WO2019070065A1 - 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

モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置 Download PDF

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WO2019070065A1
WO2019070065A1 PCT/JP2018/037425 JP2018037425W WO2019070065A1 WO 2019070065 A1 WO2019070065 A1 WO 2019070065A1 JP 2018037425 W JP2018037425 W JP 2018037425W WO 2019070065 A1 WO2019070065 A1 WO 2019070065A1
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WO
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power supply
motor
substrate
inverter
circuit
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Application number
PCT/JP2018/037425
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English (en)
French (fr)
Inventor
遠藤　修司
弘光 大橋
Original Assignee
日本電産株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P4/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of electric motors that can be connected to two or more different electric power supplies

Definitions

  • the present disclosure relates to a motor module and an electric power steering apparatus.
  • Patent document 1 controls a motor having a pair of winding sets, a pair of inverter circuits for supplying power to the pair of winding sets, a pair of pre-drivers connected to the pair of inverter circuits, and a pair of pre-drivers.
  • a motor module comprising a microcontroller.
  • a configuration in which a pair of inverter circuits are connected to a pair of winding sets as in Patent Document 1 is referred to as a “double inverter configuration” in the present specification.
  • the motor module of Patent Document 1 includes a power substrate and a control substrate. Passive components such as a smoothing capacitor and a choke coil are mounted on the power substrate, and control circuits such as a microcontroller and a predriver are mounted on the control substrate.
  • Patent Document 2 discloses a motor module having a double inverter configuration. Similar to Patent Document 1, the motor module of Patent Document 2 also has two substrates, on one side passive elements such as a smoothing capacitor and a choke coil are mounted, and on the other side, a microcontroller and a pre-driver etc. Control circuit is implemented.
  • Patent No. 5177711 Unexamined-Japanese-Patent No. 2017-191093
  • An embodiment of the present disclosure realizes a power supply redundancy, and a motor module capable of suppressing a reduction in motor output when at least one component of a power supply system and an inverter fails, and an electric motor including the motor module.
  • An exemplary motor module of the present disclosure is mounted on a motor having a winding of n phase (n is an integer of 3 or more), a first substrate connected to a first power source, and the first substrate, the motor A first inverter connected to one end of a winding of each phase, a power system power supply circuit mounted on the first substrate and stepping down or boosting a power supply voltage of the first power supply, the first substrate and the thermal And a second substrate connected to a second power supply, and a second inverter mounted on the second substrate and connected to the other end of the winding of each phase of the motor. .
  • a motor module capable of achieving power supply redundancy and capable of suppressing a reduction in motor output when at least one component of a power supply system and an inverter fails, and the motor
  • An electric power steering device comprising a module
  • FIG. 1 is a block diagram showing a representative block configuration of a motor module 1000 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a representative FHB type circuit configuration of the power conversion device 100 of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a typical block configuration of the first motor control device 310.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the structure of the motor module 1000 of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a block configuration of a motor control device according to an exemplary embodiment 1.
  • FIG. 6 is a block diagram showing another block configuration of the motor control device according to the exemplary embodiment 1.
  • FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the booster circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a representative block configuration of a motor module 1000 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a representative FHB type circuit configuration of the power conversion device 100 of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a typical block configuration of the
  • FIG. 8 is a block diagram showing still another block configuration of the motor control device according to the exemplary embodiment 1.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the step-down circuit.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a state of mounting of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in a cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • FIG. 11 is a schematic view showing a state of mounting of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in a cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • FIG. 10 is a schematic view showing a state of mounting of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in a cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • FIG. 12 is a schematic view showing a state of mounting of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in a cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • FIG. 13 is a circuit diagram showing a circuit configuration according to a modification of the power conversion device 100 according to the exemplary embodiment 1.
  • FIG. 14 is a block diagram showing a block configuration of a motor control device according to an exemplary embodiment 2.
  • FIG. 15 is a block diagram showing another block configuration of the motor control device according to the second embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic view showing a state of mounting of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in a cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • FIG. 17 is a schematic view showing a state of mounting of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in a cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • FIG. 18A is a schematic view showing how electronic components are mounted on both sides of the substrate CB1.
  • FIG. 18B is a schematic view showing how the electronic component is mounted on both sides of the substrate CB1.
  • FIG. 19 is a schematic view showing the arrangement of the substrates CB1 and CB2 in the z-axis direction in the motor module 1000 according to the second embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic view showing a typical configuration of an electric power steering apparatus 3000 according to an exemplary embodiment 3. As shown in FIG.
  • a full H-bridge (FHB) type power conversion device for converting power from a power supply to power supplied to a three-phase motor having three-phase (A-phase, B-phase, C-phase) windings
  • FHB full H-bridge
  • a power conversion device that converts power from a power supply to 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 is also within the scope of the present disclosure.
  • n is an integer of 4 or more
  • a power conversion device provided with a double inverter configuration as in Patent Document 1 or 2 is also within the scope of the present disclosure.
  • FIG. 1 a representative block configuration of a motor module 1000 of the present disclosure will be described.
  • FIG. 1 shows a representative block configuration of a motor module 1000 of the present disclosure.
  • the motor module 1000 includes a power conversion device 100 having a first inverter 120 and a second inverter 130, a motor 200, a first motor control device 310 and a second motor control device 320.
  • the motor module 1000 is connected to an external first power supply 410 and a second power supply 420 via a harness.
  • the first motor control device 310 and the second motor control device 320 may be collectively referred to as “motor control device”.
  • the motor module 1000 can be modularized and manufactured and sold as an electromechanical integrated motor having, for example, a motor, a sensor, a driver and a controller.
  • the motor module 1000 is suitably used, for example, in an electric power steering (EPS) device.
  • EPS electric power steering
  • the power conversion device 100 and the motor control device other than the motor 200 can also be modularized and manufactured and sold.
  • a representative FHB type circuit configuration of the power conversion device 100 of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • the power conversion device 100 may have a double inverter structure.
  • FIG. 2 shows a representative FHB type circuit configuration of the power conversion device 100 of the present disclosure.
  • Power converter 100 includes a first inverter 120 and a second inverter 130.
  • Power converter 100 converts the power from first power supply 410 and second power supply 420 into power to be supplied to motor 200.
  • the first and second inverters 120, 130 can convert DC power into three-phase AC power which is pseudo-sinusoidal waves of A-phase, B-phase and C-phase.
  • the motor 200 is, for example, a three-phase alternating current motor.
  • the motor 200 includes an A-phase winding M1, a B-phase winding M2, and a C-phase winding M3, and is connected to the first inverter 120 and the second inverter 130.
  • the first inverter 120 is connected to one end of the winding of each phase of the motor 200
  • the second inverter 130 is connected to the other end of the winding of each phase.
  • “connection” between components (components) mainly means electrical connection.
  • the first inverter 120 has terminals A_L, B_L and C_L corresponding to the respective phases.
  • the second inverter 130 has terminals A_R, B_R and C_R corresponding to the respective phases.
  • the terminal A_L of the first inverter 120 is connected to one end of the A-phase winding M1
  • the terminal B_L is connected to one end of the B-phase winding M2
  • the terminal C_L is connected to one end of the C-phase winding M3.
  • the terminal A_R of the second inverter 130 is connected to the other end of the A-phase winding M1
  • the terminal B_R is connected to the other end of the B-phase winding M2
  • the terminal C_R is , C phase is connected to the other end of the winding M3.
  • the power supply includes a first power supply 410 that supplies power to the first inverter 120 and a second power supply 420 that supplies power to the second inverter 130.
  • Each power supply voltage of the first power supply 410 and the second power supply 420 is, for example, 12, 16, 24 or 48V.
  • a power supply for example, a DC power supply is used.
  • the power source may be an AC-DC converter and a DC-DC converter, or may be a battery (storage battery).
  • a single power supply common to the first and second inverters 120 and 130 may be used.
  • a coil 102 is provided between the first power supply 410 and the first inverter 120.
  • a coil 102 is provided between the second power supply 420 and the second inverter 130.
  • the coil 102 functions as a noise filter, and smoothes high frequency noise included in the voltage waveform supplied to each inverter or high frequency noise generated in each inverter so as not to flow out to the power supply side.
  • a capacitor 103 is connected to the power supply terminal of each inverter.
  • the capacitor 103 is a so-called bypass capacitor, which suppresses voltage ripple.
  • the capacitor 103 is, for example, an electrolytic capacitor, and the capacity and the number to be used are appropriately determined depending on design specifications and the like.
  • the first inverter 120 comprises a bridge circuit having three legs. Each leg has a low side switch element and a high side switch element.
  • the A-phase leg has a low side switch element 121L and a high side switch element 121H.
  • the B-phase leg has a low side switch element 122L and a high side switch element 122H.
  • the C-phase leg has a low side switch element 123L and a high side switch element 123H.
  • a switch element for example, a field effect transistor (typically a MOSFET) or an insulated gate bipolar transistor (IGBT) can be used.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • an example using a MOSFET as a switch element will be described, and the switch element may be described as SW.
  • the low side switch elements 121L, 122L and 123L are described as SW 121L, 122L and 123L.
  • the first inverter 120 includes three shunt resistors 121R, 122R and 123R included in a current sensor 150 that detects the current flowing in the windings of the A-phase, B-phase and C-phase.
  • Current sensor 150 includes a current detection circuit (not shown) that detects the current flowing in each shunt resistor.
  • the shunt resistors 121R, 122R and 123R are respectively connected between the three low side switch elements included in the three legs of the first inverter 120 and the GND.
  • shunt resistor 121R is electrically connected between SW121L and GND
  • shunt resistor 122R is electrically connected between SW122L and GND
  • shunt resistor 123R is between SW123L and GND. Electrically connected.
  • the resistance value of the shunt resistor is, for example, about 0.5 m ⁇ to 1.0 m ⁇ .
  • the second inverter 130 includes a bridge circuit having three legs.
  • the A-phase leg has a low side switch element 131L and a high side switch element 131H.
  • the B-phase leg has a low side switch element 132L and a high side switch element 132H.
  • the C-phase leg has a low side switch element 133L and a high side switch element 133H.
  • the second inverter 130 includes three shunt resistors 131R, 132R and 133R included in the current sensor 150. The shunt resistors are connected between the three low side switch elements included in the three legs and GND.
  • the number of shunt resistors is not limited to three for each inverter. For example, it is possible to use two shunt resistors for A phase and B phase, two shunt resistors for B phase and C phase, and two shunt resistors for A phase and C phase.
  • the number of shunt resistors to be used and the arrangement of the shunt resistors are appropriately determined in consideration of product cost, design specifications and the like.
  • the number of switch elements to be used is not limited to the illustrated example, and is appropriately determined in consideration of design specifications and the like. Particularly in the on-vehicle field, high quality assurance is required from the viewpoint of safety, so it is preferable to provide a plurality of switch elements used for each inverter.
  • the second inverter 130 has substantially the same structure as the structure of the first inverter 120.
  • the inverter on the left side of the drawing is described as a first inverter 120 and the inverter on the right side is described as a second inverter 130 for convenience of description.
  • first and second inverters 120, 130 may be used interchangeably as components of power converter 100.
  • a block configuration around the first control circuit 314 in the first motor control device 310 will be described with reference to FIG.
  • the block configuration of the second motor control device 320 is substantially the same as that of the first motor control device 310 in that motor control is performed, and thus the description thereof will be omitted.
  • FIG. 3 shows a typical block configuration of the first motor controller 310.
  • the first motor control device 310 includes, for example, a first power supply circuit 311, an angle sensor 312, an input circuit 313, a first control circuit 314, a first drive circuit 315, and a ROM 319.
  • the angle sensor 312 is a sensor common to the first motor control device 310 and the second motor control device 320. However, as the angle sensor 312, an angle sensor used for the first motor control device 310 and an angle sensor used for the second motor control device 320 may be separately provided.
  • the first motor control device 310 is connected to the first inverter 120 of the power conversion device 100.
  • the first motor control device 310 controls the switching operation of the plurality of switch elements in the first inverter 120. Specifically, the first motor control device 310 generates a control signal (hereinafter referred to as a “gate control signal”) for controlling the switching operation of each SW and outputs the control signal to the first inverter 120.
  • the second motor control device 320 is connected to the second inverter 130. The second motor control device 320 generates a gate control signal and outputs the gate control signal to the second inverter 130.
  • the motor control device can implement closed loop control by controlling the target position, rotational speed, and current of the rotor of the motor 200.
  • the motor control device may be provided with a torque sensor instead of the angle sensor 312. In this case, the motor control device can control the target motor torque.
  • the first power supply circuit 311 generates a DC voltage (for example, 3 V or 5 V) necessary for each block in the circuit.
  • the first power supply circuit 311 is different from a power system power supply circuit described later.
  • the angle sensor 312 is, for example, a resolver or a Hall IC. Alternatively, the angle sensor 312 is also realized by a combination of an MR sensor having a magnetoresistive (MR) element and a sensor magnet.
  • the angle sensor 312 detects the rotation angle of the rotor (hereinafter referred to as “rotation signal”), and the first control circuit 314 and the second control circuit 324 of the second motor control device 320 (see FIG. 5) Output the rotation signal to
  • the input circuit 313 receives the motor current value (hereinafter referred to as "actual current value") detected by the shunt resistors 121R, 122R and 123R of the current sensor 150, and sets the level of the actual current value to the first control circuit.
  • the input level 314 is converted as necessary, and the actual current value is output to the first control circuit 314.
  • the input circuit 313 is, for example, an analog-to-digital converter.
  • the first control circuit 314 is an integrated circuit that controls the first inverter 120, and is, for example, a microcontroller or a field programmable gate array (FPGA).
  • FPGA field programmable gate array
  • the first control circuit 314 controls the switching operation (turn on or off) of each SW in the first inverter 120 of the power conversion device 100.
  • the first control circuit 314 sets a target current value in accordance with the actual current value, the rotation signal of the rotor, and the like, generates a PWM signal, and outputs the PWM signal to the first drive circuit 315.
  • the first drive circuit 315 is typically a gate driver (or predriver).
  • the first drive circuit 315 generates a gate control signal according to the PWM signal, and applies the control signal to the gate of the switch element in the first inverter 120.
  • the gate driver may not be required. In that case, the function of the gate driver may be implemented in the first control circuit 314.
  • the ROM 319 is electrically connected to the first control circuit 314.
  • the ROM 319 is, for example, a writable memory (for example, a PROM), a rewritable memory (for example, a flash memory), or a read only memory.
  • the ROM 319 stores a control program including an instruction group for causing the first control circuit 314 to control the power conversion apparatus 100.
  • the control program is temporarily expanded in a RAM (not shown) at boot time.
  • FIG. 4 is a schematic view showing the structure of the motor module 1000. As shown in FIG. FIG. 4 shows a cross section of the motor module 1000 when it is cut along the yz plane in the drawing along the central axis 211.
  • the motor module 1000 includes a stator 220, a rotor 230, a housing 212, a bearing holder 214, a bearing 215, and a bearing 216.
  • the stator 220 is also referred to as an armature.
  • the central axis 211 is a rotation axis of the rotor 230.
  • the housing 212 is a substantially cylindrical housing having a bottom, and accommodates the stator 220, the bearing 215, and the rotor 230 inside.
  • the bearing holder 214 separates a space in which the stator 220 and the rotor 230 in the motor module 1000 are accommodated and a space in which two substrates (first and second substrates) CB1 and CB2 are accommodated.
  • the bearing holder 214 is a plate-like member, and holds the bearing 216 at its central portion.
  • the stator 220 is annular and has a laminate 222 and a winding 221.
  • the laminate 222 is also referred to as a laminated annular core.
  • the windings are also referred to as coils.
  • the stator 220 generates a magnetic flux in accordance with the drive current.
  • the laminated body 222 is comprised from the laminated steel plate which laminated
  • the laminate 222 is fixed to the inner wall of the housing 212.
  • the windings 221 are made of a conductive material such as copper and are typically attached to a plurality of teeth (not shown) of the laminate 222, respectively.
  • the rotor 230 includes a rotor core 231, a plurality of permanent magnets 232 provided along the outer periphery of the rotor core 231, and a shaft 233.
  • the rotor core 231 is made of, for example, a magnetic material such as iron and has a tubular shape.
  • the rotor core 231 is formed of laminated steel plates in which a plurality of steel plates are laminated in a direction (z direction in FIG. 4) along the central axis 211.
  • the plurality of permanent magnets 232 are provided such that the N pole and the S pole appear alternately in the circumferential direction of the rotor core 231.
  • the shaft 233 is fixed to the center of the rotor core 231, and extends in the vertical direction (z direction) along the central axis 211.
  • the vertical and horizontal directions in the present specification refer to the vertical and horizontal directions when looking at the motor module 1000 shown in FIG. 4 and are described using those directions in order to explain the embodiment in an easily understandable manner. ing. It goes without saying that the vertical and horizontal directions in the present specification do not necessarily coincide with the vertical and horizontal directions when the motor module 1000 is mounted on an actual product (such as a car).
  • the bearings 215 and 216 rotatably support the shaft 233 of the rotor 230.
  • the bearings 215 and 216 are, for example, ball bearings that rotate the outer ring and the inner ring relative to each other via a ball.
  • the motor module 1000 when a drive current is applied to the winding 221 of the stator 220, a magnetic flux in the radial direction is generated on a plurality of teeth of the laminate 222.
  • the action of magnetic flux between the plurality of teeth and the permanent magnet 232 generates torque in the circumferential direction, and the rotor 230 rotates relative to the stator 220.
  • a driving force is generated in the EPS device.
  • a permanent magnet (not shown) is fixed to an end of the shaft 233 on the bearing holder 214 side.
  • the permanent magnet is rotatable with the rotor 230.
  • a magnetic sensor (not shown) corresponding to the angle sensor 312 is disposed, for example, at a position of the substrate CB1 opposite to the permanent magnet fixed to the shaft 233.
  • the magnetic sensor may be mounted on another substrate different from the substrate CB1 or the substrate CB2.
  • the magnetic sensor can detect a magnetic field generated from a permanent magnet rotating with the shaft 233, thereby detecting the rotational angle of the rotor 230.
  • Two substrates are disposed on the top of the bearing holder 214.
  • the coil 102 for the first inverter 120, the capacitor 103, the first inverter 120, the electronic components of the first motor control device 310, and the like are mounted on the substrate CB1.
  • the coil 102 for the second inverter 130, the capacitor 103, the second inverter 130, the electronic components of the second motor control device 320, and the like are mounted on the substrate CB2.
  • the component group of the motor module 1000 can be mounted on one side or both sides of each substrate.
  • the opening at the top of the housing 212 is closed by a cover 250.
  • the power supply voltages of the first power supply 410 and the second power supply 420 are equal, and the power supply voltages thereof will be described as 12V.
  • FIG. 5 shows a block configuration of the motor control device according to the present embodiment.
  • the first motor control device 310 includes a first power supply circuit 311, a first control circuit 314, and a first drive circuit 315.
  • the first power supply circuit 311, the first control circuit 314, and the first drive circuit 315 are mounted on the substrate CB1.
  • the first connector 316 is a separate component from the substrate CB1.
  • the substrate CB 1 is connected to the first power supply 410 via the first connector 316.
  • a power supply voltage of 12 V is supplied from the first power supply 410 to the first inverter 120.
  • the first power supply circuit 311 generates a DC voltage (for example, 3 V) necessary for the first control circuit 314 and the first drive circuit 315 by stepping down the power supply voltage 12 V of the first power supply 410.
  • the first control circuit 314 outputs a PWM signal to the first drive circuit 315.
  • the first drive circuit 315 generates a gate control signal in accordance with the PWM signal and supplies the gate control signal to each switch element of the first inverter 120.
  • the second motor control device 320 includes a second power supply circuit 321, a second control circuit 324, and a second drive circuit 325.
  • the second power supply circuit 321, the second control circuit 324, and the second drive circuit 325 are mounted on the substrate CB2.
  • the second connector 326 is a separate component from the substrate CB2.
  • the substrate CB2 is connected to the second power source 420 via the second connector 326.
  • a power supply voltage of 12 V is supplied from the second power supply 420 to the second inverter 130.
  • the second power supply circuit 321 generates a DC voltage (for example, 3 V) necessary for the second control circuit 324 and the second drive circuit 325 by stepping down the power supply voltage 12 V of the second power supply 420.
  • the second control circuit 324 outputs a PWM signal to the second drive circuit 325.
  • the second drive circuit 325 generates a gate control signal in accordance with the PWM signal and supplies the gate control signal to each switch element of the second inverter 130.
  • the connection between the first power supply 410 and the first connector 316 and the connection between the second power supply 420 and the second connector 326 are generally performed using a harness (not shown).
  • Power loss (or voltage drop) due to the harness occurs in the current path from the power source to the motor.
  • the resistance value of the harness used in the EPS system is about 15 to 20 m ⁇ . This is greater than the resistance of the motor or ECU and its power loss can not be ignored.
  • the voltage drop in the harness is about 1.5 to 2.0 V and can not be ignored for the 12 V power supply. Therefore, if the power loss of the harness can be improved, higher output of the motor is expected.
  • the present embodiment since two systems of the first power supply 410 and the second power supply 420 are used, it is possible to supply a necessary current to the motor 200 from two harnesses.
  • it is considered to supply the same current as the current flowing to the motor by using two power supplies.
  • the diameter of the harness can be reduced because it is sufficient to flow half the current to each harness.
  • the power loss in the harness can be improved to about 1/4.
  • the efficiency indicating the ratio of the output power to the input power can be improved, so that high output can be obtained during high-speed rotation of the motor. It becomes.
  • FIG. 6 shows another block configuration of the motor control device according to the present embodiment.
  • FIG. 7 shows a circuit configuration example of the booster circuit.
  • the switch RL and the first booster circuit 317 may be further mounted on the substrate CB1, and the switch RL and the second booster circuit 327 may be further mounted on the substrate CB2.
  • Each of the first booster circuit 317 and the second booster circuit 327 is, for example, a boost chopper circuit.
  • FIG. 7 shows a typical circuit configuration of the step-up chopper circuit.
  • the boost chopper circuit is composed of a semiconductor switch S, a diode D, a capacitor C, a coil L and the like.
  • the first booster circuit 317 can boost the power supply voltage 12 V of the first power supply 410 and output the boosted voltage (for example, 24 V) to the first inverter 120.
  • the second booster circuit 327 can boost the power supply voltage 12 V of the second power supply 420 and output the boosted voltage (for example, 24 V) to the second inverter 130.
  • the step-up chopper circuit is appropriately determined according to the power supply connected to each substrate.
  • the switch RL is, for example, a thyristor, an analog switch IC, or a semiconductor switch such as a MOSFET having a parasitic diode formed therein, or a mechanical relay.
  • the switch RL of the substrate CB1 switches the power supply path of the first inverter 120 under the control of the first control circuit 314.
  • the switch RL of the substrate CB2 switches the power supply path of the second inverter 130 under the control of the second control circuit 324.
  • a power supply path for supplying 12 V from the first power supply 410 to the first inverter 120 is selected by the switch RL, and a power supply path for supplying 12 V from the second power supply 420 to the second inverter 130 is selected by the switch RL.
  • the switch RL the power supply path for supplying the 24V boosted voltage from the first booster circuit 317 to the first inverter 120
  • the power supply for supplying the 24V boosted voltage from the second booster circuit 327 to the second inverter 130 A path is selected by the switch RL.
  • FIG. 8 shows still another block configuration of the motor control device according to the present embodiment.
  • FIG. 9 shows a circuit configuration example of the step-down circuit.
  • the power supply voltage of the first power supply 410 and the second power supply 420 is not limited to 12 V, and may be 24 V or 48 V, for example.
  • the switch RL and the first step-down circuit 318 may be further mounted on the substrate CB1, and the switch RL and the second step-down circuit 328 may be further mounted on the substrate CB2.
  • Each of the first step-down circuit 318 and the second step-down circuit 328 is, for example, a step-down chopper circuit.
  • FIG. 9 shows a typical circuit configuration of the step-down chopper circuit.
  • the step-down chopper circuit includes a semiconductor switch S, a diode D, a capacitor C, a coil L, and the like.
  • the first step-down circuit 318 can step down the power supply voltage 24 V of the first power supply 410 and output the step-down voltage 12 V to the first inverter 120.
  • the second step-down circuit 328 can step down the power supply voltage 24 V of the second power supply 420 and output the step-down voltage 12 V to the second inverter 130.
  • the step-down chopper circuit is appropriately determined according to the power supply connected to each substrate.
  • the power supply path for supplying a 12 V step-down voltage from the first step-down circuit 318 to the first inverter 120 is selected by the switch RL, and the 12 step-down voltage is supplied from the second step-down circuit 328 to the second inverter 130
  • the power supply path to be selected is selected by the switch RL.
  • the power supply path supplying 24 V from the first power supply 410 to the first inverter 120 is selected by the switch RL
  • the power supply path supplying 24 V from the second power supply 420 to the second inverter 130 is selected by the switch RL . According to such a configuration, it is possible to supply a high voltage to each inverter by dynamically switching the switch RL at high speed rotation in motor driving, so that high output can be obtained at high speed rotation. It becomes.
  • FIGS. 10 to 12 show the mounting state of the electronic component between the substrate CB1 and the substrate CB2 in the cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • a first passive element group such as the capacitor 103 and the coil 102 (not shown in FIG. 10) is mounted on the substrate CB1.
  • a first motor control device 310 for controlling the switching operation of the plurality of switch elements in the first inverter 120 is further mounted.
  • the first power device group constituting the first inverter 120 is mounted on the surface of the substrate CB1 opposite to the mounting surface of the capacitor 103.
  • FIG. 10 illustrates the first control circuit 314 among the components of the first motor control device 310, and illustrates two power devices (FETs) among the components of the first power device group.
  • the power device is a switch element SW of the inverter.
  • the present invention is not limited to the illustrated example, and it is possible to arrange the components of the first power device group and the capacitor 103 in a position not overlapping when the substrate is seen through from the direction of the central axis 211.
  • the second passive element group such as the capacitor 103 and the coil 102 (not shown in FIG. 10) is mounted on the substrate CB2.
  • a second motor control device 320 for controlling the switching operation of the plurality of switch elements in the second inverter is further mounted.
  • the second power device group constituting the second inverter 130 is mounted on the surface of the substrate CB2 opposite to the mounting surface of the capacitor 103.
  • FIG. 10 illustrates the first control circuit 314 of the components of the second motor control device 320, and illustrates two power devices of the components of the second power device group.
  • the capacitor 103 in the first passive element group and the capacitor 103 in the second passive element group are disposed between the substrate CB1 and the substrate CB2 and along the central axis 211 (z direction in FIG. 10). Do not overlap each other when viewed.
  • the same capacitor can be used as the capacitor 103 mounted on the substrate CB1 and the capacitor 103 mounted on the substrate CB2. In that case, the heights of the capacitors 103 on both substrates are the same.
  • the motor module 1000 can further include a first heat sink 511 that is in thermal contact with the substrate CB1 via an insulating heat dissipating material, such as heat dissipating grease.
  • the first heat sink 511 covers the first power device group of the substrate CB1.
  • “in thermal contact with the substrate” means that the heat sink covers all or part of the plurality of electronic components mounted on one side of the substrate. The heat sink may not necessarily be in contact with the substrate surface.
  • the first heat sink 511 for example, a material having a good thermal conductivity such as aluminum can be used.
  • the first heat sink 511 may be a holder or bearing holder 214 of the housing 212.
  • the first heat sink 511 may be a member different from these members.
  • the motor module 1000 further includes a second heat sink 512 disposed between the substrate CB1 and the substrate CB2 and in thermal contact with both substrates via, for example, heat dissipation grease.
  • the second heat sink 512 has a recess that covers the capacitor 103. By covering the second heat sink 512 with a capacitor that generates particularly heat among the mounted components, heat can be dissipated efficiently. As described above, by cooling the substrate CB1 and the substrate CB2 using the second heat sink 512, the heat dissipation of the motor module 1000 can be further improved.
  • the first motor control device 310 is mounted on the surface of the substrate CB1 opposite to the mounting surface of the capacitor 103, and the substrate CB2 on the opposite side of the mounting surface of the capacitor 103.
  • the second motor control device 320 is mounted on the surface.
  • FIG. 11 illustrates the first control circuit 314 of the components of the first motor control device 310, and the second control circuit 324 of the components of the second motor control device 320.
  • the first power device group constituting the first inverter 120 is further mounted on the mounting surface of the capacitor 103 of the substrate CB1, and the mounting surface of the capacitor 103 of the substrate CB2 is , And a second power device group constituting the second inverter 130 is further mounted.
  • the first booster circuit 317 or the first step-down circuit 318 can be mounted on the surface of the substrate CB1 opposite to the mounting surface of the capacitor 103.
  • the first heat sink 511 has a recess that covers the first booster circuit 317 or the first step-down circuit 318.
  • FIG. 13 shows a circuit configuration according to a modification of the power conversion device 100 of the present embodiment.
  • power converter 100 further includes two switch elements 710 and 711.
  • the switch element 710 switches connection / disconnection between a node on the high side of the bridge circuit of the first inverter 120 and a node on the high side of the bridge circuit of the second inverter 130.
  • the switch element 711 switches connection / disconnection between a node on the low side of the bridge circuit of the first inverter 120 and a node on the low side of the bridge circuit of the second inverter 130.
  • the two switch elements 710 and 711 are, for example, thyristors, analog switch ICs, or semiconductor switches such as MOSFETs in which parasitic diodes are formed, or mechanical relays.
  • the zero-phase current it is possible to flow the zero-phase current, and for example, two-phase energization control can be performed.
  • the leg of the A phase fails, the B phase and C phase can be used to energize the two phase windings M2 and M3.
  • two-phase energization control is described in the patent application WO 2017/150638 by the applicant. All of these disclosures are incorporated herein by reference.
  • one of the first power supply 410 and the second power supply 420 fails, it is possible to continue three-phase conduction control in which the three-phase winding is energized using the other.
  • the connection of the motor can be switched to the Y connection using the first drive circuit 315 or the second drive circuit 325.
  • the connection of the motor is, for example, FHB connection shown in FIG. 2 or FIG.
  • a power supply voltage that is twice the power supply voltage used in the FHB connection.
  • a power supply voltage of 12 V is used for driving of the FHB connection
  • a power supply voltage of 24 V is used for driving of the Y connection.
  • the motor connection can be switched to the Y connection.
  • the first drive circuit 315 outputs a control signal which turns off the remaining high side switch elements 122H and 123H at all times and always turns on the three low side switch elements 121L, 122L and 123L.
  • a neutral point is formed in the first inverter 120.
  • the second motor control device 320 can perform PWM control of the switch element of the second inverter 130.
  • the second power supply 420 may be used to switch to the Y connection, or another power supply different from the first power supply 410 or the second power supply 420 may be used.
  • the present embodiment is different from the first embodiment in that the power supply voltage of the first power supply 410 is different from the power supply voltage of the second power supply 420.
  • differences from the first embodiment will be mainly described.
  • FIG. 14 shows a block configuration of the motor control device according to the present embodiment.
  • the power supply voltage of the first power supply 410 is higher than the power supply voltage of the second power supply 420.
  • the power supply voltage of the first power supply 410 is 48V
  • the power supply voltage of the second power supply 420 is 12V.
  • a power system power supply circuit that steps down or boosts the power supply voltage of the first power supply 410 is mounted on the substrate CB1.
  • FIG. 14 exemplifies a first step-down circuit 318 as a power system power supply circuit.
  • the first step-down circuit 318 steps down the power supply voltage 48 V of the first power supply 410 and outputs the step-down voltage 12 V to the first inverter 120 via the switch RL.
  • the step-down voltage 12 V output from the first step-down circuit 318 is supplied to the first inverter 120, and the second power source 420 is supplied to the second inverter 130.
  • Power supply voltage of 12 V is supplied.
  • the switch element of the first inverter 120 is PWM with the power supply voltage of 48 V of the first power supply. It becomes possible to control.
  • FIG. 15 shows another block configuration of the motor control device according to the present embodiment.
  • a second booster circuit 327 which boosts the power supply voltage 12 V of the second power supply 420 and outputs the boosted voltage 24 V to the second inverter 130 may be further mounted on the substrate CB2.
  • the first step-down circuit 318 can generate a step-down voltage of 24V or 12V.
  • the step-down voltage 24 V is supplied from the first step-down circuit 318 to the first inverter 120, and the step-up voltage 24 V is supplied from the second booster circuit 327 to the second inverter 130. It becomes possible to perform three-phase conduction control of FHB at 24V.
  • the motor drive by switching the switch RL dynamically at high speed rotation, high voltage can be supplied to each inverter, so that high output can be obtained at high speed rotation.
  • the steering force can be maintained by switching the power supply to the second power supply 420 and using the boosted voltage of the second booster circuit 327 of the substrate CB2.
  • FIGS. 16 and 17 show how the electronic components are mounted between the substrate CB1 and the substrate CB2 in the cross section of the motor module 1000 when cut along the central axis 211.
  • the first passive element is mounted on the substrate CB1, and the second passive element group is mounted on the substrate CB2.
  • the element with the highest height is typically a capacitor.
  • the first passive element having the highest height in the substrate CB1 is the capacitor 103_1H
  • the second passive element having the highest height in the substrate CB2 is the capacitor 103_2H.
  • the capacitor 103 mounted on the substrate CB1 requires a larger capacity than the capacitor 103 mounted on the substrate CB2. Therefore, the size of the capacitor 103_1H is larger than that of the capacitor 103_2H, and specifically, the height of the capacitor 103_1H is higher than that of the capacitor 103_2H.
  • the capacitor 103_1H having the highest height among the first passive element group and the capacitor 103_2H having the highest height among the second passive element group are disposed between the substrate CB1 and the substrate CB2. Also, when viewed along the direction of the central axis 211, they do not overlap each other. As a result, since the two capacitors 103_1H and 103_2H do not overlap in the direction of the central axis 211, the height of the motor module 1000 can be suppressed, and a motor module with a lower height can be realized.
  • the height of the capacitor 103_1H is h1
  • the height of the capacitor 103_2H is h2 ( ⁇ h1).
  • the motor module 1000 can further include a first heat sink 511 in thermal contact with the substrate CB1 via, for example, heat dissipation grease.
  • the first heat sink 511 may be a holder or bearing holder 214 of the housing 212.
  • the first heat sink 511 may be a member different from these members.
  • the first step-down circuit 318 can be mounted on the surface of the substrate CB1 opposite to the mounting surface of the capacitor 103_1H.
  • the rotor 230, the first heat sink 511, the substrate CB1, and the substrate CB2 are arranged in this order along the direction of the rotation axis of the rotor 230 of the motor 200, that is, the central axis 211.
  • the heat generation of the first step-down circuit 318 which is a power system power supply circuit becomes large.
  • the first step-down circuit 318 can be cooled, and the heat dissipation of the motor module 1000 can be improved.
  • the motor module 1000 further includes a second heat sink 512 disposed between the substrate CB1 and the substrate CB2 and in thermal contact with both substrates via, for example, a thermal grease. According to this configuration, by cooling the substrate CB1 and the substrate CB2 with the second heat sink 512, the heat dissipation of the motor module 1000 can be further improved.
  • the motor module 1000 further includes a second heat sink 512 that covers the surface of the substrate CB2 opposite to the mounting surface of the capacitor 103_2H.
  • the rotor 230, the first heat sink 511, the substrate CB1, the substrate CB2, and the second heat sink 512 are arranged in this order along the direction of the rotation axis of the rotor 230 of the motor 200, ie, the central axis 211. According to such an arrangement, since the second heat sink 512 is located on the cover 250 side of the motor module 1000, it can be easily exposed to the outside, and the heat dissipation of the motor module 1000 can be improved. Furthermore, as a third heat sink, as shown in FIG. 16, an additional heat sink may be disposed between the substrate CB1 and the substrate CB2.
  • the thermal resistance of the first heat sink 511 is preferably smaller than the thermal resistance of the second heat sink 512.
  • the first heat sink 511 has a larger volume than the second heat sink 512.
  • the cover 250 of the motor module 1000 may function as a second heat sink 512.
  • the second heat sink 512 may be a separate member different from the cover 250.
  • the size of the second heat sink 512 can be smaller than that of the first heat sink 511, and the number of parts of the motor module 1000 can be reduced.
  • the power supply voltage of the first power supply 410 may be lower than the power supply voltage of the second power supply 420.
  • the power supply voltage of the first power supply 410 may be 12V
  • the power supply voltage of the second power supply 420 may be 48V.
  • the first booster circuit 317 which is a power system power supply circuit may be mounted on the substrate CB1.
  • the first booster circuit 317 boosts the power supply voltage 12 V of the first power supply and outputs a boosted voltage of 24 V to the first inverter 120 via the switch RL.
  • the heat generation of the first booster circuit 317 which is a power system power supply circuit becomes large.
  • the first booster circuit 317 By covering the first booster circuit 317 with the first heat sink 511, the first booster circuit 317 can be cooled, and the heat dissipation of the motor module 1000 can be improved.
  • the second step-down voltage circuit 328 may be mounted on the substrate CB2 to step down the power supply voltage 48V of the second power supply 420 and output a step-down voltage of 24V to the second inverter 130 via the switch RL.
  • the shape of the substrate CB1 viewed from the direction of the central axis 211 is the same as the shape of the substrate CB2, and the substrate CB1 and the substrate CB2 have a common symmetry axis AS.
  • the shape of the substrate is, for example, circular, elliptical or polygonal.
  • the same substrate can be used as the substrate CB1 and the substrate CB2.
  • an example of mounting electronic components on the substrate CB1 of the two substrates will be described.
  • FIGS. 18A and 18B illustrate how electronic components are mounted on both sides of the substrate CB1.
  • FIG. 19 shows the arrangement of the substrates CB1 and CB2 in the motor module 1000 in the z-axis direction.
  • FIG. 18A shows the mounting surface S1 of the substrate CB1 on which the capacitor 103 is mounted, as viewed from the + z direction along the direction of the rotation axis of the rotor 230, ie, the central axis 211.
  • FIG. 18B shows the mounting surface S2 opposite to the mounting surface S1 of the substrate CB1 when viewed from the ⁇ z direction along the direction of the central axis 211.
  • main electronic components that can be mounted on both sides are shown in order to avoid the drawing being complicated.
  • the substrate CB1 has an axis of symmetry AS and line symmetry about it.
  • the substrate CB1 is a first area AR1 (lower area in the drawing) in which the first motor control device 310 is disposed, and a second area AR2 (upper side in the drawing) in which the first passive element group and the first power device group are arranged. Region).
  • the first drive circuit 315 of the first motor control device 310 is disposed in the first area AR1 of the mounting surface S1
  • the second area AR2 includes six FETs that constitute the capacitor 103 and the first inverter 120. There are four FETs in it.
  • the first control circuit 314 of the first motor control device 310 is disposed in the first area AR1 of the mounting surface S2, and the remaining two FETs are disposed in the second area AR2.
  • the substrate CB2 has an axis of symmetry AS and line symmetry about it. Similar to the substrate CB1, the third region AR3 of the substrate CB2 is a region on which the second motor control device 320 is mounted, and the fourth region AR4 of the substrate CB2 includes the second passive element group and the second power device group. It is an area to mount. As shown in FIG. 19, the substrate CB2 is disposed in the motor module 1000 by inverting 180 degrees with respect to the substrate CB1 with respect to the symmetry axis AS. Thus, when the motor module 1000 is viewed along the direction of the central axis 211 (z axis in FIG. 19), the first area AR1 and the fourth area AR4 of the substrate CB2 overlap, and the second area AR2 and the substrate CB2 Third regions AR3 overlap.
  • the respective substrates can be dissipated efficiently.
  • the elements can be disposed symmetrically with respect to the symmetry axis AS. Since the element arrangement of the substrate CB1 and the substrate CB2 is the same, it is only necessary to overlap the substrate CB1 on the substrate CB2 at the time of assembly. Thus, by adopting the same substrate design for the substrate CB1 and the substrate CB2, the number of design steps can be reduced.
  • the two capacitors 103_1H and 103_2H do not overlap in the direction of the central axis 211, the height of the motor module 1000 can be suppressed, and a motor module with a lower height can be realized. Furthermore, by arranging the second heat sink 512 between the substrate CB1 and the substrate CB2, it is possible to effectively dissipate the heat of each substrate.
  • the motor output can be maintained and the motor drive can be continued.
  • the configuration or arrangement of the substrate of the motor module 1000 described herein can also be suitably used for a motor module with a double inverter configuration.
  • the three-phase windings M1, M2 and M3 have a first set of windings and a second set of windings, one end of which is Y-connected.
  • the first inverter 120 is connected to the first winding set
  • the second inverter 130 is connected to the second winding set.
  • a single power supply supplies a power supply voltage of 12 V to the substrates CB1 and CB2. If the power supply fails, for example, both substrates may be connected to another power supply for backup, and the power supply may supply 12V power to both substrates.
  • a power supply system is also within the scope of the present disclosure. According to this configuration, motor driving by FHB connection can be continued.
  • the motor module 1000 may include a voltage dividing circuit (not shown) that connects the substrate CB1 and the substrate CB2. According to this configuration, even when one of the two power supplies fails, motor driving can be continued using the other. Thus, one power supply can be branched to the other power supply.
  • a plurality of three or more substrates can be used.
  • FIG. 20 schematically shows a typical configuration of the electric power steering apparatus 3000 according to the present embodiment.
  • Vehicles such as automobiles generally have an electric power steering device.
  • the electric power steering apparatus 3000 according to the present embodiment has a steering system 520 and an auxiliary torque mechanism 540 that generates an auxiliary torque.
  • Electric power steering apparatus 3000 generates an assist torque that assists the steering torque of the steering system generated by the driver operating the steering wheel.
  • the assist torque reduces the burden on the driver's operation.
  • the steering system 520 includes, for example, a steering handle 521, a steering shaft 522, free shaft joints 523A and 523B, a rotating shaft 524, a rack and pinion mechanism 525, rack shafts 526, left and right ball joints 552A and 552B, tie rods 527A and 527B, knuckles 528A, 528B, and left and right steering wheels 529A, 529B.
  • the auxiliary torque mechanism 540 includes, for example, a steering torque sensor 541, an electronic control unit (ECU) 542 for a car, a motor 543, and a reduction mechanism 544.
  • the steering torque sensor 541 detects a steering torque in the steering system 520.
  • the ECU 542 generates a drive signal based on a detection signal of the steering torque sensor 541.
  • the motor 543 generates an auxiliary torque corresponding to the steering torque based on the drive signal.
  • the motor 543 transmits the generated assist torque to the steering system 520 via the reduction mechanism 544.
  • the ECU 542 is, for example, a motor control device according to Embodiment 1 or 2.
  • an electronic control system is built around an ECU.
  • a motor drive unit is constructed by the ECU 542, the motor 543 and the inverter 545.
  • the motor module 1000 according to Embodiment 1 or 2 can be suitably used for the unit.
  • Embodiments of the present disclosure can be widely used in a variety of devices equipped with various motors, such as vacuum cleaners, dryers, ceiling fans, washing machines, refrigerators, and electric power steering devices.

Landscapes

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Abstract

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可能な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１０００は、ｎ相（ｎは３以上の整数）の巻線を有するモータ２００と、第１電源４１０に接続される第１基板ＣＢ１と、第１基板に実装され、モータの各相の巻線の一端に接続された第１インバータ１２０と、第１基板に実装され、第１電源の電源電圧を降圧または昇圧するパワー系電源回路と、第１基板と熱的に接触した第１ヒートシンク５１１と、第２電源４２０に接続される第２基板ＣＢ２と、第２基板に実装され、モータの各相の巻線の他端に接続された第２インバータ１３０とを備える。

Description

モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置
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可能な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電源に接続される第１基板と、前記第１基板に実装され、前記モータの各相の巻線の一端に接続された第１インバータと、前記第１基板に実装され、前記第１電源の電源電圧を降圧または昇圧するパワー系電源回路　と、前記第１基板と熱的に接触した第１ヒートシンクと、第２電源に接続される第２基板と、前記第２基板に実装され、前記モータの各相の巻線の他端に接続された第２インバータと、を備える。
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可能な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。
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。　
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。


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できる。　
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。
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電源に接続される第１基板と、



    　前記第１基板に実装され、前記モータの各相の巻線の一端に接続された第１インバータと、



    　前記第１基板に実装され、前記第１電源の電源電圧を降圧または昇圧するパワー系電源回路と、



    　前記第１基板と熱的に接触した第１ヒートシンクと、



    　第２電源に接続される第２基板と、



    　前記第２基板に実装され、前記モータの各相の巻線の他端に接続された第２インバータと、



    を備えるモータモジュール。
  2. 前記第１電源の電源電圧は、前記第２電源の電源電圧よりも高く、



    　前記パワー系電源回路は、前記第１電源の電源電圧を降圧し、降圧電圧を前記第１インバータに出力する第１降圧回路を有する、請求項１に記載のモータモジュール。
  3. 前記第２基板には、前記第２電源の電源電圧を昇圧し、昇圧電圧を前記第２インバータに出力する第２昇圧回路がさらに実装されている、請求項２に記載のモータモジュール。


  4. 前記第１電源の電源電圧は、４８Ｖであり、前記第２電源の電源電圧は、１２Ｖである、請求項２または３に記載のモータモジュール。
  5. 前記第１電源の電源電圧は、前記第２電源の電源電圧よりも低く、



    　前記パワー系電源回路は、前記第１電源の電源電圧を昇圧し、昇圧電圧を前記第１インバータに出力する第１昇圧回路を有する、請求項１に記載のモータモジュール。
  6. 前記第２基板には、前記第２電源の電源電圧を降圧し、降圧電圧を前記第２インバータに出力する第２降圧回路がさらに実装されている、請求項５に記載のモータモジュール。
  7. 前記第１基板と前記第２基板の間に配置され、両基板に熱的に接触した第２ヒートシンクをさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載のモータモジュール。
  8. 前記第１基板には、前記第１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１モータ制御装置がさらに実装され、



    　前記第２基板には、前記第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モータ制御装置がさらに実装されている、請求項１から７のいずれかに記載のモータモジュール。
  9. 前記第１モータ制御装置は、第１駆動回路および前記第１駆動回路を制御する第１制御回路を有し、



    　前記第２モータ制御装置は、第２駆動回路および前記第２駆動回路を制御する第２制御回路を有する、請求項８に記載のモータモジュール。
  10. 前記モータの結線は、前記第１または第２駆動回路を用いてＹ結線に切替えることが可能である、請求項９に記載のモータモジュール。
  11. 前記モータの結線をＹ結線に切替えた後、モータの結線の切替え前の電源電圧の２倍の電源電圧を用いて前記モータを駆動する、請求項１０に記載のモータモジュール。
  12. 第１電源と、



    　第２電源と、



    　請求項１から１１のいずれかに記載のモータモジュールと、



    を備える電動パワーステアリング装置。
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