JP5316839B2 - モータおよびこれを備える車両用操舵装置 - Google Patents
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Description
上記のバスバーは、たとえば、U相の各コイルの一端に接続される環状の導電部材と、V相の各コイルの一端に接続される環状の導電部材と、W相の各コイルの一端に接続される環状の導電部材と、各上記コイルの他端に接続される環状の導電部材と、を備えており、各導電部材が同心に配置されつつ、樹脂製のハウジングに収容されている。このバスバーは、ステータとはモータ軸方向に並んで配置される。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、小型化を達成することのできるモータおよびこれを備える車両用操舵装置を提供することを目的とする。
また、本発明において、上記多層回路基板には、上記モータの回転軸(37)の回転位置を検出するためのセンサ(72;144)が設けられている場合がある(請求項2)。この場合、多層回路基板を、センサを保持する部材として兼用することができるので、モータの部品点数を少なくでき、その結果、モータの更なる小型化を達成できる。
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を転舵する転舵機構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と転舵機構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の出力トルクを転舵機構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の後述する第3の端部37aおよびウォーム軸20の後述する第2の端部20b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2の端部20b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2の軸受47によって、回転可能に支持されている。ウォーム軸20の第1の端部20aは、駆動ギヤ収容孔42の他端の内周の軸受保持部46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。
第2の軸受47は、内輪48と、外輪49と、内輪48および外輪49の間に介在する複数の転動体50とを有する転がり軸受からなる。内輪48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48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。ウォーム軸20の第2の端部20bには、小径の突軸51が延設されており、その突軸51には、継手38の出力部材40が同行回転可能に且つ軸方向移動不能に嵌合されている。出力部材40は内輪48の他方の端面に当接しており、ウォーム軸20の上記位置決め段部と出力部材40の間に、内輪48が挟持されている。これにより、ウォーム軸20に対する内輪48の軸方向移動が規制されている。
第1の軸受45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1の端部20a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2の軸受47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等間隔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おり、ロータマグネット67の外周面において、N極の数とS極の数の和は、10とされている。
また、モータハウジング25のモータハウジング本体26と第1のハウジング23とにより区画されるモータ室70内には、環状またはC形形状(本実施形態において、環状)をなすバスバー基板71が収容されている。各ティース122に巻回されたコイル69は、バスバー基板71と接続されている。
図7は、バスバー基板71と、各コイル69の一端および他端とを軸方向X1から見た図である。図4および図7を参照して、バスバー基板71は、ステータ65に対して軸方向X1の一方に配置されており、第1のハウジング23に近接して配置されている。このバスバー基板71は、多層回路基板からなり、回転軸37および後述する回転位置検出センサ72が挿通される第1の挿通孔123が貫通形成されている。また、バスバー基板71の外周縁部124には、第2の挿通孔125が周方向に等間隔に複数形成されている。第2の挿通孔125の数は、コイル69の数に対応して例えば12箇所に形成されている。
具体的には、バスバー基板71は、バスバー基板71の表面層としての第1の絶縁層131と、U相層130Uと、第2の絶縁層132と、V相層130Vと、第3の絶縁層133と、W相層130Wと、第4の絶縁層134と、中性点層130Mと、バスバー基板71の裏面層としての第5の絶縁層135と、を含んでおり、各上記層131、130U、132、130V、133、130W、134、130M、135が、上記の順に積層配置されている。各上記層131、130U、132、130V、133、130W、134、130M、135は、軸方向X1からみたときに、互いに同一形状をなしている。
各電線139U,139V,139Wは、それぞれの一端が、パワー基板78に接続されており、中間部が、第1のハウジング23の仕切り板77を軸方向X1に貫通してなる貫通孔140を挿通しており、他端が、バスバー基板71を貫通している。
電線139Wは、W相層130Wの導電部136W等を介して、各W相コイル69Wの一端に電気的に接続されている。各W層コイル69Wの他端は、それぞれ、中性点層130Mの導電部136Mと電気的に接続されている。
また、モータハウジング25のモータハウジング本体26と第1のハウジング23とにより区画されるモータ室70内には、ロータ64(出力軸37)の回転位置を検出するための回転位置検出センサ72が収容されている。回転位置検出センサ72は、例えば、バスバー基板71に一部が設けられたレゾルバであり、バスバー基板71の第1の挿通孔123の内周面に固定されたステータ73と、このステータ73の径方向内方に配置され回転軸37とは同行回転可能なロータ74とを有している。ステータ73は、バスバー基板71の第1の絶縁層131に固定された駆動・信号検出回路143と電気的に接続されている。
図4を参照して、回転位置検出センサ72は、電動モータ18のロータ64のロータコア66と、第2のハウジング24との間に配置されていればよい。したがって、本実施の形態のように、モータ室70内に配置されていてもよいし、ECU12の収容室100を区画する第1のハウジング23の中央に設けられた後述する筒状部89内に配置されていてもよい。
回転軸37は、ウォーム軸20と実質的に同一の材料を用いて形成されている。この回転軸37は、第3の軸受75によって支持されるウォーム軸側端部(一端部)としての第3の端部37aと、第4の軸受76によって支持される反ウォーム軸側端部(他端部)としての第4の端部37bとを含んでいる。第3および第4の端部37a,37bは、軸方向X1に相対向して配置されている。
一方、第3の軸受75の内輪は、回転軸37の外周に形成された環状の位置決め段部と、継手38の入力部材39の端面との間に挟持されており、これにより、回転軸37に対する第3の軸受75の内輪の軸方向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ならびに回転軸37の第3および第4の端部37a,37bは、対応する第1〜第4の軸受45,47,75,76を介して、対応するギヤハウジング22、第1のハウジング23およびモータハウジング本体26に支持されている。
また、仕切り壁77から第2のハウジング24側に向けて延びる筒状部89が形成されている。筒状部89は上記の保持孔105とは同軸的に形成されている。筒状部89内の内周には、上記の第3の軸受75の外輪が保持されている。筒状部89の一端には、径方向内方に延びる環状フランジ107が延設されており、第3の軸受75の外輪の一端が環状フランジ107に当接することにより、筒状部89に対する第3の軸受75の外輪の軸方向移動が規制されている。
また、回転位置検出センサ72の回路143が、第1のハウジング23の仕切り壁77の貫通孔140を挿通して収容室100内に進入する端子81を介して、制御基板79に接続されている。
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。
収容室100内において、仕切り壁77の中央部には、本体87の開放側(第2のハウジング24側)に向かって延びる筒状部89が形成されている。外周壁92は、仕切り壁77の外周縁から延設されており、筒状部89を取り囲んでいる。本体87および筒状部89は、単一の部材で一体に形成されている。
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。
以上説明したように、本実施の形態によれば、複数のコイル69を結線するバスバー基板71を多層回路基板で形成していることにより、このバスバー基板71を薄肉にすることができる。バスバー基板71を薄肉にできる結果、軸方向X1に関するバスバー基板71の長さを短くすることができ、電動モータ18の軸方向X1に関する長さの短縮を通じて電動モータ18の小型化を達成することができる。
さらに、バスバー基板71のうち、各第2の挿通孔125にスリット126を設けている。これにより、各コイル69をバスバー基板71に接続する作業において、スリット126からコイル69の一端および他端を通すことができ、この接続作業をより容易に行うことができる。また、各第2の挿通孔125がバスバー基板71の径方向に長く延びていることから、各コイル69の一端および他端を、対応する第2の挿通孔125に対して厳密に位置合わせする必要がなく、バスバー基板71と各コイル69の対応する一端および他端とを接続する作業をより容易に行うことができる。
本発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
さらに、導電部136WAを用いてW相層が形成されている。導電部136WAは、各第2の挿通孔125Wに臨む部分146W,146Wと、これらの部分146W,146Wを互いに接続する接続部147Wとを含んでいる。接続部147Wは、例えば、第1の挿通孔123と同心の円弧状をなしている。
また、例えば、上述の各実施形態では、いわゆるコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置に本発明が適用された例について説明したが、これに限らず、いわゆるピニオンアシスト式の電動パワーステアリング装置や、いわゆるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置等、他の形式の電動パワーステアリング装置に、本発明を適用してもよい。
Claims (3)
- U相、V相およびW相の各コイルを含む複数のコイルと、
各上記コイルを結線する結線板とを備え、
上記結線板は、絶縁層と、導電体を含むU相層、V相層、W相層および中性点層とを積層した多層回路基板を含み、
上記U相層、V相層、W相層および中性点層のそれぞれは、導電体を用いて形成された導電部と、絶縁部とを含み、
上記多層回路基板は、上記コイルが挿通する挿通孔を含み、この挿通孔は、長孔であり、多層回路基板の縁部に開放するスリットを有していて、
上記挿通孔は、少なくとも上記U相層、V相層、W相層および中性点層のそれぞれに対応して複数設けられており、
U相層、V相層、W相層および中性点層の各層における上記絶縁部は、各層に対応する挿通孔以外の挿通孔に臨むように配置された絶縁体からなることを特徴とするモータ。 - 請求項1において、上記多層回路基板には、上記モータの回転軸の回転位置を検出するためのセンサが設けられているモータ。
- 請求項1または2に記載のモータと、
上記モータの出力が伝達される転舵機構とを備える車両用操舵装置。
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