JP5777797B2

JP5777797B2 - 電動パワーステアリング駆動装置

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Publication number: JP5777797B2
Application number: JP2014503313A
Authority: JP
Inventors: 大前　勝彦; 勝彦大前; 牛尾　公平; 公平牛尾
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: US20140300304A1; JPWO2013132584A1; WO2013132584A1; EP2824807B1; US9276461B2; EP2824807A1; EP2824807A4

Description

この発明は、例えば電動モータの回転力によって車両の操舵装置にアシスト力を付与する電動パワーステアリング駆動装置に関し、特にノイズフィルタを一体的に組み込んだ電動パワーステアリング駆動装置に関するものである。

従来、車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、この電動モータを駆動制御する制御装置とを備え、制御装置が電動モータに取り付けられた電動パワーステアリング駆動装置が知られている。電動モータの駆動には通常ＰＷＭ方式が取られており、半導体スイッチング素子を用いてパルス駆動することで実現している。この半導体スイッチング素子により大電流をスイッチング制御する場合、その弊害として多くのＥＭＩノイズを発生する。そこで、このノイズを機器の外部に放出しないように、通常、ノイズフィルタを制御装置に内蔵している（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に開示されたモータ駆動装置は、複数のスイッチング素子を一体型パワーモジュールとして形成することにより、各種のモータ、例えばブラシ付きモータと三相ブラシレスモータの両方で共用できるようにしたものとして提案されている。

上記特許文献１に開示されたモータ駆動装置は、電動モータの電力を制御する複数のスイッチング素子をモジュール化し、このパワーモジュールをヒートシンクに取り付けると共に、マイコンなどの小電流部材を搭載する制御基板を内蔵し、制御部からパワーモジュールを駆動する構造になっている。またパワーモジュールが取り付けられたヒートシンクの内側にチョークコイルを内蔵し、上記ＥＭＩノイズが電源ラインから漏れ出ることを防ぐＥＭＩノイズフィルタを構成している。なお、この特許文献１にはフィルタの構成について詳細に記述されていないが、ノーマルモードフィルタまたはコモンモードフィルタを想定しているものと考えられる。

国際公開第２０１０／１５０５２７号パンフレット

しかしながら、上記特許文献１に開示されたモータ駆動装置では、ＥＭＩノイズフィルタを構成するチョークコイルの配置が周りのパワーモジュールやヒートシンクの大きさ、形状によって制約を受け、要求性能に応じてフィルタの特性を最適に設計するための自由度が阻害されている。

更に、ＥＭＩ性能向上のためには通常ノーマルモードフィルタとコモンモードフィルタを併用すことが多いが、それぞれのフィルタには少なくとも２個のコイルが必要である。上記特許文献１に開示されたモータ駆動装置には、２個以上のコイルを収納するスペースが確保されておらず設計自由度がない問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ノイズフィルタを最適に構成する電動パワーステアリング駆動装置を提供することにある。

第１の発明に係る電動パワーステアリング駆動装置は、車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、上記電動モータへの電流を制御する半導体スイッチング素子を有する制御装置と、上記半導体スイッチング素子により上記電動モータへの電流を制御する際に発生するノイズの放出を防止するノイズフィルタとを備え、上記ノイズフィルタは、複数個のコイルと、上記複数個のコイルのそれぞれと対になって構成されるコンデンサと、上記コイルと上記コンデンサの間を接続する配線部材により構成されると共に、上記ノイズフィルタの一部または全部は、上記制御装置と異なる構造体として構成される電動パワーステアリング駆動装置において、
上記電動モータと上記制御装置と上記構造体は、上記電動モータの回転子軸方向に、上記電動モータ、上記制御装置、上記構造体の順、もしくは上記制御装置、上記電動モータ、上記構造体の順に一体配置され、
上記構造体には電源コネクタを含む複数のコネクタが一体化されて装着され、上記ノイズフィルタを構成する部材と一端が接続された上記配線部材は、上記構造体と別体として構成され、これらが上記構造体に装着されると共に、上記配線部材の他端と上記電源コネクタから延長された電源電極とが接続されたものである。
また、第２の発明に係る電動パワーステアリング駆動装置は、車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、上記電動モータへの電流を制御する半導体スイッチング素子を有する制御装置と、上記半導体スイッチング素子により上記電動モータへの電流を制御する際に発生するノイズの放出を防止するノイズフィルタとを備え、上記ノイズフィルタは、複数個のコイルと、上記複数個のコイルのそれぞれと対になって構成されるコンデンサと、上記コイルと上記コンデンサの間を接続する配線部材により構成されると共に、上記ノイズフィルタの一部または全部は、上記制御装置と異なる構造体として構成される電動パワーステアリング駆動装置において、
上記電動モータと上記制御装置は、上記電動モータの回転子軸方向に一体配置されると共に、上記構造体は、上記制御装置の上記回転子軸方向と直交する方向に一体配置され、
上記構造体には電源コネクタを含む複数のコネクタが一体化されて装着され、上記ノイズフィルタを構成する部材と一端が接続された上記配線部材は、上記構造体と別体として構成され、これらが上記構造体に装着されると共に、上記配線部材の他端と上記電源コネクタから延長された電源電極とが接続されたものである。

この発明に係る電動パワーステアリング駆動装置によれば、ノイズフィルタを構成する構造体が他の構成物と独立して配置されるので、要求性能に対して適切な性能を実現するための設計自由度が向上し、最適かつ高性能なノイズフィルタを構成できると共に、最低限の構造変更で対応が可能となる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置の回路構成を示すブロック回路図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置の全体構成図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置のＥＭＩフィルタの回路構成の一例を示す図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置のＥＭＩフィルタを構成する構造体を示す図である。この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置のＥＭＩフィルタの回路構成の他の例を示す図である。この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング駆動装置の全体構成図である。

以下、この発明に係る電動パワ−ステアリング駆動装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一または相当部分については同一符号を付して説明する。

実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置の回路構成を示すブロック回路図である。
この駆動装置１００は、車両のハンドル１０に対して補助トルクを出力する電動モータ１１と、電動モータ１１の駆動を制御する制御装置１２と、電動モータ１１の回転速度を減速させる減速装置１３と、電動モータ１１を駆動する電流を供給するバッテリ１４と、ハンドル１０の操舵トルクを検出するトルクセンサ１５とを備えている。

また、この駆動装置１００には、バッテリ１４と制御装置１２とを電気的に接続する電源コネクタ１６と、車両側から車両の走行速度信号等の車両信号が入力される車両側信号用コネクタ１７と、トルクセンサ１５と制御装置１２とを電気的に接続するトルクセンサ用コネクタ１８を備えている。なお、電動モータ１１は、３相ブラシレスモータで、回転子１９とＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる電機子巻線２０を有する固定子２１を備えている。

制御装置１２は、電動モータ１１に流れるモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収する大容量のコンデンサ２２（２２００μＦ×３程度）と、モータ電流ＩＭを検出するシャント抵抗器２３と、補助トルクの大きさ及び方向に応じてモータ電流ＩＭを切り替える３相ブリッジ回路を構成するパワースイッチング素子２４、２５と、上記ブリッジ回路を構成する複数個のパワースイッチング素子２４、２５から電動モータ１１への各相電力供給ラインに挿入された例えばＦＥＴからなるモータリレー用スイッチング素子２６と、半導体スイッチング素子２４、２５のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出し、ラジオノイズになることを防止するＥＭＩノイズフィルタ２７（以下、ノイズフィルタと言う。）と、バッテリ１４から上記ブリッジ回路に供給されるバッテリ電流を通電、遮断するスイッチ手段であるリレー回路２８を備えている。

また、制御装置１２は、回転子１９の回転位置を検出する回転位置センサであるレゾルバ２９と、シャント抵抗器２３に接続されて電動モータ１１に流れる電流を検出する電流検出手段３０と、トルクセンサ１５からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算すると共に、電流検出手段３０で検出されたモータ電流、及びレゾルバ２９で検出された回転子１９の回転位置をフィードバックして補助トルクに相当する電流を演算するマイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１からの指令によりパワースイッチング素子２４、２５の作動を制御する駆動信号を出力する駆動回路３２と、電流検出手段３０、マイクロコンピュータ３１、及び駆動回路３２を搭載した制御基板３３を備えている。

マイクロコンピュータ３１は、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路などの他に、周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生するとモータ電流ＩＭを遮断するようになっている。マイクロコンピュータ３１には、トルクセンサ１５から操舵トルク情報、レゾルバ２９から電動モータ１１の回転子１９の回転位置の情報がそれぞれ入力され、また車両側信号用コネクタ１７からは車両信号の一つとして走行速度信号が入力される。

また、マイクロコンピュータ３１には、モータ電流ＩＭがシャント抵抗器２３により電流検出手段３０を通じてフィードバック入力される。マイクロコンピュータ３１では、これらの情報、信号から、パワーステアリングの回転方向指令、及び補助トルクに相当する電流制御量がそれぞれ生成され、それぞれの駆動信号が駆動回路３２に入力される。

駆動回路３２では、回転方向指令及び電流制御量が入力されると、ＰＷＭ駆動信号を生成し、パワースイッチング素子２４、２５に印加する。これにより電動モータ１１には、バッテリ１４からの電流が、電源コネクタ１６、ノイズフィルタ２７、パワースイッチング素子２４、２５、及びモータリレー用スイッチング素子２６を通じて流れ、所要方向に所要量の補助トルクが出力される。

このとき、マイクロコンピュータ３１には、シャント抵抗器２３及び電流検出手段３０を通じて検出されたモータ電流がフィードバックされ、マイクロコンピュータ３１から駆動回路３２に送られるモータ電流指令と一致するよう制御される。また、モータ電流は、パワースイッチング素子２４、２５のＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、大容量のコンデンサ２２により平滑されて制御される。

次に、上記電動パワーステアリング駆動装置の構造について図２に基づいて説明する。図２は、電動パワーステアリング駆動装置の断面図で、符号３４は第１のノイズフィルタ２７ａを設けた構造体を示し、符号２７ｂは制御装置１２に内蔵された第２のノイズフィルタを示している。第１のノイズフィルタ２７ａと第２のノイズフィルタ２７ｂを電気的に結合することにより、図１で説明したノイズフィルタ２７の性能を確保しており、構造体３４は、第１のノイズフィルタ２７ａを設けた後に制御装置１２に合体されている。

減速装置１３、電動モータ１１、制御装置１２、構造体３４は、それぞれ電動モータ１１の回転子軸１９ａと同軸方向に配置され、一体的に構成されている。そして、この例では制御装置１２を電動モータ１１の後方（減速装置１３と反対方向）に配置し、構造体３４を制御装置１２の後方に配置しているが、制御装置１２を電動モータ１１の前方（減速装置１３の方向）に配置し、構造体３４を電動モータ１１の後方に配置してもよい。この構成によれば、軸径方向への突出部をなくすことができ、例えば車両エンジンルーム内のラック部等への搭載性が向上する。なお、符号１６ａは電源コネクタ１６の電源電極を示し、符号３５は構造体３４の構成部材を保持すると共に全体を覆う樹脂ケースを示している。

電動パワーステアリング駆動装置１００は、図１に示すブロック回路構成の基に、図２に示すように構成されている。そして、一般的にノイズフィルタ２７の構成としては、ノーマルモードフィルタとコモンモードフィルタを併用することで所定の性能を得る設計を行うが、実施の形態１では、構造体３４に第１のノイズフィルタ２７ａとしてコモンモードフィルタを構成し、制御装置１２内に第２のノイズフィルタ２７ｂとしてノーマルモードフィルタを構成している。構造体３４に構成された第１のノイズフィルタ２７ａは、要求性能に応じこの部位のみを設計変更することで他の構造部位に影響を与えることなく容易に対応することが可能となる。

なお、構造体３４に設ける第１のノイズフィルタ２７ａは、ノーマルモードフィルタであってもよく、あるいは制御装置１２内の第２のノイズフィルタ２７ｂを除いて、ノーマルモードフィルタとコモンモードフィルタの両方を構造体３４に設けてもかまわない。要求仕様に応じ柔軟に設計することができる。

次に、構造体３４に設けられた第１のノイズフィルタ２７ａの構成について図２乃至図５を基に詳しく説明する。
制御装置１２には、例えば図３に示すノーマルモードフィルタ２７ｂを構成するノーマルモードコイルＬｂとコンデンサＣｂが構成されている。一方、コモンモードフィルタ２７ａは、コモンモードコイルＬａとコンデンサＣａの組み合わせで構成されており、図４に示すように、制御装置１２とは別の構造体３４に設けられている。なお、図４ではコモンモードフィルタ２７ａを構成する部材の一部は図示されていない。

コモンモードフィルタ２７ａを構成する部材は配線部材のバスバー３６を介して溶接や半田付けで接続されている。またバスバー３６は電源電極を兼ねると共に、電源コネクタ１６の電源電極１６ａを兼ねている。このような構成にすることにより電源コネクタ１６とコモンモードフィルタ２７ａを構成する部材間を接続する部材を節約できると共に部材間の接続箇所が減り加工費の低減が図れる。

なお、実施の形態１では、ノーマルモードフィルタ２７ｂを制御装置１２の中に、コモンモードフィルタ２７ａを制御装置１２とは別の構造体３４に配置した例を示したが、上記のように両方またはどちらかを構造体３４に配置してもかまわない。

図５は、コモンモードコイルＬａ及びノーマルモードコイルＬｂの代わりに、フェライトビーズＦａ、Ｆｂを採用した例を示している。フェライトビーズＦａ、Ｆｂは、ノイズを熱に変換し吸収するように材料が工夫されており、高周波特性に優れＦＭラジオ帯（８０ＭＨｚ以上）以上の周波数帯域をカバーするノイズフィルタを構成する場合に有効である。バスバー３６をフェライトビーズＦａ、Ｆｂに貫通する構造とすることで容易に高周波特性の優れたノイズフィルタを実現できる。なお、図５ではフェライトビーズＦａ、Ｆｂを使用した例を示しているが、図３に示す巻き線型のコモンモードコイルＬａ、ノーマルモードコイルＬｂとフェライトビーズＦａ、Ｆｂを併用してもかまわない。

以上説明したように、実施の形態１に係る電動パワーステアリング駆動装置は、ノイズフィルタの一部または全部を制御装置１２とは別の構造体３４に構成したことにより、設計自由度が向上し、適正設計が可能となり、小型化、低価格化が可能となる。

また、ノイズフィルタを構成する構造体３４は、電源電極となるバスバー３６を有し、フィルタ部材間の配線を一体化することにより、配線の合理化が可能となり接続部位の部材削減、接続工程削減により低価格化が可能となる。

同様に、バスバー３６はコネクタ電極１６ａを一体化することにより、配線の合理化が可能となり接続部位の部材削減、接続工程削減により低価格化が可能となる。

また、コモンモードコイルＬａ、ノーマルモードコイルＬｂの代わりにフェライトビーズＦａ、Ｆｂとバスバー３６によるフィルタを構成することにより、高周波特性の優れたノイズフィルタを得ることができ性能向上する。

また、実施の形態１では、コモンノイズフィルタ２７ａを構成している部材を制御装置１２とは別の構造体３４に収納しているが、構造体３４は樹脂ケース３５で部材を保持すると共に全体を覆われている。この構造により耐震性の向上を図ることができる。

また、図示しないがコモンノイズフィルタ２７ａを構成する構造体３４を導電性金属で覆うことで静電シールド効果があり、ノイズフィルタとしてより性能向上できる。

また同様に、コモンノイズフィルタ２７ａを構成する構造体３４を磁性体金属で覆うことで磁気シールド効果があり、ノイズフィルタとしてより性能向上できる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る電動パワーステアリング駆動装置について説明する。図６は、実施の形態２に係る電動パワーステアリング駆動装置２００を示し、実施の形態１の図２に相当するものである。

電動パワーステアリング駆動装置２００は、制御装置１２を電動モータ１１の回転子軸１９ａと同軸方向で電動モータ１１の前方（減速装置１３の方向）に配置し、構造体３４を制御装置１２の横（径方向）に配置したものである。

この構成によれば、構造体３４は軸径方向へ突出するが、軸方向の全長が短縮でき、例えば、特に車両コラム部等への搭載性が向上する。

以上、この発明の実施の形態１及び実施の形態２について説明したが、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

Claims

車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、上記電動モータへの電流を制御する半導体スイッチング素子を有する制御装置と、上記半導体スイッチング素子により上記電動モータへの電流を制御する際に発生するノイズの放出を防止するノイズフィルタとを備え、上記ノイズフィルタは、複数個のコイルと、上記複数個のコイルのそれぞれと対になって構成されるコンデンサと、上記コイルと上記コンデンサの間を接続する配線部材により構成されると共に、上記ノイズフィルタの一部または全部は、上記制御装置と異なる構造体として構成される電動パワーステアリング駆動装置において、
上記電動モータと上記制御装置と上記構造体は、上記電動モータの回転子軸方向に、上記電動モータ、上記制御装置、上記構造体の順、もしくは上記制御装置、上記電動モータ、上記構造体の順に一体配置され、
上記構造体には電源コネクタを含む複数のコネクタが一体化されて装着され、上記ノイズフィルタを構成する部材と一端が接続された上記配線部材は、上記構造体と別体として構成され、これらが上記構造体に装着されると共に、上記配線部材の他端と上記電源コネクタから延長された電源電極とが接続されたことを特徴とする電動パワーステアリング駆動装置。
車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、上記電動モータへの電流を制御する半導体スイッチング素子を有する制御装置と、上記半導体スイッチング素子により上記電動モータへの電流を制御する際に発生するノイズの放出を防止するノイズフィルタとを備え、上記ノイズフィルタは、複数個のコイルと、上記複数個のコイルのそれぞれと対になって構成されるコンデンサと、上記コイルと上記コンデンサの間を接続する配線部材により構成されると共に、上記ノイズフィルタの一部または全部は、上記制御装置と異なる構造体として構成される電動パワーステアリング駆動装置において、
上記電動モータと上記制御装置は、上記電動モータの回転子軸方向に一体配置されると共に、上記構造体は、上記制御装置の上記回転子軸方向と直交する方向に一体配置され、
上記構造体には電源コネクタを含む複数のコネクタが一体化されて装着され、上記ノイズフィルタを構成する部材と一端が接続された上記配線部材は、上記構造体と別体として構成され、これらが上記構造体に装着されると共に、上記配線部材の他端と上記電源コネクタから延長された電源電極とが接続されたことを特徴とする電動パワーステアリング駆動装置。
上記ノイズフィルタは、ノーマルモードコイルと該コイルに付随するコンデンサからなるノーマルモードフィルタと、コモンモードコイルと該コイルに付随するコンデンサからなるコモンモードフィルタから構成され、
上記構造体に、上記ノーマルモードフィルタと上記コモンモードフィルタの何れか一方もしくは両方を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング駆動装置。
上記ノイズフィルタは、フェライトビーズと該フェライトビーズに付随するコンデンサからなるノーマルモードフィルタと、フェライトビーズと該フェライトビーズに付随するコンデンサからなるコモンモードフィルタから構成され、
上記構造体に、上記ノーマルモードフィルタと上記コモンモードフィルタの何れか一方もしくは両方を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング駆動装置。
上記ノイズフィルタは、フェライトビーズとノーマルモードコイル及びそれらに付随するコンデンサからなるノーマルモードフィルタと、フェライトビーズとコモンモードコイル及びそれらに付随するコンデンサからなるコモンモードフィルタから構成され、
上記構造体に、上記ノーマルモードフィルタと上記コモンモードフィルタの何れか一方もしくは両方を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電動パワーステアリング駆動装置。
上記構造体は、上記ノイズフィルタを覆う樹脂ケースを備えたことを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の電動パワーステアリング駆動装置。
上記樹脂ケースを覆う導電性金属を備えたことを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング駆動装置。
上記樹脂ケースを覆う磁性体金属を備えたことを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング駆動装置。