JP4863059B2 - Electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an electric power steering apparatus.
電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を得るための電動モータを有している。この電動モータは、ブラシレスモータであり、ステアリングシャフトに同軸に配置されている(例えば、特許文献1参照。)。
ブラシレスモータは、通例、複数のコイルと、複数のコイルを接続するための単一の接続用基板とを有している。この接続用基板は、電動モータの軸方向のいずれかの端部に配置されている。
A brushless motor typically has a plurality of coils and a single connection substrate for connecting the plurality of coils. This connection board is disposed at any end in the axial direction of the electric motor.
ところで、操舵補助用のブラシレスモータでは、コイルの数が多くなる傾向にあるので、接続用基板の周囲で電線が密集し、組立作業性が低下する。また、コイルが多くなると、接続用基板が大型化し、その結果、電動モータが大型化する傾向にある。
また、特許文献1では、ステアリングシャフトの軸方向に、電動モータのためのスペースを確保する必要があるので、ステアリングシャフトが軸方向に長くなる傾向にある。一方で、車両内でステアリングシャフトを収容するためのスペースは規制されている。従って、電動モータひいては電動パワーステアリング装置の大型化を抑制することが要請されている。
By the way, in a brushless motor for assisting steering, since the number of coils tends to increase, electric wires are densely packed around the connection board, and assembly workability is lowered. Further, when the number of coils increases, the connection substrate increases, and as a result, the electric motor tends to increase in size.
Further, in Patent Document 1, since it is necessary to secure a space for the electric motor in the axial direction of the steering shaft, the steering shaft tends to be long in the axial direction. On the other hand, the space for accommodating the steering shaft in the vehicle is restricted. Accordingly, there is a demand for suppressing the increase in size of the electric motor and thus the electric power steering device.
そこで、この発明の目的は、組立作業性が良くて小型化できる電動パワーステアリング装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an electric power steering device that has good assembly workability and can be miniaturized.
本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトと同軸に配置された操舵補助用のブラシレスモータを備え、ブラシレスモータの各相と電力供給ラインとの結線用基板と、ブラシレスモータの中性点結線用基板とが、ブラシレスモータをステアリングシャフトの軸方向に挟んだ両側に配置されており、上記中性点結線用基板が単層構造であり、上記中性点結線用基板の全体が、ブラシレスモータのステータの径方向内方に配置されていることを特徴とする。本発明によれば、各基板の周囲において、対応するブラシレスモータの各相と電力供給ラインとの電線の密集度合いを下げることができ、組立作業性を高めることができる。各基板に接続される電線が少なくて済むので、基板の構造を簡素化できて、小型化できる。従って、電動モータ、ひいては電動パワーステアリング装置を小型化することが可能となる。 An electric power steering apparatus according to the present invention includes a brushless motor for assisting steering arranged coaxially with a steering shaft, a connection board for connecting each phase of the brushless motor to a power supply line, and a neutral point connection for the brushless motor. The substrate is disposed on both sides of the brushless motor sandwiched in the axial direction of the steering shaft , the neutral point connection substrate has a single-layer structure, and the neutral point connection substrate is entirely formed of the brushless motor. It arrange | positions at the radial inside of a stator, It is characterized by the above-mentioned. According to the present invention, it is possible to reduce the degree of density of electric wires between each phase of the corresponding brushless motor and the power supply line around each substrate, and to improve the assembly workability. Since fewer wires are connected to each substrate, the structure of the substrate can be simplified and the size can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the size of the electric motor, and hence the electric power steering device.
また、本発明において、上記中性点結線用基板の全体が、ブラシレスモータのステータの径方向内方に配置されているので、ステータの径方向内方にあって軸方向についてロータに隣接する従来空いていたスペースを有効に利用して、電動モータひいては電動パワーステアリング装置を軸方向に小型化することができる。
In the present invention, the whole of the neutral point connection for the substrate, than are disposed radially inward of the brushless motor stator, adjacent to the rotor for axially there radially inward of the stator It is possible to reduce the size of the electric motor and thus the electric power steering device in the axial direction by effectively utilizing the space that has been vacant conventionally.
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照する。
電動パワーステアリング装置1は、操向輪2を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール3に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4からの操舵トルクにより操向輪2を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構5と、ステアリングシャフト4および操舵機構5の間に設けられこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸6とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. Please refer to FIG.
The electric power steering apparatus 1 steers the steered
ステアリングシャフト4は、ステアリングコラム7の内部を挿通して、ステアリングコラム7により回転自在に支持されている。ステアリングコラム7はブラケット8を介して車体9に支持されている。ステアリングシャフト4の一方の端部4aにステアリングホイール3が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト4の他方の端部4bに中間軸6が連結されている。
The
中間軸6は、動力伝達軸10と、中間軸6の一方の端部に設けられた自在継手11と、中間軸6の他方の端部に設けられた自在継手12とを有している。
操舵機構5は、入力軸としてのピニオン軸13と、自動車の横方向(直進方向と直交する方向である。)に延びる転舵軸としてのラックバー14と、ピニオン軸13およびラックバー14を支持するラックハウジング15とを有している。ピニオン軸13のピニオン歯13aと、ラックバー14のラック歯14aとが互いに噛み合っている。
The
The
ステアリングホイール3が操舵されると、その操舵トルクがステアリングシャフト4等を介して操舵機構5に伝達される。これにより操向輪2を操舵することができる。
電動パワーステアリング装置1は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、ステアリング装置1は、操舵トルクを検出するトルクセンサ16と、制御部としてのECU(Electronic Control Unit :電子制御ユニット)17と、操舵補助用のブラシレスモータからなる電動モータ18(以下、ブラシレスモータともいう。)とを有している。
When the steering wheel 3 is steered, the steering torque is transmitted to the
The electric power steering apparatus 1 can obtain a steering assist force according to the steering torque. That is, the steering device 1 includes an electric motor 18 (hereinafter referred to as a brushless motor) including a
本実施形態では、電動モータ18は、ステアリングコラム7に関連して設けられていて、ステアリングシャフト4に同軸に配置されている。電動モータ18と、ステアリングコラム7の一部とが、後述するようにモータユニット19の一部を構成している。
ステアリングコラム7は、コラムチューブ20と、ハウジング21とを有している。ハウジング21が、トルクセンサ16および電動モータ18を収容して支持している。
In the present embodiment, the
The
ステアリングシャフト4は、入力軸22と、出力軸23と、トーションバー24とを有している。ステアリングシャフト4の軸方向下部が、入力軸22と、出力軸23とに分割されている。入力軸22および出力軸23は、トーションバー24を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸22は、ステアリングシャフト4の軸方向上部としての連結軸25を介して、ステアリングホイール3に連なっている。出力軸23は、中間軸6等を介して、ピニオン軸13に連なっている。入力軸22に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー24が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸22および出力軸23が相対回転する。
The
トルクセンサ16は、ステアリングシャフト4のトーションバー24に関連して設けられ、トーションバー24を介する入力軸22および出力軸23間の相対回転変位量に基づいてトルクを検出する。トルク検出結果は、ECU17に与えられる。
ECU17は、上述のトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ18を制御する。
The
The ECU 17 controls the
ステアリングホイール3が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ16により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ18が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、出力軸23からピニオン軸13に伝達され、ステアリングホイール3の動きとともに操舵機構5に伝わり、操向輪2が操舵されるとともに、操舵が補助される。
When the steering wheel 3 is operated, the steering torque is detected by the
図2は、図1の電動パワーステアリング装置1の要部の一部断面図である。図1および図2を参照する。
電動モータ18は、ハウジング21内に収容されている。電動モータ18は、筒状のロータ26と、筒状のステータ27とを有している。ステータ27は、ハウジング21に固定されていて、ロータ26を取り囲んでいる。ロータ26は、ステアリングシャフト4の出力軸23に一体回転するように固定されている。出力軸23は、ハウジング21に軸受28を介して回転自在に支持されている。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a main part of the electric power steering apparatus 1 of FIG. Please refer to FIG. 1 and FIG.
The
また、電動パワーステアリング装置1は、ロータ26の回転角を検出する位置検出センサ(図示せず)と、ブラシレスモータ内部における電気的な接続のためのバスバーと呼ばれる第1および第2の結線用基板29,30とを有している。
モータユニット19は、上述の各部、すなわち、ハウジング21と、出力軸23と、ロータ26と、ステータ27と、軸受28と、位置検出センサと、第1の結線用基板29と、第2の結線用基板30とを有している。
The electric power steering apparatus 1 includes a position detection sensor (not shown) for detecting the rotation angle of the
The
ハウジング21は、両端が開放された筒部31と、この筒部31の一方の端部に固定された第1の端壁32と、筒部31の他方の端部に固定された第2の端壁33とを有している。
筒部31の内周に、ステータ27の外周が固定されている。出力軸23の軸方向Sについて、ステータ27を挟んだ両側に、第1および第2の端壁32,33が配置されている。第1および第2の端壁32,33は、環状をなしていて、外周縁部で筒部31の対応する端部に固定されている。筒部31と第1および第2の端壁32,33とで囲まれた内部は、密閉されていて、この内部に、ロータ26およびステータ27が収容されている。また、第1および第2の端壁32,33の内周は、軸受28を保持する保持部をそれぞれ有している。
The
The outer periphery of the
出力軸23が、軸受28に保持されて、第1および第2の端壁32,33を貫通している。出力軸23は、筒部31およびステータ27の内周に同心に配置されている。
ロータ26は、筒状をなしていて、外周および内周を有している。ロータ26は、ロータ本体26aと、このロータ本体26aの外周に一体回転可能に取り付けられたロータマグネット26bとを含む。ロータマグネット26bは、永久磁石からなり、環状に形成されて、その外周にN極とS極との磁極が交互に周方向に並んで複数箇所に形成されている。ロータ本体26aは、ステアリングシャフト4の出力軸23と別体に形成されている。ロータ本体26aの内周が、出力軸23の外周に嵌合されて固定されている。
The
The
ステータ27の内周は、ロータ26の外周に、径方向Rの隙間を介して径方向Rに対向して近接して配置されている。
ステータ27は、環状のヨーク34と、このヨーク34の内周に連結されてロータ26に対向して配置される複数のステータコア35と、これらのステータコア35に組み付けられた複数のインシュレータ36と、これらのインシュレータ36に巻回された複数のコイル37,38,39(コイル38,39については、図3参照)とを有している。
The inner circumference of the
The
ステータコア35は、ヨーク34の内周からヨーク34の径方向R(ステータ27の径方向Rに相当する。)に沿って径方向Rの内方へ延びている。ステータコア35の基端がヨーク34の内周に固定されている。複数のステータコア35は、周方向に均等に並んでいる。
各コイル37,38,39は、絶縁被覆された電線をそれぞれ有している。各電線は、インシュレータ36の回りに巻かれてなり、インシュレータ36を介してステータコア35に巻かれている。各コイル37,38,39の電線の一方の端部が、第1の結線用基板29に接続されている。各コイル37,38,39の電線の他方の端部が、第2の結線用基板30に接続されている。
The
Each of the
第1の結線用基板29と、第2の結線用基板30とは、ブラシレスモータをステアリングシャフト4の軸方向Sに挟んだ両側に配置されている。ハウジング21の内部には、ブラシレスモータの軸方向両側に、出力軸23を取り囲む2つの環状空間21aが区画されている。一方の環状空間21aは、軸方向Sについて、ロータ26およびステータ27と、端壁32との間に区画されている。他方の環状空間21aは、軸方向Sについて、ロータ26およびステータ27と、端壁33との間に区画されている。ステアリングホイール3寄りにある一方の環状空間21a内に、第2の結線用基板30が配置されている。他方の環状空間21a内に、第1の結線用基板29が配置されている。
The
第1の結線用基板29は、軸方向Sについてブラシレスモータのロータ26およびステータ27に隣接して配置されていて、ブラケット(図示せず)を介してハウジング21の筒部31に支持されている。
第2の結線用基板30は、軸方向Sについてブラシレスモータのロータ26に隣接して配置されていて、ブラケット49を介してハウジング21の筒部31に支持されている。第2の結線用基板30の一部30aが、ブラシレスモータのステータ27の所定部27aの径方向Rの内方に配置されている。
The
The
具体的には、第2の結線用基板30の一部30aとしては、第2の結線用基板30において、軸方向Sについてのロータ26寄りの端部である。ステータ27の所定部27aとしては、軸方向Sについてロータ26の端部よりも突出した部分であって、コイル37,38,39により形成された部分である。また、上述の環状空間21aは、ロータ26の両端部に軸方向Sに隣接し且つステータ27の所定部27aの径方向Rの内方にある領域21bを有している。この領域21bは、従来、空きスペースとされていたが、本実施形態では、第2の結線用基板30の一部30aを収容している。
Specifically, the
図3は、図2のコイル37,38,39の配線図である。図2および図3を参照して、複数のコイル37,38,39は、3相交流の各相が印加される3相のコイル37,38,39、すなわち、U相のコイル37と、V相のコイル38と、W相のコイル39とを有している。複数のコイル37,38,39は、U相、V相、W相の順で、周方向に並んでいる。周方向に隣接するU相、V相、W相ひとつずつのコイル37,38,39は、組をなしている。ステータ27は、全体として、複数組、具体的には、4組の上述の3相のコイル37,38,39を有している。なお、図3は、ひとつの組を図示している。
FIG. 3 is a wiring diagram of the
各組において、各コイル37,38,39の一方の端末の端子としての電線の一方の端部は、第1の結線用基板29に接続されている。この第1の結線用基板29には、上述の3相に対応する3つの電力供給ライン40,41,42が接続されている。各電力供給ライン40,41,42は、被覆電線を含んでいる。
また、各コイル37,38,39の他方の端末の端子としての電線の他方の端部は、第2の結線用基板30に接続されている。各組の3相のコイル37,38,39は、組ごとに、互いにY結線(スター結線)されていて、接続部に中性点Nが形成されている。
In each set, one end of the electric wire as a terminal of one end of each
Further, the other end of the electric wire as the terminal of the other end of each
なお、ブラシレスモータとしては、少なくとも1組の3相のコイル37,38,39を有していればよい。本実施形態では、4組の3相のコイル37,38,39が設けられている場合に則して説明する。
図4は、図2のA方向からみたときの第1の結線用基板29の一部断面図である。図3と図4を参照して、第1の結線用基板29は、環状をなしている。第1の結線用基板29は、第1、第2および第3の導体43,44,45と、絶縁体46とを有している。絶縁体46は、各導体43,44,45間を互いに絶縁し且つ各導体43,44,45の一部と外部との間を絶縁している。第1、第2および第3の導体43,44,45が、絶縁体46を介して、径方向Rに沿って交互に3層に積層されている。
The brushless motor may have at least one set of three-
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the
各導体43,44,45は、円弧状部分と、円弧状部分から径方向Rの外方に延びる複数、例えば4つの延設部とを有している。円弧状部分は、周方向に長い帯状をなし、この帯が、軸方向Sからみたときに、円弧状をなして湾曲して延びている。各導体43,44,45の円弧状部分は、互いに異なる径で形成され、互いに同心で径方向Rに離隔して配置されている。延設部は、上述の組の数で設けられている。延設部の延設端に端子が配置されている。なお、図4では、絶縁体46のみが断面とされている。また、導体44の延設部は、導体43,45の円弧状部分と重なって図示されているが、互いに絶縁されている。同様に、導体43の延設部は、導体45の円弧状部分と重なって図示されているが、互いに絶縁されている。
Each
第1の導体43には、各組のU相のコイル37の一方の端部が接続され、対応する電力供給ライン40が接続されている。同様に、第2の導体44には、各組のV相のコイル38の一方の端部が接続され、対応する電力供給ライン41が接続されている。第3の導体45には、各組のW相のコイル39の一方の端部が接続され、対応する電力供給ライン42が接続されている。
One end of each set of U-phase coils 37 is connected to the
図5は、図2のA方向からみたときの第2の結線用基板30の一部断面図である。図3と図5を参照して、第2の結線用基板30は、環状をなしている。第2の結線用基板30は、複数、例えば4つの導体47と、絶縁体48とを有している。絶縁体48は、4つの導体47同士の間を絶縁し且つ各導体47の一部と外部との間を絶縁している。
各導体47は、円弧状部分と、円弧状部分から径方向Rの外方に延びる複数、例えば3つの延設部とを有している。円弧状部分は、周方向に長い帯状をなし、この帯が、軸方向Sからみたときに、円弧状をなして湾曲して延びている。各導体47の円弧状部分の径は、互いに等しくされている。4つの導体47は、周方向に並んで互いに離隔して配置されている。延設部の延設端に端子が配置されている。各導体47の端子には、予め定めた対応する1組の3相のコイル37,38,39の他方の端部が接続されている。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the
Each
このように本実施形態の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と同軸に配置された操舵補助用のブラシレスモータとしての電動モータ18を備える。ブラシレスモータの各相のコイル37,38,39と電力供給ライン40,41,42との第1の結線用基板29と、ブラシレスモータの中性点結線用基板としての第2の結線用基板30とが、ブラシレスモータをステアリングシャフト4の軸方向Sに挟んだ両側に配置されていることを特徴とする。
As described above, the electric power steering apparatus 1 of the present embodiment includes the
本実施形態によれば、各結線用基板29,30の周囲において、対応するブラシレスモータの各相のコイル37,38,39と電力供給ライン40,41,42との電線の密集度合いを緩和することができ、結線用基板29,30と電線との接続作業に関して、組立作業性を高めることができる。
また、各結線用基板29,30ごとの接続される電線が少なくて済むので、各結線用基板29,30の構造を簡素化できて、小型化できる。例えば、単一の従来の結線用基板では、4層構造が必要であった。これに対して、本実施形態でのパワーラインのバスバーである第1の結線用基板29は、3層構造であり、また、中性点用のバスバーである第2の結線用基板30は単層構造である。
According to the present embodiment, the density of electric wires between the
Further, since the number of wires to be connected to each
従って、各結線用基板29,30の小型化に伴って、各結線用基板29,30のレイアウト自由度が高まるので、例えば少なくとも一方の結線用基板29,30(本実施形態では、第2の結線用基板30)の少なくとも一部を狭いスペースに配置することも可能となる。従って、電動モータ18、ひいては電動パワーステアリング装置1を小型化することが可能となる。
Accordingly, the layout flexibility of each of the
また、第2の結線用基板30の一部30aが、ブラシレスモータのステータ27の径方向Rの内方に配置されている。この場合、ステータ27の径方向Rの内方にあって軸方向Sについてロータ26に隣接した従来空いていたスペースを有効に利用して、電動モータ18ひいては電動パワーステアリング装置1を軸方向Sに小型化することができる。
また、この効果を得るには、第2の結線用基板30の全体が、ブラシレスモータのステータ27の径方向Rの内方に配置されていればより好ましい。要は、第2の結線用基板30の少なくとも一部が、ブラシレスモータのステータ27の径方向Rの内方に配置されていればよい。
Further, a
In order to obtain this effect, it is more preferable that the entire
また、電動モータ18がステアリングシャフト4に同軸に配置されていることから、ロータ26の外径が大きくなる傾向にある。従って、軸方向Sについてロータ26に隣接し、且つ径方向Rについてステアリングシャフト4の外周と、ステータ27の所定部27aの内周との間に、結線用基板29,30を配置するためのスペースとしての環状空間21aの領域21bを大きく且つ容易に確保することができる。
Further, since the
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図6は、本発明の第2の実施形態の電動パワーステアリング装置1の要部の一部断面図である。この実施形態では、中性点結線用基板としての第2の結線用基板30が、ブラシレスモータのステータ27に軸方向Sに隣接して配置されている。
Moreover, the following modifications can be considered about this embodiment. In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a main part of the electric power steering apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention. In this embodiment, a
また、第1および第2の結線用基板29,30のいずれをステアリングホイール3寄りに配置してもよい。
上述の各実施形態の第1の結線用基板29では、複数の導体43,44,45の積層方向は、径方向Rであったが、他の方向、例えば軸方向Sであってもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
Further, any one of the first and
In the
1…電動パワーステアリング装置、4…ステアリングシャフト、18…電動モータ(ブラシレスモータ)、27…ステータ、29…第1の結線用基板(電力供給ラインとの結線用基板)、30…第2の結線用基板(中性点結線用基板)、30a…中性点結線用基板の一部、37,38,39…コイル(ブラシレスモータの各相)、40,41,42…電力供給ライン、S…軸方向、R…径方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electric power steering apparatus, 4 ... Steering shaft, 18 ... Electric motor (brushless motor), 27 ... Stator, 29 ... First connection board (connection board with electric power supply line), 30 ... Second connection Substrate (neutral point connection substrate), 30a ... a part of neutral point connection substrate, 37, 38, 39 ... coil (each phase of brushless motor), 40, 41, 42 ... power supply line, S ... Axial direction, R ... radial direction
Claims (1)
ブラシレスモータの各相と電力供給ラインとの結線用基板と、ブラシレスモータの中性点結線用基板とが、ブラシレスモータをステアリングシャフトの軸方向に挟んだ両側に配置されており、
上記中性点結線用基板が単層構造であり、上記中性点結線用基板の全体が、ブラシレスモータのステータの径方向内方に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。 It has a brushless motor for steering assistance arranged coaxially with the steering shaft,
The connection board for each phase of the brushless motor and the power supply line and the neutral connection board for the brushless motor are arranged on both sides of the brushless motor in the axial direction of the steering shaft .
2. The electric power steering apparatus according to claim 1, wherein the neutral point connection board has a single-layer structure, and the neutral point connection board is disposed radially inward of the stator of the brushless motor .
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