JP2008022608A - 電動モータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向に大型化させることなくロータコアが高温になることを抑制することができる電動モータを提供する。
【解決手段】電動モータ５に備えられたロータコア１１は、ステアリングシャフト３を同心的に取り囲み、その径方向Ｙ１内方にステアリングシャフト３を取り囲む環状の空間Ｓ１が形成された筒状部１４と、筒状部１４の一端１５から径方向Ｙ１内方に延設された支持壁１６と、支持壁１６から環状の空間Ｓ１内に筒状部１４と同心的に突出するヒートシンク部１８とを有する。ヒートシンク部１８は、互いの間に円筒状の空間Ｓ２を区画する複数の円筒部材１９を有し、これら複数の円筒部材１９は、環状の空間Ｓ１内に配置されている。ロータコア１１の熱は、環状の空間Ｓ１の開放側の端部を通じてヒートシンク部１８から放散されるようになっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、電動モータおよび電動パワーステアリング装置に関するものである。

電動モータには、回転軸に同軸的に連結された筒状のロータコアと、ロータコアを取り囲み、コイルが巻回された環状のステータコアと、ロータコアを冷却することによりロータコアが高温になることを抑制するための冷却手段とを備えるものがある。
例えば、下記特許文献１では、筒状のロータコアの軸方向に関する一方の端面に冷却手段としての冷却ファンが連結された電動モータが開示されている。

また、下記特許文献２には、ステアリングシャフトと同軸的に連結され、ステアリングシャフトに直接的に出力を伝動する電動モータを備える電動パワーステアリング装置が開示されている。
特開２００４−４８８２７号公報 特開２００５−１４５４３６号公報

電動モータは、高出力化の要求に伴い、コイルの巻回密度やコイルへの電流の増加が行われている。したがって、コイルからの発熱が大きくなり、電動モータが高温になり易いという問題がある。
また、特許文献２記載のような電動パワーステアリング装置に備えられた電動モータでは、高出力であることに加えて、低回転高トルク型であることが望まれている。したがって、電動モータがより高温になり易いという問題がある。このため、電動モータの高温化を抑制するために、冷却手段を設けることが必要となる。

しかしながら、特許文献１記載の電動モータでは、ロータコアおよび冷却ファンが軸方向に並んで配置されているので、電動モータが軸方向に大型化してしまう。
この発明は、かかる背景のもとになされたものであり、軸方向に大型化させることなくロータコアが高温になることを抑制することができる電動モータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、回転軸（３）を同心的に取り囲み、回転軸との間に環状の空間（Ｓ１）を区画する筒状部（１４）および筒状部から径方向（Ｙ１）内方に延設され、筒状部を支持する支持壁（１６）を有するロータコア（１１）を備え、このロータコアは、支持壁から上記環状の空間内に筒状部と同心的に突出する円筒状の放熱部（１８）を含むことを特徴とする電動モータ（５）である。

本発明によれば、放熱部が筒状部の内側に設けられた環状の空間内に配置されているので、電動モータを軸方向に大型化させることなく、ロータコアが高温になることを抑制することができる。
また、円筒状の放熱部を筒状部と同心的に配置することにより、ロータコアの回転によって生じる放熱部の空気抵抗を減少させることができる。これにより、ロータコアをスムーズに回転させることができる。

また、本発明において、上記放熱部は、互いの間に円筒状の空間（Ｓ２）を区画する複数の円筒（１９）を含む場合がある。この場合、放熱部の表面積を増加させることができるので、ロータコアの熱を効率的に放散することができる。したがって、ロータコアが高温になることを確実に抑制することができる。
上記支持壁および放熱部は、互いに異なる材料で形成され、放熱部がアルミニウムを含む材料で形成されていてもよいし、上記筒状部、支持壁および放熱部は、単一の材料で一体に形成されていてもよい。アルミニウムを含む材料によって放熱部を形成する場合には、放熱部の放熱性を向上させることができるので、ロータコアが高温になることを確実に抑制することができる。

また、本発明において、上記ロータコアの外周（１２）に、ロータコアの周方向（Ｘ１）に間隔を隔てて、複数の永久磁石（１３）が配列されている場合がある。この場合、ロータコアとともに、複数の永久磁石が高温になることを抑制することができるので、永久磁石の高温化によるモータトルクの減少を防止することができる。
また、本発明は、操舵部材（２）に連なるステアリングシャフト（３）と、請求項１〜５の何れか１項に記載の電動モータ（５）とを備え、上記電動モータは、ステアリングシャフトに直接、操舵補助力を伝動することを特徴とする電動パワーステアリング装置（１）である。

本発明によれば、軸方向に大型化させることなくロータコアが高温になることを抑制された電動モータを備える電動パワーステアリング装置を得ることができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を表すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。

以下には、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動モータ５が備えられた電動パワーステアリング装置１の概略構成を模式的に示す断面図であり、図２は、図１におけるII−II線に沿う電動モータ５の断面の一部を示す拡大断面図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２が一端に連結されたステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３の他端に連結されたラックアンドピニオン機構等のステアリング機構４と、ステアリングシャフト３の途中部に同軸的に連結された電動モータ５とを備える。

ステアリング機構４の左右両端には、図示しないタイロッドおよびナックルアーム等を介して操向輪６がそれぞれ連結されており、操舵部材２を操作することにより、操向輪６の角度を変更することができるようになっている。
電動モータ５は、高出力、且つ、低回転高トルク型の電動モータが用いられており、ステアリングシャフト３に対してその出力を直接的に伝動できるようになっている。電動モータ５の出力をステアリングシャフト３に伝動することにより、運転者の操舵を補助することができるようになっている。

次に電動モータ５の構成について詳しく説明する。
図１および図２を参照して、電動モータ５は、ブラシレスモータであり、回転軸としてのステアリングシャフト３に一体回転可能に連結された筒状のロータ８と、ロータ８の外周を取り囲む環状のステータ９と、ロータ８およびステータ９を収容する筒状のフレーム１０とを備える。

ロータ８は、ステアリングシャフト３に同軸的に連結された筒状のロータコア１１と、ロータコア１１の外周１２に保持された複数の永久磁石１３とを有する。複数の永久磁石１３は、ロータコア１１の周方向Ｘ１に間隔を隔てて配列されている。ロータ８の外周は、Ｎ極およびＳ極が周方向Ｘ１に交互に入れ替わる磁極となっている。
ロータコア１１は、ロータコア１１の径方向Ｙ１に所定間隔を隔ててステアリングシャフト３を同心的に取り囲む筒状部１４と、筒状部１４の一端１５のみから径方向Ｙ１内方に延設され、筒状部１４を支持する支持壁１６とを含む。

筒状部１４の径方向Ｙ１内方には、ステアリングシャフト３を取り囲む環状の空間Ｓ１が形成されている。環状の空間Ｓ１は、筒状部１４の内周、ステアリングシャフト３の外周およびロータコア１１の軸方向Ｚ１に関する支持壁１６の一方の端面によって区画されている。したがって、環状の空間Ｓ１は、軸方向Ｚ１の一方に開放された空間となっている。

また、支持壁１６の中心部には、ステアリングシャフト３が嵌合する嵌合孔１７が形成されている。ステアリングシャフト３は、例えば圧入嵌合により支持壁１６に連結されている。これにより、ロータコア１１は、ステアリングシャフト３に一体回転可能に連結されている。
筒状部１４および支持壁１６は、単一の材料によって一体に形成されている。筒状部１４および支持壁１６を形成する単一の材料としては、例えば鉄、パーマロイその他の高透磁率の金属等が挙げられる。

ロータコア１１は、ロータコア１１が発する熱やロータコア１１に与えられた熱を放散するための放熱部としてのヒートシンク部１８をさらに有している。
具体的には、ヒートシンク部１８は、アルミニウムを含む材料で形成されており、互いの間に円筒状の空間Ｓ２を区画する複数の円筒部材１９を有している。これら複数の円筒部材１９は、支持壁１６から上記環状の空間Ｓ１内に向かって筒状部１４と同心的に突出しており、ステアリングシャフト３の外周および筒状部１４の内周に対して径方向Ｙ１に所定間隔を隔てて配置されている。したがって、各円筒部材１９の内周、外周および軸方向Ｚ１に関する一方の端面は、他の部材に対して非接触となっている。

また、ロータコア１１の軸方向Ｚ１に関して、ヒートシンク部１８の長さは、筒状部１４の長さよりも短くされており、ヒートシンク部１８の全体が、環状の空間Ｓ１内に収容されている。
このように、ヒートシンク部１８は、複数の円筒部材１９を有しており、各円筒部材１９の内周、外周および上記一方の端面は、他の部材に対して非接触となっているので、ロータコア１１の熱を放散するための表面積が十分に確保されている。さらに、ヒートシンク部１８は、放熱性に優れるアルミニウムを含む材料によって形成されている。したがって、ヒートシンク部１８は、フレーム１０内で一端が開放された環状の空間Ｓ１を通じてロータコア１１の熱を十分に放散することができる。その結果、ロータコア１１が高温になることを確実に抑制することができる。

また、円筒状のヒートシンク部１８は、筒状部１４と同心的に配置されているので、ロータコア１１の回転によって生じるヒートシンク部１８の空気抵抗を抑制することができる。したがって、ステアリングシャフト３は、ヒートシンク部１８の空気抵抗の影響を殆ど受けることなくスムーズに回転することができる。その結果、モータトルクのロスを低減することができる。

一方、ステータ９は、ロータコア１１の径方向Ｙ１に所定間隔を隔ててロータ８を取り囲む環状のステータコア２０と、このステータコア２０に巻回されたコイル２１とを含む。
ステータコア２０は、圧粉磁心および積層鋼板の少なくとも一方によって構成されており、図示はしないが、環状のヨークと、ヨークの内周に突出形成された複数のティースとを有する。上記コイル２１は、各ティースに巻回されている。

ステータコア２０は、ステータコア２０の周方向に分割された分割型のステータコア２０であってもよいし、ステータコア２０の周方向に分割されていない一体型のステータコア２０であってもよい。
圧粉磁心は、軟磁性材料を含む粉末材料を圧縮成型し、焼結または樹脂などで固めた磁心である。軟磁性材料としては、例えば、純鉄、鉄シリコン合金、鉄アルミ合金、鉄ニッケル合金、カルボニル鉄、ＣＳＣ（Coasted Single Crystal）、フェライト等が挙げられる。

積層鋼板は、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いて形成された複数の薄板をステータコア２０の軸方向に積層固定することによって形成されている。電磁鋼板としては、例えば表面に絶縁処理が施されたケイ素鋼板等を用いることができる。
フレーム１０は、筒状部２２と、筒状部２２の端部に配置された一対の端壁２３，２４とを含む。本実施形態では、一対の端壁２３，２４の一方（端壁２３）と筒状部２２とが、単一の材料によって一体に形成されている。ステータコア２０は、例えば圧入嵌合によって、筒状部２２の内周に固定されている。

また、一対の端壁２３，２４の中央部には、ステアリングシャフト３が挿通する挿通孔２５がそれぞれ形成されている。各挿通孔２５には、軸受２６を保持する軸受保持部２７が形成されており、ステアリングシャフト３は、軸受保持部２７に保持された軸受２６を介してフレーム１０に回転可能に保持されている。
以上のように本実施形態では、ロータコア１１の径方向Ｙ１内方に環状の空間Ｓ１を設けることにより、ロータコア１１を軽量化することができる。さらに、この環状の空間Ｓ１を利用して、環状の空間Ｓ１内にヒートシンク部１８を配置することにより、電動モータ５を軸方向Ｚ１に大型化させることなく、ロータコア１１が高温になることを確実に抑制することができる。

また、円筒状のヒートシンク部１８は、筒状部１４と同心的に配置されているので、ロータコア１１の回転によって生じるヒートシンク部１８の空気抵抗を低減し、ステアリングシャフト３をスムーズに回転させることができる。
さらに、ロータコア１１とともに、ロータコアの外周１２に保持された複数の永久磁石１３が高温になることを確実に抑制することができるので、永久磁石１３の高温化によるモータトルクの低下を防止することができる。

この発明は、以上の実施形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、上述の実施形態では、筒状部１４の一端１５に支持壁１６が設けられている場合について説明したが、支持壁１６は、軸方向Ｚ１に関する筒状部１４の中間部に設けられていてもよい。
また、上述の実施形態では、筒状部１４および支持壁１６とヒートシンク部１８とが、互いに異なる材料によって形成されている場合について説明したが、筒状部１４、支持壁１６およびヒートシンク部１８は、図３に示すように、単一の材料によって一体に形成されていてもよい。この場合、ロータコア１１の強度を確保するため、筒状部１４、支持壁１６およびヒートシンク部１８は、鉄、パーマロイその他の高透磁率の金属等によって形成されていることが好ましい。

また、上述の実施形態では、ヒートシンク部１８の全体が環状の空間Ｓ１内に配置されている場合について説明したが、ヒートシンク部１８の一部が環状の空間Ｓ１外に配置されていてもよい。
また、上述の実施形態では、ヒートシンク部１８が複数の円筒部材１９によって構成されている場合について説明したが、ヒートシンク部１８は、単一の部材によって構成されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る電動モータが備えられた電動パワーステアリング装置の概略構成を模式的に示す断面図である。 図１におけるII−II線に沿う電動モータの断面の一部を示す拡大断面図である。 本発明の別の実施形態に係るロータの一部の断面図である。

符号の説明

１・・・電動パワーステアリング装置、２・・・操舵部材、３・・・ステアリングシャフト（回転軸）、５・・・電動モータ、１１・・・ロータコア、１２・・・外周（ロータコアの外周）、１３・・・永久磁石、１４・・・筒状部、１６・・・支持壁、１８・・・ヒートシンク部（放熱部）、１９・・・円筒部材（円筒）、Ｓ１・・・環状の空間、Ｓ２・・・円筒状の空間、Ｘ１・・・周方向、Ｙ１・・・径方向

Claims (6)

1. 回転軸を同心的に取り囲み、回転軸との間に環状の空間を区画する筒状部および筒状部から径方向内方に延設され、筒状部を支持する支持壁を有するロータコアを備え、
   このロータコアは、支持壁から上記環状の空間内に筒状部と同心的に突出する円筒状の放熱部を含むことを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１において、上記放熱部は、互いの間に円筒状の空間を区画する複数の円筒を含むことを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１または２において、上記放熱部は、アルミニウムを含む材料で形成され、上記支持壁は上記放熱部とは異なる材料で形成されていることを特徴とする電動モータ。
4. 請求項１または２において、上記筒状部、支持壁および放熱部が単一の材料で一体に形成されていることを特徴とする電動モータ。
5. 請求項１〜４において、上記ロータコアの外周に、ロータコアの周方向に間隔を隔てて、複数の永久磁石が配列されていることを特徴とする電動モータ。
6. 操舵部材に連なるステアリングシャフトと、
   請求項１〜５の何れか１項に記載の電動モータとを備え、
   上記電動モータは、ステアリングシャフトに直接、操舵補助力を伝動す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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