JP7779031B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に関する。

従来の駆動装置としては例えば特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１では、モータを有する電動アクチュエータと、モータを制御する制御ユニットとしての駆動制御装置とが一体的に設けられている。

特開２０１５－１８０１５５号公報

特許文献１では、モータ駆動用のスイッチング素子が接続される配線パターンを基板の固定用の締結孔まで形成し、ビスの締結により基板をＥＣＵハウジングに密着させて、スイッチング素子から配線パターンに伝達された熱をＥＣＵハウジングに逃がしている。しかし、配線パターンの経路上や周辺に実装される他の回路に熱を与える可能性がある。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ駆動素子から他の回路に与える熱を低減できる駆動装置を提供することである。

本発明の駆動装置は、モータ（２０）と、モータを制御する制御ユニット（４０）とを一体的に備える。制御ユニットは、モータの回転軸心（Ｏ）の外側に配置されたヒートシンク（３３）と、モータの回転軸心（Ｏ）上に配置された基板（４１）と、基板を固定する固定部材（５１）と、モータへの通電を行うモータ駆動素子（５５）と、モータ駆動素子に接続されて電力供給する電力配線パターン（５６）と、モータ駆動素子に制御信号を送る制御回路（６１）と、を有する。

基板のうち回転軸心から所定距離以内の部分であって基板の外縁（４４）よりも回転軸心に近い部分のことを基板中央部（４５）と定義する。また基板のうち基板中央部以外の部分のことを基板外周部（４６）と定義する。

制御回路は基板中央部に配置される。電力配線パターンは、モータ駆動素子の高電位側に接続されて電力供給する電源パターン、および、モータ駆動素子の低電位側に接続されるグランドパターンを含み、基板外周部にて一部がグランドパターンの投影領域と重複して配置される。固定部材は、基板よりも熱伝導率が高い材料からなり、基板外周部に配置されるとともに基板をヒートシンクに固定している。モータ駆動素子は、固定部材と制御回路との間において固定部材寄りに配置されている。基板において、モータ駆動素子が実装される面を第１実装面、第１実装面と反対側を第２実装面とすると、基板外周部において、第１実装面に電源パターンが設けられ、第２実装面側であって電源パターンの裏面にグランドパターンが設けられている。電源パターンには、固定部材が設けられる箇所において、固定部材の領域と重複しないように基板の内側を向いて開口する逃がし凹部が形成されており、グランドパターンには、逃がし凹部が形成されていない。

このような構造にすることで、固定部材を介してヒートシンクにモータ駆動素子の熱を吸収させて放熱することができ、モータ駆動素子の昇温を抑制できる。モータ駆動素子は制御回路よりも固定部材寄りに配置されているため、モータ駆動素子の熱を制御回路に与えにくい。そのため、モータ駆動素子から他の回路に与える熱の影響を低減することができる。

従来形態では、電力や信号の授受ではなく放熱のために配線パターンを締結孔まで形成しており、これが製造コストアップにつながっていた。これに対して本発明では、固定部材を介してヒートシンクにモータ駆動素子の熱を逃がしているので、放熱のために配線パターンを必要以上に大きく形成する必要がなく、製造コストを低減できる。

一実施形態の駆動装置の縦断面図。 図１の基板、電子部品およびスクリューを矢印ＩＩ方向から見た図。 図１のＩＩＩ部分拡大図。

以下、駆動装置の実施形態を図面に基づき説明する。

［一実施形態］
図１に示すように駆動装置１０は、モータ２０およびこれを制御する制御ユニット４０を一体的に備える。制御ユニット４０は、外部から入力される情報や制御ユニット４０内部で検出したモータ電流等の情報に基づき、モータ２０が所望のトルクを発生するように制御を行う。モータ２０のトルクは、回転軸２６の出力端から外部に出力される。

モータ２０は、三相ブラシレスモータであって、ステータ２１、ロータ２５、およびそれらを収容するハウジング３１を備える。ステータ２１は、ハウジング３１に固定されたステータコア２２と、ステータコア２２に組み付けられた三相巻線組２３とを有する。三相巻線組２３は、図示しないリード線を介して制御ユニット４０に接続されている。

ロータ２５は、リア軸受３５およびフロント軸受３６により支持されている回転軸２６と、回転軸２６が嵌入されたロータコア２７とを有する。ロータ２５は、ステータ２１の内側に設けられており、ステータ２１に対して相対回転可能である。回転軸２６の一端には永久磁石３７が設けられている。

ハウジング３１は、筒状のケース３２と、ケース３２の一端に設けられたフロントフレームエンド３３と、ケース３２の他端に設けられたリアフレームエンド３４とを有する。フロントフレームエンド３３およびリアフレームエンド３４は、図示しないボルトにより互いに締結されている。フロントフレームエンド３３は、制御ユニット４０のヒートシンクとしても機能する。以下において、フロントフレームエンド３３のヒートシンクとしての機能を説明する場合、適宜「ヒートシンク３３」と記載する。

図１および図２に示すように、制御ユニット４０は、モータ２０の回転軸心Ｏ上に配置されたヒートシンク３３および基板４１と、基板４１を固定する固定部材としてのスクリュー５１と、モータ２０への通電を行うモータ駆動素子５５と、モータ駆動素子５５に接続されて電力供給する電力配線パターン５６と、モータ駆動素子５５に制御信号を送る制御回路６１と、回転軸２６の回転角検を検出する回転角センサ６２と、を有する。

基板４１は、ヒートシンク３３に対してステータ２１とは反対側に配置されている。一実施形態では基板４１は一枚であるが、他の実施形態では基板が二枚以上であってもよい。スクリュー５１は、基板４１の通孔４２を挿通している。モータ駆動素子５５は、例えばＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子から構成され、制御回路６１からの制御信号によりスイッチング動作し、三相巻線組２３の通電状態を切り替える。制御回路６１は、外部や回転角センサ６２等からの情報に基づき演算を行い、モータ駆動素子５５等に指令する信号を生成する。

制御ユニット４０は、さらに、基板４１およびこれに実装された電子部品を覆うように配置されたカバー６４と、制御ユニット４０を外部につなぐためのコネクタ６６とを有する。

カバー６４は、外部の衝撃から制御ユニット４０を保護したり、制御ユニット４０内への埃や水等の浸入を防止したりする。図１および図２では、モータ駆動素子５５および制御回路６１以外の電子部品の図示を省略している。コネクタ６６は、スクリュー６３により基板４１のコネクタ接続部４３に固定されており、開口部６５を通じてカバー６４外まで延び出している。

基板４１のうち回転軸心Ｏから所定距離以内の部分であって基板４１の外縁４４よりも回転軸心Ｏに近い部分のことを基板中央部４５と定義する。また、基板４１のうち基板中央部４５以外の部分のことを基板外周部４６と定義する。

制御回路６１は基板中央部４５に配置されている。特に一実施形態では、制御回路６１は回転軸心Ｏ上であって基板中央部４５の略中心に配置されている。

スクリュー５１は、実装面積確保のために基板外周部４６に配置されるとともに基板４１をヒートシンク３３に固定している。一実施形態では、スクリュー５１は回転軸心Ｏ周りの周方向に間隔を空けて３つ設けられている。

電力配線パターン５６およびモータ駆動素子５５は基板外周部４６に配置されている。電力配線パターン５６は、モータ駆動素子５５と比べて径方向の外側（すなわち外縁４４寄り）に配置され、モータ駆動素子５５および制御回路６１を半周以上取り囲むとともに外縁４４に沿って延びるように形成されている。

基板４１のうちヒートシンク３３とは反対側の実装面のことを第１実装面４７と定義する。また、基板４１のうちヒートシンク３３側の実装面のことを第２実装面４８と定義する。

モータ駆動素子５５は、第１実装面４７に配置されている。すなわちモータ駆動素子５５は、基板４１を挟んでヒートシンク３３とは反対側に配置されている。

電力配線パターン５６は、第１実装面４７に配置され、モータ駆動素子５５の高電位側に接続されて電力供給する電源パターン５７と、第２実装面４８に配置され、モータ駆動素子５５の低電位側に接続されるグランドパターン５８と、を含む。

スクリュー５１は、樹脂製の基板４１よりも熱伝導率が高い金属材料からなり、受熱部５２、ネジ部５３および接続部５４を有する。受熱部５２は、スクリュー５１の頭部から構成され、第１実装面４７上においてモータ駆動素子５５の付近に配置される。ネジ部５３は、ヒートシンク３３に螺合している。接続部５４は、受熱部５２とネジ部５３とを接続している。

モータ駆動素子５５は、スクリュー５１と制御回路６１との間においてスクリュー５１寄りに配置されている。つまりモータ駆動素子５５と受熱部５２とのギャップの大きさは、モータ駆動素子５５と制御回路６１とのギャップの大きさよりも狭くなっている。

（効果）
以上説明したように、一実施形態では、制御回路６１は基板中央部４５に配置される。電力配線パターン５６は基板外周部４６に配置される。スクリュー５１は、基板４１よりも熱伝導率が高い材料からなり、基板外周部４６に配置されるとともに基板４１をヒートシンク３３に固定している。モータ駆動素子５５は、スクリュー５１と制御回路６１との間においてスクリュー５１寄りに配置されている。

このような構造にすることで、スクリュー５１を介してヒートシンク３３にモータ駆動素子５５の熱を吸収させて放熱することができ、モータ駆動素子５５の昇温を抑制できる。モータ駆動素子５５は制御回路６１よりもスクリュー５１寄りに配置されているため、モータ駆動素子５５の熱を制御回路６１に与えにくい。そのため、モータ駆動素子５５から他の回路に与える熱の影響を低減することができる。

従来形態では、電力や信号の授受ではなく放熱のために配線パターンを基板の締結孔まで形成しており、これが製造コストアップにつながっていた。これに対して一実施形態では、スクリュー５１を介してヒートシンク３３にモータ駆動素子５５の熱を逃がしているので、放熱のために電力配線パターン５６を必要以上に大きく形成する必要がなく、製造コストを低減できる。

また一実施形態では、電力配線パターン５６は、モータ駆動素子５５と比べて径方向の外側に配置され、外縁４４に沿って延びるように形成されている。このように信号配線パターンと比べて大電流が流れる電力配線パターン５６をできるだけ外側に配置することで、電力配線パターン５６の熱が駆動装置の内側にこもらず外側に放出し易くなる。

また一実施形態では、モータ駆動素子５５は、基板４１を挟んでヒートシンク３３とは反対側に配置されている。スクリュー５１は、基板４１の第１実装面４７上においてモータ駆動素子５５の付近に配置される受熱部５２と、ヒートシンク３３に螺合するネジ部５３と、受熱部５２とネジ部５３とを接続する接続部５４とを有する。これによりモータ駆動素子５５の近くにある受熱部５２でモータ駆動素子５５で受けた熱を、接続部５４およびネジ部５３を介してヒートシンク３３に効果的に逃がすことができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、スクリューの数は３つに限らず、２つ以下または４つ以上であってもよい。また、固定部材としてスクリューではなく、例えばクリップやピンなどの他の形態のものが用いられてもよい。また、モータ駆動素子は基板外周部と基板中央部とにまたがって配置されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０ 駆動装置、２０ モータ、３３ ヒートシンク、４０ 制御ユニット、４１ 基板、４４ 外縁、４５ 基板中央部、４６ 基板外周部、５１ スクリュー（固定部材）、５５ モータ駆動素子、５６ 電力配線パターン、６１ 制御回路、Ｏ 回転軸心。

Claims (3)

1. モータ（２０）と、前記モータを制御する制御ユニット（４０）とを一体的に備える駆動装置であって、
   前記制御ユニットは、前記モータの回転軸心（Ｏ）の外側に配置されたヒートシンク（３３）と、前記モータの回転軸心（Ｏ）上に配置された基板（４１）と、前記基板を固定する固定部材（５１）と、前記モータへの通電を行うモータ駆動素子（５５）と、前記モータ駆動素子に接続されて電力供給する電力配線パターン（５６）と、前記モータ駆動素子に制御信号を送る制御回路（６１）と、を有し、
   前記基板のうち前記回転軸心から所定距離以内の部分であって前記基板の外縁（４４）よりも前記回転軸心に近い部分のことを基板中央部（４５）と定義し、前記基板のうち前記基板中央部以外の部分のことを基板外周部（４６）と定義すると、
   前記制御回路は前記基板中央部に配置され、
   前記電力配線パターンは、前記モータ駆動素子の高電位側に接続されて電力供給する電源パターン、および、前記モータ駆動素子の低電位側に接続されるグランドパターンを含み、前記基板外周部に配置され、
   前記固定部材は、前記基板よりも熱伝導率が高い材料からなり、前記基板外周部にて一部が前記グランドパターンの投影領域と重複して配置されるとともに前記基板を前記ヒートシンクに固定し、
   前記モータ駆動素子は、前記固定部材と前記制御回路との間において前記固定部材寄りに配置されており、
   前記基板において、前記モータ駆動素子が実装される面を第１実装面、前記第１実装面と反対側を第２実装面とすると、前記基板外周部において、前記第１実装面に前記電源パターンが設けられ、前記第２実装面側であって前記電源パターンの裏面に前記グランドパターンが設けられており、
   前記電源パターンには、前記固定部材が設けられる箇所において、前記固定部材の領域と重複しないように前記基板の内側を向いて開口する逃がし凹部が形成されており、前記グランドパターンには、前記逃がし凹部が形成されていない、駆動装置。
2. 前記電力配線パターンは、前記モータ駆動素子と比べて径方向の外側に配置され、前記外縁に沿って延びるように形成されている、請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記モータ駆動素子は、前記基板を挟んで前記ヒートシンクとは反対側に配置され、
   前記固定部材は、前記基板の実装面（４７）上において前記モータ駆動素子の付近に配置される受熱部（５２）と、前記ヒートシンクに螺合するネジ部（５３）と、前記受熱部と前記ネジ部とを接続する接続部（５４）とを有する、請求項１または２に記載の駆動装置。