JP5234331B2 - 車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
電動モータの回転軸の軸方向に関して、電動モータと減速機構との間に、制御装置を配置する電動パワーステアリング装置が提案されている(例えば特許文献1,2を参照)。
一方、グラウンド層と電源層とを含む多層のプリント配線基板において、電磁波ノイズ(EMI)を低減するため、グラウンド層と電源層とをスナバ回路で接続する技術が提案されている(例えば特許文献4を参照)。
本発明は、かかる背景のもとになされたものであり、小型で車両への搭載性に優れた車両用操舵装置を提供することを目的とする。
また、上記ホルダは、アングル状の保持部(121)を有し、該保持部は上記コンデンサを横倒し状態で保持している場合がある。
また、上記モータ駆動回路および上記スナバ回路は、グラウンド層(502)および電源層(503)を含む多層回路基板に搭載されている場合がある。この場合、多層化により回路基板を小型し、省スペースを図ることができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
図1は、本発明の一実施形態に係る車両用操舵装置としての電動パワーステアリング装置1の概略構成を示す模式図である。
図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、操舵部材としてのステアリングホイール2と、ステアリングホイール2の回転に連動して転舵輪3を転舵する操舵機構4と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構5とを備えている。ステアリングホイール2と操舵機構4とは、ステアリングシャフト6および中間軸7を介して機械的に連結されている。
ステアリングシャフト6は、直線状に延びている。また、ステアリングシャフト6は、ステアリングホイール2に連結された入力軸8と、中間軸7に連結された出力軸9とを含む。入力軸8と出力軸9とは、トーションバー10を介して同一軸線上で相対回転可能に連結されている。すなわち、ステアリングホイール2に一定値以上の操舵トルクが入力されると、入力軸8および出力軸9は、互いに相対回転しつつ同一方向に回転するようになっている。
ピニオン軸13は、中間軸7に連結されている。ピニオン軸13は、ステアリングホイール2の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸13の先端(図1では下端)には、ピニオン16が連結されている。
操舵補助機構5は、操舵補助用の電動モータ18と、電動モータ18の出力トルクを操舵機構4に伝達するための伝達機構としての減速機構19とを含む。減速機構19としては、例えばウォームギヤ機構などの食い違い軸歯車機構や、平行軸歯車機構などを用いることができる。本実施形態では、減速機構19として、ウォームギヤ機構が用いられている。すなわち、減速機構19は、駆動ギヤ(伝達機構の駆動側部材)としてのウォーム軸20と、このウォーム軸20と噛み合う従動ギヤ(伝達機構の従動側部材)としてのウォームホイール21とを含む。減速機構19は、伝達ハウジングとしてのギヤハウジング22内に収容されている。
電動モータ18がウォーム軸20を回転駆動すると、ウォーム軸20によってウォームホイール21が回転駆動され、ウォームホイール21およびステアリングシャフト6が同行回転する。そして、ステアリングシャフト6の回転は、中間軸7を介してピニオン軸13に伝達される。ピニオン軸13の回転は、ラック軸14の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪3が転舵される。すなわち、電動モータ18によってウォーム軸20を回転駆動することで、転舵輪3が転舵されるようになっている。
第1のハウジング23および第2のハウジング24は、一端が開放した概ね四角箱形に形成されている。第1および第2のハウジング23,24の互いの端部は、突き合わされ固定ねじ91により互いに締結されている。
また、図3を参照して、電動モータ18の後述する回転軸37の軸方向X1に沿って見たときに、電気コネクタ94および従動ギヤ収容ハウジング28の互いの少なくとも一部が互いに重なり合うレイアウトとされている。これにより、実質的な小型化および省スペース化を図ることができ、車両への搭載性が向上する。
モータハウジング25の第1のハウジング23は、例えばアルミニウム合金(例えば鋳造品、冷間鍛造品)により形成され、操舵補助機構5の軽量化が図られている。また、駆動ギヤ収容ハウジング27、従動ギヤ収容ハウジング28および第2のハウジング24で構成されるギヤハウジング22は、例えばアルミニウム合金(例えば鋳造品、冷間鍛造品)により形成され、操舵補助機構5の軽量化が図られている。また、モータハウジング25のモータハウジング本体26には、例えば非磁性の板金が用いられている。
環状のフランジ31の周方向の一部から径方向外方に張り出したブラケット32が設けられている。そのブラケット32のねじ挿通孔33に挿通された固定ねじ34が、第1のハウジング23のねじ孔にねじ込まれることにより、モータハウジング本体26と第1のハウジング23とが一体に固定されている。上記のねじ挿通孔33は、モータハウジング本体26の周方向に延びる長孔に形成されているので、第1のハウジング23に対して、モータハウジング本体26の周方向位置を調整可能となっている。
ギヤハウジング22の従動ギヤ収容ハウジング28には、トルクセンサ11が収容された筒状のセンサハウジング35が連結されており、従動ギヤ収容ハウジング28およびセンサハウジング35は、固定ねじ36を用いて互いに固定されている。ステアリングシャフト6が、筒状の従動ギヤ収容ハウジング28およびセンサハウジング35内に挿通されている。
再び図4を参照して、第1のハウジング23は、収容室100の一部を区画する第1の内壁面101を含み、第2のハウジング24は収容室100の一部を区画する第2の内壁面102を含み、これら第1の内壁面101および第2の内壁面102は、電動モータ18の回転軸37の軸方向X1に対向している。
第2の内壁面102のなす環状平面の延長面P1が、ステアリングシャフト6を取り囲む筒状部としての従動ギヤ収容ハウジング28の外周面28aの主要部のなす円筒面P2と図4のように交差するか、または接する状態にある。具体的には、従動ギヤ収容ハウジング28は、ステアリングシャフト6が嵌合するウォームホイール21を取り囲んでいる。
電動モータ18の回転軸37およびウォーム軸20が同軸上に並べて配置されており、回転軸37およびウォーム軸20は、互いの間に介在する継手38を介して同軸的に動力伝達可能に連結されている。継手38は、電動モータ18の回転軸37と同行回転する環状の入力部材39と、ウォーム軸20と同行回転する環状の出力部材40と、入力部材39および出力部材40の間に介在し入力部材39および出力部材40を動力伝達可能に連結する環状の弾性部材41とを有している。
ウォーム軸20の第1の端部20aは、駆動ギヤ収容孔42の一端(電動モータ18側の端部)の内周の軸受保持部44に保持された第1の軸受45によって、回転可能に支持されている。ウォーム軸20の第2の端部20bは、駆動ギヤ収容孔42の他端の内周の軸受保持部46に保持された第2の軸受47によって、回転可能に支持されている。
第2の軸受47は、内輪53と、外輪54と、内輪53および外輪54の間に介在する複数の転動体55とを有する転がり軸受からなる。内輪53は、ウォーム軸20の第2の端部20bに同行回転可能に保持されている。内輪53の一方の端面は、ウォーム軸20の外周に設けられた位置決め段部に当接している。これにより、ウォーム軸20に対する内輪53の軸方向移動(第1の軸受45側への移動)が規制されている。
ウォーム軸20の第1および第2の端部20a,20bを支持する第1および第2の軸受45,47は、何れも公知のシール軸受により構成されている。具体的には、転動体の軸方向X1の両側において、内輪と外輪の間を密封するシール部材62を備えており、そのシール部材62は、内輪または外輪の何れか一方に固定される。また、シール部材62は他方に摺接するリップを有している。
ロータ64は、回転軸37の外周に同行回転可能に取り付けられた環状のロータコア66と、ロータコア66の外周に同行回転可能に取り付けられた例えば環状の永久磁石からなるロータマグネット67とを有している。ロータマグネット67には、複数の磁極が周方向に並べて配置されている。これらの磁極は、ロータ64の周方向に関して、N極およびS極が交互に入れ替わるようにされている。
収容室100には、ECU12の一部を構成するパワー基板78および制御基板79が収容され保持されている。パワー基板78には、電動モータ18を駆動するためのパワー回路の少なくとも一部(例えばFETなどのスイッチング素子)が実装されている。上記の各コイル69と接続されたバスバー71は、第1のハウジング23の上記仕切り壁77を挿通して収容室100内に進入するバスバー端子80を介して、パワー基板78に接続されている。
収容室100内において、パワー回路が実装されたパワー基板78は、第1の内壁面101および第2の内壁面102のうち第1の内壁面101に相対的に近接して配置されている。すなわち、上記の仕切り壁77は、電動モータ18の回転軸37の軸方向X1に関しての厚みt1が相対的に厚い厚肉部77aと相対的に薄い薄肉部77bとを含んでいる。厚肉部77aは、収容室100内に突出するように設けられている。
本実施の形態では、パワー基板78は厚肉部77aにおける第1の内壁面101に対して熱伝導可能に接触しており、上記の厚肉部77aは、パワー基板78の熱を逃がすためのヒートシンクとして機能している。
制御基板79は、電動モータ18の回転軸37の軸方向X1に関して、第2のハウジング24の第2の内壁面102とパワー基板78との間に配置されている。パワー基板78および制御基板79は、電動モータ18の回転軸37の軸方向X1に関して所定の間隔を隔てて配置されている。また、電動モータ18の回転軸37の中心軸線C1に沿う方向に関して、制御基板79および継手38の互いの少なくとも一部が重なるようにレイアウトされている。
第1のハウジング23は、一端が開放した概ね四角箱型の部材である。具体的には、第1のハウジング23は、一端が開放した概ね四角箱型の本体87を備えている。本体87は、概ね四角環状をなす外周壁92と、外周壁92の一端から径方向外方に向けて張り出した四角環状のフランジ88と、底壁としての上記仕切り壁77とを有している。
フランジ88の端面88a(図5では、上面)は、平面にされている。この端面88aに上記のシール部材95が接触することになる。また、フランジ88は、径方向外方に向かって突出する複数(本実施の形態では一対)のブラケット状の取付部96を有している。各取付部96には、当該取付部96をその厚み方向に貫通するねじ挿通孔97が形成されている。各ねじ挿通孔97には、第1および第2のハウジング23,24を締結するための上記の固定ねじ91が挿通される。
第1の内壁面101のうち、厚肉部77aにおける部分が、パワー基板78を受ける座部103を構成している。座部103は、発熱要素としてのFET83を有するパワー基板78に、熱伝導可能に接触している。発熱要素の熱は、パワー基板78から、ヒートシンクを構成する厚肉部77aおよび取付部96を介して、第2のハウジング24とは一体のギヤハウジング22側へ逃がされる。
パワー基板78が、座部103に取り付けられた後、コンデンサ85、リレー86およびホルダ120を含むサブアセンブリSAが取り付けられる。このとき、環状のホルダ120の中央部が大きく開放されているので、パワー基板78の表面の大部分は、ホルダ120により覆われることなく、開放する状態になる。これにより、パワー基板78の表面に隣接する十分な放熱スペースが確保されるようにしてある。
パワー回路82は、インバータ回路からなるモータ駆動回路201と複数のスナバ回路200を含んでいる。具体的には、モータ駆動回路201は、三相ブリッジ型の回路であり、出力端子としてのU端子202、V端子203およびW端子204のそれぞれに電流を流す出力回路を、各相に対して備えている。その各相の出力回路は、スイッチング素子としてのFET83とダイオード205とを並列に配置したものを、2組直列に配置して構成された直列回路300である。上記の電流リップル除去用の2つのコンデンサ85は、モータ駆動回路201と並列に配置されている。
各スナバ回路200は、対応するFET83に並列に接続されている。各スナバ回路200は、直列に接続された抵抗206とコンデンサ207を含んでいる。図7および図8に示すように、スイッチング機能を果たすモータ駆動回路201とノイズ低減用のスナバ回路200が、単一の回路基板としてのパワー基板78に搭載され、図5および図8に示すように、上記の2つの大型のコンデンサ85は、パワー基板78の外部である、ホルダ120に保持されている。
また、モータハウジング25の少なくとも一部である第1のハウジング23と、これに接触する第2のハウジング24とによって、ECU12の収容室100を形成している。すなわち、第1のハウジング23および第2のハウジング24の間に、別のハウジングを介在させないので、小型化を達成することができる。したがって、車両への搭載性が良い。
第2の内壁面102のなす環状平面の延長面P1が、操舵力を伝達するための軸(本実施の形態ではステアリングシャフト6に相当)を取り囲む筒状部としての従動ギヤ収容ハウジング28の外周面28aの主要部のなす円筒面P2と図4のように交差するか、または接する状態にある。したがって、電動モータ18の回転軸37の軸方向X1に関して、収容室100を、ステアリングシャフト6側に十分に近づけて配置することになり、回転軸37の軸方向X1に関して、電動パワーステアリング装置1をより小型にすることができる。
また、上記第1のハウジング23は、収容室100とモータ室70とを仕切る仕切り壁77を含み、パワー基板78が仕切り壁77の第1の内壁面101に相対的に近接して設けられている。特に、パワー基板78が、仕切り壁77の厚肉部77aにおける、第1の内壁面101に対して熱伝導可能に接触している。したがって、第1のハウジング23の仕切り壁77の厚肉部77aをヒートシンクとして利用して、FET83等の発熱要素を有するパワー基板78の熱を第1のハウジング23からこれに接触する第2のハウジング24側へ効果的に逃がすことができる。
なお、図8の実施の形態では、パワー回路82において、各FET83のそれぞれと並列に接続された複数のスナバ回路200を用いたが、図9に示すように、パワー回路82Aにおいて、モータ駆動回路200と並列に接続された唯一のスナバ回路400を用いるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態において、パワー基板78としては、模式図である図11に示すように、上記モータ駆動回路201および上記スナバ回路200(または400)を実装するための信号パターンが形成された表面層501を有する多層回路基板を用いることが、省スペース化を図るうえで好ましい。上記モータ駆動回路201および上記スナバ回路200(または400)を搭載した多層回路基板からなるパワー基板78は、表面層501の下層として、図示しないグラウンドパターンが形成されたグラウンド層502と、図示しない電源パターンが形成された電源層503と、ヒートシンクとしての厚肉部77aに面接触する例えばアルミニウム板等の高熱伝導板からなる支持体層504とを含む。図示していないが、モータ駆動回路201等は、図示しないスルーホールを介して電源層503の電源パターンおよびグラウンド層502のグラウンドパターンと接続されている。
また、上述の実施形態では、電動モータ18として、ブラシレスモータを用いる例について説明したが、これに限らず、ブラシレスモータ以外のモータを、電動モータ18として用いてもよい。
Claims (5)
- 操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
2つのスイッチング素子を直列接続した直列回路を複数並列接続して構成され上記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、上記モータ駆動回路に並列接続されたコンデンサと、上記各スイッチング素子に並列接続されたスナバ回路とを含み、電動モータの駆動を制御する制御装置と、
上記制御装置を収容する収容室を区画するハウジングと、を備え、
上記モータ駆動回路および上記スナバ回路は、単一の回路基板に搭載され、
上記コンデンサは上記回路基板の外部に配置されており、
上記ハウジングは、上記収容室と上記電動モータのモータ室とを上記電動モータの回転軸の軸方向に仕切る仕切り壁を含み、
上記仕切り壁は、上記回転軸の軸方向に関する厚みが厚くヒートシンクとして機能する厚肉部と、上記回転軸の軸方向に関する厚みが上記厚肉部よりも薄い薄肉部とを含み、
上記厚肉部は上記薄肉部よりも収容室内に突出しており、
上記回路基板は、上記収容室内において上記厚肉部に面接触し、
上記コンデンサは、上記収容室内において上記薄肉部に対して上記回転軸の軸方向に対向する収容空間に配置されていることを特徴とする車両用操舵装置。 - 操舵機構に操舵力を付与する電動モータと、
2つのスイッチング素子を直列接続した直列回路を複数並列接続して構成され上記電動モータを駆動するモータ駆動回路と、上記モータ駆動回路に並列接続されたコンデンサと、上記モータ駆動回路に並列接続されたスナバ回路とを含み、電動モータの駆動を制御する制御装置と、
上記制御装置を収容する収容室を区画するハウジングと、を備え、
上記モータ駆動回路および上記スナバ回路は、単一の回路基板に搭載され、
上記コンデンサは上記回路基板の外部に配置されており、
上記ハウジングは、上記収容室と上記電動モータのモータ室とを上記電動モータの回転軸の軸方向に仕切る仕切り壁を含み、
上記仕切り壁は、上記回転軸の軸方向に関する厚みが厚くヒートシンクとして機能する厚肉部と、上記回転軸の軸方向に関する厚みが上記厚肉部よりも薄い薄肉部とを含み、
上記厚肉部は上記薄肉部よりも収容室内に突出しており、
上記回路基板は、上記収容室内において上記厚肉部に面接触し、
上記コンデンサは、上記収容室内において上記薄肉部に対して上記回転軸の軸方向に対向する収容空間に配置されていることを特徴とする車両用操舵装置。 - 請求項1または2において、上記コンデンサは、上記モータ駆動回路の周囲を取り囲むように形成された環状のホルダに支持されていることを特徴とする車両用操舵装置。
- 請求項3において、上記ホルダは、アングル状の保持部を有し、該保持部は上記コンデンサを横倒し状態で保持していることを特徴とする車両用操舵装置。
- 請求項1から4の何れか1項において、上記モータ駆動回路および上記スナバ回路は、グラウンド層および電源層を含む多層回路基板に搭載されていることを特徴とする車両用操舵装置。
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