JP2011031755A - 電動パワーステアリング用モータユニット及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化及び高重量化を防ぎ、併せて、高コスト化をも回避させ得る電動パワーステアリング用モータユニット及び電動パワーステアリング装置を提供する。
【効果】
本発明に係るモータユニット１００によると、モータカバー１６０の側壁１６１に固定される制御装置１５０が軽量化されるので、当該モータカバー１６０とモータ側ブラケット１３０との結合構造も簡素化され、これにより、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。また、モータカバー１６０の側壁１６１に加えられる振動等の力を抑制させるので、これによっても、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動パワーステアリング用モータユニット及びこれを備える電動パワーステアリング装置に関する。

車両に搭載される電動パワーステアリング装置ＥＰＳ（Electric Power-Steering
System）は、操舵トルクを検出するトルクセンサと、トルクセンサの信号に応じて電動モータの出力を制御させ操舵トルクに加えるアシストトルクを適宜に調整させる電動パワーステアリング用モータユニット（以下、モータユニットと呼ぶ。）と、操舵トルクにアシストトルクを加えた出力トルクを発生させるギヤボックスとから構成される。かかる電動パワーステアリング装置は、トルクセンサの信号に応じて電動モータをドライブさせ、操縦者の操縦意図に応じたアシストトルクを与えることにより、車両に設けられた操縦ハンドルの操作性を快適にさせる装置である。

モータユニットは、パワー半導体素子から成り電動モータをＰＷＭ（Power Width Modulation）方式で制御させるフルブリッジ回路と、当該パワー半導体素子に制御信号を出力させフルブリッジ回路の出力電力を調整させる制御基板とを配したモータ制御装置が設けられる。かかるモータ制御装置は、フルブリッジ回路等のパワー半導体素子を備えるため、ヒートシンク等の放熱体が必要とされる。しかし、当該放熱体の機能を十分に発揮させるためには、モータ制御装置の放熱体の配置位置を選ぶこととなり、それ故、当該モータ制御装置は、モータユニットの筐体から離れた位置に配置されるのが一般的であった。かかる場合、モータユニットに内蔵される電動モータとモータユニットから独立して配置されるモータ制御装置とはハーネスによって電気的接続が行なわれるため、当該ハーネスによって生じる電圧降下、及び、組立作業の煩雑化、これらに伴い、生産コストの高騰に繋がるとの問題が指摘されていた。

そこで、特開２００８−２５４６５５号公報（特許文献１）には、電動モータと制御ユニット（特許請求の範囲における制御装置）との間のハーネスを省略させた電動パワーステアリング装置が紹介されている。かかる電動パワーステアリング装置は、電動モータと、当該電動モータを制御させる制御ユニットと、電動モータの駆動シャフトに接続され電動モータの動作に応じてアシストトルクを発生させるギヤボックスとから構成される。また、電動モータは、ギヤボックスのブラケットに当接するモータ側当接面を有し、当該モータ側当接面にモータ側の端子を配備させている。一方、制御ユニットは、長手方向の側面に制御側端子を配備させている。そして、電動モータは、当該モータの当接面を介してギヤボックスのブラケットに固定され、更に、モータ側の端子に制御ユニットの制御側端子が直接接続される。

しかしながら、特許文献１の技術では、電動モータと制御ユニットとが軸方向に連結されるので、連結された構造の中間部に端子連結部が配置され、当該端子連結部に大きな曲げモーメントが加わる構造とさせてしまう。従って、かかる装置を車両に搭載させる場合、振動又は衝撃に耐え得る構造が要求されるため、ギヤボックスに支持構造を設けて制御ユニットを把持させなければならず、当該ギヤボックスの構造が複雑になり、併せて、組立作業の煩雑化を招くとの問題が生じる。

そこで、特開２００３−２０４６５４号公報（特許文献２）には、かかる問題を回避させる電動パワーステアリング装置が紹介されている。電動パワーステアリング装置は、モータ（特許請求の範囲における電動モータ）と、モータを収容する円筒状のフレーム（特許請求野範囲におけるモータカバー）と、モータのブラシ等を収容させるハウジングと、モータを駆動させるパワー半導体素子及び当該パワー半導体素子を制御させる制御基板及びフィルター回路を収容させた制御回路ユニットとを備え、当該制御回路ユニットは、パワーステアリング装置の側壁に配置され、ハウジング及びフレームにネジ固定され、これにより、ギヤボックスの支持構造を省略させている。

特開２００８−２５４６５５号公報 特開２００３−２０４６５４号公報

一般に、電動モータは、ギヤボックスに形成されたブラケットに固定されるので、ブラシ等を収容させるハウジング側が固定端とされ、これに対するフレーム（モータカバー）側が自由端とされ、所謂、片持支持の構造を呈してしまう。この場合、電動パワーステアリング装置に車両の振動又は衝撃力が伝わると、フレーム（モータカバー）側の重量を支持する各構造では、振動等によって作用する曲げモーメントがフレーム側の重量に応じて増加することとなる。従って、かかる構造とされた電動パワーステアリング装置にあっては、フレーム（モータカバー）側の構造を幾分でも軽量化させるのが好ましい。

しかしながら、特許文献２に係る技術では、制御基板及びパワー半導体素子及びフィルター回路の全てが制御回路ユニットの内部に収容されるので、当該制御回路用ユニットの重量が膨大となり、フレーム側の構造の重量もこれに応じて増加する。従って、特許文献２の技術では、ハウジングとフレーム（モータカバー）との結合部の構造を強化させなければならず、装置の構造の大型化及び高重量化、高コスト化を招くとの問題が生じる。尚、ハウジングとフレーム（モータカバー）との結合部の構造とは、ハウジングとフレーム（モータカバー）とを結合させるボルト等の締結材、ハウジング及びフレーム（モータカバー）における構造物の肉厚及び形状等を指す。

また、ギヤボックスのブラケットと電動モータ側のハウジングとの当接面にも高い曲げモーメントが作用するため、当該ブラケット周辺の構造強化が要求され、電動パワーステアリング装置の大型化及び高重量化、高コスト化に繋がるとの問題も生じる。

本発明は上記課題に鑑み、装置の大型化及び高重量化を防ぎ、併せて、高コスト化をも回避させ得る電動パワーステアリング用モータユニット及び電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では次のような電動パワーステアリング用モータユニットの構成とする。即ち、内蔵された回転子の回動動作に応じて駆動軸に駆動トルクを発生させる電動モータと、パワー半導体素子から構成され入力電力を変換して前記電動モータを駆動させるための駆動電力を出力する電力変換部と、前記パワー半導体素子を実装させたパワー素子用基板と、前記パワー素子用基板を収容させたモータ側ブラケットと、電路に介挿されたフィルター回路を少なくとも収容させた配電部と、前記電動モータを格納させるモータカバーと、前記モータカバーの側面に固定される収容体を具備し前記パワー半導体素子を制御させる制御基板を前記収容体の内部に収容させた制御装置とを備えることとする。

好ましくは、前記配電部は、前記モータカバーの側面に対して所定の角度を成す角度形成面を有し、当該角度形成面に前記収容体が固定されることとする。

好ましくは、前記角度形成面は、前記モータカバーの側面に対して略直角とされていることとする。

好ましくは、前記角度形成面は、前記パワー素子用基板の位置からモータ方向に向かってオフセットされていることとする。

好ましくは、前記収容体は、樹脂材料から成ることとする。

好ましくは、前記収容体と前記配電部との固定部は、防水処理が施されることとする。

また、本発明では次のような電動パワーステアリング装置の構成とする。即ち、前記従動装置は、請求項１乃至請求項７に記載の何れか一項の電動パワーステアリング用モータユニットと、操縦ハンドルの回動動作に応じた操舵トルクへ前記アシストトルクを加えるギヤボックスこととする。

本発明に係る電動パワーステアリング用モータユニットによると、モータカバーの側壁に固定される制御装置が軽量化されるので、当該モータカバーとモータ側ブラケットとの結合構造も簡素化され、これにより、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によると、電動パワーステアリング用モータユニットとギヤボックスのブラケットとの当接面に作用する曲げモーメントが抑えられるので、ギヤボックスのブラケット周辺の構造が簡素化され、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。

電動パワーステアリング装置を搭載させた車両の構成を示す図。 実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す図。 実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の内部構造を示す図。 実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の回路構成を示す。 本実施の形態に係る電動パワーステアリング用モータユニットの構成を示す図。 本実施の形態に係る電動パワーステアリング用モータユニットの断面図。

以下、本発明に係る実施の形態につき図面を参照して説明する。図１に示す如く、車両ＣＡＲは、シャーシに設けられた前輪ＦＴ及び後輪ＲＴを備え、前輪ＦＲに舵角を与えることにより、車体のヨーイングの姿勢を制御する。かかる前輪ＦＲは、ラックＲＣＫが設けられ、当該ラックＲＣＫの軸動動作に応じて操舵される。また、近年の車両には、前後輪を車速に応じて操舵させる、所謂、４ＷＳ（4Wheel Steering）を採用したものも広く普及している。

図示の如く、電動パワーステアリング装置（特許請求の範囲における従動装置）を搭載させた車両ＣＡＲは、車載バッテリＢＴＴと車速センサＶＭＵとＥＣＵ１（Engine Control Unit／Electric Control Unit）とハンドル装置ＨＤＭと電動パワーステアリング装置２００とイグニッションリレーＩＧとピニオンギヤボックスＳＧＢとから構成される。

車載バッテリＢＴＴは、充電可能なバッテリパックから成り、１２〜２４Ｖ程度の電圧を出力させる。尚、かかるバッテリパックは、その電池の種類を問うものではない。

車速センサＶＭＵは、車輪回転センサ又は路面からの反射波を検出するセンサ等を用いて車速に関する情報を電気信号に変換させる。尚、本実施の形態に係る車両ＣＡＲでは、車速センサＶＭＵの情報がＥＣＵ１へと送信される。

ＥＣＵは、内燃機関を搭載する車両の場合（Engine Control Unit）と呼ばれ、電気自動車の場合（Electric Control Unit）と呼ばれるのが一般的である。但し、本実施の形態にあっては、これらの相違によって区別されるものでなく、車速ＶＭＵから受けた速度情報に基づき、電動パワーステアリング装置２００へ所望の信号を送信させる。また、かかるＥＣＵ１は、この他、車両内に設置されたセンサの情報を受信し、車両ＣＡＲの動作制御に関する適宜な処理を行なう。近年、ＥＣＵは、各センサに設けられ、ＣＡＮ（Control Area Network）によって各センサの情報を互いに共有できるようになっている。尚、後述するが、本実施の形態では、電動パワーステアリングユニット１００にも、当該装置を制御させるためのＥＣＵが搭載されている。

ハンドル装置ＨＤＭは、ドライバシートに設けられ、ドライバの操舵意図に応じた操舵トルクを電動パワーステアリング装置２００へと伝達させる。また、当該ハンドル装置ＨＤＭには、イグニッションキーが設けられ、当該イグニッションキーが回動されると、イグニッションリレーＩＧがＯＮ状態に切換わり、内燃機関の場合には、セルモータが駆動され、電気自動車の場合には、車輪用モータの制御回路又は他の装置の制御回路が起動され、スタンバイ状態に切換わる。

電動パワーステアリング装置２００は、図示の如く、トルクセンサＴＳと減速ギヤボックスＷＧＢと電動パワーステアリング用モータユニット１００とを主構成要素とし、当該電動パワーステアリング用モータユニット（以下、モータユニットと呼ぶ。）１００は、ＥＣＵ２と電動モータＥＭとを主構成要素としている。尚、電動パワーステアリング装置２００及びモータユニット１００については、その詳細な構成及び動作について追って説明することとする。

ピニオンギヤボックスＳＧＢは、ラックＲＣＫに形成された歯と伝達シャフトＣＳＨに固定されたピニオンギヤとが歯合され、伝達シャフトＣＳＨの回転運動をラックＲＣＫの軸方向運動へと変換させる。尚、伝達シャフトＣＳＨには、ユニバーサルジョイントが適宜に設けられ、電動パワーステアリング装置２００から付与された出力トルクを円滑にピニオンギヤボックスＳＧＢへと伝達させる。

かかる構成を具備する車両ＣＡＲは、操縦者によってハンドル装置ＨＤＭが操舵されると、ＥＣＵ２では、トルクセンサＴＳの信号及びＥＣＵ１からの速度情報に基づいて電動モータＥＭをドライブさせ、これにより、電動パワーステアリング装置２００では、操縦者による操舵トルクにアシストトルクが加えられ、当該操縦者の操舵意図に応じた出力トルクを発生させる。このとき、車両ＣＡＲでは、かかる出力トルクがラックＲＣＫに軸方向の力を与えるため、タイヤに加わる負荷の状態に関わらず、操縦者の操舵意図に応じた舵角が前輪ＦＴに与えられ、操縦者によるハンドル操作の負担を軽減させ、操作性の向上が図られる。

図２は、本実施の形態に係るコラム式の電動パワーステアリング装置が示されている。かかる電動パワーステアリング装置２００は、シャフト２１０及びシャフトケース２２０及びトルクセンサ収容部２３０及び信号端子２４０及びギヤボックス２５０（図１における減速キヤボックスＷＧＢ）から成る本体部と、当該本体部に固定されるモータユニット１００とから構成される。以下、シャフト２１０の軸心を軸方向とすると、当該軸方向のギヤボックス２５０が配される側をリア側ＤＲと称し、当該リア側ＤＲの反対側をフロント側ＤＦと称することとする。尚、フロント側ＤＦには、伝達シャフトＣＳＨを介してピニオンギヤボックスＰＧＷが接続され、リア側ＤＲには、ハンドル装置ＨＤＭが接続される。

シャフト２１０は、円柱状の棒体を成し、フロント側シャフト２１１及びリア側シャフト２１２と図示されないトーションバーとから構成される。フロント側シャフト２１１は、雄ネジ２１１ａ及びスプライン２１１ｂが形成され、リア側シャフト２１２にもスプラインが形成されている。また、シャフト２１０は、ハンドル装置ＨＭＤから操舵トルクが入力されると、当該操舵トルクに応じた捩り角がトーションバーに与えられる。更に、フロント側シャフト２１１及びリア側シャフト２１２には、各々に略中空状のセンサーシャフトが固定されている。当該センサーシャフトは、突合せ面の断面積を捩り方向に変化させる溝が形成され、トーションバーの捩れ角に応じて軸回転方向の相対運動を生じさせ、当該突合せ断面の断面積を変化させる。尚、トーションバー及びセンサーシャフトの機構は、シャフトケース２２０及びトルクセンサ収容部２３０の内部に格納されている。

トルクセンサ収容部２３０は、センサーシャフトの突合せ部が内部に配置されている。かかるセンサーシャフトは、一方に一次コイルが軸着され、他方に二次コイルが軸着されている（図示なし）。また、当該一次コイル及び二次コイルは、信号端子２４０に接続され、図示されない信号ケーブルを介してモータユニット１００に接続される。即ち、一次コイルに電圧が印加され且つトーションバーに捩れ角が発生すると、二次コイルではセンサーシャフトによって磁束変化が生じるので、信号端子２４０の二次コイル側の端子からは、かかる捩れ角を示す誘起電圧がモータユニット１００へ出力される。

ギヤボックス２５０は、図示の如く、ギヤ側ブラケット２５２が一体的に形成され、ボルトナットＢ／Ｎを用いてモータユニット１００を固定させている。図３を参照し、ギヤボックス２５０の内部構造について説明する。同図には、図２にて説明したＡ−Ａ断面を矢線方向に観察した断面図が示されている。かかるギヤボックス２５０は、ウォーム収容部２５１と平ウォーム収容部２５２とが一体的に形成されている。

ウォーム収容部２５１は、モータユニット１００の動作に連動して回動する入力シャフト２５３を備えている。当該入力シャフト２５３は、ウォームギヤ２５３ｇが形成され、ベアリング２５４ａ，２５４ｂによって回動自在に軸支される。

平ウォ−ム２５２ｇは、ウォームギヤ２５３ｇと同一モジュールの歯が形成され、当該ウォームギヤ２５３ｇに歯合される。平ウォーム収容部２５２は、中心部にリア側シャフト２１２が軸着され、当該リア側シャフト２１２は、平ウォーム２５２ｇの動作に連動して回動する。

ギヤボックス２５０は、リア側シャフト２１２に操舵トルクが加えられると、トーションバーの捩り変形に応じてトルクセンサから信号を出力させ、モータユニット１００に駆動トルクの出力を要求する。そして、モータユニット１００から駆動トルクが出力されると、モータユニット１００、ウォームギヤ２５３ｇを回動させ、平ウォーム２５２ｇにアシスト力を与える。かかるアシスト力は、平ウォーム２５２ｇを介してフロント側シャフト２１１にアシスト力を加え、これにより、ギヤボックス２５０のフロント側シャフト２１１では、操縦者からの操舵トルクに当該アシストトルクが加えられ、これにより、適宜な出力トルクが発生する。

図４は、モータユニット１００の回路構成が示されている。尚、同図には、トルクセンサＴＳの構成が便宜的に示されている。図示の如く、モータユニット１００の回路構成は、電動モータＥＭと、電力変換部１７５を構成するフルブリッジ回路と、制御基板に実装された制御回路１５１と、電路用回路とから成り、この他、適宜な電気的素子が必要に応じて設けられる。

電動モータＥＭは、リレー回路１８０を介してフルブリッジ回路に接続される。かかる電動モータＥＭは、リレー回路１８０の動作に応じてフルブリッジ回路から駆動電力が印加される。また、リレー回路１８０は、中央処理回路１５１ｂによって制御され、電動モータＥＭに出力する駆動電力の許可／不許可を規定する。即ち、電動モータＥＭは、リレー回路１８０がＯＮ状態のとき、フルブリッジ回路によって駆動され、リレー回路１８０がＯＦＦ状態のとき、フルブリッジ回路からの駆動電力が断たれる。

フルブリッジ回路１７５（特許請求の範囲における電力変換部）は、パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄを具備し、各々のインバータ部に出力ラインが設けられている。かかる出力ラインは、一方がリレー回路１８０を介して端子Ｔｍ１に接続され、他方が端子Ｔｍ２に接続される。パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄは、ゲート端子を有するＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が用いられる。パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄには、ゲート端子を保護するセラミックコンデンサ，ツェナーダイオード等が適宜に設けられる。パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄは、ゲート端子に制御信号が入力されると、通過電流によって発熱される。尚、本実施の形態にあっては、直流電力による電圧値は約５０Ｖ程度に昇圧されている。そのため、これに応じた熱量がパワー半導体素子で発生することとなる。かかるフルブリッジ回路は、入力された直流電力を変換して駆動電力を出力させ、先の如く、駆動電力を電動モータＥＭへ供給させる。尚、特許請求の範囲における電力変換部は、フルブリッジ回路に限定されるものでなく、例えば、インバータ回路であっても良く、この他、上述したパワー半導体素子を用いて電力変換を行なうものであれば良い。

パワー半導体素子１７５ｋは、入力電路を中継させる電路に接続される。かかるパワー半導体素子１７５ｋは、ドライブ回路１５１ｄの制御信号に応じて駆動され、ある場面では、電源端子Ｖｂに印加される入力電力をフィルター回路１４４に中継させ、他の場面では、フィルター回路に対する入力電力の供給を遮断させる。

制御回路１５１は、フルブリッジ回路から物理的に独立した状態で設けられ、当該フルブリッジ回路で発生した熱の影響を受けない位置に設置される。かかる制御回路１５１は、図示の如く、トルクセンサ検出回路１５１ａと中央処理回路１５１ｂと動作監視回路１５１ｃとドライブ回路１５１ｄとサーマル検出回路１５１ｅと過電流検出回路１５１ｆとＣＡＮ通信回路とから構成される。トルクセンサ検出回路１５１ａは、トルクセンサＴＳの両コイル間に生じた電位差を検出し、中央処理回路１５１ｂへ出力させる。ＣＡＮ通信回路は、速度情報をＥＣＵから受信し、この他、必要な情報を双方向に通信する。ドライブ回路１５１ｄは、パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄ，１７５ｋを駆動させる制御信号を各々出力させる。サーマル検出回路１５１ｅ及び過電流検出回路１５１ｆは、サーミスタ１７５ｅ，シャント抵抗１７５ｆからの信号を受け取り、各々の基準値を超えた場合に警告信号を中央処理回路１５１ｂへと出力させる。中央処理回路１５１ｂは、トルクセンサＴＳの信号及び速度情報に基づいて制御信号を出力させる。かかる制御信号は、パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄ，１７５ｋを各々駆動させる。尚、中央処理回路１５１ｂには、複数のフェールセーフ機能が設けられている。例えば、サーマル検出回路１５１ｅ又は過電流検出回路１５１ｆから異常の状態を示す信号が入力されると、中央処理回路１５１ｂでは、制御信号の出力を停止させ、電動モータＥＭの駆動を停止させる。また、中央処理回路１５１ｂには、動作監視回路１５１ｃが双方向通信可能に接続されている。かかる動作監視回路１５１ｃは、中央処理回路１５１ｂと同様の演算処理を実行させ、かかる処理結果を所定タイミング毎に中央処理回路１５１ｂへ出力させる。このとき、中央処理回路１５１ｂでは、自己の処理結果と動作監視回路１５１ｃからの処理結果とが一致する場合にのみ制御信号を出力させ、双方の処理結果が不一致な場合には、当該制御信号の出力を停止させる。即ち、中央処理回路１５１ｂでは、動作監視回路１５１ｃの処理結果に対して差異が生じると、自己の処理結果に誤りが生じたと判断し、電動モータＥＭの動作を停止させることとなる。尚、トルクセンサ検出回路１５１ａ，ドライブ回路１５１ｄ，サーマル検出回路１５１ｅ，過電流検出回路１５１ｆ，ＣＡＮ通信回路等は、適宜なＩＣによって構成され、中央処理回路１５１ｂ及び動作監視回路１５１ｃは、ＣＰＵこの他メモリ回路等を具備するマイコン，ＤＳＰによって構成される。即ち、制御回路１１５として構成される電気的素子は、全てが弱電電力によって駆動され、パワー半導体素子のような大電力を必要としない。

尚、上述した電路用回路は、本実施の形態の場合、フィルター回路１４４とリレー回路１８０とから構成される。また、電路とは、直流電力が印加される電源端子Ｖｂからフルブリッジ回路に至る電源ライン１７７ａと、フルブリッジ回路からグランド端子ＧＮＤに至る電源ライン１７７ｂと、フルブリッジ回路と電動モータＥＭとを接続させる出力ライン１７７ｃ，１７７ｄとを含むものとする。

フィルター回路１４４は、直流電力が入力される端子Ｖｂからフルブリッジ回路迄の電路１７７ａに介挿される。かかるフィルター回路１４４は、コンデンサ，リアクトル，抵抗，等の電気的素子が適宜に設けられる。

尚、電路用回路とは、リレー回路１８０又はフィルター回路１４４のうち少なくとも一つの回路が存在しているのであれば、その構成が満足されるものとする。例えば、フィルター回路１４４が無い場合であっても、リレー回路１８０によって電路用回路が形成されるものとし、フィルター回路１４４しか存在しない場合には、かかる回路を以って電路用回路を成すものとする。即ち、電路用回路とは、図示の如く、電路１７７ａ〜１７７ｄに接続された回路を指す。

図５乃至図６は、本実施の形態に係るモータユニット１００の構成が示されている。図示の如く、モータユニット１００は、電動モータＥＭと中底面１２０とドライブシャフト１１４とパワー素子用基板１７０と配電部１４０と制御基板を内蔵させた制御装置１５０とから構成される。尚、同図中の矢線方向ＤＨを放熱方向とし、矢線方向ＤＭをモータ方向として以下説明する。

電動モータＥＭは、本実施の形態においてブラシモータが用いられ、具体的には、回転子１１１ａと永久磁石１１１ｅとコミュテータ１１１ｃとから構成される。回転子１１１ａは、スリットの内部にコイルが捲回され、電力変換部１７５から駆動電力が印加されると、当該回転子１１１ａの内部にて磁束の状態を変化させる。回転子１１１ａの周囲には、永久磁石が極性を交互にした状態で配列される。コミュテータ１１１ｃは、回転子１１１ａに固定され、円筒表面に導体領域と絶縁領域とを交互に配列させ、且つ、電流の極性を領域毎に反転させる。当該導通領域は、回転子１１１ａのコイルと電気的に接続される。ブラシアセンブリ１１１ｂは、図示の如く、内部に複数のブラシ素子１１２を配置させている。かかるブラシアセンブリ１１１ｂの筐体は、絶縁性材料によって形成され、ブラシ素子１１２に導通する配線が一体形成されている。

モータカバー１６０は、略円筒体の金属製材料が用いられ、当該円筒体に加わる力に応じて肉厚が設定される。当該モータカバー１６０は、図示の如く、貫通穴１６１ａを具備するフランジ１６１が形成され、当該フランジ１６１にあっても、モータカバー１６０に加わる力に応じて肉厚が設定される。また、モータカバー１６０は、上述の如く、内部に回転子１１１ａを収容させ、当該回転子と同軸的に永久磁石を配列させている。尚、特許請求の範囲における「電動モータを格納させるモータカバー」の用語の意義は、回転子と永久磁石とコミュテータとの全ての構成がモータカバーに格納されている態様は勿論のこと、これらの構成の何れかがモータカバーに収容されていない態様（例えば、永久磁石及び回転子がモータカバーに収容され、コミュータがモータカバーに収容されていない態様）を含み、また、これらの構成のうちの一部分がモータカバーに収容されていない態様（例えば、図示の如く、コミュータ１１１ｃの一部分がモータカバー１６０に収容しきれていない態様）をも含む。

図６に示す如く、電動モータＥＭは、アセンブルされると、ブラシ素子１１２の各々の接面とコミュテータ１１１ｃの表面とが接触している。従って、ブラシ素子１１２に駆動電力が印加されると、コイルに生じた磁力によって回転子１１１ａが回転し、これに伴って、コミュテータ１１１ｃも回転する。このとき、回転子１１１ａは、コイルに流れる電流がコミュテータ１１１ｃによって転流され、当該回転子１１１ａの回転動作が維持される。かかる電動モータＥＭは、内蔵された回転子１１１ａの回動動作に応じて、駆動軸１１４に駆動トルクを発生させる。

駆動軸１１４は、図示の如く、回転子１１１ａに固定され、当該回転子１１１ａが駆動されると、駆動トルクを出力させる。かかる駆動軸１１４は、一端がモータ方向ＤＭの軸受機構１６２によって支持され、他端（放熱側ＤＨ）が後述するベアリングＢＲによって支持されることとなる。そして、駆動軸１１４の放熱側ＤＨには、雄側のスプライン１１４ａが形成され、雌側のスプラインを形成させたソケットＳＣを介して入力シャフト２５３に接続される。

パワー素子用基板１７０は、電力変換部１７５、即ち、パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄ，１７５ｋを実装させている。また、サーミスタ１７５ｅ、シャント抵抗１７５ｆを実装させても良い。かかる素子は、パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄの近くに配置されることで、その機能を発揮させる。また、本実施の形態では、更に、制御用鉛直端子１７６及び電路用鉛直端子１７７を適宜に配列させている。また、パワー素子用基板１７０は、実装面に絶縁樹脂を充填させ、互いの配線間の絶縁を強化させても良い。この場合、絶縁樹脂による高重量化が懸念されるが、パワー素子用基板１７０はモータ側ブラケット１３０の底面に配置されているので、モータユニット１００の重心はモータ側ＤＭに移動することはない。

モータ側ブラケット１３０は、図示の如く有底状の円筒体とされ、ブラケット部１３１と、ケース固定片１３２とが一体的に形成されている。ブラケット部１３１は、ボルト穴１３１ａが形成され、ギヤ側ブラケット２５２とボルトナットＢ／Ｎによって固定される。また、ケース固定片１３２は、雌ネジタップ１３２ａが形成され、ビスによってモータケース１６０が固定される。更に、モータ側ブラケット１３０の内部には、パワー素子用基板１７０を収容させ、当該パワー素子用基板１７０は、モータ側ブラケット１３０の底面に積層される。即ち、パワー素子用基板１７０は、駆動軸１１４の放熱側ＤＨに配置される。これにより、モータユニット１００がギヤ側ブラケット２５２に固定されると、モータ側ブラケット１３０の底面とギヤ側ブラケット２５２とが当接し、パワー半導体装置１７５ａ〜１７５ｄ，１７５ｋで生じた熱量が当接面を介してキヤボックス２５０へ効果的に伝達される。かかるモータ側ブラケット１３０は、高い伝熱性能を具備する材質を用いるのが好ましい。高い伝熱性能を具備する材質とは、例えば、アルミ、銅、及び、これらの合金であるのが好ましい。また、これに限らず、鉄を母材とする金属製材料を用いても良い。

加えて、モータ側ブラケット１３０には、ベアリングホルダーＢＨが形成され、当該ベアリングホルダーＢＨには、ベアリングＢＲの外輪が装着される。ベアリングＢＲは、圧入または焼嵌め等の工法によって装着される。一方、ベアリングＢＲの内輪は、圧入等によって駆動軸１１４に固定され、これにより、当該駆動軸１１４は、モータ側ブラケットに対して回動自在に軸支される。尚、本実施の形態では、ベアリングＢＲを軸受として耐久性の向上を図っているが、これに限らず、すべり軸受等を採用しても良い。

ベアリングＢＲを収容させるベアリングホルダーＢＨは、モータ側ブラケット１３０の放熱側ＤＨに形成され、且つ、ベアリングＢＲは、パワー素子用基板１７０よりも放熱側ＤＨの位置からモータ側ＤＭへ向かって挿入され、ベアリングホルダーＢＨに装着されるのが好ましい。これにより、ベアリングホルダの開口部は、モータ側ブラケット１３０の外周面側に配され、ベアリングＢＲは、取替作業又は修繕作業を行なう際、モータ側ブラケット１３０の内部の回路を分解する必要がなくなる。また、かかるモータ側ブラケット１３０は、ギヤボックス２５０から取り外すと、ベアリングＢＲの状態を目視することが可能となり、当該ベアリングＢＲが故障しているか否かの判断を容易に行うことが可能となる。

制御装置１５０は、図示の如く、収容体１５４と制御基板１５３と制御側端子１５２とから構成される。このうち、収容体１５４は、略直方体の殻状体を呈しており、モータカバーの側面１６３に固定される。かかる収容体１５４は、パワー半導体素子１７５ａ〜１７５ｄ，１７５ｋを制御させる制御基板１５３が収容されている。当該制御基板１５３は、制御回路１５１を構成する弱電性の電気的素子を実装させており、基板に実装されたランドには、制御側端子１５２が適宜に接続されている。制御基板１５３は、パワー素子用基板１７０から独立した状態で設けられるので、当該制御装置１５０における放熱機構の構成が極力省略され、制御基板１５３及び当該制御装置１５０の小型化及び軽量化が実現される。また、パワー半導体素子及びフィルター回路の構成が排除されるので、これによっても、制御装置１５０の小型化及び軽量化が図られる。更に、制御基板１５０は、弱電用の素子が実装されるので、実装面に絶縁性の樹脂を含浸される必要もなくなり、これによっても、制御装置１５０の軽量化が図られる。即ち、かかる如く制御装置１５０の軽量化が図られるので、モータカバー１６０では、振動が生じても、制御装置１５０の重量に起因する力が最小限に抑えられる。

尚、制御装置１５０は、樹脂材料から成るのが好ましい。これにより、更なる軽量化が図られる。かかる制御装置１５０は、図示されないビス又はボルト等の締結手段を用いてモータカバー１６０に固定させても良く、接着材を用いてモータカバー１６０に接着させても良い。

配電部１４０は、図５に示す如く、電力端子１４１と制御用端子群１４２と電路用端子群１４５と電路用回路とが配備されている。このうち、電力端子１４１は、端子部と絶縁性のコネクタ構造とから成り、端子部は、端子Ｖｂ及びＧＮＤ等が設けられる。また、制御用端子群１４２は、制御基板に設けられた端子と電気的に接続される。かかる制御用端子群１４２は、配電部１４０に制御装置１５０が接続されると、図６に示す如く、一端が制御側端子１５２を介して制御基板１５３に接続され、他端が制御用鉛直端子１７６を介してパワー素子用基板１７０のプリント配線に接続される。更に、電路用端子群１４５は、モータ側ブラケット１３０に配電部１４０及びブラシアセンブリ１１１ｂが組み付けられると、図示の如く、一端がブラシ用端子１１１ｄを介してブラシ素子１１２に接続され、他端が電路用鉛直端子１７７を介してパワー素子用基板１７０のプリント配線に接続され、これにより、電路１７７ｃ及び１７７ｄの役割を担う。電路用回路は、電路に介挿された回路であって、回路基板にフィルター素子１４４ａ，１４４ｂ及びリレー回路１８０が適宜に実装されている。尚、フィルター素子とは、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、コイル等の比較的大型の素子を指す。即ち、配電部１４０に大型の電気的素子を集約させることにより、制御基板１５３の更なる小型化及び軽量化が可能となる。

また、かかる配電部１４０は、制御基板１５３とパワー素子用基板１７０との間に配置されるのが好ましい。これにより、配電部１４０は、パワー半導体素子に中継させる強電電力と制御基板１５３で用いられる弱電電力を分配させ、これにより、制御基板１５３とパワー素子用基板１７０とを物理的に独立させることが可能となる。また、当該配電部１４０は、ハーネスを用いずに各々の端子群によって短い経路の電路１７７ａ〜１７７ｂ等を構成させるため、寄生インダクタンスの影響が少なくなり、フィルター回路１４４の素子体格を小さくすることが可能となる。即ち、配電部１４０は、フィルター回路１４４の小型化に伴い、当該配電部の筐体が小型化される。

また、配電部１４０は、当該制御装置１５０とパワー素子用基板１７０との物理的距離を形成させるので、パワー素子用基板１７０で発生した熱量は、制御基板１５３へ伝達され難くなり、これにより、制御装置１５０は、放熱フィン等の大掛かりな放熱構造を省略させ、構成の簡素化及び軽量化が実現される。そして、制御装置１５０では、良好な温度環境の下で、誤動作を伴わない制御信号を出力させることが可能となる。従って、フェールセーフによる緊急停止の危険度が低下するので、電動パワーステアリング装置２００では、アシストトルクを安定的に供給させることが可能となる。

また、配電部１４０は、モータ側ＤＭに角度形成面１４６が形成され、当該角度形成面１４６には、制御装置１５０を構成する収容体１５４が固定されている。角度形成面１４６は、モータカバーの側面１６３に対して所定の角度θを成しており、同図にあっては、略９０度とされている。しかし、角度形成面１４６は、双方の面によって成す角θが０度（又は１８０°）でなければ良い。これにより、収容体１５４は、２面で支えられ、制御装置１５０に生じる振動や慣性力が角度形成面１４６とモータカバーの側面１６３とに分配されるので、モータカバー１６０では、制御装置１５０から加えられる力が低減される。また、角度形成面１４６とモータカバーの側面１６３との間に所定の角度θを与えることにより、振動又は慣性力の作用方向に関わり無く、振動等の力が当該２面に分配されることとなる。

また、当該所定の角度θは、略９０度とされるのが好ましい。何故ならば、収容体１５４の形状は、直角を成す面を有しているのが通常の形状だからである。また、制御装置１５０に作用する振動又は慣性力は、当該所定の角度θが９０°である場合に、２方の面に対する力の分散が効果的に行なわれる。

また、角度形成面１４６は、パワー素子用基板１７０の位置からモータ方向ＤＭに向かって適宜（同図にあっては、距離ＤＦ）にオフセットされているのが好ましい。これにより、配電部１４０の内部には、適宜な空間が確保され、フィルター回路及び電路用基板を内部に収容させることが可能となる。

また、収容体１５４と配電部１４０とを固定させる結合構造は、嵌合構造であっても良く、ラビリンス構造であっても良く、接着剤を用いた化学的結合構造とされても良い。かかる強固な結合構造によって、制御装置１５０に生じる振動等の力が配電部側へ効果的に伝達され、これに対し、モータカバー１６０では、制御装置１５０に生じる振動等の力が抑制される。

また、収容体１５４と配電部１４０とを固定させる結合構造（特許請求の範囲における固定部）は、防水処理を施して内部の回路（パワー半導体素子、フィルター回路、制御基板）を保護するのが好ましい。かかる防水処理は、双方の構造体の間にシール部材（Ｏリング、パッキン等）を取り付けても良く、双方の構造体の結合部をシール溶接させても良い。

上述の如く、本実施の形態に係る１００モータユニットによると、モータカバー１６０の側壁１６１に固定される制御装置１５０が軽量化されるので、当該モータカバー１６０とモータ側ブラケット１３０との結合構造も簡素化され、これにより、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。

また、本実施の形態に係る１００モータユニットによると、モータカバー１６０の側壁１６１に加えられる振動等の力を抑制させるので、これによっても、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。

また、本実施の形態係る電動パワーステアリング装置２００によると、モータユニット１００とギヤボックス２５０のブラケット２５２との当接面に作用する曲げモーメントが抑えられるので、ギヤボックス２５０のブラケット周辺の構造が簡素化され、装置の大型化及び高重量化を回避し、併せて、高コスト化を防止させる。

１００ 電動パワーステアリング用モータユニット
２００ 電動パワーステアリング装置
ＥＭ 電動モータ
１７５ 電力変換部
１３０ モータ側ブラケット
１５３ 制御基板

Claims (7)

1. 内蔵された回転子の回動動作に応じて駆動軸に駆動トルクを発生させる電動モータと、パワー半導体素子から構成され入力電力を変換して前記電動モータを駆動させるための駆動電力を出力する電力変換部と、前記パワー半導体素子を実装させたパワー素子用基板と、前記パワー素子用基板を収容させたモータ側ブラケットと、電路に介挿されたフィルター回路を少なくとも収容させた配電部と、前記電動モータを格納させるモータカバーと、前記モータカバーの側面に固定される収容体を具備し前記パワー半導体素子を制御させる制御基板を前記収容体の内部に収容させた制御装置とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング用モータユニット。
2. 前記配電部は、前記モータカバーの側面に対して所定の角度を成す角度形成面を有し、当該角度形成面に前記収容体が固定されることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング用モータユニット。
3. 前記角度形成面は、前記モータカバーの側面に対して略直角とされていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング用モータユニット。
4. 前記角度形成面は、前記パワー素子用基板の位置からモータ方向に向かってオフセットされていることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング用モータユニット。
5. 前記収容体は、樹脂材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載の電動パワーステアリング用モータユニット。
6. 前記収容体と前記配電部との固定部は、防水処理が施されることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の電動パワーステアリング用モータユニット。
7. 前記従動装置は、請求項１乃至請求項６に記載の何れか一項の電動パワーステアリング用モータユニットと、操縦ハンドルの回動動作に応じた操舵トルクへ前記アシストトルクを加えるギヤボックスとを備え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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