JP2011195130A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータを駆動制御する制御ユニットを小型化且つ低コスト化し、信頼性を向上する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１に伝達された操舵トルクを、ステアリングシャフト２を介して転舵輪に伝達するステアリング機構ＳＭに対して操舵補助力を付与する電動モータ１２と、該電動モータ１２を駆動制御する制御ユニット２０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２０を、前記電動モータ１２に露出形成された外部接続端子を有するモータ側端子台に近接して配置し、且つ当該モータ側端子台に連接する制御ユニット側端子台を露出形成し、前記モータ側端子台の外部接続端子及び前記制御ユニット側端子台の接続端子に導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗ、ＳＭ１〜ＳＭ６を溶接して電気的に接続した。
【選択図】図１

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し、特に電動モータと制御ユニットとの間の電気的接続構造に関する。

この種の電動パワーステアリング装置としては、従来、電動モータのハウジングの上部に形成されたブラケットに電動モータの駆動を制御する制御装置が固定され、この制御装置内に、パワー本体及び制御本体を搭載し、周縁部に複数の溶接パッド部を形成した金属基板を設け、制御装置内で、金属基板と近接対向する位置に電動モータの巻線端子にネジ留めされるモータ端子を有する導電板と電動モータ内の回転位置センサのコネクタに接続されるセンサ端子とを備えたフレームが配設され、このフレームのモータ端子及びセンサ端子の他端に形成されたモータ用パッド部及びセンサ用パッド部と、金属基板の各溶接パッド部とが両者間にパワー用金属片及び信号用金属片を溶接することにより電気的に接続された構成を有する電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、電動モータのハウジングの上部に形成されたブラケットに電動モータの駆動を制御する制御装置が固定され、この制御装置内に、パワー本体及び制御本体を搭載し、縁部付近に複数の溶接パッド部を形成した金属基板を設け、この金属基板の片側にモータ用パッド部及びセンサ用パッド部が形成された第１の端子台が配設され、この第１の端子台のモータ用パッド部及びセンサ用パッド部とこれらに対応する金属基板の溶接パッド部との間に金属片をレーザ溶接して電気的に接合し、第１の端子台のモータ用パッド部に接続されたモータ端子を電動モータの巻線端子にネジ留めするとともに、センサ用パッド部に接続されたセンサコネクタ部を電動モータに配設された回転検出センサのコネクタ部と嵌合することにより、電動モータと制御装置とを電気的に接続するようにした電動パワーステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２９４５３３号公報 特開２００８−１００６１８号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の従来例にあっては、制御装置内で、金属基板の溶接パッド部とモータ用パッド部及びセンサ用パッド部との間を個別に金属片を溶接することにより電気的に接続し、モータ用パッド部に連結されたモータ端子を電動モータの巻線端子とをネジ留めし、センサパッド部を電動モータ内に配設された回転検出センサにコネクタ接続するようにしており、制御装置内に金属基板と電気的に接続するモータ用パッド部及びセンサ用パッド部と、これらを接続する金属片とを設けるので、制御装置が大型化するという未解決の課題がある。

また、制御装置内で、金属基板の溶接パッド部とモータ用パッド部及びセンサ用パッド部とをレーザ溶接するので、レーザ溶接時に発生する金属スパッタにより金属基板に搭載した電子部品や配線等に電気的にショートが発生してしまう可能性があり、制御装置の信頼性が低下する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、電動モータを駆動制御する制御ユニットを小型化且つ低コスト化し、信頼性を向上する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、本発明の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対して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、前記制御ユニットを、前記電動モータに露出形成された外部接続端子を有するモータ側端子台に近接して配置し、且つ当該モータ側端子台に連接する制御ユニット側端子台を露出形成し、前記モータ側端子台の接続端子及び前記制御ユニット側端子台の接続端子に導電性金属片を溶接して電気的に接続したことを特徴としている。

また、本発明の他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記モータ側端子台及び制御ユニット側端子台に、複数の給電用端子と複数の信号用端子とを備え、各給電用端子同士及び各信号用端子同士が個別の導電性金属片で接続されていることを特徴としている。
また、本発明の他の形態に係る電動パワーステアリング装置は、前記導電性金属片は、応力緩和領域を備えていることを特徴としている。

本発明によれば、電動モータとこの電動モータを駆動制御する制御ユニットとの間の電気的接続を制御ユニットの外側で導電性金属片を溶接することにより行うので、制御ユニット内での溶接作業を排除することができるとともに、ネジ留め作業も廃止することができ、センサ部のコネクタも廃止することができ、制御ユニット及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を小型化することができるとともに、信頼性を向上させることができ、さらにネジ等の固定部材を省略して低コスト化を図ることができるという効果が得られる。

本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。 制御ユニットを装着した電動モータを示す斜視図である。 制御ユニットを装着した電動モータを示す正面図である。 制御ユニットを装着した電動モータを示す側面図である。 電動モータと制御ユニットとの電気的接続部を拡大して示す拡大図である。 給電用導電性金属片及び信号用導電性金属片を示す斜視図である。

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、本発明による電動パワーステアリング装置の一実施形態を示す概略構成図である。図中、ＳＭはステアリング機構である。このステアリング機構ＳＭは、ステアリングホイール１に運転者から作用される操舵力が伝達される入力軸２ａとこの入力軸２ａに図示しないトーションバーを介して連結された出力軸２ｂとを有するステアリングシャフト２を備えている。このステアリングシャフト２は、ステアリングコラム３に回転自在に内装され、入力軸２ａの一端がステアリングホイール１に連結され、他端は図示しないトーションバーに連結されている。

そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、２つのヨーク４ａ，４ｂとこれらを連結する十字連結部４ｃとで構成されるユニバーサルジョイント４を介して中間シャフト５に伝達され、さらに、２つのヨーク６ａ，６ｂとこれらを連結する十字連結部６ｃとで構成されるユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。
このピニオンシャフト７に伝達された操舵力はステアリングギヤ機構８を介して左右のタイロッド９に伝達され、これらタイロッド９によって左右の転舵輪ＷＬ，ＷＲを転舵させる。ここで、ステアリングギヤ機構８は、ギヤハウジング８ａ内に、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ｂとこのピニオン８ｂに噛合するラック軸８ｃとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン８ｂに伝達された回転運動をラック軸８ｃで車幅方向の直進運動に変換して、タイロッド９に伝達する。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、操舵補助力を出力軸２ｂに伝達する操舵補助機構１０が連結されている。この操舵補助機構１０は、出力軸２ｂに連結した例えばウォームギヤで構成される減速ギヤ機構１１と、この減速ギヤ機構１１に連結された操舵補助力を発生する例えばブラシレスモータで構成される電動モータ１２とを備えている。
また、減速ギヤ機構１１のステアリングホイール１側に連接されたトルクセンサ収納部１５に操舵トルクセンサ１４が配設されている。この操舵トルクセンサ１４は、ステアリングホイール１に付与されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するもので、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿した図示しないトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位を磁気変化や抵抗変化として検出し、それを電気信号に変換するように構成されている。

電動モータ１２は、図２及び図３に示すように、有底円筒状のモータフレーム１２ａと、このモータフレーム１２ａの開放端面を覆う中心開口１２ｂを有するモータフランジ１２ｃと、モータフランジ１２ｃの中心開口１２ｂから突出する回転軸１２ｄとを備えている。
モータフランジ１２ｃには、中心開口１２ｂの周囲に減速ギヤ機構１１にインロー結合するインロー部１２ｅが形成されているとともに、中央左右両端部に制御ユニット２０に固定するためのボルト挿通孔１２ｆが形成され、これらボルト挿通孔１２ｆの上部側に所定距離離間して上方に突出する一対の支持板部１２ｇが形成されている。一対の支持板部１２ｇには後述する位置決めピン２５を挿通するピン挿通孔１２ｈが形成されている。

一対の支持板部１２ｂ間には、図５で特に明らかなように、電動モータの３個の３相給電用バスバーＢＢｕ、ＢＢｖ及びＢＢｗと、モータフレーム１２ａ内に配設されたロータ（図示せず）の回転角を検出する回転角検出センサとしてのレゾルバ（図示せず）の６個の信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６とが軸直角方向に平行して突出されて露出するモータ側端子台１６が形成されている。

さらに、電動モータ１２の一対の支持板部１２ｇの背面側に電動モータ１２を駆動制御する制御ユニット２０がボルト２１によって固定されている。この制御ユニット２０は、箱状の制御ユニット本体２２と、この制御ユニット本体２２の減速ギヤ機構１１側の左右位置に配設された支持腕部２３とで構成されている。
制御ユニット本体２２には、内部に図示しないがスイッチング素子を備えたインバータ回路、トルクセンサの操舵トルク検出値、車速検出値に基づいて操舵補助指令値を演算するマイクロコンピュータ等の演算処理回路、レゾルバ制御回路等を搭載した基板を有する。

また、制御ユニット本体２２の支持腕部２３に連接する減速ギヤ機構１１側の端部に外部に露出したユニット側端子台２４が配設されている。このユニット側端子台２４は、図５に示すように、３個の給電用溶接パッド部ＰＰｕ、ＰＰｖ及びＰＰｗが電動モータ１２の軸直角方向に並列に露出して配設されているとともに、これら給電用溶接パッド部ＰＰｕ、ＰＰｖ及びＰＰｗと平行にレゾルバに対する６個の信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６が露出して配設されている。このユニット側端子台２４の給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗと信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６とは、制御ユニット２０の支持腕部２３に形成された位置決めピン２５を電動モータ１２の支持板部１２ｇに形成したピン挿通孔１２ｈに挿通して位置決めした状態で、モータ側端子台１６の給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗと信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６と所定距離を保って対向するように配設されている。

そして、給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗと給電用給電バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗとが、給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗの一端を給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗにレーザ溶接し、給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗの他端を給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗにレーザ溶接することにより、電気的に接続されている。
同様に、信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６と信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６とが、信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６の一端を信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６にレーザ溶接し、信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６の他端を信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６にレーザ溶接することにより、電気的に接続されている。

ここで、給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗの夫々は、図６（ａ）に示すように、比較的幅広の帯状金属片をプレス加工して長手方向の中央部にコ字状に突出する応力緩和部３１が形成されている。同様に、信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６の夫々は、図６（ｂ）に示すように、比較的幅狭の帯状金属片をプレス加工して長手方向の中央部にコ字状に突出する応力緩和部３２が形成されている。

次に、上記実施形態の電動モータ１２への制御ユニット２０の組付け方法を説明する。
先ず、電動モータ１２の一対の支持板部１２ｇの裏面側に制御ユニット２０の一対の支持腕部２３を接触させた状態で、支持板部１２ｂのボルト挿通孔１２ｆにボルトを挿通して支持腕部２３に螺合させる。
そして、電動モータ１２への制御ユニット２０の装着が完了すると、図５に示すように、電動モータ１２のモータ側端子台１６と制御ユニット２０のユニット側端子台２４とが上下に所定距離を保って対向する。この状態では、上述したように、両端子台１６及び２４の給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗと給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗとが所定距離を保って対向するとともに、信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６と信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６とが所定距離を保って対向する。

この状態で、例えば給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗに給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗの一端をレーザ溶接し、これら給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗの他端を給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗにレーザ溶接することにより、給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗによって給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗと給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗとを電気的に接続する。

その後又はその前に信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６に信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６の一端を溶接し、これら信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６の他端を信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６にレーザ溶接することにより、信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６によって信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６と信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６とを電気的に接続する。
このように、電動モータ１２のモータ側端子台１６と制御ユニット２０のユニット側端子台２４とを制御ユニット２０の外側で給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗと信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６とを使用して、給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗと給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗとの間及び信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６と信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６とをレーザ溶接によって電気的に接続するので、従来例のように制御ユニット内で金属基板の溶接パッド部とモータ用パッド部及びセンサ用パッド部とをレーザ溶接する場合に比較して、制御ユニット２０の構成を小型化することができる。

また、従来例のように制御ユニット２０内でレーザ溶接するのではなく、制御ユニット２０の外側でレーザ溶接を行うので、レーザ溶接時に発生する金属スパッタによって制御ユニット２０内の電子部品や配線に電気的にショートが発生することを確実に防止することができ、制御ユニットの信頼性を向上させることができる。
また、従来例のようにモータ端子と巻線端子とを固定するネジを必要とすることがないので、部品点数を減少させることができ、低コスト化することができる。

また、センサ信号ラインを給電用導電性金属片によって溶接接続することでコネクタを廃止することができ、制御ユニット及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を小型化及び低コスト化することができる。
しかも、給電用溶接パッド部ＰＰｕ〜ＰＰｗと給電用バスバーＢＢｕ〜ＢＢｗとを電気的に接続する給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗと、信号用溶接パッド部ＳＰ１〜ＳＰ６と信号用端子ＳＴ１〜ＳＴ６とを電気的に接続する信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６との夫々にコ字状に突出した応力緩和部３１及び３２が形成されているので、電動パワーステアリング装置に伝達される振動によって、給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗ及び信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６に引張応力や圧縮応力が繰り返し作用する場合でも、これらの引張応力や圧縮応力を応力緩和部３１及び３２で緩和して疲労破壊を抑制することができる。

なお、上記実施形態においては、レゾルバ用の信号入出力ラインが６本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、レゾルバに供給する２本の励磁信号線のうちの１本と、レゾルバから出力されるそれぞれ２本ずつの正弦波信号線及び余弦波信号線の１本ずつを共通グランド線として計４本の信号ラインで接続することもできる。
また、上記実施形態においては、電動モータ１２としてブラシレスモータを適用して給電ラインが３本である場合について説明したが、電動モータ１２としてブラシ付きモータである直流モータを適用した場合には、給電ラインを２本とすることできる。この場合には、電動モータ１２内に設けた回転検出センサを省略することができる。

さらに、上記実施形態では、給電用導電性金属片ＰＭｕ〜ＰＭｗ及び信号用導電性金属片ＳＭ１〜ＳＭ６にコ字状の応力緩和部３１及び３２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、応力緩和部３１及び３２をＵ字状としたり円弧状としたりすることもでき、要は入力される引張応力や圧縮応力を緩和できる構成であればよいものである。
また、上記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。

ＳＭ…ステアリング機構、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…ステアリングコラム、４…ユニバーサルジョイント、５…中間シャフト、７…ピニオンシャフト、８…ステアリングギヤ機構、９…タイロッド、ＷＬ，ＷＲ…転舵輪、１０…操舵補助機構、１１…減速ギヤ、１１ａ…ギヤケース、１２…電動モータ、１２ａ…モータフレーム、１２ｃ…モータフランジ、１２ｄ…回転軸、１２ｇ…支持板部、１４…操舵トルクセンサ、１６…モータ側端子台、ＢＢｕ〜ＢＢｗ…給電用バスバー、ＳＴ１〜ＳＴ６…信号用端子、２０…制御ユニット、２２…制御ユニット本体、２３…支持腕部、２４…ユニット側端子台、ＰＰｕ〜ＰＰｗ…給電用溶接パッド部、ＳＰ１〜ＳＰ６…信号用溶接パッド部、ＰＭｕ〜ＰＭｗ…給電用導電性金属片、ＳＭ１〜ＳＭ６…信号用導電性金属片、３１，３２…応力緩和部

Claims (3)

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対して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、
   前記制御ユニットを、前記電動モータに露出形成された外部接続端子を有するモータ側端子台に近接して配置し、且つ当該モータ側端子台に連接する制御ユニット側端子台を露出形成し、
   前記モータ側端子台の接続端子及び前記制御ユニット側端子台の接続端子に導電性金属片を溶接して電気的に接続した
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータ側端子台及び制御ユニット側端子台は、複数の給電用端子と複数の信号用端子とを備え、各給電用端子同士及び各信号用端子同士が個別の導電性金属片で接続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. 前記導電性金属片は、応力緩和領域を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。

Images