WO2016075789A1 - 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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conductive plate
control unit
motor
frame
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謙介 竹内
卓弘 岡上
正明 谷川
金子　彰
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control unit that is integrated with a motor coaxially with a motor output shaft and controls driving of the motor, and an electric power steering apparatus using the control unit.
  • control unit that is integrated with the motor coaxially with the motor output shaft, as a main part constituting the control unit, a control board on which a CPU is mounted, an inverter circuit that supplies power to the motor, a control board and an inverter There are a frame for connecting the circuit, a connector, and a case for storing them.
  • the frame electrically and mechanically connects the control board and the inverter circuit, and other components are also mounted, the electrical connection location and the mechanical connection location have complicated shapes. ing.
  • the electrical wiring of the frame is formed by insert molding so that the frame is made of insulating resin, and for example, conductive plates constituting the + and-lines of the power supply system are stretched around the inside.
  • this conductive plate is a control board including a CPU arranged in the vicinity. Is a source of noise radiation.
  • a semiconductor switching element constituting a three-phase bridge circuit for controlling the current of the electric motor, a capacitor for suppressing a ripple component of the current flowing in the electric motor, and a switching operation of the semiconductor switching element A coil that reduces noise generated at times, a power circuit unit including a semiconductor switching element, a capacitor, and a coil, a heat circuit that mounts the power circuit unit and dissipates heat generated from the power circuit unit, and drives the semiconductor switching element A control board mounted with a microcomputer that generates a drive signal to be operated, and a semiconductor switching element and a capacitor are arranged concentrically in pairs for each arm of the three-phase bridge circuit, and the arm and the capacitor are electrically connected
  • the connecting member to be connected is the positive side of the DC power supply With the line and the negative-side wiring is arranged in parallel along each arm, the control unit arranged on the same plane (controller) has been proposed (e.g., see Patent Document 1).
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is to obtain a control unit capable of effectively utilizing the area of the control board, simplifying the shape of the conductive plate, and realizing equalization. Objective.
  • the control unit is a control unit that controls driving of the motor, and the control unit is integrated with the motor coaxially with the motor output shaft of the motor, and is housed in a housing that forms the exterior of the control unit.
  • a control board that calculates and outputs a control signal to the motor, an inverter circuit that supplies power to the motor according to the control signal, and a frame that is an intermediate member provided between the control board and the inverter circuit
  • the frame has upper and lower surfaces extending in a direction perpendicular to the motor output shaft, and a donut-shaped conductive plate is mounted on each surface, both of which are connected to the inner peripheral side and the outer peripheral side.
  • the inverter circuit includes a power module including a plurality of switching elements, and a power source is provided on one side of a package forming the power module.
  • a terminal is provided, and an output terminal connected to a winding terminal for supplying power to the motor and a control terminal connected to a control signal are provided on one opposing side, and the inner periphery of the conductive plate
  • the terminal section on the side and the power supply terminal of the power module are connected, and the control board and the control terminal of the power module are connected.
  • the frame has upper and lower surfaces extending in a direction perpendicular to the motor output shaft, and a donut-shaped conductive plate is mounted on each surface, both of which are on the inner peripheral side.
  • the inverter circuit is composed of a power module composed of a plurality of switching elements, and a power supply terminal is provided on one side of a package forming the power module.
  • An output terminal connected to a winding terminal for supplying power to the motor and a control terminal connected to a control signal are provided on the side, and a terminal portion on the inner peripheral side of the conductive plate and a power source of the power module
  • the control board and the control terminal of the power module are connected. Therefore, effective use of the area of the control board, simplification and equalization of the shape of the conductive plate can be realized.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall circuit configuration of an electric power steering apparatus to which a control unit according to Embodiment 1 of the present invention is applied.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric power steering device according to Embodiment 1 of the present invention. It is a top view which shows one surface of the flame
  • control unit according to the present invention is integrated with the motor coaxially with the motor output shaft.
  • control unit is applied to an electric power steering apparatus as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the control unit may be an electric power steering as long as it controls the drive of a motor. It may be other than that applied to the apparatus.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall circuit configuration of an electric power steering apparatus to which a control unit according to Embodiment 1 of the present invention is applied.
  • the electric power steering apparatus is composed of a control unit 1 and a motor 2.
  • Embodiment 1 demonstrates the case where the motor 2 is a three-phase brushless motor, it is not limited to this, A multi-phase winding motor with a brush or 3 phases or more may be sufficient.
  • the control unit 1 includes an inverter circuit 3 for supplying a current to the motor 2 and a control board 4 on which a CPU 10 is mainly mounted.
  • a rotation sensor 5 that detects the rotation angle of the motor 2 is provided near the output shaft of the motor 2.
  • the control unit 1 is connected to a battery 6, an ignition switch 7, and sensors 8 mounted on the vehicle via connectors.
  • a control board 4 in the control unit 1 includes a CPU 10 that calculates a control amount of power supplied to the motor 2 based on information from sensors 8 such as a vehicle speed sensor and a torque sensor that detects steering torque of a steering wheel, an inverter circuit A rotation angle detection circuit that detects the rotation angle of the motor 2 based on information from the rotation sensor 5 and a monitor circuit 12 that detects the voltage or current of each part in the inverter circuit 3. 13.
  • the power supply system line (+, ⁇ ) of the control unit 1 is provided with a capacitor C1 and a coil CL for suppressing noise emission.
  • these parts are relatively large.
  • a power supply switching element 14 having a relay function for opening and closing the + power supply line is inserted in the power supply system line.
  • the power supply switching element 14 is, for example, an FET, and two types of parasitic diodes are connected in series in the forward direction and the reverse direction with respect to the current supply direction.
  • the power supply switching element 14 can forcibly cut off the power supply when a failure occurs in the motor 2 or the inverter circuit 3. Moreover, even when the reverse connection wiring of the battery 6 is performed by the parasitic diode, the line through which the current flows is cut off, and the function of battery reverse connection protection is also realized.
  • the inverter circuit 3 includes a total of six switching elements 31U to 31W and 32U to 32W provided on each of the upper and lower arms for each phase of the three-phase windings (U, V, W) of the motor 2, and a motor Relay switching elements 34U to 34W having a relay function for opening and closing between the winding and the switching element are provided.
  • FIG. 1 only the U phase is indicated by a reference numeral, but the other phases are the same as the U phase.
  • the switching elements 31U to 31W and 32U to 32W of the upper and lower arms are PWM-driven based on a command from the CPU 10, so that capacitors 30U to 30W are also connected to the inverter circuit 3 for the purpose of noise suppression.
  • the inverter circuit 3 is also connected to shunt resistors 33U to 33W for detecting a current flowing through the motor 2.
  • a total of three switching elements 31, 32, and 34 for each phase are arranged as power modules 35U to 35W integrated for each phase.
  • the current supplied to the windings of the motor 2 by the CPU 10 is calculated based on input information from the sensors 8, and the inverter circuit 3 is connected via the drive circuit 11. Output to. Subsequently, the switching elements 31, 32, 34 of each phase are driven, and current is supplied to the windings of the motor 2.
  • the current value of the current supplied to the winding of the motor 2 is detected by the monitor circuit 12, and feedback control is executed according to the deviation between the calculated value (target value) of the CPU 10 and the actual current value.
  • the drive circuit 11 also controls the power switching element 14 and the relay switching element 34.
  • the CPU 10 calculates the rotational position or speed of the motor 2 via the rotation sensor 5 and the rotation angle detection circuit 13 and uses it for control.
  • FIG. 2 shows the structure of the electric power steering apparatus for the circuit configuration as described above.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the lower side in the figure is the motor 2, and the control unit 1 is arranged on the upper part of the motor 2. Further, the control unit 1 is provided in the output direction of the output shaft 23 of the motor 2 and coaxially with the motor output shaft 23.
  • the motor 2 includes a rotor 21 in which a plurality of permanent magnets (not shown) are arranged around an output shaft 23, and a stator 22 provided around the rotor 21 and having a three-phase winding 24 wound thereon. It is arranged inside the case 27.
  • An annular ring 25 is provided above the three-phase winding 24, and the winding end is delta-connected within the annular ring 25, and then extends to the control unit 1 as a winding terminal 26.
  • the control unit 1 includes a control board 4, a frame 40, a power module 35U (35V and 35W are not shown), a power supply switching element 14, a capacitor 30U, a CPU 10, a drive circuit 11 and the like mounted inside a housing 43. 30V (30W not shown) is arranged and configured. The power supply switching element 14 may not be provided.
  • the housing 43 has a cylindrical shape having substantially the same diameter as that of the motor case 27, but a part of the housing 43 is notched for mounting the connector 44, and a notch is formed. A connector 44 is attached to the notch, and a connector terminal 45 extends into the housing 43.
  • the housing 43 is connected to the motor case 27 by, for example, a bolt (not shown). Furthermore, the housing 43 has a coupling portion 43a that extends upward in the drawing and is coupled to a speed reduction mechanism (not shown) that transmits the rotation of the motor output shaft 23.
  • the housing 43 holds a bearing 28 for freely rotating the output shaft 23.
  • a part of the control board 4 is fixed to the motor case 27 and a part is fixed to the housing 43.
  • a frame 40 is stacked above the control board 4.
  • the frame 40 is an intermediate member, is made of an insulating resin, has a front and back surface portion, and includes a conductive plate 41 on each of the upper surface portion and the lower surface portion in the figure. 42 is disposed.
  • Three power modules 35 are mounted above the frame 40, and the upper surface of the power module 35 is in close contact with the surface 43 b of the housing 43. Thereby, the heat dissipation of the power module 35 is improved.
  • the power module 35 and the surface 43b of the housing 43 may be in close contact via a sheet.
  • control terminals 35 a and 35 b of the power module 35 penetrate the frame 40, one is connected to the conductive plates 41 and 42, and the other is connected to the control board 4.
  • the frame 40 is also mounted with three capacitors 30U, 30V (30W not shown), and the power switching element 14.
  • the rotation sensor 5 shown in FIG. 1 can be provided in the vicinity of the bearing 28 inside the housing 43, and a resolver sensor, a semiconductor sensor, or the like can be used.
  • FIG. 3 is a plan view showing one surface of the frame of the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the frame 40 is an insulating resin molded product, and is substantially circular like the motor case 27 except for the connector-side protruding portion 40 m.
  • a hole is opened in the center of the frame 40 so that the output shaft 23 can pass therethrough, and a cylindrical portion 40b extends around the hole. Further, since the power module 35, the capacitor 30, the coil CL, and the like are mounted on the frame 40, a holding or positioning partition 40e for the capacitor 30 and the coil CL stands around each component.
  • the frame 40 is also formed with a protrusion 40 c for pressing the power module 35.
  • the frame 40 has a large number of holes through which leg portions or terminal portions of the respective parts penetrate.
  • the hole 40d has a relatively large diameter and is for fixing the frame 40 itself to the housing 43.
  • four holes are bolted.
  • the holes 40h and 40i are for penetrating the legs of the capacitor 30 and the coil CL.
  • the round hole 40f and the square hole 40g are arranged together in the guide 40a, and these are for the penetration of the control terminals 35a and 35b of the power module 35 described in detail in FIG.
  • the round hole 40f is used for a terminal that transmits a control signal from the drive circuit 11 to the power module 35 and transmits a monitor signal in the power module 35 to the CPU 10.
  • One of the square holes 40g is for a terminal for supplying electric power from the power module 35 to the motor winding, and the other is for inserting the winding terminal 26, both of which are electrically connected as separate parts. Yes.
  • the round hole 40f may be an elliptical hole or a polygonal hole.
  • the guide part 42p with four holes is for a control signal for the power switching element 14, and the power switching element 14 also stores at least two FETs.
  • the connector-side protruding portion 40m has a plurality of + power supply terminal holes 40k and a plurality of ⁇ power supply (ground) terminal holes 40j. Further, a large number of signal holes 40l for the sensors are opened.
  • the conductive plate 41 has a donut shape, four terminal portions 41a are formed on the inner peripheral side, four terminal portions 41b are formed on the outer peripheral side, penetrate the frame, and protrude to the back surface in the figure. .
  • the connector-side protruding portion 40m of the conductive plate 41 is connected to one leg portion of the coil CL from the vicinity of the + power source terminal hole 40k of the connector, and the other leg portion is connected to the power switching element 14. . After that, the conductive plate 41 is connected through the power supply switching element 14. Therefore, the conductive plate 41 constitutes a power supply line for +.
  • the conductive plate 41 is mounted on the surface of the frame 40.
  • As the mounting structure for example, application of an adhesive is conceivable.
  • the mounting can be shared by adopting a structure in which the terminal portions are press-fitted into the square holes. This method eliminates the need for mounting parts and operations.
  • the donut-shaped conductive plate 41 is disposed concentrically at the center of the frame 40, and the terminal portions 41a and 41b for electrically connecting to other members are provided on the inner peripheral side and the outer peripheral side. .
  • the inner peripheral side is arranged for connection to both power sources (+, ⁇ ) of the power module 35.
  • a part of the donut shape is connected via a power supply line from the terminal of the + power supply connector and each component.
  • FIG. 4 is a plan view showing the other surface of the frame of the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a side sectional view showing the frame of the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. That is, FIG. 4 shows the back surface of FIG.
  • the conductive plate 42 is for a negative power source (ground), and has a substantially donut shape concentric with the central hole of the frame 40, like the conductive plate 41 for the positive power source. Further, the frame 40 is provided with three terminal portions 42a for connection with other parts on the inner peripheral side and four terminal portions 42a on the outer peripheral side.
  • a plurality of terminal portions 41a of the positive power supply conductive plate 41 are provided in the vicinity of the terminal portion 42a.
  • the terminal portion 42b on the outer peripheral side is disposed in the vicinity of the leg hole 40h of the capacitor 30, and is disposed in close proximity so that the leg portion of the capacitor 30 and the terminal portion 42b can be connected.
  • the guide 40a in which the terminal holes 40f and 40g for the power module 35 are opened protrudes from the surface of the frame 40 in order to guide the terminals of the power module 35.
  • a protruding portion 40n is arranged so that the terminal holes 40k and 40j are collectively formed as a guide portion.
  • the terminal portions of the small conductive plates 41c and 42c protrude from the protruding portion 40n.
  • the protruding portion 40o is arranged so that the signal holes 40l of the sensors are integrated to form a guide portion.
  • the conductive plate 42 and the frame 40 can be attached by providing recesses in the frame 40 along the shape of the inner periphery, outer periphery, or both of the inner periphery and the outer periphery of the conductive plate 42, and press-fitting into this.
  • frame 40, makes a hole in the electrically-conductive board 42, and press-fits the convex part 42d in a hole may be sufficient.
  • the connection with the frame 40 can be performed at various places by various methods.
  • four columns 40q are arranged on the frame 40, and the control board 4 is fixed while keeping a certain distance from the control board 4 by using this.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a power module in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power module 35 has a substantially rectangular shape when viewed from above, and includes a control terminal 35a for + power supply and a control terminal 35b for power supply on one long side, and near the corner of the other long side. Is provided with an output terminal 35c, and a number of control terminals 35a are provided next to the output terminal 35c.
  • the power modules 35 are distributed on the frame 40 around the output shaft 23. Specifically, the negative power supply control terminal 35b is disposed around the central hole near the output shaft 23, while the positive power supply control terminal 35a and the output terminal 35c are provided on the peripheral guide 40a. The holes 40f and 40g are inserted.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a power supply switching element in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the power supply switching element 14 similarly to the power module 35, the power supply switching element 14 has a structure in which various terminals extend in a substantially rectangular parallelepiped package.
  • the terminal 14a is an input side terminal from the coil CL, and is output from the terminal 14b via two FETs housed in a package. Therefore, when the terminal 14 b is attached to the frame 40, the terminal 14 b is welded to the inner peripheral side terminal portion 41 a of the conductive plate 41.
  • the four relatively thin terminals 14c are a control signal terminal and a monitor terminal inserted into the guide portion 42p shown in FIGS.
  • the flat portions are provided on the front and back surfaces of the frame 40, the conductive plates 41 and 42, which are substantially donut-shaped power lines, are respectively disposed, and terminals for connection with other parts on the inner peripheral side and the outer peripheral side.
  • the terminal portion is projected in the direction parallel to the output shaft, for example, toward the conductive plate 42 for power supply, and the leg portion and the terminal of the component are welded, for example, by using this terminal portion. Electrical connection.
  • a part of the doughnut-shaped conductive plate is electrically connected through a small conductive plate connected to the connector terminal 45.
  • connection with the control board 4 becomes the outer peripheral side, the area of the control board 4 can be used effectively, and the control unit 1 can be downsized. Further, by using a donut-shaped conductive plate, it is possible to make the shape simpler than the conventional shape.
  • a space can be provided between the outer periphery of the conductive plates 41 and 42 and the outer periphery of the frame 40.
  • Components such as the capacitor 30 and the coil CL can be disposed in this space, and further, the connection with the legs of these components.
  • the terminal portion protruding from the doughnut-shaped conductive plate is provided and an electrical connection portion can be formed only on one surface side, workability can be improved.
  • the electric path through the conductive plate is donut-shaped and the path can be minimized, the inductance can be reduced.
  • the forward path for the + power source and the return path for the ⁇ power source are reversed and the inductance is canceled out, so that unnecessary radiation noise can be suppressed.
  • the frame has upper and lower surfaces extending in a direction perpendicular to the motor output shaft, and a donut-shaped conductive plate is mounted on each surface
  • the inverter circuit has a power module composed of a plurality of switching elements, and a power supply terminal is provided on one side of a package forming the power module.
  • An output terminal connected to a winding terminal for supplying power to the motor and a control terminal connected to a control signal are provided on one side facing each other, and a terminal portion on the inner peripheral side of the conductive plate and power
  • the power supply terminal of the module is connected, and the control board and the control terminal of the power module are connected.
  • the shape and arrangement of the power supply system conductive plate, the double structure of the conductive plate, and the change in the connection position between the inverter circuit and the control board, the effective use of the area of the control board, and the shape of the conductive plate Simplification and equalization can be realized.
  • the plate width can be increased, and the internal resistance value of the product can be reduced.
  • the circular conductive plate shape can contribute to the suppression of noise generation.
  • the conductive plate 41 can be a negative power supply conductive plate
  • the conductive plate 42 can be a positive power supply conductive plate
  • FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. Note that parts equivalent to those in FIGS. 1 to 7 described above are given the same reference numerals. Further, the difference between FIG. 8 and FIG. 2 of the first embodiment is that the control unit 1 is mounted on the non-output side of the output shaft 23.
  • the winding terminal 26 extended from the three-phase winding 24 can be directly extended from the winding portion by selecting a wire, and the annular ring used in the first embodiment is used. 25 can be omitted.
  • the plate 50 is fitted to the motor case 27 to cover the motor 2 and to hold the bearing 28a in the center.
  • the plate 50 also includes a coupling portion with the housing 430 of the control unit 1. Further, the upper side surface of the plate 50 in the drawing is in close contact with the power modules 35U and 35W (35V not shown) and serves as a heat sink.
  • the plate 50 having a plurality of purposes described above is formed of a metal such as aluminum in consideration of heat dissipation, robustness as a case, and waterproofness.
  • the upper part of the plate 50 is the control unit 1, and the circuit unit is mounted inside the housing 430.
  • the connectors 44, 44 a and 44 b are disposed on the upper surface of the housing 430.
  • the connector 44 is for a power supply (+, ⁇ )
  • the connectors 44a, 44b are for signals of sensors other than the power supply system.
  • the terminals of the connectors 44a and 44b or their extensions extend to the control board 4 and are connected thereto.
  • the power supply system terminal of the connector 44 is used especially for the inverter circuit 3, the terminal is extended downward from the control board 4.
  • the housing 430 is manufactured by an insulating resin mold for fitting or integration with a connector, weight reduction, and the like.
  • control unit 1 Inside the control unit 1, from the motor 2 side, heat generating components such as the power module 35 and the power supply switching element 14 (not shown) are attached in close contact with the plate 50, and a frame 400 as an intermediate member is laminated thereon, On the top, a control board 4 on which the CPU 10 and others are mounted is laminated.
  • heat generating components such as the power module 35 and the power supply switching element 14 (not shown) are attached in close contact with the plate 50, and a frame 400 as an intermediate member is laminated thereon, On the top, a control board 4 on which the CPU 10 and others are mounted is laminated.
  • a rotation sensor rotor 5a is attached to the end of the output shaft 23. This corresponds to the rotation sensor 5 in FIG. 1, and a plurality of magnets are attached to the rotor 5a.
  • a rotation angle detection circuit 13 is mounted on the lower surface of the control board 4 so as to face the rotor 5a, and the rotation angle signal detected here is transmitted to the CPU 10 via the control board 4.
  • conductive plates 410 and 420 are mounted on the upper and lower surfaces of the frame 400. In the space between the frame 400 and the control board 4, capacitors 30U and 30W (30V not shown), which are large components, are placed horizontally. It is installed with.
  • FIG. 9 is a plan view showing one surface of the frame of the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a frame of the electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the control board 4 is removed and the frame 400 is viewed from the upper side of FIG.
  • the frame 400 is a circle having the same diameter as the motor case 27, and has a large-diameter hole through which the output shaft 23 is inserted.
  • a cylindrical portion 400b extends around the large-diameter hole.
  • a donut-shaped conductive plate 420 is mounted around the cylindrical portion 400b.
  • the guide portions 400a in which the holes 400f for the terminals of the power module 35 are opened are distributed almost uniformly at three locations near the outer periphery of the frame 400. Also, in the upper side of the figure, there are arranged guide portions 400n each having three power supply terminal holes 400j and 400k, and on the right side are guide portions with holes for the power supply switching element 14. 420p is arranged.
  • the coil 400 and the capacitors 30U, 30V, and 30W are arranged on the frame 400 as described by the one-dot chain line.
  • the capacitor 30 has a structure that is mounted directly above the frame 400 of the power module 35. At this time, since the capacitor 30 is placed horizontally, the height in the output shaft direction can be suppressed lower than that of the vertically placed capacitor 30.
  • the conductive plate 420 has a donut shape, with three terminal portions 420a extending on the inner peripheral side and three terminal portions 420b extending on the outer peripheral side.
  • each terminal 420a serves as a negative power source (ground) for each component leg or terminal.
  • the three terminal portions 420a on the inner peripheral side are connected (welded) to the respective negative terminals of the power module 35, and the three terminal portions 420b on the outer peripheral side are connected to the ⁇ Welded with legs.
  • the connector terminal hole 400j and the conductive plate 420 are connected to each other.
  • the four holes 400d are holes for fixing the frame 400 to the plate 50, and the pillar 400q is for mounting the control board 4.
  • four terminal portions 410a are provided on the inner periphery side of the donut and four locations on the outer periphery side, and a + power supply conductive plate 410 is mounted in a donut shape on the back surface in the figure.
  • the terminal portion 410 a is a terminal portion extending from the conductive plate 410 through the frame 400.
  • the three terminal portions 410a on the inner peripheral side are for the positive terminal of the power module 35, and the inner peripheral side 410c is for the output terminal of the power switching element 14, and this terminal portion and the conductive plate 410 is integrated.
  • the three terminal portions 410b on the outer peripheral side are for the + leg portion of the capacitor 30, and the outer peripheral side 410d is for the input terminal of the power switching element 14. Further, the + power supply terminal hole 400k of the connector and one end of the coil CL are connected by a small conductive plate (not shown).
  • the frame 400 is provided with a plurality of partitions 400e for positioning the capacitor 30 and the coil CL. Further, on the back surface of the frame 400, a protrusion 400 c for bringing the power module 35 and the power supply switching element 14 into close contact with the plate 50 is provided.
  • the power supply (+, ⁇ ) is used for the frame 400 that is an intermediate member between the control board 4 and the inverter circuit 3.
  • the conductive plates are arranged concentrically on the front and back, respectively, and the power supply power supply terminal portion of the power module is arranged on the inner peripheral side, and the capacitor terminal portions are distributed on the outer peripheral side, thereby simplifying the shape of the conductive plate, Since the power supply system can be arranged on the inner circumference side and the control signal terminals can be arranged on the outer circumference side, the area of the control board can be used effectively, and effects such as inductance reduction and noise suppression by mounting on both sides can be obtained. .

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Abstract

　制御基板の面積の有効利用、導電板の形状の簡略化、均等化を実現することができる制御ユニットを得る。フレームは、モータ出力軸に対して垂直方向に広がる上下面を有し、それぞれの面にドーナツ状の導電板が装着され、導電板は、ともに内周側および外周側に接続用の端子部を有し、インバータ回路は、複数のスイッチング素子からなるパワーモジュールで構成され、パワーモジュールを形成するパッケージの１辺に電源用端子が設けられるとともに、対向する１辺に、モータに電力を供給するための巻線端子と接続される出力端子と、制御信号と接続される制御用端子とが設けられ、導電板の内周側の端子部とパワーモジュールの電源用端子とを接続し、制御基板とパワーモジュールの制御用端子とを接続したものである。

Description

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
　この発明は、モータ出力軸と同軸上にモータと一体化され、モータの駆動を制御する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に関する。
　モータ出力軸と同軸上にモータと一体化された制御ユニットにおいて、制御ユニットを構成する主要な部品として、ＣＰＵが搭載された制御基板と、モータに電力を供給するインバータ回路と、制御基板とインバータ回路とを接続するフレームと、コネクタと、これらを収納するケースとがある。
　ここで、フレームは、制御基板とインバータ回路とを電気的および機械的に接続するとともに、その他の部品も搭載しているので、電気的接続箇所および機械的接続箇所は、複雑な形状を有している。
　また、フレームの電気的配線については、フレームを絶縁樹脂製として、例えば電源系の＋、－ラインを構成する導電板が、その内部に張り巡らされるように、インサートモールドで成形されている。
　このとき、電源系の導電板には、モータの巻線に電力を供給するために、大電流の高速スイッチング電流を流す必要があり、この導電板が、近傍に配置されたＣＰＵを含む制御基板に対するノイズ放射の源となっている。
　そこで、上記の課題を解決するために、電動モータの電流を制御する３相ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子と、電動モータに流れる電流のリップル成分を抑制するコンデンサと、半導体スイッチング素子のスイッチング動作時に発生するノイズを低減するコイルと、半導体スイッチング素子、コンデンサ、およびコイルを含むパワー回路部と、パワー回路部を搭載し、パワー回路部から発生する熱を放熱するヒートシンクと、半導体スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成するマイクロコンピュータを搭載した制御基板とを備え、半導体スイッチング素子およびコンデンサが、３相ブリッジ回路のアームごとに一対となって同心円状に配置され、アームとコンデンサとを電気的に接続する接続部材が、直流電源の正極側配線と負極側配線とが各アームに沿って並行に配置されるとともに、同一平面上に配置された制御ユニット（制御装置）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許第５０３９１７１号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　すなわち、特許文献１に記載の制御ユニットでは、電源系導電板を有する回路ケースにおいて、コネクタに接続された導電板２本（＋、－）がほぼ並走され、各部に配置された部品の端子付近で折り曲げられた端子部が多数林立する構成を有している。
　なお、これらの導電板には大電流が流れるので、極力短く、かつ各インバータ回路のパワー部までの長さもできる限り均等にする必要がある。また、導電板が並走している場合には、導電板の板幅に制約があるので、内部抵抗値が上昇する要因となっている。
　また、回路ケースには、制御基板とパワー基板とを電気的に接続するための多数の端子列が、中央付近にまとまって延出されている。そのため、制御基板の部品配置の自由度が、これらの端子列により影響を受けることになる。
　したがって、特許文献１に記載の制御ユニットでは、インバータ回路までの電源系の配線用の導電板、およびインバータ回路と制御基板との接続には、まだ改善して制御基板の面積の有効利用、導電板の形状の簡略化、均等化を図る余地があるという問題がある。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、制御基板の面積の有効利用、導電板の形状の簡略化、均等化を実現することができる制御ユニットを得ることを目的とする。
　この発明に係る制御ユニットは、モータの駆動を制御する制御ユニットであって、制御ユニットは、モータのモータ出力軸と同軸上にモータと一体化され、制御ユニットの外装をなすハウジングの内部に収納され、モータへの制御信号を演算して出力する制御基板と、制御信号にしたがって、モータに電力を供給するインバータ回路と、制御基板とインバータ回路との間に設けられた中間部材であるフレームとを備え、フレームは、モータ出力軸に対して垂直方向に広がる上下面を有し、それぞれの面にドーナツ状の導電板が装着され、導電板は、ともに内周側および外周側に接続用の端子部を有し、インバータ回路は、複数のスイッチング素子からなるパワーモジュールで構成され、パワーモジュールを形成するパッケージの１辺に電源用端子が設けられるとともに、対向する１辺に、モータに電力を供給するための巻線端子と接続される出力端子と、制御信号と接続される制御用端子とが設けられ、導電板の内周側の端子部とパワーモジュールの電源用端子とを接続し、制御基板とパワーモジュールの制御用端子とを接続したものである。
　この発明に係る制御ユニットによれば、フレームは、モータ出力軸に対して垂直方向に広がる上下面を有し、それぞれの面にドーナツ状の導電板が装着され、導電板は、ともに内周側および外周側に接続用の端子部を有し、インバータ回路は、複数のスイッチング素子からなるパワーモジュールで構成され、パワーモジュールを形成するパッケージの１辺に電源用端子が設けられるとともに、対向する１辺に、モータに電力を供給するための巻線端子と接続される出力端子と、制御信号と接続される制御用端子とが設けられ、導電板の内周側の端子部とパワーモジュールの電源用端子とを接続し、制御基板とパワーモジュールの制御用端子とを接続されている。
　そのため、制御基板の面積の有効利用、導電板の形状の簡略化、均等化を実現することができる。
この発明の実施の形態１に係る制御ユニットが適用された電動パワーステアリング装置の全体的な回路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を示す断面図である。 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フレームの一方の面を示す平面図である。 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フレームの他方の面を示す平面図である。 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フレームを示す側断面図である。 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におけるパワーモジュールを示す斜視図である。 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における電源用スイッチング素子を示す斜視図である。 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を示す断面図である。 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フレームの一方の面を示す平面図である。 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フレームを示す側断面図である。
　以下、この発明に係る制御ユニットの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、この発明に係る制御ユニットは、モータ出力軸と同軸上にモータと一体化されている。
　また、以下では、制御ユニットが電動パワーステアリング装置に適用される場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、制御ユニットは、モータの駆動を制御するものであれば、電動パワーステアリング装置に適用されるもの以外のものであってもよい。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る制御ユニットが適用された電動パワーステアリング装置の全体的な回路構成を示す回路図である。図１において、この電動パワーステアリング装置は、制御ユニット１とモータ２とから構成されている。
　なお、この実施の形態１では、モータ２が３相ブラシレスモータである場合について説明するが、これに限定されず、ブラシ付きまたは３相以上の多相巻線モータであってもよい。
　制御ユニット１は、モータ２に電流を供給するインバータ回路３と、主にＣＰＵ１０が搭載された制御基板４とを含んでいる。また、モータ２の出力軸近傍には、モータ２の回転角を検出する回転センサ５が設けられている。また、制御ユニット１は、車両に搭載されたバッテリ６、イグニッションスイッチ７およびセンサ類８と、コネクタを介して接続されている。
　制御ユニット１内の制御基板４は、車速センサやハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサ等のセンサ類８からの情報に基づいて、モータ２に供給する電力の制御量を演算するＣＰＵ１０、インバータ回路３を駆動する初段の駆動回路１１、インバータ回路３内の各部の電圧または電流を検出するモニタ回路１２、および回転センサ５からの情報に基づいて、モータ２の回転角を検出する回転角検出回路１３を有している。
　また、制御ユニット１の電源系ライン（＋、－）には、ノイズ放射を抑制するためのコンデンサＣ１およびコイルＣＬが設けられている。ここで、これらの部品は、比較的大型である。また、電源系ラインには、＋電源ラインを開閉するリレー機能を有する電源用スイッチング素子１４が挿入されている。
　この電源用スイッチング素子１４は、例えばＦＥＴであり、寄生ダイオードは、電流供給方向に対して順方向と逆方向との２種類が直列に接続されている。この電源用スイッチング素子１４により、モータ２やインバータ回路３に故障が発生した場合等に、電力供給を強制的に遮断することができる。また、寄生ダイオードにより、バッテリ６の逆接配線を行った場合であっても、電流が流れるラインを遮断することになり、バッテリ逆接保護の機能も実現される。
　インバータ回路３は、モータ２の３相巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の各相に対して、上下アームのそれぞれに設けられた計６個のスイッチング素子３１Ｕ～３１Ｗ、３２Ｕ～３２Ｗと、モータ巻線とスイッチング素子との間を開閉するリレー機能を有するリレー用スイッチング素子３４Ｕ～３４Ｗとを有している。なお、図１では、Ｕ相のみ符号を記載しているが、他の相もＵ相と同一である。
　なお、上下アームのスイッチング素子３１Ｕ～３１Ｗ、３２Ｕ～３２Ｗは、ＣＰＵ１０の指令に基づいてＰＷＭ駆動されるので、インバータ回路３には、ノイズ抑制の目的で、コンデンサ３０Ｕ～３０Ｗも接続されている。また、インバータ回路３には、モータ２に流れる電流を検出するためのシャント抵抗３３Ｕ～３３Ｗも接続されている。ここで、各相のスイッチング素子３１、３２、３４は、相毎に集積されたパワーモジュール３５Ｕ～３５Ｗとして、計３個配置されている。
　図１に示した電動パワーステアリング装置の概略の動作として、センサ類８からの入力情報に基づいて、ＣＰＵ１０がモータ２の巻線に供給する電流を演算し、駆動回路１１を介してインバータ回路３に出力する。続いて、各相のスイッチング素子３１、３２、３４が駆動され、電流がモータ２の巻線に供給される。
　また、モータ２の巻線に供給された電流の電流値をモニタ回路１２で検出し、ＣＰＵ１０の演算値（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が実行される。なお、駆動回路１１は、電源用スイッチング素子１４およびリレー用スイッチング素子３４も併せて制御している。また、ＣＰＵ１０は、回転センサ５および回転角検出回路１３を介してモータ２の回転位置または速度を算出し、制御に利用している。
　以上のような回路構成に対して、電動パワーステアリング装置の構造を図２に示す。図２は、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を示す断面図である。図２において、図中の下側がモータ２であり、モータ２の上部に制御ユニット１が配置されている。また、モータ２の出力軸２３の出力方向に、かつモータ出力軸２３と同軸上に制御ユニット１が設けられている。
　モータ２は、出力軸２３の周囲に図示しない永久磁石が複数極対配置されたロータ２１と、このロータ２１の周りに設けられ、３相巻線２４が巻装されたステータ２２とが、モータケース２７の内部に配置されて構成されている。また、３相巻線２４の上方には、環状リング２５が設けられ、この環状リング２５内で巻線端がデルタ結線され、その後巻線端子２６として制御ユニット１に延出されている。
　制御ユニット１は、ハウジング４３の内部に、ＣＰＵ１０、駆動回路１１等が搭載された制御基板４、フレーム４０、パワーモジュール３５Ｕ（３５Ｖ、３５Ｗは図示せず）、電源用スイッチング素子１４、コンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ（３０Ｗは図示せず）がそれぞれ配置されて構成されている。なお、電源用スイッチング素子１４は、なくてもよい。
　ここで、ハウジング４３は、ほぼモータケース２７と同径の円筒形状を有しているが、一部がコネクタ４４を装着するために切り欠かれ、切り欠き部が形成されている。また、この切り欠き部にコネクタ４４が装着され、コネクタターミナル４５がハウジング４３の内部に延出されている。
　また、ハウジング４３は、モータケース２７と、例えば図示しないボルトで結合されている。さらに、ハウジング４３は、図中上方に延びて、モータ出力軸２３の回転を伝達する図示しない減速機構に結合するための結合部４３ａを有している。また、ハウジング４３は、出力軸２３を自在に回転させるための軸受２８を保持している。このハウジング４３の内部において、制御基板４の一部がモータケース２７に固定され、一部がハウジング４３に固定されている。また、制御基板４の上方にフレーム４０が積層されている。
　フレーム４０は、後述するように中間部材であり、絶縁樹脂製であって、表裏関係をなす表面部を有し、図中上側の表面部と、下側の表面部とにそれぞれ導電板４１、４２を配設している。また、フレーム４０の上方に、パワーモジュール３５が３個装着され、パワーモジュール３５の上面は、ハウジング４３の表面４３ｂと密着されている。これにより、パワーモジュール３５の放熱性が向上される。なお、パワーモジュール３５とハウジング４３の表面４３ｂとは、シートを介して密着されてもよい。
　また、パワーモジュール３５の制御用端子３５ａ、３５ｂは、フレーム４０を貫通し、一方は導電板４１、４２と、他方は制御基板４とそれぞれ接続されている。また、フレーム４０には、３個のコンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ（３０Ｗは図示せず）、および電源用スイッチング素子１４も搭載されている。
　また、コネクタ４４の近傍では、コネクタターミナル４５がフレーム４０を貫通し、一部は導電板４１、４２と接続され、その他は制御基板４まで延出されて接続されている。なお、図１に記載の回転センサ５は、ハウジング４３の内部で軸受２８の近傍に設けることが可能であり、レゾルバ構造のセンサ、半導体センサ等を利用することができる。
　次に、図３、４を参照しながら、フレーム４０および導電板４１、４２の詳細な構造について説明する。図３は、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フレームの一方の面を示す平面図である。図３において、フレーム４０は、絶縁樹脂モールド成型品であり、コネクタ側突出部４０ｍ以外は、モータケース２７と同様にほぼ円形をなしている。
　フレーム４０の中央には、出力軸２３が貫通できるように穴が開いており、穴の周囲には、筒状部４０ｂが延びている。また、フレーム４０には、パワーモジュール３５、コンデンサ３０およびコイルＣＬ等が装着されるので、コンデンサ３０およびコイルＣＬのための保持または位置決め用の衝立４０ｅが各部品の周辺に立っている。また、フレーム４０には、パワーモジュール３５を押さえつけるための突起４０ｃも形成されている。
　さらに、フレーム４０には、各部品の脚部または端子部が貫通するための穴が多数開いている。ここで、穴４０ｄは、比較的大きな径を持ち、フレーム４０自体をハウジング４３と固定するためのものであり、例えば４カ所をボルト締め付ける。また、穴４０ｈ、４０ｉは、コンデンサ３０およびコイルＣＬの脚部貫通用である。
　また、丸穴４０ｆ、角穴４０ｇは、ガイド４０ａ内に一緒に配置され、これらは、図６で詳述するパワーモジュール３５の制御用端子３５ａ、３５ｂが貫通するためのものである。また、丸穴４０ｆは、パワーモジュール３５へ制御信号を駆動回路１１から伝達したり、パワーモジュール３５内のモニタ信号をＣＰＵ１０へ伝達したりする端子用である。
また、角穴４０ｇの一方は、パワーモジュール３５からモータ巻線へ電力を供給する端子用であり、他方は、巻線端子２６が挿入されるもので、両者は別部品で電気的接続されている。なお、丸穴４０ｆは、楕円穴や多角形穴であってもよい。
　さらに、４個の穴の開いたガイド部４２ｐは、電源用スイッチング素子１４のための制御信号用であり、この電源用スイッチング素子１４も少なくとも２個のＦＥＴを収納しており、パワーモジュール３５と同類のものである。また、コネクタ側突出部４０ｍには、＋電源用ターミナル穴４０ｋ、－電源（グランド）用ターミナル穴４０ｊがそれぞれ複数開いている。さらにセンサ類の信号用の穴４０ｌが多数開いている。
　また、フレーム４０の上下の両表面には、例えば銅製の導電板４１、４２がそれぞれ装着されている。導電板４１は、ドーナツ状をなし、内周側に４カ所の端子部４１ａが形成され、外周側にも４カ所の端子部４１ｂが形成されてフレームを貫通し、図中裏面へ突出している。
　この導電板４１のコネクタ側突出部４０ｍでは、コネクタの＋電源用ターミナル穴４０ｋの近傍からコイルＣＬの一方の脚部と接続され、他方の脚部は、電源用スイッチング素子１４と接続されている。また、その後、電源用スイッチング素子１４を通って導電板４１と接続されている。したがって、導電板４１は、＋用電源ラインを構成している。
　なお、導電板４１は、フレーム４０の表面に装着されているが、その装着構造として、例えば接着剤の塗布が考えられる。このとき、複数の端子部４１ａまたは４１ｂは、フレーム４０に開いた角穴に挿入されているので、この角穴に端子部を圧入する構造をとることで、装着を兼用することができる。この方法であれば、装着のための部品や作業が不要になる。
　このように、フレーム４０の中央部に、同芯状にドーナツ状の導電板４１を配置し、内周側および外周側に他の部材と電気的に接続するための端子部４１ａ、４１ｂを設ける。特に、内周側は、パワーモジュール３５の両電源（＋、－）との接続のために配置されている。さらに、そのドーナツ状の一部が、＋電源用のコネクタのターミナルからの電源ラインおよび各部品を介して接続されている。ここで、ドーナツ状にすることにより、導電板を張り巡らすこともなく簡単な形状で導電板４１を製造することができ、その結果、フレーム４０との装着も簡略化することができる。
　図４は、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フレームの他方の面を示す平面図である。また、図５は、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フレームを示す側断面図である。すなわち、図４は、図３の裏面を示している。
　図４、５において、導電板４２は、－電源（グランド）用であり、＋電源用の導電板４１と同様に、フレーム４０の中央穴に同芯状にほぼドーナツ形状をなしている。また、フレーム４０には、他の部位との接続のための端子部４２ａが内周側に３カ所、外周側に４カ所設けられている。
　また、＋電源用の導電板４１の端子部４１ａが、端子部４２ａの近傍に複数突出して設けられている。外周側の端子部４２ｂは、コンデンサ３０の脚部用の穴４０ｈの近傍に配置され、コンデンサ３０の脚部と端子部４２ｂとが接続できるように近接して配置されている。
　また、パワーモジュール３５の端子用の穴４０ｆ、４０ｇが開いたガイド４０ａは、パワーモジュール３５の端子をガイドする役目をなすために、フレーム４０の表面から突出している。また、コネクタ付近には、ターミナル穴４０ｋ、４０ｊをまとめて同様にガイド部をなすように、突出部４０ｎが配置されている。さらに、この突出部４０ｎには、小導電板４１ｃ、４２ｃの端子部が突出されている。同様に、センサ類の信号用の穴４０ｌをまとめてガイド部をなすように、突出部４０ｏが配置されている。
　なお、導電板４２とフレーム４０との装着は、導電板４２の内周、外周または内周および外周の両方の形状に沿ってフレーム４０に凹部を設け、これに圧入により装着することができる。また、フレーム４０から凸部４２ｄを出し、導電板４２に穴をあけ、凸部４２ｄを穴に圧入する構造であってもよい。
　また、導電板４２は、広い面積を持つドーナツ状をなしているので、フレーム４０との接続は、種々の方法で、あらゆる場所で行うことができる。また、フレーム４０には、柱４０ｑが４カ所配置され、これを利用して制御基板４と一定の距離を保持するとともに、制御基板４を固定する。
　図６は、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におけるパワーモジュールを示す斜視図である。図６において、パワーモジュール３５は、上面視においてほぼ長方形をなし、一方の長辺に＋電源用の制御用端子３５ａおよび－電源用の制御用端子３５ｂを備え、他方の長辺の角部付近に出力端子３５ｃを備え、その隣に多数の制御用端子３５ａを備えた構成を有している。
　このパワーモジュール３５を、出力軸２３の周囲にフレーム４０に分散配置する。具体的には、－電源用の制御用端子３５ｂは、出力軸２３に近い中央穴周辺に配置され、一方＋電源用の制御用端子３５ａおよび出力端子３５ｃは、周辺部のガイド４０ａに設けられた穴４０ｆ、４０ｇに挿入される。
　図７は、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における電源用スイッチング素子を示す斜視図である。図７において、電源用スイッチング素子１４も、パワーモシュール３５と同様に、ほぼ直方体のパッケージに種々の端子が延びた構造をしている。
　電源用スイッチング素子１４において、端子１４ａは、コイルＣＬからの入力側端子であり、パッケージに収納された２個のＦＥＴを介して、端子１４ｂから出力される。そのため、端子１４ｂは、フレーム４０に装着されると、導電板４１の内周側端子部４１ａと溶接される。なお、比較的細い４本の端子１４ｃは、図３、４に示したガイド部４２ｐへ挿入される制御信号用端子およびモニタ用端子である。
　このように、フレーム４０の表裏面に平面部を設け、略ドーナツ状の電源ラインである導電板４１、４２をそれぞれ配置し、内周側および外周側に他の部位との接続のための端子部を設け、かつその端子部は、出力軸と平行方向で、例えば－電源用の導電板４２側に突出させ、この端子部を利用して部品の脚部と端子とを例えば溶接することにより、電気的接続する。また、ドーナツ状の導電板の一部は、コネクタターミナル４５と接続された小導電板を介して電気的に接続する。
　このような構成をとることにより、制御基板４との接続が外周側となり、制御基板４の面積を有効に利用することができ、引いては制御ユニット１の小型化を図ることができる。また、ドーナツ状の導電板を使用することにより、従来の形状と比較して簡単な形状とすることができる。
　また、導電板４１、４２の外周でフレーム４０の外周部との間に空間を設けることができ、この空間にコンデンサ３０およびコイルＣＬ等の部品を配置でき、さらにこれら部品の脚部との接続も、ドーナツ状導電板から突出した端子部を設け、一方の表面側のみで電気的接続箇所をなすことが可能となるので、工作性を向上させることができる。
　さらに、導電板を介した電路はドーナツ状であり、経路を最短化することができるので、インダクタンスを低下させることができる。また、大きな表面積を有するとともに、＋電源用の往路と－電源用の復路とが逆向きになり、インダクタンスが相殺されるので、不要な輻射ノイズを抑制することができる。
　以上のように、実施の形態１によれば、フレームは、モータ出力軸に対して垂直方向に広がる上下面を有し、それぞれの面にドーナツ状の導電板が装着され、導電板は、ともに内周側および外周側に接続用の端子部を有し、インバータ回路は、複数のスイッチング素子からなるパワーモジュールで構成され、パワーモジュールを形成するパッケージの１辺に電源用端子が設けられるとともに、対向する１辺に、モータに電力を供給するための巻線端子と接続される出力端子と、制御信号と接続される制御用端子とが設けられ、導電板の内周側の端子部とパワーモジュールの電源用端子とを接続し、制御基板とパワーモジュールの制御用端子とを接続したものである。
　そのため、制御基板の面積の有効利用、導電板の形状の簡略化、均等化を実現することができる。
　すなわち、電源系導電板の形状、配置の変更、導電板の２重構造化、さらにはインバータ回路と制御基板との接続位置の変更により、制御基板の面積の有効な利用、および導電板の形状の簡略化、均等化を実現することができる。また、板幅の拡大を可能とし、製品の内部抵抗値を低減することができる。さらに、円形導電板形状により、ノイズ発生抑制にも寄与できる。
　なお、パワーモジュール３５ｂの極性を反対にすることで、導電板４１を－電源用の導電板とし、導電板４２を＋電源用の導電板とすることもできる。
　実施の形態２．
　図８は、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を示す断面図である。なお、上述した図１～７と同等な部位には、同一符号を付している。また、図８と実施の形態１の図２との相違は、制御ユニット１が出力軸２３の反出力側に装着されていることである。
　図８において、３相巻線２４から延出された巻線端子２６は、線材を選択することにより、巻線部分から直接延出することも可能であり、実施の形態１で使用した環状リング２５を省くことができる。また、プレート５０は、モータケース２７と嵌合され、モータ２に蓋をするとともに、中央に軸受２８ａを保持する役目を有している。
　さらに、図示していないが、プレート５０は、制御ユニット１のハウジング４３０との結合部分も備えている。また、プレート５０の図中上側面は、パワーモジュール３５Ｕ、３５Ｗ（３５Ｖは図示せず）と密着され、ヒートシンクの役目を担っている。以上の複数の目的を有するプレート５０は、放熱性とケースとしての堅牢、防水性を考慮して、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。
　また、図８において、このプレート５０よりも上部が制御ユニット１となり、ハウジング４３０に覆われた内部に回路部を装着している。また、コネクタ４４、４４ａ、４４ｂは、ハウジング４３０の上面に配置されている。ここで、コネクタ４４は、電源（＋、－）用であり、コネクタ４４ａ、４４ｂは、電源系以外のセンサ類の信号用である。
　また、コネクタ４４ａ、４４ｂのターミナル、またはその延長部は、制御基板４へ延びて接続されている。なお、コネクタ４４の電源系ターミナルは、特にインバータ回路３に使用されるので、制御基板４よりも下方向へターミナルが延長される。また、コネクタとの嵌合または一体化、軽量化等々のために、ハウジング４３０は、絶縁性樹脂モールドで製造される。
　制御ユニット１の内部は、モータ２側から、パワーモジュール３５、図示しない電源用スイッチング素子１４といった発熱部品をプレート５０に密着して装着し、その上部に中間部材であるフレーム４００を積層し、さらに上部には、ＣＰＵ１０他が搭載された制御基板４が積層されている。
　また、プレート５０およびフレーム４００の中央部には、大径の穴が開き、その穴を挿通した出力軸２３が延びている。また、出力軸２３の端部には、回転センサ用のロータ５ａが装着されている。これは、図１における回転センサ５に相当し、ロータ５ａには、磁石が複数取り付けられている。
　一方、制御基板４の下面において、ロータ５ａに対向して回転角検出回路１３が搭載され、ここで検出した回転角信号は、制御基板４を介して、ＣＰＵ１０へ伝達される。また、フレーム４００の上下両面には、導電板４１０、４２０が装着され、このフレーム４００と制御基板４との空間には、大型部品であるコンデンサ３０Ｕ、３０Ｗ（３０Ｖは図示せず）が横置きで装着されている。
　続いて、図９、１０を参照しながら、フレーム４００および導電板４２等について説明する。図９は、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フレームの一方の面を示す平面図である。また、図１０は、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フレームを示す側断面図である。なお、図９は、制御基板４を取り除いて、フレーム４００を図８の上側から見ている。
　図９、１０において、フレーム４００は、モータケース２７とほぼ同径の円形であり、中央に出力軸２３が挿通する大径の穴が開いている。また、その大径穴の周囲には、筒状部４００ｂが延びている。また、筒状部４００ｂの周囲にドーナツ状の導電板４２０が装着されている。
　ここで、フレーム４００の外周付近３カ所には、パワーモジュール３５の端子用の穴４００ｆの開いたガイド部４００ａが、ほぼ均等に分散配置されている。また、図中上側には、電源用ターミナル穴４００ｊ、４００ｋが、それぞれ３個ずつ開けられたガイド部４００ｎが配置され、その右側には、電源用スイッチング素子１４のための穴の開いたガイド部４２０ｐが配置されている。
　また、フレーム４００には、コイルＣＬおよびコンデンサ３０Ｕ、３０Ｖ、３０Ｗが一点鎖線で記載したように配置される。特に、コンデンサ３０は、パワーモジュール３５のフレーム４００を挟んで真上に装着された構造となっている。このとき、コンデンサ３０は、横置きしたので、縦置きに比べて出力軸方向の高さが低く抑えることができる。
　導電板４２０は、ドーナツ状をなし、内周側に３カ所の端子部４２０ａが延びて配置され、外周側に３カ所の端子部４２０ｂが延びて配置されている。この導電板４２０において、それぞれの端子４２０ａは、各部品の脚部または端子の－電源（グランド）となっている。
　また、内周側の３カ所の端子部４２０ａは、パワーモジュール３５のそれぞれの－端子と接続（溶接）され、外周側の３カ所の端子部４２０ｂは、破線で示したように、コンデンサの－脚部と溶接される。なお、図示していないが、コネクタ用ターミナル穴４００ｊと導電板４２０とは、それぞれ接続されている。
　また、フレーム４００において、４カ所の穴４００ｄは、フレーム４００をプレート５０に固定する穴であり、柱４００ｑは、制御基板４を装着するためのものである。同様に、端子部４１０ａがドーナツの内周側に４カ所、外周側に４カ所設けられ、図中裏面には、＋電源用の導電板４１０が、ドーナツ状に装着されている。
　この端子部４１０ａは、導電板４１０からフレーム４００を貫通して延びた端子部である。ここで、内周側の３カ所の端子部４１０ａは、パワーモジュール３５の＋端子用であり、内周側の４１０ｃは、電源用スイッチング素子１４の出力端子用であり、この端子部と導電板４１０とは、一体化されている。
　これに対して、外周側の３カ所の端子部４１０ｂは、コンデンサ３０の＋脚部用であり、外周側の４１０ｄは、電源用スイッチング素子１４の入力端子用である。また、コネクタの＋電源用ターミナル穴４００ｋとコイルＣＬの一方端とは、図示しない小導電板で接続されている。
　また、フレーム４００には、コンデンサ３０およびコイルＣＬの位置決めのための衝立４００ｅが複数設けられている。また、フレーム４００の裏面には、パワーモジュール３５および電源用スイッチング素子１４をプレート５０と密着させるための突起４００ｃが設けられている。
　このように、制御ユニット１を反出力軸方向に同軸上に配置した場合であっても、制御基板４とインバータ回路３との中間部材であるフレーム４００に対して、電源（＋、－）用導電板をそれぞれ表裏に同芯状に配置し、内周側にパワーモジュールの電源用端子部、外周側にコンデンサ用端子部をそれぞれ分散して配置することにより、導電板の形状を簡略化し、電源系を内周側に、制御信号用端子を外周側に配置することが可能となるので、制御基板の面積を有効に活用でき、両面装着によるインダクタンス低減、ノイズ抑制といった効果を得ることができる。

Claims (9)

  1. 　モータの駆動を制御する制御ユニットであって、
    　前記制御ユニットは、前記モータのモータ出力軸と同軸上に前記モータと一体化され、
    　前記制御ユニットの外装をなすハウジングの内部に収納され、前記モータへの制御信号を演算して出力する制御基板と、
    　前記制御信号にしたがって、前記モータに電力を供給するインバータ回路と、
    　前記制御基板と前記インバータ回路との間に設けられた中間部材であるフレームと、を備え、
    　前記フレームは、前記モータ出力軸に対して垂直方向に広がる上下面を有し、それぞれの面にドーナツ状の導電板が装着され、前記導電板は、ともに内周側および外周側に接続用の端子部を有し、
    　前記インバータ回路は、複数のスイッチング素子からなるパワーモジュールで構成され、前記パワーモジュールを形成するパッケージの１辺に電源用端子が設けられるとともに、対向する１辺に、前記モータに電力を供給するための巻線端子と接続される出力端子と、前記制御信号と接続される制御用端子とが設けられ、
    　前記導電板の内周側の前記端子部と前記パワーモジュールの電源用端子とを接続し、前記制御基板と前記パワーモジュールの制御用端子とを接続した
    　制御ユニット。
  2. 　前記パワーモジュールの電源用端子は、＋および－の端子から構成され、
    　前記フレームに装着された導電板の前記端子部は、前記モータ出力軸と平行方向に突出し、
    　前記導電板の両面で突出した前記端子部は、すべて同方向を向き、
    　一方の導電板の前記端子部は、前記フレームを貫通して他方の導電板の前記端子部まで突出して対をなし、
    　前記導電板の内周側に形成された前記端子部は、前記導電板の両面の前記対をなす端子と前記パワーモジュールの電源用端子とをそれぞれ接続する
    　請求項１に記載の制御ユニット。
  3. 　前記制御ユニットに搭載されるコンデンサおよびコイルの少なくとも一方の脚部と前記導電板の外周側に形成された前記端子部とは、互いに接続され、この接続部と、前記導電板の内周側に形成された前記端子部と前記パワーモジュールの電源用端子との接続部とは、前記フレームの同一側である
    　請求項１または請求項２に記載の制御ユニット。
  4. 　前記制御ユニットに電力を供給するためのコネクタのターミナルと、前記フレームの導電板とが、複数の前記端子部同士の間の位置で接続される
    　請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の制御ユニット。
  5. 　前記フレームの中央部には、前記モータ出力軸を挿通させる大径の穴が形成され、その周囲に前記導電板の内周側の前記端子部が分散配置され、
    　前記フレームの外周付近には、前記パワーモジュールの制御信号端子用の***群が配置され、
    　前記導電板の外周側に形成された前記端子部は、この***群よりも内周側に位置する
    　請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の制御ユニット。
  6. 　前記フレームの一方の面に、
    　前記制御ユニットに搭載されるコンデンサおよびコイルの少なくとも一方の位置決めのための衝立と、
    　前記制御基板との距離を保持し、前記制御基板を固定する柱と、
    　前記パワーモジュールの前記制御信号端子用の穴を延長するガイド部と、を有する
    　請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の制御ユニット。
  7. 　前記モータ、前記制御基板、前記フレーム、前記パワーモジュールの順に、同軸上に前記モータ出力軸の出力側に配置された
    　請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の制御ユニット。
  8. 　前記モータ、前記パワーモジュール、前記フレーム、前記制御基板の順に、同軸上に前記モータ出力軸の反出力側に配置された
    　請求項１から請求項６までの何れか１項に記載の制御ユニット。
  9. 　請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の制御ユニットと前記モータとから構成され、前記モータで操舵補助トルクを発生する電動パワーステアリング制御装置。
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