JP5466679B2 - 電動アクチュエータの電子回路装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の電動パワーステアリング装置などに用いられる電動アクチュエータの電子回路装置に関する。

例えば車両の電動パワーステアリング装置は、一般に電動アクチュエータとして３相交流ブラシレスモータを用いており、その駆動・制御のために電子回路装置が必要であるが、近年では、構成の簡素化のために、この電子回路装置（コントローラユニット）を別置きとはせずに、電動モータと一体化することが一般的である。

この場合、モータ側のハウジングと電子回路装置側のハウジングとの接続部において、例えば３相モータであれば、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのモータ側の入力端子を電子回路装置の同じく３つの出力端子とそれぞれ接続する何らかの端子接続構造が必要となる。

このような端子接続構造として、特許文献１には、入力端子と出力端子とを互いにネジ止めする構成が開示され、特許文献２には、入力端子と出力端子とを溶接もしくはハンダ付けによって接続する構成が開示されている。また、特許文献３には、電動モータ側の入力端子を細長いプレスフィット端子とし、電子回路装置側の回路基板のスルーホールにプレス機で圧入することで電気的に接続する構成が開示されている。さらに、特許文献４には、メス型中間端子を介してモータ側の入力端子と電子回路装置側の出力端子とを接続する構成が開示されている。

特開２０１０−２１５２３３号公報 特開２００８−１８９１４６号公報 特開２０１０−２６９６９３号公報 特開２０１０−２００５０１号公報

特許文献１のようなネジ止め方式の場合、雨水や塵埃から端子部を保護すべく端子部を密閉空間内に配置しようとすると、ネジ止め後に端子部を覆う何らかのカバーが必要となり、部品点数が増えるのは勿論のこと、電動モータに電子回路装置を取り付ける際の作業工数が多くなる。

特許文献２のような溶接もしくはハンダ付けの方式においても、同様に、接合後に端子部を覆う何らかのカバーの取付が必要である。さらに、溶接もしくはハンダ付けの際の熱に対する対策も必要となり、好ましくない。

また特許文献３のように回路基板のスルーホールに端子を圧入する構成においては、電動パワーステアリング装置などに必要な大電流には到底対応することができない。

また、特許文献４のように別部品の中間端子を用いる構成では、接続すべき端子の数だけ中間端子が必要であり、部品点数ならびにその取付工数が増加する、という欠点がある。

この発明に係る電動アクチュエータの電子回路装置は、
一端が開口面となったカップ状をなし、電動アクチュエータの端子部を覆うように取り付けられるハウジングと、
上記ハウジング内に配置され、上記電動アクチュエータを駆動するパワー部品が実装されるとともに、複数のバスバーを合成樹脂材料で板状に一体化してなるバスバーモジュールと、
上記ハウジングの上記開口面側に位置するように上記バスバーモジュールに重ねて配置された制御基板と、
上記バスバーモジュールに立設されるとともに、上記制御基板を横切って上記開口面から外側へ向かって延び、上記電動アクチュエータの端子部に立設された平板状の入力端子にそれぞれ接続される複数の出力端子と、
を備えている。

そして、上記出力端子は、上記バスバーモジュールから立ち上がった基部が平板状をなすとともに、その先端部が複数片に分岐して、一部の片が上記入力端子の一方の面に沿い残部の片が上記入力端子の他方の面に沿うように、互いに板厚方向にオフセットしており、両者間で上記入力端子を狭圧する構成となっている。

すなわち、上記の電子回路装置は、電動アクチュエータの端子部を覆うようにして取り付けられるが、その際に、電動アクチュエータ側に立設している平板状の入力端子の先端と上記出力端子の先端とを互いに対向させて、そのまま押し込んでいけば、平板状をなす入力端子が上記出力端子の複数片の間で挟持され、電気的な接続がなされる。

好ましい一つの態様では、上記出力端子は、上記の一部の片が上記基部と同一平面をなすように直線状に延びている。つまり、平坦なブランクから出力端子を形成するものとすると、出力端子の基部と一部の片はブランクの平坦面に沿ったままの形状であり、ここから残部の片が板厚方向にオフセットするように延びていく。この構成では、加工が最小限になるとともに、上記の一部の片が入力端子の一方の面と面接触し、接触面積が大きく得られる。

そして、さらに好ましくは、上記出力端子は、上記ハウジングの外周縁に隣接した位置に配置されており、上記基部と同一平面をなす上記の一部の片が上記ハウジングの外周寄りに位置し、残部の片が上記ハウジングの内周寄りに位置している。このように配置することで、出力端子の基部の位置を、よりハウジング外周縁に近接した位置とすることができ、電子回路装置の小型化の上で有利である。

この発明によれば、別部材のカバーを要さずに電動アクチュエータと電子回路装置のハウジングとの間の空間内に両端子を収容した状態のまま入力端子と出力端子との接続を達成することができ、また、溶接等の特別な接合設備や中間端子のような別部品も不要であり、容易に電動アクチュエータと電子回路装置とを組み付けることが可能となる。

この発明が適用される電動パワーステアリング装置の斜視図。 一実施例の電子回路装置をハウジング開口面側から見た斜視図。 ハウジングを切り欠いて内部を示した電子回路装置の側面図。 制御基板およびバスバーモジュールの樹脂部を透視して内部を示した電子回路装置の正面図。 出力端子部分のみを示す斜視図。 出力端子を入力端子と組み合わせた状態で示す端子部分のみの側面図。 図６のＡ−Ａ線に沿った断面図 出力端子部分を電動モータと組み合わせた状態で示す断面図。 この実施例の出力端子の製造工程を示す説明図。 出力端子の第２実施例を示す側面図。 出力端子の第３実施例を示す側面図。 出力端子の第４実施例を示す側面図。 入力端子の変形例を示す図７と同様の断面図。

以下、この発明を車両の電動パワーステアリング装置に適用した一実施例について説明する。

図１は、この発明が適用された電動パワーステアリング装置の斜視図であって、これは例えばラックピニオン型のステアリング装置として、ステアリングシャフト１の回転トルクがギアボックス２を介してシリンダ３内の図示せぬラックに伝達され、このラックに連結されシリンダ３を貫通するタイロッド４が動く構成となっている。そして、ギアボックス２に隣接して、操舵力のアシストを行う電動モータ５が設けられており、例えばラックあるいはギアボックス２内のギア機構に対してアシスト力を付与している。この実施例では、電動モータ５は、そのロータの回転中心軸がシリンダ３と所定の角度となる姿勢でシリンダ３の下側に搭載され、略円筒状をなすハウジングの端部に、本発明の電子回路装置つまり駆動制御ユニット６が一体に装着されている。上記電動モータ５は、３相交流ブラシレスモータからなり、上記駆動制御ユニット６は、インバータを介してこの３相交流モータを駆動する駆動回路と、図示せぬトルクセンサからの信号などに基づいてアシスト力の制御などを行う制御回路と、を含んでいる。

図２〜図４は、駆動制御ユニット６の詳細を示している。この駆動制御ユニット６は、一端が開口面１１ａとなったカップ状をなすアルミニウム合金ダイキャストからなるハウジング１１を有し、その開口面１１ａに、図２に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗ相にそれぞれ対応する３つの出力端子１２が並んで配設されている。上記ハウジング１１は、該ハウジング１１を電動モータ５のハウジングに対して取り付けるための複数のネジ１３を有しているが、上記開口面１１ａはこのネジ１３の軸線に直交した平面をなし、かつ上記出力端子１２は、上記ネジ１３の軸線と平行な方向に沿うように電動モータ５に向かって突出している。図２に示すように、電動モータ５側には、上記出力端子１２に各々対応する３つの平板状の入力端子７が立設されており、後述するように、これらの入力端子７と上記出力端子１２とが、駆動制御ユニット６の電動モータ５への取付に伴って電気的に接続される。

この実施例では、上記駆動制御ユニット６つまりハウジング１１は、図２に示すように、矩形の一端部を円弧形とした略Ｕ字形の外形状を有する。換言すれば、ハウジング１１は、平面状の側壁１１ｂと略Ｕ字形の側壁１１ｃとを有しており、上記の３つの出力端子１２は、平面状の側壁１１ｂに隣接してそれぞれ配置され、かつ３つの出力端子１２が一直線上に並んで配置されている。なお、上記ハウジング１１の開口面１１ａには、上記側壁１１ｂ，１１ｃに沿ってＯリング１５が設けられており、電動モータ５側のハウジングとの間をシールする。これによって、互いに接続される入力端子７および出力端子１２は密閉空間内に収容された状態となる。

図３は、駆動制御ユニット６の内部の構成を示すために、ハウジング１１を断面にして内部を示した側面図である。ハウジング１１の開口面１１ａと反対側には、合成樹脂製のコネクタ部材２１がＯリング５２を介してネジ２２によって取り付けられている。このコネクタ部材２１は、電源用コネクタ２２と、制御信号用コネクタ２３と、を備えている。図３に示すように、ハウジング１１内には、電動モータ５を駆動するための相対的に大きな電流が流れる後述する複数のバスバーを絶縁性合成樹脂材料でもって板状に一体化してなるバスバーモジュール２４が収容されている。このバスバーモジュール２４には、後述するように種々の電子部品が実装されている。そして、相対的に小さな電流が流れる印刷回路基板からなる制御基板２５が、上記ハウジング１１の開口面１１ａ側に位置するように、上記バスバーモジュール２４に重ねて配置されている。これらのバスバーモジュール２４および制御基板２５は、ハウジング１１の側壁１１ｂ，１１ｃの形状に対応して、概ね略Ｕ字形の外形状を有している。なお、図２に示すように、ハウジング１１の開口面１１ａの大部分は上記制御基板２５によって覆われている。

図４は、主にバスバーモジュール２４の内部構成を示すために、バスバーモジュール２４の樹脂部分およびその前面の制御基板２５を透視して示した駆動制御ユニット６の正面図である。以下、図３および図４を参照して、パワー部品やバスバー等の構成を説明すると、電源用コネクタ２２の正極端子３１は、第１バスバー３２を介して電源リレー３３の入力端子と接続されている。この電源リレー３３は、非常時に回路内に流れ込む電流を遮断するフェイルセーフの機能を有する。この電源リレー３３の出力端子は、第３バスバー３４を介してノーマルモードチョークコイル３５と接続されている。このノーマルモードチョークコイル３５は、回路内外のノイズを低減するためのものである。

上記ノーマルモードチョークコイル３５の出力端子は、第４バスバー３６を介して、３つの電解コンデンサ３７と、セラミックコンデンサ３８と、スイッチング回路基板３９の正極端子５５と、にそれぞれ接続されている。上記電解コンデンサ３７は、駆動制御ユニット６から電動モータ５へ出力される比較的低い周波数の出力電流を安定化させる機能を有し、上記セラミックコンデンサ３８は、駆動制御ユニット６へ出力される比較的高い周波数の出力電流を安定化させる機能を有する。上記スイッチング回路基板３９は、電動モータ５へ供給する３相の出力電流の波形を制御するものであり、インバータ回路を構成する６個の半導体スイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）５６が実装されている。このスイッチング回路基板３９は、放熱性を考慮して金属製の基板が用いられ、バスバーモジュール２４の面に直交する姿勢でもって取り付けられている。このスイッチング回路基板３９の負極端子（図示せず）は、第５バスバー４０を介してシャント抵抗４１と接続されている。このシャント抵抗４１は、第６バスバー４２に接続され、この第６バスバー４２は、上記電解コンデンサ３７と、上記セラミックコンデンサ３８と、電源用コネクタ２２の負極端子４３と、に接続されている。上記シャント抵抗４１は、回路内の電流値をモニタリングしている。上記第６バスバー４２は、ネジ４５によってハウジング１１に固定されており、筐体アースとなっている。

一方、バスバーモジュール２４に重ねて平行に配置される上記制御基板２５は、電動モータ５への供給電力を制御するために、印刷回路基板上に図示しない種々の制御回路部品が実装されたものであって、バスバーモジュール２４に一体化された上記の第１バスバー３２、第３バスバー３４、第６バスバー４２、さらには第２バスバー４６にそれぞれ接続されているとともに、上記スイッチング回路基板３９の信号端子５８および上記信号用コネクタ２３から延びた複数本の信号端子４７に接続されている。また、この制御基板２５には、電動モータ５側のレゾルバから延びる入出力信号端子（図示せず）が差し込まれるレゾルバ用コネクタ４９が実装されている。この制御基板２５は、バスバーモジュール２４に対し適宜な間隔を確保するように、スリーブ５０を介してハウジング１１に一対のネジ５１によって固定されている。

ここで、電動モータ５と接続される前述の出力端子１２は、バスバーモジュール２４に一体にモールドされており、上記スイッチング回路基板３９の出力端子５９にそれぞれ接続されている。詳しくは、出力端子１２は、０．８ｍｍ〜１．２ｍｍ程度の板厚の銅板を９０°ずつ２回折り曲げて略Ｕ字形ないし略Ｊ字形に構成したものであって、中間部となる取付部１２ａがバスバーモジュール２４内に埋設され、ここから一端部が実質的な出力端子１２として垂直に延びているとともに、他端部が接続端子部１２ｂとして同方向に延びており、この接続端子部１２ｂが上記スイッチング回路基板３９の出力端子５９と重ね合わされた上で互いに接合されている。このようにバスバーモジュール２４に堅固に支持された出力端子１２は、制御基板２５の側縁に設けられた切欠部を通して該制御基板２５を横切るように延びている。

次に、本発明の要部である出力端子１２の構成、特に電動モータ５側の入力端子７と接続される部分の構成を詳細に説明する。

図５は、上記出力端子１２の一つを拡大して示している。また図６および図７は、この出力端子１２の側面図および断面図であって、これらの図に示すように、上記出力端子１２は、その先端部が平行な３つの帯状の片に分岐している。詳しくは、左右に対称に位置する第１片７１および第２片７２と、中間の第３片７３と、に分岐している。この実施例では、上記第１片７１および第２片７２は、バスバーモジュール２４から立ち上がっている平板状をなす出力端子１２の基部７４と同一平面をなしている。つまり、第１片７１および第２片７２は、基部７４から単純に直線状に延びている。そして、これらの間に位置する第３片７３は、これら第１片７１および第２片７２に対し板厚方向にオフセットした形となるように、図の下方へ略Ｃ字形に曲げられた上で基部７４と実質的に平行に延びている。これによって、一対の第１片７１，第２片７２と中間の第３片７３とは、両者間にほぼ入力端子７の板厚に相当（より詳しくは入力端子７の板厚よりもごく僅か小さい）する間隔を有しつつ、互いに平行に延びている。また、この実施例では、入力端子７の挿入を容易にするために、各片７１，７２，７３の先端に、母材を斜めに折り曲げてなる傾斜部７５がそれぞれ設けられている。

このように構成された出力端子１２は、図６に矢印ＩＤとして示す方向（つまり出力端子１２の突出方向と平行な方向）に沿って出力端子１２を電動モータ５側の入力端子７に向かって押し込むことによって、一対の第１片７１，第２片７２と中間の第３片７３との間に入力端子７が挿入され、出力端子１２の母材自体の弾性によって入力端子７が図７のように狭圧される。これによって、駆動制御ユニット６の出力端子１２と電動モータ５側の入力端子７との電気的接続が達成される。従って、実際の作業としては、駆動制御ユニット６を電動モータ５のハウジング８１（図８参照）に対して位置合わせし、３つの入力端子７を各出力端子１２に挿入させながら駆動制御ユニット６を電動モータ５のハウジング８１に固定すればよく、極めて簡単な作業で電気的接続を行うことができる。なお、図６に矢印ＩＤとして示す挿入方向は、ハウジング１１を固定するネジ１３の軸線と平行であり、しかも、一対のネジ１３が、一列に並んだ３つの出力端子１２の両側に位置しているので、ネジ１３の締付に伴って端子１２，７同士の挿入が所定位置まで確実になされる。

また、図８に示すように、入力端子７が配置される端子部となる電動モータ５側のハウジング８１端部の凹部を覆うように駆動制御ユニット６のハウジング１１が取り付けられることにより、両ハウジング１１，８１の間にＯリング１５でシールされた密閉空間８２が形成され、この密閉空間８２内で両端子１２，７が接続されるので、別体のカバーを要することなく雨水等から保護することができる。

そして、本実施例では、入力端子７の一方の面に沿う第１片７１および第２片７２と、入力端子７の他方の面に沿う第３片７３と、の双方が平行であるので、３つの片７１，７２，７３の全てが入力端子７に面接触し、接触面積を大きく確保することができる。

特に、本実施例では、３つの出力端子１２が駆動制御ユニット６の側壁１１ｂに隣接した位置に配置されているとともに、出力端子１２の基部７４から直線状に延びる第１片７１および第２片７２がハウジング１１の外周寄り（つまり図８では上方）に位置し、かつ基部７４からオフセットした第３片７３がハウジング１１の内周寄り（つまり図８では下方）に位置している。従って、出力端子１２の基部７４の位置、換言すれば出力端子１２全体の位置を、駆動制御ユニット６の中で最大限に外周寄りに配置することができ、スペースの有効利用が図れ、駆動制御ユニット６全体の小型化の上で有利となる。より具体的に説明すると、出力端子１２先端部分とハウジング８１内壁面との間には最小限の間隙ΔＬ１が必要であり、図８の構成では、基部７４とハウジング８１内壁面との間の距離ΔＬ２が上記最小限間隙ΔＬ１と等しくなるが、仮に第３片７３が図８の例とは逆に基部７４から上方へオフセットしていると、基部７４とハウジング８１内壁面との間の距離ΔＬ２が、図８の構成の場合よりも大きくなる。つまり、バスバーモジュール２４における出力端子１２の位置が僅かではあるが内周寄りとなり、それだけデッドスペースが拡大してしまう。本実施例では、基部７４および第１，第２片７１，７２が同一平面をなし、ここから第３片７３がハウジング１１の内周寄りにオフセットしているので、無駄なデッドスペースが生じない。

図９は、上記のような出力端子１２の製造工程を概略的に示した説明図であって、（ａ）に示すように、銅材料からなるブランク１０１を用意し、このブランク１０１から（ｂ）に示すように、出力端子１２の外形状に沿った帯状のワーク１０２をプレス加工で打ち抜く。このプレス加工の際に、同時に、先端部を３つの片７１，７２，７３に分岐した形状とする。なお、この実施例では、曲げ加工に伴う長さの変化を考慮して、中央の第３片７３を予め僅かに長くしてある。そして、次に、（ｃ）に示すように、中央の第３片７３を曲げ加工するとともに、各片７１，７２，７３の先端部を傾斜部７５として折り曲げて、前述したような出力端子１２が完成する。なお、前述したように、第３片７３の付け根部分にはＣ字形の湾曲部７３ａが設けられており、入力端子７の板厚の誤差に対する第３片７３の追従性が高くなるようにしている。この図９に明らかなように、この実施例では、基本的に第１片７１および第２片７２については曲げ加工は不要であり、第３片７３のみを曲げ加工すればよいので、その加工が最小限のものとなる。

図１０〜図１２は、上記出力端子１２の形状の変形例をそれぞれ示している。図１０の第２実施例は、前述した図６の実施例と同様に、中央の第３片７３が、基部７４と同一平面をなす左右の第１片７１および第２片７２に対して板厚方向にオフセットしているが、この第２実施例では、第３片７３が傾斜したものとなり、入力端子７に対して、先端部のみが線接触する構成となっている。特に、面接触する第１片７１および第２片７２と第３片７３との間で入力端子７をバランスよく保持するために、第１片７１および第２片７２の長さよりも第３片７３が短く、第１片７１および第２片７２の長さの中間部付近で第３片７３先端部が線接触するように構成されている。

図１１は第３実施例を示しており、このものでは、左右の第１片７１および第２片７２と中央の第３片７３とが、入力端子７を中心として互いに対称をなすように板厚方向に曲げ加工されており、特に、各片７１，７２，７３が、第２実施例の第３片７３と同様に、先端部のみで線接触する構成となっている。この構成は、出力端子１２の基部７４と入力端子７とが同一直線上に整列した配置となる利点を有している。

図１２は第４実施例を示しており、この第４実施例においては、第３実施例と同様に、左右の第１片７１および第２片７２と中央の第３片７３とが、入力端子７を中心として互いに対称をなすように板厚方向に曲げ加工されている。特に、各片７１，７２，７３が、図６の実施例の第３片７３と同様に、入力端子７の各面と面接触するように構成されている。この第４実施例においても、第３実施例と同様に、出力端子１２の基部７４と入力端子７とが同一直線上に整列した配置となる利点を有している。

次に、図１３は、入力端子７の変形例を示しており、このものでは、出力端子１２に挿入される入力端子７の両側縁に、それぞれ傾斜部９１が設けられている。これらの傾斜部９１は、第１片７１および第２片７２に向かってそれぞれ斜めに立ち上がっている。従って、出力端子１２に対し入力端子７を挿入する際に、両者の幅方向（挿入方向に対し直交する方向）の位置ずれが防止され、両端子１２，７が所定の位置でより確実に接触した状態となる。

なお、上記各実施例では、出力端子１２を３つの片７１，７２，７３に分岐した構成となっているが、本発明においては、入力端子７を両側から挟持し得るように複数の片に分岐していればよく、３つの片に限定されるものではない。また、３つの出力端子１２が必ずしも同じ構成でなくてもよく、例えば図６や図１０〜図１２の実施例を適宜に組み合わせて用いることも可能である。

以上、本発明を車両の電動パワーステアリング装置に適用した一実施例を説明したが、本発明は、３相交流電動モータ以外の電動モータ、あるいはモータ以外の電動アクチュエータについても同様に適用が可能である。

５…電動モータ
６…駆動制御ユニット
７…入力端子
１１…ハウジング
１２…出力端子
２４…バスバーモジュール
２５…制御基板
７１…第１片
７２…第２片
７３…第３片

Claims (3)

1. 一端が開口面となったカップ状をなし、電動アクチュエータの端子部を覆うように取り付けられるハウジングと、
   上記ハウジング内に配置され、複数のバスバーを合成樹脂材料で板状に一体化してなるバスバーモジュールと、
   上記ハウジングの上記開口面側に位置するように上記バスバーモジュールに重ねて配置された制御基板と、
   上記バスバーモジュールに立設されるとともに、上記制御基板を横切って上記開口面から外側へ向かって延び、上記電動アクチュエータの端子部に立設された平板状の入力端子にそれぞれ接続される複数の出力端子と、
   を備え、
   上記出力端子は、上記バスバーモジュールから立ち上がった基部が平板状をなすとともに、その先端部が複数片に分岐して、一部の片が上記入力端子の一方の面に沿い残部の片が上記入力端子の他方の面に沿うように、互いに板厚方向にオフセットしており、両者間で上記入力端子を狭圧することを特徴とする電動アクチュエータの電子回路装置。
2. 上記出力端子は、上記の一部の片が上記基部と同一平面をなすように直線状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータの電子回路装置。
3. 上記出力端子は、上記ハウジングの外周縁に隣接した位置に配置されており、上記基部と同一平面をなす上記の一部の片が上記ハウジングの外周寄りに位置し、残部の片が上記ハウジングの内周寄りに位置していることを特徴とする請求項２に記載の電動アクチュエータの電子回路装置。