JP2004345643A - 電動式パワーステアリング回路装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ハウジングに配線パターンを形成して大小2つの基板とハウジングを効率的に電気的接続し、インサート成型前のパワー部の配線パターンを1つの部品で構成することにより、作業性の向上を可能にする電動式パワーステアリング回路装置を得ることを目的とする。コストダウンや作業性の向上および大出力化を可能にする電動式パワーステアリング回路装置およびその製造方法を得る。
【解決手段】導電板65は導電性の優れた銅合金の1枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー65aで部分的につながれて絶縁性樹脂にインサート成型され、成型後タイバー65aが切断されて所望の配線パターンが得られるとともに、配線パターンは、コイル、電源リレー、モータリレーと電気的に接続される部位が同一平面に形成されている
【選択図】図5
【解決手段】導電板65は導電性の優れた銅合金の1枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー65aで部分的につながれて絶縁性樹脂にインサート成型され、成型後タイバー65aが切断されて所望の配線パターンが得られるとともに、配線パターンは、コイル、電源リレー、モータリレーと電気的に接続される部位が同一平面に形成されている
【選択図】図5
Description
この発明は、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に関するもので、特にその制御回路装置の構成に関するものである。
まず、図9〜11を参照しながら、従来の電動式パワーステアリング回路装置の構成について説明する。図9〜図11は、本出願人が既に出願した、特許文献1中に示された図8〜10にそれぞれ対応する構成図、回路図、平面図である。
図9は一般的な電動式パワーステアリングを搭載した車両のシステム構成図である。一般に、電動式パワーステアリング装置を装着した車両では、図9に示されるように、ハンドル30の操舵トルクを検出するトルクセンサ50、車速を検出する車速センサ51、操舵トルクおよび車速を取り込んで電動モータ40に所要方向の補助トルクを出力させる電動式パワーステアリング回路装置100を備えている。電動式パワーステアリング回路装置100は、補助トルクを演算するマイクロコンピュータ55と、マイクロコンピュータ55の演算結果に基づいて電動モータ40に対してモータ駆動電流を出力する駆動回路47を有している。
図9は一般的な電動式パワーステアリングを搭載した車両のシステム構成図である。一般に、電動式パワーステアリング装置を装着した車両では、図9に示されるように、ハンドル30の操舵トルクを検出するトルクセンサ50、車速を検出する車速センサ51、操舵トルクおよび車速を取り込んで電動モータ40に所要方向の補助トルクを出力させる電動式パワーステアリング回路装置100を備えている。電動式パワーステアリング回路装置100は、補助トルクを演算するマイクロコンピュータ55と、マイクロコンピュータ55の演算結果に基づいて電動モータ40に対してモータ駆動電流を出力する駆動回路47を有している。
図10は一般的な電動式パワーステアリング回路装置を一部ブロック図で示す回路図である。図10において、40は図示しない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、41は電動モータ40を駆動するためのモータ電流IMを供給するバッテリである。また、42はモータ電流IMのリップル成分を吸収するための大容量(2200μF程度)のコンデンサ、43はモータ電流IMを検出するためのシャント抵抗器、44はモータ電流IMを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばFET(Field Effect Transistor)等の複数の半導体スイッチング素子Q1〜Q4からなるブリッジ回路、49は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
L1はコンデンサ42の一端をグランドに接続する導電線、P1およびP2は半導体スイッチング素子Q1〜Q4をブリッジ接続するとともにシャント抵抗器43およびブリッジ回路44を接続する配線パターン、P3はブリッジ回路44の出力端子となる配線パターンである。45は電動モータ40およびバッテリ41をブリッジ回路44に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、L2は電動モータ40およびバッテリ41とコネクタ45を接続するための外部配線、46はモータ電流IMを必要に応じて通電遮断するための常開の電源リレー、P4は電源リレー46、コンデンサ42およびシャント抵抗器43を接続する配線パターン、P5はコネクタ45をグランドに接続する配線パターンである。ブリッジ回路44の出力端子となる配線パターンP3はコネクタ45に接続されている。
47はブリッジ回路44を介して電動モータ40を駆動するとともに、電源リレー46を駆動する駆動回路、L3は駆動回路47を電源リレー46の励磁コイルに接続する導電線、L4は駆動回路47をブリッジ回路44に接続する導電線、48はシャント抵抗器43の一端を介してモータ電流IMを検出するモータ電流検出手段であり、駆動回路47およびモータ電流検出手段48は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。また、50はハンドルの操舵トルクTを検出するトルクセンサ、51は車両の車速Vを検出する車速センサである。さらに、55はトルクセンサ50および車速センサ51の出力を入力し操舵トルクTおよび車速Vに基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流IMをフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ(ECU)であり、ブリッジ回路44を制御するための回転方向指令D0および電流制御量I0を駆動信号として駆動回路47に入力する。
マイクロコンピュータ55は、電動モータ40の回転方向指令D0および補助トルクに相当するモータ電流指令Imを生成するモータ電流決定手段56と、モータ電流指令Imとモータ電流IMとの電流偏差ΔIを演算する演算手段57と、電流偏差ΔIからP(比例)項、I(積分)項およびD(微分)項の補正量を算出してPWMデューティ比に相当する電流制御量I0を生成するPID演算手段58とを備えている。また、図示していないが、マイクロコンピュータ55は、AD変換器やPWMタイマ回路等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、異常が発生すると駆動回路47を介して電源リレー46を開放し、モータ電流IMを遮断するようになっている。L5はマイクロコンピュータ55を駆動回路47に接続するための導電線である。
一般に、電動モータ40とバッテリ41との間に介在された回路要素42〜44、49、配線パターンP1〜P5、導電線L1およびL2は、大電流のモータ電流IMに対応するため、後述するように放熱性(耐熱性)および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ55、駆動回路47およびモータ電流検出手段48を含む周辺回路素子ならびに導電線L3〜L5は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。
図11は一般的な電動式パワーステアリング回路装置の回路構成を示す平面図であり、図中、Q1〜Q4、42、43、45、46、49および55は図10に示すものと同様のものを示している。この例の場合、半導体スイッチング素子Q1〜Q4は樹脂で被覆された各一対のFETにより構成され、大容量のコンデンサ42は3個のコンデンサにより構成され、マイクロコンピュータ55は1チップのICにより構成されている。また、図面の煩雑さを防ぐために、周辺回路素子、配線パターンおよび導電線等を省略し、代表的な回路要素のみを示す。図11において、1はシールド板およびヒートシンクの機能を兼ねた箱型の金属フレーム、2は金属フレーム1の底面上に載置された絶縁プリント基板、3は金属フレーム1の内側面に一端面が接合された例えばアルミニウムで作製されたヒートシンクである。絶縁プリント基板2には、各回路要素42、43、46、49および55等が載置されており、また、ヒートシンク3の他端面には各半導体スイッチング素子Q1〜Q4が接合されている。4a〜4eは配線パターンP1〜P5等に相当する配線板であり、大電流に専用に対応するために、絶縁プリント基板2上の配線パターンとは別に幅および厚さの大きい導電板が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
次に、図10を参照しながら、図11に示した従来の電動式パワーステアリング回路装置の動作について説明する。マイクロコンピュータ55は、トルクセンサ50および車速センサ51から操舵トルクTおよび車速Vを取り込むとともに、シャント抵抗器43からモータ電流IMをフィードバック入力し、パワーステアリングの回転方向指令D0と、補助トルクに相当する電流制御量I0とを生成し、導電線L5を介して駆動回路47に入力する。駆動回路47は、定常駆動状態では導電線L3を介した指令により常開の電源リレー46を閉成しており、回転方向指令D0および電流制御量I0が入力されると、PWM駆動信号を生成し、導電線L4を介してブリッジ回路44の半導体スイッチング素子Q1〜Q4に印加する。これにより、電動モータ40は、バッテリ41から外部配線L2、コネクタ45、コイル49、電源リレー46、配線パターンP4、シャント抵抗器43、配線パターンP1、ブリッジ回路44、配線パターンP3、コネクタ45および外部配線L2を介して供給されるモータ電流IMにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
このとき、モータ電流IMは、シャント抵抗器43およびモータ電流検出手段48を介して検出され、マイクロコンピュータ55内の演算手段57にフィードバックされることにより、モータ電流指令Imと一致するよう制御される。また、モータ電流IMは、ブリッジ回路44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42により平滑されて制御される。さらに、コイル49は、上記ブリッジ回路44がPWM駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部に放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
従来の電動式パワーステアリング回路装置では、電動モータとバッテリとの間に介在された回路要素、配線パターン及び導電線は、大電流のモータ電流IMに対応するため、放熱性(耐熱性)および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ、駆動回路およびモータ電流検出手段を含む周辺回路素子ならびに導電線は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。このため、回路パターンは複雑で、ハウジングの成形型への装填性が悪く、電動式パワーステアリング回路装置の組立作業性が低下する。
この発明は上述のような課題を解消するためになされたもので、部品の実装に関し、ハウジングに配線パターンを形成して大小2つの基板とハウジングを効率的に電気的接続し、インサート成型前のパワー部の配線パターンを1つの部品で構成することにより、作業性の向上を可能にする電動式パワーステアリング回路装置を得ることを目的とする。
この発明に係る電動式パワーステアリング回路装置は、車両のハンドルに連結されハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、ハンドルに対する補助トルクに基づいて電動モータの駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路と、ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、バッテリからブリッジ回路に供給される駆動電流を開閉する電源リレーと、ブリッジ回路から電動モータに供給される駆動電流を開閉するモータリレーと、電動モータおよびバッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、一端がパワーコネクタに接続され電動モータの駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、絶縁性樹脂でなり、パワーコネクタ、導電板がインサート成型されるハウジングとを備えた電動パワーステアリング回路装置において、ハウジングにインサート成型される前の導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、配線パターンはインサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、配線パターンは、コイル、電源リレー、モータリレーと電気的に接続される部位が同一平面に形成されているものである。
この発明に係る電動式パワーステアリング回路装置は、ハウジングにインサート成型される前の導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、配線パターンはインサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるので、材料の歩留まりが良くなり低コスト化を図ることができる。また、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないのでハウジングの成形型への装填性がよくなり、組立作業性の向上した電動式パワーステアリング回路装置を得ることができる。
また、配線パターンは、コイル、電源リレー、モータリレーと電気的に接続される部位が同一平面に形成されているので、導電板の材料の歩留まりがよくなるとともに、プレス加工において曲げの工程が少なくなり、コスト低減を図ることができる。
また、配線パターンは、コイル、電源リレー、モータリレーと電気的に接続される部位が同一平面に形成されているので、導電板の材料の歩留まりがよくなるとともに、プレス加工において曲げの工程が少なくなり、コスト低減を図ることができる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す一部ブロック図である。図1において、40は図示しない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、41は電動モータ40を駆動するためのモータ電流IMを供給するバッテリである。また、42はモータ電流IMのリップル成分を吸収するための大容量(2200μF程度)のコンデンサ、43はモータ電流IMを検出するためのシャント抵抗器、44はモータ電流IMを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばFET等の複数の半導体スイッチング素子Q1〜Q4からなるブリッジ回路、49は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す一部ブロック図である。図1において、40は図示しない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、41は電動モータ40を駆動するためのモータ電流IMを供給するバッテリである。また、42はモータ電流IMのリップル成分を吸収するための大容量(2200μF程度)のコンデンサ、43はモータ電流IMを検出するためのシャント抵抗器、44はモータ電流IMを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばFET等の複数の半導体スイッチング素子Q1〜Q4からなるブリッジ回路、49は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
P1およびP2は半導体スイッチング素子Q1〜Q4をブリッジ接続するとともにシャント抵抗器43およびブリッジ回路44を接続する配線パターン、P3はブリッジ回路44の出力端子となる配線パターンである。45は電動モータ40およびバッテリ41をブリッジ回路44に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、L2は電動モータ40およびバッテリ41とコネクタ45を接続するための外部配線、46はモータ電流IMを必要に応じて通電遮断するための常開の電源リレー、P4は電源リレー46、コンデンサ42およびシャント抵抗器43を接続する配線パターン、P5はコネクタ45をグランドに接続する配線パターンであり、コンデンサ42の一端をグランドに接続する配線パターンも含む。ブリッジ回路44の出力端子となる配線パターンP3はコネクタ45に接続されている。
47はブリッジ回路44を介して電動モータ40を駆動するとともに、電源リレー46およびモータリレー60を駆動する駆動回路、L3は駆動回路47を電源リレー46およびモータリレー60の励磁コイルに接続する導電線、L4は駆動回路47をブリッジ回路44に接続する導電線、48はシャント抵抗器43の一端を介してモータ電流IMを検出するモータ電流検出手段であり、駆動回路47およびモータ電流検出手段48は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。また、50はハンドルの操舵トルクTを検出するトルクセンサ、51は車両の車速Vを検出する車速センサである。さらに、55はトルクセンサ50および車速センサ51の出力を入力し操舵トルクTおよび車速Vに基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流IMをフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ(ECU)であり、ブリッジ回路44を制御するための回転方向指令D0および電流制御量I0を駆動信号として駆動回路47に入力する。
マイクロコンピュータ55は、電動モータ40の回転方向指令D0および補助トルクに相当するモータ電流指令Imを生成するモータ電流決定手段56と、モータ電流指令Imとモータ電流IMとの電流偏差ΔIを演算する演算手段57と、電流偏差ΔIからP(比例)項、I(積分)項およびD(微分)項の補正量を算出してPWMデューティ比に相当する電流制御量I0を生成するPID演算手段58とを備えている。また、図示していないが、マイクロコンピュータ55は、AD変換器やPWMタイマ回路等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、異常が発生すると駆動回路47を介して電源リレー46を開放し、モータ電流IMを遮断するようになっている。L5はマイクロコンピュータ55を駆動回路47に接続するための導電線である。
そして、本実施の形態においては、モータ電流を開閉するモータリレー60が電動モータ40と駆動回路47との間に配設されている。そして、電動モータ40とバッテリ41との間に介在された回路要素42〜44、46、49、60、配線パターンP1〜P5、導電線L2は、大電流のモータ電流IMに対応するために、放熱性および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ55、駆動回路47およびモータ電流検出手段48を含む周辺回路素子、導電線L3〜L5は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。
次に、動作について説明する。マイクロコンピュータ55は、トルクセンサ50および車速センサ51から操舵トルクTおよび車速Vを取り込むとともに、シャント抵抗器43からモータ電流IMをフィードバック入力し、パワーステアリングの回転方向指令D0と、補助トルクに相当する電流制御量I0とを生成し、導電線L5を介して駆動回路47に入力する。駆動回路47は、定常駆動状態では導電線L3を介した指令により常開の電源リレー46およびモータリレー60を閉成しており、回転方向指令D0および電流制御量I0が入力されると、PWM駆動信号を生成し、導電線L4を介してブリッジ回路44の半導体スイッチング素子Q1〜Q4に印加する。これにより、電動モータ40は、バッテリ41から外部配線L2、コネクタ45、コイル49、電源リレー46、配線パターンP4、シャント抵抗器43、配線パターンP1、ブリッジ回路44、配線パターンP3、コネクタ45、モータリレー60および外部配線L2を介して供給されるモータ電流IMにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
このとき、モータ電流IMは、シャント抵抗器43およびモータ電流検出手段48を介して検出され、マイクロコンピュータ55内の演算手段57にフィードバックされることにより、モータ電流指令Imと一致するよう制御される。また、モータ電流IMは、ブリッジ回路44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42により平滑されて制御される。さらに、コイル49は、上記ブリッジ回路44がPWM駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部に放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
図2はこの発明の実施の形態1に係る電動式パワーステアリング回路装置の分解斜視図、図3はハウジングの部品取り付け状態を示す上面図、図4は図3のIV-IV線に沿う電動式パワーステアリング回路装置の矢視断面図、図5は導電板の展開図、図6は導電板のインサート成型前の状態を示す斜視図である。
図1乃至図6において、制御基板61は絶縁プリント基板2からなる。そして、マイクロコンピュータ55、駆動回路47およびモータ電流検出手段48(図示せず)を含む周辺回路素子(小電流部品)が、制御基板61上の配線パターン(L5等)に半田付けされて実装されている。
パワー基板としての金属基板62は、例えばHITT基板(電気化学工業の商品名)からなり、2mmのアルミニウム板上に80μmの絶縁層を介して、配線パターン(P1、P2等)が70μmの銅パターンとして形成されている。この金属基板62は、裏面をヒートシンク63の一側のほぼ半分わたって密接するようにヒートシンク63上に取り付けられ、放熱機能が増大されている。また、ブリッジ回路44を構成する半導体スイッチング素子Q1〜Q4、コンデンサ42、シャント抵抗器43等の大電流部品が金属基板62上の配線パターン(P1、P2等)に半田付けされて実装されている。この金属基板62上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十分な断面容量を有し、モータ電流IMが流れる回路要素を実装できるようになっている。
ハウジング64は、ヒートシンク63とほぼ一致する外径形状を有し、導電板65、接続端子66、信号用コネクタ67の端子67aが絶縁性樹脂にインサート成型されて作製されるものである。ハウジング64には、図4の下方側に開口を有するハウジング凹部64aが形成されている。このハウジング凹部64aには、電源リレー46、モータリレー60、コイル49が収納されている。さらに、ハウジング64には、ハウジング凹部64aの反対側において、図2の上下方向に貫通する空間で図2の上下に開口を有する開口部64bが形成されている。この開口部64b内には、金属基板62が配設される。さらにまた、ハウジング64には、パワーコネクタ45がハウジング凹部64a側の側面に突出して形成され、また、信号用コネクタ67がパワーコネクタ45と並んで金属基板62側の側面に突出して形成されている。この信号用コネクタ67は、トルクセンサ50および車速センサ51に接続される端子を含んでいる。
導電板65は、金属基板62とハウジング64とを固定する固定位置の近傍で金属基板62と電気的に接続されているとともに、金属基板62とハウジング64とを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍で金属基板62と電気的に接続されている。
また、導電板65と金属基板62の電気的接続箇所は、金属基板62とハウジング64とを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されているとともに、バッテリ41に接続される導電板65と金属基板62とが電気的接続された箇所と、電動モータ40に接続される導電板65と金属基板62とが電気的接続された箇所とに、金属基板62とハウジング64とを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されている。
また、導電板65と金属基板62の電気的接続箇所は、金属基板62とハウジング64とを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されているとともに、バッテリ41に接続される導電板65と金属基板62とが電気的接続された箇所と、電動モータ40に接続される導電板65と金属基板62とが電気的接続された箇所とに、金属基板62とハウジング64とを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されている。
また、導電板65は導電性の優れた銅合金の1枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー65a(図5のハッチング部分)で部分的に繋がれて形成されている(導電性金属板作製工程)。このように形成された導電板65は、図5に示す18箇所の1点鎖線で折り曲げられて、図6に示すような立体形状とされ、その後、タイバー65aが露出するように絶縁性樹脂にインサート成型される。そして、インサート成型の後、露出されたタイバーが切断されて、電動モータ40とバッテリ41の間に介在される電源リレー46、モータリレー60、コイル49等の回路要素を接続する配線パターンを構成する(不要部分除去工程)。
そして、この配線パターンの一部が露出して前記回路要素の端子を接続する電極を形成し、また他の一部がパワーコネクタ45内に延出してパワーコネクタ45内の端子65bを形成する。この配線パターンの露出部の電極の孔に電源リレー46、モータリレー60およびコイル49等の端子が挿入されて半田付けされる。一方、前記パワーコネクタ45内の端子65bは2段、2列で構成され、一方の列はバッテリ41に接続され、他方の列は電動モータ40に接続されるとともに、例えば図4において上側となる端子65bは、電源リレー46、モータリレー60、コイル49と接続される電極部まで同一面で形成されている。さらに、配線パターンの一部が開口部64b内に露出して、配線パターンP4、P5に相当する電源端子65c、配線パターンP3に相当するモータ端子65dを構成している。
ハウジング64は、金属基板62の対向する辺の中央付近において、2個のネジ68で金属基板62に締着されている。図3に示されるように、これら2個のネジ68を結ぶ線I−Iの近傍において、電源端子65c、モータ端子65dおよび接続端子66が金属基板62の配線パターンに半田接合されている。また、その配置は、I−I線を挟んで一方の側に2個の電源端子65cが配設され、もう一方の側に2個のモータ端子65dが配設されている。さらに、接続端子66の金属基板62との接合部の反対側は、信号用コネクタ67の端子67aの近傍に配設されており、また、接続端子66の制御基板61を取り付けた際に制御基板61の各スルーホール内に挿入される部分は、2列に整列されて配置されている。
また、接続端子66と金属基板62が電気的に接続される箇所は、金属基板62とハウジング64を固定する固定位置の近傍に設けられているとともに、金属基板62とハウジング64とを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍に設けられている。
図6に良く示されるように、導電板65からは、制御基板61への電源供給用端子、電源リレー46およびモータリレー60の駆動するための信号用端子等が制御基板61側に突出しており、制御基板61を取り付けた際に、制御基板61の各スルーホール内に挿入されて、半田付けされる。そして、コンデンサ42は、制御基板61のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ67およびハウジング凹部64aと反対側の金属基板62の角部に配設されている。さらに、制御基板61と金属基板62とは、ハウジング64を挟んで図2の上下方向で平行に配置されており、制御基板61のコンデンサ42と重なる角部は、コンデンサ42と接触しないように切り欠いて削除されている。
金属基板62が固定されたハウジング64は、金属基板62の角部の4箇所と、ハウジング凹部64aの外側1箇所の合計5箇所において、ネジ69でヒートシンク63に締着されている。カバー70は鉄にて作製され、金属基板62、ハウジング64および制御基板61を覆うように被せられて縁部がヒートシンク63に固定される。
このように構成された電動式パワーステアリング回路装置を組み立てるには、まず、各電極にクリーム半田を塗布した制御基板61上にマイクロコンピュータ55およびその周辺回路素子等の部品を配置し、リフロ装置を用いて、制御基板61の下側から、または周囲の雰囲気全体を熱し、クリーム半田を溶かして各部品を半田付けする。同様に、各電極にクリーム半田を塗布した金属基板62上に半導体スイッチング素子Q1〜Q4、シャント抵抗器43およびコンデンサ42等の部品を配置し、金属基板62上にハウジング64を被せてネジ68で固定し、リフロ装置を用いてクリーム半田を溶かし、各部品と端子65c、65dおよび接続端子66を半田付けする。このとき、端子65c、65dおよび接続端子66は、弾性変形することにより先端部が金属基板62に押し付けられており、その反力で金属基板62が変形しようとするが、ネジ68を結ぶ線I−Iの近傍に、電源端子65c、モータ端子65dおよび接続端子66が配置されているので、金属基板62の変形が抑制される。また、大電流が流れるため幅が広くなって曲げ剛性の大きい端子65c、65dが、ネジ68を結ぶ線I−Iの両側に2個ずつ配置されているので、金属基板62の変形が両側均等に近づき、金属基板62の変形が抑制される。さらに、ネジ68を結ぶ線I−Iの一方の側に2個の電源端子65cが近接して配設され、もう一方の側に2個のモータ端子65dが近接してグループとして配設されているので、それぞれのグループで電流が往復しており、電磁ノイズの発生が抑制される。そして、電源リレー46、モータリレー60およびコイル49等がハウジング64のハウジング凹部64a内に納められ、導電板65の電極から突出する各部品の端子が部分噴流により一括で半田付け接合され、ハウジング64に各部品が実装される。
ついで、制御基板61がハウジング64の上部に配置される。そして、ハウジング64側の導電板65の端子、接続端子66および信号用コネクタ67の端子67aが制御基板61のスルーホール内に挿入され、部分噴流により一括で半田付け接合される。このとき、制御基板61のスルーホール内に挿入される接続端子66および信号用コネクタ67の端子67aが混合され、かつ、2列に整列して配置されているので、端子を制御基板61のスルーホールへ挿入することが容易である。さらに、制御基板61のスルーホール内に挿入される端子が、制御基板61の二辺に集中しているので、端子をスルーホールへ挿入することが容易である。また、コンデンサ42は、制御基板61のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ67およびハウジング凹部64aと反対側の金属基板62の角部に配設されており、制御基板61は、コンデンサ42と重なる角部が切り欠いた形状に形成されているので、制御基板61をハウジング64に装着したとき、制御基板61とコンデンサ42の干渉が無く、装置の高さを低くすることができる。ついで、ハウジング64を上方からヒートシンク63上に配置し、ネジ69により固定する。このとき、金属基板62は、四隅のネジ69によりヒートシンク63に固定されるので、金属基板62が密着してヒートシンク63押し付けられる。
このように、本実施の形態によれば、マイクロコンピュータ55およびその周辺回路素子等の小電流部品のみが制御基板61に実装されているので、配線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り、基板の小型化を図ることができる。また、半導体スイッチング素子Q1〜Q4、シャント抵抗器43およびコンデンサ42等の大電流部品が金属基板62に実装され、この金属基板62がヒートシンク63に密接状態で取り付けられているので、大電流部品および配線パターンからの発熱量が金属基板62を介してヒートシンク63に有効に伝達され、ヒートシンク63から外気に放熱され、金属基板62を小型化しても温度上昇を抑制できるとともに、配線パターンの耐熱性および耐久性を損なうこともない。
また、導電板65は導電性の優れた銅合金の1枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー65a(図5のハッチング部分)で部分的につながれており、タイバー65aが露出するように絶縁性樹脂にインサート成型され、その後、露出されたタイバーが切断されて、電動モータ40とバッテリ41の間に介在される電源リレー46、モータリレー60、コイル49等の回路要素を接続する配線パターンを構成しているので、材料の歩留まりがよく、低コスト化を図ることができ、導電板65は、ハウジング64の成形型への装填性がよくなり、作業性の向上を図ることができる。
また、パワーコネクタ45の端子65bは2段、2列で構成され、図4の上段側は電源リレー46、モータリレー60、コイル49と接続される電極部まで同一面で形成されているので、導電板65の材料の歩留まりがよく、プレス加工において曲げの工程が少なくなるため、コスト低減を図ることができる。
また、ハウジング64は、金属基板62の対向する辺の中央付近において、2個のネジ68で金属基板62に取り付けられ、これら2個のネジ68を結ぶ線I−Iの近傍に、電源端子65c、モータ端子65dおよび接続端子66が金属基板62の配線パターンに半田接合されているので、金属基板62の変形が抑制され、リフロ後ヒートシンク63に密接させたとき金属基板62の変形が抑制され、金属基板62の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
また、大電流が流れるため幅が広くなって曲げ剛性の大きい端子65c、65dが、ネジ68を結ぶ線I−Iの両側に2個ずつ配置されているので、金属基板62の変形が両側均等に近づき、金属基板62の変形が抑制され、金属基板62の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
また、ネジ68を結ぶ線I−Iの一方の側に2個の電源端子65cが近接して配設され、もう一方の側に2個のモータ端子65dが近接してグループとして配設されているので、それぞれのグループで電流が往復して電磁ノイズの発生が抑制され、ラジオノイズの低減を図ることができる。
また、接続端子66の金属基板62との接合部の反対側は、信号用コネクタ67の端子67aの近傍に配設され、制御基板61を取り付けた際に、制御基板61の各スルーホール内に挿入される部分は、2列に整列されて配置されるとともにハウジング64に一体的にインサート成型されているので、端子を制御基板61のスルーホールへ挿入することが容易になり作業性が向上する。
また、コンデンサ42は、制御基板61のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ67およびハウジング凹部64aと反対側の金属基板62の角部に配設され、制御基板61は、コンデンサ42と重なる角部が切り欠いた形状に形成されているので、制御基板61をハウジング64に装着したとき、制御基板61とコンデンサ42の干渉が無く、高さ方向の小型化を図ることができる。
また、金属基板62は、四隅のネジ69によりヒートシンク63に固定されるので、金属基板62が密着してヒートシンク63に押し付けられ、耐熱性および耐久性の向上を図ることができる。なお、金属基板62としてHITT基板を用いているが、金属基板62はHITT基板に限定されるものではなく、配線パターンが絶縁層を介してアルミニウム等の伝熱性のよい金属ベース上に形成されたものであればよい。また、リレーは、電源リレー46またはモータリレー60のいずれか1個を取り付ける場合であってもよい。また、パワーコネクタ45は電源用の2極と、電動モータ40用の2極を並べて配置しているが、4極の1個のコネクタで構成してもよい。また、ハウジング64と金属基板62の固定および金属基板62が組み立てられたハウジング64とヒートシンク63の固定はネジ68、69を用いたが、リベット等他の固定手段であってもよい。
実施の形態2.
図7はこの発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す分解斜視図、図8はこの発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジング64の部品取り付け状態を示す上面図である。本実施の形態は電動式パワーステアリング回路装置がトルクセンサ50の近傍に装着され、トルクセンサ50と直接結線される場合に有効である。
図7はこの発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す分解斜視図、図8はこの発明の実施の形態2に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジング64の部品取り付け状態を示す上面図である。本実施の形態は電動式パワーステアリング回路装置がトルクセンサ50の近傍に装着され、トルクセンサ50と直接結線される場合に有効である。
図7、図8において、トルクセンサコネクタ80は、ハウジング64とは別の部品で構成され、トルクセンサ50に接続される端子80aが装着されて、ハウジング64のハウジング凹部64a側(図4)でかつ、パワーコネクタ45の反対側に、2個のネジ69でヒートシンク63に固定されている。このとき、トルクセンサコネクタ80は、一方のネジ69で金属基板62を介してヒートシンク63に固定され、もう一方のネジ69で直接ヒートシンク63に固定されている。そして、本実施の形態においては、信号用コネクタ67からトルクセンサ50に接続される端子をトルクセンサコネクタ80に移設しているので、信号用コネクタ67は車速センサ51に接続される端子を含んでいるが、トルクセンサ50に接続される端子は含んでいない。
なお、他の構成は上述の実施の形態1と同様に構成されている。
なお、他の構成は上述の実施の形態1と同様に構成されている。
本実施の形態では、マイクロコンピュータ55およびその周辺回路素子等の部品が半田付けされて実装された制御基板61のスルーホールに、トルクセンサコネクタ80の端子80aを挿入し、トルクセンサコネクタ80が装着された制御基板61がハウジング64の上部に配置される。そして、ハウジング64側の導電板65端子、接続端子66および信号用コネクタ67の端子67aが制御基板61のスルーホール内に挿入され、部分噴流によりトルクセンサコネクタ80の端子80aを含めて一括で半田付け接合される。ここで、制御基板61のスルーホール内に挿入される端子が、制御基板61の三辺になるが、その内の一辺のトルクセンサコネクタ80の端子80aは予め挿入されているので、制御基板61のスルーホール内に挿入されるハウジング64の端子が、制御基板61の二辺となり、端子をスルーホールへ挿入することが容易である。ついで、ハウジング64を上方からヒートシンク63上に配置し、ネジ69により固定する。このとき、金属基板62は、四隅の内、3箇所はハウジング64を介してネジ69によりヒートシンク63に固定され、残りの1箇所はトルクセンサコネクタ80を介してヒートシンク63に固定されるので、金属基板62が密着してヒートシンク63押し付けられる。また、金属基板62固定用ネジ69の一箇所は、トルクセンサコネクタ80の取り付けネジ69と共用しているのでネジ69の使用数が削減される。
このように本実施の形態によれば、トルクセンサコネクタ80は、ハウジング64とは別の部品で構成され、制御基板61のスルーホール内に端子80aが予め挿入されているので、端子を制御基板61のスルーホールへ挿入することが容易になり、作業性の向上を図ることができる。また、ハウジング64のハウジング凹部64a側でかつ、パワーコネクタ45の反対側に配置され、一方のネジ69で金属基板62を介してヒートシンク63に固定され、もう一方のネジ69で直接ヒートシンク63に固定されているので、ネジ69の使用数が削減され、コストの低減を図ることができる。
30 ハンドル、40 電動モータ、41 バッテリ、42 コンデンサ、45 パワーコネクタ、46 電源リレー、49 コイル、50 トルクセンサ、51 車速センサ、55 マイクロコンピュータ、60 モータリレー、61 制御基板、62 金属基板(パワー基板)、63 ヒートシンク、64 ハウジング、64a ハウジング凹部、65 導電板、66 接続端子、67 信号用コネクタ、67a 信号用コネクタの端子、68,69 ネジ、80 トルクセンサコネクタ。
Claims (2)
- 車両のハンドルに連結され前記ハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、
前記電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、
前記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
前記ハンドルに対する前記補助トルクに基づいて前記電動モータの前記駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、
前記バッテリから前記ブリッジ回路に供給される前記駆動電流を開閉する電源リレーと、
前記ブリッジ回路から前記電動モータに供給される前記駆動電流を開閉するモータリレーと、
前記電動モータおよび前記バッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、
一端が前記パワーコネクタの端子を形成するとともに前記電動モータの前記駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、
絶縁性樹脂でなり、前記パワーコネクタ、前記導電板がインサート成型されるハウジングと
を備えた電動パワーステアリング回路装置において、
前記ハウジングにインサート成型される前の前記導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、前記配線パターンは前記インサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、
前記配線パターンは、前記コイル、前記電源リレー、前記モータリレーと電気的に接続される部位が同一平面に形成されている
ことを特徴とする電動式パワーステアリング回路装置。 - 前記ハウジングには、前記コイル、前記電源リレー、または前記モータリレーのうち、少なくとも1つが挿入される凹部が形成され、これらは前記凹部の外側から電気的に接続されている
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回路装置。
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-
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- 2004-08-24 JP JP2004243525A patent/JP2004345643A/ja active Pending
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