JP6597362B2 - 電子制御ユニット、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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Description
電流回路部は、基板に設けられ、スイッチング素子(501〜506)を含み、制御対象の制御時、電流が流れる。なお、スイッチング素子は、作動時、発熱する。
制御回路部は、基板に設けられ、制御信号に基づきスイッチング素子の作動を制御することで制御対象を制御可能な制御部(61、67)を含んでいる。
電流入力部は、電流回路部に対し制御回路部とは反対側に位置するよう基板に設けられ、電流回路部を経由して制御対象に流れる電流が入力される。
(第1実施形態)
図2に示すように、モータ20は、モータケース21、ステータ22、巻線23、ロータ24、シャフト25、出力端26、磁石27等を備えている。
モータケース21は、例えばアルミニウム等の金属により有底筒状に形成されている。
ステータ22は、例えば積層鋼板等により略円環状に形成されている。ステータ22は、モータケース21の内側に固定されるようにして設けられている。
巻線23は、例えば銅等の金属により線状に形成され、ステータ22に巻回される。本実施形態では、巻線23は、3相(U相、V相、W相)に対応するよう設けられている。
シャフト25は、例えば金属により棒状に形成されている。シャフト25は、ロータ24の回転中心に設けられる。
出力端26は、シャフト25の一方の端部に設けられている。当該出力端26は、電動パワーステアリング装置1のギア3に噛み合い可能である。
磁石27は、シャフト25の他端に設けられている。磁石27は、磁束を発生する。
シャフト25は、モータケース21により回転可能に支持されている。これにより、ロータ24は、ステータ22の内側でステータ22に対し相対回転可能である。
図1に示すように、トルクセンサ5は、GND端子9を有している。GND端子9は、電源としてのバッテリ6の低電位側に接続されている。
電流回路部50は、第1コンデンサ51、コイル52、第1インバータ部53、第2インバータ部54、制御対象接続部56等を有している。
制御回路部60は、カスタムIC61、回転角センサ62、マイコン67、制御信号入力部68等を有している。
電流入力部70は、PIG端子701、GND端子702等を有している。
第1インバータ部53、第2インバータ部54は、それぞれ、スイッチング素子501〜506、電源リレー507、508、第2コンデンサ55、シャント抵抗509等を有している。
上アーム側のスイッチング素子501〜503は、ドレインがバッテリ6側に接続され、ソースが対応する下アーム側のスイッチング素子504〜506のドレインに接続されている。下アーム側のスイッチング素子504〜506のソースは、バッテリ6の低電位側、すなわち、グランド側に接続されている。上アーム側のスイッチング素子501〜503と対応する下アーム側のスイッチング素子504〜506との接続部は、モータ20に電気的に接続されている。
電源リレー507、508は、スイッチング素子501〜506と同様、MOSFETにより構成されている。電源リレー507、508は、スイッチング素子501〜506とコイル52との間に設けられ、異常時にスイッチング素子501〜506を経由してモータ20側へ電流が流れるのを遮断可能である。
シャント抵抗509は、スイッチング素子504〜506とグランドとの間に電気的に接続されている。シャント抵抗509に印加される電圧または電流を検出することにより、モータ20に流れる電流を検出可能である。
カスタムIC61は、レギュレータ64、信号増幅部65および検出電圧増幅部66等を含む半導体集積回路である。
レギュレータ64は、バッテリ6からの電力を安定化する安定化回路である。レギュレータ64は、各部へ供給される電力の安定化を行う。例えば後述するマイコン67は、このレギュレータ64により、安定した所定の電圧(例えば5V)で動作する。
信号増幅部65には、回転角センサ62およびトルクセンサ5等からの信号が入力される。回転角センサ62は、例えばホールIC等の磁束検出素子であり、後述する基板30においてモータ20のシャフト25の磁石27側の端部近傍、より具体的にはシャフト25の軸線Ax1上に設けられ(図2(B)参照)、磁石27が発生する磁束、すなわち、周囲の磁束(磁界)の変化を検出し、当該検出値をロータ24(モータ20)の回転角度に関する信号として信号増幅部65に伝送する。信号増幅部65は、回転角センサ62から伝送されたモータ20の回転角度に関する信号を増幅して、後述のマイコン67へ出力する。
検出電圧増幅部66は、シャント抵抗509の両端電圧を検出し、当該検出した検出値を増幅して後述のマイコン67へ出力する。
マイコン67には、信号増幅部65からモータ20の回転角度に関する信号、検出電圧増幅部66からシャント抵抗509の両端電圧、トルクセンサ5からの操舵トルク信号、および、CANからの車速情報等が入力される。マイコン67は、これらの信号が入力されると、モータ20の回転角度に基づきプリドライバを介して第1インバータ部53を制御する。より具体的には、マイコン67は、プリドライバによりスイッチング素子501〜506のゲート電圧を変化させ、スイッチング素子501〜506のオンオフを切り替えることで、第1インバータ部53を制御する。
また、マイコン67は、検出電圧増幅部66から入力されるシャント抵抗509の両端電圧に基づき、モータ20(巻線23)へ供給する電流を正弦波に近づけるよう第1インバータ部53を制御する。なお、マイコン67は、プリドライバにより第1インバータ部53を制御するのと同様、プリドライバにより第2インバータ部54を制御する。
このように、本実施形態では、電子制御ユニット10は、2系統のインバータ部(53、54)を有し、巻線23への通電を制御する。ここで、各系統は、それぞれ、U相、V相、W相を含む。また、第1インバータ部53、第2インバータ部54(スイッチング素子501〜506)は、作動(スイッチング)時、発熱する。
カバー28は、皿状に形成され、基板30を覆うとともにモータケース21の開口部を塞ぐようにしてモータケース21に取り付けられている。
なお、回転角センサ62は、制御回路部60に含まれているため、基板30の板厚方向においてスイッチング素子501〜506の一部とは重ならない位置に設けられている。
マイコン67は、一部が基板30の板厚方向においてカスタムIC61の一部と重なる位置に設けられている。
図1に示すように、第1インバータ部53、第2インバータ部54は、ノイズ低減素子としての第1コンデンサ51、コイル52に対し電流入力部70とは反対側に位置するよう基板30に設けられている。
図4に示すように、表面配線32は、ヒートシンク80のボス82と電気的に接続する接続点321を有している。
図1に示すように、接続点321は、1つの電流回路部50に対し2つ設けられている。また、制御対象接続部56は、接続点321に対し電流入力部70とは反対側に位置するよう基板30に設けられている。
電流回路部50は、基板30に設けられ、スイッチング素子501〜506を含み、モータ20の制御時、比較的大きい所定値以上の電流が流れる。なお、スイッチング素子501〜506は、作動時、発熱する。
制御回路部60は、基板30に設けられ、制御信号に基づきスイッチング素子501〜506の作動を制御することでモータ20を制御可能なマイコン67およびカスタムIC61を含んでいる。
電流入力部70は、電流回路部50に対し制御回路部60とは反対側に位置するよう基板30に設けられ、電流回路部50を経由してモータ20に流れる電流が入力される。
また、本実施形態では、接続点321は、1つの電流回路部50に対し2つ設けられている。そのため、ノイズ性能および放熱性を向上することができる。
また、制御対象接続部56は、接続点321に対し電流入力部70とは反対側に位置するよう基板30に設けられている。そのため、電子制御ユニット10の内部で発生するノイズが外部に放出されるのを抑制することができる。
マイコン67は、基板30の一方の面301に設けられている。
カスタムIC61は、一部が基板30の板厚方向においてマイコン67の一部と重なるようにして基板30の他方の面302に設けられている。つまり、カスタムIC61は、マイコン67の近傍に設けられている。
本実施形態は、基板30の他方の面302側に設けられ、スイッチング素子501〜506およびカスタムIC61の作動時の熱を放熱可能なヒートシンク80をさらに備えている。そのため、スイッチング素子501〜506およびカスタムIC61の作動時の温度上昇を抑えることができる。これにより、モータ20を高精度に制御できるとともに、基板30を小型にすることができる。
コイル52および第1コンデンサ51等、基板30からの高さが異なる素子を、基板30の一方の面301、すなわち、ヒートシンク80とは反対側の面に設けることにより、ヒートシンク80の本体81の一方の面801を単純な平面状に形成することができる。これにより、ヒートシンク80の形状を簡素化でき、品質向上、小型化、低コスト化を図ることができる。
制御回路部60は、ロータ24の回転角を検出可能な回転角センサ62をさらに含んでいる。回転角センサ62は、制御回路部60に含まれているため、基板30の板厚方向においてスイッチング素子501〜506の一部とは重ならない位置に設けられている。これにより、電流回路部50に流れる電流により生じる磁束が回転角センサ62に影響するのを抑制することができる。したがって、モータ20を高精度に制御することができる。
本発明の第2実施形態による電子制御ユニットを図5に示す。
第2実施形態では、電流回路部50、制御回路部60および電流入力部70は、それぞれ、2つずつ設けられている。
2つの電流回路部50は、一方が第1インバータ部53を含み、他方が第2インバータ部54を含んでいる。2つの制御回路部60は、それぞれ、マイコン67、カスタムIC61、回転角センサ62を含んでいる。なお、2つの回転角センサ62は、いずれもシャフト25の軸線Ax1上または軸線Ax1近傍に位置するよう設けられている。また、第1コンデンサ51およびコイル52は、第1インバータ部53、第2インバータ部54のそれぞれに対し1つずつ設けられている。
電流入力部70は、2つの電流回路部50のそれぞれに対応するよう2つ設けられている。
以上説明したように、(14)本実施形態では、電流回路部50は、1つの基板30に対し2つ設けられている。そのため、モータ20へ供給する電力の変換に関し冗長性を確保することができる。
2つの電流回路部50は、基板30において線対称となるよう配置されている。そのため、電流回路部50を流れる電流により生じるノイズの制御回路部60への影響を抑制することができる。
また、(15)本実施形態では、電流入力部70は、2つの電流回路部50のそれぞれに対応するよう2つ設けられている。そのため、モータ20への給電に関し冗長性を確保することができる。
また、(16)本実施形態では、制御回路部60は、1つの基板30に対し2つ設けられている。そのため、モータ20の制御に関し冗長性を確保することができる。
2つの制御回路部60は、基板30において線対称となるよう配置されている。そのため、電流回路部50を流れる電流により生じるノイズの制御回路部60への影響をより抑制することができる。
本発明の他の実施形態では、制御信号入力部68は、制御回路部60から離れた位置に設けられていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、制御信号入力部68の制御端子681は、トルクセンサ5のGND端子9に接続されなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、カスタムIC61は、レギュレータ64または信号増幅部65のいずれか一方のみ有することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、カスタムIC61は、一部が基板30の板厚方向においてマイコン67の一部と重なるよう配置されていなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ノイズ低減素子としての第1コンデンサ51およびコイル52は、基板30の他方の面302に設けられていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、熱伝導部材84、85の少なくとも一方を備えていなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ヒートシンク80は、ボス82を有していなくてもよい。また、表面配線32は、接続点321を有していなくてもよい。
また、上述の第2実施形態では、1つの基板30に対し2つの回転角センサ62を設ける例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、基板30に対し、回転角センサ62以外の制御回路部60の部品は2つずつ設けつつ、回転角センサ62は1つ設けることとしてもよい。また、本発明の他の実施形態では、制御回路部60は、回転角センサ62を含んでいなくてもよい。
また、上述の実施形態では、電子制御ユニット10がモータ20と一体に設けられる、いわゆる機電一体のモータを示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、電子制御ユニット10とモータ20とは別体に設けられていてもよい。
本発明による電子制御ユニットは、電動パワーステアリング装置に限らず、他の装置のモータ等、電動機器の駆動を制御するのに用いてもよい。
このように、本発明は、上記実施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の形態で実施可能である。
Claims (17)
- 制御対象(20)を制御する電子制御ユニット(10)であって、
基板(30)と、
前記基板に設けられ、スイッチング素子(501〜506)を含み、前記制御対象の制御時、電流が流れる電流回路部(50)と、
前記基板に設けられ、制御信号に基づき前記スイッチング素子の作動を制御することで前記制御対象を制御可能な制御部(61、67)を含む制御回路部(60)と、
前記電流回路部に対し前記制御回路部とは反対側に位置するよう前記基板に設けられ、前記電流回路部を経由して前記制御対象に流れる電流が入力される電流入力部(70)と、
を備える電子制御ユニット。 - 前記制御回路部は、前記制御部に伝送される前記制御信号が入力される制御信号入力部(68)をさらに含む請求項1に記載の電子制御ユニット。
- 前記制御信号入力部は、外部センサ(5)のGND端子(9)に接続される基準電位端子(682)を有し、
前記基準電位端子と前記GND端子とは、共通電位となる請求項2に記載の電子制御ユニット。 - 前記スイッチング素子の作動時の熱を放熱可能な放熱体(80)をさらに備え、
前記基板は、前記放熱体側の面(302)に表面配線(32)を有し、
前記表面配線は、前記放熱体と電気的に接続する接続点(321)を有し、
前記接続点は、1つの前記電流回路部に対し1つ以上設けられている請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。 - 前記電流回路部は、前記制御対象と前記電流入力部とを電気的に接続する制御対象接続部(56)をさらに含み、
前記制御対象接続部は、前記接続点に対し前記電流入力部とは反対側に位置するよう前記基板に設けられている請求項4に記載の電子制御ユニット。 - 前記放熱体は、前記基板から所定距離離れた位置に設けられる本体(81)、および、前記本体から前記基板に向かって延び前記基板に当接するボス(82)を有している請求項4または5に記載の電子制御ユニット。
- 前記制御部は、前記制御信号に基づき演算を行うマイコン(67)と、前記マイコンに供給する電流を安定化するレギュレータ(64)、および、入力された前記制御信号を増幅する信号増幅部(65)の少なくとも一方を有するカスタムIC(61)とを含み、
前記マイコンは、前記基板の一方の面(301)に設けられ、
前記カスタムICは、少なくとも一部が前記基板の板厚方向において前記マイコンの少なくとも一部と重なるようにして前記基板の他方の面(302)に設けられている請求項1〜6のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。 - 前記スイッチング素子は、前記基板の他方の面に設けられ、
前記基板の他方の面側に設けられ、前記スイッチング素子および前記カスタムICの作動時の熱を放熱可能な放熱体(80)をさらに備える請求項7に記載の電子制御ユニット。 - 前記電流回路部は、前記基板の一方の面に設けられ外部に伝搬するノイズを低減可能なノイズ低減素子(51、52)をさらに含む請求項8に記載の電子制御ユニット。
- 前記ノイズ低減素子は、コイル(52)および第1コンデンサ(51)を含み、
前記電流回路部は、前記スイッチング素子の作動時に生じるリップル電流を吸収可能な第2コンデンサ(55)をさらに含み、
前記第2コンデンサは、前記ノイズ低減素子に対し前記電流入力部とは反対側に位置するよう前記基板に設けられている請求項9に記載の電子制御ユニット。 - 前記基板と前記放熱体との間に設けられ、前記スイッチング素子および前記カスタムICの作動時の熱を前記放熱体に伝導可能な熱伝導部材(84、85)をさらに備え、
前記熱伝導部材は、前記スイッチング素子および前記カスタムICの前記放熱体側の面に接した状態で設けられている請求項8〜10のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。 - 前記熱伝導部材は、前記スイッチング素子の前記放熱体側の面以外の面、および、前記基板に当接した状態で設けられている請求項11に記載の電子制御ユニット。
- 前記制御対象は、ステータ(22)、前記ステータに対し相対回転可能に設けられるロータ(24)、および、前記ステータに設けられる巻線(23)を有するモータ(20)であり、
前記制御回路部は、前記ロータの回転角を検出可能な回転角センサ(62)をさらに含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。 - 前記電流回路部は、1つの前記基板に対し2つ設けられており、
2つの前記電流回路部は、前記基板において線対称となるよう配置されている請求項1〜13のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。 - 前記電流入力部は、2つの前記電流回路部のそれぞれに対応するよう2つ設けられている請求項14に記載の電子制御ユニット。
- 前記制御回路部は、1つの前記基板に対し2つ設けられており、
2つの前記制御回路部は、前記基板において線対称となるよう配置されている請求項1〜15のいずれか一項に記載の電子制御ユニット。 - 請求項1〜16のいずれか一項に記載の電子制御ユニット(10)と、
前記電子制御ユニットにより制御され、運転者による操舵を補助するアシストトルクを出力可能な前記制御対象(20)と、
を備える電動パワーステアリング装置(1)。
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