JPWO2016098759A1 - 端子接続部及び接続方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータと制御ユニットの各端子を簡易な形状で構成しても、電気的接続部の接続面積及び接続面圧を長期間に渡り適切に保つことが可能な端子接続部及び接続方法を提供し、電動パワーステアリング装置や電動アクチュエータ装置等に用いるのに最適な端子接続部及び接続方法を提供する。【解決手段】モータのモータ側端子と、モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続部であって、モータ側端子及びユニット側端子を当接させ、当接部分に機械加工による塑性変形を加えることで、モータ側端子及びユニット側端子の接合部位を形成して電気的接点を形成する。【選択図】図1

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置、電動アクチュエータ装置等に用いられるモータとその駆動回路を含む制御ユニットとを電気的に接続するための端子接続部及び接続方法に関する。
従来、電動モータ(以下、単に「モータ」とする)の回転をギヤボックスで減速して、車両のステアリング系に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置や、モータの回転をボールねじ等で直線運動に変換して、物体の移動や位置決め等を行う電動アクチュエータが知られている。そして、電動パワーステアリング装置や電動アクチュエータでは、装置の小型化やノイズの発生を防止するために、モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板やパワー基板等を含む制御ユニット(ECU)をモータに一体化させた機電一体型のモータユニットが知られている。
モータとECUとを電気的に接続する手法としては、例えば特開2013−196803号公報(特許文献1)に示されているものがある。特許文献1に開示されている端子接続部は、モータユニットと駆動ユニットとの電気的接続において、貫通穴を設けた第1通電端子と、板状部材の先端部から基端部へ向かってスリットを形成して1対のフォーク部を設けた第2通電端子とを接続するのに、第1通電端子と第2通電端子の基端部フォークを挿入すると、第2通電端子の先端部フォークが開くように突起を設けた構造である。
また、特開2013−196973号公報(特許文献2)に示されている端子接続部は、音叉端子のフォーク端子側の底部に、板状端子の回転位置ズレを許容するスリットを設けたものである。
特開2013−196803号公報 特開2013−196973号公報
しかしながら、特許文献1及び2に開示された手法では、いずれもモータとその制御ユニットとを機械的に接触させて電気接続した場合、電気的接触部の接触面積及び接触面圧を適切に保つために、各端子の精度を厳しく管理する必要があるという問題がある。
本発明は上記課題を解決するためのものであり、本発明の目的は、モータと制御ユニットの各端子を簡易な形状で構成しても、電気的接続部の接続面積及び接続面圧を長期間に渡り適切に保つことが可能な端子接続部及び接続方法を提供し、電動パワーステアリング装置や電動アクチュエータ装置等に用いるのに最適な端子接続部及び接続方法を提供することにある。
本発明は、モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続部であって、本発明の上記目的は、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加えることで、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成して電気的接点を形成することにより達成される。
本発明の上記目的は、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の少なくとも一方に穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位が形成されており、前記加工部位に位置する前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させることにより、或いは前記接合部位の形成と共に、前記接合部位の抜け止め機構が形成されていることにより、或いは前記機械加工が、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベットかしめの少なくとも1つであることにより、或いは前記機械加工が、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベットかしめのいずれかと溶接の併用であることにより、或いは前記接合部位が複数個所に形成されていることにより、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子が同一の材質となっていることにより、或いは前記材質が銅又は銅合金にメッキ処理を施した材料であることにより、或いは前記制御ユニットが、制御基板、インサートモールド板、パワー基板、ヒートシンクを含み、前記ユニット側端子が前記インサートモールド板又は前記パワー基板から延出していることにより、或いは前記接合部位の拡がりが、前記モータの軸方向に沿っていることにより、或いは前記接合部位の拡がりが、前記モータの径方向に沿っていることにより、より効果的に達成される。
また、本発明は、モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続方法であって、本発明の上記目的は、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加え、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成し、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の電気的接点を形成することにより、或いは前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の少なくとも一方に穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位を形成し、前記加工部位に位置する前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加え、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成し、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の電気的接点を形成することにより達成される。
本発明に係る端子接続部の構成及び端子接続方法によれば、従来のように接続端子を精度良く機械加工を施す必要がなく、機械加工する前の端子を、ある規定の位置に合わせて当接し、その当接部分に機械加工(塑性変形)して接合しているため、各端子の位置精度を厳しく管理する必要がないという効果を有する。機械加工によって接合しているため,電気的接続部の接続面積及び接続面圧を長期間に渡り適切に保つことが可能である。
また、接続端子の機械加工において、機械加工力を受ける部分を制御ユニットの高剛性部位を利用して、絶縁部位を介して機械加工を行うことができ、モータ或いは制御ユニット側の端子根元に過度な応力が加わらないという効果を有する。
本発明の第1の実施形態におけるモータ装置を示す斜視図である。 本発明の第1の実施形態における端子部の構成例を示す拡大部分図である。 本発明の第1の実施形態における端子部の正面図及びX−X断面図である。 本発明の第1の実施形態における端子接触部位の機械加工方法を示す図である。 第1の実施形態におけるECU側端子の別の形態例を示す斜視図である。 本発明の第2の実施形態における端子を示す拡大斜視図である。 本発明の第2の実施形態における端子部を樹脂モールドした構成例を示す斜視図である。 樹脂モールド後にユニット側端子とモータ側端子を溶接する様子を示す斜視図である。
本発明は、モータ(例えば3相ブラシレスモータ)のモータ側端子とモータの駆動回路を含む制御ユニットのユニット側端子との端子接続部及び接続方法であって、平板状若しくはL字形状のモータ側端子と平板状若しくはL字形状のユニット側端子を当接させ、その当接部分の1か所若しくは複数個所に機械加工(例えばクリンチかしめ、ハトメかしめなど)による塑性変形を加えることで、端子同士(重なりの一部若しくは全面)の接合部位を形成し、電気的接点を形成し、或いは接合部位の形成と共に、接続部位の抜け止め機構も形成する。これにより、電気的接続部の接続面積及び接続面圧を長期間に渡り適切に保つことが可能となる。
また、制御基板、インサートモールド板、パワー基板、ヒートシンクを含む制御ユニットでは、インサートモールド板又はパワー基板からユニット側端子を延出させており、モータ側端子及びユニット側端子の少なくとも一方に対して、加工性を容易とするための穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位を形成している。これにより、位置合わせが容易であるにも拘わらず、精度の高い端子の接合が可能である。
更に、本発明の一実施形態では、接合部位の拡がりがモータの軸方向に沿っており、他の実施形態では、接合部位の拡がりがモータの径方向に沿っている。
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る3相(U,V,W)ブラシレスモータ100及び制御ユニット(ECU)200を一体化して成るモータ装置を示す斜視図であり、機電一体型構造となっている。モータ100は駆動軸となる出力軸101を備え、出力軸101の反対側の軸方向端面に、平板状のモータ側端子110(110U,110V,110W)が軸方向に延出して設けられている。
また、モータ100の出力軸101の反対側の軸方向端面に一体的に設けられている制御ユニット200は、本例では4段構造となっている。即ち、出力軸101の反対側(図示上方)から第1段目にマイコン等を実装した制御基板201と、第2段目にコイル,コンデンサなどのディスクリート部品が、金属端子を樹脂でインサートモールドされた回路に接続されたインサートモールド板202と、第3段目にFETなどのパワー素子が実装されたパワー基板(アルミ基板)203と、その下にパワー基板203の放熱及びモータ100の取付が確保されたヒートシンク(放熱材料)204とを層状に備えた構造となっている。制御ユニット200のユニット側端子210(210U,210V,210W)は平板構造であり、インサートモールド板202からモータ側端子110(110U,110V,110W)に重なるように軸方向に延出して設けられている。ユニット側端子210(210U,210V,210W)とモータ側端子110(110U,110V,110W)とは、機械加工部230で後述する機械加工(塑性変形)が実施され、ユニット側端子210とモータ側端子110とは接合部位を形成されて、電気的接点で接続されている。接合部位の範囲は、ユニット側端子210とモータ側端子110の重なり部分の一部であっても、全面であっても良い。
このように、ユニット側端子210U,210V,210Wとモータ側端子110U,110V,110Wとがそれぞれ接合部位で電気的に接続されているので、制御ユニット200によりモータ100を駆動制御することができる。
図2(A)及び(B)は、モータ側端子110とユニット側端子210との当接部分の詳細な構成例を示しており、ヒートシンク204には端子110及び210を電気的に絶縁する絶縁部材205が取り付けられている。絶縁部材205は、図2(A)に示すように、端子110及び210を図示縦方向に包み込んで係合させるような凹部形状に樹脂成型され、背面側には3本(U〜W相)の円筒部205Aが形成されている。また、ヒートシンク204には3個の挿入孔204Aが設けられており、絶縁部材205の各円筒部205Aがそれぞれ挿入孔204Aに挿入され、圧入或いはボルト留め,スナップフィットなどの方法で固定される。ユニット側端子210が図示上方のインサートモールド板202から引出され、モータ側端子110が図示下方の端子台102から引出され、絶縁部材205の凹部で当接される。その状態(図2(B))で、当接部分の機械加工部230に対して機械加工のための工具により塑性変形を行い、ユニット側端子210とモータ側端子110の接合部位を形成する。絶縁部材205にモータ側端子110及びユニット側端子210の各先端部分を係合させ、モータ側端子110及びユニット側端子210の重なった部分に当接部分を形成し、その当接部分に接合部位を形成した状態が図2(B)である。
図3(A)は、絶縁部材205の凹部205Aにモータ側端子110及びユニット側端子210の各先端部分を重ねて係合させ、機械加工部230に接合部位を形成した状態の正面図であり、そのX−X視矢に沿った断面図が図3(B)である。図3(B)の断面構造に示されるように、絶縁部材205の凹部205Aに機械加工部230が係合し、ユニット側端子210及びモータ側端子110が塑性変形されて接合部位が形成され、モータ100と制御ユニット200の電気的接点となる。径方向の端子の金属を保護するため、絶縁ケースなどを被せるようにしても良い。
次に、モータ側端子110とユニット側端子210の各先端部分を重ねて当接し、その当接部分に機械加工により接合部位を形成する方法の一例を、図4(A)〜(C)に示して説明する。
機械加工に用いる工具は、例えば図4に示すように、前進又は後退可能なコレット240と、コレット240の内径に嵌合され、先端に穴開け部241Aが形成され、外側にくさび形状を有する芯部241とで構成される。コレット240は、オイルホールコレット、ストレートコレット、モールステーパコレット、タップコレットなどを用いることが可能である。また、モータ側端子110及びユニット側端子210の少なくとも一方には、機械加工部230の加工性を容易とするための穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工などの加工部位が形成されていても良い。そして、工具による機械加工(塑性変形)は、以下の様に行われる。

[1]図4(A)に示すように工具を位置決めしてコレット240を前進させ、モータ側端子110とユニット側端子210との当接部分(機械加工部230)に、芯部241の穴開け部241Aで穴を開ける。
[2]芯部241のくさび形状の先端が絶縁部材205に入ったら、芯部241のみを更に挿入し、くさび形状の先端を拡げる。
[3]その状態から今度はコレット240を後退させ、各端子110及び210の当接部分に接合部位を形成する。コレット240を後退させることにより、同時に接合部位の抜け止め機構が形成される。
[4]図4(C)に示すように芯部241を後退させて抜き、くさび形状を萎ませて工具を抜く。

上記方法[1]〜[4]により、モータ側端子110及びユニット側端子210の形状や加工精度に関係なく、電気接続部の接続面積及び接続面圧を長期間に渡り適切に保つことができる。
なお、上述の実施形態では図1に示すように、ユニット側端子210をインサートモールド板202から延出して設けているが、図5に示すように、ユニット側端子210をパワー基板203から延出して設けるようにしても良い。
次に、本発明の第2の実施形態を図6に示して説明する。
上述した第1の実施形態では、機械加工の方向がモータ径方向であり、モータ側端子110とユニット側端子210との当接部分の拡がりがモータ100の軸方向に沿っているが、第2の実施形態では、機械加工の方向がモータ径に交差する方向であり、当接部分の拡がりがモータ100の径方向に沿った構造となっている。第2の実施形態においても、モータ側端子110とユニット側端子210との当接部分に、P及びQ方向からの機械加工による塑性変形を加え、モータ側端子110とユニット側端子210の接合部位を形成している。
図6は第2の実施形態の当接部分の詳細を示しており、パワー基板203から下方に延出したユニット側端子210は、上部で折れ曲がった平板状の長いU相端子211U、上部で折れ曲がった平板状の中間長のV相端子211V及び上部で折れ曲がった平板状の短いW相端子211Wを備え、各端子211U〜211Wの平面部がモータ軸に平行に配置されている。また、モータの端子台102から上方に延出したモータ側端子110は、L字状部材のU相端子111U、L字状部材を平板(短い)の頂部に載置された構造のV相端子111V及びL字状部材を平板(長い)の頂部に載置された構造のW相端子111Wを備え、各端子111U〜111WのL字状部材の内面側がユニット側端子211U〜211Wの下部右側の側面に当接し、当接部分を形成している。
このような構造で、各端子211U〜211W及び111U〜111Wの当接部分の幅方向は、モータ径方向に沿っており、各相の当接部分の高さが段々状に相違しているので機械加工も容易である。機械加工による接合部位の形成は、図6のP方向及びQ方向から工具を挿入し、各端子211U〜211W及び111U〜111Wの当接部分を圧接等して接合することにより、接合部位を形成することが可能である。
図6の実施形態ではU相の当接部分を低く、W相の当接部分を高くし、V相の当接部分を中間としているが、これら高さ関係は適宜変更できる。U相について、平板を用いることなく、L字状部材のモータ側端子111Uを直接端子台102に設けているが、他相のように平板を用いて、その頂部に載置するようにしても良い。また、図6の実施形態ではユニット側端子210をパワー基板203から延出しているが、図1の例と同様に、インサートモールド板202から延出しても良い。
更に、ユニット側端子210を樹脂成型し、その樹脂成型品をヒートシンクにねじ締結或いはスナップフィットなどで固定後、ユニット側端子210を制御装置と溶接することで、機械加工時に端子に応力がかからない構造とすることが可能となる。
図7は機械加工による端子接合後に、ユニット側端子210(211U〜211W)及びモータ側端子110(111U〜111W)の表面に樹脂モールド120を施し、樹脂成型品に端子間の絶縁のためのカバー121を覆う構造を示している。また、図8は、樹脂モールドしたユニット側端子210と、樹脂モールドしたモータ側端子110とを溶接するときの様子を示しており、モータ側端子110は樹脂モールド103を施されている。端子台102の斜線部が樹脂モールド103である。
なお、上記各実施形態においては、機械加工を施す箇所は1箇所とは限らず、各端子に複数個所施すようにしても良い。また、機械加工の種類は、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベット接合などを適宜使用することが可能であり、上記機械加工を複数組み合わせても良い。複合的な接合方法としては、例えばクリンチカシメにリベットを嵌める方法、ハトメカシメにリベットを嵌める方法等を用いることができる。更に、クリンチカシメ等に溶接(レーザー、抵抗、TIG、超音波)を併用することによって、接合部を一層強固にすることが可能である。
接合部分の接合面の形態としては、接合する各端子の材料が同一の材質であることが望ましく、銅或いは銅合金にメッキ処理を施すことにより、接合面の酸化を抑える構成としても良い。
上記実施形態により、従来のように接続端子に対して精度良く機械加工を施す必要がなく、機械加工する前の端子をある規定の位置に合わせ、その位置で機械加工して接合しているため、各端子の位置精度を厳しく管理する必要がないという効果を有している。また,その機械加工において、機械加工力を受ける部分を制御装置の高剛性部位を利用して、絶縁部位を介して機械加工を行うことができ、モータ或いは駆動回路側の端子根元に過度な応力が加わらないという効果を有する。
100 3相ブラシレスモータ
101 出力軸
102 端子台
110(110U〜110W,111U〜111W) モータ側端子
200 制御ユニット(ECU)
201 制御基板
202 インサートモールド板
203 パワー基板(アルミ基板)
204 ヒートシンク
205 絶縁部材
210(210U〜210W,211U〜211W) ユニット側端子
本発明は、モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続部であって、本発明の上記目的は、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の少なくとも一方に穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位が形成されており、前記加工部位に位置する前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させることで、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を複数個所に形成して電気的接点を形成すると共に、前記接合部位の抜け止め機構が形成されていることにより達成される。
本発明の上記目的は、機械加工が、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベットかしめの少なくとも1つであることにより、或いは前記機械加工が、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベットかしめのいずれかと溶接の併用であることにより、或いは前記モータ側端子及び前記ユニット側端子が同一の材質となっていることにより、或いは前記材質が銅又は銅合金にメッキ処理を施した材料であることにより、或いは前記制御ユニットが、制御基板、インサートモールド板、パワー基板、ヒートシンクを含み、前記ユニット側端子が前記インサートモールド板から延出していることにより、或いは前記制御ユニットが、制御基板、インサートモールド板、パワー基板、ヒートシンクを含み、前記ユニット側端子が前記パワー基板から延出していることにより、或いは前記接合部位の拡がりが、前記モータの軸方向に沿っていることにより、或いは前記接合部位の拡がりが、前記モータの径方向に沿っていることにより、より効果的に達成される。
また、本発明は、モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続方法であって、本発明の上記目的は、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加え、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成し、前記接合部位の抜け止め機構を形成し、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の電気的接点を形成することにより、或いは前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の少なくとも一方に穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位を形成し、前記加工部位に位置する前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加え、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成し、前記接合部位の抜け止め機構を形成し、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の電気的接点を形成することにより達成される。

Claims (16)

  1. モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続部であって、
    前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加えることで、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成して電気的接点を形成した端子接続部。
  2. 前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の少なくとも一方に穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位が形成されており、前記加工部位に位置する前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させるようになっている請求項1に記載の端子接続部。
  3. 前記接合部位の形成と共に、前記接合部位の抜け止め機構が形成されている請求項1又は2に記載の端子接続部。
  4. 前記機械加工が、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベットかしめの少なくとも1つである請求項1乃至3のいずれかに記載の端子接続部。
  5. 前記機械加工が、クリンチかしめ、ハトメかしめ、リベットかしめのいずれかと溶接の併用である請求項1乃至3のいずれかに記載の端子接続部。
  6. 前記接合部位が複数個所に形成されている請求項1乃至5のいずれかに記載の端子接続部。
  7. 前記モータ側端子及び前記ユニット側端子が同一の材質となっている請求項1乃至6のいずれかに記載の端子接続部。
  8. 前記材質が銅又は銅合金にメッキ処理を施した材料である請求項7に記載の端子接続部。
  9. 前記制御ユニットが、制御基板、インサートモールド板、パワー基板、ヒートシンクを含み、前記ユニット側端子が前記インサートモールド板から延出している請求項1乃至8のいずれかに記載の端子接続部。
  10. 前記制御ユニットが、制御基板、インサートモールド板、パワー基板、ヒートシンクを含み、前記ユニット側端子が前記パワー基板から延出している請求項1乃至8のいずれかに記載の端子接続部。
  11. 前記接合部位の拡がりが、前記モータの軸方向に沿っている請求項1乃至10のいずれかに記載の端子接続部。
  12. 前記接合部位の拡がりが、前記モータの径方向に沿っている請求項1乃至10のいずれかに記載の端子接続部。
  13. モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続方法であって、
    前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加え、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成し、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の電気的接点を形成する端子接続方法。
  14. 前記接合部位を形成し、その後、更に前記接合部位の抜け止め機構を形成する請求項12に記載の端子接続方法。
  15. モータのモータ側端子と、前記モータの制御ユニットのユニット側端子との端子接続方法であって、
    前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の少なくとも一方に穴、若しくは凹加工、若しくは凸加工、若しくは曲げ加工、若しくは薄肉加工の加工部位を形成し、前記加工部位に位置する前記モータ側端子及び前記ユニット側端子を当接させ、前記当接部分に機械加工による塑性変形を加え、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の接合部位を形成し、前記モータ側端子及び前記ユニット側端子の電気的接点を形成する端子接続方法。
  16. 前記接合部位を形成し、その後、更に前記接合部位の抜け止め機構を形成する請求項15に記載の端子接続方法。
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