JP7004289B2 - モータ制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置および電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動モータと電動モータを制御する電子制御装置とを一体化した機電一体型モータがある。

従来から、車両には、運転者のハンドル操作（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）を補助する電動パワーステアリング装置が搭載されている。この電動パワーステアリング装置でも、機電一体型モータが採用されている。例えば、特許文献１の機電一体型モータは、電子制御装置が収納されているハウジングが半径方向に大型化するのを抑制し、中継コネクタを少なくした簡単な構成のコネクタ端子組立体によって各回路部に電力や制御信号を供給している。

特開２０１６－１４４３８０号公報

車両には、様々な多くの装置が搭載されるため、個々の装置は小型化であることが求められ、電動パワーステアリング装置も、機電一体型モータを採用して小型化される。モータの径方向に大型化しないように機電一体型モータのモータ制御装置を設計すると、モータ制御装置の径方向寸法を抑制できるものの、モータ制御装置の軸方向寸法が大型化しやすくなる。一方、モータの軸方向に大型化しないように機電一体型モータのモータ制御装置を設計すると、モータ制御装置の軸方向寸法を抑制できるものの、モータ制御装置の径方向寸法が大型化しやすくなる。つまり、モータ制御装置の径方向寸法および軸方向寸法の両方を小型化することは容易ではなく、課題であった。
本発明の一態様は、モータ制御装置およびモータの組立体全体を小型化することができるモータ制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することを目的の一つとする。

電力供給源に接続される外部電源コネクタと、複数の外部信号コネクタとを樹脂材料によって一体成形することにより形成された樹脂カバーと、少なくとも演算装置を実装した制御基板と、少なくともインバータ回路と、複数の電解コンデンサとを実装したパワー基板と、前記制御基板が発生する熱と、前記パワー基板が発生する熱とを放熱するヒートシンクとを備え、モータを制御するモータ制御装置は、前記モータに電気的に接続され、前記樹脂カバーと前記制御基板と前記パワー基板と前記ヒートシンクとは、前記モータの軸方向に前記モータの側から、前記パワー基板、前記ヒートシンク、前記制御基板、前記樹脂カバーの順に配列され、前記複数の電解コンデンサは、前記パワー基板のうちの前記モータの側の面に実装され、前記パワー基板は、前記モータのハウジングによって覆われている。

以上のように本開示の例示的な実施形態によれば、モータ制御装置およびモータの組立体全体を小型化することができるモータ制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することができる。

図１は、電動パワーステアリング装置の概要図である。 図２は、モータ制御装置の構成を示したブロック図である。 図３Ａは、モータ制御装置を隔ててモータの反対側から見たモータ制御装置およびモータの分解斜視図である。 図３Ｂは、モータを隔ててモータ制御装置の反対側から見たモータ制御装置およびモータの分解斜視図である。 図４Ａは、制御基板の一方の面を示す図である。 図４Ｂは、制御基板とパワー基板との関係を示す図である。 図４Ｃは、パワー基板の他方の面を示す図である。 図５Ａは、電源端子コネクタの斜視図である。 図５Ｂは、電源端子コネクタの正面図である。 図５Ｃは、電源端子コネクタターミナルの斜視図である。 図６Ａは、電源端子コネクタ、ＧＮＤ端子コネクタ、電源端子およびＧＮＤ端子の斜視図である。 図６Ｂは、第２モータ端子コネクタの斜視図である。

以下、モータ制御装置および電動パワーステアリング装置の例について、図面を参照しながら説明する。

＜電動パワーステアリング装置の構成＞
図１に、電動パワーステアリング装置の概要図を示す。電動パワーステアリング装置１は、自動車等の輸送機器において、運転者のハンドル操作を補助する装置である。本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、トルクセンサ９４、モータ２００、およびモータ制御装置３００を有する。

トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２に取り付けられている。運転者がステアリングホイール（以下「ハンドル」ともいう）９１を操作してステアリングシャフト９２を回転させると、トルクセンサ９４は、ステアリングシャフト９２にかかるトルクを検出する。つまり、トルクセンサ９４は、ハンドル操作によるトルクを検出する。トルクセンサ９４の検出信号であるトルク信号は、トルクセンサ９４からモータ制御装置３００へ出力される。モータ制御装置３００は、トルクセンサ９４から入力されるトルク信号に基づいて、モータ２００を駆動させる。なお、モータ制御装置３００は、トルク信号だけではなく、他の情報（例えば車速など）を併せて参照していてもよい。

モータ制御装置３００は、電力供給源４００から得られる電力を利用して、モータ２００に駆動電流を供給する。モータ２００から生じる駆動力は、ギアボックス５００を介して車輪９３に伝達される。これにより、車輪９３の舵角が変化する。このように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト９２のトルクを、モータ２００により増幅させて、車輪９３の舵角を変化させる。したがって、運転者は、軽い力でステアリングホイール９１を操作することができる。

＜モータ制御装置の構成＞
続いて、上記の電動パワーステアリング装置１に用いられるモータ制御装置３００の構成について説明する。図２は、モータ制御装置３００の構成を示したブロック図である。図２に示すように、このモータ制御装置３００は、マイクロコントローラ等の演算装置３１を有する電気回路により構成される。モータ制御装置３００は、トルクセンサ９４、モータ２００、および電力供給源４００（図１参照）と、電気的に接続されている。

本実施形態では、電動パワーステアリング装置１のモータ２００に、三相同期ブラシレスモータが用いられている。モータ２００の駆動時には、モータ制御装置３００からモータ２００内の複数のコイル２１Ａ、２１Ｂに、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の各電流が供給される。そうすると、コイル２１Ａ、２１Ｂを有するステータと、マグネットを有するロータとの間に、回転磁界が発生する。その結果、モータ２００のステータに対してロータが回転する。

また、図２に示すように、本実施形態のモータ２００は、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相のコイルで構成されるコイル群を、２組有する。以下では、これらの２組のコイル群を、それぞれ、第１コイル群２２Ａおよび第２コイル群２２Ｂと称する。第１コイル群２２Ａの３つのコイル２１Ａおよび第２コイル群２２Ｂの３つのコイル２１Ｂは、それぞれ、スター結線により接続されている。ただし、第１コイル群２２Ａおよび第２コイル群２２Ｂは、それぞれ、デルタ結線により接続されていてもよい。

モータ制御装置３００は、第１コイル群２２Ａと第２コイル群２２Ｂとに対して、個別に駆動電流を供給する。すなわち、モータ制御装置３００は、第１コイル群２２Ａと第２コイル群２２Ｂとを有するモータ２００を制御する。モータ制御装置３００は、第１コイル群２２Ａに対して駆動電流を供給する第１制御系統６０Ａと、第２コイル群２２Ｂに対して駆動電流を供給する第２制御系統６０Ｂとを有する。

第１インバータ駆動回路６３Ａは、第１インバータ６４Ａを動作させるための電気回路である。第１インバータ駆動回路６３Ａは、演算装置３１から出力される駆動指示７３Ａに従って、第１インバータ６４Ａの６つの第１スイッチング素子６８Ａに、それぞれパルス波であるＰＷＭ信号７４Ａを供給する。各第１スイッチング素子６８Ａに供給されるＰＷＭ信号７４Ａは、駆動指示７３Ａにより指定されたデューティ比を有する。

第１インバータ６４Ａは、ＰＷＭ信号７４Ａに基づいて駆動電流７５Ａを生成する電力変換器である。図２に示すように、第１インバータ６４Ａは、６つの第１スイッチング素子６８Ａを有する。第１スイッチング素子６８Ａには、例えば、ＦＥＴなどのトランジスタが用いられる。図２の例では、電源電圧Ｖ１と接地電圧Ｖ０との間において、直列に接続された２つの第１スイッチング素子６８Ａが、並列に３組設けられている。

第１コイル群２２Ａの３つのコイル２１Ａの各々の一端は、中性点２３Ａにおいて互いに接続されている。また、３つのコイル２１Ａの各々の他端は、第１インバータ６４Ａの３組の第１スイッチング素子６８Ａの各々の＋側の第１スイッチング素子６８Ａと－側の第１スイッチング素子６８Ａとの間に、接続されている。６つの第１スイッチング素子６８Ａが、ＰＷＭ信号７４Ａによってオンオフされると、それらのオンオフ状態に応じて、第１インバータ６４Ａから第１コイル群２２Ａの各相のコイル２１Ａへ、駆動電流７５Ａが供給される。

また、図２に示すように、第１インバータ６４Ａは、３つの第１シャント抵抗６９Ａを有する。３つの第１シャント抵抗６９Ａは、３組の第１スイッチング素子６８Ａの各々の－側の第１スイッチング素子６８Ａと、接地電圧Ｖ０との間に、介挿されている。第１コイル群２２Ａへの駆動電流７５Ａの供給時には、第１コイル群２２Ａから第１インバータ６４Ａへ帰還する各相の電流が、３つの第１シャント抵抗６９Ａにそれぞれ流れる。

第１モータ電流遮断回路６５Ａは、第１インバータ６４Ａと第１コイル群２２Ａとの間の３相の各電流の経路上に設けられている。第１モータ電流遮断回路６５Ａには、例えばメカリレーまたはＦＥＴが用いられる。第１モータ電流遮断回路６５Ａは、演算装置３１からの信号に基づいて、電流の経路を、相ごとに通電状態と遮断状態との間で切り替えることができる。

第１電流検出回路６６Ａは、第１シャント抵抗６９Ａに流れる電流を計測するための電気回路である。第１電流検出回路６６Ａは、３つの第１シャント抵抗６９Ａの両端の電位差を計測することによって、各第１シャント抵抗６９Ａに流れる電流（シャント電流）を示す検出信号７６Ａを生成する。生成された検出信号７６Ａは、第１電流検出回路６６Ａから演算装置３１へ送られる。

第２制御系統６０Ｂは、第１制御系統６０Ａと同等の構成を有する。すなわち、図２に示すように、第２制御系統６０Ｂは、第２インバータ駆動回路６３Ｂ、第２インバータ６４Ｂ、第２モータ電流遮断回路６５Ｂ、および第２電流検出回路６６Ｂを有する。第２制御系統６０Ｂは、これらの各部を動作させることによって、第２コイル群２２Ｂに駆動電流７５Ｂを供給する。なお、第２制御系統６０Ｂ内の各部の詳細な動作については、上述した第１制御系統６０Ａと同様であるため、重複説明を省略する。図２では、第２制御系統６０Ｂ内の各部間で授受される信号に、第１制御系統６０Ａの各部間の駆動指示７３Ａ、ＰＷＭ信号７４Ａ、駆動電流７５Ａ、検出信号７６Ａに対応する符号７３Ｂ～７６Ｂを付している。

図３Ａは、モータ制御装置３００を隔ててモータ２００の反対側から見たモータ制御装置３００およびモータ２００の分解斜視図である。図３Ｂは、モータ２００を隔ててモータ制御装置３００の反対側から見たモータ制御装置３００およびモータ２００の分解斜視図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、モータ制御装置３００は、少なくとも、樹脂カバー１０と、制御基板３０と、ヒートシンク５０と、パワー基板（回路基板）６０とを備える。
図４Ａは、制御基板３０の一方の面（図３Ａおよび図３Ｂの上側の面）を示す図である。図４Ｂは、制御基板３０とパワー基板６０との関係を示す図である。図４Ｃは、パワー基板６０の他方の面（図３Ａおよび図３Ｂの下側の面）を示す図である。

＜パワー基板の形状＞
図３Ａ、図３Ｂおよび図４Ｃに示すように、パワー基板６０は、円形のプリント実装基板である。パワー基板６０の直径は、モータ２００の直径より小さい。詳細には、パワー基板６０の直径は、モータ２００のハウジング２０２の内径より小さい。このように構成することにより、モータ制御装置３００をモータ２００に対してモータ軸方向に組み付けた場合に、パワー基板６０が、モータ２００のハウジング２０２内のデットスペースに配置される。その結果、モータ制御装置３００がモータ２００の径方向にはみ出さず、機電一体型モータ（モータ制御装置３００およびモータ２００の組立体）を小型化することができる。

＜パワー基板の上面の部品＞
パワー基板６０の一方の面（図３Ａおよび図３Ｂの上側の面）には、第１インバータ６４Ａの第１スイッチング素子６８Ａ（図３Ａおよび図３Ｂには図示せず、図２参照）および第２インバータ６４Ｂの第２スイッチング素子６８Ｂ（図３Ａおよび図３Ｂには図示せず、図２参照）、第１信号コネクタ６２Ａおよび第２信号コネクタ６２Ｂ、電源端子コネクタ６３ＣＰおよびＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧなどが実装される。つまり、パワー基板６０は、第１インバータ６４Ａ、第２インバータ６４Ｂ、電源端子コネクタ６３ＣＰ、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧなどを備える。

＜パワー基板上面の実装＞
第１スイッチング素子６８Ａおよび第２スイッチング素子６８Ｂは、リフロー半田でパワー基板６０に半田付けされる。
第２信号コネクタ６２Ｂは、複数の第２信号ターミナル６２ＬＴＢと、第２信号コネクタ位置決め部６２ＬＦ１Ｂと、第２信号コネクタ位置決め部６２ＬＦ２Ｂとを含む。第２信号ターミナル６２ＬＴＢは、パワー基板６０と制御基板３０とを電気的に接続する。第２信号コネクタ位置決め部６２ＬＦ１Ｂ、６２ＬＦ２Ｂの下端部は、パワー基板６０の位置決め孔に挿入され、スナップフィット接続によってパワー基板６０に接続される。第２信号ターミナル６２ＬＴＢの下端部は、パワー基板６０のスルーホールに挿入され、プレスフィット接続によってパワー基板６０に電気的に接続される。複数の第２信号ターミナル６２ＬＴＢは、パワー基板６０の外周部に円弧状に配列される。

なお、第２信号ターミナル６２ＬＴＢの下端部は、パワー基板６０のスルーホールに挿入されて、パワー基板６０の他方の面（図３Ａおよび図３Ｂの下側の面）で半田付けされるようにしても良い。
なお、第１信号コネクタ６２Ａについては、上述した第２信号コネクタ６２Ｂと同様であるため重複説明を省略する。図３Ａでは、第１信号コネクタ６２Ａの各部の符号に、第２信号コネクタ６２Ｂの各部の符号Ｂに対応する符号Ａを付している。

電源端子コネクタ６３ＣＰは、パワー基板６０と樹脂カバー１０の電源端子１３ＴＰとを電気的に接続する。
図５Ａは、電源端子コネクタ６３ＣＰの斜視図である。図５Ｂは、電源端子コネクタ６３ＣＰの正面図である。図５Ｃは、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰの斜視図である。
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、電源端子コネクタ６３ＣＰは、金属材料によって形成された電源端子コネクタターミナル６３ＴＰと、電気絶縁材料（樹脂材料）によって形成されたカバー部６３ＲＰとを備える。電源端子コネクタターミナル６３ＴＰは、パワー基板６０のスルーホールに挿入され、パワー基板６０の他方の面（図３Ａおよび図３Ｂの下側の面）で半田付けされる。なお、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰは、リフロー半田でパワー基板６０に半田付けされても良い。
ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧは、パワー基板６０と樹脂カバー１０のＧＮＤ端子１３ＴＧとを電気的に接続する。
図６Ａは、電源端子コネクタ６３ＣＰ、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧ、電源端子１３ＴＰおよびＧＮＤ端子１３ＴＧの斜視図である。
図６Ａに示すように、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧは、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰと同様に構成されたＧＮＤ端子コネクタターミナル６３ＴＧと、カバー部６３ＲＰ（図５Ａおよび図５Ｃ参照）と同様に構成されたカバー部とを備える。ＧＮＤ端子コネクタターミナル６３ＴＧは、パワー基板６０のスルーホールに挿入され、パワー基板６０の他方の面（図３Ａおよび図３Ｂの下側の面）で半田付けされる。なお、ＧＮＤ端子コネクタターミナル６３ＴＧは、リフロー半田でパワー基板６０に半田付けされるようにしても良い。
電源端子コネクタ６３ＣＰと、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧは、同一形状であることが好ましい。

＜端子コネクタの形状＞
図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、電源端子コネクタ６３ＣＰは、金属部材である電源端子コネクタターミナル６３ＴＰを樹脂材料によって一体成形することにより、形成されている。電源端子コネクタ６３ＣＰのカバー部６３ＲＰの下面６３ＢＰ（図５Ａおよび図５Ｂの下側の面）は、パワー基板６０の上側の実装面（上面）に対向する。カバー部６３ＲＰは、概略筒状である。カバー部６３ＲＰの内周面と、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰとの間には、内部空間６３ＳＰ（隙間）が存在する。
例えば、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰがパワー基板６０に半田付けされる場合、パワー基板６０の上面に余剰半田が残る可能性がある。その余剰半田は、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰの周囲に位置する。図５Ａに示す例では、電源端子コネクタターミナル６３ＴＰのうちのパワー基板６０に接続される部分（つまり、２本の脚状の部分）と、カバー部６３ＲＰとの間には、内部空間６３ＳＰが配置されているため、余剰半田を内部空間６３ＳＰに収容することができる。その結果、図５Ａに示す例では、電源端子コネクタ６３ＣＰの下面６３ＢＰと、パワー基板６０の実装面と間に余剰半田が存在してしまうおそれを抑制することができ、電源端子コネクタ６３ＣＰの下面６３ＢＰと、パワー基板６０の実装面とを当接させることができる。そのため、電源端子コネクタ６３ＣＰをパワー基板６０に対して高さ方向に高精度に位置決めして実装することができる。
なお、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧについては、上述した電源端子コネクタ６３ＣＰと同様であるため重複説明を省略する。

＜パワー基板の下面の部品＞
パワー基板６０の他方の面（図３Ａおよび図３Ｂの下側の面）には、第１スイッチング素子６８Ａおよび第２スイッチング素子６８Ｂよりも比較的高さのある部品である複数の電解コンデンサ４４Ｄが実装される。また、パワー基板６０の他方の面には、第１コイル群２２Ａの３つのコイル２１Ａの各々の他端が電気的に接続される３つの第１モータ端子コネクタ６１ＣＡが実装される。また、パワー基板６０の他方の面には、第２コイル群２２Ｂの３つのコイル２１Ｂの各々の他端が電気的に接続される３つの第２モータ端子コネクタ６１ＣＢが実装される。つまり、パワー基板６０は、電解コンデンサ４４Ｄ、第１モータ端子コネクタ６１ＣＡおよび第２モータ端子コネクタ６１ＣＢを備える。コイルやリレー等の部品が、パワー基板６０の他方の面に実装されても良い。

＜パワー基板の下面の実装＞
複数の電解コンデンサ４４Ｄは、リフロー半田でパワー基板６０に半田付けされる。
図６Ｂは、第２モータ端子コネクタ６１ＣＢの斜視図である。
図６Ｂに示すように、第２モータ端子コネクタ６１ＣＢは、Ｕ相第２モータ端子コネクタ６１ＵＣＢと、Ｖ相第２モータ端子コネクタ６１ＶＣＢと、Ｗ相第２モータ端子コネクタ６１ＷＣＢとを含む。Ｕ相第２モータ端子コネクタ６１ＵＣＢは、Ｕ相第２モータ端子コネクタターミナル６１ＵＴＢを有する。Ｖ相第２モータ端子コネクタ６１ＶＣＢは、Ｖ相第２モータ端子コネクタターミナル６１ＶＴＢを有する。Ｗ相第２モータ端子コネクタ６１ＷＣＢは、Ｗ相第２モータ端子コネクタターミナル６１ＷＴＢを有する。Ｕ相第２モータ端子コネクタターミナル６１ＵＴＢと、Ｖ相第２モータ端子コネクタターミナル６１ＶＴＢと、Ｗ相第２モータ端子コネクタターミナル６１ＷＴＢとは、パワー基板６０のスルーホールに挿入され、パワー基板６０の一方の面（図３Ａおよび図３Ｂの上側の面）で半田付けされる。なお、第２モータ端子コネクタ６１ＣＢは、リフロー半田でパワー基板６０に半田付けされても良い。
なお、Ｕ相第１モータ端子コネクタ６１ＵＣＡと、Ｖ相第１モータ端子コネクタ６１ＶＣＡと、Ｗ相第１モータ端子コネクタ６１ＷＣＡとを含む第１モータ端子コネクタ６１ＣＡについては、上述した第２モータ端子コネクタ６１ＣＢと同様であるため重複説明を省略する。
第１モータ端子コネクタ６１ＣＡと、第２モータ端子コネクタ６１ＣＢは、同一形状であることが好ましい。さらに、第１モータ端子コネクタ６１ＣＡと、第２モータ端子コネクタ６１ＣＢは、電源端子コネクタ６３ＣＰ、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧと、同一形状であることが好ましい。第１モータ端子コネクタ６１ＣＡと、第２モータ端子コネクタ６１ＣＢと、電源端子コネクタ６３ＣＰと、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧとで同一部品を流用することによって、モータ制御装置３００の全体のコストを抑制することができる。

＜ヒートシンク形状＞
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ヒートシンク５０は、円柱形状であり、例えばアルミニウムのような金属材料によって形成されている。例えば、ヒートシンク５０の直径は、モータ２００のハウジング２０２の直径と同等であることが好ましい。ヒートシンク５０の直径を小さくすることによって、機電一体型モータを小型化することができる。

＜ヒートシンク構造＞
ヒートシンク５０は、２つのフランジ５１と、２つの凹部とを備える。２つのフランジ５１と、２つの凹部とは、ヒートシンク５０の円筒部に形成されている。一方の凹部はＯリング５４Ｈと嵌合し、他方の凹部はＯリング５４Ｌと嵌合する。フランジ５１は、２つの凹部の間、つまり、Ｏリング５４ＨとＯリング５４Ｌとの間に配置されている。
また、ヒートシンク５０は、ヒートシンク５０の一方の端部（図３Ａおよび図３Ｂの上側の端部）と他方の端部（図３Ａおよび図３Ｂの下側の端部）とを貫通する孔５３Ｐ、５３Ｇ、５２Ａ、５２Ｂを備える。
電源端子１３ＴＰおよび電源端子コネクタ６３ＣＰは、孔５３Ｐを貫通する。ＧＮＤ端子１３ＴＧおよびＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧは、孔５３Ｇを貫通する。第１信号コネクタ６２Ａは、孔５２Ａを貫通する。第２信号コネクタ６２Ｂは、孔５２Ｂを貫通する。
ヒートシンク５０は、パワー基板６０を固定する複数の固定部５６（図３Ｂ参照）を下面（図３Ａおよび図３Ｂの下側の面）に備えている。複数の固定部５６は、例えばネジ穴である。
ヒートシンク５０の上面（図３Ａおよび図３Ｂの上側の面）は、制御基板３０を格納するために凹形状に形成されている。
ヒートシンク５０は、制御基板３０に実装される演算装置３１などが発生する熱と、パワー基板６０に実装される第１スイッチング素子６８Ａと、第２スイッチング素子６８Ｂなどが発生する熱とを放熱する。

＜制御基板の形状＞
図３Ａ、図３Ｂおよび図４Ａに示すように、制御基板３０は、円形のプリント実装基板である。制御基板３０の直径をモータ２００の直径より小さくすることによって、詳細には、制御基板３０がヒートシンク５０の上面の凹部に格納されることによって、機電一体型モータを小型化することができる。
制御基板３０は、電源端子切り込み部３３Ｐと、ＧＮＤ端子切り込み部３３Ｇとを備える。
図３Ｂおよび図４Ｂに示すように、ＧＮＤ端子１３ＴＧおよびＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧは、ＧＮＤ端子切り込み部３３Ｇを貫通する。同様に、電源端子１３ＴＰおよび電源端子コネクタ６３ＣＰは、電源端子切り込み部３３Ｐを貫通する。
電源端子切り込み部３３Ｐは、電源端子１３ＴＰおよび電源端子コネクタ６３ＣＰと嵌合するために、電源端子１３ＴＰおよび電源端子コネクタ６３ＣＰよりも大きくされている。また、ＧＮＤ端子切り込み部３３Ｇは、ＧＮＤ端子１３ＴＧおよびＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧと嵌合するために、ＧＮＤ端子１３ＴＧおよびＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧよりも大きくされている。
一方、電源端子１３ＴＰと、制御基板３０とは、電源端子コネクタ６３ＣＰのカバー部６３ＲＰによって絶縁されている。また、ＧＮＤ端子１３ＴＧと、制御基板３０とは、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧのカバー部によって絶縁されている。
そのため、電源端子切り込み部３３ＰおよびＧＮＤ端子切り込み部３３Ｇをできるだけ小さくすることによって、制御基板３０の部品実装面積を大きくすることができ、部品実装効率を向上させることができる。

＜制御基板の部品＞
制御基板３０には、少なくとも演算装置３１（図２参照）が実装される。演算装置３１は、例えばＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）といった１チップのコンピュータである。

＜制御基板の実装＞
演算装置３１は、リフロー半田で制御基板３０に半田付けされる。

＜樹脂カバーの形状＞
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、樹脂カバー１０は、円筒形状である。詳細には、樹脂カバー１０は、円筒部の一方の端部（図３Ａおよび図３Ｂの上側の端部）が塞がれ、他方の端部（図３Ａおよび図３Ｂの下側の端部）が開口している形状である。

＜樹脂カバーの構造＞
樹脂カバー１０は、外部電源コネクタ１４Ｃと、外部信号コネクタ１２Ｃと、２つのフランジ１１と、金属補強部１５と、金属材料によって形成された電源端子１３ＴＰおよびＧＮＤ端子１３ＴＧと、金属材料によって形成された外部信号ターミナル１２Ｔとを備える。外部電源コネクタ１４Ｃは、電源端子１３ＴＰとＧＮＤ端子１３ＴＧとに接続されている。外部電源コネクタ１４Ｃには、電力供給源４００（図１参照）が電気的に接続される。外部信号コネクタ１２Ｃは、外部信号ターミナル１２Ｔに接続されている。外部信号コネクタ１２Ｃには、例えばトルクセンサ９４（図１参照）からのトルク信号、他の制御装置との通信信号などのような外部信号が入力される。外部電源コネクタ１４Ｃおよび外部信号コネクタ１２Ｃは、円筒形状の樹脂カバー１０の一方の端部に配置されている。
２つのフランジ１１は、樹脂カバー１０の円筒部に配置されている。フランジ１１は、例えばネジを収容する穴を有する。金属補強部１５は、金属材料によって形成されている。金属補強部１５は、樹脂材料によって形成された樹脂カバー１０の円筒部を補強する。樹脂カバー１０は、電源端子１３ＴＰとＧＮＤ端子１３ＴＧとを有する外部電源コネクタ１４Ｃと、外部信号ターミナル１２Ｔを有する外部信号コネクタ１２Ｃとを樹脂材料によって一体成形することにより、形成されている。

＜パワー基板の上面とヒートシンクの接続＞
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、パワー基板６０とヒートシンク５０とが固定される場合には、パワー基板６０に実装された第１信号コネクタ６２Ａが、ヒートシンク５０の孔５２Ａを貫通させられ、第２信号コネクタ６２Ｂが孔５２Ｂを貫通させられ、電源端子コネクタ６３ＣＰが孔５３Ｐを貫通させられ、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧが孔５３Ｇを貫通させられる。ヒートシンク５０の４つの固定部５６によって、パワー基板６０は、ヒートシンク５０に固定される。
電源端子コネクタ６３ＣＰの電源端子コネクタターミナル６３ＴＰと、ヒートシンク５０の孔５３Ｐの内周面とは、それらの間に配置された電源端子コネクタ６３ＣＰのカバー部６３ＲＰによって絶縁される。また、ＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧのＧＮＤ端子コネクタターミナル６３ＴＧと、ヒートシンク５０の孔５３Ｇの内周面とは、それらの間に配置されたＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧのカバー部によって絶縁されている。
第１信号コネクタ６２Ａは、金属材料によって形成された第１信号ターミナル６２ＬＴＡと、樹脂材料によって形成されたカバー部とを有する。第１信号コネクタ６２Ａの第１信号ターミナル６２ＬＴＡと、ヒートシンク５０とは、第１信号コネクタ６２Ａのカバー部によって絶縁される。
第２信号コネクタ６２Ｂは、金属材料によって形成された第２信号ターミナル６２ＬＴＢと、樹脂材料によって形成されたカバー部とを有する。第２信号コネクタ６２Ｂの第２信号ターミナル６２ＬＴＢと、ヒートシンク５０とは、第２信号コネクタ６２Ｂのカバー部によって絶縁される。

＜パワー基板の上面とヒートシンクの放熱＞
上述したように、パワー基板６０の上面には、第１スイッチング素子６８Ａと、第２スイッチング素子６８Ｂとが実装される。また、パワー基板６０の上面は、電気絶縁性の熱伝導部材（図示せず）を介してヒートシンク５０と熱的に接続されている。電気絶縁性の熱伝導部材は、例えば放熱グリス、放熱シートなどである。

＜パワー基板と制御基板の接続＞
図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、第２信号コネクタ位置決め部６２ＬＦ１Ｂ、６２ＬＦ２Ｂの上端部は、制御基板３０の位置決め孔に挿入され、スナップフィット接続によって制御基板３０に接続される。第２信号ターミナル６２ＬＴＢの上端部は、制御基板３０のスルーホールに挿入され、プレスフィット接続によって制御基板３０に電気的に接続される。第２信号ターミナル６２ＬＴＢによって、パワー基板６０と制御基板３０とが電気的に接続される。

なお、第２信号ターミナル６２ＬＴＢの上端部は、制御基板３０のスルーホールに挿入されて、制御基板３０の上面（図４Ｂの上側の面）で半田付けされるようにしても良い。
なお、第１信号コネクタ６２Ａについては、上述した第２信号コネクタ６２Ｂと同様であるため重複説明を省略する。

＜制御基板と信号端子の接続・カバーの接続＞
図３Ｂに示すように、樹脂カバー１０の外部信号ターミナル１２Ｔの下端部は、制御基板３０のスルーホールに挿入され、スナップフィット接続によって制御基板３０に電気的に接続される。
樹脂カバー１０の電源端子１３ＴＰは、制御基板３０の電源端子切り込み部３３Ｐを貫通させられ、プレスフィット接続によって電源端子コネクタ６３ＣＰに電気的に接続される。
樹脂カバー１０のＧＮＤ端子１３ＴＧは、制御基板３０のＧＮＤ端子切り込み部３３Ｇを貫通させられ、プレスフィット接続によってＧＮＤ端子コネクタ６３ＣＧに電気的に接続される。

＜制御装置とモータへの固定＞
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、樹脂カバー１０と、制御基板３０と、ヒートシンク５０と、パワー基板６０とを接続することによって、モータ制御装置３００は形成される。第１モータ端子コネクタ６１ＣＡおよび第２モータ端子コネクタ６１ＣＢは、モータ制御装置３００の下部（図３Ａおよび図３Ｂの下側の部分）に配置される。
第２モータ端子コネクタ６１ＣＢは、プレスフィット接続によって、Ｕ相第２モータ端子２６１ＵＴＢとＶ相第２モータ端子２６１ＶＴＢとＷ相第２モータ端子２６１ＷＴＢとを有する第２モータ端子２６１ＴＢに電気的に接続される。第２モータ端子２６１ＴＢは、モータ２００のコイル２１Ｂに接続されている。つまり、モータ制御装置３００は、モータ２００に電気的に接続される。
なお、第１モータ端子コネクタ６１ＣＡについては、上述した第２モータ端子コネクタ６１ＣＢと同様であるため重複説明を省略する。
モータ制御装置３００とモータ２００とが接続されると、樹脂カバー１０の２つのフランジ１１と、ヒートシンク５０の２つのフランジ５１と、モータ２００の２つのフランジ２０１とは、２つの固定部材（図示せず）で共締めされる。固定部材は、例えばネジである。

＜防水＞
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、モータ制御装置３００のヒートシンク５０とモータ２００との隙間は、ヒートシンク５０のＯリング５４Ｌによってシールされる。
樹脂カバー１０とヒートシンク５０との隙間は、ヒートシンク５０のＯリング５４Ｈによってシールされる。金属補強部１５によって樹脂カバー１０の円筒部を補強することにより、樹脂カバー１０の円筒部の変形が抑制され、シール性を向上させることができる。
このように機電一体型モータの防水構造では、樹脂カバー１０とヒートシンク５０との隙間、および、ヒートシンク５０とモータ２００との隙間がシールされる。

図３Ａおよび図３Ｂに示すように、樹脂カバー１０と制御基板３０とパワー基板６０とヒートシンク５０とは、モータ２００の軸方向（図３Ａおよび図３Ｂの上下方向）にモータ２００の側（図３Ａおよび図３Ｂの下側）から、パワー基板６０、ヒートシンク５０、制御基板３０、樹脂カバー１０の順に配列される。また、図３Ｂに示すように、複数の電解コンデンサ４４Ｄは、パワー基板６０のうちのモータ２００の側（図３Ｂの下側）の面に実装される。また、パワー基板６０は、モータ２００のハウジング２０２によって覆われている。そのため、本実施形態のモータ制御装置３００によれば、モータ２００のコイルに接続された第２モータ端子２６１ＴＢとの干渉を避けるための切り欠きを制御基板３０に形成する必要性を排除することによって制御基板３０の部品実装効率を向上させることができる。また、制御基板３０とパワー基板６０とでヒートシンク５０を兼用することができる。また、高さ寸法が大きい電解コンデンサ４４Ｄをモータ２００のハウジング２０２内のデットスペースに配置することができる。その結果、モータ制御装置３００およびモータ２００の組立体全体を小型化することができる。

上述したように、樹脂カバー１０の電源端子１３ＴＰと、パワー基板６０の電源端子コネクタ６３ＣＰとが、プレスフィット接続によって接続される。また、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、ヒートシンク５０には孔５３Ｐが形成され、制御基板３０には電源端子切り込み部３３Ｐが形成されている。そのため、本実施形態のモータ制御装置３００によれば、樹脂カバー１０と制御基板３０とヒートシンク５０とパワー基板６０とモータ２００との組立性を向上させることができる。

上述したように、電源端子コネクタ６３ＣＰの電源端子コネクタターミナル６３ＴＰと、ヒートシンク５０の孔５３Ｐの内周面とは、それらの間に配置された電源端子コネクタ６３ＣＰのカバー部６３ＲＰによって絶縁される。そのため、本実施形態のモータ制御装置３００によれば、カバー部６３ＲＰによって電源端子コネクタターミナル６３ＴＰとヒートシンク５０との短絡を抑制することができる。

上述したように、複数の第２信号ターミナル６２ＬＴＢは、パワー基板６０の外周部に円弧状に配列される。同様に、複数の第１信号ターミナル６２ＬＴＡは、パワー基板６０の外周部に円弧状に配列される。そのため、本実施形態のモータ制御装置３００によれば、パワー基板６０のうちの第１信号ターミナル６２ＬＴＡおよび第２信号ターミナル６２ＬＴＢよりも内側の部分に他の部品を効率的に実装することができ、パワー基板６０の部品実装効率を向上させることができる。具体的には、円盤状のパワー基板６０に対して、第１信号ターミナル６２ＬＴＡおよび第２信号ターミナル６２ＬＴＢを円弧状に配置するため、第１信号ターミナル６２ＬＴＡおよび第２信号ターミナル６２ＬＴＢよりも内側の基板面積を有効活用でき、他の部品を効率的に実装することができる。

本開示の実施形態は、電動パワーステアリング装置などに幅広く利用され得る。

１ 電動パワーステアリング装置
１０ 樹脂カバー
１２Ｃ 外部信号コネクタ
１３ＴＰ 電源端子
１４Ｃ 外部電源コネクタ
３０ 制御基板
３１ 演算装置
３３Ｐ 電源端子切り込み部
４４Ｄ 電解コンデンサ
５０ ヒートシンク
５３Ｐ 孔
６０ パワー基板（回路基板）
６１ＣＡ 第１モータ端子コネクタ
６１ＣＢ 第２モータ端子コネクタ
６２ＬＴＡ 第１信号ターミナル
６２ＬＴＢ 第２信号ターミナル
６３ＣＰ 電源端子コネクタ
６３ＴＰ 電源端子コネクタターミナル
６３ＲＰ カバー部
６３ＳＰ 内部空間
６４Ａ 第１インバータ
６４Ｂ 第２インバータ
２００ モータ
２０２ ハウジング
２６１ＴＢ 第２モータ端子
３００ モータ制御装置
４００ 電力供給源

Claims (8)

1. 電力供給源に接続される外部電源コネクタと、複数の外部信号コネクタとを樹脂材料によって一体成形することにより形成された樹脂カバーと、
   少なくとも演算装置を実装した制御基板と、
   少なくともインバータ回路と、複数の電解コンデンサとを実装したパワー基板と、
   前記制御基板が発生する熱と、前記パワー基板が発生する熱とを放熱するヒートシンクとを備え、
   モータを制御するモータ制御装置であって、
   前記モータ制御装置は、前記モータに電気的に接続され、
   前記樹脂カバーと前記制御基板と前記パワー基板と前記ヒートシンクとは、前記モータの軸方向に前記モータの側から、前記パワー基板、前記ヒートシンク、前記制御基板、前記樹脂カバーの順に配列され、
   前記複数の電解コンデンサは、前記パワー基板のうちの前記モータの側の面に実装され、
   前記パワー基板は、前記モータのハウジングによって覆われている、
   モータ制御装置。
2. 前記樹脂カバーは、前記外部電源コネクタに接続された電源端子を備え、
   前記パワー基板は、プレスフィット接続によって前記電源端子に電気的に接続される電源端子コネクタを備え、
   前記電源端子コネクタは、前記パワー基板のうちの前記モータの反対側の面に実装され、
   前記ヒートシンクは、前記電源端子および前記電源端子コネクタが貫通する孔を備え、
   前記制御基板は、前記電源端子および前記電源端子コネクタよりも大きい切り込み部を備え、
   前記樹脂カバーと、前記制御基板と、前記ヒートシンクと、前記パワー基板と、前記モータとは、前記電源端子および前記電源端子コネクタが前記孔を貫通しかつ前記切り込み部に嵌合している状態で、複数の固定部材によって固定される、
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記電源端子コネクタは、金属材料によって形成された電源端子コネクタターミナルと、電気絶縁材料によって形成されたカバー部とを備え、
   前記電源端子は、プレスフィット接続によって前記電源端子コネクタターミナルに接続され、
   前記カバー部は、前記電源端子コネクタターミナルと、前記孔の内周面との間に配置されている、
   請求項２に記載のモータ制御装置。
4. 前記カバー部は、樹脂材料によって形成されている、
   請求項３に記載のモータ制御装置。
5. 前記電源端子コネクタターミナルは、半田によって前記パワー基板に接続され、
   前記電源端子コネクタターミナルのうちの前記パワー基板に接続されている部分と、前記カバー部との間には、内部空間が配置されている、
   請求項３または請求項４に記載のモータ制御装置。
6. 前記パワー基板は、
   前記モータのコイルに接続されたモータ端子に対してプレスフィット接続によって電気的に接続されるモータ端子コネクタを備え、
   前記モータ端子コネクタは、前記パワー基板のうちの前記モータの側の面に実装され、
   前記モータ端子コネクタは、前記電源端子コネクタと同一形状に形成されている、
   請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
7. 前記制御基板と前記パワー基板とを電気的に接続する複数の信号ターミナルをさらに備え、
   前記パワー基板は円形であり、
   前記複数の信号ターミナルは、前記パワー基板の外周部に円弧状に配列される、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のモータ制御装置を備える電動パワーステアリング装置。

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