JP2008011675A - ブラシレスモータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】集中巻き分割積層コアの溶接固定に起因するロストルクが小さいブラシレスモータの提供。
【解決手段】複数極の永久磁石１１がロータヨーク９に周設されたロータと、ティース部分４ｃ毎にスロット部分４ｄの最深部に当たるヨーク部分４ｂで分割された形状の複数の電磁鋼板４を積層し溶接固定した複数の部分コアが円筒形状に組み立てられた集中巻き分割積層コア３を有するステータとを備えるブラシレスモータ。複数の電磁鋼板４は、駆動時の磁束密度の変化が最小である部分Ａ、及びヨーク（４ｂ）のスロット部分４ｄ側のステータコイル（図示せず）と接触しない部分Ｂ，Ｃを溶接固定されている構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、ステータが集中巻き分割積層コアを有するブラシレスモータ、及び該ブラシレスモータを操舵補助用に備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動制御する電動パワーステアリング装置に関するものである。

運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置は、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルクセンサが入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用のモータを駆動制御するものである。

このような電動パワーステアリング装置では、操舵補助用のモータには、高出力化に対応する為、近年、ブラシレスモータが採用されるようになって来ている。ブラシレスモータは、ロータに永久磁石を備え、ステータに回転磁界を発生させる波形形成回路を、ロータの（回転）位置に基づき制御することにより、ロータを回転させるモータであり、ブラシが無いので、ブラシによる損失、機械的なノイズ及びブラシによる電気的なノイズは発生しない。

電動パワーステアリング装置の操舵補助用のブラシレスモータでは、ステータが集中巻き分割積層コアを有する場合が多い。この場合、ティース部分毎にスロット部分の最深部に当たるヨーク部分で分割された形状の電磁鋼板を多数積層し、適当箇所（例えば、ヨーク部分の外周側の中点とこの中点に対向するティース部分の端部）を溶接固定又はかしめ固定して部分コアを形成し、形成した部分コアを円筒形状に組み立て、ステータコイルを集中巻きして、集中巻き分割積層コアを製作している。

特許文献１には、多数のスロット及びティースが一端側に形成された帯鋼板を湾曲させて重ね巻きし接合した円筒形状であり、外周面に互いに所定ピッチを隔てて多数の切欠部を備えたヘリカルステータコアが開示されている。
特開平１０−２２５０２７号公報

上述したように、電磁鋼板を多数積層し、適当箇所を溶接固定又はかしめ固定して形成した部分コアを円筒形状に組み立てて集中巻き分割積層コアを製作した場合、磁路を流れる磁束の密度に歪みが発生し、ロストルクの増加によりモータの性能が悪化する。特に、電動パワーステアリング装置では、ロストルクの増加により操舵感に悪影響を与えるという問題がある。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、集中巻き分割積層コアの溶接固定に起因するロストルクが小さいブラシレスモータを提供することを目的とする。
第３発明では、第１発明又は第２発明に係るブラシレスモータを操舵補助用のモータとして備える電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るブラシレスモータは、複数極の永久磁石がロータヨークに周設されたロータと、ティース部分毎にスロット部分の最深部に当たるヨーク部分で分割された形状の複数の電磁鋼板を積層し溶接固定した複数の部分コアが円筒形状に組み立てられた集中巻き分割積層コアを有するステータとを備えるブラシレスモータにおいて、前記複数の電磁鋼板は、駆動時の磁束密度の変化が最小である部分、及びヨークの前記スロット部分側のステータコイルと接触しない部分を溶接固定されていることを特徴とする。

第２発明に係るブラシレスモータは、溶接固定されている部分は、ステータコイルと接触しない部分であり、前記ティース部分に続くヨークの外周部分であることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の請求項１又は２に記載されたブラシレスモータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに応じて前記ブラシレスモータを駆動し、操舵補助するように構成してあることを特徴とする。

第１発明に係るブラシレスモータによれば、ティース部分毎にスロット部分の最深部に当たるヨーク部分で分割された形状の複数の電磁鋼板は、駆動時の磁束密度の変化が最小である部分、及びヨークの前記スロット部分側のステータコイルと接触しない部分を溶接固定されているので、集中巻き分割積層コアの溶接固定に起因するロストルクが小さいブラシレスモータを実現することができる。

第２発明に係るブラシレスモータによれば、溶接固定されている部分は、ステータコイルと接触しない部分であり、ティース部分に続くヨークの外周部分であるので、集中巻き分割積層コアの溶接固定に起因するロストルクが小さいブラシレスモータを実現することができる。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、トルクセンサが、車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出し、操舵補助用の請求項１又は２に記載されたブラシレスモータを備え、トルクセンサが検出した操舵トルクに応じてブラシレスモータを駆動し、操舵補助するので、第１発明又は第２発明に係るブラシレスモータを操舵補助用のモータとして備える電動パワーステアリング装置を実現することができる。

以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置は、例えば舵取りの為の操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）６７と、操舵部材６７の操舵に応じて駆動される操舵補助用のブラシレスモータであるモータ５２と、モータ５２の回転を減速歯車機構６８を介して舵取機構６３，６３に伝える伝動手段６４と、モータ５２を駆動制御する駆動制御装置５１とを備えている。操舵部材６７は、入力軸６６に連結されている。

伝動手段６４は、入力軸６６に図示しないトーションバーを介して連結される出力軸６９と、出力軸６９にユニバーサルジョイントを介して連結される連結軸７０と、連結軸７０にユニバーサルジョイントを介して連結されるピニオン軸６１と、ピニオン軸６１のピニオンに噛合するラック歯を有し、左右の操向輪７１，７１に舵取機構６３，６３を介して連結されるラック軸６２とを備えている。入力軸６６及び伝動手段６４は操舵軸６５を構成している。

入力軸６６の周りには、操舵部材６７を操作することにより入力軸６６に加わる操舵トルク値を、トーションバーに生じる捩れによって検出するトルクセンサ５３が配置されており、トルクセンサ５３が検出した操舵トルク値に基づいて、駆動制御装置５１が操舵補助用のモータ５２を駆動制御するように構成してある。
減速歯車機構６８は、モータ５２の出力軸に繋がるウォームと、出力軸６９の途中に嵌合されるウォームホイールとを備えており、モータ５２の回転をウォーム及びウォームホイールから出力軸６９に伝達するように構成してある。

このような構成の電動パワーステアリング装置では、操舵部材６７の操作による舵取り操作力を入力軸６６、トーションバー（図示せず）、出力軸６９、連結軸７０、及びピニオン軸６１を介してラック軸６２に伝達し、ラック軸６２を軸長方向へ移動させ、舵取機構６３，６３を作動させる。また、それと共に、トルクセンサ５３が検出した操舵トルク値に基づき、駆動制御装置５１がモータ５２を駆動制御し、モータ５２の駆動力を出力軸６９に伝達することにより、運転者の操舵力を補助し労力負担を軽減する。

図２は、本発明に係るブラシレスモータの実施の形態であるモータ５２の回転軸を通る平面における側縦断面図である。
モータ５２は、有底円筒形状のモータケース１が、ステータコア３の外周面を内周面で支持し、一方側に設けられた底の中央部には貫通孔が設けられている。ステータコア３には、ステータコイル５が巻かれてステータを構成している。ステータコア３は、電磁鋼板により構成され、図３の横断面図（ステータコイル５は図示省略）に示すように、１２個のスロットを有している。

回転軸７のステータコイル５に対向する位置には、ロータヨーク９が周設されており、ロータヨーク９の外周面には、図３の横断面図に示すように、１０極の永久磁石１１がリング状に貼付けられている。ロータヨーク９及び永久磁石１１全体は、保護管１０に収納され、ロータを構成している。
ステータコア３は、図３，５に示すような、ティース部分４ｃ毎にスロット部分４ｄの最深部に当たるヨーク部分４ｂで分割された形状の電磁鋼板４を、複数枚積層し溶接固定して部分コアを形成し、形成した１２個の部分コアを円筒形状に組み立てて製作される。但し、組み立てる前に部分コアのティース（４ｃ）にコイルが集中巻きにされる。

ここで、駆動時のブラシレスモータのステータコア３の鉄損密度（磁束密度の変化の度合い＝誘導電流の大きさ）の分布は、図４に示すように、ティース（４ｃ）のロータ（永久磁石１１）に対向する面付近が最高（磁束密度の変化は最大）であり、ティース（４ｃ）に続くヨーク（４ｂ）の外周部付近が最低（磁束密度の変化は最小）である。また、ヨーク（４ｂ）のスロット（４ｄ）側の部分は、鉄損密度が最低に近い。

そこで、積層した各電磁鋼板４を溶接固定する箇所を、鉄損密度が最低である部分、例えば図５に示すヨーク部分４ｂの外周側の中点部分Ａ、及びヨーク部分４ｂのスロット部分４ｄ側の例えば部分Ｂ，Ｃとし、積層した各電磁鋼板４の各部分Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ互いに固定するようにライン状に各溶接する。尚、ヨーク部分４ｂの外周側及びスロット部分４ｄ側で、加わる熱量が等しくなるように、部分Ａのみを２回溶接する。これにより、磁路を流れる磁束密度への溶接による影響は小さくなり、磁束密度の歪みは小さくなり、ロストルクも小さくなる。また、部分Ａ，Ｂ，Ｃは、ステータコイル５と接触しない位置にある部分であり、ステータコイル５との干渉を避けることができる。

尚、電磁鋼板４の溶接固定する部分Ａに、図５（ａ）に示すように、凹部４ａを設けておけば、溶接痕がヨーク（４ｂ）の外周面で突出する虞が無くなり、溶接方法を限定する必要がない。
また、溶接痕がヨーク（４ｂ）の外周面で突出する虞が無い、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）レーザによる溶接方法を採用すれば、図５（ｂ）に示すように、凹部４ａを設けなくても良い。また、ＹＡＧレーザによる溶接方法では、熱の伝達範囲が小さく、熱による残留歪みの範囲が小さいので、ロストルクをより低減することができる。
以上のようにステータコアを溶接して形成することにより、例えば、図６に示すように、従来、０．０２７Ｎ・ｍであったブラシレスモータのロストルクを０．０２５Ｎ・ｍに低減することができる。

モータケース１の他方側の開口部は、ブラケット２が塞いでおり、ブラケット２は、その中央部に設けられた貫通孔の内周面で、回転軸７の他方側である出力軸側軸受８を支持している。
回転軸７の一方側である反出力軸側軸受１８は、有底円筒形状のエンドハウジング２０の他方側の底中央部に設けられた貫通孔の内周面で支持されている。エンドハウジング２０は、一方側の端部に鍔部が周設されており、この鍔部がモータケース１の底に当接する迄、開口部から圧入又は挿入されている。
エンドハウジング２０の円筒部の外周面には、バスバーハウジング１４が周設され、エンドハウジング２０の円筒部の内部には、ロータの回転位置を検出するレゾルバ（回転角センサ）１２のレゾルバロータ１９と、その外周部に設けられたレゾルバステータ１６とが収納されている。

レゾルバ１２の電源供給線及び信号線は、コネクタ１３により駆動制御装置５１と接続され、コネクタ１３は、エンドカバー２１に設けられた孔に着設されたグロメット１７に挿設されている。
モータケース１の周面の一方側の底に隣接する側には、駆動制御装置５１と接続する為のコネクタ２３が突設されている。コネクタ２３のモータ側各端子は、モータケース１の外周面に設けられた孔を貫通して、モータケース１内に突出し、バスバー１５の各端子にネジ２２で各ネジ止めされている。

エンドカバー２１は、モータケース１の底と略重なる形状で、モータケース１の底、エンドハウジング２０及びレゾルバ１２を覆って、異物混入を防止する。エンドカバー２１は、周縁部に設けられた３つの孔、及びこの３つの孔に各対応してモータケース１の底に設けられた３つの孔を貫通した各ネジ２４により、エンドハウジング２０に設けられた３つのネジ穴にネジ止めされている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施の形態の構成を示す模式図である。 本発明に係るブラシレスモータの実施の形態の構成を示す側縦断面図である。 ロータ及びステータコアの断面形状例を示す横断面図である。 ステータコアの鉄損密度の分布を示す説明図である。 ステータコアを形成する積層電磁鋼板を溶接固定する箇所を例示する説明図である。 本発明に係るブラシレスモータのロストルクの例を従来と比較して示す図表である。

符号の説明

１ モータケース、１ｄ （モータケースの）底、２ ブラケット、３ ステータコア、４ 電磁鋼板、４ａ 凹部、４ｂ ヨーク部分、４ｃ ティース部分、４ｄ スロット部分、５ ステータコイル、７ 回転軸（シャフト）、８ 出力軸側軸受、９ ロータ（ヨーク）、１１ 永久磁石、１４ バスバーハウジング、１５ バスバー、１８ 反出力軸側軸受、２０ エンドハウジング、２１ エンドカバー、２３ コネクタ、５１ 駆動制御装置、５２ モータ（ブラシレスモータ）、５３ トルクセンサ、６７ 操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）

Claims (3)

1. 複数極の永久磁石がロータヨークに周設されたロータと、ティース部分毎にスロット部分の最深部に当たるヨーク部分で分割された形状の複数の電磁鋼板を積層し溶接固定した複数の部分コアが円筒形状に組み立てられた集中巻き分割積層コアを有するステータとを備えるブラシレスモータにおいて、
   前記複数の電磁鋼板は、駆動時の磁束密度の変化が最小である部分、及びヨークの前記スロット部分側のステータコイルと接触しない部分を溶接固定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 溶接固定されている部分は、ステータコイルと接触しない部分であり、前記ティース部分に続くヨークの外周部分である請求項１記載のブラシレスモータ。
3. 車両の操舵部材に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵補助用の請求項１又は２に記載されたブラシレスモータとを備え、前記トルクセンサが検出した操舵トルクに応じて前記ブラシレスモータを駆動し、操舵補助するように構成してあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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