JP2008024171A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵補助用のブラシレスモータをより小型化することが可能であり、また、ブラシレスモータを組み込み易い電動パワーステアリング装置の提供。
【解決手段】有底円筒形状のモータケース１と、モータケース１の開口部を塞ぐブラケット２と、一方側の反出力軸側軸受１８を支持するエンドハウジング２０と、複数のバスバー（図示せず）を収納する円環形状のバスバーハウジング１４と、回転角センサ１２とを有するブラシレスモータ５２を備え、検出した操舵トルクに応じた電流を流すように、ブラシレスモータ５２を駆動する電動パワーステアリング装置。エンドハウジング２０は、一方側の端部に鍔部が周設された円筒形状であり、鍔部が底１ｄに当接する迄、開口部からモータケース１内に圧入され、バスバーハウジング１４は、エンドハウジング２０の円筒部の外周面に周設され、回転角センサ１２は、前記円筒部に内設された構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた電流を流すように、ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置に関するものである。

運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。

このような電動パワーステアリング装置では、操舵補助用のモータには、高出力化に対応する為、近年、ブラシレスモータが採用されるようになって来ている。ブラシレスモータは、ロータに永久磁石を備え、ステータに回転磁界を発生させる波形形成回路を、ロータの（回転）位置に基づき制御することにより、ロータを回転させるモータであり、ブラシが無いので、ブラシによる損失、機械的なノイズ及びブラシによる電気的なノイズは発生しない。

特許文献１には、ハウジング及びケースにリード線が通るハウジング開口部及びケース開口部が形成され、リード線は、ケース開口部から露出し、パワー素子と電気的に接続されたバスバーであり、このバスバーは、モータコイルに中継線を介して接続され、バスバーの端部と中継線の端部とがネジを用いて接続され、ハウジングには、ネジと対向した箇所に穴が形成されており、この穴を通じてバスバーの端部と中継線の端部とがネジにより螺着される電動パワーステアリング装置が開示されている。
特許第３５９３１０２号公報

電動パワーステアリング装置は、車両内の限られた空間に設置されるものであるので、上述した操舵補助用のブラシレスモータはより小型化されることが望まれている。
また、操舵補助用のブラシレスモータの回転角センサとしてレゾルバを使用する場合、モータトルクの左右の均一さの要求が厳しい為、レゾルバの厳密な位置調整が必要であり、その作業のし易さが求められるという問題が有る他、モータ側の結線構造が複雑であるという問題が有る。また、モータの部品点数の多さから、モータ内で部品が脱落、破損し易く、脱落、破損した場合にロックする虞が有るという問題が有る。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、操舵補助用のブラシレスモータをより小型化することが可能であり、また、ブラシレスモータを組み込み易い電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、操舵補助用のブラシレスモータのレゾルバの位置調整がし易く、モータ内で部品が脱落、破損した場合でもロックする可能性が小さい電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、該ブラシレスモータは、ステータコアの外周面を内周面で支持し、中央部に貫通孔を有する底が一方側の端部に設けられた円筒形状のモータケースと、他方側の出力軸側軸受を支持し、前記モータケースの他方側の開口部を塞ぐブラケットと、一方側の反出力軸側軸受を支持するエンドハウジングと、ステータコイルに各接続された複数のバスバーを収納する円環形状のバスバーハウジングと、ロータの回転位置を検出する回転角センサとを有し、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた電流を流すように、前記ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置において、前記エンドハウジングは、一方側の端部に鍔部が周設された円筒形状であり、前記鍔部が前記底に当接する迄、前記開口部から前記モータケース内に圧入又は挿入されており、前記バスバーハウジングは、前記エンドハウジングの円筒部の外周面に周設され、前記回転角センサは、前記円筒部に内設されていることを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記モータケースはプレス成形され、前記ブラケット及びエンドハウジングは鋳造成形されていることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記エンドハウジングは、前記モータケースにネジ止めされていることを特徴とする。

第４発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記モータケースの底及び貫通孔を覆うエンドカバーを更に備え、該エンドカバー及び前記エンドハウジングは、共通の複数のネジにより前記モータケースにネジ止めされていることを特徴とする。

第５発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記ブラシレスモータは３相ブラシレスモータであり、前記バスバーは、ステータコイルをスター結線するように配設されており、電源を供給する為のコネクタ又はリード線が、前記モータケースの外周面の一方側に突設され、該コネクタ又はリード線の各端子は、前記外周面に設けられた孔を貫通して前記モータケース内に突出しており、前記モータケースの底及びエンドハウジングに各設けられた１又は複数の孔から挿通されたドライバにより、前記バスバーの各端子と各ネジでネジ止めされていることを特徴とする。

第１発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータのエンドハウジングは、一方側の端部に鍔部が周設された円筒形状であり、鍔部が底に当接する迄、開口部からモータケース内に圧入又は挿入されており、バスバーハウジングは、エンドハウジングの円筒部の外周面に周設され、回転角センサは、その円筒部に内設されているので、操舵補助用のブラシレスモータをより小型化することが可能であり、モータを組み込み易い電動パワーステアリング装置を実現することができる。また、モータ組み立ての最後に容易に回転角センサの位置調整を行うことができる。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータのモータケースはプレス成形され、ブラケット及びエンドハウジングは鋳造成形されているので、操舵補助用のブラシレスモータのブラケット及びエンドハウジングそれぞれの形状に適した（単純形状はプレス、複雑形状は鋳造）成形ができ、モータの製造工程を削減でき、モータをより小型化することが可能であり、モータを組み込み易い電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータのエンドハウジングは、モータケースにネジ止めされているので、操舵補助用のブラシレスモータのエンドハウジングをモータケースに固定することができ、エンドハウジングに回転角センサを内設することが可能になって、モータをより小型化することが可能であり、モータを組み込み易い電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第４発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータのエンドカバーが、モータケースの底及び貫通孔を覆い、エンドカバー及びエンドハウジングは、共通の複数のネジによりモータケースにネジ止めされているので、操舵補助用のブラシレスモータの貫通孔からモータ内部への異物の混入を防ぐことができ、モータのネジの個数を抑制することができ、モータをより小型化することが可能であり、モータを組み込み易い電動パワーステアリング装置を実現することができる。

第５発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ブラシレスモータは３相ブラシレスモータであり、バスバーは、ステータコイルをスター結線するように配設されており、電源を供給する為のコネクタ又はリード線が、モータケースの外周面の一方側に突設されている。コネクタ又はリード線の各端子は、モータケースの外周面に設けられた孔を貫通してモータケース内に突出しており、モータケースの底及びエンドハウジングに各設けられた１又は複数の孔から挿通されたドライバにより、バスバーの各端子と各ネジでネジ止めされているので、操舵補助用のブラシレスモータをより小型化することが可能であり、モータを組み込み易い電動パワーステアリング装置を実現することができる。また、コネクタ又はリード線の各端子とバスバーの各端子との結線作業が容易であり、ネジ等のモータ部品が緩み外れた場合でも、エンドハウジングがストッパとなって、モータの回転部分への侵入を防止できるので、モータ部品によるモータの回転ロックを防止できる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為の操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）６７と、操舵部材６７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のブラシレスモータであるモータ５２と、モータ５２の回転を減速歯車機構６８を介して舵取機構６３，６３に伝える伝動手段６４と、モータ５２を駆動制御する駆動制御装置５１とを備えている。操舵部材６７は、入力軸６６に連結されている。

伝動手段６４は、入力軸６６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸６９と、出力軸６９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸７０と、連結軸７０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸６１と、ピニオン軸６１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪７１，７１に舵取機構６３，６３を介して連結されるラック軸６２とを備えている。入力軸６６及び伝動手段６４は操舵軸６５を構成している。

入力軸６６の周りには、操舵部材６７を操作することにより入力軸６６に加わる操舵トルク値を、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ５３が配置されており、トルクセンサ５３が検出した操舵トルク値に基づいて、駆動制御装置５１が操舵補助用のモータ５２を駆動制御するように構成してある。
減速歯車機構６８は、モータ５２の出力軸に繋がるウォームと、出力軸６９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ５２の回転をウォーム及びウォームホイールから出力軸６９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵部材６７の操作による舵取り操作力を入力軸６６、トーションバー（図示せず）、出力軸６９、連結軸７０、及びピニオン軸６１を介してラック軸６２に伝達し、ラック軸６２を軸長方向へ移動させ、舵取機構６３，６３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ５３が検出した操舵トルク値に基づき、駆動制御装置５１がモータ５２を駆動制御し、モータ５２の駆動力を出力軸６９に伝達することにより、運転者の操舵力を補助し労力負担を軽減する。

図２は、モータ５２の外形を示す裏面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
モータ５２は、有底円筒形状のモータケース１と、モータケース１の底に設けられた貫通孔を塞ぐ為のエンドカバー２１と、出力軸側軸受を支持し、モータケース１の開口部を塞ぐブラケット２とを備えている。出力軸には、フランジボス６が連結されている。
エンドカバー２１は、モータケース１の底と略重なる形状であり、周縁部に設けられた３つの孔２４ａ、及び３つの孔２４ａに各対応してモータケース１の底に設けられた３つの孔を貫通した各ネジ２４により、後述するエンドハウジング２０に設けられた３つのネジ穴にネジ止めされている。

モータケース１及びブラケット２は、モータケース１の周縁部に設けられた３つの孔２５ａ（図４）を各貫通した３つのネジ２５によりネジ止めされ、ブラケット２の周縁部の対向位置に設けられた２つの鍔には、モータ５２全体をコラムに固定する為のネジ孔２８が設けられている。モータケース１の周面の底に隣接する側（一方側）には、駆動制御装置５１と接続する為のコネクタ２３が突設されている。

図３は、モータ５２の回転軸を通る平面における側縦断面図であり、図４は、コネクタ２３の端子付近で輪切りにした縦断面図である。
モータ５２は、有底円筒形状のモータケース１が、ステータコア３の外周面を内周面で支持し、一方側に設けられた底の中央部には貫通孔が設けられている。ステータコア３には、ステータコイル５が巻かれてステータを構成している。
モータケース１の他方側の開口部は、ブラケット２が塞いでおり、ブラケット２は、また、その中央部に設けられた貫通孔の内周面で、回転軸７の他方側である出力軸側軸受８を支持している。

回転軸７の一方側である反出力軸側軸受１８は、有底円筒形状のエンドハウジング２０の底中央部に設けられた貫通孔の内周面で支持されている。エンドハウジング２０は、一方側の端部に鍔部が周設されており、この鍔部がモータケース１の底に当接する迄、モータケース１の開口部から圧入又は挿入されている。
エンドハウジング２０の円筒部の外周面には、バスバーハウジング１４が周設され、エンドハウジング２０の円筒部の内部には、ロータの回転位置を検出するレゾルバ（回転角センサ）１２のレゾルバロータ１９と、その外周部に設けられたレゾルバステータ１６とが収納されている。これにより、レゾルバ１２は、出力軸側軸受８の反対側に配置され、また、バスバーハウジング１４内径内の空間を利用して配置されていることになる。

レゾルバ１２の電源供給線及び信号線は、コネクタ１３により駆動制御装置５１（図１）と接続され、コネクタ１３は、エンドカバー２１に設けられた孔に着設されたグロメット１７に挿設されている。グロメット１７は、スポンジ又はウレタン等の収縮性に優れた柔らかい材料で形成されており、エンドカバー２１の孔からの異物の侵入を防止できる。また、レゾルバステータ１６及びロータ間をシールドしている部品にも収縮性に優れた柔らかい材料（ウレタン、スポンジ等）を用いており、その破片が仮に噛み込んでも、異音の発生及びロックを防止することができる。
レゾルバ１２は、上述したように、エンドハウジング２０の円筒部の内部に配置され、ステータコア３及びロータヨーク９とは分離されているので、モータ５２を組立てた後でも調整が容易である。

回転軸７のステータコイル５に対向する位置には、ロータヨーク９が周設されており、ロータヨーク９の外周面には、永久磁石１１がリング状に貼付けられている。ロータヨーク９及び永久磁石１１全体は、保護管１０に収納されロータを構成している。
モータケース１はプレス成形されており、ブラケット２及びエンドハウジング２０は、鋳造により成形されている。モータ５２では、モータケース１の形状を極力単純化している為、絞り成形が容易であり、大幅なコストダウンが図れる。また、ブラケット２及びエンドハウジング２０は、形状が複雑であるが、切削加工が必要な部分が少ないので、鋳造成形により大幅なコストダウンが図れる。

バスバーハウジング１４は、樹脂製であり、図５の斜視図、図７の側面図（ａ）及び底面図（ｂ）に示すように、円環に、導体間を隔離する為の鍔が周設された略円環形状であり、鍔のコネクタ２３に隣接する部分には、ネジ孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃが設けられている。
バスバーハウジング１４に収納されるバスバー（図示せず）は、それぞれ半径が少しずつ異なる部分円環形状であり、必要位置にステータコイル５に接続する為の端子１５ｄが設けられ、端子１５ｄは、必要に応じてステータコイル５に各接続されている。

バスバーは、重ねられてバスバーハウジング１４内に収納されている。このモータ５２は３相ブラシレスモータであるので、３本のバスバーの各端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃに電力が供給される。バスバーの各端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図７（ａ）に示すように、各孔が上述したネジ孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃと若干の各隙間１５ｅ（例えば０．９ｍｍ）を空けて重なるように配置されている。
各端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃに接続される各ステータコイル５は、図６に示すように、各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗがスター結線されている。ここで、各相コイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗをデルタ結線にすると、３相の各抵抗値を一致させる必要があり、バスバー設計が困難になるが、スター結線することにより、バスバー設計が容易になる。

コネクタ２３のモータ側端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、図８に示すように、モータケース１の外周面に沿うように湾曲して成形された台座から突設され、外周面に設けられた各孔を貫通して、モータケース１内に突出している。モータケース１内に突出した各モータ側端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、図９に示すように、モータケース１の底１ｄに設けられた３つの孔１ａ，１ｂ，１ｃ、及びエンドハウジング２０に各設けられた３つの孔から挿通されたドライバにより、バスバーの各端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃと共に、各ネジ２２でバスバーハウジング１４のネジ孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃ（図７）に各ネジ止めされる。

その際、各モータ側端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃは、バスバーの各端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃとバスバーハウジング１４のネジ孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃとの間の各隙間１５ｅ（図７（ａ））に挿入された状態で各ネジ止めされる。これにより、各モータ側端子２３ａ，２３ｂ，２３ｃの位置がバスバーハウジング１４に近くなって、コネクタ２３及びモータケース１のレイアウトが容易になり、モータ５２のサイズをコンパクト化できる。また、バスバーのステータコイル５に接続する為の各端子１５ｄと各端子１５ａ，１５ｂ，１５ｃとの距離を長くすることにより、絶縁耐圧性能を確保することができる。
３つの孔１ａ，１ｂ，１ｃは、同一円周上に設けられている。

尚、モータケース１の底１ｄに設けられた３つの孔１ａ，１ｂ，１ｃ、及びエンドハウジング２０に各設けられた３つの孔に代えて、図１０に示すように、モータケース１の底１ｄに設けられた１つの長孔１ｅ、及びエンドハウジング２０に設けられた１つの長孔としても良い。また、コネクタ２３に代えてリード線を用いても良い。

エンドカバー２１は、モータケース１の底と略重なる形状で、モータケース１の底１ｄ、エンドハウジング２０及びレゾルバ１２を覆って、異物混入を防止する。エンドカバー２１は、上述したように、周縁部に設けられた３つの孔２４ａ、及び３つの孔２４ａ（図２）に各対応してモータケース１の底１ｄに設けられた３つの孔を貫通した各ネジ２４により、エンドハウジング２０に設けられた３つのネジ穴にネジ止めされている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のモータの外形を示す（ａ）裏面図及び（ｂ）側面図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のモータの回転軸を通る平面における側縦断面図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のモータのコネクタの端子付近で輪切りにした縦断面図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のモータのバスバー及びバスバーハウジングの外観を示す斜視図である。 ステータコイルのスター結線を示す回路図である。 バスバーハウジングの外形を示す（ａ）側面図及び（ｂ）底面図である。 コネクタのモータ側端子の外形を示す斜視図である。 コネクタのモータ側端子のモータへの取付け方法を示す説明図である。 モータケースの底及びエンドハウジングに各設けられた３つの孔の代替となる１つの長孔を示す説明図である。

符号の説明

１ モータケース、１ａ，１ｂ，１ｃ，２４ａ 孔、１ｄ （モータケースの）底、１ｅ 長孔、２ ブラケット、３ ステータコア、７ 回転軸、８ 出力軸側軸受、１２ レゾルバ（回転角センサ）、１４ バスバーハウジング、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ ネジ孔、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ （バスバーの）端子、１８ 反出力軸側軸受、２０ エンドハウジング、２１ エンドカバー、２２，２４ ネジ、２３ コネクタ、２３ａ，２３ｂ，２３ｃ （コネクタの）モータ側端子、５１ 駆動制御装置、５２ モータ（ブラシレスモータ）、５３ トルクセンサ、６７ 操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）。

Claims (5)

1. 車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用のブラシレスモータとを備え、該ブラシレスモータは、ステータコアの外周面を内周面で支持し、中央部に貫通孔を有する底が一方側の端部に設けられた円筒形状のモータケースと、他方側の出力軸側軸受を支持し、前記モータケースの他方側の開口部を塞ぐブラケットと、一方側の反出力軸側軸受を支持するエンドハウジングと、ステータコイルに各接続された複数のバスバーを収納する円環形状のバスバーハウジングと、ロータの回転位置を検出する回転角センサとを有し、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに応じた電流を流すように、前記ブラシレスモータを駆動する電動パワーステアリング装置において、
   前記エンドハウジングは、一方側の端部に鍔部が周設された円筒形状であり、前記鍔部が前記底に当接する迄、前記開口部から前記モータケース内に圧入又は挿入されており、前記バスバーハウジングは、前記エンドハウジングの円筒部の外周面に周設され、前記回転角センサは、前記円筒部に内設されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記モータケースはプレス成形され、前記ブラケット及びエンドハウジングは鋳造成形されている請求項１記載の電動パワーステアリング装置。
3. 前記エンドハウジングは、前記モータケースにネジ止めされている請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置。
4. 前記モータケースの底及び貫通孔を覆うエンドカバーを更に備え、該エンドカバー及び前記エンドハウジングは、共通の複数のネジにより前記モータケースにネジ止めされている請求項１乃至３の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ブラシレスモータは３相ブラシレスモータであり、前記バスバーは、ステータコイルをスター結線するように配設されており、電源を供給する為のコネクタ又はリード線が、前記モータケースの外周面の一方側に突設され、該コネクタ又はリード線の各端子は、前記外周面に設けられた孔を貫通して前記モータケース内に突出しており、前記モータケースの底及びエンドハウジングに各設けられた１又は複数の孔から挿通されたドライバにより、前記バスバーの各端子と各ネジでネジ止めされている請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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