JP2007244084A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の機械的精度を向上させることができ、電磁音や振動音の発生を抑制することが可能であると共に、ロストルクを低減させることが可能な回転電機を提供する。
【解決手段】コイル１８が巻線された環状のステータコア１６と、ステータコア１６の内周面によって画定される空間に配設されたロータ２０と、ロータ１６のシャフト２２の一端側を支持するフロントベアリング３０と、シャフト２２の他端側を支持するリヤベアリング３２とを備え、フロントベアリング３０を保持する第１の保持部材４１と、リヤベアリング３２を保持する第２の保持部材５１が、ステータコア１６の内周面に固定されてなる回転電機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機にかかり、特に電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）等に好適に用いられる回転電機の固定構造の改良に関する。

従来から、回転電機として、例えば、ブラシレスモータ等、様々なモータが提案されている。例えば、占有スペースが少なく各相の電気抵抗が均一化された固定子巻線の結線部を備え、結線作業が容易でトルクむらを生じることのない小型の回転電機が紹介されている。このような回転電機として、例えば、固定子鉄心の磁極に巻回され、引き出し線がこの固定子鉄心の一方端部近傍の外径側に導出された複数の固定子コイルと、中央部に貫通穴を有する絶縁性環状体であって、一方の側面に開口され周方向に帯状に形成された収納溝が径方向に複数設けられ前記固定子コイルの引き出し線に近接して配置された接続導体ホルダーと、この接続導体ホルダーの前記収納溝内に収納された帯状導体及びこの帯状導体から前記接続導体ホルダーの外径側に突出して設けられ前記固定子コイルの所定の引き出し線と接続された接続端子を有する第１及び第２の接続導体とを備え、前記第１の接続導体によって同相の前記固定子コイルの引き出し線同士を接続すると共に、前記第２の接続導体によって前記固定子コイルの電気的中性点に接続される引き出し線を接続する構成を備えたものがある。（例えば、特許文献１参照）。

また、駆動コイルが巻回されるステータコアと、前記ステータコアを収容するヨークとを備えるステータと、ロータマグネットが取り付けられ、前記ステータの内側に回転自在に配設されるロータと、前記ロータと共に回転する被動部材と、前記被動部材に近接して設けられ、前記ロータの回転に伴って回転検出信号を出力する回転検出部材と、前記ヨークと結合され、前記回転検出部材が収容されるブラケットと、前記回転検出部材に接続され、前記ブラケット内の前記回転検出部材の外径側に形成される空間に配線される信号線と、を有するブラシレスモータも紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１７１７０８号公報 特開２００４−３０４９４５号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載された回転電機では、回転電機のロータとステータコアの精度（集積公差）は、モータケースの内周面と、リヤベアリングのハウジングと、ステータコアの外周面と、ステータコアの内周面と、フランジケース側インローの外周面と、フロントベアリングのハウジングとの同軸度の精度に依存している。したがって、同軸をとるべき部品が多く、同軸度精度を向上させることが困難である。

また、前述した引用文献２に記載されたブラシレスモータでは、ステータコアを固定する方法として、モータケース内にステータコアを圧入する、あるいは焼嵌めする、またはモータケースの内壁（内周面）にステータコアの外壁（外周面）を接着する等を採用している。したがって、励磁された際に発生するコイルの振動が前記モータケースに伝達され、電磁音や振動音が発生していた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、回転電機の機械的精度を向上させることができ、電磁音や振動音の発生を抑制することが可能であると共に、ロストルクを低減させることが可能な回転電機を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、コイルが巻線された環状のステータコアと、前記ステータコアの内周面によって画定される空間に配設されたロータと、前記ロータの回転軸の一端側を支持する第１の軸受と、前記ロータの回転軸の他端側を支持する第２の軸受と、を備え、前記第１の軸受を保持する第１の保持部材と、前記第２の軸受を保持する第２の保持部材が、前記ステータコアの内周面に固定されてなる回転電機を提供するものである。

この構成を備えた回転電機は、第１の軸受を保持する第１の保持部材と、第２の軸受を保持する第２の保持部材が、ステータコアの内周面に固定された構成を備えているため、ロータとステータコアの精度（集積公差）は、第１の保持部材と、ステータコアの内周面と、第２の保持部材との同軸度の精度に依存することになる。したがって、従来の構成に比べ、同軸をとるべき部品を少なくすることができるため、同軸度精度を向上させることができる。また、ステータコアの内周面の真円度を精度良く保つことができるため、機械的精度に起因する電磁音や振動の発生を低減することができる。そしてまた、ステータコアへの応力を著しく低減できるため、ロストルクを低減することもできる。

なお、第１の保持部材及び第２の保持部材は、例えば、ステータコアの内周面に嵌合することで当該ステータコアの内周面に固定することができる。

本発明にかかる回転電機では、前記第１の保持部材が、前記第１の軸受を径方向及び軸方向に保持し、前記第２の保持部材が、前記第２の軸受を径方向及び軸方向に保持する構成を備えることもできる。このようにすることで、第１の軸受及び第２の軸受は、ロータの回転軸を、当該回転軸の径方向及び軸方向により精度良く保持することができる。

また、本発明にかかる回転電機は、前記ステータコア及びロータを収容可能なモータケースをさらに備え、前記第２の保持部材を、前記モータケースとは別体に設けた構成とすることもできる。

そしてまた、本発明にかかる回転電機は、前記モータケースの内壁と、前記ステータコアの外周面との間に、制振部材を配設することもできる。このように構成することで、前記利点に加え、励磁によるコイル振動の伝達を一層低減することができるため、振動音の発生をさらに防止することができる。

また、本発明にかかる回転電機は、前記モータケースの内壁と、前記第２の保持部材の当該モータケースの内壁と対向する面との間に、当該第２の保持部材を軸方向に付勢する付勢部材を配設することもできる。このように構成することで、ステータコアの軸方向（ロータの回転軸の軸方向）に対する集積（積層）のバラツキを、前記付勢部材に吸収させることができ、軸方向の動きを規制することができる。

さらにまた、本発明にかかる回転電機は、前記ロータの回転軸の回転角度を検出する回転位置センサと、外部電源と前記コイルとを電気的に接続する端子台をさらに備え、前記回転位置センサは、前記端子台に一体的に構成されてなり、前記端子台は、前記第１の軸受よりも外側に配設されてなるよう構成することもできる。

そしてまた、本発明にかかる回転電機は、前記ロータの回転軸の回転角度を検出する回転位置センサと、外部電源と前記コイルとを電気的に接続する端子台をさらに備え、前記回転位置センサは、前記端子台に嵌合されてなり、前記端子台は、前記第１の軸受よりも外側に配設されてなるよう構成することもできる。

そして、本発明にかかる回転電機は、電動パワーステアリングに好適に用いることができる。

本発明にかかる回転電機は、第１の軸受を保持する第１の保持部材と、第２の軸受を保持する第２の保持部材が、ステータコアの内周面に固定された構成を備えているため、同軸をとるべき部品を、従来の回転電機よりも少なくすることができる。この結果、同軸度精度を向上させることができる。また、ステータコアの内周面の真円度を精度良く保つことができる結果、機械的精度に起因する電磁音や振動の発生を低減することができる。そしてまた、ステータコアへの応力を著しく低減できるため、ロストルクを低減することもできる。

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる回転電機について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施の形態では、回転電機として、ブラシレスモータを例にとって説明する。また、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施の形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本発明の実施の形態にかかるブラシレスモータの断面図、図２は、図１に示すブラシレスモータに用いられるステータコアを示す平面図である。なお、本実施の形態では、ロータの回転軸の軸芯方向を「軸方向」と定義し、ロータの回転軸の軸芯に対し垂直な方向を「径方向」と定義して説明する。

図１及び図２に示すように、本実施の形態にかかるブラシレスモータ１は、一端が開口され、他端が閉鎖された略円筒形状に形成されたモータケース１２と、モータケース１２の開口側にモータケース１２の開口を閉塞するように装着されたブラケット１４と、モータケース１２の内壁１５に取付けられた略円環状のステータコア１６と、ステータコア１６に巻線された複数のコイル１８と、ステータコア１６の内周面によって画定された空間に配設されたロータ２０と、ロータ２０のシャフト（回転軸）２２の軸方向一端側を支持するフロントベアリング（第１の軸受）３０と、シャフト２２の軸方向他端側を支持するリヤベアリング（第２の軸受）３２と、を備えて構成されている。

ステータコア１６は、ステータの一要素として、例えば、磁性材を用いて円環状に一体成形されており、コイル１８が複数巻線されている。具体的には、ステータコア１６の内周側には、その周方向に沿って複数のティース４６が等間隔で形成されている。各ティース４６には、コイル１８を構成するコイル巻き線（図示せず）が巻き付けられるようになっている。すなわち、ステータコア１６は、各ティース４６に巻き付けられたコイル１８を順次通電することで、ロータ２０を回転駆動するための回転磁界が形成されるようになっている。

また、ステータコア１６の外周面と、モータケース１２の内壁１５との間には、例えばゴム、樹脂、モールド等で構成された弾性部材からなる制振部材１９が、接着等により固定されている。この制振部材１９は、ステータコア１６とモータケース１２とを直接接触させない目的で配設されるものであり、ステータコア１６をモータケース１２に圧入する際に、ステータコア１６に歪みが生じるのを防止することができ、ロストルクやロストルク変動の要因を低減することができるとともに、通電時に、ステータコア１６の周方向に発生する加振力がモータケース１２に伝達するのを防止することができ、ブラシレスモータ１から発生する騒音や振動を低減することができる。さらに、ステータコア１６とモータケース１２との間に挿入された制振部材１９がブラシレスモータ１から発生する騒音や振動を吸収するので、ブラシレスモータ１から発生する騒音や振動をより低減することができる。

なお、ステータを構成するに際しては、積層されたステータコア１６のティース４６間にインシュレータ５６を挿入し、各ティース４６にコイル１８を巻線する。この後、コイル１８が装着されたステータコア１６をモータケース１２の内壁１５に、制振部材１９を介して圧入し、ステータコア１６をモータケース１２に固定すればよい。

ブラケット１４には、内側に突出されたフランジが形成されており、このフランジが、フロントベアリング３０を保持する第１の保持部材４１を構成している。そして、この第１の保持部材４１は、ステータコア１６の内周面に嵌合された状態で固定されている。この第１の保持部材４１は、その略中央部に、シャフト２２がその軸芯を回転軸として回転可能に貫通する貫通孔４２が形成されている。また、第１の保持部材４１には、フロントベアリング３０を収容して保持すると共に、貫通孔４２と連通した収納保持孔４３が形成されている。そして、この収納保持孔４３に収容されたフロントベアリング３０は、その外周面（径方向の面）が、収納保持孔４３を画定する側壁４３ａに固定され、フロントベアリング３０のステータコア１６とは反対側の端面は、収納保持孔４３を画定する底面４３ｂに固定されている。なお、フロントベアリング３０のステータコア１６側の端面は、ステータコア１６の端面に固定されている。したがって、第１の保持部材４１は、フロントベアリング３０を径方向及び軸方向に保持することができる。

ステータコア１６の第１の保持部材４１が嵌合された側とは反対側には、リヤベアリング３２を保持する第２の保持部材５１が、ステータコア１６の内周面に嵌合された状態で固定されている。この第２の保持部材５１は、モータケース１２とは別体で構成されている。

第２の保持部材５１は、ステータコア１６側の略中央部に、リヤベアリング３２及びワッシャ５９を収容して保持する収納保持孔５３が形成されている。この収納保持孔５３に収容されたリヤベアリング３２は、その外周面（径方向の面）が、収納保持孔５３を画定する側壁５３ａに固定されており、リヤベアリング３２のステータコア１６とは反対側の端面は、収納保持孔５３を画定する底面５３ｂに、ワッシャ５９を介して固定されている。また、第２の保持部材５１のステータコア１６とは反対側の面には、皿ばね６１の一端が当接しており、皿ばね６１の他端は、モータケース１２の底面（ブラケット１４が配設されている側とは反対の面）に固定されている。なお、リヤベアリング３２のステータコア１６側の端面は、ステータコア１６の端面に固定されている。したがって、第２の保持部材５１は、リヤベアリング３２を径方向及び軸方向に保持することができる。この時、軸方向の積層のバラツキは、皿ばね６１によって吸収され、その反力によって軸方向の動きが抑制される。

ロータ２０は、モータケース１２内に回転自在に配置されたシャフト２２と、シャフト２２の外周面に固定された円環状のロータコア２４と、ロータコア２４の外周面に固定されたマグネット２６と、マグネット２６の外周面に装着されてマグネット２６を覆う円環状のロータカバー２８と、を備えて構成されている。

トルクを伝達するためのシャフト２２は、その軸方向一端側が、フロントベアリング３０に回転可能に軸支されており、その軸方向他端側が、リヤベアリング３２に回転可能に軸支されている。なお、シャフト２２のうちブラケット１４からフロントベアリング３０を介して外部に突出された部位にはボス３４が連結され、このボス３４近傍には、レゾルバロータ３６が配置されている。また、レゾルバロータ３６に近接してレゾルバステータ３８が配置されており、レゾルバステータ３８は、後の詳述する端子台４０に嵌合された状態で固定されている。このレゾルバロータ３６と、レゾルバステータ３８によって、ロータ２０のシャフト２２の回転角度を検出する回転位置センサを構成している。

端子台４０は、第１の支持部材４１の収納保持孔４３が形成されている側とは反対側に固定されている。したがって、端子台４０は、フロントベアリング３０よりも外側に位置している。

なお、ブラケット１４には、グロメット６３が装着されており、このグロメット６３内にコイル１８を通電するためのリード線６４が挿入されている。

この構成を備えたブラシレスモータ１は、第１の保持部材４１と、第２の保持部材５１が、ステータコア１６の内周面に固定された構成を備えているため、ロータ２０と、ステータコア１６との集積公差は、第１の保持部材４１と、ステータコア１６の内周面と、第２の保持部材５１とによって決定されることになる。したがって、同軸をとるべき部品は、従来の回転電機よりも少なくなるため、同軸度精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、ステータコア１６を全スロットが一体の構成とした場合について説明したが、これに限らず、例えば、図３に示すように、ステータコア１６を複数の分割コアで構成してもよい。この場合、分割されたコアにティース４６がそれぞれ形成される。そして、各ティース４６は、ステータコア１６の内周側に周方向に沿って等間隔で配列され、各ティース４６には、コイル１８を構成するコイル巻き線（図示せず）が巻き付けられるようになっている。

そしてまた、ステータコア１６が、図３に示すように分割コアから構成される場合は、第１の保持部材４１と、第２の支持部材５１をステータコア１６の内周面に嵌合させた状態で冶具等によって保持してもよい。

また、本実施の形態では、第１の保持部材４１及び第２の支持部材５１を、ステータコア１６の内周面に嵌合させることで固定した場合について説明したが、これに限らず、第１の保持部材４１及び第２の支持部材５１を、ステータコア１６の内周面に固定する方法は、所望により決定することができる。

さらにまた、本実施の形態では、第１の支持部材４１と、端子台４０とを別部材から構成し、第１の支持部材４１に端子台４０を固定し、この端子台４０に、レゾルバステータ３８を嵌合させた状態で固定した場合について説明したが、これに限らず、例えば、図４に示すように、第１の支持部材４１と、端子台４０と、レゾルバステータ３８を一体的に構成してもよい。

そしてまた、ステータコア１６としては、一体的に構成されたコア、分割されたコアの他、スキュー積層コアや焼結コア等、所望により様々な形態のステータコアを適用することができる。

本発明の実施の形態にかかるブラシレスモータの断面図である。 図１に示すブラシレスモータに用いられるステータコアを示す平面図である。 本発明の他の実施の形態にかかるブラシレスモータに用いられるステータコアが分割コアからなる場合を示す平面図である。 本発明の他の実施の形態にかかるブラシレスモータの断面図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
１２ モータケース
１４ ブラケット
１５ 内壁
１６ ステータコア
１８ コイル
１９ 制振部材
２０ ロータ
２２ シャフト
２４ ロータコア
３０ フロントベアリング
３２ リヤベアリング
３６ レゾルバロータ
３８ レゾルバステータ
４０ 端子台
４１ 第１の保持部材
５１ 第２の保持部材

Claims (8)

1. コイルが巻線された環状のステータコアと、
   前記ステータコアの内周面によって画定される空間に配設されたロータと、
   前記ロータの回転軸の一端側を支持する第１の軸受と、
   前記ロータの回転軸の他端側を支持する第２の軸受と、
   を備え、
   前記第１の軸受を保持する第１の保持部材と、前記第２の軸受を保持する第２の保持部材が、前記ステータコアの内周面に固定されてなる回転電機。
2. 前記第１の保持部材は、前記第１の軸受を径方向及び軸方向に保持し、前記第２の保持部材は、前記第２の軸受を径方向及び軸方向に保持する請求項１記載の回転電機。
3. 前記ステータコア及びロータを収容可能なモータケースをさらに備え、
   前記第２の保持部材は、前記モータケースとは別体に設けられてなる請求項１または請求項２記載の回転電機。
4. 前記モータケースの内壁と、前記ステータコアの外周面との間に、制振部材を配設してなる請求項３記載の回転電機。
5. 前記モータケースの内壁と、前記第２の保持部材の当該モータケースの内壁と対向する面との間に、当該第２の保持部材を軸方向に付勢する付勢部材を配設してなる請求項３または請求項４記載の回転電機。
6. 前記ロータの回転軸の回転角度を検出する回転位置センサと、
   外部電源と前記コイルとを電気的に接続する端子台と、
   をさらに備え、
   前記回転位置センサは、前記端子台に一体的に構成されてなり、
   前記端子台は、前記第１の軸受よりも外側に配設されてなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
7. 前記ロータの回転軸の回転角度を検出する回転位置センサと、
   外部電源と前記コイルとを電気的に接続する端子台と、
   をさらに備え、
   前記回転位置センサは、前記端子台に嵌合されてなり、
   前記端子台は、前記第１の軸受よりも外側に配設されてなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回転電機。
8. 電動パワーステアリングに用いられる請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の回転電機。
   
   

Images