JP5332387B2 - モータユニット - Google Patents

Description

本発明は、電動モータと電子部品とセンサとを備えたモータユニットに関する。

自動車において、路面からの衝撃を和らげる懸架装置として電磁サスペンションを用いることが知られており、このような電磁サスペンションには、電動モータや電動モータを制御するための情報を得るためにセンサを備えたモータユニットが使用される（例えば、特許文献１参照）。

また、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である車体側制御部に内蔵される電子部品を電磁サスペンションに使用されるモータユニットに内蔵することが知られており、電子部品であるリレーを備えたモータユニットが開示されている（例えば、特許文献２参照）。

より具体的には、例えば、図４に示すように、モータユニット１０５は、電動モータ１１２と、電動モータ１１２によって回転させられるシャフト１０５ａと、電動モータ１１２に供給される電力を制御するための電子部品であるリレー１１４とを備えている。電動モータ１１２は、回転磁界を発生させるステータ１１０と、回転磁界により回転するロータ１１１とから構成されるとともに、シャフト１０５ａにロータ１１１が設けられている。

また、図４に示すように、モータユニット１０５は、リレー１１４と電動モータ１１２との電気的接続を中継するために電動モータ１１２に接続されるとともに電動モータ１１２に隣接して設けられたバスバー１１３を備えている。このバスバー１１３には、上述のリレー１１４が、直接、接続されている。そして、モータユニット１０５は、電動モータ１１２を制御するための情報を得るためにシャフト１０５ａの軸方向端部１０５ｃと径方向（図中の矢印Ｒが示す方向）において対向するように設けられたセンサであるレゾルバ１１６をさらに備えている。
特開２００７−３７２６４号公報 特開２００３−２２３２２０号公報

しかしながら、上記のようにリレー１１４が内蔵されたモータユニット１０５においては、バスバー１１３からレゾルバ１１６と対向するシャフト１０５ａの軸方向端部１０５ｃまでの軸方向（図中の矢印Ａが示す方向）における距離Ｌが長くなり、結果として、シャフト１０５ａが重くなる。このため、回転しているシャフト１０５ａを静止または逆回転させる際にシャフト１０５ａに発生する慣性力が大きくなり、このような慣性力により、シャフト１０５ａの回転を細かく制御できないという不都合があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転しているシャフトを静止または逆回転させる際に発生する慣性力を小さくして、電動モータによって回転させられるシャフトの回転を細かく制御することができるモータユニットを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、電動モータと、電動モータによって回転させられるシャフトと、電動モータに供給される電力を制御するための電子部品と、電子部品と電動モータとの電気的接続を中継するために電動モータに接続されるとともに電動モータに隣接して設けられたバスバーと、電動モータを制御するための情報を得るためにシャフトの軸方向端部と径方向において対向するように設けられたセンサとを備えたモータユニットであって、軸方向に延設された通電用部材と、電動モータ及びバスバーを収納するモータケースと、センサ及び電子部品を収納するとともにモータケースの開口端部を覆うセンサケースとをさらに備え、電子部品は、シャフトの端面の外側に配置され、センサケースには通電用部材が挿通される貫通孔が形成され、電子部品とバスバーとは、貫通孔に挿通された通電用部材によって接続されていることを特徴とする。

同構成によれば、電子部品は、軸方向に延設された通電用部材を介してバスバーに接続されることにより、シャフトの端面の外側に配設されている。このため、電動モータに隣接して設けられたバスバーに直接、電子部品を接続する必要がなく、電子部品をバスバーに隣接して設ける必要がない。従って、従来に比し、バスバーからセンサと対向するシャフトの軸方向端部までの軸方向における距離を短くすることができ、シャフトを軽量化することができる。その結果、回転しているシャフトを静止または逆回転させる際にシャフトに発生する慣性力を小さくすることができ、電動モータによって回転させられるシャフトの回転を細かく制御することができる。また、シャフトの端面の外側に配設された電子部品と、電動モータに隣接して設けられたバスバーは、センサケースに形成されている貫通孔に挿通された通電用部材によって接続されている。このため、電子部品とバスバーを接続するために、モータケースやセンサケースの外部に通電用部材を設ける必要がなく、通電用部材がモータユニットの外部に露出しないようにすることができる。なお、「軸方向端部」とは軸方向（即ち、シャフトの回転軸に平行な方向）における端部であって、「径方向」とはシャフトの回転軸に垂直な方向である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータユニットであって、回路基板をさらに備え、回路基板には、電子部品が配設され、電子部品と通電用部材とを接続するための配線およびセンサに接続された配線が形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータユニットであって、回路基板において、電子部品の外形に沿った形状を有するホルダが形成されていることを特徴とする。

同構成によれば、電子部品が配設される回路基板において、電子部品の外形に沿った形状を有するホルダ部材が形成されている。このため、電子部品と通電用部材とを接続するために電子部品を回路基板に配置する際、電子部品の外形に沿った形状を有するホルダに電子部品がガイドされるため、回路基板に電子部品を容易に配設することができる。

本発明によれば、回転しているシャフトを静止または逆回転させる際にシャフトに発生する慣性力を小さくすることができ、電動モータによって回転させられるシャフトの回転を細かく制御することができる。

以下に本発明に係る実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、図中の矢印Ａは、シャフトの回転軸に平行な方向である軸方向を示すとともに、図中の矢印Ｒは、シャフトの回転軸に垂直な方向である径方向を示している。

図１に示すように、本実施形態に係るモータユニット５は、懸架装置である電磁サスペンション１に使用されるものであって、自動車（不図示）に搭載された電磁サスペンション１は、路面からの衝撃を和らげるものである。

電磁サスペンション１は、自動車の車体（不図示）に対して固定される車体側固定部材２と、自動車の車輪（不図示）に対して固定される車輪側固定部材３とを備え、車体側固定部材２に対して車輪側固定部材３が上下方向Ｖ（図中の矢印Ｖで示す方向）に変位できるように構成されている。

より具体的には、車体側固定部材２には、ねじ溝２ａが形成された回動可能なねじ軸２ｂが設けられるとともに、車輪側固定部材３には、ねじ溝（不図示）が形成されたナット３ａが設けられている。そして、ねじ軸２ｂのねじ溝２ａとナット３ａのねじ溝にボール（不図示）が嵌め込まれている（即ち、電磁サスペンション１は、ボールねじを備えている）ため、車輪に対して固定された車輪側固定部材３は、自動車が走行する路面の凹凸に応じて、上下方向Ｖに容易に変位することができる。

また、車体に対して固定された車体側固定部材２の上端部２ｃには、減速機構４を介してねじ軸２ｂに接続されたモータユニット５が設けられている。即ち、モータユニット５によって回転されるシャフト５ａの回転トルクが、減速機構４によって増幅されて、増幅された回転トルクがねじ軸２ｂに伝達されることにより、ねじ軸２ｂが駆動される。なお、ねじ軸２ｂを駆動することができるのであれば、減速機構４を介してねじ軸２ｂにモータユニット５が接続されていなくてもよく、例えば、シャフト５ａとねじ軸２ｂが、直接、接続されていてもよい。

また、モータユニット５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）である車体側制御部Ｂに、ハーネスＨを介して接続されており、車体側制御部Ｂは種々の情報に基づいてモータユニット５へ電力を供給する。そして、車体側制御部Ｂからの電力供給によりモータユニット５がねじ軸２ｂを駆動させることで、車輪側固定部材３の上下方向Ｖの変位を制御することができる。

モータユニット５の筐体は、図２に示すように、モータケース７とセンサケース８とから構成されており、モータケース７には、ステータ１０とロータ１１を備えた電動モータ１２が収納されるとともに、センサケース８には、電動モータ１２を制御するための情報を得るセンサであるレゾルバ１６が収納されている。

より具体的には、有底円筒状のモータケース７の底部７ａには、シャフト５ａが挿通される貫通孔７ｂが形成されるとともに、シャフト５ａを回転可能に支持する転がり軸受９が設けられている。

また、モータケース７の内周７ｃには略円筒状のステータコア１０ａが圧入または接着されて設けられるとともに、このステータコア１０ａには、絶縁体であるインシュレータ１０ｂを介して複数の導線１０ｃが巻かれている。ステータ１０は、ステータコア１０ａと、巻かれた導線１０ｃからなる複数のコイル１０ｄとから構成され、ステータ１０は、コイル１０ｄに電力が適宜供給されることによって回転磁界を発生させる。

なお、導線１０ｃの端部（不図示）には、電動モータ１２に供給される電力を制御するためのリレー１４との電気的接続を中継する中継部材であるバスバー１３が接続されている。即ち、バスバー１３は、電子部品であるリレー１４と電動モータ１２（より具体的には、電動モータ１２を構成するステータ１０のコイル１０ｄ）との電気的接続を中継するために電動モータ１２（コイル１０ｄの導線１０ｂ）に接続されるとともに、電動モータ１２に隣接して設けられている。

そして、モータケース７内へ挿通されているシャフト５ａの、ステータ１０に対向する外周５ｂには、ステータ１０が発生させる回転磁界により回転するロータ１１が接着されて設けられている。従って、電動モータ１２は、ステータ１０を用いてロータ１１を回転させることで、シャフト５ａを回転させる。なお、本実施形態におけるロータ１１は、回転する方向に沿って磁極が交互に着磁されている円筒状の永久磁石である。

以上のように構成された電動モータ１２及びバスバー１３は、モータケース７に収納されるとともに、モータケース７の開口端部７ｄには、センサケース８が固定されており、有底円筒状のモータケース７の開口は、センサケース８の底部８ａによって覆われている。

有底円筒状のセンサケース８の底部８ａには、モータケース７と同様に、シャフト５ａが挿通される貫通孔８ｂが形成されるとともに、シャフト５ａを回転可能に支持する転がり軸受１５が設けられている。

また、センサケース８の内周８ｃには、シャフト５ａの軸方向端部５ｃ（即ち、軸方向Ａにおけるシャフト５ａの端部）と径方向Ｒにおいて対向するように円筒状のレゾルバ１６が設けられている。レゾルバ１６は、シャフト５ａの回転角度を検出するセンサであって、シャフト５ａの回転角度を示す信号が、レゾルバ１６から、ハーネスＨを介して、車体側制御部Ｂへ送信される。

また、センサケース８には、レゾルバ１６とともに、電動モータ１２（より具体的には、電動モータ１２を構成するステータ１０のコイル１０ｄ）に供給される電力を制御するためのリレー１４が収納されている。レゾルバ１６及びリレー１４が収納された有底円筒状のセンサケース８の開口は、カバー１８によって覆われている。

以上のように、モータユニット５は、電動モータ１２や、電動モータ１２によって回転させられるシャフト５ａや、電子部品であるリレー１４や、電動モータ１２に隣接して設けられたバスバー１３や、電動モータ１２を制御するための情報（即ち、シャフト５ａの回転角度）を得るために設けられたセンサであるレゾルバ１６を備えた構成である。

ここで、本実施形態においては、モータユニット５は、軸方向Ａに延設された通電用部材１７をさらに備え、リレー１４は、通電用部材１７を介してバスバー１３に接続されることにより、シャフト５ａの端面５ｄの外側に配設されていることを特徴とする。なお、図中の矢印Ｓは、シャフト５ａの端面５ｄの外側を示している。

このように構成すれば、リレー１４は、軸方向Ａに延設された通電用部材１７を介してバスバー１３に接続されることにより、シャフト５ａの端面５ｄの外側に配設されている。このため、電動モータ１２に隣接して設けられたバスバー１３に直接、リレー１４を接続する必要がなく、リレー１４をバスバー１３に隣接して設ける必要がない。従って、従来に比し、バスバー１３からレゾルバ１６と対向するシャフト５ａの軸方向端部５ｃまでの軸方向Ａにおける距離Ｌを短くすることができる。よって、バスバー１３から軸方向端部５ｃまでの距離Ｌを短くした分、シャフト５ａを短くして軽量化することができる。

また、本実施形態においては、上述のごとく、モータユニット５は、電動モータ１２及びバスバー１３を収納するモータケース７と、レゾルバ１６及びリレー１４を収納するとともにモータケース７を覆うセンサケース８とを備えている。そして、センサケース８には、通電用部材１７が挿通される貫通孔８ｄが形成され、リレー１４とバスバー１３は、貫通孔８ｄに挿通された通電用部材１７によって接続されている。

このように構成すれば、リレー１４とバスバー１３は、センサケース８に形成されている貫通孔８ｄに挿通された通電用部材１７によって接続されているため、リレー１４とバスバー１３を接続するために、モータケース７やセンサケース８の外部に通電用部材１７を設ける必要がない。

また、本実施形態においては、モータユニット５は、センサケース８を覆うカバー１８を備え、リレー１４は、シャフト５ａの端面５ｄとカバー１８との間に形成された空間Ｋに設けられている。

また、本実施形態においては、モータユニット５は、リレー１４が配設されるとともに、リレー１４と通電用部材１７とを接続するための回路基板１９を備えている。この回路基板１９には、リレー１４と通電用部材１７とを接続するための配線（不図示）や、レゾルバ１６に接続された配線（不図示）が形成されている。そして、回路基板１９には、レゾルバ１６から信号を外部機器である車体側制御部Ｂへ送信するとともに、車体側制御部Ｂから電力を供給するための複数の配線であるハーネスＨが、コネクタＣを用いて電気的に接続されている。この回路基板１９の配線に接続されているコネクタＣは、カバー１８を開けることなくハーネスＨと回路基板１９を接続するために、カバー１８の外部に設けられている。

上記実施形態のモータユニット５によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）リレー１４は、軸方向Ａに延設された通電用部材１７を介してバスバー１３に接続されることにより、シャフト５ａの端面５ｄの外側に配設されている。このため、リレー１４をバスバー１３に隣接して設ける必要がなくなり、従来に比し、バスバー１３からレゾルバ１６と対向するシャフト５ａの軸方向端部５ｃまでの軸方向Ａにおける距離Ｌを短くすることができ、シャフト５ａを軽量化することができる。その結果、回転しているシャフト５ａを静止または逆回転させる際にシャフト５ａに発生する慣性力を小さくすることができ、電動モータ１２によって回転させられるシャフト５ａの回転を細かく制御することができる。

（２）シャフト５ａの端面５ｄの外側に配設されたリレー１４と、電動モータ１２に隣接して設けられたバスバー１３は、センサケース８に形成されている貫通孔８ｄに挿通された通電用部材１７によって接続されている。このため、リレー１４とバスバー１３を接続するために、モータケース７やセンサケース８の外部に通電用部材１７を設ける必要がなく、通電用部材１７がモータユニット５の外部に露出しないようにすることができる。

（３）モータユニット５は、センサケース８を覆うカバー１８を備え、リレー１４は、シャフト５ａの端面５ｄとカバー１８との間に形成された空間Ｋに設けられているため、モータユニット５内の空間を有効に利用することができ、モータユニット５を大型化しないようにすることができる。

（４）回路基板１９には、レゾルバ１６から信号を車体側制御部Ｂへ送信するとともに、車体側制御部Ｂから電力が供給されるためのハーネスＨが、コネクタＣを用いて接続されている。このため、車体側制御部Ｂとモータユニット５の接続を容易に行うことができ、車体側制御部Ｂとモータユニット５を接続するための作業性を向上することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態を以下のように変更してもよい。

・図３に示すように、回路基板１９において、リレー１４の外形１４ａに沿った形状を有する樹脂製の保持部材であるホルダ２０が形成されていてもよい。このように構成すれば、リレー１４と通電用部材１７とを接続するためにリレー１４を回路基板１９に配置する際、リレー１４の外形１４ａに沿った形状を有するホルダ２０にリレー１４がガイドされるため、回路基板１９にリレー１４を容易に配設することができる。

・上記実施形態においては、回路基板１９には、コネクタＣを用いてハーネスＨが接続されていたが、例えば、半田を用いてハーネスが接続されていてもよい。このようにしても上記（１）〜（３）の効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、リレー１４は、モータユニット５内の空間であるシャフト５ａの端面５ｄとカバー１８との間に形成された空間Ｋに設けられていたが、このように構成しなくても上記（１）、（２）の効果を得ることができる。

・上記実施形態においては、センサケース８には、通電用部材１７が挿通される貫通孔８ｄが形成され、通電用部材１７は貫通孔８ｄに挿通されて設けられていたが、このように構成しなくてもよい。即ち、シャフト５ａの端面５ｄの外側に配設されているリレー１４とバスバー１３とが接続できれば、通電用部材１７をどのように設けてもよい。

・上記実施形態においては、電動モータ１２に供給される電力を制御するための電子部品はリレー１４であったが、その他の電子部品であってもよい。また、上記実施形態においては、電動モータ１２を制御するための情報を得るためにシャフト５ａの軸方向端部５ｃと径方向Ｒにおいて対向するように設けられたセンサは、レゾルバ１６であったが、シャフト５ａの軸方向端部５ｃと径方向Ｒにおいて対向するように設けられるセンサであればどのようなセンサであってもよい。

次に、上記実施形態から把握できる技術的思想について、その効果とともに以下に追記する。
（付記１）
前記回路基板には、前記センサから信号を外部機器へ送信するとともに、外部機器から電力を供給するための複数の配線が、コネクタを用いて接続されていることを特徴とする請求項３に記載のモータユニット。

同構成によれば、回路基板には、センサから信号を外部機器へ送信するとともに、外部機器から電力を供給するための複数の配線が、コネクタを用いて接続されているため、外部機器とモータユニットの接続を容易に行うことができる。

（付記２）前記センサケースを覆うカバーをさらに備え、前記電子部品は、前記シャフトの端面と前記カバーとの間に形成された空間に設けられていることを特徴とする請求項２，３、及び付記２のいずれか１項に記載のモータユニット。

同構成によれば、電子部品は、シャフトの端面と、センサケースを覆うカバーとの間に形成された空間に設けられているため、モータユニット内の空間を有効に利用することができ、モータユニットを大型化しないようにすることができる。

本発明の実施形態に係るモータユニットを使用した電磁サスペンションを示す概略構成図。 本発明の実施形態に係るモータユニットを示す概略構成図。 本発明の実施形態の変形例に係るモータユニットを示す概略構成図。 従来のモータユニットを示す概略構成図。

符号の説明

Ａ…軸方向（シャフトの回転軸に平行な方向）、Ｒ…径方向（シャフトの回転軸に垂直な方向）、Ｓ…シャフトの端面の外側、Ｌ…バスバーから軸方向端部までの軸方向における距離、Ｖ…上下方向、Ｈ…ハーネス（複数の配線）、Ｃ…コネクタ、１…電磁サスペンション、２…車体側固定部材、３…車輪側固定部材、５…モータユニット、５ａ…シャフト、５ｃ…軸方向端部、５ｄ…端面、７…モータケース、８…センサケース、８ｄ…貫通孔、１０…ステータ、１０ａ…ステータコア、１０ｂ…インシュレータ（絶縁体）、１０ｃ…導線、１０ｄ…コイル、１１…ロータ、１２…電動モータ、１３…バスバー、１４…リレー（電子部品）、１４ａ…外形、１６…レゾルバ（センサ）、１７…通電用部材、１８…カバー、１９…回路基板、２０…ホルダ。

Claims (3)

1. 電動モータと、
   前記電動モータによって回転させられるシャフトと、
   前記電動モータに供給される電力を制御するための電子部品と、
   前記電子部品と前記電動モータとの電気的接続を中継するために前記電動モータに接続されるとともに前記電動モータに隣接して設けられたバスバーと、
   前記電動モータを制御するための情報を得るために前記シャフトの軸方向端部と径方向において対向するように設けられたセンサと
   を備えたモータユニットであって、
   軸方向に延設された通電用部材と、
   前記電動モータ及び前記バスバーを収納するモータケースと、
   前記センサ及び前記電子部品を収納するとともに前記モータケースの開口端部を覆うセンサケースとをさらに備え、
   前記電子部品は、前記シャフトの端面の外側に配置され、前記センサケースには、前記通電用部材が挿通される貫通孔が形成され、前記電子部品と前記バスバーとは、前記貫通孔に挿通された前記通電用部材によって接続されていることを特徴とするモータユニット。
2. 回路基板をさらに備え、
   前記回路基板には、前記電子部品が配設され、前記電子部品と前記通電用部材とを接続するための配線および前記センサに接続された配線が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータユニット。
3. 前記回路基板において、前記電子部品の外形に沿った形状を有するホルダが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のモータユニット。

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