电动转向装置的制作方法

专利名称：电动转向装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动转向装置，该转向装置包括用于测量转向扭矩的 扭矩传感器和转向辅助无刷电机，并根据扭矩传感器测量到的转向扭矩、 通过电流来驱动无刷电机。
背景技术：
用于减轻驾驶员负担的一种电动转向装置包括与转向賴件(方向盘、 把手)相连的输入轴；通过小齿轮、齿条等与车轮相连接的输出轴；将输 入轴和输出轴连接在一起的连接轴；以及扭矩传感器，所述扭矩传感器基 于连接轴上引起的扭转角测量施加在输入轴上的转向扭矩，并且所述电动 转向装置根据转向扭矩的测量值控制转向辅助电机的驱动，这与输出轴相 关。
在这种电动转向装置中，近些年来为获得更高的输出，已经采用无刷 电机作为转向辅助电机。无刷电机在转子中包括有永磁体，并且根据转子 的(旋转)位置，通过控制用于在定子中产生旋转磁场的波形形成电路来 使转子旋转。由于无刷电机没有电刷，因此可以避免电刷导致的损失，以 及电刷带来的机械噪声或电噪声。
专利号为3593102的日本专利公开了一种电动转向装置，在此转向装
置中，壳体和外壳分别具有壳体开口和外壳开口，总线柱(引线)穿过所 述壳体开口和外壳开口，总线柱从外壳开口暴露出来并与功率元件电路连 接，并所述总线柱通过连接线连接到置于壳体中的电机线圈上。孔形成在 壳体上并且在面对连接总线柱端部和连接线端部的螺钉的位置处，而总线 柱的端部和连接线的端部也通过这个孔由螺钉紧固在一起。

发明内容
由于该电动转向装置安装在车辆的有限空间内，因此需要减小上述转
向辅助无刷电机的尺寸。
另外，当分解器(resolver)用作转向辅助无刷电机的转角传感器时， 必须要精确地调整分解器的位置，这是因为电机扭矩左右两边相等的要求 是十分严格的。如何能够方便地进行调整是一个需要解决的问题。另一个 问题是电机侧的连接结构复杂。进一步，由于电机的部件数量大，因此， 电机内的部件可能易于脱落和破损，并且如果所述部件发生脱落和破损， 则电机就有可能被锁定。
为解决上述问题，旨在提供一种能减小转向辅助无刷电机尺寸并便于 安装无刷电机的电动转向装置。
另一个目的是提供一种能够易于调整转向辅助无刷电机中分解器的 位置、并且即使在电机中部件脱落或破损的情况下也保持很小的锁定概率 的电动转向装置。
按照第一方面的一种电动转向装置，其特征在于，该电动转向装置包 括扭矩传感器，用于测量施加于转向构件上的转向扭矩；用于辅助转向 的无刷电机，其中所述无刷电机包括旋转轴；两个轴承，所述两个轴承 在两点处支撑所述旋转轴；转子，所述转子与所述旋转轴同轴旋转；定子， 具有定子芯以及缠绕在定子芯上的定子线圈；大量总线柱，用于分别连接 到所述定子线圈；圆柱形电机外壳，所述电机外壳用其内圆周表面支撑定 子芯的外圆周表面，并在一侧端部处的底部的中间有通孔；端壳，用于支 撑一侧的轴承；托架，用于支撑另一侧的轴承并覆盖所述电机外壳的另一 侧上的开口；环形的总线柱基座，用于存储所述多个总线柱；以及转角传 感器，用于测量所述转子的旋转位置。所述端壳包括圆柱体部分，凸缘围 绕一侧处的端部，所述端部壳体从开口处插入所述电机外壳，直至凸缘与 底部相接触为止。所述总线柱基座围绕所述端壳的圆柱体部分的外圆周表 面，并且所述转角传感器被置于所述圆柱体部分上，且所述无刷电机根据 所述扭矩传感器所测量的转向扭矩被电流驱动。
根据第二方面的一种电动转向装置，其特征在于，电机外壳压制成形， 而托架和端壳铸造制得。
根据第三方面的一种电动转向装置，其特征在于，端壳螺纹接合至电 机外壳上。
根据第四方面的一种电动转向装置，其特征在于，进一步包括覆盖电 机外壳的底部和通孔的端盖，其中，所述端盖通过同一螺钉被螺纹接合至 电机外壳上。
根据第五方面的一种电动转向装置，其特征在于，该无刷电机是三相 无刷电机，总线柱以星形连接的方式连接定子线圈，用于提供电力的连接 器或引线以突起的方式附着于电机外壳的外圆周的一侧，连接器或引线的 端子通过外圆表面上形成的孔插入电机外壳并被螺钉紧固在总线柱端子 上。
根据第一方面的电动转向装置，无刷电机的端壳包括圆柱体部分，凸 缘包围一侧处的末端，并且所述端壳从开口处插入所述电机外壳，直至凸 缘与底部相接触。该总线柱基座围绕所述端壳的圆柱体部分的外圆周表 面，并且所述转角传感器被置于圆柱体部分中。因此，能够减小转向辅助 无刷电机的尺寸，也能够实现易于与电机相结合的电动转向装置。此外， 还能够实现在组装电机的最后一步方便地调整转角传感器的位置。
根据第二方面的电动转向装置，无刷电机的电机外壳压制成形，托架 和端壳铸造制成。因此，转向辅助无刷电机的托架和端壳能以适合于每一 种形状(简单的形状可采用压制成形，复杂的形状则可以采用铸造方式) 的方式制成，并且能够减少电机的制造步骤，进而能够减小电机的尺寸， 并实现易于与电机相结合的电动转向装置。
根据第三方面的电动转向装置，由于无刷电机的端壳螺纹接合至电机 外壳，因此可以将转向辅助无刷电机的端壳固定在龟机外壳上，并且可以 将转角传感器安装在端壳上。于是，可以进一步减小电机的尺寸，并实现 易于与电机相结合的电动转向装置。
根据第四方面的电动转向装置，电机外壳的底部和通孔被无刷电机的 端盖覆盖，且端盖和端壳通过同一个螺钉螺纹连接在电机外壳上。这样， 就可以防止外界物质从转向辅助无刷电机的通孔进入电机，也可以减少电 机的螺钉数，从而可以进一步减小电机的尺寸，并实现易于与电机相结合 的电动转向装置。
根据第五方面的电动转向装置，该无刷电机为一个三相无刷电机，总 线柱与定子线圈以星形的连接方式连接，用于提供电力的连接器或引线以
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突起的方式附着于电机外壳的外圆周表面的一侧。连接器或引线的端子通 过电机外壳的外圆表面上形成的孔插入电机外壳，并被螺钉紧固至总线柱 的端子。这样，可以进一步减小转向辅助无刷电机的尺寸，并实现易于与 电机相结合的电动转向装置。此外，很容易将连接器或者引线的端子连接 至总线柱的端子。即使当诸如螺钉等电机零件松动或者分离开时，端壳仍 可以起到阻挡件的作用，以防止其进入电机的旋转部分，因此，它能够避 免电机的旋转被电机零件锁定。
上面的和进一步的目的和特性将在下面结合附图的详细描述中更充 分的展示出来。


图l是电动转向装置的一个实施例的结构原理图； 图2A是图1所示的电动转向装置的电机外形的后视图； 图2B是图1所示的电动转向装置的电机外形的侧视图； 图3是在通过图1所示的电动转向装置的电机的旋转轴的平面上的垂 直剖视图4是在图1所示的电动转向装置的电机的连接器端子附近位置截得 的垂直剖视图5是图1所示的电动转向装置的电机的总线柱和总线柱基座的外观 形貌的透视图;
图6是定子线圈的星形连接的电路原理图； 图7A是总线柱基座外形的侧视图； 图7B是总线柱基座外形的底视图； 图8是连接器的电机侧端子的外形的透视图9是用于说明将连接器的电机侧端子连接至电机上的方法的解释性
视图10是示出一个椭圆孔的解释性视图，替代电机外壳底部和端壳上分 别形成的三个孔；以及
图ll是引线的电机侧端子的外形的透视图。
具体实施例方式
参照附图，下面将对一个实施例进行描述。图l是电动转向装置的实 施例的结构原理图。该电动转向装置例如包括用于转向的转向构件(方 向盘及把手)67;电机52，作为转向辅助无刷电机，该电机根据转向构件
67的转向被驱动；用于将电机52的转动通过减速齿轮机构68传递给转向机 构63的传动装置64;用于控制电机52的驱动的驱动控制器51。转向构件67 连接到输入轴66。
传动装置64包括通过扭杆(图中未示出)连接到输入轴66的输出轴 69;通过万向节连接到输出轴69的连接轴70;通过万向节连接到连接轴70 的小齿轮轴61;齿条轴62，其具有能与小齿轮轴61的小齿轮相咬合的齿条 齿，并通过转向机构63与左、右车轮71相连接。输入轴66和传动装置64 构成了转向轴65。
扭矩传感器53被置于输入轴66周围，该传感器基于扭杆上引起的扭转 测量当转向构件67转向时施加在输入轴上的转向扭矩的值。驱动控制器51 根据扭矩传感器53所测量到的转向扭矩值来控制转向辅助电机52的驱动。
减速齿轮机构68包括连接到电机52的输出轴的蜗杆和装配至输出轴 69中部的蜗轮，并且将电机52的转动通过蜗杆和蜗轮传递给输出轴69。
在具有这种结构的电动转向装置中，由操纵转向构件67引起的转向力 通过输入轴66、扭杆(图中未示出)、输出轴69、连接轴70和小齿轮轴61 传递给齿条轴62，使得齿条轴62做轴向运动，并启动转向机构63， 63。此 外，根据扭矩传感器53测量到的转向扭矩值，驱动控制器51控制电机52 的驱动，并将电机52的驱动力传递给输出轴69，从而增加转向力，减轻驾
驶者的劳动负荷。
图2A是后视图，图2B是侧视图，分别表示出电机52的外形。
电机52包括电机外壳l，所述电机外壳的形状为带底的圆柱形；端 盖21，所述端盖21用于覆盖形成在电机外壳l的底部ld上的通孔lf;和用 于支撑输出轴侧的轴承并覆盖电机外壳1的开口的托架2。凸缘凸起6连接 到输出轴。
端盖21具有可大致覆盖电机外壳l的底部ld的形状，并且螺钉24分别 穿过形成在端盖21周缘上的三个孔24a和与这三个孔24a相对应的形成在
电机外壳l的底部ld上的三个孔，由此将端盖21紧固在将在后文描述的形 成在端壳20上的三个螺钉孔中。
电机外壳1和托架2通过三个穿过形成在电机外壳1的圆周上的三个孔 25a (图4)的螺钉25紧固在一起。用于将电机52整体固定在柱体上的螺钉 孔28分别形成在两个凸缘上，其中两个凸缘设置在托架2的圆周上且在相 对的位置处。用于连接至驱动控制器51的连接器23以突起的方式附连圆周 表面上且在邻近电机外壳l底部ld的一侧上。
图3是通过电机52的旋转轴7的平面中的垂直剖视图，图4则是在连接 器23的端子附近截得的垂直剖视图。
在电机52中，电机外壳1以它的内圆周表面支撑着定子芯3的外圆周表 面，并且在设置于一侧的底部ld的中间形成有通孔lf。通过将定子线圈5 缠绕在定子芯3上制成定子。
电机外壳1的另一侧处的开口被托架2覆盖，用于支撑旋转轴7另一侧 的输出轴侧轴承8由形成在托架2中间的通孔的内圆周表面支撑。
用于支撑旋转轴7的一侧的非输出轴侧轴承18由形成在呈带底部圆柱 形的端壳20的底部中间上的通孔的内圆周表面支撑。该端壳20包括圆柱形 部分20a，所述圆柱形部分20a具有围绕一侧处的端部的凸缘20b，并且所 述端壳20从电机外壳1的开口处插入，直至凸缘20b接触到电机外壳l的底 部ld为止。应该指出的是，端壳20在施压的同时可能被插入电机外壳1中。
总线柱基座14环绕着端壳20的圆柱形部分20a的外圆周表面，且端壳 20的圆柱形部分20a在这里存放分解器转子19和位于分解器转子19的外圆 周表面上的分解器定子16。分解器定子和分解器转子合起来构成了分解器 (转角传感器)12，用于测量下文描述的转子的旋转位置。这样，分解器 12就位于与输出轴侧轴承8相对的一侧，并利用总线柱基座14的内径中的
空间来进行设置。
分解器12的电源线和信号线通过连接器13连接到驱动控制器51 (图 1)，连接器13被插入附连在端盖21上的孔的索环17 (grommet)中。该索 环17由具有良好收縮性能的软材料制成，例如海绵或者氨甲酸乙酯，从而 可以阻止外界物质从端盖21进入。具有良好收縮性能的软材料(例如海绵 和氨甲酸乙酯)也用来作为密封分解器定子16和转子之间的空间的部件，
因此，即使这个部件的碎片发生撞击，也不会产生不正常的噪声，并且防 止锁定的发生。
如上所述，由于该分解器12置于端壳20的圆柱形部分20a的内部，并 同定子芯3和转子轭铁9分离开，因此即使在电机52已组装之后，仍可以方 便地进行调整。
该转子轭铁9位于面对定子线圈5的位置且围绕转轴7，永磁体ll以环 状附连于转子轭铁9的外圆周表面上。该转子轭铁9与永磁体11被整体装入 保护管10中以构成转子。
电机外壳l是压制成形的，托架2和端壳20是铸造成形的。在电机52 中，由于电机外壳l的形状被尽可能地简化，因而可以很容易实施拉拔， 从而可以显著地降低成本。进而，尽管托架2和端壳20具有复杂的外形， 但是需要切削处理的部分并不多，因而，仍可通过采用铸造的方式来显著 地降低成本。
总线柱基座14由树脂制成，如图5的透视图、图7A的侧视图和图7B的 底视图所示，总线柱基座14为大致环形形状，并且具有围绕环的凸缘，以 使导体相互分隔开，分别包括螺孔14a、 14b、 14c的螺母14d设置在凸缘的 邻近连接器23的部分中。
每一个存放在总线柱基座14上的总线柱15具有半径略有不同的部分 环形形状，并包括在所需位置处的端子15d，所述端子15d用于连接至定子 线圈5。该端子15d根据需要分别连接至定子线圈5。
总线柱15—个放置在另一个上地设置并且存放在总线柱基座14中。由 于本实施例中的电机52是三相无刷电机，因此，电力被提供给三个总线柱 15的端子15a、 15b和15c。如图7A所示，总线柱15的端子15a、 15b和15c 被置于在与螺孔14a、 14b和14c相重合的位置上，同时与螺孔14a、 Mb和 14c保持一个狭缝15e (例如，0.9醒)。
如图6所示，连接到各个端子15a、 15b和15c的定子线圈5分别包括星 形连接的相线圈Lu， Lv和Lw。这里，如果相线圈Lu， Lv和Lw用三角形连 接法连接，则必须调整三相各自的阻抗，使之彼此相等，这给总线柱的设 计带来了困难。然而，通过将它们进行星形连接，总线柱的设计就会变得 容易。
如图8所示，连接器23的电机侧端子23a、 23b和23c从沿着电机外壳l 的外圆周表面弯曲的支座上突起，并通过形成在外圆周表面上的各自孔插 入电机外壳l。如图9所示，插入电机外壳l中的电机侧端子23a、 23b和23c 通过螺钉22分别与总线柱15的端子15a、 15b和15c—起螺纹连接到螺母14d 的螺孔14a、 14b和14c (图7B)，其中螺母14d设置在总线柱基座14中，同 时螺钉起子(driver)通过形成在电机外壳l的底部ld上的三个孔la、 lb和 lc以及形成在端壳20上的三个孔插入。
此时，电机侧端子23a、 23b和23c分别被螺旋拧入这样一种状态艮卩， 它们插入在总线柱15的端子15a、 15b和15c与螺母14d的螺孔14a、 14b和14c 之间的间隙15e (图7A)中。这样，各个电机侧端子23a、 23b和23c的位置 与总线柱基座14更为接近，电机外壳1与连接器23的布局设置更为容易， 从而可使得电机52的大小更为紧凑。另外，通过增加用于连接至总线柱15 的定子线圈5的各个端子之间的距离，可以保证耐压性能。
形成在电机外壳l的底部ld上的三个孔la、 lb和lc分布于同一圆周上。
应该指出的是，如图10所示，可以在电机外壳l的底部ld上形成一个 椭圆孔le以及在端壳20上形成一个椭圆孔，用于替代形成在电机外壳l底 部ld上的三个孔la、 lb、 lc和形成在端壳20上的三个孔。此外，如图ll所 示，可以采用与总线柱15的各个端子15a、 15b和15c相对应的多个引线26， 替代连接器23。引线26的电机侧端子26a、 26b和26c以与连接器23的电机 侧端子23a、 23b和23c相同的方式突出，并且通过形成在电机外壳l的外圆 周表面上的各个通孔插入电机外壳l。插入电机外壳l的电机侧端子26a、 26b和26c通过螺钉22分别与总线柱15的端子15a、 15b和15c—起螺纹连接 到螺母14d的螺孔14a、 14b和14c，其中所述螺母14d设置在总线柱基座14 中，同时螺钉起子通过形成在电机外壳l的底部ld上的三个孔la、 lb和lc 以及形成在端壳20上的三个孔插入。
端盖21具有大致覆盖电机外部l底部ld的形状，并且通过覆盖电机外 壳l的底部ld、端壳20和分解器12，可以防止外部物质进入。如上所述， 端盖21通过各个螺钉24分别穿过形成在圆周上的三个孔24a以及形成在电 机外壳l的底部ld中的、与三个孔24a(图2A)相对应的三个孔而被紧固至 形成在端壳20上的三个螺孔。
权利要求
1.一种电动转向装置，包括扭矩传感器，用于测量施加于转向构件上的转向扭矩；以及用于辅助转向的无刷电机，所述无刷电机包括旋转轴；两个轴承，所述两个轴承用于在两个位置处支撑所述旋转轴；转子，所述转子与所述旋转轴同轴旋转；定子，所述定子具有定子芯以及缠绕在定子芯上的定子线圈；多个总线柱，用于分别连接至所述定子线圈；圆柱形电机外壳，所述圆柱形电机外壳用其内圆周表面支撑定子芯的外圆周表面，并且在设置于一侧端部处的底部的中间具有通孔；端壳，用于支撑一侧处的轴承；托架，用于支撑另一侧处的轴承并覆盖所述电机外壳的另一侧处的开口；环形的总线柱基座，用于存放所述多个总线柱；以及转角传感器，用于测量所述转子的旋转位置，其中，所述无刷电机根据所述扭矩传感器所测量的转向扭矩被电流驱动，所述电动转向装置的特征在于，所述端壳包括具有凸缘的圆柱体部分，所述凸缘围绕一侧的端部，并从开口处插入所述电机外壳，直至凸缘与底部相接触，所述总线柱基座围绕所述端壳的圆柱体部分的外圆周表面，并且所述转角传感器被置于所述的圆柱体部分中。
2. 根据权利要求l所述的电动转向装置，其中，所述电机外壳被压制 成形，而所述托架和所述端壳被铸造而成。
3. 根据权利要求1或2所述的电动转向装置，其中，所述端壳螺纹接 合至所述电机外壳上。
4. 根据权利要求1或2所述的电动转向装置，进一步包括覆盖所述电 机外壳的底部和通孔的端盖，其中，所述端盖与所述端壳通过同一螺钉螺 纹连接到所述电机外壳上。
5. 根据权利要求1或2所述的电动转向装置，其中，所述无刷电机是 三相无刷电机，所述总线柱以星形连接的方式连接定子线圈，用于提供电 力的连接器或引线以突起的方式附连于所述电机外壳的外圆周表面的一 侧，所述连接器或引线的端子通过形成在外圆周表面上的孔插入所述电机 外壳，并被螺钉紧固在所述总线柱的端子上。
6.根据权利要求l所述的电动转向装置，其中，所述端壳在施压的同 时被插入。
全文摘要
一种电动转向装置，包括由带底的圆柱形电机外壳(1)构成的无刷电机(52)；用于覆盖电机外壳(1)开口的托架(2)；用于支撑位于一侧的非输出轴侧轴承(18)的内端壳(20)；用于存放多个总线柱(15)的环形总线柱基座(14)；以及转角传感器(12)。所述电动转向装置根据测量到的转向扭矩，通过电流驱动无刷电机。内端壳(20)包括具有凸缘的圆柱体部分(20a)，所述凸缘围绕一侧处的端部，并从开口处插入电机外壳(1)，直至凸缘与电机外壳(1)的底部(1d)相接触，总线柱基座(14)围绕内端壳(20)的圆柱体部分(20a)的外圆周表面，并且转角传感器(12)被置于圆柱体部分(20a)上。
文档编号B62D5/04GK101108630SQ20071013693
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月23日 优先权日2006年7月21日
发明者大槻荣高, 新口升, 松原健, 神田尚武 申请人:株式会社捷太格特