JP5967069B2 - 電子制御ユニット、電動パワーステアリング装置及び車両 - Google Patents
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特許文献1において、電子制御ユニットは、複数のスイッチング素子からなるインバータ回路を搭載したパワーモジュールと、パワーモジュールの出力電流を制御する制御モジュールと、バッテリから電力が供給される電力端子台が設けられたDC導体モジュールと、電動モータへ電力を供給するモータ端子台が設けられたAC導体モジュールとを備えている。制御モジュールとパワーモジュールは一方向に所定の間隔をおいて互いに対向して配置され、これらの間にDC導体モジュールとAC導体モジュールとが配置されている。また、電子制御ユニットは、パワーモジュールと制御モジュールとを電気的に接続するための信号入力用リードフレームと、パワーモジュールとDC導体モジュールとを電気的に接続するためのDC用パワーリードフレームと、パワーモジュールとDC導体モジュールとを電気的に接続するためのAC用パワーリードフレームとを備えている。そして、これらの各部品は、矩形状の筐体に収納されている。
そこで、特許文献1の電子制御ユニットでは、信号用リードフレーム、DC用パワーリードフレーム、AC用パワーリードフレームなどを用いて各モジュール間を電気的に接続しているため、部品点数が多い。
そこで、本発明者は、電子制御ユニットの電源経路に着目し、本発明をなした。
本発明の目的は、小型化を図ることが可能な電子制御ユニット、それを用いた電動パワーステアリング装置及びこの電動パワーステアリング装置を搭載した車両を提供することにある。
(4)前記(2)又は(3)に記載の電子制御ユニットにおいて、前記第1及び第2の電源出力用リードは、前記制御装置と電気的に接続されていることが好ましい。
(5)本発明の一態様に係る電動パワーステアリング装置は、前記(1)乃至(4)のうち何れかに記載の電子制御ユニットを備えていることを特徴としている。
(6)本発明の一態様に係る車両は、前記(5)のパワーステアリング装置を備えていることを特徴としている。
図1は、本発明に係る一実施形態の車両に搭載される電動パワーステアリング装置を示すものである。
そして、出力軸2bに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント4を介してロアシャフト5に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント6を介してピニオンシャフト7に伝達される。このピニオンシャフト7に伝達された操舵力はステアリングギヤ8を介してタイロッド9に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。ここで、ステアリングギヤ8は、ピニオンシャフト7に連結されたピニオン8aとこのピニオン8aに噛合するラック8bとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン8aに伝達された回転運動をラック8bで車幅方向の直進運動に変換している。
操舵トルクセンサ3は、ステアリングホイール1に付与されて入力軸2aに伝達された操舵トルクを検出するものである。操舵トルクセンサ3は、例えば、操舵トルクを入力軸2a及び出力軸2b間に介挿したトーションバー(図示せず)の振れ角変位に変換し、この振れ角変位を入力軸2a側に配置した入力側角度センサ(図示せず)と出力軸2b側に配置した出力側角度センサ(図示せず)との角度差に変換して検出する。
また、モータ制御装置20には、直流電源としてのバッテリ22から直流電流が入力される。
そして、これら第1および第2のインバータ回路42Aおよび42Bのそれぞれは、6個のスイッチング素子としての電界効果トランジスタ(FET)Q1〜Q6を有し、2つの電界効果トランジスタを直列に接続した3つのスイッチングアームSAa、SAbおよびSAcを並列に接続した構成を有する。そして、第1のインバータ回路42Aを構成する電界効果トランジスタQ1〜Q6にゲート駆動回路41Aから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームSAa、SAbおよびSAcの電界効果トランジスタ間からA相のモータ駆動電流I1a、B相のモータ駆動電流I1bおよびC相のモータ駆動電流I1cがモータ電流遮断回路33Aを介して電動モータ12の各相モータ巻線La、LbおよびLcに通電される。また、第2のインバータ回路42Bを構成する電界効果トランジスタQ1〜Q6にゲート駆動回路41Bから出力されるゲート信号が入力されることにより、各スイッチングアームSAa、SAbおよびSAcの電界効果トランジスタ間からA相のモータ駆動電流I2a、B相のモータ駆動電流I2bおよびC相のモータ駆動電流I2cがモータ電流遮断回路33Bを介して電動モータ12の各相モータ巻線La、LbおよびLcに通電される。
次に、モータ制御装置20としての電子制御ユニット50の構成について、図3乃至図9を用いて説明する。
電子制御ユニット50は、図3に示すように、主に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bと、入出力基板70と、制御基板80と、これらを収納する筐体90とを備えている。
ここで、電源入力用コネクタ71及び3相出力用コネクタ100は、本発明の入力用コネクタ及び出力用コネクタに対応している。
ケース91及びカバー92は、図3乃至図6及び図9に示すように、平面視したときの平面形状が方形状で形成されている。ケース91は、天井部91xと、この天井部91xの中央を囲むようにして天井部91xの縁に一体的に設けられた4つの側壁部91a,91b,91c,91dと、天井部91xとは反対側に設けられた開口部とを有する凹形状からなり、この開口部を覆うようにしてカバー92が取り付けられるようになっている。4つの側壁部91a,91b,91c,91dのうち、2つの側壁部91a及び91bの各々はX方向において互いに離間して対向し、残りの2つの側壁部91c及び91dの各々はX方向と直交するY方向において互いに離間して対向している。
ここで、ケース91の天井部91xは筐体90の天井部90xを構成し、ケース91の4つの側壁部91a,91b,91c,91dの各々は筐体90の4つの側壁部90a,90b,90c,90dを構成する。また、カバー92は筐体90の装着部90yを構成する。すなわち、筐体90は、その厚さ方向(Z方向)に互いに離間して対向する天井部90x及び装着部90yと、この天井部90xと装着部90yとの間に位置する4つの側壁部90a,90b,90c,90dとを有し、この天井部90x、装着部90y及び4つの側壁部90a,90b,90c,90dで囲まれた収納部に、第1及び第2のパワーモジュール60A,60B、入出力基板70及び制御基板80などを収納する構成になっている。
また、入出力基板70は、ケース91の天井部91xにその内側からネジ部材75によってネジ止め固定されている。
図7及び図8に示すように、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、封止体61と、複数の第1のリード63と、複数の第2のリード64とを有している。この第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、2方向リード配列型のパッケージ構造になっている。
複数の第1のリード63の各々は、封止体61の外部に位置する外部リード部において、封止体61の2つの長辺61a,61bのうちの一方の長辺61aに沿って配置されている。複数の第2のリード64の各々は、封止体61の外部に位置する外部リード部において、封止体61の2つの長辺61a,61bのうちの他方の長辺61bに沿って配置されている。
複数の第1のリード63の各々の外部リード部は、例えば3段に折り曲げ成形され、封止体61の一方の長辺61a側から突出する第1の部分63aと、この第1の部分63aから封止体61の厚さ方向に折れ曲がる第2の部分63bと、この第2の部分63bから封止体61の裏面側に折れ曲がる第3の部分63cとを有している。
封止体61は、互いに反対側に位置する2つの短辺61c,61d側にそれぞれ切り欠き部62を有している。この切り欠き部62は、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bをケース91の内側にネジ止め固定するときのネジ部材65(図1参照)を通すためのものである。
ここで、複数のリード63においては、入出力基板70の配線を介して、電源入力用コネクタ71の端子に電気的に接続されるリード63や、3相出力用コネクタ100の端子に電気的に接続されるリード63を含んでいる。また、複数のリード64においては、制御基板80の配線を介して、信号入力用コネクタ81の端子に電気的に接続されるリード64を含んでいる。
また、第1のパワーモジュール60Aの複数のリード63は、3相出力用コネクタ100の端子に電気的に接続されるリード63を含み、このリード63は第1のパワーモジュール60Aの出力端子66A(図10参照)を構成する。
第1のパワーモジュール60Aと第2のパワーモジュール60Bは、各々の第1のリード63と第2のリード64とが各々の短辺(61c,61d)の方向において互いに反対側に位置する鏡面対称構造になっている。
一方、電動モータ12は、図3に示すように、3相コイルを巻装したモータステータ(不図示)と、モータロータ(不図示)と、前述した回転位置センサ13aが内蔵されている円筒形状のモータフレーム12dと、モータステータに連結してモータフレーム12dから外部に突出しているモータ出力軸12aと、モータ出力軸12aに対応して反対側に位置するモータフレーム12dの天板12e近くに設けた第1取付フランジ12bと、モータ出力軸12aが突出しているモータフレーム12dの開口端部側に形成され、減速ギヤ11を内蔵したギヤボックス(不図示)側に装着される第2取付フランジ12cと、を備えている。
次に、電子制御ユニット50の組み立て手順について、図3及び図9を用いて説明する。
次に、入出力基板70をケース91の天井部91xの内側に近接する位置にネジ部材75によってネジ止め固定する。入出力基板70には、複数のネジ用貫通孔70cが形成されており、ネジ止め固定する際には、ネジ部材75をネジ用貫通孔70cに挿通させる。また、入出力基板70をケース91の天井部91xにネジ止め固定する際には、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々の複数のリード63の先端部分(第3の部分63c)を、入出力基板70の配線に形成されているスルーホール電極70sに挿通させる。
入出力基板70の一方の辺70aは、制御基板80の一方の辺80aaと同一側に位置し、この一方の辺80aaよりも内側に位置している。入出力基板70の他方の辺70bは、制御基板80の他方の辺80bbと同一側に位置し、この他方の辺80bbよりも内側に位置している。
筐体90は、前述したように、4つの側壁部90a,90b,90c,90dを有している。この4つの側壁部90a,90b,90c,90dのうち、X方向において互いに対向して反対側に位置する2つの側壁部90a,90bの各々は、装着部90yに対して鋭角をなす角度θで内側に傾斜している。この装着部90yに対して鋭角をなす角度θで内側に傾斜する2つの側壁部90a,90bは、本発明の傾斜側壁部に対応する。
第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々は、3段に折り曲げ成形された複数の第1のリード63の各々の第3の部分63cが入出力基板70に設けられたスルーホール電極70sに挿入され、半田によって電気的にかつ機械的に接続されている。
第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々のリード63は、第1及び第2のパワーモジュール60Aを傾斜させるために、第3の部分63cが入出力基板70の電子部品実装面に対して略垂直となるように折り曲げ成形されている。
第1のパワーモジュール60Aは、封止体61が筐体90の側壁部(傾斜側壁部)90aに直に、若しくは熱伝導性部材を介して連結されている。また、第2のパワーモジュール60Bは、封止体61が筐体90の側壁部(傾斜側壁部)90bに直に、若しくは熱伝導性部材を介して連結されている。熱伝導性部材としては、例えば、サーマルグリス、サーマルペースト、シリコングリス、ヒートシンクコンパウンドなどのペースト状の熱伝導性物質やシート状に加工された熱伝導物質を用いることができる。
ここで、第1及び第2の導体パターン76A,76Bは、入出力基板70の平面から視て線対称に配線されている。
また、第1B相導体パターン76Abは、入出力基板70の上面において、第1B相出力端子66Abから3相出力用コネクタ100のB相端子122の第1の基板接続部122Caに向けて延びている。
また、第2B相導体パターン76Bbは、入出力基板70の上面70dにおいて、第2B相出力端子66Bbから3相出力用コネクタ100のB相端子122の第2の基板接続部122Cbに向けて延びている。
また、A相端子121の第2の基板接続部121Cbは、第2A相導体パターン76Baに半田接続され、B相端子122の第2の基板接続部122Cbは、第2B相導体パターン76Bbに半田接続され、C相端子123の第2の基板接続部123Cbは、第2C相導体パターン76Bcに半田接続される。
第1のパワーモジュール60Aの第1A相出力端子66Aa、第1B相出力端子66Ab、第1C相出力端子66Acは、X方向において、第2のパワーモジュール60Bの第2A相出力端子66Ba、第2B相出力端子66Bb、第1C相出力端子66Bcとそれぞれ対向している。すなわち、第1パワーモジュール60Aの複数のリード63と、第2のパワーモジュール60Bの複数のリード63とは、少なくとも、同一機能のリード同士がX方向において互いに向かい合うミラー反転配置のリード63(66Aaと66Ba,66Abと66Bb,66Acと66Bc)を含んでいる。
第2の電源用導体パターン78bは、入出力基板70の上面70dにおいて、電源入力用コネクタ71の第2の基板接続部74bbから延び、第1の電源用導体パターン78aと干渉しないように、第5スルーホール77eを介して入出力基板70の下面70eまで延び、更に入出力基板70の下面70eを第6スルーホール77fまで延び、また、第6スルーホール77fを介して入出力基板70の上面まで延び、更に途中分岐して2つの第2の電源入力用リード67Aa,67Bbに至るまで延びている。
制御基板80において、第1及び第2の電源用導体パターン88a,88bには、制御演算装置31、ゲート駆動装置82A,82Bなどの第1及び第2の電源入力用端子が電気的に接続されている。
電源入力用コネクタ71において、第1の端子74a(第1の基板接続部74aa)には第1の基準電位の電源として例えば12[V]の電源がバッテリ22から供給される。また、第2の端子74b(第2の基板接続部74bb)には第1の基準電位とは異なる第2の基準電位の電源として例えば0[V]の電源がバッテリ22から供給される。
第1のパワーモジュール60Aの複数の第2のリード64は、第1のインバータ回路42Aと電気的に接続された複数の信号入力用リード68Acを含んでいる。この信号入力用リード68Acには、制御基板80に形成された信号用導体パターン88cを介してゲート駆動装置82Aなどから第1のインバータ回路42Aの動作制御に必要な制御信号が入力される。
(1)本実施形態に係る電子制御ユニット50において、第1のパワーモジュール60Aの複数のリード63は、電源入力用コネクタ71から電源が供給される電源入力用リードとして、第1及び第2の電源入力用リード67Aa,67Abを含んでいる。また、第1のパワーモジュール60Aの複数のリード64は、封止体61の内部で電源入力用リードと電気的に接続された電源出力用リードとして、第1の電源入力用リード67Aaと電気的に接続された第1の電源出力用リード68Aaと、第2の電源入力用リード67Abと電気的に接続された第2の電源出力用リード68Abとを含んでいる。また、第2のパワーモジュール60Bの複数のリード63は、電源入力用コネクタ71から電源が供給される電源入力用リードとして、第1及び第2の電源入力用リード67Ba,67Bbを含んでいる。また、第2のパワーモジュール60Bの複数のリード64は、封止体61の内部で電源入力用リードと電気的に接続された電源出力用リードとして、第1の電源入力用リード67Baと電気的に接続された第1の電源出力用リード68Baと、第2の電源入力用リード67Bbと電気的に接続された第2の電源出力用リード68Bbとを含んでいる。
また、本実施形態では、第1及び第2のパワーモジュール60A,60Bの各々が、入出力基板70に供給された電源を制御基板80に供給する基板間電源経路を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第1及び第2のパワーモジュールの何れか一方に基板間電源経路を備えるようにしてもよい。
10…操舵補助機構、11…減速ギヤ、12…電動モータ、12a…駆動軸、13…モータ回転角検出回路
20…モータ制御装置、22…バッテリ
31…制御演算装置、32A,32B…モータ駆動回路、33A,33B…モータ電流遮断回路、39A,39B…電流検出回路
41A,41B…ゲート駆動回路、42A,42B…インバータ回路、43…ノイズフィルタ、44A,44B…電源遮断回路
50…電子制御ユニット(ECU)、60A,60B…パワーモジュール、61…封止体、61a,61b…長辺、61c,61d…短辺、62…切り込み部
63…第1のリード、63a…第1の部分、63b…第2の部分、63c…第3の部分
64…第2のリード、64a…第1の部分、64b…第2の部分
66Aa…第1A相出力端子、66Ab…第1B相出力端子、66Ac…第1C相出力端子、66Ba…第2A相出力端子、66Bb…第2B相出力端子、66Bc…第2C相出力端子
67Aa,67Bb…第1の電源入力用リード、67Ab,67Bb…第2の電源入力用リード、68Aa,68Ba…第1の電源出力用リード、68Ab,68Bb…第2の電源出力用リード、69Aa,69Ba…第1の電源用導電経路、69Ab,69Bb…第2の電源用導電経路
70…入出力基板、70a,70b…辺、73…電子部品(ディスクリート部品)、74a,74b…端子、74aa…第1の基板接続部、74bb…第2の基板接続部
78a…第1の電源用導体パターン、78b…第2の電源用導体パターン、
76A…第1の導体パターン、76Aa…第1A相導体パターン、76Ab…第1B相導体パターン、76Ac…第1C相導体パターン
76B…第2の導体パターン、76Ba…第2A相導体パターン、76Bb…第2B相導体パターン、76Bc…第2C相導体パターン
77a…第1スルーホール、77b…第2スルーホール、77c…第3スルーホール、77d…第4スルーホール、77e…第5スルーホール、77f…第6スルーホール
80…制御基板、80a…ネジ用貫通孔、80aa,80bb…辺、82A,82B…ゲート駆動装置、88a…第1の電源用導体パターン、88b…第2の電源用導体パターン、88c…信号用導体パターン、89…レギュレータ、
90…筐体(収納体)、90a,90b,90c,90d…側壁部、90x…天井部、90y…装着部
91…ケース、91a,91b,91c,91d…側壁部、91x…天井部、92…カバー
100…3相出力用コネクタ(出力用コネクタ)、110…ハウジング、120…端子、121…A相端子、121a…出力端子部、121b…連結部、121Ca…第1の基板接続部、121Cb…第2の基板接続部、122…B相端子、122a…出力端子部、122b…連結部、122Ca…第1の基板接続部、122Cb…第2の基板接続部、123…C相端子、123a…出力端子部、123b…連結部、123Ca…第1の基板接続部、123Cb…第2の基板接続部
Q1〜Q6,QA1〜QA3,QB1〜QB3…電界効果トランジスタ
Claims (6)
- スイッチング素子が内蔵された第1及び第2のパワーモジュールと、
入力用コネクタ及び駆動モータへの出力用コネクタが実装された入出力基板と、
前記第1及び第2のパワーモジュールの各々の出力電流を制御する制御装置が実装された制御基板と、を備え、
前記第1及び第2のパワーモジュールの各々は、前記スイッチング素子が内蔵され、かつ平面が方形状で形成された封止体と、前記封止体の互いに反対側に位置する2つの辺のうちの一方の辺に沿って配置された複数の第1のリードと、前記封止体の前記2つの辺のうちの他方の辺に沿って配置された複数の第2のリードとを有し、
前記入出力基板及び前記制御基板は、各々の平面が所定の間隔をおいて互いに向かい合うようにして配置され、
前記複数の第1のリードは、前記入出力基板に接続され、
前記複数の第2のリードは、前記制御基板に接続され、
前記複数の第1のリードは、前記入力用コネクタから電源が供給される電源入力用リードを含み、
前記複数の第2のリードは、前記封止体の内部で前記電源入力用リードと電気的に接続された電源出力用リードを含み、
前記第1及び第2のパワーモジュールは、前記入出力基板及び前記制御基板が離間する方向と直交する一方向において互いに離間して配置され、
前記第1のパワーモジュールの前記複数の第1のリードと、前記第2のパワーモジュールの前記複数の第1のリードとは、同一機能のリード同士が前記一方向において互いに向かい合うミラー反転配置のリードを含んでいることを特徴とする電子制御ユニット。 - 前記複数の第1のリードは、前記電源入力用リードとして各々が電気的に分離された第1及び第2の電源入力用リードを含み、
前記複数の第2のリードは、前記電源用出力リードとして各々が電気的に分離された第1及び第2の電源出力用リードを含み、
前記第1の電源入力用リードは第1の電源出力用リードと電気的に接続され、
前記第2の電源入力用リードは前記第2の電源出力用リードと電気的に接続され、
前記第1の電源入力用リードには、第1の基準電位の電源が供給され、
前記第2の電源入力用リードには、第1の基準電位とは異なる第2の基準電位が供給されることを特徴とする請求項1に記載の電子制御ユニット。 - 前記第1及び第2の電源入力用リードは、前記スイッチング素子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項2に記載の電子制御ユニット。
- 前記第1及び第2の電源出力用リードは、前記制御装置と電気的に接続されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電子制御ユニット。
- 請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載の電子制御ユニットを備えていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
- 請求項5に記載の電動パワーステアリング装置が搭載されていることを特徴とする車両。
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