JP2015142429A - ブラシレスモータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】組立性に優れたモータターミナルを有するブラシレスモータ、及びそれを備える電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータ側コネクタが有するモータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅ（コネクタ挿入部４４〜４６）は、樹脂インサート成形後の給電用ターミナルに形成された挿入穴４１〜４３に、モータ給電ソケット１５ｃの挿入方向から差込み溶接されている。挿入穴４１〜４３は、複数の長穴が交差した形状となっており、コネクタ挿入部４４〜４６の形状に応じて差し込む向きを切替可能としている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシレスモータ及びそれを備える電動パワーステアリング装置に関する。

従来、ステアリング装置として、運転者がステアリングホイールを操舵する操舵トルクに応じて電動モータ駆動し、その電動モータの回転をギヤボックスで減速してステアリング機構に操舵補助力を与える電動パワーステアリング装置が普及している。
このような電動パワーステアリング装置として、例えば特許文献１に記載の技術がある。この電動パワーステアリング装置は、電動モータと、電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを、ギヤボックスに一体化して装着した機電一体型の装置であり、制御ユニットを、モータフランジから突出するモータ端子（給電用端子）を介して電動モータに接続している。

特開２０１０−１７３４６６号公報

ところで、制御ユニットと電動モータを接続する形態としては、例えばモータ端子をネジで固定する方式バスバー接続と、モータ端子をコネクタによる差込み構造とするコネクタ接続がある。電動モータの給電端子は、モータ内部のターミナル部品を介してステータコアに巻装された各相のコイルに接続されている。近年においては、部品数の削減やモータ製造時の組立性向上や、コネクタ接続に対応するための給電端子の支持強度向上を目的として、ターミナル部品にモータの給電端子を一体に形成したターミナルＡＳＳＹが提案されている。
しかしながら、ターミナル部品と給電端子を一体化させた場合、モータ自体の仕様に変更が無くても、給電端子の形状ごとにターミナルＡＳＳＹを用意しなければならないという課題がある。

上記課題を解決する為に、本発明に係るブラシレスモータの一態様は、ステータコア及び当該ステータコアに巻装されたコイルを有するステータと、
前記ステータを収容するモータケースと、
前記モータケースの軸方向端部に設けられ、外部と電気的に接続される給電端子と、を備え、
前記給電端子は、前記給電端子の外部と接続される側とは反対側の端部を前記コイルが接続された樹脂インサート成形後の給電用ターミナル部品に形成された複数の長方形穴が交差した形状の穴部に差込むための長方形形状の係合部を有し、前記給電端子の係合部を前記穴部の一部に差し込んだ状態で溶接されており、
前記外部給電端子から前記給電用ターミナルを介して前記コイルに電力供給を行うことを特徴としている。

このように、モータの給電端子を溶接構造とするので、給電端子の仕様変更の際には給電端子のみを変更すれば良く、ターミナル部品を共通化できると共に、ターミナル部品に給電端子を溶接により一体とするので、給電端子の支持強度を向上できる。また、製造性、組立性を向上させることが出来る。さらに、前記給電端子の係合部を差し込む前記ターミナル部品の穴部は、複数の長方形穴が交差した形状となっているため、前記給電端子の形状や向きに応じて、差込む向きが選択可能であり、前記給電端子の形状を単純にすることができる。
また、上記ブラシレスモータにおいて、前記給電端子の前記係合部は、前記係合部の差込方向に対して直交する受け面を有し、前記給電端子の係合部を前記給電用ターミナル部品の穴に差し込み、前記受け面を前記給電用ターミナルに当接させた状態で溶接されていることが好ましい。これにより、受け面と給電用ターミナルとの当接部で外部コネクタの挿入時における荷重を受けることができるので、端子接触圧力の増大に対応することができる。

さらに、上記ブラシレスモータにおいて、前記給電端子は、外部コネクタと係合して電気的に接続されるコネクタ端子又はバスバー接続端子であることが好ましい。これにより、組付け性を向上することが出来る。
また、上記ブラシレスモータにおいて、前記接続端子は、めっき加工が施されていることが好ましい。これにより、接続端子の接触抵抗を安定させることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一態様は、上記のブラシレスモータと、ステアリングホイールから伝達される操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生するように前記ブラシレスモータを駆動制御する制御基板を有する制御ユニットと、を備え、前記給電端子は、前記制御ユニットに形成された端子に接続されることを特徴としている。

本発明のブラシレスモータでは、給電端子の種類を複数用意する必要がある場合においても、ターミナル部品の大部分を共通部品として使用することができ、製造性を向上できる。また、給電端子とターミナル部品は溶接により一体化されるので、給電端子の支持強度が高く、例えばコネクタ接続時において端子接触圧力を大きくして接触抵抗を低減することができ、通電時の発熱を低減することができる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 組み立て途中の電動パワーステアリング装置の要部を示す斜視図である。 組み立て途中の電動パワーステアリング装置の要部を示す斜視図である。 モータターミナルＡＳＳＹの製造工程を示す図である。 コネクタ挿入部品を示す図である。 ターミナル部品の穴部を示す平面図である。 組み立て途中のブラシレスモータを示す図である。 バスバー接続部品を示す図である。 給電端子をバスバー接続としたモータターミナルＡＳＳＹを示す図である。 図９に示したモータターミナルＡＳＳＹを使用したブラシレスモータを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図である。図中、符号１は電動パワーステアリング装置であり、運転者が操舵するステアリング機構２は、ステアリングホイール３と、ステアリングホイール３に運転者から作用される操舵力が伝達されるステアリングシャフト４とを備える。

ステアリングシャフト４は、入力軸４ａと出力軸４ｂとを有する。入力軸４ａの一端はステアリングホイール３に連結され、他端はトルクセンサ５を介して出力軸４ｂの一端に連結されている。
そして、出力軸４ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント６を介して中間シャフト７に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント８を介してピニオンシャフト９に伝達される。このピニオンシャフト９に伝達された操舵力はステアリングギヤ１０を介してタイロッド１１に伝達され、図示しない転舵輪を転舵させる。

ここで、ステアリングギヤ１０は、ピニオンシャフト９に連結されたピニオン１０ａとこのピニオン１０ａに噛合するラック１０ｂとを有するラックアンドピニオン形式に構成され、ピニオン１０ａに伝達された回転運動をラック１０ｂで直進運動に変換している。
ステアリングシャフト４の出力軸４ｂには、操舵補助力を出力軸４ｂに伝達する操舵補助機構１２が連結されている。この操舵補助機構１２は、出力軸４ｂに連結した減速ギヤ（ウォーム減速機）１３と、このウォーム減速機１３に連結されて操舵系に対して操舵補助力を発生するブラシレスモータ１４とを備えている。

ブラシレスモータ１４は、制御ユニット１５によって駆動制御される。制御ユニット１５は、コントローラ１６及びモータ駆動回路１７を備えている。
また、トルクセンサ５は、ステアリングホイール３に付与されて入力軸４ａに伝達された操舵トルクを検出するためのもので、図示しないトーションバーで連結された入力軸４ａと出力軸４ｂとの相対的な変位（回転変位）を、コイル対のインピーダンスの変化に対応させて検出するように構成されている。このトルクセンサ５から出力されるトルク検出値Ｔはコントローラ１６に入力される。

コントローラ１６は、車載のバッテリＢから電源供給されることによって作動する。このコントローラ１６には、トルク検出値Ｔの他に車速センサ１８で検出した車速検出値Ｖが入力され、これらに応じた操舵補助力を操舵系に付与する操舵補助制御を行う。具体的には、上記操舵補助力をブラシレスモータ１４で発生するための操舵補助トルク指令値を公知の手順で算出し、算出した操舵補助トルク指令値とモータ電流検出値とに基づいてフィードバック制御を行って、ブラシレスモータ１４のモータ電流指令値を算出する。そして、コントローラ１６は、算出したモータ電流指令値をインバータ回路で構成されるモータ駆動回路１７に供給する。

モータ駆動回路１７は、入力したモータ電流指令値と後述するブラシレスモータ１４のロータ回転角を検出するレゾルバ２０からの角度検出信号とに基づいて、モータ駆動電流を形成する。そして、このモータ駆動電流をブラシレスモータ１４に供給することにより、ブラシレスモータ１４で、操舵補助トルク指令値に応じた操舵補助力を発生する。
なお、レゾルバ２０以外の回転角センサとして、ホールＩＣ、ＭＲ素子を使った磁石式センサも使用可能である。

図２及び図３は、組み立て途中の電動パワーステアリング装置１の要部を示す斜視図である。
電動パワーステアリング装置１は、ステアリングシャフト４の入力軸４ａを回転自在に内装するステアリングコラム２１と、ステアリングコラム２１に連結した減速ギヤボックス２２とを備える。そして、減速ギヤボックス２２には、ステアリングシャフト４の軸線Ｌと直交する方向にブラシレスモータ１４及び制御ユニット１５が装着されるようになっている。ここで、符号２３は、ステアリングシャフト４を車体側部材に取付ける取付けブラケットである。

以下、減速ギヤボックス２２、ブラシレスモータ１４及び制御ユニット１５の構造について詳細に説明する。
減速ギヤボックス２２は、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを、例えばダイキャスト成型することにより形成されている。

この減速ギヤボックス２２は、ウォーム減速機１３を収納するウォーム減速機収納部２２ａと、このウォーム減速機収納部２２ａの同軸上に一体的に連結され、トルクセンサ５を収納するトルクセンサ収納部２２ｂとを備える。また、減速ギヤボックス２２は、ブラシレスモータ１４を取付けるモータ取付けフランジ２２ｃを備える。
トルクセンサ収納部２２ｂには、図３に示すように開口部２２ｄが設けられており、この開口部２２ｄからトルクセンサ収納部２２ｂの外部に向けてトルクセンサ雄型端子５ａ〜５ｃが突出している。ここで、トルクセンサ雄型端子５ａ〜５ｄは、トルクセンサ５を構成するコイル対の巻き始めと巻き終わりとに接続されたものであり、制御ユニット１５の取付方向に沿う方向に延在している。

また、ブラシレスモータ１４は、３相モータであり、一端が開口され、他端が閉鎖された略円筒形状のモータケース１４ａと、モータケース１４ａの一端開口縁部に固定され、減速ギヤボックス２２のモータ取付けフランジ２２ｃに当接して固定されるモータフランジ１４ｂとを備える。
モータケース１４ａの内部には、特に図示しないが、モータケース１４ａの内壁に取付けられた略円環状のステータと、このステータの内周側に配置されたロータと、ロータの回転角度を検出するレゾルバ２０（図１参照）とが内蔵されている。ステータは、金属製のコアプレートを積層したステータコアを有し、ステータコアの内周側にインシュレータを介して３相（ＵＶＷ相）のコイルが巻装されている。

各相のコイルの終端は、モータ側コネクタを構成するモータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅに接続されており、レゾルバ２０のセンサハーネスは、レゾルバ雄型端子２０ａ〜２０ｄに接続されている。ここで、レゾルバ雄型端子２０ａ〜２０ｄは、モータフランジ１４ｂに形成された開口部２０ｅに、外部コネクタと接続可能に配置されている。また、モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅ及びレゾルバ雄型端子２０ａ〜２０ｄは、それぞれモータフランジ１４ｂの外径側に位置するとともに、モータ軸Ｍに沿う方向に延在している。

制御ユニット１５は、前述したコントローラ１６及びモータ駆動回路１７を実装した制御基板を収納するケース本体１５ａを備える。
ケース本体１５ａの側部には、制御ユニット側コネクタとして、コントローラ１６に電気的に接続したトルクセンサソケット１５ｂと、モータ駆動回路１７に電気的に接続したモータ給電端子１５ｃ及びレゾルバソケット１５ｄとが形成されている。

電動パワーステアリング装置１の要部の装着動作についてまとめると、先ず、ブラシレスモータ１４のモータフランジ１４ｂを、減速ギヤボックス２２のモータ取付けフランジ２２ｃに固定する。このとき、モータフランジ１４ｂのモータ取付けフランジ２２ｃに対向する面からは、モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅとレゾルバ雄型端子２０ａ〜２０ｄとが、トルクセンサ雄型端子５ａ〜５ｄと同一方向であるモータ軸Ｍに沿った方向に延在している。

この状態で、制御ユニット１５に形成された各ソケット１５ｂ〜１５ｄがそれぞれ対応する雄型端子に対向する向きに制御ユニット１５を配置し、制御ユニット１５をモータ軸Ｍに沿った方向に移動する。そして、制御ユニット１５に形成された各ソケット１５ｂ〜１５ｄと、トルクセンサ雄型端子５ａ〜５ｄ、モータ給電端子１４ｃ〜１４ｅ及びレゾルバ雄型端子２０ａ〜２０ｄとの接続を行う。

モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅは板状端子であり、モータ１４から突出して設けられている。また、モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅの周囲に、モータ給電ガイド部１４ｆが形成されている。このモータ給電ガイド部１４ｆはモータ給電端子１４ｃ〜１４ｅの周囲の一部を囲む様にモータ１４から突出する部材であり、モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅの先端よりも外部に突出する高さに設定されている。

本実施形態では、各相コイルの終端が接続される複数のターミナル（給電用ターミナル）を樹脂インサート成形し、ターミナル部品とした後、該当箇所にコネクタ挿入部（接続端子）を差込み、溶接することでモータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅを形成する。
図４は、ターミナルＡＳＳＹ４７の製造工程を示す図である。
先ず、図４（ａ）に示す複数のターミナルを樹脂インサート成型治具等に設置し、樹脂インサート成型を行う。すると、図４（ｂ）に示すターミナル部品４７ａが得られる。そして、ターミナル部品４７ａに形成された挿入穴４１〜４３に、図５に示すＵＶＷ端子用のコネクタ挿入部４４〜４６をそれぞれ差込み、溶接する。これにより、図４（ｃ）に示すモータターミナルＡＳＳＹ４７が完成する。

このターミナルＡＳＳＹ４７は、図７（ロータは不図示）に示すように、モータケース１４ａに収納される。そして、モータケース１４ａにモータフランジ１４ｂを固定し、モータフランジ１４ｂからコネクタ挿入部４４〜４６の一部（挿入穴４１〜４３への挿入側とは反対側）を突出させる。この突出されたコネクタ挿入部４４〜４６の一部が、モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅとなる。

挿入穴４１〜４３の形状は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の長穴が交差した形状、本実施例では、略Ｔ字状形状としている。これにより、給電端子を差し込む向きを選択することが出来る。
例えば、図１０に示すような、給電端子をバスバー端子とするブラシレスモータ２４のモータターミナルＡＳＳＹ４８を得る場合は、図９に示すようバスバー端子部品４９〜５１を、モータターミナルの挿入穴４１〜４３に上記実施例とは違う向きに差込み溶接することで、図８に示すモータターミナルＡＳＳＹ４８を得ることができる。

また、本実施例では、コネクタ挿入部４４〜４６は、ターミナル部品４７ａへの挿入方向に対して直交する受け面４４ａ〜４６ａを有する。そして、コネクタ挿入部４４〜４６は、この受け面４４ａ〜４６ａをターミナル部品４７ａに当接させた状態で溶接される。
このように、コネクタ挿入部４４〜４６に受け面４４ａ〜４６ａを設けることで、コネクタ挿入部４４〜４６をターミナル部品４７ａに差込んだときの位置決めと、溶接前の保持が可能となる。

このように、モータターミナルＡＳＳＹ４７は上記のような構成となっているため、共通部品であるモータターミナルに、端子部品を溶接してモータターミナルＡＳＳＹとすることで、給電端子形状に変更が生じた場合でも、端子部品のみを変更すれば良く、インサート成型部を含むターミナルＡＳＳＹ４７,４８の大部分を共通化できるので製造性を向上出来る。

（変形例）
上記実施形態においては、ブラシレスモータとして３相ブラシレスモータを適用する場合について説明したが、４相以上の多相ブラシレスモータを適用することもできる。
また、上記実施形態においては、コネクタ挿入部４４〜４６にめっき加工を施すようにしてもよい。これにより、モータ給電雄型端子１４ｃ〜１４ｅの接触抵抗を安定させることができる。
さらに、上記実施形態においては、電動モータと制御ユニットとをギヤボックスに一体化して装着した機電一体型の電動パワーステアリング装置に本発明を適用する場合について説明したが、電動モータと制御ユニットとが近接配置し、これらがコネクタやバスバー等で接続される構成を有する電動パワーステアリング装置にも本発明を適用することもできる。
さらに、上記実施形態においては、挿入穴４１〜４３の形状がＴ字形状の場合について説明したが、別の形状、例えば、Ｌ字形状、十字形状を適用することも出来る。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリング機構、３…ステアリングホイール、４…ステアリングシャフト、４ａ…入力軸、４ｂ…出力軸、５…トルクセンサ、５ａ〜５ｄ…トルクセンサ雄型端子、６…ユニバーサルジョイント、７…ロアシャフト、８…ユニバーサルジョイント、９…ピニオンシャフト、１０…ステアリングギヤ、１０ａ…ピニオン、１０ｂ…ラック、１１…タイロッド、１２…操舵補助機構、１３…減速ギヤ、１４…ブラシレスモータ、１４ａ…モータケース、１４ｂ…モータフランジ、１４ｃ〜１４ｅ…モータ給電雄型端子、１４ｆ…モータ給電ガイド部、１５…制御ユニット、１５ａ…ケース本体、１５ｂ…トルクセンサソケット、１５ｃ…モータ給電ソケット、１５ｄ…レゾルバソケット、１６…コントローラ、１７…モータ駆動回路、１８…車速センサ、２０…レゾルバ、２０ａ〜２０ｄ…レゾルバ雄型端子、２１…ステアリングコラム、２２…減速ギヤボックス、２２ａ…ウォーム減速機収納部、２２ｂ…トルクセンサ収納部、２２ｃ…モータ取付けフランジ、２３…取付けブラケット、４１〜４３…挿入穴、４４〜４６…コネクタ挿入部品、４７,４８…モータターミナルＡＳＳＹ、４９〜５１…バスバー接続部品、Ｌ…ステアリングシャフトの軸線、Ｍ…ブラシレスモータのモータ軸

Claims (6)

1. ステータコア及び当該ステータコアに巻装されたコイルを有するステータと、
   前記ステータを収容するモータケースと、
   前記モータケースの軸方向端部に設けられ、外部と電気的に接続される給電端子と、を備え、
   前記給電端子は、前記給電端子の外部と接続される側とは反対側の端部を前記コイルが接続された樹脂インサート成形後の給電用ターミナル部品に形成された複数の長方形穴が交差した形状の穴部に差込むための長方形形状の係合部を有し、前記給電端子の係合部を前記穴部の一部に差し込んだ状態で溶接されており、
   前記外部給電端子から前記給電用ターミナルを介して前記コイルに電力供給を行うことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記係合部は、前記係合部の差込方向に対して直交する受け面を有し、前記給電端子の係合部を前記給電用ターミナル部品の穴に差し込み、前記受け面を前記給電用ターミナルに当接させた状態で溶接されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記給電端子は、外部コネクタと係合して電気的に接続されるコネクタ端子であることを特徴とする請求項１又は２の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
4. 前記給電端子は、外部端子台とボルト締結されて電気的に接続されるバスバー接続端子であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記接続端子はめっき処理が施されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のブラシレスモータ。
6. 前記請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータと、
   ステアリングホイールから伝達される操舵トルクに応じた操舵補助トルクを発生するように前記ブラシレスモータを駆動制御する制御基板を有する制御ユニットと、を備え、
   前記接続端子は、前記制御ユニットに形成された端子に接続され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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