JP4909961B2 - 電動パワーステアリング用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング用制御装置に関する。

車両用の電動パワーステアリング用制御装置とモータは、車種に応じた車両搭載位置に柔軟に対応するため、小型化することが求められる。この要求に対応するためにモータと電動パワーステアリング用制御装置を一体化した電動パワーステアリング装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００７−３０６５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動パワーステアリング制御装置は、単にモータと電動パワーステアリング用制御装置を一体化しただけのもので、電動パワーステアリング用制御装置自体が十分に小型化されていない。従って、車種に応じた車両搭載位置に柔軟に対応するために小型化するということに、必ずしも十分に答えていない。また、電動パワーステアリング用制御装置から放射される輻射ノイズが必ずしも十分に低減されるよう対策されたものではない。

請求項１の発明は、電動パワーステアリング用制御装置に適用され、複数のスイッチング素子を含んで構成され、当該複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電流を交流電流に変換するパワー基板と、ステアリングトルクを発生する電動機に前記交流電流を伝達するための出力端子と、前記パワー基板と前記出力端子とを電気的に接続するための導体と、前記パワー基板と前記導体を収納し、かつ前記出力端子を保持する金属製筐体と、前記金属製筐体に接続される金属製カバーであって前記金属製筐体に接続されたとき前記出力端子と対向し前記出力端子をカバーするように形成された金属製カバーとを備え、前記出力端子は、前記金属製筐体が電動機側筐体を一体に保持したときに前記金属製筐体にカバーされない位置に配置され、前記金属製カバーは、前記金属製筐体が前記電動機側筐体を一体に保持したときに前記金属製筐体にカバーされない前記出力端子をカバーすることを特徴とするものである。

本発明によれば、小型で輻射ノイズが低減された電動パワーステアリング用制御装置を得る事ができる。

以下、図１〜図１５を用いて、本発明の実施形態による電動パワーステアリング用制御装置および電動パワーステアリング装置を説明する。図１〜１０、１４、１５は、モータの駆動を制御する電動パワーステアリング用制御装置の構造および動作を説明する図であり、図１１は、電動パワーステアリング用制御装置の組立について説明する図であり、図１２は、電動パワーステアリング用制御装置をモータに搭載する状態を示す図であり、図１３は電動パワーステアリングの装置を説明する図である。

＜ＥＣＵ全体説明（分解斜視図）＞
最初に、図１を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の構造について説明する。図１は本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の構造を示す分解斜視図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング用制御装置（以下、モータ制御装置とも言う）２００は、ＤＣ導体モジュール２３０、ＡＣ導体モジュール２３１、パワーモジュール２１０、制御モジュール２２０、カバー２５０、金属製筐体２４０、とを備えている。

ＤＣ導体モジュール２３０は、電力線となるバスバ（板状導体）２３０Ｂ（図４、図６の２３０ＢＰＰ、２３０ＢＮＮ）、バッテリＢＡ（図４）から電力が供給される電源コネクタ２３０ＰＣ、信号線となるリードフレーム２３０ＬＦ（図５）が樹脂によりモールド成形されており、バスバ２３０Ｂおよび電源コネクタ２３０ＰＣは一体成形されている。また、ＤＣ導体モジュール２３０には、ノーマルフィルタＮＦや電解コンデンサＣ１などのフィルタ素子や、回路保護用のリレーＲＹ１や、モータ１００の駆動電力を授受する電解コンデンサＣ２、Ｃ３が取り付けられている（図５、図６）。これらの素子とバスバ２３０Ｂは、ＴＩＧ溶接（アーク溶接）により固定される。ＤＣ導体モジュール２３０の詳細については、後述する。

ＡＣ導体モジュール２３１は、電力線となるバスバ２３１Ｂが、モータ１００へ電力を供給するモータ端子台２３１ＳＣと一体成形されている。

パワーモジュール２１０は、金属ベース上に絶縁層を介して配線パターンが形成され、その上に、ＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子ＳＳＷや抵抗体からなるインバータが取り付けられている。パワーモジュール２１０には、複数の信号用リードフレームＳＬＦおよびパワーリードフレーム２３０ＢＤＣ（図４の２３０ＢＰ、２３０ＢＮ）、２３０ＢＡＣ（図４の２３０ＢＵ、２３０ＢＶ、２３０ＢＷ）を取り付ける信号用端子、直流入力用端子、交流出力用端子が設けられ、各リードフレームの一端が半田付けにより固定されている。

信号用リードフレームＳＬＦは、パワーモジュール２１０と制御モジュール２２０を電気的に接続するために用いられる。パワーリードフレーム２３０ＢＤＣ、２３０ＢＡＣは、それぞれ、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０のバスバ２３０Ｂおよびパワーモジュール２１０とＡＣ導体モジュール２３１のバスバ２３１Ｂを電気的に接続するために用いられる。

制御モジュール２２０は、プリント基板上にＣＰＵや、ドライバ回路や昇圧回路などの複数の機能を集積したカスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）などが取り付けられている。図１の状態では、基板の下側の面に、ＣＰＵやカスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）などが取り付けられている。また、制御モジュール２２０には、信号コネクタ２２０Ｃが取り付けられている。信号コネクタ２２０Ｃには、外部のエンジンコントロールユニットＥＣＵ等とＣＡＮ等により接続するためのケーブルのコネクタが挿入される。

金属製筐体２４０は、パワーモジュールを接続するための放熱面２４０Ｐと、放熱面２４０Ｐより一段低く厚さの薄くなっているモジュール実装面２４０Ｍと、支柱２４０Ｔにより構成されている。パワーモジュール２１０で発生した熱は、パワーモジュール２１０の下面に接する放熱面２４０Ｐを介して金属製筐体２４０に蓄えられ、放熱される。金属製筐体２４０はヒートシンクの働きをする。

モジュール実装面２４０Ｍには、電解コンデンサＣ２、Ｃ３やリレーＲＹ１など、大型の素子を有するＤＣ導体モジュール２３０が収納され保護されており、さらにモータ制御装置２００の高さ方向の長さを低くしている。支柱２４０Ｔは、モータ制御装置２００とモータ１００（図２）をネジ等によって機械的、電気的に接続（保持）する固定部（保持部）であり、且つ、金属製筐体２４０の熱を、モータ１００を介して搭載車両に放熱する熱伝達経路である。

カバー２５０および金属製筐体２４０は、アルミ製である。なお、カバー２５０はノイズ低減の観点でアルミなどの金属製が好ましいが、樹脂製であってもよい。

組立時には、金属製筐体２４０にパワーモジュール２１０がネジ止めされる。次に、ＤＣ導体モジュール２３０がパワーモジュール２１０の横（側部）であり、モジュール実装面２４０Ｍ上に配置され、金属製筐体２４０にネジ止めされる。さらに、ＤＣ導体モジュール２３０とは反対側において、ＡＣ導体モジュール２３１が金属製筐体２４０にネジ止めされる。また、パワーリードフレーム２３０ＢＤＣ、２３０ＢＡＣの他端がＤＣ導体モジュール２３０およびＡＣ導体モジュール２３１の各バスバにＴＩＧ溶接される。

次に、パワーモジュール２１０、ＤＣ導体モジュール２３０、およびＡＣ導体モジュール２３１の上部に、制御モジュール２２０が配置され、同じく金属製筐体２４０にネジ止めされる。そして、信号用リードフレームＳＬＦの他端が制御モジュール２２０の端子と半田付けされる。最後に、カバー２５０を金属製筐体２４０にかしめることにより、モータ制御装置２００が製造される。

図２は、図１に示したモータ制御装置２００を上下逆向きにして、モータ１００との接続を示した斜視図である。金属製筐体２４０の図１に示すパワーモジュール２１０が実装されている面とは逆の面に、放熱フィン（以下、単にフィンと言う）２４０Ｆが形成されている。フィン２４０Ｆは、金属製筐体２４０の放熱性を上げると共に、モータ制御装置２００を軽量化することができる。

図３は、図２に示したモータ制御装置２００とモータとの位置関係を横から見た図である。電源コネクタ２３０ＰＣおよび信号コネクタ２２０Ｃは、図示するようにモータ１００の後部に突き出す位置から取り出しており、ケーブル等の配線スペースとしてモータ１００の後部の空間を有効に利用することができる。すなわち、電源コネクタ２３０ＰＣおよび信号コネクタ２２０Ｃは、モータ１００の軸方向の端部より外側に設けられている。また、制御装置２００をモータ１００により近接させることで配線だけでなくコネクタ部も含めて空間を有効に利用することができる。

このように、電源コネクタ２３０ＰＣおよび信号コネクタ２２０Ｃを図示する構成とすることで、モータ後部の余分なスペースを利用でき、電動パワーステアリング装置および車の電動パワーステアリング装置を設置する空間を小型化できる。また、モータ制御装置２００全体としてコネクタによるでっぱりがなく、外観がすっきりする上に小型化が確保できる。さらに、電源コネクタ２３０ＰＣおよび信号コネクタ２２０Ｃはモータ１００の軸方向の端部より外側に設けられているので、バッテリＢＡからのケーブルのコネクタやモータ制御装置２００外部からの制御信号用ケーブルのコネクタなどを挿入するとき、モータ１００が邪魔になることがなく作業性が確保できる。

＜ＥＣＵ全体説明（回路構成図）＞
図４は本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

モータ制御装置２００は、パワーモジュール２１０と、制御モジュール２２０と、ＤＣ導体モジュール２３０と、ＡＣ導体モジュール２３１とを備えている。

ＤＣ導体モジュール２３０は、電力線となるバスバ２３０Ｂが樹脂モールドにより一体成形されている。図中、太い実線部分はバスバを示している。ＤＣ導体モジュール２３０においては、ノーマルフィルタ（コイル）ＮＦ、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、リレーＲＹ１が、電源であるバッテリＢＡと接続されるとともに、パワーモジュール２１０のＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子ＳＳＷのドレイン端子またはソース端子を接続するバスバすなわち板状の導体に、パワーリードフレーム２３０ＢＰ、２３０ＢＮを介して図示のように接続されている。

リレーＲＹ１は電源電流の過電流保護用であり、過電流の状態で回路を遮断する。リレーＲＹ１は、電解コンデンサへの突入電流を防止するため、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３よりもバッテリＢＡ側に実装されている。即ち、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はＤＣ導体モジュールに実装され、パワーモジュールからの熱を受けにくくなり、長寿命化がなされる。

電解コンデンサＣ２、Ｃ３はバッテリＢＡから供給される電流を蓄電すると共に、半導体スイッチング素子ＳＳＷの動作に応じてモータ１００に電力を供給する平滑用コンデンサである。ノーマルフィルタＮＦとコンデンサＣ１はフィルタを構成し、ノイズの放出や進入、特に半導体スイッチング素子ＳＳＷの動作による電源ラインの電圧脈動の影響を抑え、ラジオノイズの影響を低減する働きをする。ラジオノイズ低減構成に関しては図１０に後述する。さらにセラミックコンデンサＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は半導体スイッチング素子ＳＳＷのスパイクノイズを抑え、半導体スイッチング素子ＳＳＷのサージ電圧を吸収する働きをする。スパイクノイズ低減構成に関しては図９に後述する。

また、図４中、二重丸で示す部分は、溶接接続部を示している。たとえば、ノーマルフィルタＮＦの２個の端子は、バスバの端子に溶接により接続されている。また、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれ２個の端子、リレーＲＹ１の２個の端子、パワーリードフレーム２３０ＢＰ、２３０ＢＮのＤＣ導体モジュール２３０側の端子も、それぞれ、バスバ端子に溶接により接続されている。

また、図４中バツ印を丸で囲った部分は、ネジ止め箇所を示している。たとえば、バッテリＢＡのマイナス側配線と接続されるバスバ２３０Ｂは、モータ制御装置２００の金属製筐体２４０とネジ止めによって電気的に接続されている。

ＡＣ導体モジュール２３１は、モータ１００にモータ電流を供給する電力線となるバスバ２３１Ｂが樹脂モールドにより一体成形されている。ＡＣ導体モジュール２３１は、パワーリードフレーム２３１ＢＵ、２３１ＢＶ、２３１ＢＷを介してパワーモジュール２１０と図示のように接続されている。また、ＤＣ導体モジュール２３０と同様に、パワーリードフレーム２３１ＢＵ、２３１ＢＶ、２３１ＢＷのＡＣ導体モジュール２３１側の端子も、それぞれバスバ端子に溶接により接続されている。また、図中バツ印を丸で囲った部分はネジ止め箇所を示しており、バスバ２３１Ｂはモータの三相電力線とネジによって接続されている。さらに、金属製のモータ筐体１１０とモータ制御装置２００の金属製筐体２４０もネジによって接続されている。

制御モジュール２２０は、ＣＰＵ２２２およびドライバ回路２２４を備えている。ＣＰＵ２２２は、トルクセンサＴＳによって検出されたトルクや、レゾルバ１５６によって検出されたモータ１００の回転位置に基づいて、パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷを制御する。すなわち導通や遮断を行う制御信号を、ドライバ回路２２４に出力する。ドライバ回路２２４は、ＣＰＵ２２２から供給される制御信号に基づいて、パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷを制御する。

パワーモジュール２１０からモータ１００に供給されるモータ電流は、モータ電流の検出素子である抵抗（シャント抵抗）ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３によって検出され、増幅器ＡＰ１、ＡＰ２、ＡＰ３によってそれぞれ増幅された上、ＣＰＵ２２２に入力する。ＣＰＵ２２２は、モータ電流が目標値となるようにフィードバック制御する。また、モータ１００に供給される全相電流は、検出素子である抵抗（シャント抵抗）ＤＲ４によって検出され、増幅器ＡＰ４によって増幅された上、ＣＰＵ２２２に入力する。

ＣＰＵ２２２は外部のエンジンコントロールユニットＥＣＵ等とＣＡＮ等により接続されており、情報の授受を行える構成となっている。また、ドライバ回路２２４を含むカスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）２２４Ａは、昇圧回路、マイコン電源回路、電流センス用アンプ、ＣＡＮ通信回路等を１つのＩＣに集積する事で、制御モジュール２２０の小型化がなされている。

ここで、図４中、△印は、リードフレームを用いて半田付けにより接続された部分を示している。リードフレームを用いる際、本発明の構成では半田付け部に発生する応力を緩和する構造としている。リードフレームの形状等については、図９を用いて後述する。なお、制御モジュール２２０と、パワーモジュール２１０若しくは導体モジュール２３０との電気的接続部には、リードフレームを用いた半田付け接続が用いられている。

パワーモジュール２１０は、ＭＯＳＦＥＴなどの６個の半導体スイッチング素子ＳＳＷを備えている。半導体スイッチング素子ＳＳＷは、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相毎に、上アームと下アームにそれぞれ直列接続されている。ここで、パワーリードフレーム２３０ＢＰ、２３０ＢＮ、２３１ＢＵ、２３１ＢＶ、２３１ＢＷとパワーモジュール２１０は半田付けにより電気的に接続されている。すなわち、ＤＣ導体モジュール２３０からパワーモジュール２１０とＡＣ導体モジュール２３１を介して、モータ１００にモータ電流が供給されるが、この電流は、たとえば、１００Ａの大電流である。

そこで、大電流を流す事ができ、しかも、応力を緩和できる構造として、パワーリードフレームにたとえば銅の焼きなまし材を用い接続している。この詳細については、図８を用いて後述する。また、パワーモジュール２１０はリレーＲＹ２、ＲＹ３を備えている。リレーＲＹ２、ＲＹ３は、たとえば１００Ａの大電流が流れるため、発熱量が大きい。パワーモジュール２１０は放熱性に優れた基板を使用しており、リレーＲＹ２、ＲＹ３の高放熱化がなされ、小型のリレーを実装することができる。

ここで、パワーモジュール２１０の基板は放熱性に優れており、たとえばＤＣ導体モジュール２３０に実装されたリレーＲＹ１をパワーモジュール２１０に実装するなどが考えられる。しかしながら、リレーＲＹ１をパワーモジュール２１０に実装した場合には、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびノーマルフィルタＮＦもパワーモジュール２１０に実装することとなる。その結果、パワーモジュール２１０は、実装部品のリフロー半田付けの際に高温環境下にさらされる。

電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、高温環境下にさらされると、寿命が著しく低下する事が知られている。そのため、本実施形態のリレーＲＹ１は、ＤＣ導体モジュール２３０に実装し、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびリレーＲＹ１もＤＣ導体モジュール２３０に実装する事で、リフロー半田付けによる寿命劣化を防ぐことができる。

＜ＤＣ導体モジュールの構造説明＞
次に、図５〜図６を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュール２３０の構造について説明する。図５は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュール２３０の構造を示す斜視図であり、図６は、ＤＣ導体モジュール２３０のバスバ２３０Ｂ（２３０ＢＰＰ、２３０ＢＮＮ）と実装部品を上から見た図である。なお、図１および図４と同一符号は、同一部分を示している。なお、図１におけるＤＣ導体モジュール２３０の図と図４、図５のＤＣ導体モジュール２３０の図が若干異なるが、図４、図５の図がより正確な図である。図１は、モータ制御装置２００におけるＤＣ導体モジュール２３０の位置関係を理解するのに好適な図である。

図５に示すように、ＤＣ導体モジュール２３０は、モールド成形されており、予め、ノーマルフィルタＮＦ、電解コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、リレーＲＹ１などの電気部品の端子を挿入するための孔が形成されている。それらの位置に電気部品を配置し、図示の上面側において、電気部品の端子とバスバ２３０Ｂの端子を溶接接続する。

また、信号用リードフレーム２３０ＬＦは、ＤＣ導体モジュール２３０の図示の上面に積層される。バスバ２３０ＢやリレーＲＹ１と信号用リードフレーム２３０ＬＦの間には樹脂があり、電気的絶縁をとっている。電源コネクタ２３０ＰＣは車載電源であるバッテリＢＡから電流の供給を受ける。

図４に示すように、電解コンデンサＣ２、Ｃ３は、バッテリＢＡから供給される電流を蓄電すると共に、図１に示す半導体スイッチング素子ＳＳＷの動作に応じてモータに電力を供給する。電解コンデンサＣ２、Ｃ３は、図５、図６に示すように、円筒状の本体を寝かせるように配置し、ＤＣ導体モジュール２３０をモジュール実装面２４０Ｍに搭載したとき、円筒の片側に設けられている正極（＋）負極（−）の端子が放熱面２４０Ｐに搭載されたパワーモジュール２１０側にくるように配置される。

これにより、電解コンデンサＣ２、Ｃ３とパワーモジュール２１０間の配線が短くなり、インダクタンスが低減でき、その結果発熱の低減になる。また、モータ制御装置２００の上下方向の高さを押さえられ小型化を実現している。

なお、本実施の形態では、電解コンデンサＣ２、Ｃ３の正極が接続されるＰ側バスバ２３０ＢＰＰの一部と、負極が接続されるＮ側バスバ２３０ＢＮＮの一部とが積層状態（重なり合う状態）で配置されている。図１４および図１５はその様子を示す図である。Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰの一部は符号２３０ＢＰＰ１で示され、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮの一部は符号２３０ＢＮＮ１で示されている。このように、正極側のバスバと負極側のバスバとを積層状態で配置することにより、バスバによるインダクタンスが正極と負極の逆向きの電流により相殺され、バスバ全体のインダクタンスの低減がなされる。その結果、電解コンデンサＣ２、Ｃ３のリップル電流が低減され、発熱が低減される。

本実施の形態では、さらに、電解コンデンサＣ２、Ｃ３の端子とバスバの接続部とも積層するようにしながら電解コンデンサＣ２、Ｃ３とバスバとの接続が達成されている。図１４、図１５を参照しながら、電解コンデンサＣ３の場合について説明する。電解コンデンサＣ３の負極側の端子Ｃ３ＮＴは、図のようにＬ字上に折り曲げられている。一方、接続部２３０ＢＮＮ２は、バスバ２３０ＢＮＮの一部２３０ＢＮＮ１から上方に突出するように延びている。これは、バスバ２３０ＢＮＮや、バスバ２３０ＢＮＮの一部２３０ＢＮＮ１や、電解コンデンサＣ３などは樹脂モールドされるため、電解コンデンサＣ３とバスバとを樹脂モールドされていないところで溶接により接続するためである。

接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴの上端部で溶接接続することにより、接続部２３０ＢＮＮ２とこの接続部２３０ＢＮＮ２と対向する端子Ｃ３ＮＴには逆向きの電流が流れ、接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴにおけるインダクタンスが相殺される。その結果、電解コンデンサＣ３の端子からバスバに接続される経路におけるインダクタンスが低減され、発熱が低減される。

なお、接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴとをなるべく下の方で溶接接続すれば、その分インダクタンスは低減される。しかし、そのような接続は、接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴとを上端部で溶接接続することに比べて、非常に複雑、煩雑な工程となる。従って、製造工程を簡素化する観点から好ましくない。一方、本実施の形態のように、接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴの上端部で溶接接続するような簡単な工程であっても、上述したようにお互いに積層するように構成することにより、インダクタンスの低減がなされ、製造工程を簡素化しながら同時に発熱の低減も達成できる。また、接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴの上端部以外のところが樹脂モールドに埋もれるようであってもよいことになる。

なお、図１４を参照して説明すると、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰと図４に示すパワーリードフレーム２３０ＢＰとの接続は、Ｐ側接続部（直流出力端子）２３０ＢＰＴでなされ、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮと図４に示すパワーリードフレーム２３０ＢＮとの接続は、Ｎ側接続部（直流出力端子）２３０ＢＮＴでなされる。

さらに、本実施の形態では、各電解コンデンサの正極端子からＰ側接続部２３０ＢＰＴまでの距離および各電解コンデンサの負極端子からＮ側接続部２３０ＢＮＴまでの距離は電解コンデンサＣ２、Ｃ３で等しくなるように配置されている。すなわち、各電解コンデンサの正負極端子間インダクタンスは、ばらつきが小さくなり、半導体スイッチング素子ＳＳＷを動作した際、各電解コンデンサが負担する電流量のばらつきは、コンデンサ間で小さくなる。従って、各電解コンデンサの温度上昇量は均一化され、特定の電解コンデンサの寿命劣化を防ぐ。

なお、本実施の形態では電解コンデンサが２つとなっているが、電解コンデンサの容量が並列回路として等しければ１つや３つでも構わない。その際にも、電解コンデンサの向きや、バスバとの接続を本実施の形態と同じ構成とすることで同様の効果を得ることができる。

＜パワーモジュールの構造説明（斜視図）＞
次に、図７および図８を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の構造について説明する。図７は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の構造を示す斜視図であり、図８は、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０またはＡＣ導体モジュール２３１との接続を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

図７および図８に示すように、パワーモジュール２１０は、半導体スイッチング素子ＳＳＷやシャント抵抗ＤＲ１、ＤＲ２、ＤＲ３、ＤＲ４などが実装されており、その放熱のためにアルミや銅などの金属ベースＭＰ（図８）を用いている。図８に示すように、金属ベースＭＰと金属製筐体２４０の間には、熱伝導グリースＨＣＧを介在させ、半導体スイッチング素子ＳＳＷなどの発熱体から発生する熱を、金属ベースＭＰ―熱伝導グリースＨＣＧを介して、金属製筐体２４０から放熱する構造としている。

本実施の形態では、図７にも示す通り、６ピンタイプのＭＯＳＦＥＴを使用する。５ピンがソースであり、１ピンがゲートである。ドレインはパターンで接続されている。このように、６ピンタイプのＭＯＳＦＥＴを使用することにより、電流が分散され熱が発生しにくくなり、さらに、ピンを通じた放熱効果も大きくなる。

金属ベースＭＰの上には、絶縁層ＩＭを介して配線パターンＷＰが形成されている。配線パターンＷＰは、厚さ１０５μｍの銅箔をエッチングによりパターニングしている。さらに、配線パターンＷＰ上面には半導体スイッチング素子ＳＳＷや抵抗体等の他に、配線パターン間を跨ぐジャンパーリードＪＬが備えられている。パワーモジュール２１０は、ジャンパリードＪＬを用いることにより配線パターンＷＰの自由度が向上する。すなわち、パワーモジュール２１０を小型化し、モータ制御装置２００が小型化される。なお、本実施の形態では、ジャンパーリードＪＬはＬ字状に曲げられており、さらに配線の自由度が増している。

次に、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０、ＡＣ導体モジュール２３１との接続部の詳細構造を示す。図８は、上記接続の一部である、パワーモジュール２１０とＰ側バスバ２３０ＢＰＰとの接続を示している。Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰとパワーリードフレーム２３０ＢＰは、ＴＩＧ溶接で接続され、パワーモジュール２１０とパワーリードフレーム２３０ＢＰは、半田付けで接続される。

上述したように、パワーモジュール２１０およびＤＣ導体モジュール２３０は金属製筐体２４０に接続される。ここで、パワーモジュール２１０およびＤＣ導体モジュール２３０では搭載されている部品、流れる電流が異なるため発熱量、放熱経路も異なる。そのため、パワーモジュール２１０とＤＣ導体モジュール２３０の間には温度差が発生し、パワーリードフレーム２３０ＢＰの半田接合部には、熱膨張差よる応力が加わる。

そのため、パワーモジュール２１０とパワーリードフレーム２３０ＢＰの半田接合部には剥離が生じる恐れがある。また、パワーリードフレーム２３０ＢＰは、例えば１００Ａの大電流が流れるため、導電性が良い太い金属の使用が望まれるが、太い金属は硬く曲がりにくいため、熱ストレスの応力を緩和する効果が低い。

そこで、本実施形態のパワーリードフレーム２３０ＢＰは、予め焼鈍しを施した銅材を使用し、下部にベンド構造を採用することで半田付け部に加わる応力を緩和している。また、大電流を流すことができるようにするため、パワーリードフレーム２３０ＢＰの断面積は２ｍｍ^２以上にしている。なお、ここではパワーリードフレーム２３０ＢＰを例にとって説明したが、本実施形態で使用する全てのパワーリードフレームは、同様の処置が実施されている。

＜低インダクタンス化（スパイクノイズ低減）の構造説明＞
次に、図９を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の配線パターンＷＰのレイアウト構造について説明する。図９は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュール２１０の配線パターンＷＰのレイアウト構造を示す上面図である。なお、図７および図８と同一符号は、同一部分を示している。

パワーモジュール２１０は、ＭＯＳＦＥＴなどの６個の半導体スイッチング素子ＳＳＷを備えている。半導体スイッチング素子ＳＳＷは、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相毎に、上アームと下アームにそれぞれ直列接続されている。セラミックコンデンサＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は、上アームと下アームに直列接続された半導体スイッチング素子ＳＳＷに、並列に接続されている。

半導体スイッチング素子ＳＳＷは、制御信号によって制御される導通や遮断の高速動作によって、スパイクノイズが発生する。スパイクノイズの増大は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのサージ電圧増大を引き起こす。セラミックコンデンサＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３は、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相で発生したスパイクノイズを吸収し、サージ電圧を抑制する効果がある。サージ電圧は、Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）によって求められる。

ここで、Ｗ相を例に説明すると、インダクタンスＬは、上アーム側の半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＰのドレインから、下アーム側の半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＮのソースを経由し、セラミックコンデンサＣＣ３を介して、再び上アーム側の半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＰのドレインに戻る閉ループのインダクタンスである。また、（ｄｉ／ｄｔ）は、半導体スイッチング素子ＳＳＷＷＰ、ＳＳＷＷＮの導通や遮断時の電流変化の速度である。すなわち、サージ電圧の低減は、閉ループインダクタンスＬを低減する事でなされる。

閉ループがパワーモジュール２１０の配線パターンＷＰで形成されると、パワーモジュール２１０の金属ベースに閉ループとは逆向きの渦電流が誘起される。金属ベースに発生した渦電流は、閉ループの磁場をキャンセルする効果が働き、閉ループのインダクタンスＬを低減する効果がある。パワーモジュール２１０の配線パターンＷＰは、金属ベース上に薄い絶縁層を介して密着するように形成されており、大きな渦電流が得られ、インダクタンスＬの低減効果が得られる。

一方、パワーモジュール２１０の電気配線は、配線パターンＷＰと配線パターン間を跨ぐジャンパリードＪＬによって形成されている。ジャンパリードＪＬは、金属ベースから浮くように離れている。そのため、前述の閉ループにジャンパリードＪＬを含む構成は、渦電流が小さくなり、インダクタンスＬの低減効果は低くなる。本実施形態では、ジャンパリードＪＬを介さずに閉ループを形成するため、セラミックコンデンサＣＣ３の接続に、図９の斜線で示す専用の配線パターンＷＰＷＣが設けられている。以下、Ｖ相、Ｗ相に関して記載は省くが、同じ構造とすることで同様の効果を得られる。

＜回路構成からラジオノイズ低減構成を説明＞
次に、図１０を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のラジオノイズ低減構成について説明する。図１０は本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図である。なお、図１および図４と同一符号は、同一部分を示している。

図１０に示すハーネスＢＡＮの長さは、約１メートルである。このハーネスＢＡＮに、後述するノイズ電流が流れることで、当該ハーネスＢＡＮからラジオノイズが放射される。すなわち、ハーネスＢＡＮはノイズを放射するアンテナの役割を果たしてしまう。そこで、本実施形態は、ラジオノイズ対策として、ハーネスＢＡＮに流れるノイズ電流を低減するための種々の手段を講じている。

まず、ラジオノイズ源となるノイズ電流の経路、及びノイズ電流の低減方法を説明する。図１０に示された半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作によって、電源ライン上には電圧脈動が発生する。この電圧脈動により、図１０の（Ａ）に示されたノーマルモードノイズ電流（Ａ）が発生する。ノーマルモードノイズ電流（Ａ）は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのドレイン側から、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰ、Ｐ側ハーネスＢＡＰを流れ、Ｎ側ハーネスＢＡＮ、バスバ２３０ＢのＮ側バスバ２３０ＢＮＮを経由して半導体スイッチング素子ＳＳＷのソース側に戻る経路を辿る。ノーマルモードノイズ電流（Ａ）が、Ｐ側ハーネスＢＡＰ及びＮ側ハーネスＢＡＮを流れることで、前述のラジオノイズを発生させる。

そこで、本実施形態では、Ｐ側バスバ２３０ＢＰＰにノーマルフィルタＮＦを挿入させ、さらにＰ側バスバ２３０ＢＰＰとＮ側ハーネスＢＡＮとの間に電解コンデンサＣ１を接続させた。これにより、ノーマルモードノイズ電流（Ａ）をＰ側バスバ２３０ＢＰＰからＮ側バスバ２３０ＢＮＮに抜けさせることができるので、Ｐ側ハーネスＢＡＰ及びＮ側ハーネスＢＡＮにノイズ電流が流れるのを防ぐことができる（図１０の（Ａ´））。すなわち、ノーマルフィルタ（コイル）ＮＦと電解コンデンサＣ１とで、ノーマルモードノイズ電流（Ａ）をバッテリのハーネスＢＡＰ、ＢＡＮ側に流さないようにするフィルタを形成するようにした。このように形成されたフィルタによりノーマルモードノイズがハーネスＢＡＰ、ＢＡＮ側へ流出することが遮断される。

また、半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作によって発生する電圧脈動によってコモンモードノイズ電流（Ｂ）が発生する。コモンモードノイズ電流（Ｂ）は、２つの経路を辿るノイズ電流となる。一方は、半導体スイッチング素子ＳＳＷの下アーム側ソース端子ＬＳの電位脈動に起因するコモンモードノイズ電流（Ｂ−１）であり、他方は、半導体スイッチング素子ＳＳＷの上アーム側ソース端子ＨＳの電位脈動に起因するコモンモードノイズ電流（Ｂ−２）である（図１０の（Ｂ−１）及び（Ｂ−２）参照）。いずれのコモンモードノイズ電流（Ｂ−１）（Ｂ−２）がＮ側ハーネスＢＡＮを流れることで、前述のラジオノイズが発生する。

従来は、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）がＮ側ハーネスＢＡＮに流れないように、図１０のＣＦで示された位置に、コモンフィルタが実装されていた。しかし、このコモンフィルタは比較的大型電子部品であるため、小型化を求められる電動パワーステアリング装置にとっては課題となっていた。

そこで、本実施形態では、（１）Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮとＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳ（制御モジュール２２０に実装）とをＮ側電源配線２２５Ｎで電気的に接続する。このＮ側電源配線２２５Ｎのインピーダンスは、Ｎ側ハーネスＢＡＮより小さい。そのためコモンモードノイズ電流（Ｂ−１）は、Ｎ側電源配線２２５Ｎ側に流れ込む。また、（２）ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳとＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰとをダイオード２２６Ｄを介して電気的に接続する。ダイオード２２６Ｄは、ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳからＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰの方向を順方向として接続される。さらに、（３）ＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰと下アーム側ソース端子ＬＳとをゲート戻り線ＧＰで電気的に接続する。

上記（１）〜（３）の接続関係によって、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）は、図１０に示される電流経路（Ｂ´−１）を辿ることになる。すなわち、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮ、ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳ、ダイオード２２６Ｄ、ＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰ、下アーム側ソース端子ＬＳ、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮの電流経路を辿る。これによって、大型電子部品であるコモンフィルタをＣＦの位置に実装することなく、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）をＮ側ハーネスＢＡＮに流れないようにすることができる。すなわち制御装置全体を小型化させるとともに、コモンモードノイズ電流（Ｂ−１）を金属筐体内に閉じ込めてノイズを低減させることができる。

なお、上記（２）のＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳとＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰの間にダイオード２２６Ｄを（順方向を図示の方向として）介することで、下アーム側ソース端子ＬＳ側から制御モジュール２２０に侵入するノイズ電流を低減させることができる。また、Ｐ側電源配線２２５ＰとＮ側電源配線２２５Ｎとの間には、コモンフィルタやノーマルフィルタ等のノイズ対策部品を実装しないことが望ましい。なぜなら、ノイズ対策部品によってコモンモードノイズ経路のインピーダンスが増加し、ノイズを閉じ込める事ができなくなるためである。

さらに、本実施形態は、ノイズ電流の発生原因となる電圧脈動を低減させるための種々の手段を講じている。

主な電圧脈動の一つ目は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作による電圧脈動がＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰを介してＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳに伝わる電圧脈動である。本実施形態では、この電圧脈動を低減させるために、短絡用ネジ２２５ＧＧによって、ＰＣＢ制御グラウンド２２５Ｇと金属製筐体２４０を短絡させている。主な電圧脈動の二つ目は、半導体スイッチング素子ＳＳＷのスイッチング動作による電圧脈動が、直接Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮに伝わる電圧脈動である。本実施形態では、この電圧脈動を低減させるために、短絡用ネジ２３０ＢＣによって、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮと金属製筐体２４０を短絡させている。

これらの電圧脈動への対策に加えて、（１）イグニションラインＩＧＮとＰ側電源配線２２５Ｐとの合流前にノーマルコイルＮＦ２を実装し、また（２）モータ１００の金属製筐体１１０と金属製筐体２４０とを、例えばネジ等１００Ｂによって電気的に接続する。これにより、前述のコモンモードノイズ電流（Ｂ−２）は、モータ１００の寄生容量１００Ｃを抜けた後、電気的接続１００Ｂを介して金属製筐体２４０に流れ、短絡用ネジ２３０ＢＣや短絡用ネジ２２５ＧＧを介して、制御モジュール２２０のＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳとＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰに抜ける、または、Ｎ側バスバ２３０ＢＮＮに抜ける（Ｂ´−２）。

これは、モータ１００の金属製筐体からＤＣ導体モジュール２３０のＮ側バスバ２３０ＢＮＮや制御モジュール２２０のＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳまでのインピーダンスが、シャーシＣＳおよびハーネスＢＡＮを介した経路より電気的接続１００Ｂと金属製筐体２４０とを介した経路の方において低くなるためである。すなわち、電気的接続１００Ｂ、金属製筐体２４０、短絡用ネジ２３０ＢＣ、短絡用ネジ２２５ＧＧ、ＰＣＢ制御グラウンド２２５ＧＳ、ダイオード２２６Ｄ、ＰＣＢパワーグラウンド２２５ＧＰとで、コモンモードノイズ電流（Ｂ−２）が流れやすい経路が形成される。その結果、コモンモードノイズ電流（Ｂ−２）がハーネスＢＡＮに流れることが防止され、ハーネスＢＡＮからのラジオノイズの放射が防止される。

なお、ノーマルコイルＮＦ２は、イグニションラインＩＧＮより高インピーダンス化することで、シャーシＣＳからイグニションラインＩＧＮを経由して、制御モジュール２２０にノイズが侵入する事を抑制することができる。

＜組立工程の説明＞
次に、図１および図１１を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の制御モジュール２２０とリードフレーム２３０ＬＦ、リードフレームＳＬＦの接続時の組立について説明する。図１１は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の制御モジュール２２０とリードフレーム２３０ＬＦ、リードフレームＳＬＦの接続時の組立構造を示す斜視図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

パワーモジュール２１０の信号用リードフレームＳＬＦとＤＣ導体モジュールのリードフレーム２３０ＬＦは、制御モジュール２２０の端子に接続される。また、制御モジュール２２０は金属製筐体２４０にネジ止めされる。信号用リードフレームＳＬＦは、制御モジュール２２０の両端に、それぞれの辺に沿って一列に配置される。一列に配置されたリードフレームは、制御モジュール２２０の端子孔にリードフレームを入れる際、位置決めが容易であり、組立性を容易にすることができる。また、本実施形態による構造は、制御モジュール２２０とリードフレームを半田付けで接続する際の接続作業を効率的に行える。

制御モジュール２２０は、金属製筐体２４０の支柱２４０Ｔにネジ止めにより接続されている。また、制御モジュール２２０に半田付けされた信号用リードフレームＳＬＦを介してパワーモジュール２１０にも半田で接続されている。信号用リードフレームＳＬＦの半田付け部には、制御装置全体と制御モジュール２２０の熱膨張による応力が加わる。そこで、信号用リードフレームＳＬＦをベンド構造（図８）とすることで、信号用リードフレームＳＬＦの半田付け部の応力を緩和することができる。

＜モータとＥＣＵの接続関係説明＞
次に、図１および図１２を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のモータ制御装置２００とモータ１００の組立てについて説明する。図１２は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のモータ制御装置２００とモータ１００を示す斜視図である。モータ制御装置２００はモータ１００を一体に保持するように構成されている。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

モータ制御装置２００の金属製筐体２４０は、モータ１００とネジにより電気的かつ機械的に接続される（１００Ｂ）。次に、モータ制御装置２００のＡＣ導体モジュール２３１のバスバ２３１Ｂは、モータ１００の三相入力部にネジにより電気的に接続される。次に、バスバ２３１Ｂの接続部は、樹脂製のカバー２５０Ｍで閉じる。最後に、カバー２５０Ｍは、金属製筐体２４０に、少なくとも１個のネジで固定される。以上により、モータ制御装置２００とモータ１００は組み立てられる。

このように、モータ１００は金属製筐体２４０の反対側に設けるようにした。モータ１００を金属製筐体２４０側に設けると、モータ１００の影響で熱がこもり、放熱性において好ましくない。また、モータ１００自体も熱を発生するのでさらに熱がこもるようになる。しかし、本実施の形態では、モータ１００は金属製筐体２４０の反対側に設けるようにしたので、この点が改善され、金属製筐体２４０の放熱効果がよくなる。

さらに、モータ１００は金属製筐体２４０からパワーモジュール２１０を超えてモータ側に延びる支柱２４０Ｔに接続保持される。この支柱２４０Ｔは、金属製筐体２４０と同様にアルミ製であるので熱伝導性がよい。従って、金属製筐体２４０の熱を、支柱２４０Ｔを介してモータ１００に伝え、モータ１００から放熱するようにしている。これにより、さらにモータ制御装置２００の放熱性がよくなっている。

また、モータ１００の回転軸はパワーモジュールのスイッチング素子の実装面と略平行となるように組み立てられる。また、モータ１００の円筒側部はパワーモジュールに隣接して配置されるようにする。ただし、モータ１００の円筒側部は必ずしもパワーモジュールに接するように配置される必要はなく、若干の隙間をもたせて配置する。そして、電動パワーステアリング用制御装置のモータの回転軸方向と直交する方向の幅は、本実施の形態の構成を採用することによって小型化された結果、モータの円筒外径より小さくするところまで可能となった。

なお、カバー２５０Ｍは樹脂製としたが、金属製のシールドカバーであってもよい。金属製のシールドカバーの場合は、モータ１００の三相入力部から発生する輻射ノイズを吸収する静電シールドを果たし、例えば、１ＭＨｚ以下の輻射ノイズを吸収し、主にスマート帯域（１３５ｋＨｚ）の輻射ノイズを低減することができる。

＜電動パワーステアリングのシステムを説明＞
次に、図１３を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング用制御装置を用いたシステム構成について説明する。図１３は、本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置を用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図である。電動パワーステアリングは車両に搭載される。この車両は、乗用車やトラックや作業用車両など、ステアリングを有するすべての車両が含まれる。

ステアリングＳＴを回転させると、その回転駆動力は、ロッドＲＯを介して、マニュアルステアリングギアＳＴＧにより減速して、左右のタイロッドＴＲ１、ＴＲ２に伝達し、左右の車輪ＷＨ１、ＷＨ２に伝達され、左右の車輪ＷＨ１、ＷＨ２を舵取りする。

本実施形態によるモータ１００は、ロッドＲＯの近傍に取り付けられており、ギアＧＥを介して、その駆動力をマニュアルステアリングギアＳＴＧに伝達する。ロッドＲＯには、トルクセンサＴＳが取り付けられており、ステアリングＳＴに与えられた回転駆動力（トルク）を検出する。

制御装置２００は、トルクセンサＴＳの出力および図示していないが車両の車速センサの出力に基づいてモータ１００の目標トルクを算出する。この算出において、モータ１００の回転速度や回転加速度をさらに考慮してモータ１００の目標トルクを算出しても良く、この方がより最適なあるいはフィーリングの優れた制御が可能となる。また安全面からモータ１００の温度や電流値を検出し、モータ１００の出力トルクである電流値が目標トルクに相当する電流値となるようにモータ１００への通電電流を制御する。制御装置２００およびモータ１００の電源は、バッテリＢＡから供給される。

なお、以上の構成は、ステアリングホイールの直ぐ下のステアリングコラムの部分にトルクセンサとトルクをアシストするモータ１００を置くものであるが、モータ１００をラック＆ピニオンギアの近傍に備えるラック型のパワーステアリングに対しても、本実施形態のモータ１００および前述のインバータを含むモータ制御装置２００をそのまま使用できる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、図１６〜図１９を用いて、本実施形態による電動パワーステアリング制御装置のラジオノイズ低減の他の構成について説明する。なお、図１０と同一符号は同一部分を示している。図１６は、例えばトルクセンサなどに代表される、センサ起因で起こるラジオノイズ対策の構成を示している。

トルクセンサＴＳは、ノイズによるセンサ誤動作を防止するため、センサ内部回路とトルクセンサＴＳの金属製筐体を容量ＴＣＣで接続し、ノイズをシャーシＣＳに落とす構成をとっている。しかしながら、容量ＴＣＣは、トルクセンサＴＳの信号線やグラウンド線ＴＳＬのインダクタンス等により、特定の周波数で共振するため、共振周波数のノイズ電流がシャーシＣＳに抜ける。上述したように、シャーシＣＳに抜けたノイズ電流は、他のハーネスに回り込む事で、強いノイズを放射する。

図１６は、シールドケーブルＴＳＣを用いたトルクセンサＴＳの共振ノイズ対策の構成を示している。シールドケーブルＴＳＣは、トルクセンサの信号線やグラウンド線ＴＳＬを金属メッシュで覆う構造であり、金属メッシュは図示するように、トルクセンサＴＳの金属製筐体と、モータ制御装置２００の金属製筐体に電気的に接続されている。以上の構成により、容量ＴＣＣを抜けた共振ノイズは、シャーシＣＳに抜けるよりも低いインピーダンス経路であるシールドケーブルＴＳＣの金属メッシュを介してモータ制御装置２００に戻るため、他のハーネスへのノイズ電流の回り込みを抑制する。

また、金属製メッシュの静電シールド効果により、トルクセンサＴＳの信号線やグラウンド線ＴＳＬに発生する電位脈動による輻射ノイズも抑制できる。本実施形態では、シールドケーブルＴＳＣを例に説明したが、低インピーダンス経路となれば他の構成でも良い。例えば、シールドケーブルＴＳＣの代わりに、トルクセンサＴＳの金属製筐体とモータ制御装置２００の金属製筐体を電気的に接続するハーネスを使用しても良い。また、同軸線を用いても良い。

図１７は、トルクセンサＴＳの共振ノイズ対策の他の構成を示している。図示の対策は、図１６に示したシールドケーブルＴＳＣの代わりに、例えばフェライトコアにトルクセンサＴＳの信号線やグラウンド線ＴＳＬを巻きつけ、信号線やグラウンド線のインダクタンスを増加させている。インダクタンスは、周波数が高くなるほどに、大きなインピーダンスをもつため、共振ノイズそのものが流れにくくなり、輻射ノイズの低減が可能となる。また、トルクセンサＴＳのインダクタンスを増加させる方法であれば、フェライトコアによる対策以外にも磁性体を使用したり、インダクタンス素子を使用しても良い。また、モータ制御装置２００の制御モジュール２２０にチップインダクタ等を実装しても良い。

図１８は、トルクセンサＴＳの共振ノイズ対策の他の構成を示している。図示の対策は、共振源である容量ＴＣＣに直列に、例えばダンピング抵抗を入れている。共振ノイズは、容量ＴＣＣを抜ける際にダンピング抵抗ＴＣＲによってエネルギーを消費するため、輻射ノイズが低減される。また、ダンピング抵抗ＴＣＲ以外にも、インダクタンス素子を使用し、共振ノイズの周波数を低周波側にシフトさせてもよい。

図１９は、ノーマルモードノイズを低減可能なフィルタの他の構成を示している。図１０に示すフィルタは、ノーマルフィルタＮＦと電解コンデンサＣ１によって構成されている。図１９に示す構成では、電解コンデンサＣ１を外し、代わりに制御モジュール２２０のＰ側電源配線２２５ＰとＮ側電源配線２２５Ｎの間に、セラミックコンデンサ２２５Ｃを実装している。セラミックコンデンサ２２５Ｃは、十分な大きさの容量が必要となるが、電解コンデンサＣ１を削減可能となり、ＤＣ導体モジュール２３０の小型化が可能となる。

以上説明した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
（１）モータ１００を一体に保持する電動パワーステアリング用制御装置２００は、モータ（電動機）１００を駆動するスイッチング素子ＳＳＷを実装するパワーモジュール（パワー基板）２１０と、パワーモジュール２１０のスイッチング素子ＳＳＷを実装する面とは反対の面側に設けられた金属製筐体（放熱部材）２４０と、金属製筐体２４０からパワーモジュール２１０側にモータ１００を保持するために延びる支柱（保持部）２４０Ｔとを備えるようにした。これにより、モータ１００は金属製筐体２４０の反対側に設けるようになり、金属製筐体２４０の放熱がモータ１００に邪魔されることなく、熱がこもったりすることなく、金属製筐体２４０の放熱効果がよくなる。

（２）金属製筐体２４０は、パワーモジュール２１０側と接する面とは反対側に放熱フィン２４０Ｆを有するようにした。上記と同様に、放熱フィン２４０Ｆの放熱がモータ１００に邪魔されることなく、金属製筐体２４０の放熱効果がよくなる。

（３）電動パワーステアリング用制御装置２００は、バッテリＢＡから直流電流が供給され、該直流電流をスイッチング素子ＳＳＷに供給するＤＣ導体モジュール２３０（直流電流系導体部）をさらに備え、ＤＣ導体モジュール２３０は、パワーモジュール２１０の側部に設けられるようにした。これにより、ＤＣ導体モジュール２３０をパワーモジュール２１０の上部に配置することに比べて、モータ制御装置２００の高さ方向の長さを低くすることができる。また、バッテリＢＡからのＤＣ導体モジュール２３０への直流電流の入力、ＤＣ導体モジュール２３０からパワーモジュール２１０への直流電流の出力、パワーモジュール２１０への直流電流の入力およびパワーモジュール２１０からの交流電流の出力を一直線上に並べることができるようになる。すなわち、直流電流の入力、直流から交流への変換、交流電流の出力を直線状に並べることができるようになる。これにより、各配線が短くなり、ＤＣ抵抗成分やインダクタンス成分の低減がなされ、発熱の低減をすることができる。

（４）ＤＣ導体モジュール２３０は、パワーモジュール２１０の側部かつ金属製筐体２４０上に設けられるようにした。ＤＣ導体モジュール２３０自体、電解コンデンサなどの温度上昇などで温度が上昇する。しかし、このような構成により、金属製筐体２４０の放熱効果により放熱することができる。また、（３）で前述した効果も奏することができる。

（５）ＤＣ導体モジュール２３０は、パワーモジュール２１０を挟んで支柱２４０Ｔより反対側に設けられようにした。これによっても、（３）で前述した効果を奏することができる。

（６）ＤＣ導体モジュール２３０は、金属製筐体２４０と接する面とは反対側にバッテリＢＡと接続するための電源コネクタ２３０ＰＣを有するようにした。これにより、電源コネクタ２３０ＰＣが、放熱フィン２４０Ｆなどの放熱部材と干渉することがない。また、電源コネクタ２３０ＰＣが、モータ制御装置２００全体の外観形状から外部に突出することがないようになる。その結果、コンパクトな形状のモータ制御装置２００を実現することができる。

（７）ＤＣ導体モジュール２３０の電源コネクタ２３０ＰＣは、モータ１００の軸方向の端部より外側に設けられるようにした。これにより、モータ１００後部の余分なスペースを有効利用でき、電動パワーステアリング装置および車の電動パワーステアリング装置を設置する空間を小型化できる。また、モータ制御装置２００全体としてコネクタによるでっぱりがなく、外観がすっきりする上に小型化が確保できる。さらに、バッテリＢＡからのケーブルのコネクタなどを挿入するとき、モータ１００が邪魔になることがなく作業性がよくなる。モータ１００を一体に製造したモータ制御装置２００を車両に取り付けた後に、バッテリＢＡからのケーブルを接続する場合も、容易にケーブルを取り付けることができ、作業性がよい。

（８）電動パワーステアリング用制御装置２００は、スイッチング素子ＳＳＷに制御信号を伝達し、該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御モジュール２２０（制御基板）をさらに備え、制御モジュール２２０は、パワーモジュール２１０と保持されるモータ１００との間に位置するように設けられ、ＤＣ導体モジュール２３０と少なくとも一部が重なり合うように設けられるようにした。これにより、モータ制御装置２００をコンパクトにすることができるとともに、信号コネクタ２２０ＣをＤＣ導体モジュール２３０の電源コネクタ２３０ＰＣと近接して配置することが可能となり、信号コネクタ２２０Ｃや電源コネクタ２３０ＰＣへのケーブルの接続の作業性がよくなる。

（９）制御モジュール２２０は、電動パワーステアリング用制御装置外部からの信号を入出力する信号コネクタ２２０Ｃを、モータ１００側の面に有するようにした。これにより、信号コネクタ２２０Ｃが、モータ制御装置２００全体の外観形状から外部に突出することがないようにできる。その結果、コンパクトな形状のモータ制御装置２００を実現することができる。

（１０）制御モジュール２２０の信号コネクタ２２０Ｃは、モータ１００の軸方向の端部より外側に設けられようにした。これにより、モータ１００後部の余分なスペースを有効利用でき、電動パワーステアリング装置および車の電動パワーステアリング装置を設置する空間を小型化できる。また、モータ制御装置２００全体としてコネクタによるでっぱりがなく、外観がすっきりする上に小型化が確保できる。さらに、モータ制御装置２００外部からの制御信号用ケーブルのコネクタなどを挿入するとき、モータ１００が邪魔になることがなく作業性がよくなる。モータ１００を一体に製造したモータ制御装置２００を車両に取り付けた後に、モータ制御装置２００外部からの制御信号用ケーブルを接続する場合も、容易にケーブルを取り付けることができ、作業性がよい。

（１１）ＤＣ導体モジュール２３０は、バッテリＢＡからの直流電流を平滑するための電解コンデンサＣ２、Ｃ３と、電解コンデンサＣ２、Ｃ３と接続するバスバ（板状導体）を備え、電解コンデンサＣ２、Ｃ３の正極側の電流が流れるバスバと電解コンデンサＣ２、Ｃ３の負極側の電流が流れるバスバとを積層するように設けるようにした。これにより、バスバによるインダクタンスが正極と負極の逆向きの電流により相殺され、バスバ全体のインダクタンスの低減がなされる。その結果、電解コンデンサＣ２、Ｃ３のリップル電流が低減され、発熱を低減することができる。

（１２）電解コンデンサＣ３とバスバを接続するとき、電解コンデンサＣ３の端子Ｃ３ＮＴとバスバの突出状の接続部２３０ＢＮＮ２を接続し、電解コンデンサＣ３の端子Ｃ３ＮＴとバスバの突出状の接続部２３０ＢＮＮ２は積層するように設けられ、流れる電流の向きがお互いに逆向きになるように接続されるようにした。これにより、接続部２３０ＢＮＮ２とこの接続部２３０ＢＮＮ２と対向する端子Ｃ３ＮＴには逆向きの電流が流れ、接続部２３０ＢＮＮ２と端子Ｃ３ＮＴにおけるインダクタンスが相殺される。その結果、電解コンデンサＣ３の端子からバスバに接続される経路におけるインダクタンスが低減され、発熱が低減される。

また、バスバ２３０ＢＮＮや、バスバ２３０ＢＮＮの一部２３０ＢＮＮ１や、電解コンデンサＣ３などが樹脂モールドされていても、電解コンデンサＣ３とバスバとを樹脂モールドされていないところで溶接により接続するだけでよく、作業性のよい簡単な工程でインダクタンスの低減および発熱の低減が達成できる。電解コンデンサＣ２も同様である。

（１３）ＤＣ導体モジュール２３０は、バッテリＢＡからの直流電流を平滑するための電解コンデンサＣ２、Ｃ３を備え、電解コンデンサＣ２、Ｃ３は円筒状をなし、電解コンデンサＣ２、Ｃ３の円筒中心軸とモータの軸方向とが一致し、かつ、電解コンデンサＣ２、Ｃ３の正負の端子を有する側の円筒端部がパワーモジュール側に位置するように設けられるようにした。これにより、電解コンデンサＣ２、Ｃ３とパワーモジュール２１０間の配線が短くなり、インダクタンスが低減でき、その結果発熱の低減になる。また、モータ制御装置２００の上下方向の高さが押さえられ小型化が実現される。

なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態における構成に何ら限定されない。

本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の構造を示す分解斜視図 モータ制御装置２００を上下逆向きにして、モータ１００との接続を示した斜視図 モータ制御装置２００とモータとの位置関係を横から見た図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュールの構造を示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のＤＣ導体モジュールのバスバと実装部品を上から見た図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールの構造を示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールとＤＣ導体モジュールおよびＡＣ導体モジュールとの接続を示す断面図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のパワーモジュールの配線パターンのレイアウト構造を示す上面図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の回路構成を示す回路図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置の制御モジュールとリードフレームの接続時の組立構造を示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置のモータ制御装置とモータを示す斜視図 本発明の一実施形態による電動パワーステアリング用制御装置を用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図 電解コンデンサとバスバの接続の様子を示す斜視図 電解コンデンサとバスバの接続の様子を示す側面図 他のノイズ対策構成を示す回路図 他のノイズ対策構成を示す回路図 他のノイズ対策構成を示す回路図 他のノイズ対策構成を示す回路図

符号の説明

１００・・・モータ、１５６・・・レゾルバ、２００・・・モータ制御装置、ＳＴ・・・ステアリング、ＲＯ・・・ロッド、ＳＴＧ・・・マニュアルステアリングギア、ＴＲ１・・・タイロッド、ＴＲ２・・・タイロッド、ＷＨ１・・・車輪、ＷＨ２・・・車輪、ＧＥ・・・ギア、ＴＳ・・・トルクセンサ、ＢＡ・・・バッテリ、２１０・・・パワーモジュール、ＳＳＷ・・・半導体スイッチング素子、ＣＣ１・・・セラミックコンデンサ、ＣＣ２・・・セラミックコンデンサ、ＣＣ３・・・セラミックコンデンサ、ＲＹ２・・・リレー、ＲＹ３・・・リレー、ＤＲ１・・・シャント抵抗、ＤＲ２・・・シャント抵抗、ＤＲ３・・・シャント抵抗、ＤＲ４ ・・・シャント抵抗、２２０・・・制御モジュール、２２０Ｃ ・・・信号コネクタ、２２２・・・ＣＰＵ、２２４・・・ドライバ回路、２２４Ａ・・・カスタムＩＣ（ＡＳＩＣ）、ＡＰ１・・・増幅器、ＡＰ２・・・増幅器、ＡＰ３・・・増幅器、ＡＰ４ ・・・増幅器、２３０・・・ＤＣ導体モジュール、２３０Ｂ・・・バスバ、２３０ＢＰ・・・パワーリードフレーム、２３０ＢＮ・・・パワーリードフレーム、２３１・・・ＡＣ導体モジュール、２３１Ｂ・・・バスバ、２３１ＢＵ・・・パワーリードフレーム、２３１ＢＶ・・・パワーリードフレーム、２３１ＢＷ・・・パワーリードフレーム、２３０ＰＣ ・・・電源コネクタ２３０ＰＣ、２３０ＬＦ ・・・リードフレーム、２３１ＳＣ・・・モータ端子台、ＳＬＦ ・・・信号用リードフレーム、２３０ＢＤＣ ・・・パワーリードフレーム、２３０ＢＡＣ ・・・パワーリードフレーム、Ｃ１・・・電解コンデンサ、Ｃ２・・・電解コンデンサ、Ｃ３・・・電解コンデンサ、ＲＹ１・・・リレー、ＮＦ・・・ノーマルフィルタ、２４０・・・金属製筐体、２３０ＢＰＰ・・・Ｐ側バスバ、ＢＡＰ・・・Ｐ側ハーネス、ＢＡＮ・・・Ｎ側ハーネス、２３０ＢＮＮ・・・Ｎ側バスバ、ＬＳ・・・下アーム側ソース端子、ＨＳ・・・上アーム側ソース端子、ＣＦ・・・コモンフィルタ実装位置、２２５Ｐ・・・Ｐ側電源配線、２２５Ｎ・・・Ｎ側電源配線、２２５ＧＳ・・・ＰＣＢ制御グラウンド、ＧＰ・・・ゲート戻り線、２２５ＧＰ・・・ＰＣＢパワーグラウンド、２２６Ｄ・・・ダイオード、２２５ＧＧ・・・短絡用ネジ、２３０ＢＣ・・・短絡用ネジ、ＵＶＷ・・・三相線、１００Ｃ・・・寄生容量、ＣＳ・・・シャーシ、ＩＧＮ・・・イグニションライン、ＮＦ２・・・ノーマルコイル、１００Ｂ・・・電気的接続、２５０ ・・・カバー、ＪＬ ・・・ジャンパリード、ＭＰ ・・・金属ベース、ＨＣＧ ・・・熱伝導グリース、ＩＭ ・・・絶縁層、ＷＰ ・・・配線パターン、２４０Ｐ ・・・放熱面、２４０Ｔ・・・支柱、２４０Ｆ・・・フィン、２３０ＢＰＴ ・・・Ｐ側接続部、２３０ＢＮＴ ・・・Ｎ側接続部、Ａ１・・・エリア、Ａ２・・・エリア、１００Ｃ・・・寄生容量、ＴＣＣ・・・容量、ＴＳＣ・・・シールドケーブル、ＴＳＬ・・・トルクセンサライン、ＦＣ・・・フェライトコア、ＴＣＲ・・・ダンピング抵抗、２２５Ｃ・・・セラミックコンデンサ

Claims (15)

1. 複数のスイッチング素子を含んで構成され、当該複数のスイッチング素子のスイッチング動作によって直流電流を交流電流に変換するパワー基板と、
   ステアリングトルクを発生する電動機に前記交流電流を伝達するための出力端子と、
   前記パワー基板と前記出力端子とを電気的に接続するための導体と、
   前記パワー基板と前記導体を収納し、かつ前記出力端子を保持する金属製筐体と、
   前記金属製筐体に接続される金属製カバーであって、前記金属製筐体に接続されたとき前記出力端子と対向し前記出力端子をカバーするように形成された金属製カバーとを備え、
   前記出力端子は、前記金属製筐体が電動機側筐体を一体に保持したときに前記金属製筐体にカバーされない位置に配置され、
   前記金属製カバーは、前記金属製筐体が前記電動機側筐体を一体に保持したときに前記金属製筐体にカバーされない前記出力端子をカバーすることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記出力端子は、ネジによって前記電動機側の端子と接続され、
   前記金属製カバーは、前記出力端子及び前記ネジと対向するように保持されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記金属製筐体は、前記電動機を収納する電動機側金属製筐体に一体に保持するための金属製保持部を備え、
   前記金属製保持部は、前記金属製カバーと前記金属製筐体との接続部の側部に形成されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記パワー基板の前記スイッチング素子を実装する面とは反対の面側に設けられた放熱部材を備え、
   前記放熱部材は、前記パワー基板側と接する面とは反対側に放熱フィンを有することを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   電源から直流電流が供給され、該直流電流を前記スイッチング素子に供給する直流電流系導体部をさらに備え、
   前記直流電流系導体部は、前記パワー基板の側部に設けられることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
6. 請求項５に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記直流電流系導体部は、前記パワー基板の側部かつ前記放熱部材上に設けられることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
7. 請求項５に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記直流電流系導体部は、前記パワー基板を挟んで前記金属製保持部の反対側に設けられることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
8. 請求項６に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記直流電流系導体部は、前記放熱部材と接する面とは反対側にバッテリ電源と接続するための第１のコネクタを有することを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
9. 請求項８に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
   前記直流電流系導体部の前記第１のコネクタは、前記電動機の軸方向の端部より外側に設けられていることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記スイッチング素子に制御信号を伝達し、該スイッチング素子のスイッチングを制御する制御基板をさらに備え、
    前記制御基板は、前記パワー基板と保持される前記電動機との間に位置するように設けられ、前記直流電流系導体部と少なくとも一部が重なり合うように設けられていることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
11. 請求項１０に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記制御基板は、前記電動パワーステアリング用制御装置外部からの信号を入出力する第２のコネクタを、前記電動機側の面に有することを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
12. 請求項１１に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記制御基板の前記第２のコネクタは、前記電動機の軸方向の端部より外側に設けられていることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
13. 請求項５に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記直流電流系導体部は、前記電源からの直流電流を平滑するための電解コンデンサと、前記電解コンデンサと接続する板状導体を備え、
    前記電解コンデンサの正極側の電流が流れる板状導体と前記電解コンデンサの負極側の電流が流れる板状導体とを積層するように設けることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
14. 請求項１３に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記電解コンデンサと前記板状導体を接続するとき、前記電解コンデンサの端子と前記板状導体の突出部を接続し、
    前記電解コンデンサの端子と前記板状導体の突出部は、積層するように設けられ、流れる電流の向きがお互いに逆向きになるように接続されることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
15. 請求項５に記載の電動パワーステアリング用制御装置において、
    前記直流電流系導体部は、前記電源からの直流電流を平滑するための電解コンデンサを備え、
    前記電解コンデンサは円筒状をなし、
    前記電解コンデンサの円筒中心軸と前記電動機の軸方向とが一致し、かつ、前記電解コンデンサの正負の端子を有する側の円筒端部が前記パワー基板側に位置するように設けられていることを特徴とする電動パワーステアリング用制御装置。
    

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