JP5862645B2 - 駆動装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、体格を小型化可能な駆動装置を提供することにある。
モータ部は、3相巻線である第1巻線組および第2巻線組が巻回されるステータ、ステータに対して回転可能に設けられるロータ、および、ロータと一体に回転するシャフトを有する。被検出部は、シャフトの一方の端部に設けられる。回転角センサは、被検出部に対向して設けられ、被検出部の磁界の変化を検出してシャフトおよびロータの回転位置を検出する。
ヒートシンクは、第1半導体モジュールおよび第2半導体モジュールが固定されるモジュール保持面を有する。モジュール保持面は、モータ部の被検出部が設けられる側の端部から立ち上がる方向に形成される。
第2系統モータ線は、第2半導体モジュールよりも径方向外側に設けられ、第2巻線組を構成するU2コイル、V2コイルまたはW2コイルのうちのいずれか1つと第2半導体モジュールとを接続する第4モータ線、第5モータ線および第6モータ線から構成される。
第1系統モータ線および第2系統モータ線を同心状に配置することにより、例えば第1系統モータ線および第2系統モータ線を直線状に配置する場合と比較し、円筒形状のスペース内でのレイアウトが容易となるので、駆動装置の体格を小型化することができる。また、例えば略環状に形成されるステータに巻回される第1巻線組および第2巻線組から、第1系統モータ線および第2系統モータ線を容易に引き出すことができる。
また、第1系統モータ線および第2系統モータ線は、点対称に配置される。これにより、第1半導体モジュールと第2半導体モジュールとを同一形状とすることができるので、部品の共通化が可能である。
被検出部に対して対称に配置される第1モータ線と第4モータ線、第2モータ線と第5モータ線、第3モータ線と第6モータ線は、少なくとも2組が異なる相の第1巻線組または第2巻線組に接続される。
さらに、例えば、第1巻線組および第2巻線組に通電される位相に応じた第1系統モータ線および第2系統モータ線の相配置とすることにより、回転角センサの検出誤差を低減することができる。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による駆動装置を図1〜図7に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による駆動装置1は、例えば車両の電動パワーステアリング装置に適用される。図2および図3に示すように、駆動装置1は、モータ部10と、コントロールユニット30と、を備える。本発明の駆動装置1は、コントロールユニット30がモータ部10の軸方向の一側に一体に設けられる機電一体型の駆動装置である。
3相ブラシレスモータであるモータ部10は、第1巻線組110および第2巻線組120の2組の3相巻線組を有する。本実施形態では、第1巻線組110の通電制御に係る構成を第1系統101とし、第2巻線組120の通電制御に係る構成を第2系統102とする。
第1巻線組110は、U1コイル111、V1コイル112およびW1コイル113から構成される。第2巻線組120は、U2コイル121、V2コイル122およびW2コイル123から構成される。
第1半導体モジュール40は、ブリッジ接続される6つのスイッチング素子401〜406を有し、スイッチング素子401〜406のオンオフ作動を制御することにより、第1巻線組110に通電される電流を制御する。第1半導体モジュール40は、第1系統モータ線115を経由して、第1巻線組110と接続される。
チョークコイル52およびコンデンサ53、54は、パワーフィルタを構成し、バッテリ51を共有する他の装置から伝わるノイズや、他の装置へ伝わるノイズを低減する。
図2、図3および図4に示すように、モータ部10は、モータケース11、ステータ12、ロータ14、シャフト15、第1フレーム21、第2フレーム22等を備える。
モータケース11は、例えば鉄等の軟磁性材により、略円筒状に形成される。
ロータ14は、ステータ12と略同軸となるように、ステータ12の径方向内側に回転可能に設けられる。ロータ14は、略円筒状に形成され、外周面にはN極とS極とが交互になるように永久磁石が貼り付けられる。
軸受16、17は、ボールベアリングである。軸受16は、第1フレーム21に固定される。また、軸受17は、モータケース11のコントロールユニット30側に形成される軸受保持部171に固定される。
第2フレーム22は、ヒートシンク35に応じた形状に形成され、モータケース11のコントロールユニット30側に設けられる。第2フレーム22の中心には、開口23が設けられる。これにより、マグネット25は、開口23からコントロールユニット30側に露出する。
図7に示すように、回転角センサ32は、磁束密度によって角度誤差が変化する特性を有している。そのため、許容される角度誤差Eに応じ、回転角センサ32における磁束密度がM1以上M2以下となるように、マグネット25の磁束密度およびマグネット25と回転角センサ32との距離を設定することが望ましい。例えば、回転角センサ32における磁束密度が20[mT]以上50[mT]以下となるようにする。これにより、回転角センサ32による回転角度の検出誤差を低減することができる。
本実施形態では、第1半導体モジュール40と第2半導体モジュール45とは、同一形状に形成される。
また、モータ線131〜136は、マグネット25を中心とする同心円C上に配置される。これにより、略環状に形成されるステータ12に巻回される第1巻線組110および第2巻線組120から、容易にモータ線131〜136を引き出すことができ、製造しやすい。
同様に、モータ線134、135、136のうち、いずれか1つがU2コイル121に接続され、他の1つがV2コイル122に接続され、残りの1つがW2コイル123に接続される。したがって、モータ線134、135、136における相配置の組み合わせは、6通りある。
また、第1系統モータ線115の相配置と第2系統モータ線125の相配置との組み合わせは、36通りとなる。
第1系統101に通電される電流である第1電流I1と、第2系統102に通電される電流である第2電流I2とに位相差がなく、同位相にて通電される場合、例えば、モータ線131をU1コイル111と接続し、モータ線132をV1コイル112と接続し、モータ線133をW1コイル113と接続し、モータ線134をU2コイル121と接続し、モータ線135をV2コイル122と接続し、モータ線136をW2コイル123と接続する、といった具合に、マグネット25を挟んで反対側に配置されるモータ線131とモータ線134、モータ線132とモータ線135、モータ線133とモータ線136とが同相となるように配置する。すなわち、第1系統モータ線115の相配置と、第2系統モータ線125の相配置とが、点対称配置となっている。
モータ部10は、3相巻線である第1巻線組110および第2巻線組120が巻回されるステータ12、ステータ12に対して回転可能に設けられるロータ14、ロータ14と一体に回転するシャフト15を有する。
マグネット25は、シャフト15の一方の端部に設けられる。
回転角センサ32は、マグネット25と対向して設けられ、マグネット25の磁界の変化を検出してシャフト15およびロータ14の回転位置を検出する。
第2半導体モジュール45は、第2巻線組120への通電を切り替えるスイッチング素子451〜456を有する。
ヒートシンク35は、第1半導体モジュール40および第2半導体モジュール45が固定されるモジュール保持面36、37を有する。モジュール保持面36、37は、モータ部10のマグネット25が設けられる側の端部から立ち上がる方向に形成される。
第2系統モータ線125は、第2半導体モジュール45よりも径方向外側に設けられ、第2巻線組120を構成するU2コイル121、V2コイル122またはW2コイル123のうちのいずれか1つと第2半導体モジュール45とを接続する第4モータ線134、第5モータ線135および第6モータ線136から構成される。
第1系統モータ線115において、第2モータ線132の両側に配置される第1モータ線131および第3モータ線133は、第2モータ線に対して非対称に配置される。
同様に、第2系統モータ線125において、第5モータ線135の両側に配置される第4モータ線134および第6モータ線136は、第5モータ線135に対して非対称に配置される。
これにより、6つのスイッチング素子以外の電源リレーやモータリレー等の電子部品が第1半導体モジュール40として一体にモジュール化されているとき、第1半導体モジュール40内の素子配置に応じて形成されるモータ端子41とモータ線131〜133とを容易に接続することができる。
これにより、6つのスイッチング素子以外の電源リレーやモータリレー等の電子部品が第2半導体モジュール45として一体にモジュール化されているとき、第2半導体モジュール45内の素子配置に応じて形成されるモータ端子46とモータ線134〜136とを容易に接続することができる。
そこで本実施形態では、モータ線131〜136に通電される電流位相に応じ、回転角センサ32の検出誤差が小さくなるような相配置とする。
これにより、第1系統モータ線115への通電により生じる磁界と、第2系統モータ線125への通電により生じる磁界とが打ち消し合うため、回転角センサ32の検出誤差を低減することができる。
これにより、位相差通電を行った場合における回転角センサ32の検出誤差を低減することができる。
上記実施形態では、回転角センサは、MR素子である。他の実施形態では、回転角センサは、MR素子に限らず、例えばレゾルバやホールIC等の磁束を検出するセンサに適用できる。また、上記実施形態では、被検出部はマグネットである。他の実施形態では、回転角センサに応じ、回転角センサにてシャフトおよびロータの回転位置を検出可能なものであれば、被検出部には、どのようなものを用いてもよい。
また、上記実施形態では、1つのインバータを構成するスイッチング素子を1つのモジュールとする。他の実施形態では、1つのインバータを構成するスイッチング素子を、複数のモジュールにより構成してもよい。すなわち、第1半導体モジュールおよび第2半導体モジュールを複数のモジュールにより構成してもよい。
また、他の実施形態では、第1モータ線と第4モータ線、第2モータ線と第5モータ線、第3モータ線と第6モータ線のうち、2組が異なる相に接続されていれば、残りの1組は同じ相に接続されていてもよい。また、第1巻線組に通電される電流と第2巻線組に通電される電流の位相によらず、被検出部に対して対称に配置される第1モータ線と第4モータ線、第2モータ線と第5モータ線、第3モータ線と第6モータ線を、異なる相の第1巻線組または第2巻線組に接続してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら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可能である。
10・・・モータ部
25・・・マグネット(被検出部)
32・・・回転角センサ
35・・・ヒートシンク
40・・・第1半導体モジュール
45・・・第2半導体モジュール
115・・・第1系統モータ線
125・・・第2系統モータ線
Claims (7)
- 3相巻線である第1巻線組(110)および第2巻線組(120)が巻回されるステータ(12)、前記ステータに対して回転可能に設けられるロータ(14)、および、前記ロータと一体に回転するシャフト(15)を有するモータ部(10)と、
前記シャフトの一方の端部に設けられる被検出部(25)と、
前記被検出部に対向して設けられ、前記被検出部の磁界の変化を検出して前記シャフトおよび前記ロータの回転位置を検出する回転角センサ(32)と、
前記第1巻線組への通電を切り替えるスイッチング素子(401〜406)を有する第1半導体モジュール(40)と、
前記第2巻線組への通電を切り替えるスイッチング素子(451〜456)を有する第2半導体モジュール(45)と、
前記モータ部の前記被検出部が設けられる側の端部から立ち上がる方向に形成され前記第1半導体モジュールおよび前記第2半導体モジュールが固定されるモジュール保持面(36、37)を有するヒートシンク(35)と、
前記第1半導体モジュールよりも径方向外側に設けられ、前記第1巻線組を構成するU1コイル(111)、V1コイル(112)またはW1コイル(113)のうちのいずれか1つと前記第1半導体モジュールとを接続する第1モータ線(131)、第2モータ線(132)および第3モータ線(133)から構成される第1系統モータ線(115)と、
前記第2半導体モジュールよりも径方向外側に設けられ、前記第2巻線組を構成するU2コイル(121)、V2コイル(122)またはW2コイル(123)のうちのいずれか1つと前記第2半導体モジュールとを接続する第4モータ線(134)、第5モータ線(135)および第6モータ線(136)から構成される第2系統モータ線(125)と、
を備え、
前記第1系統モータ線、および、前記第2系統モータ線は、前記被検出部を中心とする同心円上に点対称に配置され、
前記第1系統モータ線において、前記第2モータ線の両側に配置される前記第1モータ線および前記第3モータ線は、前記第2モータ線に対して非対称に配置され、
前記第2系統モータ線において、前記第5モータ線の両側に配置される前記第4モータ線および前記第6モータ線は、前記第5モータ線に対して非対称に配置され、
前記被検出部に対して対称に配置される前記第1モータ線と前記第4モータ線、前記第2モータ線と前記第5モータ線、前記第3モータ線と前記第6モータ線は、少なくとも2組が異なる相の前記第1巻線組または前記第2巻線組に接続されることを特徴とする駆動装置(1)。 - 前記被検出部に対して対称に配置される前記第1モータ線と前記第4モータ線、前記第2モータ線と前記第5モータ線、前記第3モータ線と前記第6モータ線は、全てが異なる相の前記第1巻線組または前記第2巻線組に接続されることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
- 前記第1モータ線が前記V1コイルに接続され、前記第2モータ線が前記U1コイルに接続され、前記第3モータ線が前記W1コイルに接続され、
前記第4モータ線が前記U2コイルに接続され、前記第5モータ線が前記W2コイルに接続され、前記第6モータ線が前記V2コイルに接続されることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。 - 前記第2モータ線および前記第5モータ線は、前記モジュール保持面の中心を通り当該モジュール保持面に垂直な中心線からずれた位置に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 前記第1巻線組に通電される電流の位相と、前記第2巻線組に通電される電流の位相とは、等しいことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 前記第1巻線組に通電される電流の位相と、前記第2巻線組に通電される電流の位相とは、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駆動装置。
- 前記回転角センサは、磁気抵抗効果素子により構成され、
前記回転角センサにおける磁束密度は、20[mT]以上50[mT]以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の駆動装置。
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