JP2012152091A - 駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動装置1は、モータ2と、コントロールユニット3と、カラム19と、スルーボルト53と、を備える。カラム19は、モータケース10の周壁11の外径より径方向内側であって、モータケース10のコントロールユニット3側に形成されるコントロールユニット側壁部15に設けられる。スルーボルト53は、カラム19と締結されることにより、モータ2とコントロールユニット3とを接続する。コントロールユニット3がモータ2の軸方向の一側に配置され、モータ2とコントロールユニットとがモータケース10の外径より径方向内側に設けられるカラム19とスルーボルト53との締結により接続されるので、径方向における装置全体の体格を小型化することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、径方向における体格を小型化可能な駆動装置を提供することにある。
本発明では、コントロールユニットがモータの軸方向の一側に配置され、モータとコントロールユニットとがモータケースの外径より径方向内側に設けられる第1の締結部材と第2の締結部材との締結により接続されるので、径方向における装置全体の体格を小型化することができる。
請求項3に記載の発明では、位置決め部は、保持部材と嵌り合う形状に形成される。これにより、モータとコントロールユニットとの径方向位置を適切に位置決めすることができる。
請求項5に記載の発明では、被検出部材および回転角センサは、シャフトの回転中心線上に同軸に設けられる。これにより、回転角センサによりシャフトの回転角を精度よく検出することができる。特に、請求項2または3の構成を採用すれば、被検出部材と回転角センサとの軸ずれが抑制されるので、より精度よくシャフトの回転角を検出することができる。
請求項7に記載の発明では、第2の締結部材は、雄ねじ部を有する。第1の締結部材は、モータケースのコントロールユニット側壁部に形成されるカラム取付孔に設けられ、雄ねじ部と締結される雌ねじ部を有するカラムである。これにより、モータとコントロールユニットとを容易に接続することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態による駆動装置を図1〜図16に基づいて説明する。駆動装置1は、電動パワーステアリング装置(以下、「EPS」という。)に適用される。駆動装置1は、モータ2およびコントロールユニット3を備える。
図1に示すように、駆動装置1は、車両のステアリング5の回転軸たるコラム軸6に取り付けられたギア7を介しコラム軸6に回転トルクを発生させ、ステアリング5による操舵をアシストする。具体的には、ステアリング5が運転者によって操作されると、当該操作によってコラム軸6に生じる操舵トルクをトルクセンサ8によって検出し、また、車速情報を図示しないCAN(Controller Area Network)から取得して、運転者のステアリング5による操舵をアシストする。もちろん、このような機構を利用すれば、制御手法によっては、操舵のアシストのみでなく、高速道路における車線キープ、駐車場における駐車スペースへの誘導など、ステアリング5の操作を自動制御することも可能である。
一方のインバータ80は、電界効果トランジスタの一種であるMOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor、以下、「MOS」という。)81〜86を有している。MOS81〜86は、ゲート電位により、ソース−ドレイン間がON(導通)またはOFF(遮断)される。なお、MOS81〜86が「スイッチング素子」に対応している。
MOS82は、ドレインが電源ライン側に接続され、ソースがMOS85のドレインに接続されている。MOS85のソースは、グランドに接続されている。MOS82とMOS85との接続点は、モータ2のV相コイルに接続されている。
MOS83は、ドレインが電源ラインに接続され、ソースがMOS86のドレインに接続されている。MOS86のソースは、グランドに接続されている。MOS83とMOS86との接続点は、モータ2のW相コイルに接続されている。
レギュレータ部95は、電源を安定化する安定化回路である。レギュレータ部95は、各部へ供給される電源の安定化を行う。例えばマイコン94は、このレギュレータ部95により、安定した所定電圧(例えば5V)で動作することになる。
回転角センサ信号増幅部96には、回転角センサ93からの信号が入力される。回転角センサ93は、モータ2の回転位置信号を検出し、検出された回転位置信号は、回転角センサ信号増幅部96に送られる。回転角センサ信号増幅部96は、回転位置信号を増幅してマイコン94へ出力する。
検出電圧増幅部97は、シャント抵抗99の両端電圧を検出し、当該両端電圧を増幅してマイコン94へ出力する。
また、マイコン94は、検出電圧増幅部97から入力されるシャント抵抗99の両端電圧に基づき、モータ2へ供給する電流を正弦波に近づけるべくインバータ80を制御する。なお、制御部90は、インバータ89についてもインバータ80と同様に制御する。
まず、図2および図4に基づいて、モータ2について説明する。モータ2は、モータケース10、巻線22が巻回されるステータ20、ロータ25、シャフト27等を備えている。
モータ2の外郭を形成するモータケース10は、周壁11およびコントロールユニット側壁部15を有し、鉄等により有底円筒状に形成される。周壁11のコントロールユニット側壁部15の反対側には、鍔部12が形成され、アルミ等により形成されるフレームエンド13がねじ14により固定される。コントロールユニット側壁部15には、モータ2とコントロールユニット3とを直接接続するためのカラム19が設けられる。
コントロールユニット3は、外部の電子部品との接続に係るコネクタ45、79等の部品以外のほとんどの構成がモータケース10を軸方向に投影した領域であるモータケース領域に収まるように設けられている。図9および図10に示すように、コントロールユニット3は、軸方向において、モータ2側から、制御基板40、ヒートシンク50およびパワーモジュール60、パワー基板70がこの順で配列されている。すなわち、軸方向において、モータケース10、制御基板40、ヒートシンク50およびパワーモジュール60、パワー基板70が、この順で配列されている。
制御端子64は、モールド部61の幅広面の長手方向に垂直な面に形成される。また、パワー端子65は、制御端子64が設けられる面と平行な面に形成される。本実施形態では、パワーモジュール60は、制御端子64が制御基板40側、パワー端子65がパワー基板70側となるように、ヒートシンク50の受熱部55に沿って縦配置される。すなわち、制御端子64が制御基板40側に突設され、パワー端子65がパワー基板70側に突設される。
チョークコイル76、および、コンデンサ77、78は、ヒートシンク50の内側に形成される空間に配置される。また、軸方向において、チョークコイル76、コンデンサ77、78、パワーコネクタ79は、パワー基板70と制御基板40との間に設けられる。
コンデンサ77、78は、いずれもアルミ電解コンデンサである。なお、4つのコンデンサ78は、コンデンサ77よりも電気的な容量が大きいものが用いられる。なお、コンデンサ77、78は、アルミ電解コンデンサに限らず、容量等に応じて適宜選択可能である。
本実施形態では、パワーコネクタ79は、軸方向において制御コネクタ45よりもモータ2の反対側にずれて設けられている。そのため、ホルダ30の壁部31には、コントロールユニット3側へ突出する突出部32が、制御コネクタ45とパワーコネクタ79とのモータ2側の段差に対応する形状に形成されている。
カラム19と位置決め部152との間には、ヒートシンク50の脚部51が嵌り合う。脚部51の位置決め部152側の側面511は、切削等により位置決め部152のカラム19側の面153と当接するように形成される。脚部51の位置決め部152側の側面511と、位置決め部152のカラム19側の面153とが当接することにより、モータ2のモータケース10とコントロールユニット3のヒートシンク50との径方向位置が位置決めされる。これにより、モータ2とコントロールユニット3とが同軸に配置される。
制御基板40上のマイコン94は、回転角センサ93、トルクセンサ8、シャント抵抗99等からの信号に基づき、車速に応じてステアリング5の操舵をアシストするように、プリドライバ91を介してPWM制御により作出されたパルス信号を生成する。
すなわち、巻線22に通電される巻線電流により、モータ2を駆動している。この意味で、巻線22に通電される巻線電流は、モータ2を駆動する駆動電流である、といえる。
本実施形態では、コントロールユニット3がモータ2の軸方向の一側に配置され、モータ2とコントロールユニットとがモータケース10の外径より径方向内側に設けられるカラム19とスルーボルト53との締結により接続されるので、径方向における装置全体の体格を小型化することができる。
また、カラム19は、軸方向においてコントロールユニット3と反対側の端部を閉塞する閉塞部192を有する。これにより、カラム19とスルーボルト53とを締結することにより生じる切粉等の異物がモータケース10内部に侵入するのを抑制することができる。
本発明の第2実施形態による駆動装置を図17〜図24に基づいて説明する。図17、図19〜図23は駆動装置1の全体を示した図である。また、図18は図17のXVIII−XVIII線断面図であり、図24は図18のXXIV−XXIV線断面に対応する断面図である。
本実施形態による駆動装置200は、上記実施形態とは主にコントロールユニット3のカバー部材210が異なる。
本実施形態のカバー部材210は、エンドカバー211、コネクタホルダ220、ホルダ230を有する。カバー部材210は、径方向内側に、制御基板40、ヒートシンク50およびパワーモジュール60、および、パワー基板70等を収容する。
なお、本実施形態のスルーホール52は、エンドカバー211側にて略円形に形成されており、モータ2側にて径方向外側に開口する断面視略C字状に形成される(図18、図24等参照)。換言すると、ヒートシンク50の脚部51は、モータ2側にて径方向外側が切り欠かれている。
また、エンドカバー211の外周には、モータ2側に突出する係合部215が形成される。本実施形態では、係合部215は4箇所に形成される。係合部215には、係合穴216が形成される。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では、第1の締結部材は、雌ねじが形成されるカラムであり、第2の締結部材は、雄ねじが形成されたスルーボルトであった。他の実施形態では、第1の締結部材を雄ねじとし、第2の締結部材を雌ねじとしてもよい。
上記実施形態では、位置決め部は、突起状に形成されていたが、ヒートシンクとインローを形成すれば、どのような形状であってもよく、例えば溝状に形成してもよい。また、位置決め部により位置決めされるコントロールユニット側の部材は、ヒートシンクに限らず、他の部材であってもよい。
上記実施形態では、ホルダは樹脂により形成されていたが、金属等の他の材料で形成してもよい。
上記実施形態では、パワーモジュールは複数のスイッチング素子を有し、1系統が1つのモジュールとして形成されていたが、スイッチング素子ごとに別々の半導体モジュールとしてもよい。また、上記実施形態では、パワーモジュールがヒートシンクの受熱部に沿って縦配置されていたが、モータの回転軸と垂直に配置する等、どのような角度で配置してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
2・・・モータ
3・・・コントロールユニット
10・・・モータケース
11・・・周壁
15・・・コントロールユニット側壁部
18・・・カラム取付孔
19・・・カラム(第1の締結部材)
191・・・雌ねじ部
192・・・閉塞部
20・・・ステータ
22・・・巻線
23・・・取出線
25・・・ロータ
27・・・シャフト
28・・・マグネット(被検出部)
30・・・ホルダ
40・・・制御基板(基板)
50・・・ヒートシンク(保持部材)
51・・・脚部
52・・・スルーホール(挿入部)
53・・・スルーボルト(第2の締結部材)
60・・・パワーモジュール(半導体モジュール)
70・・・パワー基板
81〜86・・・MOS(スイッチング素子)
93・・・回転角センサ
110・・・カバー部材
200・・・駆動装置
211・・・エンドカバー
Claims (9)
- 外郭を形成する筒状のモータケース、前記モータケースの径方向内側に配置され複数相を構成するよう巻線が巻回されるステータ、前記ステータの径方向内側に配置され前記ステータに対して相対回転可能に設けられるロータ、および前記ロータとともに回転するシャフトを有するモータと、
前記巻線への通電を切り替えるスイッチング素子を有する半導体モジュール、前記半導体モジュールを保持する保持部材、および、前記半導体モジュールと電気的に接続する基板を有し、前記モータの軸方向の一側に配置されるコントロールユニットと、
前記モータケースの周壁の外径より径方向内側であって、前記モータケースの前記コントロールユニット側に形成されるコントロールユニット側壁部に設けられる第1の締結部材と、
前記第1の締結部材と締結されることにより、前記モータと前記コントロールユニットとを接続する第2の締結部材と、
を備えることを特徴とする駆動装置。 - 前記コントロールユニット側壁部の前記コントロールユニット側の面には、前記モータと前記コントロールユニットとの径方向位置を位置決めする位置決め部が形成されることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
- 前記位置決め部は、前記保持部材と嵌り合う形状に形成されることを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。
- 前記モータケースの前記コントロールユニット側壁部には、前記シャフトの前記コントロールユニット側の端部を前記コントロールユニット側に露出するシャフト孔が形成され、
前記シャフトの前記コントロールユニット側の端部には、前記シャフトと一体となって回転する被検出部材が設けられ、
前記基板は、前記被検出部材と対向する位置に設けられ、前記シャフトの回転角を検出する回転角センサを有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の駆動装置。 - 前記被検出部材および前記回転角センサは、前記シャフトの回転中心線上に同軸に設けられることを特徴とする請求項4に記載の駆動装置。
- 前記保持部材は、前記モータケースの前記コントロールユニット側壁部と接する脚部を有し、
前記脚部には、前記モータの軸方向に貫通し、前記モータ側から前記第1の締結部材が挿入され、前記モータの反対側から前記第2の締結部材が挿入される挿入部が形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の駆動装置。 - 前記第2の締結部材は、雄ねじ部を有し、
前記第1の締結部材は、前記モータケースの前記コントロールユニット側壁部に形成されるカラム取付孔に設けられ、前記雄ねじ部と締結される雌ねじ部を有するカラムであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の駆動装置。 - 前記第1の締結部材は、軸方向において前記コントロールユニットと反対側の端部を閉塞する閉塞部を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 前記コントロールユニットは、軸方向において前記モータの反対側の外郭を形成するエンドカバーを有し、
前記第2の締結部材は、前記エンドカバーを挟んで前記第1の締結部材と締結されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の駆動装置。
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