JP2009261191A - モーターのローター及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローターヨークに対するセグメント磁石の固定の信頼性を従来より高くすることが可能なモーターのローター及び電動パワーステアリングを提供する。
【解決手段】本発明のローター２０におけるローターヨーク２２では、セグメント磁石３０が固定された磁石固定部２３Ａ，２３Ａ同士の境界部分２３Ｂから側方に複数の境界突部２４が突出している。そして、それら各境界突部２４の先端部を二股に分岐させて１対の末端爪部２６，２６が形成され、それら各末端爪部２６が各セグメント磁石３０の外側円弧面３１に係止している。これにより、セグメント磁石３０をローターヨーク２２に固着する接着剤の強度が低下してもセグメント磁石３０が円筒カバー３５内で移動することが防がれる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ローターヨークの側面に複数のセグメント磁石を固定して備えたモーターのローター及びそのモーターを駆動源とした電動パワーステアリング装置に関する。

従来、この種のモーターのローターとして、円柱状のローターヨークの外周面に複数のセグメント磁石を接着剤で固定したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２３０２３９号公報（段落［００１５］、第１図、第２図）

ところで、ローターヨークとセグメント磁石の熱膨張率は異なるので、モーターが発熱すると上記した接着剤が応力を受ける。そして、モーターが高負荷で使用されて高温になる機会が多いと接着剤が熱劣化し、接着強度が低下する。また、高温や高湿環境に長期間に亘り曝された場合でも同様に接着強度が低下する。このため、上記した従来の構造のように、セグメント磁石を接着剤のみでローターヨークに固定した場合には、セグメント磁石がローターヨークから外れてモーターの出力トルクが不安定になる事態が生じ得る。また、ローターヨークと共にセグメント磁石を円筒カバーで覆った構成が考えられるが、この場合も接着力の低下によりセグメント磁石が外れて円筒カバー内で動き、モーターの出力トルクが不安定になり得る。そして、このようなモーターを電動パワーステアリング装置に用いると、モーターの出力トルクと共に操舵フィーリングが低下する事態が生じ得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ローターヨークに対するセグメント磁石の固定の信頼性を従来より高くすることが可能なモーターのローター及び電動パワーステアリングの提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るモーター（１０）のローター（２０）は、多角柱構造のローターヨーク（２２）の側面に形成された複数の磁石固定部（２３Ａ）に、ローターヨーク（２２）の軸方向に延びたセグメント磁石（３０）をそれぞれ固定して備えたモーター（１０）のローター（２０）において、各セグメント磁石（３０）は、磁石固定部（２３Ａ）に宛がわれた固定平面（３２）と、固定平面（３２）の反対側で幅方向の両端部から中央に向かうに従って円弧状に膨出した外側円弧面（３１）とを有し、ローターヨーク（２２）のうち隣り合った磁石固定部（２３Ａ）同士の境界部分（２３Ｂ）から側方に突出した複数の境界突部（２４）を設けると共に、それら各境界突部（２４）の先端部を二股に分岐させて１対の末端爪部（２６）を形成し、各末端爪部（２６）を各セグメント磁石（３０）の外側円弧面（３１）に係止したところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のモーター（１０）のローター（２０）において、ローターヨーク（２２）は、その軸方向に複数の鋼板（２２Ｋ）を積層してなり、それら複数の鋼板（２２Ｋ）のうち軸方向の２箇所の鋼板（２２Ｋ）群からそれぞれＹ字形突片（２４Ｙ）が張り出され、それらＹ字形突片（２４Ｙ）を重ねて境界突部（２４）が形成されたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のモーター（１０）のローター（２０）において、ローターヨーク（２２）の外側に嵌合して、複数のセグメント磁石（３０）を覆った円筒カバー（３５）を備えたところに特徴を有する。

請求項４の発明に係る電動パワーステアリング装置（１００）は、請求項１乃至３の何れかに記載のローター（２０）を有するモーター（１０）を、車両（１１０）におけるハンドル（１０７）の操舵力を補助するための動力源として備えたところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の構成によれば、ローターヨークに備えた複数の境界突部により、各セグメント磁石が幅方向で挟まれて、幅方向のずれが規制される。また、各境界突部の先端部を二股に分岐してなる１対の末端爪部がセグメント磁石の外側円弧面に係止し、セグメント磁石がローターの径方向に離脱することが防がれる。これらによりローターヨークに対するセグメント磁石の固定の信頼性が従来より向上し、モーターの出力トルクが安定する。

［請求項２の発明］
請求項２の構成によれば、従来品のローターを構成する複数の鋼板のうち一部の鋼板をＹ字形突片を有した本発明に係る鋼板に差し替えて本発明品に変更することができる。これにより従来品から本発明品に変更するための設備変更のコストが抑えられる。また、この構成のように境界突部を、ローターヨークの軸方向における２箇所のみに設ければ、軸方向全体に亘って境界突部を設けた場合に比べて、セグメント磁石から境界突部への磁気漏れが抑えられる。

［請求項３の発明］
請求項３の構成によれば、万が一、セグメント磁石の一部が欠けても、円筒カバーによって破片の飛散が防止される。

［請求項４の発明］
請求項４の電動パワーステアリング装置は、従来よりセグメント磁石の固定の信頼性が高いモーターを駆動源として備えたので、モーターの出力トルクと共に操舵フィーリングが安定する。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。図１に示したモーター１０は、ブラシレスの３相交流モーターであって、このモーター１０のステーター１１は、モーターハウジング１２の内部にステーターコア１３を嵌合固定した構造になっている。そのモーターハウジング１２は、例えば、両端有底円筒状になっている。また、ステーターコア１３は、円筒体１３Ａの内周面から複数のティース１３Ｔを内側に張り出した構造をなし、それらティース１３Ｔには電磁コイル１４がそれぞれ巻回されている。

このモーター１０のローター２０は、ローターヨーク２２の中心部にローターシャフト２１を貫通させた構造になっており、ローターヨーク２２の側面に複数のセグメント磁石３０が固定されている。図２に示すように、セグメント磁石３０は、ローターヨーク２２の軸方向に延びた略長板構造をなし、ローターヨーク２２の側面に宛がわれる固定平面３２の反対側に外側円弧面３１を備えている。その外側円弧面３１は、セグメント磁石３０の幅方向の両端部から幅方向中央に向かうに従って徐々に膨出した円弧状になっている。また、セグメント磁石３０の両側面３４，３４及び両端面３３，３３は、固定平面３２に対して直角になっている。

ローターヨーク２２は、複数の鋼板２２Ｋ（具体的には、珪素鋼板）を積層してなり、全体が正多角形（例えば、正十角形）の角柱体になっている。そして、正多角形の各辺毎の平坦面が本発明に係る磁石固定部２３Ａになっており、図３（Ｂ）に示すように、各磁石固定部２３Ａにセグメント磁石３０の固定平面３２が宛がわれている。

なお、本実施形態では、セグメント磁石３０の固定平面３２は、磁石固定部２３Ａに対して接着剤によって固定されている。また、図２に示すように、ローターヨーク２２にはローターシャフト２１の貫通部分の回りに複数の質量軽減孔２２Ａが貫通形成されている。

ローターヨーク２２における多角形の各角部には、面取平面２３Ｂが形成されている。それら面取平面２３Ｂは、ローターヨーク２２の軸方向の両端部を除く全体に亘って延びている。そして、ローターヨーク２２における多角形の各角部のうち軸方向の両端部にはそれぞれ本発明に係る境界突部２４，２４が突出形成されている。各境界突部２４は、ローターヨーク２２を構成する複数の鋼板２２Ｋのうち両端部に積層された一部の鋼板２２Ｋ群から張り出したロータシャフト２１の軸方向から見た形状が略Ｙ字形のＹ字形突片２４Ｙを重ねて構成されている。

図３（Ｂ）には、境界突部２４が拡大して示されている。なお、図３（Ａ）には、ローター２０の製造過程の途中段階における境界突部２４が拡大して示されている。図３（Ｂ）に示すように、境界突部２４は、面取平面２３Ｂから起立した幹部２５を有している。幹部２５の両側面２５Ｓ，２５Ｓは、面取平面２３Ｂの両隣の磁石固定部２３Ａ，２３Ａから略直角に立ち上がている。これにより、セグメント磁石３０の固定平面３２，３２と幹部２５の側面２５Ｓ，２５Ｓとが平行になると共に、幹部２５が、面取平面２３Ｂから径方向に離れるに従って徐々に幅が広がった構造になっている。また、セグメント磁石３０の固定平面３２と幹部２５の側面２５Ｓとの間にはクリアランスが設けられ、ここに、例えば、緩衝材としての接着剤（図示せず）が塗布されている。

境界突部２４の先端部（即ち、幹部２５の先端部）は、二股に分岐して１対の末端爪部２６，２６になっており、それら末端爪部２６，２６が幹部２５の両側面２５Ｓ，２５Ｓから磁石固定部２３Ａ，２３Ａ側に張り出している。また、末端爪部２６のうち磁石固定部２３Ａとの対向面は、幹部２５の両側面２５Ｓから離れるに従って磁石固定部２３Ａからも離れるように傾斜している。そして、各末端爪部２６が、セグメント磁石３０の外側円弧面３１における側縁部に係止している。

境界突部２４のうち両末端爪部２６，２６の間は三角溝２７になっている。そして、三角溝２７の内側面と末端爪部２６の先端面とが交差する角部が、境界突部２４のうちローター２０の中心から最も離れており、その距離はセグメント磁石３０のうちローター２０の中心から最も離れた部分（外側円弧面３１の幅方向の中心）までの距離より僅かに小さくなっている。

ローターヨーク２２の外側には円筒カバー３５が嵌合され、セグメント磁石３０を覆っている。図１に示すように、円筒カバー３５は、セグメント磁石３０が内接する薄肉の円筒部３５Ｃを有し、その円筒部３５Ｃの両端部から内側に内向フランジ３５Ａ，３５Ｂを張り出した構造になっている。そして、内向フランジ３５Ａ，３５Ｂがローターヨーク２２の両端面に係止している。

図１に示すように、ローター２０は、各セグメント磁石３０の長手方向全体がステーターコア１３の内面に対向するように配置されている。そして、ローターシャフト２１の両端部がモーターハウジング１２の両端部壁に組み込まれたベアリング１６，１６によって回転可能に軸支されている。

なお、本実施形態のモーター１０の内部には、ローター２０の回転位置を検出するための回転位置センサ３８が内蔵されている。

本実施形態のモーター１０の構成は以上である。次に、上記したローター２０の製造方法について説明する。ローター２０を製造するには、Ｙ字形突片２４Ｙを有しない鋼板２２Ｋを複数枚積層してから、その両端部にＹ字形突片２４Ｙを有する鋼板２２Ｋを複数枚積層してローターヨーク２２を製造し、そのローターヨーク２２にローターシャフト２１を貫通させる。

次いで、セグメント磁石３０の固定平面３２全体に接着剤を塗布すると共に、セグメント磁石３０の両端部において側面３４に接着剤を塗布する。そして、各セグメント磁石３０の固定平面３２をローターヨーク２２の各磁石固定部２３Ａに固着させる。このとき、セグメント磁石３０をローターヨーク２２の軸方向と直交する方向に移動して磁石固定部２３Ａに接近させると末端爪部２６，２６と干渉するので、セグメント磁石３０をローターヨーク２２の軸方向に移動して、磁石固定部２３Ａと末端爪部２６との間に挿入し、図２に示すように、セグメント磁石３０の両端面３３，３３がローターヨーク２２の両端面と一致した位置で、図３（Ａ）に示すように、セグメント磁石３０の固定平面３２を磁石固定部２３Ａに押し付けて固着させる。このときセグメント磁石３０の両端部では、セグメント磁石３０の側面３４と境界突部２４との間が接着剤で固着される。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、境界突部２４の三角溝２７に向けてローターヨーク２２の側方からカシメツール７０を押し付ける。カシメツール７０の先端部は先細り形状になっており、先端に向かうに従って互いに接近した加圧面７０Ａ，７０Ａを備えている。また、それら加圧面７０Ａ，７０Ａ同士の間の角度は、境界突部２４における三角溝２７の内側面同士の角度より広くなっている。そして、図３（Ｂ）に示すように、両加圧面７０Ａ，７０Ａが三角溝２７の両開口縁に押し付けられて境界突部２４における末端爪部２６，２６の間が押し広げられ、各末端爪部２６がセグメント磁石３０の外側円弧面３１に係止する。

次いで、図２に示した円筒カバー３５をローターヨーク２２に勘合する。ここで、円筒カバー３５は、例えば１対の内向フランジ３５Ａ，３５Ｂのうち一方の内向フランジ３５Ｂを円筒部３５Ｃと別個に形成しておき、円筒部３５Ｃをローターヨーク２２の外側に嵌合させてから内向フランジ３５Ｂを円筒部３５Ｃに例えば溶接又は蝋付けする。以上により、ローター２０が完成する。

次に、本実施形態のローター２０及びモーター１０の作用効果について説明する。モーター１０に３相交流のモータ駆動電流を通電すると、ステーター１１に備えた複数の電磁コイル１４の磁束の強度及び方向が変化し、各電磁コイル１４とセグメント磁石３０との間に磁力によってローター２０がステーター１１に対して回転する。ここで、本実施形態のローター２０では、境界突部２４がローターヨーク２２の軸方向の２箇所のみに設けられているので、軸方向全体に亘って境界突部２４を設けた場合に比べて、セグメント磁石３０から境界突部２４への磁気漏れが抑えられ、磁束漏れによるモーター１０の出力トルクの低下が軽減される。

さて、電磁コイル１４は通電によって発熱する。そして、その熱によりローター２０の温度が上昇する。すると、ローターヨーク２２とセグメント磁石３０の熱膨張率の相違により、ローターヨーク２２とセグメント磁石３０との間の接着剤が応力を受ける。そして、モーター１０が頻繁に高負荷で使用されて高温になる機会が増すと、接着剤が熱劣化し、接着力が低下する場合がある。

しかしながら、本実施形態のローター２０の構成によれば、図３（Ｂ）に示すように、ローターヨーク２２に備えた複数の境界突部２４により、各セグメント磁石３０が幅方向で挟まれて、幅方向のずれが規制されている。また、各境界突部２４の先端部を二股に分岐してなる１対の末端爪部２６，２６がセグメント磁石３０の外側円弧面３１に係止し、セグメント磁石３０がローター２０の径方向に離脱することも防がれている。さらには、円筒カバー３５の内向フランジ３５Ａ，３５Ｂによってセグメント磁石３０がローター２０の軸方向に移動することも規制されている。

これらにより、接着剤によりセグメント磁石３０とローターヨーク２２との間の接着強度が低下したとしても、セグメント磁石３０が円筒カバー３５内で移動するような事態は避けられる。即ち、本実施形態のローター２０によれば、ローターヨーク２２に対するセグメント磁石３０の固定の信頼性が従来より向上し、このローターヨーク２２を備えたモーター１０の出力トルクが安定する。また、本実施形態のローター２０では、従来品のローターを構成する複数の鋼板のうち一部の鋼板をＹ字形突片２４Ｙ（図２参照）を有した形状の鋼板２２Ｋに差し替えて製造することができるので、従来品から本実施形態のローター２０に変更するための設備変更のコストが抑えられる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一実施形態について説明する。本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、図４に示すように、車両１１０に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１０２と、その転舵輪間シャフト１０２の外側を覆ったシャフトケース１０３とを備えている。転舵輪間シャフト１０２の両端は、タイロッド１０２Ｔ，１０２Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１０３は、車両１１０の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１０２の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１０３の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。

ピニオンの上端部にはステアリングシャフト１０６が連結され、さらにそのステアリングシャフト１０６の上端部にはハンドル１０７が連結されている。そして、ステアリングシャフト１０６の中間部分に、前記第１実施形態で説明したモーター１０のローター２０が減速機構１０８を介して連結されている。また、ステアリングシャフト１０６には、舵角センサ１１１とトルクセンサ１１２とが取り付けられ、ハンドル１０７の操舵角θｓを検出すると共に、ステアリングシャフト１０６にかかる操舵トルクＴｆを検出している。さらに、転舵輪１０１の近傍には、転舵輪１０１の回転に基づいて車速Ｖを検出するための車速センサ１１３が設けられている。そして、操舵制御装置１１４が、舵角センサ１１１、トルクセンサ１１２及び車速センサ１１３の検出信号に基づいた運転状況に応じてモーター１０を駆動し、これにより運転者によるハンドル操作をモーター１０で補助して転舵輪１０１，１０１を転舵することができる。

このように本実施形態の電動パワーステアリング装置１００は、第１実施形態で説明したモーター１０を駆動源として備え、そのモーター１０は、従来よりセグメント磁石３０の固定の信頼性が高いので、モーター１０の出力トルクと共に電動パワーステアリング装置１００の操舵フィーリングが安定する。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

（１）前記第１実施形態では、セグメント磁石３０が接着剤によってローターヨーク２２に固定されていたが、接着剤を用いずに、境界突部２４と円筒カバー３５のみでセグメント磁石３０をローターヨーク２２に固定した構造にしてもよい。

（２）また、接着剤及び円筒カバー３５を用いずに、境界突部２４のみでセグメント磁石３０をローターヨーク２２に固定してもよい。この場合、末端爪部２６と外側円弧面３１との摩擦係止によって、セグメント磁石３０がローター２０の軸方向に移動することを防げばよい。

（３）前記第１実施形態では、カシメツール７０をローターヨーク２２の側方から接近させて境界突部２４をカシメ変形させていたが、例えば、図示しない筒体の内周面に境界突部２４に対応した複数の三角突条を突出形成しておき、その筒体の内部にローターヨーク２２を押し込みながら、三角突条によって末端爪部２６，２６の間を押し広げてもよい。

（４）前記実施形態では、ステアリングシャフト１０６の途中にモーター１０をギヤ連結した、所謂、コラム電動パワーステアリング装置に本発明を適用したが、モーター全体を中空構造にしてその内側にボールナットを固定し、そのボールナットを上記転舵輪間シャフト１０２の中間部分に形成したボールネジ部に螺合した所謂ラック電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよいし、ラックアンドピニオン機構でモーターを転舵輪間シャフトに連結したピニオン電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態に係るモーターの側断面図 ローターの分解斜視図 境界突部の正面図 電動パワーステアリング装置の概念図

符号の説明

１０ モーター
２０ ローター
２２ ローターヨーク
２２Ｋ 鋼板
２３Ａ 磁石固定部
２３Ｂ 面取平面（境界部分）
２４ 境界突部
２４Ｙ Ｙ字形突片
２６ 末端爪部
３０ セグメント磁石
３１ 外側円弧面
３２ 固定平面
３５ 円筒カバー
１００ 電動パワーステアリング装置
１０７ ハンドル
１１０ 車両

Claims (4)

1. 多角柱構造のローターヨークの側面に形成された複数の磁石固定部に、前記ローターヨークの軸方向に延びたセグメント磁石をそれぞれ固定して備えたモーターのローターにおいて、
   前記各セグメント磁石は、前記磁石固定部に宛がわれた固定平面と、前記固定平面の反対側で幅方向の両端部から中央に向かうに従って円弧状に膨出した外側円弧面とを有し、
   前記ローターヨークのうち隣り合った前記磁石固定部同士の境界部分から側方に突出した複数の境界突部を設けると共に、それら各境界突部の先端部を二股に分岐させて１対の末端爪部を形成し、
   前記各末端爪部を前記各セグメント磁石の前記外側円弧面に係止したことを特徴とするモーターのローター。
2. 前記ローターヨークは、その軸方向に複数の鋼板を積層してなり、それら複数の鋼板のうち前記軸方向の２箇所の鋼板群からそれぞれＹ字形突片が張り出され、それらＹ字形突片を重ねて前記境界突部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のモーターのローター。
3. 前記ローターヨークの外側に嵌合して、前記複数のセグメント磁石を覆った円筒カバーを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のモーターのローター。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のローターを有するモーターを、車両におけるハンドルの操舵力を補助するための動力源として備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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