JP5035525B2 - モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及びそのモータを備えた電動パワーステアリング装置に関する。

従来のモータとして、コギングトルクを低減させるためにロータの各磁極をモータ回転軸に対して斜めに延ばしたもの、即ちスキューを有したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、一般に、ステータの各磁極を構成するティースは、例えば、板厚０．５ｍｍ程度の薄い鋼板をモータ回転軸方向に積層した構造になっている。
特開２００６−１８０６７７号公報（段落［００２２］、第１図）

ところで、上述した従来のモータでは、図１１に示すように、ティース１を構成する各鋼板１ａ，１ａは、その幅方向がモータ回転軸Ｊ１方向に対して直交する方向を向いた（板厚方向がモータ回転軸Ｊ１に平行な）状態で積層されている。そして、各鋼板１ａ，１ａとスキューを有したロータの各磁極２との間には、それらを最短距離で結ぶ方向、換言すれば、磁極２の両側辺間を最短に結ぶ線Ｌ１と平行な方向に磁力Ｆが働くと考えられるが、上記従来のモータでは、磁力Ｆによって鋼板１ａ，１ａに対して板厚方向（図１１の太線矢印の方向）の力がかかり、これにより鋼板１ａ，１ａが撓む事態が生じ得た。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ティースを構成する各鋼板の撓みを防止することが可能なモータ及びそのモータを備えた電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るモータ（１０）は、ロータ（１１）の各磁極（１３Ｎ，１３Ｓ）がスキューを有する一方、ステータ（２０）の各磁極がモータ回転軸（Ｊ１）方向に複数の鋼板（３２）を積層してなるティース（２３）で構成されかつそのティース（２３）の幅方向の両側面（２３Ａ，２３Ａ）がモータ回転軸（Ｊ１）方向と平行になったモータ（１０）において、ティース（２３）を構成する各鋼板（３２）を、そのティース（２３）の幅方向の両側面（２３Ａ，２３Ａ）に対して傾斜させて、それら各鋼板（３２）の幅方向をロータ（１１）の各磁極（１３Ｎ，１３Ｓ）の両側辺間を最短に結ぶ線（Ｌ１）の方向と略平行にしたところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のモータ（１０）において、ティース（２３）は、複数の鋼板（３３）を積層してなる筒状のステータヨーク本体（２２）の内周面から複数張り出され、ティース（２３）を構成する鋼板（３２）を、ステータヨーク本体（２２）を構成する鋼板（３３）に一体成形すると共にステータヨーク本体（２２）を構成する鋼板（３３）に対して捻った状態にして備え、ステータヨーク本体（２２）を構成する各鋼板（３３）は、板厚方向をモータ（１０）回転軸（Ｊ１）に対して略平行に配して積層されたところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項２に記載のモータ（１０）において、ステータヨーク本体（２２）を構成する鋼板（３３）は、周方向の複数位置でティース（２３）毎に分割されたところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１に記載のモータ（１０）において、ティース（２３）は、複数の鋼板（３３）を積層してなる筒状のステータヨーク本体（２２）の内周面から複数張り出され、ティース（２３）を構成する鋼板（３２）は、ステータヨーク本体（２２）を構成する鋼板（３３）に一体成形されると共に、ステータヨーク本体（２２）を構成する鋼板（３３）を周方向の複数位置でティース（２３）毎に分割して複数の鋼板ピース（３１）が形成され、それら複数の鋼板ピース（３１）が、板厚方向をモータ回転軸（Ｊ１）に対して傾斜させた状態で積層されたところに特徴を有する。

請求項５の発明に係る電動パワーステアリング装置（１００）は、請求項１乃至４の何れかに記載のモータ（１０）を、ハンドル（１０７）の操舵力を補助するための動力源として備えたところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、ティースを構成する各鋼板をティースの幅方向の両側面に対して傾斜させて、それら各鋼板の幅方向を、ロータの各磁極の両側辺間を最短に結ぶ線の方向と略平行に配した。換言すれば、ティースを構成する鋼板の幅方向を、ロータの各磁極と各ティースとの間に働く磁力の方向と略平行にしたので、各鋼板の板厚方向にかかる力を、従来よりも低減或いは無くすことができる。これにより、ティースを構成する各鋼板の撓みを防止することができる。また、各鋼板の撓みを原因とした異音の発生を防止することができる。

［請求項２の発明］
請求項２の発明によれば、ティースを構成する鋼板はステータヨーク本体を構成する鋼板と一体成形されておりかつ、ステータヨーク本体を構成する鋼板に対して捻れている。そして、ステータヨーク本体を構成する複数の鋼板を、その板厚方向がモータ回転軸に対して平行となるようにして積層すると、ティースを構成する複数の鋼板が、その幅方向をロータの各磁極の両側辺間を最短に結ぶ線の方向と略平行にした状態で積層される。

［請求項３の発明］
請求項３の発明によれば、ステータヨーク本体を構成する鋼板は、周方向の複数位置でティース毎に分割されており、そのステータヨーク本体を構成する鋼板を積層することで、筒形のステータヨークを隣り合ったティース同士の間で縦割り分割した構造のヨークピースを形成することができる。そして、各ヨークピースに備えたティースに電線を巻回してコイルを形成してから、複数のヨークピースを合体させることでモータのステータが構成される。

［請求項４の発明］
請求項４の発明によれば、ステータヨーク本体を構成する鋼板は、ティースを構成する鋼板に一体成形されており、そのステータヨーク本体を構成する鋼板は、周方向の複数位置でティース毎に複数の鋼板ピースに分割される。この複数の鋼板ピースを、その板厚方向がモータ回転軸に対して傾斜させた状態で積層することで、ティースを構成する各鋼板の幅方向を、ロータの各磁極の両側辺間を最短に結ぶ線の方向に対して略平行にすることができる。また、鋼板ピースを積層すると、筒形のステータヨークを隣り合ったティース同士の間で縦割り分割した構造のヨークピースを形成することができる。そして、各ヨークピースに備えたティースに電線を巻回してコイルを形成してから、複数のヨークピースを合体させることでモータのステータが構成される。

［請求項５の発明］
請求項５の電動パワーステアリング装置によれば、ティースを構成する各鋼板の撓みを防止することで、それに伴う異音の発生を防止することが可能なモータを、ハンドルの操舵力を補助するための動力源として備えたので、電動パワーステアリング装置から発する音を低減することができる。

以下、本発明に係る一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１に示すように、本発明のモータ１０に備えたロータ１１は、円筒状のロータシャフト１２の外周面に永久磁石であるリング磁石１３を固定して備えており、そのリング磁石１３は、ロータ１１の周方向で交互に磁極が反転するように着磁されている。即ち、ロータ１１の径方向の内外に向かってＮＳ極となった磁極１３Ｎと、逆にＳＮ極になった磁極１３Ｓとがリング磁石１３の周方向に交互に設けられて、例えば１０極構造になっている。

図２には、リング磁石１３の内周面の展開図が示されている。同図に示すようにリング磁石１３の各磁極１３Ｎ，１３Ｓは所定のスキュー角θ２を有しており、モータ回転軸Ｊ１に対して斜めに延びている。即ち、モータ回転軸Ｊ１方向における一端部（図２における下端面）が他端部（図２における上端面）に対してロータ１１の周方向における一方（図２における右方向）に先行して各磁極１３Ｎ，１３Ｓがロータ１１の周方向に捻れた形状になっている。なお、リング磁石１３の両端面は、モータ回転軸Ｊ１と直交する平坦面になっておりかつ、ロータシャフト１２の両端面と面一になっている。

これに対し、モータ１０に備えたステータ２０のうちステータヨーク２１は、円筒状をなしたステータヨーク本体２２の内周面から径方向内側（ロータ１１）に向けて複数（例えば１２）個のティース２３，２３を張り出した構造になっている。ティース２３は、モータ回転軸Ｊ１と平行（図１の紙面直交方向）に延びており、ティース２３の幅方向の両側面２３Ａ，２３Ａはモータ回転軸Ｊ１と平行となっている（図４参照）。

各ティース２３には、ステータヨーク２１の径方向に向かって同じ幅をなして延びた脚部２４と、その脚部２４よりティース２３の先端側に形成されかつ脚部２４より幅広になった先端幅広部２５とが備えられている。具体的には、先端幅広部２５は脚部２４の先端からステータヨーク２１の中心に向かうに従って徐々に幅が広がった鳩尾形状をなしている。そして、各ティース２３の主として脚部２４に電線が巻回されて電磁コイル２７が構成され、これにより各ティース２３がステータ２０の各磁極を構成するようになっている。

ステータヨーク２１は、隣り合ったティース２３，２３同士の間で縦割り分割可能となっている。即ち、ステータヨーク２１は周方向でティース２３毎に複数のヨークピース２６，２６に分割可能となっている（図３参照）。そして、各ヨークピース２６は、モータ回転軸Ｊ１方向に複数の鋼板ピース３１を積層して構成されている。

図５及び図６には、単体の鋼板ピース３１が示されている。鋼板ピース３１は、積層状態（図３の状態）で、ティース２３を構成する鋼板３２（以下、「ティース構成鋼板３２」という）と、ステータヨーク本体２２を構成する鋼板３３（以下、「ヨーク構成鋼板３３」という）とを一体成形してなる。

ティース構成鋼板３２とヨーク構成鋼板３３との交差部分には、円形孔３４が打ち抜かれている。また、ヨーク構成鋼板３３のうち、円形孔３４を挟んだ両側には鋼板ピース３１の一部を板厚方向に押圧して係止突起３５，３５が形成されている。即ち、鋼板ピース３１の積層方向における一方の面に係止突起３５が突出し、他方の面には係止突起３５が一方の面に突出することで陥没した係止凹部が形成されている。

そして複数の鋼板ピース３１を図３の如く積層させると、一の鋼板ピース３１の係止突起３５が、その一の鋼板ピース３１に重なった他の鋼板ピース３１の係止凹部に押し込まれ、これにより複数の鋼板ピース３１が積層された状態に保持される。そして、所定複数の鋼板ピース３１が積層されてヨークピース２６が形成され、そのヨークピース２６のティース２３に電線を巻回して電磁コイル２７を形成してから複数のヨークピース２６を環状に合体することで、ステータ２０が構成される。そして、そのステータ２０の内側に上記ロータ１１を挿入して回転可能に軸支することで、モータ１０が構成される。

ところで、各鋼板ピース３１は、ヨーク構成鋼板３３に対してティース構成鋼板３２が捻れた構造になっている。具体的には、ヨーク構成鋼板３３に対してティース構成鋼板３２は、図６（Ｂ）における時計回り方向に捻れており、ヨーク構成鋼板３３とティース構成鋼板３２とがなす捻れ角度θ１が、リング磁石１３の各磁極１３Ｎ，１３Ｓのスキュー角θ２と略同一角度となっている。また、図４に示すように、ヨークピース２６は、鋼板ピース３１のうちヨーク構成鋼板３３の板厚方向をモータ回転軸Ｊ１に対して平行に配して積層されているので、ヨーク構成鋼板３３に対して捻れたティース構成鋼板３２は、その板厚方向がモータ回転軸Ｊ１に対して斜めに傾いた状態で積層されている。即ち、各ティース構成鋼板３２は、モータ回転軸Ｊ１と平行なティース２３の幅方向の両側面２３Ａ，２３Ａに対して傾いた状態で積層されており、その幅方向がロータ１１の各磁極１３Ｎ（１３Ｓ）の両側辺間を最短に結ぶ線Ｌ１の方向と略平行になっている（図７参照）。

次に本実施形態の作用及び効果を説明する。図７に示すように、ロータ１１の各磁極１３Ｎ（１３Ｓ）とステータ２０の磁極としての各ティース２３とが周方向でずれた位置に配置されたとき、ティース２３を構成する各ティース構成鋼板３２とロータ１１の各磁極１３Ｎ（１３Ｓ）との間にはそれらを最短で結ぶ線の方向、換言すれば、各磁極１３Ｎ，１３Ｓの両側辺間を最短に結ぶ線Ｌ１と平行な方向で磁力Ｆが働くと考えられる。

これに対し、本実施形態によれば、ティース２３を構成するティース構成鋼板３２は、その幅方向を、ロータの各磁極１３Ｎ（１３Ｓ）の両側辺間を最短に結ぶ線Ｌ１の方向と略平行に配した状態で積層されている。換言すれば、ロータ１１の各磁極１３Ｎ，１３Ｓと各ティース構成鋼板３２との間に働く磁力Ｆの方向に対して、ティース構成鋼板３２の幅方向が略平行となるように傾けられているので、ティース構成鋼板３２の板厚方向にかかる力を、従来よりも低減或いは無くすことができる。これにより、ティース構成鋼板３２の板厚方向への撓みを防止することができる。また、ティース構成鋼板３２の撓みを原因とした異音（例えば、ティース構成鋼板３２の振動音等）の発生を防止することができる。

次に、このモータ１０を使用した電動パワーステアリング装置１００について説明する。図８に示すように、この電動パワーステアリング装置１００は、車両１１０に備えた１対の転舵輪１０１，１０１の間に差し渡された転舵輪間シャフト１０２と、その転舵輪間シャフト１０２の外側を覆ったシャフトケース１０３とを備えている。転舵輪間シャフト１０２の両端は、タイロッド１０２Ｔ，１０２Ｔを介して各転舵輪１０１，１０１に連結され、シャフトケース１０３は、車両１１０の本体に固定されている。また、転舵輪間シャフト１０２の中間部分にはラック（図示せず）が形成され、シャフトケース１０３の中間部を側方から貫通したピニオン（図示せず）がこのラックに噛合している。

ピニオンの上端部にはインターミディエートシャフト１０５（以下、「インタミシャフト１０５」という）が連結され、そのインタミシャフト１０５の上端部にはステアリングシャフト１０６が連結され、さらにそのステアリングシャフト１０６の上端部にはハンドル１０７が連結されている。そして、インタミシャフト１０５とステアリングシャフト１０６との連結部分に、減速機構１０８を介してモータ１０のロータ１１が連結されている。また、ステアリングシャフト１０６には、舵角センサ１１１とトルクセンサ１１２とが取り付けられ、ハンドル１０７の操舵角θｓを検出すると共に、ステアリングシャフト１０６にかかる操舵抵抗Ｔｆ（負荷トルク）を検出している。さらに、転舵輪１０１の近傍には、転舵輪１０１の回転に基づいて車速Ｖを検出するための車速センサ１１３が設けられている。そして、操舵制御装置１１４が、舵角センサ１１１、トルクセンサ１１２及び車速センサ１１３の検出信号に基づいた運転状況に応じてモータ１０を駆動し、これにより運転者によるハンドル操作をモータ１０で補助して転舵輪１０１，１０１を転舵することができる。

このように本実施形態の電動パワーステアリング装置１００では、ティース２３を構成するティース構成鋼板３２の撓みを防止することで、それに伴う異音の発生を防止したモータ１０をハンドル１０７の操舵力を補助するための動力源として備えたので、電動パワーステアリング装置１００から発する音を低減することができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、鋼板ピース３１は、ヨーク構成鋼板３３に対してティース構成鋼板３２が捻れた構造をなしていたが、ヨーク構成鋼板３３に対してティース構成鋼板３２が捻れていない構造であっても、図９及び図１０に示すように、鋼板ピース３１の板厚方向をモータ回転軸Ｊ１に対して傾斜させた状態で積層して、ティース構成鋼板３２のみならずヨーク構成鋼板３３も、磁極１３Ｎ（１３Ｓ）の両側辺間を最短に結ぶ線Ｌ１の方向と略平行になるように傾斜させた状態で積層することで、上記実施形態と同等の効果を奏する。

（２）ロータ１１の磁極は、スキューを有したセグメント磁石で構成してもよい。また、ロータ１１の磁極が永久磁石以外のもので構成されたモータに本発明を適用してもよい。例えば、スイッチトリラクタンスモータに本発明を適用してもよい。

（３）上記実施形態では、ティース構成鋼板３２がヨーク構成鋼板３３に一体成形されていたが、これらを別々に成形してもよい。

本発明の一実施形態に係るモータの断面図 リング磁石の内周面の展開図 ヨークピースの斜視図 ヨークピースをティース側から見た側面図 鋼板ピースの平面図 （Ａ）鋼板ピースの斜視図、（Ｂ）鋼板ピースをティース構成鋼板側から見た側面図 モータ回転軸側から見たティースとロータの磁極とを示す概念図 電動パワーステアリング装置の概念図 他の実施形態に係るステータヨークの部分斜視図 モータ回転軸側から見たティースとロータの磁極とを示す概念図 従来のモータにおけるティースとロータの磁極とを示す概念図

符号の説明

１０ モータ
１１ ロータ
１３Ｎ，１３Ｓ ロータの磁極
２０ ステータ
２２ ステータヨーク本体
２３ ティース
２３Ａ，２３Ａ ティースの幅方向の両側面
３１ 鋼板ピース
３２ ティース構成鋼板（ティースを構成する鋼板）
３３ ヨーク構成鋼板（ステータヨーク本体を構成する鋼板）
１００ 電動パワーステアリング装置
１０７ ハンドル
Ｊ１ モータ回転軸
Ｌ１ ロータの各磁極の両側辺間を最短に結ぶ線
θ２ スキュー角

Claims (5)

1. ロータの各磁極がスキューを有する一方、ステータの各磁極がモータ回転軸方向に複数の鋼板を積層してなるティースで構成されかつそのティースの幅方向の両側面が前記モータ回転軸方向と平行になったモータにおいて、
   前記ティースを構成する各鋼板を、そのティースの幅方向の両側面に対して傾斜させて、それら各鋼板の幅方向を前記ロータの各磁極の両側辺間を最短に結ぶ線の方向と略平行にしたことを特徴とするモータ。
2. 前記ティースは、複数の鋼板を積層してなる筒状のステータヨーク本体の内周面から複数張り出され、
   前記ティースを構成する前記鋼板を、前記ステータヨーク本体を構成する前記鋼板に一体成形すると共に前記ステータヨーク本体を構成する前記鋼板に対して捻った状態にして備え、前記ステータヨーク本体を構成する前記各鋼板は、板厚方向を前記モータ回転軸に対して略平行に配して積層されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記ステータヨーク本体を構成する前記鋼板は、周方向の複数位置で前記ティース毎に分割されたことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
4. 前記ティースは、複数の鋼板を積層してなる筒状のステータヨーク本体の内周面から複数張り出され、
   前記ティースを構成する前記鋼板は、前記ステータヨーク本体を構成する前記鋼板に一体成形されると共に、前記ステータヨーク本体を構成する前記鋼板を周方向の複数位置で前記ティース毎に分割して複数の鋼板ピースが形成され、
   それら複数の鋼板ピースが、板厚方向を前記モータ回転軸に対して傾斜させた状態で積層されたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載のモータを、ハンドルの操舵力を補助するための動力源として備えたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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