JP2017175806A - モータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の基板と第２の基板とを接続する接続部材の数をより減らすことができるモータ装置を提供する。【解決手段】モータ装置は、第１の基板４０および第２の基板５０を有している。第１の基板４０および第２の基板５０は、通信経路としての複数のバスバーにより互いに接続されている。第１の基板４０は、第１の演算回路４２および磁気センサ４１を有している。第１の演算回路４２は、外部のトルクセンサ７０、ＩＧＳＷ８０および磁気センサ４１などからの電気信号を取り込み、当該電気信号を特定の通信方式に対応する電気信号に変換する。第２の基板５０は、第２の演算回路５１を有している。第２の演算回路５１は、第１の演算回路４２からの電気信号を複数のバスバーを通じて取得し、当該電気信号を使用してモータを制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、モータ装置に関するものである。

従来、特許文献１に記載されるように、モータ装置を駆動源とする電動パワーステアリング装置が知られている。このモータ装置は、モータと当該モータのコントロールユニットとが一体的に設けられてなる。コントロールユニットは、パワー部および制御部を備えている。パワー部は、第１の基板としてのパワーモジュールを有している。パワーモジュールにはモータに電力を供給するインバータなどが設けられている。制御部は、第２の基板としての制御基板を有している。制御基板にはモータ回転角を検出する回転角センサおよびモータの駆動を制御するマイコンなどが設けられている。マイコンは、ステアリングシャフトに設けられたトルクセンサを通じて操舵トルクを検出する。また、マイコンはＣＡＮ（Controller Area Network）を通じて車速を検出する。マイコンは、操舵トルク、車速およびモータの回転角に基づくインバータのスイッチング制御を通じてモータへの給電を制御する。なお、パワーモジュールと制御基板とは複数の制御端子により相互に接続されている。

特許第５７６９０３３号

特許文献１のモータコントロールユニットも含め、モータの制御装置を第１の基板と第２の基板とに分けて設置する構造を採用する場合、これら第１の基板と第２の基板との間はたとえばバスバーなどの複数の接続部材により接続される。しかし複数の接続部材は、たとえば半田付けにより第１の基板および第２の基板に接続されるところ、これら接続部材は互いに接触しない程度、かつ半田のランド同士が接触しない程度の間隔を開けて設ける必要がある。このことは、モータの制御装置の小型化を阻害する一因となっていた。この問題は、第１の基板と第２の基板との間で授受される信号の数が増えるほど、換言すれば第１の基板と第２の基板とを接続する接続部材の数が増えるほど、より顕著となる。

本発明の目的は、電子制御装置を構成する第１の基板と第２の基板とを接続する接続部材の数をより減らすことができるモータ装置を提供することにある。

上記目的を達成し得るモータ装置は、モータと前記モータを制御する制御装置とが一体的に設けられてなるモータ装置を前提としている。このモータ装置は前記制御装置、前記モータの制御に使用される物理量を検出する複数のセンサにより生成される電気信号を同一の通信方式に対応する電気信号に変換する第１の演算回路を備えた第１の基板と、前記第１の演算回路により変換された電気信号を使用して前記モータを制御するための信号を演算する第２の演算回路を備えた第２の基板と、前記第１の演算回路と前記第２の演算回路との間の通信経路として機能する接続部材と、を有している。また、前記第１の基板は前記モータの回転軸と直交するように、前記第２の基板は前記第１の基板と前記モータとの間において前記回転軸の軸方向に沿うように設けられており、前記第１の基板と前記第２の基板のそれぞれの端部が前記接続部材にて接続されている。

上記構成によれば、複数センサにより生成される電気信号が同一の通信方式の信号に変換されることにより、第１の基板と第２の基板との間には同一の通信方式に使用される通信経路だけを設ければよい。このため、たとえば複数センサにより生成される電気信号を第１の基板から第２の基板へ個別に供給する場合に比べて、第１の基板と第２の基板との間において必要とされる通信経路としての接続部材の数を低減できる。このため、モータ装置の小型化することができる。また、第１の基板と第２の基板とを上記構成のような配置とすることで、モータ装置の小型化により効果がある。

上記のモータ装置において、前記同一の通信方式としてシリアル通信方式が採用されることを前提として、前記複数センサにより生成される電気信号がアナログ信号を含むとき、前記第１の演算回路は、前記アナログ信号を、前記通信方式に対応する電気信号としてデジタル信号に変換することが好ましい。

上記構成によれば、第１の演算回路と第２の演算回路との間における電気信号の授受は、同一の通信経路を介して行われる。このため、第１の基板と第２の基板との間の通信経路としての接続部材の数を減らすうえで好適である。

上記のモータ装置において、前記モータの回転軸の端部に設けられた磁石と、前記第１の基板に設けられて前記磁石の回転に応じた電気信号を生成する磁気センサとを有する構成を採用してもよい。この場合、前記磁気センサは前記回転軸の軸方向において前記磁石と対向するように設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、磁気センサが磁石に対向するため、磁気センサは磁石からの磁界を受け易くなる。
上記のモータ装置において、前記第１の演算回路と前記第２の演算回路とを接続する冗長用の接続部材を有していることが好ましい。

この構成によれば、冗長用の接続部材は、第１の演算回路と第２の演算回路との間の予備の通信経路として使用することが可能である。このため、接続部材の数を抑えつつも、第１の演算回路と第２の演算回路との間で行われる通信に対する信頼性を確保することが可能となる。

上記のモータ装置において、前記モータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として好適である。

本発明のモータ装置によれば、第１の基板と第２の基板とを接続する接続部材の数をより減らすことができる。

モータ装置の第１の実施の形態を示す斜視図。 図１の２−２線断面図。 第１の実施形態のモータ装置における第１の基板と第２の基板との間の電気信号の受け渡しの状態を示すブロック図。 第２の実施形態のモータ装置における第１の基板と第２の基板との間の電気信号の受け渡しの状態を示すブロック図。 従来のモータ装置における第１の基板と第２の基板との間の電気信号の受け渡しの状態を示すブロック図。

以下、モータ装置の第１の実施形態を説明する。本例のモータ装置は、たとえば電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。
図１に示すように、モータ装置１０は、モータ２１、制御装置１１、およびヒートシンク３０を有する。制御装置１１は第１の基板４０および第２の基板５０を有している。ヒートシンク３０、第１の基板４０および第２の基板５０は、モータ２１の軸方向における端部に設けられている。図１には表れていないが、ヒートシンク３０はモータ２１の軸方向に沿って延びる直方体状をなしている。第１の基板４０および第２の基板５０は、それぞれ矩形の板状に形成されている。第１の基板４０は、モータ２１の軸方向に対して直交する姿勢でヒートシンク３０のモータ２１の軸方向における端部に固定されている。第２の基板５０は、第１の基板４０とモータ２１との間において、モータ２１の軸方向に沿うように設けられている。

また、モータ装置１０は、第１の基板４０および第２の基板５０との間の通信経路として機能する複数のバスバー６０を有している。また、図１および図２に併せ示されるように、モータ装置１０は、バスバモジュール６５を備えている。バスバモジュール６５は、図示しない外部電源と接続される。

図２に示すように、モータ２１は開口部を有する円筒状のモータケース２０、モータケース２０の内周面に嵌合されたステータ２２、ステータ２２の内周に隙間を空けて配置されたロータ２３、およびロータ２３の内周に嵌合された回転軸２４を有している。回転軸２４はロータ２３を貫通している。回転軸２４の第１の端部（図２中の上端部）は、モータケース２０の開口部から突出している。回転軸２４の第２の端部（図２中の下端部）は、モータケース２０の外部に位置している。回転軸２４は、２つのベアリング２５，２６を介して、モータケース２０に対して回転可能に支持されている。回転軸２４の第１の端部には磁石２７が固定されている。

ヒートシンク３０は、図示しないインバータの放熱を促進するために設置される。ヒートシンク３０は、円板状の基部３０ｂ、および直方体状の突出部３０ｃを有している。基部３０ｂは、モータケース２０の内周面に固定されている。突出部３０ｃは、基部３０ｂにおけるロータ２３と反対側の側面の中央に設けられている。突出部３０ｃはモータケース２０の開口部から突出している。ヒートシンク３０は、回転軸２４の軸方向に沿って貫通する挿通部３０ａを有している。挿通部３０ａには回転軸２４が挿通されている。

第１の基板４０は、ヒートシンク３０の突出部３０ｃにおける基部３０ｂと反対側の端部にボルト３１により固定されている。第１の基板４０のモータ２１側の側面には、磁気センサ４１が設けられている。磁気センサ４１は、回転軸２４の軸方向において、磁石２７と対向している。磁気センサ４１は、磁石２７の回転に伴う磁界変化に応じた電気信号（ＳＩＮ信号、ＣＯＳ信号）を生成する。また、第１の基板４０のモータ２１と反対側の側面には、コネクタ４３が設けられている。コネクタ４３は、モータ２１の制御に使用される複数センサなどが接続される。

第２の基板５０は、ヒートシンク３０の側面に対向している。第２の基板５０は、ボルト３１によりヒートシンク３０の側面に固定されている。
複数のバスバー６０は、第１の基板４０における第２の基板５０側の側縁（図２中の左側縁）と、第２の基板５０における第１の基板４０側の側縁（図２中の上側縁）との間を接続している。バスバー６０の第１の端部と第１の基板４０との間、およびバスバー６０の第２の端部と第２の基板５０との間は、それぞれ半田により接続されている。

バスバモジュール６５はヒートシンク３０に固定されている。バスバモジュール６５は、インバータ回路などの回路部品、ならびにインバータ回路とモータ２１のステータ（コイル）との間の給電経路および回路部品同士を接続する電気経路として機能する導体が剛性樹脂材料によりモールドされてなる。回路部品はコンデンサおよびコイル等である。

つぎに、第１の基板４０および第２の基板５０について詳細に説明する。
図３に示すように、第１の基板４０は、第１の演算回路４２を有している。第１の演算回路４２は、トルクセンサ７０により生成される電気信号、磁気センサ４１により生成される電気信号、ＩＧＳＷ８０（イグニッションスイッチ）により生成される電気信号、車速などの情報を示すＣＡＮ９０からの電気信号を、定められた周期で取得する。トルクセンサ７０はステアリングの操作に伴いステアリングシャフトに付与される操舵トルクに応じた電気信号を生成する。トルクセンサ７０は２本の信号経路を介して第１の演算回路４２に接続されている。トルクセンサ７０の２本の信号経路のうち、一方はトルクセンサ７０により生成される電気信号を第１の演算回路４２に伝達するために使用され、他方は一方の信号経路の冗長用として設けられる。磁気センサ４１は４本の信号経路を介して第１の演算回路４２に接続されている。磁気センサ４１の４本の信号経路のうち、２本は磁気センサ４１により生成される電気信号であるＳＩＮ信号およびＣＯＳ信号を第１の演算回路４２に伝達するために使用される。また、他の２本はそれぞれＳＩＮ信号およびＣＯＳ信号を伝達する２本の信号経路の冗長用として設けられる。ＩＧＳＷ８０は１本の信号経路を介して第１の演算回路４２に接続されている。ＩＧＳＷ８０は車両の電源ポジションを切り替える際に操作されるスイッチであって、その操作される位置に応じた電気信号（ＩＧＳＷ−ＯＮ信号、ＩＧＳＷ−ＯＦＦ信号など）を生成する。ＣＡＮ９０は２本の信号経路を介して第１の演算回路４２に接続されている。ＣＡＮ９０の２本の信号経路は第１の演算回路４２を介して、第２の演算回路５１との間で電気信号を互いに送受信するために使用される。

なお、トルクセンサ７０により生成される電気信号、磁気センサ４１により生成される電気信号、およびＩＧＳＷ８０により生成される電気信号は、それぞれアナログ信号である。ＣＡＮ９０を通じて取得される電気信号は、デジタル信号である。

第１の演算回路４２は第２の基板５０との間で通信を行う。通信方式（通信規格）としては、たとえば同期式のシリアル通信の一種である「ＳＰＩ」が採用される。「ＳＰＩ」は、より高速の通信速度が必要とされる用途に好適である。第１の演算回路４２は、トルクセンサ７０などから取り込まれる複数の電気信号を、特定の通信方式（ここではＳＰＩ通信）に対応した電気信号に変換する。

たとえば、第１の演算回路４２は、取得される複数の電気信号のうち、特定の通信方式に対応していない電気信号を当該通信方式に対応する電気信号に変換する。ここでは、トルクセンサ７０により生成される電気信号、磁気センサ４１により生成される電気信号、ＩＧＳＷ８０により生成される電気信号などのアナログ信号をデジタル信号に変換する。

第２の基板５０は、第２の演算回路５１を有している。第２の演算回路５１としては、たとえばマイクロコンピュータが採用される。第２の演算回路５１は、モータ２１を制御するために必要とされる情報を第１の演算回路４２に対して要求するリクエスト信号を生成する。また、第２の演算回路５１は同期信号を生成する。同期信号とは、第１の演算回路４２が電気信号を送信するタイミングと、第１の演算回路４２から送信される電気信号を第２の演算回路５１が受信するタイミングとを同期させるための信号をいう。第２の演算回路５１は、第１の演算回路４２との間で授受される電気信号に基づきモータ２１の駆動を制御する。

第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間は３本のバスバー６０により接続されている。ここでは３本のバスバー６０をバスバー６０ａ，６０ｂ，６０ｃとして区別する。１つ目のバスバー６０ａは、第１の演算回路４２により特定の通信方式用の信号に変換された電気信号を第１の演算回路４２から第２の演算回路５１へ伝達するための経路である。２つ目のバスバー６０ｂは、モータ２１を制御するために必要とされる情報を第２の演算回路５１から第１の演算回路４２へ要求するリクエスト信号を伝達するための経路である。３つ目のバスバー６０ｃは、第２の演算回路５１により生成される同期信号を第２の演算回路５１から第１の演算回路４２へ伝達するための経路である。

つぎに、第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間で行われる電気信号の受け渡しの手順について説明する。
第１の演算回路４２は、複数のセンサなどを通じて取得される電気信号のうち、特定の通信方式（ここでは、ＳＰＩ）に対応していない電気信号を当該通信方式に対応する電気信号に変換する。ここでは、トルクセンサ７０により生成される電気信号、磁気センサ４１により生成される電気信号、ＩＧＳＷ８０により生成される電気信号などのアナログ信号をデジタル信号に変換する。

第２の演算回路５１は、モータ２１の制御を実行する際、第１の演算回路４２に対するリクエスト信号および同期信号を生成し、これらリクエスト信号および同期信号をそれぞれ異なる２本のバスバー６０ｂ，６０ｃを介して第１の演算回路４２へ送信する。

第１の演算回路４２は、第２の演算回路５１からのリクエスト信号を受けて、特定の通信方式に対応する形式に変換された電気信号を、同期信号により規定されるタイミングでバスバー６０ａを介して第２の演算回路５１へ送信する。

第２の演算回路５１は、第１の演算回路４２から送られてくる電気信号に基づきモータ２１の駆動を制御する。
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。

（１）図５に示すように、第１の基板４０として、第１の演算回路４２を割愛した構成を採用することも考えられる。しかし、この場合には、トルクセンサ７０により生成される電気信号、磁気センサ４１により生成される電気信号、ＩＧＳＷ８０により生成される電気信号、およびＣＡＮ９０からの電気信号は、すべて第２の演算回路５１に取り込まれる。このため、トルクセンサ７０が２つのアナログ信号を、磁気センサ４１が４つのアナログ信号を、ＩＧＳＷ８０が１つのアナログ信号生成するものであるとき、第１の基板４０と第２の基板５０との間には合計９本の信号経路としてのバスバー６０が必要となる。なお、ＣＡＮ９０には２つの通信経路が必要とされることを前提としている。

この点、本実施の形態によれば、複数の電気信号が第１の演算回路４２により特定の通信方式に対応する電気信号に変換される。具体的には、複数のアナログ信号がデジタル信号に変換される。このため、通信方式としてシリアル通信を採用する場合、第１の基板４０と第２の基板５０との間において単一の通信経路を共有することができる。したがって、必要とされる信号経路が減少する分、バスバー６０の数も減らすことができる。本実施の形態のように、通信方式としてＳＰＩを採用する場合、通信経路としての３本のバスバー６０を設ければよい。バスバー６０の数が減ることにより、第１の基板４０および第２の基板５０において、バスバー６０の並び方向の幅を短くすることが可能となる。また、このことは、モータ装置１０の体格の小型化にもつながる。

（２）回転軸２４の軸方向において、磁気センサ４１が磁石２７に対向するように第１の基板４０を設けた。このため、磁気センサ４１には、磁石２７から発生する磁界がより適切に付与される。

（３）第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間に、通常使用される３本のバスバー６０に加えて、冗長用のバスバー６１を設けることも可能である。このバスバー６１は、第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間の予備の通信経路として使用することが可能である。このため、バスバーの数を抑えつつも、第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間で行われる通信に対する信頼性を確保することが可能となる。また、冗長用のバスバー６１を使用して、第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間で正常に通信が行われているかどうかを検証することも可能である。

＜第２の実施形態＞
つぎに、モータ装置の第２の実施形態を説明する。尚、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付す。

図４に示すように、第１の演算回路４２は、磁気センサ４１により生成される電気信号およびＩＧＳＷ８０により生成される電気信号のみを特定の通信方式に対応する電気信号に変換する。トルクセンサ７０により生成される電気信号（２つのアナログ信号）、およびＣＡＮ９０を通じて取得される電気信号（２つのデジタル信号）は、それぞれ第１の基板４０を経由して第２の基板５０に直接取り込まれる。

このようにしても、第１の基板４０と第２の基板５０との間を接続するために必要とされるバスバー６０の本数を減らすことができる。たとえば、図５に示される比較例では９本のバスバーが必要であるのに対し、本実施の形態によれば、７本のバスバー６０を設ければよい。

なお、図示は割愛するものの、磁気センサ４１およびトルクセンサ７０は第１の演算回路４２に接続し、ＩＧＳＷ８０およびＣＡＮ９０は第１の演算回路４２を介さず第２の演算回路５１に接続してもよい。また、トルクセンサ７０およびＣＡＮ９０は第１の演算回路４２に接続し、磁気センサ４１およびとＩＧＳＷ８０は第１の演算回路４２を介さず第２の演算回路５１に接続してもよい。また、磁気センサ４１およびＣＡＮ９０は第１の演算回路４２に接続し、トルクセンサ７０およびＩＧＳＷ８０は第１の演算回路４２を介さず第２の演算回路に５１接続してもよい。これらいずれの構成を採用する場合であれ、バスバー６０の本数を減らすことが可能である。

つまり、第１の演算回路４２に接続される信号経路の数が第１の演算回路４２と第２の演算回路５１との間の信号経路であるバスバー６０の本数以上となるようにすればよい。
＜その他の実施形態＞
尚、第１および第２の実施形態は、技術的に矛盾が生じない範囲で以下のように変更してもよい。

・第１および第２の実施の形態において、トルクセンサ７０および磁気センサ４１は、それぞれデジタル信号を生成するタイプのものを採用してもよい。当該構成を第１の実施の形態に適用する場合、第１の演算回路４２に対する信号経路の数をより少なくすることができる。また、当該構成を第２の実施の形態に適用する場合、第１の基板４０と第２の基板５０とを接続するバスバー６０の本数をより減らすことが可能である。

・第１および第２の実施の形態において、第１の基板４０に接続されるセンサの種類および数は、製品仕様などにより適宜変更される。第１の基板４０に設けられるセンサの種類および数についても同様である。

・バスバー６０は、電気信号を伝達できる柔軟性のある導体であるフレキ部材としてもよい。このようにすれば、第１の基板４０と第２の基板５０の配置をバスバー６０の形状または硬さに関わらず変更することが可能である。つまり、設計の自由度をより向上させることができる。

・第１および第２の実施形態において、モータ装置は、電動パワーステアリング装置の駆動源だけでなく、他の車載装置に適用してもよい。また、車両用途に限らない。

１０…モータ装置、１１…制御装置、２０…モータケース、２１…モータ、２２…ステータ、２３…ロータ、２４…回転軸、２５,２６…ベアリング、２７…磁石、３０…ヒートシンク、３１…ボルト、４０…第１の基板、４１…磁気センサ、４２…第１の演算回路、４３…コネクタ、５０…第２の基板、５１…第２の演算回路、６０…通信経路としてのバスバー、６１…冗長用のバスバー、６５…バスバモジュール。

Claims (5)

1. モータと、前記モータを制御する制御装置とが一体的に設けられてなるモータ装置において、
   前記制御装置は、前記モータの制御に使用される物理量を検出する複数センサにより生成される電気信号を同一の通信方式に対応する電気信号に変換する第１の演算回路を備えた第１の基板と、
   前記第１の演算回路より変換された電気信号を使用して前記モータを制御するための信号を演算する第２の演算回路を備えた第２の基板と、
   前記第１の演算回路と前記第２の演算回路との間の通信経路として機能する接続部材とを有し、
   前記第１の基板は前記モータの回転軸と直交するように、前記第２の基板は前記第１の基板と前記モータとの間において前記回転軸の軸方向に沿うように設けられ、前記第１の基板と前記第２の基板のそれぞれの端部が前記接続部材にて接続されているモータ装置。
2. 請求項１に記載のモータ装置において、
   前記同一の通信方式としてシリアル通信方式が採用されることを前提として、
   前記複数センサにより生成される電気信号はアナログ信号を含み、前記第１の演算回路は、前記アナログ信号を、前記通信方式に対応する電気信号としてデジタル信号に変換するモータ装置。
3. 前記モータの回転軸の端部に設けられた磁石と、
   前記第１の基板に設けられて前記磁石の回転に応じた電気信号を生成する磁気センサとを有し、
   前記磁気センサは前記回転軸の軸方向において前記磁石と対向するように設けられている請求項１または請求項２に記載のモータ装置。
4. 前記第１の演算回路と前記第２の演算回路とを接続する冗長用の接続部材を有している請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のモータ装置。
5. 前記モータは、電動パワーステアリング装置の駆動源である請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のモータ装置。

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