JP2007276741A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部材の放熱効果を十分に発揮しながら制御ユニットの全体構成を小型化することができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵トルクが伝達されるステアリングシャフト２を内装するステアリングコラム３と、前記ステアリングシャフト２に減速ギヤボックス４内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータ５とを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記減速ギヤボックス４に制御ユニット１９が装着され、該制御ユニット１９は前記電動モータ５の駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板２５と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する発熱を伴うパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板２３とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板２３が高熱伝導板部２２を介して直接前記減速ギヤボックス４の制御ユニット装着面２０ａに装着されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、該ステアリングコラムに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えばラック軸が摺動自在に収容あるいは装着されるラックケース又はステアリングギヤボックスの一部にモータが収容され、前記モータを駆動制御する制御基板が収容されるハウジングがラックケース又はステアリングギヤボックスに形成され、ハウジングの開口に対向する底部に形成された取付ボスに前記開口から挿入された制御基板が当接されると、モータからハウジングに突設されたモータ側接続端子に制御基板に設けられた基板接続端子が互いに接触して電気的に接続される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１〜４参照）。ここで、制御基板には、表面側にＣＰＵが取付けられ、裏面側にコンデンサ、パワーリレー等が配設されていると共に、ヒートシンクである支持基板が突設され、この支持基板にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が取付けられている。

特開２００５−３２９８６６号公報 特開２００５−３２９８６７号公報 特開２００５−３２９８６８号公報 特開２００５−３２９８６９号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の従来例にあっては、１つの制御基板に、ＣＰＵ、ＦＥＴ、コンデンサ、パワーリレー等を配置しているので、ＦＥＴやコンデンサ等の発熱部材と、温度上昇をきらうＣＰＵなどが混載されているので、制御基板を収容するハウジングが大型化すると共に、発熱部材で発生する熱が制御基板を収容するハウジング内にこもりやすく、さらにＦＥＴをヒートシンクである支持基板に取付けているが、支持基板自体のヒートマスは小さいので、十分な放熱効果発揮することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、発熱部材の放熱効果を十分に発揮しながら制御ユニットの全体構成を小型化することができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記減速ギヤボックスに制御ユニットが装着され、該制御ユニットは前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する発熱を伴うパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が直接前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着面に装着されていることを特徴としている。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、前記減速ギヤボックスに制御ユニットが装着され、該制御ユニットは前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する発熱を伴うパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が高熱伝導板部を介して前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着面に装着されていることを特徴としている。

さらに、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記減速ギヤボックスは高熱伝導性材料で構成されていることを特徴としている。
さらにまた、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項３に係る発明において、前記減速ギヤボックスはアルミニューム、アルミニューム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つをダイキャスト成形することにより構成されていることをと特徴としている。

なおさらに、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至４の何れか１つに係る発明において、前記制御ユニットは、前記減速ギヤボックスに直接装着されたパワーモジュール基板を囲繞すると共に、当該パワーモジュール基板に対して所定間隔を保って前記制御基板を保持する合成樹脂製フレームと、該合成樹脂製フレームを覆うカバーとを備え、前記カバーが前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けられていることを特徴としている。
また、請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至５の何れか１つに係る発明において、前記制御基板は、リレー、コンデンサ等の大型部品を上部側に配置して前記減速ギヤボックスにおける制御ユニット装着部の上部側空スペースを有効利用するようにしたことを特徴としている。

さらに、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至６の何れか１つに係る発明において、前記減速ギヤボックスが、前記電動モータの出力軸に連結されたウォームを収納するウォーム収納部と、前記ステアリングシャフトに連結されたウォームホイールを収納するウォームホイール収納部と、該ウォームホイール収納部と連接して前記トルクセンサを収納し且つステアリングコラムと連結するトルクセンサ収納部とを少なくとも有し、前記ウォーム収納部、ウォームホイール収納部及びトルクセンサ収納部の外周部に前記制御ユニットを装着する制御ユニット装着部が形成されていることを特徴としている。

さらに、請求項８に係る電動パワーステアリング装置は、請求項７に係る発明において、前記トルクセンサ収納部の先端をコラプス時のステアリングコラムの収縮ストッパとし、前記制御ユニット装着部に装着された制御ユニットの収縮ストッパ側端面位置が収縮ストッパよりウォームホイール収納部側に設定されていることを特徴としている。

本発明によれば、制御ユニットを減速ギヤボックスに装着し、制御ユニットを構成する発熱部となるパワーモジュールをパワーモジュール基板に実装し、他の制御素子を制御基板に実装することにより、パワーモジュール基板での発熱が直に制御基板に伝達されることを防止することができ、しかもパワーモジュール基板は直接減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けられているので、減速ギヤボックスがヒートマスとなって、パワーモジュール基板で発生する熱の放熱効果を向上させることができるという効果が得られる。

また、制御ユニットに、前記減速ギヤボックスに直接装着されたパワーモジュール基板を囲繞すると共に、当該パワーモジュール基板に対して所定間隔を保って前記制御基板を保持する合成樹脂製フレームと、該合成樹脂製フレームを覆うカバーとを備え、カバーを前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けることにより、カバーを電磁シールドとして使用することができ、パワーモジュール基板に実装したモータ駆動回路を構成するスイッチング素子の高周波スイッチングによる電磁ノイズが外部に漏洩することを防止することができるという効果が得られる。

さらに、制御基板に、リレー、コンデンサ等の大型部品を上部側に配置して前記減速ギヤボックスにおける制御ユニット装着部の上部側空スペースを有効利用することにより、制御ユニットを小型化することができると共に、コンデンサなどの発熱が下部側の制御素子に影響することを防止することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の一例を示す斜視図、図２は正面図、図３は左側面図、図４は平面図、図５及び図６は要部の分解斜視図である。
図１において、１はコラム型の電動パワーステアリング装置であり、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト２を回転自在に内装するステアリングコラム３に、減速ギヤボックス４が連結され、この減速ギヤボックス４に、軸方向がステアリングコラム３の軸方向と直交する方向に延長されたブラシモータで構成される電動モータ５が配設されている。

ここで、ステアリングコラム３は、減速ギヤボックス４との連結部にコラプス時の衝撃エネルギを吸収して所定のコラプスストロークを確保する内管３ａ及び外管３ｂの２重管構造となっている。そして、ステアリングコラム３の外管３ｂ及び減速ギヤボックス４がアッパ取付ブラケット６及びロア取付ブラケット７によって車体側に取付けられている。ロアブラケット７は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部７ａと、この取付板部７ａの下面に所定間隔を保って平行に延長する一対の支持板部７ｂとで形成されている。そして、支持板部７ｂの先端が、減速ギヤボックス４の下端側即ち車体前方側に配設したカバー４ａに一体形成された支持部４ｂに枢軸７ｃを介して回動自在に連結されている。

また、アッパ取付ブラケット６は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部６ａと、この取付板部６ａに一体に形成された方形枠状支持部６ｂと、この方形枠状支持部６ｂに形成されたステアリングコラム３の外管３ｂを支持するチルト機構６ｃとを備えている。ここで、取付板部６ａは、車体側部材（図示せず）に取付けられる左右一対のカプセル６ｄと、これらカプセル６ｄに樹脂インジェクション６ｅによって固定された摺動板部６ｆとで構成され、衝突時にステアリングコラム３に車体前方に移動させる衝撃力が作用することにより、カプセル６ｅに対して摺動板部６ｆが車体前方に摺動して樹脂インジェクション６ｅが剪断され、その剪断荷重をコラプス開始荷重となるように構成されている。また、チルト機構６ｃのチルトレバー６ｇを回動させることにより、支持状態を解除することにより、ステアリングコラム３をロア取付ブラケット７の枢軸７ｃを中心として上下にチルト位置調整可能とされている。

また、ステアリングシャフト２は、図７に示すように、上端がステアリングホイール（図示せず）に連結される入力軸２ａと、この入力軸２ａの下端にトーションバー２ｂを介して連結されたトーションバー２ｂを覆う出力軸２ｃとで構成されている。

さらに、減速ギヤボックス４は、図５〜図７に示すように、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニューム、アルミニューム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを例えばダイキャスト成型することにより形成されている。この減速ギヤボックス４は、電動モータ５の出力軸５ａに連接されたウォーム１１を収納するウォーム収納部１２と、このウォーム収納部１２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム１１に噛合するウォームホイール１３を収納するウォームホイール収納部１４と、このウォームホイール収納部１４の後方側に一体に同軸的に連結されたトルクセンサ１５を収納するトルクセンサ収納部１６と、ウォーム収納部１２の開放端面に形成された電動モータ５を取付けるモータ装着部１７と、トルクセンサ収納部１６の後端面に形成されたステアリングコラム３の前端部に形成された取付フランジ２ａを取付けるコラム取付部１８と、ウォーム収納部１２とウォームホイール収納部１４の一部に跨がってウォームホイール収納部１４及びトルクセンサ収納部１６の中心軸線と直交する平面内に形成された制御ユニット１９を装着する制御ユニット装着部２０とを備えている。そして、減速ギヤボックス４が、コラム取付部１８にステアリングコラム３の取付フランジ３ｃを当接させた状態でボルト１８ａによってステアリングコラム３に固定されている。

ここで、トルクセンサ１５は、図７に示すように、ステアリングシャフト２の入力軸２ａ及び出力軸２ｃ間の捩じれ状態を磁気的に検出してステアリングシャフトに伝達された操舵トルクを一対の検出コイル１５ａ及び１５ｂで検出するように構成され、これら一対の検出コイル１５ａ及び１５ｂの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム３の中心軸と直交する方向に平行に外部に突出する外部接続端子１５ｃ，１５ｄ及び１５ｅ，１５ｆが接続され、これら外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの突出部が中央部でステアリングコラム３の中心軸と平行に折り曲げられてＬ字状に形成されている。

また、電動モータ５には、その取付フランジ部５ｂに近い位置における制御ユニット装着部２０に装着された制御ユニット１９に近接対向する位置に、内蔵するブラシに直結する接続端子としてのバスバー５ｃ及び５ｄが電動モータ５の軸心方向と直角な車体後方に向け且つステアリングコラム３の中心軸と略平行となるように突出形成されている。これらバスバー５ｃ及び５ｄの先端部に固定ネジを挿通する長孔５ｅが穿設されている。ここで、バスバー５ｃ及び５ｄの夫々は、図８に示すように、底部中央にアーマチュア挿通孔を有する合成樹脂製のブラシ支持体５ｆ内に互いに絶縁されて配設されて、２組のブラシ５ｇ，５ｈに個別に接続された円弧状導体部５ｉ及び５ｊと、これら円弧状導体部５ｉ及び５ｊの互いに対向する一端から外方に平行に延長する端子部５ｍ及び５ｎとから構成されている。そして、電動モータ５がその取付フランジ５ｂを減速ギヤボックス４のモータ装着部１７に、その出力軸５ａにウォーム１１を連結すると共に、バスバー５ｃ及び５ｄを車体後方に延長させて取付けられている。

さらに、減速ギヤボックス４に形成された制御ユニット装着部２０は、図９を参照して明らかなように、ウォーム収納部１２とその下側のウォームホイール収納部１４の上部側とで平坦取付面２０ａが形成され、これとトルクセンサ収納部１６の上面に形成した平坦取付面２０ａと直交する平坦面２０ｂとで左側面から見てＬ字状に形成されている。また、モータ装着部１７の後端面にも平坦取付面２０ａと平行でこの平坦取付面より後方側位置に幅狭のフレーム取付面２０ｃが形成されている。そして、トルクセンサ収納部１６における平坦面２０ｂの左右方向の中央部からトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが突出されている。

この制御ユニット装着部２０に装着される制御ユニット１９は、図５、図６及び図１０に示すように、電動モータ５を駆動制御する電界効果トランジスタ等のパワースイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路やこのＨブリッジ回路のパワースイッチング素子を駆動するパルス幅変調回路等のパワーモジュールを実装し、平坦取付面２０ａに放熱グリースを介して直接固定する熱伝導率の高い金属製のパワーモジュール基板２３と、このパワーモジュール基板２３を囲繞する長方形枠状の合成樹脂製フレーム２４と、この合成樹脂製フレーム２４の正面に取付けられるトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを直接挿通するスルーホール２５ａ〜２５ｄが穿設され、トルクセンサ１５からのトルク検出値や図示しない車速センサからの車速検出値に基づいて操舵補助電流指令値を算出し、この操舵補助電流指令値と電動モータ５に出力するモータ電流の検出値とに基づいて電流フィードバック制御を行ってパワー基板２３のパルス幅変調回路への電圧指令値を算出することにより、電動モータ５で発生させる操舵補助力を制御するマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器を実装した制御基板２５と、パワー基板２３、合成樹脂製フレーム２４、制御基板２５を後方側から覆い制御ユニット装着部２０に直接ビス止めされた導電性材で形成された保護カバー２６とで構成されている。

ここで、合成樹脂製フレーム２４は、長方形枠状のフレーム本体２４ａと、このフレーム本体２４ａの左端における電動モータ５のバスバー５ｃ及び５ｄに対向する位置に突出形成された減速ギヤボックス４のフレーム取付面２０ｃに固定する取付板部２４ｂと、この取付板部２４ｂからＬ字状に突出された電動モータ５のバスバー５ｃ及び５ｄを電気的に接続する端子台２４ｃと、フレーム本体２４ａの右端における中央位置に配設されたバッテリ（図示せず）に接続される電源コネクタ２４ｄ及び車体の各部の制御機器とのデータの授受を行うＣＡＮなどのネットワークに接続する信号コネクタ２４ｅとが一体に構成されている。これら電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅの夫々は、これらに接続する外部の接続コネクタの挿入方向が車体の右側面側から行うように右端側に接続コネクタ挿入開口が形成されている。

また、制御基板２５は、図５及び図６に示すように、パワーモジュール基板２３と対向する前面側における上部側にコンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品が左右方向に整列されて配置され、その背面側には下部側にマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）２５ｇやその周辺機器が下部側に配設されている。ここで、コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品の配置位置は、図７に示すように、制御基板２５を合成樹脂製フレーム２４に取付けたときに、コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品が減速ギヤボックス４に形成した制御ユニット装着部２０ａの上端縁より上方の位置となり、これら大型部品の先端がパワーモジュール基板２３の上部に形成した切欠部２３ａを通じてウォーム収納部１２の上方に突出した状態となるように設定され、これら大型部品の突出部分が部分カバー２７で覆われている。このように、コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品を制御基板２５の上方で、ウォーム収納部１２の上方側に突出させて配置することで、減速ギヤボックス４におけるウォーム収納１２の上部側の空きスペースを有効利用することができると共に、制御ユニット１９のパワーモジュール基板２３から保護カバー２６の後端面までの厚みを薄くすることができ、制御ユニット１９を小型化することができる。

そして、上記構成を有する制御ユニット１９が、先ず、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０における平坦取付面２０ａのパワー基板２３の装着位置に放熱グリースを塗布してから、パワー基板２３を放熱グリース上に載置して平坦取付面２０ａにビス止めし、次いで、合成樹脂製フレーム２４を、パワーモジュール基板２３の周囲を囲繞するように平坦取付面２０ａ及びフレーム取付面２０ｃに載置する。そして、合成樹脂製フレーム２４の取付板部２４ｂを減速ギヤボックス４のフレーム取付面２０ｃに同様にビス止めする。その後又はその前に合成樹脂製フレーム２４の正面側に制御基板２５を、そのスルーホール２５ａ〜２５ｄにトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させてからビス止めし、次いで外部接続端子１５ｃ〜１５ｆとスルーホール２５ａ〜２５ｄとを半田付けしてから最後に保護カバー２６を平坦取付面２５ａに装着すると共に、部分カバー２７を保護カバー２６に前面側から大型部品を覆うように装着する。
その後、ステアリングコラム３、ステアリングシャフト２、ウォーム１１、ウォームホイール１３を組立て、最後に電動モータ５を組付け、バスバー５ｃ及び５ｃを制御ユニット１９の端子台２４ｃにビス止めする。

このように、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に制御ユニット１９を装着した状態で、制御ユニット１９のカバー２６の後端面位置と、減速ギヤボック４の最後端位置でコラプス時のステアリングコラム収縮時のストッパとなるステアリングコラム３の取付フランジ３ｃを固定するボルト１８ａの頭部より前方側に位置するように制御ユニット１９の厚さ及び制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａの位置が設定されて、後述するコラプス時に制御ユニット１９がコラプス時の移動部材に干渉しない位置に制御ユニット１９が装着されている。
また、電動モータ及び制御ユニット間にモータハーネスを設ける必要がないので、モータハーネスから放射されるノイズが少なくなり、ラジオノイズに対する影響を軽減させることができる。

また、制御ユニット１９の電動モータ５と反対側即ち車両の右側面側に電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅが配設されており、電動モータ５、制御ユニット１９及び電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅとが一直線上に配置されていることになり、電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅへのバッテリ側コネクタ及びネットワーク側コネクタの接続が容易であると共に、電源コネクタ２４ｄについては通常車両のエンジンルームの車室側左右位置に設けられているアースポイントに近い位置となり、電源コネクタ２４ｄとアースポイントとの間のアース線の長さを短縮することができる。しかも、電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅは共に対となるコネクタとの接続方向が水平方向となっており、水滴や塵埃の侵入を防止することができる。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、電動パワーステアリング装置１を組み付けるには、減速ギヤボックス４のトルクセンサ装着部１６内に、トルクセンサ１５をその外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの先端がステアリングコラム３の外周部に沿って車体後方に延長するように固定配置する。
次いで、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に制御ユニット１９を装着する。この制御ユニット１９の装着は、先ず、平坦取付面２０ａに放熱グリースを塗布してから放熱グリース上にパワー基板２３を載置して平坦取付面２０ａにビス止めする。この状態で、パワー基板２３を囲繞するように合成樹脂製フレーム２４を平坦取付面２０ａに載置し、その取付板部２４ｂを減速ギヤボックス４のフレーム取付面２０ｃに接触させてビス止めする。さらに、合成樹脂製フレーム２４の正面即ち車体後方側に制御基板２５をそのスルーホール２５ａ〜２５ｄにトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させると共に、スルーホール２５ａ〜２５ｄとトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆと半田付けしてからカバー２６を装着することにより、制御ユニット１９を構成する。

次いで、減速ギヤボックス４にステアリングシャフト２、ステアリングコラム３、ウォーム１１及びウォームホイール１３等を装着してから最後に電動モータ５を減速ギヤボックス４のモータ取付部１７に取付け、そのバスバー５ｃ及び５ｄを制御ユニット１９の端子台２４ｃにビス止めする。
上述したように制御ユニット１９を構成することにより、制御ユニット１９の端子台２４ｃに電動モータ５のバスバー５ｃ及び５ｄを、モータハーネスを介することなく電気的に直接接続することができると共に、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆと制御基板２５のスルーホール２５ａ〜２５ｄとを信号ケーブルを介することなく電気的に直接接続することができる。このため、制御ユニット１９と電動モータ５及びトルクセンサ１５との間の電気的接続長さを最小として、配線抵抗を最小とすることができ、電力損失を抑制することができると共に、電気ノイズが乗ることも確実に防止することができる。

しかも、制御ユニット１９における合成樹脂製フレーム２４に形成した電動モータ５のバスバー５ｃ及び５ｄに接続される端子台２４ｅの近傍に取付板部２４ｂが形成され、この取付板部２４ｂが減速ギヤボックス４のモータ装着部１７に形成したフレーム取付面２０ｃに固定されるので、車両の振動によって端子台２４ｃが減速ギヤボックス４とは異なる振動を生じて端子台２４ｃに応力集中が生じることを抑制して、端子台２４ｃの剛性を向上させることができる。

また、制御ユニット１９を構成する発熱を伴うパワーモジュール基板２３がアルミニューム、アルミニューム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つで形成された減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０における平坦取付面２０ａに直接接触されて接続されているので、パワーモジュール基板の発熱を放熱グリースを介して熱容量の大きいヒートマスとなる減速ギヤボックス４に直接放散することができ、パワーモジュール基板２３が過熱状態となることを確実に防止することができる。このように、パワーモジュール基板２３と平坦取付面２０ａとの間に放熱グリースを塗布することにより、減速ギヤボックス４への放熱効果をより向上させることができる。

しかも、発熱を伴う電界効果トランジスタなどで構成されるパワーモジュールをパワーモジュール基板２３に実装し、熱を嫌うマイクロコントロールユニット２５ｇなどの制御素子を制御基板２５に実装するようにしたので、制御基板２５にパワーモジュール基板２３の発熱が直接伝達されることはなく、制御基板２５に対してパワーモジュール基板２３の発熱が影響することを確実に阻止することができる。そのうえ、制御基板２５に実装されるコンデンサ２５ｅなどの発熱部材が上方に配置されているので、発熱部材で発生する熱が下方で且つ反対側に配設された制御素子に影響することを確実に防止することができる。

さらに、保護カバー２６が導電性を有し、直接減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０にビス止めされるので、電磁シールド効果を発揮することができ、Ｈブリッジ回路の電界効果トランジスタの高周波スイッチング時に発生する電磁ノイズが外部に漏洩してラジオノイズとなることを防止することができる。
さらに、減速ボックス４のトルクセンサ収納部１６の上部に制御ユニット１９を配置することにより、減速ギヤボックス４全体の軸方向長さを短縮して小型化を図ることができる。

そして、アッパ取付ブラケット６及びロア取付ブラケット７を車体側部材に取付けてから制御ユニット１９の電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅに夫々バッテリ及びアースポイントに接続された外部接続コネクタ及びＣＡＮなどのネットワークの接続コネクタを車体右側面側から装着することにより、電動パワーステアリング装置１の組み付けを完了する。このように、電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅへの外部接続コネクタの接続を車体右側面側から行うことができるので、両者の接続を容易に行うことができる。このとき、アッパ取付ブラケット６では、図１に示すように、取付板部６ａを構成するカプセル６ｄに摺動板部６ｆが樹脂インジェクション６ｅによって固定されている。

この電動パワーステアリング装置１の組み付けが完了すると、アッパ取付ブラケット６のチルトレバー６ｇを回動させることにより、チルトロック状態を解除し、この状態でステアリングコラム３をロア取付ブラケットの７の枢軸７ｃを中心として回動させることにより、チルト位置を調整することができる。
そして、車両の図示しないイグニッションスイッチをオン状態としてパワー基板２３及び制御基板２５にバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行されて、トルクセンサ１５及び図示しない車速センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワー基板２３のゲート駆動回路に供給してＨブリッジ回路を制御することにより、電動モータ５にモータ駆動電流が流れて電動モータ５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。

このため、電動モータ５からステアリングホイールの操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム１１及びウォームホイール１３を介してステアリングシャフトの出力に伝達されることにより、ステアリングホイールを軽い操舵力で操舵することができる。
この状態で、コラプス発生時に図示しないステアリングホイールに乗員が接触して、ステアリングコラム３を前方に摺動させる衝撃力が作用すると、図１２〜図１４に示すように、アッパ取付ブラケット６のカプセル６ｄと摺動板部６ｆとの間の樹脂インジェクション６ｅが剪断されることにより、ステアリングコラム３の取付フランジ３ｃ側で内管３ａに対して外管３ｂが衝撃力を吸収しつつ摺動して収縮ストッパとしてのボルト１８ａの頭部に当接することにより必要なコラプスストロークを確保してステアリングコラム３が収縮する。

このようにステアリングコラム３が収縮すると、その周辺に取付けてある部材が制御ユニット１９に近接することになるが、この制御ユニット１９は所定のコラプスストロークを確保した状態で移動部品と干渉しない位置に配置されているので、コラプス妨げるように移動部品に干渉することはなく、必要なコラプスストロークを確保することができる。

因みに、コラプス発生時のコラプスストロークを確保するために制御ユニット１９も潰すことが考えられるが、この制御ユニット１９は前述したように合成樹脂製フレーム２４の潰れのコントロールが困難であり、コラプス時のエネルギー吸収量にバラツキが出てしまうという問題点があるが、本実施形態では、コラプスストロークの確保に制御ユニット１９の潰れを考慮していないので、コラプス時に安定した設定値通りのエネルギー吸収量を確保することができる。

なお、上記実施形態においては、パワーモジュール基板２３が高熱伝導率を有する金属基板で構成されている場合について説明したが、高熱伝導板部としての金属基板を別体として、パワーモジュール基板２３を金属基板及び放熱グリースを介して制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａに取付けるようにしてもよく、さらには、金属基板で構成されたパワーモジュール基板２３をさらに別体の金属基板及び放熱グリースを介して平坦取付面２０ａに装着するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、電動モータ５のバスバー５ｃ及び５ｄが直線的に延長している場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１５（ａ）に示すように、バスバー５ｃ及び５ｄを一旦電動モータ５の軸方向に折り曲げてから軸方向と直交する方向に外方に延長させるようにしてもよく、この場合には、バスバー５ｃ及び５ｄの折り曲げ部で弾性を確保することができるので、端子と端子台の接続時に発生する残留応力を緩和することができ、バスバー５ｃ及び５ｄを長寿命化することができる。同様に、図１５（ｂ）に示すように、最初に電動モータ５の軸方向に突出させてから軸方向と直交する方向に外方に延長させるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、電動モータ５にバスバー５ｃ及び５ｄを設け、制御ユニット１９に端子台２４ｃを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ５に端子台を設け、制御ユニット１９にバスバーを設けるようにしてもよく、また外部接続端子としてはバスバーに限らず、任意の電気的接続端子を適用することができる。

さらにまた、上記実施形態においては、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆをＬ字状に折り曲げて制御基板２５のスルーホール２５ａ〜２５ｄに挿通する場合にはついて説明したが、これに限定されるものではなく、スルーホール２５ａ〜２５ｄへの外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの挿通を容易にするために、スルーホール２５ａ〜２５ｄの外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの挿通側に漏斗状の案内面を有するガイド部材を設けるようにしてよい。

なおさらに、上記実施形態においては、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆをＬ字状に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを直線状とし、制御基板２５に形成した接続ランドに沿わせて半田付けやヒュージングなどで電気的に接続するようにしたり、外部接続端子をクリップ端子として制御基板２５に挟着したりするようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、減速ギヤボックス４の制御基板装着部２０の平坦取付面２０ａがステアリングコラム３の中心軸と直交する平面である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平坦取付面２０ａをステアリングコラム３の中心軸に対して直交する面に対して傾斜する面とするようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、電動モータ５、制御ユニット１９及びコネクタ２４ｄ，２４ｅがステアリングコラム３の中心軸と直交する線に沿って一直線に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングコラム３の中心軸と交差する線に沿って一直線に配置するようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、制御ユニット１９の電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅがその接続用開口が右端側にある場合について説明したが、これに限定されるものではなく、接続用開口をステアリングコラム３の軸方向に沿う方向にとして、外部コネクタをステアリングコラム３の軸方向から装着するようにしてもよい。

なおさらに、上記実施形態においては、制御ユニット１９を構成する場合に、先ず、パワー基板２３を平坦取付面２０ａにビス止めしてから合成樹脂製フレーム２４を固定し、この合成樹脂製フレーム２４に制御基板２５をビス止めするようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、合成樹脂製フレーム２４にパワー基板２３及び制御基板２５を取付けてから合成樹脂製フレーム２４を平坦取付面２０ａに固定するようにしてもよく、さらには合成樹脂製フレーム２４の一部とパワー基板２３とを共締めするようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、パワーモジュール基板２３が高熱伝導率を有する金属基板で構成されている場合について説明したが、金属基板を別体として、パワーモジュール基板２３を金属基板及び放熱グリースを介して制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａに取付けるようにしてもよく、さらには、金属基板で構成されたパワーモジュール基板２３をさらに別体の金属基板及び放熱グリースを介して平坦取付面２０ａに装着するようにしてもよい。

さらに、上記実施形態においては、制御ユニット１９を構成する場合に、先ず、パワー基板２３を平坦取付面２０ａにビス止めしてから合成樹脂製フレーム２４を固定し、この合成樹脂製フレーム２４に制御基板２５をビス止めするようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、合成樹脂製フレーム２４にパワー基板２３及び制御基板２５を取付けてから合成樹脂製フレーム２４を平坦取付面２０ａに固定するようにしてもよく、さらには合成樹脂製フレーム２４の一部とパワー基板２３とを共締めするようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、電動モータ５としてブラシモータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシレスモータを適用するようにしてもよく、この場合には、バスバー５ｃ及び５ｄを各相の励磁コイルの給電側に接続すると共に、パワー基板２３にブラシレスモータを駆動する例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有するインバータ回路及びインバータ回路の電界効果トランジスタのゲートをパルス幅変調信号で駆動するゲート駆動回路とを実装すればよい。

なおさらに、上記実施形態においては、本発明を右ハンドル車に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、左ハンドル車に適用する場合には、減速ギヤボックス４、電動モータ５及び制御ユニット１９の配置をステアリングコラム１の中心軸を通る垂直面を挟んで面対称に即ち制御ユニット１９の右側に電動モータ４を配置し、制御ユニット１９の電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅを左側に配置すればよく、さらには電動モータ４を車両外側とし、電源コネクタ２４ｄ及び信号コネクタ２４ｅを車両内側とするようにしてもよい。

本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す斜視図である。 本発明による電動パワーステアリング装置の正面図である。 図２の左側面図である。 図２の平面図である。 本発明の要部の分解斜視図である。 図５とは逆方向から見た本発明の要部の分解斜視図である。 減速ギヤボックス位置における要部を拡大して示す縦断面図である。 電動モータのバスバー構造を示す正面図である。 減速ギヤボックスと制御基板との関係を示す斜視図である。 減速ギヤボックスにおけるトルクセンサの外部接続端子を制御基板に挿通した状態を示す斜視図である。 電動モータと制御ユニットとの接続関係を示す要部を拡大して示す斜視図である。 コラプス時の電動パワーステアリング装置を示す斜視図である。 コラプス時の電動パワーステアリング装置の左側面図である。 コラプス時の電動パワーステアリング装置の平面図である。 電動モータのバスバーの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４…減速ギヤボックス、５…電動モータ、５ｃ，５ｄ…バスバー、６…アッパ取付ブラケット、７…ロア取付ブラケット、１１…ウォーム、１２…ウォーム収納部、１３…ウォームホイール、１４…ウォームホイール収納部、１５…トルクセンサ、１６…トルクセンサ収納部、１７…モータ装着部、１８…コラム取付部、１９…制御ユニット、２０…制御ユニット装着部、２３…パワー基板、２４…合成樹脂製フレーム、２４ａ…フレーム本体、２４ｂ…取付板部、２４ｃ…端子台、２４ｄ…電源コネクタ、２４ｅ…信号コネクタ、２５…制御基板、２５ｅ…コンデンサ、２５ｆ…パワーリレー、２６…保護カバー

Claims (8)

1. 操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記減速ギヤボックスに制御ユニットが装着され、該制御ユニットは前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する発熱を伴うパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が直接前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着面に装着されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えた電動パワーステアリング装置であって、
   前記減速ギヤボックスに制御ユニットが装着され、該制御ユニットは前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御する発熱を伴うパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が高熱伝導板部を介して前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着面に装着されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記減速ギヤボックスは高熱伝導性材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記減速ギヤボックスはアルミニューム、アルミニューム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つをダイキャスト成形することにより構成されていることをと特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記制御ユニットは、前記減速ギヤボックスに直接装着されたパワーモジュール基板を囲繞すると共に、当該パワーモジュール基板に対して所定間隔を保って前記制御基板を保持する合成樹脂製フレームと、該合成樹脂製フレームを覆うカバーとを備え、前記カバーが前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御基板は、リレー、コンデンサ等の大型部品を上部側に配置して前記減速ギヤボックスにおける制御ユニット装着部の上部側空スペースを有効利用するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記減速ギヤボックスは、前記電動モータの出力軸に連結されたウォームを収納するウォーム収納部と、前記ステアリングシャフトに連結されたウォームホイールを収納するウォームホイール収納部と、該ウォームホイール収納部と連接して前記トルクセンサを収納し且つステアリングコラムと連結するトルクセンサ収納部とを少なくとも有し、前記ウォーム収納部、ウォームホイール収納部及びトルクセンサ収納部の外周部に前記制御ユニットを装着する制御ユニット装着部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記トルクセンサ収納部の先端をコラプス時のステアリングコラムの収縮ストッパとし、前記制御ユニット装着部に装着された制御ユニットの収縮ストッパ側端面位置が収縮ストッパよりウォームホイール収納部側に設定されていることを特徴とする請求項７に記載の電動パワーステアリング装置。

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