JP2009005477A - 電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータにおける振動の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを提供する。
【解決手段】回転可能に支持されたシャフト３１と、シャフト３１に固着され外周囲にマグネット４１を有するロータ３３と、ロータ３３の外周囲に離隔して配置されマグネット４１と対向可能な位置にステータコイル６１を有するステータ３５と、を備え、シャフト３１から出力される補助操舵トルクを操舵装置に供給する電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータ３０である。ロータ３３は、磁性材料から構成され肉盗み部４７が形成されたロータコア体３７と、磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成され肉盗み部４７に充填された制振部材４９と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動体の操舵装置に補助操舵トルクを供給するための電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータに関する。

従来より、操舵部の操作信号に応じた補助操舵トルクを供給して操舵装置を駆動するパワーステアリング装置が種々提案され、実用化されている。現在においては、電動モータを用いた電動式のパワーステアリング装置が提案されている。かかる電動パワーステアリング装置においては、補助操舵トルクの発生源としてブラシレスモータが採用されている。ブラスレスモータは、通常、回転可能に支持されたシャフトと、圧入等によりシャフトに固着されて外周囲にマグネットが配置されたロータと、ロータの外周囲に離隔して配置されステータコイルを有するステータと、を備えている。

ブラシレスモータを用いた車両用の電動パワーステアリング装置においては、例えばステアリングホイール等の操舵部が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ等により検出され、この操舵トルクに対応した補助操舵トルクを生成するためにブラシレスモータのステータコイルに通電がなされる。この通電によりステータ及びコアに回転磁界が形成され、回転磁界によりロータが回転し、シャフトから補助操舵トルクが出力される。そして、シャフトから出力される補助操舵トルクが、減速機等を介して操舵装置のステアリングコラム部やラックアンドピニオン部等に供給され、操舵力が補助されて操舵輪が操舵されるようになっている。

このようなブラシレスモータにおいては、補助操舵トルクを十分に取得したり回転量調整を容易にしたりする目的で、ロータコア体の外径を所定長確保することが必要である。ところが、ロータコア体の外径を所定長確保してロータを大型化すると、ロータを構成する磁性材料が多くなってロータ重量が増大してしまう。このようにロータ重量が増大すると、モータ全体の重量が増大するとともに、ロータのイナーシャ（慣性モーメント）が大きくなるため、操舵装置の急激な操作時等における応答性が低下する場合がある。

このため、近年においては、電動モータのロータに大きな直径の貫通孔を同心円状に複数設けることにより、ロータを軽量化してイナーシャを低減させるとともにロータのバランスを向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３４８５２２号公報

しかし、前記した特許文献１に記載された技術のようにロータに貫通孔等の肉盗み部を設けると、ロータの剛性が低下してしまう。このようにロータの剛性が低下すると、ロータに振動が生じ易くなるという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、ロータにおける振動の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明に係る第一のブラシレスモータは、回転可能に支持されたシャフトと、このシャフトに固着され外周にマグネットを有するロータと、このロータの外周に離隔して配置されたステータと、を備え、ロータは、磁性材料から構成され肉盗み部が形成されたロータコア体を有し、ロータコア体は、シャフトに固着した固着部と、マグネットが配置される外周部と、固着部と外周部とを連結する連結部と、を有し、肉盗み部は、固着部と外周部と連結部とによって画定されシャフトの軸方向に延在する貫通孔であり、シャフトから出力される補助操舵トルクを操舵装置に供給する電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータであって、肉盗み部に、磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成された制振部材が充填されてなるものである。

かかる構成を採用すると、磁性材料から構成されたロータコア体に肉盗み部が形成され、磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成された制振部材がロータコア体の肉盗み部に充填されているので、ロータの重量の増加を抑えつつロータコア体の剛性を補うことができる。従って、ロータのイナーシャを小さく抑えて駆動時の応答性を向上させることができるとともに、ロータコア体に生じる振動を制振部材により吸収することができる。

また、本発明に係る第二のブラシレスモータは、回転可能に支持されたシャフトと、このシャフトに固着され外周にマグネットを有するロータと、このロータの外周に離隔して配置されたステータと、を備え、ロータは、磁性材料から構成され肉盗み部が形成されたロータコア体を有し、このロータコア体は、シャフトに固着した固着部と、マグネットが配置される外周部と、固着部と外周部とを連結する連結部と、を有し、肉盗み部は、固着部と外周部と連結部とによって画定されシャフトの軸方向に延在する貫通孔であり、シャフトから出力される補助操舵トルクを操舵装置に供給する電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータであって、磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成された制振部材が、肉盗み部を充填するように、かつ、ロータの外周を覆うように、一体的に設けられてなるものである。

かかる構成を採用すると、ロータコア体より比重が小さい制振部材が、肉盗み部を充填するように、かつ、ロータの外周を覆うように、一体的に設けられる。従って、マグネットの割れや欠けに起因したマグネットの飛散を防止するために金属の固定具を用いてマグネットをロータコア体の外周部に固定する場合に比べ、ロータの外周の質量を軽減することができ、イナーシャを小さく抑えることができる。また、肉盗み部に充填される制振部材とロータの外周を覆う制振部材とが一体的に構成されるため、部品点数を削減することができ、モータの製作費用を低減することが可能となる。

本発明によれば、ロータにおける振動の発生を抑制することができる電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを提供することが可能となる。

以下、図を用いて、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータについて説明する。

本実施形態に係るブラシレスモータ３０は、図１に示した電動パワーステアリング装置１０に取り付けられている。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１と操舵輪１３、１３とが機械的に連結された操舵装置としてのステアリング機構１５を備えており、ステアリング機構１５に、ブラシレスモータ３０及びそのコントローラ１７を備えた補助操舵トルク供給機構２０が装着されている。

ステアリング機構１５は、ステアリングホイール１１に結合されたコラムシャフト１９と、インタミシャフト２１と、コラムシャフト１９とインタミシャフト２１との間に介在するウオームギヤ２３と、インタミシャフト２１と操舵輪１３、１３との間に結合したギヤ２６及びラック２７と、を備えている。ウオームギヤ２３には、ブラシレスモータ３０の出力シャフト３１が噛合している。

補助操舵トルク供給機構２０のブラシレスモータ３０は、図３に示すように、ケーシング２５の端部にフランジ部２８が設けられ、フランジ部２８の軸受部２８ａにより出力シャフト３１が回転自在に支持されている。フランジ部２８には出力シャフト３１の回転位置を検出する図示されていないレゾルバが設けられている。ケーシング２５に収納された出力シャフト３１の周囲には、図２及び図３に示すように、ロータ３３が圧入等により固着されて設けられている。一方、ケーシング２５には、ロータ３３の外周囲に離隔して対向配置されるように、ステータ３５が固定して設けられている。

ロータ３３は、図３〜図５に示すように、厚肉の略筒状に形成されたロータコア体３７を備えている。ロータコア体３７は、出力シャフト３１に固着した固着部３９と、複数のマグネット４１が外表面に配置された外周部４３と、固着部３９と外周部４３とを連結する連結部４５と、を有している。本実施形態における外周部４３は、周方向の全長に渡り連続して環状に形成されている。固着部３９、外周部４３及び連結部４５は一体的に形成されている。

ロータコア体３７の固着部３９と外周部４３との間には、出力シャフト３１の軸方向に延在する貫通孔としての肉盗み部４７が周方向に等間隔に複数設けられている。そして、各肉盗み部４７の内部には、後述する制振部材４９が充填されている。このため、ロータコア体３７の固着部３９と外周部４３との間には、ロータコア体３７の周方向に沿って、連結部４５と制振部材４９とが交互に等間隔で配置されている。

ロータ３３のロータコア体３７は、鉄等の磁性材料により構成されており、固着部３９、外周部４３及び連結部４５が一体的に形成されることにより、固着部３９と外周部４３との間に肉盗み部４７を設けていても、適度な剛性が確保されている。外周部４３の径方向の肉厚は、磁気飽和しない範囲で所望の磁路を形成可能な範囲とされている。

制振部材４９は、ロータコア体３７を形成する磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成されている。制振部材４９は、ロータコア体３７の少なくとも連結部４５に密着して設けられることにより、ロータコア体３７の剛性を補強するとともに、ロータコア体３７に密着してロータコア体３７に生じる振動を吸収するものである。制振部材４９を構成する弾性材料としては、例えば、弾性を有する樹脂（又は発泡樹脂）、天然ゴム、合成ゴム等が挙げられる。また、弾性材料は、自己の粘着性又は接着性や、添加剤の粘着性又は接着性等によりロータコア体３７に密着可能であることが好ましい。

ロータコア体３７の外周部４３に配置された各マグネット４１は、ロータ３３の出力シャフト３１の軸方向長さと同等の長さを有する略板状の永久磁石から構成されている。各マグネット４１は、出力シャフト３１の軸方向に沿って、周方向に均等な間隔で配置された状態で、ロータコア体３７の外周部４３に接着固定されている。

また、ロータ３３においては、ロータコア体３７の外周部４３の外側に、ロータコア体３７を形成する磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成された被覆部材５１が設けられている。被覆部材５１は、マグネット４１の少なくとも一部をロータ３３の径方向外側から密着して被覆することにより、ロータ３３の回転時にマグネット４１が飛散することを防止している。被覆部材５１は、図５に示すように、肉盗み部４７に充填された制振部材４９と一体的に形成されており、本発明における制振部材として機能するものである。

ブラシレスモータ３０のステータ３５は、図２及び図３に示すように、出力シャフト３１の軸方向に沿って略円筒状に形成されたバックコア部５３と、バックコア部５３から径方向の中心に向かって複数突設され、相互間に出力シャフト３１の軸方向に沿うスロット５５を形成するティース部５７と、を有するステータコア５９を備えている。ティース部５７の各々には、ステータコイル６１が巻装されている。

このようなブラシレスモータ３０を備えた電動パワーステアリング装置１０においては、ステアリングホイール１１が操舵されると、コラムシャフト１９に設けられた図示しないトルクセンサにより操舵トルクが検出され、コントローラ１７に伝達される。コントローラ１７では、操舵トルクのほか、操舵角や車両速度等の車両の走行状態を表す情報を受けて、回転方向及び所望の補助操舵トルクが得られる制御量を演算し、演算結果に応じた駆動電流をブラシレスモータ３０に供給する。

駆動電流がブラシレスモータ３０に供給されると、ステータコイル６１に通電されて、通電によりステータ３５に回転磁界が形成される。回転磁界が形成されると、ロータ３３のマグネット４１及び外周部４３に回転力が作用し、この回転力が連結部４５及び固着部３９を介して出力シャフト３１に伝達される。このとき、ロータ３３では、外周部４３と固着部３９との間に肉盗み部４７が設けられているが、肉盗み部４７に制振部材４９が充填されているため、制振部材４９によりロータコア体３７の剛性が補強され、回転力を伝達する際の歪みや振動が抑制される。

ロータ３３から出力シャフト３１に回転力が伝達されることにより、出力シャフト３１から補助操舵トルクが出力される。この補助操舵トルクは、図示しない減速機構を介して、コラムシャフト１９とインタミシャフト２１との間に介在するウオームギヤ２３に供給される。このようにしてブラシレスモータ３０からの補助操舵トルクがインタミシャフト２１に入力され、インタミシャフト２１の回転トルクにより、操舵輪１３、１３が操舵される。これにより、ステアリングホイール１１に与えられた運転者の手動操舵力が補助（アシスト）され、電動パワーステアリング機能が発揮される。

以上の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０のブラシレスモータ３０においては、ロータコア体３７の外周部４３、固着部３９及び連結部４５が磁性材料から一体に形成されているので、所望の補助回転トルクを得るために必要な磁路を外周部４３により確保しながら、外周部４３に供給される力を出力シャフト３１に伝達することができる。そして、磁性材料より比重が小さい弾性材料からなる制振部材４９がロータコア体３７の肉盗み部４７に充填されているので、ロータ３３の重量の増加を抑えつつロータコア体３７の剛性を補うことができる。従って、ロータ３３のイナーシャを小さく抑えて駆動時の応答性を向上させることができるとともに、ロータコア体３７に生じる振動を制振部材４９により吸収することができる。

また、以上の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０のブラシレスモータ３０においては、ロータコア体３７の固着部３９と外周部４３と連結部４５とによって画定され出力シャフト３１の軸方向に延在する貫通孔を肉盗み部４７としている。このため、ロータコア体３７の外周部４３を周方向に連続して形成することができるので、肉盗み部４７を径方向に設けるような場合に比べて、ロータ３３の重量バランスを確保しつつ効率良くロータコア体３７の重量を低減することが可能となる。

また、以上の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０のブラシレスモータ３０においては、ロータコア体３７より比重が小さい制振部材４９及び被覆部材５１が、肉盗み部４７を充填するように、かつ、ロータ３３の外周を覆うように、一体的に設けられる。従って、マグネット４１の割れや欠けに起因したマグネット４１の飛散を防止するために金属の固定具を用いてマグネット４１をロータコア体３７の外周部４３に固定する場合に比べ、ロータ３３の外周の質量を軽減することができ、イナーシャを小さく抑えることができる。また、肉盗み部４７に充填される制振部材４９とロータ３３の外周を覆う被覆部材５１とが一体的に構成されるため、部品点数を削減することができ、モータの製作費用を低減することが可能となる。

なお、前記した実施形態においては、ロータコア体３７の外周部４３に別部材の複数のマグネット４１を配置した例について説明したが、マグネット４１としては、ロータコア体３７の外周部４３の周囲に装着可能なリング形状、筒形状、これらの形状を分割した形状等を有するものであってもよい。また、ロータコア体３７と一体的に形成されたマグネットを採用することもできる。

また、前記した実施形態においては、肉盗み部４７とロータ３３の外周との双方に制振部材を配置した例を示したが、肉盗み部４７にのみ制振部材を充填することもできる。かかる場合には、非磁性材料の金属や樹脂等で構成された一般的なマグネット飛散防止用のカバーをロータ３３の外周に配置するようにする。

また、前記した実施形態においては、出力シャフト３１の軸方向に延在する貫通孔を肉盗み部４７として採用した例を示したが、径方向又は任意の方向に中空状に肉盗み部を形成し、この肉盗み部の内部に制振部材を収容するようにしてもよい。すなわち、肉盗み部の態様は、ロータ３３の静バランス及び動バランスが所望の範囲で確保できる限り適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係るブラシレスモータを用いたパワーステアリング装置の概略構成図である。 本発明の実施形態に係るブラシレスモータの横断面図である。 本発明の実施形態に係るブラシレスモータの縦断面図（図２のIII−III部分の断面図）である。 本発明の実施形態に係るブラシレスモータのロータの横断面図である。 本発明の実施形態に係るブラシレスモータのロータの縦断面図（図４のV−V部分の断面図）である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１５…操舵装置（ステアリング機構）、３０…ブラシレスモータ、３１…出力シャフト、３３…ロータ、３５…ステータ、３７…ロータコア体、３９…固着部、４１…マグネット、４３…外周部、４５…連結部、４７…肉盗み部、４９…制振部材、５１…被覆部材（制振部材）、６１…ステータコイル。

Claims (2)

1. 回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに固着され外周にマグネットを有するロータと、前記ロータの外周に離隔して配置されたステータと、を備え、前記ロータは、磁性材料から構成され肉盗み部が形成されたロータコア体を有し、前記ロータコア体は、前記シャフトに固着した固着部と、前記マグネットが配置される外周部と、前記固着部と前記外周部とを連結する連結部と、を有し、前記肉盗み部は、前記固着部と前記外周部と前記連結部とによって画定され前記シャフトの軸方向に延在する貫通孔であり、前記シャフトから出力される補助操舵トルクを操舵装置に供給する電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータであって、
   前記肉盗み部に、前記磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成された制振部材が充填されてなる、
   電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータ。
2. 回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトに固着され外周にマグネットを有するロータと、前記ロータの外周に離隔して配置されたステータと、を備え、前記ロータは、磁性材料から構成され肉盗み部が形成されたロータコア体を有し、前記ロータコア体は、前記シャフトに固着した固着部と、前記マグネットが配置される外周部と、前記固着部と前記外周部とを連結する連結部と、を有し、前記肉盗み部は、前記固着部と前記外周部と前記連結部とによって画定され前記シャフトの軸方向に延在する貫通孔であり、前記シャフトから出力される補助操舵トルクを操舵装置に供給する電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータであって、
   前記磁性材料より比重が小さい弾性材料から構成された制振部材が、前記肉盗み部を充填するように、かつ、前記ロータの外周を覆うように、一体的に設けられてなる、
   電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータ。

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