WO2009125506A1 - 制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

　モータ２と、このモータ２を駆動制御し金属ケースを有する制御装置１５とが一体に形成された制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１であって、このモータ１は減速機構２３に装着されるものであって、軸方向に、モータ２、制御装置１５、減速機構２３の順番で、且つ略同軸状に配置される。駆動基板とモータの発熱を減速機構へ効率よく伝達することができる。

Description

制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置

　この発明は、車両に取り付けられ運転者の操舵力を補助する電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置に関するもので、特に、制御装置と一体化する技術に関するものである。

従来の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータにおいては、駆動回路を設けた金属基板が制御装置のケース内のモータ側に取り付けられている。
また、従来の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータにおいては、制御装置のケースが樹脂で構成されている。（例えば、特許文献１、２参照）

特許第３５６０７０１号公報（３－５頁、第３図） 特許第３７７４６２４号公報（５－１０頁、第７図）

　特許文献１に示した従来の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータにおいては、制御装置の駆動基板（駆動回路）が制御装置のケース内のモータ側に取り付けられているため、駆動基板と減速機構（ギアケース）間の熱伝達が悪く、駆動基板の発熱を減速機構へ効率良く逃がすことができないため、発熱により部品の特性が劣化し、寿命が短くなるという問題点があった。
また、制御装置のケースの熱容量を大きくして発熱の影響を低減する必要があり、装置の外形寸法、重量、コストが増大するという問題点もあった。

　また、特許文献２に示した従来の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータにおいては、制御装置の回路ケースが樹脂で構成されているため、モータと制御装置、減速機構間の熱伝達が悪く、モータの発熱を減速機構へ効率良く逃がすことができないという問題点があった。

　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、駆動基板とモータの発熱を減速機構へ効率よく伝達することにより、部品の特性劣化、寿命の低下を抑制し、小型で高性能、かつ低コストな制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置を得ることを目的とするものである。

　この発明に係る制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータは、モータと、このモータを駆動制御するとともに金属ケースを有する制御装置とが、一体に形成された制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータであり、この制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータは、前記モータの回転を減速する減速機構に装着されるものであって、モータ軸方向に、前記モータ、前記制御装置、前記減速機構の順番で、且つこれらが実質的に同軸状に配置されるよう構成したものである。

　また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータを、このモータの回転を減速する減速機構に装着するとともに、前記モータと前記減速機構の取付部は、実質的に同軸状に配置されて構成されているものである。

　この発明によれば、駆動基板とモータの発熱を減速機構へ効率よく伝達することができ、発熱による部品の特性劣化、寿命の低下を抑制し、小型で高性能、かつ低コストな制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置を得ることができる。

　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。

この発明の実施の形態１における制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 図１の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータを示す断面図である。 図２の制御装置の組み立て手順を示す説明図である。 図２の減速機構側ケースに駆動基板が取り付けられた状態を示す、ケース内部をモータ側から見た平面図である。 図２の回路ブロック図である。 この発明の実施の形態２における制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 図６の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータを示す断面図である。 図６の制御装置の組み立て手順を示す説明図である。 図６の回路ブロック図である。

符号の説明

　１　制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ、　２　モータ、　１５
制御装置、　１６　モータ側ケース、　１７　減速機構側ケース、　２３　減速機構、　
２４　制御基板、　２５　マイクロコンピュータ、　２７　駆動基板、　２８　パワー素子、　２９　取り付け面、　３０　ターミナル部、　３２　コンデンサ、　３３　コイル、　３５　回転センサ、　４０　取付部、　４１　電動パワーステアリング装置。

実施の形態１．
　実施の形態１を図１～図５に基づいて説明する。なお、以下各図において同一または相当部分には同一符号を付して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１における制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
図２は、図１の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータを示す断面図である。
図３は、図２の制御装置の組み立て手順を示す説明図である。
図４は、図２の減速機構側ケースに駆動基板が取り付けられた状態を示す、ケース内部をモータ側から見た平面図である。
図５は、図２の回路ブロック図である。

　図１～図５において、モータ２は永久磁石同期モータであって、電磁鋼板を積層して形成された固定子鉄心３には、樹脂製のインシュレータ４を介して３相の固定子巻線５が巻回されている。各相の巻線は、樹脂製のターミナルホルダ６に収められた巻線ターミナル７によってＹまたはΔ結線されている。固定子鉄心３は、鉄製のフレーム８に圧入され、モータ２の固定子９をなしている。
フレーム８の一端部には底部があり、底部の中央部には、回転子１０の一端を支持するためのリアベアリング１２を収納するリアベアリングボックス部１３が形成されている。回転子１０のシャフト２１の外周部には、界磁を発生させる磁石１１が取り付けられている。
フレーム８の他方の端部は開口しており、制御装置１５のモータ側ケース１６と嵌合するためのインロー部１４が形成されている。モータ側ケース１６は、アルミ合金のダイキャスト成形品によって形成されており、その一端で制御装置１５の減速機構側ケース１７と接合されている。

　減速機構側ケース１７は、アルミ合金のダイキャスト成形品によって形成されており、減速機構側ケース１７の中央部には回転子１０の一端を支持するためのフロントベアリング１８を収納するフロントベアリングボックス部１９が形成されている。
減速機構側ケース１７の他端部には、減速機構２３に一体に形成された取付部４０に取り付けるための取り付け面２９及び取り付けインロー部２０が設けられている。
減速機構側ケース１７のモータ２側の中央部には、回転センサ３５であるレゾルバが取り付けられている。
シャフト２１の減速機構側端部には、減速機構２３と連結するためのカップリングであるボス２２が取り付けられている。

　制御装置１５は、マイクロコンピュータ２５およびＦＥＴ駆動回路２６が搭載されたガラスエポキシ製の制御基板２４と、パワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子２８が搭載された金属ベースの駆動基板２７を有しており、制御基板２４と駆動基板２７との間には、制御基板２４と駆動基板２７とを電気的に接続するための銅製のターミナル３１を、樹脂にインサート成形して一体的に形成されたターミナル部３０が、モータ軸方向に介在して配置されている。
制御基板２４は、ターミナル部３０のモータ２側端部に配置されており、駆動基板２７と制御基板２４の間にターミナル部３０を介在させたことにより、駆動基板２７との間には一定の空間距離を確保している。
駆動基板２７は、減速機構２３の取付部４０と軸方向において対向して配置されており、取り付け面２９が取付部４０と密着して固定される減速機構側ケース１７の内側（モータ２側）の壁に、駆動基板２７は密着するように取り付けられている。
そして、駆動基板２７の少なくともその一部が、取付部４０と径方向において重なる位置に配置されている。

　ターミナル部３０には、モータ２に流れる電流のリップルを吸収するコンデンサ３２が取り付けられており、図示しない導電性のターミナルを介して駆動基板２７のパワー素子２８と接続されている。
また、ターミナル部３０には、ノイズを吸収するコイル３３も取り付けられており、図示しない導電性のターミナルを介して電源コネクタ３４と接続されている。

　次に、図３および図４を用いて制御装置１５の組み立て手順を説明する。
まず、減速機構側ケース１７の内側に、モータ２のＵ、Ｖ、Ｗ各相毎に３分割された駆動基板２７を取り付ける。次に、回転センサ３５であるレゾルバを、減速機構側ケース１７のモータ２側中央部に取り付ける。次に、コンデンサ３２およびコイル３３が取り付けられたターミナル部３０を、減速機構側ケース１７に取り付ける。最後に、ターミナル部３０のモータ２側端部に、マイクロコンピュータ２５が取り付けられた制御基板２４を配置して、制御装置１５として一体化する。したがって組み立て順序としては、減速機構側ケース１７に駆動基板２７、回転センサ３５、ターミナル部３０、制御基板２４を順次積み上げていく形になる。その後、制御装置１５に回転子１０、モータ側ケース１６およびモータ２を組み付けることにより、制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１として完成する。
更に、この制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１と、略同軸状の取付部４０を備えた減速機構２３に、該制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１を取り付けて、電動パワーステアリング装置４１が構成される。

　このように構成された制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１においては、モータ２と、モータ２を駆動制御する金属ケース（減速機構側ケース１７、又は減速機構側ケース１７及びモータ側ケース１６）を有する制御装置１５とが一体に形成され、モータ２の回転を減速する減速機構２３に装着されるとともに、モータ軸方向に、モータ２、制御装置１５、減速機構２３の順番で並び、且つ、これらモータ２、制御装置１５、減速機構２３がモータ軸と実質的に同軸状に配置されているので、駆動基板２７やモータ２と、減速機構２３との間の伝熱経路が短くなり、駆動基板２７に搭載されたパワー素子２８やモータ２の発熱が、前記金属ケースを介して減速機構２３へと効率よく伝達され、放熱性が良好なものとなり、装置の小型化、高性能化、低コスト化を図ることができる。
また、モータ２、制御装置１５、減速機構２３の取付部４０を、モータ軸と実質的に同軸状に配置したので、特別に突出した部分がなく装着やレイアウトが容易で、特に、略同軸状であるので熱伝導に係る各部材間の接合部の接触面積を効率的に確保することができるなど、上記発熱を減速機構２３側へ効率よく伝達させることができて、制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１並びに電動パワーステアリング装置４１を装置全体として小型化、低コスト化することができる。

　また、制御基板２４は制御装置１５内のモータ２側に配置され、駆動基板２７は制御装置１５内の減速機構２３側に配置されているので、駆動基板２７と減速機構２３との間の伝熱経路が短くなり、駆動基板２７に搭載されたパワー素子２８の放熱を効率よく行なうことができる。
ターミナル部３０には、制御基板２４が取り付けられているので、部品点数が削減され、組付け性も向上する。

　駆動基板２７は、少なくともその一部が、軸方向において対向する減速機構２３の取付部４０と、径方向において重なる位置に配置されているので、駆動基板２７と減速機構２３との間の伝熱経路が短くなり、熱抵抗を小さくすることができる。したがって、駆動基板２７に搭載されたパワー素子２８の発熱が減速機構側ケース１７および減速機構２３へと効率よく伝達されるため、パワー素子２８の放熱性が良好なものとなり、耐熱性が向上し装置の小型化、高性能化、低コスト化を図ることができる。
特に、パワー素子２８を、減速機構２３の取付部４０と径方向において重なる位置に配置することで、その効果を更に向上することができる。

　ここで、放熱性の向上により装置の小型化、高性能化、低コスト化が図れるのは、耐熱性を確保するために大きな熱容量をもったヒートシンクを設ける必要がなくなること、使用する部品の耐熱性が同等でも、耐熱性を確保するための動作上の制限（例えば、電流制限等）を廃止もしくは緩和することができること、発熱により部品の特性（例えば、制御装置のパワー素子のＯＮ抵抗、モータの磁石の表面磁束密度等）が低下するのを緩和することができること、耐熱性の高い部品、材質を選択する必要がないこと等による。

　また、モータ２と減速機構２３の間に配置された制御装置１５のケースは、少なくともモータ２が取り付けられたモータ側ケース１６と、駆動基板２７が取り付けられた減速機構側ケース１７の、２分割（複数に分割）されて別体となっているので、装置全体の熱設計に応じて、モータ側ケース１６と減速機構側ケース１７の体積比および熱的な結合度合いを自由に設定することができるので、最適な熱設計を行うことができ、装置の小型化、高性能化を図ることができる。

　例えば、パワー素子２８よりもモータ２の発熱が装置全体の耐熱性を決めている場合には、モータ側ケース１６の体積を大きくし、かつ、減速機構側ケース１７とモータ側ケース１６の接合部の面積を大きくしたり密着度を向上したりして熱的結合度合いを向上させ、モータ２の発熱をモータ側ケース１６、減速機構側ケース１７を介して減速機構２３へ伝達しやすくすることができる。
また例えば、パワー素子２８の発熱が装置全体の耐熱性を決めている場合には、減速機構側ケース１７の体積を大きくし、かつ、減速機構側ケース１７とモータ側ケース１６の接合部の面積を小さくしたり密着度を低下させたりして熱的結合度合いを低下させ、モータ２の発熱が、パワー素子２８が搭載された駆動基板２７側へ伝達するのを抑制することができる。

また、非発熱部品であるマイクロコンピュータ２５が搭載された制御基板２４と、発熱部品であるパワー素子２８が搭載された駆動基板２７とのモータ軸方向の間には、ターミナル部３０を介在させて両者を接続するとともに、一定の距離を置いて互いに熱的に分離して配置しているため、制御基板２４が駆動基板２７の発熱の影響を受けにくくなり、高負荷運転時や周囲温度が高い場合にパワー素子２８の発熱が増大しても、制御基板２４に搭載されたマイクロコンピュータ２５等は安定した動作が行えるので、耐熱性が向上し性能の安定化を図ることができる。

また、発熱部品であるコンデンサ３２およびコイル３３がターミナル部３０に取り付けられているので、コンデンサ３２およびコイル３３と制御基板２４および駆動基板２７とを熱的に分離することができ、制御基板２４および駆動基板２７がコンデンサ３２とコイル３３の発熱の影響を受けにくくなるので、耐熱性が向上し装置の小型化、高性能化、性能の安定化を図ることができる。
外形が比較的大きく、発熱部品であるコンデンサ３２およびコイル３３の両者を、ターミナル部３０に取り付けるようにしたので、より効果的に熱的に分離することができる。
しかも、外形が比較的大きいコンデンサ３２およびコイル３３の両者をターミナル部３０に取り付けるようにしたので、部品の配置が容易で、コンデンサ３２およびコイル３３の配置されたターミナル部３０の内側に、回転センサ３５を配置することができて、装置を小型化することができる。

実施の形態２．
　図６は、この発明の実施の形態２における制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータおよび電動パワーステアリング装置を示す断面図である。
図７は、図６の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータを示す断面図である。
図８は、図６の制御装置の組み立て手順を示す説明図である。
図９は、図６の回路ブロック図である。

　この実施の形態２の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１および電動パワーステアリング装置４１は、実施の形態１と比較して、以下に説明する部分の構成が異なっているものである。
実施の形態１においては、減速機構側ケース１７のモータ２側の中央部に回転センサ３５であるレゾルバが取り付けられているが、実施の形態２においては、回転センサ３５であるレゾルバは、ターミナル部３０の中央部の内側に取り付けられ固定されている。
駆動基板２７は、実施の形態１と同様に、減速機構側ケース１７の減速機構２３と対向する面の内側の壁に密着するように取り付けられているが、実施の形態１と比較して、モータ中心軸寄りに配置されている。これは実施の形態２では、減速機構側ケース１７の中央部に回転センサ３５が取り付けられていないため、この部分が駆動基板２７の取り付けスペースとして使用できるためである。
また、実施の形態２では、駆動基板２７は、減速機構２３の取付部４０と径方向において重なる位置に配置されていない。制御基板２４は、実施の形態１と同様にターミナル部３０のモータ２側端部に配置されているが、ターミナル部３０への取り付けをターミナル部３０に設けたスナップフィット部３６によって行っている。その他の部分の構成、機能は実施の形態１と同様なものとなっている。

　次に、図８を用いて制御装置の組み立て手順を説明する。まず、減速機構側ケース１７の内側に、モータ２のＵ、Ｖ、Ｗ各相毎に３分割された駆動基板２７を取り付ける。
次に、コンデンサ３２、コイル３３、回転センサ３５であるレゾルバおよび制御基板２４があらかじめ取り付けられたターミナル部３０を、減速機構側ケース１７に取り付け制御装置１５として一体化する。したがって、組み立て順序としては、減速機構側ケース１７に駆動基板２７と、別工程でユニット化されたターミナル部３０を積み上げる形になる。その後、制御装置１５に回転子１０、モータ側ケース１６およびモータ２を組み付けることにより、制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１として完成する。

　このように構成された制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１においては、コンデンサ３２、コイル３３、回転センサ３５であるレゾルバおよび制御基板２４をあらかじめターミナル部３０に取り付けてユニット化することができるので、実施の形態１と比較して、制御装置１５の組み立てがより容易になり、装置の製造コストを下げることができるという利点がある。

　また、回転センサ３５が、ターミナル部３０に取り付けられているので、実施の形態１において回転センサが取り付けられていた減速機構側ケース１７の中央部付近が、駆動基板２７の取り付けスペースとして使用できるので、駆動基板２７の取り付けが容易になると共に、装置を小型化することができるという利点がある。

　また、減速機構側ケース１７がない状態で、ターミナル部３０に回転センサ３５と制御基板２４を取り付けるので、回転センサ３５の制御基板２４への接続作業の際に、減速機構側ケース１７が干渉したりすることがなく、実施の形態１に比較して、回転センサ３５の制御基板２４への接続作業を容易に行うことができるという利点がある。

　なお、この実施の形態１および実施の形態２における減速機構側ケース１７と減速機構２３とは別部材で構成されているが、これを一体として構成しても良い。一体構成とすることにより、駆動基板２７と減速機構２３との間の熱伝導性がより向上し、装置の耐熱性をさらに良好なものとすることができる。また、減速機構側ケースと減速機構が一体になるので、減速機構側ケース１７が削減され、部品点数の削減とそれによる組み立て工数の削減、コストの低減、重量の低減が図れるという利点がある。
減速機構側ケース１７と減速機構２３の取付部４０とを一体構成として構成した電動パワーステアリング装置４１においては、該装置４１全体として、更に小型化、低コスト化を図ることができるなど、上記のような利点がある。

　なお、この実施の形態１および実施の形態２の駆動基板２７の材質は、金属に限定されるものではなく、例えば、セラミック基板にパワー素子をベアチップで実装した物でも良い。この構成とすればパワー素子と減速機構側ケースとの間の熱伝導性がより向上し、装置の耐熱性をさらに良好なものとすることができる。

　なお、この実施の形態１および実施の形態２のモータ２の形式は永久磁石同期モータで説明したが、これに限定されるものではなく、例えば誘導モータ、ブラシ付モータ等であっても良いことは言うまでもない。
また、フレーム８は、鉄製で説明したが、アルミニウム材であっても良く、この場合には、更に熱伝導を向上することができる。

なお、この実施の形態１および実施の形態２の回転センサ３５はレゾルバ式であるが、電動パワーステアリング装置用モータに適用できるものであれば、ホール式等他の方式のものでも良い。ここで、例えば、回転センサ３５をホール式とすれば、レゾルバ式に比較してセンサの取り付けに要する空間を縮減できるので、装置の小型化、重量の低減が図れるという利点がある。

　なお、この発明の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ１および電動パワーステアリング装置４１の制御装置１５は、回転センサ３５の基準位置調整の機能を有している。基準位置調整とは、回転センサ３５の出力角度０度の位置を、該モータ１の回転子１０の回転角度の所定の位置、例えば、Ｕ相の誘起電圧のゼロクロス点に合わせることであり、従来のモータでは、回転センサ３５を機械的に回動させて所定の位置に固定することにより行われていた。
しかるに、この発明の前記モータ１では、回転センサ３５は該モータ１の内部に固定されているため、外部から回転センサ３５を回動させることができないので、制御装置１５によって電気的に基準位置を補正する手段を用いている。
基準位置調整の具体的な手段としては、上記モータ１の所定の相間に直流電流を通電し、該モータ１の回転子１０を通電ロックさせ、その時の回転センサ３５の理想的な角度検出値と実際の角度検出値との差を補正値として記憶する方法がある。なお、基準位置調整の方法は上記の方法に限定されるものではなく、複数の通電ロック位置での平均を取る方法、誘起電圧と直接比較する方法等を用いても良い。

　この発明は、運転者の操舵力を補助する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。

Claims (11)

1. モータと、このモータを駆動制御し金属ケースを有する制御装置とが、一体に形成された制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータであり、この制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータは、前記モータの回転を減速する減速機構に装着されるものであって、モータ軸方向に、前記モータ、前記制御装置、前記減速機構の順番で、且つこれらが実質的に同軸状に配置されるよう構成したことを特徴とする制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
2. 制御装置は、マイクロコンピュータが搭載された制御基板と、パワー素子が搭載された駆動基板を有し、前記制御基板は制御装置内のモータ側に配置され、前記駆動基板は制御装置内の減速機構側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
3. モータと減速機構の間に配置された制御装置のケースは、複数に分割されており、少なくともパワー素子が搭載された駆動基板が取り付けられた減速機構側ケースと、前記モータが取り付けられたモータ側ケースとで構成されていることを特徴とする請求項１記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
4. 制御装置は、マイクロコンピュータが搭載された制御基板と、パワー素子が搭載された駆動基板を有し、前記制御基板と前記駆動基板との間には、前記制御基板と前記駆動基板とを接続するためのターミナル部が配置されていることを特徴とする請求項１記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
5. 駆動基板は、少なくともその一部が、減速機構の取付部と径方向において重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
6. ターミナル部には、モータに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサが取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
7. ターミナル部には、ノイズを吸収するコイルが取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
8. ターミナル部には、制御基板が取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
9. ターミナル部には、回転センサが取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
10. ターミナル部には、モータに流れる電流のリップルを吸収するコンデンサ、ノイズを吸収するコイル、制御基板および回転センサが取り付けられていることを特徴とする請求項４記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータ。
11. 請求項１～１０のいずれか１項に記載の制御装置一体型電動パワーステアリング装置用モータを、このモータの回転を減速する減速機構に装着するとともに、前記モータと前記減速機構の取付部は、実質的に同軸状に配置されて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。

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