WO2011142050A1 - 電動式駆動装置およびそれを備えた電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

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WO2011142050A1
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drive device
electric drive
electric motor
electric
semiconductor switching
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PCT/JP2010/068691
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大前　勝彦
富永　努
伊藤　慎一
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三菱電機株式会社
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0403—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box
    • B62D5/0406—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by constructional features, e.g. common housing for motor and gear box including housing for electronic control unit
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • H02K7/1163—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion
    • H02K7/1166—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears where at least two gears have non-parallel axes without having orbital motion comprising worm and worm-wheel
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Definitions

  • the present invention relates to an electric drive device and an electric power steering device that assists and energizes a steering device of a vehicle by a driving force of the electric drive device.
  • Patent Document 1 discloses an electric power steering device in which a control device is disposed on the axis of a rotor shaft of an electric motor and is mounted with an electric drive device fixed to the electric motor. Further, in Patent Document 2, the control device is fixed on the bracket of the electric motor, and the electric drive device in which the housing of the control device and the cover of the housing are mounted in parallel to the axial direction of the electric motor is mounted.
  • An electric power steering device is disclosed.
  • the control device is disposed on the axis of the rotor shaft of the electric motor or on the bracket of the electric motor, and is fixed to the electric motor. And the power board is integrated into one sheet, and the electrolytic capacitor is also integrated into one place.
  • heat is dissipated in the space inside the electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) for heat dissipation of the coil of the heat generating component or the electrolytic capacitor.
  • ECU electronice control unit
  • the power unit and the control unit are connected with terminals arranged in a row, and the heat sink is arranged in the ECU or in the motor case to dissipate heat.
  • the power line is constituted by a bus bar, and the structure is formed by a resin mold.
  • JP 2007-62433 A Japanese Patent No. 4252486
  • bus bars through which a large current flows cannot be wired in parallel, and it is difficult to wire along the arm portion of the bridge circuit.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to reduce the impedance of the three-phase bridge circuit that controls the current flowing in the electric motor, efficiently absorb the ripple, and drive.
  • An electric drive device that improves the power efficiency of the device and an electric power steering device including the same are provided.
  • An electric drive device is an electric drive device including an electric motor and a control device that is disposed on an axis of a rotor shaft of the electric motor and controls driving of the electric motor,
  • the control device is generated during a switching operation of the semiconductor switching element constituting a three-phase bridge circuit for controlling the current of the electric motor, a capacitor for suppressing a ripple component of a current flowing through the electric motor, and the semiconductor switching element.
  • a coil for reducing noise, a power circuit unit including the semiconductor switching element, the capacitor, and the coil, a heat sink for dissipating heat generated from the power circuit unit, and a drive signal for driving the semiconductor switching element are generated.
  • a control board having a microcomputer mounted thereon, the semiconductor switch Grayed element and the capacitor is a pair for each arm of the three-phase bridge circuit, in which are arranged concentrically to the rotor axis.
  • the semiconductor switching element constituting the three-phase bridge circuit that controls the current of the electric motor and the capacitor that suppresses the ripple component of the current flowing through the electric motor can be Since each arm is paired and arranged concentrically on the rotor shaft, the impedance of the three-phase bridge circuit can be reduced, ripples can be absorbed efficiently, and the power efficiency of the drive device can be improved.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a cross-sectional view of an electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional side view of the main part of the electric drive device used in the electric power steering device according to Embodiment 1 of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a main part for explaining in detail a main part of the electric drive device used in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and a cross-sectional view taken along line FF in FIG.
  • FIG. 2 is a partial fragmentary sectional view for explaining in detail the main part of the electric drive device used in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and shows part E of FIG. It is a principal part cross-section side view of the electric drive device used for the electric power steering device which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a principal part cross-section side view of the electric drive device used for the electric power steering device which concerns on Embodiment 3 of this invention.
  • FIG. 1 is a block configuration diagram of the electric power steering apparatus according to the first embodiment.
  • an electric power steering device 100 includes an electric motor 2 that outputs an auxiliary torque to a vehicle handle 1, a control device 3 that controls driving of the electric motor 2, and a rotational speed of the electric motor 2.
  • a deceleration device 4 for decelerating, a battery 5 for supplying a current for driving the electric motor 2, and a torque sensor 6 for detecting a steering torque of the handle 1 are provided.
  • the electric power steering device 100 includes a power connector 7 that electrically connects the battery 5 and the control device 3, and a vehicle-side signal connector that receives a vehicle-side signal such as a vehicle traveling speed signal from the vehicle side. 8, and a torque sensor connector 9 that electrically connects the torque sensor 6 and the control device 3.
  • the electric motor 2 is configured by a three-phase brushless motor, and includes a rotor 10 and a stator 12 having an armature winding 11 composed of a U phase, a V phase, and a W phase.
  • the control device 3 includes a large-capacity capacitor 13 (about 2200 ⁇ F ⁇ 3) for absorbing the ripple component of the motor current Im flowing through the electric motor 2, a shunt resistor 14 for detecting the motor current Im, and the handle 1.
  • a semiconductor switching element (for example, FET) 15 constituting a three-phase bridge circuit that switches the motor current Im according to the magnitude and direction of the auxiliary torque output to the motor, and a motor supplied from the semiconductor switching element 15 to the electric motor 2
  • the semiconductor switching element (for example, FET) 16 which comprises the motor relay which is a switch means to energize and interrupt the current Im is provided.
  • control device 3 includes a power circuit unit including a power substrate 35 (described later) on which the shunt resistor 14 and the semiconductor switching elements 15 and 16 are mounted, and electromagnetic noise generated during the switching operation of the semiconductor switching element 15 to the outside.
  • the semiconductor switching element for example, FET
  • the semiconductor switching element which comprises the coil 17 which prevents flowing out and becomes radio noise
  • the power supply relay which is a switch means which supplies and interrupts the battery current Ib supplied from the battery 5 to the semiconductor switching element 15 18 and a relay substrate 19 on which the semiconductor switching element 18 is mounted.
  • the semiconductor switching element (for example, FET) 16 may be configured by a plurality of semiconductor switching elements. Further, the semiconductor switching element 16 is included as one part of the bridge circuit.
  • the control device 3 includes a resolver 20 that is a rotational position sensor that detects the rotational position of the rotor 10, a current detection unit 21 that is connected to one end of the shunt resistor 14 and detects a current flowing through the electric motor 2, The auxiliary torque is calculated based on the steering torque signal from the torque sensor 6, and the current corresponding to the auxiliary torque is calculated by feeding back the motor current Im and the rotational position of the rotor 10 detected by the resolver 20.
  • the microcomputer 22 further includes a well-known self-diagnosis function in addition to an AD converter, a PWM timer circuit, and the like, and always performs self-diagnosis as to whether the system is operating normally.
  • the current Im is cut off.
  • the microcomputer 22 receives the steering torque from the torque sensor 6 and the rotational position information of the rotor 10 from the resolver 20, and from the vehicle-side signal connector 8. A travel speed signal is input as one of the vehicle side signals. Further, the motor current Im is fed back to the microcomputer 22 through the current detecting means 21 by the shunt resistor 14. In the microcomputer 22, a current control amount corresponding to the rotation direction command of the power steering and the auxiliary torque is generated from these information and signals, and each drive signal is input to the drive circuit 23.
  • the motor current Im detected through the shunt resistor 14 and the current detection means 21 is fed back to the microcomputer 22 so that it matches the motor current command IM sent from the microcomputer 22 to the drive circuit 23. Be controlled.
  • the motor current Im includes a ripple component due to the switching operation of the semiconductor switching element 15 during PWM driving, but is smoothed and controlled by the large-capacitance capacitor 13.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the electric power steering apparatus 100.
  • 3 is a cross-sectional side view of the main part of the electric drive device used in the electric power steering device 100, and is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 2, with the power connector 7 and the motor housing 49 omitted.
  • Yes. 4 is a fragmentary sectional view for explaining the details of the principal part of the electric drive device, and is a sectional view taken along the line FF of FIG. 3.
  • the control board 24, motor housing 49, circuit case 42 is also included.
  • FIG. 5 is a partial fragmentary sectional view for explaining in detail the main part of the electric drive device, showing the E part of FIG. 2 and omitting the coil 17.
  • reference numeral 150 denotes an electric drive device.
  • the electric motor 2 of the electric drive device 150 is magnetized to the rotor shaft 30 and 10 poles on the rotor shaft 30.
  • the rotor shaft 30 is rotatably supported by bearings 30a and 30b.
  • the stator 12 is wound around 12 insulators mounted on 12 salient poles that are opposed to the outer periphery of the permanent magnet 31, and is connected to three phases of the U phase, the V phase, and the W phase.
  • Armature winding 11 is provided.
  • the winding end 11a of the armature winding 11 extends in the direction of the control device 3 in parallel with the axial direction of the electric motor 2, and is connected to U-phase, V-phase, and W-phase output terminals.
  • the control device 3 for controlling the driving of the electric motor 2 includes a power substrate 35 (FIGS. 3 and 5) and a relay substrate 19 (FIGS. 3 and 4) made of a ceramic substrate having high thermal conductivity, and a control board 24 (FIG. 3). 2, 4, 5), a heat sink 36 (FIGS. 2 to 5) made of a high thermal conductivity metal such as aluminum or aluminum alloy, and a plurality of conductive plates 37, 38, 39, 40, 41 ( 3 to 5) are insert-molded into an insulating resin, and a coil 17 (FIGS. 2 to 4) for removing electromagnetic noise, a large amount for absorbing the ripple component of the motor current flowing through the electric motor 2.
  • a circuit case 42 (FIGS.
  • the control device 3 (FIG. 2) is fixed with a screw (not shown) to the speed reduction device 4 that reduces the rotational speed of the electric motor 2 via the heat sink 36.
  • the reduction gear 4 includes a gear case 50 that is a housing that contacts the heat sink 36, a worm gear 51 that is provided inside the gear case 50 and that is a means for reducing the rotation of the rotor shaft 30, and a worm geared to the worm gear 51.
  • a wheel 52 is provided.
  • a coupling 53 is fixed to the end of the worm gear 51 on the rotor shaft 30 side. By coupling the coupling 53 and the coupling 33, torque is transmitted from the electric motor 2 to the worm gear 51.
  • the gear case 50 is made of a metal having high thermal conductivity, such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the power substrate 35 shown in FIGS. 3 and 5 is a ceramic substrate having high thermal conductivity.
  • an aluminum plate thermal conductivity 237 W / mk
  • aluminum nitride thermal conductivity 180 W / mk.
  • the wiring pattern on the power board 35 includes a semiconductor switching element 15 and a semiconductor switching element 15 that constitute a three-phase bridge circuit for switching the motor current Im of the electric motor 2 according to the magnitude and direction of the auxiliary torque.
  • a semiconductor switching element 16 constituting a motor relay which is a switch means for energizing and interrupting the motor current Im supplied from the motor to the electric motor 2 and a shunt resistor 14 for detecting the electric current of the electric motor 2 ( A maximum of 100 Arms) is mounted with solder.
  • the gate pads, source pads, and wiring patterns on the semiconductor switching elements 15 and 16 are connected by wire bonding (not shown).
  • the relay substrate 19 (FIGS. 3 and 4) is a ceramic substrate with high thermal conductivity similar to the power substrate 35.
  • an aluminum plate thermal conductivity 237 W / mk
  • aluminum nitride thermal conductivity 180 W / mk
  • the wiring pattern on the relay board 19 is mounted with a semiconductor switching element 18 that constitutes a power supply relay, which is a switch means for energizing and interrupting the battery current Ib supplied from the battery 5 to the three-phase bridge circuit, by solder. Yes.
  • the gate pad, the source pad and the wiring pattern on the semiconductor switching element 18 are connected by wire bonding (not shown).
  • the control board 24 (FIGS. 2, 4, and 5) is formed of a multilayer (for example, four layers) glass / epoxy board, and includes a microcomputer 22, a drive circuit 23, and motor current detection means 21 on the control board 24. Peripheral circuit elements are mounted by soldering.
  • the microcomputer 22 calculates the auxiliary torque based on the steering torque signal from the current detection circuit 21 for detecting the motor current Im flowing through the electric motor 2 through one end of the shunt resistor 14 and the torque sensor 6.
  • the motor current Im and the rotational position of the rotor 10 detected by the resolver 20 are fed back to calculate a current corresponding to the auxiliary torque.
  • the microcomputer 22 outputs a signal for controlling the semiconductor switching elements 15, 16, and 18.
  • the microcomputer 22 includes a well-known self-diagnosis function in addition to an AD converter, a PWM timer circuit, and the like, and always self-diagnose whether the system is operating normally. When an abnormality occurs, the motor current is cut off.
  • the control board 24 is provided with a through hole through which the rotor shaft 30 described above passes and a notch through which the winding end 11a of the armature winding 11 passes.
  • the resolver 20 is a rotational position sensor that detects the position of the rotor 10, and includes a resolver rotor 20a and a resolver stator 20b.
  • the outer diameter of the resolver rotor 20a is a special curve in which the permeance of the radial gap between the resolver stator 20b and the resolver rotor 20a changes in a sine wave shape with an angle.
  • An exciting coil and two sets of output coils are wound around the resolver stator 20b.
  • a change in the radial gap between the resolver rotor 20a and the resolver stator 20b is detected to obtain a sine and a cosine.
  • a changing two-phase output voltage is output.
  • the heat sink 36 (FIGS. 2 to 5) is disposed on the rotor shaft 30 side of the electric motor 2, and the power board 35 (FIGS. 3 and 5) and the relay board 19 ( 3 and 4) are arranged in close contact. Further, a terminal block 48 (FIG. 5) is fixed to the surface of the heat sink 36 on which the power substrate 35 (FIG. 5) is arranged, and a circuit case on which the coil 17 and the capacitor 13 are mounted. 42 (FIGS. 4 and 5) is fixed by screws (not shown).
  • the coil 17 and the capacitor 13 are arranged by being inserted into a hole 36 a (FIG. 4) formed in the heat sink 36, and heat generated from the coil 17 and the capacitor 13 is radiated to the heat sink 36. Therefore, the temperature rise of the coil 17 and the capacitor 13 is suppressed, and the reliability of the coil 17 and the capacitor 13 is improved.
  • the gap between the hole 36a formed in the heat sink 36 and the coil 17 and the capacitor 13 is filled with an insulating adhesive or grease that is not shown in the figure, and heat dissipation of the coil 17 and the capacitor 13 is performed. Is promoted.
  • the heat sink 36 is fixed to the control device 3 with screws (not shown). As a result, heat generated from the semiconductor switching element 15, the coil 17, and the capacitor 13 is radiated to the heat sink 36 and then further radiated to the speed reduction device 4, so that the heat radiation performance of the control device 3 is improved.
  • the circuit case 42 includes a power connector 7 that is electrically connected to the battery 5 of the vehicle, a vehicle signal connector 8 that inputs and outputs signals to and from the vehicle via external wiring, and a torque sensor via the external wiring.
  • the torque sensor connector 9 to / from which signals from 6 are input / output is integrally formed of an insulating resin, and the conductive plates 37, 38, 39, 40 through which a maximum current of about 100 A flows and a signal current of about several A Parts such as the flowing conductive plate 41 are insert-molded.
  • One end of the conductive plate 37 (FIG. 3) is exposed from the insulating resin as the connector terminal 37 a of the power connector 7. Further, a welded portion 37b is exposed from the insulating resin on the other end side of the connector terminal 37a, and electromagnetic noise generated during the switching operation of the semiconductor switching element 15 flows out to the welded portion 37b.
  • One end of the coil 17 to be prevented is welded and electrically connected.
  • One end of the conductive plate 38 (FIGS. 3 and 4) is exposed as a welded portion 38a, and the other end of the coil 17 described above is welded and electrically connected to the welded portion 38a. Further, on the other end side of the conductive plate 38, a welded portion 38b that is welded and electrically connected to a conductive plate 43 of a terminal block 48 described later is exposed from the insulating resin.
  • the conductive plate 39 and the conductive plate 40 are one of the components constituting the three-phase bridge circuit.
  • the welded portion 39c that is welded and electrically connected to the conductive plate 44 of the terminal block 48 described later, and the welded portions 39a and 40a that are welded and electrically connected to the conductive plates 45 and 46 of the terminal block 48 described later are insulated. Exposed from the adhesive resin.
  • the welded portions 39a and 40a are connected to the power board 35, respectively.
  • the conductive plates 39 and 40 have three welded portions 39b and 40b exposed from the insulating resin, respectively, and the welded portions 39b and 40b are welded with the capacitor 13 that absorbs the ripple of the motor current Im. Connected.
  • the power board 35 (FIG. 3) on which the semiconductor switching elements 15 and 16 are mounted and the capacitor 13 are disposed so as to form a pair for each of the arms A, B, and C of the three-phase bridge circuit, and are concentric with the rotor shaft 30. Arranged in a shape.
  • the conductive plates 39 and 40 are arranged in parallel and concentrically so as to connect the arms A, B and C in the shortest distance. By doing so, the impedance of the three-phase bridge circuit can be reduced, ripples can be absorbed efficiently, and the power efficiency of the drive device can be improved. Further, electromagnetic noise generated from the power line formed by the conductive plates 39 and 40 can be reduced.
  • One end of the conductive plate 41 (FIG. 5) is exposed from the insulating resin as the vehicle-side signal connector 8 or the connector terminal 41 a of the torque sensor connector 9. Further, a soldering portion 41b is exposed from the insulating resin on the other end side of the connector terminal 41a. This soldering portion 41b is inserted into a through hole of the control board 24 and soldered, and the control board 24 is exposed. The wiring pattern is electrically connected.
  • the circuit case 42 (FIG. 2) is provided with a notch through which the winding end 11a of the armature winding 11 passes (FIG. 2).
  • the terminal block 48 (FIGS. 4 and 5) is electrically connected to the conductive plates 43, 44, 45, 46 and the control board 24 that are electrically connected to the conductive plates 38, 39, 40 of the circuit case 42.
  • a conductive plate (not shown) electrically connected to the conductive plate 47 and the winding end portion 11a of the armature winding 11 is insert-molded in an insulating resin.
  • pads 43a and 44a connected to the relay substrate 19 by wire bonding and supplied with current to the relay substrate 19 are formed exposed from the insulating resin.
  • the welded portions 43b and 44b are exposed from the insulating resin on the other end side of the conductive plates 43 and 44.
  • the welded portions 43b and 44b and the conductive plates 38 and 39 of the circuit case 42 are electrically connected by resistance welding. Connected.
  • pads 45a and 46a connected to the power substrate 35 by wire bonding and supplied with current to the power substrate 35 are exposed from the insulating resin.
  • the welded portions 45b and 46b are exposed from the insulating resin on the other end side of the conductive plates 45 and 46.
  • the welded portions 45b and 46b and the conductive plates 39 and 40 of the circuit case 42 are electrically connected by resistance welding. Connected.
  • a pad 47a is connected to the power substrate 35 (FIGS. 3 and 5) by wire bonding to input / output signals to / from the control substrate 24. It is exposed and formed.
  • the soldering portion 47b is exposed from the insulating resin on the other end side of the conductive plate 47, and this soldering portion 47b is inserted into the through hole of the control board 24 and soldered, and the power board 35 is mounted.
  • the wiring pattern of the control board 24 are electrically connected (FIG. 4). Therefore, the electronic circuit on the control board 24 is electrically connected to the semiconductor switching element 15 on the power board 35, the shunt resistor 14 and the like via the conductive plate 47 and the wire bonding aluminum wire.
  • the pad 47a for connecting the power board 35 and the control board 24 and the soldering part 47b are arranged around the rotor shaft 30 which is the center of the driving device. By doing so, the vicinity of the center where the mounting efficiency on the control board 24 is poor can be used effectively, the mounting efficiency as a whole is improved, and the apparatus can be downsized.
  • the motor housing 49 (FIG. 2) is fastened by the heat sink 36 and the screw 54 and covers the power board 35, the relay board 19, the control board 24, the circuit case 42, and the terminal block 48 together with the heat sink 36.
  • the motor housing 49 is fastened to the electric motor 2 with screws (not shown).
  • the power board 35, the relay board 19, and the control board 24, which are electronic components of the control device 3, are all arranged in a closed space surrounded by the electric motor 2, the heat sink 36, and the motor housing 49. Therefore, when the electric drive device 150 is operated, the temperature of the electronic component further increases due to the influence of heat transfer and heat radiation from the electric motor 2 in addition to the temperature increase due to its own heat generation.
  • a plate 49a perpendicular to the axial direction of the rotor shaft 30 of the electric motor 2 is integrally formed in the motor housing 49.
  • a space surrounded by the electric motor 2, the heat sink 36, and the motor housing 49 is divided by the plate 49a. Since the plate 49a is made of aluminum die-casting similarly to the motor housing 49, the thermal conductivity is sufficiently higher than that of air (thermal conductivity: air: 0.028 W / mk, aluminum die-casting (ADC12): 96 W / mk). ).
  • the plate 49a is formed with a through hole through which the rotor shaft 30 passes and a through hole through which the winding end portion 11a of the armature winding 11 passes, and the rotor is fixed when the electric motor 2 is fixed.
  • the shaft 30 and the winding end 11a of the armature winding 11 can be fixed without causing interference.
  • FIG. 6 is a cross-sectional side view of an essential part of the electric drive device used in the electric power steering device according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 3 of the first embodiment. Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • the hot end (start of winding) and the cold end (end of winding) of the conductive plates 60 and 61 are connected.
  • the conductive plate 61 is connected to a connector terminal (not shown).
  • the conductive plate 60 is connected to the output side of the relay board 19.
  • connection between the conductive plate 61 and the connector terminal and the conductive plate 60 and the relay board 19 is one point, but there may be a plurality of connections. Further, when there is no relay board 19, a terminal that changes to that may be used. By doing so, since the impedance of the power line that supplies power to each arm A, B, C of the three-phase bridge circuit can be reduced, the ripple of the electric drive device 250 is reduced, and the power efficiency can be improved.
  • FIG. 7 is a cross-sectional side view of an essential part of the electric drive device used in the electric power steering device according to the third embodiment, and corresponds to FIG. 3 of the first embodiment. Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • the pad 70a for connecting the control board 24 and the power circuit unit, and the soldering unit 70b (control terminal) ) Is arranged along a circle at the periphery of the rotor shaft 30 around the rotor shaft 30 of the electric drive device 350.
  • the pad 70a (control terminal) is formed in an arc shape with respect to the center.
  • the power board 35 (FIG. 3) and the capacitor 13 of the control device 3 are configured as a pair for each of the arms A, B, and C of the three-phase bridge circuit. And since it arrange
  • the positive electrode side wiring and the negative electrode side wiring of the DC power source are arranged in parallel, and are arranged concentrically on the rotor shaft 30 along the arms A, B, and C. Therefore, electromagnetic noise can be reduced.
  • the internal impedance is further reduced, the ripple is reduced, and the power efficiency can be improved.
  • the heat radiation efficiency of the capacitor 13 which is a heat generating component is improved.
  • the heat dissipation is improved by filling the gap between the buried capacitor 13 and the heat sink 36 with a heat conductive member.
  • the heat dissipation efficiency of the coil 17 which is a heat generating component is improved.
  • the heat dissipation is improved by filling the gap between the buried coil 17 and the heat sink 36 with a heat conductive member.
  • the control device 3 is disposed between the electric motor 2 and the speed reduction device 4 and the heat sink 36 is fixed in contact with the speed reduction device 4, the power substrate 35 such as the semiconductor switching element 15 or the shunt resistor 14. (FIG. 5), the heat dissipation performance of the electronic components on the control board 24, and the electronic components disposed in the holes 36a formed in the heat sink 36, such as the coil 17 and the capacitor 13, is increased, and the apparatus is downsized. High output and long life can be achieved, and the reliability and durability of the device are improved.
  • the connection between the power board 35 and the control board 24 is arranged around the rotor shaft 30 that is the center of the electric drive device, the mounting efficiency of the control board 24 is improved and the apparatus is downsized. Can be planned.
  • connection between the power board 35 and the control board 24 is arranged around the rotor shaft 30 that is the center of the electric drive device, and along the peripheral portion of the rotor shaft 30.
  • the number of poles of the permanent magnet 31 is 10 and the number of salient poles of the stator 12 is 12.
  • the present invention is not limited to this combination. It may be a combination of the number of poles.
  • the electric motor 2 is not limited to a brushless motor, and may be an induction motor or a switched reluctance motor (SR motor).
  • the armature winding 11 of the electric motor 2 is a ⁇ connection, but may be a Y connection.
  • the connection of each phase of the armature winding 11 is 2 series and 2 parallel, other connection shapes such as 4 parallel may be used.
  • the semiconductor switching elements 16 and 18 for the power relay and the motor relay may be omitted.
  • the power substrate 35 has been described as an FET mounted on a ceramic substrate, it may be a metal substrate or a resin molded package product, and the semiconductor switching element may be a bipolar transistor, an IGBT, or the like.
  • the semiconductor switching element may be a bipolar transistor, an IGBT, or the like.
  • A, B, C arms (Figs. 1 and 3) 1 Handle (Fig. 1) 2 Electric motor (Figs.1, 2) 3 Control device (Figs. 1 and 2) 4 Reducer (Figs. 1 and 2) 5 Battery (Fig. 1) 6 Torque sensor (Fig. 1)

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Abstract

　電動モータ２の回転子軸３０の軸線上に電動モータ２を制御する制御装置３を配置する。制御装置３は、電動モータ２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１５と、電動モータ２に流れる電流のリップル成分を抑制するコンデンサ１３を備え、半導体スイッチング素子１５とコンデンサ１３は、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る。そのため、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。

Description

電動式駆動装置およびそれを備えた電動式パワーステアリング装置
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、前記制御装置を前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、前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。
　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。
特開２００７－６２４３３号公報 特許第４２５２４８６号公報
　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、大電流が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、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、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、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、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、前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れを備え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、前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、前記制御装置は、前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、前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、前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、前記半導体スイッチング素子、前記コンデンサ、および前記コイルを含むパワー回路部と、前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、前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、前記半導体スイッチング素子および前記コンデンサは、前記３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって、前記回転子軸に同心円状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、回転子軸に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。
　この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
この発明の実施の形態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。 この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング装置の断面図である。 この発明の実施の形態１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、図２のＤ－Ｄ線断面図である。 この発明の実施の形態１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を詳細に説明するための要部部分断面図で、図３のＦ－Ｆ線断面図である。 この発明の実施の形態１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を詳細に説明するための要部部分断面図で、図２のＥ部を示すものである。 この発明の実施の形態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ある。 この発明の実施の形態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ある。
　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れを備え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。
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。
　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を備えている。さらに、制御装置３は、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３５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。なお、半導体スイッチング素子（例えばＦＥＴ）１６は複数の半導体スイッチング素子で構成されていてもよい。さらに、半導体スイッチング素子１６はブリッジ回路の一部品として含めている。
　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。
　前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の断面図である。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、図２のＤ－Ｄ線断面図であり、パワーコネクタ７、モータハウジング４９を省略して示している。また、図４は、前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、図３のＦ－Ｆ線断面図であり、制御基板２４、モータハウジング４９、回路ケース４２を含めて示している。図５は、前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、図２のＥ部を示し、コイル１７を省略して示している。
　図２～図５において、符号１５０（図２）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（図３，５）とリレー基板１９（図３，４）、絶縁プリント基板からなる制御基板２４（図２，４，５）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（図２～図５）と、複数の導電板３７、３８、３９、４０、４１（図３～図５）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（図２～図４）、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(図３，４)（２２００・ラ３程度）と電気的に接続された導電板３８，３９を成型した回路ケース４２（図２，４，５）と、複数の導電板４３、４４、４５、４６、４７（図４，５）が絶縁性樹脂にインサート成型された端子台４８（図２～図５）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（図２，４，５）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（図２）を備えている。
　制御装置３（図２）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３，４）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（図２，４，５）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（図２～図５）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（図３，５）、リレー基板１９（図３，４）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（図５）が配置されている面には、端子台４８（図５）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（図４，５）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）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絶縁性接着剤、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（図３）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（図３，４）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（図３～図５）は３相ブリッジ回路を構成する部品の一つである。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。
　半導体スイッチング素子１５、１６を搭載したパワー基板３５（図３）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、回転子軸３０に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（図５）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（図２）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（図２）。
　端子台４８（図４，５）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（図４）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（図５）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（図４）の一端には、パワー基板３５（図３，５）に、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（図４）。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（図２）は、ヒートシンク３６とねじ５４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の電子部品であるパワー基板３５、リレー基板１９、制御基板２４は、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（図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。
　以上の効果により、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。
　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（巻き始め）とコールドエンド（巻き終わり）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。
　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とパワー回路部とを接続するパッド７０ａ、および半田付け部７０ｂ（制御端子）が、電動式駆動装置３５０の回転子軸３０を中心とする回転子軸３０の周縁部に円に沿って配置される。パッド７０ａ（制御端子）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（図３）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、回転子軸３０に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、図３の導電板３９、４０について、直流電源の正極側配線と負極側配線とが並行に配置されると共に、各アームＡ、Ｂ、Ｃに沿って回転子軸３０に同心円状に配置されるため、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、制御装置３が電動モータ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（図５）、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における放熱性能が増し、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の周辺部に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、前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。
　この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。
Ａ，Ｂ，Ｃ　アーム（図１，３）
１　ハンドル（図１）
２　電動モータ（図１，２）
３　制御装置（図１，２）
４　減速装置（図１，２）
５　バッテリ（図１）
６　トルクセンサ（図１）
７　パワーコネクタ（図１，２）
８　車両側信号用コネクタ（図１）
９　トルクセンサコネクタ（図１，５）
１０　回転子（図１，２）
１１　電機子巻線（図１，２）
１１ａ　巻線端部（図２，３，６）
１２　固定子（図１，２）
１３　コンデンサ（図１，３，４，６）
１４　シャント抵抗器（図１，５）
１５　半導体スイッチング素子（図１，５）
１６　半導体スイッチング素子（図１）
１７　コイル（図１，２，３，４，６）
１８　半導体スイッチング素子（図１，４）
１９　リレー基板（図１，３，４，６，７）
２０　レゾルバ（図１，２）
２１　モータ電流検出手段（図１）
２２　マイクロコンピュータ（図１）
２３　駆動回路（図１）
２４　制御基板（図２，４，５，７）
３０　回転子軸（図２，３，６，７）
３１　永久磁石（図２）
３２　ヨーク（図２）
３３　カップリング（図２）
３４　インシュレータ（図２）
３５　パワー基板（図３，５，６，７）
３６　ヒートシンク（図２，３，４，５，６）
３７　導電板（図３）
３８　導電板（図３，４，６，７）
３９　導電板（図３，４，５）
４０　導電板（図３，４，５）
４１　導電板（図５）
４２　回路ケース（図２，４，５）
４３　導電板（図４）
４４　導電板（図４）
４５　導電板（図５）
４６　導電板（図５）
４７　導電板（図４）
４８　端子台（図２，３，４，５，６）
４９　モータハウジング（図２，４，５）
５０　ギヤケース（図２）
５１　ウォームギヤ（図２）
５２　ウォームホイール（図２）
５３　カップリング（図２）
６０　導電板（図６）
６１　導電板（図６）
７０ａ　パッド（図７）
７０ｂ　半田付け部（図７）
１００　電式動パワーステアリング装置（図１，２）
１５０　電動式駆動装置（図２，３）
２５０　電動式駆動装置（図６）
３５０　電動式駆動装置（図７）

Claims (14)

  1. 　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、前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、
    前記制御装置は、前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、
    前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、
    前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、
    前記半導体スイッチング素子、前記コンデンサ、および前記コイルを含むパワー回路部と、
    前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、
    前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、
    前記半導体スイッチング素子および前記コンデンサは、前記３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって、前記回転子軸に同心円状に配置されることを特徴とする電動式駆動装置。
  2. 　前記アームと、前記コンデンサとを電気的に接続する導電板を備え、
    前記導電板は、直流電源の正極側配線と負極側配線とが並行に配置されると共に、前記各アームに沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の電動式駆動装置。
  3. 　前記導電板は、正極側配線と負極側配線とが前記回転子軸に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２記載の電動式駆動装置。
  4. 　前記ヒートシンクは、前記コンデンサの外径より大きな穴が形成され、この穴に前記コンデンサが挿入されていることを特徴とする請求項１記載の電動式駆動装置。
  5. 　前記ヒートシンクの穴と前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４記載の電動式駆動装置。
  6. 　前記ヒートシンクは、前記コイルの外径より大きな穴が形成され、この穴に前記コイルが挿入されていることを特徴とする請求項１～請求項５の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
  7. 　前記ヒートシンクの穴と前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６記載の電動式駆動装置。
  8. 　前記パワー回路部と前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、前記電動モータの回転子軸を中心とする、前記回転子軸の周縁部に沿って配置されることを特徴とする請求項１～請求項５の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
  9. 　前記制御基板は、前記電動モータの回転子軸が貫通する穴が形成され、この穴と前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８記載の電動式駆動装置。
  10. 　前記パワー回路部は、前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～請求項５の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
  11. 　前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前記ヒートシンクを取付けたことを特徴とする請求項１～請求項５の何れか一項に記載の電動式駆動装置。
  12. 　前記減速装置の筐体および前記ヒートシンクは、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１１記載の電動式駆動装置。
  13. 　前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１２記載の電動式駆動装置。
  14. 　請求項１～５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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