JP2015116095A - 電子制御ユニット、電動パワーステアリング装置及び車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子制御ユニット50は、入力用コネクタ71及び電動モータ12への出力用コネクタ100が実装されると共に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bが接続された入出力基板70を備えている。入出力基板70には、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bのそれぞれの出力端子66A,66Bに接続されて互いに独立して延びる第1及び第2の導体パターン76A,76Bが形成される。出力用コネクタ100には、第1及び第2の導体パターン76A,76Bのそれぞれに接続される第1及び第2の基板接続部121ca,121cb、122ca,122cb、123ca,123cbを備えている端子120が実装されている。
【選択図】図17
Description
この要望に応えるために、従来、特許文献1に示す電動パワーステアリング装置が提案されている。
即ち、多相モータ巻線の一組に対して電流を供給する第1インバータ部から多相モータ巻線の一組に至るまでの実際の配線と、多相モータ巻線の他の組に対して電流を供給する第2インバータ部から多相モータ巻線の他の組に至るまでの実際の配線とについて一切記載がない。
更に、この電子制御ユニットにおいて、第1のパワーモジュールの出力端子は、前記電動モータのA相、B相及びC相のそれぞれに対応する第1A相出力端子、第1B相出力端子及び第1C相出力端子を備え、前記第2のパワーモジュールの出力端子は、前記電動モータのA相、B相及びC相のそれぞれに対応する第2A相出力端子、第2B相出力端子及び第2C相出力端子を備え、前記第1の導体パターンは、前記第1のパワーモジュールの第1A相出力端子に接続されて延びる第1A相導体パターンと、前記第1のパワーモジュールの第1B相出力端子に接続されて延びる第1B相導体パターンと、前記第1のパワーモジュールの第1C相出力端子に接続されて延びる第1C相導体パターンとを備え、前記第2の導体パターンは、前記第2のパワーモジュールの第2A相出力端子に接続されて延びる第2A相導体パターンと、前記第2のパワーモジュールの第2B相出力端子に接続されて延びる第2B相導体パターンと、前記第2のパワーモジュールの第2C相出力端子に接続されて延びる第2C相導体パターンとを備えていることが好ましい。
また、この電子制御ユニットにおいて、前記A相端子の前記第1及び第2の基板接続部、前記B相端子の前記第1及び第2の基板接続部、および前記C相端子の前記第1及び第2の基板接続部は、前記出力用コネクタの平面から視て線対称に配置されていることが好ましい。
更に、本発明のある態様に係る車両は、上述の電動パワーステアリング装置を搭載したことを特徴としている。
図1には、本発明に係るモータ制御装置としての電子制御ユニットが用いられる電動パワーステアリング装置の基本構造が示されている。
図1に示す電動パワーステアリング装置は、自動車などの車両に搭載される。そして、この電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイール1に運転者から作用される操舵力がステアリングシャフト2に伝達される。このステアリングシャフト2は、入力軸2aと出力軸2bとを有する。入力軸2aの一端はステアリングホイール1に連結され、他端は操舵トルクセンサ3を介して出力軸2bの一端に連結されている。
操舵トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するものである。操舵トルクセンサ3は、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿したトーションバー(図示せず)の振れ角変位に変換し、この振れ角変位を入力軸2a側に配置した入力側角度センサ(図示せず)と出力軸2b側に配置した出力側角度センサ(図示せず)との角度差に変換して検出する。
また、モータ制御装置20には、直流電源としてのバッテリ22から直流電流が入力される。
そして、これら第1および第2のインバータ回路42Aおよび42Bのそれぞれは、6個のスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6を有し、2つの電界効果トランジスタを直列に接続した3つのスイッチングアームSAa、SAbおよびSAcを並列に接続した構成を有する。そして、第1のインバータ回路42Aを構成する電界効果トランジスタQ1〜Q6にゲート駆動回路41Aから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームSAa、SAbおよびSAcの電界効果トランジスタ間からA相のモータ駆動電流I1a、B相のモータ駆動電流I1bおよびC相のモータ駆動電流I1cがモータ電流遮断回路33Aを介して電動モータ12の各相モータ巻線La、LbおよびLcに通電される。また、第2のインバータ回路42Bを構成する電界効果トランジスタQ1〜Q6にゲート駆動回路41Bから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームSAa、SAbおよびSAcの電界効果トランジスタ間からA相のモータ駆動電流I2a、B相のモータ駆動電流I2bおよびC相のモータ駆動電流I2cがモータ電流遮断回路33Bを介して電動モータ12の各相モータ巻線La、LbおよびLcに通電される。
そして、モータ電流遮断回路33Aの電界効果トランジスタQA1のソースが第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSAaのトランジスタQ1およびQ2の接続点に接続され、ドレインが電動モータ12のA相モータ巻線Laに接続されている。また、電界効果トランジスタQA2のソースが第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSAbのトランジスタQ3およびQ4の接続点に接続され、ドレインが電動モータ12のB相モータ巻線Lbに接続されている。更に、電界効果トランジスタQA3のソースが第1のインバータ回路42AのスイッチングアームSAcのトランジスタQ5およびQ6の接続点に接続され、ドレインが電動モータ12のC相モータ巻線Lcに接続されている。
図3乃至図9において、主に、電子制御ユニット50は、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bと、入出力基板70と、制御基板80と、これらを収納する筐体90とを備えている。
入出力基板70には、電源入力用コネクタ(入力用コネクタ)71及び電動モータ12への3相出力用コネクタ(出力用コネクタ)100が実装され、さらに電解コンデンサCA,CB、ノイズフィルタ43を構成するコイル73a及び73b、抵抗体、3端子レギュレータなどの電子部品(ディスクリート部品)73も実装されている。
ケース91は、天井部92と、この天井部92の中央を囲むようにして天井部92の縁に一体的に設けられた側壁部93と、天井部92とは反対側に設けられた開口部とを有する凹形状からなり、この開口部を覆うようにしてカバー95が取り付けられるようになっている。ケース91は、平面視したときの平面形状が方形状で形成され、4つの側壁部93(93a,93b,99c,93d)を有している。4つの側壁部93a,93b,93c,93dのうち、2つの側壁部93a及び93bの各々は第1の方向(左右方向)において互いに対向し、残りの2つの側壁部93c及び93dの各々は第1の方向と直交する第2の方向(前後方向)において互いに対向している。
封止体61は、平面視したときの平面形状が方形状で形成され、本実施形態では例えば2つの長辺61a,61b及び2つの短辺61c,61dを有する長方形で形成されている。封止体61は、例えば絶縁性樹脂若しくはセラミックスで形成されている。第1のパワーモジュール60Aの封止体61は、主に、第1のインバータ回路42Aを構成するスイッチング素子などを封止している。第2のパワーモジュール60Bの封止体61は、主に、第2のインバータ回路42Bを構成するスイッチング素子などを封止している。
複数の第1のリード63の各々は、封止体61の外部に位置する外部リード部において、封止体61の2つの長辺61a,61bのうちの一方の長辺61aに沿って配置されている。複数の第2のリード64の各々は、封止体61の外部に位置する外部リード部において、封止体61の2つの長辺61a,61bのうちの他方の長辺61bに沿って配置されている。
数複の第1のリード63の各々の外部リード部は、例えば3段に折り曲げ成形され、封止体61の一方の長辺61a側から突出する第1の部分63aと、この第1の部分63aから封止体61の厚さ方向に折れ曲がる第2の部分63bと、この第2の部分63bから封止体61の裏面側に折れ曲がる第3の部分63cとを有している。
第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bにおいて、複数の第1のリード63の各々は、入出力基板70の配線に例えば半田付けされ、電気的にかつ機械的に接続されている。また、複数の第2のリード64の各々は、制御基板80の配線に例えば半田付けされ、電気的にかつ機械的に接続されている。
まず、第1及び第2のパワーモジュール60A,60B、入出力基板70、制御基板80、ケース91及びカバー95を準備する。入出力基板70は、電源入力用コネクタ71、3相出力用コネクタ100、電解コンデンサCA,CB、ノイズフィルタ43を構成するコイル73a及び73b、抵抗体、3端子レギュレータなどの電子部品(ディスクリート部品)73が実装されている。制御基板80には、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの出力電流を制御する制御装置(制御演算装置31)やゲート駆動装置(ゲート駆動回路41A,41B)などの電子部品が実装され、さらにコンデンサ、抵抗体、信号入力用コネクタ81などの電子部品が実装されている。
次に、入出力基板70をケース91の天井部92にその内側からネジ部材75によってネジ止め固定する。入出力基板70には、複数のネジ用貫通孔70cが形成されており、ネジ止め固定の際には、ネジ部材75をネジ用貫通孔70cに挿通させる。また、入出力基板70をケース91の天井部92にネジ止め固定する際に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの複数の第1のリード63を入出力基板70の配線に形成されているスルーホール(図示せず)に挿通させる。
これにより、本実施形態の電子制御ユニット50がほぼ完成する。
入出力基板70の一方の辺70aは、制御基板80の一方の辺80aaと同一側に位置し、この一方の辺80aaよりも内側に位置している。入出力基板70の他方の辺70bは、制御基板80の他方の辺80bbと同一側に位置し、この他方の辺80bbよりも内側に位置している。
つまり、背丈の高い電子部品73とされるディスクリート部品を入出力基板70の制御基板80に対向する面(下面70e)に実装することにより、入出力基板70と制御基板80との間の空間を背丈の高い電子部品73とされるディスクリート部品の実装に活用でき、電子制御ユニット50の高さ寸法の低背化を実現できる。また、かかるディスクリート部品を、入出力基板70の制御基板80に対向する面(下面70e)と制御基板80の入出力基板70に対向する面(上面80b)とに振り分けるようにすると、電子制御ユニット50の低背化は実現できるが、双方の基板70、80に設けられたディスクリート部品同士の接触を回避するために、入出力基板70及び制御基板80の実装配置が制限されてしまう不都合がある。
先ず、第1のパワーモジュールの出力端子66Aは、図16及び図17に示すように、電動モータ12のA相、B相及びC相のそれぞれに対応する第1A相出力端子66Aa、第1B相出力端子66Ab及び第1C相出力端子66Acを備えている。また、第2のパワーモジュール60Bの出力端子66Bは、図16及び図17に示すように、電動モータ12のA相、B相及びC相のそれぞれに対応する第2A相出力端子66Ba、第2B相出力端子66Bb及び第2C相出力端子66Bcを備えている。
ここで、第1及び第2の導体パターン76A,76Bは、入出力基板70の平面から視て線対称に配線されている。
また、第1B相導体パターン76Abは、入出力基板70の上面において、第1B相出力端子66Abから3相出力用コネクタ100のB相端子122第1の基板接続部122caに向けて延びている。
また、第2B相導体パターン76Bbは、入出力基板70の上面において、第2B相出力端子66Bbから3相出力用コネクタ100のB相端子122第2の基板接続部122cbに向けて延びている。
また、A相端子121の第2の基板接続部121cbは、第2A相導体パターン76Baに半田接続され、B相端子122の第2の基板接続部122cbは、第2B相導体パターン76Bbに半田接続され、C相端子123の第2の基板接続部123cbは、第2C相導体パターン76Bcに半田接続される。
このように構成された電子制御ユニット50において、入出力基板70には、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bのそれぞれの出力端子66A、66Bに接続されて互いに独立して延びる第1及び第2の導体パターン76A,76Bが形成されている。このため、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bのそれぞれの出力端子66A,66Bから出力されたモータ駆動電流は、入出力基板70においては第1及び第2の導体パターン76A,76B上を互いに独立して二系統で流れる。そして、出力用コネクタ100には、電動モータ12への出力端子部121a,122a,123aと、出力端子部121a,122a,123aから延びる、第1及び第2の導体パターン76A,76Bのそれぞれに接続される第1の基板接続部121ca,122ca,123ca及び第2の基板接続部121cb,122cb,123cbとを備えている端子120(121,122,123)が実装されている。このため、第1及び第2の導体パターン76A,76B上を互いに独立して二系統で流れたモータ駆動電流は、端子120(121,122,123)の第1の基板接続部121ca,122ca,123ca及び第2の基板接続部121cb,122cb,123cbを互いに独立して流れて電動モータ12への出力端子部121a,122a,123a、具体的には連結部121b、122b、123bで合流する。このため、最も電動モータ12に近い出力端子部121a,122a,123aでモータ駆動電流が合流することになり、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの出力端子66A,66Bから電流合流点までの距離を、入出力基板70上で電流を合流させる場合よりも長くできるので、2個の第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの出力端子66A,66Bから電流合流点に至るまでの電力損失を抑制することができる。電力損失は、電流値の二乗に比例することから、電流が合流した後の大電流が流れる距離は短い方が好適である。
また、A相端子121の第1の基板接続部121caが第1A相導体パターン76Aaに半田接続され、A相端子121の第2の基板接続部121cbが第2A相導体パターン76Baに半田接続されているので、一方の基板接続部の接続が不完全な場合でも他方の基板接続部の接続が適切になされていれば、A相モータ駆動電流は流れる。また、この現象は、B相端子122及びC相端子123についても同様である。このため、電子制御ユニット50と電動モータ12との間の電気接合を冗長化する効果も併せ持つことができる。
また、第1の導体パターン76Aは、第1のパワーモジュール60Aの第1A相出力端子66Aaに接続されて延びる第1A相導体パターン76Aaと、第1のパワーモジュール60Aの第1B相出力端子66Abに接続されて延びる第1B相導体パターン76Abと、第1のパワーモジュール60Aの第1C相出力端子66Acに接続されて延びる第1C相導体パターン76Acとを備えている。また、第2の導体パターン76Bは、第2のパワーモジュール60Bの第2A相出力端子66Baに接続されて延びる第2A相導体パターン76Baと、第2のパワーモジュール60Bの第2B相出力端子66Bbに接続されて延びる第2B相導体パターン76Bbと、第2のパワーモジュール60Bの第2C相出力端子66Bcに接続されて延びる第2C相導体パターン76Bcとを備えている。このため、A相、B相及びB相の3相電動モータ12に対応した導体パターンの配線とすることができる。
例えば、入出力基板70に形成される第1及び第2の導体パターン76A,76Bの配置構成は、それぞれが互いに独立してモータ駆動電流が流れるようになっていればよく、図17に示した配置構成に限定されない。
また、端子120は、A相端子121、B相端子122、及びC相端子123からなっている必要は必ずしもなく、単一の端子であってもよい。
Claims (8)
- それぞれスイッチング素子を搭載した第1及び第2のパワーモジュールと、入力用コネクタ及び電動モータへの出力用コネクタが実装されると共に、前記第1及び第2のパワーモジュールが接続された入出力基板と、前記第1及び第2のパワーモジュール各々の出力電流を制御する制御装置が実装された制御基板とを備え、
前記入出力基板には、前記第1及び第2のパワーモジュールのそれぞれの出力端子に接続されて互いに独立して延びる第1及び第2の導体パターンが形成され、
前記出力用コネクタには、前記電動モータへの出力端子部と、該出力端子部から延びる、前記第1及び第2の導体パターンのそれぞれに接続される第1及び第2の基板接続部とを備えている端子が実装されていることを特徴とする電子制御ユニット。 - 前記第1及び第2の導体パターンは、前記入出力基板の平面から視て線対称に配線されていることを特徴とする請求項1に記載の電子制御ユニット。
- 前記第1のパワーモジュールの出力端子は、前記電動モータのA相、B相及びC相のそれぞれに対応する第1A相出力端子、第1B相出力端子及び第1C相出力端子を備え、前記第2のパワーモジュールの出力端子は、前記電動モータのA相、B相及びC相のそれぞれに対応する第2A相出力端子、第2B相出力端子及び第2C相出力端子を備え、
前記第1の導体パターンは、前記第1のパワーモジュールの第1A相出力端子に接続されて延びる第1A相導体パターンと、前記第1のパワーモジュールの第1B相出力端子に接続されて延びる第1B相導体パターンと、前記第1のパワーモジュールの第1C相出力端子に接続されて延びる第1C相導体パターンとを備え、前記第2の導体パターンは、前記第2のパワーモジュールの第2A相出力端子に接続されて延びる第2A相導体パターンと、前記第2のパワーモジュールの第2B相出力端子に接続されて延びる第2B相導体パターンと、前記第2のパワーモジュールの第2C相出力端子に接続されて延びる第2C相導体パターンとを備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子制御ユニット。 - 前記端子は、前記電動モータのA相、B相及びC相のそれぞれに対応するA相端子、B相端子およびC相端子を備え、
前記A相端子は、前記出力端子部と、前記第1A相導体パターンに接続される前記第1の基板接続部及び前記第2A相導体パターンに接続される前記第2の基板接続部とを備え、
前記B相端子は、前記出力端子部と、前記第1B相導体パターンに接続される前記第1の基板接続部と前記第2B相導体パターンに接続される前記第2の基板接続部とを備え、
前記C相端子は、前記出力端子部と、前記第1C相導体パターンに接続される前記第1の基板接続部と前記第2C相導体パターンに接続される前記第2の基板接続部とを備えていることを特徴とする請求項3に記載の電子制御ユニット。 - 前記A相端子、前記B相端子および前記C相端子は、ハウジングを成形する際に、互いに絶縁されて重ね合わせるようにインサート成形されることを特徴とする請求項4に記載の電子制御ユニット。
- 前記A相端子の前記第1及び第2の基板接続部、前記B相端子の前記第1及び第2の基板接続部、および前記C相端子の前記第1及び第2の基板接続部は、前記出力用コネクタの平面から視て線対称に配置されていることを特徴とする請求項4又は5に記載の電子制御ユニット。
- 請求項1乃至6のうち何れか一項に記載の電子制御ユニットを備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 請求項7に記載の電動パワーステアリング装置が搭載されていることを特徴とする車両。
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