JP5403882B2

JP5403882B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP5403882B2
Application number: JP2007183583A
Authority: JP
Inventors: 茂樹長瀬; 修弘内田; 彰椙本
Original assignee: JTEKT Corp; Koyo Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: JTEKT Corp; Koyo Electronics Industries Co Ltd
Priority date: 2007-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-12
Also published as: JP2009022118A

Description

この発明は、モータ制御装置に関するものである。

多相のモータでは、電力供給源からモータに至るまでの電気抵抗を相間で等しくすることが、モータのトルクリップルを低減させるうえで重要である。
例えば下記特許文献１では、電力供給源とモータとを接続する配線の断面積や長さを調整することにより上記抵抗を相間で等しくすることが提案されている。
特開２００５−３１９９７１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載のような配線の断面積や長さを調整する方法では、モータ制御装置が大型化してしまう場合がある。
すなわち、上記抵抗を相間で等しくする目的で配線の断面積を不必要に大きくしたり配線を不必要に長くしたりする場合、配線の体積が大きくなるので、モータ制御装置が大型化してしまう。

この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、装置の大型化を伴わずに、電力供給源からモータに至るまでの抵抗を相間で等しくすることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、モータ（１８）を駆動するための駆動回路（４３）をモータの複数の端子（５３，５４，５５）のそれぞれに接続する複数の接続部材（４６，４７，４８）を備え、上記複数の接続部材は、円弧状の外側接続部材と、外側接続部材の内側に配置されており、外側接続部材よりも短い内側接続部材とを含み、駆動回路から各端子への接続部材の抵抗が互いに等しくなるように、駆動回路から各端子への接続部材の体積抵抗率を互いに異ならせてある、モータ制御装置（１２）である。各接続部材の断面積は一定であってもよい。

本発明によれば、接続部材の体積抵抗率を調整することで、電力供給源からモータに至るまでの抵抗が相間で等しくされている。具体的には、上記駆動回路から各端子への接続部材の抵抗を互いに等しくするように、駆動回路から各端子への接続部材の体積抵抗率を互いに異ならせることで、電力供給源からモータに至るまでの抵抗が相間で等しくされている。すなわち、上記駆動回路から各端子への接続部材は、相対的に長い外側接続部材と、相対的に短い内側接続部材とを含み、上記外側接続部材の体積抵抗率が、上記内側接続部材の体積抵抗率よりも低くされていることにより、電力供給源からモータに至るまでの抵抗が相間で等しくされている。

本発明によれば、接続部材の断面積を不必要に大きくしたり、接続部材の長さを不必要に長くしたりしなくてもよいので、モータ制御装置の大型化を伴わずに電力供給源からモータに至るまでの抵抗が相間で等しくされる。これにより、トルクリップルを抑制できる。
上記駆動回路から各端子への接続部材のうち、体積抵抗率が互いに異なる接続部材は、互いに異なる材料により形成されていてもよい。

なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備える電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助する操舵補助機構５とを備えている。転舵機構４としては、例えばラックアンドピニオン機構が用いられている。

ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７等を介して機械的に連結されている。ステアリングホイール２の回転は、ステアリングシャフト６および中間軸７等を介して転舵機構４に伝達されるようになっている。また、転舵機構４に伝達された回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換されるようになっている。これにより、転舵輪３が転舵される。

ステアリングシャフト６は、直線状に延びており、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。また、トルクセンサ１１のトルク検出結果は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、ラック軸１４とを含む。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転する。また、ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

操舵補助機構５は、電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝動するための伝動装置としての減速機構１９とを含む。電動モータ１８としては、例えば、三相のブラシレスモータが用いられている。また、減速機構１９としては、例えばウォームギヤなどの食い違い軸歯車機構や、平行軸歯車機構などを用いることができる。本実施形態では、減速機構１９として、ウォームギヤが用いられている。すなわち、減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール２１とを含む。

ウォーム軸２０は、図示しない動力伝達継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６に同行回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が同行回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵され、運転者の操舵が補助されるようになっている。

電動モータ１８は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果や図示しない車速センサからの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。
図２は、操舵補助機構５の図解的な外観図である。図１および図２を参照して、減速機構１９は、図１に示すように、伝動ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。また、ギヤハウジング２２は、図２に示すように、ウォーム軸２０が収容された駆動ギヤ収容部２３と、ウォームホイール２１が収容された従動ギヤ収容部２４とを含む。ステアリングシャフト６は、従動ギヤ収容部２４の挿通孔を挿通している。

一方、電動モータ１８は、カップ状のモータハウジング２５を有している。モータハウジング２５は、円筒状の周壁部２６と、周壁部２６の一端を閉塞する底部２７と、周壁部２６の他端からその径方向外方に向かって張り出した環状のフランジ部２８とを含む。
モータハウジング２５は、制御ハウジング３０を介して、ギヤハウジング２２に取り付けられている。すなわち、ギヤハウジング２２とモータハウジング２５との間には、制御ハウジング３０が介在している。制御ハウジング３０は、電動モータ１８に対して電動モータ１８の軸方向Ｘ１（周壁部２６の軸方向）に隣接している。

ギヤハウジング２２および制御ハウジング３０は、それぞれ、例えばアルミニウム合金等の軽金属で形成されている。これにより、操舵補助機構５が軽量化されている。
図３は、制御ハウジング３０をその上方から見た図解的な斜視図である。図３を参照して、制御ハウジング３０は、一端が開放した概ね四角箱型の部材である。具体的には、制御ハウジング３０は、一端が開放した概ね四角箱型の本体部３１と、本体部３１の底部から本体部３１の開放側に向かって延びる筒状部３２とを含む。本体部３１および筒状部３２は、単一の部材で一体に形成されている。また、筒状部３２の内周は、中空になっている。

本体部３１は、上記底部としての仕切り壁３３と、本体部３１の周壁を構成する概ね四角筒状の外周壁３４と、外周壁３４の一端（図３では上端）からその外方に向かって張り出した環状のフランジ３５とを含む。筒状部３２は、仕切り壁３３の中心部から延設されている。また、外周壁３４は、筒状部３２を取り囲んでいる。外周壁３４と筒状部３２との間には、上述のＥＣＵ１２が収容される収容室Ｓ１が形成されている。

外周壁３４には、後述の電力供給線４４ａ，４４ｂが挿通する挿通孔２９が形成されている。また、仕切り壁３３には、仕切り壁３３をその厚み方向に貫通する貫通孔３７と、仕切り壁３３をその厚み方向に貫通し筒状部３２の内周に連通する図示しない連通孔と、ＥＣＵ１２の一部である後述のパワー基板４２が取り付けられる取付段部３６とが形成されている。

一方、フランジ３５は、外周壁３４の一端に沿う環状部３８と、環状部３８の一部から本体部３１の外方に向かって突出する複数の取付部３９（本実施形態では一対の取付部３９）とを含む。各取付部３９には、当該取付部３９をその厚み方向に貫通する位置決め孔４０が形成されている。図２に示すように、制御ハウジング３０は、位置決め孔４０を挿通する固定ボルト４１によってギヤハウジング２２に固定されている。

図４は、制御ハウジング３０およびＥＣＵ１２の図解的な平面図である。この図４では、制御ハウジング３０の収容室Ｓ１内にＥＣＵ１２が収容されている状態を示している。
図４を参照して、ＥＣＵ１２は、上記パワー基板４２と、複数の電子素子と、マイクロコンピュータ等を含む図示しない制御基板とを含む。パワー基板４２は、例えば平面視において矩形にされており、その表面には、複数のスイッチング素子を含むモータ駆動回路４３が形成されている。スイッチング素子としては、例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等が挙げられる。モータ駆動回路４３は、制御基板上に取り付けられたマイクロコンピュータ等によって制御される。

パワー基板４２は、一対の電力供給線４４ａ，４４ｂ等を介して主電源としてのバッテリ４５に接続されている。また、パワー基板４２は、接続部材としての導電性の複数のバスバー（第１のバスバー４６、第２のバスバー４７、第３のバスバー４８）を介して電動モータ１８に接続されている（図４では、紙面の奥側に電動モータ１８が配置されている。）。バッテリ４５、パワー基板４２および電動モータ１８等によって電気回路が構成されている。バッテリ４５の電力は、パワー基板４２等を介して電動モータ１８に供給されるようになっている。

図５は、バッテリ４５、モータ駆動回路４３および電動モータ１８を含む電気回路図である。図４および図５を参照して、バッテリ４５の正極Ｐには、一方の電力供給線４４ａが接続されている。また、バッテリ４５の負極Ｎには、他方の電力供給線４４ｂが接続されている。図４に示すように、一方の電力供給線４４ａは挿通孔２９（図３参照）を通って収容室Ｓ１内に進入しており、収容室Ｓ１内に配置されたバスバー４９の一端４９ａに接続されている。また、図４に示すように、他方の電力供給線４４ｂは、挿通孔２９を通って収容室Ｓ１内に進入しており、収容室Ｓ１内に配置されたバスバー５０の一端５０ａに接続されている。図示はしないが、バッテリ４５の負極Ｎと他方の電力供給線４４ｂとは、それぞれ、車体（アース）に接続されており、車体を介して互いに接続されている。

バスバー４９の他端４９ｂおよびバスバー５０の他端５０ｂは、それぞれモータ駆動回路４３に接続されている。これにより、パワー基板４２とバッテリ４５とが電気的に接続されている。バッテリ４５の正極Ｐから一方の電力供給線４４ａ等を介してモータ駆動回路４３に至るまでの抵抗と、バッテリ４５の負極Ｎから他方の電力供給線４４ｂ等を介してモータ駆動回路４３に至るまでの抵抗とは、互いに等しくされている。

図４に示すように、バスバー４９，５０は、それぞれ収容室Ｓ１内において筒状部３２の周りで湾曲状に配置されている。本実施形態では、正極側のバスバーであるバスバー４９が湾曲内側に配置されている。また、各電力供給線４４ａ，４４ｂには、バッテリ４５と並列になるように補助電源５１が接続されている。補助電源５１としては、例えばコンデンサや、電気２重層キャパシタ等を用いることができる。補助電源５１を設けることで、バッテリ４５の容量以上の電力を電動モータ１８に供給できるようになっている。補助電源５１の温度は、温度センサ５２によって検出されるようになっている。

温度センサ５２の検出結果は、制御基板（図示せず）に取り付けられたマイクロコンピュータＣ（図５参照）に入力される。マイクロコンピュータＣは、温度センサ５２から入力された検出結果に基づいてモータ駆動回路４３の出力を制限する。これにより、バッテリ４５からの引き出し電流が抑制される。バッテリ４５からの引き出し電流が抑制されることで、補助電源５１の温度が使用可能温度の上限（補助電源５１が電気２重層キャパシタである場合には、例えば７０度程度）を超えないように制御されている。温度センサ５２は、補助電源５１の外部に配置されていてもよく、補助電源５１の内部に配置されていてもよい。

一方、パワー基板４２は、上述のように、第１、第２および第３のバスバー４６，４７，４８を介して電動モータ１８に接続されている。具体的には、第１、第２および第３のバスバー４６，４７，４８のそれぞれの一端がモータ駆動回路４３に接続されており、第１のバスバー４６の他端，第２のバスバー４７の他端および第３のバスバー４８の他端が、それぞれ、電動モータ１８から延びる３つの端子（第１の端子５３、第２の端子５４および第３の端子５５）に接続されている。

図４に示すように、第１、第２および第３の端子５３，５４，５５は、それぞれ貫通孔３７を通って収容室Ｓ１に進入している。第１、第２および第３の端子５３，５４，５５は、図示しない電動モータ１８のコイルに接続されており、それぞれ、電動モータ１８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している。これらの端子５３，５４，５５は、図４に示すように、筒状部３２の周囲で円弧状に並んで配置されている。本実施形態では、パワー基板４２に最も近い第１の端子５３がＵ相に対応し、その次に近い第２の端子５４がＶ相に対応し、パワー基板４２から最も遠い第３の端子５５がＷ相に対応している。

各端子５３，５４，５５とパワー基板４２とは、それぞれ、対応するバスバー４６，４７，４８によって概ね最短距離で接続されている。したがって、各バスバー４６，４７，４８の長さは、概ね必要最低限の長さにされている。これにより、モータ駆動回路４３から各端子５３，５４，５５までの抵抗がそれぞれ抑えられている。また、上述のように、第１、第２および第３の端子５３，５４，５５は円弧状に並んで配置されているので、第１、第２および第３のバスバー４６，４７，４８のそれぞれの長さは、第１のバスバー４６が最も短く、第２のバスバー４７がその次に短く、第３のバスバー４８が最も長くなっている。

第１、第２および第３のバスバー４６，４７，４８の断面積（長手方向に直交する方向の断面積）は、それぞれ等しくされている。また、第１、第２および第３のバスバー４６，４７，４８は、それぞれ、異なる材料によって形成されている。具体的には、各バスバー４６，４７，４８は、それぞれ体積抵抗率が異なる材料によって形成されており、最も長さが短い第１のバスバー４６の体積抵抗率が最も高く、その次に短い第２のバスバー４７の体積抵抗率がその次に高く、最も長い第３のバスバー４８の体積抵抗率が最も低くされている。

本実施形態では、各バスバー４６，４７，４８の断面積が一定であり、且つ、長さがそれぞれ異なるため各バスバー４６，４７，４８を同じ体積抵抗率の材料で形成した場合、モータ駆動回路４３から各端子５３，５４，５５までの抵抗が相間で異なるのだが、各バスバー４６，４７，４８の体積抵抗率をそれぞれ異ならせることにより、上記各端子５３，５４，５５までの抵抗が調整されそれぞれ等しくされている。これにより、バッテリ４５から電動モータ１８に至るまでの抵抗が相間で等しくされ、電動モータ１８のトルクリップルが低減されている。すなわち、バッテリ４５の正極Ｐから一方の電力供給線４４ａ等を介してモータ駆動回路４３に至るまでの抵抗と、バッテリ４５の負極Ｎから他方の電力供給線４４ｂ等を介してモータ駆動回路４３に至るまでの抵抗が互いに等しくされているので、モータ駆動回路４３から各端子５３，５４，５５に至るまでの抵抗をそれぞれ等しくすることにより、バッテリ４５から電動モータ１８に至るまでの抵抗が相間で等しくされている。

各バスバー４６，４７，４８を構成する材料としては、例えば、銅、銀、金、アルミニウム、黄銅などの金属が挙げられる。また、これらの材料の室温における体積抵抗率は、銅が１．７２×１０^-8Ω・ｍ、銀が１．６２×１０^-8Ω・ｍ、金が２．４×１０^-8Ω・ｍ、アルミニウムが２．７５×１０^-8Ω・ｍ、黄銅が５×１０^-8Ω・ｍ〜７×１０^-8Ω・ｍである。

以上のように本実施形態では、各バスバー４６，４７，４８の体積抵抗率をそれぞれ異ならせることで、モータ駆動回路４３から電動モータ１８の各端子５３，５４，５５に至るまでの抵抗がそれぞれ等しくされている。すなわち、上記各端子５３，５４，５５に至るまでの抵抗をそれぞれ等しくすることを目的として、各バスバー４６，４７，４８の断面積を必要以上に大きくしたり、長さを必要以上に長くしたりしなくてもよい。したがって、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２を大型化させずに上記各端子５３，５４，５５に至るまでの抵抗をそれぞれ等しくし、電動モータ１８のトルクリップルを確実に低減することができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、本発明に係るモータ制御装置としてのＥＣＵ１２が電動パワーステアリング装置１に適用された場合について説明したが、電動パワーステアリング装置１以外の装置に本発明に係るモータ制御装置を適用してもよい。

また、上述の実施形態では、電動モータ１８が３相のブラシレスモータである場合について説明したが、電動モータ１８は、例えば、３相以外のブラシレスモータであってもよいし、交流モータ等のその他のモータであってもよい。

本発明の一実施形態に係るモータ制御装置を備える電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。操舵補助機構の図解的な外観図である。制御ハウジングをその上方から見た図解的な斜視図である。制御ハウジングおよびＥＣＵの図解的な平面図である。バッテリ、モータ駆動回路および電動モータを含む電気回路図である。

符号の説明

１２・・・ＥＣＵ（モータ制御装置）、１８・・・電動モータ（モータ）、４３・・・モータ駆動回路（駆動回路）、４６・・・第１のバスバー（接続部材）、４７・・・第２のバスバー（接続部材）、４８・・・第３のバスバー（接続部材）、５３・・・第１の端子（端子）、５４・・・第２の端子（端子）、５５・・・第３の端子（端子）

Claims

モータを駆動するための駆動回路をモータの複数の端子のそれぞれに接続する複数の接続部材を備え、
上記複数の接続部材は、円弧状の外側接続部材と、外側接続部材の内側に配置されており、外側接続部材よりも短い内側接続部材とを含み、
駆動回路から各端子への接続部材の抵抗が互いに等しくなるように、駆動回路から各端子への接続部材の体積抵抗率を互いに異ならせてある、モータ制御装置。
請求項１において、各接続部材の断面積は一定であることを特徴とするモータ制御装置。
請求項１または２において、上記外側接続部材の体積抵抗率が、上記内側接続部材の体積抵抗率よりも低くされていることを特徴とするモータ制御装置。
請求項１〜３において、駆動回路から各端子への接続部材のうち、体積抵抗率が互いに異なる接続部材は、互いに異なる材料により形成されていることを特徴とするモータ制御装置。