JP2009012631A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【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ともに、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】コントロールユニットは、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、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、制御基板と金属基板とを電気的に接続するモールド基板と、制御基板、金属基板、モールド基板を収容するとともにヒートシンクとして機能するベース部と、ベース部を被覆するカバー部とを備え、制御基板、金属基板、モールド基板、ベース部、カバー部は、積層構造で配置され、かつ、モールド基板の一部は、ベース部の一部に接続している。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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に開示される電動パワーステアリング回路装置、あるいは特許文献２に開示される電動パワーステアリング装置のコントロールユニットが知られている。

上記特許文献１の電動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導電板を、配線パターンが連続的に形成された一枚の導電性金属板で構成するとともに、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、低コスト化および組立作業性の向上を図っている。また、この電動パワーステアリング回路装置では、金属基板の裏側を放熱ケースに接触させることにより、金属基板に実装される大電流部品や配線パターンからの発熱量が金属基板を介して放熱ケースに伝達される構造になっている。

一方、上記特許文献２のコントロールユニットでは、金属製の板材を加工してなる回路導体構成部材をインサート成形により一体化し、この回路導体構成部材の一部を大電流回路部品が搭載されるベース基板の面方向に対して折り曲げて構成することにより、基板面方向の大型化を回避しつつ、大電流による回路導体の発熱を抑制して大電流化を図っている。

特開２００４−３４５６４３号公報 特開２００２−１２７９２０号公報

しかしながら、上述した特許文献１の電動パワーステアリング回路装置では、今後の更なる電動モータの大電流化を考慮すると、放熱機能が十分ではなかった。すなわち、この大電流化に伴って、通電金属配線パターンに生じる熱がさらに上昇するため、通電金属配線パターンの耐熱性を向上させる必要がある。

また、この電動パワーステアリング回路装置では、大電流化に伴う通電金属配線パターンの発熱上昇によって、通電金属配線パターンに実装されているコイルやリレー等の発熱が上昇し、かつ、通電金属配線パターンからの放熱により制御基板や金属基板上の実装部品の温度も上昇する、という問題があった。

一方、上述した特許文献２のコントロールユニットでも同様に、大電流化に伴う発熱性部品の発熱量上昇に対する放熱機能が十分ではない、という問題があった。

このような発熱性部品の発熱量上昇に対処するために、通電金属配線パターンを積極的に放熱することができる構造を採用することが考えられるが、通電金属配線パターンを直接放熱ケースに接続すると、放熱ケース上で通電金属配線パターンがショートしてしまう虞があった。

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ともに、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。

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、該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において、前記コントロールユニットが、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通電金属配線パターン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ともに、ヒートシンクとして機能するベース部と、該ベース部を被覆するカバー部とを備え、前記制御基板、前記金属基板、前記モールド基板、前記ベース部、および前記カバー部が、積層構造で配置され、かつ、前記モールド基板の一部が、前記ベース部の一部に接続されたことにより、達成される。

また、上記目的は、前記モールド基板が、該モールド基板上に実装された発熱性部品と、該発熱性部品を前記モールド基板に電気的に接続する通電金属配線パターンと、該通電金属配線パターンと平行に配された非通電金属配線パターンと、該非通電金属配線パターンと前記通電金属配線パターンとの間に封入された放熱性絶縁物とを有することにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記通電金属配線パターンの熱が、前記放熱性絶縁物に伝達されて放熱されるとともに、前記放熱性絶縁物から前記非通電金属配線パターンを介して前記ベース部に伝達されて放熱されることにより、効果的に達成される。

また、上記目的は、前記発熱性部品が、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つを含むことにより、効果的に達成される。

さらに、上記目的は、前記モールド基板が、前記通電金属配線パターンと前記非通電金属配線パターンとの間に部分的に空間が画成されるように前記樹脂基材と一体にインサート成形され、かつ、前記放熱性絶縁物が、前記空間内に封入されたことにより、効果的に達成される。

本発明に係る電動パワーステアリング装置のコントロールユニットによれば、制御基板と金属基板とを電気的に接続するモールド基板の一部を、ヒートシンクとして機能するベース部の一部に接続したことにより、通電金属配線パターンの熱をベース部に伝達してコントロールユニットの外部に放散させることができる。この結果、通電金属パターンの発熱上昇が抑制され、制御基板や金属基板に実装された部品の温度上昇も抑制されるので、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。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置のコントロールユニットでは、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を電気的に接続する通電金属配線パターンの熱を、放熱性絶縁物に伝達して放熱させるとともに、放熱性絶縁物から非通電金属配線パターンを介してベース部に伝達してコントロールユニットの外部に放熱させる構造を備えているので、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。

また、本発明に係る上記放熱構造によれば、通電金属配線パターンは、放熱性絶縁物および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。

さらに、本発明に係る電動パワーステアリング装置のコントロールユニットよれば、モールド基板を、通電金属配線パターンと非通電金属配線パターンとの間に部分的に空間が画成されるように樹脂基材と一体にインサート成形し、その空間内に放熱性絶縁物を封入することにより、放熱が必要なコイルやリレー等が配設されている所定の部位のみ放熱性を高めることができる。これにより、放熱性絶縁物などの材料コストの軽減を図ることができる。

以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。

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。

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、該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２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、該ラック・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。

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。

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ともに、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。

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。

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。

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、該ベース部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る。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。

この金属基板１９は、熱伝達性および熱伝導性に優れた金属やセラミックなどの材料にて形成され、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に良好に伝達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のヒートシンク（放熱板）としての機能によって、コントロールユニット１１の外部に効率よく放散される。

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、該制御基板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が配されている。すなわち、上述した制御基板２０、金属基板１９、モールド基板２２、ベース部１５、およびカバー部１６は、組み付けられた際に積層構造になるように配置される。

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、それぞれの基板１９，２０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ともに、コントロールユニット１１の小型化を実現している。

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、該コネクタ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が組み付けられた際に配されるベース部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。

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、該コイル２４を電気的に接続する通電金属配線パターン２５と、該通電金属配線パターン２５と平行に配された非通電金属配線パターン２６と、該非通電金属配線パターン２６と通電金属配線パターン２５との間に封入された放熱性絶縁物２７とを備えている。

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。

この通電金属配線パターン２５の裏面（図３の下面）の一部には、放熱性絶縁物２７が接合され、該放熱性絶縁物２７の裏面（図３の下面）には、非通電金属配線パターン２６が接合されている。この非通電配線パターン２６および放熱性絶縁物２７の一部は、上述した接合状態で通電金属配線パターン２５および樹脂基材２１と一体にインサート成形され、一方、非通電配線パターン２６および放熱性絶縁物２７の他部は、樹脂基材２１から外方（図２左側）に延出されている。非通電配線パターン２６の他部（図２左側）の端部中央には、ネジ２６ｓが挿通される穴２６ｈが穿設され、該穴２６ｈに挿通されたネジ２６ｓは、ボス１５ｂのネジ溝に螺着される。このネジ２６ｓの締結により、モールド基板２２がケース１５に固定されるとともに、非通電配線パターン２６がヒートシンク部材であるベース部１５に接続される。なお、放熱性絶縁物２７は、放熱性および熱伝達性・熱伝導性に優れた絶縁物であることが好ましく、例えば、シリコン系の樹脂から形成されたものである。

なお、図示されていないが、モールド基板２２の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。

このような構成からなるモールド基板２２では、コイル２４への通電によって生じた通電金属配線パターン２５の熱は、放熱性絶縁物２７に伝達されて放熱されるとともに、放熱性絶縁物２７から非通電金属配線パターン２６を介してベース部１５に伝達されて放熱される放熱構造になっている。すなわち、この放熱構造では、コイル２４などの発熱性部品に接続されている通電金属配線パターン２５が、放熱性絶縁物２７および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。したがって、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の熱を良好にベース部１５に伝達することができるので、通電金属配線パターン２５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。

図４は、前述した実施形態におけるモールド基板２２の変形例を示す概略断面図である。なお、本変形例において、前述した実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して、その説明を省略する。

同図において、モールド基板２２´は、通電金属配線パターン２５´と非通電金属配線パターン２６´との間に部分的に空間が画成されるように樹脂基材２１´と一体にインサート成形され、その空間内に放熱性絶縁物２７´が封入されている。この放熱性絶縁物２７´が配されている部位の上方には、発熱性部材であるコイル２４´が配されている。なお、本変形例では、この封入された放熱性絶縁物２７´の上方に装着される発熱性部品として、特に高い発熱をするコイル２４´が配設されているが、本発明はこれに限定されず、例えば、コンデンサ、リレー、シャント抵抗などであってもよい。

また、非通電金属配線パターン２６´の一部は、上述したように通電金属配線パターン２５´との間に放熱性絶縁物２７´を封入した状態で、樹脂基材２１´と一体にインサート成形され、一方、非通電金属配線パターン２６´の他部は、樹脂基材２１´から外方（図４左側）に延出されている。延出した非通電金属配線パターン２６´の端部中央には、ネジ２６ｓが挿通される穴２６ｈが穿設されている。この穴２６ｈに挿通されるネジ２６ｓは、前述した実施形態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、ヒートシンク部材であるベース部１５に接続される。

このような構成からなる本変形例に係るモールド基板２２´によれば、前述した実施形態と同様の作用効果が得られることはもとより、放熱性絶縁物２７´を配設する箇所を、放熱が必要とされる発熱性部品の装着部位の下方のみに限定することができるので、コントロールユニットの製作に際し、放熱性絶縁物２７´の材料コストなどの軽減を図ることができる。

また、本変形例に係るモールド基板２２´によれば、放熱性絶縁物２７´が通電金属配線パターン２５´と非通電金属配線パターン２６´との間に充填された樹脂基材２１´よって封入される構造になっているので、設置スペースの節約を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、非通電配線パターン２６とベース部１５がネジ２６ｓによって接続される構造になっているが、この接続手段は、これに限定されるものではなく、熱伝導性に優れているものであればよい。したがって、例えば、非通電配線パターン２６とベース部１５が溶接によって接続されていても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

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。

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。 本発明の実施形態に係るモールド基板の変形例を示す要部斜視図である。

符号の説明

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 リレー
１９ 金属基板
２０ 制御基板
２１，２１´ 樹脂基材
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
２７，２７´ 放熱性絶縁物

Claims (5)

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、該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ともに、ヒートシンクとして機能するベース部と、該ベース部を被覆するカバー部とを備え、
   前記制御基板、前記金属基板、前記モールド基板、前記ベース部、および前記カバー部は、積層構造で配置され、かつ、
   前記モールド基板の一部は、前記ベース部の一部に接続されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モールド基板は、該モールド基板上に実装された発熱性部品と、該発熱性部品を電気的に接続する通電金属配線パターンと、該通電金属配線パターンと平行に配された非通電金属配線パターンと、該非通電金属配線パターンと前記通電金属配線パターンとの間に封入された放熱性絶縁物とを有する請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記通電金属配線パターンの熱は、前記放熱性絶縁物に伝達されて放熱されるとともに、前記放熱性絶縁物から前記非通電金属配線パターンを介して前記ベース部に伝達されて放熱される請求項２に記載の電動パワーステアリング装置。
4. 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２または３に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記モールド基板は、前記通電金属配線パターンと前記非通電金属配線パターンとの間に部分的に空間が画成されるように前記樹脂基材と一体にインサート成形され、かつ、
   前記放熱性絶縁物は、前記空間内に封入された請求項２ないし４のいずれかに記載の電動パワーステアリング装置。

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