JPWO2012098703A1 - 電動パワーステアリング用電動モータ装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

従来の電動パワーステアリング用電動モータ装置では、ネジにより締結、分解は容易であるが、制御回路と電動モータの給電部との間隔が広くなるため制御回路から電動モータへ延出する接合ターミナルが長くなり電動モータの給電部との接続位置がばらつき、組立性が悪化するという課題があった。この発明に係る電動パワーステアリング用モータ装置は、固定子、固定子の内側に設けられた回転子とを有する電動モータと、固定子に接続され電力を供給する駆動回路、駆動回路を制御する制御回路、及び駆動回路と制御回路を覆い電動モータが取り付け可能な筐体を有する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング用電動モータ装置であって、電動モータと制御ユニットとが略同軸上に構成され、電動モータから延出する給電部と、制御ユニットから延出し、給電部に接続される接合部とを備え、接合部が絶縁部材を介し筐体に保持されているものである。

Description

この発明は、電動モータ部及びその制御ユニットが回転軸上に配置された電動パワーステアリング用電動モータ装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置に関するもので、特に電動モータ部の駆動に必要な電力を制御ユニットから電動モータ部へ伝達する電気的接続部の構造に関するものである。

従来の電動パワーステアリング用電動モータ装置では、電動モータと制御ユニットが一体に形成されて、電動モータの回転を減速するギアボックスから伸びたシャフトと同軸上に配置されるとともに、制御ユニットは、ギアボックスと電動モ−タの間に配置されており、電動モ−タの給電部と制御ユニットの接合部は、ハウジングまたはケ−ス、あるいは両方に設けられた開口部を通して、ハウジング内またはケ−ス内で接合されている。

上記構成において、制御ユニットから延出する接合部と電動モータから延出する給電部とを重ねてネジにより接合する構成にしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２４８７５４号公報（第２図）

上記特許文献１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置では、駆動回路の放熱性を改善するため、駆動回路がハウジング側に設けられている。この駆動回路は、制御回路によりその開閉を制御され電動モータへの駆動電力を供給するものであることから、制御回路と電動モータの給電部との間は電気的に接続される必要がある。

電動パワーステアリング用電動モータ装置は、車両用の電源電圧が低いことから、大きな出力を発生させる為に大電流を流す必要がある。そのため制御回路のトランジスタは大きな熱量を発生する。したがって、この熱量を放熱させるため、電動パワーステアリング用電動モータ装置の制御回路はハウジング側に取り付ける必要がある。

上記のような構造では、ネジにより締結、分解は容易であるが、制御回路と電動モータの給電部との間隔が広くなるため、制御回路から電動モータへ延出する接合ターミナルが長くなり、電動モータの給電部との接続位置がばらつき、組立性が悪化するという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、電動モータと制御ユニットの組立性を損なうことなく接合ターミナルの位置を安定させることができる電動パワーステアリング用電動モータ装置及びそれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することを目的としている。

この発明に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置は、固定子、及び該固定子の内側に設けられた回転子を有する電動モータと、前記固定子に接続され電力を供給する駆動回路、該駆動回路を制御する制御回路、及び前記駆動回路と前記制御回路を覆い前記電動モータが取り付け可能な筐体を有する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング用電動モータ装置であって、前記電動モータと前記制御ユニットとが略同軸上に構成され、前記電動モータから延出する給電部と、前記制御ユニットから延出し、前記給電部に接続される接合部とを備え、該接合部が絶縁部材を介し前記筐体に保持されているものである。

本発明によれば、制御ユニットのケースに絶縁部材を設け、この絶縁部材によって接合ターミナルの位置決めをすることにより、電動モータと制御ユニットとの組立性を改善することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリングシステムの全体を示す概念図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置の電気回路部分の概略図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の部分断面図である。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置の回転軸に垂直な面の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る結合部分を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る図５の変形例を示すものである。 この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置に位置決め穴を設けた場合の回転軸に垂直な面の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る絶縁部材を各相に分割した場合を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る絶縁部材を一体形成した場合を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る絶縁部材の一例を示す斜視図である。

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１を図１乃至図１０に基づいて説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似する部分には、同一又は類似の符号を用いている。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌した上で判断すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が実際の場合と異なる場合もありうる。

図１は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリングシステムの全体を示す概念図である。図において、電動パワーステアリングシステム２では、車両のステアリング（ハンドル）２１からの操舵力は、コラムシャフト２２を通じてステアリングギアボックス２４に伝達される。

電動パワーステアリング用電動モータ装置１は、減速機構他を収納するために設けられたギアハウジング２５を介してコラムシャフト２２に取り付けられている。電動パワーステアリング用電動モータ装置１の電動モータ部１０からのコラムシャフト２２への出力は減速機構により減速され、かつ、回転方向が９０度変更されて伝達される。

ステアリングギアボックス２４のコラムシャフト２２と接続される部分にはピニオンギアが設けられ、ステアリングギアボックス２４内に収納されている。このピニオンギアは回転運動をラックバー２３に直線運動として伝達する。それに応じて、ラックバー２３は所定の変位を得る。このラックバー２３の直線運動に基づく変位に車輪が連動し、車両の方向転換等が可能となる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置の電気回路部分の概略図である。図において、電動パワーステアリング用電動モータ装置１は、電流を磁気力に変換し、その駆動力を発生させる電動モータを有する電動モータ部１０と、この電動モータ部１０に所定の電力を供給し、電動モータ部１０の駆動力を制御する制御ユニット１１からなる。

制御ユニット１１は、外部からの指令に基づく車速１１０ａ、舵角１１０ｂ、及び、トルク１１０ｃなどに係る各信号が制御回路１１０に入力され、この制御回路１１０からの出力により駆動回路１１１を制御する。これにより、電動モータ部１０へ供給する電力を制御することで、所定のステアリングトルクをアシストする。

駆動回路１１１は、主として複数のトランジスタ１１１ａ、ノイズ除去と電源電圧のリップル成分を抑えるためのコンデンサ１１１ｂからなるスイッチング回路で構成されており、外部または内部に設けられたモータ駆動電源１２に接続されている。駆動回路１１１は、制御回路１１０から複数のトランジスタ１１１ａをＰＷＭ制御し、そのＯＮ／ＯＦＦ動作によりモータ１００の駆動力制御を行う。

図３は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置の部分断面図である。電動モータ部１０は、モータハウジング１０７内に収められ、積層された電磁鋼板からなる固定子鉄心１０４ａに導体である固定子巻線１０４ｂを巻回して作られた固定子１０４を備えている。固定子巻線１０４ｂは、バスバー１０１に接続されデルタ結線を有する回路を構成している。尚、スター結線を有する場合は、それぞれの固定子巻線１０４ｂのコモン側をコモンターミナルに接続することで回路が構成される。また、回転子１０５は、ベアリング１０６を介して固定子１０４内に保持されている。

ホルダ１０２には、周方向に延びた各相の給電及び接続のためのバスバー１０１が納められている。図３の例では、外周側よりＵ相、Ｖ相、及び、Ｗ相となり、それぞれのバスバー１０１ｕ、１０１ｖ、１０１ｗが納められている。尚、スター結線を用いる場合は、更にコモンターミナルを含めた４相のバスバー１０１納められることとなる。

各バスバー１０１には給電部１０３が接続されており、制御ユニット１１から電力が供給される。給電部１０３は、電動モータ部１０から制御ユニット１１側へ延出し、その結合部分で電動モータ部１０に接続される接合部である接合ターミナル１１３とねじ１０８により締結される。図３には、その代表としてＷ相の例を示す。

接合ターミナル１１３及び給電部１０３は、本実施の形態では、ともに平板で構成されている。これらのうち、少なくともどちらか一方にスズなどのメッキを施すことにより結合部分における抵抗を小さくすることができる。接合ターミナル１１３及び給電部１０３は、結合できる構造であれば特に平板で構成されていなくてもよい。例えば、主として円柱構造を有する場合、主として六角柱構造を有する場合、主として八角柱構造を有する場合他特に限定されない。

ここで、制御ユニット１１より延出する接合ターミナル１１３が長くなるため、電動モータ部１０の取付、及び、制御回路１１０と駆動回路１１１の保護のために設けられた制御ユニット１１の筐体であるケース１１２に保持されている。電動パワーステアリング用電動モータ装置全体の剛性を保つ為、ケース１１２は通常、金属からなる。そのため、接合ターミナル１１３との間で絶縁を保つ必要がある。

この絶縁は、接合ターミナル１１３の位置決めを兼ねた絶縁部材１１４により実現することができる。上記説明したように、接合ターミナル１１３は長くなるため、その取り付け位置のばらつきが大きくなる。そのため給電部１０３を挿入して取り付ける際に困難な場合がありうる。そこで、接合ターミナル１１３が絶縁部材１１４を介してケース１１２に保持されることにより接合ターミナル１１３の位置決めを可能とし上記問題を解決する。

ここで、絶縁部材１１４は、難燃性、耐熱性、及び、絶縁性に対して、所定の性能が要求される。この性能は、電動パワーステアリング装置の設計条件に沿った性能である。材質としては、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ナイロン樹脂、ベークライト、または、ＬＣＰ（液晶ポリマー）などが考えられるが、上記所定の性能を充足するものであれば、これらに限られない。
図１０は、この発明の実施の形態１に係る絶縁部材の一例を示す斜視図である。ここでは、各相の絶縁部材１１４を一体として構成したものについて例示しているが、後述する各相に分割したものであってもよい。
また、ここで示された形状は、本実施の形態の一例に過ぎず、本発明の効果を得られるような構成であれば、この形状に限られるものでないことは明らかである。

また、絶縁部材１１４にはナット１１５が保持されており、ねじ１０８により外周側より締め付けるだけで締結を行うことができる。本実施の形態では、絶縁部材１１４に予めナット１１５を設ける例を示したが、絶縁部材１１４に予め女ネジを切っておく構成としても構わない。この場合、ナット１１５が不要となることはもちろん、ナット１１５を所定の位置に固定する作業も省略することができる。

また、ネジ固定とせず、接合ターミナル１１３及び給電部１０３を差し込み式のコネクター接続とすることでも同様の効果が得られる。この場合、接合ターミナル１１３が絶縁部材１１４を介してケース１１２に保持されることにより接合ターミナル１１３の位置決めを可能となり、給電部１０３を容易に取り付け可能となると共に、併せて、抜け防止の効果も有する。

ねじ１０８による締結は、電動モータ部１０と制御ユニット１１との結合後に行われるため、外周側からねじ１０８を締めることができる構造であることが求められる。
電動モータ部１０と制御ユニット１１とを結合する際、従来技術では接合ターミナルと給電部が向かい合って延出している場合、干渉して結合が困難となることが起こりうる。しかしながら、本実施の形態では、このようなことが起こりにくい。また、絶縁部材１１４に接合ターミナル１１３が挿入された後、その周りに所定の空間が確保されるような構造とすることで、接合ターミナル１１３を挿入後に給電部１０３を挿入する際に、電動モータ部１０の給電部１０３に多少の位置ばらつきがあった場合でも安定して接続することが可能となり、干渉して結合が困難となることがさらに起こりにくくなる。

図４は、この発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置の回転軸に垂直な面の断面図である。図４に示すように、Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相のそれぞれの接合ターミナル１１３ｕ、１１３ｖ、及び、１１３ｗ及び給電部１０３ｕ、１０３ｖ、及び、１０３ｗのそれぞれの結合部分は所定の間隔を保持し配置されている。

電動モータ部１０の給電部１０３は、バスバー１０１と接続する際にばらつきが生じやすい。また、各相の接合ターミナル１１３は分割されているので各相の結合部分の位置にはばらつきが生じ易い。本実施の形態のように、給電部１０３ｕ、１０３ｖ、及び、１０３ｗのそれぞれの結合部分の間に所定の間隔を保持し配置することで、絶縁部材１１４に与える応力を小さくすることができる。

つまり、給電部材をバスバーに取り付けるときの誤差は給電部材の間隔に依らず、ほぼ一定の値となることが想定される。その後、電動モータ部と制御ユニットを組み立てるときに絶縁部材に挿入される。このとき、絶縁部材は給電部材により応力が加えられるが、元の長さが長いほどひずみの割合は小さくなるので、その分応力は小さくなる。また、絶縁部材１１４を各相または複数に分割することでも同様の効果を得ることができる。

図５は、この発明の実施の形態１に係る結合部分、特にねじ挿入部分におけるねじ挿入前の状態を示す断面図である。図５に示すように、接合ターミナル１１３の板幅を給電部１０３の板幅に比べて大きくすることにより、接合ターミナル１１３の位置決めを安定してすることができる。

図６は、この発明の実施の形態１に係る図５の変形例を示すものである。図６に示すように、接合ターミナル１１３を給電部１０３の内径側（図の下側）に配置する構成でも接合ターミナル１１３の板幅を給電部１０３のそれに比べて大きくしておくことで同様の効果が得られる。

電動モータ部１０の給電部１０３は、バスバー１０１を固定子巻線１０４ｂに取り付けた後、別部材でホルダ１０２に取り付けられる。バスバー１０１は固定子巻線１０４ｂと接続されるとき、その位置を固定しておくことが難しく、バスバー１０１と給電部１０３とが別部材から構成される場合に対し、バスバー１０１と給電部１０３とが同一部品で構成される場合には、その位置を保持しておくことが難しい。
したがって、図７に示すように、ホルダ１０２に位置決め穴１１８を設けることにより、給電部１０３が容易に位置決めされる構成とすることができる。

上記記載のように、絶縁部材１１４は各相または複数に分割することができる。図８は絶縁部材１１４を各相に分割した場合を示す図３のＰ−Ｐ面での断面図である。
相ごとに分割することで、各絶縁部材が受けるひずみを小さくすることができる。ある相の絶縁部材自体が、それと異なる相の給電部などの影響をひずみとして受けないで済むためである。

また、各相に分割した絶縁部材１１４のうち、少なくとも２つ以上の相の絶縁部材１１４を連結させても構わない。その連結の仕方は、全ての相の絶縁部材１１４を連結してもよいし、少なくとも２つの相の絶縁部材１１４を連結させる構成としてもよい。また、図９は絶縁部材１１４を一体形成した場合を示す図３のＰ−Ｐ面での断面図である。図９に示すように、各相の絶縁部材１１４を一体として構成してもよい。この場合も、少なくとも２つの相の絶縁部材１１４を一体とする構成としてもよい。
このような構成とすることで、給電部を挿入する穴の１部品の相対精度が確保されている為に、挿入先である給電ターミナルの相対位置を絶縁部材１１４で固定できるため、制御ユニット１１と電動モータ部１０を組み立てる際の組み立て性の改善に効果がある。

また、絶縁部材１１４の軸方向の位置決めを行うために、絶縁部材１１４には、制御ユニット１１のケース１１２の電動モータ部１０側の面に接する面である位置決め面１１７を設ける。図３において、絶縁部材１１４の位置決め面１１７をケース１１２の対応する面に当接させることにより位置決めをすることができると共に、外部からホコリなどの異物が制御ユニット１１のケース１１２の開口部１１６を通じて侵入することを防止し、電動パワーステアリング用電動モータ装置１としての防塵性能を高めることができる。

なお、本発明は、以上説明した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種の変更が可能である。たとえば、上述の実施の形態では、図１で示したように、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る場合を例示して説明したが、これに限らず、ピニオンアシスト式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に関しても、本発明がいわゆる当業者にとって容易に適応可能なことはいうまでもない。

また、上述の実施形態では、本発明が電動モータの出力を操舵補助力として出力する電動パワーステアリング装置に適用された例について説明したが、上記実施の形態で示した構成の電動モータを使用したものであれば、特に電動パワーステアリング装置に限られない。

１ 電動パワーステアリング用電動モータ装置、１０ 電動モータ部、１０１ バスバー、１０１ｕ Ｕ相バスバー、１０１ｖ Ｖ相バスバー、１０１ｗ Ｗ相バスバー、１０２ ホルダ、１０３ 給電部、１０３ｕ Ｕ相給電部、１０３ｖ Ｖ相給電部、１０３ｗ Ｗ相給電部、１０４ 固定子、１０４ａ 固定子鉄心、１０４ｂ 固定子巻線、１０５ 回転子、１０６ ベアリング、１０７ モータハウジング、１０８ ねじ、１１ 制御ユニット、１１０ 制御回路、１１０ａ 車速制御信号、１１０ｂ 舵角制御信号、１１０ｃ トルク制御信号、１１１ 駆動回路、１１１ａ トランジスタ、１１１ｂ コンデンサ、１１２ ケース、１１３ 接合ターミナル、１１３ｕ Ｕ相接合ターミナル、１１３ｖ Ｖ相接合ターミナル、１１３ｗ Ｗ相接合ターミナル、１１４ 絶縁部材、１１５ ナット、１１６ 開口部、１１７ 位置決め面、１１８ 位置決め穴、１２ モータ駆動電源、２ 電動パワーステアリングシステム、２１ ステアリング、２２ コラムシャフト、２３ ラックバー、２４ ステアリングギアボックス、２５ ギアハウジング。

この発明に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置は、モータハウジング、前記モータハウジングに保持された固定子、前記モータハウジングに回転自在に支持されて前記固定子の内側に設けられた回転子、及び前記固定子に接続されて電力を供給する給電部を有する電動モータと、前記電動モータに電力を供給する駆動回路、前記給電部と接合される接合部、前記駆動回路を制御する制御回路、及び前記駆動回路と前記制御回路を覆うケースを有する制御ユニットと、を備え、前記電動モータと前記制御ユニットが、前記電動モータの回転を減速するギヤハウジングに、前記制御ユニットを前記ギヤハウジング側に位置させて、同軸に取り付けられた電動パワーステアリング用電動モータ装置であって、前記接合部が、前記ケースに形成された開口部を通して、前記ケース内で前記給電部に接合されるとともに、絶縁部材に位置決め、かつ保持されて前記ケースおよび前記モータハウジングと絶縁されているものである。

ホルダ１０２には、周方向に延びた各相の給電及び接続のためのバスバー１０１が納められている。図３の例では、外周側よりＵ相、Ｖ相、及び、Ｗ相となり、それぞれのバスバー１０１ｕ、１０１ｖ、１０１ｗが納められている。尚、スター結線を用いる場合は、更にコモンターミナルを含めた４相のバスバー１０１が納められることとなる。

この発明に係る電動パワーステアリング用電動モータ装置は、モータハウジング、前記モータハウジングに保持された固定子、前記モータハウジングに回転自在に支持されて前記固定子の内側に設けられた回転子、及び前記固定子に接続されて電力を供給する給電部を有する電動モータと、前記電動モータに電力を供給する駆動回路、前記電動モータ側に延出して前記給電部と接合され、前記駆動回路と前記給電部とを電気的に接続する接合部、前記駆動回路を制御する制御回路、及び前記駆動回路と前記制御回路を覆うケースを有する制御ユニットと、を備え、前記電動モータと前記制御ユニットが、前記電動モータの回転を減速するギヤハウジングに、前記制御ユニットを前記ギヤハウジング側に位置させて、同軸に取り付けられた電動パワーステアリング用電動モータ装置であって、前記接合部が、前記ケースに形成された開口部を通して、前記ケース内で前記給電部に接合されるとともに、絶縁部材に位置決め、かつ保持されて前記ケースおよび前記モータハウジングと絶縁されているものである。

Claims (10)

1. 固定子、及び該固定子の内側に設けられた回転子を有する電動モータと、前記固定子に接続され電力を供給する駆動回路、該駆動回路を制御する制御回路、及び前記駆動回路と前記制御回路を覆い前記電動モータが取り付け可能な筐体を有する制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング用電動モータ装置であって、
   前記電動モータと前記制御ユニットとが略同軸上に構成され、前記電動モータから延出する給電部と、前記制御ユニットから延出し、前記給電部に接続される接合部とを備え、該接合部が絶縁部材を介し前記筐体に保持されていることを特徴とする電動パワーステアリング用電動モータ装置。
2. 前記接合部と前記給電部とが径方向からねじにより締結されていることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
3. 前記絶縁部材にナットが保持されていることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
4. 前記接合部と前記給電部とが対向し、一部が重なる平板により構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
5. 前記接合部の板幅が前記給電部の板幅に比べて大きいことを特徴とする請求項４記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
6. 前記接合部と前記給電部との結合部分が回転方向に対し所定の間隔を空けて配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
7. 前記絶縁部材が前記電動モータの各相に分割して設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
8. 前記絶縁部材が前記電動モータの複数の相で連結されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
9. 前記絶縁部材が前記制御ユニットの前記筐体の前記電動モータ側の面に接する面を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置。
10. 前記請求項１乃至前記請求項９のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング用電動モータ装置を備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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