JP5155632B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置などに用いられる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に用いられるモータは、小型で高性能なブラシレスモータを使用することが知られている。例えば、特許文献１に開示されているように、電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレスモータは、両端が開口したステータハウジングの内周にステータコアを圧入固定してステータを構成し、ステータの内側にロータが回転自在に配置されている。ステータコアは、インシュレータを装着した上からコイルを巻装してあり、ロータの回転位置に応じてコイルに通電することでロータの回転を制御する。ロータを回転させると、ボールスクリュー機構を介してラック軸が往復運動し、ステアリングホイールの操舵力がアシストされる。ロータの回転位置は、レゾルバを用いて検出する。レゾルバステータはハウジングの内周に固定され、レゾルバロータはロータに固定されている。
特開２００５−５１９８０号公報

しかしながら、ステータハウジングに対して回転しないようにステータコアを圧入固定するには、高い寸法精度が要求され、製造コストをアップさせる原因になっていた。ステータハウジング及びステータコアに回り止めの構造を設ける場合、ステータコアがスキューしていると、スキュー方向に沿ってステータハウジングを機械加工をしなければならず、加工が複雑でコストがかかっていた。
また、従来のステータには、振動によるコイルの磨耗を防止するためにコイルをコーティング材で被ったものがある。コーティング材は、コイルに滴下された後、硬化させる。
しかしながら、コーティング材が乾燥するまでの間に、余剰なコーティング材がステータハウジングのインロー部や作業場に垂れることがあった。ステータハウジングのインロー部に垂れた場合には、インロー接合する相手側の部材との嵌合ができなくなり、修復しなければならなかった。作業場に垂れたときは、作業環境が悪化する原因になる。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ステータハウジングに対するステータコアの回転を防止し、かつコーティング材の液垂れを防止することを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明の請求項１に係る発明は、コイルを巻装したステータコアをステータハウジングの内周に配置し、前記ステータハウジングに固定されるブラケットによって前記ステータコアの内側にロータを回転自在に支持するブラシレスモータであって、前記コイルを巻装した前記ステータコアを前記ステータハウジングの内周に固定し、前記ステータコアの前記ブラケット側の端部に、前記ステータハウジングと前記ステータコアとを回り止めする回り止め部を備えたプレートを設け、前記回り止め部は、前記ステータハウジングに回転不能に嵌合する第１の爪部と、前記ステータコアに回転不能に嵌合する第２の爪部とで構成されていることを特徴とするブラシレスモータとした。
このブラシレスモータでは、回り止め部を備えたプレートを設けたため、そのプレートを介してステータコアとステータハウジングの間の回り止めが確実にできる。また、ステータハウジングやステータコアに複雑な機械加工を施す必要がなくなるので、製造が容易になると共に、加工コストを低減できる。

また、プレートがステータコアとステータハウジングのそれぞれに回転不能に取り付けられる。ステータコアとステータハウジングは、プレートを介して回転方向の相対的な移動が規制される。

請求項２に係る発明は、コイルを巻装したステータコアをステータハウジングの内周に配置し、前記ステータハウジングに固定されるブラケットによって前記ステータコアの内側にロータを回転自在に支持するブラシレスモータであって、前記コイルを巻装した前記ステータコアを前記ステータハウジングの内周に固定し、前記ステータコアの前記ブラケット側の端部に、前記ステータハウジングと前記ステータコアとを回り止めする回り止め部を備えたプレートを設け、前記回り止め部は、前記ステータハウジングの内周に圧入される前記プレートの外周側のフランジ部であることを特徴とするブラシレスモータとした。
このブラシレスモータは、プレートを介してステータコアとステータハウジングの間の回り止めをした上で、アライメントの調整もないため、より製造が容易になると共に、加工コストを低減できる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、前記プレートは、前記コイルのコーティング材の液溜まりを形成可能な凹部を有することを特徴とする。
このブラシレスモータは、余剰なコーティング材がプレートの凹部に溜まる。コーティング材がステータハウジングのインロー部や作業場の床面に垂れ落ちることがなくなる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、前記プレートは、磁性体から製造されており、前記ロータの回転位置を検出するレゾルバと前記コイルの間に配置されることを特徴とする。
このブラシレスモータは、コイルからレゾルバに向かう磁束がプレートによって遮断される。

本発明によれば、プレートによってステータコアとステータハウジングの間の回転が防止される。プレートを用いることで、ステータコアとステータハウジングの加工を最小限にすることができるので、製造が容易になってコストダウンが図れる。

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１から図５は、本発明の第１実施形態を示している。
図１に電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレスモータを示す。ブラシレスモータ１は、ステータ２と、ステータ２内に配置されたロータ３とを有し、ステータ２に固定されたブラケット４にロータ３が回転自在に支持されている。ロータ３は、内部に不図示のラック軸が挿入可能である。ラック軸は、ギヤボックス内でラック・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ブラシレスモータ１の軸方向に移動自在になっている。ラック軸の両端は、ナックルアームなどを介して車両の車輪に連結されている。

ステータ２は、円筒形のステータハウジング１１の内周にステータコア１２が圧入固定されている。ステータハウジング１１は、解放された両端部のそれぞれの周縁部にネジ孔１３が形成されており、ブラケット４や、不図示の他のブラケットを固定できる。ブラケット４側の端部は、ブラケット４とインロー接合する際に使用されるインロー部１１Ａが形成されている。

ステータコア１２は、環状の外周部から中心に向かって複数のティース１４が延設されている。各ティース１４には、インシュレータ１５を装着した上からコイル１６が巻き回されている。この実施の形態のステータコア１２は、軸線に対してスキューさせてある。
ステータ２を製造するときは、ステータコア１２を周方向に複数に分割した形状を有するコアユニットを製造し、コイル１６を巻装した後に複数のコアユニットを接合させてステータコア１２を形成する。
各コイル１６の巻線は、ブラケット４が固定される解放端の反対側に配置されたターミナル１７に接続されている。ターミナル１７は、ステータハウジング１１の側方に突設された接続端子１８に電気的に接続されており、外部の電源から電流を供給できるようになっている。
コイル１６は、コーティング材で被覆されることで保護されている。コーティング材は、ブラケット４側に設けられたプレート２１に液溜まり２２を形成している。

ブラケット４は、円筒形状を有し、ステータハウジング１１にネジ７２で固定されている。ブラケット４の端部には、ステータハウジング１１に突き当てたときにインロー部１１Ａに嵌合する接合部４Ａを有し、接合部４Ａの外周に刻まれた溝にＯリングなどのパッキン２３が装着されている。ブラケット４の他方の端部は、ラック軸を挿入可能に開口している。ブラケット４内には、開口側にベアリング２５が圧入されている。ベアリング２５よりもステータ２側には、ロータ３の回転位置を検出するレゾルバ２６のレゾルバステータ２６Ａが固定されている。レゾルバステータ２６Ａは、コアに複数のコイルを巻き回した構成を有し、ロータ３側に固定されたレゾルバロータ２６Ｂの回転によって所定の電気信号を出力する。ブラケット４の側部には、レゾルバステータ２６Ａからの電気信号を取り出すための端子２７が固定されている。

ロータ３は、中空シャフトからなる回転軸３１を有する。回転軸３１の一方の端部がブラケット４に圧入されたベアリング２５に軸支されている。一方の端部側の外周には、レゾルバ２６を構成するレゾルバロータ２６Ｂが固定されている。レゾルバロータ２６Ｂは、永久磁石を周方向に磁極が交互に並ぶように配置した構成を有する。さらに、回転軸３１の外周で、ステータコア１２に臨む位置には、金属プレートの積層体３２を介して環状の永久磁石からなるロータマグネット３３がブラケット３４によって固定されている。ロータマグネット３３は、複数の磁極が周方向に配置されている。
なお、回転軸３１の端部には、不図示のボールナットが固定される。このボールナットは、ラック軸の一部に形成されているボールネジとの間に複数のボールを介在させることでボールナット機構を構成する。ボールナットは、ステータハウジング１１に固定される不図示のブラケットに設けられたベアリングに回転自在に支持される。

ここで、図２に示すように、ステータハウジング１１のインロー部１１Ａ側の内周には、プレート２１を支持するために用いる支持部４１が形成されている。支持部４１は、環状溝４２と、環状溝４２より浅い係止用溝４３とを有する。係止用溝４３は、１箇所のみに形成されたキー溝である。ステータハウジング１１は、鋳抜きで製造され、内径部分を切削することで寸法出しをしている。支持部４１は、内径部分を切削する際に形成される。
図３に示すように、ステータコア１２の外周面には、スキューした溝４５が形成されている。この溝４５を設けることで、ステータハウジング１１との間の接触面積を減らして圧入荷重を低減させると共に、圧入時のステータハウジング１１の変形を防止している。
溝４５は、周方向に等間隔に形成されている。

図１から図４に示すように、プレート２１は、リング状の円板の内周縁を起き上がらせて環状のリブ５１を形成すると共に、外周縁をリブ５１と同じ方向に環状に起き上がらせて側壁５２を形成してある。リブ５１と側壁５２との間に形成される凹部５３は、インシュレータ１５及びコイル１６を挿入可能な大きさを有する。この実施の形態で、プレート２１は、鉄などの磁性体をプレス加工することで製造されている。
プレート２１の内径は、回転軸３１に干渉しない大きさである。側壁５２の外径は、ブラケット４の接合部４Ａの内径以下である。側壁５２からは、プレート２１をステータ２に固定するために使用される係止部６１が一体に延設されている。

係止部６１は、側壁５２の端部を径方向外側にフランジ状に延ばすと共に、第１の爪部（回り止め部）６２と第２の爪部（回り止め部）６３を軸線方向に起き上がらせた構成を有する。第１の爪部６２は、周方向に１つ形成されている。第２の爪部６３は、第１の爪部６２の形成位置を避けて周方向に等間隔、例えば、９０°ごとに複数設けられている。
係止部６１の外径は、ステータハウジング１１の環状溝４２によって拡げられた内径に略等しい。第１の爪部６２は、ステータハウジング１１の係止用溝４３をキー溝とするキーであって、ステータハウジング１１に対する回り止めとして使用される。第１の爪部６２の径方向の厚さは、係止用溝４３の深さ以下である。第１の爪部６２の周方向の幅は、係止用溝４３の周方向の幅に略等しい。第２の爪部６３は、第１の爪部６２より径方向内側に配置されており、ステータコア１２の溝４５をキー溝とするキーである。第２の爪部６３の径方向の厚さは、溝４５の深さ以下である。第２の爪部６３の周方向の幅は、溝４５の周方向の幅に略等しい。

ブラシレスモータ１を製造するときは、インシュレータ１５の上からコイル１６を巻装したコアユニットを組み合わせてステータコア１２を形成する。ステータコア１２の外周の溝４５に第２の爪部６３が挿入されるようにプレート２１を装着する。プレート２１の凹部５３にインシュレータ１５及びコイル１６の一部が収容される。第２の爪部６３が溝４５に嵌合し、ステータコア１２に対するプレート２１の回転が防止される。この状態でステータコア１２をステータハウジング１１に圧入する。この際に、プレート２１の第１の爪部６２がステータハウジング１１側の係止用溝４３に挿入されるように回転方向の位置を調整する。係止部６１が環状溝４２に収まり、係止部６１の外周縁とステータハウジング１１が嵌合してプレート２１がステータハウジング１１に固定される。さらに、第１の爪部６２が係止用溝４３に嵌合し、ステータハウジング１１に対するプレート２１の回転が防止される。

図５に示すように、コイル１６をコーティングするときは、プレート２１側を下にし、上側に配置されるコイル１６の端部に破線の矢印で示す位置からコーティング材を注入する。コーティング材は、コイル１６の巻線を伝って下方に流動しながらコイル１６を覆う。余剰なコーティング材は、コイル１６の下端からプレート２１の凹部５３に滴下する。
プレート２１には、十分なスペースが確保されているので、余剰なコーティング材は、凹部５３に液溜まりを形成し、外部には流出しない。コーティング材を十分に滴下したら、コーティング材を乾燥させる。

このようにして製造したブラシレスモータ１を駆動させるときは、ステアリングホイールの操作に応じて不図示の制御装置が所定のコイル１６に通電する。コイル１６によって形成される磁界でロータ３が回転する。ロータ３の回転は、ボールネジ機構によってラック軸の進退動作に変換され、運転者の操舵をアシストする。ロータ３の回転位置は、レゾルバ２６で検出され、端子２７から制御装置に入力される。制御装置は、レゾルバ２６で検出したロータ４の回転位置に基づいて、コイル１６の通電を切り替える。

この実施の形態では、第１の爪部６２でステータハウジング１１に対するプレート２１の回り止めをし、第２の爪部６３でステータコア１２に対するプレート２１の回り止めをした。これによって、プレート２１を介してステータコア１２とステータハウジング１１の間の回り止めが行えるので、従来のように圧入のみでステータコアをステータハウジングに固定する場合に比べて、確実にステータコア１２の回り止めができる。ステータハウジング１１やステータコア１２に複雑な機械加工を施す必要がなくなるので、製造が容易になると共に、加工コストを低減できる。
プレート２１は、コイル１６のコーティング材の受け皿として機能するので、コーティング材が作業場に垂れなくなる。プレート２１の外周をステータハウジング１１に密着させてあるので、コーティング材がインロー部１１Ａに垂れなくなる。組み立ての効率化や作業環境の改善が図れる。
プレート２１を磁性体から製造し、コイル１６とレゾルバ２６の間に配置したので、コイル１６からレゾルバ２６に向かう磁束を遮蔽できる。レゾルバ２６がコイル１６の磁束の影響を受け難くなり、ロータ３の回転位置の検出精度が向上する。

次に、図６から図９に基づいて本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、プレートに第１の爪及び第２の爪を形成しない点で第１実施形態と相違している。なお、第１実施形態と同一部材には同一符号を付し説明を省略する。

プレート１２１には、第１実施形態と同様に、リング状の円板の内周縁を起き上がらせて環状のリブ５１を形成すると共に、外周縁をリブ５１と同じ方向に環状に起き上がらせて側壁５２を形成してある。また、リブ５１と側壁５２との間に形成される凹部５３を有する。

ここで、側壁５２の端部には、プレート１２１の径方向外側であって、凹部５３と平行に延ばしたフランジ部１５４（回り止め部）が形成されている。このフランジ部１５４の外径は、第１実施形態の係止部６１の外径より小さく形成されており、具体的にはステータコア１２の外径と略等しく形成される。なお、プレート１２１の内径及び側壁５２の外径は、第１実施形態と同様に形成されている。

また、ステータハウジング１１１の内周面は、第１実施形態における環状溝４２及びキー溝４３は形成されず、ブラケット４が固定される解放端の反対側からインロー部１１Ａに達するまで平坦に形成されている。ここで、プレート１２１の前記フランジ部１５４の外径は、ステータハウジング１１１の内径と同径若しくは、それ以上に形成されることが好ましい。

本実施形態のブラシレスモータ１００を製造する時は、まず第１実施形態と同様にインシュレータ１５の上からコイル１６を巻装したコアユニットを組み合わせてステータコア１２を形成する。

ここで、プレート１２１をステータハウジング１１１の内側に焼き嵌め固定する。具体的には、ステータハウジング１１１を加熱膨張させて内径を広げておき、これにプレート１２１を嵌め込んで常温に戻し、ステータハウジング１１１の収縮によって両者を結合する。これにより、プレート１２１のフランジ部１５４がステータコア１２の下面に当接し、かつステータハウジング１１１の内周面がフランジ部１５４の外周縁１５５に隙間なく当接することとなる。

そして、第１実施形態と同様にコイル１６をコーティングする。コイル１６の巻線を伝って下方に流動したコーティング材は、上述したようにコイル１６の下端からプレート２１の凹部５３に滴下する。この時、プレート１２１とステータハウジング１１１とは、隙間なく当接しているため、余剰なコーティング材は、外部に流出せず、凹部５３に充填され液溜まり２２を形成する。コーティング材が十分に滴下したら、コーティング材を乾燥させる。これにより、コイル１６がコーティングされると共に、凹部５３に充填された液溜まり２２によりプレート１２１とステータハウジング１１１とを確実に接着することができる。

したがって、本実施形態によれば、プレート１２１は、コイル１６のコーティング材の受け皿として機能するので、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
加えて、プレート１２１をステータハウジング１１１内に焼き嵌め固定することで、前記第１の爪６２及び第２の爪６３を形成する必要がなくなり、アライメントの調整もなくなる。そのため、ステータハウジング１１１に対するステータコア１２の回り止めをした上で、第１実施形態に比べ、より製造が容易になると共に、加工コストを低減できる。

また、プレート１２１のフランジ部１５４がステータコア１２及びステータハウジング１１１の内周面に隙間なく当接するため、コーティング材の流出をより確実に防ぐことができる。さらに、コーティング材によりプレート１２１とステータハウジング１１やステータコア１２を接着することで、確実に回り止めができる。
また、フランジ部１５４の外径をステータコア１２の外径と略等しく形成したため、焼き嵌め時にインロー部１１Ａに接触することがない。したがって、インロー部１１Ａを傷付けることなくプレート１２１を焼き嵌めることができる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、ブラシレスモータ１の用途は、パワーステアリング装置に限定されない。回転軸は、中空形状に限定されず、中実でも良い。
プレートを非磁性体金属や、金属材料以外の材料から製造しても良い。回り止めや、液溜まり形成の効果が得られる。自己融着線を使ってコイルを形成した場合など、コーティング材の液垂れ防止の機能を必要せず、回り止めとしてのみ機能させる場合には、凹部を設ける必要はない。これらの場合には、レゾルバと反対側にプレートを配置しても良い。

本発明の第１実施形態に係るブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図１の一部を拡大する図であって、プレートの取り付け構造と、コーティング材の液溜まりを示す図である。 本発明の第１実施形態に係るプレートを装着したステータコアの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るプレートの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るコイルをコーティングする工程を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係るブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図６の一部を拡大する図であって、プレートの取り付け構造と、コーティング材の液溜まりを示す図である。 本発明の第２実施形態に係るプレートの斜視図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ ２ ステータ ３ ロータ １１，１１１ ステータハウジング １２ ステータコア １５ インシュレータ １６ コイル ２１，１２１ プレート ２６ レゾルバ ５３ 凹部 ６２ 第１の爪部（回り止め部） ６３ 第２の爪部（回り止め部） １５４ フランジ部（回り止め部）

Claims (4)

1. コイルを巻装したステータコアをステータハウジングの内周に配置し、前記ステータハウジングに固定されるブラケットによって前記ステータコアの内側にロータを回転自在に支持するブラシレスモータであって、
   前記コイルを巻装した前記ステータコアを前記ステータハウジングの内周に固定し、前記ステータコアの前記ブラケット側の端部に、前記ステータハウジングと前記ステータコアとを回り止めする回り止め部を備えたプレートを設け、
   前記回り止め部は、前記ステータハウジングに回転不能に嵌合する第１の爪部と、前記ステータコアに回転不能に嵌合する第２の爪部とで構成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. コイルを巻装したステータコアをステータハウジングの内周に配置し、前記ステータハウジングに固定されるブラケットによって前記ステータコアの内側にロータを回転自在に支持するブラシレスモータであって、
   前記コイルを巻装した前記ステータコアを前記ステータハウジングの内周に固定し、前記ステータコアの前記ブラケット側の端部に、前記ステータハウジングと前記ステータコアとを回り止めする回り止め部を備えたプレートを設け、
   前記回り止め部は、前記ステータハウジングの内周に圧入される前記プレートの外周側のフランジ部であることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 前記プレートは、前記コイルのコーティング材の液溜まりを形成可能な凹部を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載のブラシレスモータ。
4. 前記プレートは、磁性体から製造されており、前記ロータの回転位置を検出するレゾルバと前記コイルの間に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。

Images