JP5561301B2 - 駆動装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1には、EPSに適用される駆動装置が記載されている。この駆動装置は、車両のステアリングホイールに連結するコラム軸に設けられた減速ギヤにトルクを与え、操舵をアシストする。駆動装置は、モータ軸に対して垂直方向に設けられたコネクタが、車両の備える外部コネクタと接続する。車両の外部コネクタから駆動装置のコネクタを経由し、駆動装置のコントロールユニットにモータを駆動するための電流および信号が供給される。
特許文献1に記載の駆動装置はモータ軸に対して垂直方向にコネクタが設けられているので、この駆動装置をラックに取り付けると、駆動装置のコネクタと車両の外部コネクタとの接続が困難になることが懸念される。
また、ラックが配置される車両のエンジンルームは雨水に曝される場合があるので、特許文献1に記載の駆動装置をラックに取り付けると、コントロールユニットのカバーとコネクタとの隙間から、水または異物がカバーの内側に浸入するおそれがある。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、モータの出力部と反対側にコネクタを配置した駆動装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
これにより、径方向の体格の小さいモータコントロールユニットを有する駆動装置において、モータの出力部と反対側にコネクタが設けられる。このため、駆動装置が設置される空間がモータの回転軸の径方向に制限されている場合にも、駆動装置のコネクタと車両の外部コネクタとを容易に接続することが可能である。したがって、駆動装置は、車両への搭載性を高めることができる。
これにより、コネクタ基板および制御基板に信号配線を容易に実装することができる。したがって、製造コストを低減することができる。
(第1実施形態)
第1実施形態の駆動装置を図1〜図11に示す。本実施形態の駆動装置1は、運転者の操舵をモータの駆動力によりアシストするEPSに適用される。
図1および図2に示すように、駆動装置1は、モータ部2およびコントロールユニット3から構成される。駆動装置1は、車両の左右の操舵輪4を接続するラック5に対し、駆動装置1のモータ軸とラック5の軸とを平行にして取り付けられる。駆動装置1は、トルクを出力する出力部10がラック5を軸方向に移動させる減速機6にベルト20を介して連結されている。
運転者によってステアリングホイール7が操舵されると、その操舵によってステアリングシャフト8に生じるトルクがトルクセンサ9により検出される。駆動装置1は、トルクセンサ9から出力される信号、および図示しないCAN(Control Area Network)から伝送される車速信号などに基づき、操舵をアシストするためのトルクを発生する。このトルクは、駆動装置1の出力部10からベルト20を介して減速機6を経由しラック5に伝達される。
駆動装置1は、出力部10と反対側に設けられたコネクタ60に、車両の備える図示しない外部コネクタが接続される。車両の外部コネクタから駆動装置1のコネクタ60を経由し、駆動装置1を駆動するための電流および信号がコントロールユニット3に供給される。
コントロールユニット3は、モータ部2を駆動する電流が流れるパワー部11と、そのパワー部11の動作を制御する制御部30とから構成される。
パワー部11は、第1コンデンサ12、チョークコイル13、複数のインバータ回路14、15を形成する複数のスイッチング素子16〜21および第2コンデンサ22などから構成される。
電源リレー23、24およびスイッチング素子16〜21は、MOSFETであり、ゲート電圧により、ソース−ドレイン間がオンオフ制御される。電源リレー23、24は、スイッチング素子16〜21とチョークコイル13との間に設けられ、異常時にスイッチング素子16〜21を経由してモータ部2へ流れる電流を遮断可能である。
シャント抵抗25は、スイッチング素子19〜21とグランドとの間に接続されている。シャント抵抗25に印加される電圧または電流を検出することにより、モータ部2に流れる電流を検出可能である。
カスタムIC31は、レギュレータ36、回転角センサ信号増幅部37および検出電圧増幅部38等を含む半導体集積回路である。
レギュレータ36は、電源100から供給される電力を安定化する安定化回路である。レギュレータ36により、マイコン33は、安定した所定の電圧(例えば5V)で動作する。
回転角センサ信号増幅部37には、回転角センサ32から出力された信号が入力される。回転角センサ32は、モータ部2のシャフトに設けられた磁石の磁界内に設けられ、周囲の磁界の変化を検出する。回転角センサ32の出力する信号は、モータ部2のロータの回転角度に関する信号として回転角センサ信号増幅部37に伝送される。回転角センサ信号増幅部37は、回転角センサ32から伝送された信号を増幅し、マイコン33へ出力する。
検出電圧増幅部38は、シャント抵抗25の両端電圧を検出し、その検出した検出値を増幅し、マイコン33へ出力する。
マイコン33は、これらの信号が入力されると、ロータの回転角度に基づき、車速に応じてステアリング7の操舵をアシストするように、プリドライバ34、35を介してPWM制御により作り出されたパルス信号を生成する。このパルス信号は、2系統のインバータ回路14、15のスイッチング素子16〜21のオンオフの切り替え動作を制御する。また、マイコン33は、検出電圧増幅部38の信号に基づき、モータ部2へ供給する電流を正弦波に近づけるようインバータ回路14、15を制御する。これにより、モータ部2には、位相の異なる正弦波の電流が供給され、モータ部2のステータの巻線に回転磁界が生じる。この回転磁界によりモータ部2はトルクを発生し、運転者のステアリング7による操舵がアシストされる。
図3及び図4に示すように、モータ部2は、モータ80、モータケース90および出力部10などを有する。
モータ80は、ステータ81、ロータ82およびシャフト83から構成されている。
ステータ81は、突極及びスロットを周方向に交互に有している。ステータ81のスロットに巻線84が収容されている。巻線84は突極に巻回される。巻線84は、2系統の三相巻線を形成している。巻線84から取り出されたモータ端子85はコントロールユニット側へ延び、パワー基板42に接続されている。
ロータ82の回転中心にシャフト83が固定されている。シャフト83は、一端がフロントフレームエンド92に設けられた図示しない軸受に回転可能に支持され、他端がリアフレームエンド93に設けられた軸受94に回転可能に支持される。シャフト83の制御基板側の端部には、ロータ82の回転角を検出するための磁石99が設けられる。
スイッチング素子16〜21からモータ端子85を通じてステータ81の巻線84に通電されると、回転磁界が形成され、ロータ82及びシャフト83はステータ81に対して正回転または逆回転する。そして、シャフト83のフロントフレームエンド側に設けられた出力部10からベルト20を介してラック5の減速機6にトルクが出力される。
ヒートシンク44は、例えばアルミなどの熱伝導性の高い金属から形成され、リアフレームエンド93の出力部10とは反対側に取り付けられている。ヒートシンク44は、モータ80の回転軸を挟んで対称に設けられた2個の側壁部46、47を有する。一方の側壁部46の外壁に一方のパワーモジュール40が取り付けられ、他方の側壁部47の外壁に他方のパワーモジュール41が取り付けられる。ヒートシンク44は、2個のパワーモジュール40、41の発する熱を吸収可能である。
他方のパワーモジュール41は、他方のインバータ回路15を形成するスイッチング素子などを樹脂等の封止体で覆うことで構成される。一方のパワーモジュール40と他方のパワーモジュール41とは、実質的に同一の構成である。
パワー基板42には、上述したパワー部11を構成する第1コンデンサ12、チョークコイル13および第2コンデンサ22等が実装される。第2コンデンサ22は、2個の側壁部46、47の間に設けられる。パワー基板42には、車両の電源100からコネクタ60を経由して供給された電流を、2個のパワーモジュール40、41のスイッチング素子16〜21、および第2コンデンサ22を経由し、モータ部2の巻線84に流すことの可能な配線が設けられる。
制御基板43には、制御部30を構成するカスタムIC31、回転角センサ32、マイコン33およびプリドライバ34、35等が実装される。これにより、制御基板43には、制御回路が構成される。この制御回路は、コネクタ60に供給された信号などに基づき、2個のパワーモジュール40、41のスイッチング素子16〜21のオンオフの切り替え動作を制御する。
コネクタ60とパワーモジュール40、41とをモータ80の回転軸に垂直な仮想平面に投影した場合、パワーコネクタ62、センサコネクタ63および信号コネクタ64の一部または全部は、一方のパワーモジュール40と他方のパワーモジュール41との間に位置する。
コンポーネントキャリア61は、モータ80の回転軸に対し略垂直に延びる略矩形の平板部65と、この平板部65の矩形角部分からヒートシンク側に延びる4本の足部66を有する。足部66の軸方向に設けられた孔にボルト67が差し込まれる。このボルト67は、ヒートシンク44の軸方向に設けられた孔を通り、リアフレームエンド93のめねじに螺合する。これにより、コンポーネントキャリア61とヒートシンク44とリアフレームエンド93とが固定される。
カバー70は、出力部10と反対側にコネクタ60が通る孔72を有する。コネクタ60は、カバー70の内側からその孔72を通り、出力部10と反対側に延びている。
カバー70の孔72の径外側を取り囲み、コンポーネントキャリア61の平板部65とカバー70との間にシール部材73が設けられている。図6では、シール部材73が設けられる位置を破線および実線で示している。シール部材73は、例えばFIPG(Formed In Place Gasket)などの液状ガスケットである。シール部材73は、カバー70がリアフレームエンド93に取り付けられる前に、コンポーネントキャリア61の平板部65またはカバー70の内壁に、液状の状態で塗布される。その後、カバー70がねじ71によってコンポーネントキャリア61に取り付けられると、シール部材73は、カバー70とコンポーネントキャリア61との間に密着する。
コネクタ基板68には、パワーコネクタ62の電源端子621、センサコネクタ63の信号端子631、および、信号コネクタ64の信号端子641が接続される。コネクタ基板68は、多層基板であり、電源端子621、信号端子631、641に接続する配線が積層される。信号端子631、641または電源端子621に接続するコネクタ基板68の配線は、コネクタ基板68の内部で取り回され、後述する信号配線50または接続端子55が接続するために好適な位置に配置される。
図8では、コントロールユニット3に取り付け前の信号配線50を示す。
信号配線50は、複数のターミナル51と、その複数のターミナル51を一体にモールドするモールド樹脂52とを有する。モールド樹脂52は、複数のターミナル51が曲折する個所を除き、複数のターミナル51が一体となるようにモールドしている。また、複数のターミナル51は、曲折する個所の肉厚が小さい切欠部53を有する。
一方、パワー基板42には、電源100およびグランドに対応する2本のパワー配線56が実装されている。この2本のパワー配線56は、樹脂561により一体にモールドされている。接続端子55およびパワー配線56には、図示しない孔が設けられている。接続端子55およびパワー配線56の孔にボルト57が差し込まれ、そのボルト57にナット58が螺合することで、接続端子55とパワー配線56とが電気的に接続される。接続端子55とパワー配線56とが接続する接続部59は、コンポーネントキャリア61に支持されている。これにより、ボルト57とナット58との螺合、すなわち、接続端子55とパワー配線56との接続を容易に行うことが可能である。なお、接続端子55とパワー配線56とは、溶接により接続してもよい。
図9に示すように、第1実装工程において、コネクタ基板68のスルーホールに対し、信号配線50のターミナル51の一端、チョークコイル13のリード、第1コンデンサ12のリードを一方向から挿し込む。信号配線50は、複数のターミナル51がモールド樹脂52によって一体にモールドされているので、コネクタ基板68に対して直立する。
なお、このとき、コネクタ基板68のスルーホールに、パワーコネクタ62の電源端子621、センサコネクタ63の信号端子631、および、信号コネクタ64の信号端子641を、信号配線50と同一方向から挿し込んでもよい。
続いて、コネクタ基板68に、信号配線50のターミナル51、チョークコイル13のリードおよび第1コンデンサ12のリードなどを一方向からはんだ付けする。すなわち、信号配線50のターミナル51の一端を挿し込んだ方向と反対方向からはんだ付けする。これにより、コネクタ基板68に信号配線50、チョークコイル13および第1コンデンサ12などが、一工程で実装される。なお、信号配線50は、コネクタ基板68のはんだ付けを行う面とは反対側に直立しており、はんだ付けの支障となることがない。
続いて図11に示すように、所定のモールド樹脂52とモールド樹脂52との間で、信号配線50のターミナル51をコネクタ基板68と垂直な方向へ折り曲げる。
最後に図7に示すように、第2実装工程において、信号配線50のターミナル51の他端を、制御基板43のスルーホールに挿し込み、はんだ付けにより制御基板43に実装する。これにより、信号配線50は、制御基板43の制御回路とコネクタ基板68とを電気的に接続する。
(1)本実施形態では、駆動装置1のコントロールユニット3は、コンポーネントキャリア61からカバー70の孔72を通り、出力部10と反対側に延びるコネクタ60を備える。これにより、駆動装置1が設置される空間がモータ軸の径方向に制限されている場合にも、駆動装置1のコネクタ60と車両の外部コネクタとを容易に接続することが可能である。したがって、駆動装置1は、車両への搭載性を高めることができる。
(2)本実施形態では、FIPGなどの液状ガスケットからなるシール部材73が、コネクタ60を囲み、コンポーネントキャリア61とカバー70との間に設けられる。これにより、コンポーネントキャリア61とカバー70との隙間から水又は異物がケース内に浸入することが防がれる。したがって、駆動装置1を車両のエンジンルームなどに取り付けることが可能になる。
(3)本実施形態では、スイッチング素子16〜21を含むパワーモジュール40、41とコネクタ60とをモータ軸に垂直な仮想平面に投影した場合、コネクタ60の一部または全部が一方のパワーモジュール40と他方のパワーモジュール41との間に位置する。これにより、コネクタ60の周囲のコンポーネントキャリア61にシール部材73を塗布する領域が広くなる。したがって、駆動装置1は、防水性および防塵性を高めることができる。
(4)本実施形態では、コネクタ基板68は、コネクタ60の信号端子631、641および信号配線50に電気的に接続される。コネクタ基板68を使用することにより、信号端子631、641と信号配線50とを接続する配線をコネクタ基板68の内部で容易に取り回すことが可能になる。したがって、駆動装置1の製造コストを低減すると共に、その体格を小型化することができる。
(5)本実施形態では、信号配線50は、モータ軸方向から見て一方のパワーモジュール40と他方のパワーモジュール41とが向き合う方向に対して垂直な方向に位置する。これにより、信号配線50とパワーモジュール40、41との距離が遠くなるので、パワーモジュール40、41を流れる大電流から生じる電磁波が信号配線50に与える影響を低減することができる。
(6)本実施形態では、信号配線50は、一端がコネクタ側からコネクタ基板68のスルーホールに挿し込まれ、コネクタ基板68に対して直立した状態で、コネクタ基板68に実装される。その後、信号配線50は、制御基板側に曲げられてモータ軸と平行に延び、他端が制御基板43に実装される。これにより、コネクタ60の信号端子631、641と信号配線50とを同一方向からコネクタ基板68に実装することが可能になる。このため、コネクタ60の信号端子631、641と信号配線50とをコネクタ基板68に一工程ではんだ付けすることができる。また、信号配線50は、コネクタ基板68のはんだ付けを行う面とは反対側に直立するので、はんだ付けの支障となることがない。
(7)本実施形態では、信号配線50は、複数のターミナル51と、その複数のターミナル51が曲折する個所を除き複数のターミナル51を一体にモールドするモールド樹脂52とを有する。これにより、複数のターミナル51をコネクタ基板68または制御基板43に一度に取り付けることが可能となる。また、信号配線50をコネクタ基板68に実装した後、複数のターミナル51を一度に折り曲げることが可能となる。したがって、信号配線50を取り付ける際の作業性を向上することができる。
(8)本実施形態では、複数のターミナル51は、曲折する個所の肉厚が小さい切欠部53を有する。これにより、複数のターミナル51を定められた位置で容易に折り曲げることができる。
本発明の第2実施形態による駆動装置を図12および図13に示す。第2実施形態において、上述した第1実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態では、信号配線500は、フレキシブルフラットワイヤである。図13では、コントロールユニット3に取り付け前のフレキシブルフラットワイヤを示している。フレキシブルフラットワイヤは、複数の平板状の導体510を紙などの絶縁体520で被覆したものである。図12に示すように、信号配線500は、一端が制御基板43にコネクタ側から実装され、制御基板側へ曲折し、他端が制御基板43に実装されている。信号配線500は、制御基板43の制御回路とコネクタ基板68とを電気的に接続する。
第2実施形態では、信号配線500およびパワー配線560にフレキシブルフラットワイヤを使用することで、信号配線500の取り回しが容易になる。したがって、信号配線500およびパワー配線560を取り付ける際の作業性を向上し、コントロールユニット3の組付け工数を低減することができる。
上述した実施形態では、車両のラックの軸と平行に取り付けられる駆動装置1について説明した。これに対し、他の実施形態では、駆動装置は、車両のコラム軸に取り付けられるものであってもよい。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
10・・・出力部
42・・・パワー基板
43・・・制御基板
44・・・ヒートシンク
60・・・コネクタ
61・・・コンポーネントキャリア
70・・・カバー
80・・・モータ
90・・・モータケース
Claims (11)
- モータ(80)と、
前記モータを収容するモータケース(90)と、
前記モータケースから前記モータの回転軸方向の一方に突出し、前記モータのトルクを出力する出力部(10)と、
前記モータケースの前記出力部と反対側に設けられるヒートシンク(44)と、
前記モータを駆動するための電流が供給される電源端子(621)、及び、前記モータの駆動を制御するための信号が供給される信号端子(631,641)を有し、前記ヒートシンクから見て前記出力部と反対側に設けられたコネクタ(60)と、
前記コネクタと一体で形成され、前記ヒートシンクに取り付けられるコンポーネントキャリア(61)と、
前記ヒートシンクに取り付けられ、前記コネクタの電源端子に供給された電流を前記モータを駆動する電流に変換する複数のスイッチング素子(16〜21)と、
前記ヒートシンクの前記出力部と反対側に設けられ、前記コネクタの前記電源端子から前記スイッチング素子を経由して前記モータを駆動する電流が流れる配線を有するパワー基板(42)と、
前記ヒートシンクの前記出力部側に設けられ、前記コネクタの前記信号端子に供給された信号に基づき前記スイッチング素子の動作を制御する制御回路を有する制御基板(43)と、
有底筒状に形成されたカバーであって、前記ヒートシンク、前記コンポーネントキャリア、前記スイッチング素子、前記制御基板および前記パワー基板を収容し、前記出力部と反対側に前記コネクタが通る孔(72)を前記有底筒状の底部に有するカバー(70)と、を備え、
前記コネクタは、前記コンポーネントキャリアから前記カバーの前記底部に設けられた前記孔を通り、前記出力部と反対側に延びることを特徴とする駆動装置(1)。 - 前記コネクタを取り囲み、前記コンポーネントキャリアと前記カバーとの間に設けられたシール部材(73)を備えることを特徴とする請求項1に記載の駆動装置。
- 前記ヒートシンクは、前記モータの回転軸に対して対称に配置された複数の側壁部(46,47)を有し、
複数の前記スイッチング素子は複数の前記側壁部に取り付けられ、
前記コネクタと前記スイッチング素子とを前記モータの回転軸に垂直な仮想平面に投影した場合、前記コネクタの一部または全部が一方の前記スイッチング素子と他方の前記スイッチング素子との間に位置することを特徴とする請求項2に記載の駆動装置。 - 前記コンポーネントキャリアの前記制御基板側に設けられ、前記コネクタの前記信号端子が電気的に接続されるコネクタ基板(68)と、
前記制御基板の前記制御回路と前記コネクタ基板とを電気的に接続する信号配線(50,500)と、を備え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。 - 前記信号配線は、一端が前記コネクタ側から前記コネクタ基板に実装され、前記制御基板側へ曲折して前記モータの回転軸と平行に延び、他端が前記制御基板に実装されることを特徴とする請求項4に記載の駆動装置。
- 前記信号配線は、前記モータの回転軸方向から見て、一方の前記スイッチング素子と他方の前記スイッチング素子とが向き合う方向に対して垂直な方向に位置することを特徴とする請求項4または5に記載の駆動装置。
- 前記信号配線(50)は、複数のターミナル(51)と、複数の前記ターミナルが曲折する個所を除き複数の前記ターミナルを一体にモールドするモールド樹脂(52)とを有することを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 複数の前記ターミナルは、曲折する個所の肉厚が小さい切欠部(53)を有することを特徴とする請求項7に記載の駆動装置。
- 前記信号配線(500)は、フレキシブルフラットワイヤであることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の駆動装置。
- 前記コネクタの前記電源端子に電気的に接続された接続端子(55)と、
前記パワー基板から延びるパワー配線(56)と、
前記接続端子と前記パワー配線とを接続する接続部(59)と、を備え、
前記接続部(59)は、前記コンポーネントキャリアに支持されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の駆動装置。 - 請求項4〜8のいずれか一項に記載の駆動装置の製造方法において、
前記コネクタ基板の前記コネクタ側から前記信号配線の一端を挿し込み、前記コネクタ基板に対して前記信号配線が直立した状態で前記コネクタ基板と前記信号配線とをはんだ付けする第1実装工程と、
前記信号配線を前記制御基板側へ折り曲げる折曲工程と、
前記信号配線の他端を前記制御基板に実装する第2実装工程と、を含むことを特徴とする駆動装置の製造方法。
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