WO2023276678A1 - 駆動装置 - Google Patents

Abstract

駆動装置（１００）は、モータ（１０）とコントローラ（２０）とが一体に構成されている。金属製のリアフレーム（３０）は、モータ（１０）の軸方向におけるコントローラ（２０）側の端部に設けられている。基板（４０）は、コントローラ（２０）を構成する電子部品が実装されている。有底筒状のカバー（６０）は、リアフレーム（３０）の側面に設けられた複数の固定係止部（３７、３８）にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部（６７、６８）を有し、リアフレーム（３０）に固定されて基板（４０）を覆う。カバー（６０）は、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された疑似円筒部（６３）を有する。疑似円筒部（６３）の側面の一部に平面部（６３２）が形成されている。少なくとも一部の可撓係止部（６７）は、疑似円筒部（６３）の平面部（６３２）に設けられている。

Description

駆動装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０２１年６月２８日に出願された日本出願番号２０２１－１０６７７３号に基づくものであり、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、駆動装置に関する。

　従来、モータと、モータを駆動制御するコントローラとが一体に構成された駆動装置において、コントローラの基板を覆うカバーとモータとをボルト締結やかしめ締結等により組付ける技術が知られている。また特許文献１には、エンドカバーとコネクタホルダ、及び、コネクタホルダとホルダとをスナップフィット固定する構成が開示されている。

特開２０１２－１５２０９１号公報

　モータは円筒形状であるため、スペースを有効に使用する観点から、基本的にカバーも円筒形状に設計される。しかし、円筒曲面上にはスナップフィット構造を設けることができないという問題がある。以下、本明細書では、厳密な円筒ではないが円筒に準ずる楕円筒などを含む形状として「疑似円筒部」の用語を用いる。

　本開示の目的は、カバーの疑似円筒部においてスナップフィット方式によりカバーとモータとを組付け可能な駆動装置を提供することにある。

　本開示による駆動装置は、ステータ及びロータを含むモータと、モータを駆動制御するコントローラとが一体に構成されている。この駆動装置は、金属製のリアフレームと、基板と、有底筒状のカバーとを備える。

　リアフレームは、モータの軸方向におけるコントローラ側の端部に設けられている。基板は、リアフレームに対しモータの反対側に設けられ、コントローラを構成する電子部品が実装されている。

　カバーは、リアフレームの側面に設けられた複数の固定係止部にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部を有し、リアフレームに固定されて基板を覆う。

　カバーは、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された疑似円筒部を有する。疑似円筒部の側面の一部に平面部が形成されている。少なくとも一部の可撓係止部は、疑似円筒部の平面部に設けられている。

　本開示の駆動装置では、カバーの疑似円筒部においてスナップフィット方式によりカバーとモータとを組付け可能である。また、スナップフィット方式でない組付け方式の駆動装置から本開示の駆動装置にモデルチェンジする場合、カバー及び基板のシルエット変更を最小限にすることができる。

　本開示についての上記目的及びその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、一実施形態による駆動装置のカバー組付け前、且つ基板上の実装部品を省略した斜視図であり、 図２は、図１のＩＩ－Ｏ－ＩＩ線のカバー組付け後の軸方向断面図であり、 図３は、図１の駆動装置のカバーの正面図であり、 図４は、図１の駆動装置のカバーの左側面図（図３のＩＶ方向矢視図）であり、 図５は、図１の駆動装置のカバーの平面図（図３のＶ方向矢視図）であり、 図６は、図１の駆動装置のカバーの底面図（図３のＶＩ方向矢視図）であり、 図７は、図１の駆動装置の基板の平面図であり、 図８Ａは、一実施形態による駆動装置のカバーにおける疑似円筒部の平面部の位置を示す図であり、 図８Ｂは、他の実施形態による駆動装置のカバーにおける疑似円筒部の平面部の位置を示す図である。

　（一実施形態）
　一実施形態による駆動装置を図面に基づいて説明する。本実施形態の駆動装置は、車両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モータと、モータを駆動制御するコントローラとが一体に構成されている。つまり本実施形態の駆動装置は、いわゆる「機電一体式」のモータである。機電一体式モータは、特許文献１（特開２０１２－１５２０９１号公報、対応ＵＳ公報：ＵＳ２０１２／０１６１５９０Ａ１）等に開示されている。

　以下の各図に共通し、モータ１０の回転軸を「Ｏ」と記す。モータ回転軸Ｏの方向を単に「軸方向」という。まず図１、図２を参照し、駆動装置１００の全体構成について説明する。図１には、カバー６０を組付ける前の斜視図を示す。基板４０上に実装される電子部品の図示を省略する。図２には、カバー６０を組付けた後の軸方向断面図を示す。図２の下側に示されるモータ１０の出力軸側を「フロント側」といい、図２の上側に示されるカバー６０側を「リア側」という。コントローラ２０は、モータ１０のリア側において、回転軸Ｏに対して同軸に配置されている。

　駆動装置１００は、３相ブラシレスモータであるモータ１０と、モータ１０を駆動制御するコントローラ２０とが一体に構成されている。モータ１０は、ステータ１１、ロータ１２、フロントフレーム１３、コイル１４、シャフト１５、ジョイント１６、軸受１７、１８、及び、リアフレーム３０等を含む。

　ステータ１１は、３相のコイル１４が巻回されている。コイル１４は、図示しないモータ端子を介して基板４０に接続されている。コントローラ２０によりコイル１４への通電が制御されることで、ステータ１１に回転磁界が形成される。ロータ１２は、ステータ１１の内側に設けられ、中心にシャフト１５が固定されている。シャフト１５は、フロントフレーム１３に保持されたフロント軸受１７、及び、リアフレーム３０に保持されたリア軸受１８により回転可能に支持されている。

　ロータ１２の外周には複数の永久磁石が設けられている。ロータ１２は、コイル１４への通電によってステータ１１に形成される回転磁界により、シャフト１５を軸として回転する。シャフト１５のフロント側の端部には、回転を伝達するジョイント１６が設けられている。

　リアフレーム３０は、アルミニウム合金等の金属製であり、モータ１０の軸方向におけるコントローラ２０側の端部に設けられている。リアフレーム３０の中央部にはシャフト１５が挿通されるシャフト孔３２が形成されている。リアフレーム３０のフロント側にはリア軸受１８が保持されており、リア側の端面３４には基板４０が固定されている。リアフレーム３０は、基板４０やリア軸受１８を支持するとともに、基板４０上に実装された電子部品からの放熱を受容するヒートシンクとしても機能する。

　リアフレーム３０のモータ１０側端部には、径方向寸法が一回り大きいフレームエンド部３６が設けられている。リアフレーム３０のフレームエンド部３６とフロントフレーム１３とはスルーホールボルト１９で締結されている。フレームエンド部３６の側面には、複数の突起状の固定係止部３７、３８が設けられている。

　詳しくは、固定係止部３７は、後述するカバー６０の疑似円筒部６３に形成された可撓係止部６７に対応する位置に設けられている。固定係止部３８は、カバー６０の矩形筒部６４に形成された可撓係止部６８に対応する位置に設けられている。よって、図１の裏側を含めて計四つの固定係止部３７、３８がリアフレーム３０のフレームエンド部３６の側面に設けられている。

　リアフレーム３０が金属製であることから自明であるように、固定係止部３７、３８は変形しない。したがって、樹脂製の可撓係止部６７、６８に対し「固定係止部」という。後述するように、本実施形態では、可撓係止部６７、６８がスナップフィット方式で固定係止部３７、３８に係合可能である。その係合時のガイドとして、図２に示すように、固定係止部３７、３８は、突起部がリア側からフロント側に向かって外側に傾斜するように形成されることが好ましい。

　基板４０は、リアフレーム３０のリア側の端面３４に固定されている。つまり、基板４０は、リアフレーム３０に対しモータ１０の反対側、すなわちリア側に設けられている。基板４０は、コントローラ２０を構成する電子部品が実装されている。具体的にはインバータを構成する複数のスイッチング素子、ノイズフィルタを構成するコイル及びコンデンサ、制御部を構成するマイコンやＩＣ、電流センサや回転角センサ等が実装されている。

　本実施形態の駆動装置１００は、モータ軸Ｏに直交する方向にコネクタ５０が突出する「横出しコネクタ方式」の構成である。図７を参照して後述するように、コネクタ５０は、複数の端子５２を介して基板４０の矩形板部４４と接続されている。コネクタ５０は、コントローラ２０に電力供給する電源ケーブル、及び、車両の制御回路等とコントローラ２０との間で信号を通信する信号ケーブルが接続される。

　カバー６０は、有底筒状であり、基板４０のリア側からリアフレーム３０に固定されて基板４０を覆う。本実施形態では、カバー６０は樹脂で一体に形成されており、スナップフィット方式でリアフレーム３０に固定される。以下、本実施形態のカバー６０の構成について詳しく説明する。

　次に図１～図６及び図８Ａを参照し、カバー６０の構成について詳しく説明する。カバー６０は、頂面部６２から側面に広がる疑似円筒部６３及び矩形筒部６４を含む。疑似円筒部６３及び矩形筒部６４は、モータ回転軸Ｏを含む基準平面Ｘに対して対称に設けられている。

　簡単に言えば、軸方向投影視である図５及び図６において、円と長方形とが円の中心を通る基準線Ｘに対して対称に接続された形状をなしている。基準線Ｘに直交する長方形の辺の長さは円の直径以下である。したがって、円弧の中心角は１８０°以上となる。本実施形態では、疑似円筒部６３の円弧の中心角αは約２４０°である。

　詳しくは、疑似円筒部６３は、「軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された部分」として定義される。本実施形態の疑似円筒部６３は、軸方向の投影形状の一部が円弧で構成されている。カバー６０は、モータ１０を覆うものであるため、基本的にモータ１０のシルエットに準じた円筒形となる。

　疑似円筒部６３の側面の一部には、軸方向の投影形状が直線で表される平面部６３２が形成されている。平面部６３２以外の部分は、軸方向の投影形状が円弧で表される曲面部６３１をなす。本実施形態では、基準平面Ｘを挟んで両側に一つずつ、計二つの平面部６３２が形成されている。平面部６３２は、基準平面Ｘに対するモータ回転軸Ｏからの角度が約３０°～約６０°の範囲に形成されている。

　また、図８Ａに示すように、疑似円筒部６３の平面部６３２は、両側に隣接する曲面部６３１を延長してなる仮想曲面Ｓｖｃの内側に形成されている。詳しくは、両側に隣接する曲面部６３１の端点を結んだ直線、すなわち円の弦に相当する直線が平面部６３２を構成する。樹脂成形品であるカバー６０の板厚はほぼ一定であるため、平面部６３２の内壁は、曲面部６３１の内壁を延長した仮想内壁曲面の内側に位置する。

　矩形筒部６４は、二つの延長面部６４３及び一つの間口面部６４４の三平面を側面に含む。二つの延長面部６４３は、互いに平行であり疑似円筒部６３の側面に接続する平面である。間口面部６４４は、二つの延長面部６４３に直交する平面である。図４に破線で示すように、間口面部６４４には、コネクタ５０を挿通させる切り欠き６４５が形成されている。このように、カバー６０の矩形筒部６４は、基板４０のうちコネクタ５０に接続される端子部分やコネクタ５０の根元部を覆う機能を有する。

　疑似円筒部６３の各平面部６３２には可撓係止部６７が形成されており、矩形筒部６４の各延長面部６４３には可撓係止部６８が形成されている。つまり、本実施形態のカバー６０は、計四つの可撓係止部６７、６８を有している。四つの可撓係止部６７、６８は、基準平面Ｘに対して対称に配置されている。

　可撓係止部６７、６８は、平面部６３２又は延長面部６４３の開口端６６寄りの部位から頂面部６２とは反対方向に開口端６６を超えて延びている。可撓係止部６７、６８は、略Ｕ字の枠板状であり、枠の内側に係止穴６７０、６８０が形成されている。係止穴６７０、６８０は、例えば樹脂成形金型においてスライド型を用いて成形される。

　可撓係止部６７、６８は、樹脂の弾性により、先端側が外側に広がるように弾性変形可能である。カバー６０をリアフレーム３０の真上に配置したとき、弾性変形前には、可撓係止部６７、６８は固定係止部３７、３８に重なる。可撓係止部６７、６８の先端側が外側に広がることで、枠部が突起を乗り越え、固定係止部３７、３８が係止穴６７０、６８０の内側に収容される。このように可撓係止部６７、６８は、リアフレーム３０の固定係止部３７、３８にスナップフィット方式で係合可能である。

　その他、疑似円筒部６３の矩形筒部６４とは反対側には、開口端６６に沿った低い高さ範囲で突出するボルト遮蔽部６５が設けられている。ボルト遮蔽部６５は、スルーホールボルト１９の頭部を覆う。

　次に図１、図７及び図８Ａを参照し、駆動装置１００の基板４０の構成について詳しく説明する。図７に示すように、本実施形態の基板４０は、外縁がカバー６０の内壁に沿った形状に形成されている。つまり、基板４０は、カバー６０の疑似円筒部６３に対応する疑似円板部４３、及び、矩形筒部６４に対応する矩形板部４４を有している。矩形板部４４は、複数の端子５２を介してコネクタ５０と接続される。また、基板４０は、疑似円板部４３における疑似円筒部６３の平面部６３２の内壁に対向する位置に、外縁が直線で構成された対応平面部４３２が形成されている。

　図８Ａに示すように、本実施形態では、カバー６０の平面部６３２は仮想曲面Ｓｖｃの内側に形成されている。したがって、基板４０の疑似円板部４３を単純な円弧で構成すると、カバー６０の内壁と基板４０との距離によっては、基板４０の外縁がカバー６０の内壁に干渉する。そこで本実施形態では、カバー６０の平面部６３２に対応して、基板４０に対応平面部４３２が形成されている。

　（本実施形態の効果）
　（１）本実施形態のカバー６０は、リアフレーム３０の側面に設けられた複数の固定係止部３７、３８にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部６７、６８を有する。一部の可撓係止部６７は、疑似円筒部６３の側面の一部に形成された平面部６３２に設けられている。

　これにより、本実施形態の駆動装置１００では、カバー６０の疑似円筒部６３においてスナップフィット方式によりカバー６０とモータ１０とを組付け可能である。そのため、ボルト締結やかしめ締結に比べて部品点数や組付け工数を低減することができる。

　また、スナップフィット方式でない組付け方式の駆動装置から本実施形態の駆動装置にモデルチェンジする場合、車載搭載性確保の観点から大型化したくなく、且つ、基板実装面積確保の観点から大幅に小型化したくないというニーズがある。このニーズに対し本実施形態では、カバー６０及び基板４０のシルエット変更を最小限にすることができる。

　（２）疑似円筒部６３の平面部６３２は、両側に隣接する曲面部６３１を延長してなる仮想曲面Ｓｖｃの内側に形成されている。これにより、スナップフィット方式でない組付け方式の駆動装置から本実施形態の駆動装置にモデルチェンジする場合、シルエットの増加を回避することができる。

　（３）基板４０は、外縁がカバー６０の内壁に沿った形状に形成されており、疑似円筒部６３の平面部６３２の内壁に対向する位置に、外縁が直線で構成された対応平面部４３２が形成されている。これにより、基板４０の面積を最大限に確保しつつ、カバー６０と基板４０との干渉を回避することができる。

　（４）カバー６０の側面からモータ軸Ｏに直交する方向にコネクタ５０が突出する「横出しコネクタ方式」の駆動装置１００において、カバー６０は、疑似円筒部６３に加え、コネクタ５０が配置される矩形筒部６４を含む。矩形筒部６４の延長面部６４３には、疑似円筒部６３の平面部６３２に形成された可撓係止部６７とは別の可撓係止部６８が形成されている。これにより、横出しコネクタ方式に適した構成が実現される。

　（５）図５、図６に示すように、疑似円筒部６３及び矩形筒部６４は、基準平面Ｘに対して対称に設けられており、複数の可撓係止部６７、６８は、基準平面Ｘに対して対称に配置されている。これにより、基準平面Ｘの両側での締結力のバランスが良くなる。

　（６）カバー６０は、樹脂で一体に形成されている。これにより、駆動装置１００が軽量化でき、また、部品点数を低減することができる。

　（その他の実施形態）
　（ａ）カバー６０の「疑似円筒部」には、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧で構成されたものの他、軸方向の投影形状の少なくとも一部が「円弧に準ずる曲線」で構成されたものが含まれる。「円弧に準ずる曲線」とは、典型的には楕円のように、中心から外に凸の曲線を意味する。言い換えれば、円筒部と同様に平面部を形成することが可能な楕円筒部のような形状が、狭義の「円筒部」を拡張した概念である「疑似円筒部」と定義される。

　（ｂ）スナップフィット方式を構成する可撓係止部及び固定係止部は、一方が凸であり他方が凹であればよい。すなわち、上記実施形態の構成とは逆に、カバー６０の可撓係止部６７、６８を凸とし、リアフレーム３０の固定係止部３７、３８を凹とするように構成してもよい。

　（ｃ）図８Ａに示す一実施形態に対し、図８Ｂに示すように、カバー６０の平面部６３２は、仮想曲面Ｓｖｃの外側に形成されてもよい。この構成では、カバー６０の内壁が基板４０に干渉することが回避される。また、平面部の無いカバーの金型を改造する場合、キャビティ型を削り方向で修正可能である。

　（ｄ）カバー６０の平面部６３２が仮想曲面Ｓｖｃの内側に形成されている構成でも、基板４０がカバー６０の内壁に対し一回り小さい円形であって平面部６３２に干渉しない場合には、基板４０の対応平面部４３２が形成されなくてもよい。

　（ｅ）例えば頂面部６２から軸方向にコネクタが突出する「上出しコネクタ方式」の駆動装置１００では、カバー６０は矩形筒部６４を含まず、疑似円筒部６３のみで構成されてもよい。その場合、全ての可撓係止部６７が疑似円筒部６３の平面部６３２に設けられることになる。複数の可撓係止部６７は、例えばモータ回転軸Ｏに対して点対称に配置されることで、周方向の締結力のバランスが良くなる。

　（ｆ）カバー６０における複数の可撓係止部６７、６８の数や配置は上記実施形態の例に限らない。また、複数の可撓係止部６７、６８の配置は、図５、図６に示すように基準平面Ｘに対して対称でなく、基準平面Ｘに対して非対称に配置されてもよい。

　（ｇ）カバー６０は樹脂で一体に形成されるものに限らず、カバー本体が金属で形成され、樹脂又はゴム製の可撓係止部６７、６８が別体で取り付けられてもよい。

　（ｈ）本開示の駆動装置は、電動パワーステアリング装置以外の車載装置や、車両に搭載される装置以外の各種装置に適用されてもよい。

　以上、本開示はこのような実施形態に限定されるものではなく、そ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。

　本開示は実施形態に準拠して記述された。しかしながら、本開示は当該実施形態および構造に限定されるものではない。本開示は、様々な変形例および均等の範囲内の変形をも包含する。また、様々な組み合わせおよび形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせおよび形態も本開示の範疇および思想範囲に入るものである。

Claims (6)

1. 　ステータ（１１）及びロータ（１２）を含むモータ（１０）と、前記モータを駆動制御するコントローラ（２０）とが一体に構成された駆動装置であって、
   　前記モータの軸方向における前記コントローラ側の端部に設けられた金属製のリアフレーム（３０）と、
   　前記リアフレームに対し前記モータの反対側に設けられ、前記コントローラを構成する電子部品が実装された基板（４０）と、
   　前記リアフレームの側面に設けられた複数の固定係止部（３７、３８）にスナップフィット方式で係合可能な複数の可撓係止部（６７、６８）を有し、前記リアフレームに固定されて前記基板を覆う有底筒状のカバー（６０）と、
   　を備え、
   　前記カバーは、軸方向の投影形状の少なくとも一部が円弧、又は円弧に準ずる曲線で構成された疑似円筒部（６３）を有し、前記疑似円筒部の側面の一部に平面部（６３２）が形成されており、
   　少なくとも一部の前記可撓係止部（６７）は、前記疑似円筒部の前記平面部に設けられている駆動装置。
2. 　前記疑似円筒部の前記平面部は、両側に隣接する曲面部（６３１）を延長してなる仮想曲面の内側に形成されている請求項１に記載の駆動装置。
3. 　前記基板は、外縁が前記カバーの内壁に沿った形状に形成されており、
   　前記疑似円筒部の前記平面部の内壁に対向する位置に、外縁が直線で構成された対応平面部（４３２）が形成されている請求項２に記載の駆動装置。
4. 　前記カバーは、互いに平行であり前記疑似円筒部の側面に接続する平面である二つの延長面部（６４３）、及び、二つの前記延長面部に直交する平面である一つの間口面部（６４４）を側面に含む矩形筒部（６４）をさらに有し、
   　前記可撓係止部は、前記疑似円筒部の前記平面部に加え、前記矩形筒部の前記延長面部に形成されている請求項１～３のいずれか一項に記載の駆動装置。
5. 　前記疑似円筒部及び前記矩形筒部は、前記モータの回転軸を含む基準平面（Ｘ）に対して対称に設けられており、
   　複数の前記可撓係止部は、前記基準平面に対して対称に配置されている請求項４に記載の駆動装置。
6. 　前記カバーは、樹脂で一体に形成されている請求項１～５のいずれか一項に記載の駆動装置。

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