JP5007501B2 - 電動パワーステアリングユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵系に連結された電動パワーステアリング用モータの駆動を制御するための駆動制御回路を備えた電動パワーステアリングユニットに関する。

従来、車両におけるステアリングを作動させる場合のアシストとして、電動パワーステアリングユニットが適用されている。この電動パワーステアリングユニットの駆動源であるモータ（以下、「ＥＰＳモータ」という）は、専用の制御回路（以下、「ＥＰＳコントローラ」という）によってその駆動が制御されている（特許文献１参照）。

特許文献１では、金属基板と、絶縁基板との２枚の基板構成となっている。金属基板には、ＦＥＴ、シャント抵抗の他、抵抗、コンデンサ、ダイオード等の電子部品が取り付けられている。また、絶縁基板には、リレー、コイル、電解コンデンサ、マイコン、コネクタの他、抵抗、コンデンサ、ダイオード等の電子部品が取り付けられている。 また、金属基板と絶縁基板とは、バスバー（端子）によって電気的に接続している。
特開２００３−１１８２９公報

しかしながら、上記特許文献１のように、金属基板と絶縁基板とに分割された構成の場合、基板間の信号の行き来により、内部抵抗が増大してパワーロスが大きい。また、信号の経路が長いため、ノイズが増大する。さらに、基板が分割されているため、組付作業性が低下している。

また、特に、近年の電動パワーステアリングユニットは、車両の大型化に伴い、大型車に適応できるように高出力化が進んでいる。このため、ステアリングの据え切り等において、ＥＰＳモータに最大電流が流れると回路が発熱するおそれがあるが、絶縁基板では放熱効果が低く、ＥＰＳモータ自体の機能が低下することがあった。

本発明は上記事実を考慮し、基板の単一化により内部抵抗の増大、ノイズの発生を軽減すると共に、放熱効果を向上することができる電動パワーステアリングユニットを得ることが目的である。

本発明は、車両の操舵系に連結された電動パワーステアリング用モータの駆動を制御するための駆動制御回路を備えた電動パワーステアリングユニットであって、金属製基板上に、車両のメインコントローラからの入力系、並びに前記電動パワーステアリング用モータの駆動系への出力系と電気的に接続するためのコネクタを含み、全ての電子部品を直接実装し、前記金属製基板への放熱率を高めるとともに、前記金属製基板において、前記電子部品のうち駆動回路を構成している電子部品と該駆動回路を制御する制御回路を構成している電子部品との間に、前記駆動回路側が凹側（別言すれば、内側）となるように屈曲した貫通孔を形成することで、駆動回路から制御回路への伝熱を抑制し、電子部品に対する熱の影響を低減することを特徴としている。

本発明によれば、金属製基板へ全ての電子部品を直接実装することで、各電子部品が発熱しても、当該熱が金属製基板へ伝わり易く、放熱効果を高めることができる。

上記発明において、前記金属製基板上の前記コネクタ及び電子部品が、当該コネクタ又は電子部品間の配線長が最も短縮化されるレイアウトとされていることを特徴としている。各電子部品間を導通する配線が短くなり、ノイズ等の影響を受けにくくすることができる。

また、本発明において、前記金属製基板が、単一構成であることを特徴としている。

複数の基板を用いた場合に必要なバスバーや配線が不要であり、内部抵抗の増大によるパワーロスを回避することができる。

さらに、本発明において、前記金属製基板を所定のベースに固定する際に、前記コネクタを当該金属製基板へ固定するための固定具と共用されることを特徴としている。

本発明において、前記金属基板を前記ベースに固定する際、コネクタが前記金属基板と共締めコネクタされることを特徴としている。

さらに、本発明において、前記コネクタの端子は、バスバーを兼ねていることを特徴としている。なお、バスバーとは、配線インピーダンスを下げる為、基板上に追加される導電手段のことをいう。

なお、本発明において、前記金属製基板上の配線パターンに電気的に接続される前記コネクタの接続端子が、当該配線パターンへの電気的接続状態を保持する保持機能を兼ねた形状としても良い。前記保持機能は、前記コネクタの接続端子の弾性力である。コネクタの接続端子に保持機能（例えば、弾性力）を持たせることで、コネクタを金属製基板へ取り付けるのみで、前記接続端子と金属製基板上の配線パターンとの電気的な接続状態を保持することができる。

以上説明した如く本発明では、基板の単一化により内部抵抗の増大、ノイズの発生を軽減すると共に、放熱効果を向上することができるという優れた効果を有する。

図１には、本実施の形態に係る、電動パワーステアリング装置のハード構成（概略回路構成）が示されている。

本装置は、車両の操舵系に連結されて操舵補助トルクを発生するＥＰＳモータ１１と、このＥＰＳモータ１１を、駆動回路１２を介して制御する制御回路１３と、車両の電源（バッテリー）１４の出力をもとにこの制御回路１３に所定電力を供給する電源回路１５と、前記操舵系の操舵トルクを検出するトルクセンサ１６とを備える。

また、図１において、符号１７で示すものは、車両のイグニションスイッチであり、本装置においては制御回路１３の起動スイッチとして機能する。

符号１８で示すものは、ＥＰＳモータ１１の電流（以下、場合により単にモータ電流という）が増大したときに電源をバックアップする電解コンデンサである。

符号１９で示すものは、駆動回路１２のグランド側に接続された抵抗であり、この抵抗１９の電圧降下分に相当する電圧が入力ライン２０によって制御回路１３に入力されている。

なお、この入力ライン２０から入力される電圧値は、ＥＰＳモータ１１の電流値（以下、場合により単にモータ電流値という）に比例するため、制御回路１３ではこの電圧値からモータ電流値を検知可能であり、抵抗１９や入力ライン２０は、モータ電流の電流検出手段２１を実質的に構成している。また、駆動回路１２、制御回路１３、電源回路１５、電解コンデンサ１８などは、パワーステアリング装置のコントロールユニット２２（以下、場合により単にユニット２２という）を構成している。

ここで、駆動回路１２は、制御回路１３から出力されるＰＷＭ駆動信号によって動作する。この駆動回路１２には、バッテリー１４の正極に接続された高電位電源ライン２３と、グランドに接続された低電位電源ライン２４とが接続され、ＦＥＴ（スイッチング素子）の動作により、モータ１１の各コイル端子が、前記ＰＷＭ駆動信号に応じたデューティ比で、これら高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４に断続的に接続される。

また、制御回路１３は、マイクロコンピュータを含む回路で構成され、トルクセンサ１６の検出信号から検知される操舵トルクの値に応じた操舵補助トルクを発生させるべく、前記操舵トルクに応じたモータ電流を実現するデューティ比のＰＷＭ駆動信号を生成して駆動回路１２を制御する制御機能を実現する。また、電源回路１５は、バッテリー１４の電圧（通常、１２Ｖ〜１４Ｖ）を所定電圧（例えば、５Ｖ）に変換して制御回路１３に供給するものである。なお、図示省略しているが、ユニット２２には、上述した要素の他に、高電位電源ライン２３を制御回路１３の制御により開閉するリレーや、ノイズ放出を抑制する電波対策用のセラミックコンデンサなどが備えられる。

図２に示される如く、前述した回路（図１参照）を構成するための電子部品は、物理的には、単一の金属製の基板１００上に適宜配置され、取り付けられている。

図２に示される如く、金属製の基板１００には、パワー系コネクタ１０２Ａ、車両用コネクタ１０２Ｂ、トルクセンサコネクタ１０２Ｃ（総称する場合、「コネクタ１０２」という）が直接接続され、これらのコネクタ１０２の複数の端子１０４に対して、駆動回路１２や電源回路１５（図１参照）を構成するＦＥＴ１０６、モータリレー１０８、シャント抵抗１９、電解コンデンサ１８、コイル１１０、電源リレー１１２が接続されている。また、制御回路１３（図１参照）としてのマイコンチップ１１４やドライバ１１６も、この金属製の基板１００に取り付けられている。

この基板１００において、ＦＥＴ１０６やモータリレー１０８等で構成される駆動回路１２の中枢部が、モータ駆動に伴い発熱する。このため、この中枢部と前記マイコンチップ１１４及びドライバ１１６との間には、貫通孔１００Ａが設けられており、直接、前記中枢部で発熱した熱がマイコンチップ１１４等に伝わり難い構造となっている。

また、図３に示される如く、基板１００の裏面側には、ヒートシンク１１８が取り付けられている。ヒートシンク１１８は、ベース１１８Ａに対して、互いに平行、かつ細かいピッチ配列した複数のフィン１１８Ｂが取り付けられた構造であり、フィン１１８Ｂ間を通過する風により、基板１００からの発熱をベース１１８Ａで受け、放熱するようになっている。

さらに、図４及び図５に示される如く、前記コネクタ１０２には、それぞれ取付用フランジ１２０が設けられており、このフランジ１２０には、円孔１２０Ａが設けられている。一方、基板１００には、この取付用フランジ１２０に設けられた円孔１２０Ａと同軸となり得る円孔１００Ｂが設けられている。

ここで、取付用フランジ１２０を基板１００へ固定する場合、取付螺子１２２を用いて固定するようになっている。このとき、上記取付用フランジ１２０の円孔１２０Ａに取付螺子１２２を挿通すると、この取付螺子１２２は、基板１００の円孔１００Ｂを通過して、前記ヒートシンク１１８のベース１１８Ａに設けられた雌ねじ部１２４へと至るようになっている。

従って、アルミ基板１００をベース１１８Ａに固定する際、固定手段としての取付螺子１２２によって、コネクタ１０２とアルミ基板１００をベース１１８Ａに共締めできるようになっている。

言い換えれば、コネクタ１０２に発生する熱は、金属製の基板１００へ伝達されるばかりでなく、取付螺子１２２を介して、直接ヒートシンク１１８へ伝わる構造となっている。

上記コネクタ１０２（例えば、パワー系コネクタ１０２Ａ）に取り付けられた端子１０４は、図５（Ｃ）に示される如く、バスバーを兼ねた、クランク状に屈曲した形状を呈している。図５（Ｃ）に示しているように、Ｍコネクタ１０２から突出された端子基部１０４Ａの先端からは、コネクタ１０２と基板１００との取付面側に略９０°屈曲された端子屈曲部１０４Ｂが形成され、さらに端子屈曲部１０４Ｂの先端からは、前記端子基部１０４Ａと略平行となるように屈曲された電気接合部１０４Ｃが形成されている。端子１０４は、金属製薄板状であり、弾性力を有している。

電気接合部１０４Ｃは、若干基板１００側に傾斜されているため、コネクタ１０４を基板１００に密着した状態（フランジ１２０を取付螺子１２２で固定した状態）において、端子１０４は弾性変形することになる。この弾性変形時の復帰力が、前記電気接合部１０４Ｃの基板１００への押圧力となり、基板１００上のパターン配線と確実に電気接合されるようになっている。なお、コネクタ１０２をアルミ基板１００に載せ、コネクタ端子１０４を基板１００にハンダ付けなどの固定手段をコネクタ端子と基板との間の、既述の弾性力に基づく固定に代えて、或いは弾性力に基づく固定とともに、採用しても良い。

以下に本実施の形態の作用を説明する。上記で説明したような、電動パワーステアリング装置のハード構成とすることで、以下のような作用効果を得ることができる。

（１）単一の金属製の基板１００上に全ての電子部品を配置することで、組付作業性が向上する。また、複数の基板１００を用いる場合、基板間をバスバーによって接続しなければならないため、その分。組付の工程が必要であったが、単一の金属製の基板１００とすることで、工程数も軽減することができる。

さらに、バスバーを適用することで、基板間で行き来する信号にパワーロスが発生することがあったが、単一の金属製の基板１００とすることで、パワーロスをなくすことができる。
（２） 金属製の基板１００において、駆動回路１２を構成するＦＥＴ１０６やモータリレー１０８は、発熱源となり得る。そこで、この駆動回路１２を構成する電子部品と、マイコンチップ１１４等との間に貫通孔１００Ａを設けることで、直接熱がマイコンチップ１１４等へ伝達されない構造とした。これにより、熱によって、起こり得るマイコチップ１１４の誤動作を回避することができる。

（３） コネクタ１０２の端子１０４は、金属製薄板状であり、弾性力を有しており、電気接合部１０４Ｃは、若干基板１００側に傾斜されているため、コネクタ１０２を基板１００に固定する場合に、端子１０４は弾性変形する。弾性変形による電気接合部１０４Ｃの復帰力が、基板１００への押圧力となり、基板１００上のパターン配線と確実に電気接合させることができる。

以上説明したように本実施の形態では、パワーステアリング装置用のハード構成を全て、単一の金属製の基板１００に配置したため、各電子部品に発生する熱を、迅速に金属製の基板１００へ伝えることができ、放熱効果を高めることができる。また、配線上の熱も迅速に放出でき、ノイズの発生を回避することができる。

なお、既述の実施形態はパワーステアリングユニットについて説明したが、既述の課題がある、他の電子回路、電子部品、そして電子装置にも、本発明は適用可能である。

本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置のハード構成図である。 図１のハード構成の各電子部品の物理的な基板上の配置図を示す平面図である。 本実施の形態に係る金属製の基板の斜視図である。 基板、コネクタ、ヒートシンクの取付状態を示す正面図である。 （Ａ）はコネクタの平面図、（Ｂ）は図５（Ａ）の下側面図、（Ｃ）は図５（Ａ）の右側面図である。

符号の説明

１１ ＥＰＳモータ
１２ 駆動回路
１３ 制御回路
１４ 電源
１５ 電源回路
１６ トルクセンサ
１７ イグニションスイッチ
１８ 電解コンデンサ
１９ 抵抗
２０ 入力ライン
２１ モータ電流の電流検出手段
２２ コントロールユニット
２３ 高電位電源ライン
２４ 低電位電源ライン
１００ 基板（金属製基板）
１００Ａ 貫通孔
１００Ｂ 円孔
１０２ コネクタ
１０２Ａ パワー系コネクタ
１０２Ｂ 車両用コネクタ
１０２Ｃ トルクセンサコネクタ
１０４ 端子
１０４Ａ 端子基部
１０４Ｂ 端子屈曲部
１０４Ｃ 電気接合部
１０６ ＦＥＴ
１０８ モータリレー
１１０ コイル
１１２ 電源リレー
１１４ マイコンチップ
１１６ ドライバ
１１８ ヒートシンク
１１８Ａ ベース
１１８Ｂ フィン
１２０ 取付用フランジ
１２０Ａ 円孔
１２２ 取付螺子
１２４ 雌ねじ部

Claims (6)

1. 車両の操舵系に連結された電動パワーステアリング用モータの駆動を制御するための駆動制御回路を備えた電動パワーステアリングユニットであって、
   金属製基板上に、車両のメインコントローラからの入力系、並びに前記電動パワーステアリング用モータの駆動系への出力系と電気的に接続するためのコネクタを含み、全ての電子部品を直接実装し、前記金属製基板への放熱率を高めるとともに、
   前記金属製基板は、前記電子部品のうち駆動回路を構成している電子部品と該駆動回路を制御する制御回路を構成している電子部品との間に、前記駆動回路側が凹側となるように屈曲した貫通孔が形成されてなることを特徴とする電動パワーステアリングユニット。
2. 前記金属製基板上の前記コネクタ及び電子部品が、当該コネクタ又は電子部品間の配線長が最も短縮化されるレイアウトとされていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングユニット。
3. 前記金属製基板が、単一構成であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電動パワーステアリングユニット。
4. 前記金属製基板を所定のベースに固定する際に、前記コネクタを当該金属製基板へ固定するための固定具と共用されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の電動パワーステアリングユニット。
5. 前記金属基板を前記ベースに固定する際、前記コネクタが前記金属基板と共締めコネクタされる構造であることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリングユニット。
6. 前記コネクタの接続端子が、バスバーを兼ねていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の電動パワーステアリングユニット。
   
   

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