JP6138358B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

この発明は、電動モータによりハンドルの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置に関し、特に電動モータと制御ユニットとが一体化された電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、電動パワーステアリング装置を小型化するために、制御ユニットと電動モータとを一体化したＭＣＵ（motor-control-unit）が提案されている。
このＭＣＵは、制御ユニットを電動モータの出力軸と同軸上に配置したものがあるが、構造を工夫する必要があり、例えば特許文献１、及び２に示すものが提案されている。

上記ＭＣＵの制御ユニットにおいて、ＣＰＵ（Central-Processing-Unit）が搭載された制御基板、電動モータの巻線へ電力を供給するためのインバータ回路を構成するＰＭ（power-module）、ヒートシンク、コネクタＡＳＳＹ等が工夫して配置され、それらを電気的・構造的に接続するものである。
特に、特許文献１では、３相の各相に電力を供給するＰＭを分散配置し、その間の空間に電源脈動抑制用の大型部品であるコンデンサを配置し、ＰＭ、コンデンサの電気配線は、ともに上方に延びた端子をバスバーと接続している。
また、特許文献２では、３相２組のインバータのため、ＰＭを２個並列に並べ、コンデンサは、特許文献１に比較して横置きに搭載して小型化を図ったものである。

特開２０１１−２３９５７４号公報 特開２０１３−１５１２０５号公報

上記特許文献１の制御ユニット部では、大型部品である特にコンデンサを電動モータの出力軸に平行に縦置きに配置したため、コンデンサ高さ分だけ出力軸方向に制御ユニット全体が延びる構造となるという問題点があった。
また、コンデンサ格納のためにヒートシンクの一部が凹部に穿ったものであり、ヒートシンクの放熱面積が少なくなるという問題点もあった。
また、特許文献２のＭＣＵでは、そのコンデンサは横置きにした構造ではあるが、３相１組に対応するにはまだ小型化の余地があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、パワーモジュールの集約化と、その空いたスペースにコンデンサを配置することで、軸線方向の寸法を縮小した電動パワーステアリング装置を提供するものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、
電動モータの駆動を制御する制御ユニットを前記電動モータの出力軸と同軸上に配置し、前記制御ユニットと前記電動モータとを一体化した電動パワーステアリング装置であって、
前記制御ユニットは、ヒートシンクに面接触し前記電動モータに供給される電力を制御する複数のスイッチング素子が内蔵されたパワーモジュールと、
このパワーモジュールを前記ヒートシンクに密着させるとともに、位置決めするホルダと、
このホルダから離間して配置され前記電動モータの駆動を制御するＣＰＵ（Central-Processing-Unit）が搭載された制御基板と、を備え、
前記ホルダは、一方の片側の一面に、前記パワーモジュールが配置され、他方の片側の他面に形成されたコンデンサ用凹部に、電源脈動を抑制するコンデンサの周面が密接して配置され、前記パワーモジュールと前記コンデンサとが、前記ホルダの一方の片側と他方の片側とに分かれて配置されている。

また、この発明に係る電動パワーステアリング装置は、
電動モータの駆動を制御する制御ユニットを前記電動モータの出力軸と同軸上に配置し、前記制御ユニットと前記電動モータとを一体化した電動パワーステアリング装置であって、
前記制御ユニットは、ヒートシンクに面接触し前記電動モータに供給される電力を制御する複数のスイッチング素子が内蔵されたパワーモジュールと、
このパワーモジュールを前記ヒートシンクに密着させるとともに、位置決めするホルダと、
このホルダから離間して配置され前記電動モータの駆動を制御するＣＰＵ（Central-Processing-Unit）が搭載された制御基板と、を備え、
前記ホルダは、一方の片側の一面に、前記パワーモジュールが配置され、他方の片側の前記一面に形成されたコンデンサ用凹部に、電源脈動を抑制するコンデンサの周面が密接して配置され、前記パワーモジュールと前記コンデンサとが、前記ホルダの一方の片側と他方の片側とに分かれて配置されている。

この発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ホルダは、一方の片側にパワーモジュールが配置され、他方の片側のコンデンサ用凹部にコンデンサの周面が密接して配置されることで、軸線方向の寸法を小さくして小型化を図ることができる。

この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング装置全体の回路構成図である。 この発明の実施の形態１の電動パワーステアリング装置のＭＣＵを示す断面図である。 図２のカバー、制御基板を除いた後のＭＣＵの平面図である。 この発明の実施の形態２の電動パワーステアリング装置のＭＣＵの要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３の電動パワーステアリング装置のＭＣＵを示す部分断面図である。 図５の制御基板を除いた後のＭＣＵを示す底面図である。

以下、この発明の各実施の形態の電動パワーステアリング装置について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。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の電動パワーステアリング装置を示す回路図である。
この装置は、制御ユニット１と、ハンドル（図示せず）の操舵力をアシストする電動モータ２と、バッテリ６と、イグニッションスイッチ７と、ハンドルの操舵力を検出するトルクセンサや、車速センサ等のセンサ類８と、電動モータ２の回転角を検出する回転センサ５と、を備えている。
制御ユニット１と電動モータ２とは一体構造であり、センサ類８、回転センサ５は、車両の各部位に搭載されている。
制御ユニット１は、ＣＰＵ（Central-Processing-Unit）１０を搭載した制御基板３と、電動モータ２のモータ巻線に電流を供給する所謂インバータ回路４と、を主要構成要素としている。

電動モータ２は、この実施の形態ではブラシレス電動モータであって、３相の巻線から構成されていることを示しているが、３相ブラシレスタイプに限定されるものではなく、ブラシ付き電動モータ、又は３相以上の多相巻線電動モータであってもよい。
また、インバータ回路４は、各相に対して同一の回路構成３５になっている。このインバータ回路４は、直列接続のスイッチング素子３１，３２と、脈動等ノイズ抑制のためのコンデンサ３０と、電流供給を遮断できるリレー機能を有したスイッチング素子３３と、さらには電流検出が可能なシャント抵抗３４と、を主要構成要素としている。なお、図中で示した部品類（スイッチング素子３１，３２,３３、シャント抵抗３４）を１つに纏めてＰＭ（power-module）として構成することも可能である。

制御基板３には、センサ８からの情報を基に電動モータ２を駆動する電流値を算出し、出力するＣＰＵ１０を中心に、ＰＭ３５とＣＰＵ１０のインターフェース用駆動回路１１、さらにシャント抵抗３４で検出した電圧を増幅し、ＣＰＵ１０が入力可能なように変換する電流検出回路１２、さらには、電動モータ２の回転角を検出する回転センサ５の情報を取り入れる回転角検出回路１３等が搭載されている。

さらに、制御ユニット１には、前述以外にコネクタ、モータ巻線に大電流を供給するため、バッテリ６から直接入力される電源ライン（＋電源とグランド）、この電源ラインに直列接続されたノイズ抑制コイル１４、電源ラインを遮断できる電源リレー機能を有したスイッチング素子を有する電源リレー１５等も配置されている。

以上のように多数の部品、大型部品、発熱部品と種々存在し、電動モータ２と制御ユニット１とを電動モータ２の出力軸に同軸上に配置するには制御ユニット１の小型化が必須であり、特に電動モータ２の径寸法とほぼ同一の体格で制御ユニット１を構成するためには、各部品の小型化、配置のみならず、放熱性、モータ駆動ノイズとの遮断等々の種々の工夫も必要となる。

上述した制御ユニット１と電動モータ２とを一体化したＭＣＵ（motor-control-unit）の構造について図２、図３を用いて説明する。
図２は、ＭＣＵ全体構成を示した断面図、図３は、図２のケース１９、制御基板３を除いた後のＭＣＵの平面図であり、図２の下側が電動モータ２の出力側、図２の上側が電動モータ２の反出力側であって、制御ユニット１は、電動モータ２の反出力側に、出力軸２３と同軸上に配置されている。
電動モータ２は、出力軸２３が貫通し表面に永久磁石（図示せず）を装着したロータ２１と、ロータ２１の周囲を囲い３相巻装されたモータ巻線２４を有するステータ２２と、これらの構造部品を軸線方向の両側から挟んだ、ヒートシンクである上フレーム２７及び下フレーム２８と、ステータ２２の外周面を囲い、上フレーム２７と下フレーム２８とを繋ぐブラケット７２と、上フレーム２７に嵌着され出力軸２３を回転自在に支持した反出力側軸受２９ａと、下フレーム２８に嵌着され出力軸２３を回転自在に支持した出力側軸受２９ｂと、を備えている。上フレーム２７の中央部には膨大部７６が形成さており、この膨大部７６に反出力側軸受２９ａが嵌着されている。
図２において、下フレーム２８のさらに下側の電動モータ２の出力側には、出力軸２３の回転が伝達される減速機に接続される。

モータ巻線２４の各相の端部は、モータ巻線２４の上部にあり、各モータ巻線２４を図１に示した△（デルタ）結線するための絶縁性接続リング２５がモータ巻線２４の上側に配置されている。モータ巻線２４の隣接した各相の端部同士が接続され最終出力端部として３本の延長巻線２６は上方へ延出されている。なお、△（デルタ）結線は一例であり、Ｙ結線でもよい。
この延長巻線２６に制御ユニット１から電流を供給することで、モータ巻線２４に磁界が発生し、その結果モータ巻線２４とロータ２１の永久磁石とでの反発・引き合い作用によりロータ２１が回転する。

制御ユニット１では、上フレーム２７上に載置され有底円筒形状で樹脂製のケース１９内であって、上フレーム２７にＰＭ３５ａが載置されている。このＰＭ３５ａは、ホルダ９で覆われている。ホルダ９の上側には、ホルダ９の周縁部に配置された複数の柱５４で支持された制御基板３が配置されている。円形の上フレーム２７はケース１９とほぼ同径である。

ＰＭ３５ａは、図３に示したように台形をしたモールド体７５に図１で示した各相の回路構成３５が共に内蔵されている。
このＰＭ３５ａは、ホルダ９の一方の片側の一面に配置されており、他方の片側の一面は空スペースである。
また、ＰＭ３５ａは、放熱性を考慮し、ヒートシンクである上フレーム２７の上面と密着している。
また、上フレーム２７は、電動モータ２のブラケット７２とほぼ同径で、また軸線方向も肉厚で熱容量は大であり、さらには外周面が外部に露出しているので、ＰＭ３５ａの放熱性はよい。
なお、上フレーム２７をアルミニウムで形成し、ＰＭ３５ａの上フレーム２７側で回路構成３５を露出した場合には、ＰＭ３５ａの放熱性をさらに向上させることができる。
上フレーム２７は、ヒートシンク、反出力側軸受２９ａの保持機能とともに、電動モータ２及び制御ユニット１の共通の構成要素であり、電動モータ２と制御ユニット１との境界壁の機能をも有している。

ＰＭ３５ａのモールド体７５の辺部には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相のモータターミナル４２が上方向に延びている。このモータターミナル４２は、電動モータ２の延長巻線２６と接続できるように、比較的幅広である。
また、モールド体７５の上記辺部と対向した辺からは狭い幅の信号ターミナル４１ａが多数垂直方向に延びている。これらの線の細い信号ターミナル４１ａは、制御基板３からの指令、及びモニタ用の信号ラインである。
さらに、モールド体７５の短辺には、電源ターミナル４３（＋電源）、電源ターミナル４４ｃ（グランド）が上方向に延びており、この電源ターミナル４３，４４ｃも幅広である。
延長巻線２６、及び延長巻線２６と接続されたモータターミナル４２、並びに電源ターミナル４３，４４ｃは、それぞれの端部はホルダ９を越えて、ホルダ９と制御基板３との間の空間まで延出し、一方多数の信号ターミナル４１ａは、さらに制御基板３まで延出している。

大型部品であるコンデンサ３０は、各相に対応して１個ずつ配置され、ホルダ９の制御基板３側に形成されたコンデンサ用凹部７０にそれぞれの周面が密接して配置されている。＋側のコンデンサ端子４７と、−側のコンデンサ端子４８は、それぞれの先端部がホルダ９の内部へ向かってそれぞれ延びている。

ホルダ９は、絶縁性樹脂で構成され、その内部には少なくともバスバー５０（＋電源の）とバスバー５１（グランド）とが張り巡らされている。これら２本のバスバー５０，５１は、略平行に配置されている。
図２では、便宜上バスバー５０とバスバー５１とが重ねて示されているが、実際はバスバー５０とバスバー５１とはほぼ同一平面である。
バスバー５０，５１は、ＰＭ３５ａ側とコンデンサ３０側との間で、コンデンサ３０側がＰＭ３５ａ側と比較して低く（上フレーム２７側）なるように段差が形成されている。

制御基板３には、ＣＰＵ１０、駆動回路１１等のＩＣ、及びその他の部品が両面に搭載されている。また、センサ８からの情報のターミナルが制御基板３の上方向に延びており、またＰＭ３５ａからの信号ターミナル４１ａが下方向から延びて制御基板３を貫通している。また、この制御基板３は、ホルダ９から上方向に延びた複数の柱５４により保持されている。この柱５４の長さに変更することにより、制御基板３と、ホルダ９及びコンデンサ３０との距離が調整される。

ケース１９の上部にはコネクタ類が配置されている。
コネクタ１６は、バッテリ６からの大電流用２端子（＋電源、グランド）を有し、コネクタ１７は、センサ８、及びイグニッションスイッチ７の多数の比較的小容量電流端子を有している。また、ケース１９の上部にはカバー１８が設けられている。このカバー１８内には、図１のコイル１４が内蔵されている。
このコイル１４は、図１の回路図に示すように、＋電源ラインに挿入されており、制御ユニット１から放出されるノイズを抑制する機能を有するために、電源コネクタ１６の近傍に配置されている。
また、このコイル１４も大型部品であり、制御ユニット１内へ配置することはスペース的にも不利である。そこで、コイル１４は、大電流用のコネクタ１６と小電流コネクタ１７との間であって、電源ラインの近傍に配置し、このコイル１４の出力は、グランドラインとともに制御基板３を貫通、又は制御基板３の端部を抜けて、ホルダ９のバスバーラインとつながっている。

上記ＭＣＵは、制御ユニット１と電動モータ２とが略同一径で一体化されている。
ホルダ９は、ＰＭ３５ａを上フレ−ム２７に密着させるために上フレ−ム２７側に押圧し、さらにはＰＭ３５ａを位置決めするためのモジュール用凹部８０を有している。
ＰＭ３５ａの厚みは、数ｍｍ（５〜８ｍｍ程度）であり、ホルダ９と上フレーム２７との間には、ホルダ９が当接部８１で上フレーム２７と当接して形成された狭い隙間５２しかなく、当然コンデンサ３０他の大型部品をＰＭ３５ａの真横のスペースに配置することは不可能である。
また、ヒートシンクとなっている上フレーム２７にコンデンサ３０を直接搭載させることは、電気的、熱的に不可能である。

そのため、ＰＭ３５ａの真横にＰＭ３５ａの厚み以下の隙間５２を有するホルダ９を上フレーム２７に載置し、隙間５２と反対側のホルダ９の上面にコンデンサ３０が配置されている。
バスバー５０，５１は、ＰＭ３５ａ側とコンデンサ３０側との間で、コンデンサ３０側がＰＭ３５ａ側と比較して低く（上フレーム２７側）なるように段差が形成されている。 従って、コンデンサ３０側では、低くした分だけバスバー５０，５１とホルダ９の制御基板３側の上面との間の距離が大きくとれる結果、ホルダ９に形成されたコンデンサ用凹部７０の深さを大きくすることができる。即ち、コンデンサ３０を上フレーム２７側に寄せることができ、ＰＭ３５ａの押え面Ｌ１とコンデンサ３０のコンデンサ用凹部７０の底部面Ｌ２は、押え面Ｌ１に接近させることができる。

このホルダ９の機能は、電源系のバスバー５０，５１の保持、ＰＭ３５ａの押え、ＰＭ３５ａの各ターミナル４１ａ，４３，４４ｃ，４２の位置決め、ＰＭ３５ａの位置決め、コンデンサ３０の保持、制御基板３の柱５４を介しての保持と多機能に及んでいる。
なお、例えば、コンデンサが角柱形状であれば、凹部もそれに合わせた角穴となる。また、コンデンサ３０は、コンデンサ用凹部７０にコンデンサ３０の一部が埋設されているが、接着剤、弾性クッション等を用いることで、コンデンサをさらにホルダに固定することようにしてもよい。

図３に示すように、ＭＣＵの最大円は、ヒートシンクの機能もする上フレーム２７の外周であり、ホルダ９は、この上フレーム２７よりも小さい円形である。
ホルダ９の表面に載置されたコンデンサ３０と反対側の裏面には、ＰＭ３５ａ、信号ターミナル４１ｂ及び電源ターミナル４５が延出した電源リレー１５が配置されており、これらの部品は図３では破線で示している。
ＰＭ３５ａの信号ターミナル４１ａ、電源リレー１５の信号ターミナル４１ｂは、ホルダ９の穴を挿通して上方向に延びている。
一方、大電流用の各ターミナル４２，４３，４４ｃ，４５は、先端部がホルダ９の表面から突出している。
各延長巻線２６は、電動モータ２側から上フレーム２７を貫通し、ホルダ９の切欠き部７１を通じて延出し、モータターミナル４２と溶接されている。上フレーム２７には、角状の絶縁性筒５３が埋設されており、延長巻線２６は、この絶縁性筒５３を貫通している。
従って、絶縁性筒５３は、延長巻線２６と上フレーム２７との間の絶縁性を確保し、またモータターミナル４２に対する延長巻線２６の位置決めをする機能を有している。

電源系は、まず図２のコネクタ１６、コイル１４を介してバスバー５０，５１側の電源ターミナル端部４４ａ（グランド）、電源ターミナル端部４６ａ（＋電源）を介して電源リレー１５の端子と接続されている。この電源リレー１５の出力（＋電源ライン）は、電源ターミナル４５としてホルダ９内に延長されている。一方、グランド側は電源ターミナル端部４４ａから直接ホルダ９内に延出している。

ＰＭ３５ａの電源ターミナル４３（＋電源），４４ｃ（グランド）は、短辺部から延びて、同様にバスバー５０，５１のそれらと溶接接続されている。
コンデンサ３０のコンデンサ端子４７（＋），４８（グランド）はその延出長さを変えて短い方を＋側、長い方をグランド側としている。バスバー５０，５１もグランドラインより＋ラインの方が上側に配置している。バスバー５０，５１の一部は、ホルダ９に形成された窓部４９で外部に露出しており、コンデンサ端子４７（＋），４８（グランド）は、この窓部４９で溶接、またはハンダ付けで接続されている。
また、ホルダ９は、周縁部に周方向に沿って複数の丸穴５５が形成されている。ホルダ９は、この丸穴５５を通じてボルト（図示せず）を締付けることで上フレーム２７に固定されている。特に、ＰＭ３５ａの周辺には、ＰＭ３５ａを上フレーム２７に押え付ける必要性から、丸穴５５は４カ所形成されている。
なお、ボルトを用いず、上フレームに設けられた穴にホルダに形成された柱部を圧入することで、ホルダを上フレームに固定するようにしてもよい。

次に、ＭＣＵの組み立て順について説明する。
先ず、ロータ２１、ステータ２２、モータ巻線２４をブラケット７２に内蔵し、ブラケット７２に下フレーム２８を圧入し、固定して電動モータ２を作製する。
次に、絶縁性接続リング２５をモータ巻線２４上に配置し、モータ巻線２４の巻線端部の溶接により△結線を行う。その後、上フレーム２７に軸受２９ａを取り付けた後、上フレーム２７を電動モータ２の上部に配置するとともに３本の延長巻線２６を上フレーム２７に貫通し、延出する。
一方、バスバー５０，５１が埋設したホルダ９をインサートモールド、又はアウトサートで作成する。このホルダ９にコンデンサ３０を搭載し、コンデンサ端子４７，４８をバスバー５０，５１と例えばハンダ付けで接続する。また、その他の電子機器もホルダ９に搭載し、電気的に接続する。

続いて、上フレーム２７の上面にＰＭ３５ａ、及び電源リレー１５を配置した後、ホルダ９をＰＭ３５ａ、及び電源リレー１５の上から配置し、またホルダ９の各穴にモールド体７５から延出した各ターミナル４１ａ，４３，４４ｃ，４２を通した後、ホルダ９の丸穴５５を通じてボルト（図示せず）を締付けてホルダ９を上フレーム２７に固定する。
その後、延長巻線２６の端部とＰＭ３５ａのモータターミナル４２とを溶接するとともに、ＰＭ３５ａの電源ターミナル４３，４４ｃ、電源リレー１５の電源ターミナル端部４４ａ，４６ａをそれぞれバスバー５０，５１と溶接接続する。

次に、ホルダ９に、ＣＰＵ１０、駆動回路１１等の複数の電子部品を両面に搭載した制御基板３を柱５４を介して上積みする。
この後、各信号ターミナル４１ａ，４１ｂと制御基板３のスルーホール穴（図示せず）をハンダ付けし、制御基板３、ホルダ９を覆うように、コネクタ１６，１７が一体成形されたケース１９を被せる。
次に、制御基板３、ホルダ９から延びた各ターミナルをケース１９の上部に延出させ、この各ターミナルを、ケース１９の成形時にインサートモールド、又はアウトサートされた各コネクタ１６，１７のコネクタ端子から延長されたバスバーと溶接接続し、またコイル１４の端子をバスバーに溶接接続した後、最後にコイル１４にカバー１８を被せる。

上記実施の形態の電動パワーステアリング装置によれば、ＭＣＵは、電動モータ２、上フレーム２７、ホルダ９、制御基板３及びケース１９を順次積層することで作製されるので、作業性が向上する。

また、各相の回路構成３５がモールド体７５に含まれたＰＭ３５ａをホルダ９の一方の片側の一面に形成されたモジュール用凹部８０に密接して配置し、他方の片側の他面に形成されたコンデンサ用凹部７０にコンデンサ３０周面を密接して配置し設け、ＰＭ３５ａの厚み以下の隙間５２を有するホルダ９を上フレーム２７に載置し、ＰＭ３５ａ側とコンデンサ３０側との間で、コンデンサ３０側がＰＭ３５ａ側と比較して上フレーム２７側に接近した段差が形成されているので、軸線方向の寸法を低くすることができる。

また、ヒートシンクである上フレーム２７とホルダ９とはその取り付け用の当接部８１を除き隙間５２を有し、コンデンサ３０の放熱性がよい。
また、コンデンサ用凹部７０の深さをより大きくすることでコンデンサ３０の耐振性が向上する。
また、コンデンサ端子４７，４８とバスバー５０，５１との間の距離を接近させることで、コンデンサ端子４７，４８とバスバー５０，５１との接続が容易となる。

またホルダ９には、ＰＭ３５ａが密着するモジュール用凹部８０が形成されているので、ＰＭ３５ａは、ホルダ９に対して所定の位置に確実に配置される。
また、有底筒状のケース１９の平面である上面に制御ユニット１と電気的に接続され出力軸２３と平行に延びたコネクタ１６，１７が設けられているので、コネクタ１６，１７により電動パワーステアリング装置の径方向の寸法が拡大するようなことはない。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２のＭＣＵの要部を示す断面図である。
この実施の形態では、コンデンサ３０は、ホルダ９が配置されたＰＭ３５ａと同一面に配置されている。
また、ＰＭ３５ａが配置されたる図中左側と、コンデンサ３０が配置された図中右側との間で、実施の形態１のものと比較して段差が大きい。
コンデンサ３０が配置されたホルダ９の面には、コンデンサ３０の外形形状に沿ったコンデンサ用凹部７０が形成されている。さらに、コンデンサ３０と上フレーム（ヒートシンク）２７との間には隙間５２が形成されている。この隙間５２を確実に確保するために、上フレーム２７は、コンデンサ３０と対向した部位に陥没部７３が形成されている。
他の構成は、実施の形態１のＭＣＵと同じである。

この実施の形態の電動パワーステアリング装置によれば、実施の形態１のものと比較して、コンデンサ３０側では上フレーム２７からの距離が大きくなるようにバスバー５０，５１に段差を設けたので、大型部品であるコンデンサ３０を上フレーム２７側、即ちＰＭ３５ａと同一側に配置することが可能となった。
また、ホルダ９のＰＭ３５ａの反対面と制御基板３との間には空間が形成されており、比較的大きな部品を追加となった場合には、この空間に配置することもできる。
この結果、ホルダ９に装着される電子部品類は、全て同一面側に配置されるので、各電子部品類の電気的接続である端子が同一方向に延出され、電子部品類の装着が一方向になり、作業性が向上する。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３の電動パワーステアリング装置のＭＣＵを示す部分断面図、図６は、図５の制御基板３ａを除いた後のＭＣＵを示す底面図である。
この実施の形態では、制御ユニット１ａは、電動モータ２の出力軸側（図５の上側）に配置されている。
また、実施の形態１及び２のＰＭ３５ａは、図１の各回路構成３５を一纏めにしたものであったが、この実施の形態のＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄでは、各回路構成３５毎にモールド体７５ａで一体化されており、それぞれ別個である。
電動モータ２の出力軸２３の出力側に制御ユニット１ａが配置され、その上に出力側軸受２９ｂが嵌着した上フレーム２７ａ、減速機（図示せず）が順次配置されている。上フレーム２７ａ、制御基板３ａ、ホルダ９ａは、それぞれ出力軸２３が貫通する出力軸用穴６０が中心部に形成されている。

電動モータ２側では、接続リング２５は、電動モータ２と制御ユニット１ａとの境壁として機能しており、ケース１９ａの内周壁面との間で隙間が殆ど生じないように径方向に膨大している。延長巻線２６は、先端部が制御基板３ａを越えてホルダ９ａまで延出している。

制御基板３ａは、ＣＰＵ１０、駆動回路１１及び他の電子部品が両面に搭載されており、制御基板３ａからは、ホルダ９ａ、及びコネクタ１７ａに向かって多数のターミナルが上方へ延出している。制御基板３ａの上側にホルダ９ａが配置され、これには大型部品であるコンデンサ３０のコンデンサ端子４７，４８が略中心に向かって、図６の右側のスペースに配置されている。
ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、図６の左側に集中して配置されている。
ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄからは信号ターミナル４１ｃが制御基板３ａに向かって下側に延出している。
さらに、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの上面には、ヒートシンクを兼ねた上フレーム２７ａが当接している。

次に、ホルダ９ａ及びその周辺について説明する。
それぞれが同一形状のＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、図６に示したようにモールド体７５ａは略台形であり、延長巻線２６と接続のためのモータターミナル４２が外周側の長辺の端部に設けられている。また、その長辺に沿って信号ターミナル４１ｃが複数並んでいる。
一方、電源ターミナル端部４３ａ（＋電源）、電源ターミナル端部４４ａ（グランド）は、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの斜辺の一方に並んで設けられている。これらのＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、図中左側に纏めて配置され、３本の延長巻線２６は、実施の形態１のものとは異なり離れてそれぞれ延出している。

また、ホルダ９ａは、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが載置される上面にそれぞれ２個ずつ凸部５６が形成されており、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、この凸部５６を通じてそれぞれ上フレーム２７ａ（ヒートシンク）側に押圧され、密着している。
また、ホルダ９ａには、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄのモールド体７５ａの両コーナ部に当接して位置決めするための壁部５９が設けられている。
なお、電源リレー１５は、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄと比較して小型であり、１個の凸部５６で押圧されている。

なお、実施の形態１と同様にホルダ９ａに凹部を形成し、この凹部にＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを密着して配置することも可能ではあるが、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが各相毎に分離配置されており、複数の凹部を形成しなければならず、位置決め部として壁部５９をそれぞれ設けた方が効率的である。
また、この壁部５９は、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄのモールド体７５ａのコーナ部に限ったものではなく、モールド体７５ａの辺部に壁部５９を当接してＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄを位置決めするようにしてもよい。

また、ＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの小型化を図るためにモータターミナル４２と同一のモールド体７５ａの辺部に信号ターミナル４１ｃが配置されている。
さらに、モールド体７５ａの出力軸用穴６０側の短辺部に信号ターミナル４１ｃを設けることも可能であるが、出力軸用穴６０の周囲にはターミナルが密集するので、制御基板３ａも含めで面積の効率を考慮し外径側に配置した方がよい。

次に、延長巻線２６とモータターミナル４２との接続方法は、各部品の組立性から実施の形態１のように両者を溶接することは困難である。
そのため、まずＰＭ３５ｂ、３５ｃ、３５ｄのモータターミナル４２が別のバスバーの一方と接続され、そのバスバーの他方は位置決め用の端子ホルダ５７の内部に配置されている。延長巻線２６の端部は例えば二股に分かれた形状をし、その二股の間に前記バスバーの他方端部が挿入されて接続できるような圧着タイプの接続構造をなしている。
これにより、ホルダ９ａと延長巻線２６を有する電動モータ２を合体させることにより、電気的接続が同時に成し遂げられる。
そのため端子ホルダ５７はホルダ９ａと別体でもよいが、ホルダ９ａに保持、固定されることが必要である。

ホルダ９ａは、図６中の右側外周部に径方向に突出したホルダ延長部９ｂが設けられている。このホルダ延長部９ｂでコネクタ１６ａ，１７ａの接続作業がなされる。
制御ユニット１ａは、出力軸側に配置されたため、コネクタ１６ａ，１７ａの配置場所は、電動モータ２から径方向に飛び出す構造を取らざるを得ない。
そのためさらに小型化を考慮して、ＭＣＵの外周面側にできる限りコネクタ１６ａ，１７ａを近づけ、コネクタ１６ａ，１７ａの各端子の挿入方向は出力軸２３と略平行である。
図５では電源系のバスバー５０、５１の様子を示し、図６では、電源ターミナル端部４４ａ（グランド），４６ａ（＋電源）を示している。図６の電源ターミナル端部４４ａと電源ターミナル端部４６ａとが離れているのは、図１のコイル１４を配置しているためである。

一方、センサ類の端子を有するコネクタ１７ａは、その端子と図６のバスバー端部１７ｂとが溶接接続され、コネクタ用バスバーは、ホルダ延長部９ｂからホルダ９ａの内径側に延長され、そこから制御基板３ａへ向かってコネクタ用ターミナル１７ｃが延びている。このホルダ延長部９ｂを設けたためホルダ９ａのみならず、上フレーム２７ａにもフレーム延長部２７ｂを有している。
また、窓部２７ｃの空間に置いてコネクタ１７ａの端子とバスバー端部１７ｂ、電源ターミナル端部４４ａ、４６ａをそれぞれ溶接して接続する。さらに、この窓部２７ｃを覆うため、一方はコネクタ１６ａ、１７ａの座面を利用し、他方は図５に示したコネクタ用カバー１６ｃで覆われている。また、ホルダ９ａの中央部に出力軸用穴６０が形成されており、面積的に実施の形態１と比べて小さくなっているため、例えば、電源（＋）のバスバー５０とグランドのバスバー５１は上下に２階建て構造を基本として構成している。

また、大型部品であるコンデンサ３０の端子部の配線は、バスバー５０，５１がホルダ９ａの表面まで浮き上がってきて露出しており、この部分でコンデンサ端子４７，４８とハンダ付けする。
さらに、前述のようにホルダ９ａにホルダ延長部９ｂ、上フレーム２７ａにフレーム延長部２７ｂを有するため、制御ユニット１ａを包含するケース１９ａも両者に合わせて形状が変更されている。
ケース１９ａは、実施の形態１と異なり、電動モータ２と当接することも考慮して金属（例えばアルミニューム製）で形成されており、またホルダ延長部９ｂに合わせて、外周の一部に開口部を有した略円形形状である。
また、ケース１９ａと上フレーム２７ａとは、外周縁部に形成された複数のボルト用穴５８でボルトを用いて固定されている。

ホルダ９ａと上フレーム２７ａとは、実施の形態１と同様にボルト穴５５でボルトを用いて固定されている。この固定によりＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ及び電源リレー１５を上フレーム２７ａに密着させるために押さえつけることになるため、できる限りＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ及び電源リレー１５の近傍にボルト穴５５を形成することが望ましい。
また、ＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ同士が接近配置されているため各ＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの間に固定位置（ボルト穴５５）を配置することで１個の固定で２個のＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄに作用させることが可能であり、小型化に貢献できる。また、制御基板３ａも、一端部がホルダ９ａに接続された柱５４を介して固定される。

次に、上記構造のＭＣＵの組立順について説明する。
電動モータ２は、実施の形態１と同様であり、モータ巻線２４の上に接続リング２５が覆って配置され、この中で結線され、巻線端部は延長巻線２６として、３本が分離独立して延出される。
次に、内部にバスバー５０，５１を有するホルダ延長部９ｂを有するホルダ９ａにコンデンサ３０を搭載し固定し、それらのコンデンサ端子４７，４８はバスバー５０，５１と例えばハンダ付けで接続される。さらに、コンデンサ３０と反対面にはＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ及び電源リレー１５が所定の位置に搭載され、電源ターミナル端部４３ａ，４４ａがそれぞれバスバー５０，５１の端部と溶接接続される。
さらに、ホルダ９ａにＣＰＵ１０、駆動回路１１及び他の電子部品を搭載した制御基板３ａを取り付け、多数の信号ターミナル４１ｃと制御基板３ａの穴を有するランドとがハンダ付けされる。この状態で制御ユニット１ａの制御基板３ａ、ホルダ９ａ、ＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ等が合体した組み付け体が完成する。

次に、前記の電動モータ２の上にケース１９ａを装着した後、前記組み付け体を出力軸２３が出力軸用穴６０を通るように合体する。この際ホルダ９ａの位置決め用の端子ホルダ５７内の端子と延長巻線２６とが圧着するように押さえつける必要がある。
次に、コネクタ１６ａ、１７ａを取り付けるとともに、それらの端子とバスバーの端子とを窓部２７ｃの空間を利用して溶接する。
次に、出力側軸受２９ｂを有する上フレーム２７ａを装着し、ケース１９ａと固定し、ＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ、電源リレー１５が上フレーム２７ａの平面と密着さる。
最後にコネクタ用カバー１６ｃを装着する。

以上のように、出力軸方向に制御ユニット１ａを装着した構造、ＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄを各相分離独立した場合であっても順々に積層して組み付けることができ、組立て性も簡略化できる。
また、ホルダ９ａにおいてＰＭ３５ｂ，３５ｃ，３５ｄの当接面と大型部品であるコンデンサ３０の装着面をほぼ一直線又はわずかな段差を有することで、軸方向長さを短縮することができ、小型化が可能となる。
また、コネクタ１６ａ，１７ａは、ケース１９ａの外周面に沿って設けられているので、コネクタ１６ａ，１７ａによる電動パワーステアリング装置の径方向の寸法の拡大を抑制することができる。

１，１ａ 制御ユニット、２ 電動モータ、３，３ａ 制御基板、４ インバータ回路、５ 回転センサ、６ バッテリ、７ イグニッションスイッチ、８ センサ、９，９ａ ホルダ、９ｂ ホルダ延長部、１０ ＣＰＵ、１１ 駆動回路、１２ 電流検出回路、１３ 回転角検出回路、１４ コイル、１５電源リレー、１６，１６ａ，１７、１７ａ コネクタ、１６ｃ コネクタ用カバー、１７ｂ バスバー端部、１７ｃ コネクタ用ターミナル、１８ カバー、１９，１９ａ ケース、２１ ロータ、２２ ステータ、２３ 出力軸、２４ モータ巻線、２５ 接続リング、２６ 延長巻線、２７，２７ａ 上フレーム、２７ｂ フレーム延長部、２７ｃ 窓部、２８ 下フレーム、２９ａ 反出力側軸受，２９ｂ 出力側軸受、３０ コンデンサ、３１，３２，３３ スイッチング素子、３４ シャント抵抗、３５ 回路構成、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ ＰＭ、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 信号ターミナル、４２ モータ用ターミナル、４３，４４ｃ，４５，４６ 電源ターミナル、４３ａ，４４ａ，４６ａ 電源ターミナル端部、４７，４８ コンデンサ端子、４９ 窓部、５０，５１ バスバー、５２ 隙間、５３ 絶縁性筒、５４ 柱、５５ ボルト穴、５７ 端子ホルダ、５８ ボルト用穴、５９ 壁部、６０ 出力軸用穴、７０ コンデンサ用凹部，７１ 切欠き部、７３ 当接部、７２ ブラケット，７３ 陥没部、７５，７５ａ モールド体、７６ 膨大部、８０ モジュール用凹部、８１ 当接部。

Claims (15)

1. 電動モータの駆動を制御する制御ユニットを前記電動モータの出力軸と同軸上に配置し、前記制御ユニットと前記電動モータとを一体化した電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御ユニットは、ヒートシンクに面接触し前記電動モータに供給される電力を制御する複数のスイッチング素子が内蔵されたパワーモジュールと、
   このパワーモジュールを前記ヒートシンクに密着させるとともに、位置決めするホルダと、
   このホルダから軸線方向に離間して配置され前記電動モータの駆動を制御するＣＰＵ（Central-Processing-Unit）が搭載された制御基板と、を備え、
   前記ホルダは、一方の片側の一面に、前記パワーモジュールが配置され、他方の片側の他面に形成されたコンデンサ用凹部に、電源脈動を抑制するコンデンサの周面が密接して配置され、前記パワーモジュールと前記コンデンサとが、前記ホルダの一方の片側と他方の片側とに分かれて配置されている電動パワーステアリング装置。
2. 電動モータの駆動を制御する制御ユニットを前記電動モータの出力軸と同軸上に配置し、前記制御ユニットと前記電動モータとを一体化した電動パワーステアリング装置であって、
   前記制御ユニットは、ヒートシンクに面接触し前記電動モータに供給される電力を制御する複数のスイッチング素子が内蔵されたパワーモジュールと、
   このパワーモジュールを前記ヒートシンクに密着させるとともに、位置決めするホルダと、
   このホルダから軸線方向に離間して配置され前記電動モータの駆動を制御するＣＰＵ（Central-Processing-Unit）が搭載された制御基板と、を備え、
   前記ホルダは、一方の片側の一面に、前記パワーモジュールが配置され、他方の片側の前記一面に形成されたコンデンサ用凹部に、電源脈動を抑制するコンデンサの周面が密接して配置され、前記パワーモジュールと前記コンデンサとが、前記ホルダの一方の片側と他方の片側とに分かれて配置されている電動パワーステアリング装置。
3. 前記ホルダに埋設された電源系のバスバーは、前記コンデンサ側の部位が前記パワーモジュール側の部位と比較して前記ヒートシンク側に接近した段差を有している請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記ホルダに埋設された電源系のバスバーは、前記コンデンサ側の部位が前記パワーモジュール側の部位と比較して前記制御基板側に接近した段差を有している請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記バスバーは、前記パワーモジュールの電源ターミナル及び前記コンデンサのコンデンサ端子とそれぞれ電気的に接続されている請求項３または４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記バスバーは、前記ホルダと前記制御基板との間の空間で前記電源ターミナルと電気的に接続され、また前記バスバーは、前記ホルダの内部または表面で前記コンデンサ端子と電気的に接続されている請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記ホルダには、前記パワーモジュールが密着するモジュール用凹部が形成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記ホルダには、前記パワーモジュールに当接する凸部が形成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記ホルダには、複数の前記スイッチング素子を内蔵したモールド体の縁部に当接し、前記パワーモジュールを位置決めする壁部が形成されている請求項１〜６の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記ホルダと前記制御基板との間には、前記ホルダと前記制御基板とを離間、保持する柱が設けられている請求項１〜９の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
11. 前記ホルダは、周縁部に前記ヒートシンク側に突出し前記ヒートシンクに当接した当接部が形成され、前記ホルダと前記ヒートシンクとの間には隙間が形成されている請求項１〜１０の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記ヒートシンクは、中央部に前記出力軸を回転支持する反出力側軸受が設けられ、
    このヒートシンクから順次積層された、前記パワーモジュール、前記ホルダ及び前記制御基板は、前記ヒートシンクの外周縁部に端面が当接した有底筒状の平面を有するケースで密閉され、
    このケースの前記平面内には、前記制御ユニットと電気的に接続され前記出力軸と平行に延びたコネクタが設けられている請求項１〜１１の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
13. 前記ヒートシンクは、中央部に貫通した前記出力軸を回転支持する出力側軸受が設けられ、
    このヒートシンクから順次積層された、前記パワーモジュール、前記ホルダ及び前記制御基板は、一方の端面が前記ヒートシンクの外周縁部に当接し他方の端面が前記電動モータのブラケットの端面に当接した筒状のケースで密閉され、
    このケースの外周面に沿って設けられたコネクタは、前記ケースの径方向の外側で前記制御ユニットと電気的に接続されている請求項１〜１１の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記パワーモジュールは、各相の前記スイッチング素子が一つのモールド体に埋設されている請求項１〜１３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記パワーモジュールは、各相の前記スイッチング素子が個別にモールド体に埋設され、この各相の前記パワーモジュールは、前記出力軸に指向して放射状に配置されている請求項１〜１３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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