JP3600560B2 - 電動式パワーステアリング回路装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に関するもので、特にその制御回路装置の構成及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は一般的な電動式パワーステアリングを搭載した車両のシステム構成図である。一般に、電動式パワーステアリング装置を装着した車両では、図９に示されるように、ハンドル３０の操舵トルクを検出するトルクセンサ５０、車速を検出する車速センサ５１、操舵トルクおよび車速を取り込んで電動モータ４０に所要方向の補助トルクを出力させる電動式パワーステアリング回路装置１００を備えている。電動式パワーステアリング回路装置１００は、補助トルクを演算するマイクロコンピュータ５５と、マイクロコンピュータ５５の演算結果に基づいて電動モータ４０に対してモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路４７を有している。
【０００３】
図１０は一般的な電動式パワーステアリング回路装置を一部ブロック図で示す回路図である。図１０において、４０は図示しない車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータ、４１は電動モータ４０を駆動するためのモータ電流ＩＭを供給するバッテリである。また、４２はモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収するための大容量（２２００μＦ程度）のコンデンサ、４３はモータ電流ＩＭを検出するためのシャント抵抗器、４４はモータ電流ＩＭを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の複数の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるブリッジ回路、４９は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
【０００４】
Ｌ１はコンデンサ４２の一端をグランドに接続する導電線、Ｐ１およびＰ２は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続するとともにシャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を接続する配線パターン、Ｐ３はブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンである。４５は電動モータ４０およびバッテリ４１をブリッジ回路４４に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、Ｌ２は電動モータ４０およびバッテリ４１とコネクタ４５を接続するための外部配線、４６はモータ電流ＩＭを必要に応じて通電遮断するための常開の電源リレー、Ｐ４は電源リレー４６、コンデンサ４２およびシャント抵抗器４３を接続する配線パターン、Ｐ５はコネクタ４５をグランドに接続する配線パターンである。ブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンＰ３はコネクタ４５に接続されている。
【０００５】
４７はブリッジ回路４４を介して電動モータ４０を駆動するとともに、リレー４６を駆動する駆動回路、Ｌ３は駆動回路４７を電源リレー４６の励磁コイルに接続する導電線、Ｌ４は駆動回路４７をブリッジ回路４４に接続する導電線、４８はシャント抵抗器４３の一端を介してモータ電流ＩＭを検出するモータ電流検出手段であり、駆動回路４７およびモータ電流検出手段４８は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。また、５０はハンドルの操舵トルクＴを検出するトルクセンサ、５１は車両の車速Ｖを検出する車速センサである。さらに、５５はトルクセンサ５０および車速センサ５１の出力を入力し操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流ＩＭをフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）であり、ブリッジ回路４４を制御するための回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０を駆動信号として駆動回路４７に入力する。
【０００６】
マイクロコンピュータ５５は、電動モータ４０の回転方向指令Ｄ０および補助トルクに相当するモータ電流指令Ｉｍを生成するモータ電流決定手段５６と、モータ電流指令Ｉｍとモータ電流ＩＭとの電流偏差ΔＩを演算する演算手段５７と、電流偏差ΔＩからＰ（比例）項、Ｉ（積分）項およびＤ（微分）項の補正量を算出してＰＷＭデューティ比に相当する電流制御量Ｉ０を生成するＰＩＤ演算手段５８とを備えている。また、図示していないが、マイクロコンピュータ５５は、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生すると駆動回路４７を介して電源リレー４６を開放し、モータ電流ＩＭを遮断するようになっている。Ｌ５はマイクロコンピュータ５５を駆動回路４７に接続するための導電線である。
【０００７】
一般に、電動モータ４０とバッテリ４１との間に介在された回路要素４２〜４４、４９、配線パターンＰ１〜Ｐ５、導電線Ｌ１およびＬ２は、大電流のモータ電流ＩＭに対応するため、後述するように放熱性（耐熱性）および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出回路４８を含む周辺回路素子ならびに導電線Ｌ３〜Ｌ５は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。
【０００８】
図１１は一般的な電動式パワーステアリング回路装置の回路構成を示す平面図であり、図中、Ｑ１〜Ｑ４、４２、４３、４５、４６、４９および５５は図１０に示すものと同様のものを示している。この例の場合、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は樹脂で被覆された各一対のＦＥＴにより構成され、大容量コンデンサ４２は３個のコンデンサにより構成され、マイクロコンピュータ５５は１チップのＩＣにより構成されている。また、図面の煩雑さを防ぐために、周辺回路素子、配線パターンおよび導電線等を省略し、代表的な回路要素のみを示す。図１１において、１はシールド板およびヒートシンクの機能を兼ねた箱型の金属フレーム、２は金属フレーム１の底面上に載置された絶縁プリント基板、３は金属フレーム１の内側面に一端面が接合された例えばアルミニウムで作製されたヒートシンクである。絶縁プリント基板２には、各回路要素４２、４３、４６、４９および５５等が載置されており、また、ヒートシンク３の他端面には各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が接合されている。４ａ〜４ｅは配線パターンＰ１〜Ｐ５等に相当する配線板であり、大電流に専用に対応するために、絶縁プリント基板２上の配線パターンとは別に幅および厚さの大きい導電板が用いられている。
【０００９】
次に、図１０を参照しながら、図１１に示した従来の電動式パワーステアリング回路装置の動作について説明する。マイクロコンピュータ５５は、トルクセンサ５０および車速センサ５１から操舵トルクＴおよび車速Ｖを取り込むとともに、シャント抵抗器４３からモータ電流ＩＭをフィードバック入力し、パワーステアリングの回転方向指令Ｄ０と、補助トルクに相当する電流制御量Ｉ０とを生成し、導電線Ｌ５を介して駆動回路４７に入力する。駆動回路４７は、定常駆動状態では導電線Ｌ３を介した指令により常開の電源リレー４６を閉成しており、回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０が入力されると、ＰＷＭ駆動信号を生成し、導電線Ｌ４を介してブリッジ回路４４の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する。これにより、電動モータ４０は、バッテリ４１から外部配線Ｌ２、コネクタ４５、コイル４９、電源リレー４６、配線パターンＰ４、シャント抵抗器４３、配線パターンＰ１、ブリッジ回路４４、配線パターンＰ３、コネクタ４５および外部配線Ｌ２を介して供給されるモータ電流ＩＭにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
【００１０】
このとき、モータ電流ＩＭは、シャント抵抗器４３およびモータ電流検出手段４８を介して検出され、マイクロコンピュータ５５内の演算手段５７にフィードバックされることにより、モータ電流指令Ｉｍと一致するよう制御される。また、モータ電流ＩＭは、ブリッジ回路４４のＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、大容量のコンデンサ４２により平滑されて制御される。さらに、コイル４９は、上記ブリッジ回路４４がＰＷＭ駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部に放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電動式パワーステアリング回路装置で制御されるモータ電流ＩＭの値は、軽自動車であっても２５Ａ程度であり、小型自動車では４５Ａ〜６０Ａ程度にも達する。従って、ブリッジ回路４４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、モータ電流ＩＭの大きさに対応して大型化するとともに、図示したように複数個を並列接続して、オン時およびＰＷＭスイッチング時の発熱を抑制する必要がある。また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発熱量を放熱するために、ヒートシンク３が必要であり、モータ電流ＩＭが大きくなればなるほど半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の個数も増加し、同時にヒートシンク３も大型化することになる。さらに、コネクタ４５の端子から、コイル４９、電源リレー４６、シャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を経由したグランドまでの配線パターンＰ１、Ｐ２およびＰ４、ならびに、ブリッジ回路４４から電動モータ４０までの配線パターンＰ３の長さは、モータ電流ＩＭの大電流化、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の個数の増加、ならびに、ヒートシンク３の大型化に比例して、物理的に長くなる。
【００１２】
この結果、従来の電動式パワーステアリング回路装置では、各配線パターンＰ１〜Ｐ４での電圧降下に起因する発熱量により、温度上昇が大きくなると、配線パターンＰ１〜Ｐ４の耐熱性および耐久性を損なうおそれがあるので、これを防止するために、図１１のように幅や厚さの大きい大電流専用の配線板４ａ〜４ｅが用いられている。従って、絶縁プリント基板２の大型化を招くことになる。また、コンデンサ４２、シャント抵抗器４３、電源リレー４６およびコイル４９は、モータ電流ＩＭの大電流化に伴い大型化するが、これらを絶縁プリント基板２上に搭載しようとすると、搭載スペースの増大により、さらに絶縁プリント基板２の大型化を招くことになる。
【００１３】
この発明は上述のような課題を解消するためになされたもので、部品の実装に関し、小電流部品を実装する基板と大電流部品を実装する基板との２つの基板と、大型部品を実装するハウジングに分割して小型化を達成するとともに、ハウジングに配線パターンを形成して２つの基板とハウジングを効率的に電気的接続し、インサート成型前のパワー部の配線パターンを１つの部品で構成することにより、コストダウンや作業性の向上および大出力化を可能にする電動式パワーステアリング回路装置およびその製造方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動式パワーステアリング回路装置は、車両のハンドルに連結されハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車両の車速を検出する車速センサと、ハンドルに対する補助トルクに基づいて電動モータの駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、ハンドルの操舵トルクと車両の車速に基づいてブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、バッテリからブリッジ回路に供給される駆動電流を開閉する電源リレーと、ブリッジ回路から電動モータに供給される駆動電流を開閉するモータリレーと、電動モータおよびバッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、一端がパワーコネクタに接続され電動モータの駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、パワー基板と制御基板とを電気的に接続する接続端子と、絶縁性樹脂でなり、パワーコネクタ、導電板および接続端子がインサート成型されるハウジングと、半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクとを備えた電動パワーステアリング回路装置において、ハウジングにインサート成型される前の導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、配線パターンはインサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する 固定位置の近傍でパワー基板と電気的に接続されており、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍でパワー基板と電気的に接続されており、導電板とパワー基板との電気的接続箇所は、バッテリに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所と、電動モータに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所とに、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されている。
【００１５】
また、導電板とパワー基板の電気的接続箇所は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されている。
【００１６】
また、接続端子は、少なくとも車速センサと電気的に接続される端子を含む信号用コネクタの近傍に配設されており、信号用コネクタは、ハウジングと一体成型されるとともに、接続端子と信号用コネクタの端子は、制御基板と電気的に接続される箇所が整列して設けられている。
【００１７】
また、ハウジングには、コイル、電源リレー、またはモータリレーのうち、少なくとも１つが挿入される凹部が形成され、コンデンサは、ハウジングの信号用コネクタおよび凹部と反対側で、かつパワー基板の角部付近の位置に配設されている。
【００１８】
また、制御基板は、パワー基板と概略平行に配置されるとともに、コンデンサと重なる部分が切り欠かれている。
【００１９】
また、トルクセンサと電気的に接続されるトルクセンサコネクタは、ハウジングと別体に構成され、ハウジングの凹部側で、かつパワーコネクタの反対側に配置されている。
【００２０】
また、トルクセンサコネクタは、少なくとも１部がパワー基板を介してヒートシンクに固定されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す一部ブロック図である。図１において、４０は図示しない車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータ、４１は電動モータ４０を駆動するためのモータ電流ＩＭを供給するバッテリである。また、４２はモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収するための大容量（２２００μＦ程度）のコンデンサ、４３はモータ電流ＩＭを検出するためのシャント抵抗器、４４はモータ電流ＩＭを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばＦＥＴ等の複数の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるブリッジ回路、４９は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
【００２２】
Ｐ１およびＰ２は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続するとともにシャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を接続する配線パターン、Ｐ３はブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンである。４５は電動モータ４０およびバッテリ４１をブリッジ回路４４に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、Ｌ２は電動モータ４０およびバッテリ４１とコネクタ４５を接続するための外部配線、４６はモータ電流ＩＭを必要に応じて通電遮断するための常開の電源リレー、Ｐ４は電源リレー４６、コンデンサ４２およびシャント抵抗器４３を接続する配線パターン、Ｐ５はコネクタ４５をグランドに接続する配線パターンであり、コンデンサ４２の一端をグランドに接続する配線パターンも含む。ブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンＰ３はコネクタ４５に接続されている。
【００２３】
４７はブリッジ回路４４を介して電動モータ４０を駆動するとともに、電源リレー４６およびモータリレー６０を駆動する駆動回路、Ｌ３は駆動回路４７を電源リレー４６およびモータリレー６０の励磁コイルに接続する導電線、Ｌ４は駆動回路４７をブリッジ回路４４に接続する導電線、４８はシャント抵抗器４３の一端を介してモータ電流ＩＭを検出するモータ電流検出手段であり、駆動回路４７およびモータ電流検出手段４８は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。また、５０はハンドルの操舵トルクＴを検出するトルクセンサ、５１は車両の車速Ｖを検出する車速センサである。さらに、５５はトルクセンサ５０および車速センサ５１の出力を入力し操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流ＩＭをフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）であり、ブリッジ回路４４を制御するための回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０を駆動信号として駆動回路４７に入力する。
【００２４】
マイクロコンピュータ５５は、電動モータ４０の回転方向指令Ｄ０および補助トルクに相当するモータ電流指令Ｉｍを生成するモータ電流決定手段５６と、モータ電流指令Ｉｍとモータ電流ＩＭとの電流偏差ΔＩを演算する演算手段５７と、電流偏差ΔＩからＰ（比例）項、Ｉ（積分）項およびＤ（微分）項の補正量を算出してＰＷＭデューティ比に相当する電流制御量Ｉ０を生成するＰＩＤ演算手段５８とを備えている。また、図示していないが、マイクロコンピュータ５５は、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生すると駆動回路４７を介して電源リレー４６を開放し、モータ電流ＩＭを遮断するようになっている。Ｌ５はマイクロコンピュータ５５を駆動回路４７に接続するための導電線である。
【００２５】
そして、本実施の形態においては、モータ電流を開閉するモータ用リレー６０が電動モータ４０と駆動回路４７との間に配設されている。そして、電動モータ４０とバッテリ４１との間に介在された回路要素４２〜４４、４６、４９、６０、配線パターンＰ１〜Ｐ５、導電線Ｌ２は、大電流のモータ電流ＩＭに対応するために、放熱性および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出回路４８を含む周辺回路素子、導電線Ｌ３〜Ｌ５は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。
【００２６】
次に、動作について説明する。マイクロコンピュータ５５は、トルクセンサ５０および車速センサ５１から操舵トルクＴおよび車速Ｖを取り込むとともに、シャント抵抗器４３からモータ電流ＩＭをフィードバック入力し、パワーステアリングの回転方向指令Ｄ０と、補助トルクに相当する電流制御量Ｉ０とを生成し、導電線Ｌ５を介して駆動回路４７に入力する。駆動回路４７は、定常駆動状態では導電線Ｌ３を介した指令により常開の電源リレー４６およびモータリレー６０を閉成しており、回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０が入力されると、ＰＷＭ駆動信号を生成し、導電線Ｌ４を介してブリッジ回路４４の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する。これにより、電動モータ４０は、バッテリ４１から外部配線Ｌ２、コネクタ４５、コイル４９、電源リレー４６、配線パターンＰ４、シャント抵抗器４３、配線パターンＰ１、ブリッジ回路４４、配線パターンＰ３、コネクタ４５、モータリレー６０および外部配線Ｌ２を介して供給されるモータ電流ＩＭにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
【００２７】
このとき、モータ電流ＩＭは、シャント抵抗器４３およびモータ電流検出手段４８を介して検出され、マイクロコンピュータ５５内の演算手段５７にフィードバックされることにより、モータ電流指令Ｉｍと一致するよう制御される。また、モータ電流ＩＭは、ブリッジ回路４４のＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、大容量のコンデンサ４２により平滑されて制御される。さらに、コイル４９は、上記ブリッジ回路４４がＰＷＭ駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部に放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
【００２８】
図２はこの発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の分解斜視図、図３はハウジングの部品取り付け状態を示す上面図、図４は図３のIV-IV線に沿う電動式パワーステアリング回路装置の矢視断面図、図５は導電板の展開図、図６は導電板のインサート成型前の状態を示す斜視図である。
【００２９】
図１乃至図６において、制御基板６１は絶縁プリント基板からなる。そして、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出回路４８（図示せず）を含む周辺回路素子（小電流部品）が、制御基板６１上の配線パターン（Ｌ５等）に半田付けされて実装されている。
【００３０】
パワー基板としての金属基板６２は、例えばＨＩＴＴ基板（電気化学工業の商品名）からなり、２ｍｍのアルミニウム板上に８０μｍの絶縁層を介して、配線パターン（Ｐ１、Ｐ２等）が７０μｍの銅パターンとして形成されている。この金属基板６２は、裏面をヒートシンク６３の一側のほぼ半分わたって密接するようにヒートシンク６３上に取り付けられ、放熱機能が増大されている。また、ブリッジ回路４４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、コンデンサ４２、シャント抵抗器４３等の大電流部品が金属基板６２上の配線パターン（Ｐ１、Ｐ２等）に半田付けされて実装されている。この金属基板６２上に形成された配線パターンは、大電流に対応できるように十分な断面容量を有し、モータ電流ＩＭが流れる回路要素を実装できるようになっている。
【００３１】
ハウジング６４は、ヒートシンク６３とほぼ一致する外径形状を有し、導電板６５、接続端子６６、信号用コネクタ６７の端子６７ａが絶縁性樹脂にインサート成型されて作製されるものである。ハウジング６４には、図４の下方側に開口を有する凹部６４ａが形成されている。この凹部６４ａには、電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９が収納されている。さらに、ハウジング６４には、凹部６４ａの反対側において、図２の上下方向に貫通する空間で図２の上下に開口を有する開口部６４ｂが形成されている。この開口部６４ｂ内には、金属基板６２が配設される。さらにまた、ハウジング６４には、パワーコネクタ４５が凹部６４ａ側の側面に突出して形成され、また、信号用コネクタ６７がパワーコネクタ４５と並んで金属基板６２側の側面に突出して形成されている。この信号用コネクタ６７は、トルクセンサ５０および車速センサ５１に接続される端子を含んでいる。
【００３２】
また、導電板６５は導電性の優れた銅合金の１枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー６５ａ（図５のハッチング部分）で部分的に繋がれて形成されている（導電性金属板作製工程）。このように形成された導電板６５は、図５に示す１８箇所の１点鎖線で折り曲げられて、図６に示すような立体形状とされ、その後、タイバー６５ａが露出するように絶縁性樹脂にインサート成型される。そして、インサート成型の後、露出されたタイバーが切断されて、電動モータ４０とバッテリ４１の間に介在される電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９等の回路要素を接続する配線パターンを構成する（不要部分除去工程）。
【００３３】
そして、この配線パターンの一部が露出して前記回路要素の端子を接続する電極を形成し、また他の一部がパワーコネクタ４５内に延出してパワーコネクタ４５内の端子６５ｂを形成する。この配線パターンの露出部の電極の孔に電源リレー４６、モータリレー６０およびコイル４９等の端子が挿入されて半田付けされる。一方、前記パワーコネクタ４５内の端子６５ｂは２段、２列で構成され、一方の列はバッテリ４１に接続され、他方の列は電動モータ４０に接続されるとともに、例えば図４において上側となる端子６５ｂは、電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９と接続される電極部まで同一面で形成されている。さらに、配線パターンの一部が開口部６４ｂ内に露出して、配線パターンＰ４、Ｐ５に相当する電源端子６５ｃ、配線パターンＰ３に相当するモータ端子６５ｄを構成している。
【００３４】
ハウジング６４は、金属基板６２の対向する辺の中央付近において、２個のネジ６８で金属基板６２に締着されている。図３に示されるように、これら２個のネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの近傍において、電源端子６５ｃ、モータ端子６５ｄおよび接続端子６６が金属基板６２の配線パターンに半田接合されている。また、その配置は、Ｉ−Ｉ線を挟んで一方の側に２個の電源端子６５ｃが配設され、もう一方の側に２個のモータ端子６５ｄが配設されている。さらに、接続端子６６の金属基板６２との接合部の反対側は、信号用コネクタ６７の端子６７ａの近傍に配設されており、また、接続端子６６の制御基板６１を取り付けた際に制御基板６１の各スルーホール内に挿入される部分は、２列に整列されて配置されている。
【００３５】
図６に良く示されるように、導電板６５からは、制御基板６１への電源供給用端子、電源リレー４６およびモータリレー６０の駆動するための信号用端子等が制御基板６１側に突出しており、制御基板６１を取り付けた際に、制御基板６１の各スルーホール内に挿入されて、半田付けされる。そして、コンデンサ４２は、制御基板６１のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ６７およびハウジング凹部６４ａと反対側の金属基板６２の角部に配設されている。さらに、制御基板６１と金属基板６２とは、ハウジング６４を挟んで図２の上下方向で平行に配置されており、制御基板６１のコンデンサ４２と重なる角部は、コンデンサ４２と接触しないように切り欠いて削除されている。
【００３６】
金属基板６２が固定されたハウジング６４は、金属基板６２の角部の４箇所と、ハウジング凹部６４ａの外側１箇所の合計５箇所において、ネジ６９でヒートシンク６３に締着されている。カバー７０は鉄にて作製され、金属基板６２、ハウジング６４および制御基板６１を覆うように被せられて縁部がヒートシンク６３に固定される。
【００３７】
このように構成された電動式パワーステアリング回路装置を組み立てるには、まず、各電極にクリーム半田を塗布した制御基板６１上にマイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子等の部品を配置し、リフロ装置を用いて、制御基板６１の下側から、または周囲の雰囲気全体を熱し、クリーム半田を溶かして各部品を半田付けする。同様に、各電極にクリーム半田を塗布した金属基板６２上に半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、シャント抵抗器４３およびコンデンサ４２等の部品を配置し、金属基板６２上にハウジング６４を被せてネジ６８で固定し、リフロ装置を用いてクリーム半田を溶かし、各部品と端子６５ｃ、６５ｄおよび接続端子６６を半田付けする。このとき、端子６５ｃ、６５ｄおよび接続端子６６は、弾性変形することにより先端部が金属基板６２に押し付けられており、その反力で金属基板６２が変形しようとするが、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの近傍に、電源端子６５ｃ、モータ端子６５ｄおよび接続端子６６が配置されているので、金属基板６２の変形が抑制される。また、大電流が流れるため幅が広くなって曲げ剛性の大きい端子６５ｃ、６５ｄが、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの両側に２個ずつ配置されているので、金属基板６２の変形が両側均等に近づき、金属基板６２の変形が抑制される。さらに、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの一方の側に２個の電源端子６５ｃが近接して配設され、もう一方の側に２個のモータ端子６５ｄが近接してグループとして配設されているので、それぞれのグループで電流が往復しており、電磁ノイズの発生が抑制される。そして、電源リレー４６、モータリレー６０およびコイル４９等がハウジング６４の凹部６４ａ内に納められ、導電板６５の電極から突出する各部品の端子が部分噴流により一括で半田付け接合され、ハウジング６４に各部品が実装される。
【００３８】
ついで、制御基板６１がハウジング６４の上部に配置される。そして、ハウジング６４側の導電板６５の端子、接続端子６６および信号用コネクタ６７の端子６７ａが制御基板６１のスルーホール内に挿入され、部分噴流により一括で半田付け接合される。このとき、制御基板６１のスルーホール内に挿入される接続端子６６および信号用コネクタ６７の端子６７ａが混合され、かつ、２列に整列して配置されているので、端子を制御基板６１のスルーホールへ挿入することが容易である。さらに、制御基板６１のスルーホール内に挿入される端子が、制御基板６１の二辺に集中しているので、端子をスルーホールへ挿入することが容易である。また、コンデンサ４２は、制御基板６１のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ６７およびハウジング凹部６４ａと反対側の金属基板６２の角部に配設されており、制御基板６１は、コンデンサ４２と重なる角部が切り欠いた形状に形成されているので、制御基板６１をハウジング６４に装着したとき、制御基板６１とコンデンサ４２の干渉が無く、装置の高さを低くすることができる。ついで、ハウジング６４を上方からヒートシンク６３上に配置し、ネジ６９により固定する。このとき、金属基板６２は、四隅のネジ６９によりヒートシンク６３に固定されるので、金属基板６２が密着してヒートシンク６３押し付けられる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、マイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子等の小電流部品のみが制御基板６１に実装されているので、配線パターンの幅や厚さを大きくする必要がなく、部品の高密度実装が可能となり、基板の小型化を図ることができる。また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、シャント抵抗器４３およびコンデンサ４２等の大電流部品が金属基板６２に実装され、この金属基板６２がヒートシンク６３に密接状態で取り付けられているので、大電流部品および配線パターンからの発熱量が金属基板６２を介してヒートシンク６３に有効に伝達され、ヒートシンク６３から外気に放熱され、金属基板６２を小型化しても温度上昇を抑制できるとともに、配線パターンの耐熱性および耐久性を損なうこともない。
【００４０】
また、導電板６５は導電性の優れた銅合金の１枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー６５ａ（図５のハッチング部分）で部分的につながれており、タイバー６５ａが露出するように絶縁性樹脂にインサート成型され、その後、露出されたタイバーが切断されて、電動モータ４０とバッテリ４１の間に介在される電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９等の回路要素を接続する配線パターンを構成しているので、材料の歩留まりがよく、低コスト化を図ることができ、導電板６５は、ハウジング６４の成形型への装填性がよくなり、作業性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、パワーコネクタ４５の端子６５ｂは２段、２列で構成され、図４の上段側は電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９と接続される電極部まで同一面で形成されているので、導電板６５の材料の歩留まりがよく、プレス加工において曲げの工程が少なくなるため、コスト低減を図ることができる。
【００４２】
また、ハウジング６４は、金属基板６２の対向する辺の中央付近において、２個のネジ６８で金属基板６２に取り付けられ、これら２個のネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの近傍に、電源端子６５ｃ、モータ端子６５ｄおよび接続端子６６が金属基板６２の配線パターンに半田接合されているので、金属基板６２の変形が抑制され、リフロ後ヒートシンク６３に密接させたとき金属基板６２の変形が抑制され、金属基板６２の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
【００４３】
また、大電流が流れるため幅が広くなって曲げ剛性の大きい端子６５ｃ、６５ｄが、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの両側に２個ずつ配置されているので、金属基板６２の変形が両側均等に近づき、金属基板６２の変形が抑制され、金属基板６２の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
【００４４】
また、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの一方の側に２個の電源端子６５ｃが近接して配設され、もう一方の側に２個のモータ端子６５ｄが近接してグループとして配設されているので、それぞれのグループで電流が往復して電磁ノイズの発生が抑制され、ラジオノイズの低減を図ることができる。
【００４５】
また、接続端子６６の金属基板６２との接合部の反対側は、信号用コネクタ６７の端子６７ａの近傍に配設され、制御基板６１を取り付けた際に、制御基板６１の各スルーホール内に挿入される部分は、２列に整列されて配置されるとともにハウジング６４に一体的にインサート成型されているので、端子を制御基板６１のスルーホールへ挿入することが容易になり作業性が向上する。
【００４６】
また、コンデンサ４２は、制御基板６１のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ６７およびハウジング凹部６４ａと反対側の金属基板６２の角部に配設され、制御基板６１は、コンデンサ４２と重なる角部が切り欠いた形状に形成されているので、制御基板６１をハウジング６４に装着したとき、制御基板６１とコンデンサ４２の干渉が無く、高さ方向の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、金属基板６２は、四隅のネジ６９によりヒートシンク６３に固定されるので、金属基板６２が密着してヒートシンク６３に押し付けられ、耐熱性および耐久性の向上を図ることができる。なお、金属基板６２としてＨＩＴＴ基板を用いているが、金属基板６２はＨＩＴＴ基板に限定されるものではなく、配線パターンが絶縁層を介してアルミニウム等の伝熱性のよい金属ベース上に形成されたものであればよい。また、リレーは、電源リレー４６またはモータリレー６０のいずれか１個を取り付ける場合であってもよい。また、パワーコネクタ４５は電源用の２極と、電動モータ用の２極を並べて配置しているが、４極の１個のコネクタで構成してもよい。また、ハウジング６４と金属基板６２の固定および金属基板６２が組み立てられたハウジング６４とヒートシンク６３の固定はネジ６８、６９を用いたが、リベット等他の固定手段であってもよい。
【００４８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す分解斜視図、図８はこの発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジングの部品取り付け状態を示す上面図である。本実施の形態は電動式パワーステアリング回路装置がトルクセンサ５０の近傍に装着され、トルクセンサ５０と直接結線される場合に有効である。
【００４９】
図７、図８において、トルクセンサコネクタ８０は、ハウジング６４とは別の部品で構成され、トルクセンサ５０に接続される端子８０ａが装着されて、ハウジング６４の凹部６４ａ側（図４）でかつ、パワーコネクタ４５の反対側に、２個のネジ６９でヒートシンク６３に固定されている。このとき、トルクセンサコネクタ８０は、一方のネジ６９で金属基板６２を介してヒートシンク６３に固定され、もう一方のネジ６９で直接ヒートシンク６３に固定されている。そして、本実施の形態においては、信号用コネクタ６７からトルクセンサ５０に接続される端子をトルクセンサコネクタ８０に移設しているので、信号用コネクタ６７は車速センサ５１に接続される端子を含んでいるが、トルクセンサ５０に接続される端子は含んでいない。
なお、他の構成は上述の実施の形態１と同様に構成されている。
【００５０】
本実施の形態では、マイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子等の部品が半田付けされて実装された制御基板６１のスルーホールに、トルクセンサコネクタ８０の端子８０ａを挿入し、トルクセンサコネクタ８０が装着された制御基板６１がハウジング６４の上部に配置される。そして、ハウジング６４側の導電板６５端子、接続端子６６および信号用コネクタ６７の端子６７ａが制御基板６１のスルーホール内に挿入され、部分噴流によりトルクセンサコネクタ８０の端子８０ａを含めて一括で半田付け接合される。ここで、制御基板６１のスルーホール内に挿入される端子が、制御基板６１の三辺になるが、その内の一辺のトルクセンサコネクタ８０端子８０ａは予め挿入されているので、制御基板６１のスルーホール内に挿入されるハウジング６４の端子が、制御基板６１の二辺となり、端子をスルーホールへ挿入することが容易である。ついで、ハウジング６４を上方からヒートシンク６３上に配置し、ネジ６９により固定する。このとき、金属基板６２は、四隅の内、３箇所はハウジング６４を介してネジ６９によりヒートシンク６３に固定され、残りの１箇所はトルクセンサコネクタ８０を介してヒートシンク６３に固定されるので、金属基板６２が密着してヒートシンク６３押し付けられる。また、金属基板６２固定用ネジ６９の一箇所は、トルクセンサコネクタ８０の取り付けネジ６９と共用しているのでネジ６９の使用数が削減される。
【００５１】
このように本実施の形態によれば、トルクセンサコネクタ８０は、ハウジング６４とは別の部品で構成され、制御基板６１のスルーホール内に端子８０ａが予め挿入されているので、端子を制御基板６１のスルーホールへ挿入することが容易になり、作業性の向上を図ることができる。また、ハウジング６４の凹部６４ａ側でかつ、パワーコネクタ４５の反対側に配置され、一方のネジ６９で金属基板６２を介してヒートシンク６３に固定され、もう一方のネジ６９で直接ヒートシンク６３に固定されているので、ネジ６９の使用数が削減され、コストの低減を図ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５３】
この発明に係る電動式パワーステアリング回路装置は、車両のハンドルに連結されハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車両の車速を検出する車速センサと、ハンドルに対する補助トルクに基づいて電動モータの駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、ハンドルの操舵トルクと車両の車速に基づいてブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、バッテリからブリッジ回路に供給される駆動電流を開閉する電源リレーと、ブリッジ回路から電動モータに供給される駆動電流を開閉するモータリレーと、電動モータおよびバッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、一端がパワーコネクタに接続され電動モータの駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、パワー基板と制御基板とを電気的に接続する接続端子と、絶縁性樹脂でなり、パワーコネクタ、導電板および接続端子がインサート成型されるハウジングと、半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクとを備えた電動パワーステアリング回路装置において、ハウジングにインサート成型される前の導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、配線パターンはインサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるので、材料の歩留まりが良くなり低コスト化を図ることができる。また、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないのでハウジングの成形型への装填性がよくなり、組立作業性の向上した電動式パワーステアリング回路装置を得ることができる。
また、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する固定位置の近傍でパワー基板と電気的に接続されているので、パワー基板の変形が抑制され、パワー基板の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減されて耐久性が向上する。
また、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍でパワー基板と電気的に接続されているので、パワー基板の変形がさらに抑制され、耐久性がさらに向上する。
また、導電板とパワー基板との電気的接続箇所は、バッテリに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所と、電動モータに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所とに、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されているので、分割されたそれぞれの構成要素間で電流が往復して流れて電磁ノイズの発生が抑制され、ラジオノイズが防止される。
【００５４】
また、導電板とパワー基板の電気的接続箇所は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されているので、パワー基板の変形が両側均等に近づき、パワー基板の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
【００５５】
また、接続端子は、少なくとも車速センサと電気的に接続される端子を含む信号用コネクタの近傍に配設されているので、そのため、端子を制御基板のスルーホールへ挿入すること容易になり、作業性の向上を図ることができる。
また、信号用コネクタは、ハウジングと一体成型されるとともに、接続端子と信号用コネクタの端子は、制御基板と電気的に接続される箇所が整列して設けられているので、端子を制御基板のスルーホールへ挿入する作業が容易になり、作業性が向上する。
【００５６】
また、ハウジングには、コイル、電源リレー、またはモータリレーのうち、少なくとも１つが挿入される凹部が形成され、コンデンサは、ハウジングの信号用コネクタおよび凹部と反対側で、かつパワー基板の角部付近の位置に配設されているので、制御基板の配線パターンの形成および部品の実装が有効に行え、装置の小型化を図ることができる。
【００５７】
また、制御基板は、パワー基板と概略平行に配置されるとともに、コンデンサと重なる部分が切り欠かれているので、制御基板をハウジングに装着したとき、制御基板とコンデンサの干渉が無く、高さ方向の小型化を図ることができる。
【００５８】
また、トルクセンサと電気的に接続されるトルクセンサコネクタは、ハウジングと別体に構成され、ハウジングの凹部側で、かつパワーコネクタの反対側に配置されているので、制御基板のスルーホール内にトルクセンサコネクタの端子を予め挿入することができ、制御基板をハウジングに装着することが容易になり、作業性の向上を図ることができる。
【００５９】
また、トルクセンサコネクタは、少なくとも１部がパワー基板を介してヒートシンクに固定されているので、耐熱性および耐久性が向上するとともに、ネジの使用数が削減されコストが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す一部ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の分解斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジングの部品取り付け状態を示す上面図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う電動式パワーステアリング回路装置の矢視断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の導電板の展開図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の導電板のインサート成型前の状態を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジングの部品取り付け状態を示す上面図である。
【図９】一般的な電動式パワーステアリングを搭載した車両のシステム構成図である。
【図１０】一般的な電動式パワーステアリング回路装置を一部ブロック図で示す回路図である。
【図１１】一般的な電動式パワーステアリング回路装置の回路構成を示す平面図である。
【符号の説明】
３０ ハンドル、４０ 電動モータ、４１ バッテリ、４２ コンデンサ、４５ パワーコネクタ、４６ 電源リレー、４９ コイル、５０ トルクセンサ、５１ 車速センサ、５５ マイクロコンピュータ、６０ モータリレー、６１ 制御基板、６２ 金属基板（パワー基板）、６３ ヒートシンク、６４ ハウジング、６４ａ ハウジングの凹部、６５ 導電板、６６ 接続端子、６７ 信号用コネクタ、６７ａ 信号用コネクタの端子、６８，６９ ネジ、８０ トルクセンサコネクタ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に関するもので、特にその制御回路装置の構成及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は一般的な電動式パワーステアリングを搭載した車両のシステム構成図である。一般に、電動式パワーステアリング装置を装着した車両では、図９に示されるように、ハンドル３０の操舵トルクを検出するトルクセンサ５０、車速を検出する車速センサ５１、操舵トルクおよび車速を取り込んで電動モータ４０に所要方向の補助トルクを出力させる電動式パワーステアリング回路装置１００を備えている。電動式パワーステアリング回路装置１００は、補助トルクを演算するマイクロコンピュータ５５と、マイクロコンピュータ５５の演算結果に基づいて電動モータ４０に対してモータ駆動電流を出力するモータ駆動回路４７を有している。
【０００３】
図１０は一般的な電動式パワーステアリング回路装置を一部ブロック図で示す回路図である。図１０において、４０は図示しない車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータ、４１は電動モータ４０を駆動するためのモータ電流ＩＭを供給するバッテリである。また、４２はモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収するための大容量（２２００μＦ程度）のコンデンサ、４３はモータ電流ＩＭを検出するためのシャント抵抗器、４４はモータ電流ＩＭを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の複数の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるブリッジ回路、４９は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
【０００４】
Ｌ１はコンデンサ４２の一端をグランドに接続する導電線、Ｐ１およびＰ２は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続するとともにシャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を接続する配線パターン、Ｐ３はブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンである。４５は電動モータ４０およびバッテリ４１をブリッジ回路４４に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、Ｌ２は電動モータ４０およびバッテリ４１とコネクタ４５を接続するための外部配線、４６はモータ電流ＩＭを必要に応じて通電遮断するための常開の電源リレー、Ｐ４は電源リレー４６、コンデンサ４２およびシャント抵抗器４３を接続する配線パターン、Ｐ５はコネクタ４５をグランドに接続する配線パターンである。ブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンＰ３はコネクタ４５に接続されている。
【０００５】
４７はブリッジ回路４４を介して電動モータ４０を駆動するとともに、リレー４６を駆動する駆動回路、Ｌ３は駆動回路４７を電源リレー４６の励磁コイルに接続する導電線、Ｌ４は駆動回路４７をブリッジ回路４４に接続する導電線、４８はシャント抵抗器４３の一端を介してモータ電流ＩＭを検出するモータ電流検出手段であり、駆動回路４７およびモータ電流検出手段４８は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。また、５０はハンドルの操舵トルクＴを検出するトルクセンサ、５１は車両の車速Ｖを検出する車速センサである。さらに、５５はトルクセンサ５０および車速センサ５１の出力を入力し操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流ＩＭをフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）であり、ブリッジ回路４４を制御するための回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０を駆動信号として駆動回路４７に入力する。
【０００６】
マイクロコンピュータ５５は、電動モータ４０の回転方向指令Ｄ０および補助トルクに相当するモータ電流指令Ｉｍを生成するモータ電流決定手段５６と、モータ電流指令Ｉｍとモータ電流ＩＭとの電流偏差ΔＩを演算する演算手段５７と、電流偏差ΔＩからＰ（比例）項、Ｉ（積分）項およびＤ（微分）項の補正量を算出してＰＷＭデューティ比に相当する電流制御量Ｉ０を生成するＰＩＤ演算手段５８とを備えている。また、図示していないが、マイクロコンピュータ５５は、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生すると駆動回路４７を介して電源リレー４６を開放し、モータ電流ＩＭを遮断するようになっている。Ｌ５はマイクロコンピュータ５５を駆動回路４７に接続するための導電線である。
【０００７】
一般に、電動モータ４０とバッテリ４１との間に介在された回路要素４２〜４４、４９、配線パターンＰ１〜Ｐ５、導電線Ｌ１およびＬ２は、大電流のモータ電流ＩＭに対応するため、後述するように放熱性（耐熱性）および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出回路４８を含む周辺回路素子ならびに導電線Ｌ３〜Ｌ５は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。
【０００８】
図１１は一般的な電動式パワーステアリング回路装置の回路構成を示す平面図であり、図中、Ｑ１〜Ｑ４、４２、４３、４５、４６、４９および５５は図１０に示すものと同様のものを示している。この例の場合、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は樹脂で被覆された各一対のＦＥＴにより構成され、大容量コンデンサ４２は３個のコンデンサにより構成され、マイクロコンピュータ５５は１チップのＩＣにより構成されている。また、図面の煩雑さを防ぐために、周辺回路素子、配線パターンおよび導電線等を省略し、代表的な回路要素のみを示す。図１１において、１はシールド板およびヒートシンクの機能を兼ねた箱型の金属フレーム、２は金属フレーム１の底面上に載置された絶縁プリント基板、３は金属フレーム１の内側面に一端面が接合された例えばアルミニウムで作製されたヒートシンクである。絶縁プリント基板２には、各回路要素４２、４３、４６、４９および５５等が載置されており、また、ヒートシンク３の他端面には各半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が接合されている。４ａ〜４ｅは配線パターンＰ１〜Ｐ５等に相当する配線板であり、大電流に専用に対応するために、絶縁プリント基板２上の配線パターンとは別に幅および厚さの大きい導電板が用いられている。
【０００９】
次に、図１０を参照しながら、図１１に示した従来の電動式パワーステアリング回路装置の動作について説明する。マイクロコンピュータ５５は、トルクセンサ５０および車速センサ５１から操舵トルクＴおよび車速Ｖを取り込むとともに、シャント抵抗器４３からモータ電流ＩＭをフィードバック入力し、パワーステアリングの回転方向指令Ｄ０と、補助トルクに相当する電流制御量Ｉ０とを生成し、導電線Ｌ５を介して駆動回路４７に入力する。駆動回路４７は、定常駆動状態では導電線Ｌ３を介した指令により常開の電源リレー４６を閉成しており、回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０が入力されると、ＰＷＭ駆動信号を生成し、導電線Ｌ４を介してブリッジ回路４４の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する。これにより、電動モータ４０は、バッテリ４１から外部配線Ｌ２、コネクタ４５、コイル４９、電源リレー４６、配線パターンＰ４、シャント抵抗器４３、配線パターンＰ１、ブリッジ回路４４、配線パターンＰ３、コネクタ４５および外部配線Ｌ２を介して供給されるモータ電流ＩＭにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
【００１０】
このとき、モータ電流ＩＭは、シャント抵抗器４３およびモータ電流検出手段４８を介して検出され、マイクロコンピュータ５５内の演算手段５７にフィードバックされることにより、モータ電流指令Ｉｍと一致するよう制御される。また、モータ電流ＩＭは、ブリッジ回路４４のＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、大容量のコンデンサ４２により平滑されて制御される。さらに、コイル４９は、上記ブリッジ回路４４がＰＷＭ駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部に放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この種の電動式パワーステアリング回路装置で制御されるモータ電流ＩＭの値は、軽自動車であっても２５Ａ程度であり、小型自動車では４５Ａ〜６０Ａ程度にも達する。従って、ブリッジ回路４４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、モータ電流ＩＭの大きさに対応して大型化するとともに、図示したように複数個を並列接続して、オン時およびＰＷＭスイッチング時の発熱を抑制する必要がある。また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の発熱量を放熱するために、ヒートシンク３が必要であり、モータ電流ＩＭが大きくなればなるほど半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の個数も増加し、同時にヒートシンク３も大型化することになる。さらに、コネクタ４５の端子から、コイル４９、電源リレー４６、シャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を経由したグランドまでの配線パターンＰ１、Ｐ２およびＰ４、ならびに、ブリッジ回路４４から電動モータ４０までの配線パターンＰ３の長さは、モータ電流ＩＭの大電流化、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の個数の増加、ならびに、ヒートシンク３の大型化に比例して、物理的に長くなる。
【００１２】
この結果、従来の電動式パワーステアリング回路装置では、各配線パターンＰ１〜Ｐ４での電圧降下に起因する発熱量により、温度上昇が大きくなると、配線パターンＰ１〜Ｐ４の耐熱性および耐久性を損なうおそれがあるので、これを防止するために、図１１のように幅や厚さの大きい大電流専用の配線板４ａ〜４ｅが用いられている。従って、絶縁プリント基板２の大型化を招くことになる。また、コンデンサ４２、シャント抵抗器４３、電源リレー４６およびコイル４９は、モータ電流ＩＭの大電流化に伴い大型化するが、これらを絶縁プリント基板２上に搭載しようとすると、搭載スペースの増大により、さらに絶縁プリント基板２の大型化を招くことになる。
【００１３】
この発明は上述のような課題を解消するためになされたもので、部品の実装に関し、小電流部品を実装する基板と大電流部品を実装する基板との２つの基板と、大型部品を実装するハウジングに分割して小型化を達成するとともに、ハウジングに配線パターンを形成して２つの基板とハウジングを効率的に電気的接続し、インサート成型前のパワー部の配線パターンを１つの部品で構成することにより、コストダウンや作業性の向上および大出力化を可能にする電動式パワーステアリング回路装置およびその製造方法を得ることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動式パワーステアリング回路装置は、車両のハンドルに連結されハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車両の車速を検出する車速センサと、ハンドルに対する補助トルクに基づいて電動モータの駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、ハンドルの操舵トルクと車両の車速に基づいてブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、バッテリからブリッジ回路に供給される駆動電流を開閉する電源リレーと、ブリッジ回路から電動モータに供給される駆動電流を開閉するモータリレーと、電動モータおよびバッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、一端がパワーコネクタに接続され電動モータの駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、パワー基板と制御基板とを電気的に接続する接続端子と、絶縁性樹脂でなり、パワーコネクタ、導電板および接続端子がインサート成型されるハウジングと、半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクとを備えた電動パワーステアリング回路装置において、ハウジングにインサート成型される前の導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、配線パターンはインサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する 固定位置の近傍でパワー基板と電気的に接続されており、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍でパワー基板と電気的に接続されており、導電板とパワー基板との電気的接続箇所は、バッテリに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所と、電動モータに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所とに、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されている。
【００１５】
また、導電板とパワー基板の電気的接続箇所は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されている。
【００１６】
また、接続端子は、少なくとも車速センサと電気的に接続される端子を含む信号用コネクタの近傍に配設されており、信号用コネクタは、ハウジングと一体成型されるとともに、接続端子と信号用コネクタの端子は、制御基板と電気的に接続される箇所が整列して設けられている。
【００１７】
また、ハウジングには、コイル、電源リレー、またはモータリレーのうち、少なくとも１つが挿入される凹部が形成され、コンデンサは、ハウジングの信号用コネクタおよび凹部と反対側で、かつパワー基板の角部付近の位置に配設されている。
【００１８】
また、制御基板は、パワー基板と概略平行に配置されるとともに、コンデンサと重なる部分が切り欠かれている。
【００１９】
また、トルクセンサと電気的に接続されるトルクセンサコネクタは、ハウジングと別体に構成され、ハウジングの凹部側で、かつパワーコネクタの反対側に配置されている。
【００２０】
また、トルクセンサコネクタは、少なくとも１部がパワー基板を介してヒートシンクに固定されている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す一部ブロック図である。図１において、４０は図示しない車両のハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータ、４１は電動モータ４０を駆動するためのモータ電流ＩＭを供給するバッテリである。また、４２はモータ電流ＩＭのリップル成分を吸収するための大容量（２２００μＦ程度）のコンデンサ、４３はモータ電流ＩＭを検出するためのシャント抵抗器、４４はモータ電流ＩＭを補助トルクの大きさおよび方向に応じて切り換えるための例えばＦＥＴ等の複数の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４からなるブリッジ回路、４９は電磁ノイズを除去するためのコイルである。
【００２２】
Ｐ１およびＰ２は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をブリッジ接続するとともにシャント抵抗器４３およびブリッジ回路４４を接続する配線パターン、Ｐ３はブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンである。４５は電動モータ４０およびバッテリ４１をブリッジ回路４４に接続するための複数のリード端子からなるコネクタ、Ｌ２は電動モータ４０およびバッテリ４１とコネクタ４５を接続するための外部配線、４６はモータ電流ＩＭを必要に応じて通電遮断するための常開の電源リレー、Ｐ４は電源リレー４６、コンデンサ４２およびシャント抵抗器４３を接続する配線パターン、Ｐ５はコネクタ４５をグランドに接続する配線パターンであり、コンデンサ４２の一端をグランドに接続する配線パターンも含む。ブリッジ回路４４の出力端子となる配線パターンＰ３はコネクタ４５に接続されている。
【００２３】
４７はブリッジ回路４４を介して電動モータ４０を駆動するとともに、電源リレー４６およびモータリレー６０を駆動する駆動回路、Ｌ３は駆動回路４７を電源リレー４６およびモータリレー６０の励磁コイルに接続する導電線、Ｌ４は駆動回路４７をブリッジ回路４４に接続する導電線、４８はシャント抵抗器４３の一端を介してモータ電流ＩＭを検出するモータ電流検出手段であり、駆動回路４７およびモータ電流検出手段４８は後述するマイクロコンピュータの周辺回路素子を構成している。また、５０はハンドルの操舵トルクＴを検出するトルクセンサ、５１は車両の車速Ｖを検出する車速センサである。さらに、５５はトルクセンサ５０および車速センサ５１の出力を入力し操舵トルクＴおよび車速Ｖに基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流ＩＭをフィードバックして補助トルクに相当する駆動信号を生成するマイクロコンピュータ（ＥＣＵ）であり、ブリッジ回路４４を制御するための回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０を駆動信号として駆動回路４７に入力する。
【００２４】
マイクロコンピュータ５５は、電動モータ４０の回転方向指令Ｄ０および補助トルクに相当するモータ電流指令Ｉｍを生成するモータ電流決定手段５６と、モータ電流指令Ｉｍとモータ電流ＩＭとの電流偏差ΔＩを演算する演算手段５７と、電流偏差ΔＩからＰ（比例）項、Ｉ（積分）項およびＤ（微分）項の補正量を算出してＰＷＭデューティ比に相当する電流制御量Ｉ０を生成するＰＩＤ演算手段５８とを備えている。また、図示していないが、マイクロコンピュータ５５は、ＡＤ変換器やＰＷＭタイマ回路等の他に周知の自己診断機能を含み、システムが正常に動作しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生すると駆動回路４７を介して電源リレー４６を開放し、モータ電流ＩＭを遮断するようになっている。Ｌ５はマイクロコンピュータ５５を駆動回路４７に接続するための導電線である。
【００２５】
そして、本実施の形態においては、モータ電流を開閉するモータ用リレー６０が電動モータ４０と駆動回路４７との間に配設されている。そして、電動モータ４０とバッテリ４１との間に介在された回路要素４２〜４４、４６、４９、６０、配線パターンＰ１〜Ｐ５、導電線Ｌ２は、大電流のモータ電流ＩＭに対応するために、放熱性および耐久性等を考慮して、大型に構成されている。一方、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出回路４８を含む周辺回路素子、導電線Ｌ３〜Ｌ５は、小電流に対応しており、また高密度が要求されるため、小型に構成されている。
【００２６】
次に、動作について説明する。マイクロコンピュータ５５は、トルクセンサ５０および車速センサ５１から操舵トルクＴおよび車速Ｖを取り込むとともに、シャント抵抗器４３からモータ電流ＩＭをフィードバック入力し、パワーステアリングの回転方向指令Ｄ０と、補助トルクに相当する電流制御量Ｉ０とを生成し、導電線Ｌ５を介して駆動回路４７に入力する。駆動回路４７は、定常駆動状態では導電線Ｌ３を介した指令により常開の電源リレー４６およびモータリレー６０を閉成しており、回転方向指令Ｄ０および電流制御量Ｉ０が入力されると、ＰＷＭ駆動信号を生成し、導電線Ｌ４を介してブリッジ回路４４の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に印加する。これにより、電動モータ４０は、バッテリ４１から外部配線Ｌ２、コネクタ４５、コイル４９、電源リレー４６、配線パターンＰ４、シャント抵抗器４３、配線パターンＰ１、ブリッジ回路４４、配線パターンＰ３、コネクタ４５、モータリレー６０および外部配線Ｌ２を介して供給されるモータ電流ＩＭにより駆動され、所要方向に所要量の補助トルクを出力する。
【００２７】
このとき、モータ電流ＩＭは、シャント抵抗器４３およびモータ電流検出手段４８を介して検出され、マイクロコンピュータ５５内の演算手段５７にフィードバックされることにより、モータ電流指令Ｉｍと一致するよう制御される。また、モータ電流ＩＭは、ブリッジ回路４４のＰＷＭ駆動時のスイッチング動作によりリップル成分を含むが、大容量のコンデンサ４２により平滑されて制御される。さらに、コイル４９は、上記ブリッジ回路４４がＰＷＭ駆動時に、スイッチング動作することにより発生するノイズが外部に放出されて、ラジオノイズとなることを防止する。
【００２８】
図２はこの発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の分解斜視図、図３はハウジングの部品取り付け状態を示す上面図、図４は図３のIV-IV線に沿う電動式パワーステアリング回路装置の矢視断面図、図５は導電板の展開図、図６は導電板のインサート成型前の状態を示す斜視図である。
【００２９】
図１乃至図６において、制御基板６１は絶縁プリント基板からなる。そして、マイクロコンピュータ５５、駆動回路４７およびモータ電流検出回路４８（図示せず）を含む周辺回路素子（小電流部品）が、制御基板６１上の配線パターン（Ｌ５等）に半田付けされて実装されている。
【００３０】
パワー基板としての金属基板６２は、例えばＨＩＴＴ基板（電気化学工業の商品名）からなり、２ｍｍのアルミニウム板上に８０μｍの絶縁層を介して、配線パターン（Ｐ１、Ｐ２等）が７０μｍの銅パターンとして形成されている。この金属基板６２は、裏面をヒートシンク６３の一側のほぼ半分わたって密接するようにヒートシンク６３上に取り付けられ、放熱機能が増大されている。また、ブリッジ回路４４を構成する半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、コンデンサ４２、シャント抵抗器４３等の大電流部品が金属基板６２上の配線パターン（Ｐ１、Ｐ２等）に半田付けされて実装されている。この金属基板６２上に形成された配線パターンは、大電流に対応できるように十分な断面容量を有し、モータ電流ＩＭが流れる回路要素を実装できるようになっている。
【００３１】
ハウジング６４は、ヒートシンク６３とほぼ一致する外径形状を有し、導電板６５、接続端子６６、信号用コネクタ６７の端子６７ａが絶縁性樹脂にインサート成型されて作製されるものである。ハウジング６４には、図４の下方側に開口を有する凹部６４ａが形成されている。この凹部６４ａには、電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９が収納されている。さらに、ハウジング６４には、凹部６４ａの反対側において、図２の上下方向に貫通する空間で図２の上下に開口を有する開口部６４ｂが形成されている。この開口部６４ｂ内には、金属基板６２が配設される。さらにまた、ハウジング６４には、パワーコネクタ４５が凹部６４ａ側の側面に突出して形成され、また、信号用コネクタ６７がパワーコネクタ４５と並んで金属基板６２側の側面に突出して形成されている。この信号用コネクタ６７は、トルクセンサ５０および車速センサ５１に接続される端子を含んでいる。
【００３２】
また、導電板６５は導電性の優れた銅合金の１枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー６５ａ（図５のハッチング部分）で部分的に繋がれて形成されている（導電性金属板作製工程）。このように形成された導電板６５は、図５に示す１８箇所の１点鎖線で折り曲げられて、図６に示すような立体形状とされ、その後、タイバー６５ａが露出するように絶縁性樹脂にインサート成型される。そして、インサート成型の後、露出されたタイバーが切断されて、電動モータ４０とバッテリ４１の間に介在される電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９等の回路要素を接続する配線パターンを構成する（不要部分除去工程）。
【００３３】
そして、この配線パターンの一部が露出して前記回路要素の端子を接続する電極を形成し、また他の一部がパワーコネクタ４５内に延出してパワーコネクタ４５内の端子６５ｂを形成する。この配線パターンの露出部の電極の孔に電源リレー４６、モータリレー６０およびコイル４９等の端子が挿入されて半田付けされる。一方、前記パワーコネクタ４５内の端子６５ｂは２段、２列で構成され、一方の列はバッテリ４１に接続され、他方の列は電動モータ４０に接続されるとともに、例えば図４において上側となる端子６５ｂは、電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９と接続される電極部まで同一面で形成されている。さらに、配線パターンの一部が開口部６４ｂ内に露出して、配線パターンＰ４、Ｐ５に相当する電源端子６５ｃ、配線パターンＰ３に相当するモータ端子６５ｄを構成している。
【００３４】
ハウジング６４は、金属基板６２の対向する辺の中央付近において、２個のネジ６８で金属基板６２に締着されている。図３に示されるように、これら２個のネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの近傍において、電源端子６５ｃ、モータ端子６５ｄおよび接続端子６６が金属基板６２の配線パターンに半田接合されている。また、その配置は、Ｉ−Ｉ線を挟んで一方の側に２個の電源端子６５ｃが配設され、もう一方の側に２個のモータ端子６５ｄが配設されている。さらに、接続端子６６の金属基板６２との接合部の反対側は、信号用コネクタ６７の端子６７ａの近傍に配設されており、また、接続端子６６の制御基板６１を取り付けた際に制御基板６１の各スルーホール内に挿入される部分は、２列に整列されて配置されている。
【００３５】
図６に良く示されるように、導電板６５からは、制御基板６１への電源供給用端子、電源リレー４６およびモータリレー６０の駆動するための信号用端子等が制御基板６１側に突出しており、制御基板６１を取り付けた際に、制御基板６１の各スルーホール内に挿入されて、半田付けされる。そして、コンデンサ４２は、制御基板６１のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ６７およびハウジング凹部６４ａと反対側の金属基板６２の角部に配設されている。さらに、制御基板６１と金属基板６２とは、ハウジング６４を挟んで図２の上下方向で平行に配置されており、制御基板６１のコンデンサ４２と重なる角部は、コンデンサ４２と接触しないように切り欠いて削除されている。
【００３６】
金属基板６２が固定されたハウジング６４は、金属基板６２の角部の４箇所と、ハウジング凹部６４ａの外側１箇所の合計５箇所において、ネジ６９でヒートシンク６３に締着されている。カバー７０は鉄にて作製され、金属基板６２、ハウジング６４および制御基板６１を覆うように被せられて縁部がヒートシンク６３に固定される。
【００３７】
このように構成された電動式パワーステアリング回路装置を組み立てるには、まず、各電極にクリーム半田を塗布した制御基板６１上にマイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子等の部品を配置し、リフロ装置を用いて、制御基板６１の下側から、または周囲の雰囲気全体を熱し、クリーム半田を溶かして各部品を半田付けする。同様に、各電極にクリーム半田を塗布した金属基板６２上に半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、シャント抵抗器４３およびコンデンサ４２等の部品を配置し、金属基板６２上にハウジング６４を被せてネジ６８で固定し、リフロ装置を用いてクリーム半田を溶かし、各部品と端子６５ｃ、６５ｄおよび接続端子６６を半田付けする。このとき、端子６５ｃ、６５ｄおよび接続端子６６は、弾性変形することにより先端部が金属基板６２に押し付けられており、その反力で金属基板６２が変形しようとするが、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの近傍に、電源端子６５ｃ、モータ端子６５ｄおよび接続端子６６が配置されているので、金属基板６２の変形が抑制される。また、大電流が流れるため幅が広くなって曲げ剛性の大きい端子６５ｃ、６５ｄが、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの両側に２個ずつ配置されているので、金属基板６２の変形が両側均等に近づき、金属基板６２の変形が抑制される。さらに、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの一方の側に２個の電源端子６５ｃが近接して配設され、もう一方の側に２個のモータ端子６５ｄが近接してグループとして配設されているので、それぞれのグループで電流が往復しており、電磁ノイズの発生が抑制される。そして、電源リレー４６、モータリレー６０およびコイル４９等がハウジング６４の凹部６４ａ内に納められ、導電板６５の電極から突出する各部品の端子が部分噴流により一括で半田付け接合され、ハウジング６４に各部品が実装される。
【００３８】
ついで、制御基板６１がハウジング６４の上部に配置される。そして、ハウジング６４側の導電板６５の端子、接続端子６６および信号用コネクタ６７の端子６７ａが制御基板６１のスルーホール内に挿入され、部分噴流により一括で半田付け接合される。このとき、制御基板６１のスルーホール内に挿入される接続端子６６および信号用コネクタ６７の端子６７ａが混合され、かつ、２列に整列して配置されているので、端子を制御基板６１のスルーホールへ挿入することが容易である。さらに、制御基板６１のスルーホール内に挿入される端子が、制御基板６１の二辺に集中しているので、端子をスルーホールへ挿入することが容易である。また、コンデンサ４２は、制御基板６１のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ６７およびハウジング凹部６４ａと反対側の金属基板６２の角部に配設されており、制御基板６１は、コンデンサ４２と重なる角部が切り欠いた形状に形成されているので、制御基板６１をハウジング６４に装着したとき、制御基板６１とコンデンサ４２の干渉が無く、装置の高さを低くすることができる。ついで、ハウジング６４を上方からヒートシンク６３上に配置し、ネジ６９により固定する。このとき、金属基板６２は、四隅のネジ６９によりヒートシンク６３に固定されるので、金属基板６２が密着してヒートシンク６３押し付けられる。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、マイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子等の小電流部品のみが制御基板６１に実装されているので、配線パターンの幅や厚さを大きくする必要がなく、部品の高密度実装が可能となり、基板の小型化を図ることができる。また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４、シャント抵抗器４３およびコンデンサ４２等の大電流部品が金属基板６２に実装され、この金属基板６２がヒートシンク６３に密接状態で取り付けられているので、大電流部品および配線パターンからの発熱量が金属基板６２を介してヒートシンク６３に有効に伝達され、ヒートシンク６３から外気に放熱され、金属基板６２を小型化しても温度上昇を抑制できるとともに、配線パターンの耐熱性および耐久性を損なうこともない。
【００４０】
また、導電板６５は導電性の優れた銅合金の１枚の板よりプレス加工により形成され、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないようタイバー６５ａ（図５のハッチング部分）で部分的につながれており、タイバー６５ａが露出するように絶縁性樹脂にインサート成型され、その後、露出されたタイバーが切断されて、電動モータ４０とバッテリ４１の間に介在される電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９等の回路要素を接続する配線パターンを構成しているので、材料の歩留まりがよく、低コスト化を図ることができ、導電板６５は、ハウジング６４の成形型への装填性がよくなり、作業性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、パワーコネクタ４５の端子６５ｂは２段、２列で構成され、図４の上段側は電源リレー４６、モータリレー６０、コイル４９と接続される電極部まで同一面で形成されているので、導電板６５の材料の歩留まりがよく、プレス加工において曲げの工程が少なくなるため、コスト低減を図ることができる。
【００４２】
また、ハウジング６４は、金属基板６２の対向する辺の中央付近において、２個のネジ６８で金属基板６２に取り付けられ、これら２個のネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの近傍に、電源端子６５ｃ、モータ端子６５ｄおよび接続端子６６が金属基板６２の配線パターンに半田接合されているので、金属基板６２の変形が抑制され、リフロ後ヒートシンク６３に密接させたとき金属基板６２の変形が抑制され、金属基板６２の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
【００４３】
また、大電流が流れるため幅が広くなって曲げ剛性の大きい端子６５ｃ、６５ｄが、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの両側に２個ずつ配置されているので、金属基板６２の変形が両側均等に近づき、金属基板６２の変形が抑制され、金属基板６２の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
【００４４】
また、ネジ６８を結ぶ線Ｉ−Ｉの一方の側に２個の電源端子６５ｃが近接して配設され、もう一方の側に２個のモータ端子６５ｄが近接してグループとして配設されているので、それぞれのグループで電流が往復して電磁ノイズの発生が抑制され、ラジオノイズの低減を図ることができる。
【００４５】
また、接続端子６６の金属基板６２との接合部の反対側は、信号用コネクタ６７の端子６７ａの近傍に配設され、制御基板６１を取り付けた際に、制御基板６１の各スルーホール内に挿入される部分は、２列に整列されて配置されるとともにハウジング６４に一体的にインサート成型されているので、端子を制御基板６１のスルーホールへ挿入することが容易になり作業性が向上する。
【００４６】
また、コンデンサ４２は、制御基板６１のスルーホールへ挿入される端子から離れた位置、すなわち信号用コネクタ６７およびハウジング凹部６４ａと反対側の金属基板６２の角部に配設され、制御基板６１は、コンデンサ４２と重なる角部が切り欠いた形状に形成されているので、制御基板６１をハウジング６４に装着したとき、制御基板６１とコンデンサ４２の干渉が無く、高さ方向の小型化を図ることができる。
【００４７】
また、金属基板６２は、四隅のネジ６９によりヒートシンク６３に固定されるので、金属基板６２が密着してヒートシンク６３に押し付けられ、耐熱性および耐久性の向上を図ることができる。なお、金属基板６２としてＨＩＴＴ基板を用いているが、金属基板６２はＨＩＴＴ基板に限定されるものではなく、配線パターンが絶縁層を介してアルミニウム等の伝熱性のよい金属ベース上に形成されたものであればよい。また、リレーは、電源リレー４６またはモータリレー６０のいずれか１個を取り付ける場合であってもよい。また、パワーコネクタ４５は電源用の２極と、電動モータ用の２極を並べて配置しているが、４極の１個のコネクタで構成してもよい。また、ハウジング６４と金属基板６２の固定および金属基板６２が組み立てられたハウジング６４とヒートシンク６３の固定はネジ６８、６９を用いたが、リベット等他の固定手段であってもよい。
【００４８】
実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す分解斜視図、図８はこの発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジングの部品取り付け状態を示す上面図である。本実施の形態は電動式パワーステアリング回路装置がトルクセンサ５０の近傍に装着され、トルクセンサ５０と直接結線される場合に有効である。
【００４９】
図７、図８において、トルクセンサコネクタ８０は、ハウジング６４とは別の部品で構成され、トルクセンサ５０に接続される端子８０ａが装着されて、ハウジング６４の凹部６４ａ側（図４）でかつ、パワーコネクタ４５の反対側に、２個のネジ６９でヒートシンク６３に固定されている。このとき、トルクセンサコネクタ８０は、一方のネジ６９で金属基板６２を介してヒートシンク６３に固定され、もう一方のネジ６９で直接ヒートシンク６３に固定されている。そして、本実施の形態においては、信号用コネクタ６７からトルクセンサ５０に接続される端子をトルクセンサコネクタ８０に移設しているので、信号用コネクタ６７は車速センサ５１に接続される端子を含んでいるが、トルクセンサ５０に接続される端子は含んでいない。
なお、他の構成は上述の実施の形態１と同様に構成されている。
【００５０】
本実施の形態では、マイクロコンピュータ５５およびその周辺回路素子等の部品が半田付けされて実装された制御基板６１のスルーホールに、トルクセンサコネクタ８０の端子８０ａを挿入し、トルクセンサコネクタ８０が装着された制御基板６１がハウジング６４の上部に配置される。そして、ハウジング６４側の導電板６５端子、接続端子６６および信号用コネクタ６７の端子６７ａが制御基板６１のスルーホール内に挿入され、部分噴流によりトルクセンサコネクタ８０の端子８０ａを含めて一括で半田付け接合される。ここで、制御基板６１のスルーホール内に挿入される端子が、制御基板６１の三辺になるが、その内の一辺のトルクセンサコネクタ８０端子８０ａは予め挿入されているので、制御基板６１のスルーホール内に挿入されるハウジング６４の端子が、制御基板６１の二辺となり、端子をスルーホールへ挿入することが容易である。ついで、ハウジング６４を上方からヒートシンク６３上に配置し、ネジ６９により固定する。このとき、金属基板６２は、四隅の内、３箇所はハウジング６４を介してネジ６９によりヒートシンク６３に固定され、残りの１箇所はトルクセンサコネクタ８０を介してヒートシンク６３に固定されるので、金属基板６２が密着してヒートシンク６３押し付けられる。また、金属基板６２固定用ネジ６９の一箇所は、トルクセンサコネクタ８０の取り付けネジ６９と共用しているのでネジ６９の使用数が削減される。
【００５１】
このように本実施の形態によれば、トルクセンサコネクタ８０は、ハウジング６４とは別の部品で構成され、制御基板６１のスルーホール内に端子８０ａが予め挿入されているので、端子を制御基板６１のスルーホールへ挿入することが容易になり、作業性の向上を図ることができる。また、ハウジング６４の凹部６４ａ側でかつ、パワーコネクタ４５の反対側に配置され、一方のネジ６９で金属基板６２を介してヒートシンク６３に固定され、もう一方のネジ６９で直接ヒートシンク６３に固定されているので、ネジ６９の使用数が削減され、コストの低減を図ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００５３】
この発明に係る電動式パワーステアリング回路装置は、車両のハンドルに連結されハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、車両の車速を検出する車速センサと、ハンドルに対する補助トルクに基づいて電動モータの駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、ハンドルの操舵トルクと車両の車速に基づいてブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、バッテリからブリッジ回路に供給される駆動電流を開閉する電源リレーと、ブリッジ回路から電動モータに供給される駆動電流を開閉するモータリレーと、電動モータおよびバッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、一端がパワーコネクタに接続され電動モータの駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、パワー基板と制御基板とを電気的に接続する接続端子と、絶縁性樹脂でなり、パワーコネクタ、導電板および接続端子がインサート成型されるハウジングと、半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクとを備えた電動パワーステアリング回路装置において、ハウジングにインサート成型される前の導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、配線パターンはインサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるので、材料の歩留まりが良くなり低コスト化を図ることができる。また、各々の回路パターンはインサート成型前に分散しないのでハウジングの成形型への装填性がよくなり、組立作業性の向上した電動式パワーステアリング回路装置を得ることができる。
また、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する固定位置の近傍でパワー基板と電気的に接続されているので、パワー基板の変形が抑制され、パワー基板の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減されて耐久性が向上する。
また、導電板は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍でパワー基板と電気的に接続されているので、パワー基板の変形がさらに抑制され、耐久性がさらに向上する。
また、導電板とパワー基板との電気的接続箇所は、バッテリに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所と、電動モータに接続される導電板とパワー基板とが電気的接続された箇所とに、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されているので、分割されたそれぞれの構成要素間で電流が往復して流れて電磁ノイズの発生が抑制され、ラジオノイズが防止される。
【００５４】
また、導電板とパワー基板の電気的接続箇所は、パワー基板とハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されているので、パワー基板の変形が両側均等に近づき、パワー基板の配線パターンの半田接合部に印加される応力が低減され、耐久性が向上する。
【００５５】
また、接続端子は、少なくとも車速センサと電気的に接続される端子を含む信号用コネクタの近傍に配設されているので、そのため、端子を制御基板のスルーホールへ挿入すること容易になり、作業性の向上を図ることができる。
また、信号用コネクタは、ハウジングと一体成型されるとともに、接続端子と信号用コネクタの端子は、制御基板と電気的に接続される箇所が整列して設けられているので、端子を制御基板のスルーホールへ挿入する作業が容易になり、作業性が向上する。
【００５６】
また、ハウジングには、コイル、電源リレー、またはモータリレーのうち、少なくとも１つが挿入される凹部が形成され、コンデンサは、ハウジングの信号用コネクタおよび凹部と反対側で、かつパワー基板の角部付近の位置に配設されているので、制御基板の配線パターンの形成および部品の実装が有効に行え、装置の小型化を図ることができる。
【００５７】
また、制御基板は、パワー基板と概略平行に配置されるとともに、コンデンサと重なる部分が切り欠かれているので、制御基板をハウジングに装着したとき、制御基板とコンデンサの干渉が無く、高さ方向の小型化を図ることができる。
【００５８】
また、トルクセンサと電気的に接続されるトルクセンサコネクタは、ハウジングと別体に構成され、ハウジングの凹部側で、かつパワーコネクタの反対側に配置されているので、制御基板のスルーホール内にトルクセンサコネクタの端子を予め挿入することができ、制御基板をハウジングに装着することが容易になり、作業性の向上を図ることができる。
【００５９】
また、トルクセンサコネクタは、少なくとも１部がパワー基板を介してヒートシンクに固定されているので、耐熱性および耐久性が向上するとともに、ネジの使用数が削減されコストが低減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す一部ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の分解斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジングの部品取り付け状態を示す上面図である。
【図４】図３のIV-IV線に沿う電動式パワーステアリング回路装置の矢視断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の導電板の展開図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る電動式パワーステアリング回路装置の導電板のインサート成型前の状態を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る電動式パワーステアリング回路装置におけるハウジングの部品取り付け状態を示す上面図である。
【図９】一般的な電動式パワーステアリングを搭載した車両のシステム構成図である。
【図１０】一般的な電動式パワーステアリング回路装置を一部ブロック図で示す回路図である。
【図１１】一般的な電動式パワーステアリング回路装置の回路構成を示す平面図である。
【符号の説明】
３０ ハンドル、４０ 電動モータ、４１ バッテリ、４２ コンデンサ、４５ パワーコネクタ、４６ 電源リレー、４９ コイル、５０ トルクセンサ、５１ 車速センサ、５５ マイクロコンピュータ、６０ モータリレー、６１ 制御基板、６２ 金属基板（パワー基板）、６３ ヒートシンク、６４ ハウジング、６４ａ ハウジングの凹部、６５ 導電板、６６ 接続端子、６７ 信号用コネクタ、６７ａ 信号用コネクタの端子、６８，６９ ネジ、８０ トルクセンサコネクタ。
Claims (7)
- 車両のハンドルに連結され該ハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、
上記電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、
上記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記車両の車速を検出する車速センサと、
上記ハンドルに対する上記補助トルクに基づいて上記電動モータの上記駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および該駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、
上記ハンドルの操舵トルクと上記車両の車速に基づいて上記ブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、
上記ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、
上記バッテリから上記ブリッジ回路に供給される上記駆動電流を開閉する電源リレーと、
上記ブリッジ回路から上記電動モータに供給される上記駆動電流を開閉するモータリレーと、
上記電動モータおよび上記バッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、
一端が上記パワーコネクタに接続され上記電動モータの上記駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、
上記パワー基板と上記制御基板とを電気的に接続する接続端子と、
絶縁性樹脂でなり、上記パワーコネクタ、上記導電板および上記接続端子がインサート成型されるハウジングと、
上記半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクと
を備えた電動パワーステアリング回路装置において、
上記ハウジングにインサート成型される前の上記導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、該配線パターンは該インサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、
上記導電板は、上記パワー基板と上記ハウジングとを固定する固定位置の近傍で上記パワー基板と電気的に接続されており、
上記導電板は、上記パワー基板と上記ハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の近傍で上記パワー基板と電気的に接続されており、
上記導電板と上記パワー基板との電気的接続箇所は、上記バッテリに接続される導電板と上記パワー基板とが電気的接続された箇所と、上記電動モータに接続される導電板と上記パワー基板とが電気的接続された箇所とに、上記パワー基板と上記ハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線で分割されている
ことを特徴とする電動式パワーステアリング回路装置。 - 上記導電板と上記パワー基板の電気的接続箇所は、上記パワー基板と上記ハウジングとを固定する複数の固定位置を結ぶ線の両側に同じ個数ずつ配設されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング回路装置。 - 車両のハンドルに連結され該ハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、
上記電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、
上記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記車両の車速を検出する車速センサと、
上記ハンドルに対する上記補助トルクに基づいて上記電動モータの上記駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および該駆動電流のリップル を吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、
上記ハンドルの操舵トルクと上記車両の車速に基づいて上記ブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、
上記ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、
上記バッテリから上記ブリッジ回路に供給される上記駆動電流を開閉する電源リレーと、
上記ブリッジ回路から上記電動モータに供給される上記駆動電流を開閉するモータリレーと、
上記電動モータおよび上記バッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、
一端が上記パワーコネクタに接続され上記電動モータの上記駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、
上記パワー基板と上記制御基板とを電気的に接続する接続端子と、
絶縁性樹脂でなり、上記パワーコネクタ、上記導電板および上記接続端子がインサート成型されるハウジングと、
上記半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクと
を備えた電動パワーステアリング回路装置において、
上記ハウジングにインサート成型される前の上記導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、該配線パターンは該インサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、
上記接続端子は、少なくとも上記車速センサと電気的に接続される端子を含む信号用コネクタの近傍に配設されており、
上記信号用コネクタは、上記ハウジングと一体成型されるとともに、上記接続端子と上記信号用コネクタの端子は、上記制御基板と電気的に接続される箇所が整列して設けられている
ことを特徴とする電動式パワーステアリング回路装置。 - 上記ハウジングには、コイル、電源リレー、またはモータリレーのうち、少なくとも１つが挿入される凹部が形成され、上記コンデンサは、該ハウジングの上記信号用コネクタおよび上記凹部と反対側で、かつ上記パワー基板の角部付近の位置に配設されている
ことを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング回路装置。 - 車両のハンドルに連結され該ハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、
上記電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、
上記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記車両の車速を検出する車速センサと、
上記ハンドルに対する上記補助トルクに基づいて上記電動モータの上記駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および該駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、
上記ハンドルの操舵トルクと上記車両の車速に基づいて上記ブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、
上記ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、
上記バッテリから上記ブリッジ回路に供給される上記駆動電流を開閉する電源リレーと、
上記ブリッジ回路から上記電動モータに供給される上記駆動電流を開閉するモータリレーと、
上記電動モータおよび上記バッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、
一端が上記パワーコネクタに接続され上記電動モータの上記駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、
上記パワー基板と上記制御基板とを電気的に接続する接続端子と、
絶縁性樹脂でなり、上記パワーコネクタ、上記導電板および上記接続端子がインサート成型されるハウジングと、
上記半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクと
を備えた電動パワーステアリング回路装置において、
上記ハウジングにインサート成型される前の上記導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、該配線パターンは該インサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、
上記制御基板は、上記パワー基板と概略平行に配置されるとともに、上記コンデンサと重なる部分が切り欠かれている
ことを特徴とする電動式パワーステアリング回路装置。 - 車両のハンドルに連結され該ハンドルに対して補助トルクを出力する電動モータと、
上記電動モータに駆動電流を供給するバッテリと、
上記ハンドルの操舵トルクを検出するトルクセンサと、
上記車両の車速を検出する車速センサと、
上記ハンドルに対する上記補助トルクに基づいて上記電動モータの上記駆動電流を切り換える複数の半導体スイッチング素子からなるブリッジ回路および該駆動電流のリップルを吸収するコンデンサを搭載するパワー基板と、
上記ハンドルの操舵トルクと上記車両の車速に基づいて上記ブリッジ回路を制御する駆動信号を生成するマイクロコンピュータおよびその周辺回路素子を搭載する制御基板と、
上記ブリッジ回路のスイッチング動作時に発生するノイズの外部流出を防止するコイルと、
上記バッテリから上記ブリッジ回路に供給される上記駆動電流を開閉する電源リレーと、
上記ブリッジ回路から上記電動モータに供給される上記駆動電流を開閉するモータリレーと、
上記電動モータおよび上記バッテリと電気的に接続されるパワーコネクタと、
一端が上記パワーコネクタに接続され上記電動モータの上記駆動電流が流れる配線パターンが形成された導電板と、
上記パワー基板と上記制御基板とを電気的に接続する接続端子と、
絶縁性樹脂でなり、上記パワーコネクタ、上記導電板および上記接続端子がインサート成型されるハウジングと、
上記半導体スイッチング素子の発熱を放熱するヒートシンクと
を備えた電動パワーステアリング回路装置において、
上記ハウジングにインサート成型される前の上記導電板は、配線パターンが連続的に繋がれて形成された一枚の導電性金属板で構成され、該配線パターンは該インサート成型の後に不要部分が除去されて所定の配線パターンとなるとともに、
上記トルクセンサと電気的に接続されるトルクセンサコネクタは、上記ハウジングと別体に構成され、上記ハウジングの凹部側で、かつ上記パワーコネクタの反対側に配置されている
ことを特徴とする電動式パワーステアリング回路装置。 - 上記トルクセンサコネクタは、少なくとも１部が上記パワー基板を介して上記ヒートシンクに固定されている
ことを特徴とする請求項６に記載の電動式パワーステアリング回路装置。
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