JP7603840B2 - 回転電機装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本願は、回転電機装置および電動パワーステアリング装置に関するものである。

回転電機と制御ユニットが一体化された回転電機装置を備えた電動パワーステアリング装置が製造されている。このような回転電機装置に関し、制御ユニットの構成について提案がされている。回転電機を駆動するために大電流を供給する電流供給回路は発熱するので、電流供給回路を冷却するためにヒートシンクを設けた制御ユニットの構造が開示されている（例えば特許文献１）。

特開２０１９－４１５０７号公報

特許文献１に開示された技術では、回転電機駆動用の電流供給回路（パワー回路）と、電流供給回路の動作を制御する制御回路の双方が実装された制御基板が、回転電機の軸方向に沿って配置されている。回転電機の中心軸の一方側にヒートシンクが設けられ、制御基板がヒートシンクに取り付けられて放熱する構造となっている。回転電機駆動用の電流供給回路と、電流供給回路を制御する制御回路が同一の基板に実装されているので、製品サイズ、特に回転電機径方向の小型化が可能となっている。

しかし、回転電機駆動用の電流供給回路と、電流供給回路を制御する制御回路が同一の基板に実装されるため、電流供給回路のスイッチングにより発生するノイズが問題となる。電流供給回路の発生するノイズが、制御回路を構成するマイコン等の動作に影響を及ぼし、製品性能が低下する。また、ノイズの影響を考慮し、同一基板内で電流供給回路と制御回路に一定の距離を確保する場合、基板サイズが大きくなり、回転電機装置の大型化につながる。

そこで、本願に係る回転電機装置は、放熱性を確保し、製品サイズの大型化を抑制しつつ、電流供給回路から発生するノイズの影響を抑制可能な回転電機を得ることを目的とする。また、放熱性を確保し、製品サイズの大型化を抑制しつつ、電流供給回路から発生するノイズの影響を抑制可能な回転電機を用いた、小型軽量な電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。

本願に係る回転電機装置は、
回転電機と、
回転電機の軸方向の一方側に配置され、軸方向の一方側に延びる板状部を有するヒートシンクと、
ヒートシンクの板状部の一方の面に配置され、回転電機に電流を供給する電流供給回路が実装された電流供給基板と、
電流供給基板と間隔を空けて平行に配置され、電流供給回路を制御する制御回路が実装された制御基板と、
回転電機の軸方向の一方側の軸端に対向し回転電機の回転状態を検出する回転センサが実装されたセンサ基板と、を備え、
センサ基板は、電流供給基板および制御基板と接続する信号端子を有し、電流供給基板と制御基板との間を電気的に接続することを特徴としたものである。

また、本願に係る電動パワーステアリング装置は、前記の回転電機装置を備えたものである。

本願に係る回転電機装置及び電動パワーステアリング装置によれば、放熱性を確保し、製品サイズの大型化を抑制しつつ、電流供給回路から発生するノイズの影響を抑制可能な回転電機を得ることができる。

また、放熱性を確保し、製品サイズの大型化を抑制しつつ、電流供給回路から発生するノイズの影響を抑制可能な回転電機を用いた、小型軽量な電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。

実施の形態１に係る回転電機装置の回路図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の軸方向断面図である。 実施の形態１に係る回転電機装置の制御ユニットの周方向断面図である。 実施の形態２に係る回転電機装置の回路図である。 実施の形態２に係る回転電機装置の軸方向断面図である。 実施の形態２に係る回転電機装置の制御ユニットの周方向断面図である。 実施の形態３に係る回転電機装置の制御ユニットの周方向断面図である。 実施の形態４に係る回転電機装置の軸方向断面図である。 実施の形態４に係る回転電機装置の制御ユニットの周方向断面図である。 実施の形態５に係る回転電機装置の軸方向断面図である。 実施の形態５に係る回転電機装置の制御ユニットの周方向断面図である。 実施の形態６に係る回転電機装置の軸方向断面図である。 実施の形態６に係る回転電機装置の制御ユニットの周方向断面図である。 実施の形態７に係る電動パワーステアリング装置の構成図である。

１．実施の形態１
以下、本願の実施の形態１に係る回転電機装置１００について、図面を参照して説明する。図１は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の回路図である。図１の回路図は、回転電機装置１００を電動パワーステアリング装置に適用した例である。

＜制御ユニット＞
図１では、回転電機２は、３相回転電機として説明するが、３相以上の多相巻線回転電機であってもよい。制御ユニット１は、ＣＰＵ１０ａを搭載した制御回路４ａと、回転電機２へ電流を供給する電流供給回路３ａと、電源リレー５ａ、フィルタ６ａを備えている。回転電機装置１００から、回転電機２を除いた部分が、制御ユニットである。制御ユニット１には、車両に搭載されたバッテリ９ａから電源入力、グランド入力が接続される。

フィルタ６ａは、電源系（＋Ｂ、グランド）のノイズ抑制のための、コイルとコンデンサとからなる。さらに、＋Ｂ電源ラインを開閉する電源リレー５ａが＋Ｂ電源ラインに挿入されている。電源リレー５ａは、２つのスイッチング素子と、電流供給方向に対して順方向と逆方向の２つの寄生ダイオードと、を備える。電源リレー５ａは、電流供給回路３ａまたは回転電機２に故障が発生した場合などに、電力供給を強制的に遮断することができる。さらに、電源リレー５ａは、バッテリ９ａを逆接続した場合に、電流が流れるラインを遮断することができ、いわゆるバッテリ逆接続保護の役目も担っている。

＜制御回路＞
制御回路４ａには、イグニッションスイッチ７の投入情報が入力される。さらに、ハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサ、車両の走行速度を検出する速度センサ等の情報がセンサ類８から入力される。

制御回路４ａは、バッテリ９ａからフィルタ６ａを介して電力を供給され、電源回路１３ａによって電源出力を生成し、制御回路４ａ内に供給している。センサ類８からの情報は、制御回路４ａの入力回路１２ａを介してＣＰＵ１０ａに伝達される。ＣＰＵ１０ａはそれらの情報から回転電機２を回転させるための電流値を演算し、出力する。ＣＰＵ１０ａの出力信号は出力回路を構成する駆動回路１１ａを介し電流供給回路３ａへ伝達される。駆動回路１１ａはＣＰＵ１０ａの指令信号を受け、電流供給回路３ａの各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する。

制御回路４ａの部品は制御基板に実装されている。駆動回路１１ａは小電流しか流れていないため、制御回路４ａに配置されているが、電流供給回路３ａに配置することもできる。

＜電流供給回路＞
電流供給回路３ａは、回転電機２の３相の巻線２４のＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相のための上下アーム用スイッチング素子３１Ｕａ、３１Ｖａ、３１Ｗａ、３２Ｕａ、３２Ｖａ、３２Ｗａを備える。そして、電流供給回路３ａは、回転電機２の巻線２４との配線を接続・遮断する回転電機リレー用スイッチング素子３４Ｕａ、３４Ｖａ、３４Ｗａを備える。そして、電流供給回路３ａは、電流検出用のシャント抵抗３３Ｕａ、３３Ｖａ、３３Ｗａと、コンデンサ３０Ｕａ、３０Ｖａ、３０Ｗａを備える。

ＣＰＵ１０ａの指令に基づき上下アーム用スイッチング素子３１Ｕａ、３２ＵａはＰＷＭ駆動される。このため、ノイズ抑制の目的で、コンデンサ３０Ｕａが上下アーム用スイッチング素子３１Ｕａ、３２Ｕａと並列に接続されている。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。電流供給回路３ａは、各相の巻線２４に対して同一の回路構成を有しており、各相巻線２４に独立に電流供給が行えるようになっている。

また、図１では記載を省略しているが、シャント抵抗３３Ｕａ、３３Ｖａ、３３Ｗａの両端間の電位差、及び例えば巻線２４の端子の電圧等も入力回路１２ａに伝達される。これらの情報もＣＰＵ１０ａに入力され、演算した電流値に対応する検出値との差異を演算して、いわゆるフィードバック制御を行うことで、所望のモータ電流を供給し、操舵力をアシストする。

さらに、制御回路４ａによって、電源リレー５ａの駆動信号も出力される。フィルタ６ａを介して電源リレー５ａにより電流供給回路３ａに電源が供給される、電源リレー５ａにより回転電機２への電流供給を遮断することができる。

回転電機リレー用スイッチング素子３４Ｕａ、３４Ｖａ、３４Ｗａも電流供給回路３ａに配設され、各相をそれぞれ遮断することができる。また電流供給回路３ａのＰＷＭ駆動によるノイズの放出を抑制する目的でコンデンサ、コイルからなるフィルタ６ａが電源入力の近傍に配置されている。なお、電源リレー５ａの駆動回路には大電流が流れるため発熱を伴うので、電流供給回路３ａに電源リレー５ａを包含させて、電流供給回路３ａとして構成することもできる。

＜回転電機装置＞
図２は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の軸方向断面図であり、内部構造を示している。回転電機装置１００は、制御ユニット１と回転電機２とを備える。制御ユニット１は、回転電機２の出力軸２１の軸方向の一方側に回転電機２に隣接して配置される。制御ユニット１は、回転電機２と一体化されている。

電動パワーステアリング装置では、回転電機２の出力軸２１の軸方向を上下方向に向けて、かつ制御ユニット１を上方に位置させて配置される場合が多い。回転電機２の出力が、出力軸２１の下端部から、例えば減速機（図示せず）に出力される。これによって、ステアリングギアまたはステアリングラックが駆動されて操舵力が加えられる。

回転電機２は、回転電機ケース２５、回転電機ケース２５内に配置されたステータ２２、ロータ２３などを備える。回転電機ケース２５は、円筒部２５１と、円筒部２５１の出力側の開口を塞ぐ底部２５２とからなる。回転電機ケース２５は、有底円筒状に形成されている。回転電機ケース２５は、金属製であり、放熱性および外形の形状を考慮すると、アルミニウムで作製することが望ましい。

フレーム２９が、金属材料によって円盤状に形成されている。フレーム２９は、円筒部２５１の反出力側の開口内に、圧入、焼き嵌めなどの工程によって、挿入、固定される。フレーム２９によって、円筒部２５１の反出力側の開口が塞がれる。回転電機２は、フレーム２９により、制御ユニット１と分離されている。

ステータ２２は、回転電機ケース２５の円筒部２５１内に、圧入、焼き嵌めなどにより、挿入、保持されている。ステータ２２は、３相の巻線２４を備える。環状の配線部２７が、フレーム２９の出力側に、かつ巻線２４の近傍に配置されている。３相の巻線２４の端末が、それぞれ、配線部２７に接続されている。回転電機２を駆動するための３相の電流が流れる相端子２８が、配線部２７から延び出し、フレーム２９を貫通して、反出力側に引き出されている。

ロータ２３を貫通する出力軸２１は、フレーム２９の軸心位置に配置された軸受２６１と底部２５２の軸心位置に配置された軸受２６２とに回転自在に支持されている。ロータ２３は、回転電機ケース２５内に回転自在に配置されている。ロータ２３は、ステータ２２内に、ステータ２２と同軸に配置されている。センサロータ１８が、出力軸２１のフレーム２９からの突出端に配置されている。なお、図示していないが、永久磁石が、周方向にＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、一定のピッチで、ロータ２３の外周面に複数配置されている。

＜制御ユニットの配置＞
図３は、実施の形態１に係る回転電機装置１００の制御ユニット１の周方向断面図である。制御ユニット１を回転電機２から分離しヒートシンク５０のベース部５０１を取り除いて、センサ基板６０側から見た図である。制御ユニット１の配置について、図２、３に基づいて説明する。制御ユニット１は、出力軸２１と直交する方向である径方向の面積を回転電機２の径方向の面積と同等、またはそれよりも小さくする必要がある。そこで、制御ユニット１は、その主要部位を出力軸２１と同軸に配置する縦置き構造を採用している。

制御ユニット１は、その外周が樹脂製のハウジング１５により覆われている。ハウジング１５は、コネクタ部１５１と円筒状の周壁１５２から形成されている。ハウジング１５のコネクタ部１５１は、制御ユニット１と外部電源であるバッテリ９ａとを接続する電源コネクタ１９、およびセンサ類８と接続する信号コネクタ２０を保持する。ハウジング１５の周壁１５２は、円筒状で制御ユニット１の構成部品を覆って保護する。

ハウジング１５は、開口を下方に向けて、回転電機ケース２５の円筒部２５１の開口に嵌め合わされ、ねじ（図示せず）等を用いて円筒部２５１に取り付けられる。ハウジング１５のコネクタ部１５１の反出力側の端面には、電源コネクタ１９、およびセンサ類８と接続する複数の信号コネクタ２０が配置されている。

電源コネクタ１９および信号コネクタ２０がハウジング１５のコネクタ部１５１に一体に成形されている。また、コネクタ部１５１には、電源コネクタ１９、信号コネクタ２０およびフィルタ６ａの配線類、信号コネクタ２０の信号端子２０１、電源コネクタ１９の電源端子１９１などがインサート成形されている。

ハウジング１５の内部には、ヒートシンク５０、電流供給基板３０ａ、制御基板４０ａが配置されている。ヒートシンク５０は、回転電機２の軸方向の反出力側に配置され、軸方向の反出力側に延びる板状部５０２を有する。電流供給基板３０ａは、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３の側の一方の面に配置されている。制御基板４０ａは、電流供給基板３０ａと間隔を空けて平行に配置されている。図３の場合は、制御基板４０ａは、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３の側の他方の面に設けられている。
ヒートシンク５０は、アルミニウム、銅などの高熱伝導材料で作製されている。ヒートシンク５０は、円盤状のベース部５０１と、ベース部５０１の中央部に直立する直方体の板状部５０２と、を備える。

ヒートシンク５０のベース部５０１が回転電機ケース２５の円筒部２５１の反出力側の開口内に配置される。ベース部５０１は、円筒部２５１に取り付けられたハウジング１５の周壁１５２とフレーム２９との間に加圧挟持される。これにより、ヒートシンク５０は、回転電機２に固定される。

ヒートシンク５０のベース部５０１は、円筒部２５１の内周壁面に接し、フレーム２９の反出力側の端面に接する。ヒートシンク５０の板状部５０２は、出力軸２１の軸方向の延長線上に位置して、ハウジング１５内に配置されている。図３に示すように、板状部５０２は、長辺配置部５０３、および短辺配置部５０４を有する矩形断面を有している。

＜電流供給基板の配置＞
図２、図３に示すように、電流供給基板３０ａは矩形の板状であり、上辺３０１、下辺３０２、側辺３０３を有する。各辺には電源および信号を授受するための接続孔が設けられる。電流供給基板３０ａには、電流供給回路３ａおよび電源リレー５ａを構成する複数のスイッチング素子３１Ｕａ、３２Ｕａ、３１Ｖａ、３２Ｖａ、３１Ｗａ、３２Ｗａ（図１にのみ記載）、平滑コンデンサ３５、フィルタコイル３６等が実装されている。そして、電流供給基板３０ａには、電流検出のシャント抵抗３３Ｕａ、３３Ｖａ、３３Ｗａ（図１にのみ記載）が、半田等で表面実装される。また、フィルタコイル３６、平滑コンデンサ３５も同様に表面実装される。

電流供給基板３０ａは、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３に、電流供給基板３０ａの平面と出力軸２１がほぼ平行となるように配置される。電流供給基板３０ａの上辺３０１に設けられた接続孔には、ハウジング１５のコネクタ部１５１から引き出された信号端子２０１および電源端子１９１が接続される。

電流供給基板３０ａの下辺３０２の接続孔には、電流供給端子３７が接続される。回転電機２の巻線２４と接続された相端子２８と中継可能な電流供給端子３７が接続される。電流供給端子３７は、たとえば銅などの板金で構成されたターミナル部と、ターミナルを保持するための樹脂部で構成される。

図３に示すように、電流供給端子３７は電流供給基板３０ａから回転電機２側の径方向外側へ伸びており、回転電機２側の相端子２８ａＵ、２８ａＶ、２８ａＷと接続する。相端子２８ａＵ、２８ａＶ、２８ａＷと電流供給基板３０ａの電流供給端子３７は、溶接等により接続される。

＜制御基板の配置＞
制御基板４０ａには、ＣＰＵ１０ａ、駆動回路１１ａ、入力回路１２ａ、電源回路１３ａなどが実装されている（１１ａ、１２ａ、１３ａは図１にのみ記載）。図２、図３に示すように、制御基板４０ａは矩形の板状であり、上辺４０１、下辺４０２、側辺４０３を有する。各辺には電源および信号を授受するための接続孔が設けられる。また制御基板４０ａは、回転電機２へ電力を供給する制御量を演算するＣＰＵ１０ａなどが、基板に表面実装される。

制御基板４０ａは、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３に、ほぼ平行となるように配置される。電流供給基板３０ａが配置された板状部５０２の反対側に制御基板４０ａが配置される。電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの間に、ヒートシンク５０の板状部５０２が介在する配置となる。

このように配置することで、回転電機２に電流を供給することで発熱する電流供給基板３０ａの温度を、ヒートシンク５０による熱伝導で低下させることができる。さらに、ヒートシンク５０の板状部５０２を挟んで、制御基板４０ａを配置することで、ノイズの伝搬を抑制することができる。

スイッチング制御の実施によって引き起こされる電流供給回路３ａで発生したノイズの、制御回路４ａへの伝搬を抑制することができる。同一の基板上に電流供給回路３ａと制御回路４ａを構成すると、共通の電源パターン、共通の接地パターンを介して、スイッチング素子のオン、オフに伴うノイズが伝搬してしまうこととなる。しかし、制御基板４０ａと電流供給基板３０ａを分離することで、ノイズの伝搬を防ぐことができる。

また、制御基板４０ａを、電流供給基板３０ａと間隔を空けて平行に配置しているので、ハウジング１５内の空間を有効活用することができ、制御ユニット１の外径の小型化にも寄与することができる。さらに、制御基板４０ａを、電流供給基板３０ａと間隔を空けて配置することによって、間に空間が存在し、電流供給基板３０ａによるノイズ放射の影響を低減することもできる。

特に図３に示した実施の形態１に係るヒートシンク５０、電流供給基板３０ａ、制御基板４０ａの配置によれば、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの間に熱伝導性材料であるヒートシンク５０の板状部５０２を介在させることで、電流供給基板３０ａの放射ノイズの制御基板４０ａへの伝搬を著しく抑制することが可能となる。

＜中継部＞
電流供給基板３０ａの側辺３０３の接続孔には、ヒートシンク５０の板状部５０２の短辺配置部５０４に配置された信号端子３８１が接続される。信号端子３８１は電流供給基板３０ａと制御基板４０ａとを接続する端子であって、回転電機２の軸方向に垂直に伸びてこれらを接続する。そして、信号端子３８１は、図２に示すように複数が回転電機２の軸方向に並んで中継部３８を構成する。

このような構成をとることで、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａとを適切な位置で接続することが可能となり、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの配線パターンを最適化できるので、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの配線効率を向上することができ、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの小型化、軽量化に寄与することができる。

信号端子３８１は、電流供給端子３７と同様、銅などの板金で構成されたターミナル部と、ターミナルを保持するための樹脂部で構成される。電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの接続孔と接続される各端子は、例えば半田で接続されることで、電気回路を構成し、回転電機駆動制御に必要な信号の授受が行われる。

＜センサ基板＞
図２に示すように、制御基板４０ａの上辺４０１の接続孔には、ハウジング１５のコネクタ部１５１から引き出された信号端子２０１および電源端子１９１が接続される。制御基板４０ａの下辺４０２の接続孔には、後述する回転センサ１７ａが実装されたセンサ基板６０から引き出された信号端子６０１が接続される。

ヒートシンク５０のベース部５０１の一部には、回転センサ１７ａを実装したセンサ基板６０を配置するための凹部５０５が形成されている。センサ基板６０に実装された回転センサ１７ａは、出力軸２１の反出力側の端部に取り付けられたセンサロータ１８に相対するように凹部５０５に配置されている。

センサ基板６０を、電流供給基板３０ａとは別に設けることによって、電流供給基板３０ａのノイズが回転センサ１７ａの信号に重畳されることを防止することができるので有利である。回転センサ１７ａの信号は、制御基板４０ａの制御回路４ａに入力すればよいので、電流供給基板３０ａの電流供給回路３ａと切り離すことができる。

電流供給基板３０ａの下辺３０２の接続孔には、センサ基板６０から引き出された信号端子６０１が接続される。制御基板４０ａの下辺４０２の接続孔には、センサ基板６０から引き出された信号端子６０１が接続される。センサ基板６０を介して電流供給基板３０ａと制御基板４０ａを接続することが可能となる。これによって、信号端子３８１および中継部３８を用いることなく、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａを接続することができるので、回転電機装置の小型化、軽量化、低価格化を進めることができる。

２．実施の形態２
図４は、実施の形態２に係る回転電機装置１００ａの回路図である。実施の形態２に係る回転電機装置１００ａは、制御ユニットの各回路と、回転電機の巻線２４について二重化され、冗長性が高められている点が実施の形態１と異なる。

具体的には、制御ユニット１ａは、電流供給回路３ａ、第二の電流供給回路３ｂ、制御回路４ａ、第二の制御回路４ｂを有する。制御回路４ａと第二の制御回路４ｂは、通信線で接続されており、互いの健全性を検証しながら運転を継続することができる。回転電機２ａについても、二組の巻線２４ａ、巻線２４ｂを有し一方の巻線が断線または短絡した場合でも、他方の巻線を使用して縮退運転を実施することが可能となる。

実施の形態１に係る図１に対して図４で追加された、第二の電流供給回路３ｂ、第二の制御回路４ｂおよびその構成要素である、ＣＰＵ１０ｂ、駆動回路１１ｂ、入力回路１２ｂ、電源回路１３ｂなどが存在する。他に、第二の回転センサ１７ｂなども存在する。いずれの部品も符号にｂを記して区別している。それぞれの部品の機能は、実施の形態１に係る図１の回路図で説明した符号にａを記した構成要素の内容と同様なので、具体的な説明は省略する。

図５は、実施の形態２に係る回転電機装置１００ａの軸方向断面図である。図６は、実施の形態２に係る回転電機装置１００ａの制御ユニット１ａの周方向断面図である。制御ユニット１ａを回転電機２ａから分離しヒートシンク５０のベース部５０１を取り除いて、センサ基板６０側から見た図である。図５、図６によって、二重化した場合の制御ユニット１ａ、回転電機２ａに関する、電流供給基板３０と制御基板４０の配置について説明する。

図５、図６に示した、電流供給基板３０には、図４に示した電流供給回路３ａと第二の電流供給回路３ｂの二つの同一構成の回路が実装されている。図５、図６に示した、制御基板４０には、図４に示した制御回路４ａと第二の制御回路４ｂの二つの同一構成の回路が実装されている。

電流供給基板３０は、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３に、電流供給基板３０の平面と出力軸２１がほぼ平行となるように配置される。制御基板４０は、ヒートシンク５０の板状部５０２の反対側の長辺配置部５０３に、ほぼ平行となるように配置される。電流供給基板３０が配置された板状部５０２の反対側に制御基板４０が配置される。電流供給基板３０と制御基板４０の間に、ヒートシンク５０の板状部５０２が介在する配置となる。

このように配置することで、回転電機２ａに電流を供給することで発熱する電流供給基板３０の温度を、ヒートシンク５０による熱伝導で低下させることができる。さらに、ヒートシンク５０の板状部５０２を挟んで、制御基板４０を配置することで、ノイズの伝搬を抑制することができる。このように、二つの同種の回路を同一の基板に実装した場合であっても、ヒートシンク５０の板状部５０２を挟んで電流供給基板３０と制御基板４０を配置することで、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

３．実施の形態３
図７は、実施の形態３に係る回転電機装置１００ｂの制御ユニット１ｂの周方向断面図である（回転電機装置１００ｂは不図示）。制御ユニット１ｂを回転電機２ａから分離しヒートシンク５０のベース部５０１を取り除いて、センサ基板６０側から見た図である。実施の形態３に係る回転電機装置１００ｂは、制御ユニット１ｂの制御ユニットの二重化された各回路がそれぞれ別の基板上に実装されている点が実施の形態２と異なる。回転電機は２ａのままであり、回路図は図２が適用できる。

電流供給基板３０ａには、電流供給回路３ａが実装されている。第二の電流供給基板３０ｂには、第二の電流供給回路３ｂが実装されている。制御基板４０ａには、制御回路４ａが実装されている。第二の制御基板４０ｂには、第二の制御回路４ｂが実装されている。

電流供給基板３０ａと第二の電流供給基板３０ｂは、二組並べて配置されている。制御基板４０ａと第二の制御基板４０ｂは、二組並べて配置されている。このように配置することで、二重化の利益を受けつつ、実施の形態２と同じく実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、二重化した各回路を別基板としているので、各回路間のノイズ伝搬の影響を免れることができる。さらに、各基板にて断線、短絡が発生した場合でも、その他の基板が影響を受けることを免れる場合があるので、故障耐性を向上することができる。

同じ種類の基板を二組並べる方法として、平面上に並べるほかに、垂直に並べることもできる。積み重ねることで、専有面積を小さくして、回転電機装置１００ｂの小型化、軽量化、低コスト化に寄与することができる。

４．実施の形態４
図８は、実施の形態４に係る回転電機装置１００ｃの軸方向断面図である。図９は、実施の形態４に係る回転電機装置１００ｃの制御ユニット１ｃの周方向断面図である。制御ユニット１ｃを回転電機２から分離しヒートシンク５０のベース部５０１を取り除いて、センサ基板６０側から見た図である。センサ基板６０等の記載は省略している。

実施の形態４に係る回転電機装置１００ｃは、制御ユニット１ｃの制御基板４０ａの配置のみが実施の形態１と異なる。具体的には、ヒートシンク５０の板状部５０２の電流供給基板３０ａと同じ側に制御基板４０ａを積層配置した点が実施の形態１と異なる。回路図は、図１を適用できる。

実施の形態４においては、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａが、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３の一方に配置される。電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの間の信号の授受は、実施の形態１と同様に中継部３８を使用して実現する。電流供給基板３０ａの側辺３０３と制御基板４０ａの側辺４０３に設けられた接続孔と中継部３８の信号端子３８１を半田等で接続する。

電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの間の中継部３８、信号端子３８１は、短くなるので、コスト低減、軽量化を図ることができ、製品サイズの小型化、特に径方向の小型化が可能となる。また、実施の形態４に係る制御ユニット１ｃにおいては、ヒートシンク５０の板状部５０２の片側に電流供給基板３０ａと制御基板４０ａが配置されるため、電流供給基板３０ａから見たヒートシンクの熱容量向上が可能となり、耐熱性が向上できる。

熱損失が大きく発熱量が大きいのは、圧倒的に電流供給基板３０ａなので、電流供給基板３０ａをヒートシンク５０の板状部５０２の片側に密着させ、電流供給基板３０ａの冷却を優先することができる。また、ヒートシンク５０の板状部５０２への基板組付けが片側のみとなるため、組立コスト低減が可能となる。

５．実施の形態５
図１０は、実施の形態５に係る回転電機装置１００ｄの軸方向断面図である。図１１は、実施の形態５に係る回転電機装置１００ｄの制御ユニット１ｄの周方向断面図である。制御ユニット１ｄを回転電機２ａから分離しヒートシンク５０のベース部５０１を取り除いて、センサ基板６０側から見た図である。センサ基板６０等の記載は省略している。実施の形態５に係る回転電機装置１００ｄは、制御ユニット１ｄの制御基板４０の配置のみが実施の形態２と異なる。具体的には、ヒートシンク５０の板状部５０２の電流供給基板３０と同じ側に制御基板４０を積層配置した点が実施の形態２と異なる。回路図は、図４を適用できる。

実施の形態５においては、電流供給基板３０と制御基板４０が、ヒートシンク５０の板状部５０２の長辺配置部５０３の一方に配置される。電流供給基板３０と制御基板４０の間の信号の授受は、実施の形態２と同様に中継部３８を使用して実現する。電流供給基板３０の側辺３０３と制御基板４０の側辺４０３に設けられた接続孔と中継部３８の信号端子３８１を半田等で接続する。

電流供給基板３０と制御基板４０の間の中継部３８、信号端子３８１は、短くなるので、コスト低減、軽量化を図ることができ、製品サイズの小型化、特に径方向の小型化が可能となる。また、実施の形態５に係る制御ユニット１ｄにおいては、ヒートシンク５０の板状部５０２の片側に電流供給基板３０と制御基板４０が配置されるため、電流供給基板３０から見たヒートシンクの熱容量向上が可能となり、耐熱性が性向上できる。

熱損失が大きく発熱量が大きいのは、圧倒的に電流供給基板３０なので、電流供給基板３０をヒートシンク５０の板状部５０２の片側に密着させ、電流供給基板３０の冷却を優先することができる。また、ヒートシンク５０の板状部５０２への基板組付けが片側のみとなるため、組立コスト低減が可能となる。

６．実施の形態６
図１２は、実施の形態６に係る回転電機装置１００ｅの軸方向断面図である。図１３は、実施の形態６に係る回転電機装置１００ｅの制御ユニット１ｅの周方向断面図である。制御ユニット１ｅを回転電機２ａから分離しヒートシンク５０のベース部５０１を取り除いて、センサ基板６０側から見た図である。センサ基板６０等の記載は省略している。実施の形態６に係る回転電機装置１００ｅは、制御ユニット１ｅの制御基板４０ａ、第二の制御基板４０ｂと、電流供給基板３０ａ、第二の電流供給基板３０ｂの配置のみが実施の形態３と異なる。

具体的には、ヒートシンク５０の板状部５０２の一方側に電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの間隔を空けて平行に積層配置した点、ヒートシンク５０の板状部５０２の他方側に第二の電流供給基板３０ｂと第二の制御基板４０ｂの間隔を空けて平行に積層配置した点が実施の形態３と異なる。回路図は、図４を適用できる。

電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの間の中継部３８ａ、信号端子３８１は、短くなる。また、第二の電流供給基板３０ｂと第二の制御基板４０ｂの間の中継部３８ｂ、信号端子３８１は、短くなる。そのため、コスト低減、軽量化を図ることができ、製品サイズの小型化、特に径方向の小型化が可能となる。また、実施の形態６に係る制御ユニット１ｅにおいては、ヒートシンク５０の板状部５０２の両側に電流供給基板３０ａ、第二の電流供給基板３０ｂが配置されるため、電流供給基板３０ａ、第二の電流供給基板３０ｂから見たヒートシンクの熱容量向上が可能となり、耐熱性が性向上できる。制御基板４０ａ、第二の制御基板４０ｂの発熱量は、電流供給基板３０ａ、第二の電流供給基板３０ｂに比べて小さいので、ヒートシンクから離れていても、問題は大きくない。

また、電流供給基板３０ａと制御基板４０ａの組み合わせと、第二の電流供給基板３０ｂと第二の制御基板４０ｂの組み合わせを、ヒートシンク５０の板状部５０２の表裏に配置するので、物理的に外力を受けた場合でも、片方の組み合わせが生き残って、縮退運転を実施できる可能性が高くなる。

７．実施の形態７
図１４は、実施の形態７に係る電動パワーステアリング装置１６０の構成図である。図１４により、回転電機装置１００を車両に搭載される電動パワーステアリング装置１６０に適用した例について説明する。図１４は電動パワーステアリング装置１６０の全体構成図であり、ラック式電動パワーステアリング装置の例である。

運転者がハンドル１６１によって、車両のステアリング機構に操舵トルクを発生させると、トルクセンサ１６２は、その操舵トルクを検出して回転電機装置１００に出力する。また速度センサ１６３は車両の走行速度を検出して回転電機装置１００に出力する。回転電機装置１００は、トルクセンサ１６２および速度センサ１６３からの入力に基づいて操舵トルクを補助する補助トルクを発生し車両の前輪１６４のステアリング機構に供給する。

トルクセンサ１６２および速度センサ１６３は、図１におけるセンサ類８の一部である。回転電機装置１００は、トルクセンサ１６２および速度センサ１６３以外の入力に基づいて補助トルクを発生してもよい。電動パワーステアリング装置に適用する回転電機装置１００の放熱性を確保し、製品サイズの大型化を抑制しつつ、電流供給回路から発生するノイズの影響を抑制可能とすることで性能が向上し、車両への搭載性が向上する。図１４では、回転電機装置１００について示したが、回転電機装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅについても適用できる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ 制御ユニット、２ 回転電機、３ａ 電流供給回路、３ｂ 第二の電流供給回路、４ａ 制御回路、４ｂ 第二の制御回路、１７ａ 回転センサ、１７ｂ 第二の回転センサ、３０、３０ａ 電流供給基板、３０ｂ 第二の電流供給基板、３７ 電流供給端子、３８、３８ａ、３８ｂ 中継部、３８１、６０１ 信号端子、４０、４０ａ 制御基板、４０ｂ 第二の制御基板、５０ ヒートシンク、５０２ 板状部、５０３ 長辺配置部、６０ センサ基板、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ 回転電機装置、１６０ 電動パワーステアリング装置

Claims (11)

1. 回転電機と、
   前記回転電機の軸方向の一方側に配置され、前記軸方向の一方側に延びる板状部を有するヒートシンクと、
   前記ヒートシンクの板状部の一方の面に配置され、前記回転電機に電流を供給する電流供給回路が実装された電流供給基板と、
   前記電流供給基板と間隔を空けて平行に配置され、前記電流供給回路を制御する制御回路が実装された制御基板と、
   前記回転電機の軸方向の一方側の軸端に対向し前記回転電機の回転状態を検出する回転センサが実装されたセンサ基板と、を備え、
   前記センサ基板は、前記電流供給基板および前記制御基板と接続する信号端子を有し、前記電流供給基板と前記制御基板との間を電気的に接続することを特徴とした回転電機装置。
2. 前記制御基板は、前記ヒートシンクの板状部の他方の面に配置された請求項１に記載の回転電機装置。
3. 前記制御基板は、前記ヒートシンクの板状部の一方の面の側に前記電流供給基板と間隔を空けて積層配置された請求項１に記載の回転電機装置。
4. 前記回転センサは、前記制御回路と接続され、前記電流供給回路とは絶縁されている請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機装置。
5. 前記電流供給基板には二組の電流供給回路が実装され、
   前記制御基板には二組の制御回路が実装された請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機装置。
6. 前記電流供給基板は、二組並べて配置され、
   前記制御基板は、二組並べて配置された請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機装置。
7. 前記ヒートシンクの板状部の他方の面に配置され、前記回転電機に電流を供給する第二の電流供給回路が実装された第二の電流供給基板と、
   前記ヒートシンクの板状部の他方の面の側に、前記第二の電流供給基板と間隔を空けて平行に積層配置され、前記第二の電流供給回路を制御する第二の制御回路が実装された第二の制御基板と、を備え、
   前記制御基板は、前記ヒートシンクの板状部の一方の面の側に前記電流供給基板と間隔を空けて積層配置された請求項１に記載の回転電機装置。
8. 前記ヒートシンクは前記板状部の断面が矩形であり、前記板状部の一方の面は前記断面の矩形の一方の長辺に対応し、前記板状部の他方の面は前記断面の矩形の他方の長辺に対応する請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機装置。
9. 前記電流供給基板と前記制御基板との間を前記回転電機の軸方向に垂直に伸びて接続する信号端子が前記回転電機の軸方向に並べて複数配置された中継部を備えた請求項１から８のいずれか一項に記載の回転電機装置。
10. 前記電流供給基板から前記回転電機の径方向外側へ伸びて前記回転電機の巻線と接続する電流供給端子を備えた請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機装置を備えた電動パワーステアリング装置。

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