JP2023005079A - 駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】カバーの疑似円筒部においてスナップフィット方式によりカバーとモータとを組付け可能な駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置100は、モータ10とコントローラ20とが一体に構成されている。金属製のリアフレーム30は、モータ10の軸方向におけるコントローラ20側の端部に設けられている。基板40は、コントローラ20を構成する電子部品が実装されている。有底筒状のカバー60は、リアフレーム30の側面に設けられた複数の固定係止部37、38にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部67、68を有し、リアフレーム30に固定されて基板を覆う。カバー60は、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された疑似円筒部63を有する。疑似円筒部63の側面の一部に平面部632が形成されている。少なくとも一部の可撓係止部67は、疑似円筒部63の平面部632に設けられている。【選択図】図1
Description
本発明は、駆動装置に関する。
従来、モータと、モータを駆動制御するコントローラとが一体に構成された駆動装置において、コントローラの基板を覆うカバーとモータとをボルト締結やかしめ締結等により組付ける技術が知られている。
また特許文献1には、エンドカバーとコネクタホルダ、及び、コネクタホルダとホルダとをスナップフィット固定する構成が開示されている。
モータは円筒形状であるため、スペースを有効に使用する観点から、基本的にカバーも円筒形状に設計される。しかし、円筒曲面上にはスナップフィット構造を設けることができないという問題がある。以下、本明細書では、厳密な円筒ではないが円筒に準ずる楕円筒などを含む形状として「疑似円筒部」の用語を用いる。
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、カバーの疑似円筒部においてスナップフィット方式によりカバーとモータとを組付け可能な駆動装置を提供することにある。
本発明による駆動装置は、ステータ(11)及びロータ(12)を含むモータ(10)と、モータを駆動制御するコントローラ(20)とが一体に構成されている。この駆動装置は、金属製のリアフレーム(30)と、基板(40)と、有底筒状のカバー(60)とを備える。
リアフレームは、モータの軸方向におけるコントローラ側の端部に設けられている。基板は、リアフレームに対しモータの反対側に設けられ、コントローラを構成する電子部品が実装されている。
カバーは、リアフレームの側面に設けられた複数の固定係止部(37、38)にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部(67、68)を有し、リアフレームに固定されて基板を覆う。
カバーは、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された疑似円筒部(63)を有する。疑似円筒部の側面の一部に平面部(632)が形成されている。少なくとも一部の可撓係止部(67)は、疑似円筒部の平面部に設けられている。
本発明の駆動装置では、カバーの疑似円筒部においてスナップフィット方式によりカバーとモータとを組付け可能である。また、スナップフィット方式でない組付け方式の駆動装置から本発明の駆動装置にモデルチェンジする場合、カバー及び基板のシルエット変更を最小限にすることができる。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による駆動装置を図面に基づいて説明する。本実施形態の駆動装置は、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを出力するモータと、モータを駆動制御するコントローラとが一体に構成されている。つまり本実施形態の駆動装置は、いわゆる「機電一体式」のモータである。機電一体式モータは、特許文献1(特開2012-152091号公報、対応US公報:US2012/0161590A1)等に開示されている。
本発明の一実施形態による駆動装置を図面に基づいて説明する。本実施形態の駆動装置は、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを出力するモータと、モータを駆動制御するコントローラとが一体に構成されている。つまり本実施形態の駆動装置は、いわゆる「機電一体式」のモータである。機電一体式モータは、特許文献1(特開2012-152091号公報、対応US公報:US2012/0161590A1)等に開示されている。
以下の各図に共通し、モータ10の回転軸を「O」と記す。モータ回転軸Oの方向を単に「軸方向」という。まず図1、図2を参照し、駆動装置100の全体構成について説明する。図1には、カバー60を組付ける前の斜視図を示す。基板40上に実装される電子部品の図示を省略する。図2には、カバー60を組付けた後の軸方向断面図を示す。図2の下側に示されるモータ10の出力軸側を「フロント側」といい、図2の上側に示されるカバー60側を「リア側」という。コントローラ20は、モータ10のリア側において、回転軸Oに対して同軸に配置されている。
駆動装置100は、3相ブラシレスモータであるモータ10と、モータ10を駆動制御するコントローラ20とが一体に構成されている。モータ10は、ステータ11、ロータ12、フロントフレーム13、コイル14、シャフト15、ジョイント16、軸受17、18、及び、リアフレーム30等を含む。
ステータ11は、3相のコイル14が巻回されている。コイル14は、図示しないモータ端子を介して基板40に接続されている。コントローラ20によりコイル14への通電が制御されることで、ステータ11に回転磁界が形成される。ロータ12は、ステータ11の内側に設けられ、中心にシャフト15が固定されている。シャフト15は、フロントフレーム13に保持されたフロント軸受17、及び、リアフレーム30に保持されたリア軸受18により回転可能に支持されている。
ロータ12の外周には複数の永久磁石が設けられている。ロータ12は、コイル14への通電によってステータ11に形成される回転磁界により、シャフト15を軸として回転する。シャフト15のフロント側の端部には、回転を伝達するジョイント16が設けられている。
リアフレーム30は、アルミニウム合金等の金属製であり、モータ10の軸方向におけるコントローラ20側の端部に設けられている。リアフレーム30の中央部にはシャフト15が挿通されるシャフト孔32が形成されている。リアフレーム30のフロント側にはリア軸受18が保持されており、リア側の端面34には基板40が固定されている。リアフレーム30は、基板40やリア軸受18を支持するとともに、基板40上に実装された電子部品からの放熱を受容するヒートシンクとしても機能する。
リアフレーム30のモータ10側端部には、径方向寸法が一回り大きいフレームエンド部36が設けられている。リアフレーム30のフレームエンド部36とフロントフレーム13とはスルーホールボルト19で締結されている。フレームエンド部36の側面には、複数の突起状の固定係止部37、38が設けられている。
詳しくは、固定係止部37は、後述するカバー60の疑似円筒部63に形成された可撓係止部67に対応する位置に設けられている。固定係止部38は、カバー60の矩形筒部64に形成された可撓係止部68に対応する位置に設けられている。よって、図1の裏側を含めて計四つの固定係止部37、38がリアフレーム30のフレームエンド部36の側面に設けられている。
リアフレーム30が金属製であることから自明であるように、固定係止部37、38は変形しない。したがって、樹脂製の可撓係止部67、68に対し「固定係止部」という。後述するように、本実施形態では、可撓係止部67、68がスナップフィット方式で固定係止部37、38に係合可能である。その係合時のガイドとして、図2に示すように、固定係止部37、38は、突起部がリア側からフロント側に向かって外側に傾斜するように形成されることが好ましい。
基板40は、リアフレーム30のリア側の端面34に固定されている。つまり、基板40は、リアフレーム30に対しモータ10の反対側、すなわちリア側に設けられている。基板40は、コントローラ20を構成する電子部品が実装されている。具体的にはインバータを構成する複数のスイッチング素子、ノイズフィルタを構成するコイル及びコンデンサ、制御部を構成するマイコンやIC、電流センサや回転角センサ等が実装されている。
本実施形態の駆動装置100は、モータ軸Oに直交する方向にコネクタ50が突出する「横出しコネクタ方式」の構成である。図7を参照して後述するように、コネクタ50は、複数の端子52を介して基板40の矩形板部44と接続されている。コネクタ50は、コントローラ20に電力供給する電源ケーブル、及び、車両の制御回路等とコントローラ20との間で信号を通信する信号ケーブルが接続される。
カバー60は、有底筒状であり、基板40のリア側からリアフレーム30に固定されて基板40を覆う。本実施形態では、カバー60は樹脂で一体に形成されており、スナップフィット方式でリアフレーム30に固定される。以下、本実施形態のカバー60の構成について詳しく説明する。
次に図1~図6及び図8(a)を参照し、カバー60の構成について詳しく説明する。カバー60は、頂面部62から側面に広がる疑似円筒部63及び矩形筒部64を含む。疑似円筒部63及び矩形筒部64は、モータ回転軸Oを含む基準平面Xに対して対称に設けられている。
簡単に言えば、軸方向投影視である図5及び図6において、円と長方形とが円の中心を通る基準線Xに対して対称に接続された形状をなしている。基準線Xに直交する長方形の辺の長さは円の直径以下である。したがって、円弧の中心角は180°以上となる。本実施形態では、疑似円筒部63の円弧の中心角αは約240°である。
詳しくは、疑似円筒部63は、「軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された部分」として定義される。本実施形態の疑似円筒部63は、軸方向の投影形状の一部が円弧で構成されている。カバー60は、モータ10を覆うものであるため、基本的にモータ10のシルエットに準じた円筒形となる。
疑似円筒部63の側面の一部には、軸方向の投影形状が直線で表される平面部632が形成されている。平面部632以外の部分は、軸方向の投影形状が円弧で表される曲面部631をなす。本実施形態では、基準平面Xを挟んで両側に一つずつ、計二つの平面部632が形成されている。平面部632は、基準平面Xに対するモータ回転軸Oからの角度が約30°~約60°の範囲に形成されている。
また、図8(a)に示すように、疑似円筒部63の平面部632は、両側に隣接する曲面部631を延長してなる仮想曲面Svcの内側に形成されている。詳しくは、両側に隣接する曲面部631の端点を結んだ直線、すなわち円の弦に相当する直線が平面部632を構成する。樹脂成形品であるカバー60の板厚はほぼ一定であるため、平面部632の内壁は、曲面部631の内壁を延長した仮想内壁曲面の内側に位置する。
矩形筒部64は、二つの延長面部643及び一つの間口面部644の三平面を側面に含む。二つの延長面部643は、互いに平行であり疑似円筒部63の側面に接続する平面である。間口面部644は、二つの延長面部643に直交する平面である。図4に破線で示すように、間口面部644には、コネクタ50を挿通させる切り欠き645が形成されている。このように、カバー60の矩形筒部64は、基板40のうちコネクタ50に接続される端子部分やコネクタ50の根元部を覆う機能を有する。
疑似円筒部63の各平面部632には可撓係止部67が形成されており、矩形筒部64の各延長面部643には可撓係止部68が形成されている。つまり、本実施形態のカバー60は、計四つの可撓係止部67、68を有している。四つの可撓係止部67、68は、基準平面Xに対して対称に配置されている。
可撓係止部67、68は、平面部632又は延長面部643の開口端66寄りの部位から頂面部62とは反対方向に開口端66を超えて延びている。可撓係止部67、68は、略U字の枠板状であり、枠の内側に係止穴670、680が形成されている。係止穴670、680は、例えば樹脂成形金型においてスライド型を用いて成形される。
可撓係止部67、68は、樹脂の弾性により、先端側が外側に広がるように弾性変形可能である。カバー60をリアフレーム30の真上に配置したとき、弾性変形前には、可撓係止部67、68は固定係止部37、38に重なる。可撓係止部67、68の先端側が外側に広がることで、枠部が突起を乗り越え、固定係止部37、38が係止穴670、680の内側に収容される。このように可撓係止部67、68は、リアフレーム30の固定係止部37、38にスナップフィット方式で係合可能である。
その他、疑似円筒部63の矩形筒部64とは反対側には、開口端66に沿った低い高さ範囲で突出するボルト遮蔽部65が設けられている。ボルト遮蔽部65は、スルーホールボルト19の頭部を覆う。
次に図1、図7及び図8(a)を参照し、駆動装置100の基板40の構成について詳しく説明する。図7に示すように、本実施形態の基板40は、外縁がカバー60の内壁に沿った形状に形成されている。つまり、基板40は、カバー60の疑似円筒部63に対応する疑似円板部43、及び、矩形筒部64に対応する矩形板部44を有している。矩形板部44は、複数の端子52を介してコネクタ50と接続される。また、基板40は、疑似円板部43における疑似円筒部63の平面部632の内壁に対向する位置に、外縁が直線で構成された対応平面部432が形成されている。
図8(a)に示すように、本実施形態では、カバー60の平面部632は仮想曲面Svcの内側に形成されている。したがって、基板40の疑似円板部43を単純な円弧で構成すると、カバー60の内壁と基板40との距離によっては、基板40の外縁がカバー60の内壁に干渉する。そこで本実施形態では、カバー60の平面部632に対応して、基板40に対応平面部432が形成されている。
(本実施形態の効果)
(1)本実施形態のカバー60は、リアフレーム30の側面に設けられた複数の固定係止部37、38にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部67、68を有する。一部の可撓係止部67は、疑似円筒部63の側面の一部に形成された平面部632に設けられている。
(1)本実施形態のカバー60は、リアフレーム30の側面に設けられた複数の固定係止部37、38にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部67、68を有する。一部の可撓係止部67は、疑似円筒部63の側面の一部に形成された平面部632に設けられている。
これにより、本実施形態の駆動装置100では、カバー60の疑似円筒部63においてスナップフィット方式によりカバー60とモータ10とを組付け可能である。そのため、ボルト締結やかしめ締結に比べて部品点数や組付け工数を低減することができる。
また、スナップフィット方式でない組付け方式の駆動装置から本実施形態の駆動装置にモデルチェンジする場合、車載搭載性確保の観点から大型化したくなく、且つ、基板実装面積確保の観点から大幅に小型化したくないというニーズがある。このニーズに対し本実施形態では、カバー60及び基板40のシルエット変更を最小限にすることができる。
(2)疑似円筒部63の平面部632は、両側に隣接する曲面部631を延長してなる仮想曲面Svcの内側に形成されている。これにより、スナップフィット方式でない組付け方式の駆動装置から本実施形態の駆動装置にモデルチェンジする場合、シルエットの増加を回避することができる。
(3)基板40は、外縁がカバー60の内壁に沿った形状に形成されており、疑似円筒部63の平面部632の内壁に対向する位置に、外縁が直線で構成された対応平面部432が形成されている。これにより、基板40の面積を最大限に確保しつつ、カバー60と基板40との干渉を回避することができる。
(4)カバー60の側面からモータ軸Oに直交する方向にコネクタ50が突出する「横出しコネクタ方式」の駆動装置100において、カバー60は、疑似円筒部63に加え、コネクタ50が配置される矩形筒部64を含む。矩形筒部64の延長面部643には、疑似円筒部63の平面部632に形成された可撓係止部67とは別の可撓係止部68が形成されている。これにより、横出しコネクタ方式に適した構成が実現される。
(5)図5、図6に示すように、疑似円筒部63及び矩形筒部64は、基準平面Xに対して対称に設けられており、複数の可撓係止部67、68は、基準平面Xに対して対称に配置されている。これにより、基準平面Xの両側での締結力のバランスが良くなる。
(6)カバー60は、樹脂で一体に形成されている。これにより、駆動装置100が軽量化でき、また、部品点数を低減することができる。
(その他の実施形態)
(a)カバー60の「疑似円筒部」には、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧で構成されたものの他、軸方向の投影形状の少なくとも一部が「円弧に準ずる曲線」で構成されたものが含まれる。「円弧に準ずる曲線」とは、典型的には楕円のように、中心から外に凸の曲線を意味する。言い換えれば、円筒部と同様に平面部を形成することが可能な楕円筒部のような形状が、狭義の「円筒部」を拡張した概念である「疑似円筒部」と定義される。
(a)カバー60の「疑似円筒部」には、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧で構成されたものの他、軸方向の投影形状の少なくとも一部が「円弧に準ずる曲線」で構成されたものが含まれる。「円弧に準ずる曲線」とは、典型的には楕円のように、中心から外に凸の曲線を意味する。言い換えれば、円筒部と同様に平面部を形成することが可能な楕円筒部のような形状が、狭義の「円筒部」を拡張した概念である「疑似円筒部」と定義される。
(b)スナップフィット方式を構成する可撓係止部及び固定係止部は、一方が凸であり他方が凹であればよい。すなわち、上記実施形態の構成とは逆に、カバー60の可撓係止部67、68を凸とし、リアフレーム30の固定係止部37、38を凹とするように構成してもよい。
(c)図8(a)に示す一実施形態に対し、図8(b)に示すように、カバー60の平面部632は、仮想曲面Svcの外側に形成されてもよい。この構成では、カバー60の内壁が基板40に干渉することが回避される。また、平面部の無いカバーの金型を改造する場合、キャビティ型を削り方向で修正可能である。
(d)カバー60の平面部632が仮想曲面Svcの内側に形成されている構成でも、基板40がカバー60の内壁に対し一回り小さい円形であって平面部632に干渉しない場合には、基板40の対応平面部432が形成されなくてもよい。
(e)例えば頂面部62から軸方向にコネクタが突出する「上出しコネクタ方式」の駆動装置100では、カバー60は矩形筒部64を含まず、疑似円筒部63のみで構成されてもよい。その場合、全ての可撓係止部67が疑似円筒部63の平面部632に設けられることになる。複数の可撓係止部67は、例えばモータ回転軸Oに対して点対称に配置されることで、周方向の締結力のバランスが良くなる。
(f)カバー60における複数の可撓係止部67、68の数や配置は上記実施形態の例に限らない。また、複数の可撓係止部67、68の配置は、図5、図6に示すように基準平面Xに対して対称でなく、基準平面Xに対して非対称に配置されてもよい。
(g)カバー60は樹脂で一体に形成されるものに限らず、カバー本体が金属で形成され、樹脂又はゴム製の可撓係止部67、68が別体で取り付けられてもよい。
(h)本発明の駆動装置は、電動パワーステアリング装置以外の車載装置や、車両に搭載される装置以外の各種装置に適用されてもよい。
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、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。
10・・・モータ、
20・・・コントローラ、
30・・・リアフレーム、
37、38・・・固定係止部、
40・・・基板、
60・・・カバー、
63・・・疑似円筒部、 632・・・平面部、
67、68・・・可撓係止部、
100・・・駆動装置。
20・・・コントローラ、
30・・・リアフレーム、
37、38・・・固定係止部、
40・・・基板、
60・・・カバー、
63・・・疑似円筒部、 632・・・平面部、
67、68・・・可撓係止部、
100・・・駆動装置。
Claims (6)
- ステータ(11)及びロータ(12)を含むモータ(10)と、前記モータを駆動制御するコントローラ(20)とが一体に構成された駆動装置であって、
前記モータの軸方向における前記コントローラ側の端部に設けられた金属製のリアフレーム(30)と、
前記リアフレームに対し前記モータの反対側に設けられ、前記コントローラを構成する電子部品が実装された基板(40)と、
前記リアフレームの側面に設けられた複数の固定係止部(37、38)にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部(67、68)を有し、前記リアフレームに固定されて前記基板を覆う有底筒状のカバー(60)と、
を備え、
前記カバーは、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された疑似円筒部(63)を有し、前記疑似円筒部の側面の一部に平面部(632)が形成されており、
少なくとも一部の前記可撓係止部(67)は、前記疑似円筒部の前記平面部に設けられている駆動装置。 - 前記疑似円筒部の前記平面部は、両側に隣接する曲面部(631)を延長してなる仮想曲面の内側に形成されている請求項1に記載の駆動装置。
- 前記基板は、外縁が前記カバーの内壁に沿った形状に形成されており、
前記疑似円筒部の前記平面部の内壁に対向する位置に、外縁が直線で構成された対応平面部(432)が形成されている請求項2に記載の駆動装置。 - 前記カバーは、互いに平行であり前記疑似円筒部の側面に接続する平面である二つの延長面部(643)、及び、二つの前記延長面部に直交する平面である一つの間口面部(644)を側面に含む矩形筒部(64)をさらに有し、
前記可撓係止部は、前記疑似円筒部の前記平面部に加え、前記矩形筒部の前記延長面部に形成されている請求項1~3のいずれか一項に記載の駆動装置。 - 前記疑似円筒部及び前記矩形筒部は、前記モータの回転軸を含む基準平面(X)に対して対称に設けられており、
複数の前記可撓係止部は、前記基準平面に対して対称に配置されている請求項4に記載の駆動装置。 - 前記カバーは、樹脂で一体に形成されている請求項1~5のいずれか一項に記載の駆動装置。
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