JP5962061B2 - 電動モータの制御装置及びこれを備えた車両用操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータの制御装置及びこれを備えた車両用操舵装置に関する。

従来、車両用操舵装置等に用いられる電動モータの制御装置は、制御信号を出力する制御回路、及び制御信号に基づいてＦＥＴ等のスイッチング素子をオンオフして電動モータに駆動電流を供給する駆動回路が形成された回路基板を備えている。そして、近年では、回路の小型・高密度化を図るために、回路パターンが形成された複数の回路導体層の間に絶縁層を介在させて積層した多層構造の回路基板が採用されるようになってきている。

こうした電動モータの制御装置として、例えば特許文献１には、一枚の回路基板上に制御回路の配線を構成する制御回路パターンが形成された制御パターン部と、駆動回路の配線を構成する駆動回路パターンが形成された駆動パターン部とが領域を分けて設けられ、制御回路及び駆動回路を同一基板上に形成したものが開示されている。この制御装置では、制御回路と駆動回路とを別々の基板上に形成し、各基板をバスバー等で接続する構成（例えば、特許文献２）に比べ、その小型化が容易であるといった利点がある。

また、駆動回路には、電動モータに供給する大きな駆動電流が流れるため、発熱量が大きくなり易く、過熱する虞がある。そのため、特許文献１の制御装置では、伝熱シートを介して回路基板をベース（ハウジング）に固定しており、このベースをヒートシンクとして機能させることにより駆動回路で発生した熱を放熱し、駆動回路が過熱することを防止している（特許文献１、第４図参照）。

特開２０１１−８３０６３号公報 特開２００９−２７７７２６号公報

ところで、近年、制御装置のより一層の小型化が要求されるようになっている。しかし、上記特許文献１の構成では、回路基板におけるハウジング側の側面（裏面）全体が伝熱シートを介してハウジングに接触しているため、回路基板の片面にしか回路素子を設けることができない。したがって、回路素子の実装面積を確保する観点から、回路基板を小型化することには限界があり、制御装置の小型化が極めて困難なものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、より一層の小型化を図ることのできる電動モータの制御装置及びこれを備えた車両用操舵装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、回路パターンが形成された複数の回路導体層間に絶縁層を介在させて積層した多層構造の回路基板と、前記回路基板が固定されるベースとを備えた電動モータの制御装置において、前記回路基板には、制御信号を出力する制御回路の配線を構成する制御回路パターンが形成された制御パターン部と、前記制御信号に基づいて前記電動モータに駆動電流を供給する駆動回路の配線を構成する駆動回路パターンが形成された駆動パターン部とが領域を分けて設けられ、前記回路基板における前記制御パターン部が設けられている側の領域には、前記回路基板の表面及び裏面に回路素子が実装され、前記ベースには、凹部が形成され、前記回路基板は、前記駆動回路の前記ベースに対する絶縁を保ちつつ、前記制御パターン部が設けられている側の領域が前記凹部の上方に配置された状態で、前記駆動パターン部が設けられている側の領域における前記回路基板の裏面が放熱グリースを介して前記ベースに固定され、前記回路基板の裏面に設けられた前記制御パターン部と前記凹部との間には、前記回路素子が配置される空間が形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、回路基板の制御パターン部がベースの凹部の上方に配置されることにより該制御パターン部と凹部との間に回路素子が実装可能となる空間が形成されるため、回路基板のうち、制御パターン部が設けられた領域の両面に回路素子を実装できるようになる。そのため、片面のみにしか回路素子を実装できない場合に比べ、実装面積を大きくすることができ、回路基板を小型化して制御装置のより一層の小型化を図ることができる。また、回路基板の駆動パターン部がベースに固定（設置）されるため、ベースを介して駆動回路で発生した熱を放熱することができ、駆動回路が過熱することを防止できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記回路基板における前記ベースに最も近接して配置される前記絶縁層には、セラミックが添加されていることを要旨とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動モータの制御装置を備えた車両用操舵装置であることを要旨とする。
上記構成によれば、制御装置のより一層の小型化が図られるため、搭載性等に優れた車両用操舵装置を提供することができる。

本発明によれば、より一層の小型化を図ることのできる電動モータの制御装置及びこれを備えた車両用操舵装置を提供することができる。

車両用操舵装置の概略構成図。 ＥＰＳアクチュエータの斜視図。 制御装置の分解斜視図。 制御装置の断面図。 回路基板の断面構造を示す模式図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両用操舵装置１において、ステアリングホイール２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

また、車両用操舵装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）１３を備えている。本実施形態の車両用操舵装置１は、コラム軸８を回転駆動する所謂コラム型の電動パワーステアリング装置として構成されており、ＥＰＳアクチュエータ１３の駆動源となる電動モータ１４はウォーム＆ホイール等の減速機構１５を介してコラム軸８と駆動連結されている。そして、電動モータ１４の回転を減速機構１５により減速してコラム軸８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成になっている。

図２に示すように、ＥＰＳアクチュエータ１３において、電動モータ１４の作動を制御する制御装置２１は、電動モータ１４が固定される第１ハウジング１６と、減速機構１５（図２では図示略）が収容される第２ハウジング１７との間に設けられている。図３及び図４に示すように、制御装置２１は、制御信号を出力する制御回路及び制御信号に基づいて電動モータ１４に駆動電流を供給する駆動回路が形成された回路基板２２と、第１ハウジング１６と第２ハウジング１７との間に挟まれて回路基板２２が固定（設置）されるベース（ハウジング）２３とを備えている。ベース２３は、アルミ合金等の熱伝導率の高い金属材料からなり、略長方形板状に形成されている。回路基板２２は、ベース２３の電動モータ１４側に固定されている。そして、回路基板２２及びベース２３には、電動モータ１４の回転軸（図示略）が挿通される貫通孔２４，２５が形成されている。なお、ベース２３の電動モータ１４側には、外部のバッテリ（図示略）と回路基板２２とを接続するためのコネクタ部を有するモジュール（図示略）が固定されるようになっている。

次に、回路基板及びその周辺構成について説明する。
図５に示すように、回路基板２２は、第１〜第４の回路導体層３１ａ〜３１ｄ間に第１〜第３の絶縁層３２ａ〜３２ｃをそれぞれ介在させて積層した多層構造を有している。具体的には、回路基板２２は、ベース２３と反対側から順に、第１の回路導体層３１ａ、第１の絶縁層３２ａ、第２の回路導体層３１ｂ、第２の絶縁層３２ｂ、第３の回路導体層３１ｃ、第３の絶縁層３２ｃ及び第４の回路導体層３１ｄが積層されてなる。

第１〜第４の回路導体層３１ａ〜３１ｄは、銅箔等の導体箔の一部を除去することにより形成される所定の回路パターン３３をそれぞれ有しており、第２及び第３の回路導体層３１ｂ，３１ｃの回路パターン３３を構成する配線間の隙間は絶縁性樹脂材料により埋められている。一方、第１〜第３の絶縁層３２ａ〜３２ｃは、絶縁性樹脂材料からなり、隣接する回路パターン３３同士の絶縁を保っている。また、回路基板２２には、所定の回路導体層及び絶縁層を貫通して積層方向（図５における上下方向）に延びるビアホール（層間接続孔）３４が形成されている。そして、ビアホール３４の内周には、銅等の導体材料からなる接続部材３５が挿入されており、この接続部材３５を介して異なる層の回路パターン３３同士が互いに電気的に接続されている。これにより、制御回路及び駆動回路はそれぞれ立体的な回路として構成されている。なお、本実施形態では、ベース２３に最も近接して配置される第３の絶縁層３２ｃには、例えばセラミック等の樹脂材料よりも熱伝導率の高い材料が添加されることにより、その熱伝導性の向上が図られている。

回路パターン３３は、制御回路の配線を構成する制御回路パターン４１と駆動回路の配線を構成する駆動回路パターン４２とが、第１〜第４の回路導体層３１ａ〜３１ｄ内において積層方向に対向するように領域を分けて設けられている。これにより、回路基板２２には、制御回路パターン４１が形成された制御パターン部４３と、駆動回路パターン４２が形成された駆動パターン部４４とが領域を分けて設けられている。なお、第４の回路導体層３１ｄの駆動回路パターン４２は、第３の回路導体層３１ｃの駆動回路パターン４２を含む他の回路パターン３３と絶縁されている。

一方、図３〜図５に示すように、ベース２３の回路基板２２が固定される設置面２３ａには、略四角穴状の凹部４５が形成されている。そして、回路基板２２は、制御パターン部４３が凹部４５の上方に配置されるように、駆動パターン部４４が熱伝導率の高い放熱グリース４６を介してベース２３に固定されている。これにより、制御パターン部４３と凹部４５の底面との間には、ＩＣ等の回路素子４７が配置可能な空間Ｓが形成されており、回路基板２２の制御パターン部４３では、回路基板２２の表面２２ａ及び裏面２２ｂの両面に回路素子４７が実装されている。なお、駆動パターン部４４では、表面２２ａにのみＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）等の回路素子４８が実装されている。そして、上記のようにベース２３に接触する第４の回路導体層３１ｄの駆動回路パターン４２は、他の回路パターンに対して絶縁されているため、駆動回路のベース２３に対する絶縁が保たれている。

なお、回路基板２２の製造は、先ず第１〜第４の回路導体層３１ａ〜３１ｄのいずれかとなる導体箔間に絶縁性樹脂材料を挟み込んで板状に成形し、エッチング等により導体箔の一部を除去することで任意の回路パターン３３を形成する。続いて、この回路パターンとの間に絶縁性樹脂材料を挟み込んで新たな導体箔を積層し、この導体箔に回路パターン３３を形成する工程を繰り返す。そして、ビアホール３４を形成し、ビアホール３４の内周に接続部材３５を設けることにより、回路基板２２が製造されるようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）駆動回路のベース２３に対する絶縁を保ちつつ、制御パターン部４３が凹部４５の上方に配置されるように駆動パターン部４４をベース２３に固定することにより、制御パターン部４３と凹部４５との間に回路素子４７が実装可能となる空間Ｓを形成した。そのため、回路基板２２のうち、制御パターン部４３が設けられた領域の両面に回路素子４７を実装できるようになり、片面のみにしか回路素子を実装できない場合に比べ、実装面積を大きくすることができる。これにより、回路基板２２を小型化して制御装置２１のより一層の小型化を図ることができ、搭載性等に優れた車両用操舵装置１を提供することができる。また、回路基板２２の駆動パターン部４４がベース２３に固定されるため、ベース２３を介して駆動回路で発生した熱を放熱することができ、駆動回路が過熱することを防止できる。

（２）ベース２３と駆動パターン部４４との間に放熱グリース４６を介在させたため、回路基板２２の裏面２３ｂやベース２３の設置面２３ａの微小な凹凸等により形成される隙間に空気が入り込むことを抑制でき、駆動回路で発生した熱を効率的にベース２３に伝達させて放熱することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態では、駆動パターン部４４とベース２３との間に放熱グリース４６を介在させたが、これに限らず、高熱伝導率を有し、駆動パターン部４４とベース２３との間の隙間を埋めることができれば、例えば放熱シート等の伝熱部材を介在させてもよい。また、駆動パターン部４４とベース２３との間に放熱グリース４６等の伝熱部材を介在させなくともよい。

・上記実施形態では、第３の絶縁層３２ｃの熱伝導率を高くしたが、これに限らず、例えば第１〜第３の絶縁層３２ａ〜３２ｃの全ての熱伝導率の高くしてもよい。また、第３の絶縁層３２ｃの熱伝導率を高くしなくてもよい。

・上記実施形態では、第４の回路導体層３１ｄの駆動回路パターン４２を残存させたが、この駆動パターン部４４を全部除去して、第３の絶縁層３２ｃが放熱グリース４６を介してベース２３に固定されるようにしてもよい。

また、第４の回路導体層３１ｄの駆動回路パターン４２を他の回路パターンに対して絶縁したが、駆動回路のベース２３に対する絶縁を保つことができれば、例えば第４の回路導体層３１ｄの駆動回路パターン４２と第３の回路導体層３１ｃの駆動回路パターン４２の一部とがビアホールを介して接続されていてもよい。

・上記実施形態において、回路導体層を積層する数は、２層以上であれば、適宜変更可能である。
・上記実施形態では、本発明をＥＰＳアクチュエータ１３の駆動源として用いられる電動モータ１４の制御装置２１に適用したが、例えば電動ポンプ装置等、他の装置の駆動源として用いられる電動モータの制御装置２１に適用してもよい。

１…車両用操舵装置、１４…電動モータ、２１…制御装置、２２…回路基板、２３…ベース、３１ａ…第１の回路導体層、３１ｂ…第２の回路導体層、３１ｃ…第３の回路導体層、３１ｄ…第４の回路導体層、３２ａ…第１の絶縁層、３２ｂ…第２の絶縁層、３２ｃ…第３の絶縁層、３３…回路パターン、３４…ビアホール、３５…接続部材、４１…制御回路パターン、４２…駆動回路パターン、４３…制御パターン部、４４…駆動パターン部、４５…凹部、４６…放熱グリース、４７，４８…回路素子、Ｓ…空間。

Claims (3)

1. 回路パターンが形成された複数の回路導体層間に絶縁層を介在させて積層した多層構造の回路基板と、前記回路基板が固定されるベースとを備えた電動モータの制御装置において、
   前記回路基板には、制御信号を出力する制御回路の配線を構成する制御回路パターンが形成された制御パターン部と、前記制御信号に基づいて前記電動モータに駆動電流を供給する駆動回路の配線を構成する駆動回路パターンが形成された駆動パターン部とが領域を分けて設けられ、
   前記回路基板における前記制御パターン部が設けられている側の領域には、前記回路基板の表面及び裏面に回路素子が実装され、
   前記ベースには、凹部が形成され、
   前記回路基板は、前記駆動回路の前記ベースに対する絶縁を保ちつつ、前記制御パターン部が設けられている側の領域が前記凹部の上方に配置された状態で、前記駆動パターン部が設けられている側の領域における前記回路基板の裏面が放熱グリースを介して前記ベースに固定され、
   前記回路基板の裏面に設けられた前記制御パターン部と前記凹部との間には、前記回路素子が配置される空間が形成されたことを特徴とする電動モータの制御装置。
2. 前記回路基板における前記ベースに最も近接して配置される前記絶縁層には、セラミックが添加されていることを特徴とする請求項１に記載の電動モータの制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動モータの制御装置を備えた車両用操舵装置。