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JP7767962B2 - Drive unit - Google Patents
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JP7767962B2 - Drive unit - Google Patents

Drive unit

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Description

本発明は、駆動装置に関する。 The present invention relates to a drive device.

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。 Conventionally, drive devices in which the motor and control unit are integrated are known in which the control unit's power module and circuit board are arranged along the rotation axis direction. This type of "vertical arrangement" of the circuit board allows for radial miniaturization.

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。 For example, in the electric power steering device disclosed in Patent Document 1, the heat sink has a rectangular parallelepiped pillar portion extending in the axial direction of the rotation shaft. Two sets of control boards and power modules that make up two motor drive circuits are respectively arranged in a pair of arrangement portions corresponding to two opposing sides of the pillar portion and in arrangement portions corresponding to the other two opposing sides.

国際公開第2019/073594号International Publication No. 2019/073594

本明細書では、制御ユニットを構成する円柱状の電子部品であるチョークコイル及びコンデンサを大型部品と定義する。特許文献1の装置では、大型部品である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。 In this specification, the choke coil and capacitor, which are cylindrical electronic components that make up the control unit, are defined as large components. In the device of Patent Document 1, the cylindrical axis of the capacitor, which is a large component, is positioned so that it is perpendicular to the axial direction of the rotation shaft. As a result, when using a larger-sized capacitor, there is an issue in that it cannot be accommodated in the gap space of the unit case (housing in Patent Document 1).

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、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ことにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a drive unit in which the circuit board is arranged vertically and which can suppress an increase in radial size even when larger components are used.

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、ユニットケース(20)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。 The drive device according to the present invention comprises a motor (80), a control unit (101, 102), a heat sink (601, 602), and a unit case (20). The motor includes a stator (84) and a rotor (86) that rotates around a shaft (87) provided on a rotation axis (O). The control unit is provided integrally with the motor on one axial side of the rotation axis and drives and controls the motor.

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。円筒状のユニットケースは、柱部に支持された制御ユニットを覆う。 The heat sink has pillars (610, 620) that support the control unit. The pillars have a pair of first arrangement sections (631, 632) arranged on either side of the rotation axis, and one or a pair of second arrangement sections (641, 642) that connect the pair of first arrangement sections and face radially outward. A cylindrical unit case covers the control unit supported by the pillars.

制御ユニットは、柱部の第1配置部又は第2配置部固定された一枚以上の回路基板(301、302、400、401、402)を有する。 The control unit has one or more circuit boards (301, 302, 400, 401, 402) fixed to the first or second placement section of the column.

制御ユニットを構成する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)を大型部品と定義する。複数の大型部品は、円柱の軸が回転軸の軸方向に沿ってユニットケース内に配置されている。例えば複数の大型部品のうち少なくとも一部は、回転軸の軸方向に沿って直列に配置されている。さらに、例えば一つのチョークコイルと一つ以上のコンデンサとが回転軸の軸方向に沿って直列に配置されている。 The choke coil (33) and capacitor (34), which are cylindrical electronic components that make up the control unit, are defined as large components. Multiple large components are arranged inside the unit case with their cylindrical axes aligned with the axial direction of the rotation shaft. For example, at least some of the multiple large components are arranged in series along the axial direction of the rotation shaft. Furthermore, for example, one choke coil and one or more capacitors are arranged in series along the axial direction of the rotation shaft.

柱部に固定された回路基板とユニットケースの内壁との間には、回転軸の径方向には制限があるが、回転軸の軸方向には少なくとも基板の長手寸法分の空間が確保されている。本発明では、複数の大型部品の円柱の軸が回転軸の軸方向に沿って配置されるため、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内の隙間空間に効率良く収容することができる。 While there is a limit to the radial distance between the circuit board fixed to the pillar and the inner wall of the unit case, there is a space at least equal to the longitudinal dimension of the board in the axial direction of the rotation shaft. In this invention, the cylindrical axes of multiple large components are arranged along the axial direction of the rotation shaft, so even larger components can be efficiently accommodated in the gap space within the unit case.

駆動装置が適用される電動パワーステアリング装置の概略構成図。1 is a schematic diagram illustrating the configuration of an electric power steering device to which a drive device is applied. 二系統モータ駆動システムの回路図。Circuit diagram of a dual-motor drive system. 第1実施形態による駆動装置の軸方向断面図。FIG. 2 is an axial cross-sectional view of the drive device according to the first embodiment. 図3の柱部のIV方向矢視図。4 is a view of the column portion of FIG. 3 taken in the direction of arrow IV. 図3のV方向矢視図。FIG. 4 is a view taken in the direction of the arrow V in FIG. 3 . 図3のVI-VI線での径方向断面図。FIG. 6 is a radial cross-sectional view taken along line VI-VI in FIG. 3 . 第1実施形態のヒートシンクの側面図。FIG. 2 is a side view of the heat sink according to the first embodiment. 図7のVIII方向矢視図。FIG. 8 is a view taken in the direction of arrow VIII in FIG. 7 . 図7のIX方向矢視図に回転角センサ基板を付記した図。9 is a view taken in the direction of an arrow IX in FIG. 7, with a rotation angle sensor board added thereto. コンデンサの配置に係る第1実施形態の変形例を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the first embodiment relating to the arrangement of capacitors. 第2実施形態による駆動装置の軸方向断面図。FIG. 6 is an axial cross-sectional view of a drive device according to a second embodiment. 図11のXII-XII線での径方向断面図。12 is a radial cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. 11 . 第2実施形態のヒートシンクの分解側面図。FIG. 10 is an exploded side view of a heat sink according to a second embodiment. 図13のXIV方向矢視図。FIG. 14 is a view taken in the direction of an arrow XIV in FIG. 図13のXV方向矢視図に回転角センサ基板を付記した図。14 is a view taken in the direction of the arrow XV in FIG. 13, with a rotation angle sensor board added thereto. 比較例の駆動装置の径方向断面図。FIG. 4 is a radial cross-sectional view of a drive device according to a comparative example.

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。 Several embodiments of the drive device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Substantially identical components in the various embodiments will be assigned the same reference numerals and will not be described again. The first and second embodiments will be collectively referred to as "the present embodiment." The drive device of this embodiment is used, for example, as a steering assist motor for an electric power steering device. This drive device is a so-called "electromechanical integrated" drive device in which a motor and a control unit that controls the drive of the motor are integrated into one unit. Furthermore, in the drive device of this embodiment, the circuit board for the control unit is arranged along the direction of the motor's rotational axis. This arrangement of the circuit boards is referred to as a "vertical arrangement."

[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。
[Configuration of electric power steering device]
The schematic configuration of an electric power steering device 99 will be described with reference to Figure 1. Although a rack-assist type electric power steering device is shown in Figure 1, the drive unit 800 of this embodiment is also applicable to a column-assist type electric power steering device. A steering system 90 including the electric power steering device 99 includes a steering wheel 91, a steering shaft 92, a pinion gear 96, a rack shaft 97, wheels 98, and the electric power steering device 99.

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。 A torque sensor 93 that detects steering torque is attached to a steering shaft 92 connected to a steering wheel 91. A pinion gear 96 that meshes with a rack shaft 97 is attached to the tip of the steering shaft 92. When the driver turns the steering wheel 91, the rotational motion of the steering shaft 92 is converted into linear motion of the rack shaft 97 by the pinion gear 96. A pair of wheels 98 connected to both ends of the rack shaft 97 are steered to an angle that corresponds to the amount of displacement of the rack shaft 97.

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。 The electric power steering device 99 includes a "mechanically and electrically integrated" drive unit 800 in which the motor 80 and control unit 10 are integrated, and a reduction gear 89 that reduces the rotation of the motor 80 and transmits it to the rack shaft 97. The motor 80 is a dual-system three-phase brushless motor with two sets of three-phase windings, and its output shaft rotates around the rotation axis O.

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。 The control unit 10 is integral with the motor 80 on one axial side of the rotation axis O and drives and controls the motor 80. Two inverter systems within the control unit 10 supply three-phase AC power to two sets of three-phase windings, causing the motor 80 to output steering assist torque. DC power is supplied from the vehicle's batteries BT1 and BT2 to the power supply system connector 23 of the control unit 10. A sensor signal detected by an external torque sensor 93 is input to the signal system connector 24 via a harness 94.

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。 Figure 2 shows the circuit configuration of a dual-system motor drive system. The stator of the motor 80 has two winding sets 810, 820. The power circuit 310 of the first system converts the power of the first battery BT1 and supplies it to the first winding set 810 in accordance with commands from the control circuit 410. The power circuit 320 of the second system converts the power of the second battery BT2 and supplies it to the second winding set 820 in accordance with commands from the control circuit 420. Because the configurations of the power circuits 310, 320 and the control circuits 410, 420 of the first and second systems are the same, the components of each system will be assigned the same reference numerals without distinction.

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。 The dual-system system shown in Figure 2 is a "fully dual-system" configuration in which the power circuits 310, 320 of each system are connected to individual batteries BT1, BT2. Alternatively, a "dual-drive system" configuration may be used in which the power circuits 310, 320 of each system are connected to a common battery. The power circuits 310, 320 include a choke coil 33, a power supply relay 35, a reverse connection protection relay 36, a capacitor 34, an inverter 370, motor relays 381, 382, 383, etc. In the following description, the reference numerals for the batteries BT1, BT2 will be omitted where appropriate.

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。 The choke coil 33, power relay 35, and reverse polarity protection relay 36 are provided on the power line connecting the positive terminal of the battery and the high-potential side of the inverter 370. The capacitor 34 is, for example, an aluminum electrolytic capacitor, and is connected in parallel with the inverter 370 on the input side of the inverter 370. While FIG. 2 shows the capacitor 34 for each system with a single symbol, multiple capacitors 34 may be connected in parallel to ensure sufficient capacity. The choke coil 33 and capacitor 34 form an LC filter and function as noise suppression elements that reduce noise. In this specification, the choke coil 33 and capacitor 34, which are cylindrical components that make up the control unit 10, are defined as "large components."

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。 The power supply relay 35 and reverse connection protection relay 36 are composed of, for example, MOSFETs. The parasitic diode of the power supply relay 35 conducts current from the inverter 370 side to the battery side. When the battery is connected in forward direction, the power supply relay 35 cuts off current from the battery side to the inverter 370 side when it is turned off. The parasitic diode of the reverse connection protection relay 36 conducts current from the battery side to the inverter 370 side. When the battery is connected in reverse, the reverse connection protection relay 36 cuts off current from the inverter 370 side to the battery side when it is turned off.

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。 Inverter 370 includes multiple three-phase upper and lower arm switching elements 371-376, each composed of, for example, MOSFETs. More specifically, upper arm switching elements 371, 372, and 373 for the U, V, and W phases and lower arm switching elements 374, 375, and 376 are bridge-connected. The switching elements 371-376 of inverter 370 (hereinafter also referred to as "inverter elements 371-376") are "heat-generating elements" that generate heat when current is applied to motor 80.

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。 In the configuration example shown in Figure 2, shunt resistors are provided as current sensors to detect phase currents on the ground side of the lower arm switching elements 374, 375, and 376 of each phase. The phase currents detected by the current sensors are input to the microcomputer 43 and used for current feedback control, etc. The arrangement and configuration of the current sensors are not limited to the example shown in Figure 2, and any well-known technology may be used.

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。 Motor relays 381, 382, and 383 are configured, for example, with MOSFETs, and are provided in the current paths connecting the inter-arm connection points of each phase of inverter 370 with winding sets 810 and 820. When motor relays 381, 382, and 383 are turned OFF, the reverse input from motor 80 to inverter 370 is cut off.

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。 The control circuits 410, 420 include a microcomputer 43 and a driver IC 45, and control the operation of the inverter 370 based on input signals. The microcomputer 43 receives signals such as the rotation angle of the motor 80 detected by the rotation angle sensor 53 and the driver's steering torque detected by an external torque sensor 93. The microcomputer 43 performs control calculations based on the input signals and outputs command signals to the driver IC 45. The driver IC 45 outputs drive signals to the switching elements 371-376 of the inverter 370, the power supply relay 35, the reverse connection protection relay 36, and the motor relays 381, 382, and 383. The microcomputers 43 of the two control circuits 410, 420 may communicate control information, abnormality information, etc. between the systems via inter-microcomputer communication to perform coordinated control.

[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。
[Configuration of driving device]
Next, a specific configuration of the drive device 800 will be described. In this embodiment, the circuit board is "vertically arranged" along the axial direction of the rotation axis O. A conventional drive device in which the circuit board is vertically arranged is disclosed in Patent Document 1 (International Publication No. 2019/073594). FIG. 16 shows a configuration of the conventional technology based on FIGS. 2 and 3 of Patent Document 1 as a comparative example. The reference numerals in Patent Document 1 are quoted as they are, but because the letters "a" to "f" are added to the end, they are not confused with the reference numerals of this embodiment.

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。 In the drive device of the comparative example, control boards 4a and 4b are arranged in a pair of arrangement sections 41d and 41e of the column section 41b, and power modules 50a and 50b are arranged in the other pair of arrangement sections 41f and 41g. Power modules 50a and 50b are configured by resin-sealing multiple switching elements that make up the inverter circuit while mounted on wiring. Smoothing capacitors 30a and 30b are fixed to support members 45a and 45b and are stacked vertically radially outward from the control boards 4a and 4b. This comparative example drive device has the following issues [A]-[C].

[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。 [A] In the device of the comparative example, the heat sink comprises a disk-shaped base and a rectangular parallelepiped pillar 41b standing upright in the center of the base. The base is located inside the inner circumferential wall of the cylindrical portion of the motor. Control boards 4a, 4b and power modules 50a, 50b are arranged on a pair of arrangement sections 41d, 41e and another pair of arrangement sections 41f, 41g located on the four sides of pillar 41b, and pillar 41b is entirely covered by a unit case (housing in Patent Document 1). In other words, the heat sink has no exposed parts. As a result, the heat dissipation effect from heat-generating elements that generate heat when current is applied to the motor, such as switching elements that make up the inverter, is insufficient.

[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。 [B] In the comparative example, the power modules 50a and 50b are attached in close contact with the heat sink via the signal lines 50c and 50d and the output terminals 51a and 51b. If the close contact with the heat sink is broken due to vibration caused by an external force, there is a risk that the heat dissipation effect from the power modules 50a and 50b will decrease.

[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。 [C] In the device of the comparative example, the cylindrical axes of the large components, capacitors 30a and 30b, are positioned so that they are perpendicular to the axial direction of the rotation shaft. Therefore, when using larger capacitors, there was an issue that they could not be accommodated in the gap space of the unit case (housing in Patent Document 1).

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。 This embodiment therefore provides a drive device that solves these problems with a configuration in which the circuit boards are arranged vertically. That is, it provides a drive device that addresses problem A by providing a high heat dissipation effect from the heat-generating elements, addresses problem B by providing a high heat dissipation effect from the switching elements that make up the inverter, and addresses problem C by preventing radial size increases even when using larger components. In the following explanation of the effects of the configuration of this embodiment, the corresponding symbols for problems A to C are written in parentheses.

(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。
(First embodiment)
The configuration of the drive device of the first embodiment will be described with reference to Figures 3 to 9. Figures 3 to 6 show the drive device in an assembled state. Figures 7 to 9 show the heat sink 601 alone, and Figure 9 also shows the rotation angle sensor board 501. Here, the heat sink of the first embodiment is designated by the reference numeral "601", and the control unit is designated by the reference numeral "101". The drive device 800 mainly comprises a motor 80, a heat sink 601, a control unit 101, and a unit case 20.

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。 The lower side of Figure 3 corresponds to the front side where the output shaft of the motor 80 is provided, and the upper side of Figure 3 corresponds to the rear side where the connector is provided. In the following description, the terms "upper" and "lower" may be used as appropriate for convenience, based on the viewing direction of Figure 3. The motor 80 includes a stator 84 and a rotor 86 housed in a motor case 83. The motor case 83 is formed in a generally bottomed cylindrical shape consisting of a bottom portion 831 and a cylindrical portion 832, with the control unit 101 provided on the opening side. The outer wall of the opening side of the cylindrical portion 832 is provided with a fastening receiving portion 837 used to fasten to the partition wall portion 70 of the heat sink 601.

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。 The stator 84 has two three-phase winding groups 810, 820 wound around an iron stator core 845 fixed inside the cylindrical portion 832 of the motor case 83. The stator core 845 is made of laminated steel plates or the like. When electricity is applied from the control unit 101 to the winding groups 810, 820 via the motor wires 85, a rotating magnetic field is formed in the stator 84.

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。 The rotor 86 has multiple permanent magnets 866 attached to the outer periphery of an iron rotor core 865. The rotor core 865 is made of laminated steel plates or the like. The rotor 86 rotates around a shaft 87 mounted on the rotation axis O due to the rotating magnetic field generated by the stator 84. The shaft 87 fixed to the rotor 86 is rotatably supported by a front bearing 873 held in the bottom 831 of the motor case 83 and a rear bearing 874 held in the partition wall 70 of the heat sink 601. In the first embodiment, a sensor magnet 881 for detecting the rotation angle is attached to the rear end face of the shaft 87.

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。 The heat sink 601 is made of an aluminum alloy or the like. As shown in Figures 7 to 9, the heat sink 601 has a substantially rectangular parallelepiped pillar portion 610 with the rotation axis O as its axis of symmetry, and a plate-shaped partition wall portion 70. The pillar portion 610 of the heat sink 601 in the first embodiment has a hollow shape with a recess 649 formed on one surface.

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。 A heat sink 601 with a hollow pillar portion 610 is suitable for manufacturing the pillar portion 610 and partition wall portion 70 as a single unit by casting or die-casting. By forming the single unit, heat transfer is less likely to be blocked, enabling efficient heat dissipation (Challenge A). However, the pillar portion 610 and partition wall portion 70 may also be manufactured as two separate components and then joined by welding or brazing.

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。 A pair of first arrangement portions 631, 632 and one second arrangement portion 641 that support the control unit 101 are provided on three side surfaces of the pillar portion 610, facing radially outward. The pair of first arrangement portions 631, 632 are arranged parallel to each other with the rotation axis O in between. The one second arrangement portion 641 is perpendicular to the pair of first arrangement portions 631, 632 and connects the pair of first arrangement portions 631, 632. The connector side end face 65, which is the end face of the pillar portion 610 opposite the motor 80, faces the inner wall of the top panel portion 21 of the unit case 20.

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。 Support portions 67 to which the power circuit boards 301, 302 are fixed are protruding from the first arrangement portions 631, 632 at multiple locations, i.e., four locations near both ends in the axial and circumferential directions of the rotation axis O. Support portions 67 to which the control circuit board 400 is fixed are protruding from the second arrangement portion 641 at two locations on the circumferential centerline, one at each end in the axial direction. The top surface of each support portion 67 forms a flat seat surface 68.

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)。 The surface of the second arrangement portion 641 facing the rotation axis O functions as an exposed heat dissipation surface 643. As described below, the surface of the second arrangement portion 64 facing the rotation axis O corresponds to the surface opposite to the surface to which the control circuit board 400 is fixed. In the first embodiment, the heat dissipation surface 643 is secured by forming a recess 649 in the column portion 610, thereby improving the heat dissipation effect (issue 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。 The partition wall 70 is plate-shaped and perpendicular to the rotation axis O, separating the motor 80 and the control unit 101 in the axial direction of the rotation axis O. By isolating the motor 80 and the control unit 101 with the partition wall 70, heat from both can be efficiently dissipated (issue A). The upper surface 72 of the main body 71 of the partition wall 70 is connected to the column 610 side. The lower surface 73 of the main body 71 faces the stator 84 and rotor 86 of the motor 80.

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。 A shaft hole 75 is formed in the center of the partition wall 70, into which the rear end of the shaft 87 is inserted. A rotation angle sensor board 501, on which a rotation angle sensor 53 is mounted, is installed directly above the shaft hole 75 at the bottom of the recess 649 of the pillar 610. The rotation angle sensor 53 detects the rotation angle of the rotor 86 based on changes in magnetic flux of a sensor magnet 881 attached to the rear end face of the shaft 87. The rotation angle signal detected by the rotation angle sensor 53 is transmitted to the microcomputer 43 via the rotation angle signal wiring 54. A motor wire hole 76, into which three-phase, dual-system motor wires 85 are inserted, is formed on the outside of the pillar 610.

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。 Fastening portions 77 for fastening to the motor case 83 are provided at multiple locations (e.g., three locations) on the outer periphery of the main body 71. Screws 17 inserted through threaded holes 78 of the fastening portions 77 thread into fastening receptacles 837 of the motor case 83, thereby fixing the heat sink 601 and motor 80 together.

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)。 The outer peripheral side surface 74 of the partition wall 70 is exposed to the outside. In other words, whereas in the comparative example the entire heat sink is covered by other components, in this embodiment, the heat sink 601 is fixed to the motor 80 with a portion of it exposed to the outside. This allows heat from heat-generating elements such as the inverter elements 371-376 to be efficiently released to the outside via the heat sink 601, resulting in a high heat dissipation effect (Challenge 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。 Next, the control unit 101 will be described. Comprehensively describing all embodiments, the control unit 10 has "one or more circuit boards fixed to the first arrangement portion or the second arrangement portion of the column portion of the heat sink." In the first embodiment, the control unit 101 has three circuit boards 301, 302, and 400, while in the second embodiment, the control unit 102 has four circuit boards 301, 302, 401, and 402. Note that the "circuit boards" do not include the rotation angle sensor board 501. The three circuit boards in the first embodiment are two power circuit boards 301 and 302 and one control circuit board 400. Heat-generating elements are mounted on at least the power circuit boards 301 and 302 as "at least one circuit board."

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。 Figure 4 shows the mounting layout of the power circuit board 301 of the first system. Since the mounting layout of the power circuit board 302 of the second system is similar, the power circuit board 301 of the first system will be used as an example and explained with reference to Figure 2. The power circuit board 301 of the first system is mounted with multiple switching elements 371-376 that constitute the inverter 370 in the power circuit 310 that supplies power to the motor 80. The upper arm elements 371-373 of each phase are connected to the power terminal 25p of the power system connector 23 via the power line 27p. The lower arm elements 374-376 of each phase are connected to the ground terminal 25g of the power system connector 23 via the ground line 27g.

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)。 In addition, a power supply relay 35 and a reverse connection protection relay 36 are mounted on the power supply line 27p, and motor relays 381, 382, and 383 are mounted on the motor 80 side of the inverter 370. As shown by dashed lines (i.e., hidden lines) in Figure 4, the inverter elements 371-376, which are heat-generating elements, and the relays 35, 36, 381, 382, and 383 are mounted on the surface of the power circuit board 301 facing the heat sink 601. A heat dissipation gel 18 is filled between the power circuit board 301 and the heat sink 601. This allows for efficient heat dissipation (Challenge 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。 The large components, the choke coil 33 and capacitor 34, are arranged on the opposite side of the power circuit board 301 from the heat sink 601. The arrangement of the large components will be described later after discussing the unit case 20. In this way, the two power circuit boards 301, 302 are provided with two systems of power circuits 310, 320, each of which supplies power to the corresponding winding sets 810, 820 of the motor 80. The configuration is simplified by using circuit boards with the same specifications in common.

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。 As shown in Figures 3 to 6, two power circuit boards 301, 302 are fixed to a pair of first placement sections 631, 632. In this embodiment, instead of using a power module as in the comparative example, the power circuit boards 301, 302, on which the inverter elements 371-376 are directly mounted individually, are fixed to the first placement sections 631, 632 of the heat sink 601. This makes it possible to maintain a high heat dissipation effect from the inverter elements 371-376, regardless of vibrations caused by external forces (Challenge B). Furthermore, because a power module is not used, the wiring patterns can be made thicker, reducing loss.

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)。 More specifically, the power circuit boards 301, 302 are fastened by board screws 16 while abutting against bearing surfaces 68 of support portions 67 that protrude from the first arrangement portions 631, 632 at multiple locations in the axial direction of the rotation axis O. A locking adhesive may be applied to the outer periphery of the board screws 16 or to the screw holes. For example, the support portions 67 are provided at positions corresponding to one end and the other end of the power circuit boards 301, 302 in the axial direction of the rotation axis O, i.e., at two locations in the axial direction. This allows the power circuit boards 301, 302 to be stably fixed to the heat sink 601. Therefore, heat generated by the inverter elements 371-376 mounted on the power circuit boards 301, 302 is efficiently dissipated (Challenge 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。 Control circuit board 400 is mounted with components for control circuits 410, 420 that control the operation of inverter 370 based on input signals. In the first embodiment, one control circuit board 400 is provided with two control circuits 410, 420 that control the operation of two inverters 370. This reduces the number of components required.

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。 In Figure 3, the microcomputer 43, driver IC 45, etc. of the first system control circuit 410 are mounted to the right of the center line of the control circuit board 400, and the microcomputer 43, driver IC 45, etc. of the second system control circuit 420 are mounted to the left of the center line. The components of the control circuits 410, 420 of each system are arranged symmetrically. This ensures that the conductor distances are equal for each system, resulting in good balance. As with the power circuit boards 301, 302, the components of the control circuits 410, 420 are mounted on the surface of the control circuit board 400 facing the heat sink 601. In addition, heat dissipation gel 18 is filled between the control circuit board 400 and the heat sink 601.

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。 An external signal is input to the microcomputer 43 from the control terminal 26 of the control system connector 24 via the external signal wiring 28. A rotation angle signal is also input from the rotation angle sensor 53 mounted on the rotation angle sensor board 501 via the rotation angle signal wiring 54. The microcomputer 43 and driver IC 45 are connected by a communication line 44. The driver IC 45 outputs drive signals via drive signal wiring 46 to the inverter elements 371-376 of the power circuit boards 301 and 302 and to each of the relays 35, 36, 381, 382, and 383.

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。 As shown in Figures 3 to 6, in the first embodiment, one control circuit board 400 is fixed to one second arrangement portion 641. As with the power circuit boards 301 and 302, the control circuit board 400 is fastened by board screws 16 while abutting against the bearing surfaces 68 of support portions 67 that protrude from the second arrangement portion 641 at multiple locations in the axial direction of the rotation axis O.

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。 The unit case 20 is made of a resin material and has a cylindrical shape with a bottom and a top plate 21 and an outer cylinder 22. The unit case 20 covers the control unit 101 supported by the column 610. For example, the lower end of the outer cylinder 22 is inserted into and adhered to an annular groove formed on the upper surface 72 of the main body 71 of the partition 70. A power supply connector 23 and a signal system connector 24 are provided on the top plate 21. As shown in FIG. 5, in a complete dual-system configuration, a power supply connector 23 and a signal system connector 24 are provided redundantly for each system. In contrast, in a dual-drive system configuration in which a common battery or external signal is used for both systems, a single set of connectors 23, 24 may be provided.

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。 As shown in Figures 3 and 6, the choke coil 33 and capacitor 34, which are cylindrical electronic components defined as large components, are arranged in the gap between the cylindrical unit case 20 and the power circuit boards 301 and 302. The choke coil 33 and capacitor 34 are arranged inside the unit case 20 with their cylindrical axes aligned with the axial direction of the rotation axis O.

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。 Furthermore, the choke coils 33 and capacitors 34 of the same system are arranged in series along the axial direction of the rotation axis O. Furthermore, in the modified example shown in Figure 10, in a configuration in which each system includes multiple capacitors 34, one or more choke coils 33 and multiple capacitors 34 are arranged in series along the axial direction of the rotation axis O. In other words, at least some of the multiple large components are arranged in series along the axial direction of the rotation axis O.

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。 Here, "arranged in series" means that other large components are included within the projected range of the large component with the largest diameter. The large components do not need to be arranged strictly on the same axis, and may be eccentric within the projected range. This allows the large components to be arranged more efficiently in the gaps within the unit case 20 compared to the comparative example in which the cylindrical axis of the capacitor is arranged perpendicular to the axial direction of the rotation shaft (Challenge C). Therefore, even if a larger-sized large component is used, it can be efficiently accommodated in the gaps within the unit case 20.

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)。 Furthermore, as shown in Figure 6, the large components 33 and 34 of the first and second systems are positioned point-symmetrically with respect to the rotation axis O. This allows the large components 33 and 34 to be efficiently positioned in the gap space where the radial distance from the rotation axis O is maximized (Challenge 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)。 In addition, the power circuit boards 301, 302 on which the large components 33, 34 are mounted are fixed to support parts 67 provided at multiple locations on the first placement parts 631, 632. The large components 33, 34 of each system are arranged on a plane X whose cylindrical axis passes through the middle of the multiple support parts 67 in the circumferential direction of the rotation axis O. This allows the large components 33, 34 to be arranged in a balanced manner on the stably fixed power circuit boards 301, 302 (Challenge 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。
Second Embodiment
With reference to Figures 11 to 15, the configuration of the drive unit of the second embodiment will be described, particularly the differences from the first embodiment. Figures 11 to 12 show the drive unit in an assembled state. Figures 13 to 15 show the heat sink 602 alone, and Figure 9 also shows the rotation angle sensor board 502. Here, the heat sink of the second embodiment is designated by the reference numeral "602," and the control unit is designated by the reference numeral "102."

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。 The drive unit 800 mainly comprises a motor 80, a heat sink 602, a control unit 102, and a unit case 20. The motor 80 is the same as in the first embodiment except for the placement of the sensor magnet 882. The unit case 20 is the same as in the first embodiment. The right side view of the power circuit board 301 in Figure 11 corresponds to Figure 4 of the first embodiment.

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。 As shown in Figures 13 to 15, the heat sink 602 of the second embodiment has a solid pillar portion 620 without any recesses, and a plate-shaped partition portion 70. For example, the heat sink 602 is formed by joining two parts, the pillar portion 620 and the partition portion 70, by welding or brazing. In other words, the motor-side end surface 66 of the pillar portion 620 is joined to the upper surface 72 of the partition portion 70. In particular, the outer periphery of the motor-side end surface 66 is firmly fixed to the upper surface 72 of the partition portion 70. This simplifies manufacturing. However, the pillar portion 620 and the partition portion 70 may also be manufactured as a single molded component.

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。 A pair of first arrangement portions 631, 632 and a pair of second arrangement portions 641, 642 that support the control unit 102 are provided on the four side surfaces of the pillar portion 620 facing radially outward. The pair of first arrangement portions 631, 632 are the same as in the first embodiment. The pair of second arrangement portions 641, 642 are perpendicular to the pair of first arrangement portions 631, 632 and connect the pair of first arrangement portions 631, 632. Similar to the first arrangement portions 631, 632, the second arrangement portions 641, 642 have protruding support portions 67 at four locations near both axial and circumferential ends of the rotation axis O, to which the control circuit boards 401, 402 are fixed.

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。 In the second embodiment, a sensor magnet 882 for detecting the rotation angle is attached to the outer periphery of the shaft 87. The sensor magnet 882 and the rotation angle sensor board 502 on which two rotation angle sensors 53 are mounted are disposed on the motor 80 side of the partition 70. This allows for configurations where there is no recess in the column 620 and the rotation angle sensor board cannot be installed on the control unit 102 side of the partition 70. As shown in FIG. 15 , the two rotation angle sensors 53 detect the rotation angle of the rotor 86 based on changes in magnetic flux from the sensor magnet 882. The rotation angle signals detected by each rotation angle sensor 53 are transmitted to the microcomputer 43 of each system via the rotation angle signal wiring 54.

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。 As described above, in the second embodiment, the control unit 102 has four circuit boards 301, 302, 401, and 402. As shown in FIG. 12 , the two power circuit boards 301 and 302 are fixed to a pair of first arrangement portions 631 and 632, as in the first embodiment. The two control circuit boards 401 and 402 are fixed to a pair of second arrangement portions 641 and 642. The control circuit boards 401 and 402 are fastened by board screws 16 while abutting against the bearing surfaces 68 of support portions 67 that protrude from each of the second arrangement portions 641 and 642 at multiple locations in the axial direction of the rotation axis O.

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。 Two control circuit boards 401, 402 are provided with two control circuits 410, 420 for each system, which control the operation of the two inverters 370. As shown in FIG. 11, the control circuit board 401 is equipped with a microcomputer 43, driver IC 45, etc. for the first system control circuit 410. A rotation angle signal is input to the microcomputer 43 from a rotation angle sensor 53 mounted on the rotation angle sensor board 502 via a rotation angle signal wiring 54. A second system control circuit 420 is similarly provided on the control circuit board 402. The configuration is simplified by using circuit boards with the same specifications in common.

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。 The other configurations of the heat sink 602 and control unit 102 in the second embodiment are the same as those in the first embodiment. The effects of the common configurations are as described above.

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。
As described above, the second embodiment differs from the first embodiment mainly in the following points.
(1) The control unit 102 has a total of four circuit boards, including two control circuit boards 401 and 402.
(2) The solid pillar portion 620 has a pair of second arrangement portions 641 and 642 .
(3) The sensor magnet 882 and the rotation angle sensor board 502 are disposed on the motor 80 side of the partition wall 70 .

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。 However, these features are not necessarily realized as a set, and items (2) and (3) may be combined independently with the three-board configuration of the first embodiment. For example, in the first embodiment, a solid pillar portion 620 may be used, and the control circuit board 400 may be fixed to only one side of the pair of second placement portions 641, 642. Also, in the first embodiment, the configuration of the sensor magnet and rotation angle sensor board may be replaced with that of the second embodiment.

(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。
(Other embodiments)
(a) The cross section of the column portion of the heat sink perpendicular to the rotation axis is not limited to a rectangle, but may be a parallelogram or a trapezoid. The shape of the partition wall and the fastening structure to the motor case are not limited to those of the above embodiment, and any shape or structure may be used as long as it provides the same effects as those of the above embodiment.

(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。 (b) The drive device of the present invention is not limited to a two-system configuration and may also be applied to a single-system motor drive system. In this case, one power circuit board may be fixed to only one of the pair of first arrangement sections. Alternatively, the electronic components constituting one power circuit may be mounted separately on two power circuit boards and fixed to the pair of first arrangement sections. Furthermore, in the case of a two-system configuration, rather than dividing the two power circuits into two power circuit boards for each system, the electronic components for the two systems may be mounted separately on two power circuit boards depending on the type of electronic component, etc.

(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。 (c) In a configuration in which two control circuits are mounted on a single control circuit board, if an asymmetric arrangement is more advantageous for wiring or layout reasons, the components of each system do not have to be arranged symmetrically.

(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。 (d) The method of fastening the power circuit board and control circuit board to the column is not limited to fastening with screws, and may also be crimping or pressure welding. Furthermore, as mentioned above, screw fastening and the application of a thread locking adhesive may be used in combination.

(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。 (e) The arrangement of large components is not limited to the above embodiment, and some or all of the large components may be arranged so that the axis of the cylinder is different from the axial direction of the rotation shaft. Furthermore, multiple large components do not have to be arranged in series.

(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。 (f) The drive unit 800 of the present invention is not limited to being used as a steering assist motor in an electric power steering device, but may also be used as a reaction motor or steering motor in a steer-by-wire system, or as a drive unit for any other motor.

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。 As mentioned above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.

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。
101, 102 (10) ...control unit,
20...unit case,
301, 302...power circuit board (circuit board),
33...Choke coil (large part),
34... Capacitor (large part),
370: Inverter; 371-376: Switching elements (heat generating elements);
400, 401, 402...Control circuit board (circuit board),
601, 602...heat sink,
610, 620... Column part,
631, 632...first arrangement part,
641, 642... second arrangement part,
80...Motor,
84: stator, 86: rotor, 87: shaft.

Claims (5)

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、
前記柱部に支持された前記制御ユニットを覆う円筒状のユニットケース(20)と、
を備える駆動装置であって、
前記制御ユニットは、前記柱部の前記第1配置部又は前記第2配置部に固定された一枚以上の回路基板(301、302、400、401、402)を有し、
前記制御ユニットを構成する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)を大型部品と定義すると、
複数の前記大型部品は、円柱の軸が前記回転軸の軸方向に沿って前記ユニットケース内に配置されている駆動装置。
a motor (80) including a stator (84) and a rotor (86) that rotates around a shaft (87) provided on a rotation axis (O);
a control unit (101, 102) that is provided integrally with the motor on one side of the rotation shaft in the axial direction and that drives and controls the motor;
a heat sink (601, 602) including a pair of first arrangement portions (631, 632) arranged on either side of the rotation axis, and one or a pair of second arrangement portions (641, 642) connecting the pair of first arrangement portions, which are provided facing radially outward, and having pillar portions (610, 620) that support the control unit;
a cylindrical unit case (20) that covers the control unit supported on the pillar portion;
A drive device comprising:
the control unit has one or more circuit boards (301, 302, 400, 401, 402) fixed to the first arrangement portion or the second arrangement portion of the column;
If the choke coil (33) and the capacitor (34), which are cylindrical electronic components that constitute the control unit, are defined as large components,
A drive device in which the multiple large parts are arranged within the unit case with their cylindrical axes aligned with the axial direction of the rotation shaft.
複数の前記大型部品のうち少なくとも一部は、前記回転軸の軸方向に沿って直列に配置されている請求項1に記載の駆動装置。 The drive unit described in claim 1, wherein at least some of the multiple large components are arranged in series along the axial direction of the rotation shaft. 一つ以上の前記チョークコイルと一つ以上の前記コンデンサとが前記回転軸の軸方向に沿って直列に配置されている請求項2に記載の駆動装置。 The drive unit described in claim 2, wherein one or more of the choke coils and one or more of the capacitors are arranged in series along the axial direction of the rotating shaft. 複数の前記大型部品は、前記回転軸に対して点対称の位置に配置されている請求項1~3のいずれか一項に記載の駆動装置。 The drive unit described in any one of claims 1 to 3, wherein the multiple large components are arranged in point-symmetric positions with respect to the rotation axis. 前記大型部品が実装された前記回路基板は、前記第1配置部の複数箇所に設けられた支持部(67)に固定されており、
前記大型部品は、円柱の軸が、前記回転軸の周方向における複数の前記支持部の中間を通る平面上に配置されている請求項1~4のいずれか一項に記載の駆動装置。
The circuit board on which the large component is mounted is fixed to support portions (67) provided at a plurality of locations in the first arrangement portion,
5. The drive device according to claim 1, wherein the large component has a cylindrical axis arranged on a plane that passes through midpoints of the plurality of support portions in the circumferential direction of the rotation shaft.
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