JPWO2018207330A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構を回転させる多相コイルの電動モータと、電動モータを駆動する複数のインバータ回路とを有する制御ユニットを備え、インバータ回路は、電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有し、コンデンサは、インバータの各相のブリッジ回路同士の間に配置されている。

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置において、特に、インバータ回路の小型化を図った電動パワーステアリング装置に関するものである。

モータに電流を供給するためのいわゆるインバータ回路を備えた従来の電動パワーステアリング装置においては、電流の供給、遮断を担うスイッチング素子によるブリッジ回路がこのインバータ回路に複数設けられている。例えば、従来の電動パワーステアリング装置は、モータが３相コイルであれば、３相分のブリッジ回路を備えている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５１７７７１１号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１に開示されたような従来の電動パワーステアリング装置は、スイッチング素子の制御に伴い、電流変動抑制のための平滑コンデンサが必須であった。具体的には、３相のインバータ回路に対して、２個のリップル電流を吸収する平滑用コンデンサを含む回路が必要であった。

特許文献１よりも以前の従来装置では、各相のスイッチング素子群の直近に、それぞれコンデンサを配置していた。つまり、特許文献１は、コンデンサの数を、相数の３個から２個へ減らした改良を施したものである。

これらのコンデンサは、スイッチング素子のオン・オフの電流制御によるリップル電流を抑制するために重要な部品である。特に、コンデンサ容量は、リップル電流抑制の効果との関係で決定される。そこで、特許文献１は、配線インピーダンスを低く抑えるように工夫することで、コンデンサ総数の削減が成し遂げられたものであった。

しかしながら、特許文献１のようにインバータ回路を２組備えた電動パワーステアリング装置では、一方の組のスイッチングによるリップル電流が、他方の組へも影響することがある。従って、配線インピーダンスの低下のみでは、リップル電流抑制の効果が充分ではなく、改良の余地があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、リップル電流の影響を抑制するとともに、平滑コンデンサの容量、または数量を減らすことができ、引いては装置の小型化を図ることができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。

本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構を回転させる多相コイルの電動モータと、電動モータを駆動する複数のインバータ回路とを有する制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置において、インバータ回路は、電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有し、コンデンサは、インバータの各相のブリッジ回路同士の間に配置されているものである。

本発明によれば、インバータ回路が、電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有し、かつ、平滑用のコンデンサが、インバータの各相のブリッジ回路同士の間に配置される構成を備えている。その結果、リップル電流の影響を抑制するとともに、平滑コンデンサの容量、または数量を減らすことができ、引いては装置の小型化を図ることができる電動パワーステアリング装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置の全体回路図である。 特許文献１による従来装置における電流の流れを示した説明図である。 特許文献１による従来装置における電流の流れを示した説明図である。 特許文献１による従来装置における電流の流れを示した説明図である。 特許文献１による従来装置における電流の流れを示した説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における電流の流れを示した説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における電流の流れを示した説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における電流の流れを示した説明図である。 本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における電流の流れを示した説明図である。 本発明の実施の形態１における制御ユニットの上面図である。 本発明の実施の形態１における図４Ａに示した上面図に対して電源系の配線バーを追記した電源系配線図である。 本発明の実施の形態２における電動パワーステアリング装置全体の回路図である。 本発明の実施の形態２における制御ユニットの上面図である。 本発明の実施の形態２における図６Ａに示した上面図に対して電源系の配線バーを追記した電源系配線図である。 本発明の実施の形態２における４個のコンデンサの配線状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態２における電源板の斜視図である、 本発明の実施の形態２におけるＧＮＤ板の斜視図である。

以下、本発明の電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置の全体回路図である。図１に示す電動パワーステアリング装置は、モータ駆動回路を有する制御ユニット１とモータ２を含んで構成されている。

モータ２は、３相ブラシレスモータである。ブラシレスモータ２のために、モータの回転角を検出する回転センサ９が、モータの出力軸近傍に配置されている。

制御ユニット１は、比較的消費電流の少ない制御演算部４と、モータ２の電流を供給・遮断するインバータ回路３を主な構成要素として備えている。制御演算部４は、主にＣＰＵ１０、駆動回路１１、入力回路１２、電源回路１３等から構成されている。

インバータ回路３は、３相のコイル群それぞれに電流を供給するためのハイサイドスイッチング素子３１およびローサイドスイッチング素子３２からなるブリッジ回路と、モータ２への電流を遮断可能なモータリレー用スイッチング素子３４、電流検出のためのシャント抵抗３３、コンデンサ３０ａ、３０ｂ等から構成されている。

ここでは、各相は同一回路のため、ハイサイドスイッチング素子３１、ローサイドスイッチング素子３２、シャント抵抗３３、モータリレー用スイッチング素子３４のそれぞれの素子には、コイル名称のＵ，Ｖ，Ｗが、符号の添字として付されている。

また、制御ユニット１内には、モータ２への電流供給自体を遮断できる電源用リレー５が設けられている。この電源用リレー５には、図１に一例として示したように、半導体スイッチング素子としてＦＥＴが接続されている。さらに、制御ユニット１内には、ノイズフィルタ１４も配置されている。

そして、制御ユニット１には、車両に搭載されたバッテリ６、イグニッションスイッチ７、センサ類８が、図１に示すように接続されている。

制御演算部４は、入力回路１２を備えている。この入力回路１２は、車速センサ、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等のセンサ類８からの情報、インバータ回路３内の各部の電圧、または電流の検出結果、回転センサ９による回転角の検出結果などを入力信号として受信する。

制御演算部４は、概略の動作として、入力回路１２を介して取得したセンサ類８からの入力情報に基づき、ＣＰＵ１０によってモータ２のコイルへ供給する電流を演算し、駆動回路１１を介してインバータ回路３をスイッチング制御する。

各相のスイッチング素子３１、３２、３４が、駆動回路１１により駆動されることで、所望の電流がモータ巻線へ流れる。また、モータ２のコイルに供給された電流値は、シャント抵抗３３を介して実電流値として入力回路１２により検出される。そして、ＣＰＵ１０は、演算値（目標値）と実電流値との偏差に応じてフィードバック制御を実行する。

また、ＣＰＵ１０は、回転センサ９の回転角情報を使用して、モータの回転位置または速度を算出することで、モータ回転の制御に利用している。

一方、駆動回路１１は、ブリッジ回路のスイッチング素子３１、３２、３４とともに、電源用リレー５のスイッチング素子も制御している。

特許文献１よりも前の従来装置では、インバータ回路３におけるコンデンサが、各相に配置、接続されていた。この状態は、図１中に点線で示したコンデンサ３０ｘに相当する。

また、特許文献１では、インバータ回路３におけるコンデンサが、図１に示したように３０ａ、３０ｂの２個として接続されていた。これに対して、本実施の形態１におけるコンデンサの配置、接続の改良について、図２、図３を用いて詳細に説明する。

図２Ａ〜図２Ｄは、特許文献１による従来装置における電流の流れを示した説明図である。特許文献１による従来装置は、コンデンサの個数を３個から２個に減らしている。そして、この従来装置では、２個のコンデンサが各相のブリッジ回路の外側に配置されている。

図２Ａに示したタイムチャートは、各相の駆動状態を示した図である。また、図２Ｂは、インバータ回路における電流の流れを示した図である。まず、図２Ａに示したタイムチャートの信号４０Ｕは、Ｕ相、４０Ｖは、Ｖ相、４０Ｗは、Ｗ相の、各スイッチング素子の駆動信号を示しており、スイッチング素子のオン、オフ状態を表している。

タイムチャートの波形がＨｉｇｈの場合には、ハイサイドスイッチング素子がオン、ローサイドスイッチング素子がオフであることを表しており、タイムチャートの波形がＬｏｗの場合には、ローサイドスイッチング素子がオン、ハイサイドスイッチング素子がオフであることを表している。

図２Ａに示したあるタイミング４１ａの状態は、Ｕ相スイッチング素子３２Ｕがオン、Ｖ相スイッチング素子３２Ｖがオン、Ｗ相スイッチング素子３１Ｗがオン、その他のインバータ用スイッチング素子がオフの状態に想到する。このようなタイミング４１ａの状態において、図２Ｂに示した回路図では、コンデンサ３０ａ、３０ｂからスイッチング素子３１Ｗを介して、モータ（図示せず）へ電流３５Ｗａ、３５Ｗｂが供給される。

また、モータのＷ相、Ｖ相、Ｕ相のコイルを通って、コンデンサ３０ａ、３０ｂへ電流３６Ｕａ、３６Ｖａ、３６Ｕｂ、３６Ｖｂが帰ってくる。この帰りの通路をみると、下アームのスイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖを介してコンデンサ３０ａ、３０ｂのマイナス端子へ電流３６Ｕａ、３６Ｖａ、３６Ｕｂ、３６Ｖｂが帰っている。

さらに、これらの電流３６Ｕａ、３６Ｖａ、３６Ｕｂ、３６Ｖｂをよく見ると、スイッチング素子３２Ｕを通った電流は、その後、電流３６Ｕａと電流３６Ｕｂの２つに分岐され、電流３６Ｕａは、コンデンサ３０ａへ、３６Ｕｂは、コンデンサ３０ｂへ戻っている。

同様に、スイッチング素子３２Ｖを通った電流も、その後、電流３６Ｖａと電流３６Ｖｂに分岐され、それぞれコンデンサ３０ａ、３０ｂへ戻っている。なお、電流は、＋Ｂから、およびＧＮＤへも流れている。

次に、図２Ｃに示したタイムチャートでは、タイミングが４１ａから４１ｂへ移動した時の状態を示している。つまり、タイミング４１ｂでは、上アームのスイッチング素子３１Ｗは、オンからオフへと変化し、下アームのスイッチング素子３２Ｗは、オフからオンへと変化している。

このタイミング４１ｂの状態では、先のタイミング４１ａにおいてスイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖ（共にオン）を介してコンデンサへ戻っていた電流は、図２Ｄ中で電流３６Ｕｂ、電流３６Ｖｂ、電流３６Ｗとして示したように、コンデンサ３０ａ、３０ｂへ戻るのではなく、下アームのスイッチング素子３２Ｗを介してモータのコイルへ戻って循環している。

つまり、このタイミング４１ｂにおいては、コンデンサ３０ａ、３０ｂからの電流供給は、基本的には行われない。その代わりに、このタイミング４１ｂにおいては、ローサイドスイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ、およびモータコイルからなる閉回路の中で電流が循環することになる。

この状態でＧＮＤライン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄに注目すると、図２Ｂと比較して、特に、ＧＮＤライン３７ａに流れている電流に差異があることになる。すなわち、ＧＮＤライン３７ａに関して、図２Ｂでは、電流３６Ｕａ，電流３６Ｖａが流れているが、図２Ｄでは、ほとんど流れていない状態である。

また、その他のＧＮＤライン３７ｂ、３７ｃ、３７ｄについても、タイミング４１ｂにおいても電流は流れているものの、タイミング４１ａと比較すると、流れている電流量や向きに差異がある。

なお、タイミング４１ａからタイミング４１ｂに変化する際には、実際には、デッドタイムが設けられていることが一般的である。すなわち、上アームのスイッチング素子３１Ｗが、まずオンからオフへ変化し、任意のデッドタイム時間を経過した後、下アームのスイッチング素子３２Ｗが、オフからオンへと変化する。

デッドタイムによるこのような変化に着目すると、上アームのスイッチング素子３１Ｗと、下アームのスイッチング素子３２Ｗの両方がオフとなる期間があり、その際には、スイッチング素子３２Ｗの寄生ダイオードを介して、前述のようにローサイドスイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ、およびモータコイルからなる閉回路の中で電流が循環する。

ただし、下アームスイッチング素子３２Ｗを介して循環していることにかわりはない。このため、タイミング４１ａの状態からタイミング４１ｂの状態への変化に伴うＧＮＤライン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄの電流の変化の考え方は、前述の通りとなる。

このように、スイッチング素子のオン、オフ制御に応じて、配線のインピーダンスを極力小さく、かつ各相同一としても、各相がスイッチングをする度に、ＧＮＤラインに流れる電流に差異が生ずる。

通常、電源＋Ｂ、ＧＮＤの各端子から分岐されて制御演算部４が並列に接続されている。例えば、ＧＮＤライン３７ａに大きな電流の変化が生じると、ＧＮＤライン３７ａのインダクタンスと電流変化に応じた電圧変化（サージ電圧）が発生する。

つまり、ＧＮＤラインには、制御演算部４内部のＧＮＤと比較して、過渡的な電圧変化が発生することになる。その結果、例えば、シャント抵抗３３の両端の電圧差の検出値の精度に問題が生ずることになる。

この問題は、例えば、制御演算部４において、シャント抵抗３３の両端電圧を、オペアンプを使用した差動増幅回路を用いてモニタしている場合等を想定している。理想的な差動増幅回路であれば、前述のような過渡的な電圧変化（同相ノイズ）は、キャンセルされる。しかしながら、実際には、差動増幅回路は、同相ノイズを完全にキャンセルすることはできない。このため、前述のように、検出値の精度に問題が生じる場合がある。

また、図２Ｂ、図２Ｄに示したコンデンサ配置の場合、例えば、コンデンサ３０ａとコンデンサ３０ｂの配置の関係により、電流の流れ、量が異なる。従って、両コンデンサ３０ａ、３０ｂを平等に使用できないことも考えられ、コンデンサの寿命、機能の低下に差異が生じる可能性もある。

そこで、本実施の形態１では、コンデンサ３０ａ、３０ｂに関連する配置、配線を工夫することで、コンデンサ３０ａ、３０ｂに流れる電流差異を抑制できることに着目している。そこで、このような配置、配線の工夫に関する具体的な内容を、図３Ａ〜図３Ｄを用いて説明する。

図３Ａ〜図３Ｄは、本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置における電流の流れを示した説明図である。図２Ａ〜図２Ｄと同様に、図３Ａ〜図３Ｄは、記載されているが、コンデンサ３０ａ、３０ｂの配置のみが異なっている。つまり、本実施の形態１におけるコンデンサ３０ａ、３０ｂは、２個とも３相の内側配線に接続されている。さらに、両コンデンサ３０ａ、３０ｂは、隣同士に並ぶように配置・配線されている。

この状態で、図２と同様に、タイミング４１ａとタイミング４１ｂの電流の流れを比較する。図３Ａのタイミング４１ａでは、図３Ｂに示すように、電流３６Ｕａ、電流３６Ｖａは、上アームスイッチング素子３１Ｗを介してコンデンサ３０ａ、３０ｂからモータへ流れ込み、帰り通路は、下アームスイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖを介してコンデンサ３０ａ、３０ｂのマイナス端子へ戻っている。

一方、図３Ｃのタイミング４１ｂでは、図３Ｄに示すように、スイッチング素子３２Ｕ、３２Ｖを介して戻った電流３６Ｕａ、電流３６Ｖａは、下アームスイッチング素子３２Ｗを介するか、あるいはデッドタイム期間中であれば、下アームスイッチング素子３２Ｗの寄生ダイオードを介して、モータへ還流している。

ここで、例えば、ＧＮＤライン３７ａに着目すると、タイミング４１ａとタイミング４１ｂを比較すると、どちらにもコンデンサ３０ａ、３０ｂからの電流が流れておらず、電流の変化がないことがわかる。

これは、つまり、ＧＮＤライン３７ａの部分においては、インダクタンスに起因するサージ電圧が抑制されることを意味している。この場合、例えば、制御演算部４のＧＮＤとＵ相のシャント３３Ｕにおいては、過渡的な電圧変化が抑制される。そして、タイミング４１ａからタイミング４１ｂへの移行の際に生じていた、Ｗ相のスイッチングによるＵ相のシャント両端の電圧差の検出精度への悪影響を抑えることが可能となる。

さらに、ＧＮＤライン３７ｂにも着目してみると、やはりタイミング４１ａとタイミング４１ｂでは、電流の変化がなく、ここでも、サージ電圧が抑制される。このため、Ｗ相のスイッチングによるＶ相のシャント両端の電圧差の検出精度への悪影響も抑えることができている。

図３Ｄの場合には、ＧＮＤライン３７ｃにおいても、タイミング４１ａの状態からタイミング４１ｂの状態への移行で、電流の変化は、ほとんどない。すなわち、図３Ｄに示した配置では、コンデンサ３０ａとコンデンサ３０ｂのそれぞれの陰極とＧＮＤラインとは、ごく近傍で接続されているため、電流変化の影響は、ほとんど無視できる。

結果として、ＧＮＤライン３７ｄのみが、唯一、電流の変化が発生している。つまり、Ｗ相は、自相のスイッチングのタイミングで、自相のスイッチングによるサージ電圧の影響を受けることになる。しかしながら、図２の場合と比較すると、制御演算部４のＧＮＤとシャント３３Ｗの間の電圧変化は、小さく抑制することができている。これは、ＧＮＤライン３７ａ、３７ｂ、３７ｃの電圧変化を抑制できているためである。

さらには、自相のスイッチングによる影響だけであれば、制御演算部４において、シャント両端の電圧差を検出するタイミングを、スイッチングのタイミングからずらすことで、検出精度への悪影響を受けないようにすることも容易である。

このように、図３Ｂ、図３Ｄのように、コンデンサ３０ａ、３０ｂを３相の内側配線に接続することで、インバータのスイッチングに関与する電流の流れる経路を集約させることができる。この結果、スイッチングによる電流変化に起因するサージ電圧を抑制することが可能になる。

以上のように、本実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置によれば、インピーダンスを極力小さくするのみならず、コンデンサの配置・配線を工夫することで、電流変化による過渡的な電圧変化を抑制できる。

ここで、特許文献１のコンデンサへの配線を見ると、図１２、図１３、図１４等、および段落００４０〜００４３等の記載から、２個のコンデンサは、インバータの出力であるＵ、Ｖ、Ｗ端子より上流で接続されている。すなわち、特許文献１におけるコンデンサは、少なくとも本願のようにモータへの各端子の間に接続されてはいない。

なお、一方のコンデンサ３０ｂをインバータ回路の外側で、電源端子（＋Ｂ、ＧＮＤ）より離れた側に配置しても、上述した電流変化による過渡的な電圧変化の抑制効果は期待できる。ただし、コンデンサ３０ｂが、Ｕ相のスイッチング素子やＶ相のスイッチング素子から物理的に遠方となるため、インピーダンス低下することができず、コンデンサの働きを弱める可能性がある。

また、このような配置では、コンデンサ３０ａとコンデンサ３０ｂの働きに差異が大きくなることから、コンデンサ寿命や機能の低下に差異が生じるおそれもある。そのため、コンデンサ３０ａ、３０ｂは、すべてインバータ回路の内側に配置する方がよい。

前述のように、コンデンサ３０ａとコンデンサ３０ｂは、近接して配置・配線されることが望ましい。特に、電源ラインやＧＮＤラインのそれぞれ１点から、両コンデンサへ分岐して接続するような構成にすることで、両コンデンサの働きの差異を小さくすることができる。

さらに、上述した実施の形態１では、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ〜図３Ｄを用いて、スイッチング素子の駆動モード１種類のみについて説明した。しかしながら、その他のモードであっても、同様な状況が発生する。今回のモードをＵ、Ｖ、Ｗの順で（００１）と表すと、（１００）、（０１０）、（１１０）、（１０１）、（０１１）であっても、特に、ＧＮＤライン３７ａに注目すると、いずれの場合にも、電流変化をなくすことができ、電圧変化を抑制することができる。

次に、電気的配線を実現する物理的配線構造について、図４を用いて説明する。図４Ａは、本発明の実施の形態１における制御ユニット１の上面図である。また、図４Ｂは、本発明の実施の形態１における図４Ａに示した上面図に対して電源系の配線バーを追記した電源系配線図である。

この制御ユニット１の下部には、モータ２が一体化されている。そのため、モータ２の形状に合わせて、制御ユニット１は、円形状となっている。ＧＮＤライン４２と電源ライン（＋Ｂ）４３の２本の配線バーの先端部は、コネクタの端子となって伸びている。

図４Ａに示した制御ユニット１の上面図においては、フィルタ１４、電源用リレー５、３Ｕ、３Ｖ、３ＷＵ、Ｖ、Ｗの各相のブリッジ回路を集積化したいわゆるパワーモジュール３Ｕ，３Ｖ、３Ｗ、およびコンデンサ３０ａ、３０ｂが図示されている。

図４Ａに示すように、コンデンサ３０ａ、３０ｂは、隣同士でパワーモジュール３Ｖとパワーモジュール３Ｗの間に配置されている。なお、制御演算部４は、例えば、これらの上方、または下方の２階建て構造として配置され、図示は省略している。

図４Ｂは、上記の各部品の上方に電源系のバスバーを配置した状態を示している。ＧＮＤライン４２および電源ライン４３の先端部は、制御ユニット１の外部まで伸び、端子となっている。電源ライン４３は、制御ユニット１に入ると、まず、フィルタ１４に直列接続され、その後は、パワーモジュール化された電源用リレー５に直列接続されている。

その後、まず、パワーモジュール３Ｗの電源端子３５ａと電源ライン４３の接続部４３ａとが接続されている。パワーモジュール３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、すべて同一形状、同一回路をなしている。そして、１辺に電源端子３５ａ、ＧＮＤ端子３６ａが配置され、径方向外側にモータ用の端子３７、逆の内径方向に複数の制御端子３８がそれぞれ配置された構造である。

そのため、電源ライン４３の接続部４３ａとパワーモジュール３Ｗの電源端子３５ａは、例えば、溶接により電気的に接続されている。同様に、パワーモジュール３Ｖ、３Ｕの電源端子も、電源ライン４３に接続されている。

また、ＧＮＤライン４２は、電源ライン４３と逆回りに電流が流れるように、かつ、インバータブリッジ回路同士の各相間の領域において、前記電源ライン４３と隣接するように配置されている。そのため、まず、パワーモジュール３ＵのＧＮＤ端子３６ａとＧＮＤライン４２の接続部４２ａとが接続され、次に、パワーモジュール３Ｖ、３Ｗの順に、同様に接続されている。

コンデンサ３０ａ、３０ｂは、−端子４２ｃおよび＋端子４３ｃを備え、それらが略径方向に配置されている。両端子４２ｃ、４３ｃは、パワーモジュール３Ｕ、３Ｖ、３Ｗと同様に、それぞれ、ＧＮＤライン４２、電源ライン４３に溶接されている。この結果、コンデンサ３０ａ、３０ｂの接続位置は、＋電源元の上流側および下流側に、前記インバータブリッジ回路が少なくとも１個は、配置、配線されていることとなる。

以上のように、部品配置と接続の工夫により、両コンデンサ３０ａ、３０ｂは、Ｖ相とＷ相のパワーモジュール３Ｖ、３Ｗの間に配置、接続されていることになる。従って、図３Ｂ、図３Ｄで示した電気的配線は、図４Ａ、図４Ｂで示したような物理的配線構造として具現化することができる。

ＧＮＤライン４２と電源ライン４３は、平行に配置されている。さらに、コンデンサ３０ａ、３０ｂは、各相のパワーモジュール３Ｕ、３Ｖ、３Ｗとして構成されたインバータ回路の間に配置され、ＧＮＤライン４２、電源ライン４３にそれぞれ接続されている。

このような配線構造を採用することで、電流の流れを規制することができる。引いては、このような配線構造を採用することで、インバータ回路の駆動状況に依存せずに、その結果得られる電流検出他のノイズを抑制できる効果を実現できる。

なお、モータは、３相でなくても、４相以上の多相モータであっても適用可能である。また、図４では、２個のコンデンサ３０ａ、３０ｂを隣同士に配置、配線したが、一方のコンデンサは、パワーモジュール３Ｕと３Ｖとの間に配置、配線してもよい。

また、本実施の形態においては、３相のモータに対してその相数よりも少ない２個のコンデンサを使用した具体例を記載したが、コンデンサの数は、２個でなくても、１個でもよく、また、相数以上の３個以上であってもよい。

また、本実施の形態１では、インバータ回路としてパワーモジュールを用い、電源ラインやＧＮＤラインにはバスバーを用いて説明した。しかしながら、このような２本の配線バーを使用する代わりに、プリント基板や金属基板といったような基板によって電源配線が構成されていてもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における電動パワーステアリング装置全体の回路図である。本実施の形態２における電動パワーステアリング装置は、２つの制御ユニット１ａ、１ｂと、３相２組のモータ２を備えており、制御ユニットとモータがそれぞれ２組の構成となっている。

ここで、制御ユニット１ａ、１ｂは、同一の構成で、ほぼ同一の部品がそれぞれに搭載されている。さらに、制御ユニット１ａ、１ｂは、先の実施の形態１の回路網とほぼ同一の回路構成である。そこで、以下では、制御ユニット１ａの動作を具体的に説明する。

制御ユニット１ａは、実施の形態１と同等に、ＣＰＵ１０ａを搭載した制御演算部４ａ、モータ２へ電流を供給するインバータ回路３ａ、電源用リレー５ａ、およびフィルタ１４ａで、主に構成されている。

制御演算部４ａは、車両に搭載されたバッテリ６から電源＋Ｂ、ＧＮＤが接続され、イグニッションスイッチ７を介して制御演算部４ａに電源が投入される。さらに、例えば、ハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサ、車両の走行速度を検出する速度センサ等の情報が、センサ類８から制御演算部４ａに入力される。

センサ類８からの情報は、制御演算部４ａの入力回路１２ａを介してＣＰＵ１０ａに伝達される。ＣＰＵ１０ａは、それら情報からモータ２を回転させるための制御量である電流値を演算し、その演算値に相当する出力信号を出力する。

この出力信号は、出力回路を構成する駆動回路１１ａ、およびインバータ回路３ａへ伝達される。出力回路の内、駆動回路１１ａは、ＣＰＵ１０ａの指令信号を受け、インバータ回路の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する。

インバータ回路３ａは、モータ２の３相の巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１のための上下アーム用スイッチング素子３１、３２と、モータ巻線との配線を接続・遮断するモータリレー用スイッチング素子３４と、電流検出用のシャント抵抗３３と、さらには電流リップル抑制用コンデンサ３０ｃ、３０ｄから、主に構成されている。インバータ回路３ａは、各相の巻線に対して同一な回路構成を有しており、インバータ回路３ａから各相巻線に独立に電流供給が行えるようになっている。

また、シャント抵抗３３の両端間の電位差、モータ巻線端子の電圧等の情報も、制御演算部４ａに伝達されている。これらの情報も、ＣＰＵ１０ａに入力される。そして、ＣＰＵ１０ａは、演算した電流値に対応する検出値との差異を演算して、フィードバック制御を行うことで、所望の電流をモータ２に供給し、操舵力をアシストする。

さらに、インバータ回路３ａの電源の供給・遮断を行うリレーとして作動する電源用リレー５ａのスイッチング素子の駆動信号も、ＣＰＵ１０ａから出力されている。そして、ＣＰＵ１０ａは、この電源用リレー５ａのスイッチング素子のオン・オフにより、モータ自体への電流を供給・遮断することができる。

また、モータリレー用スイッチング素子３４Ｕ１、３４Ｖ１、３４Ｗ１も、インバータ回路３ａに配設されている。従って、ＣＰＵ１０ａは、各相のラインをそれぞれ個別に接続・遮断することもできる。

また、インバータ回路３ａは、駆動回路１１ａを介してＣＰＵ１０ａから出力される信号により、ＰＷＭ駆動されている。このＰＷＭ駆動に起因して、スイッチング素子のオン・オフ時のスイッチングノイズ、および電流変動（リプル）が発生してしまう。これを抑制するために、複数のコンデンサが配置されている。

具体的な説明は省略するが、制御ユニット１ｂも、上述した制御ユニット１ａと同様の動作を行う。

そして、インバータ回路３ａ内の複数のコンデンサ、およびインバータ回路３ｂ内の複数のコンデンサのそれぞれは、各相に個別に配置されるのではなくて、まとめて、かつ、各相の間に２個接続されている。すなわち、図５に示したように、インバータ回路３ａ内には２つのコンデンサ３０ｃ、３０ｄが配置され、インバータ回路３ｂ内には、２つのコンデンサ３０ｅ、３０ｆが配置される。

なお、電源ライン、ＧＮＤラインは、電源用リレー５ａのスイッチング素子およびフィルタ１４ａと、電源用リレー５ｂのスイッチング素子およびフィルタ１４ｂの両方に接続されている。

本実施の形態２におけるモータ２は、３相２組の巻線がデルタ結線されているブラシレスモータである。ブラシレスモータのため、ロータの回転位置を検出するための回転センサ９ａ、９ｂが搭載されている。回転センサも、冗長性を確保するために、２組のセンサがそれぞれ搭載され、その回転情報は、各々制御演算部４ａ、４ｂの入力回路１２ａ、１２ｂに伝達されている。

なお、モータは、３相デルタ結線でなくても、スター結線であってもよく、また、４相以上の多相モ−タであってもよい。また、巻線仕様は、従来装置と同様に、分布巻き、集中巻きも採用できる。また、モータは、２個のステータを有するタンデムモータであってもよい。

以上のように、制御ユニット１ａ、１ｂは、それぞれ独立に入力情報、制御量の演算値を使用して、独立にモータを駆動できる構成となっている。また、両制御ユニット１ａ、１ｂ間には、データ、情報を授受できるように、通信ライン１５が接続されている。この通信ライン１５は、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂ間を接続することにより、任意のデータのやりとりを可能としており、相手方の制御ユニットやＣＰＵの状況把握が可能となっている。

以上の構成の回路を１つのユニットに内蔵する際の、特に、コンデンサの電源系ラインへの接続構造について、図６を用いて説明する。図６Ａは、本発明の実施の形態２における制御ユニット１の上面図である。この図６Ａは、２個のパワーモジュール３ａ、３ｂが配置されている様子を示している。この図６に示した配置の上方には、電源系の配線、さらには制御演算部４ａ、４ｂが積層される構造となる。

パワーモジュール３ａ、３ｂは、線対称に配置されている。なお、パワーモジュール３ａ、３ｂのそれぞれは、線対称の違いはあるものの、実質的に同様の構造となっており、以下では、パワーモジュール３ａ側を中心に説明する。

パワーモジュール３ａは、図５の３相のインバータ回路３ａとさらに電源用リレー５ａがそれぞれ一括に集約されている。径方向外側の太い端子３ａＵ、３ａＶ、３ａＷは、モータへの出力端子であり、これらの出力端子の近傍には、複数の制御端子が配置されている。

電源ラインの信号は、図５のフィルタ１４ａを通った後に、電源ライン用の電源端子３５ａへ接続される。そして、電源ラインの信号は、電源用リレー５ａを通った後に、出力端子３５ｃから出力される。さらに、ＧＮＤ端子３６ａと電源端子３５ｅは、対で３組とも内径側にそれぞれ配置されている。なお、これら説明は、パワーモジュール３ｂ側も同様となる。

図６Ｂは、本発明の実施の形態２における図６Ａに示した上面図に対して電源系の配線バーを追記した電源系配線図である。電源ライン３５ｇ、３５ｈとＧＮＤライン３６ｃ、３６ｄの２組４本に対応して、制御ユニット１の外側に４本のターミナルが配置されている。

図６Ｂの左側には、電源配線板３５ｉ、右側には、ＧＮＤ配線板３６ｅのみが記載されている。ただし、実際の構造では、下層に電源配線板３５ｉが左右２枚、その上層にＧＮＤ配線板３６ｅが左右２枚配置された２階建て構成である。さらに、これらの配線板４枚は、絶縁樹脂で一体化されているが、説明を簡略化するために、絶縁樹脂体は、省いている。

図６Ｂに示した端子台３５０ａ、３６０ａには、コンデンサ３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆが接続される。図６Ｃは、本発明の実施の形態２における４個のコンデンサの配線状態を説明するための図である。図６Ｃに示すように、４個のコンデンサの各１対の脚部は、端子台３５０ａ、３５０ｂと接続されている。なお、図６Ｃでは、電源配線板３５ｉを１点鎖線、ＧＮＤ配線板３６ｅを破線で示している。

図６Ｄは、本発明の実施の形態２における電源配線板３５ｉの斜視図である。また、図６Ｅは、本発明の実施の形態２におけるＧＮＤ配線板３６ｅの斜視図である。電源配線板３５ｉおよびＧＮＤ配線板３６ｅは、それぞれ線対称な配線板を対で備えている。

図６Ｄにおいて、電源端子３５０ｃは、電源用リレー５ａを通った電源が接続される端子であり、図６Ａのパワーモジュールの端子３５ｃと接続される。電源端子３５０ｃに接続された電源は、その後、各相へ接続される。

また、端子３５０Ｕ、３５０Ｗは、それぞれＵ相、Ｗ相のインバータ回路の電源入力端子に接続される。また、Ｖ相の電源入力端子は、１点鎖線で示したように、端子台の一部に接続される構造である。

以上のように、電源配線板３５ｉは、端子３５０ｃから供給された電源を各相へ分配する電源配線板の役目を果たしている。なお、電源配線板３５ｉは、穴３５ｋがあけられており、この穴を利用して、絶縁樹脂に一体化するための位置決めが行われる。図６ＥのＧＮＤ配線板３６ｅも、この電源配線板３５ｉとほぼ同様な形状である。

端子台３５０ａ、３６０ａは、２本の腕部が向かい合わせに配置されている。そして、コンデンサは、この腕部の中央にある溝に脚部が挿入され、例えば、溶接により接続される。電源配線板３５ｉ、ＧＮＤ配線板３６ｅは、導電性が必須のため、例えば、銅版をカット、切り曲げして形成される。

端子台３５０ａ、３６０ａにコンデンサの脚部がそれぞれ挿入、接続された構造では、Ｖ相の近傍の電源系にコンデンサが配線されていることになる。そのため、コンデンサの配置、配線を各相のインバータ回路同士の間で行ったこととなり、インバータ回路の外側、上流または下流にコンデンサが配線された従来構造とは異なる。

以上のように、実施の形態２によれば、コンデンサの配置、配線を工夫することにより、電流の流れ経路を集中化している。その結果、コンデンサの容量、または個数を減らし、装置の小型化を図ることができる。さらに、各コンデンサ、ＧＮＤラインに流れる電流変化とインダクタンスによるサージ電圧を抑制することができる。この結果、例えば、電流検出値の精度への悪影響、コンデンサの使用環境の差異、を抑制することが可能となる。

さらに、図６Ａ〜図６Ｅで示したように、制御ユニット１ａと制御ユニット１ｂで、電源ラインおよびＧＮＤラインの配線板を分離することができる。この結果、制御ユニット１ａと制御ユニット１ｂのそれぞれは、インバータ回路のスイッチング時の電流変化、およびインダクタンスによるサージ電圧の影響が、相手側に及ぶことを抑制することができる。

このような配線構造は、制御ユニット１ａと制御ユニット１ｂの電源ラインやＧＮＤラインの配線板が、完全に電気的に分離されていてもよいし、また、形状的には分離されていながらも、上流側（図５でいうバッテリ６に近い側に相当）の一点で接続されていてもよい。

１、１ａ、１ｂ 制御ユニット、２ モータ、３、３ａ、３ｂ インバータ回路、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ、３０ｆ コンデンサ、３５ 電源ライン、３６ グランドライン（ＧＮＤライン）。

Claims (11)

1. 車両の操舵機構を回転させる多相コイルの電動モータと、前記電動モータを駆動する複数のインバータ回路とを有する制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記インバータ回路は、平滑用のコンデンサを備え、前記コンデンサは、全て、前記インバータ回路の各相のブリッジ回路同士の間に配置されている
   電動パワーステアリング装置。
2. 前記インバータ回路は、前記電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有する
   請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記コンデンサは、前記インバータ回路の前記電動モータのコイルへの出力端子同士の間に配置されている
   請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記制御ユニットは、電源ラインとＧＮＤラインにより電源が供給され、
   前記電源ラインと前記ＧＮＤラインは、互いに逆回りに電流が流れるように、かつ、相互に隣接する領域を有するように配置され、
   前記コンデンサは、前記隣接する領域において、＋端子が前記電源ラインに接続され、−端子が前記ＧＮＤラインに接続され、
   前記コンデンサは、前記ブリッジ回路同士の各相間であり、かつ、電気回路において＋電源元の上流側および下流側に、前記ブリッジ回路が少なくとも１個は配置、配線されている接続位置関係を有する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記電動モータは、３相以上のコイルを含んで構成され、
   前記インバータ回路は、前記電動モータの前記コイルのそれぞれに対して電流を供給するブリッジ回路を有しており、
   前記電源ラインと前記ＧＮＤラインは、前記ブリッジ回路の各相間の領域が前記隣接する領域となるように、相互に隣接して配置されている
   請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御ユニットは、円形状で構成され、
   前記コンデンサは、前記＋端子および前記−端子が前記制御ユニットの径方向に配置されて、前記電源ラインと前記ＧＮＤラインとの間に接続されている
   請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記制御ユニットは、２組３相コイルで構成された前記電動モータと、３相２組で構成された前記インバータ回路を内蔵して構成され、
   ３相２組で構成された前記インバータ回路は、一列に並んだ１組のインバータ回路が線対称で配置されることで構成され、
   前記制御ユニットは、それぞれの組のインバータ回路に対して個別に、電源ラインとＧＮＤラインからなる配線が配置されており、
   １組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記１組目のインバータ回路内における電源ラインとＧＮＤラインとの間に接続され、２組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記２組目のインバータ回路内における電源ラインとＧＮＤラインとの間に接続される
   請求項４から６のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記配線は、前記１組目のインバータ回路用の電源ライン、前記１組目のインバータ回路用のＧＮＤライン、前記２組目のインバータ回路用の電源ライン、前記２組目のインバータ回路用のＧＮＤラインの計４枚の配線板を積層して配置することで構成され、
   ４枚の前記配線板のそれぞれは、コンデンサの脚部を接続するための端子台を配線板の中央部に有し、
   前記１組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記１組目のインバータ回路内における電源ラインとＧＮＤラインの配線板に設けられた端子台間に接続され、
   前記２組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記２組目のインバータ回路内における電源ラインとＧＮＤラインの配線板に設けられた端子台間に接続される
   請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。
9. ３相２組で構成された前記インバータ回路は、それぞれの組の３相分のパワーモジュールが１個にモジュール化されており、
   計４枚の前記配線板のそれぞれは、前記コンデンサを接続するための端子として、３相分に相当する３個の端子が前記制御ユニットの内径側に向けて配置されている
   請求項８に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 計４枚の前記配線板のうち、前記１組目のインバータ回路内における電源ラインの配線板と前記２組目のインバータ回路内における電源ラインの配線板、および前記１組目のインバータ回路内におけるＧＮＤラインの配線板と前記２組目のインバータ回路内におけるＧＮＤラインの配線板、の少なくともいずれか一方が互いに物理的に分離されて構成されており、物理的に分離された配線板は、各組のインバータ回路のいずれのブリッジ回路よりも電源元に近い側で接続されている
    請求項８または９に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記電動モータと前記制御ユニットは、一体化されている
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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