JPWO2019202730A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

電動パワーステアリング装置は、モータ（２）と、制御ユニット（１）がモータ（２）の出力軸端に同軸状で一体化され、モータの巻線（２４ａ、２４ｂ）を独立に２組備え、制御ユニット（１）内には、電流を供給する複数のスイッチング素子を有した２組のインバータ回路（３ａ、３ｂ）、このインバータ回路（３ａ、３ｂ）にそれぞれ駆動信号を出力する２組の制御回路を備え、インバータ回路（３ａ、３ｂ）はパワーモジュール（５０ａ，５０ｂ）からなり、電流を検出するためのシャント抵抗（３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗ）の両端の電圧を検出するための検出端子を備え、パワーモジュール（５０ａ、５０ｂ）、制御回路を構成する制御基板（４ａ、４ｂ）を支持するヒートシンク（４１）に、ノイズを遮蔽する遮蔽壁（４１ｈ、４１ｋ）を備えるとともに、この遮蔽壁は制御基板（４ａ、４ｂ）を支持している。

Description

本願は、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で、２組のモータ巻線、モータ駆動回路を備えた制御ユニットのノイズ対策に関する。

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た従来の電動パワーステアリング装置において、モータケース内にステータ、及びロータなどが内蔵された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）。

国際公開ＷＯ２０１５／０４９７９１号公報

特許文献１に開示された従来装置は、モータの出力軸と反対側に制御ユニットを配置し、制御ユニット４を覆うコネクタケース３に複数のコネクタ、及び電源回路部２０の各部品を搭載したものであり、比較的大型部品である電源回路部２０を制御ユニット４内に配置することなく、分離して配置して小型化を図った装置である。電源回路部２０の各部品は電源用コネクタ１から伸びた電源用導電バー１３、１４、１５ａ〜１５ｃに各部品（コンデンサ、コイル）を接続させたものであり、電源回路部２０による装置外部へのノイズ放出に対しては効果があった。

しかし、近年、大電流をＰＷＭ駆動する制御ユニットは、２組存在しており、ノイズ源は増加され、さらに、微小電流を検出する回路を有しており、ノイズ対策には改善すべき点がある。
本願はこのような課題を解決するものであり、ノイズ対策をさらに図った電動パワーステアリング装置を提供する。

本願に開示される電動パワーステアリング装置は、独立して２組設けられた巻線を有するモータと、制御ユニット内にあって２組設けられた巻線のそれぞれに電流を供給する複数のスイッチング素子を有する２組のインバータ回路と、この２組のインバータ回路のそれぞれに接続された制御回路を備えたものであって、制御ユニットは、インバータ回路の電流を検出する検出回路、この検出回路から伸びる検出端子を備え、２組のインバータ回路の一方のインバータ回路を駆動することにより放出されるノイズを遮蔽する金属製の遮蔽壁を他方のインバータ回路の検出端子近傍に配置するとともに、配置された遮蔽壁の少なくとも１つは制御回路を支持する支持部材を有することを特徴とする。

本願に開示される電動パワーステアリングによれば、一方のノイズ源からの放射ノイズに対して、検出端子の近傍に金属の遮蔽壁を設けたので、簡単な構造でノイズを遮断でき、検出信号の精度を向上することができる。

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。 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。 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。 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パワーモジュールの透視図である。 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一方側から見た部分断面図である。 実施の形態２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。 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パワーモジュールの透視図である。 図８Ａは、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中継部材を制御基板側から見た平面図、図８Ｂは、正面図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の全体構成及び動作を説明する。図１は、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、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、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。以降、各図において同一または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

まず、電動パワーステアリング装置の制御につき、図１を使用して説明する。図１において、モータ巻線２４は、２組の３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２４ｂ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の制御回路である制御基板４ａと、モータ２に電流を供給するインバータ回路３ａと、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制御回路である制御基板４ｂと、モータ２に電流を供給するインバータ回路３ｂと、電源用リレー５ｂ、フィルタ６ｂなどを備える。

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、駆動回路１１ａに出力する。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。

バッテリ９と接続される電源系（＋Ｂ電源ライン、グランド（ＧＮＤ））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、又は電源変動を抑制するために、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、上アーム用のスイッチング素子３１Ｕと、下アーム用のスイッチング素子３２Ｕとを備えている。上下アーム用のスイッチング素子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、電源変動抑制の目的で、平滑コンデンサ３０Ｕが、上下アーム用のスイッチング素子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、下アーム用のスイッチング素子３２Ｕと直列に接続されている。

回路部３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、モータ巻線２４ａの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中丸（〇）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３３Ｕ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。このシャント抵抗３３Ｕが検出回路に相当する。このシャント抵抗３３Ｕはモータ電流回路に直列に挿入されているので、抵抗値は非常に小さく、その両端の電位差も小さく、駆動回路１１ａで増幅してＣＰＵ１０ａに入力されている。そのため、シャント抵抗３３Ｕにノイズが混入するとノイズまで増幅されるために、ノイズの遮断が必要である。ＣＰＵ１０ａでは、演算した電流値に対応する検出電流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、操舵力をアシストしているので、特に検出電流値の精度は制御性能に大きく影響する。

さらに、バッテリ９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のスイッチング素子を、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。

ここで、前述したように、モータ２は、２組の３相のモータ巻線２４ａ，２４ｂがデルタ結線され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、冗長性を確保している。

次に図２により、電動パワーステアリング装置の構造を説明する。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の軸方向の一方側に、モータ２と同軸状に配置されて、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（Ｚ軸マイナス方向）が出力側、出力軸２１の上端側（Ｚ軸プラス方向）が反出力側となる。
まず、モータ２の構成について、説明する。モータ２は、出力軸２１、ロータ２３、ステータ２２、こ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。前述した通り、モータ巻線２４は、２組の３相のモータ巻線２４ａ、２４ｂ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。モータ巻線２４ａ、２４ｂ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、出力軸２１に固着され、モータケース２５内に回転可能に配置されている。出力軸２１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、又は外周近傍の内周側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。
図２において、制御ユニット１は、出力軸２１と直交する方向（図中、Ｘ軸方向）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（図中Ｚ軸マイナス方向）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。

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（図１参照）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（３０ａＵ、３０ａＶ、３０ａＷ、３０ｂＵ、３０ｂＶ、３０ｂＷ）などが配置される。なお、パワーモジュール５０ａがインバータ回路３ａ相当であり、パワーモジュール５０ｂがインバータ回路３ｂ相当である。

ヒートシンク４１は、アルミニウム、銅などの高熱伝導材料の金属製であり、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（Ｚ軸方向）と平行な平面からなる４つの配置部４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ，４１ｇ（図３参照）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（Ｘ軸プラス、マイナス方向）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。

図３に示すように、パワーモジュール５０ａ、５０ｂは、インバータ回路３ａ、３ｂ（図１参照）を構成する複数のスイッチング素子が、ベース配線上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、ヒートシンク柱部４１ｂ（図２参照）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。

また、図３中、制御基板４ａは、矩形平板状に形成され、図１で説明した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隙間をあけて取り付けられる。そして制御基板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の同様にパワーモジュール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。

図２中、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も底部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（図１参照）に接続される。

また、図２中、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（図示せず）に接続される。一方、電源コネクタ４３ｂの電源ライン４３ｄもフィルタ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（図示せず）に接続される。

図３で示すように、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もパワーモジュール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。

また、モータ巻線２４ａの各相の巻線に接続された相端子２８ａ（２８ａＵ，２８ａＶ，２８ａＷ）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）は、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（２８ｂＵ，２８ｂＶ，２８ｂＷ）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。

また図２中、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（図３参照）と平行にして、出力軸２１の軸方向（Ｚ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（Ｚ軸プラス方向）から見て、電源コネクタ４３ａ側に近づくように配置される。また、一方の制御基板４ａから遠い対向位置にいる他方の制御基板４ｂの径方向外側に一方の平滑コンデンサ３０ａＵ〜３０ａＷが配置され、その間に一方のパワーモジュール５０ａ、他方の制御基板４ｂは配置されていることになる。

また、平滑コンデンサ３０ｂＵ、３０ｂＶ、３０ｂＷも支持部材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（図３参照）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、３０ｂＶ、３０ｂＷは、出力軸２１の軸方向の反出力側（Ｚ軸プラス方向）から見て、電源コネクタ４３ｂ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（図示せず）、又はパワーモジュール５０ａ、５０ｂに配線された電源ライン（図示せず）に接続される。

以上説明した実施の形態１のパワーステアリング装置の制御ユニット１において生ずるノイズとその対策について説明する。

図４は、パワーモジュール５０ａの内部構造を記載した透視図であり、図１の回路図のインバータ回路３ａと電源用リレー５ａを内蔵したものである。一点鎖線はモールド樹脂の外形部を示し、主な配線としてベースプレート３７を利用し、図中上下方向に多数の端子がベースプレート３７から伸びている。下側は比較的電流の小さい制御用端子列で、上側に大電流用のパワー端子を配置している。図５中、電源用リレー５ａはパワーモジュール５０ａの左端に配置されている。ＦＥＴのベースは、ワイヤボンディング３５ａで接続され、各部間を電気的に接続するジャンパ線３５ｂを有する。ここで、電流検出用のシャント抵抗３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗが図中、上側（Ｘ軸マイナス側）付近に分散配置され、電圧検出のための配線が下側（Ｘ軸プラス側）まで延長されている。

すなわち、他の制御端子と同様に、シャント抵抗３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗの検出端子３６Ｕｕ、３６Ｕｄ、３６Ｖｕ、３６Ｖｄ、３６Ｗｕ、３６Ｗｄが、２本ずつ計６本が図４中の下側（Ｘ軸プラス側）に配置される。これらに流れる電流は微小であるので、制御用端子と同一の形状、材料である。これらの近傍にて６個のＦＥＴがＰＷＭ駆動されるため、このスイッチングのオン、オフの瞬間時の電圧検出は多数のノイズが混入する。このノイズについては、ＣＰＵ１０ａが駆動信号を出力しているので、この駆動信号を監視し、スイッチングの瞬間を避けて電圧を検出するようにすればノイズ混入の問題は解決できる。しかし、他方のＣＰＵ１０ｂの駆動信号により生ずる、パワーモジュール５０ｂのスイッチングについては、検出端子３６Ｕｕ、３６Ｕｄ、３６Ｖｕ、３６Ｖｄ、３６Ｗｕ、３６Ｗｄからパワーモジュール５０ｂが離れてはいるが、この配線にノイズが混入する恐れがありうる。ＣＰＵ１０ａ、１０ｂが正確に同期を取って、かつ同一ＰＷＭ周期であれば、検出時間を正確に設定すればノイズ混入を防止できる。しかし、両ＣＰＵ１０ａ、１０ｂは独立で存在し、独立に出力するので駆動信号が正確に両者を一致させることは不可能であり、もし両ＣＰＵ１０ａ、１０ｂが同期なしにそれぞれが独立に駆動信号を出力し、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂが相手方を検知していない場合は、検出端子３６Ｕｕ、３６Ｕｄ、３６Ｖｕ、３６Ｖｄ、３６Ｗｕ、３６Ｗｄに対するノイズ除去対策が必要となる。

ノイズ混入を防止するため、電圧検出するこの６本の検出端子３６Ｕｕ、３６Ｕｄ、３６Ｖｕ、３６Ｖｄ、３６Ｗｕ、３６Ｗｄの近傍の図４で楕円状に示された部分に遮蔽壁４１ｈ、４１ｊを設ける。遮蔽壁４１ｈ、４１ｊは隣接する他の検出端子まで広げることにより、回り込むノイズをも遮蔽するため、検出端子間以上に幅広く設定する。遮蔽壁４１ｈ、４１ｊについては図５によりさらに説明する。図５は図３の矢印Ｐ側からの視点、つまりヒートシンク４１の制御基板接地面である配置部４１ｄから見た一部断面図であり、制御基板４ａ等を省略した図である。ヒートシンク４１の両側にはパワーモジュール５０ａ、５０ｂが配置され、他方の制御基板４ｂの一部がパワーモジュール５０ａ、５０ｂの背後に配置されている。遮蔽壁４１ｈ、４１ｊ、４１ｉが制御基板接地面である配置部４１ｄ上に設置されている。遮蔽壁４１ｈ、４１ｊ、４１ｉは、図５中、Ｘ軸方向に突出している。遮蔽壁４１ｈ、４１ｉにはネジ１４ｃを螺合するための穴が開いており、遮蔽壁４１ｊには穴がない。また、遮蔽壁４１ｈと遮蔽壁４１ｉでは図中、Ｚ方向の長さが異なる。なお、破線の遮蔽壁４１ｋ、４１ｌ、４１ｍは制御基板４ｂ側に配置されている。
図４で示した、パワーモジュール５０ａの検出端子３６Ｗｕ、３６Ｗｄの近傍に配置した遮蔽壁４１ｈは、図５において、制御基板４ａの固定として兼用できる位置にある。そのため制御基板４ａの固定用支持部を遮蔽壁として断面積を大きくして兼用することで部品点数を削減した。

なお、遮蔽壁４１ｊ、４１ｌは制御基板４ａと接近はしているが、当接しなくてもよい。制御基板４ａに当接させると当接部分には部品、及びグランドパターン以外の配線ができなくなるので、制御基板４ａの有効面積を減じないために当接しない程度にわずかに隙間をあけることも可能である。また、遮蔽壁４１ｉ、４１ｍは遮蔽すべき制御端子、又は検出端子が存在しないため、幅広い断面は不要であるので、遮蔽壁４１ｈ、４１ｋと比べて楕円の面積が小さく設定している。

これらの遮蔽壁により、特に他方のパワーモジュールのスイッチングノイズからの放射ノイズを抑制することができ、その結果シャント抵抗の両端の電位差である電流値を精度よく検出が可能となる。図３に示すように、放射ノイズを矢印６０ａ、６０ｂで模式的に示し、スイッチングノイズが遮蔽壁４１ｈ、４１ｋにより遮蔽されている様子を示した。

実施の形態２．
次に図６を用いて制御ユニット内の構造が実施の形態１と異なるタイプについて説明する。図６の制御ユニット１００は、回路図は図１とほぼ同等であるが、モータ２の出力軸２１ａの出力方向側（図中、Ｚ軸プラス側）に配置されている。このため制御ユニット１００の中央に出力軸２１ａが貫通する構造となっている。モータ２の構造は実施の形態１と同等でモータケース２５に、ロータ２３、ステータ２２、巻線２４等が内蔵され、巻線２４の図中上側に環状配線部２７ａが配置され、制御ユニット１００へ向かって巻線の相端子２８ａ、２８ｂが伸びている。

制御ユニット１００は、図６中下側（モータ側）から１枚の制御基板４ｄで構成された２組の制御回路１０ａ、１０ｂ、中継部材７０、パワーモジュール５０ｅ、５０ｆ、ヒートシンク４１ｎが順に積層された構造である。ヒートシンク４１ｎは、制御ユニット１００の蓋、及び車両側の例えば減速機構との接続部の役目をなしている。なお、コネクタ４３ｅ、４４ｅは制御ユニット１００の側面に配置され、実施の形態１のように各組１個ずつではなく、電源用のコネクタ４３ｅと信号用のコネクタ４４ｅがそれぞれ１個ずつ配置されており、内部で各組に分離されているものとする。コンデンサ３０ａ、３０ｂは、ヒートシンク４１ｎ内にあるため、破線で示している。

中継部材７０は、絶縁樹脂材で形成され、内部、又は上下の面に電気的配線、例えば銅板が張り巡らされており、少なくともプラス、マイナスの電源ラインが設置されている。コンデンサ３０ａ、３０ｂの各端子もこの電源ラインに接続され、さらにパワーモジュール５０ｅ、５０ｆの電源ラインも同様に接続されている。パワーモジュール５０ｅ、５０ｆをヒートシンク４１ｎに押さえつけるために凸部７１も備えている。

図７にパワーモジュール５０ｅの外形、内部配線を示す。なお、パワーモジュール５０ｆも同様な構造であるので、ここでは説明を省略する。実施の形態１と異なり、パワー端子、制御端子が完全に分離されていない。またパワーモジュール５０ｅにより構成するインバータ回路には図１にはない、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）で構成したスイッチング素子３４Ｕが追加されている。このスイッチング素子３４Ｕは、上下アームのＦＥＴで構成されたスイッチング素子３１Ｕ、３２Ｕとの接続点とモータ２の巻線との間に挿入されたリレーの機能を有するＦＥＴであり、通常は常時オン（導通）である。ＦＥＴのショート故障、モータ巻線の短絡、地絡等の異常時にはこのスイッチング素子３４Ｕをオフして回路を分断することで、その他のＵ相、Ｖ相、Ｗ相への影響を抑制するものである。また、図１で示された電源用リレー５ａ、５ｂは内蔵していない構造である。

モータへの出力端子と制御端子が図７中下側（Ｘ軸マイナス側）に配列され、プラス、マイナスの電源端子が上側（Ｘ軸プラス側）に配列されている。モータ出力端子はモータ巻線の相端子２８ａと接続されていることもあり、制御端子とは、図６に示したように出力軸２１ａの径方向（Ｙ軸方向）にずれて配列することで、間隔を設けている。

シャント抵抗３３Ｕ，３３Ｖ、３３Ｗ、及びその両端の検出端子については、実施の形態１と同様に他の制御端子と同様、図７中、Ｘ軸マイナス方向に延出されている。そのためこれらのシャント抵抗の両端の検出端子近傍に遮断壁を設けることで、他方のパワーモジュール５０ｆからのノイズを遮蔽する。ここで遮蔽壁は４１０ｈ、４１０ｉ、４１０ｊの３か所となる。また、後述する図８Ａに示すように円形の空間に制御ユニット１００は配置されているので、パワーモジュール５０ｅ、５０ｆは各相で段違いになっている。

図８Ａは、中継部材７０を制御基板４ｃ側から見た平面図、図８Ｂは正面図である。ほぼ円形の絶縁部材に左右点対称に各組のパワーモジュール５０ｅ、５０ｆ、制御基板等への接続配線、多数の楕円の穴があいている。図８Ａ中、左右（Ｘ軸方向）の端にはモータの巻線との接続用の穴２４ａＵ、２４ａＶ、２４ａＷと、２４ｂＵ、２４ｂＶ、２４ｂＷが６か所あいている。その近傍に破線で示したパワーモジュール５０ｅ、５０ｆが配置されることになる。

中央の出力軸穴０近傍にはパワーモジュール５０ｅ、５０ｆのためのプラス、マイナスの電源端子のための楕円穴が対であいている。また図８Ａの下部（Ｚ軸方向）に電源用の端子穴３ｃ＋、３ｃ−、３ｄ＋、３ｄ−があいており、ここからパワーモジュールに対して各電源端子へ配線が引き回されている。図８Ｂではマイナス面（グランドパターン、３ｃ、３ｄ）を中継部材７０の一方の上面（Ｚ軸マイナス側の面）に、プラス面（電源パターン）は他方の下面（Ｚ軸プラス側の面、図８Ａでは破線で示す）に配置している。このグランドパターン３ｃ−、３ｄ−は銅板で形成され、さらに遮蔽壁４１０ｈ〜４１０ｍと電気的に接続している。遮蔽壁４１０ｈ〜４１０ｍは銅、アルミの金属製柱で形成されている。遮蔽壁４１０ｉ、４１０ｊ、４１０ｌ、４１０ｍには突起はなく、制御基板４ｃとはわずかな隙間を有し、当接はしていない。一方、遮蔽壁４１０ｈ、４１０ｋには制御基板４ｃ、４ｄを固定するために先端部に突起を有している。この突起により制御基板４ｃを固定、支持している。なお、４１０ｎ、４１０ｏは遮蔽壁と同様な形状、材質であるが、遮蔽目的ではなく、単に制御基板４ｄの支持柱である。

以上のように、絶縁性の中継部材７０に電気的配線に接続した金属製の遮蔽壁をパワーモジュールの検出端子近傍に配置することで、他方のパワーモジュールからのノイズ混入を防止するとともに、遮蔽壁の一部は他の部品の支持用に兼用し、部品数の削減を図っている。なお遮蔽壁を中継部材に搭載するために、アウトサート、インサート、嵌合の種々の構造を利用できる。

また図８Ｂの下側（Ｚ軸プラス側）、つまりパワーモジュール側にも遮蔽壁４１０ｐ、４１０ｑが設置されている。これらも制御基板４ｄ側の遮蔽壁４１０ｈ〜４１０ｍと同様にパワーモジュール５０ｅ、５０ｆ側にも設置して放射ノイズ発生源近傍を囲ったものである。ただし、パワーモジュール５０ｅ、５０ｆの配置、及び放射ノイズの分散からその遮蔽壁の幅（長さ）方向はできる限り広く取る必要がある。モータの巻線用の端子周囲は遮蔽壁の設置が特に必要である。この遮蔽壁４１０ｐ、４１０ｑを図７に破線で示した。パワーモジュール５０ｅからの放射ノイズ、特にスイッチング素子のオン、オフ時のノイズであっても高周波電磁ノイズを含んでいるので、遮蔽壁４１０ｐ、４１０ｑをグランド、又はプラス電源ラインと電気的接続しなくても、遮蔽効果はある。

検出回路をパワーモジュール内部のシャント抵抗の両端の電圧を検出するもので説明したが、シャント抵抗に限ったものではなく、例えば図１の回転センサ、トルクセンサ等のセンサ類の検出回路であってもその配置によっては適応可能である。またシャント抵抗の両端の電位差を増幅する回路を含めてパワーモジュールに内蔵したタイプであっても適応可能である。つまりノイズ源から対向する位置に検出端子に金属製の遮蔽壁を設置することで放射ノイズを抑制するとともに、その遮蔽壁の一部は部品の支持として兼用し、部品点数の削減を図ってことができる。さらに金属製遮蔽壁を電気的にプラス電源、又はグランドに接続するか否かは、放射ノイズの種類により判断すればよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１、１ａ、１ｂ、１００：制御ユニット、２：モータ、３ａ、３ｂ：インバータ回路、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ：制御基板、１５：ハウジング、２１：出力軸、２２：ステータ、２３：ロータ、２４、２４ａ、２４ｂ：モータ巻線、２５：モータケース、２８ａ、２８ｂ：相端子、３１Ｕ、３２Ｕ、３４Ｕ：スイッチング素子、３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗ：シャント抵抗、３６Ｕｕ、３６Ｕｄ、３６Ｖｕ、３６Ｖｄ、３６Ｗｕ、３６Ｗｄ：検出端子、４１、４１ｎ：ヒートシンク、４１ｈ、４１ｉ、４１ｊ、４１ｋ、４１ｌ、４１ｍ、４１０ｈ、４１０ｉ、４１０ｊ、４１０ｋ、４１０ｌ、４１０ｍ：遮蔽壁、５０ａ、５０ｂ、５０ｅ、５０ｆ：パワーモジュール、４２、７０：中継部材

Claims (7)

1. 独立して２組設けられた巻線を有するモータと、制御ユニット内にあって前記２組設けられた巻線のそれぞれに電流を供給する複数のスイッチング素子からなる２組のインバータ回路と、前記２組のインバータ回路のそれぞれに接続された制御回路を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記制御ユニットは、前記インバータ回路の電流を検出する検出回路、この検出回路から伸びる検出端子を備え、前記２組のインバータ回路の一方のインバータ回路を駆動することにより放出されるノイズを遮蔽する金属製の遮蔽壁が他方のインバータ回路の前記検出端子近傍に配置されているとともに、前記配置されている遮蔽壁の少なくとも１つは前記制御回路を支持する支持部材を有することを特徴とす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、前記複数のスイッチング素子と前記検出回路であるシャント抵抗とを内蔵したパワーモジュールであり、前記検出端子は、前記シャント抵抗の両端の電圧を検出するために延ばされた隣接する一対の検出端子であり、前記遮蔽壁は前記一対の検出端子近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御回路と前記パワーモジュールはそれぞれが電気的に接続される複数の制御端子を有し、前記検出端子は前記複数の制御端子と共に配列され、前記遮蔽壁は、前記パワーモジュールの、前記制御回路と接続される側の検出端子近傍で、かつ前記検出端子に隣り合う前記制御端子にまたがって配置されていることを特徴とする請求項２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、４辺を有するヒートシンクの各辺にそれぞれ前記制御回路、前記インバータ回路を配置し、前記遮蔽壁は、前記ヒートシンクから前記制御回路に向かって突出していることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記制御ユニットは、前記制御回路、中継部材、前記インバータ回路、ヒートシンクの順に積載され、前記中継部材は少なくともグランドパターンが配置され、このグランドパターンに電気的に接続して前記遮蔽壁が配置されていることを特徴とする請求項１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、前記モータの出力軸と同軸方向に、かつ前記出力軸の出力方向と反対方向に配置されていることを特徴とする請求項４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、前記モータの出力軸と同軸方向に、かつ前記出力軸の出力方向に配置されていることを特徴とする請求項５記載の電動パワーステアリング装置。

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