JP2019004635A - 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】積層して配置された回路基板の熱を充分に放熱することができる新規な構成の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の出力部とは反対側のモータハウジングの側端壁に複数の回路基板を積層して配置する共に、少なくとも１つの回路基板の取付固定部以外の回路基板の一面と回路基板を覆う金属カバーとを熱的に接続する放熱部材を、回路基板の一面と金属カバーの間に配置した。回路基板の取付固定部以外の回路基板の一面と金属カバーとを放熱部材によって熱的に接続したので、トランジスタから発生した熱を充分に放熱することができ、熱の影響を受け易い電子回路素子が熱の影響を受けるのを抑制することができるようになる。【選択図】図１０

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２０１６−３６２２４６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モータハウジングの閉塞蓋として機能するヒートシンク部材に取り付けられている。

ヒートシンク部材に取り付けられる基板には、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(パワーモジュール)、及びパワースイッチング素子を制御する制御回路部が載置され、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、ヒートシンク部材に取り付けられた電子制御部には、合成樹脂から作られたコネクタケース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。コネクタケースは蓋体として機能しており、ヒートシンクを密閉して塞ぐように固定され、また固定ねじによってヒートシンクの外周表面に固定されている。

このように、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、制御回路部、電源回路部、電力変換回路部を一枚の回路基板に載置し、この回路基板からの熱を外部に放熱するために、回路基板をモータハウジングの蓋部材を兼ねるヒートシンク部材に固定する構成としている。

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２０１６−３６２４６号公報

この種の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る。このため、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が必要であるが、特に径方向に小型することが求められている。

また、小型化とは別の要因であるが、電子制御回路部を二重系に構成することも求められており、このため１枚の回路基板に二重系を構成する電子制御回路部を載置すると、更に回路基板が径方向に大きくなるという課題がある。

このような課題に対応するためには、回路基板を２枚以上の複数の回路基板として、夫々の回路基板に必要な電子制御回路を載置し、この回路基板をモータハウジングの軸方向に積層して配置すると、径方向の形状を小さくできるので小型化に対して有効な手法である。

ところで、回路基板を複数の回路基板にすると、１つの回路基板は特許文献１のように蓋部材を兼ねるヒートシンク部材に取り付けることで放熱を良好に行うことができるが、他の回路基板についての放熱は回路基板の取付固定部といった放熱経路に限られている。そして、回路基板に載置されている電子回路素子で熱を生じるのは、主にトランジスタ、例えばバイポーラトランジスタのような電子回路素子である。

ところが、このトランジスタは比較的高い温度に耐えられるが、これ以外の電子回路素子、例えばセラミックコンデンサのような電子回路素子は熱の影響を受け易い。したがって、他の回路基板の放熱については、回路基板の取付固定部といった放熱経路に限られているので、トランジスタから発生した熱を充分に放熱することができず、熱の影響を受け易い電子回路素子の熱対策が必要となる。

本発明の目的は、積層して配置された回路基板の熱を充分に放熱することができる新規な構成の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。

本発明は、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、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側端壁の側に配置された、電動モータを駆動するための電子制御部と、電子制御部を覆いモータハウジングの側端壁に固定された金属カバーを備え、電子制御部は複数の回路基板を積層して構成されている共に、少なくとも１つの回路基板の取付固定部とは別に、回路基板の一面と金属カバーの間に、回路基板の一面と金属カバーとを熱的に接続する放熱部材を配置したことを特徴とするものである。

本発明によれば、回路基板の取付固定部とは別に設けられた、回路基板の一面と金属カバーとを放熱部材によって熱的に接続したので、トランジスタから発生した熱を充分に放熱することができ、熱の影響を受け易い電子回路素子が熱の影響を受けるのを抑制することができるようになる。

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。 図４に示すモータハウジングに金属カバーを固定する状態を示す斜視図である。 金属カバーと回路基板の放熱構造を説明するためのコネクタ端子組立体付近を断面した断面図である。

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を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の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とをトルクセンサ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いて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。

ところで、上述した通り、回路基板を複数の回路基板にすると、１つの回路基板は特許文献１のように蓋部材を兼ねるヒートシンク部材に取り付けることで放熱を良好に行うことができるが、他の回路基板についての放熱は回路基板の取付固定部といった放熱経路に限られている。回路基板に載置されている電子回路素子で熱を生じるのは、主にトランジスタ、例えばバイポーラトランジスタのような電子回路素子である。

そして、このトランジスタは比較的高い温度に耐えられるが、これ以外の電子回路素子、例えばセラミックコンデンサのような電子回路素子は熱の影響を受け易い。したがって、他の回路基板の放熱については、回路基板の取付固定部といった放熱経路に限られているので、トランジスタから発生した熱を充分に放熱することができず、熱の影響を受け易い電子回路素子の熱対策が必要となる。

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側端壁に複数の回路基板を積層して配置する共に、少なくとも１つの回路基板の取付固定部以外の回路基板の一面と回路基板を覆う金属カバーとを熱的に接続する放熱部材を、回路基板の一面と金属カバーの間に配置した構成を提案するものである
この構成によれば、回路基板の取付固定部以外の回路基板の一面と金属カバーとを放熱部材によって熱的に接続したので、トランジスタから発生した熱を充分に放熱することができ、熱の影響を受け易い電子回路素子が熱の影響を受けるのを抑制することができるようになる。

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９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１０は放熱構造の具体的な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）が嵌合されており、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の側端壁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の側端壁１５は、モータハウジング１１と一体的に形成されているが、この他に側端壁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である。

したがって、後述するが、通常は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。

ただ、本実施形態では採用していないが、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、駆動することも可能である。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、通常の場合は、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。尚、冗長系を採用しない場合でも本実施形態は差し支えないものである。

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、側端壁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、制御回路部１８を駆動する電源及び電力変換回路部１６の電源を生成するもので、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。また、制御回路部１８と金属カバー１２の間には円柱状の放熱部材３８が配置されており、コネクタ端子組立体１３に形成した挿通孔３９を通って、制御回路部１８と金属カバー１２とを熱的に接続しており、制御回路部１８の熱は金属カバー１２から放熱されるものである。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９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の一端を閉塞する側端壁１５と、側周面部１１Ａの他端を閉塞する側端壁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と側端壁１５は一体的に形成されている。また、側端壁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、側端壁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側端壁１５の面には電力変換回路部１６、電源回路部１７の放熱領域１５Ａ、１５Ｂが形成されている。側端壁１５の四隅には、回路基板固定部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。回路基板固定部２６は後述する制御回路部１８のガラスエポキシ回路基板３４を固定するために設けられており、制御回路部１８の回路基板の熱をモータハウジング１１に放熱する機能も併せ備えている。

また、後述する電力変換用放熱領域１５Ａから植立した回路基板固定部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回路基板受け部２７が形成されている。この回路基板受け部２７は後述する電源回路部１７のガラスエポキシ回路基板３１を載置するためのものである．
図４からわかる通り、側端壁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で発生した熱を側端壁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で発生した熱を側端壁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で発生した熱を側端壁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の側端壁１５においてはヒートシンク部材として機能するので、別に構成された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は、主電力変換回路部１６Ｍと、副電力変換回路部１６Ｓと、異常対応回路部１６Ｅとから電力変換回路部１６が構成されている。そして、電力変換回路部１６を構成するスイッチング素子は金属基板（ここではアルミ系の金属を使用している）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スイッチン素子側の金属基板を含めて合成樹脂によってパッケージ化されている。

したがって、電力変換回路部１６の金属基板は突状放熱部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。電力変換回路部１６の金属基板と突状放熱部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。また、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の弾発機能部材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回路基板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回路基板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側端壁１５に固定されている。固定方法は、図７にあるように、回路基板固定部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がガラスエポキシ回路基板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、ガラスエポキシ回路基板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、ガラスエポキシ回路基板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、ガラスエポキシ回路基板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の上から制御回路部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はガラスエポキシ回路基板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、夫々に対称にマイクロコンピュータ３２やトランジスタ等の周辺回路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、ガラスエポキシ回路基板３４の電源回路１７側の面(後述の図１０に示す他面３４Ｇ)に設けられている。

このガラスエポキシ回路基板３４は、図８にあるように、回路基板固定部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のガラスエポキシ回路基板３１と制御回路部１８のガラスエポキシ回路基板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。

更に、コネクタ端子組立体１３側のガラスエポキシ回路基板３８の一面(後述の図１０に示す一面３４Ｆ)には放熱部材３８が配置されている。この放熱部材３８は、本実施形態では二重系に構成されているのでこれに対応して２個配置されている。これらの詳細な構成は図１０を用いて説明する。

次に、図９は制御回路部１８の上からコネクタ端子組立体１３を設置した状態を示している。図９にある通り、制御源回路部１８の上部にはコネクタ端子組立体１３が設置されている。そして、コネクタ端子組立体１３は基板固定部２６Ａ、２６Ｂの頂部に設けられたねじ穴２６Ｓに制御回路部１８を挟み込むようにして固定ねじ３６によって固定されている。この状態で、図３に示すように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と接続されている。更に、この後に金属カバー１２の開口端３７が、モータハウジング１１の段部３５に係合され、溶着によって相互に固定されている。

次に、図１０に基づいて本実施形態の放熱構造について説明する。図１０において、コネクタ端子組立体１３の径方向に延びた基体部１３Ｄには挿通孔３９が形成されている。この挿通孔３９は、放熱部材３８が挿通されるものであり、放熱部材３８の配置位置に形成されるものである。

挿通孔３９に挿通された放熱部材３８は、熱伝導性の良い材料、例えば銅、アルミニウム等の金属材料で作られている。尚、銅、アルミニウム以外の金属材料、或いは非金属材料で作られていても差し支えないものである。要は、熱を効率良く放熱する機能を備えていれば良いものである。

また、放熱部材３８は円柱形状に形成されており、大径部３８Ｌと小径部３８Ｓから構成されている。大径部３８Ｌは、コネクタ端子組立体１３の基体部１３Ｄに形成した挿通孔３９に当接する形態に構成され、小径部３８Ｓは、制御回路部１８のガラスエポキシ基板３４の一面３４Ｆに当接する形態に構成されている。ここで、放熱部材３８の形状であるが、大径部３８Ｌと小径部３８Ｓを有さない直柱形状であっても良いし、また、断面が円形ではなく多角形であっても良いものである。

そして、放熱部材３８の小径部３８Ｓのガラスエポキシ基板３４側の配置位置は、ガラスエポキシ基板３４の他面３４Ｇに配置された周辺回路３３の一部、或いは全部に、小径部３８Ｓが投影される位置とされている。つまり、周辺回路３３にはバイポーラトランジスタ等が配置されているため、この領域の温度が高くなる傾向にある。したがって、周辺回路３３からの熱を効率良く放熱部材３８に流すためには、放熱部材３８の小径部３８Ｓの配置位置を周辺回路３３、更に詳しく言えばバイポーラトランジスタの付近に配置すれば良いものである。

尚、放熱部材３８の小径部３８Ｓの投影面が周辺回路３３に重ならない場合であっても放熱が充分できれば、必ずしも、周辺回路３３の一部、或いは全部に小径部３８Ｓが投影される位置とならなくても良いものである。

そして、放熱部材３８の小径部３８Ｓとガラスエポキシ回路基板３４の一面３４Ｆの間には接着剤４０Ｂが塗布されている。これによって放熱部材３８の小径部３８Ｓとガラスエポキシ回路基板３４の一面３４Ｆとが強固に固定される。仮に放熱部材３８の小径部３８Ｓとガラスエポキシ回路基板３４の一面３４Ｆの間で、相互に移動が可能となっていると、ガラスエポキシ回路基板３４の一面が傷つく恐れがあるが、本実施形態のように接着剤４０Ｂで固定していると、その恐れが少なくなるものである。

尚、接着剤は一般的に熱伝導率がそれほど高いものではないが、これにアルミナ，窒化アルミニウム，炭化珪素，グラファイト等の熱伝導率の高いセラミックスをフィラーとして添加して接着性と伝熱性を備えた接着剤を使用すると、更に熱を効率良く放熱することができる。

また、放熱部材３８の大径部３８Ｌとコネクタ端子組立体１３の基体部１３Ｄの間には接着剤４０Ｕが塗布されている。これによって放熱部材３８の大径部３８Ｌと基体部１３Ｄとが強固に固定されることになり、基体部３４Ｄとガラスエポキシ回路基板３４とが放熱部材３８によって強固に連結されるようになる。

一方、放熱部材３８の大径部３８Ｌの金属カバー１２側は、自由状態となっている。放熱部材３８の大径部３８Ｌと金属カバー１２の側面壁１２Ｕとの間には所定の隙間Ｇが形成されており、この隙間Ｇに熱伝導性の良い流動性樹脂、例えば放熱グリス（サーマルグリスともいう)４１が充填されている。このため、放熱部材３８からの熱は放熱グリス４１を介して金属カバー１２の側面壁１２Ｕに効率良く放熱することができる。

尚、放熱部材３８の大径部３８Ｌの金属カバー１２側は自由状態となっているので、軸方向の寸法のずれ(ばらつき)があっても、この隙間Ｇでそのばらつきを吸収することができる。更に、放熱部材３８と金属カバー１２の側面壁１２Ｕとの間で、側面壁１２Ｕの方向に相互にずれる移動があっても、隙間Ｇが存在しているため、この移動による荷重がコネクタ端子組立体１３の基体部１３Ｄやガラスエポキシ回路基板３４に作用しないので、コネクタ端子組立体１３の基体部１３Ｄやガラスエポキシ回路基板３４との接着領域に亀裂や損傷が生じにくくなるものでる。

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ようになる。

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回路基板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側端壁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ようになる。

更に、制御回路部１８のガラスエポキシ回路基板３４の取付固定部２６とは別に、ガラスエポキシ回路基板３４の一面３４Ｆとガラスエポキシ回路基板３４を覆う金属カバー１２とを放熱部材３８によって熱的に接続するようにした。これによって制御回路部１８のトランジスタから発生した熱を充分に放熱することができ、熱の影響を受け易い電子回路素子が熱の影響を受けるのを抑制することができるようになる。

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側端壁に複数の回路基板を積層して配置する共に、少なくとも１つの回路基板の取付固定部とは別に、回路基板の一面と回路基板を覆う金属カバーとを熱的に接続する放熱部材を回路基板の一面と金属カバーの間に配置した構成とした。

これによれば、回路基板の取付固定部とは別に回路基板の一面と金属カバーとを放熱部材によって熱的に接続したので、トランジスタから発生した熱を充分に放熱することができ、熱の影響を受け易い電子回路素子が熱の影響を受けるのを抑制することができるようになる。

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…側端壁、１６…電力変換回路部、１７…電源回路部、１８…制御回路部、１９…側端壁、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…回路基板固定部、２７…基板受け部、２８…突状放熱部、２９…コンデンサ、３０…コイル、３１…ガラスエポキシ回路基板、３２…マイクコンピュータ、３３…周辺回路、３４…ガラスエポキシ回路基板、３５…段部、３６…固定ねじ、３７…開口端、３８…放熱部材、３８Ｌ…大径部、３８Ｓ…小径部、３９…挿通孔、４０Ｂ，４０Ｕ…接着剤、４１…放熱グリス。

Claims (18)

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側端壁の側に配置された、前記電動モータを駆動するための電子制御部と、前記電子制御部を覆い前記モータハウジングの前記側端壁に固定された金属カバーを備え、
   前記電子制御部は複数の回路基板を積層して構成されている共に、少なくとも１つの前記回路基板(以下、特定回路基板と表記する)の取付固定部とは別に、前記特定回路基板の一面と前記金属カバーの間に、前記特定回路基板の前記一面と前記金属カバーとを熱的に接続する放熱部材を配置した
   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、
   前記特定回路基板の前記一面の裏側の他面には、熱を発生する電子回路素子が載置されている
   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、
   前記特定回路基板の前記他面にはトランジスタを含む回路が載置されていると共に、前記放熱部材は、前記トランジスタを含む回路が位置する付近の前記一面に配置されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
4. 請求項３に記載の電動駆動装置において、
   前記放熱部材と前記特定回路基板の前記一面の間は接着剤で接着されている
   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、
   前記接着剤は熱伝導性の良いフィラーが添加された熱伝導性接着剤である
   ことを特徴とする電動駆動装置。
6. 請求項３に記載の電動駆動装置において、
   前記放熱部材と前記金属カバーの間は熱伝導性の良い流動性樹脂が充填されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
7. 請求項６に記載の電動駆動装置において、
   前記熱伝導性の良い流動性樹脂は放熱グリスである
   ことを特徴とする電動駆動装置。
8. 請求項３に記載の電動駆動装置において、
   前記特定回路基板と前記金属カバーの間には、コネクタ端子を形成する基体部が配置されており、前記基体部に形成した挿通孔を介して前記放熱部材が前記金属カバーから前記特定回路基板の前記一面に延びている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
9. 請求項８に記載の電動駆動装置において、
   前記放熱部材は、前記基体部に形成した前記挿通孔に係合する大径部が形成され、前記大径部と前記基体部とは接着剤で接着されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
10. 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側端壁の側に配置された、前記電動モータを駆動するための電子制御部と、前記電子制御部を覆い前記モータハウジングの前記側端壁に固定された金属カバーを備え、
    前記電子制御部は複数の回路基板を積層して構成されている共に、少なくとも１つの前記回路基板(以下、特定回路基板と表記する)の取付固定部とは別に、前記特定回路基板の一面と前記金属カバーの間に、前記特定回路基板の前記一面と前記金属カバーとを熱的に接続する放熱部材を配置した
    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、
    前記特定回路基板の前記一面の裏側の他面には、熱を発生する電子回路素子が載置されている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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、
    前記特定回路基板の前記他面にはトランジスタを含む回路が載置されていると共に、前記放熱部材は、前記トランジスタを含む回路が位置する付近の前記一面に配置されている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
13. 請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記放熱部材と前記特定回路基板の前記一面の間は接着剤で接着されている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
14. 請求項１３に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記接着剤は熱伝導性の良いフィラーが添加された熱伝導性接着剤である
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
15. 請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記放熱部材と前記金属カバーの間は熱伝導性の良い流動性樹脂が充填されている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
16. 請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記熱伝導性の良い流動性樹脂は放熱グリスである
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
17. 請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記特定回路基板と前記金属カバーの間には、コネクタ端子を形成する基体部が配置されており、前記基体部に形成した挿通孔を介して前記放熱部材が前記金属カバーから前記特定回路基板の前記一面に延びている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
18. 請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記放熱部材は、前記基体部に形成した前記挿通孔に係合する大径部が形成され、前記大径部と前記基体部とは接着剤で接着されている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

Images