JP7399351B2 - 制御装置、駆動装置、および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
本開示は、制御装置、駆動装置、および電動パワーステアリング装置に関する。
特許文献1に示される電動パワーステアリング装置は、モータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路を制御する制御回路と、を1枚の基板上に実装した構成の制御装置を備えている。この制御装置は、モータと一体化されており、基板にはモータの回転角を検知する回転角センサも実装されている。
特許文献1に開示された従来の制御装置では、インバータ回路から発生するスイッチングノイズや、大きな駆動電流が通電されることによる磁気ノイズが、回転角センサの検出結果に影響をおよぼしやすい。その結果、回転角センサによる検出精度が低下する場合があった。
本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、回転角の検出精度を向上させることができる制御装置および電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
本開示に係る制御装置は、回転軸を有するモータを制御する制御装置であって、回路基板と、前記モータの駆動に伴って発熱する複数の発熱素子と、前記モータの回転角を検出する回転角センサと、を備え、前記回路基板は、前記モータの駆動電流が供給される電源入力部と、前記複数の発熱素子が実装される発熱素子実装領域と、前記回転角センサが実装される制御部実装領域と、を有し、前記電源入力部、前記発熱素子実装領域、および前記制御部実装領域がこの順に並べて配置され、前記回転軸の軸方向から見て、前記回路基板は、前記モータを囲うモータケースの円筒部における外周面を投影した投影領域の外側に突出し、前記回路基板のうち前記投影領域の外側に位置する部分に前記電源入力部が位置している。
本開示によれば、回転角の検出精度を向上させることができる制御装置および電動パワーステアリング装置を提供できる。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置1の全体回路図である。図1に示す電動パワーステアリング装置1は、モータ2と、モータ2を制御する制御装置3と、を含む駆動装置を備えている。なお、本実施の形態に係る駆動装置は、電動パワーステアリング装置以外にも適用可能である。制御装置3には、バッテリ20、イグニッションスイッチ21、センサ類22が接続されている。電動パワーステアリング装置1、バッテリ20、イグニッションスイッチ21、およびセンサ類22は、車両に搭載される。センサ類22の具体例としては、車両の速度を検出する車速センサ、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等が挙げられる。
図1は、実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置1の全体回路図である。図1に示す電動パワーステアリング装置1は、モータ2と、モータ2を制御する制御装置3と、を含む駆動装置を備えている。なお、本実施の形態に係る駆動装置は、電動パワーステアリング装置以外にも適用可能である。制御装置3には、バッテリ20、イグニッションスイッチ21、センサ類22が接続されている。電動パワーステアリング装置1、バッテリ20、イグニッションスイッチ21、およびセンサ類22は、車両に搭載される。センサ類22の具体例としては、車両の速度を検出する車速センサ、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等が挙げられる。
図2は実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置1を示す断面図である。以下の説明では、モータ2における回転軸24の中心軸線Oが延びる方向を軸方向という場合がある。軸方向は、制御装置3における回路基板31の厚さ方向でもある。また、軸方向において、制御装置3が位置する側を上方といい、モータ2が位置する側を下方という場合がある。軸方向から見ることを平面視という場合がある。平面視において、中心軸線Oに交差する方向を径方向といい、中心軸線O回りに周回する方向を周方向という場合がある。
本実施の形態におけるモータ2は、3相ブラシレスモータである。本明細書ではモータ2の3つの相をU、V、Wを用いて表す。制御装置3には、回転角センサ4が電気的に接続されている。回転角センサ4は、モータ2の回転角を検出するために用いられる。回転角センサ4には、制御装置3のレギュレータ回路10(図1参照)によって適切な電圧に調整された電力が供給される。
図1に示すように、制御装置3は、制御回路5と、制御回路5によって制御されるインバータ回路6と、を備えている。インバータ回路6は、制御回路5によって制御され、モータ2へ電流を供給・遮断するように構成されている。制御回路5は、インバータ回路6よりも消費電力が少ない。
制御回路5は、CPU7、駆動回路8、入力回路9、レギュレータ回路10等を有してる。制御回路5は、上記以外の構成要素を含んでもよい。CPU7、駆動回路8、入力回路9、レギュレータ回路10の各機能は、例えばIC(Integrated Circuit)あるいはASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現することができる。
制御回路5は、CPU7、駆動回路8、入力回路9、レギュレータ回路10等を有してる。制御回路5は、上記以外の構成要素を含んでもよい。CPU7、駆動回路8、入力回路9、レギュレータ回路10の各機能は、例えばIC(Integrated Circuit)あるいはASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現することができる。
インバータ回路6は、複数のハイサイドスイッチング素子11と、複数のローサイドスイッチング素子12と、複数のモータリレー用スイッチング素子13と、複数の電流検出素子14と、複数のリップルコンデンサ15と、を有している。ハイサイドスイッチング素子11およびローサイドスイッチング素子12は、モータ2の各相の巻線27aとバッテリ20とを接続する複数のブリッジ回路に、それぞれ組み込まれている。各ブリッジ回路は、モータ2が有する3相(U、V、W)の巻線27aそれぞれに電流を供給するように構成されている。モータリレー用スイッチング素子13は、モータ2への電流を遮断可能に構成されている。電流検出素子14は、電流の大きさを検出するように構成されている。電流検出素子14は、例えばシャント抵抗であってもよい。リップルコンデンサ15は、モータ2に流れる電流のリップルを吸収するように構成されている。
本実施の形態では、各相(U,V,W)の巻線27aに対応させて、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電流検出素子14、およびリップルコンデンサ15もそれぞれ3つ設けられている。すなわち、インバータ回路6における各相ごとの回路構成は互いに同じである。図1等において、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電流検出素子14、およびリップルコンデンサ15のそれぞれには、巻線27aの相に対応させた「u、v、w」が、符号の添字として付されている。
例えば、U相の巻線27aのための回路構成は、ハイサイドスイッチング素子11u、ローサイドスイッチング素子12u、モータリレー用スイッチング素子13u、電流検出素子14u、およびリップルコンデンサ15uを含んでいる。
ここで、各相の対応する素子同士は、互いに同様の機能を有する。このため、本明細書における各素子の機能に関する記載では、各相に対応する添え字を省略して、包括的な説明とする場合がある。
図1に示すように、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、およびモータリレー用スイッチング素子13の一例として、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)を採用可能である。
ここで、各相の対応する素子同士は、互いに同様の機能を有する。このため、本明細書における各素子の機能に関する記載では、各相に対応する添え字を省略して、包括的な説明とする場合がある。
図1に示すように、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、およびモータリレー用スイッチング素子13の一例として、FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)を採用可能である。
制御装置3内には、モータ2への電流供給を遮断可能な電源リレー16が設けられている。電源リレー16は、保護素子16xと、遮断素子16yと、を有する。保護素子16xは、電動パワーステアリング装置1に電力を供給するバッテリ20が、プラスおよびマイナスの向きを逆にして取り付けられた場合に、制御装置3の回路を保護するように構成されている。遮断素子16yは、モータ2への電源供給を遮断するように構成されている。遮断素子16yは、制御装置3のリーク電流を防ぐ役割も有する。保護素子16xおよび遮断素子16yとしては、図1に示すように、半導体スイッチング素子であるFETを用いることができる。
制御装置3内には、ノイズフィルタ17が設けられている。ノイズフィルタ17は、積層セラミックコンデンサ18x、18y、18z、およびチョークコイル19を有する。ノイズフィルタ17は、バッテリ20に接続されている。
制御回路5の入力回路9は、各種の入力信号を受信する。入力信号の具体例としては、センサ類22からの情報、インバータ回路6内の各部の電圧、電流検出素子14によって検出されたモータ2の駆動電流の大きさ、および回転角センサ4による回転角の検出結果、などが挙げられる。センサ類22からの情報の具体例としては、車速センサが検出した車両の速度や、トルクセンサが検出したハンドルの操舵トルク等が挙げられる。
制御回路5の概略の動作を説明する。CPU7は、入力回路9を介して取得した入力信号に基づき、モータ2の各巻線27aへ供給する駆動電流の大きさ等を演算する。演算結果に基づき、CPU7は駆動回路8を介してインバータ回路6をスイッチング制御する。より具体的には、CPU7は、駆動回路8に制御指示を行う。駆動回路8は、CPU7からの制御指示に基づき、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、電源リレー16、およびモータリレー用スイッチング素子13を制御する。駆動回路8による制御は、モータ2の各相(U,V,W)ごとに行われる。すなわち、各相(U,V,W)のハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、および電源リレー16が、駆動回路8により駆動されることで、所定の電流がモータ2の各巻線27aへ流れる。
モータ2の各巻線27aに供給された電流値の大きさは、電流検出素子14を介して、実電流値として入力回路9により検出される。CPU7は、演算値(目標値)と実電流値との偏差に応じてフィードバック制御を実行する。
また、CPU7は、回転角センサ4によって得られた回転角情報を、モータ2の回転制御に利用している。具体的に、CPU7は、回転角センサ4によって得られた回転角情報を用いて、モータ2の回転軸24の回転角(位相)または回転速度を算出する。
また、CPU7は、回転角センサ4によって得られた回転角情報を、モータ2の回転制御に利用している。具体的に、CPU7は、回転角センサ4によって得られた回転角情報を用いて、モータ2の回転軸24の回転角(位相)または回転速度を算出する。
つぎに、制御装置3およびモータ2を備えた、電動パワーステアリング装置1の各部の構造を、図2に基づいて説明する。
モータ2における回転軸24の下端部は出力端24aとして用いられる。出力端24aには、駆動対象(例えば車両の操舵系)が接続される。出力端24aと駆動対象との間に、減速機などが介在してもよい。モータ2の出力は、出力端24aを介して駆動対象に伝達される。なお、回転軸24の軸方向が、鉛直方向と一致していなくてもよい。
モータ2における回転軸24の下端部は出力端24aとして用いられる。出力端24aには、駆動対象(例えば車両の操舵系)が接続される。出力端24aと駆動対象との間に、減速機などが介在してもよい。モータ2の出力は、出力端24aを介して駆動対象に伝達される。なお、回転軸24の軸方向が、鉛直方向と一致していなくてもよい。
モータ2の構造について説明する。図2に示すように、モータ2は、モータ本体Mおよびモータケース23を備える。モータケース23は、円筒部23aと、底部23bと、突出部23cと、を有している。円筒部23aは軸方向に沿って延びている。底部23bは、円筒部23aの下端に設けられている。突出部23cは、円筒部23aの上端部から、径方向外側に向けて突出している。モータ本体Mは、モータケース23における円筒部23aの内部に収容されている。モータケース23は金属製である。放熱性および成形しやすさを考慮すると、モータケース23の具体的な材質としては、例えばアルミニウムが好適である。モータケース23の底部23bの中央には、回転軸24を通す貫通穴が形成されている。底部23bの貫通穴には、第1軸受25が取り付けられている。
モータ本体Mは、ロータ26およびステータ27を備えている。ロータ26は、回転軸24の周囲に設けられるとともに、回転軸24に固着されている。ロータ26の外周面には、複数の永久磁石(不図示)が配置されている。複数の永久磁石は、ロータ26の外周面における極性(S極およびN極)が、周方向に沿って交互に入れ替わるように配置されている。ステータ27は、ロータ26の外周側に、隙間を介して配置されている。ステータ27は巻線27aを有している。回転軸24、ロータ26、およびステータ27は、同軸上に配置されている。
ステータ27の上方には、巻線27aに近接して、環状の接続リング28が配置されている。接続リング28は、電気配線用のバスバーが絶縁性樹脂にインサート成形された構造を有する。各巻線27aの端部が接続リング28のバスバーに接続されることで、3相巻線を構成している。そして、接続リング28から突き出された各相のモータターミナル29が、制御装置3側に延びている。図示は省略するが、各相(U,V,W)に対応させて、接続リング28には3本のモータターミナル29が設けられている。各モータターミナル29は接続リング28から上方に突出し、制御装置3の回路基板31を貫通するように配置されている。
モータケース23の円筒部23aにおける上端部内には、モータフレーム32が嵌合されている。モータフレーム32は、金属(例えばアルミニウム)によって形成されている。モータフレーム32の中央部には、第2軸受33が取り付けられている。また、モータフレーム32の中央には、回転軸24を通す貫通穴が形成されている。さらに、モータフレーム32には、各相(U,V,W)のモータターミナル29を通す3つの貫通穴(不図示)が形成されている。
ステータ27は、モータケース23の円筒部23a内に、圧入や焼き嵌めなどによって固定されている。回転軸24の両端部は、第1軸受25および第2軸受33によって回転可能に支持されている。このため、回転軸24に固着したロータ26も、ステータ27の内周側において回転可能となっている。出力端24aとは反対側の回転軸24の端部24bには、センサマグネット34が取り付けられている。センサマグネット34は、少なくとも一部が永久磁石により形成され、磁界を発する。センサマグネット34は、回転軸24とともに回転する。回転軸24が回転することに伴い、センサマグネット34も回転するため、磁界が変化する。
次に、制御装置3の構造について説明する。制御装置3は、回路基板31と、回路基板31上に設けられた電子回路35と、を備える。回路基板31は、例えば、複数の絶縁層および複数の導体層が積層された多層プリント基板である。電子回路35の詳細な構成は図1に示す通りである。回路基板31には、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電流検出素子14、リップルコンデンサ15、電源リレー16、CPU7、駆動回路8、入力回路9、レギュレータ回路10、および回転角センサ4等の部品が実装される。これらの部品および回路基板31上に形成された回路パターンにより、電子回路35が構成されている。
回路基板31は、複数のネジ37によって、モータケース23およびモータフレーム32に固定されている。また、回路基板31は上方からカバー36によって覆われている。
図3は、回路基板31の概略形状および回路基板31に実装された部品の配置を示した平面図である。図3に示すように、回路基板31には、複数の貫通穴38が形成されている。これらの貫通穴38に、それぞれネジ37(図2参照)が挿通される。回路基板31の上面における貫通穴38の外周には、円形の銅メッキパターン39が形成されている。銅メッキパターン39の外径はネジ37のネジ座面の外径より大きい。銅メッキパターン39は金属製のネジ37に接している。また、ネジ37は金属製のモータケース23およびモータフレーム32に接している。このため、銅メッキパターン39、モータケース23、およびモータフレーム32は電気的に接続されている。
図3は、回路基板31の概略形状および回路基板31に実装された部品の配置を示した平面図である。図3に示すように、回路基板31には、複数の貫通穴38が形成されている。これらの貫通穴38に、それぞれネジ37(図2参照)が挿通される。回路基板31の上面における貫通穴38の外周には、円形の銅メッキパターン39が形成されている。銅メッキパターン39の外径はネジ37のネジ座面の外径より大きい。銅メッキパターン39は金属製のネジ37に接している。また、ネジ37は金属製のモータケース23およびモータフレーム32に接している。このため、銅メッキパターン39、モータケース23、およびモータフレーム32は電気的に接続されている。
図示は省略するが、銅メッキパターン39は、回路基板31に形成された回路パターンを経由して、積層セラミックコンデンサ18x、18y(図1参照)の間に電気的に接続されている。本明細書では、モータケース23、モータフレーム32、および銅メッキパターン39の電位を「ケースグランド」といい、図1では符号40により表す。図1に示す通り、バッテリ20の電源側端子およびグランド側端子はそれぞれ、ノイズフィルタ17に含まれる積層セラミックコンデンサ18x、18yを介して、ケースグランド40と容量結合している。この構成により、ノイズフィルタ17がコモンモードノイズを抑制することができる。
図2に示すように、回転角センサ4は、回路基板31の下面に実装されている。回転角センサ4は、回転軸24の一端に設けられたセンサマグネット34に対し、軸方向において対向する位置に配置されている。回転角センサ4は、回転軸24とともに回転するセンサマグネット34が発する磁界の変化により、モータ2の回転角を検出する。
図3に示すように、回路基板31には、3つのスルーホール41u、41v、41wが形成されている。各スルーホール41u、41v、41wには、各相に対応したモータターミナル29が挿入され、はんだ付けによって電気的に接続される。スルーホール41u、41v、41wは、モータターミナル29を介して巻線27aに電気的に接続されるモータ接続部である。なお、スルーホール41u、41v、41wと各相のモータターミナル29とは、はんだ付けに限らず、たとえばプレスフィットによって接続されてもよい。
図3に示すように、モータケース23の円筒部23aの外周形状を回路基板31に投影して得られる仮想的な領域を「投影領域42」という。回路基板31の一部は、軸方向から見て、投影領域42の外側に突出している。回路基板31のうち投影領域42から突出した部分を支持するように、モータケース23の突出部23cも円筒部23aから径方向外側に突出している(図2参照)。図2に示すように、突出部23cの下面には、コネクタ30が設けられている。コネクタ30は、電動パワーステアリング装置1を、バッテリ20、イグニッションスイッチ21、センサ類22と接続するために用いられる。
図2に示すように、コネクタ30の上方には複数のコネクタターミナル43が設けられている。コネクタターミナル43は、コネクタ30内の端子30aと電気的に接続されている。モータケース23の突出部23cには、コネクタターミナル43を通すための開口(不図示)が設けられており、この開口の内側にコネクタターミナル43が挿通されている。図3に示すように、回路基板31には複数(本実施の形態では10個)のコネクタスルーホール44が形成されている。各コネクタスルーホール44にコネクタターミナル43が挿入され、はんだ付けによって電気的に接続されている。なお、コネクタスルーホール44とコネクタターミナル43との接続方法は、はんだ付けに限らず、例えばプレスフィットを採用してもよい。
10個のコネクタスルーホール44のうち、4つはバッテリ20と接続される電源入力部44aであり、残り6つは信号入力部44bである。電源入力部44aに挿入されるコネクタターミナル43は、モータ2の駆動電流が通電されるため、電気抵抗を抑えるために太いことが好ましい。そこで、電源入力部44aの内径は、信号入力部44bの内径よりも大きく設定されている。電源入力部44aの内径が大きいことで、より太いコネクタターミナル43を挿入し、駆動電流の通電に伴う発熱を抑制することができる。信号入力部44bは、例えばセンサ類22に接続される。
図2に示すように、カバー36は、回路基板31を覆うように構成されている。回路基板31は、カバー36およびモータケース23によって囲まれた空間に収納されている。カバー36は、外来する電磁ノイズから回路基板31を保護する機能や、回路基板31から発生する電磁ノイズがカバー36の外に漏れ出すのを防ぐ機能などを有する。これらの機能を発揮するため、カバー36は金属製であることが望ましい。また後述するように、カバー36は発熱素子の熱を吸収し放熱するためのヒートシンクとしての機能も持つ。この点を考慮すると、カバー36の具体的な材質としてはアルミニウム系の素材が好適である。カバー36は、下方に向けて突出した突部36aを有している。
ここで、回路基板31に実装されている、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電流検出素子14、リップルコンデンサ15、電源リレー16、およびチョークコイル19は、大電流が通電して発熱する発熱素子である。これらの発熱素子で発生した熱は、電動パワーステアリング装置1の外部へ逃がすことが好ましい。
本実施の形態において、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電源リレー16は、FETで構成されている。以下、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電源リレー16として機能するFETのパッケージを「FETパッケージ47」という。
図4に示すように、実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置1は、各FETパッケージ47が発した熱を、カバー36へ放熱する放熱構造を有している。より詳しくは、FETパッケージ47の上部に接するように、上面ヒートスプレッダ48が設けられている。図示は省略するが、上面ヒートスプレッダ48は軸方向から見て少なくともFETパッケージ47よりも大きい面積を有している。上面ヒートスプレッダ48は、各FETパッケージ47内の半導体素子が発した熱を分散するように構成されている。
また、カバー36の突部36aは、軸方向において複数のFETパッケージ47と対向する位置に設けられている。各FETパッケージ47と突部36aとの間には、軸方向の隙間が形成され、この隙間にグリス46が設けられている。グリス46は、上面ヒートスプレッダ48にも接している。グリス46は、絶縁性を有し、かつ高い熱伝導性を有する。このようなグリス46を介して、各FETパッケージ47が発した熱を効率よくカバー36へと伝えることができる。カバー36は、上面ヒートスプレッダ48よりもさらに大きい表面積を有し、かつ空気(風)等によって容易に冷却することができる。
図4に破線で示すように、電流検出素子14についても、軸方向においてカバー36の突部36aと対向する位置に実装されている。電流検出素子14と突部36aとの間の隙間にもグリス46が塗布される。したがって、電流検出素子14が発した熱も、グリス46を介して突部36aへと伝えられる。このように、突部36aを各発熱素子と対向する部分に設けることで、カバー36と発熱素子との間の隙間を小さくできる。そして、この隙間に設けられるグリス46の厚みが薄くなるため、発熱素子からカバー36への放熱を効率よく行うことができる。
ここで、チョークコイル19およびリップルコンデンサ15も発熱素子である。ただし、チョークコイル19およびリップルコンデンサ15は、FETパッケージ47および電流検出素子14と比較してサイズが大きいため、回路基板31の下面に実装されている。チョークコイル19とモータケース23との間には、軸方向の隙間が設けられている。この隙間にも、グリス46が塗布されている。グリス46は、リップルコンデンサ15にも接している。このグリス46を介して、チョークコイル19およびリップルコンデンサ15が発した熱がモータケース23へと伝えられる。モータケース23も、カバー36と同様に、ヒートシンクとして機能する。
上記の通り、サイズが小さい発熱素子であるFETパッケージ47および電流検出素子14は、回路基板31の上面にまとめて実装し、グリス46およびカバー36の突部36aを介して放熱を行う。そして、サイズが大きい発熱素子であるチョークコイル19およびリップルコンデンサ15は、回路基板31の下面にまとめて実装し、グリス46およびモータケース23を介して放熱を行う。このような構造を採用することで、モータケース23とカバー36との間の軸方向における寸法を小さくしつつ、効率よく放熱を行うことができる。ただし、チョークコイル19およびリップルコンデンサ15が回路基板31の上面に実装され、カバー36へと放熱する構造を採用してもよい。また、FETパッケージ47および電流検出素子14が回路基板31の下面に実装され、モータケース23へと放熱する構造を採用してもよい。
あるいは図5および図6に示すように、FETパッケージ47が、カバー36およびモータケース23の両方に放熱する構造を採用してもよい。具体的には、各FETパッケージ47の下部と接するように下面ヒートスプレッダ49を配置する。下面ヒートスプレッダ49は、上面ヒートスプレッダ48と同様に、少なくともFETパッケージ47よりも大きい面積を有する。下面ヒートスプレッダ49は、回路基板31に形成されたFET配線パターン47aに、はんだ付けによって接続される。FET配線パターン47aは、回路基板31の上面(FETパッケージ47が実装される面)に形成されている。FET配線パターン47aは、FETパッケージ47を電子回路35に電気的に接続するための部位である。回路基板31の下面(FETパッケージ47の実装面とは反対側の面)には、放熱パターン52が形成されている。放熱パターン52とモータケース23との間の隙間には、グリス46が塗布されている。
図5の例では、回路基板31を軸方向(回路基板31の厚さ方向)に貫通する複数のサーマルビア50が形成されている。各サーマルビア50の上端はFET配線パターン47aに接続され、下端は放熱パターン52に接続されている。さらに、軸方向における回路基板31の中間に位置する層に、複数のヒートスプレッドパターン51が形成されている。各ヒートスプレッドパターン51は、複数のサーマルビア50に接続されている。このような構造によれば、ヒートスプレッドパターン51によって熱を分散させながら、サーマルビア50を介して、FETパッケージ47の熱を放熱パターン52に伝えることができる。さらに、放熱パターン52からグリス46を介してモータケース23へと熱を伝え、モータケース23から空気へと熱を放出することができる。
図6の例では、回路基板31に複数の銅コイン53が埋め込まれている。銅コイン53は、回路基板31を軸方向(回路基板31の厚さ方向)に貫通している。銅コイン53の上端はFET配線パターン47aに接続され、銅コイン53の下端は放熱パターン52に接続されている。このような構造によれば、熱抵抗の小さい銅コイン53を用いて、効率よくFETパッケージ47の熱を放熱パターン52に伝えることができる。さらに、放熱パターン52からグリス46を介してモータケース23へと熱が伝わる。これと同時に、FETパッケージ47の熱を、銅コイン53を通じてグリス46へと直接的に伝えることができる。これらの放熱経路を確保することで、モータケース23から空気へと効率的に熱を放出することができる。
次に、回路基板31上に実装される電子部品の詳細な配置について説明する。図3は、回路基板31を上方から見た図である。図3においては、回路基板31の上面に実装される電子部品が実線によって示され、回路基板31の下面に実装される電子部品が破線によって示されている。
図3に示すように、回路基板31の上面(カバー36と対向する実装面)には、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電源リレー16、電流検出素子14が実装される。
CPU7、駆動回路8、レギュレータ回路10、リップルコンデンサ15、チョークコイル19、および回転角センサ4等は、回路基板31の下面(モータ2と対向する実装面)に実装されている。ただし、これらの電子部品は、回路基板31の上面に実装されてもよい。
なお、先述の通り、図3における各素子には各相(U,V,W)に対応させた符号(u、v、w)を記している。
CPU7、駆動回路8、レギュレータ回路10、リップルコンデンサ15、チョークコイル19、および回転角センサ4等は、回路基板31の下面(モータ2と対向する実装面)に実装されている。ただし、これらの電子部品は、回路基板31の上面に実装されてもよい。
なお、先述の通り、図3における各素子には各相(U,V,W)に対応させた符号(u、v、w)を記している。
コネクタターミナル43が挿入されるコネクタスルーホール44は、回路基板31のうち投影領域42よりも外側に突出した部分に設けられている。モータターミナル29が挿入されるスルーホール41は、回路基板31のうち投影領域42の内側の部分に設けられている。より詳細には、各相に対応する3つのスルーホール41u、41v、41wは、同一の円周54上に配置されている。円周54は、回転軸24の中心軸線Oを中心とした円弧である。軸方向から見て、接続リング28における上記円周54と重なる部分から、モータターミナル29を上方に突出させることで、モータターミナル29を直線形状とすることができる。モータターミナル29を直線形状とすることにより、モータターミナル29を曲げ加工する場合と比較して、コストを低減できる。
図3に示すように、回路基板31におけるコネクタスルーホール44とスルーホール41との間の部分には、発熱素子実装領域55が設けられている。発熱素子実装領域55内に、ハイサイドスイッチング素子11、ローサイドスイッチング素子12、モータリレー用スイッチング素子13、電流検出素子14、リップルコンデンサ15、電源リレー16、チョークコイル19等の発熱素子が実装されている。このように、大電流が流れる複数の発熱素子を発熱素子実装領域55にまとめて配置することで、発熱素子を電子回路35に組み込むための配線(以下、大電流配線という)も発熱素子実装領域55の内側に集約される。したがって、大電流配線が通電に伴って発熱しても、グリス46等を介してその熱を効率よく放出することが可能となる。
一方で、回路基板31における投影領域42の内側の部分には、制御部実装領域56が設けられている。制御部実装領域56内には、制御回路5の構成部品(CPU7、駆動回路8等)が実装されている。回転角センサ4についても、軸方向においてセンサマグネット34と対向する位置に実装されており、制御部実装領域56内に位置する。
前述したとおり、モータ2の駆動電流は、ハイサイドスイッチング素子11とローサイドスイッチング素子12がスイッチング動作することで巻線27aに供給される。モータ2の駆動電流は大きいため、スイッチング動作に伴ってスイッチングノイズが発生する。また、モータ駆動時はバッテリ20からインバータ回路6へと大きな駆動電流が供給される。この駆動電流は、チョークコイル19、リップルコンデンサ15、電源リレー16、モータリレー用スイッチング素子13にも通電される。したがって、これらの部品を接続している回路基板31の配線パターンにも大きな駆動電流が通電する。駆動電流が通電するとき、電流の通電方向に対して同心円上に強い磁界ノイズが発生する。これらのスイッチングノイズおよび磁界ノイズが、回転角センサ4およびその配線に影響すると、所望の出力信号が得られなくなる可能性がある。特に、回転角センサ4はセンサマグネット34が発する磁界に基づいて回転軸24の回転角を検出するため、磁界ノイズの影響を受けやすく、回転角の正確な検出が困難となる。
このような課題に対して、本実施の形態では、回路基板31の突出部(投影領域42の外側)から中心軸線Oに向けて、電源入力部44a、発熱素子実装領域55、制御部実装領域56の順で部品が配置される。発熱素子実装領域55には発熱素子が実装され、電源入力部44aから発熱素子へと大電流が供給される。発熱素子である各スイッチング素子がスイッチング動作することで、モータ2が駆動される。一方で、制御部実装領域56には、大電流が通電する部品および配線が配置されていない。つまり、回転角センサ4、レギュレータ回路10、CPU7、およびこれらの部品の周辺回路は、発熱素子実装領域55とは離れた、制御部実装領域56に配置される。このように、回転軸24の回転角の検出に用いられる構成要素が、ノイズ発生源(発熱素子実装領域55)から遠ざけられることで、回転角の検出結果に対するノイズの影響を低減できる。したがって、精度よく回転軸24の回転角を検出することが可能となる。
なお、制御部実装領域56に実装される回転角センサ4、CPU7、駆動回路8、入力回路9、レギュレータ回路10等の数は適宜変更可能である。例えば図7の例では、2つのCPU7、2つの駆動回路8、および2つのレギュレータ回路10が制御部実装領域56に実装されている。この場合も、回転角の検出結果に対するノイズの影響を低減できる。
以上説明したように、本実施の形態に係る制御装置3は、回転軸24を有するモータ2を制御する。制御装置3は、回路基板31と、モータ2の駆動に伴って発熱する複数の発熱素子と、モータ2の回転角を検出する回転角センサ4と、を備える。回路基板31は、モータ2の駆動電流が供給される電源入力部44aと、複数の発熱素子が実装される発熱素子実装領域55と、回転角センサ4が実装される制御部実装領域56と、を有し、電源入力部44a、発熱素子実装領域55、および制御部実装領域56がこの順に並べて配置されている。また、回転軸24の軸方向から見て、回路基板31は、モータ2を囲うモータケース23の円筒部23aにおける外周面を投影した投影領域42の外側に突出し、回路基板31のうち投影領域42の外側に位置する部分に電源入力部44aが位置している。
この構成によれば、回転角センサ4が、電源入力部44aおよび発熱素子から離れて配置される。したがって、大きな駆動電流が流れることに伴って電源入力部44aの周辺から磁界ノイズが発生したとき、当該磁界ノイズが回転角センサ4に影響することを抑制できる。また、発熱素子から、例えばスイッチングノイズが発生したとき、当該スイッチングノイズが回転角センサ4に影響することを抑制できる。したがって、モータ2の回転角の検出精度を向上させることができる。
また、回転軸24は、駆動対象が接続される出力端24aを有し、回路基板31は、回転軸24から見て出力端24aとは反対側に位置し、回路基板31のうち回転軸24の中心軸線Oと交差する位置に回転角センサ4が取り付けられている。この構成によれば、出力端24aに接続される駆動対象を、精度よく制御することが可能となる。
また、回路基板31における制御部実装領域56には、複数の発熱素子を駆動する駆動回路8と、駆動電流を演算処理するCPU7と、電圧を調整するレギュレータ回路10と、のうち少なくともいずれかが実装されている。これにより、回転角の検出に用いられる構成要素が、ノイズ源である発熱素子実装領域55から遠ざけて配置される。したがって、回転角の検出結果に対するノイズの影響が低減され、より精度よく回転角を検出することができる。
また、回路基板31は、モータ2の巻線27aに電気的に接続されるモータ接続部(スルーホール41u、41v、41w)を有し、モータ接続部は、発熱素子実装領域55と制御部実装領域56との間に位置している。この構成によれば、モータ接続部と巻線27aとの間の距離を短くして、電動パワーステアリング装置1の構造をシンプルにできる。その一方で、大きな駆動電流が流されるモータ接続部を、なるべく制御部実装領域56から遠ざけることで、回転角の検出結果に対するノイズの影響を低減できる。
また、本実施の形態に係る駆動装置は、制御装置3によって制御されるモータ2と、モータ2を収容するモータケース23と、モータケース23と共に回路基板31を収容する空間を形成するカバー36と、を備え、回転軸24の軸方向に沿って、モータ2、回路基板31、およびカバー36はこの順に配置され、複数の発熱素子の少なくとも一部は、回路基板31のうちカバー36と対向する面に実装され、少なくとも一部の発熱素子とカバー36との間の隙間に絶縁性のグリス46が塗布されている。この構造によれば、発熱素子の熱を、グリス46を介してカバー36へと伝えることができる。したがって、熱をカバー36から効率よく放出し、発熱素子の冷却効率を向上させることができる。
また、駆動装置は、モータケース23の円筒部23aを覆うモータフレーム32をさらに備え、回路基板31のうちカバー36と対向する面に実装された発熱素子と、モータフレーム32との間には、回路基板31を貫通する放熱構造が設けられ、前記放熱構造は発熱素子の熱をモータフレーム32に伝えるように構成されている。放熱構造の具体例としては、図5に示すサーマルビア50等を含む構造、図6に示す銅コイン53等を含む構造、が挙げられる。このような構造によれば、発熱素子の熱を、カバー36およびモータフレーム32の両方から放出できる。したがって、発熱素子の冷却効率をさらに向上させることができる。
また、駆動装置は、制御装置3と、制御装置3によって制御されるモータ2と、モータ2を収容する円筒部23aを有するモータケース23と、円筒部23aを覆うモータフレーム32と、を備え、回転軸24の軸方向に沿って、モータ2、モータフレーム32、および回路基板31はこの順に配置され、複数の発熱素子の少なくとも一部は、回路基板31のうちモータフレーム32と対向する面に実装され、少なくとも一部の発熱素子とモータフレーム32との間の隙間に絶縁性のグリス46が塗布されている。この構造によれば、発熱素子の熱を、グリス46を介してモータフレーム32へと伝えることができる。したがって、熱をモータフレーム32から効率よく放出し、発熱素子の冷却効率を向上させることができる。
また、複数の発熱素子には、モータリレー用スイッチング素子13が含まれている。モータリレー用スイッチング素子13は、通常時にはON状態(通電状態)であり、異常を検知したときにOFF状態(電流遮断状態)となる。ON状態におけるモータリレー用スイッチング素子13には、大きな駆動電流が流れるため、磁気ノイズの発生源となる。モータリレー用スイッチング素子13が、回転角センサ4から遠い発熱素子実装領域55に配置されることで、磁気ノイズが回転角センサ4の検出結果に影響をおよぼすことを抑制できる。
また、複数の発熱素子には、電源入力部44aとモータ2との間の配線に設けられ、駆動電流の通電および遮断を切り替え可能な電源リレー16(保護素子16xおよび遮断素子16y)が含まれている。電源リレー16についても、モータリレー用スイッチング素子13と同様に、大きな駆動電流が流れるために磁気ノイズの発生源となる。電源リレー16が、回転角センサ4から遠い発熱素子実装領域55に配置されることで、電源リレー16が発する磁気ノイズが回転角センサ4の検出結果に影響をおよぼすことを抑制できる。
また、複数の発熱素子には、チョークコイル19および電流検出素子14が含まれている。チョークコイル19は、ノイズフィルタ17の構成部品である。電流検出素子14は、モータ2に流れる電流を検出する。これらの部品は通電に伴って発熱するが、上記のような放熱構造を採用することで、効率よく冷却できる。
実施の形態2.
図8は、実施の形態2に係る電動パワーステアリング装置1全体の回路図である。図9は、実施の形態2に係る電動パワーステアリング装置1を示す断面図である。図10は、実施の形態2に係る回路基板31の平面図である。図9に示すように、本実施の形態におけるモータ2の構造は、実施の形態1に係るモータ2の構造と同様である。このため、モータ2のうち実施の形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
図8は、実施の形態2に係る電動パワーステアリング装置1全体の回路図である。図9は、実施の形態2に係る電動パワーステアリング装置1を示す断面図である。図10は、実施の形態2に係る回路基板31の平面図である。図9に示すように、本実施の形態におけるモータ2の構造は、実施の形態1に係るモータ2の構造と同様である。このため、モータ2のうち実施の形態1と同様の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
図8に示すように、本実施の形態における制御装置3は、2つの制御ユニット3A、3Bを備えている。また、本実施の形態におけるモータ2のステータ27は、2組の3相巻線27aA、27aBを有している。第1の制御ユニット3Aは第1の3相巻線27aBを制御するように構成され、第2の制御ユニット3Bは第2の3相巻線27aBを制御するように構成されている。
ここで、制御ユニット3A、3Bは、互いにほぼ同様の回路構成である。また、各制御ユニット3A、3Bはそれぞれ、実施の形態1において説明した制御装置3とほぼ同じ回路構成である。そこで本実施の形態では、第1の制御ユニット3Aの構成部品のうち、実施の形態1において対応する構成部品と同様の符号に添え字「A」を付す。また、第2の制御ユニット3Bの構成部品のうち、実施の形態1において対応する構成部品と同様の符号に添え字「B」を付す。
以下では、実施の形態1と同様の構造についてはその説明を省略し、異なる点を中心に説明する。例えば、制御ユニット3Aは、制御回路5Aおよびインバータ回路6Aを備えている。制御回路5Aおよびインバータ回路6Aの構成は、実施の形態1において説明した制御回路5およびインバータ回路6の構成と同様である。このため、詳細な説明は省略する。
モータ2は、3相2組の巻線27aA、27aBを備えたブラシレスモータである。電動パワーステアリング装置1は、モータ2の回転角を検出するための回転角センサ4A、4Bを備えている。回転角センサ4A、4Bはともに一つのセンサパッケージPに内蔵されている。第1の回転角センサ4Aが検出した回転角信号は第1の制御ユニット3Aに入力され、第2の回転角センサ4Bが検出した回転角信号は第2の制御ユニット3Bに入力される。
制御ユニット3A、3Bは、互いに独立した入力情報を使用して、それぞれ独立にモータ2を駆動できる。例えば、第1の制御ユニット3Aは、第1のセンサ類22Aおよび第1の回転角センサ4A等からの入力情報に基づいて、第1の制御回路5Aおよび第1のインバータ回路6Aを動作させる。これにより、第1の巻線27aAを介して回転軸24を駆動させることができる。同様に、第2の制御ユニット3Bは、第2のセンサ類22Bおよび第2の回転角センサ4B等からの入力情報に基づいて、第2の制御回路5Bおよび第2のインバータ回路6Bを動作させる。これにより、第2の巻線27aBを介して回転軸24を駆動させることができる。
このように、2つの制御ユニット3A、3Bが互いに独立してモータ2を駆動できるように構成することで、冗長性が確保される。また、第1の制御ユニット3Aと第2の制御ユニット3Bとの間には、通信回路57が設けられている。通信回路57は、制御ユニット3A、3B間でデータを授受できるように構成されている。具体的には、通信回路57は第1のCPU7Aと第2のCPU7Bとを接続しており、CPU7A、7Bは互いの処理状況を把握可能となっている。
本実施の形態におけるステータ27は、2組の3相巻線27aA、27aB(図8参照)を有している。図9に示すように、ステータ27の上部には環状の接続リング28が配置されている。巻線27aA、27aBの各端部が、接続リング28のバスバーに接続されている。接続リング28から回路基板31に向けて、6本のモータターミナル29が突出している。図示は省略するが、3本のモータターミナル29uA、29vA、29wAは第1の3相巻線27aAに対応し、残り3本のモータターミナル29uB、29vB、29wBは第2の3相巻線27aBに対応する。
これら6本のモータターミナル29は、接続リング28上に設けられ、回路基板31の6つのスルーホール41にそれぞれ挿入される(図10参照)。すなわち、モータターミナル29uA、29vA、29wAはスルーホール41uA、41vA、41wAにそれぞれ挿入され、モータターミナル29uB、29vB、29wBはスルーホール41uB、41vB、41wBにそれぞれ挿入される。また、モータターミナル29uA、29vA、29wA、29uB、29vB、29wBは、スルーホール41uA、41vA、41wA、41uB、41vB、41wBにそれぞれ電気的に接続される。実施の形態1と同様に、接続方法ははんだ付けでもいいし、プレスフィットでもよい。モータフレーム32には、各モータターミナル29uA、29vA、29wA、29uB、29vB、29wBを通す6つの貫通穴(不図示)が形成されている。
図10に示すように、スルーホール41uA、41vA、41wA、41uB、41uB、41wBは、投影領域42の内側に位置し、回転軸24の中心軸線Oを中心とした円周54上に配置される。回路基板31には、10個の第1コネクタスルーホール44Aと、10個の第2コネクタスルーホール44Bと、が形成されている。各コネクタスルーホール44A、44Bにコネクタターミナル43が挿入され、はんだ付けによって電気的に接続されている。なお、コネクタスルーホール44A、44Bとコネクタターミナル43との接続方法ははんだ付けに限らず、例えばプレスフィットを採用してもよい。実施の形態1と同様に、第1コネクタスルーホール44Aには、第1の電源入力部44aAと、第1の信号入力部44bAと、が含まれる。また、第2コネクタスルーホール44Bには、第2の電源入力部44aBと、第2の信号入力部44bBと、が含まれる。
これらのコネクタスルーホール44A、44Bは、回路基板31のうち投影領域42よりも外側に突出した部分に設けられている。コネクタスルーホール44Aとスルーホール41ua、41vA、41wAとの間の部分には、第1の発熱素子実装領域55Aが設けられている。コネクタスルーホール44Bとスルーホール41uB、41vB、41wBとの間の部分には、第2の発熱素子実装領域55Bが設けられている。第1の発熱素子実装領域55A内に、第1の制御ユニット3Aに含まれる複数の第1発熱素子が実装されている。第2の発熱素子実装領域55B内に、第2の制御ユニット3Bに含まれる複数の第2発熱素子が実装されている。
一方で、投影領域42の内側の部分には、第1の制御部実装領域56Aおよび第2の制御部実装領域56Bが設けられている。第1の制御部実装領域56A内には、第1の制御回路5Aの構成部品(第1のCPU7A、第1の駆動回路8A等)が実装されている。第2の制御部実装領域56B内には、第2の制御回路5Bの構成部品(第2のCPU7B、第2の駆動回路8B等)が実装されている。回転角センサ4A、4Bを内蔵するセンサパッケージPは、軸方向においてセンサマグネット34と対向する位置に実装されており、制御部実装領域56A、56Bに跨って配置されている。
また、制御ユニット3Aおよび制御ユニット3Bの各部品は、図10に示す対称線58に対して、互いに対称となるように配置されている。対称線58とは、軸方向から見たとき、中心軸線Oを通るとともに回路基板31の長手方向(図10における上下方向)に沿って延びる直線である。回路基板31の長手方向は、投影領域42から回路基板31が突出する方向でもある。対称線58を挟んで、一方側を第1領域59とし、他方側を第2領域60とする。第1領域59には第1の制御ユニット3Aの構成部品が配置され、第2領域60には第2の制御ユニット3Bの構成部品が配置される。
また、第1の制御ユニット3A側のスルーホール41uA、41vA、41wAおよび第2の制御ユニット3B側のスルーホール41uB、41vB、41wBも対称線58に対して対象となるように配置されている。図示は省略するが、第1の制御ユニット3Aの配線および第2の制御ユニット3Bの配線も、対称線58に対して対称となるように配置されている。インバータ回路6A、6Bは大電流が通電し、通電方向に対して同心円上に右向きの強い磁界を発生させる。しかしながら、本実施の形態によれば、制御ユニット3A、3Bは、互いに対称に配置されている。このため、第1のインバータ回路6Aと第2のインバータ回路6Bとがそれぞれ発生する磁界を、回路基板31における少なくとも一部の領域において、互いに打ち消すように作用させることができる。これにより、磁気ノイズの影響を緩和して、回転角センサ4A、4Bによる回転角の検出精度を向上させることができる。
以上説明したように、本実施の形態に係るモータ2は、第1の巻線27aAおよび第2の巻線27aBを有し、回路基板31は、第1の巻線27aAの駆動電流が供給される第1の電源入力部44aAと、第1の巻線27aAへの通電に伴って発熱する複数の第1発熱素子が実装される第1の発熱素子実装領域55Aと、第1の巻線27aAに供給する駆動電流を演算する第1のCPU7Aが実装される第1の制御部実装領域56Aと、第2の巻線27aBの駆動電流が供給される第2の電源入力部44aBと、第2の巻線27aBへの通電に伴って発熱する複数の第2発熱素子が実装される第2の発熱素子実装領域55Bと、第2の巻線27aBに供給する駆動電流を演算する第2のCPU7Bが実装される第2の制御部実装領域56Bと、を有し、第1の電源入力部44aA、第1の発熱素子実装領域55A、および第1の制御部実装領域56Aがこの順に並べて配置され、かつ、第2の電源入力部44aB、第2の発熱素子実装領域55B、および第2の制御部実装領域56Bがこの順に並べて配置されている。この構成によれば、実施の形態1において説明した作用効果が、第1の制御ユニット3Aおよび第2の制御ユニット3Bのそれぞれにおいて得られる。
また、第1の巻線27aAおよび第2の巻線はそれぞれ3つの相(U,V,W)を有し、回路基板31には、第1の巻線27aAの3つの相に対応した3つの第1スルーホール41uA、41vA、41wAと、第2の巻線27aBの3つの相に対応した3つの第2スルーホール41uB、41vB、41wBと、を有する。そして図10に示すように、3つの第1スルーホール41uA、41vA、41wAおよび3つの第2スルーホール41uB、41vB、41wBは、互いに対応する相が、対称線58を境に対称に配置されている。この構成によれば、各スルーホール41uA、41vA、41wA、41uB、41vB、41wBに接続される配線も対称に配置することが可能となる。その結果、それぞれの配線が発する磁界を、回路基板31における少なくとも一部の領域において、互いに打ち消すように作用させることができる。したがって、磁気ノイズの影響を緩和して、回転角の検出精度を高めることができる。
実施の形態2の変形例として、第1の制御ユニット3Aおよび第2の制御ユニット3Bの構成を、部分的に一体化してもよい。例えば、第1のCPU7Aおよび第2のCPU7Bを一体化し、1つの共通のCPUが、第1の巻線27aAおよび第2の巻線27aBにそれぞれ供給する駆動電流を演算する構成も採用できる。この場合、第1の制御部実装領域56Aおよび第2の制御部実装領域56Bを合わせた領域(以下、単に「制御部実装領域」という)の内側に、上記共通のCPUを配置することが好ましい。つまり、回路基板31は、第1の巻線27aAに供給する駆動電流および第2の巻線27aBに供給する駆動電流のうち、少なくとも一方を演算する、少なくとも1つのCPUが実装される制御部実装領域を有してもよい。そして、第1の電源入力部44aA、第1の発熱素子実装領域55A、および制御部実装領域がこの順に並べて配置され、かつ、第2の電源入力部44aB、第2の発熱素子実装領域55B、および制御部実装領域がこの順に並べて配置されてもよい。
なお、各実施の形態において説明した変形例を互いに組み合わせたり、各実施の形態に係る構成を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
1…電動パワーステアリング装置 2…モータ 3…制御装置 4…回転角センサ 7…CPU 7A…第1のCPU 7B…第2のCPU 8…駆動回路 10…レギュレータ回路 13…モータリレー用スイッチング素子 13u…モータリレー用スイッチング素子 16…電源リレー 19…チョークコイル 23…モータケース 23a…円筒部 24…回転軸 24a…出力端 27aA…第1の巻線 27aB…第2の巻線 31…回路基板 32…モータフレーム 36…カバー 41u、41v、41w…スルーホール(モータ接続部) 42…投影領域 44a…電源入力部 44aA…第1の電源入力部 44aB…第2の電源入力部 46…グリス 55…発熱素子実装領域 55A…第1の発熱素子実装領域 55B…第2の発熱素子実装領域 56…制御部実装領域 56A…第1の制御部実装領域 56B…第2の制御部実装領域 58…対称線 O…中心軸線
Claims (16)
- 回転軸を有するモータを制御する制御装置であって、
回路基板と、
前記モータの駆動に伴って発熱する複数の発熱素子と、
前記モータの回転角を検出する回転角センサと、を備え、
前記回路基板は、前記モータの駆動電流が供給される電源入力部と、前記複数の発熱素子が実装される発熱素子実装領域と、前記回転角センサが実装される制御部実装領域と、を有し、
前記電源入力部、前記発熱素子実装領域、および前記制御部実装領域がこの順に並べて配置され、
前記回転軸の軸方向から見て、前記回路基板は、前記モータを囲うモータケースの円筒部における外周面を投影した投影領域の外側に突出し、
前記回路基板のうち前記投影領域の外側に位置する部分に前記電源入力部が位置している、制御装置。 - 前記回転軸は、駆動対象が接続される出力端を有し、
前記回路基板は、前記回転軸から見て前記出力端とは反対側に位置し、
前記回路基板のうち前記回転軸の中心軸線と交差する位置に前記回転角センサが取り付けられている、請求項1に記載の制御装置。 - 前記回路基板における前記制御部実装領域には、前記複数の発熱素子を駆動する駆動回路と、前記駆動電流を演算処理するCPUと、電圧を調整するレギュレータ回路と、のうち少なくともいずれかが実装されている、請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記回路基板における前記制御部実装領域には、前記駆動電流を演算処理する複数のCPUが実装されている、請求項3に記載の制御装置。
- 前記回路基板は、前記モータの巻線に電気的に接続されるモータ接続部を有し、
前記モータ接続部は、前記発熱素子実装領域と前記制御部実装領域との間に位置している、請求項1から4のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記複数の発熱素子には、モータリレー用スイッチング素子が含まれる、請求項1から5のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記複数の発熱素子には、前記電源入力部と前記モータとの間の配線に設けられ、前記駆動電流の通電および遮断を切り替え可能な電源リレーが含まれる、請求項1から6のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記複数の発熱素子には、前記モータに流れる電流を検出する電流検出素子が含まれる、請求項1から7のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記複数の発熱素子には、チョークコイルが含まれる、請求項1から8のいずれか1項に記載の制御装置。
- 前記モータは第1の巻線および第2の巻線を有し、
前記回路基板は、
前記第1の巻線の駆動電流が供給される第1の電源入力部と、
前記第1の巻線への通電に伴って発熱する複数の第1発熱素子が実装される第1の発熱素子実装領域と、
前記第2の巻線の駆動電流が供給される第2の電源入力部と、
前記第2の巻線への通電に伴って発熱する複数の第2発熱素子が実装される第2の発熱素子実装領域と、
前記第1の巻線に供給する前記駆動電流および前記第2の巻線に供給する前記駆動電流のうち、少なくとも一方を演算する、少なくとも1つのCPUが実装される前記制御部実装領域と、を有し、
前記第1の電源入力部、前記第1の発熱素子実装領域、および前記制御部実装領域がこの順に並べて配置され、かつ、前記第2の電源入力部、前記第2の発熱素子実装領域、および前記制御部実装領域がこの順に並べて配置されている、請求項1から9のいずれか1項に記載の制御装置。 - 前記モータは第1の巻線および第2の巻線を有し、
前記第1の巻線および前記第2の巻線はそれぞれ3つの相を有し、
前記回路基板には、前記第1の巻線の前記3つの相に対応した3つの第1スルーホールと、前記第2の巻線の前記3つの相に対応した3つの第2スルーホールと、を有し、
前記3つの第1スルーホールおよび前記3つの第2スルーホールは、互いに対応する相が、対称線を境に対称に配置されている、請求項1から10のいずれか1項に記載の制御装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の制御装置と、
前記制御装置によって制御される前記モータと、
前記モータを収容するモータケースと、
前記モータケースと共に前記回路基板を収容する空間を形成するカバーと、を備え、
前記回転軸の軸方向に沿って、前記モータ、前記回路基板、および前記カバーはこの順に配置され、
前記複数の発熱素子の少なくとも一部は、前記回路基板のうち前記カバーと対向する面に実装され、
少なくとも一部の前記発熱素子と前記カバーとの間の隙間に絶縁性のグリスが塗布されている、駆動装置。 - 前記モータケースの円筒部を覆うモータフレームをさらに備え、
前記回路基板のうち前記カバーと対向する面に実装された前記発熱素子と、前記モータフレームとの間には、前記回路基板を貫通する放熱構造が設けられ、
前記放熱構造は前記発熱素子の熱を前記モータフレームに伝えるように構成されている、請求項12に記載の駆動装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の制御装置と、
前記制御装置によって制御される前記モータと、
前記モータを収容する円筒部を有するモータケースと、
前記円筒部を覆うモータフレームと、を備え、
前記回転軸の軸方向に沿って、前記モータ、前記モータフレーム、および前記回路基板はこの順に配置され、
前記複数の発熱素子の少なくとも一部は、前記回路基板のうち前記モータフレームと対向する面に実装され、
少なくとも一部の前記発熱素子と前記モータフレームとの間の隙間に絶縁性のグリスが塗布されている、駆動装置。 - 請求項1から11のいずれか1項に記載の制御装置を備える、電動パワーステアリング装置。
- 請求項12から14のいずれか1項に記載の駆動装置を備える、電動パワーステアリング装置。
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