JP7120216B2 - モータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Description

本開示は、モータおよび電動パワーステアリング装置に関する。
ブラシレスＤＣモータおよび交流同期モータなどの電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）は、一般的に三相電流によって駆動される。三相電流の波形を正確に制御するため、ベクトル制御などの複雑な制御技術が用いられる。このような制御技術では、高度な数学的演算が必要であり、マイクロコントローラ（マイコン）などのデジタル演算回路が用いられる。ベクトル制御技術は、モータの負荷変動が大きな用途、例えば、洗濯機、電動アシスト自転車、電動スクータ、電動パワーステアリング装置、電気自動車、産業機器などの分野で活用されている。一方、出力が相対的に小さなモータでは、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式などの他のモータ制御方式が採用されている。
車載分野においては、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｏｒｌ Ｕｎｉｔ）が車両に用いられる。ＥＣＵは、マイクロコントローラ、電源、入出力回路、ＡＤコンバータ、負荷駆動回路およびＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵを核として電子制御システムが構築される。例えば、ＥＣＵはセンサからの信号を処理してモータなどのアクチュエータを制御する。具体的に説明すると、ＥＣＵはモータの回転速度やトルクを監視しながら、電力変換装置におけるインバータを制御する。ＥＣＵの制御の下で、電力変換装置はモータに供給する駆動電力を変換する。
近年、モータ、電力変換装置およびＥＣＵが一体化された機電一体型モータが開発されている。特に車載分野においては、安全性の観点から高い品質保証が要求される。そのため、部品の一部が故障した場合でも安全動作を継続できる冗長設計が取り入れられている。冗長設計の一例として、１つのモータに対して２つの電力変換装置を設けることが検討されている。他の一例として、メインのマイクロコントローラにバックアップ用マイクロコントローラを設けることが検討されている。
例えば特許文献１は、制御部と、２つのインバータとを備え、三相モータに供給する電力を変換する電力変換装置を開示している。２つのインバータの各々は電源およびグランド（以下、「ＧＮＤ」と表記する。）に接続される。一方のインバータは、モータの三相の巻線の一端に接続され、他方のインバータは、三相の巻線の他端に接続される。各インバータは、各々がハイサイドスイッチング素子およびローサイドスイッチング素子を含む３つのレグから構成されるブリッジ回路を備える。
制御部は、２つのインバータの両方を用いて三相通電制御することによってモータを駆動する。制御部は、一方のインバータのスイッチング素子と他方のインバータのスイッチング素子とを互いに逆位相でスイッチング制御することにより三相通電制御を行う。
制御部は、２つのインバータにおけるスイッチング素子の故障を検出した場合、モータ制御を正常時の制御から異常時の制御に切替える。本願明細書において、「異常」とは、主としてスイッチング素子の故障を意味する。また、「正常時の制御」は、全てのスイッチング素子が正常な状態における制御を意味し、「異常時の制御」は、あるスイッチング素子に故障が生じた状態における制御を意味する。
異常時の制御において、２つのインバータのうちの故障したスイッチング素子を含むインバータ（以下、「故障インバータ」と表記する。）には、スイッチング素子を所定の規則でオンおよびオフすることにより巻線の中性点が構成される。その規則によれば、例えば、ハイサイドスイッチング素子が常時オフとなるオープン故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオフし、かつ、３つのローサイドスイッチング素子はオンする。その場合、中性点はローサイド側に構成される。または、ハイサイドスイッチング素子が常時オンとなるショート故障が発生した場合、インバータのブリッジ回路において、３つのハイサイドスイッチング素子のうちの故障したスイッチング素子以外のものはオンし、かつ、３つのローサイドスイッチング素子はオフする。その場合、中性点はハイサイド側に構成される。特許文献１の電力変換装置によれば、異常時において、三相の巻線の中性点は、故障インバータの中に構成される。スイッチング素子に故障が生じても、正常な方のインバータを用いてモータ駆動を継続させることができる。
特開２０１４－１９２９５０号公報
２つのインバータには、モータを駆動させるための駆動電流が流れる。この駆動電流が流れる２つのインバータの周囲には磁場が発生する。モータが備える電子部品は、そのような磁場の影響を受けながら動作する。
本開示の実施形態は、駆動電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減するモータ、およびそのようなモータを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
本開示の例示的なモータは、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線と、前記各相の巻線の一端に接続される第１インバータと、前記各相の巻線の他端に接続される第２インバータとを備えたモータであって、前記第１および第２インバータのそれぞれは、複数のローサイドスイッチング素子および複数のハイサイドスイッチング素子を備え、前記ｎ相の巻線は第１相の巻線を含み、前記第１インバータの第１ローサイドスイッチング素子および第１ハイサイドスイッチング素子は、前記第１相の巻線の一端に接続され、前記第２インバータの第２ローサイドスイッチング素子および第２ハイサイドスイッチング素子は、前記第１相の巻線の他端に接続され、前記第１インバータの前記第１ハイサイドスイッチング素子から前記第１相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第２インバータの前記第２ローサイドスイッチング素子へ流れ、前記第１インバータの前記第１ハイサイドスイッチング素子と前記第２インバータの前記第２ローサイドスイッチング素子とは互いに近接して配置されている。
本開示の実施形態によれば、駆動電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。
図１は、例示的な実施形態によるモータの構造を示す模式図である。 図２は、例示的な実施形態による電力変換装置の回路構成を示す模式図である。 図３は、例示的な実施形態による電力変換装置が有するＨブリッジを示す図である。 図４は、例示的な実施形態による電力変換装置が有するＨブリッジを示す図である。 図５は、例示的な実施形態による電力変換装置が有するＨブリッジを示す図である。 図６は、例示的な実施形態による電力変換装置を備えるモータを示すブロック図である。 図７は、例示的な実施形態による正常時の三相通電制御に従って電力変換装置を制御したときに、モータのＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形を示す図である。 図８は、例示的な実施形態による基板の下面を示す図である。 図９は、例示的な実施形態による基板の上面を示す図である。 図１０は、例示的な実施形態による基板を示す図である。 図１１は、例示的な実施形態による第１インバータと第２インバータとの位置関係を示す図である。 図１２は、例示的な実施形態による第１インバータと第２インバータとが互いに重なる回路構成を模式的に示す図である。 図１３は、例示的な実施形態による第１インバータの基板における配置位置の別の例を示す図である。 図１４は、例示的な実施形態による第２インバータの基板における配置位置の別の例を示す図である。 図１５は、例示的な実施形態による電動パワーステアリング装置を示す模式図である。
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった本願発明者の知見を説明する。
機電一体型モータでは、例えば磁気抵抗効果素子およびホールセンサ等の磁気センサを用いてロータの回転角を検出する。磁気センサは、ロータの回転に伴って変化する磁場を検出して、モータの回転角を検出している。
２つのインバータには、モータを駆動させるための駆動電流が流れる。この駆動電流が流れる２つのインバータの周囲には磁場が発生する。モータが備える電子部品は、そのような磁場の影響を受けながら動作する。つまり、磁気センサは、２つのインバータの周囲に発生する磁場の影響を受けながらロータの回転角を検出しており、回転角の検出精度が低くなってしまう場合がある。機電一体型モータにおいて回転角の検出の精度が低い場合、トルクリップルが増加したり出力低下が起こったりしてしまうことになる。
モータの駆動電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減するモータが求められる。
以下、添付の図面を参照しながら、本開示のモータおよび電動パワーステアリング装置の実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
本明細書においては、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有する三相モータを例にして、本開示の実施形態を説明する。但し、例えば四相および五相などのｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するｎ相モータも本開示の範疇である。
（実施形態１）
図１は、本実施形態によるモータ１０の構造を示す図である。図１は、中心軸１１に沿って切断したときのモータ１０の内部を示している。
モータ１０は、機電一体型モータである。モータ１０は、例えば自動車に搭載され、電動パワーステアリング装置用モータとして利用される。その場合、モータ１０は、電動パワーステアリング装置の駆動力を発生する。
モータ１０は、ステータ２０と、ロータ３０と、ハウジング１２と、隔壁１４と、軸受１５と、軸受１６とを備える。ステータ２０は電機子とも称される。中心軸１１はロータ３０の回転軸である。
ハウジング１２は、底を有する略円筒状の筐体であり、ステータ２０、軸受１５およびロータ３０を内部に収納する。軸受１５を保持する凹部１３がハウジング１２の底の中央にある。隔壁１４は、ハウジング１２の上部の開口を閉じる板状の部材である。隔壁１４は、その中央部で軸受１６を保持している。
ステータ２０は環状であり、積層体２２および巻線２１を有する。積層体２２は積層環状コアとも称される。巻線はコイルとも称される。ステータ２０は、駆動電流に応じて磁束を発生させる。積層体２２は、複数の鋼板を中心軸１１に沿う方向（図１のＺ方向）に積層した積層鋼板から構成される。積層体２２は、環状の積層コアバック２４および複数の積層歯（ティース）２３を含む。積層コアバック２４は、ハウジング１２の内壁に固定される。
巻線２１は、銅等の導電性材料によって構成され、典型的には積層体２２の複数の積層歯２３にそれぞれ取り付けられている。
ロータ３０は、ロータコア３１、ロータコア３１の外周に沿って設けられた複数の永久磁石３２、シャフト３３を備える。ロータコア３１は、例えば鉄などの磁性材料で構成されており、筒状の形状を有する。複数の永久磁石３２は、Ｎ極とＳ極とがロータコア３１の周方向に交互に現れるように設けられている。シャフト３３は、ロータコア３１の中心に固定されており、中心軸１１に沿って上下方向（Ｚ方向）に延びている。なお、本明細書中における上下左右方向とは、図１に示されたモータ１０を見たときの上下左右方向であり、実施形態を分かりやすく説明するためにそれらの方向を用いて説明している。本明細書中における上下左右方向と、モータ１０が実際の製品（自動車等）に搭載された状態における上下左右方向とは必ずしも一致しないことは言うまでもない。
軸受１５および１６は、ロータ３０のシャフト３３を回転可能に支持する。軸受１５および１６は、例えば、球体を介して外輪と内輪とを相対回転させるボールベアリングである。図１はボールベアリングを例示している。
モータ１０において、ステータ２０の巻線２１に駆動電流を流すと、積層体２２の複数の積層歯２３に径方向の磁束が発生する。複数の積層歯２３と永久磁石３２との間の磁束の作用によって周方向にトルクが発生し、ロータ３０はステータ２０に対して回転する。ロータ３０が回転すると、例えば電動パワーステアリング装置に駆動力が発生する。
シャフト３３における隔壁１４側の端部には、永久磁石４１が固定されている。永久磁石４１は、ロータ３０とともに回転可能である。隔壁１４の上部には、基板５０が配置されている。基板５０には電力変換装置１００が搭載されている。隔壁１４は、モータ１０内部のステータ２０およびロータ３０が収納される空間と基板５０が収納される空間とを隔てている。
電力変換装置１００は、電源からの電力をステータ２０の巻線２１に供給する電力に変換する。基板５０には、電力変換装置１００が備えるインバータの端子５２が設けられている。端子５２には電線５１が接続されている。電線５１は例えば巻線２１の端部である。電線５１と巻線２１とは別々の部材であってもよい。電力変換装置１００から出力された電力は、電線５１を介して巻線２１に供給される。電力変換装置１００の詳細は後述する。
基板５０には磁気センサ４０が設けられている。磁気センサ４０は、シャフト３３に固定された永久磁石４１に対向する位置に配置されている。磁気センサ４０は、シャフト３３の中心軸１１上に配置されている。磁気センサ４０は、例えば磁気抵抗効果素子またはホール素子である。磁気センサ４０は、シャフト３３とともに回転する永久磁石４１から発生する磁場を検出し、これによりロータ３０の回転角を検出することができる。
モータ１０は、複数の端子１７を介して、モータ１０外部の各種制御装置およびバッテリ等と接続される。複数の端子１７は、外部の電源から電力が供給される電源端子および外部機器とデータの送受信を行うための信号端子等を含む。
次に、電力変換装置１００の詳細を説明する。
図２は、本実施形態による電力変換装置１００の回路構成を模式的に示している。
電力変換装置１００は、第１インバータ１１０と、第２インバータ１４０とを備える。また、電力変換装置１００は、図６に示す制御回路３００を備える。
巻線２１（図１）として、ステータ２０にはＵ相の巻線Ｍ１、Ｖ相の巻線Ｍ２およびＷ相の巻線Ｍ３が巻かれている。各相の巻線は第１インバータ１１０と第２インバータ１４０とに接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１１０は各相の巻線の一端に接続され、第２インバータ１４０は各相の巻線の他端に接続される。本願明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」とは、主に電気的な接続を意味する。
第１インバータ１１０は、端子５２（図１）として、各相に対応した端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌを有する。第２インバータ１４０は、端子５２として、各相に対応した端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒを有する。第１インバータ１１０の端子Ｕ＿Ｌは、Ｕ相の巻線Ｍ１の一端に接続され、端子Ｖ＿Ｌは、Ｖ相の巻線Ｍ２の一端に接続され、端子Ｗ＿Ｌは、Ｗ相の巻線Ｍ３の一端に接続される。第１インバータ１１０と同様に、第２インバータ１４０の端子Ｕ＿Ｒは、Ｕ相の巻線Ｍ１の他端に接続され、端子Ｖ＿Ｒは、Ｖ相の巻線Ｍ２の他端に接続され、端子Ｗ＿Ｒは、Ｗ相の巻線Ｍ３の他端に接続される。このような結線は、いわゆるスター結線およびデルタ結線とは異なる。
電力変換装置１００では、第１インバータ１１０および第２インバータ１４０は、電源１０１およびＧＮＤに接続されている。電力変換装置１００を備えるモータ１０は、例えば端子１７（図１）を介して、外部の電源に接続され得る。
本明細書中において、第１インバータ１１０を「ブリッジ回路Ｌ」と表記する場合がある。また、第２インバータ１４０を「ブリッジ回路Ｒ」と表記する場合がある。第１インバータ１１０および第２インバータ１４０のそれぞれは、ローサイドスイッチング素子およびハイサイドスイッチング素子を含むレグを３個備える。それらレグを構成する複数のスイッチング素子は、巻線を介して第１インバータ１１０と第２インバータ１４０との間で複数のＨブリッジを構成する。
第１インバータ１１０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図２に示されるスイッチング素子１１１Ｌ、１１２Ｌおよび１１３Ｌがローサイドスイッチング素子であり、スイッチング素子１１１Ｈ、１１２Ｈおよび１１３Ｈはハイサイドスイッチング素子である。スイッチング素子として、例えば電界効果トランジスタ（典型的にはＭＯＳＦＥＴ）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を用いることができる。本願明細書において、インバータのスイッチング素子としてＦＥＴを用いる例を説明し、以下の説明ではスイッチング素子をＦＥＴと表記する場合がある。例えば、スイッチング素子１１１ＬはＦＥＴ１１１Ｌと表記される。
第１インバータ１１０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相の巻線に流れる電流を検出するための電流センサ（図６を参照）として、３個のシャント抵抗１１１Ｒ、１１２Ｒおよび１１３Ｒを備える。電流センサ１７０は、各シャント抵抗に流れる電流を検出する電流検出回路（不図示）を含む。例えば、シャント抵抗１１１Ｒ、１１２Ｒおよび１１３Ｒは、第１インバータ１１０の３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間にそれぞれ接続される。シャント抵抗の抵抗値は、例えば０．５ｍΩから１．０ｍΩ程度である。
第１インバータ１１０と同様に、第２インバータ１４０は、３個のレグから構成されるブリッジ回路を含む。図２に示されるＦＥＴ１４１Ｌ、１４２Ｌおよび１４３Ｌがローサイドスイッチング素子であり、ＦＥＴ１４１Ｈ、１４２Ｈおよび１４３Ｈはハイサイドスイッチング素子である。また、第２インバータ１４０は、３個のシャント抵抗１４１Ｒ、１４２Ｒおよび１４３Ｒを備える。それらのシャント抵抗は、３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続される。第１および第２インバータ１１０、１４０の各ＦＥＴは、例えばマイクロコントローラまたは専用ドライバによって制御され得る。
図３、図４および図５は、電力変換装置１００が有する３個のＨブリッジ１３１、１３２および１３３を示す図である。
第１インバータ１１０は、レグ１２１、１２３および１２５を有する。レグ１２１は、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１１１Ｌを有する。レグ１２３は、ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１１２Ｌを有する。レグ１２５は、ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１１３Ｌを有する。
第２インバータ１４０は、レグ１２２、１２４および１２６を有する。レグ１２２は、ＦＥＴ１４１ＨとＦＥＴ１４１Ｌを有する。レグ１２４は、ＦＥＴ１４２ＨとＦＥＴ１４２Ｌを有する。レグ１２６は、ＦＥＴ１４３ＨとＦＥＴ１４３Ｌを有する。
図３に示すＨブリッジ１３１は、レグ１２１と巻線Ｍ１とレグ１２２とを有する。図４に示すＨブリッジ１３２は、レグ１２３と巻線Ｍ２とレグ１２４とを有する。図５に示すＨブリッジ１３３は、レグ１２５と巻線Ｍ３とレグ１２６とを有する。
電源１０１（図２）は、所定の電源電圧を生成する。電源１０１から第１および第２インバータ１１０、１４０に電力が供給される。電源１０１として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源１０１は、ＡＣ－ＤＣコンバータまたはＤＣ―ＤＣコンバータであってもよいし、バッテリー（蓄電池）であってもよい。電源１０１は、第１および第２インバータ１１０、１４０に共通の単一電源であってもよいし、第１インバータ１１０用の第１電源および第２インバータ１４０用の第２電源を備えていてもよい。
電源１０１と電力変換装置１００との間にコイル１０２が設けられている。コイル１０２は、ノイズフィルタとして機能し、各インバータに供給する電圧波形に含まれる高周波ノイズ、または各インバータで発生する高周波ノイズを電源１０１側に流出させないように平滑化する。また、電源１０１と電力変換装置１００との間には、コンデンサ１０３の一端が接続されている。コンデンサ１０３の他端はＧＮＤに接続されている。コンデンサ１０３は、いわゆるバイパスコンデンサであり、電圧リプルを抑制する。コンデンサ１０３は、例えば電解コンデンサであり、容量および使用する個数は設計仕様などによって適宜決定される。
図２には、インバータ毎の各レグに１個のシャント抵抗を配置する構成を例示している。第１および第２インバータ１１０、１４０は、６個以下のシャント抵抗を備え得る。６個以下のシャント抵抗は、第１および第２インバータ１１０、１４０が備える６個のレグのうちの６個以下のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続され得る。さらにこれをｎ相モータに拡張すると、第１および第２インバータ１１０、１４０は、２ｎ個以下のシャント抵抗を備え得る。２ｎ個以下のシャント抵抗は、第１および第２インバータ１１０、１４０が備える２ｎ個のレグのうちの２ｎ個以下のローサイドスイッチング素子とＧＮＤとの間に接続され得る。
図６は、電力変換装置１００を備えるモータ１０のブロック構成を模式的に示している。電力変換装置１００は制御回路３００を備える。
制御回路３００は、例えば、電源回路３１０と、角度センサ３２０と、入力回路３３０と、マイクロコントローラ３４０と、駆動回路３５０と、ＲＯＭ３６０とを備える。この例では、角度センサ３２０は、磁気センサ４０（図１）である。制御回路３００は、電力変換装置１００の全体の動作を制御することによりモータ１０の回転を制御する。具体的には、制御回路３００は、目的とするロータの位置、回転速度、および電流などを制御してクローズドループ制御を実現することができる。制御回路３００はトルクセンサを備えてもよい。この場合、制御回路３００は、目的とするモータトルクを制御することができる。
電源回路３１０は、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ、５Ｖ）を生成する。角度センサ３２０は、例えば磁気抵抗効果素子、レゾルバまたはホールＩＣである。角度センサ３２０は、ロータ３０の回転角（以下、「回転信号」と表記する。）を検出し、回転信号をマイクロコントローラ３４０に出力する。入力回路３３０は、電流センサ１７０によって検出されたモータ電流値（以下、「実電流値」と表記する。）を受け取り、必要に応じて、実電流値のレベルをマイクロコントローラ３４０の入力レベルに変換し、実電流値をマイクロコントローラ３４０に出力する。
マイクロコントローラ３４０は、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０の各ＦＥＴのスイッチング動作（ターンオンまたはターンオフ）を制御する。マイクロコントローラ３４０は、実電流値およびロータの回転信号などに従って目標電流値を設定してＰＷＭ信号を生成し、それを駆動回路３５０に出力する。
駆動回路３５０は、典型的にはゲートドライバである。駆動回路３５０は、第１および第２インバータ１１０、１４０における各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する制御信号（ゲート制御信号）をＰＷＭ信号に従って生成し、各ＦＥＴのゲートに制御信号を与える。なお、マイクロコントローラ３４０が駆動回路３５０の機能を備えていてもよい。その場合、制御回路３００は駆動回路３５０を備えていなくてもよい。
ＲＯＭ３６０は、例えば書き込み可能なメモリ、書き換え可能なメモリまたは読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３６０は、マイクロコントローラ３４０に電力変換装置１００を制御させるための命令群を含む制御プログラムを格納している。例えば、制御プログラムはブート時にＲＡＭ（不図示）に一旦展開される。
制御回路３００は、第１および第２インバータ１１０、１４０の両方を用いて三相通電制御することによってモータ１０を駆動する。具体的に、制御回路３００は、第１インバータ１１０のＦＥＴと第２インバータ１４０のＦＥＴとを互いに逆位相（位相差＝１８０°）でスイッチング制御することにより三相通電制御を行う。例えば、ＦＥＴ１１１Ｌ、１１１Ｈ、１４１Ｌおよび１４１Ｈを含むＨブリッジに着目すると、ＦＥＴ１１１Ｌがオンすると、ＦＥＴ１４１Ｌはオフし、ＦＥＴ１１１Ｌがオフすると、ＦＥＴ１４１Ｌはオンする。これと同様に、ＦＥＴ１１１Ｈがオンすると、ＦＥＴ１４１Ｈはオフし、ＦＥＴ１１１Ｈがオフすると、ＦＥＴ１４１Ｈはオンする。電源１０１から出力された電流は、ハイサイドスイッチング素子、巻線、ローサイドスイッチング素子を通ってＧＮＤに流れる。電力変換装置１００の結線は、オープン結線と称される場合がある。
ここで、Ｕ相の巻線Ｍ１を流れる電流の経路を説明する。ＦＥＴ１１１ＨおよびＦＥＴ１４１Ｌがオンであり、ＦＥＴ１４１ＨおよびＦＥＴ１１１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１１１Ｈ、巻線Ｍ１、ＦＥＴ１４１Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。ＦＥＴ１４１ＨおよびＦＥＴ１１１Ｌがオンであり、ＦＥＴ１１１ＨおよびＦＥＴ１４１Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１４１Ｈ、巻線Ｍ１、ＦＥＴ１１１Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。
なお、ＦＥＴ１１１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流の一部が、ＦＥＴ１４１Ｈへ流れる場合がある。すなわち、ＦＥＴ１１１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流が、ＦＥＴ１４１ＬとＦＥＴ１４１Ｈとに分岐して流れる場合がある。例えば、モータ１０の低速回転時は、高速回転時と比較して、ＦＥＴ１１１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流が、ＦＥＴ１４１Ｈへ流れる割合が大きくなる場合がある。
同様に、ＦＥＴ１４１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流の一部が、ＦＥＴ１１１Ｈへ流れる場合がある。例えば、モータ１０の低速回転時は、高速回転時と比較して、ＦＥＴ１４１Ｈから巻線Ｍ１へ流れた電流が、ＦＥＴ１１１Ｈへ流れる割合が大きくなる場合がある。
次に、Ｖ相の巻線Ｍ２を流れる電流の経路を説明する。ＦＥＴ１１２ＨおよびＦＥＴ１４２Ｌがオンであり、ＦＥＴ１４２ＨおよびＦＥＴ１１２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１１２Ｈ、巻線Ｍ２、ＦＥＴ１４２Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。ＦＥＴ１４２ＨおよびＦＥＴ１１２Ｌがオンであり、ＦＥＴ１１２ＨおよびＦＥＴ１４２Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１４２Ｈ、巻線Ｍ２、ＦＥＴ１１２Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。
なお、ＦＥＴ１１２Ｈから巻線Ｍ２へ流れた電流の一部が、ＦＥＴ１４２Ｈへ流れる場合がある。例えば、モータ１０の低速回転時は、高速回転時と比較して、ＦＥＴ１１２Ｈから巻線Ｍ２へ流れた電流が、ＦＥＴ１４２Ｈへ流れる割合が大きくなる場合がある。
同様に、ＦＥＴ１４２Ｈから巻線Ｍ２へ流れた電流の一部が、ＦＥＴ１１２Ｈへ流れる場合がある。例えば、モータ１０の低速回転時は、高速回転時と比較して、ＦＥＴ１４２Ｈから巻線Ｍ２へ流れた電流が、ＦＥＴ１１２Ｈへ流れる割合が大きくなる場合がある。
次に、Ｗ相の巻線Ｍ３を流れる電流の経路を説明する。ＦＥＴ１１３ＨおよびＦＥＴ１４３Ｌがオンであり、ＦＥＴ１４３ＨおよびＦＥＴ１１３Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１１３Ｈ、巻線Ｍ３、ＦＥＴ１４３Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。ＦＥＴ１４３ＨおよびＦＥＴ１１３Ｌがオンであり、ＦＥＴ１１３ＨおよびＦＥＴ１４３Ｌがオフのとき、電流は、電源１０１、ＦＥＴ１４３Ｈ、巻線Ｍ３、ＦＥＴ１１３Ｌ、ＧＮＤの順に流れる。
なお、ＦＥＴ１１３Ｈから巻線Ｍ３へ流れた電流の一部が、ＦＥＴ１４３Ｈへ流れる場合がある。例えば、モータ１０の低速回転時は、高速回転時と比較して、ＦＥＴ１１３Ｈから巻線Ｍ３へ流れた電流が、ＦＥＴ１４３Ｈへ流れる割合が大きくなる場合がある。
同様に、ＦＥＴ１４３Ｈから巻線Ｍ３へ流れた電流の一部が、ＦＥＴ１１３Ｈへ流れる場合がある。例えば、モータ１０の低速回転時は、高速回転時と比較して、ＦＥＴ１４３Ｈから巻線Ｍ３へ流れた電流が、ＦＥＴ１１３Ｈへ流れる割合が大きくなる場合がある。
図７は、正常時の三相通電制御に従って電力変換装置１００を制御したときにＵ相、Ｖ相およびＷ相の各巻線に流れる電流値をプロットして得られる電流波形（正弦波）を例示している。横軸は、モータ電気角（ｄｅｇ）を示し、縦軸は電流値（Ａ）を示している。図７の電流波形において、電気角３０°毎に電流値をプロットしている。Ｉpkは各相の最大電流値（ピーク電流値）を表している。
表１は、図７の正弦波において電気角毎に、各インバータの端子に流れる電流値を示している。表１は、具体的に、第１インバータ１１０（ブリッジ回路Ｌ）の端子Ｕ＿Ｌ、Ｖ＿ＬおよびＷ＿Ｌに流れる、電気角３０°毎の電流値、および、第２インバータ１４０（ブリッジ回路Ｒ）の端子Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿ＲおよびＷ＿Ｒに流れる、電気角３０°毎の電流値を示している。ここで、ブリッジ回路Ｌに対しては、ブリッジ回路Ｌの端子からブリッジ回路Ｒの端子に流れる電流方向を正の方向と定義する。図７に示される電流の向きはこの定義に従う。また、ブリッジ回路Ｒに対しては、ブリッジ回路Ｒの端子からブリッジ回路Ｌの端子に流れる電流方向を正の方向と定義する。従って、ブリッジ回路Ｌの電流とブリッジ回路Ｒの電流との位相差は１８０°となる。表１において、電流値Ｉ1の大きさは〔（３）1/2／２〕＊Ｉpkであり、電流値Ｉ2の大きさはＩpk／２である。
Figure 0007120216000001
電気角０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１には電流は流れない。Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れる。
電気角３０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れる。
電気角６０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。
電気角９０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れる。
電気角１２０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。Ｖ相の巻線Ｍ２には電流は流れない。
電気角１５０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れる。
電気角１８０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１には電流は流れない。Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れる。
電気角２１０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れる。
電気角２４０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れる。Ｗ相の巻線Ｍ３には電流は流れない。
電気角２７０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩｐｋの電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ2の電流が流れる。
電気角３００°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ1の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩ1の電流が流れる。Ｖ相の巻線Ｍ２には電流は流れない。
電気角３３０°において、Ｕ相の巻線Ｍ１にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｖ相の巻線Ｍ２にはブリッジ回路Ｒからブリッジ回路Ｌに大きさＩ2の電流が流れ、Ｗ相の巻線Ｍ３にはブリッジ回路Ｌからブリッジ回路Ｒに大きさＩｐｋの電流が流れる。
本実施形態による三相通電制御によれば、電流の向きを考慮した三相の巻線に流れる電流の総和は電気角毎に常に「０」になる。例えば、制御回路３００は、図７に示される電流波形が得られるようなＰＷＭ制御によってブリッジ回路ＬおよびＲの各ＦＥＴのスイッチング動作を制御する。
次に、第１および第２インバータ１１０および１４０の基板５０（図１）における配置位置を説明する。
図８は基板５０の下面を示す図であり、図９は基板５０の上面を示す図である。図８は、図１における下方向から基板５０を見上げたときの基板５０を示している。図９は、図１における上方向から基板５０を見下ろしたときの基板５０を示している。本実施形態では、第１インバータ１１０は基板５０の下面に配置され、第２インバータ１４０は基板５０の上面に配置されている。基板５０には、電力変換装置１００および他の種々の電子回路が搭載され得る。本実施形態の特徴を分かりやすく説明するために、図８および図９では、基板５０に実装される構成要素のうちの一部のみを図示している。以降の図面においても、本実施形態の特徴を分かりやすく説明するために、基板５０に実装される構成要素のうちの一部のみを図示している。
基板５０の下面には、第１インバータ１１０のＦＥＴ１１１Ｈ、１１１Ｌ、１１２Ｈ、１１２Ｌ、１１３Ｈ、１１３Ｌが配置されている。基板５０の上面には、第２インバータ１４０のＦＥＴ１４３Ｈ、１４３Ｌ、１４２Ｈ、１４２Ｌ、１４１Ｈ、１４１Ｌが配置されている。基板５０には、第１および第２インバータ１１０および１４０の端子Ｕ＿Ｌ、Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿Ｌ、Ｖ＿Ｒ、Ｗ＿Ｌ、Ｗ＿Ｒが配置されている。各端子は、上面と下面とのうちの接続されるＦＥＴが配置される側の面に配置されていてもよいし、基板５０をＺ方向に貫通して基板５０の上面の下面の両方に亘って配置されていてもよい。
ＦＥＴ１１１Ｈ、１１１Ｌと端子Ｕ＿Ｌとは、導電線１１１Ｃを介して接続されている。ＦＥＴ１１２Ｈ、１１２Ｌと端子Ｖ＿Ｌとは、導電線１１２Ｃを介して接続されている。ＦＥＴ１１３Ｈ、１１３Ｌと端子Ｗ＿Ｌとは、導電線１１３Ｃを介して接続されている。
ＦＥＴ１４１Ｈ、１４１Ｌと端子Ｕ＿Ｒとは、導電線１４１Ｃを介して接続されている。ＦＥＴ１４２Ｈ、１４２Ｌと端子Ｖ＿Ｒとは、導電線１４２Ｃを介して接続されている。ＦＥＴ１４３Ｈ、１４３Ｌと端子Ｗ＿Ｒとは、導電線１４３Ｃを介して接続されている。
図１０は、Ｙ方向から見た基板５０を示す図である。モータ１０は、電線５１（図１）として、電線５１Ｕ＿Ｌ、５１Ｕ＿Ｒ、５１Ｖ＿Ｌ、５１Ｖ＿Ｒ、５１Ｗ＿Ｌ、５１Ｗ＿Ｒを備える。この例では、電線５１Ｕ＿Ｌ、５１Ｕ＿ＲはＵ相の巻線Ｍ１の端部である。電線５１Ｖ＿Ｌ、５１Ｖ＿Ｒは、Ｖ相の巻線Ｍ２の端部である。電線５１Ｗ＿Ｌ、５１Ｗ＿Ｒは、Ｗ相の巻線Ｍ３の端部である。なお、各電線と巻線とは別々の部材であってもよい。電線５１Ｕ＿Ｌは端子Ｕ＿Ｌに接続されている。電線５１Ｕ＿Ｒは端子Ｕ＿Ｒに接続されている。電線５１Ｖ＿Ｌは端子Ｖ＿Ｌに接続されている。電線５１Ｖ＿Ｒは端子Ｖ＿Ｒに接続されている。電線５１Ｗ＿Ｌは端子Ｗ＿Ｌに接続されている。電線５１Ｗ＿Ｒは端子Ｗ＿Ｒに接続されている。
図１１は、基板５０を図１における下方向から見上げたときの第１インバータ１１０と第２インバータ１４０との位置関係を示している。図１１は、基板５０を下方向から見上げたときの図であるため、第２インバータ１４０のＦＴＥの配置パターンは、図９と図１１とでは紙面において上下逆になっている。図１２は、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０とが互いに重なる回路構成を模式的に示す図である。
図１１の左側にある一点鎖線の囲いは、第１インバータ１１０を示している。図１１の右側にある二点鎖線の囲いは、第２インバータ１４０を示している。図１１の中央にある実線の囲いは、基板５０における第１インバータ１１０と第２インバータ１４０との位置関係を示している。図１１に示すように、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０とは、Ｚ方向において互いに重なっている。この例では、Ｚ方向はモータ１０の回転軸方向に平行である。
より具体的には、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１４１Ｌは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１１ＬとＦＥＴ１４１Ｈは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１４２Ｌは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１２ＬとＦＥＴ１４２Ｈは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１４３Ｌは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１３ＬとＦＥＴ１４３Ｈは、Ｚ方向において互いに重なっている。
図１０に示すように、Ｚ方向において互いに重なるＦＥＴ同士は、基板５０を間に挟んで互いに近接して配置されている。なお、ＦＥＴ同士が互いに近接しているとは、例えば、他のＦＥＴよりもそれらのＦＥＴ同士が近い位置関係にあることを指している。また、近接の意味は、その近い位置関係にあるＦＥＴの間に別の構成要素が配置されていることは排除しない。
Ｚ方向においてＦＥＴ同士が重なっていることに伴い、互いに重なるＦＥＴに接続される導電線同士も互いに重なっている。例えば、導電線１１１Ｃと導電線１４１Ｃは、Ｚ方向において互いに重なっている。導電線１１２Ｃと導電線１４２Ｃは、Ｚ方向において互いに重なっている。導電線１１３Ｃと導電線１４３Ｃは、Ｚ方向において互いに重なっている。また、例えば、図１２に示すように、第１および第２インバータ１１０および１４０に接続される電源ライン１５１およびＧＮＤライン１５２もＺ方向において互いに重なっている。なお、図１２では、本実施形態の特徴を分かりやすく示すために、第１インバータ１１０と第２インバータ１４０との位置を少しずらして図示している。
図２、図１０および図１１を用いてモータ１０内の電流の流れを説明する。
まず、Ｕ相の巻線Ｍ１を流れる電流を説明する。上述したように、ＦＥＴ１１１Ｈから巻線Ｍ１へ流れる電流の少なくとも一部は、ＦＥＴ１４１Ｌへ流れる。また、ＦＥＴ１４１Ｈから巻線Ｍ１へ流れる電流の少なくとも一部は、ＦＥＴ１１１Ｌへ流れる。
このように、ＦＥＴ１１１Ｈを流れる電流と、ＦＥＴ１４１Ｌを流れる電流とは、互いに向きは逆となる。すなわち、ＦＥＴ１１１Ｈを流れる電流により発生する磁場と、ＦＥＴ１４１Ｌを流れる電流により発生する磁場とは、互いに向きは逆となる。本実施形態では、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１４１Ｌとは互いに近接して基板５０に配置されている。このため、向きが逆の磁場同士は相殺される。これにより、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１４１Ｌを流れる電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１４１Ｌを流れる電流により発生する磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。これにより、磁気センサの検出精度を高くすることができ、トルクリップルが増加したり出力低下が起こったりすることを防止することができる。
また、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１４１Ｌとが近接して配置されていることに伴い、ＦＥＴ１１１Ｈに接続される導電線とＦＥＴ１４１Ｌに接続される導電線とは互いに近接して配置される。これら近接する導電線同士においては、互いに向きが逆の電流が流れる。しかし、その導電線同士は近接しているため、発生した磁場同士は相殺される。これにより、発生した磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、発生した磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。
ＦＥＴ１１１Ｈおよび１４１Ｌの関係と同様に、ＦＥＴ１４１Ｈを流れる電流と、ＦＥＴ１１１Ｌを流れる電流とは、互いに向きは逆となる。しかし、ＦＥＴ１４１ＨとＦＥＴ１１１Ｌは近接しているため、発生した磁場同士は相殺される。また、ＦＥＴ１４１Ｈに接続される導電線とＦＥＴ１１１Ｌに接続される導電線とは互いに近接して配置される。このため、それら導電線を流れる電流により発生した磁場同士は相殺される。これにより、発生した磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、発生した磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。
なお、「磁場同士を相殺する」とは、磁場を完全に打ち消すことに限定されず、発生する磁場の一部を打ち消す意味も含む。
次に、Ｖ相の巻線Ｍ２を流れる電流を説明する。上述したように、ＦＥＴ１１２Ｈから巻線Ｍ２へ流れる電流の少なくとも一部は、ＦＥＴ１４２Ｌへ流れる。また、ＦＥＴ１４２Ｈから巻線Ｍ２へ流れる電流の少なくとも一部は、巻線Ｍ２を通ってＦＥＴ１１２Ｌへ流れる。
このように、ＦＥＴ１１２Ｈを流れる電流と、ＦＥＴ１４２Ｌを流れる電流とは、互いに向きは逆となる。すなわち、ＦＥＴ１１２Ｈを流れる電流により発生する磁場と、ＦＥＴ１４２Ｌを流れる電流により発生する磁場とは、互いに向きは逆となる。本実施形態では、ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１４２Ｌとは互いに近接して基板５０に配置されている。このため、向きが逆の磁場同士は相殺される。これにより、ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１４２Ｌを流れる電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１４２Ｌを流れる電流により発生する磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。これにより、磁気センサの検出精度を高くすることができ、トルクリップルが増加したり出力低下が起こったりすることを防止することができる。
また、ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１４２Ｌとが近接して配置されていることに伴い、ＦＥＴ１１２Ｈに接続される導電線とＦＥＴ１４２Ｌに接続される導電線とは互いに近接して配置される。これら近接する導電線同士においては、互いに向きが逆の電流が流れる。しかし、それら導電線同士は近接しているため、発生した磁場同士は相殺される。これにより、発生した磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、発生した磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。
ＦＥＴ１１２Ｈおよび１４２Ｌの関係と同様に、ＦＥＴ１４２Ｈを流れる電流と、ＦＥＴ１１２Ｌを流れる電流とは、互いに向きは逆となる。しかし、ＦＥＴ１４２ＨとＦＥＴ１１２Ｌは互いに近接しているため、発生した磁場同士は相殺される。また、ＦＥＴ１４２Ｈに接続される導電線とＦＥＴ１１２Ｌに接続される導電線とは互いに近接して配置される。このため、それら導電線を流れる電流により発生した磁場同士は相殺される。これにより、発生した磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、発生した磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。
次に、Ｗ相の巻線Ｍ３を流れる電流を説明する。上述したように、ＦＥＴ１１３Ｈから巻線Ｍ３へ流れる電流の少なくとも一部は、ＦＥＴ１４３Ｌへ流れる。また、ＦＥＴ１４３Ｈから巻線Ｍ３へ流れる電流の少なくとも一部は、ＦＥＴ１１３Ｌへ流れる。
このように、ＦＥＴ１１３Ｈを流れる電流と、ＦＥＴ１４３Ｌを流れる電流とは、互いに向きは逆となる。すなわち、ＦＥＴ１１３Ｈを流れる電流により発生する磁場と、ＦＥＴ１４３Ｌを流れる電流により発生する磁場とは、互いに向きは逆となる。本実施形態では、ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１４３Ｌとは互いに近接して基板５０に配置されている。このため、向きが逆の磁場同士は相殺される。これにより、ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１４３Ｌを流れる電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１４３Ｌを流れる電流により発生する磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。これにより、磁気センサの検出精度を高くすることができ、トルクリップルが増加したり出力低下が起こったりすることを防止することができる。
また、ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１４３Ｌとが近接して配置されていることに伴い、ＦＥＴ１１３Ｈに接続される導電線とＦＥＴ１４３Ｌに接続される導電線とは互いに近接して配置される。これら近接する導電線同士においては、互いに向きが逆の電流が流れる。しかし、それら導電線同士は近接しているため、発生した磁場同士は相殺される。これにより、発生した磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、発生した磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。
ＦＥＴ１１３Ｈおよび１４３Ｌの関係と同様に、ＦＥＴ１４３Ｈを流れる電流と、ＦＥＴ１１３Ｌを流れる電流とは、互いに向きは逆となる。しかし、ＦＥＴ１４３ＨとＦＥＴ１１３Ｌは互いに近接しているため、発生した磁場同士は相殺される。また、ＦＥＴ１４３Ｈに接続される導電線とＦＥＴ１１３Ｌに接続される導電線とは互いに近接して配置される。このため、それら導電線を流れる電流により発生した磁場同士は相殺される。これにより、発生した磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。例えば、発生した磁場が磁気センサ４０に及ぼす影響を低減することができる。
図１３および図１４は、第１および第２インバータ１１０および１４０の基板５０における配置位置の別の例を示す図である。図１３は基板５０の下面を示す図であり、図１４は基板５０の上面を示す図である。図１３は、図１における下方向から基板５０を見上げたときの基板５０を示している。図１４は、図１における上方向から基板５０を見下ろしたときの基板５０を示している。
図１３および図１４に示す例では、Ｕ相の巻線Ｍ１に接続されるＦＥＴと、Ｖ相の巻線Ｍ２に接続されるＦＥＴと、Ｗ相の巻線Ｍ３に接続されるＦＥＴとは、同心円上に１２０°の間隔をあけて配置されている。
図１３および図１４に示す配置例においても、ＦＥＴ１１１ＨとＦＥＴ１４１Ｌは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１１ＬとＦＥＴ１４１Ｈは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１２ＨとＦＥＴ１４２Ｌは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１２ＬとＦＥＴ１４２Ｈは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１３ＨとＦＥＴ１４３Ｌは、Ｚ方向において互いに重なっている。ＦＥＴ１１３ＬとＦＥＴ１４３Ｈは、Ｚ方向において互いに重なっている。このため、図１３および図１４に示す配置例においても、図８から図１２を用いて説明した効果と同様の効果が得られる。
また、特許文献１と同様に、２つのインバータにおけるスイッチング素子の故障を検出した場合、モータ制御を正常時の制御から異常時の制御に切替えてもよい。異常時の制御では、スイッチング素子を所定の規則でオンおよびオフすることにより、故障インバータには巻線の中性点が構成される。この中性点と正常な方のインバータを用いてモータ駆動を継続させることができる。本実施形態では、このような中性点を用いる制御においても、上述した互いに近接するＦＥＴ同士には、互いに向きが逆の電流が流れる。そのため、発生する磁場同士は相殺される。本実施形態では、異常時の制御においても、モータ１０の駆動電流により発生する磁場が周囲の電子部品へ及ぼす影響を低減することができる。
（実施形態２）
自動車等の車両は一般的に、電動パワーステアリング装置を備えている。電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操作することによって発生するステアリング系の操舵トルクを補助するための補助トルクを生成する。補助トルクは、補助トルク機構によって生成され、運転者の操作の負担を軽減することができる。例えば、補助トルク機構は、操舵トルクセンサ、ＥＣＵ、モータおよび減速機構などを備える。操舵トルクセンサは、ステアリング系における操舵トルクを検出する。ＥＣＵは、操舵トルクセンサの検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータは、駆動信号に基づいて操舵トルクに応じた補助トルクを生成し、減速機構を介してステアリング系に補助トルクを伝達する。
本開示のモータ１０は、電動パワーステアリング装置に好適に利用される。図１５は、本実施形態による電動パワーステアリング装置５００を模式的に示している。電動パワーステアリング装置５００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。
ステアリング系５２０は、例えば、ステアリングハンドル５２１、ステアリングシャフト５２２（「ステアリングコラム」とも称される。）、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）、ラックアンドピニオン機構５２５、ラック軸５２６、左右のボールジョイント５５２Ａ、５５２Ｂ、タイロッド５２７Ａ、５２７Ｂ、ナックル５２８Ａ、５２８Ｂ、および左右の操舵車輪（例えば左右の前輪）５２９Ａ、５２９Ｂを備える。ステアリングハンドル５２１は、ステアリングシャフト５２２と自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂとを介して回転軸５２４に連結される。回転軸５２４にはラックアンドピニオン機構５２５を介してラック軸５２６が連結される。ラックアンドピニオン機構５２５は、回転軸５２４に設けられたピニオン５３１と、ラック軸５２６に設けられたラック５３２とを有する。ラック軸５２６の右端には、ボールジョイント５５２Ａ、タイロッド５２７Ａおよびナックル５２８Ａをこの順番で介して右の操舵車輪５２９Ａが連結される。右側と同様に、ラック軸５２６の左端には、ボールジョイント５５２Ｂ、タイロッド５２７Ｂおよびナックル５２８Ｂをこの順番で介して左の操舵車輪５２９Ｂが連結される。図１５において、右側および左側は、座席に座った運転者から見た右側および左側にそれぞれ一致する。
ステアリング系５２０によれば、運転者がステアリングハンドル５２１を操作することによって操舵トルクが発生し、ラックアンドピニオン機構５２５を介して左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに伝わる。これにより、運転者は左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、機電一体型モータ５４３、減速機構５４４を備える。補助トルク機構５４０は、ステアリングハンドル５２１から左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂに至るステアリング系５２０に補助トルクを与える。なお、補助トルクは「付加トルク」と称されることがある。
機電一体型モータ５４３として、実施形態によるモータ１０を好適に用いることができる。機電一体型モータ５４３は電力変換装置５４５を備える。電力変換装置５４５として、実施形態による電力変換装置１００を用いることができる。また、実施形態による制御回路３００をＥＣＵとして用いることができる。
操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングハンドル５２１によって付与されたステアリング系５２０の操舵トルクを検出する。制御回路３００は、操舵トルクセンサ５４１からの検出信号（以下、「トルク信号」と表記する。）に基づいてモータ５４３を駆動するための駆動信号を生成する。モータ５４３は、操舵トルクに応じた補助トルクを駆動信号に基づいて発生する。補助トルクは、減速機構５４４を介してステアリング系５２０の回転軸５２４に伝達される。減速機構５４４は、例えばウォームギヤ機構である。補助トルクはさらに、回転軸５２４からラックアンドピニオン機構５２５に伝達される。
電動パワーステアリング装置５００は、補助トルクがステアリング系５２０に付与される箇所によって、ピニオンアシスト型、ラックアシスト型、およびコラムアシスト型等に分類することができる。図１５には、ピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置５００を例示している。ただし、電動パワーステアリング装置５００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等であってもよい。
制御回路３００には、トルク信号だけでなく、例えば車速信号も入力され得る。外部機器５６０は例えば車速センサである。または、外部機器５６０は、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の車内ネットワークで通信可能な他のＥＣＵであってもよい。制御回路３００のマイクロコントローラは、トルク信号や車速信号などに基づいてモータ５４３をベクトル制御またはＰＷＭ制御することができる。
制御回路３００は、少なくともトルク信号に基づいて目標電流値を設定する。制御回路３００は、車速センサによって検出された車速信号を考慮し、さらに角度センサ３２０によって検出されたロータの回転信号を考慮して、目標電流値を設定することが好ましい。制御回路３００は、電流センサ１７０によって検出された実電流値が目標電流値に一致するように、モータ５４３の駆動信号、つまり、駆動電流を制御することができる。
電動パワーステアリング装置５００によれば、運転者の操舵トルクにモータ５４３の補助トルクを加えた複合トルクを利用してラック軸５２６によって左右の操舵車輪５２９Ａ、５２９Ｂを操作することができる。
以上、本開示にかかる実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は例示であり、本開示の技術を限定するものではない。また、上述の実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせた実施形態も可能である。
本開示の実施形態は、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機、冷蔵庫および電動パワーステアリング装置などの、各種モータを備える多様な機器に幅広く利用され得る。
１０：モータ、 １１：中心軸、 １２：ハウジング、 １３：凹部、 １４：隔壁、 １５：軸受、 １６：軸受、 １７：端子、 ２０：ステータ、 ２１：巻線、 ２２：積層体、 ２３：積層歯、 ２４：コアバック、 ２６：渡り線、 ３０：ロータ、 ３１：ロータコア、 ３２：永久磁石、 ３３：シャフト、 ４０：磁気センサ、 ４１：永久磁石、 ５０：基板、 ５１：電線、 ５２：端子、 １００：電力変換装置、 １０１：電源、 １０２：コイル、 １０３：コンデンサ、 １１０：第１インバータ、 １１１Ｃ、１１２Ｃ、１１３Ｃ、１４１Ｃ、１４２Ｃ、１４３Ｃ：導電線、 １１１Ｈ、１１２Ｈ、１１３Ｈ、１４１Ｈ、１４２Ｈ、１４３Ｈ：ハイサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）、 １１１Ｌ、１１２Ｌ、１１３Ｌ、１４１Ｌ、１４２Ｌ、１４３Ｌ：ローサイドスイッチング素子（ＦＥＴ）、 １１１Ｒ、１１２Ｒ、１１３Ｒ、１４１Ｒ、１４２Ｒ、１４３Ｒ：シャント抵抗、 １２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６：レグ、 １３１、１３２、１３３：Ｈブリッジ、 １４０：第２インバータ、 ３００：制御回路、 ３１０：電源回路、 ３２０：角度センサ、 ３３０：入力回路、 ３４０：マイクロコントローラ、 ３５０：駆動回路、 ３５１：検出回路、 ３６０：ＲＯＭ、 ５００：電動パワーステアリング装置、 Ｕ＿Ｌ、Ｕ＿Ｒ、Ｖ＿Ｌ、Ｖ＿Ｒ、Ｗ＿Ｌ、Ｗ＿Ｒ：端子

Claims (9)

  1. ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線と、
    前記各相の巻線の一端に接続される第１インバータと、
    前記各相の巻線の他端に接続される第２インバータと、
    を備えたモータであって、
    前記第１および第２インバータのそれぞれは、複数のローサイドスイッチング素子および複数のハイサイドスイッチング素子を備え、
    前記ｎ相の巻線は第１相の巻線を含み、
    前記第１インバータの第１ローサイドスイッチング素子および第１ハイサイドスイッチング素子は、前記第１相の巻線の一端に接続され、
    前記第２インバータの第２ローサイドスイッチング素子および第２ハイサイドスイッチング素子は、前記第１相の巻線の他端に接続され、
    前記第１インバータの前記第１ハイサイドスイッチング素子から前記第１相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第２インバータの前記第２ローサイドスイッチング素子へ流れ、
    前記第１インバータの一の前記第１ハイサイドスイッチング素子は、前記第２インバータの他の前記第２ローサイドスイッチング素子よりも、前記第２インバータの一の前記第２ローサイドスイッチング素子に近い位置に配置され、
    前記第１ハイサイドスイッチング素子と前記第２ローサイドスイッチング素子とは、前記モータの回転軸方向において互いに重なっている、モータ。
  2. 前記第１ハイサイドスイッチング素子から前記第１相の巻線へ流れる電流の向きと、前記第１相の巻線から前記第２ローサイドスイッチング素子へ流れる電流の向きとは、互いに逆である、請求項１に記載のモータ。
  3. 一の前記第１ハイサイドスイッチング素子に接続される配線の少なくとも一部は、他の前記第２ローサイドスイッチング素子に接続される配線の少なくとも一部よりも、一の前記第２ローサイドスイッチング素子に接続される配線の少なくとも一部に近い位置に配置されている、請求項１または２に記載のモータ。
  4. 前記第１インバータおよび前記第２インバータが配置される基板をさらに備え、
    前記基板の一方の面に前記第１インバータが配置され、他方の面に前記第２インバータが配置されている、請求項１から３のいずれかに記載のモータ。
  5. ロータと、前記ロータの回転角度の検出に用いる磁気センサとをさらに備える、請求項１から４のいずれかに記載のモータ。
  6. 前記第２インバータの前記第２ハイサイドスイッチング素子から前記第１相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第１インバータの前記第１ローサイドスイッチング素子へ流れ、
    前記第１インバータの一の前記第１ローサイドスイッチング素子は、前記第２インバータの他の前記第２ハイサイドスイッチング素子よりも、前記第２インバータの一の前記第２ハイサイドスイッチング素子に近い位置に配置されている、請求項１から５のいずれかに記載のモータ。
  7. 前記ｎ相の巻線は第２相の巻線を含み、
    前記第１インバータの第３ローサイドスイッチング素子および第３ハイサイドスイッチング素子は、前記第２相の巻線の一端に接続され、
    前記第２インバータの第４ローサイドスイッチング素子および第４ハイサイドスイッチング素子は、前記第２相の巻線の他端に接続され、
    前記第１インバータの前記第３ハイサイドスイッチング素子から前記第２相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第２インバータの前記第４ローサイドスイッチング素子へ流れ、
    前記第２インバータの前記第４ハイサイドスイッチング素子から前記第２相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第１インバータの前記第３ローサイドスイッチング素子へ流れ、
    前記第１インバータの前記第３ハイサイドスイッチング素子と前記第２インバータの前記第４ローサイドスイッチング素子とは互いに近接して配置されおり、
    前記第１インバータの前記第３ローサイドスイッチング素子と前記第２インバータの前記第４ハイサイドスイッチング素子とは互いに近接して配置されている、請求項１から６のいずれかに記載のモータ。
  8. 前記ｎ相の巻線は第３相の巻線を含み、
    前記第１インバータの第５ローサイドスイッチング素子および第５ハイサイドスイッチング素子は、前記第３相の巻線の一端に接続され、
    前記第２インバータの第６ローサイドスイッチング素子および第６ハイサイドスイッチング素子は、前記第３相の巻線の他端に接続され、
    前記第１インバータの前記第５ハイサイドスイッチング素子から前記第３相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第２インバータの前記第６ローサイドスイッチング素子へ流れ、
    前記第２インバータの前記第６ハイサイドスイッチング素子から前記第３相の巻線へ流れる電流の少なくとも一部は、前記第１インバータの前記第５ローサイドスイッチング素子へ流れ、
    前記第１インバータの前記第５ハイサイドスイッチング素子と前記第２インバータの前記第６ローサイドスイッチング素子とは互いに近接して配置されおり、
    前記第１インバータの前記第５ローサイドスイッチング素子と前記第２インバータの前記第６ハイサイドスイッチング素子とは互いに近接して配置されている、請求項１から７のいずれかに記載のモータ。
  9. 請求項１から８のいずれかに記載のモータを備える電動パワーステアリング装置。
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