JP5368051B2 - パワーステアリング装置のバスバー放熱構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電動油圧パワーステアリング装置において、電源であるバッテリーと電動モータとの間の電源ラインを形成するバスバーの構造に係り、より詳しくは、バッテリー側から電動モータ駆動用の駆動回路に至るホットライン側のバスバーの放熱のための構造に関する。

電動油圧パワーステアリング装置は、電気モータでオイルポンプを駆動し、このオイルポンプで発生した圧油により、運転者による車両のステアリング（ハンドル）操作をアシストするものである。

上記電動油圧パワーステアリング装置では、電動モータと、この電動モータにより駆動されるオイルポンプとが互いに連結した状態に組み合わされて電動油圧ユニットを構成している。

そして、上記電動油圧ユニットでは、電動モータとオイルポンプとの対面部間に、制御部ハウジングが設けられていて、その内部に、電動モータの駆動を電気的に制御する回路が収納されている（例えば、特許文献１参照）。

上記制御部ハウジングに収納される回路としては、制御回路および駆動回路がある。制御回路は、運転者のステアリング操作を検出するトルクセンサもしくは舵角センサの検出信号等に基づいて、電動モータの駆動量に対応する駆動指令信号（具体的には、ＰＷＭ信号）を生成し出力する。駆動回路は、複数のスイッチング素子を有するもので、上記制御回路から与えられるＰＷＭ信号等の駆動指令信号に応答して、スイッチング素子がスイッチング動作することにより、電動モータに供給する電流もしくは電圧を増減変化させ、電動モータの駆動を制御する。

上記電動油圧パワーステアリング装置では、電動モータの駆動時、バッテリーから駆動回路を通じて電動モータには大電流が流れるので、その電源ラインは、板状導体であるバスバーで構成されており、これらのバスバーも、上記した制御部ハウジングの内部にまとめて設けられる。具体的には、複数のバスバーは、制御回路の基板と駆動回路の基板との間に、各基板と間隔が存する状態で配置され、通常は、絶縁性の支持フレームに支持されている。

一方で、バッテリー側から駆動回路に至るホットライン側の電源ラインには、チョークコイルを直列に接続し、このチョークコイルと、ホットラインとグランドラインとの間に接続される1個もしくは複数のコンデンサとでＬＣフィルタ回路を構成する必要がある。これは、モータで発生したノイズが、外部へ漏れ出さないようにするためである。

そのため、従来は、図５に示すように、バッテリー３１側から駆動回路３２に至るホットラインは、バッテリー３１側からチョークコイル３３に至るバスバー３４と、チョークコイル３３と、チョークコイル３３から駆動回路３２に至るバスバー３５とで形成されている。なお、図５において、符号３６は、バッテリー３１と駆動回路３２との間のグランドライン側の電源ラインを形成するバスバーである。

上記の３本のバスバー３４，３５，３６は、図５に示すような配置形態で、駆動回路３２から電動モータに至る電源ラインを形成するバスバーとともに支持フレーム（いずれも図示せず）に支持されて、駆動回路３２の基板と制御回路の基板との間に配置される。図５に即して言えば、図示の３本のバスバー３４，３５，３６の下側には、近接した状態で駆動回路３２の基板が存在する。
特開平１１−３３４６１６号公報

ところで、電動モータの駆動時、電源ラインには大電流が流れるので、電源ラインを形成するバスバー等の部材は、発熱し高温となる。特に、バッテリー側から駆動回路に至るホットライン側の電源ラインは、途中にチョークコイルが介在していて経路が長いので、その間の発熱量が大きく、端部側からの放熱だけでは、発熱に放熱が追いつかない。

このように、電源ラインを形成するバスバー等の部材が高温になるのであれば、この電源ラインを含む装置の耐熱性を高める必要が生じる。

また、電源ラインを形成するバスバーは、大電流により発熱し高温となることで、抵抗が増すので、電流損失が増大する。このことは、バスバーを含む装置全体の動作効率を高める上で好ましくない。

上記の問題に対して、従来は、電源ラインでの電流損失が減少するよう、バスバーの断面積を大きくしたり、あるいは、電源ラインを構成する部材の接続部を、より抵抗の少ないものに変更したりする対策が採られていた。

しかしながら、バスバーの断面積を増やす対策は、スペース上の制約もあり、容易に実施できず、一方では、材料の使用量を増やすことになるので、コストアップを招来する。

また、一般的な部材では、抵抗の少なくすることにも限界があり、部材によっては、コストアップを招来してしまい、実現が難しい。

本発明は、電源ラインのうち、特に電源側から駆動回路に至るホットライン側の電源ラインが、経路として長く、発熱により高温となることに注目し、設置スペースの増大やコストアップ等の問題を生じることなく、上記ホットライン側電源ラインのバスバーの温度上昇を抑制することを課題とする。

本発明は、制御部ハウジング内に、少なくとも電源と、電動モータに所要の駆動電流を供給する駆動回路との間の電源ラインを形成するバスバーが配置されているパワーステアリング装置のバスバー放熱構造であって、上記バスバーのうち、ホットライン側のバスバーには、通電用の接続部とは別の放熱部が一体に形成され、この放熱部は、上記制御部ハウジングもしくは上記制御部ハウジング内の部材へ放熱しうるよう該部材もしくは上記制御部ハウジングに電気的に絶縁された状態で接合されているとともに、上記電源と上記駆動回路との間のホットライン側の電源ラインにチョークコイルが直列に接続されており、上記放熱部は、上記チョークコイルよりも電源側のバスバーに一体に形成されていることを特徴とする。

上記放熱部が接合される制御部ハウジング内の部材としては、例えば、駆動回路の基板、制御回路の基板等があるが、これに限定されず、制御部ハウジング内にあって放熱に役立つ部材であれば、その部材に放熱部が接合される。また、放熱部は、例えば、突片状に形成されるが、形状はこれに限定されるものではなく、バスバー自体を、接合すべき部材の側へ屈曲させることで形成してもよい。

上記のバスバーの放熱構造では、電動モータの駆動時、ホットライン側のバスバーには大電流が流れるので、発熱し高温となるが、上記バスバーでの発生熱は、放熱部を通じて、接合されている部材（駆動回路の基板、制御回路の基板等）に伝わり、該部材を通じて外部に放熱される。放熱部が制御部ハウジングに直接接合されている場合は、直接外部に放熱される。したがって、電源と駆動回路との間のホットライン側の電源ラインは、経路が長いにもかかわらず、放熱量が大きく、該ホットライン側のバスバーの温度上昇は低いレベルに抑えられる。

したがって、ホットライン側の電源ラインのバスバーでは、抵抗の増大が抑えられ、バスバーには抵抗の少ない状態で電流が流れることになるから、電流損失が少なく、このバスバーを含む装置の動作効率が向上する。

この場合、放熱部は、バスバーの一部に形成すればよいから、スペース上の制約はほとんど受けない。放熱部を通じての放熱効果を考慮すると、むしろ、バスバーの断面積を従来より小さくすることができる。また、放熱部は、駆動回路の基板等の相手部材に対して電気的に絶縁された状態で接合するには、半田付けや接着剤による固定が採用でき、面倒な接続方法や手段を必要とせず、容易に実施しうる。

そして、本発明のパワーステアリング装置のバスバー放熱構造においては、上記電源と上記駆動回路との間のホットライン側の電源ラインに、直列にチョークコイルが接続されていて、上記放熱部は、上記チョークコイルよりも電源側のバスバーに一体に形成されているから、以下に示す作用効果を奏します。なお、上記ホットライン側のバスバーは、電源側から上記チョークコイルに至るバスバーと、上記チョークコイルから駆動回路に至るバスバーとの２本のバスバーで構成されるが、上記放熱部は、上記２本のバスバーのうち、チョークコイルから駆動回路に至るホットラインを形成するバスバーに形成してもよいが、チョークコイルよりも電源側のバスバーに一体に形成されることが好ましいものとなっている。

これは、一方の電源側からチョークコイルに至るバスバーに放熱部を形成した方が、他方のチョークコイルから駆動回路に至るバスバーに放熱部を形成した場合よりも、顕著な放熱効果が生じるからである。他方のチョークコイルから駆動回路に至るバスバーには、元々、その一端に駆動回路への接続部があり、該接続部を通じて駆動回路の基板へ放熱されるのであるが、一方の電源側からチョークコイルに至るバスバーは、従来、他方のバスバーにおけるような放熱効果のある接続部を有しておらず、発熱して高温になりやすいものであるので、顕著な放熱効果が得られる。

また、上記構成のパワーステアリング装置のバスバー放熱構造においては、上記制御部ハウジング内では上記ホットライン側のバスバーと間隔をおいて上記駆動回路の基板が配置されるが、上記駆動回路の基板は、金属ベースの基板とされ、上記放熱部は、上記基板ヘ放熱しうるよう該基板に電気的に絶縁された状態で接合されていることが望ましい。

上記のように、放熱部を駆動回路の基板に接合する構成では、ホットライン側のバスバーに対して駆動回路の基板がごく近接した位置に配置されているので、放熱部は長く延出させずに接合が可能で、実施が容易である。また、ホットライン側バスバーの発生熱は、放熱部から駆動回路の基板のベース金属に放熱されるが、ホットライン側のバスバーの一端は、元々、駆動回路の基板に接続されていて、この一端部からも基板のベース金属に放熱されるから、２個所からの放熱で高い放熱効果が得られる。

さらに、上記のパワーステアリング装置のバスバー放熱構造において、上記制御部ハウジング内に絶縁性の支持フレームを備え、該支持フレームには、上記電源と上記駆動回路との間の電源ラインを形成するバスバーと、上記駆動回路から上記電動モータに至る電源ラインを形成するバスバーとが支持されていることが望ましい。この構成では、多数本のバスバーがまとめて単一の支持フレームに支持されることになり、所要スペースが減少し、これらバスバーを有する装置の小型化が図れる。

なお、上記した本発明のバスバー放熱構造は、電動油圧パワーステアリング装置に限らず、他の方式のパワーステアリング装置でも、大電流を必要とするシステム構成で、同様のバスバーを有する場合には、適用可能である。

パワーステアリング装置において、電源と駆動回路との間のホットライン側の電源ラインは、経路が長く、高温になりやすいが、本発明では、該ホットライン側のバスバーの温度上昇を、放熱部を通じての放熱により、抑制することができ、バスバーの温度上昇による電流損失を減少させることができる。

以下、本発明の最良の実施の形態を、図１ないし図４を参照して説明する。本実施の形態は、本発明を電動油圧パワーステアリング装置の制御部ハウジング内の構造に実施したものであり、図１は、本発明の実施の形態に係るバスバー放熱構造の斜視図で、制御部ハウジング内に設けられる駆動回路とバスバーの支持フレームとを分解した形で示している。図２は、制御部ハウジング内の回路部分の回路構成図、図３は、本発明の実施の形態に係るバスバー放熱構造に含まれるバスバーとチョークコイルとを示す斜視図、図４は、駆動回路の基板とバスバーの放熱部との関係を示す拡大断面図である。

本実施の形態では、電動油圧パワーステアリング装置の制御部ハウジングの内部に、制御回路１と、駆動回路２と、バスバーの支持フレーム３とが収納されるが、このうち、図１では、駆動回路２および支持フレーム３の外観形状を示している。

制御回路１は、図２に示すように、バッテリー４からの電力供給を受けて、トルクセンサもしくは舵角センサ（いずれも図示せず）の検出信号等に基づいて、電動モータ５の駆動量に対応する駆動指令信号（具体的には、ＰＷＭ信号）を生成し出力するものである。図２において、符号ｕ１，ｕ２，ｖ１，ｖ２，ｗ１，ｗ２は、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相毎の駆動指令信号を示している。

駆動回路２は、その専用の基板（駆動基板）２ａ上に、電動モータ５の各相に対応する数（図示例では、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応して６個）のＦＥＴからなるスイッチング素子Ｓｕ₁，Ｓｕ₂，Ｓｖ₁，Ｓｖ₂，Ｓｗ₁，Ｓｗ₂（Ｓｎと総称）を設けて構成されており、各スイッチング素子Ｓｎが、制御回路１から与えられるＰＷＭ信号等の駆動指令信号に応答してスイッチング動作することにより、電動モータ５に供給する電流もしくは電圧を増減変化させるようになっている。

この駆動回路２の基板（駆動基板）２ａは、アルミニウムのような熱良導性の金属をベースとするもので、そのベース金属２ｂ上に高放熱絶縁層２ｃを介して上記したスイッチング素子Ｓｎ等の所要の回路素子が設けられている。なお、この駆動基板２ａは、さらに、放熱材からなる筐体に収容されることもある。

支持フレーム３は、電源ラインを構成する板状導体であるバスバー（バスバーの詳細は後に説明）を支持するもので、絶縁材料、例えば樹脂からなり、駆動基板２ａ上に間隔をおいて配置される。

この支持フレーム３には、中央寄りの位置に電動モータ５の駆動軸を貫通させるための丸孔３ａが形成されており、一方に片寄った位置にノイズ除去用のチョークコイル６が設けられ、背面側にはコンデンサ（図示例では、Ｃ₁，Ｃ₂，Ｃ₃の３個）が設けられ、上記丸孔３ａやチョークコイル６とは離れた側に、所要のバスバーの接続端部を駆動基板２ａ上に臨ませるための透孔３ｂが開設されている。

チョークコイル６は、巻線の内側に鉄心６ａを挿入してなるもので、回路構成上、図２に示すように、バッテリー４から駆動回路２に至るホットラインＬｈ₁，Ｌｈ₂に直列に介装され、このホットラインＬｈ₁，Ｌｈ₂とグランドラインＬｇとの間に接続されているコンデンサＣ₁，Ｃ₂，Ｃ₃とでＬＣフィルタ回路を構成する。

支持フレーム３に支持されるバスバーは、バッテリー４側からチョークコイル６に至るホットラインＬｈ₁を形成するバスバー（第1のバスバー）７と、チョークコイル６から駆動回路２に至るホットラインＬｈ₂を形成するバスバー（第２のバスバー）８と、バッテリー４と駆動回路２との間のグランドラインＬｇを形成するバスバー９と、駆動回路２から電動モータ５に至る各相毎の電源ラインＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを形成するバスバー１０ｕ，１０ｖ，１０ｗとがある。

図１において、符号７ａは、第1のバスバー７のバッテリー４側の接続端部で、チョークコイル６とは反対側で、支持フレーム３から外部に突出している。また、符号８ｂは、第２のバスバー８の駆動回路２側の接続端部で、透孔３ｂ内に突出して、駆動基板２ａ上に臨むようになっている。さらに、符号９ａは、グランドラインＬｇを形成するバスバー９のバッテリー５側の接続端部、９ｂは駆動回路３側の接続端部である。このバスバー９においても、バッテリー４側の接続端部９ａは支持フレーム３の外部に突出し、駆動回路２側の接続端部９ｂは透孔３ｂ内に突出している。

また、符号１０ｕ₁，１０ｖ₁，１０ｗ₁は、上記した電動モータ６への電源ラインＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを形成するバスバー１０ｕ，１０ｖ，１０ｗの駆動回路２側の接続端部で、この接続端部１０ｕ₁，１０ｖ₁，１０ｗ₁も、支持フレーム３の透孔３ｂ内に突出している。

なお、支持フレーム３には、上記したバスバー７，８，９，１０ｕ，１０ｖ，１０ｗのほかに、制御回路１から駆動回路２への信号伝達用の導体や、バッテリ４から制御回路１への電源供給用の導体が支持されるが、本発明の構成には直接関係しないので、その図示は省略している。

本発明の特徴とするところは、バッテリー４側から駆動回路２に至るホットライン側の電源ラインＬｈ₁，Ｌｈ₂のうち、バッテリー４側からチョークコイル６に至るホットラインＬｈ₁を形成するバスバー（第１のバスバー）７の中途部に放熱部７１が一体に形成されていることである。この放熱部７１は、本実施の形態では、第1のバスバー７の幅方向外方に突出する突片状に形成されていて、先端は駆動基板２ａの側に屈曲している。

一方、駆動基板２ａの高放熱絶縁層２ｃ上には、駆動回路２を構成するスイッチング素子Ｓｎ等の所要の回路素子やその導体パターンとは電気的に分離した形で島状の導体層２１が外部に露出した状態で設けられている。そして、図４に示すように、この導体層２１に、上記した第１のバスバー７の放熱部７１の先端部が接合されている。すなわち、放熱部７１の先端部が導体層２１に接触する状態で半田付けもしくは接着材により固定されている。図４において、符号２ｄは、回路素子に接続される導体バターンを示し、２ｅは、導体パターン２ｄを覆うソルダーレジストを示している。

上記の構成において、電動モータ５の駆動時、バッテリー４側と駆動回路２との間の電源ラインを構成するバスバー７，８，９には大電流が流れるので、これらのバスバー７，８，９は発熱し、特に、ホットラインＬｈ₁，Ｌｈ₂においてはバッテリー４側の第１のバスバー７は高温となるが、第１のバスバー７での発生熱は、放熱部７１を通じて駆動基板２ａに伝わり、該基板２ａの金属ベース２ｂを通じて外部に放熱される。これにより、第１のバスバー７の温度上昇は、低いレベルに抑えられる。

この場合、ホットラインＬｈ₁，Ｌｈ₂の第２のバスバー８では、その駆動回路２側の接続端部８ｂが元々、駆動基板２ａの導体パターン２ｄに接続されていて、該接続端部８ｂを通じて駆動基板２ａに放熱されるから、この第２のバスバー８の温度上昇も、比較的低温に抑えられている。

そのため、バッテリー４側から駆動回路２に至るホットライン側の電源ラインＬｈ₁，Ｌｈ₂全体での温度上昇が抑えられ、このホットライン側の電源ラインを構成するバスバー７，８やチョークコイル６での抵抗の増大が抑えられるから、これらバスバー７，８等には抵抗の少ない状態で電流が流れることになり、従来よりも電流損失が減少する。したがって、これらバスバー７，８を含む装置の動作効率が向上する。

本発明の実施の形態に係るバスバー放熱構造の斜視図で、駆動回路とバスバーの支持フレームとを分解した形で示している。 本発明が実施される制御部ハウジング内の回路部分の回路構成図。 本発明の実施の形態に係るバスバー放熱構造に含まれるバスバーとチョークコイルとを示す斜視図。 本発明の実施の形態における駆動回路の基板とバスバーの放熱部との関係を示す拡大断面図。 従来構造におけるバスバーとチョークコイルとを示す斜視図。

符号の説明

１ 制御回路
２ 駆動回路
２ａ 駆動基板
２ｂ ベース金属
２１ 導体層
３ 支持フレーム
４ バッテリー（電源）
５ 電動モータ
６ チョークコイル
７ ホットライン側の第１のバスバー
７１ 放熱部
８ ホットライン側の第２のバスバー
９ グランドライン側のバスバー

Claims (3)

1. 制御部ハウジング内に、少なくとも電源と、電動モータに所要の駆動電流を供給する駆動回路との間の電源ラインを形成するバスバーが配置されているパワーステアリング装置のバスバー放熱構造であって、
   上記バスバーのうち、ホットライン側のバスバーには、通電用の接続部とは別の放熱部が一体に形成され、この放熱部は、上記制御部ハウジングもしくは上記制御部ハウジング内の部材へ放熱しうるよう該部材もしくは上記制御部ハウジングに電気的に絶縁された状態で接合されているとともに、
   上記電源と上記駆動回路との間のホットライン側の電源ラインにチョークコイルが直列に接続されており、上記放熱部は、上記チョークコイルよりも電源側のバスバーに一体に形成されていることを特徴とするパワーステアリング装置のバスバー放熱構造。
2. 請求項１に記載のパワーステアリング装置のバスバー放熱構造において、
   上記制御部ハウジング内では上記ホットライン側のバスバーと間隔をおいて上記駆動回路の基板が配置されており、上記駆動回路の基板は、金属ベースの基板とされ、上記放熱部は、上記基板へ放熱しうるよう該基板に電気的に絶縁された状態で接合されていることを特徴とするパワーステアリング装置のバスバー放熱構造。
3. 請求項１または２に記載のパワーステアリング装置のバスバー放熱構造において、
   上記制御部ハウジング内に絶縁性の支持フレームを備え、該支持フレームには、上記電源と上記駆動回路との間の電源ラインを形成するバスバーと、上記駆動回路から上記電動モータに至る電源ラインを形成するバスバーとが支持されている、ことを特徴とするパワーステアリング装置のバスバー放熱構造。

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