WO2021192202A1 - 回転電機装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

本願に係る回転電機装置（１００）は、制御ユニット（１）の制御基板（１４）のが電磁シールド（３７）の貫通孔（３７１）から突出した突出部（１４１）に外部端子が接続し、フィルタ部（１７）を設ける構造を採用し、ノイズ除去能力を確保した。従来の、フィルタ部（１７）を実装するための専用の配線基板を不要としたので、小型化、コスト低減に寄与することができる。そして、本願に係る回転電機装置（１００）を備えた電動パワーステアリング装置（１５０）の小型化、コスト低減に寄与することができる。

Description

回転電機装置および電動パワーステアリング装置

　本願は、回転電機装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。

　従来、回転電機の出力軸の軸方向に隣接して制御ユニットが一体化された回転電機装置が存在する。回転電機のハウジング内にはステータ、ロータ等が内蔵される。回転電機の軸方向に隣接して制御ユニットが設けられ、制御ユニットはステータ巻線に電流を流すインバータと、インバータを制御する制御回路が実装された制御基板を有する。

　従来の回転電機装置の例として、インバータと制御基板とを回転電機の軸方向に平行に配置した、いわゆる主要構成部材の縦置き配置方式が採用されたものがある（例えば特許文献１）。また、従来の駆動装置の別の例として、インバータと制御基板とを回転電機の軸方向に対して垂直に配置し、制御基板とノイズ対策のフィルタ用の基板とを層状に配置したいわゆる主要構成部材の横置き配置方式が採用されたものがある（例えば特許文献２）。

　回転電機装置および回転電機装置を搭載した電動パワーステアリング装置に関し、特に回転電機と制御ユニットが一体化された回転電機装置及び電動パワーステアリング制御装置における制御ユニットのノイズ対策が重要である。ノイズ対策用のコンデンサ、コイルからなるフィルタは、インバータ回路、制御基板が縦置き、横置きにかかわらず、別基板もしくは別の回路支持構造を伴って制御基板とは別置きで設けられている。

特許第６６０８５５５号公報 国際公開第２０１８／０４７３４２号

　回転電機の出力軸の軸方向に隣接して、回転電機と制御ユニットが一体化された電動パワーステアリング装置用の回転電機装置が存在する。この回転電機装置では、回転電機を駆動するためのインバータ、インバータ駆動回路等から電圧ノイズが発生する。発生した電圧ノイズは、回転電機装置の電源、信号ターミナル、基板を伝搬しコネクタから回転電機装置の外部に伝搬する。または、発生した電圧ノイズは、ヒートシンク、回転電機のケースを伝搬し回転電機のフランジを介して回転電機装置の外部に伝搬する。そのため、ノイズを回転電機装置の外部に伝搬させないように、ノイズを減衰させるためのフィルタ、電磁シールドが必要である。

　回転電機を駆動するためのインバータなどのパワーモジュール、パワーモジュールを駆動する駆動回路は、その配線を短くするために回転電機の近くに配置することが望ましい。そこで、パワーモジュールと、パワーモジュールを駆動する駆動回路が実装された制御基板を隣接配置する。また、フィルタ回路はノイズを減衰させた後の配線へ再度ノイズが重畳することを防止するために、シールドの開口部近くに配置する必要がある。そのためフィルタ回路は、インバータ駆動回路が実装されている制御基板とは別のフィルタ回路を実装する専用の配線基板もしくは専用の回路支持構造をシールド開口部近くに配置する必要がある。この専用の配線基板もしくは専用の回路支持構造の設置は、回転電機装置の小型化、低コスト化の障害となっていた。このため、回転電機装置を備えたパワーステアリング装置の小型化、低コスト化の障害ともなっていた。

　そこで、本願に係る回転電機装置は、フィルタを実装するための専用の配線基板もしくは専用の回路支持構造を不要としつつ、ノイズ除去能力の高いフィルタを備えた回転電機装置を得ること、およびそのような回転電機装置を備えたパワーステアリング装置を得ることを目的とする。

　本願に係る回転電機装置は、
　回転軸を有する回転電機と、
　回転電機に対して回転軸の軸方向の一方側に配置され、回転電機を制御する制御ユニットと、
　制御ユニットに設けられ、回転軸の軸方向の一方側へ伸びる突出部を有する制御基板と、
　制御ユニットを包囲し、制御基板の突出部が貫通する貫通孔が設けられた電磁シールドと、
　電磁シールドの外側に配置され、制御基板の突出部に取り付けられた外部接続端子と、
　電磁シールドの外側に配置されて、制御基板の突出部に取り付けられ、外部接続端子へ伝搬するノイズ成分を減衰させるフィルタとを備えたものである。

　本願に係る電動パワーステアリング装置は、上記の回転電機装置を備えたものである。

　本願に係る回転電機装置および電動パワーステアリング装置によれば、フィルタを実装するための専用の配線基板もしくは回路支持構造を不要としつつ、電磁シールドの貫通孔の外側にノイズ除去能力のあるフィルタを設けることができる。よって、フィルタを実装する専用の配線基板もしくは回路支持構造を廃止することができるため、小型化、コスト低減に寄与することができる。そして、本願に係る回転電機装置を備えた電動パワーステアリング装置の小型化、コスト低減に寄与することができる。

実施の形態１に係る回転電機装置の回路図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の側方の断面図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の上面の断面図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の電磁シールドの第一の上面図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の電磁シールドの第二の上面図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の正面図である。 実施の形態２に係る回転電機装置の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。 実施の形態３に係る回転電機装置の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。 実施の形態４に係る回転電機装置の正面図である。 実施の形態５に係る回転電機装置の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。 実施の形態６に係る回転電機装置の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。 実施の形態７に係る回転電機装置の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。 実施の形態８に係る回転電機装置の回路図である。 実施の形態８に係る回転電機装置の側方の断面図である。 実施の形態８に係る回転電機装置の第一の正面図である。 実施の形態８に係る回転電機装置の第二の正面図である。 実施の形態９に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。

　以下、本願の実施の形態について図面を参照して説明する。

１．実施の形態１
　実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１における回転電機装置１００の回路図である。図２は、実施の形態１における回転電機装置１００の側方の断面図である。図３は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の上面の断面図である。図４は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。図５は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の電磁シールド３７の第一の上面図である。図６は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の電磁シールド３７の第二の上面図である。図７は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の正面図である。

＜回路構成＞
　図１の回転電機装置１００の回路図には、制御ユニット１と回転電機２が記載されている。回転電機装置１００は、Ｙ結線またはΔ結線の三相ブラシレス回転電機の制御回路一体型のものであってもよいし、負荷の駆動により発電して回生電力をバッテリ充電に利用する機能を有するものであってもよい。回転電機装置１００は、電動パワーステアリング装置１５０だけでなく、車両の車輪駆動用を含めて様々な用途に用いられる。

　制御ユニット１は、回転電機２へ電流を供給するインバータ回路３と、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１０を搭載した制御回路部４と、電源リレー用スイッチング素子５と、フィルタ部１７とで構成されている。フィルタ部１７は、インバータ回路３によるノイズを抑制するために設けられている。

　フィルタ部１７には、車両に搭載されたバッテリ６から電源およびＧＮＤ（Ｇｒｏｕｎｄ）が接続されている。イグニッションスイッチ７により制御回路部４の電源回路１３に電源が投入される。センサ類８が、制御回路部４の入力回路１２に接続されている。センサ類は、例えば、ハンドルの近傍に搭載されて操舵角を検出する操舵角センサ、操舵トルクを検出するトルクセンサ、車両の走行速度を検出する速度センサである。電源回路１３からの信号によってフィルタ部１７及び電源リレー用スイッチング素子５を経由した電源は、インバータ回路３の電流源となる。フィルタ部１７は、ノーマルモードコイル１７ａ、コンデンサ１７ｂ、１７ｃ、１７ｄで構成されている。回転電機装置１００が発生するノイズに応じて、図示しないコモンモードコイルを加えてもよく、ノーマルモードコイルを削除可能であり、さらにコンデンサの数も増減可能である。

　センサ類８からの情報は、制御回路部４の入力回路１２を介してＣＰＵ１０に伝達される。ＣＰＵ１０は、それらの情報から回転電機２を回転させるための電流に相当する制御量を演算して出力する。ＣＰＵ１０の出力信号は、出力回路を構成する駆動回路１１を介してインバータ回路３へ伝達される。駆動回路１１は小電流しか流れていないため、制御回路部４内に配置され、ＣＰＵ１０、電源回路１３、入力回路１２とともに、物理的には制御基板１４上に実装される。しかし、駆動回路１１はインバータ回路３とともに、パワーモジュール３５内に配置することもできる。

　インバータ回路３は主として、回転電機２の三相の巻線Ｕ、Ｖ、Ｗのための上側アーム用スイッチング素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ、および下側アーム用スイッチング素子３２Ｕ、３２V、３２Wと、回転電機巻線との配線を接続・遮断する回転電機リレー用スイッチング素子３４Ｕ、３４V、３４Wを備える。さらに、インバータ回路３は、電流検出用のシャント抵抗３３Ｕ、３３V、３３Wと、平滑コンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗを備える。各相の巻線に対して同一の回路構成を有しており、各相巻線に独立に電流が供給できる。

　また、図示していないが、シャント抵抗３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗの両端間の電位差、および回転電機２の巻線端子電圧等も入力回路１２にフィードバックされている。これらの情報もＣＰＵ１０に入力され、算出した電流値に対応する検出値との差異を演算してフィードバック制御を行うことで、所望の回転電機電流を供給し、回転電機を操作する。

　さらに駆動回路１１からは、バッテリ６とインバータ回路３の電源線とを接続・遮断するリレーとして作動する電源リレー用スイッチング素子５の駆動信号も出力されており、このスイッチング素子５により回転電機２自体への電流供給を遮断することができる。回転電機リレー用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗもインバータ回路３に配設され、各相をそれぞれ遮断することができる。なお、電源リレー用スイッチング素子５も大電流が流れ発熱を伴うので、制御基板１４でなく、インバータ回路３が内包されるパワーモジュール３５に配置することとしてもよい。

　ＣＰＵ１０は、センサ類８、駆動回路１１、インバータ回路３、回転電機巻線等の異常を検出する異常検出機能を有し、異常を検出した場合、その異常に応じて、例えば所定の相のみの電流供給を遮断するために当該相の、上側アーム用スイッチング素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ、下側アーム用スイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ、または回転電機リレー用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗをオフする。さらに全電流を遮断するために、電源自体を元から遮断するように電源リレー用スイッチング素子５をオフすることも可能である。

　回転電機２は三相巻線がΔ結線されているブラシレス回転電機である。ブラシレス回転電機であるために、ロータの回転位置を検出するための回転センサ９が搭載されている。その回転情報も入力回路１２にフィードバックされている。なお、三相Δ結線のブラシレス回転電機でなく、Ｙ結線であってもよく、また２極２対のブラシ付き回転電機であってもよい。また、巻線仕様は従来装置と同様に、分布巻きまたは集中巻きが採用できる。

　次にフィルタ部１７の周辺について説明する。制御ユニット１のインバータ回路３のＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御によってスイッチングノイズが発生する。このスイッチングノイズが回転電機装置１００から外部に伝わらないようにフィルタ部１７が設けられている。コイル１７ａはノーマルモードノイズ用でノーマルモードコイルと呼ばれている。また図示しないが、コモンモードノイズ用でコモンモードコイルと呼ばれるコイルを加えてもよい。

　またコンデンサ１７ｂは、アクロスザラインコンデンサまたはＸコンデンサと呼ばれるものである。コンデンサ１７ｃ、１７ｄは、ラインバイパスコンデンサまたはＹコンデンサと呼ばれるものである。これらのフィルタ素子により伝導ノイズ及び放射ノイズを抑制しており、ＥＭＩ(Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｅｉｃ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ)フィルタと呼ばれている。なお、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄのコンデンサ間の中点１７ｅは、ボディーグランドであり、電気的には回転電機装置１００の一部を介して車体に接続されて接地されている。

＜物理的構成＞
　図２は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の物理的構成を説明するための側方の断面図であり、制御ユニット１が回転電機２の軸心を含む断面で切断されている。図２の下側に回転電機２が配置され、上側に制御ユニット１が配置され、両者は回転電機２の出力軸２１の軸方向に隣接し一体化されている。回転電機２は、従来装置と同様に回転電機ケース２５に内蔵され、出力軸２１の周囲には図示しない永久磁石が複数極対配置されたロータ及び、このロータに隙間を有して巻線が巻装されたステータが配置されている。巻線は三相それぞれに巻装されており、各相の端部は、接続のために制御ユニット１へ伸びている（不図示）。

　制御ユニット１の上部および外周はハウジング４０で覆われ、このハウジングの上部には電源系の比較的大電流が流れる電源用コネクタ４２と信号系の比較的小電流が流れる信号用コネクタ４３が配置されている。この電源用コネクタ４２と信号用コネクタ４３とハウジング４０は樹脂材料で一体成型されている。

　図３は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の上面の断面図であり、制御ユニット１の電磁シールド３７の天井面の下で切断した下面を電源コネクタ側から見た図である。制御ユニット１には、ハウジング４０の内部の中央部にヒートシンク３４が配置されている。

　ヒートシンク３４の中央には、断面が長方形の柱状に形成された柱部３４１が配置されている。制御基板１４がヒートシンク３４の柱部３４１の長辺側の一方の側面に沿って縦置き配置されている。バスバーユニット３６がヒートシンク３４の柱部３４１の長辺側の他方の側面に配置されている。

　ヒートシンク３４の柱部３４１の短辺側の一方の側面に沿ってパワーモジュール３５が縦置き配置されている。パワーモジュール３５は短辺に沿って一方の側に制御基板接続用の端子、他方の側にバスバーユニット接続用の端子を有している。制御基板接続用の端子は半田付け、バスバーユニット接続用の端子はＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ　Ｉｎｓｅｒｔ　Ｇａｓ）溶接などにより接続される。なお図２においてパワーモジュール３５はヒートシンクの裏側に設けられており二点鎖線で示す位置に配置されている。

　ヒートシンク３４は、前述の柱部３４１と、この柱部３４１の長さ方向の一方の端部に固定された環状の基部３４２から構成されている。ヒートシンク３４の柱部３４１は、長さ方向が制御ユニット１のハウジング４０の軸線に沿うように、ハウジング４０の中央部に配置されている。ヒートシンク３４の基部３４２は、その外周面が回転電機ケース２５の内周面に内接して回転電機ケース２５に支持されている。すなわち、ヒートシンク３４は、その基部３４２が回転電機ケース２５に固定され、基部３４２に片持ち支持された柱部３４１がハウジング４０の内部空間に突出するように配置されている。

　またヒートシンク３４の基部３４２には、挿通穴が設けられている。回転電機２の三相の巻線の端部が、挿通穴を抜けて制御ユニット１のバスバーユニット３６のバスバーに接続されている（不図示）。

　ヒートシンク３４の基部３４２は段付き形状となっている。基部３４２の径の大きい部分の外周部には回転電機ケース２５が固定されている。基部３４２の径の小さい部分の外周部には、ノイズ放出を抑制するための金属製の円筒状の電磁シールド３７が固定されている。

　電磁シールド３７は、ヒートシンク３４の柱部３４１と制御基板１４とバスバーユニット３６とパワーモジュール３５を覆うように配置され、制御基板１４の一部は電磁シールドの上部の貫通孔３７１を通して、電磁シールド外に突出している。図２では制御基板１４のみ電磁シールドの上部の貫通孔３７１から突出している。しかし、ヒートシンク３４、バスバーユニット３６の一部が貫通孔３７１より突出してもよい。

　バスバーユニット３６は、バスバー３６１を樹脂部材に埋設したバスバーホルダ３６２と、平滑コンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗおよびノーマルモードコイル１７ａから構成される。バスバー３６１は、回転電機２の三相の巻線の端部、パワーモジュール３５の接続端子、平滑コンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗおよびノーマルモードコイル１７ａの端子、電源用コネクタ４２から伸びた電源、ＧＮＤの端子と接続される。

＜フィルタ回路＞
　制御基板１４は、図１の制御回路部４、電源リレー用スイッチング素子５、フィルタ部１７を実装している。制御基板１４は、回転電機２へ電流を供給するためのインバータ回路３を制御するための回路部品を搭載している。制御基板１４の電磁シールド３７の上部の貫通孔３７１から突出した突出部１４１にはフィルタを構成するＸコンデンサ１７ｂと、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄが配置されている。また、制御基板１４の突出部１４１には、電源用コネクタ４２から伸びた電源とグランドの外部接続端子が接続されており、これらの接続端子を通してノイズが外部へ漏出するのをフィルタ部１７が防いでいる。なお図２ではＸコンデンサ、Ｙコンデンサは突出部１４１の外周側に配置しているが、突出部１４１の内周側に配置してもよい。またノーマルモードコイル１７ａは上記ではバスバーユニット３６に配置したが、突出部１４１に配置してもよい。フィルタ回路専用の基板を設ける必要がなく、もしくはフィルタ回路専用の回路支持構造を設ける必要がないため、小型化かつ低コストに制御ユニットを構成することができる。そして、これらの部品は、ハウジング４０に収納され保護される。ハウジング４０に収納されることで、部品が破損を免れることができ、回転電機装置１００として取り扱いが容易となる。

　この実施の形態１ではフィルタ回路のＸコンデンサであるコンデンサ１７ｂ、Ｙコンデンサであるコンデンサ１７ｃ、１７ｄを制御基板１４上部に配置するので、フィルタ回路専用の基板を設ける必要がなく、もしくはフィルタ回路専用の回路支持構造を設ける必要がないため、小型化かつ低コストに制御ユニットを構成することができる。そして、電磁シールド３７の貫通孔３７１の外側にノイズ除去能力のあるフィルタ部１７を設けることで、効果的なノイズ対策を実施できる。フィルタ回路のＸコンデンサとＹコンデンサを、ノイズ源であるパワーモジュールと経路の近いヒートシンクではなく、電磁シールド３７を経由して接地するのでノイズを抑制することができる。

　また突出部１４１は、ハウジング４０の上部に設けた凸部４０ａの内側の凹部に配置されており、回転電機装置１００の大型化を抑制している。すなわち、回転電機装置１００の制御ユニット１のハウジング４０の、凸部４０ａ、電源用コネクタ４２、信号用コネクタ４３といった凸部以外は制御ユニット１の天井面をコンパクトに維持することができ、小型化に成功している。

＜接地用バスバー＞
　また制御基板１４の外周側の面と、電磁シールド３７の天井面の下側の位置にL字形状の接地用バスバー３８が配置されている。

　図４は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の軸心に沿った側方の断面の拡大図であり、制御基板１４と電磁シールド３７の接続について示している。接地用バスバー３８はＬ字形状をしており、水平な面は電磁シールド３７の上面の内側と当接して電気的に接続されている。垂直な面は、制御基板１４のＧＮＤパターン１４２と当接して電気的に接続されている。

　接地用バスバー３８の電磁シールド３７と接する部分の下部には六角ナット３９が配置され樹脂ホルダ６１によって支えられている。電磁シールド３７の上面の上側からねじ６０ａがねじ締めされ、接地用バスバー３８と電磁シールド３７の下面が密着されることで電気的に接続される。六角ナット３９は接地用バスバー３８の下に配置した樹脂ホルダ６１により保持され、まわり止めがなされている。なお六角ナット３９を保持した樹脂ホルダ６１は接地用バスバー３８に圧入などにより組み付けられている。

　上面から電磁シールド３７、接地用バスバー３８、六角ナット３９の順に組み付けられ、最上面からねじ６０ａが締め付けられる。このように組み付けられることで、電磁シールド３７と、接地用バスバー３８の電気的接続を図るうえで、ねじ６０ａより上の空間に邪魔な構造物が突出することがない。制御ユニット１の電磁シールド３７からハウジング４０まで距離を確保する必要がなく、制御ユニット１の軸方向の小型化に寄与することとなる。

　接地用バスバー３８の垂直な面は、制御基板１４の側のＧＮＤパターン１４２と電気的に接続する。ＧＮＤパターン１４２は、制御基板上に配置されたＸコンデンサ１７ｂ、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄとともにフィルタ部１７を構成している。接地用バスバー３８の制御基板１４に接する面は、外周側からねじ６０ｂによってねじ締めされる。ねじ６０ｂによって、樹脂ホルダ６１の垂直部と、接地用バスバー３８の垂直部と、制御基板１４とがヒートシンク３４のねじ締め土台３４３に固定される。接地用バスバー３８とフィルタ部１７のＧＮＤパターン１４２はねじ６０ｂの締めつけにより電気的に接続される。ＧＮＤパターン１４２によって、フィルタ部１７が構成されるので、信頼性が高く、かつ低コストの接続が可能となる。

　ねじ６０ｂはヒートシンク３４にねじ締めにより電気的に接続される。しかし、樹脂ホルダ６１と制御基板１４のヒートシンク３４側はいずれも絶縁が図られているため、電磁シールド３７と制御基板１４のＧＮＤパターン１４２は、ねじ６０ｂおよびヒートシンク３４とは、電気的には接続されない。フィルタ回路のXコンデンサ１７ｂ、Yコンデンサ１７ｃ、１７ｄを制御基板１４上部に配置するので、フィルタ回路専用の基板を設ける必要がなく、もしくはフィルタ回路専用の回路支持構造を設ける必要がない。このため、制御ユニットを小型化かつ低コストに構成することができる。またフィルタ回路のＸコンデンサとＹコンデンサを、ノイズ源であるパワーモジュールと経路の近いヒートシンクではなく、電磁シールド３７を経由して接地するのでノイズを抑制することができる。

　ねじ６０ｂにより、回転電機の中心軸の外周側から締め付ける構造であり、制御基板１４の外周側に接地用バスバー３８の垂直面が配置されている。これにより、ヒートシンク３４の上面に電磁シールド３７と接地用バスバー３８の接続のための構成部分が突出して、空間が無駄になることがなく、制御ユニット１の小型化に貢献できる。

＜電磁シールド＞
　図５に、実施の形態１に係る回転電機装置１００の電磁シールド３７の第一の上面図を示す。電磁シールド３７の上面には制御基板１４を突出させるための貫通孔３７１と、ねじ６０ａを通すためのねじ挿通穴３７２が設けられている。

　図６に、実施の形態１に係る回転電機装置１００の電磁シールド３７の第二の上面図を示す。図５に対して、ねじ挿通穴３７２の周辺には電磁シールド３７を変形しやすくするための切り欠き穴３７３が設けられている点が異なる。実施の形態１に係る、回転電機装置１００の電磁シールド３７の形状として、図５、図６に示すバリエーションを含め、様々な形状が考えられる。図示しないが組立時の位置決め用の穴などほかに穴が空いていてもよい。また貫通孔３７１を拡大させてヒートシンク３４またはバスバーユニット３６の上部の一部が電磁シールド３７から突出していてもよい。

　図７は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の正面図である。図７は、制御ユニットのハウジング４０と、電磁シールド３７を取り除いて、制御基板１４を正面から見た図である。制御基板１４と電磁シールド３７を接続する接地用バスバー３８が、制御基板１４の中央に配置されている。

　図７の矢印Ａで示す二点鎖線の部分は電磁シールド３７の天井面の位置を示す。矢印Ｂは、制御基板１４のねじ６０ｂがねじ込まれる位置を示している。矢印Ｃは、接地用バスバー３８と電磁シールド３７がねじ６０ａにより接続される位置を示す。

　図７では、ねじ６０ａ、ねじ６０ｂともに軸心が、回転電機２の軸心を包含する同一平面上に配置されている。この配置によって、ねじ６０ａ、６０ｂともに、制御基板１４と電磁シールド３７を図７における水平方向の中央で固定することができ、耐振性、耐久性の面で有利である。

　図４および図７では、ねじ６０ａは電磁シールド３７の天面に対して垂直に配置されている。ねじ６０ｂは、制御基板１４に対して垂直に配置されている。このようにねじ６０ａ、６０ｂを固定する対象に垂直に配置することで、緩むことなく確実に対象を固定できるので有意であり、耐振性、耐久性の面で有利である。

２．実施の形態２
　図８は、実施の形態２に係る回転電機装置１０１の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。

　実施の形態１に係る図４と異なるのは、ねじ６０ａの固定に六角ナット３９を用いていたのを廃止して、接地用バスバー３８１にバーリングおよびねじ切りをして、めねじ部３８１ａを形成した点である。接地用バスバー３８１にめねじ部３８１ａを設け、ねじ６０ａで電磁シールド３７と接地用バスバー３８１が接続される。

　図８では、接地用バスバー３８１の下側にはねじ６０ａの先端が収納される樹脂ホルダ６１１を配置している。実施の形態１と同様に樹脂ホルダ６１１は、接地用バスバー３８１と制御基板１４とのねじ６０ｂの締め側にも伸びて配置されている。ねじ６０ｂによって、接地用バスバー３８１と制御基板１４をヒートシンク３４にねじ止めするときの絶縁材として用いられている。なお樹脂ホルダ６１１は接地用バスバー３８１に圧入などにより組み付けられている。

　このようにすることで六角ナット３９を使用せずに電磁シールド３７を接地用バスバー３８１に電気的に接続することができ、より低コストで構成することができる。

３．実施の形態３
　図９は、実施の形態３に係る回転電機装置１０２の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。

　実施の形態１に係る図４と異なるのは、ねじ６０ａ、６０ｂで固定される接地用バスバー３８の代わりに、はんだ付けと押圧接触で電気的接続を維持する接地用バスバー３８２を設けた点である。

　制御基板１４との接続は制御基板１４上のフィルタ部１７に接続されるＧＮＤパターン１４２に接地用バスバー３８２をリフローはんだで表面実装する。電磁シールド３７２との電気的接続は、制御基板１４をヒートシンク３４への組みつける時に電磁シールド３７２上面の内側が接地用バスバー３８２をたわませた状態で当接するように組み付ける。このようにすることで、ねじ６０ａ、６０ｂ、樹脂ホルダ６１を削除でき、少ない部品点数で構成することができる。このため、コスト低減に寄与することができる。

　実施の形態３では接地用バスバー３８２に制御基板１４に実装可能な板バネ状の弾力性部材を用いることもできる。板バネ状の弾力性部材を用いることによって、たわみと反発力を利用して、電磁シールド３７２との電気的接続をより確実なものとすることができる。

４．実施の形態４
　図１０は、実施の形態４に係る回転電機装置１０３の正面図である。

　図１０は、制御ユニットのハウジング４０と、電磁シールド３７を取り除いて、制御基板１４３を正面から見た図である。制御基板１４３と電磁シールド３７を接続する接地用バスバー３８３が、制御基板１４３の中央近辺に配置されている。

　図１０の矢印Ａで示す二点鎖線の部分は電磁シールド３７の天井面の位置を示す。矢印Ｂは、制御基板１４３にねじ６０ｂがねじ込まれる位置を示している。矢印Ｃは、接地用バスバー３８３と電磁シールド３７がねじ６０ａにより接続される位置を示す。

　図１０では、回転電機２の軸心に平行な第一の平面の上にねじ６０ａの軸心が配置され、第一の平面に平行な第二の平面の上にねじ６０ｂの軸心が配置されている。この配置によって、ねじ６０ａ、６０ｂともに、制御基板１４と電磁シールド３７を固定することができる。

　このように、ねじ６０ｂの位置が、図１０における制御基板１４３の水平方向の中央でなくても、接地用バスバー３８３に接続することは可能である。同様に、ねじ６０ａの位置に関しても、図１０における制御基板１４３の水平方向の中央を外れた位置であったとしても問題ない。接地用バスバー３８３によって、制御基板のＧＮＤパターン１４２と、電磁シールド３７が接続されていればよいからである。ねじ６０ａ、６０ｂの位置を調整することによって設計の自由度が増大し他の部品との当たりを回避することが容易になる。これによって回転電機装置１０３の小型化、コスト低減に寄与することができる。

５．実施の形態５
　図１１は、実施の形態５に係る、回転電機装置１０４の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。

　図１１は、実施の形態１に係る図４に対して、制御基板１４の突出部１４１に、コイル１７ａを設けた点が異なる。コイル１７ａは、制御基板上に配置されたＸコンデンサ１７ｂ、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄとともにフィルタ部１７を構成している。このように、フィルタ部１７を構成する部品を、制御基板１４の突出部１４１に設けることで、電磁シールド３７でノイズを吸収した後にフィルタ部１７でノイズを低減することがでる。

６．実施の形態６
図１２は、実施の形態６に係る回転電機装置１０５の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。

　図１２は、実施の形態１に係る図４に対して、制御基板１４の突出部１４１において、実装されたＸコンデンサ１７ｂ、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄの一部または全部が、電磁シールド３７の貫通孔３７１の外側の面にコンデンサの側面が接する位置に設けられている。このように、フィルタ部１７の部品であるコンデンサを配置することで、電磁シールド３７でノイズを吸収した後、直ちにフィルタ部でノイズを低減することができるので有意である。

７．実施の形態７
　図１３は実施の形態７に係る回転電機装置１０６の軸心に沿った側方の断面の拡大図である。

　図１３は、実施の形態６に係る図１２に対して、制御基板１４の突出部１４１において、実装されたＸコンデンサ１７ｂ、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄの一部または全部が、電磁シールド３７の貫通孔３７１の外側の面をまたぐ位置に置かれている点が異なる。このように、フィルタ部１７の部品であるコンデンサを配置することで、電磁シールド３７でノイズを吸収した直後にフィルタ部でノイズを低減することがでるので有意である。

８．実施の形態８
　図１４は実施の形態８に係る回転電機装置１０７の回路図である。図１５は実施の形態８に係る回転電機装置１０７の側方の断面図である。図１６は実施の形態８に係る回転電機装置１０７の第一の正面図である。図１７は、実施の形態８に係る回転電機装置１０７の第二の正面図である。

　実施の形態８に係る回転電機装置１０７は、制御回路、コネクタ、センサなどがすべて独立した二つの制御系を有する構成であり、冗長性を確保するように構成されている。図１４は実施の形態８に係る二つの共通な電気回路を示す図である。実施の形態１の図１で説明した電気系統を二つ持つ電気系統となる。

　実施の形態８に係る回転電機装置１０７の図１５の構造を以下に説明する。制御ユニット１１１の上部および外周をハウジング４００が覆っている。ハウジング４００の上部には、大電流が流れる電源用コネクタ４２ａ、４２bと、小電流が流れる信号用コネクタ４３ａ、４３ｂが配置されている。この電源用コネクタ４２ａ、４２ｂと信号用コネクタ４３ａ、４３ｂとハウジング４００は樹脂材料で一体成型されている。

　制御ユニット１１１の、ハウジング４００の内部の中央部には、ヒートシンク３４５が配置されている。ヒートシンク３４５の中央に断面が長方形の柱状に形成された柱部３４６が配置されている。制御基板４１ａがヒートシンク３４５の柱部３４６の断面の長辺側の一方の側面に縦置き配置されている。制御基板４１ｂはヒートシンク３４５の柱部３４６の断面が長辺側の他方の側面に縦置き配置されている。

　バスバーユニット３６ａは制御基板４１ａの外周側に配置さている。バスバーユニット３６ｂは制御基板４１ｂの外周側に配置されている。ヒートシンク３４５の柱部３４６の断面の短辺側の一方の側面に沿って矢印Ｅで示す二点鎖線の位置にパワーモジュール３５a、もう一方の側面に沿ってパワーモジュール３５ｂが縦置き配置される。図示しないがパワーモジュール３５ａ、３５ｂはヒートシンク３４５の柱部３４６の断面の短辺方向の一方に制御基板接続用の端子、他方にはバスバーユニット接続用の端子を有しており、制御基板接続用の端子は半田付け、バスバーユニット接続用の端子はＴＩＧ溶接などにより接続される。

　ヒートシンク３４５の基部３４２には実施の形態１と同様に電磁シールド３７５が備えられており、制御基板４１a、４１ｂの上部は電磁シールドの上部に設けられた貫通孔３７４を通して電磁シールド３７５から突出し、突出部４１ｃ、４１ｄを形成する。突出部４１ｃ、４１ｄにはそれぞれＸコンデンサ１７b、Ｙコンデンサ１７ｃ、１７ｄが配置される。

　制御基板４１a、４１ｂの外周側にはそれぞれ接地用バスバー３８と樹脂ホルダ６１と六角ナット３９、ねじ６０a、ねじ６０ｂが備えられており、電磁シールド３７５とねじ締めにより接続されて、制御基板４１a、４１bそれぞれのフィルタ部１７のＧＮＤパターン（不図示）が電磁シールド３７５に接続される。ここでは実施の形態１と同様の接続方法としたが実施の形態２、３と同様の接続方法としてもよい。

　図１６は、実施の形態８に係る回転電機装置１０６の第一の正面図である。図１７は、実施の形態８に係る回転電機装置１０６の第二の正面図であり、図１６の変形例である。矢印Ｆで示す二点鎖線は電磁シールド３７５の上面の位置である。矢印Ｇの二点鎖線で囲った部分はバスバーユニット３６ａの位置を示す図である。図１５、１６、１７に示すように接地用バスバー３８または３８４の矢印Ｈで示す制御基板４１a側のねじ締め部から間隔をあけて、バスバーユニット３６ａが配置されている。

　このように接地用バスバー３８または３８４とバスバーユニット３６ａを立体的に配置することで、接地用バスバー３８または３８４を配置するためのスペースを抑制でき、制御ユニット１１１を小型化することが可能である。矢印Ｈで示す制御基板４１ａ側のねじ締め部と矢印Ｉで示す電磁シールド３７側のねじ締め部は図１６に示すように、実施の形態１と同様に図１６の制御基板４１ａ、４１ｂの水平方向の中央位置でもよい。また、図１７に示すように、図１７の水平方向にずらして構成してもよい。また制御基板４１ｂ側のバスバーユニット３６ｂについても同様の配置が可能である。図１６、図１７の矢印Ｇは、接地用バスバー３８、３８４と、制御基板４１ａ、４１ｂ、電磁シールド３７５の接続部分の構造物を避けて、バスバーユニット３６ａ、３６ｂを配置している状況を示している。このように配置を考慮することで、接地用バスバー３８、３８４の接続構造がバスバーユニット３６ａ、３６ｂと干渉することを避けて配置することができ、回転電機装置１０６の小型化、コスト低減に寄与している。

９．実施の形態９
　図１８は、実施の形態９に係る電動パワーステアリング装置１５０の構成図である。回転電機装置１００を車両に搭載される電動パワーステアリング装置１５０に適用した例について説明する。

　図１８は電動パワーステアリング装置１５０の全体構成図であり、ラック式の電動パワーステアリング装置１５０の例である。運転者がハンドル１５１によって、車両のステアリング機構に操舵トルクを発生させると、トルクセンサ１５２は、その操舵トルクを検出して回転電機装置１００に出力する。また速度センサ１５３は車両の走行速度を検出して回転電機装置１００に出力する。回転電機装置１００は、トルクセンサ１５２および速度センサ１５３からの入力に基づいて操舵トルクを補助する補助トルクを発生し車両の前輪１５４のステアリング機構に供給する。トルクセンサ１５２および速度センサ１５３は、図１におけるセンサ類８の一部である。回転電機装置１００は、トルクセンサ１５２および速度センサ１５３以外の入力に基づいて補助トルクを発生してもよい。

　電動パワーステアリング装置１５０に適用する回転電機装置１００を小型化することで、車両への搭載性が向上する。回転電機装置１００をコスト削減することで、電動パワーステアリング装置１５０全体のコスト削減にも繋がる。回転電機装置１００に替えて、回転電機装置１０１から１０７を用いた場合も同様である。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１　制御ユニット、２　回転電機、１４、４１ａ、４１ｂ、１４３　制御基板、１７　フィルタ部、１７ａ　コイル、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ　コンデンサ、３４　ヒートシンク、３７、３７５　電磁シールド、３８、３８１、３８２、３８３　接地用バスバー、３９　六角ナット、４０　ハウジング、４１ｃ、４１ｄ、１４１　突出部、２１　出力軸、６０ａ、６０ｂ　ねじ、６１　樹脂ホルダ、１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６　回転電機装置、１４２　ＧＮＤパターン、１５０　電動パワーステアリング装置、３７１　貫通孔

Claims (20)

1. 　回転軸を有する回転電機と、
   　前記回転電機に対して前記回転軸の軸方向の一方側に配置され、前記回転電機を制御する制御ユニットと、
   　前記制御ユニットに設けられ、前記回転軸の前記軸方向の一方側へ伸びる突出部を有する制御基板と、
   　前記制御ユニットを包囲し、前記制御基板の前記突出部が貫通する貫通孔が設けられた電磁シールドと、
   　前記電磁シールドの外側に配置され、前記制御基板の前記突出部に取り付けられた外部接続端子と、
   　前記電磁シールドの外側に配置されて、前記制御基板の前記突出部に取り付けられ、前記外部接続端子へ伝搬するノイズ成分を減衰させるフィルタとを備えた回転電機装置。
2. 　前記制御基板は、前記フィルタと前記外部接続端子に接続する配線パターンを有し、
   　前記制御基板の前記配線パターンと、前記電磁シールドとに電気的に接続された、接地用バスバーを備えた請求項１に記載の回転電機装置。
3. 　第一のねじと、ヒートシンクと、樹脂部材とを備え、
   　前記ヒートシンクに、前記制御基板と、前記接地用バスバーと、前記樹脂部材とが第一のねじでねじ止めされ、
   　前記制御基板の前記配線パターンと前記接地用バスバーとが電気的に接続された請求項２に記載の回転電機装置。
4. 　前記回転電機の軸心側に前記ヒートシンクが配置され、前記ヒートシンクの外周側に前記制御基板が配置され、前記制御基板の外周側に前記接地用バスバーが設置され、最外周側に前記樹脂部材が配置された請求項３に記載の回転電機装置。
5. 　第二のねじを備え、
   　前記接地用バスバーに、前記電磁シールドが前記第二のねじでねじ止めされ、
   　前記接地用バスバーと前記電磁シールドとが電気的に接続された請求項２から４のいずれか一項に記載の回転電機装置。
6. 　第二のねじと、ナットとを備え、
   　前記接地用バスバーと、前記電磁シールドとが、前記ナットと前記第二のねじでねじ止めされ、
   　前記接地用バスバーと前記電磁シールドとが電気的に接続された請求項２から４のいずれか一項に記載の回転電機装置。
7. 　前記接地用バスバーに対して、前記軸方向の一方側に、前記電磁シールドが配置された請求項５または６に記載の回転電機装置。
8. 　前記制御基板の前記配線パターンと半田で固定され、前記電磁シールドに圧着されて、前記制御基板の前記配線パターンと前記電磁シールドとに電気的に接続された前記接地用バスバーを備えた請求項２に記載の回転電機装置。
9. 　前記接地用バスバーは板バネ状の弾力性部材である、請求項８に記載の回転電機装置。
10. 　第一のねじと、
    　第二のねじと、
    　前記制御基板に前記第一のねじで取り付けられ、前記電磁シールドに前記第二のねじで取り付けられた接地用バスバーとを備え、
    　前記第一のねじの軸心と前記第二のねじの軸心は前記回転電機の軸心を包含する同一平面上に配置された請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機装置。
11. 　第一のねじと、
    　第二のねじと、
    　前記制御基板と前記第一のねじで取付けられ、前記電磁シールドと前記第二のねじで取り付けられた接地用バスバーとを備え、
    　前記回転電機の軸心に平行な第一の平面の上に前記第一のねじの軸心が配置され、第一の平面に平行な第二の平面の上に前記第二のねじの軸心が配置された請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機装置。
12. 　前記第一のねじの軸心は前記制御基板に垂直に、前記第二のねじの軸心は前記電磁シールドに垂直に配置された、請求項１０または１１に記載の回転電機装置。
13. 　前記制御基板と前記接地用バスバーとの取付け部から間隔を設け、前記制御基板に平行に配置された、大型部品を搭載したバスバーを備えた請求項２から１２のいずれか一項に記載の回転電機装置。
14. 　前記制御基板の前記突出部と、前記突出部に接続された前記外部接続端子とを収納し、前記電磁シールドの外を覆って内部の部品を保護するハウジングを備えた請求項１から１３のいずれか一項に記載の回転電機装置。
15. 　前記ハウジングは凸部を有し、前記制御基板の前記突出部が、前記ハウジングの凸部の内側に収納された請求項１４に記載の回転電機装置。
16. 　前記制御基板の前記突出部に取り付けられた、前記フィルタがコンデンサである請求項１から１５のいずれか一項に記載の回転電機装置。
17. 　前記制御基板の前記突出部に取り付けられた、前記フィルタがコンデンサとコイルである請求項１から１５のいずれか一項に記載の回転電機装置。
18. 　前記コンデンサは、前記コンデンサの側面が、前記制御基板の前記突出部の、前記電磁シールドに設けられた前記貫通孔の外側の面に接する位置に設けられた請求項1６または１７に記載の回転電機装置。
19. 　前記コンデンサは、前記制御基板の前記突出部の、前記電磁シールドに設けられた前記貫通孔の外側の面をまたぐ位置に設けられた請求項１６または１７に記載の回転電機装置。
20. 　請求項１から１９のいずれか一項に記載の回転電機装置を備えた電動パワーステアリング装置。

Images