CN109792192B - 马达和电动助力转向装置 - Google Patents

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Abstract

一种马达，其具有：轴，其以在上下方向上延伸的中心轴线为中心而进行旋转；轴承，其对轴的上端部进行支承；金属制的散热器，其直接或间接地对轴承进行保持；基板，其配置于散热器的上侧；传感器磁铁，其在比轴的上端部的轴承靠上侧的位置固定于轴；旋转传感器，其安装在沿轴向观察时基板的与传感器磁铁重叠的位置；以及散热材料，其位于基板与散热器之间，在散热器上设置有在下侧开口的凹部，该凹部收纳有传感器磁铁。

Description

马达和电动助力转向装置
技术领域
本发明涉及马达和电动助力转向装置。
背景技术
通常，公知有在输出轴的一个端部侧搭载有控制单元的马达。例如，在日本特许第5414869号公报中，这样的马达在输出轴的端部具有传感器磁铁，通过对置配置的磁式旋转传感器来检测输出轴的旋转角。
在日本特许第5414869号公报中，记载了使轴承保持架承担散热器的作用。即，轴承保持架与控制单元(例如基板)的下表面密合以使在控制单元中产生的热散出。为了使磁铁与控制单元对置配置，在轴承保持架上设置有贯通孔。由于贯通孔使轴承保持架与控制单元对置的面积减小，因此成为使轴承保持架与控制单元的传热效率降低的主要原因。
发明内容
本发明的一个方式鉴于上述问题，其目的之一在于，提供能够使在基板中产生的热高效地散出的马达和具有这样的马达的电动助力转向装置。
本发明的一个方式的马达具有：轴，其以在上下方向上延伸的中心轴线为中心而进行旋转；轴承，其对所述轴的上端部进行支承；金属制的散热器，其直接或间接地对所述轴承进行保持；基板，其配置于所述散热器的上侧；传感器磁铁，其在比所述轴的上端部的所述轴承靠上侧的位置固定于所述轴；旋转传感器，其安装在沿轴向观察时所述基板的与所述传感器磁铁重叠的位置；以及散热材料，其位于所述基板与所述散热器之间。在所述散热器上设置有在下侧开口的凹部，该凹部收纳有所述传感器磁铁。
在本发明的一个方式的马达中，所述旋转传感器安装于所述基板的下表面。在所述散热器的上表面上，在沿轴向观察时与所述基板的所述旋转传感器重叠的位置设置有向下侧凹陷的上表面凹部。
在本发明的一个方式的马达中，所述旋转传感器安装于所述基板的上表面。在所述散热器的上表面上，在沿轴向观察时与所述基板的所述旋转传感器重叠的位置设置有向上侧突出的突出部。
在本发明的一个方式的马达中，在所述凹部中设置有朝向下侧的台阶面，所述轴承与所述台阶面接触。
在本发明的一个方式的马达中，所述轴承收纳于所述凹部内。
在本发明的一个方式的马达中，所述散热器由非磁性材料的金属构成。
在本发明的一个方式的马达中，所述散热材料具有绝缘性。
在本发明的一个方式的马达中，所述马达具有对所述轴的旋转进行控制的控制装置。
本发明的一个方式的电动助力转向装置具有上述的马达。
根据本发明的一个方式，提供了能够使在基板中产生的热高效地散出的马达和具有这样的马达的电动助力转向装置。
由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。
附图说明
图1是示出实施方式的马达的剖视图。
图2是放大了图1的一部分的马达的放大剖视图。
图3是变形例的马达的放大剖视图。
图4是示出实施方式的电动助力转向装置的示意图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的马达进行说明。另外，本发明的范围不限于以下的实施方式，能够在本发明的技术思想的范围内任意地变更。另外，在以下的附图中，为了易于理解各结构，有时使各构造的比例尺、数量等与实际的构造不同。
另外，在附图中，适当示出XYZ坐标系作为三维正交坐标系。在XYZ坐标系中，Z轴方向是与图1所示的中心轴线J的轴向平行的方向。X轴方向是与Z轴方向垂直的方向，是图1的左右方向。Y轴方向是与X轴方向和Z轴方向双方垂直的方向。
另外，在以下的说明中，将Z轴方向的正侧(+Z侧，一侧)称为“上侧”，将Z轴方向的负侧(-Z侧，另一侧)称为“下侧”。另外，“上侧”和“下侧”仅是用于说明的名称，并不限定实际的位置关系和方向。另外，除非另有说明，将与中心轴线J平行的方向(Z轴方向)简称为“轴向”，将以中心轴线J为中心的径向简称为“径向”，将以中心轴线J为中心的周向、即绕着中心轴线J的方向简称为“周向”。
<马达>
图1是示出本实施方式的马达1的剖视图。图2是放大了图1的一部分的放大剖视图。马达1具有马达壳体11、基板壳体12、转子20、定子30、上侧轴承(轴承)24、下侧轴承25、传感器磁铁63、轴承保持架(散热器)40、第一基板66、第二基板67、旋转传感器61以及散热脂(散热材料)G，其中，转子20具有轴21。
[壳体]
马达壳体11和基板壳体12在内部收纳马达1的各部分。马达壳体11呈在上侧(+Z侧)开口的筒状。另外，基板壳体12呈在下侧(-Z侧)开口的筒状。马达壳体11和基板壳体12彼此以使开口对置的方式配置。在马达壳体11与基板壳体12之间夹有后述的轴承保持架40的周缘部。
马达壳体11具有第一筒状部14、第一底部13以及下侧轴承保持部18。第一筒状部14呈包围定子30的径向外侧的筒状。在本实施方式中，第一筒状部14例如呈圆筒状。第一筒状部14在上端处嵌入于在轴承保持架40的周缘设置的台阶部40b。在第一筒状部14的内侧面上固定有定子30。
第一底部13设置于第一筒状部14的下侧(-Z侧)的端部。在第一底部13设置有沿轴向(Z轴方向)贯通第一底部13的输出轴孔部13a。下侧轴承保持部18设置于第一底部13的上侧(+Z侧)的面上。下侧轴承保持部18对下侧轴承25进行保持。
基板壳体12位于马达壳体11的上侧(+Z侧)。在本实施方式中，基板壳体12收纳第一基板66和第二基板67。在第一基板66和第二基板67的上表面和下表面中的至少任意一方上安装有电子部件等。基板外壳12具有第二筒状部15和第二底部16。另外，在马达1中使用的基板的个数不限于两个，也可以是一个，也可以是三个以上。
第二筒状部15呈包围第一基板66和第二基板67的径向外侧的筒状。第二筒状部15例如呈圆筒状。在第二筒状部15的下端设置有凸缘部15a。第二筒状部15在凸缘部15a与轴承保持架40的上表面40a连接。
[转子]
转子20具有轴21、转子铁芯22以及转子磁铁23。轴21以在上下方向(Z轴方向)上延伸的中心轴线J为中心。轴21被下侧轴承25和上侧轴承24支承为能够绕着中心轴线J旋转。轴21的下侧(-Z侧)的端部经由输出轴孔部13a而突出到壳体10的外部。在轴21的下侧的端部压入有例如用于与输出对象连接的联接器(省略图示)。在轴21的上端面21a上设置有孔部。在轴21的孔部中嵌合有安装部件62。安装部件62是沿轴向延伸的棒状部件。
转子铁芯22固定于轴21。转子铁芯22沿周向包围轴21。转子磁铁23固定于转子铁芯22。更详细地说，转子磁铁23固定于转子铁芯22的沿着周向的外侧面。转子铁芯22和转子磁铁23与轴21一同旋转。另外，也可以是，转子铁芯22具有贯通孔或凹部，转子磁铁23收纳于该贯通孔或凹部的内部。
[定子]
定子30包围转子20的径向外侧。定子30具有定子铁芯31、绕线架32以及线圈33。绕线架32由具有绝缘性的材料构成。绕线架32覆盖定子铁芯31的至少一部分。在马达1驱动时，线圈33对定子铁芯31进行励磁。线圈33是通过卷绕导电线而构成的。线圈33设置于绕线架32上。在构成线圈33的导电线的端部设置有省略图示的连接端子。连接端子从线圈33朝向上侧延伸。连接端子贯通轴承保持架40而与第一基板66连接。另外，构成线圈33的导电线的端部也可以直接与第一基板66连接。
[上侧轴承和下侧轴承]
在本实施方式中，上侧轴承24是球轴承。上侧轴承24将轴21的上端部支承为能够旋转。上侧轴承24位于定子30的上侧(+Z侧)。上侧轴承24被轴承保持架40保持。在本实施方式中，下侧轴承25是球轴承。下侧轴承25将轴21的下端部支承为能够旋转。下侧轴承25位于定子30的下侧(-Z侧)。下侧轴承25被马达壳体11的下侧轴承保持部18保持。
上侧轴承24和下侧轴承25对转子20的轴21进行支承。上侧轴承24和下侧轴承25的种类没有特别限定，也可以使用其他种类的轴承。
[传感器磁铁]
如图2所示，传感器磁铁63位于比上侧轴承24靠上侧(+Z侧)的位置。在本实施方式中，传感器磁铁63呈圆环状。传感器磁铁63与固定于轴21的安装部件62的外侧面嵌合。由此，传感器磁铁63安装于轴21。另外，传感器磁铁63位于比上侧轴承24靠上侧的位置。即，传感器磁铁63在轴21的上端部的上侧轴承24的上侧经由安装部件62而固定于轴21。另外，传感器磁铁63的形状不限于圆环状，也可以是环状或圆盘状等其他形状。在该情况下，也可以是，在传感器磁铁63上设置凹部，通过压入或粘接等而将安装部件62的前端固定于该凹部内。另外，传感器磁铁63也可以直接安装于轴21的前端。
[轴承保持架]
如图1所示，轴承保持架40位于定子30的上侧(+Z侧)。轴承保持架40直接对上侧轴承24进行保持。在本实施方式中，轴承保持架40的俯视(XY平面观察)形状例如呈与中心轴线J同心的圆形形状。轴承保持架40是金属制的。在本实施方式中，轴承保持架40被夹在马达壳体11与基板壳体12之间。另外，轴承保持架40的俯视(XY平面观察)形状不限于圆形形状，也可以是多边形形状等其他形状。
在轴承保持架40上设置有在下侧开口的凹部45。凹部45位于轴承保持架40的大致中央。在凹部45的内侧配置有轴21的上端部。
如图2所示，在凹部45的内周面上设置有底面45b、朝下台阶面45a、下侧内周面45c以及上侧内周面45d。底面45b是位于凹部45的底部分的面。朝下台阶面45a是朝向下侧的台阶面。下侧内周面45c位于比朝下台阶面45a靠下侧的位置。上侧内周面45d位于比朝下台阶面45a靠上侧的位置。沿轴向观察时，下侧内周面45c和上侧内周面45d呈同心的圆形形状。下侧内周面45c的直径比上侧内周面45d的直径大。
凹部45在比朝下台阶面45a靠下侧的区域(由下侧内周面45c包围的区域)中收纳上侧轴承24。凹部45在比朝下台阶面45a靠上侧的区域(由上侧内周面45d包围的区域)中收纳传感器磁铁63。
上侧轴承24的外圈的上表面隔着波形垫圈46而与朝下台阶面45a接触。另外，下侧内周面45c与上侧轴承24的外圈嵌合。通过设置朝下台阶面45a，能够容易地将上侧轴承24相对于轴承保持架40定位。另外，通过使波形垫圈46夹在朝下台阶面45a与上侧轴承24的外圈之间，能够对上侧轴承24施加预压。另外，在本实施方式中，上侧轴承24的外圈隔着波形垫圈而与朝下台阶面45a间接地接触，但它们也可以直接接触。
轴承保持架40具有顶板部70，该顶板部70划分出轴承保持架40的凹部45内的空间和轴承保持架的上侧的空间。顶板部70的一部分构成凹部45的底面45b。为了确保充分的刚性并且价格低廉地制造轴承保持架40，顶板部70的厚度优选为0.5mm以上并且5mm以下。
如图1所示，轴承保持架40具有朝向上侧的上表面40a。上表面40a与第一基板66的下表面66a对置。在上表面40a上设置有上表面凹部71和一对间隔件收纳凹部41。间隔件收纳凹部41和上表面凹部71从上表面40a向下侧凹陷。另外，间隔件收纳凹部41和上表面凹部71在上侧开口。
上表面凹部71位于轴承保持架40的大致中央。沿中心轴线J的轴向观察时，上表面凹部71与第一基板66的旋转传感器61重叠。旋转传感器61安装于第一基板66的下表面66a，与轴承保持架40的上表面40a对置。通过在上表面40a上设置上表面凹部71，能够将传感器磁铁63和旋转传感器61在上下方向上接近地配置。由此，能够提高旋转传感器61的旋转角的检测精度。另外，通过在上表面40a上设置上表面凹部71，能够抑制轴承保持架40与旋转传感器61发生干涉。
一对间隔件收纳凹部41分别沿着轴承保持架40的周缘部而配置。一对间隔件收纳凹部41隔着中心轴线J而彼此位于相反侧。在一对间隔件收纳凹部41内插入有间隔件80。
间隔件80具有沿着间隔件收纳凹部41内侧面的侧壁部81、沿着间隔件收纳凹部41的底面的底壁部82、以及位于侧壁部81的上端的凸缘部83。间隔件80由绝缘材料构成。凸缘部83在被夹在轴承保持架40与第一基板66之间的状态下与第一基板66一同螺钉固定于轴承保持架40。凸缘部83决定第一基板66相对于轴承保持架40的上下方向的位置。
[散热脂(散热材料)]
散热脂G位于轴承保持架40的上表面40a与第一基板66的下表面66a之间。散热脂G将在第一基板66和安装于第一基板66的安装部件中产生的热传递给轴承保持架40。轴承保持架40将从散热脂G传递的热向外部散出。
根据本实施方式，轴承保持架40经由散热脂G而接受在第一基板66和第一基板66的安装部件中产生的热并且向外部散热。即，根据本实施方式，能够使轴承保持架40作为散热器发挥功能。
在本实施方式中，散热脂G具有绝缘性。由此，散热脂能够抑制第一基板66与轴承保持架40之间的放电。另外，在散热脂G不具有绝缘性的情况下，也可以进行在轴承保持架40的上表面40a上粘贴绝缘片等绝缘对策。
由于本实施方式的轴承保持架40在开口于下侧的凹部45内收纳传感器磁铁63，因此没有设置贯通孔。关于轴承保持架40，与设置有贯通孔的情况相比，能够在轴承保持架40的上表面40a上扩大散热脂G的配置区域。由此，能够提高从第一基板66向轴承保持架40传热的传热效率，从而将在第一基板66中产生的热经由轴承保持架40而更高效地散出。
另外，由于本实施方式的轴承保持架40没有设置贯通孔，因此在采用了散热脂G作为散热材料的情况下，能够抑制散热脂G进入到马达1的驱动部分。由此，能够抑制散热脂G给上侧轴承24的功能和定子30的功能带来影响。
另外，由于本实施方式的轴承保持架40没有设置贯通孔，因此能够使第一基板66的面内的热朝向轴承保持架40均匀地移动。即，能够使第一基板66的散热效率的分布均匀。因此，能够提高电子部件等相对于第一基板66的安装的自由度。由此，能够在第一基板66上高密度地安装安装部件，从而实现马达1的小型化。
本实施方式的轴承保持架40优选由热传导效率高的材料构成，例如优选由铝合金构成。另外，轴承保持架40也可以由铝、铜或铜合金等材料构成。另外，轴承保持架40在顶板部70处位于传感器磁铁63与安装在第一基板66上的旋转传感器61之间。因此，轴承保持架40优选由非磁性材料构成，以抑制对传感器磁铁63所产生的磁场的影响。
[第一基板、第二基板]
第一基板66和第二基板67对马达1进行控制。即，马达1具有由第一基板66和第二基板67构成的控制装置60，该控制装置60对轴21的旋转进行控制。在第一基板66和第二基板67上安装有电子部件。安装在第一基板66和第二基板67上的电子部件是旋转传感器61、电解电容器、扼流线圈等。
第一基板66配置于轴承保持架40的上侧(+Z侧)。第二基板67配置于第一基板66的上侧。第一基板66和第二基板67的板面方向均与轴向垂直。第一基板66和第二基板67配置为沿轴向观察时彼此重合。即，第一基板66和第二基板67沿着轴向隔着规定的间隙而层叠。
第一基板66具有下表面66a和上表面66b。同样地，第二基板67具有下表面67a和上表面67b。第一基板66的上表面66b与第二基板67的下表面67a隔着间隙而在上下方向上对置。另外，第一基板66的下表面66a与轴承保持架40的上表面40a隔着间隙而在上下方向上对置。在第一基板66的下表面66a与轴承保持架40的上表面40a之间的间隙内填充有散热脂G。
第一基板66和第二基板67通过多个连接引脚(布线)51而电连接。在第一基板66和第二基板67上分别设置有沿上下方向贯通的多个孔66c、67c。第一基板66的孔66c和第二基板67的孔67c配置为沿轴向观察时彼此重合。连接引脚51在孔66c、67c之间沿轴向(上下方向)延伸。连接引脚51具有位于下侧的第一前端部51a和位于上侧的第二前端部51b。第一前端部51a从上表面66b侧压入第一基板66的孔66c中。另外，第二前端部51b从下表面67a侧压入第二基板67的孔67c中。
在第一基板66的下表面66a上安装有旋转传感器61。另外，旋转传感器61配置为沿轴向观察时与第一基板66的传感器磁铁63重叠。旋转传感器61检测传感器磁铁63的旋转。在本实施方式中，旋转传感器61是磁阻元件。旋转传感器61例如也可以是霍尔元件等其他种类的传感器。
<变形例>
在图3中示出了在上述实施方式中能够采用的变形例的轴承保持架(散热器)140、第一基板166的剖视图。另外，对与上述实施方式相同的方式的构成要素标注相同的标号而省略其说明。
与上述实施方式同样地，第一基板166以使其下表面166a与轴承保持架140的上侧对置的方式配置。另外，在本变形例中，旋转传感器161安装于第一基板166的上表面166b。
与上述实施方式同样地，在轴承保持架140上设置有凹部145。另外，在本变形例中，在轴承保持架140的上表面140a上设置有向上侧突出的突出部170。突出部170配置为沿中心轴线J的轴向观察时与第一基板166的旋转传感器161重叠。另外，沿中心轴线J的轴向观察时，突出部170覆盖凹部145的整个底面145b。
根据本变形例，通过在轴承保持架140的上表面140a上设置突出部170，能够将安装在第一基板66的上表面66b上的旋转传感器161与传感器磁铁63的距离接近地配置。由此，能够提高旋转传感器161的旋转角的检测精度。
<其他变形例>
在本实施方式中，也可以采用下述的结构。在本实施方式中，例示了散热器是直接对上侧轴承24进行保持的轴承保持架40的情况。然而，散热器(相当于上述实施方式的轴承保持架40)也可以经由另外准备的轴承保持架而间接地对上侧轴承24进行保持。在该情况下，散热器优选采用固定于轴承保持架的构造。
在本实施方式中，例示了采用具有流动性的散热脂G作为位于第一基板66与轴承保持架40之间的散热材料的情况。然而，散热材料例如也可以是凝胶状或固体的散热材料。
<电动助力转向装置>
接下来，对搭载有本实施方式的马达1的装置的实施方式进行说明。在本实施方式中，对将马达1搭载于电动助力转向装置的例子进行说明。图4是示出本实施方式的电动助力转向装置2的示意图。
电动助力转向装置2搭载于汽车的车轮的转向机构。电动助力转向装置2是借助液压而减轻转向力的装置。如图4所示，本实施方式的电动助力转向装置2具有马达1、转向轴114、油泵116以及控制阀117。
转向轴114将来自方向盘111的输入传递给具有车轮112的车轴113。油泵116使动力缸115产生液压，该动力缸115向车轴113传递基于液压的驱动力。控制阀117对油泵116的油进行控制。在电动助力转向装置2中，马达1是作为油泵116的驱动源而搭载的。
本实施方式的电动助力转向装置2具有本实施方式的马达1，因此能够使在第一基板66中产生的热高效地散出。由此，根据本实施方式，得到了可靠性优异的电动助力转向装置2。
以上，对本发明的实施方式和变形例进行了说明，但实施方式中的各结构及它们的组合等是一个例子，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行结构的附加、省略、置换以及其他变更。另外，本发明不受实施方式限定。

Claims (7)

1.一种马达，其具有：
轴，其以在上下方向上延伸的中心轴线为中心而进行旋转；
轴承，其对所述轴的上端部进行支承；
金属制的散热器，其直接或间接地对所述轴承进行保持；
基板，其配置于所述散热器的上侧；
传感器磁铁，其在比所述轴的上端部的所述轴承靠上侧的位置固定于所述轴；
旋转传感器，其安装在沿轴向观察时所述基板的与所述传感器磁铁重叠的位置；以及
散热材料，其位于所述基板与所述散热器之间，
其特征在于，
所述旋转传感器安装于所述基板的下表面，
在所述散热器上设置有在下侧开口的凹部，该凹部收纳有所述传感器磁铁，
在所述散热器的上表面上，在沿轴向观察时与所述基板的所述旋转传感器重叠的位置设置有向下侧凹陷的上表面凹部，
所述凹部位于所述散热器的大致中央，
所述上表面凹部位于所述散热器的大致中央，
借助所述上表面凹部而将所述传感器磁铁和所述旋转传感器在上下方向上接近地配置，
在所述上表面凹部中填充有具有流动性的所述散热材料。
2.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，
在所述凹部中设置有朝向下侧的台阶面，所述轴承与所述台阶面接触。
3.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，
所述轴承收纳于所述凹部内。
4.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，
所述散热器由非磁性材料的金属构成。
5.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，
所述散热材料具有绝缘性。
6.根据权利要求1所述的马达，其特征在于，
所述马达具有对所述轴的旋转进行控制的控制装置。
7.一种电动助力转向装置，其特征在于，
所述电动助力转向装置具有权利要求1至6中的任意一项所述的马达。
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