JP2008219994A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの信頼性を向上するとともにモータを小型化する。
【解決手段】モータ１では、電機子２１と共にハウジング１１内に収容されるバスバーユニット５にリレー５４を設けることにより、電機子２１とリレー５４との間において断線が生じることを防止することができる。これにより、電機子２１とリレー５４との接続の信頼性を向上することができ、モータ１の信頼性を向上することができる。バスバーユニット５では、略円弧状の複数の第１バスバーと複数の第２バスバーとが、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において離間して配置される。これにより、第１バスバーと第２バスバー５２周方向における重なりを防止することができ、バスバーユニット５およびモータ１を中心軸Ｊ１方向および径方向において小型化することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

従来より、車両の運転操作を補助する装置として、エンジン出力で作動するポンプの油圧によりハンドル操作を補助する油圧式パワーステアリングが採用されている。また近年、車載バッテリーによりモータを回転させることによりハンドル操作を補助する電動式パワーステアリングも採用されており、エンジンの回転により油圧を発生させる場合に比べてエンジンのパワーロスが少ない効率的なシステムとして注目されている。

このような電動式パワーステアリングに利用されるモータは、様々な環境下において長期間、安全に動作することが求められる。このため、当該モータでは、信頼性を向上するための様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１の電動式パワーステアリング装置では、異常時に電動機（モータ）に流れる電流を遮断する開閉装置が制御装置内に設けられている。当該制御装置は、円筒状の固定子および当該固定子の内側に配置される回転子を有する略円柱状の電動機の軸方向の一方側に、ヒートシンクを介して取り付けられている。当該電動機では、固定子および回転子と制御装置との間に、回転子の固定子に対する回転位置を検出する磁気センサが設けられている。

一方、特許文献２では、特許文献１の電動機と同様に、円筒状のステータ（電機子）および当該ステータの内側に配置されるロータを有する略円柱状の回転電機が開示されている。当該回転電機では、ステータのモータコイルを外部電源と接続するための複数の円環状のターミナルが、ホルダに保持された状態でステータおよびロータの上方に設けられており、当該ホルダよりもさらに上方にロータの回転位置を検出するレゾルバが設けられている。
特許第３６１４３８０号公報 特開２００４−１５７０５６号公報

ところで、特許文献１の電動式パワーステアリング装置では、上記開閉装置が電動機外部の制御装置内に設けられているため、電動機と制御装置との間に、開閉装置と電動機の固定子とを接続するための配線が設けられるが、電動機に加えられる振動や衝撃等により当該配線が電動機と制御装置との間で断線する恐れがあり、電動機の信頼性向上に限界があった。

一方、電動式パワーステアリングでは、車内スペースの確保や燃費の改善、排気ガスの削減等の観点から、装置の小型化も求められている。しかしながら、特許文献１の電動式パワーステアリング装置では、電動機の軸方向に制御装置が配置されているため、装置を軸方向において小型化することが困難である。また、特許文献２の回転電機を電動式パワーステアリングのモータとして利用した場合、円環状の複数のターミナルが同心円状に配列されているため、回転電機の径方向における小型化に限界がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モータの信頼性を向上することを主な目的としており、モータを小型化することも目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子を有するステータ部と、前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するロータ部と、前記中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、前記電機子の前記中心軸方向の一方側に配置されるとともに前記電機子を外部電源に接続するバスバーユニットと、内部に前記ステータ部、前記ロータ部、前記軸受機構および前記バスバーユニットを収容するハウジングとを備え、前記電機子が、前記中心軸を中心として放射状に配置された複数のティースと、前記複数のティースの表面を被覆するインシュレータと、前記インシュレータ上から前記複数のティースに導線を巻回することにより形成された複数のコイルとを備え、前記バスバーユニットが、前記外部電源からの前記ステータ部の前記電機子への駆動電流の供給を遮断可能なリレーと、前記電機子の前記複数のコイルを形成する複数の導線の一方の端部が接続される複数の第１端子を有する複数の第１バスバーと、前記複数の導線の他方の端部が接続される複数の第２端子を有するとともに前記リレーに接続される複数の第２バスバーと、前記中心軸を中心とする略円環状または略円弧状であり、前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーを互いに接触させることなく保持する絶縁性のバスバー保持部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーのそれぞれが、前記中心軸を中心とする略円弧状かつ帯状であり、前記中心軸を中心とする周方向において前記複数の第１バスバーと前記複数の第２バスバーとが離間して配置される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記複数の第１バスバーの一部が、前記中心軸を中心とする径方向または前記中心軸方向に関して他の第１バスバーと部分的に重なっており、前記複数の第２バスバーの一部が、前記径方向または前記中心軸方向に関して他の第２バスバーと部分的に重なっている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のモータであって、前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーのそれぞれが、一方の主面を前記中心軸に向けて配置され、前記複数の第１バスバーの一部が前記径方向に関して他の第１バスバーと部分的に重なっており、前記複数の第２バスバーの一部が前記径方向に関して他の第２バスバーと部分的に重なっている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータであって、前記バスバー保持部が、前記中心軸を中心とする略円環状または略円弧状の複数の溝部を備え、前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーが、前記複数の溝部に収容される。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のモータであって、前記複数のコイルが、前記複数のティースのそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより形成されており、前記外部電源の複数の電極のそれぞれに前記複数のコイルの一部が並列に接続され、前記複数のコイルと前記複数の第１端子または前記複数の第２端子とをそれぞれ接続する複数の導線の複数の渡り線部が、前記複数のコイルの前記中心軸方向の前記一方側に配置される。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のモータであって、前記複数の第１バスバーの個数、および、前記複数の第２バスバーの個数がそれぞれ、前記外部電源から供給される駆動電流の相数に等しく、前記複数の第１バスバーのそれぞれが第１端子を１つのみ有し、前記複数の第２バスバーのそれぞれが第２端子を１つのみ有する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のモータであって、前記駆動電流の相数が３であり、３つの第１バスバーのうち、２つの第１バスバーのみが前記径方向に関して部分的に重なっており、３つの第２バスバーのうち、２つの第２バスバーのみが前記径方向に関して部分的に重なっている。

請求項９に記載の発明は、請求項４または５に記載のモータであって、前記複数のコイルが、前記複数のティースのそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより形成されており、前記外部電源の複数の電極のそれぞれに前記複数のコイルの一部が直列に接続されており、前記複数のコイル間を接続する複数の導線の複数の渡り線部が、前記複数のコイルの前記中心軸方向の前記一方側に配置される。

請求項１０に記載の発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載のモータであって、前記界磁用磁石が、前記中心軸を中心とする環状の前記電機子の前記中心軸側に配置され、前記インシュレータおよび前記バスバーユニットの前記バスバー保持部の少なくとも一方が、前記複数のコイルの前記中心軸側において環状に位置するとともに他方側に向かって突出する内側突出部を備え、前記内側突出部により、前記複数の渡り線部の前記中心軸側が覆われる。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載のモータであって、前記内側突出部の先端において、前記バスバー保持部と前記インシュレータとの間の前記中心軸方向の距離が、前記複数の渡り線部の線径よりも小さい。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０または１１に記載のモータであって、前記インシュレータが前記内側突出部を備え、前記内側突出部の先端が、前記複数のコイルの前記バスバー保持部側の端部よりも前記バスバー保持部に近い。

請求項１３に記載の発明は、請求項１ないし１２のいずれかに記載のモータであって、前記インシュレータが、前記複数のコイルの前記中心軸とは反対側において環状に位置するとともに前記バスバー保持部に向かって突出する外側突出部を備え、前記外側突出部の先端が、前記複数のコイルの前記バスバー保持部側の端部よりも前記バスバー保持部に近い。

請求項１４に記載の発明は、請求項１ないし１３のいずれかに記載のモータであって、前記バスバーユニットの前記リレーが、接着剤層を介して前記ハウジングの内側面に取り付けられている。

請求項１５に記載の発明は、請求項１ないし１４のいずれかに記載のモータであって、車両の運転操作の補助に利用される。

本発明では、モータの信頼性を向上することができる。請求項２および３の発明では、モータを小型化することができる。請求項４および５の発明では、モータを中心軸方向において小型化することができる。

請求項６および９の発明では、バスバー保持部における第１バスバーおよび第２バスバーの配置を容易とすることができる。請求項７および８の発明では、周方向において第１バスバーおよび第２バスバーを小型化することができる。請求項１０および１１の発明では、渡り線部とロータコアとの接触を防止することができる。

請求項１２および１３の発明では、モータの製造時にコイルの損傷を防止することができる。請求項１４の発明では、ロータ部に加えられる振動がリレーに伝達することを抑制することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るモータ１を備える電動式パワーステアリング装置８（いわゆる、ＥＰＳ（Electric Power Steering））を示す図である。パワーステアリング装置８は、自動車等の車両の運転操作（すなわち、ハンドル操作）の補助に利用される。

図１に示すように、パワーステアリング装置８は、ハンドルや車軸等のステアリング機構に接続されるシャフト部８１、ハンドルに加えられる回転力（トルク）を検出するトルクセンサ８２、トルクセンサ８２からの出力に基づいて必要なアシスト力を算出する制御ユニット８３、制御ユニット８３からの出力に基づいて回転力を発生する電動式のモータ１、および、回転数を減速しつつモータ１の回転力をステアリング機構に伝える減速機構８４を備える。

パワーステアリング装置８が搭載された車両では、操作者からハンドルに加えられる回転力に基づいてパワーステアリング装置８のモータ１が駆動され、モータ１の回転力によりハンドルの回転を補助することにより、車両のエンジン出力を直接的に利用することなく、比較的小さい力で操作者がハンドルを操作することが可能とされる。

図２は、モータ１を示す平面図であり、図３は、モータ１を図２中のＡ−Ａの位置にて切断した縦断面図である。図３では、モータ１の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示している。モータ１は、３相の交流電流により駆動される３相交流モータである。

図３に示すように、モータ１はインナーロータ型のモータであり、固定組立体であるステータ部２、回転組立体であるロータ部３、ロータ部３を中心軸Ｊ１を中心にステータ部２に対して回転可能に支持する軸受機構４、ステータ部２の電機子２１を外部電源に接続するバスバーユニット５、および、ロータ部３のロータコア３２のステータ部２に対する中心軸Ｊ１回りの角度位置を磁気的に検出するセンサ６を備える。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってバスバーユニット５およびセンサ６側を上側、ステータ部２およびロータ部３側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。モータ１では、バスバーユニット５およびセンサ６が、電機子２１の中心軸Ｊ１方向の上側に配置される。

モータ１は、また、内部にステータ部２、ロータ部３、軸受機構４、および、バスバーユニット５を収容する略有底円筒状のハウジング１１を備える。ハウジング１１は、中心軸Ｊ１方向の上側に開口を有するハウジング本体１２、および、ステータ部２の電機子２１とセンサ６との間に配置されてハウジング本体１２の開口を閉鎖する蓋部１３を備える。ハウジング本体１２は、アルミニウム（Ａｌ）合金をダイカストすることにより（いわゆる、アルミダイカストにより）形成され、蓋部１３は、磁性体の鋼板をプレス加工することにより形成される。蓋部１３は、中心軸Ｊ１を中心として下側に向かって（すなわち、ハウジング本体１２の内部に向かって）窪んでいる断面が略円形の第１凹部１３１、および、第１凹部１３１の中央部においてさらに下側に向かって窪んでいる断面が略円形の第２凹部１３２を備える。

ステータ部２は、ハウジング本体１２の内周面に焼きばめおよびカシメにより取り付けられる電機子２１を備え、電機子２１は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア２１１を備える。ステータコア２１１は、環状のコアバック２１１１、および、コアバック２１１１から中心軸Ｊ１に向かって伸びる複数（本実施の形態では、９本）のティース２１１２を備える。ステータコア２１１は分割コアであり、それぞれが１本のティース２１１２を有する９個のパーツが互いに固定されることによりステータコア２１１が形成されている。ステータコア２１１では、コアバック２１１１の外周部に、ハウジング本体１２の内周面に設けられた突起と係合してステータコア２１１の回り止めの役割を果たす凹部が形成されている。当該凹部は、ハウジング１１の蓋部１３を、後述するセンサ６の回路基板６５と共にハウジング本体１２に取り付ける際に、回路基板６５上の第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２（図７参照）のセンサ磁石６２に対するの位置決めに利用される。

電機子２１は、また、複数のティース２１１２の表面を被覆する絶縁体により形成されたインシュレータ２１２、および、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数のティース２１１２にインシュレータ２１２上から集中巻きにて導線を巻回することにより形成された複数（本実施の形態では、９個）のコイル２１３を備える。

モータ１では、駆動電流のＵ相に対応する３個のコイル２１３、Ｖ相に対応する３個のコイル２１３、および、Ｗ相に対応する３個のコイル２１３が、外部電源の３つの電極（すなわち、Ｕ相電極、Ｖ相電極およびＷ相電極）にそれぞれ接続される。本実施の形態では、Ｕ相に対応する３個のコイル２１３が、外部電源のＵ相電極に並列に接続される（Ｖ相およびＷ相においても同様）。換言すれば、外部電源の３つの電極のそれぞれに９個のコイル２１３の一部が並列に接続される。

ロータ部３は、中心軸Ｊ１を中心とするシャフト３１、シャフト３１の周囲に取り付けられる略円筒状のロータコア３２、および、ロータコア３２の外周面に接着剤により固定された界磁用磁石３３を備える。ロータコア３２は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。モータ１では、中心軸Ｊ１を中心とする環状の電機子２１の中心軸Ｊ１側に界磁用磁石３３が配置されており、電機子２１と界磁用磁石３３との間で中心軸Ｊ１を中心とする回転力（トルク）を発生する。

軸受機構４は、ハウジング１１の蓋部１３の第２凹部１３２に収容されて保持される第１軸受部４１、および、ハウジング本体１２の底部中央に設けられた凹部に取り付けられる第２軸受部４２を備える。本実施の形態では、第１軸受部４１および第２軸受部４２として、ボールベアリングが利用されている。ロータ部３のシャフト３１は、第２凹部１３２の中央部開口を介して蓋部１３から中心軸Ｊ１方向の上側に突出するとともに、中心軸Ｊ１方向の上側および下側において第１軸受部４１および第２軸受部４２により回転可能に支持される。

ここで、ハウジング本体１２の開口エッジよりも下側をハウジング１１の内部と捉えると、ステータ部２、ロータ部３、軸受機構４、バスバーユニット５およびセンサ６がハウジング１１の内部に収容されていることとなる。また、蓋部１３よりも下側をハウジング１１の内部と捉えると、ステータ部２、ロータ部３、軸受機構４の一部（すなわち、第２軸受部４２）およびバスバーユニット５がハウジング１１の内部に収容されていることとなる。

図４は、バスバーユニット５を示す平面図であり、図５は、図４中のＢ−Ｂの位置でバスバーユニット５を切断した断面図である。図５では、バスバーユニット５の近傍に位置する電機子２１等、他の構成の一部も併せて描いている。図４および図５に示すように、バスバーユニット５は、導電体により形成された複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２、並びに、中心軸Ｊ１の周囲において複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２を互いに接触させることなく保持する絶縁性のバスバー保持部であるバスバーホルダ５３を備える。図４に示すように、本実施の形態では、第１バスバー５１の個数、および、第２バスバー５２の個数がそれぞれ外部電源から供給される駆動電流の相数（すなわち、３）に等しい。

バスバーユニット５は、また、図３および図４に示すように、外部電源からのステータ部２の電機子２１への駆動電流の供給を遮断可能なリレー５４（例えば、後述するように、モータ１の内部でコイル短絡が生じた場合等に電磁ロックを防止するために外部電源と電機子２１との接続を遮断する。）を備える。図３に示すように、モータ１では、略円筒形のハウジング本体１２において、開口近傍の側面の一部が中心軸Ｊ１から離れる方向へと突出しており、当該突出部にリレー５４が収容される。リレー５４は、弾性を有する接着剤層５４１を介してハウジング１１のハウジング本体１２の内側面に取り付けられている。

パワーステアリング装置８では、モータ１の電機子２１と外部電源とが電気的に接続されており、外部電源からの駆動電流が電機子２１へと供給される。ここで、万一、駆動電流を制御する制御信号の異常（例えば、駆動電流のスイッチング不良）等により、ロータコア３２の回転が電機子２１の磁力によりロックされる電磁ロックが生じたとすると、リレー５４において電機子２１の中性点が切り離され、電機子２１が無通電状態とされる。これにより、電磁ロックが解除され、車両のステアリング機構が、モータ１の電磁ロックに伴ってロックされてしまうことを防止することができる。その結果、操作者がハンドルを操作することができ、車両の運転を安全に行うことができる。

図４および図５に示すように、バスバーホルダ５３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であり、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって上側（すなわち、電機子２１とは反対側）に開口を有する２つの同心円状の溝部５３１を備える。複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２はそれぞれ、中心軸Ｊ１を中心とする略円弧状かつ帯状であり、バスバーホルダ５３の溝部５３１内において一方の主面を中心軸Ｊ１に向けて配置される。

図４に示すように、バスバーユニット５では、３つの第２バスバー５２がリレー５４近傍に配置されており、３つの第１バスバー５１が、中心軸Ｊ１を挟んでリレー５４とは反対側に配置されている。これら３つの第１バスバー５１と３つの第２バスバー５２とは、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において離間して配置されている。

複数の第１バスバー５１はそれぞれ、コイル２１３（図３参照）を形成する導線の端部が接続される第１端子５１１を１つのみ有し、さらに、当該第１端子５１１が設けられる略円弧状かつ帯状の第１バスバー本体５１２、および、第１バスバー本体５１２から外側（すなわち、中心軸Ｊ１から離れる側）に向かって突出するとともに外部電源との接続に利用される外部接続部５１３を有する。また、複数の第２バスバー５２もそれぞれ、コイル２１３を形成する導線の端部が接続される第２端子５２１を１つのみ有し、さらに、当該第２端子５２１が設けられる略円弧状かつ帯状の第２バスバー本体５２２、および、第２バスバー本体５２２から外側に向かって突出するとともにリレー５４に接続されるリレー接続部５２３を有する。

バスバーユニット５では、３つの第１バスバー５１の外部接続部５１３が隣接して配置されており、１つの第１バスバー５１の第１バスバー本体５１２が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１（すなわち、中心軸Ｊ１から遠い側の溝部５３１）内において、外部接続部５１３から時計回りに配置されている。他の２つの第１バスバー５１の第１バスバー本体５１２は、一方が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１内において外部接続部５１３から反時計回りに配置されており、他方が、バスバーホルダ５３の内側の溝部５３１内において、外部接続部５１３から反時計回りに配置されている。当該２つの第１バスバー５１の第１バスバー本体５１２は、中心軸Ｊ１を中心とする径方向において互いに部分的に重なり合っている。

また、３つの第２バスバー５２のリレー接続部５２３も隣接して配置されており、１つの第２バスバー５２の第２バスバー本体５２２が、バスバーホルダ５３の内側の溝部５３１内において、リレー接続部５２３から反時計回りに配置されている。他の２つの第２バスバー５２の第２バスバー本体５２２は、一方が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１内においてリレー接続部５２３から時計回りに配置されており、他方が、バスバーホルダ５３の内側の溝部５３１内において、リレー接続部５２３から時計回りに配置されている。当該２つの第２バスバー５２の第２バスバー本体５２２は、中心軸Ｊ１を中心とする径方向において互いに部分的に重なり合っている。

このように、バスバーユニット５では、３つの第１バスバー５１が外部接続部５１３から時計回りと反時計回りとに振り分けて配置されており、また、３つの第２バスバー５２がリレー接続部５２３から時計回りと反時計回りとに振り分けて配置されることにより、３つの第１バスバーが時計回りおよび反時計回りのいずれか一方に配置される場合（すなわち、径方向において３つの第１バスバー５１が重なっている場合）に比べて、また、３つの第２バスバーが時計回りおよび反時計回りのいずれか一方に配置される場合に比べて、中心軸Ｊ１を中心とする径方向においてバスバーホルダ５３を薄型化することができる。

モータ１では、駆動電流の各相に対応する３個のコイル２１３（図３参照）を形成する３本の導線において、当該３本の導線の一方の端部が、各相に対応する１つの第１バスバー５１の１つの第１端子５１１に接続され、他方の端部が、各相に対応する１つの第２バスバー５２の１つの第２端子５２１に接続され、さらに、当該第２バスバー５２を介してリレー５４に接続される。換言すれば、電機子２１の９個のコイル２１３を形成する９本の導線の一方の端部が、３つの第１バスバー５１の３つの第１端子５１１に接続され、当該９本の導線の他方の端部が、それぞれリレー５４に接続される３つの第２バスバー５２の３つの第２端子５２１に接続される。

図６は、電機子２１の９つのコイル２１３、バスバーユニット５の３つの第１端子５１１および３つの第２端子５２１、並びに、これらの複数のコイル２１３と複数の第１端子５１１または複数の第２端子５２１とをそれぞれ接続する導線の複数の渡り線部２１３１の接続関係を模式的に示す図である。図６中においてコイル２１３を示す矩形の中の「Ｕ，Ｖ，Ｗ」の文字はそれぞれ、各コイル２１３が対応する駆動電流の相（すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を示す。上述のように、モータ１では、駆動電流の各相に対応する３個のコイル２１３が並列に接続されている。そして、複数の渡り線部２１３１は、図５に示すように、複数のコイル２１３の上側（すなわち、中心軸Ｊ１方向におけるバスバーユニット５側）において、コイル２１３とバスバーユニット５との間の空間に配置されている。

モータ１では、電機子２１のインシュレータ２１２が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１側（すなわち、複数のティース２１１２の中心軸Ｊ１側の先端近傍）において環状に位置するとともにバスバーユニット５に向かって突出する複数の第１内側突出部２１２１を備える。また、バスバーユニット５のバスバーホルダ５３が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１側において、インシュレータ２１２の複数の第１内側突出部２１２１の先端に向かって突出する略円環状の第２内側突出部５３２を備える。そして、複数の第１内側突出部２１２１および第２内側突出部５３２（以下、まとめて「内側突出部」という。）により、複数の渡り線部２１３１の中心軸Ｊ１側が覆われている。

モータ１では、複数の第１内側突出部２１２１の先端と第２内側突出部５３２の先端との間において（すなわち、内側突出部の先端において）、インシュレータ２１２とバスバーホルダ５３との間の中心軸Ｊ１方向の距離が、複数の渡り線部２１３１の線径よりも小さくされる。また、複数の第１内側突出部２１２１の先端は、複数のコイル２１３よりも上側に突出しており、当該複数のコイル２１３のバスバーホルダ５３側の端部（すなわち、コイル２１３の上端）よりもバスバーホルダ５３に近い位置に位置する。

電機子２１では、インシュレータ２１２が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１とは反対側において環状に位置するとともにバスバーホルダ５３に向かって突出する複数の外側突出部２１２２をさらに備える。各外側突出部２１２２は、中心軸Ｊ１と各第１内側突出部２１２１とを結ぶ直線上において、各第１内側突出部２１２１の中心軸Ｊ１とは反対側に配置される。複数の外側突出部２１２２の先端は、第１内側突出部２１２１と同様に、複数のコイル２１３よりも上側に突出しており、当該複数のコイル２１３の上端よりもバスバーホルダ５３に近い位置に位置する。

図７は、センサ６近傍を拡大して示す断面図である。図７に示すように、センサ６は、シャフト３１に固定されるとともに磁性体により形成された略円環状かつ中心軸Ｊ１に垂直な板状のヨーク６１、ヨーク６１上に取り付けられる（すなわち、シャフト３１の周囲にてヨーク６１を介してシャフト３１に固定される）略円環状かつ中心軸Ｊ１に垂直な板状のセンサ磁石６２、および、センサ磁石６２の表面のヨーク６１に当接する部分（すなわち、センサ磁石６２の下面）以外を覆うとともにヨーク６１に固定される非磁性体により形成された磁石カバー６３を備える。磁石カバー６３は、好ましくは金属により形成され、本実施の形態では、アルミニウムにより形成される。なお、磁石カバー６３は非磁性ステンレスにより形成されてもよい。センサ６では、ヨーク６１、センサ磁石６２および磁石カバー６３が、蓋部１３の第１凹部１３１に収容されている。

図８は、磁石カバー６３およびセンサ磁石６２を示す平面図である。図８に示すように、センサ磁石６２は、外側面の一部（本実施の形態では、２箇所）に、平面視において直線状となる切欠部６２１を備える。また、磁石カバー６３は、センサ磁石６２の２つの切欠部６２１に対して、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に関してそれぞれ係合する２つの平面部６３１を備える。センサ６では、切欠部６２１および平面部６３１が、周方向に関して互いに係合する第１係合部および第２係合部となっている。

センサ６は、また、図７に示すように、センサ磁石６２のヨーク６１とは反対側においてセンサ磁石６２の上面に対向する第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２の上側（すなわち、センサ磁石６２とは反対側）に配置されて下面（すなわち、センサ磁石６２に対向する主面）に第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２が取り付けられる回路基板６５、並びに、回路基板６５の上面に絶縁層を介して固定された板状部材であるバックヨーク６６を備える。バックヨーク６６は、磁性体により形成されており、中心軸Ｊ１方向に関して第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２と重なる。バックヨーク６６の厚さは、好ましくは、０．５ｍｍ以上とされる。

回路基板６５は、図２に示すように、平面視において略半円状であり、図７に示すように、蓋部１３の第１凹部１３１の一部を覆いつつ蓋部１３の上面に固定される。

センサ６では、３つの第１ホール素子６４１が、中心軸Ｊ１を中心とする一の円周上に等ピッチにて配置されており、また、２つの第２ホール素子６４２が、第１ホール素子６４１よりも外側（すなわち、中心軸Ｊ１とは反対側）において、中心軸Ｊ１を中心とする他の一の円周上に配置されている。換言すれば、３つの第１ホール素子６４１と２つの第２ホール素子６４２とは、中心軸Ｊ１からの距離が異なっている。本実施の形態では、各第２ホール素子６４２は、２つのホール素子を有する磁気エンコーダである。

図９は、センサ磁石６２の上面（すなわち、磁石主面）における着磁波形を示す平面図である。図９では、図の理解を容易とするために、Ｎ極に平行斜線を付して示す。図９に示すように、センサ磁石６２の上面上には、センサ磁石６２が回転する際に第１ホール素子６４１（図７参照）と対向する円環状の第１領域６２２、および、第２ホール素子６４２（図７参照）と対向する円環状の第２領域６２３が設定されており、第１領域６２２の着磁波形と第２領域６２３の着磁波形とが異なっている。本実施の形態では、第１領域６２２および第２領域６２３における極数はそれぞれ６極および７２極である。

モータ１では、図３に示すロータ部３のロータコア３２が回転する際に、図７に示すセンサ６のセンサ磁石６２がシャフト３１およびロータコア３２と共に中心軸Ｊ１を中心として回転し、当該センサ磁石６２の回転中に、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２により、センサ磁石６２の第１領域６２２および第２領域６２３（図９参照）の磁極がそれぞれ検出される。そして、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２からの出力に基づいて、ロータコア３２の電機子２１に対する中心軸Ｊ１回りの角度位置が検出される。

以上に説明したように、モータ１では、電機子２１と共にハウジング１１内に収容されるバスバーユニット５にリレー５４を設けることにより、電機子２１とリレー５４との間において断線が生じることを防止することができる。これにより、電機子２１とリレー５４との接続の信頼性を向上することができ、モータ１の信頼性を向上することができる。その結果、パワーステアリング装置８の信頼性を向上することができる。また、リレー５４が、弾性を有する接着剤層５４１を介してハウジング１１の内側面に取り付けられることにより、ロータ部３に加えられる振動や衝撃等がリレー５４に伝達することを抑制することができる。その結果、リレー５４の損傷を防止することができ、モータ１の信頼性をより向上することができる。

バスバーユニット５では、略円弧状の複数の第１バスバー５１と複数の第２バスバー５２とが、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において離間して配置される。これにより、第１バスバー５１と第２バスバー５２との周方向における重なりを防止することができ、バスバーユニット５およびモータ１を中心軸Ｊ１方向および径方向において小型化することができる。

通常、リレーを有するモータは、リレーを有さないモータに比べてバスバーの個数が多くなるため、バスバーユニットが大型化してしまう。これに対し、本実施の形態に係るモータ１では、第１バスバー５１と第２バスバー５２との周方向における重なりを防止する構造とすることにより、リレー５４を有するにもかかわらずバスバーユニット５の小型化を実現することができる。したがって、モータ１の構造は、リレーを有するモータに特に適しているといえる。

バスバーユニット５では、また、複数の第１バスバー５１の一部が、中心軸Ｊ１を中心とする径方向に関して他の第１バスバー５１と部分的に重なっており、複数の第２バスバー５２の一部が、径方向に関して他の第２バスバー５２と部分的に重なっている。これにより、バスバーを中心軸方向に重ねて配置する場合に比べて、バスバーユニット５およびモータ１を中心軸Ｊ１方向において小型化することができる。

ところで、車両の運転操作の補助に利用されるモータ（例えば、電動式のパワーステアリング装置用のモータ）では、比較的大きな振動や衝撃等が加えられる状況下において高い信頼性が要求される。また、車内スペースの確保や燃費の改善、排気ガスの削減等の観点から、当該モータの小型化も求められている。上述のように、本実施の形態に係るモータ１は、高い信頼性と小型化とを実現することができるため、車両の運転操作の補助に利用されるモータとして特に適している。

バスバーユニット５では、複数の第１バスバー５１の一部および複数の第２バスバー５２の一部が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１に収容されており、残りの第１バスバー５１および残りの第２バスバー５２が内側の溝部５３１に収容されている。このように、バスバーホルダ５３における第１バスバー５１および第２バスバー５２の収容部を共通とすることにより、バスバーユニット５およびモータ１を径方向において小型化することができる。また、バスバーホルダ５３の構造を簡素化することもできる。

さらには、第１バスバー５１および第２バスバー５２のそれぞれの個数を駆動電流の層数と等しくし、各バスバーに端子を１つのみ設けることにより、第１バスバー５１および第２バスバー５２を周方向において小型化することができる。また、第１バスバー５１および第２バスバー５２の構造を簡素化することもできる。特に、モータ１の駆動電流の相数が３と比較的少ない場合には、第１バスバー５１および第２バスバー５２を上記のような構造とすることにより、各バスバーの周方向における小型化をより顕著に実現することができる。

モータ１では、電機子２１の複数のコイル２１３が、複数のティース２１１２のそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより形成されており、さらに、外部電源に並列に接続される。すなわち、１本の導線は、１本のティース２１１２にのみ巻回されて１つのコイル２１３のみを形成し、両端はバスバーユニット５の第１バスバー５１および第２バスバー５２に接続される。このため、複数のコイルが外部電源に直列に接続される場合（すなわち、１本の導線により複数のコイル２１３が形成される場合）に比べて、導線の直径を小さくすることができる。その結果、導線のティース２１１２に対する巻回を容易とすることができ、モータ１の製造を簡素化することができる。

また、複数のコイル２１３と第１バスバー５１の第１端子５１１または第２バスバー５２の第２端子５２１とをそれぞれ接続する渡り線部２１３１が、複数のコイル２１３の上側において、コイル２１３とバスバーユニット５との間の空間に配置されるため、渡り線部２１３１を容易に配線する（すなわち、引き回す）ことができ、バスバーホルダ５３における第１バスバー５１および第２バスバー５２の配置を容易とすることができる。その結果、モータ１の製造をさらに簡素化することができる。

コイル２１３とバスバーユニット５との間に配置される渡り線部２１３１は、インシュレータ２１２の第１内側突出部２１２１、および、バスバーホルダ５３の第２内側突出部５３２により中心軸Ｊ１側が覆われている。これにより、渡り線部２１３１が、コイル２１３が配置される位置よりも中心軸Ｊ１側に移動することを防止することができ、その結果、渡り線部２１３１とロータコア３２との接触を防止することができる。さらには、第１内側突出部２１２１と第２内側突出部５３２との間の中心軸Ｊ１方向の距離が、渡り線部２１３１の線径よりも小さくされることにより、渡り線部２１３１とロータコア３２との接触をより確実に防止することができる。

モータ１では、インシュレータ２１２の第１内側突出部２１２１の先端が、コイル２１３の上端よりも上側に突出しているため、モータ１の製造時に第１内側突出部２１２１を下方に向けて電機子２１を作業台等に載置する際に、コイル２１３が作業台等に接触することを防止することができる。その結果、モータ１の製造時におけるコイル２１３の損傷を防止することができる。また、インシュレータ２１２において、コイル２１３を挟んで第１内側突出部２１２１の反対側に、コイル２１３の上端よりも上側に突出する外側突出部２１２２が設けられることにより、モータ１の製造時にコイル２１３が作業台等に接触することをより確実に防止することができ、コイル２１３の損傷をより確実に防止することができる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係るモータについて説明する。図１０は、第２の実施の形態に係るモータのコイル、渡り線部および端子の接続関係を模式的に示す図である。図１０に示すように、第２の実施の形態に係るモータでは、駆動電流の各相（すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応する３個のコイル２１３が直列に接続されている。その他の構成は、図３と同様であり、以下の説明において同符号を付す。

第２の実施の形態に係るモータの電機子２１では、９本のティース２１１２（図３参照）のそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより９個のコイル２１３が形成されている。駆動電流のＵ相に対応する３個のコイル２１３、Ｖ相に対応する３個のコイル２１３、および、Ｗ相に対応する３個のコイル２１３（すなわち、９個のコイル２１３の一部）はそれぞれ、外部電源の３つの電極（すなわち、Ｕ相電極、Ｖ相電極およびＷ相電極）にそれぞれ直列に接続される。複数の渡り線部２１３１は、図５に示すように、複数のコイル２１３の上側（すなわち、中心軸Ｊ１方向におけるバスバーユニット５側）において、コイル２１３とバスバーユニット５との間の空間に配置されている。

当該モータでは、第１の実施の形態と同様に、電機子２１と共にハウジング１１内に収容されるバスバーユニット５にリレー５４（図３参照）を設けることにより、電機子２１とリレー５４との接続の信頼性を向上することができ、モータの信頼性を向上することができる。また、バスバーユニット５において、略円弧状の複数の第１バスバー５１と複数の第２バスバー５２（図４参照）とが、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において離間して配置されることにより、第１バスバー５１と第２バスバー５２との周方向における重なりを防止することができ、バスバーユニット５およびモータ１を中心軸Ｊ１方向および径方向において小型化することができる。

さらには、複数の渡り線部２１３１が、複数のコイル２１３の上側において、コイル２１３とバスバーユニット５との間の空間に配置されるため、渡り線部２１３１を容易に配線する（すなわち、引き回す）ことができ、バスバーホルダ５３における第１バスバー５１および第２バスバー５２の配置を容易とすることができる。その結果、モータの製造をさらに簡素化することができる。

第２の実施の形態に係るモータでは、特に、電機子２１の複数のコイル２１３が、複数のティース２１１２のそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより形成されており、さらに、外部電源に直列に接続される。すなわち、３本の導線のみにより９個のコイル２１３が形成され、各第１バスバー５１の第１端子５１１および各第２バスバー５２の第２端子５２１には、１本の導線のみが接続される。このため、複数のコイルが外部電源に並列に接続される場合に比べて、第１バスバー５１および第２バスバー５２の構造を簡素化することができるとともに、バスバーホルダ５３において第１バスバー５１および第２バスバー５２を容易に配置することができる。また、渡り線部２１３１の配線を容易とすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

上記実施の形態に係るモータでは、バスバーホルダ５３の第２内側突出部５３２は、必ずしも略円環状とされる必要はなく、例えば、インシュレータ２１２の複数の第１内側突出部２１２１の先端に向かってそれぞれ突出する複数の第２内側突出部が設けられてもよい。この場合、当該複数の第２内側突出部は、中心軸Ｊ１を中心として環状に位置する。

また、モータでは、必ずしも第１内側突出部２１２１および第２内側突出部５３２の双方が設けられる必要はなく、バスバーユニット５のバスバーホルダ５３、および、電機子２１のインシュレータ２１２の少なくとも一方が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１側において環状に位置するとともに他方側に向かって突出する内側突出部を備え、当該内側突出部により、複数の渡り線部２１３１の中心軸Ｊ１側が覆われていればよい。ただし、コイル２１３の巻き崩れ防止や、モータの製造時におけるコイル２１３の損傷防止等の観点から、内側突出部はインシュレータ２１２側に設けられることが好ましい。

バスバーホルダの形状は略円環状には限定されず、例えば、図１１に示すように、中心軸Ｊ１を中心とする略円弧状のバスバーホルダ５３ａが設けられてもよい。バスバーホルダ５３ａでは、第１バスバー５１および第２バスバー５２が収容される溝部５３１の形状も、中心軸Ｊ１を中心とする略円弧状とされる。なお、バスバーユニット５では、複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２が、バスバーホルダとインサート成形により一体的に形成されてもよい。

バスバーユニット５では、略円弧状かつ帯状の第１バスバー５１および第２バスバー５２が、第１バスバー本体５１２の主面および第２バスバー本体５２２の主面が中心軸Ｊ１に略垂直になるように配置されてもよい。この場合も、複数の第１バスバー５１と複数の第２バスバー５２とを周方向において離間して配置することにより、バスバーユニット５およびモータを中心軸Ｊ１方向および径方向において小型化することができる。さらには、複数の第１バスバー５１の一部が、中心軸Ｊ１方向に関して他の第１バスバー５１と部分的に重なるように配置され、複数の第２バスバー５２の一部が、中心軸Ｊ１方向に関して他の第２バスバー５２と部分的に重なるように配置されることにより、バスバーユニット５およびモータを径方向においてより小型化することができる。

電機子２１では、ステータコア２１１の複数のティース２１１２に導線が分布巻きにて巻回されることにより、複数のコイル２１３が形成されてもよい。また、ステータコア２１１は、必ずしも分割コアには限定されず、他の様々な構造が採用されてよい。なお、電機子２１は、平面視において外周縁の形状が略矩形状とされてもよい。

センサ６では、ヨーク６１およびセンサ磁石６２は、必ずしも中心軸Ｊ１に垂直な板状とされる必要はなく、例えば、主面（すなわち、内側面および外側面）が中心軸Ｊ１に平行となる円筒状のヨークの外側面に同じく円筒状のセンサ磁石が取り付けられてもよい。この場合、ホール素子は、センサ磁石の外側（すなわち、中心軸Ｊ１とは反対側）において、センサ磁石の外側面に対向する位置に配置される。

センサ６は、必ずしもセンサ磁石６２とホール素子とを備えるものには限定されず、例えば、バリアブルリラクタンス型のレゾルバがセンサとして設けられてもよい。ただし、センサ６をセンサ磁石６２とホール素子とを備えるものとすることにより、センサ６を薄型化し、モータを中心軸Ｊ１方向において小型化することができる。

上記実施の形態に係るモータは、電動式パワーステアリング装置の回転力発生機構以外の様々な装置やその駆動源として利用されてよい。

第１の実施の形態に係るモータを備えるパワーステアリング装置を示す図である。 モータの平面図である。 モータの縦断面図である。 バスバーユニットの平面図である。 バスバーユニットの断面図である。 コイル、渡り線部および端子の接続関係を示す図である。 センサ近傍の拡大断面図である。 磁石カバーおよびセンサ磁石の平面図である。 センサ磁石の着磁波形を示す平面図である。 第２の実施の形態に係るモータのコイル、渡り線部および端子の接続関係を示す図である。 バスバーユニットの他の例を示す平面図である。

符号の説明

１ モータ
２ ステータ部
３ ロータ部
４ 軸受機構
５ バスバーユニット
１１ ハウジング
２１ 電機子
３３ 界磁用磁石
５１ 第１バスバー
５２ 第２バスバー
５３，５３ａ バスバーホルダ
５４ リレー
２１２ インシュレータ
２１３ コイル
５１１ 第１端子
５２１ 第２端子
５３１ 溝部
５３２ 第２内側突出部
５４１ 接着剤層
２１１２ ティース
２１２１ 第１内側突出部
２１２２ 外側突出部
２１３１ 渡り線部
Ｊ１ 中心軸

Claims (15)

1. 電動式のモータであって、
   電機子を有するステータ部と、
   前記電機子との間で所定の中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するロータ部と、
   前記中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、
   前記電機子の前記中心軸方向の一方側に配置されるとともに前記電機子を外部電源に接続するバスバーユニットと、
   内部に前記ステータ部、前記ロータ部、前記軸受機構および前記バスバーユニットを収容するハウジングと、
   を備え、
   前記電機子が、
   前記中心軸を中心として放射状に配置された複数のティースと、
   前記複数のティースの表面を被覆するインシュレータと、
   前記インシュレータ上から前記複数のティースに導線を巻回することにより形成された複数のコイルと、
   を備え、
   前記バスバーユニットが、
   前記外部電源からの前記ステータ部の前記電機子への駆動電流の供給を遮断可能なリレーと、
   前記電機子の前記複数のコイルを形成する複数の導線の一方の端部が接続される複数の第１端子を有する複数の第１バスバーと、
   前記複数の導線の他方の端部が接続される複数の第２端子を有するとともに前記リレーに接続される複数の第２バスバーと、
   前記中心軸を中心とする略円環状または略円弧状であり、前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーを互いに接触させることなく保持する絶縁性のバスバー保持部と、
   を備えることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーのそれぞれが、前記中心軸を中心とする略円弧状かつ帯状であり、
   前記中心軸を中心とする周方向において前記複数の第１バスバーと前記複数の第２バスバーとが離間して配置されることを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータであって、
   前記複数の第１バスバーの一部が、前記中心軸を中心とする径方向または前記中心軸方向に関して他の第１バスバーと部分的に重なっており、前記複数の第２バスバーの一部が、前記径方向または前記中心軸方向に関して他の第２バスバーと部分的に重なっていることを特徴とするモータ。
4. 請求項３に記載のモータであって、
   前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーのそれぞれが、一方の主面を前記中心軸に向けて配置され、
   前記複数の第１バスバーの一部が前記径方向に関して他の第１バスバーと部分的に重なっており、
   前記複数の第２バスバーの一部が前記径方向に関して他の第２バスバーと部分的に重なっていることを特徴とするモータ。
5. 請求項４に記載のモータであって、
   前記バスバー保持部が、前記中心軸を中心とする略円環状または略円弧状の複数の溝部を備え、
   前記複数の第１バスバーおよび前記複数の第２バスバーが、前記複数の溝部に収容されることを特徴とするモータ。
6. 請求項４または５に記載のモータであって、
   前記複数のコイルが、前記複数のティースのそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより形成されており、
   前記外部電源の複数の電極のそれぞれに前記複数のコイルの一部が並列に接続され、
   前記複数のコイルと前記複数の第１端子または前記複数の第２端子とをそれぞれ接続する複数の導線の複数の渡り線部が、前記複数のコイルの前記中心軸方向の前記一方側に配置されることを特徴とするモータ。
7. 請求項６に記載のモータであって、
   前記複数の第１バスバーの個数、および、前記複数の第２バスバーの個数がそれぞれ、前記外部電源から供給される駆動電流の相数に等しく、
   前記複数の第１バスバーのそれぞれが第１端子を１つのみ有し、前記複数の第２バスバーのそれぞれが第２端子を１つのみ有することを特徴とするモータ。
8. 請求項７に記載のモータであって、
   前記駆動電流の相数が３であり、
   ３つの第１バスバーのうち、２つの第１バスバーのみが前記径方向に関して部分的に重なっており、
   ３つの第２バスバーのうち、２つの第２バスバーのみが前記径方向に関して部分的に重なっていることを特徴とするモータ。
9. 請求項４または５に記載のモータであって、
   前記複数のコイルが、前記複数のティースのそれぞれに導線を集中巻きにて巻回することにより形成されており、
   前記外部電源の複数の電極のそれぞれに前記複数のコイルの一部が直列に接続されており、
   前記複数のコイル間を接続する複数の導線の複数の渡り線部が、前記複数のコイルの前記中心軸方向の前記一方側に配置されることを特徴とするモータ。
10. 請求項６ないし９のいずれかに記載のモータであって、
    前記界磁用磁石が、前記中心軸を中心とする環状の前記電機子の前記中心軸側に配置され、
    前記インシュレータおよび前記バスバーユニットの前記バスバー保持部の少なくとも一方が、前記複数のコイルの前記中心軸側において環状に位置するとともに他方側に向かって突出する内側突出部を備え、
    前記内側突出部により、前記複数の渡り線部の前記中心軸側が覆われることを特徴とするモータ。
11. 請求項１０に記載のモータであって、
    前記内側突出部の先端において、前記バスバー保持部と前記インシュレータとの間の前記中心軸方向の距離が、前記複数の渡り線部の線径よりも小さいことを特徴とするモータ。
12. 請求項１０または１１に記載のモータであって、
    前記インシュレータが前記内側突出部を備え、
    前記内側突出部の先端が、前記複数のコイルの前記バスバー保持部側の端部よりも前記バスバー保持部に近いことを特徴とするモータ。
13. 請求項１ないし１２のいずれかに記載のモータであって、
    前記インシュレータが、前記複数のコイルの前記中心軸とは反対側において環状に位置するとともに前記バスバー保持部に向かって突出する外側突出部を備え、
    前記外側突出部の先端が、前記複数のコイルの前記バスバー保持部側の端部よりも前記バスバー保持部に近いことを特徴とするモータ。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載のモータであって、
    前記バスバーユニットの前記リレーが、接着剤層を介して前記ハウジングの内側面に取り付けられていることを特徴とするモータ。
15. 請求項１ないし１４のいずれかに記載のモータであって、
    車両の運転操作の補助に利用されることを特徴とするモータ。

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