JP5298459B2

JP5298459B2 - 電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP5298459B2
Application number: JP2007139211A
Authority: JP
Inventors: 宏暢高橋; 将宏前田; 誠直福永
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-05-25
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: JP2008290614A

Description

本発明は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えたコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に関する。

この種の電動パワーステアリング装置にあっては、補助操舵力を発生する電動モータに比較的大きな電流（３０Ａ〜１２０Ａ程度）を通電する関係で、電力損失低減やノイズ低減を目的として電動モータを駆動する制御ユニットを電動モータ又は減速ギヤボックスに一体化することが望まれている。同時に部品点数の削減を目的として、操舵トルクを検出するトルクセンサと制御ユニットも一体化することが望まれている。つまり、制御ユニットを電動モータ又は減速ギヤボックスに一体化した機電一体型構成とすることが望まれている。

ところが、機電一体化とする場合には、制御ユニットを単体の箱として作る場合よりも、開発における制約事項が多いために、開発工数が多くなる傾向にある。
従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば電動パワーステアリング装置のギヤハウジング内にモータ制御回路の回路基板が内蔵され、モータ制御回路のうち駆動回路素子が回路基板に搭載されるヒートシンクに固定され、ヒートシンクがギヤハウジングに直接接して固着された構成を有するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−８６８５５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、モータ制御回路の回路基板に制御回路、モータ駆動回路、リレー、コンデンサ、コイル等の電気部品が全て搭載されているので、発熱の多いモータ駆動回路の駆動回路素子をヒートシンクに固定してギヤハウジングに放熱するようにしなければならず、放熱のためのヒートシンクが必要となり、部品点数が増加するという未解決の課題がある。

この未解決の課題を解決するために、マイクロコンピュータ等の制御回路を搭載する制御モジュールと、モータ駆動回路のスイッチング素子等を搭載するパワーモジュールと、コネクタやリレーやノイズ対策部品が搭載されたＬ字状のフレームモジュールとに分離すると共に、減速ギヤボックスに例えば９０度の角度で直交する第１及び第２の平面を形成し、第１の平面にパワーモジュールを直接配設すると共に、第１及び第２の平面にフレームモジュールを配設し、さらにフレームモジュールの第２の平面に対向する位置に制御モジュールを配設し、パワーモジュール及び制御モジュールをフレームモジュールで電気的に接続することが考えられている。

この場合には、発熱の大きいパワーモジュールが熱容量が大きく表面積の大きい減速ギヤボックスに取付けられているので、別途ヒートシンクを設けることなく、パワーモジュールで生じる発熱を減速ギヤボックスに効率良く伝熱することができるが、制御モジュールとパワーモジュールとを電気的に接続するフレームモジュールが大きなＬ字形状となってしまい部品点数が増加すると共に、大型化するという未解決の課題がある。

一方、車両で必要とする操舵補助トルク（＝モータ電流）の大小により部品サイズや形状が変化するコネクタやリレーやノイズ対策部品がフレームモジュールに搭載され、このフレームモジュールを介してパワーモジュールと制御モジュールとが接続されるため、モータ電流の大小により制御ユニット全体の構造を再設計しなくてはならず、汎用性を確保することができないという未解決の課題がある。

また、車両で必要とする操舵補助トルクの大小により減速機構を構成する例えばウォームホイールのサイズが変更になると、制御モジュールとトルクセンサが接続される位置と、制御モジュールとパワーモジュールが接続される位置とに、相対変化が生じ、この場合も制御ユニット全体の構造を再設計する必要があり、汎用性を確保することができないという未解決の課題がある。

さらに、Ｌ字状のフレームモジュールを減速ギヤボックスの２平面へ固定する際、製造精度によってはフレームモジュールの２平面の合わせ部に応力緩和構造が必要となるため、フレームモジュールの構造も複雑になるという未解決の課題もある。
さらにまた、フレームモジュールを合成樹脂材で製作することから、その固定部には金属カラーや雌ねじなどを必要とし、部品点数が多く、コストが嵩むという未解決の課題もある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、簡易な構成で汎用性を確保することができると共に、部品点数を減少させることができる電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えたコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置であって、前記減速ギヤボックスに、前記電動モータを装着するモータ装着部及び当該電動モータを駆動制御する制御ユニットを装着する制御ユニット装着部が並設され、前記制御ユニットは、少なくとも指令値を演算する処理装置を実装した制御基板と、前記電動モータ用のスイッチング素子を実装したパワー基板と、リレー、ノイズ対策部品等の搭載部品を実装したモジュール部品とで構成され、前記制御ユニット装着部に前記パワー基板及び前記制御基板が所定間隔を保ってその順に積層され、前記モジュール部品の電気的接続部が前記制御基板及び前記パワー基板間に位置するように３層構造とされており、前記制御基板及び前記パワー基板間、前記制御基板及び前記モジュール部品間、並びに前記パワー基板及び前記モジュール部品間の電気的接続が、前記制御基板のみに前記パワー基板及びモジュール部品の接続端子を半田付けすることにより行われていることを特徴としている。

さらに、請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１に係る発明において、前記制御基板及び前記パワー基板は前記ユニット装着部に互いに平行に一つの投影面領域内に収まるように配設され、前記モジュール部品は、前記制御基板への電気的接続部を前記制御基板及び前記パワー基板間に配置し、前記搭載部品を前記投影面領域外に配置したことを特徴としている。

さらにまた、請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１又は２に係る発明において、前記減速ギヤボックスに前記モジュール部品の搭載部品を格納する格納部が形成されていることを特徴としている。
なおさらに、請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至３の何れか１つに係る発明において、前記モジュール部品は、前記減速ギヤボックスへ取付ける一対の取付部と、当該一対の取付部間を連結する連結部と、当該連結部に設けられ前記減速ギヤボックスへ取付ける取付部とで構成されるバスバーを備えていることを特徴としている。

また、請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１乃至４の何れか１つに係る発明において、前記減速ギヤボックスは前記ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサを内装し、該トルクセンサの外部接続端子が前記制御基板に直接接続され、前記減速ギヤボックスに内装される減速機構の形状によって決定される前記制御基板及び前記モジュール部品の相対位置に応じて、前記モジュール部品の電気的接続部の長さを決定するようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、制御ユニットを制御基板、パワー基板及びモジュール部品とで構成し、これらのうちパワー基板及び制御基板を減速ギヤボックスのユニット装着部に、所定間隔を保ってその順に積層し、モジュール部品の電気的接続部を制御基板及びパワー基板間に位置するように３層構造としたので、減速ギヤユニットのサイズ変更等によってユニット装着部の形状変更を行う場合に、制御基板とモジュール部品とが相対距離が変化する場合に、制御基板とモジュール部品とを連結する電気的接続部の形状変更によって対処することができ、汎用性を向上させることができるという効果が得られる。

また、制御基板とパワー基板とモジュール部品の電気的接続を、全て制御基板を経由して半田付けで行うことにより、制御基板とパワー基板及びモジュール部品との半田付けを１つの面のみで行うことが可能となり、組み立て工程を簡素化することができるという効果が得られる。
さらに、モータ電流の大小や車両レイアウト制約により、形状やサイズが変化する部品群をモジュール部品として集約化することにより、電動パワーステアリング装置の適用車種が増えた場合でも、制御ユニットの設計変更個所をモジュール部品に限定し、その他の制御基板やパワー基板などを共通使用することで、開発工数を含めてコストダウンすることが可能となるという効果が得られる。

さらにまた、制御基板及びパワー基板を平行に１つの投影面領域内に収まるように配設し、モジュール部品は、その制御基板への電気的接続部を前記制御基板及び前記パワー基板間に配置し、前記搭載部品を前記投影面領域外に配置することにより、制御基板及びパワー基板間の間隔を最小限とすることができ、制御ユニットのコラム軸方向の厚みを抑制することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す斜視図、図２は減速ギヤボックスに電動モータ及び制御ユニットを装着した状態の斜視図、図３は減速ギヤボックスの一部を拡大して示す縦断面図、図４は分解斜視図、図５は電動モータを示す斜視図、図６は電動モータのバスバー構造を示す正面図、図７は減速ギヤボックスの正面側から見た斜視図、図８は減速ギヤボックスの背面側から見た斜視図、図９は制御ユニットの分解斜視図、図１０はモジュール部品の図９とは反対側から見た斜視図、図１１はコネクタを示す斜視図、図１２は制御ユニットを減速ギヤボックスに装着した状態の断面図を示す模式図、図１３は制御ユニットの減速機構サイズ変更時の断面を表す模式図である。

図１において、１はコラム型の電動パワーステアリング装置であり、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト２を回転自在に内装するステアリングコラム３に、減速ギヤボックス４が連結され、この減速ギヤボックス４に、軸方向がステアリングコラム３の軸方向と直交する方向に延長されたブラシ付きモータで構成される電動モータ５が配設されている。

ここで、ステアリングコラム３は、減速ギヤボックス４との連結部にコラプス時の衝撃エネルギーを吸収して所定のコラプスストロークを確保する内管３ａ及び外管３ｂの２重管構造となっている。そして、ステアリングコラム３の外管３ｂ及び減速ギヤボックス４がアッパ取付ブラケット６及びロア取付ブラケット７によって車体側に取付けられている。

ロア取付ブラケット７は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部７ａと、この取付板部７ａの下面に所定間隔を保って平行に延長する一対の支持板部７ｂとで形成されている。そして、支持板部７ｂの先端が、減速ギヤボックス４の下端側即ち車体前方側に配設したカバー４ａに一体形成された支持部４ｂに枢軸７ｃを介して回動自在に連結されている。

また、アッパ取付ブラケット６は、車体側部材（図示せず）に取付けられる取付板部６ａと、この取付板部６ａに一体に形成された方形枠状支持部６ｂと、この方形枠状支持部６ｂに形成されたステアリングコラム３の外管３ｂを支持するチルト機構６ｃとを備えている。
ここで、取付板部６ａは、車体側部材（図示せず）に取付けられる左右一対のカプセル６ｄと、これらカプセル６ｄに樹脂インジェクション６ｅによって固定された摺動板部６ｆとで構成され、衝突時にステアリングコラム３に車体前方に移動させる衝撃力が作用することにより、カプセル６ｄに対して摺動板部６ｆが車体前方に摺動して樹脂インジェクション６ｅが剪断され、その剪断荷重がコラプス開始荷重となるように構成されている。

また、チルト機構６ｃのチルトレバー６ｇを回動させることにより、支持状態を解除することにより、ステアリングコラム３をロア取付ブラケット７の枢軸７ｃを中心として上下にチルト位置調整可能とされている。
さらに、ステアリングシャフト２は、図３に示すように、右端がステアリングホイール（図示せず）に連結される入力軸２ａと、この入力軸２ａの左端にトーションバー２ｂを介して連結されたトーションバー２ｂを覆う出力軸２ｃとで構成されている。

さらにまた、減速ギヤボックス４は、図３、図４、図７及び図８に示すように、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニューム、アルミニューム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを例えばダイキャスト成型することにより形成されている。この減速ギヤボックス４は、電動モータ５の出力軸に連接されたウォーム１１を収納するウォーム収納部１２と、このウォーム収納部１２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム１１に噛合するウォームホイール１３を収納するウォームホイール収納部１４と、このウォームホイール収納部１４の後方側に一体に同軸的に連結されたトルクセンサ１５を収納するトルクセンサ収納部１６と、ウォーム収納部１２の開放端面に形成された電動モータ５を取付けるモータ装着部１７と、トルクセンサ収納部１６の後端面に形成されたステアリングコラム３の前端部を外嵌するコラム取付部１８と、ウォーム収納部１２とウォームホイール収納部１４の一部に跨がってウォームホイール収納部１４及びトルクセンサ収納部１６の中心軸線と直交する平面内に形成された制御ユニット１９を装着する制御ユニット装着部２０とを備えている。

そして、減速ギヤボックス４が、コラム取付部１８にステアリングコラム３を外嵌し、ステアリングコラム３の端面をトルクセンサ収納部１６の端面に当接させた状態でステアリングコラム３に固定されている。
ここで、トルクセンサ１５は、図３に示すように、ステアリングシャフト２の入力軸２ａ及び出力軸２ｃ間の捩じれ状態を磁気的に検出してステアリングシャフトに伝達された操舵トルクを一対の検出コイル１５ａ及び１５ｂで検出するように構成され、これら一対の検出コイル１５ａ及び１５ｂの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム３の中心軸と直交する方向に平行に外部に突出する外部接続端子１５ｃ，１５ｄ及び１５ｅ，１５ｆが接続され、これら外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの突出部が中央部でステアリングコラム３の中心軸と平行に折り曲げられてＬ字状に形成されている。

また、電動モータ５は、図５に示すように、その一方の減速ギヤボックス４に取付ける取付フランジ５ｂに近い位置における制御ユニット装着部２０に装着された制御ユニット１９に近接対向する位置に、内蔵するブラシに配電する後述するバスバー５ｉ及び５ｊと一体に形成されたモータ側接続部としての接続端子５ｃ及び５ｄが電動モータ５の軸心方向に対して例えば４５°の傾斜角で取付フランジ５ｂの端面から前方に向けて傾斜延長されている。これら接続端子５ｃ及び５ｄの先端部は円弧状に形成されていると共に、先端部側に固定ねじを挿通する長孔５ｅが穿設されている。

ここで、接続端子５ｃ及び５ｄの夫々は、図６に示すように、底部中央にアーマチュア挿通孔を有する合成樹脂製のブラシ支持体５ｆ内に互いに絶縁されて配設されて、２組のブラシ５ｇ，５ｈに個別に接続された円弧状のバスバー５ｉ及び５ｊの互いに対向する一端に一体に形成されている。
そして、電動モータ５がその取付フランジ５ｂを減速ギヤボックス４のモータ装着部１７に、その出力軸を、ウォーム１１を装着したウォーム軸１１ａにスプライン結合又はセレーション結合すると共に、接続端子５ｃ及び５ｄを車体後方に延長させて取付けられている。

さらに、減速ギヤボックス４に形成された制御ユニット装着部２０は、図７及び図８を参照して明らかなように、ウォーム収納部１２とその下側のウォームホイール収納部１４の上部側とに跨がって形成されたウォーム収納部１２の軸方向を長辺とする長方形状の平坦取付面２０ａと、この平坦取付面２０ａのトルクセンサ収納部１６とは反対側の側縁に沿って穿設された後述するモジュール部品を格納するモジュール部品格納部２０ｂとで構成されている。

そして、図８に示すように、平坦取付面２０ａのトルクセンサ収納部１６側の側縁に側壁２０ｃが形成されていると共に、この側壁２０ｃの左端側に側壁２０ｃと協働して後述するパワー基板１９Ｂを位置決めする位置決め部２０ｄが形成されている。また、側壁２０ｃの両端部内側に後述する制御基板１９Ａを支持する支持片２０ｅが形成されていると共に、側壁とは反対側の左隅部及び左右方向中央部に夫々後述するモジュール部品１９Ｃを支持する支持片２０ｆが形成されている。さらに、平坦取付面２０ａの左端縁の前後端部から左方に突出されて後述するコネクタ１９Ｅを支持するコネクタ支持片２０ｇが形成されている。

制御ユニット１９は、図４及び図９に示すように、制御基板１９Ａと、パワー基板１９Ｂと、モジュール部品１９Ｃと、モータ端子台１９Ｄと、コネクタ１９Ｅと、カバー１９Ｆとで構成されている。
制御基板１９Ａは、トルクセンサ１５からのトルク検出値や図示しない車速センサからの車速検出値に基づいて操舵補助電流指令値を算出し、この操舵補助電流指令値と電動モータ５に出力するモータ電流の検出値とに基づいて電流フィードバック制御を行ってパワー基板１９Ｂのパルス幅変調回路への電圧指令値を算出することにより、電動モータ５で発生させる操舵補助力を制御するマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器を実装していると共に、パワー基板１９Ｂに形成された後述する３組のリード端子２４ａ〜２４ｃを挿通する３組の挿通孔２１ａ〜２１ｃと、モジュール部品１９Ｃに形成された３組のリード端子３４ａ〜３４ｃを挿通する３組の挿通孔２２ａ〜２２ｃと、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが挿通されるスルーホール２３ａ〜２３ｄとが形成されている。

また、パワー基板１９Ｂは、電動モータ５を駆動制御する電界効果トランジスタ等のパワースイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路やこのＨブリッジ回路のパワースイッチング素子を駆動するパルス幅変調回路等のディスクリート部品を実装し、平坦取付面２０ａに例えば放熱グリースを介して直接固定する熱伝導率の高い金属製基板で構成されており、制御基板１９Ａと電気的に接続される３組のリード端子２４ａ〜２４ｃが上方に突出されている。ここで、リード端子２４ａ〜２４ｃは、図９に示すように、熱膨張などによって制御基板１９Ａとパワー基板１９Ｂとの相対位置変化が生じた場合の応力を緩和できるように途中に折り曲げ部２５が形成されている。

さらに、モジュール部品１９Ｃは、図９及び図１０に示すように、平面から見て略長方形状を有する合成樹脂材でモールド成形されたベース基板３３を有し、このベース基板３３の上面側に制御基板１９Ａと電気的に接続される３組のリード端子３４ａと３４ｂ及び３４ｃとが右端縁と下端縁に沿って上方に突出されている。
また、モジュール部品１９Ｃの裏面側には、図９に示すように、コンデンサ３５、電源用やフェールセーフ用などのリレー３６，３７、ノイズ対策用のコイル３８及びコンデンサ３９，４０等のモータ電流の大小や車両レイアウト制約により、形状やサイズが変化する搭載部品を集約化して装着保持されている。

さらに、３組のリード端子３４ａと３４ｂ及び３４ｃは、図１０に示すように、熱膨張などによって制御基板１９Ａとモジュール部品１９Ｃとの相対位置変化が生じた場合の応力を緩和できるように折り曲げ部３４ｄが形成されている。
さらにまた、ベース基板３３の左右方向の端部における対角線上に減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に取付ける一対の取付部３３ａ及び３３ｂが突出形成され、且つベース基板３３の上面における上下方向の中央部における図９で左側位置に制御基板１９Ａを支持する位置決めピン３３ｃを有する支持部３３ｄが形成されている。

ここで、ベース基板３３の取付部３３ａ及び３３ｂとこれら取付部３３ａ及び３３ｂ間をベース基板の取付部３３ａ側の側縁を通って連結する連結部３３ｅとこの連結部３３ｅの左右方向の中央位置に設けられた減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に取付ける取付部３３ｆとが一体のバスバーで構成されている。このため、バスバーが電気的に減速ギヤボックス４に接続されてノイズ電流還流用アースとして作用させることができると共に、ベース基板３３の剛性を高めることができる。

また、ベース基板３３の取付部３３ａ及び３３ｂに対応する図９で下面側に減速ギヤボックス４のモジュール部品格納部２０ｂに挿入されて位置決めを行う位置決めピン３３ｇ及び３３ｈが突出形成されている。
さらにまた、モータ端子台１９Ｄは、図４に示すように、合成樹脂材でモールド成形されてモータ装着部１７に形成された端子台取付部１７ａに取付けられる取付部４１ａと、この取付部４１ａの上部に形成された傾斜面を有する端子板保持部４１ｂと、この端子板保持部４１ｂに形成された電動モータ５の接続端子５ｃ及び５ｄと面接触する傾斜端子板４１ｃ及び４１ｄと、これら傾斜端子板４１ｃ及び４１ｄに個別に接続されて、制御基板１９Ａに電気的に接続されるリード端子４１ｅ及び４１ｆとを備えている。

なおさらに、コネクタ１９Ｅは、図９及び図１１に示すように、合成樹脂材でモールド成形されて構成され、電源コネクタ部４２と外部のネットワークと接続する信号コネクタ部４３とを有するケース体４４を有し、このケース体４４の左右端部に取付フランジ部４４ａが形成されている。ケース体４４の背面には、各コネクタ部４２及び４３の制御基板１９Ａに電気的に接続されるパワーリード端子４５及び信号リード端子４６が背面側から所定距離だけ突出させてから上方に折り曲げられてＬ字状に形成されている。

そして、制御ユニット１９を組み立てるには、先ず、制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａに放熱グリースを塗布した上で、パワー基板１９Ｂを、リード端子２４ａ側の隅部を位置決め部２０ｄに当接させて位置決めし、この状態で、ねじ留めなどによって平坦取付面に固定する。次いで、リレー、コンデンサ等を下面に装着したモジュール部品１９Ｃを、その下面のリレー、コンデンサ等の部品が制御ユニット装着部２０に形成したモジュール部品格納部２０ｂに格納されるようにしてベース基板３３を支持片２０ｆ上にねじ留めなどによって固定する。次いで、モータ端子台１９Ｄをモータ装着部１７に形成した端子台取付部１７ａに載置し、モジュール部品１９Ｃの取付部３３ｂと共にねじ留め等によって共締めする。次いで、制御基板１９Ａをパワー基板１９Ｂのリード端子２４ａ〜２４ｃを挿通孔２１ａ〜２１ｃに挿通すると共に、モジュール部品１９Ｃのリード端子３４ａ〜３４ｃを挿通孔２２ａ〜２２ｃに挿通し、さらにモジュール部品１９Ｃのベース基板３３に形成した支持部３３ｄの位置決めピン３３ｃを挿通孔３３ｉに挿通させて、ねじ留めなどによって固定する。次いで、コネクタ１９Ｅを、その取付フランジ部４４ａを制御ユニット装着部２０のコネクタ支持片２０ｇに載置してからねじ留めなどによってコネクタ支持片２０ｇに固定する。

以上の取付工程を終了することにより、図２に示すように、制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃを個別に減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に装着することができ、この状態で、制御基板１９Ａの上面側で各リード端子を半田付けしてから図４に示すカバー１９Ｆを制御ユニット装着部２０にねじ留めなどによって固定することにより、制御ユニット１９が構成され、この制御ユニット１９が減速ギヤボックス４へ装着される。

そして、制御ユニット１９の減速ギヤボックス４への装着が完了してから電動モータ５を減速ギヤボックス４のモータ装着部１７に装着する。このとき、電動モータ５の出力軸と減速ギヤボックス４のウォーム軸１１ａとをスプライン結合又はセレーション結合させるので、電動モータ５を回転させながらスプライン結合又はセレーション結合を浅く行って、浅いスプライン結合又はセレーション結合が完了すると、電動モータの取付フランジ５ｂを減速ギヤボックス４におけるモータ装着部１７のフランジ部１７ｂに対向させるように位置合わせをしてから電動モータ５を減速ギヤボックス４にインロー結合させる。

このようにすると、電動モータ５の外部接続端子５ｃ及び５ｄが制御ユニット１９におけるモータ端子台１９Ｄに形成した端子板４１ｃ及び４１ｄと面接触することになり、この状態で電動モータ５の外部接続端子５ｃ及び５ｄのモータ端子台１９Ｄとは反対側からビス留めすることにより、電動モータ５の外部接続端子５ｃ及び５ｄとモータ端子台１９Ｄの端子板４１ｃ及び４１ｄとの電気的接続を行うことができる。これと同時にモータ側取付フランジ５ｂをモータ装着部１７のフランジ部１７ｂにボルト締めすることにより、電動モータ５を減速ギヤボックス４に装着することができる。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
先ず、電動パワーステアリング装置1を組み立てるには、減速ギヤボックス４のトルクセンサ収納部１６内に、トルクセンサ１５をその外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの先端が制御ユニット装着部２０における側壁２０ｃの左右方向中央部に形成された開口２０ｈを通じて、平坦取付面２０ａと平行に車体後方に延長するように固定配置する。

次いで、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に制御ユニット１９を組付けながら装着する。この制御ユニット１９の組付けは、前述したように、先ず、パワー基板１９Ｂを平坦取付面２０ａに放熱グリースを介してねじ留めなどによって固定し、次いでモジュール部品１９Ｃをリレー、コンデンサ等の部品を装着した状態で、これらをモジュール部品格納部２０ｂに格納しながらベース基板３３をその取付部３３ａ及び３３ｆを支持片２０ｆ上に載置して、これらをねじ留めなどによって固定する。次いで、モータ端子台１９Ｄをモータ装着部１７の端子台取付部１７ａにモジュール部品１９Ｃの取付部３３ｂと共にねじ留めなどによって共締めして固定する。

そして、制御基板１９Ａの挿通孔４８ａ，４８ｂにコネクタ１９Ｅのリード端子４５，４６を挿通した状態で、制御基板１９Ａを、先ず、スルーホール２３ａ〜２３ｄにトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させてから、パワー基板１９Ｂのリード端子２４ａ〜２４ｃを挿通孔２１ａ〜２１ｃに挿通し、モジュール部品１９Ｃのリード端子３４ａ〜３４ｃを挿通孔２２ａ〜２２ｃに挿通し、モータ端子台１９Ｄのリード端子４１ｅ及び４１ｆを挿通孔４１ｇ及び４１ｈに挿通し、これらと同時にモジュール部品１９Ｃの位置決めピン３３ｃを挿通孔３３ｉに挿通させることにより、位置決めして制御ユニット装着部２０の支持片２０ｅ上に載置すると共に、コネクタ１９Ｅの取付フランジ部４４ａをコネクタ支持片２０ｇに載置する。

そして、制御基板１９Ａを支持片２０ｅにねじ留めなどによって固定すると共に、コネクタ１９Ｅの取付フランジ部４４ａをコネクタ支持片２０ｇにねじ留めなどによって固定する。この場合、先にコネクタ１９Ｅをコネクタ支持片２０ｇに固定してから制御基板１９Ａを支持片２０ｅに固定するようにしてもよい。
この状態では、図２に示すように、制御ユニット１９を構成する制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ、モジュール部品１９Ｃ、モータ端子台１９Ｄ及びコネクタ１９Ｅが減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に装着された状態となり、この状態で、制御基板１９Ａの上面から突出している各リード端子を半田付けすることにより、制御基板１９Ａとパワー基板１９Ｂ、モジュール部品１９Ｃ、モータ端子台１９Ｄ及びコネクタ１９Ｅとが電気的に接続されると共に、制御基板１９Ａとコネクタ１９Ｅとが固定される。

そして、半田付けが終了した時点で、制御基板１９Ａを覆うようにカバー１９Ｆを制御ユニット装着部２０に装着してねじ留めなどによって固定することにより、制御ユニット１９の組付けと制御ユニット装着部２０への装着とが同時に完了する。
次いで、減速ギヤボックス４にステアリングシャフト２、ステアリングコラム３、ウォーム１１及びウォームホイール１３等を装着してから最後に電動モータ５を減速ギヤボックス４のモータ装着部１７に取付ける。

この電動モータ５の装着は、先ず、電動モータ５の出力軸と減速ギヤボックス４のウォーム収納部１２に収納されたウォーム１１を取付けたウォーム軸１１ａとを両者の端面を当接させた状態で電動モータ５を円周方向に回転させながら浅くスプライン結合又はセレーション結合する。この浅いスプライン結合又はセレーション結合が完了すると、再度電動モータ５を円周方向に回転させて取付フランジ５ｂをモータ装着部１７のフランジ部１７ｂに対向させると共に、接続端子５ｃ及び５ｄをモータ端子台１９Ｄの端子板４１ｃ及び４１ｄに対向させた状態で、電動モータ５を減速ギヤボックス４に押し込んでインロー結合させる。

この状態となると、接続端子５ｃ及び５ｄがモータ端子台１９Ｄの端子板４１ｃ及び４１ｄに面接触するので、この状態でネジ回し等の工具で接続端子５ｃ及び５ｄと端子板４１ｃ及び４１ｄとをねじ留めすると共に、端子台１９Ｄを覆うように図４に示すカバー１９Ｇを装着する。このとき、接続端子５ｃ及び５ｄ並びに端子板４１ｃ及び４１ｄが図２に示すように電動モータ５の軸心方向に対して左上がりに傾斜しているので、ネジ回し等の工具を容易に挿入させることができ、ねじ留めを容易に行うことができる。

しかも、接続端子５ｃ及び５ｄ並びに端子板４１ｃ及び４１ｄが電動モータ５の軸心方向に対して右上がりに傾斜していることにより、接続端子５ｃ及び５ｄ並びに端子板４１ｃ及び４１ｄに必要な接触面積を確保してもモータ端子台１９Ｄの高さを低くすることができ、接続端子５ｃ，５ｄ及びモータ端子台１９Ｄが必要以上に突出することを確実に防止することができるので、レイアウトの自由度を向上させることができる。

また、接続端子５ｃ及び５ｄを端子板４１ｃ及び４１ｄに面接触させて最短距離で強固に取付けることができるので、接続端子５ｃ，５ｄ及び端子板４１ｃ，４１ｄ間がモータハーネスを介することなく電気的に直接接続できると共に、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆと制御基板１９Ａのスルーホール２３ａ〜２３ｄとがセンサハーネスを介することなく電気的に直接接続できる。このため、制御ユニット１９と電動モータ５及びトルクセンサ１５との間の電気的接続長さを最小として、配線抵抗を最小とすることができ、電力損失を抑制することができると共に、電気ノイズが乗ることも低減することができる。

また、電動モータ５及び制御ユニット１９間にモータハーネスを設ける必要がないので、モータハーネスから放射されるノイズが少なくなり、ラジオノイズに対する影響を軽減させることができる。
また、制御ユニット１９を大まかには制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃで構成し、これらの配置関係が図１２に示すように、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０における平坦取付面２０ａにパワー基板１９Ｂが取付けられ、このパワー基板１９Ｂの上方に所定間隔を空けて制御基板１９Ａが平行に積層され、これらパワー基板１９Ｂ及び制御基板１９Ａがステアリングコラム３の軸方向から見て１つの投影面領域内に収まるように配置され、さらにモジュール部品１９Ｃがパワー基板１９Ｂの図１２で見て左側にコンデンサ３５、リレー３６等の搭載部品が投影面領域から外れるように並設されて、水平方向のパワー基板１９Ｂ及び制御基板１９Ａと垂直方向のモジュール部品１９ＣとでＬ字状に構成され、モジュール部品１９Ｃのリード端子３４ａ〜３４ｃがパワー基板１９Ｂ及び制御基板１９Ａ間に位置するように上下方向でパワー基板１９Ｂ、モジュール部品１９Ｃのリード端子３４ａ〜３４ｃ及び制御基板１９Ａの３層構造とされている。このため、パワー基板１９Ｂ及び制御基板１９Ａ間の間隔を必要最小限とすることができ、制御ユニット１９におけるステアリングコラム３の軸方向の厚みを抑制することができると共に、減速ギヤボックス４に内装するウォーム１１及びウォームホイール１３のサイズを大きく変更するために、図１３に示すように、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に形成するモジュール部品格納部２０ｂの位置を外側にずらして側壁２０ｃからの距離を図１２に示すＬ１からＬ２に増加する必要が生じたときには、モジュール部品１９Ｃのリード端子３４ａ〜３４ｃの折り曲げ部の長さをモジュール部品格納部２０ｂのずれ量に応じた長さに対応した長さに変更するだけで、容易に対応することができ、汎用性を向上させることができる。

しかも、これら制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃの夫々を個別に減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に取付けるので、減速ギヤボックスの平坦取付面２０ａ、モジュール部品格納部２０ｂ及び側壁２０ｃが制御ユニット１９の構成部品として兼用されているので、制御ユニット１９の部品点数を低減させることができると共に、制御ユニット１９の組付けと制御ユニット装着部２０への装着とが同時に行うことができ、組付工数を減少させることができる。

また、制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃの電気的接続を、全て制御基板１９Ａを経由して半田付けで行うことができ、制御基板１９Ａとパワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃ及びトルクセンサ１５との半田付けを１つの面でのみ行うことができ、組み立て作業を簡素化することができる。
また、制御ユニット１９を構成する発熱を伴うパワー基板１９Ｂがアルミニューム、アルミニューム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つで形成された減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０における平坦取付面２０ａに放熱グリースを介して直接接触されるので、パワー基板１９Ｂの発熱を熱容量の大きいヒートマスとなる減速ギヤボックス４に放散することができ、パワー基板１９Ｂが過熱状態となることを確実に防止することができる。

さらに、減速ギヤボックス４のトルクセンサ収納部１６の上部に制御ユニット１９を配置することにより、減速ギヤボックス４全体の軸方向長さを短縮して小型化を図ることができる。
この状態で、アッパ取付ブラケット６及びロア取付ブラケット７を車体側部材に取付けてから制御ユニット１９におけるコネクタ１９Ｅの電源コネクタ部４２及び信号コネクタ部４３に夫々バッテリ及びアースポイントに接続された外部接続コネクタ及びＣＡＮなどのネットワークの接続コネクタを装着することにより、電動パワーステアリング装置１の組付けを完了する。

このとき、アッパ取付ブラケット６では、図１に示すように、取付板部６ａを構成するカプセル６ｄに摺動板部６ｆが樹脂インジェクション６ｅによって固定されている。
この電動パワーステアリング装置１の組み付けが完了すると、アッパ取付ブラケット６のチルトレバー６ｇを回動させることにより、チルトロック状態を解除し、この状態でステアリングコラム３をロア取付ブラケットの７の枢軸７ｃを中心として回動させることにより、チルト位置を調整することができる。

そして、車両の図示しないイグニッションスイッチをオン状態として制御基板１９Ａ、パワー基板１９Ｂ及びモジュール部品１９Ｃにバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行されて、トルクセンサ１５及び図示しない車速センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワー基板１９Ｂのゲート駆動回路に供給してＨブリッジ回路を制御することにより、電動モータ５にモータ駆動電流が流れて電動モータ５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。

このため、電動モータ５からステアリングホイールの操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム１１及びウォームホイール１３を介してステアリングシャフトの出力に伝達されることにより、ステアリングホイールを軽い操舵力で操舵することができる。
この状態で、コラプス発生時に図示しないステアリングホイールに乗員が接触して、ステアリングコラム３を前方に摺動させる衝撃力が作用すると、アッパ取付ブラケット６のカプセル６ｄと摺動板部６ｆとの間の樹脂インジェクション６ｅが剪断されることにより、ステアリングコラム３の取付フランジ３ｃ側で内管３ａに対して外管３ｂが衝撃力を吸収しつつ摺動して収縮ストッパとしてのトルクセンサ収納部１６に当接することにより必要なコラプスストロークを確保してステアリングコラム３が収縮する。

なお、上記実施形態においては、電動モータ５に接続端子５ｃ及び５ｄを設け、制御ユニット１９にモータ端子台１９Ｄを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータ５に端子台を設け、制御ユニット１９に接続端子を設けるようにしてもよく、さらには電動モータ５のモータ側接続部及び制御ユニット１９のユニット側接続部の双方を同一角度又は異なる角度の接続端子とすることもできる。この場合には両接続端子を半田付け、溶接、リベット、ねじ及びナット等の任意の固着手段で固着すればよい。

さらに、上記実施形態においては、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆをＬ字状に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを直線状とし、制御基板１９Ａに形成した接続ランドに沿わせて半田付けやヒュージングなどで電気的に接続するようにしたり、外部接続端子をクリップ端子として制御基板１９Ａに挟着したりするようにしてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａがステアリングコラム３の中心軸と直交する平面である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第１の平坦取付面２０ａをステアリングコラム３の中心軸に対して直交する面に対して傾斜する面とするようにしてもよい。
なおさらに、上記実施形態においては、減速機構としてウォームギヤを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、傘歯車、平歯車等の任意の歯車を組み合わせた減速機構やベルト式等の任意の構成の減速機構を適用することができる。

また、上記実施形態においては、トルクセンサ１５としてコイル方式のトルクセンサを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、トーションバー２ｂの捩れ角を検出するトルクセンサを適用することもできる。
さらに、上記実施形態においては、電動モータ５としてブラシモータを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブラシレスモータを適用するようにしてもよく、この場合には、外部接続端子５ｃ及び５ｄを各相の励磁コイルの給電側に接続すると共に、パワー基板１９Ｂにブラシレスモータを駆動する例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有するインバータ回路及びインバータ回路の電界効果トランジスタのゲートをパルス幅変調信号で駆動するゲート駆動回路とを実装すればよい。

本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す斜視図である。減速ギヤボックスに電動モータ及び制御ユニットを装着した状態の斜視図である。減速ギヤボックスの一部を拡大して示す縦断面図である。減速ギヤボックスの分解斜視図である。電動モータを示す斜視図である。図電動モータのバスバー構造を示す正面図である。減速ギヤボックスの正面側から見た斜視図である。減速ギヤボックスの背面側から見た斜視図である。制御ユニットの分解斜視図である。モジュール部品を図９とは反対側から見た斜視図である。コネクタを示す斜視図である。制御ユニットの断面を表す模式図である。制御ユニットの減速機構サイズ変更時の断面を表す模式図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４…減速ギヤボックス、５…電動モータ、５ｃ，５ｄ…接続端子、５ｉ，５ｊ…バスバー、６…アッパ取付ブラケット、７…ロア取付ブラケット、１１…ウォーム、１１ａ…ウォーム軸、１２…ウォーム収納部、１３…ウォームホイール、１４…ウォームホイール収納部、１５…トルクセンサ、１６…トルクセンサ収納部、１７…モータ装着部、１８…コラム取付部、１９…制御ユニット、１９Ａ…制御基板、１９Ｂ…パワー基板、１９Ｃ…モジュール部品、１９Ｄ…モータ端子台、１９Ｅ…コネクタ、１９Ｆ，１９Ｇ…カバー、２０…制御ユニット装着部、２０ａ…平坦取付面、２０ｂ…モジュール部品格納部、２０ｃ…側壁

Claims

操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトを内装するステアリングコラムと、前記ステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータとを備えたコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置であって、
前記減速ギヤボックスに、前記電動モータを装着するモータ装着部及び当該電動モータを駆動制御する制御ユニットを装着する制御ユニット装着部が並設され、前記制御ユニットは、少なくとも指令値を演算する処理装置を実装した制御基板と、前記電動モータ用のスイッチング素子を実装したパワー基板と、リレー、ノイズ対策部品等の搭載部品を実装したモジュール部品とで構成され、前記制御ユニット装着部に前記パワー基板及び前記制御基板が所定間隔を保ってその順に積層され、前記モジュール部品の電気的接続部が前記制御基板及び前記パワー基板間に位置するように３層構造とされており、
前記制御基板及び前記パワー基板間、前記制御基板及び前記モジュール部品間、並びに前記パワー基板及び前記モジュール部品間の電気的接続が、前記制御基板のみに前記パワー基板及びモジュール部品の接続端子を半田付けすることにより行われていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
前記制御基板及び前記パワー基板は前記ユニット装着部に互いに平行に一つの投影面領域内に収まるように配設され、前記モジュール部品は、前記制御基板への電気的接続部を前記制御基板及び前記パワー基板間に配置し、前記搭載部品を前記投影面領域外に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
前記減速ギヤボックスに前記モジュール部品の搭載部品を格納する格納部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
前記モジュール部品は、前記減速ギヤボックスへ取付ける一対の取付部と、当該一対の取付部間を連結する連結部と、当該連結部に設けられ前記減速ギヤボックスへ取付ける取付部とで構成されるバスバーを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
前記減速ギヤボックスは前記ステアリングシャフトに伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサを内装し、該トルクセンサの外部接続端子が前記制御基板に直接接続され、前記減速ギヤボックスに内装される減速機構の形状によって決定される前記制御基板及び前記モジュール部品の相対位置に応じて、前記モジュール部品の電気的接続部の長さを決定するようにしたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。