JP7102548B2

JP7102548B2 - 電子制御装置及び電動パワーステアリング装置

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Publication number: JP7102548B2
Application number: JP2020563056A
Authority: JP
Inventors: 友宏福田
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2022-07-19
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: WO2020137568A1; US20220024513A1; CN113169472A; CN113169472B; US11767053B2; JPWO2020137568A1

Description

本発明は、電子制御装置及び電動パワーステアリング装置に関する。

近年、自動車の電子電動化や自動運転化に伴って、車両に搭載される部品点数が増加している。一方、車両への装置の搭載スペースは狭小化している。そのため、車両に搭載される電動パワーステアリング装置に対する省スペース化が避けられなくなっている。

他方、電動パワーステアリング装置には、電子電動化及び自動運転化に伴う機能の増大によって、更なる高性能化が求められている。これらの背景から、省スペース化及び高性能化に対応可能な電動パワーステアリング装置が必要とされている。

特開２０１２－１２０２７９号公報

例えば、特許文献１の電動圧縮機は、パワー部、制御部及びフィルタ部の内の少なくとも一つの基板が、インバータ収容室内においてハウジング本体に着脱可能に固定され、他の少なくとも一つの基板が、カバーに着脱可能に固定される。したがって、パワー部、制御部及びフィルタ部の内の何れかに故障が生じた時に、ハウジング本体からカバーを取り外すと、パワー部、制御部及びフィルタ部を各々独立してハウジング本体又はカバーから取り外すことができ、容易に交換することが可能となる。

しかし、特許文献１の電動圧縮機は、外部接続コネクタと、制御部の基板接続用のコネクタと、フィルタ部の基板接続用のコネクタとがパワー部の基板の一面に取り付けられている。したがって、部品間のスペースの制約を受け、部品の実装効率を妨げる要因となっており、装置の省スペース化に対しては、十分に配慮されていなかった。さらに、装置の省スペース化及び高性能化が進むと、パワー部の基板上のコネクタ間が過密になるため、装置の組付け性も低下する虞があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電子制御装置の組み付け性を向上することができる技術を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従う電子制御装置は、第一電源端子と、第一ＧＮＤ端子及び第一可動型コネクタが一面に設けられた第一基板と、前記電源端子と電気的に接続される第二電源端子と、前記第一ＧＮＤ端子と電気的に接続される第二ＧＮＤ端子と、前記第一可動型コネクタと電気的に接続される第二可動型コネクタとが一面に設けられた第二基板と、を備える。

本発明によれば、電子制御装置の組付け性を向上することができる。

電動パワーステアリング装置の斜視図。電動駆動装置の斜視図。電子制御装置の分解斜図。電子制御装置及びモータハウジングの分解斜視図。電子制御装置及びモータハウジングの他の分解斜視図。

本発明の実施形態を説明する前に本発明が適用される一例として、電動パワーテスアリング装置１の構成について、図１を用いて簡単に説明する。

図１は、電動パワーステアリング装置の斜視図である。

電動パワーステアリング装置１は、自動車の操舵輪（通常、前輪）を操舵するための装置であり、ステアリングシャフト２と、タイロッド３と、ラックハウジング４と、ゴムブーツ５と、電動駆動装置６と、ギヤ１０とを備えている。ステアリングシャフト２の上端は、図示しないステアリングホイールに連結されている。ステアリングシャフト２の下端には、図示しないピニオンが設けられている。ピニオンは、車体左右方向に長い、図示しないラックと噛み合っている。ラックの両端には、前輪を左右方向へ操舵するためのタイロッド３が連結されている。ラックは、ラックハウジング４に覆われている。ラックハウジング４とタイロッド３との間には、ゴムブーツ５が設けられている。

電動駆動装置６は、ステアリングホイールを回動操作するときのトルクを補助する。電動駆動装置６は、トルクセンサ７と、「モータ」の一例としての電動モータ部８と、電子制御装置部（以下、ＥＣＵ）９とを備えている。トルクセンサ７は、ステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとを検出する。電動モータ部８は、出力軸側の外周部の複数個所が図示しないボルトを介してギヤ１０に接続されている。電動モータ部８は、トルクセンサ７の検出値に基づいてラックにギヤ１０を介して操舵補助力を付与する。電動モータ部８の出力軸側とは反対側の端部には、ＥＣＵ９が設けられている。ＥＣＵ９は、電動モータ部８に配置された電動モニタを制御して、電動モータ部８の駆動を制御する。なお、トルクセンサ７は、電動駆動装置６とは別に配置されてよい。

図２は、電動駆動装置の斜視図である。なお、図２では、カバーを透視した状態で、電動駆動装置の内部のＥＣＵを示している。

ＥＣＵ９は、「外部接続コネクタ」の一例としてのコネクタ１１と、「第一基板」の一例としての制御基板１２と、「第二基板」の一例としての電力変換基板１３とを備えている。これらコネクタ１１、制御基板１２及び電力変換基板１３の詳細は、図３で説明する。

図２に示すように、電動モータ部８は、アルミ合金等から作成された筒状の「筐体」の一例としてのモータハウジング１４と、モータハウジング１４に収納された図示しない電動モータと、を備えている。電動モータの具体的な構造は、良く知られているので、ここでは説明を省略する。電動モータのコイル入力端子は、モータコイル線を介して、電力変換基板１３に搭載された図示しないパワースイッチング素子の出力端子に、電気的に接続されている。

このように構成された電動駆動装置６は、ステアリングホイールが操作されると、ステアリングシャフト２が何れかの方向へ回動操作される。このとき、トルクセンサ７は、ステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとを検出する。ＥＣＵ９は、トルクセンサ７が検出した検出値に基づいて、電動モータの駆動操作量を演算する。電力変換基板１３のパワースイッチング素子は、ＥＣＵ９が演算した駆動操作量に基づいて電動モータを駆動する。これにより、電動モータの出力軸は、ステアリングシャフト２を操作方向と同じ方向へ駆動するように回動される。出力軸の回動は、図示しないピニオンからギヤ１０を介して図示しないラックへ伝達され、自動車が操舵される。これらの構成、作用は、既によく知られているので、これ以上の説明は省略する。

図３は、電子制御装置の分解斜視図である。

コネクタ１１は、フランジ１１１と、横断面が四角形状の一対のコネクタハウジング１１２，１１３と、横断面が扁平なコネクタハウジング１１４とを備えており、外部電源と接続される。一対のコネクタハウジング１１２，１１３及びコネクタハウジング１１４は、フランジ１１１の一面（図３中、上面）から立設している。フランジ１１１の他面（図３中、下面）の両端部には、第一電源端子１５と、「第一ＧＮＤ端子」の一例としての第一ＧＮＤ端子１６とが一対ずつ（合計４本）立設している。第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６は、銅材が細長い板状に加工されている。第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６は、コネクタハウジング１１２，１３３内の端子と電気的に接続されている。

制御基板１２は、制御用回路を有する。制御基板１２の一面（図３中、下面）には、信号を伝送するための「第一可動型コネクタ」の一例としてのオス型フローティングコネクタ１７が実装されている。制御基板１２の他面（図３中、上面）には、コネクタ１１が取り付けられる。制御基板１２に取り付けれたコネクタ１１のフランジ１１１は、制御基板１２の他面を覆うと共に、第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６は、制御基板１２の一面の両端部から突設する。

電力変換基板１３は、電力変換回路を有する。電力変換基板１３の一面（図３中、上面）には、「第二電源端子」の一例としての第二電源狭持端子１８と、「第二ＧＮＤ端子」の一例としての第二ＧＮＤ狭持端子１９と、「第二可動型コネクタ」の一例としてのメス型フローティングコネクタ２０とが実装されている。第二電源狭持端子１８は、第一電源端子１５と電気的に接続される。第二ＧＮＤ狭持端子１９は、第一ＧＮＤ端子１６と電気的に接続される。メス型フローティングコネクタ２０は、嵌合時の誤差を吸収しながら、オス型フローティングコネクタ１７と電気的に接続される。電力変換基板１３の他面側は、モータハウジング１４にネジ等によって取り付けられる。電力変換基板１３及びモータハウジング１４間には、放熱用のグリスが塗布されてよい。

第一電源端子１５及び第二電源狭持端子１８と、第一ＧＮＤ端子１６及び第二ＧＮＤ狭持端子１９とがそれぞれ電気的に接続されることによって、コネクタ１１と電力変換基板１３とが電気的に接続される。さらに、オス型フローティングコネクタ１７とメス型フローティングコネクタ２０とが電気的に接続されることによって、制御基板１２と電力変換基板１３とが電気的接続される。

次に、電源端子１５，１８、ＧＮＤ端子１６，１９及びフローティングコネクタ１７，２０の接続（挿入）順番について説明する。第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６が第二電源狭持端子１８及び第二ＧＮＤ狭持端子１９にそれぞれ同時に電気的に接続された後に、オス型フローティングコネクタ１７がメス型フローティングコネクタ２０に電気的に接続される。

このように制御基板１２と電源変換基板１３との電気的な接続にフローティングコネクタ１７，２０を用いている。これにより、合計４本の端子１５，１６，１８，１９の位置決め後であっても、制御基板１２と電力変換基板１３との接続部の位置調整が可能となり、端子１５，１６，１８，１９に加わる応力を低減することができる。したがって、ＥＣＵ９の組み付け性を向上することができる。

端子１５，１６，１８，１９がコネクタ１１の端子なので、制御基板１２を介さずに、コネクタ１１と電力変換基板１３とを接続することができる。

制御基板１２と電力変換基板１３との電気的接続に狭持端子１８，１９を適用した。これにより、はんだ付けなどを使用せずに組立可能となり、ＥＣＵ６の組み付け性を向上することができる。

さらに、端子１５，１６，１８，１９は、フローティングコネクタ１７，２０よりも先に電源端子１５，１８及びＧＮＤ端子１６，１９が接続する長さに設定されている。

電源端子１５，１８、ＧＮＤ端子１６，１９及びフローティングコネクタ１７，２０の接続タイミングを意図的にずらすことによって、電源端子１５，１８、ＧＮＤ端子１６，１９及びフローティングコネクタ１７，２０の挿入荷重を各々検知可能となる。したがって、制御基板１２と電力変換基板１３との組立時の勘合の成否の検出が可能となり、ＥＣＵ９の組立信頼性を向上することができる。

特に、第一電源端子１４及び第二電源狭持端子１６と、第一ＧＮＤ端子１５及び第二ＧＮＤ狭持端子１７との嵌合代は、オス型フローティングコネクタ１９及びメス型フローティングコネクタ２０の嵌合代よりも長いことが望ましい。

これにより、電源端子１４，１６、ＧＮＤ挟持端子１５，１７及びフローティングコネクタ１９，２０の挿入途中に挿入荷重を各々検出することが可能となる。

図４は、電子制御装置及びモータハウジングの分解斜視図である。

さらに、モータハウジング１４には、電力変換基板１３の他面のうち、第二電源狭持端子１８及び第二ＧＮＤ狭持端子１９とは反対側を支持する「支持部」の一例としての凸部１４Ａが設けられている。

これにより、上方から第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６が４本同時に第二電源狭持端子１８及び第二ＧＮＤ狭持端子１９にそれぞれ接続されても、電力変換基板１３が撓まない。これにより、狭持端子１８，１９と、その周辺の電子部品の半田信頼性及び組み付け性を向上することができる。

図５は、電子制御装置及びモータハウジングの他の分解斜視図である。

さらに、コネクタ１１のフランジ１１１には、制御基板１２の他面のうち、オス型フローティングコネクタ１７とは反対側を露出させる「露出部」の一例としての切欠き１１Ａを設けられている。

これにより、オス型フローティングコネクタ１７とメス型フローティングコネクタ２０とが勘合するときに、オス型フローティングコネクタ１９の周辺に応力が発生したとしても、生産冶具で制御基板１２を把持することが可能となる。したがって、制御基板１２が撓み難くなり、オス型フローティングコネクタ１７と、その周辺の電子部品の半田信頼性及び組み付け性を向上させている。

さらに、制御基板１２の外周には、「挿通部」の一例としての一対の切欠き１２Ａが設けられている。各切欠き１２Ａには、第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６が挿通される。

これにより、コネクタ１１の第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６は、制御基板１２を介さずに電源変換基板１３に直接接続され、コネクタ１１から制御基板１２に大電流を流さずにコネクタ１１及び電源変換基板１３を接続することが可能となる。したがって、大電流が流れる制御基板１２には実装できないようなＩＣ部品を実装することが可能となり、さらにＩＣ部品同士の間が狭い部品を実装することができ、制御基板１２に対する部品の高密度実装が可能となる。

前記実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態を加えることもできる。また、実施形態の構成の一部について、他の構成を追加したり削除したり置換してりしてもよい。

また、上述した実施形態に含まれる技術的特徴は、特許請求の範囲に明示された組み合わせ限らず、適宜組み合わせることができる。

例えば、上記実施形態では、制御基板１２には、第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６を設け、電源変換基板１３には、第二電源狭持端子１８及び第二ＧＮＤ狭持端子１９を設けた。これに限らずに、制御基板１２には、第二電源狭持端子１８、第二ＧＮＤ狭持端子１９を設け、電源変換基板１３には、第一電源端子１５及び第一ＧＮＤ端子１６を設けてよい。

例えば、上記実施形態では、制御基板１２には、オス型フローティングコネクタ１７を設け、電源変換基板１３には、メス型フローティングコネクタ２０を設けた。これに限らずに、制御基板１２には、メス型フローティングコネクタ２０を設け、電源変換基板１３には、オス型フローティングコネクタ１７を設けてよい。

１…電動パワーステアリング装置、８…電動モータ部、９…ＥＣＵ、１１…コネクタ、１１Ａ…切欠き、１２…制御基板、１２Ａ…切欠き、１３…電源変換基板、１４…モータハウジング、１４Ａ…凸部、１５第一電源端子、１６…第一ＧＮＤ端子、１７…オス型フローティングコネクタ、１８…第二電源狭持端子、１９…第二ＧＮＤ狭持端子、２０…メス型フローティングコネクタ

Claims

第一電源端子、第一ＧＮＤ端子及び第一可動型コネクタが一面に設けられた第一基板と、
前記第一電源端子と電気的に接続される第二電源端子と、前記第一ＧＮＤ端子と電気的に接続される第二ＧＮＤ端子と、前記第一可動型コネクタと電気的に接続される第二可動型コネクタとが一面に設けられた第二基板と、
外部電源と接続される外部接続コネクタと、
を備え、
前記第一電源端子及び前記第一ＧＮＤ端子は、前記第一基板の他面側に実装されて当該第一基板の前記一面から突設する前記外部接続コネクタの端子である電子制御装置。
前記第二電源端子及び前記第二ＧＮＤ端子は、挟持端子である、
請求項１に記載の電子制御装置。
前記第一電源端子及び前記第二電源端子と、前記第一ＧＮＤ端子及び前記第二ＧＮＤ端子とが電気的に接続された後、前記第一可動型コネクタ及び前記第二可動型コネクタが電気的に接続される、
請求項２に記載の電子制御装置。
前記第一電源端子及び前記第二電源端子と、前記第一ＧＮＤ端子及び前記第二ＧＮＤ端子との勘合代は、前記第一可動型コネクタ及び前記第二可動型コネクタの勘合代よりも長い、
請求項３に記載の電子制御装置。
前記第二基板は、筐体に取り付けられ、
前記筐体には、前記第二基板の他面のうち、前記第二電源端子及び前記第二ＧＮＤ端子とは反対側を支持する支持部を設けた、
請求項４に記載の電子制御装置。
前記外部接続コネクタは、前記第一基板の一面を覆うフランジを備え、
前記フランジには、前記第一基板の一面のうち、前記第一可動型コネクタとは反対側を露出させる露出部を設けた、
請求項５に記載の電子制御装置。
前記第一基板は、前記第一電源端子及び前記第一ＧＮＤ端子を挿通させる挿通部を設けた、
請求項６に記載の電子制御装置。
モータと、当該モータの駆動を制御する電子制御装置と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記電子制御装置は、
第一電源端子、第一ＧＮＤ端子及び第一可動型コネクタが一面に設けられた第一基板と、
前記第一電源端子と電気的に接続される第二電源端子と、前記第一ＧＮＤ端子と電気的に接続される第二ＧＮＤ端子と、前記第一可動型コネクタと電気的に接続される第二可動型コネクタとが一面に設けられた第二基板と、
外部電源と接続される外部接続コネクタと、
を備え
前記第一電源端子及び前記第一ＧＮＤ端子は、前記第一基板の他面側に実装されて当該第一基板の前記一面から突設する前記外部接続コネクタの端子である電動パワーステアリング装置。