JP7342561B2 - Power conversion equipment, drive equipment and power steering equipment - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換装置、駆動装置およびパワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a power converter, a drive device, and a power steering device.

従来、モータの巻線の両端にインバータが接続され、２つのインバータでモータが駆動される駆動システムが知られている。 Conventionally, a drive system is known in which inverters are connected to both ends of the windings of a motor, and the motor is driven by the two inverters.

例えば特許文献１では、第１インバータ部は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの一端と第１電力供給源との間に接続される。また、第２インバータ部は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの他端と第２電力供給源との間に接続される。 For example, in Patent Document 1, a first inverter section is connected between one end of a U-phase coil, a V-phase coil, and a W-phase coil and a first power supply source. Further, the second inverter section is connected between the other ends of the U-phase coil, the V-phase coil, and the W-phase coil and the second power supply source.

特開２０１４－１９２９５０号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-192950

しかし、巻線の両端に接続された２つのインバータは、通常は協働してモータを駆動するので、２つのインバータそれぞれに対する電源系の独立性が考慮された新たなインバータ配置が求められる。更に、各相におけるインピーダンスにばらつきが存在するとモータ特性に悪影響を与えてしまうので、相同士におけるインピーダンス差の抑制が求められる。 However, since the two inverters connected to both ends of the winding normally work together to drive the motor, a new inverter arrangement is required that takes into account the independence of the power supply system for each of the two inverters. Furthermore, if there are variations in impedance in each phase, this will adversely affect the motor characteristics, so it is required to suppress the impedance difference between the phases.

そこで、本発明は、電源の独立性が確保された素子配置であるとともに、相同士のインピーダンス差の抑制が容易な素子配置を実現することを目的の一つとする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, one of the objects of the present invention is to realize an element arrangement in which independence of power sources is ensured and an impedance difference between phases can be easily suppressed.

本発明に係る電力変換装置の一態様は、電源からの電力を変換し、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力変換装置であって、上記巻線の一端に接続される、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータと、上記一端とは異なる他の一端に接続される、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータと、上記第１インバータおよび上記第２インバータについて、上記ｎ相それぞれのスイッチ素子と、各相のスイッチ素子に対する共通の電源端およびグランド端の少なくとも一方に設けられた共通素子とが実装される基板とを備え、上記基板は、上記第１インバータの実装領域と、上記第２インバータの実装領域とに区画され、上記第１インバータおよび上記第２インバータにおける上記スイッチ素子および上記共通素子は、上記基板に垂直な方向から見て環状に並んだｎ＋１箇所に、共通素子および各相に分配されて実装される。
また、本発明に係る駆動装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、を備える。 One aspect of the power conversion device according to the present invention is a power conversion device that converts power from a power source and supplies it to a motor having n-phase (n is an integer of 3 or more) windings, a first inverter equipped with switch elements for each of the n phases connected to one end; a second inverter equipped with switch elements for each of the n phases connected to another end different from the one end; The first inverter and the second inverter each include a substrate on which switch elements for each of the n phases and a common element provided at at least one of a common power supply end and a ground end for the switch elements of each phase are mounted. , the substrate is divided into a mounting area for the first inverter and a mounting area for the second inverter, and the switch element and the common element in the first inverter and the second inverter are arranged perpendicularly to the substrate. The common element and each phase are distributed and mounted at n+1 locations arranged in an annular shape when viewed from the direction.
Moreover, one aspect of the drive device according to the present invention includes the above-mentioned power conversion device and a motor to which electric power converted by the above-mentioned power conversion device is supplied.

また、本発明に係るパワーステアリング装置の一態様は、上記電力変換装置と、上記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、上記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備える。 Moreover, one aspect of the power steering device according to the present invention includes the power conversion device, a motor to which power converted by the power conversion device is supplied, and a power steering mechanism driven by the motor.

本発明によれば、電源の独立性が確保された素子配置であるとともに、相同士のインピーダンス差の抑制が容易な素子配置が実現される。 According to the present invention, it is possible to realize an element arrangement in which independence of power sources is ensured, and an element arrangement in which impedance differences between phases can be easily suppressed.

図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニットの回路構成を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a motor drive unit according to this embodiment. 図２は、モータ駆動ユニットのハードウェア構成を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the motor drive unit. 図３は、実装基板のハードウェア構成を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the mounting board. 図４は、第１領域における配線パターン例を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a wiring pattern in the first region. 図５は、第２領域における配線パターン例を模式的に示す図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a wiring pattern in the second region. 図６は、実装基板のハードウェア構造が異なる変形例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a modification example in which the hardware structure of the mounting board is different. 図７は、モータの構造が異なる変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modification example in which the structure of the motor is different. 図８は、図１に示す実施形態によるパワーステアリング装置の構成を模式的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of the power steering device according to the embodiment shown in FIG.

以下、添付の図面を参照しながら、本開示の電力変換装置、駆動装置および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、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、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。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a power conversion device, a drive device, and a power steering device of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in order to avoid the following explanation from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art, more detailed explanation than necessary may be omitted. For example, detailed explanations of well-known matters or redundant explanations of substantially the same configurations may be omitted.

本明細書において、電源からの電力を、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線（「コイル」と表記する場合がある。）を有する三相モータに供給する電力に変換する電力変換装置を例にして、本開示の実施形態を説明する。ただし、電源からの電力を、四相または五相などのｎ相（ｎは４以上の整数）の巻線を有するｎ相モータに供給する電力に変換する電力変換装置も本開示の範疇である。
（モータ駆動ユニット１０００の回路構成）
図１は、本実施形態によるモータ駆動ユニット１０００の回路構成を模式的に示す図である。
モータ駆動ユニット１０００は、インバータ１０１、１０２、モータ２００および制御回路３００を備える。 In this specification, power from a power source is converted into power supplied to a three-phase motor having three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) windings (sometimes referred to as "coils"). Embodiments of the present disclosure will be described using a power conversion device as an example. However, a power conversion device that converts power from a power source into power supplied to an n-phase motor having n-phase (n is an integer of 4 or more) windings such as four-phase or five-phase windings is also within the scope of the present disclosure. .
(Circuit configuration of motor drive unit 1000)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a circuit configuration of a motor drive unit 1000 according to this embodiment.
Motor drive unit 1000 includes inverters 101 and 102, motor 200, and control circuit 300.

本明細書では、構成要素としてモータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００を説明する。モータ２００を備えるモータ駆動ユニット１０００は、本発明の駆動装置の一例に相当する。ただし、モータ駆動ユニット１０００は、構成要素としてモータ２００が省かれた、モータ２００を駆動するための装置であってもよい。モータ２００が省かれたモータ駆動ユニット１０００は、本発明の電力変換装置の一例に相当する。 In this specification, a motor drive unit 1000 including a motor 200 as a component will be described. A motor drive unit 1000 including a motor 200 corresponds to an example of a drive device of the present invention. However, the motor drive unit 1000 may be a device for driving the motor 200 without the motor 200 as a component. The motor drive unit 1000 without the motor 200 corresponds to an example of the power conversion device of the present invention.

モータ２００は、例えば三相交流モータである。モータ２００は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のコイルを有し、各コイルは互いに無結線である。コイルの巻き方は、例えば集中巻きまたは分布巻きである。 Motor 200 is, for example, a three-phase AC motor. The motor 200 has U-phase, V-phase, and W-phase coils, and each coil is not connected to each other. The winding method of the coil is, for example, concentrated winding or distributed winding.

モータ駆動ユニット１０００は電源４１０、４２０に接続される。本実施形態では、電源として、第１インバータ１０１用の電源４１０と、第２インバータ１０２用の電源４２０が用いられる。即ち、第１インバータ１０１は第１の電源４１０に接続され、第２インバータ１０２は、第１の電源４１０とは独立の第２の電源４２０に接続される。 Motor drive unit 1000 is connected to power supplies 410, 420. In this embodiment, a power supply 410 for the first inverter 101 and a power supply 420 for the second inverter 102 are used as power supplies. That is, the first inverter 101 is connected to a first power source 410, and the second inverter 102 is connected to a second power source 420 independent of the first power source 410.

電源４１０、４２０は所定の電源電圧（例えば１２Ｖ）を生成する。電源４１０、４２０として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源４１０、４２０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。図１では、一例として、第１インバータ１０１用の電源４１０および第２インバータ１０２用の電源４２０が示されるが、モータ駆動ユニット１０００は、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２に共通の電源に接続されてもよい。また、モータ駆動ユニット１０００は、内部に電源を備えていてもよい。 Power supplies 410 and 420 generate a predetermined power supply voltage (eg, 12V). As the power supplies 410 and 420, for example, a DC power supply is used. However, the power supplies 410 and 420 may be AC-DC converters or DC-DC converters, or may be batteries (storage batteries). In FIG. 1, a power supply 410 for the first inverter 101 and a power supply 420 for the second inverter 102 are shown as an example, but the motor drive unit 1000 is connected to a power supply common to the first inverter 101 and the second inverter 102. may be done. Further, the motor drive unit 1000 may include an internal power source.

モータ駆動ユニット１０００はコンデンサ１０５、１０６を備える。コンデンサ１０５、１０６は、いわゆる平滑コンデンサであり、モータ２００で発生する環流電流を吸収することで電源電圧を安定化させてトルクリップルを抑制する。コンデンサ１０５、１０６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。 Motor drive unit 1000 includes capacitors 105 and 106. The capacitors 105 and 106 are so-called smoothing capacitors, and absorb the circulating current generated by the motor 200 to stabilize the power supply voltage and suppress torque ripple. The capacitors 105 and 106 are, for example, electrolytic capacitors, and the capacity and number of capacitors to be used are appropriately determined based on design specifications and the like.

モータ駆動ユニット１０００は、２つのインバータ１０１、１０２によって、電源４１０、４２０からの電力をモータ２００に供給する電力に変換することが可能である。例えば、モータ駆動ユニット１０００は、直流電力を、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の擬似正弦波である三相交流電力に変換することが可能である。 Motor drive unit 1000 can convert power from power supplies 410 and 420 into power supplied to motor 200 using two inverters 101 and 102. For example, the motor drive unit 1000 can convert DC power into three-phase AC power that is a pseudo sine wave of U-phase, V-phase, and W-phase.

２つのインバータ１０１、１０２のうち第１インバータ１０１は、モータ２００のコイルの一端２１０に接続され、第２インバータ１０２は、モータ２００のコイルの他端２２０に接続される。即ち、モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００のコイルの一端２１０に接続される、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータ１０１を備える。また、モータ駆動ユニット１０００は、モータ２００の巻線の、一端２１０とは異なる他の一端である他端２２０に接続される、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータ１０２も備える。更に言うと、第２インバータ１０２は、第１インバータ１０１が接続された一端２１０に対する他端２２０に接続される。 Of the two inverters 101 and 102, the first inverter 101 is connected to one end 210 of the coil of the motor 200, and the second inverter 102 is connected to the other end 220 of the coil of the motor 200. That is, the motor drive unit 1000 includes a first inverter 101 that is connected to one end 210 of the coil of the motor 200 and includes switch elements for each of three phases: U phase, V phase, and W phase. Further, the motor drive unit 1000 includes switch elements for each of three phases, U-phase, V-phase, and W-phase, which are connected to the other end 220, which is the other end different from the one end 210, of the winding of the motor 200. A second inverter 102 is also provided. Furthermore, the second inverter 102 is connected to one end 210 to which the first inverter 101 is connected and the other end 220.

また、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２は、３個のレグを有するブリッジ回路を備え、各レグは、モータ２００のコイルと電源端とに接続された３つのハイサイドスイッチ素子と、モータ２００のコイルとグランド端とに接続された３つのローサイドスイッチ素子とを備える。 Further, the first inverter 101 and the second inverter 102 include a bridge circuit having three legs, each leg including three high-side switch elements connected to the coil and power supply terminal of the motor 200, and and three low-side switch elements connected to the coil and the ground terminal.

具体的には、Ｕ相のコイルの一端２１０および他端２２０それぞれに、Ｕ相のハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１６Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１６Ｌが接続される。Ｖ相のコイルの一端２１０および他端２２０それぞれに、Ｖ相のハイサイドスイッチ素子１１４Ｈ、１１７Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１４Ｌ、１１７Ｌが接続される。Ｗ相のコイルの一端２１０および他端２２０それぞれに、Ｗ相のハイサイドスイッチ素子１１５Ｈ、１１８Ｈおよびローサイドスイッチ素子１１５Ｌ、１１８Ｌが接続される。スイッチ素子としては、例えば電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴなど）または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられる。なお、スイッチ素子がＩＧＢＴである場合には、スイッチ素子と逆並列にダイオード（フリーホイール）が接続される。 Specifically, U-phase high-side switch elements 113H, 116H and low-side switch elements 113L, 116L are connected to one end 210 and the other end 220 of the U-phase coil, respectively. V-phase high-side switch elements 114H, 117H and low-side switch elements 114L, 117L are connected to one end 210 and the other end 220 of the V-phase coil, respectively. W-phase high-side switch elements 115H, 118H and low-side switch elements 115L, 118L are connected to one end 210 and the other end 220 of the W-phase coil, respectively. As the switch element, for example, a field effect transistor (MOSFET or the like) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used. Note that when the switch element is an IGBT, a diode (freewheel) is connected antiparallel to the switch element.

各相について、コイルの一端２１０および他端２２０に接続されたハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子によってＨブリッジが構成される。つまり、モータ駆動ユニット１０００は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応した３つのＨブリッジを備える。モータ駆動ユニット１０００は、これら３つのＨブリッジによって、互いに無結線なＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルそれぞれに対して個別に電力を供給することができる。 For each phase, an H-bridge is configured by a high-side switch element and a low-side switch element connected to one end 210 and the other end 220 of the coil. That is, the motor drive unit 1000 includes three H bridges corresponding to the U phase, V phase, and W phase. The motor drive unit 1000 can individually supply power to each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils that are not connected to each other by using these three H bridges.

電源４１０、４２０とインバータ１０１、１０２の電源端との間には、上流側の分離スイッチ１２１、１２２が備えられている。また、インバータ１０１、１０２のグランド端とグランドとの間には、下流側の分離スイッチ１２３、１２４が備えられている。分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４は、電源４１０、４２０とインバータ１０１、１０２との接続・非接続を切替えることができる。インバータ１０１、１０２のグランド端とグランドとの間には、下流側の分離スイッチ１２３、１２４と直列に、下流側の分離スイッチ１２３、１２４とは逆向きの電流を止める分離スイッチ１２５、１２６が備えられてもよい。逆向きの分離スイッチ１２５、１２６は、電源が誤って逆向きに接続された場合にインバータ１０１、１０２を保護する。 Upstream separation switches 121 and 122 are provided between the power supplies 410 and 420 and the power supply ends of the inverters 101 and 102. Furthermore, downstream isolation switches 123 and 124 are provided between the ground ends of the inverters 101 and 102 and the ground. Isolation switches 121, 122, 123, and 124 can switch connection/disconnection between power supplies 410, 420 and inverters 101, 102. Between the ground ends of the inverters 101 and 102 and the ground, isolation switches 125 and 126 are provided in series with the downstream isolation switches 123 and 124 to stop the current flowing in the opposite direction to the downstream isolation switches 123 and 124. It's okay to be hit. Reverse isolation switches 125, 126 protect inverters 101, 102 in case the power supply is accidentally connected in reverse.

制御回路３００は、例えばパワーステアリング装置の制御用コンピュータなどといった外部装置からモータ２００の目標トルクなどが入力される。制御回路３００は、図示を省略した角度センサや電流センサなどで検出されるモータ２００の出力情報と、上記目標トルクなどに基づいて目標電流値を設定し、インバータ１０１、１０２によるモータ２００の駆動を制御する。具体的には、制御回路３００は、インバータ１０１、１０２に備えられた各スイッチ素子におけるオンオフ動作をＰＷＭ制御する。また、制御回路３００は、分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６のオンオフ動作も制御する。
なお、制御回路としては、２つのインバータ１０１、１０２について個別に対応した２つの制御回路が備えられてもよい。
（モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成）
次にモータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成について説明する。
図２は、モータ駆動ユニット１０００のハードウェア構成を模式的に示す図である。 The control circuit 300 receives input of the target torque of the motor 200 from an external device such as a control computer for a power steering device. The control circuit 300 sets a target current value based on the output information of the motor 200 detected by an angle sensor, a current sensor, etc. (not shown) and the target torque, and controls the drive of the motor 200 by the inverters 101 and 102. Control. Specifically, the control circuit 300 performs PWM control on the on/off operation of each switch element provided in the inverters 101 and 102. The control circuit 300 also controls the on/off operations of the separation switches 121, 122, 123, 124, 125, and 126.
Note that, as the control circuit, two control circuits individually corresponding to the two inverters 101 and 102 may be provided.
(Hardware configuration of motor drive unit 1000)
Next, the hardware configuration of the motor drive unit 1000 will be explained.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the motor drive unit 1000.

モータ駆動ユニット１０００は、ハードウェア構成として、上述したモータ２００と、実装基板１００１と、ハウジング１００３と、コネクタ１００４とを備える。 The motor drive unit 1000 includes the above-described motor 200, a mounting board 1001, a housing 1003, and a connector 1004 as a hardware configuration.

モータ２００の外周付近からは、コイルの一端２１０と他端２２０が突き出し、実装基板１００１に向かって延びる。コイルの一端２１０と他端２２０の双方が実装基板１００１に接続される。 One end 210 and the other end 220 of the coil protrude from near the outer periphery of the motor 200 and extend toward the mounting board 1001. Both one end 210 and the other end 220 of the coil are connected to the mounting board 1001.

実装基板１００１の基板面に交わる方向にモータ２００の回転軸２０１が延びる。実装基板１００１とモータ２００は、ハウジング１００３内に収容されることで互いの位置が固定される。 A rotating shaft 201 of the motor 200 extends in a direction intersecting the board surface of the mounting board 1001. The mounting board 1001 and the motor 200 are housed in the housing 1003, so that their positions are fixed with respect to each other.

ハウジング１００３には、２つの電源４１０、４２０(図１参照)からの電源コードが接続されるコネクタ１００４が取り付けられる。コネクタ１００４と実装基板１００１との間は、図示が省略された接続線で接続される。
図３は、実装基板１００１のハードウェア構成を模式的に示す図である。 A connector 1004 to which power cords from two power supplies 410 and 420 (see FIG. 1) are connected is attached to the housing 1003. The connector 1004 and the mounting board 1001 are connected by a connection wire (not shown).
FIG. 3 is a diagram schematically showing the hardware configuration of the mounting board 1001.

実装基板１００１は、基板１１００と、基板１１００上に実装された各種の素子とを備える。
基板１１００は、第１インバータ１０１を構成する各スイッチ素子１１３Ｈ、１１４Ｈ、１１５Ｈ、１１３Ｌ、１１４Ｌ、１１５Ｌが実装される第１領域１３１と、第２インバータ１０２を構成する各スイッチ素子１１６Ｈ、１１７Ｈ、１１８Ｈ、１１６Ｌ、１１７Ｌ、１１８Ｌが実装される第２領域１３２とに区画される。制御回路３００は、第１領域１３１および第２領域１３２とは別の領域に実装される。 The mounting board 1001 includes a board 1100 and various elements mounted on the board 1100.
The substrate 1100 includes a first region 131 in which each switch element 113H, 114H, 115H, 113L, 114L, and 115L that constitutes the first inverter 101 is mounted, and each switch element 116H, 117H, and 118H that constitutes the second inverter 102. , 116L, 117L, and 118L. Control circuit 300 is mounted in an area different from first area 131 and second area 132.

第１インバータ１０１の分離スイッチ１２１、１２３は第１領域１３１に実装され、第２インバータ１０２の分離スイッチ１２２、１２４は第２領域１３２に実装される。また、第１インバータ１０１の各スイッチ素子１１３Ｈ、１１４Ｈ、１１５Ｈ、１１３Ｌ、１１４Ｌ、１１５Ｌに接続される電流ラインを構成する配線パターンは第１領域１３１に形成され、第２インバータ１０２の各スイッチ素子１１６Ｈ、１１７Ｈ、１１８Ｈ、１１６Ｌ、１１７Ｌ、１１８Ｌに接続される電流ラインを構成する配線パターンは第２領域１３２に形成される。 The separation switches 121 and 123 of the first inverter 101 are mounted in the first region 131, and the separation switches 122 and 124 of the second inverter 102 are mounted in the second region 132. Further, a wiring pattern constituting a current line connected to each switch element 113H, 114H, 115H, 113L, 114L, 115L of the first inverter 101 is formed in the first region 131, and each switch element 116H of the second inverter 102 is formed in the first region 131. , 117H, 118H, 116L, 117L, and 118L are formed in the second region 132.

言い換えると、基板１１００には、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２について、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相それぞれのスイッチ素子と、各相のスイッチ素子に対する共通の電源端およびグランド端の少なくとも一方に設けられた共通素子とが実装される。ここで共通素子とは、例えば分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４が該当する。また、共通素子は、電源リレーであってもよいし、スターポイントであってもよい。また、共通素子が分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４である場合には、逆電流を防止する分離スイッチ１２５、１２６が共通素子に更に含まれてもよい。
基板１１００は、第１インバータ１０１の実装領域と、第２インバータ１０２の実装領域とに区画される。このような区画により、第１インバータ１０１と第２インバータ１０２とで電流ラインの独立性が確保される。また、本実施形態のように、第１インバータ１０１と第２インバータ１０２が異なる電源４１０、４２０に接続される場合は、上記区画により電源系統の独立性も確保される。 In other words, the substrate 1100 includes switch elements for each of the three phases, U phase, V phase, and W phase, for the first inverter 101 and the second inverter 102, and a common power supply terminal and ground terminal for the switch elements of each phase. A common element provided on at least one side is mounted. Here, the common elements correspond to, for example, the separation switches 121, 122, 123, and 124. Further, the common element may be a power relay or a star point. Furthermore, when the common elements are the isolation switches 121, 122, 123, and 124, the common elements may further include isolation switches 125 and 126 that prevent reverse current.
The substrate 1100 is divided into a mounting area for the first inverter 101 and a mounting area for the second inverter 102. Such division ensures independence of current lines between the first inverter 101 and the second inverter 102. Moreover, when the first inverter 101 and the second inverter 102 are connected to different power supplies 410 and 420 as in this embodiment, the independence of the power supply system is also ensured by the above-mentioned divisions.

第１領域１３１および第２領域１３２は、それぞれが１つに連続した領域であり、図３に示す例では、第１インバータ１０１の実装領域である第１領域１３１が第２インバータ１０２の実装領域である第２領域１３２を環状に取り囲む。これにより、片面実装において好適な素子配置が得られる。 The first area 131 and the second area 132 are each one continuous area, and in the example shown in FIG. The second region 132 is annularly surrounded. Thereby, a suitable element arrangement can be obtained in single-sided mounting.

第１インバータ１０１および第２インバータ１０２の四つの分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４は、分離スイッチ用の実装箇所Ｒ０にまとめて実装される。上記共通素子に逆電流を防止する分離スイッチ１２５、１２６が含まれる場合には、この分離スイッチ１２５、１２６も分離スイッチ用の実装箇所Ｒ０にまとめて実装される。
また、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２のスイッチ素子のうち、四つのＵ相のスイッチ素子１１３Ｈ、１１３Ｌ、１１６Ｈ、１１６ＬはＵ相用の実装箇所Ｒ１にまとめて実装される。同様に、四つのＶ相のスイッチ素子１１４Ｈ、１１４Ｌ、１１７Ｈ、１１７ＬはＶ相用の実装箇所Ｒ２にまとめて実装され、四つのＷ相のスイッチ素子１１５Ｈ、１１５Ｌ、１１８Ｈ、１１８ＬはＷ相用の実装箇所Ｒ３にまとめて実装される。
分離スイッチ用の実装箇所Ｒ０およびＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の実装箇所Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、第１領域１３１と第２領域１３２との境界に沿って環状に並ぶ。 The four separation switches 121, 122, 123, and 124 of the first inverter 101 and the second inverter 102 are mounted together at the separation switch mounting location R0. When the common elements include separation switches 125 and 126 for preventing reverse current, these separation switches 125 and 126 are also mounted together at the separation switch mounting location R0.
Further, among the switch elements of the first inverter 101 and the second inverter 102, the four U-phase switch elements 113H, 113L, 116H, and 116L are collectively mounted at the U-phase mounting location R1. Similarly, the four V-phase switch elements 114H, 114L, 117H, and 117L are mounted together at the V-phase mounting location R2, and the four W-phase switch elements 115H, 115L, 118H, and 118L are mounted at the W-phase mounting location R2. They are all mounted at mounting location R3.
The mounting location R0 for the separation switch and the mounting locations R1, R2, and R3 for the U-phase, V-phase, and W-phase are arranged in a ring shape along the boundary between the first region 131 and the second region 132.

言い換えると、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２におけるスイッチ素子および上記共通素子は、基板１１００に垂直な方向から見て環状に並んだｎ＋１箇所(ここの例では３＋１箇所)に、共通素子および各相に分配されて実装される。このような環状の分配配置により、各スイッチ素子に接続される電流ラインとして、インピーダンス差の小さい電流ラインが容易に得られ、相同士のインピーダンス差が抑制される。この結果、モータ２００における各相への電力供給がバランスしてモータ２００の駆動が円滑化する。特に、上述した３つのＨブリッジによってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の無結線のコイルに個別に給電するシステムにおいては、相同士でインピーダンス差が抑制されることによって零相電流が抑制され、零相電流による影響も抑制される。
なお、上記環状に並んだｎ＋１箇所は、環をｎ＋１等分に分ける各箇所であることが望ましい。更に、本実施形態のように４箇所に分配される場合には、基板の頂点同士を繋いだ対角線によって分割された４つの領域それぞれに分配される形態も望ましい。 In other words, the switch elements and the common elements in the first inverter 101 and the second inverter 102 are arranged at n+1 locations (3+1 locations in this example) arranged in an annular shape when viewed from the direction perpendicular to the substrate 1100. It is distributed and implemented in phases. With such an annular distribution arrangement, a current line with a small impedance difference can be easily obtained as a current line connected to each switch element, and the impedance difference between phases can be suppressed. As a result, the power supply to each phase of the motor 200 is balanced, and the motor 200 is driven smoothly. In particular, in a system in which the three H-bridges described above individually feed power to the unwired coils of the three phases U, V, and W, the zero-sequence current is suppressed by suppressing the impedance difference between the phases. The effect of zero-sequence current is also suppressed.
Note that it is desirable that the n+1 locations arranged in a ring form are locations that divide the ring into n+1 equal parts. Furthermore, in the case where the light is distributed to four locations as in this embodiment, it is also desirable that the light is distributed to each of the four regions divided by a diagonal line connecting the vertices of the substrate.

各実装箇所Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３には、モータの対応する相のコイルにおける一端２１０および他端２２０が接続される。つまり、基板１１００上に設けられた２ｎ個（ここでは２×３個）の接続点に、ｎ相(ここでは３相)の巻線の一端２１０および他端２２０が個々に接続される。 One end 210 and the other end 220 of the coil of the corresponding phase of the motor are connected to each mounting location R1, R2, and R3. That is, one end 210 and the other end 220 of an n-phase (here, three-phase) winding are individually connected to 2n (here, 2×3) connection points provided on the substrate 1100.

そして、Ｕ相の一端２１０に接続される二つのスイッチ素子１１３Ｈ、１１３Ｌは、当該一端２１０の接続点を間に挟んだ両側に実装され、Ｕ相の他端２２０に接続される二つのスイッチ素子１１６Ｈ、１１６Ｌは、当該他端２２０の接続点を間に挟んだ両側に実装される。同様に、Ｖ相の一端２１０に接続される二つのスイッチ素子１１４Ｈ、１１４Ｌは、当該一端２１０の接続点を間に挟んだ両側に実装され、Ｖ相の他端２２０に接続される二つのスイッチ素子１１７Ｈ、１１７Ｌは、当該他端２２０の接続点を間に挟んだ両側に実装される。更に、Ｗ相の一端２１０に接続される二つのスイッチ素子１１５Ｈ、１１５Ｌは、当該一端２１０の接続点を間に挟んだ両側に実装され、Ｗ相の他端２２０に接続される二つのスイッチ素子１１８Ｈ、１１８Ｌは、当該他端２２０の接続点を間に挟んだ両側に実装される。このように接続点を挟んだ配置により、ハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子に対する電流ラインとして、インピーダンス差の小さい電流ラインが容易に得られる。
ここで、実装基板１００１における配線パターンの具体例について説明する。
図４および図５は、実装基板１００１における配線パターンの具体例を示す図である。 The two switch elements 113H and 113L connected to one end 210 of the U phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210, and the two switch elements 113H and 113L are connected to the other end 220 of the U phase. 116H and 116L are mounted on both sides with the connection point of the other end 220 in between. Similarly, the two switch elements 114H and 114L connected to one end 210 of the V phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210, and the two switches connected to the other end 220 of the V phase The elements 117H and 117L are mounted on both sides with the connection point of the other end 220 in between. Further, the two switch elements 115H and 115L connected to one end 210 of the W phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210, and the two switch elements 115H and 115L connected to the other end 220 of the W phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210. 118H and 118L are mounted on both sides with the connection point of the other end 220 in between. By placing the connection points in between in this manner, a current line with a small impedance difference can be easily obtained as a current line for the high-side switch element and the low-side switch element.
Here, a specific example of the wiring pattern on the mounting board 1001 will be described.
4 and 5 are diagrams showing specific examples of wiring patterns on the mounting board 1001.

図４には、第１領域１３１における配線パターン例が示され、図５には、第２領域１３２における配線パターン例が示される。図４および図５には、例えば２相の配線層が用いられる配線パターン例が示される。 FIG. 4 shows an example of a wiring pattern in the first region 131, and FIG. 5 shows an example of a wiring pattern in the second region 132. 4 and 5 show examples of wiring patterns in which, for example, two-phase wiring layers are used.

図４に例示されるように、第１領域１３１には、例えば、実線で示された第１層の配線パターン１４１と点線で示された第２層の配線パターン１４２が形成される。第１層の配線パターン１４１は、第１インバータ１０１（図２参照）における上流側の分離スイッチ１２１と、第１インバータ１０１における各ハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１４Ｈ、１１５Ｈとを接続する。第２層の配線パターン１４２は、第１インバータ１０１における下流側の分離スイッチ１２１と、第１インバータ１０１における各ローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１４Ｌ、１１５Ｌとを接続する。 As illustrated in FIG. 4, in the first region 131, for example, a first layer wiring pattern 141 indicated by a solid line and a second layer wiring pattern 142 indicated by a dotted line are formed. The first layer wiring pattern 141 connects the upstream separation switch 121 in the first inverter 101 (see FIG. 2) and each high-side switch element 113H, 114H, 115H in the first inverter 101. The second layer wiring pattern 142 connects the downstream separation switch 121 in the first inverter 101 and each of the low-side switch elements 113L, 114L, and 115L in the first inverter 101.

第１層の配線パターン１４１および第２層の配線パターン１４２は、配線層内を環状に延びた環状部分１４１ａ、１４２ａと、各素子に接続されるパッド部分１４１ｂ、１４２ｂとを有する。環状部分１４１ａ、１４２ａでは、右回りの経路と左回りの経路との双方で電流が流れる。右回り経路と左回り経路とを合わせた合計の抵抗は、ハイサイドスイッチ素子１１３Ｈ、１１４Ｈ、１１５Ｈ同士やローサイドスイッチ素子１１３Ｌ、１１４Ｌ、１１５Ｌ同士で比較すると、互いに差が小さく、インピーダンス差も小さい。 The first layer wiring pattern 141 and the second layer wiring pattern 142 have annular portions 141a and 142a extending annularly within the wiring layer, and pad portions 141b and 142b connected to each element. In the annular portions 141a and 142a, current flows in both the clockwise and counterclockwise paths. When comparing the total resistance of the clockwise path and the counterclockwise path between the high-side switch elements 113H, 114H, and 115H and between the low-side switch elements 113L, 114L, and 115L, the difference is small and the impedance difference is also small.

図５例示されるように、第２領域１３２には、例えば、実線で示された第１層の配線パターン１４３と点線で示された第２層の配線パターン１４４が形成される。第１層の配線パターン１４３は、第２インバータ１０２（図２参照）における上流側の分離スイッチ１２２と、第２インバータ１０２における各ハイサイドスイッチ素子１１６Ｈ、１１７Ｈ、１１８Ｈとを接続する。第２層の配線パターン１４４は、第２インバータ１０２における下流側の分離スイッチ１２３と、第２インバータ１０２における各ローサイドスイッチ素子１１６Ｌ、１１７Ｌ、１１８Ｌとを接続する。 As illustrated in FIG. 5, in the second region 132, for example, a first layer wiring pattern 143 indicated by a solid line and a second layer wiring pattern 144 indicated by a dotted line are formed. The first layer wiring pattern 143 connects the upstream separation switch 122 in the second inverter 102 (see FIG. 2) and each high-side switch element 116H, 117H, 118H in the second inverter 102. The second layer wiring pattern 144 connects the downstream isolation switch 123 in the second inverter 102 and each of the low-side switch elements 116L, 117L, and 118L in the second inverter 102.

第１層の配線パターン１４３および第２層の配線パターン１４４は、配線層内に広がったプレート部分１４３ａ、１４４ａと、各素子に接続されるパッド部分１４３ｂ、１４４ｂとを有する。プレート部分１４３ａ、１４４ａでは電流が自由なルートで流れる。その結果として、ハイサイドスイッチ素子１１６Ｈ、１１７Ｈ、１１８Ｈ同士では、電流が流れる各経路長の差が小さく、インピーダンス差も小さい。同様に、ローサイドスイッチ素子１１６Ｌ、１１７Ｌ、１１８Ｌ同士でも、電流が流れる各経路長の差が小さく、インピーダンス差も小さい。 The first layer wiring pattern 143 and the second layer wiring pattern 144 have plate portions 143a, 144a extending within the wiring layer, and pad portions 143b, 144b connected to each element. Current flows freely in the plate portions 143a, 144a. As a result, the difference in the length of each path through which current flows is small, and the impedance difference is also small among the high-side switch elements 116H, 117H, and 118H. Similarly, among the low-side switch elements 116L, 117L, and 118L, the difference in length of each path through which current flows is small, and the difference in impedance is also small.

図４および図５に例示したように、図３に示したハードウェア構成の実装基板１００１によれば、各スイッチ素子に対する電流ラインのインピーダンス差が小さい配線パターンが容易に設計できる。
（変形例）
図６は、実装基板のハードウェア構造が異なる変形例を示す図である。 As illustrated in FIGS. 4 and 5, according to the mounting board 1001 having the hardware configuration shown in FIG. 3, a wiring pattern with a small impedance difference between current lines for each switch element can be easily designed.
(Modified example)
FIG. 6 is a diagram showing a modification example in which the hardware structure of the mounting board is different.

変形例の実装基板１００２は、両面実装型の基板１２００と、基板１２００の表裏面に実装された各種の素子とを備える。
基板１２００の表裏面のうち第１面には、第１インバータ１０１を構成する各スイッチ素子１１３Ｈ、１１４Ｈ、１１５Ｈ、１１３Ｌ、１１４Ｌ、１１５Ｌが実装される。また、基板１２００の表裏面のうち第２面には、第２インバータ１０２を構成する各スイッチ素子１１６Ｈ、１１７Ｈ、１１８Ｈ、１１６Ｌ、１１７Ｌ、１１８Ｌが実装される。つまり、変形例では、第１インバータ１０１の実装領域が基板１２００の第１面に設けられ、第２インバータ１０２の実装領域が第１面の裏側の第２面に設けられる。そして、各実装領域は互いに区画される。このような区画により、第１インバータ１０１と第２インバータ１０２とで電流ラインの独立性が確保される。 The mounting board 1002 of the modified example includes a double-sided mounting type board 1200 and various elements mounted on the front and back surfaces of the board 1200.
Switch elements 113H, 114H, 115H, 113L, 114L, and 115L constituting the first inverter 101 are mounted on a first surface of the front and back surfaces of the substrate 1200. Further, on the second surface of the front and back surfaces of the substrate 1200, respective switch elements 116H, 117H, 118H, 116L, 117L, and 118L constituting the second inverter 102 are mounted. That is, in the modified example, the mounting area for the first inverter 101 is provided on the first surface of the substrate 1200, and the mounting area for the second inverter 102 is provided on the second surface on the back side of the first surface. The mounting areas are then separated from each other. Such division ensures independence of current lines between the first inverter 101 and the second inverter 102.

第１インバータ１０１の分離スイッチ１２１、１２３は第１面に実装され、第２インバータ１０２の分離スイッチ１２２、１２４は第２面に実装される。また、第１インバータ１０１に対して電力を供給する配線パターンは第１面に形成され、第２インバータ１０２に対して電力を供給する配線パターンは第２面に形成される。 Separation switches 121 and 123 of the first inverter 101 are mounted on the first surface, and separation switches 122 and 124 of the second inverter 102 are mounted on the second surface. Further, a wiring pattern for supplying power to the first inverter 101 is formed on the first surface, and a wiring pattern for supplying power to the second inverter 102 is formed on the second surface.

第１インバータ１０１および第２インバータ１０２の四つの分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４は、基板１２００に垂直な方向から見ると、分離スイッチ用の実装箇所Ｒ０にまとめて実装される。また、第１インバータ１０１および第２インバータ１０２のスイッチ素子のうち、四つのＵ相のスイッチ素子１１３Ｈ、１１３Ｌ、１１６Ｈ、１１６Ｌは、基板１２００に垂直な方向から見ると、Ｕ相用の実装箇所Ｒ１にまとめて実装される。同様に、四つのＶ相のスイッチ素子１１４Ｈ、１１４Ｌ、１１７Ｈ、１１７ＬはＶ相用の実装箇所Ｒ２にまとめて実装され、四つのＷ相のスイッチ素子１１５Ｈ、１１５Ｌ、１１８Ｈ、１１８ＬはＷ相用の実装箇所Ｒ３にまとめて実装される。 The four separation switches 121, 122, 123, and 124 of the first inverter 101 and the second inverter 102 are mounted together at the separation switch mounting location R0 when viewed from a direction perpendicular to the substrate 1200. Furthermore, among the switch elements of the first inverter 101 and the second inverter 102, the four U-phase switch elements 113H, 113L, 116H, and 116L are located at the U-phase mounting location R1 when viewed from a direction perpendicular to the board 1200. will be implemented together. Similarly, the four V-phase switch elements 114H, 114L, 117H, and 117L are mounted together at the V-phase mounting location R2, and the four W-phase switch elements 115H, 115L, 118H, and 118L are mounted at the W-phase mounting location R2. They are all mounted at mounting location R3.

図６に示した変形例の場合も、分離スイッチ用の実装箇所Ｒ０およびＵ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の実装箇所Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、基板１２００に垂直な方向から見て環状に並ぶ。このような環状の分配配置により、両面実装においても、各スイッチ素子に接続される電流ラインとして、インピーダンス差の小さい電流ラインが容易に得られ、相同士のインピーダンス差が抑制される。この結果、変形例の場合も、モータ２００における各相への電力供給がバランスしてモータ２００の駆動が円滑化する。 Also in the case of the modification shown in FIG. lined up in With such an annular distribution arrangement, even in double-sided mounting, a current line with a small impedance difference can be easily obtained as a current line connected to each switch element, and the impedance difference between phases can be suppressed. As a result, also in the modified example, the power supply to each phase of the motor 200 is balanced, and the motor 200 is driven smoothly.

基板１２００の表裏面のうち例えば第２面側がモータ２００に向き、モータ２００から基板１２００に向かって一端２１０および他端２２０が突き出す。そして、各実装箇所Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３には、モータの対応する相のコイルにおける一端２１０および他端２２０が個々に接続される。第２面側に実装される第２インバータ１０２が接続される他端２２０は、第２面側の接続点で基板１２００に接続される。また、第１面側に実装される第１インバータ１０１が接続される一端２１０は、基板１２００を貫通して第１面側の接続点で基板１２００に接続される。 Among the front and back surfaces of the substrate 1200, for example, the second surface side faces the motor 200, and one end 210 and the other end 220 protrude from the motor 200 toward the substrate 1200. One end 210 and the other end 220 of the coil of the corresponding phase of the motor are individually connected to each mounting location R1, R2, and R3. The other end 220 to which the second inverter 102 mounted on the second surface is connected is connected to the substrate 1200 at a connection point on the second surface. Further, one end 210 to which the first inverter 101 mounted on the first surface side is connected penetrates the substrate 1200 and is connected to the substrate 1200 at a connection point on the first surface side.

そして、Ｕ相の一端２１０に接続される二つのスイッチ素子１１３Ｈ、１１３Ｌは、当該一端２１０の接続点を間に挟んだ両側に実装され、Ｕ相の他端２２０に接続される二つのスイッチ素子１１６Ｈ、１１６Ｌは、当該他端２２０の接続点を間に挟んだ両側に実装される。同様に、Ｖ相の一端２１０に接続される二つのスイッチ素子１１４Ｈ、１１４Ｌは、当該一端２１０の接続点を間に挟んだ両側に実装され、Ｖ相の他端２２０に接続される二つのスイッチ素子１１７Ｈ、１１７Ｌは、当該他端２２０の接続点を間に挟んだ両側に実装される。更に、Ｗ相の一端２１０に接続される二つのスイッチ素子１１５Ｈ、１１５Ｌは、当該一端２１０の接続点を間に挟んだ両側に実装され、Ｗ相の他端２２０に接続される二つのスイッチ素子１１８Ｈ、１１８Ｌは、当該他端２２０の接続点を間に挟んだ両側に実装される。このように接続点を挟んだ配置により、ハイサイドスイッチ素子およびローサイドスイッチ素子に対する電流ラインとして、インピーダンス差の小さい電流ラインが容易に得られる。
図７は、モータ２００の構造が異なる変形例を示す図である。
図７に示す変形例では、モータ２００は複数系統（例えば２系統）のコイル２０１、２０２を備える。そして、第１インバータ１０１と第２インバータ１０２は、互いに異なる系統のコイル２０１、２０２に接続される。言い換えると、第２インバータ１０２は、第１インバータ１０１が接続された一端２３０を有するコイル２０１の系統とは異なる他の系統のコイル２０２の一端２４０に接続される。
各系統のコイル２０１、２０２は、いわゆるスター結線で結線され、インバータ１０１、１０２が接続された一端２３０、２４０に対する他端同士が、系統毎に互いに接続される。なお、各系統のコイル２０１、２０２は、いわゆるΔ結線で結線されてもよい。
このような変形例でも、インバータ１０１、１０２のスイッチ素子１１３Ｈ、……、１１８Ｈ、１１３Ｌ、……、１１８Ｌと分離スイッチ１２１、１２２、１２３、１２４（および１２５、１２６）は、上述したように基板上に分配されて実装される。このため、各スイッチ素子に対する電流ラインとして、インピーダンス差の小さい電流ラインが容易に得られる。そして、モータ２００における各相への電力供給が、何れの系統においてもバランスしてモータ２００の駆動が円滑化する。
（パワーステアリング装置の実施形態） The two switch elements 113H and 113L connected to one end 210 of the U phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210, and the two switch elements 113H and 113L are connected to the other end 220 of the U phase. 116H and 116L are mounted on both sides with the connection point of the other end 220 in between. Similarly, the two switch elements 114H and 114L connected to one end 210 of the V phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210, and the two switches connected to the other end 220 of the V phase The elements 117H and 117L are mounted on both sides with the connection point of the other end 220 in between. Further, the two switch elements 115H and 115L connected to one end 210 of the W phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210, and the two switch elements 115H and 115L connected to the other end 220 of the W phase are mounted on both sides of the connection point of the one end 210. 118H and 118L are mounted on both sides with the connection point of the other end 220 in between. By placing the connection points in between in this manner, a current line with a small impedance difference can be easily obtained as a current line for the high-side switch element and the low-side switch element.
FIG. 7 is a diagram showing a modification example in which the structure of the motor 200 is different.
In the modification shown in FIG. 7, the motor 200 includes multiple systems (for example, two systems) of coils 201 and 202. The first inverter 101 and the second inverter 102 are connected to coils 201 and 202 of different systems. In other words, the second inverter 102 is connected to one end 240 of a coil 202 of a system different from the system of the coil 201 having one end 230 to which the first inverter 101 is connected.
The coils 201 and 202 of each system are connected in a so-called star connection, with one end 230 and 240 connected to the inverters 101 and 102 and the other end connected to each other for each system. Note that the coils 201 and 202 of each system may be connected in a so-called Δ connection.
Even in such a modification, the switching elements 113H, . . . , 118H, 113L, . distributed and implemented on top. Therefore, a current line with a small impedance difference can be easily obtained as a current line for each switch element. The power supply to each phase of the motor 200 is balanced in any system, and the motor 200 is driven smoothly.
(Embodiment of power steering device)

自動車等の車両は一般的に、パワーステアリング装置を備える。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から構成される。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。 Vehicles such as automobiles are generally equipped with a power steering device. A power steering device generates an auxiliary torque to assist the steering torque of a steering system generated when a driver operates a steering wheel. The auxiliary torque is generated by an auxiliary torque mechanism, and can reduce the operational burden on the driver. For example, the auxiliary torque mechanism includes a steering torque sensor, an ECU, a motor, a speed reduction mechanism, and the like. The steering torque sensor detects steering torque in a steering system. The ECU generates a drive signal based on a detection signal from the steering torque sensor. The motor generates an auxiliary torque corresponding to the steering torque based on the drive signal, and transmits the auxiliary torque to the steering system via the reduction mechanism.

上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００は、パワーステアリング装置に好適に利用される。図８は、上記実施形態によるパワーステアリング装置２０００の構成を模式的に示す図である。
パワーステアリング装置２０００は、ステアリング系５２０および補助トルク機構５４０を備える。 The motor drive unit 1000 of the above embodiment is suitably used in a power steering device. FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of the power steering device 2000 according to the above embodiment.
Power steering device 2000 includes a steering system 520 and an auxiliary torque mechanism 540.

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、および回転軸５２４（「ピニオン軸」または「入力軸」とも称される。）を備える。 The steering system 520 includes, for example, a steering handle 521, a steering shaft 522 (also referred to as a "steering column"), universal joints 523A, 523B, and a rotating shaft 524 (also referred to as a "pinion shaft" or "input shaft"). ).

また、ステアリング系５２０は、例えば、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。 Further, the steering system 520 includes, for example, a rack and pinion mechanism 525, a rack shaft 526, left and right ball joints 552A, 552B, tie rods 527A, 527B, knuckles 528A, 528B, and left and right steered wheels (for example, left and right front wheels) 529A, 529B.

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。ここで、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。 Steering handle 521 is connected to rotating shaft 524 via steering shaft 522 and universal joints 523A and 523B. A rack shaft 526 is connected to the rotating shaft 524 via a rack and pinion mechanism 525. The rack and pinion mechanism 525 includes a pinion 531 provided on the rotating shaft 524 and a rack 532 provided on the rack shaft 526. A right steered wheel 529A is connected to the right end of the rack shaft 526 via a ball joint 552A, a tie rod 527A, and a knuckle 528A in this order. Similarly to the right side, a left steered wheel 529B is connected to the left end of the rack shaft 526 via a ball joint 552B, a tie rod 527B, and a knuckle 528B in this order. Here, the right side and left side correspond to the right side and left side, respectively, as seen from the driver sitting in the seat.

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。 According to the steering system 520, steering torque is generated when the driver operates the steering handle 521, and is transmitted to the left and right steering wheels 529A and 529B via the rack and pinion mechanism 525. This allows the driver to operate the left and right steering wheels 529A, 529B.

補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、ＥＣＵ５４２、モータ５４３、減速機構５４４および電力供給装置５４５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。 The auxiliary torque mechanism 540 includes, for example, a steering torque sensor 541, an ECU 542, a motor 543, a speed reduction mechanism 544, and a power supply device 545. The auxiliary torque mechanism 540 applies an auxiliary torque to the steering system 520 extending from the steering handle 521 to the left and right steering wheels 529A and 529B. Note that the auxiliary torque is sometimes referred to as "additional torque."

ＥＣＵ５４２としては、例えば図１に示された制御回路３００が用いられる。また、電力供給装置５４５としては、例えば図１に示されたインバータ１０１、１０２が用いられる。また、モータ５４３としては、例えば図１に示されたモータ２００が用いられる。ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５が、一般的に「機電一体型モータ」と称されるユニットを構成する場合には、当該ユニットとしては、例えば図２に示されたハードウェア構成のモータ駆動ユニット１０００が好適に用いられる。図８に示された各要素のうち、ＥＣＵ５４２、モータ５４３および電力供給装置５４５を除いた要素で構成された機構は、モータ５４３によって駆動されるパワーステアリング機構の一例に相当する。 As the ECU 542, for example, the control circuit 300 shown in FIG. 1 is used. Further, as the power supply device 545, for example, inverters 101 and 102 shown in FIG. 1 are used. Further, as the motor 543, for example, the motor 200 shown in FIG. 1 is used. When the ECU 542, the motor 543, and the power supply device 545 constitute a unit generally referred to as a "mechanical and electrical integrated motor," the unit may be a motor drive having the hardware configuration shown in FIG. 2, for example. Unit 1000 is preferably used. Among the elements shown in FIG. 8, a mechanism configured with the elements excluding the ECU 542, the motor 543, and the power supply device 545 corresponds to an example of a power steering mechanism driven by the motor 543.

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。ＥＣＵ５４２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。 Steering torque sensor 541 detects the steering torque of steering system 520 applied by steering handle 521. ECU 542 generates a drive signal for driving motor 543 based on a detection signal (hereinafter referred to as "torque signal") from steering torque sensor 541. The motor 543 generates an auxiliary torque corresponding to the steering torque based on the drive signal. The auxiliary torque is transmitted to the rotating shaft 524 of the steering system 520 via the speed reduction mechanism 544. The speed reduction mechanism 544 is, for example, a worm gear mechanism. The auxiliary torque is further transmitted from the rotating shaft 524 to the rack and pinion mechanism 525.

パワーステアリング装置２０００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される。図８には、ピニオンアシスト型のパワーステアリング装置２０００が示される。ただし、パワーステアリング装置２０００は、ラックアシスト型、コラムアシスト型等にも適用される。 The power steering device 2000 is classified into a pinion assist type, a rack assist type, a column assist type, etc. depending on the location where the auxiliary torque is applied to the steering system 520. FIG. 8 shows a pinion assist type power steering device 2000. However, the power steering device 2000 is also applicable to rack assist type, column assist type, etc.

ＥＣＵ５４２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。ＥＣＵ５４２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。 In addition to the torque signal, for example, a vehicle speed signal can also be input to the ECU 542. The microcontroller of the ECU 542 can perform vector control or PWM control of the motor 543 based on a torque signal, a vehicle speed signal, and the like.

ＥＣＵ５４２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。ＥＣＵ５４２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。ＥＣＵ５４２は、電流センサ（図１参照）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。 ECU 542 sets a target current value based on at least the torque signal. Preferably, the ECU 542 sets the target current value by considering the vehicle speed signal detected by the vehicle speed sensor and further by considering the rotor rotation signal detected by the angle sensor. The ECU 542 can control the drive signal of the motor 543, that is, the drive current, so that the actual current value detected by the current sensor (see FIG. 1) matches the target current value.

パワーステアリング装置２０００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。特に、上述した機電一体型モータに、上記実施形態のモータ駆動ユニット１０００が利用されることにより、モータ駆動が円滑化され、円滑なパワーアシストが実現される。 According to the power steering device 2000, the left and right steered wheels 529A and 529B can be operated by the rack shaft 526 using a composite torque obtained by adding the auxiliary torque of the motor 543 to the driver's steering torque. In particular, by using the motor drive unit 1000 of the above embodiment in the above-mentioned mechanical and electrical integrated motor, motor drive is facilitated and smooth power assist is realized.

なお、ここでは、本発明の電力変換装置、駆動装置における使用方法の一例としてパワーステアリング装置が挙げられるが、本発明の電力変換装置、駆動装置の使用方法は上記に限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。 Here, a power steering device is mentioned as an example of the method of using the power converter and drive device of the present invention, but the method of using the power converter and drive device of the present invention is not limited to the above, and can be used in pumps, compressors, etc. It can be used in a wide range of ways.

上述した実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments described above should be considered to be illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the embodiments described above, and it is intended that all changes within the meaning and range equivalent to the claims are included.

１０１、１０２ ：インバータ
１１３Ｈ、……、１１８Ｈ ：ハイサイドスイッチ素子
１１３Ｌ、……、１１８Ｌ ：ローサイドスイッチ素子
１２１、１２２、１２３、１２４ ：分離スイッチ
２００ ：モータ
２１０ ：コイルの一端
２２０ ：コイルの他端
３００ ：制御回路
３１０ ：角度センサ
４１０、４２０ ：電源
１０００ ：モータ駆動ユニット
１００１、１００２ ：実装基板
１１００、１２００ ：基板
２０００ ：パワーステアリング装置 101, 102: Inverter 113H,..., 118H: High side switch element 113L,..., 118L: Low side switch element 121, 122, 123, 124: Separation switch 200: Motor 210: One end of the coil 220: Other end of the coil 300: Control circuit 310: Angle sensor 410, 420: Power supply 1000: Motor drive unit 1001, 1002: Mounting board 1100, 1200: Board 2000: Power steering device

Claims (10)

電源からの電力を変換し、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータに供給する電力変換装置であって、
前記巻線の一端に接続される、前記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第１インバータと、
前記巻線の、前記一端とは異なる他の一端に接続される、前記ｎ相それぞれのスイッチ素子を備えた第２インバータと、
前記第１インバータおよび前記第２インバータについて、前記ｎ相それぞれのスイッチ素子と、各相のスイッチ素子に対する共通の電源端およびグランド端の少なくとも一方に設けられた共通素子とが実装される基板とを備え、
前記基板は、前記第１インバータの実装領域と、前記第２インバータの実装領域とに区画され、
前記第１インバータおよび前記第２インバータにおける前記スイッチ素子および前記共通素子は、前記基板に垂直な方向から見て環状に並んだｎ＋１箇所に、共通素子および各相に分配されて実装される電力変換装置。 A power conversion device that converts power from a power source and supplies it to a motor having n-phase windings (n is an integer of 3 or more),
a first inverter connected to one end of the winding and including switch elements for each of the n phases;
a second inverter including switch elements for each of the n-phases connected to another end of the winding that is different from the one end;
Regarding the first inverter and the second inverter, a substrate on which the switch elements of each of the n phases and a common element provided at at least one of a common power supply terminal and a common ground terminal for the switch elements of each phase are mounted; Prepare,
The board is divided into a mounting area for the first inverter and a mounting area for the second inverter,
The switch element and the common element in the first inverter and the second inverter are distributed to the common element and each phase and mounted at n+1 locations arranged in an annular shape when viewed from a direction perpendicular to the substrate. Device. 前記第１インバータの実装領域が前記第２インバータの実装領域を取り囲む請求項１に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein a mounting area of the first inverter surrounds a mounting area of the second inverter. 前記第１インバータの実装領域が前記基板の第１面に設けられ、前記第２インバータの実装領域が前記第１面の裏側の第２面に設けられる請求項１に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein a mounting area for the first inverter is provided on a first surface of the substrate, and a mounting area for the second inverter is provided on a second surface on the back side of the first surface. 前記第１インバータおよび前記第２インバータは、前記ｎ相それぞれのスイッチ素子として、前記巻線と前記電源端とに接続されるハイサイドスイッチ素子と、前記巻線と前記グランド端とに接続されるローサイドスイッチ素子とを備え、
前記ｎ相の巻線が互いに無結線である請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The first inverter and the second inverter each have a high-side switch element connected to the winding and the power supply end, and a high-side switch element connected to the winding and the ground end, as switch elements for each of the n-phases. Equipped with a low side switch element,
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the n-phase windings are not connected to each other. 前記基板上に設けられた２ｎ個の接続点に、ｎ相の巻線の前記一端および前記一端とは異なる他の一端が個々に接続され、
１つの前記接続点に接続される前記ハイサイドスイッチ素子および前記ローサイドスイッチ素子が、当該接続点を間に挟んだ両側に実装される請求項４に記載の電力変換装置。 The one end and the other end different from the one end of the n-phase winding are individually connected to 2n connection points provided on the substrate,
The power conversion device according to claim 4, wherein the high-side switch element and the low-side switch element connected to one connection point are mounted on both sides with the connection point in between. 前記第１インバータは第１電源に接続され、
前記第２インバータは、前記第１電源とは独立の第２電源に接続される請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。 the first inverter is connected to a first power source;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, wherein the second inverter is connected to a second power source independent of the first power source. 前記第２インバータは、前記第１インバータが接続された前記一端とは異なる他の一端に接続される請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 6, wherein the second inverter is connected to another end different from the one end to which the first inverter is connected. 前記モータは、ｎ相の前記巻線を複数系統有し、
前記第２インバータは、前記第１インバータが接続された前記一端を有する巻線の系統とは異なる他の系統の巻線の一端に接続される請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The motor has a plurality of systems of the n-phase windings,
7. The second inverter is connected to one end of a winding of a system different from the winding system having the one end to which the first inverter is connected. Power converter. 請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、を備える駆動装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 8,
A drive device comprising: a motor to which electric power converted by the power conversion device is supplied. 請求項１から８のいずれか１項に記載の電力変換装置と、
前記電力変換装置によって変換された電力が供給されるモータと、
前記モータによって駆動されるパワーステアリング機構と、を備えるパワーステアリング装置。
The power conversion device according to any one of claims 1 to 8,
a motor to which the power converted by the power conversion device is supplied;
A power steering device comprising: a power steering mechanism driven by the motor.
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