JP2014043122A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング制御装置において、パワーモジュールへの配線を工夫することにより、インダクタンス、ノイズ、内部抵抗値のバラツキを低減できる装置を提供する。
【解決手段】電動パワーステアリング制御装置のパワーモジュール７ａ〜７ｃの端子は出力端子３４ａ〜３４ｃを装置の外周側へ配置し、電源端子３９ｂ、グランド端子４０ｂは出力端子３４ａ〜３４ｃとは異なる箇所へ配置し、電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは並行してパワーモジュール７ａ〜７ｃの端子まで中継部材の中を延長させて接続する。
【選択図】図３

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に係り、特に、電動モータを駆動するパワーモジュールを搭載した電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、電動モータを駆動するパワーモジュールを複数搭載した電動パワーステアリング装置において、電動モータ（以下、単にモータという。）と、このモータを駆動するために複数のスイッチング素子によりインバータを構成するパワーモジュールとその制御量を演算するＣＰＵとを搭載した制御基板を一体化して小型化を図った装置があった。

この従来の電動パワーステアリング装置に搭載されたパワーモジュールでは、例えば特開２０１１−２３９５７４号公報（特許文献１）に開示されているように、モータへ大電流を供給するために、電源ライン及びグランドラインがコネクタを介して配線され、コネクタ端子から直接パワーモジュールの端子まで延長させることは配置的にも困難であるため、両ラインをパワーモジュール近傍まで延長させる配線導体、バスバー等を利用していた。そのため、中継部材を制御基板とパワーモジュールとの中間位置へ配置し、この中継部材に両ラインを板状導体として延長することにより、自在に各パワーモジュールまで延長していた。更に、電源ライン、グランドラインは１対としてコネクタからパワーモジュールまで延長しているが、その延長の経路を見ると、中継部材を介してほぼ円弧状に延長させ、各パワーモジュールの電源端子、グランド端子から延出したターミナルと接続する構造であった。

また、従来装置のパワーモジュールは、例えば特開２０１１−２５０４９１号公報（特許文献２）に開示されているように、ほぼ４角形をなし、複数のスイッチング素子が規則正しく配列され、更に、外径の１辺には内蔵されたスイッチング素子を制御する制御用端子、他の辺にはスイッチング素子からの出力端子、及び電源端子、グランド端子が配列されていた。

更に、例えば特開２０１１−２２９２２９号公報（特許文献３）に開示されているように、制御用端子の間に出力端子を配列したものもあった。

特開２０１１−２３９５７４号公報 特開２０１１−２５０４９１号公報 特開２０１１−２２９２２９号公報

上記従来装置のパワーモジュールにおける端子配列においては、大電流が流れる電源、グランド、出力の各端子が１辺に配列されると、大電流のための配線の自由度に制限があった。また、制御用端子と出力端子が一緒に配列されたものでは、大電流のオン・オフ切替え時のノイズが入力用小電流端子である制御用端子、又はその回路に影響を及ぼす可能性があった。一方、パワーモジュールへの電源ライン、グランドラインの各配線は、中継部材を介して自在に配線ができるものの、各パワーモジュールへの配線長がそれぞれ異なり、大電流が流れることを考慮すると、各パワーモジュールに電位差が発生し、その結果、例えばモータ巻線への供給電流に差異が発生したり、又は、発熱量に差異が発生する可能性があった。

この発明は、上記事項を考慮して従来装置と同様に小型化を図りながら、更に性能改善ができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。

この発明による電動パワーステアリング装置は、電動モータと、前記電動モータの駆動回路を有する制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記駆動回路に前記電動モータへの電流を制御する複数のスイッチング素子を内蔵したパワーモジュールを複数配置すると共に、前記制御ユニットに前記電動モータへの制御量を演算し出力するＣＰＵを搭載した制御基板と、前記制御基板と前記パワーモジュールとを電気的に接続する中継部材と、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記パワーモジュールは複数の端子を有し、前記電動モータへの出力端子を前記電動モータの外周方向に配置すると共に、前記出力端子の配置された辺と別の辺に前記パワーモジュールの電源端子、グランド端子を隣接して配置し、更に、前記中継部材の一部に車両のバッテリからの電源ライン、グランドラインを接続したコネクタを配置し、前記コネクタの端子から前記電源ライン、前記グランドラインを延長して前記中継部材の内部に配置し、更に、前記複数配置されたパワーモジュールの各電源端子、グランド端子の中央部まで前記電源ラインと前記グランドラインが隣接して平行に延長され、前記中央部から前記各パワーモジュールの電源端子、グランド端子まで、更に平行して延びて接続されるものである。

この発明による電動パワーステアリング装置によれば、パワーモジュールの電源端子、グランド端子を隣接させてモータへの出力端子と異なる方向へまとめて配置し、電源ライン、グランドラインを有するコネクタからの延長導体を同一長さで平行に構成したので、インダクタンスの低減はもとより、ノイズ、配線抵抗値のバラツキを抑制することができる。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の制御回路図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の部分断面構成図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の部分上面図の一例である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の部分上面図の他の例である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の部分上面図の更に他の例である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の制御回路図である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の部分上面図の一例である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の部分上面図の他の例である。

以下、この発明による電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すもので、モータの駆動部としてパワーモジュールを搭載した電動パワーステアリング装置の制御回路図である。
図１において、電動パワーステアリング装置１００は、トルクセンサ１、車速センサ２からの信号が入力される制御ユニット３を備え、この制御ユニット３によりバッテリ４からモータ５に供給される電流を制御している。

トルクセンサ１は、車両のハンドル付近に配置され、運転者の操舵トルクを検出し、車速センサ２は、車両の速度を検出する。トルクセンサ１の検出信号と車速センサ２の検出信号は制御ユニット３のＣＰＵ６に入力される。モータ５は、車両のステアリングコラム、又はラック軸に搭載され、該モータ５の回転によりハンドルの操舵力をアシストする。モータ５への電流供給源はバッテリ４であり、その制御量の演算、出力は制御ユニット３が担っている。制御ユニット３は、演算、処理の中枢となるＣＰＵ６を有すると共に、ＣＰＵ６の出力信号に基づいてモータ５を駆動する駆動部、いわゆるインバータ部７を備えている。また、インバータ部７の電源部にはノイズ用チョークコイル８、電源の供給、遮断ができる電源リレー９が配置されている。なお、ここでのモータ５は３相のブラシレスモータが採用されている。

更に、制御ユニット３は、インバータ部７の前段となる出力回路１０、及びモニタ回路１１を有している。出力回路１０には、例えばアンド回路１２を有し、ＣＰＵ６の出力信号と他の制御信号（詳細は図示せず）の両信号により、例えばＦＥＴで構成される第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の駆動信号が出力されるようになっている。

また、モニタ回路１１には、例えばモータ５の巻線（以下、モータ巻線という。）５ｕ、５ｖ、５ｗの端子電圧Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗのモニタ用インターフェース回路１３、及びモータ５の電流を検出するシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを流れる電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの増幅用インターフェース回路１４が内蔵されている。

また、第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の駆動によるノイズ防止のためにコンデンサＣ１が併設されている。このコンデンサＣ１は、モータ５の各相毎（計３個）に配置される場合もある。また、第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６とモータ巻線５ｕ、５ｖ、５ｗとの間を接続、遮断できるリレー機能を有するスイッチング素子として、例えばＦＥＴで構成される第２スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ９が併設されている。更に、電源リレー９も電子リレーで構成され、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ他が利用されることもある。

パワーモジュールは、モータ巻線５ｕ、５ｖ、５ｗに電流を供給する第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６が主に内蔵され、少なくとも２個以上の第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を内蔵する。このように第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を複数内蔵した回路網をパワーモジュールと称する。また、パワーモジュールはそれ自体をモールド封止されたもののみならず、例えば金属基板、セラミック基板等に各素子を配置したものも含む。更に、第２スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ９、電源リレー９を内蔵することも可能であり、出力回路１０、モニタ回路１１、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを内蔵することもできる。

パワーモジュールに内蔵された第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６には、ＣＰＵ６の制御信号が出力回路１０を介してそれぞれに伝達され、その制御信号に従って第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６がＰＷＭ制御される。また、第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６の駆動に伴い発熱するので、第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６はヒートシンクに密着させる必要がある。図１の例では、上下アームの第１スイッチング素子Ｔ１とＴ２、Ｔ３とＴ４、Ｔ５とＴ６が対であり、この対の２個のみ内蔵したタイプから、電源リレー９、第２スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ９まで内蔵すると、スイッチング素子を１０個まで内蔵するタイプが考えられる。

内蔵するスイッチング素子の個数、又は出力回路１０、モニタ回路１１の内蔵の可否は、モータ５のコイル数、放熱性、搭載性、費用等々より選択すればよい。なお、図１においては、インバータ部７がパワーモジュールとほぼ等しいことになり、以降の説明ではパワーモジュールに符号７を付して説明する。また、第１及び第２スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６、Ｔ７〜Ｔ９はＦＥＴのみならず、ＩＧＢＴ等で構成してもよい。

次に、電動パワーステアリング装置１００の構成について説明する。図２は、電動パワーステアリング装置１００の部分断面構成図である。図２において、モータ５は回転子２１、固定子２２、出力軸２３、ヨーク２４を備えている。固定子２２には巻線２５（図１の５ｕ、５ｖ、５ｗに相当）が装着され、その巻線端２６が延長されている。図２において、モータ５の下側はフロントカバー２７、更にはギア部２８へ固定され、車両に搭載される。一方、モータ５の上側には制御ユニット３が搭載されている。

制御ユニット３は、モータ５のリアカバーの役目もなすヒートシンク２９、パワーモジュール７、中継部材３０、及びＣＰＵ６を搭載した制御基板３１等を階層的に構成して形成されている。また、制御ユニット３は、ケース３２、コネクタ３３により、内蔵したパワーモジュール７、制御基板３１等を保護している。

制御ユニット３について更に詳細に説明する。ヒートシンク２９の１面（図２において上面）に密着されたパワーモジュール７が図２中には２個示されているが、このパワーモジュール７の１辺には、延長されたモータ巻線端２６と接続される出力端子３４が設けられている。このようにモータ巻線端２６、及びパワーモジュール７の出力端子３４は、共にモータ出力軸線方向に沿って延長されて接続されている。また、パワーモジュール７の別の辺には制御基板３１まで延長する制御用端子３５が設けられている。この構成によりＣＰＵ６で演算された制御量は、制御用端子３５を介して、パワーモジュール７へ伝達され、この指令値に基づいて内蔵された第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６は駆動され、駆動電流が出力端子３４からモータ５の巻線端２６を通って巻線２５に流れ、モータ５が回転する。

中継部材３０は、パワーモジュール７、ヒートシンク２９、及び制御基板３１を電気的に接続すると共に、機械的に保持するもので、パワーモジュール７の制御用端子３５をガイドする第１ガイド部３６、及び制御基板３１の位置決めと固定を行う第２ガイド部３７を有している。また、ヒートシンク２９とは脚部により位置決め、固定されている。更に、中継部材３０は、図２において右側へ一部が延出され、この延出部にはコネクタ３３が装着されている。コネクタ３３は、少なくともバッテリ４からの電源ライン３８ａ（＋）とグランドライン３８ｂ（−）を有している。その他、例えばトルクセンサ１、車速センサ２の信号ラインを有していてもよいし、別途制御基板３１へそれら信号ラインのコネクタを配置してもよい。

電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは、コネクタ３３の端子から延長され、中継部材３０の一つの部位３０ａ中にインサートモールドされている。その延長先はパワーモジュール７の電源端子３９、グランド端子４０付近まで延びている。また、トルクセンサ１、車速センサ２等の信号ラインも同様に中継部材３０の部位３０ａの中を延長され、信号端子４１を介して制御基板３１へ接続されている。この信号端子４１と同様に、電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂも制御基板３１へ延びている。

更に、中継部材３０の部位３０ａにはコンデンサＣ１が３個、チョークコイル８、電源リレー９等が配置され、かつそれらの部品の端子も中継部材３０の部位３０ａを貫通しており、その間でインサートモールドされた導体（図示せず）と電気的に接続されている。このように中継部材３０は、パワーモジュール７、ヒートシンク２９、及び制御基板３１を保持し、接続しており、電気的接続と機械的保持の両方の機能を有している。なお、モータ５の出力軸２３は２箇所の軸受け４２で回転自在に保持されている。

次に、複数の第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６及び第２スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ９を内蔵したパワーモジュール７の内部及び外部配線について図３〜図５を用いて説明する。
図１に図示した第１スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６、第２スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ９を３個ずつ内蔵し、更にシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗも内蔵した構成を用いて説明する。つまり、１個のパワーモジュール７には第１スイッチング素子Ｔ１、Ｔ２、第２スイッチング素子Ｔ７、シャント抵抗Ｒｕが内蔵され、同様なパワーモジュールを３個要する構成とする。

図３〜図５は、図２の上側から見た図で、制御基板３１から透視した図であって、パワーモジュール７ａ〜７ｃをヒートシンク２９に搭載し、中継部材３０自体は図示せずにその中に配線された板状導体の電源ライン３８ａとグランドライン３８ｂのみを記載した構造図である。

図３において、まず、パワーモジュール７ａ〜７ｃについて説明すると、これら３個のパワーモジュール７ａ〜７ｃはすべて同一の形状であり、各パワーモジュール７ａ〜７ｃがそれぞれ回転して配置されている。パワーモジュール７ａ〜７ｃは少なくとも３辺以上を有した形状であって、１辺には電源端子３９ａ〜３９ｃ（図３では３９ｂのみ図示）、グランド端子４０ａ〜４０ｃ（図３では４０ｂのみ図示）の両端子が互いに隣接して配置され、別の辺でヒートシンク２９の外周側の辺には出力端子３４ａ〜３４ｃが１つずつ配置されている。電源端子３９ａ〜３９ｃ及びグランド端子４０ａ〜４０ｃと出力端子３４ａ〜３４ｃとは、互いにほぼ直角方向に配置されている。更に、別の１辺には制御用端子３５ａ〜３５ｃ（図３では３５ａのみ図示）が複数（最低でも上側第１スイッチング素子Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５制御用、下側第１スイッチング素子Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６制御用、第２スイッチング素子Ｔ７〜Ｔ９制御用、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの電圧用の４個は必要で、図３には更にモータ端子電圧用の計５個を図示）配列されている。

以上のような端子配列を有したほぼ長方形のパワーモジュール７ａ〜７ｃについて、図３により電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂの配線について説明する。
前述のようにパワーモジュール７ａ〜７ｃに大電流を供給するため、電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは、各パワーモジュール７ａ〜７ｃまでの長さ、太さ、及び厚みはほぼ同等で、かつ隣接して平行に延びていることが必要である。なお、本実施の形態で言う平行とは、ほぼ平行と表現される実質的平行をも含むものである。これにより、インダクタンス、ノイズ、電位差、配線抵抗値のバラツキを抑制できる。そのため、コネクタ３３のターミナルから隣接して平行に延長され、時には同一面で平行に、時には上下位置関係で平行に延長されている。

まず、コネクタ３３から延びた両ライン３８ａ、３８ｂは、２つに分離され、一方はパワーモジュール用、他方は制御基板用となり、制御基板用３８ｃ、３８ｄは図３において上方へ向かう。パワーモジュール用の大電流ラインは、チョークコイル８、電源リレー９を介し、電源ライン３８ａとグランドライン３８ｂとして平行に延び、ヒートシンク２９の中央部、即ちパワーモジュール７ａ〜７ｃ同士の中央部まで幹線として延び、その後、各パワーモジュール７ａ〜７ｃの電源端子３９ａ〜３９ｃ、グランド端子４０ａ〜４０ｃへ同様に平行に延長され、接続されている。このように、電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂを延長、配置した板状導体で形成したのでインダクタンスの低減となる。また、両ライン３８ａ、３８ｂを上下に平行配置した場合、中継部材３０における設置面積を小さくすることができる。

次に、図４について説明する。図４は図２の上側から見た他の例を示す図で、図３と同等部位に同一符号を付している。図３との相違は、パワーモジュール７ｄ〜７ｆの端子配列であり、電源端子３９ｄ〜３９ｆ（図４では３９ｅのみ図示）と、グランド端子４０ｄ〜４０ｆ（図４では４０ｅのみ図示）は隣接して１辺に配置され、その辺がヒートシンク２９の中心方向を向いている。出力端子３４ｄ〜３４ｆは、電源端子３９ｄ〜３９ｆ、グランド端子４０ｄ〜４０ｆと対向する辺に配置され、また、複数の制御用端子３５ｄ〜３５ｆ（図４では３５ｄのみ図示）は更に別の辺に配置されている。

このような端子配置を有するパワーモジュール７ｄ〜７ｆをそれぞれヒートシンク２９の中心方向に向かって電源端子３９ｄ〜３９ｆ、グランド端子４０ｄ〜４０ｆが並ぶように均等配置した場合の電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂの配線を考える。なお、本実施の形態で言う均等とは、ほぼ均等と表現される実質的均等をも含むものである。図３と同様に、電源ライン３８ａは、チョークコイル８、電源リレー９を介してヒートシンク２９の中央部へ延長され、グランドライン３８ｂは、電源ライン３８ａにできる限り平行に延長され、ヒートシンク２９の中央部まで延びている。

これらの幹線から各パワーモジュール７ｄ〜７ｆの電源端子３９ｄ〜３９ｆ、グランド端子４０ｄ〜４０ｆへ同様に平行して延びて、それぞれの端子３９ｄ〜３９ｆ、４０ｄ〜４０ｆに接続される。この例によれば、パワーモジュール７ｄ〜７ｆの電源端子３９ｄ〜３９ｆ、グランド端子４０ｄ〜４０ｆがヒートシンク２９の中心に向かって配置されているので、図３と比較して電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂを短くできるメリットがある。電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは、実際には銅を中心とした金属材料を帯板状に形成されており、バスバーと呼ばれている。そして同一材料、同一厚みであり、幅もほぼ同じである。

次に、図５は更に他の例を示すもので、３個のパワーモジュール７ｇ〜７ｉはすべて同一形状であり、それらを平行移動して均等に配置したものである。なお、本実施の形態で言う同一とは、ほぼ同一と表現される実質的同一をも含むものである。各パワーモジュール７ｇ〜７ｉの出力端子３４ｇ〜３４ｉはヒートシンク２９の外周側に配置し、これに対向する辺に電源端子３９ｇ〜３９ｉ（図５では３９ｉのみ図示）、グランド端子４０ｇ〜４０ｉ（図５では４０ｉのみ図示）を配置し、制御用端子３５ｇ〜３５ｉ（図５では３５ｉのみ図示）は別の辺に配置したものである。特に電源端子３９ｇ〜３９ｉ、グランド端子４０ｇ〜４０ｉはすべてパワーモジュール７ｇ〜７ｉの図５において右側の辺に集まっているため、電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂの延長された部分の近傍となっている。しかし、そのまま最短で電源端子３９ｇ〜３９ｉ、グランド端子４０ｇ〜４０ｉと接続するのではなく、各ライン３８ａ、３８ｂがほぼ同等の長さとなるように平行して延長し接続するように配線している。

実施の形態１による電動パワーステアリング装置は以上のように、パワーモジュール７の出力端子３４を外周側に配置し、電源端子３９、グランド端子４０を別の辺に配置し、中継部材３０を通る電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂをパワーモジュール７が配置されている中央付近まで出来る限り平行に延長している。そして、そこから各パワーモジュール７まで平行に更に延長して接続している。これによりインダクタンスの低減、設置面積の低減、更には配線抵抗値のバラツキを抑制することができる。なお、図３〜図５の端子配列の選択は、パワーモジュール７内部の部品の配置を考慮して決定すればよい。また制御用端子３５の配列は、電源端子３９、グランド端子４０、及び出力端子３４と異なった辺に必ずしも配置する必要はなく、それらの端子とは分離されて配置されていればよい。また、制御用端子３５は制御基板３１に搭載されたＣＰＵ６と接続する必要があるので、複数まとめて配置する方が便利である。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置について説明する。実施の形態２の電動パワーステアリング装置２００は、図６にその制御回路を示すように、２組３相のモータ巻線、又は６相巻線５ａ、５ｂを有するモータ５対象としている。

実施の形態２においては、後述の図７に示すパワーモジュール７ｊ、７ｋに少なくとも第１スイッチング素子Ｔ１ａ〜Ｔ６ａ、Ｔ１ｂ〜Ｔ６ｂの上下対のそれぞれが３組ずつ内蔵されている。また、電源リレー９ａ、９ｂは電子リレーであり、これらもＦＥＴで構成され、それぞれパワーモジュール７ｊ、７ｋに内蔵されている。更に、電流検出用のシャント抵抗Ｒａ、Ｒｂが３相をまとめてそれぞれ１個内蔵されている。そのため、１個のパワーモジュール７ｊ、７ｋでスイッチング素子の内蔵数７個を考える。なお、図６の符号２０で示す部位は、ＣＰＵ６及びその周辺回路が含まれる部位で、実施の形態１の制御基板３１に相当するものである。また、符号４３はＣＰＵ６の制御信号群であり、符号４４はモニタ回路（図１の符号１１、１２）の信号群を示している。なお、その他の構成は実施の形態１と同等であり、同一符号を付してその説明を省略する。

図７、図８は、実施の形態１の図３〜図５に相当する図で、図３〜図５と同様に、ヒートシンク２９にパワーモジュールを搭載し、中継部材３０を図示せずに電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂの板状導体の配線状態を描いたものである。図７に示す例は、パワーモジュール７ｊと７ｋは同一のものであり、ほぼ長方形をなしヒートシンク２９の外周側に近い１辺にはモータ５への出力端子３４ｕ、３４ｖ、３４ｗの３個が並置されている。また、パワーモジュール７ｊ、７ｋの出力端子３４ｕ、３４ｖ、３４ｗの辺とは別の辺に電源端子３９ｊ、３９ｋ、グランド端子４０ｊ、４０ｋ（図７（ａ）では電源端子３９ｋ、グランド端子４０ｋのみ図示）が隣接して配置されている。更に、この辺には少し離れた位置に制御用端子３５ｊ１、３５ｋ１（図７では３５ｋ１のみ図示）が配置されている。この制御用端子３５ｊ１、３５ｋ１は電源リレー９ａ、９ｂの制御信号用端子である。また、出力端子３４ｕ、３４ｖ、３４ｗと対向する辺には第１スイッチング素子Ｔ１ａ〜Ｔ６ａ、Ｔ１ｂ〜Ｔ６ｂの駆動用、又はモニタ用の制御用端子３５ｊ、３５ｋ（図７では３５ｋのみ図示）が複数配列されている。更に、シャント抵抗Ｒａ、Ｒｂのモニタ用端子３５ｊ２、３５ｋ２（図７では３５ｋ２のみ図示）も配置されている。これら制御用端子３５ｊ、３５ｋ、３５ｊ１、３５ｋ１、３５ｊ２、３５ｋ２は電気的には図６の信号群４２、４３に相当する。

パワーモジュール７ｊ、７ｋの出力端子３４ｕ、３４ｖ、３４ｗがヒートシンク２９の外周側にくるように、かつヒートシンク２９の中心に対してほぼ点対称位置に配置されている。一方、電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは、図２に示すコネクタ３３から延長され、互いに平行で隣接した状態で中継部材３０の中を延びている。電源ライン３８ａはチョークコイル８を介して、グランドライン３８ｂはそのままヒートシンク２９の中央部まで延長される。ヒートシンク２９の中央部には中心を示すために少し広い四角部３９ａ、３９ｂが形成されている。この四角部３９ａ、３９ｂは中心を示すために際立たせているが、特に形状、大きさは延長されたラインと変える必要はない。

そして、この四角部３９ａ、３９ｂから両方のパワーモジュール７ｊ、７ｋの電源端子３９ｊ、３９ｋ、グランド端子４０ｊ、４０ｋへ向かって互いに平行して延長され、それぞれ電源端子３９ｊ、３９ｋ、グランド端子４０ｊ、４０ｋに接続される。なお、複数の制御用端子３５ｊ、３５ｋ、３５ｊ１、３５ｋ１、３５ｊ２、３５ｋ２を避けるように電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂを延ばすが、これは制御用端子３５ｊ、３５ｋ、３５ｊ１、３５ｋ１、３５ｊ２、３５ｋ２が延出されるための配線禁止領域である。また、中継部材３０の中で電源ライン３８ａとグランドライン３８ｂは、それぞれの横方向以外にも上下方向にも離間している。特に図７（ａ）に示すようにグランドライン３８ｂをより下側に配置し、電源ライン３８ａをその上側に配置し、更に各ライン３８ａ、３８ｂを見ると２階層となっている。そのため中継部材３０の中では最大４階層となる可能性がある。しかし、図７（ｂ）のような導体配置を行うことにより、４階層を２階層構造とすることが可能である。なお、図７（ｂ）の電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは、説明のため敢えて大きく離間させて図示している。

図７（ｂ）において、まず電源ライン３８ａとグランドライン３８ｂは同一の下層面に配置されて平行に四角部３９ａ、３９ｂまで延びている。両四角部３９ａ、３９ｂはそれぞれ上層部に同等な第２の四角部３９ｃ、３９ｄを配置している。これら上下層を接続するための垂直部４５、４６が互いに対向する辺に設けられている。そして電源ライン３８ａ１、３８ａ２がそれぞれ両パワーモジュール７ｊ、７ｋへ向かって上層面で延長されている。

同様にグランドライン３８ｂ１、３８ｂ２も電源ライン３８ａ１、３８ａ２のそれぞれに平行して上層面を延びている。このように決められた場所において、垂直配置導体により、下層から上層へラインを延ばす構造を各ラインが有することにより、互いのラインを平行に延ばしてゆき、階層構造の数を減らすことができる。この垂直配置導体により上下層を簡単に離間させることができるので、中継部材３０の自由な位置に複数設けることも可能である。また帯板状導体の形状の簡略化、材料の省資源化、引いては中継部材３０の簡単な構造とすることができる効果がある。また、パワーモジュール７ｊ、７ｋの配置、個数によっては２階層構造以外に３階層構造とすることも同様に可能である。

次に、図８は他の配置例を示すもので、この図８ではパワーモジュール７ｌ、７ｍは、両パワーモジュール７ｌ、７ｍの中央のヒートシンク２９に引いた仮想線４７に対して線対称の端子配置となっている。そのため、電源端子３９ｌ、３９ｍ、グランド端子４０ｌ、４０ｍの位置関係を見ると、グランド端子４０ｌ、４０ｍが仮想線４７により近い位置となり、反対に電源端子３９ｌ、３９ｍはより遠い位置となり、両端子３９ｌ、３９ｍ、４０ｌ、４０ｍは仮想線４７に沿った方向にそれぞれ配置されている。このように配列すると、パワーモジュール７ｌ、７ｍの端子が線対称をなす２種類が存在する。そのためパワーモジュール７ｌ、７ｍ内のスイッチング素子も同様に線対称となるが、各スイッチング素子の規格は制御対象物が単一のモータ巻線であれば同一となり、どのスイッチング素子を使用しても同様な制御が可能であり、その選択には自由度がある。

この２種類のパワーモジュール７ｌ、７ｍを出力端子３４ｕ、３４ｖ、３４ｗをヒートシンク２９の外周側で、両者対向して配置している。電源ライン３８ａ、グランドライン３８ｂは図７と同様に隣接、平行でチョークコイル８を介して延長される。全部の電源端子３９ｌ、３９ｍ、グランド端子４０ｌ、４０ｍは図中右側に集まって配置されているので、両パワーモジュール７ｌ、７ｍの端子に向かって分かれ、平行して延びることができる。そのため両ライン３８ａ、３８ｂが短く接続することができ、ラインの面積の最小化が図れるのみならずノイズの面から最も有利である。

また、パワーモジュール７ｌ、７ｍをほぼ長方形としたが、例えばヒートシンク２９の外周は円弧であるため、外周付近は円弧状をなした形状であっても同様に対応できる。円弧状の辺に出力端子、その対向辺に制御用端子、その他の辺に電源端子、グランド端子を配置する。このようなパワ−モジュールとすると、ヒートシンク２９の外周近傍までパワーモジュール７ｌ、７ｍが配置でき、中継部材３０、制御基板３１では有効な面積が拡大できるメリットがある。また、制御用端子３５ｌ、３５ｍ、３５ｌ１、３５ｍ１、３５ｌ２、３５ｍ２の内、モータ巻線５ｕ、５ｖ、５ｗのための制御用端子３５ｌ、３５ｍはすべて１辺に集めて配置したが、電源リレー９ａ、９ｂの制御用端子３５ｌ１、３５ｍ１のように横の辺へ一部を配置することは可能である。これによりパワーモジュール７ｌ、７ｍ内部の配線に自由度が増すことが可能であり、パワーモジュール７ｌ、７ｍ内部の有効配列、制御基板との接続の両面から適宜選択できる。

上記実施の形態２のように、同一のパワーモジュール７ｊ、７ｋの使用、又は線対称の２種類のパワーモジュール７ｌ、７ｍの使用についてはコスト、性能面から判断する。どちらの選択であろうと、電源ライン、グランドラインを隣接、並行、ほぼ同一長さ、太さで配線することにより、インダクタンス、ノイズ、ラインの抵抗値バラツキを低減できるメリットがある。

１ トルクセンサ
２ 車速センサ
３ 制御ユニット
４ バッテリ
５ モータ
５ａ、５ｂ、５ｕ、５ｖ、５ｗ、２５ モータ巻線
６ ＣＰＵ
７、７ａ〜７ｍ インバータ部（パワーモジュール）
８ チョークコイル
９、９ａ、９ｂ 電源リレー
１０ 出力回路
１１ モニタ回路
１２ アンド回路
１３ モニタ用インターフェース回路
１４ 増幅用インターフェース回路
２１ 回転子
２２ 固定子
２３ 出力軸
２４ ヨーク
２６ モータ巻線端
２７ フロントカバー
２８ ギア部
２９ ヒートシンク
３０ 中継部材
３１ 制御基板
３２ ケース
３３ コネクタ
３４、３４ａ〜３４ｉ 出力端子
３５、３５ａ〜３５ｍ、３５ｊ１、３５ｊ２、３５ｋ１、３５ｋ２ 制御用端子
３５ｌ１、３５ｌ２、３５ｍ１、３５ｍ２ 制御用端子
３６ 第１ガイド部
３７ 第２ガイド部
３８ａ、３８ｃ、３８ａ１、３８ａ２ 電源ライン
３８ｂ、３８ｄ、３８ｂ１、３８ｂ２ グランドライン
３９、３９ａ〜３９ｍ 電源端子
３９ａ〜３９ｄ 四角部
４０、４０ａ〜４０ｍ グランド端子
４１ 信号端子
４２ 軸受け
４３ ＣＰＵの制御信号群
４４ モニタ回路の信号群
４５、４６ 垂直部
４７ 仮想線
１００、２００ 電動パワーステアリング装置
Ｔ１〜Ｔ６、Ｔ１ａ〜Ｔ６ａ、Ｔ１ｂ〜Ｔ６ｂ 第１スイッチング素子
Ｔ７〜Ｔ９ 第２スイッチング素子
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ シャント抵抗
Ｃ１ コンデンサ

Claims (11)

1. 電動モータと、前記電動モータの駆動回路を有する制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記駆動回路に前記電動モータへの電流を制御する複数のスイッチング素子を内蔵したパワーモジュールを複数配置すると共に、前記制御ユニットに前記電動モータへの制御量を演算し出力するＣＰＵを搭載した制御基板と、前記制御基板と前記パワーモジュールとを電気的に接続する中継部材と、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記パワーモジュールは複数の端子を有し、前記電動モータへの出力端子を前記電動モータの外周方向に配置すると共に、前記出力端子の配置された辺と別の辺に前記パワーモジュールの電源端子、グランド端子を隣接して配置し、更に、前記中継部材の一部に車両のバッテリからの電源ライン、グランドラインを接続したコネクタを配置し、
   前記コネクタの端子から前記電源ライン、前記グランドラインを延長して前記中継部材の内部に配置し、更に、前記複数配置されたパワーモジュールの各電源端子、グランド端子の中央部まで前記電源ラインと前記グランドラインが隣接して平行に延長され、前記中央部から前記各パワーモジュールの電源端子、グランド端子まで、更に平行して延びて接続されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ＣＰＵと前記パワーモジュールとの電気的接続のために、前記パワーモジュールに複数の制御用端子を有し、前記複数の制御用端子は、前記出力端子、前記電源端子、前記グランド端子と離間して配置されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記パワーモジュールは少なくとも３辺を有する形状に形成され、前記電動モータの外周側の辺に前記出力端子が配置され、別の辺に前記電源端子、前記グランド端子が配置され、さらに別の辺に前記制御用端子の内少なくとも半数が配置されることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記コネクタの端子から延長された前記電源ライン、前記グランドラインの一部は前記制御基板に延長され、前記パワーモジュールへの前記電源ライン、前記グランドラインは、一部は平面上に平行し、一部は上下階層状に平行する箇所を有し延長されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. ヒートシンクを備えると共に、前記複数のパワーモジュールをそれぞれ同一形状に形成し、前記複数のパワーモジュールは、前記ヒートシンク上に均等に分離配置されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. ヒートシンクを備え、前記ヒートシンク上に前記パワーモジュールを分離配置し、前記分離配置されたパワーモジュールの内２個のパワーモジュールの端子配列は、両者の間の仮想中心線に対して線対称に配置された別々のパワーモジュールであって、それぞれの電源端子、グランド端子は前記仮想線に沿って同一方向に配列されることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. ヒートシンクを備え、前記中継部材は、前記制御基板及び前記ヒートシンクと平行面を有して設けられることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記パワーモジュールは、前記電動モータの巻線へ電流を供給するために上下アームにそれぞれスイッチング素子を対にして、かつ３相分のスイッチング素子対を内蔵し、さらに前記ヒートシンク上に前記パワーモジュールを２個配置したことを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記パワーモジュールは、前記電動モータの巻線へ電流を供給するために上下アームにそれぞれスイッチング素子を対にして、かつ３相分のスイッチング素子対を内蔵し、これを前記ヒートシンク上に配置したことを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記制御ユニットは、前記電動モータの出力軸の延出する軸線方向に配置され、前記電動モータの巻線端と前記パワーモジュールの前記出力端子は共に、前記軸線方向に導出されて互いに接続されることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記電動モータの巻線は、３相２組が巻装され、それぞれの巻線端は１組ずつが纏まって導出され、それぞれが前記パワーモジュールの前記出力端子と接続されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

Images