JP6246325B2 - 電動モータおよびこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置100のブロック構成図である。
図1において、電動パワーステアリング装置100は、運転者が操作するハンドル1と、ハンドル1に対してトルクを出力することで操舵を補助する電動モータ2と、電動モータ2の回転速度を減速させる減速装置3と、電動モータ2の駆動を制御する制御装置4と、電動モータ2を駆動する電流を供給するバッテリ5と、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ6と、バッテリ5と制御装置4とを電気的に接続するパワーコネクタ7と、車両側から車両の走行速度信号などの車両側信号が入力される車両側信号用コネクタ8と、トルクセンサ6と制御装置4を電気的に接続するトルクセンサ用コネクタ9を備えている。
電動モータ2は3相ブラシレスモータであり、U相、V相、W相からなる電機子巻線10を有する固定子11と、固定子11と径方向に対向する位置に後述する回転子24(図2参照)を備えている。固定子11の電機子巻線10は、Y結線、もしくはΔ結線のいずれでも良いが、ここではY結線で示している。
制御装置4は、ハンドル1に出力する補助トルクの大きさおよび方向に応じてモータ電流を切り替えるFETなどの半導体スイッチング素子12aと、バッテリ5から半導体スイッチング素子12aに供給するバッテリ電流を通電、遮断するスイッチ手段である電源リレーを構成するFETなどの半導体スイッチング素子12bと、モータ電流を検出するためのシャント抵抗器13と、電動モータ2に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ14と、シャント抵抗器13、および上記半導体スイッチング素子12a、12bを搭載した後述のパワー回路基板33と、半導体スイッチング素子12aのスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出することを防止するコイル15と、後述する回転子24の回転角度を検出する回転センサ16と、回転センサ16を搭載したセンサ基板17と、トルクセンサ6からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算すると共に、モータ電流および回転センサ16で検出された回転子24の回転角度をフィードバックすることにより、補助トルクに相当する電流を演算するマイクロコンピュータ18と、マイクロコンピュータ18からの指令により半導体スイッチング素子12aの動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路19と、マイクロコンピュータ18、および駆動回路19を搭載した制御基板20を備えている。
駆動回路19では、回転方向指令、電流制御量が入力されると、駆動信号を生成し、半導体スイッチング素子12aに印加する。これにより電動モータ2には、バッテリ5からの電流がパワーコネクタ7、コイル15および半導体スイッチング素子12b、12aを介して流れ、所要の方向に所要量の補助トルクが出力される。この時、シャント抵抗器13を通じて検出されたモータ電流がマイクロコンピュータ18にフィードバックされることにより、マイクロコンピュータ18から駆動回路19に送られるモータ電流指令と一致するよう制御される。またモータ電流は、半導体スイッチング素子12の駆動時のスイッチング動作により発生するリップル成分が、平滑コンデンサ14で平滑されて制御される。
まず、電動モータ2の構造について説明する。
電動モータ2は、回転軸21と、回転軸21を回転可能に支持する軸受22a,22bと、着磁された回転子磁石23が周方向に複数固定された回転子24と、この回転子24の外周面に対向するように設けられた固定子11と、固定子11を固定するフレーム25と、フレーム25の一端に接続され、軸受22aが組み付けられたハウジング26と、回転軸21の端部に固定され、電動モータ2のトルクを伝達するカップリング27と、カップリング27の固定部とは逆側の回転軸21の端部に、着磁されたセンサ磁石28とホルダ29が一体となったセンサ磁石組立体200を備えている。
電動モータ2の駆動を制御する制御装置4は、電動モータ2の回転軸線上に配置される。制御装置4は、各部品から発生する熱を放熱するヒートシンク32と、ヒートシンク32に組み付けられた半導体スイッチング素子12からなるパワー回路基板33と、半導体スイッチング素子12の駆動信号を生成するマイクロコンピュータ18と駆動回路19が実装された制御基板20と、回転子24の回転角度を検出する回転センサ16が実装されたセンサ基板17と、電動モータ2に流れるモータ電流のリップル成分を除去するための平滑コンデンサ14と、電磁ノイズを除去するためのコイル15と、回路ケース34と、各部品を電気的に接続するバスバー35を備えている。
センサ磁石28の形状は、回転センサ16と対向する側に、回転軸に垂直な端面38c、回転軸21と対向する側に、回転軸に垂直な端面38dを有し、ホルダ29の内周側はホルダ29の嵌め合い部36bと同様の形状を成す。ホルダ29の外周部41におけるセンサ磁石28の形状は、円柱や直方体などで良いが、磁場の均一性を確保できることから、図4に示すような略円柱形状が好ましい。
このような事情を考慮して、センサ磁石28の磁束密度はそれらの中間値0.4〜0.8[T]に選ばれるのが好ましい。
図5に示すように、上述のとおり回転軸21はホルダ29との嵌め合い部36aを有する。嵌め合い部36aは、回転軸に平行な平面37aと、回転軸に垂直な端面38a、および回転軸と同心の曲面39aから成る。
センサ磁石組立体200のホルダ29の平面37b、および回転軸21の平面37aが平行となるように組み付けることで、周方向の位置決めをする。ここで、センサ磁石組立体200のホルダ29の平面37b、および回転軸21の平面37aは、接触、非接触のいずれでもよい。
また、センサ磁石組立体200のホルダ29の曲面39b、および回転軸21の曲面39aを嵌め合わせることで、径方向の位置決めをする。
センサ磁石組立体200のセンサ磁石28の端面38cと回転軸21の端面38aの間にわずかに隙間gを有するように組み付け、軸方向の位置決めをする。
圧入の場合、回転軸21の嵌め合い部36aに対して、ホルダ29の嵌め合い部36bを小さくする必要がある。具体的には、図6においてホルダ29および回転軸21の内径をそれぞれDh、Ds、回転軸中心と平面37a、37bとの距離をそれぞれLh、Lsとすると、圧入するためにはDh<Ds、且つLh<Lsとするが、平面37a、37bを有するため、円形状同士の圧入と比べ、かじりなどの不良が発生しやすい可能性がある。
接着で固定する場合、図9に示すように、Dh>Ds、Lh>Lsとすることで、ホルダ29と回転軸21の間に生じるクリアランスに接着剤を介在させる。図9はわかりやすくするため、接着剤43の厚さを極端に大きくしている。
また、センサ磁石組立体200と回転軸21の固定は、圧入や接着に加え、センサ磁石組立体200のホルダ29の平面37bと回転軸21の平面37a部が係合するため、センサ磁石組立体200の回転軸まわりの回動を抑制できる。
また、穴40を介してセンサ磁石28がホルダ29の内外に一体となっているため、センサ磁石28の軸方向、および周方向の固定強度が向上する。
電動モータおよび電動パワーステアリング装置の構成および構造は、センサ磁石組立体200以外は実施の形態1と同様である。
本実施の形態におけるセンサ磁石組立200について説明する。図10および図11は、本実施の形態2におけるセンサ磁石組立体200の平面図およびそのA−A断面図である。
本実施の形態は、ホルダ29の外周部41に、少なくとも一つの回転軸に平行な平面39dを有するようにしたものである。それ以外は、実施の形態1と同じである。
また、図11のように、ホルダ29の外周部41の平面39dと回転軸21との嵌め合い部36bの平面37bが平行、すなわち、外周部41と嵌め合い部36bが同様の形状で形成される場合、例えば薄板をプレスで絞り加工することで形成することが可能となり、切削加工に比べコストを低減できる。
電動モータおよび電動パワーステアリング装置の構成および構造は、センサ磁石組立体200以外は実施の形態1と同様である。
本実施の形態におけるセンサ磁石組立体200について説明する。図12は本実施の形態3におけるセンサ磁石組立体200の平面図およびそのA−A断面図である。
センサ磁石28の端面38cの側からホルタ29の一部が回転軸方向に突出する突部44を有する以外は、実施の形態1と同様である。
5 バッテリ、6 トルクセンサ、7 パワーコネクタ、
8 車両側信号用コネクタ、9 トルクセンサ用コネクタ、
10 電気子巻線、11 固定子、
12、12a、12b 半導体スイッチング素子、
13 シャント抵抗器、14 平滑コンデンサ、15 コイル、
16 回転センサ、17 センサ基板、18 マイクロコンピュータ、
19 駆動回路、20 制御基板、21 回転軸、22a,22b 軸受、
23 回転子磁石、24 回転子、25 フレーム、26 ハウジング、
27 カップリング、28 センサ磁石、29 ホルダ、
30 インシュレータ、31 ねじ、32 ヒートシンク、
33 パワー回路基板、34 回路ケース、35 バスバー、
36a 回転軸の嵌め合い部、36b ホルダの嵌め合い部、
37a、37b 平面、38a、38b、38c、38d 端面、
39a、39b 曲面、39d 平面、40 穴、41 外周部、
42 かしめ部、43 接着剤、44 突部、
100 電動パワーステアリング装置、200 センサ磁石組立体。
Claims (8)
- 回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に嵌め合わされる円筒形状のホルダと、前記ホルダの少なくとも円筒状奥部端面に形成された穴を介してホルダ内外につながって一体成形されるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記回転軸の前記ホルダが嵌め合わされる一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの前記回転軸が嵌め合わされる内周部には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成しており、前記回転軸と前記ホルダとは、嵌め合い時にそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とする電動モータ。
- 前記センサ磁石と前記回転軸は、前記ホルダを介して回転軸方向に隙間があることを特徴する請求項1に記載の電動モータ。
- 前記ホルダは、非磁性体からなることを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の電動モータ。
- 前記センサ磁石は、平面の両端を有する略円柱形状であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電動モータ。
- 前記センサ磁石は、残留磁束密度が0.4〜0.8[T]の等方性磁石であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電動モータ。
- 前記ホルダの内周部の平面と、回転軸との嵌め合い部の平面が互いにクリアランスを介して平行であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の電動モータ。
- 前記ホルダは、その一部が前記センサ磁石の回転センサと対向する側の端面から回転軸方向に突出する突部を有することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の電動モータ。
- 請求項1から7のいずれか1項に記載した電動モータを用いた電動パワーステアリング装置。
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