JP5037257B2

JP5037257B2 - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP5037257B2
Application number: JP2007197871A
Authority: JP
Inventors: 貴行小林
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-07-30
Also published as: JP2009033935A

Description

本発明は電動パワーステアリング装置等に用いて好適なブラシレスモータに関する。

電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータは、永久磁石を有する回転子と、複数のコイルを巻装したコアを備える固定子とを有し、コイルへの通電を切り替えることで回転子を回転させるものであり、車両の電動パワーステアリング装置のモータ部に適用されている。例えば、ラックタイプの電動パワーステアリング装置においては、同軸タイプのブラシレスモータが用いられ、回転子の回転軸内にラック軸が挿入され、車体側に固定されるハウジング側に固定子が形成される。そして、ブラシレスモータでは、コイルへの通電を切り替えるタイミングを決定するために、固定子に対する回転子の回転位置を検出する位置検出用センサとしてレゾルバが設けられている。

従来の電動パワーステアリング装置では、特許文献１に記載の如く、１つのハウジングに固定子を固定しており、固定子を構成するように積層したコアを周方向に配置し、このコアを上記ハウジングに焼き嵌めして固定している。
特開2007-1364

特許文献１に記載のブラシレスモータには以下の問題点がある。
(1)１つのハウジングに固定子のコアを焼き嵌めしているため、焼き嵌め設備と組付工数が多大になる。

(2)ハウジング(アルミニウム)とコア(鉄)の線膨長係数の違いにより、高温時にはハウジングが径方向に伸びてコアを固定できなくなり、これを回避するために両者の締め代を強くすると、低温時のハウジングに過大応力を生ずるため、ハウジングの材料強度を上げる必要があり、コスト高になる。

そこで、固定子のコアをハウジングに簡易に組付けし、しかもハウジングに強度材料の適用を必要としないブラシレスモータとして、積層コアの外周をハウジングの内周に隙間嵌めし、コアの積層方向の一端がハウジングの内周の一端側に設けたストッパに突き当てられ、コアの積層方向の他端が皿バネを介して、ハウジングの内周の他端側に圧入した固定リングにより支持されるようにするものが考えられる。ハウジングとコアの線膨長係数の違いにより、ハウジングとコアの積層方向に生ずるガタを皿バネの弾性撓み量により吸収する。コアをハウジングに焼き嵌めすることなく簡易に組付け、しかもハウジングに過大応力を生じさせないから該ハウジングに強度材料を適用する必要もなく、コアをハウジングの内周に確実に固定できる。しかしながら、皿バネを必要とするという不都合がある。

本発明の課題は、ブラシレスモータにおいて、固定子のコアをハウジングに簡易に組付けることにある。

請求項１の発明は、ハウジングに固定子を固定し、固定子の内周側に回転可能に配置される回転軸に回転子を設けてなるブラシレスモータにおいて、固定子を構成するように積層されるコアの外周をハウジングの内周に隙間嵌めし、該コアの積層方向の一端をハウジングの内周の一端側に設けたストッパに突き当て、該コアの積層方向の他端をハウジングの内周の他端側に固定した固定具により支持するに際し、該コアの一部を積層方向に突き出るバネ部とし、積層方向の最も外側に位置するコアのバネ部を上記のストッパと固定具の一方に弾発的に衝合させてなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置である。

（請求項１）
(a)ハウジングとコアの線膨長係数の違いにより、ハウジングとコアの積層方向に生ずるガタをコアのバネ部の弾性撓み量により吸収する。コアをハウジングに焼き嵌めすることなく簡易に組付け、しかもハウジングに過大応力を生じさせないから該ハウジングに強度材料を適用する必要もなく、コアをハウジングの内周に確実に固定できる。皿バネ等の別部品を必要とせず、コアの組付構造を簡略化できる。

（請求項２）
(b)電動パワーステアリング装置において、上述(a)を実現できる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図、図２は図１の要部断面図、図３はブラシレスモータを示す断面図、図４は図３のIV部を拡大して示す断面図、図５は積層コアを示す斜視図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、ステアリングホイールが結合される入力軸１１を支持するギヤボックス１２を有し、ギヤボックス１２を第１ハウジング部１３に取付けている。第１ハウジング部１３は車体への取付部１３Ａを有し、第１ハウジング部１３にはモータ部１５を介して第２ハウジング部１４が取付けられている。ギヤボックス１２内では、入力軸１１にトーションバーを介して出力軸（不図示）が連結され、入力軸１１と出力軸の間に操舵トルク検出装置（不図示）を組付けている。第１ハウジング部１３、第２ハウジング部１４、モータ部１５にはラック軸１６が挿入されて支持され、ラック軸１６のラック歯はギヤボックス１２内で出力軸のピニオン歯と噛み合いしてラック・アンド・ピニオン機構を形成し、ステアリングホイールの操作に応じて軸方向に直線移動する。尚、ラック軸１６の両端部にはタイロッド１７Ａ、１７Ｂが連結され、ラック軸１６の直線移動によりタイロッド１７Ａ、１７Ｂを介して左右の車輪を操舵可能にする。

電動パワーステアリング装置１０は、第１ハウジング部１３と第２ハウジング部１４のそれぞれにボルト１８、１９によりモータ部１５のヨークを構成するようにアルミニウム等からなるモータハウジング２１を取付け、ラック軸１６と同軸をなすブラシレスモータ２０を構成する。ブラシレスモータ２０は、固定子３０と、固定子３０の内周側に回転自在に配置される回転子４０と、固定子３０に対する回転子４０の回転位置を検出するレゾルバ６０を有する。

固定子３０は、図２〜図４に示す如く、モータハウジング２１の内周に後述する如くに組込まれて固定される、複数、本実施例では例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に4個（全12個)のコア小組体３０Ｂを円周上に隣接配置して構成されるコア組立体３０Ａを有する。コア小組体３０Ｂは、複数の珪素鋼板からなるコア３１を積層し、この積層コア３１に樹脂製ボビン３２を取付け、ボビン３２のコイル巻回部にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相をなす各モータコイル３３を巻装して構成される。各コイル３３には、本実施例ではボビン３２に取付けられるターミナル３４を介して通電され、ターミナル３４に給電する接続端子３５がプラグ（カプラ）３６を介してモータハウジング２１の外側に引き出される。即ち、プラグ３６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各接続端子３５がモータハウジング２１の内部に挿入され、ターミナル３４の各コイル３３への接続部に接続される。

回転子４０は、図２、図３に示す如く、モータハウジング２１の長手方向に渡ってラック軸１６の周囲に配置される中空回転軸４１を有し、回転軸４１の一端部には後述するボールナット５２が固定され、このボールナット５２はギヤハウジング１３のベアリング４２Ａに圧入されて軸支され、回転軸４１の他端部は第２ハウジング部１４のベアリング４２Ｂに圧入されて軸支される。回転軸４１の外周で固定子３０に臨む位置には回転子マグネット４３がマグネットホルダ４４を介して周方向に位置決めされ固定されている。

電動パワーステアリング装置１０は、図２に示す如く、ラック軸１６にボールねじ５１を設けてあり、ボールねじ５１に噛み合うボールナット５２を前述の回転軸４１の一端部に固定している。ボールねじ５１のねじ溝とボールナット５２のねじ溝の間にスチールボール５３を保持し、ボールナット５２の回転をボールねじ５１によりラック軸１６の直線移動に変換する。

レゾルバ６０は、図２、図３に示す如く、固定子３０に対して一定の周方向位置に組付けられるレゾルバステータ６１と、回転子４０に対して一定の周方向位置に組付けられるレゾルバロータ７１とからなる。レゾルバロータ７１は、複数の突極を周方向に配置した環状コアから構成されている。レゾルバステータ６１は、樹脂製の環状ブラケット６２に保持される積層鉄芯６３に巻線を巻き回したコイル６４を有し、コイル６４を形成する巻線はプラグ６５からモータハウジング２１側の外側に引き出される。レゾルバステータ６１は、回転子４０の回転軸４１とともに回転するレゾルバロータ７１を囲むように配置され、この回転によってレゾルバロータ７１との間で生ずるリラクタンスの変化により、回転軸４１の回転位置を検出する。検出した回転軸４１の回転位置に応じて、外部の制御回路により、固定子３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル３３に所定の電流を供給し、モータ２０を駆動制御する。本実施例では、レゾルバ６０が、第２ハウジング部１４に組付けられるレゾルバステータ６１と、回転子４０が設けられる回転軸４１に組付けられるレゾルバロータ７１とからなる。

しかるに、本実施例では、コア組立体３０Ａをモータハウジング２１に組付けるため以下の構成を具備する。

即ち、固定子３０を構成するコア組立体３０Ａにあっては、図４に示す如く、各コア小組体３０Ｂの積層コア３１の外周をモータハウジング２１の内周に隙間嵌めし、コア３１の積層方向の一端をモータハウジング２１の内周の一端側（モータハウジング２１の第１ハウジング部１３が取付けられる側に対する反対側）に設けた段差状のストッパ２１Ａに突き当て、コア３１の積層方向の他端をモータハウジング２１の内周の他端に圧入して固定したリング状の固定具８０により支持する。コア組立体３０Ａの積層コア３１はモータハウジング２１の第１ハウジング部１３が取付けられる側の開口部から挿入され、固定具８０はモータハウジング２１のこの開口部から圧入され、積層コア３１をストッパ２１Ａと固定具８０の間に挟圧して保持する。

更に、コア組立体３０Ａの積層コア３１にあっては、各コア３１の一部（本実施例ではコア組立体３０Ａの中心軸を通る直径線に合致するコア３１の中心線上で、該コア３１の外周寄りに位置する部分）を積層方向に突き出るバネ部８１とする（図５）。バネ部８１はコア３１の本体の上述の一部をプレス成形することにより形成されたものであり、図５に示す如く、コア３１の外周の周方向に沿って横長Ｖ字折り曲げ状をなすバネ部８１の上下２本の横辺をコア３１の本体から切離するとともに、該バネ部８１の左右の両端部をコア３１の本体から曲げ起こし、該バネ部８１の左右の中央部をコア３１の中心線上でＶ字折り曲げの頂点とする（バネ部８１はコア３１の中心線に対して線対称をなす）。そして、モータハウジング２１に隙間嵌めされたコア組立体３０Ａにあっては、積層方向の最も外側に位置するコア３１のバネ部８１をモータハウジング２１のストッパ２１Ａ（モータハウジング２１に圧入される固定具８０の端面でも可）に弾発的に衝合させる。このとき、コア３１のバネ部８１に付与すべき弾発的撓み量は、高温時に伸びるモータハウジング２１の軸方向に対してもコア３１を弾発的に保持し得る弾性変形代を維持し、かつ低温時に縮むモータハウジング２１の応力が過大にならないように該モータハウジング２１の縮み代を吸収し得る撓み量とする。これにより、コア組立体３０Ａの積層コア３１はストッパ２１Ａと固定具８０の間に常に安定的に挟圧されて固定され、モータハウジング２１の内周において安定的に保持される。

尚、コア３１の外周の周方向の中央部には凹溝３１Ａが設けられている（凹溝３１Ａはコア３１の中心線に関して線対称をなす）。そして、ブラシレスモータ２０にあっては、コア組立体３０Ａをモータハウジング２１へ隙間嵌めするとき、モータハウジング２１を中心軸まわりの一定角度位置に保持するとともに、コア組立体３０Ａをモータハウジング２１の中心軸上にセットし、このコア組立体３０Ａの各コア３１の凹溝３１Ａを、モータハウジング２１に対し同軸かつ所定の角度位置関係をなして配置されているコア押込治具の押込部に係合させる。そして、コア押込治具をモータハウジング２１の軸方向に押込動作することにより、コア組立体３０Ａがモータハウジング２１に対して所定の角度位置関係を確保された状態で、コア組立体３０Ａの各コア小組体３０Ｂの積層コア３１がモータハウジング２１の内周にスムースに圧入される。

固定子３０を構成するコア３１は、凹溝３１Ａ、バネ部８１を備えていても、固定子３０の磁気回路を損なうことのないように、コア３１の中心線に対して線対称をなす。

以下、電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。
(1)操舵トルク検出装置が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０は駆動されない。

(2)操舵トルク検出装置が検出した操舵トルクが所定値を越えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０が駆動される。電動モータ２０では、必要な操舵アシスト力を発生するように固定子３０のコイル３３に通電し、固定子３０に発生する磁界によって回転子４０が回転するように駆動される。モータ２０の発生トルクは回転子４０から回転軸４１を介してボールナット５２に伝えられ、ボールナット５２の回転をボールねじ５１によりラック軸１６の直線運動とし、ラック軸１６に連動する車輪に操舵アシスト力として付与される。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)モータハウジング２１とコア３１の線膨長係数の違いにより、モータハウジング２１とコア３１の積層方向に生ずるガタをコア３１のバネ部８１の弾性撓み量により吸収する。コア３１をモータハウジング２１に焼き嵌めすることなく簡易に組付け、しかもモータハウジング２１に過大応力を生じさせないから該モータハウジング２１に強度材料を適用する必要もなく、コア３１をモータハウジング２１の内周に確実に固定できる。皿バネ等の別部品を必要とせず、コア３１の組付構造を簡略化できる。

(b)電動パワーステアリング装置１０において、上述(a)を実現できる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、積層コアの各コアのそれぞれに複数個のバネ部を設けても良い。このとき、複数個のバネ部は、固定子の磁気回路を損なうことのないように、当該コアの中心線に対して互いに線対称をなす位置に設けられる。

また、ハウジングの内周の一端側に設けられるストッパは、ハウジングと単一物をなす段差状ストッパに限らず、ハウジングに圧入等されて固定される別物のリング体等により形成されても良いし、ハウジングの一部をカシメて係合させても良い。

図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図である。図２は図１の要部断面図である。図３はブラシレスモータを示す断面図である。図４は図３のIV部を拡大して示す断面図である。図５は積層コアを示す斜視図である。

符号の説明

１０電動パワーステアリング装置
２０ブラシレスモータ
２１モータハウジング（ハウジング）
２１Ａストッパ
３０固定子
３１コア
４０回転子
４１回転軸
８０固定具
８１バネ部

Claims

ハウジングに固定子を固定し、固定子の内周側に回転可能に配置される回転軸に回転子を設けてなるブラシレスモータにおいて、
固定子を構成するように積層されるコアの外周をハウジングの内周に隙間嵌めし、該コアの積層方向の一端をハウジングの内周の一端側に設けたストッパに突き当て、該コアの積層方向の他端をハウジングの内周の他端側に固定した固定具により支持するに際し、該コアの一部を積層方向に突き出るバネ部とし、積層方向の最も外側に位置するコアのバネ部を上記のストッパと固定具の一方に弾発的に衝合させてなることを特徴とするブラシレスモータ。
請求項１に記載のブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置。