CN112009562B - 电动转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种电动转向装置包括电动机(20)和控制电路(40)。电动机(20)将转向力施加至车辆的转向机构。控制电路(40)包括：逆变器(150、250)，其将DC电源(113、213)的DC电力转换为AC电力并且将AC电力供应给电动机(20)；以及电源继电器(170、270)，其允许或阻止电流通过逆变器(150、250)流向电动机(20)。在控制电路(40)中，电源继电器(170、270)被设置在连接逆变器(150、250)与地的接地线(G1、G2)上。

Description

电动转向装置
技术领域
本公开内容涉及电动转向装置。
背景技术
专利文献1(JP 2016-36245A，其对应于US 2016/036288 A1)公开了一种电动转向装置。电动转向装置包括将转向力施加至车辆的转向机构的电动机以及包括逆变器和电源继电器的控制电路。专利文献1的描述通过引用并入本文中，作为对本说明书中的技术部件的说明。
发明内容
在专利文献1的电动转向装置中，电源继电器被设置在电源线上。在电源线上设置有构成滤波器电路的线圈。电源继电器被设置在线圈与逆变器之间。
本公开内容的目的在于提供一种主体尺寸被减小的电动转向装置。
根据本公开内容的一个方面，一种电动转向装置包括电动机和控制电路。电动机将转向力施加至车辆的转向机构。控制电路包括：逆变器，其将DC电源的DC电力转换为AC电力并且将AC电力供应给电动机；以及电源继电器，其允许或阻止电流通过逆变器流向电动机。在控制电路中，电源继电器被设置在连接逆变器与地的接地线上。
根据上述方面的电动转向装置，电源继电器被设置在接地线上。在这样的配置中，与在电源线上设置电源继电器的配置相比，可以降低接通电源继电器的驱动电压。另外，与在电源线上设置电源继电器的配置相比，可以增加电源继电器的散热。因此，可以减小控制电路的主体的尺寸，并且进而减小电动转向装置的主体的尺寸。
附图说明
根据以下参照附图进行的详细描述，本公开内容的上述和其他的目的、特征和优点将变得更加明显，在附图中：
图1是根据第一实施方式的转向系统的框图；
图2是驱动单元的截面图；
图3是驱动单元的电路图；
图4是根据第二实施方式的驱动单元的电路图；
图5是根据第三实施方式的驱动单元的电路图；
图6是根据第四实施方式的驱动单元的电路图；
图7是根据第五实施方式的、从电动机侧观察时的驱动单元的基板的平面图；
图8是从盖侧观察时的基板的平面图；
图9是示出修改的平面图；
图10是根据第六实施方式的、从电动机侧观察时的驱动单元的基板的平面图；
图11是从盖侧观察时的基板的平面图；
图12是根据第七实施方式的、从盖侧观察时的驱动单元的基板的平面图；
图13是示出如图7所示的基板被固定至电动机上的状态的截面图；以及
图14是示出修改的截面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开内容的实施方式。在实施方式中，功能和/或结构上对应的部分和/或相关部分可以由三位或更多位数字上相同附图标记或不同的附图标记来指示。针对对应部分和/或相关部分可以参考另外的实施方式的描述。
(第一实施方式)
首先，将参照图1描述转向系统1。
<转向系统>
图1所示的转向系统1是用于车辆的系统。转向系统1包括转向机构2、手动操作机构3和电动转向装置4。本说明书中的词语“车辆”应在广义上被解释为包括滑行车、船舶、航空器、模拟装置和娱乐机器。转向机构2控制车轮方向或船舵方向。
转向机构2改变车辆的移动方向。转向机构2通过使车辆5的旋转轴偏转来改变车辆的移动方向。转向机构2包括例如车轮5、转向轮毂、拉杆6、转向齿轮箱7和转向柱8。转向柱8的旋转通过转向齿轮箱7被转换为平行平移并被传递至拉杆6。转向齿轮箱7可以被设置为齿条小齿轮类型或滚珠螺母类型。拉杆6通过转向轮毂的操作使车辆5的旋转轴偏转。转向机构2对应于上述转向机构。
手动操作机构3使得能够通过使用者的手动操作进行转向。手动操作机构3具有转向手柄9。使用者操作转向手柄9以使转向柱8旋转。
电动转向装置4是电驱动机构，该电驱动机构能够实现与使用者意图相关的转向和/或能够实现响应于来自另外的控制装置的与使用者意图无关的要求的转向。例如，电动转向装置4辅助使用者的操作力。替选地或另外地，例如，电动转向装置4提供用于自动行驶的操作力。电动转向装置4可以被称为电动力转向装置。
电动转向装置4包括驱动单元10。驱动单元10包括将转向力施加至转向机构2的电动机(M)20和控制该电动机20的电子控制单元(ECU)40。电子控制单元40对应于控制电路。在下文中，电子控制单元40被称为ECU 40。在第一实施方式中，电动机20具有多组定子线圈。ECU 40具有与定子线圈相对应地冗余设置的多个电路系统。
电动转向装置4具有动力传递机构11。动力传递机构11将电动机20的旋转力传递至转向柱8。动力传递机构11能够由诸如例如齿轮组或链条的各种机构来提供。
转向系统1具有扭矩传感器系统12。扭矩传感器系统12具有扭矩传感器(TQR1)112和扭矩传感器(TQS2)212。这两个扭矩传感器112和212每个都检测施加在转向柱8上的扭矩。检测到的扭矩指示施加在手动操作机构3上的操作力。扭矩传感器112和212提供冗余的扭矩传感器系统12。扭矩传感器112和212分别对应于如随后所描述的系统L1和L2。
<驱动单元的结构>
现在参照图2描述驱动单元10的示意性结构。
如图2所示，驱动单元10是其中一体地设置电动机20和ECU 40的机电装置。驱动单元10可以被称为具有ECU 40的电动机20。ECU 40被布置在电动机20的轴向方向上的一侧。ECU 40被设置在相对于电动机20的与动力传递机构11(例如，减速齿轮)相对的一侧。ECU40与旋转轴25的中心线Ax同轴地设置。机电结构使得可以将电动机20和ECU 40有效地设置在具有受限的安装空间的车辆中。在下文中，当简单地提及“轴向方向”或“径向方向”时，其是指电动机20的轴向方向或径向方向。
电动机20是三相无刷电动机。电动机20输出转向所需的扭矩的至少一部分。电动机20包括定子21、转子24、旋转轴25和外壳28。
定子21具有定子芯22和缠绕在定子芯22上的定子线圈23。定子线圈23可以被称为定子绕组。定子21的定子线圈23包括如随后描述的两组定子线圈123和223。定子芯22被固定至外壳28。定子线圈123和223被缠绕在一个定子芯22上。
转子24被设置在相对于定子21的径向内侧。转子24被设置成能够相对于定子21可旋转。旋转轴25被装配在转子24中并且与转子24一体地旋转。旋转轴25由外壳28通过轴承26可旋转地支承。旋转轴25可以被称为轴。旋转轴25的邻近ECU 40的一侧的端部从外壳28朝向ECU 40突出。磁体27被设置在旋转轴25的邻近ECU 40的一侧的端部处，以检测电动机20的旋转角。
外壳28包括壳体29、前框架端30和后框架端31。外壳28由金属材料形成。壳体29具有圆筒形状，并且该圆筒的中心与中心线Ax大致重合。定子21和转子24大部分容纳在壳体29的圆筒中。前框架端30被设置在壳体29的轴向一端侧。后框架端31被设置在壳体29的另一端侧。
后框架端31具有通孔32和33。旋转轴25穿过通孔32并且朝向ECU 40突出。引线34连接至定子线圈123和223的每个相。引线34穿过通孔33并且朝向ECU 40突出。
ECU 40包括盖41、基板42、安装在基板42上的各种电子部件以及连接器45。盖41与后框架端31提供了基板42等的容纳空间。盖41具有在一端处打开的大致圆筒形的形状，并且被装配在后框架端31的径向外侧。盖41被设置成覆盖基板42。由盖41和后框架端31构成的壳体保护ECU 40免受外部冲击以及灰尘、水等的侵入。
在基板42中，由铜等作为材料制成的布线图案被设置在由树脂等制成的绝缘基部上。基板42可以被称为布线基板或印刷基板。其上安装有电子部件的基板42可以被称为电路基板。基板42连接至引线34。引线34以插入的方式被安装。基板42通过螺栓43被固定至后框架端31的与电动机20相对的一侧的表面上。螺栓43每个都由导电材料形成。在下文中，基板42的邻近电动机20的一侧的表面被称为电动机表面42a，并且基板42的与电动机20相对的一侧的表面被称为盖表面42b。
尽管未示出，但是诸如随后描述的包括微型计算机和预驱动器的统一IC、构成逆变器的开关元件、各种继电器、构成滤波器172和272的元件以及平滑电容器的各种电子部件被安装在基板42上。安装在基板42上的电子部件包括图2所示的旋转角度传感器44。旋转角度传感器44被设置在基板42的电机表面42a上，并且位于与中心线Ax交叠的位置处。旋转角度传感器44检测由设置在旋转轴25上的磁体27引起的磁场的变化，并且输出与旋转轴25的旋转角度相对应的检测信号。
连接器45被安装在基板42上。连接器45包括多个端子46和容纳端子46的外壳47。端子46将由基板42和电子部件形成的电路与外部装置电连接。盖41在其管状壁的一部分处具有开口41a。连接器45从开口41a部分地暴露于外部。端子46以插入的方式被安装。如随后描述的，端子46包括用于系统L1和L2中的每一个的+B端子、IG端子、接地端子和信号端子。
电子部件的热量可以通过诸如散热凝胶的导热元件(未示出)消散至后框架端31或盖41。可以在基板42中设置热通孔。例如，可以通过热通孔和散热凝胶将安装在盖表面42b上的电子部件的热量释放至后框架端31。
<驱动单元的电路配置>
现在参照图3描述驱动单元10的电路配置。在图3中，未示出从预驱动器到电动机继电器、电源继电器和反向连接保护继电器的信号线，以避免使附图复杂。到逆变器的开关元件的信号线也被简化。
如图3所示，电动机20具有两组定子线圈123和223。定子线圈123和223在电特性上彼此等效，并且在电角度彼此偏移30度的情况下被抵消缠绕(cancel-wound)在公共定子芯22上。因此，定子线圈123和223被控制成使得具有偏移30度的相的相电流被施加至各个定子线圈。定子线圈123包括U相定子线圈123U、V相定子线圈123V和W相定子线圈123W。定子线圈223包括U相定子线圈223U、V相定子线圈223V和W相定子线圈223W。
在下文中，用于定子线圈123的电流施加控制的配置的组合称为系统L1，并且用于定子线圈223的电流施加控制的配置的组合称为系统L2。系统L1的部件主要给定100系列的附图标记，而系统L2的部件主要给定200系列的附图标记。系统L1和L2共有的部件的附图标记具有相同的较低第二位数。系统L1的部件可以由“第一”指定。系统L2的部件可以由“第二”指定。
车辆的电源系统13具有供应DC电力的电源单元。每个电源单元可以包括各种电源，诸如电池、发电机和燃料电池。电源单元可以被称为电池。电源系统13具有向电动机20供应电力的两个电源单元113和213。电源单元113和213每个都对应于DC电源。
ECU 40具有作为控制电动机20的电路系统的两个电路系统140和240。这两个电路系统140和240使得电动机20的控制系统冗余。该冗余可以被称为复用。电路系统140与电源单元113和定子线圈123一起构成系统L1。电路系统240与电源单元213和定子线圈223一起构成系统L2。
第一电路系统140包括逆变器150、电动机继电器161至163、电源继电器170、反向连接保护继电器171、滤波器172，平滑电容器175和控制部180。类似地，第二电路系统240包括逆变器250、电动机继电器261至263、电源继电器270、反向连接保护继电器271、滤波器272、平滑电容器275和控制部280。
ECU 40的连接器45包括作为端子46的、构成电路系统140的端子146b、146g、146i、146s和构成电路系统240的端子246b、246g、246i、246s。+B端子146b连接至电源单元113的正电极。+B端子146b可以被称为功率IG(PIG)端子。电路系统140具有连接至+B端子146b的电源线P1。在电路系统140中，通过+B端子146b和电源线P1来供应用于电力系统的电力。接地(GND)端子146g连接至电源单元113的负电极。电路系统140具有连接至接地端子146g的接地线G1。IG端子146i通过IG开关114连接至电源单元113的正电极。在电路系统140中，通过IG端子146i和IG线来供应用于控制系统的电力。例如，通过内部电源电路(未示出)向控制部180供应控制电力。信号端子146s接收扭矩传感器112的检测信号、车速信息等。
端子246b、246g、246i和246s分别具有与端子146b、146g、146i和146s相似的配置。即，+B端子246b连接至电源单元213的正极。+B端子246b连接至电源线P2。接地端子246g连接至电源单元213的负电极。接地端子246g连接至接地线G2。IG端子246i通过IG开关214连接至电源单元213的正电极。信号端子246s接收扭矩传感器212的检测信号、车速信息等。
第一逆变器150将从电源单元113供应的DC电力转换为AC电力，并且将AC电力输出至电动机20的定子线圈123。逆变器150具有构成上三相臂电路和下三相臂电路的开关元件151至156。例如，MOSFET或IGBT可以用于每个开关元件。在第一实施方式中，使用n沟道MOSFET。开关元件151至153构成上臂H，并且开关元件154至156构成下臂L。
开关元件151和154在电源线P1与接地线G1之间串联连接在一起，并且构成上U相臂电路和下U相臂电路。U相开关元件151和154的连接点连接至定子线圈123U的第一端。开关元件152和155在电源线P1与接地线G1之间串联连接在一起，并且构成上V相臂电路和下V相臂电路。V相开关元件152和155的连接点连接至定子线圈123V的第一端。开关元件153和156在电源线P1与接地线G1之间串联连接在一起，并且构成上W相臂电路和下W相臂电路。W相开关元件153和156的连接点连接至定子线圈123W的第一端。定子线圈123U、123V和123W的第二端彼此连接。
电路系统140包括分流电阻器157至159，以检测流过定子线圈123U、123V和123W的相应相电流。在图3所示的示例中，分流电阻器157至159被设置在对应的开关元件154至156的较低电位侧。
第二逆变器250具有与第一逆变器150相似的配置。逆变器250具有构成上臂H的开关元件251至253和构成下臂L的开关元件254至256。U相、V相和W相的上臂电路和下臂电路的各个输出点连接至对应的定子线圈223U、223V和223W。提供分流电阻器257至259以分别检测在开关元件254至256的较低电位侧的相应相电流。
第一电动机继电器161至163被设置在逆变器150与定子线圈123之间。提供电动机继电器161至163，使得在逆变器150与定子线圈123之间的电连接可以断开。当发生故障等时，通过来自控制部180的驱动信号使电动机继电器161至163每个都被断开，以阻止向电动机20的电流供应。在第一实施方式中，使用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)作为电动机继电器161至163中的每一个。
U相电动机继电器161被设置在开关元件151和154的连接点与定子线圈123U之间。V相电动机继电器162被设置在开关元件152和155的连接点与定子线圈123V之间。W相电动机继电器163被设置在开关元件153和156的连接点与定子线圈123W之间。第二电动机继电器261至263分别具有与第一电动机继电器161至163相似的配置。
第一电源继电器170允许或阻止电流经由逆变器150流向定子线圈123。电源继电器170被接通以施加电流，以及被断开以阻断电流。当ECU 40发生某些异常状况时，通过来自控制部180的驱动信号来断开电源继电器170，以保护逆变器150。此外，电源继电器170阻止电流经由逆变器150流入电动机20。反向连接保护继电器171阻止在与电源继电器170允许的电流流动相反的方向上的电流流动。由于这样提供了反向连接保护继电器171，即使电源单元113的正端子和负端子被反向连接，反向连接保护继电器171也阻止电流沿着与正常连接时的电流流动相反的方向上的流动。
在第一实施方式中，对于电源继电器170和反向连接保护继电器171中的每一个使用n沟道MOSFET。电源继电器170被设置在连接逆变器150与接地端子146g的接地线G1上。电源继电器170在电流施加允许状态下将电流放电至地。因此，电源继电器170可以被称为放电继电器。反向连接保护继电器171也设置在接地线G1上。提供反向连接保护继电器171，使得其寄生二极管与电源继电器170的寄生二极管相反地指向。电源继电器170和反向连接保护继电器171的阳极(即源极)连接在一起。反向连接保护继电器171被设置得比电源继电器170邻近接地端子146g。
第二电源继电器270和第二反向连接保护继电器271分别具有与第一电源继电器170和第一反向连接保护继电器171相似的配置。电源继电器270和反向连接保护继电器271被设置在接地线G2上，并且继电器270和271的源极连接在一起。
第一滤波器172是用于减少从共享电源单元113的另一单元传递的噪声以及从ECU40传递至另一单元的噪声的电路。滤波器172被设置在电源线P1上的+B端子146b附近。滤波器172包括第一滤波器线圈173和第一电容器174。第一平滑电容器175与逆变器150并联连接。例如，平滑电容器175是铝电解质电容器。平滑电容器175累积电荷以辅助对逆变器150的电力供应。
第二滤波器272具有与第一滤波器172相似的配置，并且包括第二滤波器线圈273和第二电容器274。第二平滑电容器275具有与第一平滑电容器175相似的配置，并且与逆变器250并联连接。
第一机电连接电容器176连接系统L1的接地线G1和电动机20的外壳28。第二机电连接电容器276连接系统L2的接地线G2和外壳28。例如，机电连接电容器176和276每个是陶瓷电容器。
第一控制部180控制逆变器150的开关元件151至156、电动机继电器161至163、电源继电器170和反向连接保护继电器171的驱动，即，接通驱动和断开驱动。第二控制部280控制逆变器250、电动机继电器261至263、电源继电器270和反向连接保护继电器271的驱动，即，接通驱动和断开驱动。
控制部180包括微型计算机(MC)181和预驱动器(PD)182。控制部280包括微型计算机(MC)281和预驱动器(PD)282。通过IG端子146i和内部电源电路(未示出)向微型计算机181供应预定操作功率。通过IG端子246i和内部电源电路(未显示)向微型计算机281供应预定操作功率。微型计算机181和281每个都包括CPU、ROM、RAM、寄存器和I/O端口。在微型计算机181和281的每一个中，CPU在使用RAM或寄存器的临时存储功能时，根据预先存储在ROM中的控制程序或从外部获取的各种数据来执行处理。
第一微型计算机181接收安装在基板42上的旋转角度传感器44的检测信号以及由分流电阻器157至159检测到的相电流。第一微型计算机181还接收扭矩传感器112的检测信号和来自控制器局域网(CAN)总线的车速信息。CAN是注册商标。微型计算机181基于这些类型的信息来生成驱动指令(PWM信号)，并将该驱动指令输出至预驱动器182，以根据车速来辅助转向手柄9的转向。
第一预驱动器182基于微型计算机181的驱动指令来输出驱动信号(驱动电压)。该驱动信号控制开关元件151至156、电动机继电器161至163、电源继电器170以及反向连接保护继电器171的驱动。第二微型计算机281和第二预驱动器282分别具有与第一微型计算机181和第一预驱动器182的配置相似的配置。
如上所述，从第一电源单元113向第一电路系统140供应电力，并且从第二电源单元213向第二电路系统240供应电力。还在第一电路系统140与第二电路系统240之间分开接地。第一控制部180控制对第一定子线圈123的电流施加，第二控制部280控制对第二定子线圈223的电流施加。换句话说，使得第一系统L1和第二系统L2是冗余的。因此，第一实施方式的驱动单元10(电动转向装置4)具有完全冗余的配置。
<第一实施方式的结论>
根据第一实施方式，电源继电器170被设置在接地线G1上。在这种情况下，由于基准电位低，所以与电源继电器被设置在电源线上的配置相比，能够降低用于接通电源继电器170的驱动电压(接通驱动电压)。因此，可以简化内部电源电路，并减小基板42的主体尺寸，即ECU 40的主体尺寸。
在电源继电器被设置在电源线上的情况下，在电源继电器与+B端子之间设置作为发热部件的线圈(滤波器)。在这种情况下，由于热干扰，电源继电器的热量不能通过连接器有效地消散至驱动单元的外部。根据第一实施方式，由于在电源继电器与接地端子146g之间不存在线圈173，所以电源继电器170的热量可以通过连接器45消散至外部。接地线G1占用形成在基板42上的布线图案的主要部分。接地线G1包括固定接地图案。由于布线图案的面积大，因此与电源线P1相比，电源继电器170的热量容易地释放至布线图案。因此，可以增加电源继电器170的散热。这样的散热增加使得可以减小电源继电器170本身的主体尺寸以及/或者在基板42上实现高密度封装。因此，能够减小基板42的主体尺寸，即ECU 40的主体尺寸。
以此方式，根据第一实施方式，可以减小ECU 40的主体尺寸，进而减小驱动单元10的主体尺寸。
例如，假设用于接通驱动的栅极电压Vgs为10V，并且通过+B端子146b接收的电源电压为14V。在电源继电器被设置在电源线上的配置中，必须以14V电压为基准来施加驱动电压，因此需要24V的驱动电压。另一方面，在第一实施方式的配置中，由于接地电位作为基准，因此施加10V作为驱动电压就足够了。如上所述，根据第一实施方式，电源继电器170的驱动电压可以等于或低于通过+B端子146b供应的电源单元113的电源电压。因此，对于例如电源继电器170，不必具有升压电路。
根据第一实施方式，反向连接保护继电器171也被设置在接地线G1上。对于反向连接保护继电器171，与电源继电器170一样，可以减小用于接通的驱动电压(接通驱动电压)。此外，可以增加散热。因此，可以减小基板42(ECU 40)的主体尺寸。
根据第一实施方式，设置电源继电器170和反向连接保护继电器171以使得它们的寄生二极管的阳极连接在一起。电源继电器170和反向连接保护继电器171的源极连接在一起。因此，可以在电源继电器170与反向连接保护继电器171之间共享驱动信号。也就是说，可以减少驱动信号的信号线的数量。因此，可以减小基板42(ECU 40)的主体尺寸。
上述效果不限于系统L1(电路系统140)。在第一实施方式中，系统L2(电路系统240)具有与系统L1的配置相似的配置。因此，系统L2可以表现出与系统L1(电路系统140)的效果相似的效果。由于电源继电器170和270分别被设置在接地线G1和G2上，因此在冗余配置中，可以有效地减小基板42的尺寸，进而可以减小ECU 40的尺寸。
已经示出了包括两个系统L1和L2的示例，但是本公开内容不限于该示例。作为另外的示例，可以在三个或更多个系统中的所有接地线上设置电源继电器。
电源继电器170和反向连接保护继电器171的连接模式不限于上文中描述的源极共用连接。例如，漏极可以连接在一起。在这种情况下，驱动信号的信号线在电源继电器170与反向连接保护继电器171之间分开。
虽然已经示出了提供电容器174和274以分别构成滤波器172和272的示例，但是本公开内容不限于该示例。可以去除电容器174和274，使得平滑电容器175和275也用作滤波器。
已经示出了通过机电连接电容器176和276将电动机20的外壳28连接至接地线G1和G2的示例，但是本公开内容不限于该示例。例如，可以去除机电连接电容器176和276，以将外壳28与接地线G1和G2电连接。
(第二实施方式)
第二实施方式是对作为基本配置的在先实施方式的修改，并且可以合并对在先实施方式的描述。
对应于图3的图4是根据第二实施方式的驱动单元10的电路图。如图4所示，电源继电器170和270分别被设置在接地线G1和G2上。反向连接保护继电器171和271分别被设置在电源线P1和P2上。滤波器172的线圈173被设置在反向连接保护继电器171与+B端子146b之间。滤波器272的线圈273被设置在反向连接保护继电器271与+B端子246b之间。
<第二实施方式的结论>
根据第二实施方式，与先前的实施方式一样，可以减小电源继电器170和270中的每一个的驱动电压。此外，可以增加电源继电器170和270的散热。因此，可以减小基板42的主体尺寸，即ECU 40的主体尺寸。
(第三实施方式)
第三实施方式是对作为基本配置的在先实施方式的修改，并且可以合并对在先实施方式的描述。
对应于图3的图5是根据第三实施方式的驱动单元10的电路图。如图5所示，电源继电器170和反向连接保护继电器171被设置在接地线G1上。电源继电器270和反向连接保护继电器271被设置在电源线P2上。电源继电器270和反向连接保护继电器271的源极连接在一起。设置电源继电器270和反向连接保护继电器271以使得电源继电器270位于与+B端子246b相邻的一侧。滤波器272的线圈273被设置在电源继电器270与+B端子246b之间。
<第三实施方式的结论>
根据第三实施方式，ECU 40具有多个电路系统，其中，一个电路系统140的电源继电器170被设置在接地线G1上，并且其余电路系统240的电源继电器270被设置在电源线P2上。因此，与所有电路系统中在电源线上设置电源继电器的配置相比，可以减小基板42的主体尺寸，进而减小ECU 40的主体尺寸。因为反向连接保护继电器171被设置在接地线G1上，与所有电路系统中在电源线上设置反向连接保护继电器的配置相比，可以减小基板42的主体尺寸，进而可以减小ECU 40的主体尺寸。
这样的布置使系统L1的电源继电器170与系统L2的电源继电器270之间的驱动电压不同。因此，预驱动器182和282具有不同的电路配置。因此，可以减少由于公共因素导致的故障。换句话说，可以增加冗余。反向连接保护继电器171和271也是如此。
(第四实施方式)
第四实施方式是对作为基本配置的在先实施方式的修改，并且可以合并对在先实施方式的描述。
对应于图3的图6是根据第四实施方式的驱动单元10的电路图。如图6所示，电源继电器170和反向连接保护继电器171被设置在接地线G1上。电源继电器270被设置在接地线G2上。反向连接保护继电器271被设置在电源线P2上。滤波器272的线圈273被设置在反向连接保护继电器271与+B端子246b之间。
<第四实施方式的结论>
根据第四实施方式，与第一实施方式一样，可以减小电源继电器170和270中的每一个的驱动电压。此外，可以增加电源继电器170和270的散热。因此，可以减小基板42的主体尺寸，即ECU 40的主体尺寸。由于反向连接保护继电器171被设置在接地线G1上，所以与所有电路系统中在电源线上设置反向连接保护继电器的配置相比，可以减小基板42的主体尺寸，进而可以减小ECU 40的主体尺寸。
这种布置使系统L1的反向连接保护继电器171和系统L2的反向连接保护继电器271的驱动电压不同。因此，预驱动器182和282具有不同的电路配置。因此，可以减少由于公共因素导致的故障。换句话说，可以进一步增加冗余。
(第五实施方式)
第五实施方式是对作为基本配置的在先实施方式的修改，并且可以合并对在先实施方式的描述。第五实施方式示出了通过在先实施方式的组合来增强效果的配置。
图7是根据第五实施方式的、从邻近电动机20的一侧观察时的驱动单元10的基板42的平面图。图8是从与电动机20相反的一侧观察时的基板42的平面图。出于说明目的，在图8中盖表面42b的布置是从图7中的布置反转的，使得在图7和图8中的每一个中在纸张的左边示出电路系统140(系统L1)并且在右边示出电路系统240(系统L2)。
如图7和图8所示，基板42具有布线图案190和290。基板42是多层基板，其中布线图案被设置在绝缘基部上的多个层中。例如，不同层中的布线图案通过连接通孔(未示出)连接在一起。布线图案190和290通过狭缝42c彼此电隔离。狭缝42c将基板42电分割为两个部分。例如，狭缝42c被设置成笔直地穿过基板42的中心。狭缝42c被设置在平面图中具有大致真正圆形形状的基板42被大致分割为两半的位置处。在第五实施方式中，例如，相对于狭缝42c，构成电路系统140的布线图案190和电子部件与构成电路系统240的布线图案290和电子部件呈轴对称布置。
布线图案190和290包括分别构成接地线G1和G2的接地图案190g和290g。布线图案190和290的主要部分分别对应于接地图案190g和290g。接地图案190g和290g中的每一个在每一层中占用大的面积。图7和图8分别示出了外壳连接图案190h和290h以及电源图案190p和290p，作为除了接地图案190g和290g以外的布线图案190和290。为了方便起见，未示出诸如信号图案和到电动机20的输出布线图案的其他图案。布线图案190和290也因此以简化的方式示出。因此，在平面图中处于重叠位置关系的布线图案190或290和电子部件不一定处于电连接关系。
如图7和图8所示，基板42具有电动机线连接件191和291、基板连接件192和292以及端子连接件。电动机线连接件191和291每个都是要连接至基板42上的引线34的连接件。电动机线连接件191和291每个都包括通过在通孔的壁表面上的镀覆等形成的焊盘以及诸如焊料的粘结材料。引线34在穿透通孔的同时通过粘结材料连接至基板42。在垂直于狭缝42c的延伸方向的方向上，在基板42的一端侧设置电动机线连接191，而在另一端侧设置电动机线连接291。
基板连接件192和292每个都是用于在其中容纳螺栓43的通孔。外壳连接图案190h和290h分别围绕基板连接件192和292形成在电动机表面42a和盖表面42b的每一个上。在通过螺栓43固定基板42的状态中，螺栓43的头部与盖表面42b上的相应的外壳连接图案190h和290h接触。后框架端31与电动机表面42a上的外壳连接图案190h和290h中的每一个接触。因此，外壳连接图案190h和290h通过螺栓43电连接至后框架端31。在第五实施方式中，外壳连接图案190h和290h与其他布线图案电隔离。
各个端子连接件是要连接至连接器45的端子46的连接件。端子连接件每个都包括通过在通孔的壁表面上的镀覆等形成的焊盘以及诸如焊料的粘结材料。每个端子46在穿透通孔的同时通过粘结材料连接至基板42。为每个端子46设置端子连接件。为了方便起见，图7和图8每个都排他地示出了连接至+B端子146b和246b的+B连接件193b和293b以及连接至接地端子146g和246g的接地连接件193g和293g。+B连接件193b和293b分别电连接至电源图案190p和290p。接地连接件193g和293g分别电连接至接地图案190g和290g。
+B连接件193b和293b以及接地连接件193g和293g沿狭缝42c的延伸方向被设置在基板42的一端侧上。尽管未示出，但是各个端子连接件包括连接至IG端子146i和246i的IG连接件以及连接至信号端子146s和246s的信号连接件。各个IG连接件和信号连接件电连接至相应的布线图案。
如图7所示，构成逆变器150的开关元件151至156、电源继电器170和270以及反向连接保护继电器171和271安装在基板42的电动机表面42a上。统一的IC 182A和282A以及旋转角度传感器44安装在电动机表面42a上。旋转角度传感器44跨过电动机表面42a上的狭缝42c安装。统一的IC 182A包括预驱动器182，并且统一的IC 282A包括预驱动器282。虽然未示出，但是分流电阻器157至159、257至259以及电动机继电器161至163和、261至263也安装在电动机表面42a上。
上臂H侧上的开关元件151至153、251至253的漏极分别电连接至电源图案190p和290p。电动机表面42a上的电源图案190p通过连接通孔连接至盖表面42b上的电源图案190p。例如，开关元件151至153、251至253的源极通过连接通孔连接至输出布线图案(未示出)。电源图案290p具有与电源图案190p的配置相似的配置。
下臂L侧上的开关元件154至156、254至256的源极分别电连接至接地图案190g和290g。如以上所描述，接地图案190g和290g分别电连接至接地连接件193g和293g。开关元件154至156、254至256的源极可以分别通过内层接地图案190g和290g连接至接地连接件193g和293g。开关元件154至156、254至256的漏极连接至输出布线图案(未示出)。输出布线图案电连接至电动机线连接件191和291。
电源继电器170和270和反向连接保护继电器171和271分别电连接至接地图案190g和290g。继电器170、171和继电器270、271可以分别电连接至电动机表面42a上的接地连接件193g和293g。这样的继电器可以通过内层接地图案190g和290g分别连接至接地连接件193g和293g。
如图7所示，构成逆变器150和250的各个开关元件151至156、251至256被设置在基板42的中心区域中，以在平面图中具有大致矩形的形状。另一方面，各个电源继电器170和270被设置在逆变器150、250与接地连接件193g、293g之间。即，电源继电器170被设置在比构成逆变器150的开关元件151至156中的任一个更靠近接地连接件193g的位置处。电源继电器270被设置在比构成逆变器250的开关元件251至256中的任一个更靠近接地连接件293g的位置处。电源继电器170和270分别设置在接地连接件193g和293g附近。在第五实施方式中，各个反向连接保护继电器171和271也被设置在逆变器150、250与接地连接件193g、293g之间。反向连接保护继电器171和271也分别设置在接地连接件193g和293g附近。
电源继电器170被设置在比构成逆变器150的开关元件151至156中任一个更靠近基板连接件192、即更靠近螺栓43的位置处。电源继电器270被设置在比构成逆变器250的开关元件251至256中任一个更靠近基板连接件292、即更靠近螺栓43的位置处。电源继电器170和270每个被设置在作为固定构件的螺栓43附近。
如图8所示，分别构成滤波器172和272的线圈173、273和电容器174、274以及平滑电容器175和275被安装在基板42的盖表面42b上。此外，机电连接电容器176和276以及微型计算机181和281被安装在盖表面42b上。
线圈173、273和电容器174、274分别被设置在+B连接件193b和293b以及接地连接件193g和293g附近。线圈173和273分别电连接至电源图案190p和290p。电容器174和274的正电极分别连接至电源图案190p和290p。电容器174和274的负电极分别连接至接地图案190g和290g。
平滑电容器175和275被设置在盖表面42b的中心区域中。平滑电容器175和275的正电极分别连接至电源图案190p和290p。平滑电容器175和275的负电极分别连接至接地图案190g和290g。
机电连接电容器176和276分别被设置在基板连接件192和292附近。机电连接电容器176连接接地图案190g和外壳连接图案190h。机电连接电容器276连接接地图案290g和外壳连接图案290h。外壳28连接至车辆接地。换句话说，机电连接电容器176和276每个都连接在接地之间。
如以上所描述，在应用于电动转向装置4的驱动单元10中，由于在短时间内施加大的电流，因此出现开关噪声或振铃噪声。这种噪声的源主要在ECU 40的电路内，并且该噪声可以经由连接器45和电动机20被传递至车辆侧。因此，使用螺栓43将基板42的接地线G1和G2电连接至外壳28以形成从电动机20侧到ECU 40侧的噪声反馈路径。因此，在ECU40的电路内出现的噪声被反馈回噪声源，从而抑制了向车辆侧的噪声传递。
<第五实施方式的结论>
根据第五实施方式，电源继电器170被设置在比作为发热部件的开关元件151至156中任一个更靠近接地连接件193g的位置处。因此，电源继电器170的热量可以通过接地连接件193g和构成接地线G1的接地图案190g被释放至接地端子146g。由于接地图案190g的面积大于其他布线图案的面积，所以电源继电器170的热量容易地传递至端子46(接地端子146g)。由于电源继电器170位于接地连接件193g附近，所以电源继电器170的热量容易地传递至连接器45。因此，可以通过连接器45将电源继电器170的热量有效地消散至ECU 40的外部。这种散热增加使得可以进一步减小基板42的主体尺寸，进而可以减小ECU 40的主体尺寸。电源继电器270也是如此。
根据第五实施方式，反向连接保护继电器171也被设置在比开关元件151至156中任一个更靠近接地连接件193g的位置处。因此，可以通过连接器45将反向连接保护继电器171的热量有效地消散至ECU 40的外部。反向连接保护继电器271也是如此。
电源继电器170被设置在比开关元件151至156中任一个更靠近基板连接件192、即螺栓43的位置处。因此，电源继电器170的热量可以通过螺栓43被释放至电动机20的外壳28(后框架端31)。因此，可以将电源继电器170的热量有效地消散至ECU 40的外部。这种散热增强使得可以进一步减小基板42的主体尺寸，进而可以减小ECU 40的主体尺寸。电源继电器270也是如此。通过包括连接器45和螺栓43的两个散热路径，可以将电源继电器170和270的热量有效地消散至ECU 40的外部。
电源继电器170和270的布置不限于在以上描述的示例中的布置。电源继电器170可以被设置在比开关元件151至156中任一个更靠近接地连接件193g和/或基板连接件192的位置处。电源继电器270也是如此。例如，如在图9所示的修改中，电源继电器170和270可以分别被设置在远离接地连接件193g和293g的位置处。图9中所示的电源继电器170和270分别被设置在相对远离接地连接件193g和293g的基板连接件192和292附近。
两个电路系统140和240中的仅一个可以被设置为具有高的散热。例如，在将电源继电器170设置在接地连接件193g附近时，可以将电源继电器270设置在与逆变器250相比距离接地连接件293g和基板连接件292中的每一个更远的位置处。
(第六实施方式)
第六实施方式是对作为基本配置的在先实施方式的修改，并且可以合并对在先实施方式的描述。
尽管未示出，但是第六实施方式的驱动单元10具有从在先实施方式中去除了机电连接电容器176和276的配置(参见图3)。外壳28连接至接地线G1和G2。图10和图11示出了驱动单元10的基板42。机电连接电容器176和276未被安装在电动机表面42a或盖表面42b上。
外壳连接图案190h和290h分别连接至接地图案190g和290g。尽管在图10和图11中出于说明目的而区别地示出，但是外壳连接图案190h和290h分别是接地图案190g和290g的部分。其他配置与第五实施方式的配置(参见图7和图8)相同。
<第六实施方式的结论>
根据第六实施方式，各个螺栓43电连接至接地图案190g和290g。各个电源继电器170和270的热量通过接地图案190g和290g从螺栓43容易地释放至外壳28。因此，各个电源继电器170和270的热量可以被有效地消散至ECU 40的外部。通过将各个电源继电器170和270设置在基板连接件192和292附近以连接至螺栓43，可以进一步增强散热的效果。
(第七实施方式)
第七实施方式是对作为基本配置的在先实施方式的修改，并且可以合并对在先实施方式的描述。
在第七实施方式中，如图12和图13所示，电源继电器170和270被安装在基板42的盖表面42b上。即，电源继电器170和270被安装在与安装有分别构成逆变器150和250的开关元件151至156、251至256的表面不同的表面上。在第七实施方式中，平滑电容器175和275还分别用作滤波器172和272的电容器。电源继电器170和270分别被安装在接地连接件193g和293g附近。在沿基板42的厚度方向观察的平面图中，电源继电器170和270被设置在比开关元件151至156、251至256中任一个更靠近接地连接件193g和293g以及更靠近基板连接件192和292的位置处。
<第七实施方式的结论>
根据在先实施方式，可以增强电源继电器170和270的散热。电源继电器170和270的散热的增强使得可以将电源继电器170和270安装在盖表面42b上，而不是安装在邻近具有比盖41更大的热质量的外壳28(后框架端31)的一侧的表面上。这使得可以将分别构成逆变器150和250的开关元件151至156、251至256的安装表面与电源继电器170和270的安装表面分隔开。因此，与电源继电器170和270以及开关元件151至156、251至256都被安装在同一表面上的配置相比，可以减小基板42的主体尺寸，进而可以减小ECU 40的主体尺寸。
已经示出了将电源继电器170和270都被安装在盖表面42b上的示例，但是本公开内容不限于该示例。可以将电源继电器170和270中的仅一个安装在盖表面42b上。这也使得可以减小基板42的主体尺寸。
尽管电源继电器170和270以及开关元件151至156、251至256被部分地安装在一个表面上，而其余部分被安装在另一表面上，但是这种配置不限于以上描述的示例。例如，如在图14所示的修改中，开关元件151至156、251至256可以被安装在盖表面42b上，而电源继电器170和270可以被安装在电动机表面42a上。尽管在图14中电源继电器170和270都被安装在电动机表面42a上，但是可以将电源继电器中的仅一个安装在电动机表面42a上。
(其他实施方式)
尽管仅选择了所选的示例性实施方式和示例来说明本公开内容，但是对于本领域技术人员而言明显的是，根据本公开内容可以在不脱离所附权利要求所限定的本公开内容的范围的情况下在本公开内容中进行各种改变和修改。此外，根据本公开内容的示例性实施方式和示例的前述描述仅被提供用于说明，而不是出于通过所附权利要求及其等同方案所限定的本公开内容来进行限制的目的。
控制部180和280每个都由包括至少一个计算机的控制系统提供。该控制系统包括至少一个为硬件的处理器(硬件处理器)。可以通过以下方式(1)、(2)和(3)中之一提供硬件处理器。
(1)硬件处理器可以是硬件逻辑电路。在这种情况下，计算机由包括大量编程逻辑单元的数字电路(门电路)提供。该数字电路可以具有存储程序和/或数据的存储器。该计算机可以由模拟电路提供。该计算机可以通过数字电路和模拟电路的组合来提供。
(2)硬件处理器可以是执行存储在至少一个存储器中的程序的至少一个处理器核。在这种情况下，计算机由至少一个存储器和至少一个处理器核提供。例如，处理器核被称为CPU。存储器可以被称为存储介质。存储器是一种非暂态地存储由处理器可读的“程序和/或数据”的非暂态的实质性存储介质。
(3)硬件处理器可以是硬件逻辑电路(1)和处理器核(2)的组合。逻辑电路(1)和处理器核(2)被设置在不同芯片或公共芯片上。
也就是说，由控制部180和280提供的手段和/或功能可以仅通过硬件、仅通过软件或通过硬件和软件的组合来进行提供。
虽然已经示出了完全冗余的电动转向装置4的示例，但是本公开内容不限于该示例。例如，两个电路系统140和240可以共享微型计算机。两个系统L1和L2可以共享电源系统13(电源单元)。两个电路系统140和240可以共享滤波器电路。
电源继电器的布置不限于具有多个电路系统的ECU 40。例如，该布置可以应用于电动机20仅包括一组定子线圈23以及ECU 40具有单个电路系统的配置。

Claims (10)

1.一种电动转向装置，其包括：
电动机(20)，其将转向力施加至车辆的转向机构；以及
控制电路(40)，其控制所述电动机(20)，并且包括：
逆变器(150、250)，其将从DC电源(113、213)供应的DC电力转换为AC电力并且将所述AC电力供应给所述电动机(20)，以及
电源继电器(170、270)，其允许或阻止电流通过所述逆变器(150、250)流向所述电动机(20)，其中，
在所述控制电路(40)中，所述电源继电器(170、270)被设置在连接所述逆变器(150、250)与地的接地线(G1、G2)上，以及
所述控制电路(40)包括具有布线图案(190、290)的基板(42)，所述布线图案(190、290)提供所述接地线(G1、G2)，
所述电动机(20)具有金属外壳(28)，
所述基板(42)通过金属固定构件(43)被固定至所述金属外壳(28)，
在所述基板(42)上，所述电源继电器(170、270)被设置在比所述逆变器(150、250)更靠近所述金属固定构件(43)的固定部的位置处。
2.根据权利要求1所述的电动转向装置，其中，
所述电源继电器(170、270)被配置成使用等于或低于所述DC电源(113、213)的电压的驱动电压被接通。
3.根据权利要求1所述的电动转向装置，其中，
所述控制电路(40)还包括反向连接保护继电器(171、271)，所述反向连接保护继电器(171、271)阻止沿与所述电源继电器(170、270)所允许的电流流动相反的方向上的电流流动。
4.根据权利要求3所述的电动转向装置，其中，
所述反向连接保护继电器(171、271)被设置在所述控制电路(40)中的所述接地线(G1、G2)上。
5.根据权利要求4所述的电动转向装置，其中，
所述电源继电器(170、270)和所述反向连接保护继电器(171、271)分别包括具有寄生二极管的开关元件，并且所述寄生二极管的阳极连接在一起。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动转向装置，其中，
所述电动机(20)具有多个定子线圈(123、223)，
所述控制电路(40)具有被配置成与所述定子线圈(123、223)相对应地冗余的多个电路系统(140、240)，
所述电路系统(140、240)中的每个电路系统具有设置在所述接地线(G1、G2)上的所述电源继电器(170、270)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的电动转向装置，其中，
所述电动机(20)具有多个定子线圈(123、223)，
所述控制电路(40)具有被配置成与所述定子线圈(123、223)相对应地冗余的多个电路系统(140、240)，
所述多个电路系统(140、240)的一部分具有设置在所述接地线(G1、G2)上的作为第一电源继电器(170)的所述电源继电器(170)，
所述多个电路系统(140、240)的其余部分具有第二电源继电器(270)，所述第二电源继电器(270)被设置在连接所述DC电源(213)和所述逆变器(250)的电源线(P2)上，以及
所述第二电源继电器(270)允许或阻止电流通过所述逆变器(250)流向所述电动机(20)。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的电动转向装置，其中，
所述控制电路(40)包括具有布线图案(190、290)的基板(42)和安装在所述基板(42)上的连接器(45)，所述布线图案(190、290)提供所述接地线(G1、G2)，
所述连接器(45)包括接地端子(146g、246g)，以及
在所述基板(42)上，所述电源继电器(170、270)被设置在比所述逆变器(150、250)更靠近所述接地端子的连接件(193g、293g)的位置处。
9.根据权利要求1所述的电动转向装置，其中，
所述金属固定构件(43)电连接至所述布线图案(190、290)。
10.一种电动转向装置，其包括：
电动机(20)，其将转向力施加至车辆的转向机构；以及
控制电路(40)，其控制所述电动机(20)，并且包括：
逆变器(150、250)，其将从DC电源(113、213)供应的DC电力转换为AC电力并且将所述AC电力供应给所述电动机(20)，以及
电源继电器(170、270)，其允许或阻止电流通过所述逆变器(150、250)流向所述电动机(20)，其中，
在所述控制电路(40)中，所述电源继电器(170、270)被设置在连接所述逆变器(150、250)与地的接地线(G1、G2)上，
所述控制电路(40)包括具有布线图案(190、290)的基板(42)和安装在所述基板(42)上的连接器(45)，所述布线图案(190、290)提供所述接地线(G1、G2)，
所述连接器(45)包括接地端子(146g、246g)，
在所述基板(42)上，所述电源继电器(170、270)被设置在比所述逆变器(150、250)更靠近所述接地端子的连接件(193g、293g)的位置处，以及
在所述基板(42)上，所述电源继电器(170、270)被设置在与设置有所述逆变器(150、250)的表面不同的表面上。
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