JP2010200543A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁気クラッチ機構が作動してその入出力間に滑りが生じても、回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置とのズレを防止し、該機構の入力側に位置する回転角センサであっても出力軸の駆動対象の位置検出をも的確に行えるモータを提供する。
【解決手段】磁気クラッチ機構１９（磁気吸着部１９ａ，１９ｂ）の磁極対数が回転角センサ１８の軸倍角（ロータ１４の１回転における電気角周期数）と同数に設定される。そのため、磁気クラッチ機構１９にて相対回転（滑り）が生じても、各磁気吸着部１９ａ，１９ｂの再吸着後の位置は常にロータ１４の電気角１周期分ずれた位置となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、出力軸にクラッチ機構を備えたモータに係り、特に車両用電動パワーステアリング装置の駆動源に好適なモータに関するものである。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）では、ステアリングの回転端当て時や反転操作時等の負荷変動が大きい場合、アシストするモータのロータ慣性力との関係で該モータの出力軸において衝撃が生じるため、該衝撃がステアリングを操作する運転者側に伝搬すると快適性が損なわれる。そのため、この衝撃を緩和する技術が従来より種々提案されており、例えば特許文献１においてはモータの制御にて対応している。しかしながら、高度な制御が必要となるため、制御装置の負荷が大きく、制御装置のコストにも影響を与えていた。

上記の制御以外の対応としては、例えば特許文献２にてワイパ駆動用として示されているモータのように、出力軸に機械式クラッチ機構を備え、負荷変動の大きい場合には該クラッチ機構にてその入力側回転部と出力側回転部との機械的連結が解除されて両回転部間、即ちロータと出力軸との間の相対回転（滑り）を許容するものがある。また、トレランスリングといった摩擦抵抗を利用した機械式クラッチ機構もある。

しかしながら、このような機械式クラッチ機構では、機構の構成が複雑で部品数も多く機構部分の大型化、即ちモータが大型化するため、該モータの搭載スペースとして大きなスペースが必要となる。また、トレランスリングを用いるクラッチ機構では、経年により摩擦力が低下するため、その入力側から出力側へのトルク伝達が次第に低下することが懸念される。

そこで、簡素な構成でしかも経年変化の小さい磁気クラッチ機構を出力軸に備える対応が考えられる。磁気クラッチ機構（磁気継手）は、入力側回転部と出力側回転部のそれぞれにマグネット等よりなる磁気吸着部を備えて各吸着部による両回転部間の磁気的連結を図り、負荷変動の大きい場合にはそのクラッチ機構にて両回転部間の磁気的連結が解除されてロータと出力軸との間の滑りを許容するものである。

ところで、電動パワーステアリング装置ではステアリングの舵角検出が行われているが、例えば特許文献３にて示されているように、モータ内に備えられるレゾルバ等の回転角センサにて検出されたモータ（ロータ）の回転角からそのステアリングの舵角検出が行われるものが知られている。

特開２０００−３３３４８８号公報 特開２００６−３０８０２６号公報 特開２００５−２２５４１１号公報

上記の場合、モータに備えられる回転角センサの軸倍角は、該モータのロータ１回転における電気角周期数に対応して設定されるのが一般的である。従って、磁気クラッチ機構において滑りの生じていない初期状態等では、回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置（ステアリングの位置）との対応付けがなされていたものが、滑りが生じた際の再吸着後において回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置とにズレが生じると、その対応付けが狂って該機構の入力側に位置する回転角センサではステアリングの舵角検出を的確に行えなくなる場合があるため、これを改善することが望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁気クラッチ機構が作動してその入出力間に滑りが生じても、回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置とのズレを防止し、該機構の入力側に位置する回転角センサであっても出力軸の駆動対象の位置検出をも的確に行うことができるモータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ロータ側の磁気吸着部と出力軸側の磁気吸着部との磁気的連結にてそのロータの回転を出力軸に伝達する一方、前記出力軸側とロータ側との回転力の差が大きくなると磁気吸着力に抗して各磁気吸着部間の相対回転を許容する磁気クラッチ機構を備えるとともに、前記ロータの回転角及び前記出力軸の駆動対象の位置を検出する回転角センサを備えたモータであって、前記磁気クラッチ機構の磁極対数と前記回転角センサの軸倍角とは、その磁極対数が軸倍角の約数に設定されたことをその要旨とする。

この発明では、磁気クラッチ機構の磁極対数が回転角センサの軸倍角の約数、つまりロータの電気角周期数の約数に設定されることから、負荷変動が大きくなった場合の出力軸側と慣性力の作用するロータ側との回転力の差が大きく磁気クラッチ機構の各磁気吸着部間で相対回転（滑り）が生じても、各吸着部の再吸着後の位置は常にロータの電気角１周期の倍数分ずれた位置となる。そのため、磁気クラッチ機構にて滑りが生じても回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置（出力軸の駆動対象の位置）との対応付けが不変となり、相互間のズレが防止される。これにより、該機構の入力側に位置する回転角センサであっても、出力軸の駆動対象の位置検出をも的確に行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記磁気クラッチ機構の磁極対数と前記回転角センサの軸倍角とは、同数に設定されたことをその要旨とする。
この発明では、磁気クラッチ機構の磁極対数が回転角センサの軸倍角と同数、つまりロータの電気角周期数と同数に設定されることから、各磁気吸着部間で滑りが生じても、再吸着後の位置は常にロータの電気角１周期分ずれた位置となる。そのため、滑りに対する回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置との電気角周期単位のズレが最小となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、前記磁気クラッチ機構は、前記ロータ側の磁気吸着部と前記出力軸側の磁気吸着部とをそれぞれ円盤状とし、磁気吸着力が軸方向に作用するように構成されたことをその要旨とする。

この発明では、磁気クラッチ機構は、ロータ側と出力軸側の各磁気吸着部を円盤状とし、磁気吸着力が軸方向に作用するように構成される。これにより、磁気クラッチ機構を簡素に構成でき、モータの構成の簡素化・小型化に寄与できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載のモータにおいて、前記磁気クラッチ機構は、前記ロータ側の磁気吸着部と前記出力軸側の磁気吸着部とをそれぞれ円筒状とし、磁気吸着力が径方向に作用するように構成されたことをその要旨とする。

この発明では、磁気クラッチ機構は、ロータ側と出力軸側の各磁気吸着部をそれぞれ円筒状とし、磁気吸着力が径方向に作用するように構成される。これにより、磁気クラッチ機構を簡素に構成でき、モータの構成の簡素化・小型化に寄与できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、車両用電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられることをその要旨とする。
この発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータが車両用電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられる。つまり、該装置では、ステアリングの回転端当て時や反転操作時等、大きな負荷変動が生じ易く、またモータの回転角センサにてステアリングの舵角検出が行われるものもあることから、磁気クラッチ機構にて滑りが生じた際の回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置とのズレが防止されることで、該機構の入力側に位置する回転角センサであってもステアリングの舵角検出を的確に行うことが可能となる。

本発明によれば、磁気クラッチ機構が作動してその入出力間に滑りが生じても、回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置とのズレを防止でき、該機構の入力側に位置する回転角センサであっても出力軸の駆動対象の位置検出をも的確に行うことができるモータを提供することができる。

本実施形態における電動パワーステアリング装置用モータの概略構成図。 別例における同装置用モータの概略構成図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１は、車両用電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）用のモータ１１を示す。モータ１１は、電動パワーステアリング装置の駆動源として備えられ、運転者のステアリング操作をアシストすべくその時々の好適なアシスト力に応じた回転トルクを発生させてステアリング機構１０に付与している。本実施形態のモータ１１は、ブラシレスモータにて構成されている。

モータ１１において、有底筒状のハウジング１２の内周面にはステータ１３が固定され、該ステータ１３の内側にはロータ１４が収容されている。ロータ１４は、該ロータ１４に備えられるモータ回転軸１５がハウジング１２の底部中央に備えられる軸受１６ａと該ハウジング１２の開口部を閉塞するエンドフレーム１７の中央部に備えられる軸受１６ｂとで回転可能に支持されている。

エンドフレーム１７にはレゾルバステータ１８ａが備えられ、これに対応してモータ回転軸１５にはレゾルバロータ１８ｂが備えられ、これらによりロータ１４（モータ回転軸１５）の回転角を検出する回転角センサ１８が構成されている。本実施形態の回転角センサ１８は、軸倍角４Ｘにて構成されている。回転角センサ１８ではロータ１４の回転角が検出され、該検出に基づいてステータ１３のコイル（図示略）への駆動電流が制御されている。ロータ１４の１回転における電気角周期が４周期となるコイルの磁極数となっている。また、回転角センサ１８によるロータ１４の回転角の検出に基づき、本実施形態の電動パワーステアリング装置ではステアリングの舵角検出も行われている。

回転角センサ１８より先端側のモータ回転軸１５には、磁気継手よりなる磁気クラッチ機構１９を介して出力軸２０が同軸上に駆動連結されている。磁気クラッチ機構１９は、モータ回転軸１５の先端部に固定される入力側の磁気吸着部１９ａと、出力軸２０の基端部に固定される出力側の磁気吸着部１９ｂとを備えてなり、各吸着部１９ａ，１９ｂは、マグネットを有して円盤状をなし、磁気吸着力が軸方向に作用するように構成されている。各磁気吸着部１９ａ，１９ｂは、軸方向の対向面上においてそのマグネットのＮ極とＳ極とが交互に等角度間隔に８磁極が構成され、Ｎ極とＳ極との組が４組構成されている（極対数が「４」）。

そして、このような磁気クラッチ機構１９を有するモータ１１は、該クラッチ機構１９の各磁気吸着部１９ａ，１９ｂが吸着していることで、モータ１１の駆動に基づくモータ回転軸１５の回転が出力軸２０からステアリング機構１０に伝達されて、ステアリング操作のアシストに必要な回転トルクが伝達される。

また、そのステアリング操作時において該ステアリングの回転端当て時や反転操作時等の負荷変動が大きい場合には、ステアリング機構１０と連結する出力軸２０と、モータ１１（ロータ１４）の慣性力が作用するモータ回転軸１５との間において、衝撃の要因となる大きな回転力の差が生じる。このような場合、クラッチ機構１９では、各磁気吸着部１９ａ，１９ｂの磁気吸着力に抗して各吸着部１９ａ，１９ｂ、即ち出力軸２０とモータ回転軸１５との間で相対回転（滑り）が生じ、運転者に不快となる衝撃の緩和がなされるようになっている。

しかもこの場合、磁気クラッチ機構１９の各磁気吸着部１９ａ，１９ｂの磁極対数は「４」であり、回転角センサ１８の軸倍角４Ｘと同数（ロータ１４の電気角周期の４周期と同数）にて構成されていることから、各吸着部１９ａ，１９ｂにて滑りが生じても、再吸着後の位置は常にロータ１４の電気角１周期毎の位置である。そのため、滑りが生じても回転角センサ１８にて検出の電気角位置と出力軸２０の位置（ステアリングの位置）との対応付けが不変であるため、該機構１９の入力側に位置する回転角センサ１８であってもステアリングの舵角検出を的確に行うことが可能である。

次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
（１）本実施形態では、磁気クラッチ機構１９（磁気吸着部１９ａ，１９ｂ）の磁極対数が回転角センサ１８の軸倍角（ロータ１４の１回転における電気角周期数）と同数に設定されている。そのため、負荷変動が大きくなった場合の出力軸２０側と慣性力の作用するロータ１４側との回転力の差が大きく磁気クラッチ機構１９の各磁気吸着部１９ａ，１９ｂ間で相対回転（滑り）が生じても、各吸着部１９ａ，１９ｂの再吸着後の位置は常にロータ１４の電気角１周期分ずれた位置となる。尚、本実施形態では、互いに同数に設定されることから、滑りに対する回転角センサ１８の検出の電気角位置と出力軸２０の位置との電気角周期単位のズレが最小となっている。そのため、磁気クラッチ機構１９にて滑りが生じても回転角センサ１８にて検出の電気角位置と出力軸２０の位置との対応付けを不変とでき、相互間のズレを防止することができる。

特に本実施形態のような車両用電動パワーステアリング装置では、ステアリングの回転端当て時や反転操作時等、大きな負荷変動が生じ易く、またモータ１１の回転角センサ１８にてステアリングの舵角検出が行われていることから、磁気クラッチ機構１９にて滑りが生じた際の回転角センサ１８の検出の電気角位置と出力軸２０の位置とのズレが防止されることで、該機構１９の入力側に位置する回転角センサ１８であってもステアリングの舵角検出を的確に行うことができる。

（２）本実施形態では、磁気クラッチ機構１９は、各磁気吸着部１９ａ，１９ｂを円盤状とし、磁気吸着力が軸方向に作用するように構成されている。これにより、磁気クラッチ機構１９を簡素に構成でき、モータ１１の構成の簡素化・小型化に寄与することができる。

尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、磁気クラッチ機構１９の各磁気吸着部１９ａ，１９ｂを磁気吸着力が軸方向に作用するように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば図２に示すように、磁極が等角度間隔に構成された各磁気吸着部１９ａ，１９ｂを円筒状に構成して磁気吸着部１９ａをモータ回転軸１５の外周面に固着、磁気吸着部１９ｂを出力軸２０の内周面に固着し、磁気吸着力が径方向に作用するように構成してもよい。この構成でも、磁気クラッチ機構１９を簡素に構成でき、モータ１１の構成の簡素化・小型化に寄与できる。

・上記実施形態では、磁気吸着部１９ａ，１９ｂの磁極対数を「４」、回転角センサ１８の軸倍角を４Ｘ（ロータ１４の１回転の電気角周期を４周期）としたが、これらの数に限定されるものではなく適宜変更してもよい。尚、磁気吸着部１９ａ，１９ｂの磁極対数と回転角センサ１８の軸倍角とを同数に設定すれば、上記実施形態で述べたように、各吸着部１９ａ，１９ｂの滑りは常にロータ１４の電気角１周期分である。またそれ以外でも、磁気吸着部１９ａ，１９ｂの磁極対数を回転角センサ１８の軸倍角の約数に設定してもよく、この場合、各吸着部１９ａ，１９ｂの滑りは常にロータ１４の電気角１周期の倍数単位となり、同様にステアリングの舵角検出を的確に行うことが可能である。

・上記実施形態では、磁気クラッチ機構１９とモータ回転軸１５及び出力軸２０と直接的に連結する構成であったが、磁気クラッチ機構１９と各軸１５，２０との間に他の駆動伝達機構、例えば減速機構等が介在されていてもよい。

・上記実施形態では、電動パワーステアリング装置用のモータ１１に適用したが、該装置以外の駆動源として用いるモータに適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。

（イ） 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータをその駆動源として構成されたことを特徴とする車両用電動パワーステアリング装置。
この構成によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータがその駆動源として車両用電動パワーステアリング装置が構成される。つまり、該装置では、ステアリングの回転端当て時や反転操作時等、大きな負荷変動が生じ易く、またモータの回転角センサにてステアリングの舵角検出が行われるものもあることから、磁気クラッチ機構にて滑りが生じた際の回転角センサ検出の電気角位置と出力軸の位置とのズレが防止されることで、該機構の入力側に位置する回転角センサであってもステアリングの舵角検出を的確に行うことが可能となる。

１０…ステアリング機構（駆動対象）、１１…モータ、１４…ロータ、１８…回転角センサ、１９…磁気クラッチ機構、１９ａ，１９ｂ…磁気吸着部、２０…出力軸。

Claims (5)

1. ロータ側の磁気吸着部と出力軸側の磁気吸着部との磁気的連結にてそのロータの回転を出力軸に伝達する一方、前記出力軸側とロータ側との回転力の差が大きくなると磁気吸着力に抗して各磁気吸着部間の相対回転を許容する磁気クラッチ機構を備えるとともに、前記ロータの回転角及び前記出力軸の駆動対象の位置を検出する回転角センサを備えたモータであって、
   前記磁気クラッチ機構の磁極対数と前記回転角センサの軸倍角とは、その磁極対数が軸倍角の約数に設定されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記磁気クラッチ機構の磁極対数と前記回転角センサの軸倍角とは、同数に設定されたことを特徴とするモータ。
3. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記磁気クラッチ機構は、前記ロータ側の磁気吸着部と前記出力軸側の磁気吸着部とをそれぞれ円盤状とし、磁気吸着力が軸方向に作用するように構成されたことを特徴とするモータ。
4. 請求項１又は２に記載のモータにおいて、
   前記磁気クラッチ機構は、前記ロータ側の磁気吸着部と前記出力軸側の磁気吸着部とをそれぞれ円筒状とし、磁気吸着力が径方向に作用するように構成されたことを特徴とするモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータにおいて、
   車両用電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられることを特徴とするモータ。

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