。本実施形態では、チョークコイル89は、リレー71〜74のバッテリ109側に設けられる。
コンデンサ86、87およびチョークコイル89は、フィルタ回路を構成し、バッテリ109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、駆動装置1からバッテリ109を供給する他の装置に伝わるノイズを低減する。また、コンデンサ86、87は、電荷を蓄えることで、第1インバータ部50および第2インバータ部60への電力供給を補助する。
本実施形態では、第1巻線組13に対応して設けられる第1インバータ部50、電源リレー71、逆接保護リレー73、および、コンデンサ86を、第1系統201とする。また、第2巻線組14に対応して設けられる第2インバータ部60、電源リレー72、逆接保護リレー74、および、コンデンサ87を、第2系統202とする。すなわち、モータ10は、複数系統(本実施形態では2系統)にて駆動制御される。
次に、駆動装置1の構造について図3〜図11に基づいて説明する。以下適宜、モータ10の軸方向を単に「軸方向」といい、モータ10の径方向を単に「径方向」という。なお、図3は、図5のIII−III線の断面図である。
図3〜図8に示すように、駆動装置1は、モータ10、フレーム部材20、ECU40、および、カバー部材90等を備える。
図3に示すように、モータ10は、モータケース11、ステータ12、第1巻線組13、第2巻線組14、ロータ15、および、シャフト16等を有する。
モータケース11は、底部111、および、筒部114を有し、例えばアルミ等の金属により有底筒状に形成される。本実施形態のモータケース11は、アルミにより形成され、表面はアルマイト処理がなされている。モータケース11は、底部111がECU40と反対側、開口側がECU40側となるように配置される。本実施形態では筒部114が「回転電機の筒部」に対応し、筒部114を軸方向に投影した領域を「モータ領域」とする。
底部111の略中央には、シャフト16の一端161が挿通される軸孔112が形成される。また、底部111には、ベアリング166が嵌合する。
筒部114の開口側には、フレーム部材20を固定するための固定部116が径方向外側に突出して形成される。固定部116には、ねじ孔117が形成される。本実施形態の固定部116は、等間隔で3箇所に設けられる。
ステータ12は、例えば鉄等の磁性材の薄板を積層してなる積層部、および、積層部の軸方向外側に形成されるインシュレータを有し、モータケース11の内側に固定される。ステータ12の積層部に用いる薄板の枚数は、モータ10に要求される出力に応じて変更可能である。これにより、軸方向の長さを変更することで、径方向の大きさを変更することなく、モータ10の出力を変更可能である。
第1巻線組13および第2巻線組14は、ステータ12のインシュレータに巻回される。第1巻線組13からは、相毎に第1モータ線135が取り出される。第2巻線組14からは、相毎に第2モータ線145が取り出される。モータ線135、145は、モータケース11からECU40側に取り出される(図7参照)。
本実施形態では、第1モータ線135が「第1取出線」、第2モータ線145が「第2取出線」に対応する。
ロータ15は、ロータコア151および永久磁石152を有する。ロータコア151は、例えば鉄等の磁性材により略円筒状に形成され、ステータ12と同軸となるようにステータ12の径方向内側に設けられる。永久磁石152は、ロータコア151の径方向外側に設けられ、N極とS極とが交互となるように構成される。
シャフト16は、例えば金属により棒状に形成され、ロータコア151の軸中心に固定される。シャフト16は、モータケース11の底部111に設けられるベアリング166、および、フレーム部材20に設けられるベアリング167に軸受され、回転可能に支持される。これにより、シャフト16はロータ15とともに回転可能となる。なお、ロータ15の外壁と、ステータ12の内壁との間には、エアギャップが形成される。
シャフト16の一端161は、モータケース11の底部111に形成される軸孔112に挿通され、モータケース11の外部に突出する。シャフト16の一端161には、減速ギア9(図1参照)と接続される図示しない出力端が設けられる。これにより、ロータ15およびシャフト16の回転により生じるトルクが、減速ギア9を経由してコラム軸102に出力される。
シャフト16の他端162には、マグネット18を保持するマグネット保持部17が設けられる。
図3および図7等に示すように、フレーム部材20は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい金属により形成され、モータケース11の開口側を塞ぐように、筒部114の径方向内側に挿入される。ここで、フレーム部材20のモータ10側の面をモータ側端面21、ECU40側の面をECU側端面31とする。
フレーム部材20の略中央には、軸孔23が形成される。軸孔23には、シャフト16の他端162側が挿通される。これにより、シャフト16の他端162に設けられるマグネット18がECU40側に露出する。また、フレーム部材20には、ベアリング167が嵌合する。
また、フレーム部材20には、モータ線135が挿通されるモータ線挿通孔24、および、モータ線145が挿通されるモータ線挿通孔25が形成される。これにより、モータ線135、145は、ECU40側に取り出される。
フレーム部材20には、固定部116に対応する箇所(本実施形態では3箇所)において径方向外側に突出する固定部26が形成される。固定部26には、スルーホール27が形成される。フレーム固定ねじ38は、スルーホール27に挿通され、ねじ孔117に螺着される。これにより、フレーム部材20がモータケース11に固定される。
フレーム部材20の径方向外側であって、固定部26よりも底部111側には、Oリング溝29が形成され、Oリング39がOリング溝29と筒部114との間に嵌め込まれる。これにより、モータケース11とフレーム部材20との間からモータ10の内部への水滴等の浸入が防止される。
フレーム部材20のECU側端面31には、基板固定部32、リレー収容室33、34、ASIC収容室35、端子逃がし溝36、および、接着溝37が形成される。
図3、図7〜図11に示すように、ECU40は、フレーム部材20を挟んでモータ10と反対側であって、モータ10と略同軸、かつ、モータ領域内に概ね収まるように設けられる。
ECU40は、各種電子部品が実装される基板41を有する。
基板41は、モータ領域内に収まる形状に形成される。本実施形態では、フレーム部材20のECU側端面31に形成される接着溝37の径方向内側に収まる形状に形成される。すなわち本実施形態では、基板41に実装され、ECU40を構成するSW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、コンデンサ86、87、および、チョークコイル89が、モータ領域内に収まっている。
ここで、基板41のモータ10側の面を発熱素子実装面42、モータ10と反対側の面を電子部品実装面43とする。本実施形態では、発熱素子実装面42が「一方の面」に対応する。
図8および図10等に示すように、発熱素子実装面42には、SW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、ASIC82、および、回転角センサ85等が表面実装される。なお、図10においては、回転角センサ85を省略した。また、図11において、ASIC82のモールド部が配置される領域を破線で示す。
回転角センサ85は、発熱素子実装面42に略中心であって、フレーム部材20から露出するマグネット18と対向する箇所に実装される。ここで、シャフト16の軸線および軸線の延長線をモータ10の軸中心Oとすると、回転角センサ85は、発熱素子実装面42の軸中心Oに実装される(図3参照)。
第1インバータ部50を構成するSW素子51〜56および電流検出素子57〜59が実装される第1領域R1は、第2インバータ部60を構成するSW素子61〜66および電流検出素子67〜69が実装される第2領域R2とは、モータ10の軸中心Oを挟んで反対側に配置される。本実施形態では、SW素子51〜56とSW素子61〜66とは、モータ10の軸中心Oを通る直線を挟んで線対称に配置される。
また、第1領域R1、第2領域R2およびモータ10の軸中心Oを含む領域を駆動素子領域R3とすると、電源リレー71、72および逆接保護リレー73、74と、ASIC82とは、駆動素子領域R3の外側であって、駆動素子領域R3を挟んで反対側に設けられる。
第1領域R1よりも径方向外側には、モータ線挿通部44が形成される。モータ線挿通部44には、モータ線135が挿通される。また、第2領域R2よりも径方向外側には、モータ線挿通部45が形成される。モータ線挿通部45には、モータ線145が挿通される。
なお、本実施形態では、領域R1〜R3を矩形の領域として示したが、SW素子51〜56、61〜66および電流検出素子57〜59、67〜69の実装箇所に応じ、例えば各素子の外縁により定義される矩形以外の領域等、どのように定義してもよい。
また、高電位側に接続されるSW素子51〜53の外側には、低電位側に接続されるSW素子54〜56が配置され、さらにその外側に電流検出素子57〜59が配置される。同様に、高電位側に接続されるSW素子61〜63の外側には、低電位側に接続されるSW素子64〜66が配置され、さらにその外側に電流検出素子67〜69が配置される。
発熱素子実装面42に実装されるSW素子51〜56、61〜66、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、および、ASIC82のフレーム部材20側の面には、銅等の熱伝導性のよい素材で形成される放熱スラグが形成される。また、SW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、および、ASIC82は、図示しない放熱ゲルを介してフレーム部材20のECU側端面31に放熱可能な状態で当接する。これにより、SW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、および、ASIC82にて生じた熱は、放熱ゲルを経由して、フレーム部材20に放熱される。なお、図3等において、ASIC82とフレーム部材20とが離間して見えるのは、放熱ゲルが省略されているためである。
すなわち、本実施形態では、SW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、および、ASIC82が、発熱素子70を構成する。
なお、SW素子51〜56、61〜66および逆接保護リレー73、74と比較して体格の大きい素子で構成される電源リレー71、72は、フレーム部材20のECU側端面31に形成されるリレー収容室33、34に収容される。また、SW素子51〜56、61〜66および逆接保護リレー73、74と比較して体格の大きい素子で構成されるASIC82は、フレーム部材20のECU側端面31に形成されるASIC収容室35に収容される。
本実施形態では、フレーム部材20がモータ10の外郭としての機能、ECU40を保持する機能、および、発熱素子70の熱を放熱するヒートシンクとしての機能を兼ね備えている。これにより、ヒートシンクを別途に設ける場合と比較し、部品点数を低減可能であり、装置全体としての体格を小型化可能である。
ここで、モータ線135、145、および、インバータ部50、60の相配列について説明する。本実施形態では、電源リレー71、72のドレインと接続される基板41の配線パターンを、図10中において一点鎖線で模式的に示し、電力供給領域Rinとする。電力供給領域Rinは、第1領域R1、第2領域R2、および、モータ10の軸中心Oを含む駆動素子領域R3の外側であって、バッテリ109からの電力を第1インバータ部50および第2インバータ部60に供給する配線パターンを含む領域である。
本実施形態では、電力供給領域Rinが「基準位置」に対応する。
図7および図10に示すように、第1モータ線135は、U相コイル131と接続される第1U相モータ線136、V相コイル132と接続される第1V相モータ線137、および、W相コイル133と接続される第1W相モータ線138から構成される。本実施形態では、電力供給領域Rin側から、第1U相モータ線136、第1V相モータ線137、第1W相モータ線138の順で配列され、基板41のモータ線挿通部44に挿通される。本実施形態では、第1U相モータ線136、第1V相モータ線137、および、第1W相モータ線138は、基板41上において、電流検出素子57〜59の外側であって、直線上に配置される。また、基板41上において、第1U相モータ線136と第1V相モータ線137との間隔と、第1V相モータ線137と第1W相モータ線138との間隔とは、等しい。すなわち、第1U相モータ線136と第1W相モータ線138とは、第1V相モータ線137を基準として対称に配置される。
また、第2モータ線145は、U相コイル141と接続される第2U相モータ線146、V相コイル142と接続される第2V相モータ線147、および、W相コイル143と接続される第2W相モータ線148から構成される。本実施形態では、電力供給領域Rin側から、第2W相モータ線148、第2V相モータ線147、第2U相モータ線146の順で配列され、基板41のモータ線挿通部45に挿通される。本実施形態では、第2U相モータ線146、第2V相モータ線147、および、第2W相モータ線148は、基板41上において、電流検出素子67〜69の外側であって、直線上に配置される。また、基板41上において、第2U相モータ線146と第2V相モータ線147との間隔と、第2V相モータ線147と第2W相モータ線148との間隔とは、等しい。すなわち、第2U相モータ線146と第2W相モータ線148とは、第2V相モータ線147を基準として対称に配置される。
本実施形態では、第1U相モータ線136と第2U相モータ線146とが、モータ10の軸中心Oに対して点対称に配置される。同様に、第1V相モータ線137と第2V相モータ線147とがモータ10の軸中心Oに対して点対称に配置され、第1W相モータ線138と第2W相モータ線148とがモータ10の軸中心Oに対して点対称に配置される。
これにより、第1モータ線135からの磁束漏れと第2モータ線145からの磁束漏れとが相殺されるため、モータ10の軸中心Oに実装される回転角センサ85における磁束漏れの影響を低減することができる。ここで、「対称」とは、磁束漏れを相殺できる程度であれば、製造上の誤差程度は許容されるものとする。
なお、第1U相モータ線136、第1V相モータ線137、第1W相モータ線138間の距離は、モータ線同士が接触しない範囲で可及的小さくなるように配置することで、磁束漏れをより低減することができる。第2モータ線145についても同様である。
第1インバータ部50は、第1モータ線135と同様、電力供給領域Rin側から、U相、V相、W相の順に配置される。詳細には、高電位側に接続されるSW素子51、52、53は、電力供給領域Rin側から、U相のSW素子51、V相のSW素子52、W相のSW素子53の順に配置される。また、低電位側に接続されるSW素子54、55、56は、電力供給領域Rin側から、U相のSW素子54、V相のSW素子55、W相のSW素子56の順に配置される。同様に、電流検出素子57、58、59は、電力供給領域Rin側から、U相コイル131の電流を検出する電流検出素子57、V相コイル132の電流を検出する電流検出素子58、W相コイル133の電流を検出する電流検出素子58の順に配置される。
第2インバータ部60は、第2モータ線145と同様、電力供給領域Rin側から、W相、V相、U相の順に配置される。詳細には、高電位側に接続されるSW素子61、62、63は、電力供給領域Rin側から、W相のSW素子63、V相のSW素子62、U相のSW素子61の順に配置される。また、低電位側に接続されるSW素子64、65、66は、電力供給領域Rin側から、W相のSW素子66、V相のSW素子65、U相のSW素子64、の順に配置される。同様に、電流検出素子67、68、69は、電力供給領域Rin側から、W相コイル143の電流を検出する電流検出素子69、V相コイル142の電流を検出する電流検出素子68、U相コイル141の電流を検出する電流検出素子67の順に配置される。
ここで、U相について、電力供給領域Rinからモータ線136までの配線長と、電力供給領域Rinからモータ線146までの配線長の和をU相配線長とする。同様に、V相について、電力供給領域Rinからモータ線137までの配線長と、電力供給領域Rinからモータ線147までの配線長の和をV相配線長とする。また、W相について、電力供給領域Rinからモータ線138までの配線長と、電力供給領域Rinからモータ線148までの配線長の和を、W相配線長とする。
本実施形態では、第1系統201は、電力供給領域Rin側からU相、V相、W相の順に配列され、第2系統202は、電力供給領域Rin側からW相、V相、U相の順に配列される。換言すると、第1系統201と第2系統202とでは、電力供給領域Rin側からの通電相の配列が逆順となっている、と捉えることもできる。また、本実施形態では、電力供給領域Rinの中心から第1領域R1の中心までの距離と、電力供給領域Rinの中心から第2領域R2の中心までの距離とが略等しい。
そのため、U相配線長、V相配線長、および、W相配線長のばらつきが小さい。特に、SW素子51〜56および電流検出素子57〜59と、SW素子61〜66および電流検出素子67〜69とを対称に配置し、基板41における配線パターンを対称に形成するとともに、第1モータ線135と第2モータ線145とを対称に配置することで、U相配線長、V相配線長、および、W相配線長のばらつきをより低減することができる。配線長のばらつきを低減することにより、配線インピーダンスの相間におけるばらつきを低減することができる。
また、第1インバータ部50および第1モータ線135の相配列を同じとし、相毎に、軸中心O側から基板41の外側に向かって、高電位側のSW素子51〜53、低電位側のSW素子54〜56、電流検出素子57〜59、モータ線136〜138の順に配置している。各SW素子51〜56において、ドレインが基板41側の面に形成されており、低電位側のSW素子54〜56のドレインと接続される配線パターンとモータ線135とを接続する。そのため、低電位側のSW素子54〜56を高電位側のSW素子51〜53よりも外側に配置することで、高電位側のSW素子51〜53を外側に配置する場合と比較し、基板41における配線が容易となる。
第2インバータ部60および第2モータ線145についても同様である。
図7および図11等に示すように、電子部品実装面43には、マイコン81、コンデンサ86、87およびチョークコイル89等が実装される。
マイコン81は、ASIC82が実装される領域の裏側であって、少なくとも一部が重複する箇所に実装される。
コンデンサ86は、第1インバータ部50を構成するSW素子51〜56が実装される第1領域R1の裏側であって、少なくとも一部が重複する箇所に実装される。また、コンデンサ87は、第2インバータ部60を構成するSW素子61〜66が実装される第2領域R2の裏側であって、少なくとも一部が重複する箇所に実装される。コンデンサ86、87を、インバータ部50、60の裏側に配置することで、ノイズ低減効果が高まる。
本実施形態では、比較的大型の電子部品であるコンデンサ86、87およびチョークコイル89を電子部品実装面43側に実装することで、基板41とフレーム部材20とを近接した状態にて配置可能である。これにより、発熱素子実装面42側に実装される発熱素子70の熱をフレーム部材20に背面放熱させることができる。
電子部品実装面43において、モータ線挿通部44、45が形成される箇所には、導電性のよい金属等により形成されるモータ線接続部46が設けられる。モータ線接続部46は、圧入部を有し、この圧入部にモータ線135、145が圧入されると、プレスフィットにより、モータ線135、145と基板41とが電気的に接続される。
基板41の基板固定部32に対応する箇所には、孔部48が形成される。基板固定ねじ49(図7および図8参照)は、孔部48に挿入され、フレーム部材20の基板固定部32に螺着される。これにより、基板41は、フレーム部材20に固定される。
図3〜図8に示すように、カバー部材90は、カバー本体91、給電用コネクタ96、および、信号用コネクタ97を有し、基板41の電子部品実装面43側を覆うように形成される。
カバー本体91の周壁92の端部には、挿入部921が形成される。挿入部921は、フレーム部材20の接着溝37に挿入され、接着剤により固定される。これにより、フレーム部材20とカバー部材90との間からの水滴等の浸入が防止される。
カバー本体91の略中央には、コンデンサ収容部93が形成される。コンデンサ収容部93は、モータ10と反対側に突出して形成され、コンデンサ86、87を収容する。コンデンサ収容部93には、呼吸穴94が形成される。呼吸穴94は、フィルタ部材95により塞がれる。フィルタ部材95は、水を通さず、空気を通す素材にて形成される。これにより、温度変化に伴う駆動装置1内部の圧力変化を抑制する。
給電用コネクタ96および信号用コネクタ97(以下適宜、「コネクタ96、97」という。)は、カバー本体91からモータ10と反対側に突出して形成される。本実施形態では、コネクタ96、97は、カバー本体91と一体に形成される。
給電用コネクタ96は、開口部961がモータ10と反対側の端部に形成され、軸方向端部側からバッテリ109と接続される図示しないハーネスを接続可能に形成される。また、給電用コネクタ96は、基板41と接続される給電コネクタ端子962を有する。給電コネクタ端子962は、基板41に形成される端子挿通孔965に挿通され、はんだ等により基板41と接続される。これにより、ECU40は、バッテリ109と接続される。
信号用コネクタ97は、開口部971がモータ10と反対側の端部に形成され、開口部971から図示しないハーネスを接続可能に形成される。本実施形態では、信号用コネクタ97は、2つ形成され、一方の信号用コネクタ97には、トルクセンサ103と接続されるハーネスが接続され、他方の信号用コネクタ97には、CANと接続されるハーネスが接続される。また、信号用コネクタ97は、基板41と接続される信号コネクタ端子972を有する。信号用コネクタ端子972は、基板41に形成される端子挿通孔975に挿通され、はんだ等により基板41に接続される。これにより、ECU40には、トルクセンサ103からの情報、および、CANからの情報が入力される。
なお、給電コネクタ端子962および信号コネクタ端子972(以下適宜、「端子962、972」という。)の先端は、フレーム部材20のECU側端面31に形成される端子逃がし溝36に挿入され、端子962、972とフレーム部材20とが短絡しないように構成される。
以上詳述したように、本実施形態の駆動装置1は、モータ10と、基板41と、SW素子51〜56と、SW素子61〜66と、第1モータ線135と、第2モータ線145と、を備える。
モータ10は、第1巻線組13および第2巻線組14が巻回されるステータ12、ステータ12に対して相対回転可能に設けられるロータ15、および、ロータ15と共に回転するシャフト16を有する3相モータである。
基板41は、モータ10の軸方向の一方の側に設けられる。
第1巻線組13の通電を切り替える第1インバータ部50を構成するSW素子51〜56は、基板41の一方の面である発熱素子実装面42に配置される。
第2巻線組14の通電を切り替える第2インバータ部60を構成するSW素子61〜66は、基板41のSW素子51〜56が実装される面と同一の面であって、SW素子51〜56が実装される領域である第1領域R1とモータ10の軸中心Oを挟んで反対側の領域である第2領域R2に配置される。
第1モータ線135は、第1巻線組13から相毎に取り出され、基板41に配列される。
第2モータ線145は、第2巻線組14から相毎に取り出され、基板41に配列される。
第1モータ線135およびSW素子51〜56と、第2モータ線145およびSW素子61〜66とは、基板41上の電力供給領域Rin側からの相配列が逆順である。
換言すると、U相を第1相、V相を第2相、W相を第3相とすると、第1モータ線135およびSW素子51〜56は、電力供給領域Rinの側から、第1相(U相)、第2相(V相)、第3相(W相)の順に配列され、また、第2モータ線145およびSW素子61〜66は、電力供給領域Rinの側から、第3相(W相)、第2相(V相)、第1相(U相)の順に配列される。
本実施形態では、第1系統201に係る第1モータ線135およびSW素子51〜56と、第2系統に係る第2モータ線145およびSW素子61〜66とは、基準位置側(本実施形態では、電力供給領域Rin側)からの相配列が逆順となっている。これにより、基板41における基準位置からの配線長の相間のばらつきが低減される。
基準位置は、第1領域R1、第2領域R2およびモータ10の軸中心Oを含む領域である駆動素子領域R3の外側であって、バッテリ109からの電力を第1インバータ部50および第2インバータ部60に供給する配線パターンを含む領域である電力供給領域Rinである。すなわち、本実施形態では、第1モータ線135およびSW素子51〜56と、第2モータ線145およびSW61〜66とが、電力供給領域Rin側からの相配列が逆順となっている。これにより、電力供給領域Rinからモータ線135、145に至る基板41における配線長の相間のばらつきが低減されるので、各相のインピーダンスのばらつきを低減することができる。
駆動装置1は、バッテリ109と第1インバータ部50または第2インバータ部60との間に通電される電流の導通または遮断を切り替え可能な電源リレー71、72をさらに備える。電源リレー71、72は、SW素子51〜56、61〜66が配置される面と同一の面である発熱素子実装面42の電力供給領域Rinに実装される。
電源リレー71、72を電力供給領域Rinに配置することで、基板41における配線が容易となり、基板41の実装面積を有効に活用することができる。
駆動装置1は、モータ10と基板41との間に設けられるフレーム部材20をさらに備える。
SW素子51〜56、61〜66は、基板41のフレーム部材20側の面である発熱素子実装面42に、フレーム部材20に対して放熱可能に実装される。すなわち、フレーム部材20が、モータ10の外郭としての機能、および、ヒートシンクとしての機能を兼ね備えている。これにより、別途にヒートシンクを設ける場合と比較し、部品点数を低減できるとともに、駆動装置1の体格、特に軸方向における体格を小型化することができる。
第1モータ線135は、第1領域R1の径方向外側にて基板41と接続される。第2モータ線145は、第2領域R2の径方向外側にて基板41と接続される。これにより、基板41の実装面積を有効に活用することができる。
駆動装置1は、第1巻線組13または第2巻線組14の各相に通電される電流を検出する電流検出素子57〜59、67〜79をさらに備える。電流検出素子57〜59、67〜79は、基板41におけるSW素子51〜56、61〜66が実装される面と同一の面のSW素子51〜56と第1モータ線135との間、または、SW素子61〜66と第2モータ線145との間に実装される。
これにより、第1巻線組13または第2巻線組14の各相に通電される電流を適切に検出することができる。
SW素子51〜56、61〜66は、モータ10の軸中心O側に高電位側のSW素子51〜53、61〜63が配置され、高電位側のSW素子51〜53、61〜63の外側に低電位側のSW素子54〜56、64〜66が配置される。このように配置することで、高電位側のSW素子51〜53、61〜63を外側に配置する場合と比較し、基板41における配線が容易となる。
第1モータ線135と第2モータ線145とは、基板41上におけるモータ10の軸中心Oを基準として点対称に配置される。これにより、第1モータ線135と第2モータ線145とは、対応する相が点対称となるように配置され、磁束漏れが相殺されるので、磁束漏れを低減することができる。また、例えば、モータ10の軸中心Oに回転角センサ85が配置される場合、回転角センサ85において、磁束漏れの影響による検出誤差を低減することができる。
第1モータ線135および第2モータ線145は、真ん中に配置される相を基準に両側に配置される相が対称に配置される。すなわち、第1モータ線135および第2モータ線145は、V相を基準に、U相とW相とが対称に配置される。これにより、相間における配線長のばらつきがより低減されるので、相間のインピーダンスのばらつきをより低減可能である。
モータ線136、137、138は、基板41上において、直線上に配置される。また、モータ線146、147、148は、基板41上において、直線上に配置される。
本実施形態の駆動装置1は、電動パワーステアリング装置8に適用される。すなわち、電動パワーステアリング装置8は、駆動装置1と、モータ10から出力されたトルクをコラム軸102に伝達する減速ギア9と、を備え、モータ10のトルクによりコラム軸102を駆動することで、運転者によるハンドル101の操舵を補助する。
本実施形態の駆動装置1は、モータ10とECU40とが同軸に設けられ、軸方向における体格が小型化されており、かつ、モータ領域内に装置全体の大部分が収まるように構成されている。これにより、搭載スペースが狭い箇所にも搭載可能となる。また、本実施形態の駆動装置1は、モータケース11とフレーム部材20との間にOリング39が設けられており、また、フレーム部材20とカバー部材90とが接着剤にて固定されており、防水構造となっている。そのため、駆動装置1をエンジンルームへ搭載してもよく、例えばラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置にも好適に適用可能である。
(第2実施形態)
本実施形態の第2実施形態による駆動装置を図12〜図17に示す。なお、図12は、図15のXII−XII線の断面図である。なお、本実施形態に係る各図においては、コンデンサ86、87を適宜省略した。
駆動装置2は、回転電機としてのモータ210、フロントフレームエンド215、リアフレームエンド220、コントローラとしてのECU240、コネクタ280、および、カバー部材290等を備える。本実施形態では、リアフレームエンド220が「フレーム部材」に対応する。なお、駆動装置2の電気的構成は、上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図12〜図15に示すように、モータ210は、ステータ212、ロータ15、および、シャフト16等を備える。
ステータ212には、フロントフレームエンド215およびリアフレームエンド220が固定される。また、本実施形態では、モータケースが省略されており、ステータ212が露出している。その他の点については、上記実施形態のステータ12と同様である。すなわち本実施形態の駆動装置2では、ステータ212が剥き出しとなっており、防水構造とはなっていない。そのため、本実施形態の駆動装置2は、車室内に設けられることが好ましく、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置に好適に適用される。
本実施形態では、モータケースが省略されているので、ステータ212を投影した領域を「モータ領域」と捉えるものとする。
フロントフレームエンド215は、例えばアルミ等の金属により形成され、モータ210のECU240とは反対側の端部に設けられる。フロントフレームエンド215の略中央には、軸孔216が形成される。フロントフレームエンド215には、ベアリング166が設けられ、シャフト16の一端161が挿通される。これにより、シャフト16の一端161は、フロントフレームエンド215から露出する。シャフト16の一端161には、出力端165が設けられる。出力端165は、減速ギア9に接続される。これにより、ロータ15およびシャフト16の回転により生じるトルクが、減速ギア9を経由してコラム軸102に出力される。
図12〜図15に示すように、リアフレームエンド220は、フレーム部222、放熱部230、および、コネクタ受部236を有し、例えばアルミ等の熱伝導性のよい金属により形成され、モータ210のECU240側に設けられる。フロントフレームエンド215とリアフレームエンド220とは、モータ210を挟んだ状態にて、図示しないスルーボルトにより締結される。また、リアフレームエンド220には、図示しないモータ線挿通孔が形成される。モータ線135、145は、モータ線挿通孔に挿通され、ECU240側に取り出される。
フレーム部222は、モータ210側に略環状に形成され、モータ210のステータ212に固定される。
放熱部230は、フレーム部222のECU240側に立設される。
放熱部230の軸中心Oには、軸孔231が形成される。軸孔231には、ベアリング167が設けられ、シャフト16の他端162が挿通される。これにより、シャフト16の他端162に設けられるマグネット18がECU240側に露出する。
放熱部230の外側には、基板固定部232が形成される。放熱部230のECU240側には、放熱面235が形成される。
コネクタ受部236には、放熱部230から径方向外側に突出して形成される。コネクタ受部236のECU240側には、コネクタ280が配置される。コネクタ受部236とコネクタ280とは、離間している。
ECU240は、リアフレームエンド220を挟んでモータ210と反対側であって、モータ210と略同軸に設けられる。
ECU240は、各種電子部品が実装される基板241を有する。
基板241は、リアフレームエンド220を投影した領域内に収まる形状に形成される。また、基板241に実装され、ECU240を構成するSW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、コンデンサ86、87、および、チョークコイル89が、モータ領域内に収まっている。
ここで、基板241のモータ210側の面を発熱素子実装面242、モータ10と反対側の面を電子部品実装面243とする。本実施形態では、発熱素子実装面242が「一方の面」に対応する。
図16に示すように、発熱素子実装面242には、SW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、ASIC82、および、回転角センサ85等が実装される。
本実施形態では、SW素子51〜56、61〜66、電流検出素子57〜59、67〜69、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、および、ASIC82は、放熱ゲルを介して、リアフレームエンド220の放熱部230の放熱面235に放熱可能な状態で当接する。これにより、SW素子51〜56、61〜66、電源リレー71、72、逆接保護リレー73、74、および、ASIC82にて生じた熱は、放熱ゲルを経由して、リアフレームエンド220に放熱される。また、電子部品実装面243において、ASIC82と少なくとも一部が重複する領域には、マイコン81が実装される(図12、図17参照)。
本実施形態では、第1インバータ部50を構成するSW素子51〜56と、第2インバータ部60を構成するSW素子61〜66とは、モータ10の軸中心O(本実施形態では、回転角センサ85が実装される箇所)に対して、対称に配置される。本実施形態では、SW素子51〜56とSW素子61〜66とは、モータ10の軸中心Oに対して点対称に配置される。なお、相配列については、上記実施形態と同様、第1インバータ部50は、電力供給領域Rin側から、U相、V相、W相の順に配置され、第2インバータ部60は、電力供給領域Rin側から、W相、V相、U相の順に配置されている。
基板241に実装される各種電子部品の配置等は、上述の点を除き、上記実施形態と同様である。
基板241の第1インバータ部50を構成する素子類が実装される第1領域R1よりも径方向外側には、モータ線挿通部244が形成される。モータ線挿通部244には、モータ線135が挿通され、はんだ等により接続される。また、基板241の第2インバータ部60を構成する素子類が実装される第2領域R2よりも径方向外側には、モータ線挿通部245が形成される。モータ線挿通部245には、モータ線145が挿通され、はんだ等により接続される。
モータ線挿通部244、245は、軸中心Oを中心とする円周C上に形成される。すなわち、基板241上において、モータ線135、145は、円周C上に配置される。本実施形態では、円環状のステータ212に巻回される巻線組13、14からモータ線135、145が取り出される。モータ線挿通部244、245を同一円周上に形成することで、モータ線135、145をステータ212側から基板41側に略真っ直ぐに取り出せばよいので、モータ線135、145と基板241との接続が容易になる。
基板241の基板固定部232に対応する箇所には、孔部248が形成される。基板固定ねじ49は、孔部248に挿入され、リアフレームエンド220の基板固定部232に螺着される。これにより、基板241は、リアフレームエンド220に固定される。
また、基板241は、円弧状に形成される円弧部251と、円弧部251の径方向外側に形成されるコネクタ固定部252を有する。コネクタ固定部252には、コネクタ固定ねじ289が挿通される孔部253が形成される。
基板241の発熱素子実装面242側であって、電源リレー71、72および逆接保護リレー73、74の外側のコネクタ固定部252には、コネクタ280が設けられる。
図12〜図15に示すように、コネクタ280は、基板241の電子部品実装面243側から挿入されるコネクタ固定ねじ289にて、基板241に固定される。
コネクタ280は、樹脂等で形成され、基板241から径方向外側に突出した状態にて
固定され、リアフレームエンド220のコネクタ受部236のECU240側に配置される。なお、コネクタ280は、リアフレームエンド220のフレーム部222およびコネクタ受部236よりもECU240側に設けられており、「コネクタは、フレーム部材よりもコントローラ側に配置される」という概念に含まれるものとする。
本実施形態では、コネクタ280を基板241の発熱素子実装面242側に設けることで、コネクタ280の高さ分、放熱部230を立ち上がらせて形成することにより、放熱部230の熱マスを大きくすることができ、発熱素子70により生じた熱を高効率に放熱させることができる。
コネクタ280は、開口部281が径方向外側を向き、径方向外側からハーネスを接続可能に形成される。また、コネクタ280は、端子282を有する。端子282は、基板241に接続される。
本実施形態のコネクタ280は、給電用コネクタ283と信号用コネクタ284とが一体に形成される。また、コネクタ280の外周には、フランジ部285が形成される。
カバー部材290は、金属等により、コネクタ280とは別体にて形成される。カバー部材290は、頂部291、および、頂部291の外縁に沿って形成される側壁292を有し、ECU240を覆うように形成され、かしめ等により、リアフレームエンド220に固定される。
側壁292には、コネクタ280に応じた形状の切欠部293が形成される。これにより、コネクタ280の開口部281側は、カバー部材290から露出する。
本実施形態では、モータ10側が鉛直方向下側となるように搭載されることを前提とし、フランジ部285のモータ10側がカバー部材290から露出している。フランジ部285を設けることにより、カバー部材290とコネクタ280との間からの装置内部への水等の浸入が防止される。また、浸入してしまった水は、フランジ部285を伝って駆動装置2の外部へ排出される。
本実施形態では、第1モータ線135および第2モータ線145は、基板241上において、同一円周上に配置される。これにより、円環状のステータ212に巻回された第1巻線組13および第2巻線組14から引き出されたモータ線135、145と基板241との接続が容易となる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図18に示す。図18は、模式的な断面図であって、コネクタ等、一部の部材の記載を省略した。また、SW素子等のハッチングを省略した。後述の図19および図20も同様である。
第3実施形態の駆動装置3は、ECU340が上記実施形態と異なる。
ECU340は、基板341、中間部材350、および、ヒートシンク355が、モータ10側からこの順で設けられる。基板341のモータ10側の面である発熱素子実装面342には、SW素子51〜56、61〜66が実装される。発熱素子実装面342側におけるSW素子51〜56、61〜66等の配置は、図10と同様である。すなわち、上記実施形態と同様、第1モータ線135およびSW素子51〜56と、第2モータ線136およびSW素子61〜66とは、電力供給領域Rin側からの相配列が逆順となっている。本実施形態では、発熱素子実装面342が「一方の面」に対応する。
なお、基板341のモータ10と反対側の実装面343を「一方の面」とし、実装面343にSW素子51〜56、61〜66を実装してもよい。
中間部材350は、板状部351、および、周壁部352を有する。板状部351は、略円板状に形成され、基板341側の面に電子部品181が実装される。周壁部352は、板状部351の外縁の少なくとも一部にて、基板341側およびヒートシンク355側に延びて形成される。基板341と中間部材350とは、例えば配線パターン等により、電気的に接続される。基板341および板状部351の略中央には、シャフト160が挿通される孔部が形成される。
ヒートシンク355の略中央には、シャフト160を回転可能に支持するベアリング168が設けられる。ヒートシンク355のモータ10側の面には、電子部品182が配置される。電子部品182は、図示しない端子等により、中間部材350と接続される。
電子部品181、182は、例えばリレー、コンデンサ、コイル、マイコン、ASIC等である。電子部品181、182は、基板341や板状部351のヒートシンク355側の面に実装してもよい。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第4実施形態、第5実施形態)
図19に示すように、本発明の第4実施形態の駆動装置4は、ECU440が第3実施形態と異なる。第4実施形態では、SW素子51〜56、61〜66が板状部351のモータ10側の面に配置される。第4実施形態では、板状部351を「基板」とみなす。SW素子51〜56、61〜66は、板状部351のヒートシンク355側の面に配置してもよい。
図20に示すように、本発明の第5実施形態の駆動装置5は、ECU550が第3実施形態と異なる。本実施形態では、SW素子51〜56、61〜66が、ヒートシンク355のモータ10側の面に配置される。第5実施形態では、ヒートシンク355を「基板」とみなす。
ヒートシンク355と、SW素子51〜56、61〜66およびモータ線135、145とは、電気的には接続されない。SW素子51〜56、61〜66は、例えば図示しない端子等により、中間部材350または基板341と電気的に接続するようにしてもよい。また、図20では、SW素子51〜56、61〜66と板状部351とが離間しているが、例えばSW素子51〜56、61〜66が板状部351のモータ10と反対側の面にて電気的に接続されており、ヒートシンク355に放熱可能に設けられていてもよい。
板状部351またはヒートシンク355上におけるSW素子51〜56、61〜66、および、モータ線135、145の相配列は、上記実施形態と同様とする。ここで、例えば、電力供給領域Rinが基板341に設けられている場合、電力供給領域Rinを軸方向に投影した部分を「基準位置」とみなすようにしてもよい。電力供給領域Rinは、板状部351に形成されていてもよい。
また、図19および図20において、モータ線135、145は、板状部351またはヒートシンク355側まで延びて形成される。ここで、基板341、および、板状部351またはヒートシンク355を「基板」とみなし、モータ線135、145は、基板341と接続されるようにしてもよい。すなわち、モータ線135、145は、板状部351またはヒートシンク355まで延びて形成されていなくてもよい。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
なお、図19および図20の基板341、および、図20の中間部材350には、電子部品が図示されていないが、基板341および中間部材350には、コンデンサ、コイル、マイコン、ASIC等の電子部品を適宜実装可能である。また、図18および図19中にて、中間部材350またはヒートシンク355に配置される電子部品181、182を省略してもよい。
(他の実施形態)
(ア)フレーム部材
上記実施形態では、フレーム部材は、フレーム固定ねじによりモータケースに固定される。他の実施形態では、ねじ以外の部材によってフレーム部材をモータケースに固定してもよい。また、圧入により、フレーム部材をモータケースに固定してもよい。これにより、部品点数を低減することができる。また、径方向における体格を小型化することができる。第3実施形態〜第5実施形態では、フレーム部材が省略されている。他の実施形態では、第3実施形態〜第5実施形態のように、中間部材を備える駆動装置において、フレーム部材を設けてもよい。
(イ)ECU
上記実施形態では、発熱素子は、放熱ゲルを介してフレーム部材と当接する。他の実施形態では、放熱ゲルに替えて、放熱シートを用いてもよいし、発熱素子とフレーム部材とが直接的に当接するように構成してもよい。また、上記実施形態では、SW素子は、モールド部から放熱スラグが露出して形成される。他の実施形態では、SW素子は、放熱スラグが露出していなくてもよい。電源リレー、逆接保護リレー、および、ASICについても同様である。
また、上記実施形態では、駆動素子、電流検出素子、電源リレー、逆接保護リレー、および、ASICが発熱素子に対応し、これらの発熱素子がフレーム部材に対して背面放熱可能に設けられる。他の実施形態では、電流検出素子、電源リレー、および、逆接保護リレーは、第1駆動素子および第2駆動素子と異なる面に実装してもよいし、省略してもよい。また、第1駆動素子および第2駆動素子をフレーム部材の回転電機と反対側の面である電子部品実装面側に実装してもよい。この場合、電子部品実装面が「一方の面」に対応する。また、電流検出素子は、シャント抵抗以外の例えばホールIC等としてもよいし、2相分の電流検出素子を設けるといった具合に、一部を省略してもよい。電源リレーは、メカリレーとしてもよい。
さらにまた、これらの素子類とは異なる電子部品を発熱素子として、フレーム部材に対して背面放熱可能となるように基板の発熱素子実装面に実装してもよい。さらにまた、発熱素子実装面に実装される電子部品の一部または全部は、フレーム部材に対して放熱させなくてもよい。
上記実施形態では、制御部を構成する電子部品であるASICが発熱素子実装面に実装され、マイコンが電子部品実装面に実装される。他の実施形態では、制御部を構成する電子部品は、ASICおよびマイコンに限らず、パッケージをどのように構成してもよい。また、例えば、ASICを電子部品実装面に実装し、マイコンを発熱素子実装面に実装する、といった具合に、制御に係る電子部品は、パッケージの構成や発熱状況に応じ、発熱素子実装面または電子部品実装面のどちら側に実装してもよい。また、マイコンをASICと重複しない領域に実装してもよい。なお、「発熱素子実装面」および「電子部品実装面」は、発熱素子や電子部品を実装可能であることを意味し、発熱素子や電子部品が必ずしも実装されていなくても差し支えない。
上記実施形態では、第1実施形態では、第1インバータ部を構成するSW素子と第2インバータ部を構成するSW素子とが線対称に配置され、第2実施形態では、第1インバータ部を構成するSW素子と第2インバータ部を構成するSW素子が点対称に配置される。他の実施形態では、第1実施形態の構成にてSW素子を点対称配置としてもよいし、第2実施形態の構成にてSW素子を線対称配置としてもよい。また、SW素子の配置は、対称配置に限らず、どのように配置してもよい。さらにまた、SW素子以外の基板に実装される各種電子部品の配置も、どのようであってもよい。
また、上記実施形態では、第1系統において、電力供給領域側から、U相、V相、W相の順に配列され、第2系統において、電力供給領域側から、W相、V相、U相の順に配列される。他の実施形態では、第1系統の相配列は、電力供給領域側から、U相、V相、W相の順に限らず、どのように配列してもよい。すなわち、第1相、第2相、第3相は、それぞれ、U相、V相、W相のいずれとしてもよい。また、第2系統の相配列は、第1系統の相配列と逆順で配列される。これにより、上記実施形態と同様、磁束漏れを相殺可能であり、回転角センサにおける磁束漏れの影響を低減可能である。また、配線インピーダンスの相間でのばらつきを低減することができる。
また、第1取出線および第1駆動素子と、第2取出線および第2駆動素子とは、電力供給領域以外の箇所を基準位置とし、当該基準位置からの相配列が逆順となるようにしてもよい。
上記実施形態では、第1取出線および第2取出線は、点対称に配置される。他の実施形態では、第1取出線および第2取出線は、点対称以外の配置としてもよい。また、第1取出線および第2取出線の少なくとも一方は、真ん中に配置される相を基準に両側に配置される相が対称でなくてもよい。さらにまた、第1取出線は、基板上において、第1領域の径方向外側以外の箇所に配置してもよい。同様に、第2取出線は、基板上において、第1領域の径方向外側以外の箇所に配置してもよい。
上記実施形態では、軸中心側から、高電位側素子、低電位側素子、電流検出素子の順で配置される。他の実施形態では、軸中心からの素子配列は、例えば低電位側素子を軸中心側に配置する等、どのように配列してもよい。また、例えば2相分の電流検出素子を設けるといった具合に、電流検出素子の一部を省略してもよい。
上記実施形態では、電力供給領域の中心から第1領域の中心までの距離と、電力供給領域の中心から第2領域の中心までの距離とは、略等しい。他の実施形態では、例えば、電源リレーおよび逆接保護リレーが省略されており、図11において逆接保護リレー73が実装される箇所の近傍に電力供給領域が形成されるといった具合に、電力供給領域の中心から第1領域の中心までの距離と、電力供給領域の中心から第2領域の中心までの距離とは、等しくなくてもよい。このような場合、例えば、バッテリから電力が供給される配線パターンのインバータ部側の端部よりも反インバータ部側の全体を「電力供給領域」と捉え、当該電力供給領域側から、第1系統について、第1相、第2相、第3相の順に配列し、第2系統について、第3相、第2相、第1相の順に配列してもよい。このように構成しても、他の相配列の場合と比較し、相間における配線インピーダンスのばらつきを低減することができる。
第1実施形態では、基板にモータ線との接続に用いられる金属片が実装され、プレスフィットにて基板とモータ線とが接続される。また、第2実施形態では、はんだ等により基板とモータ線とが接続される。他の実施形態では、例えば、第1実施形態の構成にて、基板とモータ線とをはんだにて接続してもよいし、第2実施形態の構成にて、基板に設けられた金属片を用いたプレスフィットにて基板とモータ線を接続してもよい。また、基板とモータ線との接続は、プレスフィットやはんだに限らず、どのような方法で接続してもよい。
上記実施形態では、基板は、基板固定ねじによりフレーム部材に固定される。他の実施形態では、基板をフレーム部材に固定する手法は、ねじを用いるのに限らず、どのようであってもよい。
(ウ)コネクタ部
第1実施形態では、コネクタ部は、1つの給電用コネクタ、および、2つの信号用コネクタから構成される。他の実施形態では、これらのコネクタの一部または全部を複数設けてもよい。これらのコネクタは、第1実施形態のようにそれぞれ別個に設けてもよいし、一部または全部を第2実施形態のように一体に形成してもよい。
また、第2実施形態のように、モータケースを設けない場合、ステータを「回転電機の筒部」とし、ステータを軸方向に投影した投影領域内にコネクタを配置するようにしてもよい。また、コネクタとカバー部材とを別体とする前提とし、コネクタをカバー部材の基板の電子部品実装面側(すなわちモータと反対側)に固定するようにしてもよい。
すなわち、コネクタの数、コネクタの開口部の向き、および、カバー部材との一体もしくは別体については、どのような組み合わせとしてもよい。
(エ)カバー部材
第1実施形態では、カバー部材は接着剤にてフレーム部材に固定される。また、第2実施形態では、かしめによりフレーム部材に固定される。カバー部材のフレーム部材への固定方法は、これに限らず、例えばねじ等で固定する等、どのように固定してもよい。
(オ)駆動装置
上記実施形態では、回転電機は3相のブラシレスモータである。他の実施形態では、回転電機は、ブラシレスモータに限らず、3相以上のどのようなモータであってもよい。また、回転電機は、モータ(電動機)に限らず、発電機であってもよいし、電動機および発電機の機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであってもよい。
上記実施形態では、ギアと接続される出力端は、モータを挟んでECUと反対側に設けられる。換言すると、上記実施形態の駆動装置では、出力端、モータ、ECUが、この順で配列される。他の実施形態では、出力端は、ECUを挟んでモータと反対側に設けてもよい。換言すると、他の実施形態の駆動装置では、モータ、ECU、出力端が、この順で配列されてもよい。
上記実施形態では、駆動装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、駆動装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
1〜5・・・駆動装置
8・・・電動パワーステアリング装置
10、210・・・モータ(回転電機)
13・・・第1巻線組 14・・・第2巻線組
135・・・第1モータ線(第1取出線)
145・・・第2モータ線(第2取出線)
20・・・フレーム部材 220・・・リアフレームエンド(フレーム部材)
41、241、341・・・基板
50・・・第1インバータ部 51〜56・・・SW素子(第1駆動素子)
60・・・第1インバータ部 61〜66・・・SW素子(第2駆動素子)

Claims (12)

  1. 第1巻線組(13)および第2巻線組(14)が巻回されるステータ(12、212)、前記ステータに対して相対回転可能に設けられるロータ(15)、および、前記ロータと共に回転するシャフト(16)を有する3相以上の回転電機(10、210)と、
    前記回転電機の軸方向の一方の側に設けられる基板(41、241、341、351、355)と、
    前記基板の一方の面(42、242、342)に配置され、前記第1巻線組の通電を切り替える第1インバータ部(50)を構成する第1駆動素子(51〜56)と、
    前記基板の前記第1駆動素子が配置される面と同一の面であって、前記第1駆動素子が配置される領域である第1領域と前記回転電機の軸中心を挟んで反対側の領域である第2領域に配置され、前記第2巻線組の通電を切り替える第2インバータ部(60)を構成する第2駆動素子(61〜66)と、
    前記第1巻線組から相毎に取り出され、前記基板に配列される第1取出線(135)と、
    前記第2巻線組から相毎に取り出され、前記基板に配列される第2取出線(145)と、
    を備え、
    前記第1取出線および前記第1駆動素子と、前記第2取出線および前記第2駆動素子とは、前記基板上の基準位置側からの相配列が逆順であることを特徴とする駆動装置。
  2. 前記基準位置は、前記第1領域、前記第2領域および前記回転電機の軸中心を含む領域である駆動素子領域の外側であって、電源(109)からの電力を前記第1インバータ部および前記第2インバータ部に供給する配線パターンを含む領域である電力供給領域であることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3. 前記基板の前記第1駆動素子および前記第2駆動素子が配置される面と同一の面の前記電力供給領域に配置され、前記電源と前記第1インバータ部または前記第2インバータ部との間に通電される電流の導通または遮断を切り替え可能なリレー(71、72)をさらに備えることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
  4. 前記回転電機と前記基板との間に設けられるフレーム部材(20、220)をさらに備え、
    前記第1駆動素子および前記第2駆動素子は、前記基板の前記フレーム部材側の面(42)に前記フレーム部材に対して放熱可能に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の駆動装置。
  5. 前記第1取出線は、前記第1領域の径方向外側にて前記基板と接続され、
    前記第2取出線は、前記第2領域の径方向外側にて前記基板と接続されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の駆動装置。
  6. 前記基板における前記第1駆動素子および前記第2駆動素子が配置される面と同一の面の前記第1駆動素子と前記第1取出線との間、または、前記第2駆動素子と前記第2取出線との間に配置され、前記第1巻線組または前記第2巻線組の各相に通電される電流を検出する電流検出素子(57〜59、67〜69)をさらに備えることを特徴とする請求項5に記載の駆動装置。
  7. 前記第1駆動素子および前記第2駆動素子は、前記回転電機の軸中心側に高電位側素子(51〜53、61〜63)が配置され、前記高電位側素子の外側に低電位側素子(54〜56、64〜66)が配置されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の駆動装置。
  8. 前記第1取出線と前記第2取出線とは、前記基板上における前記回転電機の軸中心を基準として点対称に配置されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の駆動装置。
  9. 前記第1取出線および前記第2取出線は、真ん中に配置される相を基準に両側に配置される相が対称に配置されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の駆動装置。
  10. 前記第1取出線および前記第2取出線は、前記基板上において、同一円周上に配置されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の駆動装置。
  11. 前記第1取出線は、前記基板上において、直線上に配置され、
    前記第2取出線は、前記基板上において、直線上に配置されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の駆動装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の駆動装置(1〜5)と、
    前記回転電機から出力されたトルクを駆動対象(102)に伝達する動力伝達部(9)と、
    を備え、
    前記回転電機のトルクにより前記駆動対象を駆動することで、運転者による操舵部材(101)の操舵を補助する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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