JP2013216109A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータと制御装置を一体化し、小型で放熱性に優れた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ１２は、ブラシレスモータ１８とＥＣＵカバー２５で形成されるＥＣＵ収容部４０に収容される。ブラシレスモータ１８の外周部に複数のパワーモジュール２８が配置され、モータハウジング２４とパワーモジュール２８との間にパワーモジュール２８のＦＥＴ等スイッチング素子の発熱を放出するヒートシンク２６が配設されている。ヒートシンク２６は、回転軸方向底部を減速機構１９のギヤハウジング２２の上部端面に当接しねじ止め固定されている。ＥＣＵ１２の制御基板２９は、モータハウジング２４の上部外側に固定され、パワーモジュール２８および電源回路部と電気的に接続されている。ブラシレスモータ１８とＥＣＵ１２を覆うＥＣＵカバー２５は、ギヤハウジング２２に固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）には、電動モータと電動モータを駆動制御する制御装置とを組み合わせたものがある。このような電動パワーステアリング装置として、制御装置を電動モータと一体構成としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動パワーステアリング装置は、電動モータと、電動モータの回転を減速して電動モータの動力を操舵装置に伝える伝達機構としての減速機構と、電動モータの回転軸線方向に関して、電動モータの上部に積層状態に配置された回路基板が組み付けられた制御装置とで構成されている。

特開２００２−３４５２１１号公報

しかしながら、上記電動パワーステアリング装置において、制御装置を電動モータ上部にヒートシンクを介して配置した場合、制御装置のパワー回路基板に実装されたスイッチング素子等の発熱は、ヒートシンクからモータハウジングを通して減速機構のギヤハウジングへ伝わる。このため、モータハウジングによる熱伝導性の確保が見込めないと、制御装置の放熱ができない場合がある。また、スイッチング素子を含むパワー回路基板やヒートシンク部の大型化により、電動モータの外形が大きくなり車両への搭載性が低下する場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動モータと制御装置を一体化し、小型で放熱性に優れた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電動モータと、前記電動モータの周囲に一体的に設けられ、前記電動モータを駆動制御する制御装置と、前記電動モータに回転軸線方向に隣接して設けられ、前記電動モータの動力を転舵機構に伝達する伝達機構と、を備え、前記制御装置は、前記回転軸線方向に前記電動モータのハウジングの反前記伝達機構側の底面外側に設けられ、制御回路部を備えた制御基板と、前記電動モータの外周に設けられ、駆動回路部を備えたパワーモジュールと、前記パワーモジュールの発熱を放出するために前記パワーモジュールに一体的に組み付けられるとともに、前記伝達機構のハウジングに当接して設けられた放熱部材とを備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、前記パワーモジュールは、前記制御基板に電気的に接続されることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、前記電動モータと、前記制御装置とを覆うカバーは、前記伝達機構ハウジングに固定されることを要旨とする。

請求項１に係る発明によれば、制御装置の駆動回路部を有したパワーモジュールを電動モータの外周部に配置し、電動モータのハウジングとパワーモジュールとの間にパワーモジュールの発熱を放出する放熱部材をパワーモジュールに一体的に設け、放熱部材を伝達機構のハウジングに当接させるので、パワーモジュールの熱は、放熱部材を介して質量の大きい伝達機構のギヤハウジングへ直接放出され、その結果、制御装置のパワーモジュールの放熱性が確保される。

請求項２に係る発明によれば、制御装置の制御基板は、モータハウジングの上部外側に固定され、パワーモジュールと電気的に接続されるので、配線が容易でノイズの影響も低減できる。

請求項３に係る発明によれば、電動モータと制御装置を覆うカバーは、ギヤハウジングに固定されるので、電動パワーステアリング装置の小型化が図られるとともに、電動モータと制御装置とは一体化された状態でギヤハウジングに組付けが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す軸方向縦断面図。 図２をＡ−Ａ方向から見た電動モータの上部断面図。

以下、本発明を、電動パワーステアリング装置に具体化した一実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式図である。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２と、ステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。中間軸７は、ステアリングシャフト６と転舵機構４とを連結している

本実施形態では、操舵補助機構５がステアリングシャフト６にアシスト力（操舵補助力）を与えるコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置１を例にして説明する。ステアリングシャフト６は、直線状に延びている。また、ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール２に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸８および出力軸９は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。

ステアリングシャフト６の周囲に配置されたトルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に入力された操舵トルクを検出する。トルクセンサ１１の操舵トルク検出結果は、制御装置（以下、ＥＣＵという）１２に入力される。また、車速センサ２３からの車両の車速検出結果が同じくＥＣＵ１２に入力される。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構から構成されている。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５および図示しないナックルアームを介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の途中部分には、上記ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることで、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための伝達機構としての減速機構１９とを含み、本実施形態では、減速機構１９として、ウォームギヤ機構が用いられている。すなわち、減速機構１９は、駆動ギヤ（伝達機構の駆動側部材）としてのウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合う従動ギヤ（伝達機構の従動側部材）としてのウォームホイール２１とを含み、伝達機構のハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。なお、図１に示す電動モータ（以下、ブラシレスモータという）１８は、３相巻線を有するブラシレスモータが用いられている。

ウォーム軸２０は、ブラシレスモータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同行回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。ブラシレスモータ１８がウォーム軸２０を回転駆動すると、ウォーム軸２０によってウォームホイール２１が回転駆動され、ウォームホイール２１およびステアリングシャフト６が同行回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、ブラシレスモータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することで、転舵輪３が転舵されるようになっている。

ブラシレスモータ１８は、ＥＣＵ１２によって回転駆動制御される。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１からのトルク検出結果、車速センサ２３からの車速検出結果等に基づいてブラシレスモータ１８を制御する。具体的には、ＥＣＵ１２では、操舵トルクと目標アシスト量との関係を車速毎に記憶したマップを用いて目標アシスト量を決定し、ブラシレスモータ１８の発生するアシスト力を目標アシスト量に近づけるように制御する。

次に、図２は、本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装１置の概略構成を示す軸方向縦断面図、図３は、図２をＡ−Ａ方向から見たブラシレスモー１８の上部断面図である。

図２に示すように、ブラシレスモータ１８は、モータハウジング２４と、このモータハウジング２４内に収容されたロータ３４およびステータ３５を含む。ロータ３４は、回転軸２７の外周に同行回転可能に取り付けられた環状のロータコア３９と、ロータコア３９の外周に同行回転可能に取り付けられた、例えば、環状の永久磁石からなるロータマグネット３８とを有している。ロータマグネット３８には、複数の磁極が周方向に並べて配置されている。これらの磁極は、ロータ３４の周方向に関して、Ｎ極およびＳ極が交互に入れ替わるように配置されている。

ステータ３５は、モータハウジング２４の内周に固定されている。ステータ３５は、モータハウジング２４の内周に固定されたステータコア３７と、複数のコイル３６とを含む。ステータコア３７は、ステータコア３７の環状の図示しないヨークと、このヨークの内周から径方向内方へ突出する複数の図示しないティースとを含む。各コイル３６は対応するティースに巻回されている。

また、各ティースに巻回された上記コイル３６は、図示しないバスバーと接続されている。バスバーは、各コイル３６と電流印加線との接続部に用いられ導電接続材であり、各コイル３６に、図示しない電力供給源からの電力を配電するための配電部材として機能する。

ブラシレスモータ１８の回転軸２７は、モータハウジング２４によって保持された軸受４１およびギヤハウジング２２によって保持された図示しない軸受によって、回転可能に支持されている。上記軸受は、いずれも公知のシール軸受により構成されている。上記の構成により、回転軸２７は、ハウジングとしてのギヤハウジング２２、およびモータハウジング２４に収容され、対応する軸受を介して、支持されている。

次に、ブラシレスモータ１８とギヤハウジング２２に回転軸方向上方に延出するＥＣＵカバー２５との間にＥＣＵ１２を収容するためのＥＣＵ収容部４０が形成されている。ＥＣＵ収容部４０には、ＥＣＵ１２の一部を構成する制御基板２９および複数（例えば、本実施形態では２個）のパワーモジュール２８が収容され保持されている。

パワーモジュール２８には、ブラシレスモータ１８を駆動するためのパワー回路（駆動回路部）の少なくとも一部（例えば、ＦＥＴなどのスイッチング素子）や電源回路部３０の一部（例えば、電源リレー）が実装されている。パワーモジュール２８は、片面に上記パワー回路部品が実装された、例えば、アルミ板の多層基板からなり、制御基板２９に複数の端子（ピン）が挿入され半田付けにより接続されている。また、パワーモジュール２８の裏側壁面のアルミ部分は、ヒートシンク（放熱部材）２６に熱伝導可能に面接触して配置されている。このヒートシンク２６の回転軸方向底面は、ギヤハウジング２２の上部端面に当接して放熱経路を形成している。また、ヒートシンク２６は、ギヤハウジング２２との接触面に隙間のない状態でギヤハウジング２２に、例えば、ねじ止めにより固定されている。

制御基板２９には、パワー回路を制御する制御回路（制御回路部）が実装されている。その制御回路には、パワー回路の各ＦＥＴ（スイッチング素子）を制御するドライバ部と、このドライバ部を制御するＣＰＵ（マイコン）とを含む。制御基板２９は、モータハウジング２４の上部外側に、回転軸方向に関して、ねじで固定されている。さらに、ＥＣＵカバー２５は、ＥＣＵ１２の制御基板２９、パワーモジュール２８およびブラシレスモータ１８を覆ってギヤハウジング２２の上部端面に、ねじにより固定されている。

また、電源回路部３０を構成する電源平滑用コンデンサ３１や電源平滑用コイル３２等が外部から直流電源を供給する電源コネクタ３３とともに、制御基板２９に各端子が接続され制御基板２９上で配線されている。

次に、上記のように構成された本発明の実施形態である電動パワーステアリング装置１の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、ＥＣＵ（制御装置）１２は、ブラシレスモータ（電動モータ）１８とＥＣＵカバー２５で形成されるＥＣＵ収容部４０に収容されている。ブラシレスモータ１８の外周部にパワー回路（駆動回路部）を有する複数のパワーモジュール２８が配置され、モータハウジング２４とパワーモジュール２８との間にパワーモジュール２８のＦＥＴ等スイッチング素子の発熱を放出するヒートシンク（放熱部材）２６が配設されている。ヒートシンク２６は、回転軸方向底部を減速機構（伝達機構）１９のギヤハウジング２２の上部端面に当接し、例えば、ねじ止めによって隙間がない状態で固定されている。制御回路部を有するＥＣＵ１２の制御基板２９は、モータハウジング２４の上部外側に、ねじで固定され、パワーモジュール２８および電源回路部３０と電気的に接続されている。さらに、ブラシレスモータ１８とＥＣＵ１２とを覆うＥＣＵカバー２５は、ギヤハウジング２２にねじで固定されている。

これにより、パワーモジュール２８から発生する熱は、ヒートシンク２６を通して質量の大きい減速機構１９のギヤハウジング２２へ直接放出される。その結果、ＥＣＵ１２の発熱部分の放熱性が確保される。また、ヒートシンク２６の必要質量も低減するため小型化できる。さらに、パワーモジュール２８の制御基板２９への配線が容易で配線距離も短くできるのでインピーダンスが減少し、ノイズの影響も低減できる。電動パワーステアリング装置１の小型化が図られるとともに、ブラシレスモータ１８とＥＣＵ１２とは、一体化組付けされた後にギヤハウジング２２に組付けが可能となる。また、ブラシレスモータ１８の回転軸径方向または軸方向の小型化を図ることができるため、車両への搭載性が向上する。

以上のように、本実施形態によれば、ブラシレスモータとＥＣＵを一体化し、小型で放熱性に優れた電動パワーステアリング装置を提供できる

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、ＥＣＵ１２のパワーモジュール２８や電源回路部３０の各部品をモータハウジング２４の外周にギヤハウジング２２内の円形のスペースに設置し制御基板２９上で配線するようにしたが、ノイズ等による影響を低減できれば、金属製のバスバー等を用いてインサート成形によりギヤハウジング２２上に実装するようにしてもよい。

上記実施形態では、本発明を、コラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置１に適用する例を示したが、操舵補助機構５がピニオン軸１３にアシスト力を与える構造のピニオンアシストタイプや、操舵補助機構５がラック軸１４にアシスト力を与える構造のラックアシストタイプに適用することも可能である。

また、上記実施形態では、ブラシレスモータ１８とＥＣＵ１２を電動パワーステアリング装置１に適用する場合を示したが、これに限定されるものでなく、同様のブラシレスモータ１８を用いた他の装置（例えば、電動オイルポンプ装置等）に適用してもよい。さらに、電動モータとしてブラシレスモータ１８を用いる例について説明したが、これに限らず、他のモータを用いてもよい。

なお、ロータコア３９の外周に固定されるロータマグネット３８としては、セグメント磁石などのその他の永久磁石であってもよい。また、ステータコア３７は、例えば、軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された圧粉体であってもよい。軟磁性材料としては、鉄、フェライト、パーマロイ等を例示することができる。

１：電動パワーステアリング装置、２：ステアリングホイール、３：転舵輪、
４：転舵機構、５：操舵補助機構、６：ステアリングシャフト、７：中間軸、
８：入力軸、９：出力軸、１０：トーションバー、１１：トルクセンサ、
１２：ＥＣＵ（制御装置）、１３：ピニオン軸、１４：ラック軸：、１５：タイロッド、
１６：ピニオン、１７:ラック、１８:ブラシレスモータ（電動モータ）、
１９:減速機構（伝達機構）、２０:ウォーム軸、２１:ウォームホイール、
２２:ギヤハウジング、２３:車速センサ、２４：モータハウジング、
２５：ＥＣＵカバー、２６：ヒートシンク（放熱部材）、２７：回転軸、
２８：パワーモジュール、２９：制御基板、３０：電源回路部、３１：平滑コンデンサ、
３２：平滑コイル、３３：電源コネクタ、３４：ロータ、３５：ステータ、
３６：コイル、３７：ステータコア、３８：ロータマグネット、３９：ロータコア、
４０：ＥＣＵ収容部、４１：軸受

Claims (3)

1. 電動モータと、
   前記電動モータの周囲に一体的に設けられ、前記電動モータを駆動制御する制御装置と、
   前記電動モータに回転軸線方向に隣接して設けられ、前記電動モータの動力を転舵機構に伝達する伝達機構と、を備え、
   前記制御装置は、前記回転軸線方向に前記電動モータのハウジングの反前記伝達機構側の底面外側に設けられ、制御回路部を備えた制御基板と、
   前記電動モータの外周に設けられ、駆動回路部を備えたパワーモジュールと、
   前記パワーモジュールの発熱を放出するために前記パワーモジュールに一体的に組み付けられるとともに、前記伝達機構のハウジングに当接して設けられた放熱部材と、を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記パワーモジュールは、前記制御基板に電気的に接続されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータと、前記制御装置と、を覆うカバーは、前記伝達機構ハウジングに固定されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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