JP2018082514A - 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる新規な電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。【解決手段】電動モータの回転軸の出力軸部１４とは反対側のモータハウジングの端面部１５に電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａ及び電源回路側放熱部１５Ｂを形成し、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａに、電力変換回路部を構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子をパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部１６を実装した電力変換用スイッチング回路基板を放熱可能に取り付け、電源回路側放熱部１５Ｂに、上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を除く電力変換回路部と電源回路部１７を実装した電源回路基板を放熱可能に取り付けた。【選択図】図６

Description

本発明は電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置に係り、特に電子制御装置を内蔵した電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般的な産業機械分野においては、電動モータによって機械系制御要素を駆動することが行われているが、最近では電動モータの回転速度や回転トルクを制御する半導体素子等からなる電子制御部を電動モータに一体的に組み込む、いわゆる機電一体型の電動駆動装置が採用され始めている。

機電一体型の電動駆動装置の例として、例えば自動車の電動パワーステアリング装置においては、運転者がステアリングホィールを操作することにより回動するステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出し、この検出値に基づいてステアリングシャフトの回動方向と同じ方向へ回動するように電動モータを駆動し、操舵アシストトルクを発生させるように構成されている。この電動モータを制御するため、電子制御部（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）がパワーステアリング装置に設けられている。

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、特開２０１５−１３４５９８号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。特許文献１には、電動モータ部と電子制御部とにより構成された電動パワーステアリング装置が記載されている。そして、電動モータ部の電動モータは、アルミ合金等から作られた筒部を有するモータハウジングに収納され、電子制御部の電子部品が実装された基板は、モータハウジングの軸方向の出力軸とは反対側に配置されたＥＣＵハウジングとして機能するヒートシンクに取り付けられている。ヒートシンクに取り付けられる基板は、電源回路部、電動モータを駆動制御するＭＯＳＦＥＴ、或いはＩＧＢＴ等のようなパワースイッチング素子を有する電力変換回路部、及びパワースイッチング素子を制御する制御回路部を備え、パワースイッチング素子の出力端子と電動モータの入力端子とはバスバーを介して電気的に接続されている。

そして、ヒートシンクに取り付けられた電子制御部には、合成樹脂から作られたコネクタケースを介して電源から電力が供給され、また検出センサ類から運転状態等の検出信号が供給されている。コネクタケースは蓋体として機能しており、ヒートシンクを密閉して塞ぐように固定され、また固定ボルトによってヒートシンクの外周表面に固定されている。

尚、この他に電子制御装置を一体化した電動駆動装置としては、電動ブレーキや各種油圧制御用の電動油圧制御器等が知られているが、以下の説明では代表して電動パワーステアリング装置について説明する。

特開２０１５−１３４５９８号公報

ところで、特許文献１に記載されている電動パワーステアリング装置は自動車のエンジンルーム内に配置されることから、小型に構成されることが必要である。特に最近では自動車のエンジンルーム内は、排気ガス対策機器や安全対策機器等の補機類が多く設置される傾向にあり、電動パワーステアリング装置を含めて各種補機類はできるだけ小型化することや部品点数を低減することが求められている。

そして、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、特に電源回路部、電力変換回路部の熱を外部に放熱するためのヒートシンク部材が、モータハウジングとＥＣＵハウジングの間に配置されている。このため、ヒートシンク部材の分だけ余分に軸方向の長さが長くなる傾向になる。また、電源回路部や電力変換回路部を構成する電気部品は発熱量が大きく、小型化する場合はこの熱を効率よく外部に放熱してやる必要がある。したがって、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる電動駆動装置が求められている。

更に、電力変換回路部、電力変換回路部、制御回路部は、故障や異常に対する対策として二重系に構成される場合が多く、各電気部品の配置的な割り付けが容易に行うことができる構成が求められている。

本発明の目的は、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができ、しかも電気部品の配置割り付けが容易な新規な電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の特徴は、電動モータの回転軸の出力軸部とは反対側のモータハウジングの端面部に電力変換用スイッチング回路側放熱部及び電源回路側放熱部を形成し、電力変換用スイッチング回路側放熱部に、電力変換回路部を構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を合成樹脂でパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部を実装した電力変換用スイッチング回路基板を放熱可能に取り付け、電源回路側放熱部に、上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を除く電力変換回路部と電源回路部とを実装した電源回路基板を放熱可能に取り付けた、ところにある。

本発明によれば、電源回路部及び電力変換用スイッチング回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。また、モータハウジングは十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換用スイッチング回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる。更に、電力変換回路部を、電力変換用スイッチング回路部と、この電力変換用スイッチング回路部を除く電力変換回路部とに分離し、電力変換用スイッチング回路部を除く電力変換回路部を電源回路基板に実装したので、電気部品の配置割り振りを容易にすることができる。

本発明が適用される一例としての操舵装置の全体斜視図である。 本発明の実施形態になる電動パワーステアリング装置の全体斜視図である。 図２に示す電動パワーステアリング装置の分解斜視図である。 図３に示すモータハウジングの斜視図である。 図４に示すモータハウジングを軸方向に断面した断面図である。 図４に示すモータハウジングに電力変換用スイッチング回路部を載置した状態を示す斜視図である。 図６に示す電力変換用スイッチング回路部の断面を示す断面図である。 図４に示すモータハウジングに電源回路部を載置した状態を示す斜視図である。 図４に示すモータハウジングに制御回路部を載置した状態を示す斜視図である。 組み上がった電動パワーステアリング装置の電子制御部付近を軸方向に断面した断面図である。 本発明の電力変換用スイッチング回路部の他の実施形態を示す上面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

本発明の実施形態を説明する前に本発明が適用される一例としての操舵装置の構成について図１を用いて簡単に説明する。

まず、自動車の前輪を操舵するための操舵装置について説明する。操舵装置１は図１に示すように構成されている。図示しないステアリングホイールに連結されたステアリングシャフト２の下端には図示しないピニオンが設けられ、このピニオンは車体左右方向へ長い図示しないラックと噛み合っている。このラックの両端には前輪を左右方向へ操舵するためのタイロッド３が連結されており、ラックはラックハウジング４に覆われている。そして、ラックハウジング４とタイロッド３との間にはゴムブーツ５が設けられている。

ステアリングホイールを回動操作する際のトルクを補助するため、電動パワーステアリング装置６が設けられている。即ち、ステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとを検出するトルクセンサ７が設けられ、トルクセンサ７の検出値に基づいてラックにギヤ１０を介して操舵補助力を付与する電動モータ部８と、電動モータ部８に配置された電動モータを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）部９とが設けられている。電動パワーステアリング装置６の電動モータ部８は、出力軸側の外周部の３箇所が図示しないボルトを介してギヤ１０に接続され、電動モータ８部の出力軸とは反対側に電子制御部９が設けられている。

電動パワーステアリング装置６においては、ステアリングホイールが操作されることによりステアリングシャフト２がいずれかの方向へ回動操作されると、このステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとをトルクセンサ７が検出し、この検出値に基づいて制御回路部が電動モータの駆動操作量を演算する。この演算された駆動操作量に基づいて電力変換回路部のパワースイッチング素子により電動モータが駆動され、電動モータの出力軸はステアリングシャフト１を操作方向と同じ方向へ駆動するように回動される。出力軸の回動は、図示しないピニオンからギヤ１０を介して図示しないラックへ伝達され、自動車が操舵されるものである。これらの構成、作用は既によく知られているので、これ以上の説明は省略する。

上述したように、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、特に電源回路部、電力変換回路部の熱を外部に放熱するためのヒートシンク部材が、モータハウジングとコネクタケースの間に配置されている。このため、ヒートシンク部材の分だけ余分に軸方向の長さが長くなる傾向になる。また、電源回路部や電力変換回路部を構成する電気部品は発熱量が大きく、小型化する場合はこの熱を効率よく外部に放熱してやる必要がある。したがって、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる電動駆動装置が求められている。更には、電力変換回路部、電力変換回路部、制御回路部は、故障や異常に対する対策として二重系に構成される場合が多く、各電気部品の配置的な割り付けが容易に行うことができる構成が求められている。

このような背景から、本実施形態では次のような構成の電動パワーステアリング装置を提案するものである。つまり、本実施形態においては、電動モータの回転軸の出力部とは反対側のモータハウジングの端面部に電力変換用スイッチング回路側放熱部及び電源回路側放熱部を形成し、電力変換用スイッチング回路側放熱部に、電力変換回路部を構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を合成樹脂でパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部を実装した電力変換用スイッチング回路基板を放熱可能に取り付け、更に電源回路側放熱部に、上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を除く電力変換回路部と電源回路部とを実装した電源回路基板を放熱可能に取り付けた、構成としたものである。

このような構成によれば、電源回路部及び電力変換用スイッチング回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。また、モータハウジングは十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換用スイッチング回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる。更に、電力変換回路部を、電力変換用スイッチング回路部と、この電力変換用スイッチング回路部を除く電力変換回路部とに分離し、電力変換用スイッチング回路部を除く電力変換回路部を電源回路基板に実装したので、電気部品の配置割り振りを容易にすることができる。

以下、本発明の一実施形態になる電動パワーステアリング装置の具体的な構成について、図２乃至図１０を用いて詳細に説明する。尚、図２は本実施形態になる電動パワーステアリング装置の全体的な構成を示した図面であり、図３は図２に示す電動パワーステアリング装置の構成部品を分解して斜め方向から見た図面であり、図４から図８は各構成部品の組み立て順序にしたがって各構成部品を組み付けていった状態を示す図面であり、図９は電動パワーステアリング装置の電子制御部付近を軸方向に断面した図面ある。したがって、以下の説明では、各図面を適宜引用しながら説明を行うものとする。

図２に示すように、電動パワーステアリング装置を構成する電動モータ部８は、アルミ合金等から作られた筒部を有するモータハウジング１１及びこれに収納された図示しない電動モータとから構成され、電子制御部９は、モータハウジング１１の軸方向の出力軸とは反対側に配置された、アルミ合金等で作られた金属カバー１２及びこれに収納された図示しない電子制御組立体から構成されている。

モータハウジング１１と金属カバー１２はその対向端面で、接着剤、或いは溶着、或いは固定ボルトによって一体的に固定されている。金属カバー１２の内部に収納された電子制御組立体は、必要な電源を生成する電源回路部や、電動モータ部８の電動モータを駆動制御するＭＯＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴ等からなるパワースイッチング素子を有する電力変換回路や、このパワースイッチング素子を制御する制御回路部からなり、パワースイッチング素子の出力端子と電動モータのコイル入力端子とはバスバーを介して電気的に接続されている。

金属カバー１２の端面にはコネクタ端子組立体１３が固定ボルトによって固定されている。コネクタ端子組立体１３には電力供給用のコネクタ端子形成部１３Ａ、検出センサ用のコネクタ端子形成部１３Ｂ、制御状態を外部機器に送出する制御状態送出用のコネクタ端子形成部１３Ｃを備えている。そして、金属カバー１２に収納された電子制御組立体は、合成樹脂から作られた電力供給用のコネクタ端子形成部１３Ａを介して電源から電力が供給され、また検出センサ類から運転状態等の検出信号が検出センサ用のコネクタ形成端子部１３Ｂを介して供給され、現在の電動パワーステアリング装置の制御状態信号が制御状態送出用のコネクタ端子形成部１３Ｃを介して送出されている。

図３に電動パワーステアリング装置６の分解斜視図を示している。モータハウジング１１には内部に円環状の鉄製のサイドヨーク（図示せず）が嵌合されており、このサイドヨーク内に電動モータ（図示せず）が収納されているものである。電動モータの出力軸部１４はギヤを介してラックに操舵補助力を付与している。尚、電動モータの具体的な構造は良く知られているので、ここでは説明を省略する。

モータハウジング１１はアルミ合金から作られており、電動モータで発生した熱や、後述する電源回路部や電力変換回路部で発生した熱を外部大気に放出するヒートシンク部材として機能している。電動モータとモータハウジング１１で電動モータ部を構成している。

電動モータ部の出力軸部１４の反対側のモータハウジング１１のハウジング端面部１５には電子制御部ＥＣが取り付けられている。モータハウジング１１のハウジング端面部１５は、モータハウジング１１と一体的に形成されているが、この他にハウジング端面部１５だけを別体に形成し、ボルトや溶接によってモータハウジング１１と一体化しても良いものである。

そして、電子制御部ＥＣは、電力変換回路を構成する３相の上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を合成樹脂でパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８から構成されている。ここで、電源回路部１７には、上述の３相のスイッチング素子を除くコンデンサ等の回路素子を備える電力変換回路が設けられている。

つまり、電力変換回路は、上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子をパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部１６と、この電力変換用スイッチング回路部１６を除く電力変換回路に分離されている。そして、電力変換用スイッチング回路部１６を除く電力変換回路は、電源回路部を１７と同じ基板に一体化されている。

ここで、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８は冗長系を構成するものであり、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８の夫々が主電子制御部と副電子制御部の二重系を構成している。そして、通常は主電子制御部によって電動モータが制御、駆動されているが、主電子制御部に異常や故障が生じると、副電子制御部に切り換えられて電動モータが制御、駆動されるようになるものである。

したがって、後述するが、通常は主電子制御部からの熱がモータハウジング１１に伝えられ、主電子制御部に異常や故障が生じると、主電子制御部が停止して副電子制御部が作動し、モータハウジング１１には副電子制御部からの熱が伝えられるものである。

ただ、本実施形態では採用していないが、主電子制御部と副電子制御部を合せて正規の電子制御部として機能させ、一方の電子制御部に異常、故障が生じると、他方の電子制御部で半分の能力によって電動モータを制御、駆動することも可能である。この場合、電動モータの能力は半分となるが、いわゆる「リンプホーム機能」は確保されるようになっている。したがって、通常の場合は、主電子制御部と副電子制御部の熱がモータハウジング１１に伝えられるものである。

電子制御部ＥＣは、制御回路部１８、電源回路部１７、電力変換用スイッチング回路部１６、コネクタ端子組立体１３から構成されており、ハウジング端面部１５側から離れる方向に向かって、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８、コネクタ端子組立体１３の順序で配置されている。

制御回路部１８は電力変換用スイッチング回路部１６のスイッチング素子を駆動する制御信号を生成するもので、マイクロコンピュータ、周辺回路等から構成されている。

電源回路部１７は、制御回路部１８を駆動する電源及び電力変換用スイッチング回路部１６の電源を生成するもので、コンデンサ、コイル、スイッチング素子等から構成されている。尚、電源回路部１７には上述したように、３相のスイッチング素子を除く電力変換回路が設けられている。電源回路部１７にはコンデンサやコイルが実装されているため、軸方向の収納長さは充分確保されている。これによって、電力変換回路のコンデンサを追加して設けることができるものである。

電力変換用スイッチング回路部１６は、電動モータのコイルに流れる電力を調整するもので、３相の上下アームを構成するスイッチング素子等から構成されている。そして、電力変換用スイッチング回路部１６は、分離されたコンデンサ等の回路素子の分だけ軸方向の収納長さが短縮されるので、電子制御部ＥＣの軸方向の全体的な長さを短くできるものである。

ここで、電子制御部ＥＣで発熱量が多いのは、主に電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７であり、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７の熱は、アルミ合金からなるモータハウジング１１から放熱されるものである。この構成については、後述する。

制御回路部１８と金属カバー１２の間には、合成樹脂からなるコネクタ端子組立体１３が設けられており、車両バッテリ(電源)や、電動パワーステアリング装置の現在の制御状態を外部の図示しない他の制御装置に伝送するように接続されている。もちろん、このコネクタ端子組立体１３は、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８と電気的に接続されていることはいうまでもない。

金属カバー１２は、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８を収納してこれらを液密的に封止する機能を備えているものであり、本実施形態では溶着によってモータハウジング１１に固定されている。この金属カバー１２は金属で作られているので、電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７等によって発生した熱を外部に放熱する機能も併せ備えている。

次に、図４から図９に基づき各構成部品の構成と組み立て方法について説明する。先ず、図４はモータハウジング１１の外観を示しており、図５はその軸方向断面を示している。図４、図５において、モータハウジング１１は、筒状の形態に形成されて側周面部１１Ａと、側周面部１１Ａの一端を閉塞するハウジング端面部１５と、側周面部１１Ａの他端を閉塞する蓋部１９とから構成されている。本実施形態では、モータハウジング１１は有底円筒状であり、側周面部１１Ａとハウジング端面部１５は一体的に形成されている。また、蓋部１９は、側周面部１１Ａに電動モータを収納した後に側周面部１１Ａの他端を閉塞するものである。

図５にあるように、側周面部１１Ａの内部には、鉄心にコイル２０が巻回されたステータ２１が嵌合されており、このステータ２１の内部に、センサマグネットを埋設したロータ２２が回転可能に収納されている。ロータ２２には回転軸２３が固定されており、一端は出力軸部１４となり、他端は回転軸２３の回転位相や回転数を検出するための回転検出部２４となっている。回転検出部２４にはセンサマグネットが設けてあり、ハウジング端面部１５に設けた貫通孔２５を貫通して外部に突き出している。そして、図示しないＧＭＲ素子等からなる磁気センサによって回転軸２３の回転位相や回転数を検出するようになっている。この回転検出部２４については後述する。

図４に戻って、回転軸２３の出力軸部１４とは反対側に位置するハウジング端面部１５の面には本実施形態の特徴である電力変換用スイッチング回路部１６（図３参照）の電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａ、電源回路部１７（図３参照）の電源回路側放熱部１５Ｂが形成されている。ハウジング端面部１５の四隅には、基板固定凸部２６が一体的に植立されており、内部にネジ穴が形成されている。

基板固定凸部２６は、後述する制御回路部１８の基板を固定するために設けられている。また、後述する電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａから植立した基板固定凸部２６には、これも後述する電源回路側放熱部１５Ｂと軸方向で同じ高さの基板受け部２７が形成されている。この基板受け部２７は後述する電源回路部１７の電源回路基板であるガラスエポキシ基板３１を載置するためのものである。

ハウジング端面部１５を形成する、回転軸２３と直交する径方向の平面領域は２分割されている。１つは電力変換用スイッチング回路部１６が実装された金属基板が取り付けられる電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａを形成し、もう１つは電源回路部１７が実装されたガラスエポキシ基板が取り付けられる電源回路側放熱部１５Ｂを形成している。

本実施形態では、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａの方が電源回路側放熱部１５Ｂより面積が大きく、しかも段差を有して形成されている。つまり、段差を有しているため、小さい面積の電源回路側放熱部１５Ｂに電源回路部１７のガラスエポキシ基板を固定すれば、ハウジング端面１５の径方向の面を全体的に利用することができ、一方で、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａの面積が大きいので、電力変換用スイッチング回路部１６の設置面積を確保することができるようになる。

そして、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａと電源回路側放熱部１５Ｂは、軸方向（回転軸２３が延びる方向）に向けて高さが異なる段差を有している。つまり、電源回路側放熱部１５Ｂは、電動モータの回転軸２３の方向で見て、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａに対して離れる方向に段差を有して形成されている。この段差は、電力変換用スイッチング回路部１６を設置した後に電源回路部１７を設置した場合に、電力変換用スイッチング回路部１６と電源回路部１７が夫々干渉しない長さに設定されている。

また、この段差は、回転軸２３の軸方向でみて回転検出部２４を超える長さに設定され、後述する電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１に設けた磁気センサが、回転検出部２４のセンサマグネットに非接触で近接する長さに設定されている。尚、近接する長さはできるだけ短い方がよく、設計的な誤差を考慮した所定の長さに設定されている。更に、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａは、センサマグネットを基準にして電動モータ側に形成される構成となっている。

電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａには、３個の細長い矩形の突状放熱部２８が回転軸２３を囲む「コ」の字状の形態で形成されている。この突状放熱部２８は後述する二重系の電力変換用スイッチング回路部１６が設置されるものである。また、突状放熱部２８は、電動モータの回転軸２３の方向で見て電動モータから離れる方向に突出して延びているものである。

また、電源回路側放熱部１５Ｂは平面状であって、後述する電源回路部１７が設置されるものである。したがって、突状放熱部２８は電力変換用スイッチング回路部１６で発生した熱をハウジング端面部１５に伝熱する放熱領域として機能し、電源回路側放熱部１５Ｂは電源回路部１７で発生した熱をハウジング端面部１５に伝熱する放熱領域として機能するものである。

尚、突状放熱部２８は省略することができ、この場合は電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａが電力変換用スイッチング回路部１６で発生した熱をハウジング端面部１５に伝熱する放熱領域として機能する。ただ、本実施形態では、突状放熱部２８に電力変換用スイッチング回路部１６の金属基板を摩擦攪拌接合によって溶着して確実な固定を図っている。

このように、本実施形態になるモータハウジング１１のハウジング端面部１５においては、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになるものである。また、モータハウジング１１は十分な熱容量を有しているので、電源回路部１７や電力変換用スイッチング回路部１６の熱を効率よく外部に放熱することができるようになるものである。

次に、図６は電力変換用スイッチング回路部１６を突条放熱部２８（図４参照）に設置した状態を示している。図６にある通り、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａに形成された突状放熱部２８（図４参照）の上部には二重系よりなる電力変換用スイッチング回路部１６が設置されている。ここで、電力変換用スイッチング回路部１６は、主電子制御部用の電力変換用スイッチング回路部１６Ｍ、副電子制御部用の電力変換用スイッチング回路部１６Ｓ、及びフェールセーフ用の電力変換用スイッチング回路部１６Ｆとから構成されている。

図７に示しているように、これらの電力変換用スイッチング回路部１６Ｍ、１６Ｓ、１６Ｆは、アルミニウムのような熱伝達性の高い金属基板４５の上面にＭＯＳＦＥＴのようなスイッチング素子４６（上アーム用、下アーム用、及びフェールセーフ用）を熱伝達可能なように取り付け、上面側においてスイッチング素子４６を合成樹脂４７で囲繞してパッケージ化したものである。これによって、スイッチング素子４６の熱は金属基板４５に伝達され、更に金属基板４５は突状放熱部２８に摩擦攪拌接合によって溶着されているので、スイッチング素子４６の熱は速やかにハウジング端面１５に伝達されるようになる。

このように、金属基板４５は突状放熱部２８（図４参照）に強固に固定され、またスイッチング素子４６で発生した熱を効率良く突状放熱部２８（図４参照）に伝熱させることができる。突状放熱部２８（図４参照）に伝えられた熱は電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａに拡散され、更にモータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱されるものである。ここで、上述した通り、電力変換用スイッチング回路部１６の軸方向の高さは、電源回路側放熱部１５Ｂの段差の高さより低くなっているので、後述する電源回路部１７と干渉することはないものである。

次に、図８は電力変換用スイッチング回路部１６の上から電源回路部１７を設置した状態を示している。図８にある通り、電源回路側放熱部１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７を構成するコンデンサ２９やコイル３０、及び電力変換回路を構成するコンデンサ２９等は、電源回路基板であるガラスエポキシ基板３１に載置されている。電源回路部１７も二重系が採用されており、図からわかるように、夫々対称にコンデンサ２９やコイル３０等からなる電源回路が形成されている。もちろん、電力変換回路も二重系の構成となっている。

このガラスエポキシ基板３１の電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）側の面は、電源回路側放熱部１５Ｂと接触するようにしてハウジング端面部１５に固定されている。固定方法は、図８にあるように、基板固定凸部２６の基板受け部２７に設けられたネジ穴に図示しない固定ボルトによって固定されている。また、電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）に設けられたネジ穴にも図示しない固定ボルトによって固定されている。

尚、電源回路部１７がガラスエポキシ基板３１で形成されているため、両面実装が可能となっている。そして、ガラスエポキシ基板３１の電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）側の面には、図示しないＧＭＲ素子やこれの検出回路等からなる磁気センサが実装されている。この磁気センサは、回転軸２３（図５参照）の出力軸部１４とは反対側の端部に設けた回転検出部２４（図５参照）と協働して、回転軸２３の回転位相や回転数を検出するようになっている。

上述したように、電源回路側放熱部１５Ｂは、電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１が固定された状態で、ガラスエポキシ基板に設けた磁気センサが、センサマグネットに非接触で近接する位置にくるようにその段差の高さが決められている。

このように、ガラスエポキシ基板３１は電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）に接触するようにして固定されているので、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）に伝熱させることができる。電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）に伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱されるものである。ここで、ガラスエポキシ基板３１と電源回路側放熱部１５Ｂ（図６参照）の間は、熱伝達性の良い接着剤、放熱グリース、放熱シートのいずれか１つを介在させることで、更に熱伝達性能を向上させることができる。

次に、図９は電源回路部１７の上から制御回路部１８を設置した状態を示している。図９にある通り、電源回路部１７の上部には制御回路部１８が設置されている。制御回路部１８を構成するマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３はガラスエポキシ基板３４に載置されている。制御回路部１８も二重系が採用されており、図からわかるように、夫々対象にマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３からなる制御回路が形成されている。

尚、マイクロコンピュータ３２や周辺回路３３は、ガラスエポキシ基板３４の電源回路１７側の面に設けられていても良いものである。後述の図１０ではマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３は、ガラスエポキシ基板３４の電源回路１７側の面に設けられている例を示している。

このガラスエポキシ基板３４は、図９にあるように、基板固定凸部２６（図８参照）の頂部に設けられたネジ穴に図示しない固定ボルトによって固定されており、電源回路部１７（図８参照）のガラスエポキシ基板３１と制御回路部１８のガラスエポキシ基板３４の間は、図８に示す電源回路部１７のコンデンサ２９やコイル３０、及び電力変換回路部のコンデンサ２９等が配置される空間となっている。

次に、図１０に基づいてモータハウジング１１のハウジング端面部１５から電子制御部ＥＣまでの構成を更に説明する。図９において、電子制御部ＥＣは、モータハウジング１１のハウジング端面部１５に隣接して配置されており、金属カバー１２によって覆われることで、金属カバー１２とハウジング端面部１５によって形成された収納空間Ｓｈに電子制御部ＥＣが収納されている。

そして、回転軸２３の出力軸部１４とは反対側の端部には、磁石保持部３７が固定されており、更にこれに回転検出部２４を構成する永久磁石よりなるセンサマグネット３８が収納、固定されている。この回転軸２３の端部、磁石保持部３７、センサマグネット３８は、モータハウジング１１のハウジング端面部１５を越えて電子制御部ＥＣ側に延びている。

電子制御部ＥＣ側に配置されている電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１のモータハウジング１１側の面には、ＧＭＲ素子のような感磁機能を有する磁気センサ３９が固定されており、センサマグネット３８の回転によって回転軸２３の回転位相等を検出している。このため、磁気センサ３９は回転検出部２４のセンサマグネット３８に対応した位置に配置されている。

電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１が載置される電源回路側放熱部１５Ｂ（図４参照）と電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａ(＝突状放熱部２８)とで形成される段差Ｈｄは、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａ(＝突状放熱部２８)を基準にして、回転軸２３の軸方向でみて電源回路側放熱部１５Ｂが回転検出部２４を越える長さに設定され、電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１に設けた磁気センサ３９が、回転検出部２４のセンサマグネット３８に非接触で近接する長さに設定されている。更に、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａは、センサマグネット３８を基準にして電動モータ側に寄せて形成される構成となっている。

このように、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａをセンサマグネット３８より電動モータ側に寄せて形成することで、電源回路部１７をセンサマグネット３８側に近づけることができるようになる。これによって軸方向の長さを短くできるようになる。また、センサマグネット３８と磁気センサ３９を近づけることができ、磁気センサ３９の検出感度を向上することができる。

例えば、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａをセンサマグネット３８を越えて電動モータとは反対側に形成すると、電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１をセンサマグネット３８から遠ざけることが必要となり、この分だけ軸長が長くなり、更にはセンサマグネット３８と磁気センサ３９の距離が長くなって検出感度が低下するようになる。

磁石保持部３７及びセンサマグネット３８の外周囲側には、互いに間隔をあけて電力変換回路部固定部材３５が固定されている。この電力変換回路部固定部材３５は、図からわかるように円形の中空壁面部と底面壁部を備える中空有底形状（いわゆるカップ状の形態）に形成されている。そして、電力変換回路部固定部材３５は、センサマグネット３８及び磁石保持部３７の外周面を覆うようにして、ハウジング端面部１５に形成した固定孔４０に圧入や接着等の固定方法によって強固に固定されている。

また、電力変換回路部固定部材３５の外側周面には、径方向外側に延びる略矩形の弾発機能部材３６が形成されている。弾発機能部材３６は夫々９０°間隔を置いて三方向に配置された弾発付与部を備えており、これらの弾発付与部は、図６に示すこれも夫々９０°間隔を置いて三方向に配置された、電力変換用スイッチング回路部１６を弾発的に突状放熱部２８側に向けて押圧する機能を備えているものである。

固定孔４０は、ハウジング端面部１５の中央付近に形成した回転軸２３が貫通する貫通孔４１の外側周囲に円形状に形成されており、固定孔４０の内周側に電力変換回路部固定部材３５の中空部を形成する外側周面が圧入、或いは接着等の固定方法で固定されている。貫通孔４１にはボールベアリング４２が介装されており、このボールベアリング４２に回転軸２３が回転可能に軸支されている。したがって、モータハウジング１１の内部と電子制御部ＥＣの内部に形成された収納空間Ｓｈは、基本的にはハウジング端面部１５及び電力変換回路部固定部材３５によって水密的に隔離される形態となっている。

ただ、電力変換回路部固定部材３５には、空気は透過するが水分は透過させない防水通気膜が設けられており、モータハウジンング１１の内部空間と金属カバー１２の内部空間の相互においては空気が流動可能である。これによって、モータハウジング１１に侵入した水分が、金属カバー１２内の電子制御部ＥＣに悪影響を及ぼすのを回避することができるようになる。

そして、図３に示す状態で、コネクタ端子組立体１３が電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８と接続され、更に図２に示すように、金属カバー１２によって電力変換用スイッチング回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８が液密的に封止されるものである。これによって、電動パワーステアリング装置の組み付けが完了するものである。

以上述べたように、本実施形態によれば、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａに形成された突状放熱部２８の上部に電力変換用スイッチング回路部１６が設置されている。したがって、電力変換用スイッチング回路部１６のスイッチング素子で発生した熱を効率良く突状放熱部２８に伝熱させることができる。更に、突状放熱部２８に伝えられた熱は電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａに拡散され、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱されるようになる。

同様に、電源回路側放熱部１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７の回路素子が載置されたガラスエポキシ基板３１の電源回路側放熱部１５Ｂ側の面は、電源回路側放熱部１５Ｂと接触するようにしてハウジング端面部１５に固定されている。したがって、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源回路側放熱部１５Ｂに伝熱させることができる。電源回路側放熱部１５Ｂに伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱されるようになる。

また、電力変換回路部を電力変換用スイッチング回路部１６と、この電力変換用スイッチング回路部１６を除く電力変換回路部に分離し、電力変換用スイッチング回路部１６を除く電力変換回路部を電源回路部１７と共に電源回路基板３１に実装したので、電気部品の配置割り振りを容易にすることができる。

尚、本実施形態では、電力変換用スイッチング回路部１６は、主電子制御部用の電力変換用スイッチング回路部１６Ｍ、副電子制御部用の電力変換用スイッチング回路部１６Ｓ、及びフェールセーフ用の電力変換用スイッチング回路部１６Ｆを夫々分離して設置しているが、図１１に示しているように一体化することも可能である。図１１において、「コ」の字状に一体的に形成された金属基板４５Ａに沿って、電力変換用スイッチング回路部１６Ｍ、電力変換用スイッチング回路部１６Ｓ、電力変換用スイッチング回路部１６Ｆを構成するスイッチング素子４６を載置し、更に端子４８が露出するように合成樹脂４７Ａによってパッケージ化しても良いものである。このように形成すると、電力変換用スイッチング回路側放熱部１５Ａへの取り付けが容易なると共に、組み付け工数も低減できるようになる。

以上述べた通り本発明は、電動モータの回転軸の出力部とは反対側のモータハウジングの端面部に電力変換用スイッチング回路側放熱部及び電源回路側放熱部を形成し、電力変換用スイッチング回路側放熱部に、電力変換回路部を構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を合成樹脂でパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部を実装した電力変換用スイッチング回路基板を放熱可能に取り付け、電源回路側放熱部に、上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を除く電力変換回路部と電源回路部とを実装した電源回路基板を放熱可能に取り付けた構成を採用している。

これによれば、電源回路部及び電力変換用スイッチング回路部で発生した熱をモータハウジングの端面部に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。また、モータハウジングは十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換用スイッチング回路部の熱を効率よく外部に放熱することができる。更に、電力変換回路部を、電力変換用スイッチング回路部と、この電力変換用スイッチング回路部を除く電力変換回路部とに分離し、電力変換用スイッチング回路部を除く電力変換回路部を電源回路基板に実装したので、電気部品の配置割り振りを容易にすることができる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

６…電動パワーステアリング装置、８…電動モータ部、９…電子制御部、１１…モータハウジング、１２…金属カバー、１３…コネクタ端子組立体、１４…出力部、１５…端面部、１６…電力変換用スイッチング回路部、１７…電源回路部、１８…制御回路部、１９…端面部、２０…コイル、２１…ステータ、２２…ロータ、２３…回転軸、２４…回転検出部、２５…貫通孔、２６…基板固定凸部、２７…基板受け部、２８…突状放熱部、２９…コンデンサ、３０…コイル、３１…ガラスエポキシ基板、３２…マイクコンピュータ、３３…周辺回路、３４…ガラスエポキシ基板。

Claims (8)

1. 機械系制御要素を駆動する電動モータが収納されたモータハウジングと、前記電動モータの回転軸の出力部とは反対側の前記モータハウジングのハウジング端面部の側に配置された、前記電動モータを駆動するための制御回路部、電源回路部、電力変換回路部からなる電子制御部とを備え、
   前記ハウジング端面部には、電力変換用スイッチング回路側放熱部、及び前記電動モータから遠ざかる方向に前記電力変換用スイッチング回路側放熱部と段差を有して電源回路側放熱部が形成され、
   前記電力変換用スイッチング回路側放熱部には、前記電力変換回路部を構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を合成樹脂でパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部を実装した電力変換用スイッチング回路基板が放熱可能に取り付けられ、
   前記電源回路側放熱部には、前記上アーム側スイッチング素子及び前記下アーム側スイッチング素子を除く前記電力変換回路部と前記電源回路部とを実装した電源回路基板が放熱可能に取り付けられている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
2. 請求項１に記載の電動駆動装置において、
   前記制御回路部、前記上アーム側スイッチング素子及び前記下アーム側スイッチング素子を除く前記電力変換回路部と前記電源回路部、前記上アーム側スイッチング素子及び前記下アーム側スイッチング素子からなる前記電力変換用スイッチング回路部は二重系に構成されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
3. 請求項２に記載の電動駆動装置において、
   前記電力変換用スイッチング回路側放熱部には、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に延びた突状放熱部が形成されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
4. 請求項３に記載の電動駆動装置において、
   前記電子制御部は、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に、前記電力変換用スイッチング回路部、前記電源回路部、前記制御回路部の順番で配置されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
5. ステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出するトルクセンサからの出力に基づきステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動モータと、
   前記電動モータが収納されたモータハウジングと、
   前記電動モータの回転軸の出力部とは反対側の前記モータハウジングの端面部の側に配置された、前記電動モータを駆動するための制御回路部、電源回路部、電力変換回路部からなる電子制御部とを備え、
   前記ハウジング端面部には、電力変換用スイッチング回路側放熱部、及び前記電動モータから遠ざかる方向に前記電力変換用スイッチング回路側放熱部と段差を有して電源回路側放熱部が形成され、
   前記電力変換用スイッチング回路側放熱部には、前記電力変換回路部を構成する上アーム側スイッチング素子及び下アーム側スイッチング素子を合成樹脂でパッケージ化した電力変換用スイッチング回路部を実装した電力変換用スイッチング回路基板が放熱可能に取り付けられ、
   前記電源回路側放熱部には、前記上アーム側スイッチング素子及び前記下アーム側スイッチング素子を除く前記電力変換回路部と前記電源回路部とを実装した電源回路基板が放熱可能に取り付けられている
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
6. 請求項５に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記制御回路部、前記上アーム側スイッチング素子及び前記下アーム側スイッチング素子を除く前記電力変換回路部と前記電源回路部、前記上アーム側スイッチング素子及び前記下アーム側スイッチング素子からなる前記電力変換用スイッチング回路部は二重系に構成されている
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
7. 請求項６に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電力変換用スイッチング回路側放熱部には、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に延びた突状放熱部が形成されている
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. 請求項７に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電子制御部は、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に、前記電力変換用スイッチング回路部、前記電源回路部、前記制御回路部の順番で配置されている
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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