JP5012953B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機と電動機の駆動を制御するコントローラとを備える駆動装置に関する。

従来、運転者による操舵をアシストする電動式駆動装置が知られている。この駆動装置は、電動機、および、電動機を制御するコントローラを備える。駆動装置の小型化および軽量化を求めるために、コントローラを電動機の近傍に配置したものが開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−３０４２０３号公報

ところで特許文献１では、コネクタがコントローラのハウジングの外側に取り付けられている。そのため、コントローラのハウジングの外側に配置されたコネクタによって、駆動装置の体格を小型化することが困難であった。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、体格を小型化可能な駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によると、駆動装置は、モータ、ヒートシンク、パワーモジュール、制御配線部、パワー配線部、制御コネクタ、およびパワーコネクタを備える。モータは、モータケース、ステータ、ロータ、およびシャフトを有する。筒状のモータケースは、外郭を形成する。ステータは、モータケースの径方向内側に配置され、複数相を構成するように巻線が巻回される。ロータは、ステータの径方向内側に配置され、ステータに対して相対回転可能に設けられる。シャフトは、ロータとともに回転する。

ヒートシンクはモータケースの軸方向に設けられる。このヒートシンクにはパワーモジュールが設けられる。パワーモジュールは、巻線への通電を切り替える。制御配線部にはモータを制御する制御電流が流れる。制御配線部は、ヒートシンクに配置され、パワーモジュールと電気的に接続する。パワー配線部にはモータを駆動する駆動電流が流れる。パワー配線部は、パワーモジュールと電気的に接続し、ヒートシンクに対して制御配線部の反対側に配置される。制御コネクタは、制御配線部と電気的に接続し、制御電流が入出力される。パワーコネクタは、パワー配線部と電気的に接続し、駆動電流が入出力される。制御コネクタおよびパワーコネクタは制御配線部とパワー配線部との間に配置される。よって、ヒートシンク、パワーモジュール、制御配線部、パワー配線部、制御コネクタ、およびパワーコネクタがモータの軸方向に配置される。

本発明は、ヒートシンク、パワーモジュール、制御配線部、パワー配線部、制御コネクタ、およびパワーコネクタが、モータの軸方向に配置されることで、駆動装置の径方向における体格を小型化することができる。
また、モータの駆動に係る大電流が通電されるパワー配線部と、モータの駆動制御に係り大電流を通電する必要のない制御配線部とを分離して配置することで、制御配線部を薄くすることができ、大電流が流れるパワー配線が、大電流が流れていない制御配線に影響することを抑制することができる。

本発明は、ヒートシンクをパワー配線部と制御配線部との間に配置することで、パワー配線部と制御配線部との間のスペースを有効に利用してヒートシンクを収容するとともに、パワー配線部および制御配線部から発生する熱を効率よく放熱することができる。
また、パワーコネクタおよび制御コネクタをパワー配線部と制御配線部との間に配置することによって、パワー配線部と制御配線部との間のスペースを有効に利用してパワーコネクタおよび制御コネクタを効率よく収容することができる。よって、駆動装置の全体を小型化することができる。

請求項２に記載の発明によると、パワー配線部と電気的に接続するコンデンサをさらに備える。このコンデンサは制御配線部とパワー配線部との間に配置される。また、請求項３に記載の発明によると、パワー配線部と電気的に接続するチョークコイルをさらに備える。このチョークコイルは制御配線部とパワー配線部との間に配置される。
コンデンサおよびチョークコイルをパワー配線部と制御配線部との間に配置することによって、パワー配線部と制御配線部との間のスペースを有効利用して、体格が比較的に大きいコンデンサおよびチョークコイルを効率よく収容することができる。

請求項４に記載の発明によると、ヒートシンクは互いに離間するよう形成される複数の放熱ブロックを有する。ヒートシンクが複数の放熱ブロックを有することで、放熱面積を増大させることができる。よって、ヒートシンクの放熱性を高めることができる。

請求項５に記載の発明によると、制御コネクタおよびパワーコネクタは、複数の放熱ブロックの間に配置される。コネクタを複数の放熱ブロックの間に配置することで、駆動装置全体の小型化に寄与することができる。コンデンサおよびチョークコイルには大電流が流れるため、コンデンサおよびチョークコイルは、例えばマイコンに比べて大量の熱を発生する。よって、例えば、コンデンサおよびチョークコイルをヒートシンクの複数の放熱ブロックの間に配置してもよい。これにより、コンデンサおよびチョークコイルの放熱を促進することができる。

請求項６に記載の発明によると、パワーコネクタと制御コネクタとは一体に形成される。このため、パワーコネクタおよび制御コネクタを一つのコネクタにまとめることができ、部品点数を削減することができる。

請求項７に記載の発明によると、パワーコネクタと制御コネクタとは、モータケースの中心軸線上の所定の点に対し、点対称となるよう配置される。このため、パワーコネクタと制御コネクタとを分散配置することができ、パワーコネクタと制御コネクタとを隣接して配置する構成に比べて、コネクタの径方向外側への飛び出し量を低減させることができ、コントローラをより小型化することができる。

本発明の第１実施形態のパワーステアリング装置の構成を説明する概略構成図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の平面図である。 カバーを取り外した状態の図３のＩＶ方向から矢視図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるコントローラの斜視図である。 本発明の第１実施形態によるパワー基板を示す平面図である。 図８のＩＸ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態によるパワー基板を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるヒートシンクにパワーモジュールを組み付けた状態を示す平面図である。 図１１のＸＩＩ方向矢視図である。 図１１のＸＩＩＩ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態によるヒートシンクにパワーモジュールを組み付けた状態を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるコントローラの平面図である。 図１５のＸＶＩ方向矢視図である。 図１５のＸＶＩＩ方向矢視図である。 図１５のＸＶＩＩＩ方向矢視図である。 本発明の第２実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第３実施形態によるコントローラの斜視図である。 本発明の第３実施形態によるコントローラの平面図である。

以下、本発明による駆動装置を図面に基づいて説明する。
なお、以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による駆動装置を図１〜図１８に示す。本実施形態の駆動装置１は、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）に適用される。駆動装置１は、モータ２およびコントローラ３を備える。コントローラ３は、制御配線部としての制御基板４０、ヒートシンク５０、パワーモジュール６０、パワー配線部としてのパワー基板７０、制御コネクタ４９、およびパワーコネクタ７９等を備える。

最初に、ＥＰＳの電気的構成を図１に基づいて説明する。ここで説明する電気的構成は、以下の実施形態にも共通する。
図１に示すように、駆動装置１は、車両のステアリング５の回転軸たるコラム軸６に取り付けられたギア７を介しコラム軸６に回転トルクを発生させ、ステアリング５による操舵をアシストする。具体的には、ステアリング５が運転者によって操作されると、当該操作によってコラム軸６に生じる操舵トルクをトルクセンサ８によって検出し、また、車速情報を図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）から取得して、運転者のステアリング５による操舵をアシストする。もちろん、このような機構を利用すれば、制御手法によっては、操舵のアシストのみでなく、高速道路における車線キープ、駐車場における駐車スペースへの誘導など、ステアリング５の操作を自動制御することも可能である。

モータ２は、ギア７を正逆回転させるブラシレスモータである。モータ２は、コントローラ３により電流の供給および駆動が制御される。コントローラ３は、モータ２の駆動電流が通電されるパワー部１００、および、モータ２の駆動を制御する制御部９０から構成される。

パワー部１００は、電源７５から電源ラインに介在するチョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、および、二組のインバータ回路８０、８９を有している。インバータ回路８０とインバータ回路８９とは、同様の構成であるので、ここではインバータ回路８０について説明する。
一方のインバータ回路８０は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、以下、「ＭＯＳ」という。）８１〜８６を有している。ＭＯＳ８１〜８６は、ゲート電位により、ソース−ドレイン間がＯＮ（導通）またはＯＦＦ（遮断）される。なお、ＭＯＳ８１〜８６が「スイッチング素子」に対応している。

ＭＯＳ８１は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８４のドレインに接続されている。ＭＯＳ８４のソースは、シャント抵抗９９を介してグランドに接続されている。ＭＯＳ８１とＭＯＳ８４との接続点は、モータ２のＵ相コイルに接続されている。
ＭＯＳ８２は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８５のドレインに接続されている。ＭＯＳ８５のソースは、シャント抵抗９９を介してグランドに接続されている。ＭＯＳ８２とＭＯＳ８５との接続点は、モータ２のＶ相コイルに接続されている。
ＭＯＳ８３は、ドレインが電源ラインに接続され、ソースがＭＯＳ８６のドレインに接続されている。ＭＯＳ８６のソースは、シャント抵抗９９を介してグランドに接続されている。ＭＯＳ８３とＭＯＳ８６との接続点は、モータ２のＷ相コイルに接続されている。

また、インバータ回路８０は、電源リレー８７、８８を有している。電源リレー８７、８８は、ＭＯＳ８１〜８６と同様のＭＯＳＦＥＴにより構成される。電源リレー８７、８８は、ＭＯＳ８１〜８３と電源７５との間に設けられ、異常時にＭＯＳ８１〜８６を経由してモータ２側へ電流が流れるのを遮断可能である。

シャント抵抗９９は、ＭＯＳ８４〜８６とグランドとの間に電気的に接続される。シャント抵抗９９に印加される電圧または電流を検出することにより、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに通電される電流を検出する。

チョークコイル７６および平滑コンデンサ７７は、電源７５と電源リレー８７との間に電気的に接続されている。チョークコイル７６および平滑コンデンサ７７は、フィルタ回路を構成し、電源７５を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。また、駆動装置１から電源７５を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。

電解コンデンサ７８は、電源ライン側に設けられるＭＯＳ８１〜８６の電源側と、シャント抵抗９９のグランド側と、の間に電気的に接続されている。電解コンデンサ７８は、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ８１〜８６への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を抑制したりする。

制御部９０は、プリドライバ９１、カスタムＩＣ９２、回転検出部としての位置センサ９３、および、マイコン９４を備えている。カスタムＩＣ９２は、機能ブロックとして、レギュレータ部９５、位置センサ信号増幅部９６、および、検出電圧増幅部９７を含む。

レギュレータ部９５は、電源を安定化する安定化回路である。レギュレータ部９５は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン９４は、このレギュレータ部９５により、安定した所定電圧（例えば５Ｖ）で動作することになる。

位置センサ信号増幅部９６には、位置センサ９３からの信号が入力される。位置センサ９３は、モータ２の回転位置信号を検出し、検出された回転位置信号は、位置センサ信号増幅部９６に送られる。位置センサ信号増幅部９６は、回転位置信号を増幅してマイコン９４へ出力する。
検出電圧増幅部９７は、シャント抵抗９９の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン９４へ出力する。

マイコン９４には、モータ２の回転位置信号、および、シャント抵抗９９の両端電圧が入力される。また、マイコン９４には、コラム軸６に取り付けられたトルクセンサ８から操舵トルク信号が入力される。さらにまた、マイコン９４には、ＣＡＮを経由して車速情報が入力される。マイコン９４は、操舵トルク信号および車速情報が入力されると、ステアリング５による操舵を車速に応じてアシストするように、回転位置信号に合わせてプリドライバ９１を介してインバータ回路８０を制御する。具体的には、マイコン９４は、プリドライバ９１を介してＭＯＳ８１〜８６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、インバータ回路８０を制御する。つまり、６つのＭＯＳ８１〜８６のゲートがプリドライバ９１の６つの出力端子に接続されているため、プリドライバ９１によりゲート電圧を変化させることにより、ＭＯＳ８１〜８６のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

また、マイコン９４は、検出電圧増幅部９７から入力されるシャント抵抗９９の両端電圧に基づき、モータ２へ供給する電流を正弦波に近づけるべくインバータ回路８０を制御する。なお、マイコン９４は、インバータ回路８９についてもインバータ回路８０と同様に制御する。

次に、駆動装置１の構造について、図２〜図１８に基づいて説明する。図２〜図６は駆動装置１の全体を示した図である。本実施形態の駆動装置１は、モータ２の軸方向の一方の端部にコントローラ３が設けられており、モータ２とコントローラ３とが積層構造になっている。
まず、図２に基づいて、モータ２について説明する。モータ２は、モータケース１０、ステータ２０、ロータ３０、シャフト３５等を備えている。

モータケース１０は、鉄等により筒状に形成される。図２および図３に示すように、モータケース１０のコントローラ３と反対側の端部には、アルミにより形成されるフレームエンド１４がねじ等により固定される。モータケース１０のコントローラ３側の端部の軸中心には、開口１１が設けられている。開口１１には、シャフト３５が挿通される。
また、モータケース１０のコントローラ３側の端部には、樹脂ガイド１６が設けられる。樹脂ガイド１６は、略環状に形成され、中心部が開口している。また、樹脂ガイド１６には、６つの孔１７が設けられる。

モータケース１０の径方向内側には、ステータ２０が配置される。ステータ２０は、磁性材料の薄板を積層してなる積層鉄心に巻線２６が巻回することで形成される。巻線２６は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の三層巻線を構成している。

巻線２６は、６箇所から引き出されてモータ線２７を形成する。図５に示すように、モータ線２７は、樹脂ガイド１６に設けられる６つの孔１７に挿通される。これにより、モータ線２７は、樹脂ガイド１６により位置決めされるとともに、モータケース１０との絶縁が確保される。また、モータ線２７は、コントローラ３側へ引き出され、制御基板４０、パワーモジュール６０の径方向外側を通ってパワー基板７０に接続される。すなわち、モータ２の軸方向から見たとき、モータ線２７は、パワーモジュール６０よりも径方向外側に配置される。

ステータ２０の径方向内側には、図２に示すように、ロータ３０がステータ２０に対して相対回転可能に設けられる。ロータ３０は、例えば鉄等の磁性体から筒状に形成される。ロータ３０は、ロータコア３１と、ロータコア３１の径方向外側に設けられる永久磁石３２を有している。永久磁石３２は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配列されている。

シャフト３５は、ロータコア３１の軸中心に形成された軸穴３３に固定されている。シャフト３５は、モータケース１０に設けられる軸受１２およびフレームエンド１４に設けられる軸受１５によって回転可能に支持される。これにより、シャフト３５は、ステータ２０に対し、ロータ３０とともに回転可能となっている。

シャフト３５は、コントローラ３側の端部にマグネット３６を有している。シャフト３５のコントローラ３側は、モータケース１０の開口１１に挿通されているので、シャフト３５のコントローラ３側の端部に設けられるマグネット３６は、コントローラ３側に露出している。また、本実施形態では、シャフト３５は、制御基板４０を貫通しておらず、マグネット３６は、制御基板４０のモータ２側の端面の近傍に配置される。また、図４に示すように、シャフト３５は、モータケース１０に対してコントローラ３の反対側の端部に出力端３７を有する。

次に、図７〜図１８に基づいて、コントローラ３について説明する。図７はコントローラ３の全体を示した図である。図８〜１０はパワー基板７０を示した図であり、図１１〜１４はヒートシンク５０およびパワーモジュール６０を示した図であり、図１５は制御基板４０を示した図であり、図１６〜１８は制御コネクタ４９およびパワーコネクタ７９の配置を示した図である。
コントローラ３は、モータケース１０を軸方向に投影した領域であるモータケース領域に収まるように設けられている。図７に示すように、コントローラ３は、パワー基板７０、ヒートシンク５０、パワーモジュール６０、制御基板４０、パワーコネクタ７９、および、制御コネクタ４９を備える。

パワー基板７０は、例えばガラスエポキシ基板から形成されるパターン銅箔が厚い４層基板であって、モータケース領域内に収まる略正方形の板状に形成される。パワー基板７０の四隅は、ヒートシンク５０の接続部５５のスペースを確保すべく、四つの切欠７１が形成されている。また、パワー基板７０は、モータ２の反対側からねじ７２によってヒートシンク５０に螺着されている。

パワー基板７０には、モータ２を駆動する駆動電流が通電されるパワー配線が形成される。本実施形態では、Ｕ相のＭＯＳ８１、Ｖ相のＭＯＳ８２、Ｗ相のＭＯＳ８３を電源ライン側で繋ぐ配線、Ｕ相のＭＯＳ８４、Ｖ相のＭＯＳ８５、Ｗ相のＭＯＳ８６をグランド側で繋ぐ配線、電源リレー８７、８８とＭＯＳ８１〜８３とを繋ぐ配線、電源リレー８７とチョークコイル７６および平滑コンデンサ７７とを繋ぐ配線等がパワー基板７０に形成されている。

パワー基板７０には、パワーモジュール６０のパワー端子６５を挿通するスルーホール７３が形成される。また、パワー基板７０のスルーホール７３の外側には、モータ線２７が挿通されるスルーホール７４が形成される。モータ線２７は、スルーホール７４に挿通され、はんだ等により、パワー基板７０と電気的に接続される。これにより、モータ線２７は、パワー基板７０を介してパワーモジュール６０と接続される。

本実施形態の場合、図８〜図１０に示すように、パワー基板７０のモータ２側の面には、チョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、および電解コンデンサ７８が、制御基板４０とパワー基板７０との間に配置されるよう実装される。
ここで、チョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、電解コンデンサ７８、およびパワーモジュール６０が、パワー部１００を構成している。

チョークコイル７６は、軸方向の長さが径方向の長さよりも短い円筒状に形成される。チョークコイル７６は、モータ２の軸方向から見たとき、シャフト３５と重ならない位置に配置される。また、チョークコイル７６は、図５および図６に示すように、その軸線がシャフト３５の中心線と垂直となるよう、二つの放熱ブロック５１の間に縦配置される。

平滑コンデンサ７７は、四つの電解コンデンサ７８の略中心に配置される。四つの電解コンデンサ７８は、平滑コンデンサ７７を取り囲むように近接して配置される。平滑コンデンサ７７および四つの電解コンデンサ７８は、図５および図６に示すように、ヒートシンク５０の連結部５２とパワー基板７０との間であって、二つの放熱ブロック５１の間に形成される空間に配置される。

続いて、図１１〜図１４に基づいてヒートシンク５０およびパワーモジュール６０について説明する。
ヒートシンク５０は、図１１に示すように、二つの放熱ブロック５１、および、二つの放熱ブロック５１の間に設けられる連結部５２を有している。二つの放熱ブロック５１および連結部５２は、熱伝導性のよい材料（例えばアルミ）により一体に形成されている。本実施形態では、放熱ブロック５１は互いに離間するよう形成され、シャフト３５の軸線の仮想延長線よりも径方向外側に設けられる。

ヒートシンク５０は、モータ２の軸方向から見たとき、コ字状に形成されている。ここで、二つの放熱ブロック５１の径方向内側の面と連結部５２とは凹部５３を形成する。また、ヒートシンク５０は、図１１のＸＩＩＩ方向からみたとき、図１３に示すように、全体として側面視Ｈ字状に形成されている。

放熱ブロック５１は、図１４に示すように、幅広の柱状に形成される。放熱ブロック５１の両端には、接続部５４、５５を有している。接続部５４、５５は、モータ３０の軸方向に貫通する孔が形成される。図５および図６に示すように、一方の接続部５４には、ねじ５６が挿通され、モータケース１０に螺着される。また、他方の接続部５５には、ねじ５７が挿通され、後述するカバー１１０とともにモータケース１０に螺着される。一方の放熱ブロック５１の接続部５４と他方の放熱ブロック５１の接続部５４とは、シャフト３５の中心線に対して点対称となるように配置される。また同様に、一方の放熱ブロック５１の接続部５５と他方の放熱ブロック５１の接続部５５とは、シャフト３５の中心線に対して点対称となるように配置される。

また、放熱ブロック５１の径方向外側の面には、接続部５４と接続部５５との間に形成される幅広面である受熱面５９を有している。本実施形態では、図１２に示すように、受熱面５９はシャフト３５と略平衡となるよう形成されている。

パワーモジュール６０は、図１１に示すように、ヒートシンク５０のモータ２における径方向外側に配置され、二つの放熱ブロック５１に対して一つずつ配置される。
パワーモジュール６０は、スイッチング素子または電源リレーであるＭＯＳを構成する図示しない半導体チップ、半導体チップをモールドするモールド部６１、モールド部６１から突出する制御端子６４およびパワー端子６５を有する。

図１２に示すように、制御端子６４は、モールド部６１の幅広面に垂直な面である第１端面６２から突出するよう形成される。また、パワー端子６５は、モールド部６１の幅広面に垂直な面であって、第１端面６２と対向する第２端面６３から突出するよう形成される。本実施形態では、パワーモジュール６０は、制御端子６４が形成される第１端面６２が制御基板４０側、パワー端子６５が形成される第２端面６３がパワー基板７０側となるようにヒートシンク５０の受熱面５９に沿って配置される。すなわち、パワーモジュール６０は、モータ２の径方向においてヒートシンク５０の外側に縦配置される。

制御端子６４は、制御基板４０のスルーホール４３に挿通され、はんだ等により制御基板４０と電気的に接続される。この制御端子６４を介して、制御基板４０からの制御信号がパワーモジュール６０へ出力される。また、パワー端子６５は、後述するパワー基板７０に形成されるスルーホール７３に挿通され、はんだ等によりパワー基板７０と電気的に接続される。このパワー端子６５を経由してモータ２を駆動する駆動電流が通電される。本実施形態では、制御基板４０側には、モータ２の駆動制御に係る程度の小さい電流（例えば、１Ａ）しか通電されない。一方、パワー基板７０側には、モータ２を駆動するための大電流（例えば、８０Ａ）が通電される。そのため、パワー端子６５は、制御端子６４よりも太く形成されている。グランド端子６６は、制御端子６４と同等の太さに形成される。グランド端子６６は、モールド部６１を貫通して設けられて制御基板４０およびパワー基板７０と接続し、制御基板４０側のグランドを構成している。

図１１に示すように、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間には、放熱シート６８が設けられる。パワーモジュール６０は、放熱シート６８とともに、ねじ６９によりヒートシンク５０に螺着される。これにより、パワーモジュール６０は、放熱シート６８を挟んでヒートシンク５０に固定され、通電により発生する熱が放熱シート６８を介してヒートシンク５０に放熱される。なお、図示はしていないが、パワーモジュール６０のヒートシンク５０側の面には、配線パターンの一部が金属放熱部としてモールド部６１から一部露出しており、この金属放熱部が放熱シート６８を介してヒートシンク５０に接触することにより、効率よく放熱することができる。放熱シート６８は、パワーモジュール６０からの熱をヒートシンク５０に伝えるとともに、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との絶縁を確保している。

パワーモジュール６０は、銅で形成された配線パターンに半導体チップおよびシャント抵抗９９等が搭載され、樹脂で形成されるモールド部６１によりモールドされている。本実施形態では、二つのパワーモジュール６０を備えており、図１に示すインバータ回路８０、８９を構成している。

ここでパワーモジュール６０と図１に示す電気回路との関係を言及しておくと、一方のパワーモジュール６０がインバータ回路８０に対応し、図１に示すＭＯＳ８１〜８６、電源リレー８７、８８、およびシャント抵抗９９を有している。本実施形態では、ＭＯＳ８１〜８６、電源リレー８７、８８、およびシャント抵抗９９が一つのモジュールとして一体に樹脂モールドされている。また、他方のパワーモジュール６０がインバータ回路８９に対応し、インバータ回路８９を構成するＭＯＳ、電源リレー、およびシャント抵抗を有している。すなわち本実施形態では、一つのパワーモジュール６０が１系統のインバータ回路に対応している。すなわち本実施形態では、放熱ブロック５１に対して、パワーモジュール６０が系統毎に配置されている。

制御基板４０は、例えばガラスエポキシ基板により形成される４層基板であって、図１５示すように、モータケース領域に収まる略長方形の板状に形成される。制御基板４０の四隅は、ヒートシンク５０をモータケース１０に組み付けるための逃がしとして、四つの切欠４２が形成されている。また、制御基板４０には、短手方向の両端部の外縁に沿って、パワーモジュール６０の制御端子６４と接続するためのスルーホール４３が複数形成されている。

図１５に示すように、制御基板４０には、制御部９０を構成する各種電子部品が実装されている。制御基板４０のモータ２側の端面には、プリドライバ９１、カスタムＩＣ９２、位置センサ９３、マイコン９４が実装されている。位置センサ９３は、図５および図６に示すように、制御基板４０の略中心に設けられ、シャフト３５のマグネット３６と対向している。これにより、シャフト３５とともに回転するマグネット３６による磁界の変化を検出することにより、シャフト３５の回転を検出する。また、制御基板４０は、モータ２側からねじ４７によってヒートシンク５０に螺着される。

続いて、図１６〜図１８に基づいて、制御コネクタ４９およびパワーコネクタ７９について説明する。図１６に示すように、パワーコネクタ７９と制御コネクタ４９とは、シャフト３５の中心軸線Ｏ上の所定の点に対し、点対称となるよう設けられている。

図１７に示すように、パワーコネクタ７９は、パワーコネクタ端子７９１により、パワー基板７０と電気的に接続するよう、制御基板４０とパワー基板７０との間に配置される。パワーコネクタ７９は、ヒートシンク５０の連結部５２とパワー基板７０との間に位置し、モータ２の径方向外側から電源７５と接続する配線が接続可能に設けられる。これにより、パワー基板７０には、パワーコネクタ７９を経由して電力が供給される。また、電源からの電力は、パワーコネクタ７９、パワー基板７０、パワーモジュール６０、およびモータ線２７を経由して、ステータ２０に巻回された巻線２６へ供給される。

図１８に示すように、制御コネクタ４９は、制御コネクタ端子４９１により、制御基板４０と電気的に接続するよう、制御基板４０とパワー基板７０との間に配置される。また、制御コネクタ４９は、ヒートシンク５０の二つの放熱ブロック５１の間の凹部５３に配置され、モータ２の径方向外側から配線と接続可能に設けられる。各種センサからのセンサ情報は、制御コネクタ４９を介して、制御基板４５に入出力される。

コントローラ３は、カバー１１０の内部に収容される。カバー１１０は、鉄等の磁性材料によって形成され、コントローラ３側から外部へ電界及び磁界が漏れるのを防ぐとともに、コントローラ３側へ埃等が入り込むのを防止する。カバー１１０は、モータケース１０と略同等の径であって、モータ２側に開口する有底円筒状に形成される。カバー１１０は、ねじ５７によりヒートシンク５０とともにモータケース１０に螺着される。カバー１１０には、制御コネクタ４９およびパワーコネクタ７９と対応する位置に切欠１１１が設けられている。この切欠１１１から制御コネクタ４９、パワーコネクタ７９が、径方向外側に向いて露出する。また、樹脂ガイド１６のパワーコネクタ７９側の切欠１１１と対応する位置には、凸部１８が形成されている。なお、樹脂ガイド１６には、段差部１９が形成されており、カバー１１０と嵌り合うようになっている。

ここで、駆動装置１の作動を説明する。
制御基板４０上のマイコン９４は、位置センサ９３、トルクセンサ８、シャント抵抗９９等からの信号に基づき、車速に応じてステアリング５の操舵をアシストするように、プリドライバ９１を介してＰＷＭ制御により作出されたパルス信号を生成する。

このパルス信号は、制御端子６４を経由して、パワーモジュール６０により構成される２系統のインバータ回路に出力され、パワーモジュール６０のＭＯのオン／オフの切り替え動作を制御する。これにより、巻線２６の各相には、位相のずれた正弦波電流が通電され、回転磁界が生じる。この回転磁界を受けてロータ３０およびシャフト３５が一体となって回転する。そして、シャフト３５の回転により、出力端３７からコラム軸６のギア７に駆動力が出力され、運転者のステアリング５による操舵をアシストする。

パワーモジュール６０のＭＯＳをスイッチングする際に発生する熱は、放熱シート６８を介してヒートシンク５０へ放熱され、パワーモジュール６０の温度上昇による故障や誤動作が防止される。
なお、ステータ２０、ロータ３０等のサイズは、要求される出力に応じて設定可能である。

ここで、本実施形態による駆動装置１の効果について説明する。
（１）本実施形態では、コントローラ３をモータ２の軸方向に配置しているので、径方向における体格を小型化することができる。また、モータ２とコントローラ３とを軸方向において分けて配置しているので、モータ２とコントローラ３との分離が比較的容易であり、例えばモータ２の出力が変わった場合、ヒートシンク５０の熱マスを変えるだけで対応可能であるため、部品を共通化して様々なスペックの駆動装置を製造することができる。例えば、モータ２またはコントローラ３の一方が故障した場合、故障したモータ２またはコントローラ３のみを容易に交換することができる。

（２）そして、モータの駆動に係る大電流が通電されるパワー基板７０と、モータの駆動制御に係り大電流を通電する必要のない制御基板４０とを分離している。このため、制御基板４０の銅箔を薄くすることができる。

（３）また、ヒートシンク５０をパワー基板７０と制御基板４０との間に配置することで、パワー基板７０と制御基板４０との間のスペースを有効利用して、ヒートシンク５０を収容するとともに、パワー基板７０および制御基板４０から発生する熱を一つのヒートシンク５０利用して効率よく放熱することができる。よって、駆動措置１の小型化に寄与するとともに、駆動措置１の放熱性を向上させることができる。

（４）また、パワーコネクタ７９および制御コネクタ４９をパワー基板７０と制御基板４０との間に配置することで、パワー基板７０と制御基板４０との間のスペースを有効利用して、体格が比較的に大きいパワーコネクタ７９および制御コネクタ４９を効率よく収容することができる。よって、駆動装置１全体を小型化にすることができる。

（５）また、チョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、および電解コンデンサ７８をパワー基板７０と制御基板４０との間に配置することで、パワー基板７０と制御基板４０との間のスペースを有効利用して、体格が比較的に大きいチョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、および電解コンデンサ７８を効率よく収容することができる。

（６）本実施形態では、ヒートシンク５０は複数の放熱ブロック５１を有することで、放熱面積を増大させることができる。よって、ヒートシンク５０の放熱性を高めることができる。

（７）また、チョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、および電解コンデンサ７８をヒートシンク５０の複数の放熱ブロック５１の間に配置することで、チョークコイル７６、平滑コンデンサ７７、および電解コンデンサ７８の放熱を促進することができる。

（８）本実施形態では、パワーコネクタ７９と制御コネクタ４９とは、モータ２の径方向外側から配線が接続可能に設けられる。よって、パワーコネクタ７９および制御コネクタ４９と配線とを接続する作業性を向上させることができる。
（９）また、パワーコネクタ７９と制御コネクタ４９とは、シャフト３５の中心軸線Ｏ上の所定の点に対し、中心軸線Ｏを点対称となるよう設けられる。このため、パワーコネクタ７９および制御コネクタ４９を分散配置することができる。よって、コネクタの径方向外側への飛び出し量を低減させることができ、コントローラをより小型化することができる。また、パワーコネクタ７９および制御コネクタ４９と接続する配線束が過剰に太くなることを抑制することができ、配線の配置自由度を高めることができる。
（１０）また、パワーコネクタ７９および制御コネクタ４９を複数の放熱ブロック５１の間に配置することで、装置全体の小型化に寄与することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による駆動装置を図１９に基づいて説明する。第２実施形態では、パワーモジュールの代わりにモジュールユニットがヒートシンクに配置されることが第１実施形態と異なる。ここでは、第１実施形態と異なる部分のみを説明し、第１実施形態と同様の構成についての説明を割愛する。また、同様の構成部分については同一の符号を付す。図１９は、駆動装置２００の分解斜視図である。

図１９に示すように、ヒートシンク２５０は、上記実施形態と同様、二つの放熱ブロック２５１、および、二つの放熱ブロック２５１の間に設けられる連結部２５２を有している。二つの放熱ブロック２５１および連結部２５２は、熱伝導性のよい材料（例えばアルミ）により一体に形成されている。本実施形態では、放熱ブロック２５１は互いに離間するよう形成される。

本実施形態では、一つの放熱ブロック２５１に対して二つのモジュールユニット２６０、２７０が配置されている。一方のモジュールユニット２６０は、パワー基板７０側の面に配置されている。すなわち、モジュールユニット２６０は、モータケース１０の軸方向と略垂直に配置されている。もう一方のモジュールユニット２７０は、放熱ブロック２５１のモータケース１０の軸方向に立ち上がる方向であって、モータ２の径方向外側に配置されている。すなわち、モジュールユニット２７０は、モータケース１０の軸方向における端面１３に対して縦配置されている。

モジュールユニット２６０は、四つの半導体モジュール２６１〜２６４および配線基板２６５を有している。半導体モジュール２６１〜２６４は、幅広面に垂直な一つの面にそれぞれ３本の端子２６６が設けられ、この端子２６６がモータ２の径方向外側を向くように配置される。半導体モジュール２６１〜２６４の端子２６６は、パワー基板７０側に略直角に折り曲げられる。

また、モジュールユニット２７０は、四つの半導体モジュール２７１〜２７４および配線基板２７５を有している。半導体モジュール２７１〜２７４は、幅広面に垂直な一つの面に３つの端子２７６が設けられ、この端子２７６がパワー基板７０側と略垂直になるように配置される。

本実施形態では、半導体モジュール２６１〜２６４、２７１〜２７４は、それぞれ１つのＭＯＳを有している。一方の放熱ブロック２５１の径方向外側に縦配置されるモジュールユニット２６０、２７０がインバータ８０と対応し、他方の放熱ブロック２５１に配置されるモジュールユニット２６０、２７０がインバータ８９と対応している。すなわち本実施形態では、１つの放熱ブロック５１に対して、１つの駆動系統を構成する１つのパワーモジュール６０が配置されている、といえる。上記実施形態と同様、インバータ８０とインバータ８９とは同様のものである。

本実施形態では、半導体モジュール２６１〜２６４、２７１〜２７４は、制御基板４０と直接接続するための端子を有していない。そのため、制御基板４０とパワー基板７０とは、基板接続ターミナル２７８によって電気的に接続されている。また、制御基板４０と半導体モジュール２６１〜２６４、２７１〜２７４とは、基板接続ターミナル２７８およびパワー基板７０を介して電気的に接続している。制御基板７０から出力される制御信号は、基板接続ターミナル２７８およびパワー基板７０を経由して半導体モジュール２６１〜２６４、２７１〜２７４へ送られ、半導体モジュール２６１〜２６４、２７１〜２７４のＭＯＳのオン／オフを制御している。これにより、上記第１実施形態と同様にモータ２の駆動が制御される。
また、本実施形態では、上記第１実施形態の（１）〜（１０）と同様の効果を奏する。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による駆動装置を図２０および図２１に基づいて説明する。第３実施形態では、パワーコネクタおよび制御コネクタの代わりに多機能コネクタがパワー基板と制御基板との間に配置されることが第１実施形態と異なる。ここでは、第１実施形態と異なる部分のみを説明し、第１実施形態と同様の構成についての説明を割愛する。図２０は、第３実施形態による駆動装置のコントローラ３３０の斜視図であり、図２１はコントローラ３３０の平面図である。

図２０に示すように、コントローラ３３０は、パワー基板７０、ヒートシンク３５０、パワーモジュール６０、制御基板４０、および多機能コネクタ４７０を備える。ヒートシンク３５０、パワーモジュール６０、および機能コネクタ４７０は、パワー基板７０と制御基板４０との間に配置される。

ヒートシンク３５０、二つの放熱ブロック３５１、および、二つの放熱ブロック２５１の間に設けられる連結部３５２を有している。二つの放熱ブロック３５１および連結部３５２は、熱伝導性のよい材料（例えばアルミ）により一体に形成されている。本実施形態では、放熱ブロック３５１は互いに離間するよう形成され、幅広の柱状に形成される。

放熱ブロック３５１の長手方向の一端、および、連結部３５２の長手方向の他端には接続部３５３を有している。図２０に示すように、三つの接続部３５３は、モータ３０の軸方向に貫通する孔が形成される。

図２０にしめすように、多機能コネクタ４７０は、パワー基板７０と制御基板４０との間に配置され、パワーコネクタ端子４７４によりパワー基板と電気的に接続し、制御コネクタ端子４７３により制御基板と電気的に接続する。多機能コネクタ４７０は、電力を供給する配線と接続可能に開口するパワー接続口４７１、信号を入出力する配線と接続可能に開口する二つの信号接続口４７２を有する。多機能コネクタ４７０は、パワー接続口４７１および信号接続口４７２がモータ２の径方向外側から配線と接続することができるよう、パワー基板７０と制御基板４０との間に配置される。

本実施形態では、上記実施形態の（１）〜（８）と同様の効果を奏する。
本実施形態では、上記実施形態でのパワーコネクタ７０および前記制御コネクタ４０を一体にした多機能コネクタ４７０を備える。よって、パワーコネクタ７０および前記制御コネクタ４０を備える構成に比べて部品点数を削減することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、コントローラは、モータの反ギアボックス側に設けられている。本発明の他の実施形態では、コントローラは、モータとギアボックスとの間に設けてもよい。この場合、コントローラの反モータ側にシャフトの出力端が設けられる。すなわち、シャフトは、モータから、対峙するヒートシンクの放熱ブロックの間を通過しつつ、制御基板およびパワー基板を貫通して延びる。

上記の実施形態では、ヒートシンクの二つの放熱ブロックは、連結部によって連結されている。他の実施形態では、放熱ブロックを別々に形成してもよい。また、放熱ブロックは、インバータ回路の系統数に応じて設けられることが好ましいが、インバータ回路の系統数と異なる数であってもよい。また、ヒートシンクは一つの放熱ブロックを軸方向に有し、パワーモジュールが放熱ブロックの径方向の両側に配置してもよい。
上記の実施形態では、制御基板は一例としてガラスエポキシ基板を用い、パワー基板は一例として厚銅箔のガラスエポキシ基板を用いたが、制御基板およびパワー基板は、どのような種類の基板を用いてもよい。また、上記実施形態では、制御配線部が制御基板により構成され、パワー配線部がパワー基板により構成されていたが、制御配線部およびパワー配線部は、基板を用いずに、例えばバスバー等によって構成されてもよい。

上記の実施形態では、２系統または１系統の三相交流コントローラについて説明した。しかし、コントローラは、３系統以上に対応するものであってもよく、あるいは、三相以外の多相交流電力を生成するものであってもよい。
上記の実施形態では、車両の電動パワーステアリング装置に適用される駆動装置について説明したが、他の用途に適用されるものであってもよい。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

１ ・・・駆動装置
２ ・・・モータ
３ ・・・コントローラ
１０ ・・・モータケース
２０ ・・・ステータ
２６ ・・・巻線
２７ ・・・モータ線
３０ ・・・ロータ
３５ ・・・シャフト
３６ ・・・マグネット
４０ ・・・制御基板（制御配線部）
５０ ・・・ヒートシンク
５９ ・・・受熱面
６０ ・・・パワーモジュール
６１ ・・・モールド部
６４ ・・・制御端子
６５ ・・・パワー端子
７０ ・・・パワー基板（パワー配線部）
７５ ・・・電源
７６ ・・・チョークコイル
８０ ・・・インバータ回路
８１〜８６ ・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
８７、８８ ・・・電源リレー
８９ ・・・インバータ回路
９０ ・・・制御部
１００ ・・・パワー部
２００ ・・・駆動装置
２５０ ・・・ヒートシンク
２６０ ・・・モジュールユニット
２６１〜２６４・・・半導体モジュール（パワーモジュール）
２７０ ・・・モジュールユニット
２７１〜２７４・・・半導体モジュール（パワーモジュール）
３３０ ・・・コントローラ
３５０ ・・・ヒートシンク
４７０ ・・・多機能コネクタ
４７１ ・・・パワー接続口
４７２ ・・・信号接続口

Claims (7)

1. 外郭を形成する筒状のモータケース、前記モータケースの径方向内側に配置され複数相を構成するよう巻線が巻回されたステータ、前記ステータの径方向内側に配置され前記ステータに対して相対回転可能に設けられるロータ、および前記ロータと共に回転するシャフトを有するモータと、
   前記モータケースの軸方向に設けられるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに設けられ、前記巻線への通電を切り替えるパワーモジュールと、
   前記ヒートシンクに配置され、前記パワーモジュールと電気的に接続し、前記モータを制御する制御電流が流れる制御配線部と、
   前記ヒートシンクに対して前記制御配線部の反対側に配置され、前記パワーモジュールと電気的に接続し、前記モータを駆動する駆動電流が流れるパワー配線部と、
   前記制御配線部と電気的に接続し、前記制御電流が入出力される制御コネクタと、
   前記パワー配線部と電気的に接続し、前記駆動電流が入出力されるパワーコネクタと、
   を備え、
   前記制御コネクタおよび前記パワーコネクタは前記制御配線部と前記パワー配線部との間に配置されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記パワー配線部と電気的に接続するコンデンサをさらに備え、
   前記コンデンサは前記制御配線部と前記パワー配線部との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記パワー配線部と電気的に接続するチョークコイルをさらに備え、
   前記チョークコイルは前記制御配線部と前記パワー配線部との間に配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記ヒートシンクは、互いに離間するよう形成される複数の放熱ブロックを有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記制御コネクタおよび前記パワーコネクタは、前記複数の放熱ブロックの間に配置されることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記パワーコネクタと前記制御コネクタとは一体に形成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置。
7. 前記パワーコネクタと前記制御コネクタとは、前記モータケースの中心軸線上の所定の点に対し、点対称となるよう配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の駆動装置。

Images