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公開番号2020188638
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201119
出願番号2019093369
出願日20190517
発明の名称駆動装置、および電動パワーステアリング装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20201023BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型化が可能で、高い放熱性能を備えた駆動装置を提供する。
【解決手段】電源バスバーと、接地バスバーと、電源バスバーと接地バスバーと、延長ターミナルとを保持するバスバーホルダとを備えたバスバーユニットを有し、電源バスバーと接地バスバーは、パワーモジュールの出力端子に接続される端子部と、バスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部とを有し、折り曲げ部は、平滑コンデンサとパワーモジュールとの間に配置され、電源バスバーと接地バスバーは、対向して配置されている駆動装置および電動パワーステアリング装置。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
被駆動体を駆動するための駆動力を発生するモータユニットと、
軸心の延びる方向が前記モータユニットの軸心の延びる方向と一致するように配置され、前記モータユニットの反出力側の軸方向端部に固定される制御ユニットと、
を備えた駆動装置であって、
前記制御ユニットは、
前記モータユニットへ電流を供給する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、
前記電流を平滑化する平滑コンデンサと、
前記パワーモジュールへの制御信号を出力する演算回路と、
前記演算回路を搭載する制御基板と、
前記パワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続する端子を有するバスバーユニットと、
少なくとも前記バスバーユニットを冷却するヒートシンクと、
を備え、
前記バスバーユニットは、
電源の正極側に接続される電源バスバーと、
前記電源の負極側に接続される接地バスバーと、
前記パワーモジュールの出力端子に接続される延長ターミナルと、
前記電源バスバーと前記接地バスバーと前記延長ターミナルを保持するバスバーホルダと、
を備え、
前記電源バスバーと、前記接地バスバーは、それぞれ、
前記パワーモジュールの出力端子に接続される端子部と、
前記バスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、
を有し、
前記折り曲げ部は、前記平滑コンデンサと前記パワーモジュールとの間に配置され、
前記電源バスバーと、前記接地バスバーは、対向して配置されている、
ことを特徴とする駆動装置。
続きを表示(約 3,100 文字)【請求項2】
前記延長ターミナルは、前記バスバーホルダに少なくとも一部分が埋設されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
前記電源バスバーと前記接地バスバーの折り曲げ部は、反ヒートシンク側に折り曲げられている、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の駆動装置。
【請求項4】
前記電源バスバーと前記接地バスバーの折り曲げ部は、前記パワーモジュールと前記制御基板との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項1から3のうちの何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項5】
前記電源バスバーの折り曲げ部の幅は、前記電源バスバーの端子部の幅よりも大きく設定されている、
ことを特徴とする請求項1から4のうちの何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項6】
前記延長ターミナルは、折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部は、前記電源バスバーと前記接地バスバーの折り曲げ部に対向して配置されている、
ことを特徴とする請求項1から5のうちの何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項7】
互いに独立した第1の電機子巻線と第2の電機子巻線を備え、被駆動体を駆動するための駆動力を発生するモータユニットと、
軸心の延びる方向が前記モータユニットの軸心の延びる方向と一致するように配置され、前記モータユニットの反出力側の軸方向端部に固定された制御ユニットと、
を備えた駆動装置であって、
前記制御ユニットは、
前記第1の電機子巻線に流れる電流を制御する第1の制御ユニットと、
前記第2の電機子巻線に流れる電流を制御する第2の制御ユニットと、
を備え、
前記第1の制御ユニットは、
前記第1の電機子巻線へ電流を供給する複数のスイッチング素子を有する第1のパワーモジュールと、
前記第1の電機子巻線の電流を平滑化する第1の平滑コンデンサと、
前記第1のパワーモジュールへの制御信号を出力する第1の演算回路と、
前記第1の演算回路を搭載する第1の制御基板と、
前記第1のパワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続する端子を有する第1のバスバーユニットと、
を備え、
前記第1のバスバーユニットは、
電源の正極側に接続される第1の電源バスバーと、
前記電源の負極側に接続される第1の接地バスバーと、
前記第1のパワーモジュールの出力端子に接続される第1の延長ターミナルと、
前記第1の電源バスバーと、前記第1の接地バスバーと、前記第1の延長ターミナルを保持する第1のバスバーホルダと、
を備え、
前記第1の電源バスバーと、前記第1の接地バスバーは、それぞれ、
前記第1のパワーモジュールの出力端子に接続される第1の端子部と、
前記第1のバスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、を有し、
前記折り曲げ部は、前記第1の平滑コンデンサと前記第1のパワーモジュールとの間に配置され、
前記第1の電源バスバーと前記第1の接地バスバーは、対向して配置され、
前記第2の制御ユニットは、
前記第2の電機子巻線へ電流を供給する複数のスイッチング素子を有する第2のパワーモジュールと、
前記第2の電機子巻線の電流を平滑化する第2の平滑コンデンサと、
前記第2のパワーモジュールへの制御信号を出力する第2の演算回路と、
前記第2の演算回路を搭載する第2の制御基板と、
前記第2のパワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続する端子を有する第2のバスバーユニットと、
を備え、
前記第2のバスバーユニットは、
電源の正極側に接続される第2の電源バスバーと、
前記電源の負極側に接続される第2の接地バスバーと、
前記第2のパワーモジュールの出力端子に接続される第2の延長ターミナルと、
前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーと前記第2の延長ターミナルを保持する第2のバスバーホルダと、
を備え、
前記第2の電源バスバーと、前記第2の接地バスバーは、それぞれ、
前記第2のパワーモジュールの出力端子に接続される第2の端子部と、
前記第2のバスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、を有し、
前記折り曲げ部は、前記第2の平滑コンデンサと前記第2のパワーモジュールとの間に配置され、
前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーは、対向して配置され、
少なくとも前記第1のバスバーユニットと前記第2のバスバーユニットを冷却するヒートシンクを備えている、
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項8】
前記第1の延長ターミナルは、前記第1のバスバーホルダに少なくとも一部分が埋設され、
前記第2の延長ターミナルは、前記第2のバスバーホルダに少なくとも一部分が埋設されている、
ことを特徴とする請求項7に記載の駆動装置。
【請求項9】
前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーの前記折り曲げ部は、反ヒートシンク側に折り曲げられている、
ことを特徴とする請求項7又は8に記載の駆動装置。
【請求項10】
前記第1の電源バスバーと前記第1の接地バスバーの前記折り曲げ部は、前記第1のパワーモジュールと前記第1の制御基板との間に配置され、
前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーの前記折り曲げ部は、前記第2のパワーモジュールと前記第2の制御基板との間に配置されている、
ことを特徴とする請求項7から9のうちの何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項11】
前記第1の電源バスバーの前記折り曲げ部の幅は、前記第1の電源バスバーの端子部の幅よりも大きく構成され、
前記第1の接地バスバーの前記折り曲げ部の幅は、前記第1の接地バスバーの端子部の幅よりも大きく構成され、
前記第2の電源バスバーの前記折り曲げ部の幅は、前記第2の電源バスバーの端子部の幅よりも大きく構成され、
前記第2の接地バスバーの前記折り曲げ部の幅は、前記第2の接地バスバーの端子部の幅よりも大きく構成されている、
ことを特徴とする請求項7から10のうちの何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項12】
前記第1の延長ターミナルと前記第2の延長ターミナルは、それぞれ折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部は、前記第1の電源バスバーと前記第1の接地バスバーの前記折り曲げ部に対向して配置され、
前記折り曲げ部は、前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーの前記折り曲げ部に対向して配置されている、
ことを特徴とする請求項7から11のうちの何れか一項に記載の駆動装置。
【請求項13】
請求項1から12のうちの何れか一項に記載の駆動装置を備え、
車両の運転者がステアリングシャフトに加えるステアリングトルクに対応するアシストトルクを前記駆動装置により発生し、
前記発生したアシストトルクを前記ステアリングシャフトに加えるように構成されている、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本願は、被駆動体を駆動する駆動装置、および電動パワーステアリング装置に関する。
続きを表示(約 13,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、モータユニットと制御ユニットとが、モータの出力軸に同軸状に軸方向に結合されて一体化された駆動装置があった。このような一体型の駆動装置は、例えば電動パワーステアリング装置の駆動装置として車両に搭載される場合、駆動装置の軸方向の長さは比較的裕度が高いが、車両への取り付け上の規制などにより外径の大きさは制限されることが多く、駆動装置の外径が大きくなると、車両への搭載が困難となることがある。従って、特に、モータに独立した2つの電機子巻線を備えるとともに、制御ユニットにも独立した2つの制御系を備えた電動パワーステアリング装置の場合、パワーモジュール、平滑コンデンサなどの大型部品を制御ユニットの外径を拡大せずに収納するためには、それらを接続するバスバーの形状と配置に工夫を加える必要がある。
【0003】
特許文献1に開示された従来の駆動装置は、パワーモジュールと制御基板とをモータの軸方向に平行に直立して配置した、いわゆる主要構成部材の縦置き配置方式を採用し、パワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続するためのバスバーを保持したバスバーユニットを、ヒートシンクの面に隣接して設置するように構成している。このように構成された従来の駆動装置によれば、レイアウト設計の自由度が高められるのでバスバーと端子などをより短くすることができ、複数の半導体素子の発熱を好適に抑えることができる。その結果、制御ユニットの外径を車両への取付け上の規制の範囲内に収めることができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2016−163416号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献1には、バスバーの構造については言及されていない。制御ユニットの小型化、ひいては駆動装置の小型化のためにバスバーの表面積を小さくした場合、モータへの電力の供給路におけるインダクタンスが増大し、パワーモジュールの複数の半導体素子におけるサージ電流若しくはサージ電圧などのノイズの発生を高める原因となり、且つパワーモジュールの複数の半導体素子の発熱が大きくなる懸念がある。一方で、制御ユニットの外径を変えずにバスバーの表面積を大きくした場合、配線経路を確保するために、ヒートシンクの容積を小さくせざるを得ず、パワーモジュールの放熱性能が悪化する懸念がある。
【0006】
本願は、前述のような課題を解決するための技術を開示するものであり、小型化が可能で、高い放熱性能を備えた駆動装置を提供することを目的とする。
【0007】
また、本願は、小型化が可能で、高い放熱性能を備えた駆動装置を有する電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願に開示される駆動装置は、
被駆動体を駆動するための駆動力を発生するモータユニットと、
軸心の延びる方向が前記モータユニットの軸心の延びる方向と一致するように配置され、前記モータユニットの反出力側の軸方向端部に固定される制御ユニットと、
を備えた駆動装置であって、
前記制御ユニットは、
前記モータユニットへ電流を供給する複数のスイッチング素子を有するパワーモジュールと、
前記電流を平滑化する平滑コンデンサと、
前記パワーモジュールへの制御信号を出力する演算回路と、
前記演算回路を搭載する制御基板と、
前記パワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続する端子を有するバスバーユニットと、
少なくとも前記バスバーユニットを冷却するヒートシンクと、
を備え、
前記バスバーユニットは、
電源の正極側に接続される電源バスバーと、
前記電源の負極側に接続される接地バスバーと、
前記パワーモジュールの出力端子に接続される延長ターミナルと、
前記電源バスバーと前記接地バスバーと前記延長ターミナルを保持するバスバーホルダと、
を備え、
前記電源バスバーと、前記接地バスバーは、それぞれ、
前記パワーモジュールの出力端子に接続される端子部と、
前記バスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、
を有し、
前記折り曲げ部は、前記平滑コンデンサと前記パワーモジュールとの間に配置され、
前記電源バスバーと、前記接地バスバーは、対向して配置されている、
ことを特徴とするものである。
【0009】
また、本願に開示される駆動装置は、
互いに独立した第1の電機子巻線と第2の電機子巻線を備え、被駆動体を駆動するための駆動力を発生するモータユニットと、
軸心の延びる方向が前記モータユニットの軸心の延びる方向と一致するように配置され、前記モータユニットの反出力側の軸方向端部に固定された制御ユニットと、
を備えた駆動装置であって、
前記制御ユニットは、
前記第1の電機子巻線に流れる電流を制御する第1の制御ユニットと、
前記第2の電機子巻線に流れる電流を制御する第2の制御ユニットと、
を備え、
前記第1の制御ユニットは、
前記第1の電機子巻線へ電流を供給する複数のスイッチング素子を有する第1のパワーモジュールと、
前記第1の電機子巻線の電流を平滑化する第1の平滑コンデンサと、
前記第1のパワーモジュールへの制御信号を出力する第1の演算回路と、
前記第1の演算回路を搭載する第1の制御基板と、
前記第1のパワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続する端子を有する第1のバスバーユニットと、
を備え、
前記第1のバスバーユニットは、
電源の正極側に接続される第1の電源バスバーと、
前記電源の負極側に接続される第1の接地バスバーと、
前記第1のパワーモジュールの出力端子に接続される第1の延長ターミナルと、
前記第1の電源バスバーと、前記第1の接地バスバーと、前記第1の延長ターミナルを保持する第1のバスバーホルダと、
を備え、
前記第1の電源バスバーと、前記第1の接地バスバーは、それぞれ、
前記第1のパワーモジュールの出力端子に接続される第1の端子部と、
前記第1のバスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、を有し、
前記折り曲げ部は、前記第1の平滑コンデンサと前記第1のパワーモジュールとの間に配置され、
前記第1の電源バスバーと前記第1の接地バスバーは、対向して配置され、
前記第2の制御ユニットは、
前記第2の電機子巻線へ電流を供給する複数のスイッチング素子を有する第2のパワーモジュールと、
前記第2の電機子巻線の電流を平滑化する第2の平滑コンデンサと、
前記第2のパワーモジュールへの制御信号を出力する第2の演算回路と、
前記第2の演算回路を搭載する第2の制御基板と、
前記第2のパワーモジュールと外部コネクタとを電気的に接続する端子を有する第2のバスバーユニットと、
を備え、
前記第2のバスバーユニットは、
電源の正極側に接続される第2の電源バスバーと、
前記電源の負極側に接続される第2の接地バスバーと、
前記第2のパワーモジュールの出力端子に接続される第2の延長ターミナルと、
前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーと前記第2の延長ターミナルを保持する第2のバスバーホルダと、
を備え、
前記第2の電源バスバーと、前記第2の接地バスバーは、それぞれ、
前記第2のパワーモジュールの出力端子に接続される第2の端子部と、
前記第2のバスバーホルダの第1の面に対して垂直方向に折り曲げられた折り曲げ部と、を有し、
前記折り曲げ部は、前記第2の平滑コンデンサと前記第2のパワーモジュールとの間に配置され、
前記第2の電源バスバーと前記第2の接地バスバーは、対向して配置され、
少なくとも前記第1のバスバーユニットと前記第2のバスバーユニットを冷却するヒートシンクを備えている、
ことを特徴とするものである。
【0010】
さらに、本願に開示される電動パワーステアリング装置は、
前記駆動装置のうちの何れかの駆動装置を備え、
車両の運転者がステアリングシャフトに加えるステアリングトルクに対応するアシストトルクを前記駆動装置により発生し、
前記発生したアシストトルクを前記ステアリングシャフトに加えるように構成されている、
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0011】
本願に開示される駆動装置によれば、小型化が可能で、高い放熱性能を備えた駆動装置を得ることができる。
【0012】
また、本願に開示される電動パワーステアリング装置によれば、小型化が可能で、高い放熱性能を備えた駆動装置を有する電動パワーステアリング装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の全体回路図である。
実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の断面図である。
実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置を電源コネクタ側から見た要部透視図である。
実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置における、バスバーユニットの斜視図である。
実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置における、電源バスバーの斜視図である。
実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置における、接地バスバーの斜視図である。
実施の形態2による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の全体回路図である。
実施の形態2による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の断面図である。
実施の形態2による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の電源コネクタ側から見た要部透視図である。
実施の形態3による駆動装置、および電動パワーステアリング装置における、バスバーユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本願の実施の形態1および実施の形態2による駆動装置、および電動パワーステアリング装置について、図を参照にして説明する。尚、各図において同一または同様の構成部分については同じ符号を付している。
【0015】
実施の形態1.
図1は、実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の全体回路図である。図1において、実施の形態1による駆動装置1001は、電動パワーステアリング装置100に設けられており、被駆動体としてのステアリングシャフト(図示せず)を駆動するように構成されている。電動パワーステアリング装置100は、駆動装置1001と、運転者がステアリングシャフトに加える操舵トルクを検出するトルクセンサなどのセンサ類11とを備えている。電動パワーステアリング装置100は、車両の運転者がステアリングシャフトに加える操舵トルクをセンサ類11におけるトルクセンサにより検出し、検出した操舵トルクに対応するアシストトルクを駆動装置1001により発生し、発生したアシストトルクをステアリングシャフトに加えることで、運転者の操舵をアシストするように構成されている。
【0016】
駆動装置1001は、制御ユニット1と、被駆動体としてのステアリングシャフトに加える駆動力としてのアシストトルクを発生するモータユニット2と、第1の回転センサ20aと第2の回転センサ20bを備えている。モータユニット2は、互いに独立した第1の電機子巻線2aと第2の電機子巻線2bを備えている。制御ユニット1は、第1の電機子巻線2aの電流を制御する第1の制御ユニット1aと、第2の電機子巻線2bの電流を制御する第2の制御ユニット1bとにより構成されている。なお図中○印は、第1の制御ユニット1aと、第2の制御ユニット1bに設けられた接続端子を示す。
【0017】
第1の制御ユニット1aは、第1の制御回路としての第1の制御基板4aと、モータユニット2の第1の電機子巻線2aへ電流を供給する第1のインバータ回路を構成する第1のパワーモジュール5aと、第1の電源リレー用スイッチング素子6aと、第1のフィルタ7aを備えている。
【0018】
第1のパワーモジュール5aは、直列接続されたU相上アームスイッチング素子14UaとU相下アームスイッチング素子15Ua、直列接続されたV相上アームスイッチング素子14VaとV相下アームスイッチング素子15Va、および直列接続されたW相上アームスイッチング素子14WaとW相下アームスイッチング素子15Wa、からなる三相ブリッジ回路を備えている。
【0019】
また、第1のパワーモジュール5aは、U相モータリレー用スイッチング素子16Uaと、V相モータリレー用スイッチング素子16Vaと、W相モータリレー用スイッチング素子16Waと、U相シャント抵抗15Uaと、V相シャント抵抗15Vaと、W相シャント抵抗15Waと、U相平滑コンデンサ18Uaと、V相平滑コンデンサ18Vaと、W相平滑コンデンサ18Waと、を備えている。第1のパワーモジュール5aは、全体が樹脂によりモールディングされていてもよく、或いは複数個に分割されてそれぞれが樹脂によりモールディングされていてもよい。
【0020】
第1の電機子巻線2aのU相巻線U1とV相巻線V1とW相巻線W1とのうちの何れかに短絡故障若しくは断線故障などの故障が生じた場合、又は第1のパワーモジュール5aに何らかの故障が発生した場合には、後述する第1のCPU3aからの指令により、U相モータリレー用スイッチング素子16Uaと、V相モータリレー用スイッチング素子16Vaと、W相モータリレー用スイッチング素子16Waと、のうちの少なくとも何れかをオフとし、第1のパワーモジュール5aと第1の電機子巻線2aとの接続が切り離なされる。
【0021】
第1の制御基板としての第1の制御回路4aは、第1の演算回路としての第1のCPU(Central Processing Unit)3aと、第1の回転センサ20aとセンサ類11とから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して第1のCPU3aに入力する第1の入力回路12aと、外部のバッテリ8から入力されたバッテリ電圧から第1の制御基板4a内の電源電圧を生成する第1の電源回路10aと、第1の駆動回路13aを備える。
【0022】
第1の駆動回路13aは、第1のCPU3aからの指令に基づいて駆動信号を生成し、U相上アームスイッチング素子14Uaと、U相下アームスイッチング素子15Uaと、V相上アームスイッチング素子14Vaと、V相下アームスイッチング素子15Vaと、W相上アームスイッチング素子14Waと、W相下アームスイッチング素子15Waとに、生成した駆動信号を与え、これなどのスイッチング素子を開閉制御し、第1のパワーモジュール5aを、例えばPWM(Pulse Width Modulation)制御することで、モータユニット2の第1の電機子巻線2aに供給する電流を制御する。
【0023】
第1のフィルタ7aは、第1のパワーモジュール5aの各スイッチング素子のスイッチング時に発生するノイズを吸収する。第1の電源リレー用スイッチング素子6aは、第1のパワーモジュール5aの故障時、若しくはモータユニット2における第1の電機子巻線2aの故障時、或いはバッテリ8の故障時に、第1のCPU3aからの指令によりオフとなり、バッテリ8と第1のパワーモジュール5aとの接続を遮断する。
【0024】
第2の制御ユニット1bは、第2の制御基板としての第2の制御基板4bと、モータユニット2の第2の電機子巻線2bへ電流を供給する第2のインバータ回路を構成する第2のパワーモジュール5bと、第2の電源リレー用スイッチング素子6bと、第2のフィルタ7bを備えている。
【0025】
第2のパワーモジュール5bは、直列接続されたU相上アームスイッチング素子14UbとU相下アームスイッチング素子15Ub、直列接続されたV相上アームスイッチング素子14VbとV相下アームスイッチング素子15Vb、および直列接続されたW相上アームスイッチング素子14WbとW相下アームスイッチング素子15Wb、からなる三相ブリッジ回路を備えている。
【0026】
また、第2のパワーモジュール5bは、U相モータリレー用スイッチング素子16Ubと、V相モータリレー用スイッチング素子16Vbと、W相モータリレー用スイッチング素子16Wbと、U相シャント抵抗15Ubと、V相シャント抵抗15Vbと、W相シャント抵抗15Wbと、U相平滑コンデンサ18Ubと、V相平滑コンデンサ18Vbと、W相平滑コンデンサ18Wbと、を備えている。第2のパワーモジュール5bは、全体が樹脂によりモールディングされていてもよく、或いは複数個に分割されてそれぞれが樹脂によりモールディングされていてもよい。
【0027】
第2の電機子巻線2bのU相巻線U2とV相巻線V2とW相巻線W2とのうちの何れかに短絡故障若しくは断線故障などの故障が生じた場合、又は第2のパワーモジュール5bに何らかの故障が発生した場合には、後述する第2のCPU3bからの指令により、U相モータリレー用スイッチング素子16Ubと、V相モータリレー用スイッチング素子16Vbと、W相モータリレー用スイッチング素子16Wbと、のうちの少なくとも何れかをオフとし、第2のパワーモジュール5bと第2の電機子巻線2bとの接続が切り離なされる。
【0028】
第2の制御基板としての第2の制御基板4bは、第2の演算回路としての第2のCPU3bと、第2の回転センサ20bとセンサ類11とから入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して第2のCPU3bに入力する第2の入力回路12bと、外部のバッテリ8から入力されたバッテリ電圧から第2の制御基板4b内の電源電圧を生成する第2の電源回路10bと、第2の駆動回路13bを備える。
【0029】
第2の駆動回路13bは、第2のCPU3bからの指令に基づいて駆動信号を生成し、U相上アームスイッチング素子14Ubと、U相下アームスイッチング素子15Ubと、V相上アームスイッチング素子14Vbと、V相下アームスイッチング素子15Vbと、W相上アームスイッチング素子14Wbと、W相下アームスイッチング素子15Wbとに、生成した駆動信号を与え、これなどのスイッチング素子を開閉制御し、第2のパワーモジュール5bを、例えばPWM制御することで、モータユニット2の第2の電機子巻線2bに供給する電流を制御する。
【0030】
第2のフィルタ7bは、第2のパワーモジュール5bの各スイッチング素子のスイッチング時に発生するノイズを吸収する。第2の電源リレー用スイッチング素子6bは、第2のパワーモジュール5bの故障時、若しくはモータユニット2における第2の電機子巻線2bの故障時、或いはバッテリ8の故障時に、第2のCPU3bからの指令によりオフとなり、バッテリ8と第2のパワーモジュール5bとの接続を遮断する。
【0031】
以上のように構成された実施の形態1による駆動装置1001を備えた電動パワーステアリング装置100において、車両に搭載されたバッテリ8からの電源+Bと、車両の接地電位に相当する接地部位に接続される。イグニッションスイッチ9を閉じることにより、第1の制御基板4aの第1の電源回路10aを介して第1の制御ユニット1aに電源が投入され、同時に、第2の制御回路4bの第2の電源基板10bを介して第2の制御ユニット1bに電源が投入される。
【0032】
さらに、例えばハンドルの近傍に搭載された操舵トルクを検出するトルクセンサ、車両の走行速度を検出する速度センサなどの情報がセンサ類11から、第1の制御ユニット1aの第1の入力回路12aと第2の制御ユニット1bの第2の入力回路12bに、それぞれ入力される。
【0033】
センサ類11からの情報は、第1の制御基板4aの第1の入力回路12aを介して第1のCPU3aに伝達される。第1のCPU3aは、それらの情報からモータユニット2を回転させるための制御量である電流値を演算して出力する。第1のCPU3aからの出力信号は出力回路を構成する第1の駆動回路13aを介し第1のインバータ回路としての第1のパワーモジュール5aへ伝達される。すなわち、出力回路としての第1の駆動回路13aは、第1のCPU3aの指令信号を受け、第1のパワーモジュール5aの各スイッチング素子を駆動する駆動信号を各スイッチング素子へ出力する。第1のパワーモジュール5aは、モータユニット2の第1の電機子巻線2aの3相のU相巻線U1、V相巻線V1、W相巻線W1に対して同一の回路構成を有しており、各相巻線に独立に電流供給を行なうことができる。
【0034】
第1の駆動回路13aは小電流しか流れないため第1の制御基板4aに装着されているが、第1のインバータ回路としての第1のパワーモジュール5aに配置することもできる。
【0035】
また、U相シャント抵抗15Uaと、V相シャント抵抗15Vaと、W相シャント抵抗15Waの両端間の電位差、及び、例えばモータ巻線端子の電圧なども第1の入力回路12aに伝達され、これらの情報も第1のCPU3aに入力される。第1のCPU3aは、入力されたこれらの情報に基づいて演算した電流値と検出値との差異を演算し、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第1の電機子巻線2aに供給し、操舵力をアシストする。さらに、第1のCPU3aは、バッテリ8からの電源+Bと第1のパワーモジュール5aとの接続又は遮断を行なうリレーとして作動する第1の電源リレー用スイッチング素子6aの駆動信号も出力しており、この第1の電源リレー用スイッチング素子6aによりモータ自体への電流供給を遮断することができる。
【0036】
さらに、前述したようにU相モータリレー用スイッチング素子16Uaと、V相モータリレー用スイッチング素子16Vaと、W相モータリレー用スイッチング素子16Waが第1のパワーモジュール5aに配設されており、これなどのモータリレー用スイッチング素子により各相をそれぞれ遮断することができる。
【0037】
なお、第1の電源リレー用スイッチング素子6aは、大電流が流れるため発熱を伴うので、第1のパワーモジュール5aに包含させて、全体としてパワーモジュールとして構成することもできる。第1のパワーモジュール5aのPWM制御により放出されるノイズは、バッテリ8からの電源+Bと接地端子の近傍に配置されたコンデンサとコイルからなる第1のフィルタ7aにより抑制することができる。
【0038】
第1のCPU3aは、入力された各情報から、センサ類11のほか、第1の駆動回路13a、第1のパワーモジュール5a、第1の電機子巻線2aなどの異常を検出する異常検出機能を有し、これなどの異常を検出した場合、その異常に応じて、例えば所定の相のみの電流供給を遮断するために、当該相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子とモータリレー用スイッチング素子をオフにする。あるいは、電源自体を元から遮断するために第1の電源リレー用スイッチング素子6aをオフすることも可能である。
【0039】
一方、センサ類11からの情報は、第2の制御回路4bの第2の入力回路12bを介して第2のCPU3bに伝達される。第2のCPU3bは、それらの情報からモータユニット2を回転させるための制御量である電流値を演算して出力する。この出力信号は出力回路を構成する第2の駆動回路13bを介し第2のインバータ回路としての第2のパワーモジュール5bへ伝達される。すなわち、出力回路としての第2の駆動回路13bは、第2のCPU3bの指令信号を受け、第2のパワーモジュール5bの各スイッチング素子を駆動する駆動信号を各スイッチング素子へ出力する。第2のパワーモジュール5bは、モータユニット2の3相のU相巻線U1、V相巻線V1、W相巻線W1に対して同一の回路構成を有しており、各相巻線に独立に電流供給を行なうことができる。
【0040】
第2の駆動回路13bは小電流しか流れないため、第2の制御回路4bに装着されているが、第2のインバータ回路としての第2のパワーモジュール5bに配置することもできる。
【0041】
また、U相シャント抵抗15Ubと、V相シャント抵抗15Vbと、W相シャント抵抗15Wbの両端間の電位差、及び、例えばモータ巻線端子の電圧なども第2の入力回路12bに伝達され、これらの情報も第2のCPU3bに入力される。第2のCPU3bは、入力されたこれらの情報に基づいて演算した電流値と検出値との差異を演算し、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第2の電機子巻線2bに供給し、操舵力をアシストする。さらに、第2のCPU3bは、バッテリ8からの電源+Bと第2のパワーモジュール5bとの接続又は遮断を行なうリレーとして作動する第2の電源リレー用スイッチング素子6bの駆動信号も出力しており、この第2の電源リレー用スイッチング素子6bによりモータ自体への電流供給を遮断することができる。
【0042】
さらに、前述したようにU相モータリレー用スイッチング素子16Ubと、V相モータリレー用スイッチング素子16Vbと、W相モータリレー用スイッチング素子16Wbが第2のパワーモジュール5bに配設されており、これなどのモータリレー用スイッチング素子により各相をそれぞれ遮断することができる。
【0043】
なお、第2の電源リレー用スイッチング素子6bは、大電流が流れるため発熱を伴うので、第2のパワーモジュール5bに包含させて、全体としてパワーモジュールとして構成することもできる。第2のパワーモジュール5bのPWM制御により放出されるノイズは、バッテリ8からの電源+Bと接地端子の近傍に配置されたコンデンサとコイルからなる第2のフィルタ7bにより抑制することができる。
【0044】
第2のCPU3bは、入力された各情報から、センサ類11のほか、第2の駆動回路13b、第2のパワーモジュール5b、第2の電機子巻線2bなどの異常を検出する異常検出機能を有し、これなどの異常を検出した場合、その異常に応じて、例えば所定の相のみの電流供給を遮断するために、当該相の上アームスイッチング素子及び下アームスイッチング素子とモータリレー用スイッチング素子をオフにする。あるいは、電源自体を元から遮断するために第2の電源リレー用スイッチング素子6bをオフすることも可能である。
【0045】
第1のCPU3aと第2のCPU3bは,互いに情報を授受できるように通信ライン19により接続されており、異常検出した場合、その異常の内容も含めて相手方に送信するように構成されている。
【0046】
モータユニット2は、3相の2つの独立した第1の電機子巻線2aと第2の電機子巻線2bがそれぞれデルタ結線されたブラシレスモータである。モータユニット2が、このようにブラシレスモータであるため、ロータの回転位置を検出するための第1の回転センサ20aと第2の回転センサ20bが駆動装置1001に搭載されている。冗長系を確保するために、前述したように、第1の回転センサ20aと第2の回転センサ20bの2つのセンサがそれぞれ搭載されており、第1の回転センサ20aからの回転情報は、第1の制御基板4aの第1の入力回路12aに伝達され、第2の回転センサ20bからの回転情報は、第2の制御基板4bの第2の入力回路12bに伝達される。
【0047】
なお、モータユニット2は、3相デルタ結線のブラシレスモータでなくても、スター結線であってもよく、あるいは2極2対のブラシ付きモータであってもよい。また、巻線仕様は従来の装置と同様に、分布巻き、集中巻きも採用することができる。さらに、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つの電機子巻線のみであっても、2つ電機子巻線の協働であっても、所望のモータ回転数、トルクを出力できる構成であればよい。
【0048】
以上述べたように、実施の形態1による駆動装置、および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つの制御系を有する構成であり、冗長性を確保するように構成されている。
【0049】
図2は、実施の形態1による駆動装置、および電動パワーステアリング装置の断面図である。図2において、実施の形態1による駆動装置1001、および電動パワーステアリング装置100は、大別すると、制御ユニット1と、モータユニット2とから構成されている。モータユニット2は、前述のように、3相の2つの独立した第1の電機子巻線2aと第2の電機子巻線2bがそれぞれデルタ結線されたブラシレスモータであり、多相巻線モータである。制御ユニット1は、その軸心の延びる方向がモータユニット1の軸心の延びる方向と一致するように配置され、モータユニット2の反出力側の軸方向端部に固定されている。より具体的には、モータユニット2と制御ユニット1は、同一の外径寸法を有し、且つ同一の軸線上に整列するように配置されて相互に結合されて一体化されている。
【0050】
このようにモータユニット2と制御ユニット1とを一体化した駆動装置1001では、制御ユニット2の最大外形は、モータユニット2の最大外径と同などか、又は小さく形成されている必要がある。そこで、実施の形態1では、制御ユニット1の主要な構成部材を、軸心の延びる方向、すなわちモータユニット1の出力軸の延びる方向と平行に直立させた、いわゆる縦置き配置の構造を採用している。
(【0051】以降は省略されています)

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