JP3563835B2 - パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力発生用モータに供給される電力を制御するスイッチング素子を備えるパワーステアリング装置に関し、そのモータの出力を直接操舵補助力として利用する電動パワーステアリング装置や、そのモータの出力により駆動されるポンプによって発生する油圧を操舵補助力として利用する電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置等において利用できる。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ハウジングと、操舵補助力発生用モータと、そのモータに供給される電力を制御するトランジスタ等のスイッチング素子からなる駆動回路と、そのスイッチング素子の制御信号を操舵トルク等の運転状態に応じて出力する制御回路とを備えるパワーステアリング装置が従来より用いられている。
【０００３】
従来、その制御回路は、スイッチング素子を含む駆動回路と離れて配置されていた。そのため、その制御回路と駆動回路とをハーネスを用いて接続する必要があり、耐ノイズ性に欠け、重量が大きく、配線接続用コネクタの数が多く信頼性に欠けると共にコストを増大させるという問題があった。
【０００４】
そこで、その制御回路と駆動回路とを、パワーステアリング装置のハウジングに搭載される同一基板に設けて一体化することが提案されている（特開平５‐１８５９３８号）。
【０００５】
しかし、そのスイッチング素子には大電流が流れるため発熱量が大きく、制御回路部分への悪影響を防止する必要があることから、放熱板を設ける必要があった。そのため、装置の重量が大きくなり、また、組み立て工数も増大するという問題がある。
【０００６】
また、放熱板を設けることなくスイッチング素子の発熱を放熱するため、パワーステアリング装置のハウジングにスイッチング素子を当接させ、そのハウジングを放熱板として利用することが提案されている（実公平６‐１１８６５号、実開昭６３‐１５６８６７号）。
【０００７】
しかし、スイッチング素子を単にハウジングに当接させるだけでは、ハウジングとスイッチング素子との間に隙間ができ、スイッチング素子からハウジングへ熱を充分に伝導させることができない。そのため、充分な放熱効果を得ることができず、制御回路部分に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題を解決することのできるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワーステアリング装置は、ハウジングと、操舵補助力発生用モータと、そのモータに供給される電力の制御用スイッチング素子と、そのスイッチング素子の制御信号を運転状態に応じて出力する回路と、そのスイッチング素子と前記回路とが共に組み込まれている絶縁材製ケーシングと、そのスイッチング素子と前記ハウジングとの間に介在する弾性と熱伝導性とを有する絶縁材製シートとを備え、前記スイッチング素子の一側面は、前記ケーシングに組み込まれた状態で、そのケーシングの前記ハウジングとの対向面から突出するものとされ、そのシートを介して前記スイッチング素子の一側面が前記ハウジングに押し付けられるように、そのケーシングが前記ハウジングにボルトにより取り付けられていることを特徴とする。
【００１１】
そのケーシングに、そのスイッチング素子を前記モータおよび電源に接続するためのコネクタのハウジング部が一体的に設けられ、そのコネクタの電極部と、その電極部とスイッチング素子とを接続するための配線とは、そのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成されているのが好ましい。
【００１２】
そのケーシングに、前記モータに電力を供給する電源と前記スイッチング素子とを接続する配線に接続されているコンデンサと、その配線に設けられているリレーと、そのスイッチング素子に配線を介して接続されているモータ電流検出用抵抗とが共に組み込まれており、前記各配線はそのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成されているのが好ましい。
【００１３】
【発明の作用および効果】
本発明のパワーステアリング装置によれば、操舵補助力発生用モータに供給される電力の制御用スイッチング素子と、このスイッチング素子の制御信号を出力する回路とを同一の絶縁材製ケーシングに組み込んでいるので、離れて配置する場合に必要とされたハーネスを削減することができ、耐ノイズ性を向上し、小型軽量化を図り、配線接続用コネクタの数を減らして信頼性を向上してコストを削減できる。
【００１４】
また、そのスイッチング素子を熱伝導性シートを介してハウジングに押し付けているので、そのハウジングを放熱板として利用することができ、専用の放熱板を設ける必要がなく、小型軽量化を図り、組み立て工数を削減できる。
【００１５】
その熱伝導性シートは弾性を有するので、スイッチング素子とハウジングとに密着し、これにより、スイッチング素子からハウジングへ熱を充分に伝導させて放熱効果を向上でき、制御回路部分への悪影響を防止できる。この際、そのハウジングに押し付けられるスイッチング素子の一側面が、そのケーシングのハウジングとの対向面から突出することで、その熱伝導性シートを確実にスイッチング素子の一側面に密着させることができ、放熱効果を向上できる。
【００１６】
そのケーシングに、スイッチング素子をモータおよび電源に接続するためのコネクタのハウジング部を一体化し、そのコネクタの電極部をケーシングに設けることで、コネクタの数を低減して信頼性を向上し、コストを削減できる。そのスイッチング素子をモータおよび電源に接続するためのコネクタの電極部と、その電極部とスイッチング素子とを接続するための配線とを、そのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成して断面積を大きくすることで、大電流が流れるものであっても小型、安価でかつ配線インピーダンスの小さい配線が実現でき、発熱量を少なくでき、また、大電流により発生するノイズを抑えることができ、制御回路部分への悪影響を防止できる。
【００１７】
そのケーシングに、前記モータに電力を供給する電源と前記スイッチング素子とを接続する配線に接続されているコンデンサと、その配線に設けられているリレーと、そのスイッチング素子に配線を介して接続されているモータ電流検出用抵抗とを共に組み込むことで、そのスイッチング素子のスイッチング時に発生する電源側のノイズの源であるそのスイッチング素子の電源側端子とそのコンデンサとを接続する配線のインピーダンスを抑えることができ、特にスイッチング時に発生する高周波領域のノイズの吸収効果が大きい。さらに、そのコンデンサと、リレーと、モータ電流検出用抵抗とを板状の導電性部材で形成された配線に接続するので、その各部品の発熱をその配線へ放熱することができ、その各部品の昇温を抑えることができる。
さらに、大電流が流れるそのスイッチング素子、コンデンサ、リレー、モータ電流検出用抵抗を有するモータ駆動回路部分の全体インピーダンスを小さくすることができるので、制御回路部分の電圧降下が小さくなり、スイッチング素子のスイッチング時のノイズ低減およびモータへの印加電圧範囲の拡大に効果がある。
また、モータ駆動回路部分の全体インピーダンスが小さくなることで、発熱量の低下にも有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１に示す電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５にタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介し連結される車輪６の舵角を変化させる。
【００２０】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられている。そのトルクセンサ７は、前記ステアリングシャフト３を覆うアルミ材製のハウジング２１を有し、そのハウジング２１は２部材２１ａ、２１ｂを連結することで構成され、ブラケット２８を介して車体に取り付けられる。
【００２１】
そのハウジング２１内においてブッシュ３１とベアリング２６、２７とにより支持されたステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割され、各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って挿入されているトーションバー２３の一端が第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端がピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００２２】
その第２シャフト３ｂに嵌合されピン３５により固定されたリング３６と第３シャフト３ｃに嵌合されたリング３７とに、相対向するように歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられ、両リング３６、３７の対向間を覆うコイル３３がハウジング２１に内蔵される。その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとの操舵トルクに応じた相対回転により、両検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７ａの対向面積が変化し、コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その変化に応じて検出コイル３３の出力が変化することにより、トルクセンサ７は操舵トルクに対応する信号を出力することができる。
【００２３】
その第３シャフト３ｃの外周にウォームホイール１０が圧入され、そのウォームホイール１０に噛み合うウォーム９が操舵補助力発生用モータ８の出力軸に連結されている。そのモータ８が、そのトルクセンサ７により検出された操舵トルクと、車速センサ（図示省略）により検出された車速とに応じて駆動されることで、運転状態に応じた操舵補助力が付与される。なお、そのモータ８はハウジング２１に取り付けられる。
【００２４】
そのトルクセンサ７のハウジング２１の外周に、上記モータ８のコントローラー５０の取り付け面２１′が形成されている。その取り付け面２１′は平坦とされ、図２〜図４に示すように、そのコントローラー５０がボルト５５によって取り付けられる。
【００２５】
そのコントローラー５０のケーシング５１は絶縁材製で、本実施形態ではＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）製とされ、図５の（１）に示すように平面視は略矩形で、図５の（２）、（３）に示すように、本体部５２と、この本体部５２の一側を覆うカバー部５３とから構成されている。その本体部５２は、その他側に形成された段差面５２′を境界として、深さ寸法の小さな第１部分５２ａと大きな第２部分５２ｂとに分けられ、その段差面５２′と第１部分５２ａの底面５２ａ′とが上記ハウジング２１に対向するものとされ、その第１部分５２ａとカバー部５３とに上記ボルト５３の通孔５４が形成されている。
【００２６】
そのコントローラー５０の回路は、図６に示すように、第１〜第４ＦＥＴ（スイッチング素子）６１、６２、６３、６４、フェイルセーフ用リレー６６、積層セラミックコンデンサ７０、電界コンデンサ７１、７２およびシャント抵抗７５（モータ電流検出用抵抗）を有する駆動回路部分と、機能ブロックで示すＦＥＴ駆動部８１、電流検出部８２、特性部８３、制御部８４、電源部８９を有する制御回路部分とで構成されている。
【００２７】
その第１〜第４ＦＥＴ６１、６２、６３、６４は、上記モータ８に供給される電力を制御するためのもので、第１、第２ＦＥＴ６１、６２のドレイン電極Ｄは、配線Ｌ１によりフェイルセーフ用リレー６６の常開スイッチ６６ａに接続され、そのスイッチ６６ａは配線Ｌ２によりモータ８の駆動用電源（図示省略）とのコネクタを構成する一対の電極部６７、６８の一方に接続されている。そのリレースイッチ６６ａと第１、第２ＦＥＴ６１、６２の接続点との間はノイズ除去用のコンデンサ７０、７１、７２に接続され、各コンデンサ７０、７１、７２は配線Ｌ３を介して接地されている。その第３、第４ＦＥＴ６３、６４のソース電極Ｓは配線Ｌ４によりシャント抵抗７５に接続され、そのシャント抵抗７５は配線Ｌ３を介して上記電源とのコネクタの電極部６７、６８の他方に接続され、そのシャント抵抗７５と他方の電極部６８との間は配線Ｌ３を介して接地されている。モータ８とのコネクタを構成する一対の電極部７３、７４の一方は、配線Ｌ５により、第１ＦＥＴ６１のソース電極Ｓと第３ＦＥＴ６３のドレイン電極Ｄとに接続され、その電極部７３、７４の他方は、配線Ｌ６により、第２ＦＥＴ６２のソース電極Ｓと第４ＦＥＴ６４のドレイン電極Ｄとに接続されている。
【００２８】
上記各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のゲート電極Ｇは、配線Ｌ７を介し、ＦＥＴ駆動部８１に接続されている。上記リレー６６は、配線Ｌ８を介し、制御部８４に接続されている。上記シャント抵抗７５は、モータ電流を検出するための電流検出部８２に接続されている。そのＦＥＴ駆動部８１と電流検出部８２とは特性部８３に接続されている。その特性部８３は制御部８４と上記トルクセンサ７に接続されている。その制御部８４は、配線Ｌ９を介し、エンジンスタート用キースイッチとのコネクタを構成する電極部８５と、エンジン回転数を検知するためのイグナイタとのコネクタを構成する電極部８６と、車速センサとのコネクタを構成する電極部８７と、自己診断装置とのコネクタを構成する電極部８８とに接続されている。
【００２９】
その制御部８４は、キースイッチのオンにより電源部８９に接続され、リレー６６のコイルの励磁電流を出力してリレースイッチ６６ａを閉じ、また、車速センサからの車速検知信号をデジタル化して特性部８３に送る。その特性部８３は、検知された車速と操舵トルクとから操舵補助力の適正値を算出し、電流検出部８２からフィードバックされるモータ８の駆動電流に対応する実際の操舵補助力と比較し、その実際の操舵補助力を適正値に変化させるための指示信号を、そのＦＥＴ駆動部８１に出力する。なお、その操舵補助力の適正値は、操舵トルクが大きい程に大きくなり、また、操舵トルクが同一であれば車速が大きくなる程に小さくなるものとされ、高速での安定性と低速での旋回性の向上が図られる。そのＦＥＴ駆動部８１は、その操舵補助力の指示信号に応じて、各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のゲート電極Ｇに制御信号としてＰＷＭ信号を印加する。これにより、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のスイッチング動作によりモータ８に供給される電力が制御され、操舵トルクと車速とに応じた操舵補助力が付与される。なお、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のスイッチング動作によるモータ駆動回路の電源端子部の電圧変動は、上記コンデンサ７０、７１、７２により平滑化され、本装置及び他の装置への悪影響を防止する。
【００３０】
なお、特性部８３は、車速と操舵トルクとにより定まる操舵補助力の指示信号に対応する駆動電流と、電流検出部８２からフィードバックされる実際の駆動電流との偏差が過大になった場合や、検知されたエンジン回転数と車速とが相対応しない場合等に、制御部８４に異常信号を出力する。制御部８４は、その異常信号の入力によりリレー６６のコイルの励磁電流を遮断し、操舵補助を解除する。また、その異常信号を自己診断装置に出力し、異常箇所の表示を可能とする。
【００３１】
上記図６に示した回路において、図中破線で囲む部分の回路構成要素であるＦＥＴ６１、６２、６３、６４、リレー６６、コンデンサ７０、７１、７２、シャント抵抗７５、コネクタを構成する電極部６７、６８、７３、７４、８５、８６、８７、８８、および配線Ｌ１〜Ｌ９は、上記ケーシング５１の本体部５２に組み込まれることでモジュール化されている。すなわち、図７〜図９は、上記回路の構成素子のケーシング５１における配置を示し、各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４は、上記本体部５２の第１部分５２ａに形成された凹部５２ａ″に嵌め込まれる。図８に示すように、各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面は、その凹部５２ａ″に嵌め込まれた状態で、上記トルクセンサ７のハウジング２１に対向する第１部分５２ａの底面５２ａ′よりも突出するものとされている。また、上記リレー６６、コンデンサ７０、７１、７２、シャント抵抗７５は、その本体部５２の第２部分５２ｂに装着されている。
【００３２】
図１０の（１）、（２）、図１１は、コネクタの電極部６７、６８、７３、７４、８５、８６、８７、８８と、配線Ｌ１〜Ｌ９とを、ハッチングにより示す。その電極部６７、６８、７３、７４、８５、８６、８７、８８は、ケーシング５１の本体部５２から突出する板状の導電性部材により形成され、その本体部５２に一体的に設けられたコネクタハウジング部９０により覆われている。その配線Ｌ１〜Ｌ９は、本体部５２に埋め込まれた板状の導電性部材により形成されている。また、図１１に示すＦＥＴ６１、６２、６３、６４のゲート電極ＧをＦＥＴ駆動部８１に接続するための配線Ｌ７と、図１０の（１）、（２）に示す残りの配線Ｌ１〜Ｌ６、Ｌ８、Ｌ９とは、その本体部５２の肉厚内において上下に離れて配置されている。電源およびモータ８のコネクタの電極部６７、６８、７３、７４は、その電極部６７、６８、７３、７４をＦＥＴ６１、６２、６３、６４に接続するための配線Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６の一部と、同一の板状導電性部材から形成されている。また、制御部８４との接続用コネクタの電極部８５、８６、８７、８８は、その電極部８５、８６、８７、８８を制御部８４に接続するための配線Ｌ９と、同一の板状導電性部材から形成されている。その電源のコネクタの他方の電極部６８は、コンデンサ７０、７１、７２およびシャント抵抗７５の接地用端子を兼用する。
【００３３】
上記ＦＥＴ駆動部８１、電流検出部８２、特性部８３、制御部８４、電源部８９を有する制御回路部分はＩＣチップ（図示省略）により主構成され、図７〜図９に示すように、そのケーシング５１の本体部５２に取り付けられたプリント基板９１上に配置され、駆動回路部分と上下に間隔をおいて配置され、上下間の配線により接続されている。なお、トルクセンサ７は、そのプリント基板９１に半田付けされる配線を介して特性部８３に接続することができる。
【００３４】
図１２に示すように、上記各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４とトルクセンサ７のハウジング２１との間には、弾性と熱伝導性とを有する絶縁材製シート９５が介在する。そのシート９５の材料としては、例えばガラス繊維を含んだ熱伝導性のゴムシートを用いることができる。図１３に示すように、そのシート９５は全ＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面に接することのできる寸法とされ、また、上記ボルト５５の通孔９５ａを有する。そのボルト５５により、そのケーシング５１をハウジング２１に取り付けることで、そのシート９５を介して各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面はハウジング２１に押し付けられる。
【００３５】
上記構成によれば、操舵補助力発生用モータ８に供給される電力の制御用ＦＥＴ６１、６２、６３、６４と、このＦＥＴ６１、６２、６３、６４の制御信号を出力する回路とを同一の絶縁材製ケーシング５１に組み込んでいるので、離れて配置する場合に必要とされたハーネスを削減することができ、耐ノイズ性を向上し、小型軽量化を図り、配線接続用コネクタの数を減らして信頼性を向上してコストを削減できる。
【００３６】
また、そのＦＥＴ６１、６２、６３、６４を熱伝導性シート９５を介してハウジング２１に押し付けているので、そのハウジング２１を放熱板として利用することができ、専用の放熱板を設ける必要がなく、小型軽量化を図り、組み立て工数を削減できる。
【００３７】
その熱伝導性シート９５は弾性を有するので、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４とハウジング２１とに密着し、これにより、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４からハウジング２１へ熱を充分に伝導させて放熱効果を向上でき、制御回路部分への悪影響を防止できる。この際、そのハウジング２１に押し付けられるＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面が、そのケーシング５１のハウジング２１との対向面５２ａ′から突出することで、その熱伝導性シート９５を確実にＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面に密着させることができ、放熱効果を向上できる。
【００３８】
そのケーシング５１に、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４をモータ８および電源に接続するためのコネクタのコネクタハウジング部９０を一体化し、そのコネクタの電極部６７、６８、７３、７４をケーシング５１に設けることで、コネクタの数を低減し、信頼性を向上してコストを削減できる。その電極部６７、６８、７３、７４と、その電極部６７、６８、７３、７４とＦＥＴ６１、６２、６３、６４とを接続するための配線Ｌ１〜Ｌ６とを、そのケーシング５１に組み込まれた板状の導電性部材により形成して断面積を大きくすることで、大電流が流れるものであっても、小型、安価でかつ配線インピーダンスの小さい配線が実現でき、発熱量を少なくでき、また、大電流により発生するノイズを抑えることができ、制御回路部分への悪影響を防止できる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態ではケーシング５１をトルクセンサ７のハウジング２１に取り付けたが、その取り付け箇所はパワーステアリング装置を構成するハウジングであれば特に限定されない。また、スイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、他のトランジスタやサイリスタ等を用いてもよい。また、上記実施形態ではスイッチング素子の制御信号を操舵トルクと車速とに応じて出力したが、他の運転状態、例えば操舵トルクと舵角とに応じて出力してもよい。また、本発明は、モータの出力により駆動されるポンプによって発生する油圧を操舵補助力として利用する電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置にも適用でき、この場合、ケーシングを例えばポンプハウジングに取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の平面図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の底面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の正面図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるケーシングの（１）は平面図、（２）は正面図、（３）は側面図
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路図
【図７】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成素子のケーシングにおける配置説明用平断面図
【図８】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成素子のケーシングにおける配置説明用正断面図
【図９】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成素子のケーシングにおける配置説明用側断面図
【図１０】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成配線のケーシングにおける配置説明用（１）は平断面図、（２）は側断面図
【図１１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成配線のケーシングにおける配置説明用平断面図
【図１２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置のケーシングのハウジングへの取り付け状態説明用断面図
【図１３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置のケーシングの取り付け用シートの平面図
【符号の説明】
８ モータ
２１ ハウジング
５１ ケーシング
６１、６２、６３、６４ ＦＥＴ（スイッチング素子）
６７、６８、７３、７４ 電極部
９０ コネクタハウジング部
９５ シート
Ｌ１〜Ｌ６ 配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、操舵補助力発生用モータに供給される電力を制御するスイッチング素子を備えるパワーステアリング装置に関し、そのモータの出力を直接操舵補助力として利用する電動パワーステアリング装置や、そのモータの出力により駆動されるポンプによって発生する油圧を操舵補助力として利用する電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置等において利用できる。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
ハウジングと、操舵補助力発生用モータと、そのモータに供給される電力を制御するトランジスタ等のスイッチング素子からなる駆動回路と、そのスイッチング素子の制御信号を操舵トルク等の運転状態に応じて出力する制御回路とを備えるパワーステアリング装置が従来より用いられている。
【０００３】
従来、その制御回路は、スイッチング素子を含む駆動回路と離れて配置されていた。そのため、その制御回路と駆動回路とをハーネスを用いて接続する必要があり、耐ノイズ性に欠け、重量が大きく、配線接続用コネクタの数が多く信頼性に欠けると共にコストを増大させるという問題があった。
【０００４】
そこで、その制御回路と駆動回路とを、パワーステアリング装置のハウジングに搭載される同一基板に設けて一体化することが提案されている（特開平５‐１８５９３８号）。
【０００５】
しかし、そのスイッチング素子には大電流が流れるため発熱量が大きく、制御回路部分への悪影響を防止する必要があることから、放熱板を設ける必要があった。そのため、装置の重量が大きくなり、また、組み立て工数も増大するという問題がある。
【０００６】
また、放熱板を設けることなくスイッチング素子の発熱を放熱するため、パワーステアリング装置のハウジングにスイッチング素子を当接させ、そのハウジングを放熱板として利用することが提案されている（実公平６‐１１８６５号、実開昭６３‐１５６８６７号）。
【０００７】
しかし、スイッチング素子を単にハウジングに当接させるだけでは、ハウジングとスイッチング素子との間に隙間ができ、スイッチング素子からハウジングへ熱を充分に伝導させることができない。そのため、充分な放熱効果を得ることができず、制御回路部分に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題を解決することのできるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワーステアリング装置は、ハウジングと、操舵補助力発生用モータと、そのモータに供給される電力の制御用スイッチング素子と、そのスイッチング素子の制御信号を運転状態に応じて出力する回路と、そのスイッチング素子と前記回路とが共に組み込まれている絶縁材製ケーシングと、そのスイッチング素子と前記ハウジングとの間に介在する弾性と熱伝導性とを有する絶縁材製シートとを備え、前記スイッチング素子の一側面は、前記ケーシングに組み込まれた状態で、そのケーシングの前記ハウジングとの対向面から突出するものとされ、そのシートを介して前記スイッチング素子の一側面が前記ハウジングに押し付けられるように、そのケーシングが前記ハウジングにボルトにより取り付けられていることを特徴とする。
【００１１】
そのケーシングに、そのスイッチング素子を前記モータおよび電源に接続するためのコネクタのハウジング部が一体的に設けられ、そのコネクタの電極部と、その電極部とスイッチング素子とを接続するための配線とは、そのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成されているのが好ましい。
【００１２】
そのケーシングに、前記モータに電力を供給する電源と前記スイッチング素子とを接続する配線に接続されているコンデンサと、その配線に設けられているリレーと、そのスイッチング素子に配線を介して接続されているモータ電流検出用抵抗とが共に組み込まれており、前記各配線はそのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成されているのが好ましい。
【００１３】
【発明の作用および効果】
本発明のパワーステアリング装置によれば、操舵補助力発生用モータに供給される電力の制御用スイッチング素子と、このスイッチング素子の制御信号を出力する回路とを同一の絶縁材製ケーシングに組み込んでいるので、離れて配置する場合に必要とされたハーネスを削減することができ、耐ノイズ性を向上し、小型軽量化を図り、配線接続用コネクタの数を減らして信頼性を向上してコストを削減できる。
【００１４】
また、そのスイッチング素子を熱伝導性シートを介してハウジングに押し付けているので、そのハウジングを放熱板として利用することができ、専用の放熱板を設ける必要がなく、小型軽量化を図り、組み立て工数を削減できる。
【００１５】
その熱伝導性シートは弾性を有するので、スイッチング素子とハウジングとに密着し、これにより、スイッチング素子からハウジングへ熱を充分に伝導させて放熱効果を向上でき、制御回路部分への悪影響を防止できる。この際、そのハウジングに押し付けられるスイッチング素子の一側面が、そのケーシングのハウジングとの対向面から突出することで、その熱伝導性シートを確実にスイッチング素子の一側面に密着させることができ、放熱効果を向上できる。
【００１６】
そのケーシングに、スイッチング素子をモータおよび電源に接続するためのコネクタのハウジング部を一体化し、そのコネクタの電極部をケーシングに設けることで、コネクタの数を低減して信頼性を向上し、コストを削減できる。そのスイッチング素子をモータおよび電源に接続するためのコネクタの電極部と、その電極部とスイッチング素子とを接続するための配線とを、そのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成して断面積を大きくすることで、大電流が流れるものであっても小型、安価でかつ配線インピーダンスの小さい配線が実現でき、発熱量を少なくでき、また、大電流により発生するノイズを抑えることができ、制御回路部分への悪影響を防止できる。
【００１７】
そのケーシングに、前記モータに電力を供給する電源と前記スイッチング素子とを接続する配線に接続されているコンデンサと、その配線に設けられているリレーと、そのスイッチング素子に配線を介して接続されているモータ電流検出用抵抗とを共に組み込むことで、そのスイッチング素子のスイッチング時に発生する電源側のノイズの源であるそのスイッチング素子の電源側端子とそのコンデンサとを接続する配線のインピーダンスを抑えることができ、特にスイッチング時に発生する高周波領域のノイズの吸収効果が大きい。さらに、そのコンデンサと、リレーと、モータ電流検出用抵抗とを板状の導電性部材で形成された配線に接続するので、その各部品の発熱をその配線へ放熱することができ、その各部品の昇温を抑えることができる。
さらに、大電流が流れるそのスイッチング素子、コンデンサ、リレー、モータ電流検出用抵抗を有するモータ駆動回路部分の全体インピーダンスを小さくすることができるので、制御回路部分の電圧降下が小さくなり、スイッチング素子のスイッチング時のノイズ低減およびモータへの印加電圧範囲の拡大に効果がある。
また、モータ駆動回路部分の全体インピーダンスが小さくなることで、発熱量の低下にも有効である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１に示す電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２の操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフト３によりピニオン４に伝達することで、そのピニオン４に噛み合うラック５を移動させ、そのラック５にタイロッドやナックルアーム等（図示省略）を介し連結される車輪６の舵角を変化させる。
【００２０】
そのステアリングシャフト３により伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられている。そのトルクセンサ７は、前記ステアリングシャフト３を覆うアルミ材製のハウジング２１を有し、そのハウジング２１は２部材２１ａ、２１ｂを連結することで構成され、ブラケット２８を介して車体に取り付けられる。
【００２１】
そのハウジング２１内においてブッシュ３１とベアリング２６、２７とにより支持されたステアリングシャフト３は、ステアリングホイール２に連結される第１シャフト３ａと、この第１シャフト３ａにピン２２により連結される筒状の第２シャフト３ｂと、この第２シャフト３ｂの外周にブッシュ２５を介して相対回転可能に嵌め合わされる筒状の第３シャフト３ｃとに分割され、各シャフト３ａ、３ｂ、３ｃの中心に沿って挿入されているトーションバー２３の一端が第１シャフト３ａと第２シャフト３ｂとに前記ピン２２により連結され、他端がピン２４により第３シャフト３ｃに連結されている。これにより、その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとは操舵トルクに応じて弾性的に相対回転可能とされている。
【００２２】
その第２シャフト３ｂに嵌合されピン３５により固定されたリング３６と第３シャフト３ｃに嵌合されたリング３７とに、相対向するように歯３６ａ、３７ａが周方向に沿って複数設けられ、両リング３６、３７の対向間を覆うコイル３３がハウジング２１に内蔵される。その第２シャフト３ｂと第３シャフト３ｃとの操舵トルクに応じた相対回転により、両検出リング３６、３７の歯３６ａ、３７ａの対向面積が変化し、コイル３３の発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その変化に応じて検出コイル３３の出力が変化することにより、トルクセンサ７は操舵トルクに対応する信号を出力することができる。
【００２３】
その第３シャフト３ｃの外周にウォームホイール１０が圧入され、そのウォームホイール１０に噛み合うウォーム９が操舵補助力発生用モータ８の出力軸に連結されている。そのモータ８が、そのトルクセンサ７により検出された操舵トルクと、車速センサ（図示省略）により検出された車速とに応じて駆動されることで、運転状態に応じた操舵補助力が付与される。なお、そのモータ８はハウジング２１に取り付けられる。
【００２４】
そのトルクセンサ７のハウジング２１の外周に、上記モータ８のコントローラー５０の取り付け面２１′が形成されている。その取り付け面２１′は平坦とされ、図２〜図４に示すように、そのコントローラー５０がボルト５５によって取り付けられる。
【００２５】
そのコントローラー５０のケーシング５１は絶縁材製で、本実施形態ではＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）製とされ、図５の（１）に示すように平面視は略矩形で、図５の（２）、（３）に示すように、本体部５２と、この本体部５２の一側を覆うカバー部５３とから構成されている。その本体部５２は、その他側に形成された段差面５２′を境界として、深さ寸法の小さな第１部分５２ａと大きな第２部分５２ｂとに分けられ、その段差面５２′と第１部分５２ａの底面５２ａ′とが上記ハウジング２１に対向するものとされ、その第１部分５２ａとカバー部５３とに上記ボルト５３の通孔５４が形成されている。
【００２６】
そのコントローラー５０の回路は、図６に示すように、第１〜第４ＦＥＴ（スイッチング素子）６１、６２、６３、６４、フェイルセーフ用リレー６６、積層セラミックコンデンサ７０、電界コンデンサ７１、７２およびシャント抵抗７５（モータ電流検出用抵抗）を有する駆動回路部分と、機能ブロックで示すＦＥＴ駆動部８１、電流検出部８２、特性部８３、制御部８４、電源部８９を有する制御回路部分とで構成されている。
【００２７】
その第１〜第４ＦＥＴ６１、６２、６３、６４は、上記モータ８に供給される電力を制御するためのもので、第１、第２ＦＥＴ６１、６２のドレイン電極Ｄは、配線Ｌ１によりフェイルセーフ用リレー６６の常開スイッチ６６ａに接続され、そのスイッチ６６ａは配線Ｌ２によりモータ８の駆動用電源（図示省略）とのコネクタを構成する一対の電極部６７、６８の一方に接続されている。そのリレースイッチ６６ａと第１、第２ＦＥＴ６１、６２の接続点との間はノイズ除去用のコンデンサ７０、７１、７２に接続され、各コンデンサ７０、７１、７２は配線Ｌ３を介して接地されている。その第３、第４ＦＥＴ６３、６４のソース電極Ｓは配線Ｌ４によりシャント抵抗７５に接続され、そのシャント抵抗７５は配線Ｌ３を介して上記電源とのコネクタの電極部６７、６８の他方に接続され、そのシャント抵抗７５と他方の電極部６８との間は配線Ｌ３を介して接地されている。モータ８とのコネクタを構成する一対の電極部７３、７４の一方は、配線Ｌ５により、第１ＦＥＴ６１のソース電極Ｓと第３ＦＥＴ６３のドレイン電極Ｄとに接続され、その電極部７３、７４の他方は、配線Ｌ６により、第２ＦＥＴ６２のソース電極Ｓと第４ＦＥＴ６４のドレイン電極Ｄとに接続されている。
【００２８】
上記各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のゲート電極Ｇは、配線Ｌ７を介し、ＦＥＴ駆動部８１に接続されている。上記リレー６６は、配線Ｌ８を介し、制御部８４に接続されている。上記シャント抵抗７５は、モータ電流を検出するための電流検出部８２に接続されている。そのＦＥＴ駆動部８１と電流検出部８２とは特性部８３に接続されている。その特性部８３は制御部８４と上記トルクセンサ７に接続されている。その制御部８４は、配線Ｌ９を介し、エンジンスタート用キースイッチとのコネクタを構成する電極部８５と、エンジン回転数を検知するためのイグナイタとのコネクタを構成する電極部８６と、車速センサとのコネクタを構成する電極部８７と、自己診断装置とのコネクタを構成する電極部８８とに接続されている。
【００２９】
その制御部８４は、キースイッチのオンにより電源部８９に接続され、リレー６６のコイルの励磁電流を出力してリレースイッチ６６ａを閉じ、また、車速センサからの車速検知信号をデジタル化して特性部８３に送る。その特性部８３は、検知された車速と操舵トルクとから操舵補助力の適正値を算出し、電流検出部８２からフィードバックされるモータ８の駆動電流に対応する実際の操舵補助力と比較し、その実際の操舵補助力を適正値に変化させるための指示信号を、そのＦＥＴ駆動部８１に出力する。なお、その操舵補助力の適正値は、操舵トルクが大きい程に大きくなり、また、操舵トルクが同一であれば車速が大きくなる程に小さくなるものとされ、高速での安定性と低速での旋回性の向上が図られる。そのＦＥＴ駆動部８１は、その操舵補助力の指示信号に応じて、各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のゲート電極Ｇに制御信号としてＰＷＭ信号を印加する。これにより、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のスイッチング動作によりモータ８に供給される電力が制御され、操舵トルクと車速とに応じた操舵補助力が付与される。なお、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４のスイッチング動作によるモータ駆動回路の電源端子部の電圧変動は、上記コンデンサ７０、７１、７２により平滑化され、本装置及び他の装置への悪影響を防止する。
【００３０】
なお、特性部８３は、車速と操舵トルクとにより定まる操舵補助力の指示信号に対応する駆動電流と、電流検出部８２からフィードバックされる実際の駆動電流との偏差が過大になった場合や、検知されたエンジン回転数と車速とが相対応しない場合等に、制御部８４に異常信号を出力する。制御部８４は、その異常信号の入力によりリレー６６のコイルの励磁電流を遮断し、操舵補助を解除する。また、その異常信号を自己診断装置に出力し、異常箇所の表示を可能とする。
【００３１】
上記図６に示した回路において、図中破線で囲む部分の回路構成要素であるＦＥＴ６１、６２、６３、６４、リレー６６、コンデンサ７０、７１、７２、シャント抵抗７５、コネクタを構成する電極部６７、６８、７３、７４、８５、８６、８７、８８、および配線Ｌ１〜Ｌ９は、上記ケーシング５１の本体部５２に組み込まれることでモジュール化されている。すなわち、図７〜図９は、上記回路の構成素子のケーシング５１における配置を示し、各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４は、上記本体部５２の第１部分５２ａに形成された凹部５２ａ″に嵌め込まれる。図８に示すように、各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面は、その凹部５２ａ″に嵌め込まれた状態で、上記トルクセンサ７のハウジング２１に対向する第１部分５２ａの底面５２ａ′よりも突出するものとされている。また、上記リレー６６、コンデンサ７０、７１、７２、シャント抵抗７５は、その本体部５２の第２部分５２ｂに装着されている。
【００３２】
図１０の（１）、（２）、図１１は、コネクタの電極部６７、６８、７３、７４、８５、８６、８７、８８と、配線Ｌ１〜Ｌ９とを、ハッチングにより示す。その電極部６７、６８、７３、７４、８５、８６、８７、８８は、ケーシング５１の本体部５２から突出する板状の導電性部材により形成され、その本体部５２に一体的に設けられたコネクタハウジング部９０により覆われている。その配線Ｌ１〜Ｌ９は、本体部５２に埋め込まれた板状の導電性部材により形成されている。また、図１１に示すＦＥＴ６１、６２、６３、６４のゲート電極ＧをＦＥＴ駆動部８１に接続するための配線Ｌ７と、図１０の（１）、（２）に示す残りの配線Ｌ１〜Ｌ６、Ｌ８、Ｌ９とは、その本体部５２の肉厚内において上下に離れて配置されている。電源およびモータ８のコネクタの電極部６７、６８、７３、７４は、その電極部６７、６８、７３、７４をＦＥＴ６１、６２、６３、６４に接続するための配線Ｌ２、Ｌ３、Ｌ５、Ｌ６の一部と、同一の板状導電性部材から形成されている。また、制御部８４との接続用コネクタの電極部８５、８６、８７、８８は、その電極部８５、８６、８７、８８を制御部８４に接続するための配線Ｌ９と、同一の板状導電性部材から形成されている。その電源のコネクタの他方の電極部６８は、コンデンサ７０、７１、７２およびシャント抵抗７５の接地用端子を兼用する。
【００３３】
上記ＦＥＴ駆動部８１、電流検出部８２、特性部８３、制御部８４、電源部８９を有する制御回路部分はＩＣチップ（図示省略）により主構成され、図７〜図９に示すように、そのケーシング５１の本体部５２に取り付けられたプリント基板９１上に配置され、駆動回路部分と上下に間隔をおいて配置され、上下間の配線により接続されている。なお、トルクセンサ７は、そのプリント基板９１に半田付けされる配線を介して特性部８３に接続することができる。
【００３４】
図１２に示すように、上記各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４とトルクセンサ７のハウジング２１との間には、弾性と熱伝導性とを有する絶縁材製シート９５が介在する。そのシート９５の材料としては、例えばガラス繊維を含んだ熱伝導性のゴムシートを用いることができる。図１３に示すように、そのシート９５は全ＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面に接することのできる寸法とされ、また、上記ボルト５５の通孔９５ａを有する。そのボルト５５により、そのケーシング５１をハウジング２１に取り付けることで、そのシート９５を介して各ＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面はハウジング２１に押し付けられる。
【００３５】
上記構成によれば、操舵補助力発生用モータ８に供給される電力の制御用ＦＥＴ６１、６２、６３、６４と、このＦＥＴ６１、６２、６３、６４の制御信号を出力する回路とを同一の絶縁材製ケーシング５１に組み込んでいるので、離れて配置する場合に必要とされたハーネスを削減することができ、耐ノイズ性を向上し、小型軽量化を図り、配線接続用コネクタの数を減らして信頼性を向上してコストを削減できる。
【００３６】
また、そのＦＥＴ６１、６２、６３、６４を熱伝導性シート９５を介してハウジング２１に押し付けているので、そのハウジング２１を放熱板として利用することができ、専用の放熱板を設ける必要がなく、小型軽量化を図り、組み立て工数を削減できる。
【００３７】
その熱伝導性シート９５は弾性を有するので、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４とハウジング２１とに密着し、これにより、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４からハウジング２１へ熱を充分に伝導させて放熱効果を向上でき、制御回路部分への悪影響を防止できる。この際、そのハウジング２１に押し付けられるＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面が、そのケーシング５１のハウジング２１との対向面５２ａ′から突出することで、その熱伝導性シート９５を確実にＦＥＴ６１、６２、６３、６４の一側面に密着させることができ、放熱効果を向上できる。
【００３８】
そのケーシング５１に、ＦＥＴ６１、６２、６３、６４をモータ８および電源に接続するためのコネクタのコネクタハウジング部９０を一体化し、そのコネクタの電極部６７、６８、７３、７４をケーシング５１に設けることで、コネクタの数を低減し、信頼性を向上してコストを削減できる。その電極部６７、６８、７３、７４と、その電極部６７、６８、７３、７４とＦＥＴ６１、６２、６３、６４とを接続するための配線Ｌ１〜Ｌ６とを、そのケーシング５１に組み込まれた板状の導電性部材により形成して断面積を大きくすることで、大電流が流れるものであっても、小型、安価でかつ配線インピーダンスの小さい配線が実現でき、発熱量を少なくでき、また、大電流により発生するノイズを抑えることができ、制御回路部分への悪影響を防止できる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態ではケーシング５１をトルクセンサ７のハウジング２１に取り付けたが、その取り付け箇所はパワーステアリング装置を構成するハウジングであれば特に限定されない。また、スイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、他のトランジスタやサイリスタ等を用いてもよい。また、上記実施形態ではスイッチング素子の制御信号を操舵トルクと車速とに応じて出力したが、他の運転状態、例えば操舵トルクと舵角とに応じて出力してもよい。また、本発明は、モータの出力により駆動されるポンプによって発生する油圧を操舵補助力として利用する電動ポンプ式油圧パワーステアリング装置にも適用でき、この場合、ケーシングを例えばポンプハウジングに取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の断面図
【図２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の平面図
【図３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の底面図
【図４】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の正面図
【図５】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置におけるケーシングの（１）は平面図、（２）は正面図、（３）は側面図
【図６】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路図
【図７】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成素子のケーシングにおける配置説明用平断面図
【図８】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成素子のケーシングにおける配置説明用正断面図
【図９】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成素子のケーシングにおける配置説明用側断面図
【図１０】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成配線のケーシングにおける配置説明用（１）は平断面図、（２）は側断面図
【図１１】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置の回路構成配線のケーシングにおける配置説明用平断面図
【図１２】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置のケーシングのハウジングへの取り付け状態説明用断面図
【図１３】本発明の実施形態の電動パワーステアリング装置のケーシングの取り付け用シートの平面図
【符号の説明】
８ モータ
２１ ハウジング
５１ ケーシング
６１、６２、６３、６４ ＦＥＴ（スイッチング素子）
６７、６８、７３、７４ 電極部
９０ コネクタハウジング部
９５ シート
Ｌ１〜Ｌ６ 配線
Claims (3)
- ハウジングと、
操舵補助力発生用モータと、
そのモータに供給される電力の制御用スイッチング素子と、
そのスイッチング素子の制御信号を運転状態に応じて出力する回路と、
そのスイッチング素子と前記回路とが共に組み込まれている絶縁材製ケーシングと、
そのスイッチング素子と前記ハウジングとの間に介在する弾性と熱伝導性とを有する絶縁材製シートとを備え、
前記スイッチング素子の一側面は、前記ケーシングに組み込まれた状態で、そのケーシングの前記ハウジングとの対向面から突出するものとされ、
そのシートを介して前記スイッチング素子の一側面が前記ハウジングに押し付けられるように、前記ケーシングが前記ハウジングにボルトにより取り付けられていることを特徴とするパワーステアリング装置。 - そのケーシングに、そのスイッチング素子を前記モータおよび電源に接続するためのコネクタのハウジング部が一体的に設けられ、そのコネクタの電極部と、その電極部とスイッチング素子とを接続するための配線とは、そのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成されている請求項１に記載のパワーステアリング装置。
- そのケーシングに、前記モータに電力を供給する電源と前記スイッチング素子とを接続する配線に接続されているコンデンサと、その配線に設けられているリレーと、そのスイッチング素子に配線を介して接続されているモータ電流検出用抵抗とが共に組み込まれており、前記各配線はそのケーシングに組み込まれた板状の導電性部材により形成されている請求項１に記載のパワーステアリング装置。
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