(57)【要約】【課題】レイアウトし易く且つ安定したモータ駆動を行うことができるモータ制御装置を提供すること。【解決手段】モータ駆動素子としての電解効果トランジスタを実装したパワー基板４９と、モータ駆動素子を制御する制御基板５０とを、所定間隔離隔して対向するように配置する。パワー基板４９の電流経路７１の一部に相当するボンディングワイヤ７１１が、パワー基板４９上のボンディングワイヤ接続用パッド９１とバスバー８１とを接続している。制御基板５０に、パワー基板４９の電流経路７１の上記一部に相当するボンディングワイヤ７１１に対向する非接触式の電流センサ６６を設けた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動素子が実装されたパワー基板と、
上記モータ駆動素子を制御する制御基板と、を備え、
上記パワー基板および上記制御基板は、所定間隔離隔して対向するように配置され、
上記制御基板に、上記パワー基板の電流経路の一部に対向する非接触式の電流検出部が設けられているモータ制御装置。
【請求項２】
請求項１において、上記パワー基板の上記電流経路は、電動モータの界磁コイルに接続されたバスバーと上記モータ駆動素子とを接続する電流経路であるモータ制御装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記電流経路の上記一部は、上記パワー基板上のボンディングワイヤ接続用パッドに接続されたボンディングワイヤであるモータ制御装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載のモータ制御装置と、上記モータ制御装置によって駆動され、操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、を備える車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及び車両用操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機に電力を供給する半導体スイッチング素子を搭載したパワー基板と、上記スイッチング素子を制御する制御回路を搭載した制御基板と、を備え、電動機の電機子巻線に接続された巻線端子に流れる電流を、制御基板上に半田付けされたホール素子を含む電流検出部により検出するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば特許文献１の第３９段落〜第４３段落、並びに図面の図１１〜図１３を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２０７３９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では、電動機の電機子巻線に接続された巻線端子が制御基板上の電流検出部と対向している必要があり、そのために、巻線端子を折り曲げたり、延長したりして、巻線端子のレイアウトの変更が必要となる場合がある。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、レイアウトし易く且つ安定したモータ駆動を行うことができるモータ制御装置および車両用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、モータ駆動素子（ＵＨ，ＵＬ；ＶＨ，ＶＬ；ＷＨ，ＷＬ）が実装されたパワー基板（４９）と、上記モータ駆動素子を制御する制御基板（５０）と、を備え、上記パワー基板および上記制御基板は、所定間隔離隔して対向するように配置され、上記制御基板に、上記パワー基板の電流経路（７１，７２，７３）の一部（７１１，７３１；７４０，７５０）に対向する非接触式の電流検出部（６６，６７；６６Ａ，６７Ａ）が設けられているモータ制御装置（１２）を提供する（請求項１）。
【０００６】
本発明では、非接触式の電流検出部を制御基板に設けたので、パワー基板の温度上昇を抑制することができる結果、安定したモータ駆動を行うことができる。すなわち、仮にパワー基板に抵抗を用いた検出部を配置するとすると、パワー基板が温度上昇し易くなるが、本発明では、そのようなことがない。また、制御基板の非接触式の電流検出部は、パワー基板の電流経路の一部に対向すればよい。例えば多数存在するボンディングワイヤの何れかに対向するようにしてもよく、制御基板の電流検出部のレイアウトの自由度を高くすることができる。また、パワー基板に抵抗を配置する場合と比較して、パワー基板を小型化することができる。
【０００７】
ここで、本発明において、パワー基板の電流経路とは、パワー基板上に実装されている電流経路であり、例えば、パワー基板上のボンディングワイヤ接続用パッドに一端が接続されたボンディングワイヤもパワー基板の電流経路に含まれるものとする。
また、上記パワー基板の上記電流経路は、電動モータの界磁コイル（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）に接続されたバスバー（８１，８２，８３）と上記モータ駆動素子とを接続する電流経路（７１，７２，７３）である場合がある（請求項２）。この場合、モータ駆動素子の異常発生を容易に検出することができる。
【０００８】
また、上記電流経路の上記一部は、上記パワー基板上のボンディングワイヤ接続用パッド（９１，９３；９４，９５）に接続されたボンディングワイヤ（７１１，７３１；７４０，７５０）である場合がある（請求項３）。この種のボンディングワイヤは、制御基板において多数存在するので、制御基板における電流検出部のレイアウトの自由度を高くすることができる。
【０００９】
また、本発明は、上記モータ制御装置と、上記モータ制御装置によって駆動され、操舵機構に操舵力を付与する電動モータ（１８）と、を備える車両用操舵装置（１）を提供する（請求項４）。この場合、小型で安定したモータ駆動を行うことができる電動パワーステアリング装置を実現することができる。
なお、上記において、括弧内の数字等は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】操舵補助機構の概略斜視図である。
【図３】電動パワーステアリング装置の主要部の断面図である。
【図４】モータ制御装置の要部の概略回路図である。
【図５】モータ制御装置の要部の概略側面図である。
【図６】本発明の別の実施の形態のモータ制御装置の要部の概略回路図である。
【図７】図６の実施の形態のモータ制御装置の要部の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下には、図面を参照して、本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を操舵する操舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と操舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。
【００１２】
本実施の形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与える例に則して説明する。しかしながら、本発明を、操舵補助機構５が後述するピニオン軸にアシスト力を与える構造や、操舵補助機構５が後述するラック軸にアシスト力を与える構造に適用することも可能である。
ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。
【００１３】
ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１のトルク検出結果は、操舵補助のためのモータ制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１２に入力される。また、車速センサ９０からの車速検出結果がＥＣＵ１２に入力される。中間軸７は、ステアリングシャフト６と操舵機構４とを連結している。
【００１４】
操舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示せず）を介して転舵輪３が連結されている。
ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が設けられている。
【００１５】
ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。
【００１６】
ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを操舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含む。減速機構１９は、駆動ギヤとしてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合う従動ギヤとしてのウォームホイール２１とを含む。減速機構１９は、ギヤハウジング２２内に収容されている。
【００１７】
ウォーム軸２０は、図示しない継手を介して電動モータ１８の回転軸（図示せず）に連結されている。ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは一体回転可能に連結されている。
電動モータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が一体回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。
【００１８】
電動モータ１８は、三相ブラシレスモータからなり、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２によって制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ９０からの車速検出結果等に基づいて電動モータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、電動モータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。
【００１９】
図２は、操舵補助機構５の概略斜視図である。図２を参照して、制御装置としてのＥＣＵ１２を収容するためのハウジングＨは、互いに接触する第１ハウジング２３および第２ハウジング２４によって構成されている。
第１ハウジング２３および第２ハウジング２４は、それぞれ、一端が開放した概ね四角箱形に形成されている。第１および第２ハウジング２３，２４の互いの端部は、突き合わされ、且つ固定ねじ２５により互いに締結されている。
【００２０】
一方、電動モータのモータハウジング２６は、筒状のモータハウジング本体２７と、上記の第１ハウジング２３とにより構成されている。
また、ギヤハウジング２２は、ウォーム軸２０が収容された筒状の駆動ギヤ収容ハウジング２８と、ウォームホイール２１が収容された筒状の従動ギヤ収容ハウジング２９と、上記の第２ハウジング２４とにより構成されている。
【００２１】
図３は、電動パワーステアリング装置１の主要部の断面図である。図３を参照して、第１ハウジング２３および第２ハウジング２４によって、ＥＣＵ１２を収容する収容室３２が形成されている。
第１ハウジング２３は、収容室３２の一部を区画する第１内壁面３３を含み、第２ハウジング２４は収容室３２の一部を区画する第２内壁面３４を含み、これら第１内壁面３３および第２内壁面３４は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に対向している。
【００２２】
電動モータ１８の回転軸３５およびウォーム軸２０が同軸上に並べて配置されており、両者は、継手３６を介して同軸的に動力伝達可能に連結されている。ウォーム軸２０は、第１軸受３７および第２軸受３８を介して、駆動ギヤ収容ハウジング２８に両端支持されている。回転軸３５は、第１ハウジング２３に保持された第３軸受４６およびモータハウジング本体２７に保持された第４軸受４７によって、回転可能に支持されている。
【００２３】
本実施形態では、電動モータ１８として三相ブラシレスモータが用いられている。電動モータ１８は、上記モータハウジング２６と、このモータハウジング２６内に収容されたロータ３９およびステータ４０とを含む。ロータ３９は、回転軸３５と一体回転可能に連結されている。
ステータ４０は、モータハウジング２６のモータハウジング本体２７の内周に固定されている。ステータ４０は、モータハウジング本体２７の内周に固定されたステータコア４１と、複数の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗとを含む。ステータコア４１は、ステータコア４１の環状のヨークと、このヨークの内周から径方向内方へ突出する複数のティースとを含む。各界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗは対応するティースに巻回されている。
【００２４】
また、モータハウジング２６のモータハウジング本体２７と第１ハウジング２３とにより区画されるモータ室４３内には、環状またはＣ形形状をなすバスバー８１，８２，８３が収容されている。各ティースに巻回された各相の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗは、それぞれ対応するバスバー８１，８２，８３と接続されている。各バスバー８１，８２，８３は、対応する界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗと後述するパワー基板４９との接続部に用いられる導電接続材である。各バスバー８１，８２，８３は、対応する界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗに、パワー基板４９からの電力を配電するための配電部材として機能する。
【００２５】
第１ハウジング２３は、収容室３２とモータ室４３とを仕切る仕切り壁５９を底壁として含んでいる。この仕切り壁５９に、上記第１内壁面３３が設けられている。
また、仕切り壁５９から第２ハウジング２４側に向けて延びる筒状部４８が形成されている。筒状部４８の内周には、第３軸受４６の外輪が保持されている。
収容室３２には、ＥＣＵ１２の一部を構成する多層回路基板としてのパワー基板４９および制御基板５０が収容され保持されている。回路基板としてのパワー基板４９には、電動モータ１８を駆動するためのパワー回路の少なくとも一部（例えば電解効果トランジスタ）が実装されている。図３では、詳細に示されていないが、上記の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗと接続されたバスバー８１，８２，８３の一部が、第１ハウジング２３の上記仕切り壁５９を挿通して収容室３２内に進入し、後述するボンディングワイヤ（図３では図示せず）パワー基板４９に接続されている。
【００２６】
収容室３２内において、パワー基板４９は、第１内壁面３３および第２内壁面３４のうち第１内壁面３３に相対的に近接して配置されている。第１内壁面３３を有する仕切り壁５９は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に関しての厚みが相対的に厚い厚肉部５９ａと相対的に薄い薄肉部５９ｂとを含んでいる。厚肉部５９ａは、収容室３２内に突出するように設けられている。上記のパワー基板４９は、厚肉部５９ａにおける第１内壁面３３に接触して配置されている。厚肉部５９ａは、パワー基板４９を受ける座部となっている。
【００２７】
本実施の形態では、パワー基板４９は、厚肉部５９ａにおける第１内壁面３３に対して熱伝導可能に接触しており、上記の厚肉部５９ａは、パワー基板４９の熱を逃がすためのヒートシンクとして機能している。
制御基板５０は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に関して、第２ハウジング２４の第２内壁面３４とパワー基板４９との間に配置されている。パワー基板４９および制御基板５０は、電動モータ１８の回転軸３５の軸方向Ｘ１に関して所定間隔離隔して配置されている。
【００２８】
次いで、図４は、モータ制御装置としてのＥＣＵ１２の要部の概略図である。電動モータ１８は、Ｕ相界磁コイル１８Ｕ、Ｖ相界磁コイル１８ＶおよびＷ相界磁コイル１８Ｗを有するステータと、これらの界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗからの反発磁界を受ける永久磁石が固定されたロータとを備えている。
パワー回路５２は、３相ブリッジインバータ回路であり、電動モータ１８のＵ相に対応した一対のモータ駆動用素子としての電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの直列回路５３と、Ｖ相に対応した一対のモータ駆動用素子としての電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの直列回路５４と、Ｗ相に対応した一対のモータ駆動用素子としての電界効果トランジスタＷＨ，ＷＬの直列回路５５とを、直流電源５６とアース５７との間に並列に接続して構成されている。
【００２９】
電動モータ１８のＵ相界磁コイル１８Ｕは、電界効果トランジスタＵＨ，ＵＬの間の接続点５３ａに接続されており、Ｖ相界磁コイル１８Ｖは、電界効果トランジスタＶＨ，ＶＬの間の接続点５４ａに接続されており、Ｗ相界磁コイル１８Ｗは、電界効果トランジスタの直列回路ＷＨ，ＷＬの間の接続点５５ａに接続されている。
アース５７と３相ブリッジインバータ回路とを連結する直流回路６１に、電動モータ１８の消費電流検出用のシャント抵抗６２が配置されている。シャント抵抗６２は、通常制御時に電動モータ１９の消費電流を検出するものである。
【００３０】
また、パワー回路５２の各相の電解効果トランジスタＵＨ，ＵＬ；ＶＨ，ＶＬ；ＷＨ，ＷＬと、それぞれ対応する相の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗとを接続する３つの直列回路６３，６４，６５のうちの何れか２つの直列回路、例えば直流回路６３，６５に、それぞれ、対応する相の電流を検出するための非接触式の電流検出部としての電流センサ６６，６７が対向配置されている。
【００３１】
具体的には、各直列回路６３，６４，６５は、パワー基板４９の電流経路７１，７２，７３と、各相の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗとそれぞれ接続されたバスバー８１，８２，８３とを含む。また、パワー基板４９の電流経路７１，７２，７３は、パワー基板４９上のボンディングワイヤ接続用パッド９１，９２，９３に接続されたボンディングワイヤ７１１，７２１，７３１を含んでいる。
【００３２】
本発明において、パワー基板４９の電流経路とは、パワー基板４９上に実装されている電流経路であり、例えば、パワー基板４９上のボンディングワイヤ接続用パッド９１，９２，９３に一端が接続されたボンディングワイヤ７１１，７３１もパワー基板４９の電流経路に含まれるものとする。
図４に示すように、パワー基板４９の電流経路７１，７２の一部としてのボンディングワイヤ７１１，７２１にそれぞれ対向するように非接触式の電流センサ６６，６７が配置されている。電流センサ６６，６７の出力信号は、制御基板５０に実装され、モータ駆動素子としての電解効果トランジスタＵＨ，ＵＬ；ＶＨ，ＶＬ；ＷＨ，ＷＬの駆動を制御する制御回路６８に入力されるようになっている。
【００３３】
図５に示すように、ボンディングワイヤ７１１の一端７１１ａが、パワー基板４９上のボンディングワイヤ接続用パッド９１に接続され、ボンディングワイヤ７１１の他端７１１ｂが、対応するバスバー８１に接続されている。図示していないが、同様に、ボンディングワイヤ７２１，７３１も、パワー基板４９上のボンディングワイヤ接続用パッド９２，９３と対応するバスバー８２，８３とを接続している。
【００３４】
非接触式の電流センサ６６，６７としては、例えばホール素子を用いた公知の構成を用いることができる。また、非接触式の電流センサとして、トロイダルコイルを用いるようにしてもよい。
本実施の形態によれば、パワー基板４９および制御基板５０を、所定間隔離隔して対向するように配置し、制御基板５０に、非接触式の電流センサ６６，６７を設け、各電流センサ６６，６７が、パワー基板４９の電流経路７１，７３の一部に相当するボンディングワイヤ７１１，７３１に対向するようにした。
【００３５】
仮にパワー基板に抵抗を用いた検出部を配置するとすると、パワー基板が温度上昇し易くなり、また、当該抵抗からなる検出部と制御基板とを接続する配線が必要となり、また、パワー基板が大型化するという不具合がある。これに対して、本実施の形態では、非接触式の電流検出部６６，６７を制御基板５０に設けたので、パワー基板４９の温度上昇を抑制してパワー基板４９の動作を安定させることができ、また、上記の配線を省略することができ、また、パワー基板４９を小型化することができる。ひいては、小型で動作の安定したモータ駆動を行うことができる電動パワーステアリング装置１を提供することができる。
【００３６】
また、制御基板５０の非接触式の電流センサ６６，６７は、パワー基板４９の電流経路７１，７３の一部に対向すればよい。例えば多数存在するボンディングワイヤの何れかに対向するようにしてもよく、制御基板４９の電流センサ６６，６７のレイアウトの自由度を高くすることができる。
また、パワー基板４９の電流経路７１，７２，７３は、電動モータ１８の界磁コイル１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗに接続されたバスバー８１，８２，８３と、モータ駆動素子としての電解効果トランジスタＵＨ，ＵＬ；ＶＨ，ＶＬ；ＷＨ，ＷＬとを接続する電流経路であり、そのうちの２つの電流経路（本実施の形態では電流経路７１，７３）に非接触式の電流センサ６６，６７を対向させるようにしたので、シャント抵抗６２に異常が発生した場合にも、制御を継続することができる。
【００３７】
また、電流の検出対象となる、電流経路７１，７３の一部が、パワー基板４９上のボンディングワイヤ接続用パッド９１，９３に接続されたボンディングワイヤ７１１，７１３であり、この種のボンディングワイヤは、パワー基板４９に多数存在するので、制御基板５０において電流センサ６６，６７のレイアウトの自由度を高くすることができる。
具体的には、図６および図７に示すように、非接触式の電流センサ６６Ａ，６７Ａを、パワー基板４９上のボンディングワイヤ７４０，７５０に、それぞれ、対向させるようにしてもよい。この例では、ボンディングワイヤ７４０，７５０は、その一端がパワー基板４９上のボンディングワイヤ接続パッド９４，９５に接続され、その他端が電解効果トランジスタ（例えばＵＨ，ＷＨ）に接続されている。
【００３８】
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置や、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置に、本発明を適用してもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、本発明が、電動モータの出力を操舵補助力として出力する電動パワーステアリング装置に適用された例について説明したが、これに限らない。例えば、操舵部材の操舵角に対する転舵輪の転舵角の比を変更可能な伝達比可変機構を備え、伝達比可変機構を駆動するために電動モータの出力を用いる伝達比可変式の車両用操舵装置や、操舵部材と転舵輪との機械的な連結が解除され、転舵輪を電動モータの出力で操向するステア・バイ・ワイヤ式の車両用操舵装置等に、本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…電動パワーステアリング装置（車両用操舵装置）、２…操舵部材、４…操舵機構、１２…ＥＣＵ（モータ制御装置）、１８…電動モータ、４９…パワー基板、５０…制御基板、５２…パワー回路、５６…直流電源、５７…アース、６６，６７；６６Ａ，６７Ａ…電流センサ（非接触式の電流検出部）、６８…制御回路、７１，７２，７３…（パワー基板の）電流経路、７１１，７２１，７３１；７４０，７５０…ボンディングワイヤ（パワー基板の電流経路の一部）、８１，８２，８３…バスバー、ＵＨ，ＵＬ；ＶＨ，ＶＬ；ＷＨ，ＷＬ…電解効果トランジスタ（モータ駆動素子）
【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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