JPWO2019070064A1 - モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

電源冗長を実現し、かつ、電圧有効利用率を向上させるモータモジュールを提供する。本開示のモータモジュールは、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータと、第１電源および前記モータの各相の巻線の一端に接続される第１インバータと、第２電源および前記モータの各相の巻線の他端に接続される第２インバータと、を有し、前記第１電源は第１供給ラインに接続し、かつ、前記第１インバータに電圧を供給し、前記第２電源は第２供給ラインに接続し、かつ、前記第２インバータに電圧を供給する。

Description

本開示は、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置に関する。

近年、電動モータ（以下、単に「モータ」と表記する。）、電源からの電力をモータに供給する電力に変換する電力変換装置および電子制御ユニット（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、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。

特許文献１は、一対の巻線組を有するモータ、一対の巻線組に電力を供給する一対のインバータ回路、一対のインバータ回路に接続された一対のプリドライバ、および、一対のプリドライバを制御するマイクロコントローラを備えるモータモジュールを開示している。特許文献１のような、一対の巻線組に一対のインバータ回路を接続する構成を本明細書では「ダブルインバータ構成」と呼ぶこととする。特許文献１のモータモジュールは、パワー基板および制御基板を備える。パワー基板には、平滑コンデンサおよびチョークコイルなどの受動素子が実装され、制御基板には、マイクロコントローラおよびプリドライバなどの制御回路が実装される。

特許文献２は、ダブルインバータ構成を有するモータモジュールを開示している。特許文献１と同様に、特許文献２のモータモジュールも、２枚の基板を有し、一方には、平滑コンデンサおよびチョークコイルなどの受動素子が実装され、他方には、マイクロコントローラおよびプリドライバなどの制御回路が実装される。

特許第５１７７７１１号 特開２０１７−１９１０９３号公報

上述した従来の技術では、電源系およびインバータの少なくとも１つの部品が故障した場合において、モータ出力の低下を抑制することが求められていた。

本開示の実施形態は、電源冗長を実現し、かつ、電圧有効利用率を向上させるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える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モジュールは、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータと、第１電源および前記モータの各相の巻線の一端に接続される第１インバータと、第２電源および前記モータの各相の巻線の他端に接続される第２インバータと、を有し、前記第１電源は第１供給ラインに接続し、かつ、前記第１インバータに電圧を供給し、前記第２電源は第２供給ラインに接続し、かつ、前記第２インバータに電圧を供給する。

本開示の例示的な実施形態によると、電源冗長を実現し、かつ、電圧有効利用率を向上させるモータモジュールおよび当該モータモジュールを備える電動パワーステアリング装置が提供される。

図１は、本開示のモータモジュール１０００の代表的なブロック構成を示すブロック図である。 図２は、本開示の電力変換装置１００の代表的なＦＨＢ型の回路構成を示す回路図である。 図３は、第１モータ制御装置３１０の典型的なブロック構成を示すブロック図である。 図４は、本開示のモータモジュール１０００の構造を示す模式図である。 図５は、例示的な実施形態１によるモータ制御装置のブロック構成を示すブロック図である。 図６は、例示的な実施形態１によるモータ制御装置の他のブロック構成を示すブロック図である。 図７は、昇圧回路の回路構成例を示す回路図である。 図８は、例示的な実施形態１によるモータ制御装置のさらなる他のブロック構成を示すブロック図である。 図９は、降圧回路の回路構成例を示す回路図である。 図１０は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示す模式図である。 図１１は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示す模式図である。 図１２は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示す模式図である。 図１３は、例示的な実施形態１による電力変換装置１００の変形例による回路構成を示す回路図である。 図１４は、例示的な実施形態２によるモータ制御装置のブロック構成を示すブロック図である。 図１５は、例示的な実施形態２によるモータ制御装置の他のブロック構成を示すブロック図である。 図１６は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示す模式図である。 図１７は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示す模式図である。 図１８Ａは、基板ＣＢ１の両面に電子部品を実装する様子を示す模式図である。 図１８Ｂは、基板ＣＢ１の両面に電子部品を実装する様子を示す模式図である。 図１９は、例示的な実施形態２によるモータモジュール１０００における基板ＣＢ１および基板ＣＢ２のｚ軸方向の配置の様子を示す模式図である。 図２０は、例示的な実施形態３による電動パワーステアリング装置３０００の典型的な構成を示す模式図である。 図２１は、例示的な実施形態４の上面斜視図である。

以下、添付の図面を参照しながら、本開示のモータモジュール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、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。また、矛盾が生じない限り、一の実施形態と他の実施形態とを組み合わせることも可能である。

本明細書において、電源からの電力を、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の巻線を有する三相モータに供給する電力に変換するフルＨブリッジ（ＦＨＢ）型の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。さらに、特許文献１または２のようなダブルインバータ構成を備える電力変換装置も本開示の範疇である。

先ず、図１を参照しながら、本開示のモータモジュール１０００の代表的なブロック構成を説明する。

図１は、本開示のモータモジュール１０００の代表的なブロック構成を示している。モータモジュール１０００は、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０を有する電力変換装置１００、モータ２００、第１モータ制御装置３１０および第２モータ制御装置３２０を備える。モータモジュール１０００は、外部の第１電源４１０および第２電源４２０にハーネスを介して接続される。本明細書では、第１モータ制御装置３１０および第２モータ制御装置３２０を総称して「モータ制御装置」と呼ぶ場合がある。また、第一電源４１０に接続されるハーネスを第一供給ライン、上記第二電源に接続されるハーネスを第二供給ラインとしてもよい。この時、コネクタを介さずにハーネスが直接モータ制御装置に接続されてもよい。

モータモジュール１０００はモジュール化され、例えば、モータ、センサ、ドライバおよびコントローラを有する機電一体型モータとして製造および販売され得る。モータモジュール１０００は、例えば電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置に好適に用いられる。モータ２００以外の電力変換装置１００およびモータ制御装置もモジュール化されて製造および販売され得る。

図２を参照しながら、本開示の電力変換装置１００の代表的なＦＨＢ型の回路構成を説明する。ただし、上述したように、電力変換装置１００は、ダブルインバータ構造を有していてもよい。

図２は、本開示の電力変換装置１００の代表的なＦＨＢ型の回路構成を示している。電力変換装置１００は、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０を備える。電力変換装置１００は、第１電源４１０および第２電源４２０からの電力を、モータ２００に供給する電力に変換する。例えば、第１および第２インバータ１２０、１３０は、直流電力を、Ａ相、Ｂ相およびＣ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。

モータ２００は、例えば、三相交流モータである。モータ２００は、Ａ相の巻線Ｍ１、Ｂ相の巻線Ｍ２およびＣ相の巻線Ｍ３を備え、第１インバータ１２０と第２インバータ１３０とに接続される。具体的に説明すると、第１インバータ１２０はモータ２００の各相の巻線の一端に接続され、第２インバータ１３０は各相の巻線の他端に接続される。本明細書において、部品（構成要素）同士の間の「接続」は、主に電気的な接続を意味する。

第１インバータ１２０は、各相に対応した端子Ａ＿Ｌ、Ｂ＿ＬおよびＣ＿Ｌを有する。第２インバータ１３０は、各相に対応した端子Ａ＿Ｒ、Ｂ＿ＲおよびＣ＿Ｒを有する。第１インバータ１２０の端子Ａ＿Ｌは、Ａ相の巻線Ｍ１の一端に接続され、端子Ｂ＿Ｌは、Ｂ相の巻線Ｍ２の一端に接続され、端子Ｃ＿Ｌは、Ｃ相の巻線Ｍ３の一端に接続される。第１インバータ１２０と同様に、第２インバータ１３０の端子Ａ＿Ｒは、Ａ相の巻線Ｍ１の他端に接続され、端子Ｂ＿Ｒは、Ｂ相の巻線Ｍ２の他端に接続され、端子Ｃ＿Ｒは、Ｃ相の巻線Ｍ３の他端に接続される。

電源は、第１インバータ１２０に電力を供給する第１電源４１０、および、第２インバータ１３０に電力を供給する第２電源４２０を備える。第１電源４１０および第２電源４２０の各電源電圧は、例えば１２、１６、２４または４８Ｖである。電源として、例えば直流電源が用いられる。ただし、電源は、ＡＣ−ＤＣコンバータおよび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。また、第１および第２インバータ１２０、１３０に共通の単一電源を用いてもよい。

第１電源４１０と第１インバータ１２０との間にコイル１０２が設けられている。第２電源４２０と第２インバータ１３０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側に流出させないように平滑化する。

各インバータの電源端子には、コンデンサ１０３が接続される。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。

第１インバータ１２０は、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。各レグは、ローサイドスイッチ素子およびハイサイドスイッチ素子を有する。Ａ相レグは、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２１Ｈを有する。Ｂ相レグは、ローサイドスイッチ素子１２２Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２２Ｈを有する。Ｃ相レグは、ローサイドスイッチ素子１２３Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１２３Ｈを有する。スイッチ
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。以下、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる例を説明し、スイッチ素子をＳＷと表記する場合がある。例えば、ローサイドスイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌは、ＳＷ１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌと表記される。

第１インバータ１２０は、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の各相の巻線に流れる電流を検出する電流センサ１５０に含まれる３個のシャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒを備える。電流センサ１５０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１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒは、第１インバータ１２０の３個のレグに含まれる３個のローサイドスイッチ素子とＧＮＤとの間にそれぞれ接続される。具体的には、シャント抵抗１２１ＲはＳＷ１２１ＬとＧＮＤとの間に電気的に接続され、シャント抵抗１２２ＲはＳＷ１２２ＬとＧＮＤとの間に電気的に接続され、シャント抵抗１２３ＲはＳＷ１２３ＬとＧＮＤとの間に電気的に接続される。シャント抵抗の抵抗値は、例えば０．５ｍΩ〜１．０ｍΩ程度である。

第２インバータ１３０は、第１インバータ１２０と同様に、３個のレグを有するブリッジ回路を備える。Ａ相レグは、ローサイドスイッチ素子１３１Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３１Ｈを有する。Ｂ相レグは、ローサイドスイッチ素子１３２Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３２Ｈを有する。Ｃ相レグは、ローサイドスイッチ素子１３３Ｌおよびハイサイドスイッチ素子１３３Ｈを有する。また、第２インバータ１３０は、電流センサ１５０に含まれる３個のシャント抵抗１３１Ｒ、１３２Ｒおよび１３３Ｒ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素子とＧＮＤとの間に接続される。

各インバータに対し、シャント抵抗の数は３つに限られない。例えば、Ａ相、Ｂ相用の２つのシャント抵抗、Ｂ相、Ｃ相用の２つのシャント抵抗、および、Ａ相、Ｃ相用の２つのシャント抵抗を用いることが可能である。使用するシャント抵抗の数およびシャント抵抗の配置は、製品コストおよび設計仕様などを考慮して適宜決定される。

図示する例に限られず、使用するスイッチ素子の個数は、設計仕様などを考慮して適宜決定される。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ので、各インバータに用いる複数のスイッチ素子を設けておくことが好ましい。

上述したとおり、第２インバータ１３０は、第１インバータ１２０の構造と実質的に同じ構造を備える。図２では、説明の便宜上、紙面の左側のインバータを第１インバータ１２０と表記し、右側のインバータを第２インバータ１３０と表記している。ただし、このような表記は、本開示を限定する意図で解釈されてはならない。第１および第２インバータ１２０、１３０の用語は、電力変換装置１００の構成要素として区別なく用いられ得る。

図３を参照しながら、第１モータ制御装置３１０内の第１制御回路３１４の周辺のブロック構成を説明する。第２モータ制御装置３２０のブロック構成は、モータ制御を行う点で、第１モータ制御装置３１０のそれと実質的に等しいために、その説明は省略することとする。

図３は、第１モータ制御装置３１０の典型的なブロック構成を示している。第１モータ制御装置３１０は、例えば、第１電源回路３１１と、角度センサ３１２と、入力回路３１３と、第１制御回路３１４と、第１駆動回路３１５と、ＲＯＭ３１９とを備える。角度センサ３１２は、第１モータ制御装置３１０と第２モータ制御装置３２０とに共通のセンサである。ただし、角度センサ３１２として、第１モータ制御装置３１０に用いる角度センサと、第２モータ制御装置３２０に用いる角度センサとを個別に設けてもよい。

第１モータ制御装置３１０は、電力変換装置１００の第１インバータ１２０に接続される。第１モータ制御装置３１０は、第１インバータ１２０における複数のスイッチ素子のスイッチング動作を制御する。具体的には、第１モータ制御装置３１０は、各ＳＷのスイッチング動作を制御する制御信号（以降、「ゲート制御信号」と表記する。）を生成して第１インバータ１２０に出力する。第２モータ制御装置３２０は、第２インバータ１３０に接続される。第２モータ制御装置３２０は、ゲート制御信号を生成して第２インバータ１３０に出力する。

モータ制御装置は、目的とするモータ２００のロータの位置、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。なお、モータ制御装置は、角度センサ３１２に代えてトルクセンサを備えてもよい。この場合、モータ制御装置は、目的とするモータトルクを制御することができる。

第１電源回路３１１は、回路内の各ブロックに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖまたは５Ｖ）を生成する。第１電源回路３１１は、後述するパワー系電源回路とは異なる。

角度センサ３１２は、例えばレゾルバまたはホールＩＣである。または、角度センサ３１２は、磁気抵抗（ＭＲ）素子を有するＭＲセンサとセンサマグネットとの組み合わせによっても実現される。角度センサ３１２は、ロータの回転角（以下、「回転信号」と表記する。）を検出し、第１制御回路３１４と第２モータ制御装置３２０の第２制御回路３２４（図５を参照）とに回転信号を出力する。

入力回路３１３は、電流センサ１５０のシャント抵抗１２１Ｒ、１２２Ｒおよび１２３Ｒ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。）を受け取って、実電流値のレベルを第１制御回路３１４の入力レベルに必要に応じて変換し、実電流値を第１制御回路３１４に出力する。入力回路３１３は、例えばアナログデジタル変換回路である。

第１制御回路３１４は、第１インバータ１２０を制御する集積回路であり、例えば、マイクロコントローラまたはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。

第１制御回路３１４は、電力変換装置１００の第１インバータ１２０における各ＳＷ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。第１制御回路３１４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、それを第１駆動回路３１５に出力する。

第１駆動回路３１５は、典型的にはゲートドライバ（またはプリドライバ）である。第１駆動回路３１５は、ゲート制御信号をＰＷＭ信号に従って生成し、第１インバータ１２０におけるスイッチ素子のゲートにその制御信号を与える。駆動対象が低電圧で駆動可能なモータであるとき、ゲートドライバは必ずしも必要とされない場合がある。その場合、ゲートドライバの機能は、第１制御回路３１４に実装され得る。

ＲＯＭ３１９は、第１制御回路３１４に電気的に接続される。ＲＯＭ３１９は、例えば書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ３１９は、第１制御回路３１４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。

図４は、モータモジュール１０００の構造を示す模式図である。図４には、中心軸２１１に沿って図中のｙｚ面切断した場合のモータモジュール１０００の断面を示す。

モータモジュール１０００は、ステータ２２０と、ロータ２３０と、ハウジング２１２と、ベアリングホルダ２１４と、軸受２１５と、軸受２１６とを備える。ステータ２２０は電機子とも称される。中心軸２１１はロータ２３０の回転軸である。

ハウジング２１２は、底を有する略円筒状の筐体であり、ステータ２２０、軸受２１５およびロータ２３０を内部に収納する。

ベアリングホルダ２１４は、モータモジュール１０００内部のステータ２２０およびロータ２３０が収納される空間と、２枚の基板（第１および第２基板）ＣＢ１、ＣＢ２が収納される空間とを隔てている。ベアリングホルダ２１４は、板状の部材であり、その中央部で軸受２１６を保持している。

ステータ２２０は環状であり、積層体２２２および巻線２２１を有する。積層体２２２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２２０は、駆動電流に応じて磁束を発生させる。積層体２２２は、複数の鋼板を中心軸２１１に沿う方向（図４のｚ方向）に積層した積層鋼板から構成される。積層体２２２は、ハウジング２１２の内壁に固定される。

巻線２２１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２２２の複数の歯（不図示）にそれぞれ取り付けられている。

ロータ２３０は、ロータコア２３１、ロータコア２３１の外周に沿って設けられた複数の永久磁石２３２、シャフト２３３を備える。ロータコア２３１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。本実施形態において、ロータコア２３１は、複数の鋼板を中心軸２１１に沿う方向（図４のｚ方向）に積層した積層鋼板から構成される。複数の永久磁石２３２は、Ｎ極とＳ極とがロータコア２３１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２３３は、ロータコア２３１の中心に固定されており、中心軸２１１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４に示されたモータモジュール１０００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、モータモジュール１０００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２１５および２１６は、ロータ２３０のシャフト２３３を回転可能に支持する。軸受２１５および２１６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。

モータモジュール１０００において、ステータ２２０の巻線２２１に駆動電流を流すと、積層体２２２の複数の歯に径方向の磁束が発生する。複数の歯と永久磁石２３２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２３０はステータ２２０に対して回転する。ロータ２３０が回転すると、例えばＥＰＳ装置に駆動力が発生する。

例えば、シャフト２３３におけるベアリングホルダ２１４側の端部には、永久磁石（不図示）が固定されている。永久磁石は、ロータ２３０とともに回転可能である。角度センサ３１２に相当する磁気センサ（不図示）が、例えば、基板ＣＢ１の、シャフト２３３に固定された永久磁石に対向する位置に配置されている。磁気センサは、基板ＣＢ１または基板ＣＢ２とは異なる別基板に実装され得る。磁気センサは、シャフト２３３とともに回転する永久磁石から発生する磁場を検出し、これによりロータ２３０の回転角を検出することができる。

ベアリングホルダ２１４の上部には、２枚の基板が配置されている。基板ＣＢ１には、第１インバータ１２０用のコイル１０２、コンデンサ１０３、第１インバータ１２０、第１モータ制御装置３１０の電子部品などが実装されている。基板ＣＢ２には、第２インバータ１３０用のコイル１０２、コンデンサ１０３、第２インバータ１３０、第２モータ制御装置３２０の電子部品などが実装されている。モータモジュール１０００の部品群は、各基板の片面または両面に実装することが可能である。ハウジング２１２の上部の開口はカバー２５０によって閉ざされる。

（実施形態１）



本実施形態において、第１電源４１０および第２電源４２０の電源電圧は等しく、それらの電源電圧を１２Ｖとして説明する。

図５は、本実施形態によるモータ制御装置のブロック構成を示している。第１モータ制御装置３１０は、第１電源回路３１１、第１制御回路３１４および第１駆動回路３１５を備える。第１電源回路３１１、第１制御回路３１４および第１駆動回路３１５は基板ＣＢ１に実装される。第１コネクタ３１６は、基板ＣＢ１とは別部品である。基板ＣＢ１は、第１コネクタ３１６を介して第１電源４１０に接続される。つまり、第１電源は第１供給ラインに接続されて第１インバータに電圧を供給し、第２電源は第２供給ラインに接続されて第２インバータに電圧を供給する。このように２つの供給ラインを設けることにより、通常の二系統のモータに比べて、ＦＨＢ結線のモータは電圧利用率が向上し、車両電源システムからより大きな電力供給を受けることができる。より詳細に述べると、通常のＹ結線もしくはΔ結線の場合、各相の有効電圧は１２÷２＝６［Ｖ］となる。一方、本発明は各相が独立に接続されるため、各相の有効電圧利用率は１２［Ｖ］となる。以上より、２つの供給ラインを有することで、電源冗長を実現し、かつ、電圧有効利用率を向上させることができる。

１２Ｖの電源電圧が第１電源４１０から第１インバータ１２０に供給される。第１電源回路３１１は、第１制御回路３１４および第１駆動回路３１５などに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ）を、第１電源４１０の電源電圧１２Ｖを降圧することによって生成する。第１制御回路３１４は第１駆動回路３１５にＰＷＭ信号を出力する。第１駆動回路３１５は、ＰＷＭ信号に従ってゲート制御信号を生成し、第１インバータ１２０の各スイッチ素子に与える。

第２モータ制御装置３２０は、第２電源回路３２１、第２制御回路３２４および第２駆動回路３２５を備える。第２電源回路３２１、第２制御回路３２４および第２駆動回路３２５は基板ＣＢ２に実装される。第２コネクタ３２６は、基板ＣＢ２とは別部品である。基板ＣＢ２は、第２コネクタ３２６を介して第２電源４２０に接続される。

１２Ｖの電源電圧が第２電源４２０から第２インバータ１３０に供給される。第２電源回路３２１は、第２制御回路３２４および第２駆動回路３２５などに必要なＤＣ電圧（例えば３Ｖ）を、第２電源４２０の電源電圧１２Ｖを降圧することによって生成する。第２制御回路３２４は第２駆動回路３２５にＰＷＭ信号を出力する。第２駆動回路３２５は、ＰＷＭ信号に従ってゲート制御信号を生成し、第２インバータ１３０の各スイッチ素子に与える。

第１電源４１０と第１コネクタ３１６との接続、および、第２電源４２０と第２コネクタ３２６との接続は、一般的にハーネス（不図示）を用いて行われる。電源からモータまでの電流経路においてハーネスによる電力損失（または電圧降下）が発生する。例えば、ＥＰＳシステムに用いられるハーネスの抵抗値は、１５〜２０ｍΩ程度である。これは、モータまたはＥＣＵの抵抗値よりも大きく、その電力損失を無視することはできない。例えば、電源電流が最大１００Ａとすると、ハーネスでの電圧降下は、１．５〜２．０Ｖ程度となり、１２Ｖの電源に対して無視できなくなる。そのため、ハーネスの電力損失を改善できれば、モータの高出力化が期待される。

本実施形態では、２系統の第１電源４１０および第２電源４２０を用いるため、２本のハーネスからモータ２００に必要な電流を供給することが可能となる。ここで、単体の電源を用いて２枚の基板に電源を供給する場合にモータに流す電流と同じ電流を２系統の電源を用いて供給することを考える。その場合、それぞれのハーネスに半分の電流を流せばよいために、ハーネスの径を小さくすることができる。その結果、ハーネスにおける電力損失を１／４程度に改善することができる。

モータのＴＮ特性を見ると、単体の電源を用いる場合には、モータの高速回転時において十分な出力（またはトルク）を得ることが困難であった。一方、本実施形態によれば、ハーネスにおける電力損失を低減することにより、入力電力に対する出力電力の割合を示す効率を改善することができるので、モータの高速回転時において高出力を得ることが可能となる。

図６は、本実施形態によるモータ制御装置の他のブロック構成を示している。図７は、昇圧回路の回路構成例を示している。

基板ＣＢ１に、スイッチＲＬおよび第１昇圧回路３１７がさらに実装され、基板ＣＢ２に、スイッチＲＬおよび第２昇圧回路３２７がさらに実装されていてもよい。

第１昇圧回路３１７および第２昇圧回路３２７の各々は、例えば昇圧チョッパ回路である。図７には、昇圧チョッパ回路の代表的な回路構成を示している。昇圧チョッパ回路は、半導体スイッチＳ、ダイオードＤ、コンデンサＣおよびコイルＬなどから構成される。

第１昇圧回路３１７は、第１電源４１０の電源電圧１２Ｖを昇圧し、昇圧電圧（例えば２４Ｖ）を第１インバータ１２０に出力することができる。第２昇圧回路３２７は、第２電源４２０の電源電圧１２Ｖを昇圧し、昇圧電圧（例えば２４Ｖ）を第２インバータ１３０に出力することができる。昇圧チョッパ回路は、各基板に接続される電源に応じて適宜決定される。

スイッチＲＬは、例えば、サイリスタ、アナログスイッチＩＣ、もしくは寄生ダイオードが内部に形成されたＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ、または、メカニカルリレーである。例えば、基板ＣＢ１のスイッチＲＬは、第１制御回路３１４の制御を受けて、第１インバータ１２０の電源パスを切替える。例えば、基板ＣＢ２のスイッチＲＬは、第２制御回路３２４の制御を受けて、第２インバータ１３０の電源パスを切替える。

例えば、通常駆動時には、第１電源４１０から第１インバータ１２０に１２Ｖを供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択され、第２電源４２０から第２インバータ１３０に１２Ｖを供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択される。高速回転時には、第１昇圧回路３１７から第１インバータ１２０に２４Ｖの昇圧電圧を供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択され、第２昇圧回路３２７から第２インバータ１３０に２４Ｖの昇圧電圧を供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択される。このような構成によれば、モータ駆動において、高速回転時にスイッチＲＬを動的に切替えることにより、それぞれのインバータに高電圧を供給することができるので、高速回転時において高出力を得ることが可能となる。

図８は、本実施形態によるモータ制御装置のさらなる他のブロック構成を示している。図９は、降圧回路の回路構成例を示している。

第１電源４１０および第２電源４２０の電源電圧は、１２Ｖに限られず、例えば２４Ｖまたは４８Ｖであってもよい。基板ＣＢ１には、スイッチＲＬおよび第１降圧回路３１８がさらに実装され、基板ＣＢ２には、スイッチＲＬおよび第２降圧回路３２８がさらに実装されていてもよい。

第１降圧回路３１８および第２降圧回路３２８の各々は、例えば降圧チョッパ回路である。図９には、降圧チョッパ回路の代表的な回路構成を示している。降圧チョッパ回路は、半導体スイッチＳ、ダイオードＤ、コンデンサＣおよびコイルＬなどから構成される。

例えば、第１降圧回路３１８は、第１電源４１０の電源電圧２４Ｖを降圧し、降圧電圧１２Ｖを第１インバータ１２０に出力することができる。第２降圧回路３２８は、第２電源４２０の電源電圧２４Ｖを降圧し、降圧電圧１２Ｖを第２インバータ１３０に出力することができる。降圧チョッパ回路は、各基板に接続される電源に応じて適宜決定される。

例えば、通常駆動時には、第１降圧回路３１８から第１インバータ１２０に１２Ｖの降圧電圧を供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択され、第２降圧回路３２８から第２インバータ１３０に１２Ｖの降圧電圧を供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択される。高速回転時には、第１電源４１０から第１インバータ１２０に２４Ｖを供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択され、第２電源４２０から第２インバータ１３０に２４Ｖを供給する電源パスがスイッチＲＬによって選択される。このような構成によれば、モータ駆動において、高速回転時にスイッチＲＬを動的に切替えることにより、それぞれのインバータに高電圧を供給することができるので、高速回転時において高出力を得ることが可能となる。

図１０から図１２は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示している。

ある一態様において、図１０に示すように、基板ＣＢ１には、コンデンサ１０３およびコイル１０２（図１０には不図示）などの第１受動素子群が実装される。基板ＣＢ１のコンデンサ１０３の実装面には、第１インバータ１２０における複数のスイッチ素子のスイッチング動作を制御する第１モータ制御装置３１０がさらに実装される。基板ＣＢ１のコンデンサ１０３の実装面と反対側の面には、第１インバータ１２０を構成する第１パワーデバイス群が実装される。図１０には、第１モータ制御装置３１０の構成要素のうちの第１制御回路３１４を例示し、第１パワーデバイス群の構成要素のうちの２個のパワーデバイス（ＦＥＴ）を例示する。パワーデバイスは、インバータのスイッチ素子ＳＷである。当然に、図示する例に限られず、第１パワーデバイス群の構成要素と、コンデンサ１０３とは、中心軸２１１の方向から基板を透視したときに重ならない位置に配置することは可能である。

基板ＣＢ２には、コンデンサ１０３およびコイル１０２（図１０には不図示）などの第２受動素子群が実装されている。基板ＣＢ２のコンデンサ１０３の実装面には、第２インバータにおける複数のスイッチ素子のスイッチング動作を制御する第２モータ制御装置３２０がさらに実装されている。基板ＣＢ２のコンデンサ１０３の実装面と反対側の面には、第２インバータ１３０を構成する第２パワーデバイス群が実装されている。図１０には、第２モータ制御装置３２０の構成要素のうちの第１制御回路３１４を例示し、第２パワーデバイス群の構成要素のうちの２個のパワーデバイスを例示する。

第１受動素子群の中のコンデンサ１０３、および、第２受動素子群の中のコンデンサ１０３は、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間に配置され、かつ、中心軸２１１（図１０のｚ方向）に沿って見たとき、互いに重ならない。本実施形態では、第１電源４１０および第２電源４２０の電源電圧は等しいので、基板ＣＢ１に実装するコンデンサ１０３および基板ＣＢ２に実装するコンデンサ１０３として、同一のコンデンサを用いることができる。その場合、両基板のコンデンサ１０３の高さは同じである。

モータモジュール１０００は、絶縁性を有する放熱材、例えば放熱グリスを介して基板ＣＢ１と熱的に接触した第１ヒートシンク５１１をさらに備えることができる。第１ヒートシンク５１１は、基板ＣＢ１の第１パワーデバイス群を覆う。本明細書において「基板に熱的に接触した」とは、基板の片側の面に実装された複数の電子部品の全部または一部をヒートシンクが覆う状態を意味する。ヒートシンクは、基板面と必ずしも接触しなくてもよい。

第１ヒートシンク５１１として、例えばアルミなどの熱伝導率のよい材料を用いることができる。例えば、第１ヒートシンク５１１は、ハウジング２１２のホルダまたはベアリングホルダ２１４であり得る。または、第１ヒートシンク５１１は、これらの部材とは異なる部材であってよい。第１ヒートシンク５１１により基板ＣＢ１を冷却することによって、モータモジュール１０００の放熱性を改善することが可能となる。

ある一態様において、図１１に示すように、モータモジュール１０００は
、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間に配置され、例えば放熱グリスを介して両基板に熱的に接触した第２ヒートシンク５１２をさらに備える。第２ヒートシンク５１２は、コンデンサ１０３を覆う凹部を有する。実装部品の中で特に発熱するコンデンサを第２ヒートシンク５１２で覆うことにより、効率的に放熱することができる。このように、第２ヒートシンク５１２を用いて基板ＣＢ１および基板ＣＢ２を冷却することによって、モータモジュール１０００の放熱性をさらに改善することが可能となる。

ある一態様において、図１１に示すように、基板ＣＢ１のコンデンサ１０３の実装面と反対側の面には、第１モータ制御装置３１０が実装され、基板ＣＢ２のコンデンサ１０３の実装面と反対側の面には、第２モータ制御装置３２０が実装される。図１１には、第１モータ制御装置３１０の構成要素のうちの第１制御回路３１４を例示し、第２モータ制御装置３２０の構成要素のうちの第２制御回路３２４を例示する。

ある一態様において、図１２に示すように、基板ＣＢ１のコンデンサ１０３の実装面には、第１インバータ１２０を構成する第１パワーデバイス群がさらに実装され、基板ＣＢ２のコンデンサ１０３の実装面には、第２インバータ１３０を構成する第２パワーデバイス群がさらに実装される。例えば、第１昇圧回路３１７または第１降圧回路３１８は、基板ＣＢ１のコンデンサ１０３の実装面と反対側の面に実装され得る。その場合、第１ヒートシンク５１１は、第１昇圧回路３１７または第１降圧回路３１８を覆う凹部を有する。発熱が多い第１昇圧回路３１７または第１降圧回路３１８を第１ヒートシンク５１１で覆い冷却することによって、モータモジュール１０００の放熱性を改善することが可能となる。

図１３は、本実施形態の電力変換装置１００の変形例による回路構成を示している。この変形例では、電力変換装置１００は、２つのスイッチ素子７１０、７１１をさらに備える。スイッチ素子７１０は、第１インバータ１２０のブリッジ回路のハイサイド側のノードと、第２インバータ１３０のブリッジ回路のハイサイド側のノードとの接続・非接続を切替える。スイッチ素子７１１は、第１インバータ１２０のブリッジ回路のローサイド側のノードと、第２インバータ１３０のブリッジ回路のローサイド側のノードとの接続・非接続を切替える。２つのスイッチ素子７１０、７１１は、例えば、サイリスタ、アナログスイッチＩＣ、もしくは寄生ダイオードが内部に形成されたＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチ、または、メカニカルリレーである。

この構成によれば、零相電流を流すことが可能となり、例えば二相通電制御を行うことができる。例えば、Ａ相のレグが故障した場合、Ｂ相、Ｃ相を用いて二相の巻線Ｍ２、Ｍ３を通電することができる。例えば、二相通電制御は、本出願人による特許出願である国際公開第２０１７／１５０６３８号に記載されている。これらの開示内容の全てを参考のために本願明細書に援用する。さらに、第１電源４１０および第２電源４２０のうちの一方が故障した場合において、他方を用いて三相の巻線を通電する三相通電制御を継続することができる。

例えば、モータの結線は、第１駆動回路３１５または第２駆動回路３２５を用いてＹ結線に切替えることが可能である。通常駆動時は、モータの結線は、例えば図２または図１３に示すＦＨＢ結線である。モータ２００の結線をＦＨＢ結線からＹ結線に切替えた後は、ＦＨＢ結線で用いる電源電圧の２倍の電源電圧を用いてＹ結線のモータ２００を駆動することが好ましい。例えば、ＦＨＢ結線の駆動では１２Ｖの電源電圧が用いられ、Ｙ結線の駆動では２４Ｖの電源電圧が用いられる。これにより、モータ２００の結線をＦＨＢ結線からＹ結線に切替えた場合でも、モータ２００の最大回転数を維持することができる。

例えば、第１インバータ１２０のハイサイドスイッチ素子１２１Ｈがオープン故障した場合、モータの結線をＹ結線に切替えることができる。第１駆動回路３１５は、残りのハイサイドスイッチ素子１２２Ｈ、１２３Ｈを常時オフし、かつ、３つのローサイドスイッチ素子１２１Ｌ、１２２Ｌおよび１２３Ｌを常時オンする制御信号を出力する。その結果、第１インバータ１２０に中性点が構成される。この状態で、第２モータ制御装置３２０は、第２インバータ１３０のスイッチ素子をＰＷＭ制御することが可能である。Ｙ結線への切替えに第２電源４２０を用いてもよく、第１電源４１０または第２電源４２０とは異なる他の電源を用いてもよい。

本実施形態のように第１電源４１０および第２電源４２０の電源電圧を等しくすると、ＦＨＢ結線において各相に零相電流は流れない。そのため、相互インダクタンスの大きい、例えば８ポール１２スロット（８Ｐ１２Ｓ）のモータをＦＨＢ型の電力変換装置１００に接続して駆動する場合、第１および第２インバータ１２０、１３０のスイッチ素子のスイッチングに起因する電流ノイズを抑制することが可能となる。

（実施形態２）



本実施形態は、第１電源４１０の電源電圧が、第２電源４２０の電源電圧と異なる点で、実施形態１と相違する。以下、実施形態１との差異点を主に説明する。

図１４は、本実施形態によるモータ制御装置のブロック構成を示している。第１電源４１０の電源電圧は、第２電源４２０の電源電圧よりも高い。例えば、第１電源４１０の電源電圧は４８Ｖであり、第２電源４２０の電源電圧は１２Ｖである。第１電源４１０の電源電圧を降圧または昇圧するパワー系電源回路が基板ＣＢ１に実装されている。図１４には、パワー系電源回路として第１降圧回路３１８を例示する。例えば、第１降圧回路３１８は、第１電源４１０の電源電圧４８Ｖを降圧し、降圧電圧１２ＶをスイッチＲＬを介して第１インバータ１２０に出力する。

この構成によれば、ＦＨＢの三相通電制御を行う場合、第１インバータ１２０には、第１降圧回路３１８から出力される降圧電圧１２Ｖが供給され、第２インバータ１３０には、第２電源４２０の電源電圧１２Ｖが供給される。また、例えば、第２インバータ１３０側のモータ結線を、上述したように第２駆動回路３２５を用いてＹ結線に切替えることにより、第１電源の電源電圧４８Ｖで第１インバータ１２０のスイッチ素子をＰＷＭ制御することが可能となる。

図１５は、本実施形態によるモータ制御装置の他のブロック構成を示している。基板ＣＢ２には、例えば、第２電源４２０の電源電圧１２Ｖを昇圧し、昇圧電圧２４Ｖを第２インバータ１３０に出力する第２昇圧回路３２７がさらに実装されていてもよい。第１降圧回路３１８は、２４Ｖまたは１２Ｖの降圧電圧を生成することができる。

この構成例によれば、通常駆動時には、例えば、第１降圧回路３１８から降圧電圧１２Ｖを第１インバータ１２０に供給し、かつ、第２電源の電源電圧１２Ｖを第２インバータ１３０に供給することにより、１２ＶでＦＨＢの三相通電制御を行うことが可能となる。これに対し、高速回転時には、例えば、第１降圧回路３１８から降圧電圧２４Ｖを第１インバータ１２０に供給し、かつ、第２昇圧回路３２７から昇圧電圧２４Ｖを第２インバータ１３０に供給することにより、２４ＶでＦＨＢの三相通電制御を行うことが可能となる。モータ駆動において、高速回転時にスイッチＲＬを動的に切替えることにより、それぞれのインバータに高電圧を供給することができるので、高速回転時において高出力を得ることが可能となる。

例えば、モータモジュール１０００をＥＰＳに実装する場合を考える。その場合、例えば、第１電源４１０が故障したとしても、電源を第２電源４２０に切替えて基板ＣＢ２の第２昇圧回路３２７の昇圧電圧を用いることにより、操舵力を維持することができる。

図１６および図１７は、中心軸２１１に沿って切断した場合のモータモジュール１０００の断面における、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間の電子部品の実装の様子を示している。

基板ＣＢ１には、第１受動素子が実装され、基板ＣＢ２には第２受動素子群が実装されている。コイル、抵抗およびコンデンサなどから構成される受動素子群の中で、高さが最も高い素子は、典型的にはコンデンサである。本実施形態では、基板ＣＢ１において高さが最も高い第１受動素子はコンデンサ１０３＿１Ｈであり、基板ＣＢ２において高さが最も高い第２受動素子はコンデンサ１０３＿２Ｈである。一般に、電源電圧が高くなるほど、コンデンサ１０３として、より大きな容量を有するコンデンサが必要とされる。その結果、基板ＣＢ１に実装されるコンデンサ１０３は、基板ＣＢ２に実装されるコンデンサ１０３よりも大きな容量を必要とする。従って、コンデンサ１０３＿１Ｈのサイズは、コンデンサ１０３＿２Ｈのそれよりも大きくなり、具体的には、コンデンサ１０３＿１Ｈの高さは、コンデンサ１０３＿２Ｈのそれよりも高くなる。

本実施形態では、第１受動素子群の中で高さが最も高いコンデンサ１０３＿１Ｈ、および、第２受動素子群の中で高さが最も高いコンデンサ１０３＿２Ｈは、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間に配置され、かつ、中心軸２１１の方向に沿って見たとき、互いに重ならない。その結果、中心軸２１１の方向において２つのコンデンサ１０３＿１Ｈ、１０３＿２Ｈが重ならないため、モータモジュール１０００の高さを抑制することができ、より低背であるモータモジュールを実現することができる。コンデンサ１０３＿１Ｈの高さをｈ１とし、コンデンサ１０３＿２Ｈの高さをｈ２（≦ｈ１）とする。中心軸２１１の方向に２つのコンデンサを従来のように積み上げると高さの合計はｈ１＋ｈ２になる。これに対し、図１６に示すように２つのコンデンサを配置すれば、高さｈ１の範囲に２つのコンデンサを配置することが可能となる。

モータモジュール１０００は、例えば放熱グリスを介して基板ＣＢ１と熱的に接触した第１ヒートシンク５１１をさらに備えることができる。例えば、第１ヒートシンク５１１は、ハウジング２１２のホルダまたはベアリングホルダ２１４であり得る。または、第１ヒートシンク５１１は、これらの部材とは異なる部材であってよい。

例えば、基板ＣＢ１のコンデンサ１０３＿１Ｈの実装面と反対側の面に、第１降圧回路３１８を実装し得る。モータ２００のロータ２３０の回転軸、つまり中心軸２１１の方向に沿って、ロータ２３０、第１ヒートシンク５１１、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２は、この順番で配置される。特に、パワー系電源回路である第１降圧回路３１８の発熱は大きくなる。第１降圧回路３１８を第１ヒートシンク５１１で覆うことにより、第１降圧回路３１８を冷却でき、モータモジュール１０００の放熱性を向上させることができる。

ある一態様において、図１６に示すように、モータモジュール１０００は、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間に配置され、例えば放熱グリスを介して両基板に熱的に接触した第２ヒートシンク５１２をさらに備える。この構成によれば、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２を第２ヒートシンク５１２で冷却することによって、モータモジュール１０００の放熱性をさらに改善することが可能となる。

ある一態様において、図１７に示すように、モータモジュール１０００は、基板ＣＢ２のコンデンサ１０３＿２Ｈの実装面と反対側の面を覆う第２ヒートシンク５１２をさらに備える。モータ２００のロータ２３０の回転軸、つまり中心軸２１１の方向に沿って、ロータ２３０、第１ヒートシンク５１１、基板ＣＢ１、基板ＣＢ２および第２ヒートシンク５１２は、この順番で配置される。このような配置によれば、第２ヒートシンク５１２は、モータモジュール１０００のカバー２５０側に位置するために、それを外部に露出させ易くなり、モータモジュール１０００の放熱性を向上させることができる。さらに、第３ヒートシンクとして、図１６に示すように、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２の間にさらなるヒートシンクを配置してもよい。

第１ヒートシンク５１１の熱抵抗は、第２ヒートシンク５１２の熱抵抗よりも小さいことが好ましい。例えば、第１ヒートシンク５１１は、第２ヒートシンク５１２よりも大きい体積を有する。

モータモジュール１０００のカバー２５０は、第２ヒートシンク５１２として機能し得る。または、第２ヒートシンク５１２は、カバー２５０とは異なる別部材であってもよい。第１ヒートシンク５１１よりも第２ヒートシンク５１２のサイズを小さくすることが可能となり、モータモジュール１０００の部品点数を減らすことができる。

ある一態様において、第１電源４１０の電源電圧は、第２電源４２０の電源電圧よりも低くてもよい。例えば、第１電源４１０の電源電圧は、１２Ｖであり、第２電源４２０の電源電圧は、４８Ｖであってもよい。その場合、基板ＣＢ１に、パワー系電源回路である第１昇圧回路３１７が実装されていてもよい。例えば、第１昇圧回路３１７は、第１電源の電源電圧１２Ｖを昇圧して２４Ｖの昇圧電圧を第１インバータ１２０にスイッチＲＬを介して出力する。この構成において、特に、パワー系電源回路である第１昇圧回路３１７の発熱は大きくなる。第１昇圧回路３１７を第１ヒートシンク５１１で覆うことにより、第１昇圧回路３１７を冷却し、モータモジュール１０００の放熱性を向上させることができる。さらに、例えば、第２電源４２０の電源電圧４８Ｖを降圧して２４Ｖの降圧電圧を第２インバータ１３０にスイッチＲＬを介して出力する第２降圧回路３２８を基板ＣＢ２に実装してもよい。

ある一態様において、中心軸２１１の方向から見た基板ＣＢ１の形状は基板ＣＢ２の形状と同一であり、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２は共通の対称軸ＡＳを有する。基板の形状は、例えば円形、楕円形または多角形である。基板ＣＢ１および基板ＣＢ２として、同一の基板を用いることができる。以下、２枚の基板のうちの基板ＣＢ１における電子部品の実装例を説明する。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、基板ＣＢ１の両面に電子部品を実装する様子を例示している。図１９は、モータモジュール１０００における基板ＣＢ１および基板ＣＢ２のｚ軸方向の配置の様子を示している。図１８Ａには、ロータ２３０の回転軸、つまり、中心軸２１１の方向に沿って＋ｚ方向から見たときの、コンデンサ１０３を実装する基板ＣＢ１の実装面Ｓ１を示す。図１８Ｂには、中心軸２１１の方向に沿って−ｚ方向から見たときの、基板ＣＢ１の実装面Ｓ１と反対側の実装面Ｓ２を示す。ただし、図面が煩雑になるのを避けるために両面に実装され得る主要な電子部品のみを示している。

基板ＣＢ１は、対称軸ＡＳを有し、それを軸とした線対称性を有する。基板ＣＢ１は、第１モータ制御装置３１０を配置する第１領域ＡＲ１（紙面の下側領域）、および、第１受動素子群と第１パワーデバイス群とを配置する第２領域ＡＲ２（紙面の上側領域）を有する。例えば、実装面Ｓ１の第１領域ＡＲ１には、第１モータ制御装置３１０の第１駆動回路３１５が配置され、第２領域ＡＲ２には、コンデンサ１０３および第１インバータ１２０を構成する６つのＦＥＴの内の４つのＦＥＴが配置される。例えば、実装面Ｓ２の第１領域ＡＲ１には、第１モータ制御装置３１０の第１制御回路３１４が配置され、第２領域ＡＲ２には、残りの２つのＦＥＴが配置される。

基板ＣＢ２は、対称軸ＡＳを有し、それを軸とした線対称性を有する。基板ＣＢ１と同様に、基板ＣＢ２の第３領域ＡＲ３は、第２モータ制御装置３２０を実装する領域であり、基板ＣＢ２の第４領域ＡＲ４は、第２受動素子群と第２パワーデバイス群とを実装する領域である。図１９に示すように、基板ＣＢ２は、基板ＣＢ１に対して対称軸ＡＳを基準に１８０°反転させてモータモジュール１０００に配置する。これにより、中心軸２１１（図１９のｚ軸）の方向に沿ってモータモジュール１０００を見たとき、第１領域ＡＲ１および基板ＣＢ２の第４領域ＡＲ４は重なり合い、かつ、第２領域ＡＲ２および基板ＣＢ２の第３領域ＡＲ３は重なり合う。

このような構成によれば、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２の放熱経路は中心軸２１１の方向に重ならないので、各基板を効率的に放熱することが可能となる。また、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２を中心軸２１１の方向に配置する場合、対称軸ＡＳを基準に各素子を対称に配置することができる。基板ＣＢ１および基板ＣＢ２の素子配置は同じになるので、組立時には基板ＣＢ１を基板ＣＢ２に重ねるだけでよい。このように、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２に同じ基板設計を採用することにより、設計工数を削減できる。さらに、上述したとおり、中心軸２１１の方向において２つのコンデンサ１０３＿１Ｈ、１０３＿２Ｈが重ならないため、モータモジュール１０００の高さを抑制することができ、より低背であるモータモジュールを実現することができる。さらに、基板ＣＢ１および基板ＣＢ２の間に第２ヒートシンク５１２を配置することにより、各基板を効果的に放熱することが可能となる。

本開示によれば、電源系および電力変換装置１００における各スイッチ素子の少なくとも１つが故障したとしても、モータ出力を維持してモータ駆動を継続させることができる。

（その他の変形例）



本明細書で説明するモータモジュール１０００の基板の構成または配置は、ダブルインバータ構成のモータモジュールにも好適に利用することができる。ダブルインバータ構成において、三相の巻線Ｍ１、Ｍ２およびＭ３は、一端同士がＹ結線された、第１の巻線組および第２の巻線組を有する。第１インバータ１２０は、第１の巻線組に接続され、第２インバータ１３０は、第２の巻線組に接続される。

本明細書では、２系統の電源に接続されるモータモジュール１０００を説明したが、１系統の単一電源を用いることも可能である。例えば、通常時には、単一の電源から基板ＣＢ１および基板ＣＢ２に１２Ｖの電源電圧が供給される。その電源が故障した場合、例えば、両基板はバックアップ用の別の電源に接続されて、その電源から両基板に１２Ｖの電源が供給されてもよい。このような電源系統も本開示の範疇である。この構成によれば、ＦＨＢ結線によるモータ駆動を継続することができる。

モータモジュール１０００は、基板ＣＢ１と基板ＣＢ２とを接続する分圧回路（不図示）を備えてもよい。この構成によれば、２系統の電源のうちの一方が故障した場合でも、他方を用いてモータ駆動を継続させることができる。このように、一方の電源を他方の電源に分岐させることが可能となる。

本明細書では、２枚の基板を用いる実施形態を説明したが、３枚以上の複数の基板を用いることができる。例えば、（１）第１電源４１０に接続される、第１モータ制御装置３１０を配置する基板ＣＢ１および第１受動素子群と第１パワーデバイス群とを配置する基板ＣＢ２、ならびに、（２）第２電源４２０に接続される、第２モータ制御装置３２０を配置する第３基板および第２受動素子群と第２パワーデバイス群とを配置する第４基板の４枚の基板を使用することができる。

（実施形態３）



図２０は、本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００の典型的な構成を模式的に示している。

自動車等の車両は一般に、電動パワーステアリング装置を有する。本実施形態による電動パワーステアリング装置３０００は、ステアリングシステム５２０、および補助トルクを生成する補助トルク機構５４０を有する。電動パワーステアリング装置３０００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システムの操舵トルクを補助する補助トルクを生成する。補助トルクにより運転者の操作の負担は軽減される。

ステアリングシステム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、自在軸継手５２３Ａ、５２３Ｂ、回転軸５２４、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５２９Ａ、５２９Ｂを備える。

補助トルク機構５４０は、例えば、操舵トルクセンサ５４１、自動車用電子制御ユニット（ＥＣＵ）５４２、モータ５４３および減速機構５４４を備える。操舵トルクセンサ５４１は、ステアリングシステム５２０における操舵トルクを検出する。ＥＣＵ５４２は、操舵トルクセンサ５４１の検出信号に基づいて駆動信号を生成する。モータ５４３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する。モータ５４３は、減速機構５４４を介してステアリングシステム５２０に、生成した補助トルクを伝達する。

ＥＣＵ５４２は、例えば、実施形態１または２によるモータ制御装置である。自動車ではＥＣＵを核とした電子制御システムが構築される。電動パワーステアリング装置３０００では、例えば、ＥＣＵ５４２、モータ５４３およびインバータ５４５によって、モータ駆動ユニットが構築される。そのユニットに、実施形態１または２によるモータモジュール１０００を好適に用いることができる。

（実施形態４）



本実施形態は、第１基板ＣＢ１および第２基板ＣＢ２に中性点機構を備える点で、実施形態１と相違する。以下、実施形態１との差異点および供給ラインの詳細について説明する。

図２１は、本実施形態における上面斜視図を示す。第１供給ラインは第１コネクタ３１６であり、第２供給ラインは第２コネクタ３２６である。このように供給ラインにコネクタを用いることにより、安価に製造することができ、防水設計も容易に実現することができる。なお、第１供給ラインは第１ハーネスであって、第２供給ラインが第２ハーネスであっても良い。この時、製造時に金型が不要となり、共通設計を可能とすることができる。

第１コネクタ３１６は、第１電源４１０から電圧を供給される第１導通部材を有する。第２コネクタ３２６は、第２電源４２０から電圧を供給される第２導通部材を有する。第１コネクタ３１６は、第１導通部材を絶縁する第１絶縁部材を有する。第２コネクタ３２６は、第２導通部材を絶縁する第２絶縁部材を有する。このように各コネクタの絶縁部材を別体とすることにより、各電源に対してそれぞれ取付けが可能となる。さらに、第１絶縁部および第２絶縁部との間には間隙を有していても良い。この時、各電源に間隙があるため、絶縁性をより確保することができ、故障率を低減できる。

本実施形態の変形例として、第１コネクタ３１６および第２コネクタ３２６は、第１導通部材と第２導通部材をそれぞれ絶縁する一つの絶縁部を有してもよい。例えば、カバー２５０と第１コネクタ３１６および第２コネクタ３２６の絶縁部を一体に形成しても良い。このとき、モータ２００と各電源との接続する工程が容易となる。

本実施形態において、第１インバータ１２０は第１基板ＣＢ１に実装される。また、第２インバータ１３０は第２基板ＣＢ２に実装される。このように、各インバータが二枚の基板に実装されるため、コネクタと基板との独立性を確保しやすい。また、第１基板ＣＢ１および第２基板ＣＢ２は、モータ２００に対して軸方向に並んで配置される。第１基板ＣＢ１および第２基板ＣＢ２は、軸方向に対して垂直な方向に広がる平面を有する。第１コネクタ３１６および第２コネクタ３２６は、基板に対して径方向に突出して配置される。そして、第１コネクタ３１６および第２コネクタ３２６は、軸方向において重なる。これにより、各基板の径方向に対して同一方向にコネクタが延び、設計が容易となる。

モータ２００の巻線Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３の他端、巻線の一端、コネクタが軸方向から見て、軸方向に対して垂直な方向において、直線状に並ぶ。これにより、巻線が輻射するノイズがコネクタに対して、影響を与えづらい。巻線Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３の一端には第２インバータ１３０が接続され、巻線Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３の他端には第１インバータ１２０が接続される。また、軸方向から見て第１インバータ１２０と第２インバータ１３０は重ならない。なお、巻線Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３の一端および他端の順番は逆であっても良い。また、モータ巻線の一端および他端には、インバータだけでなく中性点機構をさらに備えていても良い。中性点機構は、インバータと軸方向に重なる。

本実施形態の変形例として、第１インバータ１２０および第２インバータ１３０は１枚の基板に実装されてもよい。これにより、一枚の基板のみと接続すればよいため、製造工程において、導通部材と基板との接続を容易に行うことができる。

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。

Claims (12)

1. ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータと、
   第１電源および前記モータの各相の巻線の一端に接続される第１インバータと、
   第２電源および前記モータの各相の巻線の他端に接続される第２インバータと、
   を有し、
   前記第１電源は第１供給ラインに接続し、かつ、前記第１インバータに電圧を供給し、
   前記第２電源は第２供給ラインに接続し、かつ、前記第２インバータに電圧を供給するモータモジュール。
2. 前記第１電源に接続し、前記第１インバータを制御する第１制御回路と、
   前記第２電源に接続し、前記第２インバータを制御する第２制御回路と、
   を更に有する請求項１に記載のモータモジュール。
3. 前記第１供給ラインは、第１ハーネスであり、
   前記第２供給ラインは、第２ハーネスである請求項１または２に記載のモータモジュール。
4. 前記第１供給ラインは、第１コネクタであり、
   前記第２供給ラインは、第２コネクタである請求項１または２に記載のモータモジュール。
5. 前記第１コネクタおよび前記第２コネクタは、
   前記第１電源から電圧を供給される第１導通部材と、
   前記第２電源から電圧を供給される第２導通部材と、
   前記第１導通部材および前記第２導通部材をそれぞれ絶縁する一つの絶縁部と、
   を有する請求項４に記載のモータモジュール。
6. 前記第１コネクタおよび前記第２コネクタのそれぞれは、
   前記第１電源から電圧を供給される第１導通部材と、
   前記第２電源から電圧を供給される第２導通部材と、
   前記第１導通部材を絶縁する第１絶縁部と、
   前記第２導通部材を絶縁する第２絶縁部と、
   を有する請求項４に記載のモータモジュール。
7. 前記第１絶縁部および前記第２絶縁部との間には間隙を有する請求項６に記載のモータモジュール。
8. 前記第１インバータおよび前記第２インバータは１枚の基板に実装される請求項４から７に記載のモータモジュール。
9. 前記第１インバータは第１基板、前記第２インバータは第２基板に実装される請求項４から７に記載のモータモジュール。
10. 前記第１基板および前記第２基板は、モータに対して軸方向に並んで配置され、かつ、前記第１基板および前記第２基板は、軸方向に対して垂直な方向に広がる平面を有し、
    前記第１コネクタおよび前記第２コネクタは、前記第１基板および第２基板に対して径方向に突出して配置され、軸方向において重なる請求項９に記載のモータモジュール。
11. 前記各相の巻線の他端、巻線の一端、前記コネクタが軸方向から見て、軸方向に対して垂直な方向において、直線状に並ぶ請求項１０に記載のモータモジュール。
12. 請求項１から１１に記載のモータモジュールを備えた電動パワーステアリング装置。

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