JP2021129402A - モータユニット及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化でき且つ電磁環境適合性を向上できるモータユニット及び電動パワーステアリング装置を提供すること。【解決手段】電動モータ２は、筒状のモータケース２１、モータケース２１の一端に配置される導体であるギヤボックス２３、及びモータ端子２５を備える。制御装置３は、電動モータ２に支持される制御装置ケース３１、及びモータ端子２５が接続される３つの接続端子３５５を有するコネクタ３５を備える。ギヤボックス２３は、コネクタ３５の一部を覆うカバー部４を備える。カバー部４は、電動モータ２の軸方向（Ｚ方向）から見た場合にコネクタ３５の全部と重なり、３つの接続端子３５５が並ぶ配列方向（Ｘ方向）及び軸方向（Ｚ方向）の両方に対して直交する方向（Ｙ方向）から見た場合にコネクタ３５の少なくとも一部と重なり、配列方向（Ｘ方向）から見た場合にコネクタ３５と重ならない。【選択図】図４

Description

本発明は、モータユニット及び電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、電動モータと、電動モータを制御する制御装置と、を備えている。電動パワーステアリング装置において、構造を簡素化するために、制御装置を電動モータに取り付けることによって制御装置と電動モータを一体化する技術が知られている。例えば、特許文献１には、コントロールユニットを電動モータに固定する方法の一例が記載されている。特許文献１においては、コントロールユニットに設けられるユニット側コネクタがギヤボックスで覆われることによって、電磁環境適合性（ＥＭＣ）が改善されている。

特開２００９−０２９２８７号公報

しかし、特許文献１のようにギヤボックスがコネクタを覆う場合、ギヤボックスの体積が大きくなることから、軽量化が難しい。

本開示は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、軽量化でき且つ電磁環境適合性を向上できるモータユニット及び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。

上記の目的を達成するため、本開示の一態様のモータユニットは、筒状のモータケース、前記モータケースの一端に配置される導体であるギヤボックス、及び前記ギヤボックスの径方向の外側に延びるモータ端子を備える電動モータと、前記電動モータに支持される制御装置ケース、及び前記モータ端子が接続される３つの接続端子を有するコネクタを備える制御装置と、を備え、前記ギヤボックスは、前記コネクタの一部を覆うカバー部を備え、前記カバー部は、前記電動モータの軸方向から見た場合に前記コネクタの全部と重なり、３つの前記接続端子が並ぶ配列方向及び前記軸方向の両方に対して直交する方向から見た場合に前記コネクタの少なくとも一部と重なり、且つ前記配列方向から見た場合に前記コネクタと重ならない。

これにより、導体であるカバー部がコネクタの一部を覆うことによって、電磁環境適合性が向上する。また、カバー部がコネクタの一部を露出させていても、本開示のモータユニットは、使用に耐える程度の電磁環境適合性を有する。その一方で、ギヤボックスがコネクタを全方向から覆う場合と比較して、必要なギヤボックスの体積が小さくなる。このため、本開示のギヤボックスは、ギヤボックスがコネクタを全方向から覆う場合と比較して軽量である。したがって、本開示のモータユニットは、軽量化でき且つ電磁環境適合性を向上できる。

モータユニットの望ましい態様として、絶縁体であって前記コネクタと前記カバー部との間に配置される絶縁カバーを備える。

これにより、コネクタと導体であるカバー部との間の絶縁性が向上する。このため、カバー部がコネクタを流れる電流に影響を与えにくくなる。

本開示の一態様の電動パワーステアリング装置は、上記のモータユニットを備え、前記制御装置が前記電動モータを制御し、前記電動モータに補助操舵トルクを発生させる。

モータユニットが高い電磁環境適合性を有するので、制御装置から電動モータへ供給される電流が放射ノイズによって妨害されにくくなる。また、電動パワーステアリング装置は、放射ノイズの発生を抑制することによって、ラジオ放送等に伝播するノイズを減らすことができる。

本開示によれば、軽量化でき且つ電磁環境適合性を向上できるモータユニット及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

図１は、実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。 図２は、実施形態の電動パワーステアリング装置の斜視図である。 図３は、実施形態のモータユニットの正面図である。 図４は、実施形態のモータユニットの左側面図である。 図５は、図３のＡ−Ａ断面図である。 図６は、図５の拡大図である。 図７は、実施形態の絶縁カバーの斜視図である。 図８は、第１比較例、第２比較例、及び実施例に対するエミッション試験の結果を示す図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態（以下、実施形態という）により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態）
図１は、実施形態の電動パワーステアリング装置の模式図である。図２は、実施形態の電動パワーステアリング装置の斜視図である。図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、操作者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、第１ユニバーサルジョイント８４と、中間シャフト８５と、第２ユニバーサルジョイント８６と、を備えピニオンシャフト８７に接合されている。以下の説明においては、電動パワーステアリング装置８０が搭載された車両における前方は単に前方と記載され、車両における後方は単に後方と記載される。

図１に示すように、ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂとを備える。入力軸８２ａの一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、入力軸８２ａの他方の端部が出力軸８２ｂに連結される。また、出力軸８２ｂの一方の端部が入力軸８２ａに連結され、出力軸８２ｂの他方の端部が第１ユニバーサルジョイント８４に連結される。

図１に示すように、中間シャフト８５は、第１ユニバーサルジョイント８４と第２ユニバーサルジョイント８６とを連結している。中間シャフト８５の一方の端部が第１ユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部が第２ユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７の一方の端部が第２ユニバーサルジョイント８６に連結され、ピニオンシャフト８７の他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。ステアリングシャフト８２の回転が中間シャフト８５を介してピニオンシャフト８７に伝わる。すなわち、中間シャフト８５はステアリングシャフト８２に伴って回転する。

図１に示すように、ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂとを備える。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。ラック８８ｂは、タイロッド８９に連結される。ラック８８ｂが移動することで車輪の角度が変化する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、減速装置９２と、モータユニット１と、を備える。減速装置９２は、例えばウォーム減速装置である。モータユニット１は、電動モータ２と、制御装置３を備える。電動モータ２で生じたトルクは、減速装置９２の内部のウォームを介してウォームホイールに伝達され、ウォームホイールを回転させる。減速装置９２は、ウォーム及びウォームホイールによって、電動モータ２で生じたトルクを増加させる。そして、減速装置９２は、出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、電動パワーステアリング装置８０はコラムアシスト方式である。制御装置３は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０は、トルクセンサ９４と、車速センサ９５と、を備える。電動モータ２、トルクセンサ９４及び車速センサ９５は、制御装置３と電気的に接続される。トルクセンサ９４は、入力軸８２ａに伝達された操舵トルクをＣＡＮ（Controller Area Network）通信により制御装置３に出力する。車速センサ９５は、電動パワーステアリング装置８０が搭載される車体の走行速度（車速）を検出する。車速センサ９５は、車体に備えられ、車速をＣＡＮ通信により制御装置３に出力する。

制御装置３は、電動モータ２に取り付けられており、電動モータ２の動作を制御する。例えば、制御装置３は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって電動モータ２を制御する。ＰＷＭ制御によるスイッチングノイズが制御装置３の外部に発生する可能性がある。制御装置３は、トルクセンサ９４及び車速センサ９５のそれぞれから信号を取得する。制御装置３には、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置９９（例えば車載のバッテリ）から電流が供給される。制御装置３は、操舵トルク及び車速に基づいて補助操舵指令値を算出する。制御装置３は、補助操舵指令値に基づいて電動モータ２へ供給する電流値を調節し、電動モータ２に補助操舵トルクを発生させる。制御装置３は、電動モータ２から誘起電圧の情報又は電動モータ２に設けられたレゾルバ等から出力される情報を取得する。制御装置３が電動モータ２を制御し、電動モータ２に補助操舵トルクを発生させることによってステアリングホイール８１の操作に要する力が小さくなる。

図３は、実施形態のモータユニットの正面図である。図４は、実施形態のモータユニットの左側面図である。図５は、図３のＡ−Ａ断面図である。図６は、図５の拡大図である。図７は、実施形態の絶縁カバーの斜視図である。

以下の説明において、ＸＹＺ直交座標系が用いられる。Ｘ軸は、コネクタ３５の接続端子３５５が並ぶ方向（配列方向）と平行である。Ｙ軸は、Ｘ軸及び電動モータ２の回転軸Ｒに対して直交する。Ｚ軸は、電動モータ２の回転軸Ｒと平行である。Ｘ軸と平行な方向は、Ｘ方向と記載される。Ｙ軸と平行な方向は、Ｙ方向と記載される。Ｚ軸と平行な方向は、Ｚ方向と記載される。Ｙ方向のうち電動モータ２から制御装置３に向かう方向を＋Ｙ方向とする。Ｚ方向のうち絶縁カバー５からコネクタ３５に向かう方向を＋Ｚ方向とする。＋Ｙ方向を上として＋Ｚ方向を向いた場合の右方向を＋Ｘ方向とする。

図３に示すように、モータユニット１は、電動モータ２と、制御装置３と、を備える。モータユニット１においては、電動モータ２と制御装置３とが近接して配置されている。以下の説明において、電動モータ２の回転軸Ｒに平行な方向は軸方向と記載される。軸方向に対して直交する方向は径方向と記載される。回転軸Ｒを中心とした円に沿う方向は周方向と記載される。

図３から図５に示すように、電動モータ２は、モータケース２１と、ギヤボックス２３と、モータ端子２５と、を備える。モータケース２１は、略円筒状の部材であって、例えば金属で形成されている。モータケース２１は、ロータ及びステータ等を内蔵している。ロータは回転軸Ｒを中心に回転する。ステータにはコイルが巻かれている。コイルには三相交流が供給される。モータケース２１は、金属で形成される。

ギヤボックス２３は、金属で形成される。ギヤボックス２３は、導体である。ギヤボックス２３は、モータケース２１の一端に配置される。例えば、ギヤボックス２３には、ウォームホイール及びウォームギヤが収納される。図３に示すように、ギヤボックス２３は、ギヤボックス本体部２３０と、支持部２３１と、カバー部４と、を備える。ギヤボックス本体部２３０は、モータケース２１の一端の開口を塞ぐ部材である。ギヤボックス本体部２３０は、略円盤状である。支持部２３１は、ギヤボックス本体部２３０の外周面から、＋Ｙ方向に突出する。ギヤボックス２３は、２つの支持部２３１を備える。カバー部４は、ギヤボックス本体部２３０の外周面から、＋Ｙ方向に突出する。Ｚ方向から見た場合、カバー部４は、２つの支持部２３１の間に配置される。図４に示すように、カバー部４は、側壁部４１と、上壁部４３と、を備える。側壁部４１は、ギヤボックス本体部２３０の外周面から＋Ｙ方向に延びる板状の部材である。側壁部４１の厚さ方向は、Ｚ方向と平行である。上壁部４３は、側壁部４１の＋Ｙ方向の端部から＋Ｚ方向に延びる板状の部材である。上壁部４３の厚さ方向は、Ｙ方向と平行である。

図５に示すモータ端子２５は、導体であって、コイルと制御装置３とを接続する部材である。モータ端子２５は、金属で形成されている。電動モータ２は、３つのモータ端子２５を備える。３つのモータ端子２５は、図３に示すように一列に並ぶように配置される。制御装置３で生成される三相交流が、３つのモータ端子２５を介してコイルに供給される。モータ端子２５は、ギヤボックス２３から径方向の外側に延びている。モータ端子２５は、モータケース２１とギヤボックス２３の間を通って外に延びている。

図３から図５に示すように、制御装置３は、制御装置ケース３１と、基板３６と、コネクタ３４と、コネクタ３５と、を備える。制御装置ケース３１は、本体３２と、蓋３３と、を備える。本体３２及び蓋３３は、金属で形成されている。本体３２及び蓋３３は、導体である。本体３２は、基板３６を支持する部材である。本実施形態の本体３２は、基板３６の放熱を促進するための部材でもある。すなわち、本体３２は、ヒートシンクでもある。本体３２の底面は、モータケース２１の外周面に面している。本体３２は、ギヤボックス２３に支持される。より具体的には、本体３２は、固定部材３９によってギヤボックス２３の支持部２３１に取り付けられる。蓋３３は、基板３６を覆うように本体３２に取り付けられる。

基板３６は、例えば樹脂等で形成されたプリント基板である。基板３６は、ネジ等によって本体３２に取り付けられる。基板３６は、制御回路を構成する複数の電子部品、及び電源回路を構成する複数の電子部品を含む。基板３６は、制御回路基板及び電源回路基板を兼ねている。基板３６は、複数のモータ駆動素子３７を備える。モータ駆動素子３７は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）である。モータ駆動素子３７によって、スイッチングノイズが発生する。モータ駆動素子３７は、基板３６のうちコネクタ３５に近い部分に配置される。モータ駆動素子３７で発生するスイッチングノイズによるコネクタ３５への影響を小さくすることによって、電磁環境適合性（ＥＭＣ）が向上する。コネクタ３４は、本体３２に取り付けられる。コネクタ３４は、モータ端子２５ではない他の機器に接続される。

コネクタ３５は、モータ端子２５が接続される部材である。図４に示すように、コネクタ３５は、制御装置ケース３１の蓋３３に覆われないように配置される。すなわち、コネクタ３５は、制御装置ケース３１から露出している。

図６に示すように、コネクタ３５は、コネクタケース３５０と、３つの接続端子３５５と、を備える。コネクタケース３５０は、制御装置ケース３１の本体３２に取り付けられる。接続端子３５５は、コネクタケース３５０に支持される導体である。接続端子３５５は、金属で形成されている。３つの接続端子３５５は、図３に示すように一列に並ぶように配置される。接続端子３５５は、取付部材３８によってモータ端子２５と接続される。具体的には、取付部材３８の頭部と接続端子３５５との間にモータ端子２５が挿入された後、取付部材３８が締め付けられる。接続端子３５５は、基板３６と接続されている。

図６に示すように、絶縁カバー５は、コネクタ３５を囲むように制御装置ケース３１に取り付けられる部材である。絶縁カバー５は、絶縁体である。例えば、絶縁カバー５は、樹脂で形成される。より具体的には、絶縁カバー５は、ポリカーボネイトで形成される。図７に示すように、絶縁カバー５は、基部５１と、２つのアーム部５３と、２つの爪部５７と、２つの側面部５４と、上面部５５と、底面部５８と、を備える。

図７に示すように、基部５１は、Ｚ軸に対して直交する板状の部材である。アーム部５３は、基部５１のＸ方向の両端に配置される。アーム部５３は、基部５１から＋Ｚ方向に延びている。爪部５７は、アーム部５３の先端に配置される。爪部５７の幅は、アーム部５３から離れるにしたがって小さくなっている。側面部５４は、基部５１のＸ方向の両端に配置される。側面部５４は、アーム部５３の−Ｙ方向に配置される。側面部５４は、Ｘ軸に対して直交する板状の部材である。

上面部５５は、基部５１の＋Ｙ方向の端部に配置される。上面部５５は、Ｙ軸に対して直交する板状の部材である。上面部５５は、２つの穴５５１を備える。底面部５８は、基部５１の−Ｙ方向の端部に配置される。底面部５８は、Ｙ軸に対して直交する板状の部材である。

絶縁カバー５をコネクタ３５に取り付ける時、コネクタ３５に設けられた突起が上面部５５の穴５５１に嵌められる。その後、アーム部５３がコネクタ３５に押し込まれる。爪部５７がコネクタ３５から受ける反力によって、アーム部５３が弾性変形する。爪部５７がコネクタ３５に設けられた凹部に達すると、アーム部５３の弾性変形が戻り、爪部５７が凹部に嵌まる。これにより、絶縁カバー５がコネクタ３５に取り付けられる。このように、絶縁カバー５は、固定部材等を使用せずに１度の動作でコネクタ３５に取り付けることが可能である。また、絶縁カバー５でコネクタ３５が覆われることによって、コネクタ３５への異物の侵入が抑制される。また、爪部５７が凹部に嵌まることによって、絶縁カバー５がコネクタ３５から脱落しにくくなる。

図３及び図４に示すように、カバー部４は、コネクタ３５の一部を覆う。カバー部４の側壁部４１は、Ｚ方向から見た場合に、コネクタ３５の全部と重なる。すなわち、側壁部４１は、コネクタ３５の−Ｚ方向側の面の全てを覆う。カバー部４の上壁部４３は、Ｙ方向から見た場合にコネクタ３５の少なくとも一部と重なる。すなわち、上壁部４３は、コネクタ３５の＋Ｙ方向側の面の少なくとも一部を覆う。カバー部４は、Ｘ方向から見た場合にコネクタ３５と重ならない。すなわち、カバー部４は、コネクタ３５の＋Ｘ方向側の面及び−Ｘ方向側の面を覆わない。カバー部４は、Ｘ方向から見た場合にコネクタ３５よりも外側に配置される。カバー部４は、コネクタ３５をＸ方向に露出させている。

図８は、第１比較例、第２比較例、及び実施例に対するエミッション試験の結果を示す図である。第１比較例、第２比較例、及び実施例に対して実施されたエミッション試験は、車載用電子機器から外部への放射される不要輻射を評価する試験であり、ＣＩＳＰＲ２５規格に準拠した試験である。ＥＵＴ（供試品）としての比較例、第１比較例、第２比較例、及び実施例のモータユニットが、ハーネスを介して負荷と接続された状態で、水平な基準グラウンド面に置かれる。アンテナが、ハーネスから水平方向に所定距離だけ離れた位置に配置される。第１比較例は、上述したカバー部４を備えないモータユニットである。第２比較例は、側壁部４１を備えるが、上壁部４３を備えないモータユニットである。実施例は、上述したモータユニット１である。すなわち、実施例は、側壁部４１及び上壁部４３を有するカバー部４をギヤボックス２３が備えるモータユニットである。図８は、測定される放射ノイズ電圧の１分間当たりの平均値である。図８は、上述したＸＹＺ直交座標系のＺ方向が鉛直方向となり且つ＋Ｘ方向がアンテナに向くように、モータユニット１が基準グラウンド面に置かれた状態で行われたエミッション試験の結果である。

図８に示すように、実施例においては、第１比較例及び第２比較例と比較して、測定される放射ノイズが低減されやすい。すなわち、実施例は、第１比較例及び第２比較例よりも電磁環境適合性を向上できる。

以上で説明したように、本実施形態のモータユニット１は、電動モータ２と、制御装置３と、を備える。電動モータ２は、筒状のモータケース２１、モータケース２１の一端に配置される導体であるギヤボックス２３、及びギヤボックス２３の径方向の外側に延びるモータ端子２５を備える。制御装置３は、電動モータ２に支持される制御装置ケース３１、及びモータ端子２５が接続される３つの接続端子３５５を有するコネクタ３５を備える。ギヤボックス２３は、コネクタ３５の一部を覆うカバー部４を備える。カバー部４は、電動モータ２の軸方向（Ｚ方向）から見た場合にコネクタ３５の全部と重なる。カバー部４は、３つの接続端子３５５が並ぶ配列方向（Ｘ方向）及び軸方向（Ｚ方向）の両方に対して直交する方向（Ｙ方向）から見た場合にコネクタ３５の少なくとも一部と重なる。カバー部４は、配列方向（Ｘ方向）から見た場合にコネクタ３５と重ならない。

これにより、導体であるカバー部４がコネクタ３５の一部を覆うことによって、図８に示すように電磁環境適合性が向上する。また、カバー部４がコネクタ３５の一部を露出させていても、本実施形態のモータユニット１は、使用に耐える程度の電磁環境適合性を有する。より具体的には、モータユニット１は、制御装置３のＰＷＭ制御によるスイッチングノイズに対する耐性が向上する。その一方で、ギヤボックス２３がコネクタ３５を全方向から覆う場合と比較して、必要なギヤボックス２３の体積が小さくなる。このため、本実施形態のギヤボックス２３は、ギヤボックス２３がコネクタ３５を全方向から覆う場合と比較して軽量である。したがって、本実施形態のモータユニット１は、軽量化でき且つ電磁環境適合性を向上できる。

本実施形態のモータユニット１は、絶縁体であってコネクタ３５とカバー部４との間に配置される絶縁カバー５を備える。

これにより、コネクタ３５と導体であるカバー部４との間の絶縁性が向上する。このため、カバー部４がコネクタ３５を流れる電流に影響を与えにくくなる。

本実施形態の電動パワーステアリング装置８０は、モータユニット１を備える。制御装置３が電動モータ２を制御し、電動モータ２に補助操舵トルクを発生させる。

モータユニット１が高い電磁環境適合性を有するので、制御装置３から電動モータ２へ供給される電流が放射ノイズによって妨害されにくくなる。また、電動パワーステアリング装置８０は、放射ノイズの発生を抑制することによって、ラジオ放送等に伝播するノイズを減らすことができる。

１ モータユニット
２ 電動モータ
３ 制御装置
４ カバー部
５ 絶縁カバー
２１ モータケース
２３ ギヤボックス
２５ モータ端子
３１ 制御装置ケース
３２ 本体
３３ 蓋
３４ コネクタ
３５ コネクタ
３６ 基板
３７ モータ駆動素子
３８ 取付部材
３９ 固定部材
４１ 側壁部
４３ 上壁部
５１ 基部
５３ アーム部
５４ 側面部
５５ 上面部
５７ 爪部
５８ 底面部
８０ 電動パワーステアリング装置
８１ ステアリングホイール
８２ ステアリングシャフト
８２ａ 入力軸
８２ｂ 出力軸
８４ 第１ユニバーサルジョイント
８５ 中間シャフト
８６ 第２ユニバーサルジョイント
８７ ピニオンシャフト
８８ ステアリングギヤ
８８ａ ピニオン
８８ｂ ラック
８９ タイロッド
９２ 減速装置
９４ トルクセンサ
９５ 車速センサ
９８ イグニッションスイッチ
９９ 電源装置
２３０ ギヤボックス本体部
２３１ 支持部
３５０ コネクタケース
３５５ 接続端子
５５１ 穴
Ｒ 回転軸

Claims (3)

1. 筒状のモータケース、前記モータケースの一端に配置される導体であるギヤボックス、及び前記ギヤボックスの径方向の外側に延びるモータ端子を備える電動モータと、
   前記電動モータに支持される制御装置ケース、及び前記モータ端子が接続される３つの接続端子を有するコネクタを備える制御装置と、
   を備え、
   前記ギヤボックスは、前記コネクタの一部を覆うカバー部を備え、
   前記カバー部は、前記電動モータの軸方向から見た場合に前記コネクタの全部と重なり、３つの前記接続端子が並ぶ配列方向及び前記軸方向の両方に対して直交する方向から見た場合に前記コネクタの少なくとも一部と重なり、且つ前記配列方向から見た場合に前記コネクタと重ならない
   モータユニット。
2. 絶縁体であって前記コネクタと前記カバー部との間に配置される絶縁カバーを備える
   請求項１に記載のモータユニット。
3. 請求項１又は２に記載のモータユニットを備え、
   前記制御装置が前記電動モータを制御し、前記電動モータに補助操舵トルクを発生させる
   電動パワーステアリング装置。

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