JP2014075866A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動パワーステアリング装置の制御ユニットの実装スペースの有効利用、モータ回転位置検出のＳ／Ｎ比向上、軸の軽量化を図ることができる装置を得る。
【解決手段】モータ２の出力軸２２の出力側と反対の端部側に、出力軸と同軸上に一体化された制御ユニット１を有した電動パワーステアリング装置において、モータの出力軸２２の出力側と反対側の軸受け２７ａを保持すると共に、出力軸を貫通させてモータ２と制御ユニット１とを仕切る軸受ホルダ２６を設け、軸受ホルダ２６の制御ユニット側に位置するモータの出力軸は、モータ内部に位置する出力軸の軸径と比較して小さい小径部２２ｂが形成され、小径部２２ｂの先端に永久磁石２８ａを装着した大径の磁石ロータ２８を装着し、永久磁石２８ａに対向する制御ユニット１の制御基板１０ａに磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂを配置した。
【選択図】図２

Description

この発明は、モータと制御ユニットを一体化した電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、電動モータと制御ユニットを一体化した電動パワーステアリング装置があり、その一体化の構造として、モータの出力軸に平行でモータ外周部に制御ユニットを搭載したタイプや、出力軸の一方端に制御ユニットを搭載した同軸タイプがあった。
特に後者のタイプでは全体の概観も一体化して見えるもので、より小型化を図ったものであった。このタイプにおいて、モータを駆動するための制御ユニットには、制御量演算のためのＣＰＵ、このＣＰＵの出力信号を受け、モータ巻線へ電流を供給するための複数のスイッチング素子を搭載した駆動回路も内蔵し、さらにモータが駆動されている状態を検出するため、モータ電流、電圧、回転角等を検出する計測器・センサ類の手段も制御ユニットに取り込み、小型化のみならず、配線の省略、組立て性も向上させるものがあった。（特許文献１）。

また、従来装置のモータ回転角検出手段では、軸端に装着された取付部に永久磁石が固定された軸側センサ部、これに対向して配置された回路基板には磁気センサが搭載された基板側センサ部を配置しており、モータの軸の回転は、この永久磁石と磁気センサにより検出し、その検出信号は直接回路基板を介してＣＰＵへ伝達され処理されていた。（特許文献２）

特開２０１１−１０４０８号公報 特開２０１１−４１３５５号公報

従来装置において、制御ユニットは基板側センサ部（磁気センサ）が搭載された制御信号処理部と、モータへ電流を供給するパワー駆動部とに大別され、パワー駆動部はモータ軸端に取り付けられた軸側センサ部（永久磁石）が、パワー駆動部内を貫通可能に設計されていた。そのため、パワー駆動部にはモータ軸と軸側センサを通すために、中心に比較的大きな空洞を設ける必要があった。
なお、特許文献１、２には、軸側センサ部（永久磁石）が取り付けられる軸先端部分の軸径をモータ軸本体部の軸径よりも小さな軸径にしたものが見受けられるが、これは永久磁石を支持するフランジをモータ軸に取付けるために、その取り付けに必要な軸先端部分のみ小径にしているに過ぎない。

制御ユニット一体型の電動パワーステアリング装置においては、制御ユニットの搭載スペースが小さく、従来装置のような制御ユニット部に大きな空洞を設けることは小型化に不利であった。さらには軸側センサ部の径寸法も自ずと制限があり、基板側センサ部との対向位置も規制となっていた。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、搭載容積の効率化、軸側センサ部の大型化を図りながら、さらに組立て性が向上できる電動パワーステアリング装置を提供することを目的とするものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置は、モータと、このモータを駆動制御する制御ユニットとを有し、制御ユニットはモータの出力軸の出力方向と反対側のモータ端部側に出力軸と同軸に配置された電動パワーステアリング装置において、モータの出力軸の出力方向と反対側の軸受けを保持すると共に、出力軸を貫通させてモータと制御ユニットとを仕切る軸受ホルダを設け、軸受ホルダの制御ユニット側に位置するモータの出力軸には、モータ内部に位置する出力軸の軸径と比較して小さい小径部が形成され、小径部が制御ユニットの中を貫通し、小径部の先端部に磁石を装着した磁石ロータを搭載し、磁石ロータに対向する制御ユニットの制御基板に磁気センサを搭載したものである。

この発明によれば、軸側センサ部である磁石ロータを大きな径とすることができ、その結果、検出信号のＳ／Ｎ比を上げることができ、基板側センサ部の配置にも余裕できる。さらには、制御ユニットのパワー駆動部は出力軸を中心に小さな空洞でよいので、制御ユニットのスペースの有効利用が図れる。また、モータ部、パワー駆動部、制御処理部の順に組み上げできるので、組立て性も向上できる。

電動パワーステアリング装置の概略構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１における装置全体の一部断面を示した正面図である。 この発明の実施の形態２における装置全体の一部断面を示した正面図である。 この発明の実施の形態３における装置全体の一部断面を示した正面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における電動パワーステアリング装置を図に基づいて説明する。
まず電動パワーステアリング装置の全体回路を図１を用いて簡単に説明する。図１において、装置は大別すると、制御ユニット１とモータ２で構成される。車両のハンドル付近に配置され運転者の操舵トルクを検出するトルクセンサや、車両の速度を検出する車速センサ等のセンサ３の信号が制御ユニット１に入力される。また、車両のステアリングコラム、又はラック軸に搭載されたモータ２の回転によりハンドルの操舵力をアシストする。

モータ２への電流供給源は車両のバッテリ４であり、その制御量の演算、出力は制御ユニット１が担っている。制御ユニット１は、各センサからの信号に基づき、ＣＰＵ１２により演算、処理を行って、後述するパワー駆動部１１の電流を制御する制御処理部１０と、ＣＰＵ１２の出力信号に基づきモータ２を駆動する電流を供給するパワー駆動部１１とに区分される。パワー駆動部１１は、複数のスイッチング素子（Ｔ１〜Ｔ６）を有するいわゆるインバータ部１５を含んでいる。また、インバータ部１５にはスイッチング素子に直接接続された電気部品類も含まれ、さらに電源部にはノイズ用チョークコイル１３、電源の供給・遮断ができる電源リレー１４も配置されている。

さらにインバータ部１５は、スイッチング素子の他に電源脈動抑制用コンデンサ（Ｃ１〜Ｃ３）、モータ２の巻線（２ａ〜２ｃ）に流れている電流を検出するための電流検出用抵抗（Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ）、また、モータ２の端子電圧を検出するための端子（Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗ）などの電気部品類も含んでいる。ＣＰＵ１２からの指令信号は、まとめて信号ライン１７で示し、パワー駆動部１１からＣＰＵ１２へ伝達される各種信号は、信号ライン１８にまとめて示している。

ここでモータ２は３相のブラシレスモータを採用している。そのため３個の巻線群（２ａ〜２ｃ）から構成されている。また、詳細は後述するが、モータ２の回転位置、又は回転角を検出するために、モータ２の出力軸と一緒に回転する磁石ロータ２８が取付けられている。

制御処理部１０には磁石ロータ２８の回転に応じて変化する磁束を検出するための磁気センサ部１６が搭載され、この磁気センサ部１６には、例えばホールセンサ、ＴＭＲ素子等の検出素子１６ａと、検出した磁束を波形整形、増幅等を行うインターフェース回路１６ｂが一緒になってＩＣ化され配置されている。インターフェース回路１６ｂ、検出素子１６ａには電源（図中丸印）とグランドも接続されている。この磁気センサ部１６からの検出信号はＣＰＵ１２へ伝達され、モータ２の回転位置（回転角）が演算される。

以上のような種々の部品が一緒になって、モータ２と制御ユニット１を一体化した電動パワーステアリング装置を構成する。そのため、装置全体の容量は例えばモータ２の径で決まった狭い空間に効率よく配置しなければならない。
次に電動パワーステアリング装置全体の構造を示す図２に基づき、この発明の実施の形態１の装置について説明する。図２の一部は断面図でもあり、特に内部構造を示している。制御ユニット１はモータ２の出力軸の出力方向と反対側（図中上部）のモータ端部側に出力軸と同軸に配置された同軸一体型を示している。

モータ２は、巻線２ａ〜２ｃが巻装された固定子２１がヨーク２４の内周側へ配置されている。固定子２１の内側には永久磁石（図示せず）が周囲に配置された回転子２０を有している。この回転子２０の中心にはモータの出力軸２２が装着されている。出力軸２２の出力方向である図中最下端２２ａは減速ギア（図示せず）とかみ合う。
また出力軸２２は、回転するために回転子２０の両端（図中では上下）には軸受け２７ａ、２７ｂが配置されている。ここでモータ２の出力側（図中では下側）をフロント側、逆に出力側と反対側（図中では上側）をリア側と呼ぶことにする。なお、回転子２０の出力側にはフロント側軸受け２７ｂの保持機能とともに、減速ギアボックス（図示せず）と嵌合するためのフロントブラケット４１が設けられる。

モータの固定子２１の巻線２３は、複数のコイル巻線２ａ〜２ｃが巻回されて最終的には３本の巻線端２５が制御ユニット１側へ延出されている。またリア側軸受け２７ａは軸受けホルダ２６により固定され、軸受けホルダ２６の中心には出力軸２２が貫通している。またこの軸受けホルダ２６は、制御ユニット１とモータ２を仕切る（隔てる）隔壁の役目も担っており、異物の流入流出を防ぐこと、さらには磁気的ノイズの遮蔽の効果がある。制御ユニット１は、この軸受けホルダ２６を隔ててモータ２のリア側へ搭載されている。

制御ユニット１は、制御処理部１０を搭載した制御基板１０ａとパワー駆動部１１を搭載したパワー基板１１ａとケース３０から構成されている。パワー基板１１ａには複数のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６に接続されたコンデンサＣ１〜Ｃ３や抵抗Ｒなどの各電気部品が搭載されている。インバータ部１５の主要部品であるスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６は、複数のスイッチング素子を１個のパッケージに内蔵したパワーモジュール１５ａ（Ｔｉ）をなし、軸線方向とほぼ平行にヒートシンク３１とともにパワー基板１１ａに林立している。パワーモジュール１５ａは、例えば図１のスイッチング素子Ｔ１とＴ２の上下方向のスイッチング素子同士を１パッケージとして、合計３個のパッケージが使用されている。

ヒートシンク３１の近傍には、コンデンサＣ１〜Ｃ３もパワー基板１１ａに直立している。モータの巻線端２５は巻線２３から延出され、軸受けホルダ２６、パワー基板１１ａの穴を貫通してパワーモジュール１５ａ上部まで延びて、パワーモジュール１５ａの出力端子と接続されている。なお、ケース３０は、樹脂製であり、制御基板１０ａとパワー基板１１ａを包含しており、端部はモータ２のヨーク２４と接合されている。また、装置の外部との電気的接続に使用されるコネクタは、図示していないがケース３０の一部から延出されて、他方は制御基板１０ａに接続されている。

パワー基板１１ａの中央には穴１１ｂが空いており、出力軸２２が貫通している。この出力軸２２の周りには空間の有効利用のためチョークコイル１３が配置されている。このチョークコイル１３は円筒部材にコイルを巻装したタイプであり、円筒部中央の穴を出力軸２２が通っている。このようにパワー駆動部１１はパワー基板１１ａの穴１１ｂを中心に径方向外側に各部品を配置した構造とし、モータ２の固定子２１の外径に近い寸法を要している。即ち、パワー駆動部１１を構成する各電気部品は穴１１ｂを中心に空洞を有して配置されている。なお、このパワー基板１１ａは、軸受けホルダ２６に固定されている。また、チョークコイル１３はヒートシンク３１、コンデンサＣｉに比べ高さが低い。そのためチョークコイル１３の上方には空間が空いている。

パワー駆動部１１の上部には制御処理部１０が階層的に搭載されている。制御処理部１０は制御基板１０ａの両面を使用して各種電子部品が搭載されている。例えばＣＰＵ１２はパワー基板１１ａの図中上面に搭載され、各種信号ライン３３は一部のみ図示しているが、制御基板１０ａとパワー基板１１ａを配線群で接続している。制御基板１０ａとパワー基板１１ａは、複数の支持部材３２で所定の決められた間隔で隔てられ、制御基板１０ａは支持部材３２に固定されている。

次にモータ回転位置検出手段について説明する。出力軸２２のリア側はリア側軸受け２７ａで保持され、その先は小径部２２ｂとなりパワー基板１１ａの穴１１ｂを通っている。つまり制御ユニット１とモータ２の境界である軸受けホルダ２６のリア側の出力軸２２は制御ユニット１内であり、制御ユニット１側に位置するモータの出力軸２２は、モータ２内部に位置する出力軸２２の軸径と比較して小さい小径部２２ｂが形成され、小径部２２ｂが制御ユニット１の中を貫通している。

出力軸２２はモータ２の回転を出力する役目のため強度が必要で、その径は強度から決定される。しかし、軸受け後の先は強度の必要はなく、小径としても問題はなく、むしろ軽量化のため小径の方が望ましい。実施例としては出力軸２２の小径部２２ｂの軸径は出力軸２２の本体部（モータ２内部に位置する部分）の軸径の半分以下でよい。この小径部２２ｂが制御ユニット１の中に延出され、パワー駆動部１１のパワー基板１１ａを貫通しているため、パワー駆動部１１の各部品の逃げしろ、パワー基板１１ａの穴１１ｂの径を小さくすることができる。

出力軸２２の小径部２２ｂの先端は制御基板１０ａの近傍で終了し、その先端部には磁石ロータ２８が装着されている。磁石ロータ２８は、永久磁石２８ａと磁石ホルダ２８ｂとから構成されている。永久磁石２８ａは規則正しく磁石ホルダ２８ｂの中へ配置され、その磁石ホルダ２８ｂは軸端に装着できる構造である。永久磁石２８ａは図中上下方向（軸線方向）にＮ、Ｓ極とＳ、Ｎ極を相互に配置している。
一方、制御基板１０ａの下面のこれら永久磁石２８ａにほぼ対向して２個の磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂが配置されている。永久磁石２８ａと磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂとの間隔（距離）は、両者の性能に依存するが１〜４ミリメートル程度でよいので、それほど厳しく寸法位置を規制する必要はない。

そのため制御基板１０ａの各種電子部品、配線パターンが搭載された狭い面積において、磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂの配置に融通ができる効果が大きい。さらに永久磁石２８ａの径の大きさは出力軸２２の小径部２２ｂの径より大きくすることができるので、これによる磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂの配置の自由度も大きくなり、引いてはＳ／Ｎ比を上げる効果もある。なお、磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂは２個記載したが、１個であってもよい。

また、永久磁石２８ａの径端と出力軸２２の小径部２２ｂとの間には距離的な離間があり、そのため永久磁石２８ａの磁力が出力軸２２へ漏れる点についても、従来の大径軸の出力軸２２より漏れ量が小さく、有効磁力がより強いものとなる。さらに磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂは制御基板１０ａの同一面に搭載されていることを図２では示した。しかし、異なる面つまり両面にそれぞれ搭載することも可能である。この場合、永久磁石２８ａの中心、つまり軸中心に対向する位置にそれぞれ磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂを配置すると、その磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂが検出するリサージュ円は偏心がほとんどなく、より真円に近くなる。これによってモータ２の回転位置をより正確に検出できる効果も奏する。

次に各構成部品の径についてみると、出力軸２２の小径部２２ｂが最も小さく、出力軸２２の本体部の径と磁石ロータ２８の径はほぼ同程度か、又は磁石ロータ２８の方が大径となっている。つまりパワー駆動部１１を貫通する部分は最も小径で、磁気センサ部１６の径は大きくとることができるように構成されているものである。従って、パワー駆動部１１の空洞容積を小さくし、パワー駆動部１１のスペースの有効利用が図れる。また、出力軸２２の一端を小径にすることにより出力軸２２の軽量化も図れる。さらにまた、永久磁石２８ａの径を大きくすることにより、磁気センサ部１６の配置の自由度の向上、永久磁石２８ａ自体も大型化が図れ、引いてはＳ／Ｎ比の向上にも効果がある。

本装置の組立て順は、モータ２においては、巻線２３を巻装した固定子２１と、出力軸２２を有し、永久磁石を外周に装着した回転子２０とをそれぞれ製作後、これらをヨーク２４へ装着し、ヨーク２４に固定された軸受ホルダ２６およびフロントブラケット４１に両側軸受け２７ａ、２７ｂを取り付ける。その際リア側には巻線端２５が延出されているので軸受けホルダ２６の穴位置へ貫通させて延ばしておく必要がある。なおこの時点では、磁石ロータ２８は出力軸２２にまだ装着しない。
一方、制御ユニット１は、パワー基板１１ａの各種部品を搭載し、また制御基板１０ａには電子部品を搭載して組立てておく。

次にそれらの半完成の各組立て品を合わせてゆく。まずモータ２を図２のとおりフロント側を下にして置き、パワー基板１１ａを軸受けホルダ２６へ固定する。巻線端２５を所定の形状に曲げてパワーモジュール１５ａの端子と接続、例えば溶接する。次に磁石ロータ２８を出力軸２２の小径部２２ｂ先端に装着する。この際、小径部２２ｂが出力軸２２と別体であってもよい。

出力軸２２の本体部と小径部２２ｂが別体（２分割）の場合は、小径部２２ｂに磁石ロータ２８をまず装着後、小径部２２ｂを出力軸２２へはめ込むことができる。この場合、組立て時に出力軸２２が長く延出されていないので、制御ユニット１の組付けが容易であるばかりでなく、磁石ロータ２８の装着も他の部品が周囲にないので簡単である。なお、磁石ロータ２８と小径部２２ｂの装着は圧入、接着剤等の使用が考えられる。また小径部２２ｂと出力軸２２のはめ込みもネジ式、圧入等種々の構造が採用可能である。

続いて、支持部材３２をパワー基板１１ａの上に装着し、支持部材３２に制御基板１０ａを乗せて支持部材３２を固定し、制御基板１０ａとパワー基板１１ａを電気的に接続する信号ライン３３をハンダ付けする。最後にケース３０を装着して完成となる。このように、各部位を１つ１つ階層的に積み上げてゆくことで装置が完成するので、組み立ても単純で工作性も向上する。

以上のようにモータ２のリア側に制御ユニット１を搭載する一体化装置において、出力軸２２として制御ユニット１側に位置する全部分が小径部２２ｂとなった出力軸２２を採用し、その先端に大径の磁石ロータ２８を搭載したので、制御ユニット１のスペースの有効利用、回転位置検出手段の大型化によりＳ／Ｎ比向上、組立て性の向上を図ることができる。
また、磁石ロータ２８と磁気センサ１６とは数ミリメートルの隙間を有することができるので、磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂは制御基板１０ａの図中上面側に搭載することもできる。これによりさらに配置の自由度が増すことになる。

実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２の電動パワーステアリング装置を図３に基づいて説明する。実施の形態１と同様に、モータ２のリア側に制御ユニット１が同軸配置され、電気回路も同一であり、同等または相当部分には同一符号を付している。
図３において、モータ２のリア側はリア側軸受け２７ａを保持する軸受けホルダ２６Ａが配置されている。しかしこの軸受けホルダ２６Ａの構造、機能は実施の形態１と大きく異なる。

実施の形態１の軸受けホルダ２６は、例えば鉄製のプレス成形されたものであったが、実施の形態２の軸受けホルダ２６Ａにおいては、例えばアルミニューム製である。軸受け２７ａは実施の形態１と同一部品であり、また軸受けホルダ２６Ａは制御ユニット１とモータ２を隔てる機能も同一であるが、実施の形態２の軸受けホルダ２６Ａはさらに放熱の目的を有している。
つまり軸受けホルダ２６Ａは、パワー駆動部１１のスイッチング素子Ｔｉが複数内蔵されたパワーモジュール１５ｂのヒートシンクの役目を担っている。さらにその最外周部は、モータ２のヨーク２４と嵌め合わされ、ヨーク２４の一部、つまりハウジングの役目もなしている。さらに軸受けホルダ２６Ａが、装置全体を車両に装着するための取付け部を持つフランジ（図示省略）を有するならば、ブラケットの役目も担うことができる。

制御ユニット１は、パワー駆動部１１と制御処理部１０から構成されているが、パワー駆動部１１は実施の形態１とは異なる。パワー駆動部１１は、複数のスイッチング素子Ｔｉが内蔵されたパワーモジュール１５ｂ、支持部材を兼ねた中継部材３４およびこの中継部材３４に載置された各種電気部品（コンデンサＣｉ、チョークコイル１３など）から構成されている。

パワーモジュール１５ｂは前述のように複数のスイッチング素子Ｔｉが内蔵され、モータ電流が流れるため放熱を考慮しなければならない。そこで、軸受けホルダ２６Ａをヒートシンクとして兼用する。そのため、パワーモジュール１５ｂはヒートシンク兼用の軸受けホルダ２６Ａに接して、軸線方向に対してほぼ垂直方向、図中では水平方向に向いて搭載されているので、モータ２のヨーク２４の外径にもよるが、大きな放熱面積を得ることができる。図中パワーモジュール１５ｂの下面は、ヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａに密着され、伝熱しやすくしている。またヒートシンクとして機能するため軸受けホルダ２６Ａはかなりの厚みも有している。

このヒートシンク兼用の軸受けホルダ２６Ａの中央には穴があいているが、フロント側はリア側軸受け２７ａの保持のために大径穴２６ａで、この大径穴２６ａのリア側では小径穴２６ｂと変化している。小径穴２６ｂは出力軸２２の小径部２２ｂが通るためのものである。つまり制御ユニット１とモータ２の境界であるヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａは、その厚みを利用して、リア側に向けて大径穴２６ａから小径穴２６ｂへ変化し、制御ユニット１側では小径穴２６ｂとしている。

パワー駆動部１１ではパワーモジュール１５ｂは、小径穴２６ｂを避けて配置されているが、この小径穴２６ｂは小径でありヒートシンクの面積を有効に利用できる。またパワーモジュール１５ｂは装置の外径方向にモータ２の巻線端２５と接続すべき端子を延出し、別方向には、スイッチング素子Ｔｉの駆動信号用端子、各種モニタ用端子を配置している。モータ巻線の巻線端２５とパワーモジュール１５ｂとの接続は端子同士を溶接している。そのためモータ巻線の巻線端２５は上部のパワーモジュール１５ｂの端子を目標に延出されている。また、スイッチング素子Ｔｉの駆動信号用端子、モニタ用端子は制御基板１０ａまで延出している。

次に中継部材３４について説明する。パワー駆動部１１には基本的に電気部品を搭載する図１に示したパワー基板１１ａは存在しない。そのため、中継部材３４の第１の役目は、制御基板１０ａとパワーモジュール１５ｂとを電気的に接続するパターンを有する。例えば中継部材３４を樹脂成形し、その中にはインサート、又はアウトサートされた金属導体が張り巡らされている。中継部材３４の第２の役目は、部品、例えば図１の電気部品、チョークコイル１３、コンデンサＣｉ等を搭載する。これら部品を搭載すると同時に金属導体と接続されている。その一部であるチョークコイル１３、横置きコンデンサＣｉを搭載していることを図示した。中継部材３４の第３の役目は、制御基板１０ａの保持であり、中継部材３４の第４の役目はパワーモジュール１５ｂをヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａへ押し当てることである。

制御基板１０ａは、基本的には実施の形態１と同等である。出力軸２２もリア軸受け２７ａからフロント側は同等である。リア軸受け２７ａ以降のリア側には小径部２２ｂを有して延出されている。出力軸２２の小径部２２ｂはヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａの小径穴２６ｂ、中継部材３４の穴３４ａを通って延びている。そして先端には磁石ロータ２８が装着されている。このように出力軸２２はヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａ、中継部材３４を貫通するため、その小径部２２ｂは小さい方がスペース的には有利である。

磁石ロータ２８は、実施の形態１と同等でもよいが、永久磁石２８ａの着磁方向が異なり、図中左右方向（軸の周方向）にＮ、Ｓ極と順次着磁していることを示している。そのため制御基板１０ａに配置された２つの磁気センサ部１６Ｃ、１６Ｄは軸方向に延長されて永久磁石２８ａの側面まで延び、永久磁石２８ａの側面とは所定距離離れている。このような構造とすることにより、実施の形態１と比較して磁石ロータ２８の軸方向長さをより短くできる効果がある。なお、磁石ロータ２８は実施の形態１、２のどちらの構造であっても磁気センサ部１６の検出能力に差異はない。

以上のようにパワーモジュール１５ｂ、ヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａを水平配置したパワー駆動部１１を有する制御ユニット１であっても、出力軸２２として制御ユニット１側に位置する全部分が小径部２２ｂとなった出力軸２２を採用し、その先端に大径の磁石ロータ２８を搭載することにより、ヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａ、中継部材３４の穴径が小さくでき、スペースを有効に利用でき、また磁石ロータ２８を大径とすることもでき、回転位置検出時のＳ／Ｎ比を向上し、軸の軽量化を図ることができる。

また、装置の外部との接続に使用されるコネクタは、図示していないがケース３０の一部から延出されて、他方は制御基板１０ａに接続されている。またコネクタの他方は中継部材３４に一体化することもできる。

本装置の組立ては実施の形態１と同様に階層的に組み上げることができる。モータ２、及び制御ユニット１の制御基板１０ａは実施の形態１と同様に組立てられる。中継部材３４は搭載すべき金属導体、電気部品等を乗せ、電気的接続をそれぞれ行って半完成品としておく。次に、モータ２はフロント側を下にして置き、リア側軸受け２７ａを装着した軸受けホルダ２６Ａをヨーク２４と結合させる。この際、出力軸２２、巻線端２５をそれぞれ軸受けホルダ２６Ａの穴に通す。

次にパワーモジュール１５ｂをヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａの上に置き、モータ用端子と巻線端２５を合わせ溶接する。次に中継部材３４を出力軸２２、パワーモジュール１５ｂの信号端子の位置に注意をはらいながら乗せる。次に永久磁石２８ａを装着した磁石ロータ２８を出力軸２２の小径部２２ｂの軸端に装着する。その後、中継部材３４に制御基板１０ａを乗せ、固定、ハンダ付け等の作業を行う。最後にケース３０を装着して完成する。

以上のように制御ユニットのパワー駆動部１１の構造を変更したものであっても、出力軸２２の小径部２２ｂによる効果は実施の形態１と同様に奏することができる。また、ヒートシンク兼軸受けホルダ２６Ａのリア側穴２６ｂは小径で、フロント側穴２６ａは大径であるので、モータ２と制御ユニット１を隔てることができ、異物の行ききを防止することもできる。

なお、上記した両実施の形態において、制御ユニット１はモータ２に近い側にパワー駆動部１１を、モータ２に遠い側に制御処理部１０を配置した。この逆に制御処理部１０をモータ２に近い側に配置すれば、パワー駆動部１１の中央の空洞が必要ないことにはなる。
しかし、この発明の実施の形態１、２においては、小電流を扱う制御処理部１０の制御基板１０ａをモータ２側より遠い位置に配置することになるので、モータ駆動による電磁ノイズの影響を受ける心配がない。

実施の形態３．
次にこの発明の実施の形態３の電動パワーステアリング装置を図４に基づいて説明する。モータ２は他の実施の形態と同等である。相違点は制御ユニット１において、制御処理部１０をモータ２に最も近い位置に配置した点である。リア軸受け２７ａは軸受けホルダ２６Ｂにより保持されている。また、この軸受けホルダ２６Ｂはモータ２と制御ユニット１を隔てる壁の役目も担っている。そのため軸受けホルダ２６Ｂのリア側は制御ユニット１内となる。

軸受けホルダ２６Ｂの中央部のフロント側は軸受け２７ａを保持するための大径の円筒部２６ｃをなし、リア側には小径の穴２６ｄが空いている。一方出力軸２２は、リア軸受け２７ａまでは大径のシャフトであり、その後は小径部２２ｂとなっている。この小径部２２ｂは軸受けホルダの穴２６ｄを貫通して制御ユニット１内へ入っている。さらに小径部２２ｂの長さは他の実施の形態と比較して非常に短く、先端部には永久磁石２８ａを有する磁石ロータ２８が装着されている点は他の実施の形態と同等である。

制御ユニット１とモータ２との間は軸受けホルダ２６Ｂにより閉じられ、軸受けホルダ２６Ｂは両者間を異物等が行ききしないように壁の役目と、電磁ノイズ遮断の役目を担っている。制御ユニット１の制御処理部１０は制御基板１０ａに搭載され、この制御基板１０ａは最もモータ２側に配置されている。その他、パワー駆動部１１、中継部材３４は実施の形態２と同様に構成されている。制御基板１０ａのフロント側には実施の形態１と同様に磁気センサ部１６Ａ、１６Ｂが装着されている。

制御ユニット１のリア側端部はヒートシンク３５が配置され、パワーモジュール１５ｂの放熱板の役目と制御ユニット１のカバーの役目を担っている。また制御ユニット１の側面はケース３０ａで囲われている。モータ巻線の巻線端２５は、パワーモジュール１５ｂ付近まで延出されて接続されている。しかし、巻線端２５は制御基板１０ａの外周を通すことで、できる限り制御基板１０ａから離して延出させている。またＣＰＵ１２からの指令信号、ＣＰＵ１２への伝達信号はパワーモジュール１５ｂの端子が制御基板１０ａまで延出されて接続されている。

以上のように制御ユニット１内の制御処理部１０をモータ２に最も近い位置に配置した場合であっても、出力軸２２の小径部２２ｂにより制御ユニット１内へ延出させて、その先端には小径部２２ｂより大径の磁石ロータ２８を配置することにより、出力軸２２の軽量化、永久磁石２８ａの磁力の漏れ抑制を図ることができ、また制御ユニット１内のスペースを有効に使用することができる効果がある。
またモータ２が３相のブラシレスモータで説明したが、４相以上、２組３相のモータであっても同様に構成できる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：制御ユニット、 ２：モータ、 ３：センサ、 ４：バッテリ、
１０：制御処理部、 １０ａ：制御基板、 １１：パワー駆動部、
１１ａ：パワー基板、 １１ｂ：パワー基板の穴、 １２：ＣＰＵ、
１３：チョークコイル、 １４：電源リレー、 １５：インバータ部、
１５ａ、１５ｂ：パワーモジュール、 １６、１６Ａ、１６Ｂ：磁気センサ部、
２２：出力軸、 ２２ｂ：小径部、 ２６、２６Ｂ：軸受けホルダ、
２６Ａ：ヒートシンク兼軸受けホルダ、 ２６ａ、２６ｂ：軸受けホルダの穴、
２７ａ、２７ｂ：軸受け、 ２８：磁石ロータ、 ２８ａ：永久磁石、
３４：中継部材、 Ｔｉ：スイッチング素子、 Ｃｉ：コンデンサ。

Claims (10)

1. モータと、このモータを駆動制御する制御ユニットとを有し、前記制御ユニットは前記モータの出力軸の出力方向と反対側のモータ端部側に前記出力軸と同軸に配置された電動パワーステアリング装置において、
   前記モータの出力軸の出力方向と反対側の軸受けを保持すると共に、前記出力軸を貫通させて前記モータと前記制御ユニットとを仕切る軸受ホルダを設け、前記軸受ホルダの前記制御ユニット側に位置する前記モータの出力軸には、モータ内部に位置する出力軸の軸径と比較して小さい小径部が形成され、前記小径部が前記制御ユニットの中を貫通し、前記小径部の先端部に磁石を装着した磁石ロータを搭載し、前記磁石ロータに対向する前記制御ユニットの制御基板に磁気センサを搭載したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記制御ユニットは、前記モータを駆動する電流を供給するパワー駆動部を搭載したパワー基板と、センサからの信号に基づき前記パワー駆動部の電流を制御する制御処理部を搭載した制御基板からなり、前記モータの出力軸の小径部は前記軸受ホルダの軸受け部より先端方向を小径となして、前記パワー基板の中心近傍の穴を貫通し、前記制御基板の近傍で前記小径部の先端が終了し、前記小径部の先端には前記小径部の径よりも大径の磁石ロータを搭載した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。
3. 前記制御ユニットのパワー基板には、モータ巻線に電流を流す複数のスイッチング素子、及び前記スイッチング素子へ接続された電気部品類が搭載され、前記パワー基板は前記軸受けホルダに固定されるとともに、中央に前記モータの出力軸の小径部が通る穴があけられ、前記電気部品類は前記穴を中心に空洞を有して配置された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装置。
4. 前記軸受けホルダは放熱機能を有したヒートシンクで構成され、前記制御ユニットのパワー駆動部を構成する複数のスイッチング素子は前記ヒートシンクに軸線方向に対して垂直方向に広がって密着され、前記スイッチング素子に接続された電気部品類は前記制御ユニットの制御基板と前記ヒートシンクとの間に設けられた中継部材に搭載され、前記スイッチング素子は中央付近に空洞を設けるように配置され、前記中継部材の中央に穴があけられ、前記電気部品類は前記穴を塞ぐことなく配置され、前記空洞および前記穴に前記モータの出力軸の小径部を通した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装置。
5. 前記ヒートシンク兼用軸受けホルダは、前記スイッチング素子が搭載された反対の面の中央付近に軸受けを配置し、前記ヒートシンク兼用軸受けホルダの中央に設けられた穴は前記軸受け側と反対側では穴径が異なり、前記ヒートシンク兼用軸受けホルダの径方向最外周は前記モータの最外周と結合されたことを特徴とする請求項４に記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記制御ユニットは、前記モータを駆動する電流を供給するパワー駆動部と、センサからの信号に基づき前記パワー駆動部の電流を制御する制御処理部からなり、前記パワー駆動部は前記モータより最も遠い位置に、前記制御処理部は前記モータに最も近い位置にそれぞれ配置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。
7. 前記モータの出力軸は、前記軸受けホルダが軸受けを保持する位置までは大径の軸とし、その先に小径部を有して、前記小径部が前記軸受けホルダの穴を貫通して前記制御ユニット内に延出し、前記小径部の先端には前記小径部の径よりも大径の磁石ロータを搭載したことを特徴とする請求項６に記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記磁石ロータに設けられた永久磁石は、軸線方向にＮ、Ｓ極に着磁され、前記磁気センサは軸線方向に前記永久磁石と所定距離を離して前記制御基板に対向配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
9. 前記磁石ロータに設けられた永久磁石は、軸の周方向にＮ、Ｓ極に着磁され、前記磁気センサは前記永久磁石の外周と所定距離を離して配置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
10. 前記モータの出力軸の小径部と軸本体部とは２分割できることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
    

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