JP2008289260A - 回転電機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで高い静粛性を実現でき、放熱効果も高い回転電機及びこれを使用した電動パワーステアリング装置を提供すること。
【解決手段】ハウジング５０内にロータとステータとを備えた回転電機（電動モータ）において、ハウジング５０の外表面に対して、吸音材５１を設ける。吸音材５１を、ステータコアの軸方向寸法よりも狭い範囲内に位置して設けてもよい。電動モータを備えた電動パワーステアリング装置に電動モータとして、上記回転電機を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に好適な回転電機に関し、特に、回転電機（モータ）の作動音低減に関する。

従来より、自動車用操舵系において、油圧式や電動式のパワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が提案され、実用化されている。現在においては、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに応じて、電動モータで補助操舵トルクを発生し、この補助操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置の開発が進められている。

例えばコラムタイプの電動パワーステアリング装置では、ステアリングコラムの一部が減速ギアボックスで構成され、この減速ギアボックスに電動モータが取り付けられている。かかるコラムタイプの電動パワーステアリング装置においては、電動モータの回転が、減速ギアボックスに収納されたウォーム減速機構により減速された後、ステアリング軸に伝達される。

かかる電動パワーステアリング装置の振動や騒音対策としては、例えば、下記特許文献１および２に記載の技術がある。
特願２００６−０３０７６２号公報 特許第２６６７８０８号公報

上記ＥＰＳでは、前述の通り電動モータを駆動源とし、減速機構を介して操舵をアシストしている。このため、電動モータや減速機構から作動音が発生する。近年においては、ハイブリッド車（ＨＶ）を始め、車両の静粛性が高くなり、ＥＰＳの作動音低減の要求が高まっている。作動音低減には、モータ制御技術、減速機の精度向上が要求され、部品のコストも高くなる。このため、低価格で作動音低減を実現する必要がある。例えば、上記特許文献２においては、モータ全体を吸音材で覆う構造が提案されている。しかしながら、モータ全体を覆うため、吸音材の使用量が多く、低コストを実現することが難しい。また、車両に搭載する際に、スペースを確保する必要があるという問題がある。また、同文献の構造では、モータ全体を覆う構造であることから、モータの放熱性が悪くなるおそれもあり、吸音材を設ける際にモータ使用材料の耐熱温度も考慮する必要があるなど、作動音低減と相反する問題も生じ得る。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、低コストで高い静粛性を実現でき、放熱効果も高い回転電機及びこれを使用した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。

上記目的を達成するため、本発明の回転電機は、筐体内に回転子と固定子とを備えた回転電機において、前記筐体の外表面に対して、部分的に吸音材が設けられていることを特徴とする。

筐体の外表面に対して部分的に吸音材が設けられているため、高い吸音効果を得ることができる。また、筐体全体を吸音材で覆う構成ではないため、コンパクト化が図れ、車両搭載性を損なうことを抑制できる。また、モータ筐体にコンパクトな吸音材を配置することで、放熱性を向上できる。

また、前記吸音材は、前記固定子が備えるステータコアの軸方向寸法よりも狭い範囲内に位置して設けられているものとすることができる。

本構成によれば、加振源であるステータコアの外周に吸音材が設けられることにより、高い吸音効果を得ることができる。

また、前記筐体は外表面に凸部又はリブを備え、前記凸部又はリブ上に前記吸音材が設けられている構成であっても良い。または、前記筐体は、前記吸音材が設けられていない部位に凸部又はリブを備えた構成でも良い。

さらに、ステアリングコラムに対して操舵アシスト力を付与する電動モータを備えた電動パワーステアリング装置において、前記電動モータとして、上記のいずれかに記載の回転電機を備えたものとすることができる。

本構成の電動パワーステアリング装置によれば、低コストで高い静粛性を得ることができる。

本発明によれば、筐体の外表面に対して部分的に吸音材が設けられているため、高い吸音効果を得ることができる。また、筐体全体を吸音材で覆う構成ではないため、コンパクト化が図れ、車両搭載性を損なうことを抑制できる。また、モータ筐体にコンパクトな吸音材を配置することで、放熱性劣化を低減できる。したがって、低コストで高い静粛性を実現でき、高い放熱効果を得ることができる。

＜実施の形態１＞
以下、図１および図２を用いて、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の断面を示す図である。図２は、本実施の形態の電動モータを示す断面図および斜視図である。

本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１は、例えば、傾斜配置されたステアリングコラム２を備えるコラムタイプの電動パワーステアリング装置である（図１）。また、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１９に印加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生させる電動モータ３５や、電動モータ３５を駆動制御する図示していないＥＣＵ（制御装置）等を備えている。

ステアリングコラム２は、図１に示すように、鋼板製のアッパブラケット３を介して車体側メンバ（車体側構造部材、車体側構成材）５に固定された鋼管製のアッパステアリングコラム７と、鋼板製のロアブラケット９を介して車体側メンバ５に固定されたアルミ合金鋳造品の減速ギアボックス１１と、を有している。

アッパステアリングコラム７は、図１に示すように、アッパステアリングシャフト１５（ステアリング軸）を回動自在に支持しており、減速ギアボックス１１は、アウトプットシャフト１７を回動自在に支持している。また、アッパステアリングシャフト１５の後端にはステアリングホイール１９が装着される一方、アウトプットシャフト１７の前端にはユニバーサルジョイント２１を介してインターミディエイト（intermediate）シャフト２３が連結されている。

減速ギアボックス１１は、図１に示すように、鋼板製ベローズ１３が上端に固着されたギアボックス本体３１と、ロアブラケット９とともにギアボックス本体３１にボルト締めされたギアボックスカバー３３と、を有している。ギアボックスカバー３３の側面には電動モータ３５が取り付けられている。

ギアボックスカバー３３には、図示していないトルクセンサが内蔵されている。トルクセンサは、ステアリングホイール１９及びアッパステアリングシャフト１５を介して印加された操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク信号をＥＣＵに伝送する。ＥＣＵは、トルクセンサから伝送された操舵トルク信号に基づいて、電動モータ３５に対して制御信号を伝送して電動モータ３５を駆動制御することにより、印加された操舵トルクに応じた補助操舵トルクを発生させる。

ギアボックスカバー３３には、電動モータ３５の出力軸に連結されたウォームシャフト３７と、ウォームシャフト３７に形成されたウォームピニオンと噛み合うウォームホイール３９と、からなるウォーム減速機構や、アウトプットシャフト１７を回動自在に支持する前後一対のベアリング４１、４３が内蔵されている。ウォーム減速機構やベアリング４１、４３は、電動モータ３５で発生させた補助操舵トルクを、アウトプットシャフト１７を介してインターミディエイトシャフト２３に伝達するものである。

図２に示すように、電動モータ３５は、ハウジング（筐体、モータケース）５０と、ハウジング５０の蓋体としてのフランジ７８とを備える。ハウジング５０内部には、ロータシャフト６２により軸支されたロータ（回転子）およびハウジング５０の内壁に固定されたステータ（固定子）を備える。このロータ（回転子）は、マグネット６４、ロータコア６０、ロータシャフト６２、マグネットカバー６６を含み、ステータ（固定子）は、ステータコア６４、コイル５８を含む。

具体的には、電動モータ３５は、その周囲がハウジング（筐体）５０によって覆われている。ハウジング５０は、有底筒形状であり、その内周面には、筒形状のステータコア５６が取り付けられている。ステータコア５６には、コイル５８が巻き付けられ、通電によりＮ極、Ｓ極に交互に励磁されるようになっている。

前記ステータコア５６の内方には、ロータコア６０が収容され、ステータコア５６に対して同軸的に配設されている。ロータコア６０はその軸芯をロータシャフト６２が貫通し、ロータコア６０の軸線方向両端部から突出延長されている。

また、ロータコア６０の外周には、マグネット６４が取り付けられ、前記ステータコア５６と所定の間隔をもって、対峙するようになっている。なお、マグネット６４は、マグネットカバー６６により外周が被覆されている。

前記ロータコア６０から突出したロータシャフト６２の内、ハウジング５０の底側に突出したロータシャフト（リヤ側ロータシャフト）は、その先端部が前記ハウジング５０に形成された小径の筒形状とされた第１の支持部５０ａに収容されている。このリヤ側ロータシャフトの先端部には、軸受としてのボールベアリング（転がり軸受）６８の内輪が嵌合している。６９Ｂは転動体としてのボールである。

一方、ロータコア６０から突出したロータシャフト６２の内、ハウジング５０の開口側に突出したロータシャフト（フロント側ロータシャフト）は、その突出中間部にレゾルバロータ７２が嵌合され、端子台７４に取り付けられたレゾルバステータ７６と対峙している。

また、フロント側ロータシャフトは、ハウジング５０の開口部付近で、その開口を閉塞する蓋部材７８（フランジ）の軸芯に設けられた貫通孔を貫通し、ギアボックス本体３１と連結するためのボス部８０へと延長されている。

前記貫通孔の周縁は、第２の支持部７８Ｂを構成しており、ボールベアリング８２を介して、前記フロント側ロータシャフトを回転可能に支持している。

すなわち、フロント側ロータシャフトには、ボールベアリング８２の内輪が嵌合し、当該ボールベアリング８２の外輪の外周は、前記第２の支持部７８Ｂの内周面と対峙している。このボールベアリング８２の外輪の外周と第２の支持部７８Ｂの外輪に臨む内周面とは、前記リヤ側ロータシャフトと同様に、所定の隙間が形成されている。

ここで、ハウジング５０の外表面には、ステータコア５６の外周に位置して、周方向全体に渡って吸音材５１が固定されている。吸音材５１は、固定部材５２により外側から固定されている。

吸音材５１は、例えば、ゴム材料や樹脂材料から構成された発泡体であり、発泡体の材料や厚さは、吸音対象である作動音の周波数特性に合わせて選定することができる。発泡体の材料としては、例えば、ＥＰＤＭゴム発泡体であるエプトシーラー（商品名：日東電工社製）を採用することができる。ＥＰＤＭゴムとは、エチレン−プロピレン共重合体に非共役ジエンを架橋し、不飽和結合を導入したものである。また、その厚さを２ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすると、ＥＰＳの電動モータ作動音における低減したい周波数帯域に効果的であるであるとともに費用対効果としても好適である。発泡体の厚さが２ｍｍ未満であると吸音効果が充分に得られないことがあり、発泡体の厚さが１５ｍｍを超えるとコスト高となると同時に嵩が増すことによる車両搭載性の問題が生じやすい。

固定部材５２は、例えば、断面がコの字状の環状部材であり（図１（Ｃ）参照）、例えば、金属、樹脂など、吸音材より密なもの（密度が高いもの）よりなる。係る部材の内部に上記発泡体を埋め込み、ハウジング５０に差し込む。なお、予め発泡体を埋め込んだ平面部材をハウジング５０に巻き付け、接着することにより固定してもよい。また、発泡体をハウジング５０に巻き付けた後、さらに、固定部材５２を巻き付けてもよい。

このように、本構成の電動モータ３５およびこれを備えた電動パワーステアリング装置においては、吸音材５１を加振源であるステータコア５６の外周に位置して設けたので、高い吸音効果を得ることができる。即ち、電動モータの作動音は主に電磁加振力によるステータコアの振動がモータ筐体に伝達して放射音を発生することから、ステータコア５６の外周に吸音材５１を設けることにより、効率的に吸音できる。

図３に、本実施の形態の電動モータの他の構成を示す。図３に示すように、吸音材５１のモータ軸方向寸法をＡ、ステータコア５６の軸方向寸法をＢとするとき、Ａ≦Ｂとなるように構成しても良い。この場合、吸音材５１の軸方向位置がステータコア５６の幅内に収まる位置に固定される。

この変形例においては、モータ全体が吸音材に覆われているのではなく要部にのみ設けられているため、吸音材５１及び固定部材５２を小さく設定することが可能となり、低コスト化を図ることができる。また、電動パワーステアリング装置の車両搭載性を損なうことが抑制される。さらに、吸音材５１により覆われている面積が小さいので、放熱性を向上できる。

＜実施の形態２＞
さらに、図４および図５に示すように、ハウジング５０の外壁面に凹凸又はリブを形成しても良い。図４および図５は、本実施の形態の電動モータを示す断面図および斜視図である。なお、実施の形態１と対応する箇所には、同一の符号を付し、その説明を省略する。

＜例１＞
図４に示すように、ハウジング５０の外壁面に凹凸又はリブを形成する。即ち、ハウジング５０の中央部を厚くし、凸部又はリブ５０Ａを設ける。この凸部又はリブ５０Ａ上に、周方向全体に渡って吸音材５１を固定部材５２で固定しても良い。

かかる構成によれば、吸音材５１による吸音効果に加え、ハウジング５０の中央部を厚くすることで、ハウジング５０自身の剛性を向上させることができる。その結果、電磁加振力によるコアの振動がハウジング５０に伝わり、ハウジング５０が振動して発生する放射音を抑制することができる。

＜例２＞
図５に示すように、ハウジング５０の外壁面に凹凸又はリブを形成する。即ち、ハウジング５０の底面側を厚くし、凸部又はリブ５０Ｂを設ける。この凸部又はリブ５０Ｂ以外のハウジング５０の部分に、周方向全体に渡って吸音材５１を固定部材５２で固定しても良い。また、凸部又はリブ５０Ｂにより、吸音材（固定部材５２）５１の位置決めが可能であり、また、吸音材５１のズレを防止できる。

かかる構成によれば、吸音材５１に覆われている部分については、吸音材５１による吸音効果が得られ、それ以外の部分（吸音材５１が配置されていない箇所）においては、ハウジング５０を厚くしているので、ハウジング５０自身の剛性を向上でき、放射音を抑制することができる。

＜実施の形態３＞
さらに、図６に示すように、固定部材５２に放熱フィン５２Ａを形成しても良い。図６は、本実施の形態の電動モータを示す断面図および斜視図である。

図示するように、固定部材５２は、吸音材５１を覆ってモータケース５０に固定する吸音材固定部位と、該吸音材固定部位の軸方向に隣接して、径方向外側に突出する多数の放熱フィン５２Ａとを備える。これら吸音材固定部位と放熱フィン５２Ａとは一体的に形成されている。なお、放熱フィン５２Ａを別体とし、固定部材５２に接着してもよい。

このように放熱フィン５２Ａを設けることにより、電動モータ３５の放熱性を向上させることができる。また、固定部材５２により吸音材５１を固定すると同時に放熱フィン５２Ａを設けることができ、既存のモータ設計に大幅な変形を加えることなく吸音効果と放熱効果とを同時に得ることができる。

また、上記実施の形態１〜３の電動モータを電動式パワーステアリング装置に対して適用することにより、静粛性、放熱性が高い、高精度なアシストを実現することができる。

なお、上記実施の形態においては、コラムタイプの電動パワーステアリング装置を例に説明したが、他のタイプの装置にも適用可能である。また、電動モータの構成は、上記のものに限定されず、適宜、変更可能である。このように、本発明は、モータなどの回転機器を有する装置に広く適用可能である。

また、上記実施の形態を通じて説明された実施例や応用例は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施の形態の記載に限定されるものではない。

実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の断面を示す図である。 実施の形態１の電動モータを示す断面図および斜視図である。 実施の形態１の電動モータの他の構成を示す断面図および斜視図である。 実施の形態２の電動モータを示す断面図および斜視図である。 実施の形態２の電動モータを示す断面図および斜視図である。 実施の形態３の電動モータを示す断面図および斜視図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングコラム、３…アッパブラケット、５…車体側メンバ、７…アッパステアリングコラム、９…ロアブラケット、１１…減速ギアボックス、１３…鋼板製ベローズ、１５…アッパステアリングシャフト、１７…アウトプットシャフト、１９…ステアリングホイール、２１…ユニバーサルジョイント、２３…インターミディエイトシャフト、３１…ギアボックス本体、３３…ギアボックスカバー、３５…電動モータ、３７…ウォームシャフト、３９…ウォームホイール、４１、４３…ベアリング、５０…ハウジング、５０ａ…第１の支持部、５０Ａ、５０Ｂ…凸部又はリブ、５１…吸音材、５２…固定部材、５２Ａ…放熱フィン、５６…ステータコア、５８…コイル、６０…ロータコア、６２…ロータシャフト、６４…マグネット、６６…マグネットカバー、６８…ボールベアリング、６９Ｂ…ボール、７２…レゾルバロータ、７４…端子台、７６…レゾルバステータ、７８…蓋部材（フランジ）、７８Ｂ…第２の支持部、８０…ボス部、８２…ボールベアリング

Claims (5)

1. 筐体内に回転子と固定子とを備えた回転電機において、前記筐体の外表面に対して、部分的に吸音材が設けられている、回転電機。
2. 前記吸音材は、前記固定子が備えるステータコアの軸方向寸法よりも狭い範囲内に位置して設けられている、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記筐体は外表面に凸部を備え、前記凸部上に前記吸音材が設けられている、請求項１または２に記載の回転電機。
4. 前記筐体は、前記吸音材が設けられていない部位に凸部を備えた、請求項１または２に記載の回転電機。
5. ステアリングコラムに対して操舵アシスト力を付与する電動モータを備えた電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータとして、請求項１から４のいずれかに記載の回転電機を備えた、電動パワーステアリング装置。

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