JP7273747B2 - モータ装置 - Google Patents
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Description
以下では、本発明に係るモータ装置の一態様として、自動車用の電動パワーステアリング装置に適用した例を示す。
電動パワーステアリング装置1は、ステアリングホイール2、操舵トルクセンサ3、モータ装置4を有する。
モータ装置4は、モータと、当該モータの制御回路及びパワー回路とを一体的に備えた装置である。
ステアリングシャフト5は先端にピニオンギア7を備え、ピニオンギア7がステアリングシャフト5と一体に回転すると、ラック軸8が車両進行方向の左右に水平移動することで、転舵輪9,9に舵角を与える。
一方、自動運転が行われる場合、自動運転コントローラ11は、自車位置検出センサ12から取得した位置情報などに基づき舵角指令を求める。
なお、モータ装置4の制御回路と自動運転コントローラ11とは、CAN(Controller Area Network)バスなどの車両内ネットワーク13に接続され、車両内ネットワーク13を介して相互に情報信号を伝達する。
モータ装置4のモータ40は、3相同期電動機であって、U相コイル、V相コイル及びW相コイルからなる巻線組を、第1巻線組41aと第2巻線組41bとの2組有する。
第1パワー回路50aは第1インバータ51aなどを備え、第2パワー回路50bは第2インバータ51bなどを備える。
また、第1制御回路60aは、第1電源回路61a、第1マイクロコンピュータ62a、第1プリドライバ63aなどを備え、第2制御回路60bは、第2電源回路61b、第2マイクロコンピュータ62b、第2プリドライバ63bなどを備える。
第1マイクロコンピュータ62a及び第2マイクロコンピュータ62bは、それぞれが車両内ネットワーク13に接続され、かつ、相互に通信可能に構成されている。
また、モータ装置4は、モータ40の回転軸の回転信号を出力する回転検出素子として、第1磁気センサ203a及び第2磁気センサ203bを備える。
ここで、第1駆動制御系4Aの第1制御回路60aは、第1磁気センサ203aの出力を取り込んで第1巻線組41aの駆動電流を制御し、第2駆動制御系4Bの第2制御回路60bは、第2磁気センサ203bの出力を取り込んで第2巻線組41bの駆動電流を制御する。
また、モータ装置4は、1つのバッテリから第1駆動制御系4A及び第2駆動制御系4Bに電力供給する装置とすることができる。
モータ装置4は、モータ40と、モータハウジング100と、コネクタアッセンブリ200とで構成される。
モータ40は、モータ回転軸42、ロータ43、ステータ44などを有する。
モータハウジング100の底部101には、モータハウジング100内に収容したモータ40のモータ回転軸42が挿通する貫通孔102を設けてある。
モータ回転軸42は、モータハウジング100内から貫通孔102を介してモータハウジング100の外部に突き出し、ステアリングシャフト5に回転力を伝える動力伝達系(図示省略)に係合される。
コネクタベース201は、合成樹脂によってモールド成形される部品であって、円板状の本体部201cと、本体部201cの端面201aの中央に本体部201cの中心軸に沿って立設される円筒状の延長部202とを一体的に有し、モータハウジング100の開放端103に取り付けられる。
ここで、コネクタベース201をモータハウジング100に取り付けた状態で、延長部202は、モータ回転軸42の延長線に沿って本体部201cからモータ回転軸42に向けて延伸され、延長部202の先端面202aは、モータ回転軸42の先端面42cと対向する。
モータ回転軸42の先端面42cには、モータ回転軸42の回転を検出するための磁石42dが取り付けられる。
また、本体部201cのモータハウジング100外側になる端面201bには、第1電源コネクタ210a及び第2電源コネクタ210bが設置される。
第2電源コネクタ210bは、第2バッテリ70bと電源ケーブルで接続され、第2駆動制御系4Bに第2バッテリ70bから電力供給するためのコネクタである。
なお、操舵トルクセンサ3は2重化されており、第1駆動制御系4Aは一方のセンサ出力に基づき第1巻線組41aの駆動電流を制御し、第2駆動制御系4Bは他方のセンサ出力に基づき第2巻線組41bの駆動電流を制御する。
なお、回路基板は、コネクタベース201に設けた支持用ボスに固定されることで、延長部202の周囲の所定位置に配され、コネクタアッセンブリ200は、パワー回路50a,50bや制御回路60a,60bを搭載した回路基板を一体的に備えることになる。
ここで、第1制御回路基板301aと第2制御回路基板301bとは同一平面上に配され、また、第1パワー回路基板302aと第2パワー回路基板302bとは同一平面上に配される。
更に、第1駆動制御系4Aを構成する第1回路基板としての第1制御回路基板301aと第1パワー回路基板302aとがモータ回転軸42の延長線方向において対向し、第2駆動制御系4Bを構成する第2回路基板としての第2制御回路基板301bと第2パワー回路基板302bとがモータ回転軸42の延長線方向において対向するように、延長部202の軸線方向に沿って並設される。
そして、第1パワー回路基板302a及び第2パワー回路基板302bのモータ40側の実装面に搭載されるスイッチング素子の熱が台座部104に伝達して放熱されるように構成してある。
なお、台座部104には、第1パワー回路基板302aから第1巻線組41aの各巻線に駆動電流を供給するための駆動電流線501aを挿通させるための貫通孔104aと、第2パワー回路基板302bから第2巻線組41bの各巻線に駆動電流を供給するための駆動電流線501bを挿通させるための貫通孔104bとを設けてある。
詳細には、第1電源コネクタ210a,第2電源コネクタ210bから制御回路基板301a,301b及びパワー回路基板302a,302bに電力供給するための電源配線、磁気センサ203a,203bが出力する回転信号を制御回路基板301a,301bに送るための回転信号線、操舵トルクセンサ3が出力するトルク信号を制御回路基板301a,301bに送るためのトルク信号線などが、延長部202に埋設される。
コネクタベース201の端面201bには、正極及び負極からなる第1バッテリ端子601a、正極及び負極からなる第2バッテリ端子601b、第1トルクセンサ端子602a、第2トルクセンサ端子602b、第1車両通信端子603a、第2車両通信端子603bなどが設けられる。
同様に、第2バッテリ端子601bには第2電源コネクタ210bが接続され、第2バッテリ端子601bは第2電源コネクタ210bを介して第2バッテリ70bからの電力供給を受ける。
また、第2バッテリ端子601bと、第2制御回路基板301bのバッテリ接続部604b及び第2パワー回路基板302bのバッテリ接続部605bとは、第2電源配線502bで電気的に接続される。
ここで、第1電源配線502a、第2電源配線502bの一端は、コネクタベース201に埋設された状態で第1バッテリ端子601a、第2バッテリ端子601bにそれぞれ接続される。
そして、2つに分岐した後の第1電源配線502a,502aは、それぞれ延長部202の外周面から延長部202(モータ回転軸42)の径方向外側に向かって突き出て、一方は第1制御回路基板301aのバッテリ接続部604aに接続され、他方は第1パワー回路基板302aのバッテリ接続部605aに接続される。
そして、2つに分岐した後の第2電源配線502b,502bは、それぞれ延長部202の外周面から延長部202の径方向外側に向かって突き出て、一方は第2制御回路基板301bのバッテリ接続部604bに接続され、他方は第2パワー回路基板302bのバッテリ接続部605bに接続される。
同様に、第2トルクセンサ端子602bには、2重化された操舵トルクセンサ3のうちの他方から延びるトルク信号線が接続され、第2トルクセンサ端子602bは、一方の操舵トルクセンサ3からのトルク信号を受ける。
また、第2トルクセンサ端子602bと第2制御回路基板301bのトルクモニタ接続部606bとは第2トルク信号線503bによって電気的に接続される。
そして、第1トルク信号線503aの他端は、延長部202に埋設された状態で延長部202の先端に向けて延設され、その後、延長部202の外周面から延長部202の径方向外側に向かって突き出て、第1制御回路基板301aのトルクモニタ接続部606aに接続される。
また、第1車両通信端子603aには車両内ネットワーク13から延びる通信線が接続され、第1制御回路60a(モータ装置4の第1マイクロコンピュータ)と車両内ネットワーク13に接続される他の制御回路(マイクロコンピュータ)との間での情報の送受信が、第1車両通信端子603aを介して行われる。
そして、第1車両通信端子603aと第1制御回路基板301aの第1車両通信接続部607aとは、第1通信線504aによって電気的に接続される。
ここで、第1通信線504a、第2通信線504bの一端は、コネクタベース201に埋設された状態で第1車両通信端子603a、第2車両通信端子603bにそれぞれ接続される。
同様に、第2通信線504bの他端は、延長部202に埋設された状態で延長部202の先端に向けて延設され、その後、延長部202の外周面から延長部202の径方向外側に向かって突き出て、第2制御回路基板301bの第2車両通信接続部607bに接続される。
同様に、延長部202の先端に埋設される第2磁気センサ203bと第2制御回路基板301bの回転角モニタ接続部608bとは、第2回転信号線505bによって電気的に接続される。
そして、第1回転信号線505aの他端は、延長部202に埋設された状態で本体部201cに向けて延設され、その後、延長部202の外周面から延長部202の径方向外側に向かって突き出て、第1制御回路基板301aの回転角モニタ接続部608aに接続される。
また、コネクタアッセンブリ200においては、第1制御回路基板301aと第1パワー回路基板302aとの間での信号の送受信に用いられる信号線、及び、第2制御回路基板301bと第2パワー回路基板302bとの間での信号の送受信に用いられる信号線も、延長部202に埋設される。
また、第2パワー回路基板302bの電流センサ接続部609bと、第2制御回路基板301bの電流モニタ接続部610bとが、電流信号線506bによって電気的に接続される。
また、電流信号線506a、電流信号線506bの他端は、延長部202の外周面から延長部202の径方向外側に向かって突き出て、第1制御回路基板301aの電流モニタ接続部610a、第2制御回路基板301bの電流モニタ接続部610bに接続される。
同様に、第2制御回路基板301bのプリドライバ接続部611bと、第2パワー回路基板302bの3相インバータ接続部612bとが、駆動信号線507bによって電気的に接続される。
また、駆動信号線507a、駆動信号線507bの他端は、延長部202の外周面から延長部202の径方向外側に向かって突き出て、第1パワー回路基板302aの3相インバータ接続部612a、第2パワー回路基板302bの3相インバータ接続部612bに接続される。
また、第1パワー回路基板302aの第1インバータ51aは、3相インバータ接続部612aで受けたプリドライバ出力に基づき各スイッチング素子がオン/オフされ、第1インバータ51aが出力する駆動電流を、駆動電流出力部620aを介して第1巻線組41aの各相(U相、V相、W相)に送出する。
また、第1制御回路基板301aのマイコン間通信接続部621aと、第2制御回路基板301bのマイコン間通信接続部621bとが、マイコン間通信線508によって接続される。
図5-図7においては、コネクタアッセンブリ200の左半分の領域が第1駆動制御系4Aの配置領域で、右半分の領域が第2駆動制御系4Bの配置領域である。つまり、第1駆動制御系4Aと第2駆動制御系4Bとは、延長部202を挟んで両側に配置される。
また、第1制御回路基板301a及び第2制御回路基板301bは、それぞれの直線状の端縁が相互に略平行になり、かつ、円弧状の端縁がモータハウジング100の内周に沿うように同一平面上に配置される。
そして、磁気センサ203a,203bを搭載する長方形の磁気センサ基板203は、延長部202の軸線方向から見たときに、第1駆動制御系4Aの回路基板301a,302aと第2駆動制御系4Bの回路基板301b,302bとの間に挟まれるようにしてコネクタアッセンブリ200の中央部分に配置される。
また、第1制御回路基板301a,第2制御回路基板301bは、図4に示した、バッテリ接続部604a,604b、プリドライバ接続部611a,611b、電流モニタ接続部610a,610b、車両通信接続部607a,607b、マイコン間通信接続部621a,621b、トルクモニタ接続部606a,606b、回転角モニタ接続部608a,608bを備える。
なお、図5には、本体部201cのモータ40側の端面201aからモータ40に向けて延びる基板支持用ボス701a-701hの配置を示してある。
図8は、第1電源コネクタ210aから第1制御回路基板301a及び第1パワー回路基板302aに電力を供給する第1電源配線502a、及び、第2電源コネクタ210bから第2制御回路基板301b及び第2パワー回路基板302bに電力を供給する第2電源配線502bの配線構造を示す。
第1電源配線502aの他端は、コネクタベース201に埋設された状態で延長部202の先端に向けて延設され、第1制御回路基板301aの配設位置付近の延長部202内で2つに分岐する。
また、第1電源配線502a2は、分岐部から更に延長部202の先端に向けて延設され、第1パワー回路基板302aの配設位置付近から延長部202の径方向外側に向けて延設されて延長部202の外周面から外部に向けて突き出る。
なお、延長部202の外周面から径方向外側に向けて突き出す各配線の端部は、モータ40に向けて屈曲され、制御回路基板301a,301b、パワー回路基板302a,302bを本体部201cと平行に本体部201cに近づけるように移動させて組み付けることで、制御回路基板301a,301b、パワー回路基板302a,302bに設けた接続部としてのスルーホールに各配線の端部が挿入されるようにしてある。
第2電源配線502bの他端は、コネクタベース201に埋設された状態で延長部202の先端に向けて延設され、第2制御回路基板301bの配設位置付近の延長部202内で2つに分岐する。
また、第2電源配線502b2は、分岐部から更に延長部202の先端に向けて延設され、第2パワー回路基板302bの配設位置付近から延長部202の径方向外側に向けて延設されて延長部202の外周面から外部に向けて突き出る。
そして、延長部202の外周面から突き出した第2電源配線502b2の端部が第2パワー回路基板302bのバッテリ接続部605bに接続される。
図9は、本体部201cの第1トルクセンサ端子602aと、第1制御回路基板301aのトルクモニタ接続部606aとを接続する第1トルク信号線503a、及び、本体部201cの第2車両通信端子603bと第2制御回路基板301bの第2車両通信接続部607bとを接続する第2通信線504bの配線構造を示す。
第1トルク信号線503aの他端は、コネクタベース201に埋設された状態で延長部202の先端に向けて延設され、第1制御回路基板301aの配設位置付近から延長部202の径方向外側に向けて延設されて延長部202の外周面から外部に向けて突き出る。
なお、第2トルク信号線503bも、第1トルク信号線503aと同様な配線構造で、本体部201cの第2トルクセンサ端子602bと、第2制御回路基板301bのトルクモニタ接続部606bとを接続する。
第2通信線504bの他端は、コネクタベース201に埋設された状態で延長部202の先端に向けて延設され、第2制御回路基板301bの配設位置付近から延長部202の径方向外側に向けて延設されて延長部202の外周面から外部に向けて突き出る。
なお、第1通信線504aも、第2通信線504bと同様な配線構造で、本体部201cの第1車両通信端子603aと第1制御回路基板301aの第1車両通信接続部607aとを接続する。
図10は、第1パワー回路基板302aの電流センサ接続部609aと第1制御回路基板301aの電流モニタ接続部610aとを接続する電流信号線506a、及び、第2制御回路基板301bのプリドライバ接続部611bと第2パワー回路基板302bの3相インバータ接続部612bとを接続する駆動信号線507bの配線構造を示す。
そして、電流信号線506aは、第1制御回路基板301aの配設位置付近から延長部202の径方向外側に向けて延設され、延長部202の外周面から外部に向けて突き出し、延長部202の外周面から突き出した電流信号線506aの端部が第1制御回路基板301aの電流モニタ接続部610aに接続される。
駆動信号線507bは、一端が第2制御回路基板301bのプリドライバ接続部611bに接続され、プリドライバ接続部611bから延長部202の径方向内側に向けて延設されて延長部202内に埋入し、その後、延長部202内をモータ40に向けて延設される。
なお、駆動信号線507aも、駆動信号線507bと同様な配線構造で、第1制御回路基板301aのプリドライバ接続部611aと第1パワー回路基板302aの3相インバータ接続部612aとを接続する。
図11は、第1制御回路基板301aのマイコン間通信接続部621aと第2制御回路基板301bのマイコン間通信接続部621bとを接続するマイコン間通信線508の配線構造を示す。
そして、延長部202の外周面から突き出したマイコン間通信線508の端部が、第2制御回路基板301bのマイコン間通信接続部621bに接続される。
図12は、第1制御回路基板301aの回転角モニタ接続部608aと第1磁気センサ203aとを接続する第1回転信号線505a、及び、第2制御回路基板301bの回転角モニタ接続部608bと第2磁気センサ203bとを接続する第2回転信号線505bの配線構造を示す。
その後、第1回転信号線505aは、延長部202の先端に埋設される磁気センサ基板203に向けて延長部202内に延設され、磁気センサ基板203の第1磁気センサ出力接続部203a1に延長部202内で接続される。
その後、第2回転信号線505bは、延長部202の先端に埋設される磁気センサ基板203に向けて延長部202内に延設され、磁気センサ基板203の第2磁気センサ出力接続部203b1に延長部202内で接続される。
そして、コネクタアッセンブリ200は、延長部202に埋設した各種配線の端部を延長部202の径方向に突き出して、延長部202の周囲に配置した制御回路基板301a,301b及びパワー回路基板302a,302bと接続する。
また、コネクタアッセンブリ200では、磁気センサ203a,203bをモータ40に接近させて配置することが容易となり、モータ回転軸42(磁石42d)の偏心を抑制して、回転検出のばらつきを低減でき、また、モータ回転軸42の延伸を抑制できる。
したがって、モータ回転軸42の延伸を抑制できれば、回転検出のばらつきを低減し、かつ、組み付け作業が容易になる。
更に、延長部202に電源配線502a,502bを埋設することで、延長部202の反りを抑制できる。
なお、図13のコネクタアッセンブリ200は、延長部202における磁気センサ基板203の取付構造及び回転信号線505a,505bの配線構造が、図3のコネクタアッセンブリ200とは異なるが、それ以外の構造は同じであるので、共通の構造部分についての詳細な説明は省略する。
つまり、図3のコネクタアッセンブリ200では、磁気センサ基板203が延長部202の先端内に埋設されて外部から見えないのに対し、図13のコネクタアッセンブリ200では、延長部202の先端に磁気センサ基板203が載置され、外部から磁気センサ基板203を目視できるように構成される。
その後、第1回転信号線505aは、延長部202の先端面202aに向けて延設され、延長部202の先端面202aから外部に向けて突き出し、先端面202aから突き出した第1回転信号線505aの端部が、磁気センサ基板203の第1磁気センサ出力接続部203a1に接続される。
その後、第2回転信号線505bは、延長部202の先端面202aに向けて延設され、延長部202の先端面202aから外部に向けて突き出し、先端面202aから突き出した第2回転信号線505bの端部が、磁気センサ基板203の第2磁気センサ出力接続部203b1に接続される。
なお、延長部202に磁気センサ基板203を設置するときに、例えば、磁気センサ基板203を延長部202に埋設する一方、磁気センサ基板203に搭載される磁気センサ203a,203bの少なくとも一部を外部に露出させることができる。
なお、図14のコネクタアッセンブリ200は、延長部202の形状、及び、各基板の接続部(スルーホール)と配線との接続位置が、図3に示したコネクタアッセンブリ200とは異なるが、それ以外の構造は同じであるので、共通の構造部分についての詳細な説明は省略する。
第1部位202cは、トルク信号線503a,503b、通信線504a,504bなど制御回路基板301a,301bに接続される配線が延長部202の径方向外側に向けて突き出す、延長部202の基端部である。
そして、第2部位202dのモータ回転軸42寄りの端部に磁気センサ基板203が埋設される。
つまり、延長部202は、根本側の大径部である第1部位202cと、先端側の小径部である第2部位202dとからなり、第1部位202cと第2部位202dとの境界は、外径の違いによって段差部202eを形成する。
ここで、前述したように、第1部位202cから径方向外側に向けて突き出る配線と制御回路基板301a,301bの各接続部との接続位置よりも、第2部位202dから径方向外側に向けて突き出る配線とパワー回路基板302a,302bの各接続部との接続位置が、延長部202の軸線により近くなるようにしてある。
なお、延長部202を根本から先端まで同じ外径に形成し、制御回路基板301a,301bに接続される配線の延長部202の外周面からの突き出し高さを、パワー回路基板302a,302bに接続される配線の延長部202の外周面からの突き出し高さよりも高くすることで、回路基板と配線との接続位置を異ならせることができる。
また、延長部202を先細り形状とし、かつ、延長部202の外周面からの配線の突き出し高さを異ならせることができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
また、回路基板は、延長部202が挿通される貫通孔を備え、延長部202の周囲の全周にわたって回路基板が設けられる構成とすることができる。
また、モータ装置4は、電動パワーステアリング装置に好適であるが、例えば、電動パーキングブレーキ装置などの車両装置にも適用可能であることは明らかである。
また、回転検出素子を多重に備えるモータ装置4に限定されず、回転検出素子を1つだけ備えるモータ装置4とすることができる。
Claims (9)
- モータと、
前記モータの回転軸の延長線上に配置されるコネクタベースであって、
前記モータの電源と接続するための電源コネクタと、
前記モータの回転軸の延長線に沿って延伸して先端面が前記回転軸の先端面と対向する延長部と、
前記延長部の先端に配置され、前記回転軸の回転信号を出力する回転検出素子と、
を備え、
前記電源コネクタに接続される電源配線が前記延長部に埋設される、
前記コネクタベースと、
前記モータの駆動電流を制御する回路基板であって、
前記延長部の周囲に配置され、
前記回転検出素子の回転信号が回転信号線を介して送られる、
前記回路基板と、
を有する、モータ装置。 - 請求項1記載のモータ装置であって、
前記回路基板は、第1回路基板と第2回路基板とを有し、
前記第1回路基板と前記第2回路基板とは、前記延長部を挟んで両側に配置される、
モータ装置。 - 請求項1記載のモータ装置であって、
前記回路基板は、第1回路基板と第2回路基板とを有し、
前記第1回路基板と前記第2回路基板とは、前記延長部の軸線方向に沿って並設される、
モータ装置。 - 請求項1記載のモータ装置であって、
前記モータは、第1巻線組と第2巻線組とを有し、
前記回路基板は、前記第1巻線組の駆動電流を制御する第1回路基板と、前記第2巻線組の駆動電流を制御する第2回路基板とを有し、
前記電源コネクタは、前記第1回路基板に電力を供給する第1電源コネクタと、前記第2回路基板に電力を供給する第2電源コネクタとを有する、
モータ装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載のモータ装置であって、
前記回転検出素子は、前記延長部の先端に埋設される、
モータ装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載のモータ装置であって、
前記回転検出素子は、前記延長部の先端面に固定され、
前記回転検出素子の回転信号線は、前記延長部に埋設されて前記延長部の先端にまで延設されて前記延長部の先端面から突き出し、前記延長部の先端面から突き出した部分で前記回転検出素子と接続される、
モータ装置。 - 請求項4記載のモータ装置であって、
前記第1回路基板及び前記第2回路基板は、それぞれ、前記モータの駆動電流を制御するスイッチング素子を備えたパワー回路基板と、前記スイッチング素子の作動を制御する制御回路を備えた制御回路基板とを有し、
前記モータから前記コネクタベースに向かう方向に沿って、前記パワー回路基板、前記制御回路基板の順に配置される、
モータ装置。 - 請求項7記載のモータ装置であって、
前記第1電源コネクタに接続される前記電源配線は、前記延長部に埋設され前記延長部の先端に向けて延設される途中で2つに分岐し、分岐後に前記延長部の外周から前記モータの回転軸の径方向にそれぞれ突き出して、前記第1回路基板を構成する前記パワー回路基板と前記制御回路基板とにそれぞれ接続され、
前記第2電源コネクタに接続される前記電源配線は、前記延長部に埋設され前記延長部の先端に向けて延設される途中で2つに分岐し、分岐後に前記延長部の外周から前記モータの回転軸の径方向にそれぞれ突き出して、前記第2回路基板を構成する前記パワー回路基板と前記制御回路基板とにそれぞれ接続される、
モータ装置。 - 請求項8記載のモータ装置であって、
前記パワー回路基板に前記電源配線が接続される位置が、前記制御回路基板に前記電源配線が接続される位置よりも、前記モータの回転軸の延長線に近い、
モータ装置。
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