JP2007244151A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの一体化工程を簡素化し、軽量化されたモータを提供する。
【解決手段】外周に永久磁石８，８…が固設されている外側部７ａに、外側部７ａよりも低密度の材料からなる内側部７ｂが内嵌されているロータ７を備えるモータ１において、内側部７ｂは、外側部７ａに圧入又は焼嵌めしてあるため、焼結接合のように高温で一定時間保持する必要はなく、簡単な工程によりロータ７を構成することができる。また、内側部７ｂに複数の肉抜き孔７ｃ，７ｃ…を設けているため、ロータ７を軽量化することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータの構造を工夫することにより軽量化を図ったモータに関する。

ステアリングホイールの回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を操舵機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールと操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に配したトルクセンサにより操舵トルクを検出し、検出された操舵トルクに基づいて操舵補助用のモータの駆動電流を増減制御する構成となっている。

このような電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの非駆動時及び回転方向の転換時に、モータの回転部分の質量に比例した慣性モーメントが、該モータと伝動構成された操舵機構を介してステアリング軸に加わるという問題がある。すなわち、ステアリングホイールを回転操作した後に手を離す等のモータの非駆動時には、直進状態への復帰に時間を要し、ステアリングホイールを回転操作した後に逆方向に切り返すという回転方向の転換時には、応答遅れが生じて、操舵感が悪化するという問題があった。このような問題を解決するために、操舵補助用のモータの回転部分であるロータを軽量化することが切望されており、ロータの構造を工夫することにより軽量化を図る提案が従来からなされている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

操舵補助用のモータとして広く用いられているブラシレスモータは、ハウジング内に固設されたステータと、ハウジングに回転自在に支持され、外周に磁石が固設されているロータとを備えている。このブラシレスモータのロータは、磁石の磁力を増すために、透磁率が高く、飽和磁束密度が高いという優れた磁気特性を有する鉄系材料を用いて構成されているが、このような鉄系材料は質量が大である。そこで、特許文献１及び特許文献２においては、磁石が固設され、優れた磁気特性が必要とされる外側部のみを鉄系材料製とし、この外側部の内側に低密度の材料製の内側部を一体化してロータを構成し、該ロータの軽量化を図っている。
特開２００３−１８９５１６号公報 特開２００３−７９０８２号公報

ところが、特許文献１及び特許文献２のロータは、外側部及び内側部のうち少なくとも一方を焼結材料製とし、外側部と内側部とを嵌め合わせた状態にて略８００度以上の高温で一定時間（例えば、３０分間）保持して接合する焼結接合により一体化して構成されているため、工程が複雑であるという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、磁石が固設されている鉄系材料製の外側部と、鉄系材料よりも低密度の材料製の内側部との一体化工程を簡素化し、軽量化されたモータを提供することを目的とする。

第１発明に係るモータは、外周に磁石が固設されている外側部に、該外側部よりも低密度の材料からなる内側部が内嵌されているロータを備えるモータにおいて、前記内側部は、前記外側部に圧入又は焼嵌めしてあることを特徴とする。

第２発明に係るモータは、前記内側部に肉抜き孔を設けてあることを特徴とする。

第１発明によれば、内側部と外側部とを圧入又は焼嵌めにより一体化してロータを構成しており、焼結接合のように高温で一定時間保持する必要はなく、内側部と外側部との一体化工程を簡素化できる。また、ロータの内側部を外側部よりも低密度の材料製としているため、鉄系材料との重量差分だけロータを軽量化することができる。

第２発明によれば、ロータの内側部に肉抜き孔を設けており、この肉抜き孔の重量分だけロータを更に軽量化することができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るモータの構成を略示する縦断面図であり、図２は、図１のII−II線によるロータの横断面図である。図１に示すように、モータ１は、ハウジング２内に固設されたステータ３と、ハウジング２にベアリング４，５を介して回転自在に支持された回転軸６と、回転軸６に、これと同軸をなして外嵌固定されたロータ７とを備える。

ハウジング２は、軸長方向の両側に端壁を有する円筒形の部材であり、ステータ３は、ハウジング２の内周壁に嵌合固定されている。ステータ３の内周には、複数のコアが回転軸６を挟んで互いに向かい合うように周方向に等配されており、夫々のコアには導線が巻回されてコイルが設けられ、磁極が形成されている。

ロータ７は、回転軸６に圧入固定された円筒形の部材である。ロータ７の外周には、極性が周方向に交互になるように複数の永久磁石８，８…が固設されている。ハウジング２は、両方の端壁の夫々に開口部を有しており、ベアリング４，５は端壁の開口部に夫々内嵌されている。そしてロータ７は、図示のように、ロータ７の両側に位置するベアリング４，５により回転軸６を支持し、ステータ３と軸長方向に両端位置を揃え、径方向にわずかなエアギャップを隔てて対向させてある。

このように構成されたモータ１は、ステータ３の向かい合う２つの磁極が一組で界磁を生成し、この各磁極のコイルに流す電流を順次切り替えることで各組の磁極により生成される界磁を一方向に回転させ、この回転する界磁から永久磁石８，８…が回転力を受け、ロータ７が回転する構造になっている。

このように動作する本発明に係るモータ１において、ロータ７は、永久磁石８，８…が固設された外側部７ａと、外側部７ａに内嵌固定される内側部７ｂとを備えている。外側部７ａは、永久磁石８，８…の磁力を増すために、透磁率が高く、飽和磁束密度が高いという優れた磁気特性を有する鉄系材料を用いて構成された薄肉の円筒体である。一方、内側部７ｂは、アルミニウム、マグネシウム等、外側部７ａよりも低密度の材料を用いて構成された円柱体であり、以下に示すように外側部７ａと一体化されている。

図３は、ロータ７の外側部７ａと内側部７ｂとの固定構造の説明図である。円柱体である内側部７ｂの外径はＤ₁ である。一方、薄肉の円筒体である外側部７ａの内径は、内側部７ｂの外径Ｄ₁ よりも小さいＤ₂ （Ｄ₂ ＜Ｄ₁ ）であり、両者間に適宜の締め代が設定されている。このように寸法設定された外側部７ａと内側部７ｂとは、図示の如く外側部７ａを加熱し、外側部７ａの内径Ｄ₂ を内側部７ｂの外径Ｄ₁ 以上に拡大させておき、図中に矢符により示す如く、拡径された外側部７ａの内側に内側部７ｂを嵌入し、その後の冷却により外側部７ａを縮径させる焼嵌めにより一体化させてある。このような焼嵌めに代えて、適宜の締め代が設定された外側部７ａと内側部７ｂとを同軸上に位置決めし、外側部７ａ及び内側部７ｂの一方又は両方に軸長方向の圧力を加えて嵌め合わせる圧入により一体化させてもよい。

このように焼嵌め又は圧入により一体化されるロータ７は、外側部７ａと内側部７ｂとの嵌合部に発生する面圧により周方向及び軸長方向に移動することなく拘束される。なお、外側部７ａと内側部７ｂとの嵌合部に発生する面圧は、該嵌合部に設定された締め代と、該嵌合部における接触面積との積として与えられ、所要面圧に応じて適宜の締め代及び接触面積が選択されている。そして永久磁石８，８…は、外側部７ａと内側部７ｂとを一体化してロータ７を構成した後に、ロータ７の外周に極性が周方向に交互になるように等配をなして固設される。

このように本発明に係るモータ１においては、永久磁石８，８…が固設された外側部７ａと、内側部７ｂとを圧入又は焼嵌めにより固定してロータ７が構成されており、焼結接合のように高温で一定時間保持する必要はなく、簡単な工程によりロータ７を構成することができる。また、内側部７ｂは外側部７ａよりも低密度の材料を用いて構成されているため、鉄系材料との重量差分だけロータ７を軽量化することができる。

またロータ７には、図２に示すように、円柱体である内側部７ｂに、複数（図においては６個）の円形断面を有する肉抜き孔７ｃ，７ｃ…が設けられており、これらの肉抜き孔７ｃ，７ｃ…の重量分だけロータ７を更に軽量化することができる。なお、図２においては、ロータ７の内側部７ｂに円形断面を有する６個の肉抜き孔７ｃ，７ｃ…を設けてあるが、これら肉抜き孔７ｃ，７ｃ…の形状及び数はこの実施の形態に限定されず、内側部７ｂが必要とされる強度を満足し、回転バランスを保持し得るという条件下にて適宜の形状及び数とすることができる。

以上のように構成されたモータ１は、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータとして用いられる。図４は、本発明に係るモータ１を備える電動パワーステアリング装置の一例を示す模式図である。

電動パワーステアリング装置は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング２１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸２０と、ラックハウジング２１の中途に交叉するピニオンハウジング３１の内部に回転自在に支持されたピニオン軸３０とを備える公知のラックピニオン式の操舵機構を備えている。ラックハウジング２１の両側から外部に突出するラック軸２０の両端は、各別のタイロッド２２，２２を介して左右の操向輪２３，２３に連結され、またピニオンハウジング３１の一側から外部に突出するピニオン軸３０の上端は、ステアリング軸４０を介してステアリングホイール４１に連結されている。またピニオンハウジング３１の内部に延びるピニオン軸３０の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング２１との交叉部において、ラック軸２０の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール４１が回転操作された場合、この回転がステアリング軸４０を介してピニオン軸３０に伝達され、該ピニオン軸３０の回転がラック軸２０の軸長方向の移動に変換されることとなり、この移動により、左右の操向輪２３，２３が各別のタイロッド２２，２２を介して押し引きされて操舵がなされる。

ステアリング軸４０を支持するコラムハウジング４２の中途には、ステアリングホイール４１の回転操作によりステアリング軸４０に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ５０が設けてあり、該トルクセンサ５０よりも下位置に本発明に係るモータ１が取付けてある。

モータ１は、コラムハウジング４２の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング４２の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸４０に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ１の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸４０に伝えるように伝動構成されている。この構成によれば、モータ１の回転は、ステアリング軸４０に減速伝動され、該ステアリング軸４０の下端に連設されたピニオン軸３０に回転力が付与されることとなり、この回転に応じて前述の如く行われる操舵が補助される。

モータ１は、アシスト制御部６０から図示しないモータ駆動回路を介して与えられる制御指令に従って駆動される。トルクセンサ５０による操舵トルクの検出値は、アシスト制御部６０に与えられ、アシスト制御部６０は、これに基づいてモータ１に制御指令を発し、モータ１の駆動電流を増減制御するアシスト制御動作を行う。また、操舵補助用のモータ１にはモータ電流センサ１１が設けてあり、モータ電流センサ１１によるモータ１の駆動電流の検出値はアシスト制御部６０に与えられ、このモータ電流値と駆動電流値との偏差を算出し、この偏差に基づいて操舵補助用のモータ１に供給する駆動電流を修正するフィードバック制御を行う。なお、モータ電流センサ１１は、アシスト制御部６０に設けられていてもよい。

このように構成された電動パワーステアリング装置において用いられている操舵補助用のモータ１は、外側部７ａと、外側部７ａよりも低密度の材料を用いて構成された内側部７ｂとを有し、軽量化されたロータ７を備えており、これによりモータ１の非駆動時及び回転方向の転換時に、ステアリング軸４０に加わるロータ７の慣性モーメントが軽減され、操舵感が改善される。更に内側部７ｂに複数の肉抜き孔７ｃ，７ｃ…を設けてロータ７を軽量化しており、ステアリング軸４０に加わるロータ７の慣性モーメントが更に軽減され、操舵感が改善される。

本発明に係るモータの構成を略示する縦断面図である。 図１のII−II線によるロータの横断面図である。 ロータの外側部と内側部との固定構造の説明図である。 本発明に係るモータを備える電動パワーステアリング装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ モータ、２ ハウジング３ ステータ、４，５ ベアリング、６ 回転軸、７ ロータ、７ａ 外側部、７ｂ 内側部、７ｃ 肉抜き孔、８ 永久磁石（磁石）

Claims (2)

1. 外周に磁石が固設されている外側部に、該外側部よりも低密度の材料からなる内側部が内嵌されているロータを備えるモータにおいて、前記内側部は、前記外側部に圧入又は焼嵌めしてあることを特徴とするモータ。
2. 前記内側部に肉抜き孔を設けてあることを特徴とする請求項１記載のモータ。

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