(57)【要約】【課題】回路構成を簡素化可能な電源システムを提供する。【解決手段】ｎ系統以上の回路部は、ｎ（ただしｎは２以上の整数）系統の電源のそれぞれに対応して接続される。共通グランドＧｃは、全ての回路部が共通して接続される。グランド配線部５は、共通グランドＧｃに設けられる（ｎ＋α）個の共通グランドノードＮＣ（１）〜ＮＣ（ｎ＋α）と、車両ボディ５００に設けられる（ｎ＋α）個のグランドプレーンノードＮＰ（１）〜ＮＰ（ｎ＋α）とを独立して結線する。これにより、系統ごとにグランドを分離することなく、簡素な構成にて、マルチポイント故障に耐えうる冗長回路を構成することができる。【選択図】  図１０
2020205663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ系統（ただし、ｎは２以上の整数）の電源（１９１、２９１）のそれぞれに対応して接続されるｎ系統以上の回路部（１０１、２０１）と、
全ての前記回路部が共通して接続される共通グランド（Ｇｃ）と、
前記共通グランドに設けられる（ｎ＋α）個（ただし、αは１以上の整数）の共通グランドノードと、グランドプレーン（５００）に設けられる（ｎ＋α）個のグランドプレーンノードとをノードごとに結線するグランド配線部（５）と、
を備える電源システム。
【請求項２】
前記共通グランドノードと前記グランドプレーンとは、コネクタ部（１０３、２０３、３０３）を経由して接続される請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記コネクタ部は、ノードごとに独立して設けられる請求項２に記載の電源システム。
【請求項４】
少なくとも１つの前記共通グランドノードは、前記回路部を保持する筐体（８３０）を経由して前記グランドプレーンと接続される請求項１に記載の電源システム。
【請求項５】
機能安全を保証するマルチポイント故障数をｍ（ただし、ｍ＜ｎ）とすると、前記グランドプレーンと前記共通グランドとの間の並列抵抗値は、（ｎ−ｍ）系統の合計の最低動作電流、および、共通グランド電位の最低値に基づいて設定される請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部電源が冗長化されたモータ制御装置が知られている。例えば特許文献１では、２つのＥＣＵには、個別の外部電源が、個別の電源グランド線を介してそれぞれ接続されており、モータの制御系統の構成とともに、外部電源の構成が冗長化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−４２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のように、グランドが系統ごとに分離されていると、グランド断線検出回路や、グランド断線時にグランド電流が正常系統に回り込むのを防ぐための電流制限回路等が必要であり、回路構成が複雑になる。
【０００５】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路構成を簡素化可能な電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電源システムは、ｎ系統以上の回路部（１０１、２０１）と、共通グランド（Ｇｃ）と、グランド配線部（５）と、を備える。回路部は、ｎ系統（ただし、ｎは２以上の整数）の電源（１９１、２９１）のそれぞれに対して接続される。共通グランドは、全ての回路部が共通して接続される。グランド配線部は、共通グランドに設けられる（ｎ＋α）個（ただし、αは１以上の整数）の共通グランドノードと、グランドプレーン（５００）に設けられる（ｎ＋α）個のグランドプレーンノードとをノードごとに結線する。これにより、系統ごとにグランドを分離することなく、簡素な構成にて、マルチポイント故障に耐えうる冗長回路を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態によるステアリングシステムの概略構成図である。
【図２】第１実施形態による駆動装置を示す回路図である。
【図３】第１実施形態による駆動装置を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態による駆動装置の平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】第１実施形態による基板のカバー面を示す模式図である。
【図７】第１実施形態による基板のモータ面を示す模式図である。
【図８】第１実施形態による基板の第２層を示す模式図である。
【図９】第１実施形態による基板の第３層を示す模式図である。
【図１０】第１実施形態による電源システムを示す模式図である。
【図１１】第１実施形態による電源システムの配線抵抗を示す説明図である。
【図１２】第２実施形態による駆動装置を示すブロック図である。
【図１３】第２実施形態による駆動装置の平面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】参考例による駆動装置を示すブロック図である。
【図１６】参考例による基板のカバー面を示す模式図である。
【図１７】参考例による基板のモータ面を示す模式図である。
【図１８】参考例による基板の第２層を示す模式図である。
【図１９】参考例による基板の第３層を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１実施形態）
以下、本発明による電源システムを図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【０００９】
第１実施形態を図１〜図１１に示す。電源システム１（図１０参照）は、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置８に適用される。図１は、電動パワーステアリング装置８を備えるステアリングシステム９０の構成を示す。ステアリングシステム９０は、操舵部材であるステアリングホイール９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、および、電動パワーステアリング装置８等を備える。
【００１０】
ステアリングホイール９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。ステアリングシャフト９２には、操舵トルクを検出するトルクセンサ９４が設けられる。トルクセンサ９４は、第１センサ部１９４および第２センサ部２９４を有しており、各々自身の故障検出ができるセンサが二重化されている。ステアリングシャフト９２の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結される。
【００１１】
運転者がステアリングホイール９１を回転させると、ステアリングホイール９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換される。一対の車輪９８は、ラック軸９７の変位量に応じた角度に操舵される。
【００１２】
電動パワーステアリング装置８は、駆動装置４０、および、減速ギア８９等を備える。駆動装置４０は、モータ８０、および、ＥＣＵ１０等を備える。動力伝達部である減速ギア８９は、モータ８０の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置８は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ８０の回転をラック軸９７に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。本実施形態では、ステアリングシャフト９２が「駆動対象」に対応する。
【００１３】
次に、駆動装置４０の電気的構成を図２に基づいて説明する。モータ８０は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、電源としてのバッテリ１９１、２９１から電力が供給されることにより駆動され、減速ギア８９を正逆回転させる。モータ８０は、３相ブラシレスモータであるが、３相ブラシレスモータ以外のものを用いてもよい。
【００１４】
モータ８０は、巻線組としての第１モータ巻線１８０および第２モータ巻線２８０を有する。モータ巻線１８０、２８０は電気的特性が同等であり、共通のステータ８４０（図４参照）に、互いに電気角３０［ｄｅｇ］ずらしてキャンセル巻きされる。これに応じて、モータ巻線１８０、２８０には、位相φが３０［ｄｅｇ］ずれた相電流が通電されるように制御される。通電位相差を最適化することで、出力トルクが向上する。また、６次のトルクリプルを低減することができ、騒音、振動の低減することができる。また、電流も分散されることで発熱が分散、平準化されるため、各センサの検出値やトルク等、温度依存の系統間誤差を低減可能であるとともに、通電可能な電流量を増やすことができる。なお、モータ巻線１８０、２８０はキャンセル巻線でなくてもよく、また、電気的特性は異なっていてもよい。
【００１５】
以下、第１モータ巻線１８０の通電制御に係る第１インバータ１２０および第１マイコン１５０等の組み合わせを第１系統Ｌ１、第２モータ巻線２８０の通電制御に係る第２インバータ２２０および第２マイコン２５０等の組み合わせを第２系統Ｌ２とする。また、第１系統Ｌ１に係る構成を主に１００番台で付番し、第２系統Ｌ２に係る構成を主に２００番台で付番する。また、第１系統Ｌ１および第２系統Ｌ２において、同様または類似の構成には、下２桁が同じとなるように付番し、第２系統Ｌ２の構成等に係る説明を適宜省略する。以下適宜、「第１」を添え字の「１」、「第２」を添え字の「２」として記載する。
【００１６】
第１モータ巻線１８０には、第１インバータ１２０が接続され、第１インバータ１２０を経由して、第１バッテリ１９１から電力が供給される。第１インバータ１２０は、第１モータ巻線１８０の電力を変換するものであって、６つのスイッチング素子１２１〜１２６を有する。本実施形態のスイッチング素子１２１〜１２６はＭＯＳＦＥＴであるが、ＩＧＢＴやサイリスタ等を用いてもよい、後述のモータリレー１３６〜１３８、電源リレー１４１、１４２も同様である。
【００１７】
スイッチング素子１２１〜１２３が高電位側に配置され、スイッチング素子１２４〜１２６が低電位側に配置される。対になるＵ相のスイッチング素子１２１、１２４の接続点にはＵ相コイル１８１の一端が接続され、対になるＶ相のスイッチング素子１２２、１２５の接続点にはＶ相コイル１８２の一端が接続され、対になるＷ相のスイッチング素子１２３、１２６の接続点にはＷ相コイル１８３の一端が接続される。
【００１８】
第１インバータ１２０の低電位側には、第１電流検出部１３０が設けられる。第１電流検出部１３０は、各相に設けられる電流検出素子１３１〜１３３を有する。本実施形態の電流検出素子１３１〜１３３は、シャント抵抗であるが、ホール素子等としてもよく、また、検出部の位置も高電圧側や負荷（すなわち第１モータ巻線１８０）側であってもよい。
【００１９】
第１インバータ１２０と第１モータ巻線１８０との間には、モータリレー部１３５が設けられ、スイッチング素子１２１〜１２６と、コイル１８１〜１８３との間の断接を切替可能である。詳細には、Ｕ相のスイッチング素子１２１、１２４とＵ相コイル１８１との間にモータリレー１３６が設けられ、Ｖ相のスイッチング素子１２２、１２５とＶ相コイル１８２との間にモータリレー１３７が設けられ、Ｗ相のスイッチング素子１２３、１２６とＷ相コイル１８３との間にモータリレー１３８が設けられる。モータリレー１３６〜１３８は、メカリレーであってもいいし、半導体リレー（例えばＭＯＳＦＥＴ）構成でもよい。更には、故障時にシステム上、回生ブレーキモードが許容されるのであれば、モータリレーは無くてもよい。
【００２０】
第１バッテリ１９１の正極と第１インバータ１２０の高電位側とを接続する高電位側配線Ｌｐ１には、電源リレー１４１、１４２が設けられる。電源リレー１４１、１４２を、ＭＯＳＦＥＴのように寄生ダイオードを有する素子で構成する場合、寄生ダイオードの向きが逆向きとなるように２つの素子を直列に接続することが望ましい。これにより、バッテリ１９１が誤って逆向きに接続された場合に、逆向きの電流が流れるのを防ぐことができる。電源リレー１４１、１４２は、メカリレーであってもよい。
【００２１】
コイル１４５は、第１バッテリ１９１と電源リレー１４１との間に設けられる。コンデンサ１４６は、正極が第１バッテリ１９１とコイル１４５との間に接続され、負極が共通グランドＧｃに接続される。コイル１４５およびコンデンサ１４６は、フィルタ回路を構成し、第１バッテリ１９１を共有する他の装置から伝わるノイズを低減するとともに、駆動装置４０から第１バッテリ１９１を共有する他の装置に伝わるノイズを低減する。図３等では、コイル１４５およびコンデンサ１４６をまとめて「ＦＬＴ」と記載し、「１４５、１４６」と付番する。コンデンサ１４７は、正極が電源リレー１４２と第１インバータ１２０との間に接続され、負極が共通グランドＧｃに接続される。コンデンサ１４７は、電荷を蓄えることで、第１インバータ１２０へ供給される電力を平滑化する。
【００２２】
第２モータ巻線２８０には、第２インバータ２２０が接続され、第２インバータ２２０を経由して、第２バッテリ２９１から電力が供給される。第２インバータ２２０は、スイッチング素子２２１〜２２６を有する。第２インバータ２２０の低電位側には、電流検出素子２３１〜２３３を有する第２電流検出部２３０が設けられる。また、第２インバータ２２０と第２モータ巻線２８０との間には、モータリレー２３６〜２３８を有するモータリレー部２３５が設けられる。
【００２３】
第２バッテリ２９１の正極と第２インバータ２２０の高電位側とを接続する高電位側配線Ｌｐ２には、電源リレー２４１、２４２が設けられる。コイル２４５は、第２バッテリ２９１と電源リレー２４１との間に設けられる。コンデンサ２４６は、正極が第２バッテリ２９１とコイル２４５との間に接続され、負極が共通グランドＧｃに接続される。また、コンデンサ２４７は、正極が電源リレー２４２と第２インバータ２２０との間に接続され、負極が共通グランドＧｃに接続される。各部品の機能等の詳細は、第１系統と同様であり、図３等では、フィルタ回路を構成するコイル２４５およびコンデンサ２４６をまとめて「ＦＬＴ」と記載し、「２４５、２４６」と付番する。
【００２４】
図３に示すように、ＥＣＵ１０は、第１回路部１０１および第２回路部２０１を備える。第１回路部１０１は、第１車両通信回路１１１、第１トルクセンサ入力回路１１２、第１インバータ１２０、第１電流検出部１３０、第１角度検出部１３４、第１モータリレー部１３５、第１電源リレー１４１、１４２、第１マイコン１５０、第１ドライバ回路１５６、第１回路電源１５７等を有する。第２回路部２０１は、第２車両通信回路２１１、第２トルクセンサ入力回路２１２、第２インバータ２２０、第２電流検出部２３０、第２角度検出部２３４、第２モータリレー部２３５、第２電源リレー２４１、２４２、第２マイコン２５０、第２ドライバ回路２５６、第２回路電源２５７等を有する。
【００２５】
ＥＣＵ１０には、第１コネクタ１０３、第２コネクタ２０３、および、第３コネクタ３０３が設けられる。第１コネクタ部１０３には、第１電源端子１０５、第１グランド端子１０６、第１ＩＧ端子１０７、第１通信端子１０８、および第１トルク端子１０９が設けられる。第１ＩＧ端子１０７、第１通信端子１０８、および第１トルク端子１０９を、第１制御端子１１０（図４参照）とする。
【００２６】
第１電源端子１０５は、図示しないヒューズを経由して第１バッテリ１９１に接続される。第１電源端子１０５を経由して第１バッテリ１９１の正極から供給された電力は、フィルタ１４５、１４６、電源リレー１４１、１４２、インバータ１２０、および、モータリレー部１３５を経由して、第１モータ巻線１８０に供給される。第１グランド端子１０６は、ＥＣＵ１０内の共通グランドＧｃおよびグランドプレーンＧｐと接続される。本実施形態のグランドプレーンＧｐは、車両ボディ５００（図１０参照）である。
【００２７】
本実施形態では、第１グランド端子１０６とグランドプレーンＧｐとを１本のワイヤハーネスで接続するが、例えば電流容量等に応じ、第１グランド端子１０６とグランドプレーンＧｐとを、複数のワイヤハーネスを並列に接続してもよい。後述の第２グランド端子２０６とグランドプレーンＧｐとの接続、および、第３グランド端子３０６とグランドプレーンＧｐとの接続についても同様である。
【００２８】
第１ＩＧ端子１０７は、イグニッションスイッチ等である車両の始動スイッチと連動してオンオフ制御される第１スイッチを経由して第１バッテリ１９１の正極と接続される。第１ＩＧ端子１０７を経由して第１バッテリ１９１から供給され、電力、もしくは起動信号として、第１カスタムＩＣ１５５（図７参照）に供給される。第１カスタムＩＣ１３５には、第１ドライバ回路１５６、第１回路電源１５７、図示しないマイコン監視モニタ、および、図示しない電流モニタアンプ等が含まれる。
【００２９】
第１通信端子１０８は、第１車両通信回路１１１および第１車両通信網１９５に接続される。第１車両通信網１９５と第１マイコン１５０とは、第１車両通信回路１１１を経由して、送受信が可能に接続される。また、第１車両通信網１９５と第２マイコン２５０とは、受信のみ可能に接続され、第２回路部２０１が故障しても、第１マイコン１５０を含む第１車両通信網１９５に影響がないように構成される。また、第１マイコン１５０、もしくは第２マイコン２５０のどちらか、もしくは両方にて、通信ラインの故障が検出可能に構成される。なお、第２マイコン２５０との受信は、マイコン間通信に用いられる信号線３５１を介して行ってもよい。その場合、直接の情報でなく、処理後の情報の送信であってもよい。
【００３０】
第１トルク端子１０９は、トルクセンサ９４の第１センサ部１９４と接続される。第１センサ１９４の検出値は、第１トルク端子１０９および第１トルクセンサ入力回路１１２を経由して、第１マイコン１５０に入力される。ここで第１センサ部１９４および第１マイコン１５０は、トルクセンサ入力回路系の故障を検出可能に構成される。
【００３１】
第２コネクタ部２０３には、第２電源端子２０５、第２グランド端子２０６、第２ＩＧ端子２０７、第２通信端子２０８、および第２トルク端子２０９が設けられる。第２ＩＧ端子２０７、第２通信端子２０８、および第２トルク端子２０９を、第２制御端子２１０（図４参照）とする。第２電源端子２０５は、図示しないヒューズを経由して第２バッテリ２９１の正極に接続される。第２電源端子２０５を経由して第２バッテリ２９１から供給された電力は、フィルタ２４５、２４６、電源リレー２４１、２４２、インバータ２２０、および、モータリレー部２３５を経由して、第２モータ巻線２８０に供給される。第２グランド端子２０６は、ＥＣＵ１０内の共通グランドＧｃおよびグランドプレーンＧｐと接続される。本実施形態のグランドプレーンＧｐは、車両ボディ５００（図１０参照）である。
【００３２】
第２ＩＧ端子２０７は、車両の始動スイッチと連動してオンオフ制御される第２スイッチを経由して第２バッテリ２９１の正極と接続される。第２ＩＧ端子２０７を経由して第２バッテリ２９１から供給され、電力、もしくは起動信号として、第２カスタムＩＣ２５５（図７参照）に供給される。第２カスタムＩＣ２５５には、第２ドライバ回路２５６、第２回路電源２５７、図示しないマイコン監視モニタ、および、図示しない電流モニタアンプ等が含まれる。
【００３３】
第２通信端子２０８は、第２車両通信回路２１１および第２車両通信網２９５に接続される。第２車両通信網２９５と第２マイコン２５０とは、第２車両通信回路２１１を経由して、送受信が可能に接続される。また、第２車両通信網２９５と第１マイコン１５０とは、受信のみ可能に接続し、第１回路部１０１が故障しても、第２マイコン２５０を含む第２車両通信網２９５に影響がないように構成される。また、第１マイコン１５０、もしくは第２マイコン２５０どちらか、もしくは両方にて、通信ラインの故障が検出可能に構成される。なお、第１マイコン１５０との受信は、マイコン間通信に用いられる信号線３５２を介して行ってもよい。その場合、直接の情報でなく、処理後の情報の送信であってもよい。
【００３４】
第２トルク端子２０９は、トルクセンサ９４の第２センサ部２９４と接続される。第２センサ２９４の検出値は、第２トルク端子２０９および第２トルクセンサ入力回路２１２を経由して、第２マイコン２５０に入力される。ここで第２センサ部２９４および第１マイコン１５０は、トルクセンサ入力回路系の故障を検出可能に構成される。
【００３５】
図３では、通信端子１０８、２０８は、それぞれ別途の車両通信網１９５、２９５に接続されているが、同一の車両通信網に接続されてもよい。また、図３では、車両通信網１９５、２９５として、ＣＡＮ（Controller Area Network）を例示しているが、ＣＡＮ−ＦＤ（ＣＡＮ with Flexible Data rate）やＦｌｅｘＲａｙ等、どのような規格のものでもよい。
【００３６】
第３コネクタ部３０３には、第３グランド端子３０６が設けられる。第３グランド端子３０６は、ＥＣＵ１０内の共通グランドＧｃおよびグランドプレーンＧｐと接続される。グランド端子１０６、２０６、３０６は、それぞれ、車両ボディ５００の別のノードに接続される。換言すると、共通グランドＧｃの異なる３つのノードは、それぞれ独立したコネクタ部１０３、２０３、３０３を経由して、グランドプレーン上の異なるノードに接続される。
【００３７】
第１電流検出部１３０は、第１モータ巻線１８０の電流を検出する。第１電流検出部１３０の検出値は、カスタムＩＣ１５５内の増幅回路にて増幅され、第１マイコン１５０に出力される。第２電流検出部２３０は、第２モータ巻線２８０の電流を検出する。第２電流検出部２３０の検出値は、カスタムＩＣ２５５内の増幅回路にて増幅され、第２マイコン２５０に出力される。
【００３８】
第１角度検出部１３４は、モータ８０の回転角を検出し、検出値を第１マイコン１５０に出力する。第２角度検出部２３４は、モータ８０の回転角を検出し、検出値を第２マイコン２５０に出力する。第１角度検出部１３４および第１マイコン１５０は、自系統の角度センサ入力回路系の故障を検出可能に構成される。また、第２角度検出部２３４および第２マイコン２５０は、自系統の角度センサ入力回路系の故障を検出可能に構成される。
【００３９】
マイコン１５０、２５０は、内部にはいずれも図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及び、これらの構成を接続するバスライン等を備えている。マイコン１５０、２５０における各処理は、ＲＯＭ等の実体的なメモリ装置（すなわち、読み出し可能非一時的有形記録媒体）に予め記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することによるソフトウェア処理であってもよいし、専用の電子回路によるハードウェア処理であってもよい。ここで、マイコン１５０、２５０には、例えばロックドステップデュアルマイコン等を使用し、各々の自身の故障が検出されるように構成される。
【００４０】
第１マイコン１５０は、スイッチング素子１２１〜１２６のオンオフ作動を制御することで、第１モータ巻線１８０の通電を制御する。詳細には、第１マイコン１５０からの制御信号が第１ドライバ回路１５６に出力され、第１ドライバ回路１５６からの駆動信号が各素子に出力されることで、オンオフ作動が制御される。モータリレー１３６〜１３８および電源リレー１４１、１４２も同様である。
【００４１】
第２マイコン２５０は、スイッチング素子２２１〜２２６のオンオフ作動を制御することで、第２モータ巻線２８０の通電を制御する。詳細には、第２マイコン２５０からの制御信号が第２ドライバ回路２５６に出力され、第２ドライバ回路２５６からの駆動信号が各素子に出力されることで、オンオフ作動が制御される。これにより、モータ８０の駆動は、マイコン１５０、２５０によって制御される。モータリレー２３６〜２３８および電源リレー２４１、２４２も同様である。
【００４２】
第１マイコン１５０は、モータリレー１３５および電源リレー１４１、１４２のオンオフ作動を制御する。第１マイコン１５０および第１カスタムＩＣ１５５は、自系統である第１系統Ｌ１の異常を監視し、自系統を停止すべき異常が生じた場合、第１インバータ１２０、第１モータリレー部１３５、および、第１電源リレー１４１、１４２の少なくとも１つをオフにする。ここで、第１インバータ１２０、第１モータリレー部１３５および第１電源リレー１４１、１４２を「自系統異常時停止回路」とする。
【００４３】
第２マイコン２５０は、モータリレー２３５および電源リレー２４１、２４２のオンオフ作動を制御する。第２マイコン２５０および第２カスタムＩＣ２５５は、自系統である第２系統Ｌ２の以上を監視し、自系統を停止すべき異常が生じた場合、第２インバータ２２０、第２モータリレー部２３５、および、電源リレー２４１、２４２の少なくとも１つをオフにする。ここで、第２インバータ２２０、第２モータリレー部２３５および第２電源リレー２４１、２４２を「自系統異常時停止回路」とする。
【００４４】
第１マイコン１５０は、第２系統Ｌ２にて異常を検出したときに停止される自系統異常時停止回路、または、信号線３５２のうちの少なくとも１つを監視することで、第２系統Ｌ２の動作状態を監視する。本実施形態では、第２ドライバ回路２５６から電源リレー２４１、２４２に出力される第２リレーゲート信号Ｖｒｇ２に基づいて電源リレー２４１、２４２の状態を監視することで、第２系統Ｌ２が非常停止しているか否かを監視する。
【００４５】
第２マイコン２５０は、第１系統Ｌ１にて異常を検出したときに停止される自系統異常時停止回路、または、信号線３５１のうちの少なくとも１つを監視することで、第１系統Ｌ１の動作状態を監視する。本実施形態では、第１ドライバ回路１５６から第１電源リレー１４１、１４２に出力される第１リレーゲート信号Ｖｒｇ１に基づいて第１電源リレー１４１、１４２の状態を監視することで、第１系統Ｌ１が非常停止しているか否かを監視する。
【００４６】
リレーゲート信号に替えて、２つの電源リレー素子の中間電圧、制御部から出力されるリレー駆動信号、または、電源リレーとインバータとの間のリレー後電圧に基づいて他系統監視を行ってもよい。
【００４７】
第１マイコン１５０と第２マイコン２５０とは、信号線３５１、３５２で接続され、マイコン間通信にて相互に情報を送受信可能である。信号線３５１は、第１マイコン１５０が出力側、第２マイコン２５０が入力側であり、信号線３５２は、第２マイコン２５０が出力側、第１マイコン１５０が入力側である。
【００４８】
図４および図５に示すように、駆動装置４０は、モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体的に設けられており、いわゆる「機電一体型」であるが、モータ８０とＥＣＵ１０とは別途に設けられていてもよい。ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力軸とは反対側において、シャフト８７０の軸に対して同軸に配置されている。ＥＣＵ１０は、モータ８０の出力軸側に設けられていてもよい。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ＥＣＵ１０とモータ８０とを効率的に配置することができる。
【００４９】
モータ８０は、ステータ８４０、ロータ８６０、および、これらを収容するモータケース８３０等を備える。ステータ８４０は、モータケース８３０に固定されており、モータ巻線１８０、２８０が巻回される。ロータ８６０は、ステータ８４０の径方向内側に設けられ、ステータ８４０に対して相対回転可能に設けられる。
【００５０】
シャフト８７０は、ロータ８６０に嵌入され、ロータ８６０と一体に回転する。シャフト８７０は、軸受８３６、８３７により、モータケース８３０に回転可能に支持される。シャフト８７０のＥＣＵ１０側の端部は、モータケース８３０からＥＣＵ１０側に突出する。シャフト８７０のＥＣＵ１０側の端部には、図示しないマグネットが設けられる。
【００５１】
モータケース８３０は、有底筒状のケース本体８３１、および、リアフレームエンド８３５を有する。ケース本体８３１は、底部が出力端８７１側、開口がＥＣＵ１０側となるように配置される。ケース本体８３１には、底部側にて径方向外側に突出する複数の突出部８３２が形成される。突出部８３２には、図示しない孔部が形成され、ねじ等である固定部材８８１が挿通される。固定部材８８１は、減速ギア８９の図示しないギアボックスに螺着される。これにより、モータケース８３０とギアボックスとが固定される。
【００５２】
リアフレームエンド８３５は、ケース本体８３１の開口に挿入され、圧入固定される。リアフレームエンド８３５には、図示しないモータ線挿通孔が形成される。モータ巻線１８０、２８０は、リアフレームエンド８３５とは絶縁された状態にてモータ線挿通孔に挿通されてＥＣＵ１０側に取り出され、基板４７０と接続される。
【００５３】
ＥＣＵ１０は、コネクタユニット４６０、カバー４６５、基板４７０、および、基板４７０に実装される各種電子部品等を備える。コネクタユニット４６０は、コネクタ本体４６１、および、脚部４６２を有する。コネクタ本体４６１には、コネクタ部１０３、２０３、３０３が設けられる。なお、図５において、コネクタ端子の記載を省略した。脚部４６２は、コネクタ本体４６１からモータ８０側に延びて形成され、基板４７０と当接する。コネクタユニット４６０は、脚部４６２に挿通されるスルーボルトである固定部材８８２により、基板４７０を挟んでリアフレームエンド８３５に固定される。
【００５４】
カバー４６５は、略有底筒状に形成され、底部にコネクタ本体４６１が挿入される孔部４６６が形成される。孔部４６６の外縁には、コネクタユニット４６０の溝部に挿入される突起部４６７が形成される。カバー４６５は、コネクタユニット４６０がリアフレームエンド８３５に組み付けられた状態にて、モータ８０と反対側から被せられ、筒部の先端がケース本体８３１とリアフレームエンド８３５の間に挿入され、突起部４６７がコネクタユニット４６０の溝部に挿入され、接着剤等である図示しないシール部材により固定される。
【００５５】
基板４７０は、例えばプリント基板であり、リアフレームエンド８３５に固定される。基板４７０には、２系統分の電子部品が系統ごとに独立して実装されており、完全冗長構成をなしている。本実施形態では、１枚の基板４７０に電子部品が実装されているが、複数枚の基板に電子部品を実装するようにしてもよい。
【００５６】
本実施形態では、基板４７０は、４層基板であり、モータ８０と反対側の主面をカバー面４７１、モータ８０側の主面をモータ面４７４とする。また、カバー面４７１側を第１層、モータ面４７４側を第４層とし、間に第２層４７２および第３層４７３が設けられる。カバー面４７１を図６、モータ面４７４を図７、第２層４７２を図８、第３層４７３を図９に示す。図６のカバー面４７１、および、図８の第２層４７２は、モータ８０とは反対側から見た図であって、紙面左側が第１系統領域Ｅ１、紙面右側が第２系統領域Ｅ２である。図７のモータ面４７４、および、図９の第３層４７３は、モータ８０側から見た図であり、紙面右側が第１系統領域Ｅ１、紙面左側が第２系統領域Ｅ２である。
【００５７】
第１系統Ｌ１の部品は第１系統領域Ｅ１に実装され、第２系統Ｌ２の部品は第２系統領域Ｅ２に実装される。また、図６〜図９において、共通グランドパターンＧｃを梨地、高電位側配線Ｌｐ１、Ｌｐ２に対応する配線パターンを斜線のハッチングで示した。なお、煩雑になることを避けるため、一部の部品や信号配線等の記載は省略した。
【００５８】
図６に示すように、カバー面４７１には、コイル１４５、２４５、コンデンサ１４６、１４７、２４６、２４７、および、マイコン１５０、２５０が実装される。本実施形態では、コンデンサ１４７、２４７が各系統領域の中央付近に配置され、コンデンサ１４７、２４７の一方側にコイル１４５、２４５およびコンデンサ１４６、２４６、他方側にマイコン１５０、２５０が配置される。
【００５９】
図７に示すように、モータ面４７４には、インバータ１２０、２２０、電流検出部１３０、２３０、モータリレー１３５、２３５、電源リレー１４１、１４２、２４１、２４１、および、カスタムＩＣ１５５、２５５が実装される。なお、煩雑になることを避けるため、素子個別の符号を省略した。
【００６０】
インバータ１２０、２２０は、概ねコンデンサ１４７、２４７の裏側に実装され、カスタムＩＣ１５５、２５５は、概ねマイコン１５０、２５０の裏側に実装される。また、領域分割線ＥＤ側から基板４７０の外縁に向かい、高電位側のスイッチング素子１２１〜１２３、２２１〜２２３、低電位側のスイッチング素子１２４〜１２６、２２４〜２２６、電流検出素子１３１〜１３３、２３１〜２３３、モータリレー１３６〜１３８、２３６〜２３８の順で配列される。また、インバータ１２０、２２０の高電位側の素子のカスタムＩＣ１５５、２５５と反対側には、電源リレー１４１、１４２が配置される。
【００６１】
また、モータ面４７４の略中央であって、シャフト８７０と対向する位置には、回転角センサ３３４が実装される。回転角センサ３３４は、領域分割線ＥＤを跨いで実装される。回転角センサ３３４には、内部にて電気的に独立した状態にて角度検出部１３４、２３４が含まれる。図７では、角度検出部１３４、２３４が１つのパッケージとなっているが、別々のパッケージとしてもよい。
【００６２】
本実施形態では、基板４７０において、各種電子部品が実装される外側であって、基板４７０の外縁に沿う領域を、外側領域とする。図６〜図９に示すように、モータ線接続部１７１、２７１は、領域分割線ＥＤを挟んで両端側の外側領域に、領域分割線ＥＤと略平行に形成される。モータ線接続部１７１、２７１には、それぞれ、モータ巻線１８０、２８０が相毎に接続される。
【００６３】
制御端子接続領域ＥＳは、マイコン１５０、２５０およびカスタムＩＣ１５５、２５５が配置される側の外側領域において、第１系統領域Ｅ１および第２系統領域Ｅ２に跨がって設けられる。制御端子接続領域ＥＳにおいて、第１系統領域Ｅ１には第１制御端子接続部１７２が設けられ、第２系統領域Ｅ２には第２制御端子接続部２７２が設けられる。第１制御端子接続部１７２には、第１制御端子１１０が接続される。第２制御端子接続部２７２には、第２制御端子２１０が接続される。
【００６４】
パワー端子接続領域ＥＰは、制御端子接続領域ＥＳと基板中心を挟んで反対側の外側領域であって、コイル１４５、２４５およびコンデンサ１４６、２４６の外側において、第１系統領域Ｅ１および第２系統領域Ｅ２に跨がって設けられる。パワー端子接続領域ＥＰにおいて、第１系統領域Ｅ１には、第１電源端子接続部１７５、第１グランド端子接続部１７６が形成され、第２系統領域Ｅ２には、第２電源端子接続部２７５、第２グランド端子接続部２７６が形成される。また、パワー端子接続領域ＥＰにおいて、第３グランド端子接続部３７６が、第１系統領域Ｅ１と第２系統領域Ｅ２とに跨がって形成される。第１電源端子接続部１７５には第１電源端子１０５、第１グランド端子接続部１７６には第１グランド端子１０６、第２電源端子接続部２７５には第２電源端子２０５、第２グランド端子接続部２７６には第２グランド端子２０６、第３グランド端子接続部３７６には第３グランド端子３０６が接続される。なお、説明のため、図８および図９に、電源端子およびグランド端子を破線で記載した。
【００６５】
本実施形態では、第１系統Ｌ１および第２系統Ｌ２は、共通グランドＧｃに接続されている。そのため、図９に示すように、グランドパターンを系統ごとに分離する必要がなく、共通グランドＧｃは、第１系統領域Ｅ１および第２系統領域Ｅ２に跨がって、単一パターンで形成可能である。
【００６６】
基板４７０には、筐体接続部１７７、２７７が形成される。本実施形態では、筐体接続部１７７、２７７は、２つずつであるが、筐体接続部１７７、２７７の数は任意であり、個数が系統ごとに異なっていてもよい。筐体接続部１７７、２７７には、ねじ等である固定部材８８２（図５参照）が挿通され、固定部材８８２により、基板４７０がリアフレームエンド８３５に固定される。本実施形態では、カバー面４７１およびモータ面４７４において、筐体接続部１７７、２７７の外縁に沿って、共通グランドＧｃが露出している。ここで、固定部材８８２として導電性を有するものを用いることで、共通グランドＧｃとモータケース８３０とが電気的に接続される。これにより、駆動装置４０の外部に漏れ出すノイズを低減することができる。
【００６７】
ここで、グランドが系統ごとに分離されている参考例を図１５〜図１９に示す。図１５は、図３に対応するブロック図であり、図１６〜図１９は、図６〜図９に対応しており、図１６がカバー面４７１、図１７がモータ面４７４、図１７が第２層４７２、図１９が第３層４７３を示す。
【００６８】
参考例による駆動装置４９のＥＣＵ１９のように、第１系統グランドＧ１と第２系統グランドＧ２とが分離されている場合、グランド浮きやグランド断線等によりグランド電位に系統間で差が生じると、信号線３５１、３５２を経由した回り込み電流により、回路部品の故障等が発生する虞がある。そのため、グランド異常を検出するための回路や、回り込み電流を低減するためのフォトカプラ等の系統間通信用インターフェース回路３９１等を設ける必要がある。また、モータ巻線１８０、２８０の相互インダクタンスや線間容量が媒介して発生するエミッション高周波電磁ノイズ対策のために、系統間接続コンデンサ３９２や、筐体グランド接続コンデンサ１９７、２９７などの部品を追加する必要があり、部品点数が多くなったり、基板実装面での制約が生じたりする虞がある。
【００６９】
そこで本実施形態では、全ての系統をＥＣＵ１０内にて共通グランドＧｃに接続し、共通グランドＧｃとグランドプレーンＧｐとを、電源系統数より多いノードで接続することで冗長グランドを取っている。図１０および図１１は、ｎ系統の冗長システムを模式的に示す図である。ｎ系統の冗長電源ＶＢ（１）〜ＶＢ（ｎ）は、ｎ系統以上の冗長回路ＳＹＳ（１）〜ＳＹＳ（ｎ）に接続される。添え字の「（１）」〜「（ｎ）」は系統番号を示している。ｎは２以上の整数とする。電源システム１を電動パワーステアリング装置８に適用すると、ｎ＝２であって、冗長回路ＳＹＳ（１）〜ＳＹＳ（ｎ）が回路部１０１、２０１に対応し、冗長電源ＶＢ（１）〜ＶＢ（ｎ）がバッテリ１９１、２９１に対応する。換言すると、上記の電動パワーステアリング装置８は、ｎ＝２の冗長システムである、ということである。
【００７０】
冗長回路ＳＹＳ（１）〜ＳＹＳ（ｎ）は、機能安全面で機能冗長性を有する回路である。機能冗長性とは、回路構成や性能は異なっていてもよく、最低限の機能安全上の冗長機能を有していることを意味する。全ての冗長回路ＳＹＳ（１）〜ＳＹＳ（ｎ）は、共通グランドＧｃに接続される。また、共通グランドＧｃとグランドプレーンである車両ボディ５００とは、（ｎ＋α）個のノードを独立して結線するグランド配線部５により結線される。「＋α」のノードは、「冗長ノード」と捉えることができる。
【００７１】
詳細には、共通グランドＧｃ上のノードＮＣ（１）〜ＮＣ（ｎ＋α）と、グランドプレーンである車両ボディ５００上のノードＮＰ（１）〜ＮＰ（ｎ＋α）とは、独立した配線で結線される。αは１以上の整数であって、ここではα＝１として説明する。共通グランドＧｃと車両ボディ５００とを（ｎ＋α）個の独立した結線で接続することで、（α＋１）箇所までのマルチポイント故障が生じた場合であっても、動作を継続可能である。
【００７２】
図１１には、電源ラインの抵抗ｒＢ（１）〜ｒＢ（ｎ）、および、冗長グランド配線の抵抗ｒＧ（１）〜ｒＧ（ｎ＋１）を示す。抵抗ｒＢ（１）〜ｒＢ（ｎ）、ｒＧ（１）〜ｒＧ（ｎ＋１）は配線抵抗であって、配線系のコネクタや端子の接触抵抗およびワイヤハーネス抵抗を含む。また、抵抗ｒＢ（１）〜ｒＢ（ｎ）には、グランドプレーン抵抗およびバッテリの負極抵抗が含まれる。
【００７３】
ここで、冗長システム数をｎ、機能安全保障マルチポイント故障数をｍとし、それぞれのシステムが動作するのに必要な最低動作電圧をＶＳ＃ｓａｆｅ、そのときに必要な各システムの最低動作電流をＩＳ＃ｓａｆｅ、バッテリ最低保障電圧ＶＢ＃ｓａｆｅとすると、式（１）が成立するように、配線抵抗を設定する。ここで、＃は１〜ｎであり、ｍ＜ｎとする。式中のＶＧｓａｆｅは、グランドプレーンである車両ボディ５００の電位に対する共通グランドＧｃの電位である。
【００７４】
ＶＧｓａｆｅ＝ＶＢ＃ｓａｆｅ−ＶＳ＃ｓａｆｅ−（ｒＢ＃×ＩＳ＃ｓａｆｅ）
・・・（１）
【００７５】
グランド配線については、全ての故障がグランド配線部５に集中することが最悪ケースとなるため、（ｎ−ｍ）系統が残存している場合の最低動作電流ＩＳ＃ｓａｆｅの残存系統の合計で、共通グランド電位ＶＧｓａｆｅが最低電圧ＶＧｓａｆｅ＿ｍｉｎ以下となるように設定する。ここで、配線抵抗の大きいものから、ｒＧ（１）、ｒＧ（２）、・・・ｒＧ（ｎ）、ｒＧ（ｎ＋１）とすると、上位（ｎ−ｍ）個の並列抵抗値ｒＧｓａｆｅが、式（２）で示す値以下となるように設定する。なお、実際にはこれに加え、端子接合やワイヤハーネスの信頼性、および、各々の冗長システム回路の短絡等、別の故障が発生しても検出機能が正常に動作するように設定される。
【００７６】
ｒＧｓａｆｅ＝ＶＧｓａｆｅ＿ｍｉｎ／ΣＩＳ＃ｓａｆｅ    ・・・（２）
【００７７】
以上説明したように、本実施形態の電源システム１は、ｎ系統以上の回路部１０１、２０１と、共通グランドＧｃと、グランド配線部５と、を備える。回路部１０１、２０１は、ｎ（ただしｎは２以上の整数）系統のバッテリ１９１、２９１のそれぞれに対応して接続される。共通グランドＧｃは、全ての回路部１０１、２０１が共通して接続される。グランド配線部５は、共通グランドＧｃに設けられる（ｎ＋α）個の共通グランドノードＮＣ（１）〜ＮＣ（ｎ＋α）と、車両ボディ５００に設けられる（ｎ＋α）個のグランドプレーンノードＮＰ（１）〜ＮＰ（ｎ＋α）とをノードごとに独立して結線する。これにより、系統ごとにグランドを分離することなく、簡素な構成にて、マルチポイント故障に耐えうる冗長回路を構成することができる。
【００７８】
共通グランドＧｃと車両ボディ５００とは、コネクタ部１０３、２０３、３０３を経由して接続される。これにより、共通グランドＧｃと車両ボディ５００とを適切に接続することができる。また、コネクタ部１０３、２０３、３０３は、ノードごとに独立して設けられる。これにより、１つのコネクタが外れた場合であっても、他のコネクタにて共通グランドＧｃと車両ボディ５００との接続を保持することができる。
【００７９】
機能安全を保証するマルチポイント故障数をｍ（ただし、ｍ＜ｎ）とすると、車両ボディ５００と共通グランドＧｃとの間の並列抵抗値ｒＧｓａｆｅは、（ｎ−ｍ）系統の合計の最低動作電流ＩＳ＃ｓａｆｅ、および、共通グランド電位ＶＧｓａｆｅの最低値に基づいて設定される。これにより、マルチポイント故障がグランド配線部５に集中して生じた場合であっても、動作を継続することができる。
【００８０】
（第２実施形態）
第２実施形態を図１２〜図１４に示す。上記実施形態では、系統数＋αのコネクタを設け、それぞれ独立したコネクタを経由して、共通グランドＧｃと車両ボディ５００とを接続する。図１２および図１３に示すように、本実施形態の駆動装置４１のＥＣＵ１１では、コネクタ数は２であり、上記実施形態の第３コネクタ部３０３が省略されている。これに替えて、本実施形態では、モータケース８３０と車両ボディ５００とを電気的に接続することで、冗長グランドを取っている。
【００８１】
詳細には、図１４に示すように、突出部８３２と固定部材８８１との間に接続部材８８５を挟持し、接続部材８８５と電気的に接続されているハーネス８８６を、グランド端子１０６、２０６が接続されるグランドプレーンノードＮＰ１、ＮＰ２とは異なるノードであるグランドプレーンノードＮＰ３にて、車両ボディ５００と接続する。これにより、矢印ＡＧで示すように、基板４７０の共通グランドＧｃは、固定部材８８２、リアフレームエンド８３５、ケース本体８３１、固定部材８８１、接続部材８８５、および、ハーネス８８６を経由し、車両ボディ５００と接続される。本実施形態ではケース本体８３１からハーネス８８６を介して車両ボディ５００と接続したが、ケース本体８３１が結合するギアハウジング８９を介して、車両ボディ５００と接続であってもよい。
【００８２】
本実施形態では、少なくとも１つの共通グランドノードは、回路部１０１、２０１を保持する筐体であるモータケース８３０を経由してグランドプレーンと接続される。これにより、コネクタ数を低減することができる。また上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００８３】
（他の実施形態）
第１実施形態では、共通グランドノードとグランドプレーンノードとは、それぞれ別々のコネクタを経由して接続される。他の実施形態では、共通グランドノードとグランドプレーンノードとを接続する複数の端子が、１つのコネクタに設けられていてもよい。また、コネクタを経由せず、共通グランドノードとグランドプレーンノードとをワイヤハーネス等の配線にて直接的に結線してもよい。
【００８４】
第２実施形態では、共通グランドとグランドプレーンとを、モータケースを経由して接続する。他の実施形態では、モータケースに替えて、ＥＣＵ側のケースを経由して共通グランドとグランドプレーンとを接続してもよい。また、他の実施形態では、ＥＣＵがモータ等の制御対象から独立して設けられていてもよく、ＥＣＵのケースを経由して共通グランドとグランドプレーンとを接続してもよい。この場合、回路部を収容するケースが「筐体」に対応する。上記実施形態では、グランドプレーンは車両ボディである。他の実施形態では、グランドプレーンは、車両ボディ以外のものであってもよい。
【００８５】
上記実施形態では、電動パワーステアリング装置において、系統数ｎは２である。他の実施形態では、系統数ｎは３以上であってもよい。また、１つの制御部に対して複数のインバータおよび巻線組を設ける、といった具合に、各系統の部品を複数設けてもよい。また、複数のインバータに対して１組のモータ巻線を設けてもよい。上記実施形態では、冗長ノード数αは１である。他の実施形態では、系統数および機能安全を保証するマルチポイント故障数に応じ、αを２以上としてもよい。
【００８６】
上記実施形態では、冗長電源は常に各冗長回路に供給される構成としているが、通常はメイン電源のみが各冗長回路に接続され、メイン電源の異常を検出したときのみ冗長電源に切替する構成であってもよく、更には各冗長システムに対し、冗長電源数を少なくし、１つの系統の電源異常時には、その異常系統の電源を切り離し、正常系統の電源を使う構成など様々な組み合わせの電源システムに、本発明は適用可能である。
【００８７】
上記実施形態では、電源システムは、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、電源システムを電動パワーステアリングシステム以外の車載装置、または、車載以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１・・・電源システム
５・・・グランド配線部
１０１、２０１・・・回路部
１０３、２０３、３０３・・・コネクタ
１９１、２９１・・・バッテリ（電源）
５００・・・車両ボディ（グランドプレーン）
８３０・・・モータケース（筐体）
Ｇｃ・・・共通グランド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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