JP2007269264A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立作業性が良くて小型化できる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】本電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト４と同軸に配置された操舵補助用のブラシレスモータからなる電動モータ１８を有している。ブラシレスモータの各相のコイル３７，３８，３９と電力供給ライン４０，４１，４２との接続用の第１の結線用基板２９と、ブラシレスモータの中性点結線用の第２の結線用基板３０とが、ブラシレスモータをステアリングシャフト４の軸方向Ｓに挟んだ両側に配置されている。電線の密集度合いを緩和でき、組立作業性を高めることができる。第１および第２の結線用基板２９，３０を小型化でき、また、構造も簡素化できる。
【選択図】図２

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を得るための電動モータを有している。この電動モータは、ブラシレスモータであり、ステアリングシャフトに同軸に配置されている（例えば、特許文献１参照。）。
ブラシレスモータは、通例、複数のコイルと、複数のコイルを接続するための単一の接続用基板とを有している。この接続用基板は、電動モータの軸方向のいずれかの端部に配置されている。
特開２００５−１４５４３６号公報

ところで、操舵補助用のブラシレスモータでは、コイルの数が多くなる傾向にあるので、接続用基板の周囲で電線が密集し、組立作業性が低下する。また、コイルが多くなると、接続用基板が大型化し、その結果、電動モータが大型化する傾向にある。
また、特許文献１では、ステアリングシャフトの軸方向に、電動モータのためのスペースを確保する必要があるので、ステアリングシャフトが軸方向に長くなる傾向にある。一方で、車両内でステアリングシャフトを収容するためのスペースは規制されている。従って、電動モータひいては電動パワーステアリング装置の大型化を抑制することが要請されている。

そこで、この発明の目的は、組立作業性が良くて小型化できる電動パワーステアリング装置を提供することである。

本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトと同軸に配置された操舵補助用のブラシレスモータを備え、ブラシレスモータの各相と電力供給ラインとの結線用基板と、ブラシレスモータの中性点結線用基板とが、ブラシレスモータをステアリングシャフトの軸方向に挟んだ両側に配置されていることを特徴とする。本発明によれば、各基板の周囲において、対応するブラシレスモータの各相と電力供給ラインとの電線の密集度合いを下げることができ、組立作業性を高めることができる。各基板に接続される電線が少なくて済むので、基板の構造を簡素化できて、小型化できる。従って、電動モータ、ひいては電動パワーステアリング装置を小型化することが可能となる。

また、本発明において、上記中性点結線用基板の少なくとも一部が、ブラシレスモータのステータの径方向内方に配置されているのが好ましい。この場合、ステータの径方向内方にあって軸方向についてロータに隣接する従来空いていたスペースを有効に利用して、電動モータひいては電動パワーステアリング装置を軸方向に小型化することができる。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図１を参照する。
電動パワーステアリング装置１は、操向輪２を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール３に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト４と、ステアリングシャフト４からの操舵トルクにより操向輪２を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構５と、ステアリングシャフト４および操舵機構５の間に設けられこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸６とを有している。

ステアリングシャフト４は、ステアリングコラム７の内部を挿通して、ステアリングコラム７により回転自在に支持されている。ステアリングコラム７はブラケット８を介して車体９に支持されている。ステアリングシャフト４の一方の端部４ａにステアリングホイール３が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト４の他方の端部４ｂに中間軸６が連結されている。

中間軸６は、動力伝達軸１０と、中間軸６の一方の端部に設けられた自在継手１１と、中間軸６の他方の端部に設けられた自在継手１２とを有している。
操舵機構５は、入力軸としてのピニオン軸１３と、自動車の横方向（直進方向と直交する方向である。）に延びる転舵軸としてのラックバー１４と、ピニオン軸１３およびラックバー１４を支持するラックハウジング１５とを有している。ピニオン軸１３のピニオン歯１３ａと、ラックバー１４のラック歯１４ａとが互いに噛み合っている。

ステアリングホイール３が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト４等を介して操舵機構５に伝達される。これにより操向輪２を操舵することができる。
電動パワーステアリング装置１は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置１は、操舵トルクを検出するトルクセンサ１６と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）１７と、操舵補助用のブラシレスモータからなる電動モータ１８（以下、ブラシレスモータともいう。）とを有している。

本実施形態では、電動モータ１８は、ステアリングコラム７に関連して設けられていて、ステアリングシャフト４に同軸に配置されている。電動モータ１８と、ステアリングコラム７の一部とが、後述するようにモータユニット１９の一部を構成している。
ステアリングコラム７は、コラムチューブ２０と、ハウジング２１とを有している。ハウジング２１が、トルクセンサ１６および電動モータ１８を収容して支持している。

ステアリングシャフト４は、入力軸２２と、出力軸２３と、トーションバー２４とを有している。ステアリングシャフト４の軸方向下部が、入力軸２２と、出力軸２３とに分割されている。入力軸２２および出力軸２３は、トーションバー２４を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸２２は、ステアリングシャフト４の軸方向上部としての連結軸２５を介して、ステアリングホイール３に連なっている。出力軸２３は、中間軸６等を介して、ピニオン軸１３に連なっている。入力軸２２に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー２４が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸２２および出力軸２３が相対回転する。

トルクセンサ１６は、ステアリングシャフト４のトーションバー２４に関連して設けられ、トーションバー２４を介する入力軸２２および出力軸２３間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出する。トルク検出結果は、ＥＣＵ１７に与えられる。
ＥＣＵ１７は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ１８を制御する。

ステアリングホイール３が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ１６により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ１８が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、出力軸２３からピニオン軸１３に伝達され、ステアリングホイール３の動きとともに操舵機構５に伝わり、操向輪２が操舵されるとともに、操舵が補助される。

図２は、図１の電動パワーステアリング装置１の要部の一部断面図である。図１および図２を参照する。
電動モータ１８は、ハウジング２１内に収容されている。電動モータ１８は、筒状のロータ２６と、筒状のステータ２７とを有している。ステータ２７は、ハウジング２１に固定されていて、ロータ２６を取り囲んでいる。ロータ２６は、ステアリングシャフト４の出力軸２３に一体回転するように固定されている。出力軸２３は、ハウジング２１に軸受２８を介して回転自在に支持されている。

また、電動パワーステアリング装置１は、ロータ２６の回転角を検出する位置検出センサ（図示せず）と、ブラシレスモータ内部における電気的な接続のためのバスバーと呼ばれる第１および第２の結線用基板２９，３０とを有している。
モータユニット１９は、上述の各部、すなわち、ハウジング２１と、出力軸２３と、ロータ２６と、ステータ２７と、軸受２８と、位置検出センサと、第１の結線用基板２９と、第２の結線用基板３０とを有している。

ハウジング２１は、両端が開放された筒部３１と、この筒部３１の一方の端部に固定された第１の端壁３２と、筒部３１の他方の端部に固定された第２の端壁３３とを有している。
筒部３１の内周に、ステータ２７の外周が固定されている。出力軸２３の軸方向Ｓについて、ステータ２７を挟んだ両側に、第１および第２の端壁３２，３３が配置されている。第１および第２の端壁３２，３３は、環状をなしていて、外周縁部で筒部３１の対応する端部に固定されている。筒部３１と第１および第２の端壁３２，３３とで囲まれた内部は、密閉されていて、この内部に、ロータ２６およびステータ２７が収容されている。また、第１および第２の端壁３２，３３の内周は、軸受２８を保持する保持部をそれぞれ有している。

出力軸２３が、軸受２８に保持されて、第１および第２の端壁３２，３３を貫通している。出力軸２３は、筒部３１およびステータ２７の内周に同心に配置されている。
ロータ２６は、筒状をなしていて、外周および内周を有している。ロータ２６は、ロータ本体２６ａと、このロータ本体２６ａの外周に一体回転可能に取り付けられたロータマグネット２６ｂとを含む。ロータマグネット２６ｂは、永久磁石からなり、環状に形成されて、その外周にＮ極とＳ極との磁極が交互に周方向に並んで複数箇所に形成されている。ロータ本体２６ａは、ステアリングシャフト４の出力軸２３と別体に形成されている。ロータ本体２６ａの内周が、出力軸２３の外周に嵌合されて固定されている。

ステータ２７の内周は、ロータ２６の外周に、径方向Ｒの隙間を介して径方向Ｒに対向して近接して配置されている。
ステータ２７は、環状のヨーク３４と、このヨーク３４の内周に連結されてロータ２６に対向して配置される複数のステータコア３５と、これらのステータコア３５に組み付けられた複数のインシュレータ３６と、これらのインシュレータ３６に巻回された複数のコイル３７，３８，３９（コイル３８，３９については、図３参照）とを有している。

ステータコア３５は、ヨーク３４の内周からヨーク３４の径方向Ｒ（ステータ２７の径方向Ｒに相当する。）に沿って径方向Ｒの内方へ延びている。ステータコア３５の基端がヨーク３４の内周に固定されている。複数のステータコア３５は、周方向に均等に並んでいる。
各コイル３７，３８，３９は、絶縁被覆された電線をそれぞれ有している。各電線は、インシュレータ３６の回りに巻かれてなり、インシュレータ３６を介してステータコア３５に巻かれている。各コイル３７，３８，３９の電線の一方の端部が、第１の結線用基板２９に接続されている。各コイル３７，３８，３９の電線の他方の端部が、第２の結線用基板３０に接続されている。

第１の結線用基板２９と、第２の結線用基板３０とは、ブラシレスモータをステアリングシャフト４の軸方向Ｓに挟んだ両側に配置されている。ハウジング２１の内部には、ブラシレスモータの軸方向両側に、出力軸２３を取り囲む２つの環状空間２１ａが区画されている。一方の環状空間２１ａは、軸方向Ｓについて、ロータ２６およびステータ２７と、端壁３２との間に区画されている。他方の環状空間２１ａは、軸方向Ｓについて、ロータ２６およびステータ２７と、端壁３３との間に区画されている。ステアリングホイール３寄りにある一方の環状空間２１ａ内に、第２の結線用基板３０が配置されている。他方の環状空間２１ａ内に、第１の結線用基板２９が配置されている。

第１の結線用基板２９は、軸方向Ｓについてブラシレスモータのロータ２６およびステータ２７に隣接して配置されていて、ブラケット（図示せず）を介してハウジング２１の筒部３１に支持されている。
第２の結線用基板３０は、軸方向Ｓについてブラシレスモータのロータ２６に隣接して配置されていて、ブラケット４９を介してハウジング２１の筒部３１に支持されている。第２の結線用基板３０の一部３０ａが、ブラシレスモータのステータ２７の所定部２７ａの径方向Ｒの内方に配置されている。

具体的には、第２の結線用基板３０の一部３０ａとしては、第２の結線用基板３０において、軸方向Ｓについてのロータ２６寄りの端部である。ステータ２７の所定部２７ａとしては、軸方向Ｓについてロータ２６の端部よりも突出した部分であって、コイル３７，３８，３９により形成された部分である。また、上述の環状空間２１ａは、ロータ２６の両端部に軸方向Ｓに隣接し且つステータ２７の所定部２７ａの径方向Ｒの内方にある領域２１ｂを有している。この領域２１ｂは、従来、空きスペースとされていたが、本実施形態では、第２の結線用基板３０の一部３０ａを収容している。

図３は、図２のコイル３７，３８，３９の配線図である。図２および図３を参照して、複数のコイル３７，３８，３９は、３相交流の各相が印加される３相のコイル３７，３８，３９、すなわち、Ｕ相のコイル３７と、Ｖ相のコイル３８と、Ｗ相のコイル３９とを有している。複数のコイル３７，３８，３９は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で、周方向に並んでいる。周方向に隣接するＵ相、Ｖ相、Ｗ相ひとつずつのコイル３７，３８，３９は、組をなしている。ステータ２７は、全体として、複数組、具体的には、４組の上述の３相のコイル３７，３８，３９を有している。なお、図３は、ひとつの組を図示している。

各組において、各コイル３７，３８，３９の一方の端末の端子としての電線の一方の端部は、第１の結線用基板２９に接続されている。この第１の結線用基板２９には、上述の３相に対応する３つの電力供給ライン４０，４１，４２が接続されている。各電力供給ライン４０，４１，４２は、被覆電線を含んでいる。
また、各コイル３７，３８，３９の他方の端末の端子としての電線の他方の端部は、第２の結線用基板３０に接続されている。各組の３相のコイル３７，３８，３９は、組ごとに、互いにＹ結線（スター結線）されていて、接続部に中性点Ｎが形成されている。

なお、ブラシレスモータとしては、少なくとも１組の３相のコイル３７，３８，３９を有していればよい。本実施形態では、４組の３相のコイル３７，３８，３９が設けられている場合に則して説明する。
図４は、図２のＡ方向からみたときの第１の結線用基板２９の一部断面図である。図３と図４を参照して、第１の結線用基板２９は、環状をなしている。第１の結線用基板２９は、第１、第２および第３の導体４３，４４，４５と、絶縁体４６とを有している。絶縁体４６は、各導体４３，４４，４５間を互いに絶縁し且つ各導体４３，４４，４５の一部と外部との間を絶縁している。第１、第２および第３の導体４３，４４，４５が、絶縁体４６を介して、径方向Ｒに沿って交互に３層に積層されている。

各導体４３，４４，４５は、円弧状部分と、円弧状部分から径方向Ｒの外方に延びる複数、例えば４つの延設部とを有している。円弧状部分は、周方向に長い帯状をなし、この帯が、軸方向Ｓからみたときに、円弧状をなして湾曲して延びている。各導体４３，４４，４５の円弧状部分は、互いに異なる径で形成され、互いに同心で径方向Ｒに離隔して配置されている。延設部は、上述の組の数で設けられている。延設部の延設端に端子が配置されている。なお、図４では、絶縁体４６のみが断面とされている。また、導体４４の延設部は、導体４３，４５の円弧状部分と重なって図示されているが、互いに絶縁されている。同様に、導体４３の延設部は、導体４５の円弧状部分と重なって図示されているが、互いに絶縁されている。

第１の導体４３には、各組のＵ相のコイル３７の一方の端部が接続され、対応する電力供給ライン４０が接続されている。同様に、第２の導体４４には、各組のＶ相のコイル３８の一方の端部が接続され、対応する電力供給ライン４１が接続されている。第３の導体４５には、各組のＷ相のコイル３９の一方の端部が接続され、対応する電力供給ライン４２が接続されている。

図５は、図２のＡ方向からみたときの第２の結線用基板３０の一部断面図である。図３と図５を参照して、第２の結線用基板３０は、環状をなしている。第２の結線用基板３０は、複数、例えば４つの導体４７と、絶縁体４８とを有している。絶縁体４８は、４つの導体４７同士の間を絶縁し且つ各導体４７の一部と外部との間を絶縁している。
各導体４７は、円弧状部分と、円弧状部分から径方向Ｒの外方に延びる複数、例えば３つの延設部とを有している。円弧状部分は、周方向に長い帯状をなし、この帯が、軸方向Ｓからみたときに、円弧状をなして湾曲して延びている。各導体４７の円弧状部分の径は、互いに等しくされている。４つの導体４７は、周方向に並んで互いに離隔して配置されている。延設部の延設端に端子が配置されている。各導体４７の端子には、予め定めた対応する１組の３相のコイル３７，３８，３９の他方の端部が接続されている。

このように本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト４と同軸に配置された操舵補助用のブラシレスモータとしての電動モータ１８を備える。ブラシレスモータの各相のコイル３７，３８，３９と電力供給ライン４０，４１，４２との第１の結線用基板２９と、ブラシレスモータの中性点結線用基板としての第２の結線用基板３０とが、ブラシレスモータをステアリングシャフト４の軸方向Ｓに挟んだ両側に配置されていることを特徴とする。

本実施形態によれば、各結線用基板２９，３０の周囲において、対応するブラシレスモータの各相のコイル３７，３８，３９と電力供給ライン４０，４１，４２との電線の密集度合いを緩和することができ、結線用基板２９，３０と電線との接続作業に関して、組立作業性を高めることができる。
また、各結線用基板２９，３０ごとの接続される電線が少なくて済むので、各結線用基板２９，３０の構造を簡素化できて、小型化できる。例えば、単一の従来の結線用基板では、４層構造が必要であった。これに対して、本実施形態でのパワーラインのバスバーである第１の結線用基板２９は、３層構造であり、また、中性点用のバスバーである第２の結線用基板３０は単層構造である。

従って、各結線用基板２９，３０の小型化に伴って、各結線用基板２９，３０のレイアウト自由度が高まるので、例えば少なくとも一方の結線用基板２９，３０（本実施形態では、第２の結線用基板３０）の少なくとも一部を狭いスペースに配置することも可能となる。従って、電動モータ１８、ひいては電動パワーステアリング装置１を小型化することが可能となる。

また、第２の結線用基板３０の一部３０ａが、ブラシレスモータのステータ２７の径方向Ｒの内方に配置されている。この場合、ステータ２７の径方向Ｒの内方にあって軸方向Ｓについてロータ２６に隣接した従来空いていたスペースを有効に利用して、電動モータ１８ひいては電動パワーステアリング装置１を軸方向Ｓに小型化することができる。
また、この効果を得るには、第２の結線用基板３０の全体が、ブラシレスモータのステータ２７の径方向Ｒの内方に配置されていればより好ましい。要は、第２の結線用基板３０の少なくとも一部が、ブラシレスモータのステータ２７の径方向Ｒの内方に配置されていればよい。

また、電動モータ１８がステアリングシャフト４に同軸に配置されていることから、ロータ２６の外径が大きくなる傾向にある。従って、軸方向Ｓについてロータ２６に隣接し、且つ径方向Ｒについてステアリングシャフト４の外周と、ステータ２７の所定部２７ａの内周との間に、結線用基板２９，３０を配置するためのスペースとしての環状空間２１ａの領域２１ｂを大きく且つ容易に確保することができる。

また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図６は、本発明の第２の実施形態の電動パワーステアリング装置１の要部の一部断面図である。この実施形態では、中性点結線用基板としての第２の結線用基板３０が、ブラシレスモータのステータ２７に軸方向Ｓに隣接して配置されている。

また、第１および第２の結線用基板２９，３０のいずれをステアリングホイール３寄りに配置してもよい。
上述の各実施形態の第１の結線用基板２９では、複数の導体４３，４４，４５の積層方向は、径方向Ｒであったが、他の方向、例えば軸方向Ｓであってもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

本発明の第１の実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成の模式図である。 図１の要部の断面図であり、主にモータユニットを示す。 図２のコイルの配線図である。 図２の第１の結線用基板の部分断面図である。 図２の第２の結線用基板の部分断面図である。 本発明の第２の実施形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図であり、主にモータユニットを示す。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、４…ステアリングシャフト、１８…電動モータ（ブラシレスモータ）、２７…ステータ、２９…第１の結線用基板（電力供給ラインとの結線用基板）、３０…第２の結線用基板（中性点結線用基板）、３０ａ…中性点結線用基板の一部、３７，３８，３９…コイル（ブラシレスモータの各相）、４０，４１，４２…電力供給ライン、Ｓ…軸方向、Ｒ…径方向

Claims (2)

1. ステアリングシャフトと同軸に配置された操舵補助用のブラシレスモータを備え、
   ブラシレスモータの各相と電力供給ラインとの結線用基板と、ブラシレスモータの中性点結線用基板とが、ブラシレスモータをステアリングシャフトの軸方向に挟んだ両側に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 請求項１において、上記中性点結線用基板の少なくとも一部が、ブラシレスモータのステータの径方向内方に配置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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