JP2013183512A

JP2013183512A - 電動モータ

Info

Publication number: JP2013183512A
Application number: JP2012044994A
Authority: JP
Inventors: Akira Hiramitsu; 明平光
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】分割ステータ構造を有する高品質で小型・低コストを実現できる電動モータを提供する。
【解決手段】ステータコア８は、リング形状に連結された内周側コア３９と、内周側コア３９の外周側に複数の分割コア１２を周方向に等間隔で環状に配置した構造からなる。内周側コア３９の外周面に軸線方向に延在する所定数の凹部４３が等間隔で形成され、分割コア１２のティース部１１の内周側コア３９に対向する内周側端面に形成された凸部４４が内周側コア３９の凹部４３に圧入固定される。隣接する円弧状のヨーク部１０の周方向端面同士は、径方向において互いに当接するように構成される。分割コア１２は、各ヨーク部１０の外周側の一方が他方より所定量長く成形されたプレート３８が１枚ずつ交互に表裏反転され積層されて一体に連結される。さらに、プレート３８の外周側が長い方のヨーク部１０の端部同士が軸線方向に嵌合している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータに関するものである。

従来より、分割ステータ構造を有する電動モータが知られており、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に使用されている。この電動モータのステータは、複数のステータコアを環状に配置した構造からなっている。ステータコアは、円弧状のヨーク部とヨーク部から径方向内側に突出するティース部からなり、ティース部にはそれぞれコイルが巻回されており、互いに隣り合うティース部を連結部材を用いて円周上に等ピッチ間隔で位置決めを行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の技術によれば、互いに隣り合う各ステータコアのティース部の内周位置、または、外周位置にリング状部材を嵌合することによって、ステータコアを通る磁束の変化や漏れを小さくし、さらに、モータトルクによるステータの高剛性を達成するようになっている。

特開２００４−３１２８００号公報

上記電動パワーステアリング装置では、電動モータのコギングトルクの低減、低ノイズ・低振動、小型・軽量化の要求が強く、これらのステータコア構造の相反する要求項目に対応する必要がある。しかしながら、例えば、高密度巻線により小型化を実現する分割ステータ構造では、ステータコアのプレス精度や巻線後の組み立て精度を確保するために多大な設備投資、製造コストの増大を生じる場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分割ステータ構造を有する高品質で小型・低コストを実現できる電動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、ステータコアのティース部にコイルが巻回された環状のステータと、前記ステータの内周面に対向しながら回転可能に配置されたロータと、を備えた電動モータであって、前記ステータコアは、多数の環状プレートが積層されて一体にリング形状に連結され、外周面に軸線方向に延在する所定数の係合部が等間隔で形成された内周側コアと、前記ティース部から円周方向一側に突出する一側ヨーク部が円周方向他側に突出する他側ヨーク部より所定量だけ長いプレートが１枚ずつ交互に表裏反転され積層されて一体に連結された分割コアと、を備え、前記分割コアの前記ティース部の前記内周側コアに対向する内周側端面に形成された被係合部が前記内周側コアの前記係合部に係合され、隣接する前記分割コアの前記一側ヨーク部と前記他側ヨーク部が互いに嵌合し環状に配列されていることを要旨とする。

上記構成によれば、環状プレートが積層されてリング形状に連結された内周側コアに積層されて一体に連結された分割コアを環状に配置してステータコアが形成される。このとき、分割コアは、ヨーク部の両側の長さが異なる多数のプレートが１枚ずつ交互に表裏反転され積層されて一体に連結され、内周側コアの外周面の係合部が、内周側コアに対向する分割コアの内周側端面の被係合部に係合される。さらに、ヨーク部の長い方の端部が軸線方向に嵌合する。これにより、プレートのプレス精度が低い場合やステータコア形成時に隣り合うヨーク部周方向端面同士が合っていない場合であっても、分割コアのヨーク部を密着させてステータコアを形成するので磁束通路を確保し、分割コアによる高密度巻線が実現できる。その結果、電動モータのトルクリップル、コギングトルクを低減し、ステータを小型軽量化することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動モータにおいて、前記ステータコアは、隣接する前記分割コアの前記一側ヨーク部と前記他側ヨーク部が互いに嵌合する嵌合部を溶接により一体に固定されていることを要旨とする。

上記構成によれば、内周側コアの係合部と対向する分割コアの被係合部とを圧入固定後、隣接する分割コアのヨーク部の軸線方向の嵌合部分を溶接してステータコアが形成される。これにより、ステータコアの分割コアの組み付け精度やステータコアの外径真円度を確保することができる。その結果、電動モータに起因するノイズや振動を低減するとともに、設備投資、製造コストを低減することができる。

本発明によれば、分割ステータ構造を有する高品質で小型・低コストを実現できる電動モータを提供できる。

本発明の実施形態による電動モータの概略構成を示す軸線方向の断面図。本発明の実施形態による電動モータのステータコアの構造を示す正面図。図２に示す矢印Ａ方向から見た内周側コアの外周面の構造を示す図。（ａ）は、図２に示す矢印Ｂ方向から見た分割コアの構造を示す図、（ｂ）は、図２に示す矢印Ｂ方向から見た分割コアの嵌合部の構造を示す図。

次に、本発明の実施形態の一例として、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に使用される電動モータについて、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態による電動モータ１の概略構成を示す軸線方向の断面図である。電動モータ（以下、ブラシレスモータという）１は、インナロータ型のブラシレスモータである。図１に示すように、ブラシレスモータ１は、回転軸２に同行回転可能に連結された環状のロータ３と、ロータ３の周囲を取り囲む環状のステータ４と、ロータ３およびステータ４を収容する第１のハウジング１６と第２のハウジング１７からなる筒状のハウジング５とを備えている。例えば、コラムアシストタイプＥＰＳ用モータの場合、図1中、ブラシレスモータ１の軸線方向左側に図示しないウォーム減速機、右側に図示しないコントローラ（以下、ＥＣＵという）が配置されている。

ロータ３は、回転軸２に同軸的に連結された環状のロータコア６と、このロータコア６の外周に固定された永久磁石７とを備えている。永久磁石７は、複数個のセグメント磁極を有する多極磁石であり、永久磁石７の外周面の磁極は、Ｎ極およびＳ極が永久磁石７の周方向に交互に入れ替わっている。永久磁石７は、例えば、１０極のセグメント磁極を有している。

ステータ４は、環状のステータコア８と、このステータコア８に巻回された複数のコイル９とを含む。ステータコア８は、電磁鋼板を打ち抜いて所定の形状に形成された複数枚の薄板がステータコア８の軸方向に積層固定された積層体である。すなわち、ステータコア８は、鉄を含む材料により形成されている。電磁鋼板としては、例えば、表面に絶縁処理が施されたケイ素鋼板等を用いることができる。

図１を参照して、ハウジング５は、一端が開放された筒状の第１のハウジング１６と、この第１のハウジング１６に嵌合された筒状の第２のハウジング１７とを含む。第１のハウジング１６および第２のハウジング１７は、それぞれ例えば、炭素鋼等の鉄、またはアルミニウムを含む材料によって形成されている。

第１のハウジング１６は、第１の筒状部１９と、この第1の筒状部１９の一端から第1の筒状部１９の径方向外方に突出する第１のフランジ部２０と、第１の筒状部１９の他端から第１の筒状部１９の径方向内方に延び回転軸２が挿通する第１の挿通孔２１ａが中心部に形成された第1の環状部２２ａとを含む。環状部２２ａの内周部には、軸受４１が保持された軸受保持部２３が形成されている。

第１のハウジング１６の、第１の筒状部１９は、軸線方向に関してステータコア８よりも長く形成されている。第１の筒状部１９の内周には、焼嵌めまたは圧入によってステータコア８が固定されている。すなわち、第１のハウジング１６とステータコア８とは嵌合により接合されている。

第２のハウジング１７は、第１のハウジング１６の第１の筒状部１９の外周部に沿って連結された第２の筒状部２４と、第２の筒状部１９の後方端部から第２の筒状部１９の径方向内方に延び回転軸２が挿通する第２の挿通孔２１ｂが中心部に形成された第２の環状部２２ｂと、この第２の筒状部２４の外周面から第２の筒状部２４の径方向外方に突出するフランジ部２５とを含む。第２のハウジング１７の環状部２２ｂのステータコア側の中心部には、軸受４２が保持された軸受保持部２９が形成されている。また、環状部２２ｂの反対側には回転軸２に装着されたレゾルバ３２がロータ３の回転位置を検出する回転角センサとして配置されている。そして、回転軸２は、軸受保持部２３に保持された軸受４１と、軸受保持部２９に保持された軸受４２とを介して回転可能にハウジング５に保持されている。

第２のフランジ部２５は、第１のフランジ部２０に重なり合わされている。第１のフランジ部２０および第２のフランジ部２５は、固定手段としての図示しない複数（例えば、本実施形態では３箇所）のボルトおよび第２のフランジ２５に設けられたねじ部によって、締結固定されている。

これにより、第１のハウジング１６の一端および第２のハウジング１７の一端が固定され、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転が防止されている。すなわち、複数のボルトおよびナット、ならびに、第１のフランジ部２０および第２のフランジ部２５は、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転を防止する回転防止手段として機能している。

また、ブラシレスモータ１を制御するための図示しないＥＣＵが第２ハウジング１７の環状部２２ｂの後方端面（図1中、右側）に取り付けられ第２のフランジ２５にねじ止め固定されている。各コイル９と接続されインシュレータ３１に絶縁支持されたブラシレスモータ１の各相の出力端子である金属製のバスバー３０は、ＥＣＵの基板に挿通され、基板上のインバータ回路部にねじ止めして接続されている。そして、上記構成により、ＥＣＵによって制御された駆動電流がブラシレスモータ１の各コイル９に供給される。これにより、コイル９に回転磁界が発生し、永久磁石７にトルクが生じてロータ３が回転駆動される。また、レゾルバ３２も同様に信号入出力端子であるリード線がＥＣＵの基板にハンダ付けにより接続されている。

ブラシレスモータ１は、第1の筒状部１９の軸線方向左端から第1の筒状部１９の径方向外方に突出する第３のフランジ部２８により、例えば、図示しないウォーム減速機に取り付け固定され、回転軸２に取り付けられたトルクを伝達するボス３３を介してウォーム軸回転軸に結合されている。

次に、図２は、本発明の実施形態によるブラシレスモータのステータコアの構造を示す正面図である。図２に示すように、ステータコア８は、多数の環状プレート４０が積層されて一体にリング形状に連結された内周側コア３９と、内周側コア３９の外周側にＴ字状プレート３８が１枚ずつ交互に表裏反転され積層されて一体に連結された複数（例えば、本実施形態では１２個）の分割コア１２を周方向に等間隔で環状に配置した構造からなる。内周側コア３９の外周面に軸線方向に延在する所定数（例えば、本実施形態では１２個）の凹部（係合部）４３が等間隔で形成され、分割コア１２の内周側端面に形成された凸部（被係合部）４４が内周側コア３９の凹部４３に圧入により固定されている。

また、分割コア１２は、円弧状のヨーク部１０と、このヨーク部１０から径方向内側に延在するティース部１１とを備え、互いに隣り合うヨーク部１０の周方向端面同士は、径方向において互いに当接するように構成されている。分割コア１２は、各ヨーク部１０の外周側の一方が他方より所定量長く成形されたＴ字状プレート３８が１枚ずつ交互に表裏反転され積層されて一体に連結されている。さらに、Ｔ字状プレート３８の外周側が長い方のヨーク部１０である第1のヨーク部３６の端部同士が軸線方向に嵌合（重なり合う）する。このとき、外周先端部をリング等により固定し真円状態を保って、この当接部は内周側コア３９を圧入した後に溶接（例えば、レーザ溶接）により固着される。隣接する分割コア１２の間には、スロットが形成されている。本実施形態では、スロット数は１２である。すなわち、ブラシレスモータ１は、１０極１２スロットのモータである。

図３は、図２に示す矢印Ａ方向から見た内周側コアの外周面の構造を示す図である。図３に示すように、内周側コア３９は、多数の環状プレート４０が軸線方向に積層されて一体に連結しカシメ固定され、外周面に軸線方向に延在する所定数の凹部４３が等間隔（例えば、本実施形態では３０°）で形成されている。この一体構造により内周側コア３９の内周面の内径真円度が確保される。ここで、内周側コア３９の周方向に隣り合う連結部は、軸線方向両端に最低必要長さを確保して固定されている。すなわち、図２を参照して、内周側コア３９を介して隣接するティース部１１間で漏れ磁束が発生し、これによるブラシレスモータ１の出力トルクの低減を抑えるため、ステータコア８は内周側コア３９の軸線方向にオープンスロット４６を有している。

図４（ａ）は、図２に示す矢印Ｂ方向から見た分割コアの構造を示す図、図４（ｂ）は、図２に示す矢印Ｂ方向から見た分割コアの嵌合部の構造を示す図である。図４（ａ）に示すように、分割コア１２は、図２を参照して、ティース部１１から円弧状に延出するヨーク部１０の円周方向一方に突出する第１のヨーク部（一側ヨーク部）３６と、円周方向他方に突出する第１のヨーク部３６より所定量だけ外周側が短い第２のヨーク部（他側ヨーク部）３７とを有するＴ字状プレート３８から構成される。このＴ字状プレート３８が１枚ずつ交互に表裏反転され、ティース部１１を揃えて軸線方向に多数積層されて一体に連結されカシメ固定されている。

また、図４（ｂ）に示すように、互いに隣接する分割コア１２の端部において、第１のヨーク部３６と第２のヨーク部３７とが周方向に交互に配置され、各Ｔ字状プレート３８の外周側が長い第１のヨーク部３６同士が軸線方向に嵌合し、Ｔ字状プレート３８が外周面を円筒状にして環状に配列されてステータコア８(図２参照)が形成されている。ここで、軸線方向の第２のヨーク部３７の嵌合部分は溶接（例えば、レーザ溶接）により固着される。

次に、上記のように構成された本実施形態であるブラシレスモータ１の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、ステータコア８は、内周側コア３９と分割コア１２とで構成される。内周側コア３９は、多数の環状プレート４０が積層されて一体にリング形状に連結され、外周面に軸線方向に延在する所定数の凹部(係合部)４３が等間隔で形成されている。ティース部１１から円周方向一方に突出する第１のヨーク部（一側ヨーク部）３６が円周方向他方に突出する第２のヨーク部（他側ヨーク部）３７より外周側が所定量だけ長いＴ字状プレート３８が１枚ずつ交互に表裏反転され、ティース部１１を揃えて積層されて一体に連結され、分割コア１２が形成される。所定数（例えば、本実施形態では１２個）の分割コア１２のティース部１１の内周側コア３９に対向する内周側端面に形成された凸部(被係合部)４４が内周側コア３９の凹部４３に圧入され固定されている。隣接する分割コア１２のヨーク部１０の端部において、隣り合う第１のヨーク部３６と第２のヨーク部３７とが周方向に交互に配置され、Ｔ字状プレート３８の第１のヨーク部３６同士が軸線方向に嵌合し、ヨーク部１０が外周面を円筒状にして環状に配列されている。この状態で、互いに嵌合する第１のヨーク部３６の嵌合部分がレーザ溶接により一体に固定されて、ステータコア８が形成されている。

これにより、内周側コア３９は、一体構造により内周面側の内径真円度が確保され、連結部分を必要最低長さとすることで磁気漏れを低減できる。また、分割コア１２は、スロット分割により巻線の高密度化が可能となり、さらに、外周側を環状に固定したので外径の真円状態が確保できる。分割コア１２のヨーク部１０の隣り合う径方向突合せ部分は、軸線方向に嵌合させたので、Ｔ字状プレート３８の積層鋼板のプレス精度が緩和される。また、Ｔ字状プレート３８の積層鋼板の形状をすべて同一形状に統一することができるため、部品品種を減らすことができる。さらに、内周側コア３９の環状プレート４０および分割コア１２のＴ字状プレート３８を積層プレスにより成形するとき、最適配置により材料の歩留まりを向上させ低コスト化が可能である。

その結果、コギングトルク、ロストルクが低く、騒音、振動の低い小型・軽量で高トルク、高応答のブラシレスモータ１を実現でき、設備投資・製造コストも抑えることができる。また、本実施形態のブラシレスモータ１を車載用モータ（例えば、ＥＰＳ用）として使用することにより、より快適な操舵フィーリングを実現し、車両への装着性の向上を図ることができる。

以上のように、本実施形態によれば、分割ステータ構造を有する低コギングトルク、低騒音・低振動で高品質、小型・低コストを実現でき、製造コストを低減できるブラシレスモータを提供できる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
上記実施形態では、ブラシレスモータ１を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のいわゆるコラムアシストタイプに適用した例を示したが、これに限定されるものでなく、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよいし、同様のブラシレスモータを用いた他の装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、ＥＣＵをブラシレスモータ１の軸線方向のウォーム減速機と反対側に配置しブラシレスモータ１に一体化する場合を示したが、これに限定されるものでなく、ＥＣＵを取り付けスペースに応じてブラシレスモータ１の径方向に隣接して設置してもよい。また、ＥＣＵを軸線方向のブラシレスモータ１とウォーム減速機との間に配置してもよい。

なお、ロータコア６の外周に固定される永久磁石７としては、リング磁石などのその他の永久磁石であってもよい。また、ステータコア８は、例えば、軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された圧粉体であってもよい。軟磁性材料としては、鉄、フェライト、パーマロイ等を例示することができる。

１：ブラシレスモータ（電動モータ）、２：回転軸、３：ロータ、４：ステータ、５：ハウジング、６：ロータコア、７：永久磁石、８：ステータコア、９：コイル、１０：ヨーク部、１１：ティース部、１２：分割コア、１６：第１のハウジング、１７：第２のハウジング、１９：第１の筒状部、２０，２５，２８：フランジ部、２１ａ，２１ｂ：挿通孔、２２ａ，２２ｂ：環状部、２３，２９：軸受保持部、２４：第２の筒状部、３０：バスバー、３１：インシュレータ、３２：レゾルバ、３３：ボス、３６：第１のヨーク部（一側ヨーク部）、３７：第２のヨーク部（他側ヨーク部）、３８：Ｔ字状プレート、３９：内周側コア、４０：環状プレート、４１，４２：軸受、４３：凹部（係合部）、４４：凸部（被係合部）、４６：オープンスロット

Claims

ステータコアのティース部にコイルが巻回された環状のステータと、
前記ステータの内周面に対向しながら回転可能に配置されたロータと、を備えた電動モータであって、
前記ステータコアは、多数の環状プレートが積層されて一体にリング形状に連結され、外周面に軸線方向に延在する所定数の係合部が等間隔で形成された内周側コアと、
前記ティース部から円周方向一側に突出する一側ヨーク部が円周方向他側に突出する他側ヨーク部より所定量だけ長いプレートが１枚ずつ交互に表裏反転され積層されて一体に連結された分割コアと、を備え、
前記分割コアの前記ティース部の前記内周側コアに対向する内周側端面に形成された被係合部が前記内周側コアの前記係合部に係合され、隣接する前記分割コアの前記一側ヨーク部と前記他側ヨーク部が互いに嵌合し環状に配列されていることを特徴とする電動モータ。
請求項１に記載の電動モータにおいて、
前記ステータコアは、隣接する前記分割コアの前記一側ヨーク部と前記他側ヨーク部が互いに嵌合する嵌合部を溶接により一体に固定されていることを特徴とする電動モータ。