JP2008037131A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グランドを必要とする各部のグランド処理を必要最小限として組付作業性を向上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に前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した基板２３，２５を含む制御ユニット１９が装着され、該制御ユニット１９に前記電動モータ５の接続部が電気的に直接接続されていると共に、前記減速ギヤボックス４及び前記制御ユニット１９のグランドへの接続を当該制御ユニット１９と給電部３０との間に配設したグランド接続線２９を介して行うようにした。
【選択図】図１２

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）が取付けられてブリッジ回路が構成され、ブリッジ回路のプラス側をパワーリレーを介して電源であるバッテリに接続し、マイナス側をアースしている。
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、制御基板に形成した基板側接続端子に電動モータに形成したモータ側接続端子を接続し、トルクセンサと制御基板に形成したコネクタとを信号線で接続し、さらに制御基板に配設された４つのＦＥＴで構成されるブリッジ回路のプラス側がバッテリに接続され、マイナス側をアースするようにしており、アースするにはアース線を車体側部材に接続する必要があり、これが面倒であると共に、アース不良を生じる原因ともなるという未解決の課題がある。

しかも、電動パワーステアリング装置としてコラム型の電動パワーステアリング装置では、例えば特開２００４−１３１０４７号公報に記載されているように、コラムハウジングに磁気センサで構成されるトルクセンサを内蔵させ、このトルクセンサの信号端子を制御基板に直接接続して信号線を省略するようにしている。このように、コラム型の電動パワーステアリング装置では磁気センサで構成されるトルクセンサをコラムハウジングに内蔵させる関係で、トルクセンサの回路系のＥＭＣ（電磁環境適合性）を向上させるためにはコラムハウジング専用のグランドハーネスを使用して車体側にグランドする必要があり、このためのグランドハーネスが必要となる。

このように、コラム型の電動パワーステアリング装置では、コラムハウジング及び制御回路の双方でグランド配線を必要とするので、電動パワーステアリング装置の組付作業性が低下すると共に、２経路のグランド配線を、車両の異なった部位に夫々配線することにより相対的な電位差が生じ、アース電位差の発生に伴う電磁環境適合性（ＥＭＣ）の低下や制御精度の変動を生じる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、グランドを必要とする各部のグランド処理を必要最小限として組付作業性を向上することができると共に、電磁環境適合性の低下や制御精度の変動を抑制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導電性の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前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットが装着され、該制御ユニットに前記電動モータの接続部が電気的に直接接続されていると共に、前記減速ギヤボックス及び前記制御ユニットのグランドへの接続を当該制御ユニットと給電部との間に配設したグランド接続線を介して行うようにした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、請求項１に係る発明において、前記制御ユニットは、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、該パワーモジュール基板を囲繞し、前記電動モータの接続部を接続するユニット側接続部と前記グランド接続線が接続される電源コネクタとを有する絶縁フレームとを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が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、前記グランド接続線が当該パワーモジュール基板を介して前記減速ギヤボックスに接続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に係る発明において、前記制御ユニットは、前記制御回路を実装した基板と、該基板を囲繞し、前記電動モータの接続部を接続するユニット側接続部と前記グランド接続線が接続される電源コネクタとを有する絶縁フレームと、前記制御基板、前記パワーモジュール基板及び前記絶縁フレームを覆う導電性カバーとを少なくとも含み、前記グランド接続線が前記導電性カバーを介して前記減速ギヤボックスに接続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、前記基板は、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で構成されていることを特徴としている。

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に係る発明において、前記制御ユニットは、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、前記制御基板及び前記パワーモジュール基板を囲繞し、前記電動モータの接続部を接続するユニット側接続部と前記グランド接続線が接続される電源コネクタとを有する絶縁フレームとを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が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、前記グランド接続線と前記減速ギヤボックスとの間に、前記パワーモジュール基板を介して前記減速ギヤボックスに接続する第１のグランド接続経路と、前記導電性カバーを介して前記減速ギヤボックスに接続する第２のグランド接続経路とが並列に形成さ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、請求項７に係る電動パワーステアリング装置は、請求項６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１乃至７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している。

さらにまた、請求項９に係る電動パワーステアリング装置は、請求項８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、減速ギヤボックスに電動モータを駆動制御する制御回路を実装した基板を含む制御ユニットが装着され、該制御ユニットに前記電動モータの接続部が電気的に直接接続されていると共に、前記減速ギヤボックス及び前記制御ユニットのグランドへの接続を当該制御ユニットと給電部との間に配設したグランド接続線を介して行うようにしたので、減速ギヤボックス及び制御ユニットを共通のグランド線を介して給電部にグランドするので、減速ギヤボックスの電磁環境適合性（ＥＭＣ）を向上させることができると共に、部品点数及び作業工数を減少させて、電動パワーステアリング装置の組付作業性を向上させることができるという効果が得られる。

また、制御ユニットと減速ギヤボックスとの間のグランド接続経路を、導電性カバーを介して形成するようにすることにより、制御ユニット自体の電磁環境適合性を向上させることができる。

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、本発明の第１の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。
ロア取付ブラケット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荷重が作用することにより、カプセル６ｄ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を回動させて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、高熱伝導性及び電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部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２０ａ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、平坦面２０に直接固定されるアルミプレート２２と、このアルミプレート２２に固定されるパワーモジュール基板２３と、これらアルミプレート２２及びパワーモジュール基板２３を囲繞する絶縁フレームとしての合成樹脂フレーム２４と、この合成樹脂フレーム２４の正面に装着された制御基板２５と、これらを覆う導電性カバー２６とで構成されている。

ここで、アルミプレート２２は、合成樹脂フレーム２４内に納まる大きさで放熱グリースを介して平坦面２０に載置されてビス止めされている。
パワーモジュール基板２３は、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表面に実装し、裏面がアルミプレート２２に密着されてビス止めされている。

合成樹脂フレーム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字状に突出された図１１に示すように電動モータ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後述するバッテリ３０に接続される電源コネクタ２４ｅ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２４ｆとが一体に構成されている。これら電源コネクタ２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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。

制御基板２５は、合成樹脂フレーム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モジュール基板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ている。

具体的には、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２０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アルミプレート２２の上部に形成した切欠部２２ａ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から導電性カバー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のパワーモジュール基板２３の装着位置に放熱グリースを塗布してから、パワーモジュール基板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導電性カバー２６を平坦取付面２５ａに装着すると共に、部分カバー２７を導電性カバー２６に前面側から大型部品を覆うように装着する。

このように、制御ユニット１９の組付けを完了すると、図１２に示すように、電源コネクタ２４ｅから合成樹脂フレーム２４内に突出して上方に折り曲げられたＬ字状のグランドピン２８が制御基板２５のスルーホール２５ｈに挿通され、このスルーホール２５ｈが制御基板２５の裏面側に形成されたグランドライン（図示せず）を介して接続点２５ｉに接続され、この接続点にパワーモジュール基板２３の表面に形成されたリードフレーム２３ａが接続され、このリードフレーム２３ａがパワーモジュール基板２３の表面に形成されたグランドライン（図示せず）を介してビス挿通孔２３ｂに接続され、このビス挿通孔２３ｂからビス２３ｃを介してアルミプレート２２に接続され、このアルミプレート２２から各ビス２２ｂ〜２２ｄを介して減速ギヤボックス４の平坦面２０に接続される。その後、導電性カバー２６にビス２６ａ〜２６ｃを介して接続されている。このようにして、減速ギヤボックス４、導電性カバー２６、制御ユニット１９が電源コネクタ２４ｅのグランドピン２８に接続され、電源コネクタ２４ｅが図１３に示すように、グランド接続線としてのバッテリグランドハーネス２９を介して給電部としてのバッテリ３０に接続され、このバッテリ３０の負極側端子が車体側部材３１にグランドされている。

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、図１１に示すように、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、減速ギヤボックス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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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、上記第１の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のトルクセンサ収納部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アルミプレート２２を載置して平坦取付面２０ａにビス２２ａ〜２２ｃでビス止めし、このアルミプレート２２にパワーモジュール基板２３をビス２３ａでビス止めする。

この状態で、パワーモジュール基板２３を囲繞するように合成樹脂フレーム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と半田付けすると共に、スルーホール２５ｈとグランドピン２８とを半田付けしてから導電性カバー２６及び部分カバー２７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のモータ装着部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。そして、電源コネクタ２４ｅに一端がバッテリ３０の正極側端子及び負極側端子に個別に接続されたバッテリグランドハーネス２９を接続する。

これによって、前述したように、電源コネクタ２４ｅのグランドピン２８を介して制御基板２５がグランド接続され、この制御基板２５の接続点２５ｉにリードフレーム２３ａを介してパワーモジュール基板２３がグランド接続され、このパワー基板プレート２３にビス２３ｂを介してアルミプレート２２がグランド接続され、このアルミプレート２２にビス２２ａ〜２２ｃを介して減速ギヤボックス４がグランド接続され、さらに減速ギヤボックス４にビス２６ａ〜２６ｃを介して導電性カバー２６及び部分カバー２７がグランド接続される第１のグランド接続経路が形成される。

そして、この第１のグランド接続経路が制御ユニット１９を減速ギヤボックス４に組付けるだけで形成され、さらに電源コネクタ２４ｅにバッテリ３０に一端が接続されたバッテリグランドハーネス２９を接続することにより、グランド接続経路がバッテリ３０の負極側端子にグランドされる。
このように、制御ユニット１９の電源コネクタ２４ｅにバッテリ３０に接続されたバッテリグランドハーネス２９を接続することにより、制御ユニット１９及び減速ギヤボックス４及び電動モータ５のグランド接続経路を形成することができ、前述した従来例のように、減速ギヤボックス４及び制御ユニット１９を個別に車体側部材にグランドする必要がなく、この分部品点数を減少させて、組付作業性を大幅に向上させることができる。

しかも、減速ギヤボックス４がグランド接続されることにより、内蔵するトルクセンサ１５の電磁環境適合性（ＥＭＣ）を向上させることができる。また、制御ユニット１９の導電性カバー２６及び部分カバー２７がグランド接続されることにより、パワーモジュール基板２３に形成されたブリッジ回路を構成するＦＥＴ等のスイッチング素子で発生するラジオノイズが外部に放射されることを確実に防止する事ができると共に、外部から電磁波が制御ユニット１９内に侵入することを確実に防止することが電磁環境適合性（ＥＭＣ）を向上させることができる。さらに、減速ギヤボックス４及び制御ユニット１９が共通のバッテリグランドハーネス２９を介してバッテリ３０にグランド接続されるので、減速ギヤボックス４及び制御ユニット１０にアース電位差が生じることがなく、アース電位差の発生するよる電磁環境適合性（ＥＭＣ）の低下や制御精度の変動を確実に抑制することができる。

また、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２４ｃ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がアルミプレート２２を介してアルミニューム、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に接触されて接続されているので、パワーモジュール基板２３の発熱をアルミプレート２２及び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、アルミプレート２２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、減速ギヤボックス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の信号コネクタ２４ｆに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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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モジュール基板２３及び制御基板２５にバッテリ３０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モジュール基板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荷重が作用すると、図１４〜図１６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が作用された荷重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吸収量を確保することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図１７について説明する。
この第２の実施形態は、制御ユニット１９と減速ギヤボックス４とのグランド接続経路を第１の実施形態とは異なるグランド接続経路となるようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図１７に示すように、制御ユニット１９内のグランド接続経路を第１の実施形態における第１のグランド接続経路とは異なる第２のグランド接続経路としたされている。

この第２のグランド接続経路は、図１７に示すように、電源コネクタ２４ｅのグランドピン２８を制御基板２５のスルーホール２５ｈに挿通して制御基板２５をグランド接続し、このスルーホール２５ｈから制御基板２５の表面に設けた接続端子４０にグランドライン４１を形成し、この接続端子４０を導電性カバー２６に接触させて導電性カバー２６をグランド接続し、導電性カバー２６を、ビス２６ａ〜２６ｃを介して減速ギヤボックス４の平坦取付面２０ａに装着することにより、減速ギヤボックス４をグランド接続し、さらにパワーモジュール基板２３を、平坦取付面２０ａにアルミプレート２２を介してグランド接続するようにしている。

この第２の実施形態においても、制御ユニット１９の電源コネクタ２４ｅに一端をバッテリ３０に接続したバッテリグランドハーネス２９を接続することにより、減速ギヤボックス４、電動モータ５及び制御ユニット１９を、バッテリ３０の負極側端子にグランド接続することができ、この第２のグランド接続経路を制御ユニット１９を減速ギヤボックス４に組付けることにより容易に形成することができる。

なお、上記第１の実施形態及び第２の実施形態では、第１のグランド接続経路及び第２のグランド接続経路を個別に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、図１８に示すように、第１の実施形態における制御基板２５、パワーモジュール基板２３、アルミプレート２２、減速ギヤボックス４、導電性カバー２６及び部分カバー２７の順に接続する第１のグランド接続経路と、第２の実施形態における制御基板２５、導電性カバー２６、減速ギヤボックス、アルミプレート２２及びパワーモジュール基板２３の順に接続する第２のグランド接続経路とを並列に形成するようにしてもよく、この場合には、二重のグランド接続経路が形成されているので、何れか一方のグランド接続経路に断線や接触不良が生じた場合でも他方のグランド接続経路でグランド接続を確実に保持することができる。

なお、上記各実施形態においては、パワーモジュール基板２３がアルミプレート２２を介して減速ギヤボックス４の平坦取付面２０ａに取付け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、パワーモジュール基板２３自体をアルミ基板で構成して、アルミプレート２２を省略するようにしてもよい。

また、上記各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１９（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１９（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、図１９（ｃ）に示すように、バスバー５ｃ及び５ｄと制御ユニット１９の端子台２４ｃとの接触面を電動モータ５の取付フランジ部５ｂの減速ギヤボックス４のモータ取付面１７に接触する取付面Ｐ１を含む平面内となるように設定することにより、電動モータ５の出力軸５ａを減速ギヤボックス４のウォーム１１にセレーション結合又はスプライン結合する際に、電動モータ５を円周方向に回動させながら装着する場合に、バスバー５ｃ及び５ｄや取付フランジ部５ｂが制御ユニット１９の端子台２４ｃに干渉することなく回動させることができるので、電動モータ５の減速ギヤボックス４へ組付作業を容易に行うことができる。

さらに、上記各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、上記各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、上記各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、上記各実施形態においては、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部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、上記各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２４ｅ，２４ｆ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、上記各実施形態においては、制御ユニット１９の電源コネクタ２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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、上記各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、パワーモジュール基板２３を平坦取付面２０ａにビス止めしてから合成樹脂フレーム２４を固定し、この合成樹脂フレーム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、合成樹脂フレーム２４にパワーモジュール基板２３及び制御基板２５を取付けてから合成樹脂フレーム２４を平坦取付面２０ａに固定するようにしてもよく、さらには合成樹脂フレーム２４の一部とパワーモジュール基板２３とを共締めするようにしてもよい。

また、上記各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、パワーモジュール基板２３を平坦取付面２０ａにビス止めしてから合成樹脂フレーム２４を固定し、この合成樹脂フレーム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、合成樹脂フレーム２４にパワーモジュール基板２３及び制御基板２５を取付けてから合成樹脂フレーム２４を平坦取付面２０ａに固定するようにしてもよく、さらには合成樹脂フレーム２４の一部とパワーモジュール基板２３とを共締めするようにしてもよい。

さらにまた、上記各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、パワーモジュール基板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、上記各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３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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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２４ｅ及び信号コネクタ２４ｆ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表す要部を拡大して示す斜視図である。 第１のグランド接続経路を示す分解斜視図手ある。 バッテリへのグランド接続を示す全体構成図である。 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。 本発明の第２の実施形態における第２のグランド接続経路を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施形態における第１及び第２のグランド接続経路を示す分解斜視図である。 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…合成樹脂フレーム、２４ａ…フレーム本体、２４ｂ…取付板部、２４ｃ…端子台、２４ｅ…電源コネクタ、２４ｆ…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…導電性カバー、２７…部分カバー、２８…グランドピン、２９…バッテリグランドハーネス、３０…バッテリ

Claims (9)

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導電性の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前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した基板を含む制御ユニットが装着され、該制御ユニットに前記電動モータの接続部が電気的に直接接続されていると共に、前記減速ギヤボックス及び前記制御ユニットのグランドへの接続を当該制御ユニットと給電部との間に配設したグランド接続線を介して行うようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御ユニットは、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、該パワーモジュール基板を囲繞し、前記電動モータの接続部を接続するユニット側接続部と前記グランド接続線が接続される電源コネクタとを有する絶縁フレームとを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が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、前記グランド接続線が当該パワーモジュール基板を介して前記減速ギヤボックスに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記制御ユニットは、前記制御回路を実装した基板と、該基板を囲繞し、前記電動モータの接続部を接続するユニット側接続部と前記グランド接続線が接続される電源コネクタとを有する絶縁フレームと、前記制御基板、前記パワーモジュール基板及び前記絶縁フレームを覆う導電性カバーとを少なくとも含み、前記グランド接続線が前記導電性カバーを介して前記減速ギヤボックスに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記基板は、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で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電導パワーステアリング装置。
5. 前記制御ユニットは、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、前記制御基板及び前記パワーモジュール基板を囲繞し、前記電動モータの接続部を接続するユニット側接続部と前記グランド接続線が接続される電源コネクタとを有する絶縁フレームとを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板が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、前記グランド接続線と前記減速ギヤボックスとの間に、前記パワーモジュール基板を介して前記減速ギヤボックスに接続する第１のグランド接続経路と、前記導電性カバーを介して前記減速ギヤボックスに接続する第２のグランド接続経路とが並列に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 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特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 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７の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 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８に記載の電動パワーステアリング装置。

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