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公開番号2020115724
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200730
出願番号2019006524
出願日20190118
発明の名称駆動装置
出願人株式会社デンソー
代理人個人
主分類H02K 5/22 20060101AFI20200703BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】径方向体格の大型化が抑制された駆動装置を提供する。
【解決手段】駆動装置は、モータと、モータと同軸に配置され、モータの駆動を制御する制御ユニットと、制御ユニットを外部コネクタに接続するコネクタユニット35と、コネクタユニット35とは別部材からなり、制御ユニットを覆うカバーと、コネクタユニット35とカバーとの間に設けられるシール部材とを備える。コネクタユニット35は、ベース部350と、外部コネクタへの接続間口356、357をもつコネクタ部351と、ベース部350を固定するコネクタ固定部354とを有する。ベース部350の軸方向シルエットは所定方向Xに長手状をなす形状である。コネクタ固定部354は、ベース部350の軸方向シルエットの短軸線LSに対して回転軸心Axを中心に±45°の角度範囲Aa内でベース部350から径方向外側に突き出すように形成されている。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項1】
モータ(80)と、
前記モータと同軸に配置され、前記モータの駆動を制御する制御ユニット(20)と、
前記制御ユニットを外部コネクタ(161、162)に接続するコネクタユニット(35)と、
前記コネクタユニットとは別部材からなり、前記制御ユニットを覆うカバー(21)と、
前記コネクタユニットと前記カバーとの間に設けられるシール部材(22)と、
を備え、
前記コネクタユニットは、ベース部(350、360)と、前記外部コネクタへの接続間口(356、357、376、386、387、388、396、397、506、507、516、517)をもつコネクタ部(351、371、381、391、501、511)と、前記ベース部を固定するコネクタ固定部(354)とを有し、
前記モータの回転軸心(Ax)に平行な方向を軸方向とすると、前記ベース部の軸方向シルエットは所定方向に長手状をなす形状であり、
前記コネクタ固定部は、前記ベース部の軸方向シルエットの短軸線(LS)に対して前記回転軸心を中心に±45°の角度範囲(Aa)内で前記ベース部から径方向外側に突き出すように形成されている駆動装置。
続きを表示(約 630 文字)【請求項2】
前記ベース部(350)の軸方向シルエットは楕円形状であり、
前記ベース部のうち前記接続間口より外側に位置する外周部には、前記シール部材用の楕円形状のシール溝(358)が形成されている請求項1に記載の駆動装置。
【請求項3】
軸方向視において前記コネクタ部が配置される領域をコネクタ配置領域(Ac)とすると、
前記コネクタ配置領域は前記所定方向に長手状をなす形状である請求項1または2に記載の駆動装置。
【請求項4】
前記コネクタ配置領域は、前記ベース部の軸方向シルエットの長軸線(LL)に平行な一対の長辺(SL)、および、前記短軸線に平行な一対の短辺(SS)からなる矩形状である請求項3に記載の駆動装置。
【請求項5】
前記コネクタユニットは、前記シール部材に対する径方向内側で前記カバーを固定する複数のカバー固定部(355)をさらに有し、
前記カバー固定部は、前記一対の長辺と前記シール部材との間に1つずつ、および、前記一対の短辺と前記シール部材との間に1つずつ設けられている請求項4に記載の駆動装置。
【請求項6】
前記コネクタ部は、前記ベース部の軸方向シルエットの長手方向に並ぶ複数のコネクタ(352、353、372、382、383、384、392、393、502、503、512、513)を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、駆動装置に関する。
続きを表示(約 10,000 文字)【背景技術】
【0002】
従来、モータおよびこれを制御する制御装置が一体に設けられた駆動装置が知られている。特許文献1には、電動パワーステアリング装置に用いられる駆動装置が開示されている。この駆動装置では、モータが二系統の巻線組を有する。制御装置には、各巻線組に対応するインバータを有する制御ユニット、および、制御ユニットを外部に接続するコネクタユニットが含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017−108501号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、コネクタユニットの端子数を増やす場合には、増加分の端子を配置するスペースが余分に必要になり、コネクタユニットが大型化する。これにより、制御装置の径方向体格が大きくなり、駆動装置の搭載性が低下するという問題がある。
【0005】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、径方向体格の大型化が抑制された駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の駆動装置は、モータ(80)と、モータと同軸に配置され、モータの駆動を制御する制御ユニット(20)と、制御ユニットを外部コネクタ(161、162)に接続するコネクタユニット(35)と、コネクタユニットとは別部材からなり、制御ユニットを覆うカバー(21)と、コネクタユニットとカバーとの間に設けられるシール部材(22)とを備える。
【0007】
コネクタユニットは、ベース部(350、360)と、外部コネクタへの接続間口(356、357、376、386、387、388、396、397、506、507、516、517)をもつコネクタ部(351、371、381、391、501、511)と、ベース部を固定するコネクタ固定部(354)とを有する。モータの回転軸心(Ax)に平行な方向を軸方向とすると、ベース部の軸方向シルエットは所定方向に長手状をなす形状である。コネクタ固定部は、ベース部の軸方向シルエットの短軸線(LS)に対して回転軸心を中心に±45°の角度範囲(Aa)内でベース部から径方向外側に突き出すように形成されている。
【0008】
このようにシール部材に対して外側にコネクタ固定部を配置することで、カバー内を防水構造とすることができる。
【0009】
また、ベース部を長手状とすることで端子配置スペースを増やしつつ、コネクタ固定部をベース部の軸方向シルエットの長軸線よりも短軸線に近づけて配置することで、コネクタユニット全体を円形シルエット内に収めることができる。そのため、コネクタユニットの端子数が増える場合であっても駆動装置の径方向体格の大型化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
各実施形態の駆動装置が適用された電動パワーステアリング装置の構成図である。
駆動装置の縦断面図である。
図2のIII−III線断面図である。
多相同軸モータの構成を示す模式図である。
第1実施形態による駆動装置の回路構成図である。
第1実施形態による駆動装置の制御ブロック図である。
第1実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図であって、図2のVII矢視図である。
第2実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図である。
第3実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図である。
第4実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図である。
第5実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図である。
第6実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図である。
第7実施形態による駆動装置のコネクタユニットの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、駆動装置の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で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。駆動装置は、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを出力する。
【0012】
最初に、各実施形態に共通する事項として、電動パワーステアリング装置の構成について、図1〜図3を参照して説明する。図1に、電動パワーステアリング装置90を含むステアリングシステム99の全体構成を示す。図1における電動パワーステアリング装置90はラックアシスト式であるが、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置にも同様に適用可能である。
【0013】
ステアリングシステム99は、ハンドル91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置90等を含む。ハンドル91にはステアリングシャフト92が接続されている。ステアリングシャフト92の先端に設けられたピニオンギア96は、ラック軸97と噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が設けられる。運転者がハンドル91を回転させると、ステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によりラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
【0014】
電動パワーステアリング装置90は、操舵トルクセンサ93、制御装置10、モータ80、および、減速機94等を含む。操舵トルクセンサ93は、ステアリングシャフト92の途中に設けられ、運転者の操舵トルクを検出する。図1に示す形態では、二重化された操舵トルクセンサ93は、第1トルクセンサ931および第2トルクセンサ932を含み、第1操舵トルクtrq1および第2操舵トルクtrq2を二重に検出する。操舵トルクセンサが冗長的に設けられない場合、一つの操舵トルクtrqの検出値が二系統共通に用いられてもよい。
【0015】
制御装置10は、操舵トルクセンサ93が検出した操舵トルクtrq1、trq2および回転角センサが検出したモータ80の電気角θ1、θ2を取得する。制御装置10は、これらの情報や制御装置10内部で検出したモータ電流等の情報に基づき、所望のアシストトルクを発生するようにモータ80の駆動を制御する。モータ80が出力したアシストトルクは、減速機94を介してラック軸97に伝達される。
【0016】
制御装置10は、モータ80の軸方向の一方側に一体に構成されている。モータ80および制御装置10は、機電一体型式の駆動装置1を構成している。図1に示す形態では、制御装置10は、モータ80の出力側とは反対側において、モータ80と同軸に配置されている。なお、他の実施形態では、制御装置10は、モータ80の出力側において、モータ80と同軸に配置されてもよい。
【0017】
図2、図3に示すように、モータ80は、三相ブラシレスモータであって、ステータ840、ロータ860、およびそれらを収容するハウジング830を備えている。ステータ840は、ハウジング830に固定されているステータコア845と、ステータコア845に組み付けられている二組の三相巻線組801、802とを有している。第1巻線組801を構成する各相巻線からは、リード線851、853、855が延び出している。第2巻線組802を構成する各相巻線からは、リード線852、854、856が延び出している。
【0018】
ロータ860は、リア軸受835およびフロント軸受836により支持されているシャフト87と、シャフト87が嵌入されたロータコア865とを有している。ロータ860は、ステータ840の内側に設けられており、ステータ840に対して相対回転可能である。シャフト87の一端には永久磁石88が設けられている。
【0019】
ハウジング830は、筒状のケース834と、ケース834の一端に設けられているリアフレームエンド837と、ケース834の他端に設けられているフロントフレームエンド838とを有している。リアフレームエンド837およびフロントフレームエンド838は、ボルト等により互いに締結されている。各巻線組801、802のリード線851、852等は、リアフレームエンド837のリード線挿通孔839を挿通し、制御装置10に接続されている。
【0020】
図4に示すように、巻線組801、802は、電気的特性が同等であり、共通のステータコア845に互いに電気角30[deg]ずらして配置されている。
【0021】
[第1実施形態]
次に、第1実施形態の駆動装置1の構成について、図2〜図7を参照して説明する。図2、図3に示すように、制御装置10は、制御ユニット20と、制御ユニット20を覆うカバー21と、制御ユニット20を外部コネクタ161、162(図1参照)に接続するためのコネクタユニット35と、コネクタユニット35とカバー21との間に設けられるシール部材22とを含む。外部コネクタ161、162は外部ケーブルのコネクタである。カバー21は、外部の衝撃から制御ユニット20を保護したり、制御ユニット20内への埃や水等の浸入を防止したりする。
【0022】
制御ユニット20は、リアフレームエンド837に固定されているヒートシンク245と、ヒートシンク245に固定されている基板230、235およびパワーモジュール241、242と、基板230、235に実装されている各種の電子部品とを備えている。図2、図3では電子部品の図示を省略している。電子部品については図5、図6を用いて後述する。パワーモジュール241、242は、後述のスイッチング素子を有しており、各巻線組801、802のリード線852、856等に接続している。ヒートシンク245は、カバー21内でリアフレームエンド837とコネクタユニット35との間に設けられており、スクリュー156により固定されている。基板230は、リアフレームエンド837と対向する位置に設けられている。基板235は、コネクタユニット35と対向する位置に設けられている。基板230、235には、二系統分の各電子部品が系統毎に独立して設けられており、冗長構成をなしている。
【0023】
図5に駆動装置1の回路構成を示す。制御ユニット20は、二つの「電力変換器」としてのインバータ601、602、および、二つのマイコン401、402を備える二系統のモータ制御部であり、二組の巻線組801、802を有するモータ80に電力を供給する。ここで、巻線組、インバータおよびマイコンを含む構成要素の単位を「系統」と定義する。
【0024】
明細書中、必要に応じて、第1系統の構成要素又は信号には語頭に「第1」または「第1系統」を付し、第2系統の構成要素又は信号には語頭に「第2」または「第2系統」を付して区別する。各系統に共通の事項については「第1、第2」、「第1系統、第2系統」を付さず、まとめて記載する。また、スイッチング素子およびコネクタユニットの構成要素を除き、第1系統の構成要素又は信号の符号の末尾に「1」を付し、第2系統の構成要素又は信号の符号の末尾に「2」を付して記す。
【0025】
制御ユニット20は、インバータ601、602、電源リレー141、142、回転角検出部251、252、および、マイコン401、402等を備えている。第1実施形態では二つの電源111、112から各系統に電力供給される。
【0026】
インバータ601、602は、それぞれ、例えばMOSFET等の6つのスイッチング素子611〜616、621〜626がブリッジ接続されている。第1インバータ601は、第1マイコン401からの駆動信号によりスイッチング動作し、第1電源111の直流電力を変換して、第1巻線組801に供給する。第2インバータ602は、第2マイコン402からの駆動信号によりスイッチング動作し、第2電源112の直流電力を変換して、第2巻線組802に供給する。
【0027】
電源リレー141、142は、インバータ601、602の各入力部の電源ラインに設けられている。図5に例示する電源リレー141、142は、寄生ダイオードが互いに反対向きの二つのスイッチング素子が直列接続された、電源逆接続時の保護機能を含むものである。ただし、電源リレーは、逆接続防止機能を含まない一つのスイッチング素子や機械式リレーで構成されてもよい。また、インバータ601、602の入力部には、コンデンサ281、282が設けられている。コンデンサ281、282は、電源から入力された電力を平滑化し、また、スイッチング素子のスイッチング動作等に起因するノイズの流出を防止する。また、コンデンサ281、282は、図示しないインダクタと共にフィルタ回路を構成する。
【0028】
第1回転角検出部251は、モータ80の電気角θ1を検出し、第1マイコン401に出力する。第2回転角検出部252は、モータ80の電気角θ2を検出し、第2マイコン402に出力する。第1回転角検出部251は、第2回転角検出部252とは独立する電源ラインおよび信号ラインを有する。第1回転角検出部251および第2回転角検出部は共にパッケージ化されて回転角度センサ25を構成している。
【0029】
第1マイコン401は、操舵トルクtrq1、電流Im1、および、回転角θ1等のフィードバック情報に基づいて、第1インバータ601に指令する駆動信号を演算する。第2マイコン402は、操舵トルクtrq2、電流Im2、および、回転角θ2等のフィードバック情報に基づいて、第2インバータ602に指令する駆動信号を演算する。
【0030】
図6に駆動装置1の制御構成を示す。図6において、第1系統と第2系統は、全て独立した2組の要素群から構成されており、冗長構成をなしている。制御ユニット20のうち、巻線組801の通電を制御する第1系統の各電子部品は、第1系統制御ユニット201を構成している。また、制御ユニット20のうち、巻線組802の通電を制御する第2系統の各電子部品は、第2系統制御ユニット202を構成している。
【0031】
コネクタユニット35は、第1系統制御ユニット201に接続されている第1系統端子群と、それら第1系統端子群を保持する第1系統コネクタ351と、第2系統制御ユニット202に接続されている第2系統端子群と、それら第2系統端子群を保持する第2系統コネクタ352とを有する。
【0032】
第1系統端子には、第1系統制御ユニット201に電源を供給するための第1電源端子(すなわち第1電源バスバー)121、131と、第1系統制御ユニット201に信号を入力するための第1車両通信端子311および第1トルク信号端子331とが含まれる。第2系統端子には、第2系統制御ユニット202に電源を供給するための第2電源端子(すなわち第2電源バスバー)122、132と、第2系統制御ユニット202に信号を入力するための第2車両通信端子312および第2トルク信号端子332とが含まれる。
【0033】
第1電源端子121、131は、第1電源111に接続される。第1電源111の電力は、第1電源端子121、131、第1電源リレー141および第1インバータ601を経由して第1巻線組801に供給される。また、第1電源111の電力は、第1マイコン401および第1系統のセンサ類にも供給される。
【0034】
第2電源端子122、132は、第2電源112に接続される。第2電源112の電力は、第2電源端子122、132、第2電源リレー142および第2インバータ602を経由して第2巻線組802に供給される。また、第2電源112の電力は、第2マイコン402および第2系統のセンサ類にも供給される。
【0035】
車両通信ネットワークとしてCANが冗長的に設けられる場合、第1車両通信端子311は、第1CAN301と第1車両通信回路321との間に接続される。第2車両通信端子312は、第2CAN302と第2車両通信回路322との間に接続される。CANが冗長的に設けられない場合、二系統の車両通信端子311、312は、共通のCANに接続されてもよい。また、CAN以外の車両通信ネットワークとして、CAN−FD(CAN with Flexible Data rate)やFlexRay等、どのような規格のネットワークが用いられてもよい。
【0036】
第1トルク信号端子331は、第1トルクセンサ931と第1トルクセンサ入力回路341との間に接続される。第1トルクセンサ入力回路341は、第1トルク信号端子331が検出した操舵トルクtrq1を第1マイコン401に通知する。第2トルク信号端子332は、第2トルクセンサ932と第2トルクセンサ入力回路342との間に接続される。第2トルクセンサ入力回路342は、第2トルク信号端子332が検出した操舵トルクtrq2を第2マイコン402に通知する。
【0037】
マイコン401、402は、マイコン間通信により相互に情報を送受信可能である。制御ユニット20は、一方の系統に異常が発生している場合、正常な他方の系統でモータ制御を継続する。
【0038】
図2、図3および図7にコネクタユニット35の構成を示す。以下、モータ80の軸心Axと平行な方向を「軸方向」と記載する。また、モータ80の軸心Axに直交する方向を「径方向」と記載する。
【0039】
コネクタユニット35は、ベース部350と、コネクタ部351と、コネクタ固定部354と、カバー固定部355と、各系統端子群とを有する。ベース部350は、カバー21の開口部211に対して内側に設けられている。コネクタ部351は2つのコネクタ351、352を有する。コネクタ351、352は、ベース部350から開口部211を通じてカバー21外に軸方向へ突き出している。
【0040】
第1系統コネクタ351は、外部コネクタ161への接続間口356をもっている。接続間口356には、第1電源端子121、131、第1車両通信端子311および第1トルク信号端子331が配置されている。第2系統コネクタ352は、外部コネクタ162への接続間口357をもっている。接続間口357には、第2電源端子122、132、第2車両通信端子312および第2トルク信号端子332が配置されている。
【0041】
コネクタ固定部354は、ベース部350から径方向外側に突き出すように形成されている。コネクタユニット35は、コネクタ固定部354を挿通するスクリュー157によりヒートシンク245に固定されている。カバー固定部355は、ベース部350のうちコネクタ部351に対して径方向外側に形成されている。カバー21は、スクリュー155によりカバー固定部355に固定されている。
【0042】
ところで、例えば外部から制御ユニットへの入力信号を増やすこと等に応じてコネクタユニットの端子数を増やす場合には、増加分の端子を配置するスペースが余分に必要になり、コネクタユニットが大型化する。これにより、制御装置の径方向体格が大きくなって搭載性が低下するという問題がある。また、従来はシール部材が異形であったために組付け時に方向合わせが必要であった。本実施形態では、上記問題を解決するために下記構成が備わっている。
【0043】
図7に示すように、ベース部350の軸方向シルエットは所定方向Xに長手状をなす形状である。2つのコネクタ351、352は、ベース部350の軸方向シルエットの長手方向に並ぶように配置されている。コネクタ固定部354は、ベース部350の軸方向シルエットの短軸線LSに対して回転軸心Axを中心に±45°の角度範囲Aa内でベース部350から径方向外側に突き出すように形成されている。コネクタ固定部354が角度範囲Aa内にあるということは、コネクタ固定部354がベース部350の軸方向シルエットの長軸線LLよりも短軸線LSに近づけて配置されるということである。本実施形態では、コネクタ固定部354は短軸線LSに重なるように設けられている。
【0044】
ベース部350の軸方向シルエットは楕円形状である。また、ベース部350のうち接続間口356,357より外側に位置する外周部には、シール部材22用の楕円形状のシール溝358が形成されている。シール溝358には、円形のシール部材22が収められている。
【0045】
軸方向視においてコネクタ部351が配置される領域をコネクタ配置領域Acとすると、コネクタ配置領域Acは所定方向Xに長手状をなす形状である。具体的には、コネクタ配置領域Acは、ベース部350の軸方向シルエットの長軸線LLに平行な一対の長辺SL、および、短軸線LSに平行な一対の短辺SSからなる矩形状である。
【0046】
カバー固定部355は、一対の長辺SLとシール部材22との間に1つずつ、および、一対の短辺SSとシール部材22との間に1つずつ設けられている。4つのカバー固定部355は、長軸線LL上または短軸線LS上に配置されており、回転軸心Axまわりに等角度間隔に設けられている。
【0047】
(効果)
以上説明したように、第1実施形態では、ベース部350の軸方向シルエットは所定方向Xに長手状をなす形状である。コネクタ固定部354は、ベース部350の軸方向シルエットの短軸線LSに対して回転軸心Axを中心に±45°の角度範囲Aa内でベース部350から径方向外側に突き出すように形成されている。
【0048】
このようにシール部材22に対して外側にコネクタ固定部354を配置することで、カバー21内を防水構造とすることができる。また、ベース部350を長手状とすることで端子配置スペースを増やしつつ、コネクタ固定部354をベース部350の軸方向シルエットの長軸線LLよりも短軸線LSに近づけて配置することで、コネクタユニット35全体を円形シルエット内に収めることができる。そのため、コネクタユニット35の端子数が増える場合であっても駆動装置1の径方向体格の大型化を抑制することができる。つまり、ベース部とコネクタ固定部の配置を最適化し、駆動装置1の径方向体格を小型化することで、搭載性の向上が実現した。
【0049】
また、第1実施形態では、ベース部350の軸方向シルエットは楕円形状である。また、ベース部350の外周部には、シール部材22用の楕円形状のシール溝358が形成されている。これによりシール部材22に汎用のOリングを使用可能となり、組付け時の方向合わせが不要となる。
【0050】
また、第1実施形態では、軸方向視においてコネクタ部351が配置される領域をコネクタ配置領域Acとすると、コネクタ配置領域Acは所定方向Xに長手状をなす形状である。これにより長手状のベース部350に対してコネクタ部351の配置が最適化され、コネクタ配置領域Acをできるだけ大きくすることができる。言い換えれば、カバー固定部355とコネクタ配置領域Acとの間の空間を削減することで、駆動装置1の径方向体格を小型化することができる。
(【0051】以降は省略されています)

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