JP2007049777A - 電動モータ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ステータを、ハウジングに対して焼き嵌め工法を用いることなく、ハウジング内に確実に収容し得る電動モータ制御装置を提供する。
【解決手段】この電動モータ制御装置は、アルミニウム系材料で形成されたハウジング1内に、電動モータ3の軸方向ほぼ下端側と、電動モータから動力が伝達されることによって正逆回転するピニオン機構部4と、電動モータの駆動を制御する駆動回路部5とが夫々収容され、鉄系材料で形成されたカバー部材2により、電動モータの上端側が収容されると共に、ハウジングの上端開口部が閉塞されている。そして、前記ハウジングに対する電動モータの組み付けを、電動モータのステータ12の上端側をカバー部材内に圧入固定した後、前記ステータの下端側をハウジング内に前記上端開口部から挿入して、カバー部材をハウジングに2本のビス23,23によって固定した。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば車両のパワーステアリング装置に用いられる電動モータ制御装置、とりわけ、ステータをアルミニウム系材料からなるハウジング内に確実に収容できるようにした電動モータ制御装置に関するものである。
従来の電動モータ制御装置としては、例えば以下の特許文献1に記載されたものが提案されている。
この電動モータ制御装置は、車両のパワーステアリング装置に適用されたものであって、電動モータを収容する有底円筒形状のフレームと、該フレームに結合されるアルミニウム系材料からなるハウジングと、該ハウジングに結合され、電動モータを駆動制御する制御回路ユニットを収容する制御回路ケースから構成されている。
このように、前記ハウジングと制御回路ケースとを結合させて、前記電動モータと制御回路ユニットとを一体化することにより、装置全体をコンパクト化できると共に、電動モータと制御回路ユニットとを接続するハーネスなどを削減できるようになっている。
また、前記制御回路ケースは、パワー素子が実装された金属基盤を収容しているため、発熱源であるパワー素子の発熱を放出するヒートシンクを備えており、このヒートシンクには、放熱特性に優れるアルミニウム系材料が用いられている。
ところで、他の従来の電動モータ制御装置としては、前記電動モータを収容するフレームと前記ヒートシンクを備えた制御回路ケースとを、アルミニウム系材料によって電動モータケーシングとして一体に形成し、これによって装置全体のさらなる小型化及び軽量化を図るものも提供されている。
そして、この後者の電動モータ制御装置において、前記電動モータとしてブラシレスモータを採用する場合には、前記ステータが鉄系材料からなる一方、このステータを保持する前記電動モータケーシングがアルミニウム系材料で形成されているため、両者の熱膨張係数が異なっていることを利用して、ステータを電動モータケーシング内に焼き嵌めによって固定するようになっている。
特開2003−204654号公報
前記後者の電動モータ制御装置にあっては、前記フレームと制御回路ケースとが一体成形されているために、前記ステータをケーシング内に焼き嵌め固定する際に、前記ヒートシンク含めた電動モータケーシング全体を加熱する必要がある。
ところが、前記ヒートシンクは、肉厚のコアを有しているため、前記電動モータケーシング全体を加熱するには、長時間の加熱を余儀なくされてしまう。これにより、装置の組み付け作業性が悪化して、製造コストが高くなってしまうという問題がある。
本発明は、このような技術的課題に着目して案出されたものであって、ステータを、カバー部材に対して固定することによって、ハウジング内に確実に収容し得る電動モータ制御装置を提供するものである。
請求項1に記載の発明は、アルミニウム系材料で形成されたハウジングと、鉄系材料で形成され、前記ハウジングの一端開口部を閉塞するカバー部材と、該カバー部材に対して所定の固定手段によって一部が嵌合固定されたステータと、前記ステータに設けられたコイルと、前記ステータに励磁されて相対回転するロータと、該ロータに固定された出力軸と、前記ステータの前記固定箇所以外の部位と共に前記ハウジング内に収容され、前記コイルに電力を供給して駆動制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。
この発明によれば、前記カバー部材は、鉄系材料で形成されているため、前記ステータを、ハウジングに対して焼き嵌め工法を用いることなく、カバー部材に対して所定の固定手段によって嵌合固定するようにして、該カバー部材をハウジングに取り付ける際に、ステータをハウジング内に確実に収容保持させることができる。換言すれば、従来のように、焼き嵌めに伴う長時間にわたったハウジングの加熱作業を省略することができる。これにより、装置の組み付け作業性が向上して、製造コストの低廉化が図れる。
また、前記ステータの一部と前記制御部とを収容するハウジングを一体に形成することにより、装置の小型化を図ることができると共に、装置組み付けの際の部品点数が減少するため、組み付け作業性がより向上する。
請求項2に記載の発明は、アルミニウム系材料で形成されたハウジングと、鉄系材料で形成され、前記ハウジングの一端開口部を閉塞するカバー部材と、該カバー部材に対して一部が圧入固定されたステータと、前記ステータに設けられたコイルと、前記ステータに励磁されて相対回転するロータと、該ロータに固定された出力軸と、前記ステータの前記固定箇所以外の部位と共に前記ハウジング内に収容され、前記コイルに電力を供給して駆動制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。
この発明によれば、前記ステータを、前記カバー部材に対して圧入固定するようにしたため、カバー部材を前記ハウジングに取り付ける際に、ステータがハウジング内に確実に収容保持されると共に、従来のようなハウジングに対する焼き嵌めに伴う加熱作業が不要となる。これによって、装置の組み付け作業性が飛躍的に向上して、製造コストの低廉化が図れる。
請求項3に記載の発明によれば、アルミニウム系材料で形成されたハウジングと、前記ハウジングの一端開口部を閉塞するカバー部材と、該カバー部材に対して一部が焼き嵌め固定されたステータと、前記ステータに設けられたコイルと、前記ステータに励磁されて相対回転するロータと、該ロータに固定された出力軸と、前記ステータの前記固定箇所以外の部位と共に前記ハウジング内に収容され、前記コイルに電力を供給して駆動制御する制御部と、を備えたことを特徴としている。
この発明によれば、前記電動モータの収容部分を、前記カバー部材とハウジングとに分割して、前記ステータをカバー部材に対して固定する構造とし、該ステータをカバー部材に焼き嵌め固定する際には、表面積の小さいカバー部材のみを加熱すればよいため、ステータをカバー部材に焼き嵌め固定する際の加熱時間が大幅に短縮される。これにより、装置の組み付け作業性が向上して、製造コストの低廉化が図れる。
さらに、前記ステータは、焼き嵌めによって前記カバー部材に固定されるため、装置が熱膨張した場合でも、カバー部材に確実に保持される。
請求項4に記載の発明によれば、前記出力軸を軸支する軸受を、前記カバー部材に設けたことを特徴としている。
この発明によれば、前記出力軸を軸支する軸受を、前記ステータを固定する前記カバー部材に設けたことによって、前記ステータと出力軸及び該出力軸に設けられるロータとの同軸性が向上する。
以下、本発明に係る電動モータ制御装置の実施形態を図面に基づいて詳述し、従来と同様に、車両のパワーステアリング装置に適用したものを示している。
図1〜図5は、本発明に係る電動モータ制御装置の第1の実施の形態を示し、この電動モータ制御装置は、図1に示すように、ハウジング1と、該ハウジング1の上端側に固定されたカバー部材2とを備えている。
前記ハウジング1は、図1に示すように、アルミニウム系材料によって一体形成されており、内部には、電動モータ3の軸方向下端側と、該電動モータ3の下端側に配置され、電動モータ3から動力が伝達されることによって正逆回転するピニオン機構部4と、電動モータ3の駆動を制御する駆動回路部5とを夫々収容している。また、前記駆動回路部5の位置するハウジング1の外面には、駆動回路部5を冷却するヒートシンク部6が設けられている。
また、前記ハウジング1は、図1に示すように、前記電動モータ3の下半側が収容配置される上端開口部内の内壁が段差形状に形成されて、電動モータ3の下半側を嵌合支持する嵌合部1aが設けられている。
前記カバー部材2は、図2及び図3に示すように、鉄系材料からなる板材を、プレス成形によって有蓋円筒形状に一体に形成されて、円筒壁2aと、該円筒壁2aの上端を閉塞する蓋部2bとを有している。前記蓋部2bのほぼ中央部には、円筒凹状の軸受保持部2cが形成されていると共に、前記円筒壁2aの下端部外周縁には、平面円環状のフランジ部7が一体に折曲形成されている。また、このカバー部材2は、図1に示すように、電動モータ3の軸方向の上端側を収容している。
前記電動モータ3は、図1に示すように、前記カバー部材2の軸受保持部2cに嵌合保持された第1軸受8aと前記ハウジング1側に固定された円環状の第3軸受9aとによって両端側が回転自在に軸支されている出力軸10と、該出力軸10の上端側の外周部に固定された円筒状のロータ11と、該ロータ11の外周に非接触状態に配置されて、巻き線状のコイル13を有する円筒状のステータ12とを夫々備えている。
前記出力軸10は、上端側の軸部10aと下端側の歯車部10bとに分割形成されており、前記軸部10aと前記歯車部10bとは、連結部材15によって接続されている。前記軸部10aは、上端側が前記第1軸受8aによって軸支されている一方、ほぼ中央部が第2軸受8bによって回転自在に軸支されている。前記歯車部10bは、下端側が前記第3軸受9aによって軸支されている一方、上端側が第4軸受9bによって回転自在に軸支されており、上端側の外周端部にはセレーション溝が形成されている。
前記連結部材15は、円筒状に形成されており、上端側が前記軸部10aの下端側に固定されている一方、下端側が前記セレーション溝を介して前記歯車部10bの上端側とセレーション結合している。
前記ロータ11は、外周側がマグネットロータ14となっており、ステータ12から励磁されることによって回転するようになっている。
前記ステータ12は、図4に示すように、薄肉な金属板を積層して、所定の肉厚に形成されている。そして、このステータ12は、各金属板がプレス成形によって形成されて、剪断された端縁がプレスの打ち抜き方向に僅かに屈曲した屈曲部12a有している。
また、前記ステータ12は、外径が前記カバー部材2の円筒壁2aの内周面2dの内径よりも僅かに大きく設定されており、該円筒壁2aの内周面2dに圧入固定されるようになっている。
すなわち、前記ステータ12は、軸方向の上端部、つまり全体のほぼ中間位置までが、前記カバー部材2の内部に圧入によって固定されており、外周縁が前記屈曲部12a側からカバー部材2の内周面2dに圧入されるようになっている。
また、前記軸部10aの外周部には、図1に示すように、出力軸10の回転角を検出するV・R型レゾルバのモータ回転角センサ16が設けられている。このモータ回転角センサ16は、軸部10aの外周に固定され、該軸部10aと共に回転する円環状の被検出部16aと、該被検出部16aを包囲するように前記ハウジング1に固定され、被検出部16aの回転角を検出する円環状のセンサコイル部16bとによって構成されている。なお、前記被検出部16aは、例えば外周部が凹凸状に形成された磁性部材や巻き線状のコイルであってもよい。
前記ピニオン機構部4は、出力軸10の歯車部10bと噛合するウォームホイール17と、該ウォームホイール17の中心に固定されて、図外のステアリングホイールに接続されるピニオン軸18とを備えている。
また、前記第1軸受8aは、第1皿ばね19aによって下方へ付勢され、前記軸部10aのがたつきを防止するようになっている。さらに、前記第3軸受9aは、第2皿ばね19bによって上方へ付勢されている一方、前記第4軸受9bは、第3皿ばね19cによって下方へ付勢されて、前記歯車部10bのバックラッシュを防止するようになっている。
前記駆動回路部5は、図1及び図5に示すように、前記ハウジング1の上端側に、電動モータ3と隣接した位置に形成された溝部1bに収容されている。この駆動回路部5は、前記ハウジング1の上端側外面に設けられた制御信号ハーネス用コネクタ20と、前記溝部1bに収容された図外のパワーMOSFETと、図外のリレーと、図外のコンデンサとを夫々備えている。
前記ヒートシンク部6は、図1及び図5に示すように、前記ハウジング1の他の部位よりも比較的肉厚に形成され、外面には凹状のフィン部6aが設けられている。このヒートシンク部6により、前記パワーMOSFETなどの発熱部材が冷却されるようになっている。
前記フランジ部7は、図2及び図3に示すように、前記カバー部材2の開口側となる接合面に、2つの突起状のシール保持部7a,7aが点対称位置に設けられていると共に、該各シール保持部7a,7aに、ビス挿通孔7b,7bが設けられている。そして、前記各シール保持部7a,7aにはシール部材21が設けられており、前記ハウジング1にカバー部材2を組み付ける際には、図1に示すように、前記シール部材21を介してハウジング1の上端開口縁と前記フランジ部7とが接合するようになっている。
また、前記ハウジング1の上端開口縁近傍には、図1及び図5に示すように、前記カバー部材2の各ビス挿通孔7b,7bに対応するねじ孔22,22が形成されており、該各ねじ孔22,22のうちの一方が、ヒートシンク部6の外面のフィン部6aと干渉しない位置に設けられている。これにより、前記カバー部材2は、前記各挿通孔7b,7bを介して2本のビス23,23によって、ハウジング1に固定されるようになっている。
そして、前記カバー部材2をハウジング1に取り付けるには、図1に示すように、まず、カバー部材2の軸受保持部2cに第1軸受8aを組み付け、このカバー部材2の円筒壁2aの内周面2dに前記ステータ12を、上端側となる屈曲部12a側から圧入して、位置決めしつつ該ステータ12の一部をカバー部材2に固定する。
続いて、このステータ12が組み付けられたカバー部材2を、前記ハウジング1の上端開口部に被せながら第1軸受8aに出力軸10を挿入すると共に、ステータ12の下端部を、ハウジング1の上端開口部から嵌合部1a内に挿入する。そして、円周方向の位置決めをしつつ、前記各ビス23,23を各ビス挿通孔7b,7bを介して各ねじ孔22,22に締結することによって、カバー部材2をハウジング1に固定する。
したがって、この実施の形態によれば、前述のように、前記カバー部材2は、前記ステータ12と同様の鉄系材料で形成されており、ステータ12の一部を圧入によってカバー部材2内に嵌合固定させるようにしたため、前記カバー部材2をハウジング1に取り付ける際に、前記ステータ12をハウジング1内に確実に収容保持させることができ、従来のようなハウジングの焼き嵌めに伴う加熱作業が不要となる。この結果、装置の組み付け作業性が飛躍的に向上して、製造コストの低廉化が図れる。
また、前記ステータ12の一部と駆動回路部5とを収容するハウジング1が一体に形成されていると共に、ヒートシンク部6も前記ハウジング1と一体に形成されているため、別途ヒートシンク部6を設ける必要がなく、装置の小型化を図ることができると共に、装置組み付けの際の部品点数が減少して、組み付け作業性がより向上する。
さらに、前記出力軸10の一端側を軸支する第1軸受8aが前記カバー部材2に設けられていると共に、カバー部材2がプレス成形によって形成されていることから、前記軸受保持部2cが精度良く形成され、出力軸10及びロータ11に対するステータ12の同軸精度が確保されるため、電動モータ3の回転振動が抑制される。
また、前記各ビス23,23によってカバー部材2を固定する各ねじ孔22,22の一方がヒートシンク部6上に形成されているため、薄肉に形成されたハウジング1のヒートシンク部6以外の空洞部となる部位に、ねじ孔を形成するための肉盛りの必要がなく、装置の軽量化及び小型化を図ることができる。
そして、前記ハウジング1には嵌合部1aを設けられており、ステータ12がハウジング1に対して挿入して組み付けられるため、該ステータ12の組み付け性が向上する。さらに、ステータ12は、常温において、ハウジング1に対して隙間なく保持されているため、該ステータ12の保持性が向上する。
なお、高温状態において、たとえハウジング1とステータ12との間に隙間が生じてしまっても、ステータ12は、上端側を軸方向ほぼ中間部まで前記カバー部材2によって確実に固定されているため、何ら不具合が生じることはなく、常時安定して保持される。
また、前記ステータ12のプレス成形に伴う金属板の屈曲方向を揃えて積層し、ステータ12を前記屈曲部12a側からカバー部材2内に圧入することにより、カバー部材2に対するステータ12の圧入作業が容易となり、組み付け作業性が向上する。
さらに、前記フランジ部7が平坦状に設けられているために、前記シール部材21を平坦状の単純な形状とすることができ、シール部材21の加工性が良好となる。
なお、本実施の形態の電動モータ制御装置の作用について簡単に説明すると、まず、図外のメインコントロールユニットから制御信号ハーネス用コネクタ20に送信された電気信号が、駆動回路部5内の図外の制御回路、パワーMOSFET、リレー及びコンデンサを介してステータ12側に送信される。続いて、このステータ12側に送信された電気信号は、該ステータ12のコイル13に送信され、該コイル13がマグネットロータ14を励磁することによって、ロータ11を回転させる。
これにより、出力軸10の軸部10aが外周部に固定されたロータ11と同一方向に回転して、出力軸10の歯車部10bと噛合しているウォームホイール17に貫通固定されているピニオン軸18が回転することによって、該ピニオン軸18と噛合している図外のラック軸が移動する。
次に、本発明に係る第2の実施の形態について説明すると、前記第1の実施の形態の構成を基本として、カバー部材2がアルミニウム系材料によって形成され、このカバー部材2に対して前記ステータ12の一部が焼き嵌めによって固定されている。
したがって、この第2の実施の形態によれば、前記第1の実施の形態の作用効果に加えて、前記ステータ12をカバー部材2に焼き嵌め固定するには、表面積の小さい該カバー部材2のみを加熱すればよいため、ステータ12をカバー部材2に焼き嵌め固定する際の加熱時間が大幅に短縮される。これにより、装置の組み付け作業性が向上して、製造コストの低廉化が図れる。
さらに、前記ステータ12が前記カバー部材2に焼き嵌めによって固定されているため、装置が熱膨張した場合でも、ステータ12はカバー部材2に確実に保持されて、ステータ12の保持性が向上する。
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
請求項(1) 前記カバー部材はプレス成形によって形成され、このカバー部材はプレス成形によって形成された前記軸受を保持する軸受保持部を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記軸受保持部がプレス成形によって形成されるため、前記カバー部材全体に対して、軸受保持部が精度良く形成される。これによって、前記出力軸及びロータに対するステータの同軸精度が確保されるため、電動モータの振動が抑制される。
請求項(2) 前記ステータは、前記ハウジングに対して挿入されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記カバー部材に対して例えば焼き嵌めされたステータを、前記ハウジングに組み付ける際に、該ハウジングに対して圧入ではなく挿入して組み付けることにより、組み付け作業性を向上させることができる。また、少なくとも常温において、前記ステータはハウジングに対して隙間のない状態で保持されるため、前記ステータの保持性を向上させることができる。
なお、前記ステータは、主として前記カバー部材に対して固定されるために、高温状態において、前記ステータと前記ハウジングとの間に隙間が生じた場合であっても、不具合を生じることなく安定して保持される。
請求項(3) 前記ステータは、積層状に組み合わされた板材から構成され、この板材の外周端部断面は、径方向外側に向かうほど、前記カバー部材側から前記ハウジング側に屈曲する屈曲部を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記ステータの外周端部断面は、前記カバー部材の圧入方向に沿った屈曲部形状を有するようにしたため、前記カバー部材に対するステータの圧入作業が容易となり、組み付け作業性が向上する。
請求項(4) 前記カバー部材は、前記ステータの軸方向ほぼ中間部まで延在することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記カバー部材を、前記ステータに対して例えば焼き嵌めによって固定すると共に、該カバー部材がステータの軸方向ほぼ中間部まで設けられているため、前記カバー部材に対するステータの充分な保持性を得ることができる。
請求項(5) 前記カバー部材は、円筒壁と、この円筒壁の軸方向一端側の径方向外側に折曲形成されたフランジ部と、このフランジ部に設けられたシール保持部と、から構成され、前記フランジ部は同一平面に沿うように形成され、前記フランジ部とハウジングとの間に、前記シール保持部によって保持されたシール部材を備えたことを特徴とする電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記カバー部材のフランジ部が同一平面形状に折曲形成されているため、該フランジ部のシール保持部に取り付けられるシール部材も、前記フランジと同様に、同一平面形状の単純な形状とすることができる。
請求項(6) 前記ハウジングの前記制御部が収容される部分は、前記ハウジングと一体成形され、発熱部材を冷却するヒートシンク部を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記ヒートシンク部は、前記ハウジングと一体成形されているため、該ヒートシンクを別途設ける必要はなく、装置の小型化を図ることができると共に、装置組み付けの際の部品点数が減少して、組み付け作業性がより向上する。
請求項(7) 前記カバー部材と前記ハウジングとを組み付け固定するねじを備え、該ねじが螺着するねじ孔は、前記ヒートシンク部に形成されることを特徴とする請求項(6)に記載の電動モータ制御装置。
この発明によれば、前記ねじによってカバー部材をハウジングに固定するねじ孔が前記ヒートシンク部に形成されているため、薄肉に形成されたハウジングのヒートシンク部以外の空洞部となる部位に、ねじ孔を形成するための肉盛りの必要がなく、装置の軽量化及び小型化を図ることができる。
本発明は、前記各実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば前記ハウジング1及びカバー部材2の形状及び大きさを、自動車の仕様や大きさなどによって自由に変更することができるとともに、前記カバー部材2をハウジング1に固定するビス23及びねじ孔22の数量も自由に変更することができる。
本発明に係る電動モータ制御装置の第1の実施の形態の部分断面図である。 本実施の形態に供されるカバー部材を示す平面図である。 図2のA−A線断面図である。 本実施の形態に供されるステータの要部を示す拡大断面図である。 本実施の形態における電動モータ制御装置の平面図である。
符号の説明
1…ハウジング
2…カバー部材
5…駆動回路部(制御部)
8a…第1軸受(軸受)
10…出力軸
11…ロータ
12…ステータ
13…コイル

Claims (4)

  1. アルミニウム系材料で形成されたハウジングと、
    鉄系材料で形成され、前記ハウジングの一端開口部を閉塞するカバー部材と、
    該カバー部材に対して所定の固定手段によって一部が嵌合固定されたステータと、
    前記ステータに設けられたコイルと、
    前記ステータに励磁されて相対回転するロータと、
    該ロータに固定された出力軸と、
    前記ステータの前記固定箇所以外の部位と共に前記ハウジング内に収容され、前記コイルに電力を供給して駆動制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動モータ制御装置。
  2. アルミニウム系材料で形成されたハウジングと、
    鉄系材料で形成され、前記ハウジングの一端開口部を閉塞するカバー部材と、
    該カバー部材に対して一部が圧入固定されたステータと、
    前記ステータに設けられたコイルと、
    前記ステータに励磁されて相対回転するロータと、
    該ロータに固定された出力軸と、
    前記ステータの前記固定箇所以外の部位と共に前記ハウジング内に収容され、前記コイルに電力を供給して駆動制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動モータ制御装置。
  3. アルミニウム系材料で形成されたハウジングと、
    前記ハウジングの一端開口部を閉塞するカバー部材と、
    該カバー部材に対して一部が焼き嵌め固定されたステータと、
    前記ステータに設けられたコイルと、
    前記ステータに励磁されて相対回転するロータと、
    該ロータに固定された出力軸と、
    前記ステータの前記固定箇所以外の部位と共に前記ハウジング内に収容され、前記コイルに電力を供給して駆動制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする電動モータ制御装置。
  4. 前記出力軸を軸支する軸受を、前記カバー部材に設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動モータ制御装置。
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