JP6580251B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両用の電動パワーステアリング装置、特にモータと制御ユニットを一体化した電動パワーステアリング装置に関するものである。

周知のように、電動パワーステアリング装置は、運転者が車両の操舵系に加えた操舵トルクに対応した補助トルクを電動モータにより発生し、その補助トルクを操舵系に加えて運転者の操舵を補助するように構成されている。従来、電動モータに同一構成の２組の電機子巻線を有し、この２組の電機子巻線を独立に駆動できるインバータ回路を制御ユニットに２組備えた電動パワーステアリング装置が実用化されている。このような電動パワーステアリング装置は、２組のインバータ回路を協働して制御し、一方のインバータ回路からなる制御系に異常が発生したときは、他方の正常なインバータ回路からなる制御系のみにより電動モータの駆動を継続させて、車両が操舵不能に陥ることを回避して車両の安全性を確保するように構成されている。

前述のような電動パワーステアリング装置に於いて、従来、電動モータと制御ユニットとを電動モータの出力軸の軸線上に同軸に配置し、且つ制御ユニットを電動モータの反出力側に配置して、電動モータと制御ユニットとを一体化した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された従来の電動パワーステアリング装置は、電動モータの２組の電機子巻線の巻線端部６本をまとめて電動モータから制御ユニット内まで延伸して制御ユニット内のインバータ部と接続している。そして巻線端部とインバータ部との接続箇所は、制御ユニット内、若しくはカバーの外まで延長されている。更に、電源系コネクタ部は、制御ユニットを覆うカバーの中央部付近に配置され、この電源系コネクタに接続されるコンデンサ、チョークコイル、ステータ巻線の巻線端等は、制御ユニットのカバーの内部空間に配置されている。

特開２０１５−１５４６７３号公報

特許文献１に開示された従来の電動パワーステアリング装置は、前述のように構成されているため、制御ユニットのカバーの内部空間が、電機子巻線の巻線端部や、コンデンサ、及びチョークコイル等の大型部品により大きな面積が占められ、電動パワーステアリング装置の小型化の妨げとなっていた。

この発明は、従来の電動パワーステアリング装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、部品の配置の最適化を図ることにより小型化が可能となる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明による電動パワーステアリング装置は、
２組の同一構成の電機子巻線を有し、車両の運転者による操舵トルクに対応したアシストトルクを発生する電動モータと、
前記２組の電機子巻線を個別に制御し得る２組の制御回路部を有し、前記電動モータの反出力側の軸方向の端部に配置されて前記電動モータと一体に固定された制御ユニットと、
前記電動モータに固定され、前記制御ユニットを覆うハウジングと、
を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記制御ユニットは、
前記制御ユニットと外部の電源とを接続する電源用コネクタと、
前記電源用コネクタに接続されるフィルタ部と、
前記２組の電機子巻線のうちの一方の電機子巻線の巻線端子と前記２組の制御回路部のうちの一方の制御回路部とを接続する第１の接続部と、
前記２組の電機子巻線のうちの他方の電機子巻線の巻線端子と前記２組の制御回路部のうちの他方の制御回路部とを接続する第２の接続部と、
を備え、
前記フィルタ部は、前記電動モータの出力軸の反出力側の端部に少なくとも一部が前記軸方向に重なる位置で、前記ハウジングの内部に収納され、
前記電源用コネクタは、前記フィルタ部に前記軸方向に重なる位置で、前記ハウジングの反出力側の端面に固定され、
前記第１の接続部と前記第２の接続部は、前記電源用コネクタに対して前記ハウジングの径方向の外側に位置し、前記フィルタ部を挟んで対称的に配置されている、
ことを特徴とする。

この発明による電動パワーステアリング装置によれば、制御ユニットは、制御ユニットと外部の電源とを接続する電源用コネクタと、電源用コネクタに接続されるフィルタ部と、２組の電機子巻線のうちの一方の電機子巻線の巻線端子と２組の制御回路部のうちの一方の制御回路部とを接続する第１の接続部と、２組の電機子巻線のうちの他方の電機子巻線の巻線端子と２組の制御回路部のうちの他方の制御回路部とを接続する第２の接続部とを備え、フィルタ部は、電動モータの出力軸の反出力側の端部に少なくとも一部が軸方向に重なる位置で、ハウジングの内部に収納され、電源用コネクタは、フィルタ部に軸方向に重なる位置で、ハウジングの反出力側の端面に固定され、第１の接続部と第２の接続部は、電源用コネクタに対して前記ハウジングの径方向の外側に位置し、フィルタ部を挟んで対称的に配置されているので、制御ユニットの全部位をモータの径内に配置でき、小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１、及び実施の形態２による電動パワーステアリング装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の断面図である。 この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、制御ユニットの説明図である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の断面図である。 この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置に於ける、制御ユニットの説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による一体型電動パワーステアリング装置の回路構成図であって、電動モータと制御ユニットを主体とする回路構成を示している。図１に於いて、電動モータ２は、この実施の形態１では、互いに独立した第１の電機子巻線２０１と第２の電機子巻線２０２を有するステータと、永久磁石により構成された界磁磁極を有するロータと、を備えたブラシレスモータにより構成されている。第１の電機子巻線２０１は、第１のＵ相巻線Ｕ１と第１のＶ相巻線Ｖ１と第１のＷ相巻線Ｗ１をΔ結線した三相巻線により構成されている。第２の電機子巻線２０２は、第２のＵ相巻線Ｕ２と第２のＶ相巻線Ｖ２と第２のＷ相巻線Ｗ２をΔ結線した三相巻線により構成されている。

尚、電動モータ２は、ブラシ付きのモータであっても良く、更に、第１の電機子巻線２０１及び第２の電機子巻線２０２は、夫々三相以上の多相巻線であってもよい。更に、３相Δ結線のブラシレスモータでなくても、Ｙ結線であっても、２極２対のブラシ付きモータであってもよい。又、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２個のステータを有するいわゆるタンデムモータであってもよい。

実施の形態１では、電動モータ２は、前述のように３相２組の電機子巻線２０１、２０２が夫々Δ結線されているブラシレスモータであり、従って、電動モータ２のロータの回転位置を検出する回転センサ部１６は、冗長性を確保するため二重系に構成され、第１の回転センサ１６ａと、第２の回転センサ１６ｂと、第１の回転センサ１６ａと第２の回転センサ１６ｂに共通の回転センサロータ１６ｃ（図２参照）とを備えている。後述するように、回転センサロータ１６ｃは、モータ２の出力軸の反出力側に固定されている。第１の回転センサ１６ａと第２の回転センサ１６ｂは、回転センサロータ１６ｃに対して軸方向に所定の間隙を介して対向して配置されている。電動パワーステアリング装置の外部には、車両に搭載されたバッテリ９と、イグニッションスイッチ７と、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各種センサ類８が設置されている。

第1の制御ユニット１ａは、電動モータ２の第１の電機子巻線２０１に電力を供給する第１のインバータ回路３ａと、第1のＣＰＵ１０ａを搭載した第1の制御回路部４ａと、第1の電源用リレー５ａと、フィルタ部６で主に構成されている。尚、フィルタ部６、バッテリ９に接続される＋Ｂ端子、ＧＮＤ端子は、後述する第２の制御ユニット１ｂにも共用される。

第１のインバータ回路３ａは、Ｕ相上アームとＵ相下アームからなるＵ相アームと、Ｖ相上アームとＶ相下アームからなるＶ相アームと、Ｗ相上アームとＷ相下アームからなるＷ相アームとを有する三相ブリッジ回路により構成されている。Ｕ相上アームは、Ｕ相上アームスイッチング素子３１Ｕを備え、Ｕ相下アームは、Ｕ相下アームスイッチング素子３２Ｕを備えている。同様に、Ｖ相上アームはＶ相上アームスイッチング素子を備え、Ｖ相下アームはＶ相下アームスイッチング素子を備え、Ｗ相上アームはＷ相上アームスイッチング素子を備え、Ｗ相下アームはＷ相下アームスイッチング素子を備えている。尚、Ｕ相アームのスイッチング素子以外のスイッチング素子の符号は、図面の複雑化を避けるために省略している。これ等の各スイッチング素子は、例えば、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

第１のインバータ回路３ａは、更に、Ｕ相上アームとＶ相上アームとの接続部とＧＮＤ端子との間に接続されたノイズ抑制用の第１のコンデンサ３０ａと、Ｖ相上アームとＷ相上アームとの接続部とＧＮＤ端子との間に接続された第２のコンデンサ３０ｂを備えている。又、Ｕ相下アームスイッチング素子３２Ｕ、Ｖ相下アームスイッチング素子、Ｗ相下アームスイッチング素子には、第１の各相巻線Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に流れる電流を検出するための第１のＵ相シャント抵抗３３Ｕ、第１のＶ相シャント抵抗、第１のＷ相シャント抵抗が夫々接続されている。尚、Ｕ相アームのシャント抵抗３３Ｕ以外のシャント抵抗の符号は、図面の複雑化を避けるために省略している。

第１のインバータ回路３ａのＵ相上アームとＵ相下アームとの接続点から導出されたＵ相出力端子は、Ｕ相の第１のモータ用スイッチング素子３４Ｕを介して第１のＵ相巻線Ｕ１の巻線端子に接続されている。同様に、Ｖ相上アームとＶ相下アームとの接続点から導出されたＶ相出力端子は、Ｖ相の第１のモータ用スイッチング素子３４Ｖを介して第１のＶ相巻線Ｖ１の巻線端子に接続されている。更に、Ｗ相上アームとＷ相下アームとの接続点から導出されたＷ相出力端子は、Ｗ相の第１のモータ用スイッチング素子３４Ｗを介して第１のＷ相巻線Ｗ1の巻線端子に接続されている。各相の第１のモータ用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗは、例えば寄生ダイオードを有するＦＥＴにより構成されており、第１の電機子巻線２０１と第１のインバータ回路３ａとの間を開閉するモータリレーの機能を有している。

車両に搭載されたバッテリ９から電源＋Ｂ端子、ＧＮＤ端子が接続され、イグニッションスイッチ７により第1の制御回路部４ａの第1の電源回路１３ａを介して電源が投入され、更に、例えばハンドル（図示せず）の近傍に搭載された運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサや、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から入力される。尚、フィルタ部６は、前述したように第1の制御ユニット１ａ、及び第２の制御ユニット１ｂに共用される。フィルタ部６を介した電源１５は、第1の制御ユニット１ａ及び第２の制御ユニット１ｂに接続されている。フィルタ部６にはコモンモードコイル６ａ、ノーマルモードコイル６ｂ、コンデンサ等が備えられているが、装置のノイズの大小によっては両コイルの一方のみとし、コンデンサの数も調整することが可能である。

尚、フィルタ部６は、第1の制御ユニット１ａと第２の制御ユニット１ｂに夫々設けるようにしても良い。

第２の制御ユニット１ｂは、電動モータ２の第２の電機子巻線２０２に電力を供給する第２のインバータ回路３ｂと、第２のＣＰＵ１０ｂを搭載した第２の制御回路部４ｂと、第２の電源用リレー５ｂで主に構成されている。尚、前述の第１の制御ユニット１ａに設けられたフィルタ部６、バッテリ９に接続される＋Ｂ端子、ＧＮＤ端子は、第２の制御ユニット１ｂにも共用される。

第２のインバータ回路３ｂは、Ｕ相上アームとＵ相下アームからなるＵ相アームと、Ｖ相上アームとＶ相下アームからなるＶ相アームと、Ｗ相上アームとＷ相下アームからなるＷ相アームとを有する三相ブリッジ回路により構成されている。Ｕ相上アームは、Ｕ相上アームスイッチング素子３１１Ｕを備え、Ｕ相下アームは、Ｕ相下アームスイッチング素子３２１Ｕを備えている。同様に、Ｖ相上アームはＶ相上アームスイッチング素子を備え、Ｖ相下アームはＶ相下アームスイッチング素子を備え、Ｗ相上アームはＷ相上アームスイッチング素子を備え、Ｗ相下アームはＷ相下アームスイッチング素子を備えている。尚、Ｕ相アームのスイッチング素子以外のスイッチング素子の符号は、図面の複雑化を避けるために省略している。これ等の各スイッチング素子は、例えば、寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴにより構成されている。

第２のインバータ回路３ｂは、更に、Ｕ相上アームとＶ相上アームとの接続部とＧＮＤ端子との間に接続されたノイズ抑制用の第３のコンデンサ３０１ａと、Ｖ相上アームとＷ相上アームとの接続部とＧＮＤ端子との間に接続された第４のコンデンサ３０１ｂを備えている。又、Ｕ相下アームスイッチング素子３２Ｕ、Ｖ相下アームスイッチング素子、Ｗ相下アームスイッチング素子には、第２の各相巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に流れる電流を検出するための第２のＵ相シャント抵抗３３１Ｕ、第２のＶ相シャント抵抗、第２のＷ相シャント抵抗が夫々接続されている。尚、Ｕ相アームのシャント抵抗３３１Ｕ以外のシャント抵抗の符号は、図面の複雑化を避けるために省略している。

第２のインバータ回路３ｂのＵ相上アームとＵ相下アームとの接続点から導出されたＵ相出力端子は、Ｕ相の第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｕを介して第２のＵ相巻線Ｕ２の巻線端子に接続されている。同様に、Ｖ相上アームとＶ相下アームとの接続点から導出されたＶ相出力端子は、Ｖ相の第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｖを介して第２のＶ相巻線Ｖ２の巻線端子に接続されている。更に、Ｗ相上アームとＷ相下アームとの接続点から導出されたＷ相出力端子は、Ｗ相の第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｗを介して第２のＷ相巻線Ｗ２の巻線端子に接続されている。各相の第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗは、例えば寄生ダイオードを有するＦＥＴにより構成されており、第２の電機子巻線２０２と第２のインバータ回路３ｂとの間を開閉するモータリレーの機能を有している。

車両に搭載されたバッテリ９から電源＋Ｂ端子、ＧＮＤ端子が接続され、イグニッションスイッチ７により第２の制御回路部４ｂの第２の電源回路１３ｂを介して電源が投入され、更に、例えばハンドル（図示せず）の近傍に搭載された運転者による操舵トルクを検出するトルクセンサや、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から入力される。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１による一体型電動パワーステアリング装置に於いて、イグニッションスイッチ７がドライバーによりオンにされると、第1の電源回路１３ａはバッテリ９から電力が供給されて所定の直流定電圧を発生し、第1の制御ユニット１ａに於ける第1のＣＰＵ１０ａ、第1の入力回路１２ａ、第1の駆動回路１１ａに直流定電圧を供給する。又、第２の電源回路１３ｂはバッテリ９から電力が供給されて所定の直流定電圧を発生し、第２の制御ユニット１ｂに於ける第２のＣＰＵ１０ｂ、第２の入力回路１２ｂ、第２の駆動回路１１ｂに直流定電圧を供給する。更に、第１のインバータ回路３ａと第２のインバータ回路３ｂは、フィルタ部６を介して、バッテリ９から直流電圧が供給される。

車速センサやトルクセンサ等の各種センサ類８からの情報は、第1の入力回路１２aを介して第1のＣＰＵ１０ａに入力され、同時に、第２の入力回路１２ｂを介して第２のＣＰＵ１０ｂに入力される。第1のＣＰＵ１０ａと第２のＣＰＵ１０ｂは、入力されたこれらの情報に基づき、電動モータ２へ電力を供給するための制御量を演算し、第1のＣＰＵ１０ａの演算結果に基づく第１の制御指令は、第１の駆動回路１１ａに与えられ、第２のＣＰＵ１０ｂの演算結果に基づく第２の制御指令は、第２の駆動回路１１ｂに与えられる。

第１の駆動回路１１ａは、第1のＣＰＵ１０ａからの第１の制御指令に基づいて、第１のインバータ回路３ａに於けるＵ相上アームスイッチング素子３１ＵやＵ相下アームスイッチング素子３２Ｕ等の各相の上アームスイッチング素子と各相の下アームスイッチング素子をＰＷＭ駆動する。同様に、第２の駆動回路１１ｂは、第２のＣＰＵ１０ｂからの第２の制御指令に基づいて、第２のインバータ回路３ｂに於けるＵ相上アームスイッチング素子３１１ＵやＵ相下アームスイッチング素子３２１Ｕ等の各相の上アームスイッチング素子と各相の下アームスイッチング素子をＰＷＭ駆動する。

第１のインバータ回路３ａは、Ｕ相スイッチング素子３４ＵとＶ相スイッチング素子３４ＶとＷ相スイッチング素子３４Ｗを介して、電動モータ２の第１の電機子巻線２０１に電力を供給し、第２のインバータ回路３ｂは、Ｕ相スイッチング素子３４１ＵとＶ相スイッチング素子３４１ＶとＷ相スイッチング素子３４１Ｗを介して、電動モータ２の第２の電機子巻線２０２に電力を供給する。電動モータ２のロータは、第１の電機子巻線２０１と第２の電機子巻線２０２が発生する回転磁界を受けて所定の回転トルクを発生し、その発生した回転トルクを補助トルクとしてステアリングシャフトに加え、運転者の操舵をアシストする。

第１のインバータ回路３ａと第２のインバータ回路３ｂの各部の電圧値又は電流値や、及び第１の回転センサ１６ａと第２の回転センサ１６ｂからの電動モータ２のロータの回転角の情報は、第1の入力回路１２ａ及び第２の入力回路１２ｂを介して第1のＣＰＵ１０ａ及び第２のＣＰＵ１０ｂに伝達される。伝達されたこれ等の情報に基づいて、第１のＣＰＵ１０ａは第１のインバータ回路３ａをフィードバック制御し、第２のＣＰＵ１０ｂは第２のインバータ回路３ｂをフィードバック制御する。

第１のインバータ回路３ａに故障が発生した場合、或いは第１の電機子巻線２０１に故障が発生した場合には、第１の電源リレー用スイッチング素子５ａ及び／又はモータ用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗを、第１のＣＰＵ１０ａからの指令により強制的にオフとして、第１のインバータ回路３ａ及び／又は第１の電機子巻線２０１をバッテリ９から遮断することができる。

同様に、第２のインバータ回路３ｂに故障が発生した場合、或いは第２の電機子巻線２０２に故障が発生した場合には、第２の電源リレー用スイッチング素子５ｂ及び／又はモータ用スイッチング素子３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗを、第２のＣＰＵ１０ｂからの指令により強制的にオフとして、第２のインバータ回路３ｂ及び／又は第２の電機子巻線２０２をバッテリ９から遮断することができる。

更に、もしバッテリ９を逆極性に接続した場合であっても、第１の電源リレー用スイッチング素子５ａ及び第２の電源リレー用スイッチング素子５ｂの寄生ダイオードにより、第１のインバータ回路３ａ及び第２のインバータ回路３ｂの電流が流れるラインを遮断して、第１のインバータ回路３ａ及び第２のインバータ回路３ｂを保護することができる。

第１のインバータ回路３ａに於けるＵ相上アームスイッチング素子３１ＵとＵ相下アームスイッチング素子３２Ｕ等の各相のスイッチング素子は、第１のＣＰＵ１０ａの指令に基づきＰＷＭ駆動されるが、そのＰＷＭ駆動により発生するノイズは、第１のコンデンサ３０ａと第２のコンデンサ３０ｂにより抑制される。同様に、第２のインバータ回路３ｂに於けるＵ相上アームスイッチング素子３１１ＵとＵ相下アームスイッチング素子３２１Ｕ等の各相のスイッチング素子は第２のＣＰＵ１０ｂの指令に基づきＰＷＭ駆動されるが、そのＰＷＭ駆動により発生するノイズは、第３のコンデンサ３０１ａと第４のコンデンサ３０１ｂにより抑制される。

第１のインバータ回路３ａに於ける、Ｕ相上アームスイッチング素子３１ＵとＵ相下アームスイッチング素子３２Ｕとの接続点等の各相の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との接続点の電圧及び／又は電流、及びＵ相シャント抵抗３３Ｕ等の各相のシャント抵抗の電圧及び／又は電流、及び第１の電機子巻線２０１の第１のＵ相巻線Ｕ１と第１のＶ相巻線Ｖ１と第１のＷ相巻線Ｗ１の巻線端子間の電圧及び／又は電流は、第１のＣＰＵ１０ａに伝達され、制御指令値（目標値）と実際の電流、電圧値の差異を把握し、所謂、フィードバック制御及び故障判定が行なわれる。第１の回転センサ１６ａにより検出された電動モータ２のロータの回転角の情報は、第１のＣＰＵ１０ａに伝達されて電動モータの回転位置及び／又は回転速度が算出され、第１のインバータ回路３ａのフィードバック制御等に用いられる。

第２のインバータ回路３ｂに於ける、Ｕ相上アームスイッチング素子３１１ＵとＵ相下アームスイッチング素子３２１Ｕとの接続点等の各相の上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子との接続点の電圧及び／又は電流、及びＵ相シャント抵抗３３１Ｕ等の各相のシャント抵抗の電圧及び／又は電流、及び第２の電機子巻線２０２の第２のＵ相巻線Ｕ２と第２のＶ相巻線Ｖ２と第２のＷ相巻線Ｗ２の巻線端子間の電圧及び／又は電流は、第２のＣＰＵ１０ｂに伝達され、制御指令値（目標値）と実際の電流、電圧値の差異を把握し、所謂、フィードバック制御及び故障判定が行なわれる。第２の回転センサ１６ｂにより検出された電動モータ２のロータの回転角の情報は、第２のＣＰＵ１０ｂに伝達されて電動モータの回転位置及び／又は回転速度が算出され、第２のインバータ回路３ｂのフィードバック制御等に用いられる。

尚、第１の駆動回路１１ａ及び第２の駆動回路１１ｂは、小電流しか流れないため、実施の形態１では第１の制御回路部４ａ及び第２の制御回路部４ｂに夫々配置されているが、第１の駆動回路１１ａを第１のインバータ回路３ａに配置し、第２の駆動回路１１ｂを第２のインバータ回路３ｂに配置することもできる。尚、第１の電源リレー用スイッチング素子５ａ及び第２の電源リレー用スイッチンング素子５ｂも大電流が流れ発熱を伴うので、第１のインバータ回路３ａ及び第２のインバータ回路３ｂに夫々包含させてもよい。

以上のように、第１の制御ユニット１ａ、及び第２の制御ユニット１ｂは、夫々独立に入力情報、制御量の演算値を使用して、電動モータ２を独立に駆動できる構成となっている。又、第１の制御ユニット１ａと第２の制御ユニット１ｂの間には、データや、情報を授受できるように通信ライン１４が接続されている。この通信ライン１４は、第１のＣＰＵ１０ａと第２のＣＰＵ１０ｂとの間を接続することにより、相手方の状況を把握することができる。

例えば第１のＣＰＵ１０ａが、第１のインバータ回路３ａ、或いは第１の電機子巻線２０１に故障が発生したことを検出し、第１の電源リレー用スイッチング素子５ａ及び／又はモータ用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗをオフしたとすると、その異常検知の内容、当該部品、モータ駆動内容等の情報を第２のＣＰＵ１０ｂへ伝達することができる。同様に、第２のＣＰＵ１０ｂが、第２のインバータ回路３ｂ、或いは第２の電機子巻線２０２に故障が発生したことを検出し、第２の電源リレー用スイッチング素子５ｂ及び／又はモータ用スイッチング素子３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗをオフしたとすると、その異常検知の内容、当該部品、モータ駆動内容等の情報を第１のＣＰＵ１０ａへ伝達することができる。

尚、第１の制御回路部４ａ、第２の制御回路部４ｂ、及び搭載された各部品は、機能的に電動モータ２の第１の電機子巻線２０１及び第２の電機子巻線２０２を駆動できればよく、独立の２組でなくとも単一の構成であってもよく、例えばＣＰＵ、電源回路は１個の構成であってもよい。

次に、以上のような回路構成を有するこの発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の電動モータ２と第１の制御ユニット１ａ及び第２の制御ユニット１ｂの一体化の構造について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の断面図、図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、制御ユニットの平面図である。図２に於いて、図に於ける下部に電動モータ２が配置され、図に於ける上部に第１の制御ユニット１ａと第２の制御ユニット１ｂとを含む制御ユニット１が配置されている。電動モータ２と制御ユニット１は、電動モータ２の出力軸２１の軸線上に同軸に配置されて一体化されている。

円筒形に形成された金属製の電動モータケース２５は、電動パワーステアリング装置を車両の機構部等に取り付けるための取り付けフランジ部２５ａと、減速機（図示せず）と機械的に接続するための接続部２５ｂとを一体に形成した端壁部２５０を備えている。電動モータケース２５は、放熱性、及び外形の形状を考慮すると例えばアルミニウムにより形成されるのがよい。電動モータ２のステータ２２とロータ２３は、電動モータケース２５の内部に収納されている。電動モータ２の出力軸２１の軸方向の出力側端部は、端壁部２５０の径方向の中央部に設けられた端壁部貫通穴２５１に装着された第１の軸受２９ｂにより回動自在に支持され、端壁部貫通穴２５１を貫通して減速機側へ突出している。

ロータ２３は出力軸２１に固定されており、周方向に永久磁石により構成された複数極対の界磁磁極が配置されている。ロータ２３の周面は、間隙を介してステータ２２の内周面に対向して配置されている。ステータ２２は、第１の電機子巻線２０１と第２の電機子巻線２０２が巻装されている。第１の電機子巻線２０１の各相巻線の３本の第１の巻線端子２６ａは、電機子巻線の直近に配置された接続リング２７の接続導体に電気的に接続され、接続リング２７の軸方向の端面から制御ユニット１の方向へ電動モータ２の軸方向に伸びている。同様に、第２の電機子巻線２０２の各相巻線の３本の第２の巻線端子２６ｂは、接続リング２７の接続導体に電気的に接続され、出力軸２１を介して第１の巻線端子２６ａに対向する位置で接続リング２７の軸方向の端面から制御ユニット１の方向へ電動モータ２の軸方向に伸びている。

フレーム２８は、電動モータケース２５の軸方向の反減速機側の端部に内接した状態で取り付けられている。このフレーム２８も金属製であり、径方向の中央部に形成されたフレーム貫通穴２８１に第２の軸受２９ａが装着されている。電動モータ２の出力軸２１の反出力側の端部は、この第２の軸受２９ａにより回動自在に支持されている。電動モータ２の出力軸２１の反出力側の端部には、前述の回転センサロータ１６ｃが固定されている。フレーム２８は、第１の巻線端子２６ａを貫通させるための第１の巻線端子用貫通穴２８ａと、第２の巻線端子２６ｂを貫通させるための第２の巻線端子用貫通穴２８ｂとを備えている。前述の第１の巻線端子２６ａは、第１の巻線端子用貫通穴２８ａを貫通して制御基板４の方向に電動モータ２の軸方向に延びる。第２の巻線端子２６ｂは、第２の巻線端子用貫通穴２８ｂを貫通して制御基板４の方向に電動モータ２の軸方向に延びる。

フレーム２８は、電動モータ２と制御ユニット１を隔てる仕切り壁としての機能と、第２の軸受２９ａを保持する機能等の複数の機能を備えている。更に、制御ユニット１の放熱のためのヒートシンクの機能も備えている。このように、フレーム２８は多くの機能を備えているので、部品点数を削減することができる。

以上述べたように、電動モータ２は、出力軸２１、ロータ２３、ステータ２２、第１の電機子巻線２０１、第２の電機子巻線２０２、接続リング２７、フレーム２８、第１の軸受２９ｂ、及び第２の軸受２９ａを、電動モータケース２５に内蔵させた構造である。従って、電動モータ２は、制御ユニット１とは個別に組立てることができる。電動モータ２と制御ユニット１は、夫々個別に組立てられた後に互いに一体化される。

次に制御ユニット１について説明する。制御ユニット１は、図１に示す第１の制御ユニット１ａと第２の制御ユニット１ｂとにより構成され、金属製の電動モータケース２５の軸方向の端部に固定されたハウジング４０により覆われている。ハウジング４０の内部は、後述するインナーハウジング４６により第１室４１と第２室４３に仕切られている。第１室４１には、第１の制御回路部４ａと第２の制御回路部４ｂとからなる制御回路部を搭載した制御基板４が内蔵されている。第１のＣＰＵ１０ａと第２のＣＰＵ１０ｂにより構成されたＣＰＵ１０は、制御基板４の反電動モータ２側の表面に搭載されている。ＣＰＵ１０は、図１の第１のＣＰＵ１０ａと第２のＣＰＵ１０ｂの両方が１つのパッケージに内蔵されている。

第１のインバータ回路３ａのＵ相上アームスイッチング素子３１Ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子３２Ｕ等の各相のスイッチング素子、及び第２のインバータ回路３ｂの各相のＵ相上アームスイッチング素子３１１Ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子３２１Ｕ等の各相のスイッチング素子は、制御基板４の電動モータ２側の表面に搭載されている（図２には、３１１Ｕの符号のみを表示している）。第１のインバータ回路３ａの各相の第１のモータ用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、及び、第２のインバータ回路３ｂの各相の第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗは、制御基板４の電動モータ２側の表面に搭載されている（図２には、３４Ｕの符号のみを表示している）。

前述の第１の巻線端子２６ａは、第１の巻線端子用貫通穴２８ａを貫通して制御基板４の周縁部を通過し、更にハウジング４０の貫通口を貫通してハウジング４０の外部にまで延びている。第1の巻線端子２６aは電動モータ２の軸方向に延びている。第２の巻線端子２６ｂは、第２の巻線端子用貫通穴８ｂを貫通して制御基板４の周縁部を通過し、更にハウジング４０の貫通口を貫通してハウジング４０の外部にまで延びている。第２の巻線端子２６ｂは電動モータ２の軸方向に延びている。

前述のインナーハウジング４６は、ハウジング４０の内部に配置され、フレーム２８の軸方向端部に固定されている。インナーハウジング４６は例えば絶縁性樹脂製であり、図１に示すフィルタ部６を搭載している。又、インナーハウジング４６は、第１のインバータ回路３ａのＵ相上アームスイッチング素子３１Ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子３２Ｕ等の各相のスイッチング素子、及び第１のモータ用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ等からの第１の導体４５１ａと、第２のインバータ回路３ｂのＵ相上アームスイッチング素子３１１Ｕ、Ｕ相下アームスイッチング素子３２１Ｕ等の各相のスイッチング素子、及び第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗ等からの第２の導体４５１ｂを固定する役割を担っている。更に、インナーハウジング４６は、フィルタ部６に接続されたバスバー４５ａ、４５ｂを固定する役割も担っている。又、インナーハウジング４６に金属板を張り巡らせることにより、インナーハウジング４６を制御基板４とフィルタ部６とを隔離する遮蔽壁として用いることも可能である。

ハウジング４０の第２室４３には、前述のフィルタ部６が内蔵されている。ハウジング４０は、第２室４３に対応する部分が図示のように反電動モータ２側に突出するように形成されている。ハウジング４０の第２室４３に対応する部分には、＋Ｂ端子とＧＮＤ端子とを備えた電源用コネクタ４２が配置されている。電源用コネクタ４２とハウジング４０は一体化された樹脂製である。

制御基板４の電動モータ２側の表面に搭載されたスイッチング素子３１１Ｕ、３４Ｕ等のパワースイッチング素子は、スイッチング制御により発熱を伴う。従って、それ等のパワースイッチング素子は、それ等の表面がフレーム２８の表面に当接するように配置され、フレーム２８へ伝熱可能なように構成されている。つまり、フレーム２８はヒートシンクの役目も有している。

前述のように第１の巻線端子２６ａと第２の巻線端子２６ｂは、制御基板４の周縁部を通過してハウジング４０を貫通してハウジング４０の外部に延出されている。又、制御基板４のスイッチング素子３１１Ｕ、３４Ｕ等のスイッチング素子からの第１の導体４５１ａ、第２の導体４５１ｂも同様にハウジング４０を貫通してハウジング４０の外部に延びており、夫々、巻線端子２６ａ、２６ｂの先端部で例えば溶接により電気的に接続されている。又、これ等の接続部はカバー４７ａ、４７ｂにより覆われている。このように第１の巻線端子２６ａと第２の巻線端子２６ｂと、第１の導体４５１ａ、第２の導体４５１ｂとの接続部がハウジング４０の外に配置されているため、それ等を接続するための工作性が向上する。例えば溶接によるスパッタ、溶接用具の配置等に配慮する必要がなく、その作業性は制御ユニット１の内部で行う場合に比較し格段に向上する。

図３は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、制御ユニットの説明図である。電源用コネクタ４２に於ける＋Ｂ端子及びＧＮＤ端子から、フィルタ部６を介して制御基板４までの導体の配置については、図１の回路に示したように夫々直結された部位であり、流れる電流も多くその導体も電流に見合う幅、太さが必要となり、結果小型化の妨げとなる。そこで、電源用コネクタ４２は、図３に示すようにハウジング４０の略中央部に配置されている。電源用コネクタ４２は、＋Ｂ端子、ＧＮＤ端子を有しているが、これら端子はハウジング４０の中を伸びてバスバー４５ａ、４５ｂに接続されている。

これ等のバスバー４５ａ、４５ｂには、図１のフィルタ部６の各部品が接続されている。例えばコモンモードコイル６ａ、続いてノーマルモードコイル６ｂが電源用コネクタ４２の下部に配置され、バスバー４５ａ、４５ｂと接続されている。このように電源用コネクタ４２と、大型部品のフィルタ部６の部品を立体的に配置し、搭載面積を縮小化することにより、小型化が図られている。

ハウジング４０には、その他にセンサ類８のための第１の信号用コネクタ４８ａ、及び第２の信号用コネクタ４８ｂが左右に分離して配置されている。第１の信号用コネクタ４８ａは、第１の制御回路部４ａの第１の入力回路１２ａに接続され、第２の信号用コネクタ４８ｂは、第２の制御回路部４ｂの第２の入力回路１２ｂに接続される。又、第１の巻線端子２６ａと第２の巻線端子２６ｂは、フィルタ部６を挟んでハウジング４０の周辺部に略対称的に配置され、第１の導体４５１ａと第２の導体４５１ｂに夫々接続されている。第１の巻線端子２６ａと第１の導体４５１ａとの接続位置と、第２の巻線端子２６ｂと第２の導体４５１ｂとの接続位置は、ハウジング４０の中央に対してほぼ対称に配置されている。

以上のように第１の信号用コネクタ４８ａと第２の信号用コネクタ４８ｂをハウジング４０の周辺に配置し、更に、第１の巻線端子２６ａと第１の導体４５１ａとの接続位置、及び第２の巻線端子２６ｂと第２の導体４５１ｂとの接続位置を、ハウジング４０の周辺に配置したので、これ等から伸びる導線は、制御基板４の周縁部、若しくは周辺に配置されることになり、制御基板４の有効面積を減少させることがない。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置は、電動モータ２の出力軸２１の反対側の軸方向端部に制御ユニット１を搭載して一体化し、制御ユニット１のハウジングの略中央部に電源用コネクタを配置し、その下にフィルタ部６を配置した２階建て構造とし、巻線端子、信号用コネクタをハウジング４０の周辺部に配置したので、モータ２と同一径内に各部品が配置でき小型化を図ることができる。又、この配置により、電源端子からフィルタ部６を介した配線も極力短くすることも可能である。更に、夫々の巻線端子２６ａ、２６ｂとスイッチング素子との接続位置をハウジングの周縁側としたため、作業性を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置について説明する。図４は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置の断面図、図５は、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置に於ける、制御ユニットの説明図であって、図１、図２、図３と同一又は相当部分には同一符号を付している。

実施の形態１との相違点は、電動モータ２の第１の巻線端子２６ａと第２の巻線端子２６ｂの接続構造と、制御ユニット１に於ける第１のコンデンサ３０ａ、第２のコンデンサ３０ｂ、第３のコンデンサ３０１ａ、第４のコンデンサ３０１ｂの配置である。

図４及び図５に於いて、電動モータ２の出力軸２１と同軸で、且つ電動モータ２の軸方向の反出力側に制御ユニット１が配置されている。第１の電機子巻線２０１の各相巻線の３本の第１の巻線端子２６ａは、電機子巻線の直近に配置された接続リング２７の接続導体に電気的に接続され、接続リング２７の軸方向の端面から制御ユニット１の方向へ電動モータ２の軸方向に伸びているが、その先端部はハウジング４０を貫通することなくハウジング４０の内部に留まっている。

同様に、第２の電機子巻線２０２の各相巻線の３本の第２の巻線端子２６ｂは、接続リング２７の接続導体に電気的に接続され、出力軸２１を介して第１の巻線端子２６ａに対向する位置で接続リング２７の軸方向の端面から制御ユニット１の方向へ電動モータ２の軸方向に伸びているが、その先端部はハウジング４０を貫通することなくハウジング４０の内部に留まっている。

一方、制御基板４にはターミナル５０が設置されている。このターミナル５０は、導電性板５０ａと絶縁性樹脂部５０ｂで構成されている。導電性板５０ａの一端は、制御基板４の導電パターンを介して、第１のインバータ回路３ａの各アームのスイッチング素子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗ、及び第２のインバータ回路３ｂの各アームのスイッチング素子３１１Ｕ、３１１Ｖ、３１１Ｗ（図４には、符号３１１Ｕのみを記載している）と、第１のインバータ回路３ａの各相の第１のモータ用スイッチング素子３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、及び第２のインバータ回路３ｂの各相の第２のモータ用スイッチング素子３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗ（図４には、符号３４Ｕのみを記載している）に接続されている。

導電性板５０ａの他端は、絶縁性樹脂部５０ｂに覆われているが、絶縁性樹脂部５０ｂには窓部が設けられており、この窓部に導電性板５０ａがフォーク状に少なくとも２本ずつに分離されて配置されている。図５には２本ずつのフォーク状の導電性板５０ａが配置されていることが示されている。第１の巻線端子２６ａと第２の巻線端子２６ｂは、夫々導電性板５０ａのフォーク状に分離された部分の間に挿入されて導電性板５０ａに嵌合されてプレスフィットにより電気的に接続されている。尚、絶縁性樹脂部５０ｂの一部は、インナーハウジング４６に当接しており、ターミナル５０の位置決めと、第１の巻線端子２６ａ及び第２の巻線端子２６ｂを導電性板５０ａに挿入するときの圧力の受け止めとが行われる。

制御基板４には、図１に示す第１のインバータ回路３ａに於けるスイチング素子のノイズ抑制のために第１のコンデンサ３０ａと第２のコンデンサ３０ｂ、及び第２のインバータ回路３ｂに於けるスイチング素子のノイズ抑制のために第３のコンデンサ３０１ａと第４のコンデンサ３０１ｂが接続されている。これ等のコンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂは制御基板４に搭載されているが、これ等のコンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂは比較的大型部品であるため、図４に示すように、インナーハウジング４６に設けられた貫通口を貫通し、ハウジング４０の端面を越えるように延びている。

これ等のコンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂは、実施の形態１でも記載したフィルタ部６の周辺に、図５に示すように配置されている。ハウジング４０は、これ等のコンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂに対応する位置に筒状の凸部４１ａ、４１１ａ、４１ｂ、４１１ｂを備えており、これ等の凸部４１ａ、４１１ａ、４１ｂ、４１１ｂに、夫々、コンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂの一部分を収納している。

フィルタ部６、及び電源用コネクタ４２はハウジング４０の中央部に配置されているので、これ等と重なり合うことなく立体的にコンデンサ用の凸部４１ａ、４１１ａ、４１ｂ、４１１ｂが配置することができる。

又、コンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂは、図５に示すように略対象位置に配置されている。これは、第１のインバータ回路３ａと第２のインバータ回路３ｂが同一の回路構成であり、両者が各構成部品を同様に配置しており、その結果、コンデンサ３０ａ、３０ｂ、３０１ａ、３０１ｂも対称的に配置することが出来る。この対称配置により、第１のインバータ回路３ａと第２のインバータ回路３ｂの電気的な差異、例えば回路網インピーダンスの差異が極力抑制されている。

以上述べたように、この発明の実施の形態２による電動パワーステアリング装置によれば、巻線端子と制御回路部との接続が制御ユニット１内で行われるようにしたため、組立てが簡略化できる。又、背の高いコンデンサを、ハウジング４０に設けられた凸部に収納することができ、その結果、電動モータ２の直径を大きくすることなく、電動モータ２の径径内に全ての部位を配置することが出来、小型化を図ることができる。

尚、この発明は前述の実施の形態１及び２による電動パワーステアリング装置に限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１及び２の構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。

１ 制御ユニット、１ａ 第１の制御ユニット、１ｂ 第２の制御ユニット、２ 電動モータ、３ａ 第１のインバータ回路、３ｂ 第２のインバータ回路、４ 制御基板、４ａ 第１の制御回路部、４ｂ 第２の制御回路部、５ａ 第１の電源用リレー、５ｂ 第２の電源用リレー、６ フィルタ部、８ センサ類、１０ａ 第１のＣＰＵ、１０ｂ 第２のＣＰＵ、１１ａ 第１の駆動回路、１１ｂ 第２の駆動回路、１２ａ 第１の入力回路、１２ｂ 第２の入力回路、１３ａ 第１の電源回路、１３ｂ 第２の電源回路、１６ａ 第１の回転センサ、１６ｂ 第２の回転センサ、３０ａ 第１のコンデンサ、３０ｂ 第２のコンデンサ、３１Ｕ、３２Ｕ、３１１Ｕ、３２１Ｕ、３４Ｕ、３４Ｖ、３４Ｗ、３４１Ｕ、３４１Ｖ、３４１Ｗ スイッチング素子、４０ ハウジング、４２ 電源用コネクタ、４６ インナーハウジング、５０ ターミナル。

Claims (9)

1. ２組の同一構成の電機子巻線を有し、車両の運転者による操舵トルクに対応したアシストトルクを発生する電動モータと、
   前記２組の電機子巻線を個別に制御し得る２組の制御回路部を有し、前記電動モータの反出力側の軸方向の端部に配置されて前記電動モータと一体に固定された制御ユニットと、
   前記電動モータに固定され、前記制御ユニットを覆うハウジングと、
   を備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御ユニットは、
   前記制御ユニットと外部の電源とを接続する電源用コネクタと、
   前記電源用コネクタに接続されるフィルタ部と、
   前記２組の電機子巻線のうちの一方の電機子巻線の巻線端子と前記２組の制御回路部のうちの一方の制御回路部とを接続する第１の接続部と、
   前記２組の電機子巻線のうちの他方の電機子巻線の巻線端子と前記２組の制御回路部のうちの他方の制御回路部とを接続する第２の接続部と、
   を備え、
   前記フィルタ部は、前記電動モータの出力軸の反出力側の端部に少なくとも一部が前記軸方向に重なる位置で、前記ハウジングの内部に収納され、
   前記電源用コネクタは、前記フィルタ部に前記軸方向に重なる位置で、前記ハウジングの反出力側の端面に固定され、
   前記第１の接続部と前記第２の接続部は、前記電源用コネクタに対して前記ハウジングの径方向の外側に位置し、前記フィルタ部を挟んで対称的に配置されている、
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記ハウジングは、前記フィルタ部を収納する部位が前記反出力側に突出した壁部を備え、
   前記電源用コネクタは、前記ハウジングの前記反出力側に突出した前記壁部に固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御ユニットは、前記２組の制御回路部を備えた制御基板を有し、
   前記電源用コネクタは、前記ハウジングの前記反出力側の端面から前記軸方向に突出するように配置され、
   前記フィルタ部と前記制御基板は、前記軸方向に並置されて前記ハウジング内に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記２組の制御回路部に接続された信号用コネクタを備え、
   前記信号用コネクタは、前記ハウジングの前記径方向の周辺部に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記制御ユニットは、ノイズ抑制用の複数のコンデンサを備え、
   前記複数のコンデンサは、前記ハウジングの内部で前記ハウジングの径方向の周辺部に位置し、前記ハウジングの径方向の中心部に対して対称的に配置され、
   前記ハウジングは、前記複数のコンデンサの少なくとも頂部を含む一部分を内部に収納する凸部を備えている、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記第１の接続部と前記第２の接続部は、前記ハウジングの前記軸方向の端部から前記軸方向に突出して配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から５のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記第１の接続部と前記第２の接続部は、前記ハウジングの内部に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から５のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記２組の制御回路部と前記電源用コネクタとの間を接続する複数の導体は、同一形状に形成され、且つ前記ハウジングの径方向の中心部に対して対称的に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から７のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記制御ユニットは、前記ハウジングの内部に設けられたインナーハウジングを備え、
   前記インナーハウジングは、前記ハウジングの内部を前記軸方向に２つの室に分離するように配置され、
   前記フィルタ部は、前記２つの室のうちの前記ハウジング側に位置する室に配置され、前記制御ユニットの前記少なくとも制御回路部は、前記２つの室のうちの他方の室に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか一項に記載の電動パワーステアリング装置。

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