WO2024057683A1

WO2024057683A1 - 電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置

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Publication number: WO2024057683A1
Application number: PCT/JP2023/025060
Authority: WO
Inventors: 啓二濱田
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2022-09-14
Filing date: 2023-07-06
Publication date: 2024-03-21

Abstract

外径サイズの小型化が図れ、電源ハーネスや信号ハーネスのレイアウト変更も可能な電動駆動装置を提供する。　電動駆動装置は、モータと制御ユニットがモータ出力軸と同軸上に一体化されたものである。制御ユニットは、モータの出力側とは反対側に配置され、ワイヤハーネスを介して外部と電気的に接続される。この電動駆動装置は、相手コネクタと接続されるコネクタ接続間口が形成された第１及び第２コネクタ部を有するコネクタブロックと、第１及び第２コネクタ部の接続端子がそれぞれ電気的に接続される回路基板とを有する。第２コネクタ部は、第１コネクタ部が位置するコネクタ形成面とは異なる外装面、または回路基板を覆う外装面とは異なる外装面に配置される。

Description

電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置

　本発明は、モータとこのモータの駆動を制御する制御ユニットが一体化された電動駆動装置、及びこの電動駆動装置を用いて車輌のステアリング装置の操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置に関する。更に詳しくは、電動駆動装置におけるコネクタのレイアウトに関する。

　従来、電動パワーステアリング装置において、モータの駆動を制御する制御ユニットは、多数のセンサ系、信号系及び電源系のハーネスに対応する複数のコネクタを備えている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１では、各コネクタをモータ回転軸方向に配置し、イグニッション系コネクタとセンサ系コネクタは、モータの回転軸方向に間口を向けている。また、バッテリ系コネクタの間口の角度を変えて外径方向に向けている。

特開２０１８－８８８１３号公報

　ところで、電動パワーステアリング装置の構成部品となる電動駆動装置（電動パワーパック）では、コネクタレイアウトと基板実装レイアウトが外径サイズアップの大きな要因となっている。特に、現状では、量産品のコネクタレイアウトの影響により、外径サイズが大きくなっている。
　しかも、電動パワーステアリング装置においては、冗長化が進んでおり、各回路や電子部品、センサなどが二重系統で実装される。これに伴い、コネクタ間口が増加するため、更なる外径サイズアップとなる。

　しかしながら、上記特許文献１に記載されているような従来の電動パワーステアリング装置では、モータの回転軸方向にコネクタが集約しており、外径サイズの縮小化が困難である。また、回転軸向きのコネクタが干渉し、横向きのコネクタの間口方向が制約される惧れがある。

　本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、外径サイズの小型化が図れ、電源ハーネスや信号ハーネスのレイアウト変更も可能な電動駆動装置、及びこの電動駆動装置を用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

　本発明の一側面によれば、モータと制御ユニットがモータ出力軸と同軸上に一体化され、前記制御ユニットが前記モータの出力側とは反対側に配置されて、ワイヤハーネスを介して外部と電気的に接続される電動駆動装置であって、前記制御ユニットは、相手コネクタと接続されるコネクタ接続間口が形成された第１コネクタ部及び第２コネクタ部を有するコネクタブロックと、前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部の接続端子がそれぞれ電気的に接続された回路基板とを有し、前記第２コネクタ部が、前記第１コネクタ部が位置するコネクタ形成面とは異なる外装面、または前記回路基板を覆う外装面とは異なる外装面に配置された、ことを特徴とする電動駆動装置が提供される。
　また、本発明の他の一側面によれば、上記電動駆動装置における前記モータを用いてステアリング装置に操舵力を与える、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置が提供される。

　本発明では、コネクタ形成面を変更してコネクタ間口の突出方向を二方向とし、コネクタの一部をコネクタ形成面とは異なる外装面、または回路基板を覆う外装面とは異なる外装面に配置することで、外装の外径サイズの小型化が図れる。また、コネクタ間口の突出方向が二方向であることから、車輌レイアウトに応じて電源ハーネス、信号ハーネスのレイアウト変更も可能となる。
　従って、本発明によれば、外径サイズの小型化が図れ、電源ハーネスや信号ハーネスのレイアウト変更も可能な電動駆動装置、及びこの電動駆動装置を用いた電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る電動駆動装置の外観斜視図である。図１に示した電動駆動装置を第１コネクタ側から見た平面図である。図２における外装カバー内部の回路基板と、この回路基板に実装される電子部品の配置について説明するための平面図である。図２のＡ－Ａ’線に沿った断面図である。本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１に示した電動駆動装置の電動パワーステアリング装置への取り付けについて説明するための図である。本発明の実施形態に係る電動駆動装置の第１の変形例について説明するための図である。本発明の実施形態に係る電動駆動装置の第２の変形例について説明するための図である。本発明の実施形態に係る電動駆動装置の第３の変形例について説明するための図である。

　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る電動駆動装置（電動パワーパック）の外観斜視図である。また、図２は、図１に示した電動駆動装置を第１コネクタ側から見た平面図である。
　図１に示すように、電動パワーパック（ＥＰＰ）１０は、円柱状をなしており、モータ２０と制御ユニット３０とをモータ出力軸２１と同軸上（回転軸線方向Ｘ）に一体化したものである。そして、モータ２０の出力側とは反対側に制御ユニット３０を配置する。この制御ユニット３０が、図示しないワイヤハーネスにより外部、例えば電源、車輌内通信（ＣＡＮ：Controller Area Network）用の電子機器、トルクセンサなどに電気的に接続され、モータ２０の駆動が制御される。

　制御ユニット３０の外装カバー（外装部材）１３には、第１コネクタ部１１と第２コネクタ部１２を有するコネクタブロックが設けられている。この外装カバー１３の制御ユニット３０側には、相手コネクタと接続されるコネクタ接続間口（第１コネクタ部１１）が形成されている。外装カバー１３は、円筒状の曲面を持った側面を有し、この側面において第２コネクタ部１２が突出する位置が平面状に形成され、相手コネクタと接続されるコネクタ接続間口が形成されている。第１コネクタ部１１は電源と車輌内通信用の接続端子１１－１，１１－２を有し、第２コネクタ部１２はステアリングシャフトに掛かるトルクを検出するトルクセンサ用の接続端子１２－１，１２－２を有している。

　モータ２０の回転軸線方向をＸとし、この回転軸線に垂直な方向をＹとしたとき、第１コネクタ部１１はＸ方向の外装面から突出し、第２コネクタ部１２はＹ方向の外装面から突出している。すなわち、第２コネクタ部１２が、第１コネクタ部１１が位置するコネクタ形成面とは異なる外装面、または回路基板１４を覆う外装面とは異なる外装面に配置されている。第１コネクタ部１１と第２コネクタ部１２の周囲の外装面には、液状硬化シール材１１ａ，１２ａが塗布され、外装カバー１３内部の制御ユニット３０やモータ２０の防水性と気密性が保持されている。

　コネクタブロックは、電動パワーパック１０の相手コネクタに接続されるコネクタ接続間口となる。これら第１コネクタ部１１の接続端子１１－１，１１－２はそれぞれ、図３に示す回路基板１４の電子回路と電気的に接続されており、第２コネクタ部１２の接続端子１２－１，１２－２はそれぞれ、回路基板１４内部に形成されたバスを介して回路基板１４の電子回路と電気的に接続されている。

　本例では、第１コネクタ部１１は、電源の供給に用いられる接続端子１１－１と、ＣＡＮ通信用の接続端子１１－２を備える。一方、第２コネクタ部１２は、ステアリング装置に設けられた２つのトルクセンサ用の接続端子１２－１，１２－２を備える。そして、第２コネクタ部１２を正面視したとき、第１コネクタ部１１の接続端子１１－１，１１－２が、Ｘ方向とＹ方向それぞれに直交するＺ方向に並んで配置されている。

　図３は、図２における外装カバー１３の内部の回路基板１４と、この回路基板１４に実装される電子部品の配置について説明するための平面図である。本例では、一枚の回路基板１４に、一点鎖線Ａ－Ａ’で示す中心線に対して、電子部品やセンサなどを対称配置して実装し、第１系統と第２系統の二重系統の回路を形成するレイアウトを示している。また、図４は、図２のＡ－Ａ’線に沿った断面図である。

　回路基板１４には、破線で囲んで示すように、制御回路エリア１４ａ、電源回路エリア１４ｂ及び電力変換回路エリア１４ｃが設けられている。制御回路エリア１４ａの第１系統領域には、マイクロコンピュータ３１とプリドライバ３２が実装されている。同様に、制御回路エリア１４ａの第２系統領域には、マイクロコンピュータ３３とプリドライバ３４が実装されている。電源回路エリア１４ｂの第１系統領域には、ＭＯＳＦＥＴ３５、モータコイル３６及びホールＩＣ３７などが実装されている。同様に、電源回路エリア１４ｂの第２系統領域には、ＭＯＳＦＥＴ３８、モータコイル３９及びホールＩＣ４０などが実装されている。電力変換回路エリア１４ｃの第１系統領域には、電解コンデンサ４１とコイル４２などが実装されている。同様に、電力変換回路エリア１４ｃの第２系統領域には、電解コンデンサ４３とコイル４４などが実装されている。ここで、ホールＩＣ３７，４０と電解コンデンサ４１，４３は、１個で表記されているが、２個のホール素子や電解コンデンサが実装されている。

　図４に示すように、回路基板１４には、基板両面に回路パターンが形成され、電子部品やセンサ等を実装することで、製品（外装カバー）の外径サイズの更なる小型化が図られている。また、第１コネクタ部１１の接続端子１１－１，１１－２はそれぞれ、回路基板１４の表面側で制御回路エリア１４ａ、電源回路エリア１４ｂ及び電力変換回路エリア１４ｃの第１、第２系統の回路に接続される。一方、第２コネクタ部１２の接続端子１２－１，１２－２はそれぞれ、回路基板１４内部に形成されたバスを介して、制御回路エリア１４ａ、電源回路エリア１４ｂ及び電力変換回路エリア１４ｃの第１、第２系統の回路に接続される。

　上述したように、コネクタ突き出し面（コネクタ配置面）を変更し、コネクタ間口の突出方向を二方向とし、コネクタの一部をコネクタ配置面とは異なる外装面、または回路基板を覆う外装面とは異なる外装面に配置することで、外装カバーの外径サイズの小型化が図れる。また、コネクタ間口の突出方向が二方向であることから、車輌レイアウトに応じて第１コネクタ部１１の接続端子１１－１，１１－２と第２コネクタ部１２の接続端子１２－１，１２－２の接続先を変更することで、電源ハーネスや信号ハーネスのレイアウト変更も可能となる。
　従って、本発明によれば、外径サイズの小型化が図れ、電源ハーネスや信号ハーネスのレイアウト変更も可能な電動駆動装置を提供できる。

　図５は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。この電動パワーステアリング装置１１１は、運転者による操作に基づき操舵を行うための操舵機構１１２と、運転者の操舵操作をアシストする操舵アシスト機構１１３とを備えている。上述した電動パワーパック（電動駆動装置）１０におけるモータ２０が操舵力のアシスト用に用いられ、制御ユニット３０でこのモータ２０が制御されて、ステアリング操作をアシストする。

　図６は、電動パワーパック１０を電動パワーステアリング装置へ取り付ける場合の構成を示している。電動パワーパック１０は、ギヤラック５０に装着され、第１コネクタ部１１が電源ハーネス５１と信号ハーネス５２を介してバッテリ電源と車輌内通信（ＣＡＮ通信）用の電子機器に電気的に接続される。また、第２コネクタ部１２は、図示しないセンサハーネスを介してトルクセンサや舵角センサに電気的に接続される。

　操舵機構１１２は、ステアリングホイール１１４に連係されたステアリングシャフト（操舵軸）１１５と、タイヤ（転舵輪）１１６，１１７に連係されたラックバー（転舵軸）１１８とを有する。ステアリングシャフト１１５とラックバー１１８は、ラックアンドピニオン機構１１９を介して連係される。

　ステアリングシャフト１１５は、ステアリングホイール１１４と一体に回転する第１軸部材としてのインプットシャフト（入力軸）１２０と、ラックバー１１８に連係する第２軸部材としてのアウトプットシャフト（出力軸）１２１とが、図示しないトーションバーによって連結されて構成されている。インプットシャフト１２０は、軸方向の一端側がステアリングホイール１１４に接続されると共に、他端側がトーションバーに接続される。アウトプットシャフト１２１は、軸方向の一端側がトーションバーに接続されると共に、他端側がラックバー１１８に連係される。

　そして、アウトプットシャフト１２１の他端の外周側に形成されたピニオン歯１２１ａがラックバー１１８の軸方向（長手方向）の一端側に形成されたラック歯１１８ａに噛み合うことによって、アウトプットシャフト１２１の回転運動がラックバー１１８の軸方向運動に変換されて伝達される。

　また、ステアリングシャフト１１５の径方向外側（外周側）には、ステアリングシャフト１１５の回転角である操舵角を検出する舵角センサ１２３と、運転者の操舵操作によりステアリングシャフト１１５に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ１２４とが、１つのユニットとして一体的に設けられている。舵角センサ１２３は、ステアリングシャフト１１５の回転に伴い回転する１対の歯車の回転角度差に基づいて操舵角を検出する。トルクセンサ１２４は、インプットシャフト１２０とアウトプットシャフト１２１の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出する。

　ラックバー１１８の軸方向の両端部には、タイロッド１２５，１２６とナックルアーム（図示せず）を介してタイヤ１１６，１１７が装着されている。そして、ラックバー１１８が軸方向へ移動して、タイロッド１２５を介してナックルアームが押し引きされることにより、タイヤ１１６の向きが変更される。一方、ラックバー１１８が軸方向へ移動して、タイロッド１２６を介してナックルアームが引き押しされることにより、タイヤ１１７の向きがタイヤ１１６と同方向に変更される。

　操舵アシスト機構１１３は、操舵アシスト力を生成するモータ（電動アクチュエータ）２０と、このモータ２０を駆動制御する制御ユニット３０と、モータ２０の回転をラックバー１１８に伝達する伝達機構１３３とを有し、モータ２０の回転力をもってラックバー１１８の軸方向移動を補助する。
　制御ユニット３０は、ＣＡＮバス１３４により他のＥＣＵ、例えばＥＳＣ（Electronic Stability Control）用の制御装置に接続され、ＣＡＮ通信により情報の授受を行うようになっている。

　モータ２０は、各種センサの検出結果、例えばセンサハーネス１３５を介して制御ユニット３０に入力される舵角センサ１２３の出力信号Ｓ１とトルクセンサ１２４の出力信号Ｓ２、ＣＡＮバス１３４を介して入力される車速センサ（図示せず）の出力信号Ｓ３、及びモータ２０の回転角を検出するホールＩＣ３７，４０の出力信号などに基づいて駆動制御される。

　伝達機構１３３は、モータ２０の回転を減速する減速機と、この減速機の回転をラックバー１１８の軸方向運動に変換する変換機構とを有する。減速機は、例えばモータ２０の駆動軸に一体に回転するように固定された入力プーリ、変換機構として働くナットと一体的に回転可能に固定された出力プーリ、及びこれらプーリに巻回された伝達部材であるベルトやチェーンで構成される。

　変換機構には、例えばラックバー１１８を包囲するように円筒状に形成されたナットを用いたボールねじ機構を用いることができる。このナットの内周には、螺旋状にナット側ボールねじ溝が形成され、ラックバー１１８の外周には、螺旋状の操舵軸側ボールねじ溝が形成される。ラックバー１１８にナットが挿入された状態で、ナット側ボールねじ溝と操舵軸側ボールねじ溝とによってボール循環溝が形成される。

　そして、ボール循環溝内には、金属製の複数のボールが充填され、ナットが回転するとボール循環溝内をボールが移動することにより、ナットに対してラックバー１１８が軸方向に移動する。ボールねじ機構により、モータ２０の回転運動が直線運動に変換され、ラックバー１１８が軸方向に移動することにより、タイロッド１２５，１２６を介してナックルアームが押し引きされてタイヤ１１６，１１７に操舵力が付与される。

　上記減速機には、モータ２０の出力軸に一体回転可能に連結されたウォームシャフトと、このウォームシャフトと噛み合って回転するウォームホイールとを有するウォームギヤを用いることができる。また、上記変換機構には、ウォームホイールと一体に回転する出力軸の軸方向の他端の外周側に形成されたピニオン歯と、ラックバー１１８の軸方向の他端側に形成され、このピニオン歯と噛み合うラック歯とで構成される、所謂ラックアンドピニオン機構を用いることもできる。

　上述したように、ワイヤハーネスの取り回しによりコネクタ間口の突出方向の自由度を高めることができ、ワイヤハーネスの効率的なレイアウトとなるため、ハーネス重量の低減も図れる。また、止め点位置からの距離を短縮することで、耐振動性を向上できる電動パワーステアリング装置を提供できる。

＜変形例１＞
　図７は、本発明の実施形態に係る電動駆動装置の第１の変形例について説明するための図である。この第１の変形例は、第１コネクタ部１１と第２コネクタ部１２を有するコネクタブロックが一体構造である。すなわち、第１コネクタ部１１と第２コネクタ部１２のコネクタブロック間をヒンジ１５で繋いでいる。あるいは、第１コネクタ部１１と第２コネクタ部１２のコネクタブロックを一体成形で形成しても良い。
　なお、ここでは、外装カバー１３は別体となっている。
　このような構成であっても、上述した実施形態と実質的に同様な作用効果が得られる。

＜変形例２＞
　図８は、本発明の実施形態に係る電動駆動装置の第２の変形例について説明するための図である。この第２の変形例は、破線１６－１，１６－２で囲んで示すように、各コネクタブロックが別体の構造になっている。
　なお、ここでも、外装カバー１３は別体である。
　このような構成であっても、上述した実施形態、及び第１の変形例と実質的に同様な作用効果が得られるのはもちろんである。

＜変形例３＞
　図９は、本発明の実施形態に係る電動駆動装置の第３の変形例について説明するための図である。この第３の変形例は、外装カバーとコネクタ１１，１２が一体となった構造（一体型の外装カバー１７）になっている。
　このような構成であっても、上述した実施形態、及び第１、第２の変形例と実質的に同様な作用効果が得られる。

　なお、上述した実施形態で説明された構成や方法等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

　例えば、運転者の操舵操作をアシストする電動パワーステアリング装置に適用する場合について説明したが、自動運転車輌のステアリング操作を行う電動ステアリング装置にも同様に適用できる。

　１０…電動駆動装置（電動パワーパック）、１１…第１コネクタ部、１１－１，１１－２…接続端子、１２…第２コネクタ部、１２－１，１２－２…接続端子、１３…外装カバー（外装部材）、１４…回路基板、１４ａ…制御回路エリア、１４ｂ…電源回路エリア、１４ｃ…電力変換回路エリア、２０…モータ、２１…モータ出力軸、３０…制御ユニット、３７，４０…ホールＩＣ、４１，４３…電解コンデンサ、５１…電源ハーネス（ワイヤハーネス）、５２…信号ハーネス（ワイヤハーネス）

Claims

　モータと制御ユニットがモータ出力軸と同軸上に一体化され、前記制御ユニットが前記モータの出力側とは反対側に配置されて、ワイヤハーネスを介して外部と電気的に接続される電動駆動装置であって、
　前記制御ユニットは、
　相手コネクタと接続されるコネクタ接続間口が形成された第１コネクタ部及び第２コネクタ部を有するコネクタブロックと、
　前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部の接続端子がそれぞれ電気的に接続された回路基板とを有し、
　前記第２コネクタ部が、前記第１コネクタ部が位置するコネクタ形成面とは異なる外装面、または前記回路基板を覆う外装面とは異なる外装面に配置された、ことを特徴とする電動駆動装置。
　前記モータの回転軸線方向をＸとし、前記回転軸に垂直な方向をＹとしたとき、
　前記第１コネクタ部はＸ方向の外装面から突出し、前記第２コネクタ部はＹ方向の外装面から突出する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
　前記モータと前記制御ユニットとが収容され、前記外装面が形成される外装カバーは筒状であり、前記第２コネクタ部が突出する位置は、側面の一部が切欠されて形成された平面である、ことを特徴とする請求項２に記載の電動駆動装置。
　前記第１コネクタ部が電源の供給用及び通信用の少なくとも一方であり、
　前記第２コネクタ部がセンサ用である、ことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
　前記第１コネクタ部及び前記第２コネクタ部はそれぞれ、複数の接続端子を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
　前記第２コネクタ部を正面視したとき、前記第１コネクタ部の複数の接続端子が、Ｘ方向とＹ方向それぞれに直交するＺ方向に配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載の電動駆動装置。
　前記回路基板が、制御回路エリア、電源回路エリア及び電力変換回路エリアを有し、
　前記制御回路エリア、前記電源回路エリア及び前記電力変換回路エリアはそれぞれ、第１系統の回路と第２系統の回路の二重系統で構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の電動駆動装置。
　前記回路基板の前記モータ出力軸に対応する位置に実装され、モータの回転を検出する第１系統及び第２系統のセンサ素子と、前記回路基板に実装される前記第１系統及び前記第２系統の電子部品を更に備える、ことを特徴とする請求項７に記載の電動駆動装置。
　車輌のステアリング装置に操舵力を与えるモータと、前記モータの出力側とは反対側で前記モータの出力軸と同軸上に配置されて一体化され、ワイヤハーネスを介して外部と電気的に接続され、前記モータを制御する制御ユニットとを有する電動駆動装置を備え、
　前記制御ユニットは、
　相手コネクタと接続されるコネクタ接続間口が形成され、電源の供給用及び車輌内通信用の少なくとも一方に用いられる第１コネクタ部、及びステアリングシャフトに掛かるトルクを検出するセンサ用の第２コネクタ部を有するコネクタブロックと、
　前記第１コネクタ部と前記第２コネクタ部の接続端子がそれぞれ電気的に接続された回路基板とを有し、
　前記第２コネクタ部が、前記第１コネクタ部が位置するコネクタ形成面とは異なる外装面、または前記回路基板を覆う外装面とは異なる外装面に配置される、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
　前記モータの回転軸線方向をＸとし、前記回転軸に垂直な方向をＹとしたとき、
　前記第１コネクタ部はＸ方向の外装面から突出し、前記第２コネクタ部はＹ方向の外装面から突出し、
　前記モータと前記制御ユニットとが収容され、前記外装面が形成される外装カバーは筒状であり、前記第２コネクタ部が突出する位置は、側面の一部が切欠されて形成された平面である、ことを特徴とする請求項９に記載の電動パワーステアリング装置。