WO2020188934A1 - 電子制御装置及び電子制御装置の組立方法 - Google Patents

電子制御装置及び電子制御装置の組立方法 Download PDF

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WO2020188934A1
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power supply
board
electronic control
insertion hole
supply board
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友宏 福田
水橋 嘉章
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electronic control unit suitable for being provided in an electric power steering device and an assembly method thereof.
  • Patent Document 1 a drive device for an electric power steering device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-36244 (Patent Document 1) is known.
  • the substrate 41 is provided on one side of the motor.
  • the first switching elements (SW elements) 51 to 56 are arranged on the heat generating element mounting surface 42.
  • the second switching elements (SW elements) 61 to 66 are the same surfaces as the surfaces of the substrate 41 on which the first switching elements 51 to 56 are arranged, and are the first regions in which the first switching elements 51 to 56 are arranged. It is arranged in the second region R2, which is a region on the opposite side of R1 and the shaft center O of the motor 10.
  • the first motor wire 135 is taken out from the first winding set for each phase and arranged on the substrate 41
  • the second motor wire 145 is taken out from the second winding set for each phase and arranged on the substrate 41. ..
  • the first motor line 135 and the first switching elements 51 to 56 and the second motor line 145 and the second switching elements 61 to 66 are arranged in reverse order from the power supply region Rin side. As a result, the interphase variation of the wiring length from the power supply region Rin is reduced. See the summary above. It should be noted that the above reference numerals are the same as those described in Patent Document 1 and have nothing to do with the reference numerals in the present specification and the drawings.
  • the first motor line and the first switching element and the second motor line and the second switching element are arranged in a region on the opposite side of the shaft center of the motor.
  • the first motor line and the first switching element are preferably arranged at close positions
  • the second motor line and the second switching element are preferably arranged at close positions.
  • the first switching element and the second switching element are heat generating elements
  • the back surface side of the substrate in the first region where the first switching element is arranged and the second region where the second switching element is arranged (mounting of the heat generating element). It is preferable that the surface opposite to the surface is brought into contact with the frame member (referred to as a substrate in the present specification) to enhance the heat dissipation effect from the substrate to the frame member. In this case, components cannot be mounted on the back surface side of the substrate in the first region and the second region.
  • the back surface side of the board as a mounting surface for components.
  • the first motor line and the first switching element and the second motor line and the second switching element are arranged in the regions on opposite sides of the axial center of the motor. Then, the contact portions between the substrate and the frame member are distributed and arranged, and the mounting efficiency of the components on the back surface side of the substrate is lowered.
  • An object of the present invention is to improve the mounting efficiency of parts.
  • the electronic control unit of the present invention A first insertion hole portion having a plurality of holes through which the coil wire of the first system is inserted, A power supply board having a second insertion hole portion having a plurality of holes through which the coil wire of the second system is inserted, and a power supply board having the second insertion hole portion.
  • a control board provided on the upper part of the power supply board and A board-to-board connector for electrically connecting the power supply board and the control board is provided.
  • the first insertion hole portion and the second insertion hole portion are collectively arranged on the same side of the power supply board.
  • heat generating components can be integrated, and the back surface side of the power supply board can be effectively utilized, so that the mounting efficiency of the components can be improved. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
  • the vertical direction and the horizontal direction may be specified, but the vertical direction and the horizontal direction are based on the vertical direction and the horizontal direction in FIGS. 2-5 and 8, and the mounting state of the device. Does not always match the vertical and horizontal directions in.
  • FIG. 1 is an overall perspective view of an electric power steering device 1 as an example to which the present invention is applied.
  • the electric power steering device 1 is a device for steering the steering wheels (usually the front wheels) of an automobile, and is configured as shown in FIG.
  • a pinion (not shown) is provided at the lower end of the steering shaft 2 connected to a steering wheel (not shown), and this pinion meshes with a rack (not shown) that is long in the left-right direction of the vehicle body.
  • Tie rods 3 for steering the front wheels in the left-right direction are connected to both ends of the rack, and the rack is covered with a rack housing 4.
  • a rubber boot 5 is provided between the rack housing 4 and the tie rod 3.
  • An electric drive device 6 is provided to assist the torque when rotating the steering wheel.
  • the electric drive device 6 includes a torque sensor 7 that detects the rotation direction and rotation torque of the steering shaft 2, and an electric motor that applies a steering assist force to the rack via a gear 10 based on the detection value of the torque sensor 7.
  • a unit 8 and an electronic control unit (ECU) 9 for controlling an electric motor arranged in the electric motor unit 8 are provided.
  • ECU electronice control unit
  • the torque sensor 7 may be configured separately from the electric drive device 6.
  • the torque sensor 7 detects the rotation direction and the rotation torque of the steering shaft 2.
  • the electronic control unit 9 calculates the drive operation amount of the electric motor based on the detected value. Based on this calculated drive operation amount, the electric motor is driven by the switching element 101 of the power supply board (inverter board, power conversion board) 23 (see FIG. 2), and the output shaft of the electric motor has the steering shaft 2 as the operation direction. It is rotated to drive in the same direction.
  • the rotation of the output shaft is transmitted from a pinion (not shown) to a rack (not shown) via a gear 10, and the automobile is steered. Since these configurations and actions are already well known, further description thereof will be omitted.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view including a cross section of the electronic control device 9 of the electric power steering device 1 according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view of the electronic control unit 9 excluding the control board 23 from FIG. In FIG. 2, the cover covering the power supply board 23 and the control board 25 is not shown.
  • the electronic control unit 9 is fixed to one end (the end opposite to the output shaft side) of the electric motor along the axial direction AD of the rotating shaft (output shaft).
  • the axial direction AD is defined with reference to the rotating shaft (output shaft) of the electric motor, and in the following description, the direction of the rotating shaft along the axial direction AD will be simply referred to as the axial direction.
  • the electronic control device 9 includes a base (basic substance) 21, a power supply board 23 fixed to the base 21, and a control board 25.
  • the base 21 is fixed to the motor housing (not shown) of the electric motor unit 8.
  • the base 21 and the motor housing are manufactured by using an aluminum alloy or the like.
  • the power supply board 23 and the control board 25 are laminated in the axial direction AD, and the power supply board 23 is arranged on the base 21 side (lower side) with respect to the control board 25. That is, the control board 25 is arranged on the side (upper side) opposite to the base 21 side with respect to the power supply board 23.
  • the lead wire (coil input terminal) 8A of the coil of the electric motor provided in the electric motor unit 8 penetrates the base 21 and is pulled out to the upper surface side (opposite side of the base 21 side) of the power supply board 23 to lead out to the power supply board. It is electrically connected to the output terminal of the switching element 101 of 23.
  • the substrate member (power supply board member) 23A of the power supply board 23 is provided with a through hole 23Aa, and the coil input terminal 8A is pulled out to the upper surface side of the power supply board 23 through the through hole 23Aa.
  • the coil input terminal 8A is soldered to the substrate member 23A and electrically connected to the power supply substrate 23.
  • the method is not limited to solder, and may be fusing (heat caulking), TIG welding, press fitting, or the like.
  • the coil lead wire (coil input terminal) 8A described above is treated as a part of the coil, and will be simply referred to as a coil.
  • a switching element 101, a capacitor 102, a power supply terminal 103, a magnetic sensor 104, an inter-board connector 105, an FS relay / power choke coil 106 (see FIG. 5), and the like are arranged on the power supply board 23, and these electrical and electronic components are used as a power source. It constitutes a circuit (power conversion circuit).
  • the switching element 101 converts a DC power supply into a three-phase AC power supply.
  • the capacitor 102 is composed of an aluminum electrolytic capacitor or the like, and suppresses voltage fluctuations such as switching noise by performing charging and discharging.
  • the power supply terminal 103 is a terminal to which an external power supply is connected.
  • the magnetic sensor 104 is a sensor that detects the rotation angle of the electric motor.
  • the inter-board connector 105 is a circuit component that makes an electrical connection with the control board 25.
  • the FS relay / power choke coil 106 the FS relay is a circuit component that cuts off the current flowing through the electric motor in the event of a failure, and the power choke coil is a circuit component that suppresses the propagation of switching noise.
  • FIG. 4 is a plan view showing a switching element mounting surface of the power supply board 23.
  • the first system and the second system are separately arranged on the left and right sides of the straight line L23 with the straight line L23 passing through the axis center position O and parallel to the component mounting surface of the substrate 23 as a boundary.
  • the left side of the straight line L23 is referred to as the first system, and the right side is referred to as the second system.
  • the power supply board member 23A of the power supply board (inverter board, power conversion board) 23 has a plurality of holes (through holes, coil lead wire insertion holes) through which the coil lead wire 8A of the first system (on the power supply side) is inserted.
  • Insertion hole It has a second insertion hole portion R2A having 23Aa-2U, 23Aa-2V, 23Aa-2W.
  • a control board 25 is provided on the upper side of the power supply board 23 (the side opposite to the base 21 side), and the power supply board 23 and the control board 25 are electrically connected by inter-board connectors 105 and 202.
  • the power supply board 23 is provided with the inter-board connector 105
  • the control board 25 is provided with the inter-board connector 202.
  • the control board 25 is provided with an integrated circuit 201 or the like for calculating a control signal for controlling the electric motor.
  • the first insertion hole portion R1A and the second insertion hole portion R2A are arranged together on the same side of the power supply board 23 with respect to the axis center position O in the direction along the straight line L23. That is, the first insertion hole portion R1A and the second insertion hole portion R2A are arranged so as to be aggregated on the same side with respect to the axis center position O in the direction along the straight line L23. In this case, the first insertion hole portion R1A and the second insertion hole portion R2A are arranged on the outer peripheral edge portion of the power supply board 23, and the first holes 23Aa-2U, 23Aa-2V, 23Aa-2W and the second of the first system are arranged.
  • the six holes consisting of the second holes 23Aa-2U, 23Aa-2V, and 23Aa-2W of the system are arranged at equal intervals.
  • the six holes are arranged in an arc shape, but they may be arranged in a straight line.
  • the first coil lead wire 8A-1U, 8A-1V, 8A-1W (see FIG. 7), the first switching element 101-1, the first capacitor 102-1, and the first power supply terminal 103 -1 is mounted, and the first insertion hole portion R1A to which the first coil lead wire 8A-1U, 8A-1V, 8A-1W is connected, and the first switching element 101-1 to which the first switching element 101-1 is arranged are arranged.
  • the mounting unit R1B, the first capacitor mounting unit R1C in which the first capacitor 102-1 is arranged, and the first power supply terminal mounting unit R1D in which the first power supply terminal 103-1 is arranged are L1 having an L-shaped straight line.
  • the terminal mounting portions R1D are arranged in this order.
  • the second coil lead wire 8A-2U, 8A-2V, 8A-2W (see FIG. 7), the second switching element 101-2, the second capacitor 102-2, and the second power supply terminal
  • the second switching in which 103-2 is mounted, the second insertion hole R2A to which the second coil lead wires 8A-2U, 8A-2V, and 8A-2W are connected, and the second switching element 101-2 are arranged.
  • the element mounting portion R2B, the second capacitor mounting portion R2C in which the second capacitor 102-2 is arranged, and the second power supply terminal mounting portion R2D in which the second power supply terminal 103-2 is arranged are L-shaped straight line segments.
  • the second insertion hole portion R2A side toward the second power supply terminal mounting portion R2D side the second insertion hole portion R2A, the second switching element mounting portion R2B, the second capacitor mounting portion R2C, and the second The power supply terminal mounting portions R2D are arranged in this order.
  • the mounting unit R2B, the second capacitor mounting unit R2C, and the second power supply terminal mounting unit R2D are arranged line-symmetrically with respect to the straight line L23.
  • the magnetic sensor 104 is arranged at the axis center position O.
  • the inter-board connector 105 is arranged on the opposite side of the first insertion hole portion R1A and the second insertion hole portion R2A with the shaft center position O interposed therebetween. Therefore, the magnetic sensor 104 is arranged between the first insertion hole portion R1A and the second insertion hole portion R2A and the inter-board connector mounting portion R3.
  • the assembly equipment can be made smaller.
  • the mounting efficiency can be improved and the board size can be reduced by improving the wiring efficiency.
  • the switching element The arrangement of 101 and the capacitor 102 can be optimized, and the product size can be reduced.
  • FIG. 5 is a perspective view including a cross section showing a state in which the power supply board 23 is assembled to the base 21.
  • the first coil lead wire 8A-1U, 8A-1V, 8A-1W and the first switching element 101-1 are arranged at close positions
  • the second coil lead wire 8A- It is preferable that the 2U, 8A-2V, 8A-2W and the second switching element 101-2 are arranged at close positions.
  • the base 21 is provided with a convex portion 21D protruding toward the power supply board 23 side, and the upper end surface of the convex portion 21D is brought into contact with the back surface of the power supply board 23. ..
  • no component can be mounted on the back surface side of the first switching element mounting portion R1B and the second switching element mounting portion R2B on the power supply board 23.
  • the first coil lead wires 8A-1U, 8A-1V, 8A-1W and the second coil lead wires 8A-2U, 8A-2V, 8A-2W are arranged together in the same row.
  • the 1 switching element 101-1 and the 2nd switching element 101-2 are centrally arranged. That is, the first switching element 101-1 and the second switching element 101-2 are collectively mounted on the upper surface of the power supply board 23.
  • the first switching element mounting portion R1B and the second switching element mounting portion R2B are arranged apart from each other, the range of the convex portion 21D becomes large and the component mounting surface on the back surface side of the power supply board 23 becomes small.
  • the convex portion 21D with which the back surface side of the first switching element mounting portion R1B and the second switching element mounting portion R2B of the power supply board 23 abut can be compactly combined, and the space lost by the convex portion 21D can be reduced. Can be done. Further, when the first switching element mounting portion R1B and the second switching element mounting portion R2B are arranged apart from each other, if the convex portion 21D is divided, the component mounting surface on the back surface side of the power supply board 23 is divided, and the component mounting surface is divided. Mounting efficiency is reduced. In this embodiment, it is possible to prevent the component mounting surface from being divided. As a result, in this embodiment, the mounting efficiency of the components on the back surface side of the power supply board 23 is improved.
  • high heat generation components such as the switching element 101 are mounted on the upper surface of the power supply board 23, and low heat generation components such as the FS relay / power choke coil 106 are mounted on the lower surface of the power supply board 23, and only the components that require cooling are mounted.
  • the board mounting efficiency can be improved.
  • the substrate (housing) 21 and the power supply board 23 can be brought into contact with each other, and the cooling effect can be improved.
  • the switching element (MOSFET) 101 By integrating the switching element (MOSFET) 101, the cooling portion of the aluminum housing structure constituting the substrate (housing) 21 can be simplified, which makes it possible to reduce the product size.
  • the base 21 is fixed to a motor housing (not shown) with a bolt (not shown). For this reason, a plurality of bolt insertion holes 21A through which bolts are inserted are provided on the outer periphery of the base 21 on the motor housing side.
  • the substrate 21 is also a member that also serves as a heat sink that dissipates heat generated by the switching element 101 and the like of the power supply substrate 23.
  • the substrate 21 is provided with a convex portion 21D. That is, the substrate 21 has a first convex portion 21D that comes into contact with a portion of the back surface of the power supply substrate 23 that is located directly below the mounting portion on which the high heat generating component including the switching element 101 is mounted.
  • the substrate 21 is provided with a plurality of power supply board fixing portions 21B for fixing the power supply board 23 next to the convex portion 21D (see FIG. 3).
  • a screw (not shown) is inserted into the through hole 23Ab of the power supply board 23, and the power supply board 23 is screwed to the power supply board fixing portion 21B.
  • a screw (not shown) is inserted into the through hole 25Aa of the control board 25, and the control board 25 is screwed to the fixing portion (control board fixing portion) 21Ca provided on the base 21. Since the control board 25 is separated and stacked on the upper side of the power supply board 23, the control board fixing portion 21Ca is located higher than the power supply board fixing portion 21B and is higher than the upper end surface of the convex portion 21D. It is provided on the upper end surface of the stretched columnar portion 21C.
  • FIG. 6A is a perspective view showing a deflection prevention structure of the power supply board.
  • FIG. 6B is a perspective view of a power supply board showing the arrangement of the deflection prevention structure and the load input position in the analysis of the amount of deflection.
  • FIG. 6C is a perspective view of a power supply board showing an analysis result of the amount of deflection when the deflection prevention structure is provided.
  • FIG. 6D is a perspective view of a power supply board showing an analysis result of the amount of deflection when there is no anti-deflection structure.
  • the electronic components and the power supply terminal 103 are symmetrically arranged on the mounting surface in the direction perpendicular to the straight line L23 from the axis center position O of the power supply board 23, and the first power supply terminal mounting portion R1D and the first power supply terminal mounting portion R1D on the power supply board 23 are arranged symmetrically.
  • the back surface side of the power supply terminal mounting portion R2D is in contact with the substrate (housing) 21. That is, the first power supply terminal 101-1 and the first power supply terminal 101-1 are on the mounting surface in the direction parallel to the substrate surface, orthogonal to the straight line L23 passing through the axis center position O of the power supply board 23 and parallel to the substrate surface of the power supply board 23.
  • the two power supply terminals 101-2 are arranged symmetrically with respect to the straight line L23, and the back surface side of the first power supply terminal mounting portion R1D and the second power supply terminal mounting portion R1D in the power supply board 23 is the base 21 supporting the power supply board 23. I'm in contact.
  • the base 21 is provided with a convex portion 21F that contacts the back surface side of the first power supply terminal mounting portion R1D and the second power supply terminal mounting portion R2D on the power supply board 23.
  • the substrate 21 has a second convex portion 21F and a first power supply terminal (1st power supply terminal) in contact with a portion of the back surface of the power supply board 23 located directly below the mounting portion on which the first power supply terminal (power supply terminal of the first system) is mounted. It has a third convex portion 21F that comes into contact with a portion located directly below the mounting portion on which the power supply terminal of the second system) is mounted.
  • the terminal on the external power supply side is inserted into the power supply terminal 103 with a strong force from above to below.
  • the power supply board 23 is distorted by receiving this strong force via the power supply terminal 103.
  • the amount of strain of the power supply board 23 is suppressed when the external power supply terminals are joined, as compared with the structure without the convex portion 21F of FIG. 6D.
  • a substrate deflection prevention structure (convex portion 21F) can be provided on the outer peripheral portion of the power supply substrate 23, and the power supply substrate 23 can be provided. Deflection (strain) can be reduced. As a result, it is possible to eliminate the need for screw fixing in the vicinity of the power supply terminal 103, and the mounting efficiency of the power supply board 23 is improved.
  • the power supply board 23 since the magnetic sensor (rotation angle sensor) 104 is mounted at the axis center position O, the board deflection prevention structure cannot be provided.
  • the convex portion 21E that contacts the back surface is also provided on the back surface side of the inter-board connector mounting portion R3 in which the inter-board connector 105 is arranged. That is, the substrate 21 has a fourth convex portion that comes into contact with a portion of the back surface of the power supply substrate 23 that is located directly below the mounting portion on which the inter-board connector 105 is mounted.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating end treatment of the coil wire.
  • FIG. 8 is a diagram showing a comb tooth jig used for end treatment of a coil wire.
  • the following assembly method can be implemented as the assembly method of the electronic control unit.
  • a control board 25 provided on the upper part of the power supply board 23 and An inter-board connector 105 for electrically connecting the power supply board 23 and the control board 25 is provided.
  • the first insertion hole portion R1A and the second insertion hole portion R2A are methods for assembling the electronic control device 9 which are collectively arranged on the same side of the power supply board 23.
  • Two coil wires 8A-1U, 8A-1V, 8A-1W, 8A-2U, 8A-2V, 8A-2W are wired together for each system, and coil wires 8A-1U, 8A-1V, 8A-1W.
  • 8A-2U, 8A-2V, 8A-2W are corrected inside the electric motor so that the ends are linear in the same row, and a plurality of holes 23Aa-2U, 23Aa-2V, 23Aa-2W of the first insertion hole R1A are formed. And, it is assembled by inserting it into a plurality of holes 23Aa-2U, 23Aa-2V, 23Aa-2W of the second insertion hole portion R2A.
  • the present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the configurations.

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Abstract

本発明の目的は、部品の実装効率を向上することにある。 本発明の電子制御装置は、第1系統のコイル線が挿通される複数の孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wを有する第1挿通孔部R1Aと第2系統のコイル線が挿通される複数の孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wを有する第2挿通孔部R2Aとを有する電源基板23と、電源基板23の上部に設けられる制御基板25と、電源基板23と制御基板25とを電気的に接続する基板間コネクタ105と、を備え、第1挿通孔部R1Aと第2挿通孔部R2Aとは、電源基板23の同一側にまとめて配置されている。

Description

電子制御装置及び電子制御装置の組立方法
 本発明は、電動パワーステアリング装置に備えられるのに好適な電子制御装置と、その組立方法に関する。
 本技術分野の背景技術として、特開2016-36244号公報(特許文献1)に記載された電動パワーステアリング装置の駆動装置が知られている。
 特許文献1の駆動装置では、基板41は、モータの一方の側に設けられる。第1スイッチング素子(SW素子)51~56は、発熱素子実装面42に配置される。第2スイッチング素子(SW素子)61~66は、基板41の第1スイッチング素子51~56が配置される面と同一の面であって、第1スイッチング素子51~56が配置される第1領域R1とモータ10の軸中心Oを挟んで反対側の領域である第2領域R2に配置される。第1モータ線135は、第1巻線組から相毎に取り出されて基板41に配列され、第2モータ線145は、第2巻線組から相毎に取り出されて基板41に配列される。第1モータ線135および第1スイッチング素子51~56と、第2モータ線145および第2スイッチング素子61~66とは、電力供給領域Rinの側からの相配列が逆順である。これにより、電力供給領域Rinからの配線長の相間ばらつきが低減される。以上、要約参照のこと。なお、上記の符号は特許文献1に記載された符号をそのまま記載しており、本明細書及び図面における符号とは関係がない。
特開2016-36244号公報
 特許文献1の駆動装置では、第1モータ線及び第1スイッチング素子と第2モータ線及び第2スイッチング素子とがモータの軸中心を挟んで反対側の領域に配置されている。第1モータ線と第1スイッチング素子とは近接した位置に配置することが好ましく、第2モータ線と第2スイッチング素子とは近接した位置に配置することが好ましい。また、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子は発熱素子であるため、第1スイッチング素子が配置される第1領域及び第2スイッチング素子が配置される第2領域における基板の裏面側(発熱素子実装面に対して反対側の面)は、フレーム部材(本明細書では、基体という)に接触させ、基板からフレーム部材への放熱効果を高めることが好ましい。この場合、第1領域及び第2領域における基板の裏面側には部品を実装することができない。
 装置の小型化のためには、基板の裏面側を部品の実装面として有効活用することが好ましい。この場合、特許文献1の駆動装置のように、第1モータ線及び第1スイッチング素子と第2モータ線及び第2スイッチング素子とがモータの軸中心を挟んで反対側の領域に配置されていると、基板とフレーム部材との接触部が分散配置されることになり、基板裏面側における部品の実装効率が低下する。
 本発明の目的は、部品の実装効率を向上することにある。
 上記目的を達成するために、本発明の電子制御装置は、
 第1系統のコイル線が挿通される複数の孔を有する第1挿通孔部と、
 第2系統のコイル線が挿通される複数の孔を有する第2挿通孔部と、を有する電源基板と、
 前記電源基板の上部に設けられる制御基板と、
 前記電源基板と前記制御基板とを電気的に接続する基板間コネクタと、を備え、
 前記第1挿通孔部と前記第2挿通孔部とは、前記電源基板の同一側にまとめて配置されている。
 本発明によれば、発熱部品を集約することができ、電源基板の裏面側を有効に活用することができるため、部品の実装効率を向上することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の一実施例に係る電動パワーステアリング装置の全体斜視図である。 本発明の一実施例に係る電動パワーステアリング装置の電子制御装置の断面を含む分解斜視図である。 図2から制御基板を除いた電子制御装置の斜視図である。 電源基板のスイッチング素子搭載面を示す平面図である。 基体に電源基板を組み付けた状態を示す、断面を含む斜視図である。 電源基板のたわみ防止構造を示す斜視図である。 たわみ防止構造の配置とたわみ量の解析における荷重の入力位置を示す電源基板の斜視図である。 たわみ防止構造を設けた場合のたわみ量の解析結果を示す電源基板の斜視図である。 たわみ防止構造が無い場合のたわみ量の解析結果を示す電源基板の斜視図である。 コイル線の末端処理について説明する概念図である。 コイル線の末端処理に用いる櫛歯冶具を示す図である。
 本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では上下方向及び左右方向を指定して説明する場合があるが、この上下方向及び左右方向は図2-5,8における上下方向及び左右方向に基づいており、装置の実装状態における上下方向及び左右方向とは必ずしも一致しない。
 図1は、本発明が適用される一例としての電動パワーステアリング装置1の全体斜視図である。
 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、図1に示すように構成されている。図示しないステアリングホイールに連結された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、この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。この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が連結されており、ラックはラックハウジング4に覆われている。そして、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。
 ステアリングホイールを回動操作する際のトルクを補助するため、電動駆動装置6が設けられている。電動駆動装置6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トルクセンサ7と、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と、電動モータ部8に配置された電動モータを制御する電子制御装置(ECU)9と、を備える。電動駆動装置6の電動モータ部8は、出力軸側の外周部の複数箇所が図示しないボルトを介してギヤ10に接続され、電動モータ部8の出力軸側とは反対側の端部に電子制御装置9が設けられている。なお、トルクセンサ7は電動駆動装置6とは別に構成される場合もある。
 電動駆動装置6においては、ステアリングホイールが操作されることによりステアリングシャフト2がいずれかの方向へ回動操作されると、このステアリングシャフト2の回動方向と回動トルクをトルクセンサ7が検出し、この検出値に基づいて電子制御装置9が電動モータの駆動操作量を演算する。この演算された駆動操作量に基づき、電源基板(インバータ基板、電力変換基板)23(図2参照)のスイッチング素子101により電動モータが駆動され、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ものである。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2は、本発明の一実施例に係る電動パワーステアリング装置1の電子制御装置9の断面を含む分解斜視図である。図3は、図2から制御基板23を除いた電子制御装置9の斜視図である。なお図2では、電源基板23及び制御基板25を覆うカバーは図示を省略している。
 電子制御装置9は、電動モータの、回転軸(出力軸)の軸方向ADに沿う一端部(出力軸側とは反対側の端部)に固定されている。本実施例では、電動モータの回転軸(出力軸)を基準にして軸方向ADを規定し、以下の説明では回転軸の軸方向ADに沿う方向を単に軸方向と呼んで説明する。
 図2に示すように、電子制御装置9は、基体(basic substance)21と、基体21に固定される電源基板23及び制御基板25と、を備えて構成される。電子制御装置9は、基体21が電動モータ部8のモータハウジング(図示せず)に固定される。基体21及びモータハウジングは、アルミ合金等を用いて製作される。電源基板23及び制御基板25は軸方向ADにおいて積層され、電源基板23が制御基板25に対して基体21側(下側)に配置される。すなわち制御基板25は、電源基板23に対して、基体21側とは反対側(上側)に配置される。
 電動モータ部8に設けられた電動モータのコイルの引き出し線(コイル入力端子)8Aは、基体21を貫通して電源基板23の上面側(基体21側とは反対側)に引き出され、電源基板23のスイッチング素子101の出力端子に、電気的に接続される。このために、電源基板23の基板部材(電源基板部材)23Aには貫通孔23Aaが設けられ、コイル入力端子8Aは貫通孔23Aaを挿通して電源基板23の上面側に引き出される。コイル入力端子8Aは基板部材23Aに半田付けされ、電源基板23に電気的に接続される。
なお、半田に限定されるものではなく、ヒュージング(熱かしめ)、TIG溶接、プレスフィット等でもよい。
 本実施例では、前述したコイルの引き出し線(コイル入力端子)8Aはコイルの一部として扱い、単にコイルと呼んで説明する。
 電源基板23には、スイッチング素子101、コンデンサ102、電源端子103、磁気センサ104、基板間コネクタ105及びFSリレー/パワーチョークコイル106(図5参照)等が配置され、これらの電気電子部品が電源回路(電力変換回路)を構成する。スイッチング素子101は直流電源を3相交流電源に変換する。コンデンサ102は、アルミ電解コンデンサ等で構成され、充放電を行うことによりスイッチングノイズ等の電圧変動を抑制する。電源端子103は外部電源が接続される端子である。磁気センサ104は電動モータの回転角を検出するセンサである。基板間コネクタ105は制御基板25との電気的接続を行う回路部品である。FSリレー/パワーチョークコイル106のうちFSリレーは故障時に電動モータに流れる電流を遮断する回路部品であり、パワーチョークコイルはスイッチングノイズの伝搬を抑制する回路部品である。
 図4は、電源基板23のスイッチング素子搭載面を示す平面図である。
 本実施例では、電動モータ部8のコイルと、スイッチング素子101、コンデンサ102及び電源端子103を含む駆動回路とは、二系統が設けられる。二系統を区別する必要がある場合は、各部品を「第1」及び「第2」のようにナンバリングを行って説明する。
 Oは電動モータの回転軸の中心(軸中心)が対向している位置である。本実施例では、第1系統と第2系統とが、軸中心位置Oを通り基板23の部品実装面に平行な直線L23を境界として、直線L23に対して左右に分かれて配置される。なお、直線L23に対して左側を第1系統、右側を第2系統と呼ぶことにする。
 電源基板(インバータ基板、電力変換基板)23の電源基板部材23Aは、第1系統の(給電される側の)コイル引き出し線8Aが挿通される複数の孔(貫通孔、コイル引き出し線挿通孔)23Aa-1U,23Aa-1V,23Aa-1Wを有する第1挿通孔部R1Aと、第2系統の(給電される側の)コイル引き出し線8Aが挿通される複数の孔(貫通孔、コイル引き出し線挿通孔)23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wを有する第2挿通孔部R2Aと、を有する。
 電源基板23の上側(基体21側とは反対側)は制御基板25が設けられ、電源基板23と制御基板25とは基板間コネクタ105,202により電気的に接続される。このために、電源基板23には基板間コネクタ105が設けられ、制御基板25には基板間コネクタ202が設けられる。なお、制御基板25は電動モータを制御するための制御信号を計算するための集積回路201等が設けられる。
 第1挿通孔部R1Aと第2挿通孔部R2Aとは、直線L23に沿う方向において、軸中心位置Oに対して、電源基板23の同一側にまとめて配置されている。すなわち、第1挿通孔部R1A及び第2挿通孔部R2Aは、直線L23に沿う方向において、軸中心位置Oに対して、同一側に集約されて配置されている。この場合、第1挿通孔部R1A及び第2挿通孔部R2Aは、電源基板23の外周縁部に配置され、第1系統の第1孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2W及び第2系統の第2孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wからなる6つの孔は、均等な間隔で配置されている。本実施例では、6つの孔を円弧状に配置しているが、直線状に配置してもよい。
 電源基板23上には、第1コイル引き出し線8A-1U,8A-1V,8A-1W(図7参照)、第1スイッチング素子101-1、第1コンデンサ102-1、及び第1電源端子103-1が実装されており、第1コイル引き出し線8A-1U,8A-1V,8A-1Wが接続される第1挿通孔部R1A、第1スイッチング素子101-1が配置される第1スイッチング素子実装部R1B、第1コンデンサ102-1が配置される第1コンデンサ実装部R1C、及び第1電源端子103-1が配置される第1電源端子実装部R1Dは、L字状の直線線分L1に沿って、第1挿通孔部R1A側から第1電源端子実装部R1D側に向かって、第1挿通孔部R1A、第1スイッチング素子実装部R1B、第1コンデンサ実装部R1C、及び第1電源端子実装部R1Dの順番に配置されている。
 また電源基板23上には、第2コイル引き出し線8A-2U,8A-2V,8A-2W(図7参照)、第2スイッチング素子101-2、第2コンデンサ102-2、及び第2電源端子103-2が実装されており、第2コイル引き出し線8A-2U,8A-2V,8A-2Wが接続される第2挿通孔部R2A、第2スイッチング素子101-2が配置される第2スイッチング素子実装部R2B、第2コンデンサ102-2が配置される第2コンデンサ実装部R2C、及び第2電源端子103-2が配置される第2電源端子実装部R2Dは、L字状の直線線分L2に沿って、第2挿通孔部R2A側から第2電源端子実装部R2D側に向かって、第2挿通孔部R2A、第2スイッチング素子実装部R2B、第2コンデンサ実装部R2C、及び第2電源端子実装部R2Dの順番に配置されている。
 第1系統における第1挿通孔部R1A、第1スイッチング素子実装部R1B、第1コンデンサ実装部R1C、及び第1電源端子実装部R1Dと第2系統における第2挿通孔部R2A、第2スイッチング素子実装部R2B、第2コンデンサ実装部R2C、及び第2電源端子実装部R2Dとは、直線L23に対して線対称に配置される。
 磁気センサ104は軸中心位置Oに配置される。基板間コネクタ105は、軸中心位置Oを挟んで、第1挿通孔部R1A及び第2挿通孔部R2Aの反対側に配置される。したがって磁気センサ104は、第1挿通孔部R1A及び第2挿通孔部R2Aと基板間コネクタ実装部R3との間に配置される。
 二系統の第1コイル引き出し線8A-1U,8A-1V,8A-1W及び第2コイル引き出し線8A-2U,8A-2V,8A-2Wをまとめて同列に配置することで、組み立て設備の小型化や、配線効率の向上により、実装効率が向上し、基板サイズを低減することができる。また、二系統の第1コイル引き出し線8A-1U,8A-1V,8A-1W及び第2コイル引き出し線8A-2U,8A-2V,8A-2Wをまとめて同列に配置することで、スイッチング素子101やコンデンサ102の配置を最適化することができ、製品サイズを小型化することができる。
 図5は、基体21に電源基板23を組み付けた状態を示す、断面を含む斜視図である。
 配線を短くするために、第1コイル引き出し線8A-1U,8A-1V,8A-1Wと第1スイッチング素子101-1とは近接した位置に配置することが好ましく、第2コイル引き出し線8A-2U,8A-2V,8A-2Wと第2スイッチング素子101-2とは近接した位置に配置することが好ましい。また、第1スイッチング素子101-1及び第2スイッチング素子101-2は発熱素子であるため、電源基板23における第1スイッチング素子実装部R1B及び第2スイッチング素子実装部R2Bの裏面側(発熱素子実装面に対して反対側の面)は、基体21に接触させ、電源基板23から基体21への放熱効果を高めることが好ましい。
 そこで本実施例では、図2及び図5に示すように、基体21に電源基板23側に向かって突出する凸部21D設け、凸部21Dの上端面を電源基板23の裏面に接触させている。この場合、電源基板23における第1スイッチング素子実装部R1B及び第2スイッチング素子実装部R2Bの裏面側には部品を実装することができない。
 そこで本実施例では、第1コイル引き出し線8A-1U,8A-1V,8A-1W及び第2コイル引き出し線8A-2U,8A-2V,8A-2Wをまとめて同列に配置することで、第1スイッチング素子101-1と第2スイッチング素子101-2とを集約配置している。すなわち、第1スイッチング素子101-1及び第2スイッチング素子101-2が1箇所に纏めて電源基板23の上面に実装されている。第1スイッチング素子実装部R1B及び第2スイッチング素子実装部R2Bが離隔して配置されると、凸部21Dの範囲が大きくなり、電源基板23の裏面側の部品実装面が小さくなる。本実施例では、電源基板23における第1スイッチング素子実装部R1B及び第2スイッチング素子実装部R2Bの裏面側が当接する凸部21Dをコンパクトにまとめることができ、凸部21Dによって失われる空間を減らすことができる。また、第1スイッチング素子実装部R1B及び第2スイッチング素子実装部R2Bが離隔して配置される場合に、凸部21Dを分割すると、電源基板23の裏面側の部品実装面が分割され、部品の実装効率が低下する。本実施例では部品実装面が分割されるのを防ぐことができる。これにより本実施例では、電源基板23の裏面側における部品の実装効率が向上する。
 本実施例では、スイッチング素子101などの高発熱部品を電源基板23の上面に、FSリレー/パワーチョークコイル106などの低発熱部品を電源基板23の下面に実装し、冷却が必要な部品のみを上面に実装することで基板実装効率を向上させる事ができる。
また、スイッチング素子101の裏側には電子部品を搭載しないことで、基体(筐体)21と電源基板23とを接触させることができ、冷却効果を向上することができる。スイッチング素子(MOSFET)101の集約化によって、基体(筐体)21を構成するアルミハウジング構造の冷却部を簡易化することができ、これにより製品サイズの低減が可能になる。
 なお、基体21は図示しないモータハウジングに図示しないボルトで固定される。このために基体21のモータハウジング側の外周には、ボルトを挿通するボルト挿通孔21Aが複数設けられている。また上述したように、基体21は電源基板23のスイッチング素子101等が発生する熱を放熱するヒートシンクを兼ねる部材でもある。このために、基体21には凸部21Dが設けられる。すなわち基体21は、電源基板23の裏面のうちスイッチング素子101を含む高発熱部品が実装される実装部の直下に位置する部分と接触する第1凸部21Dを有する。電源基板23と凸部21Dとの接触を確実にするために、基体21には電源基板23を固定する電源基板固定部21Bが凸部21Dの横に複数設けられている(図3参照)。電源基板23は、貫通孔23Abに図示しないねじが挿通され、電源基板固定部21Bにねじ止めされる。
 なお、制御基板25は、貫通孔25Aaに図示しないねじが挿通され、基体21に設けられた固定部(制御基板固定部)21Caにねじ止めされる。制御基板25は電源基板23の上側に離隔して積層配置されるため、制御基板固定部21Caは電源基板固定部21Bよりも高い位置となるように、凸部21Dの上端面よりも高い位置まで延伸された柱状部21Cの上端面に設けられている。
 図6Aは、電源基板のたわみ防止構造を示す斜視図である。図6Bは、たわみ防止構造の配置とたわみ量の解析における荷重の入力位置を示す電源基板の斜視図である。図6Cは、たわみ防止構造を設けた場合のたわみ量の解析結果を示す電源基板の斜視図である。
図6Dは、たわみ防止構造が無い場合のたわみ量の解析結果を示す電源基板の斜視図である。
 本実施例では、電源基板23の軸中心位置Oから直線L23に垂直な方向の実装面上に、電子部品及び電源端子103を対称配置し、電源基板23における第1電源端子実装部R1D及び第2電源端子実装部R2Dの裏面側を基体(筐体)21と接触させている。すなわち、電源基板23の軸中心位置Oを通り電源基板23の基板面に平行な直線L23に対して直交し前記基板面に平行な方向の実装面上に、第1電源端子101-1と第2電源端子101-2とを直線L23に対して対称配置し、電源基板23における第1電源端子実装部R1D及び第2電源端子実装部R1Dの裏面側を、電源基板23を支持する基体21と接触させている。このために、基体21に、電源基板23における第1電源端子実装部R1D及び第2電源端子実装部R2Dの裏面側と接触する凸部21Fを設けている。
 すなわち基体21は、電源基板23の裏面のうち第1電源端子(第1系統の電源端子)が実装される実装部の直下に位置する部分に接触する第2凸部21Fと第1電源端子(第2系統の電源端子)が実装される実装部の直下に位置する部分と接触する第3凸部21Fとを有する。
 電源端子103には外部電源側の端子が上方から下方に向けて強い力で挿入される。電源基板23は、電源端子103を介してこの強い力を受けることでひずむ。図6Cの凸部21Fを設けた構造は、図6Dの凸部21Fを設けない構造に対して、外部電源端子の接合時に電源基板23のひずみ量が抑制されている。
 本実施例では、電源端子103をモータ中心(すなわち、軸中心位置O)から遠ざけることで、電源基板23の外周部に基板たわみ防止構造(凸部21F)を設けることが出来き、電源基板23のたわみ(ひずみ)を低減することができる。これにより、電源端子103の近傍におけるネジ固定を不要とすることができ、電源基板23の実装効率が向上する。なお、電源基板23では、軸中心位置Oには磁気センサ(回転角度センサ)104が搭載されているため、基板たわみ防止構造を設けることが出来ない。
 また本実施例では、凸部21Fと同じ目的で、基板間コネクタ105を配置した基板間コネクタ実装部R3の裏面側にも、この裏面と接触する凸部21Eを設けている。すなわち基体21は、電源基板23の裏面のうち基板間コネクタ105が実装される実装部の直下に位置する部分と接触する第4凸部を有する。
 図7は、コイル線の末端処理について説明する概念図である。図8は、コイル線の末端処理に用いる櫛歯冶具を示す図である。
 二系統のコイル線を系統毎に纏めて配線し、コイル線の終端が同列直線状になるように、電動モータの内部で矯正することで電源基板23側の挿通孔23Aaを集約化することが可能となり、製品サイズを低減することができる。
 電動モータ内部でコイル線を矯正して電源基板23側に口出しした場合、コイル線の反力でコイル線の寸法位置精度が悪くなり、電源基板23との接続が困難となる。そこで、櫛歯冶具50A,50Bにてコイル線位置を固定することで、電動モータ内部で矯正されたコイル線でも電源基板23の挿通孔23Aaへの挿入を可能としている。なお、櫛歯冶具以外にもコイルガイド機能を持った部品をモータハウジングに取り付けても良い。
 本発明に係る実施例では、電子制御装置の組立方法として、下記のような組立方法を実施することができる。
 第1系統のコイル線8A-1U,8A-1V,8A-1Wが挿通される複数の孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wを有する第1挿通孔部R1Aと、
 第2系統のコイル線8A-2U,8A-2V,8A-2Wが挿通される複数の孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wを有する第2挿通孔部R2Aと、を有する電源基板23と、
 電源基板23の上部に設けられる制御基板25と、
 電源基板23と制御基板25とを電気的に接続する基板間コネクタ105と、を備え、
 第1挿通孔部R1Aと第2挿通孔部R2Aとは、電源基板23の同一側にまとめて配置されている電子制御装置9の組立方法であって、
 二系統のコイル線8A-1U,8A-1V,8A-1W,8A-2U,8A-2V,8A-2Wを系統毎に纏めて配線し、コイル線8A-1U,8A-1V,8A-1W,8A-2U,8A-2V,8A-2Wの終端が同列直線状になるように電動モータ内部で矯正し、第1挿通孔部R1Aの複数の孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2W及び第2挿通孔部R2Aの複数の孔23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2Wに挿通して組み立てる。
 なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも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、実施例の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、実施例の構成の一部について、他の構成を追加することが可能である。
 1…パワーステアリング装置、8A-1U,8A-1V,8A-1W…第1系統のコイル線(コイル引き出し線)、8A-2U,8A-2V,8A-2W…第2系統のコイル線(コイル引き出し線)、9…電子制御装置、23…電源基板、23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2W…第1系統のコイル線挿通孔、23Aa-2U,23Aa-2V,23Aa-2W…第2系統のコイル線挿通孔、25…制御基板、105…基板間コネクタ、R1A…第1挿通孔部、R2A…第2挿通孔部。

Claims (10)

  1.  第1系統のコイル線が挿通される複数の孔を有する第1挿通孔部と、第2系統のコイル線が挿通される複数の孔を有する第2挿通孔部と、を有する電源基板と、
     前記電源基板の上部に設けられ、前記電源基板と電気的に接続される制御基板と、
     前記電源基板と前記制御基板が固定される金属製の基体と、を備え、
     前記第1挿通孔部と前記第2挿通孔部とは、前記電源基板の同一側にまとめて配置されている電子制御装置。
  2.  請求項1に記載の電子制御装置において、
     前記電源基板は、前記制御基板と電気的に接続するための基板間コネクタを備え、
     前記基板間コネクタは、前記第1挿通孔部及び前記第2挿通孔部に対して前記制御基板の中心を挟んで反対側に設けられている電子制御装置。
  3.  請求項2に記載の電子制御装置において、
     第1系統のスイッチング素子、第2系統のスイッチング素子、第1系統のコンデンサ、第2系統のコンデンサ、第1系統の電源端子、及び第2系統の電源端子を備え、
     前記第1系統のコイル線、前記第1系統のスイッチング素子、前記第1系統のコンデンサ、及び前記第1系統の電源端子は、この順番で前記電源基板に実装され、
     前記第2系統のコイル線、前記第2系統のスイッチング素子、前記第2系統のコンデンサ、及び前記第2系統の電源端子は、この順番で前記電源基板に実装されている電子制御装置。
  4.  請求項3に記載の電子制御装置において、
     FSリレー及びパワーチョークコイルを備え、
     前記スイッチング素子を含む高発熱部品を前記電源基板の上面側に配置し、前記FSリレー及び前記パワーチョークコイルなどの低発熱部品を前記電源基板の下面側に配置した電子制御装置。
  5.  請求項3又は4に記載の電子制御装置において、
     前記基体は、前記電源基板の裏面のうち前記スイッチング素子を含む高発熱部品が実装される実装部の直下に位置する部分と接触する第1凸部を有する電子制御装置。
  6.  請求項3乃至5のいずれかに記載の電子制御装置において、
     前記電源基板の軸中心位置を通り前記電源基板の基板面に平行な直線に対して直交し前記基板面に平行な方向の実装面上に、前記第1系統の電源端子と前記第2系統の電源端子とを前記直線に対して対称配置し、前記電源基板における前記第1系統の電源端子の実装面及び第2系統の電源端子の実装面の裏面側を、前記電源基板を支持する基体と接触させている電子制御装置。
  7.  請求項3乃至6のいずれかに記載の電子制御装置において、
     前記基体は、前記電源基板の裏面のうち前記第1系統の電源端子が実装される実装部の直下に位置する部分に接触する第2凸部と前記第2系統の電源端子が実装される実装部の直下に位置する部分と接触する第3凸部とを有する電子制御装置。
  8.  請求項2乃至7のいずれかに記載の電子制御装置において、
     前記基体は、前記電源基板の裏面のうち前記基板間コネクタが実装される実装部の直下に位置する部分と接触する第4凸部を有する電子制御装置。
  9.  請求項2乃至8のいずれかに記載の電子制御装置において、
     前記第1挿通孔部及び前記第2挿通孔部と前記基板間コネクタの実装部との間に実装された磁気センサを備える電子制御装置。
  10.  第1系統のコイル線が挿通される複数の孔を有する第1挿通孔部と、
     第2系統のコイル線が挿通される複数の孔を有する第2挿通孔部と、を有する電源基板と、
     前記電源基板の上部に設けられる制御基板と、
     前記電源基板と前記制御基板とを電気的に接続する基板間コネクタと、を備え、
     前記第1挿通孔部と前記第2挿通孔部とは、前記電源基板の同一側にまとめて配置されている電子制御装置の組立方法であって、
     二系統の前記コイル線を系統毎に纏めて配線し、前記コイル線の終端が同列直線状になるように電動モータ内部で矯正し、前記第1挿通孔部の前記複数の孔及び前記第2挿通孔部の前記複数の孔に挿通して組み立てる電子制御装置の組立方法。
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