JP4981939B2 - 電動式駆動装置および電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用される電動式駆動装置に関するものである。

従来、車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御装置とを備え、制御装置が電動モータに取り付けられている電動式パワーステアリング装置が知られている。

例えば、特許文献1に記載の電動式パワーステアリング装置では、制御装置が電動モー
タの回転軸の軸線上に配置されて電動モータに固定されている。また、制御装置は、電動モータの回転子軸に連結される減速装置の反対側に構成されている。

そして、制御装置から電動モータに向かって伸延した出力端子であるモータ端子は、端部が電動モータの径方向の外側方向に曲げられ、コの字状の接続部材の外側で電動モータの巻線端子にねじで固定されている。ここで、モータ端子と巻線端子とは、電動モータの回転軸の軸線方向に重ねられ、電動モータの反出力側からねじで固定されて電気的に接続されている。

特開２００７−６２４３３号公報 特開２００２−１２０７３９号公報

上述した従来の特許文献1に記載の電動式パワーステアリング装置は、ヒートシンクと
減速装置の間に電動モータが設置されている。この構造では、電動式パワーステアリングの動作時、ブリッジ回路上の半導体スイッチング素子、コイル、コンデンサ等電子部品の放熱が電動モータにより妨げられる。この結果、電子部品の温度が上昇し、電子制御装置の寿命が低下するため、電子制御装置の小型化、高出力化が妨げられるという問題点があった。

また、特許文献1に記載の電動式パワーステアリング装置は、巻線端子とモータ端子を
接続するためにのみねじを使用している。この構造では、部品点数が増加してコストが高くなるとともに、ねじを設置するスペースが必要となるため、装置が大型化するという問題点があった。

さらに、自動車の使用環境での振動および冷熱サイクル等により、ねじの緩みが生じて電気的接続の信頼性が低下するという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、制御装置を構成する電子部品の放熱性能の向上、および、端子の接続に使用するねじを、装置の組立に使用するねじと共用化することで、小型化、高出力化、高寿命化、低コスト化、および、組立性の向上を可能とする電動式駆動装置を提供するものである。

この発明に係わる電動式駆動装置は、補助トルクを出力する電動モータと、前記電動モータの回転子軸の出力側に配設され、前記電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動式駆動装置であって、前記制御装置は、前記電動モータが固定されたモータハウジングと、前記電動モータの電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子からなるパワー基板と、前記パワー基板が搭載されるとともに前記モータハウジングに取り付けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクの取り付け部に位置する前記モータハウジングに設けられた収納部と、前記電動モータの電機子巻線の巻線端部に接続されるとともに前記モータハウジングに設けられた前記収納部に配設された巻線端子と、前記パワー基板に接続されるとともに前記収納部に配設された前記巻線端子と電気的に接続されるモータ端子とを備え、前記モータハウジングと前記ヒートシンクとの機械的接続、及び前記巻線端子と前記モータ端子との電機的接続を、前記収納部内において一括接続する固定手段を設けたものである。

この発明に係わる電動式駆動装置によれば、装置の小型化を図ることができるとともに放熱性能の向上を図ることができる電動式駆動装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる電動式駆動装置を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係わる電動式駆動装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる電動式駆動装置を減速装置に装着した状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の要部を示す断面図である。

この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子接続部を示す断面図である。

この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子接続部を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子形状を示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子形状を示す正面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の端子形状を示す正面図である。 この発明の実施の形態２に係わる電動式駆動装置を示す断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる電動式駆動装置を示す回路図である。

図１に示す電動式駆動装置は、車両のハンドル５９に対して補助トルクを出力する電動モータ1と、この電動モータ1の駆動を制御する制御装置２０で基本的な構成とされる。そして、電動モータ１および制御装置２０は電動モータ１の回転速度を減速させる減速装置１２に装着される。また、電動モータ1を駆動するための電流を供給するバッテリ６０と、ハンドル５９の操舵トルクを検出するトルクセンサ６１とを備えている。

また、電動式駆動装置は、バッテリ６０と制御装置２０とを電気的に接続したパワーコネクタ３２と、車両側から車両の走行速度信号等の車両側信号６２が入力される車両側信号用コネクタ３３と、トルクセンサ６１と制御装置２０とを電気的に接続したトルクセンサ用コネクタ３４を備えている。

上記電動モータ１は、例えば３相ブラシレスモータであり、回転子４とＵＶＷの電機子巻線１０を備えた固定子５を備えている。

上記制御装置２０は、電動モータ１に流れるモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収するための大容量のコンデンサ４１（２２００μＦ×３程度）と、モータ電流ＩＭを検出するためのシャント抵抗器２３と、補助トルクの大きさ及び方向に応じてモータ電流ＩＭを切り替える、３相のブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）２２ａと、ブリッジ回路から電動モータ1に供給されるモータ電流ＩＭを通電・遮断するスイッ
チ手段であるモータリレーを構成する半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）２２ｂと、シャント抵抗器２３、および、半導体スイッチング素子２２ａ，２２ｂを搭載したパワー基板２１と、半導体スイッチング素子２２ａのスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出しラジオノイズになることを防止するコイル４０と、バッテリ６０からブリッジ回路に供給されるバッテリ電流ＩＢを通電・遮断するスイッチ手段である電源リレーを構成する半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）２２ｃと、半導体スイッチング素子２２ｃを搭載したリレー基板２４を備えている。

また、制御装置２０は、回転子４の回転位置を検出する回転位置センサであるレゾルバ２９と、シャント抵抗器２３の一端と接続され電動モータ1に流れる電流を検出するため
の電流検出手段２８と、トルクセンサ６１からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算するとともに、モータ電流ＩＭ及びレゾルバ２９で検出された電動モータ1の回転子
の回転位置をフィードバックして補助トルクに相当する電流を演算するマイクロコンピュータ２６と、このマイクロコンピュータ２６からの指令により、半導体スイッチング素子２２ａの作動を制御する駆動信号を出力する駆動回路２７と、電流検出手段２８、マイクロコンピュータ２６及び駆動回路２７をそれぞれ搭載した制御基板２５を備えている。

また、マイクロコンピュータ２６は、さらに図示しないＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に、周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生するとモータ電流ＩＭを遮断するようになっている。

上記構成の電動式駆動装置においては、マイクロコンピュータ２６には、トルクセンサ６１から操舵トルク、レゾルバ２９から電動モータ1の回転子の回転位置の情報が入力され、また車両側信号用コネクタ３３からは車両側信号６２の一つとして走行速度信号が入力される。また、マイクロコンピュータ２６には、モータ電流ＩＭがシャント抵抗器２３により電流検出手段２８を通じてフィードバック入力される。

マイクロコンピュータ２６では、これらの情報、信号から、パワーステアリングの回転方向指令、及び補助トルクに相当する電流制御量がそれぞれ生成され、それぞれの駆動信号が駆動回路２７に入力される。

駆動回路２７では、回転方向指令及び電流制御量が入力されると、ＰＷＭ駆動信号を生成し、半導体スイッチング素子２２ａに印加する。これにより、電動モータ1には、バッ
テリ６０からの電流が、パワーコネクタ３２、コイル４０及び半導体スイッチング素子２
２ｃ、２２ａ、２２ｂを通じて流れ、所要方向に所要量の補助トルクが出力される。

このとき、マイクロコンピュータ２６には、シャント抵抗器２３及び電流検出手段２８を通じて検出されたモータ電流ＩＭがフィードバックされることにより、マイクロコンピュータ２６から駆動回路２７に送られるモータ電流指令ＩＭと一致するよう制御される。

また、モータ電流ＩＭは、半導体スイッチング素子２２ａのＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、大容量のコンデンサ４１により平滑されて制御される。

次に、上述した電動式駆動装置の構造について、図２〜図５に基づいて説明する。図２はこの発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置を示すを示す断面図、図3はこの発明の実施の形態1に係る駆動装置を減速装置１２に装着した状態を示す断面図、図４および図５
はこの発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の要部を示す断面図である。

この電動式駆動装置の電動モータ1は、回転子軸２と、この回転子軸２に例えば１０極に
着磁された円筒状の永久磁石３が固定された回転子４と、この回転子４の周囲に設けられた固定子５と、固定子５を固定する鉄製のヨーク６と回転子軸２の端部に固定され、電動モータ１のトルクを伝達するカップリング７を備えている。

固定子５は、永久磁石３の外周に相対した例えば１２個の突極８と、この突極８に装着されたインシュレータ９と、このインシュレータ９に巻回され、かつＵ、Ｖ及びＷの３相に接続された電機子巻線１０を有している。電機子巻線１０の巻線端部１０ａは、電動モータ1の軸線方向と平行に、制御装置２０の方向へ延びており、先端には巻線端子１０ｂが形成されている。この巻線端子１０ｂには、貫通孔１０ｃが設けられている。

上記電動モータ1の駆動を制御する制御装置２０は、高熱伝導のセラミック基板からな
るパワー基板２１とリレー基板２４、絶縁プリント基板からなる制御基板２５と、アルミダイカスト製のヒートシンク３０と、複数の導電板３５，３６，３７，３８，３９が絶縁性樹脂にインサート成型され、かつ、電磁ノイズを除去するためのコイル４０、電動モータ１に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための大容量のコンデンサ４１（２２００μＦ×３程度）と電気的に接続された回路ケース３１と、複数の導電板４３，４４，４５，４６，４７，４８が絶縁性樹脂にインサート成型された端子台４２と、ヨーク６を固定するアルミダイカスト製のモータハウジング４９と、回転子４の回転位置を検出する回転位置センサであるレゾルバ２９を備えている。

上記制御装置２０は、ヒートシンク３０を介して電動モータ１の回転数を減速させる減速装置１２にねじ（図示せず）で固定される。減速装置１２は、ヒートシンク３０と接触するギヤケース１３と、このギヤケース１３内に設けられ、回転子軸２の回転を減速するための減速ギヤであるウォームギヤ１４と、このウォームギヤ１４に歯合したウォームホイール１５を有している。ウォームギヤ１４の回転子軸２側の端部にはカップリング１６が固定されている。このカップリング１６とカップリング７とが連結することで、電動モータ１からウォームギヤ１４にトルクが伝達されるようになっている。

パワー基板２１は、高熱伝導のセラミック基板であり、例えば窒化アルミ（熱伝導率１８０Ｗ／ｍｋ）上にアルミ板（熱伝導率２３７Ｗ／ｍｋ）が配線パターンとして形成されている。また、パワー基板２１上の配線パターンには、電動モータ１のモータ電流ＩＭを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り替えるための３相ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）２２ａ、ブリッジ回路から電動モータ１に供給されるモータ電流ＩＭを通電・遮断するスイッチ手段であるモータリレーを構成する半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）２２ｂ、電動モータ１の電流を検出するためのシャント抵抗器２３等の大電流部品（最大１００Ａｒｍｓ）が半田で実装されている。また、半導体スイッチング素子２２ａ，２２ｂ上のゲートパッド、ソースパッドと配線パターンはワイヤボンディング（図示せず）で接続されている。

リレー基板２４は、パワー基板２１と同様高熱伝導のセラミック基板であり、例えば窒化アルミ（熱伝導率１８０Ｗ／ｍｋ）上にアルミ板（熱伝導率２３７Ｗ／ｍｋ）が配線パターンとして形成されている。また、リレー基板２４上の配線パターンには、バッテリ６０からブリッジ回路に供給される電源電流ＩＢを通電・遮断するスイッチ手段である電源リレーを構成する半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）２２ｃが半田で実装されている。また、半導体スイッチング素子２２ｃ上のゲートパッド、ソースパッドと配線パターンはワイヤボンディング（図示せず）で接続されている。

制御基板２５は、多相（例えば４相）のガラス・エポキシ基板からなり、制御基板２５上には、マイクロコンピュータ２６、駆動回路２７、および、モータ電流検出手段２８を含む周辺回路素子等が半田付けされて実装されている。

マイクロコンピュータ２６は、シャント抵抗器２３の一端を介して電動モータ１に流れるモータ電流ＩＭを検出するための電流検出回路２８と、トルクセンサ６１からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算するとともに、モータ電流ＩＭおよびレゾルバ２９で検出される回転子４の回転位置をフィードバックして補助トルクに相当する電流を演算する。

そして、マイクロコンピュータ２６は、半導体スイッチング素子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを制御するための信号を出力するようになっている。また、マイクロコンピュータ２６は、図示していないが、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に、周知の自己診断機能を含み、システムが正常に作動しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生するとモータ電流を遮断するようになっている。

制御基板２５には、上述した回転子軸２が通過する貫通孔２５ａ、および、電機子巻線１０の巻線端部１０ａが通過するための切り欠き２５ｂが設けられている。

レゾルバで２９は、回転子４の位置を検出する回転位置センサであり、レゾルバ用回転子２９ａおよびレゾルバ用固定子２９ｂを有している。レゾルバ用回転子２９ａの外径は、レゾルバ用固定子２９ｂとレゾルバ用回転子２９ａとの間の径方向隙間のパーミアンスが角度で正弦波状に変化するような特殊曲線になっている。レゾルバ用固定子２９ｂには励磁コイルおよび２組の出力コイルが巻回されており、このレゾルバ用回転子２９ａおよびレゾルバ用固定子２９ｂ間の径方向隙間の変化を検出してｓｉｎとｃｏｓで変化する２相出力電圧を出力する。

ヒートシンク３０は、電動モータ１の回転子軸２側に配置されており、このヒートシンク３０の電動モータ１側に、パワー基板２１、リレー基板２４が密着して配置されている。

また、ヒートシンク３０のパワー基板２１が配置されている面には、端子台４２が接着剤で固定されており、さらに、コイル４０、コンデンサ４１が搭載された回路ケース３１がねじ（図示せず）で固定されている。コイル４０およびコンデンサ４１は、ヒートシンク３０に形成された穴３０ａに挿入されて配置されており、コイル４０およびコンデンサ４１から発生する熱が、ヒートシンク３０に放熱される。

従って、コイル４０およびコンデンサ４１の温度上昇が抑制され、コイル４０およびコンデンサ４１の信頼性が向上する。このとき、ヒートシンク３０に形成された穴３０ａと、コイル４０およびコンデンサ４１との隙間には、高熱伝導の接着剤、またはグリスが充填されて、コイル４０およびコンデンサ４１の放熱が促進される。

また、ヒートシンク３０は減速装置１２にねじ（図示せず）で固定されている。これにより半導体スイッチング素子２２、コイル４０およびコンデンサ４１から発生する熱が、ヒートシンク３０に放熱された後、さらに減速装置１２に放熱されるため、制御装置２０の放熱性能が向上する。

回路ケース３１は、車両のバッテリ６０と電気的に接続されるパワーコネクタ３２と、外部配線を介して車両側と信号が入出力される信号コネクタ３３と、外部配線を介してトルクセンサ６１からの信号が入出力されるトルクセンサコネクタ３４が絶縁性樹脂で一体成型されているとともに、最大１００Ａ程度の大電流が流れる導電板３５，３６，３７，３８および、数Ａ程度の信号電流が流れる導電板３９などの部品がインサート成型されている。

導電板３５は、一端がパワーコネクタ３２のコネクタ端子３５ａとして絶縁性樹脂から露出している。また、コネクタ端子３５ａの他端側には、溶接部３５ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この溶接部３５ｂに、半導体スイッチング素子２２ａのスイッチング動作時に発生する電磁ノイズを外部へ流出するのを防止するコイル４０の一端が溶接されて電気的に接続する。

導電板３６は、一端が溶接部３６ａとして露出しており、この溶接部３６ａに前述したコイル４０の他端が溶接されて電気的に接続する。また、溶接部３６ａの他端側には、後述する端子台４２の導電板４３の溶接部４３ｂと溶接されて電気的に接続する溶接部３６ｂが絶縁性樹脂から露出している。

導電板３７と導電板３８は３相のブリッジ回路を構成する部品の一つであり、後述する端子台４２の導電板４４の溶接部４４ｂと溶接されて電気的に接続する溶接部３７ｃ、および、後述する端子台４２の導電板４５，４６の溶接部４５ｂ，４６ｂと溶接されて電気的に接続する溶接部３７ａと溶接部３８ａが絶縁性樹脂から露出している。また、導電板３７と導電板３８には、溶接部３７ｂ，３８ｂがそれぞれ３箇所絶縁性樹脂から露出しており、これら溶接部３７ｂ，３８ｂにモータ電流ＩＭのリップルを吸収する電解コンデンサ４１が溶接されて電気的に接続する。

導電板３９は、一端が、信号コネクタ３３、または、トルクセンサコネクタ３４のコネクタ端子３９ａとして絶縁性樹脂から露出している。また、コネクタ端子３９ａの他端側には、半田付け部３９ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この半田付け部３９ｂが、制御基板２５のスルーホールに挿入されて半田付けされ、制御基板２５の配線パターンと電気的に接続する。回路ケース３１には制御基板２５と同様に、電機子巻線１０の巻線端部１０ａが通過するための切り欠き３１ａが設けられている。

端子台４２は、回路ケース３１の導電板３６，３７，３８と電気的に接続される導電板４３，４４，４５，４６、制御基板２５と電気的に接続される導電板４７、巻線端子１０ａと電気的に接続される導電板４８が絶縁性樹脂にインサート成型されている。各導電板を絶縁性樹脂にインサート成型して一体化することで、導電板同士の絶縁性を確保し装置の信頼性が向上するとともに、部品点数が削減するため、装置の組立工数が低減する。

導電板４３，４４の一端には、リレー基板２４とワイヤボンディングで接続されて、リ
レー基板２４に電流が供給されるパッド４３ａ，４４ａが絶縁性樹脂から露出して形成されている。そして、導電板４３，４４他端側には、溶接部４３ｂ，４４ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この溶接部４３ｂ，４４ｂと回路ケース３１の導電板３６，３７の溶接部３６ｂ，３７ｃが抵抗溶接で電気的に接続されている。

導電板４５，４６の一端には、パワー基板２１とワイヤボンディングで接続されて、パワー基板２１に電流が供給されるパッド４５ａ，４６ａが絶縁性樹脂から露出して形成されている。そして、導電板４５，４６の他端側には、溶接部４５ｂ，４６ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この溶接部４５ｂ，４６ｂと回路ケース３１の導電板３７，３８の溶接部３７ａ，３８ａが抵抗溶接で電気的に接続されている。

導電板４７の一端には、パワー基板２１とワイヤボンディングで接続されて制御基板２５と信号が入出力されるパッド４７ａが、絶縁性樹脂から露出して形成されている。そして、導電板４７の他端側には、半田付け部４７ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この半田付け部４７ｂが、制御基板２５のスルーホールに挿入されて半田付けされ、パワー基板２１の配線パターンと、制御基板２５の配線パターンが電気的に接続される。

従って、制御基板２５上の電子回路は、導電板４７、ワイヤボンディング用アルミワイヤを経由して、パワー基板２１上の半導体スイッチング素子２２、シャント抵抗器２３等と電気的に接続されている。

導電板４８の一端には、パワー基板２１とワイヤボンディングで接続されて電動モータ１に電流が供給されるパッド４８ａが絶縁性樹脂から露出して形成されている。そして、導電板４８の他端側は、ヒートシンク３０の外縁に向かって構成されており、先端にはモータ端子４８ｂが絶縁性樹脂から露出して形成されている。また、モータ端子４８ｂには貫通孔４８ｃが設けられており、貫通孔４８ｃは、ヒートシンク３０のフランジ３０ｂに設けられた貫通孔３０ｃと重なって配置されている。

モータハウジング４９は、ヒートシンク３０と固定手段としてのねじ５１で締結され、ヒートシンク３０と共にパワー基板２１、リレー基板２４、制御基板２５、回路ケース３１、端子台４２を覆っている。また、モータハウジング４９は、電動モータ１とねじ（図示せず）で締結される。

制御装置２０の電子部品は、パワー基板２１、リレー基板２４、制御基板２５、回路ケース３１に半田付け、または、溶接されており、いずれの部品も、電動モータ１、ヒートシンク３０、モータハウジング４９で囲まれる閉空間に配置されている。そのため、電動式駆動装置が動作すると、電子部品は自身の発熱による温度上昇の他に、電動モータ１からの熱伝達、熱輻射の影響でさらに温度が上昇する。

電動モータ１の発熱による電子部品の温度上昇を防ぐため、モータハウジング４９には、電動モータ１の回転子軸２方向に垂直な仕切りプレート４９ａが一体成型されており、この仕切りプレート４９ａによって、電動モータ１、ヒートシンク３０、モータハウジング４９にて囲まれる空間を分割している。

仕切りプレート４９ａは、モータハウジング４９と同様アルミダイカストでできているため、空気に比べて熱伝導率が十分に高い（熱伝導率 空気：０．０２８Ｗ／ｍｋ アルミダイカスト（ＡＤＣ１２）：９６Ｗ／ｍｋ）。そのため、電動モータ１の発熱が仕切りプレート４９ａに伝わると、熱はモータハウジング４９全体に広がった後、電動式駆動装置の外部に放熱される。

また、アルミダイカストは輻射率が０．２程度と低いため、電動モータ１から生じる輻射熱の大部分は仕切りプレート４９ａで反射し、電子部品まで到達しない。以上の効果により、モータハウジング４９に仕切りプレート４９ａを設置すると、電動モータ１から電子部品への伝熱を妨げるため、電子部品の温度上昇を抑制することができ、装置の信頼性が向上する。また、水や塵埃が電動モータ１側から侵入することを防ぐこともできるため、装置の信頼性が向上する。

なお、仕切りプレート４９ａには、回転子軸２が通過するための貫通孔４９ｂ、および、巻線端子１０ｂが通過するための貫通孔４９ｃが形成されており、電動モータ１を固定する際、回転子軸２、巻線端子１０ｂを干渉させずに固定することができる。

さらに、モータハウジング４９の、ヒートシンク３０とのねじ締結面には、電動モータ１の巻線端子１０ｂを収納する収納部４９ｄが設けられており、巻線端子１０ｂは絶縁部材５０を介して収納部４９ｄに設置される。

ヒートシンク３０の上には、端子台４２と一体成型されたモータ端子４８ｂが固定されており、モータハウジング４９には巻線端子１０ｂが絶縁部材５０を介して固定されている。この状態でヒートシンク３０とモータハウジング４９を固定すると、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂが接触し、電気的に接続する。

これにより、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂの電気的な接続を、ヒートシンク３０とモータハウジング４９を固定する固定手段としてのねじ５１で共用することができるため、使用するねじの本数が低減し、装置のコストが低減する。また、ねじを設置するスペースも省略できるため、装置が小型化する。さらに、組立工数も減るため、組立性が向上する。

次に、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂの接続について、図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８はそれぞれこの発明の実施の形態1に係る電動式駆動装置の巻線端子とモ
ータ端子との接続部を示す断面図である。

電動モータ１とモータハウジング４９を組み立てると、電動モータ１に設けられた巻線端子１０ｂは、モータハウジング４９に設けられた貫通孔４９ｃを通過して、ヒートシンク３０の方向に構成される。このとき、モータハウジング４９の巻線端子１０ｂを収納する収納部４９ｄには、耐熱性を持ち、かつ、絶縁性を確保する弾性材料、例えばシリコンゴム・フッ素ゴム製の絶縁部材５０を設置している。絶縁部材５０には、固定手段としてのねじ５１が通過するための貫通孔５０ａを設けている。

また、絶縁部材５０の電動モータ１側には、突起部５０ｂが設けられている。モータハウジング４９の巻線端子１０ｂを収納する収納部４９ｄには座ぐり４９ｅを形成しており、絶縁部材５０の突起部５０ｂが座ぐり４９ｅに挿入されることで、モータハウジング４９に設けられたねじ穴４９ｆと、絶縁部材５０に設けられた貫通孔５０ａの中心位置を合わせ、かつ、絶縁部材５０をモータハウジング４９に固定することができる。なお、突起部５０ｂには面取りを施し絶縁部材５０を挿入しやすくしている。

この状態から、電機子巻線１０の巻線端部１０ａを曲げ加工部１０ｅでＬ字状に曲げて、巻線端子１０ｂを絶縁部材５０上に設置する。絶縁部材５０のヒートシンク３０側にもまた、突起部５０ｃを設けており、突起部５０ｃが巻線端子１０ｂに設けられた貫通孔１０ｃに挿入されることで、モータハウジング４９に設けられたねじ穴４９ｆと、巻線端子１０ｂに設けられた貫通孔１０ｃの中心位置を合わせ、かつ、巻線端子１０ｂを絶縁部材５０に固定することができる。

このとき、巻線端子１０ｂの面位置が、絶縁部材５０の面位置よりも、ヒートシンク３０側に出っ張るように突起部５０ｃの高さを調整してある。なお、突起部５０ｃにも面取りを施しており、巻線端子１０ｂを挿入しやすくしている。

この状態から、図８のようにあらかじめ組み立てておいた制御装置２０を組み付ける。この際、制御基板２５、回路ケース３１には、あらかじめ切り欠き２５ｂ、３１ａを設けているため、巻線端部１０ａ、巻線端子１０ｂを干渉させることなく組み付けることができる。制御装置２０を組み付けると、巻線端子１０ｂの面位置が、絶縁部材５０の面位置よりもヒートシンク３０側に出っ張っているため、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂが接触する。

モータハウジング４９と巻線端子１０ｂの間に挿入された絶縁部材５０は弾性材料であるため、この状態で固定手段としてのねじ５１をモータハウジング４９に設けられたねじ穴４９ｆに螺着させることによりヒートシンク３０とモータハウジング４９を締結すると、ねじ５１の締め付け力によって絶縁部材５０が潰れた状態でヒートシンク３０とモータハウジング４９が固定される。これにより、組立時の寸法ばらつきを吸収するため装置の組立性が向上する。

また、ねじ５１で締め付けられた後、絶縁部材５０は元の形状に戻ろうとするため巻線端子１０ｂを加圧する。この加圧力で、巻線端子１０ｂはモータ端子４８ｂに押し付けられるため、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂの接触が安定し、装置の電気的接続の信頼性が向上する。

また、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂは、絶縁部材５０、および、端子台４２を形成する絶縁材によって、ヒートシンク３０、モータハウジング４９、ねじ５１との絶縁性能を確保している。

さらに、絶縁部材５０は変形することで、シールの役割を果たすため、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂの装置内部への塵埃や水の浸入を防止するため、装置の信頼性、耐久性が向上する。

なお、巻線端部１０ａにはクランク状の曲げ部１０ｄが形成され、巻線端子１０ｂは、この曲げ部１０ｄより先端側でモータ端子４８ｂと接合されている。従って、曲げ部１０ｄが弾性体となっているので、装置が使用される温度環境下で、各部品の線膨張係数の差によって生じる溶接部の応力が緩和し、温度変化に対する接合部の耐力が増大して装置の信頼性が向上する。

以上の説明のとおり、電動モータ１に設けられた巻線端子１０ｂと、端子台４２に一体成型された導電板４８に設けられたモータ端子４８ｂは、ヒートシンク３０とモータハウジング４９を接続する固定手段としてのねじ５１の締結力によって電気的に接続されている。従って、電動モータ１は、巻線端子１０ｂ、モータ端子４８ｂ、導電板４８、ワイヤボンディング用アルミワイヤを経由してパワー基板２１と電気的に接続されている。

なお、この実施の形態１では、巻線端部１０ａにあらかじめ巻線端子１０ｂを設け、モータハウジング４９と電動モータ１を組み合わせた後、巻線端部１０ａをＬ字状に曲げて構成したが、例えば、図９に示すように、巻線端部１０ａと巻線端子１０ｂを別部品として構成し、モータハウジング４９と電動モータ１を組み合わせた後、溶接等で巻線端部１０ａと巻線端子１０ｂとを接合するようにしてもよく同様の効果を奏する。

また、図１０に示すように、巻線端子１０ｂには貫通孔１０ｃを設けた場合について述べたが、この形状に限定されるものではなく、例えば、図１１、図１２に示すように、Ｕ字状の巻線端子１０ｂ１、またはくし歯形状の巻線端子１０ｂ２とし、それぞれ貫通部１０ｃ１，１０ｃ２を設けた形状としてもよく同様の効果を奏する。

次に、上記のように構成された電動式駆動装置の組立手順について説明する。まず、電動モータ１を組み立てるが、回転子軸２に永久磁石３を接着固定後、図示しない着磁器で１０極に着磁し、軸受１１の内輪を圧入して回転子４を形成する。

次に、固定子５の１２個の突極８にインシュレータ９を介してＵ、Ｖ、Ｗの各電機子巻線１０を電気角で１２０度位置を移動して巻回し、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相４個で計１２個の巻線を形成する。巻線を２つ直列に接続し、さらに直列につないだ巻線同士を２つ並列に接続し、２直２並列となるＵ相の電機子巻線１０を形成する。同様にＶ相およびＷ相の電機子巻線１０を形成する。ＵＶＷをΔ形状に接続し、各接続部にて巻線端部１０ａを形成する。巻線端部１０ａの先端には巻線端子１０ｂが形成される。そして、この固定子５をヨーク６に圧入する。

次に、モータハウジング４９の外周端部にラバーリング（図示せず）を装着し、固定子５が組み込まれたヨーク６をねじ（図示せず）でモータハウジング４９に固定する。続いて、モータハウジング４９の巻線端子１０ｂを収納する収納部４９ｄに絶縁部材５０を挿入する。その後、巻線端部１０ａをＬ字状に曲げ、絶縁部材５０の突起部５０ｃを巻線端子１０ｂの貫通孔１０ｃに挿入する。

次に、制御装置２０の組立について説明する。まず、パワー基板２１上に、半導体スイッチング素子２２、シャント抵抗器２３等の大電流部品を半田付けにより接合する。

次に、制御基板２５の電動モータ１側の各電極に、クリーム半田を塗布した後、マイクロコンピュータ２６、駆動回路２７、および、その周辺回路素子等の小電流部品を実装し、リフロ装置（図示せず）を用いてクリーム半田を溶かし、各上記部品を半田付けする。

その後、制御基板２５の回路ケース３１側の各電極に、クリーム半田を塗布した後、制御回路を構成する小電流用部品を実装し、リフロ装置を用いてクリーム半田を溶かし、各上記部品を半田付けする。

次に、軸受５２の外輪をヒートシンク３０に固定する。そして、パワー基板２１、リレー基板２４を、高熱伝導性の接着剤により、ヒートシンク３０に接着固定する。同時に、端子台４２を、接着剤によりヒートシンク３０に接着固定する。

その後、ベアチップである半導体スイッチング素子２２の上面（ゲート・ソース）と、パワー基板２１上のパターンとをワイヤボンディングにより電気的に接続する。さらに、パワー基板２１、リレー基板２４上のパターンと、端子台４２の絶縁性樹脂から露出したパッド４３ａ，４４ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａをワイヤボンディングにより電気的に接続する。

次に、回路ケース３１の絶縁性樹脂から露出した溶接部３７ｂ，３８ｂに、コンデンサ４１の端子を溶接する。

そして、コイル４０の一方の端子を絶縁性樹脂から露出した溶接部３５ｂに溶接し、他方の端子を絶縁性樹脂から露出した溶接部３６ａに溶接する。

その後、レゾルバ用固定子２９ｂを、ヒートシンク３０にねじ（図示せず）で固定する。

次に、コンデンサ４１、コイル４０が溶接された回路ケース３１を、ヒートシンク３０にねじ（図示せず）で固定する。

次に、端子台４２の絶縁性樹脂から露出した半田付け部４７ｂ、信号コネクタ３３の端子およびトルクセンサコネクタ３４の端子３９ｂに、制御基板２５のスルーホールを挿入して半田付けする。このようにして、パワー基板２１の配線パターンと、制御基板２５の配線パターンを電気的に接続する。

次に、別々に組み立てられた電動モータ１と制御装置２０とを組み立てる。先ず、ヒートシンク３０に取付けられた軸受５２の内輪に、電動モータ１の回転子軸２を圧入する。その後、回転子軸２にスペーサ５３を挿入し、レゾルバ用回転子２９ａを回転子軸２に圧入する。さらに、カップリング７を回転子軸２に圧入する。

最後に、ヒートシンク３０と電動モータ１が組みつけられたモータハウジング４９を固定手段としてのねじ５１で固定する。

このとき、ねじ５１は電動モータ１の回転子軸２と平行、すなわち、モータハウジング４９とヒートシンク３０を組み付ける方向に設置されるため、組立性能が向上するとともに、装置が径方向に拡大することを防ぐため、装置の小型化が図れる。

以上説明したように、この実施の形態１の電動式駆動装置によれば、制御装置２０が電動モータ１と減速装置１２の間に配置され、かつ、ヒートシンク３０が減速装置１２に接触して固定されるため、半導体スイッチング素子２２やシャント抵抗器２３などのパワー基板２１、制御基板２４上の電子部品、および、コイル４０やコンデンサ４１などの、ヒートシンク３０に形成された穴３０ａに挿入されて配置された電子部品の放熱性能が増し、装置の小型化・高出力化・高寿命化が図れるとともに、装置の信頼性、耐久性が向上する。

また、導電板４８に設けられたモータ端子４８ｂは、電動モータ１の回転子軸２と垂直に、かつ、ヒートシンク３０の外縁側に構成される。そのため、装置の高さが低減し、小型化を図れる。また、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂの接続は、３箇所（ＵＶＷ）行う必要があるが、その接続位置を分散することができるため、短絡を防止することができ装置の信頼性が向上する。

また、モータ端子４８ｂが設けられた導電板４８は、複数の導電板とともに絶縁性樹脂にインサート成型して一体化される。これにより、導電板同士の絶縁性を確保し装置の信頼性が向上するとともに、部品点数が削減するため、装置の組立性が向上する。

また、電動モータ１はモータハウジング４９に固定されており、その対向面は仕切りプレート４９ａでふさがれている。これにより、電動モータ１から電子部品への伝熱を妨げるため、電子部品の温度上昇を抑制することができ装置の信頼性が向上する。また、水や塵埃が電動モータ１側から侵入することを防ぐこともできるため、装置の信頼性が向上する。

また、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂを、ヒートシンク３０とモータハウジング４９を固定するねじ５１で共締めして電気的に接続させる。そのため、部品点数が減少し装置のコストが低減するとともに、ねじを設置するスペースも省略できるため装置が小型化する。さらに、組立工数が減るため装置の組立性が向上する。

また、モータハウジング４９には巻線端子１０ｂを収納する収納部４９ｄが設けられており、巻線端子１０ｂは絶縁部材５０を介して収納部４９ｄに収納される。これにより、装置の組立性が向上する。

また、絶縁部材５０には、モータハウジング４９、および、巻線端子１０ｂと接触する面にそれぞれ突起部５０ｂ，５０ｃが設けられている。突起部５０ｂをモータハウジング４９に設けられた座ぐり４９ｅに挿入することで絶縁部材５０がモータハウジング４９に固定されるため、装置の組立性が向上する。また、突起部５０ｃを巻線端子１０ｂに設けられた貫通孔１０ｃに挿入することで、巻線端子１０ｂが絶縁部材５０に固定されるため、装置の組立性が向上する。

また、絶縁部材５０を弾性体で形成することで、装置組立時、絶縁部材が変形し、寸法のばらつきを吸収するため装置の組立性が向上する。また、弾性体の反力によって、巻線端子１０ｂが加圧されるため、巻線端子１０ｂとモータ端子４８ｂの接触が安定し、装置の電気的接続の信頼性が向上する。さらに、絶縁部材５０がシールの役割を果たすため、装置内部への塵埃や水の浸入を防止するため、装置の信頼性、耐久性が向上する。

また、巻線端部１０ａにはクランク状の曲げ部１０ｄが形成され、巻線端子１０ｂは、この曲げ部１０ｄより先端側でモータ端子４８ｂと接合されている。従って、曲げ部１０ｄが弾性体となっているので、装置が使用される温度環境下で、各部品の線膨張係数の差によって生じる溶接部の応力が緩和し、温度変化に対する接合部の耐力が増大して装置の信頼性が向上する。

また、ヒートシンク３０とモータハウジング４９を固定する固定手段としてのねじ５１は、電動モータ１の回転子軸２と並行、すなわち、ヒートシンク３０とモータハウジング４９を組み付ける方向に設置されるため装置の組立性が向上する。

実施の形態２．
図１３はこの発明の実施の形態２に係る電動式駆動装置を示す断面図である。この実施の形態２では、ヒートシンク３０に設けられた貫通孔３０ｃの周りに壁３０ｄが形成されている。そして、ヒートシンク３０とモータハウジング４９を固定手段としてのねじ５１で固定した後、絶縁性樹脂５４でねじ５１を封止している。他の構成は上述した実施の形態１の構成と同様である。

この実施の形態２の電動式駆動装置によれば、上述した実施の形態１の効果に加え、絶縁性樹脂５４により、ヒートシンク３０に設けられた貫通孔３０ｃとねじ５１の頭部との間隙を封止するため、ねじ５１の緩みを防止することができ、装置の信頼性が向上する。また、装置内部に水や塵埃が浸入することを防ぐ効果を得るため、装置の信頼性、耐久性が向上する。

なお、上述した各実施の形態では、永久磁石３の極数を１０極、固定子５の突極数を１２個とした場合について述べたが、この組み合わせに限定されるものではなく、他の極数と突極数の組み合わせであってもよく、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。

また、電動モータ１はブラシレスモータに限定されるものでなく、インダクションモータ、または、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）であってもよく、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。

また、電動モータ１の電機子巻線１０は、Δ結線としたが、Ｙ結線であってもよい。また、電機子巻線１０の各相の結線を２直２並列としたが、例えば４並列など、他の結線形状であってもよく、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。

また、電源リレー、および、モータリレー用の半導体スイッチング素子２２ｂ，２２ｃは省略することも可能である。

また、固定手段としてのねじ５１は、ヒートシンク３０側からモータハウジング４９のねじ穴４９ｆ方向に組み付けた場合について述べたが、これとは向きが逆であってもよい。すなわち、この際には、モータハウジング４９にねじ５１を貫挿する貫通孔を設け、ヒートシンク３０にねじ５１が螺入されるねじ穴を設けるように構成することにより、モータハウジング４９側からモータハウジング４９とヒートシンク３０とを組み付けることができ、上述した各実施の形態と同様の効果を奏する。

ところで、上述した各実施の形態による電動式駆動装置を電動式パワーステアリング装置に適用することにより、上述した各実施の形態による種々効果を備えた電動式パワーステアリング装置を得ることができる。

この発明は、装置の小型化を図ることができるとともに放熱性能の向上を図ることができる電動式駆動装置の実現に好適である。

１ 電動モータ
２ 回転子軸
１０ 電機子巻線
１０ｂ 巻線端子
１０ｄ 曲げ部
２０ 制御装置
２２ 半導体スイッチング素子
２２ａ 半導体スイッチング素子
２２ｂ 半導体スイッチング素子
２２ｃ 半導体スイッチング素子
３０ ヒートシンク
３０ｄ 壁
３６ 導電板
３７ 導電板
３６ 導電板
４３ 導電板
４４ 導電板
４５ 導電板
４６ 導電板
４７ 導電板
４８ 導電板
４８ｂ モータ端子
４９ モータハウジング
４９ａ 仕切りプレート
５０ 絶縁部材
５０ｂ 突起部
５０ｃ 突起部
５１ 固定手段
５４ 絶縁性樹脂

Claims (8)

1. 補助トルクを出力する電動モータと、前記電動モータの回転子軸の出力側に配設され、前記電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動式駆動装置であって、
   前記制御装置は、前記電動モータが固定されたモータハウジングと、前記電動モータの電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子からなるパワー基板と、前記パワー基板が搭載されるとともに前記モータハウジングに取り付けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクの取り付け部に位置する前記モータハウジングに設けられた収納部と、前記電動モータの電機子巻線の巻線端部に接続されるとともに前記モータハウジングに設けられた前記収納部に配設された巻線端子と、前記パワー基板に接続されるとともに前記収納部に配設された前記巻線端子と電気的に接続されるモータ端子とを備え、
   前記モータハウジングと前記ヒートシンクとの機械的接続、及び前記巻線端子と前記モータ端子との電機的接続を、前記収納部内において一括接続する固定手段を設けたことを特徴とする電動式駆動装置。
2. 前記巻線端子は、前記モータハウジングの前記収納部に絶縁部材を介して固定されることを特徴とする請求項１に記載の電動式駆動装置。
3. 前記絶縁部材の前記モータハウジングの前記収納部との接触面、および、前記絶縁部材の前記巻線端子との接触面のうち、少なくとも１面には突起部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動式駆動装置。
4. 前記絶縁部材は、弾性体で構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動式駆動装置。
5. 前記電機子巻線の巻線端部には、クランク状の曲げ部が形成され、この曲げ部より先端側で前記巻線端子と前記モータ端子が加圧固定されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか1項に記載の電動式駆動装置。
6. 前記固定手段はねじで構成され、前記ねじの頭は、前記ねじの頭高さよりも高い壁に囲まれており、前記壁と前記ねじの隙間は、絶縁性樹脂で充填されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式駆動装置。
7. 前記モータハウジングは、前記電動モータ側と前記制御装置側とを仕切る仕切りプレートを備えていることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電動式駆動装置。
8. 前記請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電動式駆動装置を備えたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。

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