JP2008017565A - 電動モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータのステータとロータとの同軸性を確保しやすい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、回転自在に設けられた駆動軸１８と、該駆動軸の外周側に設けられたロータ１９と、該ロータの外周側に若干離間して設けられ、コイル２０が捲回されたステータ２１と、コイルに必要な電力を供給する制御回路１４と、ステータの軸方向一端側が保持される第１保持部２３を有する第１ハウジング１１と、ステータの軸方向他端側が圧入固定される第２保持部２２を有する第２ハウジング１２と、を備えている。第１保持部にステータに対する締め代を設けると共に、該第１収容部の開口端から軸方向の所定の範囲に導入部を設けて、各ハウジングの軸心とステータの軸心との同軸性を確保しつつ、装置の組み付け性も向上させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両の電動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に関し、とりわけ、ステータとロータとの同軸性の確保とその組み付け容易性とを両立させた電動モータ制御装置に関するものである。

例えば車両の電動パワーステアリング装置に用いられる従来の電動モータ制御装置としては、以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

この電動モータ制御装置は、第１ハウジングに結合されて電動モータを収容する有底円筒形状の第２ハウジングと、前記第１ハウジングに結合されて電動モータを駆動制御する制御回路を収容する第３ハウジングと、を備え、前記第１ハウジング内において、電動モータと制御回路が配線を介して接続されている。

このように、前記電動モータ制御装置を構成するハウジングを三分割に形成し、電動モータと制御回路を別個独立した前記各ハウジング内にそれぞれ収容したことによって、電動モータと制御回路のいずれか一方に不具合が生じた場合に、その不具合が生じた部位のみをハウジングごと交換可能にした。これによって、電動モータ制御装置の組立作業性（交換作業性）を向上させている。
特開２００３−２０４６５４号公報

しかしながら、前記従来の電動モータ制御装置にあっては、電動モータのステータは第２ハウジングにのみ収容保持され、電動モータの駆動軸は、一端側が第２ハウジングに軸受保持部を介して保持された軸受に、他端側が第１ハウジングに軸受保持部を介して保持された軸受によって前記両ハウジングに跨って支持されている。しかも、第１ハウジング内には、前記第３ハウジングと連通させて制御回路の配線などを収容するために、該第２ハウジングの内径と第１ハウジングの内径とが異径に構成されている。

したがって、第１、第２ハウジングのそれぞれの内径が互いに異径状態となっているため、該各ハウジングの内周部の良好な同軸性を確保できない場合がある。この結果、前記各ハウジングの内周部の同軸性の悪化に起因して前記各軸受保持部の同軸性が得られないおそれがある。また、第１ハウジングと第２ハウジングとを組み付ける際には、組み付け誤差が発生してしまう懸念もある。

これによって、駆動軸の両端部を支持する前記各軸受の同軸性及び駆動軸の外周側に一体に設けられたロータと前記ステータとの同軸性を確保することが困難となっている。

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、電動モータのステータとロータとの同軸性を確保しやすい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、回転自在に設けられて動力を伝達する駆動軸と、該駆動軸の外周側に結合され、前記駆動軸と一体に回転するロータと、該ロータの外周側に離間して設けられ、前記ロータを励磁して回転駆動させるステータと、該ステータに設けられ、前記ステータに通電するコイルと、該コイルに必要に応じた電力を供給し、前記駆動軸を駆動制御する制御回路と、前記ステータの軸方向一端側を収容固定する第１保持部を有する第１ハウジングと、該第１ハウジングに結合されると共に、前記ステータの軸方向他端側を圧入又は焼き嵌めによって収容固定する第２保持部を有する第２ハウジングと、前記第１保持部の前記第２保持部側の開口端から軸方向の所定範囲に前記ステータの外径よりも大きい内径を有する導入部と、を備えたことを特徴としている。

この発明によれば、前記ステータが前記第１ハウジングと前記第２ハウジングに跨って収容固定されているため、前記第１ハウジング及び第２ハウジングの各軸心が前記ステータの軸心に対してそれぞれ一致することとなり、前記第１ハウジング及び第２ハウジングと前記ステータとの良好な同軸性を確保することができる。

また、前記ステータを前記第１保持部内に挿入する際には、前記ステータと前記ロータとの間に磁力による引力が発生するが、前記第１保持部の開口端部に前記ステータの外径よりも大きい内径を有する前記導入部を設けたことによって、前記第１保持部内への前記ステータの挿入を容易に行うことが可能となり、装置の組み付け作業性が向上する。

請求項２に記載の発明は、前記導入部の内周面と前記ステータの外周面との間の径方向隙間を、前記ステータの内周面と前記ロータの外周面との間の径方向隙間よりも小さく形成したことを特徴としている。

この発明によれば、前記第１保持部内に前記ステータを挿入する際に、該ステータの他端側が少しでも前記導入部内に挿入されれば、その後、前記ステータを押し込む間に前記ロータの磁力（吸引力）によって前記ステータが吸着されるおそれがない。これによって、前記第１保持部内への前記ステータの挿入性をより向上させることができる。

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する。なお、本実施の形態は、このパワーステアリング装置を、例えば車両のラックピニオン式の電動パワーステアリング装置に適用したものを示している。

この電動パワーステアリング装置は、図８に示すように、ステアリングホイール１に連係された入力軸２と、該入力軸２に図外のトーションバーを介して同軸線上に相対回転可能に連結され、先端側にピニオンギヤが形成された出力軸３と、該出力軸３のピニオンギヤと噛合するラックギヤが軸方向の所定範囲に形成され、両端部が各車輪ＷＬ，ＷＲに連係するラック軸４と、前記入力軸２と出力軸３の接続部外周側に設けられ、入力軸２と出力軸３の相対回転変位量によって操舵トルクを検出するトルクセンサ５と、該トルクセンサ５の検出結果に基づいて補助トルクを付与する電動モータ制御装置１０と、該電動モータ制御装置１０の駆動力を該出力軸３に伝達する例えばウォーム歯車機構などの減速機構６と、を備え、入力軸２の操舵トルクに応じた補助トルクを出力軸３に付与することによって操舵力をアシストしている。

前記電動モータ制御装置１０は、図１に示すように、第１ハウジング１１と、該第１ハウジング１１の上端部を閉塞する第２ハウジング１２と、前記第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２内に跨って収容保持されたモータ要素１３と、該モータ要素１３の駆動を制御する制御回路１４と、を備えている。

前記第１ハウジング１１は、図１に示すように、アルミニウム合金材によって一体に形成され、図中左側の上方へ開口して前記モータ要素１３の図中下半側を収容する第１収容部１１ａと、図中右側の下方へ開口して前記制御回路１４を収容する回路収容部１１ｂと、を備えている。

また、前記第１ハウジング１１の上端開口縁に形成された円環状のハウジング接合面１１ｃには、周方向に沿って形成された円環溝部内に円環状のシール部材１５が嵌着されている。さらに、第１収容部１１ａの中央位置には、ほぼ円筒状の第１軸受保持部１１ｄが設けられ、該第１軸受保持部１１ｄの内周側には後述する第１軸受１６ａが保持されている。

前記第２ハウジング１２は、鋼板をプレス成形してなり、開口端部にフランジ部１２ｂを有するほぼ有蓋円筒状に一体に形成されて、内周側には、前記モータ要素１３の上端側を収容する第２収容部１２ａが設けられている。前記第２ハウジング１２の上壁部の中央位置にはほぼ円筒状の第２軸受保持部１２ｃが設けられ、該第２軸受保持部１２ｃの内部には皿ばね１７によって軸方向（図１中下方）へ付勢された後述する第２軸受１６ｂが保持されている。

そして、前記第２ハウジング１２は、そのフランジ部１２ｂの端面が前記シール部材１５を介して前記ハウジング接合面１１ｃに接合されて図外のボルトにより第１ハウジングに固定されている。

前記モータ要素１３は、図１に示すように、図中上端部に圧入固定された前記第１軸受１６ａと図中下端側に圧入固定された前記第２軸受１６ｂによって回転自在に支持されている駆動軸１８と、該駆動軸１８の図中上端側の外周部に圧入固定され、キーによって回り止めがなされた円筒状のロータ１９と、該ロータ１９の外周に非接触状態に配置されて、コイル２０が捲回された円筒状のステータ２１と、から構成されている。

前記ロータ１９は、薄肉の鋼板を円筒状に積層してなるロータ本体１９ａと、該ロータ本体１９ａの外周面に配設された永久磁石１９ｂと、ロータ本体１９ａの両端面をそれぞれ閉塞する樹脂製の円板状のカバー部材１９ｃ，１９ｃと、を備え、前記ステータ２１から励磁されることによって回転する。

前記ステータ２１は、薄肉の鋼板を円筒状に積層してなり、軸方向における図１中のほぼ上半部が、前記第２収容部１２ａの開口端側に段差拡径状に設けられた第２保持部２２内に保持される一方、下半部が、前記第１収容部１１ａの開口端側に段差拡径状に設けられた第１保持部２３内に保持されている。

前記第２保持部２２は、図２及び図３に示すように、第２収容部１２ａの開口端から軸方向（図中上下方向）に沿って所定の範囲に形成されている。この第２保持部２２は、その内径Ｄ１がステータ２１の外径ｄ１よりも僅かに小さく設定され、前記ステータ２１に対する締め代が設けられている。そして、第２保持部２２の開口端部には、ステータ２１の外径ｄ１よりも若干大きい内径Ｄ２を有する案内部２２ａが設けられている。これによって、ステータ２１の上半部は、前記案内部２２ａを介して第２保持部２２内に圧入固定されている。

前記第１保持部２３は、図２及び図４に示すように、第１収容部１１ａの開口端から軸方向（図中上下方向）に沿って所定の範囲に形成されている。この第１保持部２３は、前記第２保持部２２と同様に前記ステータ２１に対する締め代が設けられ、その内径Ｄ３がステータ２１の外径ｄ１よりも僅かに小さく設定されている。これによって、前記ステータ２１の下半部も、第１保持部２３内に圧入固定されている。また、第１保持部２３の開口端部には、ステータ２１の外径ｄ１よりも若干大きい内径Ｄ４を有する導入部２４が設けられている。

この導入部２４は、図２〜図４に示すように、前記第１保持部２３の開口端から底部側へ向かって設けられ、その軸方向長さＬ１は、第１保持部２３内に収容保持されるステータ２１の下半部、つまり第２保持部２２内の底部に突き当て状態に収容保持されたステータ２１の露出部の軸方向長さＬ２よりも小さく設定されている。

さらに、前記導入部２４の軸方向長さＬ１は、第２保持部２２内に収容保持されたステータ２１の下端縁から前記第２軸受保持部１２ｃの開口端縁までの軸方向距離Ｌ３と前記第１収容部１１ａ内に収容保持された駆動軸１８の上端縁から第１ハウジング１１のハウジング接合面１１ｃまでの軸方向距離Ｌ４との差分と同じか又はそれよりも小さく設定されている。すなわち、前記第２ハウジング１２に組み付けられたステータ２１を、前記第１、第２軸受１６ａ，１６ｂ及びロータ１９が一体的に組み付けられた駆動軸１８を収容する第１ハウジング１１の第１収容部１１ａ内に嵌入する際に、第２軸受１６ｂが第２軸受保持部１２ｃ内に挿入されてからステータ２１の下半部が第１保持部２３内に圧入されるようになっている。

また、前記導入部２４の内径Ｄ４は、図１及び図４に示すように、前記モータ要素１３の組み付け時において、導入部２４の内周面とステータ２１の外周面との隙間Ｃ１がステータ２１の内周面とロータ１９の外周面との間の隙間Ｃ２よりも小さくなるように設定されている。

そして、前記導入部２４の上端縁（始端）には、図２に示すように、環状のテーパ部２４ａが形成され、下端縁（終端）には、前記第１保持部２３の始端に連続する環状のテーパ部２４ｂが形成されている。

前記制御回路１４は、図１及び図８に示すように、前記ハウジング接合面１１ｃとほぼ同一平面状に形成された回路収容部１１ｂの上端面１１ｅに配設されたコネクタ２５を介してトルクセンサ６に接続され、該トルクセンサ６から入力される操舵トルクに基づいて必要な補助トルクを演算し、駆動軸１８の外周側に設けられたモータ回転角センサ２６と連係して前記モータ要素１３の駆動を制御している。

次に、前記電動モータ制御装置１０の組立方法について、図１及び図３〜図７に基づいて説明する。

まず、図４に示すように、キーが圧入された駆動軸１８にロータ１９を圧入固定した後、第１軸受１６ａを駆動軸１８の図中下端側に、第２軸受１６ｂを駆動軸１８の図中上端部にそれぞれ圧入固定する。続いて、この駆動軸１８を、第１ハウジング１１の第１収容部１１ａ内に、第１軸受１６ａの下端部が第１軸受保持部１１ｄの底部に当接するまで挿入する。そして、前記ハウジング接合面１１ｃの溝部内にシール部材１５を嵌挿して、ハウジング組立体ＨＡを形成する。このとき、シール部材１５及び溝部内に少量のグリスを塗布することにより、電動モータ制御装置１０の組み付け時におけるシール部材１５の脱落を防止することができる。

一方、図３に示すように、コイル２０が捲回されたステータ２１の上端部を、第２ハウジング１２の第２保持部２２内に、前記案内部２２ａを介して底部に突き当て状態に圧入固定する。続いて、前記皿ばね１７を、前記第２軸受保持部１２ｃ内に嵌挿し、ステータ組立体ＳＡを形成する。このとき、皿ばね１７及び第２軸受保持部１２ｃの底部に少量のグリスを塗布することにより、電動モータ制御装置１０の組み付け時における皿ばね１７の脱落を防止することができる。

次に、図５に示すように、前記ステータ組立体ＳＡを前記ハウジング組立体ＨＡに対して同軸上に配置し、ステータ２１の下端縁とロータ１９の上端縁とが軸方向（上下方向）に一致する図示の位置までステータ組立体ＳＡを下降させて、ステータ組立体ＳＡの下端部とハウジング組立体ＨＡのロータ１９の上端部とが径方向に重複するように、ステータ組立体ＳＡの下端部をハウジング組立体ＨＡのロータ１９の上端部外周側に嵌挿する。なお、この付近から、ステータ２１とロータ１９との間に磁力（互いに引き合う力）が発生する。

続いて、図６に示すように、ステータ組立体ＳＡを前記磁力に抗してさらに下降させて、ステータ２１の下端部を前記導入部２４内に挿入する。このとき、前記磁力によって両組立体ＳＡ，ＨＡは相互に多少の位置ずれを生じてしまうものの、導入部２４の上端縁（始端）には前記テーパ部２４ａが設けられていると共に該導入部２４は比較的大径に形成されていることから、導入部２４に対するステータ２１の下端部の挿入性が良好になる。

そして、ステータ２１の下端部が導入部２４内に挿入された後、さらにステータ組立体ＳＡを下降させる。この際、導入部２４の内径は前記隙間Ｃ１が前記隙間Ｃ２よりも小さくなるように設定されていることから、ステータ２１の径方向の移動が導入部２４の内周壁により規制されるため、前記磁力によってステータ２１の内周面がロータ１９の外周面に吸着してしまうことがなく、ステータ２１の挿入を円滑に行うことができる。

さらに、ステータ組立体ＳＡを下降させていき、ステータ２１を導入部２４の終端に当接するまで挿入する。このとき、前記導入部２４の軸方向長さＬ１が前記軸方向距離Ｌ３と前記軸方向距離Ｌ４との差分と同じか又はそれよりも小さく設定されていることから、図６に示す位置において、すなわちステータ２１の下端部が導入部２４の終端に当接する前に、第２軸受１６ｂの第２軸受保持部１２ｃ内への挿入を開始する。これによって、前記磁気によって位置ずれを生じたステータ２１と第１収容部１１ａの軸心をある程度一致させることができると共に、その後のステータ２１の挿入を、第２軸受１６ｂを介して第２軸受保持部１２ｃの内周壁の案内を受けながら行うことが可能となる。

続いて、図７に示すように、ハウジング組立体ＨＡに対してステータ組立体ＳＡを軸方向（図中下方）へさらに押し込んで、ステータ２１の下端部を、前記テーパ部２４ｂを介して第１保持部２３内に圧入固定する。この際、第１保持部２３の下端部（終端）に前記テーパ部２４ｂが形成されていることから、ステータ２１の下端部が第２保持部２３内へと案内され、これによって、第２保持部２３内に対するステータ２１の圧入作業性が良好となる。また、ステータ２１を第１保持部２３内に圧入する前に第２軸受１６ｂを第２軸受保持部１２ｃ内に挿入したことによって、前記ステータ２１の圧入作業にのみ注意を払えばよく、該圧入作業の容易化が図られている。

最後に、図１に示すように、第１ハウジング１１の回路収容部１１ｂ内に制御回路１４を収容配置し、該制御回路１４を回路収容部１１ｂに対して前記ボルトによってねじ止め固定することによって、前記電動モータ制御装置１０の組み付けが完了する。

したがって、この実施の形態によれば、前記電動モータ制御装置１０は、ステータ２１が、第１ハウジング１１と第２ハウジング１２とに跨って収容され、しかも両ハウジング１１，１２に対して圧入固定された構造となっている。これによって、第１保持部２３及び第２保持部２２の内径はそれぞれほぼ同径に形成されていることから、該各保持部２３，２２の加工誤差が生じにくく、仮に加工誤差が生じてしまっても、各保持部２３，２２はそれぞれ締め代を有していることから、その加工誤差がステータ２１の軸心に対する各ハウジング１１，１２の軸心性の悪化を生じるおそれがない。また、ステータ２１は両ハウジング１１，１２に対して圧入固定されているため、第２ハウジング１２を第１ハウジング１１に組み付ける際に、その組み付け誤差を生じるおそれもない。この結果、ステータ２１に対する第１ハウジング１１と第２ハウジング１２の良好な同軸性を確保することができ、電動モータ制御装置１０の回転振動が抑制される。

また、前述のように、前記導入部２４を設けたことによって、ハウジング組立体ＨＡの第１収容部１１ａ内へのステータ組立体ＳＡのステータ２１の挿入を容易に行うことが可能となり、装置の組み付け作業性が向上する。しかも、前記導入部２４の内径を、前記隙間Ｃ１が前記隙間Ｃ２よりも小さくなるように設定したことから、ハウジング組立体ＨＡの第１収容部１１ａ内へのステータ組立体ＳＡのステータ２１の挿入性をより一層向上させることができる。

さらに、前記第１保持部２３及び第２保持部２２は、それぞれ開口端とは軸方向反対側の端部に、つまり奥側に向かって縮径した形状になっているため、前記各保持部２３，２２内の加工を容易に行うことができる。

そして、前記ハウジング接合面１１ｃと前記回路収容部１１ｂの上端面１１ｅとを同一平面状に形成したことによって、該各面１１ｃ，１１ｅの表面加工を同時に行うことができ、加工工数を低減することができる。

本発明は、前記実施の形態の構成に限定されるものではなく、例えば第１ハウジング１１及び第２ハウジング１２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。

また、第２ハウジングを鉄系材料ではなくアルミニウム合金材によって形成することも可能であり、これによって装置の軽量化が図れる。なお、この場合、第２ハウジング１２とステータ２１とが異なる線膨張係数を有する金属材料によって形成されることから、ステータ２１の上半部を第２ハウジング１２に対して焼き嵌め固定する必要があるが、ステータ２１の上半部のみを収容保持する第２ハウジング１２は軸方向に比較的小さく形成されていることから、該第２ハウジング１２の加熱時間が短縮され、製造コストの低廉化が図れる。

さらに、ステータ組立体ＳＡをハウジング組立体ＨＡに組み付ける際に、ステータ２１の下端部を、第１保持部２３に対して圧入ではなく挿入によって行うことも可能であり、これによってステータ１２の組み付け作業性が向上する。なお、この場合、常温においてステータ２１は第１保持部２３内に隙間なく保持され、高温状態においてたとえ第１保持部２３の内周面とステータ２１の外周面との間に僅かに隙間が生じてしまっても、このステータ２１は軸方向ほぼ中間部まで（上半部）が第２保持部２２内に確実に固定されているため、何ら不具合が生じることなく常時安定して保持される。

前記実施の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） 前記ステータは、前記第１保持部の開口端とは軸方向反対側の端部に圧入固定されたことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ制御装置。

この発明によれば、前記第１保持部は、前記開口端とは軸方向反対側の端部に、つまり奥側に向かって縮径した形状になっているため、該第１保持部内の加工を容易に行うことができる。

請求項（２） 前記第２保持部を、前記第１保持部に対向する前記第２保持部の一端開口部から軸方向他端側に向かって段差縮径状に形成し、前記ステータの他端側を前記第２保持部の軸方向他端部に圧入又は焼き嵌めによって固定したことを特徴とする請求項に記載の電動モータ制御装置。

この発明によれば、前記第２保持部は、軸方向他端側に、すなわち奥側に向かって縮径した形状になっているため、該第２保持部内の加工を容易に行うことができる。

請求項（３） 前記導入部の終端部をテーパ形状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ制御装置。

この発明によれば、前記ステータを前記導入部からさらに奥側へ挿入して圧入固定する際の挿入性が向上する。

請求項（４） 前記第１ハウジングは、前記第１保持部の径方向外側に前記制御回路を収容する回路収容部を備え、
前記第１保持部の開口端面を、前記回路収容部の一側面と同一平面状態に形成したことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ制御装置。

この発明によれば、前記第１保持部の開口端面と前記回路収容部の一側面の各表面加工を同時に行うことができ、加工工数の低減が図れる。

請求項（５） 前記第２ハウジングをアルミニウム合金材料によって形成し、前記ステータを前記第２ハウジングに対して焼き嵌め固定したことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ制御装置。

この発明によれば、前記第２ハウジングは前記ステータの軸方向の一部のみを収容することから、その軸方向長さは比較的小さく形成されているため、焼き嵌めを行う際に、前記第２ハウジングの加熱時間を短縮することができる。

本発明に係る電動モータ制御装置の実施の形態を示す縦断面図である。 本発明に係る電動モータ制御装置の実施の形態を示し、本発明の主要部分を説明する図１のＡ部拡大図である。 本実施の形態におけるハウジング組立体の縦断面図である。 本実施の形態におけるステータ組立体ＳＡの縦断面図である。 本実施の形態における電動モータ制御装置の組立工程を示し、第１の工程を説明する縦断面図である。 本実施の形態における電動モータ制御装置の組立工程を示し、第２の工程を説明する縦断面図である。 本実施の形態における電動モータ制御装置の組立工程を示し、第３の工程を説明する縦断面図である。 本発明に係る電動モータ制御装置を適用した電動パワーステアリング装置の概略図である。

符号の説明

１１…第１ハウジング
１２…第２ハウジング
１４…制御回路
１８…駆動軸
１９…ロータ
２０…コイル
２１…ステータ
２２…第２保持部
２３…第１保持部
２４…導入部

Claims (2)

1. 回転自在に設けられて動力を伝達する駆動軸と、
   該駆動軸の外周側に結合され、前記駆動軸と一体に回転するロータと、
   該ロータの外周側に離間して設けられ、前記ロータを励磁して回転駆動させるステータと、
   該ステータに設けられ、前記ステータに通電するコイルと、
   該コイルに必要に応じた電力を供給し、前記駆動軸を駆動制御する制御回路と、
   前記ステータの軸方向一端側を収容固定する第１保持部を有する第１ハウジングと、
   該第１ハウジングに結合されると共に、前記ステータの軸方向他端側を圧入又は焼き嵌めによって収容固定する第２保持部を有する第２ハウジングと、
   前記第１保持部の前記第２保持部側の開口端から軸方向の所定範囲に前記ステータの外径よりも大きい内径を有する導入部と、
   を備えたことを特徴とする電動モータ制御装置。
2. 前記導入部の内周面と前記ステータの外周面との間の径方向隙間を、前記ステータの内周面と前記ロータの外周面との間の径方向隙間よりも小さく形成したことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ制御装置。
   

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