JP2010173465A

JP2010173465A - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP2010173465A
Application number: JP2009018150A
Authority: JP
Inventors: Shin Kumagai; 紳熊谷; Takaaki Sekine; 孝明関根
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】車両搭載性が良好な電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】並設した電動モータ１１とともにコラム軸Ｐ方向に直交するようにハウジング１０の外周に設けた制御ユニット１２の制御基板及び外部配線を電気的に接続する外部接続用コネクタ１７を、外部配線を挿入係合する差し込み口１７ａ１，１７ｂ１がコラム軸方向を向くようにハウジングに設けた。
【選択図】図３

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、このステアリングコラムに一体化したハウジングと、ステアリングシャフトに補助トルクを伝達する電動モータと、電動モータを駆動制御する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。

前述した電動パワーステアリング装置として、電動モータと、当該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とが、コラム軸方向（車両前後方向）に直交する車幅方向に並設されながらハウジングの外周に装着された機電一体型の装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１の電動パワーステアリング装置は、制御ユニットの車幅方向の一方の端部側に電動モータが並設され、電動モータに対して逆側の制御ユニットの他方の端部に、外部接続用コネクタ（電源コネクタ及び信号コネクタ）が端部から車幅方向外方に突出して設けられている。これら電源コネクタ及び信号コネクタは、車幅方向の外方に差し込み口が設けられており、電源コネクタには、バッテリに接続した電気配線が挿入係合され、信号コネクタには、車体の各部の制御機器とのデータの授受を行なうＣＡＮなどのネットワークの信号配線が挿入係合される。

特開２００７−２７６７４０号公報

ところで、特許文献１の電動パワーステアリング装置は、電源コネクタ及び信号コネクタより車幅方向外方に、電気配線、信号配線を差し込み口に挿入するための作業スペースが必要であり、他の部品の配置に制約が必要である。したがって、特許文献１の電動パワーステアリング装置は車両搭載性が悪い。
また、車両の他の周辺部品とのレイアウトの兼ね合いで特許文献１の電動パワーステアリング装置の搭載向きを変更し、電動モータの位置が車両上下方向や車幅方向に変化するように装置をコラム軸回りに回転すると、車両上方に位置した電源コネクタ及び信号コネクタの差し込み口が上方を向き、異物や水滴が差し込み口に入り込むおそれがある。

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、車両搭載性が良好な装置とするとともに、外部接続用コネクタに異物や水分が侵入するのを防止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、本発明に係る請求項１記載の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、このステアリングコラムに固定したハウジングと、ステアリングシャフトに補助トルクを伝達する電動モータと、当該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とを備え、前記電動モータ及び前記制御ユニットを、コラム軸方向に直交する方向に並設しながら前記ハウジングの外周に装着した電動パワーステアリング装置において、前記制御基板と外部配線とを電気的に接続する外部接続用コネクタを、前記外部配線を挿入係合する差し込み口が前記コラム軸方向を向くように前記ハウジングに設けた。

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、前記ハウジングをコラム軸方向から見て前記制御ユニットを装着する前記ハウジングの位置をハウジング投影領域とすると、前記外部接続用コネクタを、前記ハウジング投影領域内に設けた。
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置において、前記外部接続用コネクタは、前記コラム軸方向を向く前記ハウジングの外壁に着脱自在に固定されている。

さらに、請求項４記載の発明は、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において、前記外部接続用コネクタは、電源用のコネクタと、ネットワークに接続する信号用のコネクタとを一体構造としたブロック体である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、ハウジングに設けた外部接続用コネクタは外部配線を挿入係合する差し込み口を、他の部品が配置されていないステアリングコラムの外周の空間であるコラム軸方向に向けて設けているので、配線作業のスペースを広く取ることができる。したがって、車両搭載性が良好な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

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を示す概略構成図である。電動パワーステアリング装置を車両後方から示した図である。電動パワーステアリング装置を車両前方から示した図である。電動パワーステアリング装置を車幅方向から示した図である。図２のＡ−Ａ線矢視図である。電動パワーステアリング装置から電動モータを取り外した状態を示す斜視図である。コラム軸に対して電動モータが車幅方向の左側に位置するように車両に搭載した本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す図である。コラム軸に対して電動モータが車幅方向の左側に位置するように車両に搭載した本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す図である。コラム軸に対して電動モータが車両下方に位置するように車両に搭載した本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す図である。コラム軸に対して電動モータが車幅方向の右側に位置するように車両に搭載した本発明に係る電動パワーステアリング装置を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（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から図１０は、本発明に係る電動パワーステアリング装置を示すものであり、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を示す概略構成図、図２は本実施形態の電動パワーステアリング装置を車両後方から示した図、図３は本実施形態の電動パワーステアリング装置を車両前方から示した図、図４は本実施形態の装置を車幅方向から示した図、図５は図２のＡ−Ａ線矢視図、図６は本実施形態の装置を構成する制御ユニットを、カバーを取り外して示した斜視図、図７はコラム軸に対して電動モータが車幅方向の左側に位置するように車両に搭載した本実施形態の装置を示す図、図８はコラム軸に対して電動モータが車両上方に位置するように車両に搭載した本実施形態の装置を示す図、図９はコラム軸に対して電動モータが車両下方に位置するように車両に搭載した装置を示す図、図１０はコラム軸に対して電動モータが車幅方向の右側に位置するように車両に搭載した本実施形態の装置を示す図である。

図１において、符号１はステアリング機構であり、このステアリング機構１は、車両後方側端部にステアリングホイール２を装着し、車両の右側に配設されたステアリングシャフト３を回転自在に内装するステアリングコラム４を有する。
ステアリングシャフト３の車両前方側端部は、例えばラックアンドピニオン機構で構成されるステアリングギヤ機構５の車両の右側面側に配設されたピニオン軸５ａに接続され、ステアリングギヤ機構５のラック軸５ｂの両端が夫々タイロッド６を介して転舵輪７に連結されている。

ステアリングコラム４には、電動パワーステアリング装置９が装着されている。この電動パワーステアリング装置９は、ステアリングコラム４に、例えばウォーム歯車機構で構成される減速ギヤボックス１０が配設され、この減速ギヤボックス１０に、軸方向がステアリングコラム４のコラム軸方向と直交し、車幅方向の左側に例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１１が配設されている。この電動モータ１１に対して車幅方向の右側に直列接続された制御ユニット１２が、減速ギヤボックス１０上に装着されている。

減速ギヤボックス１０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１０は、図２及び図５に示すように、ウォーム１６３を収納するウォーム収納部１０２と、このウォーム収納部１０２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム１６３に噛合するウォームホイール１０３を収納するウォームホイール収納部１０４と、このウォームホイール収納部１０４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１０５を収納するトルクセンサ収納部１０６と、ウォーム収納部１０２の開放端面に形成された電動モータ１１を取付けるギヤボックスフランジ１０７と、トルクセンサ収納部１０６の車両後端に形成された筒状のコラム取付部１０８と、ウォーム収納部１０２とウォームホイール収納部１０４の一部に跨がって車体後方側を開放した箱状に形成され、制御ユニット１２を装着する制御ユニット収納部１１０とを備えている。なお、制御ユニット収納部１１０には、底部に凹凸部５１が形成されている。

また、図５に示すように、ウォームホイール収納部１０４の車両前方側に形成された開口部がボックスカバー１０９によって閉塞されている。このボックスカバー１０９及びウォームホイール収納部１０４に、ステアリングシャフト３の出力軸３ｃ及びこの出力軸３ｃに嵌合されたウォームホイール１０３が転がり軸受１０９ａ，１０４ａによって回転自在に支持されている。そして、減速ギヤボックス１０のコラム取付部１０８に、ステアリングコラム４の車両前端部が外嵌されて連結されている。

トルクセンサ１０５は、ステアリングシャフト３のトーションバー３ｂで連結された入力軸３ａ及び出力軸３ｃ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１０５ａ，１０５ｂで検出するように構成され、これら一対の検出コイル１０５ａ，１０５ｂの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム４の中心軸と直交する上方に突出する外部接続端子１０５ｃ，１０５ｄ及び１０５ｅ，１０５ｆが接続されている。

外部接続端子１０５ｃ〜１０５ｆは、後述する制御ユニット１２の制御リジッド基板部２７に形成されたスルーホール２７ａ〜２７ｄに接続され、これらスルーホール２７ａ〜２７ｄが後述するトルク演算用ＩＣに図示しない配線パターンによって接続されている。
電動モータ１１は、図２に示すように、３相コイルを巻装したモータステータ（不図示）、モータロータ及びロータ回転角を検出するロータ回転角検出器としてのレゾルバ（不図示）が内蔵されている円筒形状のモータ本体１１ａと、モータステータに連結してモータ本体１１ａから外部に突出し、前述したウォーム１６３に同軸に結合された出力軸（不図示）と、ウォーム１６３が突出しているモータ本体１１ａの端部に一体形成され、ギヤボックスフランジ１０７に装着されるモータフランジ１６０とを備えている。

なお、減速ギヤボックス１０のギヤボックスフランジ１０７に当接するモータフランジ１６０の端面には、電動モータ１１の三相給電用バスバー（不図示）及びレゾルバの信号用端子（不図示）が出力軸に沿って突出して設けられており、これら三相給電用バスバー及び信号用端子は、ギヤボックスフランジ１０７に形成した貫通穴を通過して制御ユニット１２の内部に延長されている。

制御ユニット１２は、図６に示すように、減速ギヤボックス１０の制御ユニット収納部１１０に配設された回路基板１６（図６参照）と、回路基板１６全体を覆って制御ユニット収納部１１０に着脱自在に装着した合成樹脂製のカバー１８（図２参照）とで構成されている。
回路基板１６は、図５及び図６に示すように、１枚の４層エポキシ樹脂のリジッド基板の前後方向の中央部に帯状部２２を残すようにこの帯状部２２に沿って平面側からルータによって２層分に相当する深さの切削溝部２３，２４をそれぞれ９０度ずつ折曲げることで、互いにＵ字状に対向するパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７を形成している。そして、パワーリジッド基板部２６を、制御ユニット収納部１１０の底部に形成した凹凸部５１に対向させて制御ユニット収納部１１０内に収納してねじ留めされている。また、制御リジッド基板部２７は、制御ユニット収納部１１０にねじ留めされている。

パワーリジッド基板部２６は、詳細には示さないが、半導体スイッチング素子、フェールセーフ用のリレー回路、ノイズ対策用のコイル、電源平滑用の電解コンデンサ等の発熱回路部品を実装している。そして、パワーリジッド基板部２６の左端部には、電動モータ１１の三相給電用バスバーに電気的に接続される給電用ランド（不図示）が配設されているとともに、図６に示すように、パワーリジッド基板部２６の左端部には、制御ユニット収納部１１０の左側端部に設けた電源用電極端子Ｌ１，Ｌ２にリボン線Ｒ１を介して電気的に接続される電源用ランドＬＰ４及びＬＰ５が配設されている。

制御リジッド基板部２７は、詳細には示さないが、モータ電流検出用ＩＣ、トルク演算用ＩＣ４２、演算処理装置、ゲート駆動用ＩＣ等を実装している。また、制御リジッド基板部２７の左端部には、電動モータ１１に内蔵されたレゾルバの信号用端子とリボン線Ｒ４を介して電気的に接続される信号用ランドＬＣ１〜ＬＣ６が配設されているとともに、図６に示すように、制御リジッド基板部２７の右端部には、制御ユニット収納部１１０の左側端部に設けた信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５にリボン線Ｒ２を介して電気的に接続される信号用ランドＬＣ７〜ＬＣ９が配設されている。

さらに、折曲部２５には図示しないが、パワーリジッド基板部２６に実装された半導体スイッチング素子、リレー回路、コイル等の回路部品と、制御リジッド基板部２７に実装された演算処理装置、ゲート駆動回路等の回路部品との間を電気的に接続する配線パターンが形成されている。また、折曲部２５の帯状部２２に回路部品を実装することもできる。

ここで、図６に示すように、制御ユニット収納部１１０の裏面（ステアリングホイール２を向く車両前方を向く面）には、電源用電極端子Ｌ１，Ｌ２、信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５に電気的に接続する外部接続用コネクタ１７がねじ止めにより固定されている。つまり、図２に示すように、減速ギヤボックス１０をコラム軸方向Ｐの車両後方から見て制御ユニット１２を装着する制御ユニット収納部１１０の領域を減速ギヤボックス投影領域ＰＡ（図２の一点鎖線で示した領域）とすると、この減速ギヤボックス投影領域ＰＡ内に外部接続用コネクタ１７が設けられている。

この外部接続用コネクタ１７は、図３及び図４に示すように、ブロック形状の電源コネクタ１７ａと信号コネクタ１７ｂとで構成され、電源コネクタ１７ａに電源用電極端子Ｌ１，Ｌ２が電気的に接続し、信号コネクタ１７ｂに信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５が電気的に接続している。そして、電源コネクタ１７ａと信号コネクタ１７ｂの互いの差し込み口１７ａ１，１７ｂ１が車両前方を向いて開口している。電源コネクタ１７ａには、バッテリ（不図示）に接続した電気配線が車両後方から差し込まれ、信号コネクタ１７ｂには、車体の各部の制御機器とのデータの授受を行なうＣＡＮなどのネットワークの信号配線が車両後方から差し込まれるようになっている。

次に、上記構成の電動パワーステアリング装置９を備えた車両の作用効果について、図７から図１０を参照して説明する。
図７は、コラム軸Ｐに対して電動モータ１１が車幅方向の左側に位置するように車両に搭載した電動パワーステアリング装置９を示す図、図８は、コラム軸Ｐに対して電動モータ１１が車両上方に位置するように車両に搭載した電動パワーステアリング装置９を示す図、図９は、コラム軸Ｐに対して電動モータ１１が車両下方に位置するように車両に搭載した電動パワーステアリング装置９を示す図、図１０は、コラム軸Ｐに対して電動モータ１１が車幅方向の右側に位置するように車両に搭載した電動パワーステアリング装置９を示す図である。

図７から図１０のように電動モータ１１の車両上下方向、車幅方向の左右の位置を変化させて電動パワーステアリング装置９の搭載向きを変更しても、外部接続用コネクタ１７を構成する電源コネクタ１７ａと信号コネクタ１７ｂの差し込み口１７ａ１，１７ｂ１は、常に車両前方を向いて開口しているので、電動パワーステアリング装置９の上方から外部接続用コネクタ１７に向けて異物や水滴が入り難い構造を提供することができる。

また、電源コネクタ１７ａの差し込み口１７ａ１に電気配線を挿入係合し、信号コネクタ１７ｂの差し込み口１７ｂ１に信号配線を挿入係合するが、差し込み口１７ａ１，１７ｂ１は、ステアリングシャフト３側の他の部品が配置されていない空間に向けて開口しているので、配線作業のスペースを広く取ることができ、車両搭載性を向上させることができる。

また、外部接続用コネクタ１７は、減速ギヤボックス投影領域ＰＡ内に設けられているので、車両の他の周辺部品とのレイアウトの兼ね合いで電動モータ１１の車両上下方向、車幅方向の左右の位置を変化させても、電動パワーステアリング装置９の周囲に配置した車両側部材に外部接続用コネクタ１７が干渉せず、さらに車両搭載性を良好にすることができる。

また、外部接続用コネクタ１７は、制御ユニット収納部１１０の裏面にねじ止めにより固定されているので、電気配線、信号配線を挿入係合した際に外部接続用コネクタ１７に入力するこじり抗する強度を十分に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１１としてブラシレス３相電動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、４相以上のブラシレス多相電動モータを適用することもでき、通常のブラシ付電動モータを適用することもできる。ブラシ付電動モータを適用する場合には、電動モータと制御ユニットとは２本の給電ラインで接続し、パワーリジッド基板部２６に形成するインバータ回路に代えてＨブリッジ回路を適用すればよい。

１…ステアリング機構、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、３ａ…入力軸、３ｂ…トーションバー、３ｃ…出力軸、４…ステアリングコラム、５…ステアリングギヤ機構、５ａ…ピニオン軸、５ｂ…ラック軸、６…タイロッド、７…転舵輪、９…電動パワーステアリング装置、１０…減速ギヤボックス（ハウジング）、１１…電動モータ、１１ａ…モータ本体、１２…制御ユニット、１６…回路基板、１７…外部接続用コネクタ、１７ａ…電源コネクタ（電源用のコネクタ）、１７ｂ…信号コネクタ（信号用のコネクタ）、１７ａ１，１７ｂ１…差し込み口、１８…カバー、２２…帯状部、２３，２４…切削溝部、２５…折曲部、２６…パワーリジッド基板部、２７…制御リジッド基板部（制御基板）、５１…凹凸部、１０２…ウォーム収納部、１０３…ウォームホイール、１０４…ウォームホイール収納部、１０５…トルクセンサ、１０５ａ，１０５ｂ…検出コイル、１０５ｃ〜１０５ｆ…外部接続端子、１０６…トルクセンサ収納部、１０７…ギヤボックスフランジ、１０８…コラム取付部、１０９…ボックスカバー、１０９ａ，１０４ａ…転がり軸受、１１０…制御ユニット収納部、１６０…モータフランジ、１６３…ウォーム、Ｌ１，Ｌ２…電源用電極端子、Ｌ３〜Ｌ５…信号用電極端子、ＬＣ１〜ＬＣ６…信号用ランド、ＬＣ７〜ＬＣ９…信号用ランド、ＬＰ４，ＬＰ５…電源用ランド、Ｐ…コラム軸、ＰＡ…減速ギヤボックス投影領域（ハウジング投影領域）、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４…リボン線

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、このステアリングコラムに固定したハウジングと、ステアリングシャフトに補助トルクを伝達する電動モータと、当該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とを備え、前記電動モータ及び前記制御ユニットを、コラム軸方向に直交する方向に並設しながら前記ハウジングの外周に装着した電動パワーステアリング装置において、
前記制御基板と外部配線とを電気的に接続する外部接続用コネクタを、前記外部配線を挿入係合する差し込み口が前記コラム軸方向を向くように前記ハウジングに設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記ハウジングをコラム軸方向から見て前記制御ユニットを装着する前記ハウジングの位置をハウジング投影領域とすると、前記外部接続用コネクタを、前記ハウジング投影領域内に設けた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。
前記外部接続用コネクタは、前記コラム軸方向を向く前記ハウジングの外壁に着脱自在に固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
前記外部接続用コネクタは、電源用のコネクタと、ネットワークに接続する信号用のコネクタとを一体構造としたブロック体であ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。