JP2009189137A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高い静粛性と車両搭載性を実現した回転電機を提供すること。
【解決手段】ハウジング５０内に、二つの回転軸６２および６３、前記回転軸の外周に設けられたロータ、およびステータを備えており、前記ハウジングの底部の凹部に設けられた空間に対して、吸音材５１が配設されている回転電機を提供する。
【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（モータ）に関し、特に、回転電機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）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。

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。

そのようなモータ作動音の低減には、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。

図６は、従来方式の電気モータを示す断面図であり、筐体内部のロータ軸の両端部分にベアリングが設けられてロータ軸を回転可能に支持している。このように、従来方式の電気モータの内部には、吸音用の構成部材を設けるためのスペースが存在しない。

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。
特開２００４−２７０４９８号公報 特許第２６６７８０８号公報

例えば、上記特許文献１および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、これら構造による作動音低減方法には、モータ全体を覆うため吸音材の使用量が多く、車両に搭載する際に車両内部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、ＥＰＳモータの場合、減速機と組み合わせて使用するためにウォームホイール及びウォーム軸の音もモータに伝播してしまい、モータ軸方向の作動音低減も行う必要がある。さらに、同文献に記載の構造では、モータの大部分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、簡便に高い静粛性を実現でき、車両レイアウト性に優れた回転電機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、筒状をなす筐体内に、回転軸を有する回転子と、前記回転子の径方向外側に間隔をおいて配置された固定子とを備え、前記筐体の軸線方向端部に、当該筐体の外側からみて軸線方向内側に凹む凹部を有し、当該凹部内に吸音材を配置してなることを特徴とする。

かかる構成を採用すると、筐体の凹部に吸音材が設けられているため、吸音材を設けたことによる体格の増大が抑制され、吸音効果を得つつ、車両搭載性に優れた回転電機が実現できる。

前記回転電機において、前記回転子の中心に固定された出力側回転軸と、前記凹部の中心に固定された反出力側回転軸とを備え、前記回転子内に設けられた円筒形空間に取着された回転補助装置と、前記反出力側回転軸とが回転可能に接続されている、ように構成することが出来る。

かかる構成を採用すると、回転子内部に空間を設けたことにより、回転子の質量が低減されて、回転時のロータ慣性（イナーシャ）を低減することが可能となるので、操舵フィーリングの良好なＥＰＳが実現できる。

前記回転電機において、前記凹部は、階段状部分を有する、ように構成してもよく、テーパ状部分を有する、ように構成しても良い。

かかる構成を採用すると、筐体の凹部に吸音材が設けられているため、吸音材を設けたことによる体格の増大が抑制され、吸音効果を得つつ、車両搭載性に優れた回転電機が実現できる。凹部がテーパ状部分を有する場合には、凹部のスペースが大きく取れるので、更なる吸音効果が実現できる。

前記回転電機において、前記吸音材は、同一若しくは異なる種類の複数の吸音材層よりなる、ように構成することが出来る。

かかる構成を採用すると、吸音対象である作動音の周波数特性に対応した吸音効果を有する回転電機が実現できる。

前記回転電機において、前記吸音材は、シール部材によって封止されている、ように構成することが出来る。

かかる構成を採用すると、体格の増大を抑制しつつ、吸音材を簡便に固定可能な回転電機が実現できる。

本発明によれば、モータハウジングの底部に設けた凹部に吸音材を設けることにより、体格の増大が抑制されるので、車両レイアウト性に優れたモータを提供できる。加えて、吸音材の固定には、モータ底部にシール等の蓋を設けるだけでよい。また、モータハウジング底部のロータ側に凹む凹部に対応させて、ロータ内部に筒状の凹部を設けた場合には、ロータコアの質量が低減されることでロータ慣性の低減が可能となり、操舵フィーリングに優れたＥＰＳを提供することが可能となる。

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である。

図１に示す、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。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の蓋体としても機能するフランジ７８とを備える。ハウジング５０内部には、第１ロータシャフト６２及び第２ロータシャフト６３により軸支されたロータ（回転子）６０、およびロータ６０の径方向外側に一定の間隔を置いてハウジング５０の内壁に固定されたステータ（固定子）５４を備える。このロータ６０は、マグネット６６、ロータコア６１、第１ロータシャフト６２および第２ロータシャフト６３を含み、ステータ５４は、ステータコア５６、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、中空円柱状のステータコア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６１が収容され、ステータコア５６に対して同軸に配設されている。ここで、第１ロータシャフト６２がロータコア６１に同軸で固定されているのに対して、第２ロータシャフト６３はロータコア６１と同軸をなしてモータハウジング５０に固定されている。

また、ロータコア６１の外周には、マグネット６６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、対向するようになっている。

モータハウジング５０の底部には、モータハウジング５０の外側から見てロータコア６０側に凹む階段状の凹部４４が形成されている。より具体的には、円形であるモータハウジング５０の底部と同軸で、モータハウジング５０の底部の径よりも小さな径を有する一定深さの凹み（第１凹部４４ａ）が設けられており、さらに当該円形の第１凹部４４ａと同軸で、第１凹部４４ａの径よりも小さな径を有する一定深さの凹み（第２凹部４４ｂ）が設けられている。図２の実施例では、第１凹部４４ａ及び第２凹部４４ｂよりなるハウジング５０の底部の階段状の凹部４４によってハウジング外部に生じた凹状のスペースに吸音材５１が配設されている。具体的には、第１凹部４４ａ内および第２凹部４４ｂ内に各々収容される、円盤状の吸音材５１ａおよび５１ｂが設けられている。さらに、吸音材５１ａおよび５１ｂは、樹脂等のテープ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等であってよいが、材質及び厚さ等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ればよく、複数の異なった性質の吸音材を層状に組み合わせて用いてもよい。

このように、モータ底部に設けた凹みに吸音材５１を配したことによって、例えばテープ５２などの簡便な手段を用いて吸音材を固定することが可能であり、また、吸音材がモータハウジング５０を外部から覆う場合と比較して、従来のモータの内部に相当するスペースに吸音材が配設され、薄いシール部材で固定されていることによって、体格の増大が抑制され、車両レイアウト上の自由度が高まるという利点を有している。

さらに図２を参照すると、モータ底部に設けた凹部４４のうち第２凹部４４ｂの中心には、ハウジング底部よりハウジング５０の一部分をハウジング内方へと立ち上げてなる円筒形状のボス部４７が形成されている。当該ボス部４７の内径は、第２ロータシャフト６３の外径と略同径であり、第２ロータシャフト６３はモータハウジング５０の底部中心の孔に嵌め込まれ、圧入等の手段を用いて固定されている。

ここで、ロータコア６１の底部にも、ロータシャフト６２及び６３と同軸の円筒形空間４９が設けられ、また円筒形空間４９の端部に、内周に沿ってリアベアリング６８が設置されている。第２のロータシャフト６３はリング状をなすリアベアリング６８内部に収容され、結果としてロータコア６１は第１のロータシャフト６２および第２のロータシャフト６３と同軸方向に回転可能に支持されている。

一方、ロータコア６１からハウジング５０の開口部４８側に突出した第１ロータシャフト６２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、第１ロータシャフト６２は、ハウジング５０の開口部４８を閉塞する蓋部材（フランジ）７８の軸芯に設けられた、フロントベアリング８２を周縁に備える貫通孔７７に挿通されて回転可能に支持されており、ギアボックス本体３１と連結するためのボス部（図示せず）へと延長されている。

第１のロータシャフト６２に加えて第２のロータシャフト６３を用いる本実施例では、凹部４４をモータハウジング５０の底部に形成したことに対応してリアベアリング６８の配置を変更するために、ロータコア６１内部に当該リアベアリング６８を収容するための円筒形空間４９を設けたことにより、ロータコア６１の質量が低減され、結果としてロータコア６１回転時のロータ慣性（イナーシャ）を低減することが可能となるので、操舵フィーリングの良好なＥＰＳが実現できる。

図３乃至５は、本発明の第２実施例を示すものである。以下第１実施例と同一の構成要素については、同一の符号を付すとともにその説明を省略する。

図３に示す実施例では、ロータコア６１内部に設けられる円筒形空間４９をハウジング開口部４８側へと延長している。本実施例では、ロータコア６１内部の空間４９がより大きく取られているので、ロータコア６１の質量がさらに低減されることとなり、更なるロータ慣性の低減が可能となる。ここで、モータハウジング５０の底部に形成された凹部４４のうち、延長されたロータコア６１内の円筒形空間４９に含まれる部分は、該空間４９の内周と一定の間隔をもって配置された外周を有する円筒形状（４５ａ）をなしており、該空間に含まれない部分は、コイル５８に接触しない程度にテーパを付けられた円錐台形状（４５ｂ）をなしている。本実施例の円筒-円錐台状凹部４５は、第１実施例の階段状凹部４４と比較して吸音材５１を設けるスペースをより大きく確保しており、より多くの吸音材５１を配設することによって、モータの吸音効果を高めることが可能である。

図４および図５に示すモータは、図３に示した実施例の変形例である。図４に示す実施例では、円筒-円錐台状凹部４５に、複数の異なった性質の吸音材５１ｃ，５１ｄ，５１ｅが積層されている。図５に示す実施例では、円筒-円錐台状凹部４５に積層された複数の異なった性質の吸音材５１ｃ，５１ｄ，５１ｅの間に空気層５３ａ，５３ｂが設けられ、空気の存在によってより高い吸音効果が得られる。本実施例の凹部４５はテーパを有する円錐台形状部４５ｂを有するので、当該空気層５３を形成するためには、軸方向の深さに対応した径と円錐台形状部４５ｂと同一のテーパを有する吸音材５１のプレートを、ハウジング５０の底部の円錐台状凹部４５ｂによってハウジング外部に生じたスペースに嵌め込めば良い。ここで、吸音材５１の材質や厚さによっては嵌め込まれた吸音材５１のプレートに撓みが生じる可能性があるが、その場合には各プレート間の距離に対応した樹脂製のスペーサ等（図示せず）を適宜挟み込めばよい。また、これら実施例に適用される吸音材５１は、吸音対象である作動音の周波数特性に合わせて選定し、また組み合わせればよい。

上記実施形態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、静粛性が高い、高精度なアシストを実現することができる。

なお、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。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。

本発明にかかる電動パワーステアリング装置の一部断面図である。 本発明の第１実施例にかかる電動モータを示す断面図である。 本発明の第２実施例にかかる電動モータを示す断面図である。 本発明の第２実施例の変形例にかかる電動モータを示す断面図である。 本発明の第２実施例のさらに別の変形例にかかる電動モータを示す断面図である。 従来方式の電動モータを示す断面図である。

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、１０…従来の電動モータ、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、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、４４ａ，ｂ…凹部、４５ａ，ｂ…凹部、４７…ボス部、４８…開口部、４９…空間、５０…ハウジング、５１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ…吸音材、５２…テープ、５３ａ，ｂ…空気層、５４…ステータ、５６…ステータコア、５８…コイル、６０…ロータ、６１…ロータコア、６２…第１ロータシャフト、６３…第２ロータシャフト、６６…マグネット、６８…リアベアリング、７２…レゾルバロータ、７４…端子台、７６…レゾルバステータ、７７…貫通孔、７８…フランジ、８２…フロントベアリング

Claims (6)

1. 筒状をなす筐体内に、回転軸を有する回転子と、前記回転子の径方向外側に間隔をおいて配置された固定子とを備え、
   前記筐体の軸線方向端部に、当該筐体の外側からみて軸線方向内側に凹む凹部を有し、当該凹部内に吸音材を配置してなる
   回転電機。
2. 前記回転子の中心に固定された出力側回転軸と、前記凹部の中心に固定された反出力側回転軸とを備え、
   前記回転子内に設けられた円筒形空間に取着された回転補助装置と、前記反出力側回転軸とが回転可能に接続されている
   請求項１に記載の回転電機。
3. 前記凹部は、階段状部分を有する
   請求項１に記載の回転電機。
4. 前記凹部は、テーパ状部分を有する
   請求項１に記載の回転電機。
5. 前記吸音材は、同一若しくは異なる種類の複数の吸音材層よりなる
   請求項１に記載の回転電機。
6. 前記吸音材は、シール部材によって封止されている
   請求項１に記載の回転電機。

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