JP5027497B2

JP5027497B2 - モータ構造

Info

Publication number: JP5027497B2
Application number: JP2006346934A
Authority: JP
Inventors: 茂樹小宮山; 能治宮; 芳輝黒川; 幸則亀田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: JP2008160969A

Description

本発明は、筒状のケーシング内に筒状のステータコアを固定してなるモータ構造の改良に関する。

この種筒状のケーシング内に筒状のステータコアを固定してなるモータ構造にあっては、たとえば、ステータコアがケーシング内に焼き嵌めや圧入のみによって固定されるものが従来から知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００５−２６１０８５号公報（背景技術欄）

上述のようなモータ構造を、特に、大トルクの発生が期待されるパワーステアリング装置のアシストモータに適用するには問題を生じる場合がある。

焼き嵌めによる固定の場合、焼入れによってケーシングに歪を生じる場合があり、この歪によってモータにコギングトルクやトルクリップル等の悪影響を及ぼす危惧がある。

さらに、ステータコアとケーシングのそれぞれの材料が異なる事が多く、ステータコアとケーシングの線膨張係数の違いでモータ使用による温度上昇時にステータコアを締め付ける緊迫力が低下してしまうので、大トルク出力ができなくなってしまう危惧がある。これを避けようとして、緊迫力を大きく設定する場合には、今度は、ステータコアを強く締めすぎてステータコアが歪んでしまい、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事になる。このことは、ステータコアを締め付ける緊迫力でステータコアとケーシングとを一体化する圧入による固定の場合にあっても同様である。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、ステータコアに歪を生じさせず、大トルクの出力を可能とするモータ構造を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、筒状のケーシング内に筒状のステータコアを圧入固定してなるモータ構造において、上記ステータコアの外周に軸方向に沿って形成した溝と、上記ケーシングに設けられて当該ケーシングの内外を連通する小孔と、上記小孔内に圧入固定されて上記溝内に挿入したピンと、上記ケーシングの外周に当接しながら上記小孔を閉塞する閉塞部とを備えてなることを特徴とする。

本発明のモータ構造によれば、温度上昇によって圧入部位の緊迫力が低下してもピンと溝との係合によってステータコアがケーシングに対して円周方向の回り止めとして機能するので、モータは温度上昇時にあっても問題なく大トルクを発生することが可能である。

そして、ピンとステータコアの溝によってステータコアとケーシングとの回り止めが施されているので、温度上昇時の圧入部位の緊迫力を従来モータ構造のそれよりも小さく設定しておく事ができ、圧入部位の緊迫力によってステータコアに歪が生じてしまうような事態が防止されて、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事もない。

また、焼き嵌めに必要な炉が不要で、かつ、一般的な機械加工設備のみでモータの製造が可能となり、また、圧入部位の緊迫力も小さくできるので、大トルクを発生するモータを簡単かつ低コストで製造する事ができる。
さらに、閉塞部は、小孔を閉塞してシールするようになっており、この閉塞部によって小孔からケーシング内への水の浸入を防止している。
このように、小孔にピンを圧入するとともに、もともとケーシングに取付ける必要があるコネクタに設けた閉塞部で小孔を閉塞できるようにしたので、特別に小孔をシールする部材を設ける必要が無く、さらに、ピンの設置がケーシングの外方から容易に行え、製造面で有利となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの縦断面図である。図２は、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータのＡ矢視断面図である。

図１および図２に示すように、一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータＭは、筒状のケーシング１と、ケーシング１内に固定される筒状のステータ２と、ケーシング１内に回転自在とされてステータコア２ａ内に挿通される筒状のロータ３とを備えている。

そして、このモータＭは、車両に搭載されるパワーステアリング装置ＰＳに適用され、モータＭのトルクを運転者の操舵力に付加する補助力として利用している。このパワーステアリング装置ＰＳは、モータＭの発生トルクを出力軸１０の図１中左右方向の直線運動に変換するために、運動変換機構として、ロータ３の内周側に設けられて出力軸１０が挿入されるボール螺子ナット１１と、出力軸１０の外周側に形成されてボール螺子ナット１１に螺合される螺子溝１０ａとを備え、さらに、出力軸１０の他端側となる図１中左端側にはラック１０ｂが設けられ、このラック１０ｂは、ピニオンギア１２に歯合され、このピニオンギア１２は、図示しない操舵輪にユニバーサルジョイントを介して連結されるスタブシャフト１３の先端に取付けられている。

上記出力軸１０の両端は、タイロッド等を介してそれぞれ車両の左輪および右輪に連結されており、出力軸１０の左右方向への運動によって、左右輪の転舵が可能なようになっている。

したがって、車両運転者が操舵輪を操作すると、スタブシャフト１３が回転して、出力軸１０を操作する方向へ直線運動させて左右輪を転舵させることになるが、このパワーステアリング装置ＰＳにあっては、モータＭのトルクで出力軸１０の直線運動させる車両運転者の操舵輪の操作力を補助する補助力を発生させて車両運転者の操舵輪操作時の負担を軽減することができる。

なお、詳しくは、上記車両運転者による操舵輪の操舵トルクをスタブシャフト１３に取付けたトルクセンサ１４で検知し、検知した操舵トルクに応じて予め決められた制御側に則りモータＭに電流を供給して、モータＭに補助力を付加するためのトルクを発生させるようにしている。

以下、モータＭの各部について、詳細に説明すると、ケーシング１は、筒状のケーシング本体１ａと、ケーシング本体１ａの両端外周のそれぞれに三ずつ設けた螺子孔を備えたフランジ部１ｂ，１ｃと、ケーシング本体１ａのステータ２が固定される軸方向範囲Ｌで側部から開口してその内外を連通する小孔１ｄと、ケーシング本体１ａの内外を連通し、かつ、モータＭのステータ２の巻線２ｂに結線されるバスバー６を保持するコネクタ７が固定されるコネクタ孔１ｅと、ケーシング本体１ａのステータ２が固定される軸方向範囲Ｌの一端となる図１中右端側の所定範囲ｂにおける内径を小径として形成した圧入部１ｆと、ケーシング本体１ａの図１中右端側に設けた段部１ｇとを備えて構成されている。

また、ケーシング本体１ａは、その他端側となる図１中左端側の側部に他の部位より厚肉とされる肉厚部１ｉを備えており、この肉厚部１ｉの外周は切り落とされて平面とされて、この平面からケーシング本体１ａの肉厚を貫くコネクタ孔１ｅおよび小孔１ｄが穿設されている。

そして、小孔１ｄには、先端がケーシング本体１ａ内に突出するピン１ｈが圧入固定されている。なお、ピン１ｈは、ケーシング１の外方から打ち込まれて少なくとも後端は小孔１ｄからケーシング本体１ａの外周側へ突出しないようにされている。

他方、コネクタ孔１ｅには、上述のように、モータＭへ電流供給する外部電源から延びる図示しない電源コードの先端に設けられた端子に連結されるコネクタ７の嵌合部７ａが嵌めこまれており、このコネクタ７は、ケーシング本体１ａの外周に螺子締結等によって固定されるとともに、図１中右端に閉塞部７ｂを備えている。そして、閉塞部７ｂは、小孔１ｄを閉塞してシールするようになっており、この閉塞部７ｂによって小孔１ｄからケーシング１内への水の浸入を防止している。

このように、小孔１ｄにピン１ｈを圧入するとともに、もともとケーシング１に取付ける必要があるコネクタ７に設けた閉塞部７ｂで小孔１ｄを閉塞できるようにしたので、特別に小孔１ｄをシールする部材を設ける必要が無く、さらに、ピン１ｈの設置がケーシング１の外方から容易に行え、製造面で有利となる。

ステータ２は、筒状のステータコア２ａと、ステータコア２ａのティース２ｃに巻回された巻線２ｂとを備えて構成されており、ステータコア２ａの外周には、軸方向となる図１中左右方向に沿って溝２ｄが設けられている。

そして、ステータコア２ａの外周に接着剤を塗布した後に、溝２ｄ内にピン１ｈの先端を挿入しつつステータコア２ａを図１中左方からケーシング本体１ａ内に挿入し、ステータコア２ａの一端となる図１中右端外周をケーシング本体１ａの圧入部１ｆに圧入することによってケーシング１に固定されて一体化される。

さらに、ステータ２の巻線２ｂは、ケーシング１に固定されるコネクタ７に保持されるバスバー６に結線されており、外部電源から巻線２ｂへ電流供給ができるようになっている。なお、このモータＭの場合、ブラシレスモータとして構成されており、巻線２ｂは、具体的には、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相がスター結線あるいはデルタ結線された三相巻線とされ、バスバー６もそれに対応するようコネクタ７内に３つ設けられている。

このようにステータコア２ａは、ケーシング１に一体化されるので、温度上昇によって圧入部位の緊迫力が低下してもピン１ｈと溝２ｄとの係合によってステータコア２ａのケーシング１に対する円周方向の回り止めとして機能し、モータＭは温度上昇時にあっても問題なく大トルクを発生することが可能である。

そして、このように、ピン１ｈとステータコア２ａの溝２ｄによってステータコア２ａとケーシング１との回り止めが施されているので、温度上昇時の圧入部１ｆの緊迫力を従来モータ構造のそれよりも小さく設定しておく事ができ、圧入部１ｆの緊迫力によってステータコア２ａに歪が生じてしまうような事態が防止されて、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった好ましくない事態を招来する事もない。

また、焼き嵌めに必要な炉が不要で、かつ、一般的な機械加工設備のみでモータＭの製造が可能となり、また、圧入部１ｆの緊迫力も小さくできるので、大トルクを発生するモータＭを簡単かつ低コストで製造する事ができる。

さらに、この場合、圧入部１ｆは、ステータコア２ａの外周全体を締め付けているのではなく、ステータコア２ａの一端側の一部となる所定範囲ｂのみが圧入部１ｆで緊迫されることになるので、ステータコア２ａに万が一歪が生じたとしてもその影響は極僅かであり、モータＭの精度低下に繋がるコギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった事態をより確実に阻止することができる。

また、この場合、ステータコア２ａはケーシング１の内周に圧入固定されるだけでなく、接着によっても固定されるので、より一層圧入部１ｆにおける緊迫力をより一層小さく設定する事が可能であると共に、温度上昇による緊迫力が低下してもステータコア２ａの軸方向のズレを防止することができる。

なお、ステータコア２ａは、それぞれ一つのティース２ｃを備えて巻線２ｂを巻回した１２個の分割コアｃを環状に配置して一体化して形成されており、分割コアｃの製造型を共通化のため、各分割コアｃに溝２ｄが形成されているが、溝２ｄは上記ピン１ｈを挿入するためのものであるので、ステータコア２ａに一つ設ければよい。

また、ピン１ｈは、ステータコア２ａの溝２ｄ内に挿入される事で、ステータコア２ａの円周方向を位置決める機能をも発揮するので、製品単位でステータコア２ａの円周方向位置にバラツキが生じてしまうことがなく、均一な製品の製造にも寄与する。

つづいて、ロータ３は、筒状とされて、その外周であってステータコア２ａに対向する位置に磁石２０が円周方向に等間隔を持って外周側にＮ極とＳ極とが交互に現れるように接着されて固定され、また、一端側となる図１中右端側が拡径されて拡径部３ａが設けられ、他端側となる図１中左端側の外周にはモータＭの駆動に必要とされるロータ位置センサとして機能するレゾルバロータ１５が取付けられ、さらに、拡径部３ａの内周にはボール螺子ナット１１が圧入固定されている。

そして、ロータ３の一端に固定されているボール螺子ナット１１がケーシング本体１ａの段部１ｇに固定されたボールベアリング８によって保持されるとともに、ロータ３の他端側がケーシング１の図１中左方に連結される筒部材４の内周に固定されたボールベアリング９によって保持され、ロータ３は、ケーシング１に回転自在に収容されている。

上記した筒部材４は、図１中右端側が拡径されて拡径部４ａが形成され、この拡径部４ａがケーシング本体１ａの他端開口内に嵌合され、拡径部４ａの外周に設けたフランジ部４ｂとケーシング本体１ａに設けたフランジ部１ｃを符合させてフランジ部４ｂを貫くボルト１６をフランジ部１ｃの螺子孔に捻じ込んでケーシング１と筒部材４とが螺子締結されて一体化される。

また、この筒部材４の拡径部４ａの内周側にはロータ３の外周に設けたレゾルバロータ１５に対向するレゾルバステータ１７が取付けられており、このレゾルバステータ１７から伸びる励磁用および信号取り出し用の電線１８は筒部材４の拡径部４ａの肉厚を貫通するレゾルバコネクタ１９に保持されて筒部材４の外方へ導出されている。なお、この電線１８は、レゾルバコネクタ１９に連結される端子を介して図示しないパワーステアリング装置ＰＳの制御装置へ接続される。

さらに、この筒部材４内にはパワーステアリング装置ＰＳの出力軸１０の図１中左端が挿通され、筒部材４には、出力軸１０に形成したラック１０ｂに歯合するピニオンギア１２およびスタブシャフト１３を回転自在に収容するハウジング４ｃが設けられている。

そして、上記スタブシャフト１３に取付けられたトルクセンサ１４が出力する信号もまた、レゾルバステータ１７が出力する信号と同様に、上記した図示しないパワーステアリング装置ＰＳの制御装置へ入力され、当該制御装置は、これら信号に基づいてモータＭを駆動してパワーステアリング装置ＰＳで車両運転者の操舵輪の操舵を補助する補助力を制御する。

また、ケーシング本体１ａの一端となる図１中右端には、パワーステアリング装置ＰＳの出力軸１０の一端となる右端を摺動自在に軸支するガイド筒５が取付けられており、このガイド筒５は、ケーシング本体１ａ側に設けた鍔５ａと、鍔５ａの外周であってフランジ部１ｂに符合する位置に設けたフランジ部５ｂとを備えている。

そして、ケーシング本体１ａのフランジ部１ｂとガイド筒５のフランジ部５ｂとをつき合わせて、フランジ部５ｂを貫通するボルト２１をフランジ部１ｂの螺子孔に捻じ込んでケーシング１とガイド筒５とが螺子締結されて一体化される。

本発明のモータ構造が具現化したモータＭは、上述のようにパワーステアリング装置ＰＳに適用され、このパワーステアリング装置ＰＳは、モータＭが大トルクを発生することができるので、車両搭乗者の操舵輪の操作に均一で大きな補助力を付与する事が可能であり、さらに、コギングトルクの発生やトルクリップルが大きくなるといった不具合も解消できるので、操舵時に車両搭乗者に対して違和感や不快感を与えることがないと共に操舵輪操作にギクシャク感を与える事もない。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明の一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータの縦断面図である。一実施の形態におけるモータ構造が具現化されたモータのＡ矢視断面図である。

符号の説明

１ケーシング
１ａケーシング本体
１ｂ，１ｃフランジ部
１ｄ小孔
１ｅコネクタ孔
１ｆ圧入部
１ｇ段部
１ｈピン
１ｉ肉厚部
２ステータ
２ａステータコア
２ｂ巻線
２ｃティース
２ｄ溝
３ロータ
３ａロータにおける拡径部
４筒部材
４ａ筒部材における拡径部
４ｂ筒部材におけるフランジ部
４ｃハウジング
５ガイド筒
５ａガイド筒における鍔
５ｂガイド筒におけるフランジ部
６バスバー
７コネクタ
７ａ嵌合部
７ｂ閉塞部
８，９ボールベアリング
１０出力軸
１１ボール螺子ナット
１０ａ螺子溝
１０ｂラック
１２ピニオンギア
１３スタブシャフト
１４トルクセンサ
１５レゾルバロータ
１６，２１ボルト
１７レゾルバステータ
１８電線
１９レゾルバコネクタ
２０磁石
ｂケーシング本体におけるステータが固定される軸方向範囲の一端の所定範囲
ｃ分割コア
Ｌケーシング本体のステータが固定される軸方向範囲
Ｍモータ
ＰＳパワーステアリング装置

Claims

筒状のケーシング内に筒状のステータコアを圧入固定してなるモータ構造において、上記ステータコアの外周に軸方向に沿って形成した溝と、上記ケーシングに設けられて当該ケーシングの内外を連通する小孔と、上記小孔内に圧入固定されて上記溝内に挿入したピンと、上記ケーシングの外周に当接しながら上記小孔を閉塞する閉塞部とを備えてなることを特徴とするモータ構造。
上記ステータコアを上記ケーシングの内周に接着したことを特徴とする請求項１に記載のモータ構造。
上記ステータコアの一端の外周部を圧入部として上記ケーシングに圧入することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ構造。
上記ケーシングにコネクタを取付け、上記コネクタに上記ステータコアに巻回された巻線へ電流供給を行うバスバーが保持され、更に上記コネクタに上記閉塞部を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ構造。
内周側にボール螺子ナットが装着される筒状のロータを上記ケーシング内に回転自在に収容するとともに、上記ボール螺子ナット内に螺合するとともにピニオンギアに歯合するラックが形成されて両端が車両の車輪に連結される出力軸を上記ケーシング内に収容してなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ構造。