JP2018038218A - 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができ、更には電力変換回路部を小型化することができる電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【解決手段】電動モータの回転軸２３の出力部とは反対側のモータハウジング１１の端面部１５に、少なくとも電源回路部１７及び電力変換回路部１６で発生した熱をモータハウジング１１に伝熱させる放熱部１５Ａ、１５Ｂを形成した。また、回転軸の周囲の端面部に弾発機能部材３６を有する電力変換回路部固定部材３５を取り付け、弾発機能部材３６によって電力変換回路部１６を放熱部に押圧、保持した。電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。更に、弾発機能部材によって電力変換回路部を放熱部に押圧、保持したので、固定ボルトを省略して電力変換回路部を小型化することができる。
【選択図】図９

Description

本発明は電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置に係り、特に電子制御装置を内蔵した電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般的な産業機械分野においては、電動モータによって機械系制御要素を駆動することが行われているが、最近では電動モータの回転速度や回転トルクを制御する半導体素子等からなる電子制御部を電動モータに一体的に組み込む、いわゆる機電一体型の電動駆動装置が採用され始めている。

機電一体型の電動駆動装置の例として、例えば自動車の電動パワーステアリング装置においては、運転者がステアリングホィールを操作することにより回動するステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出し、この検出値に基づいてステアリングシャフトの回動方向と同じ方向へ回動するように電動モータを駆動し、操舵アシストトルクを発生させるように構成されている。この電動モータを制御するため、電子制御部（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）がパワーステアリング装置に設けられている。

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、特開２０１５−１３４５９８号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。特許文献１には、電動モータ部と電子制御部とにより構成された電動パワーステアリング装置が記載されている。そして、電動モータ部の電動モータは、アルミ合金等から作られた筒部を有するモータハウジングに収納され、電子制御部の電子部品が実装された基板は、モータハウジングの軸方向の出力軸とは反対側に配置されたＥＣＵハウジングに収納されている。ＥＣＵハウジングの内部に収納される基板は、電源回路部、電動モータを駆動制御するＭＯＳＦＥＴ、或いはＩＧＢＴ等のようなパワースイッチング素子を有する電力変換回路部と、パワースイッチング素子を制御する制御回路部を備え、パワースイッチング素子の出力端子と電動モータの入力端子とはバスバーを介して電気的に接続されている。

そして、ＥＣＵハウジングに収納された電子制御部には、合成樹脂から作られたコネクタ端子組立体を介して電源から電力が供給され、また検出センサ類から運転状態等の検出信号が供給されている。コネクタ端子組立体は蓋体として機能しており、ＥＣＵハウジングに形成された開口部を塞ぐようにして電子制御部と接続され、また固定ボルトによってＥＣＵハウジングの外表面に固定されている。

尚、この他に電子制御装置を一体化した電動駆動装置としては、電動ブレーキや各種油圧制御用の電動油圧制御器等が知られているが、以下の説明では代表して電動パワーステアリング装置について説明する。

特開２０１５−１３４５９８号公報

ところで、特許文献１に記載されている電動パワーステアリング装置は、自動車のエンジンルーム内に配置されることから、小型に構成されることが必要である。特に最近では自動車のエンジンルーム内は、排気ガス対策機器や安全対策機器等の補機類が多く設置される傾向にあり、電動パワーステアリング装置を含めて各種補機類はできるだけ小型化することや部品点数を低減することが求められている。

そして、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、特に電源回路部、電力変換回路部の熱を外部に放熱するためのヒートシンク部材が、モータハウジングとＥＣＵハウジングの間に配置されている。このため、ヒートシンク部材の分だけ余分に軸方向の長さが長くなる傾向になる。また、電源回路部や電力変換回路部を構成する電気部品は発熱量が大きく、小型化する場合はこの熱を効率よく外部に放熱する必要がある。したがって、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる電動駆動装置が求められている。

更に、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、電力変換回路部は合成樹脂でパッケージされたパワーモジュールで構成されており、このパワーモジュールはヒートシンク部材に固定ボルトによって固定される形態となっている。したがって、この固定ボルトを取り付ける領域分だけパワーモジュールの形状が大きくなり、電動パワーステアリング装置の小型化を阻害するという課題がある。

また、これに加えて固定ボルトによってパワーモジュールをヒートシンク部材に固定するため、固定ボルト分だけの部品点数が増えると共に、固定ボルトがねじ込まれるボルト孔の加工や、固定ボルトによる固定作業等の加工工数や組み工数も増えて製造単価が高くなるという課題も生じるようになる。

本発明の目的は、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができ、更には電力変換回路部を小型化することができる電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の特徴は、電動モータの回転軸の出力部とは反対側のモータハウジングの端面部に、少なくとも電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングに伝熱させる放熱部を形成すると共に、回転軸の周囲の端面部に弾発機能部材を有する電力変換回路部固定部材を取り付け、弾発機能部材によって電力変換回路部を放熱部に押圧、保持した、ところにある。

本発明によれば、電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできる。また、モータハウジングは十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる。更に、弾発機能部材によって電力変換回路部を放熱部に押圧、保持するため、電力変換回路部を固定するための固定ボルトを省略することを可能とし、電力変換回路部を小型化できる。

本発明が適用される一例としての操舵装置の全体斜視図である。 本発明の実施形態になる電動パワーステアリング装置の全体斜視図である。 図２に示す電動パワーステアリング装置の分解斜視図である。 図３に示すモータハウジングの斜視図である。 図４に示すモータハウジングを軸方向に断面した断面図である。 図４に示すモータハウジングに電力変換回路部を載置した状態を示す斜視図である。 図４に示すモータハウジングに電源回路部を載置した状態を示す斜視図である。 図４に示すモータハウジングに制御回路部を載置した状態を示す斜視図である。 組み上がった電動パワーステアリング装置の電子制御部付近を軸方向に断面した断面図である。 図９に示す電力変換回路部固定部材の全体構成を示す斜視図である。 図９に示す電力変換回路部固定部材の外観側面を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。

本発明の実施形態を説明する前に本発明が適用される一例として、操舵装置の構成について図１を用いて簡単に説明する。

まず、自動車の前輪を操舵するための操舵装置について説明する。操舵装置１は図１に示すように構成されている。図示しないステアリングホイールに連結されたステアリングシャフト２の下端には図示しないピニオンが設けられ、このピニオンは車体左右方向へ長い図示しないラックと噛み合っている。このラックの両端には前輪を左右方向へ操舵するためのタイロッド３が連結されており、ラックはラックハウジング４に覆われている。そして、ラックハウジング４とタイロッド３との間にはゴムブーツ５が設けられている。

ステアリングホイールを回動操作する際のトルクを補助するため、電動パワーステアリング装置６が設けられている。即ち、ステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとを検出するトルクセンサ７が設けられ、トルクセンサ７の検出値に基づいてラックにギヤ１０を介して操舵補助力を付与する電動モータ部８と、電動モータ部８に配置された電動モータを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）部９とが設けられている。電動パワーステアリング装置６の電動モータ部８は、出力軸側の外周部の３箇所が図示しないボルトを介してギヤ１０に接続され、電動モータ８部の出力軸とは反対側に電子制御部９が設けられている。

電動パワーステアリング装置６においては、ステアリングホイールが操作されることによりステアリングシャフト２がいずれかの方向へ回動操作されると、このステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクをトルクセンサ７が検出し、この検出値に基づいて制御回路部が電動モータの駆動操作量を演算する。この演算された駆動操作量に基づき、電力変換回路部のパワースイッチング素子により電動モータが駆動され、電動モータの出力軸はステアリングシャフト１を操作方向と同じ方向へ駆動するように回動される。出力軸の回動は、図示しないピニオンからギヤ１０を介して図示しないラックへ伝達され、自動車が操舵されるものである。これらの構成、作用は既によく知られているので、これ以上の説明は省略する。

上述したように、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、特に電源回路部、電力変換回路部の熱を外部に放熱するためのヒートシンク部材が、モータハウジングとＥＣＵハウジングの間に配置されている。このため、ヒートシンク部材の分だけ余分に軸方向の長さが長くなる傾向になる。また、電源回路部や電力変換回路部を構成する電気部品は発熱量が大きく、小型化する場合はこの熱を効率よく外部に放熱してやる必要がある。したがって、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる電動駆動装置が求められている。

また、固定ボルトによってパワーモジュールをヒートシンク部材に固定するため、パワーモジュールに固定ボルトを取り付ける領域が必要となり、パワーモジュールが大型化する。パワーモジュールが大型化すると、電動パワーステアリング装置の小型化を阻害し、エンジンルーム内へ効率的に搭載できなくなる。また、固定ボルト分だけ部品点数が増えると共に、固定ボルトがねじ込まれるボルト孔の加工や、固定ボルトによる固定作業等の加工工数や組み工数も増えて製造単価が高くなるという課題も生じるようになる。

このような背景から、本実施形態では次のような構成の電動パワーステアリング装置を提案するものである。つまり、本実施形態においては、電動モータの回転軸の出力部とは反対側のモータハウジングの端面部に、少なくとも電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングに伝熱させる放熱部を形成する、構成としたものである。このような構成によれば、電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。また、モータハウジングは十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱できる。

更に、回転軸の周囲の端面部に弾発機能部材を有する電力変換回路部固定部材を取り付け、弾発機能部材によって電力変換回路部を放熱部側に向けて押圧して、電力変換回路部を放熱部に押圧、保持する、構成としたものである。このような構成によれば、電力変換回路部固定部材の弾発機能部材によって電力変換回路部を放熱部側に押圧、保持したので、固定ボルトを省略して電力変換回路部を小型化できる。

また、本実施形態では固定ボルトを省略できるので、固定ボルト分の部品点数を低減でき、しかも固定ボルトがねじ込まれるボルト孔の加工や、固定ボルトによる固定作業も省略でき、製造単価を下げることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態になる電動パワーステアリング装置の具体的な構成について、図２乃至図１１を用いて詳細に説明する。尚、図２は本実施形態になる電動パワーステアリング装置の全体的な構成を示した図面であり、図３は図２に示す電動パワーステアリング装置の構成部品を分解して斜め方向から見た図面であり、図４から図８は各構成部品の組み立て順序にしたがって各構成部品を組み付けていった状態を示す図面であり、図９から図１１は、電力変換回路部固定部材の構成を説明する図面である。したがって、以下の説明では、各図面を適宜引用しながら説明を行うものとする。

図２に示すように、電動パワーステアリング装置を構成する電動モータ部８は、アルミ合金等から作られた筒部を有するモータハウジング１１及びこれに収納された図示しない電動モータとから構成され、電子制御部９は、モータハウジング１１の軸方向の出力軸とは反対側に配置された、アルミ合金等で作られた金属カバー１２及びこれに収納された図示しない電子制御部から構成されている。

モータハウジング１１と金属カバー１２はその対向端面で、接着剤、或いは溶着、或いは固定ボルトによって一体的に固定されている。金属カバー１２の内部の収納空間に収納された電子制御部は、必要な電源を生成する電源回路部や、電動モータ部８の電動モータを駆動制御するＭＯＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴ等からなるパワースイッチング素子を有する電力変換回路や、このパワースイッチング素子を制御する制御回路部からなり、パワースイッチング素子の出力端子と電動モータのコイル入力端子とはバスバーを介して電気的に接続されている。

金属カバー１２の端面にはコネクタ端子組立体１３が固定ボルトによって固定されている。コネクタ端子組立体１３には電力供給用のコネクタ端子形成部１３Ａ、検出センサ用のコネクタ端子形成部１３Ｂ、制御状態を外部機器に送出する制御状態送出用のコネクタ端子形成部１３Ｃを備えている。そして、金属カバー１２に収納された電子制御部は、合成樹脂から作られた電力供給用のコネクタ端子形成部１３Ａを介して電源から電力が供給され、また検出センサ類から運転状態等の検出信号が検出センサ用のコネクタ形成端子部１３Ｂを介して供給され、現在の電動パワーステアリング装置の制御状態信号が制御状態送出用のコネクタ端子形成部１３Ｃを介して送出されている。

図３に電動パワーステアリング装置６の分解斜視図を示している。モータハウジング１１には内部に円環状の鉄製のサイドヨーク（図示せず）が嵌合されているものもあり、このサイドヨーク内に電動モータ（図示せず）が収納されているものである。電動モータの出力部１４はギヤを介してラックに操舵補助力を付与している。尚、電動モータの具体的な構造は良く知られているので、ここでは説明を省略する。

モータハウジング１１はアルミ合金から作られており、電動モータで発生した熱や、後述する電源回路部や電力変換回路部で発生した熱を外部大気に放出するヒートシンク部材として機能している。電動モータとモータハウジング１１で電動モータ部を構成している。

電動モータ部の出力部１４の反対側のモータハウジング１１の端面部１５には電子制御部ＥＣが取り付けられている。電子制御部ＥＣは、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８から構成されている。モータハウジング１１の端面部１５は、モータハウジング１１と一体的に形成されているが、この他に端面部１５だけを別体に形成し、ボルトや溶接によってモータハウジング１１と一体化しても良いものである。

ここで、電力変換回路部１６、電力変換回路部１７、制御回路部１８は冗長系を構成するものであり、主電子制御部と副電子制御部の二重系を構成している。そして、通常は主電子制御部と副電子制御部を合せて正規の電子制御部として機能させ、一方の電子制御部に異常、故障が生じると、他方の電子制御部で半分の能力によって電動モータを制御、駆動されるようになっている。。この場合、電動モータの能力は半分となるが、いわゆる「リンプホーム機能」は確保されるようになっている。

したがって、主電子制御部と副電子制御部の熱がモータハウジング１１に伝えられるものである。

ただ、本実施形態では採用していないが、主電子制御部によって電動モータが制御、駆動されているが、主電子制御部に異常や故障が生じると、副電子制御部に切り換えられて電動モータが制御、駆動されるようになるものもある。したがって、主電子制御部からの熱がモータハウジング１１に伝えられ、主電子制御部に異常や故障が生じると、主電子制御部が停止して副電子制御部が作動し、モータハウジング１１には副電子制御部からの熱が伝えられるものである。

電子制御部ＥＣは制御回路部１８、電源回路部１７、電力変換回路部１６、コネクタ端子組立体１３から構成されており、端面部１５側から離れる方向に向かって、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８、コネクタ端子組立体１３の順序で配置されている。制御回路部１８は電力変換回路部１６のスイッチング素子を駆動する制御信号を生成するもので、マイクロコンピュータ、周辺回路等から構成されている。電源回路部１７は、電力変換回路部１６への電源を供給するもので、コンデンサ、コイル、スイッチング素子等から構成されている。電力変換回路部１６は、電動モータのコイルに流れる電力を調整するもので、３相の上下アームを構成するスイッチング素子等から構成されている。

電子制御部ＥＣで発熱量が多いのは、主に電力変換回路部１６、電源回路部１７であり、電力変換回路部１６、電源回路部１７の熱は、アルミ合金からなるモータハウジング１１から放熱されるものである。尚、本実施形態では、電動モータの回転軸の端部側のモータハウジング１１の端面部に、弾発機能部材３６と防水通気機能部材４４を有する電力変換回路部固定部材３５が取り付けられる構成となっている。この電力変換回路部固定部材３５に形成した弾発機能部材３６によって電力変換回路部１６をモータハウジング１１の端面に形成した放熱部側に向けて押圧して、電力変換回路部１６を放熱部に押圧、保持している。また、防水通気機能部材４４によって水分の通過を防止し空気や水蒸気の通過を許すようにして、電子制御部の収納空間の内圧変動を抑制し、更に電子制御部の収納空間への水分の侵入を抑制するようにしている。尚、これらの構成については、後述する。

制御回路部１８と金属カバー１２の間には、合成樹脂からなるコネクタ端子組立体１３が設けられており、車両バッテリ(電源)や電動パワーステアリング装置の現在の制御状態を外部の図示しない他の制御装置と接続されている。もちろん、このコネクタ端子組立体１３は、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８と電気的に接続されていることはいうまでもない。

金属カバー１２は、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８を収納してこれらを水密的に封止する機能を備えているものであり、本実施形態では溶着によってモータハウジング１１に固定されている。この金属カバー１２は金属で作られているので、電力変換回路部１６、電源回路部１７等によって発生した熱を外部に放熱する機能も併せ備えている。

次に、図４から図８に基づき各構成部品の構成と組み立て方法について説明する。先ず、図４はモータハウジング１１の外観を示しており、図５はその軸方向断面を示している。図４、図５において、モータハウジング１１は、筒状の形態に形成されて側周面部１１Ａと、側周面部１１Ａの一端を閉塞する端面部１５と、側周面部１１Ａの他端を閉塞する端面部１９とから構成されている。本実施形態では、モータハウジング１１は有底円筒状であり、側周面部１１Ａと端面部１５は一体的に形成されている。また、端面部１９は、蓋の機能を備えており、側周面部１１Ａに電動モータを収納した後に側周面部１１Ａの他端を閉塞するものである。

図５にあるように、側周面部１１Ａの内部には、鉄心にコイル２０が巻回されたステータ２１が嵌合されており、このステータ２１の内部に、永久磁石を埋設したロータ２２が回転可能に収納されている。ロータ２２には回転軸２３が固定されており、一端は出力部１４となり、他端は回転軸２３の回転位相や回転数を検出するための回転検出部２４となっている。回転検出部２４には永久磁石が設けてあり、端面部１５に設けた貫通孔２５を貫通して外部に突き出している。そして、図示しないＧＭＲ素子等からなる感磁部によって回転軸２３の回転位相や回転数を検出するようになっている。

図４に戻って、回転軸２３の出力部１４とは反対側に位置する端面部１５の面には本実施形態の特徴である電力変換回路部１６、電源回路部１７の放熱領域１５Ａ，１５Ｂが形成されている。端面部１５の四隅には、基板固定凸部２６が一体的に植立されており、内部にねじ穴が形成されている。基板固定凸部２６は後述する制御回路部１８の基板を固定するために設けられている。また、後述する電力変換用放熱領域１５Ａから植立した基板固定凸部２６には、これも後述する電源用放熱領域１５Ｂと軸方向で同じ高さの基板受け部２７が形成されている。この基板受け部２７は後述する電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１を載置するためのものである．
端面部１５を形成する、回転軸２３と直交する径方向の平面領域は２分割されている。１つは電力変換回路部１６が取り付けられる電力変換用放熱領域１５Ａを形成し、もう１つは電源回路部１７が取り付けられる電源用放熱領域１５Ｂを形成している。本実施形態では、電力変換用放熱領域１５Ａの方が電源用放熱領域１５Ｂより面積が大きく形成されている。これは、上述したように二重系を採用しているため、電力変換回路部１６の設置面積を確保するためである。

そして、電力変換用放熱領域１５Ａと電源用放熱領域１５Ｂは、軸方向（回転軸２３が延びる方向）に向けて高さが異なる段差を有している。つまり、電源用放熱領域１５Ｂは、電動モータの回転軸２３の方向で見て、電力変換用放熱領域１５Ａに対して離れる方向に段差を有して形成されている。この段差は、電力変換回路部１６を設置した後に電源回路部１７を設置した場合に、電力変換回路部１６と電源回路部１７が夫々干渉しない長さに設定されている。

電力変換用放熱領域１５Ａには、３個の細長い矩形の突状放熱部２８が形成されている。この突状放熱部２８は後述する二重系の電力変換回路部１６が設置されるものである。また、突状放熱部２８は、電動モータの回転軸２３の方向で見て電動モータから離れる方向に突出して延びているものである。

また、電源用放熱領域１５Ｂは平面状であって、後述する電源回路部１７が設置されるものである。したがって、突状放熱部２８は電力変換回路部１６で発生した熱を端面部１５に伝熱する放熱部として機能し、電源用放熱領域１５Ｂは電源回路部１７で発生した熱を端面部１５に伝熱する放熱部として機能するものである。尚、突状放熱部２８は省略することができ、この場合は電力変換用放熱領域１５Ａが電力変換回路部１６で発生した熱を端面部１５に伝熱する放熱部として機能する。

このように、本実施形態になるモータハウジング１１の端面部１５においては、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになるものである。また、モータハウジング１１は十分な熱容量を有しているので、電源回路部１７や電力変換回路部１６の熱を効率よく外部に放熱することができるようになるものである。

次に、図６は電力変換回路部１６を突条放熱部２８に設置した状態を示している。図６にある通り、電力変換用放熱領域１５Ａに形成された突状放熱部２８の上部には二重系よりなる電力変換回路部１６が設置されている。電力変換回路部１６を構成するスイッチング素子は銅などの金属で構成されたリードフレームに載置され、放熱されやすく構成されている。そして、スイッチング素子及びリードフレームを含めて合成樹脂によってパッケージ化されている。電力変換回路部１６と突状放熱部２８の間には、伝熱性グリースが塗布され、電力変換回路部１６の熱を突状放熱部２８に伝え易くしている。

したがって、電力変換回路部１６は突状放熱部２８に熱的に接続される構成となっている。このため、スイッチング素子で発生した熱を効率良く突状放熱部２８に伝熱させることができる。また、図３にもあるように、電力変換回路部１６は、回転軸２３の端部に取り付けられた電力変換回路部固定部材３５の弾発機能部材３６によって突状放熱部２８側に向けて押圧、保持されている。

突状放熱部２８に伝えられた熱は電力変換用放熱領域１５Ａに拡散され、更にモータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱されるものである。ここで、上述した通り、電力変換回路部１６の軸方向の高さは、電源用放熱領域１５Ｂの高さより低くなっているので、後述する電源回路部１７と干渉することはないものである。

次に、図７は電力変換回路部１６の上から電源回路部１７を設置した状態を示している。図７にある通り、電源用放熱領域１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７を構成するコンデンサ２９やコイル３０等はガラスエポキシ基板３１に載置されている。電源回路部１７も二重系が採用されており、図からわかるように、夫々対称にコンデンサ２９やコイル３０等からなる電源回路が形成されている。

このガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ側の面は、電源用放熱領域１５Ｂと接触するようにして端面部１５に固定されている。固定方法は、図７にあるように、基板固定凸部２６の基板受け部２７に設けられたねじ穴に図示しない固定ボルトによって固定されている。また、電源用放熱領域１５Ｂに設けられたねじ穴にも図示しない固定ボルトによって固定されている。

尚、電源回路部１７がガラスエポキシ基板３１で形成されているため、両面実装が可能となっている。そして、ガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ側の面には、図示しないＧＭＲ素子やこれの検出回路等からなる回転位相、回転数検出部が実装され、回転軸２３に設けた回転検出部２４と協働して、回転軸２３の回転位相や回転数を検出するようになっている。

このように、ガラスエポキシ基板３１は電源用放熱領域１５Ｂに接触するようにして固定されているので、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源用放熱領域１５Ｂに伝熱させることができる。電源用放熱領域１５Ｂに伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱されるものである。ここで、ガラスエポキシ基板３１と電源用放熱領域１５Ｂの間は、熱伝達性の良い接着剤、放熱グリース、放熱シートのいずれか１つを介在させることで、更に熱伝達性能を向上させることができる。

次に、図８は電源回路部１７の上から制御回路１８を設置した状態を示している。図８にある通り、電源回路部１７の上部には制御回路部１８が設置されている。制御回路部１８を構成するマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３はガラスエポキシ基板３４に載置されている。制御回路部１８も二重系が採用されており、図からわかるように、夫々対象にマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３からなる制御回路が形成されている。尚、マイクロコンピュータ３２や周辺回路３３は、ガラスエポキシ基板３４の電源回路１７側の面に設けられていても良いものである。

このガラスエポキシ基板３４は、図８にあるように、基板固定凸部２６の頂部に設けられたボルト穴に図示しない固定ボルトによって固定されており、電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１と制御回路部１８のガラスエポキシ基板３４の間は、図７に示す電源回路部１７のコンデンサ２９やコイル３０等が配置される空間となっている。

次に、図９から図１１に基づいて電力変換回路部固定部材の構成を説明する。図９において、電子制御部ＥＣは、モータハウジング１１の端面部１５に隣接して配置されており、金属カバー１２によって覆われることで、金属カバー１２と端面部１５によって形成された収納空間Ｓｈに電子制御部ＥＣが収納されている。

そして、回転軸２３の出力部１４とは反対側の端部には、磁石保持部３７が固定されており、更にこれに回転検出部２４を構成する永久磁石（センサマグネット）３８が収納、固定されている。この回転軸２３の端部、磁石保持部３７、永久磁石３８は、モータハウジング１１の端面部１５を越えて電子制御部ＥＣ側に延びている。電子制御部ＥＣ側に配置されている電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１のモータハウジング１１側の面には、ＧＭＲ素子のような感磁機能を有する磁気センサ３９が固定されており、永久磁石３８の回転によって回転軸２３の回転位相等を検出している。

磁石保持部３７及び永久磁石３８の外周囲側には、互いに間隔をあけて電力変換回路部固定部材３５が固定されている。この電力変換回路部固定部材３５は、図からわかるように円形の中空壁面部と底面壁部を備える中空有底形状（いわゆるカップ状の形態）に形成されている。これについては図１０、図１１で説明する。そして、電力変換回路部固定部材３５は、永久磁石３８及び磁石保持部３７の外周面を覆うようにして、端面部１５に形成した固定孔４０に圧入や接着等の固定方法によって強固に固定されている。

固定孔４０は、端面部１５の中央付近に形成した回転軸２３が貫通する貫通孔４１の外側周囲に円形状に形成されており、固定孔４０の内周側に電力変換回路部固定部材３５の中空部を形成する外側周面４２が圧入、或いは接着等の固定方法で固定されている。貫通孔４１にはボールベアリング４５が介装されており、このボールベアリング４５に回転軸２３が回転可能に軸支されている。したがって、モータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの内部に形成された収納空間Ｓｈは、基本的には端面部１５及び電力変換回路部固定部材３５によって水密的に隔離される形態となっている。

図１０、図１１に示しているように、電力変換回路部固定部材３５の中空壁面部である外側周面４２は、径方向外側に延びる略矩形の弾発機能部材３６が形成されている。弾発機能部材３６は夫々９０°間隔を置いて三方向に配置された弾発付与部３６Ａを備えており、これらの弾発付与部３６Ａは、図６に示すこれも夫々９０°間隔を置いて三方向に配置された、電力変換回路１６を弾発的に突状放熱部２８側に向けて押圧する機能を備えているものである。

電力変換回路部固定部材３５は、アルミ合金や合成樹脂等によって中空有底形状のカップ状に形成されており、その外側周面４２に弾発機能部材３６が形成されている。弾発機能部材３６は、ばね鋼板等の弾発機能を備えた材料を打抜いて形成しても良いし、図示しないばねによって剛性の有る金属板に弾発機能を付与し、電力変換回路部１６を弾発的に突状放熱部２８側に向けて押圧するようにしても良いものである。

１つの弾発付与部３６Ａは、本実施形態では３本の櫛歯状（或いはフォーク状）の弾発片３６Ｐからなっており、電力変換回路部１６の長手方向にほぼ均等間隔に位置するように、互いの間隔がほぼ同じ長さに決められている。これによって、電力変換回路部１６から突状放熱部２８にかかる面圧を、より均一化して放熱性を向上することが可能となる。尚、弾発片３６Ｐの数は任意であり、適切な本数を決めれば良いものである。

そして、電力変換回路部１６は、回転軸２３の周囲の端面部１５に取り付けられた電力変換回路部固定部材３５の弾発機能部材３６に形成された弾発片３０Ｐによって、突状放熱部２８側に向けて弾発的に押圧、保持されることになる。

これによって、電力変換回路部１６に固定ボルトを取り付ける領域が必要なくなるので、電力変換回路部を小型化することができ、このため電動パワーステアリング装置の大型化を抑制することができる。更に、固定ボルトを使用しないので、部品点数を低減できると共に、固定ボルトがねじ込まれるボルト孔の加工や、固定ボルトによる固定作業が不要となるので製造単価を低減することも可能となる。

更に、モータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの間は通気性を確保して、温度変動による内圧変動を抑えることが必要である。しかしながら、電力変換回路部固定部材３５によってモータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの収納空間を隔離する形態にすると、モータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの収納空間は通気性が喪失されることになる。

このため、電力変換回路部固定部材３５にモータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの収納空間を通気する通気孔を形成すると、モータハウジング１１内に侵入した水分が、電子制御部ＥＣの収納空間側にも侵入する恐れが高くなり、仮に水分が電子制御部ＥＣの収納空間Ｓｈに侵入すると、電子回路に障害を生じるようになる。

そこで、本実施形態によれば、電力変換回路部固定部材３５の底面壁部３５Ｔにモータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの収納空間Ｓｈを通気する通気孔４３を形成すると共に、この通気孔４３に防水通気機能部材である防水通気膜４４を配置するようにしている。防水通気膜４４は、空気や水蒸気は通過するが水分は通過させないという、防水性及び通気性の双方の機能を備える防水通気膜である。この防水通気膜４４は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンを延伸加工したフィルムとポリウレタンポリマーを複合化して作ることができる。

したがって、モータハウジング１１の内部は、貫通孔４１、電力変換回路部固定部材３５の内部空間、防水通気膜４４を介して電子制御部ＥＣの収納空間に流体的に接続されているので、電力変換回路部固定部材３５の通気孔４３に設けた防水通気膜４４によってモータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの間の通気を確保できると共に、モータハウジング１１内に侵入した水分が、電子制御部ＥＣ側にも侵入する現象を回避することが可能となる。

次に、図３に示す状態で、コネクタ端子組立体１３が電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８と接続され、更に図２に示すように金属カバー１２によって電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８が水密的に封止されるものである。これによって、電動パワーステアリング装置の組み付けが完了するものである。

以上述べたように、本実施形態によれば、電力変換用放熱領域１５Ａに形成された突状放熱部２８の上部に電力変換回路部１６が設置されている。したがって、電力変換回路部１６のスイッチング素子で発生した熱を効率良く突状放熱部２８に伝熱させることができる。更に、突状放熱部２８に伝えられた熱は電力変換用放熱領域１５Ａに拡散され、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱される。

同様に、電源用放熱領域１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７の回路素子が載置されたガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ側の面は、電源用放熱領域１５Ｂと接触するようにして端面部１５に固定されている。したがって、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源用放熱領域１５Ｂに伝熱させることができる。電源用放熱領域１５Ｂに伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱される。

このような構成によれば、少なくとも電源回路部１７及び電力変換回路部１６で発生した熱をモータハウジング１１の端面部１５に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできる。また、モータハウジング１１は十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる。

また、電力変換回路部１６は、回転軸２３の周囲の端面部１５に取り付けられた電力変換回路部固定部材３５の弾発機能部材３６によって、突状放熱部２８側に向けて弾発的に押圧、保持されている。これによって、電力変換回路部１６に固定ボルトを取り付ける領域が必要なくなるので電力変換回路部を小型化することができ、このため電動パワーステアリング装置の大型化を抑制することができる。更に、固定ボルトを使用しないので、部品点数を低減できると共に、固定ボルトがねじ込まれるボルト孔の加工や、固定ボルトによる固定作業が不要となるので、製造単価を低減することも可能となる。

更に、電力変換回路部固定部材３５の通気孔４３に設けた防水通気膜４４によってモータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの間の通気を確保できると共に、モータハウジング１１内に侵入した水分が、電子制御部ＥＣ側にも侵入する現象を回避することが可能となる。

以上述べた通り、本発明は電動モータの回転軸の出力部とは反対側のモータハウジングの端面部に、少なくとも電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングに伝熱させる放熱部を形成した、構成を採用している。これによれば、電源回路部及び電力変換回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。また、モータハウジングは十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる。更に、電力変換回路部固定部材の弾発機能部材によって電力変換回路部を放熱部側に向けて押圧、保持したので、電力変換回路部を固定する固定ボルトを省略して電力変換回路部を小型化することができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

６…電動パワーステアリング装置、８…電動モータ部、９…電子制御部、１１…モータハウジング、１２…金属カバー、１３…コネクタ端子組立体、１４…出力部、１５…端面部、１６…電力変換回路部、１７…電源回路部、１８…制御回路部、１９…端面部、２０…コイル、２１…ステータ、２２…ロータ、２３…回転軸、２４…回転検出部、２５…貫通孔、２６…基板固定凸部、２７…基板受け部、２８…突状放熱部、２９…コンデンサ、３０…コイル、３１…ガラスエポキシ基板、３２…マイクコンピュータ、３３…周辺回路、３４…ガラスエポキシ基板、３５…電力変換回路部固定部材、３６…弾発機能部材、３６Ａ…弾発付与部、３６Ｐ…弾発片、３６Ｔ…頂面、３７…磁石保持部、３８…永久磁石、３９…磁気センサ、４０…固定孔、４１…貫通孔、４２…外側周面、４３…通気孔、４４…防水通気膜、４５…ボールベアリング。

Claims (12)

1. 機械系制御要素を駆動する電動モータが収納されたモータハウジングと、前記電動モータの回転軸の出力部とは反対側の前記モータハウジングの端面部の側に配置された、前記電動モータを駆動するための制御回路部、電源回路部、電力変換回路部からなる電子制御部とを備え、
   前記モータハウジングの前記端面部の側には電力変換用放熱領域、及び電源用放熱領域が形成され、前記電力変換用放熱領域には前記電力変換回路部が設置され、前記電源用放熱領域には前記電源回路部が設置され、
   前記電力変換回路部及び前記電源回路部で発生した熱が、前記電力変換用放熱領域及び前記電源用放熱領域に放熱されると共に、
   前記回転軸の周囲の前記端面部に弾発機能部材を有する電力変換回路部固定部材を取り付け、前記弾発機能部材によって前記電力変換回路部を前記電力変換用放熱領域に押圧、保持することを特徴とする電動駆動装置。
2. 請求項１に記載の電動駆動装置において、
   前記電力変換回路部固定部材は中空壁面部と底面壁部を備えた中空有底形状に形成され、前記モータハウジングの前記端面部を貫通する前記回転軸の周囲に形成した固定孔に前記中空壁面部が圧入され、更に、前記中空壁面部の外周面から径方向に前記弾発機能部材が前記電力変換回路部を押圧するように延びていることを特徴とする電動駆動装置。
3. 請求項２に記載の電動駆動装置において、
   前記弾発機能部材は複数の弾発片を備えており、前記弾発片は、前記電力変換回路部にほぼ均等間隔に位置するように、互いの間隔が決められていることを特徴とする電動駆動装置。
4. 請求項２に記載の電動駆動装置において、
   前記モータハウジングの前記端面部に形成された前記電源用放熱領域は、前記電動モータの回転軸方向で見て、前記電力変換用放熱領域に対して離れる方向に段差を有して形成されていることを特徴とする電動駆動装置。
5. 請求項４に記載の電動駆動装置において、
   前記電力変換用放熱領域には、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に延びた突状放熱部が形成されていることを特徴とする電動駆動装置。
6. 請求項５に記載の電動駆動装置において、
   前記電子制御部は、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に、前記電力変換回路部、前記電源回路部、前記制御回路部の順番で配置されていることを特徴とする電動駆動装置。
7. ステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出するトルクセンサからの出力に基づきステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動モータと、
   前記電動モータが収納されたモータハウジングと、
   前記電動モータの回転軸の出力部とは反対側の前記モータハウジングの端面部の側に配置された、前記電動モータを駆動するための制御回路部、電源回路部、電力変換回路部からなる電子制御部とを備え、
   前記モータハウジングの前記端面部には電力変換用放熱領域、及び電源用放熱領域が形成され、前記電力変換用放熱領域には前記電力変換回路部が設置され、前記電源用放熱領域には前記電源回路部が設置され、
   前記電力変換回路部及び前記電源回路部で発生した熱が、前記電力変換用放熱領域及び前記電源用放熱領域を介して前記モータハウジングに放熱されると共に、
   前記回転軸の周囲の前記端面部に弾発機能部材を有する電力変換回路部固定部材を取り付け、前記弾発機能部材によって前記電力変換回路部を前記電力変換用放熱領域に押圧、保持することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 請求項７に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電力変換回路部固定部材は中空壁面部と底面壁部を備えた中空有底形状に形成され、前記モータハウジングの前記端面部を貫通する前記回転軸の周囲に形成した固定孔に前記中空壁面部が圧入され、更に、前記中空壁面部の外周面から径方向に前記弾発機能部材が前記電力変換回路部を押圧するように延びていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
9. 請求項８に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記弾発機能部材は複数の弾発片を備えており、前記弾発片は、前記電力変換回路部にほぼ均等間隔に位置するように、互いの間隔が決められていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
10. 請求項９に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記モータハウジングの前記端面部に形成された前記電源用放熱領域は、前記電動モータの回転軸方向で見て、前記電力変換用放熱領域に対して離れる方向に段差を有して形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
11. 請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電力変換用放熱領域には、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に延びた突状放熱部が形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
12. 請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電子制御部は、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に、前記電力変換回路部、前記電源回路部、前記制御回路部の順番で配置されてい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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