JP5084783B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、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に関するものである。

従来の電動式パワーステアリング装置としては、例えば図４〜図６に示すものがあり、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３０と、この電動モータ３０の回転を減速する減速機構５０と、電動モータ３０の駆動を制御する制御装置６０とを備え、制御装置６０が電動モータ３０の上部に取り付けられている。（特許文献１参照）

このような電動式パワーステアリング装置における制御装置６０は、電動モータ３０の電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、電流リップルを吸収するためのコンデンサ７等の大電流部品が搭載されたパワー基板６１と、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の駆動を制御するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータ１３等の小電流部品が搭載された制御基板６３と、配線パターンを構成する導電配線板及びモータ端子が絶縁性樹脂にインサート成形されたハウジング６２とを有している。

ここで、パワー基板６１は、アルミニウム板上に８０μｍの絶縁層を介して配線パターンが形成され、この配線パターンに半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、接続部材等が半田付けされている。また、このパワー基板６１は、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の作動により生じる発熱の放熱性を図るためのヒートシンク６４上に密接状態で取り付けられている。

そして、パワー基板６１とハウジング６２および制御基板６３とが、接続部材を経由して電気的に接続されている。これらは、パワー基板６１、ハウジング６２および制御基板６３の順序で上方向に積み重ねられた３重層構造になっている。また、制御装置６０は、電動モータ３０の軸線方向と平行に配置され、電動モータ３０の上部にネジで固定されている。

特開２００５−２１２７２２号公報

上述した従来の電動式パワーステアリング装置では、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を搭載するパワー基板６１が必要になる。また、パワー基板６１、ハウジング６２および制御基板６３の順序で上方向に積み重ねられた３重層構造になっており、装置全体の高さが高くなるとともに、パワー基板６１とハウジング６２および制御基板６３とをそれぞれ接続する接続部材が必要になる。

その結果、装置全体としての部品点数が増加してコストが高くなるとともに、装置が大型化するという問題点があった。

また、パワー基板６１の配線パターン上に半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を半田付けしているので、自動車の使用環境での冷熱サイクル等により、この半田付け部にクラック等の劣化が生じて電気的接続の信頼性が低下するという問題点があった。

また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で発生した熱が、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と配線パターンとの間の半田、パワー基板６１の配線パターン、絶縁層、アルミニウム板を経由してヒートシンク６４に伝導されて放熱されるが、特に絶縁層の熱抵抗が大きいので、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で発生した熱の放熱性能が低下するという問題点があった。

また、制御装置６０は、電動モータ３０の軸線方向と平行に配置され、電動モータ３０の上部にネジで固定されているので、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６で発生した熱が主にヒートシンクで放熱され、装置の放熱性能が低下するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、パワー基板、ハウジングおよび制御基板を多層基板からなる１枚の回路基板で構成するとともに、制御装置を減速機構と電動モータとの間に配置することにより、装置の小型化を図ることができるとともに信頼性の向上を図ることができる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

また、半導体スイッチング素子で発生した熱の放熱性能の向上を図ることができる電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明に係わる電動式パワーステアリング装置は、ハウジングを有するとともに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、前記電動モータと連結され、前記電動モータの回転を減速するともに前記電動モータ側端部に形成された凹状部と前記電動モータ側端部の外方向に突出して形成されたフランジ部とを有する減速機構と、前記電動モータと前記減速機構との間に配設されるとともに前記ハウジング内に配設され、前記
電動モータの駆動を制御する制御装置と、前記制御装置を覆うとともに前記減速機構の凹状部に嵌合される凸状部を有するカバー体とを備え、さらに前記減速機構の凹状部と前記カバー体の凸状部とが嵌合している前記凸状部内に、前記電動モータを回転させるための電源を切り換える半導体スイッチング素子を配置したものである。

また、ハウジングを有するとともに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、前記電動モータと連結され、前記電動モータの回転を減速するともに前記電動モータ側端部に形成された凹状部と前記電動モータ側端部の外方向に突出して形成されたフランジ部とを有する減速機構と、前記電動モータと前記減速機構との間に配設されるとともに前記ハウジング内に配設され、前記電動モータの駆動を制御する制御装置と、前記制御装置を覆うとともに前記減速機構の凹状部に嵌合される凸状部を有するカバー体とを備えた電動式パワーステアリング装置であって、
前記制御装置は、前記ハンドルに対して補助するトルクに応じて前記電動モータの電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子と、
絶縁層およ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を有し、前記電流のリップルを吸収するコンデンサと前記半導体スイッチング素子を制御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が搭載される回路基板と、
絶縁性樹脂で保持されるとともに、前記半導体スイッチング素子と前記回路基板とを電気的に接続する導電体とを備え、
前記半導体スイッチング素子が前記カバー体の凸状部内に搭載されるとともに、前記カバー体が前記減速機構のフランジ部と連接して取り付けられているものである。

この発明に係わる電動式パワーステアリング装置によれば、パワー基板、ハウジングおよび制御基板を多層基板からなる１枚の回路基板で構成するとともに、制御装置を減速機構と電動モータとの間に配置することにより、装置の小型化を図ることができるとともに信頼性の向上を図ることができる電動式パワーステアリング装置を得ることができる。

また、半導体スイッチング素子で発生した熱の放熱性能の向上を図ることができる電動式パワーステアリング装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の要部を示す概略斜視図である。 この発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の要部を示す概略斜視図である。

従来の電動式パワーステアリング装置を示す断面図である。 従来の電動式パワーステアリング装置を示す分解斜視図である。 従来の電動式パワーステアリング装置における制御装置を示す分解斜視図である。

実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１を図１ないし図３に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の要部を示す概略斜視図である。図３はこの発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の要部を示す概略斜視図である。

これら各図において、この実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置では、電動モータ１０１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１０１は、出力軸１０２と、この出力軸１０２に８極の磁極を有する永久磁石１０３が固定された回転子１０４と、この回転子１０４の周囲に設けられた固定子１０５と、出力軸１０２の出力側に配設され、回転子１０４の回転位置を検出する回転位置センサ１０６を構成するセンサ用磁石１０６ａとを備えている。

また、固定子１０５は、永久磁石１０３の外周に相対した１２個の突極１０７と、この突極１０７に装着されたインシュレータ１０８と、このインシュレータ１０８に巻回され、かつＵ、ＶおよびＷの３相に接続された電機子巻線１０９とを有している。電機子巻線１０９の３個の端部は、出力軸１０２の出力側軸線方向に延びた３個の接続部材である接続端子１１０に各々接続されている。回転位置センサ１０６は、永久磁石１０３と同じ極数の８極の磁極を有するセンサ用磁石１０６ａおよびセンサ用磁石１０６ａの磁気を検出するホールＩＣ１０６ｂを有している。

電動モータ１０１は、制御装置１２０を挟んで減速機構である減速ギヤ１１２に固定されている。減速ギヤ１１２は、制御装置１２０が取り付けられるアルミニウム合金製のケース体としてのギヤケース１１３と、このギヤケース１１３内に設けられ電動モータ１０１の出力軸１０２の回転を減速するためのウォームギヤ１１４と、このウォームギヤ１１４に歯合したウォームホイール１１５とを有している。ウォームギヤ１１４の端部にはスプラインが形成されている。出力軸１０２の端部には内側にスプラインが形成されたカップリング１１６が圧入されている。

そして、ギヤケース１１３の貫通穴部１１３ａ内において、このカップリング１１６とウォームギヤ１１４の端部とがスプライン結合されており、電動モータ１０１から減速ギヤ１１２にトルクが伝達されるようになっている。また、ギヤケース１１３の制御装置１２０が取り付けられる部分にはフランジ部１１３ｂが形成され、かつギヤケース１１３の電動モータ１０１側端面に例えば環状の凹状部１１３ｃが形成されている。

制御装置１２０は、電動モータ１０１と減速機構である減速ギヤ１１２との間に狭持され、半導体スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）１２１と、絶縁プリント基板からなる回路基板１２２と、半導体スイッチング素子１２１と回路基板１２２とを電気的に接続する導電体である導電板１２３とが設けられるとともに、回路基板１２２を覆うように取り付けられた例えばアルミニウム製のカバー体１２４とを備えている。

このカバー体１２４は、ギヤケース１１３に形成された凹状部１１３ｃと嵌まり合う凸状部１２４ａが形成されている。例えば、環状の凹状部１１３ｃに環状に成型されたカバー体１２４の凸状部１２４ａが密着して嵌合されており、すなわち、カバー体１２４の凸状面１２４ｂもギヤケース１１３の凹状部１１３ｃの凹状面１１３ｄと密着して嵌合されており、その他のギヤケース１１３のフランジ部１１３ｂと凸状部１２４ａ以外のカバー体１２４とも密着して連結されるようになっている。また、カバー体１２４の凸状部１２４ａの中心部はカップリング１１６が貫挿される貫通穴１２４ｃが形成されている。

回路基板１２２は、例えば６層基板からなり、最外側の導体層が例えば６０μｍの厚さの銅層として形成されている。回路基板１２２の断面構造は図示していないが、最外側の導体層の内側では、５層の層間絶縁層と４層の銅の導体層とがそれぞれ交互に積層されている。内層の導体層は例えば１０５μｍの厚さの銅層として形成され、最外側の導体層の厚さより厚く形成されている。また、回路基板１２２には、貫通したスルーホール１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃが形成されている。これらのスルーホール１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ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１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃに露出した各配線パターンを形成する導体層と電気的に接続されている。

このように、回路基板１２２の内層の導体層は、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、最外層の導体層は、部品が実装されるため，内層の導体層よりも厚さが薄く形成されている。
なお、最外層の導体層の厚さを６０μｍ、内層の導体層の厚さを１０５μｍとしたが、この厚さに限定されるものではなく、異なった厚さに設定してもよい。

回路基板１２２の最外層の導体層上には、電動モータ１０１の電流を検出するためのシャント抵抗器（図示せず）、モータ電流のリップルを吸収するコンデンサ１２５、半導体スイッチング素子１２１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（図示せず）等の大電流部品が半田付けされて実装されている。
コンデンサ１２５は、回路基板１２２のカバー体１２４側に配置されるとともに、カバー体１２４の凸状部１２４ａ内に配置されている。

また、回路基板１２２の最外層の導体層上には、マイクロコンピュータ１２６およびホールＩＣ１０６ｂが半田付けされて実装されている。また、駆動回路（図示せず）およびモータ電流検出回路（図示せず）を含む周辺回路素子等の小電流部品も、回路基板１２２の両面の導体層上で半田付けされて実装されている。

マイクロコンピュータ１２６は、シャント抵抗器（図示せず）の一端を介して電動モータ１０１に流れるモータ電流を検出するための電流検出回路（図示せず）と、トルクセンサ（図示せず）からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流およびホールＩＣ１０６ｂで検出される回転子１０４の回転位置をフィードバックして補助トルクに相当する電流を演算する。そして、このマイクロコンピュータ１２６は、ブリッジ回路の半導体スイッチング素子１２１を制御するための駆動信号を出力するようになっている。

また、マイクロコンピュータ１２６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。

カバー体１２４は、熱間圧延または冷間圧延されたアルミニウムまたはアルミニウム合金の板材をプレス加工で成形し、その後、絶縁皮膜であるアルマイト皮膜が全面に形成される。

また、ここでは、絶縁皮膜をアルマイト皮膜としたが、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材の表面に、絶縁性樹脂がプレコートされた絶縁性プレコートアルミニウム板であってもよい。この場合は、絶縁性樹脂がプレコートされた板材をプレス加工で成形されてカバー体１２４が製作される。

半導体スイッチング素子１２１の放熱部であるヒートスプレッダ１２９は、カバー体１２４のアルマイト皮膜が形成された面に、弾性体である板バネ１２７でカバー体１２４に密着させて固定されている。このとき、板バネ１２７は、半導体スイッチング素子１２１の樹脂パッケージ面を押し付けている。
そして、半導体スイッチング素子１２１は、ヒートスプレッダ１２９が、各端子より外周端部側に配置されてカバー体１２４に固定されている。

また、板バネ１２７は、カシメによりカバー体１２４に固定されているが、ネジ、リベット等他の固定手段によってカバー体１２４に固定されてもよい。

半導体スイッチング素子１２１のヒートスプレッダ１２９は、アルマイト皮膜により、カバー体１２４とは電気的に絶縁される。

カバー体１２４の表面は、僅かではあるが小さな凹凸を有したものとなり、板バネ１２７で半導体スイッチング素子１２１のヒートスプレッダ１２９をカバー体１２４に押し付けても僅かな隙間が発生することになる。このため、半導体スイッチング素子１２１で発生した熱をカバー体１２４へ放熱させる熱伝導経路の熱抵抗が大きくなる要因となってくる。この僅かな隙間を埋めるため、ヒートスプレッダ１２９とカバー体１２４のアルマイト皮膜の間に熱伝導性の接着剤（図示せず）を介在させ、放熱経路の熱抵抗を小さくして半導体スイッチング素子１２１の放熱性を向上させている。
さらに、カバー体１２４とギヤケース１１３とが密着して取り付けられ、制御装置１２０の熱がギヤケース１１３に伝導され、ギヤケース１１３を介して放熱される。

ここでは、半導体スイッチング素子１２１のヒートスプレッダ１２９を、カバー体１２４のアルマイト皮膜が形成された面に、板バネ１２７で固定するものとしたが、熱伝導性のグリースで半導体スイッチング素子１２１を、カバー体１２４のアルマイト皮膜が形成された面に固定してもよい。この場合は、上記の熱伝導性の接着剤は不要となる。

導電板１２３は、半導体スイッチング素子１２１の各端子が導出する導出方向に延びて重なって配置されており、絶縁性樹脂１２８で保持されている。そして、導電板１２３は、半導体スイッチング素子１２１の各端子とレーザ溶接により接続されている。また、導電板１２３には、プレスフィット端子１２３ｐが形成され、 プレスフィット端子１２３ｐが回路基板１２２のスルーホール１２２ａに圧入されて、半導体スイッチング素子１２１の各端子と回路基板１２２の配線パターンが電気的に接続される。従って、半導体スイッチング素子１２１と回路基板１２２の電子回路が電気的に接続される。
導電板１２３の材料としては、大電流を通電するための導電率と、プレスフィット端子を形成するための機械的強度を考慮して、高強度・高導電銅合金またはりん青銅で構成されている。

また、導電板１２３は、圧延された薄板で形成されているが、モータ電流等大電流が流れる導電板１２３は、ロール面と半導体スイッチング素子１２１の各端子とを溶接する場合には板厚を厚くする必要がある。しかし、プレスフィット端子の形成およびプレス加工の点からは、板厚を厚くすることが困難である。ここでは、導電板１２３の板厚を例えば０．８ｍｍとし、板厚より板幅を広く形成してロール面と直角方向の端面と半導体スイッチング素子１２１の各端子とを溶接している。

従って、半導体スイッチング素子１２１の各端子の厚さ方向において、各端子の厚さより導電板１２３の板幅を大きく形成することができ、大電流が流れる経路の電気抵抗が低くなって発熱が低減する。
信号用の小電流が流れる導電板１２３は、電気抵抗低減の必要はないが、大電流が流れる導電板１２３と同様の板材で形成されている。

また、レーザ溶接は、板厚の薄い半導体スイッチング素子１２１の各端子側からレーザ光が照射されて溶接されているので、小さいエネルギーで溶接でき、エグレ等の無い良好なレーザ溶接が行なわれる。

接続端子１１０は、インサート成形により絶縁性樹脂体１３０と一体化されている。接続端子１１０の端部は、絶縁性樹脂体１３０から露出しているとともに、電機子巻線１０９と溶接により接合されている。また、接続端子１１０の他の端部は、絶縁性樹脂体１３０から露出しているとともに、プレスフィット端子１１０ｐが形成されている。
また、内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール１２２ｂには、プレスフィット端子１１０ｐが圧入され、接続端子１１０と回路基板１２２の導体層とが電気的に接続されている。

従って、電動モータ１０１の電機子巻線１０９は、接続端子１１０、回路基板１２２の導体層および導電板１２３を経由して半導体スイッチング素子１２１と電気的に接続されている。

導電板１２３と同様に、プレスフィット端子１１０ｐは、回路基板１２２のスルーホール１２２ｂに圧入されるためには高強度が要求される。また、モータ電流による電力ロスを低減するためには低電気抵抗性が要求される。

従って、接続端子１１０は、高強度で高導電率のリン青銅または銅合金で構成されている。また、接続端子１１０は、プレスフィット端子の成形性と圧入性を容易にするため、板厚が例えば０．８ｍｍである。

なお、接続端子１１０は、インサート成形により絶縁性樹脂体１３０と一体化されているが、絶縁性樹脂体１３０を成形後に接続端子１１０を挿入して、絶縁性樹脂体１３０で接続端子１１０を保持してもよい。

モータ電流等大電流が流れる接続端子１１０、導電板１２３は、プレスフィット端子１１０ｐ、プレスフィット端子１２３ｐが夫々２個形成されており、信号用の小電流が流れる導電板１２３は、プレスフィット端子１２３ｐが１個形成されている。夫々のプレスフィット端子１１０ｐ、１２３ｐの間隔は、例えば３ｍｍ以上離れて配置されている。従って、プレスフィット端子１１０ｐ、１２３ｐが、スルーホール１２２ａ、１２２ｂに挿入される際に、回路基板１２２は、隣接するスルーホール１２２ａ、１２２ｂ間の絶縁樹脂の損傷が防止され、絶縁性能の低下が防止される。

接続端子１１０のプレスフィット端子１１０ｐの個数、導電板１２３のプレスフィット端子１２３ｐの個数は、夫々２個としたが、 接続端子１１０、導電板１２３に流れる電流に応じて、３個または他の個数であってもよい。

また、モータ電流が流れる電流の経路を短くして、電力ロスを低減するため、 接続端子１１０のプレスフィット端子１１０ｐは、モータ電流が流れる導電板１２３のプレスフィット端子１２３ｐの近傍に配置されている。電力ロスの低減と、回路基板１２２のスルーホール１２２ａ、１２２ｂ間の絶縁樹脂の損傷防止の点から、プレスフィット端子１１０ｐと、プレスフィット端子１２３ｐとの間隔は、例えば３〜５ｍｍが望ましい。

導電板１２３と、カバー体１２４との間には、絶縁性樹脂１２８が介在している。プレスフィット端子１２３ｐを、回路基板１２２のスルーホール１２２ａに圧入する際、圧入力が絶縁性樹脂１２８を介してカバー体１２４で受けられるので、プレスフィット端子１２３ｐと、スルーホール１２２ａの圧入方向（上下方向）の位置精度が向上する。

コネクタ１３１は、車両のバッテリ（図示せず）と電気的に接続されるパワーコネクタ部と、外部配線を介して車両側と信号が入出力される信号コネクタ部と、外部配線を介してトルクセンサ（図示せず）からの信号が入出力されるトルクセンサコネクタ部から構成され、これらのコネクタ部が、コネクタハウジング１３１ａとして絶縁性樹脂で一体成形されている。

コネクタ１３１は、端子体１３２がインサート成形により、コネクタハウジング１３１ａと一体成形されている。また、コネクタハウジング１３１ａには、係止部１３１ｂおよびフランジ１３１ｃが絶縁性樹脂で一体成形されている。

電動モータ１０１のハウジング１１１には、穴１１１ｂが形成されている。そして、コネクタハウジング１３１ａは、制御装置１２０側から穴１１１ｂに挿入されて、係止部１３１ｂでハウジング１１１に固定されている。

端子体１３２は、一端部にプレスフィット端子１３２ｐが形成されている。このプレスフィット端子１３２ｐは、内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール１２２ｃに圧入されて、回路基板１２２の導体層と電気的に接続されている。

プレスフィット端子１３２ｐが圧入されるとき、端子体１３２に作用する圧入力は、一体成形されている絶縁性樹脂を介して、ハウジング１１１に当接しているフランジ１３１ｃで受圧される。

プレスフィット端子１１０ｐ、１２３ｐ、１３２ｐが配置されていない部位には、保持用プレスフィット端子（図示せず）が配置されている。この保持用プレスフィット端子は、回路基板１２２のスルーホール（図示せず）に圧入されるが、保持機能のみであり、回路基板１２２と電気的には接続されていない。

また、回路基板１２２には、電動モータ１０１の出力軸１０２が貫通する穴１２２ｄが設けられている。穴１２２ｄの周辺部には、回転子１０４の回転位置を検出する回転位置センサ１０６としてのホールＩＣ１０６ｂが配置されている。ホールＩＣ１０６ｂとセンサ用磁石１０６ａとの間隔の変動は、回転位置センサ１０６の検出精度に影響する。従って、ホールＩＣ１０６ｂの周辺部には、図示していないが保持用プレスフィット端子が配置されている。

そして、スルーホール１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ等に、プレスフィット端子１１０ｐ、１２３ｐ、１３２ｐ、保持用プレスフィット端子（図示せず）が圧入されて、回路基板１２２は、これらのプレスフィット端子で機械的に保持されている。

絶縁性樹脂１２８は、プレスフィット端子１３２ｐを回路基板１２２のスルーホール１２２ｃに圧入する際に、カバー体１２４と一体になって回路基板１２２を圧入方向に押し付ける圧入突起１２８ａが一体で成形されている。プレスフィット端子１１０ｐを回路基板１２２のスルーホール１２２ｂに圧入する際に、カバー体１２４と一体になって回路基板１２２を圧入方向に押し付ける圧入突起１２８ｂも一体で成形されている。図示していないが、圧入突起１２８ａ、１２８ｂは、絶縁性樹脂１２８で繋がっている。

回路基板１２２および半導体スイッチング素子１２１が搭載されたカバー体１２４は、電動モータ１０１の出力軸１０２側に装着されている。回路基板１２２を覆うカバー体１２４は、周辺部がネジ等の固定手段により、電動モータ１０１のアルミニウム合金製ハウジング１１１の端部１１１ａに固定されている。

電動モータ１０１は、カバー体１２４の凸状部１２４ａがギヤケース１１３に嵌まり合い、ギヤケース１１３に取り付けられている。このとき、カバー体１２４は、電動モータ１０１のハウジング１１１と、ギヤケース１１３の間に挟着されて固定されている。

半導体スイッチング素子１２１の発熱は、カバー体１２４を経由して、電動モータ１０１のハウジング１１１と、ギヤケース１１３の間に挟まれた部位からギヤケース１１３に放熱される。

このとき、半導体スイッチング素子１２１は、ヒートスプレッダ１２９が、各端子より外周端部側に配置されてカバー体１２４に固定されているので、 ヒートスプレッダ１２９と、カバー体１２４の挟着部との距離が短くなり、半導体スイッチング素子１２１の発熱が、効率的にギヤケース１１３に放熱される。

また、カバー体１２４の凸状部１２４ａは、ギヤケース１１３と対向して密着しており、半導体スイッチング素子１２１の発熱は、この凸状部１２４ａからもギヤケース１１３に放熱される。

ところで、カバー体１２４の凸状部１２４ａとギヤケース１１３の間に僅かな隙間が生じて、密着性が不十分な場合があったとしても、カバー体１２４の表面にはアルマイト皮膜が形成されているので、アルマイト皮膜の放射率が大きく、そのアルマイト皮膜からの放射により、カバー体１２４からギヤケース１１３に熱伝達されて、半導体スイッチング素子１２１の発熱が、効率的にギヤケース１１３に放熱される。

また、 カバー体１２４の凸状部１２４ａとギヤケース１１３の間に、熱伝導性のグリスを充填して、カバー体１２４の熱が有効にギヤケース１１３により一層効果的に伝導されるようにしてもよい。

次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の組立手順について説明する。
まず、電動モータ１０１を組み立てるが、出力軸１０２に永久磁石１０３を接着固定後、着磁器で８極に着磁した後、軸受１１８の内輪を圧入して回転子１０４を形成する。

次に、固定子１０５の１２個の突極１０７にインシュレータ１０８を介してＵ、Ｖ、Ｗの各電機子巻線１０９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１０９を形成する。同様にＶ層およびＷ層の電機子巻線１０９を形成し、Ｕ、ＶおよびＷ層の電機子巻線１０９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１１０と一体化された絶縁性樹脂体１３０をインシュレータ１０８に取り付ける。次に、Ｕ、ＶおよびＷ層の電機子巻線１０９の巻始めはそれぞれ接続端子１１０に溶接で接合される。
その後、巻線された固定子１０５をヨーク１１７に圧入する。

次に、ハウジング１１１に軸受１１９の外輪を固定する。その後、軸受１１９の内輪に回転子１０４の出力軸１０２を挿入し、回転位置センサ１０６のセンサ用磁石１０６ａが取り付けられた磁石保持板１０６ｃを圧入して軸受１１９の内輪に出力軸１０２を固定する。さらに、カップリング１１６を出力軸１０２に圧入する。その後、固定子１０５が組み込まれたヨーク１１７をハウジング１１１に装着し、ネジ（図示せず）で固定する。さらに、ハウジング１１１の穴１１１ｂにコネクタ１３１を制御装置１２０側から挿入して、係止部１３１ｂでハウジング１１１に固定する。

次に、この発明の実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置の制御装置１２０の組立手順について説明する。
まず、回路基板１２２の電動モータ１０１側の面上の各電極にクリーム半田を塗布した後、シャント抵抗器（図示せず）等の大電流部品と、マイクロコンピュータ１２６、ホールＩＣ１０６ｂおよびその周辺回路素子等の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１２２のカバー体１２４側の面上に、コンデンサ１２５およびコイル（図示せず）等の大電流部品と、制御回路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する。

次に、半導体スイッチング素子１２1の各端子をクランク状に折り曲げ、ヒートスプレッダ１２９側を上にして、半導体スイッチング素子１２１の各端子を導電板１２３上に配置する。その際、半導体スイッチング素子１２１の本体および各端子は、位置決め部治具等で案内、位置決めされ、各端子が導電板１２３上に重ね合わされる。
その後、半導体スイッチング素子１２１の各端子側よりレーザ光を照射し、各端子と導電板１２３とを各々レーザ溶接する。

次に、カバー体１２４の半導体スイッチング素子１２１が搭載される部位に、熱伝導性の接着性樹脂（図示せず）を薄く印刷する。さらに、カバー体１２４のプレスフィット端子１２３ｐ、保持用プレスフィット端子（図示せず）と対向する部位に、接着剤（図示せず）を塗布する。また、カバー体１２４の圧入突起１２８ａと対向する部位にも、接着剤（図示せず）を塗布する。
その後、レーザ溶接の終了した絶縁性樹脂１２８を、カバー体１２４上に配置する。

次に、板バネ１２７をカバー体１２４にカシメにて固定し、板バネ１２７の押え部１２７ａで半導体スイッチング素子１２１をカバー体１２４に押し付ける。その後、高温に保持された炉の中で、接着性樹脂および接着剤を硬化させる。
ここで、板バネ１２７の固定は、ネジまたはリベット等、他の固定手段であってもよい。

その次に、プレスフィット端子１２３ｐの先端部、保持用プレスフィット端子の先端部を回路基板１２２のスルーホール１２２ａ等に挿入する。その後、プレス機を用いて回路基板１２２を押圧し、スルーホール１２２ａ等にプレスフィット端子１２３ｐ、保持用プレスフィット端子（図示せず）を圧入する。
ここで、半導体スイッチング素子１２１と、回路基板１２２とが電気的に接続されるとともに、回路基板１２２は、カバー体１２４上に機械的に保持される。

次に、別々に組み立てられた電動モータ１０１と制御装置１２０とを組み立てる。
先ず、制御装置１２０の回路基板１２２を電動モータ１０１と対向させ、プレス機でプレスフィット端子１１０ｐ、１３２ｐをスルーホール１２２ｂ、１２２ｃに圧入する。このとき、回路基板１２２に印加される圧入力が、スルーホール１２２ｂ、１２２ｃの近傍の圧入突起１２８ａ、１２８ｂで受け止められる。

また、コネクタ１３１に印加される圧入力が、ハウジング１１１に当接しているフランジ１３１ｃで受け止められる。そして、電動モータ１０１の接続端子１１０およびコネクタ１３１の端子体１３２と、制御装置１２０の回路基板１２２とが電気的に接続される。

そして、電動モータ１０１のハウジング１１１と制御装置１２０のカバー体１２４とをネジ（図示せず）で固定することで、電動モータ１０１と制御装置１２０とが一体化される。電動モータ１０１と一体化された制御装置１２０のカバー体１２４の凸状部１２４ａをギヤケース１１３に形成された凹状部１１３ｃに密着させて嵌合し、カバー体１２４を挟んで、ギヤケース１１３のフランジ部１１３ｂとハウジング１１１とをネジ（図示せず）で固定することで、電動モータ１０１と減速機構である減速ギア１１２との間に制御装置１２０を挟着した状態で装置全体が一体化される。

以上説明したように、この実施の形態１に係わる電動式パワーステアリング装置によれば、制御装置１２０は、電動モータ１０１の電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子１２１と、絶縁層およ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１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃを有し、電流のリップルを吸収するコンデンサ１２５と半導体スイッチング素子１２１を制御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が搭載された回路基板１２２と、絶縁性樹脂１２８で保持されるとともに、半導体スイッチング素子１２１と回路基板１２２とを電気的に接続する導電体である導電板１２３と、電動モータ１０１と共同して回路基板１２２および半導体スイッチング素子１２１を格納するカバー体１２４とを備え、半導体スイッチング素子１２１がカバー体１２４に搭載されるとともに、カバー体１２４が減速機構のケース体であるギヤケース１１３と連接して取り付けられている。

従って、半導体スイッチング素子１２１の発熱は、カバー体１２４を経由して、ギヤケース１１３に放熱され、装置の放熱性能が向上する。

また、カバー体１２４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材で構成されているので、熱抵抗が小さく、半導体スイッチング素子１２１の発熱がギヤケース１１３に効率的に熱伝導され、装置の放熱性能が向上する。

また、カバー体１２４をアルミニウムまたはアルミニウム合金の板材で構成することにより、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材の表面にアルマイト皮膜を生成させる上で、材料の適応性がよく、アルマイト皮膜の絶縁性能が向上する。

また、カバー体１２４は、プレス加工で成形されているので、装置の工作性が向上するとともに、コストが低減する。

また、カバー体１２４は、表面に絶縁皮膜が形成されているので、カバー体１２４に直接半導体スイッチング素子１２１を搭載することができ、熱抵抗が小さくなって装置の放熱性能が向上する。

また、カバー体１２４は、表面に絶縁皮膜であるアルマイト皮膜が形成されているので、絶縁皮膜を薄く形成することができ、熱抵抗が小さくなって装置の放熱性能が向上する。

また、半導体スイッチング素子１２１の各端子は、導電板１２３とレーザ溶接により接合されているとともに、導電板１２３にプレスフィット端子１２３ｐが形成され、このプレスフィット端子１２３ｐが回路基板１２２のスルーホール１２２ａに圧入されて、半導体スイッチング素子１２１と回路基板１２２とが電気的に接続されている。
従って、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性が向上し、装置の電気的接続の信頼性が向上する。

また、カバー体１２４は、電動モータ１０１のアルミニウム合金製のハウジング１１１と、アルミニウム合金製のギヤケース１１３とで挟着されているので、半導体スイッチング素子１２１の発熱は、カバー体１２４を経由して、電動モータ１０１のハウジング１１１と、ギヤケース１１３の間に挟まれた部位からギヤケース１１３に放熱される。
従って、装置の放熱性能が向上する。

また、カバー体１２４は、ギヤケース１１３と嵌まり合う凸状部１２４ａが形成されているので、半導体スイッチング素子１２１の発熱は、この凸状部１２４ａからギヤケース１１３に放熱される。
従って、装置の放熱性能が向上する。

また、カバー体１２４の凸状部１２４ａは、ギヤケース１１３と対向しているので、半導体スイッチング素子１２１の発熱は、この凸状部１２４ａからもギヤケース１１３への放熱が促進される。
従って、装置の放熱性能がさらに向上する。

また、ギヤケース１１３との接触部以外は、カバー体１２４の表面にアルマイト皮膜が形成されているので、そのアルマイト皮膜の放射により、カバー体１２４からギヤケース１１３に熱伝達される。
従って、半導体スイッチング素子１２１の発熱が、カバー体１２４から効率的にギヤケース１１３に放熱され、装置の放熱性能が向上する。

また、半導体スイッチング素子１２１は、放熱部であるヒートスプレッダ１２９が各端子より外周端部側に配置されるとともに、このヒートスプレッダ１２９が、カバー体１２４に熱伝導性の接着性樹脂で固定されている。
従って、ヒートスプレッダ１２９と、カバー体１２４の挟着部との距離が短くなり、半導体スイッチング素子１２１の発熱が、効率的にギヤケース１１３に放熱され、装置の放熱性能が向上する。

また、半導体スイッチング素子１２１を除く大電流部品、および小電流部品が１枚の回路基板１２２の両面に搭載されているとともに、半導体スイッチング素子１２１が、カバー体１２４の凸状部１２４ａに配置されているので、制御装置１２０の各部品の積層方向の寸法を小さく、すなわち、装置の軸方向長さを小さくしている。
従って、装置の全長が短くなり、電動モータ１０１の上部には制御装置はないので装置全体としての小型化を図ることができる。

また、接続端子１１０のプレスフィット端子１１０ｐは、モータ電流が流れる導電板１２３のプレスフィット端子１２３ｐの近傍に配置されているので、モータ電流が流れる電流の経路が短くなる。
従って、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１１０と回路基板１２２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される。

また、接続端子１１０と回路基板１２２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性が向上し、装置の電気的接続の信頼性が向上する。

また、コネクタ１３１の端子体１３２の端部にプレスフィット端子１３２ｐが形成され、回路基板１２２には、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホール１２２ｃが形成され、プレスフィット端子１３２ｐがスルーホール１２２ｃに圧入されることにより、端子体１３２と回路基板１２２の導体層とが電気的に接続されている。
従って、端子体１３２と回路基板１２２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性が向上し、装置の信頼性が向上する。

また、端子体１３２と回路基板１２２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される。

また、プレスフィット端子１１０ｐ、１２３ｐ、１３２ｐが配置されていない部位には、回路基板１２２を機械的に保持する保持用プレスフィット端子（図示せず）が配置されているので、装置の耐振性が向上する。

また、回路基板１２２が、プレスフィット端子１１０ｐ、１２３ｐ、１３２ｐおよび保持用プレスフィット端子で機械的に保持されているので、ネジ等の固定部品が不要になり、装置のコストが低減する。

また、ホールＩＣ１０６ｂの周辺部には、回路基板１２２を機械的に保持する保持用プレスフィット端子が配置されているので、ホールＩＣ１０６ｂとセンサ用磁石１０６ａとの間隔の変動が低減される。
従って、回転位置センサ１０６の検出精度が向上する。

また、プレスフィット端子１３２ｐを回路基板１２２のスルーホール１２２ｃに圧入する際に、カバー体１２４と一体になって回路基板１２２を圧入方向に押し付ける圧入突起１２８ａ、およびプレスフィット端子１１０ｐを回路基板１２２のスルーホール１２２ｂに圧入する際に、カバー体１２４と一体になって回路基板１２２を圧入方向に押し付ける圧入突起１２８ｂが絶縁性樹脂１２８と一体で成形されている。
従って、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１１０ｐ、１３２ｐのスルーホール１２２ｂ、１２２ｃ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。

また、導電板１２３と、カバー体１２４との間には、絶縁性樹脂１２８が介在しているので、プレスフィット端子１２３ｐを回路基板１２２のスルーホール１２２ａに圧入する際、圧入力が絶縁性樹脂１２８を介してカバー体１２４で受け止められる。
従って、プレスフィット端子１２３ｐと、スルーホール１２２ａの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。

また、コンデンサ１２５は、回路基板１２２のカバー体１２４側に配置されるとともに、カバー体１２４の凸状部１２４ａ内に配置されているので、制御装置１２０の各部品の積層方向の寸法を小さく、すなわち、装置の軸方向長さを小さくしている。
従って、装置の全長が短くなり、電動モータ１０１の上部には制御装置はないので装置全体としての小型化を図ることができる。

また、コンデンサ１２５およびコイル（図示せず）は、面実装された大電流部品であり、また回路基板１２２の同一面に配設されているので、リフロ装置を用いて半田付けする工程と、コンデンサ１２５およびコイルのリードを回路基板１２２のスルーホールに挿入して部分噴流半田付けする工程とに分離する必要が無く、組み立て性が向上する。

なお、上記の実施の形態では、永久磁石１０３の極数を８極、固定子１０５の突極数を１２個としたが、この組み合わせに限定されるものではなく、他の極数と突極数の組み合わせであってもよい。

また、回路基板１２２を６層基板としたが、４層基板や８層基板等他の層数の回路基板であってもよい。

また、導電板１２３の板厚を０．８ｍｍとしたが、導電板１２３を流れる電流、半導体スイッチング素子１２１の端子の間隔等と顧慮して、導電板１２３の板厚を１．０ｍｍ、１．２ｍｍ等他の板厚としてもよい。

また、小電流が流れる導電板１２３の板厚を大電流が流れる導電板１２３の板厚より薄くして、０．６ｍｍ等他の板厚としてもよい。

また、回転位置センサ１０６はホールＩＣ１０６ｂを用いているが、ホールＩＣ１０６ｂ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１０１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。

この発明は、装置の小型化を図ることができるとともに信頼性の向上が図れ、半導体スイッチング素子の放熱性能の向上を図ることができる電動式パワーステアリング装置の実現に好適である。

１０１ 電動モータ １１０ 接続端子
１１０ｐ プレスフィット端子 １１２ 減速ギヤ
１１３ ギヤケース １１３ｃ 凹状部
１２０ 制御装置 １２１ 半導体スイッチング素子
１２２ 回路基板 １２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ スルーホール
１２３ 導電板 １２３ｐ プレスフィット端子
１２４ カバー体 １２４ａ 凸状部
１２５ コンデンサ １２６ マイクロコンピュータ
１２８ 絶縁性樹脂 １２８ａ、１２８ｂ 圧入突起

Claims (12)

1. ハウジングを有するとともに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、前記電動モータと連結され、前記電動モータの回転を減速するともに前記電動モータ側端部に形成された凹状部と前記電動モータ側端部の外方向に突出して形成されたフランジ部とを有する減速機構と、前記電動モータと前記減速機構との間に配設されるとともに前記ハウジング内に配設され、前記電動モータの駆動を制御する制御装置と、前記制御装置を覆うとともに前記減速機構の凹状部に嵌合される凸状部を有するカバー体とを備え、さらに前記減速機構の凹状部と前記カバー体の凸状部とが嵌合している前記凸状部内に、前記電動モータを回転させるための電源を切り換える半導体スイッチング素子を配置したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
2. ハウジングを有するとともに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、前記電動モータと連結され、前記電動モータの回転を減速するともに前記電動モータ側端部に形成された凹状部と前記電動モータ側端部の外方向に突出して形成されたフランジ部とを有する減速機構と、前記電動モータと前記減速機構との間に配設されるとともに前記ハウジング内に配設され、前記電動モータの駆動を制御する制御装置と、前記制御装置を覆うとともに前記減速機構の凹状部に嵌合される凸状部を有するカバー体とを備えた電動式パワーステアリング装置であって、
   前記制御装置は、前記ハンドルに対して補助するトルクに応じて前記電動モータの電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子と、
   絶縁層およ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を有し、前記電流のリップルを吸収するコンデンサと前記半導体スイッチング素子を制御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が搭載される回路基板と、
   絶縁性樹脂で保持されるとともに、前記半導体スイッチング素子と前記回路基板とを電気的に接続する導電体とを備え、
   前記半導体スイッチング素子が前記カバー体の凸状部内に搭載されるとともに、前記カバー体が前記減速機構のフランジ部と連接して取り付けら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。
3. 前記カバー体は、前記電動モータと、前記減速機構のフランジ部とで挟着されていることを特徴とする請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置。
4. 前記カバー体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材で構成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置。
5. 前記カバー体は、プレス加工で成形されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
6. 前記カバー体は、表面に絶縁皮膜が形成されていることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
7. 前記絶縁被膜は、アルマイト皮膜であることを特徴とする請求項６に記載の電動式パワーステアリング装置。
8. 前記半導体スイッチング素子は，放熱部が前記半導体スイッチング素子の端子より外周端部側に配置されるとともに，前記放熱部が，前記カバー体に熱伝導性の接着性樹脂で固定されていることを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
9. 前記半導体スイッチング素子の端子は、前記導電体と溶接により接合されているとともに、前記導電体にプレスフィット端子が形成され、前記プレスフィット端子が前記回路基板に形成された前記スルーホールに圧入されて、前記半導体スイッチング素子と前記回路基板とが電気的に接続されることを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
10. 前記回路基板に搭載された前記コンデンサは、前記カバー体の凸状部内に収納されるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置。
11. 前記電動モータの巻線と前記回路基板とを電気的に接続する接続部材を備え、前記回路基板において、前記接続部材が電気的に接続される部位と、モータ電流が流れる前記導電体が電気的に接続される部位とが近接して配置されていることを特徴とする請求項２〜１０の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
12. 前記接続部材の端部にプレスフィット端子が形成されるとともに、前記回路基板と前記カバー体の間に前記絶縁性樹脂で一体成形された圧入突起が配置され、前記圧入突起を介して、前記接続部材のプレスフィット端子が、前記回路基板のスルーホールに圧入されることを特徴とする請求項１１に記載の電動式パワーステアリング装置。