WO2018207330A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric power steering apparatus, and more particularly to an electric power steering apparatus in which the inverter circuit is miniaturized.
- a conventional electric power steering apparatus provided with a so-called inverter circuit for supplying a current to a motor
- a plurality of bridge circuits by switching elements responsible for supplying and interrupting the current are provided in the inverter circuit.
- the conventional electric power steering apparatus includes a bridge circuit for three phases (see, for example, Patent Document 1).
- Patent No. 5177711 gazette
- Patent Document 1 is an improvement in which the number of capacitors is reduced from three to two in the number of phases.
- capacitors are important components for suppressing the ripple current by on / off current control of the switching element.
- the capacitance of the capacitor is determined in relation to the effect of ripple current suppression. Therefore, in Patent Document 1, reduction of the total number of capacitors was achieved by devising to keep the wiring impedance low.
- the present invention has been made to solve the problems as described above, and can suppress the influence of the ripple current and can reduce the capacity or the number of the smoothing capacitor, which leads to the miniaturization of the device.
- An object of the present invention is to obtain an electric power steering apparatus that can be designed.
- An electric power steering apparatus is an electric power steering apparatus including a control unit having a multiphase coil electric motor for rotating a steering mechanism of a vehicle and a plurality of inverter circuits for driving the electric motor. Has a smaller number of smoothing capacitors than the number of electric motor phases, and the capacitors are disposed between the bridge circuits of each phase of the inverter.
- the inverter circuit has a smaller number of smoothing capacitors than the number of phases of the electric motor, and the smoothing capacitors are disposed between the bridge circuits of each phase of the inverter. Is equipped. As a result, it is possible to obtain an electric power steering apparatus capable of suppressing the influence of the ripple current and reducing the capacity or the number of the smoothing capacitors, and hence the downsizing of the apparatus.
- FIG. 1 It is a whole circuit diagram of the electric-power-steering apparatus in Embodiment 1 of this invention. It is an explanatory view showing the flow of the current in the conventional device by patent documents 1. It is explanatory drawing which showed the flow of the electric current in the conventional apparatus by patent document 1. FIG. It is explanatory drawing which showed the flow of the electric current in the conventional apparatus by patent document 1. FIG. It is explanatory drawing which showed the flow of the electric current in the conventional apparatus by patent document 1.
- FIG. FIG. 2 is an explanatory view showing the flow of current in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is an explanatory view showing the flow of current in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is an explanatory view showing the flow of current in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is an explanatory view showing the flow of current in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
- It is a top view of a control unit in Embodiment 1 of the present invention.
- It is the power supply system wiring diagram which added the wiring bar of the power supply system with respect to the top view shown in FIG. 4A in Embodiment 1 of this invention.
- FIG. 7 is a circuit diagram of the entire electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
- Embodiment 2 of this invention It is a top view of the control unit in Embodiment 2 of this invention. It is the power supply system wiring diagram which added the wiring bar of the power supply system with respect to the top view shown in FIG. 6A in Embodiment 2 of this invention. It is a figure for demonstrating the wiring state of four capacitors in Embodiment 2 of this invention. It is a perspective view of the power supply board in Embodiment 2 of this invention, It is a perspective view of the GND board in Embodiment 2 of this invention.
- FIG. 1 is an entire circuit diagram of an electric power steering apparatus according to a first embodiment of the present invention.
- the electric power steering apparatus shown in FIG. 1 includes a control unit 1 having a motor drive circuit and a motor 2.
- the motor 2 is a three-phase brushless motor.
- a rotation sensor 9 for detecting the rotation angle of the motor is disposed in the vicinity of the output shaft of the motor.
- the control unit 1 includes, as main components, a control operation unit 4 with relatively small current consumption, and an inverter circuit 3 for supplying and interrupting the current of the motor 2.
- the control calculation unit 4 mainly includes a CPU 10, a drive circuit 11, an input circuit 12, a power supply circuit 13, and the like.
- the inverter circuit 3 includes a bridge circuit including a high side switching element 31 and a low side switching element 32 for supplying current to each of the three-phase coil groups, and a motor relay switching element 34 capable of interrupting the current to the motor 2; It comprises a shunt resistor 33 for current detection, capacitors 30a and 30b, and the like.
- coil names U, V, and W are assigned to the respective elements of the high side switching element 31, the low side switching element 32, the shunt resistor 33, and the motor relay switching element 34. It is attached as a subscript of.
- a power supply relay 5 capable of interrupting the current supply itself to the motor 2 is provided. As shown in FIG. 1 as an example, the power supply relay 5 is connected with an FET as a semiconductor switching element. Furthermore, in the control unit 1, a noise filter 14 is also arranged.
- the control unit 1 is connected with a battery 6 mounted on a vehicle, an ignition switch 7 and sensors 8 as shown in FIG.
- the control calculation unit 4 includes an input circuit 12.
- the input circuit 12 detects information from sensors 8 such as a vehicle speed sensor, a torque sensor for detecting steering torque of a steering wheel, a voltage or current of each part in the inverter circuit 3, and detects a rotation angle by the rotation sensor 9. Receive the result as an input signal.
- the control calculation unit 4 calculates the current supplied to the coil of the motor 2 by the CPU 10 based on the input information from the sensors 8 acquired via the input circuit 12 as a schematic operation, and the inverter via the drive circuit 11 The switching control of the circuit 3 is performed.
- the switching elements 31, 32, 34 of each phase are driven by the drive circuit 11, a desired current flows to the motor winding. Further, the current value supplied to the coil of the motor 2 is detected by the input circuit 12 as an actual current value through the shunt resistor 33. Then, the CPU 10 performs feedback control in accordance with the deviation between the calculated value (target value) and the actual current value.
- the CPU 10 uses the rotation angle information of the rotation sensor 9 to calculate the rotational position or speed of the motor, thereby utilizing the control of the motor rotation.
- the drive circuit 11 controls the switching elements of the power supply relay 5 as well as the switching elements 31, 32, 34 of the bridge circuit.
- FIGS. 2A to 2D are explanatory views showing the flow of current in the conventional device according to Patent Document 1.
- FIG. The conventional device according to Patent Document 1 reduces the number of capacitors from three to two. And, in this conventional device, two capacitors are arranged outside the bridge circuit of each phase.
- the time chart shown in FIG. 2A is a diagram showing the driving state of each phase.
- FIG. 2B is a diagram showing the flow of current in the inverter circuit.
- signal 40 U of the time chart shown in FIG. 2A indicates U-phase
- 40 V indicates V-phase
- 40 W indicates a W-phase drive signal of each switching element, indicating the on / off state of the switching element. ing.
- currents 36Ua, 36Va, 36Ub and 36Vb are returned to the capacitors 30a and 30b through the W-phase, V-phase and U-phase coils of the motor. Looking at the return path, currents 36Ua, 36Va, 36Ub, 36Vb are returned to the negative terminals of the capacitors 30a, 30b via the switching elements 32U, 32V of the lower arm.
- the current passing through the switching element 32U is thereafter branched into two currents of 36Ua and 36Ub, the current 36Ua to the capacitor 30a, 36Ub , Capacitor 30b is returned.
- the current passing through the switching element 32V is thereafter branched into a current 36Va and a current 36Vb, and is returned to the capacitors 30a and 30b, respectively.
- the current also flows from + B to GND.
- the time chart shown in FIG. 2C shows a state where the timing has moved from 41a to 41b. That is, at timing 41b, the switching element 31W of the upper arm changes from on to off, and the switching element 32W of the lower arm changes from off to on.
- the current returned to the capacitor via the switching element 32U and 32V (both on) at the previous timing 41a is, as shown as the current 36Ub, the current 36Vb and the current 36W in FIG. 2D, Rather than returning to the capacitors 30a, 30b, it circulates back to the motor coil via the switching element 32W of the lower arm.
- the current supply from the capacitors 30a and 30b is basically not performed. Instead, at this timing 41b, the current circulates in the closed circuit consisting of the low side switching elements 32U, 32V, 32W and the motor coil.
- the current flowing to the GND line 37a is particularly different as compared with FIG. 2B. That is, in FIG. 2B, the current 36Ua and the current 36Va flow with respect to the GND line 37a, but in FIG. 2D, almost no current flows.
- the switching element 31W of the upper arm first changes from on to off, and after an arbitrary dead time elapses, the switching element 32W of the lower arm changes from off to on.
- control calculation unit 4 is connected in parallel, branched from each terminal of the power supply + B and GND. For example, when a large current change occurs in the GND line 37a, a voltage change (surge voltage) occurs according to the inductance of the GND line 37a and the current change.
- the flow and amount of current differ depending on the relationship between the arrangement of the capacitors 30a and 30b. Therefore, it may be considered that the two capacitors 30a and 30b can not be used equally, which may cause a difference in the deterioration of the life and function of the capacitors.
- FIGS. 3A to 3D are explanatory views showing the flow of current in the electric power steering apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Similar to FIGS. 2A-2D, FIGS. 3A-3D are described, except for the placement of the capacitors 30a, 30b. That is, the two capacitors 30a and 30b in the first embodiment are connected to the inner wiring of three phases. Furthermore, both capacitors 30a and 30b are arranged and wired next to each other.
- the GND line 37d has a change in current. That is, the W-phase is affected by the surge voltage due to the switching of the own phase at the switching timing of the own phase.
- the voltage change between the GND of the control operation unit 4 and the shunt 33W can be suppressed to a small value. This is because the voltage change of the GND lines 37a, 37b and 37c can be suppressed.
- control calculation unit 4 shifts the timing of detecting the voltage difference between both ends of the shunt from the switching timing so that the detection accuracy is not adversely affected. It is also easy.
- the transient voltage change due to the current change is suppressed by not only reducing the impedance as much as possible but also devising the arrangement and wiring of the capacitor. it can.
- the two capacitors are U, V, which are the output of the inverter. It is connected upstream from the W terminal. That is, the capacitor in the patent document 1 is not connected between each terminal to a motor at least like this application.
- the difference between the functions of the capacitor 30a and the capacitor 30b is large, and thus there is a possibility that a difference may occur in the deterioration of the capacitor life and the function. Therefore, it is better to dispose all the capacitors 30a and 30b inside the inverter circuit.
- the capacitor 30a and the capacitor 30b be arranged and wired close to each other.
- the difference between the functions of the two capacitors can be reduced by branching and connecting the two capacitors from one point of each of the power supply line and the GND line.
- FIG. 4A is a top view of control unit 1 in accordance with the first exemplary embodiment of the present invention.
- FIG. 4B is a power supply system wiring diagram in which a wiring bar of the power supply system is added to the top view shown in FIG. 4A in the first embodiment of the present invention.
- the motor 2 is integrated with the lower portion of the control unit 1. Therefore, according to the shape of the motor 2, the control unit 1 is circular.
- the tips of the two wiring bars of the GND line 42 and the power supply line (+ B) 43 extend as terminals of the connector.
- the so-called power modules 3U, 3V, 3W integrated with the bridge circuit of the filter 14 and power supply relays 5, 3U, 3V, 3W, 3WU, V, W phases. And the capacitors 30a, 30b are illustrated.
- the capacitors 30a and 30b are disposed next to each other between the power module 3V and the power module 3W.
- the control calculation unit 4 is disposed, for example, as a two-storey structure above or below them, and the illustration is omitted.
- FIG. 4B shows a state in which the bus bar of the power supply system is disposed above the above-described components.
- the tips of the GND line 42 and the power supply line 43 extend to the outside of the control unit 1 and serve as terminals.
- the power supply line 43 enters the control unit 1, it is first connected in series to the filter 14, and thereafter connected in series to the power module relay 5 for power supply.
- the power supply terminal 35a of the power module 3W and the connection portion 43a of the power supply line 43 are connected.
- the power modules 3U, 3V, 3W all have the same shape and the same circuit.
- a power supply terminal 35a and a GND terminal 36a are disposed on one side, and a terminal 37 for the motor is disposed radially outward, and a plurality of control terminals 38 are disposed in the opposite inner diameter direction.
- connection portion 43a of the power supply line 43 and the power supply terminal 35a of the power module 3W are electrically connected, for example, by welding.
- the power supply terminals of the power modules 3V and 3U are also connected to the power supply line 43.
- the GND line 42 is arranged to be adjacent to the power supply line 43 in a region between the respective phases of the inverter bridge circuits so that current flows in the reverse direction to the power supply line 43. Therefore, first, the GND terminal 36a of the power module 3U and the connection portion 42a of the GND line 42 are connected, and then the power modules 3V and 3W are similarly connected in the order.
- the capacitors 30a, 30b include a ⁇ terminal 42c and a + terminal 43c, which are arranged substantially in the radial direction.
- the two terminals 42c and 43c are welded to the GND line 42 and the power supply line 43, respectively, similarly to the power modules 3U, 3V and 3W.
- at least one of the inverter bridge circuits is disposed and wired on the upstream side and the downstream side of the positive power source at the connection positions of the capacitors 30a and 30b.
- the two capacitors 30a and 30b are disposed and connected between the V-phase and W-phase power modules 3V and 3W by devising the component arrangement and connection. Therefore, the electrical interconnections shown in FIGS. 3B and 3D can be embodied as a physical interconnection structure as shown in FIGS. 4A and 4B.
- the GND line 42 and the power supply line 43 are arranged in parallel. Further, the capacitors 30a and 30b are disposed between the inverter circuits configured as the power modules 3U, 3V, and 3W of the respective phases, and are connected to the GND line 42 and the power supply line 43, respectively.
- a motor is not 3 phases, even if it is a polyphase motor of 4 phases or more, it is applicable.
- two capacitors 30a and 30b are disposed and wired next to each other in FIG. 4, one capacitor may be disposed and wired between the power module 3U and 3V.
- the number of capacitors is not limited to two but one. It may be three or more than the number of phases.
- the power module is used as the inverter circuit, and the bus bar is used for the power supply line and the GND line.
- the power supply wiring may be configured by a substrate such as a printed circuit board or a metal substrate.
- FIG. 5 is a circuit diagram of the entire electric power steering apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
- the electric power steering apparatus according to the second embodiment includes two control units 1a and 1b and two 3-phase two-motors 2.
- the control unit and the motor each have two-piece configuration.
- control units 1a and 1b have the same configuration, and substantially the same components are mounted on each. Further, control units 1a and 1b have substantially the same circuit configuration as the network of the first embodiment. So, below, operation of control unit 1a is explained concretely.
- control unit 1a mainly includes a control calculation unit 4a having the CPU 10a, an inverter circuit 3a for supplying current to the motor 2, a power supply relay 5a, and a filter 14a.
- the power supply + B and GND are connected from the battery 6 mounted on the vehicle, and the power is supplied to the control calculation unit 4a via the ignition switch 7. Further, for example, information such as a torque sensor for detecting a steering torque mounted in the vicinity of a steering wheel, a speed sensor for detecting a traveling speed of a vehicle, etc. is input from the sensors 8 to the control calculation unit 4a.
- Information from the sensors 8 is transmitted to the CPU 10a via the input circuit 12a of the control calculation unit 4a.
- the CPU 10a calculates a current value which is a control amount for rotating the motor 2 from the information, and outputs an output signal corresponding to the calculated value.
- the output signal is transmitted to the drive circuit 11a constituting the output circuit and the inverter circuit 3a.
- the drive circuit 11a receives a command signal of the CPU 10a, and outputs a drive signal for driving each switching element of the inverter circuit.
- the inverter circuit 3a includes upper and lower arm switching elements 31 and 32 for the three-phase windings U1, V1 and W1 of the motor 2, and a motor relay switching element 34 for connecting and disconnecting the wiring with the motor winding. It is mainly composed of a shunt resistor 33 for current detection and, further, current ripple suppressing capacitors 30c and 30d.
- the inverter circuit 3a has the same circuit configuration with respect to the windings of each phase, and can supply current from the inverter circuit 3a to each phase winding independently.
- control calculation unit 4a information such as the potential difference between both ends of the shunt resistor 33 and the voltage of the motor winding terminal is also transmitted to the control calculation unit 4a. These pieces of information are also input to the CPU 10a. Then, the CPU 10a calculates a difference from the detected value corresponding to the calculated current value, performs feedback control, supplies a desired current to the motor 2, and assists the steering force.
- a drive signal of a switching element of the power supply relay 5a which operates as a relay for supplying and shutting off the power supply of the inverter circuit 3a is also output from the CPU 10a.
- the CPU 10a can supply / cut off the current to the motor itself by turning on / off the switching element of the power supply relay 5a.
- the motor relay switching elements 34U1, 34V1, 34W1 are also disposed in the inverter circuit 3a. Therefore, the CPU 10a can also connect and disconnect the lines of each phase individually.
- the inverter circuit 3a is PWM driven by a signal output from the CPU 10a via the drive circuit 11a. Due to this PWM driving, switching noise at the time of on / off of the switching element and current fluctuation (ripple) occur. In order to suppress this, a plurality of capacitors are arranged.
- control unit 1b also performs the same operation as the control unit 1a described above.
- each of the plurality of capacitors in inverter circuit 3a and the plurality of capacitors in inverter circuit 3b is not separately disposed in each phase, but collectively and connected two between each phase. It is done. That is, as shown in FIG. 5, two capacitors 30c and 30d are disposed in the inverter circuit 3a, and two capacitors 30e and 30f are disposed in the inverter circuit 3b.
- the power supply line and the GND line are connected to both the switching element of the power supply relay 5a and the filter 14a, and the switching element of the power supply relay 5b and the filter 14b.
- the motor 2 in the second embodiment is a brushless motor in which two sets of three-phase windings are delta-connected.
- rotation sensors 9a and 9b for detecting the rotational position of the rotor are mounted.
- the rotation sensor is also mounted with two sets of sensors in order to ensure redundancy, and the rotation information is transmitted to the input circuits 12a and 12b of the control calculation units 4a and 4b.
- the motor may be a star connection instead of the three-phase delta connection, or may be a multiphase motor of four or more phases. Further, as the winding specification, distributed winding and concentrated winding can be adopted as in the conventional device. Also, the motor may be a tandem motor having two stators.
- control units 1a and 1b are configured to be able to independently drive the motor using the input information and the calculated value of the control amount independently.
- a communication line 15 is connected between the control units 1a and 1b so that data and information can be transmitted and received. By connecting the CPUs 10a and 10b, the communication line 15 enables exchange of arbitrary data, and makes it possible to grasp the status of the control unit or CPU of the other party.
- FIG. 6A is a top view of the control unit 1 according to Embodiment 2 of the present invention. This FIG. 6A has shown a mode that two power modules 3a and 3b are arrange
- Power modules 3a and 3b are arranged in line symmetry. Each of the power modules 3a and 3b has substantially the same structure although there is a difference in line symmetry, and in the following, the power module 3a will be mainly described.
- the three-phase inverter circuit 3a shown in FIG. 5 and the power supply relay 5a are integrated together.
- the radially outer thick terminals 3aU, 3aV, 3aW are output terminals to the motor, and a plurality of control terminals are arranged in the vicinity of these output terminals.
- the signal of the power supply line After passing through the filter 14a of FIG. 5, the signal of the power supply line is connected to the power supply terminal 35a for the power supply line.
- the signal of the power supply line is output from the output terminal 35c after passing through the power supply relay 5a.
- the GND terminal 36a and the power supply terminal 35e are arranged in pairs, respectively, on the inner diameter side. The same applies to the power module 3b.
- FIG. 6B is a power supply system wiring diagram in which the wiring bar of the power supply system is added to the top view shown in FIG. 6A in the second embodiment of the present invention.
- Four terminals are disposed outside the control unit 1 corresponding to two pairs of four power supply lines 35g and 35h and GND lines 36c and 36d.
- the power supply wiring board 35i is described on the left side of FIG. 6B, and only the GND wiring board 36e is described on the right side.
- the power supply wiring board 35i is arranged in two layers on the lower layer, and the GND wiring board 36e is arranged in two layers on the upper layer thereof.
- these four wiring boards are integrated by the insulating resin, the insulating resin body is omitted to simplify the description.
- Capacitors 30c, 30d, 30e and 30f are connected to the terminal blocks 350a and 360a shown in FIG. 6B.
- FIG. 6C is a diagram for explaining a wiring state of four capacitors in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6C, each pair of legs of the four capacitors is connected to the terminal block 350a, 350b.
- the power supply wiring board 35i is indicated by a one-dot chain line
- the GND wiring board 36e is indicated by a broken line.
- FIG. 6D is a perspective view of a power supply wiring board 35i according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 6E is a perspective view of the GND wiring board 36e according to the second embodiment of the present invention.
- the power supply wiring board 35i and the GND wiring board 36e each have a pair of wiring boards in line symmetry.
- the power supply terminal 350c is a terminal to which the power supply passing through the power supply relay 5a is connected, and is connected to the terminal 35c of the power module of FIG. 6A. The power supply connected to the power supply terminal 350c is then connected to each phase.
- the terminals 350U and 350W are connected to power supply input terminals of the U-phase and W-phase inverter circuits, respectively.
- the V-phase power input terminal is connected to a part of the terminal block, as indicated by the one-dot chain line.
- the power supply wiring board 35i plays the role of a power supply wiring board that distributes the power supplied from the terminal 350c to each phase.
- the power supply wiring board 35i is provided with a hole 35k, and positioning for integrating with the insulating resin is performed using the hole.
- the GND wiring board 36e of FIG. 6E also has substantially the same shape as the power supply wiring board 35i.
- terminal blocks 350a and 360a two arms are disposed to face each other. And a leg part is inserted in a slot which is in the center of this arm part, and a capacitor is connected by welding, for example.
- the power supply wiring board 35i and the GND wiring board 36e are formed by, for example, cutting and bending a copper plate because the conductivity is essential.
- the capacitor In the structure in which the legs of the capacitor are inserted and connected to the terminal blocks 350a and 360a, respectively, the capacitor is wired in the power supply system near the V phase. Therefore, the arrangement and wiring of the capacitors are performed between the inverter circuits of each phase, which is different from the conventional structure in which the capacitors are wired outside, upstream or downstream of the inverter circuit.
- the current flow path is concentrated by devising the arrangement of the capacitors and the wiring.
- the capacity or number of capacitors can be reduced, and the device can be miniaturized.
- control unit 1a and the control unit 1b can separate the wiring boards of the power supply line and the GND line. As a result, each of control unit 1a and control unit 1b can suppress the influence of the current change at the time of switching of the inverter circuit and the influence of the surge voltage due to the inductance on the other side.
- the power supply line of the control unit 1a and the control unit 1b and the wiring board of the GND line may be completely separated electrically, or, although they are separated in shape, It may be connected at one point on the upstream side (corresponding to the side closer to the battery 6 in FIG. 5).
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Abstract
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構を回転させる多相コイルの電動モータと、電動モータを駆動する複数のインバータ回路とを有する制御ユニットを備え、インバータ回路は、電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有し、コンデンサは、インバータの各相のブリッジ回路同士の間に配置されている。
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置において、特に、インバータ回路の小型化を図った電動パワーステアリング装置に関するものである。
モータに電流を供給するためのいわゆるインバータ回路を備えた従来の電動パワーステアリング装置においては、電流の供給、遮断を担うスイッチング素子によるブリッジ回路がこのインバータ回路に複数設けられている。例えば、従来の電動パワーステアリング装置は、モータが3相コイルであれば、3相分のブリッジ回路を備えている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献1に開示されたような従来の電動パワーステアリング装置は、スイッチング素子の制御に伴い、電流変動抑制のための平滑コンデンサが必須であった。具体的には、3相のインバータ回路に対して、2個のリップル電流を吸収する平滑用コンデンサを含む回路が必要であった。
特許文献1に開示されたような従来の電動パワーステアリング装置は、スイッチング素子の制御に伴い、電流変動抑制のための平滑コンデンサが必須であった。具体的には、3相のインバータ回路に対して、2個のリップル電流を吸収する平滑用コンデンサを含む回路が必要であった。
特許文献1よりも以前の従来装置では、各相のスイッチング素子群の直近に、それぞれコンデンサを配置していた。つまり、特許文献1は、コンデンサの数を、相数の3個から2個へ減らした改良を施したものである。
これらのコンデンサは、スイッチング素子のオン・オフの電流制御によるリップル電流を抑制するために重要な部品である。特に、コンデンサ容量は、リップル電流抑制の効果との関係で決定される。そこで、特許文献1は、配線インピーダンスを低く抑えるように工夫することで、コンデンサ総数の削減が成し遂げられたものであった。
しかしながら、特許文献1のようにインバータ回路を2組備えた電動パワーステアリング装置では、一方の組のスイッチングによるリップル電流が、他方の組へも影響することがある。従って、配線インピーダンスの低下のみでは、リップル電流抑制の効果が充分ではなく、改良の余地があった。
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、リップル電流の影響を抑制するとともに、平滑コンデンサの容量、または数量を減らすことができ、引いては装置の小型化を図ることができる電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵機構を回転させる多相コイルの電動モータと、電動モータを駆動する複数のインバータ回路とを有する制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置において、インバータ回路は、電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有し、コンデンサは、インバータの各相のブリッジ回路同士の間に配置されているものである。
本発明によれば、インバータ回路が、電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有し、かつ、平滑用のコンデンサが、インバータの各相のブリッジ回路同士の間に配置される構成を備えている。その結果、リップル電流の影響を抑制するとともに、平滑コンデンサの容量、または数量を減らすことができ、引いては装置の小型化を図ることができる電動パワーステアリング装置を得ることができる。
以下、本発明の電動パワーステアリング装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1における電動パワーステアリング装置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は、モータ駆動回路を有する制御ユニット1とモータ2を含んで構成されている。
図1は、本発明の実施の形態1における電動パワーステアリング装置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は、モータ駆動回路を有する制御ユニット1とモータ2を含んで構成されている。
モータ2は、3相ブラシレスモータである。ブラシレスモータ2のために、モータの回転角を検出する回転センサ9が、モータの出力軸近傍に配置されている。
制御ユニット1は、比較的消費電流の少ない制御演算部4と、モータ2の電流を供給・遮断するインバータ回路3を主な構成要素として備えている。制御演算部4は、主にCPU10、駆動回路11、入力回路12、電源回路13等から構成されている。
インバータ回路3は、3相のコイル群それぞれに電流を供給するためのハイサイドスイッチング素子31およびローサイドスイッチング素子32からなるブリッジ回路と、モータ2への電流を遮断可能なモータリレー用スイッチング素子34、電流検出のためのシャント抵抗33、コンデンサ30a、30b等から構成されている。
ここでは、各相は同一回路のため、ハイサイドスイッチング素子31、ローサイドスイッチング素子32、シャント抵抗33、モータリレー用スイッチング素子34のそれぞれの素子には、コイル名称のU,V,Wが、符号の添字として付されている。
また、制御ユニット1内には、モータ2への電流供給自体を遮断できる電源用リレー5が設けられている。この電源用リレー5には、図1に一例として示したように、半導体スイッチング素子としてFETが接続されている。さらに、制御ユニット1内には、ノイズフィルタ14も配置されている。
そして、制御ユニット1には、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、センサ類8が、図1に示すように接続されている。
制御演算部4は、入力回路12を備えている。この入力回路12は、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のセンサ類8からの情報、インバータ回路3内の各部の電圧、または電流の検出結果、回転センサ9による回転角の検出結果などを入力信号として受信する。
制御演算部4は、概略の動作として、入力回路12を介して取得したセンサ類8からの入力情報に基づき、CPU10によってモータ2のコイルへ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をスイッチング制御する。
各相のスイッチング素子31、32、34が、駆動回路11により駆動されることで、所望の電流がモータ巻線へ流れる。また、モータ2のコイルに供給された電流値は、シャント抵抗33を介して実電流値として入力回路12により検出される。そして、CPU10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、CPU10は、回転センサ9の回転角情報を使用して、モータの回転位置または速度を算出することで、モータ回転の制御に利用している。
一方、駆動回路11は、ブリッジ回路のスイッチング素子31、32、34とともに、電源用リレー5のスイッチング素子も制御している。
特許文献1よりも前の従来装置では、インバータ回路3におけるコンデンサが、各相に配置、接続されていた。この状態は、図1中に点線で示したコンデンサ30xに相当する。
また、特許文献1では、インバータ回路3におけるコンデンサが、図1に示したように30a、30bの2個として接続されていた。これに対して、本実施の形態1におけるコンデンサの配置、接続の改良について、図2、図3を用いて詳細に説明する。
図2A~図2Dは、特許文献1による従来装置における電流の流れを示した説明図である。特許文献1による従来装置は、コンデンサの個数を3個から2個に減らしている。そして、この従来装置では、2個のコンデンサが各相のブリッジ回路の外側に配置されている。
図2Aに示したタイムチャートは、各相の駆動状態を示した図である。また、図2Bは、インバータ回路における電流の流れを示した図である。まず、図2Aに示したタイムチャートの信号40Uは、U相、40Vは、V相、40Wは、W相の、各スイッチング素子の駆動信号を示しており、スイッチング素子のオン、オフ状態を表している。
タイムチャートの波形がHighの場合には、ハイサイドスイッチング素子がオン、ローサイドスイッチング素子がオフであることを表しており、タイムチャートの波形がLowの場合には、ローサイドスイッチング素子がオン、ハイサイドスイッチング素子がオフであることを表している。
図2Aに示したあるタイミング41aの状態は、U相スイッチング素子32Uがオン、V相スイッチング素子32Vがオン、W相スイッチング素子31Wがオン、その他のインバータ用スイッチング素子がオフの状態に想到する。このようなタイミング41aの状態において、図2Bに示した回路図では、コンデンサ30a、30bからスイッチング素子31Wを介して、モータ(図示せず)へ電流35Wa、35Wbが供給される。
また、モータのW相、V相、U相のコイルを通って、コンデンサ30a、30bへ電流36Ua、36Va、36Ub、36Vbが帰ってくる。この帰りの通路をみると、下アームのスイッチング素子32U、32Vを介してコンデンサ30a、30bのマイナス端子へ電流36Ua、36Va、36Ub、36Vbが帰っている。
さらに、これらの電流36Ua、36Va、36Ub、36Vbをよく見ると、スイッチング素子32Uを通った電流は、その後、電流36Uaと電流36Ubの2つに分岐され、電流36Uaは、コンデンサ30aへ、36Ubは、コンデンサ30bへ戻っている。
同様に、スイッチング素子32Vを通った電流も、その後、電流36Vaと電流36Vbに分岐され、それぞれコンデンサ30a、30bへ戻っている。なお、電流は、+Bから、およびGNDへも流れている。
次に、図2Cに示したタイムチャートでは、タイミングが41aから41bへ移動した時の状態を示している。つまり、タイミング41bでは、上アームのスイッチング素子31Wは、オンからオフへと変化し、下アームのスイッチング素子32Wは、オフからオンへと変化している。
このタイミング41bの状態では、先のタイミング41aにおいてスイッチング素子32U、32V(共にオン)を介してコンデンサへ戻っていた電流は、図2D中で電流36Ub、電流36Vb、電流36Wとして示したように、コンデンサ30a、30bへ戻るのではなく、下アームのスイッチング素子32Wを介してモータのコイルへ戻って循環している。
つまり、このタイミング41bにおいては、コンデンサ30a、30bからの電流供給は、基本的には行われない。その代わりに、このタイミング41bにおいては、ローサイドスイッチング素子32U、32V、32W、およびモータコイルからなる閉回路の中で電流が循環することになる。
この状態でGNDライン37a、37b、37c、37dに注目すると、図2Bと比較して、特に、GNDライン37aに流れている電流に差異があることになる。すなわち、GNDライン37aに関して、図2Bでは、電流36Ua,電流36Vaが流れているが、図2Dでは、ほとんど流れていない状態である。
また、その他のGNDライン37b、37c、37dについても、タイミング41bにおいても電流は流れているものの、タイミング41aと比較すると、流れている電流量や向きに差異がある。
なお、タイミング41aからタイミング41bに変化する際には、実際には、デッドタイムが設けられていることが一般的である。すなわち、上アームのスイッチング素子31Wが、まずオンからオフへ変化し、任意のデッドタイム時間を経過した後、下アームのスイッチング素子32Wが、オフからオンへと変化する。
デッドタイムによるこのような変化に着目すると、上アームのスイッチング素子31Wと、下アームのスイッチング素子32Wの両方がオフとなる期間があり、その際には、スイッチング素子32Wの寄生ダイオードを介して、前述のようにローサイドスイッチング素子32U、32V、32W、およびモータコイルからなる閉回路の中で電流が循環する。
ただし、下アームスイッチング素子32Wを介して循環していることにかわりはない。このため、タイミング41aの状態からタイミング41bの状態への変化に伴うGNDライン37a、37b、37c、37dの電流の変化の考え方は、前述の通りとなる。
このように、スイッチング素子のオン、オフ制御に応じて、配線のインピーダンスを極力小さく、かつ各相同一としても、各相がスイッチングをする度に、GNDラインに流れる電流に差異が生ずる。
通常、電源+B、GNDの各端子から分岐されて制御演算部4が並列に接続されている。例えば、GNDライン37aに大きな電流の変化が生じると、GNDライン37aのインダクタンスと電流変化に応じた電圧変化(サージ電圧)が発生する。
つまり、GNDラインには、制御演算部4内部のGNDと比較して、過渡的な電圧変化が発生することになる。その結果、例えば、シャント抵抗33の両端の電圧差の検出値の精度に問題が生ずることになる。
この問題は、例えば、制御演算部4において、シャント抵抗33の両端電圧を、オペアンプを使用した差動増幅回路を用いてモニタしている場合等を想定している。理想的な差動増幅回路であれば、前述のような過渡的な電圧変化(同相ノイズ)は、キャンセルされる。しかしながら、実際には、差動増幅回路は、同相ノイズを完全にキャンセルすることはできない。このため、前述のように、検出値の精度に問題が生じる場合がある。
また、図2B、図2Dに示したコンデンサ配置の場合、例えば、コンデンサ30aとコンデンサ30bの配置の関係により、電流の流れ、量が異なる。従って、両コンデンサ30a、30bを平等に使用できないことも考えられ、コンデンサの寿命、機能の低下に差異が生じる可能性もある。
そこで、本実施の形態1では、コンデンサ30a、30bに関連する配置、配線を工夫することで、コンデンサ30a、30bに流れる電流差異を抑制できることに着目している。そこで、このような配置、配線の工夫に関する具体的な内容を、図3A~図3Dを用いて説明する。
図3A~図3Dは、本発明の実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置における電流の流れを示した説明図である。図2A~図2Dと同様に、図3A~図3Dは、記載されているが、コンデンサ30a、30bの配置のみが異なっている。つまり、本実施の形態1におけるコンデンサ30a、30bは、2個とも3相の内側配線に接続されている。さらに、両コンデンサ30a、30bは、隣同士に並ぶように配置・配線されている。
この状態で、図2と同様に、タイミング41aとタイミング41bの電流の流れを比較する。図3Aのタイミング41aでは、図3Bに示すように、電流36Ua、電流36Vaは、上アームスイッチング素子31Wを介してコンデンサ30a、30bからモータへ流れ込み、帰り通路は、下アームスイッチング素子32U、32Vを介してコンデンサ30a、30bのマイナス端子へ戻っている。
一方、図3Cのタイミング41bでは、図3Dに示すように、スイッチング素子32U、32Vを介して戻った電流36Ua、電流36Vaは、下アームスイッチング素子32Wを介するか、あるいはデッドタイム期間中であれば、下アームスイッチング素子32Wの寄生ダイオードを介して、モータへ還流している。
ここで、例えば、GNDライン37aに着目すると、タイミング41aとタイミング41bを比較すると、どちらにもコンデンサ30a、30bからの電流が流れておらず、電流の変化がないことがわかる。
これは、つまり、GNDライン37aの部分においては、インダクタンスに起因するサージ電圧が抑制されることを意味している。この場合、例えば、制御演算部4のGNDとU相のシャント33Uにおいては、過渡的な電圧変化が抑制される。そして、タイミング41aからタイミング41bへの移行の際に生じていた、W相のスイッチングによるU相のシャント両端の電圧差の検出精度への悪影響を抑えることが可能となる。
さらに、GNDライン37bにも着目してみると、やはりタイミング41aとタイミング41bでは、電流の変化がなく、ここでも、サージ電圧が抑制される。このため、W相のスイッチングによるV相のシャント両端の電圧差の検出精度への悪影響も抑えることができている。
図3Dの場合には、GNDライン37cにおいても、タイミング41aの状態からタイミング41bの状態への移行で、電流の変化は、ほとんどない。すなわち、図3Dに示した配置では、コンデンサ30aとコンデンサ30bのそれぞれの陰極とGNDラインとは、ごく近傍で接続されているため、電流変化の影響は、ほとんど無視できる。
結果として、GNDライン37dのみが、唯一、電流の変化が発生している。つまり、W相は、自相のスイッチングのタイミングで、自相のスイッチングによるサージ電圧の影響を受けることになる。しかしながら、図2の場合と比較すると、制御演算部4のGNDとシャント33Wの間の電圧変化は、小さく抑制することができている。これは、GNDライン37a、37b、37cの電圧変化を抑制できているためである。
さらには、自相のスイッチングによる影響だけであれば、制御演算部4において、シャント両端の電圧差を検出するタイミングを、スイッチングのタイミングからずらすことで、検出精度への悪影響を受けないようにすることも容易である。
このように、図3B、図3Dのように、コンデンサ30a、30bを3相の内側配線に接続することで、インバータのスイッチングに関与する電流の流れる経路を集約させることができる。この結果、スイッチングによる電流変化に起因するサージ電圧を抑制することが可能になる。
以上のように、本実施の形態1に係る電動パワーステアリング装置によれば、インピーダンスを極力小さくするのみならず、コンデンサの配置・配線を工夫することで、電流変化による過渡的な電圧変化を抑制できる。
ここで、特許文献1のコンデンサへの配線を見ると、図12、図13、図14等、および段落0040~0043等の記載から、2個のコンデンサは、インバータの出力であるU、V、W端子より上流で接続されている。すなわち、特許文献1におけるコンデンサは、少なくとも本願のようにモータへの各端子の間に接続されてはいない。
なお、一方のコンデンサ30bをインバータ回路の外側で、電源端子(+B、GND)より離れた側に配置しても、上述した電流変化による過渡的な電圧変化の抑制効果は期待できる。ただし、コンデンサ30bが、U相のスイッチング素子やV相のスイッチング素子から物理的に遠方となるため、インピーダンス低下することができず、コンデンサの働きを弱める可能性がある。
また、このような配置では、コンデンサ30aとコンデンサ30bの働きに差異が大きくなることから、コンデンサ寿命や機能の低下に差異が生じるおそれもある。そのため、コンデンサ30a、30bは、すべてインバータ回路の内側に配置する方がよい。
前述のように、コンデンサ30aとコンデンサ30bは、近接して配置・配線されることが望ましい。特に、電源ラインやGNDラインのそれぞれ1点から、両コンデンサへ分岐して接続するような構成にすることで、両コンデンサの働きの差異を小さくすることができる。
さらに、上述した実施の形態1では、図2A~図2D、図3A~図3Dを用いて、スイッチング素子の駆動モード1種類のみについて説明した。しかしながら、その他のモードであっても、同様な状況が発生する。今回のモードをU、V、Wの順で(001)と表すと、(100)、(010)、(110)、(101)、(011)であっても、特に、GNDライン37aに注目すると、いずれの場合にも、電流変化をなくすことができ、電圧変化を抑制することができる。
次に、電気的配線を実現する物理的配線構造について、図4を用いて説明する。図4Aは、本発明の実施の形態1における制御ユニット1の上面図である。また、図4Bは、本発明の実施の形態1における図4Aに示した上面図に対して電源系の配線バーを追記した電源系配線図である。
この制御ユニット1の下部には、モータ2が一体化されている。そのため、モータ2の形状に合わせて、制御ユニット1は、円形状となっている。GNDライン42と電源ライン(+B)43の2本の配線バーの先端部は、コネクタの端子となって伸びている。
図4Aに示した制御ユニット1の上面図においては、フィルタ14、電源用リレー5、3U、3V、3WU、V、Wの各相のブリッジ回路を集積化したいわゆるパワーモジュール3U,3V、3W、およびコンデンサ30a、30bが図示されている。
図4Aに示すように、コンデンサ30a、30bは、隣同士でパワーモジュール3Vとパワーモジュール3Wの間に配置されている。なお、制御演算部4は、例えば、これらの上方、または下方の2階建て構造として配置され、図示は省略している。
図4Bは、上記の各部品の上方に電源系のバスバーを配置した状態を示している。GNDライン42および電源ライン43の先端部は、制御ユニット1の外部まで伸び、端子となっている。電源ライン43は、制御ユニット1に入ると、まず、フィルタ14に直列接続され、その後は、パワーモジュール化された電源用リレー5に直列接続されている。
その後、まず、パワーモジュール3Wの電源端子35aと電源ライン43の接続部43aとが接続されている。パワーモジュール3U、3V、3Wは、すべて同一形状、同一回路をなしている。そして、1辺に電源端子35a、GND端子36aが配置され、径方向外側にモータ用の端子37、逆の内径方向に複数の制御端子38がそれぞれ配置された構造である。
そのため、電源ライン43の接続部43aとパワーモジュール3Wの電源端子35aは、例えば、溶接により電気的に接続されている。同様に、パワーモジュール3V、3Uの電源端子も、電源ライン43に接続されている。
また、GNDライン42は、電源ライン43と逆回りに電流が流れるように、かつ、インバータブリッジ回路同士の各相間の領域において、前記電源ライン43と隣接するように配置されている。そのため、まず、パワーモジュール3UのGND端子36aとGNDライン42の接続部42aとが接続され、次に、パワーモジュール3V、3Wの順に、同様に接続されている。
コンデンサ30a、30bは、-端子42cおよび+端子43cを備え、それらが略径方向に配置されている。両端子42c、43cは、パワーモジュール3U、3V、3Wと同様に、それぞれ、GNDライン42、電源ライン43に溶接されている。この結果、コンデンサ30a、30bの接続位置は、+電源元の上流側および下流側に、前記インバータブリッジ回路が少なくとも1個は、配置、配線されていることとなる。
以上のように、部品配置と接続の工夫により、両コンデンサ30a、30bは、V相とW相のパワーモジュール3V、3Wの間に配置、接続されていることになる。従って、図3B、図3Dで示した電気的配線は、図4A、図4Bで示したような物理的配線構造として具現化することができる。
GNDライン42と電源ライン43は、平行に配置されている。さらに、コンデンサ30a、30bは、各相のパワーモジュール3U、3V、3Wとして構成されたインバータ回路の間に配置され、GNDライン42、電源ライン43にそれぞれ接続されている。
このような配線構造を採用することで、電流の流れを規制することができる。引いては、このような配線構造を採用することで、インバータ回路の駆動状況に依存せずに、その結果得られる電流検出他のノイズを抑制できる効果を実現できる。
なお、モータは、3相でなくても、4相以上の多相モータであっても適用可能である。また、図4では、2個のコンデンサ30a、30bを隣同士に配置、配線したが、一方のコンデンサは、パワーモジュール3Uと3Vとの間に配置、配線してもよい。
また、本実施の形態においては、3相のモータに対してその相数よりも少ない2個のコンデンサを使用した具体例を記載したが、コンデンサの数は、2個でなくても、1個でもよく、また、相数以上の3個以上であってもよい。
また、本実施の形態1では、インバータ回路としてパワーモジュールを用い、電源ラインやGNDラインにはバスバーを用いて説明した。しかしながら、このような2本の配線バーを使用する代わりに、プリント基板や金属基板といったような基板によって電源配線が構成されていてもよい。
実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2における電動パワーステアリング装置全体の回路図である。本実施の形態2における電動パワーステアリング装置は、2つの制御ユニット1a、1bと、3相2組のモータ2を備えており、制御ユニットとモータがそれぞれ2組の構成となっている。
図5は、本発明の実施の形態2における電動パワーステアリング装置全体の回路図である。本実施の形態2における電動パワーステアリング装置は、2つの制御ユニット1a、1bと、3相2組のモータ2を備えており、制御ユニットとモータがそれぞれ2組の構成となっている。
ここで、制御ユニット1a、1bは、同一の構成で、ほぼ同一の部品がそれぞれに搭載されている。さらに、制御ユニット1a、1bは、先の実施の形態1の回路網とほぼ同一の回路構成である。そこで、以下では、制御ユニット1aの動作を具体的に説明する。
制御ユニット1aは、実施の形態1と同等に、CPU10aを搭載した制御演算部4a、モータ2へ電流を供給するインバータ回路3a、電源用リレー5a、およびフィルタ14aで、主に構成されている。
制御演算部4aは、車両に搭載されたバッテリ6から電源+B、GNDが接続され、イグニッションスイッチ7を介して制御演算部4aに電源が投入される。さらに、例えば、ハンドルの近傍に搭載された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、センサ類8から制御演算部4aに入力される。
センサ類8からの情報は、制御演算部4aの入力回路12aを介してCPU10aに伝達される。CPU10aは、それら情報からモータ2を回転させるための制御量である電流値を演算し、その演算値に相当する出力信号を出力する。
この出力信号は、出力回路を構成する駆動回路11a、およびインバータ回路3aへ伝達される。出力回路の内、駆動回路11aは、CPU10aの指令信号を受け、インバータ回路の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する。
インバータ回路3aは、モータ2の3相の巻線U1、V1、W1のための上下アーム用スイッチング素子31、32と、モータ巻線との配線を接続・遮断するモータリレー用スイッチング素子34と、電流検出用のシャント抵抗33と、さらには電流リップル抑制用コンデンサ30c、30dから、主に構成されている。インバータ回路3aは、各相の巻線に対して同一な回路構成を有しており、インバータ回路3aから各相巻線に独立に電流供給が行えるようになっている。
また、シャント抵抗33の両端間の電位差、モータ巻線端子の電圧等の情報も、制御演算部4aに伝達されている。これらの情報も、CPU10aに入力される。そして、CPU10aは、演算した電流値に対応する検出値との差異を演算して、フィードバック制御を行うことで、所望の電流をモータ2に供給し、操舵力をアシストする。
さらに、インバータ回路3aの電源の供給・遮断を行うリレーとして作動する電源用リレー5aのスイッチング素子の駆動信号も、CPU10aから出力されている。そして、CPU10aは、この電源用リレー5aのスイッチング素子のオン・オフにより、モータ自体への電流を供給・遮断することができる。
また、モータリレー用スイッチング素子34U1、34V1、34W1も、インバータ回路3aに配設されている。従って、CPU10aは、各相のラインをそれぞれ個別に接続・遮断することもできる。
また、インバータ回路3aは、駆動回路11aを介してCPU10aから出力される信号により、PWM駆動されている。このPWM駆動に起因して、スイッチング素子のオン・オフ時のスイッチングノイズ、および電流変動(リプル)が発生してしまう。これを抑制するために、複数のコンデンサが配置されている。
具体的な説明は省略するが、制御ユニット1bも、上述した制御ユニット1aと同様の動作を行う。
そして、インバータ回路3a内の複数のコンデンサ、およびインバータ回路3b内の複数のコンデンサのそれぞれは、各相に個別に配置されるのではなくて、まとめて、かつ、各相の間に2個接続されている。すなわち、図5に示したように、インバータ回路3a内には2つのコンデンサ30c、30dが配置され、インバータ回路3b内には、2つのコンデンサ30e、30fが配置される。
なお、電源ライン、GNDラインは、電源用リレー5aのスイッチング素子およびフィルタ14aと、電源用リレー5bのスイッチング素子およびフィルタ14bの両方に接続されている。
本実施の形態2におけるモータ2は、3相2組の巻線がデルタ結線されているブラシレスモータである。ブラシレスモータのため、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。回転センサも、冗長性を確保するために、2組のセンサがそれぞれ搭載され、その回転情報は、各々制御演算部4a、4bの入力回路12a、12bに伝達されている。
なお、モータは、3相デルタ結線でなくても、スター結線であってもよく、また、4相以上の多相モ-タであってもよい。また、巻線仕様は、従来装置と同様に、分布巻き、集中巻きも採用できる。また、モータは、2個のステータを有するタンデムモータであってもよい。
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、制御量の演算値を使用して、独立にモータを駆動できる構成となっている。また、両制御ユニット1a、1b間には、データ、情報を授受できるように、通信ライン15が接続されている。この通信ライン15は、CPU10a、10b間を接続することにより、任意のデータのやりとりを可能としており、相手方の制御ユニットやCPUの状況把握が可能となっている。
以上の構成の回路を1つのユニットに内蔵する際の、特に、コンデンサの電源系ラインへの接続構造について、図6を用いて説明する。図6Aは、本発明の実施の形態2における制御ユニット1の上面図である。この図6Aは、2個のパワーモジュール3a、3bが配置されている様子を示している。この図6に示した配置の上方には、電源系の配線、さらには制御演算部4a、4bが積層される構造となる。
パワーモジュール3a、3bは、線対称に配置されている。なお、パワーモジュール3a、3bのそれぞれは、線対称の違いはあるものの、実質的に同様の構造となっており、以下では、パワーモジュール3a側を中心に説明する。
パワーモジュール3aは、図5の3相のインバータ回路3aとさらに電源用リレー5aがそれぞれ一括に集約されている。径方向外側の太い端子3aU、3aV、3aWは、モータへの出力端子であり、これらの出力端子の近傍には、複数の制御端子が配置されている。
電源ラインの信号は、図5のフィルタ14aを通った後に、電源ライン用の電源端子35aへ接続される。そして、電源ラインの信号は、電源用リレー5aを通った後に、出力端子35cから出力される。さらに、GND端子36aと電源端子35eは、対で3組とも内径側にそれぞれ配置されている。なお、これら説明は、パワーモジュール3b側も同様となる。
図6Bは、本発明の実施の形態2における図6Aに示した上面図に対して電源系の配線バーを追記した電源系配線図である。電源ライン35g、35hとGNDライン36c、36dの2組4本に対応して、制御ユニット1の外側に4本のターミナルが配置されている。
図6Bの左側には、電源配線板35i、右側には、GND配線板36eのみが記載されている。ただし、実際の構造では、下層に電源配線板35iが左右2枚、その上層にGND配線板36eが左右2枚配置された2階建て構成である。さらに、これらの配線板4枚は、絶縁樹脂で一体化されているが、説明を簡略化するために、絶縁樹脂体は、省いている。
図6Bに示した端子台350a、360aには、コンデンサ30c、30d、30e、30fが接続される。図6Cは、本発明の実施の形態2における4個のコンデンサの配線状態を説明するための図である。図6Cに示すように、4個のコンデンサの各1対の脚部は、端子台350a、350bと接続されている。なお、図6Cでは、電源配線板35iを1点鎖線、GND配線板36eを破線で示している。
図6Dは、本発明の実施の形態2における電源配線板35iの斜視図である。また、図6Eは、本発明の実施の形態2におけるGND配線板36eの斜視図である。電源配線板35iおよびGND配線板36eは、それぞれ線対称な配線板を対で備えている。
図6Dにおいて、電源端子350cは、電源用リレー5aを通った電源が接続される端子であり、図6Aのパワーモジュールの端子35cと接続される。電源端子350cに接続された電源は、その後、各相へ接続される。
また、端子350U、350Wは、それぞれU相、W相のインバータ回路の電源入力端子に接続される。また、V相の電源入力端子は、1点鎖線で示したように、端子台の一部に接続される構造である。
以上のように、電源配線板35iは、端子350cから供給された電源を各相へ分配する電源配線板の役目を果たしている。なお、電源配線板35iは、穴35kがあけられており、この穴を利用して、絶縁樹脂に一体化するための位置決めが行われる。図6EのGND配線板36eも、この電源配線板35iとほぼ同様な形状である。
端子台350a、360aは、2本の腕部が向かい合わせに配置されている。そして、コンデンサは、この腕部の中央にある溝に脚部が挿入され、例えば、溶接により接続される。電源配線板35i、GND配線板36eは、導電性が必須のため、例えば、銅版をカット、切り曲げして形成される。
端子台350a、360aにコンデンサの脚部がそれぞれ挿入、接続された構造では、V相の近傍の電源系にコンデンサが配線されていることになる。そのため、コンデンサの配置、配線を各相のインバータ回路同士の間で行ったこととなり、インバータ回路の外側、上流または下流にコンデンサが配線された従来構造とは異なる。
以上のように、実施の形態2によれば、コンデンサの配置、配線を工夫することにより、電流の流れ経路を集中化している。その結果、コンデンサの容量、または個数を減らし、装置の小型化を図ることができる。さらに、各コンデンサ、GNDラインに流れる電流変化とインダクタンスによるサージ電圧を抑制することができる。この結果、例えば、電流検出値の精度への悪影響、コンデンサの使用環境の差異、を抑制することが可能となる。
さらに、図6A~図6Eで示したように、制御ユニット1aと制御ユニット1bで、電源ラインおよびGNDラインの配線板を分離することができる。この結果、制御ユニット1aと制御ユニット1bのそれぞれは、インバータ回路のスイッチング時の電流変化、およびインダクタンスによるサージ電圧の影響が、相手側に及ぶことを抑制することができる。
このような配線構造は、制御ユニット1aと制御ユニット1bの電源ラインやGNDラインの配線板が、完全に電気的に分離されていてもよいし、また、形状的には分離されていながらも、上流側(図5でいうバッテリ6に近い側に相当)の一点で接続されていてもよい。
1、1a、1b 制御ユニット、2 モータ、3、3a、3b インバータ回路、30a、30b、30c、30d、30e、30f コンデンサ、35 電源ライン、36 グランドライン(GNDライン)。
Claims (11)
- 車両の操舵機構を回転させる多相コイルの電動モータと、前記電動モータを駆動する複数のインバータ回路とを有する制御ユニットを備えた電動パワーステアリング装置において、
前記インバータ回路は、平滑用のコンデンサを備え、前記コンデンサは、全て、前記インバータ回路の各相のブリッジ回路同士の間に配置されている
電動パワーステアリング装置。 - 前記インバータ回路は、前記電動モータの相数より少ない個数の平滑用のコンデンサを有する
請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記コンデンサは、前記インバータ回路の前記電動モータのコイルへの出力端子同士の間に配置されている
請求項1または2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記制御ユニットは、電源ラインとGNDラインにより電源が供給され、
前記電源ラインと前記GNDラインは、互いに逆回りに電流が流れるように、かつ、相互に隣接する領域を有するように配置され、
前記コンデンサは、前記隣接する領域において、+端子が前記電源ラインに接続され、-端子が前記GNDラインに接続され、
前記コンデンサは、前記ブリッジ回路同士の各相間であり、かつ、電気回路において+電源元の上流側および下流側に、前記ブリッジ回路が少なくとも1個は配置、配線されている接続位置関係を有する
請求項1から3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記電動モータは、3相以上のコイルを含んで構成され、
前記インバータ回路は、前記電動モータの前記コイルのそれぞれに対して電流を供給するブリッジ回路を有しており、
前記電源ラインと前記GNDラインは、前記ブリッジ回路の各相間の領域が前記隣接する領域となるように、相互に隣接して配置されている
請求項4に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記制御ユニットは、円形状で構成され、
前記コンデンサは、前記+端子および前記-端子が前記制御ユニットの径方向に配置されて、前記電源ラインと前記GNDラインとの間に接続されている
請求項5に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記制御ユニットは、2組3相コイルで構成された前記電動モータと、3相2組で構成された前記インバータ回路を内蔵して構成され、
3相2組で構成された前記インバータ回路は、一列に並んだ1組のインバータ回路が線対称で配置されることで構成され、
前記制御ユニットは、それぞれの組のインバータ回路に対して個別に、電源ラインとGNDラインからなる配線が配置されており、
1組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記1組目のインバータ回路内における電源ラインとGNDラインとの間に接続され、2組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記2組目のインバータ回路内における電源ラインとGNDラインとの間に接続される
請求項4から6のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記配線は、前記1組目のインバータ回路用の電源ライン、前記1組目のインバータ回路用のGNDライン、前記2組目のインバータ回路用の電源ライン、前記2組目のインバータ回路用のGNDラインの計4枚の配線板を積層して配置することで構成され、
4枚の前記配線板のそれぞれは、コンデンサの脚部を接続するための端子台を配線板の中央部に有し、
前記1組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記1組目のインバータ回路内における電源ラインとGNDラインの配線板に設けられた端子台間に接続され、
前記2組目のインバータ回路用のコンデンサは、前記2組目のインバータ回路内における電源ラインとGNDラインの配線板に設けられた端子台間に接続される
請求項7に記載の電動パワーステアリング装置。 - 3相2組で構成された前記インバータ回路は、それぞれの組の3相分のパワーモジュールが1個にモジュール化されており、
計4枚の前記配線板のそれぞれは、前記コンデンサを接続するための端子として、3相分に相当する3個の端子が前記制御ユニットの内径側に向けて配置されている
請求項8に記載の電動パワーステアリング装置。 - 計4枚の前記配線板のうち、前記1組目のインバータ回路内における電源ラインの配線板と前記2組目のインバータ回路内における電源ラインの配線板、および前記1組目のインバータ回路内におけるGNDラインの配線板と前記2組目のインバータ回路内におけるGNDラインの配線板、の少なくともいずれか一方が互いに物理的に分離されて構成されており、物理的に分離された配線板は、各組のインバータ回路のいずれのブリッジ回路よりも電源元に近い側で接続されている
請求項8または9に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記電動モータと前記制御ユニットは、一体化されている
請求項1から10のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
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121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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ENP | Entry into the national phase |
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