JP2017189034A - 駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コネクタ75〜78は、第1基板21または第2基板22と接続される端子755〜758、765〜768を有し、基板21、22を挟んでモータ部10と反対側に設けられる。第1基板21において、モータ部10の軸方向に投影したとき、第2基板と重複しない非重複領域RM1、RT1が2つ以上ある。領域RT1はコネクタ端子755〜758と接続されるコネクタ接続領域であり、領域RM1は巻線組と相毎に接続されるモータ線115、125と接続されるモータ線接続領域である。また、第2基板22の領域RT2はコネクタ端子765〜768と接続されるコネクタ接続領域であり、領域RM2はモータ線125と接続されるモータ線接続領域である。これにより、配線スペースを抑制可能である。
【選択図】 図6
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の基板を有する構成において、配線スペースを抑制可能な駆動装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
モータ部は、複数の巻線組(11、12)を有する。
基板には、巻線組の通電切替に係るスイッチング素子(301〜306、401〜406)、および、モータ部の駆動制御に係る制御部品(51、52、56、57)が実装され、モータ部の軸方向の一方側に設けられる。
コネクタは、1つの基板と接続されるコネクタ端子(755〜758、765〜768、855、856、865、866)を有し、複数の基板を挟んでモータ部と反対側に設けられる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図6に示す。
図1に示すように、駆動装置1は、運転者によるステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置108に適用される。駆動装置1は、回転電機としてのモータ部10と、モータ部10の駆動制御に係るコントローラ部20とが一体に形成される。図1では、コントローラ部20を「ECU」と記載した。
モータ部10は、三相ブラシレスモータであって、図示しないステータに巻回される2組の巻線組11、12を有する。第1巻線組11は、U1コイル111、V1コイル112、および、W1コイル113を有する。第2巻線組12は、U2コイル121、V2コイル122、および、W2コイル123を有する。ここで、第1巻線組11の各相に流れる電流を、相電流Iu1、Iv1、Iw1、第2巻線組12の各相に流れる電流を、相電流Iu2、Iv2、Iw2とする。
第1インバータ30は、第1巻線組11の電力を変換するものであって、6つのスイッチング素子301〜306がブリッジ接続されている。以下、「スイッチング素子」を「SW素子」と記す。本実施形態のSW素子301〜306は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等としてもよい。後述のSW素子401〜406、および、リレー32、33、42、43等も同様である。
SW素子304〜306の低電位側には、相電流Iu1、Iv1、Iw1を検出するための第1電流センサ31が設けられる。第1電流センサ31は、各相に設けられる電流検出素子311〜313を有する。本実施形態の電流検出素子311〜313は、シャント抵抗であるが、ホール素子等を用いてもよい。後述の電流検出素子411〜413も同様である。
第1逆接保護リレー33は、第1電源リレー32と第1インバータ30との間に設けられる。第1逆接保護リレー33は、寄生ダイオードの向きが第1電源リレー32と逆向きとなるように接続される。これにより、第1バッテリ39が逆向きに接続された場合に逆向きの電流が流れるのを防ぐ。
第2インバータ40は、第2巻線組12の電力を変換するものであって、6つのSW素子401〜406がブリッジ接続されている。
SW素子401〜403が高電位側に配置され、SW素子404〜406が低電位側に配置される。対になるU相のSW素子401、404の接続点には、U2コイル121の一端が接続される。対になるV相のSW素子402、405の接続点には、V2コイル122の一端が接続される。対になるW相のSW素子403、406の接続点には、W2コイル123の一端が接続される。
SW素子404〜406の低電位側には、第2電流センサ41が設けられる。第2電流センサ41は、各相に設けられる電流検出素子411〜413を有する。
第2電源リレー42、第2逆接保護リレー43、第2チョークコイル45、および、第2コンデンサ46の詳細は、第1電源リレー32、第1逆接保護リレー33、第1チョークコイル35、および、第1コンデンサ36と同様であるので、説明を省略する。なお、電源リレー32、42がメカリレーであれば、逆接保護リレー33、43は省略可能である。
第1マイコン51は、第1電流センサ31、回転センサ60、および、トルクセンサ103(図1参照。)の検出値等に基づき、第1インバータ30のSW素子301〜306、リレー32、33のオンオフ作動を制御する制御信号を生成する。
第2マイコン52は、第2電流センサ41、回転センサ60、および、トルクセンサ103(図1参照。)の検出値等に基づき、第2インバータ40のSW素子401〜406、リレー42、43のオンオフ作動を制御する制御信号を生成する。
センサ部61、62は、それぞれ、後述するマグネット16の回転に伴って変化する磁束を検出するセンサ素子、センサ素子の検出信号をデジタル変換するA/D変換部、および、A/D変換された値である検出値に基づいて各種演算を行う演算部等を有するICである。演算部は、検出値に基づいてモータ部10の回転角度を演算する機能、および、モータ部10の回転回数を演算する機能を有し、回転角度に係る情報、および、回転回数に係る情報を含む出力信号をマイコン51、52に出力する。本実施形態では、第1センサ部61の検出値に応じた出力信号が第1マイコン51に出力され、第2センサ部62の検出値に応じた出力信号が第2マイコン52に出力される。システム停止時においてもモータ部10の回転回数のカウントを継続することで、モータ部10の回転角度および回転回数に基づき、ステアリングホイール101の回転角度であるステアリング角を適切に演算可能である。これにより、ステアリング角を検出するステアリングセンサを省略可能である。
バッテリ39、49の正極側には、それぞれ、ヒューズ38、48が設けられる。
図2中では、電源端子を「電源1」、「電源2」、グランド端子を「GND1」、「GND2」、トルク信号端子を「trq1」、「trq2」、車両信号端子を「CAN1」、「CAN2」と記載する。
図4に示すように、モータ部10は、ステータ、ロータ、および、シャフト15等を備える。ステータには、巻線組11、12が巻回され、モータケース17の内側に固定される。ロータは、ステータに対して相対回転可能に設けられる。ロータの軸中心には、シャフト15が固定される。これにより、シャフト15とロータとが一体となって回転する。
また、シャフト15のコントローラ部20側の端部には、シャフト15と一体に回転するマグネット16が設けられる。
フレーム部材18は、ステータおよびロータのコントローラ部20側に設けられ、例えば圧入等により、モータケース17の径方向内側に固定される。本実施形態では、モータケース17およびフレーム部材18が、モータ部10の外郭をなしている。フレーム部材18には、シャフト15が挿通され、マグネット16がコントローラ部20側に露出する。
第2巻線組12の各相のコイル121〜123は、それぞれモータ線125と接続される。モータ線125は、フレーム部材18に形成される図示しないモータ線挿通孔に挿通されてコントローラ部20側に取り出され、第2基板22と接続される。
ここで、第1基板21および第2基板22は、ヒートシンク80を挟んだ状態にて、モータ部10の軸線を延長した仮想線に対して垂直に積層されている、と捉えることもできる。ここでいう「垂直」とは、厳密に垂直であることに限らず、組み付け誤差程度は許容されるものとする。
第1基板21の第1面211には、SW素子301〜306、電流検出素子311〜313(図4では不図示)、および、第1集積回路56等が実装される。第2基板22の第1面221には、SW素子401〜406、電流検出素子411〜413(図4では不図示)、および、第2集積回路57等が実装される。図4では、SW素子301〜306、401〜406のうち、SW素子301、302、401、402が表れているものとして記載した。
第2基板22の第2面222には、第2チョークコイル45(図4中では不図示)、第2コンデンサ46、および、第2マイコン52が実装される。
なお、模式的な側面図である図5では、制御部品およびコネクタユニット等を省略して記載した。後述の図7も同様である。
カバー部71は、略有底筒状に形成され、筒部711、および、コネクタ形成部715を有する。筒部711の先端部712は、モータケース17の筒部171に形成される溝部172に挿入され、接着剤等で固定される。
給電部751は、第1バッテリ39およびグランドとの接続に用いられる。給電部761は、第2バッテリ49とグランドとの接続に用いられる。センサ接続部752、762はトルクセンサ103との接続に用いられ、CAN接続部753、763は、CANとの接続に用いられる。
それぞれ、バッテリ39、49、トルクセンサ103およびCANと接続されるコネクタを複数設けることで、接続される一部の配線が外れたり、断線したりした場合にも、少なくとも一方のマイコン51、52における処理を継続可能である。
第2コネクタ76の給電部761には、電源端子765およびグランド端子766が設けられる。センサ接続部762にはトルク信号端子767が設けられ、CAN接続部763には車両信号端子768が設けられる。第2コネクタ76の端子765〜768は、第2基板22と接続される。
本実施形態では、端子755〜758、765〜768が、「コネクタ端子」に対応する。
上述の通り、第1巻線組11と接続されるモータ線115、および、第1コネクタ75の端子755〜758は、第1基板21と接続される。第2巻線組12と接続されるモータ線125、および、第2コネクタ76の端子765〜768は、第2基板22と接続される。
第1基板21の非重複領域RM1は、モータ線115と接続されるモータ線接続領域であり、非重複領域RT1は、第1コネクタ75の端子755〜758と接続されるコネクタ接続領域である。領域RM1と領域RT1とは、重複領域RDにて離隔されている。
また、第2基板22の非重複領域RM2は、モータ線125と接続されるモータ線接続領域であり、非重複領域RT2は、第2コネクタ76の端子765〜768と接続されるコネクタ接続領域である。領域RM2と領域RT2とは、重複領域RDにて離隔されている。
基板21、22と端子755〜758、765〜768との接続箇所には、ばね端子26が設けられる。ばね端子26は、銅等の導電性の材料にて、挿通される端子に応じた大きさに形成される。第1基板21において、ばね端子26は、コネクタ75、76側の面である第1面211側に設けられる。第2基板22において、ばね端子26は、コネクタ75、76側の面である第2面222に設けられる。ばね端子26は、端子755〜758、765〜768が挿通されることで弾性変形し、挿通される端子755〜758、765〜768と当接する。また、ばね端子26の基板21、22側の端部は、挿通される端子に応じた配線パターンと電気的に接続される。
端子755〜758、765〜768、717と基板21、22とをばね端子26を用いて接続することで、各端子と基板21、22とを接続するためのはんだ付け等の工程を省略することができる。
モータ部10は、複数の巻線組11、12を有する。
基板21、22には、巻線組11、12の通電切替に係るスイッチング素子301〜306、401〜406、ならびに、モータ部10の駆動制御に係る制御部品であるマイコン51、52および集積回路56、57が実装され、モータ部10の軸方向の一方側に設けられる。
第1コネクタ75は、第1基板21と接続される端子755〜758を有し、基板21、22を挟んでモータ部10と反対側に設けられる。第2コネクタ76は、第2基板22と接続される端子765〜768を有し、基板21、22を挟んでモータ部10と反対側に設けられる。
本実施形態では、2枚の基板21、22が設けられ、モータ部10の軸方向から見たとき、一方の基板21が他方の基板22に対して90°回転した状態にて配置される。これにより、モータシルエット内のスペースを有効に利用することができる。
最もモータ部10側に配置される第1基板21には、回転センサ60が実装される。これにより、モータ部10の回転を適切に検出することができる。
第1基板21と第2基板22との間には、ヒートシンク80が設けられる。スイッチング素子301〜306、401〜406の少なくとも一部は、基板21、22のヒートシンク80側の面である第1面211、221に実装され、ヒートシンク80に放熱可能に配置される。これにより、スイッチング素子301〜306、401〜406により発生する熱を、ヒートシンク80に適切に放熱させることができる。
第2基板22は、他方の巻線組12と接続されるモータ線125と接続され、当該巻線組12の通電制御に係るスイッチング素子401〜406、第2マイコン52および第2集積回路57が実装される。
駆動装置1を電動パワーステアリング装置108に適用することで、コネクタや基板が複数設けられる構成における配線スペースの増大を防ぐことができる。これにより、小型化と冗長性との両立が可能となる。
本発明の第2実施形態を図7に示す。図7は、第1実施形態の図5と対応する図である。
図7に示すように、駆動装置2では、第1実施形態にて、第1基板21の第1面211に実装される部品を第2面212実装し、第2面212に実装される部品を第1面211に実装する。すなわち、SW素子301〜306は、第1基板21の第2面212に実装される。SW素子301〜306は、フレーム部材18に放熱可能に設けられる。すなわち本実施形態では、フレーム部材18をヒートシンクとして機能させている。換言すると、フレーム部材18は、モータ部10の外郭としての機能と、ヒートシンクとしての機能を兼ね備えている。
SW素子301〜306に加え、電流検出素子311〜313および第1集積回路56等についても、フレーム部材18に放熱可能なように設けてもよい。なお、第2基板22に実装されるSW素子401〜406等は、第1実施形態と同様、ヒートシンク80に放熱可能に設けられる。
なお、モータ線115、125および端子755〜758、765〜768と、基板21、22との接続等については、上記実施形態と同様である。
これにより、基板21、22のレイアウトを共通にできるので、部品種類を低減することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第3実施形態を図8に示す。
上記実施形態では、給電部、センサ接続部およびCAN接続部が一体となっているのに対し、本実施形態の駆動装置3では、給電コネクタ85、86と、信号コネクタ87とが別々に設けられている。
第1給電コネクタ85には、電源端子855およびグランド端子856が形成される。電源端子855およびグランド端子856は、第1実施形態と同様、非重複領域RT1にて、第1基板21と接続される。
第2給電コネクタ86には、電源端子865およびグランド端子866が形成される。電源端子865およびグランド端子866は、第1実施形態と同様、非重複領域RT2にて、第2基板22と接続される。
本実施形態では、給電コネクタ85、86が「コネクタ」に対応し、端子855、856、865、866が「コネクタ端子」に対応する。
1つのトルク信号端子877を2つの基板21、22に接続することで、同一の信号を基板21、22に伝達することができる。車両信号端子878についても同様である。
なお、基板21、22における電子部品の実装箇所は、第1実施形態のようであってもよいし、第2実施形態のようであってもよい。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
第4実施形態および第5実施形態では、基板21、22の位置決めのための構成を中心に説明する。第4実施形態および第5実施形態の位置決めのための構成は、どの実施形態のものと組み合わせてもよい。また、第4実施形態および第5実施形態に係る図9および図10は、いずれも模式的な側面図であって、ばね端子や基板21、22に実装される電子部品等の記載を省略している。
図9に示すように、フレーム部材180には、基板21、22を固定する図示しない基板固定部とは別途に、位置決めのためのボス部188が形成される。ボス部188は、フレーム部材180からコントローラ部20側に突出し、柱状に形成される。
第1基板21には、ボス部188が挿通される位置決め孔218が形成される。第2基板22には、ボス部188が挿通される位置決めのための位置決め孔228が形成されるる。ボス部188が位置決め孔218、228に挿通されることで、基板21、22が位置決めされる。これにより、各端子をばね端子26に適切に挿通することができる。なお、基板21、22の軸方向における位置は、ボス部188とは別途に設けられる基板固定部等にて決められる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第5実施形態を図10に示す。
図10に示すように、ヒートシンク82には、位置決め治具を挿入するための治具挿通孔829が形成される。また、基板21、22において、治具挿通孔829に対応する箇所には、治具挿通孔219、229が形成される。本実施形態では、基板21、22およびヒートシンク82に治具挿通孔219、229、829が設けられているので、治具挿通孔219、229、829に挿通可能な位置決め治具Jを用いることで、基板21、22の位置決めが可能である。これにより、各端子をばね端子26に適切に挿通することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(ア)系統数
上記実施形態では、巻線組が2組設けられ、巻線組毎にSW素子および制御部品が設けられる。他の実施形態では、巻線組の数は、3組以上であってもよい。また、SW素子および制御部品を3組以上設けてもよい。
上記実施形態では、2枚の基板が設けられる。他の実施形態では、3枚以上の基板を設けてもよい。上記実施形態では、各基板に2箇所の非重複領域が設けられる。他の実施形態では、各基板の非重複領域は、3箇所以上であってもよい。上記実施形態では、2つの非重複領域のうちの一方がコネクタ接続領域であり、他方がモータ線接続領域である。他の実施形態では、コネクタ接続領域およびモータ線接続領域の少なくとも一方が複数あってもよい。また、コネクタ接続領域またはモータ線接続領域ではない非重複領域があってもよい。
上記実施形態では、同一形状の2枚の基板を90°回転させることで、非重複領域を設ける。他の実施形態では、複数の基板の回転角度は、非重複領域を形成可能な角度であれば、90°以外であってもよい。また、複数の基板の形状が異なっていてもよい。
上記実施形態では、端子と基板とは、略垂直となるように接続される。他の実施形態では、接続端子は、複数の基板に対して斜めに挿通されていてもよい。モータ線と基板との接続についても同様である。
上記実施形態では、内部信号端子は、回転センサの検出値の伝達に用いられる。他の実施形態では、内部信号端子は、回転センサの検出値以外の情報を基板間にて伝達するのに用いてもよい。
上記実施形態では、制御部品は、マイコンおよび集積回路の2つのパッケージが系統ごとに設けられる。他の実施形態では、制御部品は、系統ごとに1つのパッケージであってもよいし、3つ以上のパッケージであってもよい。また、集積回路部に含まれるプリドライバ、信号増幅部、および、レギュレータの一部を省略してもよい。また、少なくとも一部の制御部品を複数の系統に共通で用いるようにしてもよい。
第1実施形態等では、回転センサは、2つのセンサ部を有する。他の実施形態では、回転センサのセンサ部は、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。上記実施形態では、1つのセンサ部に、回転角度を演算する機能、および、回転回数を演算する機能を有する。他の実施形態では、回転回数を演算する機能を省略してもよい。
上記実施形態では、コネクタユニットには、2または3のコネクタが設けられる。他の実施形態では、コネクタユニットのコネクタ数は、4以上であってもよい。上記実施形態では、コネクタは、間口がモータ部と反対側に開口しており、ハーネス等が軸方向に挿入される。他の実施形態では、コネクタの間口の開口方向は、軸方向側に限らず、例えば径方向外側に開口し、径方向外側からハーネス等が挿入されるようにしてもよい。また、コネクタ数は、いくつであってもよい。
上記実施形態のコネクタユニットは、カバー部とコネクタとが一体に形成される。他の実施形態では、カバー部とコネクタとを別体としてもよい。
上記実施形態では、モータ部は三相ブラシレスモータである。他の実施形態では、モータ部は、三相ブラシレスモータに限らず、どのようなモータであってもよい。また、モータ部は、モータ(電動機)に限らず、発電機であってもよいし、電動機および発電機の機能を併せ持つ所謂モータジェネレータであってもよい。
上記実施形態では、駆動装置は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、駆動装置を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
10・・・モータ部
11、12・・・巻線組
115、125・・・モータ線
21、22・・・基板
301〜306、401〜406・・・スイッチング素子
51、52・・・マイコン(制御部品) 56、57・・・集積回路(制御部品)
75、76、85、86・・・コネクタ
755〜758、765〜768、855、856、865、866・・・端子(コネクタ端子)
Claims (9)
- 複数の巻線組(11、12)を有するモータ部(10)と、
前記巻線組の通電切替に係るスイッチング素子(301〜306、401〜406)、および、前記モータ部の駆動制御に係る制御部品(51、52、56、57)が実装され、前記モータ部の軸方向の一方側に設けられる複数の基板(21、22)と、
1つの前記基板と接続されるコネクタ端子(755〜758、765〜768、855、856、865、866)を有し、複数の前記基板を挟んで前記モータ部と反対側に設けられる複数のコネクタ(75、76、85、86)と、
を備え、
前記基板において、
前記モータ部の軸方向に投影したとき、他の前記基板と重複しない非重複領域が2つ以上あり、前記非重複領域のうちの少なくとも1つは、前記コネクタ端子と接続されるコネクタ接続領域であり、前記コネクタ接続領域以外の前記非重複領域のうちの少なくとも1つは、前記巻線組と相毎に接続されるモータ線(115、125)と接続されるモータ線接続領域である駆動装置。 - 複数の前記基板は、同一形状である請求項1に記載の駆動装置。
- 前記基板は、2枚であって、前記モータ部の軸方向から見たとき、一方の前記基板が他方の前記基板に対して90°回転した状態にて配置される請求項1または2に記載の駆動装置。
- 最も前記モータ部側に配置される前記基板には、回転センサ(60)が実装される請求項1〜3のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 前記基板は、2枚であって、前記モータ部側の前記基板を第1基板(21)、前記コネクタ側の前記基板を第2基板(22)とすると、
前記第1基板と前記第2基板との間には、ヒートシンク(80、82)が設けられ、
前記スイッチング素子の少なくとも一部は、前記基板の前記ヒートシンク側の面に実装され、前記ヒートシンクに放熱可能に配置される請求項1〜4のいずれか一項に記載の駆動装置。 - 前記巻線組は、2組であって、
前記第1基板は、一方の前記巻線組(11)と接続される前記モータ線(115)と接続され、当該巻線組の通電制御に係る前記スイッチング素子(301〜306)および前記制御部品(51、56)が実装され、
前記第2基板は、他方の前記巻線組(12)と接続される前記モータ線(125)と接続され、当該巻線組の通電制御に係る前記スイッチング素子(401〜406)および前記制御部品(52、57)が実装される請求項5に記載の駆動装置。 - 前記第1基板に実装される前記スイッチング素子は、前記モータ部の軸方向の前記一方側の外郭をなすフレーム部材(18)に放熱可能に配置され、
前記第2基板に実装される前記スイッチング素子は、前記ヒートシンクに放熱可能に配置される請求項5または6に記載の駆動装置。 - 前記基板には、端子(755〜758、765〜768、855、856、865、866、877、878、717)が挿通された状態にて弾性変形して当該端子と当接しているばね端子(26)が設けられる請求項1〜7のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の駆動装置(1〜3)と、
運転者による操舵部材(101)の操舵を補助するための補助トルクを出力する前記モータ部の動力を駆動対象(102)に伝達する動力伝達部(109)と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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