JP2008182776A - モータ構造 - Google Patents

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Shigeki Komiyama
茂樹 小宮山
Takaharu Miya
能治 宮
Yoshiteru Kurokawa
芳輝 黒川
Yukinori Kameda
幸則 亀田
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Abstract

【課題】コギングトルクの発生やトルクリップルを低減する事が可能なモータ構造を提供することである。
【解決手段】筒状のケーシング1内に筒状のステータコア2aを収容してなるモータ構造において、ステータコア2aの外周とケーシング1の内周に隙間tを設けてステータコア2aをケーシング1内に回り止めしつつ収容したので、ロータ3によってステータコア2aが自動調芯されて、コギングトルクの発生やトルクリップルを低減する事が可能である。
【選択図】図3

Description

本発明は、筒状のケーシング内に筒状のステータコアを収容してなるモータ構造の改良に関する。
この種筒状のケーシング内に筒状のステータコアを収容してなるモータ構造にあっては、たとえば、ステータコアをケーシングに焼き嵌め等によって固定するものが従来から知られている(たとえば、特許文献1参照)。
特開2005−261085号公報(背景技術欄)
上述のようなモータ構造では、以下の問題を生じる場合がある。すなわち、焼き嵌め等のよってステータコアをケーシング内に固定する場合、ステータコアおよびケーシングの寸法のバラツキによって、ステータコアの中心軸線とロータの回転軸線とにずれが生じてしまい、このズレによって、虞があり、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事になる。
また、焼き嵌め等による場合、ステータコアをケーシングで締め付けてステータコアに緊迫力を与えることになり、特に、大トルクの出力が期待されるモータでは、緊迫力が非常に大きくなることから、ステータコアを強く締めすぎてステータコアが歪んでしまうことから、この点でもコギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事になる。なお、ステータコアを締め付ける緊迫力でステータコアとケーシングとを一体化する圧入による固定の場合にあっても同様である。
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、コギングトルクの発生やトルクリップルを低減する事が可能なモータ構造を提供することである。
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、筒状のケーシング内に筒状のステータコアを収容してなるモータ構造において、ステータコアの外周とケーシングの内周との間に隙間を設けてステータコアをケーシング内に回り止めしつつ収容したことを特徴とする。
本発明のモータ構造によれば、ステータコアが磁石を備えたロータによって各々の軸が一致するよう自動調芯されるから、ステータコアおよびケーシングの寸法にバラツキがあっても、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事がなくなる。
さらに、ステータコアが磁石を備えたロータによって軸方向への移動も規制されて磁石に対向する位置に位置決められて拘束されることから、モータの出力トルクが製品毎にばらついてしまうような不具合も回避される。
また、焼き嵌めや圧入といった固定方法を採用していないことからステータコアをケーシングで締め付けてステータコアに緊迫力を与えることがなく、ステータコアに歪を生じさせないので、この点でもコギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった不具合を招く虞が回避されている。
そして、このモータ構造にあっては、ステータコアが磁石を備えたロータによって軸方向および半径方向に位置決められるので、ステータコアのケーシングに対する固定状態が温度上昇の影響を受けることがなく、モータは温度の影響を受けずに大トルクを発生することが可能である。
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの縦断面図である。図2は、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータのA矢視断面図である。図3は、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの拡大縦断面図である。図4は、他の実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの拡大縦断面図である。
図1から図3に示すように、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータMは、筒状のケーシング1と、ケーシング1内に回り止めされつつ収容される筒状のステータ2と、ケーシング1内に回転自在とされてステータコア内に挿通される筒状のロータ3とを備えている。
そして、このモータMは、車両に搭載されるパワーステアリング装置PSに適用され、モータMのトルクを運転者の操舵力に付加する補助力として利用している。このパワーステアリング装置PSは、モータMの発生トルクを出力軸10の図1中左右方向の直線運動に変換するために、運動変換機構として、ロータ3の内周側に設けられて出力軸10が挿入されるボール螺子ナット11と、出力軸10の外周側に形成されてボール螺子ナット11に螺合される螺子溝10aとを備え、さらに、出力軸10の他端側となる図1中左端側にはラック10bが設けられ、このラック10bは、ピニオンギア12に歯合され、このピニオンギア12は、図示しない操舵輪にユニバーサルジョイントを介して連結されるスタブシャフト13の先端に取付けられている。
上記出力軸10の両端は、タイロッド等を介してそれぞれ車両の左輪および右輪に連結されており、出力軸10の左右方向への運動によって、左右輪の転舵が可能なようになっている。
したがって、車両運転者が操舵輪を操作すると、スタブシャフト13が回転して、出力軸10を操作する方向へ直線運動させて左右輪を転舵させることになるが、このパワーステアリング装置PSにあっては、モータMのトルクで出力軸10の直線運動させる車両運転者の操舵輪の操作力を補助する補助力を発生させて車両運転者の操舵輪操作時の負担を軽減することができる。
なお、詳しくは、上記車両運転者による操舵輪の操舵トルクをスタブシャフト13に取付けたトルクセンサ14で検知し、検知した操舵トルクに応じて予め決められた制御側に則りモータMに電流を供給して、モータMに補助力を付加するためのトルクを発生させるようにしている。
以下、モータMの各部について、詳細に説明すると、ケーシング1は、筒状のケーシング本体1aと、ケーシング本体1aの両端外周のそれぞれに三ずつ設けた螺子孔を備えたフランジ部1b,1cと、ケーシング本体1aのステータ2が収容される軸方向範囲Lで側部から開口してその内外を連通する小孔1dと、ケーシング本体1aの内外を連通し、かつ、モータMのステータ2の巻線2bに結線されるバスバー6を保持するコネクタ7が固定されるコネクタ孔1eと、ケーシング本体1aの図1中右端側に設けた段部1fとを備えて構成されている。
また、ケーシング本体1aは、その他端側となる図1中左端側の側部に他の部位より厚肉とされる肉厚部1gを備えており、この肉厚部1gの外周は切り落とされて平面とされて、この平面からケーシング本体1aの肉厚を貫くコネクタ孔1eおよび小孔1dが穿設されている。
そして、小孔1dには、先端がケーシング本体1a内に突出するピン1hが圧入固定されている。なお、ピン1hは、ケーシング1の外方から打ち込まれて少なくとも後端は小孔1dからケーシング本体1aの外周側へ突出しないようにされている。
他方、コネクタ孔1eには、上述のように、モータMへ電流供給する外部電源から延びる図示しない電源コードの先端に設けられた端子に連結されるコネクタ7の嵌合部7aが嵌めこまれており、このコネクタ7は、ケーシング本体1aの外周に螺子締結等によって固定されるとともに、図1中右端に閉塞部7bを備えている。そして、閉塞部7bは、小孔1dを閉塞してシールするようになっており、この閉塞部7bによって小孔1dからケーシング1内への水の浸入を防止している。
このように、小孔1dにピン1hを圧入するとともに、もともとケーシング1に取付ける必要があるコネクタ7に設けた閉塞部7bで小孔1dを閉塞できるようにしたので、特別に小孔1dをシールする部材を設ける必要が無く、さらに、ピン1hの設置がケーシング1の外方から容易に行え、製造面で有利となる。
ステータ2は、筒状のステータコア2aと、ステータコア2aのティース2cに巻回された巻線2bとを備えて構成されており、ステータコア2aの外周には、軸方向となる図1中左右方向に沿って溝2dが設けられている。また、上記したステータコア2aの外径は、ケーシング本体1aのステータ2が収容される軸方向範囲Lにおける内径より小径に設定されている。
そして、溝2d内にピン1hの先端を挿入しつつステータコア2aを図1中左方からケーシング本体1a内に挿入することで、ステータコア2aがケーシング1内に収容されると、ステータコア2aの外径がケーシング本体1aのステータ2が収容される軸方向範囲Lにおける内径より小径に設定されているため、ステータコア2aの外周とケーシング本体1aの内周との間に隙間tが形成される。つまり、ステータ2はケーシング1内に遊嵌された状態となるが、ピン1hと溝2dとの係合によってステータコア2aのケーシング1に対する円周方向の回り止めとして機能し、モータMは問題なく大トルクを発生することが可能である。
さらに、ステータ2の巻線2bは、ケーシング1に固定されるコネクタ7に保持されるバスバー6に結線されており、外部電源から巻線2bへ電流供給ができるようになっている。なお、このモータMの場合、ブラシレスモータとして構成されており、巻線2bは、具体的には、U,V,Wの各相がスター結線あるいはデルタ結線された三相巻線とされ、バスバー6もそれに対応するようコネクタ7内に3つ設けられている。
また、ステータコア2aは、それぞれ一つのティース2cを備えて巻線2bを巻回した12個の分割コアcを環状に配置して一体化して形成されており、分割コアcの製造型を共通化のため、各分割コアcに溝2dが形成されているが、溝2dは上記ピン1hを挿入するためのものであるので、ステータコア2aに一つ設ければよい。
また、ピン1hは、ステータコア2aの溝2d内に挿入される事で、ステータコア2aの円周方向を位置決める機能をも発揮するので、製品単位でステータコア2aの円周方向位置にバラツキが生じてしまうことがなく、均一な製品の製造にも寄与する。
つづいて、ロータ3は、筒状とされて、その外周であってステータコア2aに対向する位置に磁石20が円周方向に等間隔を持って外周側にN極とS極とが交互に現れるように接着されて固定され、また、一端側となる図1中右端側が拡径されて拡径部3aが設けられ、他端側となる図1中左端側の外周にはモータMの駆動に必要とされるロータ位置センサとして機能するレゾルバロータ15が取付けられ、さらに、拡径部3aの内周にはボール螺子ナット11が圧入固定されている。
そして、ロータ3の一端に固定されているボール螺子ナット11がケーシング本体1aの段部1fに固定されたボールベアリング8によって保持されるとともに、ロータ3の他端側がケーシング1の図1中左方に連結される筒部材4の内周に固定されたボールベアリング9によって保持され、ロータ3は、ケーシング1に回転自在に収容されている。
上記した筒部材4は、図1中右端側が拡径されて拡径部4aが形成され、この拡径部4aがケーシング本体1aの他端開口内に嵌合され、拡径部4aの外周に設けたフランジ部4bとケーシング本体1aに設けたフランジ部1cを符合させてフランジ部4bを貫くボルト16をフランジ部1cの螺子孔に捻じ込んでケーシング1と筒部材4とが螺子締結されて一体化される。
また、この筒部材4の拡径部4aの内周側にはロータ3の外周に設けたレゾルバロータ15に対向するレゾルバステータ17が取付けられており、このレゾルバステータ17から伸びる励磁用および信号取り出し用の電線18は筒部材4の拡径部4aの肉厚を貫通するレゾルバコネクタ19に保持されて筒部材4の外方へ導出されている。なお、この電線18は、レゾルバコネクタ19に連結される端子を介して図示しないパワーステアリング装置PSの制御装置へ接続される。
さらに、この筒部材4内にはパワーステアリング装置PSの出力軸10の図1中左端が挿通され、筒部材4には、出力軸10に形成したラック10bに歯合するピニオンギア12およびスタブシャフト13を回転自在に収容するハウジング4cが設けられている。
そして、上記スタブシャフト13に取付けられたトルクセンサ14が出力する信号もまた、レゾルバステータ17が出力する信号と同様に、上記した図示しないパワーステアリング装置PSの制御装置へ入力され、当該制御装置は、これら信号に基づいてモータMを駆動してパワーステアリング装置PSで車両運転者の操舵輪の操舵を補助する補助力を制御する。
また、ケーシング本体1aの一端となる図1中右端には、パワーステアリング装置PSの出力軸10の一端となる右端を摺動自在に軸支するガイド筒5が取付けられており、このガイド筒5は、ケーシング本体1a側に設けた鍔5aと、鍔5aの外周であってフランジ部1bに符合する位置に設けたフランジ部5bとを備えている。
そして、ケーシング本体1aのフランジ部1bとガイド筒5のフランジ部5bとをつき合わせて、フランジ部5bを貫通するボルト21をフランジ部1bの螺子孔に捻じ込んでケーシング1とガイド筒5とが螺子締結されて一体化される。
このようにステータコア2aは、回り止めされた状態で隙間tを介してケーシング1内に収容されているので、ケーシング1内で軸方向となる図1中左右方向および半径方向となる図1中上下方向へ移動しうるが、ロータ3の外周に取付けられた磁石20の磁力によってステータコア2aが吸引されるので、ステータコア2aの軸方向への移動が拘束されるとともに、ロータ3に対する軸ずれを生じせしめるステータコア2aの半径方向への移動についても、磁石20の磁力によってステータコア2aが吸引されるので、この半径方向の移動も拘束され、かつ、ステータコア2aの中心軸がロータ3の軸と一致するように調芯される事になる。
したがって、このモータ構造を採用したモータMにあっては、ステータコア2aが磁石20を備えたロータ3によって各々の軸が一致するよう自動調芯されるから、ステータコア2aおよびケーシング1の寸法にバラツキがあっても、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事がなくなる。
さらに、ステータコア2aが磁石20を備えたロータ3によって軸方向への移動も規制されて磁石20に対向する位置に位置決められて拘束されることから、モータMの出力トルクが製品毎にばらついてしまうような不具合も回避される。
また、焼き嵌めや圧入といった固定方法を採用していないことからステータコア2aをケーシング1で締め付けてステータコア2aに緊迫力を与えることがなく、ステータコア2aに歪を生じさせないので、この点でもコギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった不具合を招く虞が回避されている。
そして、このモータ構造を採用したモータMにあっては、ステータコア2aが磁石20を備えたロータ3によって軸方向および半径方向に位置決められるので、ステータコア2aのケーシング1に対する固定状態が温度上昇の影響を受けることがなく、モータMは温度の影響を受けずに大トルクを発生することが可能である。
また、焼き嵌め加工に必要な炉が不要で、かつ、一般的な機械加工設備のみでモータMの製造が可能となるので、大トルクを発生するモータMを簡単かつ低コストで製造する事ができる。
本発明のモータ構造が具現化したモータMを適用したパワーステアリング装置PSにあっては、モータMが大トルクを発生することができるので、車両搭乗者の操舵輪の操作に均一で大きな補助力を付与する事が可能であり、さらに、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった不具合も解消できるので、操舵時に車両搭乗者に対して違和感や不快感を与えることがないと共に操舵輪操作にギクシャク感を与える事もない。
さて、本発明のモータ構造では、コギングトルクやトルクリップルの低減に優れた効果を発揮するのであるが、モータMに振動が作用する使用環境では、上記振動によってステータコア2aとケーシング1とが衝突する可能性があるので、図4に示す他の実施の形態におけるモータ構造が具現化したモータMにあっては、隙間tに弾性体たるゴム22を充填している。
この他の実施の形態におけるモータ構造における他の構成については、一実施の形態と同様であり、弾性体はロータ3によるステータコア2aの自動調芯および軸方向の位置決めを阻害しないので、他の実施の形態のモータ構造にあっても一実施の形態におけるモータ構造と同様の作用効果を奏することができる。
これに加えて、他の実施の形態におけるモータ構造にあっては、ゴム22の存在によって、モータMに振動が作用しても、ステータコア2aが直接にケーシング1に衝突することがなく、モータMが異音を発生したりステータコア2aやケーシング1を傷めたりすることが防止され、モータMの実用性および耐久性を向上させる事ができる。また、弾性体はステータコア2aとケーシング1との直接干渉を阻止し、ステータコア2aとケーシング1が傷んでしまう事を防止するものであるので、ゴム22以外の合成樹脂やその他弾性を備えた部材を用いることが可能である。さらに、弾性体に変えて、粘度が比較的高いグリースを隙間tに充填しても上記と同様の効果を得る事が可能である。
なお、ステータコア2aのケーシング1に対する回り止めは、ピン1hと溝2dの係合によるもの以外に上記回り止め機能を発揮することが可能な他の構成を採用する事ができる。
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
本発明の一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの縦断面図である。 一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータのA矢視断面図である。 一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの拡大縦断面図である。 他の実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの拡大縦断面図である。
符号の説明
1 ケーシング
1a ケーシング本体
1b,1c フランジ部
1d 小孔
1e コネクタ孔
1f 段部
1g 肉厚部
1h ピン
2 ステータ
2a ステータコア
2b 巻線
2c ティース
2d 溝
3 ロータ
3a ロータにおける拡径部
4 筒部材
4a 筒部材における拡径部
4b 筒部材におけるフランジ部
4c ハウジング
5 ガイド筒
5a ガイド筒における鍔
5b ガイド筒におけるフランジ部
6 バスバー
7 コネクタ
7a 嵌合部
7b 閉塞部
8,9 ボールベアリング
10 出力軸
11 ボール螺子ナット
10a 螺子溝
10b ラック
12 ピニオンギア
13 スタブシャフト
14 トルクセンサ
15 レゾルバロータ
16,21 ボルト
17 レゾルバステータ
18 電線
19 レゾルバコネクタ
20 磁石
22 弾性体たるゴム
c 分割コア
L ケーシング本体のステータが固定される軸方向範囲
M モータ
PS パワーステアリング装置
t 隙間

Claims (4)

  1. 筒状のケーシング内に筒状のステータコアを収容してなるモータ構造において、ステータコアの外周とケーシングの内周との間に隙間を設けてステータコアをケーシング内に回り止めしつつ収容したことを特徴とするモータ構造。
  2. ステータコアの外周とケーシングの内周との間の隙間に弾性体を充填してなる請求項1に記載のモータ構造。
  3. ステータコアの外周に軸方向に沿って溝を形成し、ケーシングに内方へ突出するピンを上記溝内に挿入して回り止めしたことを特徴とするモータ構造。
  4. 内周側にボール螺子ナットが装着される筒状のロータをケーシング内に回転自在に収容するとともに、ボール螺子ナット内に螺合するとともにピニオンギアに歯合するラックが形成されて両端が車両の車輪に連結される出力軸をケーシング内に収容してなることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のモータ構造。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012039714A (ja) * 2010-08-05 2012-02-23 Jtekt Corp ハウジングリング、及びモータ、並びに電動パワーステアリング装置
JP2013034387A (ja) * 2012-11-20 2013-02-14 Nsk Ltd 回転電機

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