JP2015120368A - 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
【課題】モータとの熱的干渉を避けて放熱性を向上させることができる電子制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動モータ12のモータ出力軸Pの延長線に位置するモータフレーム12dのフレーム端面12eに搭載された電子制御ユニット50を備えている。この電子制御ユニトは、筐体90に、スイッチング素子を内蔵したパワーモジュール60A,60Bと、入力用コネクタ及び出力用コネクタが実装された入出力基板70と、パワーモジュールの出力電流を制御する制御装置が実装された制御基板80とが収容されている。そして、制御基板80は、パワーモジュール60A,60B及び入出力基板70に対して、フレーム端面12eに近接する位置に収容されている。【選択図】図3
Description
本発明は、電動モータ用の電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)、電動パワーステアリング装置及び車両に関し、特に、電動モータを駆動制御する電子制御ユニット、それを用いた電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング装置を搭載した車両に関する。
車両に搭載される電動パワーステアリング装置として、ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達する電動モータと、電動モータを駆動制御する電子制御ユニットとを備えた装置がある(例えば、特許文献1)。
特許文献1において、電子制御ユニットは、電動モータを駆動するスイッチング素子を実装するパワー基板と、パワー基板のスイッチング素子に制御信号を伝達し、スイッチング素子のスイッチングを制御する制御基板と、パワー基板及び制御基板などを収納する筐体とを備えている。
特許文献1において、電子制御ユニットは、電動モータを駆動するスイッチング素子を実装するパワー基板と、パワー基板のスイッチング素子に制御信号を伝達し、スイッチング素子のスイッチングを制御する制御基板と、パワー基板及び制御基板などを収納する筐体とを備えている。
ところで、特許文献1の電子制御ユニットの筐体内部には、電動モータのモータフレームに近い側にパワー基板が収納され、モータフレームから離間する側に制御基板が収納されている。このように、発熱部品であるパワー基板が電動モータのモータフレームに近い側に収納されていると、モータフレームにこもった熱との熱的干渉により、パワー基板の放熱性が低下するおそれがある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、モータとの熱的干渉を避けて放熱性を向上させることができる電子制御ユニット、電動パワーステアリング装置及び車両を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の一の実施形態に係る電子制御ユニットは、電動モータの駆動制御を行う電子制御ユニットであって、前記電動モータのモータ出力軸の延長線に位置するモータフレームのフレーム端面に搭載され、筐体に、スイッチング素子を内蔵したパワーモジュールと、入力用コネクタ及び出力用コネクタが実装された入出力基板と、前記パワーモジュール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、が収容されているとともに、前記制御基板が、前記パワーモジュール及び前記入出力基板に対して、前記フレーム端面に近接する位置に収容されている。
また、本発明の一の実施形態に係る電子制御ユニットは、電動モータのモータ出力軸の前記モータフレームに近接する側に磁石を固定し、前記モータ出力軸の軸線に直交して配置した前記制御基板に、前記磁石の磁束変化を検出する磁気検出素子を実装することが好ましい。
また上述した電子制御ユニットを備え、電動モータが、ステアリング操作を補助する操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置を備えることが好ましい。
さらに、上述した電動パワーステアリング装置を搭載している車両とすることが好ましい。
また上述した電子制御ユニットを備え、電動モータが、ステアリング操作を補助する操舵補助力を発生する電動パワーステアリング装置を備えることが好ましい。
さらに、上述した電動パワーステアリング装置を搭載している車両とすることが好ましい。
本発明に係る電子制御ユニットによると、電動モータのモータ出力軸の延長線に位置するモータフレームのフレーム端面に電子制御ユニットが搭載されているが、この電子制御ユニットは、発熱部品であるパワーモジュール及び入出力基板が、フレーム端面に対して離間する位置に収納されており、発熱部品(パワーモジュール及び入出力基板)とモータとの熱的干渉を避けることで、放熱性を向上させることができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置及び車両によると、電子制御ユニットの放熱性を向上させながらモータ出力軸の回転角度を高精度に検出して電動モータがステアリング操作を補助する操舵補助力を発生することができる。
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置及び車両によると、電子制御ユニットの放熱性を向上させながらモータ出力軸の回転角度を高精度に検出して電動モータがステアリング操作を補助する操舵補助力を発生することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明に係る一実施形態の車両に搭載される電動パワーステアリング装置を示すものである。
図1の符号1は、ステアリングホイールであり、この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。
図1は、本発明に係る一実施形態の車両に搭載される電動パワーステアリング装置を示すものである。
図1の符号1は、ステアリングホイールであり、この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。
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで車幅方向の直進運動に変換している。
ステアリングシャフト2の出力軸2bには、操舵補助力を出力軸2bに伝達する操舵補助機構10が連結されている。この操舵補助機構10は、出力軸2bに連結した例えばウォームギヤ機構で構成される減速ギヤ11と、この減速ギヤ11に連結された操舵補助力を発生する例えば3相ブラシレスモータで構成される電動モータ12とを備えている。
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。
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。
電動モータ12は、例えば3相ブラシレスモータで構成され、図2に示すように、ステータのスロットに、3相を構成するA相、B相、及びC相の各相モータ巻線La、LbおよびLcが巻相されている。各相モータ巻線La、LbおよびLcは、一端が互いに接続されてスター結線とされ、他端がモータ制御装置20に接続されてモータ駆動電流Ia、Ib及びIcが供給される。
電動モータ12及びモータ制御装置20には、図2に示すように、モータ出力軸の回転角度を検出する回転角度センサ14が設けられ、この回転角度センサ14からの検出値がモータ回転角検出回路13に供給され、モータ回転角検出回路13でモータ出力軸のモータ回転角θmを検出するようになっている。回転角度センサ14の具体的な構造については後述する。
モータ制御装置20には、直流電源としてのバッテリー22から直流電流が入力される。
次に、図2は、モータ制御装置20の制御系を示すブロック図であり、3相の電圧指令値V1* 、V2*を演算する制御演算装置31と、制御演算装置31から出力される3相の電圧指令値V1*およびV2*が入力される第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bと、第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bと電動モータ12の多相モータ巻線La、LbおよびLcとの間に介挿された第1および第2のモータ電流遮断回路33Aおよび33Bとを備えている。
次に、図2は、モータ制御装置20の制御系を示すブロック図であり、3相の電圧指令値V1* 、V2*を演算する制御演算装置31と、制御演算装置31から出力される3相の電圧指令値V1*およびV2*が入力される第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bと、第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bと電動モータ12の多相モータ巻線La、LbおよびLcとの間に介挿された第1および第2のモータ電流遮断回路33Aおよび33Bとを備えている。
制御演算装置31には、操舵トルクセンサ3で検出した操舵トルク、車速センサ21で検出した車速、モータ回転角検出回路13から出力されるモータ回転角θm、モータの角速度、及びモータの角加速度が入力される。また、制御演算装置31には、電流検出回路39Aおよび39Bから出力される、電動モータ12の各相モータ巻線La、LbおよびLcに通電されるモータ駆動電流I1a〜I1cおよびI2a〜I2cが入力される。そして、制御演算装置31は、操舵トルク、車速、モータ回転角θm、モータの角速度、及びモータの角加速度に基づいて第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bに対する3相の電圧指令値V1*およびV2*を算出し、算出した3相の電圧指令値V1*およびV2*を第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bの後述するゲート駆動回路41Aおよび41Bに出力する。
制御演算装置31には、後述する第1および第2のインバータ回路42Aおよび42Bを構成する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の上側アームのオープン故障および下側アームのショート故障と電動モータ12の各相モータ巻線La、LbおよびLcのコイル部の断線異常とを検出する異常検出部31aが設けられている。この異常検出部31aでは、電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6のオープン故障およびショート故障を検出しないときには、論理値“0”(正常)の異常検出信号SAaおよびSAbをモータ駆動回路32Aおよび32Bのゲート駆動回路41Aおよび41Bに対して出力し、電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6のオープン故障およびショート故障を検出したときには、論理値“1”(異常)の 異常検出信号SAa又はSAbを異常検出したモータ駆動回路32A又は32Bのゲート駆動回路41A又は41Bに対して出力する。
第1および第2のモータ駆動回路32Aおよび32Bのそれぞれは、制御演算装置31から出力される3相の電圧指令値V1*およびV2*が入力されてゲート信号を形成するとともに、異常時電流制御部を兼ねるゲート駆動回路41Aおよび41Bと、これらゲート駆動回路41Aおよび41Bから出力されるゲート信号が入力される第1および第2のインバータ回路42Aおよび42Bとを備えている。
ここで、ゲート駆動回路41Aは、制御演算装置31から入力される異常検出信号SAaが論理値“0”(正常)のときには、モータ電流遮断回路33Aに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力するとともに、電流遮断回路44Aに対してハイレベルのゲート信号を出力する。また、ゲート駆動回路41Aは、異常検出信号SAaが論理値“1”(異常)のときには、モータ電流遮断回路33Aに対してローレベルの3つのゲート信号を同時に出力し、モータ駆動電流I1a〜I1cを遮断するとともに、電流遮断回路44Aに対してローレベルのゲート信号を出力し、バッテリー電流を遮断するようになっている。
同様に、ゲート駆動回路41Bは、制御演算装置31から入力される異常検出信号SAaが論理値“0”(正常)のときには、モータ電流遮断回路33Bに対してハイレベルの3つのゲート信号を出力するとともに、電流遮断回路44Bに対してハイレベルのゲート信号を出力する。また、ゲート駆動回路41Bは、異常検出信号SAaが論理値“1”(異常)のときには、モータ電流遮断回路33Bに対してローレベルの3つのゲート信号を同時に出力し、モータ駆動電流I2a〜I2cを遮断するとともに、電流遮断回路44Bに対してローレベルのゲート信号を出力し、バッテリー電流を遮断するようになっている。
第1および第2のインバータ回路42Aおよび42Bのそれぞれには、ノイズフィルタ43および電源遮断回路44Aおよび44Bを介してバッテリー22のバッテリー電流が入力され、入力側に平滑用の電解コンデンサCAおよびCBが接続されている。
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、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。
なお、モータ電流遮断回路33Aは、3つの電流遮断用の電界効果トランジスタQA1〜QA3を備えて構成され、モータ電流遮断回路33Bは、3つの電流遮断用の電界効果トランジスタQB1〜QB3を備えて構成されている。
次に、図3から図9を用いて、モータ制御装置20としての電子制御ユニット50の構成と、この電子制御ユニット50を装着する電動モータ12について説明する。
次に、図3から図9を用いて、モータ制御装置20としての電子制御ユニット50の構成と、この電子制御ユニット50を装着する電動モータ12について説明する。
電子制御ユニット50は、図3に示すように、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。
第1のパワーモジュール60Aには、モータ電流遮断回路33A、複数のスイッチング素子からなる第1のインバータ回路42A、電源遮断回路44Aなどが搭載されている。第2のパワーモジュール60Bには、主に、モータ電流遮断回路33B、複数のスイッチング素子からなる第2のインバータ回路42B、電源遮断回路44Bなどが搭載されている。
第1のパワーモジュール60Aには、モータ電流遮断回路33A、複数のスイッチング素子からなる第1のインバータ回路42A、電源遮断回路44Aなどが搭載されている。第2のパワーモジュール60Bには、主に、モータ電流遮断回路33B、複数のスイッチング素子からなる第2のインバータ回路42B、電源遮断回路44Bなどが搭載されている。
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3相出力用コネクタ(出力用コネクタ)72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。
制御基板80には、図3に示すように、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としての制御演算装置31、ゲート駆動回路41Aを搭載したゲート駆動装置82A、ゲート駆動回路41Bを搭載したゲート駆動装置82Bが実装され、コンデンサ、抵抗体、信号入力用コネクタ81などの電子部品も実装されている。さらに、この制御基板80には、回転角度センサ14を構成するMR素子からなる磁気検出素子86が実装されている。
制御基板80には、図3に示すように、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としての制御演算装置31、ゲート駆動回路41Aを搭載したゲート駆動装置82A、ゲート駆動回路41Bを搭載したゲート駆動装置82Bが実装され、コンデンサ、抵抗体、信号入力用コネクタ81などの電子部品も実装されている。さらに、この制御基板80には、回転角度センサ14を構成するMR素子からなる磁気検出素子86が実装されている。
そして、制御基板80及び入出力基板70は、例えば表裏面、若しくは表裏面及び内層に配線層が設けられた多層配線構造になっている。
筐体90は、ケース91及びカバー95を主体に構成され、このケース91及びカバー95で形成される収納部に第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などを収納している。ケース91及びカバー95は、導電性の金属材料、例えばアルミダイキャスト(ADC)で形成されている。
筐体90は、ケース91及びカバー95を主体に構成され、このケース91及びカバー95で形成される収納部に第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などを収納している。ケース91及びカバー95は、導電性の金属材料、例えばアルミダイキャスト(ADC)で形成されている。
ケース91は、図4から図6にも示すように、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,99c,93dのうち、2つの側壁部93a及び93bの各々は第1の方向(図4における左右方向)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(図4における前後方向)において互いに対向している。また、カバー95の下面には、後述する電動モータ12にネジ部材によってネジ止め固定されるボス部95bが形成されている。
図3に示すように、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、ケース91の互いに対向する2つの側壁部93c,93dに個別にその内側からネジ部材によってネジ止め固定されている。
また、入出力基板70は、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されている。制御基板80は、ケース91の天井部92に、その内側からネジ部材85によってネジ止め固定されている。また、カバー95は、ケース91の側壁部93a,93b,93c、93dに、その内側からネジ部材96によってネジ止め固定されている。
また、入出力基板70は、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されている。制御基板80は、ケース91の天井部92に、その内側からネジ部材85によってネジ止め固定されている。また、カバー95は、ケース91の側壁部93a,93b,93c、93dに、その内側からネジ部材96によってネジ止め固定されている。
入出力基板70の3相出力用コネクタ72は、図4及び図5に示すように、ケース91の側壁部93aから外部に露出している。入出力基板70の電源入力用コネクタ71及び制御基板80の信号入力用コネクタ81は、図6に示すように、ケース91の側壁部93bから外部に露出している。
図7及び図8に示すように、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、封止体61と、複数の第1のリード63と、複数の第2のリード64とを有している。この第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、2方向リード配列型のパッケージ構造になっている。
図7及び図8に示すように、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、封止体61と、複数の第1のリード63と、複数の第2のリード64とを有している。この第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、2方向リード配列型のパッケージ構造になっている。
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及び第2のリード63,64の各々は、詳細に図示していないが、封止体61の内外に亘って延在し、封止体61の内部に位置する内部リード部と封止体61の外部に位置する外部リード部とを有している。
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。
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。
複数の第1及び第2のリード63,64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、複数段に折り曲げ成形されている。
複数の第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。
複数の第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。
複数の第2のリード64の各々の外部リード部は、例えば2段に折り曲げ成形され、封止体61の他方の長辺61b側から突出する第1の部分64aと、この第1の部分64aから封止体61の裏面側に傾斜するように折れ曲がる第2の部分とを有している。
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。
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。
ここで、複数のリード63においては、入出力基板70の配線を介して、電源入力用コネクタ71の端子に電気的に接続されるリード63や、3相出力用コネクタ72の端子に電気的に接続されるリード63を含んでいる。また、複数のリード64においては、制御基板80の配線を介して、信号入力用コネクタ81の端子に電気的に接続されるリード64を含んでいる。
一方、電動モータ12は、図3及び図10に示すように、モータフレーム12dと、モータフレーム12dから外部に突出しているモータ出力軸12aと、モータフレーム12dに内蔵されている3相コイルを巻装したモータステータ12fと、モータ出力軸12aに同軸に結合しているモータロータ12gと、モータ出力軸12aの他端側に位置するモータフレーム12dの天板12e近くに設けた第1取付フランジ12bと、モータ出力軸12aが突出しているモータフレーム12dの開口端部側に形成され、減速ギヤ11を内蔵したギヤボックス(不図示)側に装着される第2取付フランジ12cと、を備えている。
図10に示すように、モータ出力軸12aの他端側には、回転角度センサ14を構成する例えば円盤形状の永久磁石87が、その面方向がモータ出力軸12aの軸線Pに直交した状態で固定されている。この永久磁石87は、周方向に磁極が変化するものである(図11参照)。
電子制御ユニット50は、そのカバー95が電動モータ12の天板12eにカバー95を当接した状態で配置され、カバー95に設けたボス部95bを第1取付フランジ12bに対応させ、ネジ部材(不図示)によってネジ止め固定することで、電動モータ12に装着される。
電子制御ユニット50は、そのカバー95が電動モータ12の天板12eにカバー95を当接した状態で配置され、カバー95に設けたボス部95bを第1取付フランジ12bに対応させ、ネジ部材(不図示)によってネジ止め固定することで、電動モータ12に装着される。
このように電動モータ12に電子制御ユニット50を装着することで、電子制御ユニット50の制御基板80がモータ出力軸12aの軸線Pに略直交して配置されるとともに、図11に示すように、制御基板80に実装した回転角度センサ14の磁気検出素子86が、電動モータ12に内蔵されている永久磁石87の面方向に近接した位置となる。
そして、電動モータ12のモータ出力軸12aが回転すると、モータ出力軸12aの回転とともに回転する永久磁石87の磁束変化を磁気検出素子86が検出し、その検出値がモータ回転角検出回路13に供給されるようになっている。
そして、電動モータ12のモータ出力軸12aが回転すると、モータ出力軸12aの回転とともに回転する永久磁石87の磁束変化を磁気検出素子86が検出し、その検出値がモータ回転角検出回路13に供給されるようになっている。
次に、電子制御ユニット50の組立て手順について、図3及び図9を用いて説明する。
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72、電解コンデンサCA,CB、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、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、さらに磁気検出素子86が実装されている。
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72、電解コンデンサCA,CB、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、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、さらに磁気検出素子86が実装されている。
次に、ケース91の側壁部93c,93dに、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bを個別にその内側からネジ部材65によってネジ止め固定する。
次に、入出力基板70を、ケース91の天井部92の内側に近接する位置にネジ部材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。
次に、入出力基板70を、ケース91の天井部92の内側に近接する位置にネジ部材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。
次に、制御基板80を、ケース91の天井部92の内側から離間する位置に、入出力基板70に対して平行となるようにネジ部材85によってネジ止め固定する。制御基板80には、複数のネジ用貫通孔80aが形成されており、ネジ止め固定の際には、ネジ部材85をネジ用貫通孔80aに挿通させる。また、制御基板80をケース91の天井部92にネジ止め定する際に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの複数の第2のリード64を制御基板80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。
次に、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に半田によって電気的かつ機械的に接続すると同時に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの複数の第2のリード64を制御基板80の配線に形成されているスルーホールに半田によって電気的かつ機械的に接続する。
次に、ケース91の開口部を覆うようにしてカバー95を取付け、ケース91の側壁部93にカバー95の外側からネジ部材96によってネジ止め固定する。カバー95には、複数のネジ用貫通孔95aが形成されており、ネジ止め固定の際には、ネジ部材96をネジ用貫通孔95a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の組立てが完了する。
この電子制御ユニット50は、図9に示すように、入出力基板70及び制御基板80は、電子制御ユニット50の厚さ方向に所定の間隔を置いて互いに対向して配置されている。本実施形態において、入出力基板70は制御基板80よりもケース91の天井部92側に配置され、制御基板80は入出力基板70よりもカバー95側に配置されている。
入出力基板70は、制御基板80の平面サイズより小さい平面サイズで形成されている。入出力基板70は互いに対向する2つの辺70a,70bを有し、制御配線基板80は互いに対向する2つの辺80aa,80bbを有している。
入出力基板70は、制御基板80の平面サイズより小さい平面サイズで形成されている。入出力基板70は互いに対向する2つの辺70a,70bを有し、制御配線基板80は互いに対向する2つの辺80aa,80bbを有している。
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。
第1のパワーモジュール60Aは、入出力基板70及び制御基板80の各々の一方の辺70a,80aa側に入出力基板70の一方の辺70aを横切るようにして配置されている。第2のパワーモジュール60Bは、入出力基板70及び制御基板80の各々の他方の辺70a,80aa側に入出力基板70の他方の辺70bを横切るようにして配置されている。
第1のパワーモジュール60Aは、入出力基板70及び制御基板80の各々の一方の辺70a,80aa側に入出力基板70の一方の辺70aを横切るようにして配置されている。第2のパワーモジュール60Bは、入出力基板70及び制御基板80の各々の他方の辺70a,80aa側に入出力基板70の他方の辺70bを横切るようにして配置されている。
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態は、電動モータ12のモータ出力軸12aに対して反対側に位置するモータフレーム12dの天板12eに電子制御ユニット50が搭載され、電子制御ユニット50の筐体90に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60B及び入出力基板70が天板12eに対して離間する位置に収納されている。つまり、電子制御ユニット50の発熱部品である第1及び第2のパワーモジュール60A,60B及び入出力基板70が、モータフレーム12dから離間した位置で筐体90に収納されており、これらの熱的干渉を避けて放熱性を有する筐体90を介して外部に放熱することができるので、第1及び第2のパワーモジュール60A,60B及び入出力基板70の放熱性を向上させることができる。
本実施形態は、電動モータ12のモータ出力軸12aに対して反対側に位置するモータフレーム12dの天板12eに電子制御ユニット50が搭載され、電子制御ユニット50の筐体90に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60B及び入出力基板70が天板12eに対して離間する位置に収納されている。つまり、電子制御ユニット50の発熱部品である第1及び第2のパワーモジュール60A,60B及び入出力基板70が、モータフレーム12dから離間した位置で筐体90に収納されており、これらの熱的干渉を避けて放熱性を有する筐体90を介して外部に放熱することができるので、第1及び第2のパワーモジュール60A,60B及び入出力基板70の放熱性を向上させることができる。
また、本実施形態は、モータ出力軸12aの天板12e側に例えば円盤形状の永久磁石87を固定し、電子制御ユニット50の制御基板80に磁気検出素子86を実装して回転角度センサ14を構成し、磁気検出素子86がモータ出力軸12aの回転に伴う永久磁石87の磁束変化を検出することで、モータ出力軸12aの回転角度を検出す簡便な検出構造なので、ステータに高精度に巻線を巻装しなければならず、高精度の組み付けも必要ないので、例えば電磁誘導で回転角度を検出するレゾルバと比較して、センサコストを大幅に削減することができる。
また、磁気検出素子86を実装した制御基板80は、モータ出力軸12aの軸線Pに対し直交して配置されているので、磁気検出素子86は、モータ出力軸12aの回転角度に応じた永久磁石87の磁束変化を高精度に検出することができる。
なお、本実施形態では、磁気検出素子86としてMR素子を使用したが、ホール素子、GMR素子、MI素子を使用してもよい。また、モータ出力軸12aの軸線Pに対して面方向が直交するように永久磁石87を配置したが、モータ出力軸12aに固定した磁石固定板に棒状の永久磁石を配置した構造にしてもよい。また、本発明では、磁気によらない角度検出(レゾルバ等)を使用してもよい。
なお、本実施形態では、磁気検出素子86としてMR素子を使用したが、ホール素子、GMR素子、MI素子を使用してもよい。また、モータ出力軸12aの軸線Pに対して面方向が直交するように永久磁石87を配置したが、モータ出力軸12aに固定した磁石固定板に棒状の永久磁石を配置した構造にしてもよい。また、本発明では、磁気によらない角度検出(レゾルバ等)を使用してもよい。
1…ステアリングホイール、2…ステアリングシャフト、2a…入力軸、2b…出力軸、3…操舵トルクセンサ、4…ユニバーサルジョイント、5…ロアシャフト、6…ユニバーサルジョイント、7…ピニオンシャフト、8…ステアリングギヤ、8a…ピニオン、8b…ラック、9…タイロッド、10…操舵補助機構、11…減速ギヤ、12…電動モータ、12a…モータ出力軸、12b…第1取付フランジ、12c…第2取付フランジ、12d…モータフレーム、12e…天板(フレーム端面)、12f…モータステータ、12g…モータロータ、13…モータ回転角検出回路、14…回転角度センサ、20…モータ制御装置、21…車速センサ、22…バッテリー、31…制御演算装置、31a…異常検出部、32A…第1のモータ駆動回路、32B…第2のモータ駆動回路、33A…第1のモータ電流遮断回路、33B…第2のモータ電流遮断回路、39A…第1の電流検出回路、39B…第2の電流検出回路、41A…第1のゲート駆動回路、41B…第2のゲート駆動回路、42A…第1のインバータ回路、42B…第2のインバータ回路、43…ノイズフィルタ、44A…電流遮断回路、44B…電流遮断回路、50…電子制御ユニット(モータ制御装置)、60A…第1のパワーモジュール、60B…第2のパワーモジュール、61…封止体、63,64…リード、65…ネジ部材、70…入出力基板、70c…ネジ用貫通孔、71…電源入力用コネクタ、72…相出力用コネクタ、73a…コイル、73b…コイル、75…ネジ部材、80…制御基板、80a…ネジ用貫通孔、81…信号入力用コネクタ、82A…ゲート駆動装置、82B…ゲート駆動装置、85…ネジ部材、86…磁気検出素子、87…永久磁石(磁石)、90…筐体、91…ケース、92…天井部(フレーム端面)、93a,93b,99c,93d…側壁部、95…カバー、95a…ネジ用貫通孔、95b…ボス部、96…ネジ部材、CA,CB…電解コンデンサ、E…交差部、Q1〜Q6…電界効果トランジスタ、QA1〜QA3…電界効果トランジスタ、QB1〜QB3…電界効果トランジスタ、P…モータ出力軸の軸線
Claims (5)
- 電動モータの駆動制御を行う電子制御ユニットであって、
前記電動モータのモータ出力軸の延長線に位置するモータフレームのフレーム端面に搭載され、
筐体に、スイッチング素子を内蔵したパワーモジュールと、入力用コネクタ及び出力用コネクタが実装された入出力基板と、前記パワーモジュール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、が収容されているとともに、前記制御基板が、前記パワーモジュール及び前記入出力基板に対して、前記フレーム端面に近接する位置に収容されていることを特徴とする電子制御ユニット。 - 電動モータのモータ出力軸の前記モータフレームに近接する側に磁石を固定し、
前記モータ出力軸の軸線に直交して配置した前記制御基板に、前記磁石の磁束変化を検出する磁気検出素子を実装したことを特徴とする請求項1記載の電子制御ユニット。 - 筐体は、放熱性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の電子制御ユニット。
- 請求項1乃至3の何れか1項記載の電子制御ユニットを備え、前記電動モータが、ステアリング操作を補助する操舵補助力を発生す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4記載の電動パワーステアリング装置を搭載していることを特徴とする車両。
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