CN109415084B - 电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

电动助力转向装置包括：直流电源；电动机；逆变器电路，该逆变器电路将从直流电源输出的直流电转换成交流电，并将转换后的交流电输出到电动机；及滤波器电路，该滤波器电路设置在直流电源与逆变器电路之间，且具有扼流线圈，扼流线圈具有：芯体；及包含并排卷绕于芯体的2根导体的1组以上的导体组，导体组中包含的2根导体的各导体的一个前端分别与直流电源侧连接，各导体的另一个前端分别与逆变器电路侧连接。

Description

电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及包括用于噪声对策的扼流线圈的电动助力转向(EPS；Electric PowerSteering)装置。
背景技术
作为现有的噪声滤波器而被利用的扼流线圈例如为将导电线卷绕于铁氧体制的芯体的构造，起到去除高频噪声的低通滤波器的作用。该扼流线圈串联地***于电源线，意图达到作为滤波器的功能。
在扼流线圈中要确保为了起到滤波器功能而需要的电感，研究了线圈的卷绕次数、磁路的形状、芯体的尺寸等，还根据负载使电流流过扼流线圈，因此，在基于额定通电电流研究该线圈的粗细的基础上，决定线圈的规格并将该线圈搭载于产品。此外，该线圈的两端通过熔接或焊接而连接到母线等的导电板、布线基板等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5777898号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
此处，出于近年来的强化失效保护设计的观点，扼流线圈部分的连接冗余化的要求变强。
作为故障模式，若在包含扼流线圈而构成的滤波器电路中发生断线，则会引起电源线的切断，因此，在电动助力转向装置中，不得不考虑辅助紧急停止的举动。为了避免该举动，要回避故障模式，实现可防止电源线的切断的冗余设计成为课题。
为了将扼流线圈的绕组、连接部等之类的滤波器电路的电流导通路径冗余化，可单纯考虑以下对策。即，可考虑如下对策：通过对扼流线圈必要部位准备2倍的线圈，将其并联连接，从而在线圈主体的绕组及布线连接部位中，对于一方线圈的断线，利用另一方的线圈来补足。
此处，假定将上述对策应用于具体设计的情况来进行研究。例如，若参照专利文献1所公开的装置，则现有的扼流线圈为常模线圈，在电流的上游及下游各***1个。若分别并联配置2个上述扼流线圈，则虽然达到冗余化的目的，但其专有面积必须为1个扼流线圈的情况的约2倍，难以包含在现有的装置内。
此外，在考虑作为电路动作的情况下，将2个特性相同的线圈并联连接的情况下的合成电感相对于原来的单体线圈的电感，下降到1/2倍。因而，若对于电感较大的线圈即大型的线圈不准备原来数量的2倍，则存在相对于原来的滤波器特性会导致劣化的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种能实现有效防止电源线的切断的冗余设计的电动助力转向装置。
解决技术问题的技术方案
本发明中的电动助力转向装置包括：直流电源；电动机；逆变器电路，该逆变器电路将从直流电源输出的直流电转换成交流电，并将转换后的交流电输出到电动机；及滤波器电路，该滤波器电路设置在直流电源与逆变器电路之间，且具有扼流线圈，扼流线圈具有：芯体；及包含并排卷绕于芯体的2根导体的1组以上的导体组，导体组中包含的2根导体的各导体的一个前端分别与直流电源侧连接，各导体的另一个前端分别与逆变器电路侧连接。
发明效果
根据本发明，可获得能实现有效防止电源线的切断的冗余设计的电动助力转向装置。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1中的电动助力转向装置的电路结构的整体电路图。
图2是表示本发明实施方式1中的扼流线圈的构造的立体图。
图3是表示本发明实施方式2中的扼流线圈的构造的立体图。
图4是表示本发明实施方式3中的扼流线圈的构造的剖视图。
图5是表示本发明实施方式4中的电动助力转向装置的电路结构的整体电路图。
图6是表示本发明实施方式4中的扼流线圈的构造的立体图。
具体实施方式
以下，利用附图，按照优选实施方式对本发明所涉及的电动助力转向装置进行说明。另外，在附图的说明中，对相同部分或相当部分标注相同标号，并省略重复说明。此外，在各实施方式中，举例示出将本发明应用于车辆用的电动助力转向装置的情况。一般而言，车辆用的电动助力转向装置的目的在于，通过经由减速齿轮利用电动机向转向装置提供辅助转矩，从而减轻驾驶员的转向力。
实施方式1.
图1是本发明实施方式1中的电动助力转向装置的电路结构的整体电路图。图1中的电动助力转向装置包括控制单元1、电动机2、电池6、点火开关7、传感器类8及旋转传感器9。
控制单元1包括：将从电池6输出的直流电转换成交流电并将交换后的交流电输出到电动机2的逆变器电路3；具有CPU10、驱动电路11、输入电路12及电源电路13的控制电路4；具有电容器14a及扼流线圈14b的滤波器电路14；以及电源继电器用开关元件5。
控制单元1分别连接有电池6、点火开关7、传感器类8及旋转传感器9。传感器类8例如由搭载于车辆的方向盘附近的对转向转矩进行检测的转矩传感器、对车辆的行驶速度进行检测的速度传感器等构成。
电池6为直流电源的一例，搭载于车辆。从电池6连接有作为电池电源线的+B线、作为接地线的GND线，利用点火开关7经由控制电路4的电源电路13接入电源。传感器类8将由转矩传感器检测出的转向转矩、由速度传感器检测出的车辆的行驶速度等信息输出到控制电路4。
通过滤波器电路14后的电源成为逆变器电路3的电流源。装置产生的噪声由滤波器电路14释放抑制。
从传感器类8输出的信息经由控制电路4的输入电路12传送到CPU10。CPU10根据从传感器类8获取的信息，计算并输出用于使电动机2旋转的控制量即电流值。由CPU10输出的电流值传送到由驱动电路11及逆变器电路3构成的输出电路。
输出电路中包含的驱动电路11从CPU10接收指令信号，按照该指令信号，输出作为驱动逆变器电路3的各开关元件31U、31V、31W、32U、32V、32W的驱动信号的PWM控制信号。另外，驱动电路11中仅流过小电流，因此，虽然驱动电路11配置于控制电路4，但也可将其配置于逆变器电路3。
逆变器电路3具有与电动机2的U相绕组、V相绕组、W相绕组对应的上桥臂用开关元件31U、31V、31W及下桥臂用开关元件32U、32V、32W、将与电动机绕组的布线进行连接及切断的电动机继电器用开关元件34U、34V、34W、及电流检测用的分流电阻33U、33V、33W、及噪声抑制用电容器30U、30V、30W。逆变器电路3相对于各相绕组具有相同的电路结构，可向各相绕组独立地进行电流供给。
在分流电阻33U、33V、33W的两端间的电位差的基础上，例如电动机绕组端子的电压等也被传送到输入电路12。这些信息也输入到CPU10，CPU10对运算出的电流值与该电流值所对应的检测值之差进行运算，进行所谓的反馈控制。其结果是，提供所期望的电动机电流，对转向力进行辅助。
作为将+B线与逆变器电路3的电源进行连接及切断的继电器进行动作的电源继电器用开关元件5的驱动信号也从驱动电路11输出。利用电源继电器用开关元件5，可切断向电动机2自身的电流供给。电动机继电器用开关元件34U、34V、34W也配置于逆变器电路3，可分别切断向电动机2的各相的电流供给。
CPU10具有根据输入的各信息，在传感器类8以外还检测驱动电路11、逆变器电路3、电动机绕组等的异常的异常检测功能。电动机2在检测出异常的情况下，根据该异常，例如为了切断向特定相的电流供给，将与该相对应的上下桥臂用开关元件及电动机继电器用开关元件关断。此外，CPU10为了从源头切断电源本身，也可将电源继电器用开关元件5关断。
电动机2作为将3相绕组进行三角接线的DC无刷同步电动机来举例示出。为了根据转子的旋转位置来适当决定通电至DC无刷同步电动机的3相电流，搭载有用于检测转子旋转位置的旋转传感器9。由旋转传感器9检测出的转子旋转位置的信息被传送到控制电路4的输入电路12。
另外，作为电动机2的接线方式，也可以是星形接线，而非三角接线。此外，作为电动助力转向装置所具备的电动机2，并不限于DC无刷同步电动机，也可利用各种电动机。例如，也可使电动机2设为使用感应电动机而省略旋转传感器9的结构，也可将电动机2设为带多对电刷的电动机。
接下来，对滤波器电路14进一步进行说明。滤波器电路14以防止控制单元1的特别是逆变器电路3的PWM控制所产生的噪声从本装置辐射到外部的方式被***。扼流线圈14b为+B线的噪声用，是被称为常模线圈的类型的线圈。电容器14a是被称为跨线电容器、或X电容器的类型的电容器。
包含这种电容器14a及扼流线圈14b而构成的滤波器电路14用于抑制辐射噪声，是被称为EMI(Electromagnetic Interference：电磁干扰)滤波器的类型的滤波器。
接下来，参照图2，对扼流线圈14b的构造的细节进行说明。图2是表示本发明实施方式1中的扼流线圈14b的构造的立体图。图2中的扼流线圈14b具有圆柱形的芯体14c、以及包含并排卷绕于芯体14c的导体14d及导体14e的1组导体组。即，扼流线圈14b具有将导体14d卷绕于芯体14c而构成的线圈及将导体14e卷绕于芯体14c而构成的线圈、即2个线圈。
另外，作为芯体14c，例如可利用铁氧体芯体。此外，作为导体14d及导体14e，例如可利用磁导线。
导体14d及导体14e并行且同时卷绕于芯体14c。各导体14d、14e的截面为圆形。各导体14d、14e的截面积与将1根导体卷绕于芯体14c而被使用时的该导体的截面积基本相同。
另外，将在芯体14c并排卷绕导体14d及导体14e而构成的线圈称为双重卷绕线圈，将在芯体14c卷绕1根导体而构成的线圈称为一重卷绕线圈。
各导体14d、14e的一个前端14d1、14e1分别与电池6侧连接，各导体14d、14e的另一前端14d2、14e2分别与逆变器电路3侧连接。
更具体而言，各导体14d、14e的一个前端14d1、14e1分别分离并延伸出来。同样地，各导体14d、14e的另一前端14d2、14e2也分别分离并延伸出来。对于这种2对4个前端部分别独立地连接滤波器电路14中所使用的导电线。
此处，考虑2对4个前端部各自与导电线的连接部位中任意1个部位因连接不良等而断线的情况。即使在这种情况下，也保留有2根导体14d、14e中的1根导体与滤波器电路14的导电线的连接。因而，可在不妨碍流向滤波器电路14的电流的流动的情况下确保控制的持续性，还可力图实现失效保护的提高。
另外，将在上述连接部位中任意1个部位因连接不良等而断线的情况下由保留与滤波器电路14的导电线的连接的1根导体构成的线圈称为残留线圈。
在双重卷绕线圈中，即使在上述连接部位中任意1个部位因连接不良等而断线之后，作用于芯体14c的残留线圈所形成的磁动势也与一重卷绕线圈为相同值。即，双重卷绕线圈的有效电感和残留线圈的电感可期待有相同值。因此，在双重绕组线圈中，即使在2根导体14d、14e中的1根导体断线的情况下，也不会使滤波器电路14的噪声去除效果减少。
这样，本实施方式1的扼流线圈14b的结构并不因多绕组化的线圈的一方的连接的断线而导致噪声去除效果的降低，与单纯使用2个现有的一重卷绕线圈的扼流线圈的结构相比，从安装性及断线故障后的噪声去除滤波特性的维持的观点来看大为有效。
以上，根据本实施方式1，电动助力转向装置的滤波器电路中包含的扼流线圈具有芯体、及包含并排卷绕于芯体的2根导体的1组导体组，导体组中包含的2根导体的各导体的一个前端分别与直流电源侧连接，各导体的另一前端分别与逆变器电路侧连接。
通过采用上述结构，可获得能实现有效防止电源线的切断的冗余设计的电动助力转向装置。即，即使在由2个线圈来构成扼流线圈的情况下，也可抑制线圈的专有面积的增大。
具体而言，使2对4个前端部分别独立地延伸，将2个线圈的功能汇总为1个，从而可达成扼流线圈的小型化。此外，即使构成扼流线圈的2个线圈中的一个线圈断线，也可利用另一个线圈来维持通电。
在构成扼流线圈的2个线圈分别为正常的连接状态的情况下，各线圈分别分担通电至扼流线圈的电流的1/2，在一个线圈断线的情况下，所有电流通电至另一个线圈。因而，即使在一个线圈断线的情况下，扼流线圈的电感也不受影响，作用于公共的磁路的磁通维持与正常的连接状态时相同的状态，可使滤波器电路的动作继续。
实施方式2.
本发明实施方式2中，参照图3对与之前的实施方式1不同地将形成为扁平状或板状的截面矩形形状的导体14d、14e卷绕于芯体14c而构成的扼流线圈14b进行说明。图3是表示本发明实施方式2中的扼流线圈14b的构造的立体图。另外，本实施方式2中，省略与之前的实施方式1的相同点的说明，以与之前的实施方式1的不同点为中心进行说明。
此处，之前的图2所示的双重卷绕线圈与一重卷绕线圈相比，芯体14c的长度需要约为2倍。因此，如图3所示，利用形成为扁平状或板状的截面矩形形状的导体14d、14e，将该导体14d及导体14e并排卷绕于芯体14c，从而构成扼流线圈14b。
此外，与之前的实施方式1同样，各导体14d、14e的一个前端14d1、14e1分别分离并延伸出来，同样地，各导体14d、14e的另一个前端14d2、14e2也分别分离并延伸出来。
图3所示的双重卷绕线圈构成为导体14d、14e保持与之前的图2所示的截面圆形的导体14d、14e相等的导体截面积、且其厚度更薄，从而可使芯体14c的长度与一重卷绕线圈相等。其结果是，可将扼流线圈14b的外形的增加抑制在必要最低限度，以不妨碍安装。
此处，考虑2对4个前端部各自与导电线的连接部位中任意1个部位因连接不良等而断线的情况。在这种情况下，残留线圈中有原来2倍的电流流过，且构成为上述那样，因此，沿着芯体14c的厚度方向，通电状态的导体及非通电状态的导体交替排列。因而，即使残留线圈中有原来2倍的电流流过，通电侧的线圈中产生的热量也传送至非通电侧的线圈，可促进该热量的散热。
这样，本实施方式2的扼流线圈14b的结构与单纯使用2个现有的一重卷绕线圈的扼流线圈的结构相比，具有容易确保对于因伴随着一个线圈的断线而向通电侧线圈的电流集中导致产生的温度上升的余量的优点。
以上，根据本实施方式2，相对于之前的实施方式1的结构，利用形成为扁平状的导体来构成扼流线圈，从而可进一步提高体积占有率以力图实现扼流线圈的小型化。此外，通过这样力图实现扼流线圈的小型化，可抑制向电动助力转向装置的控制器内搭载线圈所需空间的增大，在不使产品外形大型化的情况下，实现电动助力转向装置向车辆的搭载性的提高。
实施方式3.
本发明实施方式3中，参照图4对与之前的实施方式1、2的扼流线圈14b相比形状不同的扼流线圈14f进行说明。图4是表示本发明实施方式3中的扼流线圈14f的构造的剖视图。另外，本实施方式3中，省略与之前的实施方式1、2的相同点的说明，以与之前的实施方式1、2的不同点为中心进行说明。
此处，与之前的实施方式1、2的扼流线圈14b为开磁路类型的线圈构造相对，本实施方式3中的扼流线圈14f为闭磁路类型的线圈构造。
如图4所示，在扼流线圈14f的主体14g中内置有将截面椭圆状且被形成为扁平状的导体14h、14i并排卷绕而构成的2个线圈。主体14g由金属磁性材料成形。此外，由于导体14h、14i为扁平形状，因此，即使在主体14g中内置2个线圈，也可减小主体14g的厚度。
导体14h的两端部延伸出来，分别与端子14j、14k相连接。同样地，导体14i的两端部延伸出来，分别与端子14j、14k相连接。端子14j、14k分别由2个端子构成。这些端子例如分别连接到控制基板的布线图案。
这样，即使在使扼流线圈14f为闭磁路类型的线圈构造的情况下，通过将形成为扁平状的导体14h、14i沿较薄方向同时并排卷绕来构成线圈，从而也可力图实现扼流线圈的小型化。
此外，通过使导体14h、14i的截面积与卷绕1个导体而使用时的该导体的截面积基本相同，从而即使在2根导体14h、14i中的任一根发生断线的情况下，也可使与断线前相等的电流流过未断线的那根导体。因而，通过使用扼流线圈14f，可力图实现控制的持续性。
此外，对于发生上述断线的情况下的扼流线圈14f的噪声去除效果，也可期待与之前的实施方式2的扼流线圈14b同样的效果。对于发生上述断线的情况下的通电继续侧线圈的电流容量及温度上升的余量确保的观点，也是同样的。
以上，根据本实施方式3，相对于之前的实施方式1、2的结构，即使在将扼流线圈构成为闭磁路类型的线圈构造的情况下，也可获得与之前的实施方式1、2同样的效果。
实施方式4.
本发明实施方式4中，参照图5及图6对与之前的实施方式1不同而包括有滤波器电路15的电动助力转向装置进行说明。图5是表示本发明实施方式4中的电动助力转向装置的电路结构的整体电路图。图6是表示本发明实施方式4中的扼流线圈15a的构造的立体图。另外，本实施方式4中，省略与之前的实施方式1～3的相同点的说明，以与之前的实施方式1～3的不同点为中心进行说明。
图5中的电动助力转向装置相对于图1的结构，还包括设置在电池6与滤波器电路14之间的滤波器电路15。滤波器电路15具有扼流线圈15a和串联连接的2个电容器15g。另外，作为滤波器电路14中包含的扼流线圈14b的结构，可采用之前的实施方式1～3中的任意结构。
扼流线圈15a是被称为共模线圈的类型的线圈。电容器15g是被称为线路旁路电容器、或Y电容器的类型的电容器，2个电容器15g的连接部连接到车辆的车体接地。
此处，电动助力转向装置的电动机驱动电路中，由于需要大电流的控制，因此，作为电动机驱动电路、即PWM逆变器电路的构造设计，寻求耐受大电流的通电及散热、且考虑了搭载性的设计。因此，根据PWM逆变器电路的构造设计，泄漏到被引出至控制单元1的外部并准备用于与搭载于车辆的电池6的连接的+B线和GND线的噪声电流在常模为主的情况、共模为主的情况、或者需要对正常模式和共模均考虑对策的情况等下，因构造设计而受到很大影响。
在需要共模噪声的对策的情况下，对控制单元1的电源引入部追加共模的扼流线圈15a是有效对策的一个方案。共模线圈是具有如下构造的线圈：通过在形成闭磁路的磁路周围使2组线圈相对卷绕而成，从而进行磁耦合作用以使得共模电感增大，并消除常模电感。
接下来，参照图6说明扼流线圈15a的构造。扼流线圈15a具有由芯体15b1、15b2构成的芯体、及包含并排卷绕于该芯体的2根导体的2组导体组，2组导体组的各导体组以彼此相对的状态卷绕于该芯体。
具体而言，如图6所示，通过使一分为二的U字型的铁氧体制的芯体15b1、15b2进行接合，从而形成闭磁路。在接合的芯体15b1、15b2的一个腿部分并排卷绕有形成为扁平状或板状的1组导体15c、15d。同样地，在另一个腿部分并排卷绕有形成为扁平状或板状的1组导体15e、15f。
第1组导体组的各导体15c、15d的一个前端15c1、15d1分别与电池6侧连接，各导体15c、15d的另一个前端15c2、15d2分别与逆变器电路3侧连接。
更具体而言，在第1组的导体15c、15d中，一个前端15c1、15d1分别分离并延伸出来。同样地，另一个前端15c2、15d2也分别分离并延伸出来。这种2对4个前端部组装到导电线与+极性的连接部，分别独立地连接到电池6侧及逆变器电路3侧。
同样地，第2组导体组的各导体15e、15f的一个前端15e1、15f1分别与电池6侧连接，各导体15e、15f的另一个前端15e2、15f2分别与逆变器电路3侧连接。
更具体而言，在第2组的导体15e、15f中，一个前端15e1、15f1分别分离并延伸出来。同样地，另一个前端15e2、15f2也分别分离并延伸出来。这种2对4个前端部组装到导电线与GND极性的连接部，分别独立地连接到电池6侧及逆变器电路3侧。
通过这样构成，实现共模线圈的功能，且即使在2对4个前端部各自与导电线的连接部位中任意1个部位因连接不良等而断线之后，也利用残留线圈来维持与电路的电连接。因而，可在不妨碍电流的流动的情况下确保控制的持续性，还可力图实现失效保护的提高。
即使在1个线圈断线的情况下，作用于芯体15b1、15b2的残留线圈所形成的磁动势也可维持与正常连接时相同的状态。因而，可在不妨碍作为共模线圈的动作的情况下维持去除噪声的功能。
这样，本实施方式4的扼流线圈15a的结构并不因多绕组化的线圈的一方的连接的断线而导致噪声去除效果的降低，与单纯使用2个现有的一重卷绕线圈的扼流线圈的结构相比，从安装性及断线故障后的噪声去除滤波特性的维持的观点来看大为有效。
另外，本实施方式4中，举例示出了包括滤波器电路14及滤波器电路15双方而构成控制单元1的情况，但并不限于此，也可仅包括滤波器电路15而省略滤波器电路14来构成控制单元1。采用滤波器电路14及滤波器电路15双方、或仅采用它们中的一方可根据电动助力转向装置的规格来适当选择。
以上，根据本实施方式4，电动助力转向装置的滤波器电路中包含的扼流线圈具有芯体、及包含并排卷绕于芯体的2根导体的2组导体组，导体组中包含的2根导体的各导体的一个前端分别与直流电源侧连接，各导体的另一个前端分别与逆变器电路侧连接。此外，2组导体组的各导体组以彼此相对的状态卷绕于芯体。
通过采用上述结构，即使扼流线圈为共模线圈，也可得到与之前的实施方式1、2同样的效果。
另外，对本实施方式1～4分别进行了说明，但本实施方式1～4各自公开的结构例可任意进行组合。

Claims (4)

1.一种电动助力转向装置，其特征在于，包括：
直流电源；
电动机；
逆变器电路，该逆变器电路将从所述直流电源输出的直流电转换成交流电，并将转换后的所述交流电输出到所述电动机；及
滤波器电路，该滤波器电路设置在所述直流电源与所述逆变器电路之间，且具有扼流线圈，
所述扼流线圈具有：
芯体；及
包含并排卷绕于所述芯体的2根导体的1组以上的导体组，
所述导体组中包含的所述2根导体的各导体的一个前端分别与所述直流电源侧的相同端子连接，各导体的另一个前端分别与所述逆变器电路侧的相同端子连接。
2.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述扼流线圈为常模线圈，
所述扼流线圈具有1组导体组以作为所述1组以上的导体组。
3.如权利要求1所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述扼流线圈为共模线圈，
所述扼流线圈具有2组导体组以作为所述1组以上的导体组，
所述2组导体组的各导体组以彼此相对的状态卷绕于所述芯体。
4.如权利要求1至3的任一项所述的电动助力转向装置，其特征在于，
所述导体形成为扁平状。
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