JP6223593B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、特にモータ及び制御ユニットを冗長系の構成とした電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来の電動ステアリング装置として、モータに２組のコイル巻線を設け、この２組のコイル巻線を独立して駆動できるインバータ回路を２組有した制御ユニットを備え、２組のインバータ回路を協働して制御し、異常時には正常動作している組のみでモータ駆動を継続するものがあった。さらに、制御ユニットのインバータ回路以外も２重系として故障に備えた電動パワーステアリング装置（特許文献１）も知られている。

特許第３８３９３５８号公報

特許文献１に開示された従来の電動パワーステアリング装置においては、＋Ｂ電源、入力回路、ＣＰＵ、出力回路等が２組ずつで構成され、一方に異常が発生すると他方の正常側でモータ制御を継続できるものであった。しかし、単に制御ユニットを２組有し、冗長系を形成することは、車両への搭載性、コスト面から不利なことが多く、コストパフォーマンスと安全性の両方を考慮して冗長系を構成する必要があった。

この発明は、上述のような従来装置の問題点を解決するためになされたもので、搭載性も考慮した冗長系を有し、異常時にあっては正常時とほぼ同様にモータ制御を継続することが確実にできる電動パワーステアリング装置を提供するものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、単一のロータに対して独立した２組のコイル巻線を備えたステータを有し、車両の操舵機構を回転させるモータと、このモータに一体に取付けられた制御ユニット部とを備え、前記制御ユニット部は、定電圧を発生する電源回路、各回路の動作情報を入力する入力回路、前記モータのコイル巻線を駆動するための出力回路、前記出力回路への電流供給を遮断する電源リレー回路、前記入力回路からの情報に基づき制御量を演算して前記出力回路へ制御信号を出力する中央処理装置、および入力または出力するためのコネクタ類、を有し、前記モータのコイル巻線にそれぞれ電流を独立して供給または遮断するように２系統形成され、前記中央処理装置は、前記各回路または前記コイル巻線の異常を検出する異常検出機能を有するとともに２つの中央処理装置間で通信を行い、一方の系統に異常が検出された場合、他方の系統の前記制御ユニット部で制御を継続するように構成され、さらに、前記電源回路、前記入力回路、前記出力回路、前記電源リレー回路、前記中央処理装置、および前記コネクタ類は、２系統にそれぞれ分離独立され、かつ並設配置されていることを特徴としている。

この発明によれば、異常時であってもハンドル操作を正常時と同様に可能とすることができる。また、制御ユニット２組をモータの出力軸に対し同軸に搭載することによって電動パワーステアリング装置を小型化することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の要部構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の要部構成を一部断面で示す側面図である。 図２における制御ユニット側から見た電動パワーステアリング装置の要部構成を示す上面図である。 図２における電動パワーステアリング装置の制御基板を示す上面図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング装置の要部構成を一部断面で示す側面図である。 図６における制御ユニット側から見た電動パワーステアリング装置の要部構成を示す上面図である。 図６における電動パワーステアリング装置の制御基板を示す上面図である。

実施の形態１．
以下、この発明を実施の形態１を示す図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、電動パワーステアリング装置の電気系の要部構成を示す回路図である。
図において、制御ユニット１ａ、１ｂは、３相２組のコイル巻線を備えたモータ２を駆動制御し、ハンドルを操舵するもので、いわゆるインバータ回路３ａ、３ｂと、中央処理装置（以下ＣＰＵと称する）１０ａ、１０ｂを搭載した制御回路部４ａ、４ｂと、電源リレー回路を形成する電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂなどから構成されている。また、車両に搭載されたバッテリ９からイグニッションスイッチ７および電源回路１３ａ、１３ｂを介して制御回路部４ａ、４ｂに電源が供給される。
さらに、例えばハンドルの近傍に搭載されてハンドルの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等の情報がセンサ８から制御回路部４ａ、４ｂに入力される。なお、制御ユニット１ａ、１ｂには、外部装置と接続するための多数の端子（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）が設けられており、具体的にはコネクタを回路基板に固定することによって配置される。

センサ８からの情報は、制御回路部４ａ、４ｂの入力回路１２ａ、１２ｂを介してＣＰＵ１０ａ、１０ｂに伝達される。ＣＰＵ１０ａ、１０ｂは、この入力された情報に基づいてモータ２を回転させるための電流値を演算し、駆動回路１１ａ、１１ｂへ制御信号を出力する。駆動回路１１ａ、１１ｂは、それぞれ入力信号を受け、出力回路を構成するインバータ回路３ａ、３ｂの各スイッチング素子を制御する制御信号を出力する。
なお、駆動回路１１ａ、１１ｂには小電流のみが流れるため、制御回路部４ａ、４ｂに配置されているが、インバータ回路３ａ、３ｂに配置してもよい。
また、インバータ回路３ａ、３ｂは、各相のコイル巻線（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）、（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）に対して同一の回路構成を有しており、各相コイル巻線に独立して電流を供給するように構成されている。このインバータ回路３ａ、３ｂには、それぞれモータ２の３相のコイル巻線（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）に出力電流を供給する上下アーム用スイッチング素子（３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ）、（３２Ｕ、３２Ｖ、３２Ｗ）と、モータ２のコイル巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１との配線を接続または遮断するモータリレー用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗと、電流検出用のシャント抵抗３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗと、ノイズ抑制用コンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗとが設けられている。

また、シャント抵抗３３Ｕ、３３Ｖ、３３Ｗの両端子間の電位差、及び例えば、モータ２のコイル巻線端子の電圧等も入力回路１２ａ，１２ｂに入力されている。これらの情報は、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂにも入力され、演算した電流値に対応する検出値との差異を演算して、いわゆるフィードバック制御を行うように構成されており、必要なモータ電流を供給して操舵力をアシストする。
なお、電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂの制御信号も出力されており、この電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂによりモータ２への電流供給を遮断することができる。同様に、モータリレー用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗもモータ２への電流供給をそれぞれ独立して遮断することができる。
ここで、インバータ回路３ａ、３ｂのパルス幅変調によるノイズの放出を抑制するために、コンデンサ、コイルからなるフィルタ６ａ、６ｂがバッテリ９の電源端子（＋Ｂ、ＧＮＤ）に接続されている。また、電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂに大電流が流れることによって発熱するため、インバータ回路３ａ、３ｂにそれぞれ内蔵させてインバータ回路３ａ、３ｂの放熱体に結合させ、放熱させるように構成してもよい。

ところで、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂは、入力された各種情報からインバータ回路３ａ、３ｂ、コイル巻線（Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１）、（Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２）等の異常を検出する異常検出機能を備えており、異常を検出した場合、その異常に応じて、モータリレー用スイッチング素子３４の所定の相のみをオフして電流供給を遮断する。または、電源リレー用スイッチング素子５ａ、５ｂをオフし、バッテリ９を遮断することも可能である。さらに、異常を検出した場合、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂは、駆動回路１６ａ、１6ｂを介して例えばランプなどの報知装置１５に電力を供給して点灯させるように構成している。

一方、モータ２は、３相２組のコイル巻線がデルタ結線されているブラシレスモータであり、ロータの回転位置を検出するための回転センサ９ａ、９ｂが搭載されている。この回転センサ９ａ、９ｂも冗長系を確保するために２組のセンサがそれぞれ搭載され、ロータの回転情報がそれぞれ制御回路部４ａ、４ｂの入力回路１２ａ、１２ｂに伝達されている。なお、モータ２は、３相デルタ結線のブラシレスモータでなく、スター結線のブラシレスモータであってもよく、２極２対のブラシ付きモータであってもよい。また、コイル巻線の仕様は、従来装置と同様に、分布巻き、集中巻きでもよい。ただし、１組のコイル巻線のみ、あるいは、２組のコイル巻線でも所望のモータ回転数、トルクが出力できるように構成することが必要である。

以上のように、制御ユニット１ａ、１ｂは、それぞれ独立に入力情報、演算値、検出値を使用して独立にモータ２を駆動できるように構成されている。
また、両ＣＰＵ１０ａ、１０ｂ間にはデータ、情報を授受できるように通信ライン１４が接続されている。この通信ライン１４による情報の授受によりそれぞれ相手方ＣＰＵ１０ａ、１０ｂの動作状態を把握することができる。例えば、ＣＰＵ１０ａが異常を検出し、所定のスイッチング素子をオフしたことをＣＰＵ１０ｂへ伝達することができる。もし、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂ自体に異常が発生した場合は、所定のフォーマットによる定期的な通信信号を授受することができなくなり、これにより一方のＣＰＵが他方のＣＰＵの異常発生を把握することもできる。

次に、電動パワーステアリング装置全体の構造について図２を用いて説明する。図２は、制御ユニット１ａ、１ｂを備えた制御ユニット部１をモータ２の上側に装着し、制御ユニット部１とモータ２とを一体化した構造を示している。
図において、モータ２は、出力軸２３の周囲に永久磁石（図示せず）が装着されたロータ２１と、ロータ２１に対向して配置され、３相コイル巻線２４が巻装されたステータ２２とを円筒状のヨーク２６内に装着して構成されている。モータ出力軸２３にはモータ２の回転を減速する減速機２８が取り付けられ、図中下方向から出力が取り出される。

また、モータ２の上方（反出力側）には、３相コイル巻線２４から３本ずつ（２本のみ図示）引き出された延長巻線２５ａ、２５ｂが上フレーム５０を貫通して上方向に延長されている。この上フレーム５０の上方同軸上に制御ユニット部１が配置されている。なお、上フレーム５０は、モータ２のヨーク２６に圧入等により固着されている。

制御ユニット部１は、例えば絶縁性樹脂製のハウジング５１を有している。このハウジング５１の内側には、上フレーム５０に密着して出力回路を構成するインバータ回路３ａ、３ｂなどからなるパワーモジュール３が配置され、インバータ回路３ａ、３ｂの入出力端子である脚部の一部が上方に伸びて延長巻線２５ａ、２５ｂに接続されている。また、上フレーム５０の上には中間部材５２、さらに制御基板４ｃが積層されて配置されている。なお、この制御基板４ｃには、制御回路部４ａ、４ｂを構成する多数の電子部品が搭載されているが、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂ、駆動回路１１ａ、１１ｂのみを図示している。また、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂは、ほぼ制御基板４ｃの中央に対称的に配置されている。さらに、駆動回路１１ａ、１１ｂは、制御基板４ｃの下面に装着され、この駆動回路１１ａ、１１ｂに対向してインバータ回路３ａ、３ｂを構成するパワーモジュール３が配置されている。

ここで、上フレーム５０は、伝熱性のよい例えばアルミニュームで製造されており、パワーモジュール３を当接させることによってヒートシンクとしても作用させている。なお、パワーモジュール３自体にヒートシンクを内蔵した構造としてもよいが、内蔵のヒートシンクのみでは放熱性が充分でない場合が多く、広い面積および容積を有している上フレーム５０の方が放熱性に優れている。さらに、上フレーム５０には、ヨーク２６が当接されており、ヨーク２６もモータ２およびパワーモジュール３の放熱作用を行わせることができる。また、上フレーム５０およびヨーク２６の外周を外部に露出させることによって、放熱性を良好なものとすることができる。なお、上フレーム５０は、制御ユニット部１とモータ２とを仕切るための隔壁として作用し、かつ、軸受２７を介して出力軸２３を回転可能に支持するように構成されている。

中間部材５２は、パワーモジュール３を下方に押圧するように取り付けられ、パワーモジュール３を上フレーム５０に密着させている。また、この中間部材５２には、パワーモジュール３の多数の入出力端子部及びモータ２の延長巻線２５ａ、２５ｂを位置決めする穴が設けられ、さらに、制御基板４ｃを所定の間隔をもって固定するための柱部５２ａが設けられている。また、中間部材５２には、電源（＋Ｂ、ＧＮＤ）ラインも配置されており、パワーモジュール３と接続されている。
このパワーモジュール３の出力端子とモータ２のコイル巻線の延長巻線端は、制御基板４ｃの上面まで引き出され、この部分で溶接されて両者が電気的に接続されている。また、上フレーム５０の中央には、出力軸２３が貫通して設けられ、この出力軸２３の先端には、磁石ロータ９ｃが装着されている。この磁石ロータ９ｃに対向して回転センサ９ａ、９ｂが制御基板４ｃに並んで装着されている。
なお、上フレーム５０の下面とモータ２コイル巻線との間の空間にはコンデンサ３０も装着されており、このコンデンサ３０は、中間部材５２を介してパワーモジュール３の電源端子に接続されている（図示せず）。従って、上フレーム５０の上方に殆どの制御ユニット部１が配置されているが、コンデンサ３０などの一部は、モータ２側にも配置することによって空間の有効利用を図ることができる。

ハウジング５１の上面には、電源端子（＋Ｂ、ＧＮＤ）用のコネクタ５３ａ、５３ｂ、フィルタ６ａ、６ｂを内蔵したカバー５４ａ、５４ｂ、イグニッションスイッチ７またはセンサ８等の信号用のコネクタ５５ａ、５５ｂなど複数のコネクタが配置されている。図３は、このコネクタ類の配置を上面から見た状態を示している。
図３において、電源用コネクタ５３ａ、５３ｂおよびフィルタ６ａ、６ｂが隣接してそれぞれ２個配置されている。電源（＋Ｂ、ＧＮＤ）は、端子５３ｃ、５３ｄから供給され、バスバー５３ｇ、５３ｊを介してフィルタ６ａ、６ｂのコンデンサ、コイルに接続されている（バスバーは透視図として示している）。
また、センサの信号用コネクタ５５ａ、５５ｂがハウジング５１の周辺に配置され、このコネクタ５５ａ、５５ｂの端子５５ｃ、５５ｄ（透視図）が制御ユニット部１内へ延長されて制御基板４ｃに結合されている。このため、端子５５ｃ、５５ｄは、ハウジング５１の内周面を伝って延長され、制御基板４ｃの周辺まで延びることになる。また、制御基板４ｃには多数の電子部品が搭載されているため、接続用の端子、バスバーを制御基板４ｃの周辺部に配置し、配線パターンにより中央へ引き込むように構成することにより、制御基板４ｃの面積を有効に利用することができる。

また、フィルタ６ａ、６ｂは、比較的大型部品であるため、制御基板４ｃ上に搭載せず、ハウジング５１の上面に配置し、カバー５４ａ、５４ｂで覆うように構成しており、これによってスペースを有効利用することができる。さらに、ハウジング５１の上方端付近には、電源のフィルタ６ａ、６ｂを介した電源用バスバー５６ｃ、５６ｄが２組配置され、制御ユニット部１内へ延長されてパワーモジュール３、電源リレー用スイッチンング素子５ａ，５ｂに接続されている。また、ハウジング５１の上方には、バスバー（５３ｇ、５３ｊ）４本と制御ユニット部１内から延出されたバスバー（５６ｃ、５６ｄ）４本との接続部を覆うカバー５６が設けられている。

以上のように、２組のコネクタ類が独立に互いにほぼ平行にハウジング５１に配置され、各部の独立性を保ちながら、ハウジング５１の外周内側を通って同様な形態で制御ユニット部１へ延長されている。これによって、制御ユニット部１全体の面積、容積の縮小化を図ることができる。

図４は、制御基板４ｃを上方から見た上面図で、主要な電子部品のみを示している。
図において、単一の制御基板４ｃに２組の制御回路が装着されており、中心線４ｄから左右に分離して各部品が配置されている。図中、左側には第１系統、右側には第２系統の制御回路が装着されている。ここで、第２系統の制御回路について説明すると、制御基板４ｃの上部付近に電源回路１３ｂの部品が装着され、この部品の下方には、ＣＰＵ１０ｂ、さらに下方には入力回路１２ｂが装着されている。駆動回路１１ｂ、回転センサ９ｂは、制御基板４ｃの裏面に装着されている。制御基板４ｃの周辺部には各信号用コネクタ端子５５ｄ、及びモータ２からの延長巻線２５ｂが３本配置され、これらと当接するように、パワーモジュール３の出力端子も３本伸びている。これらの端子は、溶接により結合され、パワーモジュール３とモータ２のコイル巻線とを電気的に接続する。さらに、制御基板４ｃの上方には、電源ライン（＋Ｂ、ＧＮＤ）のバスバー５６ｃ、５６ｄを貫通させるための穴が４個設けられている。

このように左右２組の回路網は、殆ど同様な配置で主要部品が並べられており、このため電気的な入力、演算処理、出力が２組とも同じような流れを成している。この実施の形態においては、制御基板４ｃの中心線４ｄにほぼ線対称となっている。
なお、制御基板４ｃの４個の丸印は、中間部材５２から延長された基板固定用の柱部５２ａを挿入するための穴である。また、中間部材５２自体は、上フレーム５０に固定されている。すなわち、上フレーム５０、パワーモジュール３、中間部材５２、制御基板４ｃの積層構造を成してスペースの縮少化を図っている。

以上のように２組の独立した制御ユニット１ａ、１ｂが単一のハウジング内で、単一の制御基板４ｃに装着され、２系統の制御回路が並設されている。さらに、電気系統は、装置の最外部であるコネクタから完全に２組に分離独立されており、一方の制御回路が異常の場合、他方の制御回路で補完できるように構成されている。
なお、車両のバッテリ９は、通常１個であることから電源用コネクタ５３ａ、５３ｂを単一とすることは可能である。また、同様にフィルタ６ａ、６ｂまでを単一とし、制御ユニット１ａ、１ｂ内の電子回路部分から完全に２系統とする配置、配線とするように構成することもできる。また、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂ、入力回路１２ａ、１２ｂは、同一パッケージに内蔵され、内部の回路が２重、独立であっても同等の機能を果たすことができる。

次に、以上の回路構成およびモータ構造における制御動作について説明する。
各回路の制御は、殆どＣＰＵ１０のプログラムに従って処理されるため、図５に示すフローチャートに沿って説明する。なお、ＣＰＵ１０ａ、１０ｂは、ほぼ同一の処理を行っているため、一方のＣＰＵ１０ａについて説明する。
まず、イグニッションスイッチ７が投入されると、ＣＰＵ１０ａに電源回路１３ａを通して電流が供給され、処理が開始される。
ステップＳ１において、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ポート等を初期化する。次に、ステップＳ２において入力回路１２ａを介して入力されたあらゆる情報を入手し、格納する。この情報の中には相手方のＣＰＵ１０ｂの通信データも含まれている。

ステップＳ３において、相手方のＣＰＵ１０ｂにおける異常検出の有無をチェックする。相手方の異常の有無は、相手方ＣＰＵ１０ｂとの通信データを解読することで判定することができる。相手方ＣＰＵ１０ｂに異常が発生していない場合（Ｎ：Ｎｏ）、ステップＳ４において自分の異常の有無をチェックする。ここで、異常が検知されていない場合（Ｎ）、ステップＳ５に進み、異常が両ＣＰＵ１０ａ、１０ｂとも発生していない通常の制御量１を演算する。

一方、ステップＳ３において、相手方に異常が発生している場合（Ｙ：Ｙｅｓ）、ステップＳ６に進み、ステップＳ４と同様に自分の異常の有無をチェックする。ここで、自分に異常が発生している場合（Ｙ）、ステップＳ１１へ進み、自己異常時の処理を行う。自分に異常がない場合（Ｎ）、ステップＳ７に進み、相手方異常、自己正常の条件における制御量２を演算する。その後、ステップＳ８へ進む。

次に、ステップＳ４あるいはステップＳ６において、ＣＰＵ１０ａ自体に異常が発生していると判断した場合、ステップＳ１１に進み、駆動回路１１ａへの出力を停止するように制御信号を出力する。なお、発生した異常に基づき複数のレベルに分類してもよい。例えば、コイル巻線又はインバータ回路３ａ、３ｂのスイッチング素子の地絡あるいは天絡の場合、電源リレー用スイッチング素子５ａを含む全スイッチング素子をオフとするように制御信号を出力する。
また、インバータ回路３ａ、３ｂの上下アームのスイッチング素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗの１個、またはモータリレー用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗがオープン故障を生じている場合、その異常が発生している相のみスイッチング素子の駆動を停止し、その他の相は通常どおり制御指令を出力することも可能である。このため、ステップ１１においては、全面停止状態の異常時の処理以外に一部の制御を継続処理できるように設定することができる。なお、前述のような２相駆動できる場合は、制御量の演算処理も必要なため、ステップＳ５、Ｓ７で処理した方が効率的な場合もある。

次に、ステップＳ１２において、異常状態のデータを通信ライン１４を使用して送信する。このデータには、異常のレベル、例えば、全スイッチング素子がオフ状態であることも含んで送信する。また、ある相のみオフした状態で、この場合の制御量の正常時と比較した割合等も含んで送信することもできるが、このような異常内容の通信は、ステップＳ９およびステップＳ１０を通して処理することも可能である。これにより、相手方が異常の内容まで把握することができることになる。したがって、相手方の異常に応じて自己の制御量を補正して出力することが可能となる。

次に、ステップＳ５において、両制御ユニットとも異常が発生していない通常時の制御量の演算方法について説明する。
このステップＳ５では、従来装置と同様に、車速及びトルクに応じて要求される電流値を算出し、これを１／２に分割する。この１／２の電流値が一方の制御ユニットが受け持つ制御量である。さらに、現在供給している電流をシャント抵抗３３の電位差から検出し、目標値とこの検出値との差異に応じて、制御指令値として出力する。

一方、ステップＳ７においては、相手方系統に異常が発生しているため、自分の系統のみで要求される電流値を制御量演算２として供給する必要がある。または、相手方系統が１相のみ異常で２相駆動されている場合であれば、２／３の電流値を供給するように算出し、これにより算出された制御指令値を出力する。また、相手方系統が全くモータを駆動できる状態にない場合、算出した制御量すべてを自己の系統で出力するように制御することになる。さらに、前述したように１相のみ異常が発生している場合は、ステップＳ５又はステップＳ７にて２相駆動用の制御量を演算することができる。すなわち、通常時と殆ど同様な手順で演算し、最後に２相駆動用に補正することによって制御量を求めることができる。
さらに、両ＣＰＵ１０ａ、１０ｂにおいて分配率のみを変更するだけの同一手順で実行することができ、制御ロジックの簡略化を図ることができる。

次に、ステップＳ８において、制御指令値に基づき各スイッチング素子を駆動できるように制御指令を出力する。インバータ回路３ａ、３ｂの上下スイッチング素子は、パルス幅変調されているため、これに応じた制御信号を出力する。
ステップＳ９においては、異常の有無をチェックする。具体的には、各スイッチング素子を駆動して流れる電流をシャント抵抗３３で検出する方法、ならびにモータのコイル巻線端子電圧をモニタし、所定の電圧がスイッチング素子の駆動に応じて出現することを判別することにより異常を検出することができる。
さらに、目標電流値に対して検出電流値との差異が所定時間経った後にも接近しない場合、漏電の可能性もあるため、異常と判断させることもできる。
以上のように、各部の電圧、電流をモニタして異常を検出することによって、１相のみであっても異常を検出することができる。

このような異常を検出した場合、ＣＰＵ１０ａは、異常状態も含めて記憶しておき、ステップＳ１０において、異常状態を通信ライン１４を介して相手方ＣＰＵ１０ｂに通信する。その他に必要な情報があれば、この処理に含めて送信すると効率的である。例えば、入力回路１２ａの情報、制御量情報を授受して互いの制御量演算の正確性をチェックすることも可能である。
次に、ステップＳ１３において、所定時間、例えば５ｍ秒間経つまで待機し、所定時間が経ったならば（Ｙ）、ステップＳ２へ戻って再度同様な手順で繰り返し、処理を進めることになる。

以上のようなＣＰＵ１０ａの処理動作は、ＣＰＵ１０ｂも同様に実行されており、２重の冗長系を成している。
したがって、異常のない通常状態においては、各制御ユニットが１／２ずつ受け持ってモータ２の制御を行うが、一方に異常が発生した場合、最悪の場合であっても正常なＣＰＵが１００％の制御を継続することができることになり、ドライバーの操舵が困難となる状況に陥ることがない。また、自己系統のみならず相手方系統の異常についても報知する機能を付加することが可能で、異常発生時のドライバーへの報知が確実となり、どちら側のモータ２が異常かをも知らせることができる。この報知は、例えば、ステップＳ９またはステップＳ１１の異常時の出力に基づいて、ステップＳ１０またはステップＳ１２において報知装置１５を動作させることにより実現することができる。

また、異常が発生していない通常時であっても、例えば一方の制御ユニットの温度が他方より高い場合、１／３対２／３のように不平衡の制御を行うことも可能である。このような状況は、通信ライン１４を介して一方が他方に助けを求める情報を送信し、相手方に知らせることで可能となる。また、自己も高温に曝されているときは、両者がともに高負荷状態であるので、互いに目標値を低減して故障の発生を予防することも可能となる。さらに、制御量の分担割合は、どのようにも変更することは理論的には可能であるが、２、３段階の有段のみとすることは、制御仕様の簡略化、及びＣＰＵのプログラムの簡略化、さらにはＣＰＵ自体の異常時の対応の面から有利である。例えば、正常側は５０、６５％、１００％、異常側は５０％、３５％、０％の３段階レベルとすることもできる。

なお、上述の実施例においては、ステップＳ１０、Ｓ１２の通信１、通信２を独立して２カ所に設けているが、これは異常が発生していることを考慮して出力系を独立させたものであって、まとめて１個としてもよい。また、ステップＳ９の異常検出手段を出力ステップＳ８の後に配置したが、例えばステップＳ２とステップＳ３の間に設けてもよい。

各制御ユニット１ａ、１ｂにおける特にスイッチング素子は、１００％駆動された場合を考慮してその放熱性を充分に確保する必要がある。具体的には素子自体の電流容量、及び放熱用ヒートシンク構造を考慮して設計する必要がある。また、モータ２においても１組３相のコイル巻線のみで所望の回転数に対する最大トルクを出力できるように、コイルと磁石の仕様、各部品の規模を設計する必要がある。
さらに、制御基板４ｃとパワーモジュール３を分離して最も発熱の多いパワーモジュール３を制御基板４ｃから離して配置することにより放熱性を向上させることができる。
また、パワーモジュール３にヒートシンクを設け、このヒートシンクを放熱面積、容積の大きな別のヒートシンク（上フレーム５０）に密着させるとともにヨーク２６と当接させて、パワーモジュールの熱をヨーク２６にまで伝熱させる構造としている。このため、ヨーク２６も放熱性のよいアルミニユーム製として、モータ２自体の放熱性も向上させることができる。
また、一方が異常となった場合、ヒ−トシンク（上フレーム５０）が単一のため、一系統のみでヒートシンク全体を使用できることになり、放熱性を向上させることができる。また、この単一のヒートシンク（上フレーム５０）により、熱の偏りをなくし均一的な熱分布を成すことも可能となり、さらに、このヒートシンクの外周を装置の最外層として露出させることにより一層の放熱性向上に寄与させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について図６〜図８を用いて説明する。
図６は、実施の形態１の図２に相当する図面であり、同一符号は同一又は相当する部分を示している。また、全体回路図も図１と同等である。
図６においては、一対のパワーモジュール３が出力軸２３に平行に配置された状態を示している。モータ２は、図２と同一であるため、説明を省略する。なお、モータ２の出力軸２３の反出力側の端部には、回転センサのために磁石ロータ９ｃが装着され、出力軸２３と同期して回転される。また、上フレーム５０は、ほぼ円筒状を成し、制御ユニット部１とモータ２間を区画する底部が形成されている。

この底部中央には出力軸２３を回転可能に支持する軸受２７が装着されている。さらに、円筒部の外周の一部には凹凸状の壁部５０ａを有し、表面積を拡大させて放熱性を向上させている。この壁部の内側に両パワーモジュール３が当接されており、パワーモジュール３の伝熱性を向上させている。両パワーモジュール３は、上フレーム５０の側壁に縦置きで配置され、図２の横置きとは異なっている。また、両パワーモジュール３の間にはセンサ基板４ｅが中間部材５２と一緒に装着されている。

センサ基板４ｅの中央部には磁石ロータ９ｃに装着された永久磁石の回転を検出するための２組の回転センサ９ａ、９ｂが搭載され、回転センサ９ａ、９ｂからそれぞれ独立にＣＰＵ１０ａ、１０ｂへ回転情報が伝達される。また、中間部材５２は、電源、グランド等のラインが設けられており、かつ、パワーモジュール３をそれぞれ壁部５０ａに当接させるような梁の作用を果たしている。

パワーモジュール３は、ほぼ直方体のパッケージを有し、このパッケージの下面にはコイル巻線用端子が配置され、上面にはパワーモジュール３の各スイッチング素子を駆動する制御用端子、各端子の電圧モニタ、シャント抵抗の電圧モニタ等の信号用端子が複数配置されている。なお、パッケージの側面には電源、グランド端子が配置されている。

中間部材５２の上側には制御基板４ｃが装着され、この基板にはＣＰＵ１０ａ、１０ｂ、電源回路１３ａ、１３ｂ、入力回路１２ａ、１２ｂ、駆動回路１１ａ、１１ｂ等々の電子部品が多数装着されている。さらに、制御基板４ｃの周辺を保護するためにハウジング５１によって覆われている。したがって、制御ユニット部１は、ハウジング５１及び上フレーム５０の一部で包囲されている。
以上のような構成によって、上フレーム５０は、パワーモジュール３のためのヒートシンク、軸受２７の支持、制御ユニット部１とモータ２との隔壁、制御ユニット部１のハウジングの一部と複数の作用を果たしている。

また、ハウジング５１の上面にはコネクタ類が装着されており、この概要構成を図７に示している。
図７において、電源用コネクタ５３ａ、信号用コネクタ５５ａ、フィルタのカバー５４ａ、電源用カバー５６ａが図中下側に配置されている。一方、他系統は、ハウジング５１の中心点に対してほぼ点対称に各コネクタ類が配置されている。すなわち、第一の系統は、電源用コネクタの図中左側から右側に向かって電気の流れが形成され、第二の系統は、図中右側から左側に向かって電気の流れが形成されている。

次に、図８は、ハウジング５１を取り外した状態の概要構成を示している。
図において、外周の上フレーム５０の内周側には最上段に制御基板４ｃが配置され、その下側には図中両側にパワーモジュール３が配置されている。また、制御基板４ｃの裏面側であってパワーモジュール３間にセンサ基板４ｅが配置されている。（中間部材５２は図示せず）なお、制御基板４ｃにも中心点に対して点対称の位置に電子部品が配置されている。

このように制御基板４ｃの中心点に対して点対称に配置すると、電源回路１３ａ、１３ｂが互いに離れた位置に配置されることになる。電源回路１３ａ、１３ｂが、例えば定電源５Ｖ他を有する場合、互いに離れた位置となるので、放熱性がよくなる効果がある。また、入力回路周辺、駆動回路周辺の配線が込み合った場所も離れることになるため、基板面積の効率化を図ることができる。さらに、信号用コネクタ端子５５ｃ、５５ｄの配列も中心点に対して点対象に配置することによって配線作業をスムーズに行わせることが可能となる。

また、パワーモジュール３におけるコイル巻線の延長巻線端との接続を、一方の端子の凹部、又は穴に他方の端子を圧入するプレスフィット構造とすることによって、接続作業を効率よく行わせることができる。さらに、制御用端子、信号用端子は、制御基板４ｃと直接ハンダ付けにより接続されている。
なお、電源、グランド端子は、パワーモジュール３の側面に配置されていて、中間部材５２からの伸びた端子と接続される（図示せず）ため、上フレーム５０にパワーモジュール３を配置した後、センサ基板４ｅ、中間部材５２を装着し、最後に制御基板４ｃを積層する。この制御基板４ｃの積層時にパワーモジュール３の各制御用、信号用端子を制御基板４ｃの穴に挿入する。

以上のように、制御ユニットをモータと一体化させた装置において、制御ユニット側の２重冗長系を構成する際、特に小型化を図るために、ハウジング、及びこの中に包含する制御基板を単一として、さらに、制御基板に装着する各電子部品を電気の流れに沿って、２組を互いに点対称、または線対称に配置することによって、基板面積の有効利用を果たすことができる。また、出力回路であるインバータ回路は、モータのコイル巻線端に合わせて２組を並設し、かつ、モータのコイル巻線の近傍に配置することによって小型化とともにモータのコイル巻線端とインバータ回路の端子との接続を接近させることが可能となる。さらに、大面積、容量のヒートシンクをインバータ回路に密着させ、このヒートシンクをモータのヨークと当接させることにより、小型化した上にインバータ回路の放熱性を向上させることもできる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１、１ａ、１ｂ：制御ユニット、 ２：モータ、
３：パワーモジュール（出力回路）、 ３ａ、３ｂ：インバータ回路、
４ａ、４ｂ：制御回路部、 ４ｃ：制御基板、 ６ａ、６ｂ：フィルタ、
５ａ、５ｂ：電源リレー用スイッチング素子（電源リレー回路）、
８：センサ、 ９：バッテリ、 ９ａ、９ｂ：回転センサ、
１０ａ、１０ｂ：中央処理装置（ＣＰＵ）、 １１ａ、１１ｂ：駆動回路、
１２ａ、１２ｂ：入力回路、 １３ａ、１３ｂ：電源回路、
１４：通信ライン、 １５：報知装置、 ２１：ロータ、
２２：ステータ、 ２３：出力軸、 ２４：巻線、 ５０：上フレーム、
５１：ハウジング、 ５２：中間部材、
５３ａ、５３ｂ：信号用コネクタ、 ５５ａ、５５ｂ：電源用コネクタ。

Claims (7)

1. 単一のロータに対して独立した２組のコイル巻線を備えたステータを有し、車両の操舵機構を回転させるモータと、このモータに一体に取付けられた制御ユニット部とを備え、前記制御ユニット部は、定電圧を発生する電源回路、各回路の動作情報を入力する入力回路、前記モータのコイル巻線を駆動するための出力回路、前記出力回路への電流供給を遮断する電源リレー回路、前記入力回路からの情報に基づき制御量を演算して前記出力回路へ制御信号を出力する中央処理装置、および入力または出力するためのコネクタを有し、前記モータのコイル巻線にそれぞれ電流を独立して供給または遮断するように２系統形成され、
   前記中央処理装置は、前記各回路または前記コイル巻線の異常を検出する異常検出機能を有するとともに２つの中央処理装置間で通信を行い、一方の系統に異常が検出された場合、他方の系統の前記制御ユニット部で制御を継続するように構成され、
   さらに、前記電源回路、前記入力回路、前記出力回路、前記電源リレー回路、前記中央処理装置、および前記コネクタは、２系統にそれぞれ分離独立され、かつ並設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。
2. 前記制御ユニット部の前記出力回路は、前記モータのコイル巻線を制御するインバータ回路と、前記中央処理装置の制御信号を前記インバータ回路に伝達する駆動回路とから構成され、前記インバータ回路を前記制御ユニット部の基板から分離するとともに、２つの前記インバータ回路を並設したことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記インバータ回路は、ヒートシンクに当接され、前記ヒートシンクの少なくとも一部は、前記モータを収納するヨークに当接されるとともに、前記ヒートシンクにより前記制御ユニット部と前記モータとを仕切るように構成したことを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記インバータ回路は、ヒートシンクに当接され、前記ヒートシンクの少なくとも外周の一部を露出させ、この露出部の内側に前記インバータ回路を装着するとともに、前記モータを収納するヨークと前記ヒートシンクとを当接させるように構成したことを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記インバータ回路は、５０％の電流を供給するように制御され、電流許容容量、又は熱容量に対して２倍の容量を有するように構成したことを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記中央処理装置の前記異常検出機能は、自己及び相手方の両方の異常を検出し、自己が正常でかつ相手方が異常と判断した場合、自己の制御指令を１００％に設定するとともに、相手方が異常であることを報知することを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記中央処理装置の前記異常検出機能は、自己または相手方が異常であることを検出した場合、異常を報知する報知装置を備えたことを特徴とする請求項６記載の電動パワーステアリング装置。

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