JP2010105640A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の回路基板間の電気的接続をリードフレームを使用することなく容易に行なうことができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール２に伝達された操舵トルクを、ステアリングシャフト３を介して転舵輪６に伝達するステアリング機構１に操舵補助力を付与する電動モータ１１と、該電動モータを駆動制御する制御ユニット１２とを備え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１２は、回路部品を実装した複数のリジッド基板部２６，２７間を、可撓性を有する折曲部２５で連接した回路基板１６を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動モータを制御ユニットで駆動制御するようにした電動パワーステアリング装置に関する。

従来、電動パワーステアリング装置の電動モータを駆動制御する制御装置にインバータとして機能する回路基板で構成れるパワーモジュールと、フィルタ、リレーコンデンサ等を実装するバスバーをモールド成形した導体モジュールと、パワーモジュールを制御する回路基板で構成される制御モジュールとを備え、パワーモジュールの端子と、導体モジュールのパスバーを溶接により接続し、パワーモジュールの端子と、制御モジュールの端子とを半田により接続するようにした電動パワーステアリング用制御装置および電動パワーステアリングシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２１５５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例にあっては、発熱部品である半導体スイッチング素子を実装するパワーモジュールと半導体スイッチング素子を制御しモータに電力を供給するための制御信号を生成する制御モジュールとの互いに離間した２枚の基板構成となっている。このため、パワーモジュールと制御モジュールとの接続は、パワーモジュールに実装されたリードフレームを制御モジュールのスルーホールに挿入し、部分噴流による半田接合で接続するようにしているので、制御モジュールの接合部周辺が部分噴流による半田接合時の高温に晒されることにより、接合部周辺に電子部品を実装できないという未解決の課題がある。また、パワーモジュール及び制御モジュール間を電気的に接続するためにリードフレームなどの接続部材が必要であり、コストが嵩むという未解決の課題もある。さらに、パワーモジュールに実装されたリードフレームを制御モジュールのスルーホールに挿入するため、リードフレームの形状精度、導体モジュールへの実装精度に高精度が求められ、コストが嵩むという未解決の課題もある。

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、複数の回路基板間の電気的接続を、リードフレームを使用することなく容易に行なうことができる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、一の形態に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに伝達された操舵トルクを、ステアリングシャフトを介して転舵輪に伝達するステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータと、該電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備え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、回路部品を実装した複数のリジッド基板部間を、可撓性を有する折曲部で連接した回路基板を有することを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記折曲部は、１枚のリジッド基板の折曲線に沿って形成した切削溝部で構成されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記前記折曲部は、１枚のリジッド基板の折曲線に沿って延長する帯状部を挟む両側に形成した切削溝部で構成されていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記屈曲部は、導電性箔板とフィルムとを積層した可撓性基板で構成され、該可撓性基板の両端がリジッド基板に加熱圧着されたことを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、回路部品が実装された前記リジッド基板に導電性の熱伝導部材が埋め込まれていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、発熱回路部品を前記熱伝導部材上に実装したことを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記熱伝導部材は、高熱伝導部材で構成されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記熱伝導部材は、平面視で円形、方形及び多角形の何れか１つの形状に形成されていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記熱伝導部材は、リジッド基板に形成されたスルーホールに嵌合されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記回路基板は、折曲部でＬ字状に折曲げられていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記回路基板は、折曲部でＵ字状に折曲げられていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記回路基板は、少なくとも１つのリジッド基板が熱伝導性の高い支持部材に支持されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記支持部材はアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金の少なくとも１つ以上をダイキャスト成形で形成されていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記支持部材は前記ステアリングシャフトに連結された減速ギヤ機構を内蔵する減速ギヤボックスであることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記支持部材に支持された前記リジッド基板に導電性の熱伝導部材が埋め込まれているとともに、発熱回路部品が実装されていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記熱伝導部材が埋め込まれた前記リジッド基板と前記支持部材との間に隙間が形成されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記リジッド基板と前記支持部材との間の隙間に絶縁性の熱伝導部材が配置されていることを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記熱伝導部材は、熱伝導グリース、熱伝導シート及び熱伝導スペーサの何れか１つで構成されていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記支持部材は、少なくとも前記リジッド基板に対向する一部が切削加工によって平坦化された平坦面を有することを特徴としている。
また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記支持部材は、前記平坦面以外の面が一段低い平面とされていることを特徴としている。

また、他の形態に係る電動パワーステアリング装置は前記導電性部材が埋め込まれたリジット基板の前記支持部材側にモータ電流検出用の金属製シャント抵抗が実装され、該金属製シャント抵抗が熱伝導部材で覆われていることを特徴としている。

本発明によれば、操舵補助力を発生する電動モータを駆動制御する制御ユニットが、回路部品を実装した複数のリジッド基板部間を可撓性を有する折曲部で連接した回路基板を有するので、前記折曲部を介して複数のリジッド基板部間を電気的に接続することが可能となり、高価なリードフレームを使用する必要がないとともに、リジッド基板部間の電気的接続を容易に行なうことができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す概略構成図、図２は制御ユニットを示す電動モータの軸方向の断面図、図３は制御ユニットを示す電動モータの軸直角方向の断面図、図４は回路基板を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。
図１において、１はステアリング機構であり、このステアリング機構１は、車両後方側端部にステアリングホイール２を装着し、車両の右側面側に配設されたステアリングシャフト３を回転自在に内装するステアリングコラム４を有する。

ステアリングシャフト３の車両前方側端部は、例えばラックアンドピニオン機構で構成されるステアリングギヤ機構５の車両の右側面側に配設されたピニオン軸５ａに接続され、ステアリングギヤ機構５のラック軸５ｂの両端が夫々タイロッド６を介して転舵輪７に連結されている。
また、ステアリングコラム４に、電動パワーステアリング装置９が装着されている。この電動パワーステアリング装置９は、ステアリングコラム４に、例えばウォーム歯車機構で構成される減速ギヤボックス１０が配設され、この減速ギヤボックス１０に、軸方向がステアリングコラム４の軸方向と直交され、右方向に延長された例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１１が配設されている。この電動モータ１１は、図２に示すように、ケース体１１ａの上面から三相給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄが突出されているとともに、内蔵するモータ回転角度を検出するレゾルバ（図示せず）の信号用端子１１ｅ〜１１ｊが突出されている。

さらに、電動モータ１１のケース体１１ａの上面に、電動モータ１１を駆動制御する制御ユニット１２が配設されている。
この制御ユニット１２は、図２及び図３に示すように、電動モータ１１のケース体１１ａに装着された支持部材としての方形板状のヒートシンク１５と、このヒートシンク１５の上面に配設された回路基板１６と、この回路基板１６に接続される外部接続コネクタ１７と、全体を覆う例えば合成樹脂製のカバー１８とで構成されている。

ここで、回路基板１６は、その展開図の平面図及び底面図をそれぞれ図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、１枚の４層エポキシ樹脂のリジッド基板２１の前後方向の中央部に帯状部２２を残すようにこの帯状部２２に沿って平面側からルータによって２層分に相当する深さの切削溝部２３及び２４を形成して折曲部２５が形成されている。そして、折曲部２５の後方側がパワーリジッド基板部２６とされ、前方側が制御リジッド基板部２７とされている。

パワーリジッド基板部２６には、その上面側に電動モータ１１を駆動するモータ電流を形成するインバータを構成する６個の例えば電界効果トランジスタで構成される半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆが実装されている。また、パワーリジッド基板部２６には、半導体スイッチング素子３１ｃ及び３１ｆの右側にフェールセーフ用のリレー回路３２ａ及び３２ｂが実装され、半導体スイッチング素子３１ｄ及び３１ｅの前方側にノイズ対策用のコイル３３が配設され、このコイル３３の右側に電源平滑用の電解コンデンサ３４ａ及び３４ｂが配設され、コイル３３の左側にフェールセーフ用のリレー回路３２ｃが実装されている。さらに、パワーリジッド基板部２６の右端側に電動モータ１１の三相給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄに電気的に接続される給電用ランドＬＰ１〜ＬＰ３が配設され、左側端に外部接続用コネクタ１７の電源用電極端子Ｌ１及びＬ２に電気的に接続される電源用ランドＬＰ４及びＬＰ５が配設されている。また、パワーリジッド基板部２６の底面側にはモータ電流をインバータから出力される三相モータ電流を検出する金属製のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３が配設されている。さらにまた、発熱回路部品である半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆの下面に対向する位置にそれぞれパワーリジッド基板部２６を貫通するスルーホール３６が形成され、これらスルーホール３６に熱伝導部材としての円板状の銅コイン３７がそれぞれ圧入されている。ここで、銅コイン３７の厚みはパワーリジッド基板部２６の厚みと略等しく選定されている。

また、制御リジッド基板部２７には、その上面側にモータ電流検出用ＩＣ４１が実装され、下面側に減速ギヤボックス１０に内蔵されたトルクセンサ（図示せず）で検出する操舵トルクを演算するトルク演算用ＩＣ４２、このトルク演算用ＩＣ４２で検出した操舵トルクと外部接続用コネクタ１７から入力される車速検出値とに基づいて操舵補助電流演算処理を実行して操舵補助電流指令値を演算し、演算した操舵補助電流指令値と前述したシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３の端子間電圧に基づいて検出したモータ電流検出値とに基づいてフィードバック制御処理を実行して三相電圧指令値を演算し、演算した三相電圧指令値を出力する演算処理装置４３と、この演算処理装置４３から出力される三相電圧指令値に基づいてインバータを構成する半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆのゲートに供給するゲート制御信号を形成するゲート駆動用ＩＣ４４とが実装されている。また、制御リジッド基板部２７には、その下面側の右端側に電動モータ１１に内蔵されたレゾルバ（図示せず）の信号用端子１１ｅ〜１１ｊに電気的に接続される信号用ランドＬＣ１〜ＬＣ６が配設され、左端側には外部接続用コネクタ１７の信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５に電気的に接続される信号用ランドＬＣ７〜ＬＣ９が配設されている。

さらに、折曲部２５には図示しないが、パワーリジッド基板部２６に実装された半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆ、リレー回路３２ａ〜３２ｃ、コイル３３、シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３等の回路部品と、制御リジッド基板部２７に実装された演算処理装置４３、ゲート駆動回路４４等の回路部品との間を電気的に接続する配線パターンが形成されている。また、折曲部２５の帯状部２２に回路部品を実装することもできる。

そして、上記構成を有する回路基板１６が、図３に示すように、パワーリジッド基板部２６を固定した状態で、折曲部２５の切削溝部２３及び２４でそれぞれ９０度ずつ折曲げることにより、パワーリジッド基板部２６を下側とし、制御リジッド基板部２７を上側として両上面を対向面としたＵ字状に形成されている。このため、シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３が下面側となり、トルク演算用ＩＣ４２、演算処理装置４３及びゲート駆動回路４４が上面側となり、これらトルク演算用ＩＣ４２、演算処理装置４３及びゲート駆動回路４４を発熱部品となる半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆから離間させることができる。

一方、回路基板１６を装着するヒートシンク１５は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金をダイキャスト成形して高熱伝導性を有する構成とされている。このヒートシンク１５の上面には、図３に示すように、パワーリジッド基板部２６の外周部縁より内側に凹部５１が形成され、この凹部５１の発熱部品となる半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆ及びその下面側の銅コイン３７と対向する位置に、パワーリジッド基板部２６の下面と所定間隔（例えば数百μｍ程度）の隙間を形成する表面が切削加工されて平坦面５２とされた凸部５３が形成されている。このため、この凸部５３の外側が一段低い平面となる凹部５１の底面５４とされている。

そして、ヒートシンク１５の上面の平坦面５２を含む凹部５１内に熱伝導部材としての絶縁性を有する熱伝導グリース５５を充填した状態で、ヒートシンク１５の上面の凹部５１上に回路基板１６のパワーリジッド基板部２６がねじ留めされ、ヒートシンク１５の凹部５１内から上方に延長する支柱５６上に制御リジッド基板部２７がねじ留めされている。このとき、パワーリジッド基板部２６の下面に実装されたシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３が凸部５３より一段低い底面５４で形成される収納空間に収納される。

さらに、ヒートシンク１５に、図３に示すように外部接続用コネクタ１７をねじ留めし、この外部接続用コネクタ１７の電源用電極端子Ｌ１及びＬ２とパワーリジッド基板部２６の電源用ランドＬＰ４及びＬＰ５との間に、リボン線Ｒ１をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングし、信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５と制御リジッド基板部２７の信号用ランドＬＣ７〜ＬＣ９との間にリボン線Ｒ２をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングする。

さらに、図２に示すように、電動モータ１１の三相給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄとパワーリジッド基板２６の給電用ランドＬＰ１〜ＬＰ３との間にリボン線Ｒ３をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングし、電動モータ１１に内蔵されるレゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊと制御リジッド基板部２７の信号用ランドＬＣ１〜ＬＣ６との間にリボン線Ｒ４をレーザリボンポンディング装置でレーザボンディングする。

次いで、ヒートシンク１５及び回路基板１６を覆うように保護カバー１８を装着する。
次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
制御ユニット１２を組み立てるには、図２に示すように、先ず、ヒートシンク１５を電動モータ１１のケース体１１ａの上面にねじ留めする。そして、ヒートシンク１５の上面の平坦面５２を含む凹部５１内に絶縁性の熱伝導グリース５５を充填する。

この状態で、ヒートシンク１５の凹部５１上にＵ字状に形成した回路基板１６を装着する。この回路基板１６の装着は、パワーリジッド基板部２６の発熱部品である半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆの下面に圧入された銅コイン３７が凸部５３の平坦面５２に熱伝導グリース５５を介して対向させ、且つパワーリジッド基板部２６の下面に実装されたシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３を凸部５３より一段低い平面となる底面５４と対向するように配置してねじ留めする。同様に、制御リジッド基板部２７を支柱５６上にねじ留めする。

その後、前述したように、外部接続用コネクタ１７とパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７との間をリボン線Ｒ１及びＲ２でレーザボンディングし、電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄ及びレゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊとパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７との間にリボン線Ｒ３及びＲ４をレーザボンディングする。次いで、ヒートシンク１５及び回路基板１６を覆うように保護カバー１８を装着することにより、制御ユニット１２の組み立て及び電動モータ１１への装着を完了する。

このように、回路基板１６を折曲部２５で電気的に接続されたパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７で構成したので、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７との電気的接続に高価なリードフレームを使用する必要がなく、回路基板１６を安価に構成することができるとともに、リードフレームをスルーホールへ装着する必要がないので、回路基板１６の装着を容易に行うことができる。しかも、回路基板１６と電動モータ１１及び外部接続用コネクタ１７との電気的接続をレーザリボンボンディング装置でリボン線をレーザボンディングすることにより行なうので、両者間の電気的接続を容易且つ迅速に行なうことができるとともに、レーザ光を使用してリボン線を溶着させるので、加熱部位が局部的であり、溶着時の周囲の温度上昇を抑制することができ、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７のランドに近接させて回路部品を配置することが可能となり、回路基板１６への回路部品の実装密度を高めることができる。

さらに、回路基板１６が一枚のリジッド基板２１に切削溝部２３及び２４を形成することにより厚みの薄い可撓性部を有する折曲部２５を形成し、この切削溝部２３及び２４でそれぞれ９０度ずつ折曲げてＵ字状に形成しているので、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７を別部材で構成して、両者間に可撓性接続する場合に比較して容易に製作することができる。

また、発熱部品となる半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆがパワーリジッド基板部２６の上面に実装されているが、これら半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆの下面側にパワーリジッド基板部２６を貫通する熱伝導度の高い銅コイン３７が圧入されており、この銅コイン３７の下面が熱伝導グリース５５を介してヒートシンク１５の凹部５１内に形成された凸部５３の平坦面５２に対向するので、半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆの発熱が銅コイン３７及び熱伝導グリース５５を介して熱容量の大きいヒートシンク１５に放熱される。このため、半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆが過熱状態となることを確実に防止することができる。

また、ヒートシンク１５の凹部５１の凸部５３より一段低い底面５４とパワーリジッド基板部２６の底面との間に収納空間が形成され、この収納空間にパワーリジッド基板部２６の下面に実装された発熱を伴う金属製のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３をヒートシンク１５に接触することなく絶縁して収納することができるので、シャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３の放熱を効果的に行うことができるとともに、パワーリジッド基板部２６の下面を回路部品の実装面として利用することができ、回路部品の実装面積を拡大することができる。

さらに、折曲部２５に切削溝部２３及び２４で挟まれたリジッド基板の帯状部２２を残すことにより、この帯状部２２にも回路部品を実装することができ、実装可能な回路部品数を増加させることができる。
なお、上記第１の実施形態においては、制御ユニット１２を電動モータ１１のケース体１１ａに装着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、電動モータ１１から離れた車体側部材に装着するようにしてもよく、この場合には、電動モータ１１の三相給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄとパワーリジッド基板部２６との電気的接続及びレゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊと制御リジッド基板部２７との電気的接続をワイヤハーネスやコネクタを介して接続するようにすればよい。

また、上記第１の実施形態においては、外部接続コネクタ１７がヒートシンク１５に固定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、図示しないが保護カバー１８の上面板に固定するようにしてもよい。
さらに、上記第１の実施形態においては、電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄ及びレゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊとパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７にリボン線Ｒ３及びＲ４で直接接続す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、図５に示すように、ヒートシンク１５の上面に中継端子６０を配設し、この中継端子６０の外部電極端子ＬＯ１〜ＬＯ３及びＬＯ４〜ＬＯ１１と電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄ及び信号用端子１１ｅ〜１１ｊとの間にそれぞれリボン線Ｒ３及びＲ４をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングし、中継端子６０の内部電極端子ＬＩ１〜ＬＩ３及びＬＩ４〜ＬＩ１１とパワーリジッド基板部２６の給電用ランドＬＰ１〜ＬＰ３及び制御リジッド基板部２７の信号用ランドＬＣ１〜ＬＣ６との間にそれぞれリボン線Ｒ６及びＲ７をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングすることにより、予め制御ユニット１２を組み立てた状態で、この制御ユニット１２の中継端子６０と電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄ及び信号用端子１１ｅ〜１１ｊとの間にリボン線Ｒ６及びＲ７をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングするようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を図６〜図１２を伴って説明する。
この第２の実施形態は、制御ユニット１２を前述した第１の実施形態のように電動モータ１１に装着する場合に代えて、制御ユニット１２を電動モータ１１と直列となるように減速ギヤボックス１０上に装着するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図６〜図１２に示すように、減速ギヤボックス１０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１０は、特に図１２で明らかなように、電動モータ１１の出力軸１１ｋに連接されたウォーム１０１を収納するウォーム収納部１０２と、このウォーム収納部１０２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム１０１に噛合するウォームホイール１０３を収納するウォームホイール収納部１０４と、このウォームホイール収納部１０４の車両後方側に一体に同軸的に連結されたトルクセンサ１０５を収納するトルクセンサ収納部１０６と、ウォーム収納部１０２の開放端面に形成された電動モータ１１を取付けるモータ取付部１０７と、トルクセンサ収納部１０６の車両後端に形成された筒状のコラム取付部１０８と、ウォーム収納部１０２とウォームホイール収納部１０４の一部に跨がって形成された制御ユニット１２を装着する制御ユニット収納部１１０とを備えている。

そして、ウォームホイール収納部１０４の車両前方側に形成された開口部がボックスカバー１０９によって閉塞されている。このボックスカバー１０９及びウォームホイール収納部１０４に、ステアリングシャフト３の出力軸３ｃ及びこの出力軸３ｃに嵌合されたウォームホイール１０３が転がり軸受１０９ａ及び１０４ａによって回転自在に支持されている。また、減速ギヤボックス１０のコラム取付部１０８に、ステアリングコラム４の車両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１０５は、図１２に示すように、ステアリングシャフト３のトーションバー３ｂで連結された入力軸３ａ及び出力軸３ｃ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１０５ａ及び１０５ｂで検出するように構成され、これら一対の検出コイル１０５ａ，１０５ｂの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム４の中心軸と直交する上方に突出する外部接続端子１０５ｃ，１０５ｄ及び１０５ｅ，１０５ｆが接続されている。

外部接続端子１０５ｃ〜１０５ｆには、図１２に示すように、前述した制御ユニット１２の制御リジッド基板部２７に形成されたスルーホール２７ａ〜２７ｄに接続され、これらスルーホール２７ａ〜２７ｄが前述したトルク演算用ＩＣ４２に図示しない配線パターンによって接続されている。
そして、減速ギヤボックス１０のトルクセンサ１０５を内装するトルクセンサ収納部１０６上に、車体後方側を開放した箱状の制御ユニット収納部１１０が一体に形成されている。この制御ユニット収納部１１０内に、前述した第１の実施形態とは異なり、リレー回路３２ａ〜３２ｃ、コイル３３、電解コンデンサ３４ａ，３４ｂがパワーリジッド基板部２６の外側で折曲部２５寄りに配置されたＵ字状の回路基板１６がそのパワーリジッド基板部２６を制御ユニット収納部１１０の底部に形成された凹部５１に対向させ、且つリレー回路３２ａ〜３２ｃ、コイル３３、電解コンデンサ３４ａ，３４ｂを制御ユニット収納部１１０に形成された収納凹部１１１内に収納してねじ留めされている。また、制御リジッド基板部２７が制御ユニット収納部１１０に形成された支柱５６上にねじ留めされている。

また、電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄ及びレゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊが電動モータ１１の取付フランジ１１ｅから軸方向に突出されて、図１３に示すように、制御ユニット収納部１１０の内部におけるパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７間の空間部に延長されている。また、制御リジッド基板部２７には、レゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊに対向する位置に切欠部２７ｂが形成され、この切欠部２７ｂに沿って信号用ランドＬＣ１〜ＬＣ６が形成されている。そして、電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄとパワーリジッド基板部２６の給電用ランドＬＰ１〜ＬＰ３との間にリボン線Ｒ３がレーザリボンボンディング装置によってレーザボンディングされている。また、レゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊと信号用ランドＬＣ１〜ＬＣ６との間に、リボン線Ｒ４がレーザリボンボンディング装置によってレーザボンディングされている。

また、図７及び図８に示すように、制御ユニット収納部１１０の電動モータ１１とは反対側の端部に外部接続用コネクタ１７が装着されている。この外部接続用コネクタ１７の電源用電極端子Ｌ１，Ｌ２とパワーリジッド基板部２６に形成された電源用ランドＬＰ４，ＬＰ５との間に、リボン線Ｒ１がレーザリボンボンディング装置によってレーザボンディングされ、信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５と制御リジッド基板部２７の信号用ランドＬＣ７〜ＬＣ９との間に、リボン線Ｒ２がレーザリボンボンディング装置によってレーザボンディングされている。

次に、上記第２の実施形態の動作を説明する。この第２の実施形態では、先ず、減速ギヤボックス１０に電動モータ１１を装着する。
次いで、減速ギヤボックス１０の制御ユニット収納部１１０に、先ず、外部接続用コネクタ１７を装着し、制御ユニット収納部１１０の底面に形成した凹部５１内に熱伝導グリース５５を充填した状態で、パワーリジッド基板部２６と制御リジッド基板部２７とを折曲部２５でＬ字状とした回路基板１６のパワーリジッド基板部２６をねじ留め固定する。

このとき、パワーリジッド基板部２６の半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｆ及び銅コイン３７が制御ユニット収納部１１０の底部に形成した凹部５１内の凸部５３に対向し、且つ裏面側のシャント抵抗Ｒ１〜Ｒ３が凸部５３の周囲の底面５４との間の収納空間に配置されるようにパワーリジッド基板部２６を制御ユニット収納部１１０の底面にねじ留め固定する。

このパワーリジッド基板部２６を固定した状態で、レーザリボンボンディング装置で、電動モータ１１の給電用バスバー１１ｂ〜１１ｄとパワーリジッド基板部２６の給電用ランドＬＰ１〜ＬＰ３との間にリボン線Ｒ３をレーザボンディングし、次いで、外部接続用コネクタ１７の電源用電極端子Ｌ１及びＬ２とパワーリジッド基板部２６の電源用ランドＬＰ４及びＬＰ５との間にリボン線Ｒ１をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングする。

その後、制御リジッド基板部２７を折曲部２５でさらに折り曲げてパワーリジッド基板部２６と平行にした状態で支柱５６上にねじ留めして、制御ユニット収納部１１０内に回路基板１６を固定する。次いで、レーザリボンボンディング装置で、外部接続用コネクタ１７の信号用電極端子Ｌ３〜Ｌ５と制御リジッド基板部２７の信号用ランドＬＣ７〜ＬＣ９との間及び電動モータ１１に内蔵するレゾルバの信号用端子１１ｅ〜１１ｊと制御リジッド基板部２７の信号用ランドＬＣ６〜ＬＣ１１との間にそれぞれリボン線Ｒ２及びＲ４をレーザボンディングする。

その後、制御ユニット収納部１１０の開放面に図示しない保護カバーを装着することにより、制御ユニット１２の装着を完了する。
この第２の実施形態によると、制御ユニット１２が減速ギヤボックス１０に形成された制御ユニット収納部１１０に電動モータ１１と直列となるように配設されているので、電動モータ１１の軸長を短くすることができるとともに、減速ギヤボックス１０に内蔵されたトルクセンサ１０５の外部接続端子１０５ｃ〜１０５ｆと制御リジッド基板部２７のスルーホール２７ａ〜２７ｄとの電気的接続を外部に信号線を露出することなく直接行なうことができる。しかも、制御ユニット１２のスイッチング素子等の発熱部を有するパワーリジッド基板部２６を熱源とはならない熱容量の大きな減速ギヤボックス１０に直接固定することができ、大きな放熱効果を発揮することができる。

また、第２の実施形態でも、制御ユニット収納部１１０にパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７をＵ字状に折り曲げた回路基板１６が収納され、これら基板部２６及び２７と電動モータ１１及び外部接続用コネクタ１７との電気的接続をレーザリボンボンディング装置でリボン線をボンディングすることにより行なうので、高精度に形成されたリードフレームを使用する必要がなく、制御ユニット１２の組み立てを容易に行なうことができるとともに、製造コストを低減することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７とを折曲部２５でＵ字状に折り曲げて回路基板１６を形成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、図１４〜図１６に示すように、減速ギヤボックス１０のトルクセンサ収納部１０６の上面からウォーム収納部１０２の上面にかけてＬ字状の回路基板装着部１２０を形成するとともに、回路基板１６をパワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７を折曲部２５でＬ字状に形成し、このＬ字状の回路基板１６を回路基板装着部１２０にねじ留めすることにより、減速ギヤボックス１０に装着するようにしてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、本発明をコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置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、ピニオンアシスト式やラックアシスト式の電動パワーステアリング装置に本発明を適用しても上記と同様の効果が得られる。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、回路基板１６と他の部材（電動モータ１１及び外部接続用コネクタ１７）との電気的接続を、リボン線をレーザリボンボンディング装置でレーザボンディングす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、リボン線以外のフレキシブル導電部材をワイヤボンディング装置でワイヤボンディングするようにしてもよく、或いはコネクタ接続するようにしてもよい。

さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、折曲部２５に帯状部２２を残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、帯状部２５を省略して切削溝部のみを形成するようにしてもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、導電性の熱電動部材として銅コイン３７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、アルミニウムなどの熱伝動性の高い部材を適用することができる。また、銅コイン３７の平面視形状としては、平面視円形である場合に限らず、平面視で方形或いは多角形に形成するようにしてもよく、これに応じてスルーホール３６の孔形状を変更すればよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、回路基板１６の支持部材に形成した凹部５１に熱伝導グリースを充填す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、絶縁性を有する熱伝導シートや熱伝導スペーサ等の絶縁性の熱伝導部材を適用することができる。
さらに、上記第１及び第２の実施形態においては、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７とを折曲部２５を連接した場合について説明したが、３以上のリジッド基板部を折曲部を介して連接するようにしてもよい。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、リジッド基板２１が４層構造であ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、５層以上の多層構造とすることもできる。
さらにまた、上記第１及び第２の実施形態においては、電動モータとしてブラシレス３相電動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、４相以上のブラシレス多相電動モータを適用することもでき、通常のブラシ付電動モータを適用することもできる。ブラシ付電動モータを適用する場合には、電動モータと制御ユニットとは２本の給電ラインで接続し、パワーリジッド基板部２６に形成するインバータ回路に代えてＨブリッジ回路を適用すればよい。

なおさらに、上記第１及び第２の実施形態においては、１枚のリジッド基板２１の折曲線に沿って切削溝部２３及び２４を形成してパワーリジッド基板部２６と制御リジッド基板部２７とをＵ字状又はＬ字状に折り曲げる場合について説明したが、これに限定されるのもではなく、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７とを別個の基板で構成し、パワーリジッド基板部２６及び制御リジッド基板部２７との間に両者間を電気的に接続する導電性箔と合成樹脂フィルムとを積層したフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を加熱圧着することにより、パワーリジッド基板部２６と制御リジッド基板部２７とを電気的に接続するようにしてもよい。

本発明による電動パワーステアリング装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。 制御ユニットを示す電動モータの軸方向の断面図である。 制御ユニットを示す電動モータの軸直角方向の断面図である。 回路基板を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。 制御ユニットの変形例を示す電動モータの軸方向の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す電動パワーステアリング装置の車両後方左側から見た斜視図である。 図６の正面図である。 第２の実施形態の車両後方右側から見た斜視図である。 第２の実施形態の右側面図である。 第２の実施形態の平面図である。 図１０の要部の拡大図である。 減速ギヤボックスのステアリングシャフトの軸方向の断面図である。 図６の要部の拡大図である。 第２の実施形態の変形例を示す左側面図である。 第２の実施形態の変形例を示す正面図である。 第２の実施形態の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１…ステアリング機構、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、４…ステアリングコラム、５…ステアリングギヤ機構、６…タイロッド、７…転舵輪、９…電動パワーステアリング装置、１０…減速ギヤボックス、１１…電動モータ、１１ｂ〜１１ｄ…給電用バスバー、１１ｅ〜１１ｊ…信号端子、１２…制御ユニット、１５…ヒートシンク、１６…回路基板、１７…外部接続用コネクタ、１８…保護カバー、２１…リジッド基板、２２…帯状部、２３，２４…切削溝部、２５…折曲部、２６…パワーリジッド基板部、２７…制御リジッド基板部、３１ａ〜３１ｆ…半導体スイッチング素子、Ｒ１〜Ｒ３…シャント抵抗、５１…凹部、５２…平坦面、５３…凸部、５４…底面、５５…熱伝導グリース、６０…中継端子、１０１…ウォーム、１０２…ウォーム収納部、１０３…ウォームホイール、１０４…ウォームホイール収納部、１０５…トルクセンサ、１０６…トルクセンサ収納部、１１０…制御ユニット収納部、１２０…制御ユニット装着部

Claims (21)

1. ステアリングホイールに伝達された操舵トルクを、ステアリングシャフトを介して転舵輪に伝達するステアリング機構に操舵補助力を付与する電動モータと、
   該電動モータを駆動制御する制御ユニットとを備え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、回路部品を実装した複数のリジッド基板部間を、可撓性を有する折曲部で連接した回路基板を有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記折曲部は、１枚のリジッド基板の折曲線に沿って形成した切削溝部で構成されてい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。
3. 前記折曲部は、１枚のリジッド基板の折曲線に沿って延長する帯状部を挟む両側に形成した切削溝部で構成されてい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。
4. 前記屈曲部は、導電性箔とフィルムとを積層した可撓性基板で構成され、該可撓性基板の両端がリジッド基板に加熱圧着された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。
5. 回路部品が実装された前記リジッド基板に導電性の熱伝導部材が埋め込まれていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載に電動パワーステアリング装置。
6. 発熱回路部品を前記熱伝導部材上に実装したことを特徴とする請求項５に記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記熱伝導部材は、高熱伝導部材で構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記熱伝導部材は、平面視で円形、方形及び多角形の何れか１つの形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記熱伝導部材は、リジッド基板に形成されたスルーホールに嵌合されていることを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記回路基板は、折曲部でＬ字状に折曲げられていることを特徴とする請求項１乃至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. 前記回路基板は、折曲部でＵ字状に折曲げられていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
12. 前記回路基板は、少なくとも１つのリジッド基板が熱伝導性の高い支持部材に支持されていることを特徴とする請求項１乃至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. 前記支持部材はアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金の少なくとも１つ以上をダイキャスト成形で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置。
14. 前記支持部材は前記ステアリングシャフトに連結された減速ギヤ機構を内蔵する減速ギヤボックスであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電動パワーステアリング装置。
15. 前記支持部材に支持された前記リジッド基板に導電性の熱伝導部材が埋め込まれているとともに、発熱回路部品が実装されていることを特徴とする請求項１２乃至１４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
16. 前記熱伝導部材が埋め込まれた前記リジッド基板と前記支持部材との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の電動パワーステアリング装置。
17. 前記リジッド基板と前記支持部材との間の隙間に絶縁性の熱伝導部材が配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の電動パワーステアリング装置。
18. 前記熱伝導部材は、熱伝導グリース、熱伝導シート及び熱伝導スペーサの何れか１つで構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の電動パワーステアリング装置。
19. 前記支持部材は、少なくとも前記リジッド基板に対向する一部が切削加工によって平坦化された平坦面を有することを特徴とする請求項１１乃至１８の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
20. 前記支持部材は、前記平坦面以外の面が一段低い平面とされていることを特徴とする請求項１９に記載の電動パワーステアリング装置。
21. 前記導電性部材が埋め込まれたリジット基板の前記支持部材側にモータ電流検出用の金属製シャント抵抗が実装され、該金属製シャント抵抗が熱伝導部材で覆われていることを特徴とする請求項１６乃至２０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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