(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵装置、
前記操舵装置に取り付けられ回転力を伝える減速機構、
前記減速機構に回転子軸が連結されるとともに、
前記回転子軸の反減速機構側の軸受けを支承する嵌合凹部を備えたヒートシンク、
前記嵌合凹部内であって、前記軸受よりも外側の前記回転子軸端に組み付けられた永久磁石と、前記ヒートシンクを貫通して前記嵌合凹部内に配置された磁気センサ保持部に保持された磁気センサとで構成された回転位置センサ、
前記回転子の電力を制御するスイッチング素子と発熱部品とを搭載し、前記ヒートシンクの外側に密着して配置されたパワー基板、
操舵トルクを計測するトルクセンサと車両の走行速度を計測する車速センサと前記回転位置センサとの信号により前記スイッチング素子を制御するマイクロコンピュータと小電流部品とを搭載し、前記パワー基板と積層状態に配置された制御基板、
前記トルクセンサに接続されるコネクタと、前記車速センサに接続されるコネクタと、外部から電力供給を受けるコネクタとが一体に成型されるとともに、前記制御基板が組み付けられ、前記パワー基板を覆うように前記ヒートシンクの外側に取り付けられた回路ケースとを有する電動機を備えたことを特徴とする電動式パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記回路ケースに配線パターンとしての導電板がインサート成型されており、前記パワー基板と前記制御基板と前記電動機と前記各コネクタとの相互間が前記導電板により接続されるように構成した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装置。
【請求項３】
前記回転位置センサの前記永久磁石は、その外径が前記軸受けのアウタレスの外径より小さく構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記磁気センサ保持部は前記回路ケースに設けられ、前記磁気センサ保持部に保持された前記磁気センサが、前記回路ケースにインサート成型された前記導電板により前記制御基板と接続されることを特徴とする請求項２〜請求項３のいずれか一項に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項５】
前記電動機の電機子巻線が前記電動機の突極構造の固定子鉄心に合成樹脂からなるインシュレータを介して巻装され、前記インシュレータには前記ヒートシンクの嵌合穴と嵌合する位置決め突起が設けられた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装置。
【請求項６】
前記ヒートシンクに、前記回転子の反減速機構側を支承する軸受を嵌合する嵌合穴と、前記回路ケースの前記磁気センサを保持する前記磁気センサ保持部が嵌合する嵌合穴とが設けられており、この両嵌合穴により前記回転位置センサの前記永久磁石と、前記磁気センサとの径方向の相対位置が決定され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装置。
【請求項７】
前記トルクセンサと接続される前記コネクタに、前記コネクタと接合するハーネス側コネクタハウジングの抜け止めを行うロック機構が設けられており、前記ハーネス側コネクタハウジングが前記コネクタに対して前記電動機の軸方向に脱着が可能であると共に、前記ロック機構は前記電動機の周方向に操作されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置。
【請求項８】
前記ヒートシンクが前記電動機の前記固定子鉄心を保持するヨークの一方の開口端の内径と嵌合する嵌合面を有しており、前記嵌合面の外周に溝が設けられて前記ヨークが前記溝内に絞り込み変形されることにより前記ヨークと前記ヒートシンクとが固定されるように構成した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装置。
【請求項９】
前記ヒートシンクに、前記軸受と嵌合する前記嵌合穴とは同心状に治具挿入用の貫通穴が設けられた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装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機の回転力により車両の操舵装置にアシスト力を付与するための、電動式パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８と図９とは、一般的な電動式パワーステアリング装置の構成図と駆動回路のブロック図とを示すものである。一般的な電動式パワーステアリング装置は図８に示すように、車両の操舵装置であるハンドル１と、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ２と、車両の走行速度を検出する車速センサ３と、トルクセンサ２や車速センサ３の信号を入力し、操舵トルクや車両の走行条件に対応して電動機４を制御し、操舵のアシストトルクのトルク値と方向とを制御する制御装置５と、電動機４など、装置の電源となるバッテリ６とから構成され、電動機４はエンジン室に装備されると共に、制御手段５は車室内に設置される。
【０００３】
図９に示した駆動回路のブロック図は、一般的なブラシレスモータを使用した電動式パワーステアリング装置の回路構成例であり、電動機４は図示しない磁石式の回転子と、固定子に巻装された三相の電機子巻線７と、回転子の回転角（回転位置）を検出する回転位置センサ８などから構成されている。
【０００４】
制御装置５は、マイクロコンピュータ（以下、ＣＰＵと称す）９と、ＣＰＵ９の信号により三相ブリッジ接続された半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御する駆動回路１０と、電動機４に流れる電流のリップルを除去する大容量のコンデンサ１１と、電動機４の電流を検出するためのシャント抵抗１２およびシャント抵抗１２の電圧降下から電流値を検出する電流検出手段１３と、必要に応じて電動機４に流れる電流を通電／遮断する開閉手段１４などから構成されている。また、ＣＰＵ９と駆動回路１０と電流検出手段１３とで信号処理と制御とを司る制御手段１５を構成しており、制御手段１５はトルクセンサ２と車速センサ３の信号を入力してアシストトルクを演算すると共に、電動機４の電流と回転位置センサ８からの信号のフィードバックを受け、電動機４を駆動制御する。
【０００５】
このように構成された一般的な電動式パワーステアリング装置において、制御手段１５はトルクセンサ２からの操舵トルク信号と、車速センサ３からの走行速度信号とを入力し、これらの信号に対応したアシストトルク値と駆動方向とを演算して駆動回路１０に出力し、駆動回路１０は半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にＰＷＭ駆動信号を与えて電動機４に三相交流電力を供給する。また、制御手段１５は、電流検出手段１３からの電流値信号と、回転位置センサ８からの回転位置信号とをフィードバック入力し、操舵トルクと車速とに対応した適切な駆動電流を電動機４に与えるように制御する。なお、駆動回路１０により制御される開閉手段１４は通常の使用状態では回路が閉じており、異常時において解放されるように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような電動式パワーステアリング装置において、一般的にはトルクセンサ２と車速センサ３と電動機４とバッテリ６とはエンジンルームに設置されるが、制御装置５は車室内に設置されるのが通常であり、この間を接続するために長いワイヤハーネスを必要としていた。このワイヤーハーネスの長さは重量とコストに負担を与えるだけでなく、電力ロスも大きなものとなり、ＰＷＭ駆動される電動機４の電流による放射ノイズの発生にもつながるものであり、この放射ノイズは他の制御機器に対しては誤動作の原因となり、また、ラジオに対する雑音の原因となるものであった。また、小型軽量化と大出力化が要求される電動パワーステアリング装置においてはワイヤーハーネスの電力ロスが無視できず、大出力化の障害になるものであった。
【０００７】
このような課題に対して、制御装置５を電動機４と一体構成としてエンジンルームに設置することにより、ワイヤーハーネスを短縮化する技術が提案されている。例えば、特開平９−３０４３４号公報に開示された技術は、ブラシ式のＤＣ電動機とこの電動機の回転を減速する減速機構との間に金属ケースを介在させ、この金属ケースに一枚の金属基板を収納してこの金属基板に制御装置と半導体スイッチング素子と電動機のブラシホルダとを搭載するようにしたものである。この公報に開示された技術によればワイヤーハーネスは短縮化され、放熱の配慮もなされているが、電動機自体の大型化が避けられず、特に径方向には極端に大きくなってステアリング機構に対する装着性が極めて悪くなり、周辺の部品にスペース上の犠牲を強いるものである。
【０００８】
また、特開平８−１９２７５７号公報にはブラシ式のＤＣ電動機と電動機の回転を減速する減速機構との間に金属ケースを介在させ、この金属ケース内に半導体スイッチング素子と電動機のブラシホルダとを収納すると共に、金属ケースの径方向に隣接して制御手段を収納したケースを設ける技術が開示されているが、上記の従来例と同様に径方向には大きなスペースを要するものであり、ステアリング機構に対する装着性が悪く、電動パワーステアリング装置自体の生産性にも影響を与えるものである。
【０００９】
さらに、特開平９−１１７０９３号公報にはブラシ式のＤＣ電動機を用いた電動式パワーステアリング装置において、制御手段とスイッチング素子とを搭載した基板が電動機のブラシホルダを搭載する外部ケースに保持され、この基板を保持する外部ケースが電動機のハウジング内において電動機の側方に配置されるように構成した技術が開示されている。この公報に開示された技術によれば部品間の配線は簡略化でき、大型化もある程度抑制できるが、半導体スイッチング素子が発熱体である電動機の側方に、しかも、電動機のハウジング内に装着されるため、熱的な信頼性に課題を残し、半導体スイッチング素子の通電容量に限界を生じ、従って、電動機の高出力化にも限界を生じるものであり、生産性にも課題を有するものである。
【００１０】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、ＰＷＭ駆動による放射ノイズを低減することが可能であると共に、大出力化と装着性の向上と重量の低減とが可能な電動式パワーステアリング装置を得ることを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の電動式パワーステアリング装置は、操舵装置、前記操舵装置に取り付けられ回転力を伝える減速機構、前記減速機構に回転子軸が連結されるとともに、前記回転子軸の反減速機構側の軸受けを支承する嵌合凹部を備えたヒートシンク、
前記嵌合凹部内であって、前記軸受よりも外側の前記回転子軸端に組み付けられた永久磁石と、前記ヒートシンクを貫通して前記嵌合凹部内に配置された磁気センサ保持部に保持された磁気センサとで構成された回転位置センサ、
前記回転子の電力を制御するスイッチング素子と発熱部品とを搭載し、前記ヒートシンクの外側に密着して配置されたパワー基板、
操舵トルクを計測するトルクセンサと車両の走行速度を計測する車速センサと前記回転位置センサとの信号により前記スイッチング素子を制御するマイクロコンピュータと小電流部品とを搭載し、前記パワー基板と積層状態に配置された制御基板、
前記トルクセンサに接続されるコネクタと、前記車速センサに接続されるコネクタと、外部から電力供給を受けるコネクタとが一体に成型されるとともに、前記制御基板が組み付けられ、前記パワー基板を覆うように前記ヒートシンクの外側に取り付けられた回路ケースとを有する電動機を備えたものである。
【００１２】
また、回路ケースに配線パターンとして導電板がインサート成型されており、パワー基板と制御基板と電動機と各コネクタとの相互間が導電板により接続されるように構成したものである。
さらに、回転位置センサの前記永久磁石は、その外径が前記軸受けのアウタレスの外径より小さく構成されているものである。
さらにまた、磁気センサ保持部は前記回路ケースに設けられ、前記磁気センサ保持部に保持された前記磁気センサが、前記回路ケースにインサート成型された前記導電板により前記制御基板と接続されるものである。
【００１３】
また、電動機の電機子巻線が電動機の突極構造の固定子鉄心に合成樹脂からなるインシュレータを介して巻装され、インシュレータにヒートシンクの嵌合穴と嵌合する位置決め突起が設けられるようにしたものである。
さらに、ヒートシンクに、回転子の反減速機構側を支承する軸受を嵌合する嵌合穴と、回路ケースの磁気センサを保持する磁気センサ保持部が嵌合する嵌合穴とが設けられており、この両嵌合穴により回転位置センサの永久磁石と磁気センサとの径方向の相対位置が決定されるようにしたものである。
さらにまた、トルクセンサと接続するコネクタに、コネクタと接合するハーネス側コネクタハウジングの抜け止めを行うロック機構が設けられており、ハーネス側コネクタハウジングが、コネクタに対して電動機の軸方向に脱着が可能であると共に、ロック機構は電動機の周方向に操作されるようにしたものである。
【００１４】
また、ヒートシンクが電動機の固定子鉄心を保持するヨークの一方の開口端の内径と嵌合する嵌合面を有しており、嵌合面の外周に溝が設けられてヨークが溝内に絞り込み変形されることによりヨークとヒートシンクとが固定されるようにしたものである。
さらに、ヒートシンクに、軸受と嵌合する嵌合穴とは同心状に治具挿入用の貫通穴が設けられるようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図７は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置を説明するためのもので、図１は電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図、図２は電動機部分の断面図、図３は大電流部品を搭載する金属基板部の平面図、図４は小電流の制御部品を搭載する制御基板部の平面図、図５はコネクタ部の平面図（図１の矢視Ａ）、図６は回転位置センサの着磁パターンを示す説明図、図７は回路構成を示すブロック図であり、上記の従来例と同一機能部分には同一符号が付与されている。
【００１６】
まず、図７にて回路構成を説明すると、電動機４の固定子には三相の電機子巻線７ｕ〜７ｗが巻装されており、詳細な構成は後述するが、この図では、電機子巻線７はＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに例えば各４個のコイルを有する場合を示している。４０は電動機４とは一体に構成された制御装置であり、後述するように、制御装置４０の制御基板４３にはＣＰＵ９と駆動回路１０と電流検出手段１３とが搭載され、後述するパワー基板には三相ブリッジ構成の半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６とリップル除去用コンデンサ１１とシャント抵抗１２と開閉手段１４とが搭載され、また、制御装置４０内には回転位置センサ８が組み付けられている。ＣＰＵ９はトルクセンサ２と車速センサ３と回転位置センサ８などの信号を入力して電動機４を制御するものであり、ＣＰＵ９の信号により駆動回路１０が三相ブリッジ接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６にＰＷＭ信号を与えるもので、これらの動作は基本的には上記の従来例と同様である。なお、図のＰｍとＭｍは後述する回路ケースに設けられた端子の回路上での位置を示すものである。
【００１７】
具体的な構成を図１ないし図６により説明すると、図１と図２とに示したように、三相のブラシレス交流電動機４は、例えば８極の磁極を有する永久磁石１６が出力軸１７の外周に固定された回転子１８と、永久磁石１６の外周に対向して設けられた例えば１２極の突極１９にインシュレータ２０を介して巻回されたＵ相とＶ相とＷ相との３相の電機子巻線７（７ｕ、７ｖ、７ｗ）を有する固定子２１と、出力軸１７の反出力側（反減速機構側）の軸端に固定され、回転子１８の回転位置を検出する回転位置センサ８用として後述するように磁化された永久磁石２２と、固定子２１を取り付けるヨーク２３とから構成されている。
【００１８】
電機子巻線７の各相の巻線端部は図２に示すように出力軸１７の反出力側軸方向に伸延された巻線端子２４ａ〜２４ｃに各々接続され、インシュレータ２０には突極１９と後述する回転位置センサ８用の磁気センサとの周方向角度を位置決めする位置決め突起２０ａが形成されている。電動機４の反出力側のブラケットを兼ねるヒートシンク２５は円筒状のヨーク２３の一端に挿入され、後述するようにヨーク２３を変形させてカシメ固定されている。また、固定子２１はヨーク２３の反ヒートシンク側から圧入され、ヨーク２３には出力側のブラケット２６取り付けられて両者は図３に示すようにネジ２７で固定されている。回転子１８はヒートシンク２５側の軸受２８とブラケット２６側の軸受２９とで回転自在に支承され、軸受２８は回転子１８と永久磁石２２との間に位置するように配列されている。また、ヨーク２３とヒートシンク２５との嵌合部には防水用ラバ−リング３０が、ヨーク２３とブラケット２６との嵌合部には防水用ラバ−リング３１が設けられている。
【００１９】
永久磁石２２はフェライト系のボンド磁石からなり、リング３２を介して出力軸１７に固定されており、その外径は軸受２８のアウタレス（以下外輪と称す）の外径より小さく形成されている。永久磁石２２の外周面は、図６に示すように２５６極に着磁された磁気トラック２２ｎと、８極に着磁された３本の磁気トラック２２ｕ、２２ｖ、２２ｗとが形成されている。磁気トラック２２ｕと磁気トラック２２ｖとは周方向に１５度の角度差を持って着磁されており、磁気トラック２２ｖと磁気トラック２２ｗも周方向に１５度の角度差を持って着磁されている。ブラケット２６に取り付けられたギヤケース３３には図１に示すように、ウォームギヤ３４とウォームホイール３５とからなる減速ギヤ３６が組み込まれており、ウォームギヤ３４は出力軸１７とカップリング３７により結合され、減速ギヤ３６は電動機４の回転を減速して図示しないステアリング軸に伝達する。
【００２０】
４０は制御装置であり、パワー基板としての金属基板４１と、複数の導電線や導電板がインサート成形された絶縁樹脂製の回路ケース４２と、絶縁プリント基板からなる制御基板４３などから構成され、金属基板４１は例えばＨＩＴＴ基板（電気化学工業の商品名）からなり、２ｍｍのアルミニウム基板上に８０μｍの絶縁層を介して配線パターンが１００μｍの銅パターンにて形成され、この金属基板４１は、アルミニウム基板側がヒートシンク２５に密着して取り付けられており、金属基板４１に搭載される発熱部品の発熱をアルミニウム基板を介してヒートシンク２５に放熱するように構成されている。
【００２１】
図３に示すように、電動機４の電流をＯＮ／ＯＦＦ制御するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、電動機４の電流リップルを吸収するためのコンデンサ１１と、電動機４の電流を検出するためのシャント抵抗器１２など、大電流を処理する発熱部品は金属基板４１上の配線パターンに半田付けされて実装されており、コンデンサ１１は金属基板４１の周辺部に並べて配置されている。金属基板４１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充分な断面積を有しており、電動機４に流れる大電流対応の回路要素が実装できるようになっている。
【００２２】
回路ケース４２には電源コネクタ４４とトルクセンサコネクタ４５と車両信号用コネクタ４６とが側面から突出するように一体に形成され、また、回路ケース４２は両端開口の一端が金属基板４１を覆うようにしてヒートシンク２５に取り付けられている。さらに、回路ケース４２のもう一方の開口側には制御基板４３が取り付けられており、この絶縁樹脂製の回路ケース４２には上記したように複数の導電線や導電板が配線パターンとしてインサート成形されており、この複数の導電線や導電板が絶縁樹脂から部分的に露出して接続端子を形成し、図１ないし図３に示すように金属基板４１や制御基板４３を接続する接続端子Ｃｍと、金属基板４１側の電源端子Ｐｍと、電動機端子Ｍｍと、磁気センサ４７と制御基板４３とを接続するセンサ端子Ｓｍとを構成している。
【００２３】
金属基板４１側の接続端子Ｃｍと、電源端子Ｐｍと、電動機端子Ｍｍとは回路ケース４２のほぼ中央部にほぼ直線上に並べて配置され、金属基板４１の配線パターンに半田接合されている。電動機端子Ｍｍの金属基板４１との接合部とは反対側の端子は、ヒートシンク２５に形成された貫通穴２５ａから延びてきた電動機４の巻線端子２４ａ〜２４ｃと電気的に接合されている。接続端子Ｃｍおよびセンサ端子Ｓｍの制御基板４３側端部は制御基板４３を取り付けたとき、制御基板４３の各スルーホールに挿入されて半田接合される。電源端子Ｐｍは電源コネクタ４４側に延長されて電源コネクタ４４のターミナルとして形成され、途中で制御基板４３に接続する端子が分岐して、接続端子Ｃｍなどと同様に制御基板４３に半田接合される。このようにして金属基板４１と制御基板４３とは電動機４の軸方向に対して積層構造に構成される。
【００２４】
なお、金属基板４１は回路ケース４２にネジ４８により固定され、金属基板４１を挟着するようにして回路ケース４２と金属基板４１とがヒートシンク２５にネジ４９により固定され、これにより上記したように金属基板４１のアルミニューム基板側がヒートシンク２５に密着される。５０は回路ケース４２とヒートシンク２５との間より水が浸入するのを防止するラバーリングである。
【００２５】
トルクセンサコネクタ４５および車両信号コネクタ４６のターミナルは、コネクタ側とは反対側が回路ケース４２にインサート成形されており、反コネクタ側の端部が接続端子Ｃｍと同様に制御基板４３に半田接合されることにより、制御基板４３と金属基板４１とに実装された各部品がバッテリ６やトルクセンサ２および車速センサ３などと電気的に接続される。電源コネクタ４４とトルクセンサコネクタ４５と車両信号コネクタ４６とは並べて電動機４の出力軸１７とは平行に配置され、電源コネクタ４４と車両信号コネクタ４６とは電動機４の反出力側の軸方向に、また、トルクセンサコネクタ４５は出力側の軸方向に、相手側ハーネスのコネクタハウジングの脱着ができるように配置され、さらに、図５に示すように、電動機４の周方向の操作でトルクセンサコネクタ４５の相手側ハーネスのコネクタハウジングの抜け止めが可能なように係止部（ロック機構）４５ａが形成されている。
【００２６】
磁気センサ４７は、磁気トラック２２ｎ、２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに各々対向して配置された表面実装タイプの巨大磁気抵抗器（以下、ＧＭＲと称す）などからなり、回路ケース４２の磁気センサ保持部５１のセンサ端子Ｓｍに半田接合され、磁気センサ保持部５１が金属基板４１とヒートシンク２５のセンサ嵌合部２５ｅに嵌合し、これを貫通して磁気センサ４７が永久磁石２２の着磁面と対向するように構成されている。
【００２７】
制御基板４３には図４に示すように、絶縁プリント基板の配線パターン上にＣＰＵ９、電動機４の電流検出手段１３を構成する回路など、小電流部品の周辺回路素子が半田付されて実装され、トルクセンサコネクタ４５および車両信号コネクタ４６を介してトルクセンサ２で検出される操舵トルク信号および車速センサ３で検出される車速信号がＣＰＵ９に入力される。ＣＰＵ９は操舵トルク信号、車速信号および磁気センサ４７で検出される回転位置信号に基づき、ブリッジ接続されたスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を制御するための駆動信号を生成する。また、制御基板４３には金属基板４１上の大型部品であるコンデンサ１１と重なる部分が切り欠いた形状に形成されることにより、制御基板４３と金属基板４１との距離の縮小が図られている。
【００２８】
ヒートシンク２５には巻線端子２４ａ〜２４ｃが貫通する穴部２５ａと、ヨーク２３と嵌合する嵌合部２５ｂと、ヨーク２３がかしめられる溝部２５ｃとが形成され、また、軸受２８の外輪が嵌合する嵌合凹部２５ｄと、回路ケース４２の磁気センサ保持部５１が嵌合するセンサ嵌合部２５ｅと、インシュレータ２０の位置決め突起２０ａが嵌合する嵌合部２５ｋとが形成されており、ヒートシンク２５に回路ケース４２が装着されることにより、磁気センサ４７と永久磁石２２の外周面との径方向距離が一定の隙間に保持されると共に、固定子２１の突極１９と磁気センサ４７との周方向角度位置が位置決めされている。
【００２９】
上記したように、軸受２８の外輪の直径より永久磁石２２の外径が小さく設定されることにより、嵌合凹部２５ｄに軸受２８を挿入する際に永久磁石２２と嵌合凹部２５ｄとが干渉しないように構成されており、また、固定子２１の内径部に回転子１８を挿入するとき、永久磁石１６が固定子２１に吸着されて挿入が阻害されるのを防止するために使用する治具挿入穴として、貫通穴２５ｆがヒートシンク２５に嵌合凹部２５ｄと同心状に形成されている。金属基板４１および制御基板４３の組付けは後工程であるため、両基板にはこの貫通穴２５ｆに相当する中央部の穴は設けず、回路パターンの構成を容易として小型化が可能なようにされている。また、溝部２５ｇにはラバーリング３０が挿入され、ヨーク２３とヒートシンク２５との間の水の浸入が防止され、溝部２５ｈにはラバーリング５０が挿入され、制御装置４０に対する水の浸入を防いでいる。
【００３０】
また、図３に示すように、金属基板４１とヒートシンク２５には位置決め用の穴４１ａが形成されており、回路ケース４２に形成された位置決め突起４２ａが挿入されて回路ケース４２と金属基板４１とヒートシンク２５との位置が決められるよう構成されている。なお、４２ｂはカバー５３を接着するための接着剤塗布用の溝である。
【００３１】
このように構成されたこの発明の実施の形態１による電動式パワーステアリング装置において、組み立て工程を説明しながら構成をさらに詳細に説明すると次の通りである。まず、電動機４の組み立ては、出力軸１７に永久磁石１６を接着固定して着磁器で例えば８極に着磁し、軸受２８のインナーレス（以下内輪と称す）および永久磁石２２を嵌着したリング３２を圧入して回転子１８とする。永久磁石２２は別途着磁されているので、永久磁石１６と永久磁石２２との回転方向の角度位置を合わせる必要があり、治具を使用して位置決めをしながら圧入される。固定子２１は１２極の突極１９にインシュレータ２０を介して各相の電機子巻線７を電気角で１２０度位置をずらせて巻装し、図７に示すようなＵ１〜Ｕ４、Ｖ１〜Ｖ４およびＷ１〜Ｗ４の１２個の巻線を形成する。
【００３２】
Ｕ相の電機子巻線Ｕ１〜Ｕ４は各巻始めと各巻終わりとがまとめられて各々が並列に接続され、図７のようなＵ相の電機子巻線７ｕを形成する。同様にＶ相およびＷ相の電機子巻線も各巻始めと各巻終わりとはまとめられて接続され、電機子巻線７ｖと７ｗとを形成し、Ｕ、ＶおよびＷ層の電機子巻線７ｕ〜７ｗの巻終わりはお互いに接続されて中性点となる。Ｕ、ＶおよびＷ層の電機子巻線７ｕ〜７ｗの巻始めはそれぞれ巻線端子２４ａ〜２４ｃに接続される。
【００３３】
ヒートシンク２５は溝部２５ｇにラバーリング３０を挿入し、ヒートシンク２５の穴部２５ｋとインシュレータ２０の位置決め突起２０ａの角度位置を合わせながら、固定子２１が圧入されたヨーク２３の巻線接続端子２４ａ〜２４ｃ側に挿入し、ヨーク２３の外周をヒートシンク２５の溝部２５ｃ内に変形させ、カシメ固定する。
【００３４】
次にブラケット２６に軸受２９の外輪を固定し、軸受２９の内輪に回転子１８の出力軸１７を圧入し、出力軸１７にカップリング３７を圧入する。さらに、ブラケット２６にラバーリング３１を挿入し、固定子２１とヒートシンク２５が組み込まれたヨーク２３に挿入してネジ２７で固定する。このとき永久磁石１６が固定子２１に吸着されるのを防止するため、ヨーク２３の外周を固定し、出力軸１７の両端を治具で保持しながら挿入する。ヒートシンク２５の貫通穴２５ｆはこのとき使用する治具挿入穴である。
【００３５】
制御装置４０は、まず、各電極にクリーム半田を塗布した制御基板４３上にＣＰＵ９その他の周辺回路部品を配置し、リフロー装置を用いて半田付けする。同様に、各電極にクリーム半田を塗布した金属基板４１上に半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６、シャント抵抗器１２およびコンデンサ１１などの部品を配置し、回路ケース４２と金属基板４１との位置決めをしながら金属基板４１上を覆うように回路ケース４２を配置してネジ４８で固定し、この状態でリフロー装置を用いて各部品を半田付する。このとき回路ケース４２にインサートされた導電板の金属基板４１側の各端子も金属基板４１のパターンに半田接続される。
【００３６】
ヒートシンク２５の溝部２５ｈにラバーリング５０を取り付け、金属基板４１の位置決め用穴４１ａより突出した回路ケース４２の位置決め突起４２ａと磁気センサ保持部５１とをヒートシンク２５の位置決め用穴とセンサ嵌合部２５ｅとに挿入して位置決めし、金属基板４１が取り付けられた回路ケース４２をヒートシンク２５にネジ４９で固定する。
【００３７】
電動機端子Ｍｍと電動機４の巻線端子２４ａ〜２４ｃとは組立により重なるように配置されており、この重なった部分で抵抗溶接により電気的に接合される。次に、制御基板４３が回路ケース４２に組み付けられ、回路ケース４２の接続端子Ｃｍ、電源端子Ｐｍ、センサ端子Ｓｍ、トルクセンサコネクタ４５および車両信号コネクタ４６の端子が制御基板４３のスルーホール内に挿入され、ロボット半田または部分噴流半田などにより電気的に接合される。最後に回路ケース４２の溝部４２ｂにシリコン接着剤が塗布され、カバー５３が接着されて組立が完了する。
【００３８】
このような構成を持つこの発明の実施形態１の電動パワーステアリング装置においては、ＣＰＵ９およびその周辺素子などの小電流部品のみが制御基板４３に実装されているので、印刷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って小型化でき、また、半導体スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６やシャント抵抗器１２などの大電流部品が金属基板４１に実装され、この金属基板４１がヒートシンク２５に密着状態で取り付けられているので、大電流部品からの発熱が金属基板４１を介してヒートシンク２５に有効に伝達され、金属基板４１も温度上昇を抑制しながら小型化でき、電動機４の背面に積層して大型化することなく一体構成することが可能になる。
【００３９】
また、金属基板４１と電機子巻線７との接続を巻線端子２４ａ〜２４ｃにより行うようにし、電動機４の反出力側のブラケットを兼ねるヒートシンク２５の背面にて接続するので、接続のための電路長さは極めて短くなり、従来装置のようにコネクタを使用しないので、コストが低減できると共に、電力ロスと放射ノイズとを大幅に低減することが可能になる。さらに、回転位置センサ８の回転子となる永久磁石２２を、電動機４の回転子１８を支承する軸受け２８より外側に配置したので、回転位置センサ８が電動機４の本体からの磁気的な干渉を受けることがなく、配線も極めて短いので、電磁ノイズの影響も受けない。
【００４０】
さらに、ヒートシンク２５は軸受２８の外輪が嵌合する嵌合凹部２５ｄと、回路ケース４２の磁気センサ保持部５１が嵌合するセンサ嵌合部２５ｅ、および、インシュレータ２０の位置決め突起２０ａが嵌合する嵌合部２５ｋが形成されているため、ヒートシンク２５に回路ケース４２を装着することにより、磁気センサ４７の磁気検出面と永久磁石２２の外周面との径方向距離が一定の隙間に保持され、固定子２１の突極１９と、磁気センサ４７の周方向角度位置が位置決めされるので、組立が極めて単純となって調整が不要であり、組立性を向上させることができる。
【００４１】
また、トルクセンサコネクタ４５は、電動機４の出力側方向に脱着可能に形成され、電動機４の周方向操作で相手方のハーネス側コネクタハウジングの抜け止め操作が可能なようにしたので、電動パワーステアリング装置がステアリングモジュールに装着されたとき、トルクセンサ２との間の配線が容易となり、トルクセンサ２からのワイヤハーネスが短縮化でき、配線スペース縮小すると共に、コネクタの挿入性が向上する。また、ヒートシンク２５はヨーク２３にカシメ固定されるようにしたので、装置の小型化が可能になる。
【００４２】
また、ヒートシンク２５の貫通穴２５ｆに治具を挿入できるようにしたので、出力軸１７の両端を治具で保持しながら固定子２１の内径に回転子１８を挿入することができ、永久磁石１６が固定子２１に吸着されて破損するなどのトラブルを回避することができ、電動パワーステアリング装置の信頼性を向上することができる。ただし、金属基板４１、および、制御基板４３は後工程の組立であるため治具用の穴は不要であり、回路パターンに影響しないので小型化を阻害することはない。
【００４３】
なお、以上の説明において、エンジンルームに装着することを前提として各所に防水用のラバーリングを使用したが、必ずしも必要としない場合もあり、パワー基板はアルミニウムの金属基板としたが、熱伝導性のよい材料であれば良く、セラミック基板であってもよい。また、電源コネクタと車両信号コネクタは電動機の軸方向で出力側とは反対方向に脱着可能としたが、これには限定されるものでなく、磁気センサにはＧＭＲを用いたが、磁気抵抗器やホール素子など他の磁気検出素子も使用できるものである。さらに、回転位置センサに円盤面着磁の永久磁石と表面実装タイプのＧＭＲとの組合せを用いたが、外周円筒面着磁の永久磁石とリードタイプのＧＭＲとの組合せを使用することもできる。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したようにこの発明の電動式パワーステアリング装置において、請求項１に記載の発明によれば、電動機の電力を制御するスイッチング素子など発熱部品を搭載するパワー基板と、マイクロコンピュータなど小電流部品を搭載する制御基板とを回路ケースにより積層状態になるように構成し、パワー基板を三相のブラシレス電動機の反出力側のブラケットを兼ねるヒートシンクに密着して組み付けるようにしたので、制御装置と電動機とを接続するワイヤーハーネスやコネクタが不要となって、製造コストと重量と放射ノイズの低減が可能になると共に、電力ロスが低減されて高出力化が可能となり、制御装置を電動機の背面に積層して放熱性が良好な構成としたので、大型化することなく、ステアリングモジュールに対して良好な装着性を得ることが可能となるものである。
【００４５】
また、請求項２に記載の発明によれば、回路ケースにインサート成型された導電板がパワー基板と制御基板と電動機と各コネクタとの相互間を接続するようにしたので、制御装置の組立が単純化されて生産性が良好なものとなり、さらに、請求項３に記載の発明によれば、回転位置センサを、電動機の回転子の軸端に組み付けられた永久磁石と回路ケースに設けられた磁気センサとから構成し、回転子と永久磁石との間に回転子を支承する軸受けを設けると共に、永久磁石の外径を軸受けのアウタレスの外径より小さくしたので、回転位置センサが電動機本体からの磁気的な干渉や電磁ノイズの影響を受けることがなく、また、組立時において軸受けの嵌合部と永久磁石とが干渉することなく、容易に組立ができるものである。
【００４６】
さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、回路ケースに磁気センサを保持する磁気センサ保持部を設け、保持された磁気センサが、回路ケースにインサート成型された導電板により制御基板と接続されるようにしたので、接続のためのコネクタなど余分な部品を必要とせず、組み立て性の向上が可能になり、また、請求項５に記載の発明によれば、電動機の電機子巻線を巻装するコア絶縁としてのインシュレータにヒートシンクの嵌合穴と嵌合する位置決め突起を設けるようにしたので、ヒートシンクに取り付けられる磁気センサと電機子巻線との回転方向位置が容易に決定でき、調整作業が不要となって組み立て性の向上が可能になるものである。
【００４７】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、ヒートシンクに、回転子を支承する軸受を嵌合する嵌合穴と、回路ケースの磁気センサを保持する磁気センサ保持部が嵌合する嵌合穴とを設け、回転位置センサの永久磁石と磁気センサとの径方向の相対位置が嵌合穴により決定されるようにしたので、請求項５と共に調整作業が不要となって組み立て性の向上が可能になるものである。さらにまた、請求項７に記載の発明によれば、トルクセンサと接続するコネクタに、ハーネス側コネクタハウジングの抜け止めを行うロック機構を設け、ハーネス側コネクタハウジングがコネクタに対して電動機の軸方向に脱着が可能であると共に、ロック機構が電動機の円周方向に操作がなされるようにしたので、ステアリングモジュールに装着時、トルクセンサとの間の配線が容易となり、ハーネスの短縮化と、配線スペース縮小とが可能になり、作業性の向上が図れるものである。
【００４８】
また、請求項８に記載の発明によれば、ヒートシンクが電動機の固定子鉄心を保持するヨークの一方の開口端に嵌合され、嵌合面の外周の溝にヨークが絞り込み変形されてヨークとヒートシンクとが固定されるようにしたので、装置の小型化が可能になり、さらに、請求項９に記載の発明によれば、ヒートシンクに、軸受と嵌合する嵌合穴とは同心状に治具挿入用の貫通穴を設けたので、電動機の組立時に電動機の出力軸両端を治具で保持しながら組み立てることができ、回転子の永久磁石が固定子に吸着されて組立性が阻害されたり永久磁石が破損するなどのトラブルが回避でき、生産性と装置の信頼性とを向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の電動機部分の断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の金属基板部の平面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の制御基板部の平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置のコネクタ部の平面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の回転位置センサの着磁パターンを示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置の回路構成を示すブロック図である。
【図８】一般的な電動式パワーステアリング装置の構成図である。
【図９】従来の電動式パワーステアリング装置の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２    トルクセンサ、３    車速センサ、４    電動機、７    電機子巻線、
８    回転位置センサ、９    ＣＰＵ、１０    駆動回路、１１    コンデンサ、
１２    シャント抵抗、１３    電流検出手段、１６    永久磁石、
１７    出力軸、１８    回転子、１９    突極（固定子鉄心）、
２０    インシュレータ、２０ａ    位置決め突起、２１    固定子、
２２    永久磁石、２３    ヨーク、２４    巻線端子、２５    ヒートシンク、
２５ｂ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｋ    嵌合部、２５ｆ    貫通穴、
２６    ブラケット、２８、２９    軸受、３３    ギヤケース、
３６    減速ギヤ、４０    制御装置、４１    金属基板、４２    回路ケース、
４３    制御基板、４４    電源コネクタ、４５    トルクセンサコネクタ、
４６    車速センサコネクタ、４７    磁気センサ、
５１    磁気センサ保持部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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