(57)【要約】モータのシャフト(7)の端部に回転角度センサの被検出部(10)を設け、シャフトの回転軸と同軸上の位置に回転角度センサの検出部であるセンサ部（300）を設け、制御部(200)には、モータを駆動するための駆動素子SWを有するインバータ回路部と、センサ部とは別体で、インバータ回路部の出力を制御する制御基板(17)が設けられ、センサ部と制御基板は電気的に接続され、制御基板はシャフトの回転軸に垂直な面に沿った配置とした電動駆動装置。
2014054098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、このモータの出力軸側とは反対側に配置された駆動装置部である制御部とを備えた電動駆動装置であって、
前記モータの出力軸側とは反対側のシャフトの端部に回転角度センサの被検出部を設け、
前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に回転角度センサの検出部であるセンサ部を設け、
前記制御部には、ヒートシンクに取り付けられ前記モータを駆動するための駆動素子を有するインバータ回路部と、前記センサ部とは別体であって前記インバータ回路部の出力を制御する制御基板が設けられ、
前記センサ部と前記制御基板は電気的に接続され、且つ、前記制御基板の配置は前記モータのシャフトの回転軸に垂直な面に沿った配置としたことを特徴とする電動駆動装置。
【請求項２】
前記センサ部は基板を有し、前記基板には磁気センサが実装され、
前記基板には前記制御基板と前記センサ部を電気的に接続する接続部材及び該接続部材と一体となった支持部材が設けられ、前記接続部材は前記インバータ回路部分を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項３】
前記センサ部は前記インバータ回路部のヒートシンクに設けられ、該ヒートシンクから見てモータ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項４】
前記センサ部と前記制御基板は直接電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクと前記制御基板の間に中間部材が設けられ、前記センサ部と前記制御基板の間の電気的接続は前記中間部材によって位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項６】
前記中間部材には、前記センサ部と電気的に接続される第1の接続部材と、前記制御基板と電気的に接続される第２の接続部材が一体となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動駆動装置。
【請求項７】
前記センサ部と前記制御基板の間の電気的接続にはプレスフィットが用いられていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項８】
前記被検出部は永久磁石を有し、前記センサ部は磁気センサを有し、前記磁気センサは前記永久磁石に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項９】
前記永久磁石は２極に着磁されており，着磁方向は前記シャフトの回転軸に垂直な平面上にあることを特徴とする請求項８に記載の電動駆動装置。
【請求項１０】
前記センサ部は基板を有し、該基板の少なくとも一方の面に磁気センサが実装、配置されており、該基板の他方の面にも部品が実装されていることを特徴とする請求項８に記載の電動駆動装置。
【請求項１１】
前記センサ部は基板を有し、該基板の両面に、且つ、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に少なくとも２つの磁気センサが実装、配置されていることを特徴とする請求項８に記載の電動駆動装置。
【請求項１２】
前記センサ部は基板を有し．該基板には磁気センサが実装され、該基板はヒートシンクにネジ止めによって固定されることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１３】
前記センサ部と前記ヒートシンクの間に磁気シールドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１４】
前記回転角度センサの被検出部は突部を有し磁性を有するセンサ用回転子で構成され、
前記センサ部は、励磁巻線と出力巻線で構成されるコイルと鉄心を有するセンサ用ステータで構成されるレゾルバであることを特徴とする請求項１または請求項３〜７のいずれか１項に記載の電動駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータと、このモータの駆動を制御する制御部（駆動装置部）が一体に構成された電動駆動装置に関するものであり、特に車両用の電動パワーステアリング装置に用いて好適な電動駆動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用の電動駆動装置の構造が考案されており、回転角度センサの配置や構造として、例えば下記の特許文献がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４１３５５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２２９２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の構造ではシャフトが回路部を挿通しているため、軸受けからセンサの永久磁石までの距離が長く、永久磁石の振れが大きくなる傾向がある。振れが大きいと、半導体磁気センサ部の磁界が所望の状態から外れてしまうため、回転角度検出の精度が低下し、角度誤差が大きくなり、結果としてモータの振動・騒音が大きくなるという課題があった。また、特許文献２の構造では、回転角度センサがパワーモジュールなどのインバータ回路部からのノイズや制御基板からのノイズの影響を受けやすいという課題があった。
また、特許文献１と特許文献２とも制御基板にセンサが実装されているため制御基板の実装面積がその分小さくなるという課題があった。【０００５】
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、シャフトの振れを小さくし、回転角度検出の精度を向上すると共に、さらには、インバータ回路や制御基板からのノイズ干渉を小さくするようにした電動駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電動駆動装置は、モータと、このモータの出力軸側とは反対側に配置された駆動装置部である制御部とを備えた電動駆動装置であって、前記モータの出力軸側とは反対側のシャフトの端部に回転角度センサの被検出部を設け、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に回転角度センサの検出部であるセンサ部を設け、前記制御部には、ヒートシンクに取り付けられ前記モータを駆動するための駆動素子を有するインバータ回路部と、前記センサ部とは別体であって前記インバータ回路部の出力を制御する制御基板が設けられ、前記センサ部と前記制御基板は電気的に接続され、且つ、前記制御基板の配置は前記モータのシャフトの回転軸に垂直な面に沿った配置としたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の電動駆動装置によれば、制御基板と回転角度のセンサ部を別々に構成することで制御基板の実装面積を拡大できる。また、軸受けとシャフト端に設けられた回転角度センサの被検出部である永久磁石との間の距離が小さくなるため、振れが小さくなり、その結果、回転角度検出の精度が向上し、モータの振動騒音を低減できるという効果が得られる。【０００８】
また、インバータ回路や制御基板からの回転角度センサへのノイズ干渉を小さくすることができると共に、制御基板の配置はモータの回転軸に垂直な面に沿う配置としているので、制御基板を回転軸に平行な平面に沿う配置（縦方向配置）に比べて、制御部であるECUの軸方長さを短縮できるという効果がある。【０００９】
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】図1の電動駆動装置の各部品を軸方向に並べた構成部品の説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電動駆動装置におけるセンサ部の説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電動駆動装置におけるセンサ用永久磁石の一例を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１の電動駆動装置におけるセンサ用永久磁石の他の一例を示す説明図である。
【図６】この発明の電動駆動装置を適用した電動パワーステアリング装置の説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるセンサ部の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図９】この発明の実施の形態３における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１０】図９の電動駆動装置の各部品を軸方向に並べた構成部品の説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態４における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態４の変形例で、磁気センサを２個搭載した電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態５における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１４】この発明の実施の形態６における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態６の電動駆動装置におけるレゾルバの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の電動駆動装置の実施の形態につき、図面を用いて説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
【００１２】
実施の形態１．
図1は、この発明の実施の形態１における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
図1において、電動駆動装置は永久磁石型モータ１００と制御部であるECU（Electronic  Control  Unit）が一体となった構造となっている。
まず、永久磁石型モータ１００について説明する。
永久磁石型モータ（以下、単にモータともいう。）１００は、電磁鋼板を積層して構成される固定子鉄心１と固定子鉄心１に巻き回された電機子巻線２と固定子鉄心１を固定するフレーム３を有する。フレーム３はモータの前面部に設けられたハウジング４とボルト６によって固定されている。ハウジング４には軸受け５Ａが設けられ、軸受け５Ａは軸受け５Bとともにシャフト７を回転自在に支持する。軸受け５Bはフレーム３と一体あるいは別体に設けられた壁部８に支持されている。
【００１３】
シャフト７の一方の先端部すなわち出力軸側にはプーリー９が圧入されていて、プーリー９は後述する電動パワーステアリング装置のベルトに駆動力を伝達する働きをする。
シャフト７の他方の先端部には、回転角度センサの被検出部であるセンサ用永久磁石１０が設けられている。シャフト７には回転子鉄心１１が圧入されていて、回転子鉄心１１には永久磁石１２が固定されている。なお、図１では永久磁石１２は回転子鉄心１１の表面に固定されている例を示しているが、回転子鉄心１１の中に埋め込まれた構造としてもよい。
【００１４】
次に、制御部であるECU（Electronic  Control  Unit）２００について説明する。
ECU２００には、トルクセンサからの信号を受ける第1のコネクタ１３と、車速などの自動車の情報を受け取る第２のコネクタ１４と、電源供給用の電源コネクタ１５が設けられている。さらに、ECU２００にはモータを駆動するためのインバータ回路があり、インバータ回路はMOS-FET等のスイッチング素子SWを有する。このスイッチング素子SWは例えば、ベアチップをDBC（Direct  Bonded  Copper）基板に実装した構成や、ベアチップを樹脂でモールドしたモジュールとした構成などが考えられる。
スイッチング素子SWはモータ駆動のための電流が流れるため発熱する。そこで、スイッチング素子SWは接着剤や絶縁シートなどを介してヒートシンク１６と接触させ放熱する構造となっている。
【００１５】
インバータ回路にはスイッチング素子SWの他に、平滑コンデンサやノイズ除去用コイル、電源リレーやそれらを電気的に接続するバスバーなどがあるが、図１では省略している。バスバーは樹脂と一体成形され中間部材２３を形成している。また、中間部材２３に隣接して、制御基板１７が設けられている。この制御基板１７は第１のコネクタ１３、第２のコネクタ１４から受け取った情報に基づき、モータを適切に駆動するためにスイッチング素子SWに制御信号を送る。
【００１６】
制御信号は制御基板１７とスイッチング素子SW間を電気的に接続する接続部材（図示せず）によって伝達される。この接続部材はワイヤボンディングやプレスフィット、はんだなどで固定される。これらのインバータ回路と制御基板１７はケース１８によって覆われている。ケース１８は樹脂であってもよいし、アルミ等の金属であっても、樹脂とアルミ等金属を組み合わせた構成でもよい。
【００１７】
制御基板１７の配置はモータのシャフト７の回転軸に垂直な面に沿う配置としている。制御基板１７をこのような配置に構成することによって、制御基板１７をシャフト７の回転軸に平行な平面に沿う配置（縦方向配置）とした場合に比べて、ECU２００の軸方長さを短縮できるという効果がある。なお、制御基板１７は必ずしも回転軸に垂直な面に沿っていなくても、回転軸に平行な平面に沿っていなければ軸方長さを短縮できる効果が得られる。
【００１８】
ヒートシンク１６のモータ１００に近い側にはセンサ部３００が配置されている。センサ部３００は磁気センサ１９と基板２０と接続部材２１と支持部材２２を有し、磁気センサ１９が実装された基板２０がヒートシンク１６にネジ（図示せず）で固定されている。
スイッチング素子SWの発熱の影響で温度変化が大きいヒートシンク１６への基板２０の固定はネジ止めとしたので、接着剤に比べて温度上昇やヒートサイクルに強いという効果がある。
磁気センサ１９はシャフト７の回転軸と同軸上で、かつセンサ用永久磁石１０と相対応する位置に配置されていて、センサ用永久磁石１０の発生する磁界を検出し、その向きを知ることでモータの回転子の回転角度を検出する。
ECU２００はこの回転角度に応じて適切な駆動電流をモータ１００に供給する。
【００１９】
また、接続部材２１は支持部材２２によって支持され、センサ部３００の基板２０と制御基板１７とを電気的に接続している。この接続はプレスフィットでもよいし、はんだでもよい。なお、接続部材２１がヒートシンク１６と中間部材２３を貫通する必要があるため、ヒートシンク１６と中間部材２３には接続部材２１が通る穴部（図示しない）が設けられている。さらに、図示はしないが、中間部材２３は接続部材２１を位置決めできるようなガイドが設けられた構成となっている。このような構成により、センサ部３００と制御基板１７の電気的接続がスムーズに行うことができ、生産性が向上する。
【００２０】
図１ではヒートシンク１６に凹部２４を設けており、センサ部３００の基板２０に実装された磁気センサ１９とヒートシンク１６の表面との間の距離を大きくしている。ヒートシンク１６はネジや焼き嵌めなどによってモータ１００のフレーム３に固定される。
このようにモータ１００のフレーム３に固定されることによって、ヒートシンク１６の熱をモータ１００のフレーム３に伝達させることができる。
【００２１】
図２は図１の電動駆動装置の構成を理解するのを助けるために、各部品を軸方向に分解して並べた図である。
センサ部３００は、基板２０と磁気センサ１９と支持部材２２と接続部材２１が一体となって組み立てられている。センサ部３００の接続部材２１はヒートシンク１６と中間部材２３を貫通して制御基板１７に電気的に接続される。接続法としてはプレスフィットやはんだがある。制御基板１７の配置はモータ１００の回転軸に垂直な面に沿う配置としている。このような構成であれば、センサ部３００と電気的に接続される接続部材２１が延在する方向が制御基板１７と垂直になるため、接続部材２１をプレスフィットやはんだで固定する際、組み付けが容易であるという効果がある。
ヒートシンク１６にはスイッチング素子SWが接着剤や絶縁シートを介して固定されている。第１のコネクタ１３と第２のコネクタ１４と電源コネクタ１５を具備したECU２００のケース１８は、ヒートシンク１６と接着剤やネジによって固定される。ヒートシンク１６は永久磁石モータ１００のフレーム３と焼き嵌めやボルトによって固定される。
【００２２】
図３は、この発明の実施の形態１の電動駆動装置におけるセンサ部（検出部）の説明図であり、(a)は前側から見た図、(b)は横側から見た図である。
基板２０に磁気センサ１９が実装されており、基板２０には接続部材２１と一体となった支持部材２２が設けられ、接続部材２１と基板２０はプレスフィットやはんだで固定されている。なお、この磁気センサ１９は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、異方性磁気抵抗層素子（Anisotropic  Magneto-resistance、ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（Giant  Magneto-resistance、ＧＭＲ素子）、トンネル磁気抵抗素子（Tunneling  Magneto-resistance、ＴＭＲ素子）などで構成すればよい。
【００２３】
支持部材２２から見て基板２０とは反対側の接続部材２１は制御基板１７と電気的に接続されるが、これもプレスフィットやはんだによって固定される。プレスフィットで固定される場合には接続部材２１同士の間隔を狭くとることができるため、センサ部３００と制御基板１７の小型化が実現できる。さらに、はんだを使わないため製造工程が簡略化されるという効果もある。
基板２０にはネジ穴２５が３つ設けられていて、この穴２５を利用して、ヒートシンク１６とネジによって固定される。なお、ネジ穴２５の数は３つに限らないし、ネジ穴２５の位置も図３の位置に限らない。図３のように制御基板１７と回転角度のセンサ部３００を別々の基板で構成することで、制御基板１７に磁気センサ１９を実装するのと比べて制御基板の実装面積を拡大できるという効果もある。
【００２４】
図４と図５はセンサ用永久磁石（被検出部）１０の部分の斜視図である。
図４は円筒形状を有する構成例を示す。永久磁石１０Mは図の矢印Yの方向に着磁されており、２極の永久磁石となっている。なお、この矢印Yは回転子の回転軸７ａに垂直な平面上にある。永久磁石１０Mは、ネオジのボンド磁石やネオジの焼結磁石、フェライト磁石などで構成され、永久磁石支持部１０Sによって固定されている。
固定は接着剤でもよいし、ボンド磁石の場合は永久磁石支持部１０Sと一体成形として互いを固定する構成にしてもよい。永久磁石１０Mが発生する磁界への影響を小さくするため、永久磁石支持部１０Sは、ステンレス系やアルミニウム系の非磁性金属や樹脂で構成するとよい。さらに永久磁石支持部１０Sはシャフト７に圧入するなどして固定されている。
【００２５】
図５は永久磁石が直方体形状を有する構成例を示す。永久磁石１０Cは図の矢印Yの方向に着磁されており、２極の永久磁石となっている。なお、この矢印Yは回転子の回転軸７ａに垂直な平面上にある。永久磁石１０Ｃは、ネオジのボンド磁石やネオジの焼結磁石、フェライト磁石などで構成され、永久磁石支持部１０Ｓによって固定されている。固定は接着剤でもよいし、ボンド磁石の場合は永久磁石支持部１０Ｓと一体成形として互いを固定する構成にしてもよい。永久磁石１０Ｃが発生する磁界への影響を小さくするため、永久磁石支持部１０Ｓはステンレス系やアルミニウム系の非磁性金属や樹脂で構成するとよい。さらに永久磁石支持部１０Ｓはシャフト７に圧入するなどして固定されている。
【００２６】
この永久磁石１０Ｍ、１０Ｃは、着磁方向が回転軸７ａに垂直な平面上にあるため、磁気センサ付近に発生する磁束密度は回転軸７ａに垂直な平面上のベクトル成分が主成分となり、回転軸方向の成分は非常に小さくなる。また、磁気センサ１９は回転軸７ａに垂直な平面上の磁束密度の向きを検出するため、偏心や振れがあっても磁束密度の向きはほとんど変化しないため、高精度に回転角度検出ができるという効果を有する。
【００２７】
図４のように円筒形状磁石を用いたので発生する磁束密度が均一となり、その結果、磁気センサ付近の磁束密度も均一となるため回転角度検出の精度を向上することができるという効果がある。
また、図５のように直方体形状磁石を用いた場合には、図４の円筒形状磁石と同様に、発生する磁束密度が均一となり、磁気センサ付近の磁束密度も均一となるため回転角度検出の精度を向上することができるという効果に加えて、直方体磁石は作成が容易で、焼結磁石の場合は複雑な形状と比べて材料歩留まりを向上できるという効果も得られる。
【００２８】
以上のように、この発明の実施の形態１の電動駆動装置によれば、以下のような優れた効果が得られるものである。
（１）制御基板１７と回転角度の検出部であるセンサ部３００を別々の基板で構成することで制御基板１７の実装面積を拡大できる。
（２）軸受け５Ｂとシャフト７端の回転角度センサの被検出部である永久磁石１０との間の距離が小さくなるため振れ、偏心が小さくなる。その結果、回転角度検出の精度が向上し、モータの振動騒音を低減できるという効果が得られる。さらには、インバータ回路や制御基板１７からの回転角度センサへのノイズ干渉を小さくすることができるという効果が得られる。
（３）センサ部３００と制御基板１７を電気的に接続する接続部材２１がインバータ回路部分を貫通しているため、電動駆動装置を小型化できるという効果がある。
また、センサ部３００と制御基板１７は直接電気的に接続されているため、電動駆動装置を小型化できるという効果がある。
（４）センサ部３００と制御基板１７の電気的接続は、中間部材２３によって位置決めされる構成となっているため、部品の精度の要求値を緩和することができるという効果がある。  
（５）センサ部３００と制御基板１７の電気的接続はプレスフィットを用いることで、はんだを使わずに接続可能となる。接続部材２１同士の間隔が小さくできるため、多くの接続部材２１を並べて配置してもはんだによる接続の場合と比べて幅が小さくなるため電動駆動装置の小型化が可能となる。
（６）従来の特許文献１のものでは、回転センサが備えられた制御基板が回路部よりも後方に位置しているので軸受けから回転センサまでの距離が長いのに対し、本実施の形態１の構成では磁気センサ１９が軸受け５Bに近い配置となっているため、軸受け５Bとセンサ用永久磁石１０の距離が近い。このため、シャフトの端部での振れ、偏心が小さくなるため、結果としてセンサ用永久磁石の振れ、偏心が小さくなり、回転角度検出の精度が向上し、モータの振動・騒音が小さくなるという効果が得られる。
（７）更に、図１の実施の形態１においては、ヒートシンク１６に凹部２４を設けておりセンサ部３００の基板２０に実装された磁気センサ１９とヒートシンク１６の表面との間の距離を大きくしている。モータ駆動時にはヒートシンク１６はスイッチング素子ＳＷの発熱により温度が上昇する。もし、凹部２４が設けられておらずヒートシンク１６と磁気センサ１９の距離が非常に近いと、ヒートシンク１６の熱が磁気センサ１９に伝わり、磁気センサ１９の温度が非常に高くなってしまい、回転角度検出の精度が低下する場合や、過度の温度上昇により磁気センサ１９が動作しなくなる場合も考えられる。
しかしながら、ヒートシンクに凹部２４を設けることで、ヒートシンク１６と磁気センサ１９の距離を大きくすることができるので熱が伝わりにくくなり、磁気センサ１９の温度上昇を低減し、回転角度の精度を向上できるという効果がある。
【００２９】
図６はこの発明の電動駆動装置を適用した自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。図６において、運転者はステアリングホイール（図示しない）を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト（図示しない）を介してシャフト４０１に伝達される。このときトルクセンサ４０２が検出したトルクは電気信号に変換されケーブル（図示しない）を通じて第１のコネクタ１３を介して制御部であるECU（Electronic  Control  Unit）２００に伝達される。ECU２００は、前述したように制御基板とモータを駆動するためのインバータ回路を備えている。一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換され、第２のコネクタ１４を介してECU２００に伝達される。ECU２００はこのトルクと車速などの自動車の情報から、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じて永久磁石型モータ１００に電流を供給する。モータ１００はラック軸の移動方向（矢印Ｘで示す）に平行な向きに配置されている。また、ECU２００への電源供給はバッテリやオルタネータから電源コネクタ１５を介して送られる。永久磁石型モータ１００が発生したトルクはベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）が内蔵されたギヤボックス４０３によって減速されハウジング４０４の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印Ｘの方向に動かす推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。これにより、タイロッド４０５が動き、タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。永久磁石型モータ１００のトルクによってアシストされ運転者は少ない操舵力で車両を旋回させることができる。なお、ラックブーツ４０６は異物が装置内に侵入しないように設けられている。また、モータ１００とECU２００は一体となっており、電動駆動装置を構成している。
【００３０】
このような電動パワーステアリング装置においては、モータが発生する振動・騒音が運転者に伝わるため、振動騒音は小さい方が望ましい。
本実施の形態１の電動駆動装置を自動車の電動パワーステアリング装置に用いると装置を小型化できるという効果が得られる。また、モータの回転角度検出の精度が向上するため、振動・騒音が小さくなるという効果も得られる。
なお、本実施の形態１ではモータは永久磁石型モータとしているが、モータは誘導電動機でも、シンクロナスリラクタンスモータでも、スイッチドリラクタンスモータでも良いことは言うまでもない。
【００３１】
なお、本実施の形態１で述べた回転角度センサの構成以外に、モータの極数に応じて多極に着磁されたリング形状の磁石の外周側に磁気検出素子を配置した構成も考えられる。
しかしながら、このような構成では、磁気検出素子の位置精度や多極に着磁されたリング形状永久磁石の着磁波形歪みや偏心などが角度誤差に与える影響が非常に大きい。
従って、電動パワーステアリング装置用の回転センサとしては課題が大きい。一方、本実施の形態１の構成では、回転軸と同軸上の位置に回転角度センサの検出部である磁気センサを設けたため、位置ずれの角度誤差への影響が小さい。また、被検出部であるセンサ用永久磁石は２極に着磁されているため、着磁波形の歪みが発生しにくく角度誤差を小さくできるという効果が得られる。さらに、２極の着磁で１Xの回転センサとして機能することが可能となるため、任意の極数のモータの駆動に対応できる。したがって、異なる極数のモータでも回転センサの設計を共通化できるという効果が得られる。さらに2極であるため構成が単純であるという効果もある。
【００３２】
実施の形態２．
図７は、磁気センサを2個搭載したこの発明の実施の形態２におけるセンサ部の説明図であり、(a)は前側から見た図、(b)は横側から見た図である。
図７において、基板２０に磁気センサ１９Ａ、１９Ｂが実装されている。この実施の形態２において図３と異なるのは、磁気センサが基板２０の表と裏に１つずつ計２個の磁気センサ１９Aと磁気センサ１９Bが実装されている点である。また、２個の磁気センサ１９Ａ、１９Ｂの位置は、モータの回転軸上に並ぶような位置となっている。
このような配置とすることで、被検出部であるセンサ用永久磁石が発生する磁界を検出する際、2個の磁気センサ１９Ａ、１９Ｂがほぼ同じ向きの磁束密度ベクトルを検出することができるため、2個の磁気センサとも角度検出の精度を向上することができる。
【００３３】
基板２０には接続部材２１ａ、２１ｂと一体となった支持部材２２が設けられ、接続部材２１ａ、２１ｂと基板２０はプレスフィットやはんだで固定されている。支持部材２２から見て基板２０とは反対側の接続部材２１ａ、２１ｂは制御基板と電気的に接続されるが、これもプレスフィットやはんだによって固定される。プレスフィットで固定される場合には接続部材２１ａ同士、および２１ｂ同士の間隔を狭くとることができるため、センサ部と制御基板の小型化が実現できる。さらに、はんだを使わないため製造工程が簡略化されるという効果もある。
【００３４】
特に図７の実施の形態２では、磁気センサを2個搭載しているため、接続部材２１ａ、２１ｂが図３より多く必要となる。即ち、図７では磁気センサ１９A用の接続部材２１ａが8本、磁気センサＢ用の接続部材ｂが８本の計１６本の接続部材が設けられている。それに伴い、磁気センサ１９Ａ用の接続部材固定用穴２１ａｈが8個、磁気センサ１９Ｂ用の接続部材固定用穴２１ｂｈも8個設けられている。プレスフィットで接続する構成としていれば、このように接続部材が多くなっても、接続部材同士の間隔を狭くでき、センサ部を小型化できるという効果がある。
なお、基板２０にはネジ穴２５が３つ設けられていて、この穴２５を利用して、ヒートシンクとネジによって固定される。なお、ネジ穴２５の数は３つに限らないし、ネジ穴の位置も図７の位置に限らない。
【００３５】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、基板に２個の磁気センサを搭載したので、二重系でセンサ素子の一方が検出不能となっても，他のセンサ素子でモータの回転角度が検出できるという冗長性の効果が得られる。さらに、同一の基板上の表裏に搭載しているため2個の磁気センサがほぼ同じ向きの磁束密度ベクトルを検出することができるため、2個の磁気センサとも角度検出の精度を向上することができる。さらに、２個の磁気センサの角度情報からモータの回転子の回転角度を推定できるため、より高精度に回転角度を検出できるという効果がある。
【００３６】
図８はこの発明の実施の形態２における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。図１との相違点は、センサ部３００に磁気センサ１９Aと１９Bの２つの磁気センサが搭載されている点である。なお、センサ部３００の接続部材は図７のように２つの磁気センサ１９Aと磁気センサ１９Bに対応した接続部材２１ａと接続部材２１ｂとに分けた構成となっているが、図８では簡単のため省略して示している。
ヒートシンク１６には凹部２４が設けられており、この凹部２４があることによってヒートシンク表面と磁気センサ１９Aとの距離、ヒートシンク表面と磁気センサ１９Bとの距離が大きくできる。その結果、ヒートシンク１６の熱が磁気センサ１９Aと磁気センサ１９Bに伝わりにくくなることで、磁気センサ１９Aと磁気センサ１９Bの温度上昇を抑制することができる。その結果、回転角度の精度を向上できるという効果が得られる。
【００３７】
実施の形態３．
図９は、この発明の実施の形態３における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図であり、中間部材に接続部材が一体となって構成された例である。
図１との相違点としては、センサ部３００と中間部材２３間を電気的に接続する第１の接続部材である接続部材２１Fと、中間部材２３と制御基板１７を電気的に接続する第２の接続部材である接続部材２１Rが中間部材２３と一体になるように構成されている点である。例えば、中間部材２３はインバータ回路部のバスバーを樹脂でインサート成形した構成とし、接続部材２１Fと接続部材２１Rも一体に成形された構成とすればよい。
【００３８】
図１０は、図９の電動駆動装置の各構成部品を軸方向に分解して並べた図である。
接続部材２１Fと接続部材２１Rは中間部材２３と一体となって構成されている。センサ部３００は基板２０と磁気センサ１９を有し、接続部材がない。このように、センサ部３００が組み立てられた状態では接続部材がないため、突出した部分がなく、センサ部３００の構造が単純となり、ハンドリング上も有利であるという効果がある。
【００３９】
実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図であり、ヒートシンク１６から見てモータ１００とは反対側にセンサ部３００を設けた構成の説明図である。
アルミニウム等の非磁性の金属で構成されたヒートシンク１６に凹部２４を設け、この凹部２４のヒートシンク１６の肉厚は他の部位より薄肉となっている。このヒートシンク薄肉部１６Ｔを介して、センサ用永久磁石１０の発生する磁束がヒートシンク１６のモータ１００とは反対側に到達する。この磁束を磁気センサ３００が検出することによりモータ１００の回転子の回転角度を検出することができる。
【００４０】
このような構成とすることで、センサ部３００と中間部材２３および制御基板１７との距離が小さくなるため接続部材２１Ｆ、２１Ｒの長さを短くでき、センサ部３００の軽量化、材料のコスト低減ができるという効果がある。また、接続部材を貫通する穴をヒートシンク１６に設けなくてよいため、ヒートシンク１６の加工コストを低減できるという効果がある。なお、凹部２４はモータ１００側としたが、モータ１００とは反対側に凹部を設けた構造としてもよい。
【００４１】
図１２はこの発明の実施の形態４の変形例で、磁気センサを２個搭載した電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図である。
図１１との相違点は、センサ部３００に磁気センサ１９Aと磁気センサ１９Bの２つの磁気センサが搭載されている点である。なお、センサ部３００の接続部材は図７のように、２つの磁気センサ１９Aと磁気センサ１９Bに対応した接続部材２１ａと接続部材２１ｂとに分けた構成となっているが、図１２では簡単のため省略して示している。
【００４２】
以上のようにこの実施の形態によれば、２個の磁気センサ１９Ａ、１９Ｂを搭載したのでセンサの機能に冗長性を持たせることができるという効果がある。さらに、同一の基板上の表裏に搭載しているため２個の磁気センサ１９Ａ、１９Ｂがほぼ同じ向きの磁束密度ベクトルを検出することができるため、２個の磁気センサとも角度検出の精度を向上することができる。さらに、２個の磁気センサ１９Ａ、１９Ｂの角度情報からモータの回転子の回転角度を推定できるため、より高精度に回転角度を検出できるという効果がある。
【００４３】
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図であり、センサ部３００とヒートシンク１６との間に磁気シールド２６を設けた構造の説明図である。磁気シールド２６は鉄などの磁性材料の板を板金加工などで加工し、ヒートシンク１６にネジ止めされる。このようにセンサ部３００とヒートシンク１６との間に磁気シールド２６を設けると、大電流が流れるスイッチング素子ＳＷやインバータ回路のバスバーなどが発生する磁束が遮蔽され、磁気センサ１９にほとんど影響が及ばないため、回転角度検出の精度が向上するという効果がある。
【００４４】
実施の形態６．
図１４はこの発明の実施の形態６における電動駆動装置の全体構成を示す概略構成図であり、回転角度センサをレゾルバ５００とした構成の説明図である。
図１との相違点はレゾルバ５００をヒートシンク１６に設けた点と、シャフト７の一方の端部に被検出部としてセンサ用永久磁石ではなく、レゾルバ回転子（図１４では図示しない）を圧入して設けた点である。
【００４５】
この実施の形態６におけるレゾルバの構造を図１５に示す。図１５（ａ）は後側から見た図、図１５（ｂ）は横側から見た図を示す。図１５において、電磁鋼板を積層して構成したレゾルバ回転子５０１はギャップパーミアンスが変化するように外形形状は凸部を有する形状としている。この凸部の数はモータの極数によって選定する。図１５では５つの凸部を設けているので、1回転で５回のギャップパーミアンス変化が得られる。従って、極対数５のモータを駆動するのに適した軸倍角が５Ｘのレゾルバとして動作する。
なお、図１５では５Ｘの例を示したが、１Ｘでもよいことは言うまでもない、また、モータの極対数に応じて設計すればよい。
【００４６】
レゾルバ回転子５０１の外側にレゾルバ固定子鉄心５０２が設けられている。このレゾルバ固定子鉄心５０２にはコイル５０３が巻き回されていて、コイル５０３は１相の励磁巻線と２相の出力巻線から構成されている。図１５では省略しているが、樹脂製のカバー５０５などでコイル５０３は保護される。また、ヒートシンク１６にレゾルバ固定子鉄心５０２を固定するためにネジ穴５０４を設けている。制御基板１７との電気的接続は接続部材２１によって行われ、プレスフィットやはんだによって固定される。接続部材２１は樹脂製の支持部材２２によって支えられている。レゾルバ固定子鉄心５０２、コイル５０３、カバー５０５、接続部材２１、支持部材２２とで検出部を構成している。
【００４７】
レゾルバ５００は鉄心５０２とコイル５０３と接続部材２１と支持部材２２とカバー５０５で構成されており、半導体を用いた磁気センサと比べて構造が単純であり、耐振動性が向上するという効果がある。また磁気センサと比べて耐熱温度が高くなるため電動駆動装置の使用温度範囲を広げることができるという効果がある。また、ヒートシンク１６に凹部を設けた構造とすることによって、レゾルバの一部をヒートシンク１６に埋め込む配置とすることで、電動駆動装置の軸方向のサイズを短縮できるという効果がある。
さらに、レゾルバ５００はコイル５０３がレゾルバ回転子５０１の周辺を全周囲うように配置されているため、レゾルバ回転子５０１が偏心してもその影響が小さくなる構成となっている。一方、モータの極数に応じて多極に着磁されたリング形状の磁石の外周側に磁気検出素子を配置する構成も考えられるが、このような構成で偏心の影響を小さくするにはリング形状の磁石の周辺に磁気検出素子を多数個配置する必要がありコストアップやセンサの大型化につながる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明の電動駆動装置は、特に、車両用の電動パワーステアリング装置に用いて好適なものである。
【符号の説明】
【００４９】
１：固定子鉄心、２：電機子巻線、３：フレーム、５Ａ、５Ｂ：軸受け、
７：シャフト、７ａ：回転軸、８：壁部、９：プーリー、１０、１０Ｍ、
１０Ｃ：センサ用永久磁石、１０Ｓ：永久磁石支持部、
１３：第１のコネクタ、１４：第２のコネクタ、１５：電源コネクタ、
１６：ヒートシンク、１６Ｔ：ヒートシンク薄肉部、１７：制御基板、
１８：ケース、１９、１９Ａ、１９Ｂ：磁気センサ、２０：基板、
２１、２１ａ、２１ｂ、２１Ｆ、２１Ｒ：接続部材、２２：支持部材、
２３：中間部材、２４：凹部、２５：ネジ穴、２６：磁気シールド、
ＳＷ：スイッチング素子、１００：永久磁石型モータ、
２００：制御部（ＥＣＵ）、３００：センサ部、４０１：シャフト、
４０２：トルクセンサ、４０３：ギヤボックス、４０４：ハウジング、
４０５：タイロッド、４０６：ラックブーツ、５００：レゾルバ、
５０１：レゾルバ回転子、５０２：レゾルバ固定子鉄心、
５０３：コイル、５０４：ネジ穴、５０５：カバー
【図１】
2014054098.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2014054098.tif 000010
【図９】
2014054098.tif 000011
【図１０】
2014054098.tif 000012
【図１１】
2014054098.tif 000013
【図１２】
2014054098.tif 000014
【図１３】
2014054098.tif 000015
【図１４】
2014054098.tif 000016
【図１５】
2014054098.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月30日(2015.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、このモータの出力軸側とは反対側に配置された駆動装置部である制御部とを備えた電動駆動装置であって、前記モータの出力軸側とは反対側のシャフトの端部に回転角度センサの被検出部である永久磁石を設け、前記制御部には、ヒートシンクと、このヒートシンクに取り付けられ前記モータを駆動するための駆動素子を有するインバータ回路部と、このインバータ回路部の出力を制御する制御基板が設けられた電動駆動装置において、
前記制御部の制御基板とは別体の基板と、この基板に実装された磁気センサを有し、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に前記被検出部に対向して前記磁気センサを配置した回転角度センサの検出部であるセンサ部を備え、前記センサ部の基板と前記制御基板とを接続部材で電気的に接続し、且つ、前記制御基板と前記センサ部の基板の配置は、前記モータのシャフトの回転軸に垂直な面に沿った配置としたことを特徴とする電動駆動装置。
【請求項２】
前記センサ部の基板には前記接続部材と一体となった支持部材が設けられ、前記接続部材は前記インバータ回路部を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項３】
前記センサ部は前記インバータ回路部のヒートシンクに設けられ、該ヒートシンクから見てモータ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項４】
前記センサ部と前記制御基板は直接電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクと前記制御基板の間に中間部材が設けられ、前記センサ部と前記制御基板の間の電気的接続は前記中間部材によって位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項６】
前記中間部材には、前記センサ部と電気的に接続される第1の接続部材と、前記制御基板と電気的に接続される第２の接続部材が一体となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動駆動装置。
【請求項７】
前記センサ部と前記制御基板の間の電気的接続にはプレスフィットが用いられていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項８】
前記被検出部の永久磁石は２極に着磁されており，着磁方向は前記シャフトの回転軸に垂直な平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項９】
前記センサ部の基板の少なくとも一方の面に磁気センサが実装、配置されており、該基板の他方の面にも部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１０】
前記センサ部の基板の両面に、且つ、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に少なくとも２つの磁気センサが実装、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１１】
前記センサ部の基板は前記ヒートシンクにネジ止めによって固定されることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１２】
前記センサ部と前記ヒートシンクの間に磁気シールドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係る電動駆動装置は、モータと、このモータの出力軸側とは反対側に配置された駆動装置部である制御部とを備えた電動駆動装置であって、前記モータの出力軸側とは反対側のシャフトの端部に回転角度センサの被検出部である永久磁石を設け、前記制御部には、ヒートシンクと、このヒートシンクに取り付けられ前記モータを駆動するための駆動素子を有するインバータ回路部と、前記インバータ回路部の出力を制御する制御基板が設けられた電動駆動装置において、前記制御部の制御基板とは別体の基板と、この基板に実装された磁気センサを有し、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に前記被検出部に対向して前記磁気センサを配置した回転角度センサの検出部であるセンサ部を備え、前記センサ部の基板と前記制御基板とを接続部材で電気的に接続し、且つ、前記制御基板と前記センサ部の基板の配置は前記モータのシャフトの回転軸に垂直な面に沿った配置としたものである。
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月12日(2015.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、このモータの出力軸側とは反対側に配置された駆動装置部である制御部とを備えた電動駆動装置であって、前記モータの出力軸側とは反対側のシャフトの端部に回転角度センサの被検出部である永久磁石を設け、前記制御部には、ヒートシンクと、このヒートシンクに取り付けられ前記モータを駆動するための駆動素子を有するインバータ回路部と、このインバータ回路部の出力を制御する制御基板が設けられた電動駆動装置において、
前記制御部の制御基板とは別体の基板と、この基板に実装された磁気センサを有し、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に前記被検出部に対向して前記磁気センサを配置した回転角度センサの検出部であるセンサ部を備え、前記センサ部の基板と前記制御基板とを接続部材で電気的に接続し、且つ、前記制御基板と前記センサ部の基板の配置は、前記モータのシャフトの回転軸に垂直な面に沿った配置としたことを特徴とする電動駆動装置。
【請求項２】
前記センサ部の基板には前記接続部材と一体となった支持部材が設けられ、前記接続部材は前記インバータ回路部を貫通していることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項３】
前記センサ部は前記インバータ回路部のヒートシンクに設けられ、該ヒートシンクから見てモータ側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項４】
前記センサ部と前記制御基板は直接電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項５】
前記ヒートシンクと前記制御基板の間に中間部材が設けられ、前記センサ部と前記制御基板の間の電気的接続は前記中間部材によって位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項６】
前記中間部材には、前記センサ部と電気的に接続される第1の接続部材と、前記制御基板と電気的に接続される第２の接続部材が一体となるように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の電動駆動装置。
【請求項７】
前記被検出部の永久磁石は２極に着磁されており，着磁方向は前記シャフトの回転軸に垂直な平面上にあることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項８】
前記センサ部の基板の少なくとも一方の面に磁気センサが実装、配置されており、該基板の他方の面にも部品が実装されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項９】
前記センサ部の基板の両面に、且つ、前記シャフトの回転軸と同軸上の位置に少なくとも２つの磁気センサが実装、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１０】
前記センサ部の基板は前記ヒートシンクにネジ止めによって固定されていることを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【請求項１１】
前記センサ部と前記ヒートシンクの間に磁気シールドを設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
【国際調査報告】
2014054098.tif 000018
2014054098.tif 000019
2014054098.tif 000020
2014054098.tif 000021