(57)【要約】【課題】車両の設置スペースに応じてＥＣＵの回路基板を配置することにより省スペース化を図り、組付性、搭載性を向上できるモータ装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ６は、電動モータ１の延出したモータ回転軸２の外周に対向して配置された電源基板１８およびパワー基板１９と、電源基板１８およびパワー基板１９を接続するチョークコイル１４と、電源基板１８とパワー基板１９との間にコの字状に挟んで配置された制御基板２０とにより構成されている。チョークコイル１４は、樹脂製の保持部材２１に組み込まれており、保持部材２１の両端の平行な壁部外面に設けられた位置決めピン２２は、電源基板１８およびパワー基板１９に設けられた挿通穴を挿通して、電源基板１８およびパワー基板１９が位置決め固定されている。制御基板２０は、電源基板１８およびパワー基板１９に交差して電気的に接続固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータと、
前記電動モータに一体的に組み付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記電動モータに駆動電流を供給するパワー部と、
前記パワー部を制御する制御部と、を有し、
前記パワー部は、外部電源に接続される電源回路基板と、複数のスイッチング素子を含み、前記電動モータに電力を供給するパワー回路基板と、分離して設けられ、対向して配置された前記電源回路基板と前記パワー回路基板との間を電気的に接続するフィルタ用のコイルと、の３つの構成単位からなることを特徴とするモータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ装置において、
前記制御部を構成する制御回路基板は、前記パワー部に含まれる前記電源回路基板と前記パワー回路基板とに交差して略コの字状に配置されることを特徴とするモータ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のモータ装置において、
前記コイルは、樹脂製の保持部材に一体的に収容され、前記保持部材は、前記コイルの両端を固定する壁部外面に前記電源回路基板および前記パワー回路基板を位置決め固定する突起部を備えることを特徴とするモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステアリング操作に応じて操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置に使用される電動モータと電動モータを駆動制御する制御装置において、車両への搭載性向上、小型軽量化の要求により、電動モータと制御装置とを一体化したものがある。この種の制御装置として、電動モータを回転制御する駆動回路部の回路基板と電源を供給する電源回路部の部品とが交差して組み付けられ、電動モータのハウジングの周囲に平面的に配置されることにより、車両の設置スペースの省スペース化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８３０６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような制御装置は、電源回路部、駆動回路部のパワーモジュールおよび制御回路の大きく３つの部位により構成される。しかしながら、外部電源と接続するコネクタを電源回路部に接続する必要があり、バスバーなどが使用される。また、電源回路部や駆動回路部の部品が大きく、部品配置が限定される場合がある。そして、電動モータおよび制御装置の設置スペースも限られるため、電源回路部、駆動回路部の制御回路基板およびパワーモジュールを形成するバスバーや電動モータと駆動回路部間を接続するバスバーなど、車両の搭載に合わせて新規に最適な形状設計を行う必要がある。さらに、電動パワーステアリング装置において、電動モータの軸方向に関して、制御装置が電動モータと減速機構との間に配置された場合、制御装置の電源回路部とパワーモジュールとの間に制御回路基板を配置して制御装置を小型に構成することができない。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の設置スペースに応じて制御装置の回路基板を配置することにより省スペース化を図り、組付性、搭載性を向上できるモータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載のモータ装置は、電動モータと、前記電動モータに一体的に組み付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記電動モータに駆動電流を供給するパワー部と、前記パワー部を制御する制御部と、を有し、前記パワー部は、外部電源に接続される電源回路基板と、複数のスイッチング素子を含み、前記電動モータに電力を供給するパワー回路基板と、分離して設けられ、対向して配置された前記電源回路基板と前記パワー回路基板との間を電気的に接続するフィルタ用のコイルと、の３つの構成単位からなることを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、電動モータを駆動制御する制御装置のパワー部は、対向する電源回路基板とパワー回路基板との間に分離して設けられた大型部品の電源フィルタ用のコイルを接続し構成することができる。これにより、パワー部内の部品配置に限定されず設置スペースに合わせて制御装置の形状変更ができる。この結果、モータ装置の組付性、搭載性を向上させることが可能になる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータ装置において、前記制御部を構成する制御回路基板は、前記パワー部に含まれる前記電源回路基板と前記パワー回路基板とに交差して略コの字状に配置されることを要旨とする。上記構成によれば、電源回路基板とパワー回路基板とを対向配置してパワー部を構成し、電源回路基板およびパワー回路基板に交差するように略コの字状に制御回路基板を配置することができる。これにより、電源回路基板からパワー回路基板に直接電源供給ができるとともに、制御基板を電源回路基板とパワー回路基板との間に直列的に配置できる。その結果、車両の設置スペースに合わせて容易に制御装置の形状変更が可能である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のモータ装置において、前記コイルは、樹脂製の保持部材に一体的に収容され、前記保持部材は、前記コイルの両端を固定する壁部外面に前記電源回路基板および前記パワー回路基板を位置決め固定する突起部を備えることを要旨とする。上記構成によれば、制御回路基板を介さずコイルを挟んで電源回路基板およびパワー回路基板同士を電気的に接続できる。また、専用の治具を用いることなくコイルを収容した保持部材により電源回路基板およびパワー回路基板の位置決めが容易にできるので、組付工数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、車両の設置スペースに応じて制御装置の回路基板を配置することにより省スペース化を図り、組付性、搭載性を向上できるモータ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータ装置に含まれるモータ制御回路のブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るモータ回転軸の正面側から見た制御装置の構成図。
【図３】図２のコイルおよび保持部材を示す概略図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るモータ装置を電動パワーステアリング装置に適用した電動モータおよび制御装置部分の概略部分断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るモータ回転軸の正面側から見た制御装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態に係るモータ装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ装置１０に含まれるモータ制御回路のブロック図である。図１に示すモータ制御回路は、外部電源コネクタ１７、電源リレー１１、電源フィルタ用コンデンサ１６、チョークコイル１４、平滑コンデンサ１２、制御回路１５、およびモータ駆動回路１３を備えている。このモータ制御回路は、制御装置（以下、ＥＣＵという）６の内部に設けられ、外部直流電源（例えば、１２Ｖ）であるバッテリ１００および電動モータ１に接続されている。なお、制御回路１５の電源となる制御電圧（例えば、１２Ｖ）＋Ｂは、バッテリ１００から生成されている。
【００１３】
図１において、ＥＣＵ６は、それぞれリレーやスイッチング素子などの大電流パワー部品が実装された電源基板１８、パワー基板１９、および小電流の制御回路部品が実装された制御基板２０の３種類の回路基板により構成されている。
【００１４】
電動モータ１は、３相の巻線（Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線、図示せず）を有する３相ブラシレスモータである。外部のバッテリ１００から直流電源を供給する外部電源コネクタ１７が制御基板２０上に配置され、各端子が接続されてバッテリ１００に配線されている。
【００１５】
電源リレー１１は、ＥＣＵ６のパワー部に配置され平滑コンデンサ１２およびモータ駆動回路１３をバッテリ１００に接続するか否かを切り換える電源スイッチである。電源リレー１１は、モータ装置１０の動作時にはオン状態（導通状態）、停止時にはオフ状態（非導通状態）となる。
【００１６】
モータ駆動回路１３は、スイッチング素子として６個のＭＯＳＦＥＴ（図示せず）を含んでいる。これら６個のＭＯＳＦＥＴを２個ずつ直列に接続して形成された３つの回路（アーム）は、電源線Ｌ１とアース線Ｌ２との間に並列に設けられている。ＭＯＳＦＥＴのそれぞれの接続点は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線の一端に直接接続されている。そして、電動モータ１の３相の巻線の他端は、共通の接続点（中性点）に接続されている。
【００１７】
制御回路１５は、ＥＣＵ６の制御部に配置され、モータ駆動回路１３に含まれる６個のＭＯＳＦＥＴを制御する。より具体的には、制御回路１５は、電動モータ１に供給すべき３相の駆動電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流、およびＷ相電流）の目標値（目標電流）を決定し、電流センサなどにより検出された電流（各相電流値）を目標電流に一致させるためのＰＷＭ信号を出力する。制御回路１５から出力された各相のＰＷＭ信号は、モータ駆動回路１３に含まれる６個のＭＯＳＦＥＴのゲート端子にそれぞれ供給されている。
【００１８】
平滑コンデンサ１２は、電源線Ｌ１とアース線Ｌ２との間に設けられている。平滑コンデンサ１２は電荷を蓄積し、バッテリ１００からモータ駆動回路１３に流れる電流が不足するときには蓄積した電荷を放電する。このように、平滑コンデンサ１２は、電流リップルを吸収し電動モータ１を駆動するための電源電圧を平滑するコンデンサとして機能している。また、本実施形態のモータ装置１０では、電源リレー１１がオフ状態となった後、平滑コンデンサ１２に蓄積された電荷は、スイッチ（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど、図示せず）をオンさせることにより放電抵抗（図示せず）を通って、あるいは、モータ駆動回路１３のオンしているＭＯＳＦＥＴを通って放電される。
【００１９】
チョークコイル１４は、コンデンサ１６とともに電源フィルタ部を構成するサージ吸収（ノイズ除去）用の大型大電流のコイルである。チョークコイル１４は、リード線の両端部が電源基板１８およびパワー基板１９の基板上のバスバー端子などに接続されている。
【００２０】
次に、図２は、本発明の第１の実施形態に係るモータ回転軸２の正面側から見たＥＣＵ６の構成図である。図２に示すように、電動モータ１とＥＣＵ６とは、モータ回転軸２に対して軸線上に配置された構造となっている。電動モータ１の延出したモータ回転軸２を挟んで軸方向にパワー部の電源基板１８およびパワー基板１９が対向して配置されている。電源基板１８には、外部電源コネクタ１７、電源リレー１１、コンデンサ１６が実装されている。パワー基板１９には、平滑コンデンサ１２、電動モータ１を駆動するためのモータ駆動回路１３（図１参照）の一部（例えば、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子）が実装されている。電源基板１８およびパワー基板１９は、片面に回路部品が実装された、例えば、アルミニウム板の多層基板からなる。パワー基板１９の裏面のアルミ部分には、金属製（例えば、アルミ部材）のヒートシンク（放熱部材）３１が熱伝導可能に面接触して配置されている。
【００２１】
電源基板１８およびパワー基板１９は、一端部においてチョークコイル１４を組み込んだ保持部材２１により位置決め固定されている。この保持部材２１を挟んで電源基板１８およびパワー基板１９が平行に位置決めされている。また、電源基板１８およびパワー基板１９は、チョークコイル１４を介して電気的に接続されている。すなわち、チョークコイル１４のリード線の両端部は、電源基板１８およびパワー基板１９に設けられた挿通穴を挿通して、基板に溶接、または、基板に半田付けなどを行うことにより固定されている。
【００２２】
制御基板２０には、モータ駆動回路１３を制御する制御回路１５（図１参照）が実装されている。その制御回路１５には、モータ駆動回路１３の各ＭＯＳＦＥＴを制御するドライバ部と、このドライバ部を制御するＣＰＵ（マイコン）および周辺回路素子とを含んでいる。制御基板２０は、電源基板１８およびパワー基板１９に交差して配置され、両端部がバスバー（図示せず）などにより電源基板１８およびパワー基板１９に電気的に接続され固定されている。なお、電源基板１８、パワー基板１９、および制御基板２０は、1枚（一体）の基板で構成され、電気的に接続されていてもよい。
【００２３】
図３は、図２のチョークコイル１４および保持部材２１を示す概略図である。図３に示すように、チョークコイル１４は、磁気コア（例えば、フェライト磁石など）に銅線を巻き付けて形成されており、樹脂製の保持部材２１に嵌め込まれ固定されている。保持部材２１は、チョークコイル１４のリード線の両端を固定する壁部の外面が電源基板１８およびパワー基板１９（図２参照）の裏面に接するとともに、両側の壁部外面に電源基板１８およびパワー基板１９に設けられた挿通穴に挿通する位置決めピン（突起部）２２を有している。なお、上記位置決めピン２２がない場合であってもよい。
【００２４】
次に、図４は、本発明の第１の実施形態に係るモータ装置１０をコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用した電動モータ１およびＥＣＵ６部分の概略部分断面図である。
【００２５】
電動モータ１は、モータハウジング２７と、このモータハウジング２７内に収容されたロータ２５およびステータ２６を含んでいる。ロータ２５は、モータ回転軸２の外周に同行回転可能に取り付けられた環状のロータコアと、ロータコアの外周に同行回転可能に取り付けられた、例えば、環状の永久磁石からなるロータマグネットとを有している。ロータマグネットには、複数の磁極が周方向に並べて配置されている。これらの磁極は、ロータ２５の周方向に関して、Ｎ極およびＳ極が交互に入れ替わるようにされている。
【００２６】
ステータ２６は、モータハウジング２７の内周に固定されている。ステータ２６は、モータハウジング２７の内周に固定されたステータコアと、複数のコイルとを含んでいる。ステータコアは、ステータコアの環状のヨーク（図示せず）と、このヨークの内周から径方向内方へ突出する複数のティース（図示せず）とを含んでいる。各モータコイルは対応するティースに巻回されている。
【００２７】
また、各ティースに巻回された上記モータコイルは、バスバー（図示せず）と接続されている。バスバーは、上記各モータコイルと電流印加線との接続部に用いられ導電接続材であり、上記各モータコイルに、電力供給源からの電力を配電するための配電部材として機能している。
【００２８】
また、ギヤハウジング２８に軸方向上方に延出する第1および第２のハウジング２９，３０によりＥＣＵ６を収容するためのＥＣＵ収容部が形成されている。また、モータ回転軸２は、モータハウジング２７によって保持された軸受、およびギヤハウジング２８によって保持された軸受によって、回転可能に支持されている。軸受は、いずれもシール軸受により構成されている。
【００２９】
上記の構成により、モータ回転軸２は、ハウジングとしてのギヤハウジング２８、第1，２のハウジング２９，３０およびモータハウジング２７に収容され、対応する軸受を介して、支持されている。
【００３０】
ＥＣＵ収容部には、ＥＣＵ６の一部を構成する電源基板１８、パワー基板１９、および制御基板２０が収容され保持されている。ここで、第２のハウジング３０の壁部は、ヒートシンクとして機能している。また、壁部の外壁面は、ギヤハウジング２８に当接している。また、各コイルと接続されたバスバーは、バスバー端子を介してパワー基板１９に、例えば、ねじ止めにより接続されている。ヒートシンク３１（図２参照）の軸方向底部は、第２のハウジング３０の軸方向上面に熱伝導可能に面接触して配置されている。このヒートシンク３１の軸方向底面は、ギヤハウジング２８の上部端面に当接して放熱経路を形成している。また、ヒートシンク３１は、ギヤハウジング２８との接触面に隙間のない状態でギヤハウジング２８に、例えば、ねじ止めにより固定されている。
【００３１】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態であるモータ装置１０の作用および効果について説明する。
【００３２】
上記構成によれば、ＥＣＵ６は、電動モータ１の延出したモータ回転軸２の外周に対向して配置されたパワー部の電源基板１８およびパワー基板１９と、外部に分離して電源基板１８とパワー基板１９との間に設けられたチョークコイル１４と、電源基板１８とパワー基板１９との間にコの字状に挟んで配置された制御部の制御基板２０とにより構成されている。電源基板１８には、外部電源コネクタ１７、電源リレー１１、電源フィルタ用コンデンサ１６が実装されている。パワー基板１９には、平滑コンデンサ１２、電動モータ１を駆動するためのモータ駆動回路１３の一部（例えば、ＭＯＳＦＥＴなど）が実装されている。大型大電流の電源フィルタ用のチョークコイル１４は、樹脂製の保持部材２１に組み込まれて固定されており、保持部材２１の両側の平行な壁部外面に位置決めピン２２が設けられている。保持部材２１は、両側の壁部により電源基板１８およびパワー基板１９を平行に位置決め固定している。なお、保持部材２１の壁部は、平行に限らず、角度（傾斜）を有して形成されていてもよい。
【００３３】
保持部材２１に収容され分離して設けられたチョークコイル１４は、対向した電源基板１８およびパワー基板１９の間に配置され、電源基板１８およびパワー基板１９を電気的に接続固定している。チョークコイル１４のリード線の両端部は、電源基板１８およびパワー基板１９に設けられた挿通穴を挿通して基板に溶接、または、基板に半田付けなどされている。これにより、電源基板１８からパワー基板１９に直接直流電源が供給されている。制御基板２０には、モータ駆動回路１３を制御する制御回路１５が実装されている。その制御回路１５には、モータ駆動回路１３の各ＭＯＳＦＥＴを制御するドライバ部と、このドライバ部を制御するＣＰＵ、およびその周辺回路素子などを含んでいる。制御基板２０は、電源基板１８およびパワー基板１９に交差してコの字状に配置され、バスバーなどにより電源基板１８およびパワー基板１９に電気的に接続され固定されている。以上のように、ＥＣＵ６は、電源基板１８、制御基板２０、パワー基板１９の順に隣接して配置することができる。
【００３４】
これにより、パワー部を構成する大型部品（コイル、コンデンサなど）の配置に限定されず、車両等の設置スペースに合わせてＥＣＵ６の形状変更ができる。また、制御基板２０を介さずにチョークコイル１４を挟んで電源基板１８、パワー基板１９同士を電気的に接続できる。さらに、専用の治具を必要とせず、チョークコイル１４、およびチョークコイル１４を収容した保持部材２１により電源基板１８およびパワー基板１９の位置決めが容易にできるので、ＥＣＵ６の組付工数を低減できる。その結果、モータ装置１０の組付性、搭載性を向上させることが可能になる。
【００３５】
以上のように、本発明の実施形態によれば、車両の設置スペースに応じてＥＣＵの回路基板を配置することにより省スペース化を図り、組付性、搭載性を向上できるモータ装置を提供できる。
【００３６】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３７】
上記実施形態では、モータ回転軸２の外周に軸方向に対して垂直方向の基板長さが同じである対向する電源基板１８およびパワー基板１９に直角に交差して制御基板２０を配置するようにしたが、これに限定されず、基板長さが異なる場合に、電源基板１８およびパワー基板１９と、制御基板２０との取付角度を任意に変更して、例えば、制御基板２０を斜めに配置するようにしてもよい。
【００３８】
図５は、本発明の第２の実施形態に係るモータ回転軸２の正面側から見たＥＣＵ６の構成図である。図５に示すように、ＥＣＵ６を構成する長さの異なる電源基板１８およびパワー基板１９は、基板実装範囲を示す任意の円周（基板配置円）Ｃに接するように平行に配置されている。そして、この円周Ｃ内の電源基板１８とパワー基板１９との間にチョークコイル１４を収容した保持部材２１が配置され、電源基板１８およびパワー基板１９がチョークコイル１４により電気的に接続されている。また、制御基板２０は、電源基板１８およびパワー基板１９に斜めに交差して略コの字状に配置され、制御基板２０の両端部と電源基板１８およびパワー基板１９の一端部とが電気的に接続されている。これにより、パワー部の電源基板１８およびパワー基板１９の基板長さが異なる場合でも、電源基板１８、パワー基板１９間の最短距離を容易に設定できる。また、チョークコイル１４および保持部材２１の長さ、形状を変更することにより電源基板１８およびパワー基板１９の位置決めが可能になる。
【００３９】
上記実施形態では、電源基板１８およびパワー基板１９をチョークコイル１４および保持部材２１を用いて接続する例を示したが、これに限定されず、基板と他の部品、例えば、バスバーなどとを固定部品を用いて接続するようにしてもよい。
【００４０】
上記実施形態では、３枚に分割された電源基板１８、パワー基板１９、および制御基板２０を配置し接続する例を示したが、これに限定されず、例えば、曲げ実装が可能な1枚基板（パワー部、制御部を含む）に適用してもよい。
【００４１】
上記実施形態において、電源基板１８、パワー基板１９、および制御基板２０は、基板の部材に限定されず、例えば、ガラスエポキシ樹脂製の絶縁基板を用いてもよい。
【００４２】
上記実施形態では、電動パワーステアリング装置として、いわゆるコラムアシストタイプを例に挙げて説明したが、これに限定されず、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよい。また、電動モータ１を駆動制御する他の用途のモータ装置１０に適用してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：電動モータ、２：モータ回転軸、６：ＥＣＵ、１０：モータ装置、１１：電源リレー、１２：平滑コンデンサ、１３：モータ駆動回路、１４：チョークコイル、１５：制御回路、１６：コンデンサ、１７：外部電源コネクタ、１８：電源基板、１９：パワー基板、
２０：制御基板、２１：コイル保持部材、２２：位置決めピン、２５：ステータ、２６：ロータ、２７：モータハウジング、２８：ギヤハウジング、２９，３０：第1，第２のハウジング、３１：ヒートシンク、１００：バッテリ、Ｌ１：電源線、Ｌ２：アース線、Ｃ：基板配置円
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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