JP5039171B2 - 電動式駆動装置およびその電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
この発明は、電動式駆動装置およびその電動式駆動装置の駆動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関するものである。
従来、電動式パワーステアリング装置として、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、上記制御装置を上記電動モータに取り付けた電動式駆動装置を搭載したものが周知である。
例えば、特許文献１には、制御装置が電動モータの回転子軸の軸線上に配置され、電動モータに固定された電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置が開示されている。また、特許文献２には、制御装置が電動モータのブラケット上に固定され、その制御装置のハウジングとハウジングのカバーが、上記電動モータの軸線方向と平行に装着された電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置が開示されている。
例えば、特許文献１には、制御装置が電動モータの回転子軸の軸線上に配置され、電動モータに固定された電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置が開示されている。また、特許文献２には、制御装置が電動モータのブラケット上に固定され、その制御装置のハウジングとハウジングのカバーが、上記電動モータの軸線方向と平行に装着された電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置が開示されている。
上記特許文献１、あるいは特許文献２に開示された電動式駆動装置は、制御装置が電動モータの回転子軸の軸線上、あるいは電動モータのブラケット上に配置され、電動モータに固定されている。そして、パワー基板は一枚に集約されており、電解コンデンサも一箇所に集約されている。
また、発熱部品のコイル、あるいは電解コンデンサの放熱が電子制御装置（以下、ＥＣＵという。）内部の空間で行われる構造になっている。また、パワー部と制御部は、ターミナルを一列に配置して接続されており、ヒートシンクはＥＣＵに配置するか、モータケースに配置し放熱する構造となっている。
また、特許文献２に開示された電動式駆動装置では、パワーラインをバスバーで構成し、樹脂モールドで構造物を形成している。
上記特許文献１、あるいは特許文献２に開示された電動式駆動装置によれば、大電流の流れるパワー部と電解コンデンサが離れて接続されているので、パワー部を構成する半導体素子からなるブリッジ回路の各アームと電解コンデンサ間のインピーダンスが大きくなる課題がある。
また、上記特許文献２に開示された電動式駆動装置では、大電流が流れるバスバーを並行に配線することができず、またブリッジ回路のアーム部に対して沿って配線することが困難である。
更に、上記特許文献１、あるいは特許文献２に開示された電動式駆動装置では、電解コンデンサとコイルはＥＣＵケース内の空間に放熱しており放熱効果が悪い。
また、上記特許文献１、あるいは特許文献２に開示された電動式駆動装置では、発熱部の放熱はＥＣＵ内蔵のヒートシンクで行う必要がある。更に、上記特許文献２に開示された電動式駆動装置では、パワー部と制御基板の接続は一列に配置したターミナル部材で構成し制御基板の実装効率を悪化させている。
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、その目的は、電動モータに流れる電流を制御する３相ブリッジ回路のインピーダンスを低減し、効率良くリップルを吸収すると共に、駆動装置の電力効率を向上する電動式駆動装置およびその電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置を提供するものである。
この発明に係る電動式駆動装置は、電動モータと、この電動モータの回転子軸の軸線上に配置され、上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、上記制御装置は、上記電動モータの電流を制御する３相ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子と、上記電動モータに流れる電流のリップル成分を抑制するコンデンサと、上記半導体スイッチング素子のスイッチング動作時に発生するノイズを低減する
コイルと、上記半導体スイッチング素子、上記コンデンサ、および上記コイルを含むパワー回路部と、上記パワー回路部を搭載し、上記パワー回路部から発生する熱を放熱するヒートシンクと、上記半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するマイクロコンピュータを搭載した制御基板と、を備え、上記半導体スイッチング素子および上記コンデンサは、上記３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって、同心円状に配置され、上記アームと上記コンデンサとを電気的に接続する接続部材は、直流電源の正極側配線と負極側配線とが上記各アームに沿って並行に配置されると共に、同一平面上に配置されるものである。
コイルと、上記半導体スイッチング素子、上記コンデンサ、および上記コイルを含むパワー回路部と、上記パワー回路部を搭載し、上記パワー回路部から発生する熱を放熱するヒートシンクと、上記半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するマイクロコンピュータを搭載した制御基板と、を備え、上記半導体スイッチング素子および上記コンデンサは、上記３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって、同心円状に配置され、上記アームと上記コンデンサとを電気的に接続する接続部材は、直流電源の正極側配線と負極側配線とが上記各アームに沿って並行に配置されると共に、同一平面上に配置されるものである。
この発明に係る電動式駆動装置によれば、電動モータの電流を制御する３相ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子と、電動モータに流れる電流のリップル成分を抑制するコンデンサを、３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって、同心円状に配置したので、３相ブリッジ回路のインピーダンスが低減でき、効率良くリップルを吸収できると共に、駆動装置の電力効率を向上することができる。また、アームとコンデンサを電気的に接続する接続部材は、直流電源の正極側配線と負極側配線とが各アームに沿って並行に配置されるので、接続部材で形成されるパワーラインから発生する電磁ノイズを低減することができる。
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電動式駆動装置およびその電動式駆動装置を搭載した電動式パワーステアリング装置について好適な実施の形態を説明するが、各実施の形態において、同一部分には同一符号を付して説明する。なお、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動式パワーステアリング装置のブロック構成図である。図１において、電動式パワーステアリング装置１００は、車両のハンドル１に対して補助トルクを出力する電動モータ２と、この電動モータ２の駆動を制御する制御装置３と、電動モータ２の回転速度を減速させる減速装置４と、電動モータ２を駆動する電流を供給するバッテリ５と、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ６を備えている。
図１は、実施の形態１に係る電動式パワーステアリング装置のブロック構成図である。図１において、電動式パワーステアリング装置１００は、車両のハンドル１に対して補助トルクを出力する電動モータ２と、この電動モータ２の駆動を制御する制御装置３と、電動モータ２の回転速度を減速させる減速装置４と、電動モータ２を駆動する電流を供給するバッテリ５と、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ６を備えている。
また、電動式パワーステアリング装置１００は、バッテリ５と制御装置３とを電気的に接続するパワーコネクタ７と、車両側から車両の走行速度信号などの車両側信号が入力される車両側信号用コネクタ８と、トルクセンサ６と制御装置３とを電気的に接続するトルクセンサ用コネクタ９を備えている。なお、電動モータ２は、３相ブラシレスモータで構成されており、回転子１０とＵ相、Ｖ相、およびＷ相からなる電機子巻線１１を有する固定子１２を備えている。
制御装置３は、電動モータ２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１３（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１４と、ハンドル１に出力する補助トルクの大きさおよび方向に応じてモータ電流Ｉｍを切り替える、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）１５と、この半導体スイッチング素子１５から電動モータ２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）１６と、シャント抵抗器１４、および半導体スイッチング素子１５、１６を搭載した後述のパワー基板を備えたパワー回路部と、半導体スイッチング素子１５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１７と、バッテリ５から半導体スイッチング素子１５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）１８と、半導体スイッチング素子１８を搭載したリレー基板１９を備えている。
また、制御装置３は、回転子１０の回転位置を検出する回転位置センサであるレゾルバ２０と、シャント抵抗器１４の一端と接続され、電動モータ２に流れる電流を検出する電流検出手段２１と、トルクセンサ６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共に、モータ電流Ｉｍ、およびレゾルバ２０で検出された回転子１０の回転位置をフィードバックすることにより、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２２と、マイクロコンピュータ２２からの指令により半導体スイッチング素子１５の動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路２３と、電流検出手段２１、マイクロコンピュータ２２、および駆動回路２３を搭載した制御基板２４を備えている。なお、マイクロコンピュータ２２は、更にＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路など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。
上記のように構成された電動式パワーステアリング装置１００において、マイクロコンピュータ２２には、トルクセンサ６から操舵トルク、レゾルバ２０から回転子１０の回転位置情報が入力され、車両側信号用コネクタ８からは、車両側信号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２２には、モータ電流Ｉｍがシャント抵抗器１４により電流検出手段２１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２２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、およ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２３に入力される。
駆動回路２３では、回転方向指令、およ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１５に印加する。これにより、電動モータ２には、バッテリ５からの電流がパワーコネクタ７、コイル１７、および半導体スイッチング素子１８、１５、１６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。
この時、マイクロコンピュータ２２に、シャント抵抗器１４、および電流検出手段２１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２２から駆動回路２３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１５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１３で平滑されて制御される。
次に、上述した電動式パワーステアリング装置１００の構造について 図２〜図５に基づいて説明する。図２は、電動式パワーステアリング装置１００の断面図であり、図３は、電動式パワーステアリング装置１００に用いられる電動式駆動装置の要部断面側面図である。また、図４および図５は、上記電動式駆動装置の要部を詳細に説明するための要部部分断面図である。
図２〜図５において、符号１５０は電動式駆動装置を示し、電動式駆動装置１５０の電動モータ２は、回転子軸３０と、この回転子軸３０に１０極に着磁された円筒状の永久磁石３１が固定された回転子１０と、この回転子１０の周囲に設けられた固定子１２と、固定子１２を固定する鉄製のヨーク３２と、回転子軸３０の端部に固定され、電動モータ２のトルクを伝達するカップリング３３を備えている。なお、回転子軸３０は、軸受３０ａ、３０ｂにより回転可能に支承されている。
固定子１２は、永久磁石３１の外周に相対した１２個の突極に装着されたインシュレータ３４と、インシュレータ３４に巻回され、かつ、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相に接続された電機子巻線１１を備えている。電機子巻線１１の巻線端部１１ａは、電動モータ２の軸線方向と平行に制御装置３の方向へ延びており、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の出力端子に接続されている。
電動モータ２の駆動を制御する制御装置３は、高熱伝導のセラミック基板からなるパワー基板３５とリレー基板１９（何れも図３参照）、絶縁プリント基板からなる制御基板２４と、高熱伝導性の金属、例えばアルミニウム、またはアルミニウム合金などアルミダイカスト製のヒートシンク３６と、複数の導電板３７、３８、３９、４０、４１（図３〜図５参照）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１７、電動モータ２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１３（２２００μF×３程度）と電気的に接続された回路ケース４２と、複数の導電板４３、４４、４５、４６、４７（図４、図５参照）が絶縁性樹脂にインサート成型された端子台４８と、ヨーク３２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１０の回転位置を検出する回転位置センサであるレゾルバ２０を備えている。
制御装置３は、ヒートシンク３６を介して電動モータ２の回転数を減速させる減速装置４にねじ（図示せず）で固定される。減速装置４は、ヒートシンク３６と接触する筐体であるギヤケース５０と、このギヤケース５０の内部に設けられ、回転子軸３０の回転を減速する手段であるウォームギヤ５１と、ウォームギヤ５１に歯合したウォームホイール５２を有している。ウォームギヤ５１の回転子軸３０側の端部にはカップリング５３が固定されている。このカップリング５３とカップリング３３とが連結することにより、電動モータ２からウォームギヤ５１にトルクが伝達されるようになっている。なお、ギヤケース５０は、高熱伝導性の金属、例えばアルミニウム、またはアルミニウム合金などで構成されている。
図３および図５に示すパワー基板３５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３５上の配線パターンには、電動モータ２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１５、半導体スイッチング素子１５から電動モータ２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１６、電動モータ２の電流を検出するためのシャント抵抗器１４などの大電流部品（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１５、１６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１９（図３および図５参照）は、パワー基板３５と同様の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１９上の配線パターンには、バッテリ５から３相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１８が半田で実装されている。また、半導体スイッチング素子１８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２４は、多層（例えば４層）のガラス・エポキシ基板からなり、制御基板２４上には、マイクロコンピュータ２２、駆動回路２３、およびモータ電流検出手段２１を含む周辺回路素子など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２２は、シャント抵抗器１４の一端を介して電動モータ２に流れるモータ電流Ｉｍを検出するための電流検出回路２１と、トルクセンサ６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共に、モータ電流Ｉｍ、およびレゾルバ２０で検出される回転子１０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２２は、半導体スイッチング素子１５、１６、１８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２２は、図示していないが、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路など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。なお、制御基板２４には、上述した回転子軸３０が通過する貫通孔、および電機子巻線１１の巻線端部１１ａが通過するための切り欠きが設けられている。
レゾルバ２０は、回転子１０の位置を検出する回転位置センサで、レゾルバ用回転子２０ａ、およびレゾルバ用固定子２０ｂを有している。レゾルバ用回転子２０ａの外径は、レゾルバ用固定子２０ｂとレゾルバ用回転子２０ａ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２０ｂ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２０ａ、およびレゾルバ用固定子２０ｂ間の径方向隙間の変化を検出して正弦と余弦で変化する２相出力電圧を出力する。
ヒートシンク３６は、電動モータ２の回転子軸３０側に配置されており、このヒートシンク３６の電動モータ２側に、パワー基板３５、リレー基板１９が密着して配置されている。また、ヒートシンク３６のパワー基板３５が配置されている面には、端子台４８が接着剤で固定されており、更に、コイル１７、コンデンサ１３が搭載された回路ケース４２がねじ（図示せず）で固定されている。
コイル１７、およびコンデンサ１３は、ヒートシンク３６に形成された穴３６ａ（図４参照）に挿入されて配置されており、コイル１７、およびコンデンサ１３から発生する熱がヒートシンク３６に放熱される。従って、コイル１７、およびコンデンサ１３の温度上昇が抑制され、コイル１７、およびコンデンサ１３の信頼性が向上する。この時、ヒートシンク３６に形成された穴３６ａと、コイル１７とコンデンサ１３との隙間には、図示しない高熱伝導の接着剤、またはグリスなどが充填されて、コイル１７、およびコンデンサ１３の放熱が促進される。また、ヒートシンク３６は制御装置３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１５、コイル１７、およびコンデンサ１３から発生する熱が、ヒートシンク３６に放熱された後、更に減速装置４に放熱されるため、制御装置３の放熱性能が向上する。
回路ケース４２は、車両のバッテリ５と電気的に接続されるパワーコネクタ７と、外部配線を介して車両側と信号が入出力される車両側信号用コネクタ８と、外部配線を介してトルクセンサ６からの信号が入出力されるトルクセンサコネクタ９が絶縁性樹脂で一体成型されると共に、最大１００Ａ程度の大電流が流れる導電板３７、３８、３９、４０、および数Ａ程度の信号電流が流れる導電板４１などの部品がインサート成型されている。
導電板３７は、一端がパワーコネクタ７のコネクタ端子３７ａとして絶縁性樹脂から露出している。また、コネクタ端子３７ａの他端側には、溶接部３７ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この溶接部３７ｂに、半導体スイッチング素子１５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１７の一端が溶接されて電気的に接続されている。
導電板３８は、一端が溶接部３８ａとして露出しており、この溶接部３８ａに前述したコイル１７の他端が溶接されて電気的に接続されている。また、導電板３８の他端側には、後述する端子台４８の導電板４３と溶接されて電気的に接続する溶接部３８ｂが絶縁性樹脂から露出している。
導電板３９と導電板４０は３相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４８の導電板４４と溶接されて電気的に接続する溶接部３９ｃ、および後述する端子台４８の導電板４５、４６と溶接されて電気的に接続する溶接部３９ａ、４０ａが絶縁性樹脂から露出している。溶接部３９ａ、４０ａはそれぞれパワー基板３５に接続されている。また、導電板３９、４０には、溶接部３９ｂ、４０ｂがそれぞれ３箇所絶縁性樹脂から露出しており、この溶接部３９ｂ、４０ｂにモータ電流Ｉｍのリップルを吸収するコンデンサ１３が溶接されて電気的に接続している。
パワー基板３５とコンデンサ１３は、３相ブリッジ回路のアームＡ、Ｂ、Ｃごとに一対をなすように配置され、かつ、同心円状に配置されている。また、導電板３９、４０は各アームＡ、Ｂ、Ｃを最短で結ぶように、並行にかつ同心円状に配置されている。こうすることにより、３相ブリッジ回路のインピーダンスが低減でき、効率良くリップルを吸収できると共に、駆動装置の電力効率を向上することができる。また、導電板３９、４０で形成されるパワーラインから発生する電磁ノイズを低減できる。
導電板４１は、一端が、車両側信号用コネクタ８、またはトルクセンサコネクタ９のコネクタ端子４１ａとして絶縁性樹脂から露出している。また、コネクタ端子４１ａの他端側には、半田付け部４１ｂが絶縁性樹脂から露出しており、この半田付け部４１ｂが、制御基板２４のスルーホールに挿入されて半田付けされ、制御基板２４の配線パターンと電気的に接続されている。回路ケース４２には制御基板２４と同様に、電機子巻線１１の巻線端部１１ａが通過するための切り欠きが設けられている。
端子台４８は、回路ケース４２の導電板３８、３９、４０と電気的に接続される導電板４３、４４、４５、４６、および制御基板２４と電気的に接続される導電板４７、および電機子巻線１１の巻線端部１１ａと電気的に接続される導電板（図示せず）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共に、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１９とワイヤボンディングで接続されてリレー基板１９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の他端側には、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４２の導電板３８、３９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３５とワイヤボンディングで接続されてパワー基板３５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４２の導電板３９、４０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３５とワイヤボンディングで接続されて制御基板２４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２４のスルーホールに挿入されて半田付けされ、パワー基板３５の配線パターンと、制御基板２４の配線パターンが電気的に接続される。従って、制御基板２４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３５上の半導体スイッチング素子１５、シャント抵抗器１４などと電気的に接続されている。
パワー基板３５と制御基板２４を接続するパッド４７ａ、および半田付け部４７ｂは、駆動装置の中心である回転子軸３０の周辺に配置されている。こうすることにより、制御基板２４上の実装効率が悪い中心付近が有効に使用でき、全体としての実装効率が向上し、装置の小型化が可能となる。
モータハウジング４９は、ヒートシンク３６とねじ５４（図２参照）で締結され、ヒートシンク３６と共にパワー基板３５、リレー基板１９、制御基板２４、回路ケース４２、端子台４８を覆っている。また、モータハウジング４９は、電動モータ２とねじ（図示せず）で締結されている。制御装置３の電子部品は、パワー基板３５、リレー基板１９、制御基板２４、回路ケース４２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２、ヒートシンク３６、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１５０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２からの熱伝達、熱輻射の影響で更に温度が上昇する。
電動モータ２の発熱による電子部品の温度上昇を防ぐために、モータハウジング４９には、電動モータ２の回転子軸３０の軸線方向に対して垂直なプレート４９ａ（図２参照）が一体成型されており、このプレート４９ａによって電動モータ２、ヒートシンク３６、モータハウジング４９にて囲まれる空間を分割している。プレート４９ａは、モータハウジング４９と同様にアルミダイカストで構成されているため、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２の発熱がプレート４９ａに伝わると、熱はモータハウジング４９の全体に広がった後、電動式駆動装置１５０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２から生じる輻射熱の大部分はプレート４９ａで反射して電子部品まで到達しない。
以上のように、モータハウジング４９にプレート４９ａを設置すると、電動モータ２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２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、プレート４９ａには、回転子軸３０が通過する貫通孔、および電機子巻線１１の巻線端部１１ａが通過する貫通孔が形成されており、電動モータ２を固定する際、回転子軸３０、電機子巻線１１の巻線端部１１ａを干渉させずに固定することができる。
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置について説明する。図６は、実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置に用いられる電動式駆動装置の要部断面側面図で、実施の形態１の図３に相当する図である。なお、その他の部分については実施の形態１と同様である。
次に、実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置について説明する。図６は、実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置に用いられる電動式駆動装置の要部断面側面図で、実施の形態１の図３に相当する図である。なお、その他の部分については実施の形態１と同様である。
図６に示すように、実施の形態２に係る電動式パワーステアリング装置に用いられる電動式駆動装置２５０では、導電板６０、６１のホットエンドとコールドエンドが接続されて、リング状に形成されており、導電板６１はコネクタ端子（図示せず）に接続されている。また、導電板６０はリレー基板１９の出力側に接続されている。
導電板６１とコネクタ端子、導電板６０とリレー基板１９との接続はそれぞれ１点であるが複数であってもかまわない。また、リレー基板１９がない場合はそれに変わる端子でもかまわない。こうすることにより、３相ブリッジ回路の各アームＡ、Ｂ、Ｃに電力供給するパワーラインのインピーダンスが低減できるので、電動式駆動装置２５０のリップルが低減し、電力効率向上が図れる。
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置について説明する。図７は、実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置に用いられる電動式駆動装置の要部断面側面図で、実施の形態１の図３に相当する図である。なお、その他の部分については実施の形態１と同様である。
次に、実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置について説明する。図７は、実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置に用いられる電動式駆動装置の要部断面側面図で、実施の形態１の図３に相当する図である。なお、その他の部分については実施の形態１と同様である。
図７に示すように、実施の形態３に係る電動式パワーステアリング装置に用いられる電動式駆動装置３５０では、制御基板２４とパワー基板３５とを接続するパッド７０ａ、および半田付け部７０ｂが、電動式駆動装置３５０の中心である回転子軸３０の周辺に配置されており、かつ、パッド７０ａは中心に対して円弧を描く形で形成されている。こうすることにより、制御基板２４上の実装効率が悪い中心付近が有効に使用でき、全体としての実装効率が向上し、装置の小型化が可能となる。
以上説明したように、実施の形態１乃至３によれば、制御装置３のパワー基板３５とコンデンサ１３が、３相ブリッジ回路のアームＡ、Ｂ、Ｃごとに一対に構成され、かつ、同心円状に配置されるため、電動式駆動装置の内部インピーダンスが低減して、リップルが低減し、電力効率が向上する。また、同心円状に配置された部品の実装効率が向上し、装置の小型化が可能となる。
また、導電板３９、４０が、各アームＡ、Ｂ、Ｃに沿って同心円状に並行して配置されるため電磁ノイズの低減が図れる。
また、実施の形態２のように、導電板６０、６１をリング状にすることで、更に内部インピーダンスが低減してリップルが低減し、電力効率向上が図れる。
また、コンデンサ１３をヒートシンク３６に埋没させることで発熱部品であるコンデンサ１３の放熱効率が向上する。また、埋没させたコンデンサ１３とヒートシンク３６の間隙に熱伝導性部材を充填することにより放熱性が向上する。
また、コイル１７をヒートシンク３６に埋没させることで発熱部品であるコイル１７の放熱効率が向上する。また、埋没させたコイル１７とヒートシンク３６の間隙に熱伝導性部材を充填することにより放熱性が向上する。
また、電動モータ２と減速装置４の間に配置され、かつ、ヒートシンク３６が減速装置４に接触して固定されるため、半導体スイッチング素子１５やシャント抵抗器１４などのパワー基板３５、制御基板２４上の電子部品、およびコイル１７やコンデンサ１３などの、ヒートシンク３６に形成された穴３６ａ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共に、装置の信頼性、耐久性が向上する。
また、実施の形態３では、パワー基板３５と制御基板２４の接続を電動式駆動装置の中心である回転子軸３０の周辺に配置したため、制御基板２４の実装効率が向上し、装置の小型化が図れる。
また、実施の形態３のように、パワー基板３５と制御基板２４の接続を電動式駆動装置の中心である回転子軸３０の周辺に配置し、かつ、回転子軸３０の周辺の沿って円弧状に配置することにより制御基板２４の実装効率が向上し、装置の小型化が図れる。
なお、上記の各実施の形態では、永久磁石３１の極数を１０極、固定子１２突極数を１２個として説明したが、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い。また、電動モータ２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）であってもよい。また、電動モータ２の電機子巻線１１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１１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い。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１６、１８は省略してもよい。また、パワー基板３５は、セラミック基板上にＦＥＴを実装されたものとして説明したが、金属基板や樹脂モールドされたパッケージ品でもよく、半導体スイッチング素子は、バイポーラトランジスタ、あるいはＩＧＢＴなどでも良い。
１ ハンドル、２ 電動モータ、３ 制御装置、４ 減速装置、５ バッテリ
６ トルクセンサ、７ パワーコネクタ、８ 車両側信号用コネクタ
９ トルクセンサコネクタ、１０ 回転子、１１ 電機子巻線、１１ａ 巻線端部
１２ 固定子、１３ コンデンサ、１４ シャント抵抗器
１５、１６ 半導体スイッチング素子、１７ コイル、１８ 半導体スイッチング素子
１９ リレー基板、２０ レゾルバ、２１ モータ電流検出手段
２２ マイクロコンピュータ、２３ 駆動回路、２４ 制御基板、３０ 回転子軸
３１ 永久磁石、３２ ヨーク、３３ カップリング、３４ インシュレータ
３５ パワー基板、３６ ヒートシンク、３７〜４１ 導電板、４２ 回路ケース
４３〜４７ 導電板、４８ 端子台、４９ モータハウジング、５０ ギヤケース
５１ ウォームギヤ、５２ ウォームホイール、５３ カップリング
６０、６１ 導電板、１００ 電式動パワーステアリング装置
１５０、２５０，３５０ 電動式駆動装置
６ トルクセンサ、７ パワーコネクタ、８ 車両側信号用コネクタ
９ トルクセンサコネクタ、１０ 回転子、１１ 電機子巻線、１１ａ 巻線端部
１２ 固定子、１３ コンデンサ、１４ シャント抵抗器
１５、１６ 半導体スイッチング素子、１７ コイル、１８ 半導体スイッチング素子
１９ リレー基板、２０ レゾルバ、２１ モータ電流検出手段
２２ マイクロコンピュータ、２３ 駆動回路、２４ 制御基板、３０ 回転子軸
３１ 永久磁石、３２ ヨーク、３３ カップリング、３４ インシュレータ
３５ パワー基板、３６ ヒートシンク、３７〜４１ 導電板、４２ 回路ケース
４３〜４７ 導電板、４８ 端子台、４９ モータハウジング、５０ ギヤケース
５１ ウォームギヤ、５２ ウォームホイール、５３ カップリング
６０、６１ 導電板、１００ 電式動パワーステアリング装置
１５０、２５０，３５０ 電動式駆動装置
Claims (13)
- 電動モータと、この電動モータの回転子軸の軸線上に配置され、上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、
上記制御装置は、
上記電動モータの電流を制御する３相ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子と、
上記電動モータに流れる電流のリップル成分を抑制するコンデンサと、
上記半導体スイッチング素子のスイッチング動作時に発生するノイズを低減するコイルと、
上記半導体スイッチング素子、上記コンデンサ、および上記コイルを含むパワー回路部と、
上記パワー回路部を搭載し、上記パワー回路部から発生する熱を放熱するヒートシンクと、
上記半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するマイクロコンピュータを搭載した制御基板と、を備え、
上記半導体スイッチング素子および上記コンデンサは、上記３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって、同心円状に配置され、
上記アームと上記コンデンサとを電気的に接続する接続部材は、直流電源の正極側配線と負極側配線とが上記各アームに沿って並行に配置されると共に、同一平面上に配置されることを特徴とする電動式駆動装置。 - 上記接続部材は、正極側配線と負極側配線とが同心円状に配置されると共に、リング形状に形成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。
- 上記ヒートシンクは、上記コンデンサの外径より大きな穴が形成され、この穴に上記コンデンサが挿入されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動式駆動装置。
- 上記ヒートシンクの穴と上記コンデンサとで形成される隙間に、高熱伝導性部材を充填することを特徴とする請求項３に記載の電動式駆動装置。
- 上記ヒートシンクは、上記コイルの外径より大きな穴が形成され、この穴に上記コイルが挿入されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
- 上記ヒートシンクの穴と上記コイルとで形成される隙間に、高熱伝導性部材を充填することを特徴とする請求項５に記載の電動式駆動装置。
- 上記パワー回路部と上記制御基板とを電気的に接続する制御端子を備え、この制御端子は、上記電動モータの回転子軸を中心とする円に沿って配置されることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
- 上記制御基板は、上記電動モータの回転子軸が貫通する穴が形成され、この穴と上記制御端子が同心円状に配置されることを特徴とする請求項７に記載の電動式駆動装置。
- 上記パワー回路部は、上記制御装置に流れる電流を通電、または遮断するスイッチ手段を備え、このスイッチ手段は複数の半導体スイッチング素子で構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
- 上記電動モータを減速する減速装置を備え、この減速装置の筐体に上記ヒートシンクを取付けたことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
- 上記減速装置の筐体および上記ヒートシンクは、高熱伝導性の金属で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の電動式駆動装置。
- 上記高熱伝導性の金属は、アルミニウム、またはアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１１に記載の電動式駆動装置。
- 請求項１〜１２の何れか一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パワーステアリング装置。
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