JP2017163809A - 電動モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータ制御装置の小型化と放熱性能の向上を実現する。【解決手段】電動モータ制御装置１０１は、電動モータＭが実装された筐体１と、筐体１の電動モータＭと反対側に係合された蓋体２と、電動モータＭを駆動する駆動回路および駆動回路を制御する制御回路が実装された基板３と、電動モータＭの回転軸Ｊの回転を検出する回転センサ８と、駆動回路または制御回路に外部装置を電気的に接続するための入出力コネクタ７ａ、７ｂとを備えている。基板３は、板面と平行な方向に隣接した第１絶縁体３ａと金属体３ｂから成る第１層Ｌ１と、第１絶縁体３ａより熱伝導率が高い第２絶縁体３ｃから成る第２層Ｌ２とを有している。第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上における、第１絶縁体３ａと対応する領域に回転センサ８が実装され、金属体３ｂと対応する領域に駆動回路に含まれる発熱電子部品３２が実装されている。【選択図】図４

Description

本発明は、電動モータの駆動を制御する電動モータ制御装置の構造に関する。

たとえば、車両に搭載される電動パワーステアリングシステムには、電動モータの駆動を制御する電動モータ制御装置が設けられている。この電動モータ制御装置には、たとえば特許文献１〜４に開示されているように、電動モータを駆動する駆動回路、該駆動回路を制御する制御回路、外部装置と電気的に接続するための入出力コネクタ、および上記回路を収納する筐体や蓋体などが備わっている。

自動車などの車両には、エンジンなどの走行系の他に、様々な電子装置や電子部品が搭載されている。その車両の軽量化や小型化などの実現のため、電動パワーステアリングシステムに含まれる電動モータ制御装置にも小型化が求められている。また、電動モータの駆動回路には発熱量の大きい発熱電子部品が含まれているため、該発熱電子部品で発生した熱を放熱する対策も求められている。

そのため、特許文献１では、駆動回路に含まれるスイッチング素子などの発熱電子部品が、金属基板に実装されている。制御回路は第１プリント基板に実装されている。フィルタ回路などのその他の電気回路や電子部品は、第２プリント基板に実装されている。電動モータは筐体（ハウジング）の一方側に実装されている。筐体の他方側に蓋体が係合されることにより、収納空間が形成され、該収納空間に上記３枚の基板が収納されている。収納空間において、金属基板の部品が実装されていない一方の面が筐体の内平面と対向するように、金属基板は筐体内に固定されている。金属基板の他方の面側には、第１プリント基板が配置され、第１プリント基板の金属基板と反対側には、第２プリント基板が配置されている。各基板は、基板接続端子により電気的に接続されている。

特許文献２では、駆動回路が第１の基板と第２の基板とに分割して実装されている。第１の基板と第２の基板とは、中継部材に保持された接続端子により電気的に接続されている。制御回路は第３の基板に実装されている。第３の基板の、第１の基板および第２の基板と対向しない一方の面には、回転センサが実装されている。筐体（モータカバー）の電動モータと反対側に蓋体（ユニットカバー）を係合することにより収納空間が形成され、該収納空間に上記３枚の基板と中継部材とが収納されている。収納空間において、第１の基板の駆動回路が実装されていない一方の面が蓋体の内平面に対向するように、第１の基板は蓋体内に固定されている。第２の基板は、中継部材および第１の基板を介して、蓋体内に固定されている。第３の基板は、蓋体内に設けられた複数の台座に固定されている。

特許文献３では、駆動回路がパワーモジュールに内蔵され、該パワーモジュールと制御回路とが、制御基板に実装されている。その他の電気回路や電子部品は、制御基板に実装され、蓋体（コネクタケース）に固定されている。パワーモジュールの制御基板と対向しない外面は、熱伝導部材を介してヒートシンクに熱的に接続されている。筐体（モータカバー）と蓋体によりヒートシンクを挟持することにより収納空間が形成され、該収納空間に制御基板とパワーモジュールなどが収納されている。収納空間において、制御基板のパワーモジュールと反対側の面が筐体の上面に対向するように、制御基板は筐体に固定されている。

特許文献１〜３では、外部装置を電気的に接続するための入出力コネクタが、蓋体の筐体と反対側の面に突設されている。入出力コネクタの複数の端子は、蓋体を貫通して、対応する基板などに電気的に接続されている。

特許文献４では、駆動回路が第１の基板に実装され、制御回路が第２の基板に実装されている。第１の基板と第２の基板とは中継部材により電気的に接続されている。筐体（モータカバー）の電動モータと反対側に蓋体（ユニットカバー）を係合することにより収納空間が形成され、該収納空間に上記２枚の基板と中継部材とが収納されている。収納空間において、第１の基板の駆動回路が実装されていない一方の面は、ユニットカバーの内面に接している。第２の基板は、中継部材の蓋体と反対側に固定されている。中継部材の周面には、入出力コネクタが一体的に突設されている。

また、特許文献５および特許文献６には、発熱電子部品を実装した基板の放熱構造が開示されている。

特許文献５では、放熱板に形成された凹部に、誘電体が埋設されている。誘電体と放熱板の下面は露出していて、上面は誘電体層により覆われている。誘電体と誘電体層は、高い熱伝導性と絶縁性とを有している。放熱板は、金属板などから成る。誘電体層の上面における、放熱板と対応する領域に、発熱電子部品が搭載されている。

特許文献６では、絶縁材中に金属放熱体が埋設され、該金属放熱体の上面の面積は下面の面積より小さくなっている。そして、金属放熱体の上面に発熱電子部品が搭載され、絶縁材の上面に他の電子部品が搭載されている。金属放熱体と絶縁材の下面は、熱伝導率の高い絶縁層で覆われ、該絶縁層の下面は、金属層で覆われている。

電動モータ制御装置において、駆動回路と制御回路を基板やヒートシンクなどの多くの部材に分散して実装すると、部品点数が多くなって、基板やヒートシンクの配列方向に電動モータ制御装置が大型化してしまう。また、１枚の基板に、発熱電子部品を含んだ多くの電子部品や電気回路を実装すると、発熱電子部品などで発生した熱により、基板や電子部品の温度が上昇して、動作不良を招くおそれがある。

特開２０１３−６３６８９号公報 特開２０１３−１０６３７６号公報 特開２０１５−１３４５９８号公報 特開２０１４−１８９１６６号公報 特開平６−２４４３０３号公報 特開２００８−２５１６７１号公報

本発明の課題は、小型化と放熱性能の向上を実現することができる電動モータ制御装置を提供することである。

本発明による電動モータ制御装置は、電動モータが実装された筐体と、この筐体の電動モータと反対側に係合された蓋体と、筐体と蓋体との係合により形成された収納空間に収納され、電動モータを駆動する駆動回路および該駆動回路を制御する制御回路が実装された基板と、この基板に実装され、電動モータの回転軸の回転を検出する回転センサと、駆動回路または制御回路に外部装置を電気的に接続するための入出力コネクタとを備えている。基板は、該基板の板面と平行な方向に隣接した第１絶縁体と金属体とから成る第１層と、第１絶縁体より熱伝導率が高い第２絶縁体から成る第２層とを有している。そして、第２層の第２絶縁体上における、第１絶縁体と対応する領域に、回転センサが実装され、金属体と対応する領域に、駆動回路に含まれる発熱電子部品が実装されている。

上記構成によると、１枚の基板に駆動回路と制御回路と回転センサとを実装しているので、それらを複数の部材に分散状態で実装する場合より、部品点数を少なくして、収納空間を縮小し、電動モータ制御装置を小型化することができる。また、基板が、第１絶縁体と金属体とから成る第１層と、第１絶縁体より熱伝導率が高い第２絶縁体から成る第２層とを有し、第２層の第２絶縁体上における、金属体と対応する領域に、発熱電子部品を実装している。このため、発熱電子部品で発生した熱を発熱電子部品の表面から放熱するだけでなく、該熱を第２絶縁体から金属体に伝えて、金属体から効率良く放熱し、放熱性能を向上させることができる。

また、基板の第２層の第２絶縁体上における、第１絶縁体と対応する領域、つまり金属体と対応しない領域に、回転センサを実装しているので、金属体と対応する第２絶縁体上の領域を、発熱電子部品用の実装スペースとして広く確保することができる。このため、発熱電子部品の外形が大きかったり設置数が多かったりして、発熱電子部品の実装占有面積が広くなっても、支障は生じない。さらに、基板の第２層を第２絶縁体で構成し、第１層を金属体だけでなく、一部を第１絶縁体で構成しているので、基板における電子部品や電気回路の実装密度を向上させることができる。

本発明では、上記電動モータ制御装置において、筐体または蓋体は、基板の第２絶縁体より熱伝導率が高い金属から成り、基板の金属体は、筐体または蓋体に熱的に接続されていてもよい。

また、本発明では、上記電動モータ制御装置において、基板は、第２層が電動モータ側を向き、第１層が電動モータと反対側を向くように、収納空間に収納され、回転センサは、収納空間へ突出した電動モータの回転軸と対向していてもよい。

また、本発明では、上記電動モータ制御装置において、金属体の第２絶縁体と反対側を向いた表面が、蓋体に形成された電動モータ側を向く熱接触面と熱的に接触するように、基板が蓋体に固定されていてもよい。

また、本発明では、上記電動モータ制御装置において、基板は、電動モータの回転軸に対して垂直な姿勢で収納空間に配置され、入出力コネクタの嵌合部は、蓋体の電動モータと反対側の外面から露出し、入出力コネクタの端子の一端部は嵌合部へ突出し、他端部は基板上の駆動回路または制御回路に電気的に接続されていてもよい。

さらに、本発明では、上記電動モータ制御装置において、基板は、該基板の板厚方向に第１絶縁体と第２絶縁体とを貫通するスルーホールをさらに有し、入出力コネクタの端子の他端部は、スルーホールに挿入された状態で基板に接続されていてもよい。

本発明によれば、小型化と放熱性能の向上を実現することができる電動モータ制御装置を提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態による電動モータ制御装置の分解斜視図である。 図１の電動モータ制御装置の組立斜視図である。 図１の電動モータ制御装置の平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図１の基板の裏側を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による電動モータ制御装置の分解斜視図である。 図６の電動モータ制御装置の断面図である。 図６の基板の反対側を示した斜視図である。 本発明の他の実施形態による基板の斜視図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

まず、本発明の第１実施形態による電動モータ制御装置１０１の構造を、図１〜図５を参照しながら説明する。

図１は、電動モータ制御装置１０１の分解斜視図である。図２は、電動モータ制御装置１０１の組立斜視図である。図３は、電動モータ制御装置１０１の平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５は、図１の基板３の裏側を示した斜視図である。

電動モータ制御装置１０１は、電動パワーステアリングシステムに組み込まれ、車両の操舵を補助するために、電動モータの駆動を制御する。後述する第２実施形態の電動モータ制御装置１０２も同様である。

電動モータ制御装置１０１には、図１に示すように、筐体１、蓋体２、基板３、フレーム４、および入出力コネクタ７ａ、７ｂが備わっている。

筐体１と蓋体２とは、熱伝導性の高い金属から成り、ヒートシンクを兼用している。筐体１と筐体２は、円筒状に形成されており、それぞれ一方側が閉塞されている。

筐体１の一方側（図１で下側）にある実装部１ｂには、電動モータＭ（詳細は図示省略）が実装されている。電動モータＭの回転軸Ｊは、筐体１および蓋体２の中心軸と一致している。筐体１の他方側（図１で上側）には、凹状の収納部１ａが設けられている。収納部１ａは、電動モータＭと反対側に開口している。収納部１ａと実装部１ｂとを隔てる隔壁１ｄには、貫通孔１ｅが形成されている。電動モータＭの回転軸Ｊの一端部は、貫通孔１ｅを通って収納部１ａへ突出している。収納部１ａには、電動モータＭに駆動電力を供給するためのモータ端子Ｍｔも突出している。回転軸Ｊの他端部は、実装部１ｂから収納部１ａと反対側へ突出して、電動パワーステアリングシステムの機械系に接続されている（図示省略）。

図４に示すように、蓋体２の電動モータＭ側には、凹状の収納部２ａが設けられている。収納部２ａは、電動モータＭ側に開口している。蓋体２は、収納部１ａ、２ａ同士を閉塞するように、筐体１の電動モータＭと反対側の端部に係合されて、蓋体２と筐体１のそれぞれの耳部２ｑ、１ｑ（図１〜図４）同士がねじなどにより固定される。この係合状態で、筐体１と蓋体２とが機械的および熱的に接続される。また、筐体１と蓋体２により閉塞された収納空間Ｋが形成される。すなわち、収納空間Ｋは、筐体１の収納部１ａと蓋体２の収納部２ａとから構成されている。収納空間Ｋには、基板３とフレーム４などが収納されている。筐体１と蓋体２の係合部分には、図示しないシール材が挟み込まれる。

図１および図５に示すように、基板３は、円盤状に形成され、第１層Ｌ１と第２層Ｌ２とを有している。第１層Ｌ１と第２層Ｌ２は、基板３の板厚方向に積層されている。第１層Ｌ１は、第１絶縁体３ａと金属体３ｂとから成る（図１）。第１絶縁体３ａと金属体３ｂは、基板３の板面と平行な方向に隣接している（図４）。第２層Ｌ２は、第２絶縁体３ｃから成る（図５）。

第１絶縁体３ａは、ガラスエポキシ基板の樹脂部分から成る。第１絶縁体３ａは、図１および図４に示すように、基板３の第１層Ｌ１の中央に、円板状に設けられている。第１絶縁体３ａの表面（図４で上面）には、電子部品をはんだ付けするランドや配線パターンが、銅箔によって形成されている（詳細は図示省略）。

金属体３ｂは、たとえば銅またはアルミニウムの板材から成る。金属体３ｂは、第１絶縁体３ａの周面を全周に渡って囲むように、円環状に設けられている。つまり、第１層Ｌ１は、第１絶縁体３ａを含んだガラスエポキシ基板の周囲に金属体３ｂを近接させることにより構成されている。図４に示すように、金属体３ｂの厚みは、第１絶縁体３ａの厚みより厚くなっている。

第２絶縁体３ｃは、たとえば、アルミナをエポキシに混ぜ込むなどして生成された、高い熱伝導性と絶縁性を有するプリプレグから成る。第２絶縁体３ｃの表面には、電子部品をはんだ付けするランドや配線パターンが、銅箔によって形成されている（詳細は図示省略）。第２絶縁体３ｃの厚みは、金属体３ｂの厚みより薄くなっている。

第２絶縁体３ｃの熱伝導率は、第１絶縁体３ａの熱伝導率より高くなっている。金属体３ｂの熱伝導率は、第２絶縁体３ｃの熱伝導率より高くなっている。筐体１や蓋体２の熱伝導率は、第２絶縁体３ｃの熱伝導率より高くなっている。第１絶縁体３ａと第２絶縁体３ｃは、金属体３ｂと比べて、表面や内部に細かな導体を形成し易く、電子部品や電気回路の実装密度を高くすることができる。

図１に示すように、基板３の第１層Ｌ１の第１絶縁体３ａ上には、制御回路３５が実装されている。第１層Ｌ１の金属体３ｂの表面は露出しているが、該表面には電子部品や電気回路が実装されていない。

図５に示すように、基板３の第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上には、駆動回路３１と、回転センサ８とが実装されている。回転センサ８は、第２絶縁体３ｃ上の中央に実装され、駆動回路３１は、回転センサ８の周囲に実装されている。回転センサ８は、磁気センサから成る。駆動回路３１は電動モータＭを駆動する電気回路である。制御回路３５（図１）は駆動回路３１を制御する電気回路である。

図４に示すように、第２絶縁体３ｃ上における、金属体３ｂと対応する領域（平面視で金属体３ｂと重なる領域）には、駆動回路３１に含まれる発熱電子部品３２が実装されている。発熱電子部品３２は、たとえばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などのスイッチング素子から成り、複数設けられている。

また、第２絶縁体３ｃ上における、第１絶縁体３ａと対応する領域（平面視で第１絶縁体３ａと重なる領域）には、回転センサ８が実装されている。回転センサ８の発熱量は、駆動回路３１に含まれる発熱電子部品３２の発熱量より小さい。また、制御回路３５に含まれるＣＰＵ３６などの電子部品の発熱量も、発熱電子部品３２の発熱量より小さい。

また、基板３は、図１および図５に示すように、中央に複数のスルーホール３ｈ、３ｉ、３ｊを有している。各スルーホール３ｈ、３ｉ、３ｊは、図４に示すように、基板３の板厚方向に第１絶縁体３ａと第２絶縁体３ｃとを貫通している。

基板３は、電動モータＭの回転軸Ｊに対して垂直な姿勢で、第２層Ｌ２が電動モータＭ側を向き、第１層Ｌ１が電動モータＭと反対側を向くように、収納空間Ｋに収納されている。

蓋体２の収納部２ａには、電動モータＭ側を向いた熱接触面２ｂが設けられている。この熱接触面２ｂに、金属体３ｂの第２絶縁体３ｃと反対側を向いた表面（図４で上面）を熱的に接触させた状態で、基板３が蓋体２にねじなどで固定されている。つまり、金属体３ｂと蓋体２とは、基板３の板厚方向に熱的に接続されている。

なお、固定用のねじなどは、図示を省略している（以下同様）。また、金属体３ｂの表面と蓋体２の熱接触面２ｂとの間には、絶縁性を有する伝熱シートを介在させてもよい。また、蓋体２の熱接触面２ｂに対して、金属体３ｂの表面の全部を熱的に接触させてもよいし、一部を熱的に接触させてもよい。

金属体３ｂの外周面は、蓋体２の内周面に熱的に接触している。つまり、金属体３ｂと蓋体２とは、これらの径方向に熱的に接続されている。なお、蓋体２の内周面に対して、金属体３ｂの外周面の全部を熱的に接触させてもよいし、一部を熱的に接触させてもよい。また、金属体３ｂの外周面と蓋体２の内周面との間には、絶縁性を有する伝熱シートを介在させてもよい。第２絶縁体３ｃ上の導体は、蓋体２の内周面および筐体１の内周面に対して離間しかつ絶縁されている。

基板３の第２層Ｌ２の中央に実装された回転センサ８は、収納空間Ｋに突出した電動モータＭの回転軸Ｊの一端部と対向している（図４）。回転軸Ｊの一端部には、磁石１１が埋設されている。回転センサ８は、磁石１１の磁界の変化に基づいて、電動モータＭの回転軸Ｊの回転を検出する。

フレーム４は、たとえば合成樹脂製であり、図１に示すように円盤状に形成されている。フレーム４上には、電源電圧を平滑化する電解コンデンサなどの電子部品４１が搭載され、該電子部品４１と接続された電気配線（図示省略）が設けられている。また、フレーム４上には、所定の高さのスペーサ４ｄが複数立設されている。

フレーム４の基板３と反対側から、ねじなどをスペーサ４ｄと基板３とに貫通させて、蓋体２の熱接触面２ｂに螺合することにより、図４に示すように、フレーム４が基板３および蓋体２に対して固定されている。そして、収納空間Ｋにおいて、フレーム４が、基板３と所定の距離を隔てて、隔壁１ｄと基板３との間に配置されている。フレーム４上の電子部品４１は、基板３から離間している。電動モータＭの回転軸Ｊの一端部は、フレーム４の中央に設けられた貫通孔４ｈを貫通して、回転センサ８の近傍に位置している。

フレーム４には、基板接続端子５の根元部とモータ接続端子６の根元部とが実装されている。基板接続端子５は、フレーム４から基板３側へ突出している。モータ接続端子６は、フレーム４から電動モータＭ側へ突出している。

収納空間Ｋにおいて、基板接続端子５の先端部は、基板３に形成されたスルーホール３ｊに挿入されて、該スルーホール３ｊにはんだや銅などの金属により接続されている。基板接続端子５は、基板３の金属体３ｂから離間しかつ絶縁されている。

モータ接続端子６の先端部は、モータ端子Ｍｔに溶接などにより接続されている。これにより、基板３上の駆動回路３１または制御回路３５、フレーム４上の電子部品４１、および電動モータＭが、電気的に接続されている。モータ接続端子６とモータ端子Ｍｔとの接続作業は、筐体１の周面に設けられた開口部１ｋ（図１）を通して行う。開口部１ｋは、キャップ１３により閉塞される。キャップ１３は、ねじなどにより筐体１の周面に固定される。

入出力コネクタ７ａ、７ｂは、図示しない外部装置を、基板３上の駆動回路３１または制御回路３５に電気的に接続する。そのうち、一方の入出力コネクタ７ａは、図示しない車両のバッテリから電力を供給するための電源コネクタである。他方の入出力コネクタ７ｂは、図示しない車両側ＥＣＵ（電子制御装置）に対して信号を送受信するための信号コネクタである。

各入出力コネクタ７ａ、７ｂは、蓋体２の電動モータＭと反対側の外面２ｃに突設されている。各入出力コネクタ７ａ、７ｂのハウジング７ｃ、７ｄは、蓋体２に形成された貫通孔２ｅ、２ｆに収納部２ａ側からそれぞれ嵌合されて、該貫通孔２ｅ、２ｆの周縁部分にねじなどにより固定されている。各入出力コネクタ７ａ、７ｂの嵌合部７ｇ、７ｈは、蓋体２の外面２ｃから露出し、電動モータＭと反対側へ開口している。図示しない外部装置と接続されたハーネスは、電動モータＭの回転軸Ｊと平行な方向に、各入出力コネクタ７ａ、７ｂの嵌合部７ｇ、７ｈに対して挿抜される。

各入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆの一端部は、嵌合部７ｇ、７ｈ内にそれぞれ突出している。端子７ｅ、７ｆの他端部は、ハウジング７ｃ、７ｄをそれぞれ貫通して、収納空間Ｋ内に突出し、基板３に形成されたスルーホール３ｈ、３ｉにそれぞれ挿入されて、該スルーホール３ｈ、３ｉにはんだや銅などの金属により接続されている（図４）。これにより、各入出力コネクタ７ａ、７ｂと基板３上の駆動回路３１または制御回路３５が電気的に接続されている。入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆは、蓋体２や基板３の金属体３ｂから離間しかつ絶縁されている。また、端子７ｅ、７ｆは、基板接続端子５や他の電子部品３２、３６、８とも離間している。

電源コネクタ７ａの嵌合部７ｇに、図示しないバッテリと接続されたハーネスが嵌合されることで、バッテリ、基板３上の駆動回路３１、フレーム４上の電子部品４１、および電動モータＭが電気的に接続され、バッテリから駆動回路３１および電動モータＭに電力が供給可能となる。また、信号コネクタ７ｂの嵌合部７ｈに、図示しない車両側ＥＣＵと接続されたハーネスが嵌合されることで、車両側ＥＣＵと基板３上の制御回路３５が電気的に接続され、車両側ＥＣＵと制御回路３５との間で信号が送受信可能となる。

上記第１実施形態によると、１枚の基板３に駆動回路３１と制御回路３５と回転センサ８とを実装しているので、それらを複数の部材に分散状態で実装する場合より、部品点数を少なくして、収納空間Ｋを縮小し、電動モータ制御装置１０１を小型化することができる。加えて、部品点数が少ない分、電動モータ制御装置１０１の組立工程数を低減することもできる。

また、基板３が、第１絶縁体３ａと金属体３ｂとから成る第１層Ｌ１と、第１絶縁体３ａより熱伝導率が高い第２絶縁体３ｃから成る第２層Ｌ２とを有し、第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上における、金属体３ｂと対応する領域に、駆動回路３１に含まれる発熱電子部品３２を実装している。このため、発熱電子部品３２で発生した熱を、発熱電子部品３２の表面から放熱するだけでなく、該熱を第２絶縁体３ｃから金属体３ｂに伝えて、金属体３ｂから効率良く放熱し、放熱性能を向上させることができる。

また、基板３の第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上における、第１絶縁体３ａと対応する領域に、回転センサ８を実装している。このため、第２層Ｌ２が電動モータＭ側を向くように、基板３を収納空間Ｋに配置することで、回転センサ８を電動モータＭの回転軸Ｊと対向させて、該回転センサ８により回転軸Ｊの回転を検出することができる。発熱電子部品３２で発生した熱は、基板３の第２絶縁体３ｃを経て、金属体３ｂから電動モータＭと反対側へ放熱されるので、回転センサ８に影響を与えない。

また、第２絶縁体３ｃ上の、第１絶縁体３ａと対応する領域、つまり金属体３ｂと対応しない領域に、回転センサ８を実装しているので、金属体３ｂと対応する第２絶縁体３ｃ上の領域を、回転センサ８より発熱量の大きい発熱電子部品３２用の実装スペースとして広く確保することができる。このため、発熱電子部品３２の外形が大きかったり設置数が多かったりして、発熱電子部品３２の実装占有面積が広くなっても、支障は生じない。

さらに、基板３の第２層Ｌ２を第２絶縁体３ｃで構成し、第１層Ｌ１を金属体３ｂだけでなく、一部を第１絶縁体３ａで構成しているので、基板３における電子部品や電気回路の実装密度を向上させることができる。

また、上記第１実施形態では、筐体１と蓋体２が基板３の第２絶縁体３ｃより熱伝導率が高い金属から成り、筐体１と蓋体２が係合されることにより、両者が熱的に接続されている。また、基板３の金属体３ｂの第２絶縁体３ｃと反対側を向いた表面が、蓋体２の電動モータＭ側を向いた熱接触面２ｂに熱的に接触し、金属体３ｂの外周面が蓋体２の内周面に熱的に接触している。このため、発熱電子部品３２で発生した熱を、基板３の第２絶縁体３ｃから金属体３ｂに伝えた後、金属体３ｂから蓋体２に効率良く伝えて、蓋体２から外部へ効率良く放熱することができる。また、該熱を蓋体２から筐体１に伝えて、筐体１からも外部へ放熱することができる。つまり、筐体１と蓋体２がヒートシンクを兼用しているため、放熱性能をより向上させることが可能となる。

また、上記第１実施形態では、基板３が、電動モータＭの回転軸Ｊに対して垂直な姿勢で収納空間Ｋに配置されている。また、入出力コネクタ７ａ、７ｂの嵌合部７ｇ、７ｈが、蓋体２の電動モータＭと反対側の外面２ｃから露出している。そして、入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆの一端部が嵌合部７ｇ、７ｈへ突出し、他端部が基板３上の駆動回路３１または制御回路３５に電気的に接続されている。このため、電動モータＭの回転軸Ｊと平行な方向に、筐体１、基板３、蓋体２、および入出力コネクタ７ａ、７ｂが配列されるので、回転軸Ｊと垂直な方向（側方）に電動モータ制御装置１０１が大型化するのを抑制できる。また、入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆを嵌合部７ｇ、７ｈから回転軸Ｊと平行に延ばして、基板３上の駆動回路３１および制御回路３５に電気的に接続することができる。さらに、端子７ｅ、７ｆを複雑に湾曲させる必要がなく、端子７ｅ、７ｆの構造や端子７ｅ、７ｆと基板３との接続構造を簡素化することができる。

また、上記実施形態では、基板３の板厚方向に第１絶縁体３ａと第２絶縁体３ｃとを貫通するスルーホール３ｈ、３ｉ、３ｊを設けている。そして、入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆの他端部を、スルーホール３ｈ、３ｉに挿入した状態で、基板３に接続している。このため、入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆと基板３との電気的接続および機械的接続の信頼性が向上する。

また、フレーム４に突設された基板接続端子５の先端部を、スルーホール３ｊに挿入した状態で、基板３に接続している。このため、基板接続端子５と基板３との電気的接続および機械的接続の信頼性が向上する。

さらに、基板３の第２層Ｌ２上に実装された発熱電子部品３２などで発生した熱が、スルーホール３ｈ、３ｉ、３ｊとこれに挿入された端子７ｅ、７ｆ、５により第１層Ｌ１の第１絶縁体３ａに伝わり易くなる。そして、その熱を第１絶縁体３ａから放熱したり、第１絶縁体３ａから金属体３ｂに伝えて、金属体３ｂから放熱したりすることができる。

次に、本発明の第２実施形態による電動モータ制御装置１０２の構造を、図６〜図８を参照しながら説明する。

図６は、電動モータ制御装置１０２の分解斜視図である。図７は、電動モータ制御装置１０２の断面図である。図８は、図６の基板３の裏側を示した斜視図である。

なお、電動モータ制御装置１０２の組立図や平面図は、前述の図２および図３に示した電動モータ制御装置１０１の組立図や平面図とほぼ同様であるので、図示を省略している。また、図７では、電動モータ制御装置１０２における、図４と同様位置の断面図を示している。

図８に示すように、第２実施形態では、基板３の第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上に、駆動回路３１と回転センサ８とに加えて、電解コンデンサなどの電子部品４１を実装している。そして、第１実施形態で示したフレーム４（図１など）を省略している（図６）。基板３の第２絶縁体３ｃ上において、回転センサ８が中央に実装され、駆動回路３１と電子部品４１が回転センサ８の周囲に実装されている（図８）。

図７に示すように、筐体１と蓋体２により閉塞された収納空間Ｋには、基板３が収納されている。詳しくは、基板３は、電動モータＭの回転軸Ｊに対して垂直な姿勢で、第２層Ｌ２が電動モータＭ側を向き、第１層Ｌ１が電動モータＭと反対側を向くように、収納空間Ｋに収納されている。

基板３は、金属体３ｂの第２絶縁体３ｃと反対側を向いた表面が、蓋体２の熱接触面２ｂに熱的に接触するように、熱接触面２ｂ上にねじなどで固定されている。つまり、金属体３ｂと蓋体２とは、基板３の板厚方向に熱的に接続されている。

金属体３ｂの外周面は、筐体１の内周面に熱的に接触している。つまり、金属体３ｂと筐体１とは、これらの径方向に熱的に接続されている。なお、筐体１の内周面に対して、金属体３ｂの外周面の全部を熱的に接触させてもよいし、一部を熱的に接触させてもよい。また、金属体３ｂの外周面と筐体１の内周面との間には、絶縁性を有する伝熱シートを介在させてもよい。第２絶縁体３ｃ上の導体は、筐体１の内周面および蓋体２の内周面に対して離間しかつ絶縁されている。

基板３に形成されたスルーホール３ｊには、モータ接続端子１６の一端部が挿入されて、該スルーホール３ｊにはんだや銅などの金属により接続されている。モータ接続端子１６の他端部は、モータ端子Ｍｔと溶接などにより接続されている。これにより、基板３上の駆動回路３１、電子部品４１、および電動モータＭなどが、電気的に接続されている。なお、モータ接続端子１６は、基板３の金属体３ｂや入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆから離間しかつ絶縁されている。モータ接続端子１６とモータ端子Ｍｔとの接続作業は、筐体１の周面に設けられた開口部１ｋ（図６）を通して行う。

電動モータＭの回転軸Ｊの一端部（磁石１１側の端部）は、図７に示すように、基板３上の回転センサ８の近傍に位置している。これにより、回転センサ８と回転軸Ｊの一端部とが対向し、回転センサ８により回転軸Ｊの回転を検出することが可能となる。

上記第２実施形態によると、１枚の基板３に駆動回路３１と制御回路３５と回転センサ８と電子部品４１とを実装しているので、それらを複数の部材に分散状態で実装する場合より、部品点数を少なくして、収納空間Ｋを縮小し、電動モータ制御装置１０２を小型化することができる。特に、第１実施形態で示したフレーム４を省略している分、電動モータＭの回転軸Ｊと平行な方向（高さ方向）に、収納空間Ｋを縮小し、電動モータ制御装置１０２を小型化することができる。加えて、電子部品や電気回路の実装に必要な部品点数を少なくして、電動モータ制御装置１０２の構造を簡素化し、製造工程数を低減することができる。

また、上記第２実施形態では、第１実施形態に比べて、基板３における電子部品や電気回路の実装密度が高くなっているが、基板３の金属体３ｂが、筐体１と蓋体２の両方に熱的に接続されている。このため、発熱電子部品３２で発生した熱を、基板３の第２絶縁体３ｃから金属体３ｂに伝えた後、金属体３ｂから筐体１と蓋体２の両方に伝えて、筐体１と蓋体２から外部へ一層効率良く放熱することができる。

本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では、基板３の金属体３ｂを蓋体２、または蓋体２と筐体１の両方に熱的に接触させた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。基板３の金属体３ｂを筐体１だけに熱的に接触させてもよい。また、基板３の金属体３ｂを別の放熱部材を介して、筐体１または蓋体２の少なくとも一方に熱的に接触させてもよい。また、第１実施形態に示したフレーム４を金属製にして、ヒートシンクとして兼用してもよい。さらに、基板３の金属体３ｂの放熱性能によっては、該金属体３ｂを筐体１や蓋体２に対して熱的に接続しなくてもよい。

また、以上の実施形態では、基板３の第１層Ｌ１において、中央に第１絶縁体３ａを配置し、該第１絶縁体３ａの全周を囲むように環状の金属体３ｂを配置した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば図９に示すように、基板３の第１層Ｌ１において、金属体３ｂをＣ字形に形成し、第１絶縁体３ａを、中央から金属体３ｂの切欠き部分へ拡がるように配置してもよい。また、他の例として、基板３の第１層Ｌ１において、第１絶縁体３ａを分散して複数配置し、各第１絶縁体に近接するように、金属体３ｂを分散または連続して配置してもよい。

また、以上の実施形態では、金属体３ｂの厚みを第１絶縁体３ａの厚みより厚くした例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、金属体３ｂの厚みは、第１絶縁体の厚み３ａと同等に、またはそれより薄くしてもよい。

また、以上の実施形態では、基板３を蓋体２に固定した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、基板３は筐体１に固定してもよい。また、基板３を他の部材を介して筐体１または蓋体２に固定してもよい。

また、以上の実施形態では、基板３の第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上に駆動回路３１を実装し、第１層Ｌ１の第１絶縁体３ａ上に制御回路３５を実装した例をしたが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、駆動回路３１または制御回路３５を、基板３の第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上と、第１層Ｌ１の第１絶縁体３ａ上とに分散状態で実装してもよい。また、制御回路３５の全部を第２層Ｌ２の第２絶縁体３ｃ上に実装してもよい。

また、以上の実施形態では、基板３にスルーホール３ｈ、３ｉ、３ｊを設けて、該スルーホール３ｈ、３ｉ、３ｊに入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆおよび接続端子５、１６を電気的に接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、基板３に接続用端子（図示省略）を実装し、該接続用端子に入出力コネクタ７ａ、７ｂの端子７ｅ、７ｆ、基板接続端子５、またはモータ接続端子１６を電気的に接続してもよい。また、接続用端子は、基板３に表面実装したり、基板３を貫通するように実装したりしてもよい。また、電子部品や電気回路も、基板３の第１絶縁層Ｌ１と第２絶縁層Ｌ２とを貫通するように実装してもよい。

また、以上の実施形態では、基板３を収納する部分と電動モータＭを実装する部分とが、筐体１に一体的に設けられた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、基板３を収納する部分と電動モータＭを実装する部分とが別体で形成され、両部分がねじなどで固定されることで一体となる筐体を用いてもよい。

また、以上の実施形態では、筐体１と蓋体２とが円筒状に形成され、基板３が円盤状に形成された例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。たとえば、筐体１や蓋体２を矩形の箱体や多角形の筒体に形成してもよい。また、筐体１と蓋体２のいずれか一方にだけ、凹状の収納部を設けるようにしてもよい。そして、筐体１と蓋体２との係合により形成される収納空間の形状に合わせて、基板３の形状を設定すればよい。

さらに、以上の実施形態では、電動パワーステアリングシステムで使用される電動モータ制御装置１０１、１０２に、本発明を適用した例を挙げたが、他の用途の電動モータ制御装置に対しても、本発明を適用することが可能である。

１ 筐体
２ 蓋体
２ｂ 熱接触面
２ｃ 蓋体の外面
３ 基板
３ａ 第１絶縁体
３ｂ 金属体
３ｃ 第２絶縁体
３ｈ、３ｉ、３ｊ スルーホール
７ａ、７ｂ 入出力コネクタ
７ｅ、７ｆ 端子
７ｇ、７ｈ 嵌合部
８ 回転センサ
３１ 駆動回路
３２ 発熱電子部品
３５ 制御回路
１０１、１０２ 電動モータ制御装置
Ｊ 回転軸
Ｋ 収納空間
Ｌ１ 第１層
Ｌ２ 第２層
Ｍ 電動モータ

Claims (6)

1. 電動モータが実装された筐体と、
   前記筐体の前記電動モータと反対側に係合された蓋体と、
   前記筐体と前記蓋体との係合により形成された収納空間に収納され、前記電動モータを駆動する駆動回路および該駆動回路を制御する制御回路が実装された基板と、
   前記基板に実装され、前記電動モータの回転軸の回転を検出する回転センサと、
   前記駆動回路または前記制御回路に外部装置を電気的に接続するための入出力コネクタと、を備えた電動モータ制御装置において、
   前記基板は、
   該基板の板面と平行な方向に隣接した第１絶縁体と金属体とから成る第１層と、
   前記第１絶縁体より熱伝導率が高い第２絶縁体から成る第２層と、を有し、
   前記第２層の前記第２絶縁体上における、前記第１絶縁体と対応する領域に、前記回転センサが実装され、
   前記第２層の前記第２絶縁体上における、前記金属体と対応する領域に、前記駆動回路に含まれる発熱電子部品が実装されている、ことを特徴とする電動モータ制御装置。
2. 請求項１に記載の電動モータ制御装置において、
   前記筐体または前記蓋体は、前記基板の前記第２絶縁体より熱伝導率が高い金属から成り、
   前記基板の前記金属体は、前記筐体または前記蓋体に熱的に接続されている、ことを特徴とする電動モータ制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動モータ制御装置において、
   前記基板は、前記第２層が前記電動モータ側を向き、前記第１層が前記電動モータと反対側を向くように、前記収納空間に収納され、
   前記回転センサは、前記収納空間へ突出した前記電動モータの回転軸と対向している、ことを特徴とする電動モータ制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動モータ制御装置において、
   前記金属体の前記第２絶縁体と反対側を向いた表面が、前記蓋体に形成された前記電動モータ側を向く熱接触面と熱的に接触するように、前記基板が前記蓋体に固定されている、ことを特徴とする電動モータ制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電動モータ制御装置において、
   前記基板は、前記電動モータの回転軸に対して垂直な姿勢で前記収納空間に配置され、
   前記入出力コネクタの嵌合部は、前記蓋体の前記電動モータと反対側の外面から露出し、
   前記入出力コネクタの端子の一端部は、前記嵌合部へ突出し、他端部は前記基板上の前記駆動回路または前記制御回路に電気的に接続されている、ことを特徴とする電動モータ制御装置。
6. 請求項５に記載の電動モータ制御装置において、
   前記基板は、該基板の板厚方向に前記第１絶縁体と前記第２絶縁体とを貫通するスルーホールをさらに有し、
   前記入出力コネクタの端子の他端部は、前記スルーホールに挿入された状態で前記基板に接続されている、ことを特徴とする電動モータ制御装置。

Images