JPWO2018185825A1 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

制御ユニットとモータとを一体化した電動パワーステアリング装置において、ケース内に制御ユニットを収納する場合、モータと制御ユニットを区分するためのフレームが必要であったが、フレームを設ける際のケースに及ぼす圧力によってケースが変形し、モータの回転軸の軸心の位置精度が悪くなるという問題があった。このため、ケースの変形が小さくなるように、ケース内壁面に段部を設けてフレームを当接させ、さらに、フレームの外周部とケースの内周との間に接合部を設けることによってフレームの動きを規制するようにした。

Description

この発明は、電動パワーステアリング装置に関するもので、特に、制御ユニットがモータのケース内に収容されて、モータと一体化されている電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動パワーステアリング装置は、省スペース化及び軽量化のニーズから、従来、別体であったモータと制御ユニットとを一体化し、よりコンパクトな装置としている。モータと制御ユニットを一体化することによって、相互を接続する配線に必要なハーネスを削減できることからハーネスによる損失がなく効率が良くなる。また、配線から侵入するノイズの影響を小さくすることができるだけでなく、製品の組み立て工数を省くことができることからコストダウンになる。

しかし、制御ユニットは、電子機器によって構成されているため、粉塵の影響を受けないようにしなければならない。これに対して、モータは、機械的な構造体として、粉塵を発生させる可能性がある。そのため、この種の電動パワーステアリング装置では、モータのケースの一部に制御ユニットを設けて、モータに制御ユニットを組み込むように構成し、モータと制御ユニットとの間にロータハウジングを配置して、両者を分離するための壁を形成していた。具体的には、作業工程を短縮するために簡単な作業とすること及び省スペースのためにできるだけ単純な構造とすることが行われていた。すなわち、特許文献１に見られるように、モータのケースに接触するロータハウジングの周囲の面の複数個所にばね機構を設け、ロータハウジングをモータのケースに圧入し、前述のばね機構がモータのケースの内壁面に径方向の弾性力を作用させるようにしていた。

特開２０１６−１３６８２９号公報

特許文献１に開示された構造の電動パワーステアリング装置では、モータのハウジングにステータを圧入し、ロータハウジングも同様に圧入すると、モータのハウジングの変形を引き起こすため、ロータハウジングに設けた複数のばね機構の伸縮によって圧入力を分散させて変形を抑制していた。このばね機構によるロータハウジングとモータのケースの緩衝によって圧入によるハウジングの変形抑制の問題は解消されたが、新たな問題として、モータの軸心が均一にならないという問題が発生した。すなわち、複数のばね機構を使用した場合、それぞれのばね機構の変形代が均一になる可能性が低く、正確な軸心の確保は困難である。このため、振動や騒音の原因となる可能性がある。
この発明は、この新たな問題に着目し、この問題を解決するためになされたもので、その目的は、部品の圧入力によって生じるモータのケースに対する圧力を抑制するとともに、軸心の精度も確保できるようにした電動パワーステアリング装置を提供することにある。

この発明は、ケース、前記ケースに収納されたモータ、前記ケースに収納された制御ユニット、及び前記モータと前記制御ユニットとを区分するフレームを備え、前記フレームの角部に当接する前記ケースの内壁面に設けられた段部と、前記フレームの外周と前記ケースの内周とを固着する接合部とによって前記フレームの動きを規制するようにしたものである。

この発明によれば、モータのケースのステータの上部に配置し、軸受を中央に保持するフレームについては圧入力を抑制してケース内壁と当接する外周径を有し、この外周近傍に接合部を設けることによって、フレームの外周とケースの内周を強固に固着することにより、フレームの動きを規制するようにしたため、圧入力を抑えて、軸心の精度を確保できる。

実施の形態１における電動パワーステアリング装置の断面図である。 実施の形態１における部分断面図である。 実施の形態２における部分断面図である。

実施の形態１．
以下、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を図面に基づいて説明する。
この電動パワーステアリング装置では、制御ユニット１をモータ２の出力軸２１に対して反対側に配置して一体化されている。モータ２は、多相巻線のモータで、ケース２５に内蔵された出力軸２１、ロータ２２、ステータ２３によって構成されている。ロータ２２の周囲には永久磁石が複数対配置され、ステータ２３には多相の巻線２４がボビン２４ａ、２４ｂに巻装されて、配置されている。

ステータ２３に巻装されている巻線２４の端部は、巻線２４の上部近傍に配置されている環状ターミナル部２７に接続され、その後、制御ユニット１に接続されている。また、出力軸２１の両端部には、出力軸２１を回転自在に保持するために第１の軸受け２６ａと第２の軸受け２６ｂが設けられている。また、第１の軸受２６ａは、フレーム２９の中央に配置され、このフレーム２９は、モータ２と制御ユニット１との境界に設けられ、モータ２に対して、蓋の役割を果たしている。

一方、制御ユニット１は、モータ２と同軸状に配置され、カバー６に内蔵された制御基板４、さらに上端部には、第１のコネクタ５ａ及び第２のコネクタ５ｂが配置されている。制御基板４には多数の電子部品、ＣＰＵ３０、スイッチング素子３１、コンデンサ３３等が装着されている。第１のコネクタ５ａ及び第２のコネクタ５ｂから入力された電源及び情報信号は、端子を通り、中継部材５ｃを介して制御基板４、さらにはスイッチング素子３１へ接続されている。モータ２の巻線２４の端部から延出したコイル線２８が上方へ伸びて、制御基板４のスイッチング素子３１の出力端子と接続されているので、モータ２の巻線２４に電流が供給されて出力軸２１が回転するように作用する。フレーム２９は、前記コイル線２８から所定の絶縁距離だけ離れた位置に貫通する穴を有し、一部はスイッチング素子３１他と近接している。このフレーム２９は、スイッチング素子３１の発熱を放熱させるヒートシンクとして使用される。特に、フレームをヒートシンクとして構成する場合には、電動パワーステアリング装置の中でも、熱の問題を解決するための必要な部品であり、これをフレーム２９が受け持つことによって、装置全体を小形にする場合に効果的である。さらに、このフレーム２９の中央には穴が空けられていて、その中には出力軸２１が貫通し、その出力軸２１の先端には磁石ロータ３２ｂが設置されている。一方、制御基板４の、磁石ロータ３２ｂに対向する部分にはセンサ３２ａが装着され、磁石ロータ３２ｂの回転をセンサ３２ａが検出することにより出力軸２１の回転角度、回転速度を検知できるように構成されている。すなわち、磁石ロータ３２ｂとセンサ３２aとによって出力軸21の先端に、回転センサ部が設けられていることになる。

モータ２のケース２５に、ステ−タ２３、ロータ２２、出力軸２１等のモータの主要な内容物が収納されている。この収納の際に、ステータ２３他の内容物をケース２５の内壁に圧入又は焼嵌めすることによってケース２５の内壁とステータ２３の外周は強固に固定されなければならない。そのため圧入によりケース２５は、わずかに膨らみ、歪む可能性がある。一方、フレーム２９が蓋の役目のみならず、第１の軸受２６ａを保持しており、出力軸２１の軸心の精度に大きく影響する。そのためケース２５の内壁面には、フレーム２９の外周と当接して、フレーム２９の角の部分を支えるように段部２５ａを有する凹部が形成されている。ケース２５は、例えばアルミニウム製であり、段部２５ａは切削されて形成されている。

一方、フレーム２９は、第１の軸受２６ａの軸心の精度を有して第１の軸受２６ａを保持するとともに、スイッチング素子３１他において発生する熱を逃がすため、伝熱性に優れたアルミニウム材料が使用されている。このフレーム２９の軸方向（図面の下方向）の動きは、ケース２５の段部２５ａによって規制されているが、振動、熱衝撃等の使用環境で上方向と周方向に移動しない様に保持力を確保する必要がある。この保持力を確保するためにケース２５の圧入力を高くすると組立時に凝着等が発生し、ケース２５が変形することによって、フレーム２９の位置精度が出ないことになり、また、ケース２５に対してフレーム２９が上方向に移動した場合には、回転センサとの隙間が変化し角度検出精度が低下する。さらに、フレーム２９が周方向に移動するような場合には、フレーム２９とコイル線２８との絶縁距離が所定距離以下となって漏電等の問題が生じる。これらのフレーム２９の位置ずれによる問題を解消するため、本実施例ではフレーム２９の圧入による保持力を低くしても、フレーム２９の上側の外周近傍の複数箇所にコーキング２９ａを施してフレーム２９の外周とケース２５の内周を強固に固着させ、上方向、周方向の移動も規制している。

なお、ここで、コーキングとは、材料の一部をつぶして二つ以上の部品を接合するという意味であって、コーキングを施すということは、その部分に接合部を設けることである。この実施の形態１では、ケース２５とフレーム２９の軸方向の位置決めが任意で固定出来る様に、ケース２５の内側からコーキング２９ａを施す構造としている。

次に、図２の部分断面図によって詳細に説明する。図２は、モータ２の上部のみを拡大した断面図である。図２では、ケース２５にステータ２３が圧入され、図面上部に軸受２６ａを保持したフレーム２９が挿入、配置されている状態を示している。なお、図１に示したフレーム２９のスイッチング素子３１の対向面は、省略して平板状で示されている。ケース２５の上面内周には段部２５ａを有した凹部が設けられ、ここにフレーム２９の外周の角部が収まるように配置されている。そして、フレーム２９の直径は、ケース２５の内周凹部の径より極僅かに小さく設定されている。これによりフレーム２９をケース２５に収納する際の圧入力は、ステータ２３をケース２５に圧入する力より小さくて済む。この段部２５ａによってフレーム２９の軸方向の位置は規制されている。

また軸受２６ａの軸心は、フレーム２９の中央に設けられた穴の中心と軸受２６ａの軸心を一致させるようにフレーム２９の外周と穴とを配置して精度を確保している。そのためケース２５の内周とフレーム２９の外周は当接するような寸法関係で挿入されているので、両者に膨らみ、歪み等が発生しない。この圧入していない当接状態であるために両者の位置関係によって軸心の位置精度を確保している。またフレーム２９の外周径とケース２５の内周径は、大きさに差がない。つまりフレーム２９とケース２５との隙間は、ほとんどない。したがって、ゴミの移動を防止できる。

もしこのフレーム２９もステータ２３と同様に圧入した場合には、ケース２５の特に上面端部が膨らみ、歪みの発生の可能性があり、制御ユニット１との嵌合精度に影響を及ぼすことになる。そのためフレーム２９をケース２５に取り付けるのは、圧入ではなく当接程度の接触としている。
ケース２５に対してフレーム２９が上方又は径方向に移動することが無いように、フレーム２９の上側の外周近傍の複数箇所にコーキング２９ａを施してフレーム２９の外周とケース２５の内周を強固に固着させフレーム２９の外周とケース２５との相対的な移動を規制している。さらに、フレーム２９の、ケース２５の内壁面に接する外周面には、周囲を取り囲むように断面が小さい略半円状または任意の形状の溝２９ｂが設けられている。

この溝２９ｂは、ケース２５とフレーム２９との間隙において通過しようとするゴミを留めるために設けたものである。すなわち、微細な間隙をもって、ケース２５にフレーム２９を取付ける場合、フレーム２９が伝熱性の良い材質（例えば、アルミニウム材料）を使用しているため、フレーム２９をケース２５に挿入する際に削り取られることがあり、この削りカス等の導電性異物をこの溝２９ｂに貯めることによって、制御ユニット１側への異物の侵入を阻止するものである。この溝２９ｂの深さ又は幅は、許容できるゴミ、クズの大きさより小さい方が望ましい。この溝２９ｂの位置については、ケース２５の段部２５ａに接触するとフレーム２９の角部の上側（制御ユニット１側）でコーキング２９ａの位置よりも下側に設けることによって、フレーム２９のコーキングで発生した変形が圧入面に与える影響を最小限に抑える事が可能となる。なお、溝２９ｂは、１本ではなく複数本を環状に設けることによって、より異物の侵入を防ぐことができる。

図２においては、出力軸２１の軸を中心として、左側には、ケース２５の縁の上部２５ｂとフレーム２９とがほぼ同一の高さの構造の場合を示し、右側には、ケース２５の縁の上部２５ｃの高さがフレーム２９よりも高い場合を示しているが、これは、フレーム２９のコーキング２９ａに対して、ケース２５の高さがフレーム２９と同一の高さの場合であっても、ケース２５の方が高い場合であっても影響がないことを示すために描いたもので、敢えてケース２５の高さを左右で異ならせるものではない。

この実施の形態１においては、ケース２５の内周とフレーム２９の外周を圧入することなく、当接させる程度の密着度にして収納し、フレーム２９の外周に複数箇所のコーキングを施したので、両者の軸心精度を確保することができている。また、溝２９ｂを設けたので、フレーム２９挿入時の導電性異物の制御ユニット側へ移動を抑制できる。さらに、ケース２５とフレーム２９の両者を同一材料によって構成することによって、両者の熱膨張及び収縮が一体的に行われることから、温度変化による変形を極力小さくすることができる。特に、電動パワーステアリングの場合には、モータ自体が発熱することに加えて、一体化した制御ユニットは熱の逃げ場がないという問題を抱えており、さらに、自動車の使用する環境が過酷な場合があるので、熱による問題を解決できることは、高集積化した電子回路の放熱性を維持する上でも必要な構成となる。

実施の形態２．
実施の形態２について説明する。図３は、図２と同様に部分断面図である。図３において、実施の形態１と同一又は相当部分には各々同一符号を付している。図２との大きな差異は、回転センサ部である。つまり出力軸２１の先端部には、第１の軸受２６ａ、さらに、レゾルバ方式の回転センサであって、コア４０ａと、ロータ４０ｂと、コア４０ａに巻装された検出巻線４０ｃと、検出巻線４０ｃへの励磁と検出波形出力用の信号ライン４０ｄが制御ユニットへ伸びている様子を示している。

軸受２６ａと検出巻線４０ｃ、コア４０ａを保持するためにフレーム２９０がケース２５の段部２５ａに挿入されている。ここで、フレーム２９０は、上部フレーム２９ｅ、下部フレーム２９ｆの２層構造となっている。フレーム２９０の中間領域２９ｃは上下部の両者の境界を示している。上部フレーム２９ｅの外周近傍には複数箇所にコーキング２９ａが施されている。
この実施の形態２のように、フレーム２９０が２層構造となった場合、上部フレーム２９ｅと下部フレーム２９ｆの外周面のそれぞれに溝２９ｂを設けることによって、上部フレーム２９ｅ及び下部フレーム２９ｆのそれぞれの挿入時に発生する削りカス等の導電性異物を溝２９ｂに貯めることができる。

なお、上部フレーム２９ｅと下部フレーム２９ｆはほぼ同径であり、上部フレーム２９ｅは下部フレーム２９ｆを介して軸方向の動きをケース２５の段部２５ａによって規制されるため、上部フレーム２９ｅにコーキング２９ａを施すことによって、上部フレーム２９ｅも同様に軸方向及び円周方向に固定されることになる。また、上部フレーム２９ｅ及び下部フレーム２９ｆとケース２５の内壁面との当接状態は、同一でもよいが、コーキング２９ａを施され、ケース２５と固定されるのは上部フレーム２９ｅであるため、下部フレーム２９ｆの方の当接状態が少ない状態（間隙が広い状態）であっても良い。すなわち、２層構造の第１のフレームに対して第２のフレームは略同径であって、制御ユニットに面する側の前記フレームにのみ前記接合部を設けたということになる。

２層構造のフレーム２９０とした場合は、回転センサ部の取付け加工、組付けが容易であるが、中間領域２９ｃは一様に上部フレーム２９ｅ及び下部フレーム２９ｆが当接するように密着性を確保する必要がある。また、フレーム２９０内に空間２９ｇを設けることも可能で、フレーム自体の容積、重さを低減するために使用することができる。一方、一体化構造のフレームの場合は、回転センサ部の取付け加工と、軸受取付加工の両面の切削が必要となる。どちらの構造であっても、フレーム２９０の外周とケース２５の内周との当接度合を緩めとし、フレームの固定を外周近傍に接合部を設けることによって軸心精度を確保できる効果がある。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることができ、また、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (9)

1. ケース、前記ケースに収納されたモータ、前記ケースに収納された制御ユニット、及び前記モータと前記制御ユニットとを区分するフレームを備え、前記ケースの内壁面に設けられ前記フレームの角部が当接される段部と、前記フレームの外周と前記ケースの内周とが固着された接合部とによって前記フレームの動きを規制するようにしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータが前記ケースに挿入される圧力に対して、前記フレームの挿入力が小さいことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記フレームの中央に前記モータの出力軸を保持する軸受を有し、前記軸受の保持側と反対側の前記フレームの外周近傍の面に前記接合部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記フレームが前記制御ユニットの発熱を放熱させるヒートシンクであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ケースの内壁面に接する前記フレームの外周面に溝が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
6. 前記フレームに前記制御ユニットと前記モータを接続する導体と絶縁距離を確保して貫通する穴を有する請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
7. 前記フレームの中央部に穴が設けられ、前記モータの出力軸がこの穴を貫通して配置され、前記出力軸の先端部に回転を検出するための回転センサ部を備えたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
8. 前記フレームは、前記出力軸の軸受を保持する第１のフレームと前記回転センサ部に関する部位を保持する第２のフレームによる２層構造とされていることを特徴とする請求項７記載の電動パワーステアリング装置。
9. ２層構造の前記第１のフレームに対して前記第２のフレームは略同径であって、前記制御ユニットに面する側の前記フレームにのみ前記接合部を設けたことを特徴とする請求項８記載の電動パワーステアリング装置。

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