JP6862570B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータと制御ユニットが一体化された電動パワーステアリング装置に関し、特に、制御ユニットの構造に関する。

従来の駆動装置は、モータの出力軸の軸方向に同軸に配置されたモータと制御ユニットとを一体化して構成されていた。このような従来の駆動装置において、モータのケース内にステータ、ロータなどが内蔵され、モータの近傍に配置された制御ユニットが主要構成部品を軸方向に積層して組立てられた構造が散見されている。また、モータに電流を供給するスイッチング素子が、内蔵されたパワーモジュールが出力軸の軸方向に平行に配置された構造を有する従来技術もあった（例えば、特許文献１参照）。さらに、制御基板も出力軸に平行に配置された構造を有する従来技術もあった（例えば、特許文献２参照）。

特許第５８０７８４６号公報 特開２０１６−１６３４１６号公報

特許文献１及び２に開示された従来装置は、モータと、モータの出力軸の出力側と反対側のモータ端部に配置された制御ユニットと、を一体化した構造となっている。このように構成された従来装置の車両への装着を考慮した場合、車両への取付け上の規制から、モータの径方向に制御ユニットが広がると、装置の車両への搭載が困難となることが多い。一方、従来装置のモータの出力軸の軸方向の長さは、比較的長くても許容できることが多い。これらのことから、従来の装置の車両への装着を考慮した場合、制御ユニットの径方向の面積は、モータと同等、又は小さくする必要がある。そこで、従来の装置においては、制御ユニットを構成するパワーモジュールおよびヒートシンクが、出力軸の軸方向に平行に配置、すなわち縦置きに配置されていた。なお、モータの出力軸の出力側と反対側を反出力側とする。

特許文献１では、パワーモジュールに加えて、パワーモジュールが接触されて、パワーモジュールの熱を放熱するためのヒートシンクも縦置きに配置されていた。しかし、特許文献１では、制御基板は、出力軸の軸方向に垂直な方向に、すなわち横置きに配置されていた。そのため、冗長化などの目的により、制御基板の実装部品点数が増える場合、製品サイズの大型化、特に径方向への大型化につながるという問題があった。

また、特許文献１では、制御基板が、ヒートシンクのモータ側に配置されていた。さらに、特許文献１では、回転センサが、出力軸の制御ユニット側の端部に設けられたマグネットと相対するように、制御基板に配置されていた。そのため、製品サイズの大型化、特に軸方向の大型化につながるという問題があった。

さらに、特許文献１では、モータと制御ユニットとの間の相電流を中継するモータ電流経路が、制御基板の径方向外方を通ってパワーモジュールへ接続されていた。そのため、径方向寸法の大型化を抑制するためには、制御基板の径方向寸法を小さくする必要があり、実装可能面積が減る。一方、制御基板の実装可能面積を確保する場合には、制御基板の径方向外方にモータ電流経路が通過する空間を確保する必要がある。これにより、制御ユニットの径方向寸法が拡大し、製品サイズの大型化、特に径方向の大型化につながるという問題があった。

特許文献２においては、パワーモジュール、ヒートシンク、および制御基板が縦置きに配置されている。したがって、特許文献２は、径方向の小型化においては、特許文献１より改善されていた。しかし、特許文献２においては、モータの出力軸が、ヒートシンクの中心に設けられた貫通穴に挿入されていた。また、検出用磁石が、モータの出力軸の反出力側の端部に設けられていた。さらに、磁気センサが、ヒートシンクの反出力側の端面から一定の距離を確保して検出用磁石と相対するように配置されていた。そのため、製品サイズの大型化、特に軸方向の大型化につながるという問題があった。

また、特許文献２では、モータと制御ユニットにおける相電流を中継するモータ電流経路が、パワーモジュールの径方向外方の領域に配置されていた。そのため、制御ユニットの外径を維持する場合には、パワーモジュールを内径側に配置して、モータ電流経路を確保する必要がある。その場合、パワーモジュールから伸びる信号端子の位置が内径側にシフトするので、制御基板の幅が縮小され、制御基板の実装可能領域が縮小する。その結果、制御基板の軸方向長さを長くして実装可能領域を確保する必要があり、製品サイズの大型化、特に軸方向の大型化につながるという問題があった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御ユニットの主要構成部品を縦置きに配置する構成において、製品サイズの大型化を抑えることができる電動パワーステアリング装置を提供する。

この発明による電動パワーステアリング装置は、モータと、上記モータの出力軸の軸方向に上記モータと１列に並んで配置されて、上記モータと一体化された制御ユニットと、を備える。上記制御ユニットは、上記モータに電流を供給する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、上記複数のスイッチング素子に制御信号を出力する制御基板と、上記制御ユニットの放熱を司るヒートシンクと、上記制御ユニットの外殻を構成するハウジングと、上記出力軸の上記制御ユニット側の端部に装着されたセンサロータと、上記センサロータの回転を検出する回転センサと、を備え、上記ヒートシンクは、上記ハウジング内の上記モータ側に配置されるベース部と、上記ベース部から上記出力軸の延長線上を上記モータと反対側に延びる柱部と、を備え、上記パワーモジュールおよび上記制御基板が、上記ハウジング内に上記出力軸と平行に配置され、上記回転センサは、上記ベース部の上記センサロータと相対する位置に設けられた凹部内に配置されている。

本発明によれば、ヒートシンクの柱部、パワーモジュールおよび制御基板が縦置きに配置された構成において、製品サイズの大型化が抑えられる。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の回路図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における中継部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の回路図、図２は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図、図３は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図、図４は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における中継部材を示す斜視図である。

図１および図２において、電動パワーステアリング装置は、制御ユニット１とモータ２とを備える。制御ユニット１は、モータ２の出力軸２１の軸方向の一側にモータ２と１列に並んで配置され、モータ２と一体化されている。そして、電動パワーステアリング装置は、モータ２の出力軸２１の軸方向を上下方向に向けて、かつ制御ユニット１を上方に位置させて、配置される。モータ２の出力が、出力軸２１の下端部から、例えば減速機（図示せず）に出力される。

ここでは、モータ２は、３相モータとして説明するが、３相以上の多相巻線モータであってもよい。制御ユニット１は、ＣＰＵ３０、各種回路などが搭載された制御基板３、モータ２に電流を供給するインバータ回路６、電源リレー６５などを備える。また、電動パワーステアリング装置には、車両に搭載されたバッテリ１６、イグニッションスイッチ１７を介して電力が供給され、センサ１８からの各種情報が入力される。

まず、制御ユニット１の回路構成について、具体的に説明する。

制御基板３は、車速センサ、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサなどのセンサ１８からの情報、および回転センサ５ａからの情報に基づき、モータ２へ電力を供給する制御量を演算するＣＰＵ３０、インバータ回路６を駆動する駆動回路３１、入力回路３２、電源回路３３などを備えている。また、電源系（＋Ｂ、グランド）には、ノイズ抑制のための、コイルとコンデンサとからなるフィルタ１３が挿入されている。さらに、＋Ｂ電源ラインを開閉する電源リレー６５が＋Ｂ電源ラインに挿入されている。この電源リレー６５は、２つのスイッチング素子と、電流供給方向に対して順方向と逆方向の２つの寄生ダイオードと、を備える。電源リレー６５は、インバータ回路６又はモータ２に故障が発生した場合などに、電力供給を強制的に遮断することができる。さらに、電源リレー６５は、バッテリ１６を逆接続した場合に、電流が流れるラインを遮断することができ、いわゆるバッテリ逆接続保護の役目も担っている。

インバータ回路６は、３相の巻線２４の各相に対応する３つの回路部６Ｕ，６Ｖ，６Ｗを備える。ここで、３つの回路部６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは同一の構成であるので、回路部６Ｕについてのみ説明する。回路部６Ｕは、上アーム用スイッチング素子６１Ｕと、下アーム用スイッチング素子６２Ｕと、上下アーム用スイッチング素子６１Ｕ，６２Ｕの接続点とＵ相の巻線との間を開閉するリレー機能を有したリレー用スイッチング素子６４Ｕと、を備えている。上下アーム用スイッチング素子６１Ｕ，６２Ｕは、ＣＰＵ３０の指令に基づきＰＷＭ駆動される。このため、ノイズ抑制の目的で、コンデンサ７Ｕが上下アーム用スイッチング素子６１Ｕ，６２Ｕと並列に接続されている。さらに、モータ２に流れる電流を検出するために、シャント抵抗６３Ｕが上下アーム用スイッチング素子６１Ｕ，６２Ｕと直列に接続されている。以下、説明の便宜上、回路部６Ｕ，６Ｖ，６Ｗにおけるコンデンサ、上アーム用スイッチング素子、下アーム用スイッチング素子、リレー用スイッチング素子に付される符号を、７、６１、６２、６４とする。

概略の機能は、ＣＰＵ３０が、センサ１８からの入力情報に基づいて巻線２４へ供給する電流を演算し、その演算結果に基づいて駆動回路３１を介してインバータ回路６を駆動する。これにより、各相に対応するスイッチング素子６１、６２、６４が駆動され、電流が巻線２４に供給される。さらに、ＣＰＵ３０は、駆動回路３１を介して電源リレー６５の駆動を制御するとともに、回転センサ５ａからの情報に基づいてモータ２の回転位置又は速度を算出し、その算出値を制御に利用している。

つぎに、モータ２の構成について、図２に基づいて説明する。ここで、出力軸２１の軸方向の一側、すなわち図２中上側を反出力側とする。また、出力軸２１の軸方向の他側、すなわち図２中下側を出力側とする。

モータ２は、モータケース２５、モータケース２５内に配置されたステータ２２、ロータ２３などを備える。
モータケース２５は、円筒部２５ａと、円筒部２５ａの出力側の開口を塞ぐ底部２５ｂと、からなる有底円筒状に構成されている。モータケース２５は、金属製であり、放熱性、および外形の形状を考慮すると、アルミニウムで作製することが望ましい。フレーム２９が、金属で円盤状に作製されている。フレーム２９は、円筒部２５ａの反出力側の開口内に、圧入、焼き嵌めなどにより、挿入、保持され、円筒部２５ａの反出力側の開口を塞いでいる。モータ２は、フレーム２９により、制御ユニット１と分離、独立されている。

ステータ２２は、モータケース２５の円筒部２５ａ内に、圧入、焼き嵌めなどにより、挿入、保持されている。ステータ２２は、３相の巻線２４を備える。環状配線部２７が、フレーム２９の出力側に、かつ巻線２４の近傍に配置されている。３相の巻線２４の端末２４ａが、それぞれ、環状配線部２７に接続されている。モータ２を駆動するための３相の電流が流れる相端子２８が、環状配線部２７から延び出し、フレーム２９を貫通して、反出力側に引き出されている。

ロータ２３は、フレーム２９の軸心位置に配置された軸受２６ａと底部２５ｂの軸心位置に配置された軸受２６ｂとに支持された出力軸２１に固着されて、モータケース２５内に回転可能に配置されている。ロータ２３は、ステータ２２内に、ステータ２２と同軸に配置されている。センサロータ５ｂが、出力軸２１のフレーム２９からの突出端に配置されている。なお、図示していないが、永久磁石が、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、一定のピッチで、ロータ２３の外周面に複数配置されている。

つぎに、制御ユニット１の構成について、図２から図４に基づいて説明する。

制御ユニット１は、出力軸２１と直交する方向である径方向の面積をモータ２と同等、又は小さくする必要がある。そこで、制御ユニット１は、その主要部位を出力軸２１と平行に配置する縦置き構造を採用している。

制御ユニット１は、その外層が樹脂製のハウジング１０により覆われている。ハウジング１０は、制御ユニット１の構成部品を覆う円筒状の周壁１０ａと、周壁１０ａの一側開口を塞ぐ底部１０ｂと、からなる有底円筒状に形成されている。底部１０ｂの反出力側の端面は、出力軸２１の軸方向と直交する平坦面となっている。ハウジング１０は、開口を下方に向けて、モータケース２５の円筒部２５ａの開口に嵌め合わされ、ねじ（図示せず）を用いて円筒部２５ａに取り付けられている。ハウジング１０の底部１０ｂの反出力側の端面には、外部電源であるバッテリ１６と接続する少なくとも１個の電源コネクタ１１、およびセンサ１８と接続する複数の信号コネクタ１２が配置されている。さらに、ハウジング１０の底部１０ｂの反出力側の端面には、比較的大型部品であるフィルタ１３などが搭載される。電源コネクタ１１および信号コネクタ１２がハウジング１０に一体に成形されている。また、ハウジング１０には、電源コネクタ１１、信号コネクタ１２およびフィルタ１３の配線類、信号コネクタ１２の信号端子１４ａ、電源コネクタ１１の電源端子１４ｂなどがインサート成形されている。

ハウジング１０の内部には、ヒートシンク８、制御基板３、インバータ回路６および電源リレー６５を構成する複数のスイッチング素子が内蔵されたパワーモジュール６ａ，６ｂ、平滑コンデンサ７などが配置される。

ヒートシンク８は、図３に示されるように、アルミニウム、銅などの高熱伝導材料で作製され、円盤状のベース部８ａと、ベース部８ａの中央部に直立する直方体の柱部８ｂと、を備える。ヒートシンク８のベース部８ａが円筒部２５ａの反出力側の開口内に配置される。ベース部８ａは、円筒部２５ａに取り付けられたハウジング１０の周壁１０ａとフレーム２９との間に加圧挟持される。これにより、ヒートシンク８は、モータ２に固定される。ベース部８ａは、円筒部２５ａの内周壁面に接し、フレーム２９の反出力側の端面に接する。柱部８ｂは、出力軸２１の軸方向の延長線上に位置して、ハウジング１０内に配置されている。柱部８ｂは、出力軸２１の軸方向と平行な平面からなる配置部８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇを備える。制御基板３は、配置部８ｄに配置される。パワーモジュール６ａは、配置部８ｄの周方向の一側の配置部８ｅに配置される。パワーモジュール６ｂは、配置部８ｄの周方向の他側の配置部８ｆに配置される。さらに、平滑コンデンサ７および中継部材９は、配置部８ｄと相対する配置部８ｇに配置される。

ベース部８ａには、モータ２と制御ユニット１との間に介在する相端子２８などの配線部材を通すための複数の穴が設けられている。さらに、凹部８ｃは、ベース部８ａに形成されている。出力軸２１の反出力側の端部が凹部８ｃ内に挿入されている。回転センサ用基板４に実装された回転センサ５ａは、出力軸２１の反出力側の端部に取り付けられたセンサロータ５ｂに相対するように凹部８ｃに配置されている。

制御基板３には、ＣＰＵ３０、駆動回路３１、入力回路３２、電源回路３３などが実装される。また、制御基板３は、矩形平板に形成され、柱部８ｂの配置部８ｄに平行な状態で配置部８ｄに取り付けられる。配置部８ｄに取り付けられた制御基板３は、信号コネクタ１２に近い上辺３ｃ、モータ２に近い下辺３ｄ、パワーモジュール６ａ，６ｂに近い側辺３ｅを有している。上辺３ｃ、下辺３ｄ、側辺３ｅには、複数の接続用の孔がそれぞれ設けられている。

制御基板３の上辺３ｃの接続孔には、ハウジング１０の底部１０ｂから引き出された信号端子１４ａが接続される。制御基板３の下辺３ｄの接続孔には、回転センサ５ａが実装された回転センサ用基板４から引き出された信号端子４ａが接続される。制御基板３の側辺３ｅの接続孔には、パワーモジュール６ａ、６ｂから引き出された信号端子６ｃが接続される。これらの接続孔と信号端子１４ａ，４ａ，６ｃとは、例えば半田で接続されることで、電気回路を構成し、モータ駆動制御に必要な信号の授受が行われる。

また、制御基板３は、固定部３ｇを有しており、ヒートシンク８の配置部８ｄに、例えばねじで固定される。ここでは、固定部３ｇが２つ設けられているが、固定部３ｇの個数は、２つに限定されず、１つでもよく、３つ以上でもよい。

パワーモジュール６ａは、インバータ回路６のＵ相およびＶ相の回路部６Ｕ，６Ｖを構成するスイッチング素子６１，６２，６４が、銅板などの配線に実装された状態で樹脂封止されて構成される。パワーモジュール６ｂは、インバータ回路６のＷ相の回路部６Ｗと電源リレー６５を構成するスイッチング素子が銅板などの配線に実装された状態で樹脂封止されて構成される。これにより、パワーモジュール６ａ，６ｂのパッケージの小型化が図られるとともに、各回路を構成するスイッチング素子の放熱性能の均等化が図られる。なお、インバータ回路６の３つの相の回路部を構成するスイッチング素子を樹脂封止してパワーモジュール６ａとし、電源リレー６５を構成するスイッチング素子を樹脂封してパワーモジュール６ｂとしてもよい。

内蔵されているスイッチング素子を駆動するための１２本の信号端子６ｃが、パワーモジュール６ａ、６ｂの配置部８ｄに近い方の辺から引き出され、制御基板３の側辺３ｅの接続孔に、例えば半田で接続されて、電気回路が構成される。

また、外部電源からの電流を供給する電源端子６ｅ、およびモータ２へ３相電流を供給する給電端子６ｄが、パワーモジュール６ａ、６ｂの配置部８ｇに近い方の辺から引き出され、中継部材９に設けられる複数の端子に、例えば溶接で接続されて、電気回路が構成される。

また、パワーモジュール６ａ、６ｂは、固定部材６ｆ、６ｈをヒートシンク８の柱部８ｂに、例えばネジ６ｇで固定して、柱部８ｂに取り付けられる。これにより、パワーモジュール６ａ、６ｂは、ヒートシンク８の柱部８ｂに密着され、スイッチング素子での発熱がヒートシンク８側へ効果的に放熱される。さらに、固定部材６ｆ、６ｈが金属製、例えば銅製であれば、スイッチング素子での発熱が固定部材６ｆ、６ｈを介して放熱される。これにより、パワーモジュール６ａ、６ｂのスイッチング素子の放熱性が向上される。また、固定部材６ｆ、６ｈが銅製でなくとも導電材料であれば、パワーモジュール６ａ、６ｂなどから発生するラジオノイズに対するシールドの効果が得られる。

ヒートシンク８のベース部８ａの外周壁面がモータケース２５の円筒部２５ａの開口部の反出力側の内周壁面に密着されている。また、ベース部８ａの出力側の面がフレーム２９の反出力側の面に密着されている。これにより、柱部８ｂで受けた熱は、ベース部８ａを介してモータケース２５とフレーム２９に伝達されて外部へ放熱される。パワーモジュール６ａ，６ｂのスイッチング素子での発熱が効果的に放熱される。

なお、ヒートシンク８の柱部８ｂは、パワーモジュール６ａ、６ｂを配置するための２つの配置部８ｅ，８ｆを有しているが、インバータ回路６および電源リレー６５のスイッチング素子を１つのパワーモジュールで形成した場合には、パワーモジュールは、配置部８ｅ，８ｆの一方の配置することになる。

つぎに、中継部材９について、図３および図４を用いて詳細に説明する。

中継部材９は、絶縁性の樹脂成型体９ｆと、樹脂成型体９ｆにインサート成形された、電気回路を構成する複数の端子と、を備える。中継部材９には、複数の平滑コンデンサ７を保持する収納部９ｄが設けられている。
樹脂成型体９ｆにインサート成形された複数の端子は、電源端子９ｅと給電端子９ａとに大別される。

電源端子９ｅは、電源コネクタ１１からの電源端子１４ｂ、パワーモジュール６ａ、６ｂの電源端子６ｅ、および平滑コンデンサ７の端子にそれぞれ溶接などで接続される。これにより、フィルタ１３から電源リレー６５を介してパワーモジュール６ａ，６ｂの上アームに至る電気回路が構成される。

パワーモジュール６ａ、６ｂは、モータ２へ大電流をオン、オフのスイッチング駆動するため、スイッチングノイズ、電源系の変動を発生させる。それらを防止するために、比較的大容量の平滑コンデンサ７が各相へそれぞれ接続される。これらの接続点は、パワーモジュール６ａ、６ｂへの電源系統ラインの近傍に設けることが望ましい。本構造では、中継部材９を制御基板３が配置されていない配置部８ｇに配置し、大型な平滑コンデンサ７が配置可能な空間を確保している。これにより、中継部材９がパワーモジュール６ａ，６ｂの極近傍に配置されるので、平滑コンデンサ７を電源系統ライン途中に接続できる。

給電端子９ａは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の給電端子である。３つの給電端子９ａが、それぞれ、環状配線部２７から引き出された３相の相端子２８とパワーモジュール６ａ，６ｂの３相の給電端子６ｄとに溶接などで接続される。Ｕ相の給電端子９ａの一端９ａｍＵが相端子２８Ｕに接続され、他端９ａｉＵがパワーモジュール６ａのＵ相の出力端子に接続される。Ｖ相の給電端子９ａの一端９ａｍＶが相端子２８Ｖに接続され、他端９ａｉＶがパワーモジュール６ａのＶ相の出力端子に接続される。Ｗ相の給電端子９ａの一端９ａｍＷが相端子２８Ｗに接続され、他端９ａｉＷがパワーモジュール６ａのＷ相の出力端子に接続される。これにより、インバータ回路６から３相の巻線２４に至る電気回路、すなわちモータ２を駆動するための３相電流を供給する電気回路が構成される。

ここで、給電端子９ａおよび相端子２８のパワーモジュール６ａ，６ｂに対する位置関係について説明する。

３つの給電端子９ａの一端９ａｍＵ，９ａｍＶ，９ａｍＷは、樹脂成型体９ｆから出力側に引き出され、その後曲げられて、樹脂成型体９ｆより径方向外方の位置までに引き出される。環状配線部２７から引き出された相端子２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗは、給電端子９ａの一端９ａｍＵ，９ａｍＶ，９ａｍＷのそれぞれに対応する径方向位置で、フレーム２９とベース部８ａを貫通してハウジング１０内に引き出される。ハウジング１０内に引き出された相端子２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗが、給電端子９ａの一端９ａｍＵ，９ａｍＶ，９ａｍＷのそれぞれに接続される。

このように、樹脂成型体９ｆから出力側に突出し、さらに径方向外方、出力側、径方向外方に順次曲げられた給電端子９ａの一端９ａｍＵ，９ａｍＶ，９ａｍＷが、相端子２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗに接続される。これにより、給電端子９ａと相端子２８との接続位置がモータ２の近傍となり、中継部材９が配置される配置部８ｇの径方向外方の空間から外れる。その結果、当該接続位置の反出力側の空間、すなわち配置部８ｇの径方向外方の空間が空き空間となり、中継部材９の配置空間が広くなる。これにより、配置部８ｇおよび中継部材９の軸方向長さを長くすることなく、平滑コンデンサ７の収納空間を中継部材９に確保することができる。また、特許文献１における、ヒートシンクに設けられた平滑コンデンサ収納用の凹部が不要となる。これにより、平滑コンデンサ収納用の凹部を設けることに起因するヒートシンク８の熱容量の低下がなく、制御ユニット１の構成部品の放熱性が損なわれることがない。

平滑コンデンサ７を配置するための３つの収納部９ｄが中継部材９に軸方向にならんで設けられている。各収納部９ｄは、弾性部材からなる３本の支持部９ｃを樹脂成型体９ｆから径方向外方に突出させて構成されている。３本の支持部９ｃのうちの１本の支持部９ｃは、反出力側に位置し、残る２本の支持部９ｃは、出力側に位置している。出力側に位置する２本の支持部９ｃは、樹脂成型体９ｆの幅方向に離間している。例えば、Ｕ相に取り付けられる平滑コンデンサ７は、３本の支持部９ｃＵ１，９ｃＵ２，９ｃＵ３を押し広げて収納部９ｄに挿入される。そして、平滑コンデンサ７は、支持部９ｃＵ１，９ｃＵ２，９ｃＵ３の復元力により、収納部９ｄに保持される。このようにして、３個の平滑コンデンサ７は、その長さ方向を樹脂成型体９ｆの幅方向として、軸方向に１列に配置される。このように、３個の平滑コンデンサ７は、縦置きに配置される。

図２および図４では、パワーモジュール６ａが２相分を受け持ち、パワーモジュール６ｂが１相分を受け持っている。そこで、３個の平滑コンデンサ７は、２個の平滑コンデンサ７が端子の向きを同じ方向とし、１個の平滑コンデンサ７が端子の向きを逆方向として、収納部９ｄのそれぞれに配置される。

この中継部材９は、ヒートシンク８の柱部８ｂに例えばねじにより固定される。この実施の形態１では、フィルタ１３をハウジング１０の外側に配置しているが、フィルタ１３を中継部材９に配置してもよい。

出力軸２１の反出力側の端部には、センサロータ５ｂが装着される。このセンサロータ５ｂを磁石ロータとすると、この対向面には、回転センサ５ａが配置される。この回転センサ５ａは、回転センサ用基板４上に実装される。この場合、回転センサ５ａは、磁気センサであり、例えば磁気抵抗効果素子を利用したものが採用できる。回転センサ５ａは、回転センサ用基板４に搭載され、配線パターンである電源系ライン、信号ライン等を通って、中継部材９を介して制御基板３と電気的に接続されている。

なお、図２に示されるように、回転センサ用基板４は、ヒートシンク８のベース部８ａの下部と柱部８ｂの配置部８ｄとに開口する凹部８ｃに配置され、この凹部８ｃに、例えばねじで固定される。つまり、回転センサ用基板４は、ヒートシンク８でその周囲を取り囲むように配置されており、他の部位から遮蔽されている構造となっている。同時に、回転センサ用基板４を配置することに起因するハウジング１０内のあき空間の低減を抑制している。また、回転センサ５ａは、センサロータ５ｂと相対して凹部８ｃ内に配置されている。

以上のように構成された装置により得られる効果を説明する。

ヒートシンク８、パワーモジュール６ａ，６ｂ、および制御基板３が、出力軸２１とほぼ平行に配置、すなわち縦置きに配置されるため、製品サイズの小型化、特に径方向の小型化が可能となる。
また、ヒートシンク８は、ベース部８ａと柱部８ｂとからなり、柱部８ｂが出力軸２１の軸方向延長上に配置されている。出力軸２１の反出力側の端部にセンサロータ５ｂが配置されている。ロータ２３の回転を検出する回転センサ５ａが、ベース部８ａに設けられた凹部８ｃ内に配置され、センサロータ５ｂに相対して位置している。これにより、装置サイズの小型化、特に軸方向の小型化が可能となる。また、特許文献２のように、出力軸２１が貫通するような大きな穴をヒートシンク８に設けることなく、回転センサ５ａを配置できるため、ヒートシンク８の熱容量を確保でき、放熱性を向上できる。

また、ロータ２３の回転角度を検出する回転センサ５ａが、ベース部８ａの出力側に設けられている。そこで、センサロータ５ｂが取り付けられる出力軸２１の軸受２６ａからの突出部の長さが短くなる。これにより、センサロータ５ｂの出力軸２１に対する組付精度が検出精度に与える影響を小さくすることができる。その結果、回転角度の検出精度を向上でき、モータ性能の向上が可能となる。さらに、制御ユニット１の構成部品のサイズが変更されても、出力軸２１の長さを変える必要がないので、モータ部品の標準化による低コストが可能となる。

また、モータ２と制御ユニット１とがフレーム２９により分離、独立されているので、モータ２と制御ユニット１の組立工程を独立させることができる。
また、制御基板３とモータ２の相端子２８とが分離されているので、種々のノイズの影響を受けないように制御基板３を配置することができる。

制御基板３が、出力軸２１と平行に配置、すなわち縦置きに配置されている。これにより、装置の径方向寸法を広げることなく、その実装可能面積を広げることが可能となるため、製品サイズの小型化が可能となる。また、パワーモジュール６ａ、６ｂが、ヒートシンク８の柱部８ｂの、制御基板３の配置部８ｄと周方向に隣り合う２つの配置部８ｅ，８ｆに配置されている。これにより、パワーモジュール６ａ，６ｂと制御基板３との接続長さを短くすることができる。

制御ユニット１側の給電端子９ａと、モータ２側の相端子２８Ｕ、２８Ｖ、２８Ｗとの接続位置が、パワーモジュール６ａ、６ｂが配置された配置部８ｅ，８ｆと異なる配置部８ｇの出力側となっている。これにより、パワーモジュール６ａ，６ｂが配置される配置部８ｅ，８ｆの有効面積を拡大できる。その結果、配置部８ｅ，８ｆは、その軸方向長さを長くすることなく、パワーモジュール６ａ，６ｂの配置面積を確保でき、装置サイズの大型化、特に軸方向の大型化を抑えることができる。さらに、制御基板３が配置される配置部８ｄの有効面積を拡大でき、装置サイズの小型化、特に径方向の小型化が可能となる。

また、制御ユニット１側の給電端子９ａとモータ２側の相端子２８との接続位置を確保するために、パワーモジュール６ａ、６ｂを内径側にシフトさせる必要がない。これにより、パワーモジュール６ａ，６ｂから延びる信号端子６ｃの位置が内径側にシフトしないので、軸方向の長さを長くすることなく、制御基板３の実装可能領域を確保できる。その結果、製品サイズの小型化、特に軸方向の小型化が可能となる。

さらに、回転センサ５ａがパワーモジュール６ａ，６ｂから分離、独立して配置されるので、ノイズの面でも有効である。例えば、回転センサ５ａが凹部８ｃ内に配置されているので、回転センサ５ａがアルミ製のヒートシンク８で囲まれ、モータ巻線の電流をオン、オフすることによるノイズを受けることがほとんどない。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置を示す部分断面図である。なお、実施の形態１では、回転センサ５ａとして磁気抵抗効果素子を用いていたが、実施の形態２では、回転センサとして電磁誘導タイプの例えばレゾルバを用いている。また、図５では、モータ２の上部の一部と制御ユニット１を示して、図２と同等部位は同一の符合を付している。

図５において、センサロータ５ｃは、出力軸２１の反出力側の端部に装着され、凹部８ｃ内に配置されている。回転センサとしてのレゾルバステータ５ｄは、センサロータ５ｃを囲繞するように配置され、凹部８ｃに固定されている。センサロータ５ｃは、磁石不要で、レゾルバステータ５ｄとの間隔において、広い・狭い箇所を有するように花びらの形状をしている。レゾルバステータ５ｄは、複数の磁性薄板を積層して構成されたコアを備える。コアには、励磁、ＳＩＮ、およびＣＯＳの巻線が、それぞれ２本ずつ巻かれている。これらの６本の巻線が、信号端子としての延長ターミナル１５を介して、制御基板３の下辺３ｄの接続孔に接続されている。
なお、他の構成は、実施の形態１と同様に構成されている。

したがって、実施の形態２においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、レゾルバタイプの回転センサを用いても、レゾルバステータ５ｄをヒートシンク８の凹部８ｃに配置することが可能であり、装置の小型化を図ることができる。

実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。なお、実施の形態１，２では、モータ２を駆動するインバータ回路６が１系統のみの場合について説明しているが、実施の形態３では、インバータ回路が２系統の場合について説明する。また、図６では、制御ユニット１をコネクタ側から見た図を示しており、図３と同等の部位は同一の符号を付している。

図１の回路図では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の巻線２４をＹ結線してなる１組の三相巻線と、１組の三相巻線に電流を供給する１系統の電源リレー６５とインバータ回路６と、インバータ回路６を駆動する１つの駆動回路３１と、を備える。実施の形態３では、図示していないが、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の巻線２４をＹ結線してなる２組の三相巻線と、２組の三相巻線に電流をそれぞれ供給する２系統の電源リレー６５とインバータ回路６と、２系統のインバータ回路６をそれぞれ駆動する２つの駆動回路３１と、を備える。

図６において、ヒートシンク８の柱部８ｂの配置部８ｅ、８ｆには、パワーモジュール６ａ、６ｂが配置される。パワーモジュール６ａ、６ｂは、モータ２を駆動する１系統の電源リレー６５とインバータ回路６をそれぞれ構成している。つまり、パワーモジュール６ａは、１系統のインバータ回路６および電源リレー６５を構成する複数のスイッチング素子が銅板などの配線に実装された状態で、樹脂封止されて構成される。パワーモジュール６ｂは、残る１系統のインバータ回路６および電源リレー６５を構成する複数のスイッチング素子が銅板などの配線に実装された状態で、樹脂封止されて構成される。制御基板３と接続される信号端子６ｃ、中継部材９と接続される電源端子６ｅ、給電端子６ｄの配置は、実施の形態１と同様である。

また、モータ２と制御ユニット１のモータ相電流を中継する、環状配線部２７から引き出される相端子２８（２８ａＵ、２８ａＶ、２８ａＷ、２８ｂＵ、２８ｂＶ、２８ｂＷ）は、中継部材９の給電端子９ａ，９ｂ（９ａｍＵ、９ａｍＶ、９ａｍＷ、９ｂｍＵ、９ｂｍＶ、９ｂｍＷ）を介してパワーモジュール６ａ、６ｂのそれぞれに設けられた給電端子６ｄのそれぞれに接続される。

中継部材９が、パワーモジュール６ａ，６ｂが配置された配置部８ｅ，８ｆと異なる配置部８ｇに配置されている。これにより、配置部８ｇの配置面と直交する方向から見たとき、給電端子９ａｍＵ，９ｂｍＵなどが、パワーモジュール６ａ，６ｂと重なるような配置となった場合においても、給電端子９ａｍＵ，９ｂｍＵなどの配置にあわせて、パワーモジュール６ａ，６ｂの位置を移動させる必要はない。このように、給電端子９ａ，９ｂの配置を変えることは、パワーモジュール６ａ，６ｂの配置には、何ら影響を及ぼさない。そこで、実施の形態３においても、パワーモジュール６ａ，６ｂの配置を移動させることによる不具合を回避できる。つまり、パワーモジュール６ａ，６ｂの位置を移動させることは、制御基板３におけるパワーモジュール６ａ，６ｂとの信号ラインの接続部の位置を変更させることになり、制御基板３を設計変更する必要が生じる。また、パワーモジュール６ａ，６ｂを径方向内方に移動させた場合には、制御基板３の部品実装面積が縮小させることになる。

また、制御基板３に実装されている制御回路部品の中で、特に作動時の損失による温度上昇が高い発熱部品は、ヒートシンク８の一部から突出された放熱部８ｈに、例えば高い熱伝導率を有する、ボンドやシートなどの放熱部材３ｊを介して接している。これにより、発熱部品での発熱が放熱部８ｈに効果的に放熱され、過度の温度上昇が抑制される。

以上のように、２系統のインバータ回路６を有する構成であっても、実施の形態１，２と同様の効果が得られる。

なお、上記各実施の形態では、三相の巻線がＹ結線されているが、三相の巻線をΔ結線してもよい。

１ 制御ユニット、２ モータ、３ 制御基板、３ｃ 上辺、３ｄ 下辺、３ｅ 側辺、４ａ 信号端子、５ａ 回転センサ、５ｂ，５ｃ センサロータ、５ｄ レゾルバステータ（回転センサ）、６ａ、６ｂ パワーモジュール、６ｃ 信号端子、６ｄ 給電端子、８ ヒートシンク、８ａ ベース部、８ｂ 柱部、８ｃ 凹部、８ｄ，８ｅ，８ｆ，８ｇ 配置部、９ 中継部材、９ａ，９ｂ 給電端子、１０ ハウジング、１１ 電源コネクタ、１２ 信号コネクタ、１４ａ 信号端子、１５ 延長ターミナル（信号端子）、２１ 出力軸、２２ ステータ、２３ ロータ、２４ 巻線、２５ モータケース、２５ａ 円筒部、２５ｂ 底部、２８ 相端子、２９ フレーム。

Claims (7)

1. モータと、上記モータの出力軸の軸方向に上記モータと１列に並んで配置されて、上記モータと一体化された制御ユニットと、を備える電動パワーステアリング装置において、
   上記制御ユニットは、上記モータに電流を供給する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、上記複数のスイッチング素子に制御信号を出力する制御基板と、上記制御ユニットの放熱を司るヒートシンクと、上記制御ユニットの外殻を構成するハウジングと、上記出力軸の上記制御ユニット側の端部に装着されたセンサロータと、上記センサロータの回転を検出する回転センサと、を備え、
   上記ヒートシンクは、上記ハウジング内の上記モータ側に配置される円盤状のベース部と、上記ベース部から上記出力軸の延長線上を上記モータと反対側に延びる柱部と、を備え、
   上記パワーモジュールおよび上記制御基板が、上記ハウジング内に上記出力軸と平行に配置され、
   上記モータは、筒部を有するモータケースを備え、
   上記ベース部の外周壁面は、上記筒部の内周壁面に接しており、
   上記回転センサは、上記ベース部の上記センサロータと相対する位置に設けられた凹部内に配置されている電動パワーステアリング装置。
2. モータと、上記モータの出力軸の軸方向に上記モータと１列に並んで配置されて、上記モータと一体化された制御ユニットと、を備える電動パワーステアリング装置において、
   上記制御ユニットは、上記モータに電流を供給する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、上記複数のスイッチング素子に制御信号を出力する制御基板と、上記制御ユニットの放熱を司るヒートシンクと、上記制御ユニットの外殻を構成するハウジングと、上記出力軸の回転を検出する回転センサと、を備え、
   上記ヒートシンクは、上記ハウジング内の上記モータ側に配置されるベース部と、上記ベース部から上記出力軸の延長線上を上記モータと反対側に延びる柱部と、を備え、
   上記パワーモジュールおよび上記制御基板が、上記ハウジング内に上記出力軸と平行に配置され、
   上記モータのステータの巻線の相端子が、上記ハウジング内に引き出され、上記パワーモジュールの径方向外方の領域の周方向の外側で、上記パワーモジュールの給電端子に接続されている電動パワーステアリング装置。
3. 上記相端子は、上記パワーモジュールより上記モータ側の位置で上記給電端子に接続されている請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 上記モータケースは、上記筒部の一側開口を塞ぐ底部をさらに有する有底筒状であり、
   上記モータは、上記モータケースに取り付けられて上記筒部の他側開口を塞ぐフレームと、上記底部と上記フレームとに回転可能に支持された上記出力軸に固着されて上記モータケース内に配置されたロータと、上記ロータを囲繞するように配置されて上記筒部内に保持されたステータと、をさらに備え、
   上記ベース部は、上記フレームの上記ロータと反対側の面に接している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 上記モータは、筒部および上記筒部の一側開口を塞ぐ底部を有する有底筒状のモータケースと、上記モータケースに取り付けられて上記筒部の他側開口を塞ぐフレームと、上記底部と上記フレームとに回転可能に支持された上記出力軸に固着されて上記モータケース内に配置されたロータと、上記ロータを囲繞するように配置されて上記筒部内に保持されたステータと、を備え、
   上記ベース部は、上記フレームの上記ロータと反対側の面と上記筒部の内周壁面とに接している請求項２又は請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 上記柱部は、それぞれ、上記出力軸の軸方向と平行な平面からなる複数の配置部を有する多角柱に構成されており、
   上記制御基板が、上記複数の配置部の中の１つの配置部に配置され、
   上記パワーモジュールが、上記複数の配置部の中の、上記１つの配置部に周方向に隣り合う配置部に配置されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 外部との電力および信号の授受を行うコネクタが、上記ハウジングの上記モータと反対側の端部に設けられ、
   上記制御基板は、矩形平板状に構成され、長さ方向を上記出力軸の軸方向として上記１つの配置部に配置され、
   電気的接続用ターミナルが、上記制御基板の上辺、下辺、および側辺の少なくとも一方に形成されており、
   上記コネクタの信号端子が上記制御基板の上記上辺に形成された電気的接続用ターミナルに接続され、上記回転センサの信号端子が上記制御基板の上記下辺に形成された電気的接続用ターミナルに接続され、上記パワーモジュールの信号端子が上記制御基板の上記側辺に形成された電気的接続用ターミナルに接続されている請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。

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