JP2008179248A

JP2008179248A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2008179248A
Application number: JP2007014128A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Maeda; 将宏前田; Hironobu Takahashi; 宏暢高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2008090878A1

Abstract

【課題】簡易な構成で汎用性を確保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とを備えたコラムアシスト式の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５及び当該電動モータ５を駆動制御する制御ユニット１９が並設され、前記制御ユニット１９は、少なくとも指令値を演算する処理装置を実装した制御基板１９Ａと、前記モータ用のスイッチング素子を実装したパワー基板１９Ｂと、コネクタ、リレー、ノイズ対策部品を実装したモジュール部品１９Ｃとで構成され、前記制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃが個別に前記減速ギヤボックスの取付面に固定されている。
【選択図】図４

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、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コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置にあっては、補助操舵力を発生する電動モータに比較的大きな電流（３０Ａ〜１２０Ａ程度）を通電する関係で、電力損失低減やノイズ低減を目的として電動モータを駆動する制御ユニットを電動モータ又は減速ギヤボックスに一体化することが望まれている。同時に部品点数の削減を目的として、操舵トルクを検出するトルクセンサと制御ユニットも一体化することが望まれている。つまり、制御ユニットを電動モータ又は減速ギヤボックスに一体化した機電一体型構成とすることが望まれている。

ところが、機電一体化とする場合には、制御ユニットを単体の箱として作る場合よりも、開発における制約事項が多いために、開発工数が多くなる傾向にある。
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば電動パワーステアリング装置のギヤハウジング内にモータ制御回路の回路基板が内蔵され、モータ制御回路のうち駆動回路素子が回路基板に搭載されるヒートシンクに固定され、ヒートシンクがギヤハウジングに直接接して固着された構成を有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−８６８５５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、モータ制御回路の回路基板に制御回路、モータ駆動回路、リレー、コンデンサ、コイル等の電気部品が全て搭載されているので、発熱の多いモータ駆動回路の駆動回路素子をヒートシンクに固定してギヤハウジングに放熱するようにしなければならず、放熱のためのヒートシンクが必要となり、部品点数が増加するという未解決の課題がある。

この未解決の課題を解決するために、マイクロコンピュータ等の制御回路を搭載する制御モジュールと、モータ駆動回路のスイッチング素子等を搭載するパワーモジュールとに分離して、両者を減速ギヤボックスに形成した例えば９０度の角度で直交する第１及び第２の平面に個別に配設し、両モジュールを第１及び第２の平面の境界位置に設けたコネクタやリレーやノイズ対策部品が搭載されたＬ字状のフレームモジュールで電気的に接続することが考えられている。

この場合には、制御モジュールとパワーモジュールが個別に熱容量が大きく表面積の大きい減速ギヤボックスに取付けられているので、別途ヒートシンクを設けることなく、パワーモジュールで生じる発熱を減速ギヤボックスに効率良く伝熱することができるが、制御モジュールとパワーモジュールとを電気的に接続するフレームモジュールが大きなＬ字形状となってしまい部品点数が増加すると共に、大型化するという未解決の課題がある。

一方、車両で必要とする操舵補助トルク（＝モータ電流）の大小により部品サイズや形状が変化するコネクタやリレーやノイズ対策部品がフレームモジュールに搭載され、このフレームモジュールを介してパワーモジュールと制御モジュールとが接続されるため、モータ電流の大小により制御ユニット全体の構造を再設計しなくてはならず、汎用性を確保することができないという未解決の課題がある。

また、車両で必要とする操舵補助トルクの大小により減速機構を構成する例えばウォームホイールのサイズが変更になると、制御モジュールとトルクセンサが接続される位置と、制御モジュールとパワーモジュールが接続される位置とに、相対変化が生じ、この場合も制御ユニット全体の構造を再設計する必要があり、汎用性を確保することができるという未解決の課題がある。

さらに、Ｌ字状のフレームモジュールを減速ギヤボックスの２平面へ固定する際、製造精度によってはフレームモジュールの２平面の合わせ部に応力緩和構造が必要となるため、フレームモジュールの構造も複雑になるという未解決の課題もある。
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、簡易な構成で汎用性を確保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コラムアシスト式の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、前記電動モータ及び当該電動モータを駆動制御する制御ユニットが並設され、前記制御ユニットは、少なくとも指令値を演算する処理装置を実装した制御基板と、前記モータ用のスイッチング素子を実装したパワー基板と、コネクタ、リレー、ノイズ対策部品を実装したモジュール部品とで構成され、前記制御基板、パワー基板及びモジュール部品が個別に前記減速ギヤボックスの取付面に固定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、請求項１に係る発明において、前記制御基板、パワー基板及びモジュール部品間の電気的接続が前記制御基板に前記パワー基板及びモジュール部品の接続端子を半田付けすることにより行わ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、前記モジュール部品は、前記制御基板及びパワー基板と、前記減速ギヤボックスと、前記電動モータとの電気的及び機械的接続構造を維持した状態で、仕様に応じて異なる形態の複数のモジュール部品から選択するようにした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１乃至３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ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサを内装し、該トルクセンサの外部接続端子が前記制御基板に接続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乃至４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に内装される減速機構の形状変更により前記制御基板及び前記パワー基板の相対位置が変化した場合に、当該相対位置の変化に応じて前記パワー基板の前記制御基板に接続する接続リード端子の形状を変更するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、制御ユニットを制御基板、パワー基板及びモジュール部品とで構成し、これら制御基板、パワー義板及びモジュール部品とを個別に減速ギヤボックスの取付面に固定するようにしているので、制御ユニットの構成部品点数を低減することができるという効果が得られる。
また、制御基板とパワー基板とモジュール部品の電気的接続を、全て制御基板を経由して半田付けで行うことにより、制御基板とパワー基板及びモジュール部品との半田付けを１つの面のみで行うことが可能となり、組み立て工程を簡素化することができるという効果が得られる。

さらに、モータ電流の大小や車両レイアウト制約により、形状やサイズが変化する部品群をモジュール部品として集約化することにより、電動パワーステアリング装置の適用車種が増えた場合でも、制御ユニットの設計変更個所をモジュール部品に限定し、その他の制御基板やパワー基板などを共通使用することで、開発工数を含めてコストダウンすることが可能となるという効果が得られる。

さらにまた、操舵補助トルクの大小に応じてウォームホイール等の減速機構機のサイズが変更となった場合でも、パワー基板に実装される接続リード端子の形状のみを変更し、その他の制御基板やパワー基板やモジュール部品を共通使用することで、開発工数を含めてコストダウンすることが可能とな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示す斜視図、図２は減速ギヤボックスに電動モータ及び制御ユニットを装着した状態の斜視図、図３は減速ギヤボックスの一部を拡大して示す縦断面図、図４は分解斜視図、図５は電動モータを示す斜視図、図６は電動モータのバスバー構造を示す正面図、図７は減速ギヤボックスの正面側から見た斜視図、図８は減速ギヤボックスの背面側から見た斜視図、図９は制御基板を示す正面図、図１０はパワー基板を示す正面図、図１１はモールド部品を示す斜視図、図１２はモールド部品を背面側から見た分解斜視図、図１３は減速ギヤボックスに制御ユニットを組付けた状態を示す斜視図である。

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衝撃力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、その剪断荷重が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。
さらに、ステアリングシャフト２は、図３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。

さらにまた、減速ギヤボックス４は、図４、図７及び図８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３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、その一方の減速ギヤボックス４に取付ける取付フランジ部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、内蔵するブラシに配電する後述するバスバー５ｉ及び５ｊと一体に形成されたモータ側接続部としての接続端子５ｃ及び５ｄが電動モータ５の軸心方向に対して例えば４５°の傾斜角で取付フランジ５ｂの端面から前方に向けて傾斜延長されている。これら接続端子５ｃ及び５ｄの先端部は円弧状に形成されていると共に、先端部側に固定ネジを挿通する長孔５ｅが穿設されている。このとき、図５に示すように、ステアリングコラム３を側面から見たときに一対の取付フランジ部５ｂを結ぶ線Ｌ１と接続端子５ｃ及び５ｄ間の中央線Ｌ２の延長方向とのなす角θが鋭角（例えば６０°）とされてステアリングコラム３と平行な方向及びこれと直交する方向での取付フランジ部５ｂの突出長が抑制されて小型化されている。

ここで、接続端子５ｃ及び５ｄの夫々は、図６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のバスバー５ｉ及び５ｊの互いに対向する一端に一体に形成されている。
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を、ウォーム１１を装着したウォーム軸１１ａにスプライン結合又はセレーション結合すると共に、接続端子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７及び図８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の上部側とに跨がる第１の平坦取付面２０ａと、第１の平坦取付面２０ａの上端縁から直角に車両前方側に延長する第２の平坦取付面２０ｂとでＬ字状の基板装着面が形成されていると共に、第１の平坦取付面２０ａの左端側即ち電動モータ装着部１７側に一体に連接する第３の平坦取付面２０ｃが形成され、さらにトルクセンサ収納部１６の上面に形成した第１の平坦取付面２０ａの下端から直角に車両後方側に延長する第４の平坦取付面２０ｄが形成され、第１、第２及び第４の平坦取付面が側面から見てクランク状とされている。

そして、第１の平坦取付面２０ａの下端及び右端に第４の平坦取付面２０ｄと連接するＬ字状の側壁２０ｆが形成され、この側壁２０ｆと第１の平坦取付面２０ａ及び第４の平坦取付面２０ｄとで制御基板１９Ａを収容する制御基板収容部２０ｉが形成され、第２の平坦取付面２０ｂと側壁２０ｇとでパワー基板１９Ｂを収容するパワー基板収容部２０ｋが形成され、さらに第４の平坦取付面２０ｄがモジュール部品としてのモールド部品１９Ｃを装着するモールド部品装着部１９Ｃとされている。

制御基板１９Ａは、図９に示すように、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１９Ｂ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と共に、パワー基板１９Ｂに形成された後述する２組の接続端子２４ａ及び２４ｂを挿通する２組のスルーホール２１ａ及び２１ｂと、モールド部品１９Ｃの２組の接続端子３４ａ及び３４ｂを挿通する２組のスルーホール２２ａ及び２２ｂと、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが挿通されるスルーホール２３ａ〜２３ｄとが形成されている。

また、パワー基板１９Ｂ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を実装し、第２の平坦取付面２０ｂに例えば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基板で構成されており、上端側のコネクタ部に制御基板１９Ａと電気的に接続されるリード端子でなる２組の接続端子２４ａ及び２４ｂが上方に突出されている。ここで、接続端子２４ｂは図４に示すように、途中に折り曲げ部２５が形成されている。

さらに、モールド部品１９Ｃは、図１１及び図１２に示すように、平面から見て略塔状で上端面が上板部３１で閉塞されたフレーム３２を有し、このフレーム３２の電動モータ５の接続端子５ｃ及び５ｄに対向する左側面に接続端子５ｃ及び５ｄと面接触するように右上がりに傾斜するユニット側接続部としての端子台３３ａ及び３３ｂが形成され、この端子台３３ａ及び３３ｂとは反対側の側面に制御基板１９Ａと電気的に接続するリード端子でなる２組の接続端子３４ａ及び３４ｂを有する接続端子部３４が形成され、下端面に電源コネクタ３５が形成されている。

また、モールド部品１９Ｃの裏面側には、図１２に示すように、電源用やフェールセーフ用などのリレー３６，３７、ノイズ対策用のコイル３８及びコンデンサ３９，４０等のモータ電流の大小や車両レイアウト制約により、形状やサイズが変化する部品群を集約化して装着保持する大形部品装着部４１が形成され、下端面がカバー４２で閉塞される。
そして、モールド部品１９Ｃを端子台３３ａ及び３３ｂの左右端部に形成された取付フランジ４３をモータ装着部１７の上端面にねじ止めする。次いで、モールド部品１９Ｃの接続端子３４ａ及び３４ｂをスルーホール２２ａ及び２２ｂ内に挿通すると共に、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆをスルーホール２３ａ〜２３ｄに挿通して制御基板１９Ａを制御基板収容部２０ｉに収容する。次いで、パワー基板１９Ｂをその接続端子２４ａ及び２４ｂを制御基板１９Ａのスルーホール２１ａ及び２１ｂに挿通してパワー基板収容部２０ｋにその裏面を放熱グリースを介して直接第２の平坦取付面２０ｂに密着するように取付けて収容する。

このように、減速ギヤボックス４にモールド部品１９Ｃ、制御基板１９Ａ及びパワー基板１９Ｂの装着が完了すると、図２に示すようになり、この状態で、制御基板収容部２０ｉ及びパワー基板収容部２０ｋを図４に示すカバー１９Ｄで覆うことにより、図１３に示すように減速ギヤボックス４への制御ユニット１９の装着を完了する。
そして、制御ユニット１９の減速ギヤボックス４への装着が完了してから電動モータ５を減速ギヤボックス４のモータ装着部１７に装着する。このとき、電動モータ５の出力軸５ａと減速ギヤボックス４のウォーム軸１１ａとをスプライン結合又はセレーション結合させるので、電動モータ５を回転させながらスプライン結合又はセレーション結合を浅く行ない。浅いスプライン結合又はセレーション結合が完了すると、電動モータの取付フランジ５ｂを減速ギヤボックス４におけるモータ装着部１７のフランジ部１７ａに対向させるように位置合わせをしてから電動モータ５を元且つ減速ギヤボックス４にインロー結合させる。このようにすると、電動モータ５の外部接続端子５ｃ及び５ｄが制御ユニット１９におけるモールド部品１９Ｃに形成した端子台３３ａ及び３３ｂと面接触することになり、この状態で電動モータ５の外部接続端子の端子台３３ａ及び３３ｂとは反対側からビス止めすることにより、電動モータ５と外部接続端子３３ａ及び３４ｂとの電気的接続を行うことができる。これと同時にモータ側取付フランジ５ｂをモータ装着部１７のフランジ部１７ａにボルト締めすることにより、電動モータ５を減速ボックス４に装着することができる。

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を組み立てるには、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の先端が第１及び第２の平坦取付面２０ａ及び２０ｂの境界部に形成された開口２０ｅを通じて、第４の取付平坦面２０ｄと平行に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、第３の平坦取付面２０ｃにモールド部品１９Ｃを装着する。次いで、制御基板１９Ａを、そのスルーホール２２ａ及び２２ｂ内にモールド部品１９Ｃの接続端子３４ａ及び３４ｂを挿通すると共に、スルーホール２３ａ〜２３ｄ内にトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させた状態で、制御基板収容部２０ｉに収容する。次いで、パワー基板１９Ｂの裏面に放熱グリースを塗布してから接続端子２４ａ及び２４ｂを制御基板１９Ａのスルーホール２１ａ及び２１ｂ内に挿通させながら裏面を第２の平坦取付面２０ｂに密着させてビス止めする。

この状態で、制御基板１９Ａの各スルーホール２１ａ，２１ｂ、２２ａ，２２ｂ及び２３ａ〜２３ｄとパワー基板１９Ｂの接続端子２４ａ，２４ｂ及びモールド部品１９Ｃの接続端子３４ａ，３４ｂとを半田付けしてからカバー１９Ｄで制御基板収容部２０ｉ及びパワー基板収容部２０ｋを覆うことにより、制御ユニット１９の装着を完了する。
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に取付ける。

この電動モータ５の装着は、先ず、電動モータ５の出力軸５ａと減速ギヤボックス４のウォーム収納部１２に収納されたウォーム１１を取付けたウォーム軸１１ａとを両者の端面を当接させた状態で電動モータ５を円周方向に回転させながら浅くスプライン結合又はセレーション結合する。この浅いスプライン結合又はセレーション結合が完了すると、再度電動モータ５を円周方向に回転させて取付フランジ５ｂをモータ装着部１７のフランジ部１７ａに対向させると共に、接続端子５ｃ及び５ｄをモールド部品１９Ｃに形成された端子台３３ａ及び３３ｂに対向させた状態で、電動モータ５を減速ギヤボックス４に押し込んでインロー結合させる。

この状態となると、接続端子５ｃ及び５ｄがモールド部品１９Ｃの端子台３３ａ及び３３ｂに面接触するので、この状態でネジ回し等の工具で接続端子５ｃ及び５ｄと端子台３３ａ及び３３ｂとをねじ止めする。このとき、接続端子５ｃ及び５ｄ並びに端子台３３ａ及び３３ｂが電動モータ５の軸心方向に対して右上がりに傾斜しているので、ネジ回し等の工具を容易に挿入させることができ、ねじ止めを容易に行うことができる。

しかも、接続端子５ｃ及び５ｄ並びに端子台３３ａ及び３３ｂが電動モータ５の軸心方向に対して右上がりに傾斜していることにより、接続端子５ｃ及び５ｄ並びに端子台３３ａ及び３３ｂに必要な接触面積を確保しても端子台３３ａ及び３３ｂの高さを低くすることができ、接続端子５ｃ，５ｄ及び端子台３３ａ，３３ｂが必要以上に突出することを確実に防止することができるので、レイアウトの自由度を向上させることができる。

また、接続端子５ｃ及び５ｄを端子台３３ａ及び３３ｂに面接触させて最短距離で強固に取付けることができるので、接続端子５ｃ，５ｄを及び端子台３３ａ，３３ｂ間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１９Ａのスルーホール２３ａ〜２３ｄとをセンサ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。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低減することができる。

また、電動モータ５及び制御ユニット１９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を制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモールド部品１９Ｃで構成し、これら制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモールド部品１９Ｃの夫々を個別に減速ギヤボックス４の第１の平坦取付面２０ａ、第２の平坦取付面２０ｂ及び第３の平坦取付面２０ｃに取付けるので、減速ギヤボックスの平坦面２０ａ〜２０ｄ及び側壁２０ｆ及び２０ｇが制御ユニット１０の構成部品として兼用されているので、制御ユニット１９の部品点数を低減させることができる。

また、制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモールド部品１９Ｃの電気的接続を、全て制御基板１９Ａを経由して半田付けで行うことができ、制御基板１９Ａとパワー基板１９Ｂ及びモールド部品１９Ｃとの半田付け及びトルクセンサ１５との半田付けを１つの面でのみ行うことができ、組み立て作業を簡素化することができる。
さらに、モールド部品１９Ｃに、モータ電流の大小や車両レイアウト制約により、正常やサイズが変化する部品群を集約化して収容したので、電動パワーステアリング装置の適用車種が増えた場合でも、制御ユニット１９の設計変更をモールド部品１９Ｃのみに限定し、その他の制御基板やパワー基板などを共通使用することができ、開発工数を含めてコストダウンを図ることができる。

また、制御ユニット１９を構成する発熱を伴うパワー基板１９Ｂ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における第２の平坦取付面２０ｂに放熱グリースを介して直接接触されるので、パワー基板１９Ｂの発熱を熱容量の大きいヒートマスとなる減速ギヤボックス４に放散することができ、パワー基板１９Ｂが過熱状態となることを確実に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。
この状態で、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におけるモールド部品１９Ｃに形成された電源コネクタ３５及び制御基板１９Ａに形成された信号コネクタ２６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の組付けを完了する。

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制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモールド部品１９Ｃ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１９Ｂ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、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接触しない位置に配置されており、しかも電動モータ５の接続端子５ｃ，５ｄと端子台３３ａ，３３ｂとが傾斜配置されてその高さが低くされているので、コラプス移動を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は前述したように減速ギヤボックス４の一部を利用して構成されているので、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、制御ユニット１９を構成する場合に、先ず、モールド部品１９Ｃを装着し、次いで制御基板１９Ａを装着し、最後にパワー基板１９Ｂを装着す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、モールド部品１９Ｃを装着し、次いでパワー基板１９Ｂを装着し、最後に制御基板１９Ａを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、モールド部品１９Ｃが一種類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、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、例えばレイアウト制約や電動モータ５に通電する電流値の変更により、モールド部品１９Ｃの前後方向の長さを短くすると共に、電源コネクタ３５の向きを変更したり、図１５に示すように、例えばレイアウト制約により、モールド部品１９Ｃを上方側に展開して制御基板１９Ａと平行な位置に電源コネクタ３５を配置したりすることができ、この場合でも電動モータ５に電気的に接続する端子台３３ａ及び３３ｂと端子部３４の配置位置を一定位置とすることにより、所望の形状及び内装部品の定格電流に応じた最適なモールド部品１９Ｃを選択するだけで、制御基板１９Ａやパワー基板１９Ｂを変更することなく、操舵補助トルク（＝モータ電流）の大小に応じた設計変更を容易に行うことができ、汎用性を確保することができる。

また、車両が必要とする操舵補助トルクの大小に応じてウォームホイール等の減速機構のサイズを変更することにより、減速ギヤボックス４の平坦取付面２０ａ〜２０ｄの幅を変更する必要がある場合には、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、減速ギヤボックス４の平坦取付面２０ａない２０ｄの幅に応じて制御基板１９Ａ及びパワー基板１９Ｂの幅を変更し、このとき、制御基板１９Ａの長さが長くなる場合には、図１６（ａ）に示すように、パワー基板１９Ｂの接続端子２４ａ及び２４ｂの折り曲げ部２５の長さを調整するだけで、対応することができる。

また、図１６（ｂ）に示すように、パワー基板１９Ｂの接続端子２４ａ及び２４ｂと制御基板１９Ａのスルーホールとの位置が近い場合には、接続端子２４ａのように直線状とするか、接続端子２４ｂのように中途部にＵ字状曲げ部５０を形成するようにしてもよい。この場合には、Ｕ字状曲げ部５０が応力緩和機能を発揮することができ、接続端子２４ｂでの応力集中を確実に防止することができる。

したがって、図１６の構成によると、減速ギヤボックスの幅が変更となっても、制御基板１９Ａ及びパワー基板１９Ｂの幅を変更するだけで、減速ギヤボックス４の取付位置は変更する必要がないので、汎用性を確保することができる。
なお、上記実施形態においては、電動モータ５に接続端子５ｃ及び５ｄを設け、制御ユニット１９及び６３のモールド部品１９Ｃに端子台３３ａ，３３ｂ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に接続端子を設けるようにしてもよく、さらには電動モータ５のモータ側接続部及び制御ユニット１９のユニット側接続部の双方を同一角度又は異なる角度の接続端子とすることもできる。この場合には両接続端子を半田付け、溶接、リベット、ねじ及びナット等の任意の固着手段で固着すればよい。

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字状に折り曲げて制御基板１９Ａのスルーホール２３ａ〜２３ｄに挿通す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、スルーホール２３ａ〜２３ｄ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２３ａ〜２３ｄ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。

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１９Ａ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１９Ａに挟着したり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、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０の第１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、第１の平坦取付面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。
また、上記実施形態おいては、減速機構としてウォームギヤ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、傘歯車、平歯車等の任意の歯車を組み合わせた減速機構やベルト式等の任意の構成の減速機構を適用することができる。

さらに、上記実施形態においては、トルクセンサ１５としてコイル方式のトルクセンサ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、トーションバー２ｂの捩れ角を検出するトルクセンサを適用することもできる。
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１９Ｂ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。

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。減速ギヤボックスに電動モータ及び制御ユニットを装着した状態の斜視図である。減速ギヤボックスの一部を拡大して示す縦断面図である。減速ギヤボックスの分解斜視図である。電動モータを示す斜視図である。図電動モータのバスバー構造を示す正面図である。減速ギヤボックスの正面側から見た斜視図である。減速ギヤボックスの背面側から見た斜視図である。制御基板を示す正面図である。パワー基板を示す正面図である。モールド部品を示す斜視図である。モールド部品を背面側から見た分解斜視図である。減速ギヤボックスに制御ユニットを組付けた状態を示す斜視図である。モールド部品の変形例を示す図であって、（ａ）はモールド部品の斜視図、（ｂ）はモールド部品を組付けた減速ギヤボックスを示す斜視図である。モールド部品のさらに他の変形例を示す図であって、（ａ）はモールド部品の斜視図、（ｂ）はモールド部品を組付けた減速ギヤボックスを示す斜視図である。減速ギヤボックスを幅狭に設定したときの制御基板及びパワー基板の位置関係を示す図であって、（ａ）はパワー基板の接続端子と制御基板のスルーホールとの距離が長い状態の斜視図、（ｂ）はパワー基板の接続端子と制御基板のスルーホールとの距離が長い状態の斜視図である。

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…接続端子、５ｉ，５ｊ…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、１１ａ…ウォーム軸、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、１９Ａ…制御基板、１９Ｂ…パワー基板、１９Ｃ…モールド部品、１９Ｃ…カバー、２０…制御ユニット装着部、２０ａ…第１の平坦取付面、２０ｂ…第２の平坦取付面、２０ｃ…第３の平坦取付面、２０ｄ…第４の平坦取付面、２０ｉ…制御基板収容部、２０ｋ…パワー基板収容部、２０ｍ…モールド部品収容部、２６…信号コネクタ、３３ａ，３３ｂ…端子台、３５…電源コネクタ

Claims

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コラムアシスト式の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、前記電動モータ及び当該電動モータを駆動制御する制御ユニットが並設され、前記制御ユニットは、少なくとも指令値を演算する処理装置を実装した制御基板と、前記モータ用のスイッチング素子を実装したパワー基板と、コネクタ、リレー、ノイズ対策部品を実装したモジュール部品とで構成され、前記制御基板、パワー基板及びモジュール部品が個別に前記減速ギヤボックスの取付面に固定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。
前記制御基板、パワー基板及びモジュール部品間の電気的接続が前記制御基板に前記パワー基板及びモジュール部品の接続端子を半田付けすることにより行わ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。
前記モジュール部品は、前記制御基板及びパワー基板と、前記減速ギヤボックスと、前記電動モータとの電気的及び機械的接続構造を維持した状態で、仕様に応じて異なる形態の複数のモジュール部品から選択するようにした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。
前記減速ギヤボックスは前記ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサを内装し、該トルクセンサの外部接続端子が前記制御基板に接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記減速ギヤボックスに内装される減速機構の形状変更により前記制御基板及び前記パワー基板の相対位置が変化した場合に、当該相対位置の変化に応じて前記パワー基板の前記制御基板に接続する接続リード端子の形状を変更するようにした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。