JP2016163414A - モータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】モータ軸の大型化を抑制すること。
【解決手段】モータユニットは、モータ軸１１を有するモータ１２と、モータ１２を回転動作させる制御を実行する動作制御基板７０及び演算制御基板８０とがユニット化される。また、動作制御基板７０には、モータ１２の回転動作を制御するために必要な制御電子部品が実装される実装スペース７０ａ，７０ｂが形成される。そして、動作制御基板７０は、制御電子部品をモータ軸１１の軸長方向に沿って配置可能とするように制御電子部品の実装スペース７０ａ，７０ｂがモータ軸１１の軸長方向に沿うように設けられるようにした。また、演算制御基板８０には、モータ１２の回転角を演算するために必要な制御電子部品が実装される実装スペース８０ａ，８０ｂがモータ軸１１の軸径方向に沿うように設けられるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータユニットに関する。

従来、モータ軸を有し回転動作するモータと、駆動電力を供給することによりモータの回転動作を制御する制御基板とをユニット化したモータユニットとしては、例えば、特許文献１に記載のモータユニット（駆動装置）が発案されている。特許文献１のモータユニットは、モータにおけるモータ軸の軸長方向に沿って、モータ、モータへの駆動電力の供給路をなす配線部、配線部等における放熱を促すヒートシンク、モータへの駆動電力の供給動作を実行するモジュール、モータへの駆動電力の供給動作を制御する制御基板の順にそれぞれ配列されている。そして、制御基板については、モータ軸の軸端部に対向して設けられている。

特開２０１４−０５７５１４号公報

ところで、上述した制御基板には、モータの回転動作を制御するために必要な電子部品がいくつも実装されている。ただし、モータにより複雑な制御が求められたり、冗長性の確保が求められたりする場合には、上記制御基板に実装しなければいけない電子部品の数を増やさなければいけなくなることも考えられる。このように上記制御基板に実装しなければいけない電子部品の数を増やさなければいけないなかで、上記特許文献１のように制御基板がモータ軸の軸端部に対向して設けられている場合には、該制御基板の基板面積が上記モータ軸の軸径方向へ大きくなることから、上記モータユニットが大型化してしまう懸念がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ軸の大型化を抑制することができるモータユニットを提供することにある。

上記課題を解決するモータユニットは、モータ軸を有し回転動作するモータと、モータを回転動作させる制御を実行可能な制御基板とがユニット化されている。また、制御基板には、モータの回転動作を制御するために必要な電子部品が実装される実装スペースが形成される第１の制御基板と、第２の制御基板とを含んでいる。そして、第１の制御基板は、電子部品をモータ軸の軸径方向に沿って配置可能とするように電子部品の実装スペースがモータ軸の軸端部の延長上であって、モータ軸の軸径方向に沿うように設けられてなり、第２の制御基板は、電子部品をモータ軸の軸長方向に沿って配置可能とするように電子部品の実装スペースがモータ軸の軸長方向に沿うように設けられる。

上記構成によれば、制御基板に対していくつもの電子部品が実装されるとき、第２の制御基板における実装スペースによってモータ軸の軸長方向に沿って電子部品が配置可能とされるだけでなく、第１の制御基板における実装スペースによってモータ軸の軸端部の延長上においても電子部品が配置可能とされることとなる。すなわちこの場合、制御基板に対して実装すべき電子部品を増やさなければいけないときでも、モータ軸の軸長方向とモータ軸の軸端部の延長上に電子部品を分散して実装することができるようになる。したがって、モータユニットにおけるモータ軸の軸径方向（モータ軸を含む面に垂直な方向）ばかりかモータ軸の軸長方向への大型化、すなわちモータユニット自体の大型化を抑制することができる。

例えば、モータとしてブラシレスモータを採用する場合には、モータの回転角を用いてモータの回転動作が制御されることとなる。なお、モータの回転動作に応じて変化する物理量を用いてモータの回転角が演算されることとなるが、一般には、こうした物理量がモータの回転動作とともに回転するモータ軸の回転に応じたものとしている。また、モータを回転動作させる制御を実行する動作制御部をなす電子部品については、言及するまでもなくモータの近くにあるほど都合がよいといえる。

そこで、第１の制御基板には、モータの回転動作に応じて変化する物理量を用いてモータの回転角を演算可能な演算制御部の機能を持たせるとともに、第２の制御基板には、第１の制御基板により演算される演算制御部の演算結果を用いてモータを回転動作させる制御を実行可能な動作制御部の機能を持たせることが好ましい。

すなわち、上記構成によれば、それぞれの機能にとって都合のよい制御基板に機能を振り分けることで、電子部品の実装に関わるデッドスペースの発生を抑えることができるようになり、モータユニット自体の大型化を抑制することができる。

本発明によれば、モータ軸の大型化を抑制することができる。

モータユニットの概略を示す断面図。 モータユニットにおけるヒートシンクを示す斜視図。 図２とは逆側からのヒートシンクを示す斜視図。 モータユニットを示す図であって特にモータコントローラを示す斜視図。 図４とは逆側からのモータコントローラを示す斜視図。 モータコントローラを示す図であって特に配線部を示す正面図。 モータコントローラを示す図であって特にモジュールを示す正面図。 モータコントローラを示す図であって特に動作制御基板を示す正面図。 モータコントローラを上から見た正面図。 別例における２系統の制御系を備えたモータユニットを示す正面図。 図１０とは異なる方向からのモータユニットを示す斜視図。 別例におけるヒートシンクを模式的に示した図。 別例におけるヒートシンクを模式的に示した図。 別例におけるヒートシンクを模式的に示した図。

以下、モータユニットの一実施形態を説明する。
図１に示すように、モータユニットは、モータ軸１１を有するとともに駆動電力が供給されることにより回転動作可能なモータ１２と、モータ１２を回転動作させる制御を実行可能なモータコントローラ１３とが共通のモータハウジング１４に収容されてユニット化されたものである。後述するが、モータコントローラ１３の主要構成要素は、配線部５０と、モジュール６０と、動作制御基板７０と、演算制御基板８０と、によって構成される。なお、本実施形態のモータユニットは、例えば、車両における電動パワーステアリング装置に搭載される。電動パワーステアリング装置は、車両の運転者がステアリングホイールを操作するときの操舵トルクに応じたアシストトルクが生じるようにモータユニットを制御する。

図１に示すように、モータハウジング１４は、開口部２０ａを有する円筒状のステータハウジング２０を備え、開口部２１ａを有する円筒状のカバー２１によりステータハウジング２０における開口部２０ａが塞がれる。すなわち、ステータハウジング２０及びカバー２１は、それぞれの開口部２０ａ，２１ａを互いに塞ぐように対向して組み付けられることで、モータハウジング１４を構成する。なお、モータハウジング１４は、ステータハウジング２０の開口部２０ａの周縁に形成される複数（本実施形態では、４つ）の係合部２０ｂと、カバー２１の開口部２１ａの周縁に形成される複数（本実施形態では、４つ）の係合爪２１ｂとが係合されることで組み付けられる。

図１に示すように、ステータハウジング２０には、ステータ３０やロータ３３等からなるモータ１２が収容される。すなわち、ステータハウジング２０の内周には、複数のティースが形成された円筒状のステータ３０が固定される。ステータ３０の各ティースには、インシュレータを介してモータコイル３１がそれぞれ巻装される。モータコイル３１の接続端部となる引き出し線は、対応する各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のモータ側バスバー３２にそれぞれ接続される。

ステータ３０の内周側には、モータ軸１１と一体回転する円筒状のロータ３３が該モータ軸１１に外嵌される。ロータ３３の外周には、長方形板状に形成された複数の永久磁石３４が固定される。永久磁石３４は、ロータ３３の周方向に異なる極性（Ｎ極、Ｓ極）が交互に並んで配置される。

そして、ステータハウジング２０には、ステータ３０及びロータ３３に対して開口部２０ａ側からロータハウジング３５が嵌め込まれる。ロータハウジング３５は、ステータ３０及びロータ３３をステータハウジング２０内に止めておくとともに、モータ軸１１を回転自在に支持する軸受３６を固定する機能を有する。

なお、上述した、ステータ３０、モータコイル３１、モータ側バスバー３２、ロータ３３、永久磁石３４、及びロータハウジング３５は、モータ１２の構成要素となる。
また、モータ１２におけるモータ軸１１は、その一部がステータハウジング２０からカバー２１の内部まで延出する長さに設定される。こうしたモータ軸１１のうちカバー２１の内部まで延出する側の軸端部１１ａには、ロータ３３（モータ１２）の回転角を演算するために用いる磁力（物理量）を発生させる磁力発生部としての検出用磁石３７が取付具３７ａを介して取り付けられる。検出用磁石３７が発生させる磁力については、その変化が該検出用磁石３７に対向して設けられる後述する磁気センサ８３ａで検出される。

上述したモータ１２では、上記磁気センサ８３ａにおける検出結果を用いて演算される回転角に応じた三相の駆動電力が各モータコイル３１に供給されることにより回転磁界が発生される。そして、ロータ３３は、モータ１２において発生される回転磁界と各永久磁石３４との関係に基づき回転する。

図１、図４及び図５に示すように、カバー２１には、モータコントローラ１３が収容される。なお、カバー２１における開口部２１ａの反対側には、外部電源との接続をなす電源コネクタ２１ｃと、外部制御部との接続をなす複数（本実施形態では、２つ）の制御コネクタ２１ｄとが形成される。

以下、モータコントローラ１３について詳しく説明する。
図１〜図３に示すように、モータコントローラ１３は、該モータコントローラ１３の構成要素を設置するベースとなるとともに、該モータコントローラ１３における放熱を促す機能を有するヒートシンク４０を備える。ヒートシンク４０は、ステータハウジング２０の開口部２０ａの径よりも若干大きい径に設定される土台部４１を備える。土台部４１には、その中心から直方体状の設置部４２がモータ１２とは反対側に向かって立設される。設置部４２には、モータコントローラ１３の構成要素を設置可能な複数（本実施形態では、５つ）の設置面４３〜４７が形成される。また、土台部４１には、その外周に表裏面を連通する連通口４１ａが設置面４４，４５の正面側にそれぞれ形成される。

ヒートシンク４０の内部には、モータ軸１１が挿通される貫通孔４８が形成される。貫通孔４８は、土台部４１におけるモータ１２側から設置面４３〜４７のうちの土台部４１に対して平行をなす平面状の設置面４７に形成される開口凹部４７ｂに連通する。

そして、図４に示すように、土台部４１に対して垂直に交差する平面状の設置面であって、表面積が比較的大きく形成される設置面４３には、モータ１２への駆動電力の供給路をなす配線部５０（モータコントローラ１３の構成要素）がモータ軸１１の軸径方向（以下、「モータ軸１１を含む面に垂直な方向」を意味する）外側に設置される。配線部５０は、設置面４３に形成される２つの固定部４３ａに挿通されるねじ５１により樹脂からなる長辺及び短辺を有する長方形状（矩形状）のベースプレート５２を介して設置面４３、すなわちヒートシンク４０に直接的に接触するように面当てされる状態で固定される。こうした配線部５０は、モータ軸１１との間にヒートシンク４０を挟み込んで該ヒートシンク４０との接触を確保する。なお、設置面４３には、後述する配線電子部品をなるべくヒートシンク４０に近付けて配置するための設置凹部４３ｂが形成される。

また、図４に示すように、土台部４１に対して垂直に交差する平面状の設置面であって、表面積が比較的小さく形成される設置面４４には、モータ１２への駆動電力の供給動作を実行する長辺及び短辺を有する長方形状（矩形状）のモジュール６０（モータコントローラ１３の構成要素）がモータ軸１１の軸径方向外側に設置される。モジュール６０は、設置面４４に形成される２つのねじ穴４４ａに挿通されるねじ６１により設置面４４、すなわちヒートシンク４０に直接的に接触するように面当てされる状態で固定される。こうしたモジュール６０は、モータ軸１１との間にヒートシンク４０を挟み込んで該ヒートシンク４０との接触を確保しつつも、設置部４２における各設置面４３〜４７の位置関係から配線部５０に対してモータ軸１１の周方向に並べられて隣接される。

なお、設置面４４に対向する平面状の設置面４５は、モータコントローラ１３の構成要素が設置されない空きスペースとなる。こうした設置面４５は、モータユニットに新たな機能を付加するときや冗長性を確保するとき等、モータコントローラ１３の構成要素を増設する際に活用することができるスペースとして位置付けられる。

また、図５に示すように、設置面４４と設置面４５とを繋ぐ平面状の設置面であって、表面積が比較的大きく形成される設置面４６には、モジュール６０の動作を制御する長辺及び短辺を有する長方形状（矩形状）の動作制御基板７０（モータコントローラ１３の構成要素）がモータ軸１１の軸径方向外側に設置される。本実施形態では、動作制御基板７０が、第２の制御基板、すなわち動作制御部としての機能を果たす。動作制御基板７０は、設置面４６に形成される２つの固定部４６ａに挿通されるねじ７１により設置面４６、すなわちヒートシンク４０に所定の距離を空ける状態で固定される。こうした動作制御基板７０は、モータ軸１１との間にヒートシンク４０を挟み込んで該ヒートシンク４０との距離を確保しつつも、設置部４２における各設置面４３〜４７の位置関係からモジュール６０に対してモータ軸１１の周方向に並べられて隣接される。

また、図４及び図５に示すように、表面積が比較的小さく形成される上述した設置面４７には、動作制御基板７０がモジュール６０の動作を制御する際に必要となる情報として、ロータ３３の回転角を演算する長辺及び短辺を有する長方形状（矩形状）の演算制御基板８０（モータコントローラ１３の構成要素）がモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上に設置される。本実施形態では、演算制御基板８０が、第１の制御基板、すなわち演算制御部としての機能を果たす。演算制御基板８０は、設置面４７に形成される固定部４７ａに挿通されるねじ８１により設置面４７、すなわちヒートシンク４０に所定の距離を空ける状態で固定される。こうした演算制御基板８０は、モータ軸１１との間にヒートシンク４０を挟み込んで該ヒートシンク４０との距離を確保しつつも、設置部４２における各設置面４３〜４７の位置関係から配線部５０、モジュール６０、及び動作制御基板７０のいずれに対しても隣接される。

また、動作制御基板７０と演算制御基板８０との間では、これらが設置される設置面の関係（ヒートシンク４０の形状）から、動作制御基板７０がその制御対象とするモータ１２に対して演算制御基板８０よりも近くに配置される。さらにこの場合、演算制御基板８０が検出対象とする検出用磁石３７（モータ軸１１の軸端部１１ａ）に対して動作制御基板７０よりも近くに配置される。

こうしたヒートシンク４０は、土台部４１がモータ１２を収容したステータハウジング２０の開口部２０ａに対して圧入されることで、該土台部４１の外周が該開口部２０ａの全周に亘って接触するように組み付けられる。すなわちこの場合、ヒートシンク４０は、ステータハウジング２０に対して一体をなすように組み付けられることから、その放熱作用についてもヒートシンク４０単体に比べて向上される。

なお、ヒートシンク４０がステータハウジング２０に対して組み付けられた状態では、モータ軸１１の軸端部１１ａに取り付けられる検出用磁石３７が開口凹部４７ｂに収容される。また、ステータハウジング２０の内部と、カバー２１の内部とは、土台部４１における連通口４１ａを介して連通する。

次に、モータコントローラ１３の構成要素の構成について、さらに詳しく説明する。
図１、図４及び図６に示すように、ベースプレート５２（配線部５０）は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿うように設けられる。そして、ベースプレート５２には、外部電源から供給される駆動電力のうち余分な周波数域の電力をカットしてノイズを低減するチョークコイル５３と、外部電源から供給される駆動電力を平滑化してノイズを低減する複数（本実施形態では、４つ）の電解コンデンサ５４ａ〜５４ｄといったいくつもの配線電子部品が実装される。

ベースプレート５２は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるなかで、上記配線電子部品が実装される実装スペース５２ａがモータ軸１１の軸径方向よりも軸長方向に長く形成される。このように形成される実装スペース５２ａには、上記配線電子部品がモータ軸１１の軸径方向ではなく軸長方向（ベースプレート５２の長辺）に延びるように配置（レイアウト）される。

配線部５０において、外部電源及びチョークコイル５３、外部電源及び電解コンデンサ５４ａ、チョークコイル５３及び各電解コンデンサ５４ａ〜５４ｄが、電源側バスバー５５を介してそれぞれ電気的に接続される。電源側バスバー５５の一端は、電源コネクタ２１ｃに向かって延びることで外部電源と電気的に接続される電源端子５５ａとなる。また、電源側バスバー５５の他端は、二股に分岐されており、その一方が設置面４４に向かって延びることでモジュール６０と電気的に接続されるモジュール端子５５ｂとなるとともに、その他方が演算制御基板８０と電気的に接続される基板端子５５ｃとなる。そして、電源側バスバー５５では、電源端子５５ａ、モジュール端子５５ｂ、及び基板端子５５ｃを除く他の部分がベースプレート５２に樹脂モールドされる。

図１、図４、及び図７に示すように、モジュール６０は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿うように設けられる。すなわちこの場合、モジュール６０は、モータ軸１１の軸長方向に延びるように並べて配置される配線電子部品（配線部５０における長手方向）に沿うように設けられることとなる。そして、モジュール６０は、その内部に半導体素子としてＦＥＴ等の複数のスイッチング素子が集積されたモジュールとして構成される。すなわち、モジュール６０には、その内部に外部電源から供給される駆動電力に基づいて３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電力を供給するインバータ回路や電源リレー回路等からなる駆動回路が構築される。

モジュール６０における配線部５０の側（長手方向の一方側）には、該配線部５０における対応するモジュール端子５５ｂと電気的に接続される複数（本実施形態では、２つ）の配線端子６２がモータ軸１１の軸径方向に延出されるとともに、各配線端子６２がモータ軸１１の軸長方向に沿って並んで設けられる。上記駆動回路には、モジュール端子５５ｂを介して上記２つの配線端子６２から駆動電力が供給される。

また、モジュール６０における配線部５０の側には、上記配線端子６２の他、上記駆動回路から各相の駆動電力を供給する複数（本実施形態では、３つ）の相端子６３がモータ軸１１の軸径方向に延出されるとともに、各相端子６３がモータ軸１１の軸長方向に沿って並んで設けられる。上記駆動回路からは、各相端子６３を介してモータ１２へと３相の駆動電力が供給される。

また、モジュール６０における動作制御基板７０の側（長手方向の他方側）には、該動作制御基板７０との間で制御信号等の各種信号を授受するための複数（本実施形態では、２２本）の信号端子６４がモータ軸１１の軸径方向に延出されるとともに、各信号端子６４がモータ軸１１の軸長方向に沿って並んで設けられる。上記駆動回路は、インバータ回路におけるスイッチング素子の動作（切り替え）が指示される制御信号を、動作制御基板７０から各信号端子６４を介して入力することによりその動作が制御される。また、上記駆動回路は、インバータ回路で監視する電流値を示す制御信号を、動作制御基板７０に対して各信号端子６４を介して出力する。

モジュール６０は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるなかで、配線部５０側における各配線端子６２及び各相端子６３と、動作制御基板７０側における各信号端子６４がモータ軸１１の軸径方向に延出される。すなわちこの場合、各配線端子６２、各相端子６３、及び各信号端子６４がモータ軸１１の軸長方向（モジュール６０の長辺）に延びるようにそれぞれ並べて配置（レイアウト）されることから、モジュール６０に実装される上記半導体素子がモータ軸１１の軸長方向（モジュール６０の長辺）に延びるように配置（レイアウト）可能とされる。

またさらに、配線部５０とモジュール６０とは、それぞれの長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるなかで、ヒートシンク４０（設置部４２）において隣接することから、その間がモータコントローラ１３の他の構成要素により遮られることなく比較的短い端子（配線）により電気的に接続される。

モジュール６０において、各相端子６３は、モジュールバスバー６５，６６，６７、及び中継バスバー９１，９２，９３を介して対応する各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のモータ側バスバー３２にそれぞれ接続される。なお、各中継バスバー９１，９２，９３は、土台部４１における連通口４１ａを通ってステータハウジング２０の内部へと進出し、該ステータハウジング２０の内部にて対応するモータ側バスバー３２にそれぞれ接続される。

そして、モジュール６０において、演算制御基板８０に最も近く（図４における最も上段）配置される相端子６３は、モジュールバスバー６５に電気的に接続されるとともに、中継バスバー９１を介して対応するモータ側バスバー３２に電気的に接続される。また、演算制御基板８０に２番目に近く（図４における上から２段目）配置される相端子６３は、モジュールバスバー６６に電気的に接続されるとともに、中継バスバー９２を介して対応するモータ側バスバー３２に電気的に接続される。また、演算制御基板８０から最も遠く（図４における最も下段）配置される相端子６３は、モジュールバスバー６７に電気的に接続されるとともに、中継バスバー９３を介して対応するモータ側バスバー３２に電気的に接続される。

図１、図５、及び図８に示すように、動作制御基板７０は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿うように設けられる。すなわちこの場合、動作制御基板７０は、モータ軸１１の軸長方向に延びるように並べて配置される各信号端子６４（モジュール６０における長手方向）に沿うように設けられることとなる。そして、動作制御基板７０には、その基板上（表及び裏）にマイクロプロセッサやＲＯＭといったいくつもの制御電子部品７２，７３が実装されることで、各種制御信号を演算又は出力してモジュール６０（駆動回路）の動作を制御する制御回路が構築される。このように動作制御基板７０におけるヒートシンク４０の側にも制御電子部品を実装しなければいけないことから、動作制御基板７０は、ヒートシンク４０に対して、制御電子部品７３を実装可能にする所定の距離だけ空ける状態で固定される。

動作制御基板７０におけるモジュール６０の側（長手方向の一方側）には、該モジュール６０における各信号端子６４が挿通されることで電気的な接続をなす該各信号端子６４の本数分（本実施形態では、２２個）の端子孔７４が設けられる。動作制御基板７０は、上記駆動回路（インバータ回路等）における電流値を示す制御信号を、モジュール６０から各信号端子６４を介して入力し、上記駆動回路（インバータ回路等）におけるスイッチング素子の動作（切り替え）を指示する制御信号を、モジュール６０に対して各信号端子６４を介して出力する。

また、動作制御基板７０における演算制御基板８０の側（短手方向の側）には、該演算制御基板８０との間で制御信号等の各種信号を授受するための複数（本実施形態では、１９本）の接続端子９４が挿通される該接続端子９４の本数分（本実施形態では、１９個）の端子孔７５が設けられる。動作制御基板７０は、外部制御部からの制御信号やモータ１２における回転角を示す制御信号を、演算制御基板８０から各接続端子９４を介して入力することによりモジュール６０の動作を制御する。また、動作制御基板７０には、各接続端子９４を介して基板端子５５ｃから駆動電力が供給される。

動作制御基板７０は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるなかで、上記制御電子部品７２が表側（ヒートシンク４０の反対側）に実装される実装スペース７０ａがモータ軸１１の軸径方向よりも軸長方向に長く形成される。さらにこの場合、上記制御電子部品７３が裏側（ヒートシンク４０の側）に実装される実装スペース７０ｂがモータ軸１１の軸径方向よりも軸長方向に長く形成される。このように形成される実装スペース７０ａ，７０ｂには、上記制御電子部品７２，７３のそれぞれにおける個々の部品がモータ軸１１の軸径方向ではなく軸長方向（動作制御基板７０の長辺）に延びるように配置（レイアウト）される。

またさらに、モジュール６０と動作制御基板７０とは、それぞれの長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるなかで、ヒートシンク４０（設置部４２）において隣接することから、その間がモータコントローラ１３の他の構成要素により遮られることなく比較的短い端子（配線）により電気的に接続される。

図１、図７、及び図９に示すように、演算制御基板８０は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上であってモータ軸１１の軸長方向に対して垂直に交差する、すなわちモータ軸１１の軸径方向に沿うように設けられる。そして、演算制御基板８０には、その基板上（表及び裏）にマイクロプロセッサやＲＯＭのいくつもの制御電子部品８２，８３が実装されることで、モータ１２の回転角を演算するとともに、該演算結果から回転角を示す制御信号を動作制御基板７０に対して出力する制御回路が構築される。このように演算制御基板８０におけるヒートシンク４０の側にも制御電子部品を実装しなければいけないことから、演算制御基板８０は、ヒートシンク４０に対して、制御電子部品８３を実装可能にする所定の距離だけ空ける状態で固定される。

本実施形態の演算制御基板８０におけるヒートシンク４０、すなわちモータ軸１１の軸端部１１ａに取り付けられる検出用磁石３７の側に実装される制御電子部品８３として、該検出用磁石３７が発生させる磁力の変化を検出する磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ８３ａが実装される。すなわち、演算制御基板８０は、磁気センサ８３ａでの検出結果を用いてモータ１２の回転角を算出する。なお、演算制御基板８０における磁気センサ８３ａの周辺には、検出用磁石３７が発生させる磁力以外の磁力の影響を磁気センサ８３ａが受け難くするための磁気遮蔽板が固定されている。

演算制御基板８０における配線部５０の側（長手方向の一方側）には、該配線部５０における基板端子５５ｃが挿通されることで電気的な接続をなす複数（本実施形態では、２個）の端子孔８４が設けられる。演算制御基板８０には、基板端子５５ｃを介して駆動電力が供給される。

また、演算制御基板８０における動作制御基板７０の側（長手方向の他方側）には、各接続端子９４が挿通されることで電気的な接続をなす該各接続端子９４の本数分（本実施形態では、１９個）の端子孔８５が設けられる。演算制御基板８０は、モータ１２の回転角を示す制御信号を、動作制御基板７０に対して各接続端子９４を介して出力する。また、演算制御基板８０は、駆動電力を各接続端子９４を介して動作制御基板７０に対して供給する。

また、演算制御基板８０の短手方向の両側には、外部制御部との電気的な接続をなす外部接続端子８６がそれぞれ設けられる。すなわち、演算制御基板８０は、各外部接続端子８６を介して外部制御部との間で制御信号の授受を行うことができる。

演算制御基板８０は、その長辺（長手方向）がモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上であってモータ軸１１の軸長方向に対して垂直に交差するように固定されるなかで、上記制御電子部品８２が表側（ヒートシンク４０の反対側）に実装される実装スペース８０ａがモータ軸１１の軸長方向ではなく軸径方向に形成される。さらにこの場合、上記磁気センサ８３ａを含む制御電子部品８３が裏側（ヒートシンク４０の側）に実装される実装スペース８０ｂがモータ軸１１の軸長方向ではなく軸径方向に形成される。このように形成される実装スペース８０ａ，８０ｂには、上記制御電子部品８２，８３（磁気センサ８３ａ）のそれぞれにおける個々の部品がモータ軸１１の軸長方向ではなく軸径方向（演算制御基板８０の長辺）に延びるように配置（レイアウト）される。

またさらに、配線部５０、モジュール６０、及び動作制御基板７０と演算制御基板８０とは、ヒートシンク４０（設置部４２）においてそれぞれ隣接することから、それらの間がモータコントローラ１３の他の構成要素により遮られることなく比較的短い端子（配線）によりそれぞれ電気的に接続される。

以上に説明したモータユニットによれば、以下の（１）〜（１１）に示す作用及び効果を奏する。
（１）図１及び図８に示すように、本実施形態によれば、動作制御基板７０についてはその長辺がモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるとき、動作制御基板７０に対していくつもの制御電子部品７２，７３が実装される実装スペース７０ａ，７０ｂがモータ軸１１の軸径方向よりも軸長方向に長く確保されることとなる。すなわちこの場合、動作制御基板７０に実装される上記制御電子部品７２，７３は、モータ軸１１の軸径方向ではなく軸長方向に延びるように配置可能とされる。

そして、動作制御基板７０に対して実装すべき制御電子部品を増やさなければいけないときでも、モータ軸１１の軸径方向よりも軸長方向に長くなるように制御電子部品の実装スペース７０ａ，７０ｂを確保する本実施形態の構成を用いることで、動作制御基板７０の基板面積がモータ軸１１の軸径方向へ大きくなることが抑えられるようになる。すなわちこの場合、動作制御基板７０に対して実装すべき制御電子部品を増やすにもかかわらずモータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向への大型化を抑制することができる。

また、本実施形態では、モータコントローラ１３に対していくつもの制御電子部品が実装されるとき、実装スペース７０ａ，７０ｂによってモータ軸１１の軸長方向に沿って制御電子部品が配置可能とされるだけでなく、実装スペース８０ａ，８０ｂによってモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上にも制御電子部品が配置可能とされることとなる。

すなわちこの場合、モータコントローラ１３に対して実装すべき制御電子部品を増やさなければいけないときでも、モータ軸１１の軸長方向とモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上に制御電子部品を分散して実装することができるようになる。したがって、モータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向（モータ軸１１を含む面に垂直な方向）ばかりかモータ軸１１の軸長方向への大型化、すなわちモータユニット自体の大型化を抑制することができる。

（２）ところで、モータ軸１１の軸端部１１ａの延長上であって、モータ軸１１の軸径方向に沿って制御電子部品の実装スペースを形成するように制御基板を設けるときでも、円形状に形成された制御基板を用いることができれば、モータユニットの軸径方向で実装スペースを最大限に確保することができる。すなわちこの場合、モータユニットにおけるモータ軸１１の軸長方向への大型化の抑制に寄与しうる。ただし、円形状の制御基板の製作にあたっては、四角形状の制御基板を製作するよりも材料の無駄が大きくなるだけでなく、歩留まりの低下も著しいといえる。

その点、本実施形態では、四角形状に形成された動作制御基板７０及び演算制御基板８０を用いながらもこれらの配置に工夫を施すことで、制御基板の製作にかかるコストの増加を抑制しつつもモータユニットにおけるモータ軸１１の軸長方向への大型化を抑制することができる。

（３）図１及び図５に示すように、本実施形態では、検出用磁石３７（モータ軸１１の軸端部１１ａ）のより近くに配置される演算制御基板８０にはモータ１２の回転角を演算する機能を持たせることから、検出用磁石３７が発生させる磁力の変化が好適に検出されることとなる。またさらに、モータ１２のより近くに配置される動作制御基板７０にはモータ１２の回転動作を制御する機能を持たせることから、モータ１２までの端子や配線をなるべく短くして制御する際のノイズ等が好適に低減されることとなる。

すなわち、本実施形態によれば、それぞれの機能にとって都合のよい制御基板に機能を振り分けることで、制御電子部品の実装に関わるデッドスペースの発生を抑えることができるようになり、モータユニット自体の大型化を抑制することができる。

（４）図１及び図７に示すように、本実施形態では、モータユニットに対してモジュール６０が実装されるとき、各信号端子６４がモータ軸１１の軸径方向（モータ軸１１を含む面に垂直な方向）に延出されることとなる。すなわちこの場合、モータユニットに対して実装されるモジュール６０（スイッチング素子等の半導体素子）における各信号端子６４は、モータ軸１１の軸長方向に沿って配置可能とされる。

そして、モータユニットに対して実装すべきスイッチング素子等の半導体素子を増やすことでモジュール６０における信号端子を増やさなければいけないときでも、モータ軸１１の軸長方向に沿って信号端子を配置可能とする本実施形態の構成を用いることで、これら端子の配置面積がモータ軸１１の軸径方向へ大きくなることが抑えられるようになる。すなわちこの場合、モータユニットに対して実装すべきモジュール６０における信号端子を増やすにもかかわらずモータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向への大型化を抑制することができる。

なお、本実施形態では、モジュール６０における各信号端子６４の他、各配線端子６２及び各相端子６３についてもモータ軸１１の軸径方向（モータ軸１１を含む面に垂直な方向）に延出されることから、モータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向への大型化をより好適に抑制することができる。

（５）こうした本実施形態のように、モジュール６０における長手方向の側から各配線端子６２、各相端子６３、及び各信号端子６４を延ばすように構成するとき、モジュール６０におけるモータ軸１１の軸径方向の寸法が縮小可能とされることから、モータ軸１１の軸径方向に対してより外側にモジュール６０が設置可能とされる。

すなわちこの場合、図９に示すように、モータ軸１１とモジュール６０との間に挟み込みうるヒートシンク４０の容量をより大きく確保することができることから、モジュール６０における高放熱を実現することができる。

（６）図７に示すように、本実施形態では、動作制御基板７０がモジュール６０における各信号端子６４に沿うようにモータ軸１１の軸長方向に沿って固定されることとしている。すなわちこの場合、モジュール６０における各信号端子６４が出されている側と、動作制御基板７０における端子孔７４が設けられている側とが向き合って配置されることから、モジュール６０から出される各信号端子の長さをなるべく短くすることができるようになり、モータユニット自体の大型化を抑制することができる。

（７）図８及び図９に示すように、本実施形態では、モジュール６０と動作制御基板７０とをヒートシンク４０（設置部４２）において隣接させて、これらがなるべく近付けられて配置されることとしている。すなわちこの場合、モジュール６０と動作制御基板７０との間が比較的短い端子（配線）により電気的に接続されることから、モータユニット自体の大型化を抑制することができる。

（８）図４に示すように、本実施形態では、配線部５０とモジュール６０との内周側にヒートシンク４０（設置部４２）が存在することとなる。そして、配線部５０とモジュール６０とを互いに隣接させることができるので、これらの間の電気的な接続がモータコントローラ１３の構成要素によって遮られないようにすることができる。これにより、本実施形態では、例えば、配線部５０及びモジュール６０の接続がヒートシンク４０を挟んでなされる場合よりも該ヒートシンク４０を跨がなくてもよくなる分だけ少なくとも該接続に関わる各種端子等（供給路）を短くすることができる。すなわちこの場合、モジュール６０におけるサージ電流（電圧）等のノイズの発生を低減させることができるようになることから、モジュール６０における発熱を抑えることができる。

（９）また、本実施形態では、配線部５０とモジュール６０とがヒートシンク４０（設置部４２）において隣接されるなかでこれらがモータ軸１１の軸長方向に沿ってそれぞれ固定されることとなる。すなわちこの場合、配線部５０及びモジュール６０について、これらがモータ軸１１の軸長方向に並べて固定される場合に比べて、配線部５０及びモジュール６０を設置するためのスペースを好適に確保することができるようになる。したがって、配線部５０に関わる各種端子等（供給路）をより短くするレイアウトの設計の自由度を高めることができるようになり、モジュール６０における発熱を好適に抑えることができる。

（１０）また、図１に示すように、配線部５０及びモジュール６０がヒートシンク４０の軸径方向外側に設けられる本実施形態では、該配線部５０及び該モジュール６０によってモータハウジング１４及びヒートシンク４０の間が遮られないこととなる。すなわちこの場合、モータハウジング１４にヒートシンク４０を直接的に接触させることができることから、ヒートシンク４０の放熱作用を高めることができるようになり、モジュール６０における発熱を抑えることができる。

（１１）モータ１２の回転動作を制御するとき、動作制御基板７０と演算制御基板８０とを比べると、モジュール６０（駆動回路）を実質的に制御する動作制御基板７０が発熱し易いこととなる。そこで、本実施形態では、演算制御基板８０を表面積が比較的小さい設置面４７に設置するのに対して、動作制御基板７０を表面積が比較的大きい設置面４６に設置することで、動作制御基板７０での放熱が促進され易くなるようにしている。

また、本実施形態では、動作制御基板７０においてヒートシンク４０の側の実装スペース７０ｂでは、さらに放熱が促進され易いこととなる。すなわちこの場合、動作制御基板７０に実装される制御電子部品のなかでも特に発熱し易い制御電子部品を実装スペース７０ｂに実装するようにすることで、モータユニットにおける発熱を抑えることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・図１０，図１１に示すように、モータユニットには、モジュール６０の他に、モータ１２の回転動作を制御するためのバックアップ用の駆動回路が構築された補助モジュール１００を増設した２系統の制御系を備えさせることができる。そして、動作制御基板７０は、モジュール６０が故障したとき等、補助モジュール１００に制御系統を移して補助モジュール１００における駆動回路を制御することでモータ１２の回転動作を制御する。この場合、補助モジュール１００は、ねじ１０１により固定される等、モジュール６０と同一構成を有し、該モジュール６０と共通の動作制御部となる動作制御基板７０と電気的な接続をなしており、上記実施形態と同様の効果を奏しうる手法にてヒートシンク４０の設置面４５に設置される。なお、モジュール６０に関わる各配線端子６２、各相端子６３、各信号端子６４、モジュールバスバー６５〜６７、及び中継バスバー９１〜９３が、補助モジュール１００に関わる各配線端子１０２、各相端子１０３、各信号端子１０４、モジュールバスバー１０５〜１０７、及び中継バスバー９５〜９７に対応する。また、本別例の補助モジュール１００では、モジュール６０のように表面側にモジュールバスバー１０５〜１０７を這わせるようにして、中継バスバー９５〜９７をヒートシンク４０の設置面４５の正面側に形成される連通口４１ａからステータハウジング２０内に引き込むようにする。また、本別例の配線部５０において、外部電源及びチョークコイル５３、外部電源及び電解コンデンサ５４ａ、チョークコイル５３及び各電解コンデンサ５６ａ〜５６ｅが、電源側バスバー５７を介してそれぞれ電気的に接続される。電源側バスバー５７の一端は、外部電源と電気的に接続される電源端子５７ａとなる。また、電源側バスバー５７の他端は、三股に分岐されており、そのうち２つがモジュール６０又は補助モジュール１００と電気的にそれぞれ接続されるモジュール端子５７ｂ，５７ｄとなるとともに、その残り１つが演算制御基板８０と電気的に接続される基板端子５７ｃ（図示しない）となる。また、動作制御基板７０における補助モジュール１００の側には、該モジュール６０における各信号端子１０４が挿通される該各信号端子６４の本数分の端子孔７６が設けられる。

こうした本別例によれば、それぞれに異なる駆動回路を構築する各モジュール６０，１００を備えるときでも、ヒートシンク４０における設置面４５が活用されて各モジュール６０，１００がモータ軸１１の軸長方向に沿うように設けることができることから、モータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向への大型化を抑制することができる。

・その他、上述したヒートシンク４０における設置面４５には、配線部５０、モジュール６０、動作制御基板７０、又は演算制御基板８０に実装される各種電子部品の一部を設置することもできる。すなわちこの場合、空きスペースを活用することでモータユニットのモータ軸１１の軸径方向の小型化に寄与しうる。

・モータ１２の回転角の検出には、レゾルバを用いるようにしてもよい。なお、こうしたレゾルバを用いる場合には、演算制御基板８０をモータ軸１１の軸長方向に沿って、例えば、ヒートシンク４０における設置面４５に設置（固定）することもできるようになる。すなわちこの場合、動作制御基板７０と演算制御基板８０とを入れ替えて設置することもできる。

・上記実施形態では、動作制御基板７０及び演算制御基板８０を別々に構成したが、１枚の制御基板として構成することもできる。なお、こうした制御基板は、上記実施形態と同様の効果を奏しうる手法にてヒートシンク４０に設置される。その他、動作制御基板７０及び演算制御基板８０を１枚の制御基板として構成する手法としては、これらの間をフレキシブル基板で接続するようにしたり、基板全体をフレキシブル基板で構成したりもできる。

・動作制御基板７０及び演算制御基板８０としては、表裏面のいずれかにのみ実装スペースを形成する基板であってもよい。
・各スイッチング素子等の半導体素子のモジュールの単位を変更してもよく、例えば、インバータ回路におけるスイッチングアーム（直列回路の基本単位）の別にモジュールを構成することもできる。すなわちこの場合、三相インバータであれば、スイッチングアームの別に３つのモジュールを用意することとなる。

・モジュール６０は、長方形状の他、四角形状等であってもよい。こうした場合であっても、各信号端子６４がモータ軸１１の軸径方向に延出されていれば、モータ軸１１の軸長方向に延ばすことに比べてはモータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向の大型化を抑制することができる。

・モジュール６０における配線端子６２及び相端子６３については、配線部５０との配置の関係からモータ軸１１の軸径方向ではなく軸長方向に延ばすようにしてもよい。
・上記実施形態では、モータハウジング１４と配線部５０とが直接的に接触される構成としたが、モータハウジング１４とヒートシンク４０の間には、例えば、動作制御基板７０や演算制御基板８０が挟み込まれてもいてもよい。この場合でも、上記実施形態における作用及び効果（８），（９）を奏しうる。

・配線部５０とモジュール６０とは、モータ軸１１の軸長方向に沿って固定されるなかで隣接されていればよく、モータコントローラ１３の他の構成要素だったり設置する場所については変更してもよい。すなわち、例えば、配線部５０とモジュール６０とは、ヒートシンク４０の設置面４３〜４６のいずれかの設置面に軸方向に並べて設置されていてもよい。この場合でも、例えば、配線部５０及びモジュール６０の接続がヒートシンク４０を挟んでなされる場合よりも該ヒートシンク４０を跨がなくてもよくなる分だけ少なくとも該接続に関わる各種端子等（供給路）を短くすることができる。

・ヒートシンク４０は、配線部５０及びモジュール６０に挟まれるように設置されていてもよい。例えば、モータ軸１１の軸周りに配線部５０が設置されるとともに、その周りにヒートシンク４０が設置され、該ヒートシンク４０の外周にモジュール６０が設置されるようにすることもできる。

・磁気センサ８３ａは、ホールＩＣ等を用いたセンサであってもよい。
・ヒートシンク４０における設置部４２は、モータ軸１１の軸径方向の断面が、例えば、三角形や五角形等の多角形をなしていてもよい。

・ヒートシンク４０は、ステータハウジング２０（モータハウジング１４）に対してねじ等で固定されていてもよい。
・モータユニットにおいて、配線部５０やモジュール６０や動作制御基板７０等の放熱を促すことが可能であればよく、ヒートシンク４０に替えて、例えば、送風機（ファン）による空冷等の冷却構造を用いてもよい。

・図１２に示すように、ヒートシンク４０における設置部４２は、円柱状をなしていてもよい。なお、こうした円柱状の設置部４２の外周に形成される球面状の設置面４３〜４６には、それぞれ配線部５０、モジュール６０、及び動作制御基板７０が所定の固定手段（ねじ等）により固定される。こうした場合であっても、制御基板がモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上にのみ設置されることに比べてはモータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向の大型化を抑制することができる。

・図１３及び図１４に示すように、ヒートシンク４０における設置部４２には、平面状の設置面（図１３の設置面４４、図１４の設置面４４，４６）、及び球面状の設置面（図１３の設置面４３，４５，４６、図１４の設置面４３，４５）が混在していてもよい。なお、こうした各設置面には、それぞれ配線部５０、モジュール６０、及び動作制御基板７０が所定の固定手段（ねじ等）により固定される。こうした場合であっても、制御基板がモータ軸１１の軸端部１１ａの延長上にのみ設置されることに比べてはモータユニットにおけるモータ軸１１の軸径方向の大型化を抑制することができる。なお、ここでは、配線部５０、モジュール６０、及び動作制御基板７０のうち発熱し易いものが優先して平面状の設置面に設置されるように、球面状とする設置面を選択している。

次に、上記実施形態及び別例（変形例）から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）前記モータ軸の軸端部には、前記モータの回転動作に応じて変化する物理量を検出し、該検出した物理量を前記演算制御部に対して出力する検出部が設けられる。上記構成のように、モータ軸の軸端部に検出部が設けられるとき、第１の制御基板に対して演算制御部をなす電子部品を実装することは該電子部品について最適の配置ということとなる。すなわちこの場合、電子部品を実装した際のデッドスペースの発生をより好適に抑えることができるようになる。

１１…モータ軸、１１ａ…軸端部、１２…モータ、１３…モータコントローラ、１４…モータハウジング、２０…ステータハウジング、２１…カバー、３０…ステータ、３１…モータコイル、３３…ロータ、３４…永久磁石、３５…ロータハウジング、４０…ヒートシンク、４１…土台部、４２…設置部、４３〜４７…設置面、５０…配線部、６０…モジュール、７０…動作制御基板、７０ａ，７０ｂ…実装スペース、７２，７３…制御電子部品、８０…演算制御基板、８０ａ，８０ｂ…実装スペース、８２，８３…制御電子部品、８３ａ…磁気センサ。

Claims (2)

1. モータ軸を有し回転動作可能なモータと、
   前記モータを回転動作させる制御を実行可能な制御基板と、を備え、
   前記制御基板には、前記モータの回転動作を制御するために必要な電子部品が実装される実装スペースが形成される第１の制御基板と、第２の制御基板とを含み、
   前記第１の制御基板は、前記電子部品を前記モータ軸の軸径方向に沿って配置可能とするように前記電子部品の実装スペースが前記モータ軸の軸端部の延長上であって、前記モータ軸の軸径方向に沿うように設けられてなり、
   前記第２の制御基板は、前記電子部品を前記モータ軸の軸長方向に沿って配置可能とするように前記電子部品の実装スペースがモータ軸の軸長方向に沿うように設けられてなり、
   前記モータ及び前記制御基板がユニット化されてなるモータユニット。
2. 前記第１の制御基板には、前記モータの回転動作に応じて変化する物理量を用いて前記モータの回転角を演算可能な演算制御部をなす電子部品が実装され、
   前記第２の制御基板には、前記第１の制御基板により演算される前記演算制御部の演算結果を用いて前記モータを回転動作させる制御を実行可能な動作制御部をなす電子部品が実装される請求項１に記載のモータユニット。