JP3772986B2 - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、ステアリングの操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置に関する。

現在、モータの回転出力によってステアリングの操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略す）が実用化されている。このＥＰＳは、操舵力を補助するためのモータ、操舵トルクを検出するトルクセンサ、異常時にモータと操舵機構とを切り離す電磁クラッチ、およびトルクセンサの検出値や車速信号等に基づいてモータ電流を制御する制御回路等から構成されている。このＥＰＳは、車両のエンジンルーム下方位置に取り付けられるため、僅かの水深においても走行速度によって水没したり、泥水や雪等が付着する可能性があり、劣悪な環境に配置されている。このため、制御回路は環境の良い車室内に搭載されるのが一般的である。

ところが、従来の電動式パワーステアリング装置では、以下の問題がある。

(1)制御回路は、モータや電磁クラッチ、あるいは操舵角を検出する回転角センサ等と多くの信号線を結線する必要がある。このため、これらの信号線を接続する結線用コネクタが多くなることから、制御回路が大型化する。

また、結線用コネクタが多くなることで、コネクタの接触不良を生じやすい。

(2)制御回路を車室内に搭載するためには、前記の信号線を車室内とエンジンルームとを仕切る隔壁を貫通させる必要があるため、結線に掛かる工数が増大する。特に大電流を流すモータ電流の配線は、配線抵抗を小さくするために太くする必要があるため、取回しが難しい。

(3)ＥＰＳでは、モータ電流をトランジスタのスイッチング動作によって制御しているため、そのスイッチング動作に伴って電波ノイズが発生する。

本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、装置の小型化と配線の簡略化を図るとともに、電波ノイズが少なく信頼性の高い電動式パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成を採用した。請求項１では、車両の操舵機構に連結された出力軸と、この出力軸を介して前記操舵機構をトルクアシストするモータと、このモータへ流れる電流を制御する制御回路とを備え、前記制御回路を前記モータと一体化してモータハウジングに収容し、前記制御回路は、前記モータハウジング内で前記モータの側方に配置されており、前記モータハウジングは、前記モータおよび前記制御回路等の各構成部品が組付けられるエンドフレームと、前記各構成部品を覆って前記エンドフレームに気密に組み合わされる有底筒状のモータケースとから成り、前記エンドフレームと前記モータケースとの間から外部接続用のコネクタが気密に取り出されていることを特徴とする。さらに、前記モータは、回転軸を成すシャフトの一端側にブラシを通じて電流が流れるコンミテータを有し、このコンミテータが前記エンドフレーム側を向いて配置され、前記出力軸は、前記シャフトと同軸上に配されて、前記モータに対して前記エンドフレーム側で前記シャフトと駆動連結されていることを特徴とする。

請求項２では、請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置において、前記制御回路は、外部接続用のコネクタが一体に設けられていることを特徴とする。

請求項３では、請求項１または２に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、操舵角を検出して前記制御回路へ出力する操舵角検出手段を備え、この操舵角検出手段を前記制御回路とともに前記モータと一体化して前記モータハウジングに収容したことを特徴とする。

請求項４では、請求項３に記載した電動式パワーステアリング装置において、前記制御回路から出力される駆動信号を受けて前記モータと前記出力軸との連結状態を切り離す保護手段を備え、この保護手段を前記制御回路、前記操舵角検出手段とともに前記モータと一体化して前記モータハウジングに収容したことを特徴とする。

請求項５では、請求項４に記載した電動式パワーステアリング装置において、前記保護手段は、前記モータと一体に回転する駆動側回転体、および前記出力軸と一体に回転する従動側回転体を有し、前記駆動信号を受けた時に前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを切り離す電磁クラッチであり、前記操舵角検出手段は、前記従動側回転体に設けた磁性体と、前記従動側回転体の外周で前記磁性体と対向して配されて、前記従動側回転体の回転に伴う磁束変化を検出する磁気検出手段とから成ることを特徴とする。

請求項６では、請求項５に記載した電動式パワーステアリング装置において、前記磁気検出手段は、前記制御回路の基板上に組付けられていることを特徴とする。

請求項７では、請求項１〜６に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、前記制御回路は、Ｈブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子および前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴うバッテリ電流を平滑するコンデンサを有し、且つモータの界磁装置と平行な状態でモータの側方に配置することを特徴とする。

請求項８では、請求項１〜７に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、前記ブラシは、前記コンミテータを中心として前記制御回路と反対側に配置されていることを特徴とする。

請求項９では、請求項１〜８に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、前記制御回路は、前記コネクタと一体を成す絶縁部材に接続端子が設けられて、この接続端子にモータ電流を制御するためのスイッチング素子がボンディングワイヤで結線されるとともに、前記ブラシのピグテールが接続されていることを特徴とする。

請求項１０では、請求項１〜９に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、前記モータケースは、磁性材料により設けられていることを特徴とする。

請求項１１では、請求項１〜１０に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、前記モータは、インバータの出力周波数によって回転速度を制御するブラシレスモータであることを特徴とする。

請求項１２では、車両の操舵機構に連結された出力軸と、この出力軸を介して前記操舵機構をトルクアシストするモータと、このモータへ流れる電流を制御する制御回路とを備え、前記制御回路を前記モータと一体化してモータハウジングに収容した電動式パワーステアリング装置であって、前記モータハウジングは、前記モータおよび前記制御回路等の各構成部品が組付けられるエンドフレームと、前記各構成部品を覆って前記エンドフレームに気密に組み合わされる有底筒状のモータケースとから成り、前記エンドフレームと前記モータケースとの間から外部接続用のコネクタが気密に取り出され、前記モータは、回転軸を成すシャフトの一端側にブラシを通じて電流が流れるコンミテータを有し、このコンミテータが前記エンドフレーム側を向いて配置され、前記出力軸は、前記シャフトと同軸上に配されて、前記モータに対して前記エンドフレーム側で前記シャフトと駆動連結され、前記制御回路は、前記コネクタが一体に設けられて、前記モータハウジング内で前記モータの側方に配置されていることを特徴とする。

（作用および発明の効果）
（請求項１）制御回路をモータと一体化してモータハウジングに収容したことにより、制御回路とモータとをモータハウジングの内部で結線することができる。このように、制御回路とモータを一体化することで、各々システムの小型化を図ることができる。また、制御回路とモータを内部結線することで、制御回路に設けられる外部接続用のコネクタが不要となり、ハーネス本数を削減することができる。これにより、システム全体においてコネクタの接触不良やハーネスの噛み込み等による信号伝達不良の発生確率を低くすることができるため、大幅に信頼性の向上を図ることができる。

さらに、制御回路をモータの側方に配置することにより、制御回路とモータとを接続するモータ配線を短くすることができる。モータや制御回路等の各構成部品をエンドフレームに組付けて、そのエンドフレームに各構成部品を覆うコップ状（有底筒状）のモータケースを気密に組付けることにより、モータハウジング全体を防水構造とすることができる。なお、外部接続用のコネクタは、エンドフレームとモータケースとの間から気密に取り出すことにより、防水性が損なわれることはない。モータは、エンドフレーム側で出力軸と駆動連結されるため、モータと出力軸との間に保護手段を備えるシステムでは、エンドフレーム側に保護手段が組付けられる。従って、モータは、シャフトの一端側に設けられたコンミテータがエンドフレーム側を向いて配置されることにより、制御回路との結線を必要とするブラシを保護手段に近接して配置することができる。これにより、制御回路と結線される内部配線を簡略化することができる。

（請求項２）制御回路をモータの側方に配置することにより、制御回路と一体にコネクタを設けて、そのコネクタをエンドフレームとモータケースとの間から取り出すことができる。

（請求項３）操舵角を検出する操舵角検出手段を有するシステムにおいては、制御回路の他に操舵角検出手段もモータと一体化してモータハウジングに収容することにより、制御回路と操舵角検出手段との結線もモータハウジングの内部で行なうことができる。

（請求項４）制御回路からの駆動信号を受けてモータと出力軸とを切り離す保護手段を有するシステムにおいては、制御回路および操舵角検出手段とともに保護手段もモータと一体化してモータハウジングに収容することにより、制御回路と保護手段との結線をモータハウジングの内部で行なうことができる。

（請求項５および６）操舵角検出手段は、保護手段である電磁クラッチの従動側回転体に磁性体を設けて、この磁性体が従動側回転体とともに回転することで生じる磁束変化を磁気検出手段で検出する構成としたことにより、操舵角検出手段として個別に回転体を設ける必要がない。また、磁気検出手段を制御回路の基板上に直接組付けることにより磁気検出手段との配線も不要となる。これらの結果、構成要素の大幅な削減が可能となる。

（請求項７）制御回路は、モータの界磁装置と平行な状態でモータの側方に配置することにより、Ｈブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子および各スイッチング素子のスイッチング動作に伴うバッテリ電流を平滑するコンデンサをエンドフレームの近くに配置できることから、各スイッチング素子のスイッチング動作に伴って発生する熱およびコンデンサから発生する熱を効率的にエンドフレームに伝達することができる。

（請求項８）ブラシは、コンミテータを中心として、モータの側方に配置された制御回路と反対側に配置することにより、ブラシへの配線（ピグテール）に自由度を持たせることができる。つまり、ブラシを制御回路側に配置した場合は、制御回路とブラシとを繋ぐ配線が短くなることでブラシにストレスをかけるため、ブラシの可動性が悪くなる。そこで、ブラシを制御回路と反対側に配置して配線に自由度を持たせることにより、ブラシの可動性を確保することができる。

（請求項９）ブラシのピグテールは、一般的に抵抗を下げるため銅の網線が用いられる。これに対して、制御回路では、スイッチング素子に対してボンディングワイヤによる結線が行なわれる。このように、ブラシとスイッチング素子とで結線方式が異なることから、制御回路の絶縁部材に接続端子を設けて、この接続端子にスイッチング素子からのボンディングワイヤを接続するとともに、ブラシのピグテールを接続する構造とした。

（請求項１０）モータケースを磁性材料により製造することで、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する電波ノイズをモータケースによる電磁シールド効果によって低減することができる。

（請求項１１）インバータの出力周波数によって回転速度を制御するブラシレスモータを採用しても良い。

（請求項１２）制御回路をモータと一体化してモータハウジングに収容したことにより、制御回路とモータとをモータハウジングの内部で結線することができる。このように、制御回路とモータを一体化することで、各々システムの小型化を図ることができる。また、制御回路とモータを内部結線することで、制御回路に設けられる外部接続用のコネクタが不要となり、ハーネス本数を削減することができる。これにより、システム全体においてコネクタの接触不良やハーネスの噛み込み等による信号伝達不良の発生確率を低くすることができるため、大幅に信頼性の向上を図ることができる。

また、モータや制御回路等の各構成部品をエンドフレームに組付けて、そのエンドフレームに各構成部品を覆うコップ状（有底筒状）のモータケースを気密に組付けることにより、モータハウジング全体を防水構造とすることができる。なお、外部接続用のコネクタは、エンドフレームとモータケースとの間から気密に取り出すことにより、防水性が損なわれることはない。

さらに、モータは、エンドフレーム側で出力軸と駆動連結されるため、モータと出力軸との間に保護手段を備えるシステムでは、エンドフレーム側に保護手段が組付けられる。従って、モータは、シャフトの一端側に設けられたコンミテータがエンドフレーム側を向いて配置されることにより、制御回路との結線を必要とするブラシを保護手段に近接して配置することができる。これにより、制御回路と結線される内部配線を簡略化することができる。

また、制御回路をモータの側方に配置することにより、制御回路と一体にコネクタを設けて、そのコネクタをエンドフレームとモータケースとの間から取り出すことができる。また、制御回路とモータとを接続するモータ配線を短くすることができる。

次に、本発明の電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の実施例を図面に基づいて説明する。図１はＥＰＳの内部構造を示す断面図，図３はＥＰＳの駆動系統を示す構成図である。ＥＰＳ１は、図３に示すように、減速機２を介して操舵機構３に連結される出力軸４、回転出力を発生するモータ５、このモータ５の回転出力を出力軸４に伝達する電磁クラッチ６、操舵角（出力軸４の回転角）を検出する操舵角センサ７、ステアリング８の操舵力と車速に応じてモータ電流を制御する制御回路９等より構成されて、出力軸４以外の各構成部品（モータ５、電磁クラッチ６、操舵角センサ７、制御回路９）が一体化されて１つのモータハウジング１０（図１参照）に収容されている。

（モータハウジング１０の説明）
モータハウジング１０は、図１に示すように、上記の各構成部品が組付けられるエンドフレーム１１と、各構成部品を覆ってエンドフレーム１１に気密に組付けられるモータケース１２とから成る。エンドフレーム１１は、熱伝導性の良い材料（例えばアルミニウム）で、操舵機構３を収容するラックハウジング１３の端面に密着されて、ボルト１４の締め付けによりラックハウジング１３に固定されている。モータケース１２は、磁性材料（例えば鉄製）により設けられて、一端側（図１の上端側）が閉塞された筒形状、即ちコップ形状を呈し、開口周縁部の外周に設けられた固定部１２ａでボルト１５の締め付けによりエンドフレーム１１に固定されている。モータケース１２の開口端側には、エンドフレーム１１との間で制御回路９のコネクタ１６を取り出すための取出口１７（図２参照）が形成されている。

（モータ５の説明）
モータ５は、界磁装置（例えば図１に示す円筒状の磁石）１８、この磁石１８の内周で回転するアーマチュア１９、シャフト２０の一端側に設けられたコンミテータ２１、このコンミテータ２１の外周面に摺接するブラシ２２（図２および図８参照）、このブラシ２２を保持するブラシホルダ２３等より構成されて、アーマチュア１９がエンドフレーム１１に対して直立した姿勢（図１に示す状態）で組付けられている。また、アーマチュア１９は、図１に示すように、シャフト２０の一端側、即ちコンミテータ２１側が軸受２４を介して電磁クラッチ６のハウジング２５に回転自在に支持されて、他端側が軸受２６を介してモータケース１２の底面に設けられた軸受部１２ｃに回転自在に支持されている。

（電磁クラッチ６の説明）
電磁クラッチ６は、モータ５と出力軸４との間に設けられて、制御回路９を介して通電制御されるコイル２７、このコイル２７を保持してエンドフレーム１１に固定されるハウジング２５、シャフト２０の一端部に連結されてシャフト２０と一体に回転するロータ２８（本発明の駆動側回転体）、出力軸４と連結されて出力軸４と一体に回転するアーマチュア２９（本発明の従動側回転体）等から構成されている。

この電磁クラッチ６は、制御回路９を介してコイル２７が通電されると、コイル２７の磁力を受けて磁化したロータ２８にアーマチュア２９が吸引されて、アーマチュア２９がロータ２８と一体に回転することにより、モータ５の回転出力がロータ２８およびアーマチュア２９を通じて出力軸４に伝達される。但し、ＥＰＳ１の作動異常時には、モータ５の回転出力が出力軸４へ伝達されないように、制御回路９を介してコイル２７への通電が停止されることにより、シャフト２０と出力軸４との連結状態が切り離される。

（操舵角センサ７の説明）
操舵角センサ７は、図２（図１に示すエンドフレーム１１近傍の拡大断面図）に示すように、電磁クラッチ６のアーマチュア２９の外周面に固着された磁性体３０（例えば磁石）と、アーマチュア２９の外周で磁性体３０と対向して配された磁気検出手段３１（例えばホールＩＣ）とから成り、アーマチュア２９の回転に伴って磁性体３０が回転することにより発生する磁束変化を磁気検出手段３１で検出する。なお、磁気検出手段３１は、制御回路９の基板９ａ（図６参照）上に直接半田付けされている。

（制御回路９の説明）
制御回路９は、外部接続用のコネクタ１６が一体に設けられて、モータハウジング１０内でモータ５の側方に配置されている。コネクタ１６は、図１および２に示すように、モータケース１２とエンドフレーム１１との間に形成された取出口１７よりシール部材３２を介して気密に取り出されている。

この制御回路９は、図４に示すように、Ｈブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子３３（３３ａ〜３３ｄ）、操舵トルクを検出するトルクセンサ３４および車速を検出する車速センサ３５からの入力信号をデジタル変換するＩ／Ｆ回路３６、このＩ／Ｆ回路３６で変換された操舵力および車速に応じてトルクアシストに必要なモータ電流を設定するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）３７、このマイクロコンピュータ３７から出力されるデジタル信号をアナログ値に変換するＩ／Ｆ回路３８、モータ５に流れる電流を検出する電流検出部３９、Ｉ／Ｆ回路３８で変換されたアナログ電流指令値と電流検出部３９で検出された電流値に基づいて各スイッチング素子３３のデューティ信号を作成する電流制御部４０、この電流制御部４０で作成されたデューティ信号とマイクロコンピュータ３７で決定されるトルクアシストすべき方向が入力されて、各スイッチング素子３３を駆動するゲート駆動回路４１、および各スイッチング素子３３のスイッチング動作に伴うバッテリ電流を平滑するコンデンサ４２等より構成されている。

また、制御回路９には、基板９ａ上に組付けられたスイッチング素子３３の近傍に温度センサ（図示しない）が設けられており、スイッチング素子３３の動作温度によって電流制限を行なっている。つまり、ＥＰＳ１では、短時間に大電流を流すことがあり、使用状況によって過熱することが予想される。そこで、モータ５の巻線動作温度より一般的に低く設定されたスイッチング素子３３の動作温度を温度センサで検出して電流制限を行なうことにより、モータ５も常に許容温度範囲内で使用することができる。温度センサは、基板９ａ上に直接組付けることにより配線をなくすことができる。

なお、制御回路９（各スイッチング素子３３）とモータ５（ブラシ２２）とを接続するモータ配線は、図５および図６に示すように、制御回路９に設けられた接続端子４３を介して結線されている。つまり、ブラシ２２に接続されたピグテール４４（図２および図８参照）は、一般的に抵抗を下げるために銅の網線が用いられる。これに対して、各スイッチング素子３３はボンディングワイヤ４５によって結線されている。このように、ブラシ２２と各スイッチング素子３３とで結線方式が異なることから、本実施例では、制御回路９の外部ケース９ｂ（樹脂製）に接続端子４３を設けて（インサート成形）、この接続端子４３に各スイッチング素子３３からのボンディングワイヤ４５を接続するとともに、ブラシ２２のピグテール４４を接続（溶接等）することでモータ配線を実現している（図８参照）。

上記の各構成部品から成るＥＰＳ１は、モータ５とともに制御回路９、電磁クラッチ６、および操舵角センサ７を一体化して１つのモータハウジング１０に収容したことにより、各構成部品の機能を損なうことなく実装密度を向上させるための部品レイアウトが重要となる。また、モータ５や制御回路９等の発熱部が集中することから、良好な放熱性を確保することが重要な課題となる。

そこで、本実施例では、各構成部品の機能を損なうことなく、良好な放熱性を得るために、図１に示すレイアウト構造を採用した。基本的には、放熱設計の面から、図７（熱の流れを示すモデル図）に示すように、モータ５および制御回路９から発生する熱をエンドフレーム１１に伝達して、エンドフレーム１１から操舵機構３のラックハウジング１３（アルミニウム製）に放熱させる構造とした。従って、主な発熱部であるモータ５のアーマチュア１９とブラシ２２、および制御回路９のスイッチング素子３３（スイッチング動作に伴う発熱）とコンデンサ４２（無効電流による損失）から発生する熱を効率良くエンドフレーム１１に伝達するための配置を考える必要がある。

ａ）まず、モータ５の配置について説明する。モータ５は、エンドフレーム１１側に取り出された出力軸４に対して、電磁クラッチ６を介してシャフト２０が同軸上に配置される。従って、ブラシ２２から発生する熱を効率良くエンドフレーム１１に伝達するためには、コンミテータ２１をエンドフレーム１１側に向けて配置した方が良いと言える。つまり、ブラシ２２をエンドフレーム１１の近くに配置することにより、ブラシ２２とエンドフレーム１１との間の熱抵抗を小さくすることができる。

また、機能面から言えば、モータ５の側方に配置される制御回路９に対して、コンミテータ２１を中心として反対側にブラシ２２を配置することが望ましい（図８参照）。即ち、ブラシ２２は、コンミテータ２１の外周面に摺接することで摩耗しても、常にコンミテータ２１との接触圧が得られるように、スプリング４６（図２参照）により押圧されて可動する構造になっている。このため、ブラシ２２がコンミテータ２１を中心として制御回路９側に配置されると、ブラシ２２に接続されたピグテール４４が短くなるため、ブラシ２２にストレスがかかってブラシ２２の可動性が悪くなる。そこで、図８に示すように、コンミテータ２１を中心として制御回路９と反対側にブラシ２２を配置することにより、ピグテール４４が長くなって、その分ピグテール４４に自由度を持たせることができるため、ブラシ２２の可動性が損なわれることがない。

ブラシ２２から発生する熱を効率良くエンドフレーム１１へ伝達するために、図９に示すように、ピグテール４４を熱抵抗の小さい絶縁性部材から成るスリーブ４７で覆い、このピグテール４４をエンドフレーム１１、あるいはエンドフレーム１１と熱的に接触する金属部材（例えば電磁クラッチ６のハウジング２５）にクランプ４８等で固定することができる。これにより、ブラシ２２から発生した熱は、ピグテール４４を通じてエンドフレーム１１または金属部材（以下、ハウジング２５と言う）に伝達することができる。なお、エンドフレーム１１あるいはハウジング２５の表面にアルマイト処理等の絶縁処理を施すことにより、上記のスリーブ４７で覆うことなく、ピグテール４４を裸線のままエンドフレーム１１あるいはハウジング２５に固定しても良い。

一方、ブラシ２２から発生する熱をブラシホルダ２３を介してエンドフレーム１１へ放熱することもできる。具体的には、ブラシホルダ２３を熱伝導性の良い材料（例えばアルミニウム）で製造し、エンドフレーム１１あるいはハウジング２５の表面に熱抵抗が小さく、絶縁性を有するアルマイト層１１ａを設けて（上記のアルマイト処理）、このアルマイト層１１ａの上からブラシホルダ２３をビス５０等により固定する（図１０参照）。これにより、ブラシ２２から発生する熱がブラシホルダ２３を介してエンドフレーム１１あるいはハウジング２５へ伝達される。なお、図１および図２ではブラシホルダ２３を電磁クラッチ６のハウジング２５に固定しているが、ハウジング２５はエンドフレーム１１と熱的に接触しているため、ハウジング２５に伝達された熱は、良好にエンドフレーム１１へ伝わる。

また、図１１に示すように、ブラシ２２とブラシホルダ２３との互いの接触面を各々凹凸形状として、両者の接触面積を拡大することにより伝熱性を向上させることもできる。この場合、ブラシホルダ２３とエンドフレーム１１あるいはハウジング２５との間にインシュレータ５１（熱抵抗の小さい絶縁性部材）を介在させても良いし、エンドフレーム１１あるいはハウジング２５の表面に前述のアルマイト処理を施しても良い。あるいは、ブラシホルダ２３の内面、つまりブラシ２２と接触する面に熱抵抗を無視できる絶縁被膜（塗装等）を設けてブラシ２２との間を絶縁することにより、エンドフレーム１１あるいはハウジング２５の表面に絶縁処理を施すことなく（またはインシュレータを介在することなく）、ブラシホルダ２３を直接固定しても良い。

ｂ）続いて、制御回路９の配置について説明する。制御回路９は、図１に示したように、モータ５の磁石１８と平行な状態でモータ５の側方に配置することにより、コネクタ１６を制御回路９の外部ケース９ｂと一体に成形して、そのまま取出口１７より取り出すことができる。また、この配置により、各スイッチング素子３３およびコンデンサ４２をエンドフレーム１１の近くに配置できることから、各スイッチング素子３３のスイッチング動作に伴って発生する熱およびコンデンサ４２から発生する熱を効率的にエンドフレーム１１に伝達することができる。この制御回路９は、エンドフレーム１１との間の熱抵抗を小さくするために、図１２に示すように、制御回路９内の基板９ａ（金属ベース）をエンドフレーム１１に設けられた放熱板１１ｂにビス５２等で固定しても良い。

次に、本実施例のＥＰＳ１の作動を説明する。運転者によりステアリング８が操舵されると、その操舵力がトルクセンサ３４で検出されて制御回路９へ入力される。制御回路９では、トルクセンサ３４からの入力信号および車速センサ３５から入力される車速信号に応じてアシストするトルクが演算され、そのトルクを発生するためのモータ電流が設定される。そして、このモータ電流を指令する電流指令値とモータ５に流れる電流とから各スイッチング素子３３を駆動するためのデューティ信号が作成されて、このデューティ信号とトルクアシストすべき方向とから各スイッチング素子３３をＯＮ／ＯＦＦして、バッテリ５３（図３および図４参照）からモータ５への電圧を可変してモータ５に流れる電流を制御する。

このモータ電流によって発生したトルクは、電磁クラッチ６を介して出力軸４に伝達され、さらに出力軸４と噛み合う減速機２に伝達されて操舵機構３をトルクアシストする。この結果、運転者の操舵力が軽減されて、トルクセンサ３４の出力が小さくなり操舵の操作が終了する。但し、制御回路９内のコンピュータ３７によってＥＰＳ１の作動異常と診断されると、電磁クラッチ６のコイル２７が通電停止されてモータ５と操舵機構３との連結状態が切り離される。これにより、モータ５の状態によらず、運転者が手動で操作可能となり、安全性が確保される。

なお、車両の旋回走行時には、タイヤ５４（図３参照）にセルフアライニングトルク（ＳＡＴ：ステアリング８を中立位置に復元させようとする力）が発生するため、ステアリング８を操舵した後、ステアリング８を手放しすると、ＳＡＴによって常に中立舵角位置に戻ろうとする作用がステアリング８に働く。しかし、ＥＰＳ１を搭載する場合は、モータ５の摩擦トルク（非アシスト時の負荷トルク）が減速機２により増幅されてＳＡＴよりも大きくなるため、ステアリング８を手放ししても、ステアリング８が中立舵角位置に戻らなくなる。そこで、操舵角を操舵角センサ７で検出して、その検出値に基づいてモータ電流を制御することにより、ステアリング８を手放しした時に中立舵角位置へ復元制御することができる。

（本実施例の特徴および効果）
(1)本実施例のＥＰＳ１は、制御回路９、電磁クラッチ６、および操舵角センサ７をモータ５と一体化して１つのモータハウジング１０に収容してスマート化したことにより、制御回路９とモータ５、電磁クラッチ６、および操舵角センサ７との結線をモータハウジング１０の内部で行なうことができる。これにより、外部との信号線（即ちハーネス本数）を削減できるとともに、制御回路９に設けられる外部接続用のコネクタを減らすことができる。この結果、システム全体の小型軽量化を実現できるとともに、コネクタの接触不良やハーネスの噛み込みによる信号伝達不良の発生確率を大幅に低減できるため、信頼性が向上する。

(2)また、モータ電流を制御するための各スイッチング素子３３をスイッチングさせると、一般的にバッテリ５３の電源ラインよりもモータ５へのハーネスから多くの電波雑音が放射される。しかし、このＥＰＳ１では、制御回路９とモータ５とが内部結線されるため、各スイッチング素子３３のスイッチング動作によって発生する電波ノイズは、モータケース１２による電磁シールド効果で低減されるため、電波ノイズの問題を解消できる。

(3)さらに、モータ５や制御回路９から発生する熱を効率良くエンドフレーム１１に放熱する構造としたことにより、モータハウジング１０内部の空気層の対流による放熱が減少して、内部雰囲気温度の上昇を抑えることができるため、安定した動作を保証できる。

また、エンドフレーム１１に伝達された熱は、操舵機構３のラックハウジング１３を介して大気に放熱することができる。このラックハウジング１３は、アルミニウム製で放熱性が良いとともに、機械的強度が要求されることから肉厚が厚く、従って熱容量も大きいため、ラックハウジング１３に対してエンドフレーム１１を密着して固定することにより、ラックハウジング１３の熱容量も等価的にエンドフレーム１１の熱容量に含めて考えることができる。なお、操舵機構３は、車両への搭載位置が下方にあり、高温のエンジンルーム内より低い（低温）ところに配置されるが、高温の排気管等によって暖められることも考えられる。しかし、排気管との間に遮蔽板を設置することによって容易に遮蔽でき、輻射熱による温度上昇を抑制できる。

従って、モータ５や制御回路９からの発熱量が大きくても、エンドフレーム１１からラックハウジング１３へ順次熱の移動が行なわれるため、エンドフレーム１１の温度上昇を抑えることができる。なお、ラックハウジング１３に対してエンドフレーム１１を密着して固定するために、エンドフレーム１１を固定するラックハウジング１３の表面に熱抵抗が小さくシール性の高い伝熱性グリース（本発明の塗布材）等を塗布すると良い。

ちなみに、ＥＰＳ１は、車両の直進走行状態ではトルクアシストせず、旋回時のみトルクアシストを行なってエネルギー消費する。しかし、旋回走行は直進走行に比べて頻度が少ないため、エネルギー消費も少なく、従ってモータ５や制御回路９からの平均発熱量も小さいと言える。このため、モータ５や制御回路９からエンドフレーム１１に伝達された熱は、ラックハウジング１３から空気中へ容易に放熱される。

一方、狭い駐車場から移動する時等には、大きなトルクアシストである据え切り状態が短時間存在する。このため、短時間ではあるがモータ５や制御回路９からの発熱量が大きくなる。しかし、発熱量が大きくても、上述したようにラックハウジング１３を含めた全体の熱容量が大きいことから、エンドフレーム１１の温度はあまり上昇しないと言える。また、最も発熱量の大きなモータ５のアーマチュア１９は、磁性材料から成るコアと銅線から成るため、熱容量が大きく、短時間では温度上昇しない。従って、エンドフレーム１１の平均温度、即ち、ラックハウジング１３の平均温度によって各部の温度が決定される。

4)本実施例のＥＰＳ１では、減速機２よりモータ５側に操舵角センサ７を設けているため、実際の操舵角よりも分解能、即ち検出精度が向上する。このため、一回転あたりの検出精度を下げても、操舵角の検出精度への影響が少ないことから、コストの安いセンサを使用することも可能である。また、この操舵角センサ７は、電磁クラッチ６のアーマチュア１９を回転体として共用し、且つ磁気検出手段３１を制御回路９の基板９ａ上に直接半田付けしていることから、構成要素を大幅に削減することができる。

〔変形例〕
本実施例では、直流モータ５を使用しているが、インバータの出力周波数によって回転速度を制御するブラシレスモータを採用しても良い。本実施例のＥＰＳ１は、保護手段としての電磁クラッチ６および操舵角センサ７を備えたシステム構成であるが、この電磁クラッチ６および操舵角センサ７は必ずしも必要とするものではない。即ち、少なくとも制御回路９とモータ５とを一体化して１つのモータハウジング１０に収容することでスマート化した構成であれば良い。

本実施例では、ＥＰＳ１のエンドフレーム１１を車室外のラックハウジング１３に固定するラック搭載方式を説明したが、ＥＰＳ１を車室内のコラム付近に搭載するコラム搭載方式を採用しても良い。即ち、ステアリング軸に対して減速機を介してトルクアシストするコラムアシスト方式においても、ステアリングギヤ等の操舵機構を覆う伝熱性の良い金属製ハウジングを有することから、この金属製ハウジングにＥＰＳ１のエンドフレーム１１を固定して、エンドフレーム１１から金属製ハウジングに放熱させても良い。

ＥＰＳの内部構造を示す全体断面図である。 図１のエンドフレーム近傍の構成を示す拡大図である。 ＥＰＳの駆動系統を示す構成図である。 制御回路の内部構成を示すブロック図である。 制御回路の接続端子を示す斜視図である。 制御回路の接続端子を示す側面断面図である。 熱の流れを示すモデル図である。 ブラシの配置を示す平面図である。 ピグテールの取付け状態を示す側面図である。 ブラシホルダの取付け例を示す断面図である。 ブラシホルダの取付け例を示す斜視図である。 制御回路の取付け例を示す断面図である。

符号の説明

１ ＥＰＳ（電動式パワーステアリング装置）
３ 操舵機構
４ 出力軸
５ モータ
６ 電磁クラッチ（保護手段）
９ 制御回路
９ｂ 外部ケース（絶縁部材）
１０ モータハウジング
１１ エンドフレーム（モータハウジング）
１１ｂ 放熱板
１２ モータケース（モータハウジング）
１３ ラックハウジング（取付け部材）
１６ コネクタ
２０ シャフト
２１ コンミテータ
２２ ブラシ
２３ ブラシホルダ
２５ 電磁クラッチのハウジング（金属部材）
２８ ロータ（駆動側回転体）
２９ アーマチュア（従動側回転体）
３０ 磁性体（操舵角検出手段）
３１ 磁気検出手段（操舵角検出手段）
３３ スイッチング素子
４３ 接続端子
４４ ピグテール
４５ ボンディングワイヤ
４７ スリーブ（熱抵抗の小さい絶縁性部材）
５１ インシュレータ（熱抵抗の小さい絶縁性部材）

Claims (12)

1. 車両の操舵機構に連結された出力軸と、
   この出力軸を介して前記操舵機構をトルクアシストするモータと、
   このモータへ流れる電流を制御する制御回路とを備え、
   前記制御回路を前記モータと一体化してモータハウジングに収容し、
   前記制御回路は、前記モータハウジング内で前記モータの側方に配置されていると共に、
   前記モータハウジングは、前記モータおよび前記制御回路等の各構成部品が組付けられるエンドフレームと、前記各構成部品を覆って前記エンドフレームに気密に組み合わされる有底筒状のモータケースとから成り、
   前記エンドフレームと前記モータケースとの間から外部接続用のコネクタが気密に取り出されており、
   前記モータは、回転軸を成すシャフトの一端側にブラシを通じて電流が流れるコンミテータを有し、このコンミテータが前記エンドフレーム側を向いて配置され、
   前記出力軸は、前記シャフトと同軸上に配されて、前記モータに対して前記エンドフレーム側で前記シャフトと駆動連結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装置。
2. 請求項１に記載した電動式パワーステアリング装置において、
   前記制御回路は、外部接続用のコネクタが一体に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装置。
3. 請求項１または２に記載した電動式パワーステアリング装置において、
   操舵角を検出して前記制御回路へ出力する操舵角検出手段を備え、
   この操舵角検出手段を前記制御回路とともに前記モータと一体化して前記モータハウジングに収容したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
4. 請求項３に記載した電動式パワーステアリング装置において、
   前記制御回路から出力される駆動信号を受けて前記モータと前記出力軸との連結状態を切り離す保護手段を備え、
   この保護手段を前記制御回路、前記操舵角検出手段とともに前記モータと一体化して前記モータハウジングに収容したことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
5. 請求項４に記載した電動式パワーステアリング装置において、
   前記保護手段は、前記モータと一体に回転する駆動側回転体、および前記出力軸と一体に回転する従動側回転体を有し、前記駆動信号を受けた時に前記駆動側回転体と前記従動側回転体とを切り離す電磁クラッチであり、
   前記操舵角検出手段は、前記従動側回転体に設けた磁性体と、前記従動側回転体の外周で前記磁性体と対向して配されて、前記従動側回転体の回転に伴う磁束変化を検出する磁気検出手段とから成ることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
6. 請求項５に記載した電動式パワーステアリング装置において、
   前記磁気検出手段は、前記制御回路の基板上に組付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装置。
7. 請求項１〜６に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、
   前記制御回路は、Ｈブリッジ回路を構成する４個のスイッチング素子および前記スイッチング素子のスイッチング動作に伴うバッテリ電流を平滑するコンデンサを有し、且つモータの界磁装置と平行な状態でモータの側方に配置することを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
8. 請求項１〜７に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、
   前記ブラシは、前記コンミテータを中心として前記制御回路と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装置。
9. 請求項１〜８に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、
   前記制御回路は、前記コネクタと一体を成す絶縁部材に接続端子が設けられて、この接続端子にモータ電流を制御するためのスイッチング素子がボンディングワイヤで結線されるとともに、前記ブラシのピグテールが接続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装置。
10. 請求項１〜９に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、
    前記モータケースは、磁性材料により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装置。
11. 請求項１〜１０に記載した何れかの電動式パワーステアリング装置において、
    前記モータは、インバータの出力周波数によって回転速度を制御するブラシレスモータであることを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
12. 車両の操舵機構に連結された出力軸と、
    この出力軸を介して前記操舵機構をトルクアシストするモータと、
    このモータへ流れる電流を制御する制御回路とを備え、
    前記制御回路を前記モータと一体化してモータハウジングに収容した電動式パワーステアリング装置であって、
    前記モータハウジングは、前記モータおよび前記制御回路等の各構成部品が組付けられるエンドフレームと、前記各構成部品を覆って前記エンドフレームに気密に組み合わされる有底筒状のモータケースとから成り、
    前記エンドフレームと前記モータケースとの間から外部接続用のコネクタが気密に取り出され、
    前記モータは、回転軸を成すシャフトの一端側にブラシを通じて電流が流れるコンミテータを有し、このコンミテータが前記エンドフレーム側を向いて配置され、
    前記出力軸は、前記シャフトと同軸上に配されて、前記モータに対して前記エンドフレーム側で前記シャフトと駆動連結され、
    前記制御回路は、前記コネクタが一体に設けられて、前記モータハウジング内で前記モータの側方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装置。