(57)【要約】【課題】電動モータとコントローラが一体化された負荷駆動装置において、小型化を実現し、装置の誤動作を防止し、放熱性と電磁波ノイズの耐性を向上させる。【解決手段】コントローラを構成する基板３３は、導体層Ｌ１〜Ｌ６を有する１枚の６層プリント基板から成る。配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６には、コントローラの一部を構成する配線パターン３ｐが形成され、グランド層Ｌ２には、配線パターン３ｐと接続された回路用のグランドパターン３ｇが形成され、ケースグランド層Ｌ５には、フレーム３１と接続された耐電磁波ノイズ用のグランドパターン３ｑが形成されている。各配線層は、電動モータの駆動回路が設けられた第１領域と、電動モータの制御回路が設けられた第２領域とに区分され、グランド層Ｌ２は、パワー系グランドパターン３ｇが設けられた第３領域と、制御系グランドパターン３ｇが設けられた第４領域とに区分されている。【選択図】図１４
2019080471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を駆動する電動モータと、
前記電動モータを駆動および制御するための電子部品が実装された基板から成るコントローラと、
前記電動モータを内蔵した筐体と、
前記筐体に連結され、ヒートシンクを兼用するフレームと、
前記基板を覆うように前記フレームに取り付けられたカバーと、を備え、
前記基板は、前記電動モータに電流を流すためのモータ端子が電気的に接続され、前記電動モータの回転軸の軸方向に対して垂直になるように前記フレームに固定されている負荷駆動装置において、
前記基板は、表面と裏面に配線パターンが設けられた配線層を有するとともに、内部に前記配線層を１つ以上有し、さらに内部にグランドパターンが設けられたグランド層を２つ以上有する１枚の多層プリント基板であって、異なる層の前記パターン同士を電気的に接続する層間接続配線を有し、
前記各配線層の前記配線パターンは、前記コントローラの電気回路の一部を構成し、
前記基板の表面と裏面には、前記電気回路に含まれる前記電子部品が実装され、
前記グランド層のうち、第１グランド層には、前記各配線層の前記配線パターンと電気的に接続された回路用の第１グランドパターンが設けられ、第２グランド層には、前記フレームと電気的に接続された耐電磁波ノイズ用の第２グランドパターンが設けられ、
前記コントローラの電気回路は、前記電動モータを駆動する駆動回路と、前記電動モータを制御する制御回路とを含み、
前記各配線層は、
前記駆動回路が設けられた第１領域と、
前記制御回路が設けられた第２領域とに区分され、
前記第１グランド層は、
前記第１領域と前記基板の厚み方向に重なり、前記駆動回路と電気的に接続されたパワー系の前記第１グランドパターンが設けられた第３領域と、
前記第２領域と前記基板の厚み方向に重なり、前記制御回路と電気的に接続された制御系の前記第１グランドパターンが設けられた第４領域とに区分されている、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷駆動装置において、
前記基板の裏面には、前記電動モータの回転状態を検出するための回転センサが実装され、
前記基板において、前記回転センサの実装位置に対して、当該回転センサを含まない一方側に、前記第１領域と前記第３領域が設けられ、前記回転センサの実装位置に対して、当該回転センサを含む他方側に、前記第２領域と前記第４領域とが設けられている、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置において、
前記モータ端子は、前記フレームにおける前記電動モータと前記軸方向に重なる部分を貫通して、前記基板における前記電動モータと前記軸方向に重なる部分に電気的に接続されているとともに、前記フレームに対して電気的に絶縁されており、
前記基板における前記電動モータと前記軸方向に重ならない部分に実装されたコネクタを備え、
前記コネクタは、外部電源から電流を供給するための第１ハーネスが前記電動モータの軸方向に嵌合される第１嵌合部と、外部装置と信号を通信するための第２ハーネスが前記電動モータの軸方向に嵌合される第２嵌合部とを有し、
前記第１嵌合部と前記第２嵌合部とは、前記フレームから前記電動モータ側に表出している、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項４】
請求項３に記載の負荷駆動装置において、
前記第１グランド層の前記第３領域と前記第４領域とは、前記コネクタの近傍で合流している、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の負荷駆動装置において、
前記第１領域における前記電動モータと前記軸方向に重なる部分に、前記電動モータに流す電流を切り替えるための複数の半導体スイッチング素子が実装され、
前記半導体スイッチング素子のうち、前記コネクタから最も遠い位置に配置されていて、かつ、前記外部電源から供給される電流の上流側に接続された半導体スイッチング素子の近傍に、前記半導体スイッチング素子と電気的に接続された電解コンデンサが実装されている、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の負荷駆動装置において、
前記基板の表面における前記電動モータと前記軸方向に重なる部分に、発熱型電子部品が実装され、
前記基板中の前記発熱型電子部品の直下に、前記発熱型電子部品が発した熱を前記基板の裏面に伝える伝熱部が設けられ、
前記電動モータと前記軸方向に重なる前記基板の裏面の一部と前記フレームの一部との間に絶縁放熱材が設けられた、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の負荷駆動装置において、
前記基板には、複数の貫通孔と、該各貫通孔の周囲にあって、前記第２グランド層の前記第２グランドパターンと電気的に接続された導電部とが設けられ、
前記フレームには、前記各貫通孔と同軸に複数のねじ孔が設けられ、
導体から成る複数のねじをさらに備え、
前記各ねじは、前記基板の表面側から前記各貫通孔に挿入されて前記各ねじ孔に螺合されることにより、前記基板を前記フレームに固定するとともに、前記導電部と接触して、前記第２グランドパターンと前記フレームとを電気的に接続する、ことを特徴とする負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータとコントローラとが一体化された負荷駆動装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１および特許文献２に開示されているように、自動車などの車両に搭載される電動パワーステアリングシステムには、ステアリングホイールの操舵を補助する電動モータと、該電動モータを制御するコントローラとが一体化された負荷駆動装置が備わっている。この電動モータ一体型の負荷駆動装置には、電動モータの駆動および制御を行うための電気回路や電子部品が実装された基板と、外部装置から基板に対して電源や信号を入出力する入出力コネクタと、電動モータや基板を収納する筐体などが備わっている。
【０００３】
電動モータには、巻線と、巻線に電流を流すためのモータ端子と、巻線に電流が流れることにより回転する回転子などが備わっている。特許文献１および特許文献２の負荷駆動装置では、電動モータの回転軸の軸方向にモータ端子と回転子のシャフトとが突出するように、電動モータが筐体に内蔵されている。筐体にはフレーム（ケース）が連結されていて、フレームには基板が固定されている。そして、基板を覆うように、カバーがフレームに取り付けられている。
【０００４】
特許文献１では、巻線に電流を流して電動モータを駆動する駆動回路が実装された第１基板と、電動モータの駆動を制御する制御回路が実装された第２基板とを設け、バスバーなどの外部接続端子により、第１基板と第２基板とを電気的に接続している。電動モータのモータ端子の一端部は巻線に接続されており、該モータ端子の他端部はフレームを貫通して、基板に電気的に接続されている。
【０００５】
ところで、車両には、エンジンなどの走行系の他に、様々な電子装置が搭載されている。車両の軽量化や小型化などの実現のため、各電子装置にも小型化が求められている。電動パワーステアリングシステムでは、電動モータとコントローラとを一体化することで、車両内での占有スペースがある程度小さくなるが、該一体型装置にあっても、より一層の小型化が求められている。また、コントローラには、半導体スイッチング素子などのような、発熱量の大きい発熱型電子部品が含まれている。この発熱型電子部品で発生した熱により、コントローラが誤動作したり故障したりするおそれがあるため、発熱型電子部品で発生した熱を放熱する対策も求められている。
【０００６】
そのため、特許文献１および特許文献２では、電動モータの軸方向の一方で、フレーム（ケース）を筐体に連結し、電動モータの軸方向に対して垂直になるように基板を金属製のフレームやカバーに固定している。また、電動モータの径とほぼ同等の大きさになるように基板を形成して、当該基板における電動モータと軸方向に重なる領域に、電動モータを駆動および制御する電気回路を構成する電子部品を実装している。基板における電動モータと軸方向に重ならない位置には、他の電子部品と比較して外形の大きい入出力コネクタを実装している。また、特許文献２では、基板を１枚だけ設けて、該基板に電動モータ用の駆動回路と制御回路とを実装している。さらに、フレームをヒートシンクとして兼用し、その基板の裏面に実装された電子部品とフレームとの間に絶縁放熱材を設けて、熱伝導率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−６０７５６号公報
【特許文献２】特開２０１６−３４２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような負荷駆動装置において、１枚の基板に、電動モータを駆動する駆動回路と、該駆動を制御する制御回路とを設ける場合、駆動回路や制御回路で発生する信号のノイズにより、装置が誤動作するおそれがある。
【０００９】
また、車両には多数の電子装置が搭載されているので、各電子装置に備わる電気回路から電磁波が発生し、該電磁波が他の電子装置に誤動作や故障などの悪影響を及ぼす電磁波ノイズとなるおそれがある。このため、負荷駆動装置では、内蔵する電気回路から発生する電磁波ノイズや、他の外部装置で発生した電磁波ノイズに対する耐性が必要である。
【００１０】
本発明の課題は、電動モータとコントローラが一体化された負荷駆動装置において、小型化を実現し、装置の誤動作を防止し、かつ放熱性と電磁波ノイズの耐性とを向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による負荷駆動装置は、負荷を駆動する電動モータと、この電動モータを駆動および制御するための電子部品が実装された基板から成るコントローラと、電動モータを内蔵した筐体と、筐体に連結され、ヒートシンクを兼用するフレームと、基板を覆うようにフレームに取り付けられたカバーとを備えており、基板は、電動モータに電流を流すためのモータ端子が電気的に接続され、電動モータの回転軸の軸方向に対して垂直になるようにフレームに固定されている。そして、基板は、表面と裏面に配線パターンが設けられた配線層を有するとともに、内部に配線層を１つ以上有し、さらに内部にグランドパターンが設けられたグランド層を２つ以上有する１枚の多層プリント基板であって、異なる層のパターン同士を電気的に接続する層間接続配線を有している。各配線層の配線パターンは、コントローラの電気回路の一部を構成し、基板の表面と裏面には、前記電気回路に含まれる電子部品が実装されている。グランド層のうち、第１グランド層には、各配線層の配線パターンと電気的に接続された回路用の第１グランドパターンが設けられ、第２グランド層には、フレームと電気的に接続された耐電磁波ノイズ用の第２グランドパターンが設けられている。コントローラの電気回路は、電動モータを駆動する駆動回路と、電動モータを制御する制御回路とを含み、各配線層は、駆動回路が設けられた第１領域と、制御回路が設けられた第２領域とに区分されている。第１グランド層は、第１領域と基板の厚み方向に重なり、駆動回路と電気的に接続されたパワー系の第１グランドパターンが設けられた第３領域と、第２領域と基板の厚み方向に重なり、制御回路と電気的に接続された制御系の第１グランドパターンが設けられた第４領域とに区分されている。
【００１２】
上記構成によると、コントローラと電動モータが一体化された負荷駆動装置において、電動モータを駆動・制御するための電子部品が実装された１枚の多層プリント基板によりコントローラが構成され、当該基板がフレームとカバーとで囲まれた内部空間に収納されている。このため、電動モータの駆動回路と制御回路とを、バスバーなどのような外部接続端子を用いて電気的に接続する必要がなく、基板に設けた配線パターンにより電気的に接続すればよいので、電動モータの軸方向に負荷駆動装置を小型化することができる。
【００１３】
また、基板の表面と裏面と内部の３層以上に配線層を設けて、各配線層の配線パターン同士を層間接続配線により電気的に接続しているので、電動モータに電流を流すための配線パターンの電流容量を増大させ、電気回路の設計の自由度を向上させることができる。また、各配線層を、電動モータの駆動回路が設けられた第１領域と、電動モータの制御回路が設けられた第２領域とに区分している。そして、基板の内部に設けた第１グランド層を、第１領域と基板の厚み方向に重なる第３領域と、第２領域と基板の厚み方向に重なる第４領域とに区分し、駆動回路と電気的に接続されたパワー系の第１グランドパターンを第３領域に設け、制御回路と電気的に接続された制御系の第１グランドパターンを第４領域に設けている。このため、基板において、駆動回路や制御回路で発生する信号ノイズにより、コントローラが誤動作するのを防止することができる。
【００１４】
また、基板を固定するフレームをヒートシンクとして兼用するので、基板に実装された電子部品から発生した熱をフレームにより外部へ放熱することができる。また、基板の内部に、フレームと電気的に接続された耐電磁波ノイズ用の第２グランドパターンが形成された第２グランド層を設けている。このため、第２グランド層の第２グランドパターンを、第１グランド層の第１グランドパターンや配線層の配線パターンに対して電気的に絶縁し、フレームを接地させることで、基板に形成された電気回路から発生する電磁波が、電磁波ノイズとして外部の電子装置に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。また、外部の電子装置で発生した電磁波が、電磁波ノイズとして基板に形成された電気回路に悪影響を及ぼすことも抑制することができる。
【００１５】
本発明では、基板の裏面における回転軸の一端部と対向する位置には、電動モータの回転状態を検出するための回転センサが実装され、基板において、回転センサの実装位置に対して、当該回転センサを含まない一方側に、第１領域と第３領域が設けられ、回転センサの実装位置に対して、当該回転センサを含む他方側に、第２領域と第４領域とが設けられていてもよい。
【００１６】
また、本発明では、モータ端子は、フレームにおける電動モータと軸方向に重なる部分を貫通して、基板における電動モータと軸方向に重なる部分に電気的に接続されているとともに、フレームに対して電気的に絶縁されており、基板における電動モータと軸方向に重ならない部分に実装されたコネクタを備えていてもよい。コネクタは、外部電源から電流を供給するための第１ハーネスが電動モータの軸方向に嵌合される第１嵌合部と、外部装置と通信するための第２ハーネスが電動モータの軸方向に嵌合される第２嵌合部とを有し、第１嵌合部と第２嵌合部とは、フレームから電動モータ側に表出していてもよい。
【００１７】
また、本発明では、基板の第１グランド層の第３領域と第４領域とは、コネクタの近傍で合流してもよい。
【００１８】
また、本発明では、第１領域における電動モータと軸方向に重なる部分に、電動モータに流す電流を切り替えるための複数の半導体スイッチング素子が実装され、該半導体スイッチング素子のうち、コネクタから最も遠い位置に配置されていて、かつ、外部電源から供給される電流の上流側に接続された半導体スイッチング素子の近傍に、半導体スイッチング素子と電気的に接続された電解コンデンサが実装されていてもよい。
【００１９】
また、本発明では、基板の表面における電動モータと軸方向に重なる部分に、発熱型電子部品が実装され、基板中の発熱型電子部品の直下に、発熱型電子部品が発した熱を基板の裏面に伝える伝熱部が設けられ、電動モータと軸方向に重なる基板の裏面の一部とフレームの一部との間に絶縁放熱材が設けられていてもよい。
【００２０】
さらに、本発明では、基板には、複数の貫通孔と、該各貫通孔の周囲にあって、第２グランド層の第２グランドパターンと電気的に接続された導電部とが設けられ、フレームには、各貫通孔と同軸に複数のねじ孔が設けられていて、導体から成る複数のねじをさらに備えていてもよい。この場合、各ねじは、基板の表面側から各貫通孔に挿入されて各ねじ孔に螺合されることにより、基板をフレームに固定するとともに、導電部と接触して、第２グランドパターンとフレームとを電気的に接続する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電動モータとコントローラが一体化された負荷駆動装置において、小型化を実現し、装置の誤動作を防止し、かつ放熱性と電磁波ノイズの耐性とを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態による負荷駆動装置の電気的構成を示した回路図である。
【図２】負荷駆動装置の分解斜視図である。
【図３】負荷駆動装置の組立斜視図である。
【図４】図３においてカバーを外した状態を示した斜視図である。
【図５】負荷駆動装置の縦断面図である。
【図６】図４の基板の表面を示した図である。
【図７】図４の基板の裏面を示した図である。
【図８】図４の基板の断面図である。
【図９】図８の基板の第１層の平面図である。
【図１０】図８の基板の第２層の平面図である。
【図１１】図８の基板の第３層と第４層の平面図である。
【図１２】図８の基板の第５層の平面図である。
【図１３】図８の基板の第６層の平面図である。
【図１４】図４のＦＥＴと基板とフレームの熱的接続状態を示した断面図である。
【図１５】図４のねじと基板とフレームの電気的接続状態を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。
【００２４】
まず、本発明の実施形態による負荷駆動装置１００の電気的構成を、図１を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、負荷駆動装置１００の電気的構成を示した回路図である。負荷駆動装置１００は、コントローラ１０と電動モータ２０とから構成され、後述するように両者は機械的に一体化されている。また、コントローラ１０は、後述する駆動回路や制御回路を構成する電子部品が実装された１枚の基板３３（図２などに図示）から成る。負荷駆動装置１００は、自動四輪車などの車両に搭載される電動パワーステアリングシステムに組み込まれ、電動モータ２０により負荷である操舵機構（ステアリングやギアなど）を駆動して、操舵を補助する。電動モータ２０は、三相ブラシレスモータから成る。
【００２６】
コントローラ１０には、制御部１、定電圧回路２、インバータ回路３、プリドライバ回路４、電解コンデンサ９、磁気センサ５、チョークコイル６ａ、６ｂ、電源コネクタ７ｐ、および入出力コネクタ７ｓなどが備わっている。コントローラ１０の電気回路は、電動モータ２０を駆動する駆動回路（インバータ回路３など）、および電動モータ２０を制御する制御回路（制御部１など）を含むが、その詳細については後述する。
【００２７】
電源コネクタ７ｐには、電源端子７１、７２が備わっている。この電源端子７１、７２に対して電気的に接続された第１ハーネス５１を介して、コントローラ１０と車載バッテリ５０とは電気的に接続される。詳しくは、一方の電源端子７１は、車載バッテリ５０の正極に接続され、他方の電源端子７２は、車載バッテリ５０の負極に接続される。また、電源端子７２はグランドに接地されている。車載バッテリ５０は、本発明の「外部電源」の一例である。
【００２８】
入出力コネクタ７ｓには、複数の信号端子７３、７４が備わっている。この信号端子７３、７４に対して電気的に接続された第２ハーネス６１を介して、コントローラ１０は車両に設けられたトルクセンサ（図示省略）やＣＡＮ（Controller Area Network）通信バス（図示省略）などと電気的に接続される。そして、信号端子７３、７４と第２ハーネス６１を介して、トルクセンサから操舵トルク信号がコントローラ１０に入力されたり、ＣＡＮ通信バスに接続された車速センサ（図示省略）から車両の車速信号がコントローラ１０に入力されたり、故障診断結果などの情報がコントローラ１０から出力されたりする。図１では、各端子７１〜７４をそれぞれ１つだけ図示しているが、実際には、各端子７１〜７４はそれぞれ複数設けられている（後述の図６など参照）。電源コネクタ７ｐと入出力コネクタ７ｓとは、本発明の「コネクタ」の一例である。
【００２９】
制御部１は、マイクロコンピュータから成り、コントローラ１０の各部の動作を制御する。また、制御部１は、入出力コネクタ７ｓの信号端子７３、７４と第２ハーネス６１とを介して、信号や情報を送受信する。定電圧回路２は、車載バッテリ５０の電圧を降圧して、所定の電圧（たとえば５Ｖ）を生成し、制御部１に供給する。
【００３０】
インバータ回路３は、電動モータ２０に電流を流して、該モータを駆動する公知の電気回路である。インバータ回路３には、平滑用の電解コンデンサ９が並列に接続されている。また、インバータ回路３の一端は、チョークコイル６ａと電源コネクタ７ｐの電源端子７１を介して、車載バッテリ５０の正極に接続されている。インバータ回路３の他端は、チョークコイル６ｂと逆接防止用のＦＥＴＱ７と電源コネクタ７ｐの電源端子７２を介して、車載バッテリ５０の負極に接続されている。ＦＥＴＱ７のゲートは、プリドライバ回路４に接続されている。車載バッテリ５０の正極と負極が、図１に示すように正常に電源端子７１、７２に接続された場合には、プリドライバ回路４から出力されるゲート信号によりＦＥＴＱ７がオンするが、車載バッテリ５０の正極と負極が電源端子７１、７２に逆接続された場合には、プリドライバ回路４からゲート信号が出力されず、ＦＥＴＱ７はオンしない。
【００３１】
インバータ回路３には、電流供給用のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）Ｑ１〜Ｑ６と、電流遮断用のＦＥＴＱ８〜Ｑ１０と、シャント抵抗１１〜１３などが備わっている。ＦＥＴＱ１〜Ｑ６、Ｑ８〜Ｑ１０は、半導体スイッチング素子であり、通電時の発熱量が大きい発熱型電子部品である。
【００３２】
各ＦＥＴＱ１〜Ｑ６、Ｑ８〜Ｑ１０のゲートはプリドライバ回路４に接続されている。ＦＥＴＱ１、Ｑ３、Ｑ５のドレインは、チョークコイル６ａと電源端子７１を介して、車載バッテリ５０の正極に接続されている。ＦＥＴＱ１、Ｑ３、Ｑ５のソースは、ＦＥＴＱ２、Ｑ４、Ｑ６のドレインおよびＦＥＴＱ８、Ｑ９、Ｑ１０のソースにそれぞれ接続されている。ＦＥＴＱ８、Ｑ９、Ｑ１０のドレインは、モータ端子１５〜１７を介して、電動モータ２０のＵ相の巻線２５ｕ、Ｖ相の巻線２５ｖ、およびＷ相の巻線２５ｗにそれぞれ接続されている。ＦＥＴＱ２、Ｑ４、Ｑ６のソースは、シャント抵抗１１、１２、１３の一端にそれぞれ接続されている。シャント抵抗１１、１２、１３の他端は、パワー系グランドライン１９、チョークコイル６ｂ、ＦＥＴＱ７および電源端子７２を介して、車載バッテリ５０の負極に接続されている。図示を省略しているが、ＦＥＴＱ２、Ｑ４、Ｑ６とシャント抵抗１１、１２、１３の接続点は、制御部１に接続されていて、制御部１は当該接続点の電圧を検出する。そして、制御部１は、プリドライバ回路４を制御して、電流供給用のＦＥＴＱ１〜Ｑ６をＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）でオン・オフさせることにより、電動モータ２０の各巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗに電流を流したり、該電流の流れる向きを変えたりして、電動モータ２０の駆動を制御する。電流遮断用のＦＥＴＱ８、Ｑ９、Ｑ１０は、通常、プリドライバ回路４によりオンされているが、電動モータ２０の各巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗに流れる電流を緊急に遮断する際に、制御部１の指令に基づいてプリドライバ回路４によりオフされる。プリドライバ回路４には、昇圧回路が組み込まれており、車載バッテリ５０の電圧を昇圧して、インバータ回路３の各ＦＥＴＱ１〜Ｑ６、Ｑ８〜Ｑ１０を駆動するのに必要な電圧を生成する。
【００３３】
磁気センサ５は、後述するように、電動モータ２０の回転子２２のシャフト２２ａ（図５）に設けた磁石２２ｇの磁力の変化を検知する。制御部１は、磁気センサ５から出力される検知信号に基づいて、電動モータ２０の回転子２２の回転状態を検出する。
【００３４】
制御部１、定電圧回路２、およびプリドライバ回路４は、制御系グランドライン１８に接続されている。インバータ回路３は、パワー系グランドライン１９に接続されている。電動モータ２０に電流を流して、電動モータ２０を駆動するためのインバータ回路３とその配線（図１の太い実線）は、電動モータ２０の駆動系、すなわち本発明の「駆動回路」の一例である。詳しくは、図１の太い実線は、電動モータ２０に流れる大電流の経路であって、電源端子７１からチョークコイル６ａやインバータ回路３を介して電動モータ２０に供給される大電流が、電源端子７２に戻るまでの経路となる配線を示している。対して、電動モータ２０の駆動を制御するための制御部１、定電圧回路２、プリドライバ回路４、磁気センサ５、およびこれらの配線（図１の細い実線）は、電動モータ２０の制御系、すなわち本発明の「制御回路」の一例である。電動モータ２０の駆動系に流れる電流は、電動モータ２０の制御系に流れる電流より大きくなっている。
【００３５】
制御系グランドライン１８とパワー系グランドライン１９とは、接続点Ｘで接続されて合流し、チョークコイル６ｂ、ＦＥＴＱ７、および電源端子７２を介して、車載バッテリ５０の負極に接続されるとともに、グランドに接地されている。このように、制御系グランドライン１８とパワー系グランドライン１９とを電源端子７２近傍の１箇所Ｘでのみ合流させることにより、電動モータ２０の制御系に存在する種々のグランドライン間の電位差の発生が抑制され、制御系の誤動作を防止することができる。図１では、接続点Ｘと電源端子７２との間にチョークコイル６ｂとＦＥＴＱ７が設けられているが、他の例として、たとえば、接続点Ｘとインバータ回路３との間にチョークコイル６ｂとＦＥＴＱ７を設け、電源端子７２のより近傍に、制御系グランドライン１８とパワー系グランドライン１９とを接続する接続点Ｘを設けてもよい。これにより、接続点Ｘから電源端子７２までの配線が短くなって、その分配線抵抗等が減少するため、当該配線に大電流が流れたときに生じる電圧降下を低く抑えることができる。
【００３６】
次に、負荷駆動装置１００の機械的構成を、図２〜図１５を参照しながら説明する。
【００３７】
図２は、負荷駆動装置１００の分解斜視図である。図３は、負荷駆動装置１００の組立斜視図である。図４は、図３からカバー３２を外した状態を示した斜視図である。図５は、負荷駆動装置１００の縦断面図である。
【００３８】
図３に示すように、負荷駆動装置１００は、筐体２１、フレーム３１、およびカバー３２を備えている。
【００３９】
筐体２１は、たとえば、アルミダイキャストにより筒状に形成されていて、図５に示すように電動モータ２０を内蔵している。筐体２１の下端部は、ブラケット２４により閉塞されている。電動モータ２０は、固定子２６、巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗ、回転子２２、ベアリング２３ａ、２３ｂ、およびモータ端子１５〜１７（図１、図２、図４）などを有している。
【００４０】
固定子２６は、筒状に形成されていて、筐体２１の内面に取り付けられている。固定子２６には、巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗが巻回されている。各巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗには、モータ端子１５〜１７の下端部がそれぞれ接続されている（図示省略）。図２と図４には、モータ端子１５〜１７の上端部を示している。固定子２６の内側には、回転子２２が設けられている。回転子２２には、シャフト２２ａが備わっている。
【００４１】
モータ端子１５〜１７を介して巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗに電流が流れることにより、回転子２２は回転軸Ｊを中心に回転する。回転軸Ｊと平行な方向（図５で上下方向）を、以下「軸方向」という。シャフト２２ａの両端部は、電動モータ２０の軸方向に筐体２１から突出している。モータ端子１５〜１７の上端部も、筐体２１から電動モータ２０の軸方向に突出している。
【００４２】
下方にあるベアリング２３ｂは、ブラケット２４の内側に固定されて、シャフト２２ａの下端部近傍を回転可能に保持している。上方にあるベアリング２３ａは、筐体２１の上端部の内側に固定されて、シャフト２２ａの上端部近傍を回転可能に保持している。
【００４３】
電動モータ２０の軸方向の一方側（図５で上側）で、筐体２１にはフレーム３１が連結されている。フレーム３１は、アルミニウムなどの金属製であり、ヒートシンクとして兼用される。他の例として、合成樹脂などによりヒートシンクとして兼用可能なフレームを用いてもよい。フレーム３１の中央に形成された貫通孔３１ａには、シャフト２２ａの上端部が挿入されている。シャフト２２ａは、フレーム３１から離間している。
【００４４】
フレーム３１の上面（電動モータ２０と反対側の面）には、基板３３が電動モータ２０の軸方向に対して垂直になるように、ねじ３９により固定されている。前述したように、図１のコントローラ１０を構成する基板３３には、電動モータ２０を駆動・制御するための電子部品が実装されている。
【００４５】
図６は、基板３３の表面（図２および図４で上方を向いた面）３ｕを示した図である。図７は、基板３３の裏面（図２および図４で下方を向いた面）３ｂを示した図である。
【００４６】
基板３３には、円形部分３３ｘと、該円形部分３３ｘの径方向の一方に突出した矩形部分３３ｙとが設けられている。この基板３３の形状に合わせてフレーム３１とカバー３２にも、図２などに示すように、円形部分３１ｘ、３２ｘと矩形部分３１ｙ、３２ｙとが設けられている。基板３３の外形は、フレーム３１やカバー３２の外形より小さくなっている。
【００４７】
フレーム３１とカバー３２の円形部分３１ｘ、３２ｘは、電動モータ２０の径（回転軸Ｊと垂直な方向の径）とほぼ同等の径を有し、電動モータ２０と軸方向に重なっている。基板３３の円形部分３３ｘは、筐体２１の径より小さい径を有し、電動モータ２０と軸方向に重なっている。フレーム３１、カバー３２、および基板３３の矩形部分３１ｙ、３２ｙ、３３ｙは、電動モータ２０と軸方向に重なっていない。
【００４８】
基板３３を覆うように、フレーム３１の上部にはカバー３２が取り付けられている（図３、図５参照）。フレーム３１とカバー３２により囲まれた内部空間に、電子部品が実装された基板３３が１枚だけ収納されている。
【００４９】
モータ端子１５〜１７の上端部は、図２に示すように、フレーム３１の円形部分３１ｘに設けられた貫通孔３１ｅを貫通し、図４に示すように、基板３３の円形部分３３ｘに電気的に接続されている。詳しくは、基板３３の円形部分３３ｘに形成されたスルーホール３ｈ１、３ｈ２、３ｈ３に、各モータ端子１５〜１７の上端部が挿入されて、はんだなどにより電気的に接続されている。モータ端子１５〜１７とフレーム３１とは、電気的に絶縁されている。
【００５０】
図２、図４、および図６に示すように、基板３３の表面３ｕには、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７、電解コンデンサ９、および制御部１（マイコンチップ）などの電子部品が実装されている。これら電子部品のうち、少なくともＦＥＴＱ１〜Ｑ７、電解コンデンサ９、および制御部１（マイコンチップ）は、円形部分３３ｘに配置されている。なお、基板３３の表面３ｕには、前述したＦＥＴＱ８〜Ｑ１０も実装されているが、図２、図４、図６、および図９〜図１４では、便宜上ＦＥＴＱ８〜Ｑ１０とこれらの実装位置の図示を省略している。
【００５１】
図５および図７に示すように、基板３３の裏面３ｂには、磁気センサ５と電源コネクタ７ｐと入出力コネクタ７ｓなどの電子部品が実装されている。磁気センサ５は、基板３３の裏面３ｂの円形部分３３ｘの中央でかつ、電動モータ２０のシャフト２２ａの上端部と対向する位置に配置されている。シャフト２２ａの上端部には、磁石２２ｇが埋設されている。回転子２２の回転状態を検出するために、磁気センサ５は磁石２２ｇの磁力の変化を検知する。磁気センサ５は、本発明の「回転センサ」の一例である。
【００５２】
電源コネクタ７ｐと入出力コネクタ７ｓのハウジング７７は一体化されていて、基板３３の裏面３ｂの矩形部分３３ｙに配置されている。電源コネクタ７ｐと入出力コネクタ７ｓの端子７１〜７４の上端部は、図２や図４に示すように、基板３３に複数形成されたスルーホール３ｈ４、３ｈ５、３ｈ６に挿入されて、はんだなどにより電気的に接続されている。
【００５３】
図７に示すように、ハウジング７７には、嵌合部７ａ、７ｂ、７ｃが設けられている。そのうち、嵌合部７ａの内側には、電源端子７１、７２の下端部が突出している。嵌合部７ｂの内側には、信号端子７３の下端部が突出している。嵌合部７ｃの内側には、信号端子７４の下端部が突出している。つまり、嵌合部７ａは、電源コネクタ７ｐの嵌合部であり、嵌合部７ｂ、７ｃは、入出力コネクタ７ｓの嵌合部である。
【００５４】
ハウジング７７と各嵌合部７ａ〜７ｃは、図５に示すように、フレーム３１の矩形部分３１ｙに設けられた貫通孔３１ｋを貫通して、電動モータ２０側（図５で下方）に表出している。嵌合部７ａには、車載バッテリ５０から電流を供給するための第１ハーネス５１（図１）が電動モータ２０の軸方向に嵌合される。嵌合部７ｂ、７ｃには、外部装置と通信するための第２ハーネス６１が電動モータ２０の軸方向に嵌合される。外部装置には、前述のトルクセンサや車速センサなども含まれる。嵌合部７ａは、本発明の「第１嵌合部」の一例であり、嵌合部７ｂ、７ｃは、本発明の「第２嵌合部」の一例である。
【００５５】
図２などに示すように、基板３３の表面３ｕにおいて、複数のＦＥＴＱ１〜Ｑ７のうち、電源コネクタ７ｐから最も遠い位置に配置されたＦＥＴＱ１の近傍には、電解コンデンサ９が実装されている。電解コンデンサ９は、図１に示したようにインバータ回路３と並列に接続されている。具体的には、基板３３の表面３ｕに形成された配線パターン（図示省略）により、電解コンデンサ９とインバータ回路３の各ＦＥＴＱ１〜Ｑ６とが電気的に接続されている。前述したように、インバータ回路３はプリドライバ回路２によりＰＷＭで駆動されるので、ＦＥＴＱ１〜Ｑ６のスイッチング時には過渡的に電流が大きく変化する。このため、電源コネクタ７ｐの電源端子７１から最も離れた位置に配置されていて、かつ、車載バッテリ５０から供給される電流の上流側に接続されたＦＥＴＱ１では、電源端子７１と接続するための配線パターンが長くなって、該配線パターンのインピーダンスおよびインダクタンスが大きくなり、スイッチング時に車載バッテリ５０から電流が十分に供給されなくなる。然るに、ＦＥＴＱ１の近傍に電解コンデンサ９を配置することによって、スイッチング時にも十分な電流をＦＥＴＱ１に供給することができる。なお、ＦＥＴＱ１よりも電源端子７１寄りに配置されている上流側のＦＥＴＱ３やＦＥＴＱ５の近傍にも、それぞれ電解コンデンサを設けて、同様の効果が得られるようにしてもよい。
【００５６】
図８は、基板３３の断面構造を簡略化して示した図である。基板３３は、６つの導体層Ｌ１〜Ｌ６が絶縁層を介して積層された６層プリント基板である。一般に４層以上のプリント基板を、多層プリント基板という。絶縁層は、絶縁基材３ｊまたはプリプレグ３ｋから成る。
【００５７】
６つの導体層のうち、基板３３の裏面３ｂに設けられた第１層Ｌ１と、表面３ｕに設けられた第６層Ｌ６と、内部に設けられた第３層Ｌ３および第４層Ｌ４は、それぞれ配線パターン（導体）３ｐが設けられた配線層である。基板３３の内部に設けられた第２層Ｌ２は、グランドパターン（導体）３ｇが設けられたグランド層である。基板３３の内部に設けられた第５層Ｌ５も、グランドパターン（導体）３ｑが設けられたグランド層であるが、後述するようにグランドパターン３ｑはグランドパターン３ｇと機能が異なるため、便宜上、以下では第５層Ｌ５をケースグランド層という。これらの各層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、基板３３の裏面３ｂから表面３ｕに向かって、この順序で配置されている。
【００５８】
基板３３の各部には、異なる層のパターン同士を電気的に接続するスルーホール３ｈやビア３ｖが複数設けられている。ビア３ｖは、スルーホール３ｈよりも小径であって、スルーホールビアとも呼ばれている。前述したスルーホール３ｈ１〜３ｈ３や、後述するスルーホール３ｈ４〜３ｈ６は、スルーホール３ｈの一例である。後述するサーマルビア群３ｖｔやスルーホールビア３ｖｓは、ビア３ｖの一例である。また、これらスルーホール３ｈとビア３ｖは、本発明の「層間接続配線」の一例である。他の例として、たとえば金属の柱状体を、層間接続配線として基板３３に埋設してもよい。
【００５９】
配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６に設けられた配線パターン３ｐと、基板３３の表面３ｂおよび裏面３ｕに実装された電子部品（図６、図７など）と、異なる層の配線パターン３ｐ同士を電気的に接続するスルーホール３ｈやビア３ｖにより、コントローラ１０（図１）の電気回路が構成されている。
【００６０】
第２層Ｌ２に設けられたグランドパターン３ｇは、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の一部の配線パターン３ｐと電気的に接続された回路用のグランドパターンである。図８では、第２層Ｌ２のグランドパターン３ｇと、第１層Ｌ１および第６層Ｌ６の配線パターン３ｐとを、ビア３ｖにより電気的に接続した例を示している。第２層Ｌ２は、本発明の「第１グランド層」の一例である。グランドパターン３ｇは、本発明の「第１グランドパターン」の一例である。配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６にも、回路用のグランドパターン３ｇが設けられていてもよい。
【００６１】
第５層Ｌ５に設けられたグランドパターン３ｑは、フレーム３１と電気的に接続された耐電磁波ノイズ用のグランドパターンであって、他の層Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ６に形成されたパターン３ｐ、３ｇとは電気的に絶縁されている。第５層Ｌ５は、本発明の「第２グランド層」の一例である。グランドパターン３ｑは、本発明の「第２グランドパターン」の一例である。
【００６２】
図９は、基板３３の第１層Ｌ１の平面図である。図１０は、基板３３の第２層Ｌ２の平面図である。図１１は、基板３３の第３層Ｌ３と第４層Ｌ４の平面図である。図１２は、基板３３の第５層Ｌ５の平面図である。図１３は、基板３３の第６層Ｌ６の平面図である。便宜上、図９〜図１３では、各層Ｌ１〜Ｌ６を上方から見た状態を示している。また、図９〜図１３では、各層Ｌ１〜Ｌ６の要部だけを図示し、図８のパターン３ｐ、３ｇ、３ｑなどの詳細は図示を省略している。
【００６３】
図９に示すように、基板３３の裏面３ｂに設けられた第１層Ｌ１において、円形部分３３ｘの中央位置Ｓ５には、磁気センサ５が実装される（図７参照）。この中央位置Ｓ５に対して、磁気センサ５を含まない一方側（図９で上側）にある１点鎖線で囲った第１領域Ｒ１と、磁気センサ５を含む他方側（図９で下側）にある２点鎖線で囲った第２領域Ｒ２とは、配線パターンの間隔を広げることにより区分されている。点線Ｙは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の区分線である。第１領域Ｒ１には、電動モータ２０の駆動回路（図１のインバータ回路３と太い実線で示した配線）が設けられている。第２領域Ｒ２には、電動モータ２０の制御回路（図１の制御部１、定電圧回路２、プリドライバ回路４、磁気センサ５、および細い実線で示した配線）が設けられている。駆動回路用の配線パターンと、制御回路用の配線パターンとは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間で接続されている（図示省略）。
【００６４】
図１１および図１３に示すように、他の配線層である第３層Ｌ３、第４層Ｌ４、および第６層Ｌ６でも、第１層Ｌ１と同様に、電動モータ２０の駆動回路が設けられた第１領域Ｒ１と、電動モータ２０の制御回路が設けられた第２領域Ｒ２とに区分されている。基板３３の上方から基板３３の厚み方向（電動モータ２０の軸方向）に投影した場合の、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の第１領域Ｒ１は基板３３の厚み方向に重なり、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の第２領域Ｒ２も基板３３の厚み方向に重なっている。
【００６５】
なお、図７では、基板３３の裏面３ｂにおいて、区分線Ｙの下側が第１領域Ｒ１であり、該区分線の上側が第２領域Ｒ２である。図６では、基板３３の表面３ｕにおいて、区分線Ｙの上側が第１領域Ｒ１であり、該区分線の下側が第２領域Ｒ２である。
【００６６】
図１０に示すように、基板３３の内部に設けられた第２層（グランド層）Ｌ２では、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の第１領域Ｒ１と基板３３の厚み方向に重なる第３領域Ｒ３（１点鎖線で囲った領域）と、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の第２領域Ｒ２と基板３３の厚み方向に重なる第４領域Ｒ４（２点鎖線で囲った領域）とに区分されている。
【００６７】
第３領域Ｒ３には、第１領域Ｒ１の駆動回路と電気的に接続されたパワー系のグランドパターン（図８の３ｇ）が設けられている。このパワー系のグランドパターンには、図１に示したパワー系グランドライン１９が含まれる。また、第４領域Ｒ４には、第２領域Ｒ２の制御回路と電気的に接続された制御系のグランドパターン（図８の３ｇ）が設けられている。この制御系のグランドパターンには、図１に示した制御系グランドライン１８が含まれる。パワー系のグランドパターンと制御系のグランドパターンとの間隔を広げることにより、第３領域Ｒ３と第４領域Ｒ４は区分されている。
【００６８】
図１２に示すように、基板３３の内部に設けられた第５層（ケースグランド層）Ｌ５は、複数の領域に区分されていない。第５層Ｌ５には、耐電磁波ノイズ用のグランドパターン（図８の３ｑ）が設けられている。この耐電磁波ノイズ用のグランドパターンは、層間接続配線やねじ穴の形成部分などを除いて、基板３３のほぼ全面にわたって形成されている。
【００６９】
図９に示すように、基板３３の円形部分３３ｘの第１領域Ｒ１に属する外縁部には、モータ端子１５〜１７を電気的に接続するためのスルーホール３ｈ１〜３ｈ３が設けられている。各スルーホール３ｈ１〜３ｈ３は、図９〜図１３に示すように基板３３を貫通している。各スルーホール３ｈ１〜３ｈ３に対する各モータ端子１５〜１７の接続状態は、図４に示した通りである。
【００７０】
各スルーホール３ｈ１〜３ｈ３は、図９、図１１、および図１３に示す配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の第１領域Ｒ１に設けられた配線パターン３ｐ（図８）の少なくともいずれかと電気的に接続されている。図１０と図１２に示すように、グランド層Ｌ２とケースグランド層Ｌ５では、スルーホール３ｈ１〜３ｈ３が絶縁部分３ｚ（グランドパターン３ｇなどの導体がない部分）で囲まれている。各スルーホール３ｈ１〜３ｈ３は、グランド層Ｌ２やケースグランド層Ｌ５に設けられたグランドパターン３ｇ、３ｑ（図８）に対して電気的に絶縁されている。
【００７１】
図９〜図１３に示すように、基板３３の矩形部分３３ｙの端部には、コネクタ７ｐ、７ｓの端子７１〜７４を電気的に接続するためのスルーホール３ｈ４〜３ｈ６が複数設けられている。各スルーホール３ｈ４〜３ｈ６は、基板３３を貫通している。各スルーホール３ｈ４〜３ｈ６に対する端子７１〜７４の接続状態は、図２や図４に示した通りである。
【００７２】
各スルーホール３ｈ４〜３ｈ６は、図９、図１１、および図１３に示す配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の第１領域Ｒ１に設けられた配線パターン３ｐ（図８）の少なくともいずれかと電気的に接続されている。図１０と図１２に示すように、グランド層Ｌ２とケースグランド層Ｌ５では、スルーホール３ｈ４〜３ｈ６が絶縁部分３ｚで囲まれている。各スルーホール３ｈ４〜３ｈ６は、グランド層Ｌ２やケースグランド層Ｌ５に設けられたグランドパターン３ｇ、３ｑ（図８）に対して電気的に絶縁されている。他の例として、第２層Ｌ２のグランドパターンに対しては、スルーホール３ｈ４〜３ｈ６の少なくともいずれか１つを電気的に接続してもよい。
【００７３】
図１０に示すように、第２層Ｌ２では、端子７１〜７３を接続するスルーホール３ｈ４とスルーホール３ｈ５との間に、第３領域Ｒ３に設けたパワー系のグランドパターンと、第４領域Ｒ４に設けた制御系のグランドパターンとを接続する接続点Ｘが設けられている。この接続点Ｘで、図１に示したパワー系グランドライン１９（パワー系のグランドパターン）と制御系グランドライン１８（制御系のグランドパターン）とが合流し、電気的に接続されている。
【００７４】
図６に示したように、基板３３の表面３ｕには、複数の電子部品が実装されている。それらの電子部品のうち、前述した通電時の発熱量が大きい発熱型電子部品として、ＦＥＴＱ１〜Ｑ１０や制御部（マイコンチップ）１などがある。図１３に示すように、基板３３の表面３ｕにおける発熱型電子部品が実装される位置Ｓ１〜Ｓ３には、サーマルビア群３ｖｔが設けられている。サーマルビア群３ｖｔは、基板３３を貫通するように設けられたビア３ｖが、多数集中して設けられたものである。図１３の実装位置Ｓ１には、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７が実装され、実装位置Ｓ２には、制御部１が実装され、実装位置Ｓ３には、その他の発熱型電子部品が実装される。前述したＦＥＴＱ８〜Ｑ１０は、基板３３の表面３ｕのＦＥＴＱ１〜Ｑ７の近傍に実装される。
【００７５】
つまり、それら発熱型電子部品の直下の基板３３中に、サーマルビア群３ｖｔが設けられている。サーマルビア群３ｖｔは、直上に配置された発熱型電子部品から発せられた熱を、基板３３の表面３ｕ側から裏面３ｂ側に伝える。このサーマルビア群３ｖｔにより基板３３の裏面３ｂ側に伝えられた熱は、ヒートシンクを兼用するフレーム３１（図２）により外部へ放熱される。サーマルビア群３ｖｔは、本発明の「伝熱部」の一例である。
【００７６】
各サーマルビア群３ｖｔは、図９、図１１、および図１３に示す配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６に設けられた配線パターン３ｐ（図８）の少なくともいずれかと電気的に接続されている。図１０と図１２に示すように、グランド層Ｌ２とケースグランド層Ｌ５では、各サーマルビア群３ｖｔが絶縁部分３ｚで囲まれている。各サーマルビア群３ｖｔは、グランド層Ｌ２やケースグランド層Ｌ５に設けられたグランドパターン３ｇ、３ｑ（図８）に対して電気的に絶縁されている。
【００７７】
発熱型電子部品のうち、特に発熱量の多いものは、ＦＥＴＱ１〜Ｑ１０である。このうち、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７は、図６に示すように、基板３３の表面３ｕの円形部分３３ｘの第１領域Ｒ１に実装されている。基板３３の円形部分３３ｘの第１領域Ｒ１に対して、電動モータ２０の軸方向に重なるように、フレーム３１の円形部分３１ｘには凸部３１ｔが形成されている（図２、図５、および図６など参照）。凸部３１ｔは、平面視で扇形に形成されている。凸部３１ｔの上面は、基板３３に対して平行になっている。ＦＥＴＱ１〜Ｑ７と、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７の直下のサーマルビア群３ｖｔと、基板３３の円形部分３３ｘの第１領域Ｒ１と、フレーム３１の凸部３１ｔと、電動モータ２０とは、電動モータ２０の軸方向に重なるように配置されている。
【００７８】
図１４は、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７と基板３３とフレーム３１の熱的接続状態を示した断面図である。ＦＥＴＱ１〜Ｑ７には、本体部４１と、この本体部４１から側方に突出した端子４２と、本体部４１の底面に連結された放熱板４３とが備わっている。端子４２は、基板３３の表面３ｕ（第６層Ｌ６）に設けられた配線パターン３ｐに対して、はんだにより電気的に接続されている。放熱板４３は、基板３３の表面３ｕに設けられた他の配線パターン３ｐにはんだにより電気的に接続されている。本体部４１と放熱板４３の下方には、基板３３を貫通するようにサーマルビア群３ｖｔが設けられている。
【００７９】
このサーマルビア群３ｖｔは、配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６に設けられた配線パターン３ｐに対して電気的に接続され、グランド層Ｌ２とケースグランド層Ｌ５に設けられたグランドパターン３ｇ、３ｑに対して電気的に絶縁されている。ＦＥＴＱ１〜Ｑ７およびサーマルビア群３ｖｔの下方には、基板３３の裏面３ｂの一部とフレーム３１の凸部３１ｔとが位置している。これらの裏面３ｂの一部と凸部３１ｔとの間には、絶縁放熱材３８が介在している。絶縁放熱材３８は、たとえばサーマルグリスや放熱性絶縁シートなどから成り、基板３３の裏面３ｂの一部とフレーム３１の凸部３１ｔとを熱的に接続し、電気的に絶縁している。
【００８０】
そのため、基板３３の表面３ｕに実装されたＦＥＴＱ１〜Ｑ７から発せられた熱は、放熱板４３、第６層Ｌ６の配線パターン３ｐ、サーマルビア群３ｖｔ、および絶縁放熱材３８を経由して、フレーム３１の凸部３１ｔに効率良く伝えられる。なお、ＦＥＴＱ８〜Ｑ１０で発生した熱も、上記ＦＥＴＱ１〜Ｑ７と同様の放熱構造により放熱される。
【００８１】
前述した第５層Ｌ５以外の異なる層Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ６に設けられたパターン３ｐ、３ｇ同士を電気的に接続する、その他のスルーホール３ｈやビア３ｖ（後述するスルーホールビア３ｖｓは除く）においても、第５層Ｌ５のグランドパターン３ｑに対しては電気的に絶縁されている。
【００８２】
図２および図９〜図１３に示すように、基板３３の端部には、貫通孔３ｆが所定の間隔で複数設けられている。各貫通孔３ｆには、基板３３をフレーム３１に固定するためのねじ３９（図２、図５）が挿入される。図２および図５に示すように、フレーム３１の端部には、ねじ３９を螺合するねじ孔３１ｆが各貫通孔３ｆと同軸に所定の間隔で複数設けられている。ねじ３９は、導体で形成されている。図９〜図１３に示すように、各貫通孔３ｆの周囲には、スルーホールビア３ｖｓが複数設けられている。各スルーホールビア３ｖｓは、基板３３を貫通している。
【００８３】
図１５は、ねじ３９と基板３３とフレーム３１の電気的接続状態を示した断面図である。図９、図１１、図１３、および図１５に示すように、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６において、貫通孔３ｆの周囲にはランド（導体）３Ｌが設けられている。ランド３Ｌは、絶縁部分３ｚで囲まれている。スルーホールビア３ｖｓは、ランド３Ｌに対して電気的に接続されているが、配線パターン３ｐに対しては電気的に絶縁されている。
【００８４】
図１５に示すように、第２層Ｌ２では、スルーホールビア３ｖｓは、グランドパターン３ｇに対して電気的に絶縁されている。各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６のランド３Ｌも、グランドパターン３ｇに対して電気的に絶縁されている。
【００８５】
第５層Ｌ５では、スルーホールビア３ｖｓは、グランドパターン３ｑに対して電気的に接続されている。つまり、第５層Ｌ５のグランドパターン３ｑは、スルーホールビア３ｖｓを介して、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６のランド３Ｌと電気的に接続されているが、配線パターン３ｐとは電気的に接続されていない。また、グランドパターン３ｑは、基板３３内において、その他のパターンや電気回路とも電気的に接続されていない。スルーホールビア３ｖｓは、本発明の「導電部」の一例である。
【００８６】
基板３３の表面３ｕ側から、ねじ３９の軸部３９ｂを貫通孔３ｆに挿入して、該軸部３９ｂをフレーム３１のねじ孔３１ｆに螺合し、図１５に示すように、基板３３をフレーム３１に固定する。基板３３の裏面３ｂとフレーム３１の上面とねじ３９の軸部３９ｂと間には、絶縁放熱材３８を設ける。これにより、基板３３の表面３ｕにおいて、ねじ３９の頭部３９ａがランド３Ｌとスルーホールビア３ｖｓとに接触し、第５層Ｌ５に設けられた耐電磁波ノイズ用のグランドパターン３ｑが、スルーホールビア３ｖｓとねじ３９とランド３Ｌとを介して、フレーム３１に対して電気的に接続される。フレーム３１は、図示しない車両のボディアースに電気的に接続される。
【００８７】
以上の実施形態によると、コントローラ１０と電動モータ２０が一体化された負荷駆動装置１００において、電動モータ２０を駆動・制御するための電子部品が実装された１枚の６層プリント基板３３によりコントローラ１０が構成され、当該基板３３がフレーム３１とカバー３２とで囲まれた内部空間に収納されている。このため、電動モータ２０の駆動回路と制御回路とを、バスバーなどのような外部接続端子を用いて電気的に接続する必要がなく、基板３３に設けた配線パターン３ｐにより電気的に接続すればよい。これにより、電動モータ２０の軸方向に負荷駆動装置１００を小型化することができる。
【００８８】
また、基板３３の表面３ｕと裏面３ｂと内部の３層以上に配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６を設けて、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の配線パターン３ｐ同士をスルーホール３ｈやビア３ｖにより電気的に接続している。このため、電動モータ２０に電流を流すための配線パターン３ｐの電流容量を増大させ、電気回路の設計の自由度を向上させることができる。また、各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６を、電動モータ２０の駆動回路が設けられた第１領域Ｒ１と、電動モータ２０の制御回路が設けられた第２領域Ｒ２とに区分している。また、基板３３の内部に設けたグランド層Ｌ２を、第１領域Ｒ１と基板３３の厚み方向に重なる第３領域Ｒ３と、第２領域Ｒ２と基板３３の厚み方向に重なる第４領域Ｒ４とに区分している。そして、電動モータ２０の駆動回路と電気的に接続されたパワー系のグランドパターン３ｇ（パワー系グランドライン１９）を第３領域Ｒ３に設け、電動モータ２０の制御回路と電気的に接続された制御系のグランドパターン３ｇ（制御系グランドライン１８）を第４領域Ｒ４に設けている。このため、基板３３において、駆動回路や制御回路で発生する信号ノイズにより、コントローラ１０が誤動作するのを防止することができる。
【００８９】
また、基板３３を固定するフレーム３１をヒートシンクとして兼用するので、基板３３に実装された電子部品から発生した熱をフレーム３１により外部へ放熱することができる。また、基板３３の内部に、フレーム３１と電気的に接続された耐電磁波ノイズ用のグランドパターン３ｑが形成されたケースグランド層Ｌ５を設けている。そして、ケースグランド層Ｌ５のグランドパターン３ｑをグランド層Ｌ２のグランドパターン３ｇや配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６の配線パターン３ｐに対して電気的に絶縁し、フレーム３１を車両のボディアースなどに接続して接地している。このため、基板３３に形成された電気回路から発生する電磁波が、電磁波ノイズとして車両に搭載された他の電子装置に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。また、他の電子装置で発生した電磁波が、電磁波ノイズとして基板３３に形成された電気回路に悪影響を及ぼすことも抑制することができる。
【００９０】
よって、電動モータ一体型の負荷駆動装置１００において、小型化を実現し、コントローラ１０の誤動作を防止し、かつ放熱性と電磁波ノイズの耐性とを向上させることが可能となる。
【００９１】
また、以上の実施形態では、基板３３の裏面３ｂの円形部分３３ｘの中心に、電動モータ２０の回転子２２の回転状態を検出するための磁気センサ５を実装している。そして、基板３３において、磁気センサ５の実装位置（中央位置Ｓ５）に対して、磁気センサ５を含まない一方側に、電動モータ２０の駆動回路を形成する第１領域Ｒ１と、該駆動回路と電気的に接続されるパワー系のグランドパターン３ｇを形成する第３領域Ｒ３とが設けられている。また、磁気センサ５の実装位置（中央位置Ｓ５）に対して、磁気センサ５を含む他方側に、電動モータ２０の制御回路を形成する第２領域Ｒ２と、該制御回路と電気的に接続される制御系のグランドパターン３ｇを形成する第４領域Ｒ４とが設けられている。これにより、基板３３において電動モータ２０の駆動回路と制御回路とを区分けしながら形成するスペースをそれぞれ確保し、各回路を形成し易くすることができる。
【００９２】
また、以上の実施形態では、モータ端子１５〜１７を電動モータ２０と軸方向に重なる部分に配置して、基板３３に電気的に接続している。このため、電動モータ２０の径方向（回転軸Ｊと垂直な方向）にも負荷駆動装置１００を小型化することができる。また、基板３３における電動モータ２０と軸方向に重ならない矩形部分３３ｙにコネクタ７ｐ、７ｓを実装して、コネクタ７ｐ、７ｓの嵌合部７ａ〜７ｃを電動モータ２０側に向けて配置している。このため、嵌合部７ａ〜７ｃに車載バッテリ５０や外部装置と接続するためのハーネス５１、６１を嵌合した状態でも、電動モータ２０の軸方向や径方向に負荷駆動装置１００を小型化することができる。さらに、基板３３のコネクタ７ｐ、７ｓが実装されていない円形部分３３ｘの径を、電動モータ２０の径とほぼ同等にしているので、該径方向に負荷駆動装置１００をより小型化することができる。
【００９３】
また、以上の実施形態では、基板３３の各配線層Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６において、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを合流させていない。このため、第１領域Ｒ１に形成した電動モータ２０の駆動回路と、第２領域Ｒ２に形成した電動モータ２０の制御回路とを分離した状態で容易に形成し、各回路がノイズなどによる悪影響を及ぼすのを防止することができる。また、基板３３のグランド層Ｌ２の第３領域Ｒ３と第４領域Ｒ４とを、コネクタ７ｐ、７ｓの近傍（図１０の接続点Ｘ）でのみ合流させている。このため、第３領域Ｒ３に形成したパワー系のグランドパターン３ｇと、第４領域Ｒ４に形成した制御系のグランドパターン３ｇとを、コネクタ７ｐ、７ｓの近傍以外の部分において分離した状態で容易に形成し、ノイズなどによる悪影響を一層防止することができる。
【００９４】
一方、電動モータ２０の各巻線２５ｕ、２５ｖ、２５ｗに流す電流を切り替えるためのＦＥＴＱ１〜Ｑ６が、電源コネクタ７ｐから遠い位置にあるほど、車載バッテリ５０からＦＥＴＱ１〜Ｑ６へ至る電流経路の配線長が長くなり、電流波形がなまって、電動モータ２０の駆動に支障を来す恐れがある。然るに、本実施形態では、基板３３の表面３ｕの円形部分３３ｘに、ＦＥＴＱ１〜Ｑ６と平滑用の電解コンデンサ９とを実装して、電解コンデンサ９をＦＥＴＱ１〜Ｑ６に対して電気的に接続している。このため、車載バッテリ５０からコネクタ７ｐ、７ｓを介して各ＦＥＴＱ１〜Ｑ６に供給される電流の波形がなまるのを、電解コンデンサ９により防止することができる。また、電源コネクタ７ｐから最も遠い位置に配置されていて、かつ、車載バッテリ５０から供給される電流の上流側に接続されたＦＥＴＱ１では、前述したように、過渡的に電流が大きく変化するスイッチング時においても、電解コンデンサ９から十分な電流が供給される。この結果、ＦＥＴＱ１〜Ｑ６を含んだインバータ回路３により、電動モータ２０を安定して駆動することができる。
【００９５】
また、以上の実施形態では、基板３３の表面３ｕにおける電動モータ２０と軸方向に重なる部分に、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７や制御部１などの発熱型電子部品が表面実装され、その発熱型電子部品の直下の基板３３中に、発熱型電子部品が発した熱を基板３３の裏面に伝えるサーマルビア群３ｖｔを設けている。このため、基板３３の表面３ｕに実装された発熱型電子部品が発した熱を、サーマルビア群３ｖｔにより基板３３の裏面３ｂ側に伝えて空冷したり、裏面３ｂ側に配置されたヒートシンクであるフレーム３１により放熱したりすることができる。
【００９６】
また、以上の実施形態では、特に発熱量が多いＦＥＴＱ１〜Ｑ７、サーマルビア群３ｖｔ、および電動モータ２０と軸方向に重なるフレーム３１の位置に凸部３１ｔを設け、この凸部３１ｔの上面を基板３３に対して平行に形成している。そして、電動モータ２０と軸方向に重なる基板３３の裏面３ｂの一部と、フレーム３１の凸部３１ｔとの間に、絶縁放熱材３８を介在させている。このため、基板３３の表面３ｕに実装されたＦＥＴＱ１〜Ｑ７が発した熱を、基板３３のサーマルビア群３ｖｔと絶縁放熱材３８を介して、フレーム３１に効率良く伝えて、該熱をフレーム３１から外部へ放熱し易くすることができる。
【００９７】
さらに、以上の実施形態では、基板３３に複数の貫通孔３ｆと、各貫通孔３ｆを囲むスルーホールビア３ｖｓとを設け、フレーム３１に各貫通孔３ｆと同軸にねじ孔３１ｆを複数設けている。そして、導体から成るねじ３９を、基板３３の表面３ｕ側から各貫通孔３ｆに挿入して各ねじ孔３１ｆに螺合することにより、基板３３をフレーム３１に固定し、ねじ３９の頭部３９ａをスルーホールビア３ｖｓに接触させている。このため、ねじ３９によって、基板３３をフレーム３１に固定しつつ、ケースグランド層Ｌ５の耐電磁波ノイズ用のグランドパターン３ｑとフレーム３１とを電気的に接続して、電磁波ノイズの耐性を向上させることができる。
【００９８】
本発明では、以上述べた以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、以上の実施形態では筐体２１とフレーム３１とを別体で形成した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。電動モータを内蔵する筐体とフレームとを一体的に形成してもよい。また、フレームや筐体にフィンなどを形成して、ヒートシンクとして兼用してもよい。
【００９９】
また、以上の実施形態では、三相ブラシレスモータから成る電動モータ２０を例に挙げたが、本発明はこれのみに限定するものではなく、その他の電動モータを備えた負荷駆動装置に対しても、本発明を適用することが可能である。
【０１００】
また、以上の実施形態では、６層プリント基板３３を例に挙げたが、本発明はこれのみに限定するものではなく、たとえば５層または７層以上の導体層を有する多層基板を用いてもよい。また、円形部分３３ｘと矩形部分３３ｙとを有する基板３３だけでなく、円形部分だけ、矩形部分だけ、またはその他の形状を有する基板を用いてもよい。つまり、基板は、電動モータや入出力コネクタの形状と、電気回路の構成とに応じて形成すればよい。筐体２１、フレーム３１、およびカバー３２についても同様である。
【０１０１】
また、以上の実施形態では、電動モータ２０の回転子２２の回転状態を検出するために、回転子２２のシャフト２２ａの上端部に磁石２２ｇを設け、基板３３の裏面に磁気センサ５を設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。回転子２２にその他の被検出体を設け、回転子２２の回転に伴う被検出体の物理的変化を検知するその他の回転センサを基板３３に設けてもよい。
【０１０２】
また、以上の実施形態では、基板３３において、ＦＥＴＱ１〜Ｑ７などの発熱型電子部品の直下にサーマルビア群３ｖｔを設けて、発熱型電子部品から発せられた熱をサーマルビア群３ｖｔにより基板３３の裏面３ｂ側に伝熱した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、銅ピンやスルーホールや高導電性樹脂などを、伝熱部として発熱型電子部品の直下の基板中に設けてもよい。また、それらの伝熱部は、基板を貫通するように設けてもよいし、基板を貫通しないように埋め込んでもよい。
【０１０３】
また、以上の実施形態では、スルーホールビア３ｖｓとねじ３９により、第５層Ｌ５の耐電磁波ノイズ用のグランドパターン３ｑをフレーム３１に対して電気的に接続した例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、基板３３において、ねじ３９を貫通させる貫通孔３ｆの周面や上下端部に導体を設けて、ねじ３９が貫通可能なスルーホールとし、該スルーホールとねじ３９とを介して、第５層Ｌ５の耐電磁波ノイズ用のグランドパターン３ｑをフレーム３１に対して電気的に接続してもよい。また、上記のようなスルーホールやスルーホールビア３ｖｓ以外の導電部を基板に設けてもよい。
【０１０４】
さらに、以上の実施形態では、電動パワーステアリングシステムで使用される負荷駆動装置１００に、本発明を適用した例を挙げたが、他の用途の負荷駆動装置に対しても、本発明を適用することは可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  制御部（制御回路、発熱型電子部品）
３  インバータ回路（駆動回路）
３ｂ  裏面
３ｆ  貫通孔
３ｇ  グランドパターン（第１グランドパターン）
３ｈ、３ｈ１〜３ｈ６  スルーホール（層間接続配線）
３ｐ  配線パターン
３ｑ  グランドパターン（第２グランドパターン）
３ｕ  表面
３ｖ  ビア（層間接続配線）
３ｖｓ  スルーホールビア（導電部）
３ｖｔ  サーマルビア群（伝熱部）
５  磁気センサ（回転センサ）
７ｐ  電源コネクタ（コネクタ）
７ｓ  入出力コネクタ（コネクタ）
７ａ  嵌合部（第１嵌合部）
７ｂ、７ｃ  嵌合部（第２嵌合部）
９  電解コンデンサ
１０  コントローラ
１５、１６、１７  モータ端子
１８  制御系グランドライン（制御系の第１グランドパターン）
１９  パワー系グランドライン（パワー系の第１グランドパターン）
２０  電動モータ
２１  筐体
３１  フレーム
３１ｆ  ねじ孔
３２  カバー
３３  ６層プリント基板（多層プリント基板）
３８  絶縁放熱材
３９  ねじ
５０  車載バッテリ（外部電源）
５１  第１ハーネス
６１  第２ハーネス
１００  負荷駆動装置
Ｊ  回転軸
Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６  配線層
Ｌ２  グランド層（第１グランド層）
Ｌ５  ケースグランド層（第２グランド層）
Ｑ１〜Ｑ１０  ＦＥＴ（半導体スイッチング素子、発熱電子部品）
Ｒ１  第１領域
Ｒ２  第２領域
Ｒ３  第３領域
Ｒ４  第４領域
Ｓ５  中央位置（実装位置）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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