JP2013103535A - 電動パワーステアリング用電子制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】一層の小型化をはかるとともに配線設計の自由度を得ながら装置の信頼性を向上させることができる、電動パワーステアリング用電子制御ユニットを提供する
【解決手段】電動パワーステアリング用電子制御ユニット（ＥＣＵ１）は、第１の面実装部品（制御用面実装部品１１０）が実装される第１基板（制御基板１１）と、第１の面実装部品より許容電流容量が高い第２の面実装部品（パワー用面実装部品１２０）が実装される、第１基板と略同一部品実装面積を有する唯一の第２基板（パワー基板）とを有し、第１基板と第２基板とを積層した基板実装構造から成る。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に、多相ブラシレスモータを使用して操舵アシスト制御を行う車両に用いて好適な、電動パワーステアリング用電子制御ユニットに関するものである。

多相ブラシレスモータは、車両等各種装置に多用されている。例えば、近年、車両の運転の負担を軽減するために電動パワーステアリング装置（以下、ＰＳＵという）の開発が進められている。ＰＳＵは、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクを、多相ブラシレスモータが発生した補助トルクによって補助するものであり、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）によって制御される。

ＥＣＵは、ＰＳＵの多相ブラシレスモータを制御するパワー回路と、それをコントロールする制御回路とから構成される。このＥＣＵには、バスバーをインサート成型したインサートモールドに、ノイズ低減用コイル、電源リレー、フェールセーフリレー等のＤＩＰ（Dual Inline Package）部品を、半田、または溶接等により接続したインサートモールド基板と、大電流を多相ブラシレスモータに流すために面実装された半導体スイッチング素子や電流検出用のシャント抵抗等を実装したアルミ基板からなる複数のパワー基板と、制御マイコンや半導体スイッチング素子を駆動するドライブ回路や外部接続される各種センサ用の増幅回路等を実装したガラエポ基板からなる制御基板と、が実装される。そして、これら基板を半田または溶接等により接続してカバーで覆い、多相ブラシレスモータに大電流を流してトルクを発生させ、運転者によるハンドルの操舵をアシストしている。

従来、上記したＥＣＵにおいて、製造工程を簡便化すると共に、小型化、薄型化するために、多相ブラシレスモータの各相に駆動電流を供給する、相毎に接続された半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路や、平滑用の電解コンデンサ、フェールセーフリレー、およびノイズ除去用のコイル等、比較的高さのある部品のみをパワー基板に搭載したＰＳＵ用ＥＣＵの実装構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、制御基板とパワー基板を収容するケースは、制御基板とパワー基板とを電気的に接続する接続線が中央に配置された、対向する２辺を接続する接続部品と一体成型される。そして、当該接続部品で２つの区画に分割し、一方に上記したパワー基板を、他方に制御基板を配置することで、制御基板に搭載された電子部品がパワー基板に搭載された比較的高さのある電子部品を高さ方向に重ならないようにして薄型化をはかるものである。

特開２００４−１７８８４号公報

ところで、上記したＰＳＵ用ＥＣＵは、パワー回路を構成する電子部品の大きさに依存してユニットのサイズが決定される。また、インサートモールド基板は、バスバーで回路を構成するために大きくなり、制御部とパワー回路の一部を含む制御基板よりも大きくなる。また、電動パワーステアリング用電子制御ユニットに実装される電子部品は、面実装部品とＤＩＰ部品とが混合するため、接続工数が増えてコストアップの要因になる。

一方で、超低ＥＳＲ（Equivalent Series Resistance）の電解コンデンサ等の電子部品が薄型化されたことで、全ての電子部品を面実装して小型化できる環境が整いつつあり、ＰＳＵ用ＥＣＵとしての一層の小型化、および配線設計の自由度が求められるようになった。

本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、一層の小型化をはかるとともに配線設計の自由度を得ながら装置の信頼性を向上させることができる、電動パワーステアリング用電子制御ユニットを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、電動パワーステアリング用電子制御ユニットであって、第１の面実装部品が実装される第１基板と、前記第１の面実装部品より許容電流容量が高い第２の面実装部品が実装される、前記第１基板と略同一部品実装面積を有する唯一の第２基板とを有し、前記第１基板と前記第２基板とを積層した基板実装構造から成ることを特徴とする。

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用電子制御ユニットにおいて、前記第１基板と前記第２基板は、外部接続コネクタが一体形成されたコネクタケースを介して積層され、前記コネクタケースの第１の縁部と第２の縁部には、前記第１の面実装部品と前記第２の面実装部品とを接続するインサートモールド成形された端子群がそれぞれ実装されており、前記第２基板に実装された第２の面実装部品のそれぞれは、前記第１の縁部に実装された端子群と前記第２の縁部に実装された端子群のうち、近くに位置する端子群に選択的に接続されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング用電子制御ユニットにおいて、前記コネクタケースは、前記第１基板と前記第２基板を覆うカバーと前記第２基板に実装された前記第２の面実装部品を冷却するヒートシンクとにより挟み込まれていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の電動パワーステアリング用電子制御ユニットにおいて、前記第１の面実装部品は、外部のトルクセンサによって検出されるステアリング系の操舵力に基づき、外部の多相ブラシレスモータの各相に駆動電流を供給する半導体スイッチング素子をデューティ駆動して前記多相ブラシレスモータによる操舵アシスト制御を行う制御部を含み、前記第２の面実装部品は、前記デューティ駆動によって決まる前記駆動電流を前記多相ブラシレスモータの各相に供給する前記半導体スイッチング素子の組を前記相毎に有する多相ブリッジ回路と、前記半導体スイッチング素子の組に対して少なくとも１個設けられて前記駆動電流のリップルを吸収する電解コンデンサと、前記多相ブラシレスモータと前記多相ブリッジ回路を構成する前記各相の半導体スイッチング素子の組との間に個別に接続され、前記各相に流れる駆動電流を検出する電流検出回路と、前記いずれかの駆動電流に異常があった場合に前記多相ブラシレスモータの該当する相に供給する駆動電流を遮断するフェールセーフリレーと、バッテリ電源と前記多相ブリッジ回路との間にあって、前記多相ブリッジ回路に供給する電流を通電遮断する電源リレーと、を含むことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、第１基板に実装される、例えば、制御回路と、第２基板に実装される、例えば、パワー回路のそれぞれを、専用の基板に実装することで、偏りのない効率の良い電子部品のレイアウトが可能になり、ユニット全体の小型化が可能になる。また、パワー回路を、第１基板と略同一部品実装面積を有する唯一の第２基板に実装することでコンパクト化され、余分な接続を要することなく配線の効率化もはかれる。更に、ユニットとして必要な全ての電子部品を面実装することで薄型化がはかれ、全ての電子部品がリフローにより接続を可能にするため、組み立て工程が簡素化されコストダウンが可能になる。

請求項２記載の発明によれば、第２の面実装部品のそれぞれは、コネクタケースの周縁の端子群の内、最も近傍に位置する周縁の端子群に自身の信号線が接続され、このことにより、第１基板に実装される第１の面実装部品との接続が可能になり、部品の実装位置の制約から遠くに位置するコネクタへの配線の引き回しが不要になるため、配線レイアウトが簡素化され、配線設計の自由度が増す。また、第２の面実装部品のレイアウトの自由度が増し、第２基板の部品実装有効面積を最大に広げることができるため、ユニットの小型化が可能となる。

請求項３記載の発明によれば、インサートモールド成形されたコネクタケースをカバーとヒートシンクで挟み込む構造とすることで、第２基板に実装される電流容量の高い第２の面実装部品から発せられる熱は、放熱性の高い、例えば金属からなる第２基板、およびヒートシンクを介して外部に放熱されるため、外部に効率的に放散することができて冷却効果が増し、信頼性の高い電動パワーステアリング用電子制御ユニットを提供することができる。

請求項４記載の発明によれば、第２基板に、多相ブリッジ回路の各相の半導体スイッチング素子の組に対して少なくとも１個設けられる電解コンデンサと、いずれかの相に流れる駆動電流に異常があった場合に多相ブラシレスモータの該当する相に供給する駆動電流を遮断するフェールセーフリレー等、比較的電流容量の高い電子部品を面実装することで薄型化がはかれ、全ての部品がリフローにより接続を可能にするため、組み立て工程が簡素化されコストダウンが可能になる。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットの外観構成図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットの分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットに含まれる制御基板に実装される電子部品の平面図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットに含まれるパワー基板に実装される電子部品の平面図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットの電気回路図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットの全体構成図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットに含まれるコネクタケースの外観構成図である。 本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットに含まれるコネクタケースの全体構成図である。 本実施形態に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニットが搭載される電動パワーステアリング装置の機構部の概略構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、単に本実施形態という）に係る電動パワーステアリング用電子制御ユニット（以下、単に、ＥＣＵ１という）について詳細に説明する。

本実施形態に係るＥＣＵ１は、図１に示されるように、不図示の電子部品が実装された基板（後述する図２の制御基板１１とパワー基板１２）が、カバー１０と、ヒートシンク２０により挟み込まれた積層構造になっている。そして、カパー１０の長手方向の端部には、電源系統や他のＥＣＵと接続するための外部接続コネクタ３０が結合され、他方の端部には、外部接続される３相ブラシレスモータとの接続用のモータ端子４０が結合された構造になっている。なお、外部接続コネクタ３０とモータ端子４０は、後述するコネクタケース（図２の１３）の端部に実装されている。また、カバー１０には、積層される制御基板とパワー基板とを電磁シールドする役目を持たせても良い。

本実施形態に係るＥＣＵ１は、図２にその分解斜視図が示されるように、制御回路を構成する制御用面実装部品１１０（第１の面実装部品）が実装される制御基板１１（第１基板）と、制御用面実装部品１１０より許容電流容量が高い、多相ブラシレスモータ用の駆動回路等のパワー用面実装部品１２０（第２の面実装部品）が実装されるパワー基板１２（第２基板）と、制御基板１１とパワー基板１２との間にあって、電源系統あるいは他のＥＣＵ等、外部と接続するための外部接続コネクタ３０が一体形成されたコネクタケース１３とを積層した基板実装構造を有する。

上記した基板実装構造において特徴的なのは、唯一のパワー基板１２に全てのパワー用面実装部品１２０が実装されており、また、パワー基板１２は、制御基板１１と略同一部品実装面積を有することにある。このため、偏りのない効率の良い電子部品のレイアウトが可能になり、ＥＣＵ１全体の小型化が可能になり、また、パワー用面実装部品１２０の全てを唯一のパワー基板１２に実装することで、余分な配線が省略される。更に、ＥＣＵ１として必要な全ての電子部品を面実装することで薄型化がはかれ、全ての電子部品がリフローにより接続を可能にするため、組み立て工程が簡素化されコストダウンが可能になる。

更に特徴的なのは、コネクタケース１３の少なくとも２つの周縁（第１の縁部と第２の縁部）には、パワー用面実装部品１１０と後述する外部の３相ブラシレスモータ（図５の５０）との間、パワー用面実装部品１２０と後述する外部のバッテリ電源（図５の６０）との間、および、制御用面実装部品１２０とパワー用面実装部品１３０との間を接続する、インサートモールド成形された端子群１３１，１３２、１３３がそれぞれ実装されていることである。このため、パワー基板１２に実装されたパワー用面実装部品１２０のそれぞれは、コネクタケース１３の縁部に実装された端子群１３１，１３２，１３３のうち、最も近くに位置する端子群１３１（１３２，１３３）に選択的に接続することができる。なお、制御基板１１は、コネクタケース１３にネジ４０ｂで端部が固定され、また、パワー基板１２と共に、カバー１０とヒートシンク２０に挟まれ、４個のネジ４０ａで固定されている。

ここで、「面実装部品」とは、表面実装（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）用の電子部品のことをいい、電子部品のリードをプリント基板の孔に固定するスルーホール実装に比べて実装スペースが小さくて済むという利点を持つ。基本的には、クリームハンダ印刷機による基板上への半田印刷、またはディスペンサによる部品搭載位置への接着剤塗布を行った後、チップマウンタで部品実装を行い、その後、リフロー炉で熱を加えて半田を溶かし、電子部品を基板に固定する。また、「許容電流容量」とは、規格上電子部品に流すことのできる最大電流のことをいう。電子部品には電気抵抗があり、その電子部品に電圧を印加して電流を流すと電子部品が有する電気抵抗により発熱する。その発熱により、例えば電子部品を覆う絶縁被膜が溶解すれば短絡し、あるいは発火する。これを防ぐために電子部品毎に許容電流容量が定められている。

図３に、制御基板１１に実装される制御用面実装部品１１０が示されている。制御用面実装部品１１０として、後述するトルクセンサ（図５の７０）からの操舵トルク信号と後述する車速センサ（図５の８０）からの車速信号とを得、これら信号に対応したアシストトルクと駆動方向とを演算して、３相ブラシレスモータ５０の電流と、角度センサ用アンプ１１６からの帰還信号を受けて３相ブラシレスモータ５０を駆動制御するＣＰＵ１１１を含む。また、ＣＰＵ１１１による制御の下、後述する３相ブリッジ回路（図５の１２１）を構成する各半導体スイッチング素子を駆動するドライブ回路１１２と、後述する電源リレー（図５の１２５）を駆動するリレー駆動回路１１３と、相毎に接続されるシャント抵抗（図５の１２２ａ〜１２２ｃ）により相電流を検出する相電流検出回路１１４（図５の１１４ａ〜１１４ｃ）も含む。更には、外部接続されるトルクセンサ用の電源１１５を含むトルクセンサ回路と、外部接続される角度センサ用のアンプ１１６を含む角度センサ回路と、他のＥＣＵと通信を行うＣＡＮ（Control Area Network）通信用ＬＳＩ（１１７）も含まれる。

図４に、パワー基板１２に実装されるパワー用面実装部品１２０が示されている。パワー用面実装部品１２０として、ここでは、３相ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子１２１ａ〜１２１ｅ、３相ブラシレスモータの相毎に設けられる相電流検出用のシャント抵抗１２２ａ〜１２２ｃ、フェールセーフリレー１２３ａ、１２３ｂ、平滑用の電解コンデンサ１２４ａ〜１２４ｃ、そして、電源リレー１２５とを含む。これらパワー面実装部品１２０は、基板周縁に配置された周縁端子群１２６ａの一部、コネクタケース１３にインサートモールド成形された端子群１３１の一部を介して外部の３相ブラシレスモータの３相のラインに接続される。また、周縁端子群１２６ａの残る端子、周縁端子群１２６ｂ、周縁端子群１２６ｃの一部のそれぞれを介して制御基板１１に接続され、周縁端子群１２６ｃの残る端子を介して不図示のバッテリ電源に接続される。

図５は、本実施形態に係るＥＣＵ１の電気回路構成を示すブロック図である。図５に示されるように、ＥＣＵ１は、制御部（ＣＰＵ１１１）と、ドライブ回路１１２と、リレー駆動回路１１３と、相電流検出回路１１４ａ〜１１４ｃと、が実装される制御基板１１を含む。また、３相ブリッジ回路１２１と、シャント抵抗１２２ａ〜１２２ｃと、フェールセーフリレー１２３ａ、１２３ｂと、３個の電解コンデンサ１２４と、電源リレー１２５とが実装されるパワー基板１２とも含む。なお、制御基板１１に実装される制御部１１１には、トルクセンサ７０と車速センサ８０と角度センサ９０が、３相ブリッジ回路１２１には、フェールセーフリレー１２３ａ、１２３ｂを介して３相ブラシレスモータ５０がそれぞれ接続されている。

３相ブリッジ回路１２１は、６個のスイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴUL（１２１ｂ），ＴVU（１２１ｃ），ＴVL（１２１ｄ），ＴWU（１２１ｅ），ＴWL（１２１ｆ）からなる。これらのスイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴUL（１２１ｂ），ＴVU（１２１ｃ），ＴVL（１２１ｄ），ＴWU（１２１ｅ），ＴWL（１２１ｆ）は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated gate Bipolar Transistor）によって構成される。

Ｕ相上側スイッチング素子ＴUU（１２１ａ）とＵ相下側スイッチング素子ＴUL（１２ｂ）は、直列に接続されている。Ｖ相上側スイッチング素子ＴVU（１２１ｃ）とＶ相下側スイッチング素子ＴVL（１２１ｄ）は、直列に接続されている。Ｗ相上側スイッチング素子ＴWU（１２１ｅ）とＷ相下側スイッチング素子ＴWL（１２１ｆ）は、直列に接続されている。各相の上側スイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴVU（１２１ｃ），ＴWU（１２１ｅ）は、電源リレー１２５を介して、バッテリ電源６０の正極端子に接続されている。つまり、Ｕ相のスイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴUL（１２１ｂ）の接続系統と、Ｖ相のスイッチング素子ＴVU（１２１ｃ），ＴVL（１２１ｄ）の接続系統と、Ｗ相のスイッチング素子ＴWU（１２１ｅ），ＴWL（１２１ｆ）の接続系統とは、互いに並列に接続されている。

相電流検出回路１１４は、シャント抵抗ＲSU（１２２ａ），ＲSV（１２２ｂ），ＲSW（１２２ｃ）と信号増幅器とからなる。Ｕ相下側スイッチング素子ＴUL（１２１ｂ）は、シャント抵抗ＲSU（１２２ａ）を介してアースに接続されている。Ｖ相下側スイッチング素子ＴVL（１２１ｄ）は、シャント抵抗ＲSV（１２２ｂ）を介してアースに接続されている。Ｗ相下側スイッチング素子ＴWL（１２１ｆ）は、シャント抵抗ＲSW（１２２ｃ）を介してアースに接続されている。この相電流検出回路１１４は、各シャント抵抗ＲSU（１２２ａ），ＲSV（１２２ｂ），ＲSW（１２２ｃ）によって３相ブラシレスモータ５０の各相Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる相電流を検出して、制御部１１１に出力する。つまり、相電流検出回路１１４は、各相の配線に流れる相電流を、個別に検出する。

フェールセーフリレー１２３は、Ｖ相リレー１２３ａとＷ相リレー１２３ｂとからなる。Ｖ相上側スイッチング素子ＴVU（１２１ｃ）とＵ相下側スイッチング素子ＴVL（１２１ｄ）との接続点（ＭＶ）は、Ｖ相リレー１２３ａを介して、ブラシレスモータ５０のＶ相巻線に接続されている。Ｗ相上側スイッチング素子ＴWU（１２１ｅ）とＷ相下側スイッチング素子ＴWL（１２１ｆ）との接続点は、Ｗ相リレー１２３ｂを介して、ブラシレスモータ５０のＷ相巻線に接続されている。なお、フェールセーフリレー１２３は、相毎に設けても良いが、最低２相分あればその役目を果たすことができる。このように、ブラシレスモータ５０の各巻線Ｕ，Ｖ，Ｗ（各相Ｕ，Ｖ，Ｗ）と、各スイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴUL（１２１ｂ），ＴVU（１２１ｃ），ＴVL（１２１ｄ），ＴWU（１２１ｅ），ＴWL（１２１ｆ）との間は、それぞれ相配線により個別に接続されている。

電解コンデンサ１２４は、３相ブリッジ回路１２１を構成する各相の直列接続された上側半導体スイッチング素子と下側スイッチング素子に対して並列に接続されており、平滑のために使用される。電源リレー１２５は、バッテリ電源６０と多相ブリッジ回路１２１との間にあって、制御部１１１を介したリレー駆動回路部１１３による制御の下で多相ブリッジ回路１２１に供給する電流を通電遮断する。

制御部１１１は、例えば、プログラムによって動作するマイクロプロセッサにより構成されており、ドライブ回路１１２、およびリレー駆動回路１１３を制御するものである。この制御部１１１は、トルクセンサ７０及び角度センサ８０から入力した信号に基づき、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）の制御信号を発してドライブ回路１１２を制御するとともに、リレー駆動回路部１１３を制御する。ドライブ回路１１２は、各スイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴUL（１２１ｂ），ＴVU（１２１ｃ），ＴVL（１２１ｄ），ＴWU（１２１ｅ），ＴWL（１２１ｆ）を、デューティ比を有してＯＮ／ＯＦＦ駆動する。この結果、電流を供給された３相ブラシレスモータ５０は、補助トルクを発生する。リレー駆動回路部１１３は、フェールセーフリレー１２３ａ、１２３ｂ、及び電源リレー１２５をＯＮ／ＯＦＦ駆動する。

制御部１１１は、トルクセンサ７０によるトルク検出値と、車速センサ８０による車速検出値と、角度センサ９０による回転角度値と、相電流検出回路１１４による相電流検出値とに基づき、不図示のメモリに記録されている目標電流マップを参照して、ステアリングハンドルによる操舵力をアシストするための最適な目標値を算出する。そして、制御部１１１は、この目標値に基づく電流指令値として決定された、デューティ比を有するＰＷＭ信号を、ドライブ回路１１２に出力することにより、各スイッチング素子ＴUU（１２１ａ），ＴUL（１２１ｂ），ＴVU（１２１ｃ），ＴVL（１２１ｄ），ＴWU（１２１ｅ），ＴWL（１２１ｆ）を駆動制御する。

図６は、本実施形態に係るＥＣＵ１の全体構成図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図６（ｃ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図６（ａ）に示されるように、本実施形態に係るＥＣＵ１は、カバー１０の長手方向端部から、外部接続用のコネクタ３０と、３相ブラシレスモータとの接続用のモータ端子４０が飛び出た構造になっており、カバー１０の四隅は不図示のヒートシンクにネジ４０ａにより固定された構造に成っている。なお、外部接続コネクタ３０とモータ端子４０は、コネクタケース１３の端部に接続されている

また、本実施形態に係るＥＣＵ１は、図６（ｂ）（ｃ）に示されるように、図３に示す制御基板１１と、図４に示すパワー基板１２とが、カバー１０と、ヒートシンク２０により挟み込まれた構造になっている。また、制御基板１１は、コネクタケース１３に３点で位置決め固定され、コネクタケース１３から棒状に突出した端子群１３１がパワー基板１２の周縁端子１２６ａに接続される構造になっている。なお、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）において、図１，図２に示す番号と同一番号が付されたパーツは、図１に示すそれと同じとする。

図７に、図６で示したコネクタケース１３の全体構造が示されている。図７（ａ）にコネクタケース１３における表面の外観構造が、図７（ｂ）に裏面の外観構造がそれぞれ示されている。また、図８は、図７（ａ）（ｂ）で示したコネクタケース１３の全体構成図である。図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は、図８（ａ）における矢印Ｂ方向から見た断面図、（ｃ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、をそれぞれ示している。図７（ａ）（ｂ）、図８（ａ）（ｂ）（ｃ）においても、図６に示す番号と同一番号が付されたパーツは図６に示すそれと同じとする。

コネクタケース１３は、制御基板１１とパワー基板１２を覆うカバー１０と、パワー基板１２に実装されたパワー面実装部品１２０を冷却するヒートシンク２０とにより挟み込まれた実装構造を有し、その縁部には、制御用面実装部品１１０とパワー用面実装部品１２０、および外部の３相ブラシレスモータ５０やバッテリ電源６０とを接続するインサートモールド成形された端子群１３１、１３２、１３３がそれぞれ実装されている。パワー基板１２に実装されたパワー用面実装部品１２０のそれぞれは、縁部に実装された端子群１３１、１３２、１３３のうち、最短に位置する端子群１３１（１３２、１３３）に選択的に接続される。

ここでいうパワー用実装部品１２０とは、デューティ駆動によって決まる相電流を３相ブラシレスモータ５０の各相に供給する半導体スイッチング素子の組を相毎に有する多相ブリッジ回路１２１と、この半導体スイッチング素子の組に対して少なくとも１個設けられて相電流のリップルを吸収する電解コンデンサ１２４と、３相ブラシレスモータ５０と３相ブリッジ回路１２１を構成する各相の半導体スイッチング素子の組との間に個別に接続され、各相に流れる相電流を検出する電流検出回路１１４ａ１〜１４ｃと、いずれかの相電流に異常があった場合に３相ブラシレスモータ５０の該当する相に供給する相電流を遮断するフェールセーフリレー１２３ａ、１２３ｂである。

これらパワー用面実装部品１２０を１枚のパワー基板１２に実装することでＥＣＵ１のコンパクト化がはかれ、また、制御基板１１と共にリフロー実装で全ての部品接続が可能である。更に、バッテリ電源６０が接続される外部接続コネクタ３０は、インサートモールド成形され、コネクタケース１３の周縁に実装される端子群１３１、１３２、１３３は、ＥＣＵ１と、外部とを接続する役目と、制御基板１１に実装される制御用面実装部品１１０と、パワー基板１２に実装されるパワー用面実装部品１２０との間の信号を繋ぐ信号端子としての役目を兼ね備え、その端子群は、コネクタケース１３の周縁にそれぞれ一列に並んで配列されている。

また、３相ブラシレスモータ５０に接続されるモータ端子４０もコネクタケース１３にインサートモールド成形され、その端子群は、３層ブラシレスモータ５０と、トルクセンサ７０と、車速センサ８０と、角度センサ９０とを接続する役目と、制御基板１１に実装される制御用面実装部品１１０と、パワー基板１２に実装されるパワー用面実装部品１２０との間の信号を繋ぐ信号端子としての役目を兼ね備え、その端子群は、コネクタケース１３の周縁にそれぞれ一列に並んで配列されている。

このように、制御基板１１とパワー基板１２とを独立した実装構造とすることで、偏りのない、効率の良い部品配置が可能になり、ＥＣＵ１としての小型化が可能になる。また、パワー基板１２唯１枚の基板構成としたことで部品接続のための余分な配線が不要になる。また、パワー用面実装部品１２０を放熱性の高い金属基板で構成されたパワー基板１２に実装し、直接ヒートシンク２０に接触させることで冷却効果が増し、制御基板１１とパワー基板１２とをカバー１０とヒートシンク２０で挟む構造をとることで、ＥＣＵ１の小型化が可能になり、薄型化が実現できる。また、全ての部品を面実装部品とすることで、部品の全てをリフロー実装することができ、ＥＣＵ構成部品の製造工程が簡素化され、コストダウンがはかれる。

更に、信号接続部分をコネクタケース１３の周縁部に一列に配置することで、パワー基板１２に実装されたパワー用面実装部品１２０のそれぞれは、最短に位置する端子群１３１、１３２、１３３のいずれかに接続でき、このことにより、無駄な配線の引き回しを不要とし、部品レイアウトの自由度が増すとともに部品実装有効面積を最大限に広げることができる。したがって、ＥＣＵ１の小型化に寄与する。

なお、上記した本実施形態に係るＥＣＵ１は、制御用としてＰＳＵ１００に搭載される。図９にＰＳＵの概略構造が模式的に示されている。ＰＳＵ１００は、車両のステアリングハンドル２１０から操舵用車輪（例えば前輪）３１０、３１０に至るステアリング系２００と、このステアリング系２００に補助トルクを加えるアシストトルク機構４００とから構成される。

ステアリング系２００は、ステアリングハンドル２１０と、このステアリングハンドル２１０にステアリングシャフト２２０及び自在軸継手２３０，２３０を介して連結されたピニオン軸２４０と、このピニオン軸２４０にラックアンドピニオン機構２５０を介して連結されたラック軸２６０と、このラック軸２６０の両端にボールジョイント２７０，２７０、タイロッド２８０，２８０及びナックル２９０，２９０を介して連結された左右の操舵用車輪３１０，３１０とからなる。ラックアンドピニオン機構２５０は、ピニオン軸２４０に形成されたピニオン３２０と、ラック軸２６０に形成されたラック３３０とからなる。ステアリング系２００によれば、運転者がステアリングハンドル２１０を操舵することによって、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５０，ラック軸２６０及び左右のタイロッド２８０，２８０を介して、左右の操舵用車輪３１０，３１０を操舵することができる。

アシストトルク機構４００は、トルクセンサ４１０、３相ブラシレスモータ４３０、トルク伝達機構４４０、ブラシレスモータ制御装置としてのＥＣＵ１、車速センサ６００、角度センサ７００からなる。トルクセンサ４１０は、ステアリングハンドル２１０に加えたステアリング系２００の操舵トルクを検出する。車速センサ６００は、車速を検出する。角度センサ７００は、３相ブラシレスモータ４３０の回転角度を検出する。トルク伝達機構４４０は、例えばボールねじからなる。

このように、アシストトルク機構４００は、トルクセンサ４１０によって検出された操舵トルクに基づきＥＣＵ１で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルク（モータトルク）を３相ブラシレスモータ４３０で発生し、補助トルクをトルク伝達機構４４０経由でラック軸２６０に伝達するようにした機構である。より具体的には、ＥＣＵ１は、操舵トルクの他に、車速センサ６００によって検出された車速、及び角度センサ７００によって検出された３相ブラシレスモータ４３０の回転角度を加味して制御信号を生成することになる。

３相ブラシレスモータ４３０のモータ軸５００ａは、ラック軸２６０を覆う中空軸である。ボールねじ４４０は、ラック軸２６０においてラック３３０を除く部分に形成されたねじ部４５０と、ねじ部４５０に組付けられたナット４６０と、多数のボールとからなる、トルク伝達機構４４０である。ナット４６０は、モータ軸４３ａに連結したものである。なお、トルク伝達機構４４０は、３相ブラシレスモータ４３０が発生した補助トルクを、ピニオン軸２４０に直接に伝達する構成であってもよい。

このように、本実施形態に係るＥＣＵ１が搭載されたＰＳＵ１００は、ステアリングハンドル２１０からラック軸２６０に伝達された操舵トルクに、３相ブラシレスモータ４３０が発生した補助トルクを加えた、いわゆる「複合トルク」により、操舵用車輪３１０，３１０を操舵することができる。

（実施形態の効果）
以上説明のように本実施形態に係るＥＣＵ１によれば、制御基板１１（第１基板）に実装される、例えば、制御回路と、パワー基板１２（第２基板）に実装される、例えば、パワー回路のそれぞれを、専用の基板に実装することで、偏りのない効率の良い電子部品のレイアウトが可能になり、ユニット全体の小型化が可能になり、また、パワー回路を、唯一の第２基板に実装することで、余分な接続を要することなく、配線の効率化もはかれる。更に、ユニットとして必要な全ての電子部品を面実装することで薄型化がはかれ、全ての電子部品がリフローにより接続を可能にするため、組み立て工程が簡素化されコストダウンが可能になる。

また、本実施形態に係るＥＣＵ１によれば、第２の面実装部品のそれぞれは、コネクタケースの周縁の端子群の内、最も近傍に位置する周縁の端子群に自身の信号線が接続され、このことにより、第１基板に実装される第１の面実装部品との接続が可能になり、部品の実装位置の制約から遠くに位置するコネクタへの配線の引き回しが不要になるため、配線レイアウトが簡素化され、配線設計の自由度が増す。また、第２の面実装部品のレイアウトの自由度が増し、第２基板の部品実装有効面積を最大に広げることができるため、ユニットの小型化が可能となる。

更に本実施形態に係るＥＣＵ１によれば、インサートモールド成形されたコネクタケースをカバーとヒートシンクで挟み込む構造とすることで、第２基板に実装される電流容量の高い第２の目か実装部品から発せられる熱は、放熱性の高い、例えば金属からなる第２基板、およびヒートシンクを介して外部に放熱されるため、外部に効率的に放散することができて冷却効果が増し、信頼性の高い電動パワーステアリング用電子制御ユニットを提供することができる。また、第２基板に、多相ブリッジ回路の各相の半導体スイッチング素子の組に対して少なくとも１個設けられる電解コンデンサと、いずれかの相に流れる駆動電流に異常があった場合に多相ブラシレスモータの該当する相に供給する駆動電流を遮断するフェールセーフリレー等、比較的電流容量の高い電子部品を面実装することで薄型化がはかれ、全ての部品がリフローにより接続を可能にするため、組み立て工程が簡素化されコストダウンが可能になる。

１…電動パワーステアリング用電子制御ユニット（ＥＣＵ）、１０…カバー、１１…制御基板（第１基板）、１２…パワー基板（第２基板）、１３…コネクタケース、２０…ヒートシンク、３０…外部接続コネクタ、４０…モータ用端子、５０…３相ブラシレスモータ、７０…トルクセンサ、８０…車速センサ、９０…角度センサ、１１０…制御用面実装部品（第１の面実装部品）、１２０…パワー用面実装部品（第２の面実装部品）、１３１，１３２，１３３…端子群

Claims (4)

1. 第１の面実装部品が実装される第１基板と、
   前記第１の面実装部品より許容電流容量が高い第２の面実装部品が実装される、前記第１基板と略同一部品実装面積を有する唯一の第２基板とを有し、
   前記第１基板と前記第２基板とを積層した基板実装構造から成る電動パワーステアリング用電子制御ユニット。
2. 前記第１基板と前記第２基板は、外部接続コネクタが一体形成されたコネクタケースを介して積層され、前記コネクタケースの第１の縁部と第２の縁部には、前記第１の面実装部品と前記第２の面実装部品とを接続するインサートモールド成形された端子群がそれぞれ実装されており、
   前記第２基板に実装された第２の面実装部品のそれぞれは、前記第１の縁部に実装された端子群と前記第２の縁部に実装された端子群のうち、近くに位置する端子群に選択的に接続されていることを特徴とする電動パワーステアリング用電子制御ユニット。
3. 前記コネクタケースは、
   前記第１基板と前記第２基板を覆うカバーと前記第２基板に実装された前記第２の面実装部品を冷却するヒートシンクとにより挟み込まれていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電動パワーステアリング用電子制御ユニット。
4. 前記第１の面実装部品は、
   外部のトルクセンサによって検出されるステアリング系の操舵力に基づき、外部の多相ブラシレスモータの各相に駆動電流を供給する半導体スイッチング素子をデューティ駆動して前記多相ブラシレスモータによる操舵アシスト制御を行う制御部を含み、
   前記第２の面実装部品は、
   前記デューティ駆動によって決まる前記駆動電流を前記多相ブラシレスモータの各相に供給する前記半導体スイッチング素子の組を前記相毎に有する多相ブリッジ回路と、前記半導体スイッチング素子の組に対して少なくとも１個設けられて前記駆動電流のリップルを吸収する電解コンデンサと、前記多相ブラシレスモータと前記多相ブリッジ回路を構成する前記各相の半導体スイッチング素子の組との間に個別に接続され、前記各相に流れる駆動電流を検出する電流検出回路と、前記いずれかの駆動電流に異常があった場合に前記多相ブラシレスモータの該当する相に供給する駆動電流を遮断するフェールセーフリレーと、バッテリ電源と前記多相ブリッジ回路との間にあって、前記多相ブリッジ回路に供給する電流を通電遮断する電源リレーと、を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の電動パワーステアリング用電子制御ユニット。

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