JP2012239296A - 駆動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 モータとコントロールユニットとを容易に結合と分離が可能な駆動装置を提供する。
【解決手段】 電動パワーステアリング装置に適用される駆動装置1は、モータ2と、モータ2の出力端29とは反対側に設けられるコントロールユニット3とを備える。モータ2のモータ線23とコントロールユニット3のパワー基板側端子371とを接続するターミナル31は、パワー基板側端子371と係合する。これにより、特別な道具を必要とせず容易にモータ2とコントロールユニット3との電気的な接続または切断をすることができる。また、ターミナル31を保持するターミナルホルダ33は、ターミナルホルダ33のモータ2側の端部に形成される第1短突起部344および第2短突起部362が開口18の周縁部17に係止される。これにより、保持するターミナル31のモータ2に対する相対位置を固定することができる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、モータと当該モータを制御するコントロールユニットとを一体にした駆動装置に関する。
従来、運転者による操舵をアシストする電動式パワーステアリングにおいて、モータを駆動するコントローラユニットとモータとを合体させた駆動装置が知られている。特許文献1の電動パワーステアリング装置では、モータとコントロールユニットとの電気的接続においてコントロールユニットから延びるバスバーをモータの巻線端子にねじで接続することにより、モータおよびコントロールユニットのいずれか一方に不具合が生じた場合、不具合が生じた方のみを交換することができる。
特開2003−204654号公報
しかしながら、特許文献1に記載の電動パワーステアリング装置では、コントロールユニットとモータとの電気的接続をねじにより行っているため、ねじを取り外さないとモータとコントロールユニットとを分離することができない。また、当該ねじを取り外すためには、駆動装置をステアリングのコラム軸から取り外さなければならないため、駆動装置からコントロールユニットのみを容易に分離することができない。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータとコントロールユニットとを容易に結合と分離が可能な駆動装置を提供することにある。
請求項1に記載の発明によると、駆動装置は、モータ、コントロールユニット、係合手段、および保持手段を備える。モータは、外郭をモータケースにより形成している。モータケースの内側には複数相を構成するよう巻線が巻回されているステータ、およびステータに対して相対回転可能に設けられるロータが設けられている。ロータにはロータとともに回転するシャフトが設けられている。また、ステータに巻回されている巻線に電気的に接続するモータ線は、モータケースの軸方向の一側の底壁に形成されている開口に向かって延びる。このとき、コントロールユニットは、モータの軸方向の一側に設けられる。コントロールユニットは、巻線への通電を切り換えるスイッチング素子を有する半導体モジュール、およびスイッチング素子に電気的に接続する接続端子を有している。コントロールユニットケースは、半導体モジュールを内側に収容する。係合手段は、モータ線と接続端子との間に設けられ、モータ線または接続端子のいずれか一方と機械的に係合可能であって当該係合時にモータ線と接続端子とを電気的に接続する。保持手段は、係合手段とモータ線または接続端子のいずれか一方との機械的な係合関係、およびモータ線と接続端子との電気的な接続関係の両方の関係を保持する。
係合手段においてモータ線または接続端子のいずれか一方と係合すると、モータ線と前記接続端子とを電気的に接続することができる。一方、モータの軸方向の他側に接続しているコラム軸への接続を解除することなしに、係合手段における当該係合を解除すると、モータ線と接続端子とを電気的に切断することができる。すなわち、特別な道具を使用することとなく、比較的容易にモータとコントロールユニットとを電気的に断続することができる。
従来技術では、回転トルクを出力するモータが電動パワーステアリングのコラム軸に取り付けられている場合、モータとコントロールユニットとがコラム軸の方向に向いているねじ部材により接続されているため、コラム軸から駆動装置全体を取り外さなければモータとコントロールユニットとを分離することはできなかった。
請求項1に記載の駆動装置を電動パワーステアリングに適用した場合、コントロールユニットはモータに対してコラム軸と接続する側とは反対側に設けられている。したがって、当該係合手段を用いることにより、他の機能を損なうことなく、モータとコントロールユニットとの分離または結合を比較的容易に行うことができる。
請求項1に記載の駆動装置には、係合手段とモータ線または接続端子のいずれか一方との機械的な係合関係、およびモータ線と接続端子との電気的な接続関係の両方の関係を保持する保持手段を備える。モータとコントロールユニットとが結合または分離する時、係合手段には駆動装置の軸方向に沿って力が加わる。このとき、保持手段は、係合手段に対して係合手段のモータまたはコントロールユニットに対する相対位置が変化しないように保持する。これにより、モータとコントロールユニットとを結合状態から分離する時、係合手段は確実にモータ線または接続端子のいずれか一方と機械的な係合を解除し、かつモータ線と接続端子との電気的に切断することができる。また、モータとコントロールユニットとを分離した後再び結合する時、係合手段は確実にモータ線または接続端子のいずれか一方と機械的に係合し、かつモータ線と接続端子とは電気的に接続することができる。
請求項2に記載の発明によると、係合手段は、接続端子と係合する係合部を有するターミナルであり、保持手段は、開口に固定され内部にターミナルを保持するターミナルホルダである。
請求項3に記載の発明によると、ターミナルホルダは、第1ホルダ部品および第2ホルダ部品の2つの部品から構成される。第1ホルダ部品は、底壁の開口に固定される側の端部にターミナルを保持する側とは反対側へ突出する第1短突起部を有する。第2ホルダ部品は、底壁の開口に固定される側の端部にターミナルを保持する側とは反対側へ突出する第2短突起部を有する。また、第2ホルダ部品は、開口に固定される側の端部に第2短突起部の突出する方向とは略垂直な方向に突出する軸を有する。第1ホルダ部品と第2ホルダ部品とは、軸を回転中心として開閉可能に組み合わされることによりターミナルホルダを形成する。ターミナルホルダが開状態のとき、第1短突起部および第2短突起部は開口に挿入可能に形成されている。一方、ターミナルホルダが閉状態のとき、第1短突起部および第2短突起部は開口の内縁部に係止可能に形成されている。
ターミナルホルダは、モータケースに取り付けられるとき、開状態で開口に挿入される。ターミナルホルダの開口に固定される側には第1短突起部および第2短突起部が形成されている。ターミナルホルダを開状態にすると、第1短突起部の先端面から第2短突起部の先端面までの距離が開口幅より小さくなるように形成されているため、ターミナルホルダが開口に挿入可能となる。一方、開口に挿入されたターミナルホルダを閉状態とすると、第1短突起部の先端面から第2短突起部の先端面までの距離が開口幅より大きくなるように形成されているため、ターミナルホルダは開口の内縁部に係止される。したがって、コントロールユニットをモータから取り外すとき、ターミナルホルダおよびターミナルホルダに支持されるターミナルがモータケースの底壁から抜けることを防止することができる。
請求項4に記載の発明によると、第1ホルダ部品は、第1短突起部より第1ホルダ部品の中央側に設けられ、ターミナルを保持する側とは反対側へ突出する第1長突起部を有する。このとき、第1長突起部が突出する長さは、第1短突起部より長い。また、第2ホルダ部品は、第2短突起部より第2ホルダ部品の中央側に設けられ、ターミナルを保持する側とは反対側へ突出する第2長突起部を有する。このとき、第2長突起部が突出する長さは、第2短突起部より長い。これにより、ターミナルホルダが閉状態のとき、第1長突起部および第2長突起部は開口の内縁部に係止可能となっている。
ターミナルホルダがモータケースの底壁に取り付けられ、ターミナルホルダが閉状態となった場合、第1長突起部および第2長突起部は開口の内縁部に当接する。このとき、第1長突起部の先端面から第2長突起部の先端面までの距離は開口幅より大きくなるように形成されているため、長突起部が開口を通ってモータケースの内部に入ることはない。したがって、ターミナルホルダおよびターミナルホルダに支持されるターミナルがモータケース内部に入ることを防止することができる。
請求項5に記載の発明によると、ターミナルホルダが開状態のとき、第1短突起部および第2短突起部の先端面は開口の内壁と略平行に形成されている。ターミナルホルダの第1短突起部および第2短突起部は、開口を通ってモータケース内に入る。このとき、第1短突起部および第2短突起部の先端面をターミナルホルダの挿入方向に対して略平行に形成することにより、第1短突起部および第2短突起部の先端面は開口を形成する内縁部に引っかかることなく、モータケース内に挿入することができる。また、第1短突起部および第2短突起部の先端部を略矩形とする場合に比べて、ターミナルホルダをモータケース内の奥まで挿入することができる。
請求項6に記載の発明によると、ターミナルホルダが開状態のときの第1長突起部および第2長突起部の開口の内縁部との当接面は、当該内縁部と略平行に形成されている。開状態のターミナルホルダが開口に挿入される場合、第1長突起部および第2長突起部は開口の内縁部に当接する。このとき、第1長突起部および第2長突起部の開口の内縁部との当接面を内縁部と略平行に形成することにより、第1長突起部および第2長突起部の先端部を略矩形とする場合に比べて、ターミナルホルダをモータケース内の奥まで挿入することができる。
本発明の一実施形態における駆動装置を用いるパワーステアリング装置の構成を説明する概略構成図である。 本発明の一実施形態における駆動装置の断面図である。 本発明の一実施形態における駆動装置の断面図であって、図2とは異なる断面図である。 本発明の一実施形態における駆動装置の上面図である。 本発明の一実施形態における駆動装置の斜視図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコントロールユニット側から見た分解斜視図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のモータ側から見た分解斜視図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタを構成するターミナルおよびターミナルホルダの斜視図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタの(a)上面図、(b)正面図、(c)下面図、(d)側面図、である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタの組み付け方法を説明する説明図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタの組み付け方法を説明する説明図であって、図10の次の方法を示す説明図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタの組み付け方法を説明する説明図であって、図11の次の方法を示す説明図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタの組み付け方法を説明する説明図であって、図12の次の方法を示す説明図である。 本発明の一実施形態における駆動装置のコネクタの組み付け方法を説明する説明図であって、図13の次の方法を示す説明図である。
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による駆動装置を図1〜図14に基づいて説明する。駆動装置1は、電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という。)に適用される。駆動装置1は、モータ2およびコントロールユニット3を備える。
まず、EPSの電気的構成を図1に基づいて説明する。
図1に示すように、駆動装置1は、車両のステアリング5の回転軸たるコラム軸6に取り付けられたギア7を介しコラム軸6に回転トルクを発生させ、ステアリング5による操舵をアシストする。具体的には、ステアリング5が運転者によって操作されると、当該操作によってコラム軸6に生じる操舵トルクをトルクセンサ8によって検出し、また、車速情報を図示しないCAN(Control Area Network)から取得して、運転者のステアリング5による操舵をアシストする。もちろん、このような機構を利用すれば、制御手法によっては、操舵のアシストのみでなく、高速道路における車線キープ、駐車場における駐車スペースへの誘導など、ステアリング5の操作を自動制御することも可能である。
モータ2は、ギア7を正逆回転させる三相ブラシレスモータである。モータ2は、コントロールユニット3により電流の供給および駆動が制御される。コントロールユニット3は、モータ2を駆動する駆動電流が通電されるパワー部100、および、モータ2の駆動を制御する制御部90から構成される。
パワー部100は、電源75から電源ラインに介在するチョークコイル76、コンデンサ77、および、二組のインバータ80、89を有している。インバータ80とインバータ89とは、同様の構成であるので、ここではインバータ80について説明する。
一方のインバータ80は、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor、以下、「MOS」という。)81、82、83、84、85、86を有している。MOS81、82、83、84、85、86は、ゲート電位により、ソース−ドレイン間がON(導通)またはOFF(遮断)される。なお、MOS81、82、83、84、85、86が「スイッチング素子」に対応している。
MOS81は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがMOS84のドレインに接続されている。MOS84のソースは、グランド側に接続されている。MOS81とMOS84との接続点は、モータ2のU相コイルに接続されている。
MOS82は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがMOS85のドレインに接続されている。MOS85のソースは、グランド側に接続されている。MOS82とMOS85との接続点は、モータ2のV相コイルに接続されている。
MOS83は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがMOS86のドレインに接続されている。MOS86のソースは、グランド側に接続されている。MOS83とMOS86との接続点は、モータ2のW相コイルに接続されている。
また、インバータ80は、電源リレー87、88を有している。電源リレー87、88は、MOS81、82、83、84、85、86と同様のMOSFETにより構成される。電源リレー87、88は、MOS81、82、83と電源75との間に設けられ、異常時に電流が流れるのを遮断可能である。なお、電源リレー87は、断線故障やショート故障等が生じた場合にモータ2側へ電流が流れるのを遮断するために設けられる。また、電源リレー88は、逆向きの電流が流れないように逆接保護のために設けられる。
シャント抵抗99は、MOS84、85、86とグランドとの間に電気的に接続される。シャント抵抗99に印加される電圧または電流を検出することにより、U相コイル、V相コイル、W相コイルに通電される電流を検出する。
チョークコイル76およびコンデンサ77は、電源75と電源リレー87との間に電気的に接続されている。チョークコイル76およびコンデンサ77は、フィルタ回路を構成し、電源75を共有する他の装置から伝わるノイズを低減する。また、駆動装置1から電源75を共有する他の装置へ伝わるノイズを低減する。
コンデンサ78は、電源ライン側に設けられるMOS81、82、83の電源側と、グランド側と、の間に電気的に接続されている。コンデンサ78は、電荷を蓄えることで、MOS81、82、83、84、85、86への電力供給を補助したり、サージ電圧などのノイズ成分を抑制したりする。
制御部90は、プリドライバ91、カスタムIC92、回転検出部としての回転角センサ93、および、マイコン94を備えている。カスタムIC92は、機能ブロックとして、レギュレータ部95、回転角センサ信号増幅部96、および、検出電圧増幅部97を含む。
レギュレータ部95は、電源を安定化する安定化回路である。レギュレータ部95は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン94は、このレギュレータ部95により、安定した所定電圧(例えば5V)で動作することになる。
回転角センサ信号増幅部96には、回転角センサ93からの信号が入力される。回転角センサ93は、モータ2の回転位置信号を検出し、検出された回転位置信号は、回転角センサ信号増幅部96に送られる。回転角センサ信号増幅部96は、回転位置信号を増幅してマイコン94へ出力する。
検出電圧増幅部97は、シャント抵抗99の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン94へ出力する。
マイコン94には、モータ2の回転位置信号、および、シャント抵抗99の両端電圧が入力される。また、マイコン94には、コラム軸6に取り付けられたトルクセンサ8から操舵トルク信号が入力される。さらにまた、マイコン94には、CANを経由して車速情報が入力される。マイコン94は、操舵トルク信号および車速情報が入力されると、ステアリング5による操舵を車速に応じてアシストするように、回転位置信号に合わせてプリドライバ91を介してインバータ80を制御する。具体的には、マイコン94は、プリドライバ91を介してMOS81、82、83、84、85、86のONまたはOFFに切り替えることにより、インバータ80を制御する。つまり、6つのMOS81、82、83、84、85、86のゲートがプリドライバ91の6つの出力端子に接続されているため、プリドライバ91によりゲート電圧を変化させることにより、MOS81、82、83、84、85、86のONまたはOFFに切り替える。
また、マイコン94は、検出電圧増幅部97から入力されるシャント抵抗99の両端電圧に基づき、モータ2へ供給する電流を正弦波に近づけるべくインバータ80を制御する。なお、制御部90は、インバータ89についてもインバータ80と同様に制御する。
次に、一実施形態における駆動装置1の構造について、図2〜図14に基づいて説明する。図2〜図7は駆動装置1の全体を示した図であり、図2は図4の駆動装置1の上面図におけるII−II線断面図であり、図3は図4のIII−III線断面図である。図5は、駆動装置1の斜視図であって、図6および図7は、駆動装置1の分解斜視図である。図2および図3に示すように、本実施形態の駆動装置1は、モータ2の軸方向の一方の端部にコントロールユニット3が設けられており、モータ2とコントロールユニット3とが積層構造になっている。
まず、モータ2について説明する。モータ2は、モータケース10、巻線22が巻回されるステータ20、ロータ25、シャフト27等を備えている。
モータ2の外郭を形成するモータケース10は、周壁11およびコントロールユニット側壁部15を有し、鉄等により有底円筒状に形成される。周壁11のコントロールユニット側壁部15の反対側には、鍔部12が形成されている。鍔部12には、アルミ等により形成されるフレームエンド13がねじ14により固定される。コントロールユニット側壁部15は、特許請求の範囲に記載の「底壁」に相当する。
図2および図6に示すように、モータケース10のコントロールユニット側壁部15には、カラム19が設けられる。カラム19は、アルミ等で形成され、円筒状であって径方向内側に雌ねじが形成される雌ねじ部と、閉塞部とから構成される。雌ねじ部は、コントロールユニット側壁部15からコントロールユニット3側に突出して設けられる。カラム19の雌ねじ部側の一方の端部には、ヒートシンク50に隣接する円筒部材52の一端が当接する。円筒部材52の他方の端部は、コントロールユニット2のカバー部材110の内側に当接する。円筒部材52の内部はカバー部材110に形成されているねじ穴54と連通するように当接する。これにより、図6および図7に示すように、スルーボルト53が、ねじ穴54、円筒部材52の内部を通ってカラム19の雌ねじ部に係止される。すなわち、モータ2とコントロールユニット3とはスルーボルト53により組み合わされる。
モータケース10の内側には、ステータ20が配置される。ステータ20は、径方向内側に突出する60個の突極を有している。突極は、磁性材料の薄板を積層してなる積層鉄心、および、積層鉄心の軸方向外側に嵌合するインシュレータを有している。インシュレータには巻線22が巻回される。巻線22は、U相コイル、V相コイル、およびW相コイルからなる三相巻線を構成する。図3に示すように、巻線22からはモータ線23が取り出される。モータ線23は、モータケース10のコントロールユニット側壁部15の「内縁部」としての取付孔部17に形成される「開口」としての取付孔18からコントロールユニット3側へ突出する。モータ線23は、図3に示すように「保持手段」としてのターミナルホルダ33に支持されている「係合手段」としてのターミナル31の固定部311と接続している。一方、ターミナル31の固定部311とは反対側の端部である係合部312は、パワー基板70と電気的に接続する「接続端子」としてのパワー基板側端子371(図6参照)と係合する。パワー基板側端子371は、一端をパワー基板70に電気的に接続し、他端をターミナルホルダ33を収容するコネクタ収容室37の内部に突出する。また、ターミナルホルダ33のモータ2側の端部は、モータケース10内で取付孔部17に係止されている。ターミナル31およびターミナルホルダ33の構造については後述する。
ステータ20の径方向内側には、ロータ25がステータ20に対して相対回転可能に設けられる。ロータ25は、例えば鉄等の磁性体から筒状に形成される。ロータ25は、ロータコア251と、ロータコア251の径方向外側に設けられる永久磁石253とを有している。永久磁石253は、N極とS極とが交互に配列されている。
シャフト27は、ロータコア251の軸中心に形成された軸穴252に固定されている。シャフト27は、モータケース10に設けられる軸受271およびフレームエンド13に設けられる軸受272によって回転可能に支持される。これにより、シャフト27は、ステータ20に対し、ロータ25とともに回転可能となっている。シャフト27のコントロールユニット3側は、モータケース10のコントロールユニット側壁部15の軸中心に形成されるシャフト孔151に挿通される。これにより、シャフト27のコントロールユニット3側の端部は、モータケース10からコントロールユニット3側に露出している。なお、シャフト孔151は、シャフト27の外径よりも大きく形成されており、モータケース10はシャフト27の回転を規制しない。
シャフト27のコントロールユニット3側の端部には、シャフト27と一体となって回転するマグネット28が設けられる。マグネット28は、シャフト27と同軸となるように、シャフト27のコントロールユニット3側の端部に設けられるマグネットホルダに固定され、コントロールユニット3側に露出している。また、シャフト27は、制御基板40を貫通しておらず、マグネット28は、制御基板40のモータ2側の端面の近傍に配置される。
また、シャフト27は、コントロールユニット3の反対側の端部に出力端29を有している。シャフト27のコントロールユニット3の反対側には、内部にギア7を有する図示しないギアボックスを有している。ギア7は、出力端29と連結し、シャフト27の回転による駆動力により回転駆動する。
次に、コントロールユニット3について説明する。コントロールユニット3は、制御基板40、ヒートシンク50、半導体モジュールとしてのパワーモジュール60、パワー基板70、カバー部材110、およびECUハウジング120等を有する。カバー部材110およびECUハウジング120は、特許請求の範囲に記載の「コントロールユニットケース」に相当する。
コントロールユニット3は、外部の電子部品との接続に係る制御コネクタ45およびパワーコネクタ79等の部品以外のほとんどの構成がモータケース10を軸方向に投影した領域であるモータケース領域に収まるように設けられている。図3に示すように、コントロールユニット3は、軸方向において、モータ2側から、制御基板40、ヒートシンク50およびパワーモジュール60、パワー基板70がこの順で配列されている。
制御基板40は、例えばガラスエポキシ基板により形成される4層基板であって、モータケース領域内に収まる板状に形成される。制御基板40には、制御部90を構成する各種電子部品が実装されている。制御基板40のモータ2側と反対側の端面には、プリドライバ91、カスタムIC92、マイコン94(図1参照)が実装されている。また、制御基板40のモータ2側の端面には、回転角センサ93が実装されている。回転角センサ93は、マグネット28と対向する位置に設けられる。また、マグネット28および回転角センサ93は、シャフト27の回転中心線上に同軸に設けられる。回転角センサ93は、シャフト27と一体となって回転するマグネット28の回転による磁界の変化を検出することにより、シャフト27の回転角を検出する。
制御基板40には、外縁に沿って、パワーモジュール60の制御端子64と接続するためのスルーホールが形成されている。また、制御基板40には、制御コネクタ45が接続されている。
制御コネクタ45は、ECUハウジング120に形成される。制御コネクタ45は、モータケース10の径方向外側に形成され、軸方向においてモータ2側から配線を接続可能に設けられ、トルクセンサやCANなどの信号が入力される。本実施形態では、制御コネクタ45は、図2および図5に示すように、モータ2側に開口を有している。
ヒートシンク50は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい材料で形成される。ヒートシンク50には、ECUハウジング120内のコネクタ収容室37に対向して幅広面が形成される受熱部55が形成される。受熱部55は、モータケース10のコントロールユニット側壁部15から立ち上がる方向であって、コントロールユニット側壁部15と略垂直に形成される。互いに平行に形成される2つの受熱部55には、それぞれの受熱部55に沿って、パワーモジュール60が配置される。
パワーモジュール60は、モータ2の径方向においてヒートシンク50の外側に縦配置される。パワーモジュール60とヒートシンク50との間には、図示しない放熱シートが設けられる。パワーモジュール60は、放熱シートとともに、ねじ69によりヒートシンク50に螺着され、ヒートシンク50に保持される。これにより、パワーモジュール60は、放熱シートを挟んでヒートシンク50に保持されるとともに、通電により発生する熱が放熱シートを介してヒートシンク50に放熱される。
なお、図示はしていないが、パワーモジュール60の受熱部55側の面には、配線パターンの一部が金属放熱部としてパワーモジュール60のモールド部61から一部露出しており、この金属放熱部が放熱シートを介してヒートシンク50の受熱部55に接触することにより、効率よく放熱する。放熱シートは、パワーモジュール60からの熱を受熱部55に伝えるとともに、パワーモジュール60と受熱部55との絶縁を確保している。
パワーモジュール60は、巻線への通電を切り替えるスイッチング素子であるMOS81、82、83、84、85、86(図1参照)を有する。パワーモジュール60は、銅で形成された配線パターンにMOS81、82、83、84、85、86、87、88およびシャント抵抗99が載置され、ワイヤ等で電気的に接続され、モールド部61によりモールドされている。
ここでパワーモジュール60と図1に示す回路構成との関係を言及すると、一方のパワーモジュール60がインバータ80に対応し、図1に示すMOS81、82、83、84、85、86、電源リレー87、88、およびシャント抵抗99を有している。すなわち本実施形態では、MOS81、82、83、84、85、86、電源リレー87、88、およびシャント抵抗99が1つのモジュールとして一体に樹脂モールドされている。また、他方のパワーモジュール60がインバータ89に対応し、インバータ89を構成するMOS、電源リレー、およびシャント抵抗を有している。すなわち本実施形態では、1つのパワーモジュール60が1系統のインバータ回路に対応している。また、1つの受熱部55に対して、1つの駆動系統を構成する1つのパワーモジュール60が配置されている、といえる。
パワーモジュール60は、モールド部61から突出する制御端子64およびパワー端子65を有する。
制御端子64は、モールド部61の幅広面の長手方向の垂直な面に形成される。また、パワー端子65は、制御端子64が設けられる面と平行な面に形成される。本実施形態では、パワーモジュール60は、制御端子64が制御基板40側、パワー端子65がパワー基板70側となるように、ヒートシンク50の受熱部55に沿って縦配置される。すなわち、制御端子64は制御基板40側に突設され、パワー端子65はパワー基板70側に突設される。
制御端子64は、制御基板40のスルーホールに挿通され、はんだ等により制御基板40と電気的に接続される。この制御端子64を介して、制御基板40からの制御信号がパワーモジュール60へ出力される。また、パワー端子65は、パワー基板70に形成されるスルーホールに挿通され、はんだ等によりパワー基板70と電気的に接続される。このパワー端子65を経由して巻線22に通電される電流がパワーモジュール60に通電される。
パワー基板70は、例えばガラスエポキシ基板で形成されるパターン銅箔が厚い4層基板であって、モータケース領域内に収まる板状に形成されている。パワー基板70には、パワー基板側端子371およびターミナル31を介して巻線22に通電される巻線電流が通電されるパワー配線が形成される。
パワー基板70のモータ2側の面には、チョークコイル76およびコンデンサ77、78が実装されている。
チョークコイル76およびコンデンサ77、78は、ヒートシンク50の内側に形成される空間に配置される。また、軸方向において、チョークコイル76およびコンデンサ77、78は、パワー基板70と制御基板40との間に設けられる。
チョークコイル76は、軸方向の長さが径方向の長さよりも短い円筒状に形成される。チョークコイル76は、その軸線が、シャフト27の中心線と略垂直となるように配置される。
コンデンサ77、78は、いずれもアルミ電解コンデンサである。なお、4つのコンデンサ78は、コンデンサ77よりも電気的な容量が大きいものが用いられる。なお、コンデンサ77、78は、アルミ電解コンデンサに限らず、容量等に応じて適宜選択可能である。
また、パワー基板70には、パワーコネクタ79が接続されている。パワーコネクタ79は、ECUハウジング120に形成される。本実施形態では、パワーコネクタ79は図2および図5に示すように、モータ2の回転軸を挟んで制御コネクタ45の反対側に設けられる。パワーコネクタ79は、図2に示すようにモータ2の回転軸に対して略垂直方向に配線を接続可能に設けられ、電源75と接続される。これにより、パワー基板70には、パワーコネクタ79を経由して電源75から電力が供給される。また、電源75からの電力は、パワーコネクタ79、パワー基板70、パワーモジュール60、および、モータ線23を経由して、ステータ20に巻回された巻線22へ供給される。
コネクタ収容室37は、ECUハウジング120の内側に形成されている。具体的には、図6および図7に示すように、ECUハウジング120の制御コネクタ45およびパワーコネクタ79が形成されていない径内側に向かい合うように形成されている。コネクタ収容室形成部372は、有底の略矩形をなしており、開口をモータ2側に有している。コネクタ収容室形成部372のコントロールユニット3側の側面にはパワー基板側端子371が設けられている。
次に、モータ線23とパワー基板側端子371とを接続するコネクタ30の構造について、図8および図9に基づいて説明する。図8(a)および(b)には、コネクタ30を構成するターミナル31の斜視図、図8(c)および(d)にはターミナルホルダ33の斜視図を示す。図9(a)にはターミナル31がターミナルホルダ33に保持された状態でのコネクタ30の上面図、(b)に正面図、(c)に下面図、(d)に側面図、を示す。
ターミナル31は、例えば金属などから形成されている。ターミナル31は、図8(a)および(b)に示すようにモータ線23を固定する固定部311、およびパワー基板側端子371の端部と係合する係合部312を有する。1つのターミナル31は、3本のモータ線23および3本のパワー基板側端子371と接続可能に形成されている。固定部311は、断面がコの字形状をなしている。一方、係合部312は、パワー基板側端子371の端部が挿入される挿入溝315が固定部311と接続する側とは反対側に形成されている。挿入溝315は、向かい合う平板により形成されており、向かい合う平板はターミナル31を形成する材料の弾性力により向かい合う方向に付勢されている。挿入溝315に挿入されるパワー基板側端子371の端部は、この向かい合う平板により挟まれることにより、係止される。
ターミナル31を保持するターミナルホルダ33は、例えば樹脂により略直方体をなしている。ターミナルホルダ33は、図8(c)および(d)に示すように、第1ホルダ部品34および第2ホルダ部品36から構成されており、第1ホルダ部品34および第2ホルダ部品36を第2ホルダ部品36の側壁365に形成されている軸335を介して組み合わせることにより、開閉可能な構成となる。
第1ホルダ部品34は、略平板状に形成されている。第1ホルダ部品34の一方の端部には、嵌合部341および軸部342が後述する第2ホルダ部品36と嵌合する側に突出して形成されている。嵌合部341は、第2部品ホルダ36のつめ337に嵌め合うことにより、第1ホルダ部品34と第2ホルダ部品36とを閉状態で固定する。軸部342は、第2ホルダ部品36の軸335と組み合わされ、第1ホルダ部品34および第2ホルダ部品36が開閉するときの回転中心となる。
第1ホルダ部品34の軸部342側の端部には、第1短突起部344および第1長突起部343が第2ホルダ部品36と嵌合する側とは反対側に突出するように形成されている。第1短突起部344は、第1ホルダ部品34の嵌合部341とは反対側の端部に形成されている。第1短突起部344の先端面344aはターミナルホルダ33を開状態としたとき、ターミナルホルダ33の軸方向と略平行となるように形成されている(図10(b)参照)。第1長突起部343は、軸部342において第2ホルダ部品36と嵌合する側とは反対方向に延長して形成されている。第1長突起部343の角部343aの第1短突起部344側はターミナルホルダ33を開状態としたとき、ターミナルホルダ33の軸方向と略垂直な面となるように形成されている。また、第1ホルダ部品34の略中央には、開口345が形成されている。
第2ホルダ部品36は、断面が略コの字状に形成されている。この形状により、第1ホルダ部品34と嵌合する。第2ホルダ部品36の側壁365には、一方の端部に第1ホルダ部品34の嵌合部341と嵌合するつめ337が形成されている。また、側壁365の他方の端部には軸335が形成されている。図8(d)に示すように、軸335が第1ホルダ部品34の軸部342と組み合わされることによって軸335を中心として第1ホルダ部品34および第2ホルダ部品36が開閉可能となる。
第2ホルダ部品36の軸335がある端部には、第2短突起部362および第2長突起部361が第1ホルダ部品34と嵌合する側とは反対側に突出するように形成されている。第2短突起部362の先端面362aはターミナルホルダ33を開状態としたとき、ターミナルホルダ33の軸方向と略平行となるように形成されている。(図10(b)参照)。第2長突起部361の角部361aの第2短突起部362側はターミナルホルダ33を開状態としたとき、ターミナルホルダ33の軸方向と略垂直な面となるように形成されている。また、第2ホルダ部品36の略中央には、開口363が形成されている。開口363には溝364が形成されており、図9(c)に示すように第1ホルダ部品34および第2ホルダ部品36を組み合わせたとき、開口345、363とターミナルホルダ33の下方とを連通する連通孔333となる。
駆動装置1の製造工程において、コネクタ30を駆動装置1に組み付ける工程を図8、図10〜図14に基づいて説明する。
最初に、図8(d)に示すように第1ホルダ部品34と第2ホルダ部品36とを軸335において組み合わせ、開閉可能な状態にする。
次に、図10および図11に示すように、モータケース10のコントロールユニット側壁部15に形成されている取付孔18に開状態のターミナルホルダ33を第1短突起部344および第2短突起部362側から挿入する。このとき、図10(b)及び図11(b)に示すように、開状態のターミナルホルダ33において、第1短突起部344の先端面344aから第2短突起部362の先端面362aまでの距離L1は、取付孔18のモータ2の径方向における開口幅L2より小さい。これにより、第1短突起部344および第2短突起部362は、取付孔18の内壁171に当接することなくモータケース10内に挿入される。
次に図12に示すように、コントロールユニット側壁部15に支持されているターミナルホルダ33にターミナル31を挿入する。このとき、モータ線23は、第2ホルダ部品36に形成されている溝364を通ってターミナルホルダ33内に挿入される。さらに、図13に示すように、モータ線23がターミナル31の固定部311に挿入される。ターミナル31の固定部311に挿入されたモータ線23は、例えば熱かしめにより固定部311に固定される。そして、コネクタ30がモータケース10に固定された状態で、ターミナル31の固定部311に挿入されたモータ線23は、例えば熱かしめにより固定部311に固定される。
次に図14に示すように、軸335を中心として第1ホルダ部品34と第2ホルダ部品36とを嵌合して組み合わせ、コネクタ30を形成する。このとき、第1長突起部343の角部343aから第2長突起部361の角部361aまでの距離L3は距離L2より大きい。これにより、ターミナルホルダ33は、第1長突起部343および第2長突起部361は、取付孔18の内縁部17に係止される。コネクタ30は、第1長突起部343の第1短突起部344側の面343bおよび第2長突起部361の第2短突起部362側の面361bと、第1短突起部344の第1長突起部343側の面344bおよび第2短突起部362の第2長突起部361側の面362bとにより、取付孔18の内縁部17を挟むことにより、モータケース10に固定される。この後、図14(a)の上方よりコントロールユニット2が組み付けられる。このとき、コネクタ30は、ECUハウジング120のコネクタ収容室37に収容される。収容されるコネクタ30では、ターミナル31の係合部312にパワー基板側端子371が係合する。これにより、ターミナル31を介して巻線22とパワー基板70とが接続される。
(作用)
ここで、駆動装置1の作動を説明する。
制御基板40上のマイコン94は、回転角センサ93、トルクセンサ8、シャント抵抗99等からの信号に基づき、車速に応じてステアリング5の操舵をアシストするように、プリドライバ91を介してPWM制御により作出されたパルス信号を生成する。
このパルス信号は、制御端子64を経由して、パワーモジュール60により構成される2系統のインバータ80、89に出力され、MOS81、82、83、84、85、86のオン/オフの切り替え動作を制御する。これにより、巻線22の各相には、位相のずれた正弦波電流が通電され、回転磁界が生じる。この回転磁界を受けてロータおよびシャフト27が一体となって回転する。そして、シャフト27の回転により、出力端29からコラム軸6のギア7に駆動力が出力され、運転者のステアリング5による操舵をアシストする。
すなわち、巻線22に通電される巻線電流により、モータ2を駆動している。この意味で、巻線22に通電される巻線電流は、モータ2を駆動する駆動電流である、といえる。
パワーモジュール60のMOS81、82、83、84、85、86、87、88をスイッチングする際に発生する熱は、放熱シートを介してヒートシンク50へ放熱され、パワーモジュール60の温度上昇による故障や誤動作が防止される。なお、ステータ20、ロータ25等のサイズは、要求される出力に応じて設定可能である。
(効果)
(A)駆動装置1において、モータ2またはコントロールユニット3のいずれか一方に不具合が生じた場合、モータ2とコントロールユニット3と分離して不具合が生じた方を交換する。このとき、モータ2の巻線22とコントロールユニット3のパワー基板70とはコネクタ30により電気的に接続されている。このうち、パワー基板70のパワー基板側端子371は、コネクタ30の係合部312に係合している。したがって、モータ2からコントロールユニット3を分離する場合、コントロールユニット3をモータ2の軸方向であって出力端29とは反対の方向に引くことによりモータ2とコントロールユニット3と分離することができる。したがって、特別な道具を用いないで容易にモータ2とコントロールユニット3とを結合または分離することができる。
(B)コントロールユニット3は、モータ2の軸方向であって出力端29とは反対の方向に設けられている。前述したようにコントロールユニット3は、ターミナル31の係合部312を介してモータ2と電気的に接続しているため、電気的接続を解除するために特別な道具を必要としない。また、モータ2とコントロールユニット3とは、カバー部材110から円筒部材52を介してカラム19に取り付けられているスルーボルト53によって接続されている。したがって、モータ2とコントロールユニット3とを分離する場合、モータ2を接続しているコラム軸6から外すことなく、モータ2からコントロールユニット3を分離することができる。これにより、コラム軸6に取り付けたままコントロールユニット3をモータ2から分離することができる。
(C)第1短突起部344の先端面344aから第2短突起部362の先端面362aまでの距離は、ターミナルホルダ33の開閉状態によって変化する。コントロールユニット側壁部15の取付孔18に挿入される場合、ターミナルホルダ33は開状態で挿入される。このとき、第1短突起部344の先端面344aから第2短突起部362の先端面362aまでの距離L1は、取付孔18のモータ2の径方向における開口幅L2より小さい。これにより、開状態のターミナルホルダ33はモータケース10内に第1短突起部344および第2短突起部362側の端部を挿入することができる。
一方、ターミナルホルダ33を挿入した後、ターミナルホルダ30を閉状態にして第1ホルダ部品34と第2ホルダ部品36とを嵌合すると、第1短突起部344の先端面344aから第2短突起部362の先端面362aまでの距離L4は、取付孔18のモータ2の径方向における開口幅L2より大きい。これにより、モータ2からコントロールユニット3を引っ張って分離する場合、ターミナルホルダ33はモータケース10から抜けることはない。したがって、コントロールユニット3をモータ2から分離するとき、ターミナルホルダ33がコントロールユニット側壁部15から抜けることを防止することができる。
(D)ターミナルホルダ33が取付孔18に挿入され、ターミナルホルダ33が閉状態となったとき、第1長突起部343の角部343aから第2長突起部361の角部361aまでの距離L3は取付孔18のモータ2の径方向における開口幅L2より大きい。これにより、ターミナルホルダ33が閉状態でコントロールユニット側壁部15に当接しているとき、ターミナルホルダ33がモータケース10内部に入ることを防止することができる。
(E)第1短突起部344の先端面344aおよび第2短突起部362の先端面362aは、ターミナルホルダ33を開状態としたとき、ターミナルホルダ33の軸方向と略平行となるように形成されている。これにより、ターミナルホルダ33を開状態で取付孔18に挿入したとき、第1短突起部344の先端面344aおよび第2短突起部362の先端面362aは、取付孔18の内壁171に接触しなくなる。また、第1短突起部344および第2短突起部362の距離が短突起部の先端面を略矩形とする場合に比べてターミナルホルダ33をモータケース10内の奥まで挿入することができる。
(F)第1長突起部343の角部343aの第1短突起部344側および第2長突起部361の角部361aの第2短突起部362側は、ターミナルホルダ33を開状態としたとき、ターミナルホルダ33の軸方向と略垂直な面となるように形成されている。これにより、ターミナルホルダ33を開状態で取付孔18に挿入したとき、長突起部の角部を略矩形とした場合に比べて、ターミナルホルダ33をモータケース10内の奥まで挿入することができる。
(他の実施形態)
(ア)上述の実施形態ではターミナルに対するモータ線およびパワー基板側端子の接続方法は、モータ線は熱かしめによる固定とし、パワー基板側端子は挿入による係合とした。しかしながら、ターミナルに対するモータ線およびパワー基板側端子の接続方法はこれに限定されない。パワー基板側端子は熱かしめによる固定、モータ線は挿入による係合としてもよい。この場合、コネクタはECUハウジング内に内接して設けられる。
(イ)上述の実施形態ではターミナルの固定部におけるモータ線の固定方法は、熱かしめとした。しかしながら、モータ線の固定方法はこれに限定されない。溶接、ハンダ付けなどであってもよい。
(ウ)上述の実施形態ではターミナルとパワー基板側端子との接続方法は、ターミナルの係合部にパワー基板側端子が係合されるとした。しかしながら、ターミナルとパワー基板側端子との接続方法はこれに限定されない。パワー基板端子側に係合部を設け、ターミナル側の端子が挿入されるとしてもよい。
(エ)上述の実施形態では長突起部の角部の短突起側の形状は、ターミナルホルダを開状態としたとき、ターミナルホルダの軸方向と略垂直な面となることとした。しかしながら、角部の形状はこれに限定されない。ターミナルホルダの軸方向と非垂直な面形状で有ってもよい。
(オ)上述の実施形態では短突起部の先端面の形状は、ターミナルホルダを開状態としたとき、ターミナルホルダの軸方向と略平行な面形状となることとした。しかしながら、先端面の形状はこれに限定されない。ターミナルホルダを閉状態としたとき、ターミナルホルダの軸方向と略平行な面形状であってもよい。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
2 ・・・モータ、
3 ・・・コントロールユニット、
10 ・・・モータケース、
15 ・・・コントロールユニット側壁部(底壁)、
17 ・・・取付孔部(内縁部)
171 ・・・内壁、
18 ・・・取付孔(開口)、
20 ・・・ステータ、
23 ・・・モータ線、
25 ・・・ロータ、
30 ・・・コネクタ、
31 ・・・ターミナル(係合手段)、
312 ・・・係合部、
33 ・・・ターミナルホルダ(保持手段)、
34 ・・・第1ホルダ部品、
343 ・・・第1長突起部、
344 ・・・第1短突起部、
343b、361b・・・面(当接面)、
344a、362a・・・先端面、
36 ・・・第2ホルダ部品、
361 ・・・第2長突起部、
362 ・・・第2短突起部、
371 ・・・パワー基板側端子(接続端子)、
50 ・・・ヒートシンク、
60 ・・・パワーモジュール(半導体モジュール)、
81、82、83、84、85、86・・・MOS(スイッチング素子)。
110 ・・・カバー部材(コントロールユニットケース)、
120 ・・・ECUケース(コントロールユニットケース)。

Claims (6)

  1. 外郭を形成するモータケース、前記モータケースの内側に設けられ複数相を構成するよう巻線が巻回されているステータ、前記巻線に電気的に接続し前記モータケースの軸方向の一側の底壁に形成されている開口に向かって延びるモータ線、前記ステータの内側に設けられ前記ステータに対して相対回転可能に設けられるロータ、および前記ロータとともに回転するシャフトを有するモータと、
    前記巻線への通電を切り換えるスイッチング素子を有する半導体モジュール、前記スイッチング素子に電気的に接続される接続端子、および前記半導体モジュールを内側に収容するコントロールユニットケースを有し、前記モータの軸方向の一側に設けられるコントロールユニットと、
    前記モータ線と前記接続端子との間に設けられ、前記モータ線または前記接続端子のいずれか一方と機械的に係合可能であって当該係合時に前記モータ線と前記接続端子とを電気的に接続する係合手段と、
    前記係合手段と前記モータ線または前記接続端子のいずれか一方との機械的な係合関係、および前記モータ線と前記接続端子との電気的な接続関係の両方の関係を堅固に保持する保持手段と、
    を備えることを特徴とする駆動装置。
  2. 前記係合手段は、前記接続端子と係合する係合部を有するターミナルであり、
    前記保持手段は、前記開口に固定され内部に前記ターミナルを保持するターミナルホルダであることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
  3. 前記ターミナルホルダは、前記開口に固定される側の端部に前記ターミナルを保持する側とは反対側へ突出する第1短突起部を有する第1ホルダ部品、ならびに前記開口に固定される側の端部に前記ターミナルを保持する側とは反対側へ突出する第2短突起部、および前記第2短突起部より中央側に形成され、前記第2短突起部が突出する方向とは略垂直な方向に突出する軸を有し、前記軸を回転中心として前記第1ホルダ部品と開閉可能に組み合わされる第2ホルダ部品から構成され、
    前記ターミナルホルダが開状態のとき、前記第1短突起部および前記第2短突起部は前記開口に挿入可能であり、前記ターミナルホルダが閉状態のとき、前記第1短突起部および前記第2短突起部は前記開口の内縁部に係止可能であることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
  4. 前記第1ホルダ部品は、前記第1短突起部より前記第1ホルダ部品の中央側に設けられ、前記ターミナルを保持する側とは反対側へ突出し、突出する長さが前記第1短突起部より長い第1長突起部を有し、
    前記第2ホルダ部品は、前記第2短突起部より前記第2ホルダ部品の中央側に設けられ、前記ターミナルを保持する側とは反対側へ突出し、突出する長さが前記第2短突起部より長い第2長突起部を有し、
    前記ターミナルホルダが閉状態のとき、前記第1長突起部および前記第2長突起部は前記開口の前記内縁部に係止可能であることを特徴とする請求項3に記載の駆動装置。
  5. 前記ターミナルホルダが開状態のとき、前記第1短突起部および前記第2短突起部の先端面は前記開口の内壁と略平行に形成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の駆動装置。
  6. 前記ターミナルホルダが開状態で前記開口に挿入されるとき、前記第1長突起部および前記第2長突起部の前記開口の前記内縁部との当接面は、前記内縁部と略平行に形成されていることを特徴とする請求項4または5に記載の駆動装置。
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