JP2007228673A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性の高い電動パワーステアリング装置用モータを提供する。また、電動パワーステアリング装置の特性を向上させる。
【解決手段】操舵軸に生じた操舵トルクに対応する操舵補助力を電動モータにより発生させて、当該操舵補助力を操舵系に付与するようにした電動パワーステアリング装置において、側壁と底面を有するブラケット１１と、このブラケット１１内で回動可能に軸止されたシャフト１５に設けたロータ１７と、ブラケット１１の側壁内に設けられたステータ１９と、を有する電動モータ１のブラケット１１を放熱性を有する樹脂で構成する。また、ステータ１９とブラケット１１の外壁との間にメッシュ２９を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に関し、例えば自動車等の車両に搭載する電動パワーステアリング装置のモータ部に適用して好適なものである。

近年、自動車において、操舵補助力（アシスト力）を電動モータにより発生させ、この操舵補助力を操舵系に付与することにより、操作者の操舵をアシストするようになされた電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）装置が広く用いられている。

このように、操舵補助力として電動モータの駆動力を用いる電動パワーステアリング装置は、油圧式パワーステアリング装置に比べ、燃料消費量が少なくてすみ、また、構成部品も少なく、軽量化できる等、種々の利点を有している。

また、電動パワーステアリング装置には、例えば、操舵ハンドルの回転操作に対して特定の方向（時計回り方向又は反時計回り方向）に回転させるように電動モータを制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）が使用され、このＥＣＵの制御によって特定の方向に電動モータを回転させ、アシスト力を発生させている。

上記電動モータとしては、ブラシ付きモータが主流であったが、近年、出力の向上と更なる効率の改善のため、ブラシレスモータが採用されつつある。

例えば、特許文献１（特開２００５−２１８１４６）には、ステータとロータのエアーギャップを十分小さくでき、さらに、軸受近傍の騒音、振動の低減を図ったモールドモータが開示されている。
特開２００５−２１８１４６号公報

本発明者らは、自動車等の車両に搭載する電動パワーステアリング装置に関する研究・開発を行っている。

従前、本発明者らが検討していた電動パワーステアリング装置は、追って詳細に説明するように、モータカバーの材質が鉄等の金属であるため、電動パワーステアリング装置の機能低下や損傷をもたらす恐れがあった（図４参照）。

即ち、電動パワーステアリング装置が搭載された自動車等のハンドル操作において、例えば、据え切りを行う場合など、アシスト力が過度に必要となる場合、モータ内において最大電流が連続して流れることとなり、その内部温度が上昇する。その結果、例えば、モータ内のコイルの断線、コイルのショートやモータ内部の基板部品の損傷等により、モータが故障する、もしくは、モータの機能が低下する。

そこで、ＥＣＵに、モータに対する供給電流を制限する機能（過熱保護機能、安全機能）を付加することで、モータの故障等を防止する対策が考えられる。

しかしながら、上記機能が働いた場合、モータに対する供給電流が制限され、アシスト力（ＥＰＳシステム出力）が低下してしまう。言い換えれば、適切なアシストが行えず、ハンドルが重くなってしまう。

従って、モータに対する安全性を重視し、ＥＣＵ側の供給電流の制限レベルを低く設定すると、前述した据え切り等、アシスト力が必要な状況において、安全機能が作動し、結局のところ十分なアシストが行えないといった問題があった。

特に、大型車用の電動パワーステアリング装置においては、大きなアシスト力が必要であるため、供給電流の増加（高出力化）が必須となる。従って、上記モータの過熱保護対策が重要な課題である。

このようなモータの放熱性に関し、例えば、モータ自身に穴（通気孔）を設け、モータ内部の通気を良くすることで、放熱性を高める方法も考えられる。しなしながら、当該穴を介してモータ内部へ汚染物が侵入（コンタミ）し、モータ性能を劣化させる。また、当該穴を介して動作音が外部へ漏れ、モータ動作音が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、放熱性の高い電動パワーステアリング装置用モータを提供することを目的とする。また、電動パワーステアリング装置の特性を向上させることを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明は、操舵軸に生じた操舵トルクに対応する操舵補助力を電動モータにより発生させて、当該操舵補助力を操舵系に付与するようにした電動パワーステアリング装置において、上記電動モータは、側壁と底面を有するモータカバーと、上記モータカバー内で回動可能に軸止されたシャフトに設けたモータロータと、上記モータカバーの側壁内に設けられたモータステータと、を有し、上記モータカバーは、樹脂よりなることを特徴とする。

上記電動パワーステアリング装置は、さらに、上記電動モータを制御する制御装置を有し、上記制御装置は、上記モータに供給される電流が、所定のレベル以上でありその供給時間が所定の期間を経過した場合、上記モータに供給される電流を制限する機能を有することを特徴とする。

上記モータステータは、上記モータカバーを構成する樹脂によって封止されていることを特徴とする。

上記電動モータは、さらに、メッシュ材料を有し、上記メッシュ材料は、上記モータステータと上記モータカバーの外壁との間に設けられていることを特徴とする。

上記メッシュ材料は、上記モータカバーを構成する樹脂によって封止されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、モータカバーに樹脂（例えば放熱性を有する樹脂）を用いたので、モータの内部熱の放熱性が向上する。その結果、モータの内部温度の上昇によりＥＣＵ側の安全機能が働き、アシスト力が低下してしまうことを緩和でき、電動パワーステアリング装置の特性を向上させることができる。

また、モータステータとモータカバーの側壁との間にメッシュ材料を設けることにより、モータ内部で発生した電磁気波の外部への伝達を低減できる。その結果、車載用カーラジオ等の電子機器に対するノイズの低減を図ることができる。ひいては、電動パワーステアリング装置の特性を向上させることができる。

本発明によれば、放熱性の高い電動パワーステアリング装置用モータを提供することができる。また、電動パワーステアリング装置の特性を向上させることができる。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態を詳述する。

図１は、本実施の形態のパワーステアリング装置のＥＣＵ及び電動モータを示す概略図である。

図１に示すように、ＥＣＵ（制御装置）１００と電動モータ１とは、ハーネス等を用いて接続される。例えば、操舵軸を操作した（ハンドルを回転させた）際の、電動モータ１内の回転角センサ（例えば、レゾルバ）２００の出力ａに対応して、ＥＣＵ１００は、操作方向に対応した方向に電動モータ１を回転させる制御ｂを行う。回転角を検出する手段としては、レゾルバ以外のものを用いてもよい。

図２は、本実施の形態のパワーステアリング装置の電動モータを示す要部断面図である。
この電動モータ１は、いわゆるブラシレスモータである。なお、後述する電動モータの製造工程の説明によっても本実施の形態の電動モータの構成が明確になると思われるため、適宜参照されたい。

図２に示すように、電動モータ１は、側壁および底面を有するブラケット（モータケース、モータカバー、モータの外観部、モータの枠、フレーム）１１と、このブラケット１１の内側に配設され且つ回転トルクを発生させるモータ部ＭＰと、モータ部ＭＰと同軸に配設され且つモータ部ＭＰのロータの回転位置を検出する回転角センサ（図示せず）と、ブラケット１１の上部に配置されるアルミダイカスト（フランジ、フロントフランジ）１３とを有する。

このブラケット１１は、樹脂、例えば放熱性を有する樹脂よりなる。また、防水性を備えた樹脂であることが好ましい。放熱性および防水性を有する樹脂としては、例えば、不飽和ポリエステル等が挙げられる。この他、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を用いても良い。特に、不飽和ポリエステルは、車載用装置に多く用いられ、放熱性、防水性のみならず、耐久性、耐酸性、耐加工性にも優れ、本実施の形態に用いて好適である。

このように、本実施の形態によれば、樹脂（特に、放熱性を有する樹脂）をブラケット１１として用いたので、電動モータ１の内部熱の放熱性が向上する。

モータ部ＭＰは、回動可能なシャフト（軸）１５及び筒状のロータコア１７を有するロータ（モータロータ）Ｒ、及びステータ（モータステータ）１９を有する。ロータコア１７は、シャフト１５を軸方向に沿って貫通させるように当該シャフト１５の周囲に固設され且つ当該シャフト１５と一体に回動する。

ここで、ステータ１９は、追って詳細に説明するように、ブラケット１１の側壁に固設され且つロータコア１７に一定の空隙を介して対向するように配置されている。シャフト１５は、転がり軸受（ベアリング）２１、２３により回動自在に軸支されている。転がり軸受２１は、ベアリングハウジング（金属板）２５中の突起部２５ａ間の収容部に固設され、また、転がり軸受２３は、アルミダイカスト１３の中心部の収容部に固設されている。なお、突起部２１ａ間の収容部に、転がり軸受２１の他、前述の回転角センサ（図示せず）が設けられる。

また、ステータ１９とブラケット１１との外壁の間には、メッシュ（メッシュ材料）２９が配置される。これら（ステータ１９、金属板２７、ベアリングハウジング２５およびメッシュ２９）は、ブラケット１１と接合している。言い換えれば、ブラケット１１を構成する樹脂によりモールド封止され、一体となっている。

図３に、メッシュ２９の斜視図を示す。図示するように、メッシュ２９は、底部および側部（筒状部）を有し、ステータ１９とブラケット１１との外壁の間に配置される。このメッシュ２９は、金属線材あるいは非金属線に金属メッキを施した線材を、縦、横もしくは斜めに編んで構成したものである。

このように、本実施の形態によれば、ブラケット１１の内壁にメッシュ２９を配置したので、モータ部ＭＰからの電磁気波の拡散を低減できる。即ち、電動モータ１の内部からはその機械的動作や内部電流などにより電磁気波が発生する。この電磁気波は、ブラケット１１を介し外部（例えば、車体ボディ）に伝達する。特に、ブラケット１１として樹脂を用いた場合は、金属を用いた場合と比較し、電磁気波が伝達し易い。しかしながら、本実施の形態によれば、メッシュ２９を配置したので、電磁気波の外部への伝達を低減できる。その結果、車載用カーラジオ等の電子機器に対するノイズの低減を図ることができる。

ステータ１９の上部には、金属板２７が配置され、底部にはベアリングハウジング２５が配置される。これらの間もブラケット１１を構成する樹脂によりモールド封止され、一体となっている。

この金属板２７を介してアルミダイカスト１３がボルト３１により固定される。また、金属板２７には、ブラケット１１方向へ突出する突起部が設けられ、当該突起部によって、ブラケット（樹脂）１１との接触面積が大きくなり、強固に接合される。

また、ベアリングハウジング２５は、アルミ（Ａｌ）などの金属材料よりなり、突起部２５ａを有する。前述した通り、この突起部２５ａ間に転がり軸受２１が固設される。

また、アルミダイカスト１３は、その中心部の収容部に固設された転がり軸受２３を有し、ブラケット１１の上部に配置される。

ステータ１９は、格別図示しないが、略筒状を成すバックヨーク部から径方向の中心に向かって突設された複数のティースを有し、隣り合うティース間に電気子巻線用の溝が形成されるようになっている。この溝を用いて、コイル（モータコイル）がステータ１９に巻装される。

ロータＲのシャフト１５は、アルミダイカスト１３から軸方向に沿って外側に突出するように配置されている。このシャフト１５の突出部分は、電動パワーステアリング装置の一要素であるウォーム（図示せず）のスプライン結合部にスプライン嵌合している。このウォームは、ギヤハウジングに軸受により回転自在に支持され、且つ、ウォームにはウォームギヤ減速機構のウォームホイールが噛合している。このウォームホイールは、車両のステアリングホイールに結合された入力軸に連結された出力軸に固定されている。これにより電動パワーステアリング（ＥＰＳ）装置の、操舵力補助のための駆動系を成している。

また、ロータコア１７の径方向の外周面には、回転駆動用の永久磁石（モータマグネット、図示せず）が装着されている。

以上、詳細に説明したように、本実施の形態によれば、放熱性を有する樹脂をブラケット１１として用いたので、電動モータ１の内部熱の放熱性が向上する。また、ブラケット１１の内壁にメッシュ２９を配置したので、電磁気波の外部への伝達を低減できる。

例えば、図４に示す構造のパワーステアリング装置の電動モータにおいては、モータカバー５１が鉄等の金属で形成されているため、その内部に熱がこもり易い。その結果、内部温度の上昇によりＥＣＵ側の安全機能が働き、アシスト力（ＥＰＳシステム出力）が低下してしまう。図４は、本実施の形態の効果を示すためのパワーステアリング装置の電動モータを示す要部断面図（比較例）である。なお、図４に示す電動モータにおいては、ステータ１９が、モータカバー５１中に圧入されている。

これに対し、本実施の形態によれば、ブラケット１１を放熱性を有する樹脂で構成したので、電動モータ１の内部の放熱性が向上する。その結果、ＥＣＵ側の供給電流の制限レベルをより高く設定することができる。例えば、最大電流（所定以上の電流）が所定時間（制限時間）継続して流れた場合、電動モータ１に対する電流供給制限時間を長く（例えば、約２倍に）することができる。なお、この制限時間は、電動モータの大きさ（駆動力）や用いる樹脂材料等により変化し得る。

その結果、前述した据え切り等、アシスト力が必要な状況において、ＥＰＳのシステム出力を維持することができ、適切なアシストを行うことができる。即ち、電動パワーステアリング装置の特性を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、ブラケット１１の内壁にメッシュ２９を配置したので、電動モータ１からの電磁気波の拡散を低減できる。その結果、車載用カーラジオ等の電子機器に対するノイズの低減を図ることができる。

次いで、本実施の形態のパワーステアリング装置の電動モータの製造工程（組み立て工程、モールド工程）の一例について説明する。図５および図６は、本実施の形態のパワーステアリング装置の電動モータの製造工程の一例を示す工程断面図である。なお、図２等と対応する部位には同じ符号を付し、その重複した説明を省略する。

図５（ａ）に示すように、ステータ１９をベアリングハウジング２５および金属板２７との間に配置し、ステータ１９とベアリングハウジング２５の間、及びステータ１９と金属板２７との間をインサートモールド（第１モールド封止）する。即ち、これらの間に溶融樹脂を注入し、ステータ１９とベアリングハウジング２５を接合し、また、ステータ１９と金属板２７とを接合し、これらを一体とする。第１モールド封止部を１１ａとする。

次いで、図５（ｂ）に示すように、ステータ１９の外周および底部にメッシュ２９（図３参照）を装着する。

次いで、図５（ｃ）に示すように、ステータ１９等をモールド用の金属金型３３ａ、３３ｂ中に配置し、金型内部に溶融樹脂を注入することによりモールド封止（第２モールド封止）する。その結果、図６（ａ）に示すように、第２モールド封止部１１ｂが形成され、かかるモールド封止により、ステータ１９、金属板２７、ベアリングハウジング２５およびメッシュ２９が、ブラケット１１を構成する樹脂（１１ａ、１１ｂ）により一体となる。

次いで、図６（ｂ）に示すように、ブラケット１１（１１ａ、１１ｂ）内に、ロータＲおよび転がり軸受２１を挿入する。例えば、ロータコア１７が装着されたシャフト１５を、転がり軸受２１の内輪に圧入し、その後、転がり軸受２１の外輪をベアリングハウジング２５の突起部２５ａ間（収容部）に固設する。

次いで、図６（ｃ）に示すように、ブラケット１１（１１ａ、１１ｂ）上に、転がり軸受２３がその中心部に内蔵されたアルミダイカスト１３を配置し、金属板２７の裏面からボルト３１により固定する。この際、シャフト１５は、アルミダイカスト１３中の転がり軸受２３から外側に突出させる。

以上の工程により、モータ部ＭＰが、ブラケット１１およびアルミダイカスト１３等で覆われ、シールド効果が得られる。

なお、上記工程は、一例にすぎず、例えば、第１モールド封止を省略し、第２モールド封止時に、第１、第２モールド封止部１１ａ、１１ｂを一度に形成してもよい。また、ロータＲ等の挿入を行った後に、第２モールド封止を行ってもよい。このように、種々の変更が可能である。

要は、ステータ１９の外周等にメッシュ２９を配置し、これらをブラケット１１を構成する樹脂で一体化する工程を有すればよい。

このように、本実施の形態によれば、モールド封止を利用することで、容易にブラケット１１を形成するとともに、ステータ１９等の固設（接合）を行うことができる。

なお、樹脂製のモータカバーをあらかじめ準備し、その内部にステータ１９やメッシュ２９等を装着（接着）してもよい。

しかし、上記樹脂モールドを使用した場合には、よりステータ１９やメッシュ２９等の接合強度を確保することができ、また、電動モータ１自身の強度を向上させることができる。

また、上記実施の形態の電動モータを用いた電動パワーステアリング装置については、電動モータにより発生させたアシスト力をラック軸に付与するタイプやアシスト力を操舵軸に付与するタイプのもの等があり、本発明は、これらの機構差に関わらず各種電動パワーステアリング装置に広く適用することができる。

また、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上記実施の形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明は、電動モータを用いたパワーステアリング装置（電動パワーステアリング装置）に広く適用することができる。

本実施の形態のパワーステアリング装置のＥＣＵ及び電動モータを示す概略図である。 本実施の形態のパワーステアリング装置の電動モータを示す要部断面図である。 メッシュの斜視図である。 本実施の形態の効果を示すためのパワーステアリング装置の電動モータを示す要部断面図（比較例）である。 本実施の形態のパワーステアリング装置の電動モータの製造工程の一例を示す工程断面図である。 本実施の形態のパワーステアリング装置の電動モータの製造工程の一例を示す工程断面図である。

符号の説明

１…電動モータ、１１…ブラケット、１１ａ、１１ｂ…モールド封止樹脂部、１３…アルミダイカスト、１５…シャフト、１７…ロータコア、１９…ステータ、２１、２３…転がり軸受、２５…ベアリングハウジング、２５ａ…突起部、２７…金属板、２９…メッシュ、３１…ボルト、３３ａ、３３ｂ…モールド金型、５１…モータカバー、１００…ＥＣＵ、２００…回転角センサ、ＭＰ…モータ部、Ｒ…ロータ

Claims (5)

1. 操舵軸に生じた操舵トルクに対応する操舵補助力を電動モータにより発生させて、当該操舵補助力を操舵系に付与するようにした電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータは、
   側壁と底面を有するモータカバーと、
   前記モータカバー内で回動可能に軸止されたシャフトに設けたモータロータと、
   前記モータカバーの側壁内に設けられたモータステータと、
   を有し、
   前記モータカバーは、樹脂よりなることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記電動パワーステアリング装置は、
   さらに、前記電動モータを制御する制御装置を有し、
   前記制御装置は、前記モータに供給される電流が、所定のレベル以上でありその供給時間が所定の期間を経過した場合、前記モータに供給される電流を制限する機能を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記モータステータは、前記モータカバーを構成する樹脂によって封止されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記電動モータは、
   さらに、メッシュ材料を有し、
   前記メッシュ材料は、前記モータステータと前記モータカバーの外壁との間に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記メッシュ材料は、前記モータカバーを構成する樹脂によって封止されていることを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング装置。
   
   

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