JP6026048B1 - 電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

寿命が温度依存性を持つ平滑コンデンサの温度上昇を抑制すると共に制御装置の高さを小さくして小型化した電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置を得る。モータに電流を供給するスイッチング素子（２０）と、スイッチング素子によるリップル電流を低減する平滑コンデンサ（２５）と、スイッチング素子を制御する駆動回路（１２）と制御回路用コンデンサ（１４）を実装した制御基板（１０）と、制御基板からの制御信号をスイッチング素子に供給する制御信号線（２６）と、スイッチング素子と平滑コンデンサ（２５）を電気的に接続する電気的接続部材（１５）と、スイッチング素子を埋め込んで配置するヒートシンク部（７０）を備え、スイッチング素子（２０）と制御基板（１０）との間に電気的接続部材（１５）を配置すると共に、電気的接続部材（１５）と制御基板（１０）との空間に制御回路用コンデンサ（１４）と平滑コンデンサ（２５）を配置した。

Description

この発明は、例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置に関するものである。

自動車用の電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングホイ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。
従来から電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置については、小型で信頼性の高い構造として、駆動制御を構成する半導体スイッチとしてのＭＯＳＦＥＴと平滑コンデンサを同一の金属基板上に配置した電力変換回路部と、マイコンなどの制御回路部品を配置した制御回路部、およびフィルタを配置したフィルタ部を、蓋体とハウジングにより構成される収容空間に収容された積層構造が採られている。（例えば特許文献１の図２参照）

また、制御回路を構成する制御回路用面実装部品が実装される制御基板、パワー用面実装部品が実装されるパワー基板、および制御基板とパワー基板間にあって、電源系統あるいは他のＥＣＵ等の外部と接続するための外部接続コネクタが一体化されたコネクタケースを、上側のカバーと下側のヒートシンク間に挟みこんだ積層構造が採られている。（例えば特許文献２の図２参照）

特開２０１３−６３６８９号公報（図２） 特開２０１３−１０３５３５号公報（図２）

しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、ＭＯＳＦＥＴと平滑コンデンサが同一の金属基板上に配置され、蓋体とハウジングにより構成される収容空間に積層されているため、平滑コンデンサが、ＭＯＳＦＥＴ表面からの発熱の影響を受けると共に、金属基板が取り付けられたハウジングからも熱の影響を受けて、平滑コンデンサの温度上昇が大きくなってしまう課題があった。

また、特許文献２に記載の電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、コンデンサやスイッチング素子などのパワー実装部品が同一のパワー基板上に配置されているため、同様の課題があった。特に、パワー基板に小型の面実装コンデンサを利用しているため、コンデンサの熱容量が小さいことで周りからの熱の影響を非常に受けやすく、温度上昇が大きくなってしまう課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、寿命が温度依存性を持つ平滑コンデンサの温度上昇を抑制し、これにより信頼性を向上するとともに、制御装置の高さを小さくして小型化した電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置の提供を目的とするものである。

この発明に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置は、電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置であって、
前記モータに電流を供給する複数のスイッチング素子と、これらスイッチング素子のオンオフによるリップル電流を低減するための平滑コンデンサと、前記スイッチング素子を駆動制御する駆動回路と制御回路用コンデンサを実装した制御基板と、前記制御基板からの制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御信号線と、前記スイッチング素子と前記平滑コンデンサを電気的に接続する電気的接続部材と、前記スイッチング素子を配置するヒートシンク部を備え、
前記制御基板、前記電気的接続部材および前記ヒートシンク部の順で階層的にモータに接続され、前記モータと接しない側の前記ヒートシンク部の端面に凹部を設け、この前記凹部に前記スイッチング素子を埋設して配置し、
前記スイッチング素子と前記制御基板との間に前記電気的接続部材を配置すると共に、前記電気的接続部材と前記制御基板との間に形成される空間に前記制御回路用コンデンサと前記平滑コンデンサを配置し、前記電気的接続部材は、前記制御基板と同程度の平面部を有し、前記ヒートシンク部と当接するとともに前記凹部を覆うように配置されたものである。

この発明の構成とすることにより、平滑コンデンサがスイッチング素子やハウジング、ヒートシンク部からの熱の影響を受けにくくなるため、平滑コンデンサの温度上昇が抑制され、信頼性が向上する。また、制御装置の高さ方向が小さくなるため、装置を小型化できるというものである。

この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を含む電動パワーステアリング装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置の構造図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される電気的接続部材の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される電気的接続部材の別の断面図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される電気的接続部材を上面から見た図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される各素子の位置関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置に使用される各素子の位置関係を示す別の図である。 この発明の実施の形態１に係るモータ駆動制御装置を含む電動パワーステアリング装置の構造図である。 この発明の実施の形態２に係るモータ駆動制御装置に使用される各素子の位置関係を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置を図１〜図８に基づいて説明する。
図１は、実施の形態１に係る電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置（以下、単にモータ駆動制御装置という。）を含む電動パワーステアリング装置の回路構成図、図２はモータ駆動制御装置の構造図である。

まず、電動パワーステアリング装置全体の回路構成について説明する。図１において、電動パワーステアリング装置１００は、車両のハンドル１に対して補助トルクを出力する電動モータ３０と、この電動モータ３０の駆動を制御するモータ駆動制御装置３と、電動モータ３０の回転速度を減速させる減速装置２と、電動モータ３０を駆動するための電流を供給するバッテリー４と、車両のハンドル付近に配置され、運転者の操舵するハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ６を備えている。
なお、モータ駆動制御装置３により駆動される電動モータ３０は、３相ブラシレスモータで構成されており、各々の電機子巻線３１ｕ、３１ｖ、３１ｗはＹ結線されている。

モータ駆動制御装置３は、バッテリー４とモータ駆動制御装置３とを電気的に接続する電源コネクタ７と、車両側から車両の走行速度信号などの車両側信号５が入力される車両側信号コネクタ８と、トルクセンサ６とモータ駆動制御装置３とを電気的に接続するトルクセンサ用コネクタ９を備えている。
またモータ駆動制御装置３は、電動モータ３０に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃと、ハンドル１に出力する補助トルクの大きさと方向に応じてモータ電流を切り替えるための３相ブリッジ回路を構成する同一のスイッチング素子２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃのスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出することを防止するコイル４３と、バッテリー４から３相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２０ａ〜２０ｃに供給されるバッテリー電流を通電、遮断するスイッチ手段である電源リレー４０と、これら３相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２０ａ〜２０ｃと電源リレー４０のオン、オフの状態を制御するための制御基板１０と、電動モータ３０の回転数を検出する回転センサ５１を備えている。

スイッチング素子２０ａには電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴと称す）２１ａとＦＥＴ２２ａが、スイッチング素子２０ｂにはＦＥＴ２１ｂとＦＥＴ２２ｂが、スイッチング素子２０ｃにはＦＥＴ２１ｃとＦＥＴ２２ｃが、それぞれ一端同士を互いに接続して実装されている。スイッチング素子２０ａのＦＥＴ２１ａが３相ブリッジ回路のＵ相のプラス側アーム、ＦＥＴ２２ａがＵ相のマイナス側アームを構成し、ＦＥＴ２１ｂが３相ブリッジ回路のＶ相のプラス側アーム、ＦＥＴ２２ｂがＶ相のマイナス側アームを構成し、ＦＥＴ２１ｃが３相ブリッジ回路のＷ相のプラス側アーム、ＦＥＴ２２ｃがＷ相のマイナス側アームを構成している。
またＦＥＴ２１ａ〜ＦＥＴ２１ｃのそれぞれの他端は、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃのオンオフによって、電動モータ３０に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃがそれぞれ接続されている。ＦＥＴ２２ａ〜２２ｃの他端は、それぞれシャント抵抗２４ａ〜２４ｃを介して車両の設置電位部に接続されている。

ＦＥＴ２１ａとＦＥＴ２２ａの一端同士が接続された接続点Ａ、ＦＥＴ２１ｂとＦＥＴ２２ｂの一端同士が接続された接続点Ｂ、およびＦＥＴ２１ｃとＦＥＴ２２ｃが接続された接続点Ｃは、それぞれ３相ブリッジ回路のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流側端子となる。スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの接続点Ａ、接続点Ｂ、接続点Ｃには、ＦＥＴ２３ａ〜２３ｃの一端がそれぞれ接続され、ＦＥＴ２３ａ〜２３ｃの他端がそれぞれ電動モータ３０の電機子巻線３１ｕ、３１ｖ、および３１ｗのＵ相、Ｖ相、Ｗ相端子に接続されている。このように接続されたＦＥＴ２３ａ〜２３ｃは、通常オン状態となるように制御基板１０により制御され、必要な時は電動モータ３０を電気的に切り離す役割、すなわちモーターリレーの役割を果たしている。

なお実施の形態１では、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃに同一の３つのスイッチング素子を用いる構成としているが、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃをすべて一体化させて１つのモジュールとし、その１つのモジュールを用いてインバータ回路を構成してもよい。また図１では、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃを各スイッチング素子２０ａ〜２０ｃに１個ずつ取り付けているが、モータ電流のリップル成分を吸収するための必要数であれば、特に個数を限定しない。

電源リレー４０に実装された２個のＦＥＴ４１とＦＥＴ４２は、その一端同士が互いに接続されており、一方のＦＥＴ４１の他端は、コイル４３を介して電源コネクタ７に接続され、他方のＦＥＴ４２の他端は、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃで構成される３相ブリッジ回路のプラス側直流端子に接続されている。
なお、図１では電源リレー４０の位置を３相ブリッジ回路を構成するスイッチング素子２０ａ〜２０ｃのプラス側とコイル４３の間に配置した例を示しているが、電源コネクタ７とコイル４３の間に配置した構成でも良い。また図１ではコイル４３を１つで構成しているが、発熱を分散させるために複数のコイルを直列に接続した構成でもよい。

制御基板１０は、マイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２、電流検出回路１３および制御回路用コンデンサ１４が搭載されて構成されている。制御回路用コンデンサ１４は、制御基板１０に搭載されたマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２、および電流検出回路１３などを構成する半導体の制御素子や回路素子に電源Ｖｃを供給するためのコンデンサであり、各制御素子や回路素子を安定に動作させるために電解コンデンサが使用される。

運転者がハンドル１を操作してステアリング軸に操舵トルクを加えると、トルクセンサ６がその操舵トルクを検出し、その検出トルクに応じた操舵トルク信号がマイクロコンピュータ１１に入力される。また回転センサ５１はレゾルバあるいは磁気センサで構成され、回転センサ５１が検出した操舵回転数に応じた回転検出信号がマイクロコンピュータ１１に入力される。さらには、シャント抵抗２４ａ〜２４ｃの一端を介して、電動モータ３０に流れるモータ電流が電流検出回路１３によって検出され、電流検出回路１３からのモータ電流信号がマイクロコンピュータ１１に入力される。
マイクロコンピュータ１１は、上記トルクセンサ６からの操舵トルク信号、回転センサ５１で検出される回転検出信号、車両の走行速度信号などの車両側信号５、および電流検出回路１３によるモータ電流信号から、ＦＥＴ駆動回路１２に入力する制御信号を演算する。

ＦＥＴ駆動回路１２は、マイクロコンピュータ１１からの制御信号に基づいて所定のタイミングでゲート駆動信号を発生し、３相ブリッジ回路のスイッチング素子２０ａ〜２０ｃと電源リレー４０の各ＦＥＴを導通制御する。これにより３相ブリッジ回路は所定の３相交流電流を発生し、電動モータ３０の電機子巻線３１ｕ〜３１ｖに３相交流電流を供給して電動モータ３０を駆動する。
電動モータ３０の発生したトルクは、減速装置２を介してステアリング軸にアシストトルクとして加えられる。これにより、運転者によるハンドル１の操舵力は軽減されるというものである。なお図１では、電動モータ３０の電機子巻線３１ｕ〜３１ｖがＹ結線される例を示したが、Δ結線されていても良い。

次にこの発明の実施の形態１におけるモータ駆動制御装置３の構造を、図２に基づいて説明する。なお図２において、モータ駆動制御装置３がモータ３０に接続される側をモータ駆動制御装置３のフロント側、モータに接続されない側をモータ駆動制御装置のリア側とする。実施の形態１に係るモータ駆動制御装置３は、カバー６０、制御基板１０、電気的接続部材１５、ヒートシンク部７０の順に階層的に配置されている。制御基板１０には、マイクロコンピュータ１１、制御素子を有するＦＥＴ駆動回路１２、電流検出回路１３、およびマイクロコンピュータ１１やＦＥＴ駆動回路１２の制御素子への電源供給に必要な制御回路用コンデンサ１４が実装されており、制御基板１０からの制御信号をスイッチング素子２０ａ〜２０ｃに、各々のスイッチング素子２０ａ〜２０ｃに接続された制御信号線２６ａ〜２６ｃを介して電気信号として送るように構成されている。

スイッチング素子２０ａ〜２０ｃは、ＦＥＴのベアチップを樹脂でモールドしたもので構成されており、また電流検出の目的として、シャント抵抗２４ａ〜２４ｃを装備している。なお、これらスイッチング素子２０ａ〜２０ｃに用いられる半導体素子は、電圧制御自己消弧型の高速半導体素子であり、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴが選定される。また炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）等のワイドギャップ半導体を用いれば、その高速スイッチング特性と高温動作特性により、より低損失で小型のモータ駆動制御装置３を構成することが可能となる。

このスイッチング素子２０ａ〜２０ｃは、電動モータ３０に必要な電流を供給して電動モータ３０を駆動する。さらにスイッチング素子２０ａ〜２０ｃは、ヒートシンク部７０に配置されている。ヒートシンク部７０は、例えばアルミニウムなどの金属製で構成されており、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃで発生した熱を吸収し、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの温度上昇を低減する働きを持っている。

ヒートシンク部７０は、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃを埋め込んで配置するように、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの厚さ方向の長さよりも深く削り込まれた凹部７０ａの構造を有している。このようにヒートシンク部７０にスイッチング素子２０ａ〜２０ｃの厚さ方向の長さよりも深く削り込まれた凹部７０ａの構造を設けることで、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃは、完全にヒートシンク部７０の凹部７０ａに埋め込むことができる。よってモータ駆動制御装置３の高さをより低くすることができると同時に、熱を効率よくヒートシンク部７０に伝えることができるため、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの温度上昇を抑制することができる。

またスイッチング素子２０ａ〜２０ｃは、アルミニウムなどの基材の上に絶縁層を配し、その上に回路形成用の銅箔を張って構成された金属基板上、あるいは高熱伝導のセラミックス材料と配線導体で構成されたセラミック基板上に実装されて、これらの基板を介してヒートシンク部７０と接触してもよい。またスイッチング素子２０ａ〜２０ｃが接着剤や半田を介してヒートシンク部７０と接触していても良い。このような構成とすれば、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃで発生した熱を効率よくヒートシンク部７０に伝えることができるため、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの温度上昇を抑制することができる。

さらには、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃを金属基板やセラミック基板に実装したものをヒートシンク部７０の凹部７０ａに埋め込んで配置した後、その凹部７０ａにモールド樹脂やシリコーンゲルなどの高熱伝導性の絶縁材を注入した構成としても良い。このような構成とすれば、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃで発生した熱を効率よくヒートシンク部７０に伝えることができるため、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの温度上昇を抑制することができるとともに、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの電気的露出部を絶縁することができるので、より信頼性を向上させることができる。
なお、この図２には電源リレー４０を構成するＦＥＴ４１とＦＥＴ４２は図示されていないが、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃと同様にヒートシンク部７０に設けられた凹部７０ａに埋め込んで配置されている。

ヒートシンク部７０の凹部７０ａが設けられた端面（リア側）には、金属バスバーと絶縁樹脂で構成された電気的接続部材１５がスイッチング素子２０ａ〜２０ｃを完全に覆う構造となるように接触して配置されている。こうすることで電気的接続部材１５のリア側に配置された平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃ（２５ｃは図２では見えていない。以下同様）や、電気的接続部材１５よりもリア側に取り付けられる制御基板１０に配置されたマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２を構成する制御素子に対して、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃやヒートシンク部７０からの熱の影響を抑制することができるので、より信頼性を向上させることができる。
ヒートシンク部７０のもう一方の端面（フロント側）には、回転センサ５１が設けられている。なお、回転センサ５１はレゾルバを用いてもよいが、永久磁石とＧＭＲセンサの組み合わせで構成してもよい。

また、電気的接続部材１５はスイッチング素子２０ａ〜２０ｃと制御基板１０との間に配置されており、この電気的接続部材１５と制御基板１０との間に形成される空間に平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃを配置し、また制御基板１０に搭載されている制御回路用コンデンサ１４もこの空間に配置している。
制御基板１０および電気的接続部材１５を覆うようにカバー６０がヒートシンク部７０に設けられたヒートシンク連結ネジ穴部９２（図５参照）に、ネジ１０１でネジ止めされる。なお、ヒートシンク部７０とカバー６０の接続は、ネジ止めに限らず、接着剤や、ネジと接着剤の併用などの方法でもよい。
カバー６０は金属あるいは樹脂で構成され、このカバー６０には、電源コネクタ７、車両側信号コネクタ８、トルクセンサ用コネクタ９、およびコイル４３の配置空間が一体成型されている。

図３は電気的接続部材１５の断面図である。スイッチング素子２０ａ〜２０ｃへの電力供給およびスイッチング素子２０ａ〜２０ｃと平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃとの電気的接続は、この電気的接続部材１５を介して行われる。
電気的接続部材１５は平面状であり、その平面の大きさは制御基板１０の平面的大きさと同じ、または同程度である。電気的接続部材１５は、金属製のプラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂからなる通電用バスバーを樹脂等の絶縁部材１５ｃ上に配置するか、プラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂの一部、あるいは全部を樹脂等の絶縁部材１５ｃでモールドして形成されている。

プラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂは電流を供給する役目を果たし、樹脂等の絶縁部材１５ｃは通電用バスバー１５ａ、１５ｂとヒートシンク部７０などの他の部品との電気的絶縁の確保、通電用バスバーを支えるフレームとしての役割、さらにはスイッチング素子２０ａ〜２０ｃからの熱やヒートシンク部７０からの熱が平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃに伝わりにくくする遮熱の役割を果たしている。また、樹脂等の絶縁部材１５ｃは、制御基板１０との間に空間ができるように、その平面端部である周囲には立ち上がり鍔部１５ｃｄを有している。

図３の構造に示す電気的接続部材１５を使用することにより、図２に示すように電気的接続部材１５の一面がヒートシンク部７０の端面と接触し、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃを完全に覆うので、電気的接続部材１５の上面に配置された平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃや、制御基板１０に配置されたマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２に及ぼすスイッチング素子２０ａ〜２０ｃやヒートシンク部７０からの熱の影響を抑制することができる。

また図４は、電気的接続部材１５の別の構造を示す図である。図４に示すように、電気的接続部材１５の絶縁部材１５ｃの端部周囲に形成された立ち上がり鍔部１５ｃｄが、制御基板１０側とは反対のヒートシンク部７０側に突出していても、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃを含む領域を覆う構造であれば、上記と同等の効果を得ることができる。

図５は、ヒートシンク部７０、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃ、および電気的接続部材１５をリア側から見た図である。
電気的接続部材１５のプラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂは、電源コネクタ７を介してバッテリー４に接続される。プラス側バスバー１５ａとマイナス側バスバー１５ｂは、それぞれが互いに近接して並行になるように配線され、さらにループを描くように配置されており、プラス側バスバー１５ａとスイッチング素子２０ａ〜２０ｃのそれぞれのＰ端子２８ａ〜２８ｃが、またマイナス側バスバー１５ｂとスイッチング素子２０ａ〜２０ｃのそれぞれのＮ端子２９ａ〜２９ｃが接続される。
このような配線とすることで、よりバスバーのインダクタンスを下げることが可能となり、インダクタンスに起因するサージ電圧を抑制することができる。また、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃと電源リレー４０をヒートシンク部７０の全面に分散配置することが可能となるため、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃの温度上昇を均一化させることができる。これにより、モータ駆動制御装置３の信頼性をより向上させることができる。

また電気的接続部材１５には、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃによるリップル電流を低減するための平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃが実装される。平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃは、モータ３０に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するため大容量のアルミ電解コンデンサや、直流等価抵抗（ＥＳＲ：Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｓｅｒｉｅｓ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）の小さい導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサなどを用いる。特に導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサは、固体である導電性高分子とアルミ電解コンデンサに用いられる液体の電解液の両方の電解質の特性を有するハイブリッド電解質で構成される。

そのため、導電性高分子コンデンサと同等レベルの低いＥＳＲと高いリップル電流特性と、アルミ電解コンデンサの特徴である低い漏れ電流特性を有する。よって、リップル電流特性を同一にした場合、導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサの体格はアルミ電解コンデンサに比べて小さくなるため、これを用いることでモータ駆動制御装置３の高さをより低くすることができる。さらに平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃの端面の長さが側面の長さよりも小さい場合には、平滑コンデンサの端面を電気的接続部材１５の上平面に対して垂直になるように、横置き配置することが望ましい。このような配置にすれば、モータ駆動制御装置３の高さをより低くすることができる。

図６は、ヒートシンク部７０に取り付けられた電源リレー４０、スイッチング素子２０ａ〜２０ｂと平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃの位置関係をリア側から見た図である。
電源リレー４０とスイッチング素子２０ａ〜２０ｂと平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃは、リア側から見て上下に重ならない位置に配置される。
なお、図６は一例として平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃを円周方向に並べて配置した構成を示しているが、配置方向は端面が内側、外側のいずれの方向となっていてもよく、また横置きに限らず、図７のように縦置きのいずれにしてよい。いずれの配置も平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃがスイッチング素子２０ａ〜２０ｂから発する熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。

制御基板１０は、多層（例えば４層）のガラス・エポキシ基板から構成されており、制御基板１０と電気的接続部材１５で平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｂを挟み込むように、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｂは電気的接続部材１５のリア側上面に取り付けられる。
図２に示すように、制御基板１０にはマイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２を構成する制御素子、電流検出回路１３、および制御素子への電源供給に必要な制御回路用コンデンサ１４が実装されるが、マイクロコンピュータ１１、ＦＥＴ駆動回路１２、および電流検出回路１３は制御基板１０のリア側の面に、制御回路用コンデンサ１４は制御基板１０のフロント側の面で、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃが配置されていない空隙に配置する構造とする。

このように制御基板１０と電気的接続部材１５で平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃと制御回路用コンデンサ１４を挟み込む構造とすれば、制御基板１０と電気的接続部材１５との間でできる空間を有効に利用することが可能になるため、モータ駆動制御装置３を小型化することができる。さらに、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃと制御回路用コンデンサ１４が、スイッチング素子２０ａ〜２０ｂ、マイクロコンピュータ１１、およびＦＥＴ駆動回路１２からの受ける熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。

図８に、モータ駆動制御装置３と電動モータ３０を一体化した電動パワーステアリング装置１００の構造の一例を示す。電動モータ３０は、固定子鉄心３２（３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ）に電機子巻線３１（３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）が巻き回され、固定子鉄心３２に対向して、回転子鉄心３４と永久磁石３３を備えた回転子が配置されている。
回転子鉄心３４の回転軸中心には、シャフト８０が圧入され、シャフト８０の一端にはギヤ軸とのカップリングであるボス８１が圧入されている。シャフト８０は、２つの軸受７１、７２によって支持され、軸受７１、７２はカバー６２に固定されて、回転子が回転自在になるような構造となっている、また、シャフト８０のもう一方の端部には回転センサ５１が設けられている。カバー６２と固定子鉄心３２は、フレーム６３に焼きばめなどで固定されている。またフレーム６３は、例えばアルミニウムで構成され、ヒートシンク部７０に設けられたフレーム連結ネジ穴部９１（図５参照）に、ネジ１０２でネジ止めされる。

電機子巻線３１（３１ｕ、３１ｖ、３１ｗ）はターミナル６１を介してバスバー（図示しない）に電気的に接続されており、バスバー（図示しない）とモータ駆動制御装置３とは、電気的に接続される。バスバー（図示しない）は、モータ駆動制御装置３のスイッチング素子２０ａ〜２０ｃのそれぞれのＦＥＴ出力部２７ａ〜２７ｃ（図５参照）から電流の供給を受け、電動モータ３０を駆動することができる。

モータ駆動制御装置３は電動モータ３０とヒートシンク部７０を介して接続する構造となっており、モータ駆動制御装置３は電動モータ３０からの熱の煽りをヒートシンク部７０で遮ることができる。またさらに、モータ駆動制御装置３の平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃは、電気的接続部材１５でヒートシンク部７０およびスイッチング素子２０ａ〜２０ｃからの熱を遮断することができるため、より信頼性を向上させることができる。

以上のようにこの発明の実施の形態１では、電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置において、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃと、制御回路用コンデンサ１４と、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃと、スイッチング素子と平滑コンデンサを電気的に接続する電気的接続部材１５と、制御回路素子を実装した制御基板１０と、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃと制御基板１０の制御回路素子とを電気的に接続する制御信号線２６ａ〜２６ｃと、スイッチング素子を埋め込んで配置するための凹部を有するヒートシンク部７０とを備え、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃがヒートシンク部７０に埋め込んで配置され、電気的接続部材１５をスイッチング素子と制御基板１０との間に配置し、制御回路用コンデンサ１４と平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃを制御基板１０と電気的接続部材１５との間に配置したので、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃがスイッチング素子２０ａ〜２０ｃやハウジング、ヒートシンク部７０からの熱の影響を受けにくくなるため、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃの温度上昇が抑制され、信頼性が向上し、またモータ駆動制御装置３の高さ方向が小さくなるため、装置を小型化できる。

実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２におけるモータ駆動制御装置３について図９に基づいて説明する。
実施の形態２の発明においては、実施の形態１と同様に各部品が実装され、電気回路も同一であり、図１および図２に示すような回路構成図と構造図は省略するが、図９は図６に相当するモータ駆動制御装置３に使用される各素子の位置関係を示した図である。

実施の形態１では、図６において電源リレー４０、スイッチング素子２０ａ〜２０ｂを均等配置し、それらの素子の間に平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃを均等に配置する構成を示したが、実施の形態２では、図９に示すようにスイッチング素子２０ａ〜２０ｃをヒートシンク連結ネジ穴部９２の近傍に配置したものである。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同じまたは相当部分には同一符号を付している。

ヒートシンク連結ネジ穴部９２はヒートシンク部７０の一部で構成され、この部分の金属厚さは周囲よりも大きいため熱容量が大きい。よってスイッチング素子２０ａ〜２０ｃの冷却効果が大きくなるため温度上昇を抑制することができ、電気的接続部材１５のリア側の面に配置した平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃがスイッチング素子２０ａ〜２０ｂから発する熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。
さらに電気的接続部材１５のリア側の面から見て、平滑コンデンサ２５ａ〜２５ｃとスイッチング素子２０ａ〜２０ｃを上下に重ならない位置に配置することで、スイッチング素子２０ａ〜２０ｃからの熱の影響を受け難くなるため、より信頼性を向上させることができる。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

３：モータ駆動制御装置、 ４：バッテリー、 １０：制御基板、 １１：マイクロコンピュータ、 １２：ＦＥＴ駆動回路、 １３：電流検出回路、 １４ 制御回路用コンデンサ、 １５：電気的接続部材、 １５ａ：プラス側バスバー、 １５ｂ：マイナス側バスバー、 １５ｃ：絶縁部材、 ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：スイッチング素子、 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：平滑コンデンサ、 ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ：制御信号線、 ３０：電動モータ、 ４０：電源リレー、 ７０：ヒートシンク部、 ７０ａ:凹部、 ９２：ヒートシンク連結ネジ穴部、 １００：電動パワーステアリング装置。

Claims (9)

1. 電動パワーステアリング装置に用いられるモータを駆動制御する電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置であって、
   前記モータに電流を供給する複数のスイッチング素子と、これらスイッチング素子のオンオフによるリップル電流を低減するための平滑コンデンサと、前記スイッチング素子を駆動制御する駆動回路と制御回路用コンデンサを実装した制御基板と、前記制御基板からの制御信号を前記スイッチング素子に供給する制御信号線と、前記スイッチング素子と前記平滑コンデンサを電気的に接続する電気的接続部材と、前記スイッチング素子を配置するヒートシンク部を備え、
   前記制御基板、前記電気的接続部材および前記ヒートシンク部の順で階層的にモータに接続され、前記モータと接しない側の前記ヒートシンク部の端面に凹部を設け、この前記凹部に前記スイッチング素子を埋設して配置し、
   前記スイッチング素子と前記制御基板との間に前記電気的接続部材を配置すると共に、前記電気的接続部材と前記制御基板との間に形成される空間に前記制御回路用コンデンサと前記平滑コンデンサを配置し、前記電気的接続部材は、前記制御基板と同程度の平面部を有し、前記ヒートシンク部と当接するとともに前記凹部を覆うように配置された
   ことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
2. 前記凹部に高熱伝導性の絶縁材を注入したことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
3. 前記複数のスイッチング素子が前記ヒートシンク部に分散配置されるとともに、前記平滑コンデンサと前記スイッチング素子が、前記電気的接続部材の上面から見て重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
4. 前記平滑コンデンサの端面が、前記電気的接続部材の上平面に対して垂直になるように、前記平滑コンデンサを前記電気的接続部材に横置き配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
5. 前記電気的接続部材は、電源のプラス側電位およびマイナス側電位を接続する通電用バスバーと、この通電用バスバーを支持する絶縁部材で構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
6. 前記電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置にバッテリーから流入する電流を遮断する電源リレーを備え、前記電源リレーが前記ヒートシンク部に埋設されて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
7. 前記複数のスイッチング素子と前記平滑コンデンサと前記電源リレーが、前記電気的接続部材の上面から見て重ならない位置に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
8. 前記スイッチング素子を配置するヒートシンク部がヒートシンク連結ネジ穴部を有し、前記ヒートシンク連結ネジ穴部の近傍に前記スイッチング素子を配置したことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。
9. 前記平滑コンデンサは、導電性高分子ハイブリッドアルミ電解コンデンサであることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング用モータ駆動制御装置。

Images