JPWO2019073594A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

本発明の電動パワーステアリング装置は、モータは、第1モータ巻線と第2モータ巻線とを備え、制御ユニットは、上記第1モータ巻線に電流を供給する第1パワーモジュールと、上記第1パワーモジュールに制御信号を出力する第1制御基板と、上記第2モータ巻線に電流を供給する第2パワーモジュールと、上記第2パワーモジュールに制御信号を出力する第2制御基板と、ヒートシンクと、を備え、上記ヒートシンクは、上記モータの出力軸の軸心の延長線上に配置され、上記出力軸の軸方向と平行な平面からなる複数の配置部を備える柱部を有し、上記第1制御基板と上記第2制御基板とが、相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置され、上記第1パワーモジュールと上記第2パワーモジュールとが、他の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置されている。

Description

この発明は、モータと制御ユニットが一体化された電動パワーステアリング装置に関し、特に2組のモータ駆動回路を備えた制御ユニットの構造に関する。
従来の駆動装置は、モータの出力軸の軸方向に同軸に配置されたモータと制御ユニットとを一体化して構成されていた。このような従来の駆動装置において、モータケース内にステータ、ロータなどが内蔵され、モータの近傍に配置された制御ユニットが主要構成部品を軸方向に積層して組立てられた構造が散見されている。また、冗長性を考慮して、モータ巻線を2組とし、これらを駆動するいわゆるインバータ回路および制御基板も独立に2組備えた従来装置も現れている(例えば、特許文献1参照)。
特開2017−159768号公報
特許文献1に開示された従来装置は、モータと、モータの出力軸の出力側と反対側のモータ端部に配置された制御ユニットと、を一体化した構造となっている。このように構成された従来装置の車両への装着を考慮した場合、車両への取付け上の規制から、制御ユニットがモータの径方向に広がると車両搭載が困難となることが多い。一方、従来装置のモータの出力軸方向の長さは、比較的長くても許容できることが多い。これらのことから、従来装置の車両への装着を考慮した場合、制御ユニットの径方向の面積は、モータと同等、又は小さくする必要がある。そこで、従来装置においては、制御ユニットを構成するパワーモジュールおよびヒートシンクが、出力軸の軸方向に平行に、すなわち縦置きに配置されていた。一方、制御基板は、出力軸の軸方向に垂直に、すなわち横置きに配置されていた。そして、制御基板は、モータと制御ユニットとを分断する境界になっていた。なお、モータの出力軸の出力側と反対側を反出力側とする。
従来装置では、2組のパワーモジュールと、パワーモジュールのそれぞれを独立に駆動する2組の制御回路と、を備えており、それらを制御ユニットの外殻に内蔵するために、2組のパワーモジュールと2組の制御基板とを、ヒートシンクの配置面に縦置きに配置する構成としていた。
しかし、従来装置では、ヒートシンクに形成された相対する一対の配置面のそれぞれに、制御基板とパワーモジュールとを径方向に重ねて配置していた。そのため、製品の大型化、特に径方向の大型化につながるという課題があった。一方、制御基板の幅を小さくすることで、径方向の大型化を抑えることができる。しかし、この場合、制御基板の部品実装面積を確保するためには、制御基板の幅を小さくすることによる部品実装面積の縮小を、制御基板の長さを長くすることで補足する必要がある。その結果、製品の軸方向の大型化をもたらす。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、小型化が可能な、冗長性を考慮した2組の回路構成とする電動パワーステアリング装置を提供する。
本発明による電動パワーステアリング装置は、モータと、上記モータの出力軸の軸方向に配置されて、上記モータと一体化された制御ユニットと、を備える。上記モータは、第1モータ巻線と、第2モータ巻線と、を備え、制御ユニットは、上記第1モータ巻線に電流を供給する複数の第1スイッチング素子を有する第1パワーモジュールと、上記複数の第1スイッチング素子に制御信号を出力する第1制御基板と、上記第2モータ巻線に電流を供給する複数の第2スイッチング素子を有する第2パワーモジュールと、上記複数の第2スイッチング素子に制御信号を出力する第2制御基板と、上記制御ユニットでの発熱を放散するヒートシンクと、上記制御ユニットの外殻を構成するハウジングと、を備える。上記ヒートシンクは、上記ハウジング内の上記出力軸の軸心の延長線上を上記出力軸の軸方向に延びる柱部を備え、上記柱部は、上記出力軸の軸方向と平行な平面からなる複数の配置部を有し、上記第1制御基板と上記第2制御基板とが、上記複数の配置部の中の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置され、上記第1パワーモジュールと上記第2パワーモジュールとが、上記複数の配置部の中の他の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置されている。
この発明によれば、柱部、第1制御基板および第2制御基板を縦置き配置として、ハウジング内の有効面積を拡大した上で、第1制御基板と第2制御基板とが、複数の配置部の中の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置され、第1パワーモジュールと第2パワーモジュールとが、複数の配置部の中の他の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置されている。これにより、制御ユニットの径方向寸法の増大が抑えられ、モータの径を超えない制御ユニットを実現できる。さらに、第1制御基板および第2制御基板の長さを長くして、部品実装面積を確保する必要がなく、制御ユニットの軸方向寸法の増大が抑えられる。その結果、2組の回路構成とする装置の小型化を図ることができる。
この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置の回路図である。 この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。 この発明の実施の形態2に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。 この発明の実施の形態3に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。 この発明の実施の形態3に係る電動パワーステアリング装置を反出力側から見た端面図である。 この発明の実施の形態4に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置の回路図、図2は、この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置を示す断面図、図3は、この発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。
図1および図2において、電動パワーステアリング装置は、制御ユニット1と、モータ2と、を備えている。制御ユニット1は、モータ2の出力軸21の軸方向の一側に、モータ2と1列に配置されて、モータ2と一体化されている。そして、電動パワーステアリング装置は、モータ2の出力軸21の軸方向を上下方向として、かつ制御ユニット1を上方に位置させて、配置される。モータ2の出力が、出力軸21の下端部から、例えば減速機(図示せず)に出力される。つまり、図2において、出力軸21の下端側が出力側、出力軸21の上端側が反出力側となる。
モータ巻線24は、2組の三相のモータ巻線24a,24bを備える。なお、モータ巻線24aは第1モータ巻線であり、モータ巻線34bは第2モータ巻線である。制御ユニット1は、2組のモータ巻線24a,24bのそれぞれに専用の制御ユニット1a,1bを備える。制御ユニット1aは、CPU10a、各種回路などが搭載された第1の制御基板である制御基板4a、モータ2に電流を供給するインバータ回路3a、電源用リレー5a、フィルタ6aなどを備える。同様に、制御ユニット1bは、CPU10b、各種回路などが搭載された第2制御基板である制御基板4b、モータ2に電流を供給するインバータ回路3b、電源用リレー5b、フィルタ6bなどを備える。
まず、制御ユニット1の回路構成について、説明する。制御ユニット1a,1bは、同一の構成であるので、ここでは、制御ユニット1aについてのみ説明する。
車両に搭載されたバッテリ9からイグニッションスイッチ7を介して電力が制御ユニット1aに供給される。車両の走行速度を検出する車速センサ、ハンドルの近傍に搭載される操舵トルクを検出するトルクセンサなどのセンサ類8からの情報が、CPU10aに伝達される。CPU10aは、これらの情報に基づいてモータ2を回転させるための制御量である電流値を演算し、出力する。駆動回路11aは、CPU10aの出力信号を受け、インバータ回路3aの各スイッチング素子を駆動する駆動信号をインバータ回路3aに出力する。なお、インバータ回路3aのスイッチング素子が第1スイッチング素子であり、インバータ回路3bのスイッチング素子が第2スイッチング素子である。
駆動回路11aは、モータに実際に流れる比較して小電流しか流れないので、制御基板4aに実装されているが、インバータ回路3aに配置することもできる。
また、電源系(+B、グランド)には、インバータ回路3aのPWM駆動によるノイズの放出を抑制するために、コンデンサとコイルとからなるフィルタ6aが挿入されている。さらに、+B電源ラインを開閉する電源用リレー5aが、+B電源ラインに挿入されている。この電源用リレー5aは、2つのスイッチング素子と、電流供給方向に対して順方向と逆方向の2つの寄生ダイオードと、を備える。電源用リレー5aは、インバータ回路3a又はモータ2に故障が発生した場合などに、電力供給を強制的に遮断することができる。さらに、電源用リレー5aは、バッテリ9を逆接続した場合に、電流が流れるラインを遮断することができ、いわゆるバッテリ逆接続保護の役目も担っている。
インバータ回路3aは、モータ巻線24aの各相に対応する3つの回路部3U,3V,3Wを備える。ここで、3つの回路部3U,3V,3Wは、同一の構成であるので、回路部3Uについてのみ説明する。回路部3Uは、上アーム用スイッチング素子31Uと、下アーム用スイッチング素子32Uと、上下アーム用スイッチング素子31U,32Uの接続点とU1相の巻線との間を開閉するリレー機能を有したリレー用スイッチング素子34Uと、を備えている。上下アーム用スイッチング素子31U,32Uは、CPU10aの指令に基づきPWM駆動される。このため、ノイズ抑制の目的で、平滑コンデンサ30Uが、上下アーム用スイッチング素子31U,32Uと並列に接続されている。さらに、モータ2に流れる電流を検出するためのシャント抵抗33Uが、上下アーム用スイッチング素子31U,32Uと直列に接続されている。
回路部3U,3V,3Wは、U1相、V1相およびW1相の各巻線に対して同一の回路構成を有しており、各巻線に独立に電流供給を行える。なお、図1中○印は、制御ユニット1a、1bに設けられた、外部機器との接続端子を示す。
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なども入力回路12aに入力される。CPU10aは、これらの情報も入力され、演算した電流値に対応する検出値との差異を演算して、いわゆるフィードバック制御を行うことで、所望のモータ電流を供給し、操舵力をアシストする。さらに、バッテリ+Bとインバータ回路3aとを接続または遮断する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、駆動回路11a介して出力される。なお、電源用リレー5aのスイッチンング素子は、大電流が流れるため発熱を伴う。そこで、電源用リレー5aのスイッチンング素子は、インバータ回路3aに包含させて、パワーモジュールとして構成することもできる。
CPU10aは、入力した各種の情報から、センサ類8、駆動回路11a、インバータ回路3a、モータ巻線24aなどの異常を検出する異常検出機能を有する。CPU10aは、異常を検出した場合、その異常に応じて、例えば異常が検出された相のみの電流供給を遮断するために、当該相の上下アーム用スイッチング素子、リレー用スイッチング素子をオフする。また、CPU10aは、電源自体を元から遮断するために電源用リレー5aのスイッチング素子をオフすることも可能である。さらに、CPU10a、10bは、互いに情報を授受できるように通信ライン14で接続されており、特に異常検出した場合、その内容も含めて相手方に送信する。
ここで、モータ2は、デルタ結線された2組の3相のモータ巻線24a,24bからなるモータ巻線24を備えたブラシレスモータである。ブラシレスモータのために、ロータ23の回転位置を検出するための回転センサが搭載されている。この回転センサも、冗長性を確保するために2組の回転センサ17a,17bから構成されている。回転センサ17a,17bからの回転情報は、それぞれ制御基板4a、4bの入力回路12a、12bに入力される。
なお、モータは、三相モータとしているが、四相以上の多相モータでもよい。また、モータ巻線は、三相の巻線をデルタ結線して構成されているが、三相の巻線をスター結線して構成してもよい。また、モータは、三相のブラシレスモータとしているが、2極2対のブラシ付きモータであってもよい。また、モータ巻線は、分布巻巻線または集中巻巻線を採用できる。また、モータは、いわゆる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。ただし、1組の巻線のみでも、2組協働でも所望のモータ回転数、トルクが出力できる構成であればよい。
以上のように、本電動パワーステアリング装置は、回路網、コネクタ、センサなどがすべて独立した2組で構成され、冗長性を確保する。
つぎに、モータ2の構成について、図2を用いて説明する。
モータ2は、出力軸21、ロータ23、ステータ22、それらを内蔵するモータケース25から主に構成される。
モータケース25は、円筒部25aと、円筒部25aの出力側の開口を塞ぐ底部25bと、からなる有底円筒状に構成されている。モータケース25は、金属製であり、放熱性、および外形の形状を考慮すると、アルミニウムで作製することが望ましい。フレーム29が、金属で円盤状に作製されている。フレーム29は、円筒部25aの反出力側の開口内に、圧入、焼き嵌めなどにより、挿入、保持され、円筒部25aの反出力側の開口を塞いでいる。フレーム29は、モータ2の蓋の役目を有する。モータ2は、フレーム29により、制御ユニット1と分離、独立されている。
ステータ22は、モータケース25の円筒部25a内に、圧入、焼き嵌めなどにより、挿入、保持されている。ステータ22は、3相のモータ巻線24を備える。環状配線部27が、フレーム29の出力側に、かつモータ巻線24の近傍に配置されている。モータ巻線24の端末が、環状配線部27に接続されている。モータ2を駆動するための3相の電流が流れる相端子28a,28bが、環状配線部27から3本ずつ引き出され、フレーム29を貫通して、反出力側に引き出されている。つまり、3本の相端子28aがモータ巻線24aの各相の巻線に接続され、3本の相端子28bがモータ巻線24bの各相の巻線に接続される。
ロータ23は、フレーム29の軸心位置に配置された軸受26aと底部25bの軸心位置に配置された軸受26bとに支持された出力軸21に固着されて、モータケース25内に回転可能に配置されている。ロータ23は、ステータ22内に、ステータ22と同軸に配置されている。センサロータ18が、出力軸21のフレーム29からの突出端に配置されている。なお、図示していないが、永久磁石が、周方向にN極とS極とが交互に並ぶように、一定のピッチで、ロータ23の外周面に複数配置されている。
つぎに、制御ユニット1の構成について、図2および図3を用いて説明する。
制御ユニット1は、出力軸21と直交する方向である径方向の面積をモータ2と同等、又は小さくする必要がある。そこで、制御ユニット1の取り付けに当たっては、その主要部位を出力軸21と平行に配置する縦置き構造が採用されている。
制御ユニット1は、その外層が樹脂製のハウジング15により覆われている。すなわち、ハウジング15は、制御ユニット1の外殻を構成する。ハウジング15は、制御ユニット1の構成部品を覆う円筒状の周壁15aと、周壁15aの一側開口を塞ぐ底部15bと、からなる有底円筒状に形成されている。底部15bの反出力側の端面は、出力軸21の軸方向と直交する平坦面となっている。ハウジング15は、開口を下方に向けて、モータケース25の円筒部25aの開口に嵌め合わされ、ねじ(図示せず)を用いて円筒部25aに取り付けられている。ハウジング15の底部15bの反出力側の端面には、外部電源であるバッテリ9と接続する電源コネクタ43a,43b、およびセンサ類8と接続する複数の信号コネクタ44a,44bが配置されている。さらに、ハウジング15の底部15bの反出力側の端面には、大型部品であるフィルタ6a,6bなどが搭載される。電源コネクタ43a,43bは、大電流が流れるコネクタであり、信号コネクタ44a,44bは、電源コネクタ43a,43bに流れる電流と比較して小電流が流れるコネクタである。なお、電源コネクタ43aが、第1電源コネクタであり、電源コネクタ43bが、第2電源コネクタである。また、信号コネクタ44aが、第1信号コネクタであり、信号コネクタ44bが、第2信号コネクタである。
ハウジング15の内部には、ヒートシンク41、制御基板4a,4b、インバータ回路3a,3bを構成する複数のスイッチング素子が内蔵されたパワーモジュール50a,50b、平滑コンデンサ30U,30V,30Wなどが配置される。なお、パワーモジュール50aが第1パワーモジュールであり、パワーモジュール50bが第2パワーモジュールである。
ヒートシンク41は、アルミニウム、銅などの高熱伝導材料で作製され、円盤状のベース部41aと、ベース部41aの中央部に直立する直方体の柱部41bと、を備える。ヒートシンク41のベース部41aが、円筒部25aの反出力側の開口内に配置される。ベース部41aは、円筒部25aに取り付けられたハウジング15の周壁15aとフレーム29との間に加圧挟持される。これにより、ヒートシンク41は、モータ2に固定される。ベース部41aは、円筒部25aの内周壁面に接し、フレーム29の反出力側の端面に接する。柱部41bは、出力軸21の軸心Oの延長線上に位置して、ハウジング15内に配置されている。柱部41bは、出力軸21の軸方向と平行な平面からなる4つの配置部41d,41e,41f,41gを有する。
凹部41cが、ベース部41aの下部と柱部41bのベース部41a側とに開口するように形成されている。出力軸21のフレーム29からの突出端、すなわち出力軸21の反出力側の端部が、凹部41cに挿入されて、ベース部41a内に位置している。センサロータ18が、出力軸21の反出力側の端部に装着される。センサロータ18は、1対、又は複数対の磁石ロータにより構成される。回路基板40が、凹部41c内のセンサロータ18の対向面に配置されている。回転センサ17a、17bが、回路基板40に搭載されて、センサロータ18に対向するように配置されている。回転センサ17a,17bは、センサロータ18が回転することによる磁界の変化をそれぞれ独立に検出する。これにより、回転センサ17a,17bが、出力軸21の回転を独立して検出する。回転センサ17a、17bは、1つのパッケージに内蔵されているが、それぞれ、1パッケージで構成されてもよい。
回路基板40は、ヒートシンク41の出力側に形成された凹部41c内に配置されているため、制御基板4a、4bと比較して小面積である。回転センサ17a、17bの電源ラインおよび信号ラインが、回路基板40の配線パターンを介して図2中左右に分かれて引き出され、制御基板4a、4bの下辺にそれぞれ接続される。なお、センサロータ18および回転センサ17a、17bは、磁気センサタイプで説明したが、このタイプに限るものではなく、レゾルバであってもホールセンサであってもよい。
パワーモジュール50aは、インバータ回路3aを構成するスイッチング素子が、配線に実装された状態で樹脂封止されて構成される。パワーモジュール50bは、インバータ回路3bを構成するスイッチング素子が、配線に実装された状態で樹脂封止されて構成される。パワーモジュール50a,50bは、柱部41bの相対する一対の配置部41f,41gのそれぞれに密着状態に取り付けられる。
制御基板4aは、矩形平板状に形成され、CPU10a、駆動回路11a、入力回路12a、電源回路13aなどが実装される。同様に、制御基板4bは、矩形平板状に形成され、CPU10b、駆動回路11b、入力回路12b、電源回路13bなどが実装される。制御基板4a,4bは、柱部41bの相対するもう一対の配置部41d,41eのそれぞれに平行な状態で取り付けられる。制御基板4aは、パワーモジュール50aの信号ライン50cと接続される。そこで、制御基板4aは、配置部41dからパワーモジュール50a側に突出するようにして、配置部41dに配置される。これにより、配置部41dと直交する方向から見て、制御基板4aとパワーモジュール50aとが重なっている。制御基板4bは、パワーモジュール50bの信号ライン50dと接続される。そこで、制御基板4bは、配置部41eからパワーモジュール50b側に突出するようにして、配置部41eに配置される。これにより、配置部41eと直交する方向から見て、制御基板4bとパワーモジュール50bとが重なっている。
信号コネクタ44aの信号ライン44cが、底部15bからハウジング15内に引き出されて、制御基板4aの信号コネクタ44aに近い上辺に接続される。一方、信号コネクタ44bの信号ライン44dが、底部15bからハウジング15内に引き出されて、制御基板4bの信号コネクタ44bに近い上辺に接続される。これにより、信号ライン44c,44dが、制御基板4a,4bの入力回路12a,12bに接続される。
電源コネクタ43aの電源ライン43cが、フィルタ6aを介して底部15bからハウジング15内に引き出される。ハウジング15内に引き出された電源ライン43cが、中継部材42のバスバーを介して、インバータ回路3aまたは電源用リレー5aの電源ラインに接続される。一方、電源コネクタ43bの電源ライン43dが、フィルタ6bを介して底部15bからハウジング15内に引き出される。ハウジング15内に引き出された電源ライン43dが、中継部材42のバスバーを介して、インバータ回路3bまたは電源用リレー5bの電源ラインに接続される。
インバータ回路3aの出力端子51aは、パワーモジュール50aから制御基板4b側に引き出される。出力端子51aは、中継部材42のバスバーを介して延長ターミナル42aに接続される。延長ターミナル42aは、制御基板4bのモータ2側を通って径方向外方に引き出される。一方、インバータ回路3bの出力端子51bは、パワーモジュール50bから制御基板4a側に引き出される。出力端子51bは、中継部材42のバスバーを介して延長ターミナル42bに接続される。延長ターミナル42bは、制御基板4aのモータ2側を通って径方向外方に引き出される。
モータ巻線24aの各相の巻線に接続された相端子28aが、フレーム29およびベース部41aを貫通してハウジング15内に引き出される。相端子28a(28aU,28aV,28aW)が、制御基板4bのモータ2側、かつ径方向外方で、延長ターミナル42aのそれぞれに接続される。一方、モータ巻線24bの各相の巻線に接続された相端子28bが、フレーム29およびベース部41aを貫通してハウジング15内に引き出される。相端子28b(28bU,28bV,28bW)が、制御基板4aのモータ2側、かつ径方向外方で、延長ターミナル42bのそれぞれに接続される。
平滑コンデンサ30aU、30aV、30aWが、支持部材45aに固定されて、制御基板4bの径方向外方に縦積み配置されている。つまり、平滑コンデンサ30aU、30aV、30aWは、長さ方向を出力軸21の軸方向と直交させ、かつ配置部41eと平行にして、出力軸21の軸方向に1列に配列される。平滑コンデンサ30aU、30aV、30aWは、出力軸21の軸方向の反出力側から見て、電源コネクタ43aと信号コネクタ44aの側に近づくように配置される。
一方、平滑コンデンサ30bU、30bV、30bWが、支持部材45bに固定されて、制御基板4aの径方向外方に縦積み配置されている。つまり、平滑コンデンサ30bU、30bV、30bWは、長さ方向を出力軸21の軸方向と直交させ、かつ配置部41dと平行にして、出力軸21の軸方向に1列に配列される。平滑コンデンサ30bU、30b、30bは、出力軸21の軸方向の反出力側から見て、電源コネクタ43bと信号コネクタ44bの側に近づくように配置される。
なお、各平滑コンデンサ30の端子は、中継部材42の電源ライン、又はパワーモジュール50a、50bに配線された電源ラインに接続される。
つぎに、このように構成された装置により得られる効果を説明する。
制御ユニット1においては、ヒートシンク41の直方体の柱部41b、制御基板4a,4b、パワーモジュール50a,50bなどが、ハウジング15内に縦置きに配置されている。これにより、電動パワーステアリング装置の小型化が図られる。
制御基板4a,4bが、柱部41bの相対する一対の配置部41d,41eのそれぞれに沿って1つずつ配置されている。パワーモジュール50a,50bが、柱部41bの他の相対する一対の配置部41f,41gのそれぞれに沿って1つずつ配置されている。この構成は、制御基板4aとパワーモジュール50aを径方向に重ねて配置部41dに配置し、かつ制御基板4bとパワーモジュール50bを径方向に重ねて配置部41eに配置する従来装置の構成に比べて、制御ユニット1の径方向寸法の増大を抑えることができる。その結果、モータ2の径を超えない制御ユニット1を実現できる。また、モータ2の径を超えない制御ユニット1を実現できるので、制御基板4a,4bの幅を小さくする必要がない。その結果、制御基板4a,4bの長さを長くすることなく、部品実装面積を確保でき、制御ユニット1の軸方向寸法の増大を抑えることができる。これにより、2組の回路構成とする装置の小型化が図られる。
ヒートシンク41の直方体の柱部41bが、出力軸21の軸心O上に位置されている。そして、ヒートシンク41および制御基板4a,4bは、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。これにより、2系統分の回路をコンパクトに実装でき、製品の小型化、特に径方向寸法の小型化が可能となる。
電源コネクタ43a、43bおよび信号コネクタ44a、44bは、装置の最端部に配置されている。さらに、電源コネクタ43a、43bおよび信号コネクタ44a、44bは、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。これにより、2系統分の回路を実装でき、製品の小型化、特に径方向寸法の小型化が可能となる。
制御基板4a,4bおよびヒートシンク41に加え、2組のパワーモジュール50a,50bが、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。これにより、製品の小型化に加え、2系統のパワーモジュール50a,50bに流れる大電流から発生するスイッチングノイズを相互に打ち消す効果が得られる。その結果、回転センサ17a,17bの角度検出精度の向上、ラジオノイズ低減などの効果が得られる。
制御ユニット1a,1bが、互いに分離独立して、同一形状、同一構成となっているので、2系統化による冗長性を確保することができる。
パワーモジュール50a,50bが、柱部41bの軸心Oと直交する長方形断面の短辺で構成される一対の配置部41f,41gに配置される。制御基板4a,4bが、柱部41bの軸心Oと直交する長方形断面の長辺で構成される一対の配置部41d,41eに、同組のパワーモジュール50a,50b側に延長配置される。これにより、制御基板4a,4bは、配置部51d,41eから突出させることで、配置部41d,42eと直交する方向から見て、同組のパワーモジュール50a,50bと重なり、実装領域を拡大することができる。
センサロータ18が、フレーム29からの突出する出力軸21の端部に装着されて、ヒートシンク41のモータ2側に形成された凹部41c内に配置されている。回路基板40が、凹部41cの出力軸21との対向面に配置されている。さらに、回転センサ17a,17bが、センサロータ18と相対するように、回路基板40に配置されている。これにより、装置の小型化、特に軸方向寸法の小型化が可能となる。さらに、回転センサ17a,17bは、凹部41c内に配置されるので、モータ巻線24a,24bの電流オン、オフによるノイズを受けることがほとんどない。
制御ユニット1a,1bの制御基板4a,4bおよびパワーモジュール50a,50bが、分離独立している。制御基板4a,4bが、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。これにより、モータ巻線24a,24bの相端子28a,28bを制御基板4a,4bの何れにも接続可能となり、組立性が向上される。
なお、上記実施の形態1では、電源系と信号系の2組のコネクタを備えているが、1組のコネクタを用い、ハウジング内に引き出した後に、電源系と信号系の2組に分岐してもよい。
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。
図4において、パワーモジュール50aが、保持部材50gによりヒートシンク41の柱部41bに密着状態に保持されている。パワーモジュール50bが、保持部材50hにより柱部41bに密着状態に保持されている。この保持部材50g、50hが、放熱材料、例えば銅板であればパワーモジュール50a,50bの放熱性の向上に役に立つ。
制御基板4aは、柱部41bの配置部41dの幅方向の両側に突出させて、配置部41dに配置される。パワーモジュール50aの信号ライン50cと接続するために、配置部41dと直交する方向から見て、制御基板4aとパワーモジュール50aとの重なりを、制御基板4aとパワーモジュール50bとの重なりより多くしている。制御基板4bは、柱部41bの配置部41eの幅方向の両側に突出させて、配置部41eに配置される。パワーモジュール50bの信号ライン50dと接続するために、配置部41eと直交する方向から見て、制御基板4bとパワーモジュール50bとの重なりを、制御基板4bとパワーモジュール50aとの重なりより多くしている。
また、平滑コンデンサ30U,30V,30Wは、制御基板4a,4bの径方向の外方に、出力軸21の軸方向のモータ2側に近づけて配置されている。これにより、平滑コンデンサ30U,30V,30Wの端子と中継部材42又はパワーモジュール50a、50bの電源ラインとの電気的接続長さを短くすることができ、ノイズ抑制効果がある。
なお、他の構成は、実施の形態1と同様に構成されている。
また、実施の形態2においても、ヒートシンク41、制御基板4a、4b、パワーモジュール50a、50b、電源コネクタ43a,43b、信号コネクタ44a,44b、平滑コンデンサ30が、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。
したがって、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に構成されている。
さらに、実施の形態2においては、制御基板4a,4bが、配置部41d,41eの幅方向の両側に突出する形状となっている。その結果、上記実施の形態1に比べて、制御基板4a,4bの実装領域を拡大でき、制御ユニットのサイズを大きくすることなく、より多くの部品を実装することができる。
なお、上記実施の形態1,2では、ヒートシンク41の柱部41bは、出力軸21の軸方向外方から見る上面視が長方形に形成されている。ただし、柱部41bは、上面視が長方形に限定されず、少なくとも、2つの制御基板と2つのパワーモジュールが配置される4つの配置部を有する多角形であればよい。
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図、図6は、この発明の実施の形態3に係る電動パワーステアリング装置を反出力側から見た端面図である。
図5において、ヒートシンク41の柱部41bは、上記出力軸21の軸方向の反出力側から見た時、長方形の一方の短辺で構成される配置部41g側を一側の長辺で構成される配置部41d側に突出させている。さらに、ヒートシンク41の柱部41bは、上記出力軸21の軸方向の反出力側から見た時、長方形の他方の短辺で構成される配置部41f側を他側の長辺で構成される配置部41e側に突出させている。
これにより、ヒートシンク41の柱部41bは、配置部41dの配置部41g側の端部が、配置部41eと反対側に突出し、配置部41eの配置部41f側の端部が配置部41dと反対側に突出する形状となっている。制御基板4a,4bが、それぞれ、配置部41d,41eの突出部を除く領域に配置されている。パワーモジュール50aが、突出部側にシフトして、制御基板4aから遠ざかって、配置部41fに配置されている。パワーモジュール50bが、突出部側にシフトして、制御基板4bから遠ざかって、配置部41gに配置されている。これにより、制御基板4a,4bの実装領域が、実施の形態1に比べて、拡大される。
制御基板4a,4bは、柱部41bの配置部41d,41eから離間して配置されている。制御基板4a,4bに実装された発熱部品53が、配置部41d,41eから突出された放熱部54に、例えば高い熱伝導率を有する、ボンド、シートなどの放熱部材を介して接している。これにより、発熱部品53での発熱が、放熱部54を介してヒートシンク41に効果的に放熱され、過度の温度上昇が抑制される。
電源コネクタ43a、43b、および信号コネクタ44a、44bが、図6に示されるように、ハウジング15の底部15bの反出力側の面である外面に配置されている。
電源コネクタ43bから延長されたターミナル群である電源ライン43dは、まとめられて、ハウジング15の底部15bの内部を通って、底部15bのほぼ中央部分まで延ばされ、底部15bの中央部分からハウジング15内に引き出される。さらに、電源ライン43dは、支持部材45bにより底部15bに支持されて、底部15bの内面を径方向内方に延び、制御基板4aと中継部材42cの電源ラインに接続される。
信号コネクタ44aから延長されたターミナル群である信号ライン44dは、ハウジング15の底部15bの内部を通って、電源ライン43dのハウジング15内への引き出し部の径方向外方位置まで延ばされ、そこで底部15bからハウジング15内に引き出される。さらに、信号ライン44dは、支持部材45bにより底部15bに支持されて、底部15bの内面を径方向内方に延び、制御基板4aの信号ラインに接続される。
電源コネクタ43aから延長されたターミナル群である電源ライン43cは、まとめられて、ハウジング15の底部15bの内部を通って、底部15bのほぼ中央部分まで延ばされ、底部15bの中央部分からハウジング15内に引き出される。さらに、電源ライン43cは、支持部材45aにより底部15bに支持されて、底部15bの内面を径方向内方に延び、制御基板4bと中継部材42dの電源ラインに接続される。
信号コネクタ44bから延長されたターミナル群である信号ライン44cは、ハウジング15の底部15bの内部を通って、電源ライン43cのハウジング15内への引き出し部の径方向外方位置まで延ばされ、そこで底部15bからハウジング15内に引き出される。さらに、信号ライン44cは、支持部材45aにより底部15bに支持されて、底部15bの内面を径方向内方に延び、制御基板4bの信号ラインに接続される。
電源コネクタ43a、43b、電源ライン43c、43d、信号コネクタ44a、44b、信号ライン44c、44dおよび支持部材45a,45bは、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。電源ライン43c、43d、および信号ライン44c、44dは、ほぼ直線状に配置されているので、工作性、組立性の標準化が図れる効果もある。
さらに、図5に示されるように、モータ巻線24a,24bの相端子28aU、28aV、28aW、28bU、28bV、28bWは、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。そして、相端子28aU、28aV、28aW、28bU、28bV、28bWは、制御基板4a、4bの径方向外方、かつ制御基板4a、4bよりモータ2側で、パワーモジュール50a,50bからの出力端子の延長端子と接続される。このように、ハウジング15内の制御ユニット1を構成する大半の部品が、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。これにより、モータ駆動時の電流切り替えノイズについても、制御ユニット1内で打ち消しあうことになり、ノイズ放出抑制効果を奏する。
また、図6に示されるように、電源コネクタ43a、43bと信号コネクタ44a、44bは、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。電源コネクタ43aのターミナルから延びた電源ライン43c、および信号コネクタ44bの各ターミナルから延びた信号ライン44cが、それぞれ一緒にまとまり、ターミナル群46bとなってハウジング15内へ引き出され、接続対象の電源ラインおよび信号ラインに接続されている。電源コネクタ43bの電源ライン43dおよび信号コネクタ44aの信号ライン44dも、同様に、ターミナル群46aとなってハウジング15内へ引き出され、接続対象の電源ラインおよび信号ラインに接続されている。これにより、ハウジング15の内外において、主要な部品が、出力軸21の軸方向の反出力側から見た時に、すべて出力軸21の軸心Oを対称中心とする点対称な配置となっている。これにより、組み付け工程において、制御基板4a,4bが左右どの向きに置かれても作業が同一であり、装置の取り扱いが楽になる。なお、図6では、電源コネクタと信号コネクタが図中上下に離間して配置されているが、左右に離間して配置されていてもてよい。
実施の形態4.
図7は、この発明の実施の形態4に係る電動パワーステアリング装置における制御ユニット周りを反出力側から見た透視図である。
図7において、制御基板4a,4bが、ヒートシンク41の柱部41bの相対する一対の配置部41d,41eに配置されている。パワーモジュール50a,50bが、ヒートシンク41の柱部41bの相対するもう一対の配置部41f,41gに配置されている。制御基板4bおよびパワーモジュール50bが、制御基板4aおよびパワーモジュール50aより小規模に構成されている。なお、他の構成は、上記実施の形態1と同様に構成されている。
実施の形態4による電動パワーステアリング装置は、パワーモジュール50aが、モータ2を駆動する電流容量が多いシステムに対応し、パワーモジュール50bが、モータ2を駆動する電流容量が小さいシステムに対応する。
また、この電動パワーステアリング装置は、正常時には、制御ユニット1aを用い、制御ユニット1bを従属的に用いるシステムに対応させてもよい。
この実施の形態4においても、制御基板4a,4bが、ヒートシンク41の柱部41bの相対する一対の配置部41d,41eに配置されて、パワーモジュール50a,50bが、ヒートシンク41の柱部41bの相対するもう一対の配置部41f,41gに配置されている。したがって、実施の形態4においても、2組の回路構成とする装置の小型化が図られる。
なお、上記各実施の形態では、モータは、三相モータとして説明しているが、三相以上の多相巻線モータであってもよい。
また、上記各実施の形態では、2組の三相のモータ巻線を用いて説明しているが、1組の三相のモータ巻線であってもよい。この場合、回路部3U,3Vを構成するスイッチング素子が内蔵された第1パワーモジュールと、それらのスイッチング素子に制御信号を出力する第1制御基板の組と、回路部3Wと電源用リレーをスイッチング素子が内蔵された第2パワーモジュールと、それらのスイッチング素子に制御信号を出力する第2制御基板の組と、を構成する。そして、第1制御基板と第2制御基板とを、柱部41bの一対の配置部41d,41eのそれぞれに沿って1つずつ配置し、第1パワー-モジュールと第2パワーモジュールとを、柱部41bの他の一対の配置部41f,41gのそれぞれに沿って1つずつ配置すればよい。
1,1a,1b 制御ユニット、2 モータ、4a 制御基板(第1制御基板)、4b 制御基板(第2制御基板)、15 ハウジング、17a,17b 回転センサ、18 センサロータ、21 出力軸、24a モータ巻線(第1モータ巻線)、24b モータ巻線(第2モータ巻線)、31U 上アーム用スイッチング素子、32U 下アーム用スイッチング素子、34U リレー用スイッチング素子、41 ヒートシンク、41b 柱部、41c 凹部、41d−41g 配置部、43a 電源コネクタ(第1電源コネクタ)、43b 電源コネクタ(第2電源コネクタ)、44a 信号コネクタ(第1信号コネクタ)、44b 信号コネクタ(第2信号コネクタ)、50a パワーモジュール(第1パワーモジュール)、50b パワーモジュール(第2パワーモジュール)。

Claims (10)

  1. モータと、上記モータの出力軸の軸方向に配置されて、上記モータと一体化された制御ユニットと、を備える電動パワーステアリング装置において、
    上記モータは、第1モータ巻線と、第2モータ巻線と、を備え、
    制御ユニットは、
    上記第1モータ巻線に電流を供給する複数の第1スイッチング素子を有する第1パワーモジュールと、上記複数の第1スイッチング素子に制御信号を出力する第1制御基板と、上記第2モータ巻線に電流を供給する複数の第2スイッチング素子を有する第2パワーモジュールと、上記複数の第2スイッチング素子に制御信号を出力する第2制御基板と、上記制御ユニットでの発熱を放散するヒートシンクと、上記制御ユニットの外殻を構成するハウジングと、を備え、
    上記ヒートシンクは、上記ハウジング内の上記出力軸の軸心の延長線上を上記出力軸の軸方向に延びる柱部を備え、
    上記柱部は、上記出力軸の軸方向と平行な平面からなる複数の配置部を有し、
    上記第1制御基板と上記第2制御基板とが、上記複数の配置部の中の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置され、
    上記第1パワーモジュールと上記第2パワーモジュールとが、上記複数の配置部の中の他の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置されている電動パワーステアリング装置。
  2. 上記第1モータ巻線の第1相端子の組と上記第2モータ巻線の第2相端子の組とが、組毎に、上記ハウジング内に引き出されており、
    上記ハウジング内に引き出された上記第1相端子の群の端部が、上記第1制御基板又は上記第2制御基板の径方向外方で、上記第1パワーモジュールの出力端子に接続され、
    上記ハウジング内に引き出された上記第2相端子の群の端部が、上記第1制御基板又は上記第2制御基板の径方向外方で、上記第2パワーモジュールの出力端子に接続され、
    上記第1相端子の群の端部と上記第1パワーモジュールの上記出力端子との接続部、および上記第2相端子の群の端部と上記第1パワーモジュールの上記出力端子との接続部が、上記出力軸の軸方向の反出力側から見た時に、上記出力軸の軸心を対称中心とする点対称な配置となっている請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
  3. モータと、上記モータの出力軸の軸方向に配置されて、上記モータと一体化された制御ユニットと、を備える電動パワーステアリング装置において、
    上記モータは、1つのモータ巻線を備え、
    制御ユニットは、
    上記モータ巻線を構成する特定の相巻線に電流を供給する複数の第1スイッチング素子を有する第1パワーモジュールと、上記複数の第1スイッチング素子に制御信号を出力する第1制御基板と、上記モータ巻線を構成する残りの相巻線に電流を供給する複数の第2スイッチング素子を有する第2パワーモジュールと、上記複数の第2スイッチング素子に制御信号を出力する第2制御基板と、上記制御ユニットでの発熱を放散するヒートシンクと、上記制御ユニットの外殻を構成するハウジングと、を備え、
    上記ヒートシンクは、上記ハウジング内の上記出力軸の軸心の延長線上を上記出力軸の軸方向に延びる柱部を備え、
    上記柱部は、上記出力軸の軸方向と平行な平面からなる複数の配置部を有し、
    上記第1制御基板と上記第2制御基板とが、上記複数の配置部の中の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置され、
    上記第1パワーモジュールと上記第2パワーモジュールとが、上記複数の配置部の中の他の相対する一対の配置部のそれぞれに沿って1つずつ配置されている電動パワーステアリング装置。
  4. 上記第1制御基板、上記第2制御基板、上記第1パワーモジュール、および上記第2パワーモジュールが、上記出力軸の軸方向の反出力側から見た時に、上記出力軸の軸心を対称中心とする点対称な配置となっている請求項1から請求項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. 上記第1制御基板と上記第1パワーモジュールとが配置される配置部が、周方向に隣り合っており、
    上記第1制御基板の配置部から上記第1パワーモジュールの側への突出量が、上記第1制御基板の前記配置部から上記第1パワーモジュールと反対側への突出量より多くなっており、
    上記第2制御基板と上記第2パワーモジュールとが配置される配置部が、周方向に隣り合っており、
    上記第2制御基板の配置部から上記第2パワーモジュールの側への突出量が、上記第2制御基板の前記配置部から上記第2パワーモジュールと反対側への突出量より多くなっている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
  6. 上記柱部は、上記出力軸の軸方向の反出力側から見た時に、長方形の長辺の長さ方向の一方の端部を短辺の長さ方向の一側に突出させ、かつ上記長辺の長さ方向の他方の端部を上記短辺の長さ方向の他側に突出させた形状に構成され、
    上記第1制御基板が、上記長方形の上記短辺の一側に位置する長辺で構成される配置部に、上記長辺の長さ方向の他方に突出するように配置され、
    上記第1パワーモジュールが、上記長方形の上記長辺の長さ方向の他方に位置する短辺により構成される配置部に、上記短辺の長さ方向の他側にシフトして配置され、
    上記第2制御基板が、上記長方形の上記短辺の他側に位置する長辺で構成される配置部に、上記長辺の長さ方向の一方に突出するように配置され、
    上記第2パワーモジュールが、上記長方形の上記長辺の長さ方向の一方に位置する短辺により構成される配置部に、上記短辺の長さ方向の一側にシフトして配置されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
  7. 凹部が、上記ヒートシンクに上記モータの側に開口するように形成され、
    センサロータが、上記出力軸の反出力側の端部に装着され、
    回転センサが、上記センサロータと対向するように、上記凹部内に配置されている請求項1から請求項6にいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
  8. 外部との電力および信号の授受を行う少なくとも1組のコネクタが、上記ハウジングの反出力側の端部に配置され、
    上記第1制御基板と上記第2制御基板のそれぞれは、矩形平板状に構成され、該矩形平板状の長辺の長さ方向を上記出力軸の軸方向として配置対象の配置部に配置され、
    上記コネクタからの信号ラインが上記第1制御基板と上記第2制御基板のそれぞれの反出力側の短辺縁部に形成された接続ターミナルに接続され、
    上記回転センサからの信号ラインが上記第1制御基板と上記第2制御基板のそれぞれの出力側の短辺縁部に形成された接続ターミナルに接続され、
    上記第1パワーモジュールからの信号ラインが上記第1制御基板の上記第1パワーモジュールの側の長辺縁部に形成された接続ターミナルに接続され、
    上記第2パワーモジュールからの信号ラインが上記第2制御基板の上記第2パワーモジュールの側の長辺縁部に形成された接続ターミナルに接続されている請求項7記載の電動パワーステアリング装置。
  9. 上記第1パワーモジュールおよび上記第1制御基板と外部との間で電力、信号の授受を行う第1電源コネクタおよび第1信号コネクタと、上記第2パワーモジュールおよび上記第2制御基板と上記外部との間で電力、信号の授受を行う第2電源コネクタおよび第2信号コネクタと、が、上記ハウジングの反出力側の端部に配置され、
    上記第1電源コネクタおよび上記第2電源コネクタからの電源ラインと、上記第1信号コネクタおよび上記第2信号コネクタからの信号ラインとが、上記出力軸の軸方向の反出力側から見た時に、上記出力軸の軸心を対称中心とする点対称な配置となっている請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
  10. 上記第1パワーモジュールおよび上記第1制御基板と外部との間で電力、信号の授受を行う第1電源コネクタおよび第1信号コネクタと、上記第2パワーモジュールおよび上記第2制御基板と上記外部との間で電力、信号の授受を行う第2電源コネクタおよび第2信号コネクタと、が、上記ハウジングの反出力側の端部に配置され、
    上記第1制御基板、上記第2制御基板、上記第1パワーモジュール、上記第2パワーモジュール、上記第1電源コネクタ、上記第2電源コネクタ、上記第1信号コネクタおよび上記第2信号コネクタが、上記出力軸の軸方向の反出力側から見た時に、上記出力軸の軸心を対称中心とする点対称な配置となっている請求項1から請求項7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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