JP4070932B2

JP4070932B2 - 電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造

Info

Publication number: JP4070932B2
Application number: JP2000087446A
Authority: JP
Inventors: 仁塩原; 洋美野沢
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Showa Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Showa Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001275298A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車に搭載する電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリングのモータには、例えば、実公平３−５２６０６号公報「電気式倍力操舵装置」に示されたものがある。この電気式倍力操舵装置は、同公報の図によれば、ラックハウジング３内に電動機（モータ）を備えたものであり、この電動機は、ロータとしてのナット７と、このナット７に一端を固定した電動機回転子１１と、ステータとしての磁石１６と、鉄心１７とを備えたコアレスモータである。
【０００３】
この電気式倍力操舵装置は、減速歯車機構を別途設ける必要がなく、且つモータを無鉄心（コアレス）型回転子としたので、装置全体をコンパクトにすることができ、周辺装置と干渉することがない。また、モータの電動機回転子１１及び磁石１６を長くすることによって大きなトルクを発生させることができる。
【０００４】
一般的に、モータでは、高トルクの発生を目的に、磁石１６と電動機回転子１１との間の隙間を小さく（狭く）設定する必要がある。隙間が小さいと、永久磁石の磁界内の磁力が強く、モータの性能が向上する。つまり、隙間を小さくして、永久磁石の磁束密度を大きく保ち、隙間における有効磁束が多くなるようにすることで、モータの発生トルク（電流にも比例する）を大きくする。
逆に、隙間が大きいと、永久磁石の磁界内の磁束が少くなり、モータの発生トルクが小さくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の「電気式倍力操舵装置」では、回転部分であるロータとしての電動機回転子１１（巻線シリンダ）の一端をナット７に固定し、先端を固定しない片持ち構造のため振動、衝撃による振れ、経年変化（劣化含む）によって、先端に楕円が発生する心配がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、振動、衝撃による振れ、経年変化による楕円の発生を防止することができる電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１では、車軸を、固定部材で支えたステータとしての永久磁石で囲い、この永久磁石を、ロータとしての円筒状の巻線シリンダで囲い、この巻線シリンダの回転を動力伝達部材を介して車軸に伝える形式の電動パワーステアリングにおいて、巻線シリンダは、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にしたものであり、この鋸歯状のエッジ部に、鋸歯部の付いた歯付きカラーを嵌合し、この歯付きカラーで巻線用電線を整えたことを特徴とする。
【０００８】
巻線シリンダの先端に巻線用電線を重ね合せた鋸歯状のエッジ部を配し、このエッジ部に歯付きカラーを嵌合する。歯付きカラーの鋸歯部によって、鋸歯状のエッジ部を矯正するとともに、巻線用電線を整える。
また、歯付きカラーで巻線シリンダの先端エッジ部を強固に確実に保持することができ、保持した状態で永久磁石を囲う。
【０００９】
請求項２では、車軸を、固定部材で支えたステータとしての永久磁石で囲い、この永久磁石を、ロータとしての円筒状の巻線シリンダで囲い、この巻線シリンダの回転を動力伝達部材を介して車軸に伝える形式の電動パワーステアリングにおいて、巻線シリンダは、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にした内筒巻線と、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にした外筒巻線とからなる多重巻線構造とし、動力伝達部材側から延したときに先端は内筒巻線の先端より外筒巻線の先端を所定寸法延した若しくは後退させた段差構造とし、この段差構造に対応する段差部を備えるとともに、鋸歯状エッジ部に対応した鋸歯部を備えた歯付きカラーを、多重巻線構造の巻線シリンダの先端に嵌合することで、巻線用電線を整えたことを特徴とする。
【００１０】
内筒巻線及び外筒巻線はともに先端に鋸歯状のエッジ部を有し、先端は段差構造とし、これらのエッジ部及び段差構造に鋸歯部及び段差部を備えた歯付きカラーを嵌合する。歯付きカラーの鋸歯部によって、内筒巻線及び外筒巻線の鋸歯状のエッジ部を同時に矯正するとともに、内外筒巻線の巻線用電線を整える。
また、歯付きカラーで内筒巻線及び外筒巻線の先端エッジ部を強固に確実に保持し、保持した状態で永久磁石を囲うようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリングの一例の概念図であり、電動パワーステアリング１０は、運転者１１の操舵力Ｆを補助するものであり、運転者１１の操舵力Ｆを検知するトルクセンサ１２と、このトルクセンサ１２の信号に基づいて、補助力の大きさ及びモータの回転方向の制御を行うコントローラ１３（ＥＣＵ）と、このコントローラ１３の信号によって操舵補助力を出力する電動モータ１４とを備えたものである。１５はバッテリ、１６はステアリングホイール、１７はステアリングギヤである。
【００１２】
図２は本発明に係る電動パワーステアリングの要部断面図であり、ステアリングギヤ１７に動力伝達部材であるボールねじ２１を介して電動モータ１４を取付け、この電動モータ１４の回転によって直線運動の操舵補助力を与える電動パワーステアリング１０を示す。
【００１３】
ステアリングギヤ１７は、ギヤケースハウジング２２内にラック＆ピニオンを収納し、ラックを形成した車軸２３をモータハウジング２４内にまで通し、車軸２３の両端にボールジョイント２５，２５を介してタイロッド２６，２６を取付けたものであり、ステアリングホイールの回転を車軸２３の直線運動に変換するものである。
【００１４】
図３は本発明に係る電動モータの断面図である。
電動モータ１４は、コアレスモータ３０であり（以下、電動モータ１４をコアレスモータ３０と呼称する。）、ギヤケースハウジング２２並びにモータハウジング２４に固定した固定部分であるステータ３１と、ギヤケースハウジング２２並びにモータハウジング２４側に回転可能に支持した回転部分であるロータ３２とからなる。ロータ３２にボールねじ２１を接続することで、ロータ３２の回転を車軸２３の直線運動に変換することができる。
【００１５】
ボールねじ２１は、ねじ軸３３（車軸２３）とナット３４がボール３５・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を介して作動する部品である。３６はケーブルを接続するコネクタである。
【００１６】
ステータ３１は、モータハウジング２４に取付けた固定部材４１と、この固定部材４１で支持し、車軸２３を囲った永久磁石４２と、ギヤケースハウジング２２に取付けたブラシホルダ４３と、このブラシホルダ４３に取付けたブラシ４４と、ギヤケースハウジング２２に嵌合したころがり軸受４５とからなる。４６は固定部材４１に嵌合した軸受を示す。
【００１７】
ロータ３２は、永久磁石４２を囲った円筒状の巻線シリンダ４７と、この巻線シリンダ４７に取付けた整流子４８と、中央のシヤフト４９とからなり、巻線シリンダ４７の一端を動力伝達ディスク５１に固定し、巻線シリンダ４７の先端の内周面側に軸受４６を沿わせ、この軸受４６を介して先端を固定部材４１に回転可能に保持させたものである。５３は巻線シリンダ４７の先端に嵌合した歯付きカラーである。なお、モータハウジング２４はヨーク（継鉄）を兼ねるものであり、巻線シリンダ４７から発生する磁束を有効に導くための固定磁性体でもある。
【００１８】
また、コアレスモータ３０では、ヨーク（モータハウジング２４）の内径より僅かに小さく巻線シリンダ４７の外径を設定し、所定の隙間Ｓ１を形成する。一方、永久磁石４２の外径より僅かに大きく巻線シリンダ４７の内径を設定し、所定の隙間Ｓ２を形成する。これらの隙間Ｓ１，Ｓ２は小さく（狭く）することが望ましい。隙間Ｓ１，Ｓ２が小さいと、永久磁石４２の磁束を多く維持すことができ、モータの発生トルクを大きくすることができる。
次に、より詳細にステータ並びにロータを説明する。
【００１９】
図４は本発明に係るコアレスモータのステータの要部断面斜視図であり、永久磁石４２並びに軸受４６を固定部材４１に取付けたことを示す。
固定部材４１は、磁石取付け部６１並びに軸受取付け部６２を同軸に旋削したものである。磁石取付け部６１並びに軸受取付け部６２を同軸に旋削したので、固定部材４１に永久磁石４２並びに軸受４６を取付けると、永久磁石４２の中心軸線Ｃ１と軸受４６の中心軸線Ｃ２とを同軸に組合せることができる。
【００２０】
永久磁石４２は、フェライト磁石である。フェライト磁石を用いることで、生産コストの低減及び軽量化を図ることができる。なお、永久磁石としては、他に希土類磁石を用いてもよい。
【００２１】
軸受４６は滑り軸受であり、非導電体を用いたものである。非導電体を用いると、磁力線は流れに影響を受けないので、モータは損失を無視することができ、モータ効率の向上を図ることができる。非導電体の一例としては、樹脂、複合材料（ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、セラミックス、多孔質材料を挙げることができる。
なお、軸受４６は滑り軸受に限定するものではなく、転がり軸受でもよい。
【００２２】
図５は本発明に係るコアレスモータのロータの斜視図であり、円筒状の巻線シリンダ４７の先端に歯付きカラー５３を嵌合し、一端に整流子４８を設け、この整流子４８をシヤフト４９に取付けた状態を示す。６３は巻線用電線であり、Ｃ３は巻線シリンダ４７の中心軸線を示す。
整流子４８は、整流子片６５・・・を所定の数だけ備えたものである。整流子片６５・・・のライザ６６・・・に巻線用電線６３・・・を接続する。
【００２３】
図６は本発明に係るコアレスモータのロータの分解斜視図である。
巻線シリンダ４７は、内筒巻線７１と、この内筒巻線７１に被せた外筒巻線７２とからなる多重巻線構造であり、動力伝達部材（ボールねじ）側から、つまり、動力伝達ディスク５１側から延したときに先端は内筒巻線７１の先端より外筒巻線７２の先端を所定寸法Ｌ１だけ延した段差構造としたものである。なお、仮想線で示すように、先端は内筒巻線７１の先端より外筒巻線７２の先端を所定寸法Ｌ２だけ後退させた段差構造としてもよい。
【００２４】
内筒巻線７１は、第１巻線体７３・・・を複数配列し、一体的に円筒状に形成したものであり、第１巻線体７３は、所定の線径、長さの巻線用電線６３を幅広の六角形状に巻き回したコイルである。
【００２５】
外筒巻線７２は、第２巻線体７４・・・を複数配列し、一体的に円筒状に形成したものである。第２巻線体７４は第１巻線体７３と同様であるが、第１巻線体７３に対し、幅広の全長が寸法Ｌ１だけ長いものである。
歯付きカラー５３は、内側の軸受嵌合部７５と、外側の段差部７６と、外周部７７とを備えたものである。次図で歯付きカラー５３を詳細に説明する。
【００２６】
図７（ａ），（ｂ）は本発明に係る歯付きカラーの詳細図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図である。
（ａ）において、歯付きカラー５３の段差部７６の小径端面８１に第１鋸歯部８２を形成し、大径端面８３に第２鋸歯部８４を形成する。第１鋸歯部８２は、所定寸法ｒの円弧部８５・・・を形成したものである。また、第２鋸歯部８４は、第１鋸歯部８２と同様に所定寸法ｒの円弧部８６・・・を形成したものである。ｄは円弧の深さを示す。
【００２７】
（ｂ）において、円弧部８５・・・を所定のピッチＰ１で形成し、同じく、円弧部８６・・・を所定のピッチＰ１で形成した。ピッチＰ１は、例えば、３６０゜を２６等配した値である。
【００２８】
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る巻線体の詳細図であり、（ａ）は外筒巻線７２を示し、（ｂ）は第１巻線体７３及び第２巻線体７４を示す。
（ａ）において、第２巻線体７４・・・を所定のピッチＰ２で配列し、外筒巻線７２を形成し、同時に、第２巻線体７４・・・の曲部９１・・・で先端エッジ部９２を鋸歯状にした。ピッチＰ２は、Ｐ２＝Ｐ１（カラー５３のピッチ）である。
【００２９】
（ｂ）において、第１巻線体７３を所定のピッチＰ３で配列し、第１巻線体７３の曲部９４・・・で内筒巻線の先端エッジ部９５を鋸歯状にする。ピッチＰ３は、Ｐ３＝Ｐ１（カラー５３のピッチ）である。なお、第１巻線体７３は、巻線用電線６３を幅広の六角形状に巻き回したコイルであり、また、第２巻線体７４は同様に六角形状のコイルであり、所定寸法Ｌ１だけ延したものである。
なお、第１、第２巻線体７３，７４は六角形状のコイルに限定するものではなく、菱形に巻き回したコイルでもよい。
【００３０】
以上に述べた電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造の作用を次に説明する。
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係るモータの巻線シリンダ構造の第１作用図である。
【００３１】
（ａ）において、第２巻線体７４・・・を所定のピッチＰ２で配列して、外筒巻線７２を形成するが、場合によっては、第２巻線体７４のピッチが変化し、ピッチがｅ１、ｅ２となる。このピッチが変化した外筒巻線７２の先端エッジ部９２を歯付きカラー５３に矢印▲１▼の如く嵌合すると、歯付きカラー５３の第２鋸歯部８４が曲部９１，９１を案内するので、ピッチｅ１、ｅ２を矯正することができる。
【００３２】
（ｂ）において、曲部９１，９１が第２鋸歯部８４の円弧部８６・・・に嵌合すると、円弧部８６・・・は曲部９１，９１を所定のピッチＰ１（Ｐ１＝Ｐ２（第２巻線体７４のピッチ））になるように位置決めするとともに、巻線用電線６３を整える。その結果、歯付きカラー５３によって巻線シリンダ４７の外筒巻線７２の先端エッジ部９２を正確に保持することができるとともに、曲部９１を保持した状態で巻線シリンダ４７を組み込むことができる。
同時に、歯付きカラー５３によって先端エッジ部９２を保持するので、振動、衝撃による振れ、経年変化による楕円の発生を防止することができる。
【００３３】
また、図９（ａ）に示す歯付きカラー５３の第１鋸歯部８２に内筒巻線７１（図６参照）の先端エッジ部９５を嵌め込むと、円弧部８５・・・に曲部９４・・・（図８（ｂ））が嵌合するので、曲部９４を所定のピッチＰ１（Ｐ１＝Ｐ３（第１巻線体７３のピッチ））に位置決めすることができるとともに、巻線用電線６３を整えることができる。その結果、歯付きカラー５３によって巻線シリンダ４７の内筒巻線７１の先端エッジ部９５を正確に保持することができるとともに、曲部９４を保持した状態で巻線シリンダ４７を組み込むことができる。
同時に、歯付きカラー５３によって先端エッジ部９５を保持するので、振動、衝撃による振れ、経年変化による楕円の発生を防止することができる。
【００３４】
次に、本発明に係るモータの巻線シリンダ構造の別実施例を示す。
図１０（ａ），（ｂ）は図７の別実施例図であり、上記図７に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。（ｂ）は（ａ）のｂ矢視図である。
【００３５】
（ａ）において、歯付きカラー５３Ｂは、内側の軸受嵌合部７５と、外側の外周部７７と、段差円筒９６とを備えたものであり、端面に第３鋸歯部９７を形成したものである。第３鋸歯部９７は、所定寸法ｒの円弧部９８・・・を形成したものである。段差円筒９６を形成することで、段差円筒９６がガイドとなり、巻線シリンダの真円度を向上させることができるとともに、巻線シリンダの中心軸線に歯付きカラー５３Ｂの心を手間をかけずに合せることができる。
【００３６】
（ｂ）において、円弧部９８・・・を所定のピッチＰ１で形成した。この円弧部９８・・・に嵌合する巻線シリンダは、一重巻線構造である。
なお、歯付きカラー５３Ｂには、段差円筒９６を形成したが、段差円筒９６を設けずに省いてもよい。次図で歯付きカラー５３Ｂを嵌合する巻線シリンダを説明する。
【００３７】
図１１は図８の別実施例図であり、上記図８に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
巻線シリンダ４７Ｂは、第２巻線体７４を重ね合せ、先端エッジ部９２を鋸歯状にしたものであり、一重巻線構造としたものである。
【００３８】
一重巻線構造の巻線シリンダ４７Ｂに歯付きカラー５３Ｂ（図１０参照）を嵌合することで、曲部９１，９１を所定のピッチＰ１（Ｐ１＝Ｐ２（第２巻線体７４のピッチ））に位置決めすとともに、巻線用電線６３を整える。その結果、一重巻線構造の巻線シリンダ４７Ｂの先端エッジ部９２を正確に保持することができるとともに、曲部９１を保持した状態で巻線シリンダ４７Ｂを組み込むことができる。
同時に、歯付きカラー５３Ｂによって先端エッジ部９２を保持するので、振動、衝撃による振れ、経年変化による楕円の発生を防止することができる。
【００３９】
尚、本発明の実施の形態に示した図７の円弧部８５の円弧形状をＶ形状に替えることも可能である。
また、歯付きカラー５３の鋸歯部に倣って巻線体を並べていくことによって、巻線体で円筒状の巻線シリンダを形成することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、巻線シリンダは、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にしたものであり、この鋸歯状のエッジ部に、鋸歯部の付いた歯付きカラーを嵌合するので、歯付きカラーの鋸歯部でエッジ部の巻線用電線を整えることができるとともに、鋸歯状のエッジ部を強固に保持することができる。
また、歯付きカラーの鋸歯部で鋸歯状のエッジ部を強固に保持した状態で巻線シリンダを組み込むことができる。
同時に、歯付きカラーによって先端エッジ部を保持して歯付きカラーを軸受を介して固定部材に回転可能に保持させたので、振動、衝撃による振れ、経年変化による楕円の発生を防止することができる。
【００４１】
請求項２では、巻線シリンダは、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にした内筒巻線に、同様に先端エッジ部を鋸歯状にした外筒巻線を重ねた多重巻線構造とし、先端は内筒巻線の先端より外筒巻線の先端を所定寸法延した若しくは後退させた段差構造とし、この段差構造に対応する段差部を備えるとともに、鋸歯状エッジ部に対応した鋸歯部を備えた歯付きカラーを、多重巻線構造の巻線シリンダの先端に嵌合するので、内筒対応の鋸歯部が内筒巻線の鋸歯状エッジ部の巻線用電線を整えるとともに、エッジ部を強固に保持することができる。同時に、外筒対応の鋸歯部が外筒巻線の鋸歯状エッジ部の巻線用電線を整えるとともに、エッジ部を強固に保持することができる。
また、段差構造に対応する歯付きカラーの鋸歯部によって鋸歯状のエッジ部を強固に保持した状態で多重巻線構造の巻線シリンダを組み込むことができる。
同時に、歯付きカラーによって多重巻線構造の先端エッジ部を保持して歯付きカラーを軸受を介して固定部材に回転可能に保持させたので、振動、衝撃による振れ、経年変化による楕円の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリングの一例の概念図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリングの要部断面図
【図３】本発明に係る電動モータの断面図
【図４】本発明に係るコアレスモータのステータの要部断面斜視図
【図５】本発明に係るコアレスモータのロータの斜視図
【図６】本発明に係るコアレスモータのロータの分解斜視図
【図７】本発明に係る歯付きカラーの詳細図
【図８】本発明に係る巻線体の詳細図
【図９】本発明に係るモータの巻線シリンダ構造の第１作用図
【図１０】図７の別実施例図
【図１１】図８の別実施例図
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング、２１…動力伝達部材（ボールねじ）、２３…車軸、３０…コアレスモータ、３１…ステータ、３２…ロータ、４１…固定部材、４２…永久磁石、４７，４７Ｂ…巻線シリンダ、５１…動力伝達ディスク、５３，５３Ｂ…歯付きカラー、６３…巻線用電線、７１…内筒巻線、７２…外筒巻線、７６…段差部、８２…第１鋸歯部、８４…第２鋸歯部、９２，９５…先端エッジ部、９７…第３鋸歯部、Ｌ１，Ｌ２…所定寸法。

Claims

車軸を、固定部材で支えたステータとしての永久磁石で囲い、この永久磁石を、ロータとしての円筒状の巻線シリンダで囲い、この巻線シリンダの回転を動力伝達部材を介して車軸に伝える形式の電動パワーステアリングにおいて、
前記巻線シリンダは、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にしたものであり、この鋸歯状のエッジ部に、鋸歯部の付いた歯付きカラーを嵌合し、この歯付きカラーで巻線用電線を整え、
前記歯付きカラーを軸受を介して前記固定部材に回転可能に保持させたものであることを特徴とする電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。
車軸を、固定部材で支えたステータとしての永久磁石で囲い、この永久磁石を、ロータとしての円筒状の巻線シリンダで囲い、この巻線シリンダの回転を動力伝達部材を介して車軸に伝える形式の電動パワーステアリングにおいて、
巻線シリンダは、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にした内筒巻線と、巻線用電線を重ね合せ、先端エッジ部を鋸歯状にした外筒巻線とからなる多重巻線構造とし、前記動力伝達部材側から延したときに先端は内筒巻線の先端より外筒巻線の先端を所定寸法延した若しくは後退させた段差構造とし、この段差構造に対応する段差部を備えるとともに、前記鋸歯状エッジ部に対応した鋸歯部を備えた歯付きカラーを、前記多重巻線構造の巻線シリンダの先端に嵌合することで、巻線用電線を整え、
前記歯付きカラーを軸受を介して前記固定部材に回転可能に保持させたものであることを特徴とする電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。