JP2009005489A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロストルクの低減を図りつつ、温度変化の激しい環境下においてもステータ固定力を確保し得るブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータと、プレス加工にて形成されステータを収容可能な鋼製のケースと、ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータにて、そのケースとして、プレス加工の後に焼鈍処理を施したものを使用する。この焼鈍処理により、プレス加工によってケース内に生じた残留応力が解放され、この残留応力に伴うモータのロストルクが低減する。また、ステータを、非磁性体を介在させることなく、焼きバメ又は圧入によってケース内に直接固定できるため、ステータ固定力の低下も防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されるブラシレスモータに適用して有効な技術に関する。

従来より、ブラシレスモータ、特に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の駆動源として使用されるインナーロータ型のブラシレスモータでは、信頼性確保の観点から、金属製のケース内に、ステータが焼きバメ又は圧入によって機械的に固定されている。この場合、ステータが焼きバメ等されるケースには、磁性体材料であるSPCCなどの冷間圧延鋼板が使用されており、一般にプレス加工にて有底円筒形状等に成型されている。
特開2006-33989号公報

ところが、プレス加工にてモータケースを成型すると、ケース内にプレス加工に伴う残留応力が残存し、これにより、モータにヒステリシス損が生じるおそれがある。前述のような構成のモータでは、ステータとケースが直接接触しており、ケース側には少なからず磁束が流れる。このため、ケース内に残留応力が存在すると、ヒステリシス損によって磁気が流れにくくなり、モータが無通電時に回りにくくなる（回転が渋くなる）という問題が生じる。この無通電時のモータの回りにくさは「ロストルク」とも呼ばれており、ロストルクが大きいモータをＥＰＳに使用すると、転舵操作時にハンドルの戻りが遅くなるという問題が生じる。

このため、ＥＰＳ用モータでは、ハンドル戻りの遅れによる操舵フィーリングの悪化を低減すべく、ケースとステータの間に合成樹脂等の非磁性体を介在させ、ケースを磁気回路から切り離し、残留応力の影響を排除する方法も採用されている。ところが、金属製のケースやステータと合成樹脂などの非磁性体では、それらの熱膨張係数に差異があるため、ある一定以上の熱が加わるとステータの固定力が著しく低下するという問題がある。特に、ＥＰＳ用モータのように、温度変化の激しい環境下で使用されるものでは、製品信頼性の点で懸念があるという問題があった。また、非磁性体の経年変化やクリープ現象などによって固定力が低下するおそれもあった。

本発明の目的は、ロストルクの低減を図りつつ、温度変化の激しい環境下においてもステータ固定力を確保し得るブラシレスモータを提供することにある。

本発明のブラシレスモータは、ステータと、プレス加工にて形成され前記ステータを収容可能な鋼製のケースと、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記ケースとして、前記プレス加工の後に焼鈍処理を施したものを使用することを特徴とする。

本発明にあっては、プレス加工にて形成される鋼製のブラシレスモータ用ケースに、焼鈍処理を施すことにより、プレス加工によってケース内に生じた残留応力が解放され、この残留応力に伴うモータのロストルク（回転の渋さ）を低減させることができる。

前記ブラシレスモータにおいて、前記ステータを、非磁性体を介在させることなく、焼きバメ又は圧入によって、前記ケース内に直接挿入固定しても良い。これにより、ステータとケースとの間に合成樹脂等の非磁性材料が介在せず、ステータやケースと非磁性体との熱膨張係数の差などによる固定力の低下が生じず、モータの信頼性向上が図られる。

前記ブラシレスモータを、電動パワーステアリング装置の駆動源のモータとして使用しても良く、これにより、ロストルクに起因する転舵時のハンドル戻りの遅れが改善され、操舵フィーリングの向上が図られる。

本発明のブラシレスモータによれば、ステータと、プレス加工にて形成されステータを収容可能な鋼製のケースを有してなるブラシレスモータにて、このケースとして、プレス加工の後に焼鈍処理を施したものを使用したので、プレス加工によってケース内に生じた残留応力を解放することができ、この残留応力に伴うモータのロストルクを低減させることが可能となる。このため、ロストルクの影響を減少させることができ、モータ効率の向上を図ることが可能となる。

また、本発明のブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動源のモータとして使用することにより、ロストルクに起因する転舵時のハンドル戻りの遅れを改善することができ、操舵フィーリングの向上を図ることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図、図２は図１のブラシレスモータの分解斜視図である。図１に示すように、ブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）は、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ１は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ１は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ１の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。

ステータ２は、有底円筒形状のケース４と、ステータコア５、ステータコア５に巻装されたステータコイル６（以下、コイル６と略記する）及びステータコア５に取り付けられるバスバーユニット（端子ユニット）７とから構成されている。ケース４は、鉄等の磁性材料（例えば、SPCC）にて形成されており、プレス加工にて有底円筒状に成型される。ケース４の開口部には、固定ネジ２３によってアルミダイキャスト製のブラケット２４が取り付けられる。また、ケース４の内部には、ステータコア５が焼きバメ又は圧入にて挿入固定される。

ここで、モータ１では、ケース４として、プレス加工後に焼鈍処理を施したものが使用されている。前述のように、プレス加工によりケース４内部には残留応力が残存しており、この残留応力の影響によりロストルクが大きくなるという問題がある。これに対し当該モータ１では、ケース４をプレス成型した後、焼鈍処理を行い、ケース内部の残留応力を解放した状態でモータに使用する。ここでの焼鈍処理は、残留応力除去を目的としたいわゆる中間焼き鈍しであり、鋼材を再結晶温度以上に長時間加熱し、その後除冷する。

このように、本発明によるモータ１では、ケース４に焼鈍処理を行うことにより、ケース内の残留応力が除去され、残留応力によるロストルクが低減し、モータ１のロストルクを抑えること可能となる。図３は、発明者らによる実験結果を示す説明図であり、焼鈍なしと焼鈍ありの場合におけるロストルクの大きさを示したものである。図３に示すように、焼鈍処理を行ったモータでは、それを行わないモータに比して、約１５％程度ロストルクが低減しており、焼鈍による効果が確認された。なお、何れの場合もケース４とステータコア５の間に非磁性体は介在させていない。

従って、当該モータ１では、従来のモータに比してロストルクの低減を図ることが可能となり、ＥＰＳ用モータとして用いた場合、転舵操作時におけるハンドルの戻りが早く、スムーズとなり、操舵フィーリングの向上が図られる。また、ここで言うロストルクは、無通電時のモータの回りにくさを示すが、通電時におけるトルクのロスの一因ともなるため、ロストルクの低減により、モータ作動時における動作効率（モータ効率）の向上も図られる。

さらに、残留応力除去によるロストルク低減に伴い、従来、残留応力の影響を低減すべく用いていた非磁性材料が不要となるため、非磁性材料の変形によるステータ固定力の低下問題も生じない。従って、ＥＰＳなど、温度変化の激しい環境下で使用される場合であっても、ステータ固定力を確保することができ、モータの信頼性向上が図られる。すなわち、本発明のモータによれば、ステータ固定力を低下させることなく、ロストルクの低減を図ることが可能となり、特に、ＥＰＳ用として用いた場合、操舵フィーリングと共に、製品信頼性の向上を図ることが可能となる。また、ケース−ステータ間に非磁性材料が不要となる分、部品点数や製造工数の削減も図られる。

ステータコア５は、複数個の分割コア８からなり、分割コア８を周方向に９個集成した構成となっている。分割コア８は、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ９が取り付けられている。インシュレータ９の外側にはコイル６が巻装され、ステータコア５の一端側には、コイル６の端部６ａが径方向に引き出されている。

ステータコア５の一端側には、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形されたバスバーユニット７が取り付けられる。バスバーユニット７の周囲には複数個の給電用端子１１が径方向に突設されており、バスバーユニット７の取り付けに際し、コイル端部６ａは、この給電用端子１１と溶接される。バスバーユニット７では、バスバーはモータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個）設けられており、各コイル６はその相に対応した給電用端子１１と電気的に接続される。ステータコア５は、バスバーユニット７を取り付けた後、ケース４内に圧入され、ケース内周面に接着固定される。

ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。ロータ３はロータシャフト２１を有しており、ロータシャフト２１はベアリング２２ａ,２２ｂによって回転自在に支持されている。ベアリング２２ａはケース４の底部中央に、ベアリング２２ｂはブラケット２４の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト２１には、円筒形状のロータコア２５が固定されており、その外周には、セグメントタイプのマグネット（永久磁石）２６が取り付けられている。ロータシャフト２１には合成樹脂製のマグネットホルダ２７が外挿されており、マグネット２６は、マグネットホルダ２７に保持される形でロータコア２５の外周に配設される。モータ１では、マグネット２６は、周方向に沿って６個配置されており、マグネット２６の外側には、有底円筒形状のマグネットカバー２８が取り付けられている。マグネットカバー２８はSUS304等のステンレス鋼にて形成され、円板状のブランク材から絞り加工にて形成される。

マグネットホルダ２７の端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ３１のロータ（レゾルバロータ）３２が取り付けられている。これに対し、レゾルバ３１のステータ（レゾルバステータ）３３は、金属製のレゾルバホルダ３４内に圧入され、その状態でブラケットホルダユニット３５に固定されている。レゾルバステータ３３には、ロータ３２の回転に伴って出力される信号を伝送するためのセンサハーネス３６が固定されている。センサハーネス３６はステータ３３の端子部３３ａに溶接され、端子部３３ａの部分には合成樹脂製のインシュレータ３７が取り付けられる。センサハーネス３６は、ブラケット２４とブラケットホルダユニット３５との間を周方向に沿って引き回され、ゴムグロメット３８を介してブラケット２４の外周部から装置外へと引き出される。

モータ１では、レゾルバホルダ３４は有底円筒形状に形成されており、ブラケットホルダユニット３５の中央部に挿入装着される。一方、フランジ部３４ａが形成された開口側端部は、ブラケット２４に設けられたリブ３９の端部外周に軽圧入される。リブ３９は、ブラケット２４の中央部に、軸方向に向かって円筒形状に突設されており、その内側には、ロータシャフト２１を支持するベアリング２２ｂが固定されている。従って、リブ３９にレゾルバホルダ３４を軽圧入することにより、レゾルバステータ３３がロータシャフト２１と同心状に取り付けられ、レゾルバ３１のステータ３３とロータ３２の芯精度が向上し、ロータ位置検出精度の向上が図られる。

ブラケットホルダユニット３５は合成樹脂にて形成されており、金属製の雌ネジ部４１がインサート成形されている。雌ネジ部４１には、ブラケット２４の外側から取付ネジ４２がねじ込まれ、これにより、レゾルバホルダ３４がブラケット２４の内側に固定される。なお、レゾルバホルダ３４のフランジ部３４ａに形成された取付孔３４ｂは、周方向に延びる長孔となっており、レゾルバホルダ３４の位置を周方向に微調整できるようになっている。ブラケットホルダユニット３５にはまた、外部給電用端子４３が３個設けられている。外部給電用端子４３はＵ,Ｖ,Ｗの各相ごとに設けられ、ブラケットホルダユニット３５をブラケット２４に組み付けたとき、外部給電用端子４３は、ブラケット２４の側面から径方向に突出するよう設けられている。

各外部給電用端子４３（４３Ｕ,４３Ｖ,４３Ｗ）は、ブラケットホルダユニット３５内に設けられた接続端子４４（４４Ｕ,４４Ｖ,４４Ｗ）と電気的に接続されている。各接続端子４４は、ブラケットホルダユニット３５の本体部４５から軸方向に向かって突設されており、バスバーユニット７に設けられたバスバー端子４６（４６Ｕ,４６Ｖ,４６Ｗ）と溶接される。バスバー端子４６もまた、バスバーユニット７の本体部４７から軸方向に向かって突設されており、モータ１を組み付けると、バスバー端子４６と接続端子４４が並列に対向するようになっている。モータ１では、ケース４にブラケット２４を取り付けた後、バスバー端子４６と接続端子４４を溶接固定する。ブラケット２４にはそのための作業孔４８が形成されおり、作業孔４８には、溶接工程後にブラケットキャップ４９が取り付けられる。

このようなモータ１は次のように組み付けられる。まず、ステータ２やロータ３、ブラケットアッセンブリ５１を個々に組み付ける。この場合、ブラケットアッセンブリ５１は、ベアリング２２ｂを組み込んだブラケット２４と、レゾルバステータ３３関係の部品を組み付けたブラケットホルダユニット３５とを一体化し、タッピンネジ５２にて固定したアッセンブリ品である。ステータ２は、コイル６を巻装したステータコア５にバスバーユニット７を取り付け、給電用端子１１とコイル端部６ａを溶接したものをケース４内に収容固定したアッセンブリ品である。また、ロータ３は、ロータシャフト２１にロータコア２５を固定し、マグネットホルダ２７を取り付けた後、マグネット２６を圧入しマグネットカバー２８を装着すると共に、マグネットホルダ２７にレゾルバロータ３２を圧入固定したアッセンブリ品である。

このようなアッセンブリ品をそれぞれ組み立てた後、ロータ３をブラケットアッセンブリ５１に取り付け、そこにステータ２を外装して固定ネジ２３にてケース４とブラケット２４を締結する。次に、作業孔４８を介して、バスバー端子４６と接続端子４４を溶接固定する。この状態にてモータ抵抗や絶縁チェック等を行い、その後、レゾルバ３１の原点調整を行う。原点調整は、長孔の取付孔３４ｂを利用して、レゾルバホルダ３４の位置をブラケット２４の外側から周方向に微調整して実施される。原点を調整した後、ブラケット２４の外側から取付ネジ４２を挿入し、雌ネジ部４１に螺入固定する。これにより、レゾルバホルダ３４のフランジ部３４ａが、ブラケット２４とブラケットホルダユニット３５との間に挟まれる形で固定される。取付ネジ４２を締め付けた後、ブラケットキャップ４９を取り付ける。これにてモータ１の組み付け作業は完了し、その後、各種特性チェック等が行われ、完成品となる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、コラムアシスト式のＥＰＳに使用されるブラシレスモータを示したが、他の方式のＥＰＳ用モータにも本発明は適用可能である。加えて、ＥＰＳや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般にも適用可能である。
また、前述の実施例では、ケース４の材料としてSPCCを用いた例を示したが、他の冷間圧延鋼板（SPCD〜SPCG）などを用いても良い。

本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図である。 図１のブラシレスモータの分解斜視図である。 発明者らによる実験結果を示す説明図であり、焼鈍なしと焼鈍ありの場合におけるロストルクの大きさを示したものである。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ ケース
５ ステータコア
６ ステータコイル
６ａ 端部
７ バスバーユニット
８ 分割コア
９ インシュレータ
１１ 給電用端子
２１ ロータシャフト
２２ａ,２２ｂ ベアリング
２３ 固定ネジ
２４ ブラケット
２５ ロータコア
２６ マグネット
２７ マグネットホルダ
２８ マグネットカバー
３１ レゾルバ
３２ ロータ
３３ ステータ
３３ａ 端子部
３４ レゾルバホルダ
３４ａ フランジ部
３４ｂ 取付孔
３５ ブラケットホルダユニット
３６ センサハーネス
３７ インシュレータ
３８ ゴムグロメット
３９ リブ
４１ 雌ネジ部
４２ 取付ネジ
４３ 外部給電用端子
４４ 接続端子
４５ 本体部
４６ バスバー端子
４７ 本体部
４８ 作業孔
４９ ブラケットキャップ
５１ ブラケットアッセンブリ
５２ タッピンネジ

Claims (3)

1. ステータと、プレス加工にて形成され前記ステータを収容可能な鋼製のケースと、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
   前記ケースとして、前記プレス加工の後に焼鈍処理を施したものを使用することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記ステータは、非磁性体を介在させることなく、焼きバメ又は圧入によって、前記ケース内に直接挿入固定されることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１または２記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されるモータであることを特徴とするブラシレスモータ。

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