(57)【要約】  制御基板の温度上昇を低減すると共に、装置の小型化を図る。スイッチング素子４と、コイル９と、平滑コンデンサ１０と、スイッチング素子４と平滑コンデンサ１０とコイル９を電気的に接続する電気的接続部材７と、制御素子を実装した制御基板１と、スイッチング素子４と制御基板１を電気的に接続する制御信号線５と、スイッチング素子４を配置するスイッチング素子配置部６とを備えた。電気的接続部材７をスイッチング素子４と制御基板１との間に配置し、平滑コンデンサ１０とコイル９を電気的接続部材７からみてスイッチング素子４側に配置し、平滑コンデンサ１０とコイル９の端面が、電気的接続部材７からみて、スイッチング素子４とスイッチング素子配置部６が接している面よりも離れた位置にした。
2012056735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
上記モータに電流を供給するスイッチング素子と、
１個以上のコイルと、
１個以上の平滑コンデンサと、
上記スイッチング素子と上記平滑コンデンサ、及び上記コイルを電気的に接続する電気的接続部材と、
制御素子を実装した制御基板と、
上記スイッチング素子と上記制御基板を電気的に接続する制御信号線と、
上記スイッチング素子を配置するスイッチング素子配置部と、を備え、
上記電気的接続部材は上記スイッチング素子と上記制御基板との間に配置されると共に、上記平滑コンデンサのうち少なくとも１個と上記コイルのうち少なくとも１個が上記電気的接続部材からみて上記スイッチング素子側に配置され、
上記スイッチング素子側に配置された上記平滑コンデンサと上記コイルの端面が、上記電気的接続部材からみたとき、上記スイッチング素子と上記スイッチング素子配置部が接している面よりも離れた位置にある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。
【請求項２】
上記全ての平滑コンデンサと上記全てのコイルが、上記電気的接続部材からみて上記スイッチング素子側に配置されてい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。
【請求項３】
上記全ての平滑コンデンサと上記全てのコイルが、上記スイッチング素子を配置するスイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンク内に埋設される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。
【請求項４】
上記各相のスイッチング素子を配置するスイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクを備え、上記各相のスイッチング素子は、上記ヒートシンクに分割配置されると共に、上記各相のスイッチング素子の間に、上記平滑コンデンサと上記コイルを配置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。
【請求項５】
バッテリーから上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置に流入する電流を遮断する電源リレーを備え、上記電源リレーが上記電気的接続部材からみて上記スイッチング素子側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一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。
【請求項６】
上記スイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクと、
バッテリーから上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置に流入する電流を遮断する電源リレーと、を備え、
上記各相のスイッチング素子と上記電源リレーを上記ヒートシンクに配置すると共に、上記スイッチング素子間、あるいは上記スイッチング素子と上記電源リレー間に、上記平滑コンデンサと上記コイルを配置したことを特徴とする請求項２または３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。
【請求項７】
上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、上記モータのハウジングに電気的および機械的に接続され、上記モータの周方向端部に配置されると共に、上記スイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクを備え、上記モータのハウジ
ングは、上記モータの速度を減速する減速機構に当設されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一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。
【請求項８】
上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、上記モータと一体となって電気的および機械的に接続され、上記モータの回転軸方向端部に配置されると共に、上記スイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一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。
【請求項９】
上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、上記モータと一体となって電気的および機械的に接続され、上記モータの回転軸方向端部で、かつ上記モータの速度を減速する減速機構側に配置されると共に、上記スイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクを備え、
上記各相のスイッチング素子と、バッテリーから上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置に流入する電流を遮断する電源リレーとを、略同一円周上に配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一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。
【請求項１０】
上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、上記モータと一体となって電気的および機械的に接続され、上記モータの回転軸方向端部で、かつ上記モータの速度を減速する減速機構と反対側に配置されると共に、上記スイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクを備え、
上記各相のスイッチング素子と、バッテリーから上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置に流入する電流を遮断する電源リレーとを、略同一円周上に配置することを特徴とする請求項１〜３の何れか一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。
【請求項１１】
上記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、上記モータと一体となって電気的および機械的に接続され、上記モータの回転軸方向端部で、かつ上記モータの速度を減速する減速機構と反対側に配置されると共に、上記スイッチング素子配置部と一体または別体に構成されるヒートシンクを備え、
上記ヒートシンクは上記モータのフレームと当設されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一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。
【請求項１２】
上記平滑コンデンサと上記コイル、及び上記ヒートシンクの間に樹脂を介在させたことを特徴とする請求項３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。
【請求項１３】
上記スイッチング素子は、上記モータを電気的に切り離すモータリレーと上記スイッチング素子の電流を検出するシャント抵抗の少なくとも一方を具備することを特徴とする請求項１〜４の何れか一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。
【請求項１４】
上記スイッチング素子は、セラミック基板とベアチップを具備することを特徴とする請求項１〜４の何れか一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。
【請求項１５】
上記スイッチング素子は、ベアチップを樹脂でモールドした構成であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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平滑コンデンサをパワー基板と制御基板との間に配置された構成のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、モータと一体型となったモータ駆動制御装置として、パワー素子と半導体スイッチ素子が金属製ケースに装着された基板に実装された構成のものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０６３２４２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／００７６７２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された制御装置では、制御モジュールとパワーモジュールは離れているが、コンデンサとコイルは制御モジュールの近くに配置されており、平滑コンデンサやコイルの発熱により、制御モジュールの温度上昇が大きくなるという課題があった。【０００６】
また、特許文献２に開示された制御装置では、マイクロコンピュータの近くにコンデンサが配置されており同様の課題があった。【０００７】
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、スイッチング素子だけでなく、平滑コンデンサやコイルの発熱によって発生する制御基板の温度上昇を低減すると共に、装置の小型化を図る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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、上記モータに電流を供給するスイッチング素子と、１個以上のコイルと、１個以上の平滑コンデンサと、上記スイッチング素子と上記平滑コンデンサ、及び上記コイルを電気的に接続する電気的接続部材と、制御素子を実装した制御基板と、上記スイッチング素子と上記制御基板を電気的に接続する制御信号線と、上記スイッチング素子を配置するスイッチング素子配置部と、を備え、上記電気的接続部材は上記スイッチング素子と上記制御基板との間に配置されると共に、上記平滑コンデンサのうち少なくとも１個と上記コイルのうち少なくとも１個が上記電気的接続部材からみて上記スイッチング素子側に配置され、上記スイッチング素子側に配置された上記平滑コンデンサと上記コイルの端面が、上記電気的接続部材からみたとき、上記スイッチング素子と上記スイッチング素子配置部が接している面よりも離れた位置にあるものである。
【発明の効果】
【０００９】
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によれば、制御基板とスイッチング素子だけでなく、平滑コンデンサやコイルとの距離を離すことができ、制御基板と制御素子の温度上昇を抑制し、信頼性を向上できると共に、制御装置の高さを小さくでき、小型化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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の説明図である。
【図２】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の回路図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るモータの回転数とトルクの特性を示す図である。
【図４】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の損失を説明する図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置をモータと一体型に構成した説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置の側面から見た説明図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置のヒートシンクをリヤ側から見た図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置の電気的接続部をフロント側から見た図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置の制御基板をリヤ側から見た図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置の電気的接続部の別の例をフロント側から見た図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置のヒートシンクの別の例をリヤ側から見た図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に係るモータのフロント側に配置され、モータと一体型の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置の説明図である
【図１４】この発明の実施の形態３に係る電動パワーステアリング装置の説明図である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係るモータのリヤ側に配置され、モータと一体型の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置の説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態４に係る電動パワーステアリング装置の説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置の説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態５に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置のヒートシンクをリヤ側からみた図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電動パワーステアリング用モータ駆動装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置（以下、各実施の形態で単にモータ駆動制御装置という。）の説明図である。実施の形態１に係るモータ駆動制御装置Ａは、制御基板１にマイクロコンピュータ２とＦＥＴ駆動回路３を構成する制御素子（以下、ＦＥＴ駆動回路という。）が実装されており、制御基板１からの制御信号をスイッチング素子４に制御信号線５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４は、ＦＥＴを基板上に実装したものや、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いる。また、電流検出を目的としてシャント抵抗を装備していてもよい。
【００１３】
このスイッチング素子４は、後述するモータに必要な電流を供給し、該モータを駆動する。更に、スイッチング素子４は、スイッチング素子配置部６に配置されている。スイッチング素子配置部６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４で発生した熱を吸収し、スイッチング素子４の温度上昇を低減する働きを持っている。また、スイッチング素子４は、金属基板に実装されて、該金属基板を介してスイッチング素子配置部６と接触していてもよいし、スイッチング素子４が接着剤や半田を介してスイッチング素子配置部６と接触していてもよい。
【００１４】
スイッチング素子４への電力の供給は電気的接続部材７を介して行われる。電気的接続部材７は、図１では詳細構造を省略しているが、金属性のバスバーと樹脂等の絶縁部材から構成されている。金属性のバスバーは電流を供給する役目を果たし、樹脂はバスバーとケース８等の他部品との電気的絶縁の確保と、バスバーを支えるフレームとしての役割を果たしている。また、電気的接続部材７は、ノイズ除去用のコイル９と、スイッチング素子４によるリップル電流を低減するための平滑コンデンサ１０を備えている。電気的接続部材７は平板状であり、その平面的大きさは、制御基板１の平面的大きさと同じ又は同程度である。そして、上記に示したものが、スイッチング素子配置部６、ケース８、及び蓋１１によって覆われており、モータ駆動制御装置Ａを構成している。なお、図１に示す符号１２は、スイッチング素子配置部６と一体または別体として設けられるヒートシンクを示している。
【００１５】
図２は、図1で説明した実施の形態１に係るモータ駆動制御装置Ａの回路図で、以下、
この回路図を用いて図１の各部材がどのように接続されているかについて説明する。モータ駆動制御装置Ａにより駆動制御されるモータ２０の電機子巻線２１は、Ｙ結線されている。スイッチング素子４に実装され、一端同士が互いに接続されたＦＥＴ２２、２３は、一方のＦＥＴ２２が３相ブリッジ回路のＵ相の＋側アームを構成し、他方のＦＥＴ２３がＵ相の−側アームを構成している。また、ＦＥＴ２２の他端はリップル吸収用の平滑コンデンサ１０とノイズ吸収用のコイル９に接続され、ＦＥＴ２３の他端はシャント抵抗２４を介して車両の接地電位部に接続されている。
【００１６】
上記ＦＥＴ２２、２３の一端同士が接続された接続点２５は、３相ブリッジ回路のＵ相交流側端子となる。また、スイッチング素子４に実装されたもう一つのＦＥＴ２６は、その一端がＵ相交流側端子２５に接続され、他端が電機子巻線２１のＵ相端子に接続されている。なお、Ｗ相、Ｖ相についても同様の構成となっている。
【００１７】
電源リレー２７に実装された２個のＦＥＴ２８、２９は、その一端同士が互いに接続されており、一方のＦＥＴ２８の他端は、コイル９を介して３相ブリッジ回路の＋側直流端子に接続され、他方のＦＥＴ２９の他端は、電源コネクタ（図示せず）を介して車両に搭載されたバッテリー３０に接続されている。
【００１８】
制御基板１に実装されたＦＥＴ駆動回路３は、その出力端が上記ＦＥＴ２８、２９の各ゲートに接続されており、これらのゲートに夫々所定のタイミングでゲート駆動信号を与えるように構成されている。また、制御基板１に実装されているマイクロコンピュータ２は、モータ２０の回転数を検出する回転センサ３１からの回転検出信号に基づいてＦＥＴ駆動回路３が出力するゲート駆動信号の出力タイミングを制御する。
【００１９】
以上のように構成された実施の形態１に係るモータ駆動制御装置Ａを搭載した電動パワーステアリング装置において、運転者がハンドルを操作してステアリング軸に操舵トルクを加えると、図示していないトルク検出装置がその操舵トルクを検出し、マイクロコンピュータ２に入力する。また、回転センサ３１が検出した操舵回転数に対応する回転検出信号がマイクロコンピュータ２に入力される。マイクロコンピュータ２は入力された操舵トルク、操舵回転数、および車両の速度信号等に基づいてアシストトルクを演算し、そのアシストトルクが、減速機構を介してステアリング軸に加えるトルクとしてモータ２０に発生するように、モータ駆動制御装置Ａの３相ブリッジ回路を制御する。
【００２０】
即ち、ＦＥＴ駆動回路３は、マイクロコンピュータ２からの指示に基づいて所定のタイミングにてゲート駆動信号を発生し、３相ブリッジ回路の各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、電機子巻線２１に３相交流電流を供給してモータ２０を駆動する。モータ２０の発生したトルクは、減速機構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の操舵力は軽減される。なお、モータ２０の電機子巻線２１がＹ結線された例を示したが、Δ結線でも良いことはいうまでもない。
【００２１】
図３は、モータ２０の回転数とトルクの関係を示すＮ−Ｔ特性図で、横軸にモータ２０の回転数を、縦軸にモータ２０のトルクを示している。
モータ駆動制御装置の損失は、モータ２０の運転状態によって異なる。図３に符号Ａで示した点はトルクが最大で低速で回転している運転状態であり、符号Ｂで示した点は出力が最大となる運転状態で、モータ駆動制御装置への入力電力が最大となる運転状態である。このときの平滑コンデンサ１０の損失とコイル９の損失を図４に示す。
【００２２】
図４において、縦軸は損失を運転状態Ａでの平滑コンデンサ１０の損失の値で規格化して％値で示している。図４に示すように、運転状態Ａにおいては、平滑コンデンサ１０の損失が大きく、コイル９の損失は小さい、一方、最大出力となる運転状態Ｂでは平滑コンデンサ１０の損失は小さく、コイル９の損失が大きい。また、その損失はＦＥＴの損失と比べて無視できる値ではないので、モータ駆動制御装置の構造はこの点を考慮する必要がある。しかしながら、従来例ではこの点は十分考慮されていなかった。
【００２３】
実施の形態１に係るモータ駆動制御装置Ａでは、平滑コンデンサ１０とコイル９が図１に示すように、電気的接続部材７からみてスイッチング素子側、即ち、制御基板１とは反対側に配置されている。更に、平滑コンデンサ１０とコイル９の端面（電気的接続部材７から遠い方の端面）は図１の破線Ｂで示した平面上にあり、スイッチング素子４が配置されている平面（破線Ａで示す）からは離れた位置にある。更に、制御基板１が配置されている位置と平滑コンデンサ１０、コイル９、スイッチング素子４が配置されている位置は離れており、電気的接続部材７が間に介在していることで、平滑コンデンサ１０、コイル９、スイッチング素子４からの発熱が、制御基板１とマイクロコンピュータ２とＦＥＴ駆動回路３とに伝わりにくい構造となっている。
【００２４】
また、スイッチング素子配置部６と一体または別体として設けられたヒートシンク１２の厚みは、スイッチング素子４の周辺では厚くなっていて、平滑コンデンサ１０とコイル９が配置している周辺では薄くなっている。このような構造とすることで、背の高い平滑コンデンサ１０とコイル９を制御基板１から離れた位置に配置し、モータ駆動制御装置Ａの高さを低減できる、即ち、小型化できる構造となっている。
【００２５】
更に、スイッチング素子４の周辺のヒートシンク１２の厚みを大きくできているので熱容量が大きく、スイッチング素子４の発熱を低減することができる。平滑コンデンサ１０の端面とヒートシンク１２の間には空間が形成されている。この空間により平滑コンデンサ１０の内圧が上昇しても、ヒートシンク１２が邪魔にならず、平滑コンデンサ１０の筐体が膨らむことができ、内圧を下げることができる効果がある。
【００２６】
なお、図２におけるコイル９はノイズを除去するためのコイルを示しており、さらに、このノイズ除去用のコイル９は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に電気的に接続された１個のコイルとして描いている。しかし、１個の場合に限らず、２個以上のコイルを直列に接続した場合や、２個以上のコイルを並列に接続した場合でもよい。
【００２７】
以上のような構造とすれば、モータ２０の運転状態が、最大トルク、低速回転の運転状態であっても、最大出力の運転状態であっても、制御基板１とマイクロコンピュータ２とＦＥＴ駆動回路３の温度上昇を低減することができ、信頼性が高く、かつ小型のモータ駆動制御装置Ａを実現することができる。
【００２８】
以上説明したように、実施の形態１に係るモータ駆動制御装置Ａは、スイッチング素子４と平滑コンデンサ１０とコイル９を備えると共に、スイッチング素子４と平滑コンデンサ１０とコイル９を電気的に接続する電気的接続部材７と、ＦＥＴ駆動回路３を実装した制御基板１と、スイッチング素子４と制御基板１を電気的に接続する制御信号線５と、スイッチング素子４を配置するスイッチング素子配置部６とを有し、電気的接続部材７はスイッチング素子４と制御基板１の間に配置され、平滑コンデンサ１０とコイル９は、電気的接続部材７からみてスイッチング素子４側、即ち、制御基板１とは反対側に配置されると共に、スイッチング素子４側に配置された平滑コンデンサ１０あるいはコイル９の端面が、電気的接続部材７からみたとき、スイッチング素子４とスイッチング素子配置部６が接している面よりも離れた位置にある構造としたので、制御基板１とスイッチング素子４のみでなく、平滑コンデンサ１０やコイル９との距離を離すことができ、制御基板１とＦＥＴ駆動回路３を構成する制御素子の温度上昇を抑制し信頼性を向上できる効果がある。また、電気的接続部材７は、制御基板１に対して、スイッチング素子４と平滑コンデンサ１０やコイル９から発生する熱の遮蔽の効果がある。
【００２９】
更に、平滑コンデンサ１０あるいはコイル９の端面が、電気的接続部材７からみたとき、スイッチング素子４とスイッチング素子配置部６が接している面から離れた位置にあるのでモータ駆動制御装置Ａの高さが小さくなり、小型化できる効果がある。
【００３０】
実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るモータ駆動制御装置について説明する。図５は、実施の形態２に係るモータ駆動制御装置を示す図である。
図５に示すように、実施の形態２に係るモータ駆動制御装置Ｂは、基本的な構造は実施の形態１と同様であるが、平滑コンデンサ１０とコイル９がヒートシンク１２に設けられた凹部（以下、各実施の形態で単に穴という。）１３に埋設されている。このように、背の高い平滑コンデンサ１０とコイル９をヒートシンク１２に設けた穴１３に埋設することで、モータ駆動制御装置Ｂの高さ方向を小さくすることができると同時に、ヒートシンク１２の熱容量を十分に確保し、スイッチング素子４の温度上昇を抑制することができる。更に、平滑コンデンサ１０とコイル９を埋設する穴１３、即ち、空間が設けられることでヒートシンク１２の材料と質量を減らすことができる。
【００３１】
また、図５に示すように、平滑コンデンサ１０の端面とヒートシンク１２の間には空間が形成されており、実施の形態１と同様に、この空間により平滑コンデンサ１０の内圧が上昇しても、ヒートシンク１２が邪魔にならず、平滑コンデンサ１０の筐体が膨らむことができ、内圧を下げることができる効果がある。
【００３２】
図６は、図５のモータ駆動制御装置Ｂをモータ２０と一体型とした図を示し、モータ２０の構造を以下に説明する。モータ２０には、固定子鉄心４０に電機子巻線２１が巻き回され、固定子鉄心４０に対向して、回転子鉄心４１と永久磁石４２を備えた回転子が配置されている。回転子鉄心４１の回転軸中心にはシャフト４３が圧入され、シャフト４３の一端には電動パワーステアリング装置のギヤの軸とのカップリングであるボス４４が圧入されている。
【００３３】
シャフト４３は、２つの軸受４５、４６によって支持され、回転子が回転自在となるような構造となっている。一方の軸受４５はモータ２０のハウジング４７に固定され、他方の軸受４６はモータ２０のフレーム４８に固定されている。ハウジング４７のフロント側には、モータ２０の回転角度を検出するセンサとしてレゾルバ４９が設けられている。
【００３４】
固定子鉄心４０は、フレーム４８に圧入や焼きばめで固定され、フレーム４８はハウジング４７に固定される。電機子巻線２１はターミナル５０を介して、バスバー５１に電気的に接続されており、バスバー５１とモータ駆動制御装置Ｂは電気的に接続される。バスバー５１は、モータ駆動制御装置Ｂのスイッチング素子４から電流の供給を受けてモータ２０を駆動することができる。
【００３５】
図６の例ではモータ駆動制御装置Ｂは、モータ２０の周方向端部のハウジング部に機械的に接続されて一体型となっている。このような一体型のモータ駆動制御装置Ｂでは、モータ２０の発熱の影響を受けるが、モータ２０と制御基板１が離れるため、制御基板１の温度上昇は低減できる効果がある。また、図示していないが、モータ２０のハウジンング４７は、モータ２０の速度を減速する減速機構に当設されているので、ヒートシンク１２の熱を、ハウジング４７を介して減速機構に伝えることができる。
【００３６】
実施の形態３．
次に、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置について説明する。図７は、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置の側面から見た説明図である。図７においては、理解を助けるため部分的に断面で示している。
実施の形態３に係るモータ駆動制御装置Ｃは、後述するように、モータの軸方向に配置することができ、図７の下側がフロント側（ギヤに近い側）、上側がリヤ側（ギヤから遠い側）とする。
【００３７】
図７においては、マイクロコンピュータ２とＦＥＴ駆動回路（図示しない）等の制御素子が実装された制御基板１が上部に配置され、制御基板１の下にはバスバーと絶縁部材（図示しない）で構成された電気的接続部材７が配置され、平滑コンデンサ１０とコイル９が電気的に接続されている。更に、スイッチング素子４も端子６０を介して電気的接続部材７に接続されている。
【００３８】
スイッチング素子４は、制御信号線５を介して制御基板１に電気的に接続されている。また、スイッチング素子４はスイッチング素子配置部６に配置され、スイッチング素子配置部６と一体または別体に構成されたヒートシンク１２に発熱を逃がす構造となっている。なお、ヒートシンク１２には穴１３が設けられており、平滑コンデンサ１０とコイル９はこの穴１３に埋設されている。また、平滑コンデンサ１０の端面の内、電気的接続部材７から遠い方の端面とヒートシンク１２の端面には空隙が形成されている。
【００３９】
次に、ヒートシンク１２をリヤ側から見た図を図８に示す。図８に示すように、ヒートシンク１２のリヤ側から見た外形は略円形状となっており、外周部にギヤ側との連結のためのネジ穴６１が２ヵ所設けられ、それらのネジ穴６１は１８０度あるいは、ほぼ１８０
度対向した位置に設けられている。このネジ穴６１とは軸方向に離れた位置にネジ穴６２が３ヶ所設けられている。これは後述するハウジングとの連結のためのネジ穴であり、図８では約１２０度離れた位置に３ヶ所設けられている。
【００４０】
ヒートシンク１２の中央にはモータ２０のシャフト４３が貫通する穴６３が設けられている。穴６３の周囲には長方形のスイッチング素子配置部６が計３ヶ所設けられている。このスイッチング素子配置部６は、図７のスイッチング素子配置部６に一致し、スイッチング素子４との均一な接触状態を保つため、表面が平らになるように精度よく加工されている。更に、スイッチング素子配置部６に隣接して丸形状の穴１３が設けられている。この穴１３は図７で説明した穴１３であり、平滑コンデンサ１０とコイル９を埋設する。なお、図７の例では平滑コンデンサ１０が３つ、コイル９を１つ埋設するために計４個の穴が設けられている。
【００４１】
図９は、電気的接続部材７、平滑コンデンサ１０、コイル９、及びスイッチング素子４をフロント側から見た説明図である。電気的接続部材７は、＋側のバスバー７ａ、−側のバスバー７ｂ、及び樹脂など絶縁部材で構成されるフレーム７ｃによって構成される。フレーム７ｃは、バスバー７ａ、７ｂやコネクタからの信号線であるターミナル６４を保持する役割と、これら部材と他の部材との電気的絶縁を確保する役割を果たしている。バスバー７ａ、７ｂはバッテリー３０（図１参照）に接続されるが、バッテリー３０の＋側がハーネスやコネクタ電極を介して図９の左上部に図示された＋側のバスバー７ａに電気的に接続されることになる。この＋側のバスバー７ａはコイル９の一方の端子に接続され、他方の端子から再び別の＋側バスバーに接続される。更に、＋側のバスバー７ａは四角形を描くように配置されている。
【００４２】
一方、−側のバスバー７ｂは、四角形を描くように配置されて電気的に接続され、図９の左上部に図示された−側のバスバー７ｂは、バッテリー３０の−側にハーネスやコネクタ電極を介して接続される。
【００４３】
更に、＋側のバスバー７ａと−側のバスバー７ｂには平滑コンデンサ１０とスイッチング素子４が接続される。図９では平滑コンデンサ１０は３つ配置され、四角形状に配置されたバスバー７ａ、７ｂの角部に配置され接続されている。スイッチング素子４は端子４ａ、４ｂを介してバスバー７ａ、７ｂに接続されている。また、モータ側端子６５が各スイッチング素子４に設けられ、モータ２０に電流を供給する。
【００４４】
図７で示すように、制御信号線５がスイッチング素子４から制御基板１に向けて延びている。スイッチング素子４の構造としてはＭＯＳ−ＦＥＴのベアチップとシャント抵抗を樹脂でモールドしたモジュールが考えられる。ベアチップを樹脂でモールドする構成にすることによって、スイッチング素子４の発熱をスイッチング素子配置部６に効率よく伝えることができ、スイッチング素子４の温度上昇を低減する効果が得られる。従って、制御基板１や制御素子の温度上昇も抑えることができる。なお、スイッチング素子４は、上記に限らずセラミック基板上にベアチップを実装した構造でもよい。
【００４５】
図１０は、制御基板１をリヤ側から見た模式図である。図１０では、回路の詳細は省略し、概略のみ示している。
制御基板１にはマイクロコンピュータ２とＦＥＴ駆動回路３が実装されていて、中央にはモータ２０のシャフト４３が通る穴６３が形成されており、穴６３の周りには制御信号線５の通る穴６６が所定の数だけ設けられている。図１０に向って上部にはコネクタからの信号線であるターミナルを通す穴６７が所定の数だけ設けられている。
【００４６】
図８のヒートシンク１２と、図９の電気的接続部材７、平滑コンデンサ１０、コイル９
、スイッチング素子４、及び図１０の制御基板１をモータ２０の軸方向に積み上げてアセンブリ状態としたのが図７に示すモータ駆動制御装置Ｃである。
【００４７】
以上のように、実施の形態３に係るモータ駆動制御装置Ｃは、スイッチング素子配置部６と一体または別体として設けられたヒートシンク１２の厚みは、スイッチング素子４の周辺では厚くなっていて、平滑コンデンサ１０とコイル９が配置されている周辺では薄くなっている。このような構成により、背の高い平滑コンデンサ１０とコイル９を制御基板１から離れた位置に配置し、モータ駆動制御装置Ｃの高さを低減できる。即ち、小型化できる構造となっている。更に、スイッチング素子周辺のヒートシンク１２の厚みが大きくできているので熱容量が大きく、スイッチング素子４の発熱を低減することができる。
【００４８】
また、平滑コンデンサ１０の端面とヒートシンク１２の間には空間が形成されているので、平滑コンデンサ１０の内圧が上昇しても、ヒートシンク１２が邪魔にならず、平滑コンデンサ１０の筐体が膨らむことができ、内圧を下げることができる効果がある。
【００４９】
また、モータ２０の運転状態が、最大トルク、低速回転の運転状態であっても、最大出力の運転状態であっても、制御基板１とマイクロコンピュータ２とＦＥＴ駆動回路３の温度上昇を低減することができ、信頼性が高く、かつ小型のモータ駆動制御装置Ｃを実現することができる。
【００５０】
更に、スイッチング素子４はモータ２０の相の数に一致する数だけ分割されて配置されている（３相モータの場合なら、３つに分割する）ので、熱の集中を避けることができ、ヒートシンク内部の温度を均一化できる効果がある。更に、各相のスイッチング素子４の間に平滑コンデンサ１０とコイル９が配置されるので、熱の集中を避けて、ヒートシンク１２を用いて放熱できる。
【００５１】
図１１は、図９の構造に電源リレー２７を追加した構造である。電源リレー２７はコイル９の一方の端子と接続されたバスバー７ａに接続され、以降の＋側のバスバー７ａとの間の電流を遮断することができる。図２の電源リレー２７と位置は違っているが、バッテリー３０からモータ駆動制御装置Ｃに流入する電流を遮断する機能は同じである。
【００５２】
図１２は、電源リレー２７を設けるヒートシンク１２をリヤ側から見た図である。図１２の上部に電源リレー２７用のスイッチング素子配置部６８が設けられ、電源リレー２７はこのスイッチング素子配置部６８に配置され、ここから発熱をヒートシンク１２に逃がし、電源リレー２７の温度上昇を低減することができる。１つの電源リレー２７と３つのスイッチング素子４は略同一円周上に配置された構造となっている。
【００５３】
上記の構造は、電源リレー２７が電気的接続部材７からみてスイッチング素子側（制御基板とは反対側）に配置されている構造なのでモータ２０（図２参照）が低速回転高トルク運転状態のときに加えて、電源リレー２７の発熱が最大となる状態、即ち、モータ駆動制御装置Ｃのバッテリー３０からの入力電流が最大のときの運転状態においても、制御基板１とＦＥＴ駆動回路３を構成する制御素子の温度上昇を抑制することができる。
【００５４】
更に、モータ２０の駆動用電流を供給するスイッチング素子４は３相に分割されて配置されており、電源リレー２７を具備した構造であり、スイッチング素子４と電源リレー２７はヒートシンク１２に計４個並べて配置され、それぞれの間に平滑コンデンサ１０とコイル９が配置されている構造となっている。このため、スイッチング素子４と電源リレー２７の発熱と平滑コンデンサ１０とコイル９の発熱が分散されるので、温度上昇が低減できる効果がある。
【００５５】
図１３は、モータ２０のフロント側に配置され、一体型となったモータ駆動制御装置Ｃの説明図である。図７で説明したモータ駆動制御装置Ｃが、モータ２０のフロント側に配置されている。コネクタ７０は、電源と操舵トルクや車速情報など所定の情報を電気信号として受け取り、この電気信号が電気的接続部材７と制御基板１に送られる。ヒートシンク１２に設けられた穴１３に平滑コンデンサ１０とコイル９が埋設された構造となっている。ヒートシンク１２とハウジング４７とがネジ（図示しない）で連結され、ハウジング４７とモータ２０のフレーム４８がネジ（図示しない）で連結される。
【００５６】
モータ２０の構造を以下に説明する。固定子鉄心４０に電機子巻線２１が巻き回され、固定子鉄心４０に対向して、回転子鉄心４１と永久磁石４２を備えた回転子が配置されている。回転子鉄心４１の回転軸中心にはシャフト４３が圧入され、シャフト４３の一端には電動パワーステアリング装置のギヤの軸とのカップリングであるボス４４が圧入されている。
【００５７】
シャフト４３は２つの軸受４５、４６によって支持され回転子が回転自在となるような構造となっている。一方の軸受４５はモータ駆動制御装置Ｃのヒートシンク１２に固定され、他方の軸受４６はモータ２０のフレーム４８に固定されている。ヒートシンク１２のフロント側には、モータ２０の回転角度を検出するセンサとしてレゾルバ４９が設けられている。
【００５８】
固定子鉄心４０はフレーム４８に圧入や焼きばめで固定され、フレーム４８はハウジング４７に固定される。電機子巻線２１はターミナル５０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Ｃ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Ｃのスイッチング素子４から電流の供給を受け、モータ２０を駆動することができる。
【００５９】
図１４は、電動パワーステアリング装置の説明図である。ヒートシンク１２がネジ（図示しない）によって減速機構８０のハウジング８１に固定され、当設された状態となっている。ボス４４はウォームギヤ軸８２に連結され、モータ２０のトルクがウォームギヤ軸８２に伝達され、ウォームギヤ軸８２を回転させる。更に、ウォームギヤ８３が、ウォームホイール８４と、ウォームホイール８４と機械的につながっているステアリング軸８５を回転させる。
【００６０】
このように、モータ２０の回転軸方向の端部にモータ駆動制御装置Ｃが配置されていると、ヒートシンク１２の厚みを調整することで損失の大きい、スイッチング素子４、平滑コンデンサ１０、コイル９の温度上昇を抑制することができる。また、モータ２０の回転軸方向端部にモータ駆動制御装置Ｃが配置されているため、ヒートシンク１２の厚みを大きくしても、径方向に大きくならないため車両への搭載性に与える影響が少ない効果がある。
【００６１】
実施の形態３に係るモータ駆動制御装置Ｃは、モータ２０と一体となって電気的および機械的に接続されており、更に、モータ２０の回転軸方向端部かつ電動パワーステアリングのウォームギヤ側（減速機構側）に配置されているので、ヒートシンク１２からウォームギヤ８３へ放熱できるため、平滑コンデンサ１０、コイル９、スイッチング素子４、電源リレー２７の放熱性能が向上する効果がある。
【００６２】
また、スイッチング素子４にモータリレーやシャント抵抗があると損失が増加し、より制御基板１と制御素子の温度上昇が課題となるが、この実施形態であれば、制御基板１および制御素子とモータリレーおよびシャント抵抗の距離を離すことができ温度上昇を抑制し信頼性を向上できる効果がある。また、モータリレーがあるため、モータ２０とモータ駆動制御装置Ｃの電流の遮断が可能となる。シャント抵抗があるため、電流検出の精度が向上する効果がある。
【００６３】
実施の形態４．
次に、実施の形態４に係るモータ駆動制御装置について説明する。図１５は、実施の形態４に係るモータ駆動制御装置を説明する図で、モータ駆動制御装置を電動パワーステアリングのギヤ側（減速機構側）とは反対側（モータのリヤ側）に配置し、一体型とした例を説明するものである。
【００６４】
実施の形態４に係るモータ駆動制御装置Ｄは、マイクロコンピュータ２を実装した制御基板１と、制御基板１からみてモータ２０側にコイル９と平滑コンデンサ１０を電気的に接続する電気的接続部材７を具備し、スイッチング素子４がスイッチング素子配置部６に配置され、更に、スイッチング素子配置部６と一体または別体となったヒートシンク１２が設けられている。ヒートシンク１２には穴１３が形成され、平滑コンデンサ１０とコイル９が埋設されている。モータ駆動制御装置Ｄは金属製あるいは樹脂製のハウジング４７で覆われている。
【００６５】
後方にはコネクタ７０を設け、バッテリー３０（図２参照）からの電源の供給と、トルクセンサや車速の信号などを供給する。一方、モータ２０は固定子鉄心４０と固定子鉄心４０に巻き回された電機子巻線２１を具備し、固定子鉄心４０の回転軸方向の両端部にはカバー９０がそれぞれ設けられている。カバー９０と固定子鉄心４０はフレーム４８に焼きばめなどで固定されている。フレーム４８は例えばアルミニウムで構成され、モータ駆動制御装置Ｄのヒートシンク１２とネジ（図示せず）を用いて固定し、当設されている。
【００６６】
回転子鉄心４１と永久磁石４２を具備した回転子がモータ２０の固定子鉄心４０と対向するように設けられ、回転子鉄心４１の回転軸中心にはシャフト４３が圧入されている。シャフト４３には２つの軸受４５、４６が設けられ、軸受４５、４６はカバー９０に固定されて、回転子が回転自在となるように構成される。シャフト４３の端部にはボス４４が設けられ電動パワーステアリング装置のギヤと連結される。この例では後述するようにベルトがボスにかけられ、ベルトによりボールねじを駆動する構造を想定している。
【００６７】
更に、シャフト４３のもう一方の端部には回転角度センサとしてレゾルバ４９が設けられている。なお、回転角度センサはレゾルバ４９に限らず、永久磁石とＧＭＲセンサの組み合わせで構成してもよい。
【００６８】
図１６は、図１５で説明したモータ２０とモータ駆動制御装置Ｄを備えた電動パワーステアリング装置の説明図で、モータ２０とモータ駆動制御装置Ｄがラック軸９１と平行（パラレル）に配置された、所謂、ラックパラレル型の電動パワーステアリング装置を示している。
【００６９】
図１６において、モータ２０は，ギヤボックス９２に当設されている。ギヤボックス９２は、ベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）を用いた減速機構を備えている。モータ２０の回転がこの減速機構を使って減速され、更に、ラック軸９１の推力に変換される。
【００７０】
以上のように、実施の形態４に係るモータ駆動制御装置Ｄは、モータ２０と一体となって電気的および機械的に接続されており、更に、モータ２０の回転軸方向端部かつ電動パワーステアリングのギヤとは反対側（モータの後方側）に配置された構造とすることで、ヒートシンク１２からモータ２０のフレーム４８を介してギヤへ放熱できるため、平滑コンデンサ１０、コイル９、スイッチング素子４、電源リレー２７（図２参照）の放熱性能
が向上する効果がある。また、モータ駆動制御装置Ｄのコネクタ７０をモータ２０の後方に配置することができ、車両への搭載性を大幅に向上することができる。
【００７１】
更に、ヒートシンク１２はモータ２０のフレーム４８と当設されていることにより、ヒートシンク１２がフレーム４８を介してギヤボックス側へ放熱するので、スイッチング素子４、平滑コンデンサ１０、コイル９の温度上昇を低減できる効果がある。
【００７２】
実施の形態５．
次に、実施の形態５に係るモータ駆動制御装置について説明する。図１７は、実施の形態５に係るモータ駆動制御装置を説明する図である。
実施の形態５に係るモータ駆動制御装置Ｅは、平滑コンデンサ１０とコイル９がヒートシンク１２に設けられた穴１３に埋設されている例であるが、平滑コンデンサ１０とヒートシンク１２の間、及びコイル９とヒートシンク１２の間に樹脂１００を介在させている。このような構成により平滑コンデンサ１０とヒートシンク１２の間、及びコイル９とヒートシンク１２の間の熱伝導を良くし、温度上昇を低減することができる。
【００７３】
また、図１７において、樹脂１００は平滑コンデンサ１０の高さ方向の端部には充填せず、外周側に充填させている。平滑コンデンサ１０の高さ方向の端部に空間を形成しておけば、平滑コンデンサ１０の内圧が上がったときに膨張することができ、内圧を下げることができる効果がある。
【００７４】
実施の形態６．
次に、実施の形態６に係るモータ駆動制御装置について説明する。
図１８は、実施の形態６に係るモータ駆動制御装置Ｆを説明する図で、ヒートシンク１２のスイッチング素子配置部６にセラミック基板１１０のスイッチング素子４を配置した例を示している。１つの電源リレー２７と３つのスイッチング素子４が略円周上に並ぶ配置とし、それらの間に１つのコイル９と３つの平滑コンデンサ１０を配置する穴１３を設けている。
【００７５】
電源リレー２７は、セラミック基板１１１と２つのＭＯＳ−ＦＥＴ１１２のベアチップを具備しており、３相の各スイッチング素子４はセラミック基板１１０と３つのＭＯＳ−ＦＥＴ１１３、１１４、１１５と１つのシャント抵抗２４を具備している。なお、図ではベアチップやシャント抵抗２４を電気的に接続するワイヤボンディングは省略している。
【００７６】
ＭＯＳ−ＦＥＴ１１３は＋側アームに配置され、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１４とシャント抵抗２４は−側アームに配置され、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１５はモータ側に配置されている。ＭＯＳ−ＦＥＴ１１５は通常、常にＯＮ状態となり、必要なときはモータ（実施の形態６では省略）を電気的に切り離す役割、即ち、モータリレーの役割を果たしている。
【００７７】
また、３相のスイッチング素子４は、共通の設計となっており低コスト化が可能となっている。セラミック基板１１０は、例えばＤＢＣ基板（Direct  Bonded  Copper）やＤＢＡ基板（Direct  Bonded  Aluminum）を用いればよい。ＤＢＣ基板を使えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１３、１１４、１１５やシャント抵抗２４の発熱を銅の薄板（ＤＢＡ基板はアルミの薄板）とセラミックを使って効率よくヒートシンク１２に逃がすことができるため、ＭＯＳ−ＦＥＴ１１３、１１４、１１５やシャント抵抗２４の温度上昇を低減することができる。セラミック基板１１０はスイッチング素子配置部６に接着剤を介して接合させてもよいし、半田で固定してもよい。
【００７８】
以上のように、実施の形態６に係るモータ駆動制御装置Ｆによれば、セラミック基板１１０によって、スイッチング素子４の発熱をスイッチング素子配置部６に効率よく伝える
ことができ、スイッチング素子４の温度上昇を低減する効果が得られる。従って、制御基板や制御素子の温度上昇も抑えることができる。
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。
【図１】
2012056735.tif 000003
【図２】
2012056735.tif 000004
【図３】
2012056735.tif 000005
【図４】
2012056735.tif 000006
【図５】
2012056735.tif 000007
【図６】
2012056735.tif 000008
【図７】
2012056735.tif 000009
【図８】
2012056735.tif 000010
【図９】
2012056735.tif 000011
【図１０】
2012056735.tif 000012
【図１１】
2012056735.tif 000013
【図１２】
2012056735.tif 000014
【図１３】
2012056735.tif 000015
【図１４】
2012056735.tif 000016
【図１５】
2012056735.tif 000017
【図１６】
2012056735.tif 000018
【図１７】
2012056735.tif 000019
【図１８】
2012056735.tif 000020
【国際調査報告】
2012056735.tif 000021
2012056735.tif 000022
2012056735.tif 000023
2012056735.tif 000024