JP2019068543A - モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様は、モータ制御装置およびモータの組立体全体を小型化することができるモータ制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することを目的の一つとする。
図1に、電動パワーステアリング装置の概要図を示す。電動パワーステアリング装置1は、自動車等の輸送機器において、運転者のハンドル操作を補助する装置である。本実施形態の電動パワーステアリング装置1は、トルクセンサ94、モータ200、およびモータ制御装置300を有する。
続いて、上記の電動パワーステアリング装置1に用いられるモータ制御装置300の構成について説明する。図2は、モータ制御装置300の構成を示したブロック図である。図2に示すように、このモータ制御装置300は、マイクロコントローラ等の演算装置31を有する電気回路により構成される。モータ制御装置300は、トルクセンサ94、モータ200、および電力供給源400(図1参照)と、電気的に接続されている。
図4Aは、制御基板30の一方の面(図3Aおよび図3Bの上側の面)を示す図である。図4Bは、制御基板30とパワー基板60との関係を示す図である。図4Cは、パワー基板60の他方の面(図3Aおよび図3Bの下側の面)を示す図である。
図3A、図3Bおよび図4Cに示すように、パワー基板60は、円形のプリント実装基板である。パワー基板60の直径は、モータ200の直径より小さい。詳細には、パワー基板60の直径は、モータ200のハウジング202の内径より小さい。このように構成することにより、モータ制御装置300をモータ200に対してモータ軸方向に組み付けた場合に、パワー基板60が、モータ200のハウジング202内のデットスペースに配置される。その結果、モータ制御装置300がモータ200の径方向にはみ出さず、機電一体型モータ(モータ制御装置300およびモータ200の組立体)を小型化することができる。
パワー基板60の一方の面(図3Aおよび図3Bの上側の面)には、第1インバータ64Aの第1スイッチング素子68A(図3Aおよび図3Bには図示せず、図2参照)および第2インバータ64Bの第2スイッチング素子68B(図3Aおよび図3Bには図示せず、図2参照)、第1信号コネクタ62Aおよび第2信号コネクタ62B、電源端子コネクタ63CPおよびGND端子コネクタ63CGなどが実装される。つまり、パワー基板60は、第1インバータ64A、第2インバータ64B、電源端子コネクタ63CP、GND端子コネクタ63CGなどを備える。
第1スイッチング素子68Aおよび第2スイッチング素子68Bは、リフロー半田でパワー基板60に半田付けされる。
第2信号コネクタ62Bは、複数の第2信号ターミナル62LTBと、第2信号コネクタ位置決め部62LF1Bと、第2信号コネクタ位置決め部62LF2Bとを含む。第2信号ターミナル62LTBは、パワー基板60と制御基板30とを電気的に接続する。第2信号コネクタ位置決め部62LF1B、62LF2Bの下端部は、パワー基板60の位置決め孔に挿入され、スナップフィット接続によってパワー基板60に接続される。第2信号ターミナル62LTBの下端部は、パワー基板60のスルーホールに挿入され、プレスフィット接続によってパワー基板60に電気的に接続される。複数の第2信号ターミナル62LTBは、パワー基板60の外周部に円弧状に配列される。
なお、第1信号コネクタ62Aについては、上述した第2信号コネクタ62Bと同様であるため重複説明を省略する。図3Aでは、第1信号コネクタ62Aの各部の符号に、第2信号コネクタ62Bの各部の符号Bに対応する符号Aを付している。
図5Aは、電源端子コネクタ63CPの斜視図である。図5Bは、電源端子コネクタ63CPの正面図である。図5Cは、電源端子コネクタターミナル63TPの斜視図である。
図5A、図5Bおよび図5Cに示すように、電源端子コネクタ63CPは、金属材料によって形成された電源端子コネクタターミナル63TPと、電気絶縁材料(樹脂材料)によって形成されたカバー部63RPとを備える。電源端子コネクタターミナル63TPは、パワー基板60のスルーホールに挿入され、パワー基板60の他方の面(図3Aおよび図3Bの下側の面)で半田付けされる。なお、電源端子コネクタターミナル63TPは、リフロー半田でパワー基板60に半田付けされても良い。
GND端子コネクタ63CGは、パワー基板60と樹脂カバー10のGND端子13TGとを電気的に接続する。
図6Aは、電源端子コネクタ63CP、GND端子コネクタ63CG、電源端子13TPおよびGND端子13TGの斜視図である。
図6Aに示すように、GND端子コネクタ63CGは、電源端子コネクタターミナル63TPと同様に構成されたGND端子コネクタターミナル63TGと、カバー部63RP(図5Aおよび図5C参照)と同様に構成されたカバー部とを備える。GND端子コネクタターミナル63TGは、パワー基板60のスルーホールに挿入され、パワー基板60の他方の面(図3Aおよび図3Bの下側の面)で半田付けされる。なお、GND端子コネクタターミナル63TGは、リフロー半田でパワー基板60に半田付けされるようにしても良い。
電源端子コネクタ63CPと、GND端子コネクタ63CGは、同一形状であることが好ましい。
図5A、図5Bおよび図5Cに示すように、電源端子コネクタ63CPは、金属部材である電源端子コネクタターミナル63TPを樹脂材料によって一体成形することにより、形成されている。電源端子コネクタ63CPのカバー部63RPの下面63BP(図5Aおよび図5Bの下側の面)は、パワー基板60の上側の実装面(上面)に対向する。カバー部63RPは、概略筒状である。カバー部63RPの内周面と、電源端子コネクタターミナル63TPとの間には、内部空間63SP(隙間)が存在する。
例えば、電源端子コネクタターミナル63TPがパワー基板60に半田付けされる場合、パワー基板60の上面に余剰半田が残る可能性がある。その余剰半田は、電源端子コネクタターミナル63TPの周囲に位置する。図5Aに示す例では、電源端子コネクタターミナル63TPのうちのパワー基板60に接続される部分(つまり、2本の脚状の部分)と、カバー部63RPとの間には、内部空間63SPが配置されているため、余剰半田を内部空間63SPに収容することができる。その結果、図5Aに示す例では、電源端子コネクタ63CPの下面63BPと、パワー基板60の実装面と間に余剰半田が存在してしまうおそれを抑制することができ、電源端子コネクタ63CPの下面63BPと、パワー基板60の実装面とを当接させることができる。そのため、電源端子コネクタ63CPをパワー基板60に対して高さ方向に高精度に位置決めして実装することができる。
なお、GND端子コネクタ63CGについては、上述した電源端子コネクタ63CPと同様であるため重複説明を省略する。
パワー基板60の他方の面(図3Aおよび図3Bの下側の面)には、第1スイッチング素子68Aおよび第2スイッチング素子68Bよりも比較的高さのある部品である複数の電解コンデンサ44Dが実装される。また、パワー基板60の他方の面には、第1コイル群22Aの3つのコイル21Aの各々の他端が電気的に接続される3つの第1モータ端子コネクタ61CAが実装される。また、パワー基板60の他方の面には、第2コイル群22Bの3つのコイル21Bの各々の他端が電気的に接続される3つの第2モータ端子コネクタ61CBが実装される。つまり、パワー基板60は、電解コンデンサ44D、第1モータ端子コネクタ61CAおよび第2モータ端子コネクタ61CBを備える。コイルやリレー等の部品が、パワー基板60の他方の面に実装されても良い。
複数の電解コンデンサ44Dは、リフロー半田でパワー基板60に半田付けされる。
図6Bは、第2モータ端子コネクタ61CBの斜視図である。
図6Bに示すように、第2モータ端子コネクタ61CBは、U相第2モータ端子コネクタ61UCBと、V相第2モータ端子コネクタ61VCBと、W相第2モータ端子コネクタ61WCBとを含む。U相第2モータ端子コネクタ61UCBは、U相第2モータ端子コネクタターミナル61UTBを有する。V相第2モータ端子コネクタ61VCBは、V相第2モータ端子コネクタターミナル61VTBを有する。W相第2モータ端子コネクタ61WCBは、W相第2モータ端子コネクタターミナル61WTBを有する。U相第2モータ端子コネクタターミナル61UTBと、V相第2モータ端子コネクタターミナル61VTBと、W相第2モータ端子コネクタターミナル61WTBとは、パワー基板60のスルーホールに挿入され、パワー基板60の一方の面(図3Aおよび図3Bの上側の面)で半田付けされる。なお、第2モータ端子コネクタ61CBは、リフロー半田でパワー基板60に半田付けされても良い。
なお、U相第1モータ端子コネクタ61UCAと、V相第1モータ端子コネクタ61VCAと、W相第1モータ端子コネクタ61WCAとを含む第1モータ端子コネクタ61CAについては、上述した第2モータ端子コネクタ61CBと同様であるため重複説明を省略する。
第1モータ端子コネクタ61CAと、第2モータ端子コネクタ61CBは、同一形状であることが好ましい。さらに、第1モータ端子コネクタ61CAと、第2モータ端子コネクタ61CBは、電源端子コネクタ63CP、GND端子コネクタ63CGと、同一形状であることが好ましい。第1モータ端子コネクタ61CAと、第2モータ端子コネクタ61CBと、電源端子コネクタ63CPと、GND端子コネクタ63CGとで同一部品を流用することによって、モータ制御装置300の全体のコストを抑制することができる。
図3Aおよび図3Bに示すように、ヒートシンク50は、円柱形状であり、例えばアルミニウムのような金属材料によって形成されている。例えば、ヒートシンク50の直径は、モータ200のハウジング202の直径と同等であることが好ましい。ヒートシンク50の直径を小さくすることによって、機電一体型モータを小型化することができる。
ヒートシンク50は、2つのフランジ51と、2つの凹部とを備える。2つのフランジ51と、2つの凹部とは、ヒートシンク50の円筒部に形成されている。一方の凹部はOリング54Hと嵌合し、他方の凹部はOリング54Lと嵌合する。フランジ51は、2つの凹部の間、つまり、Oリング54HとOリング54Lとの間に配置されている。
また、ヒートシンク50は、ヒートシンク50の一方の端部(図3Aおよび図3Bの上側の端部)と他方の端部(図3Aおよび図3Bの下側の端部)とを貫通する孔53P、53G、52A、52Bを備える。
電源端子13TPおよび電源端子コネクタ63CPは、孔53Pを貫通する。GND端子13TGおよびGND端子コネクタ63CGは、孔53Gを貫通する。第1信号コネクタ62Aは、孔52Aを貫通する。第2信号コネクタ62Bは、孔52Bを貫通する。
ヒートシンク50は、パワー基板60を固定する複数の固定部56(図3B参照)を下面(図3Aおよび図3Bの下側の面)に備えている。複数の固定部56は、例えばネジ穴である。
ヒートシンク50の上面(図3Aおよび図3Bの上側の面)は、制御基板30を格納するために凹形状に形成されている。
ヒートシンク50は、制御基板30に実装される演算装置31などが発生する熱と、パワー基板60に実装される第1スイッチング素子68Aと、第2スイッチング素子68Bなどが発生する熱とを放熱する。
図3A、図3Bおよび図4Aに示すように、制御基板30は、円形のプリント実装基板である。制御基板30の直径をモータ200の直径より小さくすることによって、詳細には、制御基板30がヒートシンク50の上面の凹部に格納されることによって、機電一体型モータを小型化することができる。
制御基板30は、電源端子切り込み部33Pと、GND端子切り込み部33Gとを備える。
図3Bおよび図4Bに示すように、GND端子13TGおよびGND端子コネクタ63CGは、GND端子切り込み部33Gを貫通する。同様に、電源端子13TPおよび電源端子コネクタ63CPは、電源端子切り込み部33Pを貫通する。
電源端子切り込み部33Pは、電源端子13TPおよび電源端子コネクタ63CPと嵌合するために、電源端子13TPおよび電源端子コネクタ63CPよりも大きくされている。また、GND端子切り込み部33Gは、GND端子13TGおよびGND端子コネクタ63CGと嵌合するために、GND端子13TGおよびGND端子コネクタ63CGよりも大きくされている。
一方、電源端子13TPと、制御基板30とは、電源端子コネクタ63CPのカバー部63RPによって絶縁されている。また、GND端子13TGと、制御基板30とは、GND端子コネクタ63CGのカバー部によって絶縁されている。
そのため、電源端子切り込み部33PおよびGND端子切り込み部33Gをできるだけ小さくすることによって、制御基板30の部品実装面積を大きくすることができ、部品実装効率を向上させることができる。
制御基板30には、少なくとも演算装置31(図2参照)が実装される。演算装置31は、例えばMCU(Micro Control Unit)といった1チップのコンピュータである。
演算装置31は、リフロー半田で制御基板30に半田付けされる。
図3Aおよび図3Bに示すように、樹脂カバー10は、円筒形状である。詳細には、樹脂カバー10は、円筒部の一方の端部(図3Aおよび図3Bの上側の端部)が塞がれ、他方の端部(図3Aおよび図3Bの下側の端部)が開口している形状である。
樹脂カバー10は、外部電源コネクタ14Cと、外部信号コネクタ12Cと、2つのフランジ11と、金属補強部15と、金属材料によって形成された電源端子13TPおよびGND端子13TGと、金属材料によって形成された外部信号ターミナル12Tとを備える。外部電源コネクタ14Cは、電源端子13TPとGND端子13TGとに接続されている。外部電源コネクタ14Cには、電力供給源400(図1参照)が電気的に接続される。外部信号コネクタ12Cは、外部信号ターミナル12Tに接続されている。外部信号コネクタ12Cには、例えばトルクセンサ94(図1参照)からのトルク信号、他の制御装置との通信信号などのような外部信号が入力される。外部電源コネクタ14Cおよび外部信号コネクタ12Cは、円筒形状の樹脂カバー10の一方の端部に配置されている。
2つのフランジ11は、樹脂カバー10の円筒部に配置されている。フランジ11は、例えばネジを収容する穴を有する。金属補強部15は、金属材料によって形成されている。金属補強部15は、樹脂材料によって形成された樹脂カバー10の円筒部を補強する。樹脂カバー10は、電源端子13TPとGND端子13TGとを有する外部電源コネクタ14Cと、外部信号ターミナル12Tを有する外部信号コネクタ12Cとを樹脂材料によって一体成形することにより、形成されている。
図3Aおよび図3Bに示すように、パワー基板60とヒートシンク50とが固定される場合には、パワー基板60に実装された第1信号コネクタ62Aが、ヒートシンク50の孔52Aを貫通させられ、第2信号コネクタ62Bが孔52Bを貫通させられ、電源端子コネクタ63CPが孔53Pを貫通させられ、GND端子コネクタ63CGが孔53Gを貫通させられる。ヒートシンク50の4つの固定部56によって、パワー基板60は、ヒートシンク50に固定される。
電源端子コネクタ63CPの電源端子コネクタターミナル63TPと、ヒートシンク50の孔53Pの内周面とは、それらの間に配置された電源端子コネクタ63CPのカバー部63RPによって絶縁される。また、GND端子コネクタ63CGのGND端子コネクタターミナル63TGと、ヒートシンク50の孔53Gの内周面とは、それらの間に配置されたGND端子コネクタ63CGのカバー部によって絶縁されている。
第1信号コネクタ62Aは、金属材料によって形成された第1信号ターミナル62LTAと、樹脂材料によって形成されたカバー部とを有する。第1信号コネクタ62Aの第1信号ターミナル62LTAと、ヒートシンク50とは、第1信号コネクタ62Aのカバー部によって絶縁される。
第2信号コネクタ62Bは、金属材料によって形成された第2信号ターミナル62LTBと、樹脂材料によって形成されたカバー部とを有する。第2信号コネクタ62Bの第2信号ターミナル62LTBと、ヒートシンク50とは、第2信号コネクタ62Bのカバー部によって絶縁される。
上述したように、パワー基板60の上面には、第1スイッチング素子68Aと、第2スイッチング素子68Bとが実装される。また、パワー基板60の上面は、電気絶縁性の熱伝導部材(図示せず)を介してヒートシンク50と熱的に接続されている。電気絶縁性の熱伝導部材は、例えば放熱グリス、放熱シートなどである。
図3A、図3B、図4Aおよび図4Bに示すように、第2信号コネクタ位置決め部62LF1B、62LF2Bの上端部は、制御基板30の位置決め孔に挿入され、スナップフィット接続によって制御基板30に接続される。第2信号ターミナル62LTBの上端部は、制御基板30のスルーホールに挿入され、プレスフィット接続によって制御基板30に電気的に接続される。第2信号ターミナル62LTBによって、パワー基板60と制御基板30とが電気的に接続される。
なお、第1信号コネクタ62Aについては、上述した第2信号コネクタ62Bと同様であるため重複説明を省略する。
図3Bに示すように、樹脂カバー10の外部信号ターミナル12Tの下端部は、制御基板30のスルーホールに挿入され、スナップフィット接続によって制御基板30に電気的に接続される。
樹脂カバー10の電源端子13TPは、制御基板30の電源端子切り込み部33Pを貫通させられ、プレスフィット接続によって電源端子コネクタ63CPに電気的に接続される。
樹脂カバー10のGND端子13TGは、制御基板30のGND端子切り込み部33Gを貫通させられ、プレスフィット接続によってGND端子コネクタ63CGに電気的に接続される。
図3Aおよび図3Bに示すように、樹脂カバー10と、制御基板30と、ヒートシンク50と、パワー基板60とを接続することによって、モータ制御装置300は形成される。第1モータ端子コネクタ61CAおよび第2モータ端子コネクタ61CBは、モータ制御装置300の下部(図3Aおよび図3Bの下側の部分)に配置される。
第2モータ端子コネクタ61CBは、プレスフィット接続によって、U相第2モータ端子261UTBとV相第2モータ端子261VTBとW相第2モータ端子261WTBとを有する第2モータ端子261TBに電気的に接続される。第2モータ端子261TBは、モータ200のコイル21Bに接続されている。つまり、モータ制御装置300は、モータ200に電気的に接続される。
なお、第1モータ端子コネクタ61CAについては、上述した第2モータ端子コネクタ61CBと同様であるため重複説明を省略する。
モータ制御装置300とモータ200とが接続されると、樹脂カバー10の2つのフランジ11と、ヒートシンク50の2つのフランジ51と、モータ200の2つのフランジ201とは、2つの固定部材(図示せず)で共締めされる。固定部材は、例えばネジである。
図3Aおよび図3Bに示すように、モータ制御装置300のヒートシンク50とモータ200との隙間は、ヒートシンク50のOリング54Lによってシールされる。
樹脂カバー10とヒートシンク50との隙間は、ヒートシンク50のOリング54Hによってシールされる。金属補強部15によって樹脂カバー10の円筒部を補強することにより、樹脂カバー10の円筒部の変形が抑制され、シール性を向上させることができる。
このように機電一体型モータの防水構造では、樹脂カバー10とヒートシンク50との隙間、および、ヒートシンク50とモータ200との隙間がシールされる。
10 樹脂カバー
12C 外部信号コネクタ
13TP 電源端子
14C 外部電源コネクタ
30 制御基板
31 演算装置
33P 電源端子切り込み部
44D 電解コンデンサ
50 ヒートシンク
53P 孔
60 パワー基板(回路基板)
61CA 第1モータ端子コネクタ
61CB 第2モータ端子コネクタ
62LTA 第1信号ターミナル
62LTB 第2信号ターミナル
63CP 電源端子コネクタ
63TP 電源端子コネクタターミナル
63RP カバー部
63SP 内部空間
64A 第1インバータ
64B 第2インバータ
200 モータ
202 ハウジング
261TB 第2モータ端子
300 モータ制御装置
400 電力供給源
Claims (8)
- 電力供給源に接続される外部電源コネクタと、複数の外部信号コネクタとを樹脂材料によって一体成形することにより形成された樹脂カバーと、
少なくとも演算装置を実装した制御基板と、
少なくともインバータ回路と、複数の電解コンデンサとを実装したパワー基板と、
前記制御基板が発生する熱と、前記パワー基板が発生する熱とを放熱するヒートシンクとを備え、
モータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータ制御装置は、前記モータに電気的に接続され、
前記樹脂カバーと前記制御基板と前記パワー基板と前記ヒートシンクとは、前記モータの軸方向に前記モータの側から、前記パワー基板、前記ヒートシンク、前記制御基板、前記樹脂カバーの順に配列され、
前記複数の電解コンデンサは、前記パワー基板のうちの前記モータの側の面に実装され、
前記パワー基板は、前記モータのハウジングによって覆われている、
モータ制御装置。 - 前記樹脂カバーは、前記外部電源コネクタに接続された電源端子を備え、
前記パワー基板は、プレスフィット接続によって前記電源端子に電気的に接続される電源端子コネクタを備え、
前記電源端子コネクタは、前記パワー基板のうちの前記モータの反対側の面に実装され、
前記ヒートシンクは、前記電源端子および前記電源端子コネクタが貫通する孔を備え、
前記制御基板は、前記電源端子および前記電源端子コネクタよりも大きい切り込み部を備え、
前記樹脂カバーと、前記制御基板と、前記ヒートシンクと、前記パワー基板と、前記モータとは、前記電源端子および前記電源端子コネクタが前記孔を貫通しかつ前記切り込み部に嵌合している状態で、複数の固定部材によって固定される、
請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記電源端子コネクタは、金属材料によって形成された電源端子コネクタターミナルと、電気絶縁材料によって形成されたカバー部とを備え、
前記電源端子は、プレスフィット接続によって前記電源端子コネクタターミナルに接続され、
前記カバー部は、前記電源端子コネクタターミナルと、前記孔の内周面との間に配置されている、
請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記カバー部は、樹脂材料によって形成されている、
請求項3に記載のモータ制御装置。 - 前記電源端子コネクタターミナルは、半田によって前記パワー基板に接続され、
前記電源端子コネクタターミナルのうちの前記パワー基板に接続されている部分と、前記カバー部との間には、内部空間が配置されている、
請求項3または請求項4に記載のモータ制御装置。 - 前記パワー基板は、
前記モータのコイルに接続されたモータ端子に対してプレスフィット接続によって電気的に接続されるモータ端子コネクタを備え、
前記モータ端子コネクタは、前記パワー基板のうちの前記モータの側の面に実装され、
前記モータ端子コネクタは、前記電源端子コネクタと同一形状に形成されている、
請求項2から請求項5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 前記制御基板と前記パワー基板とを電気的に接続する複数の信号ターミナルをさらに備え、
前記パワー基板は円形であり、
前記複数の信号ターミナルは、前記パワー基板の外周部に円弧状に配列される、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備える電動パワーステアリング装置。
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