(57)【要約】【課題】電動モータの駆動を制御するコントロールユニットの組立作業性の向上を図ると共に、電動モータの大電流化に適応できるようにコントロールユニットの放熱機能の向上を図った電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】電動パワーステアリング装置のコントロールユニットを、ベース部、金属基板、モールド基板、制御基板、およびカバー部をこの順に積層構造で配置し、かつ、樹脂基材と一体に構成された前記モールド基板には発熱性部品を電気的に接続する通電金属パターンと、前記ベース部に接続された非通電金属パターンとを配する。【選択図】図２
2009012630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、この電動モータの駆動を制御するコントロール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、前記コントロールユニットは、前記電動モータの駆動を制御する制御素子を実装した制御基板と、前記電動モータの駆動電流が流れるパワー素子を実装した金属基板と、インサート成形により樹脂基材と一体に構成され、前記制御基板と前記金属基板とを電気的に接続する、発熱性部品を実装したモールド基板と、前記制御基板、前記金属基板、および前記モールド基板を収容すると共に、ヒートシンクとして機能するベース部と、このベース部を被覆するカバー部とを備え、前記ベース部、前記金属基板、前記モールド基板、前記制御基板、および前記カバー部はこの順に積層構造で配置され、かつ、前記樹脂基材と一体に構成された前記モールド基板は前記発熱性部品を電気的に接続する通電金属パターンと、前記ベース部に接続された非通電金属パターンとを有してなり、前記モールド基板に生じる熱を、前記非通電金属パターンを介して前記ベース部に伝達して放熱するように構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記非通電金属パターンは、前記樹脂基材と一体化された前記モールド基板に実装される前記発熱性部品のうち放熱が必要な発熱性部品にのみ接続可能とされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記発熱性部品は、コイル、電源リレー、モータリレー、およびシャント抵抗素子のうちの少なくとも１つを含む請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵補助トルクの発生源として電動モータを用いた電動パワーステアリング装置に関し、より詳細には、電動モータの駆動電流を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）の放熱構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種の電動パワーステアリング装置では、搭載される車両の大型化・高出力化に伴って、ステアリングシャフトを操舵補助する電動モータのアシスト力が増大している傾向にある。そのため、電動モータの駆動を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）では、搭載される回路要素、配線パターンおよび導電線などの構造が、電動モータの大電流化に対応できる耐熱性および耐久性を具備するために大型化かつ複雑化している、という問題があった。
【０００３】
そこで、このような問題を解決するための改良案として、例えば、特許文献１に開示された電動式パワーステアリング回路装置では、インサート成形される前のモールド基板を、配線パターンが連続的に形成された一枚の導電板で構成されると共に、コイル、電源リレー、モータリレーと電気的に接続される配線パターンの部位を同一平面に形成することにより、ＥＣＵの小型化、組立て作業の向上、アシスト力の大出力化等を図っている。また、制御基板や金属基板に流れる大電流による発熱に関して、放熱ケースに金属基板の裏面を接触させることで解決を図っている。また、ＥＣＵの小型化により放熱容積が少なくなるため、制御基板上に発熱の少ない素子を実装し、一方、発熱量の多いＦＥＴやリレーを金属基板に実装し、金属基板を放熱ケースと接続することにより金属基板に発生する熱を放熱している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４５６４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＥＣＵの小型化によるモールド基板において、素子の実装効率を考慮して樹脂基材と一体化されたモールド基板上の通電金属配線パターン、コイル、リレー等はＥＣＵの大電流により発熱する。
【０００６】
ＥＣＵの大電流化によりモールド基板上の通電金属配線パターンに生じる熱は、通電金属配線パターンが樹脂基材から露出しているため放熱されるが、コイル、リレー等が実装される部分は、かかる部品の実装スペースを作るため樹脂で覆う必要がある。しかし、そこに発生する熱は、樹脂基材に覆われるため、放熱がされにくいという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電動モータの駆動を制御するコントロールユニットの組立作業性の向上を図ると共に、電動モータの大電流化に適応できるようにコントロールユニットの放熱機能の向上を図った電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトに対して操舵補助力を付与する電動モータと、この電動モータの駆動を制御するコントロール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、前記コントロールユニットは、前記電動モータの駆動を制御する制御素子を実装した制御基板と、前記電動モータの駆動電流が流れるパワー素子を実装した金属基板と、インサート成形により樹脂基材と一体に構成され、前記制御基板と前記金属基板とを電気的に接続する、発熱性部品を実装したモールド基板と、前記制御基板、前記金属基板、および前記モールド基板を収容すると共に、ヒートシンクとして機能するベース部と、このベース部を被覆するカバー部とを備え、前記ベース部、前記金属基板、前記モールド基板、前記制御基板、および前記カバー部はこの順に積層構造で配置され、かつ、前記樹脂基材と一体に構成された前記モールド基板は前記発熱性部品を電気的に接続する通電金属パターンと、前記ベース部に接続された非通電金属パターンとを有してなり、前記モールド基板に生じる熱を、前記非通電金属パターンを介して前記ベース部に伝達して放熱するように構成したことを特徴とする電動パワーステアリング装置を提供することにより、達成される。
【０００９】
また、本発明の上記目的は、前記非通電金属パターンは、前記樹脂基材と一体化されたモールド基板に実装される前記発熱性部品のうち、放熱が必要な発熱性部品にのみ接続可能とされている電動パワーステアリング装置を提供することにより、効果的に達成される。
【００１０】
さらにまた、本発明の上記目的は、前記発熱性部品は、コイル、電源リレー、モータリレー、およびシャント抵抗素子のうちの少なくとも１つを含む電動パワーステアリング装置を提供することにより、効果的に達成される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、コントロールユニットにおけるモールド基板の熱を非通電金属パターンを介してベース部に伝達して放熱するように構成されているので、コントロールユニットの耐熱性、耐久性、および装置寿命の向上を図ることができる。
【００１２】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、前記コントロールユニットにおいて、前記非通電金属パターンが、前記樹脂基材と一体化されたモールド基板に実装される発熱性部品のうち放熱が必要な発熱性部品にのみ接続可能とされているので、部品点数および設置スペースを節減することができ、これによりコストダウンを図ることができる。
【００１３】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、前記コントロールユニットが、モールド基板にコイル、電源リレー、モータリレー、シャント抵抗素子などの発熱性部品を実装する場合、これらの発熱性部品および樹脂基材の熱、すなわちモールド基板に生じる熱を非通電金属配線パターンを介してベース部に伝導し、コントロールユニットの外部に放熱させる構造となっているので、発熱性部品の組立作業性の向上を図りつつ、これらの発熱性部品によるコントロールユニットの温度上昇を抑制することができる。
【００１４】
さらにまた、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、上述のように、通電金属配線パターンが非通電金属配線パターンを介して間接的にベース部に接続されているので、通電金属配線パターンで生じるショートを防止することができ、電動モータの大電流化に対する耐久性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の内容を実施例に基づき説明する。なお、本発明は必ずしも以下の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において、その構成を種々に変更し得ることものであることはいうまでもない。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。
【００１７】
同図において、電動パワーステアリング装置１の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール２の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３の他端部側にユニバーサルジョイント４，５を介して連結され、ステアリングシャフト３の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構６と、このラック・ピニオン機構６のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド７とから構成されている。
【００１８】
また、電動パワーステアリング装置１のコラム部には、ステアリングホイール２を介してステアリングシャフト３に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ８と、減速機構９を介してステアリングシャフト３に連結された操舵補助用の電動モータ１０とが設けられている。
【００１９】
電動モータ１０の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット（ＥＣＵ）１１によって制御される。このコントロールユニット１１には、バッテリ１２から電力が供給されると共に、イグニションキー１３からイグニションキー信号が入力される。そして、コントロールユニット１１は、トルクセンサ８で検出された操舵トルク値Ｔおよび車速センサ１４で検出された車速Ｖに基づいて、操舵補助指令値Ｉの演算を行い、演算された操舵補助指令値Ｉに応じて電動モータ１０に供給する駆動電流を制御する。
【００２０】
なお、上述した電動パワーステアリング装置１は、コラム部に電動モータ１０が配設されたコラムアシスト型のものであるが、本発明はこれに限定されず、例えばピニオン部に電動モータ１０が配設されたピニオンアシスト型、またはラック部に電動モータ１０が配設されたラックアシスト型のものでもよい。
【００２１】
図２は、図１のコントロールユニットの概略構成を示す分解斜視図であり、図３は、図２のコントロールユニットの内部構造を示す概略断面図である。
【００２２】
図２に示すように、コントロールユニット１１の箱状の外部筐体は、基部を形成するベース部１５と、このベース部１５を被覆するように配され、ベース部１５に取り付けられる部品を電気的にシールドするカバー部１６とによって構成されている。
【００２３】
ベース部１５は、放熱性の高い部材によってヒートシンク（放熱ケース）として機能するように作られ、このベース部１５には、電動モータ１０の駆動に必要なＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１７やリレー１８等のパワー素子を実装した金属基板１９が、ネジ等により締結固定される。
【００２４】
この金属基板１９は、熱伝導性および熱伝達性に優れた金属やセラミックなどの材料によって形成され、電動モータ１０の駆動電流が流れることにより生じるパワー素子の熱をベース部１５に良好に伝導するようになっている。これにより、通電により生じたパワー素子の熱は、ベース部１５の上述した機能によってコントロールユニット１１の外部に効率よく放散される。
【００２５】
また、金属基板１９の上方には、電動モータ１０の駆動を制御するマイコンおよびその周辺回路などの制御素子を実装した絶縁プリント基板などからなる制御基板２０が配され、この制御基板２０と金属基板１９との間には、インサート成形により樹脂基材２１と一体に構成されたモールド基板２２が配され、このモールド基板２２によって制御基板２０と金属基板１９とが図示しないコネクタ等の接続手段で電気的に接続されている。図２に示すように、ベース部１５、金属基板１９、モールド基板２２、制御基板２０、およびカバー部１６は、この順に配置され、組み付けられた際に積層構造を呈する。
【００２６】
また、コントロールユニット１１の内部に収容される基板は、通電による発熱が比較的大きい部品を実装した金属基板１９と、通電による発熱が比較的小さい部品を実装した制御基板２０とからなる２枚構造であり、かつ、これらの金属基板１９と制御基板２０がモールド基板２２によって電気的に接続される構造になっている。この構造により、電動モータ１０への大電流の供給を可能にすると共に、コントロールユニット１１の小型化を実現している。
【００２７】
また、コントロールユニット１１は、モールド基板２２と一体に構成された樹脂基材２１の一端に、バッテリ１２などに接続するためのコネクタ２３を備え、このコネクタ２３は、モールド基板２２を介して制御基板２０および金属基板１９と電気的に接続される。このコネクタ２３が組み付けられるベース部１５の一側面には、コネクタ２３が装着される切欠部１５ａが形成されており、ベース部１５の底面の一部にはネジ溝が刻設されたボス１５ｂが立設されている。
【００２８】
また、樹脂基材２１と一体にインサート成形されるモールド基板２２は、発熱性部品であるコイル２４と、このコイル２４を電気的に接続する通電金属配線パターン２５と、この通電金属配線パターン２５と同一平面に配された非通電金属配線パターン２６とを備えている。
この非通電金属配線パターン２６の中央部にはネジ２６ｓが挿通される穴２６ｈが透設されている。このネジ２６ｓはボス１５ｂに螺着され、これにより非通電金属配線パターン２６はベース部１５と連結される。なお、この非通電金属配線パターン２６とベース部１５との接続方法は、このようなネジ止めに限らず、例えば溶接など、熱伝導のよい接続方法であればいかなる方法であってもよい。
【００２９】
樹脂基材２１の表面（図３の上面）に形成される通電金属配線パターン２５の一部には、はんだ接合によって、コイル２４が電気的に接続されている。このコイル２４に流れる大電流に対応できるように、通電金属配線パターン２５は十分な断面積を有している。ここでは、発熱性部品としてコイル２４がモールド基板２２に実装されているが、これに限定されず、例えば電源リレー、モータリレー、シャント抵抗などであってもよい。
【００３０】
コイル２４への通電により、通電金属配線パターン２５に生じた熱は樹脂基材２１にも伝達されるが、これらの熱を放散するため、上述したように、樹脂基材２１上面の通電金属配線パターン２５と同一平面に非通電金属配線パターン２６が配されている。この非通電金属配線パターン２６はベース部１５に接続されている。
【００３１】
なお、通電金属配線パターン２５の一部は、コネクタ２３内に延出されてコネクタ２３の端子を構成し、バッテリ１２などに接続される。
【００３２】
本電動パワーステアリング装置では、コントロールユニット１１が上述したように構成されており、コイル２４への通電によって生じたコイル２４および樹脂基材２１に生じた熱が非通電金属配線パターン２６を介してベース部１５に伝達され、ここから放散される。
【００３３】
このように、本電動パワーステアリング装置における放熱構造では、コイル２４などの発熱性部品や樹脂基材２１の熱が非通電金属配線パターン２６を介して間接的にベース部１５に接続されているので、電動モータ１０を高出力化するためにコイル２４などの発熱性部品に大電流が流れる場合でも、通電金属配線パターン２５をヒートシンクであるベース部１５に直接接続することなく、通電金属配線パターン２５とのショートを防止して電動モータ１０の大電流化に適応することができる。
【００３４】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは前述したとおりである。
【００３５】
図４は、前述した実施例におけるモールド基板２２の変形例に係るモールド基板２２´の斜視図である。図示するように、このモールド基板２２´には、上面に通電金属配線パターン２５´を有する樹脂基材２１´の上面側にインサート成形により空間２１ａ´が画成され、この空間２１ａ´に通電金属配線パターン２５´が嵌着されている。空間２１ａ´は樹脂基材２１´における発熱性部品の装着部位に画成される。
【００３６】
本実施例では、この通電金属配線パターン２５´の上面側に発熱性部品で、とくに高い発熱をするコイル２４´が設けられている。このコイル２４´の下面は樹脂基材２１´の上面中央部において半田付け等により通電金属配線パターン２５´の上面と接続されている。なお、本発明は、本実施例のようにコイル２４´に限らず、この外、コンデンサあるいはリレー等の発熱性部品であってもよく、任意の発熱性部品と選択的に接続し得るものとなっている。
【００３７】
樹脂基材２１´の側面視上方部に画成された空間２６ａ´には非通電金属配線パターン２６´の一端側が嵌着され、他端側は樹脂基材２１´から延出している。延出した非通電金属配線パターン２６´の中央部にはネジ２６ｓ´が挿通される穴２６ｈ´が透設されている。このネジ２６ｓ´は、前記実施例と同様に設けられたボス１５ｂに螺着され、これにより非通電金属配線パターン２６´はベース部１５と連結される。
【００３８】
このように構成された本モールド基板２２´によれば、コイル２４´から生じた高熱は、通電金属配線パターン２５´を介して樹脂基材２１´に伝達され、さらに非通電金属配線パターン２６´、ネジ２６ｓ´及びボス１５ｂを介してベース部１５に伝達され、ここから放出される。
【００３９】
このように、このモールド基板２２´は、実装される発熱性部品のうちとくに放熱が必要な発熱性部品にのみ非通電金属配線パターン２６´が接続可能に構成されているので、本実施例に係る電動パワーステアリング装置では、コントロールユニットの製作に際し、部品点数および設置スペースを節減することができ、これによりコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。
【図２】図１のコントロールユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】図２のコントロールユニットの内部構造を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るモールド基板の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１            電動パワーステアリング装置
２            ステアリングホイール
３            ステアリングシャフト
１１            コントロールユニット（ＥＣＵ）
１５            ベース部
１６            カバー部
１７            ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
１８、１８´    リレー
１９            金属基板
２０            制御基板
２１、２１´    樹脂基材
２１ａ´        空間
２２、２２´    モールド基板
２４、２４´    コイル
２５、２５´    通電金属配線パターン
２６、２６´    非通電金属配線パターン
２６ａ´        空間
【図１】
2009012630.tif 000003
【図２】
2009012630.tif 000004
【図３】
2009012630.tif 000005
【図４】
2009012630.tif 000006