JP4877265B2 - 電動式パワーステアリング装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、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と、この電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動式パワーステアリング装置において、特に電動モータと制御装置の一体化に関するものである。

従来、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と、この電動モータを駆動制御する制御装置とを備え、制御装置が電動モータに取り付けられている電動式パワーステアリング装置が知られている。この電動式パワーステアリング装置の制御装置は、電動モータの電流を切り換えるための複数の半導体スイッチング素子、電流リップルを吸収するためのコンデンサ等の大電流対応部品が主に搭載されたパワー基板と、半導体スイッチング素子の駆動を制御するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータ等の小電流対応部品が主に搭載された制御基板と、配線パターンを構成する導電配線板及びモータ端子が絶縁性樹脂にインサート成形されたハウジングとを有している。そして、これらはパワー基板、ハウジング及び制御基板の順序で積み重ねられた３重層構造になっている。
また、電動モータの出力軸方向と平行にパワー基板、制御基板、ハウジング等からなる制御装置を配置し、電動モータにネジで制御装置を固定している。その後、電動モータの巻線端子と制御装置のモータ端子とをネジで固定し、電気的に接続されている。

特開２００５−２１２７２２号公報

上記電動式パワーステアリング装置の制御装置は、パワー基板、ハウジング（回路ケース）及び制御基板の３重層構造になっているので、制御装置の高さが高くなり、また、パワー基板、ハウジング及び制御基板をそれぞれ電気的に接続する接続部材が必要になるとともに、接続箇所が多くなる。また、電動モータにネジで制御装置を固定した後、電動モータの巻線端子と制御装置のモータ端子とをネジで固定し、電気的に接続しているので、部品点数が多く、装置の組み立ての時間と設備を要してコストが高くなるという問題点があった。

この発明は前記のような問題点を解決することを課題とするものであって、パワー基板、ハウジング及び制御基板を１枚の多層基板で構成するとともに、制御装置を減速機構のギヤケースと電動モータの間に配置することで、装置が小型化できるとともに、コストが低減でき、また電動モータの巻線が接続部材を介して多層基板が電気的に接続されることで、装置の組み立て性及び電気的接続の信頼性が向上する電動式パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

この発明は、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と、この電動モータの回転を減速する減速機構及び前記電動モータの駆動を制御する制御装置とを備え、制御装置は電動モータと減速機の間に配置された電動式パワーステアリング装置において、電動モータは、回転子、固定子を内蔵するヨークと、出力軸が挿入された軸受けを固定したハウジングと、出力軸の周辺から前記制御装置の方向に延出し、電動モータへ電流を供給する接続部材を備え、制御装置は、主に電動モータの電流を制御する複数の半導体スイッチング素子と、電動モータの電流のリップルを吸収するコンデンサと、ハンドルの操舵トルクに基づいて、半導体スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータと、絶縁層及び配線パターンを形成する導体層が複数層積層されているとともに、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホールが形成され、導体層、スルーホール等の導体部を通じて各種電子部品が電気的に接続されている回路基板と、この回路基板は、前記電動モータの出力軸が貫通する穴が設けられ、また、この回路基板の一部と当接し、前記減速機構のケースに取り付けられるヒートシンクと、を備え、コネクタは、係止部を有しこの係止部によりハウジングに係止され、また車両の電源と電気的に接続するパワー端子体と、車両の配線を介して信号を授受する信号端子体とを有し、両端子体は前記制御装置方向に延出され、電動モータの接続部材の先端部、及びコネクタの各端子体の先端部は、各々同様に前記回路基板に対向して延出し、回路基板のスルーホールに圧入されて電気的に接続されるとともに、これらのスルーホールの周辺部が前記ヒートシンクと当接し、電動モータ・回路基板・ヒートシンク・減速機構のケースが一体化されているものである。

この発明の電動式パワーステアリング装置によれば、回路基板を１枚の多層基板で構成するとともに、制御装置をギヤケースと電動モータの間に配置することで、装置が小型化されるとともに、コストが低減され、また電動モータの巻線が接続部材を介して多層基板と電気的に接続されることで、装置の組み立て性及び電気的接続の信頼性が向上する。

実施の形態１．
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
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装置を示す断面図、図２は図１の電動式パワーステアリング装置を示す分解斜視図、図３は制御装置の回路基板及びその周辺部を示す断面図、図４は電動モータと制御装置の組み立て前の状態を示す斜視図である。
図において、この電動式パワーステアリング装置では、電動モータ１は、３相ブラシレスモータが用いられている。この電動モータ１は、出力軸２と、この出力軸２に８極の磁極を有する永久磁石３が固定された回転子４と、この回転子４の周囲に設けられた固定子５と、出力軸２の出力側に配設され、回転子４の回転位置を検出する回転位置センサ６を構成するセンサ用磁石６ａとを備えている。

上記固定子５は、永久磁石３の外周に相対した１２個の突極７と、この突極７に装着されたインシュレータ８と、このインシュレータ８に巻回され、かつＵ、Ｖ及びＷの３相に接続された電機子巻線９とを有している。電機子巻線９の３個の端部は、出力軸２の出力側軸線方向に延びた３個の接続部材である接続端子１０に各々接続されている。回転位置センサ６は、永久磁石３と同じ極数の８極の磁極を有するセンサ用磁石６ａ及びセンサ用磁石６ａの磁気を検出するホールＩＣ６ｂを有している。

電動モータ１は制御装置２０を挟んで減速機構である減速ギヤ１２に固定されている。減速ギヤ１２は、制御装置２０が取り付けられる例えばアルミニウム製ギヤケース１３と、このギヤケース１３内に設けられ電動モータ１の出力軸２の回転を減速するためのウォームギヤ１４と、このウォームギヤ１４に歯合したウォームホイール１５とを有している。ウォームギヤ１４の端部にはスプラインが形成されている。出力軸２の端部には内側にスプラインが形成されたカップリング１６が圧入されている。このカップリング１６とウォームギヤ１４の端部とがスプライン結合されており、電動モータ１から減速ギヤ１２にトルクが伝達される。また、ヒートシンク２１とギヤケース１３とが密着して取り付けられ、制御装置２０の熱がギヤケース１３に伝導される。

電動モータ１の駆動を制御する制御装置２０は、高熱伝導率である例えばアルミニウム製のヒートシンク２１と、このヒートシンク２１内に配設された回路基板２２とを備え、電動モータ１の出力軸２側に装着されており、回路基板２２は、周辺部がヒートシンク２１とハウジング１１の端部１１ａで挟まれた状態でネジ５１により固定されている。

上記回路基板２２は、図３に示すように、６層基板からなり、最外側の導体層２６ａ、２６ｆが６０μｍの厚さの銅層として形成されている。その最外側の導体層２６ａ、２６ｆの内側では、５層の層間絶縁層２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅと４層の銅の導体層２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅとがそれぞれ交互に積層されている。内層の導体層２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは１０５μｍの厚さの銅層として形成され、最外側の導体層２６ａ、２６ｆの厚さより厚く形成されている。
回路基板２２には、貫通したスルーホール２８ａ、２８ｂ、２８ｃが形成されている。このスルーホール２８ａ、２８ｂ、２８ｃの各内面には、銅メッキ層が形成されている。この銅メッキ層は、スルーホール２８ａ、２８ｂ、２８ｃに露出した、各配線パターンを形成する導体層２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆと電気的に接続されている。

回路基板２２の電動モータ１側の面の最外層の導体層２６ｆ上には、電動モータ１のモータ電流を切り替えるための３相のブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）３３、電動モータ１の電流を検出するためのシャント抵抗器３１等大電流部品が半田付けされて面実装されている。
また、回路基板２２のヒートシンク２１側の面の最外層の導体層２６ａ上には、モータ電流のリップルを吸収するコンデンサ３０、半導体スイッチング素子３３のスイッチング動作時に発生する電磁ノイズを外部へ流出するのを防止するコイル３４等の大電流部品が半田付けされて実装されている。回路基板２２の両面に部品が実装され、発熱の多い部品、例えば半導体スイッチング素子３３は電動モータ１側に配置され、一方、高さの高い大型部品、例えばコイル３４、コンデンサ３０はヒートシンク２１側に配置されている。

半導体スイッチング素子３３、シャント抵抗器３１、コンデンサ３０、コイル３４等の大電流部品で構成されたパワー部２２ａは、図４に示した回路基板２２の主に右側と下側に搭載されている。パワー部２２ａを構成する各大電流部品は、何れも表面実装用部品で構成されている。
回路基板２２の内層の導体層２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅは、大電流を流すことができるとともに、高い放熱性が得られるように厚さが厚く形成されている。一方、最外層の導体層２６ａ、２６ｆは、部品が実装されるため、内層の導体層２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅよりも厚さが薄く形成されている。

図３は制御装置２０の半導体スイッチング素子３３及びその周辺部の断面図である。内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール２８ａの内部には、高熱伝導材である高熱伝導性樹脂２９が充填されている。
最外層の導体層２６ａとヒートシンク２１との間には、高熱伝導で絶縁性の接着剤である熱伝導性接着剤２４が介在している。熱伝導性接着剤２４は、回路基板２２を挟んで半導体スイッチング素子３３と対抗する領域より広く形成されている。即ち、熱伝導性接着剤２４の面積は、半導体スイッチング素子３３が配置された領域の面積よりも大きい。
また、半導体スイッチング素子３３は、回路基板２２の最外層の導体層２６ｆ上で放熱板（ヒートスプレッダ）３３ａを介して半田付けされている。従って放熱板３３ａ、スルーホール２８ａ、高熱伝導樹脂２９を通じて、ヒートシンク２１に放熱される。
また、図３において破線で示したコンデンサ３０は、ヒートシンク２１の一部に設けられた空間内に配置されている。この空間は、ギヤケース１３と密着固定されているヒートシンク２１の突起部２１ｂ内に存在して、空間の有効利用を図っている。

なお、最外層の導体層２６ａ、２６ｆの厚さを６０μｍ、内層の導体層２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅの厚さを１０５μｍとしたが、この厚さに限定されるものではなく、異なった厚さに設定してもよい。
また、回路基板２２の熱抵抗の増加が許容できる場合は、スルーホール２８ａには高熱伝導性樹脂２９を充填しなくともよい。

また、回路基板２２の最外層の導体層２６ｆ上には、マイクロコンピュータ３２及びホールＩＣ６ｂが半田付けされて実装されている。また、駆動回路（図示せず）及びモータ電流検出回路（図示せず）を含む周辺回路素子等の小電流部品も、回路基板２２の両面の導体層２６ａ、２６ｆ上で半田付けされて実装されている。
マイクロコンピュータ３２、ホールＩＣ６ｂ、周辺回路素子等の小電流部品で構成された制御部２２ｂは、図４に示した回路基板２２の左側に主に搭載されている。即ちパワー部２２ａと制御部２２ｂを分離して配置している。

マイクロコンピュータ３２は、シャント抵抗器３１の一端を介して電動モータ１に流れるモータ電流を検出するための電流検出回路と、トルクセンサ（図示せず）からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算するとともにモータ電流及びホールＩＣ６ｂで検出される回転子４の回転位置をフィードバックして補助トルクに相当する電流を演算する。そして、このマイクロコンピュータ３２は、ブリッジ回路の半導体スイッチング素子３３を制御するための駆動信号を出力するようになっている。
また、マイクロコンピュータ３２は、図示していないが、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、システムが正常に作動しているか否かを常に自己診断しており、異常が発生するとモータ電流を遮断するようになっている。

大電流部品で構成されたパワー部２２ａ及び小電流部品で構成された制御部２２ｂは、１枚の回路基板２２に搭載され、各電流部品は、導体層２６ａ〜２６ｆ及びスルーホール２８ａ〜２８ｃで電気的に接続されており、制御部２２ｂとパワー部２２ａとの間の信号伝達は、回路基板２２に形成された導体層２６ａ〜２６ｆ及びスルーホール２８ａ〜２８ｃを通して行なわれる。
電動モータ１と制御装置２０とを電気的に接続のための接続部材は、接続端子１０がインサート成形により絶縁性樹脂体４０と一体化されている。接続端子１０の一端部は、絶縁性樹脂体４０から露出しているとともに、電機子巻線９と例えば溶接により接合されている。また、接続端子１０の他端部は、絶縁性樹脂体４０から露出しているとともに、プレスフィット端子１０ｐが形成されている。
内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール２８ｂには、プレスフィット端子１０ｐが圧入され、接続端子１０と導体層２６ａ〜２６ｆとが電気的に接続されている。
従って、電動モータ１の電機子巻線９と制御装置２０の回路基板２２は、接続端子１０で電気的に接続されている。

プレスフィット端子１０ｐが圧入されるスルーホール２８ｂは、パワー部２２ａの領域に形成されているので、スルーホール２８ｂは、ホールＩＣ６ｂが配置される制御部２２ｂの領域と分離されている。従って、ホールＩＣ６ｂは、大電流であるモータ電流が接続端子１０に流れることによって発生する磁気の影響が少なくなる。
また、回路基板２２には、電動モータ１の出力軸２およびカップリング１６が貫通する穴２２ｃが設けられている。スルーホール２８ｂは、穴２２ｃの周辺部に設けられており、スルーホール２８ｂにプレスフィット端子１０ｐが圧入されて、電気的に接続されるとともに、回路基板２２の穴２２ｃの周辺部が機械的に保持される。

ところで、プレスフィット端子１０ｐは、回路基板２２のスルーホール２８ｂに圧入されるためには高強度が要求される。また、モータ電流による電力ロスを低減するためには低電気抵抗性が要求される。従って、接続端子１０は、高強度で高導電率のリン青銅または銅合金で構成されている。また、接続端子１０は、プレスフィット端子の成形性と圧入性を容易にするため、板厚が０．８ｍｍである。
なお、接続端子１０は、インサート成形により絶縁性樹脂体４０と一体化されているが、絶縁性樹脂体４０を成形後に接続端子１０を挿入して、絶縁性樹脂体４０で接続端子１０を保持してもよい。

図４に示すように、コネクタ４１は、車両のバッテリ（図示せず）と電気的に接続されるパワーコネクタ４２と、外部配線を介して車両側と信号が入出力される信号コネクタ４３と、外部配線を介してトルクセンサ（図示せず）からの信号が入出力されるトルクセンサコネクタ４４とから構成されている。
図２にも示すように、パワーコネクタ４２、信号コネクタ４３及びトルクセンサコネクタ４４は、パワー端子体４２ａ、信号端子体４３ａ、トルクセンサ端子体４４ａがインサート成形により絶縁性樹脂製のコネクタハウジング４１ａと一体成形されている。また、コネクタハウジング４１ａには、係止部４１ｂ及びフランジ４１ｃが絶縁性樹脂で一体成形されている。
そして、コネクタハウジング４１ａは、制御装置２０側から電動モータ１のハウジング１１の穴１１ｂに挿入されて、係止部４１ｂでハウジング１１に固定されている。

パワー端子体４２ａ、信号端子体４３ａ、トルクセンサ端子体４４ａは、それぞれ一端部にプレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐが形成されている。
プレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐは、内面に銅メッキ層が形成されたスルーホール２８ｃに圧入されて、パワー端子体４２ａ、信号端子体４３ａ、トルクセンサ端子体４４ａは、それぞれ導体層２６ａ〜２６ｆの内、少なくとも１導体層と電気的に接続されている。
プレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐが圧入されるとき、パワー端子体４２ａ、信号端子体４３ａ、トルクセンサ端子体４４ａに作用する圧入力は、一体成形されている絶縁性樹脂製のコネクタハウジング４１ａを介して、ハウジング１１に当接しているフランジ４１ｃで受圧される。

ヒートシンク２１は、プレスフィット端子１０ｐ、４２ｐ、４３ｐ、４４ｐが圧入される周辺部に受圧部２１ａが形成されている。受圧部２１ａと回路基板２２との間には、薄い隙間が形成され、この隙間に接着剤２５が介在している。従って、回路基板２２は、プレスフィット端子１０ｐ、４２ｐ、４３ｐ、４４ｐが圧入されるスルーホール２８ｂ、２８ｃの周辺部がヒートシンク２１と接着剤２５で接着されている。
なお、上記接着剤２５は、導体層２６ａとヒートシンク２１との間に介在する高熱伝導性接着剤２４であってもよい。また、上記隙間及び接着剤２５を無くし、直接回路基板２２と受圧部２１ａが直接接触するようにしてもよい。また、ヒートシンク２１とギヤケース１３の間に隙間ができて密着が不十分な場合は、その隙間に熱伝導性のグリスが充填されてヒートシンク２１の熱が有効にギヤケース１３に伝導されるようにしてもよい。

次に、上記のように構成された電動式パワーステアリング装置の組立手順について説明する。
まず、電動モータ１を組み立てるが、出力軸２に永久磁石３を接着固定後、着磁器で８極に着磁した後、軸受１８の内輪を圧入して回転子４を形成する。
次に、固定子５の１２個の突極７にインシュレータ８を介してＵ、Ｖ、Ｗの各電機子巻線９を電気角で１２０度位置を移動して巻回し、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相４個で計１２個の巻線を形成する。Ｕ相各巻線の巻始め同士、巻終わり同士を接続し、Ｕ層の電機子巻線を形成する。同様にＶ層及びＷ層の電機子巻線を形成し、Ｕ、Ｖ及びＷ層の電機子巻線の巻終わりをお互いに接続して中性点とする。 そして、接続端子１０と一体化された絶縁性樹脂体４０をインシュレータ８に取り付ける。次に、Ｕ、Ｖ及びＷ層の電機子巻線９の巻始めはそれぞれ接続端子１０に溶接で接合される。
その後、巻線された固定子５をヨーク１７に圧入する。

次にハウジング１１に軸受１９の外輪を固定する。その後、軸受１９の内輪に回転子４の出力軸２を挿入し、回転位置センサ６のセンサ用磁石６ａが取り付けられた磁石保持板６ｃを圧入して軸受１９の内輪に出力軸２を固定する。さらに、カップリング１６を出力軸２に圧入する。その後、固定子５が組み込まれたヨーク１７をハウジング１１に装着し、ネジ５０で固定する。さらに、ハウジング１１の穴１１ｂにコネクタ４１を制御装置２０側から挿入して、係止部４１ｂでハウジング１１に固定する。

次に、制御装置２０の組立手順について説明する。
まず、回路基板２２の半田付工程では、電動モータ１側の面上の各電極にクリーム半田を塗布した後、半導体スイッチング素子３３及びシャント抵抗器３１等のパワー部２２ａを構成する大電流部品と、マイクロコンピュータ３２、ホールＩＣ６ｂ及びその周辺回路素子等の制御部２２ｂを構成する小電流部品を実装し、リフロ装置を用いて、クリーム半田を溶かし、各上記部品を半田付けする。
同様に、回路基板２２のヒートシンク２１側の面上に、コンデンサ３０及びコイル３４等のパワー部２２ａを構成する大電流部品と、制御部２２ｂを構成する小電流用部品を実装し、リフロ装置を用いて、クリーム半田を溶かし、各上記部品を半田付けし、回路基板２２を完成させる。

次に、ヒートシンク２１と回路基板２２の基板固定工程では、ヒートシンク２１の半導体スイッチング素子３３と対向する部位に熱伝導性接着剤２４を塗布する。同様にヒートシンク２１の受圧部２１ａ及び回路基板２２の周辺部が挿入される部位に接着剤２５を塗布する。
次に、接着剤２４、２５が塗布されたヒートシンク２１上に、上記部品が実装された回路基板２２を配置し、接着剤２４、２５を硬化させて回路基板２２をヒートシンク２１に固定する。

次に、別々に組み立てられた電動モータ１及び制御装置２０を組み立てる。
先ず、圧入工程では、制御装置２０の回路基板２２側を電動モータ１と対向させ、プレス機でプレスフィット端子１０ｐ、４２ｐ、４３ｐ、４４ｐをスルーホール２８ｂ、２８ｃに圧入する。このとき、回路基板２２に印加される圧入力がスルーホール２８ｂ、２８ｃの周辺部の受圧部２１ａで受け止められる。また、コネクタ４１に印加される圧入力が、ハウジング１１に当接しているフランジ４１ｃで受け止められる。そして、この圧入工程により電動モータ１の接続端子１０及びコネクタ４１のパワー端子体４２ａ、信号端子体４３ａ、トルクセンサ端子体４４ａと、制御装置２０の回路基板２２とが電気的に接続される。
最後に、制御装置２０の固定工程において、電動モータ１のハウジング１１と制御装置２０のヒートシンク２１をネジ５１で固定することで、電動モータ１と制御装置２０とが一体化され、電動式パワーステアリング装置の組み立てが完了する。

以上説明したように、この実施の形態１の電動式パワーステアリング装置によれば、パワー部２２ａを構成する大電流部品、及び制御部２２ｂを構成する小電流部品が１枚の回路基板２２の両面に搭載されているとともに、パワー部２２ａ及び制御部２２ｂが、回路基板２２の導体層２６ａ〜２６ｆ及びスルーホール２８ａ〜２８ｃで電気的に接続されている。
従って、パワー部２２ａと制御部２２ｂとを接続する接続部材が不要となり、装置が小型化でき、コストを低減できるとともに、電気的接続の信頼性が向上する。
また、パワー部２２ａに流れる電流の経路が短くなり、電力ロスを低減できるとともに、電磁ノイズの発生を抑制することができる。

また、電動モータ１の電機子巻線９は、接続端子１０に溶接で接合されるとともに、接続端子１０の端部に形成されたプレスフィット端子１０ｐは、回路基板２２のスルーホール２８ｂに圧入されて導体層２６ａ〜２６ｆと電気的に接続されている。従って、電機子巻線９から導体層２６ａ〜２６ｆ迄の経路が短くなり、電力ロスを低減できるとともに、電磁ノイズの発生を抑制することができる。
また、接続端子１０と回路基板２０の接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。
また、接続端子１０と回路基板２２との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。

また、回路基板２２には、電動モータ１の出力軸２及びカップリング１６が貫通する穴２２ｃが設けられ、この穴２２ｃの周辺部に設けられたスルーホール２８ｂに、プレスフィット端子１０ｐが圧入されて、電動モータ１の電機子巻線９と回路基板２２とが電気的に接続されている。従って、回路基板２２の穴２２ｃの周辺部が機械的に保持されているので、装置の耐振性が向上する。

また、回路基板２２は、制御部２２ｂの領域に回転位置センサ６のホールＩＣ６ｂが配置されており、パワー部２２ａの領域に大電流であるモータ電流が流れる接続端子１０のプレスフィット端子１０ｐが圧入されるスルーホール２８ｂが形成されている。従って、ホールＩＣ６ｂが配置される領域と、大電流が流れる領域が分離されているので、ホールＩＣ６ｂは、大電流が流れることにより発生する磁気の影響が少なくなり、ホールＩＣ６ｂの回転子４回転位置検出性能が向上する。

また、車両の電源と電気的に接続されるパワー端子体４２ａを有するパワーコネクタ４２を備え、パワー端子体４２ａの端部にプレスフィット端子４２ｐが形成され、回路基板２２には、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホール２８ｃが形成され、プレスフィット端子４２ｐがスルーホール２８ｃに圧入されることにより、パワー端子体４２ａと回路基板２２の導体層２６ａ〜２６ｆとが電気的に接続されている。
従って、パワー端子体４２ａと回路基板２２との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
また、パワー端子体４２ａと回路基板２２との接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。

また、外部配線を介して信号が入出力される信号端子体４３ａを有する信号コネクタ４３を備え、信号端子体４３ａの端部にプレスフィット端子４３ｐが形成され、回路基板２２には、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホール２８ｃが形成され、プレスフィット端子４３ｐがスルーホール２８ｃに圧入されることにより、信号端子体４３ａと回路基板２２の導体層２６ａ〜２６ｆとが電気的に接続されている。
従って、信号端子体４３ａと回路基板２２との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
また、信号端子体４３ａと回路基板２２との接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。

また、外部配線を介してトルクセンサからの信号が入出力されるトルクセンサ端子体４４ａを有するトルクセンサコネクタ４４を備え、トルクセンサ端子体４４ａの端部にプレスフィット端子４４ｐが形成され、回路基板２２には、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホール２８ｃが形成され、プレスフィット端子４４ｐがスルーホール２８ｃに圧入されることにより、トルクセンサ端子体４４ａと回路基板２２の導体層２６ａ〜２６ｆとが電気的に接続されている。
従って、トルクセンサ端子体４４ａと回路基板２２との接続がプレスフィットによる圧接で接続されているので、接続部が半田付けによる場合と比較して、温度変化に対する耐接続強度性が向上し、装置の信頼性が向上する。
また、トルクセンサ端子体４４ａと回路基板２２との接続が圧入のみで行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。また、組み立てで消費されるエネルギーが低減する。

また、パワー端子体４２ａ、信号端子体４３ａ及びトルクセンサ端子体４４ａは、絶縁性樹脂製のコネクタハウジング４１ａで一体成形されているとともに、係止部４１ｂが絶縁性樹脂でコネクタハウジング４１ａに一体成形されているので、コネクタ４１をハウジング１１に組み付ける作業が容易になり、装置の組み立て性が向上する。
また、部品点数が削減でき、コストが低減できるとともに、装置が小型化する。

また、コネクタハウジング４１ａは、プレスフィット圧入前に電動モータ１のハウジング１１に固定されているので、電動モータ１と制御装置２０を組み立てるときに、接続端子１０のプレスフィット端子１０ｐと同時に、コネクタ４１のプレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐを、回路基板２２のスルーホール２８ｂ、２８ｃに圧入することができる。従って、プレスフィットの圧入作業が１回になり、装置の組み立て性が向上する。
また、回路基板２２は、プレスフィット端子１０ｐ、４２ｐ、４３ｐ、４４ｐが圧入されるスルーホール２８ｂ、２８ｃの周辺部と、ヒートシンク２１の受圧部２１ａとが接着剤２５で接着されている。従って、プレスフィット端子１０ｐ、４２ｐ、４３ｐ、４４ｐをスルーホール２８ｂ、２８ｃに圧入するとき、回路基板２２に印加される圧入力がスルーホール２８ｂ、２８ｃの周辺部の受圧部２１ａで受け止められるので、プレスフィットの圧入作業が容易になり、装置の組み立て性が向上する。
また、プレスフィット端子１０ｐのスルーホール２８ｂに対する圧入方向の位置精度が向上し、電気的接合の信頼性が向上する。

また、コネクタハウジング４１ａは、フランジ４１ｃが形成されるとともに、制御装置２０側からハウジング１１の穴１１ｂに挿入されて、係止部４１ｂでハウジング１１に固定されているので、フランジ４１ｃがハウジング１１に当接してプレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐの圧入力を受圧するように構成されている。
従って、プレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐをスルーホール２８ｃに圧入するとき、コネクタ４１に印加される圧入力がハウジング１１に当接するフランジ４１ｃで受け止められるので、プレスフィットの圧入作業が容易になり、装置の組み立て性が向上する。
また、プレスフィット端子４２ｐ、４３ｐ、４４ｐのスルーホール２８ｃに対する圧入方向の位置精度が向上し、電気的接合の信頼性が向上する。

また、半導体スイッチング素子３３が回路基板２２の電動モータ１側に搭載されるとともに、コンデンサ３０が回路基板２２のヒートシンク２１側に搭載されている。従って、高さが高く、大型部品であるコンデンサ３０がギヤケース１３の突起部２１ｂ内に配置されて装置が小型化・薄型化する。

また、半導体スイッチング素子３３、シャント抵抗器３１、コンデンサ３０及びコイル３４等のパワー部２２ａを構成する大電流部品と、マイクロコンピュータ３２、ホールＩＣ６ｂ及びその周辺回路素子等の制御部２２ｂを構成する小電流部品とを回路基板２２上に半田付けを行なう半田付工程と、この半田付工程の後にヒートシンク２１上に接着剤２４、２５を塗布し、その上に回路基板２２を配置し、接着剤２４、２５を硬化させて回路基板２２をヒートシンク２１に固定する基板固定工程と、この基板固定工程の後に制御装置２０の回路基板２２側を電動モータ１と対向させ、プレス機でプレスフィット端子１０ｐ、４２ｐ、４３ｐ、４４ｐを、スルーホール２８ｂ、２８ｃに圧入して、電動モータ１の電機子巻線９と回路基板２２とを電気的に接続する圧入工程と、この圧入工程後に、ヒートシンク２１と電動モータ１のハウジング１１にネジ５１で固定して電動モータ１に制御装置２０を固定する制御装置固定工程とを含む。
従って、制御装置２０の組み立ての作業性が向上するとともに、別々に組み立てられた電動モータ１及び制御装置２０を合体するときに、電動モータ１と制御装置２０の電気的接続も同時に行なわれるので、組み立ての時間が短縮されるとともに、組み立ての設備が簡単になり、装置の組み立て性が向上する。

また、半導体スイッチング素子３３が実装された領域に形成された、複数個のスルーホール２８ａは、内面に前記導体層２６ａ〜２６ｆと電気的に接続された金属メッキ層が形成されている。従って、半導体スイッチング素子３３で発生した熱は、スルーホール２８ａを直線的に伝導してヒートシンク２１に放熱され、装置の放熱性が向上する。
また、スルーホール２８ａには、高熱伝導材である高熱伝導性樹脂２９が充填されているので、スルーホール２８ａにおける熱伝導性がよく、より多くの熱がヒートシンク２１に放熱され、装置の放熱性がさらに向上する。

また、回路基板２２は、最外層の導体層２６ａ、２６ｆの厚さよりも、内層の導体層２６ｂ〜２６ｅの厚さが厚く形成されているので、導体層２６ｂ〜２６ｅに大電流を流すことにより電力ロスを低減することができる。
また、最外層の導体層２６ａ、２６ｆには、小電流部品が確実に実装されるため、内層の導体層２６ｂ〜２６ｅよりも厚さが薄く形成されているので、微細パターンが可能になり、部品実装密度を向上させることができ、大電流通電と高密度実装を両立することができ、回路基板２２の外形寸法が小さくなって、装置が小型化する。

また、回路基板２２は、最外層の導体層２６ａが高熱伝導で絶縁性の接着剤である熱伝導性接着剤２４を介してヒートシンク２１に固定されているので、回路基板２２からの熱は、ヒートシンク２１に効率よく伝達する。
また、回路基板２２とヒートシンク２１との間の絶縁性が確保されるので、ヒートシンク２１と対向する回路基板２２上に導体層２６ａを形成することができ、回路基板２２の外形寸法が小さくなって、装置が小型化する。

また、熱伝導性接着剤２４を各半導体スイッチング素子３３と対向する最外層の導体層２６ａの各領域とヒートシンク２１との間に介在した場合、各半導体スイッチング素子３３からの熱は、回路基板２２のスルーホール２８ａを伝導し、熱伝導性接着剤２４を通じてヒートシンク２１に効率良く伝達され、装置の放熱性を向上することができる。
なお、ヒートシンク２１は発熱の少ないギヤケース１３と密着しているので、装置の放熱性がさらに向上する。

また、コンデンサ３０及びコイル３４は、面実装された大電流部品であり、また回路基板２２の同一面に配設されているので、リフロ装置を用いて半田付けする工程と、コンデンサ３０及びコイル３４のリードを回路基板２２のスルーホールに挿入して部分噴流半田付けする工程とに分離する必要が無く、組み立て性が向上する。

なお、上記の実施の形態では、永久磁石３の極数を８極、固定子５の突極数を１２個としたが、この組み合わせに限定されるものではなく、他の極数と突極数の組み合わせであってもよい。
また、回路基板２２を６層基板としたが、４層基板や８層基板等他の層数の基板であってもよい。
また、回転位置センサ６はホールＩＣ６ｂを用いているが、ホールＩＣに限定されるものではなく、磁気抵抗素子等他の磁気検出素子を用いたものであってもよい。
また、電動モータ１はブラシレスモータに限定されるものでなく、インダクションモータまたはスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）であってもよい。
また、減速機構１２はウォームギヤ１４とウォームホイール１５を採用したが、傘歯車他の歯車を用いた減速機構でもよく、さらにベルトとプーリを採用した減速機構であってもよい。

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装置を示す断面図である。 図１の電動式パワーステアリング装置を示す分解斜視図である。 制御装置の回路基板及びその周辺部を示す断面図である。 電動モータと制御装置の組み立て前の状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 電動モータ、６ 回転位置センサ、６ｂ ホールＩＣ、９ 電機子巻線、１０ 接続端子、１０ｐ プレスフィット端子、１１ ハウジング、１３ ギヤケース、２０ 制御装置、２１ ヒートシンク、２１ａ 受圧部、２２ 回路基板、２２ａ パワー部、２２ｂ 制御部、２２ｃ 穴、２５ 接着剤、２６ａ〜２６ｆ 導体層、２７ａ〜２７ｅ 層間絶縁層、２８ａ〜２８ｃ スルーホール、３０ コンデンサ、３２ マイクロコンピュータ、３３ 半導体スイッチング素子、４１ コネクタ、４１ａ コネクタハウジング、４１ｂ 係止部、４１ｃ フランジ、４２ パワーコネクタ、４２ａ パワー端子体、４２ｐ プレスフィット端子、４３ 信号コネクタ、４３ａ 信号端子体、４３ｐ プレスフィット端子、４４ トルクセンサコネクタ、４４ａ トルクセンサ端子体、４４ｐ プレスフィット端子。

Claims (10)

1. 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と、この電動モータの回転を減速する減速機構及び前記電動モータの駆動を制御する制御装置とを備え、制御装置は前記電動モータと前記減速機の間に配置された電動式パワーステアリング装置において、
   前記電動モータは、回転子、固定子を内蔵するヨークと、出力軸が挿入された軸受けを固定したハウジングと、前記出力軸の周辺から前記制御装置の方向に延出し、前記電動モータへ電流を供給する接続部材を備え、
   前記制御装置は、主に前記電動モータの電流を制御する複数の半導体スイッチング素子と、前記電動モータの電流のリップルを吸収するコンデンサと、前記ハンドルの操舵トルクに基づいて、前記半導体スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータと、絶縁層及び配線パターンを形成する導体層が複数層積層されているとともに、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホールが形成され、前記導体層、前記スルーホール等の導体部を通じて前記各種電子部品が電気的に接続されている回路基板と、この回路基板は、前記電動モータの出力軸が貫通する穴が設けられ、また、この回路基板の一部と当接し、前記減速機構のケースに取り付けられるヒートシンクと、を備え、
   コネクタは、係止部を有しこの係止部により前記ハウジングに係止され、また車両の電源と電気的に接続するパワー端子体と、車両の配線を介して信号を授受する信号端子体とを有し、前記両端子体は前記制御装置方向に延出され、
   前記電動モータの接続部材の先端部、及び前記コネクタの各端子体の先端部は、各々同様に前記回路基板に対向して延出し前記回路基板のスルーホールに圧入されて電気的に接続されるとともに、これらのスルーホールの周辺部が前記ヒートシンクと当接し、前記電動モータ・回路基板・ヒートシンク・減速機構のケースが一体化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. 電動モータの接続部材はプレスフィット端子が形成され、このプレスフィット端子が回路基板のスルーホールに圧入されて前記電動モータと前記回路基板とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
3. コネクタは、パワー端子体及び信号端子体が絶縁性樹脂でコネクタハウジングに一体成形されるとともに、係止部も前記コネクタハウジングに一体成形されていることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
4. コネクタは、電動モータ出力軸側からハウジングに挿入、係止されていることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の電動式パワーステアリング装置。
5. コネクタのパワー端子体及び信号端子体は、端部にプレスフィット端子が形成され、回路基板のスルーホールに圧入されていることを特徴とする請求項１、３、または４記載の電動式パワーステアリング装置。
6. コネクタハウジングは、フランジ部が形成され、このフランジ部が電動モータのハウジングに当接してプレスフィット端子の圧入力を受圧するように構成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
7. 回路基板は、電動モータの回転子の回転位置を検出する検出部が配置され、この検出部の配置領域は、前記電動モータの出力軸が貫通する穴の周囲に配置され、接続部材のプレスフィット端子が圧入される領域と分離されていることを特徴とする請求項１、または請求項２記載の電動式パワーステアリング装置。
8. 回路基板は、プレスフィット端子が圧入されるスルーホールの周辺部がヒートシンクと接着剤で接着されていることを特徴とする請求項１、２、及び５〜７のいずれか１項に記載の電動式パワーステアリング装置。
9. 回路基板において、コンデンサはヒートシンク側に搭載され、半導体スイッチング素子は電動モータ側に搭載されるとともに、この半導体スイッチング素子が搭載されている近傍領域のヒートシンク側回路基板は少なくとも一部が、このヒートシンクと接着剤で接着していることを特徴とする請求項１記載の電動式パワーステアリング装置。
10. 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と、この電動モータの回転を減速する減速機構及びこの電動モータの駆動を制御する制御装置とを備えた電動式パワーステアリング装置の製造方法において、
    前記電動モータは、出力軸側に延出するとともに、プレスフィット端子が形成された前記電動モータへ電流を供給する接続部材を備え、
    前記制御装置は、主に前記電動モータの電流を制御する複数の半導体スイッチング素子と、前記電動モータの電流のリップルを吸収するコンデンサと、前記ハンドルの操舵トルクに基づいて、前記半導体スイッチング素子を駆動するための駆動信号を生成するマイクロコンピュータと、絶縁層及び配線パターンを形成する導体層が複数層積層されているとともに、内面に金属メッキ層が形成されたスルーホールが形成され、前記導体層、前記スルーホール等の導体部を通じて前記各種電子部品が電気的に接続されている回路基板と、この回路基板の一部と当接し、前記減速機構のケースに取り付けられるヒートシンクと、を備え、少なくとも
    前記電子部品を前記回路基板上に半田付けを行なう半田付工程と、
    この半田付工程後に、前記ヒートシンクに前記回路基板を固定する基板固定工程と、
    この基板固定工程後に、前記プレスフィット端子を前記回路基板のスルーホールに圧入する圧入工程と、
    この圧入工程後に、前記電動モータに前記制御装置を固定する制御装置固定工程と、
    を含むことを特徴とする電動式パワーステアリング装置の製造方法。

Images