JP2002345211A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

電動式パワーステアリング装置

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JP2002345211A
JP2002345211A JP2001148358A JP2001148358A JP2002345211A JP 2002345211 A JP2002345211 A JP 2002345211A JP 2001148358 A JP2001148358 A JP 2001148358A JP 2001148358 A JP2001148358 A JP 2001148358A JP 2002345211 A JP2002345211 A JP 2002345211A
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magnetic sensor
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    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射ノイズを低減することが可能であると共
に、大出力化と装着性の向上と重量の低減とが可能な電
動パワーステアリング装置を得る。 【解決手段】 電動機４の電力を制御するスイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ６などの発熱部品を搭載するパワー基板４
１と、マイクロコンピュータ９など小電流部品を搭載す
る制御基板４３とを回路ケース４１を介して積層状態に
なるように組み付け、パワー基板４１を三相のブラシレ
ス電動機４の反出力側のブラケットを兼ねるヒートシン
ク２５に密着して組み付けると共に、回路ケース４２に
磁気センサ保持部５１を設け、磁気センサ保持部５１と
ヒートシンク２５の嵌合部２４ｅとを係合させることに
より組み付けと同時に位置決めができるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電動機の回転力
により車両の操舵装置にアシスト力を付与するための、
電動式パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８と図９とは、一般的な電動式パワー
ステアリング装置の構成図と駆動回路のブロック図とを
示すものである。一般的な電動式パワーステアリング装
置は図８に示すように、車両の操舵装置であるハンドル
１と、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ
２と、車両の走行速度を検出する車速センサ３と、トル
クセンサ２や車速センサ３の信号を入力し、操舵トルク
や車両の走行条件に対応して電動機４を制御し、操舵の
アシストトルクのトルク値と方向とを制御する制御装置
５と、電動機４など、装置の電源となるバッテリ６とか
ら構成され、電動機４はエンジン室に装備されると共
に、制御手段５は車室内に設置される。
【０００３】図９に示した駆動回路のブロック図は、一
般的なブラシレスモータを使用した電動式パワーステア
リング装置の回路構成例であり、電動機４は図示しない
磁石式の回転子と、固定子に巻装された三相の電機子巻
線７と、回転子の回転角（回転位置）を検出する回転位
置センサ８などから構成されている。
【０００４】制御装置５は、マイクロコンピュータ（以
下、ＣＰＵと称す）９と、ＣＰＵ９の信号により三相ブ
リッジ接続された半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を
制御する駆動回路１０と、電動機４に流れる電流のリッ
プルを除去する大容量のコンデンサ１１と、電動機４の
電流を検出するためのシャント抵抗１２およびシャント
抵抗１２の電圧降下から電流値を検出する電流検出手段
１３と、必要に応じて電動機４に流れる電流を通電／遮
断する開閉手段１４などから構成されている。また、Ｃ
ＰＵ９と駆動回路１０と電流検出手段１３とで信号処理
と制御とを司る制御手段１５を構成しており、制御手段
１５はトルクセンサ２と車速センサ３の信号を入力して
アシストトルクを演算すると共に、電動機４の電流と回
転位置センサ８からの信号のフィードバックを受け、電
動機４を駆動制御する。
【０００５】このように構成された一般的な電動式パワ
ーステアリング装置において、制御手段１５はトルクセ
ンサ２からの操舵トルク信号と、車速センサ３からの走
行速度信号とを入力し、これらの信号に対応したアシス
トトルク値と駆動方向とを演算して駆動回路１０に出力
し、駆動回路１０は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６
にＰＷＭ駆動信号を与えて電動機４に三相交流電力を供
給する。また、制御手段１５は、電流検出手段１３から
の電流値信号と、回転位置センサ８からの回転位置信号
とをフィードバック入力し、操舵トルクと車速とに対応
した適切な駆動電流を電動機４に与えるように制御す
る。なお、駆動回路１０により制御される開閉手段１４
は通常の使用状態では回路が閉じており、異常時におい
て解放されるように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような電動式パワ
ーステアリング装置において、一般的にはトルクセンサ
２と車速センサ３と電動機４とバッテリ６とはエンジン
ルームに設置されるが、制御装置５は車室内に設置され
るのが通常であり、この間を接続するために長いワイヤ
ハーネスを必要としていた。このワイヤーハーネスの長
さは重量とコストに負担を与えるだけでなく、電力ロス
も大きなものとなり、ＰＷＭ駆動される電動機４の電流
による放射ノイズの発生にもつながるものであり、この
放射ノイズは他の制御機器に対しては誤動作の原因とな
り、また、ラジオに対する雑音の原因となるものであっ
た。また、小型軽量化と大出力化が要求される電動パワ
ーステアリング装置においてはワイヤーハーネスの電力
ロスが無視できず、大出力化の障害になるものであっ
た。
【０００７】このような課題に対して、制御装置５を電
動機４と一体構成としてエンジンルームに設置すること
により、ワイヤーハーネスを短縮化する技術が提案され
ている。例えば、特開平９−３０４３４号公報に開示さ
れた技術は、ブラシ式のＤＣ電動機とこの電動機の回転
を減速する減速機構との間に金属ケースを介在させ、こ
の金属ケースに一枚の金属基板を収納してこの金属基板
に制御装置と半導体スイッチング素子と電動機のブラシ
ホルダとを搭載するようにしたものである。この公報に
開示された技術によればワイヤーハーネスは短縮化さ
れ、放熱の配慮もなされているが、電動機自体の大型化
が避けられず、特に径方向には極端に大きくなってステ
アリング機構に対する装着性が極めて悪くなり、周辺の
部品にスペース上の犠牲を強いるものである。
【０００８】また、特開平８−１９２７５７号公報には
ブラシ式のＤＣ電動機と電動機の回転を減速する減速機
構との間に金属ケースを介在させ、この金属ケース内に
半導体スイッチング素子と電動機のブラシホルダとを収
納すると共に、金属ケースの径方向に隣接して制御手段
を収納したケースを設ける技術が開示されているが、上
記の従来例と同様に径方向には大きなスペースを要する
ものであり、ステアリング機構に対する装着性が悪く、
電動パワーステアリング装置自体の生産性にも影響を与
えるものである。
【０００９】さらに、特開平９−１１７０９３号公報に
はブラシ式のＤＣ電動機を用いた電動式パワーステアリ
ング装置において、制御手段とスイッチング素子とを搭
載した基板が電動機のブラシホルダを搭載する外部ケー
スに保持され、この基板を保持する外部ケースが電動機
のハウジング内において電動機の側方に配置されるよう
に構成した技術が開示されている。この公報に開示され
た技術によれば部品間の配線は簡略化でき、大型化もあ
る程度抑制できるが、半導体スイッチング素子が発熱体
である電動機の側方に、しかも、電動機のハウジング内
に装着されるため、熱的な信頼性に課題を残し、半導体
スイッチング素子の通電容量に限界を生じ、従って、電
動機の高出力化にも限界を生じるものであり、生産性に
も課題を有するものである。
【００１０】この発明は、このような課題を解決するた
めになされたもので、ＰＷＭ駆動による放射ノイズを低
減することが可能であると共に、大出力化と装着性の向
上と重量の低減とが可能な電動式パワーステアリング装
置を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる電動式
パワーステアリング装置は、電動機と、この電動機の回
転位置を計測する回転位置センサと、電動機の回転を減
速して操舵装置に伝える減速機構と、電動機の電力を制
御するスイッチング素子と発熱部品とを搭載するパワー
基板と、操舵トルクを計測するトルクセンサと車両の走
行速度を計測する車速センサと回転位置センサとの信号
によりスイッチング素子を制御するマイクロコンピュー
タと、マイクロコンピュータと小電流部品とを搭載する
制御基板と、トルクセンサに接続されるコネクタと車速
センサに接続されるコネクタと外部から電力供給を受け
るコネクタとが一体に成型された回路ケースと、電動機
の反減速機構側のブラケットを兼ねるヒートシンクとを
備え、ヒートシンクに密着してパワー基板が組み付けら
れ、パワー基板を覆って回路ケースがヒートシンクに組
み付けられ、回路ケースにパワー基板とは積層状態にな
るように制御基板が組み付けられるように構成したもの
である。
【００１２】また、回路ケースに配線パターンとして導
電板がインサート成型されており、パワー基板と制御基
板と電動機と各コネクタとの相互間が導電板により接続
されるように構成したものである。さらに、回転位置セ
ンサが、多極に磁化されて電動機の回転子の軸端に組み
付けられた永久磁石と、回路ケースに設けられた磁気セ
ンサとから構成され、回転子と永久磁石との間に回転子
の反減速機構側を支承する軸受けが設けられると共に、
永久磁石の外径が軸受けのアウタレスの外径より小さく
構成されるようにしたものである。さらにまた、回路ケ
ースに磁気センサを保持する磁気センサ保持部が設けら
れており、磁気センサ保持部に保持された磁気センサ
が、回路ケースにインサート成型された導電板により制
御基板と接続されるようにしたものである。
【００１３】また、電動機の電機子巻線が電動機の突極
構造の固定子鉄心に合成樹脂からなるインシュレータを
介して巻装され、インシュレータにヒートシンクの嵌合
穴と嵌合する位置決め突起が設けられるようにしたもの
である。さらに、ヒートシンクに、回転子の反減速機構
側を支承する軸受を嵌合する嵌合穴と、回路ケースの磁
気センサを保持する磁気センサ保持部が嵌合する嵌合穴
とが設けられており、この両嵌合穴により回転位置セン
サの永久磁石と磁気センサとの径方向の相対位置が決定
されるようにしたものである。さらにまた、トルクセン
サと接続するコネクタに、コネクタと接合するハーネス
側コネクタハウジングの抜け止めを行うロック機構が設
けられており、ハーネス側コネクタハウジングが、コネ
クタに対して電動機の軸方向に脱着が可能であると共
に、ロック機構は電動機の周方向に操作されるようにし
たものである。
【００１４】また、ヒートシンクが電動機の固定子鉄心
を保持するヨークの一方の開口端の内径と嵌合する嵌合
面を有しており、嵌合面の外周に溝が設けられてヨーク
が溝内に絞り込み変形されることによりヨークとヒート
シンクとが固定されるようにしたものである。さらに、
ヒートシンクに、軸受と嵌合する嵌合穴とは同心状に治
具挿入用の貫通穴が設けられるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１ないし図７
は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリ
ング装置を説明するためのもので、図１は電動パワース
テアリング装置の構成を示す断面図、図２は電動機部分
の断面図、図３は大電流部品を搭載する金属基板部の平
面図、図４は小電流の制御部品を搭載する制御基板部の
平面図、図５はコネクタ部の平面図（図１の矢視Ａ）、
図６は回転位置センサの着磁パターンを示す説明図、図
７は回路構成を示すブロック図であり、上記の従来例と
同一機能部分には同一符号が付与されている。
【００１６】まず、図７にて回路構成を説明すると、電
動機４の固定子には三相の電機子巻線７ｕ〜７ｗが巻装
されており、詳細な構成は後述するが、この図では、電
機子巻線７はＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに例えば各４
個のコイルを有する場合を示している。４０は電動機４
とは一体に構成された制御装置であり、後述するよう
に、制御装置４０の制御基板４３にはＣＰＵ９と駆動回
路１０と電流検出手段１３とが搭載され、後述するパワ
ー基板には三相ブリッジ構成の半導体スイッチング素子
Ｑ１〜Ｑ６とリップル除去用コンデンサ１１とシャント
抵抗１２と開閉手段１４とが搭載され、また、制御装置
４０内には回転位置センサ８が組み付けられている。Ｃ
ＰＵ９はトルクセンサ２と車速センサ３と回転位置セン
サ８などの信号を入力して電動機４を制御するものであ
り、ＣＰＵ９の信号により駆動回路１０が三相ブリッジ
接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にＰＷＭ信号を
与えるもので、これらの動作は基本的には上記の従来例
と同様である。なお、図のＰｍとＭｍは後述する回路ケ
ースに設けられた端子の回路上での位置を示すものであ
る。
【００１７】具体的な構成を図１ないし図６により説明
すると、図１と図２とに示したように、三相のブラシレ
ス交流電動機４は、例えば８極の磁極を有する永久磁石
１６が出力軸１７の外周に固定された回転子１８と、永
久磁石１６の外周に対向して設けられた例えば１２極の
突極１９にインシュレータ２０を介して巻回されたＵ相
とＶ相とＷ相との３相の電機子巻線７（７ｕ、７ｖ、７
ｗ）を有する固定子２１と、出力軸１７の反出力側（反
減速機構側）の軸端に固定され、回転子１８の回転位置
を検出する回転位置センサ８用として後述するように磁
化された永久磁石２２と、固定子２１を取り付けるヨー
ク２３とから構成されている。
【００１８】電機子巻線７の各相の巻線端部は図２に示
すように出力軸１７の反出力側軸方向に伸延された巻線
端子２４ａ〜２４ｃに各々接続され、インシュレータ２
０には突極１９と後述する回転位置センサ８用の磁気セ
ンサとの周方向角度を位置決めする位置決め突起２０ａ
が形成されている。電動機４の反出力側のブラケットを
兼ねるヒートシンク２５は円筒状のヨーク２３の一端に
挿入され、後述するようにヨーク２３を変形させてカシ
メ固定されている。また、固定子２１はヨーク２３の反
ヒートシンク側から圧入され、ヨーク２３には出力側の
ブラケット２６取り付けられて両者は図３に示すように
ネジ２７で固定されている。回転子１８はヒートシンク
２５側の軸受２８とブラケット２６側の軸受２９とで回
転自在に支承され、軸受２８は回転子１８と永久磁石２
２との間に位置するように配列されている。また、ヨー
ク２３とヒートシンク２５との嵌合部には防水用ラバ−
リング３０が、ヨーク２３とブラケット２６との嵌合部
には防水用ラバ−リング３１が設けられている。
【００１９】永久磁石２２はフェライト系のボンド磁石
からなり、リング３２を介して出力軸１７に固定されて
おり、その外径は軸受２８のアウタレス（以下外輪と称
す）の外径より小さく形成されている。永久磁石２２の
外周面は、図６に示すように２５６極に着磁された磁気
トラック２２ｎと、８極に着磁された３本の磁気トラッ
ク２２ｕ、２２ｖ、２２ｗとが形成されている。磁気ト
ラック２２ｕと磁気トラック２２ｖとは周方向に１５度
の角度差を持って着磁されており、磁気トラック２２ｖ
と磁気トラック２２ｗも周方向に１５度の角度差を持っ
て着磁されている。ブラケット２６に取り付けられたギ
ヤケース３３には図１に示すように、ウォームギヤ３４
とウォームホイール３５とからなる減速ギヤ３６が組み
込まれており、ウォームギヤ３４は出力軸１７とカップ
リング３７により結合され、減速ギヤ３６は電動機４の
回転を減速して図示しないステアリング軸に伝達する。
【００２０】４０は制御装置であり、パワー基板として
の金属基板４１と、複数の導電線や導電板がインサート
成形された絶縁樹脂製の回路ケース４２と、絶縁プリン
ト基板からなる制御基板４３などから構成され、金属基
板４１は例えばＨＩＴＴ基板（電気化学工業の商品名）
からなり、２ｍｍのアルミニウム基板上に８０μｍの絶
縁層を介して配線パターンが１００μｍの銅パターンに
て形成され、この金属基板４１は、アルミニウム基板側
がヒートシンク２５に密着して取り付けられており、金
属基板４１に搭載される発熱部品の発熱をアルミニウム
基板を介してヒートシンク２５に放熱するように構成さ
れている。
【００２１】図３に示すように、電動機４の電流をＯＮ
／ＯＦＦ制御するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、電動
機４の電流リップルを吸収するためのコンデンサ１１
と、電動機４の電流を検出するためのシャント抵抗器１
２など、大電流を処理する発熱部品は金属基板４１上の
配線パターンに半田付けされて実装されており、コンデ
ンサ１１は金属基板４１の周辺部に並べて配置されてい
る。金属基板４１に形成された配線パターンは、大電流
に対応できるように充分な断面積を有しており、電動機
４に流れる大電流対応の回路要素が実装できるようにな
っている。
【００２２】回路ケース４２には電源コネクタ４４とト
ルクセンサコネクタ４５と車両信号用コネクタ４６とが
側面から突出するように一体に形成され、また、回路ケ
ース４２は両端開口の一端が金属基板４１を覆うように
してヒートシンク２５に取り付けられている。さらに、
回路ケース４２のもう一方の開口側には制御基板４３が
取り付けられており、この絶縁樹脂製の回路ケース４２
には上記したように複数の導電線や導電板が配線パター
ンとしてインサート成形されており、この複数の導電線
や導電板が絶縁樹脂から部分的に露出して接続端子を形
成し、図１ないし図３に示すように金属基板４１や制御
基板４３を接続する接続端子Ｃｍと、金属基板４１側の
電源端子Ｐｍと、電動機端子Ｍｍと、磁気センサ４７と
制御基板４３とを接続するセンサ端子Ｓｍとを構成して
いる。
【００２３】金属基板４１側の接続端子Ｃｍと、電源端
子Ｐｍと、電動機端子Ｍｍとは回路ケース４２のほぼ中
央部にほぼ直線上に並べて配置され、金属基板４１の配
線パターンに半田接合されている。電動機端子Ｍｍの金
属基板４１との接合部とは反対側の端子は、ヒートシン
ク２５に形成された貫通穴２５ａから延びてきた電動機
４の巻線端子２４ａ〜２４ｃと電気的に接合されてい
る。接続端子Ｃｍおよびセンサ端子Ｓｍの制御基板４３
側端部は制御基板４３を取り付けたとき、制御基板４３
の各スルーホールに挿入されて半田接合される。電源端
子Ｐｍは電源コネクタ４４側に延長されて電源コネクタ
４４のターミナルとして形成され、途中で制御基板４３
に接続する端子が分岐して、接続端子Ｃｍなどと同様に
制御基板４３に半田接合される。このようにして金属基
板４１と制御基板４３とは電動機４の軸方向に対して積
層構造に構成される。
【００２４】なお、金属基板４１は回路ケース４２にネ
ジ４８により固定され、金属基板４１を挟着するように
して回路ケース４２と金属基板４１とがヒートシンク２
５にネジ４９により固定され、これにより上記したよう
に金属基板４１のアルミニューム基板側がヒートシンク
２５に密着される。５０は回路ケース４２とヒートシン
ク２５との間より水が浸入するのを防止するラバーリン
グである。
【００２５】トルクセンサコネクタ４５および車両信号
コネクタ４６のターミナルは、コネクタ側とは反対側が
回路ケース４２にインサート成形されており、反コネク
タ側の端部が接続端子Ｃｍと同様に制御基板４３に半田
接合されることにより、制御基板４３と金属基板４１と
に実装された各部品がバッテリ６やトルクセンサ２およ
び車速センサ３などと電気的に接続される。電源コネク
タ４４とトルクセンサコネクタ４５と車両信号コネクタ
４６とは並べて電動機４の出力軸１７とは平行に配置さ
れ、電源コネクタ４４と車両信号コネクタ４６とは電動
機４の反出力側の軸方向に、また、トルクセンサコネク
タ４５は出力側の軸方向に、相手側ハーネスのコネクタ
ハウジングの脱着ができるように配置され、さらに、図
５に示すように、電動機４の周方向の操作でトルクセン
サコネクタ４５の相手側ハーネスのコネクタハウジング
の抜け止めが可能なように係止部（ロック機構）４５ａ
が形成されている。
【００２６】磁気センサ４７は、磁気トラック２２ｎ、
２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに各々対向して配置された表面
実装タイプの巨大磁気抵抗器（以下、ＧＭＲと称す）な
どからなり、回路ケース４２の磁気センサ保持部５１の
センサ端子Ｓｍに半田接合され、磁気センサ保持部５１
が金属基板４１とヒートシンク２５のセンサ嵌合部２５
ｅに嵌合し、これを貫通して磁気センサ４７が永久磁石
２２の着磁面と対向するように構成されている。
【００２７】制御基板４３には図４に示すように、絶縁
プリント基板の配線パターン上にＣＰＵ９、電動機４の
電流検出手段１３を構成する回路など、小電流部品の周
辺回路素子が半田付されて実装され、トルクセンサコネ
クタ４５および車両信号コネクタ４６を介してトルクセ
ンサ２で検出される操舵トルク信号および車速センサ３
で検出される車速信号がＣＰＵ９に入力される。ＣＰＵ
９は操舵トルク信号、車速信号および磁気センサ４７で
検出される回転位置信号に基づき、ブリッジ接続された
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御するための駆動信号
を生成する。また、制御基板４３には金属基板４１上の
大型部品であるコンデンサ１１と重なる部分が切り欠い
た形状に形成されることにより、制御基板４３と金属基
板４１との距離の縮小が図られている。
【００２８】ヒートシンク２５には巻線端子２４ａ〜２
４ｃが貫通する穴部２５ａと、ヨーク２３と嵌合する嵌
合部２５ｂと、ヨーク２３がかしめられる溝部２５ｃと
が形成され、また、軸受２８の外輪が嵌合する嵌合凹部
２５ｄと、回路ケース４２の磁気センサ保持部５１が嵌
合するセンサ嵌合部２５ｅと、インシュレータ２０の位
置決め突起２０ａが嵌合する嵌合部２５ｋとが形成され
ており、ヒートシンク２５に回路ケース４２が装着され
ることにより、磁気センサ４７と永久磁石２２の外周面
との径方向距離が一定の隙間に保持されると共に、固定
子２１の突極１９と磁気センサ４７との周方向角度位置
が位置決めされている。
【００２９】上記したように、軸受２８の外輪の直径よ
り永久磁石２２の外径が小さく設定されることにより、
嵌合凹部２５ｄに軸受２８を挿入する際に永久磁石２２
と嵌合凹部２５ｄとが干渉しないように構成されてお
り、また、固定子２１の内径部に回転子１８を挿入する
とき、永久磁石１６が固定子２１に吸着されて挿入が阻
害されるのを防止するために使用する治具挿入穴とし
て、貫通穴２５ｆがヒートシンク２５に嵌合凹部２５ｄ
と同心状に形成されている。金属基板４１および制御基
板４３の組付けは後工程であるため、両基板にはこの貫
通穴２５ｆに相当する中央部の穴は設けず、回路パター
ンの構成を容易として小型化が可能なようにされてい
る。また、溝部２５ｇにはラバーリング３０が挿入さ
れ、ヨーク２３とヒートシンク２５との間の水の浸入が
防止され、溝部２５ｈにはラバーリング５０が挿入さ
れ、制御装置４０に対する水の浸入を防いでいる。
【００３０】また、図３に示すように、金属基板４１と
ヒートシンク２５には位置決め用の穴４１ａが形成され
ており、回路ケース４２に形成された位置決め突起４２
ａが挿入されて回路ケース４２と金属基板４１とヒート
シンク２５との位置が決められるよう構成されている。
なお、４２ｂはカバー５３を接着するための接着剤塗布
用の溝である。
【００３１】このように構成されたこの発明の実施の形
態１による電動式パワーステアリング装置において、組
み立て工程を説明しながら構成をさらに詳細に説明する
と次の通りである。まず、電動機４の組み立ては、出力
軸１７に永久磁石１６を接着固定して着磁器で例えば８
極に着磁し、軸受２８のインナーレス（以下内輪と称
す）および永久磁石２２を嵌着したリング３２を圧入し
て回転子１８とする。永久磁石２２は別途着磁されてい
るので、永久磁石１６と永久磁石２２との回転方向の角
度位置を合わせる必要があり、治具を使用して位置決め
をしながら圧入される。固定子２１は１２極の突極１９
にインシュレータ２０を介して各相の電機子巻線７を電
気角で１２０度位置をずらせて巻装し、図７に示すよう
なＵ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４およびＷ１〜Ｗ４の１２個の
巻線を形成する。
【００３２】Ｕ相の電機子巻線Ｕ１〜Ｕ４は各巻始めと
各巻終わりとがまとめられて各々が並列に接続され、図
７のようなＵ相の電機子巻線７ｕを形成する。同様にＶ
相およびＷ相の電機子巻線も各巻始めと各巻終わりとは
まとめられて接続され、電機子巻線７ｖと７ｗとを形成
し、Ｕ、ＶおよびＷ層の電機子巻線７ｕ〜７ｗの巻終わ
りはお互いに接続されて中性点となる。Ｕ、ＶおよびＷ
層の電機子巻線７ｕ〜７ｗの巻始めはそれぞれ巻線端子
２４ａ〜２４ｃに接続される。
【００３３】ヒートシンク２５は溝部２５ｇにラバーリ
ング３０を挿入し、ヒートシンク２５の穴部２５ｋとイ
ンシュレータ２０の位置決め突起２０ａの角度位置を合
わせながら、固定子２１が圧入されたヨーク２３の巻線
接続端子２４ａ〜２４ｃ側に挿入し、ヨーク２３の外周
をヒートシンク２５の溝部２５ｃ内に変形させ、カシメ
固定する。
【００３４】次にブラケット２６に軸受２９の外輪を固
定し、軸受２９の内輪に回転子１８の出力軸１７を圧入
し、出力軸１７にカップリング３７を圧入する。さら
に、ブラケット２６にラバーリング３１を挿入し、固定
子２１とヒートシンク２５が組み込まれたヨーク２３に
挿入してネジ２７で固定する。このとき永久磁石１６が
固定子２１に吸着されるのを防止するため、ヨーク２３
の外周を固定し、出力軸１７の両端を治具で保持しなが
ら挿入する。ヒートシンク２５の貫通穴２５ｆはこのと
き使用する治具挿入穴である。
【００３５】制御装置４０は、まず、各電極にクリーム
半田を塗布した制御基板４３上にＣＰＵ９その他の周辺
回路部品を配置し、リフロー装置を用いて半田付けす
る。同様に、各電極にクリーム半田を塗布した金属基板
４１上に半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、シャント
抵抗器１２およびコンデンサ１１などの部品を配置し、
回路ケース４２と金属基板４１との位置決めをしながら
金属基板４１上を覆うように回路ケース４２を配置して
ネジ４８で固定し、この状態でリフロー装置を用いて各
部品を半田付する。このとき回路ケース４２にインサー
トされた導電板の金属基板４１側の各端子も金属基板４
１のパターンに半田接続される。
【００３６】ヒートシンク２５の溝部２５ｈにラバーリ
ング５０を取り付け、金属基板４１の位置決め用穴４１
ａより突出した回路ケース４２の位置決め突起４２ａと
磁気センサ保持部５１とをヒートシンク２５の位置決め
用穴とセンサ嵌合部２５ｅとに挿入して位置決めし、金
属基板４１が取り付けられた回路ケース４２をヒートシ
ンク２５にネジ４９で固定する。
【００３７】電動機端子Ｍｍと電動機４の巻線端子２４
ａ〜２４ｃとは組立により重なるように配置されてお
り、この重なった部分で抵抗溶接により電気的に接合さ
れる。次に、制御基板４３が回路ケース４２に組み付け
られ、回路ケース４２の接続端子Ｃｍ、電源端子Ｐｍ、
センサ端子Ｓｍ、トルクセンサコネクタ４５および車両
信号コネクタ４６の端子が制御基板４３のスルーホール
内に挿入され、ロボット半田または部分噴流半田などに
より電気的に接合される。最後に回路ケース４２の溝部
４２ｂにシリコン接着剤が塗布され、カバー５３が接着
されて組立が完了する。
【００３８】このような構成を持つこの発明の実施形態
１の電動パワーステアリング装置においては、ＣＰＵ９
およびその周辺素子などの小電流部品のみが制御基板４
３に実装されているので、印刷パターンの幅や厚さを大
きくする必要がなく、部品の高密度実装が可能となって
小型化でき、また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６
やシャント抵抗器１２などの大電流部品が金属基板４１
に実装され、この金属基板４１がヒートシンク２５に密
着状態で取り付けられているので、大電流部品からの発
熱が金属基板４１を介してヒートシンク２５に有効に伝
達され、金属基板４１も温度上昇を抑制しながら小型化
でき、電動機４の背面に積層して大型化することなく一
体構成することが可能になる。
【００３９】また、金属基板４１と電機子巻線７との接
続を巻線端子２４ａ〜２４ｃにより行うようにし、電動
機４の反出力側のブラケットを兼ねるヒートシンク２５
の背面にて接続するので、接続のための電路長さは極め
て短くなり、従来装置のようにコネクタを使用しないの
で、コストが低減できると共に、電力ロスと放射ノイズ
とを大幅に低減することが可能になる。さらに、回転位
置センサ８の回転子となる永久磁石２２を、電動機４の
回転子１８を支承する軸受け２８より外側に配置したの
で、回転位置センサ８が電動機４の本体からの磁気的な
干渉を受けることがなく、配線も極めて短いので、電磁
ノイズの影響も受けない。
【００４０】さらに、ヒートシンク２５は軸受２８の外
輪が嵌合する嵌合凹部２５ｄと、回路ケース４２の磁気
センサ保持部５１が嵌合するセンサ嵌合部２５ｅ、およ
び、インシュレータ２０の位置決め突起２０ａが嵌合す
る嵌合部２５ｋが形成されているため、ヒートシンク２
５に回路ケース４２を装着することにより、磁気センサ
４７の磁気検出面と永久磁石２２の外周面との径方向距
離が一定の隙間に保持され、固定子２１の突極１９と、
磁気センサ４７の周方向角度位置が位置決めされるの
で、組立が極めて単純となって調整が不要であり、組立
性を向上させることができる。
【００４１】また、トルクセンサコネクタ４５は、電動
機４の出力側方向に脱着可能に形成され、電動機４の周
方向操作で相手方のハーネス側コネクタハウジングの抜
け止め操作が可能なようにしたので、電動パワーステア
リング装置がステアリングモジュールに装着されたと
き、トルクセンサ２との間の配線が容易となり、トルク
センサ２からのワイヤハーネスが短縮化でき、配線スペ
ース縮小すると共に、コネクタの挿入性が向上する。ま
た、ヒートシンク２５はヨーク２３にカシメ固定される
ようにしたので、装置の小型化が可能になる。
【００４２】また、ヒートシンク２５の貫通穴２５ｆに
治具を挿入できるようにしたので、出力軸１７の両端を
治具で保持しながら固定子２１の内径に回転子１８を挿
入することができ、永久磁石１６が固定子２１に吸着さ
れて破損するなどのトラブルを回避することができ、電
動パワーステアリング装置の信頼性を向上することがで
きる。ただし、金属基板４１、および、制御基板４３は
後工程の組立であるため治具用の穴は不要であり、回路
パターンに影響しないので小型化を阻害することはな
い。
【００４３】なお、以上の説明において、エンジンルー
ムに装着することを前提として各所に防水用のラバーリ
ングを使用したが、必ずしも必要としない場合もあり、
パワー基板はアルミニウムの金属基板としたが、熱伝導
性のよい材料であれば良く、セラミック基板であっても
よい。また、電源コネクタと車両信号コネクタは電動機
の軸方向で出力側とは反対方向に脱着可能としたが、こ
れには限定されるものでなく、磁気センサにはＧＭＲを
用いたが、磁気抵抗器やホール素子など他の磁気検出素
子も使用できるものである。さらに、回転位置センサに
円盤面着磁の永久磁石と表面実装タイプのＧＭＲとの組
合せを用いたが、外周円筒面着磁の永久磁石とリードタ
イプのＧＭＲとの組合せを使用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】以上に説明したようにこの発明の電動式
パワーステアリング装置において、請求項１に記載の発
明によれば、電動機の電力を制御するスイッチング素子
など発熱部品を搭載するパワー基板と、マイクロコンピ
ュータなど小電流部品を搭載する制御基板とを回路ケー
スにより積層状態になるように構成し、パワー基板を三
相のブラシレス電動機の反出力側のブラケットを兼ねる
ヒートシンクに密着して組み付けるようにしたので、制
御装置と電動機とを接続するワイヤーハーネスやコネク
タが不要となって、製造コストと重量と放射ノイズの低
減が可能になると共に、電力ロスが低減されて高出力化
が可能となり、制御装置を電動機の背面に積層して放熱
性が良好な構成としたので、大型化することなく、ステ
アリングモジュールに対して良好な装着性を得ることが
可能となるものである。
【００４５】また、請求項２に記載の発明によれば、回
路ケースにインサート成型された導電板がパワー基板と
制御基板と電動機と各コネクタとの相互間を接続するよ
うにしたので、制御装置の組立が単純化されて生産性が
良好なものとなり、さらに、請求項３に記載の発明によ
れば、回転位置センサを、電動機の回転子の軸端に組み
付けられた永久磁石と回路ケースに設けられた磁気セン
サとから構成し、回転子と永久磁石との間に回転子を支
承する軸受けを設けると共に、永久磁石の外径を軸受け
のアウタレスの外径より小さくしたので、回転位置セン
サが電動機本体からの磁気的な干渉や電磁ノイズの影響
を受けることがなく、また、組立時において軸受けの嵌
合部と永久磁石とが干渉することなく、容易に組立がで
きるものである。
【００４６】さらにまた、請求項４に記載の発明によれ
ば、回路ケースに磁気センサを保持する磁気センサ保持
部を設け、保持された磁気センサが、回路ケースにイン
サート成型された導電板により制御基板と接続されるよ
うにしたので、接続のためのコネクタなど余分な部品を
必要とせず、組み立て性の向上が可能になり、また、請
求項５に記載の発明によれば、電動機の電機子巻線を巻
装するコア絶縁としてのインシュレータにヒートシンク
の嵌合穴と嵌合する位置決め突起を設けるようにしたの
で、ヒートシンクに取り付けられる磁気センサと電機子
巻線との回転方向位置が容易に決定でき、調整作業が不
要となって組み立て性の向上が可能になるものである。
【００４７】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
ヒートシンクに、回転子を支承する軸受を嵌合する嵌合
穴と、回路ケースの磁気センサを保持する磁気センサ保
持部が嵌合する嵌合穴とを設け、回転位置センサの永久
磁石と磁気センサとの径方向の相対位置が嵌合穴により
決定されるようにしたので、請求項５と共に調整作業が
不要となって組み立て性の向上が可能になるものであ
る。さらにまた、請求項７に記載の発明によれば、トル
クセンサと接続するコネクタに、ハーネス側コネクタハ
ウジングの抜け止めを行うロック機構を設け、ハーネス
側コネクタハウジングがコネクタに対して電動機の軸方
向に脱着が可能であると共に、ロック機構が電動機の円
周方向に操作がなされるようにしたので、ステアリング
モジュールに装着時、トルクセンサとの間の配線が容易
となり、ハーネスの短縮化と、配線スペース縮小とが可
能になり、作業性の向上が図れるものである。
【００４８】また、請求項８に記載の発明によれば、ヒ
ートシンクが電動機の固定子鉄心を保持するヨークの一
方の開口端に嵌合され、嵌合面の外周の溝にヨークが絞
り込み変形されてヨークとヒートシンクとが固定される
ようにしたので、装置の小型化が可能になり、さらに、
請求項９に記載の発明によれば、ヒートシンクに、軸受
と嵌合する嵌合穴とは同心状に治具挿入用の貫通穴を設
けたので、電動機の組立時に電動機の出力軸両端を治具
で保持しながら組み立てることができ、回転子の永久磁
石が固定子に吸着されて組立性が阻害されたり永久磁石
が破損するなどのトラブルが回避でき、生産性と装置の
信頼性とを向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電動パワース
テアリング装置の構成を示す断面図である。
【図２】 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機部分の断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による電動パワース
テアリング装置の金属基板部の平面図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による電動パワース
テアリング装置の制御基板部の平面図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による電動パワース
テアリング装置のコネクタ部の平面図である。
【図６】 この発明の実施の形態１による電動パワース
テアリング装置の回転位置センサの着磁パターンを示す
説明図である。
【図７】 この発明の実施の形態１による電動パワース
テアリング装置の回路構成を示すブロック図である。
【図８】 一般的な電動式パワーステアリング装置の構
成図である。
【図９】 従来の電動式パワーステアリング装置の回路
構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ トルクセンサ、３ 車速センサ、４ 電動機、７
電機子巻線、８ 回転位置センサ、９ ＣＰＵ、１０
駆動回路、１１ コンデンサ、１２ シャント抵抗、１
３ 電流検出手段、１６ 永久磁石、１７ 出力軸、１
８ 回転子、１９ 突極（固定子鉄心）、２０ インシ
ュレータ、２０ａ 位置決め突起、２１ 固定子、２２
永久磁石、２３ ヨーク、２４ 巻線端子、２５ ヒ
ートシンク、２５ｂ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｋ 嵌合
部、２５ｆ 貫通穴、２６ ブラケット、２８、２９
軸受、３３ ギヤケース、３６ 減速ギヤ、４０ 制御
装置、４１ 金属基板、４２ 回路ケース、４３ 制御
基板、４４ 電源コネクタ、４５ トルクセンサコネク
タ、４６ 車速センサコネクタ、４７ 磁気センサ、５
１ 磁気センサ保持部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 29/00 Ｈ０２Ｋ 29/08 ５Ｈ６１１ 29/08 11/00 Ｘ Ｆターム(参考） 2F063 AA35 AA36 BA08 BD16 CA34 CA40 DA01 DA05 DB07 DD02 DD05 EA03 GA52 GA61 GA67 GA71 JA10 KA01 2F069 AA86 BB40 CC05 CC07 DD25 DD27 DD30 EE02 EE26 GG04 GG06 GG20 GG41 GG65 HH09 HH15 HH30 JJ17 JJ25 KK08 MM04 3D033 CA02 CA03 CA04 CA13 CA16 CA20 CA21 CA28 CA29 5H019 BB01 BB05 BB15 BB19 BB23 CC03 CC09 DD01 EE01 EE09 EE14 FF01 5H605 AA11 BB05 BB09 CC02 CC06 CC08 DD09 DD12 DD16 DD32 EB10 EC05 EC07 EC20 GG18 5H611 AA09 BB01 BB08 PP02 PP05 QQ03 QQ05 RR02 TT01 TT02 TT06 UA04 UA07 UB02

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電動機、前記電動機の回転位置を計測す
    る回転位置センサ、前記電動機の回転を減速して操舵装
    置に伝える減速機構、前記電動機の電力を制御するスイ
    ッチング素子と発熱部品とを搭載するパワー基板、操舵
    トルクを計測するトルクセンサと車両の走行速度を計測
    する車速センサと前記回転位置センサとの信号により前
    記スイッチング素子を制御するマイクロコンピュータ、
    このマイクロコンピュータと小電流部品とを搭載する制
    御基板、前記トルクセンサに接続されるコネクタと前記
    車速センサに接続されるコネクタと外部から電力供給を
    受けるコネクタとが一体に成型された回路ケース、前記
    電動機の反減速機構側のブラケットを兼ねるヒートシン
    クを備え、前記ヒートシンクに密着して前記パワー基板
    が組み付けられ、前記パワー基板を覆って前記回路ケー
    スが前記ヒートシンクに組み付けられ、前記回路ケース
    に前記パワー基板とは積層状態になるように前記制御基
    板が組み付けられたことを特徴とする電動式パワーステ
    アリング装置。
  2. 【請求項２】 前記回路ケースに配線パターンとしての
    導電板がインサート成型されており、前記パワー基板と
    前記制御基板と前記電動機と前記各コネクタとの相互間
    が前記導電板により接続されるように構成したことを特
    徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装
    置。
  3. 【請求項３】 前記回転位置センサは、多極に磁化され
    て前記電動機の回転子の軸端に組み付けられた永久磁石
    と、前記回路ケースに設けられた磁気センサとから構成
    され、前記回転子と前記永久磁石との間に前記回転子の
    反減速機構側を支承する軸受けが設けられると共に、前
    記永久磁石の外径が前記軸受けのアウタレスの外径より
    小さく構成されていることを特徴とする請求項１に記載
    の電動式パワーステアリング装置。
  4. 【請求項４】 前記回路ケースに前記磁気センサを保持
    する磁気センサ保持部が設けられ、前記磁気センサ保持
    部に保持された前記磁気センサが、前記回路ケースにイ
    ンサート成型された前記導電板により前記制御基板と接
    続されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
    か一項に記載の電動式パワーステアリング装置。
  5. 【請求項５】 前記電動機の電機子巻線が前記電動機の
    突極構造の固定子鉄心に合成樹脂からなるインシュレー
    タを介して巻装され、前記インシュレータには前記ヒー
    トシンクの嵌合穴と嵌合する位置決め突起が設けられた
    ことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステア
    リング装置。
  6. 【請求項６】 前記ヒートシンクに、前記回転子の反減
    速機構側を支承する軸受を嵌合する嵌合穴と、前記回路
    ケースの前記磁気センサを保持する前記磁気センサ保持
    部が嵌合する嵌合穴とが設けられており、この両嵌合穴
    により前記回転位置センサの前記永久磁石と、前記磁気
    センサとの径方向の相対位置が決定されることを特徴と
    する請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
  7. 【請求項７】 前記トルクセンサと接続される前記コネ
    クタに、前記コネクタと接合するハーネス側コネクタハ
    ウジングの抜け止めを行うロック機構が設けられてお
    り、前記ハーネス側コネクタハウジングが前記コネクタ
    に対して前記電動機の軸方向に脱着が可能であると共
    に、前記ロック機構は前記電動機の周方向に操作される
    ように構成されていることを特徴とする請求項１に記載
    の電動式パワーステアリング装置。
  8. 【請求項８】 前記ヒートシンクが前記電動機の前記固
    定子鉄心を保持するヨークの一方の開口端の内径と嵌合
    する嵌合面を有しており、前記嵌合面の外周に溝が設け
    られて前記ヨークが前記溝内に絞り込み変形されること
    により前記ヨークと前記ヒートシンクとが固定されるよ
    うに構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動式
    パワーステアリング装置。
  9. 【請求項９】 前記ヒートシンクに、前記軸受と嵌合す
    る前記嵌合穴とは同心状に治具挿入用の貫通穴が設けら
    れたことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワース
    テアリング装置。
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