JP2011131775A - 制御装置及び回転電機を有する電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の全長を短くすることができ、車両等への搭載性が向上し、車両レイアウトに対する汎用性が向上する。また、回転電機と制御ユニットの組立を容易にしながら一体化することができ、更に、小型化、軽量化が達成される電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ロータ及びステータを収納しブラケットに固定される延出部を有するケースとからなる回転電機と、ケースの開口側に配設され、ブラケットに固定される延出部を有し、レゾルバステータを支持し、且つ回転電機のシャフトの出力側端部を軸支する軸受を支持し、ケースの開口を覆うレゾルバホルダと、ケース挿入穴を有し、ケース挿入穴に挿入された前記回転電機とレゾルバホルダとが各々の延出部で着脱可能に固定させる固定部と減速機に取り付けられる取付部を有したフランジ部と、電子制御装置を収容する筐体と、からなり、前記フランジ部と前記筐体とを一体的に樹脂成形する。
【選択図】図１

Description

制御装置を有する回転電機を備えた電動パワーステアリング装置の改良に関するものである。

従来より、モータを回転させることによりハンドル操作を補助する電動パワーステアリング装置に使用される回転電機を、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置と、組立を容易にしながら一体化するという課題があった。

この部分の改善の先行技術としては、図６に示す 特開２００８−１０９８３７ モータ装置に開示される技術があり、これは、回転電機のロータ及びステータを収容する有底円筒形のケースの開口部をブラケットによって覆い、当該ケースに設けられた延出部とブラケットとを螺子で固定した構成である。また、この回転電機は、ステータのコイルに給電するバスバーが前記ブラケット部内を這う様に配設されると共に、調整可能になっているレゾルバステータをブラケットに螺子で固定する構造である。更に、制御装置がブラケット部に螺子で固定された構造であり、バスバーを介して回転電機のステータとＥＣＵとを電気的に接続しているというものである。

特開２００８−１０９８３７号公報

しかしながら、この先行技術には、回転電機のケースに設けられた延出部がブラケットのリヤ側に設けられているので、全長が長く車両への搭載性が悪くなり、制御装置がブラケットに螺子で固定されているので組立工数が増え、バスバーが長くなり絶縁に対し安全性を高める為に保護が必要になりコストが高くなるという問題が有った。

本発明は、上記問題を解決するために、ロータ及びステータを収納する有底円筒形と、ブラケットに固定される延出部を有するケースをからなる回転電機と、前記ケースの開口側に配設され、ブラケットに固定される延出部を有し、レゾルバステータを支持し、且つ前記回転電機のシャフトの出力側端部を軸支する軸受を支持すると共に当該ケースの開口を覆うレゾルバホルダと、前記ケースの底部側から挿入されるケース挿入穴を有し、前記ケース挿入穴に挿入された前記回転電機とレゾルバホルダとが各々の延出部で着脱可能に固定させる固定部を有し、且つ減速機に取り付けられる取付部を有したフランジ部を有し、前記回転電機の駆動を制御する制御装置を備え、当該電子制御ユニットの筐体とフランジ部が一体的に樹脂成形されている電動パワーステアリング装置を提供することを特徴とする。

本発明によれば、従来の同出力の回転電機と比較して軸方向の全長を短くすることができ、車両等への搭載性が向上し、車両レイアウトに対する汎用性が向上する。また、回転電機と制御ユニットの組立を容易にしながら一体化することができる。更に、小型化、軽量化が達成されるという効果が有る。

本願発明の図２に示すXXII−XXII線に沿った要部断面図である。 本願発明の図１に示す電動パワーステアリング装置の（出力側）正面図である。 発明の実施例に係る電動パワーステアリング装置の一部を分解して示す側面図である。 図１に示す回転電機を減速機に取り付けた状態を示す一部断面図である。 本願発明の回転電機部の分解斜視図である。 従来の電動パワーステアリング装置の構成図である。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、図２に示すXXII−XXII線に沿った断面図、図２は、図１に示す電動パワーステアリング装置の正面図（出力側）、図３は、発明の実施例に係る電動パワーステアリング装置の一部を分解して示す側面図、図４は、図１に示す回転電機を減速機に取り付けた状態を示す一部断面図、図５は、回転電機部の分解斜視図である。

本願発明の電動パワーステアリング装置は、回転電機１を有しており、この回転電機１は、有底円筒形のケース１０と、ケース１０の開口側（以下、「出力側」ともいう）に配設されたブラケット部２５０とを有している。ブラケット部２５０は、ケース１０の外周面軸方向の出力側に配設され、ケース１０を減速機１００に取り付けるためのフランジ部２５１と、ケース１０の出力側に配設され、ケースの開口を覆い、レゾルバステータ７２及びボールベアリング６１を支持するレゾルバホルダ５２と、フランジ部２５１に一体的に形成され且つ内部に回転電機１の駆動を制御するＥＣＵ１５０の制御装置１５２を収容する筐体１５１とを有している。

ケース１０の出力側の端面には、フランジ１７が形成されている。このフランジ１７の互いに１８０度離れた位置（互いに対向する位置）には、ケース１０と、後に詳述するブラケット部２５０の構成要素であるフランジ部２５１とレゾルバホルダ５２を着脱可能に固定するための固定部１８Ａ及び１８Ｂが、ケース１０の径方向外側に延出形成されている。固定部１８Ａ及び１８Ｂには、ケース１０と、フランジ部２５１とレゾルバホルダ５２を着脱可能に固定するための螺子９１が貫通する螺子穴１９Ａ及び１９Ｂが各々形成されている。

ケース１０の内周面には、筒形状のステータ１１が取り付けられている。ステータ１１は、インシュレータ１３の内側にステータコア１６を挿入した後、コイル１２が巻き付けられた構成を有し、通電によりＮ極、Ｓ極に交互に励磁されるようになっている。なお、３相モータの場合、３ｎ個（但し、ｎは正の整数）のステータコアは、継鉄部（バックヨーク部）毎に圧入または溶接等で一体化する、あるいは、一体化しないステータコアをケースに圧入してもよい。実施例１では、作業性の向上と剛性を確保するため、ステータコアを一体化している。

ステータ１１の、ケース１０の出力側には端子台２５が設けられており、この端子台２５に挿入またはインサートモールドされたバスバーと各相コイルは、ヒュージングや抵抗溶接等で電気的に接続されている。なお、ステータ１１は、ケース１０に圧入、接着、焼嵌め等で固定する、あるいはフロートしてケース１０と非接触としてもよい。

ステータコア１６の内方には、ステータ１１に対して同軸的に配設されたロータ１５が収容されている。ロータ１５は、ロータコア（図示せず）と、当該ロータコアの外周に配設されたマグネット（図示せず）と、ロータカバー（図示せず）を有している。ロータ１５の軸芯には、ロータシャフト２０が貫通しており、このロータシャフト２０は、ロータ１５の軸線方向両端部から突出延長されている。ステータコア１６に電気的に接続されたバスバー端子２２６は、グロメット２７に形成された穴部を貫通し、回転電機１の外部に引き出される。このグロメット２７は、ケース１０の出力側端部に形成されたグロメット挿入穴２９に挿入され、レゾルバホルダ５２に挟み込まれて抜け止めされている。

なお、ロータシャフト２０は、ロータコアに圧入する、またはロータコアと一体成形することができる。マグネットとしては、セグメントマグネットを２ｎ個（但し、ｎは正の整数）配設してもよく、リングマグネットを配設してもよい。また、ロータコア内部にマグネットを配置する埋め込み磁石タイプを使用してもよい。ロータカバーは、肉薄の非磁性の材料（例えば、ステンレス材、アルミ、熱収縮チューブ等）から形成されており、ロータの軸方向から圧入する、または焼嵌め、接着等により配設することができる。

ロータシャフト２０のうち、ケース１０の底部１０Ｂ側に延出した端部２０Ｂ（以下、リヤ側端部２０Ｂという）は、底部１０Ｂに形成された小径の筒形状凹部１４に収容されている。このリヤ側端部２０Ｂの先端部には、軸受としてのボールベアリング（転がり軸受）２１の内輪２２が圧入により嵌合されており、ボールベアリング２１の外輪２３は、筒形状凹部１４の内壁に固定されている。なお、符号２４は、転動体としてのボールである。

また、ロータシャフト２０のうち、ケース１０の出力側に延出した端部２０Ｆ（以下、出力側端部２０Ｆという）には、後に詳述するブラケット２５０の構成要素であるレゾルバホルダ５２に配設されたボールベアリング６１の内輪６２が圧入により嵌合されており、出力側端部２０Ｆのさらに出力側には、レゾルバロータ７１が圧入により嵌合されている。このレゾルバロータ７１の外周側には、レゾルバホルダ５２に配設されたレゾルバステータ７２がレゾルバロータ７１の外周面に沿って所定の間隔をおいて位置している。また、出力側端部２０Ｆの出力側先端は、後に詳述する減速機１００と連結するためのボス部９０へと延長されている。このロータシャフト２０は、減速機１００に対しスプライン構造で連結してもよく、弾性カップリングを介して連結してもよい。なお、符号６３は、ボールベアリング６１の外輪であり、符号６４は、転動体としてのボールである。

また、ボールベアリング２１及び６１を圧入によりロータシャフト２０に固定する構成の他、ケース１０の底部１０Ｂに形成された筒形状凹部１４にボールベアリング２１を圧入等により固定し、ロータシャフト２０の外周面とボールベアリング２１の内輪２２の内周面との間に隙間を形成した構成としてもよく、レゾルバホルダ５２の後に詳述する筒形状凹部７４にボールベアリング６１を圧入等により固定し、ロータシャフト２０の外周面とボールベアリング６１の内輪６２の内周面との間に隙間を形成した構成としてもよい。

ブラケット部２５０は、フランジ部２５１とレゾルバホルダ５２とに分離されており、フランジ部２５１は、電動パワーステアリング装置を減速機１００に取り付けるための機能と、ケース１０をケース挿入穴５５に挿入した状態で、ケース１０に着脱可能に固定される機能を有しているため、電動パワーステアリング装置の形状を簡略化することができる。

レゾルバホルダ５２は、ケース１０の開口を覆う略円盤形状を有し、ケース１０に配設された際に底部１０Ｂ側となる面の中央部には、出力側に向けて凹状に形成され、ボールベアリング６１が圧入される筒形状凹部７４が形成されている。また、レゾルバホルダ５２の筒形状凹部７４と反対側には、底部１０Ｂ側に向けて凹状に形成され、レゾルバステータ７２が収容される配設凹部７５が形成されている。また、レゾルバホルダ５２の出力側の面から突出して配設凹部７５を画定する円筒状の側壁７７には、レゾルバステータ７２に電気的に接続されたセンサハーネス８０を外部に引き出すための引出口となる切欠き部７６が形成されている。

また、レゾルバホルダ５２の外周の出力側であって、互いに１８０度離れた位置（互いに対向する位置）には、レゾルバホルダ５２の径方向外側に延出形成された延出部６８Ａ及び６８Ｂが形成されている。これらの延出部６８Ａ及び６８Ｂには、ケース１０にレゾルバホルダ５２を配設した際に、ケース１０に形成されている螺子穴１９Ａ及び１９Ｂと重ねられてこれらと連通する螺子穴６９Ａ及び６９Ｂが各々形成されている。これらの螺子穴６９Ａ及び６９Ｂは、周方向に長い長穴から形成されており、レゾルバホルダ５２をケース１０に固定するための螺子９１が挿入される。また、レゾルバホルダ５２の側面には、バスバー２２６を回転電機１の外部に引き出すための切欠き部６４が形成されている。

レゾルバステータ７２は、圧入、カシメ、接着等により配設凹部７５に固定される。このレゾルバステータ７２の固定は、ケース１０にレゾルバホルダ５２を配設する前後のいずれでもよい。また、実施例では、レゾルバホルダ５２は、薄板を絞り加工して形成したが、ダイカスト合金（ＡＤＣ１２）等を用いたアルミダイキャストにより形成してもよい。また、強度が確保できれば樹脂により形成してもよく、この場合は、さらなる軽量化を図ることができる。

また、レゾルバステータ７２は、センサハーネス８０を通じてコネクタ１５５を介してＥＣＵ１５０に電気的に接続される。た、センサハーネス８０は、保護チューブ８１によって、振動、外力による破断を防止している。

フランジ部２５１は、略リング状を有するリング状部２５１Ａと、リング状部２５１Ａの直径を基準とした片側から連続的に突出し、筐体１５１と一体的に形成される筐体接続部２５１Ｂとを備えて構成されている。リング状部２５１Ａは、その中央部にケース挿入穴５５が形成されており、このケース挿入穴５５には、ケース１０が底部１０Ｂ側から挿入される。フランジ部２５１の互いに対向する位置には、螺子穴５９Ａ及び５９Ｂが各々形成されており、これら螺子穴５９Ａ及び５９Ｂの近傍には、同様の取付部５６Ａ及び５６Ｂが形成されている。なお、取付部５６Ａ及び５６Ｂは、リング状部２５１Ａの互いに１８０度離れた位置（即ち、直径上）に配置されており、筐体接続部２５１Ｂは、取付部５６Ａと取付部５６Ｂを結ぶ直径の片側（即ち、筐体１５１が配設される側）に突出されている。

また、フランジ部２５１は、内部に回転電機１の駆動を制御する制御装置１５２を収容する筐体１５１が樹脂材料により一体的に成形されている。樹脂の材料は、高強度、高耐熱材料であるＰＰＳ（ポニフェニレンスルファイド）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）ＰＩ（ポリイミド）等が用いられ、材料の補強にガラス繊維、カーボン繊維等の充填材を混ぜることで機械的強度を向上させても良い。樹脂材料により一体成形することで、軽量、防錆の効果があり、絶縁性が確保され短絡等の電気的不具合を防止することができる。

さらに、フランジ部２５１に一体成形された筐体１５１には端子台１２５が設けられ、バスバー端子２２６と螺子２３０によって電気的に接続されている。バスバー端子２２６は回転電機１の半径方向に突出し、且つケース１０の出力側に設けられているので、回転電機１をフランジ部２５１に組みつける際には、図３の矢印方向にのみ挿入することとなる。回転電機１がケース挿入穴５５に挿入され、ケース１０のフランジ１７がフランジ部２５１に当接すると、端子台１２５とバスバー端子２２６が接触し重なるようになっている。筐体１５１がフランジ部２５１と一体成形されることで、端子台１２５とバスバー端子２２６の長さ関係を所望の長さ関係に調節することができるので、バスバー端子２２６を短くすることができ、電機的信頼度を向上することができる。なお、符号１５３及び１５４は、コネクタハウジングである。

また、フランジ部２５１、ケース１０及びレゾルバホルダ５２は、螺子９１により着脱可能に構成されているため、フランジ部２５１及びレゾルバホルダ５２のいずれかの形状を変更すれば、車両のレイアウトに対応することができ、ブラケット部２５０全体の形状を変更する場合に比べ、変更コストを削減することができる。そしてまた、フランジ部２５１、ケース１０及びレゾルバホルダ５２は、２つの螺子９１により共締めされているため、従来の回転電機に比べ、螺子の配設数を少なくすることができる。

さらに、フランジ部２５１は、ケース１０のフランジ１７がフランジ部２５１に当接するまで、ケース１０をケース挿入穴５５に挿入し、螺子穴１９Ａと螺子穴５９Ａとを連通させ且つ螺子穴１９Ｂと螺子穴５９Ｂとを連通させ、各々の螺子穴に螺子９１を螺合させることによって、ケース１０に取り付けられる。したがって、フランジ部２５１は、ケース１０に重ねられた状態でケース１０に取り付けられるため、この両者が重ねられた軸方向の長さ分、回転電機１の軸方向の長さを短くすることができる。この結果、電動パワーステアリング装置の小型化、軽量化を達成させることができ、車両等への搭載性を向上することができると共に、製造コストを低減させることができる。

また、フランジ部２５１のケース挿入穴５５にケース１０を挿入し、フランジ部２５１と、ケース１０の固定部１８Ａ（１８Ｂ）と、レゾルバホルダ５２の延出部６８Ａ（６８Ｂ）とを重ね合わせ、ケース１０のフランジ１７をフランジ部２５１とレゾルバホルダ５２により挟持した状態で、螺子穴５９Ａ（５９Ｂ）、１９Ａ（１９Ｂ）及び６９Ａ（６９Ｂ）を連通させ、これらの連通された各々の螺子穴に螺子９１を各々挿入して螺合させ、共締めすることにより組み立てられる。したがって、回転電機１とＥＣＵ１５０との接続を簡易な構造によって実現することができる。
また、この時、螺子穴６９Ａ及び６９Ｂが周方向に長い長穴から形成されているため、フランジ部２５１と、ケース１０と、レゾルバホルダ５２を螺子９１により仮止めした後、レゾルバホルダ５２を周方向に回転させることができる。したがって、レゾルバロータ７１の周方向の位置調整を簡単に行うことができると共に、レゾルバロータ７１を回転させて発生した誘起電圧と、レゾルバステータ７２からのセンサ信号との位置調整後、螺子９１を規定のトルクで締め付けることで、電動パワーステアリング装置を構成することができる。

この構成を備えた回転電機１が取り付けられる減速機１００は、図４に示すように、ステアリング出力軸１１１に取り付けられたウォームホイール１１２と、ウォームホイール１１２の外周歯車に噛み合うウォーム１１３を有している。ウォーム１１３は、ハウジング１１４に対して固定されている２つの軸受１１５及び１１６により支持されている。ウォーム１１３の一端は、回転電機１のロータシャフト２０に対して同軸上にスプライン構造で結合されている。また、ハウジング１１４は、フランジ部２５１の取付部５６Ａ及び５６Ｂに各々形成された螺子穴５７Ａ及び５７Ｂを貫通する螺子（図示せず）を螺合させることで、減速機１００に回転電機１が固定される。

なお、実施例では、２つの螺子９１によりフランジ部２５１と、ケース１０と、レゾルバホルダ５２とを共締めした場合について説明したが、これに限らず、回転電機１は、フランジ部２５１と、ケース１０と、レゾルバホルダ５２と着脱可能に取り付けることが可能であれば、他の取付手段により取り付けてもよく、また、取付手段の配設数、配設箇所は、所望により決定することができる。

また、実施例に係る電動パワーステアリング装置は、図２に示す、螺子穴５７Ａ、５７Ｂに螺子（図示せず）を挿入しさせることで、減速機１００に固定される。この時、フランジ部２５１、ケース１０及びレゾルバホルダ５２を固定している螺子９１が、減速機１００とフランジ部２５１との間に位置することになるため、減速機１００とフランジ部２５１によって螺子９１が不意に抜け落ちることを防止することができる。したがって、螺子９１の抜け止め機構を別途配設する必要がなく、部品点数をさらに削減し、軽量化、低コスト化を行うことができる。

さらに、実施例では、センサハーネス８０を介してセンサとＥＣＵ１５０とを電気的に接続した場合について説明したが、これに限らず、センサとＥＣＵ１５０は、溶接等によって電気的に接続してもよい。また、センサハーネス８０は、ＥＣＵ１５０の内部、あるいは回転電機１の内部で接続してもよく、センサハーネス８０を外部に引き出して接続してもよい。

また、実施例では、バスバー端子２２６と端子台１２５を螺子２３０によって電気的に接続した場合について説明したが、これに限らず、バスバー端子２２６と端子台１２５は、溶接等によって電気的に接続してもよい。

本発明は、電動パワーステアリング装置に使用される回転電機を、電動パワーステアリング装置を制御する制御装置と、組立を容易にしながら一体化することができる電動パワーステアリング装置であり、自動車等の各種車両に適用することができる。

１ 回転電機
１０ ケース
１１ ステータ
１２ コイル
１５ ロータ
１６ ステータコア
１８Ａ、１８Ｂ 固定部
１９Ａ、１９Ｂ、５７Ａ、５７Ｂ、５９Ａ、５９Ｂ、６９Ａ、６９Ｂ 螺子穴
２０ ロータシャフト
５２ レゾルバホルダ
５６Ａ、５６Ｂ 取付部
７１ レゾルバロータ
７２ レゾルバステータ
８０ センサハーネス
９１ 螺子
１００ 減速機
１５０ ＥＣＵ
１５１ 筐体
２５０ ブラケット部
２５１ フランジ部
２２６ バスバー端子

Claims (2)

1. ロータ及びステータを収納する有底円筒形と、ブラケットに固定される延出部を有するケースをからなる回転電機と、前記ケースの開口側に配設され、ブラケットに固定される延出部を有し、レゾルバステータを支持し、且つ前記回転電機のシャフトの出力側端部を軸支する軸受を支持すると共に当該ケースの開口を覆うレゾルバホルダと、前記ケースの底部側から挿入されるケース挿入穴を有し、前記ケース挿入穴に挿入された前記回転電機とレゾルバホルダとが各々の延出部で着脱可能に固定させる固定部を有し、且つ減速機に取り付けられる取付部を有したフランジ部を有し、前記回転電機の駆動を制御する制御装置を備え、当該電子制御ユニットの筐体とフランジ部が一体的に樹脂成形されている電動パワーステアリング装置。
2. 前記回転電機と前記レゾルバホルダは、各々の延出部を螺子にて共締めされてい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装置