JP2012176632A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機電一体型電動パワーステアリング装置の減速ギヤボックス、電動モータ、制御ユニット、ステアリングコラムの組立工法を簡素化しながら発熱部材の放熱効果を十分に発揮し、異音の発生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。
【解決手段】機電一体型電動パワーステアリング装置の減速ギヤボックス４と減速ギヤボックス４に固定される制御ユニット１９の間に空間を設け、制御ユニット１９で弾性部材５０を圧縮しながら挟持することで、電動モータのブラシノイズ、回転振動、チルト作動衝撃が制御ユニットに伝播し拡散することを防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステアリング系に減速ギヤボックス内のウォーム減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータ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、減速ギヤボックスに制御ユニットを装着し、検出した操舵トルクの情報に基づいて制御ユニットが電動モータを駆動制御し、電動モータで発生した操舵補助力をステアリング系にウォーム減速機構を介して伝達する機電一体型の電動パワーステアリング装置が知られている。

特許文献１の装置のウォーム減速機構は、減速ギヤボックスのウォーム収納部に収納され、軸受部材を介して回転自在に支持されているウォームと、減速ギヤボックスのウォームホイール収納部に収納され、ウォームに噛み合ってステアリング系に回転力を伝達するウォームホイールとを備えている。
電動モータは、モータケースの一端側の開口部を閉塞するフランジ部材が結合した構成とされ、電動モータの出力軸をウォーム収納部の開口部からウォーム収納部内のウォームに同軸に連結し、フランジ部材の取付けフランジを、ウォーム収納部の開口部の周縁に形成したモータ取付け部に当接してネジ止めして減速ギヤボックスに装着する。
ここで、特許文献１の電動パワーステアリング装置は、制御ユニットの保護カバーに防振部材を取り付けることで、電動モータから制御ユニットに振動が伝達されても、制御ユニットが共振しないようにすることで、異音を抑制するものが開示されている。

一方では、特許文献２のように、制御ユニットの放熱性を高めるために減速ギヤボックスと制御ユニットの間に、放熱グリスを配置して制御ユニットの発熱を減速ギヤボックスに伝達させるようにした電動パワーステアリング装置が開示されている。

特開２００８−２５４５５５号公報 特開２０１０−１１１２４７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、制御ユニットの保護カバーに防振部材を取り付ける為の手段が必要になってくるので、チルト機構の作動時の衝撃による脱落防止の配慮が必要になる。また、上記特許文献２に記載の従来例にあっては、放熱グリスの塗布工程での飛散を防止する必要があり、電動パワーステアリング装置の組立工程における手間が増える。

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、組立工法を簡素化しながら発熱部材の放熱効果を十分に発揮しながら異音の発生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、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パワー基板を含む制御ユニットと、を一体的に前記減速ギヤボックスに固定する電動パワーステアリング装置において、前記制御ユニットの外周部に設けた複数の取付部の中心部で、かつ、前記制御ユニットと前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部との間に弾性部材を挟持することを特徴としている。

本発明によれば、ステアリングコラムと、電動モータと、制御ユニットと、を一体的に減速ギヤボックスに固定する電動パワーステアリング装置において、制御ユニットの外周部に設けた複数の取付部の中心部で、かつ、制御ユニットと減速ギヤボックスの制御ユニット装着部との間に弾性部材を挟持することで、電動モータのブラシノイズ、回転振動が制御ユニットに伝播し拡散するのを抑制することが可能になる。また、チルト作動時の作動衝撃に対しても振動を抑制することが可能になる。

前記制御ユニット装着部には凹溝が成形され、前記凹溝に前記弾性部材を嵌合させてもよい。かかる場合に、制御ユニット装着部には凹溝が成形され、凹溝に弾性部材を嵌合させて取り付けることにより、弾性部材が振動による落下や位置ズレを防止することができる。

前記弾性部材は、前記制御ユニットと前記減速ギヤボックスの間で圧縮して取り付けられるとよい。かかる場合に、弾性部材は制御ユニットと減速ギヤボックスの間で圧縮して取り付けられることで、弾性部材が振動による落下や位置ズレを防止できると共に、振動が発生しても常に制御ユニットと減速ギヤボックスに接していることができるので、振動の減衰を行うことができる。

前記パワー基板は、前記制御ユニットの前記減速ギヤボックス側に設けられるとともに、前記弾性部材は、熱伝導性フィラーを含有するとよい。かかる場合に、パワー基板を制御ユニットの減速ギヤボックス側に設けることで、パワー基板による発熱が減速ギヤボックスに伝播し易くなり、更に、弾性部材に熱伝導性フィラーを含有することで、パワー基板の発熱を放熱グリスを用いることなく減速ギヤボックスに放熱することができるので、放熱性を確保しながら組立性が改善される。

前記弾性部材は、前記制御ユニットの外周部に設けた複数の取付部の中心部で、かつ、前記制御ユニットと前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部との間に複数設けられるとよい。かかる場合に、弾性部材を小型複数にすることで重量の増加を最小限にすることができる。

前記弾性部材は、前記減速ギヤボックスの中央部に設けられたトルクセンサ開口部の両縁を、前記制御ユニット装着部に沿って覆うようするとよい。かかる場合に、弾性部材を減速ギヤボックスの中央部に設けられたトルクセンサ開口部の両縁を、制御ユニット装着部に沿って覆うようにしているので、制御ユニットを装着した後でトルクセンサ開口部をシールすることが可能になり、異物混入や水滴進入を防止することができるので、電気的に信頼性の高い電動パワーステアリング装置を提供することが可能になる。

本発明に係る機電一体型電動パワーステアリング装置によれば、制御ユニットと減速ギヤボックスの間に空間を設け、弾性部材を配置することで、電動モータのブラシノイズ、回転振動が制御ユニットに伝播し拡散することを防止できる。また、弾性部材を熱伝導性に優れた弾性体とすることで、制御ユニットの放熱を促進させることができ制御ユニットの温度上昇を防止することができる。さらに、チルト作動時の衝撃による制御ユニットへ衝撃を緩和することができるので、チルトスプリングを配置する必要がなくなり、組立工数の削減と部品廃止によるコストダウンが可能となる。またさらに、弾性体をトルクセンサ開口部の両側面まで一体的に延長することで、制御ユニット、トルクセンサ及びトルクセンサ端子部への異物侵入を防止し、電動パワーステアリング装置の電気的なトラブルを防止することができる。

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 適用した場合の左方向から示した斜視図である。 電動パワーステアリング装置を車両下方から示した図である。 制御ユニットの分解斜視図である。 第一実施形態の電動パワーステアリング装置の斜視図である。 第二実施形態の電動パワーステアリング装置の斜視図である。 第三実施形態の電動パワーステアリング装置の斜視図である。

以下、本発明を実施するための実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る一実施形態の電動パワーステアリング装置を運転席側から見た斜視図であり、図２は、電動パワーステアリング装置を車両下方から見た図であり、図３は、電動パワーステアリング装置の要部を示す縦断面図である。

図１，２の符号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。ステアリングシャフト２には、ユニバーサルジョイント６０を介してロアシャフト６１の一端が連結され、このロアシャフト６１の他端にはユニバーサルジョイント６２を介してピニオンシャフト（不図示）が連結されている。

ステアリングコラム３及び減速ギヤボックス４は、アッパ取付けブラケット６及びロア取付けブラケット７によって車体側に取付けられている。
ロア取付けブラケット７は、取付け板部７ａと、この取付け板部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。また、取付け板部７ａにはスリット７ｄが形成されており、このスリット７ｄに離脱用カプセル７ｅが嵌め込まれている。この離脱用カプセル７ｅにはボルト貫通孔７ｆが形成されており、離脱用カプセル７ｅの下方からボルト貫通孔７ｆに貫通した固定ボルト（図示せず）を車体側部材（図示せず）にねじ込むことで、取付け板部７ａが車体側部材に取付けられている。

アッパ取付けブラケット６は、一対の取付け板部６ａと、これら一対の取付け板部６ａを結合する結合板６ａ１と、一対の取付け板部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、ステアリングコラム３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をロア取付けブラケット７の枢軸７ｃを中心として上下にチルト位置調整可能にしている。また、一対の取付け板部６ａにはスリット６ｄが形成されており、このスリット６ｄに離脱用カプセル６ｅが嵌め込まれている。この離脱用カプセル６ｅにはボルト貫通孔６ｆが形成されており、離脱用カプセル６ｅの下方からボルト貫通孔６ｆに貫通した固定ボルト（図示せず）を車体側部材（図示せず）にねじ込むことで、取付け板部６ａが車体側部材に取付けられている。

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。
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３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減速機のウォーム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け部１７（図１参照）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け部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のコラム取付け部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。

前記トルクセンサ１５は、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、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〜１５ｆが接続され、これら外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの突出部が、減速ギヤボックス４の中央部に設けられたトルクセンサ開口部１６aから車両後方側に向かって、ステアリングコラム３の中心軸と平行にＬ字状に折り曲げられている。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３に示すように、熱伝動率の高い金属製の放熱プレート２１と、パワー基板２３と、長方形の合成樹脂製フレーム２４と、制御基板２５と、樹脂カバー２６、金属カバー２７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の平坦取付け面に向けて、合成樹脂製フレーム２４に固定される。合成樹脂製フレーム２４と放熱プレート２１は、熱伝導率の良いフィラーを配合した樹脂によって一体的に成形しても良い。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が実装され放熱プレート２１に密着し、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）やその周辺機器等のディスクリート部品が実装される。樹脂カバー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を覆い、更に金属カバー２７は樹脂カバー２６を覆うように合成樹脂製フレーム２４に固定されている。

また、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、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、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、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。

減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０には、樹脂カバー２６、パワー基板２３、放熱プレート２１、合成樹脂製フレーム２４及び制御基板２５を一体に組み立てた制御ユニット１９が、放熱プレート２１を背にして、合成樹脂製フレーム２４の取付け板部２４ｂが、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部に装着され、同時に、合成樹脂製フレーム２４の正面側のスルーホール２５ａ〜２５ｄにトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させてから減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部にビス止めされる。その後、外部接続端子１５ｃ〜１５ｆとスルーホール２５ａ〜２５ｄとを半田付けした後に金属カバー２７は合成樹脂製フレーム２４にビス止めにて固定される。

次に、上記実施形態の各実施形態の動作を図面を参照して説明する。
図１に示すように、減速ギヤボックス４は、電動モータ５、制御ユニット１９、チルト機構６ｃを有するステアリングコラム３を一体にしている。その為、電動モータ５が作動すると、ブラシノイズや振動などの作動音や、チルト作動による衝撃が制御ユニット１９に伝播しやすく、振動、作動音、衝撃の抑制手段が必要になる。また、電動モータ５が作動すると、制御ユニット１９のパワー基板２３が発熱し、放熱プレート２１に伝播する。

第一実施例では、図４に示すように、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０には、弾性部材５０が制御ユニット装着部２０の中央部に貼付されている。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を装着すると、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０と放熱プレート２１の間には隙間Ａを保ちながら弾性部材５０が圧縮され固定される。この圧縮による弾性力が制御ユニット１９の振動、作動音、衝撃を減衰することが可能になる。特に、振動波の腹となる振動の大きな部分、すなわち放熱プレート２１の中央部で、制御ユニット１９の外周部のビス止め部の中心部に位置する部分に弾性部材５０を設けることで減衰効果を高めることができる。その結果、チルト作動の落下防止に用いられるチルトバネを廃止することもできる。また、弾性部材は、ＮＢＲ（二トリルゴム）、ＨＮＢＲ（水素化二トリルゴム）、ＦＫＭ（フッ素ゴム）、ＶＭＱ（シリコンゴム）、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＡＣＭ（アクリルゴム）IIＲ（ブチルゴム）、Ｕ（ウレタンゴム）などの耐熱限界温度の高い材料を基に、熱伝導性が高いフィラーである酸化アルミニウムや
チッ化ホウ素等を混合させたゴムシートの成形体を用いることで、パワー基板２３の発熱が放熱プレート２１を介して、減速ギヤボックス４に伝播させることができる。

減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０には、弾性部材５０が制御ユニット装着部２０の中央部に貼付されているが、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に凹溝２０ａを設けて弾性部材５０を嵌め込んでも良く、また、制御ユニット装着部２０を凸形状とし弾性部材５０に凹溝を成形し、凹凸嵌合させて保持させても良い。この場合、弾性部材５０が振動などで脱落することを防止することができる。

第二実施例では、図５に示すように、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０には、小型円形状の弾性部材５０ａが制御ユニット装着部２０の中央部に複数貼付されている。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を装着すると、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０と放熱プレート２１の間には隙間Ａを保ちながら弾性部材５０ａが圧縮され固定される。この圧縮による弾性力が制御ユニット１９の振動、作動音、衝撃を減衰することが可能になる。特に、振動波の腹となる振動の大きな部分、すなわち放熱プレート２１の中央部で、制御ユニット１９の外周部のビス止め部の中心部に位置する部分に弾性部材５０ａを設けることで減衰効果を高めることができる。その結果、チルト作動の落下防止に用いられるチルトバネを廃止することもできる。また、熱伝導性が高いフィラーである酸化アルミニウムや
チッ化ホウ素等を混合させたゴムシートの成形体を用いることで、パワー基板２３の発熱が放熱プレート２１を介し、減速ギヤボックス４に伝播させることができる。

第二実施例においても第一実施例と同様に、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０には、弾性部材５０ａが制御ユニット装着部２０の中央部に貼付されているが、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に凹溝を設けて弾性部材５０ａを嵌め込んでも良く、また、制御ユニット装着部２０を凸形状とし弾性部材５０ａに凹溝を成形し、凹凸嵌合させて保持させても良い。この場合、弾性部材５０ａが振動などで脱落することを防止することができる。

第三実施例では、図６に示すように、第一実施例同様に、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０には、弾性部材５０ｂが制御ユニット装着部２０の中央部に貼付されている。制御ユニット１９の振動、作動音、衝撃の減衰効果及び放熱効果は実施例一と同様であるが、更に弾性部材５０ｂは、減速ギヤボックス４の中央部に設けられたトルクセンサ開口部１６aの両側面に沿ってシール部５１ｂが一体的に延在して設けられており、トルクセンサ１５への外部からの異物進入を防止するになっている。これにより電動パワーステアリング装置の電気的なトラブルを防止することができる。

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、４…減速ギヤボックス、４ｂ…支持部、５…電動モータ、６…アッパ取付けブラケット、７…ロア取付けブラケット、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、１５ａ，１５ｂ…検出コイル、１５ｃ〜１５ｆ…外部接続端子、１６…トルクセンサ収納部、１７…モータ取付け部、１８…コラム取付け部、１９…制御ユニット、２０…制御ユニット装着部、２０ａ…凹溝、２１…放熱プレート、２３…パワー基板、２４…合成樹脂製フレーム、２４ｂ…取付け板部、２４ｃ…端子台、２５…制御基板、２５ａ〜２５ｄ…スルーホール、２６…樹脂カバー、２７…金属カバー、３２，３３…
ネジ、５０…弾性部材、５０a…弾性部材、５０ｂ…弾性部材、５１ｂ…シール部、６０…ユニバーサルジョイント、６１…
ロアシャフト、６２…ユニバーサルジョイント

Claims (6)

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パワー基板を含む制御ユニットと、を一体的に前記減速ギヤボックスに固定する電動パワーステアリング装置において、前記制御ユニットの外周部に設けた複数の取付部の中心部で、かつ、前記制御ユニットと前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部との間に弾性部材を挟持することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御ユニット装着部には凹溝が成形され、前記凹溝に前記弾性部材を嵌合させた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. 前記弾性部材は、前記制御ユニットと前記減速ギヤボックスの間で圧縮して取り付けられ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. 前記パワー基板は、前記制御ユニットの前記減速ギヤボックス側に設けられるとともに、前記弾性部材は、熱伝導性フィラーを含有していることを特徴とする請求項１から３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記弾性部材は、前記制御ユニットの外周部に設けた複数の取付部の中心部で、かつ、前記制御ユニットと前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部との間に複数設けられることを特徴とする請求項１から４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記弾性部材は、前記減速ギヤボックスの中央部に設けられたトルクセンサ開口部の両縁を、前記制御ユニット装着部に沿って覆うようになっていることを特徴とする請求項１から５に記載の電動パワーステアリング装置。

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