JP5518107B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関し、更に詳しくは、ドライバの操舵力をアシストするモータとこのモータを制御する制御装置とを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動パワーステアリング装置は、主にドライバの操舵力をアシストするためのモータと、このモータを制御する制御装置と、モータの出力を減速してステアリングシャフトに伝達するギア部との連結装置と、ドライバの操舵力等を検出するセンサ類とにより構成されている。尚、ギア部を含めて電動パワーステアリング装置と称することもある。

更に、近年あらゆる車両に電動パワーステアリング装置が搭載されるようになっているが、電動パワーステアリング装置の故障によりアシスト機能が停止すると、ドライバがハンドルを回転させることが不可能に近く、車両走行自体が困難となっている。そこで、故障の内容によっては、できる限りアシストを継続する要求が高まっている。その対策の１つとして、モータ、又はモータの固定子巻線を複数個設けると共に、それ等を制御するための駆動回路も複数個備えるようにした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

又、電動パワーステアリング装置の小型化の１つの対策として、モータと制御装置とを一体化した制御装置一体型電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に示された従来の装置は、モータの出力側（以下、フロント側と称する）に、モータの軸心の延びる方向（以下、軸線方向と称する）に制御装置を配置するようにしている。

特開２０１１−３０４０５号公報 特開２００９−２４８８６４号公報

特許文献１に示された従来の電動パワーステアリング装置は、駆動回路としてのインバータ回路を構成する主要部品であるパワーモジュールが、その最大外形寸法の延びる方向をモータの軸線方向に略平行配置（以下、縦置きという）し、又、ヒートシンクも縦置きさている。そのために電動パワーステアリング装置の軸長が長くなるばかりでなく、ヒートシンクの容量が小さく放熱性が悪いという課題があった。更に、コンデンサ他の比較的大型部品がヒートシンクに密集して配置されており、これら大型部品の放熱性にも課題があった。

又、特許文献２に示された従来の電動パワーステアリング装置は、縦置きされたヒートシンクに凹部を設け、その凹部の中にコンデンサ他を配置しているが、ヒートシンクに凹部を設けているためにヒートシンクの容積が低下し、又、その凹部により発熱の大きなパワー素子の配置が制限されるという課題があった。

この発明は、前述のような従来の電動パワーステアリング装置の課題を解決するためになされたもので、軸心方向の長さが短く、放熱性の優れた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明による電動パワーステアリング装置は、
独立した複数個の固定子巻線を備えたモータと、前記複数個の固定子巻線を個別に駆動する複数個の駆動回路を備えた制御装置とを備え、前記制御装置により駆動される前記モータの出力に基づいてドライバの操舵力をアシストするようにした電動パワーステアリング装置であって、
前記制御装置は、前記モータの軸線方向に対して面部が垂直に配置されたヒートシンクと、前記ヒートシンクの面部に対して間隔を介して対向し且つ前記軸線方向に対して垂直に配置された面部を備えた中継部材と、マイクロコンピュータを搭載した制御基板とを有し、
前記複数個の駆動回路は、前記対応する固定子巻線への供給電力を制御するスイッチング素子からなるパワー素子を収納したパワーモジュールと、前記駆動回路の構成部品としての電気的素子とを有し、
前記複数個の駆動回路の各パワーモジュールは、その最大外形寸法の延びる方向が前記軸線方向に対して垂直となるように前記ヒートシンクの面部に前記駆動回路毎に分離して装着され、
前記複数個の駆動回路の各電気的素子は、その最大外形寸法の延びる方向が前記軸線方向に対して垂直となるように前記中継部材の面部に装着され、且つ前記各パワーモジュールの配置に対応して分離して配置されている、ことを特徴とするものである。

この発明によれば、軸心方向の長さを短くすることができるので小型化が図れ、且つ放熱性の優れた電動パワーステアリング装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を示す一部断面図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、中継部材の平面図である。 図３のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から視た断面図である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置に於ける、ヒートシンクの平面図である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置に於ける、中継部材の平面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を示す一部断面図である。図１に於いて、電動パワーステアリング装置１は、主にドライバの操舵力をアシストするためのモータ２と、後述する第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂを冷却するためのヒートシンク５と、モータ２を制御する制御装置６と、モータ２の出力を減速してステアリング軸（図示せず）に伝達するギア部８とから構成されている。モータ２と制御装置６とヒートシンク５とギア部８とは、モータ２の軸心の延びる方向（以下、軸線方向と称する）に順次並置されて一体化されている。

モータ２は、３相デルタ結線された第１の固定子巻線２ａ及び３相デルタ結線された第２の固定子巻線２ｂが巻回された積層鉄心を有するからなる固定子２１と、固定子２１の中央空間内に挿入された回転子２２と、回転子２２の中心部に配設された出力軸２４と、固定子２１と回転子２２と出力軸２４とを内部に収納するヨーク２３と、から構成されている。第１及び第２の固定子巻線２ａ、２ｂは、互いに独立した２個の固定子巻線を形成している。第１の固定子巻線２ａと後述する第１の駆動回路としての第１のインバータ回路５１１ａは、モータ２の第１の制御系統を構成し、第２の固定子巻線２ｂと後述する第２の駆動回路としての第２のインバータ回路５１１ｂは、モータ２の第２の制御系統を構成する。

制御装置６は、マイクロコンピュータ（以下ＣＰＵと称する）３１を搭載した制御基板３と、ヒートシンク５に当接した独立した２個のパワーモジュールである第１のパワーモジュール５１ａ及び第２のパワーモジュール５１ｂと、ヒートシンク５と制御基板３との間に介在しこれ等を所定の間隔を介して対向させる中継部材４と、制御基板５と第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂと中継部材４とを内部に収納するハウジング７と、から構成されている。

前述の第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂは、例えば略扇形に形成されており、その最大外形寸法の延びる方向、つまり主面を構成する表面及び裏面の延びる方向は、モータ２の軸線方向に対して垂直に配置されている。第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの各主面の面積は、外縁部の側面と、内縁部の側面と、外縁部と内縁部とを結ぶ側縁部の側面との、何れの側面の面積よりも大きく形成されている。

第１及び第２の固定子巻線２ａ、２ｂの巻線端２５ａ、２５ｂは、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂへ向かってモータ２の軸線方向に延出している。そして、これ等の巻線端２５ａ、２５ｂは、制御基板３を貫通して中継部材４をガイドとして利用しながら、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの巻線接続端子５２ａ、５２ｂに、夫々接続されている。

尚、第１及び第２の巻線端２５ａ、２５ｂは、制御基板３を貫通せずに制御基板３の周縁部を経由して中継部材４をガイドとして第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの各接続端子５２ａ、５２ｂに接続するようにしても良い。又、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの接続端子５２ａ、５２ｂと、第１及び第２の固定子巻線２ａ、２ｂの各巻線端２５ａ、２５ｂを接続する位置は、図１に示す中継部材４と第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５２ｂとの間のみならず、制御基板３と中継部材４との間、或いは第１及び第２の固定子巻線２ａ、２ｂと制御基板３との間の空間であっても良く、それ等の空間の位置まで各接続端子５２ａ、５２ｂと各巻線端２５ａ、２５ｂを延出することでそれ等の接続を実現することができ、電動パワーステアリング装置１の組立性を考慮してそれ等の接続位置を任意に選択することができる。

制御装置６に於けるＣＰＵ３１は、モータ２へ供給する電流に見合う制御量を演算し、その演算結果に基づいた制御信号を出力する。ＣＰＵ３１から出力された制御信号は、第１の制御端子５３ａ及び第２の制御端子５３ｂを介して第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂへ夫々伝達される。又、後述するように、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂから各接続端子５３ａ、５３ｂを介してＣＰＵ３１へモータ２の端子電圧、電流等が伝達され、ＣＰＵ３１に於いてそれ等をモニタするように構成されている。

ヒートシンク５は、モータに対してその軸線方向に配置されると共に、モータの軸線方向に対して垂直方向に延びる主面を備えている。ヒートシンク５の軸線方向の一端面（図１の上側の端面）側に、ハンドル又はタイヤにモータ２からのアシストトルクを伝達するギア部８が密着して固定され、軸線方向の他端面（図１の下側の端面）側の平面に、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの主面が密着して固定されている。

第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの動作により発生する熱は、ヒートシンク５を介して放熱されると共に、ヒートシンク５を介してギア部８へも伝達されて放熱される。そのため、ヒートシンク５は、放熱性のよい材料、例えばアルミニユーム製とするのが望ましい。ヒートシンク５の中央部には、ベアリング８１が固定されている。このベアリング８１は、モータ２の出力軸２４を回動自在に支持すると共に出力軸２４の軸心の位置決めの役目を担っている。

中継部材４には、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂをヒートシンク５に密着させるための第１の突起４１ａ、及び第２の突起４１ｂが、夫々第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂに対応して設けられている。これ等の第１及び第２の突起４１ａ、４１ｂは、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂをヒートシンク５側に押圧することで、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂをヒートシンク５に密着させる。

次に、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を、電気回路的な視野で説明する。図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の回路構成図である。図２に於いて、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置１は、ドライバの操舵力をアシストする駆動力を発生するモータ２と、第１の駆動回路としての第１のインバータ回路５１１ａと、第２の駆動回路としての第２のインバータ回路５１１ｂと、制御基板３に搭載されたＣＰＵ３１と、車両に搭載された電源としてのバッテリ１２と、バッテリ１２から第１のインバータ回路５１１ａへの電力の供給を制御する電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴと称する）により構成された第１のリレー５４ａと、バッテリ１２から第２のインバータ回路５１１ｂへの電力の供給を制御するＦＥＴにより構成された第２のリレー５４ｂと、ドライバの操舵トルクや車速等を検出するセンサ類１１とを備えている。２５ａ、２５ｂは、図１に於いて述べた第１及び第２の固定子巻線２ａ、２ｂの巻線端である。

第１のインバータ回路５１１ａは、第１のパワーモジュール５１ａに内蔵されており、ＦＥＴからなる６個のパワー素子としてのスイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ３ａ、Ｔ４ａ、Ｔ５ａ、Ｔ６ａと、３個のシャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａと、３個の平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａとにより構成されている。６個のスイッチング素子のうち、スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ３ａ、Ｔ５ａは、三相ブリッジ回路のＵ相上アーム、Ｖ相上アーム、Ｗ相上アームに夫々挿入され、スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａは、三相ブリッジ回路のＵ相下アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相下アームに夫々挿入されている。

後述のモータ電流検出のために設けられたシャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａは、スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａと車両のグランドレベルとの間に夫々接続されている。スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ３ａ、Ｔ５ａの共通接続部と車両のグランドレベルとの間に接続された平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａは、第１のインバータ回路５１１ａに供給される電源電圧を平滑化するために設けられている。

スイッチング素子Ｔ１ａとスイッチング素子Ｔ２ａとの直列接続部であるＵ相交流端子は、モータ２の第１の固定子巻線２ａのＵ相端子に接続され、スイッチング素子Ｔ３ａとスイッチング素子Ｔ４ａとの直列接続部であるＶ相交流端子は、第１の固定子巻線２ａのＶ相端子に接続され、スイッチング素子Ｔ５ａとスイッチング素子Ｔ６ａとの直列接続部であるＷ相交流端子は、第１の固定子巻線２ａのＷ相端子に接続されている。

スイッチング素子Ｔ１ａ、Ｔ３ａ、Ｔ５ａにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の上アームの一端は、相互に共通接続されて第１のインバータ回路５１１ａの正極側直流端子を構成し、第１のリレー５４ａ、及び他の装置へのノイズ流出防止のためのチョークコイル１３を介して、バッテリ１２の正極側端子に接続される。一方、スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の下アームの一端は、第１のインバータ回路５１１ａの負極側直流端子を構成し、夫々シャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａを介して車両のグランドレベルに接続されている。

第２のインバータ回路５１１ｂは、第２のパワーモジュール５１ｂに内蔵されており、ＦＥＴから成る６個のパワー素子としてのスイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ５ｂ、Ｔ６ｂと、３個のシャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂと、３個の平滑コンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂとにより構成されている。６個のスイッチング素子のうち、スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ５ｂは、三相ブリッジ回路のＵ相上アーム、Ｖ相上アーム、Ｗ相上アームに夫々挿入され、スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂは、三相ブリッジ回路のＵ相下アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相下アームに夫々挿入されている。

モータ電流検出のために設けられたシャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂは、スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂと車両のグランドレベルとの間に夫々接続されている。スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ５ｂの共通接続部と車両のグランドレベルとの間に接続された平滑コンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂは、第２のインバータ回路５１１ｂに供給される電源電圧を平滑化するために設けられている。

スイッチング素子Ｔ１ｂとスイッチング素子Ｔ２ｂとの直列接続部であるＵ相交流端子は、モータ２の第２の固定子巻線２ｂのＵ相端子に接続され、スイッチング素子Ｔ３ｂとスイッチング素子Ｔ４ｂとの直列接続部であるＶ相交流端子は、第２の固定子巻線２ｂのＶ相端子に接続され、スイッチング素子Ｔ５ｂとスイッチング素子Ｔ６ｂとの直列接続部であるＷ相交流端子は、第２の固定子巻線２ｂのＷ相端子に接続されている。

スイッチング素子Ｔ１ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ５ｂにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の上アームの一端は、相互に共通接続されて第２のインバータ回路５１１ｂの正極側直流端子を構成し、第２のリレー５４ｂ、及びチョークコイル１３を介して、バッテリ１２の正極側端子に接続される。一方、スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂにより夫々構成された三相ブリッジ回路の各相の下アームの一端は、第２のインバータ回路５１１ｂの負極側直流端子を構成し、夫々シャント抵抗シャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂを介して車両のグランドレベルに接続されている。

制御基板３に搭載されたＣＰＵ３１は、車両に搭載されたセンサ類１１からの情報によりモータ２を駆動する目標電流値に相当する制御量を演算し、その演算した制御量を、ライン３２を介して第１及び第２のインバータ回路５１１ａ、５１１ｂの各スイッチング素子のゲートに与え、これ等のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。

モータ２は、第１のインバータ回路５１１ａ、及び第２のインバータ回路５１１ｂによりＰＷＭ制御された三相交流電力により駆動され、所望のアシストトルクを発生して前述のギア部８を介してステアリング軸（図示せず）に加える。ＣＰＵ３１により演算された目標電流制御量は、第１のインバータ回路５１１ａと第２のインバータ回路５１１ｂに振り分けられ、第１の固定子巻線２ａと第２の固定子巻線２ｂとで電流量を分担する。この分担割合は任意に設定可能である。

第１のインバータ回路５１１ａのＵ相交流端子、Ｖ相交流端子、及びＷ相交流端子から取り出された第１の固定子巻線２ａのＵ相端子電圧Ｍｕａ、Ｖ相端子電圧Ｍｖａ、Ｗ相端子電圧Ｍｗａは、夫々、信号ライン３３を介してＣＰＵ３１へ入力される。又、第１のインバータ回路５１１ａの各シャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａと各スイッチング素子Ｔ２ａ、Ｔ４ａ、Ｔ６ａとの接続部から取り出された、第１の固定子巻線２ａに流れるＵ相モータ電流Ｉｕａ、Ｖ相モータ電流Ｉｖａ、Ｗ相モータ電流Ｉｗａは、信号ライン３３を介してＣＰＵ３１へ入力される。

同様に、第２のインバータ回路５１１ｂのＵ相交流端子、Ｖ相交流端子、及びＷ相交流端子から取り出された第２の固定子巻線２ｂのＵ相端子電圧Ｍｕｂ、Ｖ相端子電圧Ｍｖｂ、Ｗ相端子電圧Ｍｗｂは、夫々、信号ライン３３を介してＣＰＵ３１へ入力される。又、第２のインバータ回路５１１ｂの各シャント抵抗Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂと各スイッチング素子Ｔ２ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ６ｂとの接続部から取り出された、第２の固定子巻線２ｂに流れるＵ相モータ電流Ｉｕｂ、Ｖ相モータ電流Ｉｖｂ、Ｗ相モータ電流Ｉｗｂは、信号ライン３３を介してＣＰＵ３１へ入力される。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於いて、ＣＰＵ３１からの出力に基づいて、例えば所定の分担量に基づいて、第１の固定子巻線２ａと第２の固定子巻線２ｂの電流量を制御し、所望のアシストトルクをモータ２に発生させる。即ち、ＣＰＵ３１は、前述したようにセンサ類１１から入力されるドライバによる操舵トルクと車速等の情報に基づいて、モータ２の目標電流制御量を算出し、その算出した目標電流制御量に対する前述の分担量に対応したゲート信号を、信号ライン３２を介して第１のインバータ回路５１１ａの各スイッチング素子のゲートに与え、これ等のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。同様に、前述の算出した目標電流制御量に対する前述の分担量に対応したゲート信号を、信号ライン３２を介して第２のインバータ回路５１１ｂの各スイッチング素子のゲートに与え、これ等のスイッチング素子をＰＷＭ制御する。

このようにして駆動されるモータ２は、運転者の操舵トルクと車速に対応したアシストトルクを発生して出力軸２４からギア部８を介してステアリング軸に加えられる。

尚、ＣＰＵ３１からの指令により第１及び第２のリレー５４ａ、５４ｂの開閉を制御し、第１のインバータ回路５１１ａ、又は第２のインバータ回路５１１ｂのうちの何れか一方のみを選択してモータ２を駆動するようにし、他方の系統を休止状態とすることも可能である。

次に、中継部材４について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、中継部材の平面図、図４は、図３のＡ−Ａ線に沿って矢印方向から視た断面図である。図１、図３、及び図４に於いて、中継部材４は、図３に良く示されているように略円形をなし、全体が絶縁性樹脂により構成されている。

前述の第１及び第２の突起４１ａ、４１ｂは、夫々３個ずつ設けられ、第１の突起４１ａは、中継部材４の中心に対して図３、図４の左側に相互に間隔を介して縦に配列して設けられ、第２の突起４１ｂは、中継部材４の中心に対して図３、図４の右側に相互に間隔を介して縦に整列して設けられている。中継部材４の軸線方向の両端面に相当する両側の面部には、夫々軸線方向に突出する複数個の脚部４２が設けられている。これ等の脚部４２のうち、中継部材４に於ける制御基板３側の面部に設けられた４個の脚部４２には、更に軸線方向に延びる円筒部４２１が形成されており、これ等の円筒部４２１が制御基板３に設けられた穴に挿入され、制御基板３の位置決めと支持を行なう。

中継部材４には、第１のパワーモジュール５１ａに接続される複数の第１の導電体４８ａと、第２のパワーモジュール５１ｂに接続される複数の第２の導電体４８ｂとが埋設されている。中継部材４に埋設された複数の第１の導電体４８ａの一部分は、中継部材４の切欠部から露出して第１のパワーモジュール５１ａに接続される複数の第１の電源端子４６ａとなる。同様に、中継部材４に埋設された複数の第２の導電体４８ｂの一部分は、中継部材４の切欠部から一部分が露出して第２のパワーモジュール５１ｂに接続される複数の第２の電源端子４６ｂとなる。中継部材４に埋設された複数の第１の導体４８ａと複数の第２の導電体４８ｂは、夫々、バッテリ等の電源に接続される電源ラインと車両のグランドレベルに接続されるグランドラインとなる。

中継部材４の中央部に設けられた中心穴４０２は、モータ２の出力軸２４により貫通され、その中心穴４０２の周囲にはガイド部４３が形成されている。このガイド部４３には軸線方向に貫通する第１及び第２の小穴４９ａ、４９ｂが複数個ずつ設けられている。これ等の小穴４９ａ、４９ｂには、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂからの導体ピンが挿入される。又、巻線端２５ａ、２５ｂが貫通する複数の矩形穴４５ａ、４５ｂを夫々備えたガイド部としての第１及び第２の衝立状ガイド４４ａ、４４ｂが中継部材４の両端縁部に夫々設けられている。前述の矩形状の穴４５ａ、４５ｂは、３個ずつ設けられており、これ等の矩形穴４５ａ、４５ｂに巻線端２５ａ、２５ｂを夫々貫通させることにより、巻線端２５ａ、２５ｂに対するガイドと位置決めが行なわれるように構成されている。

更に、中継部材４の一部には、車両からの電気配線、例えばセンサ信号、電源、グランドラインを導く複数個の導体ピン４７が軸線方向に突出するように設けられている。

前述の第１のインバータ回路５１１ａの平滑コンデンサＣ２ａ、Ｃ３ａは、中継部材４の中心部に対して図３の左側上部に並置されて中継部材４に実装され、平滑コンデンサＣ１ａは、中継部材４の中心部に対して図３の左側下部に配置され中継部材４に実装されている。第２のインバータ回路５１１ｂの平滑コンデンサＣ２ｂ、Ｃ３ｂは、中継部材４の中心部に対して図３の右側上部に並置され中継部材４に実装されると共に、平滑コンデンサＣ１ｂは、中継部材４の中心部に対して図３の右側下部に配置されて中継部材４に実装されている。

チョークコイル１３は、環状鉄心１３１の周面に導体を巻回（図３には、巻回の一部分のみを示している）して構成されており、中継部材４の中心部に対して図３の下部に実装されている。

又、チョークコイル１３、及び、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂから、夫々リード線が延出されている。これ等のリード線は、曲げられて中継部材４に設けられた穴に挿入され、その穴から露出している第１及び第２の導電体４８ａ、４８ｂに電気的に接続されている。

図１、図３、及び図４から明らかなように、各平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、及びチョークコイル１３は、中継部材４の反ヒートシンク側の面部に実装されており、後述するようにヒートシンク５に固定された第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１が発生する熱の影響を受け難く、熱的に有利な配置となっている。

チョークコイル１３は、回路上の配置位置の関係から、第１及び第２の電源端子４６ａ、４６ｂの近傍に配置される。一方、各平滑コンデンサは、所属する第１及び第２のインバータ回路５１１ａ、５１１ｂ毎に分離して配置され、且つ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の平滑コンデンサは夫々を離間して配置されている。

尚、各系統の平滑コンデンサがほぼ同様な形態で対称的に配置されていることを、平滑コンデンサの均等配置と称するが、この均等配置は、中継部材４に対して線対称、点対称のみに限定されるものではなく、他の均等配置としてもよいことは勿論である。

図４に示すように、中継部材４の反ヒートシンク側の面部には、大型部品である各平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、及びチョークコイル１３を固定するために、多数の支柱４０１が軸線方向に延びるように設けられている。各平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、及びチョークコイル１３は、これ等の支柱４０１に挟まれて配置されることで、固定並びに位置決めされている。

尚、平滑コンデンサは、３個ずつを１組として、前述の配置形態とは別の配置形態としてもよい。更に、平滑コンデンサがより小型に構成されていれば、その配置方法は無数に存在するが、第１のインバータ回路５１１ａに属する平滑コンデンサと第２のインバータ回路５１１ｂに属する平滑コンデンサとは、均等配置とすることが望まれる。例えば出力軸２４を中心とする対称配置、若しくは中継部材４の中央に対する対称配置とすれば、重心的観点及び配線の容易性の観点からも望ましいものとなる。

又、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、及びチョークコイル１３は、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂに比べ発熱は少ないものの、やはり発熱するので、ヒートシンク５から離れた位置に夫々を均等に配置することが望ましい。図３及び図４に示すように、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、及びチョークコイル１３は、中継部材４の表面に対して、モータの軸線方向に対して略垂直に配置（以下、この配置を、横置きと称する）されており、従って、中継部材４の軸線方向に突出する各平滑コンデンサ及びチョークコイルの高さ方向の寸法を短くすることができ、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂと制御基板３との距離も短くすることができる。つまり、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ、及びチョークコイル１３は、縦横の寸法のうち小さい方を軸線方向に向けるように配置するのがよい。

更に、前述では中継部材４と制御基板３の間に、電気的素子である平滑コンデンサとチョークコイルを配置したが、全ての平滑コンデンサとチョークコイルを中継部材４とヒートシンク５との間に配置してもよい。但し、この場合は、各パワーモジュール５１ａ、５１ｂの発熱を考慮し、平滑コンデンサとチョークコイルとの間に適当な空間を設けるように配置することが望ましい。或いは、平滑コンデンサの一部とチョークコイルを中継部材４と制御基板３との間に配置し、残りの平滑コンデンサを中継部材４とヒートシンク５との間に配置するようにした分散配置とすることも可能である。

各シャント抵抗Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａ、Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂは、それらの高さ方向寸法つまり最大外形寸法が、平滑コンデンサ及びチョークコイルの高さ方向寸法つまり最大外形寸法より小さいので、配線を考慮した上で中継部材４の何れの表面に実装しても良い。

次に、発熱の大きなパワー素子である前述のスイッチング素子を内蔵した第１及び第２のパワーモシュール５１ａ、５１ｂ等の配置について説明する。図１は、ヒートシンク５の前述の他端面（図１の下側の端面）側の平面に、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂが密着して固定されている状態を示している。

ヒートシンク５には、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの他に、前述の第１及び第２のリレー５４ａ、５４ｂが搭載されているが、図１には図示されていない。第１及び第２のパワーモシュール５１ａ、５１ｂと、第１及び第２のリレー５４ａ、５４ｂは、大電流を流すことにより発熱量が大きく、放熱効果を大きくしないと大電流を流すことはできない。制御装置６全体は、モータ２の図１に於ける上部に配置され、制御装置６を構成する各部品がモータ２に一体に固定されており、更に、略円形をなしたヒートシンク５は、制御装置６のハウジング７に固定されている。

第１のパワーモジュール５１ａと第２のパワーモジュール５１ｂは、ヒートシンク５の平面のほぼ全面に、中心を挟んで両側に均等に配置されている。そして、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂは、ヒートシンク５との接触面積を大きくするためにヒートシンク５の外形形状に沿うように略扇形をなしている。電子リレーとしての第１及び第２のリレー５４ａ、５４ｂは、樹脂モールド部材により長方形、又は略扇形にモールドされ、夫々略扇形に形成された第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの間に配置され、ヒートシンク５の他端面（図１の下側の端面）側の平面に密着して固定されている。

尚、ＦＥＴからなる６個ずつのスイッチング素子Ｔ１ａ〜Ｔ６ａ、Ｔ１ｂ〜Ｔ６ｂを、夫々１つのパッケージに内蔵して第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂを形成した場合について説明したが、これに限らず、パワーモジュールに内蔵する回路は種々の形態をとり得る。

図１に示すように、制御装置６は、モータ２の軸線方向に、モータ２とギア部８との間に配置され、制御装置６の中央にはモータ２の出力軸２４が貫通している。このように構成された電動パワーステアリング装置１の組立て順は、先ず、中継部材４と第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂを重ね、更にその上に制御基板３を積み重ねて制御装置６を組付け、この制御装置６をモータ２の軸心方向に組合せて後、ハウジング７、及びヒートシンク５を組付け、最後にギア部８を一体化する順序となる。

或いは、別の組立て順序として、先ず、モータ２の上に制御基板３と、中継部材４と、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂを順次積み重ね、次に、ハウジング７と、ヒートシンク５とを装着し、最後に、ギア部８を組付けるようにすることも可能である。更には、ハウジング７が複数に分割されている場合、ヒートシンク５の上部に（図１ではヒートシンクの下部）第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂを搭載し、次に、中継部材４と、制御基板３とを組み上げてモータ２と接続した後、ハウジング７と、ギア部８とを組付けるようにしてもよい。

以上のように、制御装置６は、ヒートシンク５、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂ、中継部材４、及び制御基板３との積層構造としており、最も発熱の大きな各パワーモジュール５１ａ、５１ｂをヒートシンク５に密着させている。従って、各パワーモジュール５１ａ、５１ｂが発生する熱をヒートシンク５からギア部８側へ伝導させることができ、放熱性に優れる。又、比較的大きな電気的素子である平滑コンデンサ及びチョークコイルを中継部材４に配置し、その間に空間を設けることにより、放熱性を向上させ、前述のように各部位を順々に組付けることができ、組付け性も向上する効果を奏する。

尚、前述の説明では、制御装置６をモータ２の出力側であるフロント側に搭載した場合を示したが、モータ２の反フロント側、つまりモータ２のリア側に制御装置６を搭載してもよく、この形態であれば、ヒートシンク、中継部材、制御基板にモータ出力軸用の穴を設ける必要がなく、各部品の面積を有効に利用できるものであり、大型部品の電気的素子の配置にもさらに自由度が広がる。尚、この形態の場合も中継部材に平滑コンデンサ等の電気的素子を前述と同様に横置きに均等配置する。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置によれば、制御装置をモータのフロント側若しくはリア側の何れに配置した場合であっても、平滑コンデンサ等の大型部品である電気的素子は、パワーモジュールから離れた中継部材に横置きすることにより、出力軸方向の長さを短くでき、ひいては装置の小型化を図ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置について説明する。図５は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置に於ける、ヒートシンクの平面図である。図５に於いて、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂは、円形のヒートシンク５の中心から図の左右に対称的に均等に配置されている。

又、第１及び第２のリレー５４ａ、５４ｂは、第１及び第２のパワーモジュール５１a
、５１ｂの間でヒートシンク５に配置されている。尚、ここでは各パワーモジュール５１a、５１ｂは、２個の部品として示しているが、多数、例えば、１つのインバータ回路で
３個以上のパワーモジュールとして構成してもよく、その場合であってもそれ等のパワーモジュールは、各系統について図５の第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの位置の範囲へ、夫々が離間して均等に配置される。

図６は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置に於ける、中継部材の平面図であって、ヒートシンク５に於ける第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの配置が前述の図５に示す配置の場合に用いられる中継部材を示している。又、図６に於いて、実線Ｙの左側と右側とでは、電気的素子としての平滑コンデンサ及びチョークコイルの異なる配置を示している。

図６に於いて、チョークコイル１３は、中継部材４の外縁部の２箇所に設けられている第１及び第２の衝立状ガイド４４ａ、４４ｂから遠い位置に配置されている。第１及び第２の衝立状ガイド４４ａ、４４ｂが設けられている位置に対応する中継部材４の反対側の面部に対向して、図５に示すように第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂがヒートシンク５の平面に配置されているため、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、及びＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂは、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ及び５１ｂの配置付近に対向して図６の実線Ｙの右側若しくは左側のように配置され、系統毎に離間して配置されている。

図６の実線Ｙの左側の配置を採用する場合は、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、及びＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂは、横置きで、且つ中継部材４の中心部に対して夫々放射線状に配置される。図６の実線Ｙの右側の配置を採用する場合は、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、及びＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂは、横置きで、且つ図６の水平方向に夫々平行に配置される。

以上のように、第１及び第２のパワーモジュール５１ａ、５１ｂの配置位置に対応して夫々３個ずつの平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、及びＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂを、各系統毎に均等配置し、更に、平滑コンデンサ相互は離間して配置されている。その他の電気的素子であるチョークコイル１３は、図６に示すように平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａと、平滑コンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂとの間に配置されている。実線Ｙの左右何れの配置であっても、チョークコイル１３と、平滑コンデンサＣ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａと、平滑コンデンサＣ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂとは、中継部材４に均等配置されている。

尚、その他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

以上述べたように、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置によれば、各パワーモジュールが固定子巻線に対して離間して配置され、これに対応して中継部材に電気的素子である平滑コンデンサ、チョークコイルも相互に離間して均等配置されることにより、制御装置の中の狭い空間を有効的に利用でき、又、軸線方向の寸法を小さくすることができる。

尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、各実施の形態を自由に組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 電動パワーステアリング装置 ２ モータ
２ａ 第１の固定子巻線 ２ｂ 第２の固定子巻線
２１ 固定子 ２２ 回転子
２５ａ 第１の巻線端 ２５ｂ 第２の巻線端
３ 制御基板 ３１ ＣＰＵ
４ 中継部材 １１ センサ類
４１ａ 第１の突起 ４１ｂ 第２の突起
４２ 脚部 ４２１ 脚部の円筒部
４３ ガイド部 ４４ａ 第１の衝立状ガイド
４４ｂ 第２の衝立状ガイド ４５ａ 第１の矩形穴
４５ｂ 第２の矩形穴 ４６ａ 第１の電源端子
４６ｂ 第２の電源端子 ４７ 導体ピン
４８ａ 第１の導体 ４８ｂ 第２の導体
４９ａ 第１の小穴 ４９ｂ 第２の小穴
５ ヒートシンク ５１ａ 第１のパワーモジュール
５１ｂ 第２のパワーモジュール ５２ａ、５２ｂ 巻線接続端子
６ 制御装置 ７ ハウジング
８ ギア部 ８１ ベアリング
Ｔ１ａ、Ｔ２ａ、Ｔ３ａ、Ｔ４ａ、Ｔ５ａ、Ｔ６ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ２ｂ、Ｔ３ｂ、Ｔ４ｂ、Ｔ５ｂ、Ｔ６ｂ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ スイッチング素子
Ｒｕａ、Ｒｖａ、Ｒｗａ、Ｒｕｂ、Ｒｖｂ、Ｒｗｂ、Ｒ シャント抵抗
Ｃ１ａ、Ｃ２ａ、Ｃ３ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂ、Ｃ３ｂ 平滑コンデンサ
１２ バッテリ １３ チョークコイル
５４ａ 第１のリレー ５４ｂ 第２のリレー
４０１ 支柱

Claims (12)

1. 独立した複数個の固定子巻線を備えたモータと、前記複数個の固定子巻線を個別に駆動する複数個の駆動回路を備えた制御装置とを備え、前記制御装置により駆動される前記モータの出力に基づいてドライバの操舵力をアシストするようにした電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御装置は、前記モータの軸線方向に対して面部が垂直に配置されたヒートシンクと、前記ヒートシンクの面部に対して間隔を介して対向し且つ前記軸線方向に対して垂直に配置された面部を備えた中継部材と、マイクロコンピュータを搭載した制御基板とを有し、
   前記複数個の駆動回路は、対応する前記固定子巻線への供給電力を制御するスイッチング素子からなるパワー素子を収納したパワーモジュールと、前記駆動回路の構成部品としての電気的素子とを有し、
   前記複数個の駆動回路の各パワーモジュールは、その最大外形寸法の延びる方向が前記軸線方向に対して垂直となるように前記ヒートシンクの面部に前記駆動回路毎に分離して装着され、
   前記複数個の駆動回路の各電気的素子は、その最大外形寸法の延びる方向が前記軸線方向に対して垂直となるように前記中継部材の面部に装着され、且つ前記各パワーモジュールの配置に対応して分離して配置されている、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記複数個の駆動回路の各パワーモジュールは、前記ヒートシンクの前記中継部材に対向する側の面部に対称的に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記電気的素子は、前記中継部材の前記制御基板に対向する側の面部に対称的に装着されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリグ装置。
4. 前記電気的素子は、前記中継部材の前記ヒートシンクに対向する側の面部に対称的に装着されている、
   ことを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリグ装置。
5. 前記制御装置は、前記複数個の駆動回路と電源との間に接続されるリレーとコイルとを有し、
   前記リレーと前記コイルは、それ等の最大外形寸法の延びる方向が前記軸線方向に対して垂直となる方向に装着され、少なくとも前記コイルは前記中継部材の前記面部に保持されて装着されている、
   ことを特徴とする請求項２から４のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記複数個の固定子巻線は、各固定子巻線毎に分離して導出された巻線端を備え、 前記各固定子巻線の巻線端は、前記軸線方向に延出されて対応する前記パワーモジュールの巻線接続端子に接続されている、
   ことを特徴とする請求項２から５のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記各駆動回路の電気的素子は、複数個のコンデンサを少なくとも含み、
   前記コンデンサは、その属する前記駆動回路毎に分離して対称的に配置されている、
   ことを特徴とする請求項２から６うちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記モータと前記制御装置は、前記軸線方向に一体に固定されている、
   ことを特徴とする請求項２から７のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記制御装置は、前記モータの出力側に固定されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記制御装置は、前記モータの反出力側に固定されている、
    ことを特徴とする請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記モータの出力を減速してステアリング軸に伝達するギア部を備え、
    前記モータと前記制御装置と前記ギア部は、前記軸線方向に並置されて一体に固定され、
    前記制御装置は、前記モータと前記ギア部との間に配置され、前記ヒートシンクは前記制御装置と前記ギア部との仕切り壁をなす、
    ことを特徴とする請求項２から９のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記モータの出力を減速してステアリング軸に伝達するギア部を備え、
    前記制御装置と前記モータと前記ギア部は、前記軸線方向に並置されて一体に固定され、
    前記モータは、前記制御装置と前記ギア部との間に配置され、前記ヒートシンクは前記制御装置と前記モータとの仕切り壁をなす、
    ことを特徴とする請求項２から８、１０のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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