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1. (WO2017026023) ブラシレスモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両
Document

明 細 書

発明の名称 ブラシレスモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012  

先行技術文献

特許文献

0013  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0014   0015   0016   0017  

課題を解決するための手段

0018   0019   0020  

発明の効果

0021   0022  

図面の簡単な説明

0023  

発明を実施するための形態

0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042  

符号の説明

0043  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22  

明 細 書

発明の名称 : ブラシレスモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両

技術分野

[0001]
 本発明は、モータバスバー端子及びECU端子を挿入して接続するナット一体型の端子接続機構を備えたブラシレスモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両に関する。車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータ(例えばブラシレスモータ)によるアシスト力を付与するものであり、ブリッジ回路で成るインバータによって駆動制御される。

背景技術

[0002]
 駆動部にブラシレスモータを搭載した装置として電動パワーステアリング装置(EPS)があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力(アシスト力)を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、ギア等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値(電流指令値)とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にPWM(パルス幅変調)制御のデューティの調整で行っており、モータとしては耐久性や保守性に優れ、騒音やノイズも少ないブラシレスモータが一般的に使用されている。
[0003]
 電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図1に示して説明すると、ハンドル1のコラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)2は減速部内の減速ギア3、ユニバーサルジョイント4a及び4b、ピニオンラック機構5、タイロッド6a,6bを経て、更にハブユニット7a,7bを介して操向車輪8L,8Rに連結されている。また、コラム軸2には、ハンドル1の操舵トルクを検出するトルクセンサ10及び操舵角θを検出する舵角センサ14が設けられており、ハンドル1の操舵力を補助するモータ20が減速ギア3を介してコラム軸2に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット(ECU)30には、バッテリ13から電力が供給されると共に、イグニションキー11を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット30は、トルクセンサ10で検出された操舵トルクThと車速センサ12で検出された車速Velとに基づいてアシスト(操舵補助)指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Vrefによって、EPS用モータ20に供給する電流を制御する。
[0004]
 なお、舵角センサ14は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ20に連結されたレゾルバ等の回転センサから操舵角を取得することも可能である。
[0005]
 コントロールユニット30には、車両の各種情報を授受するCAN(Controller Area Network)40が接続されており、車速VelはCAN40から受信することも可能である。また、コントロールユニット30には、CAN40以外の通信、アナログ/ディジタル信号、電波等を授受する非CAN41も接続されている。
[0006]
 電動パワーステアリング装置のモータ20の動力伝達機構例、及びモータ20及びコントロールユニット(ECU)30の接続例は図2に示すようになっている。
[0007]
 図2に示すように、モータ20の出力軸21はモータハウジング22の外側に延在しており、モータヨークを形成するモータハウジング22は、ロータ等を備えたモータ本体を収容する有底略円筒状のケース本体23と、ケース本体23の開口側に取付けられたモータ取付け部24とで構成されている。モータ取付け部24は全体として板状に形成され、その中央部の貫通孔を介して出力軸21をモータ取付け部24の外側に挿通させている。なお、モータ取付け部24をフランジ状に形成してもよい。
[0008]
 動力伝達機構50は、ウォーム51及びウォームホイール52から成るウォーム減速機構を有し、ウォーム減速機構と出力軸21とを連結する連結部53を備えている。ウォーム51は、出力軸21と同軸のウォームシャフト51Aの中間部に形成され、ウォームホイール52に噛合している。ウォームホイール52の軸心には、ウォームホイール52と一体回転するコラム軸2のアッパー(ハンドル)側出力軸2Aが連結されている。ウォーム減速機構によって、モータ20の回転、即ち出力軸21の回転が減速されてアッパー側出力軸2Aに伝達される。
[0009]
 減速機構側のモータ取付け部54の内部空間は、モータ20側(開口側)に向かって拡開するようにラッパ形状に形成されており、モータ取付け部54がモータ20側のモータ取付け部24にボルト止めされることで、モータ取付け部54の開口が閉塞される。モータ取付け部54にモータ20を取付けた図2に示す状態では、モータ取付け部54の内部空間の軸心に連結部53及び出力軸21が位置するようになっている。なお、モータ取付け部24をフランジ状に形成した場合には、これに対応して、モータ取付け部54もフランジ状に形成する。
[0010]
 また、モータ20とコントロールユニット(ECU)30若しくはECU基板とは離間してリード線31で配線されており、モータ20はコントロールユニット(ECU)30によってリード線31を介して駆動制御される。
[0011]
 このような電動パワーステアリング装置においても、モータを含む全体の軽量化とコンパクト化が要請されていると共に、モータの組立性や軸精度の向上が強く望まれている。
[0012]
 各電源供給部材間の絶縁を確保しつつ各部品の組立作業を削減できるようにし、外部電源からモータへの電源供給構造を簡略化するモータハウジングとして、例えば特開2008-160988号公報(特許文献1)に示されるものがある。特許文献1に開示のモータ用絶縁ハウジング60は、図3及び図4に示すように、電源供給部材61~64が板厚方向に互いに間隔をあけて絶縁積層配置された状態で、インサートモールド成型によりハウジング本体65に一体形成され、ハウジング本体65には電源供給部材61~63の電源端子61A~63Aをコネクタ端子とする電源コネクタ66が一体成型されることが開示されている。なお、電源供給部材61~64にはそれぞれ、コイル端子67が外方に突出して設けられている。

先行技術文献

特許文献

[0013]
特許文献1 : 特開2008-160988号公報
特許文献2 : 特開2008-220061号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0014]
 しかしながら、特許文献1のモータ用絶縁ハウジングでは、ハウジング本体に電源コネクタがコネクタ端子として設けられているだけであり、ECU等の外部装置との接続性を考慮しておらず、モータ全体のコンパクト化、組立性や軸精度の向上については全く解決されていない。
[0015]
 一方、制御装置の取付け及び交換が容易であり、コネクタ端子に制御装置の荷重又は取付荷重が加わらないモータ装置が、例えば特開2008-220061号公報(特許文献2)に開示されている。即ち、図5に示すように、モータ70のモータハウジング71及び制御装置80のハウジング81には、両者が互いに一方向に挿入案内されると共に、該挿入方向と直交方向の移動を阻止する案内係合部72及び被案内係合部82がそれぞれ形成されている。制御装置ハウジング81及びモータハウジング71が、挿入案内方向と直交する方向に支持され又は接合対向位置に至らしめることにより、センサコネクタ83とセンサ回路コネクタ73、及び回路側モータ巻線用端子84とモータ側モータ巻線用端子74とを電気接続して、モータハウジング71と制御装置ハウジング81とを、ネジ止めなどの方法で一体固定している。
[0016]
 しかしながら、特許文献2のモータ装置は、モータバスバーと制御装置接続用端子とを一体としたものではなく、外観形状が大きく、ECU等の外部装置を接続した状態で一層のコンパクト化、簡易化が望まれる。
[0017]
 本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、外観形状を小型化し、軽量で製造も容易であり、モータバスバー及びECU端子の取付も含めた一体構造の端子接続機構を備えたブラシレスモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0018]
 本発明はブラシレスモータに関し、本発明の上記目的は、モータバスバー端子及びECU端子を挿入し、ボルト・ナットで接続するナット一体型の端子接続機構を備えることにより達成される。
[0019]
 本発明の上記目的は、前記端子接続機構がモータカバーの側面にブラケットホルダ一体型に設けられ、端子カバーが着脱できる構造になっていることにより、或いはボルトを挿入して前記モータバスバー端子及びECU端子を一体化していることにより、或いは前記モータバスバー端子及びECU端子に、前記ボルトに係合するネジ穴若しくは丸穴が設けられていることにより、或いは前記端子接続機構が、前記モータバスバー端子を挿入するための長形状の第1スリットを有すると共に、前記ECU端子を挿入するための長形状の第2スリットを有しており、前記第1スリットと前記第2スリットが逆向きになっていることにより、或いは前記第1スリット及び第2スリットが、モータ軸方向に対して長穴で自由度を有し、モータ径方向に対して幅広で自由度を有し、端子寸法のバラツキを吸収できる構造となっていることにより、或いは前記モータカバーがアルミ材料若しくは亜鉛合金、マグネシウム合金又は板金材料であり、前記モータカバーの装着によりロータ軸受を保持した構造であることにより、より効果的に達成される。
[0020]
 上記ブラシレスモータで駆動制御され、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置及びそれを搭載した車両が達成される。

発明の効果

[0021]
 本発明のブラシレスモータによれば、アルミニウム製若しくは亜鉛合金製、マグネシウム合金製のモータハウジングを備え、モータバスバー端子及びECU端子を挿入し、ボルト・ナットで接続するナット一体型の端子接続機構を有しているので、軽量コンパクト化を図り、組立性の向上を図ることができると共に、ECU等の外部装置との接続を容易かつ確実に行うことができる。
[0022]
 上記ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に適用することにより、軽量でコンパクト、信頼性の高い電動パワーステアリング装置を達成でき、かかる電動パワーステアリング装置を車両に搭載することにより、車両の軽量化を図ることがきる。

図面の簡単な説明

[0023]
[図1] 電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。
[図2] 電動パワーステアリング装置のモータと減速部の連結機構例及びコントロールユニット(ECU)との接続例を示す図である。
[図3] 従来のモータ用絶縁ハウジングの一例を示す斜視図である。
[図4] 電源供給部材の構成を示す斜視図である。
[図5] 従来のモータ装置の構造例を示す斜視図である。
[図6] 本発明に係るモータハウジングの構造例を示す斜視図である。
[図7] 本発明に係るブラシレスモータの組立展開図である。
[図8] 本発明に係るブラシレスモータのモータハウジングへのステータアセンブリ及びロータアセンブリを組込んだ状態と、モータカバーの詳細構造の一例を示す組立展開図である。
[図9] モータ本体に対するカバー本体及び端子接続機構の取付の様子を示す組立展開図である。
[図10] カバー本体を取付けたモータ本体に対する蓋部材の取付の様子を示す組立展開図である。
[図11] モータ本体に対する端子カバーの取付の様子を示す組立展開図である。
[図12] 本発明に係るブラシレスモータの外観斜視図である。
[図13] 本発明に係るブラシレスモータの断面構造図である。
[図14] 電動パワーステアリング装置のモータと減速部の連結機構例及びコントロールユニット(ECU)との接続例を示す図である。
[図15] 本発明に係るブラシレスモータにECUを装着した状態を示す正面図及び側面図である。
[図16] 本発明に係るブラシレスモータ(端子カバー無し)にECUを装着する様子を示す斜視図である。
[図17] 本発明に係るブラシレスモータにECUを装着する様子を示す上方斜視図である。
[図18] 本発明に係るブラシレスモータにECUを装着する様子を示す下方斜視図である。
[図19] ECU端子及びモータバスバー端子の接続例を示す構造図である。
[図20] 本発明に係る端子接続機構の構造例を示す平面図及び正面図である。
[図21] 端子を接続した状態を示す図20のX-X断面図である。
[図22] ボルトによるモータバスバー端子及びECU端子の結合構造を示す図20のY-Y断面図である

発明を実施するための形態

[0024]
 本発明のブラシレスモータはアルミニウム製若しくは亜鉛合金製、マグネシウム合金製のモータハウジングで成り、モータカバーの側面に、モータバスバー端子及びECU端子を挿入し、ボルト・ナットで接続するナット一体型の端子接続機構を備えている。このため、モータの軽量コンパクト化を図り、組立性の向上を図ることができると共に、ECU等の外部装置との接続を容易かつ確実に行うことができる。
[0025]
 以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。以下ではアルミダイカストについて説明するが、亜鉛合金ダイカスト、マグネシウム合金ダイカストでも同様に適用可能である。
[0026]
 図6は、本発明のブラシレスモータ100のモータハウジング110の構造を示しており、ハウジング本体113は円筒状の形状で、底部は、中央部にモータ出力軸が突出する開口を有した平面構造であり、底部はモータ前面カバー(エンドプレート)を兼用している。ハウジング本体113の上端部(図面上)にはECU取付け用フランジ111が外側に突出して設けられており、下端部(図面上)にはモータ取付け用フランジ112が外側に突出して、一体的に設けられている。モータハウジング110は、ECU取付け用フランジ111及びモータ取付け用フランジ112の一体でアルミダイカストにて鋳造されて成型される。
[0027]
 このようなモータハウジング110に対して、図7に示すように一方向からモータ内部部品を圧入又は焼き嵌めて組込み、ブラシレスモータ100を組立てる。即ち、先ずステータアセンブリ(ASSY)120をモータハウジング110に挿入して圧入又は焼き嵌め、次に、モータハウジング110に固定されたステータアセンブリ120内にロータアセンブリ(ASSY)130を挿入して圧入又は焼き嵌め、最後にアルミ材料又は板金材料のモータカバー140を装着してネジ141等でステータアセンブリ120に固定する。なお、ステータアセンブリ120及びモータカバー140にはそれぞれ軸受(121,142)が設けられており、ロータアセンブリ130の軸(131,132)を保持して、回転するようになっている。
[0028]
 図8(B)は、モータハウジング110へステータアセンブリ120及びロータアセンブリ130を組み込んだ状態を示しており、図8(A)はモータカバー140の詳細を示しており、モータカバー140は、側面(周縁部)に端子接続機構150を備えた円盤状のカバー本体140Aと、中央部に軸受142を有し、周縁部に長形状の切欠き141Aを有する蓋部材140Bとを具備している。蓋部材140Bをカバー本体140Aに装着すると、端子接続機構150が丁度切欠き143から突出し、図7に示すようなモータカバー140の構造となる。
[0029]
 ステータアセンブリ120の上面部(図面上)には、モータコイルの巻線端子となる短冊状のモータバスバー端子120U,120V,120Wが上方に向けて垂設されている。モータバスバー端子120U,120V,120Wには、それぞれボルトと螺合するナット(ネジ穴120Ua,120Va,120Wa)が一体的に設けられている。また、モータカバー140のカバー本体140Aの周縁部には、モータバスバー端子120U,120V,120Wと結合されると共に、外部からのECU端子(210U,210V,210W)と結合される直方体状の絶縁体(ブラケットホルダ)で成る端子接続機構150が設けられている。
[0030]
 図9は、モータハウジング110へステータアセンブリ120及びロータアセンブリ130を組み込んだモータ本体に対して、カバー本体140A及び端子接続機構150の取付の様子を示す組立展開図であり、カバー本体140にはブラケットホルダが一体的に結合され、端子カバー150Bが着脱できる構造になっている。端子カバー150Bの側面には丸穴若しくはネジ穴が開けられており、ボルトが貫通するようになっている。
[0031]
 また、図10は、カバー本体140Aを取付けたモータ本体に対して、蓋部材140Bの取付の様子を示す組立展開図であり、蓋部材140Bはネジ141で取り付けられる。図11は、モータ本体にの端子接続機構150に端子カバー150Bを取り付ける様子を示しており、図12は端子カバー150が取り付けられた本発明に係るブラシレスモータ100の外観斜視図である。
[0032]
 このような組立工程により、図13に断面構造を示すブラシレスモータ100が得られ、端子接続機構150が外側に突出した構造になっている。モータハウジング110の底面(前面カバー)の開口よりモータ出力軸131が突出している。また、ロータアセンブリ130の軸131及び132は、それぞれ軸受142及び121で保持され回転可能となっている。
[0033]
 本発明に係るブラシレスモータ100は、図14に示すような形態で、モータ取付け用フランジ112を介して減速部(ギアボックス)に取付けられると共に、ECU取付け用フランジ111を介してECU200がブラシレスモータ100に取付けられる。フランジ111及び112による取付は、ボルトやナット、ネジで行っても良い。
[0034]
 図15は、ブラシレスモータ100にECU200を取り付ける様子を正面図及び側面図で示しており、ECU200の底面側(図面上)に設けられた端子台201、202を介してECU取付け用フランジ111と連結し、端子接続機構150により電気的な接続を行うようになっている。
[0035]
 図16~図18は、モータ100へECU200を取り付ける様子を示しており、ECU200の底面端部にはECU端子210U,219V,210Wと、ECU取付け用支柱201,202とが垂設されている。モータ100へECU200を取り付ける際には、支柱201,202をモータカバー140の係合穴に係合させると共に、ECU端子210U,219V,210Wを端子接続機構150の所定位置に挿入して係合させる。
[0036]
 ECU端子210U,210V,210W、モータバスバー端子120U,120V,120Wの接続関係は図19に示すようになっており、モータバスバー端子120U,120V,120Wの外側にナットが結合されている例が図19(A)であり、モータバスバー端子120U,120V,120Wの内側にナットが結合されている例が図19(B)である。いずれの場合にも、導電性材料で成るボルトによって、ネジ穴若しくは丸穴を開けられたECU端子を挟んで、ナットを介してモータバスバー端子を結合させる。これによって、ECU端子210U,210V,210Wとモータバスバー端子120U,120V,120Wとが電気的に接続され、かつ機械的に結合される。
[0037]
 次に、端子接続機構150の構造及び端子の接続について、他の例を図20及び図21を参照して詳細に説明する。
[0038]
 端子接続機構150は絶縁性の直方体形状(ブラケットホルダ)であり、端子接続機構150には横方向に3相分のネジを螺刻された同一形状のナット穴151U(内径R),151V(内径R),151W(内径R)が設けられている。内径Rは、モータバスバー端子120U,120V,120Wに設けられているネジ穴120Ua,120Va,120Waの内径と同じになっている。そして、ナット穴151U,151V,151Wにそれぞれ上下方向に直交するように、下方から挿入されるモータバスバー端子120U,120V,120Wにそれぞれ係合する矩形状のモータ端子係合溝152U,152V,152Wと、上方から挿入される3相のECU端子にそれぞれ係合する矩形状のECU端子係合溝153U,153V,153Wとが設けられている。モータ端子係合溝152U,152V,152Wは同じ形状であり、幅はLD,長さはLdとなっており、ECU端子係合溝153U,153V,153Wは同じ形状であり、幅はLU,長さはLuとなっている。深さ(高さ)はいずれもナット穴151U,151V,151Wを横切るようになっている。
[0039]
 モータ端子係合溝152U,152V,152Wの幅LD,長さLdはいずれも、モータバスバー端子120U,120V,120Wのサイズよりも余裕をもっており、端子寸法のバラツキを吸収するようになっている。また、ECU端子係合溝153U,153V,153Wの幅LU,長さLuはいずれも、ECU端子210U,210V,210Wのサイズよりも余裕をもっており、端子寸法のバラツキを吸収するようになっている。従って、モータバスバー端子120U,120V,120Wのモータ端子係合溝152U,152V,152Wへの係合、ECU端子210U,210V,210WのECU端子係合溝153U,153V,153Wへの係合をいずれも円滑に行うことができる。
[0040]
 モータ端子係合溝152U,152V,152Wに、下方よりモータバスバー端子120U,120V,120Wが挿入され、ECU端子係合溝153U,153V,153Wに、上方からECU端子210U,210V,210Wが挿入され、その後、図22に示すように導電材のボルト154U,154V,154Wで先ずモータバスバー端子120U,120V,120Wと螺合させ、更にボルトを締め付け、ボルト154U,154V,154Wの先端部をそれぞれECU端子210U,210V,210Wと接触させて固定する。これにより、ECU端子210U,210V,210Wとモータバスバー端子120U,120V,120Wとを電気的に接続すると共に、機械的に固定することができる。ECU200とブラシレスモータ100を軽量構造でコンパクトに一体化することができる。
[0041]
 なお、上述の実施形態では、ボルト挿入の手前側にモータ端子係合溝152U,152V,152Wが設けられ、ボルト挿入の後方側にECU端子係合溝153U,153V,153Wが設けられているが、手前側にECU端子係合溝153U,153V,153Wを設け、後方側にモータ端子係合溝152U,152V,152Wを設けても良い。この場合には、ECU端子210U,210V,210Wにそれぞれボルトと螺合するネジ穴を設ける。
[0042]
 また、いずれの実施形態でもモータバスバー端子120U,120V,120W又はECU端子210U,210V,210Wのいずれかにボルトと螺合するネジ穴を設けるようにしているが、両方に同一径のネジ穴を設け、ボルトが、モータバスバー端子120U,120V,120W及びECU端子210U,210V,210Wを貫通して結合されるようにしても良い。

符号の説明

[0043]
1          ハンドル
2          コラム軸(ステアリングシャフト、ハンドル軸)
10         トルクセンサ
12         車速センサ
14         舵角センサ
20         モータ
21         回転センサ
30、200     コントロールユニット(ECU)
40         CAN
100        ブラシレスモータ
110        モータハウジング
111        ECU取付け用フランジ
112        モータ取付け用フランジ
120        ステータアセンブリ(ASSY)
130        ロータアセンブリ(ASSY)
140        モータカバー
150        端子接続機構

請求の範囲

[請求項1]
モータバスバー端子及びECU端子を挿入し、ボルト・ナットで接続するナット一体型の端子接続機構を備えたブラシレスモータ。
[請求項2]
前記端子接続機構がモータカバーの側面にブラケットホルダ一体型に設けられ、端子カバーが着脱できる構造になっている請求項1に記載のブラシレスモータ。
[請求項3]
ボルトを挿入して前記モータバスバー端子及びECU端子を一体化している請求項1又は2に記載のブラシレスモータ。
[請求項4]
前記モータバスバー端子及びECU端子に、前記ボルトに係合するネジ穴若しくは丸穴が設けられている請求項3に記載のブラシレスモータ。
[請求項5]
前記端子接続機構が、前記モータバスバー端子を挿入するための長形状の第1スリットを有すると共に、前記ECU端子を挿入するための長形状の第2スリットを有しており、前記第1スリットと前記第2スリットが逆向きになっている請求項1乃至4のいずれかに記載のブラシレスモータ。
[請求項6]
前記第1スリット及び第2スリットが、モータ軸方向に対して長穴で自由度を有し、モータ径方向に対して幅広で自由度を有し、端子寸法のバラツキを吸収できる構造となっている請求項5に記載のブラシレスモータ。
[請求項7]
前記モータカバーがアルミ材料若しくは亜鉛合金、マグネシウム合金又は板金材料であり、前記モータカバーの装着によりロータ軸受を保持した構造である請求項1乃至6のいずれかに記載のブラシレスモータ。
[請求項8]
請求項1乃至7のいずれかに記載のブラシレスモータで駆動制御され、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置。
[請求項9]
ボルトを挿入して請求項8に記載の電動パワーステアリング装置を搭載した車両。

図面

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[ 図 3]

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