電動パワーステアリング装置
【課題】電動パワーステアリング装置に使用される電動モータをＥＣＵと一体化し、小型化・軽量化、温度環境への適応性、及び電磁ノイズ干渉に対する信頼性を確保したうえで、作動音を低減する。
【解決手段】操舵トルクが伝達されるステアリングシャフト２を内装するステアリングコラム３と、減速ギヤボックス４内に格納され操舵トルクを検出するトルクセンサと、ステアリングシャフト２に減速ギヤボックス４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５とを備えた電動パワーステアリング装置において、減速ギヤボックス４に、パワーモジュール基板と制御基板を囲繞する合成樹脂フレームと、合成樹脂フレームを覆う合成樹脂製カバー２６から成る制御ユニット１９を配設する。また、前記合成樹脂は、導電性フィラーと熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂とする。
【解決手段】操舵トルクが伝達されるステアリングシャフト２を内装するステアリングコラム３と、減速ギヤボックス４内に格納され操舵トルクを検出するトルクセンサと、ステアリングシャフト２に減速ギヤボックス４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５とを備えた電動パワーステアリング装置において、減速ギヤボックス４に、パワーモジュール基板と制御基板を囲繞する合成樹脂フレームと、合成樹脂フレームを覆う合成樹脂製カバー２６から成る制御ユニット１９を配設する。また、前記合成樹脂は、導電性フィラーと熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、操舵補助トルクの発生源として電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両への搭載性の向上、小型軽量化の要求により、電動モータを回転させることによりハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置に使用される電動モータを、電動パワーステアリング装置を制御するＥＣＵと、組立性を容易にしながら一体化するという課題があった。また、一方では車両搭載における電動パワーステアリング装置の温度環境への適用性と、電子部品同士の電磁ノイズ干渉による部品機能低下に対する信頼性を確保しなければならない課題があった。さらにまた、電動パワーステアリング装置の作動音を、更に低減する課題があった。
【０００３】
この部分の改善の先行技術としては、特開２００７−２７６７４１に開示される技術があり、これは、制御ユニットを減速ギヤボックスに装着し、制御ユニットを構成する発熱部となるパワーモジュールをパワーモジュール基板に実装し、他の制御素子を制御基板に実装することにより、パワーモジュール基板での発熱が直に制御基板に伝達されることを防止することができ、しかもパワーモジュール基板は直接減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けられているので、減速ギヤボックスがヒートマスとなって、パワーモジュール基板で発生する熱の放熱効果を向上させる効果が得られるものである。また、制御ユニットに、前記減速ギヤボックスに直接装着されたパワーモジュール基板を囲繞すると共に、当該パワーモジュール基板に対して所定間隔を保って前記制御基板を保持する合成樹脂フレームと、該合成樹脂フレームを覆うカバーとを備え、カバーを前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けることにより、カバーを電磁シールドとして使用することができ、パワーモジュール基板に実装したモータ駆動回路を構成するスイッチング素子の高周波スイッチングによる電磁ノイズが外部に漏洩することを防止することができるという効果が得られるものである。さらに、パワーモジュール基板が高熱伝導率を有する金属基板で構成し、放熱グリースを介して制御ユニットに装着するものや、パワーモジュール基板をさらに別体の金属基板及び放熱グリースを介してパワーモジュール基板を装着することで、パワーモジュール基板で発生する熱の放熱効果を向上させるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７６７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この先行技術によると、金属製の板が多用されているので制御ユニットが重くなり、また、音、振動の発生源となる電動モータを有する減速ギヤボックスに、制御ユニットが一体的に取り付けられることから、音、振動の伝播によって、金属製の板で成形された制御ユニットの構成部品から音、振動が拡散することから、電動パワーステアリング装置の作動音を低減化する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するために、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、減速ギヤボックス内に格納され前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに前記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制御ユニットが装着され、前記制御ユニットは、前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板と前記制御基板を囲繞する合成樹脂フレームと、前記合成樹脂フレームを覆う合成樹脂保護カバーから成ることを特徴としている。また、前記合成樹脂は、導電性フィラーと熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂から成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータを、電動パワーステアリング装置を制御するＥＣＵと、組立を容易にしながら一体化し、小型および、更に軽量化を達成することができる。また、車両搭載における電動パワーステアリング装置の温度環境への適用性と、電子部品同士の電磁ノイズ干渉による部品機能低下に対する信頼性を確保し、電動パワーステアリングの作動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を右方向から示した斜視図である。
【図２】図１の装置を左方向から示した斜視図である。
【図３】電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの要部縦断面図である。
【図４】制御ユニットの分解斜視図である。
【図５】制御ユニットのサブ組立図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００１０】
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を右方向から示した斜視図、図２は図１の装置を左方向から示した斜視図、図３電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの要部縦断面図、図４は制御ユニットの分解斜視図である。図５は制御ユニットのサブ組立図である。
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モータで構成される電動モータ５が配設されている。
【００１１】
また、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の内管３ａ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４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。
【００１２】
さらに、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６ｅ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、その剪断荷重を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。
【００１３】
次に、図３に示すように、ステアリングシャフト２は、上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の下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。
【００１４】
また、減速ギヤボックス４は、図３に示すように、アルミニウム合金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（図示せず）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の前端部に形成された取付フランジ３ｃを取付けるコラム取付部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の取付フランジ３ｃを当接させた状態でボルト１８ａによってステアリングコラム３に固定されている。
【００１５】
さらに、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。
【００１６】
さらにまた、電動モータ５には、その取付フランジ部５ｂに近い位置で、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、内蔵するブラシに直結する接続端子としてのハーネス５ｃが電動モータ５の軸心方向に引き出されている。これらハーネス５ｃの先端部にはコネクター（図示せず）が設けられおり、図４に示すパワー基板２３上に設けられたソケット５ｄに結合し、電動モータ５に給電するようになっている。
【００１７】
次に、図４に示すように、制御ユニット装着部２０に装着される制御ユニット１９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パワーモジュールを実装するパワーモジュール基板２３と、このパワーモジュール基板２３を囲繞する長方形枠状の合成樹脂フレーム２４と、この合成樹脂フレーム２４の正面に取付けられるトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを直接挿通するスルーホール２５ａ〜２５ｄが穿設され、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２３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た制御基板２５と、パワー基板２３、合成樹脂フレーム２４、制御基板２５を後方側から覆い制御ユニット装着部２０に直接ビス止めされた合成樹脂保護カバー２６とで構成されている。
【００１８】
また、合成樹脂フレーム２４は、長方形枠状のフレーム本体２４ａと、このフレーム本体２４ａを減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に固定する取付板部２４ｂと、フレーム本体２４ａの右端における中央位置に配設されたバッテリ（図示せず）に接続される電源コネクタ４５ａ及び車体の各部の制御機器とのデータの授受を行うＣＡＮなどのネットワークに接続する信号コネクタ４５bとが一体に構成されている。これら電源コネクタ４５ａ及び信号コネクタ４５ｂの夫々は、これらに接続する外部の接続コネクタの挿入方向が車体の右側面側から行うように右端側に接続コネクタ挿入開口が形成されている。
【００１９】
さらに、制御基板２５は、図４に示すように、パワーモジュール基板２３と対向する面側にコンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品が左右方向に整列されて配置され、その背面側にはマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器が配設されている。コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品の配置位置は、制御基板２５を合成樹脂フレーム２４に取付けたときに、これらの大型部品の先端がパワーモジュール基板２３の上部に形成した切欠部２３ａを通じて突出した状態となるように設定され、これら大型部品の突出部分が金属製の保護カバー２１で覆われている。このように、コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品を制御基板２５の上方で、突出させて配置することで、制御ユニット１９のパワーモジュール基板２３から保護カバー２１の後端面までの厚みを薄くすることができ、制御ユニット１９を小型化することができる。
【００２０】
さらにまた、上記構成を有する制御ユニット１９は、合成樹脂フレーム２４をパワーモジュール基板２３の周囲を囲繞するように載置し、合成樹脂フレーム２４の正面側に制御基板２５を載置する。保護カバー２１と合成樹脂フレーム２４はビス止めにより、図５に示すような制御ユニット１９のサブ組立が行われる。
【００２１】
次に、図５に示すように、前記制御ユニット１９のサブ組立が行われた後は、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に載置されると共に、合成樹脂フレーム２４内の制御基板２５のスルーホール２５ａ〜２５ｄにトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させて、外部接続端子１５ｃ〜１５ｆとスルーホール２５ａ〜２５ｄとを半田付けする。そして、電動モータ５から引き出されたハーネス５ｃの先端部のコネクター（図示せず）を、パワー基板２３上に設けられたソケット５ｄに結合し、最後に合成樹脂保護カバー２６を装着し、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に合成樹脂フレーム２４の取付板部２４ｂをビス止めする。合成樹脂保護カバー２６はフックなどを用いて、直接合成樹脂フレーム２４に固定しても良い。また、ソケット５ｄは、制御基板２５の切欠部２５ｈを貫通し、合成樹脂保護カバー２６が装着される面に向かって開口しており、電動モータ５から引き出されたハーネス５ｃの先端部のコネクター（図示せず）を最短距離に取り回すようになっている。
【００２２】
また、電動モータ５から引き出されたハーネス５ｃは、先端部のコネクター（図示せず）を、パワー基板２３上に設けられたソケット５ｄに結合した後、ハーネス部が合成樹脂保護カバー２６から露出する部分が生じる。ここに合成樹脂製のハーネス保護部材５ｅを装着することで、合成樹脂保護カバー２６とともにハーネス５ｃから放射されるノイズを抑制し、ラジオノイズに対する影響を軽減させることができる。
【００２３】
さらに、合成樹脂フレーム２４、合成樹脂保護カバー２６、ハーネス保護部材５ｅに用いられる合成樹脂について説明する。合成樹脂はベース素材として、ＰＢＴ樹脂(ポリブチレンテレフタレート)、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート)樹脂などが用いられる。ここに、導電性フィラーとしてカーボンを含有させることで導電性を付与させるが、更に、熱伝導性フィラーとして、珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素等を含有させることで、熱伝導性を付与させて、導電性と熱伝導性を両立させている。金、銀、銅等の金属性フィラーも考えられるが、コストが高い等の欠点がある。
【００２４】
上記実施形態では、合成樹脂に導電性、熱伝導性を付与させることで、電磁シールド効果を発揮することができ、Ｈブリッジ回路の電界効果トランジスタの高周波スイッチング時に発生する電磁ノイズが外部に漏洩してラジオノイズとなることを防止することができ、また、発熱を伴う電界効果トランジスタなどで構成されるパワーモジュール基板の熱を放熱させる効果がある。さらに、直接減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０にビス止めされるので、合成樹脂フレーム２４、保護カバー２１、合成樹脂保護カバー２６から成る制御ユニット１９が、アルミニウム合金により熱容量の大きいヒートマス効果のある減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に、直接合成樹脂フレーム２４の取付板部２４ｂをビス止めするので、放熱効果をより向上させることができる。よって、熱伝導グリースが不要となるので組立作業性が良く、安価な電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【００２５】
また、制御ユニット１９の合成樹脂保護カバー２６を合成樹脂とすることで、ウォーム１１とウォームホイール１３の噛合い打音や、電動モータ５のブラシノイズ、回転振動が減速ギヤボックス４を介して制御ユニット１９に伝播し合成樹脂保護カバー２６が音、振動を拡散する現象を抑えることができる。
【００２６】
さらに、保護カバー２１を導電性フィラーと熱伝導性フィラーから成る合成樹脂としても同様の効果を得ることができる。また、その場合、保護カバー２１と合成樹脂フレーム２４は一体的に成形し、その中にパワーモジュール基板２３と制御基板２５を格納しても良い。
【００２７】
さらにまた、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、パワー基板２３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。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
電動パワーステアリング装置に使用される電動モータを、電動パワーステアリング装置を制御するＥＣＵと、減速機構及び減速機構に格納されたトルクセンサを一体的に組立された電動パワーステアリング装置であり、自動車等の各種車両に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
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 ハーネス
５ｄ コネクタ
５ｅ ハーネス保護部材
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
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
２０ 制御ユニット装着部
２１ 保護カバー
２３ パワー基板
２４ 合成樹脂フレーム
２４ａ フレーム本体
２４ｂ 取付板部
２５ 制御基板
２５ｅ コンデンサ
２５ｆ パワーリレー
２６ 合成樹脂保護カバー
４５ａ 電源コネクタ
４５ｂ 信号コネクタ
【技術分野】
【０００１】
本考案は、操舵補助トルクの発生源として電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両への搭載性の向上、小型軽量化の要求により、電動モータを回転させることによりハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置に使用される電動モータを、電動パワーステアリング装置を制御するＥＣＵと、組立性を容易にしながら一体化するという課題があった。また、一方では車両搭載における電動パワーステアリング装置の温度環境への適用性と、電子部品同士の電磁ノイズ干渉による部品機能低下に対する信頼性を確保しなければならない課題があった。さらにまた、電動パワーステアリング装置の作動音を、更に低減する課題があった。
【０００３】
この部分の改善の先行技術としては、特開２００７−２７６７４１に開示される技術があり、これは、制御ユニットを減速ギヤボックスに装着し、制御ユニットを構成する発熱部となるパワーモジュールをパワーモジュール基板に実装し、他の制御素子を制御基板に実装することにより、パワーモジュール基板での発熱が直に制御基板に伝達されることを防止することができ、しかもパワーモジュール基板は直接減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けられているので、減速ギヤボックスがヒートマスとなって、パワーモジュール基板で発生する熱の放熱効果を向上させる効果が得られるものである。また、制御ユニットに、前記減速ギヤボックスに直接装着されたパワーモジュール基板を囲繞すると共に、当該パワーモジュール基板に対して所定間隔を保って前記制御基板を保持する合成樹脂フレームと、該合成樹脂フレームを覆うカバーとを備え、カバーを前記減速ギヤボックスの制御ユニット装着部に取付けることにより、カバーを電磁シールドとして使用することができ、パワーモジュール基板に実装したモータ駆動回路を構成するスイッチング素子の高周波スイッチングによる電磁ノイズが外部に漏洩することを防止することができるという効果が得られるものである。さらに、パワーモジュール基板が高熱伝導率を有する金属基板で構成し、放熱グリースを介して制御ユニットに装着するものや、パワーモジュール基板をさらに別体の金属基板及び放熱グリースを介してパワーモジュール基板を装着することで、パワーモジュール基板で発生する熱の放熱効果を向上させるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７６７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この先行技術によると、金属製の板が多用されているので制御ユニットが重くなり、また、音、振動の発生源となる電動モータを有する減速ギヤボックスに、制御ユニットが一体的に取り付けられることから、音、振動の伝播によって、金属製の板で成形された制御ユニットの構成部品から音、振動が拡散することから、電動パワーステアリング装置の作動音を低減化する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するために、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、減速ギヤボックス内に格納され前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに前記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制御ユニットが装着され、前記制御ユニットは、前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板と前記制御基板を囲繞する合成樹脂フレームと、前記合成樹脂フレームを覆う合成樹脂保護カバーから成ることを特徴としている。また、前記合成樹脂は、導電性フィラーと熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂から成ることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、電動パワーステアリング装置に使用される電動モータを、電動パワーステアリング装置を制御するＥＣＵと、組立を容易にしながら一体化し、小型および、更に軽量化を達成することができる。また、車両搭載における電動パワーステアリング装置の温度環境への適用性と、電子部品同士の電磁ノイズ干渉による部品機能低下に対する信頼性を確保し、電動パワーステアリングの作動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を右方向から示した斜視図である。
【図２】図１の装置を左方向から示した斜視図である。
【図３】電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの要部縦断面図である。
【図４】制御ユニットの分解斜視図である。
【図５】制御ユニットのサブ組立図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００１０】
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を右方向から示した斜視図、図２は図１の装置を左方向から示した斜視図、図３電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの要部縦断面図、図４は制御ユニットの分解斜視図である。図５は制御ユニットのサブ組立図である。
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モータで構成される電動モータ５が配設されている。
【００１１】
また、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の内管３ａ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４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。
【００１２】
さらに、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６ｅ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、その剪断荷重を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。
【００１３】
次に、図３に示すように、ステアリングシャフト２は、上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の下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。
【００１４】
また、減速ギヤボックス４は、図３に示すように、アルミニウム合金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（図示せず）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の前端部に形成された取付フランジ３ｃを取付けるコラム取付部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の取付フランジ３ｃを当接させた状態でボルト１８ａによってステアリングコラム３に固定されている。
【００１５】
さらに、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。
【００１６】
さらにまた、電動モータ５には、その取付フランジ部５ｂに近い位置で、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、内蔵するブラシに直結する接続端子としてのハーネス５ｃが電動モータ５の軸心方向に引き出されている。これらハーネス５ｃの先端部にはコネクター（図示せず）が設けられおり、図４に示すパワー基板２３上に設けられたソケット５ｄに結合し、電動モータ５に給電するようになっている。
【００１７】
次に、図４に示すように、制御ユニット装着部２０に装着される制御ユニット１９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パワーモジュールを実装するパワーモジュール基板２３と、このパワーモジュール基板２３を囲繞する長方形枠状の合成樹脂フレーム２４と、この合成樹脂フレーム２４の正面に取付けられるトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを直接挿通するスルーホール２５ａ〜２５ｄが穿設され、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２３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た制御基板２５と、パワー基板２３、合成樹脂フレーム２４、制御基板２５を後方側から覆い制御ユニット装着部２０に直接ビス止めされた合成樹脂保護カバー２６とで構成されている。
【００１８】
また、合成樹脂フレーム２４は、長方形枠状のフレーム本体２４ａと、このフレーム本体２４ａを減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に固定する取付板部２４ｂと、フレーム本体２４ａの右端における中央位置に配設されたバッテリ（図示せず）に接続される電源コネクタ４５ａ及び車体の各部の制御機器とのデータの授受を行うＣＡＮなどのネットワークに接続する信号コネクタ４５bとが一体に構成されている。これら電源コネクタ４５ａ及び信号コネクタ４５ｂの夫々は、これらに接続する外部の接続コネクタの挿入方向が車体の右側面側から行うように右端側に接続コネクタ挿入開口が形成されている。
【００１９】
さらに、制御基板２５は、図４に示すように、パワーモジュール基板２３と対向する面側にコンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品が左右方向に整列されて配置され、その背面側にはマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器が配設されている。コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品の配置位置は、制御基板２５を合成樹脂フレーム２４に取付けたときに、これらの大型部品の先端がパワーモジュール基板２３の上部に形成した切欠部２３ａを通じて突出した状態となるように設定され、これら大型部品の突出部分が金属製の保護カバー２１で覆われている。このように、コンデンサ２５ｅ、パワーリレー２５ｆ等の大型部品を制御基板２５の上方で、突出させて配置することで、制御ユニット１９のパワーモジュール基板２３から保護カバー２１の後端面までの厚みを薄くすることができ、制御ユニット１９を小型化することができる。
【００２０】
さらにまた、上記構成を有する制御ユニット１９は、合成樹脂フレーム２４をパワーモジュール基板２３の周囲を囲繞するように載置し、合成樹脂フレーム２４の正面側に制御基板２５を載置する。保護カバー２１と合成樹脂フレーム２４はビス止めにより、図５に示すような制御ユニット１９のサブ組立が行われる。
【００２１】
次に、図５に示すように、前記制御ユニット１９のサブ組立が行われた後は、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に載置されると共に、合成樹脂フレーム２４内の制御基板２５のスルーホール２５ａ〜２５ｄにトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを挿通させて、外部接続端子１５ｃ〜１５ｆとスルーホール２５ａ〜２５ｄとを半田付けする。そして、電動モータ５から引き出されたハーネス５ｃの先端部のコネクター（図示せず）を、パワー基板２３上に設けられたソケット５ｄに結合し、最後に合成樹脂保護カバー２６を装着し、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に合成樹脂フレーム２４の取付板部２４ｂをビス止めする。合成樹脂保護カバー２６はフックなどを用いて、直接合成樹脂フレーム２４に固定しても良い。また、ソケット５ｄは、制御基板２５の切欠部２５ｈを貫通し、合成樹脂保護カバー２６が装着される面に向かって開口しており、電動モータ５から引き出されたハーネス５ｃの先端部のコネクター（図示せず）を最短距離に取り回すようになっている。
【００２２】
また、電動モータ５から引き出されたハーネス５ｃは、先端部のコネクター（図示せず）を、パワー基板２３上に設けられたソケット５ｄに結合した後、ハーネス部が合成樹脂保護カバー２６から露出する部分が生じる。ここに合成樹脂製のハーネス保護部材５ｅを装着することで、合成樹脂保護カバー２６とともにハーネス５ｃから放射されるノイズを抑制し、ラジオノイズに対する影響を軽減させることができる。
【００２３】
さらに、合成樹脂フレーム２４、合成樹脂保護カバー２６、ハーネス保護部材５ｅに用いられる合成樹脂について説明する。合成樹脂はベース素材として、ＰＢＴ樹脂(ポリブチレンテレフタレート)、ＰＥＴ樹脂（ポリエチレンテレフタレート)樹脂などが用いられる。ここに、導電性フィラーとしてカーボンを含有させることで導電性を付与させるが、更に、熱伝導性フィラーとして、珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素等を含有させることで、熱伝導性を付与させて、導電性と熱伝導性を両立させている。金、銀、銅等の金属性フィラーも考えられるが、コストが高い等の欠点がある。
【００２４】
上記実施形態では、合成樹脂に導電性、熱伝導性を付与させることで、電磁シールド効果を発揮することができ、Ｈブリッジ回路の電界効果トランジスタの高周波スイッチング時に発生する電磁ノイズが外部に漏洩してラジオノイズとなることを防止することができ、また、発熱を伴う電界効果トランジスタなどで構成されるパワーモジュール基板の熱を放熱させる効果がある。さらに、直接減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０にビス止めされるので、合成樹脂フレーム２４、保護カバー２１、合成樹脂保護カバー２６から成る制御ユニット１９が、アルミニウム合金により熱容量の大きいヒートマス効果のある減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に、直接合成樹脂フレーム２４の取付板部２４ｂをビス止めするので、放熱効果をより向上させることができる。よって、熱伝導グリースが不要となるので組立作業性が良く、安価な電動パワーステアリング装置を提供することができる。
【００２５】
また、制御ユニット１９の合成樹脂保護カバー２６を合成樹脂とすることで、ウォーム１１とウォームホイール１３の噛合い打音や、電動モータ５のブラシノイズ、回転振動が減速ギヤボックス４を介して制御ユニット１９に伝播し合成樹脂保護カバー２６が音、振動を拡散する現象を抑えることができる。
【００２６】
さらに、保護カバー２１を導電性フィラーと熱伝導性フィラーから成る合成樹脂としても同様の効果を得ることができる。また、その場合、保護カバー２１と合成樹脂フレーム２４は一体的に成形し、その中にパワーモジュール基板２３と制御基板２５を格納しても良い。
【００２７】
さらにまた、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、パワー基板２３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。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
電動パワーステアリング装置に使用される電動モータを、電動パワーステアリング装置を制御するＥＣＵと、減速機構及び減速機構に格納されたトルクセンサを一体的に組立された電動パワーステアリング装置であり、自動車等の各種車両に適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
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 ハーネス
５ｄ コネクタ
５ｅ ハーネス保護部材
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
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
２０ 制御ユニット装着部
２１ 保護カバー
２３ パワー基板
２４ 合成樹脂フレーム
２４ａ フレーム本体
２４ｂ 取付板部
２５ 制御基板
２５ｅ コンデンサ
２５ｆ パワーリレー
２６ 合成樹脂保護カバー
４５ａ 電源コネクタ
４５ｂ 信号コネクタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、減速ギヤボックス内に格納され前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに前記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制御ユニットが装着され、前記制御ユニットは、前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板と前記制御基板を囲繞する合成樹脂フレームと、前記合成樹脂フレームを覆う合成樹脂保護カバーから成ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記合成樹脂は、導電性フィラーと熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂から成る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。
【請求項１】
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、減速ギヤボックス内に格納され前記操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに前記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制御ユニットが装着され、前記制御ユニットは、前記電動モータの駆動指令値を演算する指令値演算部を実装した制御基板と、前記指令値演算部からの駆動指令値に基づいて前記電動モータを駆動制御するパワーモジュールを実装したパワーモジュール基板とを少なくとも含み、前記パワーモジュール基板と前記制御基板を囲繞する合成樹脂フレームと、前記合成樹脂フレームを覆う合成樹脂保護カバーから成ることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記合成樹脂は、導電性フィラーと熱伝導性フィラーを含有する合成樹脂から成る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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１８９８６８（Ｐ２０１１−１８９８６８Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８８５５（Ｐ２０１０−５８８５５）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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