JP2016073098A - 回転電機制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数系統の電力変換回路が同時に故障する確率を下げる回転電機制御装置を提供する。【解決手段】二組の巻線組を有するモータ部の駆動を制御する「回転電機制御装置」としてのＥＣＵ４０１は、二系統のインバータ（電力変換回路）６０１、６０２間でＳＷ（スイッチング）素子として放熱性の異なる部品を用いる。例えば、「通常回路」である第１インバータ６０１ではＳＷ素子６１として「部品Ｘ」を用い、「特定回路」である第２インバータ６０２ではＳＷ素子６１とは異なるＳＷ素子６３として、放熱性が相対的に優れた「部品Ｙ」を用いる。これにより、第２インバータ６０２のＳＷ素子６３（部品Ｙ）の寿命を第１インバータ６０１のＳＷ素子６１（部品Ｘ）よりも長く確保することができる可能性が高くなる。よって、二系統が同時に故障する確率を下げることができる。【選択図】図６

Description

本発明は、回転電機の通電を制御する回転電機制御装置に関する。
従来、電源に対して互いに並列に接続された複数系統の電力変換回路を備え、複数組の巻線組を有するモータの通電を制御する制御装置が知られている。例えば特許文献１には、二系統の電力変換回路を備え、出力の異なる電動機に対しヒートシンクの体格等を容易に変更可能とした電動装置が開示されている。
特開２０１１−２２９２２８号公報
ところで、冗長設計に基づき複数系統の電力変換回路を備える回転電機制御装置では、各系統の電力変換回路の出力が同等となるように、各系統を構成する電子部品は、一般に同一仕様のものが使用される。具体的には、全ての系統に同一メーカーの同一品番の部品が使用される。さらに、部品の製造ロットが管理されている場合には、可及的に同一ロットの部品が使用される。
このように系統間で厳密に同一仕様の電子部品が使用されると、発熱による劣化が同時に進行する結果、寿命が一度に到来し、複数系統が同時に故障する可能性が考えられる。仮にそのような事態が起きると、「いずれかの系統が故障したとき、他系統での継続運転を可能とする」という冗長設計の目的を達成することができなくなる。しかし特許文献１には、二系統の電力変換器が同時に故障する可能性について何ら言及されていない。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数系統の電力変換回路が同時に故障する確率を下げる回転電機制御装置を提供することにある。
本発明は、複数組の巻線組を有する回転電機の通電を制御する回転電機制御装置であって、複数系統の電力変換回路と、ヒートシンクとを備える。
複数系統の電力変換回路は、複数組の巻線組に対応して設けられ、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子のスイッチング動作により直流電源の電力を変換して出力する。
ヒートシンクは、スイッチング素子の通電による発熱を受容可能である。
複数系統の電力変換回路のうち特定の電力変換回路である「特定回路」は、複数系統の電力変換回路のうち他の電力変換回路である「通常回路」に対し、同一通電条件におけるスイッチング素子の温度上昇が抑制されるように、スイッチング素子からヒートシンクへの放熱構成が異なっていることを特徴とする。
本発明では、複数系統の電力変換回路のうち相対的に寿命を長く確保する「特定回路」と、その他の「通常回路」とを意図的に区別し、特定回路におけるスイッチング素子からヒートシンクへの放熱構成を通常回路のものと異ならせることで、同一通電条件におけるスイッチング素子の温度上昇が抑制されるようにする。これにより、複数系統の電力変換回路が同時に故障する確率を下げることができる。
ここで、特定回路及び通常回路は、全系統の正常時においては同等の出力特性が要求されるものである。したがって、本発明の思想は、特定回路及び通常回路を構成するスイッチング素子の電気的特性を大きく異ならせるということではなく、あくまで、放熱性のみを異ならせるものである。つまり、本発明は、スイッチング素子の通電による温度上昇を抑制するほど寿命をより長く確保することができるという思想に基づき、「特定回路」と「通常回路」とを差別化する。
また、現実には、たとえ従来の制御装置のように、全系統で同一メーカー、同一品番、同一ロットの部品を用いたとしても、各部品公差の累積や、はんだ付け等による配線抵抗のばらつき等により、複数系統が同時に故障する可能性はそれほど高いものではない。
ただし、統計的に考察した場合、従来の制御装置において複数系統の同時故障が発生する確率がｐであるとすると、本発明の制御装置では、複数系統の同時故障の発生確率をｐよりもさらに小さいｑにすることができると考えられる。要するに、本発明は、複数系統の電力変換回路が同時に故障する「確率を下げる」という効果を奏するものである。
本発明による「特定回路」と「通常回路」との差別化の例として、下記（１）〜（４）が挙げられる。これらは組み合わせて用いてもよい。
（１）スイッチング素子として放熱性の異なる部品を用いる。特定回路のスイッチング素子として、通常回路のスイッチング素子よりも放熱性の優れた部品を用いる。例えば、メーカーが異なる部品、ロットが異なる部品、パッケージが異なる部品等を用いる。
下記の例（２）、（３）は、いわゆる「背面放熱」の構成を前提とする。すなわち、複数のスイッチング素子は、当該スイッチング素子が実装される基板と反対側の面に背面放熱部を有している。ヒートシンクは、受熱面が背面放熱部に対向するように設けられる。そして、背面放熱部と受熱面との間に、絶縁性を確保しつつスイッチング素子の熱をヒートシンクに伝導可能な絶縁放熱層を備える。絶縁放熱層には、絶縁放熱グリス、絶縁放熱シート等が該当する。
背面放熱の構成では、下記の例（２）又は（３）を採用可能である。
（２）絶縁放熱層の厚み、すなわち、絶縁放熱層を介する背面放熱部と受熱面との間の放熱距離が異なる。特定回路の放熱距離を通常回路の放熱距離よりも短くする。
（３）絶縁放熱層として、熱伝導率の異なる材料を用いる。特定回路の絶縁放熱層として、通常回路の絶縁放熱層よりも熱伝導性の大きい材料を用いる。
（４）対応する部分のヒートシンクの厚みが異なる。特定回路に対応するヒートシンクの厚みを、通常回路に対応するヒートシンクの厚みよりも大きく形成する。
上記構成により、特定回路のスイッチング素子の上昇温度を通常回路のスイッチング素子の上昇温度に対して、例えば１０℃低減させることができると、アレニウス則の１０℃半減則に基づき、特定回路の寿命を通常回路の寿命の２倍にすることができる。
本発明の各実施形態によるＥＣＵ（回転電機制御装置）が適用される電動パワーステアリング装置の全体構成図。 本発明の実施形態によるＥＣＵの回路模式図。 本発明の実施形態によるＥＣＵを内蔵した駆動装置の断面図。 （ａ）：図３の駆動装置におけるＥＣＵの側面図、（ｂ）：（ａ）のＩＶｂ部拡大図。 図４のＶ方向の矢視図。 本発明の第１実施形態によるＥＣＵの拡大断面模式図。 本発明の第２実施形態によるＥＣＵの拡大断面模式図。 絶縁放熱層の厚み（放熱距離）とスイッチング素子の温度上昇との関係を示す特性図。 本発明の第３実施形態によるＥＣＵの拡大断面模式図。 本発明の第４実施形態によるＥＣＵの拡大断面模式図。 ヒートシンクの厚みとスイッチング素子の温度上昇との関係を示す特性図。
以下、本発明の複数の実施形態による回転電機制御装置を図面に基づき説明する。複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
（共通構成）
本発明の各実施形態に共通する「回転電機制御装置」としてのＥＣＵについて、図１〜図５を参照して説明する。共通構成の説明で「本実施形態」というとき、以下の第１〜第４実施形態を包括する。このＥＣＵは、車両の電動パワーステアリング装置において操舵アシストトルクを発生する「回転電機」としてのモータ部の通電を制御する。特に本実施形態のＥＣＵは、モータ部と一体に結合され、いわゆる「機電一体型」の駆動装置（アクチュエータ）を構成している。
図１に、ステアリングシステム１００の全体構成を示す。ステアリングシステム１００は、ハンドル９１、コラム軸９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。
ハンドル９１と接続されたコラム軸９２には、操舵トルクを検出するトルクセンサ９３が設けられている。コラム軸９２の先端に設けられたピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたコラム軸９２が回転する。コラム軸９２の回転運動は、ピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。
電動パワーステアリング装置９０は、駆動装置１及び減速ギア９４を備える。電動パワーステアリング装置９０は、操舵トルクや車速等の信号に基づいて操舵アシストトルクをモータ部３０から出力し、減速ギア９４を介してコラム軸９２に伝達する。
なお、図１に示すコラム取付型の電動パワーステアリング装置９０に限らず、ラック取付型の電動パワーステアリング装置でも同様である。
次に、駆動装置１を構成するモータ部３０及びＥＣＵ４０の電気的構成について、図２を参照して説明する。図２では、一部の制御線等の図示を省略する。
モータ部３０は、三相交流ブラシレスモータであって、「複数の巻線組」としての第１巻線組３１及び第２巻線組３２を有する。第１巻線組３１は、Ｕ相コイル３１１、Ｖ相コイル３１２及びＷ相コイル３１３から構成され、第２巻線組３２は、Ｕ相コイル３２１、Ｖ相コイル３２２及びＷ相コイル３２３から構成される。
ＥＣＵ４０は、電源リレー５１、５２、逆接保護リレー５３、５４、コンデンサ５５、５６、チョークコイル５９、「複数の電力変換回路」としての第１インバータ６０１及び第２インバータ６０２を構成するＳＷ素子６１１〜６１６、６２１〜６２６、回転角センサ６５、マイコン６７、ＡＳＩＣ６８等を含む。本実施形態では、ＥＣＵ４０を構成する電子部品は、１枚の基板４１に実装される。
電源リレー５１、逆接保護リレー５３、コンデンサ５５及び第１インバータ６０１は、第１巻線組３１に対応して設けられており、これら電子部品と第１巻線組３１との組合せを「第１系統５０１」という。また、電源リレー５２、逆接保護リレー５４、コンデンサ５６及び第２インバータ６０２は、第２巻線組３２に対応して設けられており、これら電子部品と第２巻線組３２との組合せを「第２系統５０２」という。つまり、本実施形態のＥＣＵ４０は、二組の巻線組３１、３２に対応する二系統のインバータ６０１、６０２等を有している。
第１系統５０１と第２系統５０２との回路構成は同様であるので、以下、主に第１系統５０１の回路構成について説明し、第２系統５０２については適宜省略する。
第１インバータ６０１は、６つのスイッチング素子（以下、「ＳＷ素子」という。）６１１〜６１６がブリッジ接続されており、第１巻線組３１への通電を切り替える。第２インバータ６０２は、６つのＳＷ素子６２１〜６２６がブリッジ接続されており、第２巻線組３２への通電を切り替える。ＳＷ素子６１１〜６１６、６２１〜６２６は、例えばＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）が用いられる。或いは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の素子を用いてもよい。
第１インバータ６０１の高電位側のＳＷ素子６１１、６１２、６１３は、「直流電源」としてのバッテリ４９の正極側にドレインが接続され、ソースが低電位側のＳＷ素子６１４、６１５、６１６のドレインに接続される。低電位側のＳＷ素子６１４、６１５、６１６のソースは、電流検出素子５７１、５７２、５７３を経由してバッテリ４９の負極側に接続されている。高電位側のＳＷ素子６１１、６１２、６１３と低電位側のＳＷ素子６１４、６１５、６１６との接続点は、第１巻線組３１の各相コイル３１１、３１２、３１３に接続されている。第２インバータ６０２についても同様である。
第１系統５０１の電流検出素子５７１、５７２、５７３、及び、第２系統５０２の電流検出素子５８１、５８２、５８３は例えばシャント抵抗であり、各系統巻線組３１、３２の各相に流れる電流を検出する。
第１系統５０１の電源リレー５１は、バッテリ４９と第１インバータ６０１との間に設けられ、バッテリ４９と第１インバータ６０１との間を導通または遮断する。
逆接保護リレー５３は、電源リレー５１と第１インバータ６０１との間に寄生ダイオードの向きが電源リレー５１と反対向きとなるように設けられる。逆接保護リレー５３は、バッテリ４９の電極が逆向きに接続された場合、インバータ６０１に逆向きの電流が流れることを防ぎ、ＥＣＵ４０を保護する。
電源リレー５１及び逆接保護リレー５３は、インバータのハーフブリッジ回路と同様、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等の半導体リレーが用いられる。
第１系統５０１のコンデンサ５５及びチョークコイル５９は、第１インバータ６０１の入力部においてフィルタ回路を構成し、バッテリ４９を共有する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、駆動装置１から他の装置に伝わるノイズを低減する。また、コンデンサ５５は、電荷を蓄えることで、第１インバータ６０１への電力供給を補助する。
第２系統５０２の電源リレー５２、逆接保護リレー５４及びコンデンサ５６についても同様である。
回転角センサ６５は、磁気検出素子により構成され、後述するシャフト３５の第２端３５２に設けられるマグネット３８（図３参照）の磁界を検出することにより、ロータ３４の回転角度を検出する。
マイコン６７、及び、集積回路部品であるＡＳＩＣ６８は制御演算部６６を構成する。マイコン６７は、トルクセンサ９３や回転角センサ６５等からの信号に基づき、第１巻線組３１及び第２巻線組３２への通電に係る指令値を演算する。
ＡＳＩＣ６８は、プリドライバ、信号増幅部、及び、レギュレータ等から構成される。
プリドライバは、指令値に基づいて駆動信号を生成し、生成された駆動信号を第１インバータ６０１及び第２インバータ６０２に出力する。信号増幅部は、電流検出素子５７１〜５７２、５８１〜５８２の検出信号や、回転角センサ６５の検出値を増幅し、マイコン６７に出力する。レギュレータは、マイコン６７等に供給される電圧を安定化させる。
次に、駆動装置１の構造について図３〜図５を参照して説明する。適宜、モータ部３０の中心軸Ｏの方向を「軸方向」といい、モータ部３０の径方向を「径方向」という。
図３に示すように、駆動装置１は、モータケース１０、ヒートシンク２０、モータ部３０、ＥＣＵ４０、制御部カバー８０等を備える。
モータケース１０は、例えばアルミニウム等の金属により、筒部１１と底部１２とが一体に形成されたカップ状を呈している。筒部１１の内側にはモータ部３０が収容される。本実施形態のモータケース１０は、底部１２がＥＣＵ４０と反対側に設けられ、開口側がＥＣＵ４０側となっている。底部１２の中心には、シャフト３５の第１端３５１が挿通される軸孔１３、及び、第１軸受３６を収容する凹部１６が形成されている。凹部１６に収容された第１軸受３６は、シャフト３５の第１端３５１を回転可能に支持する。
筒部１１の開口側には、ヒートシンク２０の鍔部２５を固定するための固定部１７が径方向外側に突出して形成される。固定部１７にはねじ孔１８が形成されている。
ヒートシンク２０は、例えばアルミニウム等の熱伝導性の良い金属により、鍔部２５と嵌合部２６とを有する段付板状に形成されている。ヒートシンク２０は、後述するように基板４１の第１面４２に対向しており、ＳＷ素子６１１〜６１６、６２１〜６２６の通電による発熱を受容可能である。
鍔部２５はモータケース１０の固定部１７の端面に当接し、固定ねじ１９がねじ孔１８に螺合することによって、ヒートシンク２０がモータケース１０と締結される。
嵌合部２６は、モータケース１０の筒部１１の内壁に嵌合する。このとき、嵌合部２６の外周壁に設けられたＯリング２９により、モータケース１０とヒートシンク２０との間からの水滴等の浸入が防止される。
ヒートシンク２０の中心には、シャフト３５の第２端３５２側が挿通される軸孔２３、及び、第２軸受３７を収容する凹部２７が形成されている。凹部２７に収容された第２軸受３７は、シャフト３５の第２端３５２を回転可能に支持する。
ヒートシンク２０のＥＣＵ４０側の端面周縁に形成された接着剤溝２８には、制御部カバー８０との接合に用いられる接着剤が充填されている。
モータ部３０は、巻線組３１、３２が巻回されたステータ３３、ロータ３４及びシャフト３５等を有し、モータケース１０に収容されている。
ステータ３３は、例えば積層鋼板等で略円環状に形成され、筒部１１の内側に固定されている。巻線３１、３２に交流電流が流れることでステータ３３に回転磁界が発生する。
ロータ３４は、ロータコア３４１及び永久磁石３４２を有する。ロータコア３４１は、例えば鉄等の磁性材により略円筒状に形成され、ステータ３３と同軸に設けられている。永久磁石３４２は、ロータコア３４１の径方向外側に、Ｎ極とＳ極とが交互となるように設けられている。
シャフト３５は、例えば金属により棒状に形成され、ロータコア３４１の軸中心に固定される。シャフト３５は、第１軸受３６及び第２軸受３７に回転可能に支持され、ロータ３４と一体に回転する。
シャフト３５の第１端３５１は、モータケース１０の底部１２に形成される軸孔１３を挿通してモータケース１０の外部に突出している。第１端３５１に設けられる図示しない出力端は、減速ギア９４（図１参照）と接続される。シャフト３５の第２端３５２には、回転角センサ６５により回転角を検出するためのマグネット３８が保持されている。
図３〜図５に示すように、ＥＣＵ４０は、ヒートシンク２０のモータ部３０と反対側において制御部カバー８０に収容され、各種電子部品が基板４１に実装されている。以下、基板４１のヒートシンク２０側の面を第１面４２、ヒートシンク２０と反対側の面を第２面４３という。
図４、図５に示すように、基板４１の第１面４２には、ＳＷ素子６１１〜６１６、６２１〜６２６、電流検出素子５７１、５７２、５７３、５８１、５８２、５８３、電源リレー５１、５２、逆接保護リレー５３、５４、ＡＳＩＣ６８等が実装されている。基板４１の第２面４３には、比較的大型の電子部品であるコンデンサ５５、５６、チョークコイル５９、及びマイコン６７等が実装されている。
また、上記電子部品が配置される領域の径方向外側には、第１巻線組３１の各相コイル３１１、３１２、３１３から延伸するモータ線３１５、及び、第２巻線組３１の各相コイル３２１、３２２、３２３から延伸するモータ線３２５が挿通される複数の挿通孔が形成されている。
第１面４２における電子部品の配置に関して、第１インバータ６０１のＳＷ素子６１１〜６１６（以下、包括して符号「６１」を付す。）、及び、第２インバータ６０２のＳＷ素子６２１〜６２６（以下、包括して符号「６２」を付す。）は、それぞれまとまって配置されている。
第１インバータ６０１のＳＷ素子６１が配置される領域と、第２インバータ６０２のＳＷ素子６２が配置される領域とは、中心軸Ｏを通る対称軸Ｓに対して線対称である。また、第１系統５０１の電源リレー５１及び逆接保護リレー５３と、第２系統５０２の電源リレー５２及び逆接保護リレー５４とも、対称軸Ｓに対して線対称に配置されている。
図４に示すように、第１面４２に実装された第１インバータ６０１のＳＷ素子６１は、基板４１と反対側の面である「背面」がヒートシンク２０の受熱面２４に対向している。本実施形態では、ＳＷ素子６１の通電によって発生する熱は、基板４１に実装されるリード部から基板４１を経由してヒートシンク２０に放熱されるだけでなく、背面から直接的にヒートシンク２０の受熱面２４に放熱される。そのため、ＳＷ素子６１の背面における放熱経路となる部位を「背面放熱部６４」という。
図４（ｂ）に示すように、ＳＷ素子６１の背面放熱部６４とヒートシンク２０の受熱面２４との間には絶縁放熱層７１が設けられる。絶縁放熱層７１としては、例えばシリコーンを主成分として熱伝導性フィラーを含有するゲル状のものや、圧縮されたシート状のもの等が用いられる。ＳＷ素子６１が通電により発生した熱は、背面放熱部６４から絶縁放熱層７１を経由してヒートシンク２０の受熱面２４に伝導される。これにより、ＳＷ素子６１の過熱による故障を防止することができる。
以上の第１インバータ６０１のＳＷ素子６１に係る構成は、第２インバータ６０２のＳＷ素子６２についても同様である。
制御部カバー８０は、ＥＣＵ４０のモータケース１０と反対側を覆う。制御部カバー８０は、周壁８１の端部に形成された突起８２がヒートシンク２０の接着剤溝２８に挿入され、接着剤により固定される。これにより、ヒートシンク２０と制御部カバー８０との間からの水滴等の浸入を防止しつつ、制御部カバー８０がヒートシンク２０に接合される。
制御部カバー８０のモータケース１０と反対側の端面には、バッテリ４９からの電力が供給される給電用コネクタ８３、及び、外部からのＣＡＮ信号やトルク信号等が入力される信号用コネクタ８４が一体に形成されている。
以上のように、本実施形態のＥＣＵ４０は二系統のインバータ６０１、６０２を有し、二組の巻線組３１、３２への通電を制御することによりモータ部３０を駆動する。仮に、いずれか一系統においてＳＷ素子６１、６２のショート故障やオープン故障が発生したとき、故障した一系統のインバータの動作を停止し、正常な一系統のインバータのみでモータ部３０の駆動を継続することができる。例えば電動パワーステアリング装置９０では、一系統が故障したときでも操舵アシストトルクを出力することができるようになる。
すなわち、二系統のインバータ６０１、６０２は、一系統の故障時にトルクを出力する機能が完全に停止することを防止し、フェールセーフの観点から信頼性を確保するために冗長的に設けられている。
ところで、インバータ６０１、６０２のＳＷ素子６１、６２をはじめとする各電子部品の電気的特性は、二系統で基本的に同等に設定されている。しかし、二系統の電子部品、中でも発熱の大きいＳＷ素子６１、６２の特性を系統間で厳密に同等とすると、発熱による劣化が同時に進行する結果、寿命が一度に到来し、二系統が同時に故障する可能性がある。仮にそのような事態が起こると、「いずれかの系統が故障したとき、他系統での継続運転を可能とする」という冗長設計の目的を達成することができなくなる。
そこで、本発明のＥＣＵ（回転電機制御装置）は、複数系統のインバータ（電力変換回路）を有する前提の下、複数系統が同時に故障する確率を下げることを目的とする。
そのために、ＥＣＵが有する複数系統のインバータのうち特定のインバータを「特定回路」、特定回路以外のインバータを「通常回路」として区別する。そして、特定回路は、通常回路に対し、同一通電条件におけるＳＷ素子の温度上昇が抑制されるように、ＳＷ素子からヒートシンクへの放熱構成の一部を意図的に異ならせることを特徴とする。
本実施形態では、「複数系統」の例として二系統のインバータ６０１、６０２が同時に故障する確率を下げることを目的として、二系統の構成の一部を異ならせる。
以下、第１〜第４実施形態のＥＣＵ４０に「４０１」〜「４０４」の符号を付し、放熱構成の一部を異ならせる具体的態様について、実施形態毎に順に説明する。ここで、第１〜第４実施形態に共通して第１インバータ６０１を「通常回路」とし、第２インバータ６０２を「特定回路」とする場合を例示する。
また、各実施形態におけるＥＣＵ４０１〜４０４は、図３〜図５を参照して説明したとおり、二系統のインバータ６０１、６０２が１枚の基板４１上で対称軸Ｓに対して対称に配置されている。また、スイッチング素子６１、６２の発熱を背面放熱部６４から絶縁放熱層７１を介してヒートシンク２０の受熱面２４に放熱させる「背面放熱」の構成を採用している。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図６を参照して説明する。図６は、図４のＶＩ−ＶＩ断面視に基づき、図の左側に第１インバータ６０１を示し、図の右側に第２系統インバータ６０２を示す。そして、「通常回路」である第１インバータ６０１を構成する６個のＳＷ素子６１１〜６１６の代表として１個の「ＳＷ素子６１」を図示する。これに対し、従来技術の構成であれば、第２インバータ６０２を構成する６個のＳＷ素子６２１〜６２６の代表として、ＳＷ素子６１と同等の特性を有する１個の「ＳＷ素子６２」が図示されることとなる。
しかし、図６に示すように、第１実施形態のＥＣＵ４０１は、二系統のインバータ６０１、６０２間でＳＷ素子として放熱性の異なる部品を用いる。例えば、「通常回路」である第１インバータ６０１ではＳＷ素子６１として「部品Ｘ」を用い、「特定回路」である第２インバータ６０２ではＳＷ素子６１とは異なるＳＷ素子６３として、放熱性が相対的に優れた「部品Ｙ」を用いる。
部品Ｘ及び部品Ｙは、メーカーの異なる相当品、同一品番製品の製造ロットが異なるもの、パッケージが異なるもの等を含む。仮にＳＷ素子のチップ自体の電気的特性は同等であり、通電によって発生する熱量は同等であっても、例えばチップを覆うパッケージ（樹脂モールド部分）の伝熱特性の違いにより、チップ内部の発熱がパッケージ表面に放出される効率が異なる場合がある。メーカーが異なる部品や、製造ロットが異なる部品同士の場合でも同様の差が生じ得ると考えられる。
そこで、ＳＷ素子内部での放熱性が相対的に優れている部品を「部品Ｙ」に選定し、放熱性が相対的に劣っている部品を「部品Ｘ」に選定する。これにより、第２インバータ６０２のＳＷ素子６３（部品Ｙ）の寿命を第１インバータ６０１のＳＷ素子６１（部品Ｘ）よりも長く確保することができる可能性が高くなる。よって、二系統が同時に故障する確率を下げることができる。電動パワーステアリング装置９０では、操舵アシストトルクを出力する機能が完全に停止することを防止し、フェールセーフの観点から信頼性を確保することができる。
なお、インバータ６０１、６０２のハーフブリッジ回路を構成するＳＷ素子６１、６３だけでなく、電源リレー５１、５２、逆接保護リレー５３、５４を構成する半導体リレーについても、二系統間で放熱構成を異ならせるようにしてもよい。
ところで、第１実施形態のＥＣＵ４０１は、本来、二系統の正常時には、第１インバータ６０１及び第２インバータ６０２が第１巻線部３１、第２巻線部３２に対し同等の電力を出力するように制御することが要求されるものである。したがって、第１実施形態が意図する「異なる部品」を用いるとは、根本的に動作原理が異なる部品や定格等の基本仕様が大きく異なる部品を用いることまで想定していない。あくまで、正常時に同等の動作をなし得る範囲において、ＳＷ素子内部の放熱性のみが異なるものを意図している。
また、現実には、二系統で同一メーカー、同一品番、同一ロットの部品を用い、ＳＷ素子の放熱性が同等になるように構成したとしても、各部品公差の累積や、はんだ付け等による配線抵抗のばらつき等により、二系統のインバータ６０１、６０２が同時に故障する可能性はそれほど高いものではない。
ただし、統計的に考察した場合、従来のＥＣＵにおいて二系統の同時故障が発生する確率がｐであるとすると、第１実施形態のＥＣＵ４０１では、二系統の同時故障の発生確率をｐよりもさらに小さいｑにすることができると考えられる。よって、第１実施形態は、二系統のインバータ６０１、６０２が同時に故障する「確率を下げる」という効果を奏するものである。
次に、本発明の第２〜第４実施形態のＥＣＵについて順に説明する。各実施形態において「系統間で異なる」として言及する放熱構成以外の構成は二系統で同等とする。なお、第２〜第４実施形態における「第１インバータ６０１のＳＷ素子６１」と「第２インバータ６０２のＳＷ素子６２」とは同等の部品である。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態のＥＣＵについて、図７、図８を参照して説明する。
図７に示すように、第２実施形態のＥＣＵ４０２は、二系統のインバータ６０１、６０２間で、絶縁放熱層７１の厚み、すなわち、絶縁放熱層７１を介する背面放熱部６４と受熱面２４との間の放熱距離が異なる。
例えば、第１インバータ６０１では絶縁放熱層７１の厚みＤ１を１．０ｍｍに設定し、第２インバータ６０２では絶縁放熱層７０５の厚みＤ２を半分の０．５ｍｍに設定する。この構成は、基板４１の高さや厚みは一定とし、ヒートシンク２１のインバータ６０２側について、高さ０．５ｍｍの段部２０５を設けること等により実施可能である。
図８に示すように、絶縁放熱層７１、７０５の厚み（放熱距離）とＳＷ素子６１、６２の上昇温度との間には比例関係がある。絶縁性の確保のため現実には厚みが０になることはあり得ないが、仮想的に厚み０ｍｍの極限では、ＳＷ素子６１、６２が発生した熱量が１００％放熱されるため、上昇温度は０℃になると推定される。
ＳＷ素子６１、６２の劣化が科学的変化を主因とする経年劣化であると仮定すると、アレニウス則の１０℃半減則、すなわち、「温度が１０℃上昇すると寿命は半分になる」という法則を適用することができる。絶縁放熱層の厚み１．０ｍｍにつきＳＷ素子の温度が２５℃上昇する場合、絶縁放熱層の厚みを０．５ｍｍ薄くすることで、１２．５℃の差により、２1.25＝約２．４倍の寿命を確保することができる見込みとなる。
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態のＥＣＵについて、図９を参照して説明する。
図９に示すように、第３実施形態のＥＣＵ４０３は、二系統のインバータ６０１、６０２間で、絶縁放熱層として、熱伝導率の異なる材料が用いられる。
例えば、第１インバータ６０１では絶縁放熱層７１として「材料α」を用い、第２インバータ６０２では絶縁放熱層７２として「材料β」を用いる。具体的には、熱伝導性フィラーの含有量が異なるものや熱伝導性フィラーの材質（アルミナ、窒化アルミニウム等）が異なるもの等を用い、第２系統の絶縁放熱層７２の熱伝導率が第１系統の絶縁放熱層７１の熱伝導率よりも大きくなるようにする。これにより、第２インバータ６０２のＳＷ素子６２の寿命を第１インバータ６０１のＳＷ素子６１よりも長く確保することができる可能性が高くなる。
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態のＥＣＵについて、図１０、図１１を参照して説明する。
図１０に示すように、第４実施形態のＥＣＵ４０４は、二系統のインバータ６０１、６０２間で、対応する部分のヒートシンク２２の厚みが異なる。
例えば、第１インバータ６０１に対応する部分２２１のヒートシンク２３の厚みＨ１を４ｍｍに設定し、第２インバータ６０２に対応する部分２２２のヒートシンク２３の厚みＨ２を２倍の８ｍｍに設定する。
図１１に示すように、ヒートシンク２２の厚みとＳＷ素子６１、６２の上昇温度との間には反比例関係がある。
第２実施形態と同様に、ＳＷ素子６１、６２の劣化が科学的変化を主因とする経年劣化であると仮定すると、アレニウス則の１０℃半減則、すなわち、「温度が１０℃上昇すると寿命は半分になる」という法則を適用することができる。ヒートシンクの厚み４ｍｍでの上昇温度が１０℃、厚み８ｍｍでの上昇温度が５℃の場合、ヒートシンクの厚みを４ｍｍから８ｍｍに変更することで、５℃の差により、２0.5＝約１．４倍の寿命を確保することができる見込みとなる。
上記第２〜第４実施形態は、いずれも「特定回路」としての第２インバータ６０２の温度上昇が「通常回路」としての第１インバータ６０１よりも抑制されるように構成されている。したがって、第１実施形態と同様に、第２インバータ６０２の寿命を第１インバータ６０１よりも長く確保することができる可能性が高くなる。よって、二系統が同時に故障する確率を下げることができる。
さらに、上記第１〜第４実施形態は組み合わせて用いてもよい。これらを組み合わせることで、通常回路と特定回路との放熱構成をより明確に差別化することができる。
（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態では「複数系統」として二系統のインバータ６０１、６０２を例示しているが、本発明は、三系統以上の電力変換回路を備えるＥＣＵ（回転電機制御装置）にも適用可能である。その場合、全ての系統を一系統以上の「特定回路」と一系統以上の「通常回路」にグループ分けすればよい。また、「特定回路」をさらに放熱性のレベルによって複数のグループに層別し、寿命が段階的になるように設定してもよい。
（イ）上記実施形態では、モータ部とＥＣＵ（回転電機制御装置）とが一体に設けられた構成の駆動装置を例示しているが、本発明は、モータ（回転電機）と別体に構成され、ハーネスを介して接続される構成のＥＣＵに適用されてもよい。
（ウ）本発明の回転電機制御装置の制御対象である回転電機は、永久磁石式の三相交流同期モータに限らず、四相以上の多相モータ、或いは、ＤＣブラシレスモータや誘導モータ等を含む。また、電力を供給されトルクを出力するモータ（電動機）に限らず、トルクを受けて発電する発電機を含む。例えばＤＣモータの場合、Ｈブリッジ回路が「電力変換回路」に相当する。
（エ）上記実施形態では、二系統のインバータ６０１、６０２は１枚の基板４１上で対称軸Ｓに対して対称に配置されているが、系統毎に基板を分離してもよく、各系統のインバータを非対称に配置してもよい。
（オ）上記第１実施形態に対応する「ＳＷ素子として放熱性の異なる部品を用いる」形態、又は、上記第４実施形態に対応する「対応する部分のヒートシンクの厚みが異なる」形態は、背面放熱を含む構成に限らず、ＳＷ素子が実装された基板のみを経由してヒートシンクに放熱させる構成にも適用することができる。
（カ）上記第１実施形態により異なる部品を用いるＳＷ素子は、上述のようにハーフブリッジ回路を構成するＳＷ素子だけでなく、電源リレー５１〜５４のような半導体リレーを含む。図２の回路図には図示されていないが、例えばインバータ回路とモータとの間に半導体モータリレーを有する構成では、その半導体モータリレーとして系統毎に異なる部品を用いてもよい。
（キ）本発明の回転電機制御装置は、図１に示すようなコラム取付型に限らず、ラック取付型の電動パワーステアリング装置に適用されてもよい。また、電動パワーステアリング装置以外の車載装置や、車両に搭載される装置以外の各種装置に適用されてもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
２０、２１、２２・・・ヒートシンク、
２４・・・受熱面、
３０・・・モータ部（回転電機）、 ３１、３２・・・巻線組、
４０１−４０４・・・ＥＣＵ（回転電機制御装置）、
４９・・・バッテリ（直流電源）、
６０１・・・第１インバータ（電力変換回路、通常回路）、
６０２・・・第２インバータ（電力変換回路、特定回路）、
６１（６１１−６１６）、６２（６２１−６２６）、６３・・・スイッチング素子、
６４・・・背面放熱部。

Claims (6)

  1. 複数組の巻線組（３１、３２）を有する回転電機（３０）の通電を制御する回転電機制御装置（４０１−４０４）であって、
    前記複数組の巻線組に対応して設けられ、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子（６１１−６１６、６２１−６２６）のスイッチング動作により直流電源（４９）の電力を変換して出力する複数系統の電力変換回路（６０１、６０２）と、
    前記スイッチング素子の通電による発熱を受容可能なヒートシンク（２０、２１、２２）と、
    を備え、
    前記複数系統の電力変換回路のうち特定の前記電力変換回路である特定回路は、前記複数系統の電力変換回路のうち他の前記電力変換回路である通常回路に対し、同一通電条件における前記スイッチング素子の温度上昇が抑制されるように、前記スイッチング素子から前記ヒートシンクへの放熱構成が異なっていることを特徴とする回転電機制御装置。
  2. 前記特定回路は、前記通常回路に対し、前記スイッチング素子として、放熱性の異なる部品が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機制御装置（４０１）。
  3. 前記複数のスイッチング素子は、当該スイッチング素子が実装される基板（４１）と反対側の面に背面放熱部（６４）を有しており、
    前記ヒートシンクは、受熱面（２４）が前記背面放熱部に対向するように設けられ、
    前記背面放熱部と前記受熱面との間に、絶縁性を確保しつつ前記スイッチング素子の熱を前記ヒートシンクに伝導可能な絶縁放熱層（７１、７０５、７２）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機制御装置（４０２、４０３）。
  4. 前記特定回路は、前記通常回路に対し、前記絶縁放熱層を介する前記背面放熱部と前記受熱面との間の放熱距離が異なることを特徴とする請求項３に記載の回転電機制御装置（４０２）。
  5. 前記特定回路は、前記通常回路に対し、前記絶縁放熱層として、熱伝導率の異なる材料が用いられていることを特徴とする請求項３または４に記載の回転電機制御装置（４０３）。
  6. 前記特定回路は、前記通常回路に対し、対応する部分の前記ヒートシンク（２２）の厚みが異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転電機制御装置（４０４）。
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