JP2009023458A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃力が加わっても衝撃耐性に優れ、収納している制御基板を確実に保護することができるユニットカバーを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】金属製のユニットカバー２６の保護板部２８が、制御基板２５を車両後方側から覆った状態で配置されている。この保護板部２８には、帯状の第１〜第３凹部３８，３９，４０が形成され、これら第１〜第３凹部３８，３９，４０に沿って放射状にリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂが形成されており、これらリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂが、車両後方側から加わる衝撃力に対して衝撃耐性に優れた第１保護板部２８の補強部位となっている。
【選択図】図９

Description

本発明は、ステアリングシャフトに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、この電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置の減速ギヤボックスに装着される制御ユニットは、操舵補助力を伝達する電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を備えており、この制御基板をユニットカバーが収納した状態で減速ギヤボックスに装着されている（例えば、特許文献１）。
この特許文献１のユニットカバーは、制御基板の制御回路を実装している基板面を、樹脂製のカバー部材で覆っている。
特開２００１−１９６７７０号公報

ところで、上述した特許文献１の装置の樹脂製のカバー部材は、肉厚を厚くした部材であっても衝撃力に対する耐性が弱い。このため、樹脂製のカバー部材が損傷してしまうと、収納している制御基板にも影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、衝撃力が加わっても衝撃耐性に優れ、収納している制御基板を確実に保護することができるユニットカバーを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、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、前記ステアリングシャフトに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、前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置において、前記制御ユニットは、前記制御基板を収納して前記減速ギヤボックスの外周に装着される金属製のユニットカバーを備えており、このユニットカバーは、前記制御基板の前記制御回路を実装している基板面を覆う保護板部を設けているとともに、前記保護板部に、衝撃耐性を有する衝撃補強部を設けている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動パワーステアリング装置において、前記衝撃補強部は、前記保護板部の外周面、或いは内周面から突出し、且つ面方向に沿って線状に延在している補強リブである。
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の電動パワーステアリング装置において、前記補強リブは、前記保護板部の外周面、或いは内周面に帯状の凹部を形成し、当該凹部の幅方向の端部で前記内周面、或いは外周面から突出している部位である。

さらに、請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の電動パワーステアリング装置において、前記補強リブを、前記保護板部の外周面、或いは内周面の全域に延在するように複数形成した。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、制御基板を収納して減速ギヤボックスの外周に装着される金属製のユニットカバーの保護板部に、衝撃耐性を有する衝撃補強部を設けており、保護板部に衝撃力が衝突しても、衝撃補強部が衝撃耐性を発揮するので、制御回路を実装している制御基板を確実に保護することができる。
また、ユニットカバーの剛性が向上することから、内蔵されている制御ユニットのリレーの作動音や、電動モータの作動音も低減させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の右方向から示した斜視図、図２は本実施形態を左方向から示した斜視図、図３は本実施形態の正面図、図４は減速ギヤボックスの要部を示す縦断面図、図５は減速ギヤボックスの外観を示す斜視図、図６は電動モータと制御ユニットとの接続関係を示す斜視図、図７は電動モータの内部構造を示す正面図、図８は制御ユニットの分解斜視図、図９は制御ユニットのカバーを示す斜視図、図１０は図９のＡ−Ａ線矢視図である。

図１において、符号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電動モータ５が配設されている。

ステアリングコラム３は、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の外管３ｂ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。ロア取付ブラケット７は、車体側部材（不図示）に取付けられる取付板部７ａと、この取付板部７ａの下面から左右方向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の下端が、減速ギヤボックス４の車体前方側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。

アッパ取付ブラケット６は、車体側部材（不図示）に取付けられる取付板部６ａと、この取付板部６ａの下端に固定されて左右（車幅）方向に離間している１対の支持板部６ｂと、これら一対の支持板部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。そして、チルト機構６ｃのチルトレバー６ｇを回動させ、外管３ｂの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。

ステアリングシャフト２は、図４に示すように、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。
減速ギヤボックス４は、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つ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、図４及び図５に示すように、電動モータ５の出力軸（不図示）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の車体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を取付けるモータ取付部１７と、トルクセンサ収納部１６の車体後端に形成された筒状のコラム取付部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のコラム取付部１８に、ステアリングコラム３の車体前端部が外嵌されて連結されている。

ここで、トルクセンサ１５は、図４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，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。

電動モータ５は、図６に示すように、その取付フランジ５ｂに近い位置における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接続端子５ｃ，５ｄが形成されている。接続端子５ｃ及び５ｄの夫々は、図７に示すように、底部中央にアーマチュア挿通孔を有する合成樹脂製のブラシ支持体５ｆ内に互いに絶縁されて配設され、２組のブラシ５ｇ，５ｈに個別に接続された円弧状の接続端子５ｉ及び５ｊの互いに対向する一端に一体に形成されている。

減速ギヤボックス４に形成された制御ユニット装着部２０は、図５に示すように、ウォーム収納部１２とその下側のウォームホイール収納部１４の上部側とで車体後方側を向いて形成されている平坦取付面２０ａと、この平坦取付面２０ａ及びトルクセンサ収納部１６の上面に形成した平坦取付面２０ａに対して直交し、左右方向に長尺方向が延在する矩形状のユニット載置面２０ｂとで左右方向から見てＬ字状に形成されている。

ここで、制御ユニット装着部２０のユニット載置面２０ｂの左右方向の中央部には、トルクセンサ１５を収納しているトルクセンサ収納部１６の内部空間に連通する開口部２０ｄが形成されており、この開口部２０ｄを通過してトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆがユニット載置面２０ｂの上方に突出して設けられている。
また、モータ取付部１７の車体後端面にも、平坦取付面２０ａと平行でこの平坦取付面２０ａより車体後方側の位置に幅狭のフレーム取付面２０ｃが形成されている。

制御ユニット装着部２０に装着される制御ユニット１９は、図８に示すように、熱伝動率の高い金属製の放熱プレート２１と、パワー基板２３と、長方形枠状の合成樹脂製フレーム２４と、制御基板２５と、カバー２６とを備えている。
放熱プレート２１は、制御ユニット装着部２０の平坦取付面２０ａに放熱グリースを介して直接固定される。パワー基板２３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ディスクリート部品２３ａ，２３ｂが実装される。

合成樹脂製フレーム２４はパワー基板２３を囲繞する。制御基板２５は、合成樹脂製フレーム２４の正面に取付けられ、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）やその周辺機器等のディスクリート部品２５ｅが実装される。カバー２６は、パワー基板２３、合成樹脂製フレーム２４及び制御基板２５を覆う。

合成樹脂製フレーム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の左端に形成され、減速ギヤボックス４のフレーム取付面２０ｃに固定される取付板部２４ｂと、この取付板部２４ｂ上に固定され電動モータ５の接続端子５ｃ，５ｄに電気的に接続する端子台２４ｃと、フレーム本体２４ａの右端に固定された雌型コネクタ４５とを備えている。雌型コネクタ４５は、バッテリ（図示せず）に電源用雄型コネクタ４６を介して接続される電源コネクタ４５ａと、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とを備えている。パワー基板２３及び制御基板２５は、接続端子２２ａを介して接続されている。

また、図８及び図９に示すように、カバー２６は金属製の部材であり、矩形状の第１保護板部２８と、この第１保護板部２８の長尺方向の縁部から直交して延在している第２及び第３保護板部２９，３０と、第１保護板部２８の短尺方向の縁部から第２及び第３保護板部２９，３０と同一方向に延在している第４及び第５保護板部３１，３２と、第２保護板部２９、第４及び第５保護板部３１，３２の端部からカバー外方に直交する方向に形成されているビス通過孔３３を有する固定片３４〜３７とを備えている。

第４保護板部３１には、雌型コネクタ４５の外周を囲む切欠き３１ａが形成されている。また、第５保護板部３２には、端子台２４ｃの基板側を囲む切欠き３２ａが形成されている。そして、第２保護板部２９にも切欠き部２９ａ〜２９ｄが形成されている。
ここで、図９に示すように、カバー２６の第１保護板部２８の外周面には、互いに短尺方向に平行に離間しながら長手方向に延在している帯状の第１，第２凹部３８，３９と、短尺方向に延在して第１，第２凹部３８，３９の長手方向の中央部を連結している帯状の第３凹部４０が形成されている。

第１凹部３８は、図１０に示すように、第１保護板部２８の外周面とこの外周面より内側に凹んでいる底面３８ａとの間の幅方向の端部に、外周面に対して直交する方向にリブ３８ｂが形成されている。また、第２凹部３９も、第１保護板部２８の外周面とこの外周面より内側に凹んでいる底面３９ａとの間の幅方向の端部に、外周面に対して直交する方向にリブ３９ｂが形成されている。さらに、第３凹部４０も、第１保護板部２８の外周面とこの外周面より内側に凹んでいる底面との間の幅方向の端部に、外周面に対して直交する方向にリブ４０ｂが形成されている。

そして、第１凹部３８のリブ３８ｂと第３凹部４０のリブ４０ｂは、第１保護板部２８の中央側で連結している。また、第２凹部３９のリブ３９ｂと第３凹部４０のリブ４０ｂも、第１保護板部２８の中央側で連結している。
そして、上記構成の制御ユニット１９は、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に装着され、図６に示すように、合成樹脂製フレーム２４の取付板部２４ｂに固定されている端子台２４ｃと、電動モータ５の接続端子５ｃ，５ｄとが電気的に接続される。なお、図１から図３に示すように、電気的に接続された端子台２４ｃ及び接続端子５ｃ，５ｄは、符号２７で示す合成樹脂製の端子カバーで覆われている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
車体の図示しないイグニッションスイッチをオン状態としてパワー基板２３及び制御基板２５にバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行されて、トルクセンサ１５及び図示しない車速センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワー基板２３のゲート駆動回路に供給してＨブリッジ回路を制御することにより、電動モータ５にモータ駆動電流が流れて電動モータ５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。

このため、電動モータ５からステアリングホイールの操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム１１及びウォームホイール１３を介してステアリングシャフト２の出力に伝達されることにより、ステアリングホイールを軽い操舵力で操舵することができる。
ここで、本実施形態によると、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に装着された制御ユニット１９は、金属製のカバー２６の第１保護板部２８が、図４に示すように、制御基板２５を車両後方側から覆った状態で配置される。

この第１保護板部２８には、互いに短尺方向に平行に離間しながら長手方向に延在している帯状の第１，第２凹部３８，３９と、短尺方向に延在して第１，第２凹部３８，３９の長手方向の中央部を連結している帯状の第３凹部４０が形成され、これら第１〜第３凹部３８，３９，４０に沿ってリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂが形成されており、これらリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂが、車両後方側から加わる衝撃力に対して衝撃耐性に優れた第１保護板部２８の補強部位となっている。

したがって、車両後方側から衝撃物が制御ユニット１９の第１保護板部２８に衝突しても、補強部位のリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂによって第１保護板部２８が容易に変形しにくいので、内部に配置している制御基板２５を確実に保護することができる。
また、本実施形態の第１保護板部２８に形成したリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂは、交差する部分を設けているので（第１凹部３８のリブ３８ｂ及び第３凹部４０のリブ４０ｂ、第２凹部３９のリブ３９ｂ及び第３凹部４０のリブ４０ｂ）、第１保護板部２８の車両後方側から加わる大きな衝撃力に対して高い衝撃耐性を有することができる。

また、金属製のカバー２６の第１保護板部２８の剛性が向上することから、内蔵されているパワー基板２３のリレー回路の作動音や、隣接する電動モータ５の作動音も低減することができる。
さらに、第１保護板部２８が容易に変形しにくい高い衝撃耐性を有していることから、金属製の第１保護板部２８の内面には、制御基板２５との接触によるショートを防止するための絶縁シート等の電気的絶縁材を貼設する必要がなく、製造コストの低減化も図ることができる。

なお、本実施形態では、第１保護板部２８に帯状の第１〜第３凹部３８，３９，４０を形成することでリブ３８ｂ，３９ｂ，４０ｂを形成したが、帯状の凹部の形成位置、形状はこれに限定されるものではなく、例えば井桁形状、Ｘ型状に複数の凹部を形成しても、同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、第１保護板部２８の外周面に帯状の第１〜第３凹部３８，３９，４０を形成したが、第１保護板部２８の内周面に帯状の第１〜第３凹部を形成し、即ち、第１保護板部２８の外周面に帯状の凸部を設けた形状としても、同様の効果を奏することができる。

また、上記実施形態においては、電動モータ５、制御ユニット１９及び雌型コネクタ４５がステアリングコラム３の中心軸と直交する線に沿って一直線に配置されている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、ステアリングコラム３の中心軸と交差する線に沿って一直線に配置するようにしてもよい。
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、この場合には、接続端子５ｃ，５ｄを各相の励磁コイルの給電側に接続すると共に、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。

さらに、上記実施形態においては、本発明を右ハンドル車に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、左ハンドル車に適用する場合には、減速ギヤボックス４、電動モータ５及び制御ユニット１９の配置をステアリングコラム３の中心軸を通る垂直面を挟んで面対称に即ち制御ユニット１９の右側に電動モータ５を配置し、制御ユニット１９の雌型コネクタ４５及び端子台２４ｃを左側に配置すればよく、さらには電動モータ５を車体外側に、雌型コネクタ４５及び端子台２４ｃを車体内側に配置するようにしてもよい。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態を右ハンドル車に適用した場合の右方向から示した斜視図である。 図１の装置を左方向から示した斜視図である。 図１の装置の正面図である。 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を示す縦断面図である。 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外観を示す斜視図である。 電動パワーステアリング装置を構成する電動モータと制御ユニットとの接続関係を示す斜視図である。 電動パワーステアリング装置を構成する電動モータの内部構造を示す正面図である。 制御ユニットの分解斜視図である。 制御ユニットのカバーを示す斜視図である、 図９のＡ−Ａ線矢視図である。

符号の説明

２…ステアリングシャフト、２ａ…入力軸、２ｂ…トーションバー、２ｃ…出力軸、３…ステアリングコラム、３ａ…内管、３ｂ…外管、４…減速ギヤボックス、４ｂ…支持部、５…電動モータ、５ｂ…取付フランジ、５ｃ，５ｄ…接続端子、５ｆ…ブラシ支持体、５ｇ，５ｈ…ブラシ、５ｉ，５ｊ…接続端子、６…アッパ取付ブラケット、６ａ…取付板部、６ｂ…支持板部、６ｃ…チルト機構、６ｇ…チルトレバー、７…ロア取付ブラケット、７ａ…取付板部、７ｂ…支持板部、７ｃ…枢軸、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、１５ａ，１５ｂ…検出コイル、１５ｃ〜１５ｆ…外部接続端子、１６…トルクセンサ収納部、１７…モータ取付部、１８…コラム取付部、１９…制御ユニット、２０…制御ユニット装着部、２０ａ…平坦取付面、２０ｂ…ユニット載置面、２０ｃ…フレーム取付面、２０ｄ…開口部、２１…放熱プレート、２２ａ…接続端子、２３…パワー基板、２３ａ，２３ｂ…ディスクリート部品、２４…合成樹脂製フレーム、２４ａ…フレーム本体、２４ａ１…フレーム本体の側板（ユニット側取付面）、２４ｂ…取付板部、２４ｃ…端子台、２５…制御基板、２５ａ〜２５ｄ…スルーホール、２５ｅ…ディスクリート部品、２６…カバー（ユニットカバー）、２７…端子カバー、２８…第１保護板部（保護板部）、２９…第２保護板部、２９ａ〜２９ｄ…切欠き部、３０…第３保護板部、３１…第４保護板部、３２…第５保護板部、３３…ビス通過孔、３４〜３７…固定片、３８…帯状の第１凹部、３９…帯状の第２凹部、４０…帯状の第３凹部、３８ａ…第１凹部の底面、３８ｂ，３９ｂ，４０ｂ…リブ（補強リブ）、３９ａ…第２凹部の底面、４５…雌型コネクタ、４５ａ…電源コネクタ、４５ｂ…信号コネクタ、４６…電源用雄型コネクタ

Claims (5)

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、前記ステアリングシャフトに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、前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記制御ユニットは、前記制御基板を収納して前記減速ギヤボックスの外周に装着される金属製のユニットカバーを備えており、このユニットカバーは、前記制御基板の前記制御回路を実装している基板面を覆う保護板部を設けているとともに、
   前記保護板部に、衝撃耐性を有する衝撃補強部を設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記衝撃補強部は、前記保護板部の外周面、或いは内周面から突出し、且つ面方向に沿って線状に延在している補強リブであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記補強リブは、前記保護板部の外周面、或いは内周面に帯状の凹部を形成し、当該凹部の幅方向の端部で前記内周面、或いは外周面から突出している部位であることを特徴とする請求項２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記補強リブを、前記保護板部の外周面、或いは内周面の全域に延在するように複数形成したことを特徴とする請求項２又は３記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記複数の補強リブは、互いに交差していることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。

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