JP5692588B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータと当該モータを制御するコントローラとを一体にした駆動装置に関する。

従来、例えば三相交流電流を通電することにより回転駆動する三相モータが公知である。三相モータへの電力供給源が所定電圧の直流電源である場合、複数相（例えば三相）の巻線へ位相の異なる巻線電流を供給するために、巻線電流を切り換えるためのコントローラが必要となる。例えば特許文献１では、制御回路ユニットをモータのシャフトと平行に配置し、モータの出力側にあるハウジングに制御回路ユニットを締結している。

特開２００３−２０４６５４号公報

しかしながら、特許文献１のように制御回路ユニットをモータのシャフトと平行に配置した場合、装置全体の径方向における体格が大型化してしまう。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、径方向における体格を小型化可能な駆動装置を提供することにある。

請求項１に記載の駆動装置は、モータと、コントロールユニットと、第１の締結部材と、第２の締結部材と、を備える。モータは、モータケース、ステータ、ロータ、およびシャフトを有する。筒状のモータケースは、モータの外郭を形成する。ステータは、モータケースの径方向内側に配置され、複数相を構成するよう巻線が巻回される。ロータは、ステータの径方向内側に配置され、ステータに対して相対回転可能に設けられる。シャフトは、ロータとともに回転する。コントロールユニットは、半導体モジュール、保持部材、および、基板を有し、モータの軸方向の一側に配置される。半導体モジュールは、巻線への通電を切り替えるスイッチング素子を有する。保持部材は、半導体モジュールを保持する。基板は、半導体モジュールと電気的に接続する。第１の締結部材は、モータケースの周壁の外径より径方向内側であって、モータケースのコントロールユニット側に形成されるコントロールユニット側壁部に設けられる。第２の締結部材は、第１の締結部材と締結されることにより、モータとコントロールユニットとを接続する。
本発明では、コントロールユニットがモータの軸方向の一側に配置され、モータとコントロールユニットとがモータケースの外径より径方向内側に設けられる第１の締結部材と第２の締結部材との締結により接続されるので、径方向における装置全体の体格を小型化することができる。
また、保持部材は、モータケースのコントロールユニット側壁部と接する脚部を有する。脚部には、モータの軸方向に貫通し、モータ側から第１の締結部材が挿入され、モータの反対側から第２の締結部材が挿入される挿入部が形成される。これにより、第１の締結部材と第２の締結部材とにより、コントロールユニットの保持部材とモータケースとが直接的に接続される。また、挿入部内部にて第１の締結部材と第２の締結部材とが締結されるので、装置全体の体格をより小型化することができる。

請求項２に記載の発明では、コントロールユニット側壁部のコントロールユニット側の面には、モータとコントロールユニットとの径方向位置を位置決めする位置決め部が形成される。これにより、モータとコントロールユニットとの径方向位置が位置決めされ、軸ずれを抑制することができる。
請求項３に記載の発明では、位置決め部は、保持部材と嵌り合う形状に形成される。これにより、モータとコントロールユニットとの径方向位置を適切に位置決めすることができる。

請求項４に記載の発明では、モータケースのコントロールユニット側壁部には、シャフトのコントロールユニット側の端部をコントロールユニット側に露出するシャフト孔が形成される。また、シャフトのコントロールユニット側の端部には、シャフトと一体となって回転する被検出部材が設けられる。基板は、被検出部材と対向する位置に設けられ、シャフトの回転角を検出する回転角センサを有する。被検出部材は、例えばマグネットにより構成され、回転角センサは、シャフトと一体となって回転する被検出部材による磁界の変化を検出することにより、シャフトの回転角を検出することができる。
請求項５に記載の発明では、被検出部材および回転角センサは、シャフトの回転中心線上に同軸に設けられる。これにより、回転角センサによりシャフトの回転角を精度よく検出することができる。特に、請求項２または３の構成を採用すれば、被検出部材と回転角センサとの軸ずれが抑制されるので、より精度よくシャフトの回転角を検出することができる。

請求項６に記載の発明では、第２の締結部材は、雄ねじ部を有する。第１の締結部材は、モータケースのコントロールユニット側壁部に形成されるカラム取付孔に設けられ、雄ねじ部と締結される雌ねじ部を有するカラムである。これにより、モータとコントロールユニットとを容易に接続することができる。

請求項７に記載の発明では、第１の締結部材は、軸方向においてコントロールユニットと反対側の端部を閉塞する閉塞部を有する。例えば請求項６のように第１の締結部材を雌ねじとした場合であっても、コントロールユニットと反対側の端部を閉塞する閉塞部を有しているので、第１の締結部材と第２の締結部材とを締結することにより生じる切粉等の異物がモータケース内部に侵入するのを抑制することができる。

請求項８に記載の発明では、コントロールユニットは、軸方向においてモータの反対側の外郭を形成するエンドカバーを有する。また、第２の締結部材は、エンドカバーを挟んで第１の締結部材と締結される。これにより、モータの反対側から第１の締結部材と第２の締結部材との締結を外すことにより、モータとコントロールユニットとを容易に分離することができる。

本発明の第１実施形態のパワーステアリング装置の構成を説明する概略構成図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の断面図である。 図２のＡ部を拡大した拡大図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の平面図である。 図５のＶＩ方向矢視図である。 図５のＶＩＩ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の斜視図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるモータおよびホルダを示す側面図である。 図１１のＸＩＩ方向矢視図である。 本発明の第１実施形態によるモータおよびホルダを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態においてモータにヒートシンクおよびパワーモジュールを組み付けた状態を示す側面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線断面図である。 本発明の第１実施形態によるカラムおよびスルーボルトを示す模式的な断面図である。 本発明の第２実施形態による駆動装置の平面図である。 図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図である。 図１７のＸＩＸ方向矢視図である。 図１７のＸＸ方向矢視図である。 図１９のＸＸＩ方向矢視図である。 本発明の第２実施形態による駆動装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態による駆動装置の分解斜視図である。 図１８のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面図です。

以下、本発明による駆動装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による駆動装置を図１〜図１６に基づいて説明する。駆動装置１は、電動パワーステアリング装置（以下、「ＥＰＳ」という。）に適用される。駆動装置１は、モータ２およびコントロールユニット３を備える。

まず、ＥＰＳの電気的構成を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、駆動装置１は、車両のステアリング５の回転軸たるコラム軸６に取り付けられたギア７を介しコラム軸６に回転トルクを発生させ、ステアリング５による操舵をアシストする。具体的には、ステアリング５が運転者によって操作されると、当該操作によってコラム軸６に生じる操舵トルクをトルクセンサ８によって検出し、また、車速情報を図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）から取得して、運転者のステアリング５による操舵をアシストする。もちろん、このような機構を利用すれば、制御手法によっては、操舵のアシストのみでなく、高速道路における車線キープ、駐車場における駐車スペースへの誘導など、ステアリング５の操作を自動制御することも可能である。

モータ２は、ギア７を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。モータ２は、コントロールユニット３により電流の供給および駆動が制御される。コントロールユニット３は、モータ２を駆動する駆動電流が通電されるパワー部１００、および、モータ２の駆動を制御する制御部９０から構成される。

パワー部１００は、電源７５から電源ラインに介在するチョークコイル７６、コンデンサ７７、および、二組のインバータ８０、８９を有している。インバータ８０とインバータ８９とは、同様の構成であるので、ここではインバータ８０について説明する。
一方のインバータ８０は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、以下、「ＭＯＳ」という。）８１〜８６を有している。ＭＯＳ８１〜８６は、ゲート電位により、ソース−ドレイン間がＯＮ（導通）またはＯＦＦ（遮断）される。なお、ＭＯＳ８１〜８６が「スイッチング素子」に対応している。

ＭＯＳ８１は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８４のドレインに接続されている。ＭＯＳ８４のソースは、グランドに接続されている。ＭＯＳ８１とＭＯＳ８４との接続点は、モータ２のＵ相コイルに接続されている。
ＭＯＳ８２は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがＭＯＳ８５のドレインに接続されている。ＭＯＳ８５のソースは、グランドに接続されている。ＭＯＳ８２とＭＯＳ８５との接続点は、モータ２のＶ相コイルに接続されている。
ＭＯＳ８３は、ドレインが電源ラインに接続され、ソースがＭＯＳ８６のドレインに接続されている。ＭＯＳ８６のソースは、グランドに接続されている。ＭＯＳ８３とＭＯＳ８６との接続点は、モータ２のＷ相コイルに接続されている。

また、インバータ８０は、電源リレー８７、８８を有している。電源リレー８７、８８は、ＭＯＳ８１〜８６と同様のＭＯＳＦＥＴにより構成される。電源リレー８７、８８は、ＭＯＳ８１〜８３と電源７５との間に設けられ、異常時に電流が流れるのを遮断可能である。なお、電源リレー８７は、断線故障やショート故障等が生じた場合にモータ２側へ電流が流れるのを遮断するために設けられる。また、電源リレー８８は、コンデンサ７８等の電子部品が誤って逆向きに接続された場合に逆向きの電流が流れないように、逆接保護のために設けられる。

シャント抵抗９９は、ＭＯＳ８４〜８６とグランドとの間に電気的に接続される。シャント抵抗９９に印加される電圧または電流を検出することにより、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに通電される電流を検出する。

チョークコイル７６およびコンデンサ７７は、電源７５と電源リレー８７との間に電気的に接続されている。チョークコイル７６およびコンデンサ７７は、フィルタ回路を構成し、電源７５を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。また、駆動装置１から電源７５を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。

コンデンサ７８は、電源ライン側に設けられるＭＯＳ８１〜８３の電源側と、グランド側に設けられるＭＯＳ８４〜８６のグランド側と、の間に電気的に接続されている。コンデンサ７８は、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ８１〜８６への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を抑制したりする。

制御部９０は、プリドライバ９１、カスタムＩＣ９２、回転検出部としての回転角センサ９３、および、マイコン９４を備えている。カスタムＩＣ９２は、機能ブロックとして、レギュレータ部９５、回転角センサ信号増幅部９６、および、検出電圧増幅部９７を含む。
レギュレータ部９５は、電源を安定化する安定化回路である。レギュレータ部９５は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン９４は、このレギュレータ部９５により、安定した所定電圧（例えば５Ｖ）で動作することになる。
回転角センサ信号増幅部９６には、回転角センサ９３からの信号が入力される。回転角センサ９３は、モータ２の回転位置信号を検出し、検出された回転位置信号は、回転角センサ信号増幅部９６に送られる。回転角センサ信号増幅部９６は、回転位置信号を増幅してマイコン９４へ出力する。
検出電圧増幅部９７は、シャント抵抗９９の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン９４へ出力する。

マイコン９４には、モータ２の回転位置信号、および、シャント抵抗９９の両端電圧が入力される。また、マイコン９４には、コラム軸６に取り付けられたトルクセンサ８から操舵トルク信号が入力される。さらにまた、マイコン９４には、ＣＡＮを経由して車速情報が入力される。マイコン９４は、操舵トルク信号および車速情報が入力されると、ステアリング５による操舵を車速に応じてアシストするように、回転位置信号に合わせてプリドライバ９１を介してインバータ８０を制御する。具体的には、マイコン９４は、プリドライバ９１を介してＭＯＳ８１〜８６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることにより、インバータ８０を制御する。つまり、６つのＭＯＳ８１〜８６のゲートがプリドライバ９１の６つの出力端子に接続されているため、プリドライバ９１によりゲート電圧を変化させることにより、ＭＯＳ８１〜８６のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。
また、マイコン９４は、検出電圧増幅部９７から入力されるシャント抵抗９９の両端電圧に基づき、モータ２へ供給する電流を正弦波に近づけるべくインバータ８０を制御する。なお、制御部９０は、インバータ８９についてもインバータ８０と同様に制御する。

次に、駆動装置１の構造について、図２〜図１６に基づいて説明する。図２、図５〜図１０は駆動装置１の全体を示した図であり、図１１〜図１３はモータ２にホルダ３０を組み付けた状態を示す図であり、図１４および図１５はモータ２にホルダ３０、ヒートシンク５０およびパワーモジュール６０を組み付けた状態を示す図である。また、図２は図５のＩＩ−ＩＩ線断面図であり、図４は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図３は図２のＡ部を拡大した拡大図である。また、図１６は、第１の締結部材としてのカラム１９および第２の締結部材としてのスルーボルト５３を説明するための模式的な断面図である。

図２〜図１０に示すように、本実施形態の駆動装置１は、モータ２の軸方向の一方の端部にコントロールユニット３が設けられており、モータ２とコントロールユニット３とが積層構造になっている。
まず、図２および図４に基づいて、モータ２について説明する。モータ２は、モータケース１０、巻線２２が巻回されるステータ２０、ロータ２５、シャフト２７等を備えている。
モータ２の外郭を形成するモータケース１０は、周壁１１およびコントロールユニット側壁部１５を有し、鉄等により有底円筒状に形成される。周壁１１のコントロールユニット側壁部１５の反対側には、鍔部１２が形成され、アルミ等により形成されるフレームエンド１３がねじ１４により固定される。コントロールユニット側壁部１５には、モータ２とコントロールユニット３とを直接接続するためのカラム１９が設けられる。

モータケース１０の内側には、ステータ２０が配置される。ステータ２０は、径方向内側に突出する６０個の突極を有している。突極は、磁性材料の薄板を積層してなる積層鉄心、および、積層鉄心の軸方向外側に嵌合するインシュレータを有している。インシュレータには巻線２２が巻回される。なお、ステータ２０の積層鉄心を構成する薄板の枚数は、モータ２に要求される出力に応じて変更される。すなわち、積層される薄板の枚数を変更し、軸方向の長さのみを変更することで、径方向の大きさを変更することなくモータ２の出力を変更可能である。これにより、径方向のスペースが限られている空間に駆動装置１を搭載することができる。

巻線２２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルからなる三相巻線を構成している。図９および図１０に示すように、巻線２２からは６本の取出線２３が取り出される。取出線２３は、モータケース１０の取出部に挿通されてコントロールユニット３側へ取り出される。コントロールユニット３側に取り出された取出線２３は、制御基板４０、パワーモジュール６０の径方向外側を通ってパワー基板７０に接続される。すなわち、モータ２の軸方向から見たとき、取出線２３は、パワーモジュール６０の径方向外側に配置される。また、取出線２３は、パワーモジュール６０の径方向外側の領域にてパワーモジュール６０を跨いでパワー基板７０側まで延びて形成される。

図２および図４に戻り、ステータ２０の径方向内側には、ロータ２５がステータ２０に対して相対回転可能に設けられる。ロータ２５は、例えば鉄等の磁性体から筒状に形成される。ロータ２５は、ロータコア２５１と、ロータコア２５１の径方向外側に設けられる永久磁石２５３とを有している。永久磁石２５３は、Ｎ極とＳ極とが交互に配列されている。

シャフト２７は、ロータコア２５１の軸中心に形成された軸穴２５２に固定されている。シャフト２７は、モータケース１０に設けられる軸受２７１およびフレームエンド１３に設けられる軸受２７２によって回転可能に支持される。これにより、シャフト２７は、ステータ２０に対し、ロータ２５とともに回転可能となっている。シャフト２７のコントロールユニット３側は、モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５の軸中心に形成されるシャフト孔１６（図３参照）に挿通される。これにより、シャフト２７のコントロールユニット３側の端部は、モータケース１０からコントロールユニット３側に露出している。なお、シャフト孔１６は、シャフト２７の外径よりも大きく形成されており、モータケース１０はシャフト２７の回転を規制しない。

図２〜図４に示すように、シャフト２７のコントロールユニット３側の端部には、シャフト２７と一体となって回転する被検出部としてのマグネット２８が設けられる。マグネット２８は、シャフト２７と同軸となるように、シャフト２７のコントロールユニット３側の端部に設けられるマグネットホルダ２８１に固定され、コントロールユニット３側に露出している。また、本実施形態では、シャフト２７は、制御基板４０を貫通しておらず、マグネット２８は、制御基板４０のモータ２側の端面の近傍に配置される。

図２および図４に示すように、また、シャフト２７は、コントロールユニット３の反対側の端部に出力端２９を有している。シャフト２７のコントロールユニット３の反対側には、内部にギア７を有する図示しないギアボックスを有している。ギア７は、出力端２９と連結され、シャフト２７の回転による駆動力により回転駆動される。

次に、図２〜図１０に基づき、コントロールユニット３について説明する。コントロールユニット３は、制御基板４０、保持部材としてのヒートシンク５０、半導体モジュールとしてのパワーモジュール６０、パワー基板７０、および、カバー部材１１０等を有する。
コントロールユニット３は、外部の電子部品との接続に係るコネクタ４５、７９等の部品以外のほとんどの構成がモータケース１０を軸方向に投影した領域であるモータケース領域に収まるように設けられている。図９および図１０に示すように、コントロールユニット３は、軸方向において、モータ２側から、制御基板４０、ヒートシンク５０およびパワーモジュール６０、パワー基板７０がこの順で配列されている。すなわち、軸方向において、モータケース１０、制御基板４０、ヒートシンク５０およびパワーモジュール６０、パワー基板７０が、この順で配列されている。

制御基板４０は、例えばガラスエポキシ基板により形成される４層基板であって、モータケース領域内に収まる板状に形成される。制御基板４０には、ヒートシンク５０をモータケース１０に組み付けるための逃がしとして、後述するヒートシンク５０の脚部５１と対応する位置に切欠４２が３箇所に形成されている。また、制御基板４０は、モータ２側からねじ４７によってヒートシンク５０に螺着される。

制御基板４０には、制御部９０を構成する各種電子部品が実装されている。制御基板４０のモータ２側と反対側の端面には、プリドライバ９１、カスタムＩＣ９２、マイコン９４（図１参照）が実装されている。また、制御基板４０のモータ２側の端面には、回転角センサ９３が実装されている。回転角センサ９３は、マグネット２８と対向する位置に設けられる。また、マグネット２８および回転角センサ９３は、シャフト２７の回転中心線上に同軸に設けられる。回転角センサ９３は、シャフト２７と一体となって回転するマグネット２８の回転による磁界の変化を検出することにより、シャフト２７の回転角を検出する。

制御基板４０には、外縁に沿って、パワーモジュール６０の制御端子６４と接続するための孔が形成されている。また、制御基板４０には、制御コネクタ４５が接続されている。制御コネクタ４５は、モータ２の径方向外側から配線を接続可能に設けられ、トルクセンサやＣＡＮなどの信号が入力される。

ヒートシンク５０は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい材料で形成される。また、ヒートシンク５０の外周には、モータ２側にてモータケース１０のコントロールユニット側壁部１５と接する脚部５１が形成される。本実施形態では、脚部５１は、カラム１９と対応する３箇所に形成される。脚部５１は、略円筒形状であって、モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５に略垂直に形成される。脚部５１には、軸方向に貫通する挿入部としてのスルーホール５２が形成される。

ヒートシンク５０には、モータケース１０から取り出された取出線２３と対向する幅広面を有する受熱部５５が形成される。受熱部５５は、モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５から立ち上がる方向であって、コントロールユニット側壁部１５と略垂直に形成される。互いに平行に形成される２つの受熱部５５に沿って、パワーモジュール６０がそれぞれ配置される。

パワーモジュール６０は、モータ２の径方向においてヒートシンク５０の外側に縦配置される。パワーモジュール６０とヒートシンク５０との間には、図示しない放熱シートが設けられる。パワーモジュール６０は、放熱シートとともに、ねじ６９によりヒートシンク５０に螺着され、ヒートシンク５０に保持される。これにより、パワーモジュール６０は、放熱シートを挟んでヒートシンク５０に保持されるとともに、通電により発生する熱が放熱シートを介してヒートシンク５０に放熱される。

なお、図示はしていないが、パワーモジュール６０のヒートシンク５０側の面には、配線パターンの一部が金属放熱部としてパワーモジュール６０のモールド部６１から一部露出しており、この金属放熱部が放熱シートを介してヒートシンク５０の受熱部５５に接触することにより、効率よく放熱することができる。放熱シートは、パワーモジュール６０からの熱をヒートシンク５０に伝えるとともに、パワーモジュール６０とヒートシンク５０との絶縁を確保している。すなわち、放熱シートは、放熱部材であるとともに、絶縁部材である、といえる。

パワーモジュール６０は、巻線への通電を切り替えるスイッチング素子であるＭＯＳ８１〜８６（図１参照）を有する。パワーモジュール６０は、銅で形成された配線パターンに、スイッチング素子または電源リレーであるＭＯＳ８１〜８８およびシャント抵抗９９が載置され、ワイヤ等で電気的に接続され、モールド部６１によりモールドされている。

ここでパワーモジュール６０と図１に示す回路構成との関係を言及すると、一方のパワーモジュール６０がインバータ８０に対応し、図１に示すＭＯＳ８１〜８６、電源リレー８７、８８、およびシャント抵抗９９を有している。すなわち本実施形態では、ＭＯＳ８１〜８６、電源リレー８７、８８、およびシャント抵抗９９が１つのモジュールとして一体に樹脂モールドされている。また、他方のパワーモジュール６０がインバータ８９に対応し、インバータ８９を構成するＭＯＳ、電源リレー、およびシャント抵抗を有している。すなわち本実施形態では、１つのパワーモジュール６０が１系統のインバータ回路に対応している。また、１つの受熱部５５に対して、１つの駆動系統を構成する１つのパワーモジュール６０が配置されている、といえる。

パワーモジュール６０は、モールド部６１から突出する制御端子６４およびパワー端子６５を有する。
制御端子６４は、モールド部６１の幅広面の長手方向に垂直な面に形成される。また、パワー端子６５は、制御端子６４が設けられる面と平行な面に形成される。本実施形態では、パワーモジュール６０は、制御端子６４が制御基板４０側、パワー端子６５がパワー基板７０側となるように、ヒートシンク５０の受熱部５５に沿って縦配置される。すなわち、制御端子６４が制御基板４０側に突設され、パワー端子６５がパワー基板７０側に突設される。

制御端子６４は、制御基板４０の孔に挿通され、はんだ等により制御基板４０と電気的に接続される。この制御端子６４を介して、制御基板４０からの制御信号がパワーモジュール６０へ出力される。また、パワー端子６５は、パワー基板７０に形成される後述する孔７３に挿通され、はんだ等によりパワー基板７０と電気的に接続される。このパワー端子６５を経由して巻線２２に通電される巻線電流がパワーモジュール６０に通電される。本実施形態では、制御基板４０側には、モータ２の駆動制御に係る程度の小さい電流（例えば、２００ｍＡ）しか通電されない。一方、パワー基板７０側には、モータ２を駆動するための大電流（例えば、８０Ａ）が通電される。そのため、パワー端子６５は、制御端子６４よりも太く形成されている。

パワー基板７０は、例えばガラスエポキシ基板で形成されるパターン銅箔が厚い４層基板であって、モータケース領域内に収まる板状に形成され、モータ２の反対側からねじ７２によってヒートシンク５０に螺着されている。パワー基板７０には、巻線２２に通電される巻線電流が通電されるパワー配線が形成される。

パワー基板７０には、パワーモジュール６０のパワー端子６５を挿通する孔７３が形成される。また、パワー基板７０の孔７３の外側には、取出線２３が挿通される孔７４が形成される。取出線２３は、孔７４に挿通され、はんだ等により、パワー基板７０と電気的に接続される。これにより、取出線２３は、パワー基板７０を介してパワーモジュール６０と接続される。

パワー基板７０のモータ２側の面には、チョークコイル７６、および、コンデンサ７７、７８が実装されている。
チョークコイル７６、および、コンデンサ７７、７８は、ヒートシンク５０の内側に形成される空間に配置される。また、軸方向において、チョークコイル７６、コンデンサ７７、７８、パワーコネクタ７９は、パワー基板７０と制御基板４０との間に設けられる。

チョークコイル７６は、軸方向の長さが径方向の長さよりも短い円筒状に形成される。チョークコイル７６は、モータ２の軸方向から見たとき、シャフト２７と重ならない位置に配置される。また、チョークコイル７６は、その軸線が、シャフト２７の中心線と略垂直となるように縦配置される。
コンデンサ７７、７８は、いずれもアルミ電解コンデンサである。なお、４つのコンデンサ７８は、コンデンサ７７よりも電気的な容量が大きいものが用いられる。なお、コンデンサ７７、７８は、アルミ電解コンデンサに限らず、容量等に応じて適宜選択可能である。

また、パワー基板７０には、パワーコネクタ７９が接続されている。パワーコネクタ７９は、制御基板４０と接続される制御コネクタ４５と同じ側に隣り合って設けられている。パワーコネクタ７９は、モータ２の径方向外側から配線を接続可能に設けられ、電源７５と接続される。これにより、パワー基板７０には、パワーコネクタ７９を経由して電源７５から電力が供給される。また、電源７５からの電力は、パワーコネクタ７９、パワー基板７０、パワーモジュール６０、および取出線２３を経由して、ステータ２０に巻回された巻線２２へ供給される。

カバー部材１１０は、鉄等の金属材料によって形成され、コントロールユニット３から外部へ電界および磁界が漏れるのを防ぐとともに、コントロールユニット３の内部へ埃等が入り込むのを防止する。カバー部材１１０は、モータケース１０と略同等の径であって、モータ２側に開口する有底円筒状に形成される。側壁１１１には、制御コネクタ４５およびパワーコネクタ７９と対応する位置に切欠１１２が形成される。切欠１１２は、制御コネクタ４５およびパワーコネクタ７９の形状に合わせて形成されている。本実施形態では、制御コネクタ４５がパワーコネクタ７９よりも軸方向においてモータ２側に設けられているので、これに合わせて、切欠１１２は段差をもって形成されている。この切欠１１２から制御コネクタ４５およびパワーコネクタ７９が径方向外側に露出し、電源７５等の駆動装置１の外部の電子部品と接続される。

モータ２とコントロールユニット３との間には、ホルダ３０が設けられる。ホルダ３０は、モータケース１０と略同等の径の略円板状に形成される。本実施形態では、ホルダ３０は、樹脂で形成される。ホルダ３０の外周には、コントロールユニット３側に立ち上がる壁部３１が全周に亘って形成される。図１１、図１３、および、図１４等に示すように、壁部３１は、外周に沿って形成される第１壁３１１、および、軸方向において第１壁３１１のコントロールユニット３側であって径方向において第１壁３１１の径方向内側に形成される第２壁３１２から構成される。第２壁３１２は、カバー部材１１０の側壁１１１の径方向内側に挿入され、第１壁３１１と第２壁３１２との間の段差面と、カバー部材１１０の側壁１１１のモータ２側の端部１１３とが当接し、ホルダ３０とカバー部材１１０とが嵌り合うようになっている。これにより、径方向外側から駆動装置１内部への異物の侵入が低減される。
本実施形態では、パワーコネクタ７９は、軸方向において制御コネクタ４５よりもモータ２の反対側にずれて設けられている。そのため、ホルダ３０の壁部３１には、コントロールユニット３側へ突出する突出部３２が、制御コネクタ４５とパワーコネクタ７９とのモータ２側の段差に対応する形状に形成されている。

図１２に示すように、壁部３１の径方向内側であって、コントロールユニット３のパワーモジュール６０よりも径方向外側には、３つずつの孔部３３が形成される。孔部３３は、取出線２３に対応する形状であってその外周よりもやや大きく形成され、それぞれに取出線２３が１本ずつ挿通される。また、孔部３３が形成される箇所には、モータ２側に突出し、モータケース１０の取出部に嵌合する図示しない嵌合部が形成される。嵌合部は、軸方向に所定の厚みをもって形成されるので、取出線２３は、孔部３３に挿通されることによって位置決めされるとともに、所定の方向に向かうように保持される。また、本実施形態のホルダ３０は樹脂で形成されているので、取出線２３間の絶縁、また取出線２３とモータケース１０との絶縁が確保される。

また、ホルダ３０には、カラム１９およびヒートシンク５０の脚部５１に対応する箇所に切欠部３６が形成される。これにより、ホルダ３０は、カラム１９とスルーボルト５３との締結を阻害しない。また、ホルダ３０の中心には、シャフト２７のコントロールユニット３側の端部を挿通するための挿通孔３９が形成される。

図２、図１２〜図１６等に示すように、モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５には、カラム１９が設けられる。カラム１９は、コントロールユニット３の反対側からコントロールユニット側壁部１５に形成されるカラム取付孔１８に埋め込まれて固定される。これにより、カラム１９は、モータケース１０の周壁１１の外径より径方向内側に設けられる。なお、図１４中においては、パワーモジュール６０の端子等の構成は省略している。

図１６に示すように、カラム１９は、アルミ等で形成され、円筒状であって径方向内側に雌ねじが形成される雌ねじ部１９１と、閉塞部１９２とから構成される。雌ねじ部１９１は、カラム取付孔１８に挿入され、ホルダ３０の切欠部３６からコントロールユニット３側に突出して設けられ、ヒートシンク５０の脚部５１に形成されるスルーホール５２に挿入される。また、スルーホール５２のモータケース１０の反対側からは、先端に雄ねじが形成されるスルーボルト５３が挿入され、スルーホール５２の内部にてカラム１９と締結される。これにより、モータ２のモータケース１０のコントロールユニット側壁部１５と、コントロールユニット３のヒートシンク５０とが、モータケース１０の周壁１１の外径より径方向内側にて、直接的に接続される。

また、閉塞部１９２は、カラム取付孔１８の径より大きく形成されてモータケース１０の内部に配置され、コントロールユニット３とは反対側の端部を閉塞する。これにより、スルーボルト５３とカラム１９とを締結したときに切粉等の異物が生じたとしても、モータケース１０内部に異物が侵入しない。

また、図１２および図１５等に示すように、コントロールユニット側壁部１５のコントロールユニット３側の面１５１には、位置決め部１５２が形成される。位置決め部１５２は、カラム取付孔１８の径方向内側に３箇所に形成される。位置決め部１５２は、コントロールユニット３側に突出する突起として形成される。
カラム１９と位置決め部１５２との間には、ヒートシンク５０の脚部５１が嵌り合う。脚部５１の位置決め部１５２側の側面５１１は、切削等により位置決め部１５２のカラム１９側の面１５３と当接するように形成される。脚部５１の位置決め部１５２側の側面５１１と、位置決め部１５２のカラム１９側の面１５３とが当接することにより、モータ２のモータケース１０とコントロールユニット３のヒートシンク５０との径方向位置が位置決めされる。これにより、モータ２とコントロールユニット３とが同軸に配置される。

ここで、駆動装置１の作動を説明する。
制御基板４０上のマイコン９４は、回転角センサ９３、トルクセンサ８、シャント抵抗９９等からの信号に基づき、車速に応じてステアリング５の操舵をアシストするように、プリドライバ９１を介してＰＷＭ制御により作出されたパルス信号を生成する。

このパルス信号は、制御端子６４を経由して、パワーモジュール６０により構成される２系統のインバータ８０、８９に出力され、ＭＯＳ８１〜８６のオン／オフの切り替え動作を制御する。これにより、巻線２２の各相には、位相のずれた正弦波電流が通電され、回転磁界が生じる。この回転磁界を受けてロータ２５およびシャフト２７が一体となって回転する。そして、シャフト２７の回転により、出力端２９からコラム軸６のギア７に駆動力が出力され、運転者のステアリング５による操舵をアシストする。
すなわち、巻線２２に通電される巻線電流により、モータ２を駆動している。この意味で、巻線２２に通電される巻線電流は、モータ２を駆動する駆動電流である、といえる。

パワーモジュール６０のＭＯＳ８１〜８８をスイッチングする際に発生する熱は、放熱シートを介してヒートシンク５０へ放熱され、パワーモジュール６０の温度上昇による故障や誤動作が防止される。なお、ステータ２０、ロータ等のサイズは、要求される出力に応じて設定可能である。

以上詳述したように、駆動装置１は、モータ２と、コントロールユニット３と、カラム１９と、スルーボルト５３と、を備える。モータ２は、モータケース１０、ステータ２０、ロータ２５、およびシャフト２７を有する。筒状のモータケース１０は、モータ２の外郭を形成する。ステータ２０は、モータケース１０の径方向内側に配置され、複数相を構成するよう巻線２２が巻回される。ロータは、ステータ２０の径方向内側に配置され、ステータ２０に対して相対回転可能に設けられる。シャフト２７は、ロータとともに回転する。コントロールユニット３は、パワーモジュール６０およびヒートシンク５０を有し、モータ２の軸方向の一側に配置される。パワーモジュール６０は、巻線２２への通電を切り替えるスイッチング素子８１〜８６を有する。ヒートシンク５０は、パワーモジュール６０を保持する。カラム１９は、モータケース１０の周壁１１の外径より径方向内側であって、モータケース１０のコントロールユニット３側に形成されるコントロールユニット側壁部１５に設けられる。スルーボルト５３は、カラム１９と締結されることにより、モータ２とコントロールユニット３とを接続する。
本実施形態では、コントロールユニット３がモータ２の軸方向の一側に配置され、モータ２とコントロールユニットとがモータケース１０の外径より径方向内側に設けられるカラム１９とスルーボルト５３との締結により接続されるので、径方向における装置全体の体格を小型化することができる。

コントロールユニット側壁部１５のコントロールユニット３側の面１５１には、モータ２とコントロールユニット３との径方向位置を位置決めするための位置決め部１５２が形成される。これにより、モータ２とコントロールユニット３との径方向位置が位置決めされ、軸ずれを抑制することができる。

位置決め部１５２は、ヒートシンク５０の脚部５１と嵌り合う形状に形成される。これにより、モータ２とコントロールユニット３との径方向位置を適切に位置決めすることができる。

モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５には、シャフト２７をコントロールユニット３側に露出するためのシャフト孔１６が形成される。また、シャフト２７のコントロールユニット３側の端部には、シャフト２７と一体となって回転するマグネット２８が設けられる。制御基板４０は、マグネット２８と対向する位置に設けられ、シャフト２７の回転角を検出する回転角センサ９３を有する。回転角センサ９３は、シャフト２７と一体となって回転するマグネット２８による磁界の変化を検出することにより、シャフト２７の回転角を検出することができる。

また、マグネット２８および回転角センサ９３は、同軸に設けられる。これにより、回転角センサ９３によりシャフト２７の回転角を精度よく検出することができる。特に、本実施形態では、位置決め部１５２とヒートシンク５０の脚部５１とが嵌り合うことにより、モータ２とコントロールユニット３との径方向位置が位置決めされて軸ずれが抑制されており、マグネット２８と回転角センサ９３との位置ずれが抑制されるので、より精度よく回転角センサ９３によりシャフト２７の回転角を検出することができる。

ヒートシンク５０は、モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５と接する脚部５１を有する。脚部５１には、モータ２の軸方向に貫通し、モータ２側からカラム１９が挿入され、モータ２の反対側からスルーボルト５３が挿入されるスルーホール５２が形成される。これにより、カラム１９とスルーボルト５３とにより、コントロールユニット３のヒートシンク５０とモータケース１０とが直接的に接続される。また、スルーホール５２の内部にてカラム１９とスルーボルト５３とが締結されるので、装置全体の体格をより小型化することができる。

スルーボルト５３は、先端に雄ねじ部を有する。カラム１９は、モータケース１０のコントロールユニット側壁部１５に形成されるカラム取付孔１８に設けられ、雄ねじ部と締結される雌ねじが径方向内側に形成される雌ねじ部１９１を有する。これにより、モータ２とコントロールユニット３とを容易に接続することができる。
また、カラム１９は、軸方向においてコントロールユニット３と反対側の端部を閉塞する閉塞部１９２を有する。これにより、カラム１９とスルーボルト５３とを締結することにより生じる切粉等の異物がモータケース１０内部に侵入するのを抑制することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による駆動装置を図１７〜図２４に基づいて説明する。図１７、図１９〜図２３は駆動装置１の全体を示した図である。また、図１８は図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線断面図であり、図２４は図１８のＸＸＩＶ−ＸＸＩＶ線断面に対応する断面図である。
本実施形態による駆動装置２００は、上記実施形態とは主にコントロールユニット３のカバー部材２１０が異なる。
本実施形態のカバー部材２１０は、エンドカバー２１１、コネクタホルダ２２０、ホルダ２３０を有する。カバー部材２１０は、径方向内側に、制御基板４０、ヒートシンク５０およびパワーモジュール６０、および、パワー基板７０等を収容する。

エンドカバー２１１は、軸方向においてモータ２と反対側の軸方向の端部に設けられ、軸方向においてモータ２の反対側の外郭を形成する。エンドカバー２１１は、モータケース１０と略同等の径であって、鉄等の金属材料によって有底円筒状に形成される。また、エンドカバー２１１には、ヒートシンク５０の脚部５１に形成されるスルーホール５２と対応する位置にねじ穴２１３が形成される。本実施形態では、スルーボルト５３は、エンドカバー２１１のモータ２の反対側からねじ穴２１３およびスルーホール５２に挿入され、スルーホール５２の内部にてカラム１９と締結される。すなわち、スルーボルト５３は、エンドカバー２１１を挟んでカラム１９と締結される。
なお、本実施形態のスルーホール５２は、エンドカバー２１１側にて略円形に形成されており、モータ２側にて径方向外側に開口する断面視略Ｃ字状に形成される（図１８、図２４等参照）。換言すると、ヒートシンク５０の脚部５１は、モータ２側にて径方向外側が切り欠かれている。
また、エンドカバー２１１の外周には、モータ２側に突出する係合部２１５が形成される。本実施形態では、係合部２１５は４箇所に形成される。係合部２１５には、係合穴２１６が形成される。

コネクタホルダ２２０は、樹脂等により略筒状に形成され、外部の電子部品との接続に係るコネクタとしての機能を有するとともに、コントロールユニット３の外郭を形成する。コネクタホルダ２２０は、筒部２２１、制御コネクタ４５、および、パワーコネクタ７９が一体に形成される。本実施形態では、制御コネクタ４５とパワーコネクタ７９とは、モータ２の回転中心を挟んで反対側に設けられる。制御コネクタ４５は、モータ２側から配線を接続可能に構成され、トルクセンサ８からの信号を伝送するためのトルク信号線と接続される。また、パワーコネクタ７９は、径方向外側から配線を接続可能に構成され、電源７５からの電源線と接続するための電源コネクタ部７９１、および、ＣＡＮからの信号線と接続するためのＣＡＮコネクタ部７９２が設けられる。なお、制御コネクタ４５おおびパワーコネクタ７９の位置や接続方向は、配線構成等に応じてコネクタホルダ２２０のみを変更することにより、他の部品を変更することなく適宜変更可能である。

また、本実施形態では、コネクタホルダ２２０には、取出線２３が挿通される６つの孔部２２３が形成される。孔部２２３は、取出線２３に対応する形状であってその外周よりやや大きく形成され、それぞれに取出線２３が挿通される。取出線２３は、孔部２２３に挿通されることによって位置決めされるとともに、所定の方向に向かうように保持される。また、本実施形態のコネクタホルダ２２０は樹脂で形成されているので、取出線２３間の絶縁、また取出線２３とモータケース１０との絶縁が確保される。

コネクタホルダ２２０の径方向における外壁には、エンドカバー２１１の係合部２１５と対応する位置に突部２２６が形成される。突部２２６は係合部２１５の係合穴２１６に挿入されることにより、エンドカバー２１１とコネクタホルダ２２０とがスナップフィット固定される。また、コネクタホルダ２２０の径方向における外壁には、後述するホルダ２３０の係合部２３１と対応する位置に突部２２７が形成される。突部２２７は係合部２３１の係合溝２３２に挿入されることにより、コネクタホルダ２２０とホルダ２３０とがスナップフィット固定される。これにより、エンドカバー２１１、コネクタホルダ２２０、および、ホルダ２３０を容易に組み付けられて、コントロールユニット３の外郭を形成する。

本実施形態のホルダ２３０は、上記実施形態のホルダ３０に対応する部材である。上記実施形態では、ホルダ３０はモータ２側に設けられているが、本実施形態ではホルダ２３０がコントロールユニット３側に設けられ、コントロールユニット３の外郭をなすカバー部材２１０を構成する。また、ホルダ２３０の外周には、モータ２の反対側に突出する係合部２３１が形成される。本実施形態では、係合部２３１は４箇所に形成される。係合部２３１には、コネクタホルダ２２０の突部２２７とスナップフィット固定するための係合溝２３２が形成される。

本実施形態による駆動装置２００では、コントロールユニット３は、軸方向においてモータ２の反対側の外郭を形成するエンドカバー２１１を有する。また、スルーボルト５３は、エンドカバー２１１を挟んでカラム１９と締結される。これにより、反モータ２側からカラム１９とスルーボルト５３との締結を外すことにより、モータ２とコントロールユニット３とを容易に分離することができる。モータ２とコントロールユニット３とを容易に分離することができれば、例えばモータ２およびコントロールユニット３の一方に異常が生じた場合、モータ２とコントロールユニット３とを分離し、異常が生じたモータ２またはコントロールユニット３のみを交換することができるので、修理工数を低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。

（他の実施形態）
上記実施形態では、第１の締結部材は、雌ねじが形成されるカラムであり、第２の締結部材は、雄ねじが形成されたスルーボルトであった。他の実施形態では、第１の締結部材を雄ねじとし、第２の締結部材を雌ねじとしてもよい。
上記実施形態では、位置決め部は、突起状に形成されていたが、ヒートシンクとインローを形成すれば、どのような形状であってもよく、例えば溝状に形成してもよい。また、位置決め部により位置決めされるコントロールユニット側の部材は、ヒートシンクに限らず、他の部材であってもよい。
上記実施形態では、ホルダは樹脂により形成されていたが、金属等の他の材料で形成してもよい。

上記実施形態では、制御基板およびパワー基板の２枚の基板を有していたが、基板は１枚であってもよい。また、上記実施形態では、巻線とパワーモジュールとがパワー基板を介して接続していたが、他の実施形態では、巻線とパワーモジュールとを直接接続してもよい。
上記実施形態では、パワーモジュールは複数のスイッチング素子を有し、１系統が１つのモジュールとして形成されていたが、スイッチング素子ごとに別々の半導体モジュールとしてもよい。また、上記実施形態では、パワーモジュールがヒートシンクの受熱部に沿って縦配置されていたが、モータの回転軸と垂直に配置する等、どのような角度で配置してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１・・・駆動装置
２・・・モータ
３・・・コントロールユニット
１０・・・モータケース
１１・・・周壁
１５・・・コントロールユニット側壁部
１８・・・カラム取付孔
１９・・・カラム（第１の締結部材）
１９１・・・雌ねじ部
１９２・・・閉塞部
２０・・・ステータ
２２・・・巻線
２３・・・取出線
２５・・・ロータ
２７・・・シャフト
２８・・・マグネット（被検出部）
３０・・・ホルダ
４０・・・制御基板（基板）
５０・・・ヒートシンク（保持部材）
５１・・・脚部
５２・・・スルーホール（挿入部）
５３・・・スルーボルト（第２の締結部材）
６０・・・パワーモジュール（半導体モジュール）
７０・・・パワー基板
８１〜８６・・・ＭＯＳ（スイッチング素子）
９３・・・回転角センサ
１１０・・・カバー部材
２００・・・駆動装置
２１１・・・エンドカバー

Claims (8)

1. 外郭を形成する筒状のモータケース、前記モータケースの径方向内側に配置され複数相を構成するよう巻線が巻回されるステータ、前記ステータの径方向内側に配置され前記ステータに対して相対回転可能に設けられるロータ、および前記ロータとともに回転するシャフトを有するモータと、
   前記巻線への通電を切り替えるスイッチング素子を有する半導体モジュール、前記半導体モジュールを保持する保持部材、および、前記半導体モジュールと電気的に接続する基板を有し、前記モータの軸方向の一側に配置されるコントロールユニットと、
   前記モータケースの周壁の外径より径方向内側であって、前記モータケースの前記コントロールユニット側に形成されるコントロールユニット側壁部に設けられる第１の締結部材と、
   前記第１の締結部材と締結されることにより、前記モータと前記コントロールユニットとを接続する第２の締結部材と、
   を備え、
   前記保持部材は、前記モータケースの前記コントロールユニット側壁部と接する脚部を有し、
   前記脚部には、前記モータの軸方向に貫通し、前記モータ側から前記第１の締結部材が挿入され、前記モータの反対側から前記第２の締結部材が挿入される挿入部が形成されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記コントロールユニット側壁部の前記コントロールユニット側の面には、前記モータと前記コントロールユニットとの径方向位置を位置決めする位置決め部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記位置決め部は、前記保持部材と嵌り合う形状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記モータケースの前記コントロールユニット側壁部には、前記シャフトの前記コントロールユニット側の端部を前記コントロールユニット側に露出するシャフト孔が形成され、
   前記シャフトの前記コントロールユニット側の端部には、前記シャフトと一体となって回転する被検出部材が設けられ、
   前記基板は、前記被検出部材と対向する位置に設けられ、前記シャフトの回転角を検出する回転角センサを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 前記被検出部材および前記回転角センサは、前記シャフトの回転中心線上に同軸に設けられることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記第２の締結部材は、雄ねじ部を有し、
   前記第１の締結部材は、前記モータケースの前記コントロールユニット側壁部に形成されるカラム取付孔に設けられ、前記雄ねじ部と締結される雌ねじ部を有するカラムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の駆動装置。
7. 前記第１の締結部材は、軸方向において前記コントロールユニットと反対側の端部を閉塞する閉塞部を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の駆動装置。
8. 前記コントロールユニットは、軸方向において前記モータの反対側の外郭を形成するエンドカバーを有し、
   前記第２の締結部材は、前記エンドカバーを挟んで前記第１の締結部材と締結されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動装置。

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