JP2020188556A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】筒状のハウジングの内壁にステータ及びリアフレームが締まり嵌めで固定された二系統駆動のモータにおいて、静粛性や低振動性を向上させるモータを提供する。【解決手段】鉄製のステータ４０は、アルミニウム製のハウジング３０の内壁３３４に締まり嵌めで固定され、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）°（ｎは整数）となるように二組の３相巻線５５１、５５２が巻回されている。ロータ６０は、ステータ４０の内側に設けられ、外周に沿って複数の永久磁石を有し、３相巻線５５１、５５２への通電によってステータ４０に形成される回転磁界により、シャフト６３を軸として回転する。アルミニウム製のヒートシンク（リアフレーム）２０は、ハウジング３０の内壁３３２に締まり嵌めで固定され、軸方向の一方側においてシャフト６３を回転可能に支持するリア軸受６２が保持されている。【選択図】図２

Description

本発明は、モータに関する。

従来、ステータの内側にロータが回転可能に設けられたモータにおいて、筒状のハウジングの内壁にステータ及びリアフレームが締まり嵌めで固定された構成が知られている。ここで、リアフレームは、軸方向におけるハウジングの底部とは反対側の開口部に設けられる部材である。例えばリアフレームは、駆動回路が実装された基板を支持し、基板上の素子の発熱が放出されるヒートシンクとして機能する場合がある。

例えば特許文献１に開示された回転電機は、ハウジングの開口部にフランジ（すなわちリアフレーム）が焼き嵌めによって固定されており、ハウジングの内周側に固定子（すなわちステータ）が圧入或いは焼き嵌めによって固定されている。

この回転電機は、フランジ中央部のフランジ側ベアリング保持部に形成された予圧付与部内にウェーブワッシャ等の予圧付与部材が配置されている。そして、予圧付与部材によって回転子（すなわちロータ）軸を一方に押し付けることによって、回転子軸の軸方向のがたつきによる異音の発生の抑制を図っている。

特開２０１４−１７９５５号公報

特許文献１に記載の回転電機では、予圧付与部材が回転子軸を一方に押し付けることによって、がたつきが低減すると同時に共振が発生し、振動、及び、振動に伴う騒音の抑制に対してはかえって不利になるおそれがある。

また、車両の電動パワーステアリング装置に適用される操舵アシストモータのように、高い信頼性が要求されるモータでは、二系統のモータ巻線や駆動回路等を冗長的に備え、片側系統の故障発生時に他方の正常な系統のみで駆動を継続する技術が用いられている。二系統駆動のモータでは、ロータ軸の軸方向のがたつきによる異音以外に、相の数に応じた次数（例えば３相では６次）のトルクリップルによる騒音や振動が発生する可能性がある。しかし特許文献１には、このようなトルクリップルに起因する騒音や振動の抑制について何ら言及されていない。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、筒状のハウジングの内壁にステータ及びリアフレームが締まり嵌めで固定された二系統駆動のモータにおいて、静粛性や低振動性を向上させるモータを提供することにある。

本発明によるモータは、アルミニウム又はアルミニウム合金製の筒状のハウジング（３０）と、鉄又は鉄合金製のステータ（４０）と、ロータ（６０）と、アルミニウム又はアルミニウム合金製のリアフレーム（２０）とを備える。ステータは、ハウジングの内壁に締まり嵌めで固定され、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）°（ｎは整数）となるように二組の３相巻線（５５１、５５２）が巻回されている。

ロータは、ステータの内側に設けられ、外周に沿って複数の永久磁石（６５）を有し、３相巻線への通電によってステータに形成される回転磁界により、シャフト（６３）を軸として回転する。リアフレームは、ハウジングの内壁に締まり嵌めで固定され、軸方向の一方側においてシャフトを回転可能に支持するリア軸受（６２）が保持されている。

なお、「締まり嵌め」には、圧入、焼き嵌め、又は、冷やし嵌めが含まれる。当業者は完成状態のモータを観察又は分析することで、ステータ及びリアフレームが締まり嵌めでハウジングに固定されていることを特定可能である。したがって、上記構成の記載は、単にモータの状態を示すことにより構造を特定するものであり、完成品であるモータを製造方法によって特定するものではない。

本発明では、ステータ及びリアフレームをいずれもハウジングの内壁に締まり嵌めすることで静粛性を向上させることができる。また、リアフレームをボルトレスで固定することで、がたつきによる共振を防ぐことができる。さらに、ステータに巻回される二組の３相巻線の位相差を（３０±６０×ｎ）°（ｎは整数）とすることで、二系統駆動における６次のトルクリップルを相殺し、静粛性や低振動性を向上させることができる。

一実施形態によるモータが適用される電動パワーステアリング装置の全体構成図。 一実施形態による機電一体式モータの模式断面図。 二系統モータのＥＣＵの概略構成図。 二系統の３相巻線の位相差を示す模式図。 図２のステータ及びロータのＶ−Ｖ線断面図。 図５のＶＩ部の拡大断面図。 図２のステータ及びロータのＶＩＩ−ＶＩＩ線における図６に対応する拡大断面図。 図６、図７のＶＩＩＩ方向矢視によるステータ内壁の展開図。 ＳＣ巻きを説明する（ａ）斜視図、（ｂ）模式展開図。 図２のＸ−Ｘ線断面図。

（一実施形態）
以下、モータの一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のモータは、車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを発生するモータである。また、本実施形態のモータは、ＥＣＵ（すなわち制御装置）がモータの軸方向の一方側に一体に構成された「機電一体式」のモータである。

最初に図１を参照し、電動パワーステアリング装置９０の構成例を示す。ステアリングシステム９９は、ハンドル９１、ステアリングシャフト９２、ピニオンギア９６、ラック軸９７、車輪９８、及び、電動パワーステアリング装置９０等を含む。なお、図１に示す電動パワーステアリング装置９０はコラムアシスト式であるが、ラックアシスト式の電動パワーステアリング装置にも本実施形態のモータは同様に適用可能である。

ハンドル９１にはステアリングシャフト９２が接続されている。ステアリングシャフト９２の先端に設けられたピニオンギア９６は、ラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が設けられる。運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によりラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。

電動パワーステアリング装置９０は、操舵トルクセンサ９３、機電一体式モータ８００、及び減速ギア９４等を含む。操舵トルクセンサ９３は、ステアリングシャフト９２の途中に設けられ、運転者の操舵トルクＴｓを検出する。機電一体式モータ８００は、モータ８０の軸方向の一方側にＥＣＵ１０が一体に構成されている。ＥＣＵ１０は、操舵トルクＴｓに基づいてモータ８０が所望のアシストトルクを発生するようにモータ８０の駆動を制御する。モータ８０が出力したアシストトルクは、減速ギア９４を介してステアリングシャフト９２に伝達される。

次に図２を参照し、機電一体式モータ８００の軸方向断面での構成について説明する。図２の下側に示されるモータ８０の出力軸側を「フロント側」といい、図２の上側に示されるカバー１４側を「リア側」という。また、モータ８０の回転軸をＡｘと記す。ＥＣＵ１０は、モータ８０のリア側において、回転軸Ａｘに対して同軸に配置されている。

モータ８０は３相ブラシレスモータであって、ハウジング３０、ステータ４０、ロータ６０、及び、リアフレーム２０等を備えている。ここで、「リアフレーム」は、ハウジング３０の開口部であるリア側に設けられる支持部材であることを示す構造的名称である。ただし、本実施形態では、リアフレームは、ＥＣＵ１０の基板上に実装された素子からの放熱を受容するヒートシンクとして機能することから、主に「ヒートシンク」の名称を用いる。

本実施形態では、ステータ４０及びヒートシンク２０は、いずれもハウジング３０の内壁に「締まり嵌め」で固定される。締まり嵌めには、焼き嵌め以外に圧入や冷やし嵌めが含まれるが、以下では主に焼き嵌めを想定して記載する。また、以下の金属材質の記述に関し、「アルミニウム製」にはＡＤＣ１２等のアルミニウム合金製を含み、「鉄製」には電磁鋼板等の鉄合金製を含むものとする。

ハウジング３０はアルミニウム製であり、筒部３２及び底部３４を含む有底筒状を呈している。筒部３２の内壁３３は、開口側から順に内径が段階的に小さくなるように形成されている。端面３１に近いヒートシンク受け段部３３１は、ヒートシンク２０の本体部２１の鍔部２１１を受ける。ヒートシンク固定部３３２は、ヒートシンク２０の固定部外壁２８が焼き嵌めされる。ヒートシンク固定部３３２の軸方向長さを「Ａ」と記す。ステータ固定部３３４は、ステータ４０の外壁４４が焼き嵌めされる。ステータ受け段部３３５は、ステータ４０のフロント側端面の外縁を受ける。

ハウジング３０の底部３４には、フロント軸受６１の外輪を保持するフロント軸受収容部３５が設けられている。フロント軸受６１は、軸方向のフロント側においてシャフト６３を回転可能に支持する。フロント軸受収容部３５の外側には、ステータ４０のフロント側に突出した３相巻線５５１、５５２を逃がす空間として凹部３６が形成されている。

筒部３２の外側におけるフロント側には、電動パワーステアリング装置９０のギアボックス（図示しない）への取付用のステー部３７が設けられている。ギアボックスへの取付時、インロー部３９により位置決めされた状態でステー部３７の取付座面３８がギアボックスの端面に当接し、ボルト等で固定される。ハウジング３０の取付座面３８からヒートシンク２０側の端面３１までの軸方向長さを「Ｈ」と記す。

ヒートシンク２０は、ハウジング３０の底部３４とは反対側の開口部においてステータ４０及びロータ６０のリア側端面と対向するように設けられている。ハウジング３０の内壁３３に沿ったヒートシンク２０とステータ４０との軸方向間隔を「Ｂ」と記す。ヒートシンク２０は、厚肉板状の本体部２１と、本体部２１の両面に局部的に設けられるいくつかの突出部を有する。局部的な突出部として、本体部２１のカバー１４側の面には、基板１５のねじ固定に用いられるねじ座部２２が設けられている。ねじ座部２２には雌ねじ穴が形成されている。また、本体部２１のロータ６０側の面には、リア軸受６２の外輪を保持するリア軸受収容部２３が設けられている。リア軸受６２は、端面が受け面２４に当接するようにリア軸受収容部２３に収容され、軸方向のリア側においてシャフト６３を回転可能に支持する。

「局部的な突出部」に相当するねじ座部２２及びリア軸受収容部２３を除く本体部２１の厚さを「Ｔ」と記す。なお、それ以外の局部的な突出部がある場合にも、ねじ座部２２やリア軸受収容部２３に準じ、局部的な突出部を除く本体部２１の厚さを「Ｔ」とする。本体部２１の外周には、ハウジング３０のヒートシンク受け段部３３１に支持される鍔部２１１が設けられる。リア軸受収容部２３の外側には、ステータ４０のリア側に突出した３相巻線５５１、５５２を逃がす空間として凹部２６が形成されている。

ヒートシンク２０の径方向中央部には、シャフト６３が挿通されるシャフト穴２５が形成されている。図１０を参照して後述するように、シャフト穴２５は真円でなく、長円形状である。ヒートシンク２０の固定部外壁２８は、ハウジング３０の内壁３３におけるヒートシンク固定部３３２に締まり嵌めで固定されている。

ステータ４０は、鉄製の複数の薄板状ステータコアが軸方向に積層されて構成されている。ステータ４０の厚さを「Ｃ」、直径を「Ｄ」と記す。複数のステータコアは、ヒートシンク２０側の第１ステータ４０１と、ハウジング底部３４側の第２ステータ４０２とに二分され、段スキュー構造を構成している。段スキュー構造については図５〜図８を参照して後述する。ステータ４０の外壁４４は、ハウジング３０の内壁３３におけるステータ固定部３３４に締まり嵌めで固定されている。また、本実施形態ではステータ４０に二系統の３相巻線５５１、５５２が巻回される。二系統の構成については、図３、図４を参照して後述する。

ロータ６０は、鉄製の複数の薄板状ロータコアが軸方向に積層されて構成されている。ロータ６０は、ステータ４０の内側に設けられ、中心にシャフト６３が固定されている。シャフト６３は、ハウジング底部３４に保持されたフロント軸受６１、及び、ヒートシンク２０に保持されたリア軸受６２により回転可能に支持されている。

図５〜図８を参照して後述するように、ロータ６０は、外周に沿って複数の永久磁石を有し、３相巻線５５１、５５２への通電によってステータ４０に形成される回転磁界により、シャフト６３を軸として回転する。シャフト６３のフロント側の端部には、回転を伝達するジョイント６７が設けられている。シャフト６３のリア側の端部には、回転角検出用のセンサマグネット６８が設けられている。

ＥＣＵ１０は、ヒートシンク２０に固定されている基板１５と、基板１５に実装された各種の電子部品とを含む。カバー１４は、端面がヒートシンク２０の鍔部２１１に当接するように設置され、基板１５に実装された電子部品を外部の衝撃から保護したり、ＥＣＵ１０内への埃や水等の浸入を防止したりする。カバー１４の一部に、外部からの給電ケーブルや信号ケーブルが接続されるコネクタ（図示しない）が設けられてもよい。

基板１５は、例えばプリント基板であり、ヒートシンク２０のねじ座部２２にねじ１６で固定されている。基板１５には、二系統分の素子が系統毎に独立して実装されている。この状態で、例えば発熱素子がヒートシンク２０に直接、又は放熱ゲル等を介して接触するようにしてもよい。なお、図２の例では基板１５は一枚であるが、他の実施形態では、二枚以上の基板を備えるようにしてもよい。

基板１５のヒートシンク２０に対向している面には、駆動回路７０１、７０２の複数のスイッチング素子や回転角センサ１８等が実装されている。回転角センサ１８は、シャフト６３の先端に設けられたセンサマグネット６８と対向するように配置される。基板１５のカバー側１４の面には、マイコン７３１、７３２、コンデンサ１７１、１７２等が実装されている。また、ヒートシンク２０を貫通して３相巻線５５１、５５２に接続されるモータ端子５４１、５４２が基板１５に接続されている。

続いて図３、図４を参照し、二系統モータのＥＣＵ１０の概略構成を説明する。ＥＣＵ１０は、基板１５に実装された二系統の駆動回路７０１、７０２及びマイコン７３１、７３２等により構成されている。なお、他の実施形態ではマイコンは一つでもよい。以下、各組の３相巻線５５１、５５２への通電に係る構成要素の単位を「系統」という。第１系統の構成要素には語頭に「第１」を付し、符号の末尾に「１」を付す。第２系統の構成要素には語頭に「第２」を付し、符号の末尾に「２」を付す。

駆動回路７０１、７０２は、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子がブリッジ接続された３相インバータとして構成されている。駆動回路７０１、７０２には、バッテリ１１１、１１２からコネクタ１３１、１３２を介して直流電力が供給される。駆動回路７０１、７０２の入力部には平滑コンデンサ１７１、１７２が接続される。なお、他の実施形態では、一つの共通のバッテリから二系統に並列に直流電力が供給されてもよい。

第１マイコン７３１は、第１系統の３相巻線５５１に通電される電流のフィードバック制御により、第１駆動回路７０１への駆動信号Ｄｒ１を演算する。第１駆動回路７０１は駆動信号Ｄｒ１に従って動作し、３相巻線５５１に電圧を印加する。第２マイコン７３２は、第２系統の３相巻線５５２に通電される電流のフィードバック制御により、第２駆動回路７０２への駆動信号Ｄｒ２を演算する。第２駆動回路７０２は駆動信号Ｄｒ２に従って動作し、３相巻線５５２に電圧を印加する。それにより、モータ８０は所望のトルクを出力する。

図３には、トルクセンサ、電流センサ、回転角センサ等の機器や各センサからマイコン７３１、７３２に入力されるトルク指令、実電流、電気角等の情報の図示を省略する。また、第１マイコン７３１と第２マイコン７３２とはマイコン間通信により相互に情報を通信してもよいが、通信に関する図示も省略する。

第１駆動回路７０１及び第２駆動回路７０２のスイッチング素子が動作し回路に電流が流れると、電流の２乗に比例する熱エネルギーが発生する。基板１５上の素子の発熱は、ヒートシンク２０に放出される。言い換えれば、基板１５上の素子からの放熱がヒートシンク２０に受容される。これにより、素子の温度が過剰に上昇し、耐熱限界に達することが防止される。

図４に示すように、モータ８０は、二組の３相巻線５５１、５５２が同軸に設けられた３相ブラシレスモータである。第１系統の３相巻線５５１は、第１駆動回路７０１に接続されたＵ相巻線５５１ｕ、Ｖ相巻線５５１ｖ、Ｗ相巻線５５１ｗからなる。第２系統の３相巻線５５２は、第２駆動回路７０２に接続されたＵ相巻線５５２ｕ、Ｖ相巻線５５２ｖ、Ｗ相巻線５５２ｗからなる。

二組の３相巻線５５１、５５２は、互いの位相差が電気角３０°となるように共通のステータ４０に巻回されている。なお、各系統の同相同士が隣り合わなくてもよく、第１系統と第２系統との配置の入れ替えを許容すると、互いの位相差は、（３０±６０×ｎ）°（ｎは整数）というように一般化して拡張される。

これにより、筒状のハウジング３０の内壁３３にステータ４０及びヒートシンク２０が焼き嵌めで固定された二系統駆動のモータ８０において、６次トルクリップルを相殺し、静粛性や低振動性を向上させることができる。なお、６次トルクリップルの相殺に関しては、特許第５６７２２７８号公報（対応ＵＳ公報：ＵＳ９２１４８８６Ｂ２）に開示されている。

ここで、以上に説明した範囲での本実施形態の基本的な作用効果について説明する。本実施形態では主に、モータ駆動時に発生する騒音や振動を可及的に抑制し、静粛性や低振動性を向上させることを目的とする。なお、静粛性及び低振動性を合わせて「ＮＶ性」という。言い換えれば、本実施形態は、ＮＶ性の向上を主な目的とする。まず本実施形態では、ステータ４０がハウジング３０に焼き嵌めされることで、真円度の良い高精度の固定ができる。また、ヒートシンクとして機能するリアフレーム２０が焼き嵌めによりボルトレスで固定されることで、がたつきによる共振を防ぐことができる。

ところで、ステータ及びリアフレームがハウジングに焼き嵌めで固定されるモータの従来技術として、例えば特許文献１（特開２０１４−１７９５５号公報）には、ロータ軸の軸方向のがたつきによる異音を抑制する従来技術が開示されている。しかし、トルクリップルに起因する騒音や振動の抑制については何ら言及されていない。

それに対し本実施形態では、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）°（ｎは整数）となるように、ステータ４０に二組の３相巻線５５１、５５２が巻回されている。したがって、二系統駆動における６次トルクリップルを相殺し、ＮＶ性を向上させることができる。特に車両の電動パワーステアリング装置では、トルクリップルによる騒音や振動が運転者の操舵フィーリングや商品性に及ぼす影響も大きいため、本実施形態によるＮＶ性の向上効果が有効に発揮される。

また、ヒートシンク２０は、ステータ４０のリア側に突出した３相巻線５５１、５５２を逃がす空間として凹部２６が形成されている。無駄なスペースを活用することで、小型化、軽量化が実現される。また、ヒートシンク２０に凹凸を形成することで、剛性が増加し、共振が抑制されるため、静粛性が向上する。

次に再び図２を参照し、本実施形態における各部材の寸法関係について、静粛性やＮＶ性をさらに向上させるため、或いは、小型化や組付性向上等の付随的効果を得るための好ましい条件について説明する。まず、ヒートシンク２０及びステータ４０とハウジング３０との焼き嵌めに関する締め代、及び、肉厚は以下のように設定されている。ここでは、各寸法関係の設定による作用効果を併せて記載する。

＜１＞ステータ４０とハウジング３０との締め代δ２は、ヒートシンク２０とハウジング３０との締め代δ１より大きい。すなわち、式（１）が成り立つ。
δ１＜δ２ ・・・（１）

これにより、ヒートシンク２０の焼き嵌めによる組付が成立可能となる。ヒートシンク２０の焼き嵌めは、ステータ４０の焼き嵌め後に行われるため、ヒートシンク２０の焼き嵌め時にハウジング３０を昇温したとき、ステータ固定部３３４の締め代が減少し、ステータ４０が動くおそれがある。そこで、ステータ４０の締め代δ２をヒートシンク２０の締め代δ１より大きくすることで、ステータ４０を動きにくくすることができる。また、ステータ４０の加振側の固定力をアップすることで共振を防ぐことができ、静粛性を向上させることができる。

＜２＞ハウジング３０の筒部３２において、ステータ４０が焼き嵌めされる部分であるステータ固定部３３４の肉厚ｔ２は、ヒートシンク２０が焼き嵌めされる部分であるヒートシンク固定部３３２の肉厚ｔ１より大きい。すなわち、式（２）が成り立つ。
ｔ１＜ｔ２ ・・・（２）

ヒートシンク固定部３３２の肉厚ｔ１を相対的に薄くすることで、熱伝導を促進し、昇温温度を下げることができる。逆にステータ固定部３３４の肉厚ｔ２を相対的に厚くすることで、熱伝導を抑制し、ヒートシンク２０の焼き嵌め時にステータ４０を動きにくくすることができる。また、固定部の肉厚は固定力に反映されるため、ステータ４０の固定力がヒートシンク２０の固定力より大きくなる。そのため、上記＜１＞の効果と合わせて、静粛性をより向上させることができる。

なお、図２の例では、ハウジング３０の内壁３３に段差を設けて式（２）の関係を実現しているが、他の実施形態では、ハウジングの外壁に段差を設けてもよい。次に、図２中に「Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｔ、Ｈ」の各記号で示される寸法の関係について説明する。

＜３＞ヒートシンク２０とハウジング３０との固定部であるヒートシンク固定部３３２の軸方向長さＡは、ハウジング３０の内壁３３に沿ったヒートシンク２０とステータ４０との軸方向間隔Ｂより大きい。すなわち、式（３）が成り立つ。
Ａ＞Ｂ ・・・（３）

アルミニウムは鉄に比べて剛性が劣るため、ヒートシンク固定部３３２の軸方向長さＡを大きく確保することで、ヒートシンク２０の応力集中を防ぎ、静粛性を向上させることができる。また、ヒートシンク２０の放熱性向上に加え、固定力及び強度を確保することができる。

＜４＞ヒートシンク２０とハウジング３０との固定部であるヒートシンク固定部３３２の軸方向長さＡは、ステータ４０の厚さＣの０．４倍より大きい。すなわち、式（４）が成り立つ。
Ａ＞０．４Ｃ ・・・（４）

ヒートシンク固定部３３２の軸方向長さＡを大きく確保することで、ヒートシンク２０の熱マスを確保し、基板１５上の素子の熱をより好適に放出することができる。また、必要な固定力及び強度を確保し、がたつきを防止することができる。したがって、ＮＶ性が向上する。

＜５＞ステータ４０の厚さＣは、ハウジング３０の内壁３３に沿ったヒートシンク２０とステータ４０との軸方向間隔Ｂの２倍より大きい。すなわち、式（５）が成り立つ。軸方向間隔Ｂを極力小さくすることで小型化が図られる。
Ｃ＞２Ｂ ・・・（５）

＜６＞ステータ４０の厚さＣは、ステータ４０の直径Ｄの３分の１より大きい。すなわち、式（６）が成り立つ。ステータ４０の直径に対する厚さ比を小さくすることで、組付け性が向上する。
Ｃ＜（Ｄ／３） ・・・（６）

＜７＞「局部的な突出部２２、２３を除く本体部２１の厚さＴ」は、ハウジング３０におけるステータ４０側の取付座面３８からリアフレーム２０側の端面３１までの軸方向長さＨの６分の１より大きい。すなわち、式（７）が成り立つ。
Ｔ＞（Ｈ／６） ・・・（７）

ヒートシンク２０の本体部２１の厚さＴを大きくすることで、固定力が確保され、放熱性が向上する。また、ヒートシンク２０の剛性を高め、変形を防ぐことで、共振しにくくなる。その結果、ヒートシンク２０の固定部外壁２８の真円度を確保し、ＮＶ性を向上させることができる。

次に図５〜図８を参照し、ステータ４０及びロータ６０の詳細な構成、及び、さらなる作用効果を説明する。ステータ４０は、図２に示すように、ヒートシンク２０側の第１ステータ４０１と、ハウジング底部３４側の第２ステータ４０２とが軸方向に積み重ねて構成されている。第１ステータ４０１及び第２ステータ４０２は、それぞれ、周方向に一体に形成された複数の薄板状ステータコアが積層されて構成されている。すなわち、コアバックが全周にわたって連続している。

このように、ステータコアが周方向に一体に形成されているため、分割コアの構成に比べて剛性がアップする。また、コアバックが全周にわたって連続しているため、焼き嵌め時に外周全面がハウジング３０の内壁３３４に当接する。したがって、真円度が良好となり、静粛性がより向上する。

図５には、ロータ６０及び第１ステータ４０１をヒートシンク２０側から視た断面図を示す。図６、図７には、それぞれ、第１ステータ４０１及び第２ステータ４０２の拡大断面図を示す。図５〜図７の断面は、ステータコアの層の境界面であるものとし、ステータコアにはハッチングを付さない。図８には、第１ステータ４０１のスキュー形成部４８１と第２ステータ４０２のスキュー形成部４８２との周方向の位置関係を示す。

図５に示すように、ロータ６０は、複数積層されたロータコア６４の外周に沿って複数の永久磁石６５が埋め込まれたＩＰＭ構造で構成されている。ロータコア６４の外周表面に永久磁石が配置されるＳＰＭ構造では、一般に、永久磁石の外周面を断面円弧状に加工する必要があるのに対し、ＩＰＭ構造では直方体状の永久磁石６５を加工せずに使用するため、加工工数を低減することができる。積層されたロータコア６４の中心にはシャフト６３が固定されている。

本実施形態のステータ４０の構成は、特開２０１９−３００７４号公報（対応ＵＳ公報：ＵＳ２０１９／００３６３８９Ａ１）に開示された構成に準ずる。第１ステータ４０１及び第２ステータ４０２は、環状のバックヨーク部４５と、バックヨーク部４５から径内方向に突出する複数のティース４７とを有している。隣接するティース４７同士の間には、二組の３相巻線５５１、５５２が巻回されるスロット４９が形成される。図６、図７に示すように、各スロット４９には、第１系統Ｕ相巻線５５１ｕ、第２系統Ｕ相巻線５５２ｕ、第１系統Ｖ相巻線５５１ｖ、第２系統Ｖ相巻線５５２ｖ、第１系統Ｗ相巻線５５１ｗ、第２系統Ｗ相巻線５５２ｗが順に巻回される。

また、ステータ４０は、軸方向の位置に応じてティースの周方向位置が捩れた段スキュー構造となっている。図６に示す第１ステータ４０１では、ティース４７の先端のスキュー形成部４８１は、ティース４７の周方向中央に対し、周方向の一方である第１方向にずれて形成されている。図７に示す第２ステータ４０２では、ティース４７の先端のスキュー形成部４８２は、ティース４７の周方向中央に対し、周方向の他方である第２方向にずれて形成されている。

隣接するティース４７間、或いは、隣接するスロット４９間の角度をαと表す。角度αは、第１系統と第２系統との位相差を意味し、本実施形態では電気角３０°に相当する。また、図８に示すように、第１ステータ４０１のスキュー形成部４８１の周方向中央位置Ｐ１と、第２ステータ４０２のスキュー形成部４８２の周方向中央位置Ｐ２との位相差をβと表す。本実施形態では位相差βが電気角１５°になるようにスキュー形成部４８１、４８２が形成されている。

「α＞β」の関係を満たすように段スキュー構造が構成されることで、６次のトルクリップルの２倍次数成分、すなわち１２次のトルクリップルを相殺することができる。したがって、ＮＶ性をさらに向上させることができる。

図９に、３相巻線５５の配線構成の具体例として、セグメントコンダクタ５６を用いた「ＳＣ巻き」又は「分布巻き」と呼ばれる方式について説明する。図９（ａ）に示すように、セグメントコンダクタ５６は、平角導体を略Ｕ字形状に折り曲げて形成され、互いに平行な一対の挿入部５７、及び、挿入部５７の一端を連結するターン部５８を含む。挿入部５７は、インシュレータを介してステータ４０のスロット４９に挿入される。なお、図９（ａ）は、段スキュー構造でないステータコアの図を援用したものであり、図６〜図８におけるスキュー形成部４８１、４８２は図示されていない。

図９（ｂ）に示すように、ステータ４０のスロット４９を貫通した挿入部５７は、隣接するセグメントコンダクタ５６の挿入部５７と互いに近づくように先端が折り曲げられ、接続部５９にて溶接等により接続される。各接続部５９でセグメントコンダクタ５６が接続されることで、実質的に３相巻線５５がステータ４０に巻回された状態が形成される。

次に図１０を参照し、ヒートシンク２０の構成について補足する。図１０は、図２のカバー１４及び基板１５を外した状態で、ヒートシンク２０のカバー１４側からハウジング３０を視た図である。図１０の左右方向に表される、二系統のモータ端子５４１、５４２が対向する方向を「端子対向方向」と定義する。また、図１０の上下方向に表される、端子対向方向と直交する方向を「対称面方向」と定義する。

図１０において、シャフト６３が通過するシャフト穴２５は、対称面方向に長径を有し、端子対向方向に短径を有する長円状を呈している。これにより、リア軸受６２をヒートシンク２０のリア軸受収容部２３に収容して加締める作業時に、受け面２４を確保することができるため、組付け性が向上する（図２参照）。

また、対称面方向を基準としたハウジング３０のステー部３７の方向の角度を「Ｅ」と記す。ここで、角度Ｅは絶対値が４５°以下の範囲に設定される。つまり、対称面方向を基準として右回り又は左回りのどちらの角度を正と定義するかにかかわらず、対称面方向から±４５°の範囲内にハウジング３０のステー部３７が設けられる。

その狙いは、焼き嵌め後における真円度の確保にある。焼き嵌め後、ヒートシンク２０は、シャフト穴２５の短径方向である端子対向方向へ変形しやすくなる。また、ハウジング３０は、ステー部３７の方向へ変形しやすくなる。そこで、シャフト穴２５の短径方向とステー部３７の方向とを直交に近づけることで、変形を相殺し、焼き嵌め後の真円度を高めることができる。したがって、ＮＶ性が向上する。

この観点からステー部３７は、破線で示すように、対称面方向と平行、すなわち角度Ｅが０°となる方向に設けられることが最も好ましい。ただし、レイアウト上の制約等によって角度Ｅを０°に設定できない場合がある。その場合でも、角度Ｅを±４５°の範囲内に設定することで、焼き嵌め後の真円度を高める効果がある程度得られる。

（その他の実施形態）
（ａ）本発明は、駆動回路７０１、７０２が実装された基板１５を含むＥＣＵ１０がモータ８０と一体に構成された機電一体式モータに限らず、別体の制御装置とハーネスで接続される機電別体式モータに適用されてもよい。その場合、リアフレーム２０は、基板上の素子の発熱が放出されるヒートシンクとして機能せず、単にハウジング３０の開口部においてリア軸受６２を保持する部材であってもよい。

（ｂ）ロータ６０は、ＩＰＭ構造に限らず、ロータコア６４の表面に永久磁石６５が設けられたＳＰＭ構造で構成されてもよい。また、ステータ４０は、ティース４７が段スキュー構造ではなく、軸方向の全範囲にわたって軸と平行に形成されてもよい。

（ｃ）ステータ４０は、周方向に一体に形成された複数の薄板状ステータコアが積層されて構成されたものにに限らず、周方向に一体に形成された一つの厚板状ステータコアで構成されてもよい。また、ロータ６０も積層構造に限らず、一体のロータコアで形成されてもよい。

（ｄ）ハウジング３０は、底部３４が筒部３２と一体に形成された有底筒状のものに限らず、別体のフロントプレートが筒部に固定されて底部をなしてもよい。その場合、フロントプレートも、ステータ４０やリアプレート２０と同様に、ハウジングの内壁に締まり嵌めで固定されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２０ ・・・ヒートシンク（リアフレーム）、
３０ ・・・ハウジング、
４０ ・・・ステータ、 ５５１、５５２・・・３相巻線、
６０ ・・・ロータ、 ６２ ・・・リア軸受、 ６３ ・・・シャフト、
６５ ・・・永久磁石、
８０ ・・・モータ。

Claims (9)

1. アルミニウム又はアルミニウム合金製の筒状のハウジング（３０）と、
   前記ハウジングの内壁に締まり嵌めで固定され、互いの位相差が（３０±６０×ｎ）°（ｎは整数）となるように二組の３相巻線（５５１、５５２）が巻回された鉄又は鉄合金製のステータ（４０）と、
   前記ステータの内側に設けられ、外周に沿って複数の永久磁石（６５）を有し、前記３相巻線への通電によって前記ステータに形成される回転磁界により、シャフト（６３）を軸として回転するロータ（６０）と、
   前記ハウジングの内壁に締まり嵌めで固定され、軸方向の一方側において前記シャフトを回転可能に支持するリア軸受（６２）が保持されたアルミニウム又はアルミニウム合金製のリアフレーム（２０）と、
   を備えるモータ。
2. 前記ステータと前記ハウジングとの締め代（δ２）は、前記リアフレームと前記ハウジングとの締め代（δ１）より大きい請求項１に記載のモータ。
3. 前記ハウジングにおいて、前記ステータが締まり嵌めされる部分の肉厚（ｔ２）は、前記リアフレームが締まり嵌めされる部分の肉厚（ｔ１）より大きい請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記ステータは、周方向に一体に形成された一つのステータコア、又は、周方向に一体に形成され軸方向に積層された複数のステータコアで構成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
5. 前記リアフレームと前記ハウジングとの固定部の軸方向長さ（Ａ）は、前記ハウジングの内壁に沿った前記リアフレームと前記ステータとの軸方向間隔（Ｂ）より大きい請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ。
6. 前記リアフレームと前記ハウジングとの固定部の軸方向長さ（Ａ）は、前記ステータの厚さ（Ｃ）の０．４倍より大きい請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ。
7. 前記ロータは、複数の前記永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ構造で構成されており、
   前記ステータは、環状のバックヨーク部（４５）と、当該バックヨーク部から径内方向に突出する複数のティース（４７）と、を有する複数のステータコアが積層されており、軸方向の位置に応じて前記ティースの周方向位置が捩れた段スキュー構造となっている請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ。
8. 前記リアフレームは、二組の前記３相巻線に電圧を印加する二つの駆動回路（７０１、７０２）が実装された基板（１５）を支持し、且つ、前記基板上の素子の発熱が放出されるヒートシンクとして機能する請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ。
9. 前記ヒートシンクとして機能する前記リアフレームにおける局部的な突出部（２２、２３）を除く本体部（２１）の厚さ（Ｔ）は、前記ハウジングにおける前記ステータ側の取付座面（３８）から前記リアフレーム側の端面（３１）までの軸方向長さ（Ｈ）の６分の１より大きい請求項８に記載のモータ。

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