特許 5969241 駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969241

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 5/04 20060101AFI20160804BHJP

   H02K 11/30 20160101ALI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H02K5/04

   H02K11/30

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-76695(P2012-76695)

(22)【出願日】2012年3月29日

(65)【公開番号】特開2013-207985(P2013-207985A)

(43)【公開日】2013年10月7日

【審査請求日】2014年7月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000101352

【氏名又は名称】アスモ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100093779

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】安部 達也

(72)【発明者】

【氏名】片井 宏史

(72)【発明者】

【氏名】山下 祐司

【審査官】 安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０７８１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７５９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８６２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−０１６１１４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ５／０４

Ｈ０２Ｋ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステータ（２３）と、
前記ステータの内側に設けられ、前記ステータに対し回転可能なロータ（２４）と、
前記ロータの回転軸であるシャフト（２５）と、
前記シャフトの一方を回転可能に支持する第１軸受（２５１）と、
前記シャフトの他方を回転可能に支持する第２軸受（２５２）と、
前記ステータの一方の端部に設けられ、前記第１軸受を保持する第１フレームエンド（２１）と、
前記ステータの他方の端部に設けられ、前記第２軸受を保持しつつ、前記第１フレームエンドとの間に前記ステータの外壁（２３１）を露出させる第２フレームエンド（２２）と、
前記シャフトの軸方向の一方の端部に設けられ前記シャフトの駆動を制御する制御部（３０）と、を備え、
前記ステータは、前記ステータの径方向外側において前記第１フレームエンドと前記第２フレームエンドとがねじで連結され、前記第１フレームエンドと前記第２フレームエンドとの間に固定されており、
前記第１フレームエンドは、径方向に延びる底部（２１１）、および、軸方向に延びる側壁部（２１２）を有し、前記底部の前記軸方向の肉厚（ｄ１）は、前記側壁部の径方向の肉厚（ｄ２）より厚く形成されており、
前記制御部は、複数の半導体素子を含むインバータ回路（９１、９２）を有し、
前記インバータ回路は、前記第１フレームエンドの前記底部に当接していることを特徴とする駆動装置。

【請求項2】

前記側壁部は、軸方向と垂直な方向に前記側壁部を貫通する穴（２１６）を周方向に複数有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記側壁部は、前記底部とは反対側の端部から前記底部側に窪む凹部（２１７）を周方向に複数有することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モータと当該モータを制御する制御部とを一体にした駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータとそのモータの駆動を制御する電子回路とを一体にした駆動装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の駆動装置では、モータ部と電子回路とが軸方向に配置されている。電子回路は、モータ部のステータの巻線電流を切り替えるための半導体素子を有する。半導体素子には大電流が流れる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−１０４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、特許文献１に記載の駆動装置では、モータ部と電子回路とが一体になっているため、半導体素子を流れる大電流による熱がモータ部に伝わりやすくなる。また、モータ部はモータケースに覆われている。よって、モータ部に熱がこもりやすくなり、駆動装置の放熱性が低下するおそれがある。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱性を向上させる駆動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、ステータ、ロータ、シャフト、軸方向両端の第１フレームエンドおよび第２フレームエンドを有するモータ部、ならびに、シャフトの駆動を制御する制御部を備える駆動装置であって、ステータの外壁が第１フレームエンドと第２フレームエンドとの間に露出されていることを特徴としている。
第１フレームエンドは、径方向に延びる底部、および、軸方向に延びる側壁部を有し、底部の軸方向の肉厚は、側壁部の径方向の肉厚より厚く形成されている。制御部は、複数の半導体素子を含むインバータ回路を有し、インバータ回路は、第１フレームエンドの底部に当接している。

【0006】

本発明は、モータ部のステータの外壁が第１フレームエンドと第２フレームエンドとの間に露出されている。これにより、ステータがモータケースに覆われている構成に比べ、ステータが外気と直接に接触するため、モータ部に熱がこもることを抑制することができる。よって、駆動装置の放熱性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第１実施形態の駆動装置を示す側面図。

【図2】本発明の第１実施形態のパワーステアリング装置の構成を説明する概略構成図である。

【図3】図１のＩＩＩ方向視平面図。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図。

【図5】本発明の第２実施形態の駆動装置を示す側面図。

【図6】本発明の第３実施形態の駆動装置を示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の一実施形態による駆動装置は、運転者の操舵をモータの駆動力によってアシストする電動パワーステアリングシステム（以下「ＥＰＳ」という。）に適用される。本実施形態による駆動装置を図１〜４に示す。

【0009】

図２に示すように、駆動装置１は、モータ部２０、および制御部３０を備える。駆動装置１は、モータ部２０の出力端２５４が、コラム軸６に設けられたギアボックスのギア８に噛み合うようにして取り付けられている。駆動装置１は、ステアリング５の操舵トルクを検出するトルクセンサ７から出力されるトルク信号、および、図示しないＣＡＮ（Controller Area Network）から取得する車速信号等に基づきモータ部２０を正逆回転させることにより、操舵を補助するアシスト力を発生する。

【0010】

まず、制御部３０の電気的構成を図２に基づいて説明する。図２に示すように、制御部３０の電気回路は、大電流をモータ部２０に供給する駆動回路６０、この駆動回路６０を制御する制御回路７０から構成されている。
駆動回路６０は、第１平滑コンデンサ６２、チョークコイル６４、及び二組のインバータ回路９１、９２を有している。

【0011】

第１平滑コンデンサ６２とチョークコイル６４とは、フィルタ回路を構成し、電源１００を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。チョークコイル６４は、電源１００と電源リレー９７、９８との間の配線に直列接続され電源変動を減衰する。

【0012】

一方のインバータ回路９１は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、以下、「ＭＯＳ」という。）９１１〜９１６を有している。ＭＯＳ９１１〜９１６は、ゲート電位により、ソース−ドレイン間がＯＮ／ＯＦＦされる。

【0013】

上アーム側のＭＯＳ９１１、９１２、９１３は、ドレインが電源側に接続され、ソースが対応する下アーム側のＭＯＳ９１４、９１５、９１６のドレインに接続されている。下アーム側のＭＯＳ９１４、９１５、９１６のソースは、シャント抵抗９９を介してグランドに接続されている。上アーム側のＭＯＳ９１１、９１２、９１３と対応する下アーム側のＭＯＳ９１４、９１５、９１６との接続点は、モータ部２０に電気的に接続されている。
他方のインバータ回路９２は、上述した一方のインバータ回路９１と同様の構成であるので説明を省略する。

【0014】

駆動回路６０は、二組のインバータ回路９１、９２それぞれに電源リレー９７、９８を有している。電源リレー９７、９８は、ＭＯＳ９１１〜９１６と同様のＭＯＳＦＥＴにより構成されている。電源リレー９７、９８は、ＭＯＳ９１１〜９１３とチョークコイル６４との間に設けられ、異常時にＭＯＳ９１１〜９１６を経由してモータ部２０側へ電流が流れるのを遮断可能である。

【0015】

シャント抵抗９９は、ＭＯＳ９１４〜９１６とグランドとの間に電気的に接続される。シャント抵抗９９に印加される電圧または電流を検出することにより、モータに通電される電流を検出する。

【0016】

第２平滑コンデンサ６３は、上アーム側のＭＯＳ９１１〜９１３の電源側の配線と、シャント抵抗９９のグランド側の配線に接続されている。つまり、第２平滑コンデンサ６３は、ＭＯＳ９１１〜９１６と並列接続されている。第２平滑コンデンサ６３は、電荷を蓄えることで、ＭＯＳ９１１〜９１６への電力供給を補助し、また電流の切り替えにより生じるリップル電流を吸収する。

【0017】

制御回路７０は、プリドライバ７３、カスタムＩＣ７５、回転角センサ７４、及びマイコン７２を備えている。カスタムＩＣ７５は、機能ブロックとして、位置センサ信号増幅部７５１、レギュレータ部７５２、及び検出電圧増幅部７５３を有している。

【0018】

レギュレータ部７５２は、電源を安定化する安定化回路である。レギュレータ部７５２は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン７２は、このレギュレータ部７５２により、安定した所定電圧（例えば５Ｖ）で動作する。

【0019】

位置センサ信号増幅部７５１には、回転角センサ７４からの信号が入力される。回転角センサ７４は、モータ部２０の回転位置信号を検出し、検出された回転位置信号は、位置センサ信号増幅部７５１に送られる。位置センサ信号増幅部７５１は、回転位置信号を増幅してマイコン７２へ出力する。
検出電圧増幅部７５３は、シャント抵抗９９の両端電圧を検出し、その両端電圧を増幅してマイコン７２へ出力する。

【0020】

マイコン７２には、モータ部２０の回転位置信号、シャント抵抗９９の両端電圧、操舵トルク信号、及び、車速情報等が入力される。マイコン７２は、これらの信号が入力されると、回転位置信号に合わせてプリドライバ７３を介してインバータ回路９１を制御する。具体的にマイコン７２は、プリドライバ７３により６つのＭＯＳ９１１〜９１６のゲート電圧を変化させ、ＭＯＳ９１１〜９１６のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで、インバータ回路９１を制御する。

【0021】

また、マイコン７２は、検出電圧増幅部７５３から入力されるシャント抵抗９９の両端電圧に基づき、モータ部２０へ供給する電流を正弦波に近づけるようにインバータ回路９１を制御する。なお、マイコン７２は、一方のインバータ回路９１を制御するのと同様に他方のインバータ回路９２を制御する。

【0022】

次に、駆動装置１の機械的構成について、図１、３、４に基づいて説明する。
図１に示すように、モータ部２０および制御部３０は、後述するシャフト２５の中心軸Ｏ方向（以下、シャフト２５の中心軸Ｏ方向を「軸方向」という）に並べて配置されている。中心軸Ｏは、特許請求の範囲における「回転軸」に対応する。また、軸方向と垂直な方向を「径方向」という。軸方向において、制御部３０側を「一端側」といい、モータ部２０側を「他端側」という。

【0023】

図４に示すように、モータ部２０は、第１フレームエンド２１、第２フレームエンド２２、ステータ２３、ロータ２４、シャフト２５、第１軸受としてのベアリング２５１、および第２軸受としてのベアリング２５２を有している。

【0024】

第１フレームエンド２１は、例えばアルミ等の金属により有底筒状に形成され、底部２１１、側壁部２１２、および複数の連結部２１３を有する。底部２１１は径方向に延びて形成され、中央にベアリング２５１が設けられている。

【0025】

側壁部２１２は底部２１１の径方向外側の縁部から軸方向の他端側に延びて形成されている。側壁部２１２の軸方向の他端側の端部には、切欠溝２１４が周方向に形成されている。切欠溝２１４は、軸方向の断面形状が「Ｌ」字状となるよう形成されている。本実施形態では、底部２１１の軸方向の肉厚ｄ１は、側壁部２１２の径方向の肉厚ｄ２より厚く形成されている。

【0026】

連結部２１３は、底部２１１の径方向外側の縁部に複数形成されている。連結部２１３は、軸方向に形成されている貫通孔２１５を有する。

【0027】

第２フレームエンド２２は、例えば鉄等の金属により有底筒状に形成され、底部２２１、側壁部２２２、および複数の連結部２２３を有する。底部２２１は径方向に延びて形成され、中央にベアリング２５２が設けられている。

【0028】

側壁部２２２は底部２２１の径方向外側の縁部から軸方向の一端側に延びて形成されている。側壁部２２２の軸方向の一端側の端部には、切欠溝２２４が周方向に形成されている。切欠溝２２４は、軸方向の断面形状が「Ｌ」字状となるよう形成されている。

【0029】

連結部２２３は、底部２２１の径方向外側の縁部に複数形成されている。連結部２２３は、軸方向にいて、連結部２１３に対応する位置に形成され、軸方向に形成されるねじ孔２２５を有する。

【0030】

ステータ２３は、第１フレームエンド２１と第２フレームエンド２２との間に設けられ、一端が切欠溝２１４に嵌め込まれ、他端が切欠溝２２４に嵌め込まれている。ステータ２３は、ねじ５０が貫通孔２１５に挿通されねじ孔２２５に螺着されることにより、第１フレームエンド２１と第２フレームエンド２２との間に固定される。

【0031】

ステータ２３は、筒状に形成され、第１フレームエンド２１と第２フレームエンド２２との間の外壁２３１の一部が露出されている。ステータ２３は、磁性材料の薄板を積層してなる積層鉄心に巻線２３２が巻回することで形成される。巻線２３２から引き出されたモータ線２３３は、制御部３０側へ引き出され、インバータ回路９１、９２と電気的に接続する。

【0032】

ロータ２４は、ステータ２３の径方向内側に、ステータ２３に対して相対回転可能に設けられている。ロータ２４は、例えば鉄等の磁性体から筒状に形成されている。ロータ２４は、ロータコア２４１、および、ロータコア２４１の径方向外側に設けられている永久磁石２４２を有している。永久磁石２４２は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配列されている。

【0033】

シャフト２５は、ロータコア２４１の中心に形成された軸穴２４３に固定されている。シャフト２５は、一端がベアリング２５１により回転可能に支持され、他端がベアリング２５２により回転可能に支持されている。これにより、シャフト２５はロータ２４と共に、ステータ２３に対し相対回転可能となる。

【0034】

シャフト２５は、制御部３０側の端部にマグネット２５３を有している。このマグネット２５３は、制御部３０側に露出する。

【0035】

一方、シャフト２５は、制御部３０の反対側の端部に出力端２５４を有する。出力端２５４は、シャフト２５が回転することによって、ギア８と連結し、ギア８を回転させることによりコラム軸６を駆動する（図２参照）。

【0036】

制御部３０は、駆動回路６０を構成する各種電子部品、および、制御回路７０を構成する各種電子部品を有する。
インバータ回路９１、９２は、第１フレームエンド２１の底部２１１に当接している。本実施形態では、第１フレームエンド２１の底部２１１は、ヒートシンクの機能を兼ねている。

【0037】

以上説明したように、本実施形態では、ステータ２３の外壁２３１の一部が第１フレームエンド２１と第２フレームエンド２２との間に露出している。これにより、ステータ２３がモータケースに覆われている構成に比べ、ステータ２３が外気と直接に接触するため、モータ部２０に熱がこもることを抑制することができる。よって、駆動装置１の放熱性を向上させることができる。

【0038】

また、本実施形態では、第１フレームエンド２１は、底部２１１の軸方向の肉厚ｄ１が側壁部２１２の径方向の肉厚ｄ２よりも厚く形成されている。これにより、側壁部２１２の径方向の肉厚ｄ２が薄く形成されるため、制御部３０で発生する熱が側壁部２１２を経由してステータ２３に伝わることを抑制することができる。また、ステータ２３の巻線２３２を流れる電流により発生する熱が側壁部２１２を経由して制御部３０に伝わることを抑制することができる。よって、モータ部２０と制御部３０との間の熱の相互伝達を抑制することができる。

【0039】

さらに、底部２１１の軸方向の肉厚ｄ１が厚く形成されているため、制御部３０で発生する熱が底部２１１を経由してロータ２４およびシャフト２５に伝わりやすくなる。よって、底部２１１による制御部３０の放熱性を向上させることができる。

【0040】

また、本実施形態では、インバータ回路９１、９２は底部２１１に当接している。これにより、インバータ回路９１、９２から発生する熱が底部２１１を経由してロータ２４およびシャフト２５に伝わりやすくなる。よって、底部２１１による制御部３０の放熱性をより向上させることができる。

【0041】

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態の駆動装置を図５に基づいて説明する。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態では、側壁部２１２に、矩形の穴２１６が周方向に複数形成されている。穴２１６は径方向に側壁部２１２を貫通する。
これにより、モータ部２０の放熱性を向上させる効果を高めることができる。

【0042】

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態の駆動装置を図６に基づいて説明する。上記第１実施形態と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0043】

本実施形態では、側壁部２１２に、凹部２１７が周方向に複数形成されている。凹部２１７は、側壁部２１２の他端側の端部から一端側に窪む。これにより、側壁部２１２の他端側の端部は、周方向にクランク状に形成される。
これにより、上記第２実施形態の効果と同様な効果を得ることができる。

【0044】

（他の実施形態）
上述した実施形態では、第１フレームエンドと第２フレームエンドとが別体となる例を示した。これに対し、他の実施形態では、第１フレームエンドと第２フレームエンドとを一体に形成することとしても良い。

【0045】

上述した第２実施形態では、側壁部に矩形の穴が複数形成されている例を示した。これに対し、他の実施形態では、側壁部に形成されている穴は円形または多角形であっても良い。

【0046】

上述した第３実施形態では、側壁部の底部とは反対側の端部が周方向にクランク状に形成されている例を示した。これに対し、他の実施形態では、側壁部の底部とは反対側の端部は鋸歯状であっても良い。

【0047】

上述した実施形態では、二組のインバータ回路によりモータを駆動する例を示した。これに対し、他の実施形態では、一組または三組以上のインバータ回路によりモータを駆動することとしても良い。

【0048】

上述した実施形態では、モータのギアボックスと反対側に制御部を設ける例を示した。これに対し、他の実施形態では、モータとギアボックスとの間に制御部を設けることとしても良い。この場合、モータ部のシャフトは、制御部を貫通し、ギアボックス側へ延設される。

【0049】

上述した実施形態では、駆動装置を車両のＥＰＳに適用する例を示した。これに対し、他の実施形態では、駆動装置を他の分野へ適用することとしても良い。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

【符号の説明】

【0050】

１・・・駆動装置、
２０・・・モータ部、
２１・・・第１フレームエンド、
２２・・・第２フレームエンド、
２３・・・ステータ、
２４・・・ロータ、
２５・・・シャフト、
３０・・・制御部、
２３１・・・外壁、
２５１・・・ベアリング（第１軸受）、
２５２・・・ベアリング（第２軸受）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】