JP2018046591A - 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外観形状を小さくして重量及び部品点数を低減すると共に、良好な放熱特性を備えた新規な電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【解決手段】電動モータの回転軸２３の出力部１４とは反対側のアルミ系金属製のモータハウジング１１の端面部１５の外周面、または電動モータを制御する電子制御部を覆うアルミ系金属製の金属カバー１２の外周面に径方向内側に後退した段部を形成し、この段部に金属カバー１２とモータハウジング１１を嵌合させると共にこの嵌合部３７にモータハウジング１１と金属カバー１２を溶着結合する摩擦撹拌接合部ＦＳＷを形成した。
【選択図】図１０

Description

本発明は電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置に係り、特に電子制御装置を内蔵した電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置に関するものである。

一般的な産業機械分野においては、電動モータによって機械系制御要素を駆動することが行われているが、最近では電動モータの回転速度や回転トルクを制御する半導体素子等からなる電子制御部を電動モータに一体的に組み込む、いわゆる機電一体型の電動駆動装置が採用され始めている。

機電一体型の電動駆動装置の例として、例えば自動車の電動パワーステアリング装置においては、運転者がステアリングホィールを操作することにより回動するステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出し、この検出値に基づいてステアリングシャフトの回動方向と同じ方向へ回動するように電動モータを駆動し、操舵アシストトルクを発生させるように構成されている。この電動モータを制御するため、電子制御部（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）がパワーステアリング装置に設けられている。

従来の電動パワーステアリング装置としては、例えば、特開２０１５−１３４５９８号公報（特許文献１）に記載のものが知られている。特許文献１には、電動モータ部と電子制御部とにより構成された電動パワーステアリング装置が記載されている。そして、電動モータ部の電動モータは、アルミ合金等から作られた筒部を有するモータハウジングに収納され、電子制御部の電子部品が実装された基板は、モータハウジングの軸方向の出力軸とは反対側に配置されたＥＣＵハウジングとして機能するヒートシンクに取り付けられている。ヒートシンクに取り付けられる基板は、電源回路部、電動モータを駆動制御するＭＯＳＦＥＴ、或いはＩＧＢＴ等のようなパワースイッチング素子を有する電力変換回路部、及びパワースイッチング素子を制御する制御回路部を備え、パワースイッチング素子の出力端子と電動モータの入力端子とはバスバーを介して電気的に接続されている。

そして、ヒートシンクに取り付けられた電子制御部には、合成樹脂から作られたコネクタケースを介して電源から電力が供給され、また検出センサ類から運転状態等の検出信号が供給されている。コネクタケースは蓋体として機能しており、ヒートシンクを密閉して塞ぐように固定され、また固定ボルトによってヒートシンクの外周表面に固定されている。

尚、この他に電子制御装置を一体化した電動駆動装置としては、電動ブレーキや各種油圧制御用の電動油圧制御器等が知られているが、以下の説明では代表して電動パワーステアリング装置について説明する。

特開２０１５−１３４５９８号公報

ところで、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、金属製のモータハウジングと金属製のヒートシンク及び合成樹脂製のコネクタケースは外周側に突出して形成された固定部を挿通した固定ボルトによって共締めされる構成である。また、モータハウジングとヒートシンクの間、及びヒートシンクとコネクタケースの間にはＯリングが介装されて水の侵入を防止する構成となっている。

しかしながら、モータハウジングとヒートシンク及びコネクタケースの外周に固定部及び固定ボルトを設けると外観形状が大きくなる、重量が増加するという課題が生じる。また、固定ボルトの他に水密用のＯリングも必要なことから部品点数が多くなり製品単価が高騰するという課題も生じる。更には、モータハウジング、ヒートシンクの間は密着しているが、密着部分は熱抵抗が大きくなり良好な熱移動ができず放熱特性が良くない、合成樹脂製のコネクタケースによって電子制御部を密閉しているのでコネクタケースが放熱に寄与しておらず放熱特性が良くないという課題も生じる。したがって、これらの課題を解決した電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置が要請されている。

更に、副次的であるが、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、特に電源回路部、電力変換回路部の熱を外部に放熱するためのヒートシンク部材が、モータハウジングとＥＣＵハウジングの間に配置されている。このため、ヒートシンク部材の分だけ余分に軸方向の長さが長くなる傾向になる。また、電源回路部や電力変換回路部を構成する電気部品は発熱量が大きく、小型化する場合はこの熱を効率よく外部に放熱してやる必要がある。したがって、軸方向の長さをできるだけ短くすると共に、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することも求められている。

本発明の主たる目的は、外観形状を小さくし、また重量及び部品点数を低減すると共に、良好な放熱特性を備えた新規な電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明の特徴は、電動モータの回転軸の出力部とは反対側のアルミ系金属製のモータハウジングの端面部の外周面、または電動モータを制御する電子制御部を覆うアルミ系金属製の金属カバーの外周面に径方向内側に後退した段部を形成し、この段部に金属カバーとモータハウジングを嵌合させると共に、この嵌合部にモータハウジングと金属カバーを溶着結合する摩擦撹拌接合部を形成した、ところにある。

本発明によれば、アルミ系金属製のモータハウジングの端面部の外周面に形成した段部とアルミ系金属製の金属カバーの開口部を係合させて摩擦撹拌接合したので、固定ボルトやＯリングを廃止して外観形状を小さくして重量を低減でき、しかも固定ボルトやＯリングが省略できるので部品点数を少なくできる。また、モータハウジングと金属カバーが溶着によって一体化されているので熱抵抗を小さくでき、更に金属カバーによって放熱できるので放熱特性を向上することができるものである。

本発明が適用される一例としての操舵装置の全体斜視図である。 本発明の実施形態になる電動パワーステアリング装置の全体斜視図である。 図２に示す電動パワーステアリング装置の分解斜視図である。 図３に示すモータハウジングの斜視図である。 図４に示すモータハウジングを軸方向に断面した断面図である。 図４に示すモータハウジングに電力変換回路部を載置、固定した状態を示す斜視図である。 図６に示すモータハウジングに電源回路部を載置、固定した状態を示す斜視図である。 図７に示すモータハウジングに制御回路部を載置、固定した状態を示す斜視図である。 図８に示すモータハウジングにコネクタ端子組立体を載置、固定した状態を示す斜視図である。 モータハウジングと金属カバーの接合部付近の軸方向断面を示す部分断面図である。 図１１のモータハウジングと金属カバーの接合部の摩擦撹拌接合された部分の部分断面図である。 他の実施形態のモータハウジングと金属カバーの接合部付近の軸方向断面を示す部分断面図である。 図１２のモータハウジングと金属カバーの接合部の摩擦撹拌接合された部分の部分断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

本発明の実施形態を説明する前に本発明が適用される一例としての操舵装置の構成について図１を用いて簡単に説明する。

まず、自動車の前輪を操舵するための操舵装置について説明する。操舵装置１は図１に示すように構成されている。図示しないステアリングホイールに連結されたステアリングシャフト２の下端には図示しないピニオンが設けられ、このピニオンは車体左右方向へ長い図示しないラックと噛み合っている。このラックの両端には前輪を左右方向へ操舵するためのタイロッド３が連結されており、ラックはラックハウジング４に覆われている。そして、ラックハウジング４とタイロッド３との間にはゴムブーツ５が設けられている。

ステアリングホイールを回動操作する際のトルクを補助するため、電動パワーステアリング装置６が設けられている。即ち、ステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとを検出するトルクセンサ７が設けられ、トルクセンサ７の検出値に基づいてラックにギヤ１０を介して操舵補助力を付与する電動モータ部８と、電動モータ部８に配置された電動モータを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）部９とが設けられている。電動パワーステアリング装置６の電動モータ部８は、出力軸側の外周部の３箇所が図示しないボルトを介してギヤ１０に接続され、電動モータ８部の出力軸とは反対側に電子制御部９が設けられている。

電動パワーステアリング装置６においては、ステアリングホイールが操作されることによりステアリングシャフト２がいずれかの方向へ回動操作されると、このステアリングシャフト２の回動方向と回動トルクとをトルクセンサ７が検出し、この検出値に基づいて制御回路部が電動モータの駆動操作量を演算する。この演算された駆動操作量に基づいて電力変換回路部のパワースイッチング素子により電動モータが駆動され、電動モータの出力軸はステアリングシャフト１を操作方向と同じ方向へ駆動するように回動される。出力軸の回動は、図示しないピニオンからギヤ１０を介して図示しないラックへ伝達され、自動車が操舵されるものである。これらの構成、作用は既によく知られているので、これ以上の説明は省略する。

上述したように、特許文献１にあるような構成の電動パワーステアリング装置においては、金属製のモータハウジングと金属製のヒートシンク及び合成樹脂製のコネクタケースは外周側に突出した固定部を挿通した固定ボルトによって共締めされる構成である。また、モータハウジングとヒートシンクの間、及びヒートシンクとコネクタケースの間にはＯリングが介装されて水の侵入を防止する構成となっている。

このため、モータハウジングとヒートシンク及びコネクタケースの外周に固定部及び固定ボルトを設けると外観形状が大きくなり、また重量が増加するという課題がある。また、固定ボルトの他に水密用のＯリングも必要なことから部品点数が多くなり製品単価が高騰するという課題がある。更には、モータハウジング、ヒートシンクの間の密着部分は熱抵抗が大きくなり良好な熱移動ができない、及び合成樹脂製のコネクタケースによって電子制御部を密閉しているのでコネクタケースが放熱に寄与していないという理由から放熱特性が良くないという課題がある。

このような背景から、本実施形態では次のような構成の電動パワーステアリング装置を提案するものである。つまり、本実施形態においては、電動モータの回転軸の出力部とは反対側のアルミ系金属製のモータハウジングの端面部の外周面に径方向内側に後退した段部を形成し、この段部に電動モータを制御する電子制御部を覆うアルミ系金属製の金属カバーの開口部を嵌合させると共に、この嵌合部にモータハウジングと金属カバーを溶着結合する摩擦撹拌接合部を形成する、構成としたものである。

これによれば、アルミ系金属製のモータハウジングの端面部の外周面に形成した段部とアルミ系金属製の金属カバーの開口部を係合させて摩擦撹拌接合したので、固定ボルトやＯリングを廃止できるので、外観形状を小さくして重量を低減でき、しかも固定ボルトやＯリングが省略できるので部品点数を少なくできると共に、モータハウジングと金属カバーが溶着によって一体化されているので熱抵抗を小さくでき、更に金属カバーによって放熱できるので放熱特性を向上することができるものである。

以下、本発明の一実施形態になる電動パワーステアリング装置の具体的な構成について、図２乃至図１０を用いて詳細に説明する。尚、図２は本実施形態になる電動パワーステアリング装置の全体的な構成を示した図面であり、図３は図２に示す電動パワーステアリング装置の構成部品を分解して斜め方向から見た図面であり、図４から図９は各構成部品の組み立て順序にしたがって各構成部品を組み付けていった状態を示す図面であり、図１０は、金属カバーの接合部付近の軸方向断面を示した図面である。したがって、以下の説明では、各図面を適宜引用しながら説明を行うものとする。

図２に示すように、電動パワーステアリング装置を構成する電動モータ部８は、アルミニウム、或いはアルミ合金等のアルミ系金属から作られた筒部を有するモータハウジング１１及びこれに収納された図示しない電動モータとから構成され、電子制御部９は、モータハウジング１１の軸方向の出力軸とは反対側に配置された、アルミニウム、或いはアルミ合金等のアルミ系金属で作られた金属カバー１２及びこれに収納された図示しない電子制御組立体から構成されている。

モータハウジング１１と金属カバー１２は、その対向端面に形成した外周方向に沿った周方向嵌合領域ＥＡで、後述する摩擦撹拌接合によって一体的に固着されている。金属カバー１２の内部に収納された電子制御組立体は、必要な電源を生成する電源回路部や、電動モータ部８の電動モータを駆動制御するＭＯＳＦＥＴ或いはＩＧＢＴ等からなるパワースイッチング素子を有する電力変換回路や、このパワースイッチング素子を制御する制御回路部からなり、パワースイッチング素子の出力端子と電動モータのコイル入力端子とはバスバーを介して電気的に接続されている。

モータハウジング１１とは反対側の金属カバー１２の端面には、金属カバー１２に形成した孔部からコネクタ端子組立体１３が露出している。また、コネクタ端子組立体１３は、モータハウジング１１に形成した固定部に固定ボルトによって固定されている。コネクタ端子組立体１３には電力供給用のコネクタ端子形成部１３Ａ、検出センサ用のコネクタ端子形成部１３Ｂ、制御状態を外部機器に送出する制御状態送出用のコネクタ端子形成部１３Ｃを備えている。

そして、金属カバー１２に収納された電子制御組立体は、合成樹脂から作られた電力供給用のコネクタ端子形成部１３Ａを介して電源から電力が供給され、また検出センサ類から運転状態等の検出信号が検出センサ用のコネクタ形成端子部１３Ｂを介して供給され、現在の電動パワーステアリング装置の制御状態信号が制御状態送出用のコネクタ端子形成部１３Ｃを介して送出されている。

図３に電動パワーステアリング装置６の分解斜視図を示している。モータハウジング１１には内部に円環状の鉄製のサイドヨーク（図示せず）が嵌合されており、このサイドヨーク内に電動モータ（図示せず）が収納されているものである。電動モータの出力部１４はギヤを介してラックに操舵補助力を付与している。尚、電動モータの具体的な構造は良く知られているので、ここでは説明を省略する。

モータハウジング１１はアルミ合金から作られており、電動モータで発生した熱や、後述する電源回路部や電力変換回路部で発生した熱を外部大気に放出するヒートシンク部材として機能している。電動モータとモータハウジング１１で電動モータ部８を構成している。

電動モータ部８の出力部１４の反対側のモータハウジング１１の端面部１５には電子制御部ＥＣが取り付けられている。電子制御部ＥＣは、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８、コネクタ端子組立体１３から構成されている。モータハウジング１１の端面部１５は、モータハウジング１１と一体的に形成されているが、この他に端面部１５だけを別体に形成し、ボルトや溶接によってモータハウジング１１と一体化しても良いものである。

ここで、電力変換回路部１６、電力変換回路部１７、制御回路部１８は冗長系を構成するものであり、主電子制御部と副電子制御部の二重系を構成している。そして、通常は主電子制御部によって電動モータが制御、駆動されているが、主電子制御部に異常や故障が生じると、副電子制御部に切り換えられて電動モータが制御、駆動されるようになるものである。

したがって、後述するが、通常は主電子制御部からの熱がモータハウジング１１に伝えられ、主電子制御部に異常や故障が生じると、主電子制御部が停止して副電子制御部が作動し、モータハウジング１１には副電子制御部からの熱が伝えられるものである。

ただ、本実施形態では採用していないが、主電子制御部と副電子制御部を合せて正規の電子制御部として機能させ、一方の電子制御部に異常、故障が生じると、他方の電子制御部で半分の能力によって電動モータを制御、駆動することも可能である。この場合、電動モータの能力は半分となるが、いわゆる「リンプホーム機能」は確保されるようになっている。したがって、通常の場合は、主電子制御部と副電子制御部の熱がモータハウジング１１に伝えられるものである。

電子制御部ＥＣは制御回路部１８、電源回路部１７、電力変換回路部１６、コネクタ端子組立体１３から構成されており、端面部１５側から離れる方向に向かって、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８、コネクタ端子組立体１３の順序で配置されている。制御回路部１８は電力変換回路部１６のスイッチング素子を駆動する制御信号を生成するもので、マイクロコンピュータ、周辺回路等から構成されている。電源回路部１７は、制御回路部１８を駆動する電源及び電力変換回路部１６の電源を生成するもので、コンデンサ、コイル、スイッチング素子等から構成されている。電力変換回路部１６は、電動モータのコイルに流れる電力を調整するもので、３相の上下アームを構成するスイッチング素子等から構成されている。

電子制御部ＥＣで発熱量が多いのは、主に電力変換回路部１６、電源回路部１７であり、電力変換回路部１６、電源回路部１７の熱は、アルミ合金からなるモータハウジング１１から放熱されるものである。この構成については、後述する。

制御回路部１８と金属カバー１２の間には、合成樹脂からなるコネクタ端子組立体１３が設けられており、車両バッテリ(電源)や電動パワーステアリング装置の現在の制御状態を外部の図示しない他の制御装置と接続されている。もちろん、このコネクタ端子組立体１３は、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８と接続されていることはいうまでもない。

金属カバー１２は、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８を収納してこれらを液密的に封止する機能を備えているものであり、本実施形態では摩擦撹拌接合によってモータハウジング１１に固着されている。

したがって、固定ボルトを省略して外観形状を小さくできると共に、固定ボルトや水密用のＯリングを省略することができる。また、金属カバー１２とモータハウジング１１が溶着されているので熱抵抗が少なくなり、金属カバー１１とモータハウジングの間での熱伝達性能を向上することができる。更に、金属カバー１２は金属で作られているので、電力変換回路部１６、電源回路部１７等によって発生した熱を外部に放熱することができる。

次に、図４から図９に基づき各構成部品の構成と組み立て方法について説明する。先ず、図４はモータハウジング１１の外観を示しており、図５はその軸方向断面を示している。図４、図５において、モータハウジング１１は、筒状の形態に形成されて側周面部１１Ａと、側周面部１１Ａの一端を閉塞する端面部１５と、側周面部１１Ａの他端を閉塞する端面部１９とから構成されている。本実施形態では、モータハウジング１１は有底円筒状であり、側周面部１１Ａと端面部１５は一体的に形成されている。また、端面部１９は、蓋の機能を備えており、側周面部１１Ａに電動モータを収納した後に側周面部１１Ａの他端を閉塞するものである。

また、端面部１５の端面周面には径方向内側に後退した環状の段部３５が形成されており、この段部３５に金属カバー１２の開口部が嵌合するものである。この嵌合する領域が図２に示す周方向嵌合領域ＥＡとなるものであるが、段部３５と金属カバー１２の開口部の嵌合形態は、いわゆる「印籠係合」或いは「印籠嵌め」と呼ばれる形態である。

図５にあるように、側周面部１１Ａの内部には、鉄心にコイル２０が巻回されたステータ２１が嵌合されており、このステータ２１の内部に、永久磁石を埋設したロータ２２が回転可能に収納されている。ロータ２２には回転軸２３が固定されており、一端は出力部１４となり、他端は回転軸２３の回転位相や回転数を検出するための回転検出部２４となっている。回転検出部２４には永久磁石が設けてあり、端面部１５に設けた貫通孔２５を貫通して外部に突き出している。そして、図示しないＧＭＲ素子等からなる感磁部によって回転軸２３の回転位相や回転数を検出するようになっている。

図４に戻って、回転軸２３の出力部１４とは反対側に位置する端面部１５の面には本実施形態の特徴である電力変換回路部１６（図３参照）、電源回路部１７（図３参照）の放熱部１５Ａ、１５Ｂが形成されている。端面部１５の四隅には、基板／コネクタ固定凸部２６が一体的に植立されており、内部にネジ穴が形成されている。基板／コネクタ固定凸部２６は後述する制御回路部１８の基板、及びコネクタ端子組立体１３を固定するために設けられている。また、後述する電力変換用放熱領域１５Ａから植立した基板固定凸部２６には、これも後述する電源用放熱領域１５Ｂと軸方向で同じ高さの基板受け部２７が形成されている。この基板受け部２７は後述する電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１を載置、固定するためのものである．
端面部１５を形成する、回転軸２３と直交する径方向の平面領域は２分割されている。１つは電力変換回路部１６が取り付けられる電力変換用放熱領域１５Ａを形成し、もう１つは電源回路部１７が取り付けられる電源用放熱領域１５Ｂを形成している。本実施形態では、電力変換用放熱領域１５Ａの方が電源用放熱領域１５Ｂより面積が大きく形成されている。これは、上述したように二重系を採用しているため、電力変換回路部１６の設置面積を確保するためである。

そして、電力変換用放熱領域１５Ａと電源用放熱領域１５Ｂは、軸方向（回転軸２３が延びる方向）に向けて高さが異なる段差を有している。つまり、電源用放熱領域１５Ｂは、電動モータの回転軸２３の方向で見て、電力変換用放熱領域１５Ａに対して離れる方向に段差を有して形成されている。この段差は、電力変換回路部１６を設置した後に電源回路部１７を設置した場合に、電力変換回路部１６と電源回路部１７が夫々干渉しない長さに設定されている。

電力変換用放熱領域１５Ａには、３個の細長い矩形の突状放熱部２８が形成されている。この突状放熱部２８は後述する二重系の電力変換回路部１６が設置されるものである。また、突状放熱部２８は、電動モータの回転軸２３の方向で見て電動モータから離れる方向に突出して延びているものである。

また、電源用放熱領域１５Ｂは平面状であって、後述する電源回路部１７が設置されるものである。したがって、突状放熱部２８は電力変換回路部１６で発生した熱を端面部１５に伝熱する放熱部として機能し、電源用放熱領域１５Ｂは電源回路部１７で発生した熱を端面部１５に伝熱する放熱部として機能するものである。

尚、突状放熱部２８は省略することができ、この場合は電力変換用放熱領域１５Ａが電力変換回路部１６で発生した熱を端面部１５に伝熱する放熱部として機能する。ただ、本実施形態では、突状放熱部２８に電力変換回路部１６の金属基板を摩擦撹拌接合によって溶着して確実な固定を図っている。

このように、本実施形態になるモータハウジング１１の端面部１５においては、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになるものである。また、モータハウジング１１は十分な熱容量を有しているので、電源回路部１７や電力変換回路部１６の熱を効率よく外部に放熱することができるようになるものである。

次に、図６は電力変換回路部１６を突条放熱部２８（図４参照）に設置した状態を示している。図６にある通り、電力変換用放熱領域１５Ａに形成された突状放熱部２８（図４参照）の上部には二重系よりなる電力変換回路部１６が設置されている。電力変換回路部１６を構成するスイッチング素子は金属基板（ここではアルミ系の金属を使用している）に載置され、放熱されやすく構成されている。そして、金属基板は突状放熱部２８に摩擦撹拌接合によって溶着されている。

したがって、金属基板は突状放熱部２８（図４参照）に強固に固定され、またスイッチング素子で発生した熱を効率良く突状放熱部２８（図４参照）に伝熱させることができる。突状放熱部２８（図４参照）に伝えられた熱は電力変換用放熱領域１５Ａに拡散され、更にモータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱されるものである。ここで、上述した通り、電力変換回路部１６の軸方向の高さは、電源用放熱領域１５Ｂの高さより低くなっているので、後述する電源回路部１７と干渉することはないものである。

このように、電力変換用放熱領域１５Ａに形成された突状放熱部２８の上部に電力変換回路部１６が設置されている。したがって、電力変換回路部１６のスイッチング素子で発生した熱を効率良く突状放熱部２８に伝熱させることができる。更に、突状放熱部２８に伝えられた熱は電力変換用放熱領域１５Ａに拡散され、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱されるようになる。

次に、図７は電力変換回路部１６の上から電源回路部１７を設置した状態を示している。図７にある通り、電源用放熱領域１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７を構成するコンデンサ２９やコイル３０等はガラスエポキシ基板３１に載置されている。電源回路部１７も二重系が採用されており、図からわかるように、夫々対称にコンデンサ２９やコイル３０等からなる電源回路が形成されている。

このガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）側の面は、電源用放熱領域１５Ｂと接触するようにして端面部１５に固定されている。固定方法は、図７にあるように、基板固定凸部２６の基板受け部２７に設けられたネジ穴に図示しない固定ボルトによって固定されている。また、電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）に設けられたネジ穴にも図示しない固定ボルトによって固定されている。

尚、電源回路部１７がガラスエポキシ基板３１で形成されているため、両面実装が可能となっている。そして、ガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）側の面には、図示しないＧＭＲ素子やこれの検出回路等からなる回転位相、回転数検出部が実装され、回転軸２３（図５参照）に設けた回転検出部２４（図５参照）と協働して、回転の回転位相や回転数を検出するようになっている。

このように、ガラスエポキシ基板３１は電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）に接触するようにして固定されているので、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）に伝熱させることができる。電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）に伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱されるものである。ここで、ガラスエポキシ基板３１と電源用放熱領域１５Ｂ（図６参照）の間は、熱伝達性の良い接着剤、放熱グリース、放熱シートのいずれか１つを介在させることで、更に熱伝達性能を向上させることができる。

このように、電源用放熱領域１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７の回路素子が載置されたガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ側の面は、電源用放熱領域１５Ｂと接触するようにして端面部１５に固定されている。したがって、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源用放熱領域１５Ｂに伝熱させることができる。電源用放熱領域１５Ｂに伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱されるようになる。

次に、図８は電源回路部１７の上から制御回路部１８を設置した状態を示している。図８にある通り、電源回路部１７の上部には制御回路部１８が設置されている。制御回路部１８を構成するマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３はガラスエポキシ基板３４に載置されている。制御回路部１８も二重系が採用されており、図からわかるように、夫々対象にマイクロコンピュータ３２や周辺回路３３からなる制御回路が形成されている。尚、マイクロコンピュータ３２や周辺回路３３は、ガラスエポキシ基板３４の電源回路17側の面に設けられていても良いものである。

このガラスエポキシ基板３４は、図８にあるように、基板固定凸部２６（図７参照）の頂部に設けられたネジ穴にコネクタ端子組立体１３によって挟まれる形態で図示しない固定ボルトによって固定されており、電源回路部１７（図７参照）のガラスエポキシ基板３１と制御回路部１８のガラスエポキシ基板３４の間は、図７に示す電源回路部１７のコンデンサ２９やコイル３０等が配置される空間となっている。

次に、図９は制御回路部１８の上からコネクタ端子組立体１３を設置した状態を示している。図９にある通り、制御源回路部１８の上部にはコネクタ端子組立体１３が設置されている。そして、コネクタ端子組立体１３は基板固定凸部２６の頂部に設けられたネジ穴に制御回路部１８を挟み込むようにして固定ボルト３６によって固定されている。この状態で、図３に示すようにコネクタ端子組立体１３が電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８と接続され、更に、金属カバー１２の開口部３７が、モータハウジング１１の段部３５に印籠嵌め等によって嵌合され、この周方向嵌合領域ＥＡが摩擦撹拌接合によって接合されて、電力変換回路部１６、電源回路部１７、制御回路部１８が液密的に封止されるものである。

ここで、モータハウジング１１と金属カバー１２の周方向嵌合領域ＥＡ付近の軸方向断面を図１０に示している。図１０において、電子制御部ＥＣは、モータハウジング１１の端面部１５に隣接して配置されており、金属カバー１２によって覆われることで、金属カバー１２と端面部１５によって形成された収納空間Ｓｈに電子制御部ＥＣが収納されている。そして、回転軸２３の出力部１４とは反対側の端部には、磁石保持部３８が固定されており、更にこれに回転検出部を構成する永久磁石（センサマグネット）３９が収納、固定されている。

この回転軸２３の端部、磁石保持部３８、永久磁石３９は、モータハウジング１１の端面部１５を越えて電子制御部ＥＣ側に延びている。電子制御部ＥＣ側に配置されている電源回路部１７のガラスエポキシ基板３１のモータハウジング１１側の面には、ＧＭＲ素子のような感磁機能を有する磁気センサ４０が固定されており、永久磁石３９の回転によって回転軸２３の回転位相等を検出している。端面部１５の中央付近に形成した回転軸２３が貫通する貫通孔４１にはボールベアリング４２が介装されており、このボールベアリング４２に回転軸２３が回転可能に軸支されている。

図１０、図１１にある通り、端面部１５の外周面に形成した段部３５は、径方向内側に後退した段部側面壁３５Ｓと、端面部１５の側周面部１１Ａと段部側面壁３５Ｓを繋ぐ段部底面壁３５Ｂから形成されている。段部底面壁３５Ｂと段部側面壁３５Ｓで形成される段部３５には、金属カバー１２の開口部３７が印籠嵌めによって嵌合されている。したがって、段部側面壁３５Ｓと金属カバー１２の接触部が周方向嵌合領域ＥＡとして形成されている。

図１１に示している通り、段部底面壁３５と金属カバー１２の開口部３７の接触部分(突合せ部分)を中央にして摩擦撹拌接合処理が行われている。すなわち、段部底面壁３５と金属カバー１２の開口部３７の先端の接触領域と、段部側面壁３５Ｓと金属カバー１２の開口部３７の内周の一部の接触領域が摩擦撹拌接合によって溶着され、摩擦撹拌接合領域ＦＳＷが形成されている。

尚、図１１の例では、段部側面壁３５Ｓと金属カバー１２の開口部３７の内周の接触領域まで深く接合されているが、段部底面壁３５と金属カバー１２の開口部３７の先端の接触領域までの浅い接合に留めておくことも可能である。

ここで、摩擦撹拌接合とは、先端に突起部のある円筒状の工具を回転させながら強い力で押し付けることで、突起部を接合させる部材の接合部に貫入させ、これによって摩擦熱を発生させて母材を軟化させるとともに、工具の回転力によって接合部周辺を塑性流動させて練り混ぜることで複数の部材を一体化させるものである。

このように、本実施形態では、アルミ系金属製のモータハウジング１１の端面部１５の外周面に径方向内側に後退した段部３５を形成し、この段部３５にアルミ系金属製の金属カバー１２の開口部３７を嵌合させると共に、この周方向嵌合領域ＥＡにモータハウジングと金属カバーの摩擦撹拌接合部ＦＳＷを形成したものである。

そして、モータハウジングの端面部１５の外周面に形成した段部３５と金属カバー１２の開口部３７を嵌合させて摩擦撹拌接合したので、固定ボルトやＯリングを廃止して外観形状を小さくして重量を低減でき、しかも固定ボルトやＯリングが省略できるので部品点数を少なくできるものである。また、モータハウジング１１と金属カバー１２が溶着によって一体化されているので熱抵抗を小さくでき、更に金属カバーによって放熱できるので放熱特性を向上することができるものである。更に金属カバー１２とモータハウジング１１を一体化したので熱容量を大きくでき、放熱特性を向上することができるものである。

また、これに加えて本実施形態によれば、電力変換用放熱領域１５Ａに形成された突状放熱部２８の上部に電力変換回路部１６が設置されている。したがって、電力変換回路部１６のスイッチング素子で発生した熱を効率良く突状放熱部２８に伝熱させることができる。更に、突状放熱部２８に伝えられた熱は電力変換用放熱領域１５Ａに拡散され、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに伝熱されて外部に放熱されるようになる。

同様に、電源用放熱領域１５Ｂの上部には電源回路部１７が設置されている。電源回路部１７の回路素子が載置されたガラスエポキシ基板３１の電源用放熱領域１５Ｂ側の面は、電源用放熱領域１５Ｂと接触するようにして端面部１５に固定されている。したがって、電源回路部１７で発生した熱を効率良く電源用放熱領域１５Ｂに伝熱させることができる。電源用放熱領域１５Ｂに伝えられた熱は、モータハウジング１１の側周面部１１Ａに拡散して伝熱されて外部に放熱されるようになる。

このような構成によれば、少なくとも電源回路部１７及び電力変換回路部１６で発生した熱をモータハウジング１１の端面部１５に伝熱させることで、ヒートシンク部材を省略して軸方向の長さを短くできるようになる。また、モータハウジング１１は十分な熱容量を有しているので、電源回路部や電力変換回路部の熱を効率よく外部に放熱することができるようになる。

以上述べた通り、本発明は電動モータの回転軸の出力部とは反対側のアルミ系金属製のモータハウジングの端面部の外周面に径方向内側に後退した段部を形成し、この段部に電動モータを制御する電子制御部を覆うアルミ系金属製の金属カバーの開口部を嵌合させると共に、この嵌合部にモータハウジングと金属カバーを溶着結合する摩擦撹拌接合部を形成した。

これによって、モータハウジングの段部と金属カバーの開口部を係合させて摩擦撹拌接合したので、固定ボルトやＯリングを廃止でき外観形状を小さくして重量を低減でき、また部品点数を少なくできるものである。また、モータハウジングと金属カバーが溶着によって一体化されているので熱抵抗を小さくでき、更に金属カバーによって放熱できるので放熱特性を向上することができるものである。

図１２、図１３に他の実施例を示す。先の実施例との違いは、段部を金属カバーに設けた点であり、他の構成は同じである。図１２、図１３にある通り、金属カバー１２の外周面に形成した段部３５は、径方向内側に後退した段部側面壁３５Ｃと、金属カバー１２の側周面部１２Ａと段部側面壁３５Ｓを繋ぐ段部接続壁３５Ｄから形成されている。段部接続壁３５Ｄと段部側面壁３５Ｃで形成される段部３５には、モータハウジング１１の開口部４３が印籠嵌めによって嵌合されている。したがって、段部側面壁３５Ｃとモータハウジング１１の開口部４３の接触部が周方向嵌合領域ＥＡとして形成されている。

図１３に示している通り、段部接続壁３５Ｄとモータハウジンブ１１の開口部４３の接触部分(突合せ部分)を中央にして摩擦撹拌接合処理が行われている。すなわち、段部接続壁３５Ｄとモータハウジング１１の開口部４３の先端の接触領域と、段部側面壁３５Ｃとモータハウジング１１の開口部４３の内周の一部の接触領域が摩擦撹拌接合によって溶着され、摩擦撹拌接合領域ＦＳＷが形成されている。本実施例においても、先の実施例と同様な効果が得られる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

６…電動パワーステアリング装置、８…電動モータ部、９…電子制御部、１１…モータハウジング、１２…金属カバー、１３…コネクタ端子組立体、１４…出力部、１５…端面部、１６…電力変換回路部、１７…電源回路部、１８…制御回路部、１９…端面部、２０…コイル、２１…ステータ、２２…ロータ、２３…回転軸、２４…回転検出部、２５…貫通孔、２６…基板固定凸部、２７…基板受け部、２８…突状放熱部、２９…コンデンサ、３０…コイル、３１…ガラスエポキシ基板、３２…マイクコンピュータ、３３…周辺回路、３４…ガラスエポキシ基板、３５…段部、３５Ｂ…段部底面壁、３５Ｓ…段部側面壁、３７…開口部、ＥＡ…周方向嵌合領域、ＦＳＷ…摩擦撹拌接合領域。

Claims (14)

1. 機械系制御要素を駆動する電動モータが収納されたアルミ系金属製のモータハウジングと、前記電動モータの回転軸の出力部とは反対側の前記モータハウジングの端面部の側に配置された、前記電動モータを駆動するための制御回路部、電源回路部、電力変換回路部からなる電子制御部と、前記電子制御部を覆うアルミ系金属製の金属カバーと、を備え、
   前記電動モータの前記回転軸の前記出力部とは反対側の前記モータハウジングの前記端面部の外周面、または前記金属カバーの外周面に径方向内側に後退した環状の段部を形成し、
   前記段部に前記金属カバーと前記モータハウジングを嵌合させて嵌合部を形成すると共に、前記嵌合部に前記モータハウジングと前記金属カバーを溶着結合する摩擦撹拌接合部を形成した
   ことを特徴とする電動駆動装置。
2. 請求項１に記載の電動駆動装置において、
   前記端面部の外周面に形成した前記段部は、径方向内側に後退した段部側面壁と、前記端面部の側周面部と前記段部側面壁を繋ぐ段部底面壁から形成されており、
   前記段部底面壁と前記段部側面壁で形成される段部部分には、前記金属カバーの前記開口部が印籠嵌めによって嵌合されており、
   更に、前記段部底面壁と前記金属カバーの前記開口部の接触部分を中央にして前記摩擦撹拌接合部が形成されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
3. 請求項２に記載の電動駆動装置において、
   前記段部底面壁と前記金属カバーの前記開口部の先端の接触領域と、前記段部側面壁と前記金属カバーの開口部の内周の一部の接触領域に前記摩擦撹拌接合部が形成されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
4. 請求項２に記載の電動駆動装置において、
   前記モータハウジングの前記端面部には電力変換用放熱領域、及び電源用放熱領域が形成され、前記電力変換用放熱領域には前記電力変換回路部が設置され、前記電源用放熱領域には前記電源回路部が設置され、
   前記電力変換回路部及び前記電源回路部で発生した熱が、前記電力変換用放熱領域、及び前記電源用放熱領域を介して前記モータハウジングに放熱される
   ことを特徴とする電動駆動装置。
5. 請求項４に記載の電動駆動装置において、
   前記モータハウジングの前記端面部に形成された前記電源用放熱領域は、前記電動モータの回転軸方向で見て、前記電力変換用放熱領域に対して離れる方向に段差を有して形成されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
6. 請求項５に記載の電動駆動装置において、
   前記電力変換用放熱領域には、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に延びた突状放熱部が形成されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
7. 請求項６に記載の電動駆動装置において、
   前記電子制御部は、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に、前記電力変換回路部、前記電源回路部、前記制御回路部の順番で配置されている
   ことを特徴とする電動駆動装置。
8. ステアリングシャフトの回動方向と回動トルクとを検出するトルクセンサからの出力に基づきステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動モータと、
   前記電動モータが収納されたモータハウジングと、
   前記電動モータの回転軸の出力部とは反対側の前記モータハウジングの端面部の側に配置された、前記電動モータを駆動するための制御回路部、電源回路部、電力変換回路部からなる電子制御部とを備え、
   前記電動モータの前記回転軸の前記出力部とは反対側の前記モータハウジングの前記端面部の外周面、または前記金属カバーの外周面に径方向内側に後退した環状の段部を形成し、
   前記段部に前記電子制御部を覆うアルミ系金属製の金属カバーの開口部を嵌合させて嵌合部を形成すると共に、前記嵌合部に前記モータハウジングと前記金属カバーを溶着結合する摩擦撹拌接合部を形成した
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
9. 請求項８に記載の電動パワーステアリング装置において、
   前記端面部の外周面に形成した前記段部は、径方向内側に後退した段部側面壁と、前記端面部の側周面部と前記段部側面壁を繋ぐ段部底面壁から形成されており、
   前記段部底面壁と前記段部側面壁で形成される段部部分には、前記金属カバーの前記開口部が印籠嵌めによって嵌合されており、
   更に、前記段部底面壁と前記金属カバーの前記開口部の接触部分を中央にして前記摩擦撹拌接合部が形成されている
   ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
10. 請求項９に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記段部底面壁と前記金属カバーの前記開口部の先端の接触領域と、前記段部側面壁と前記金属カバーの開口部の内周の一部の接触領域に前記摩擦撹拌接合部が形成されている
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
11. 請求項１０に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記モータハウジングの前記端面部には電力変換用放熱領域、及び電源用放熱領域が形成され、前記電力変換用放熱領域には前記電力変換回路部が設置され、前記電源用放熱領域には前記電源回路部が設置され、
    前記電力変換回路部及び前記電源回路部で発生した熱が、前記電力変換用放熱領域、及び前記電源用放熱領域を介して前記モータハウジングに放熱されることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
12. 請求項１１に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記モータハウジングの前記端面部に形成された前記電源用放熱領域は、前記電動モータの回転軸方向で見て、前記電力変換用放熱領域に対して離れる方向に段差を有して形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
13. 請求項１２に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電力変換用放熱領域には、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に延びた突状放熱部が形成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
14. 請求項１３に記載の電動パワーステアリング装置において、
    前記電子制御部は、前記電動モータの回転軸方向で見て前記電動モータから離れる方向に、前記電力変換回路部、前記電源回路部、前記制御回路部の順番で配置されてい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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