(57)【要約】機械的要因によるばらつきを排除して優れた動作信頼性に優れた機電一体型のコントローラ付き電動モータユニットを提供すること。  歯車ケース６側の歯車１３にマグネット部材８が取り付けられ、コントローラケース５６内にマグネット部材８を感知して歯車１３の回転角度を検出するセンサ３が取り付けられ、歯車ケース６には歯車１３の回転中心と同心の円筒状開口５７を設け、コントローラケース５６には円筒状開口５７に嵌合する円筒部５８を設け、円筒部５８と円筒状開口５７との嵌め合いによってコントローラケース５６を歯車ケース６に位置決め装着する。
2004068679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラを内蔵したコントローラケースとを含み、
前記歯車にセンサ感知要素が取り付けられ、前記コントローラケース内に前記センサ感知要素を感知して前記歯車の回転角度を検出するセンサが取り付けられ、
前記歯車ケースは前記歯車の回転中心と同心の円筒状開口を有し、前記コントローラケースは前記円筒状開口に嵌合する円筒部を有し、前記円筒部と前記円筒状開口との嵌め合いによって前記コントローラケースが前記歯車ケースに位置決め装着されているコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項２】
前記円筒部と前記円筒状開口との嵌合部に、ゴム状弾性体製のＯリングが挟まれている請求項１記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項３】
前記コントローラケースは、前記歯車ケースの内部とは気密に分離された密閉構造ケースである請求項１または２記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項４】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラを内蔵したコントローラケースとを含み、
前記歯車にセンサ感知要素が取り付けられ、前記コントローラケース内に前記センサ感知要素を感知して前記歯車の回転角度を検出するセンサが取り付けられ、
前記センサ感知要素と前記センサとの離間距離を決定する部材が線膨張係数に関して同種の材料により構成されているコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項５】
前記センサ感知要素と前記センサとの離間距離を決定する部材が線膨張係数に関して同種の材料により構成されている請求項１〜３の何れか１項記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項６】
前記センサ感知要素はマウント部材によって前記歯車に装着され、前記センサ感知要素と前記センサとの離間距離を決定する前記部材は、前記マウント部材と前記歯車ケースと前記コントローラケースを含む請求項４または５記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項７】
前記マウント部材と前記歯車ケースと前記コントローラケースとがアルミニウム系金属により構成されている請求項６記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項８】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、
前記配線基板は、各々導体層を有する絶縁基材を多層に積層された多層配線基板により構成され、各絶縁基材の導体層に大電流用配線パターンが分散配置されているコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項９】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、
前記配線基板は、大電流用配線パターンと信号用パターンとセンサ用パターンとを含み、前記大電流用配線パターンと前記信号用パターンおよび前記センサ用パターンとが１点接続されているコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項１０】
前記配線基板は、複数個の導体層を多層に積層された多層配線基板により構成され、各導体層に前記大電流用配線パターンが分散配置されている請求項９記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項１１】
前記配線基板が前記コントローラケースに高熱伝導性接着剤と、前記高熱伝導性接着剤より接着強度が高い高強度接着剤の２種類の接着剤によって接着固定されている請求項８〜１０の何れか１項記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項１２】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、
前記配線基板が前記コントローラケースに高熱伝導性接着剤と、前記高熱伝導性接着剤より接着強度が高い高強度接着剤の２種類の接着剤によって接着固定されているコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項１３】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、
前記コントローラケースと前記歯車ケースとが導電性材料に材料により構成され、前記配線基板のアース部と前記コントローラケースと前記歯車ケースとが電気的に接合された構造を有するコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項１４】
歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行うマイクロコンピュータを内蔵したコントローラケースとを含み、
前記マイクロコンピュータ内のＲＡＭ読込み・ＲＡＭ書換え・ＲＯＭ読込み・ＲＯＭ書換えをコントローラ・エリア・ネットワーク通信により行う機能を有するコントローラ付き電動モータユニット。
【請求項１５】
トランスミッション、４輪駆動用トランスファのような自動車の駆動ラインの動作状態の切換を行う請求項１〜１４の何れか１項記載のコントローラ付き電動モータユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、コントローラ付き電動モータユニットに関し、特に、トランスミッション、４輪駆動用トランスファのような自動車の駆動ラインの構成要素にて使用される機電一体型のコントローラ付き電動モータユニットに関する。
【背景技術】  トランスミッションや４輪駆動用トランスファのような自動車の駆動ラインの動作状態の切換を行うコントローラ付き電動モータユニットとして、一つのハウジング組立体に、４輪駆動用トランスファのシフトレールのような切換動作部材を回転駆動する減速系の歯車列を内蔵し、そのハウジング組立体に前記歯車列を回転駆動する電動モータが取り付けられ、更に、ハウジング組立体内に前記電動モータの駆動制御を行うためのマイクロコントローラや前記電動モータの駆動ピニオンに取り付けられたマグネットリングの磁極を感知する無接触式センサ等が実装されたプリント配線基板が取り付けられた機電一体型のものがある（例えば、米国特許第６１５５１２６号明細書参照）。
上述したような従来のコントローラ付き電動モータユニットでは、マイクロコントローラを実装している制御用のプリント配線基板が歯車列を内蔵したハウジング組立体に組み込まれているため、プリント配線基板がハウジング組立体の油、歯車摩耗金属粉等が浮遊している劣悪雰囲気中に曝され、無接触式センサに対する外乱磁界となり、誤動作を生じる虞れがある。
また、ハウジング組立体は、モータ熱や歯車列の回転による摩擦熱によって高温になるため、ハウジング組立体内のプリント配線基板が高温雰囲気中に曝され、熱的にも誤動作を生じる虞れがある。
また、上述したような従来のコントローラ付き電動モータユニットでは、歯車側のマグネットリングとハウジング組立体側の無接触式センサとの相対位置（離間距離＝エアーギャップ）の変動を抑えて、正確な回転位置検出を安定して行うことについて、プリント配線基板等の組み付けによるばらつき、ハウジング組立体の熱膨張による変動を最小限にするような考慮がなされていない。このため、正確な回転位置検出を安定して行うことが難しい。
電動モータの駆動制御を行う配線基板では、モータ駆動系の大電流用配線パターンと信号用パターンおよびセンサ用パターンとを含んでおり、従来技術では、同一電位の大電流パターンを複数の導体層にまたがって配置していた為、基板内のその他の信号パターンと位置的な干渉が発生し、パターン幅が細く、且つパターン長さが長くなってしまい、大電流による発熱が大きいという問題があり、しかも、放熱性も悪く、熱的影響による誤作動を生じ易い。
従来技術では、大電流パターンとセンサ用信号パターンを複数点において分岐していたので、大電流による電位差がセンサ信号用パターンの間で発生し、センサ精度を悪化させるという問題がある。また、従来技術では、配線基板のケース部とハウジング組立体とが電気的に接続されていないため、耐静電気性に劣っているという問題もある。
従来技術では、配線基板に実装されているマイクロコントローラ（マイクロコンピュータ）内のＲＡＭ読込み・ＲＡＭ書換え・ＲＯＭ読込み・ＲＯＭ書換えのために専用の信号線が必要となり、ハーネス及び端子のコスト増・工程数増という問題がある。
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、機械的、熱的な要因によるばらつき、誤作動を生じる可能性を排除して優れた動作信頼性、耐久性を示し、簡便で、高性能な機電一体型のコントローラ付き電動モータユニットを提供することを目的としている。
【発明の開示】
上述の目的を達成するために、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラを内蔵したコントローラケースとを含み、前記歯車にマグネットのようなセンサ感知要素が取り付けられ、前記コントローラケース内に前記センサ感知要素を感知して前記歯車の回転角度を検出するセンサが取り付けられ、前記歯車ケースは前記歯車の回転中心と同心の円筒状開口を有し、前記コントローラケースは前記円筒状開口に嵌合する円筒部を有し、前記円筒部と前記円筒状開口との嵌め合いによって前記コントローラケースが前記歯車ケースに位置決め装着されている。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、歯車ケースに形成された歯車の回転中心と同心の円筒状開口に、コントローラケースの円筒部が嵌合し、この円筒部と円筒状開口との嵌め合いによってコントローラケースが歯車ケースに位置決め装着されるので、歯車ケースに対するコントローラケースの取付位置が組み付けのばらつきを排除して一義的に機械的に高精度に決まり、ついては、コントローラケース側のセンサと歯車ケース側のセンサ感知要素との相対的な位置関係が高精度に決まり、正確な回転位置検出を安定して行うことができる。
更には、前記円筒部と前記円筒状開口との嵌合部に、ゴム状弾性体製のＯリングが挟まれており、Ｏリングによる調心作用によって歯車ケースに対するコントローラケースの取付位置精度を高めることができる。
特に、磁気検知方式の非接触回転センサは、磁界の変化によって回転体（歯車）の回転角度を検出するものであるから、検出精度を高めるためには、センサ素子に作用する磁界がセンサ素子に対して点対称であることが好ましい。このためには、コントローラケース側のセンサを回転体上のセンサ感知要素であるマグネットと同一軸線上に配置する必要がある。このことに対して、円筒部と円筒状開口との嵌め合いによってコントローラケースが歯車ケースに位置決め装着されること、Ｏリングによる調心作用によって歯車ケースに対するコントローラケースの取付位置精度を高めることにより、センサを歯車上のセンサ感知要素の回転中心と同軸上に配置でき、センサ精度の向上が図られる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、更に、前記コントローラケースが、前記歯車ケースの内部とは気密に分離された密閉構造ケースである。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットでは、コントローラケース内に収容された電気式コントローラが歯車ケース内の油、歯車摩耗金属粉等を含む劣悪雰囲気中に曝されることがなくなる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラを内蔵したコントローラケースとを含み、前記歯車にマグネットのようなセンサ感知要素が取り付けられ、前記コントローラケース内に前記センサ感知要素を感知して前記歯車の回転角度を検出するセンサが取り付けられ、前記センサ感知要素と前記センサとの離間距離を決定する部材が線膨張係数に関して同種の材料により構成されている。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、センサ感知要素と前記センサとの離間距離を決定する部材が、アルミニウム系金属等、線膨張係数に関して同種の材料により構成されているので、これら部材が熱膨張あるいは熱収縮しても、センサ感知要素とセンサとの離間距離が変動が少なく、あるいは変動がなく、正確な回転位置検出を安定して行うことができる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、前記センサ感知要素はマウント部材によって前記歯車に装着され、前記センサ感知要素と前記センサとの離間距離を決定する前記部材は、前記マウント部材と前記歯車ケースと前記コントローラケースを含んでいる。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、センサ感知要のマウント部材と歯車ケースとコントローラケースとが、アルミニウム系金属等、線膨張係数に関して同種の材料により構成されているので、これらが熱膨張あるいは熱収縮しても、センサ感知要素とセンサとの離間距離が変動が少なく、あるいは変動がなく、正確な回転位置検出を安定して行うことができる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、前記配線基板は、各々導体層を有する絶縁基材を多層に積層された多層配線基板により構成され、各絶縁基材の導体層に大電流用配線パターンが分散配置されている。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、大電流用配線パターンが絶縁基材の導体層に分散配置されているので、電流用配線パターンの幅を広く、しかも最短の配線長にてパターン配置（レイアウト）することが可能になる。パターン抵抗は、導体パターン幅、導体パターン長により決まるから、導体パターン幅が広く、導体パターン長が短いと、パターン抵抗を抑えることができ、大電流用配線パターンを流れる電流による抵抗発熱を低減でき、熱的に有利になる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、前記配線基板は、大電流用配線パターンと信号用パターンとセンサ用パターンとを含み、前記大電流用配線パターンと前記信号用パターンおよび前記センサ用パターンとが１点接続されている。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、大電流用配線パターンと前記信号用パターンおよび前記センサ用パターンとが１点接続であるので、大電流用配線パターンに大電流が流れても、信号用パターンのグランドとセンサ用パターンのグランドに電位差が生じることが回避され、大電流による他の信号系、センサ系への悪影響を抑えることができる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、前記配線基板が前記コントローラケースに高熱伝導性接着剤と、前記高熱伝導性接着剤より接着強度が高い高強度接着剤の２種類の接着剤によって接着固定されている。高熱伝導性接着剤としては、熱伝導率が高い金属フィラを含む樹脂系接着剤、高強度接着剤としは、通常のシリコン系接着剤がある。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、配線基板がコントローラケースに高熱伝導性接着剤と、前記高熱伝導性接着剤より接着強度が高い高強度接着剤の２種類の接着剤によって接着固定されているから、配線基板の熱が高熱伝導性接着剤によってコントローラケースに効率よく伝導すること、高強度接着剤によって配線基板をコントローラケースに所要の接着強度で接着することとが両立する。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行う電気式コントローラの配線基板を内蔵したコントローラケースとを含み、前記コントローラケースと前記歯車ケースとが導電性材料に材料により構成され、前記配線基板のアース部と前記コントローラケースと前記歯車ケースとが電気的に接合された構造を有する。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、配線基板のアース部とコントローラケースと歯車ケースとが電気的に接合されているから、配線基板のアース部の電気容量が増大し、外部コネクタから伝達される高周波ノイズ等の外乱を吸収でき、耐ノズル性に優れた制御回路が実現可能になる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、歯車を内蔵した歯車ケースと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記歯車を回転駆動する電動モータと、前記歯車ケースに取り付けられ、前記電動モータの駆動制御を行うマイクロコンピュータを内蔵したコントローラケースとを含み、前記マイクロコンピュータ内のＲＡＭ読込み・ＲＡＭ書換え・ＲＯＭ読込み・ＲＯＭ書換えをコントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）通信により行う機能を有する。
この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、マイクロコンピュータ内のＲＡＭ読込み・ＲＡＭ書換え・ＲＯＭ読込み・ＲＯＭ書換えをＣＡＮ通信により行うことができ、マイクロコンピュータのデバック用ライン（インタフェースケーブル）、コネクタピンを削減できる。これにより、コネクタピン数の削減、通信用配線コストの低減が可能になる。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットは、トランスミッション、４輪駆動用トランスファのような自動車の駆動ラインの動作状態の切換を行うものである。
また、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットによれば、トランスミッション、４輪駆動用トランスファのような自動車の駆動ラインの動作状態の切換を行うコントローラ付き電動モータユニットにおいて、上述の発明によるコントローラ付き電動モータユニットの作用、効果が得られる。
【図面の簡単な説明】  図１は、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットが適用される４輪駆動方式の自動車の動力伝達系を示す構成図である。
図２は、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットの一つの実施形態を示す上半分の分解斜視図である。
図３は、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットの一つの実施形態を示す下半分の分解斜視図である。
図４は、この発明によるコントローラ付き電動モータユニットの一つの実施形態を示す断面図である。
図５は、（ａ）、（ｂ）が一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおけるウォームホイールとマグネットホルダとの締結構造を示す拡大断面図である。
図６は、（ａ）、（ｂ）が一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおけるマグネットホルダとマグネット部材との締結構造を示す拡大断面図である。
図７は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおけるウォームホイールとマグネットホルダとマグネット部材の締結部分の分解斜視図である。
図８は、（ａ）が一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける基板配置部の平面部、（ｂ）が配線基板のワイヤ配線部を拡大して示す平面図である。
図９は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおけるシフトコントローラの機能ブロック図である。
図１０は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける基板接着構造を示す説明図である。
図１１は、図１０の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
図１２は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける配線基板に形成された配線パターンの電気回路図である。
図１３は、一つの施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける多層構造の配線基板の１層目の平面図である。
図１４は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける多層構造の配線基板の２層目の平面図である。
図１５は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける多層構造の配線基板の３層目の平面図である。
図１６は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける多層構造の配線基板の４層目の平面図である。
図１７は、一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける多層構造の配線基板の５層目の平面図である。
図１８は、（ａ）、（ｂ）が一つの実施形態のコントローラ付き電動モータユニットにおける通信を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
（４輪駆動車の動力伝達系）
図１はこの発明によるコントローラ付き電動モータユニットが適用される４輪駆動方式の自動車の動力伝達系を示している。
４輪駆動車の駆動トレーンが参照番号１００で概略図的に示されている。４輪駆動車の駆動トレーン１００は、内燃機関のような原動機１０１に接続され、原動機１０１によって駆動されるトランスミッション１０２を有している。トランスミッション１０２は、通常のオートマチック型、マニュアル型の何れかとすることができる。
トランスミッション１０２の後段には、４輪駆動切換用のトランスファーケース組立体１０３が接続されている。トランスファーケース組立体１０３は、後部推進軸１０４と、後部差動装置１０５と、左右一対の後部車輪軸１０６と、左右一対の後部タイア及び車輪の組立体１０７とを備える後輪駆動ライン１０８に対して駆動力を常時提供する。
また、トランスファーケース組立体１０３は、前部推進軸１０９と、前部差動装置１１０と、左右一対の前部車輪軸１１１と、左右一対の前部タイア及び車輪の組立体１１２とを備える前輪駆動ライン１１３に対して駆動力を選択的に提供する。
前部タイア及び車輪の組立体１１２は、対の前部車輪軸１１１のそれぞれの一つに直接接続されることが好ましい。これと代替的に、一対の手動又は遠隔的に作動可能な係止ハブ１１４を対の前部車輪軸１１１と前部タイア及び車輪の組立体１１２のそれぞれ一つとの間に作用可能に配置し、これらを選択的に接続させるようにしてもよい。主駆動ラインである後輪駆動ライン１０４及び二次的駆動ラインである前輪駆動ライン１１３の双方は、後部推進軸１０８、前部推進軸１０９の軸継手部に、自在継手１１５を備えることができる。自在継手１１５は、推進軸と構成要素との間の静的及び動的なずれ及び不整合を許容する。
（モード切換スイッチ）
自動車の運転者の手が容易に届く範囲内に、運転者の制御盤又は組立体１２０が配置される。組立体１２０は、トランスファーケース組立体１０３によって切換設定される複数の運転モードの一つを選択する手動のモード切換スイッチ１２１を有している。
（コントローラ付き電動モータユニットの全体的な構造）
トランスファーケース組立体１０３の切り換えを行う機電一体型コントローラをコントローラ付き電動モータユニット（シフトコントローラ）２００と呼ぶ。コントローラ付き電動モータユニット２００はトランスファーケース組立体１０３に付設されている。
コントローラ付き電動モータユニット２００は、ざぐり穴を明けられた出力軸１１を有し、出力軸１１（図２、図４参照）によってトランスファーケース組立体１０３のシフトレール１１６とトルク伝達関係で接続されている。コントローラ付き電動モータユニット２００は、モード切換スイッチ１２１の出力信号やエンジン制御ユニット（図示省略）からの車速情報・エンジン回転数情報・スロットルポジション情報を入力し、これらの入力情報に応じて出力軸１１を目標回転角度に追従させる機能をもつ。
コントローラ付き電動モータユニット２００の詳細を、図２〜図４を参照して説明する。
コントローラ付き電動モータユニット２００は、主構造体として、アルミニウム製の歯車ケース６を含む。歯車ケース６は、軸受部６ａのブッシュ２２によってケース内部、すなわちに、歯車室２５にウォームホイール１３を回転自在に支持している。ウォームホイール１３には出力軸１１が一体に設けられている。出力軸１１は、出力軸１１の先端部に締結された固定リング２４によってワッシャ２３を介して歯車ケース６に対し軸線方向の移動が制限されている。
歯車ケース６の側部には、駆動力を発生する電動モータ１６が取付ねじ６９によって取り付けられている。電動モータ１６は出力部にウォームギア１７を有している。ウォームギア１７の材料としては、鉄系金属、アルミニウム、樹脂等が考えられるが、この実施形態では、最も強度が高い鉄材を採用している。ウォームギア１７は、歯車ケース６内に収納され、ウォームホイール１３と噛み合っている。
ウォームホイール１３の上面には、センサ感知要素のマウント部材をなすアルミニウム製の円柱状のマグネットホルダ１０が、メタルフロー、嵌め合い締結、もしくは接着剤によってウォームホイール１３の回転中心と同心に固定されている。マグネットホルダ１０の上面にはセンサ感知要素である棒状のマグネット部材８が、かしめ、嵌め合い締結、もしくは接着剤によって固定されている。ここで、マグネット部材８、マグネットホルダ１０、ウォームホイール１３、出力軸１１は、すべて一体的に回転する。
ウォームホイール１３とマグネットホルダ１０との締結、マグネットホルダ１０とマグネット部材８との締結の好ましい詳細な実施形態を図５〜図７を参照して説明する。
ウォームホイール１３の上面には、ウォームホイール１３の回転中心と同心の位置に、円形のマグネットホルダ挿入凹部１３ａが形成されている。マグネットホルダ挿入凹部１３ａの内周面には円環状凹溝１３ｂとキー溝状の垂直凹溝１３１３ｃが形成されている。ウォームホイール１３の上面には、マグネットホルダ挿入凹部１３ａより外周側にマグネットホルダ挿入凹部１３ａと同心に、円環凹溝１３ｂが形成されている。
マグネットホルダ１０とウォームホイール１３の締結は、メタルフローを用いている。具体的には、ウォームホイール１３のマグネットホルダ挿入凹部１３ａにマグネットホルダを挿入した状態で、マグネットホルダ１０の挿入フランジ部１０ａを塑性変形させる荷重で、マグネットホルダ１０の挿入フランジ部１０ａを上面から下面方向にパンチする。
これにより、図５（ｂ）に示されているように、マグネットホルダ材料（アルミニウム）がウォームホイール１３の円環状凹溝１３ｂに流れ込み、マグネットホルダ１０の上下方向への移動が拘束される。また、ウォームホイール１３の垂直凹溝１３ｃにもマグネットホルダ材料が流れ込むことより、キー係合状態が得られ、マグネットホルダ１０がウォームホイール１３に対して回転変位することを阻止される。なお、円環凹溝１３ｂは、パンチによって流れ込んだマグネットホルダ１０のウォームホイール外周方向への力によってウォームホイール１３の外形が変形を防止するための緩衝溝として作用する。
なお、ウォームホイール１３の円環状凹溝１３ｂ、垂直凹溝１３ｃは、一つ又は一つ以上必要であり、これらの溝形状は、ローレットなどで加工した網目形状でもよい。溝の深さは、マグネットホルダ１０の締結部（流れ込み部）の熱収縮量とウォームホイール１３の熱収縮量の差以上にする。これにより、熱収縮時に、円環状凹溝１３ｂ、垂直凹溝１３ｃへの引っかかり代がなくなることがなく、マグネットホルダ１３が上下方向や回転方向に動いてしまうこと（マグネットホルダ脱落）を防止できる。
マグネット部材８は、両端にＳＮ磁極を有する棒磁石であり、側周面に凹溝８ａが形成されている。マグネットホルダ１０の上面には、マグネット部材８を挿入される長方形状のマグネット部材挿入凹部１０ｂがマグネットホルダ１０の中心を通る径方向に延在する形態で形成されている。
マグネット部材８とマグネットホルダ１０との締結は、かしめを用いている。具体的には、マグネットホルダ１０のマグネット部材挿入凹部１０ｂにマグネット部材８を挿入した状態で、マグネットホルダ１０のマグネット部材挿入凹部１０ｂの外周辺部を、マグネットホルダ材料を塑性変形させる圧力で、上面から下面方向にパンチする。
これにより、図６（ｂ）に示されているように、マグネットホルダ材料がマグネット部材８の凹溝８ａに流れ込み、かしめられる。このかしめにより、マグネット部材８はマグネットホルダ１０に固定される。ここで、凹溝８ａの深さは、マグネットホルダ１０の熱収縮量とマグネット部材８の熱収縮量の差以上にする。これにより、熱収縮時に、凹溝８ａへの引っかかり代がなくなることがなく、マグネット部材８が上下方向に動いてしまうこと（マグネット部材脱落）を防止できる。
歯車ケース６の上部には、取付ねじ９、ブッシュ１２によって合成樹脂成形品による基板ケース７とアルミニウム製の基板ベース部材５とが共締め固定されている。基板ケース７の上部には基板カバー１がエポキシ系もしくはシリコン系接着剤によって気密に接着固定されている。基板ケース７と基板ベース部材５と基板カバー１との組立体が密閉構造のコントローラケース５６をなしている。
コントローラケース５６は、内部に、基板ベース部材５によって歯車ケース６の内部（歯車室２５）とは気密に分離された基板室２６を画定している。基板ベース部材５は、コントローラケース５６の底板で、歯車室２５と基板室２６を気密に分離する隔壁をなしている。
基板ケース７には、電動モータ接続用コネクタ１９、外部接続用コネクタ２０が一体化成形されている。電動モータ接続用コネクタ１９には、電動モータ１６のモータ接続線１４、１５の電動モータ接続用コネクタ１８が電気的に接続される。外部接続用コネクタ２０はシフトコントローラ外部との通信・電源の供給や電気信号の入力に使用される。
基板室２６内の基板ベース部材５上には電気式コントローラ用（シフトコントローラ）の配線基板２が、位置決めピン９３によって配置位置を決められた状態で、エポキシ系もしくはシリコン系接着剤等によって接着固定されている。配線基板２には磁気検知方式の非接触回転センサ３、マイクロコンピュータ４、電動モータ駆動回路４７等が実装されている。
配線基板２は、歯車ケース６の内部、すなわち、歯車室２５とは気密に分離されたコントローラケース５６のクリーンな基板室２６内に収容されているから、配線基板２が、歯車室２５の油、歯車摩耗金属粉等を含む劣悪雰囲気中に曝されることがなくなり、機械部分で発生が考えられる埃・油等の電子回路に悪影響を与える物質から配線基板２を保護することができ、配線基板２の導体短絡等によって電気式コントローラが誤動作を生じることがなくなる。
また、機械部分と電子回路部分を互いに遠隔地で製作し、組立可能な場所まで各々輸送し、後から組み立てるといったような、組立工程の選択肢も実現可能となる。
（角度検出構成）
図４に示されているように、マグネット部材８の上面からある距離（エアギャップＧ）をおいて、基板ベース５の下面が位置する。配線基板２の非接触回転センサ３とマグネット部材８の配置は、理想的には同軸上が望ましい。
このことに対し、歯車ケース６の上部には、ウォームホイール１３、ついては、マグネットホルダ１０の中心と同心の円筒状開口５７が形成されている。コントローラケース５６の基板ベース５には円筒状開口５７に嵌合する円筒部５８が形成されている。円筒部５８の外周部には周溝５８ａが同心形成されており、周溝５８ａにはゴム状弾性体製のＯリング２１が装着されている。
基板ベース５の円筒部５８が歯車ケース６の円筒状開口５７にはめ込まれることにより、円形嵌め合いによって、組み付けのばらつきを排除して基板ベース５が歯車ケース６に高精度に一義的に位置決め装着される。配線基板２が基板ベース５に正しく位置決め固定されていれば、基板ベース５の歯車ケース６に対する上述の位置決めにより、配線基板２上のセンサ３とマグネット部材８の配置が理想的な同軸上になる。
更に、好ましくは、基板ベース５の円筒部５８と歯車ケース６の円筒状開口５７との嵌合が、微少なすきまい嵌めになっていることにより、Ｏリング２１による自動調心作用が得られ、歯車ケース６に対する基板ベース５の取付位置精度を更に高めることができ、配線基板２上のセンサ３とマグネット部材８の同軸配置精度が更によくなる。
特に、磁気検知方式の非接触回転センサは、磁界の変化によって回転体（歯車）の回転角度を検出するものであるから、検出精度を高めるためには、センサ素子に作用する磁界がセンサ素子に対して点対称であることが好ましい。このためには、コントローラケース側のセンサを回転体上のセンサ感知要素であるマグネットと同一軸線上に配置する必要がある。
このことに対して、円筒部と円筒状開口との嵌め合いによってコントローラケースが歯車ケースに位置決め装着されること、Ｏリングによる調心作用によって歯車ケースに対するコントローラケースの取付位置精度を高めることにより、センサを歯車上のセンサ感知要素の回転中心と同軸上に配置でき、センサ精度の向上が図られる。
基板ベース５自体および円筒部５８は、放熱フィンとしても機能し、配線基板２の動作熱の放熱を行う。また、基板ベース５の円筒部５８と歯車ケース６の円筒状開口５７との嵌合部に金属粉を混入されたような高熱伝導性グリースが塗布されることにより、はめ込め組み付け時のかじり等の防止と共に、基板ベース５と歯車ケース６との熱伝導接触面積が増え、よりよい放熱効果が得られる。
なお、マグネットホルダ１０の組立誤差やセンサ３の半田付け誤差等に起因するサンプル毎の位置ずれや、磁気検知方式の非接触回転センサ３とマグネット部材８との距離（エアギャップＧ）のばらつきによるセンサの影響を補正するため、常温にて製品組立後、センサ出力固体差の補正が行われる。
温度変化によるエアギャップＧの変動は、センサ精度を悪化させる要因となる。コントローラ付き電動モータユニット２００は、歯車ケース６の下面で、トランスファーケース組立体１０３に固定・拘束されている。歯車ケース６の下面を基準にすると、歯車ケース６の下面からセンサ３までは、主に、歯車ケース６、基板ベース５、配線基板２で構成されている。また、歯車ケース６の下面からマグネッ部材８までは、主に、歯車ケース６、ブッシュ２２、ウォームホイール１３、マグネットホルダ１０で構成されている。エアギャップＧは理想的には温度・時経変化によらず不変であるべきだが、実際は上記構成部材の温度による熱膨張や熱収縮により変動する。
従って、上記構成部材に線膨張係数の異なる材質の部材が用いられると、温度変化によってエアギャップＧが変動し、センサ精度に悪影響を与える。このことに対処し、歯車ケース６と基板ベース５は、剛性に優れ、軽量であるアルミニウム材で構成され、配線基板２にはセラミック材（Ａｌ２Ｏ３等）、ウォームホイール１３には鉄材の燒結品を採用している。マグネットホルダ１０の材料としては、ＰＢＴやＰＰＳなどの樹脂や、アルミニウム材が考えられる。表１に上記構成部材それぞれの長さ、線膨張係数、熱による変位を示す。
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表１より、温度変化ΔＴ＝１００℃の条件において、マグネットホルダ１０に樹脂（ＰＢＴ）を用いた場合には、合計変形量（Ａ）が０．３９５５ｍｍで、エアギャップ変動が、０．３９５５ｍｍ−０．１２４４ｍｍ＝０．２７１１ｍｍとなる。一方、マネットホルダ１０にアルミニウム材を用いた場合には、合計変形量（Ｂ）が０．１０５２ｍｍで、エアギャップ変動Ｇが、０．１０５２ｍｍ−０．１２４４ｍｍ＝０．０１９２ｍｍとなることがわかる。
この実施形態では、マグネットホルダ１０にアルミニウム材を採用することにより、エアギャップＧの変動を抑える設計となっている。これにより、温度変化に拘わらず、正確な回転位置検出を安定して行うことができる。
（配線基板）
図８（ａ）は、基板ケース７から基板カバー１を取り外し、基板ケース７を真上ら見た平面図である。
配線基板２上には、マイクロコンピュータ４、センサ３、センサ用増幅器４５、電動モータ駆動回路４７、レギュレータ４９、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）ドライバ５０、ランプ駆動回路５１、クラッチ駆動回路６７、ＥＥＰＲＯＭ６８等が配置されている。外部とのインタフェースは、電動モータ用配線４７ａ、ＣＡＮ用配線５０ａ、スイッチ用配線６０ａ、ランプ用配線６３ａ、クラッチ用配線６７ａ、バッテリ用配線７４ａ、グランド用配線７５ａ、イグニッション用配線７６ａ、キャリブレーション用配線９０、９１等（図８（ｂ）参照）を介して電動モータ接続用コネクタ１９、コネクタ２０に接続されている。
図９はシフトコントローラの機能ブロック図である。配線基板２上に実装されたマイクロコンピュータ４は、入力インタフェース６５を介してモードセレクトスイッチ１２１の信号を受け取り、ＣＡＮドライバ５０によるＣＡＮ通信によってエンジンコントロールユニット（エンジン制御装置）５９との信号の授受を行い、出力軸１１の目標回転角度を算出する。また、マイクロコンピュータ４は、センサ３の出力と温度センサ５３の出力、さらにＥＥＰＲＯＭ６８に予め保存されたいくつかの定数を用いて出力軸１１の実回転角度を算出する。
マイクロコンピュータ４は、出力軸１１の目標回転角度と算出された現在の出力軸１１の実角度情報に基づいて電動モータ１６を駆動するための指令値の信号を電動モータ駆動回路４７に出力する。
電動モータ駆動回路４７は、この指令値に基づき電流制御を行い、電動モータ１６を駆動する。電動モータ１６を駆動するための電流は、電動モータ用配線４７ａ、電動モータ接続用コネクタ１９、１８、電動モータ接続線１４、１５を介して電動モータ１６に伝達される。
また、シフトコントローラは、現駆動モードをドライバに知らせるランプ６３を駆動する機能や、電磁クラッチ６４を駆動する機能も有する。
アース用配線９２（図８（ｂ）参照）は、配線基板２から基板ベース５のアース接続部５ａと電気的に接地接続されている。基板ベース５は歯車ケース６に、歯車ケース６はトランスファーケース組立体１０３にそれぞれ導通接合されている。このアースは、電気的に静電ノイズやラジオノイズに対する耐性を目的とするもので、電気容量が大きく、電気的に安定であることが望まれる。そのためには、より体積の大きい導体で構成する必要がある。
従って、この実施形態では、基板ベース５、歯車ケース６にそれぞれ導体であるアルミニウム材等を採用し、それぞれを電気的に接合することにより、電気容量の大きいアース部を確保している。
（放熱）
シフトコントローラ２００の動作周囲温度範囲は、−４０℃から１２５℃と定められている。特に、高温時の動作が問題であり、電動モータ１６の駆動時には、更に、配線基板２の温度上昇が予想される。基板ベース５を配置する目的は、配線基板２の接着および固定であるが、同時に放熱、配線基板２保持の役割も担っている。
従って、基板ベース５の材料としては、熱伝導率が高く強度の高いものほど望ましい。また、基板ベース５は、マグネット部材８とセンサ３との間に配置されており、磁気回路の妨げになってはいけない。この為、基板ベース５は磁気回路に影響を及ぼさない非磁性体である必要がある。この実施形態では、以上の条件から、基板ベース５の材料としてアルミニウム系金属を採用している。
配線基板２上で発生した熱を効率的に放熱するために、配線基板２からの放熱経路を確保する必要がある。放熱経路は配線基板２から大気中、基板ベース５、歯車ケース６とあるが、主な放熱経路は、配線基板２から基板ベース５の経路であると考えられる。前述したように、基板ベース５に放熱フィン形状を持たせることで放熱する表面積が増え、放熱性を高められる。
配線基板２は、図１０、図１１に示されているように、高熱伝導性接着剤（接着剤Ａ）７１と高強度接着剤（接着剤Ｂ）７２の２種類の接着剤によって基板ベース５に位置決め接着されている。高熱伝導性接着剤７１は、銀フィラ等、熱伝導率が高い金属フィラを含む樹脂系接着剤であり、例えば、信越化学工業（株）製の商品名「Ｘ−３２−２１３３」のようなものがある。高強度接着剤７２は、高熱伝導性接着剤７１より接着強度が高いものであればよく、これには、商品名「ＴＥＳ３２２」のような通常のシリコン系接着剤等がある。
表２に接着材料の比較結果を示す。但し、表２では、高熱伝導性接着剤（接着剤Ａ）７１としてＸ−３２−２１３３、高強度接着剤（接着剤Ｂ）７２としてＴＥＳ３２２の物性値データを比較している。
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表２より、高強度接着剤（接着剤Ｂ）７２は、接着強度が高いものの熱伝導性（放熱性）には劣り、熱伝導性を高めた高熱伝導性接着剤（接着剤Ａ）７１では濡れ性を左右する粘度や接着強度、コストにおいて不利であることが分かる。
これらの劣性点をそれぞれ補う為、この実施形態では、高熱伝導性接着剤（接着剤Ａ）７１と高強度接着剤（接着剤Ｂ）７２の２種類の接着剤を併用している。具体的には、電動モータ駆動回路４７やクラッチ駆動回路６７等の発熱部品の直下領域の接着に高熱伝導性接着剤７１を用い、その他の部分には高強度接着剤７２を用いている。これにより、配線基板２全体の接着強度を保ちつつ、高熱伝導性（放熱性）を高めた接着を実現できた。
（パターン配線の分岐）
図１２に配線基板２に形成された配線パターンを示す。電動モータ１６の駆動や電磁クラッチ６４の駆動には１０Ａ〜３０Ａの大電流が必要である。また、同時に、センサ３やその信号を増幅する増幅器４５が大電流パターンと同一の配線基板２上に配置されており、大電流によるグランドラインの変動やノイズ等の他回路部分に及ぼす影響を抑制する必要がある。
まず、電動モータ１６の駆動を考えると、マイクロコンピュータ４からの指令に応じて電動モータ駆動用の電流は、順番に、バッテリ接続部７４→バッテリ大電流配線７８→電動モータ駆動回路４７→電動モータ用配線４７ｂ→電動モータ用配線４７ａ→電動モータ１６→電動モータ用配線４７ａ→電動モータ用配線４７ｃ→グランド大電流用配線７９→グランド接続部７５を流れる。
電磁クラッチ６４の駆動電流は、順に、バッテリ接続部７４→バッテリ大電流配線７８→クラッチ駆動回路６７→クラッチ駆動用配線６７ｂ→クラッチ駆動用配線６７ａ→電磁クラッチ６４→クラッチ駆動用配線６７ａ→グランド大電流配線７９→グランド接続部７５を流れる。
これらの大電流経路、特に、グランド大電流配線７９に、他の部品のグランドが複数の点において接続されていると、大電流により、それらのグランドに電圧レベル差が生まれる。特に、センサ３やその信号を増幅する増幅器４５においては、このグランド電圧差は、そのままセンサ精度に影響を与える。また、その他の回路部品においても誤作動の原因と成り得る。
この実施形態では、グランド大電流用配線７９とコントロール用グランド配線８１を配線分岐点８４にて１点分岐とし、さらに、コントロール用グランド配線８１をセンサ用グランド配線８０と配線分岐点８５にて１点分岐としている。さらに、センサ用電源配線においても、他の回路部品の影響を受けにくくするため、他の部品のコントロール用電源配線８３と配線分岐点８６にて１点分岐としている。
配線基板２は、バッテリ大電流配線７８やグランド大電流用配線７９の大電流用配線パターンと信号用パターンおよびセンサ用パターンとが電源側とグランドガ側の各接続点（分岐点）８８、８９で、１点接続されている。
これにより、大電流用配線パターンに大電流が流れても、信号用パターンのグランドとセンサ用パターンのグランドに電位差が生じることが回避され、大電流によるグランド変動の他の回路部品に対する影響を抑え、さらには大電流や他の部品によるセンサ３や増幅器４５への影響を抑えるパターン設計となる。
（基板各層における配線パターン）
配線基板２は、電動モータ１６および電磁クラッチ６４を駆動する機能を有する。これらは電流による駆動であり、それぞれ最大３０Ａ、１０Ａを流す必要があり、基板上のパターンの導体抵抗による発熱が懸念される。この発熱を抑える為には、導体抵抗を低減する必要があり、配線基板２上の導体パターン長さを短く、かつ、導体パターンの幅を広くとることが望ましい。しかし、実際には、回路基板製作費や基板ケースの材料費などの制約から、回路基板サイズも制限を受けてしまう。
このことに対して、この実施形態では、限られた基板サイズの中で、上記の導体抵抗を低減したパターンを設けるため、大電流パターンを配線基板２の導体層各々に分散させた。図１３〜図１７に５層構造の多層配線基板を利用した場合の各層における主なパターン配置を示す。
１層目基板（絶縁基材）２０１には、図１３に示されているように、バッテリ大電流配線７８、電動モータ用配線４７ｂ、４７ｃが、２層目基板２０２には、図１４に示されているように、電動モータ用配線４７ｃが各々配置されている。
３層目基板２０３には、図１５に示されているように、クラッチ用配線６７ｂ、が、４層目基板２０４には、図１６に示されているように、バッテリ大電流配線７８、電動モータ用配線４７ｂが、５層目基板２０５には、図１７に示されているように、グランド大電流配線７９、電動モータ用配線４７ｂが各々配置されている。
上述の配置により、基板サイズ（３８ｍｍ×５６．５ｍｍ）のセラミック配線基板２において、電動モータ駆動部分の導体抵抗を約８０ｍΩに抑えている。
（制御ソフトの書換え・デバッグ）
図９に示されているように、シフトコントローラのマイクロコンピュータ４はエンジン制御装置５９とＣＡＮ通信により接続されている。図１８（ａ）、（ｂ）に示されているように、マイクロコンピュータ４に実装された制御ソフト９７では、これらの情報やモード選択スイッチ１２１の信号を基に、配線基板２上に配置された電動モータ駆動回路４７やクラッチ駆動回路６７等に指令信号を与える。
電動モータ１６や電磁クラッチ６４がオープン状態に陥った場合には、その状態を制御ソフト９７で判断し、ＣＡＮ通信によってエンジン制御装置５９に伝達する。
つまり、これらの動作は、マイクロコンピュータ４に実装された制御ソフト９７で決定される。制御ソフト９７は、通常、パーソナルコンピュータ９６などで編集・コンパイルされた後に、マイクロコンピュータ４に転送され、実装される。また、実装された後に、制御用定数やその他の変数を決定するため様々なデバッグ作業（マイクロコンピュータ４のＲＯＭ書換え、ＲＡＭモニタなど）を行う。
制御ソフト９７の転送およびデバッグ作業は、図１８（ａ）に示されているように、ソフトデバッグ用配線９８を介して従来と同様に行うことができる。この場合には、シフトコントローラから通信ラインがＣＡＮ通信用配線９５とソフトデバッグ用配線９８の２系統必要になる。
このことに対し、図１８（ｂ）に示されているように、エンジン制御装置５９との通信に使用していたＣＡＮ通信用配線９５からパーソナルコンピュータ９６に配線を分岐させ、通信ラインをＣＡＮ通信用配線９５に統一することにより、マイクロコンピュータ４内のＲＡＭ読込み・ＲＡＭ書換え・ＲＯＭ読込み・ＲＯＭ書換えをＣＡＮ通信により行い、通信用配線コストおよび端子数の低減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】  以上の説明から理解される如く、この発明による機電一体型のコントローラ付き電動モータユニットによれば、機械的構造、電気的構造により、機械的、熱的な要因によるばらつき、誤作動を生じる可能性を排除して優れた動作信頼性、耐久性が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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