JP2008182776A - モータ構造 - Google Patents

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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