WO2016117144A1 - 電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置 - Google Patents

電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置 Download PDF

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WO2016117144A1
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control device
electric power
power steering
drive control
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岩蕗　寛康
公輔 中野
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a motor drive control device for electric power steering that drives and controls a motor used in an electric power steering device for a vehicle, for example.
  • An electric power steering device for an automobile detects a turning direction and turning torque of a steering shaft that is turned by a driver operating a steering wheel, and based on the detected value, The electric motor is driven to rotate in the same direction, and a steering assist torque is generated.
  • a motor drive control device for electric power steering that controls the drive of a motor used in an electric power steering device has a small and highly reliable structure, and has the same MOSFET and smoothing capacitor as a semiconductor switch that constitutes drive control.
  • a control board on which the surface mounting components for the control circuit constituting the control circuit are mounted a power board on which the surface mounting components for power are mounted, and between the control board and the power board, the power supply system or other external devices such as an ECU
  • a laminated structure is adopted in which a connector case integrated with an external connection connector for connecting to is sandwiched between an upper cover and a lower heat sink.
  • JP2013-63689A (FIG. 2) JP2013-103535A (FIG. 2)
  • the MOSFET and the smoothing capacitor are arranged on the same metal substrate, and are configured by a lid and a housing.
  • the smoothing capacitor is affected by the heat generated from the MOSFET surface, and the housing is also attached to the metal substrate, so that the temperature rise of the smoothing capacitor increases. There was a problem.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses the temperature rise of the smoothing capacitor whose lifetime is temperature-dependent, thereby improving the reliability and height of the control device.
  • An object of the present invention is to provide a motor drive control device for electric power steering that is reduced in size and reduced in size.
  • An electric power steering motor drive control device is an electric power steering motor drive control device for driving and controlling a motor used in the electric power steering device, and a plurality of switching elements for supplying current to the motor, A smoothing capacitor for absorbing a ripple component of the motor current that flows when the switching element is turned on / off, a control circuit on which a drive circuit for driving and controlling the switching element and a capacitor for the control circuit are mounted, and a control signal from the control board is transmitted to the switching element A control signal line to be supplied to the switching element, an electrical connection member for electrically connecting the switching element and the smoothing capacitor, and a heat sink portion in which the switching element is embedded and disposed, and the electrical connection member between the switching element and the control board As well as electrical It is obtained by placing the control circuit capacitor and the smoothing capacitor in a space formed between the connection member and the control board.
  • the smoothing capacitor is less affected by the heat from the switching element, the housing, and the heat sink, so that the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed and the reliability is improved. Further, since the height direction of the control device is reduced, the device can be miniaturized.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an electric power steering device including a motor drive control device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a motor drive control device according to Embodiment 1 of the present invention. It is sectional drawing of the electrical connection member used for the motor drive control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is another sectional drawing of the electrical connection member used for the motor drive control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is the figure which looked at the electrical connection member used for the motor drive control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention from the upper surface. It is a figure which shows the positional relationship of each element used for the motor drive control apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 is a structural diagram of an electric power steering device including a motor drive control device according to Embodiment 1 of the present invention. It is a figure which shows the positional relationship of each element used for the motor drive control apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention.
  • FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an electric power steering device including a motor drive control device for electric power steering (hereinafter simply referred to as a motor drive control device) according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a structural diagram of the motor drive control device. It is.
  • an electric power steering device 100 includes an electric motor 30 that outputs an auxiliary torque to the steering wheel 1 of the vehicle, a motor drive control device 3 that controls the drive of the electric motor 30, and the rotational speed of the electric motor 30.
  • a deceleration device 2 that decelerates the vehicle, a battery 4 that supplies a current for driving the electric motor 30, and a torque sensor 6 that is disposed in the vicinity of the steering wheel of the vehicle and detects the steering torque of the steering wheel 1 that the driver steers.
  • the electric motor 30 driven by the motor drive control device 3 is a three-phase brushless motor, and the armature windings 31u, 31v, 31w are Y-connected.
  • the motor drive control device 3 includes a power connector 7 that electrically connects the battery 4 and the motor drive control device 3, and a vehicle side signal connector 8 that receives a vehicle side signal 5 such as a vehicle traveling speed signal from the vehicle side. And a torque sensor connector 9 for electrically connecting the torque sensor 6 and the motor drive control device 3.
  • the motor drive control device 3 also switches the motor current according to the smoothing capacitors 25a to 25c for absorbing the ripple component of the motor current flowing through the electric motor 30 and the magnitude and direction of the auxiliary torque output to the handle 1.
  • the power supply relay 40 which is a switching means for supplying and cutting off the battery current supplied to the switching elements 20a to 20c constituting the circuit, and the switching elements 20a to 20c and the power supply relay 40 constituting the three-phase bridge circuit are turned on / off.
  • the switching element 20a is mounted with a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) 21a and FET 22a, the switching element 20b is mounted with FET 21b and FET 22b, and the switching element 20c is mounted with FET 21c and FET 22c connected to each other at one end. ing.
  • the FET 21a of the switching element 20a constitutes the U-phase plus side arm of the three-phase bridge circuit
  • the FET 22a constitutes the U-phase minus side arm
  • the FET 21b constitutes the V-phase plus side arm of the three-phase bridge circuit
  • the FET 22b is minus the V-phase.
  • the side arm is configured, the FET 21c is the W-phase plus side arm of the three-phase bridge circuit, and the FET 22c is the W-phase minus side arm.
  • the other ends of the FETs 21a to 21c are connected to smoothing capacitors 25a to 25c for absorbing a ripple component of the motor current flowing through the electric motor 30 by turning on and off the switching elements 20a to 20c, respectively.
  • the other ends of the FETs 22a to 22c are connected to an installation potential portion of the vehicle via shunt resistors 24a to 24c, respectively.
  • connection point A where one ends of the FET 21a and the FET 22a are connected, a connection point B where one ends of the FET 21b and the FET 22b are connected, and a connection point C where the FET 21c and the FET 22c are connected are respectively the U phase of the three-phase bridge circuit, V-phase and W-phase AC side terminals.
  • the connection points A, B, and C of the switching elements 20a to 20c are connected to one ends of the FETs 23a to 23c, respectively, and the other ends of the FETs 23a to 23c are armature windings 31u, 31v of the electric motor 30, respectively. And 31w U-phase, V-phase, and W-phase terminals.
  • the FETs 23a to 23c thus connected are controlled by the control board 10 so as to be normally turned on, and when necessary, the FETs 23a to 23c serve to electrically disconnect the electric motor 30, that is, to serve as a motor relay.
  • the same three switching elements are used as the switching elements 20a to 20c.
  • all the switching elements 20a to 20c are integrated into one module, and an inverter is formed using the one module.
  • a circuit may be configured.
  • one smoothing capacitor 25a to 25c is attached to each switching element 20a to 20c, but the number is not particularly limited as long as it is a necessary number for absorbing the ripple component of the motor current.
  • One end of the two FETs 41 and 42 mounted on the power relay 40 are connected to each other, the other end of one FET 41 is connected to the power connector 7 via the coil 43, and the other FET 42 The end is connected to the positive side DC terminal of the three-phase bridge circuit composed of the switching elements 20a to 20c.
  • 1 shows an example in which the position of the power relay 40 is arranged between the positive side of the switching elements 20a to 20c constituting the three-phase bridge circuit and the coil 43, but between the power connector 7 and the coil 43.
  • An arranged configuration may be used.
  • the single coil 43 is configured, but a configuration in which a plurality of coils are connected in series may be used in order to disperse heat generation.
  • the control board 10 includes a microcomputer 11, an FET drive circuit 12, a current detection circuit 13, and a control circuit capacitor 14.
  • the control circuit capacitor 14 is a capacitor for supplying the power source Vc to the semiconductor control elements and circuit elements constituting the microcomputer 11, the FET drive circuit 12, the current detection circuit 13 and the like mounted on the control board 10. Electrolytic capacitors are used to stably operate each control element and circuit element.
  • the torque sensor 6 detects the steering torque, and a steering torque signal corresponding to the detected torque is input to the microcomputer 11.
  • the rotation sensor 51 is constituted by a resolver or a magnetic sensor, and a rotation detection signal corresponding to the steering rotation number detected by the rotation sensor 51 is input to the microcomputer 11. Further, the motor current flowing through the electric motor 30 is detected by the current detection circuit 13 through one end of the shunt resistors 24 a to 24 c, and the motor current signal from the current detection circuit 13 is input to the microcomputer 11.
  • the microcomputer 11 calculates the FET from the steering torque signal from the torque sensor 6, the rotation detection signal detected by the rotation sensor 51, the vehicle side signal 5 such as the vehicle traveling speed signal, and the motor current signal from the current detection circuit 13. A control signal input to the drive circuit 12 is calculated.
  • the FET drive circuit 12 generates a gate drive signal at a predetermined timing based on a control signal from the microcomputer 11 and controls the switching elements 20a to 20c of the three-phase bridge circuit and each FET of the power supply relay 40.
  • the three-phase bridge circuit generates a predetermined three-phase alternating current and supplies the three-phase alternating current to the armature windings 31u to 31v of the electric motor 30 to drive the electric motor 30.
  • the torque generated by the electric motor 30 is applied as an assist torque to the steering shaft via the reduction gear 2. Thereby, the steering force of the steering wheel 1 by the driver is reduced.
  • FIG. 1 shows an example in which the armature windings 31u to 31v of the electric motor 30 are Y-connected, they may be ⁇ -connected.
  • the side where the motor drive control device 3 is connected to the motor 30 is the front side of the motor drive control device 3, and the side not connected to the motor is the rear side of the motor drive control device.
  • the motor drive control device 3 according to the first embodiment is hierarchically arranged in the order of the cover 60, the control board 10, the electrical connection member 15, and the heat sink part 70.
  • Mounted on the control board 10 are a microcomputer 11, an FET drive circuit 12 having a control element, a current detection circuit 13, and a control circuit capacitor 14 necessary for power supply to the control elements of the microcomputer 11 and the FET drive circuit 12.
  • the control signal from the control board 10 is sent to the switching elements 20a to 20c as electric signals via the control signal lines 26a to 26c connected to the switching elements 20a to 20c.
  • the switching elements 20a to 20c are made of resin-molded bare FET chips, and are equipped with shunt resistors 24a to 24c for the purpose of current detection.
  • the semiconductor elements used for the switching elements 20a to 20c are voltage-controlled self-extinguishing high-speed semiconductor elements, and MOSFETs or IGBTs are selected. If a wide gap semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) is used, it is possible to configure a small motor drive control device 3 with lower loss due to its high-speed switching characteristics and high-temperature operation characteristics. .
  • the switching elements 20a to 20c drive the electric motor 30 by supplying a necessary current to the electric motor 30. Further, the switching elements 20a to 20c are arranged in the heat sink part 70.
  • the heat sink portion 70 is made of a metal such as aluminum, for example, and has a function of absorbing heat generated in the switching elements 20a to 20c and reducing a temperature rise of the switching elements 20a to 20c.
  • the heat sink portion 70 has a structure of a recess 70a that is cut deeper than the length in the thickness direction of the switching elements 20a to 20c so that the switching elements 20a to 20c are embedded.
  • the switching elements 20a to 20c are completely formed in the concave part 70a of the heat sink part 70.
  • the switching elements 20a to 20c have an insulating layer on a base material such as aluminum, and a copper foil for forming a circuit on the insulating layer, or a high thermal conductive ceramic material and a wiring conductor. It may be mounted on a ceramic substrate constituted by the above and contact with the heat sink part 70 through these substrates. Further, the switching elements 20a to 20c may be in contact with the heat sink part 70 via an adhesive or solder. With such a configuration, the heat generated in the switching elements 20a to 20c can be efficiently transmitted to the heat sink portion 70, so that the temperature rise of the switching elements 20a to 20c can be suppressed.
  • a highly thermally conductive insulating material such as mold resin or silicone gel is placed in the concave portion 70a.
  • An injected configuration may be used. With such a configuration, the heat generated in the switching elements 20a to 20c can be efficiently transmitted to the heat sink portion 70, so that the temperature rise of the switching elements 20a to 20c can be suppressed and the switching elements 20a to 20c can be suppressed. Since the electrically exposed portion of 20c can be insulated, the reliability can be further improved.
  • the FET 41 and the FET 42 constituting the power supply relay 40 are not shown, but are arranged so as to be embedded in the recesses 70a provided in the heat sink part 70 as in the switching elements 20a to 20c.
  • An electrical connection member 15 made of a metal bus bar and an insulating resin is in contact with the end surface (rear side) of the heat sink portion 70 provided with the recess 70a so as to completely cover the switching elements 20a to 20c. Has been placed. By doing this, smoothing capacitors 25a to 25c (25c are not visible in FIG. 2; the same applies hereinafter) disposed on the rear side of the electrical connection member 15, and a control board attached to the rear side of the electrical connection member 15 Since the influence of heat from the switching elements 20a to 20c and the heat sink part 70 can be suppressed on the microcomputer 11 and the control elements constituting the FET drive circuit 12 arranged in 10, the reliability is further improved. be able to.
  • a rotation sensor 51 is provided on the other end surface (front side) of the heat sink unit 70. The rotation sensor 51 may be a resolver, but may be configured by a combination of a permanent magnet and a GMR sensor.
  • the electrical connection member 15 is disposed between the switching elements 20a to 20c and the control board 10, and smoothing capacitors 25a to 25c are formed in a space formed between the electrical connection member 15 and the control board 10.
  • the control circuit capacitor 14 mounted on the control board 10 is also disposed in this space.
  • a cover 60 is screwed with a screw 101 into a heat sink connecting screw hole 92 (see FIG. 5) provided in the heat sink part 70 so as to cover the control board 10 and the electrical connection member 15.
  • the connection between the heat sink unit 70 and the cover 60 is not limited to screwing, but may be an adhesive or a combination of screws and adhesive.
  • the cover 60 is made of metal or resin, and the cover 60 is integrally formed with an arrangement space for the power connector 7, the vehicle-side signal connector 8, the torque sensor connector 9, and the coil 43.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electrical connection member 15. Power supply to the switching elements 20a to 20c and electrical connection between the switching elements 20a to 20c and the smoothing capacitors 25a to 25c are performed through the electrical connection member 15.
  • the electrical connection member 15 is planar, and the size of the plane is the same as or approximately the same as the planar size of the control board 10.
  • the electrical connection member 15 is configured such that a current-carrying bus bar made of a metal positive side bus bar 15a and a negative side bus bar 15b is disposed on an insulating member 15c such as a resin, or a part of the positive side bus bar 15a and the negative side bus bar 15b. Alternatively, all of them are formed by molding with an insulating member 15c such as resin.
  • the plus-side bus bar 15a and the minus-side bus bar 15b serve to supply current
  • the insulating member 15c such as resin is used to ensure electrical insulation between the current-carrying bus bars 15a and 15b and other parts such as the heat sink portion 70 and to be energized. It plays the role of a frame that supports the bus bar, and further, the heat shielding function that makes it difficult for the heat from the switching elements 20a to 20c and the heat from the heat sink part 70 to be transmitted to the smoothing capacitors 25a to 25c.
  • the insulating member 15c such as resin has a rising flange 15cd around the planar end so that a space is formed between the insulating member 15c and the control board 10.
  • one surface of the electrical connection member 15 comes into contact with the end face of the heat sink portion 70 as shown in FIG. 2, and completely covers the switching elements 20a to 20c.
  • the effects of heat from the switching elements 20a to 20c and the heat sink unit 70 on the smoothing capacitors 25a to 25c disposed on the upper surface of the electrical connection member 15, the microcomputer 11 and the FET drive circuit 12 disposed on the control board 10 Can be suppressed.
  • FIG. 4 is a diagram showing another structure of the electrical connection member 15. As shown in FIG. 4, even if the rising flange 15cd formed around the end of the insulating member 15c of the electrical connecting member 15 protrudes toward the heat sink portion 70 opposite to the control board 10 side, the switching element If the structure covers the region including 20a to 20c, the same effect as described above can be obtained.
  • FIG. 5 is a view of the heat sink portion 70, the switching elements 20a to 20c, and the electrical connection member 15 as viewed from the rear side.
  • the plus side bus bar 15 a and the minus side bus bar 15 b of the electrical connection member 15 are connected to the battery 4 via the power connector 7.
  • the plus-side bus bar 15a and the minus-side bus bar 15b are wired so as to be close to each other in parallel, and are arranged so as to draw a loop, and each of the plus-side bus bar 15a and the switching elements 20a to 20c has a P
  • the terminals 28a to 28c are connected to the negative side bus bar 15b and the N terminals 29a to 29c of the switching elements 20a to 20c.
  • smoothing capacitors 25a to 25c for reducing ripple current caused by the switching elements 20a to 20c are mounted on the electrical connection member 15.
  • the smoothing capacitors 25a to 25c are, for example, a large-capacity aluminum electrolytic capacitor or a conductive polymer hybrid aluminum electrolytic capacitor having a small DC equivalent resistance (ESR) to absorb the ripple component of the motor current flowing in the motor 30.
  • ESR DC equivalent resistance
  • the conductive polymer hybrid aluminum electrolytic capacitor is composed of a hybrid electrolyte having the characteristics of both a solid conductive polymer and a liquid electrolyte used in the aluminum electrolytic capacitor.
  • the motor drive control device 3 has low ESR and high ripple current characteristics equivalent to those of conductive polymer capacitors, and low leakage current characteristics that are characteristic of aluminum electrolytic capacitors. Therefore, when the ripple current characteristics are the same, the physique of the conductive polymer hybrid aluminum electrolytic capacitor is smaller than that of the aluminum electrolytic capacitor, so that the height of the motor drive control device 3 can be made lower by using this. Can do. Further, when the length of the end face of the smoothing capacitors 25a to 25c is smaller than the length of the side face, the end face of the smoothing capacitor may be placed horizontally so that it is perpendicular to the upper plane of the electrical connecting member 15. desirable. With such an arrangement, the height of the motor drive control device 3 can be further reduced.
  • FIG. 6 is a view of the positional relationship among the power relay 40, the switching elements 20a to 20b, and the smoothing capacitors 25a to 25c attached to the heat sink portion 70, as viewed from the rear side.
  • the power relay 40, the switching elements 20a to 20b, and the smoothing capacitors 25a to 25c are arranged at positions that do not overlap vertically when viewed from the rear side.
  • FIG. 6 shows a configuration in which the smoothing capacitors 25a to 25c are arranged in the circumferential direction as an example.
  • the arrangement direction may be either the inner side or the outer side of the end surface. Not limited to this, it may be placed vertically as shown in FIG. In any arrangement, the smoothing capacitors 25a to 25c are not easily affected by the heat generated from the switching elements 20a to 20b, so that the reliability can be further improved.
  • the control board 10 is composed of a multilayer (for example, four layers) glass / epoxy board, and the smoothing capacitors 25a to 25b are electrically connected so that the smoothing capacitors 25a to 25b are sandwiched between the control board 10 and the electrical connection member 15. It is attached to the rear side upper surface of the connecting member 15.
  • a microcomputer 11 a control element constituting the FET drive circuit 12, a current detection circuit 13, and a control circuit capacitor 14 necessary for supplying power to the control element are mounted on the control board 10.
  • the microcomputer 11, the FET drive circuit 12, and the current detection circuit 13 are arranged on the rear side surface of the control board 10, and the control circuit capacitor 14 is arranged on the front side surface of the control board 10, and the smoothing capacitors 25a to 25c are arranged. It is set as the structure arrange
  • the smoothing capacitors 25 a to 25 c and the control circuit capacitor 14 are sandwiched between the control board 10 and the electrical connection member 15 as described above, the space formed between the control board 10 and the electrical connection member 15 is effectively used. Therefore, the motor drive control device 3 can be reduced in size. Further, since the smoothing capacitors 25a to 25c and the control circuit capacitor 14 are not easily affected by the heat received from the switching elements 20a to 20b, the microcomputer 11, and the FET drive circuit 12, the reliability can be further improved. it can. *
  • FIG. 8 shows an example of the structure of an electric power steering device 100 in which the motor drive control device 3 and the electric motor 30 are integrated.
  • an armature winding 31 (31u, 31v, 31w) is wound around a stator core 32 (32u, 32v, 32w), and a rotor core 34 and a permanent magnet are opposed to the stator core 32.
  • a rotor with 33 is arranged.
  • a shaft 80 is press-fitted into the center of the rotation axis of the rotor core 34, and a boss 81 that is a coupling with a gear shaft is press-fitted into one end of the shaft 80.
  • the shaft 80 is supported by two bearings 71 and 72, and the bearings 71 and 72 are fixed to the cover 62 so that the rotor can rotate.
  • the part is provided with a rotation sensor 51.
  • the cover 62 and the stator core 32 are fixed to the frame 63 by shrink fitting or the like.
  • the frame 63 is made of, for example, aluminum, and is screwed to the frame connecting screw hole portion 91 (see FIG. 5) provided in the heat sink portion 70 with screws 102.
  • the armature winding 31 (31u, 31v, 31w) is electrically connected to a bus bar (not shown) via the terminal 61, and the bus bar (not shown) and the motor drive control device 3 are electrically connected. Is done.
  • the bus bar (not shown) can be supplied with current from the FET output units 27a to 27c (see FIG. 5) of the switching elements 20a to 20c of the motor drive control device 3, and can drive the electric motor 30.
  • the motor drive control device 3 is connected to the electric motor 30 via the heat sink part 70, and the motor drive control device 3 can block the heat generated from the electric motor 30 by the heat sink part 70. Furthermore, the smoothing capacitors 25a to 25c of the motor drive control device 3 can block the heat from the heat sink portion 70 and the switching elements 20a to 20c by the electrical connection member 15, so that the reliability can be further improved. it can.
  • the switching elements 20a to 20c, the control circuit capacitor 14, the smoothing capacitors 25a to 25c, the switching element and the smoothing capacitor are provided.
  • the control circuit capacitor 14 and the smoothing capacitor 2 is provided in the motor drive control device for electric power steering.
  • the smoothing capacitors 25a to 25c are less affected by the heat from the switching elements 20a to 20c, the housing, and the heat sink part 70.
  • the temperature rise of the capacitors 25a to 25c is suppressed, the reliability is improved, and the height direction of the motor drive control device 3 is reduced, so that the device can be downsized.
  • FIG. 9 is a diagram showing the positional relationship of each element used in the motor drive control device 3 corresponding to FIG.
  • the power relay 40 and the switching elements 20a to 20b are evenly arranged in FIG. 6, and the smoothing capacitors 25a to 25c are evenly arranged between these elements. As shown in FIG. 9, the switching elements 20a to 20c are arranged in the vicinity of the heat sink connecting screw hole 92.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
  • the heat sink connecting screw hole portion 92 is constituted by a part of the heat sink portion 70, and since the metal thickness of this portion is larger than the surroundings, the heat capacity is large. Therefore, since the cooling effect of the switching elements 20a to 20c is increased, the temperature rise can be suppressed, and the heat generated from the switching elements 20a to 20b by the smoothing capacitors 25a to 25c arranged on the rear side surface of the electrical connection member 15 can be suppressed. Since it becomes difficult to be affected, the reliability can be further improved. Further, when the smoothing capacitors 25a to 25c and the switching elements 20a to 20c are arranged at positions where they do not overlap each other when viewed from the rear side surface of the electrical connection member 15, they are affected by the heat from the switching elements 20a to 20c. Since it becomes difficult, reliability can be improved more.

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Abstract

　寿命が温度依存性を持つ平滑コンデンサの温度上昇を抑制すると共に制御装置の高さを小さくして小型化した電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置を得る。 モータに電流を供給するスイッチング素子（２０）と、スイッチング素子によるリップル電流を低減する平滑コンデンサ（２５）と、スイッチング素子を制御する駆動回路（１２）と制御回路用コンデンサ（１４）を実装した制御基板（１０）と、制御基板からの制御信号をスイッチング素子に供給する制御信号線（２６）と、スイッチング素子と平滑コンデンサ（２５）を電気的に接続する電気的接続部材（１５）と、スイッチング素子を埋め込んで配置するヒートシンク部（７０）を備え、スイッチング素子（２０）と制御基板（１０）との間に電気的接続部材（１５）を配置すると共に、電気的接続部材（１５）と制御基板（１０）との空間に制御回路用コンデンサ（１４）と平滑コンデンサ（２５）を配置した。

Description

電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置
　この発明は、例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置に関するものである。
　自動車用の電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイールを操作することにより回動するステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出し、この検出値に基づいてステアリングシャフトの回動方向と同じ方向へ回動するように電動モータを駆動し、操舵アシストトルクを発生させるように構成されている。
　従来から電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置については、小型で信頼性の高い構造として、駆動制御を構成する半導体スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴと平滑コンデンサを同一の金属基板上に配置した電力変換回路部と、マイコンなどの制御回路部品を配置した制御回路部、およびフィルタを配置したフィルタ部を、蓋体とハウジングにより構成される収容空間に収容された積層構造が採られている。（例えば特許文献１の図２参照）
　また、制御回路を構成する制御回路用面実装部品が実装される制御基板、パワー用面実装部品が実装されるパワー基板、および制御基板とパワー基板間にあって、電源系統あるいは他のＥＣＵ等の外部と接続するための外部接続コネクタが一体化されたコネクタケースを、上側のカバーと下側のヒートシンク間に挟みこんだ積層構造が採られている。（例えば特許文献２の図２参照）
特開２０１３－６３６８９号公報（図２） 特開２０１３－１０３５３５号公報（図２）
　しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、ＭＯＳＦＥＴと平滑コンデンサが同一の金属基板上に配置され、蓋体とハウジングにより構成される収容空間に積層されているため、平滑コンデンサが、ＭＯＳＦＥＴ表面からの発熱の影響を受けると共に、金属基板が取り付けられたハウジングからも熱の影響を受けて、平滑コンデンサの温度上昇が大きくなってしまう課題があった。
　また、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、コンデンサやスイッチング素子などのパワー実装部品が同一のパワー基板上に配置されているため、同様の課題があった。特に、パワー基板に小型の面実装コンデンサを利用しているため、コンデンサの熱容量が小さいことで周りからの熱の影響を非常に受けやすく、温度上昇が大きくなってしまう課題があった。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、寿命が温度依存性を持つ平滑コンデンサの温度上昇を抑制し、これにより信頼性を向上するとともに、制御装置の高さを小さくして小型化した電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置の提供を目的とするものである。
　この発明に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置であって、モータに電流を供給する複数のスイッチング素子と、スイッチング素子のオンオフによって流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサと、スイッチング素子を駆動制御する駆動回路と制御回路用コンデンサを実装した制御基板と、制御基板からの制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御信号線と、スイッチング素子と平滑コンデンサを電気的に接続する電気的接続部材と、スイッチング素子を埋め込んで配置するヒートシンク部を備え、スイッチング素子と制御基板との間に電気的接続部材を配置すると共に、電気的接続部材と制御基板との間に形成される空間に制御回路用コンデンサと平滑コンデンサを配置したものである。
　この発明の構成とすることにより、平滑コンデンサがスイッチング素子やハウジング、ヒートシンク部からの熱の影響を受けにくくなるため、平滑コンデンサの温度上昇が抑制され、信頼性が向上する。また、制御装置の高さ方向が小さくなるため、装置を小型化できるというものである。
この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を含む電動パワーステアリング装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の構造図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される電気的接続部材の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される電気的接続部材の別の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される電気的接続部材を上面から見た図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される各素子の位置関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される各素子の位置関係を示す別の図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を含む電動パワーステアリング装置の構造図である。 この発明の実施の形態２に係るモータ駆動制御装置に使用される各素子の位置関係を示す図である。
実施の形態１．
　以下、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用モータ駆動制御装置を図１～図８に基づいて説明する。
　図１は、実施の形態１に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置（以下、単にモータ駆動制御装置という。）を含む電動パワーステアリング装置の回路構成図、図２はモータ駆動制御装置の構造図である。
　まず、電動パワーステアリング装置全体の回路構成について説明する。図１において、電動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３０と、この電動モータ３０の駆動を制御するモータ駆動制御装置３と、電動モータ３０の回転速度を減速させる減速装置２と、電動モータ３０を駆動するための電流を供給するバッテリー４と、車両のハンドル付近に配置され、運転者の操舵するハンドル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。
　なお、モータ駆動制御装置３により駆動される電動モータ３０は、３相ブラシレスモータで構成されており、各々の電機子巻線３１ｕ、３１ｖ、３１ｗはＹ結線されている。
　モータ駆動制御装置３は、バッテリー４とモータ駆動制御装置３とを電気的に接続する電源コネクタ７と、車両側から車両の走行速度信号などの車両側信号５が入力される車両側信号コネクタ８と、トルクセンサ６とモータ駆動制御装置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。
　またモータ駆動制御装置３は、電動モータ３０に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃと、ハンドル１に出力する補助トルクの大きさと方向に応じてモータ電流を切り替えるための３相ブリッジ回路を構成する同一のスイッチング素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、スイッチング素子２０ａ～２０ｃ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することを防止するコイル４３と、バッテリー４から３相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２０ａ～２０ｃに供給されるバッテリー電流を通電、遮断するスイッチ手段である電源リレー４０と、これら３相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２０ａ～２０ｃと電源リレー４０のオン、オフの状態を制御するための制御基板１０と、電動モータ３０の回転数を検出する回転センサ５１を備えている。
　スイッチング素子２０ａには電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）２１ａとＦＥＴ２２ａが、スイッチング素子２０ｂにはＦＥＴ２１ｂとＦＥＴ２２ｂが、スイッチング素子２０ｃにはＦＥＴ２１ｃとＦＥＴ２２ｃが、それぞれ一端同士を互いに接続して実装されている。スイッチング素子２０ａのＦＥＴ２１ａが３相ブリッジ回路のＵ相のプラス側アーム、ＦＥＴ２２ａがＵ相のマイナス側アームを構成し、ＦＥＴ２１ｂが３相ブリッジ回路のＶ相のプラス側アーム、ＦＥＴ２２ｂがＶ相のマイナス側アームを構成し、ＦＥＴ２１ｃが３相ブリッジ回路のＷ相のプラス側アーム、ＦＥＴ２２ｃがＷ相のマイナス側アームを構成している。
　またＦＥＴ２１ａ～ＦＥＴ２１ｃのそれぞれの他端は、スイッチング素子２０ａ～２０ｃのオンオフによって、電動モータ３０に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃがそれぞれ接続されている。ＦＥＴ２２ａ～２２ｃの他端は、それぞれシャント抵抗２４ａ～２４ｃを介して車両の設置電位部に接続されている。
　ＦＥＴ２１ａとＦＥＴ２２ａの一端同士が接続された接続点Ａ、ＦＥＴ２１ｂとＦＥＴ２２ｂの一端同士が接続された接続点Ｂ、およびＦＥＴ２１ｃとＦＥＴ２２ｃが接続された接続点Ｃは、それぞれ３相ブリッジ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流側端子となる。スイッチング素子２０ａ～２０ｃの接続点Ａ、接続点Ｂ、接続点Ｃには、ＦＥＴ２３ａ～２３ｃの一端がそれぞれ接続され、ＦＥＴ２３ａ～２３ｃの他端がそれぞれ電動モータ３０の電機子巻線３１ｕ、３１ｖ、および３１ｗのＵ相、Ｖ相、Ｗ相端子に接続されている。このように接続されたＦＥＴ２３ａ～２３ｃは、通常オン状態となるように制御基板１０により制御され、必要な時は電動モータ３０を電気的に切り離す役割、すなわちモーターリレーの役割を果たしている。
　なお実施の形態１では、スイッチング素子２０ａ～２０ｃに同一の３つのスイッチング素子を用いる構成としているが、スイッチング素子２０ａ～２０ｃをすべて一体化させて１つのモジュールとし、その１つのモジュールを用いてインバータ回路を構成してもよい。また図１では、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃを各スイッチング素子２０ａ～２０ｃに１個ずつ取り付けているが、モータ電流のリップル成分を吸収するための必要数であれば、特に個数を限定しない。
　電源リレー４０に実装された２個のＦＥＴ４１とＦＥＴ４２は、その一端同士が互いに接続されており、一方のＦＥＴ４１の他端は、コイル４３を介して電源コネクタ７に接続され、他方のＦＥＴ４２の他端は、スイッチング素子２０ａ～２０ｃで構成される３相ブリッジ回路のプラス側直流端子に接続されている。
　なお、図１では電源リレー４０の位置を３相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２０ａ～２０ｃのプラス側とコイル４３の間に配置した例を示しているが、電源コネクタ７とコイル４３の間に配置した構成でも良い。また図１ではコイル４３を１つで構成しているが、発熱を分散させるために複数のコイルを直列に接続した構成でもよい。
　制御基板１０は、マイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２、電流検出回路１３および制御回路用コンデンサ１４が搭載されて構成されている。制御回路用コンデンサ１４は、制御基板１０に搭載されたマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２、および電流検出回路１３などを構成する半導体の制御素子や回路素子に電源Ｖｃを供給するためのコンデンサであり、各制御素子や回路素子を安定に動作させるために電解コンデンサが使用される。
　運転者がハンドル１を操作してステアリング軸に操舵トルクを加えると、トルクセンサ６がその操舵トルクを検出し、その検出トルクに応じた操舵トルク信号がマイクロコンピュータ１１に入力される。また回転センサ５１はレゾルバあるいは磁気センサで構成され、回転センサ５１が検出した操舵回転数に応じた回転検出信号がマイクロコンピュータ１１に入力される。さらには、シャント抵抗２４ａ～２４ｃの一端を介して、電動モータ３０に流れるモータ電流が電流検出回路１３によって検出され、電流検出回路１３からのモータ電流信号がマイクロコンピュータ１１に入力される。
　マイクロコンピュータ１１は、上記トルクセンサ６からの操舵トルク信号、回転センサ５１で検出される回転検出信号、車両の走行速度信号などの車両側信号５、および電流検出回路１３によるモータ電流信号から、ＦＥＴ駆動回路１２に入力する制御信号を演算する。
　ＦＥＴ駆動回路１２は、マイクロコンピュータ１１からの制御信号に基づいて所定のタイミングでゲート駆動信号を発生し、３相ブリッジ回路のスイッチング素子２０ａ～２０ｃと電源リレー４０の各ＦＥＴを導通制御する。これにより３相ブリッジ回路は所定の３相交流電流を発生し、電動モータ３０の電機子巻線３１ｕ～３１ｖに３相交流電流を供給して電動モータ３０を駆動する。
　電動モータ３０の発生したトルクは、減速装置２を介してステアリング軸にアシストトルクとして加えられる。これにより、運転者によるハンドル１の操舵力は軽減されるというものである。なお図１では、電動モータ３０の電機子巻線３１ｕ～３１ｖがＹ結線される例を示したが、Δ結線されていても良い。
　次にこの発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置３の構造を、図２に基づいて説明する。なお図２において、モータ駆動制御装置３がモータ３０に接続される側をモータ駆動制御装置３のフロント側、モータに接続されない側をモータ駆動制御装置のリア側とする。実施の形態１に係るモータ駆動制御装置３は、カバー６０、制御基板１０、電気的接続部材１５、ヒートシンク部７０の順に階層的に配置されている。制御基板１０には、マイクロコンピュータ１１、制御素子を有するＦＥＴ駆動回路１２、電流検出回路１３、およびマイクロコンピュータ１１やＦＥＴ駆動回路１２の制御素子への電源供給に必要な制御回路用コンデンサ１４が実装されており、制御基板１０からの制御信号をスイッチング素子２０ａ～２０ｃに、各々のスイッチング素子２０ａ～２０ｃに接続された制御信号線２６ａ～２６ｃを介して電気信号として送るように構成されている。
　スイッチング素子２０ａ～２０ｃは、ＦＥＴのベアチップを樹脂でモールドしたもので構成されており、また電流検出の目的として、シャント抵抗２４ａ～２４ｃを装備している。なお、これらスイッチング素子２０ａ～２０ｃに用いられる半導体素子は、電圧制御自己消弧型の高速半導体素子であり、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが選定される。また炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等のワイドギャップ半導体を用いれば、その高速スイッチング特性と高温動作特性により、より低損失で小型のモータ駆動制御装置３を構成することが可能となる。
　このスイッチング素子２０ａ～２０ｃは、電動モータ３０に必要な電流を供給して電動モータ３０を駆動する。さらにスイッチング素子２０ａ～２０ｃは、ヒートシンク部７０に配置されている。ヒートシンク部７０は、例えばアルミニウムなどの金属製で構成されており、スイッチング素子２０ａ～２０ｃで発生した熱を吸収し、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの温度上昇を低減する働きを持っている。
　ヒートシンク部７０は、スイッチング素子２０ａ～２０ｃを埋め込んで配置するように、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの厚さ方向の長さよりも深く削り込まれた凹部７０ａの構造を有している。このようにヒートシンク部７０にスイッチング素子２０ａ～２０ｃの厚さ方向の長さよりも深く削り込まれた凹部７０ａの構造を設けることで、スイッチング素子２０ａ～２０ｃは、完全にヒートシンク部７０の凹部７０ａに埋め込むことができる。よってモータ駆動制御装置３の高さをより低くすることができると同時に、熱を効率よくヒートシンク部７０に伝えることができるため、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの温度上昇を抑制することができる。
　またスイッチング素子２０ａ～２０ｃは、アルミニウムなどの基材の上に絶縁層を配し、その上に回路形成用の銅箔を張って構成された金属基板上、あるいは高熱伝導のセラミックス材料と配線導体で構成されたセラミック基板上に実装されて、これらの基板を介してヒートシンク部７０と接触してもよい。またスイッチング素子２０ａ～２０ｃが接着剤や半田を介してヒートシンク部７０と接触していても良い。このような構成とすれば、スイッチング素子２０ａ～２０ｃで発生した熱を効率よくヒートシンク部７０に伝えることができるため、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの温度上昇を抑制することができる。
　さらには、スイッチング素子２０ａ～２０ｃを金属基板やセラミック基板に実装したものをヒートシンク部７０の凹部７０ａに埋め込んで配置した後、その凹部７０ａにモールド樹脂やシリコーンゲルなどの高熱伝導性の絶縁材を注入した構成としても良い。このような構成とすれば、スイッチング素子２０ａ～２０ｃで発生した熱を効率よくヒートシンク部７０に伝えることができるため、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの温度上昇を抑制することができるとともに、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの電気的露出部を絶縁することができるので、より信頼性を向上させることができる。
　なお、この図２には電源リレー４０を構成するＦＥＴ４１とＦＥＴ４２は図示されていないが、スイッチング素子２０ａ～２０ｃと同様にヒートシンク部７０に設けられた凹部７０ａに埋め込んで配置されている。
　ヒートシンク部７０の凹部７０ａが設けられた端面（リア側）には、金属バスバーと絶縁樹脂で構成された電気的接続部材１５がスイッチング素子２０ａ～２０ｃを完全に覆う構造となるように接触して配置されている。こうすることで電気的接続部材１５のリア側に配置された平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃ（２５ｃは図２では見えていない。以下同様）や、電気的接続部材１５よりもリア側に取り付けられる制御基板１０に配置されたマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２を構成する制御素子に対して、スイッチング素子２０ａ～２０ｃやヒートシンク部７０からの熱の影響を抑制することができるので、より信頼性を向上させることができる。
　ヒートシンク部７０のもう一方の端面（フロント側）には、回転センサ５１が設けられている。なお、回転センサ５１はレゾルバを用いてもよいが、永久磁石とＧＭＲセンサの組み合わせで構成してもよい。
　また、電気的接続部材１５はスイッチング素子２０ａ～２０ｃと制御基板１０との間に配置されており、この電気的接続部材１５と制御基板１０との間に形成される空間に平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃを配置し、また制御基板１０に搭載されている制御回路用コンデンサ１４もこの空間に配置している。
　制御基板１０および電気的接続部材１５を覆うようにカバー６０がヒートシンク部７０に設けられたヒートシンク連結ネジ穴部９２（図５参照）に、ネジ１０１でネジ止めされる。なお、ヒートシンク部７０とカバー６０の接続は、ネジ止めに限らず、接着剤や、ネジと接着剤の併用などの方法でもよい。
　カバー６０は金属あるいは樹脂で構成され、このカバー６０には、電源コネクタ７、車両側信号コネクタ８、トルクセンサ用コネクタ９、およびコイル４３の配置空間が一体成型されている。
　図３は電気的接続部材１５の断面図である。スイッチング素子２０ａ～２０ｃへの電力供給およびスイッチング素子２０ａ～２０ｃと平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃとの電気的接続は、この電気的接続部材１５を介して行われる。
　電気的接続部材１５は平面状であり、その平面の大きさは制御基板１０の平面的大きさと同じ、または同程度である。電気的接続部材１５は、金属製のプラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂからなる通電用バスバーを樹脂等の絶縁部材１５ｃ上に配置するか、プラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂの一部、あるいは全部を樹脂等の絶縁部材１５ｃでモールドして形成されている。
　プラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂは電流を供給する役目を果たし、樹脂等の絶縁部材１５ｃは通電用バスバー１５ａ、１５ｂとヒートシンク部７０などの他の部品との電気的絶縁の確保、通電用バスバーを支えるフレームとしての役割、さらにはスイッチング素子２０ａ～２０ｃからの熱やヒートシンク部７０からの熱が平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃに伝わりにくくする遮熱の役割を果たしている。また、樹脂等の絶縁部材１５ｃは、制御基板１０との間に空間ができるように、その平面端部である周囲には立ち上がり鍔部１５ｃｄを有している。
　図３の構造に示す電気的接続部材１５を使用することにより、図２に示すように電気的接続部材１５の一面がヒートシンク部７０の端面と接触し、スイッチング素子２０ａ～２０ｃを完全に覆うので、電気的接続部材１５の上面に配置された平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃや、制御基板１０に配置されたマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２に及ぼすスイッチング素子２０ａ～２０ｃやヒートシンク部７０からの熱の影響を抑制することができる。
　また図４は、電気的接続部材１５の別の構造を示す図である。図４に示すように、電気的接続部材１５の絶縁部材１５ｃの端部周囲に形成された立ち上がり鍔部１５ｃｄが、制御基板１０側とは反対のヒートシンク部７０側に突出していても、スイッチング素子２０ａ～２０ｃを含む領域を覆う構造であれば、上記と同等の効果を得ることができる。
　図５は、ヒートシンク部７０、スイッチング素子２０ａ～２０ｃ、および電気的接続部材１５をリア側から見た図である。
　電気的接続部材１５のプラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂは、電源コネクタ７を介してバッテリー４に接続される。プラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂは、それぞれが互いに近接して並行になるように配線され、さらにループを描くように配置されており、プラス側バスバー１５ａとスイッチング素子２０ａ～２０ｃのそれぞれのＰ端子２８ａ～２８ｃが、またマイナス側バスバー１５ｂとスイッチング素子２０ａ～２０ｃのそれぞれのＮ端子２９ａ～２９ｃが接続される。
　このような配線とすることで、よりバスバーのインダクタンスを下げることが可能となり、インダクタンスに起因するサージ電圧を抑制することができる。また、スイッチング素子２０ａ～２０ｃと電源リレー４０をヒートシンク部７０の全面に分散配置することが可能となるため、スイッチング素子２０ａ～２０ｃの温度上昇を均一化させることができる。これにより、モータ駆動制御装置３の信頼性をより向上させることができる。
　また電気的接続部材１５には、スイッチング素子２０ａ～２０ｃによるリップル電流を低減するための平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃが実装される。平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃは、モータ３０に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するため大容量のアルミ電解コンデンサや、直流等価抵抗（ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　Ｓｅｒｉｅｓ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の小さい導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサなどを用いる。特に導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサは、固体である導電性高分子とアルミ電解コンデンサに用いられる液体の電解液の両方の電解質の特性を有するハイブリッド電解質で構成される。
　そのため、導電性高分子コンデンサと同等レベルの低いＥＳＲと高いリップル電流特性と、アルミ電解コンデンサの特徴である低い漏れ電流特性を有する。よって、リップル電流特性を同一にした場合、導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサの体格はアルミ電解コンデンサに比べて小さくなるため、これを用いることでモータ駆動制御装置３の高さをより低くすることができる。さらに平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃの端面の長さが側面の長さよりも小さい場合には、平滑コンデンサの端面を電気的接続部材１５の上平面に対して垂直になるように、横置き配置することが望ましい。このような配置にすれば、モータ駆動制御装置３の高さをより低くすることができる。
　図６は、ヒートシンク部７０に取り付けられた電源リレー４０、スイッチング素子２０ａ～２０ｂと平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃの位置関係をリア側から見た図である。
　電源リレー４０とスイッチング素子２０ａ～２０ｂと平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃは、リア側から見て上下に重ならない位置に配置される。
　なお、図６は一例として平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃを円周方向に並べて配置した構成を示しているが、配置方向は端面が内側、外側のいずれの方向となっていてもよく、また横置きに限らず、図７のように縦置きのいずれにしてよい。いずれの配置も平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃがスイッチング素子２０ａ～２０ｂから発する熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。
　制御基板１０は、多層（例えば４層）のガラス・エポキシ基板から構成されており、制御基板１０と電気的接続部材１５で平滑コンデンサ２５ａ～２５ｂを挟み込むように、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｂは電気的接続部材１５のリア側上面に取り付けられる。
　図２に示すように、制御基板１０にはマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２を構成する制御素子、電流検出回路１３、および制御素子への電源供給に必要な制御回路用コンデンサ１４が実装されるが、マイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２、および電流検出回路１３は制御基板１０のリア側の面に、制御回路用コンデンサ１４は制御基板１０のフロント側の面で、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃが配置されていない空隙に配置する構造とする。
　このように制御基板１０と電気的接続部材１５で平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃと制御回路用コンデンサ１４を挟み込む構造とすれば、制御基板１０と電気的接続部材１５との間でできる空間を有効に利用することが可能になるため、モータ駆動制御装置３を小型化することができる。さらに、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃと制御回路用コンデンサ１４が、スイッチング素子２０ａ～２０ｂ、マイクロコンピュータ１１、およびＦＥＴ駆動回路１２からの受ける熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。　
　図８に、モータ駆動制御装置３と電動モータ３０を一体化した電動パワーステアリング装置１００の構造の一例を示す。電動モータ３０は、固定子鉄心３２（３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ）に電機子巻線３１（３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）が巻き回され、固定子鉄心３２に対向して、回転子鉄心３４と永久磁石３３を備えた回転子が配置されている。
　回転子鉄心３４の回転軸中心には、シャフト８０が圧入され、シャフト８０の一端にはギヤ軸とのカップリングであるボス８１が圧入されている。シャフト８０は、２つの軸受７１、７２によって支持され、軸受７１、７２はカバー６２に固定されて、回転子が回転自在になるような構造となっている、また、シャフト８０のもう一方の端部には回転センサ５１が設けられている。カバー６２と固定子鉄心３２は、フレーム６３に焼きばめなどで固定されている。またフレーム６３は、例えばアルミニウムで構成され、ヒートシンク部７０に設けられたフレーム連結ネジ穴部９１（図５参照）に、ネジ１０２でネジ止めされる。
　電機子巻線３１（３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）はターミナル６１を介してバスバー（図示しない）に電気的に接続されており、バスバー（図示しない）とモータ駆動制御装置３とは、電気的に接続される。バスバー（図示しない）は、モータ駆動制御装置３のスイッチング素子２０ａ～２０ｃのそれぞれのＦＥＴ出力部２７ａ～２７ｃ（図５参照）から電流の供給を受け、電動モータ３０を駆動することができる。
　モータ駆動制御装置３は電動モータ３０とヒートシンク部７０を介して接続する構造となっており、モータ駆動制御装置３は電動モータ３０からの熱の煽りをヒートシンク部７０で遮ることができる。またさらに、モータ駆動制御装置３の平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃは、電気的接続部材１５でヒートシンク部７０およびスイッチング素子２０ａ～２０ｃからの熱を遮断することができるため、より信頼性を向上させることができる。
　以上のようにこの発明の実施の形態１では、電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置において、スイッチング素子２０ａ～２０ｃと、制御回路用コンデンサ１４と、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃと、スイッチング素子と平滑コンデンサを電気的に接続する電気的接続部材１５と、制御回路素子を実装した制御基板１０と、スイッチング素子２０ａ～２０ｃと制御基板１０の制御回路素子とを電気的に接続する制御信号線２６ａ～２６ｃと、スイッチング素子を埋め込んで配置するための凹部を有するヒートシンク部７０とを備え、スイッチング素子２０ａ～２０ｃがヒートシンク部７０に埋め込んで配置され、電気的接続部材１５をスイッチング素子と制御基板１０との間に配置し、制御回路用コンデンサ１４と平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃを制御基板１０と電気的接続部材１５との間に配置したので、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃがスイッチング素子２０ａ～２０ｃやハウジング、ヒートシンク部７０からの熱の影響を受けにくくなるため、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃの温度上昇が抑制され、信頼性が向上し、またモータ駆動制御装置３の高さ方向が小さくなるため、装置を小型化できる。
実施の形態２．
　次にこの発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置３について図９に基づいて説明する。
　実施の形態２の発明においては、実施の形態１と同様に各部品が実装され、電気回路も同一であり、図１および図２に示すような回路構成図と構造図は省略するが、図９は図６に相当するモータ駆動制御装置３に使用される各素子の位置関係を示した図である。
　実施の形態１では、図６において電源リレー４０、スイッチング素子２０ａ～２０ｂを均等配置し、それらの素子の間に平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃを均等に配置する構成を示したが、実施の形態２では、図９に示すようにスイッチング素子２０ａ～２０ｃをヒートシンク連結ネジ穴部９２の近傍に配置したものである。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同じまたは相当部分には同一符号を付している。
　ヒートシンク連結ネジ穴部９２はヒートシンク部７０の一部で構成され、この部分の金属厚さは周囲よりも大きいため熱容量が大きい。よってスイッチング素子２０ａ～２０ｃの冷却効果が大きくなるため温度上昇を抑制することができ、電気的接続部材１５のリア側の面に配置した平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃがスイッチング素子２０ａ～２０ｂから発する熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。
　さらに電気的接続部材１５のリア側の面から見て、平滑コンデンサ２５ａ～２５ｃとスイッチング素子２０ａ～２０ｃを上下に重ならない位置に配置することで、スイッチング素子２０ａ～２０ｃからの熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。
　以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　　３：モータ駆動制御装置、　４：バッテリー、　１０：制御基板、　１１：マイクロコンピュータ、　１２：ＦＥＴ駆動回路、　１３：電流検出回路、　１４　制御回路用コンデンサ、　１５：電気的接続部材、　１５ａ：プラス側バスバー、　１５ｂ：マイナス側バスバー、　１５ｃ：絶縁部材、　２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：スイッチング素子、　２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：平滑コンデンサ、　２６ａ、２６ｂ、２６ｃ：制御信号線、　３０：電動モータ、　４０：電源リレー、　７０：ヒートシンク部、　７０ａ:凹部、　９２：ヒートシンク連結ネジ穴部、　１００：電動パワーステアリング装置。

Claims (11)

  1. 　電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置であって、
    前記モータに電流を供給する複数のスイッチング素子と、これらスイッチング素子のオンオフによるリップル電流を低減するための平滑コンデンサと、前記スイッチング素子を駆動制御する駆動回路と制御回路用コンデンサを実装した制御基板と、前記制御基板からの制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御信号線と、前記スイッチング素子と前記平滑コンデンサを電気的に接続する電気的接続部材と、前記スイッチング素子を埋め込んで配置するヒートシンク部を備え、
    前記スイッチング素子と前記制御基板との間に前記電気的接続部材を配置すると共に、
    前記電気的接続部材と前記制御基板との間に形成される空間に前記制御回路用コンデンサと前記平滑コンデンサを配置した
    ことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  2. 　前記ヒートシンク部が前記スイッチング素子を埋め込んで配置するための凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  3. 　前記ヒートシンク部の凹部に高熱伝導性の絶縁材を注入したことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  4. 　前記複数のスイッチング素子が前記ヒートシンク部に分散配置されるとともに、前記平滑コンデンサと前記スイッチング素子が、前記電気的接続部材の上面から見て重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  5. 　前記平滑コンデンサの端面が、前記電気的接続部材の上平面に対して垂直になるように、前記平滑コンデンサを前記電気的接続部材に横置き配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  6. 　前記電気的接続部材は、電源のプラス側電位およびマイナス側電位を接続する通電用バスバーと、この通電用バスバーを支持する絶縁部材で構成されたことを特徴とする請求項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用モータ駆動制御装置。
  7. 　前記電気的接続部材は、前記制御基板と同程度の平面部を有し、前記ヒートシンク部と当接するように配置されたことを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  8. 　前記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置にバッテリーから流入する電流を遮断する電源リレーを備え、前記電源リレーが前記ヒートシンク部に埋設されて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  9. 　前記複数のスイッチング素子と前記平滑コンデンサと前記電源リレーが、前記電気的接続部材の上面から見て重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  10. 　前記スイッチング素子を配置するヒートシンク部がヒートシンク連結ネジ穴部を有し、前記ヒートシンク連結ネジ穴部の近傍に前記スイッチング素子を配置したことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
  11. 　前記平滑コンデンサは、導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
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