JP6303957B2

JP6303957B2 - 駆動装置

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Publication number: JP6303957B2
Application number: JP2014196642A
Authority: JP
Inventors: 雅志山▲崎▼
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-09-26
Also published as: US20160094106A1; US9912208B2; JP2016072999A; CN105471152B; CN105471152A; DE102015217441A1; DE102015217441B4

Description

本発明は、モータと当該モータに電力を供給するコントローラとを有する駆動装置に関する。

従来、基板に端子を接続する方法として、半田付けを行わないプレスフィット接続が知られている。プレスフィット接続は、基板に設けられたメス端子にオス端子を圧入することで行われる。また、オス端子を圧入するために要する挿入荷重を測定することにより、オス端子がメス端子に正常に接続されたか否かの接続状態を検出することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３３０７９２号公報

しかしながら、複数のオス端子を対応するメス端子にまとめて圧入する場合、個々のオス端子を圧入するために要する挿入荷重のばらつきが重なることにより、測定される全体的な挿入荷重のばらつきが大きくなる。このような場合、いくつかのオス端子の接続状態が悪くとも、測定値が全体のばらつきに埋もれてしまい、全てのオス端子が正常にプレスフィット接続されたか否かを正確に確認することができない。

特に、モータとコントローラとを組み付けて構成される駆動装置（アクチュエータ）では、モータから延びる複数のモータ線を、コントローラの基板に設けられた接続端子にプレスフィット接続する。このとき、コントローラのカバーによって接続端子が覆われており、モータ線の接続状態が不可視である場合が多い。このため、全てのモータ線が正常にプレスフィット接続されていることを、挿入荷重の測定によって正確に確認可能にすることは重要である。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のモータ線がプレスフィット接続されていることを挿入荷重の測定によって正確に確認可能である駆動装置を提供することにある。

本発明の駆動装置は、電子部品が実装された基板及び当該基板に設けられた複数の接続端子を有するコントローラと、複数の巻線組及び当該巻線組の各巻線から前記基板側に同一方向に延びており、かつ、対応する接続端子に圧入されている複数のモータ線を有し、コントローラから電力が供給されるモータとを備えている。
モータ線について、対応する接続端子に圧入されたときに当該接続端子に最初に接触した接触開始部から圧入後に当該接続端子と接触している接点部までの長さを「挿入長さ」とする。このとき、複数のモータ線の挿入長さは、少なくとも２つのグループに分かれている。
複数のモータ線を対応する接続端子に圧入するために要する荷重を挿入荷重とする。挿入長さの異なるグループごとにモータ線が接続端子に接触を開始する時点を境に圧入の段階を分けた場合、一の圧入段階における挿入荷重のばらつき範囲は、他の圧入段階における挿入荷重のばらつき範囲の外にある。

本発明の駆動装置をモータとコントローラとを組み付けることによって製造するとき、複数のモータ線は、挿入長さの長い順に接続端子に圧入される。このとき要する挿入荷重は、接続端子への圧入を開始したモータ線の数に応じて段階的に増加する。よって、挿入荷重の変位量を測定することにより、全てのモータ線が正常にプレスフィット接続されたか否かを確認することができる。

また、本発明はモータ線が少なくとも２つのグループに分かれて圧入されるため、全てのモータ線が同時に挿入される従来技術に比べて、測定値のばらつきが小さくなる。よって、モータ線の接続状態が悪い場合の測定値がばらつきに埋もれることを抑制できる。
したがって、本発明の駆動装置は、全てのモータ線が正常にプレスフィット接続されていることを挿入荷重の測定によって正確に確認可能である。

本発明の一実施形態による駆動装置の構成を示す断面図である。モータ線及び接続端子を拡大して示す断面図である。複数のモータ線及び対応する接続端子を示す斜視図である。第１系統のモータ線を接続端子に圧入する様子を説明するための模式図である。図１の駆動装置において、モータ線の相対的な移動量に応じて測定される挿入荷重の理想値を示すグラフである。従来の駆動装置において、モータ線の相対的な移動量に応じて測定される挿入荷重の理想値を示すグラフである。他の実施形態によるモータ線及び接続端子を拡大して示す断面図である。

以下、本発明の駆動装置について、図面に基づいて説明する。本発明の駆動装置は、例えば、運転者によるステアリング操作を補助するため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。

（全体構成）
まず、駆動装置１の全体的な構成について、図１を参照して説明する。
駆動装置１は、モータ３０、及び、モータ３０の通電を制御するコントローラ４０を備えている。コントローラ４０は、モータ３０の軸方向の一方側に設けられており、モータ３０とコントローラ４０とは一体に構成されている。

モータ３０は、例えば３相交流モータであり、モータケース３１、ステータ３２、２系統の巻線組３３、３４、ロータ３５、及び、シャフト３６等を備える。
モータケース３１は、例えばアルミ等の金属により有底筒状に形成され、ステータ３２を内側に収容している。モータケース３１は、筒部３１２、及び、筒部３１２の開口に配置される２つのフレーム３１３、３１４を有している。

ステータ３２は、モータケース３１の内側に固定されており、２系統の巻線組３３、３４が巻回されている。各巻線組３３、３４は、３相の巻線を有しており、巻線組３３、３４の各相の巻線からモータ線３７が延びている。モータ線３７はモータケース３１のモータ線挿通孔３９を介してコントローラ４０側に取り出されている。

ロータ３５は、ステータ３２と同軸となるようにステータ３２の径方向内側に設けられている。シャフト３６は、ロータ３５の軸中心に固定されており、モータケース３１に設けられたベアリング（不図示）に軸受され、回転可能に支持されている。

コントローラ４０は、各種の電子部品４１が実装された基板４２、フレーム４３、及び、カバー４４等を備えている。なお、本実施形態では、フレーム４３は、モータケース３１のフレーム３１３を兼ねている。以下では、フレーム４３はコントローラ４０の構成要素として扱う。

本実施形態では、各種電子部品４１は１枚の基板４２に実装されている。これにより、複数の基板によりコントローラ４０を構成する場合と比較し、部品点数を低減可能であるとともに、小型化が可能である。

基板４２は、モータ３０の回転軸Ｐに対して略垂直に配置されており、モータ線３７が挿通するモータ線挿通孔４２１を有している。また、基板４２のモータ３０とは反対側の面４２３には、複数のモータ線３７に対応して複数の接続端子６０が設けられている。接続端子６０は、後述するように、対応するモータ線３７に弾性接触している。モータ線３７は、接続端子６０を介して基板４２にプレスフィット接続されている。

フレーム４３は、モータ３０と基板４２との間に配置されており、上述のモータ線挿通孔３９、及び、基板４２を支持する基板支持部４３１を有している。
カバー４４は、基板４２の上方を覆うように形成されており、フレーム４３に対して接着剤等により固定されている。

上述の駆動装置１は、モータ３０とコントローラ４０とを組み付けることにより製造される。このとき、モータ線３７は、フレーム４３のモータ線挿通孔３９及び基板４２のモータ線挿通孔４２１を順に挿通し、対応する接続端子６０に圧入される。

（端子接続構造）
モータ線３７及び接続端子６０の基本的構成について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図３では、複数の接続端子６０を代表する１つに対して、ここで説明する構成要素の符号を付している。また、図３では、基板４２上の電子部品４１等の図示を省略している。

図２及び図３に示すように、接続端子６０は、基板４２の面４２３に実装された金属片であり、一対の固定部６１、凸部６２、及び、一対の弾性部６４を有している。
一対の固定部６１は、基板４２に露出した配線に半田付け等によって固定されている。凸部６２は、所謂「コの字状（角張ったＵ字状）」に形成されており、一対の固定部６１の間で基板４２との間に空間を有している。凸部６２には挿通孔６３が形成されている。
一対の弾性部６４は、互いに対向するように、凸部６２から基板４２とは反対側に向かって傾斜しながら伸びている。

図３に示すように、複数のモータ線３７は、巻線組３３、３４から基板４２側に同一方向に延びている。各モータ線３７は、対応する接続端子６０の挿通孔６３を挿通し、一対の弾性部６４の間に圧入されている。

また、図２に示すように、モータ線３７は、少なくとも端部３７７が接続端子６０の基板４２側とは反対側に突出するまで圧入されている。以下では、モータ線３７が接続端子６０に圧入される方向を、単に「挿入方向」という。

モータ線３７の圧入時、接続端子６０に最初に接触するモータ線３７の部位を接触開始部３７５という。本実施形態における接触開始部３７５は、モータ線３７の側面のうちの最も端部３７７側である。圧入中、モータ線３７は、一対の弾性部６４に対して摺動しながら挿入方向に相対的に移動する。圧入完了後にモータ線３７が接続端子６０と接触している部位を接点部３７９という。ここで、モータ線３７の接点部３７９から接触開始部３７５までの長さを「挿入長さＬ」とする。

（挿入長さＬの違い）
次に、複数のモータ線３７における挿入長さＬの違いについて、図３を参照して説明する。
以下では、第１巻線組３３の各相の巻線から延びている３本のモータ線３７を第１系統のモータ線１１〜１３といい、第２巻線組３４の各相の巻線から延びている３本のモータ線３７を第２系統のモータ線２１〜２３という。例えば、モータ線１１〜１３は、第１巻線組３３のＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からそれぞれ延びており、モータ線２１〜２３は、第２巻線組３４のＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からそれぞれ延びている。

図３に示すように、第１系統のモータ線１１〜１３の長さは、符号の若い方が長くなっている。ここで、モータ線１１〜１３の長さとは、モータ３０の巻線組３３、３４の巻線から取り出されて基板４２側に同一方向に延びている長さである。
よって、モータ線１１〜１３について、接点部１１９、１２９、１３９は、挿入方向において同位置である一方、接触開始部１１５、１２５、１３５は、この順に接点部１１９、１２９、１３９から離れた位置にある。すなわち、モータ線１１〜１３の挿入長さＬをＬ１１〜Ｌ１３とするとき、Ｌ１１＞Ｌ１２＞Ｌ１３である。

同様に、第２系統のモータ線２１〜２３の長さは、符号の若い方が長くなっている。よって、モータ線２１〜２３について、接点部２１９、２２９、２３９は、挿入方向において同位置である一方、接触開始部２１５、２２５、２３５は、この順に接点部２１９、２２９、２３９から離れた位置にある。すなわち、モータ線の挿入長さＬをＬ２１〜Ｌ２３とするとき、Ｌ２１＞Ｌ２２＞Ｌ２３である。

ここで、第１系統のモータ線１１〜１３の挿入長さＬ１１〜Ｌ１３と、第２系統のモータ線２１〜２３の挿入長さＬ２１〜Ｌ２３とは、回転軸Ｐに関して回転対称の関係にある。すなわち、Ｌ１１＝Ｌ２１、Ｌ１２＝Ｌ２２、Ｌ１３＝Ｌ２３である。ここで、モータ線１１、２１の挿入長さＬ１１、Ｌ２１を第１グループとし、モータ線１２、２２の挿入長さＬ１２、Ｌ２２を第２グループとし、モータ線１３、２３の挿入長さＬ１３、Ｌ２３を第３グループとする。

（モータ線の挿入）
次に、モータ線１１〜１３、２１〜２３を対応する接続端子６０に圧入するときの様子について、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。なお、以下では、代表的に第１系統のモータ線１１〜１３を用いて説明するが、第２系統のモータ線２１〜２３についても同様の説明が適用される。また、図４（ａ）〜（ｄ）では、モータ線１１〜１３の圧入の様子が分かりやすいように、各接続端子６０の向きについて、図３の状態から各モータ線１１〜１３を中心軸にして９０度回転させた状態を示している。

モータ３０をコントローラ４０に近づけるように相対的に移動させると、モータ線１１〜１３は、対応する接続端子６０に近づくように相対的に移動する。
これにより、図４（ａ）に示すように、まず、モータ線１１が接続端子６０に接触を開始する。このとき、モータ線１２、１３は、接続端子６０に接触していない。モータ線１１〜１３のうち、モータ線１１のみが接続端子６０に接触している段階を第１圧入段階とする。

次いで、図４（ｂ）に示すように、モータ線１２が接続端子６０に接触を開始する。このとき、モータ線１１は接続端子６０に継続して接触しており、モータ線１３は未だ接続端子６０に接触していない。モータ線１１〜１３のうち、モータ線１１、１２のみが接続端子６０に接触している段階を第２圧入段階とする。

次いで、図４（ｃ）に示すように、モータ線１３が接続端子６０に接触を開始する。これにより、モータ線１１〜１３の全てが対応する接続端子６０に接触する。この段階を第３圧入段階とする。その後、図４（ｄ）に示すように、モータ線１１〜１３の全てが対応する接続端子６０に十分に圧入されることにより、圧入が完了する。

以上のように、モータ線１１〜１３は、挿入長さＬ１１〜Ｌ１３の長い順に、対応する接続端子６０に接触を開始する。
第１系統及び第２系統を合わせて考えると、まず、第１グループのモータ線１１、２１が接触を開始し、次いで第２グループのモータ線１２、２２が接触を開始し、最後に第３グループのモータ線１３、２３が接触を開始する。
なお、一旦接触を開始した後には、接続端子６０からモータ線１１〜１３、２１〜２３に一定の接圧が継続して加わっている。

（挿入荷重）
駆動装置１の製造時、モータ線１１〜１３、２１〜２３を対応する接続端子６０に圧入するための挿入荷重が加えられる。この挿入荷重を測定することにより、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態を確認することができる。

例えば、あるモータ線が接続端子に挿入されず、意図しない方向へ延びているという「挿入抜け状態」の場合、測定される挿入荷重は理想値よりも減少する。また、あるモータ線が接続端子に挿入されず、折れ曲がった状態で接続端子に押し付けられているという「折れ曲がり状態」の場合、測定される挿入荷重は理想値よりも増大する。
なお、各モータ線１１〜１３、２１〜２３にかかる挿入荷重は、製造誤差等の要因によって、ばらつきを有する。よって、測定値を判断するための基準となる正常範囲は、理想値に対するばらつきを含めて設定される。

ここで、従来の駆動装置を比較例として、その製造時に測定される挿入荷重の理想値μを図６に示す。従来の駆動装置では、全てのモータ線の「挿入長さＬ」は一定であるため、全てのモータ線を同時に圧入するためにかかる挿入荷重が測定される。このため、図６に示すように、理想値μに対するばらつきσＢが大きくなる。よって、モータ線の接続状態が悪くとも測定値が正常範囲内に入ってしまう可能性があり、全てのモータ線の接続状態を正確に確認することができない。

これに対して、本実施形態では、モータ線１１〜１３、２１〜２３の挿入長さ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２３が３つのグループに分かれているため、モータ線１１〜１３、２１〜２３を挿入長さＬの長い順に圧入するための挿入荷重が測定される。測定される挿入荷重は、接続端子６０に接触を開始したモータ線１１〜１３、２１〜２３の数に応じて段階的に増加する。

図５は、モータ線１１〜１３、２１〜２３の相対的な移動量に応じて測定される挿入荷重の理想値μを示している。挿入荷重の段階的な変位量を荷重変位量とするとき、図５に示す荷重変位量Ｒ１〜Ｒ３は、上述の第１〜第３圧入段階にて接触を開始したモータ線にかかる挿入荷重に対応している。すなわち、図５に示す荷重変位量Ｒ１〜Ｒ３は、それぞれ、第１系統及び第２系統を合わせた２本のモータ線に掛かる挿入荷重の理想値に相当する。

よって、本実施形態では、第１〜第３圧入段階の各荷重変位量Ｒ１〜Ｒ３を測定することにより、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態を確認することができる。例えば、いずれかの荷重変位量が異常である場合、異常があった荷重変位量に対応する圧入段階において、モータ線の接続状態に異常があることが分かる。

また、モータ線１１〜１３、２１〜２３は、３つのグループに分けて順に圧入されるため、荷重変位量Ｒ１〜Ｒ３に対するばらつきσＡは、従来技術のばらつきσＢよりも小さくなる。

（効果）
（１）本実施形態の駆動装置１は、電子部品４１が実装された基板４２及び基板４２に設けられた複数の接続端子６０するコントローラ４０と、複数の巻線組３３、３４及び各巻線から基板４２側に同一方向に延び、かつ、対応する接続端子６０に圧入されている複数のモータ線１１〜１３、２１〜２３を有し、コントローラ４０から電力を供給されるモータ３０と、を備えている。ここで、モータ線１１〜１３、２１〜２３の挿入長さＬ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２３は、少なくとも２つのグループに分かれている。

上述したように、本実施形態の駆動装置１では、モータ線１１〜１３、２１〜２３を接続端子６０に圧入するとき、挿入荷重の荷重変位量を測定することにより、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態を確認できる。
また、モータ線１１〜１３、２１〜２３は少なくとも２つのグループに分かれて圧入されるため、モータ線が同時に挿入される従来技術に比べて、測定値のばらつきが小さくなる。よって、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態が悪い場合の測定値がばらつきに埋もれることを抑制できる。
したがって、全てのモータ線１１〜１３、２１〜２３が正常にプレスフィット接続されていることを挿入荷重の測定によって正確に確認することができる。

特に、本実施形態の駆動装置１では、コントローラ４０のカバー４４によって接続端子６０が覆われており、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態が不可視である。このような構成であっても、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態を正確に確認可能であることは、より大きな利点となる。

（２）また、本実施形態では、第１系統及び第２系統の各系統内において、モータ線２１〜２３の挿入長さＬ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２３は互いに異なる。これにより、測定する荷重変位量のばらつきσＡはより小さくなるため、モータ線１１〜１３、２１〜２３の接続状態をより正確に確認できる。

（３）また、本実施形態では、第１系統及び第２系統の各系統における挿入長さＬ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２３の異なり具合は、モータ３０の回転軸Ｐに関して回転対称である。これにより、モータ線１１〜１３、２１〜２３を接続端子６０に圧入するときの挿入荷重のバランスが保たれ、モータ線１１〜１３、２１〜２３を安定的に圧入することができる。

（４）また、本実施形態では、複数の接続端子６０は、基板４２の同一面４２３に設けられており、モータ線１１〜１３、２１〜２３の長さは互いに異なる。これにより、モータ線１１〜１３、２１〜２３を少なくとも２つのグループに分けて順に圧入するための構成を簡単に実現することができる。

（他の実施形態）
（ア）本発明のモータは、上記実施形態で示したように、３相交流モータに限らず、ブラシ付直流モータに適用してもよい。また、３相に限らず、４相以上の多相交流モータに適用してもよい。また、複数の巻線組は、二系統に限らず三系統以上でもよい。

（イ）本発明の駆動装置は、上記実施形態のように、モータ３０とコントローラ４０とが一体的に構成された機電一体型ではなくてもよく、モータ線が基板に連結するものであれば、コントローラとを個々に備えるものであってもよい。

（ウ）本発明のモータ線の挿入長さＬの異なり具合は、上記実施形態に限られず、少なくとも２つのグループに分かれればよい。
また、上記実施形態では、モータ線の挿入長さＬが系統内で異なるが、系統内で同じであってもよい。例えば、モータ線の挿入長さＬは、系統内で同じであり、かつ、第１系統と第２系統との間で異なるようにしてもよい。また、系統間のモータ線の挿入長さの異なり具合は回転対称であることに限られず、ランダムであってもよい。

（エ）上記実施形態では、基板４２のモータ３０側とは反対側の面４２３に接続端子６０を設けているが、これに限られない。例えば、図７に示すように、基板４２のモータ３０側の面４２５に接続端子７０を設けてもよい。この場合、接続端子７０の一対の弾性部７４は、凸部７２の内側に向かって延びるように構成される。
また、本発明の接続端子の構成は、モータ線を圧入可能なものであれば、上記実施形態に限られない。

（オ）上記実施形態では、基板４２の同一面４２３に設けられた接続端子６０と、長さの異なるモータ線１１〜１３、２１〜２３との関係により、モータ線１１〜１３、２１〜２３の挿入長さＬ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２３を異ならせているが、本発明はこれに限られない。例えば、１枚ではなく、２枚の基板を用いること等により、挿入方向における接続端子６０の配置を換え、モータ線１１〜１３、２１〜２３のモータ３０から延びる長さを等しくしてもよい。また、モータ線１１〜１３、２１〜２３の太さが挿入方向において変化するように構成することにより、接続端子６０に最初に接触するモータ線の１１〜１３、２１〜２３の接触開始部の位置を調整してもよい。

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、発明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。

１・・・駆動装置
１１〜１３、２１〜２３、３７・・・モータ線
１１５、１２５、１３５、２１５、２２５、２３５、３７５・・・接触開始点
１１９、１２９、１３９、２１９、２２９、２３９、３７９・・・接点部
３０・・・モータ
３３、３４・・・巻線組
４０・・・コントローラ
４１・・・電子部品
４２・・・基板
６０、７０・・・接続端子

Claims

電子部品（４１）が実装された基板（４２）及び前記基板に設けられた複数の接続端子（６０、７０）を有するコントローラ（４０）と、
複数系統の巻線組（３３、３４）及び前記巻線組の各巻線から前記基板側に同一方向に延びており、かつ、対応する前記接続端子に圧入されている複数のモータ線を有し、前記コントローラから電力が供給されるモータ（３０）と、
を備え、
前記モータ線について、対応する前記接続端子に圧入されたときに当該接続端子に最初に接触した接触開始部（１１５、１２５、１３５、２１５、２２５、２３５、３７５）から圧入後に前記接続端子と接触している接点部（１１９、１２９、１３９、２１９、２２９、２３９、３７９）までの長さを挿入長さ（Ｌ１１〜Ｌ１３、Ｌ２１〜Ｌ２３）とするとき、
前記複数のモータ線の前記挿入長さは、少なくとも２つのグループに分かれており、
前記複数のモータ線を対応する前記接続端子に圧入するために要する荷重を挿入荷重とすると、
前記挿入長さの異なるグループごとに前記モータ線が前記接続端子に接触を開始する時点を境に圧入の段階を分けた場合、一の圧入段階における前記挿入荷重のばらつき範囲は、他の圧入段階における前記挿入荷重のばらつき範囲の外にあることを特徴とする駆動装置（１）。
前記挿入長さは、前記巻線組の系統内で互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記系統間の前記挿入長さの異なり具合は、前記モータの回転軸（Ｐ）に関して回転対称であることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
前記巻線組は２系統であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の駆動装置。
前記複数の接続端子は、前記基板の同一面（４２３）に設けられており、
前記モータ線について前記巻線組の各巻線から前記基板側に同一方向に延ばされた長さは、互いに異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の駆動装置。