JP5250329B2 - 電動パワーステアリング用制御装置および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング用制御装置および電動パワーステアリング装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング用制御装置とモータは、車種に応じた車両搭載位置に柔軟に対応するため、小型化することが求められる。この要求に対応するためにモータと電動パワーステアリング用制御装置を一体化した電動パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−３０６５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング制御装置は、単にモータと電動パワーステアリング用制御装置を一体化しただけのもので、電動パワーステアリング用制御装置自体が十分に小型化されていない。従って、車種に応じた車両搭載位置に柔軟に対応するために小型化するということに、必ずしも十分に答えていない。

請求項１の発明は、電動機を一体に保持する電動パワーステアリング用制御装置に適用され、電動機を駆動するスイッチング素子を実装するパワー基板と、パワー基板と対向配置され、スイッチング素子に制御信号を伝達し、該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御基板と、電源から直流電流が供給され、該直流電流をスイッチング素子に供給する直流電流系導体と、直流電流系導体と電気的に接続された平滑コンデンサとを備え、直流電流系導体と平滑コンデンサは、パワー基板と制御基板との間に配置され、パワー基板は、一方の端部に直流入力端子を備え、他方の端部に交流出力端子を備え、直流電流系導体は、一方の端部に電源からの入力端子を備え、他方の端部に直流出力端子を備え、平滑コンデンサは、直流電流系導体の入力端子と直流出力端子との間において直流電流系導体に取り付けられ、パワー基板と直流電流系導体は、パワー基板の直流入力端子と直流電流系導体の直流出力端子とを電源系リード端子を介して接続することにより、対向するように配置されることを特徴とするものである。
請求項１１の発明は、電動パワーステアリング装置に適用され、請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置と、電動パワーステアリング用制御装置に一体に保持される電動機とを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、小型で信頼性の高い電動パワーステアリング用制御装置および電動パワーステアリング装置を得る事ができる。

以下、図１〜図１２を用いて、本発明の実施形態による電動パワーステアリング用制御装置および電動パワーステアリング装置を説明する。図１〜９は、モータの駆動を制御する電動パワーステアリング用制御装置の構造および動作を説明する図であり、図１０は、電動パワーステアリング用制御装置の組立について説明する図であり、図１１は、電動パワーステアリング用制御装置をモータに搭載する状態を示す図であり、図１２は電動パワーステアリングの装置を説明する図である。

最初に、図１〜図３を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の構造について説明する。図１は本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の構造を示す分解斜視図であり、図２は、電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０と制御モジュール２２０の構造を示す側面図であり、図３は、パワーモジュール２１０の斜視図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング用制御装置（以下、モータ制御装置とも言う）２００は、ＤＣ導体モジュール２３０、ＡＣ導体モジュール２３１、パワーモジュール２１０、制御モジュール２２０、カバー２５０、金属製筐体２４０、とを備えている。

ＤＣ導体モジュール２３０は、電力線となるバスバ２３０Ｂ、バッテリＢＡ（図４）から電力が供給される電源端子台２３０ＰＣ、信号線となるリードフレーム２３０ＬＦが樹脂によりモールド成形されており、バスバ２３０Ｂおよび電源端子台２３０ＰＣは一体成形されている。また、ＤＣ導体モジュール２３０には、ノーマルフィルタＮＦや電解コンデンサＣ１などのフィルタ素子や、回路保護用のリレーＲＹ１や、モータ１００の駆動電力を授受する電解コンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４が取り付けられている。これらの素子とバスバ２３０Ｂは、ＴＩＧ溶接（アーク溶接）により固定される。

ＡＣ導体モジュール２３１は、電力線となるバスバ２３１Ｂが、モータ１００へ電力を供給するモータ端子台２３１ＳＣと一体成形されている。

パワーモジュール２１０は、金属ベース上に絶縁層を介して配線パターンが形成され、その上に、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子ＳＳＷや抵抗体からなるインバータが取り付けられている。パワーモジュール２１０には、複数の信号用リードフレームＳＬＦおよびパワーリードフレーム２３０ＢＤＣ（図４の２３０ＢＰ、２３０ＢＮ）、２３０ＢＡＣ（図４の２３０ＢＵ、２３０ＢＶ、２３０ＢＷ）を取り付ける信号用端子、直流入力用端子、交流出力用端子が設けられ、各リードフレームの一端が半田付けにより固定されている。

信号用リードフレームＳＬＦは、パワーモジュール２１０と制御モジュール２２０を電気的に接続するために用いられる。パワーリードフレーム２３０ＢＤＣ、２３０ＢＡＣは、それぞれ、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０のバスバ２３０Ｂおよびパワーモジュール２１０とＡＣ導体モジュール２３１のバスバ２３１Ｂを電気的に接続するために用いられる。

制御モジュール２２０は、プリント基板上にＣＰＵや、ドライバ回路や昇圧回路などの複数の機能を集積したカスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）などが取り付けられている。図１の状態では、基板の下側の面に、ＣＰＵやカスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）などが取り付けられている。また、制御モジュール２２０には、信号コネクタ２２０Ｃが取り付けられている。

金属製筐体２４０は、パワーモジュールを接続するための放熱面２４０Ｐと、支柱２４０Ｔにより構成されている。パワーモジュール２１０で発生した熱は、パワーモジュール２１０の下面に接する放熱面２４０Ｐを介して金属製筐体２４０に蓄えられ、放熱される。支柱２４０Ｔは、モータ制御装置２００とモータ１００をネジ等によって機械的、電気的に接続する固定部であり、且つ、金属製筐体２４０の熱を、モータ１００を介して搭載車両に放熱する熱伝達経路である。

カバー２５０および金属製筐体２４０は、アルミ製である。組立時には、金属製筐体２４０にパワーモジュール２１０がネジ止めされる。次に、ＤＣ導体モジュール２３０およびＡＣ導体モジュール２３１がパワーモジュール２１０の上部に配置され、金属製筐体２４０にそれぞれネジ止めされる。また、パワーリードフレーム２３０ＢＤＣ、２３０ＢＡＣの他端がＤＣ導体モジュール２３０およびＡＣ導体モジュール２３１の各バスバにＴＩＧ溶接される。

次に、ＤＣ導体モジュール２３０およびＡＣ導体モジュール２３１の上部に、制御モジュール２２０が配置され、同じく金属製筐体２４０にネジ止めされる。そして、信号用リードフレームＳＬＦの他端が制御モジュール２２０の端子と半田付けされる。最後に、カバー２５０を金属製筐体２４０にかしめることにより、モータ制御装置２００が製造される。

図２は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０と制御モジュール２２０の構造を示す側面図である。また、図３は、本発明の一実施形態によるパワーモジュール２１０の斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部品を示している。

パワーモジュール２１０は、半導体スイッチング素子ＳＳＷやシャント抵抗など、背丈の低い部品と、リレー（継電器）ＲＹ２、ＲＹ３やジャンパリードＪＬなど、背丈の高い部品が実装されている。また、ＤＣ導体モジュール２３０は、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４やリレーＲＹ１、ノーマルフィルタＮＦなど、大型で背丈の高い部品が実装されている。モータ制御装置２００の高さ寸法を低くするため、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０の、上述した背丈の高い部品同士は、お互いが干渉しないように配置されている。

すなわち、パワーモジュール２１０は、ＤＣ導体モジュール２３０と干渉しないエリアＡ１に、リレーＲＹ２、ＲＹ３やジャンパリードＪＬなど、上述した背丈の高い部品を実装している。また、ＤＣ導体モジュール２３０は、パワーモジュール２１０の背丈の低い部品が実装されたエリアＡ２の上部に位置しており、パワーモジュール２１０と制御モジュール２２０の間にロフト状に配置されている。エリアＡ２には、背丈の高い部品は実装されていない。これらにより、部品間の干渉を避けることにより、モータ制御装置２００の高さ寸法を低くしている。

図４は本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

モータ制御装置２００は、パワーモジュール２１０と、制御モジュール２２０と、ＤＣ導体モジュール２３０と、ＡＣ導体モジュール２３１とを備えている。

ＤＣ導体モジュール２３０は、電力線となるバスバ２３０Ｂが樹脂モールドにより一体成形されている。図中、太い実線部分はバスバを示している。ＤＣ導体モジュール２３０においては、ノーマルフィルタ（コイル）ＮＦ、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、リレーＲＹ１が、電源であるバッテリＢＡと接続されるとともに、パワーモジュール２１０のＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子ＳＳＷのドレイン端子とソース端子を接続するバスバすなわち板状の導体に、パワーリードフレーム２３０ＢＰ、２３０ＢＮを介して図示のように接続されている。

リレーＲＹ１は電源電流の過電流保護用である。また、いずれのリレーも過電流の状態で回路を遮断する。リレーＲＹ１は、電解コンデンサへの突入電流を防止するため、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４よりもバッテリＢＡ側に実装されている。即ち、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４はＤＣ導体モジュールに実装可能となり、パワーモジュールからの熱を受けにくくなり、長寿命化がなされる。

電解コンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４はバッテリＢＡから供給される電流を蓄電すると共に、半導体スイッチング素子ＳＳＷの動作に応じてモータ１００に電力を供給する平滑用コンデンサである。ノーマルフィルタＮＦとコンデンサＣ１はフィルタを構成し、ノイズの放出や進入、特に半導体スイッチング素子ＳＳＷの動作による電源ラインの電圧脈動の影響を抑え、ラジオノイズの影響を低減する働きをする。ラジオノイズ低減構成に関しては図９に後述する。さらにセラミックコンデンサＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は半導体スイッチング素子ＳＳＷのスパイクノイズを抑え、半導体スイッチング素子ＳＳＷのサージ電圧を吸収する働きをする。スパイクノイズ低減構成に関しては図８に後述する。

また、図４中、二重丸で示す部分は、溶接接続部を示している。たとえば、ノーマルフィルタＮＦの２個の端子は、バスバの端子に溶接により接続されている。また、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４のそれぞれ２個の端子、リレーＲＹ１の２個の端子、パワーリードフレーム２３０ＢＰ、２３０ＢＮのバスバ２３０Ｂ側の端子も、それぞれ、バスバ端子に溶接により接続されている。

また、図４中バツ印を丸で囲った部分は、ネジ止め箇所を示している。たとえば、バッテリＢＡの電源配線とＤＣ導体モジュール２３０のバスバ２３０Ｂはネジ止めによって電気的に接続されている。また、バッテリＢＡのマイナス側配線と接続されるバスバ２３０Ｂのマイナス側配線は、モータ制御装置２００の金属製筐体２４０とネジ止めによって電気的に接続されている。

ＡＣ導体モジュール２３１は、モータ１００にモータ電流を供給する電力線となるバスバ２３１Ｂが樹脂モールドにより一体成形されている。ＡＣ導体モジュール２３１は、パワーリードフレーム２３１ＢＵ、２３１ＢＶ、２３１ＢＷを介してパワーモジュール２１０と図示のように接続されている。また、ＤＣ導体モジュール２３０と同様に、パワーリードフレーム２３１ＢＵ、２３１ＢＶ、２３１ＢＷのバスバ２３１Ｂ側の端子も、それぞれバスバ端子に溶接により接続されている。また、バスバ２３１Ｂはモータの三相電力線とネジによって接続されている。また金属製のモータ筐体とモータ制御装置２００の金属製筐体２４０もネジによって接続されている。

制御モジュール２２０は、ＣＰＵ２２２およびドライバ回路２２４を備えている。ＣＰＵ２２２は、トルクセンサＴＳによって検出されたトルクや、レゾルバ１５６によって検出されたモータ１００の回転位置に基づいて、パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷを制御する。すなわち導通や遮断を行う制御信号を、ドライバ回路２２４に出力する。ドライバ回路２２４は、ＣＰＵ２２２から供給される制御信号に基づいて、パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷを制御する。

パワーモジュール２１０からモータ１００に供給されるモータ電流は、モータ電流の検出素子である抵抗（シャント抵抗）ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３によって検出され、増幅器ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３によってそれぞれ増幅された上、ＣＰＵ２２２に入力する。ＣＰＵ２２２は、モータ電流が目標値となるようにフィードバック制御する。また、モータ１００に供給される全相電流は、検出素子である抵抗（シャント抵抗）ＤＲ４によって検出され、増幅器ＡＰ４によって増幅された上、ＣＰＵ２２２に入力する。

ＣＰＵ２２２は外部のエンジンコントロールユニットＥＣＵ等とＣＡＮ等により接続されており、情報の授受を行える構成となっている。また、ドライバ回路２２４を含むカスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）２２４Ａは、昇圧回路、マイコン電源回路、電流センス用アンプ、ＣＡＮ通信回路等を１つのＩＣに集積する事で、制御モジュール２２０の小型化がなされている。

ここで、図４中、△印は、リードフレームを用いて半田付けにより接続された部分を示している。リードフレームを用いる事により、応力を緩和する構造としている。リードフレームの形状等については、図１０を用いて後述する。制御モジュール２２０と、パワーモジュール２１０若しくは導体モジュール２３０との電気的接続部には、リードフレームを用いた半田付け接続が用いられている。

パワーモジュール２１０は、ＭＯＳＦＥＴなどの６個の半導体スイッチング素子ＳＳＷを備えている。半導体スイッチング素子ＳＳＷは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相毎に、上アームと下アームにそれぞれ直列接続されている。ここで、パワーリードフレーム２３０ＢＰ、２３０ＢＮ、２３１ＢＵ、２３１ＢＶ、２３１ＢＷとパワーモジュール２１０は半田付けにより電気的に接続されている。すなわち、ＤＣ導体モジュール２３０からパワーモジュール２１０とＡＣ導体モジュール２３１を介して、モータ１００にモータ電流が供給されるが、この電流は、たとえば、１００Ａの大電流である。

そこで、大電流を流す事ができ、しかも、応力を緩和できる構造として、たとえば銅の焼きなまし材により接続している。この詳細については、図７を用いて後述する。また、パワーモジュール２１０はリレーＲＹ２、ＲＹ３を備えている。リレーＲＹ２、ＲＹ３は、たとえば１００Ａの大電流が流れるため、発熱量が大きい。パワーモジュール２１０は放熱性に優れた基板を使用しており、リレーＲＹ２、ＲＹ３の高放熱化がなされ、小型のリレーを実装することができる。

パワーモジュール２１０の基板は放熱性に優れており、たとえばＤＣ導体モジュール２３０に実装されたリレーＲＹ１をパワーモジュール２１０に実装するなどが考えられる。しかしながら、リレーＲＹ１をパワーモジュール２１０に実装した場合には、上述するように、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびノーマルフィルタＮＦもパワーモジュール２１０に実装することとなる。その結果、パワーモジュール２１０は、実装部品のリフロー半田付けの際に高温環境下にさらされる。

電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、高温環境下にさらされると、寿命が著しく低下する事が知られている。そのため、本実施形態のリレーＲＹ１は、ＤＣ導体モジュール２３０に実装し、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびリレーＲＹ１もＤＣ導体モジュール２３０に実装する事で、リフロー半田付けによる寿命劣化を防ぐことができる。

次に、図５〜図６を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュール２３０の構造について説明する。図５は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュール２３０の構造を示す斜視図であり、図６は、ＤＣ導体モジュール２３０のバスバ２３０Ｂと実装部品を上から見た図である。なお、図１および図４と同一符号は、同一部分を示している。

図５に示すように、ＤＣ導体モジュール２３０は、モールド成形されており、予め、ノーマルフィルタＮＦ、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、リレーＲＹ１などの電気部品の端子を挿入するための孔が形成されている。それらの位置に電気部品を配置し、図示の上面側において、電気部品の端子とバスバ２３０Ｂの端子を溶接接続する。

また、信号用リードフレーム２３０ＬＦと第二樹脂材２３０ＰＤは、ＤＣ導体モジュール２３０の図示の上面に積層される。第二樹脂材２３０ＰＤは、バスバ２３０Ｂと信号用リードフレーム２３０ＬＦの電気的絶縁をとっている。ＤＣ導体モジュール２３０は凸状モールド部２３０Ｔが形成されている。また、第二樹脂材２３０ＰＤおよび信号用リードフレーム２３０ＬＦは、凸状モールド部２３０Ｔを挿入するための孔が形成されており、凸状モールド部２３０Ｔにはめ込むことで、ＤＣ導体モジュール２３０に固定される。電源端子台２３０ＰＣは車載電源であるバッテリＢＡから電流の供給を受ける。

図６に示すように、電解コンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４は、バッテリＢＡから供給される電流を蓄電すると共に、図１に示す半導体スイッチング素子ＳＳＷの動作に応じてモータに電力を供給する。電解コンデンサＣ２、Ｃ３、Ｃ４は、端子を図示の面側にあるとして、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の順に、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰと略並行に配置される。Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰと図４に示すパワーリードフレーム２３０ＢＰとの接続は、Ｐ側接続部（直流出力端子）２３０ＢＰＴでなされ、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮと図４に示すパワーリードフレーム２３０ＢＮとの接続は、Ｎ側接続部（直流出力端子）２３０ＢＮＴでなされる。

Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮは、電解コンデンサＣ２の位置で、コンデンサ接続配線とＮ側接続部２３０ＢＮＴへの配線に分岐されている。すなわち、各電解コンデンサの正極側端子からＰ側接続部２３０ＢＰＴまでのインダクタンスは、電解コンデンサがＰ側接続部２３０ＢＰＴに近いほど小さいのに対し、各電解コンデンサの負極側端子からＮ側接続部２３０ＢＮＴまでのインダクタンスは、電解コンデンサがＮ側接続部２３０ＢＮＴに近いほど大きくなっている。

この構造により、各電解コンデンサに接続されるバスバの長さは略等しくなり、各電解コンデンサは、正負極端子間のインダクタンスばらつきが小さくなり、各電解コンデンサの出力電流のばらつきも少なくなる。従って、各電解コンデンサの温度上昇量は均一化され、特定の電解コンデンサの寿命劣化を防ぐ。なお、上述の分岐されたＮ側バスバ２３０ＢＮＮのバスバ間距離は、インダクタンスのバランスを揃えるため、相互インダクタンスを下げるように、離して配置する事が望ましい。

次に、図３および図７を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の構造について説明する。図３は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の構造を示す斜視図であり、図７は、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０およびＡＣ導体モジュール２３１との接続を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図３および図７に示すように、パワーモジュール２１０は、半導体スイッチング素子ＳＳＷやシャント抵抗ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４などが実装されており、その放熱のためにアルミや銅などの金属ベースＭＰ（図７）を用いている。図７に示すように、金属ベースＭＰと金属製筐体２４０の間には、熱伝導グリースＨＣＧを介在させ、半導体スイッチング素子ＳＳＷなどの発熱体から発生する熱を、金属ベースＭＰ―熱伝導グリースＨＣＧを介して、金属製筐体２４０から放熱する構造としている。

金属ベースＭＰの上には、絶縁層ＩＭを介して配線パターンＷＰが形成されている。配線パターンＷＰは、厚さ１０５μｍの銅箔をエッチングによりパターニングしている。さらに、配線パターンＷＰ上面には半導体スイッチング素子ＳＳＷや抵抗体等の他に、配線パターン間を跨ぐジャンパーリードＪＬが備えられている。パワーモジュール２１０は、ジャンパリードＪＬを用いることにより配線パターンＷＰの自由度が向上する。すなわち、パワーモジュール２１０を小型化し、モータ制御装置２００が小型化される。

次に、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０、ＡＣ導体モジュール２３１との接続部の詳細構造を示す。図７は、上記接続の一部である、パワーモジュール２１０とＰ側バスバ２３０ＢＰＰとの接続を示している。Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰとパワーリードフレーム２３０ＢＰは、ＴＩＧ溶接で接続され、パワーモジュール２１０とパワーリードフレーム２３０ＢＰは、半田付けで接続される。

上述したように、パワーモジュール２１０およびＤＣ導体モジュール２３０は金属製筐体２４０に接続される。ここで、パワーモジュール２１０およびＤＣ導体モジュール２３０では搭載されている部品、流れる電流が異なるため発熱量、放熱経路も異なる。そのため、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０の間には温度差が発生し、パワーリードフレーム２３０ＢＰの半田接合部には、熱膨張差よる応力が加わる。

そのため、パワーモジュール２１０とパワーリードフレーム２３０ＢＰの半田接合部には剥離が生じる恐れがある。また、パワーリードフレーム２３０ＢＰは、例えば１００Ａの大電流が流れるため、導電性が良い太い金属の使用が望まれるが、太い金属は硬く曲がりにくいため、熱ストレスの応力を緩和する効果が低い。

そこで、本実施形態のパワーリードフレーム２３０ＢＰは、予め焼鈍しを施した銅材を使用し、下部にベンド構造を採用することで半田付け部に加わる応力を緩和している。また、大電流を流すことができるようにするため、パワーリードフレーム２３０ＢＰの断面積は２ｍｍ^２以上にしている。なお、ここではパワーリードフレーム２３０ＢＰを例にとって説明したが、本実施形態で使用する全てのパワーリードフレームは、同様の処置が実施されている。

次に、図８を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の配線パターンＷＰのレイアウト構造について説明する。図８は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の配線パターンＷＰのレイアウト構造を示す上面図である。なお、図３および図７と同一符号は、同一部分を示している。

パワーモジュール２１０は、ＭＯＳＦＥＴなどの６個の半導体スイッチング素子ＳＳＷを備えている。半導体スイッチング素子ＳＳＷは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相毎に、上アームと下アームにそれぞれ直列接続されている。セラミックコンデンサＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は、上アームと下アームに直列接続された半導体スイッチング素子ＳＳＷに、並列に接続されている。

半導体スイッチング素子ＳＳＷは、制御信号によって制御される導通や遮断の高速動作によって、スパイクノイズが発生する。スパイクノイズの増大は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのサージ電圧増大を引き起こす。セラミックコンデンサＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相で発生したスパイクノイズを吸収し、サージ電圧を抑制する効果がある。サージ電圧は、Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）によって求められる。

ここで、Ｗ相を例に説明すると、Ｌは、上アーム側の半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＰのドレインから、下アーム側の半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＮのソースを経由し、セラミックコンデンサＣＣ３を介して、再び上アーム側の半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＰのドレインに戻る閉ループのインダクタンスである。また、（ｄｉ／ｄｔ）は、半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＰ、ＳＳＷＷＮの導通や遮断時の電流変化の速度である。すなわち、サージ電圧は、閉ループインダクタンスＬを低減する事でなされる。

閉ループがパワーモジュール２１０の配線パターンＷＰで形成されると、パワーモジュール２１０の金属ベースに閉ループとは逆向きの渦電流が誘起される。金属ベースに発生した渦電流は、閉ループの磁場をキャンセルする効果が働き、閉ループのインダクタンスＬを低減する効果がある。パワーモジュール２１０の配線パターンＷＰは、金属ベース上に薄い絶縁層を介して密着するように形成されており、大きな渦電流が得られ、インダクタンスＬの低減効果が得られる。

一方、パワーモジュール２１０の電気配線は、配線パターンＷＰと配線パターン間を跨ぐジャンパリードＪＬによって形成されている。ジャンパリードＪＬは、金属ベースから浮くように離れている。そのため、前述の閉ループにジャンパリードＪＬを含む構成は、渦電流が小さくなり、インダクタンスＬの低減効果は低くなる。本実施形態では、ジャンパリードＪＬを介さずに閉ループを形成するため、セラミックコンデンサＣＣ３の接続に、図８の斜線で示す専用の配線パターンＷＰＷＣが設けられている。以下、Ｖ相、Ｗ相に関して記載は省くが、同じ構造とすることで同様の効果を得られる。

次に、図９を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のラジオノイズ低減構成について説明する。図９は本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図である。なお、図１および図４と同一符号は、同一部分を示している。

図９に示すハーネスＢＡＮの長さは、約１メートルである。このハーネスＢＡＮに、後述するノイズ電流が流れることで、当該ハーネスＢＡＮからラジオノイズが放射される。すなわち、ハーネスＢＡＮはノイズを放射するアンテナの役割を果たしてしまう。そこで、本実施形態は、ラジオノイズ対策として、ハーネスＢＡＮに流れるノイズ電流を低減するための種々の手段を講じている。

まず、ラジオノイズ源となるノイズ電流の経路、及びノイズ電流の低減方法を説明する。図９に示された半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作によって、電源ライン上には電圧脈動が発生する。この電圧脈動により、図９の（Ａ）に示されたノーマルモードノイズ電流（Ａ）が発生する。ノーマルモードノイズ電流（Ａ）は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのドレイン側から、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰ、Ｐ側ハーネスＢＡＰを流れ、Ｎ側ハーネスＢＡＮ、バスバ２３０ＢのＮ側バスバ２３０ＢＮＮを経由して半導体スイッチング素子ＳＳＷのソース側に戻る経路を辿る。ノーマルモードノイズ電流（Ａ）が、Ｐ側ハーネスＢＡＰ及びＮ側ハーネスＢＡＮを流れることで、前述のラジオノイズを発生させる。

そこで、本実施形態では、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰにノーマルフィルタＮＦを挿入させ、さらにＰ側バスバ２３０ＢＰＰとＮ側ハーネスＢＡＮとの間に電解コンデンサＣ１を接続させた。これにより、ノーマルモードノイズ電流（Ａ）をＰ側バスバ２３０ＢＰＰからＮ側バスバ２３０ＢＮＮに抜けさせることができるので、Ｐ側ハーネスＢＡＰ及びＮ側ハーネスＢＡＮにノイズ電流が流れるのを防ぐことができる（図９の（Ａ´））。すなわち、ノーマルフィルタ（コイル）ＮＦと電解コンデンサＣ１とで、ノーマルモードノイズ電流（Ａ）をバッテリのハーネスＢＡＰ、ＢＡＮ側に流さないようにするフィルタを形成するようにした。このように形成されたフィルタによりノーマルモードノイズがハーネスＢＡＰ、ＢＡＮ側へ流出することが遮断される。

また、半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作によって発生する電圧脈動によってコモンモードノイズ電流（Ｂ）が発生する。コモンモードノイズ電流（Ｂ）は、２つの経路を辿るノイズ電流となる。一方は、半導体スイッチング素子ＳＳＷの下アーム側ソース端子ＬＳの電位脈動に起因するコモンモードノイズ電流（Ｂ−１）であり、他方は、半導体スイッチング素子ＳＳＷの上アーム側ソース端子ＨＳの電位脈動に起因するコモンモードノイズ電流（Ｂ−２）である（図９の（Ｂ−１）及び（Ｂ−２）参照）。いずれのコモンモードノイズ電流（Ｂ−１）（Ｂ−２）がＮ側ハーネスＢＡＮを流れることで、前述のラジオノイズが発生する。

従来は、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）がＮ側ハーネスＢＡＮに流れないように、図９のＣＦで示された位置に、コモンフィルタが実装されていた。しかし、このコモンフィルタは比較的大型電子部品であるため、小型化を求められる電動パワーステアリング装置にとっては課題となっていた。

そこで、本実施形態では、（１）Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮとＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳ（制御モジュール２２０に実装）とをＮ側電源配線２２５Ｎで電気的に接続する。このＮ側電源配線２２５Ｎのインピーダンスは、Ｎ側ハーネスＢＡＮより小さい。そのためコモンモードノイズ電流（Ｂ−１）は、Ｎ側電源配線２２５Ｎ側に流れ込む。また、（２）ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳとＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰとをダイオード２２６Ｄを介して電気的に接続する。ダイオード２２６Ｄは、ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳからＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰの方向を順方向として接続される。さらに、（３）ＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰと下アーム側ソース端子ＬＳとをゲート戻り線ＧＰで電気的に接続する。

上記（１）〜（３）の接続関係によって、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）は、図９に示される電流経路（Ｂ´−１）を辿ることになる。すなわち、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮ、ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳ、ダイオード２２６Ｄ、ＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰ、下アーム側ソース端子ＬＳ、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮの電流経路を辿る。これによって、大型電子部品であるコモンフィルタをＣＦの位置に実装することなく、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）をＮ側ハーネスＢＡＮに流れないようにすることができる。すなわち制御装置全体を小型化させるとともに、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）を金属筐体内に閉じ込めてノイズを低減させることができる。

なお、上記（２）のＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳとＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰの間にダイオード２２６Ｄを（順方向を図示の方向として）介することで、下アーム側ソース端子ＬＳ側から制御モジュール２２０に侵入するノイズ電流を低減させることができる。また、Ｐ側電源配線２２５ＰとＮ側電源配線２２５Ｎとの間には、コモンフィルタやノーマルフィルタ等のノイズ対策部品を実装しないことが望ましい。なぜなら、ノイズ対策部品によってコモンモードノイズ経路のインピーダンスが増加し、ノイズを閉じ込める事ができなくなるためである。

さらに、本実施形態は、ノイズ電流の発生原因となる電圧脈動を低減させるための種々の手段を講じている。

主な電圧脈動の一つ目は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作による電圧脈動がＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰを介してＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳに伝わる電圧脈動である。本実施形態では、この電圧脈動を低減させるために、短絡用ネジ２２５ＧＧによって、ＰＣＢ制御グラウンド２２５Ｇと金属製筐体２４０を短絡させている。主な電圧脈動の二つ目は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作による電圧脈動が、直接Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮに伝わる電圧脈動である。本実施形態では、この電圧脈動を低減させるために、短絡用ネジ２３０ＢＣによって、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮと金属製筐体２４０を短絡させている。

これらの電圧脈動への対策に加えて、（１）イグニションラインＩＧＮとＰ側電源配線２２５Ｐとの合流前にノーマルコイルＮＦ２を実装し、また（２）モータ１００の金属製筐体と金属製筐体２４０とを、例えばネジ等１００Ｂによって電気的に接続する。これにより、前述のコモンモードノイズ電流（Ｂ−２）は、モータ１００の寄生容量１００Ｃを抜けた後、電気的接続１００Ｂを介して金属製筐体２４０に流れ、短絡用ネジ２３０ＢＣや短絡用ネジ２２５ＧＧを介して、制御モジュール２２０のＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳとＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰに抜ける、または、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮに抜ける（Ｂ´−２）。

これは、モータ１００の金属製筐体からＤＣ導体モジュール２３０のＮ側バスバ２３０ＢＮＮや制御モジュール２２０のＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳまでのインピーダンスが、シャーシＣＳおよびハーネスＢＡＮを介した経路より電気的接続１００Ｂと金属製筐体２４０とを介した経路の方において低くなるためである。すなわち、電気的接続１００Ｂ、金属製筐体２４０、短絡用ネジ２３０ＢＣ、短絡用ネジ２２５ＧＧ、ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳ、ダイオード２２６Ｄ、ＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰとで、コモンモードノイズ電流（Ｂ−２）が流れやすい経路が形成される。その結果、コモンモードノイズ電流（Ｂ−２）がハーネスＢＡＮに流れることが防止され、ハーネスＢＡＮからのラジオノイズの放射が防止される。

なお、ノーマルコイルＮＦ２は、イグニションラインＩＧＮより高インピーダンス化することで、シャーシＣＳからイグニションラインＩＧＮを経由して、制御モジュール２２０にノイズが侵入する事を抑制することができる。

次に、図１および図１０を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の制御モジュール２２０とリードフレーム２３０ＬＦ、リードフレームＳＬＦの接続時の組立について説明する。図１０は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の制御モジュール２２０とリードフレーム２３０ＬＦ、リードフレームＳＬＦの接続時の組立構造を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

パワーモジュール２１０の信号用リードフレームＳＬＦとＤＣ導体モジュールのリードフレーム２３０ＬＦは、制御モジュール２２０の端子に接続される。また、制御モジュール２２０は金属製筐体２４０にネジ止めされる。信号用リードフレームＳＬＦおよびリードフレーム２３０ＬＦは、制御モジュール２２０の両端に、それぞれの辺に沿って一列に配置される。一列に配置されたリードフレームは、制御モジュール２２０の端子孔にリードフレームを入れる際、位置決めが容易であり、組立性を容易にすることができる。また、本実施形態による構造は、制御モジュール２２０とリードフレームを半田付けで接続する際の接続作業を効率的に行える。

制御モジュール２２０は、金属製筐体２４０の支柱２４０Ｔにネジ止めにより接続されている。また、制御モジュール２２０に半田付けされた信号用リードフレームＳＬＦを介してパワーモジュール２１０にも半田で接続されている。信号用リードフレームＳＬＦの半田付け部には、制御装置全体と制御モジュール２２０の熱膨張による応力が加わる。そこで、信号用リードフレームＳＬＦをベンド構造（図７）とすることで、信号用リードフレームＳＬＦの半田付け部の応力を緩和することができる。

次に、図１および図１１を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のモータ制御装置２００とモータ１００の組立てについて説明する。図１１は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のモータ制御装置２００とモータ１００を示す斜視図である。モータ制御装置２００はモータ１００を一体に保持するように構成されている。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

モータ制御装置２００の金属製筐体２４０は、モータ１００とネジにより電気的かつ機械的に接続される。次に、モータ制御装置２００のＡＣ導体モジュール２３１のバスバ２３１Ｂは、モータ１００の三相入力部にネジにより電気的に接続される。次に、バスバ２３１Ｂの接続部は、金属製のシールドカバー２５０Ｍで閉じる。最後に、シールドカバー２５０Ｍは、金属製筐体２４０に、少なくとも１個のネジで固定される。以上により、モータ制御装置２００とモータ１００は組み立てられる。

この場合、モータ１００の回転軸はパワーモジュールのスイッチング素子の実装面と略平行となるように組み立てられる。また、モータ１００の円筒側部はパワーモジュールに隣接して配置されるようにする。ただし、モータ１００の円筒側部は必ずしもパワーモジュールに接するように配置される必要はなく、若干の隙間をもたせて配置するようにしてもよい。そして、電動パワーステアリング用制御装置のモータの回転軸方向と直交する方向の幅は、本実施の形態の構成を採用することによって小型化された結果、モータの円筒外径より小さいくするとことろまで可能となった。

金属製のシールドカバー２５０Ｍは、モータ１００の三相入力部から発生する輻射ノイズを吸収する静電シールドを果たす。本シールドカバー２５０Ｍは、１ＭＨｚ以下の輻射ノイズを吸収し、主にスマート帯域（１３５ｋＨｚ）の輻射ノイズを低減することができる。

次に、図１２を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置を用いたシステム構成について説明する。図１２は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置を用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図である。電動パワーステアリングは車両に搭載される。この車両は、乗用車やトラックや作業用車両など、ステアリングを有するすべての車両が含まれる。

ステアリングＳＴを回転させると、その回転駆動力は、ロッドＲＯを介して、マニュアルステアリングギアＳＴＧにより減速して、左右のタイロッドＴＲ１、ＴＲ２に伝達し、左右の車輪ＷＨ１、ＷＨ２に伝達され、左右の車輪ＷＨ１、ＷＨ２を舵取りする。

本実施形態によるモータ１００は、ロッドＲＯの近傍に取り付けられており、ギアＧＥを介して、その駆動力をマニュアルステアリングギアＳＴＧに伝達する。ロッドＲＯには、トルクセンサＴＳが取り付けられており、ステアリングＳＴに与えられた回転駆動力（トルク）を検出する。

制御装置２００は、トルクセンサＴＳの出力および図示していないが車両の車速センサの出力に基づいてモータ１００の目標トルクを算出する。この算出において、モータ１００の回転速度や回転加速度をさらに考慮してモータ１００の目標トルクを算出しても良く、この方がより最適なあるいはフィーリングの優れた制御が可能となる。また安全面からモータ１００の温度や電流値を検出し、モータ１００の出力トルクである電流値が目標トルクに相当する電流値となるようにモータ１００への通電電流を制御する。制御装置２００およびモータ１００の電源は、バッテリＢＡから供給される。

なお、以上の構成は、ステアリングホイールの直ぐ下のステアリングコラムの部分にトルクセンサとトルクをアシストするモータ１００を置くものであるが、モータ１００をラック＆ピニオンギアの近傍に備えるラック型のパワーステアリングに対しても、本実施形態のモータ１００および前述のインバータを含むモータ制御装置２００をそのまま使用できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、本実施の形態においては、図６に示すように、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮを電解コンデンサＣ２の位置で、コンデンサ接続配線とＮ側接続部２３０ＢＮＴへの配線に分岐し、各電解コンデンサの正負極端子間のインダクタンスばらつきを小さくしたが、図１３に示すように、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰを電解コンデンサＣ２の位置で分岐しても良い。

次に、図１４〜図１７を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置のラジオノイズ低減の他の構成について説明する。なお、図９と同一符号は同一部分を示している。図１４は、例えばトルクセンサなどに代表される、センサ起因で起こるラジオノイズ対策の構成を示している。

トルクセンサＴＳは、ノイズによるセンサ誤動作を防止するため、センサ内部回路とトルクセンサＴＳの金属製筐体を容量ＴＣＣで接続し、ノイズをシャーシＣＳに落とす構成をとっている。しかしながら、容量ＴＣＣは、トルクセンサＴＳの信号線やグラウンド線ＴＳＬのインダクタンス等により、特定の周波数で共振するため、共振周波数のノイズ電流がシャーシＣＳに抜ける。上述したように、シャーシＣＳに抜けたノイズ電流は、他のハーネスに回り込む事で、強いノイズを放射する。

図１４は、シールドケーブルＴＳＣを用いたトルクセンサＴＳの共振ノイズ対策の構成を示している。シールドケーブルＴＳＣは、トルクセンサの信号線やグラウンド線ＴＳＬを金属メッシュで覆う構造であり、金属メッシュは図示するように、トルクセンサＴＳの金属製筐体と、モータ制御装置２００の金属製筐体に電気的に接続されている。以上の構成により、容量ＴＣＣを抜けた共振ノイズは、シャーシＣＳに抜けるよりも低いインピーダンス経路であるシールドケーブルＴＳＣの金属メッシュを介してモータ制御装置２００に戻るため、他のハーネスへのノイズ電流の回り込みを抑制する。

また、金属製メッシュの静電シールド効果により、トルクセンサＴＳの信号線やグラウンド線ＴＳＬに発生する電位脈動による輻射ノイズも抑制できる。本実施形態では、シールドケーブルＴＳＣを例に説明したが、低インピーダンス経路となれば他の構成でも良い。例えば、シールドケーブルＴＳＣの代わりに、トルクセンサＴＳの金属製筐体とモータ制御装置２００の金属製筐体を電気的に接続するハーネスを使用しても良い。また、同軸線を用いても良い。

図１５は、トルクセンサＴＳの共振ノイズ対策の他の構成を示している。図示の対策は、図１４に示したシールドケーブルＴＳＣの代わりに、例えばフェライトコアにトルクセンサＴＳの信号線やグラウンド線ＴＳＬを巻きつけ、信号線やグラウンド線のインダクタンスを増加させている。インダクタンスは、周波数が高くなるほどに、大きなインピーダンスをもつため、共振ノイズそのものが流れにくくなり、輻射ノイズの低減が可能となる。また、トルクセンサＴＳのインダクタンスを増加させる方法であれば、フェライトコアによる対策以外にも磁性体を使用したり、インダクタンス素子を使用しても良い。また、モータ制御装置２００の制御モジュール２２０にチップインダクタ等を実装しても良い。

図１６は、トルクセンサＴＳの共振ノイズ対策の他の構成を示している。図示の対策は、共振源である容量ＴＣＣに直列に、例えばダンピング抵抗を入れている。共振ノイズは、容量ＴＣＣを抜ける際にダンピング抵抗ＴＣＲによってエネルギーを消費するため、輻射ノイズが低減される。また、ダンピング抵抗ＴＣＲ以外にも、インダクタンス素子を使用し、共振ノイズの周波数を低周波側にシフトさせてもよい。

図１７は、ノーマルモードノイズを低減可能なフィルタの他の構成を示している。図９に示すフィルタは、ノーマルフィルタＮＦと電解コンデンサＣ１によって構成されている。図１７に示す構成では、電解コンデンサＣ１を外し、代わりに制御モジュール２２０のＰ側電源配線２２５ＰとＮ側電源配線２２５Ｎの間に、セラミックコンデンサ２２５Ｃを実装している。セラミックコンデンサ２２５Ｃは、十分な大きさの容量が必要となるが、電解コンデンサＣ１を削減可能となり、ＤＣ導体モジュール２３０の小型化が可能となる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）モータを駆動するスイッチング素子を実装するパワーモジュール（パワー基板）と、スイッチング素子に制御信号を伝達しスイッチング素子のスイッチングを制御する制御モジュール（制御基板）とを対向配置する。そして、バスバを有しこのバスバに平滑コンデンサが取り付けられたＤＣ導体モジュールをパワーモジュールと制御モジュールとの間に配置するようにした。これにより、電動パワーステアリング用制御装置の小型化および電動パワーステアリング装置の小型化が実現できる。

（２）パワーモジュールは、一方の端部に直流用パワーリードフレームを取り付ける直流入力端子を備え、他方の端部に交流用パワーリードフレームを取り付ける交流出力端子を備えるようにした。また、ＤＣ導体モジュールのバスバは、一方の端部に電源からの入力端子を備え、他方の端部に直流出力端子を備え、平滑用電解コンデンサは、バスバの入力端子と直流出力端子との間に取り付けるようにした。そして、パワーモジュールとＤＣ導体モジュールのバスバは、パワーモジュールの直流入力端子とバスバの直流出力端子とをパワーリードフレームを介して接続することにより、対向するように配置されるようにした。

このような構成により、平滑用の電解コンデンサは、パワーモジュールに設けることなくＤＣ導体モジュールに設けることができる。パワーモジュールは、各種の部品を半田付けリフロー工程で実装する。一方、電解コンデンサは熱に弱い。しかし、本実施の形態では、平滑用電解コンデンサをパワーモジュールに設けることなくＤＣ導体モジュールに設けるようにした。ＤＣ導体モジュールの製造では、電解コンデンサの取り付けを溶接で行うなど半田付けリフロー工程を経ない。これにより、電解コンデンサがハンダ付け時のリフロー工程の熱で寿命が劣化することを防ぐことができる。

また、上記のような構成により電解コンデンサをバスバの入力端子から直流出力端子に向けて一列に並べることができる。これにより、パワーモジュールの背の高い部品と干渉しないようにＤＣ導体モジュールを配置することが容易となる。

（３）パワーモジュールは、交流出力端子とスイッチング素子との間に設けられるリレー（継電器）やジャンパリードなどの背の高い部品を実装する領域と、半導体スイッチング素子ＳＳＷやシャント抵抗など背の低い部品を実装する領域、すなわち背の高い部品を実装しない領域に分割するようにした。そして、ＤＣ導体モジュールのバスバに取り付けられた平滑コンデンサが背の高い部品を実装しない領域側に来るように配置されるようにした。これにより、パワーモジュールとＤＣ導体モジュールの、背の高い部品同士がお互いが干渉しないように配置され、電動パワーステアリング用制御装置の小型化を達成することができる。

（４）上述のように、平滑用電解コンデンサは、ＤＣ導体モジュールのバスバーに溶接により固定されるようにした。これにより、平滑用電解コンデンサは半田付けリフロー時の高熱の影響を受けることなく、長寿命を達成することができる。

（５）パワーモジュール上において、３相の各相を構成する上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子を直列に接続し、この直列に接続された２つのスイッチング素子に並列にコンデンサを接続し、小さな閉ループを形成するようにした。このときの配線は、パワーモジュール基板上にプリント配線で行う。このプリント配線は、ジャンパーリードを介することなく、パワーモジュールの基板に密着するようにして閉ループを形成するので、パワーモジュールの金属ベースに閉ループとは逆向きの渦電流が大きく誘起される。金属ベースに発生した渦電流は、閉ループの磁場をキャンセルする効果が働き、閉ループのインダクタンスＬを低減する効果がある。これにより、サージ電圧を低減し、スパイクノイズを低減する。

（６）制御モジュールとパワーモジュールとの間で制御信号を授受する複数の信号系リードフレームを、パワーモジュールの一方の辺と対向する他方の辺に沿ってそれぞれ配置された一対のリード群であるようにした。これにより、まず一方の辺に沿って一列に配置されたリードフレームを、制御モジュールの一方の辺に沿って設けられた端子孔に入れるようにし、その後、他方の辺に沿って一列に配置されたリードフレームを、制御モジュールの他方の辺に沿って設けられた端子孔に入れるようにすることができる。その結果、リードフレームと端子孔の位置決めが容易であり、組立性を容易にすることができ、半田付けで接続する際の接続作業を効率的に行える。

（７）制御モジュールは、パワーモジュールを保持する金属製筐体から立設した金属製支柱で保持するようにした。制御モジュールとパワーモジュールとの間で信号の授受を行うために接続する信号用リードフレームは金属であり、制御モジュールを保持する部材も同じように金属製の支柱とした。これにより、熱膨張などに大差がなくなり、制御モジュールとパワーモジュールとの間の電気的接続の信頼性を高めることができる。

（８）電源系リードフレーム（端子）や信号系リードフレーム（端子）に、図７に示すようなベンド状（コの字状）の応力緩和部を設けるようにした。制御装置全体や制御モジュールの熱膨張などにより、電源系リードフレーム（端子）や信号系リードフレーム（端子）の半田付け部に応力が加わる。しかし、上記のような構成を取ることにより、その応力を緩和することができ、接続の信頼性を高めることができる。

（９）電源系リード端子は、応力緩和部に加えてさらに焼きなまし材を使用するようにした。これにより、より一層の応力の緩和を実現し、接続部の信頼性を高めている。

（１０）モータの回転軸をパワーモジュールのスイッチング素子の実装面と略平行となるように組み立てられている。また、モータの円筒側部がパワーモジュールに隣接して配置されるように組み立てられている。これにより、電動パワーステアリング装置全体としてコンパクトにすることができる。

（１１）本実施の形態の電動パワーステアリング用制御装置は、モータの回転軸方向と直交する方向の幅において、モータの円筒外径より小さくすることまで可能になった。

（１２）本実施の形態の電動パワーステアリング用制御装置の作用効果を少し表現を変えて説明すると次のようになる。電源から供給された直流電流をスイッチング素子に供給する配線部であって、平滑用コンデンサが設けられたモールドバスバ部を、パワーモジュールとこのパワーモジュールに対向して配置される制御モジュールとの間にロフト状に配置した。これにより、モータ制御装置全体を小型化できる。

モールドバスバ部は、相リレーをパワーモジュールに実装する事で小型化される。また、パワーモジュールはジャンパリードによる中空配線によって、リレー実装による大面積化が緩和される。パワーモジュールに実装されるリレーやジャンパリードと、モールドバスバ部に実装される部品（平滑用コンデンサなど）は大型であるが、モールドバスバ部をロフト状に配置する事でお互いの部品間の干渉を避け、低背化される。ここで言うロフト状とは、パワーモジュールと制御モジュールを２階建て構造にし、モールドバスバ部はその中間の中２階に、全面に設けるのではなく一部に張り出すようにして設けられる構造を意味している。

また、制御モジュールに実装される部品は、カスタムＩＣ化により小型化する事で、制御モジュール実装面積も小型化される。電動パワーステアリングの車両搭載エリアは狭く、且つ幅広い車種の車両搭載位置に柔軟に対応する事が求められるため、小型化する事が重要である。

さらに、上記の実施の形態では、劣化部品である電解コンデンサの長寿命化ができると共に、ラジオノイズに対し低ノイズ化が実現され、信頼性の高い電動パワーステアリングが得られる。

さらに上記の実施の形態では、電動パワーステアリングが製作し易い構造であり、製造作業性に優れている。製造工程において、製造対象の装置内部の電気回路の配線端子を自動的に接続するための機械や器具を使用できる構造を有している事、製造対象製品の回路素子が前記接続作業を考慮した配置である事が必要である。上記の実施の形態では、製造作業の機械化に適した構造や回路素子の配置になっている。

なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。

本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の構造を示す分解斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールとＤＣ導体モジュールと制御モジュールの構造を示す側面図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールの構造を示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュールの構造を示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュールのバスバと実装部品を上から見た図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールとＤＣ導体モジュールおよびＡＣ導体モジュールとの接続を示す断面図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールの配線パターンのレイアウト構造を示す上面図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の制御モジュールとリードフレームの接続時の組立構造を示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のモータ制御装置とモータを示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置を用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図 他のＤＣ導体モジュール構成を示す上面図 他のノイズ対策構成を示す回路図 他のノイズ対策構成を示す回路図 他のノイズ対策構成を示す回路図 他のノイズ対策構成を示す回路図

符号の説明

１００・・・モータ、１５６・・・レゾルバ、２００・・・モータ制御装置、ＳＴ・・・ステアリング、ＲＯ・・・ロッド、ＳＴＧ・・・マニュアルステアリングギア、ＴＲ１・・・タイロッド、ＴＲ２・・・タイロッド、ＷＨ１・・・車輪、ＷＨ２・・・車輪、ＧＥ・・・ギア、ＴＳ・・・トルクセンサ、ＢＡ・・・バッテリ、２１０・・・パワーモジュール、ＳＳＷ・・・半導体スイッチング素子、ＣＣ１・・・セラミックコンデンサ、ＣＣ２・・・セラミックコンデンサ、ＣＣ３・・・セラミックコンデンサ、ＲＹ２・・・リレー、ＲＹ３・・・リレー、ＤＲ１・・・シャント抵抗、ＤＲ２・・・シャント抵抗、ＤＲ３・・・シャント抵抗、ＤＲ４ ・・・シャント抵抗、２２０・・・制御モジュール、２２０Ｃ ・・・信号コネクタ、２２２・・・ＣＰＵ、２２４・・・ドライバ回路、２２４Ａ・・・カスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）、ＡＰ１・・・増幅器、ＡＰ２・・・増幅器、ＡＰ３・・・増幅器、ＡＰ４ ・・・増幅器、２３０・・・ＤＣ導体モジュール、２３０Ｂ・・・バスバ、２３０ＢＰ・・・パワーリードフレーム、２３０ＢＮ・・・パワーリードフレーム、２３１・・・ＡＣ導体モジュール、２３１Ｂ・・・バスバ、２３１ＢＵ・・・パワーリードフレーム、２３１ＢＶ・・・パワーリードフレーム、２３１ＢＷ・・・パワーリードフレーム、２３０ＰＣ ・・・電源端子台、２３０ＰＤ ・・・第二樹脂材、２３０ＬＦ ・・・リードフレーム、２３０Ｔ ・・・凸モールド部、２３１ＳＣ・・・モータ端子台、ＳＬＦ ・・・信号用リードフレーム、２３０ＢＤＣ ・・・パワーリードフレーム、２３０ＢＡＣ ・・・パワーリードフレーム、Ｃ１・・・電解コンデンサ、Ｃ２・・・電解コンデンサ、Ｃ３・・・電解コンデンサ、Ｃ４・・・電解コンデンサ、ＲＹ１・・・リレー、ＮＦ・・・ノーマルフィルタ、２４０・・・金属製筐体、２３０ＢＰＰ・・・Ｐ側バスバ、ＢＡＰ・・・Ｐ側ハーネス、ＢＡＮ・・・Ｎ側ハーネス、２３０ＢＮＮ・・・Ｎ側バスバ、ＬＳ・・・下アーム側ソース端子、ＨＳ・・・上アーム側ソース端子、ＣＦ・・・コモンフィルタ実装位置、２２５Ｐ・・・Ｐ側電源配線、２２５Ｎ・・・Ｎ側電源配線、２２５ＧＳ・・・ＰＣＢ制御グラウンド、ＧＰ・・・ゲート戻り線、２２５ＧＰ・・・ＰＣＢパワーグラウンド、２２６Ｄ・・・ダイオード、２２５ＧＧ・・・短絡用ネジ、２３０ＢＣ・・・短絡用ネジ、ＵＶＷ・・・三相線、１００Ｃ・・・寄生容量、ＣＳ・・・シャーシ、ＩＧＮ・・・イグニションライン、ＮＦ２・・・ノーマルコイル、１００Ｂ・・・電気的接続、２５０ ・・・カバー、ＪＬ ・・・ジャンパリード、ＭＰ ・・・金属ベース、ＨＣＧ ・・・熱伝導グリース、ＩＭ ・・・絶縁層、ＷＰ ・・・配線パターン、２４０Ｐ ・・・放熱面、２４０Ｔ・・・支柱、２４０Ｆ・・・フィン、２３０ＢＰＴ ・・・Ｐ側接続部、２３０ＢＮＴ ・・・Ｎ側接続部、Ａ１・・・エリア、Ａ２・・・エリア、１００Ｃ・・・寄生容量、ＴＣＣ・・・容量、ＴＳＣ・・・シールドケーブル、ＴＳＬ・・・トルクセンサライン、ＦＣ・・・フェライトコア、ＴＣＲ・・・ダンピング抵抗、２２５Ｃ・・・セラミックコンデンサ

Claims (14)

1. 電動機を一体に保持する電動パワーステアリング用制御装置であって、
   前記電動機を駆動するスイッチング素子を実装するパワー基板と、
   前記パワー基板と対向配置され、前記スイッチング素子に制御信号を伝達し、該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御基板と、
   電源から直流電流が供給され、該直流電流を前記スイッチング素子に供給する直流電流系導体と、
   前記直流電流系導体と電気的に接続された平滑コンデンサとを備え、
   前記直流電流系導体と前記平滑コンデンサは、前記パワー基板と前記制御基板との間に配置され、
   前記パワー基板は、一方の端部に直流入力端子を備え、他方の端部に交流出力端子を備え、
   前記直流電流系導体は、一方の端部に電源からの入力端子を備え、他方の端部に直流出力端子を備え、
   前記平滑コンデンサは、前記直流電流系導体の前記入力端子と前記直流出力端子との間において前記直流電流系導体に取り付けられ、
   前記パワー基板と前記直流電流系導体は、前記パワー基板の前記直流入力端子と前記直流電流系導体の前記直流出力端子とを電源系リード端子を介して接続することにより、対向するように配置されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記直流電流系導体は、板状導体であり、樹脂でモールドされていることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
3. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記パワー基板は、前記交流出力端子と前記スイッチング素子との間に設けられる継電器を含む背の高い部品を実装する領域と、前記背の高い部品を実装しない領域に分割し、
   前記直流電流系導体は、前記直流電流系導体に取り付けられた前記平滑コンデンサが前記背の高い部品を実装しない領域側に来るように配置されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
4. 請求項３に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記平滑コンデンサは電解コンデンサであり、前記直流電流系導体に溶接により固定されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
5. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記パワー基板は、３相を構成する複数のスイッチング素子間の接続に使用されるジャンパーリードを含む背の高い部品を実装する領域と、前記背の高い部品を実装しない領域に分割し、
   前記直流電流系導体は、前記直流電流系導体に取り付けられた前記平滑コンデンサが前記背の高い部品を実装しない領域側に来るように配置されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
6. 請求項５に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記パワー基板上において、３相の各相を構成する直列に接続される２つのスイッチング素子と、この２つのスイッチング素子に並列に設けられるコンデンサとを、前記ジャンパーリードを介しない前記パワー基板に密着する配線によってループを形成するように接続し、
   前記パワー基板の前記スイッチング素子を実装する面とは反対の面に金属部材を接するようにして設けることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
7. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記制御基板と前記パワー基板との間で制御信号を授受する複数の信号系リード端子を設け、
   前記複数の信号系リード端子は、前記パワー基板の一方の辺と対向する他方の辺に沿ってそれぞれ配置された一対のリード群であることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
8. 請求項７に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記制御基板は、前記パワー基板を保持する部材から立設した金属製支柱で保持することを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
9. 請求項１または請求項７に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記電源系リード端子または前記信号系リード端子に、応力緩和部を設けることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
10. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記電源系リード端子は焼きなまし材を使用し、さらに応力緩和部を設けることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の電動パワーステアリング用制御装置と、
    前記電動パワーステアリング用制御装置に一体に保持される電動機とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
12. 請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電動機の回転軸を前記パワー基板の前記スイッチング素子の実装面と略平行とすることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
13. 請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電動機の円筒側部が前記パワー基板に隣接して配置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。
14. 請求項１１〜１３のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電動パワーステアリング用制御装置の前記電動機の回転軸方向と直交する方向の幅は、前記電動機の円筒外径より小さいことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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