JP2009023460A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビビリ音等の不快な音を抑制することができ、部品点数を最小限とすることで組立作業性を向上することができる。
【解決手段】減速ギヤボックスは高熱伝導性材料で、外周に制御ユニットを装着する制御ユニット装着面を形成している。制御ユニット１９は、制御ユニット装着面に装着される第１カバー２１と、制御基板２５と、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、第１カバー２１とで制御基板及びパワーモジュール基板の周囲を覆う箱形状の第２カバー２６とを備えている。第１カバーは、制御ユニット面に面接触した状態で当接する取付板部２１ａと、この取付板部の制御ユニット面に当接しない位置で板厚方向に膨出して一体に形成されたディスクリートカバー部２１ｂとを備えている。
【選択図】図８

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、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、電動モータを制御する基板を含む制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置として、ステアリングシャフトに操舵補助力を伝達する電動モータと、電動モータを制御する制御ユニットとを減速ギヤボックスに装着するコラム式電動パワーユニットがある（例えば、特許文献１）。
この装置の制御ユニットは、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、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等を内蔵しており、減速ギヤボックスに形成した制御ユニット装着面に装着されている。

ここで、通常、制御ユニットのパワーモジュール基板は発熱量が大きいので、制御ユニット内の他の制御部品への熱的影響を避けるため、制御ユニット装着面に面接触した状態で装着される板状のユニット側固定部品が、放熱板として機能するようにしている。
また、制御ユニット内には、制御基板やパワーモジュール基板に実装されて制御ユニット側に突出するディスクリート部品が存在しているので、板状のユニット側固定部品には、前記ディスクリート部品を覆うためのディスクリートカバー部材が固定されるようになっている。
接続されている。
特開平５−１８５９３８号公報

ところで、電動パワーステアリング装置の減速ギヤボックスに装着されている電動モータから制御ユニットにモータ振動が伝達されてくると、低剛性である板状のユニット側固定部品を介して制御ユニットに振動が伝達し、ビビリ音等の不快な音が発生するおそれがある。
また、制御ユニットを減速ギヤボックスに装着する際には、板状のユニット側固定部品にディスクリートカバー部材を固定しなければならず、部品点数の増大により組立作業性が悪いという問題がある。

さらに、放熱板として機能する板状のユニット側固定部品は、制御ユニット装着面との間に配置されており、外気と接触する部分が少ないので放熱効果が低いという問題もある。
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、電動モータからモータ振動が減速ギヤボックスに伝達しても、ビビリ音等の不快な音を抑制することができ、部品点数を最小限とすることで組立作業性を向上することができるとともに、制御ユニット内の発熱を外部に放出する放熱効果を高め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、前記電動モータを制御する基板を含む制御ユニットと、を備えた電動パワーステアリング装置において、前記減速ギヤボックスの外周に前記制御ユニットを装着する制御ユニット装着面が形成されており、前記制御ユニットは、前記制御ユニット装着面に装着される第１カバーと、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、前記第１カバーとで前記制御基板及び前記パワーモジュール基板の周囲を覆う箱形状の第２カバーとを少なくとも含んで構成され、前記第１カバーは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つの高熱伝導性材料で形成され、前記制御ユニット面に面接触した状態で当接する平板形状の放熱用取付板部と、この放熱用取付板部の前記制御ユニット面に当接しない位置で板厚方向に膨出して一体に形成され、前記制御基板及び前記パワーモジュール基板の少なくとも一方に実装されて前記制御ユニット装着面側に突出しているディスクリート部品の一部を覆うディスクリートカバー部とを備えている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記減速ギヤボックスは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つの高熱伝導性材料で構成されている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、減速ギヤボックスの制御ユニット装着面に装着される第１カバーは、放熱用取付板部と、この放熱用取付板部に対して板厚方向に膨出して一体形成されたディスクリートカバー部とからなり剛性を向上させた部材なので、減速ギヤボックスに装着された電動モータからモータ振動が伝達しても第１カバーの振動が抑制されて制御ユニットに振動が伝達しないので、不快な音を抑制することができる。

また、従来のようにディスクリートカバー部材を固定する作業が不要となるので、組立作業性を良好とすることができる。
さらに、第１カバーは高熱伝導性材料で形成されているとともに、外気に接触するディスクリートカバー部を設けることで放熱面積が増大するので、放熱効果を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の右方向から示した斜視図、図２は本実施形態を左方向から示した斜視図、図３は本実施形態の正面図、図４は減速ギヤボックスの要部を示す縦断面図、図５は減速ギヤボックスの外観を示す斜視図、図６は電動モータと制御ユニットとの接続関係を示す斜視図、図７は電動モータの内部構造を示す正面図、図８は制御ユニットの分解斜視図、図９は制御ユニットの放熱プレートを示す斜視図である。

図１において、符号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電動モータ５が配設されている。

ステアリングコラム３は、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（不図示）に取付けられる取付板部７ａと、この取付板部７ａの下面から左右方向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の下端が、減速ギヤボックス４の車両前方側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。

アッパ取付ブラケット６は、車体側部材（不図示）に取付けられる取付板部６ａと、この取付板部６ａの下端に固定されて左右（車幅）方向に離間している１対の支持板部６ｂと、これら一対の支持板部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。そして、チルト機構６ｃのチルトレバー６ｇを回動させ、外管３ｂの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。

ステアリングシャフト２は、図４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。
減速ギヤボックス４は、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニウム、アルミニウム合金、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、図４及び図５に示すように、電動モータ５の出力軸（不図示）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の車両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を取付けるモータ取付部１７と、トルクセンサ収納部１６の車両後端に形成された筒状のコラム取付部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のコラム取付部１８に、ステアリングコラム３の車両前端部が外嵌されて連結されている。

ここで、トルクセンサ１５は、図４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，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。

電動モータ５は、図６に示すように、その取付フランジ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接続端子５ｃ，５ｄが形成されている。接続端子５ｃ及び５ｄの夫々は、図７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、２組のブラシ５ｇ，５ｈに個別に接続された円弧状の接続端子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。

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５に示すように、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の上部側とで形成した平坦取付面２０ａと、この平坦取付面２０ａ及びトルクセンサ収納部１６の上面に形成した平坦取付面２０ａに対して直交し、左右方向に長尺方向が延在する矩形状のユニット載置面２０ｂとで左右方向から見てＬ字状に形成されている。制御ユニット装着部２０のユニット載置面２０ｂの左右方向の中央部には、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが突出して設けられている。

また、モータ取付部１７の車両後端面にも、平坦取付面２０ａと平行でこの平坦取付面２０ａより車両後方側の位置に幅狭のフレーム取付面２０ｃが形成されている。
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８に示すように、放熱プレート２１と、パワー基板２３と、長方形枠状の合成樹脂製フレーム２４と、制御基板２５と、カバー２６とを備えている。

放熱プレート２１は、制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａに放熱グリースを介して直接固定される。
パワー基板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ディスクリート部品２３ａ，２３ｂが実装される。合成樹脂製フレーム２４はパワー基板２３を囲繞する。

制御基板２５は、合成樹脂製フレーム２４の正面に取付けられ、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）が実装される。また、制御基板２５には、周辺機器等のアキシャル型ディスクリート部品２５ｅ１、ラジアル型ディスクリート部品２５ｅ２が実装される。また、カバー２６は、パワー基板２３、合成樹脂製フレーム２４及び制御基板２５を覆う。

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の左端に形成され、減速ギヤボックス４のフレーム取付面２０ｃに固定される取付板部２４ｂと、この取付板部２４ｂ上に固定され電動モータ５の接続端子５ｃ，５ｄに電気的に接続する端子台２４ｃと、フレーム本体２４ａの右端に固定された雌型コネクタ４５とを備えている。雌型コネクタ４５は、バッテリ（図示せず）に電源用雄型コネクタ４６を介して接続される電源コネクタ４５ａと、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４５ｂとを備えている。パワー基板２３及び制御基板２５は、接続端子２２ａを介して接続されている。

ここで、図９にも示すように、放熱プレート２１は、高熱伝動性を有する材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つの材料により形成された部材であり、制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａに当接する平坦な放熱用取付板部２１ａと、この放熱用取付板部２１ａに一体形成され、放熱用取付板部２１ａの板厚方向の一方に膨出しているディスクリートカバー部２１ｂと、放熱用取付板部２１ａの周縁形成したビス通過孔２１ｃ〜２１ｆと、パワー基板２３を固定するためのビスねじ孔２１ｇ〜２１ｉとを備えている。

そして、上記構成の制御ユニット１９は、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に装着され、図６に示すように、合成樹脂製フレーム２４の取付板部２４ｂに固定されている端子台２４ｃと、電動モータ５の接続端子５ｃ，５ｄとが電気的に接続される。なお、図１から図３に示すように、電気的に接続された端子台２４ｃ及び接続端子５ｃ，５ｄは、符号２７で示す合成樹脂製の端子カバーで覆われている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
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２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。
ここで、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に装着されている制御ユニット１９は、減速ギヤボックス４の平坦取付面２０ａに装着される放熱プレート２１が、放熱用取付板部２１ａと、この放熱用取付板部２１ａに対して板厚方向に膨出して一体形成されたディスクリートカバー部２１ｂとからなり、板状部材と比較して剛性を向上させた部材なので、減速ギヤボックス４に装着された電動モータ５からモータ振動が伝達しても、放熱プレート２１の振動が抑制されて制御ユニット１９に振動が伝達せず、不快な音が運転者に与えるのを抑制することができる。

また、放熱プレート２１は、ラジアル型ディスクリート部品２５ａ２を覆うディスクリートカバー部２１ｂを備えているので、従来のようにディスクリートカバー部材を固定する作業が不要となり、組立作業性を良好とすることができる。
さらに、放熱プレート２１は、外気に接触するディスクリートカバー部２１ｂを一体に設けて放熱面積が増大する構造となっているので、制御ユニット１９内のパワー基板２３の発熱量が増大しても、放熱効果を向上させることができる。

そして、放熱プレート２１は、高熱伝動性を有する材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つの材料により形成された部材なので、減速ギヤボックス４への放熱効果を向上させることができる。また、放熱プレートの放熱用取付板部２１ａと平坦取付面２０ａとの間に放熱グリースが塗布され、減速ギヤボックス４も高熱伝動性を有する材料で形成されているので、さらに放熱効果を向上させることができる。

なお、上記実施形態においては、電動モータ５、制御ユニット１９及び雌型コネクタ４５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。
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、接続端子５ｃ，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。

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５を配置し、制御ユニット１９の雌型コネクタ４５及び端子台２４ｃを左側に配置すればよく、さらには電動モータ５を車両外側に、雌型コネクタ４５及び端子台２４ｃを車両内側に配置するようにしてもよい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の右方向から示した斜視図である。 図１の装置を左方向から示した斜視図である。 図１の装置の正面図である。 電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの要部を示す縦断面図である。 電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの外観を示す斜視図である。 電動パワーステアリング装置を構成する電動モータと制御ユニットとの接続関係を示す斜視図である。 電動パワーステアリング装置を構成する電動モータの内部構造を示す正面図である。 制御ユニットの分解斜視図である。 制御ユニットを構成する放熱プレート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、２ａ…入力軸、２ｂ…トーションバー、２ｃ…出力軸、３…ステアリングコラム、３ａ…内管、３ｂ…外管、４…減速ギヤボックス、４ｂ…支持部、５…電動モータ、５ｂ…取付フランジ、５ｃ，５ｄ…接続端子、５ｆ…ブラシ支持体、５ｇ，５ｈ…ブラシ、５ｉ，５ｊ…接続端子、６…アッパ取付ブラケット、６ａ…取付板部、６ｂ…支持板部、６ｃ…チルト機構、６ｇ…チルトレバー、７…ロア取付ブラケット、７ａ…取付板部、７ｂ…支持板部、７ｃ… 枢軸、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、１５ａ…検出コイル、１５ｃ〜１５ｆ…外部接続端子、１５ａ，１５ｂ…検出コイル、１５ｃ，１５ｄ…外部接続端子、１６…トルクセンサ収納部、１７…モータ取付部、１８…コラム取付部、１９…制御ユニット、２０…制御ユニット装着部、２０ａ…平坦取付面（制御ユニット装着面）、２０ｂ…ユニット載置面、２０ｃ…フレーム取付面、２１…放熱プレート（第１カバー）、２１ａ…放熱用取付板部、２１ｂ…ディスクリートカバー部、２１ｃ〜２１ｆ…ビス通過孔、２１ｇ〜２１ｉ…ビスねじ孔、２２ａ…接続端子、２３…パワー基板（パワーモジュール基板）、２３ａ，２３ｂ…ディスクリート部品、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、２５…制御基板、２５ａ〜２５ｄ…スルーホール、２５ａ２…ラジアル型ディスクリート部品、２５ｅ１…アキシャル型ディスクリート部品、２５ｅ２…ラジアル型ディスクリート部品（制御ユニット装着面側に突出しているディスクリート部品）、２６…カバー（第２カバー）、２７…端子カバー、４５…雌型コネクタ、４５ａ…電源コネクタ、４５ｂ…信号コネクタ、４６…電源用雄型コネクタ

Claims (2)

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、前記電動モータを制御する基板を含む制御ユニットと、を備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記減速ギヤボックスの外周に前記制御ユニットを装着する制御ユニット装着面が形成されており、
   前記制御ユニットは、前記制御ユニット装着面に装着される第１カバーと、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、前記第１カバーとで前記制御基板及び前記パワーモジュール基板の周囲を覆う箱形状の第２カバーとを少なくとも含んで構成され、
   前記第１カバーは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つの高熱伝導性材料で形成され、前記制御ユニット面に面接触した状態で当接する平板形状の放熱用取付板部と、この放熱用取付板部の前記制御ユニット面に当接しない位置で板厚方向に膨出して一体に形成され、前記制御基板及び前記パワーモジュール基板の少なくとも一方に実装されて前記制御ユニット装着面側に突出しているディスクリート部品の一部を覆うディスクリートカバー部とを備え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. 前記減速ギヤボックスは、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つの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記載の電動パワーステアリング装置。

Images