JP4877265B2 - 電動式パワーステアリング装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
また、電動モータの出力軸方向と平行にパワー基板、制御基板、ハウジング等からなる制御装置を配置し、電動モータにネジで制御装置を固定している。その後、電動モータの巻線端子と制御装置のモータ端子とをネジで固定し、電気的に接続されている。
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図1はこの発明の実施の形態1に係る電動式パワーステアリング装置を示す断面図、図2は図1の電動式パワーステアリング装置を示す分解斜視図、図3は制御装置の回路基板及びその周辺部を示す断面図、図4は電動モータと制御装置の組み立て前の状態を示す斜視図である。
図において、この電動式パワーステアリング装置では、電動モータ1は、3相ブラシレスモータが用いられている。この電動モータ1は、出力軸2と、この出力軸2に8極の磁極を有する永久磁石3が固定された回転子4と、この回転子4の周囲に設けられた固定子5と、出力軸2の出力側に配設され、回転子4の回転位置を検出する回転位置センサ6を構成するセンサ用磁石6aとを備えている。
回路基板22には、貫通したスルーホール28a、28b、28cが形成されている。このスルーホール28a、28b、28cの各内面には、銅メッキ層が形成されている。この銅メッキ層は、スルーホール28a、28b、28cに露出した、各配線パターンを形成する導体層26a、26b、26c、26d、26e、26fと電気的に接続されている。
また、回路基板22のヒートシンク21側の面の最外層の導体層26a上には、モータ電流のリップルを吸収するコンデンサ30、半導体スイッチング素子33のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズを外部へ流出するのを防止するコイル34等の大電流部品が半田付けされて実装されている。回路基板22の両面に部品が実装され、発熱の多い部品、例えば半導体スイッチング素子33は電動モータ1側に配置され、一方、高さの高い大型部品、例えばコイル34、コンデンサ30はヒートシンク21側に配置されている。
回路基板22の内層の導体層26b、26c、26d、26eは、大電流を流すことができるとともに、高い放熱性が得られるように厚さが厚く形成されている。一方、最外層の導体層26a、26fは、部品が実装されるため、内層の導体層26b、26c、26d、26eよりも厚さが薄く形成されている。
最外層の導体層26aとヒートシンク21との間には、高熱伝導で絶縁性の接着剤である熱伝導性接着剤24が介在している。熱伝導性接着剤24は、回路基板22を挟んで半導体スイッチング素子33と対抗する領域より広く形成されている。即ち、熱伝導性接着剤24の面積は、半導体スイッチング素子33が配置された領域の面積よりも大きい。
また、半導体スイッチング素子33は、回路基板22の最外層の導体層26f上で放熱板(ヒートスプレッダ)33aを介して半田付けされている。従って放熱板33a、スルーホール28a、高熱伝導樹脂29を通じて、ヒートシンク21に放熱される。
また、図3において破線で示したコンデンサ30は、ヒートシンク21の一部に設けられた空間内に配置されている。この空間は、ギヤケース13と密着固定されているヒートシンク21の突起部21b内に存在して、空間の有効利用を図っている。
また、回路基板22の熱抵抗の増加が許容できる場合は、スルーホール28aには高熱伝導性樹脂29を充填しなくともよい。
マイクロコンピュータ32、ホールIC6b、周辺回路素子等の小電流部品で構成された制御部22bは、図4に示した回路基板22の左側に主に搭載されている。即ちパワー部22aと制御部22bを分離して配置している。
また、マイクロコンピュータ32は、図示していないが、AD変換器やPWMタイマ回路等の他に、周知の自己診断機能を含み、システムが正常に作動しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生するとモータ電流を遮断するようになっている。
電動モータ1と制御装置20とを電気的に接続のための接続部材は、接続端子10がインサート成形により絶縁性樹脂体40と一体化されている。接続端子10の一端部は、絶縁性樹脂体40から露出しているとともに、電機子巻線9と例えば溶接により接合されている。また、接続端子10の他端部は、絶縁性樹脂体40から露出しているとともに、プレスフィット端子10pが形成されている。
内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール28bには、プレスフィット端子10pが圧入され、接続端子10と導体層26a〜26fとが電気的に接続されている。
従って、電動モータ1の電機子巻線9と制御装置20の回路基板22は、接続端子10で電気的に接続されている。
また、回路基板22には、電動モータ1の出力軸2およびカップリング16が貫通する穴22cが設けられている。スルーホール28bは、穴22cの周辺部に設けられており、スルーホール28bにプレスフィット端子10pが圧入されて、電気的に接続されるとともに、回路基板22の穴22cの周辺部が機械的に保持される。
なお、接続端子10は、インサート成形により絶縁性樹脂体40と一体化されているが、絶縁性樹脂体40を成形後に接続端子10を挿入して、絶縁性樹脂体40で接続端子10を保持してもよい。
図2にも示すように、パワーコネクタ42、信号コネクタ43及びトルクセンサコネクタ44は、パワー端子体42a、信号端子体43a、トルクセンサ端子体44aがインサート成形により絶縁性樹脂製のコネクタハウジング41aと一体成形されている。また、コネクタハウジング41aには、係止部41b及びフランジ41cが絶縁性樹脂で一体成形されている。
そして、コネクタハウジング41aは、制御装置20側から電動モータ1のハウジング11の穴11bに挿入されて、係止部41bでハウジング11に固定されている。
プレスフィット端子42p、43p、44pは、内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール28cに圧入されて、パワー端子体42a、信号端子体43a、トルクセンサ端子体44aは、それぞれ導体層26a〜26fの内、少なくとも1導体層と電気的に接続されている。
プレスフィット端子42p、43p、44pが圧入されるとき、パワー端子体42a、信号端子体43a、トルクセンサ端子体44aに作用する圧入力は、一体成形されている絶縁性樹脂製のコネクタハウジング41aを介して、ハウジング11に当接しているフランジ41cで受圧される。
なお、上記接着剤25は、導体層26aとヒートシンク21との間に介在する高熱伝導性接着剤24であってもよい。また、上記隙間及び接着剤25を無くし、直接回路基板22と受圧部21aが直接接触するようにしてもよい。また、ヒートシンク21とギヤケース13の間に隙間ができて密着が不十分な場合は、その隙間に熱伝導性のグリスが充填されてヒートシンク21の熱が有効にギヤケース13に伝導されるようにしてもよい。
まず、電動モータ1を組み立てるが、出力軸2に永久磁石3を接着固定後、着磁器で8極に着磁した後、軸受18の内輪を圧入して回転子4を形成する。
次に、固定子5の12個の突極7にインシュレータ8を介してU、V、Wの各電機子巻線9を電気角で120度位置を移動して巻回し、U、V、W各相4個で計12個の巻線を形成する。U相各巻線の巻始め同士、巻終わり同士を接続し、U層の電機子巻線を形成する。同様にV層及びW層の電機子巻線を形成し、U、V及びW層の電機子巻線の巻終わりをお互いに接続して中性点とする。 そして、接続端子10と一体化された絶縁性樹脂体40をインシュレータ8に取り付ける。次に、U、V及びW層の電機子巻線9の巻始めはそれぞれ接続端子10に溶接で接合される。
その後、巻線された固定子5をヨーク17に圧入する。
まず、回路基板22の半田付工程では、電動モータ1側の面上の各電極にクリーム半田を塗布した後、半導体スイッチング素子33及びシャント抵抗器31等のパワー部22aを構成する大電流部品と、マイクロコンピュータ32、ホールIC6b及びその周辺回路素子等の制御部22bを構成する小電流部品を実装し、リフロ装置を用いて、クリーム半田を溶かし、各上記部品を半田付けする。
同様に、回路基板22のヒートシンク21側の面上に、コンデンサ30及びコイル34等のパワー部22aを構成する大電流部品と、制御部22bを構成する小電流用部品を実装し、リフロ装置を用いて、クリーム半田を溶かし、各上記部品を半田付けし、回路基板22を完成させる。
次に、接着剤24、25が塗布されたヒートシンク21上に、上記部品が実装された回路基板22を配置し、接着剤24、25を硬化させて回路基板22をヒートシンク21に固定する。
先ず、圧入工程では、制御装置20の回路基板22側を電動モータ1と対向させ、プレス機でプレスフィット端子10p、42p、43p、44pをスルーホール28b、28cに圧入する。このとき、回路基板22に印加される圧入力がスルーホール28b、28cの周辺部の受圧部21aで受け止められる。また、コネクタ41に印加される圧入力が、ハウジング11に当接しているフランジ41cで受け止められる。そして、この圧入工程により電動モータ1の接続端子10及びコネクタ41のパワー端子体42a、信号端子体43a、トルクセンサ端子体44aと、制御装置20の回路基板22とが電気的に接続される。
最後に、制御装置20の固定工程において、電動モータ1のハウジング11と制御装置20のヒートシンク21をネジ51で固定することで、電動モータ1と制御装置20とが一体化され、電動式パワーステアリング装置の組み立てが完了する。
従って、パワー部22aと制御部22bとを接続する接続部材が不要となり、装置が小型化でき、コストを低減できるとともに、電気的接続の信頼性が向上する。
また、パワー部22aに流れる電流の経路が短くなり、電力ロスを低減できるとともに、電磁ノイズの発生を抑制することができる。
また、接続端子10と回路基板20の接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。
また、接続端子10と回路基板22との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
従って、パワー端子体42aと回路基板22との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
また、パワー端子体42aと回路基板22との接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。
従って、信号端子体43aと回路基板22との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
また、信号端子体43aと回路基板22との接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。
従って、トルクセンサ端子体44aと回路基板22との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
また、トルクセンサ端子体44aと回路基板22との接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。
また、部品点数が削減でき、コストが低減できるとともに、装置が小型化する。
また、回路基板22は、プレスフィット端子10p、42p、43p、44pが圧入されるスルーホール28b、28cの周辺部と、ヒートシンク21の受圧部21aとが接着剤25で接着されている。従って、プレスフィット端子10p、42p、43p、44pをスルーホール28b、28cに圧入するとき、回路基板22に印加される圧入力がスルーホール28b、28cの周辺部の受圧部21aで受け止められるので、プレスフィットの圧入作業が容易になり、装置の組み立て性が向上する。
また、プレスフィット端子10pのスルーホール28bに対する圧入方向の位置精度が向上し、電気的接合の信頼性が向上する。
従って、プレスフィット端子42p、43p、44pをスルーホール28cに圧入するとき、コネクタ41に印加される圧入力がハウジング11に当接するフランジ41cで受け止められるので、プレスフィットの圧入作業が容易になり、装置の組み立て性が向上する。
また、プレスフィット端子42p、43p、44pのスルーホール28cに対する圧入方向の位置精度が向上し、電気的接合の信頼性が向上する。
従って、制御装置20の組み立ての作業性が向上するとともに、別々に組み立てられた電動モータ1及び制御装置20を合体するときに、電動モータ1と制御装置20の電気的接続も同時に行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。
また、スルーホール28aには、高熱伝導材である高熱伝導性樹脂29が充填されているので、スルーホール28aにおける熱伝導性がよく、より多くの熱がヒートシンク21に放熱され、装置の放熱性がさらに向上する。
また、最外層の導体層26a、26fには、小電流部品が確実に実装されるため、内層の導体層26b〜26eよりも厚さが薄く形成されているので、微細パターンが可能になり、部品実装密度を向上させることができ、大電流通電と高密度実装を両立することができ、回路基板22の外形寸法が小さくなって、装置が小型化する。
また、回路基板22とヒートシンク21との間の絶縁性が確保されるので、ヒートシンク21と対向する回路基板22上に導体層26aを形成することができ、回路基板22の外形寸法が小さくなって、装置が小型化する。
なお、ヒートシンク21は発熱の少ないギヤケース13と密着しているので、装置の放熱性がさらに向上する。
また、回路基板22を6層基板としたが、4層基板や8層基板等他の層数の基板であってもよい。
また、回転位置センサ6はホールIC6bを用いているが、ホールICに限定されるものではなく、磁気抵抗素子等他の磁気検出素子を用いたものであってもよい。
また、電動モータ1はブラシレスモータに限定されるものでなく、インダクションモータまたはスイッチトリラクタンスモータ(SRモータ)であってもよい。
また、減速機構12はウォームギヤ14とウォームホイール15を採用したが、傘歯車他の歯車を用いた減速機構でもよく、さらにベルトとプーリを採用した減速機構であってもよい。
Claims (10)
- 車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、この電動モータの回転を減速する減速機構及び前記電動モータの駆動を制御する制御装置とを備え、制御装置は前記電動モータと前記減速機の間に配置された電動式パワーステアリング装置において、
前記電動モータは、回転子、固定子を内蔵するヨークと、出力軸が挿入された軸受けを固定したハウジングと、前記出力軸の周辺から前記制御装置の方向に延出し、前記電動モータへ電流を供給する接続部材を備え、
前記制御装置は、主に前記電動モータの電流を制御する複数の半導体スイッチング素子と、前記電動モータの電流のリップルを吸収するコンデンサと、前記ハンドルの操舵トルクに基づいて、前記半導体スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータと、絶縁層及び配線パターンを形成する導体層が複数層積層されているとともに、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホールが形成され、前記導体層、前記スルーホール等の導体部を通じて前記各種電子部品が電気的に接続されている回路基板と、この回路基板は、前記電動モータの出力軸が貫通する穴が設けられ、また、この回路基板の一部と当接し、前記減速機構のケースに取り付けられるヒートシンクと、を備え、
コネクタは、係止部を有しこの係止部により前記ハウジングに係止され、また車両の電源と電気的に接続するパワー端子体と、車両の配線を介して信号を授受する信号端子体とを有し、前記両端子体は前記制御装置方向に延出され、
前記電動モータの接続部材の先端部、及び前記コネクタの各端子体の先端部は、各々同様に前記回路基板に対向して延出し前記回路基板のスルーホールに圧入されて電気的に接続されるとともに、これらのスルーホールの周辺部が前記ヒートシンクと当接し、前記電動モータ・回路基板・ヒートシンク・減速機構のケースが一体化されていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。 - 電動モータの接続部材はプレスフィット端子が形成され、このプレスフィット端子が回路基板のスルーホールに圧入されて前記電動モータと前記回路基板とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の電動式パワーステアリング装置。
- コネクタは、パワー端子体及び信号端子体が絶縁性樹脂でコネクタハウジングに一体成形されるとともに、係止部も前記コネクタハウジングに一体成形されていることを特徴とする請求項1記載の電動式パワーステアリング装置。
- コネクタは、電動モータ出力軸側からハウジングに挿入、係止されていることを特徴とする請求項1又は請求項3記載の電動式パワーステアリング装置。
- コネクタのパワー端子体及び信号端子体は、端部にプレスフィット端子が形成され、回路基板のスルーホールに圧入されていることを特徴とする請求項1、3、または4記載の電動式パワーステアリング装置。
- コネクタハウジングは、フランジ部が形成され、このフランジ部が電動モータのハウジングに当接してプレスフィット端子の圧入力を受圧するように構成されていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項に記載の電動式パワーステアリング装置。
- 回路基板は、電動モータの回転子の回転位置を検出する検出部が配置され、この検出部の配置領域は、前記電動モータの出力軸が貫通する穴の周囲に配置され、接続部材のプレスフィット端子が圧入される領域と分離されていることを特徴とする請求項1、または請求項2記載の電動式パワーステアリング装置。
- 回路基板は、プレスフィット端子が圧入されるスルーホールの周辺部がヒートシンクと接着剤で接着されていることを特徴とする請求項1、2、及び5〜7のいずれか1項に記載の電動式パワーステアリング装置。
- 回路基板において、コンデンサはヒートシンク側に搭載され、半導体スイッチング素子は電動モータ側に搭載されるとともに、この半導体スイッチング素子が搭載されている近傍領域のヒートシンク側回路基板は少なくとも一部が、このヒートシンクと接着剤で接着していることを特徴とする請求項1記載の電動式パワーステアリング装置。
- 車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、この電動モータの回転を減速する減速機構及びこの電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動式パワーステアリング装置の製造方法において、
前記電動モータは、出力軸側に延出するとともに、プレスフィット端子が形成された前記電動モータへ電流を供給する接続部材を備え、
前記制御装置は、主に前記電動モータの電流を制御する複数の半導体スイッチング素子と、前記電動モータの電流のリップルを吸収するコンデンサと、前記ハンドルの操舵トルクに基づいて、前記半導体スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータと、絶縁層及び配線パターンを形成する導体層が複数層積層されているとともに、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホールが形成され、前記導体層、前記スルーホール等の導体部を通じて前記各種電子部品が電気的に接続されている回路基板と、この回路基板の一部と当接し、前記減速機構のケースに取り付けられるヒートシンクと、を備え、少なくとも
前記電子部品を前記回路基板上に半田付けを行なう半田付工程と、
この半田付工程後に、前記ヒートシンクに前記回路基板を固定する基板固定工程と、
この基板固定工程後に、前記プレスフィット端子を前記回路基板のスルーホールに圧入する圧入工程と、
この圧入工程後に、前記電動モータに前記制御装置を固定する制御装置固定工程と、
を含むことを特徴とする電動式パワーステアリング装置の製造方法。
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