JP2023116040A - 駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】回路基板が縦配置された構成で、インバータを構成するスイッチング素子からの放熱効果が高い駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置800は、モータ80、制御ユニット101及びヒートシンク601を備える。ヒートシンク601は、制御ユニット101を支持する柱部610を有する。柱部610は、回転軸Oを挟んで配置された一対の第1配置部631、632、及び、一つの第2配置部641が径外側を向いて設けられている。制御ユニット101のパワー回路基板301、302は、モータ80へ給電するパワー回路においてインバータ370を構成する複数のスイッチング素子371-376が実装されている。制御回路基板400は、インバータ370の駆動を制御する制御回路の部品が実装されている。パワー回路基板301、302は第1配置部631、632に固定されており、制御回路基板400は第2配置部641に固定されている。【選択図】図4
Description
本発明は、駆動装置に関する。
従来、モータと制御ユニットとが一体に設けられた駆動装置において、制御ユニットのパワーモジュールや回路基板が回転軸方向に沿って配置された駆動装置が知られている。このように回路基板が「縦配置」された構成では、径方向の小型化が可能である。
例えば特許文献1に開示された電動パワーステアリング装置では、ヒートシンクは、回転軸の軸方向に延びる直方体の柱部を備える。柱部の相対する二面に対応する一対の配置部、及び、他の相対する二面に対応する配置部には、二系統のモータ駆動回路を構成する二組の制御基板及びパワーモジュールがそれぞれ配置されている。
特許文献1の装置では、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子が一体に樹脂封止されたパワーモジュールの形態で構成されている。パワーモジュールは、信号ライン(50c、50d)や出力端子(51a、51b)を介してヒートシンクに密着状態で取り付けられている。外力による振動等でヒートシンクとの密着状態が外れると、パワーモジュールからの放熱効果が低下するおそれがあった。
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、回路基板が縦配置された構成で、インバータを構成するスイッチング素子からの放熱効果が高い駆動装置を提供することにある。
本発明による駆動装置は、モータ(80)と、制御ユニット(101、102)と、ヒートシンク(601、602)と、を備える。モータは、ステータ(84)、及び、回転軸(O)上に設けられたシャフト(87)を中心として回転するロータ(86)を含む。制御ユニットは、回転軸の軸方向の一方側でモータと一体に設けられ、モータを駆動制御する。
ヒートシンクは、制御ユニットを支持する柱部(610、620)を有する。柱部は、回転軸を挟んで配置された一対の第1配置部(631、632)、及び、一対の第1配置部の間を接続する一つまたは一対の第2配置部(641、642)が径外側を向いて設けられている。
制御ユニットは、一枚または二枚のパワー回路基板(301、302)、及び、一枚または二枚の制御回路基板(400、401、402)を有する。パワー回路基板は、モータへ給電するパワー回路においてインバータ(370)を構成する複数のスイッチング素子(371-376)が実装されている。制御回路基板は、入力信号に基づきインバータの駆動を制御する制御回路の部品が実装されている。
パワー回路基板は第1配置部に固定されており、制御回路基板は第2配置部に固定されている。
本発明では、特許文献1の従来技術のようなパワーモジュールを用いず、インバータを構成する複数のスイッチング素子が単体で直接実装されたパワー回路基板がヒートシンクの第1配置部に固定されている。そのため、外力による振動等に依らず、スイッチング素子からの放熱効果を高く維持することができる。また、パワーモジュールを用いないため、配線パターンを太くし、損失を低減することができる。
本発明による駆動装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。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、第2実施形態を包括して「本実施形態」という。本実施形態の駆動装置は、例えば電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータとして適用される。この駆動装置は、モータと、モータを駆動制御する制御ユニットとが一体に構成された、いわゆる「機電一体型」の駆動装置である。また、本実施形態の駆動装置は、制御ユニットの回路基板がモータの回転軸方向に沿って配置されている。このような回路基板の配置を「縦配置」という。
[電動パワーステアリング装置の構成]
図1を参照し、電動パワーステアリング装置99の概略構成を説明する。図1にはラックアシスト式の電動パワーステアリング装置を図示するが、本実施形態の駆動装置800は、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。電動パワーステアリング装置99を含むステアリングシステム90は、ステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、及び、電動パワーステアリング装置99等を備える。
図1を参照し、電動パワーステアリング装置99の概略構成を説明する。図1にはラックアシスト式の電動パワーステアリング装置を図示するが、本実施形態の駆動装置800は、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。電動パワーステアリング装置99を含むステアリングシステム90は、ステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、及び、電動パワーステアリング装置99等を備える。
ステアリングホイール91が接続されたステアリングシャフト92には、操舵トルクを検出するトルクセンサ93が設けられている。ステアリングシャフト92の先端には、ラック軸97に噛み合うピニオンギア96が設けられている。運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。ラック軸97の両端に連結された一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
電動パワーステアリング装置99は、モータ80及び制御ユニット10が一体に構成された「機電一体型」の駆動装置800、及び、モータ80の回転を減速してラック軸97に伝える減速ギア89等を備える。モータ80は、二組の三相巻線を有する二系統の三相ブラシレスモータであり、出力軸が回転軸Oを中心として回転する。
制御ユニット10は、回転軸Oの軸方向の一方側でモータ80と一体に設けられ、モータ80を駆動制御する。制御ユニット10内の二系統のインバータから二組の三相巻線に三相交流電力が供給されることで、モータ80は操舵アシストトルクを出力する。制御ユニット10の電源系コネクタ23には車載のバッテリBT1、BT2から直流電力が給電される。信号系コネクタ24には、外部のトルクセンサ93が検出したセンサ信号がハーネス94を介して入力される。
図2に、二系統モータ駆動システムの回路構成を示す。モータ80のステータは二組の巻線組810、820を有する。第1系統のパワー回路310は、制御回路410からの指令に従って、第1バッテリBT1の電力を変換して第1巻線組810に給電する。第2系統のパワー回路320は、制御回路420からの指令に従って、第2バッテリBT2の電力を変換して第2巻線組820に給電する。第1系統、第2系統のパワー回路310、320及び制御回路410、420の構成は同じであるため、各系統の構成要素の符号を区別せず、同じ符号を付す。
図2に示す二系統システムは、各系統のパワー回路310、320が個別のバッテリBT1、BT2に接続される「完全二系統」の構成である。これに対し、各系統のパワー回路310、320が共通のバッテリに接続される「駆動二系統」の構成であってもよい。パワー回路310、320は、チョークコイル33、電源リレー35、逆接続保護リレー36、コンデンサ34、インバータ370、モータリレー381、382、383等を含む。以下の説明中、適宜、バッテリBT1、BT2の符号の記載を省略する。
チョークコイル33、電源リレー35及び逆接続保護リレー36は、バッテリの正極とインバータ370の高電位側とを接続する電源ラインに設けられる。コンデンサ34は、例えばアルミ電解コンデンサであり、インバータ370の入力側に、インバータ370と並列に接続されている。図2では各系統のコンデンサ34を一つの記号で示しているが、複数のコンデンサ34を並列接続して容量が確保されるように実装してもよい。チョークコイル33及びコンデンサ34はLCフィルタを構成し、ノイズを低減する雑防素子として機能する。本明細書では、制御ユニット10を構成する円柱状の部品であるチョークコイル33及びコンデンサ34を「大型部品」と定義する。
電源リレー35及び逆接続保護リレー36は、例えばMOSFETで構成されている。電源リレー35の寄生ダイオードは、インバータ370側からバッテリ側への電流を導通する。電源リレー35は、バッテリが順接続されたとき、OFF時にバッテリ側からインバータ370側への電流を遮断する。逆接続保護リレー36の寄生ダイオードは、バッテリ側からインバータ370側への電流を導通する。逆接続保護リレー36は、バッテリが逆接続されたとき、OFF時にインバータ370側からバッテリ側への電流を遮断する。
インバータ370は、例えばMOSFETで構成された、三相上下アームの複数のスイッチング素子371-376を含む。詳しくは、U相、V相、W相の上アームのスイッチング素子371、372、373及び下アームのスイッチング素子374、375、376がブリッジ接続されている。インバータ370のスイッチング素子371-376(以下「インバータ素子371-376」とも記す。)は、モータ80の通電により発熱する「発熱素子」である。
図2の構成例では、各相の下アームのスイッチング素子374、375、376のグランド側に相電流を検出する電流センサとしてシャント抵抗が設けられている。電流センサが検出した相電流はマイコン43に入力され、電流フィードバック制御等に使用される。電流センサの配置や構成は図2の例に限らず、どのような周知技術が採用されてもよい。
モータリレー381、382、383は、例えばMOSFETで構成されており、インバータ370の各相のアーム間接続点と巻線組810、820とを接続する電流経路に設けられている。モータリレー381、382、383がOFFされると、モータ80からインバータ370への逆入力が遮断される。
制御回路410、420は、マイコン43及びドライバIC45を含み、入力信号に基づき、インバータ370の駆動を制御する。マイコン43には、回転角センサ53が検出したモータ80の回転角、外部のトルクセンサ93が検出したドライバの操舵トルク等の信号が入力される。マイコン43は、入力信号に基づき制御演算を行い、指令信号をドライバIC45に出力する。ドライバIC45は、インバータ370のスイッチング素子371-376、電源リレー35、逆接続保護リレー36、モータリレー381、382、383に駆動信号を出力する。なお、二系統の制御回路410、420のマイコン43は、各系統の制御情報や異常情報等をマイコン間通信により互いに通信し、協調制御を行ってもよい。
[駆動装置の構成]
続いて駆動装置800の具体的な構成について説明する。本実施形態では、回転軸Oの軸方向に沿って回路基板が「縦配置」されている。従来、回路基板が縦配置された駆動装置として、特許文献1(国際公開第2019/073594号)に開示されたものが知られている。図16に、特許文献1の図2、図3に基づく従来技術の構成を比較例として示す。特許文献1の符号をそのまま引用するが、末尾に「a」~「f」のアルファベットが付されているため本実施形態の符号とは混同しない。
続いて駆動装置800の具体的な構成について説明する。本実施形態では、回転軸Oの軸方向に沿って回路基板が「縦配置」されている。従来、回路基板が縦配置された駆動装置として、特許文献1(国際公開第2019/073594号)に開示されたものが知られている。図16に、特許文献1の図2、図3に基づく従来技術の構成を比較例として示す。特許文献1の符号をそのまま引用するが、末尾に「a」~「f」のアルファベットが付されているため本実施形態の符号とは混同しない。
比較例の駆動装置では、柱部41bの一対の配置部41d、41eに制御基板4a、4bが配置されており、他の一対の配置部41f、41gにパワーモジュール50a、50bが配置されている。パワーモジュール50a、50bは、インバータ回路を構成する複数のスイッチング素子が、配線に実装された状態で樹脂封止されて構成されている。平滑コンデンサ30a、30bは、支持部材45a、45bに固定されて、制御基板4a、4bの径方向外方に縦積み配置されている。このような比較例の駆動装置には、次の[A]-[C]の課題がある。
[A]比較例の装置では、ヒートシンクは、円盤状のベース部と、ベース部の中央部に直立する直方体の柱部41bとを備える。ベース部は、モータの円筒部の内周壁面の内側に設けられている。柱部41bの四側面に位置する一対の配置部41d、41e、及び、他の一対の配置部41f、41gには制御基板4a、4b及びパワーモジュール50a、50bが配置されており、柱部41bの全体がユニットケース(特許文献1ではハウジング)で覆われている。つまりヒートシンクは、外部に露出する部分を全く有していない。そのため、インバータを構成するスイッチング素子等の、モータの通電により発熱する発熱素子からの放熱効果が不十分であった。
[B]比較例の装置では、パワーモジュール50a、50bは、信号ライン50c、50dや出力端子51a、51bを介してヒートシンクに密着状態で取り付けられている。外力による振動等でヒートシンクとの密着状態が外れると、パワーモジュール50a、50bからの放熱効果が低下するおそれがあった。
[C]比較例の装置では、大型部品であるコンデンサ30a、30bの円柱の軸が回転軸の軸方向に直交するように配置されている。そのため、より大きなサイズのコンデンサを使用する場合、ユニットケース(特許文献1ではハウジング)の隙間空間に収容できないという課題があった。
そこで本実施形態では、回路基板が縦配置された構成で、これらの課題を解決する駆動装置を提供する。すなわち、課題Aに対し、発熱素子からの放熱効果が高く、課題Bに対し、インバータを構成するスイッチング素子からの放熱効果が高く、課題Cに対し、より大きなサイズの大型部品を使用しても径方向の大型化を抑制可能な駆動装置を提供する。以下、本実施形態の構成による作用効果の説明において、対応する課題A~Cの記号を括弧内に記す。
(第1実施形態)
図3~図9を参照し、第1実施形態の駆動装置の構成について説明する。図3~図6にはアッセンブリ状態の駆動装置を示す。図7~図9にはヒートシンク601の単体を示し、図9には回転角センサ基板501を付記する。ここで、第1実施形態のヒートシンクの符号を「601」、制御ユニットの符号を「101」とする。駆動装置800は主に、モータ80、ヒートシンク601、制御ユニット101及びユニットケース20を備える。
図3~図9を参照し、第1実施形態の駆動装置の構成について説明する。図3~図6にはアッセンブリ状態の駆動装置を示す。図7~図9にはヒートシンク601の単体を示し、図9には回転角センサ基板501を付記する。ここで、第1実施形態のヒートシンクの符号を「601」、制御ユニットの符号を「101」とする。駆動装置800は主に、モータ80、ヒートシンク601、制御ユニット101及びユニットケース20を備える。
図3の下側はモータ80の出力軸が設けられるフロント側に相当し、図3の上側はコネクタが設けられるリア側に相当する。以下の説明中、適宜、図3の図視方向を基準として便宜的に「上、下」の語を用いる場合がある。モータ80は、モータケース83に収容されたステータ84及びロータ86を含む。モータケース83は、底部831及び筒部832からなる略有底筒状に形成され、開口側に制御ユニット101が設けられている。筒部832の開口側外壁には、ヒートシンク601の隔壁部70との締結に用いられる締結受部837が設けられている。
ステータ84は、モータケース83の筒部832の内側に固定された鉄製のステータコア845に二組の三相巻線組810、820が巻回されている。ステータコア845は積層鋼板等で構成されている。制御ユニット101からモータ線85を介して巻線組810、820へ通電されることで、ステータ84に回転磁界が形成される。
ロータ86は、鉄製のロータコア865の外周に複数の永久磁石866が設けられている。ロータコア865は積層鋼板等で構成されている。ロータ86は、ステータ84に形成される回転磁界により、回転軸O上に設けられたシャフト87を中心として回転する。ロータ86に固定されたシャフト87は、モータケース83の底部831に保持されたフロント軸受873、及び、ヒートシンク601の隔壁部70に保持されたリア軸受874により回転可能に支持されている。第1実施形態では、回転角検出用のセンサ磁石881がシャフト87のリア側端面に取り付けられている。
ヒートシンク601はアルミニウム合金等で形成されている。図7~図9に示すように、ヒートシンク601は、回転軸Oを対称軸とする略直方体の柱部610、及び、板状の隔壁部70を有する。第1実施形態のヒートシンク601の柱部610は、一方の面に凹部649が形成された中空形状を呈している。
柱部610が中空形状のヒートシンク601は、鋳造やダイカストにより、柱部610と隔壁部70との一体成形物として製造するのに適している。一体成形物とすることで、伝熱が遮断され難くなり、効率的な放熱が可能となる(課題A)。ただし、柱部610と隔壁部70とが二部品として製造された後、溶接やロウ付けで接合されてもよい。
柱部610の三方の側面には、制御ユニット101を支持する一対の第1配置部631、632及び一つの第2配置部641が径外側を向いて設けられている。一対の第1配置部631、632は回転軸Oを挟んで平行に配置されている。一つの第2配置部641は、一対の第1配置部631、632に直交し、一対の第1配置部631、632の間を接続する。柱部610のモータ80とは反対側の端面であるコネクタ側端面65は、ユニットケース20の天板部21の内壁に対向する。
第1配置部631、632には、複数箇所、すなわち、回転軸Oの軸方向及び周方向の両端付近の四箇所に、パワー回路基板301、302が固定される支持部67が突設されている。第2配置部641には、周方向の中心線上における軸方向両端の二箇所に、制御回路基板400が固定される支持部67が突設されている。各支持部67の頂面は平坦な座面68となっている。
第2配置部641の回転軸O側の面は、露出した放熱面643として機能する。後述するように、第2配置部64の回転軸O側の面は、制御回路基板400が固定される面とは反対側の面に相当する。第1実施形態では、柱部610に凹部649が形成されることで放熱面643が確保されるため、放熱効果が向上する(課題A)。
隔壁部70は、回転軸Oに直交する板状であり、モータ80と制御ユニット101とを回転軸Oの軸方向に隔てる。隔壁部70がモータ80と制御ユニット101とを隔離することで、両方の熱を効率的に放熱可能である(課題A)。隔壁部70の本体部71の上面72は柱部610側に接続される。本体部71の下面73は、モータ80のステータ84及びロータ86に対向する。
隔壁部70の中央には、シャフト87のリア側端部が挿入されるシャフト穴75が形成されている。柱部610の凹部649の底におけるシャフト穴75の直上には、回転角センサ53が実装された回転角センサ基板501が設置される。回転角センサ53は、シャフト87のリア側端面に取り付けられたセンサ磁石881の磁束変化に基づきロータ86の回転角を検出する。回転角センサ53が検出した回転角信号は、回転角信号配線54を経由してマイコン43に伝送される。柱部610の外側には、三相二系統のモータ線85が挿通するモータ線穴76が形成されている。
本体部71の外周の複数箇所(例えば三箇所)に、モータケース83との締結のための締結部77が設けられている。締結部77のねじ穴78を挿通したねじ17がモータケース83の締結受部837に螺合することで、ヒートシンク601とモータ80とが固定される。
隔壁部70の外周側面74は外部に露出している。つまり、比較例ではヒートシンク全体が他の部品に覆われているのに対し、本実施形態では、ヒートシンク601の一部が外部に露出した状態でモータ80に固定されている。これにより、インバータ素子371-376等の発熱素子の熱がヒートシンク601を介して効率的に外部に放出されるため、高い放熱効果が得られる(課題A)。
次に制御ユニット101について説明する。全ての実施形態を包括して記載すると、制御ユニット10は、「ヒートシンクの柱部の第1配置部又は第2配置部に固定された一枚以上の回路基板」を有する。第1実施形態では制御ユニット101が三枚の回路基板301、302、400を有し、第2実施形態では制御ユニット102が四枚の回路基板301、302、401、402を有する。なお、「回路基板」に回転角センサ基板501は含まれない。第1実施形態における三枚の回路基板は、二枚のパワー回路基板301、302及び一枚の制御回路基板400である。「少なくとも一枚の回路基板」として、少なくともパワー回路基板301、302には発熱素子が実装されている。
図4に第1系統のパワー回路基板301の実装レイアウトが示されている。第2系統のパワー回路基板302の実装レイアウトも同様であるため、第1系統のパワー回路基板301を例とし、図2を参照しつつ説明する。第1系統のパワー回路基板301は、モータ80へ給電するパワー回路310においてインバータ370を構成する複数のスイッチング素子371-376等が実装されている。各相の上アーム素子371-373は、電源系コネクタ23の電源端子25pに電源ライン27pを介して接続されている。各相の下アーム素子374-376は、電源系コネクタ23のグランド端子25gにグランドライン27gを介して接続されている。
その他、電源ライン27p上には電源リレー35及び逆接続保護リレー36が実装されており、インバータ370のモータ80側にはモータリレー381、382、383が実装されている。図4に破線(すなわち隠れ線)で示されるように、発熱素子であるインバータ素子371-376、及び各リレー35、36、381、382、383は、パワー回路基板301のヒートシンク601側の面に実装されている。パワー回路基板301とヒートシンク601との間には放熱ゲル18が充填されている。これにより効率的に放熱できる(課題A)。
大型部品であるチョークコイル33及びコンデンサ34は、パワー回路基板301に対してヒートシンク601とは反対側に配置されている。大型部品の配置構成については、ユニットケース20について言及してから後述する。このように、二枚のパワー回路基板301、302は、モータ80の対応する巻線組810、820へ給電する二系統のパワー回路310、320が系統毎に設けられている。同じ仕様の回路基板を共通に用いることで構成が簡素化する。
図3~図6に示すように、二枚のパワー回路基板301、302は、一対の第1配置部631、632に固定されている。本実施形態では、比較例のようなパワーモジュールを用いず、インバータ素子371-376が単体で直接実装されたパワー回路基板301、302がヒートシンク601の第1配置部631、632に固定されている。そのため、外力による振動等に依らず、インバータ素子371-376からの放熱効果を高く維持することができる(課題B)。また、パワーモジュールを用いないため、配線パターンを太くし、損失を低減することができる。
詳しくは、パワー回路基板301、302は、第1配置部631、632において回転軸Oの軸方向の複数箇所に突設された支持部67の座面68に当接した状態で基板用ねじ16により締結されている。基板用ねじ16の外周やねじ穴に緩み止め接着剤が塗布されてもよい。例えば支持部67は、回転軸Oの軸方向におけるパワー回路基板301、302の一端及び他端に対応する位置に、すなわち軸方向の二箇所に設けられている。これにより、パワー回路基板301、302がヒートシンク601に安定して固定される。したがって、パワー回路基板301、302に実装されたインバータ素子371-376の発熱が効率的に放熱される(課題B)。
制御回路基板400は、入力信号に基づきインバータ370の駆動を制御する制御回路410、420の部品が実装されている。第1実施形態では、一枚の制御回路基板400は、二系統のインバータ370の駆動を制御する二系統の制御回路410、420が共に設けられている。したがって、部品点数が少なくて済む。
図3において、制御回路基板400の中心線の右側には第1系統制御回路410のマイコン43、ドライバIC45等が実装されており、中心線の左側には第2系統制御回路420のマイコン43、ドライバIC45等が実装されている。各系統の制御回路410、420の部品は線対称に配置されている。これにより、各系統で導線距離が等しくなり、バランスが良くなる。パワー回路基板301、302と同様に、制御回路410、420の部品は制御回路基板400のヒートシンク601側の面に実装されている。また、制御回路基板400とヒートシンク601との間に放熱ゲル18が充填されている。
マイコン43には、制御系コネクタ24の制御端子26から外部信号配線28を介して外部信号が入力される。また、回転角センサ基板501に実装された回転角センサ53から回転角信号配線54を介して回転角信号が入力される。マイコン43とドライバIC45とは通信線44で接続されている。ドライバIC45は駆動信号配線46を介してパワー回路基板301、302のインバータ素子371-376及び各リレー35、36、381、382、383に駆動信号を出力する。
図3~図6に示すように、第1実施形態では一枚の制御回路基板400が一つの第2配置部641に固定されている。パワー回路基板301、302と同様に、制御回路基板400は、第2配置部641において回転軸Oの軸方向の複数箇所に突設された支持部67の座面68に当接した状態で基板用ねじ16により締結されている。
ユニットケース20は樹脂材料で形成され、天板部21及び外筒部22を有する有底の円筒状を呈している。ユニットケース20は、柱部610に支持された制御ユニット101を覆う。例えば外筒部22の下端は、隔壁部70の本体部71の上面72に形成された環状溝に挿入されて接着されている。天板部21には電源系コネクタ23及び信号系コネクタ24が設けられている。図5に示すように、完全二系統の構成では、電源系コネクタ23及び信号系コネクタ24が系統毎に冗長的に設けられる。これに対し、二系統共通のバッテリや外部信号が使用される駆動二系統の構成では、一組のコネクタ23、24が設けられてもよい。
図3、図6に示すように、円筒状のユニットケース20とパワー回路基板301、302との間の隙間空間には、大型部品と定義された円柱状の電子部品であるチョークコイル33及びコンデンサ34が配置されている。チョークコイル33及びコンデンサ34は、それぞれ円柱の軸が回転軸Oの軸方向に沿ってユニットケース20内に配置されている。
また、同じ系統のチョークコイル33とコンデンサ34とは、回転軸Oの軸方向に沿って直列に配置されている。さらに図10に示す変形例では、各系統に複数のコンデンサ34が含まれる構成において、一つ以上のチョークコイル33と複数のコンデンサ34とが回転軸Oの軸方向に沿って直列に配置されている。つまり、複数の大型部品のうち少なくとも一部は、回転軸Oの軸方向に沿って直列に配置されている。
ここで、「直列に配置されている」とは、直径が最大である大型部品の投影範囲内に他の大型部品が含まれることを意味する。各大型部品は厳密に同一軸上に配置される必要はなく、投影範囲内で偏心していてもよい。これにより、コンデンサの円柱の軸が回転軸の軸方向に直交するように配置された比較例に比べ、ユニットケース20内の隙間空間に大型部品を効率良く配置することができる(課題C)。よって、より大きなサイズの大型部品を使用してもユニットケース20内の隙間空間に効率良く収容することができる。
さらに図6に示すように、第1系統及び第2系統の大型部品33、34は、回転軸Oに対して点対称の位置に配置されている。これにより、回転軸Oの径方向の距離が最大となる隙間空間に大型部品33、34を効率的に配置することができる(課題C)。
加えて、大型部品33、34が実装されたパワー回路基板301、302は、第1配置部631、632の複数箇所に設けられた支持部67に固定されている。各系統の大型部品33、34は、円柱の軸が、回転軸Oの周方向における複数の支持部67の中間を通る平面X上に配置されている。これにより、安定して固定されたパワー回路基板301、302上に大型部品33、34がバランス良く配置される(課題C)。
(第2実施形態)
図11~図15を参照し、第2実施形態の駆動装置の構成のうち特に第1実施形態との相違箇所について説明する。図11~図12にはアッセンブリ状態の駆動装置を示す。図13~図15にはヒートシンク602の単体を示し、図9には回転角センサ基板502を付記する。ここで、第2実施形態のヒートシンクの符号を「602」、制御ユニットの符号を「102」とする。
図11~図15を参照し、第2実施形態の駆動装置の構成のうち特に第1実施形態との相違箇所について説明する。図11~図12にはアッセンブリ状態の駆動装置を示す。図13~図15にはヒートシンク602の単体を示し、図9には回転角センサ基板502を付記する。ここで、第2実施形態のヒートシンクの符号を「602」、制御ユニットの符号を「102」とする。
駆動装置800は主に、モータ80、ヒートシンク602、制御ユニット102及びユニットケース20を備える。モータ80は、センサ磁石882の配置以外は第1実施形態と同じである。ユニットケース20は第1実施形態と同じである。図11におけるパワー回路基板301の右側面図は、第1実施形態の図4に準ずる。
図13~図15に示すように、第2実施形態のヒートシンク602は、凹部を有さない中実形状の柱部620、及び、板状の隔壁部70を有する。例えばヒートシンク602は、柱部620と隔壁部70との二部品が溶接やロウ付けにより接合されてなる。つまり、柱部620のモータ側端面66が隔壁部70の上面72に接合される。特にモータ側端面66の外周部が隔壁部70の上面72にしっかりと固着される。これにより製造が容易となる。ただし、柱部620と隔壁部70とが一体成形物として製造されてもよい。
柱部620の四方の側面には、制御ユニット102を支持する一対の第1配置部631、632及び一対の第2配置部641、642が径外側を向いて設けられている。一対の第1配置部631、632は第1実施形態と同じである。一対の第2配置部641、642は、一対の第1配置部631、632に直交し、一対の第1配置部631、632の間を接続する。第2配置部641、642には、第1配置部631、632と同様に、回転軸Oの軸方向及び周方向の両端付近の四箇所に、制御回路基板401、402が固定される支持部67が突設されている。
第2実施形態では、回転角検出用のセンサ磁石882がシャフト87の外周に取り付けられている。センサ磁石882、及び、二つの回転角センサ53が実装された回転角センサ基板502は、隔壁部70に対しモータ80側に配置されている。これにより、柱部620に凹部が無く、隔壁部70の制御ユニット102側に回転角センサ基板を設置できない構成にも対応可能である。図15に示すように、二つの回転角センサ53がセンサ磁石882の磁束変化に基づきロータ86の回転角を検出する。各回転角センサ53が検出した回転角信号は、回転角信号配線54を経由して各系統のマイコン43に伝送される。
上述の通り、第2実施形態では制御ユニット102が四枚の回路基板301、302、401、402を有する。図12に示すように、二枚のパワー回路基板301、302は、第1実施形態と同様に一対の第1配置部631、632に固定されている。二枚の制御回路基板401、402は、一対の第2配置部641、642に固定されている。制御回路基板401、402は、各第2配置部641、642において回転軸Oの軸方向の複数箇所に突設された支持部67の座面68に当接した状態で基板用ねじ16により締結されている。
二枚の制御回路基板401、402は、二系統のインバータ370の駆動を制御する二系統の制御回路410、420が系統毎に設けられている。図11に示すように、制御回路基板401には、第1系統制御回路410のマイコン43、ドライバIC45等が実装されている。マイコン43には、回転角センサ基板502に実装された回転角センサ53から回転角信号配線54を介して回転角信号が入力される。制御回路基板402には第2系統制御回路420が同様に設けられている。同じ仕様の回路基板を共通に用いることで構成が簡素化する。
第2実施形態のヒートシンク602や制御ユニット102に関するその他の構成は第1実施形態と同様である。共通する構成についての作用効果は上述の記載に準ずる。
以上のように第2実施形態は、第1実施形態に対し主に以下の点が異なる。
(1)制御ユニット102が二枚の制御回路基板401、402を含む計四枚の回路基板を有する。
(2)中実の柱部620が一対の第2配置部641、642を有する。
(3)センサ磁石882及び回転角センサ基板502が隔壁部70に対しモータ80側に配置されている。
(1)制御ユニット102が二枚の制御回路基板401、402を含む計四枚の回路基板を有する。
(2)中実の柱部620が一対の第2配置部641、642を有する。
(3)センサ磁石882及び回転角センサ基板502が隔壁部70に対しモータ80側に配置されている。
ただし、これらの特徴は必ずしもセットで実現されるものではなく、(2)及び(3)の項目が単独で三枚基板構成の第1実施形態に組み合わされてもよい。例えば、第1実施形態において中実の柱部620を用い、一対の第2配置部641、642のうちの片側にのみ制御回路基板400が固定されてもよい。また、第1実施形態において、センサ磁石及び回転角センサ基板の構成を第2実施形態のものに入れ替えることも可能である。
(他の実施形態)
(a)ヒートシンクの柱部は、回転軸に直交する断面が長方形とは限らず、平行四辺形や台形であってもよい。隔壁部の形状やモータケースとの締結構造は上記実施形態に限らず、上記実施形態と同様の作用効果が得られる形状や構造であればよい。
(a)ヒートシンクの柱部は、回転軸に直交する断面が長方形とは限らず、平行四辺形や台形であってもよい。隔壁部の形状やモータケースとの締結構造は上記実施形態に限らず、上記実施形態と同様の作用効果が得られる形状や構造であればよい。
(b)本発明の駆動装置は、二系統に限らず、一系統のモータ駆動システムに適用されてもい。その場合、一対の第1配置部のうち片方だけに一枚のパワー回路基板が固定されてもよい。或いは、一系統のパワー回路を構成する電子部品が二枚のパワー回路基板に分けて実装され、一対の第1配置部に固定されてもよい。また、二系統構成の場合、二系統のパワー回路を系統毎に二枚のパワー回路基板に分けるのでなく、二系統分の電子部品を電子部品の種類等によって二枚のパワー回路基板に分けて実装してもよい。
(c)一枚の制御回路基板に二系統の制御回路が共に設けられる構成において、配線やレイアウトの都合上、非対称配置の方が有利な場合等には、各系統の部品が線対称に配置されなくてもよい。
(d)パワー回路基板及び制御回路基板を柱部に固定する方法は、ねじによる締結に限らず、加締めや圧接等でもよい。また上述の通り、ねじ締結とねじ緩み止め接着剤の塗布とを併用してもよい。
(e)大型部品の配置は、上記実施形態に限らず、一部又は全部の大型部品について、円柱の軸が回転軸の軸方向とは異なるように配置されてもよい。また、複数の大型部品が直列に配置されなくてもよい。
(f)本発明の駆動装置800は、電動パワーステアリング装置の操舵アシストモータに限らず、ステアバイワイヤシステムの反力モータもしくは転舵モータ、或いは、その他のどのようなモータの駆動装置として用いられてもよい。
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、そ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。
101、102(10) ・・・制御ユニット、
20・・・ユニットケース、
301、302・・・パワー回路基板(回路基板)、
33・・・チョークコイル(大型部品)、
34・・・コンデンサ(大型部品)、
370・・・インバータ、 371-376・・・スイッチング素子(発熱素子)、
400、401、402・・・制御回路基板(回路基板)、
601、602・・・ヒートシンク、
610、620・・・柱部、
631、632・・・第1配置部、
641、642・・・第2配置部、
80・・・モータ、
84・・・ステータ、 86・・・ロータ、 87・・・シャフト。
20・・・ユニットケース、
301、302・・・パワー回路基板(回路基板)、
33・・・チョークコイル(大型部品)、
34・・・コンデンサ(大型部品)、
370・・・インバータ、 371-376・・・スイッチング素子(発熱素子)、
400、401、402・・・制御回路基板(回路基板)、
601、602・・・ヒートシンク、
610、620・・・柱部、
631、632・・・第1配置部、
641、642・・・第2配置部、
80・・・モータ、
84・・・ステータ、 86・・・ロータ、 87・・・シャフト。
Claims (7)
- ステータ(84)、及び、回転軸(O)上に設けられたシャフト(87)を中心として回転するロータ(86)を含むモータ(80)と、
前記回転軸の軸方向の一方側で前記モータと一体に設けられ、前記モータを駆動制御する制御ユニット(101、102)と、
前記回転軸を挟んで配置された一対の第1配置部(631、632)、及び、一対の前記第1配置部の間を接続する一つまたは一対の第2配置部(641、642)が径外側を向いて設けられており、前記制御ユニットを支持する柱部(610、620)を有するヒートシンク(601、602)と、
を備える駆動装置であって、
前記制御ユニットは、
前記モータへ給電するパワー回路においてインバータ(370)を構成する複数のスイッチング素子(371-376)が実装された一枚または二枚のパワー回路基板(301、302)、及び、入力信号に基づき前記インバータの駆動を制御する制御回路の部品が実装された一枚または二枚の制御回路基板(400、401、402)を有し、
前記パワー回路基板は前記第1配置部に固定されており、
前記制御回路基板は前記第2配置部に固定されている駆動装置。 - 前記モータの前記ステータは二組の巻線組(810、820)を有し、
前記制御ユニットは、前記モータの対応する巻線組へ給電する二系統のパワー回路(310、320)が系統毎に設けられた二枚の前記パワー回路基板を有する請求項1に記載の駆動装置。 - 前記制御ユニットは、二系統の前記インバータの駆動を制御する二系統の制御回路(410、420)が系統毎に設けられた二枚の前記制御回路基板(401、402)を有する請求項2に記載の駆動装置。
- 前記制御ユニットは、二系統の前記インバータの駆動を制御する二系統の制御回路(410、420)が共に設けられた一枚の前記制御回路基板(400)を有する請求項2に記載の駆動装置。
- 前記制御回路基板は、各系統の制御回路の部品が線対称に配置されている請求項4に記載の駆動装置。
- 少なくとも前記パワー回路基板は、前記第1配置部において前記回転軸の軸方向の複数箇所に突設された支持部(67)の座面(68)に当接した状態で固定されている請求項1~5のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 少なくとも前記第1配置部における複数の前記支持部は、前記回転軸の軸方向における前記パワー回路基板の一端及び他端に対応する位置に設けられている請求項6に記載の駆動装置。
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JP2022018572A Pending JP2023116040A (ja) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | 駆動装置 |
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