JP2020110031A - 一体型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな部品を追加することなく、制御基板をグランドに接続可能な一体型回転電機を提供する。【解決手段】回転軸と結合される回転子と、第１の軸受を介して前記回転軸を支持するブラケットと、前記回転子を挟んでブラケットと対向し、かつ第２の軸受を介して前記回転軸を支持するベース部と、前記ブラケットと前記ベース部との間に配設され、かつ、絶縁性の部材で筒状に形成されて、内周に前記回転子と対向する固定子を支持する筒状部と、結合部材を介して前記ベース部に支持されて、前記回転子または固定子に供給する電力を制御する基板と、を有し、前記回転軸と、前記第１の軸受と、前記ブラケットと、前記第２の軸受と、前記ベース部と、前記結合部材が導電体で形成され、前記基板は、前記結合部材と、前記ベース部と、前記第２の軸受と、前記回転軸と、前記第１の軸受と、前記ブラケットを介してグランドに接続される。【選択図】図２

Description

本発明は、一体型回転電機に関する。

回転電機と制御基板を一体で構成した一体型回転電機では、電磁ノイズを防止するために、制御基板の一部をグランドに接続する必要がある。制御基板をグランドに接続する技術としては、特許文献１が知られている。

特許文献１では、ステータを覆う樹脂モールドの外周に導電層を形成し、回転電機の制御基板と導電層を接続し、導電層をグランドに接続している。

特開２００９−１７１７５０号公報

しかしながら、上記特許文献１では、ステータ（固定子）を樹脂モールドすると導通経路を確保するために、導電層などの部品を追加する必要がある。上記特許文献１では、制御基板をグランドへ接続するために、新たな部品を追加することで、部品点数が増大し、小型軽量化を阻害する、という問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、新たな部品を追加することなく、制御基板をグランドに接続可能な一体型回転電機を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸と結合される回転子と、第１の軸受を介して前記回転軸を支持するブラケットと、前記回転子を挟んでブラケットと対向し、かつ第２の軸受を介して前記回転軸を支持するベース部と、前記ブラケットと前記ベース部との間に配設され、かつ、絶縁性の部材で筒状に形成されて、内周に前記回転子と対向する固定子を支持する筒状部と、結合部材を介して前記ベース部に支持されて、前記回転子または固定子に供給する電力を制御する基板と、を有し、前記回転軸と、前記第１の軸受と、前記ブラケットと、前記第２の軸受と、前記ベース部と、前記結合部材が導電体で形成され、前記基板は、前記結合部材と、前記ベース部と、前記第２の軸受と、前記回転軸と、前記第１の軸受と、前記ブラケットを介してグランドに接続される。

したがって、本発明は、新たな部品を追加することなく、基板をグランドに接続することができ、一体型回転電機の小型軽量化を推進することができるのである。

本明細書において開示される主題の、少なくとも一つの実施の詳細は、添付されている図面と以下の記述の中で述べられる。開示される主題のその他の特徴、態様、効果は、以下の開示、図面、請求項により明らかにされる。

本発明の実施例を示し、一体型回転電機を有するパワーステアリング装置の斜視図である。 本発明の実施例を示し、一体型回転電機の軸方向の断面図である。 本発明の実施例を示し、ベアリングに作用する荷重の一例を示す一体型回転電機の断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、一体型回転電機を有するパワーステアリング装置の斜視図である。パワーステアリング装置１００は、車両に搭載される。パワーステアリング装置１００は、操舵輪（図示省略）に連結されたラック軸（図示省略）を支持するラック軸収容部１と、ステアリングホイール（図示省略）に連結された入力軸とラック軸とをラックアンドピニオン機構で歯合させるギア収容部２と、一体型回転電機４の動力によってラック軸に補助動力（操舵力）を付与するアシスト機構３を有する。

アシスト機構３は、例えば、ボールねじ機構で構成される。本実施例のアシスト機構３は、電動式のパワーステアリング装置１００であって、ラック軸の軸線方向運動に対して一体型回転電機４が補助動力を付与するラックアシスト式である。なお、ボールねじ機構を有するアシスト機構３は、例えば、特開２０１８−３４５２１号公報などと同様に構成すればよいので、本実施例では詳述しない。

一体型回転電機４は、インバータ回路などの駆動回路を含む基板を収容した制御ユニット５と一体的に構成される。一体型回転電機４は、車両の電源から供給される電力により駆動され、ギアボックス６を介してラック軸にアシスト力を付与する。

ギアボックス６は、一体型回転電機４のシャフトの回転を減速し、一体型回転電機４のトルクを増幅してラック軸に伝達する。本実施例では、一体型回転電機４の出力がベルトとプーリによって減速される。

出力プーリ（図示省略）の回転運動はボールねじ機構によりラック軸の軸線方向運動へ変換される。一体型回転電機４の駆動力がボールねじ機構を介してラック軸に伝達されることで、運転者の操舵力に対するアシスト力（補助動力）が付与される。ギアボックス６の構成については、上記特開２０１８−３４５２１号公報と同様に構成することができるので、本実施例では詳述しない。

図２は、一体型回転電機４の軸方向の断面図である。一体型回転電機４は、回転自在に軸支されたシャフト（回転軸）１１の一端にはプーリ１５が結合されて、プーリ１５に巻きかけられたベルト６０を駆動する。なお、ベルト６０は、アシスト機構３のボールねじ機構の出力プーリ（図示省略）を駆動する。

プーリ１５を結合したシャフト１１の端部側は、ブラケット１３に設置されたベアリング（第１のベアリング）１２によって軸支される。ブラケット１３は外周に向けて延設されたフランジ部１３Ｆと、プーリ１５側へ向けて筒状に突出した筒状部１３Ｔを有する。

筒状部１３Ｔの内周には、ベアリング１２が固設される。また、フランジ部１３Ｆのプーリ１５側の外周面１３Ａは、ギアボックス６に結合される。また、フランジ部１３Ｆの外周面１３Ａの裏面には内周面１５Ｂが形成され、この内周面１５Ｂにはステータモールド９の端面が当接する。

ステータモールド（支持部材）９は、絶縁性の樹脂を筒状にモールド成型した部材であり、内周には円形断面の空間が形成され、ステータモールド９の内周側にステータ（固定子）９が封止される。シャフト１１の中央部にはロータ（回転子）１０が固設され、ロータ１０の外周面がステータ９の内周面と対向する。ステータモールド９は、ボルトなどによってフランジ部１３Ｆへ締結される。

なお、ステータモールド９を形成する材料は樹脂に限定されるものではなく、絶縁性の部材であればよい。また、ステータモールド９は、モールド成型に限定されるものではなく、絶縁性の部材で構成されて、内周側でステータ９を支持できればよい。

ロータ１０を挟んでフランジ部７の内周面１３Ｂと対向するシャフト１１の端部側には、ベアリング１４と制御ユニット５を支持するベース７がステータモールド９に結合される。ベース７は外周に向けて延設されたフランジ部７Ｆと、ステータ９側へ向けて筒状に突出した筒状部７Ｔを有する。

筒状部７Ｔの内周には、ベアリング（第２のベアリング）１４が固設される。また、フランジ部７Ｆの外周面７Ａには、インバータなどの駆動回路が形成された基板５０が取り付けられる。また、フランジ部７Ｆの外周面７Ａの裏面には内周面７Ｂが形成され、この内周面７Ｂはステータモールド９の端面に結合される。

基板５０は、ボルト５２によってベース７に締結される。また、フランジ部７Ｆには基板５０を覆うカバー５１が取り付けられる。基板５０、カバー５１及びボルト５２によって制御ユニット５が構成される。

以上のように、一端にプーリ１５を取り付けた一体型回転電機４のシャフト１１は、ブラケット１３及びベース７に取り付けたベアリング１２、１４によって軸支される。

ステータモールド９は、非導電性（絶縁性）の樹脂で構成される。一方、基板５０を締結するボルト５２、ベース７、ベアリング１４、シャフト１１、ベアリング１２、ブラケット１３及びギアボックス６は導電性の部材（導電体）で構成される。

ベース７を支持するステータモールド９は絶縁されているが、基板５０をベース７に締結するボルト５２、ベース７、ベアリング１４、シャフト１１、ベアリング１２、ブラケット１３及びギアボックス６は、導電性であるので図中実線で示した導通経路２０が形成される。

ギアボックス６は、ラック軸収容部１等を介して車体側のグランド（ボディアース）に接続される。したがって、制御ユニット５の基板５０は、ボルト５２から導通経路２０を介してギアボックス６に接続されることで、グランドに接続される。

なお、基板５０の回路は、インバータに限定されるものではなく、ロータ１０あるいはステータ９に供給する電力を制御する駆動回路で構成することができる。

図３は、ベアリング１２、１４に作用する荷重の一例を示す一体型回転電機４の断面図である。一体型回転電機４のシャフト１１の一端に結合したプーリ１５と、アシスト機構３側の出力プーリ（図示省略）に巻きかけられたベルト６０には、常時所定の張力Ｆｔが加えられて動力を伝達する。図中上方がアシスト機構３側となる。

プーリ１５は、ギアボックス６に結合されたブラケット１３から突出したシャフト１１の端部に取り付けられているので、ブラケット１３でシャフト１１を軸支するベアリング１２には、アシスト機構３側へ引っ張られる側のラジアル方向の荷重Ｆ１が加わる。

一方、プーリ１５とは反対側のシャフト１１の端部はベアリング１４に軸支され、このベアリング１４には、ベアリング１２とは逆向きの荷重Ｆ２が加わる。荷重Ｆ２は、アシスト機構３から離れる側のラジアル方向に作用する。

ベルト６０には張力Ｆｔが加わるためベアリング１２には荷重Ｆ１がラジアル方向へ加わり、ベアリング１４には荷重Ｆ２がラジアル方向に加わる。これにより、ベアリング１２、１４の転動体（ボール又はコロ）は、ベアリング１２、１４の外輪と確実に接触することができるので、導通経路２０を確実に維持することができるのである。

以上のように、本実施例では、非導電性の部材を含む一体型回転電機４に部品を追加することなく、制御ユニット５の基板５０をグランドに接続することができるのである。これにより、制御ユニット５の電磁ノイズを確実に防止しながら、部品点数を増大させることなく、小型軽量化を推進することができるのである。

なお、上記実施例では、一体型回転電機４の出力をプーリ１５とベルト６０で伝達する例を示したが、これに限定されるものではなない。例えば、スプロケットとチェーンやギアなどを用いて一体型回転電機４の出力を伝達するようにしてもよい。

また、上記実施例では、基板５０を導電性のボルト５２でベース７に締結する例を示したが、これに限定されるものではなない。例えば、ベース７に突設した導電性のスタッドボルトに基板５０を挿通してからナットで締結するようにしてもよい。あるいは、基板５０のグランドを導通部材でベース７に接続し、接着などの結合部材によって基板５０をベース７で支持してもよい。

また、ステータモールド９が封止するステータ９は、一体型回転電機４の種類に応じて、コイルや磁石で構成することができる。ステータ９がコイルの場合には、ステータモールド９の内部には巻線も封止される。

＜まとめ＞
以上のように、上記実施例の一体型回転電機４は、回転軸（シャフト１１）と結合される回転子（ロータ１０）と、第１の軸受（ベアリング１２）を介して前記回転軸（１１）を支持するブラケット（１３）と、前記回転子（１０）を挟んで前記ブラケット（１３）と対向し、かつ第２の軸受（ベアリング１４）を介して前記回転軸（１１）を支持するベース部（７）と、前記ブラケット（１３）と前記ベース部（７）との間に配設され、かつ、絶縁性の部材で筒状に形成されて、内周に前記回転子（１０）と対向する固定子（８）を支持する筒状部（ステータモールド９）と、結合部材（ボルト５２）を介して前記ベース部（７）に支持されて、前記回転子（１０）または固定子（８）に供給する電力を制御する基板（５０）と、を有し、前記回転軸（１１）と、前記第１の軸受（１２）と、前記ブラケット（１３）と、前記第２の軸受（１４）と、前記ベース部（７）と、前記結合部材（５２）が導電体で形成され、前記基板（５０）は、前記結合部材（５２）と、前記ベース部（７）と、前記第２の軸受（１４）と、前記回転軸（１１）と、前記ブラケット（１３）を介してグランドに接続される。

これにより、一体型回転電機４に必須なシャフト１１を導通経路２０として使用することで新たな導通部品を追加することなく基板５０をグランドに接続することができる。また、一体型回転電機４の内部に導通経路２０を形成するため、小型軽量化を推進することができるのである。

また、上記実施例の一体型回転電機４は、前記第１の軸受（１２）と前記第２の軸受（１４）は、それぞれ所定のラジアル方向で荷重を受ける。これにより、ベアリング１２、１４の転動体が常時外輪と接触することができるので、導通経路２０を維持することが可能となる。

また、上記実施例の一体型回転電機４は、前記回転軸（１１）は、パワーステアリング装置（１００）へ動力を供給する。これにより、パワーステアリング装置の小型軽量化を推進することができる。

また、上記実施例の一体型回転電機４は、前記基板（５０）は、インバータ回路が形成される。これにより、制御回路を形成した基板５０と回転電機を一体に構成することで、配線長を低減して小型軽量化を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、又は置換のいずれもが、単独で、又は組み合わせても適用可能である。

１ ラック軸収容部
２ ギア収容部
３ アシスト機構
４ 一体型回転電機
５ 制御ユニット
６ ギアボックス
７ ベース
８ ステータ
９ ステータモールド
１０ ロータ
１１ シャフト
１２ ベアリング（第１の軸受）
１３ ブラケット
１４ ベアリング（第２の軸受）
１５ プーリ
５０ 基板
５１ カバー
５２ ボルト
６０ ベルト

Claims (4)

1. 回転軸と結合される回転子と、
   第１の軸受を介して前記回転軸を支持するブラケットと、
   前記回転子を挟んで前記ブラケットと対向し、かつ第２の軸受を介して前記回転軸を支持するベース部と、
   前記ブラケットと前記ベース部との間に配設され、かつ、絶縁性の部材で筒状に形成されて、内周に前記回転子と対向する固定子を支持する筒状部と、
   結合部材を介して前記ベース部に支持されて、前記回転子または固定子に供給する電力を制御する基板と、を有し、
   前記回転軸と、前記第１の軸受と、前記ブラケットと、前記第２の軸受と、前記ベース部と、前記結合部材が導電体で形成され、
   前記基板は、前記結合部材と、前記ベース部と、前記第２の軸受と、前記回転軸と、前記第１の軸受と、前記ブラケットを介してグランドに接続されることを特徴とする一体型回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記第１の軸受と前記第２の軸受は、それぞれ所定のラジアル方向で荷重を受けることを特徴とする一体型回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記回転軸は、パワーステアリング装置へ動力を供給することを特徴とする一体型回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記基板には、インバータ回路が形成されることを特徴とする一体型回転電機。

Images