JP5157183B2 - モータおよび電気式動力舵取装置 - Google Patents

Description

本発明は、ロータヨークの外周面に磁石を固定するモータおよびこのモータのアシスト力により操舵を補助する電気式動力舵取装置に関するものである。

ロータヨークの外周面に磁石を固定するモータに関する技術として、例えば、下記特許文献１に開示されるモータがある。このモータは、シャフト側に固定されたロータと、ハウジング側に固定されたコイルを備えるステータとを有しており、ロータ（ロータヨーク）の外周には、４極の永久磁石が配設されるとともに、永久磁石の外周には、当該永久磁石の飛散防止用の筒状カバーが配設されている。
特開２０００−２７８８９７号公報

一般的に、磁石は、ロータヨークの外周に接着剤等で接着されている。磁石の熱膨張係数はロータヨークの熱膨張係数と異なるため、長期間のモータ駆動により磁石とロータヨークとが異なる熱変形を繰り返すと、磁石をロータヨークの外周に接着している接着剤の接着力が劣化する場合がある。

このように磁石とロータヨークとを接着する接着剤の接着力が劣化してしまうと、磁石がロータヨークに対し回転方向に位置ずれを生ずる可能性がある。このような磁石の位置ずれが生じると、モータの正逆回転における特性が異なってしまうという問題が生じる。上記特許文献１においては、このような接着剤の劣化による磁石の位置ずれは考慮されていなかった。

さらに、上記モータを、運転者の操舵状態に応じてアシスト力を発生させるためのモータとして電気式動力舵取装置に採用した場合において、上述のようにモータの正逆回転における特性が異なってしまうと、右方向操舵と左方向操舵とでモータにより発生させるべきアシスト力が異なってしまう等、運転者の操舵に最適なアシスト力を発生させることができないという問題が生じる。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ロータヨークに対する磁石の回転方向における位置ずれの発生を防止し得るモータおよび電気式動力舵取装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項１のモータでは、ロータヨーク（５２）と、前記ロータヨークの外周面に取り付けられる磁石（５３）と、前記磁石の外周面を被覆する飛散防止用のカバー（５４）と、を備えるモータ（４０）において、前記ロータヨークの軸方向一側端面（５２ｃ）には、複数のヨーク側係合部（５２ｄ、５２ｆ）が形成され、前記磁石の軸方向一側端面（５３ａ）には、当該磁石を前記ロータヨークの外周面に取り付けたときに前記複数のヨーク側係合部に対応する複数の磁石側係合部（５３ｂ、５３ｄ、５３ｅ）が形成され、前記カバーには、当該カバーを前記磁石の外周面に取り付けたときに前記複数のヨーク側係合部および前記複数の磁石側係合部の双方に係合する複数のカバー側係合部（５４ｃ）が形成され、前記複数のヨーク側係合部および前記複数の磁石側係合部は、それぞれ切欠状に形成されており、前記複数のカバー側係合部は、前記切欠状の形状に応じて、それぞれ突起状に形成され、前記切欠状の前記複数のヨーク側係合部、前記切欠状の前記複数の磁石側係合部および前記突起状の前記複数のカバー側係合部のそれぞれの軸方向長さは、前記磁石の前記軸方向一側端面とは反対側の軸方向他側端面とこの軸方向他側端面に対向する前記ロータヨークの軸方向他側端面との距離よりも長いことを技術的特徴とする。

請求項１の発明では、ロータヨークの軸方向一側端面には複数のヨーク側係合部が形成され、磁石の軸方向一側端面には当該磁石をロータヨークの外周面に取り付けたときに上記複数のヨーク側係合部に対応する複数の磁石側係合部が形成されている。そして、飛散防止用のカバーには、当該カバーを磁石の外周面に取り付けたときに複数のヨーク側係合部および複数の磁石側係合部の双方に係合する複数のカバー側係合部が形成されている。

上述のように形成される、複数のヨーク側係合部と、これら複数のヨーク側係合部に対応する複数の磁石側係合部との双方に、複数のカバー側係合部を係合させるように、飛散防止用のカバーを磁石の外周面に取り付ける。

これにより、上述のように磁石をロータヨークに接着する接着剤等の劣化が生じた場合であっても、複数のカバー側係合部が複数のヨーク側係合部および複数の磁石側係合部に係合しているので、磁石がロータヨークに対し回転方向に位置ずれすることもない。したがって、ロータヨークに対する磁石の回転方向における位置ずれの発生を防止することができる。

さらに、複数のヨーク側係合部および複数の磁石側係合部は、それぞれ切欠状に形成され、複数のカバー側係合部は、上記切欠状の形状に応じてそれぞれ突起状に形成される。これにより、各係合部の構造が簡略化され、製造コストを削減することができる。

特に、切欠状の複数のヨーク側係合部、切欠状の複数の磁石側係合部および突起状の複数のカバー側係合部のそれぞれの軸方向長さは、磁石の軸方向一側端面とは反対側の軸方向他側端面とこの軸方向他側端面に対向するロータヨークの軸方向他側端面との距離（以下、軸方向ギャップともいう）よりも長くなるように形成されている。

通常、磁石の軸方向他側端面とこの軸方向他側端面に対向するロータヨークの軸方向他側端面との間の磁束の漏れを防止するために、上記軸方向ギャップが磁気的エアギャップよりも長くなるように磁石がロータヨークの外周面に取り付けられている。

ところで、切欠状に形成されるヨーク側係合部および磁石側係合部を、突起状に形成されるカバー側係合部に単に係合させたものでは、上述のように磁石をロータヨークに接着する接着剤等の剥がれが生じて磁石がロータヨークに対し軸方向にずれてしまうと、カバー側係合部とヨーク側係合部および磁石側係合部との係合が外れてしまう可能性がある。

そこで、切欠状のヨーク側係合部、切欠状の磁石側係合部および突起状のカバー側係合部のそれぞれの軸方向長さを上記軸方向ギャップよりも長くなるように形成することにより、上述のように磁石の軸方向他側端面がロータヨークの軸方向他側端面に接触するまで当該磁石がロータヨークに対し軸方向に位置ずれした場合であっても、各カバー側係合部は、各ヨーク側係合部および各磁石側係合部の双方に係合された状態を維持する。したがって、ロータヨークに対する磁石の回転方向における位置ずれの発生を防止することができる。

請求項２の発明では、磁石の複数の磁石側係合部は、当該磁石の磁極の極間に対応する位置に形成される。これにより、磁石に各磁石側係合部を形成したことによる磁束分布に対する影響を最小限にすることができる。

請求項３の発明では、請求項１または２に記載のモータにより、操舵状態に応じたアシスト力を発生させて操舵をアシストする。これにより、磁石がロータヨークに対し回転方向に位置ずれすることもない等の、請求項１または２の各発明による作用・効果を享受した電気式動力舵取装置を実現することができる。したがって、ロータヨークに対する磁石の回転方向における位置ずれの発生を防止するモータにより操舵状態に応じたアシスト力を発生させて操舵をアシストすることができる電気式動力舵取装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図を参照して説明する。まず、本実施形態に係るモータを採用する電気式動力舵取装置２０の構成を図１（Ａ）（Ｂ）に基づいて説明する。
図１（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の全体構成例を示す構成図である。電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン入力軸２３、ステアリングセンサ２４、減速機２７、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９、ＥＣＵ３０、モータ回転角センサ３３、モータ４０等から構成されている。

図１（Ａ）に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が接続されており、このステアリング軸２２の他端側にはステアリングセンサ２４の入力側が接続されている。またこのステアリングセンサ２４の出力側には、ラックアンドピニオン２８のピニオン入力軸２３の一端側が接続されている。ステアリングセンサ２４は、図略のトーションバーとこのトーションバーを挟むようにトーションバーの両端に取り付けられた２つのレゾルバとからなり、トーションバーの一端側を入力、他端側を出力とする入出力間で生じるトーションバーの捻れ量等を当該２つのレゾルバにより検出することで、ステアリングホイール２１による操舵トルクや操舵角を検出し得るように構成されている。

ステアリングセンサ２４の出力側に接続されるピニオン入力軸２３の途中には、減速機２７が連結されており、モータ４０にから出力されるアシスト力をこの減速機２７を介してピニオン入力軸２３に伝達し得るように構成されている。

即ち、図面には示されていないが、動力伝達機構としての減速機２７は、モータ４０の出力軸に取り付けられたモータギヤと減速機２７の減速ギヤとが互いに噛合可能に構成されており、モータ４０の出力軸が回転すると所定の減速比で減速機２７の減速ギヤが回転することで、モータ４０による駆動力（アシスト力）をピニオン入力軸２３を伝達可能にしている。

モータ４０には、当該モータ４０の回転角を検出可能なモータ回転角センサ３３が取り付けられており、このモータ回転角やステアリングセンサ２４による操舵トルク、操舵角等に基づいてＥＣＵ３０によるモータ４０の駆動制御が行われている。

一方、このピニオン入力軸２３の他端側には、ラックアンドピニオン２８を構成する図略のラック軸のラック溝に噛合可能なピニオンギヤが形成されている。
このラックアンドピニオン２８では、ピニオン入力軸２３の回転運動をラック軸の直線運動に変換可能にしており、またこのラック軸の両端にはロッド２９が連結され、さらにこのロッド２９の端部には図略のナックル等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬが連結されている。これにより、ピニオン入力軸２３が回転すると、ラックアンドピニオン２８、ロッド２９等を介して操舵輪ＦＲ、ＦＬの実舵角を変化させることができるので、ピニオン入力軸２３の回転量および回転方向に従った操舵輪ＦＲ、ＦＬの操舵を可能にしている。

図１(Ｂ)は、ＥＣＵ等の構成例を示す回路ブロック図である。ＥＣＵ３０は、主に、Ａ／Ｄ変換器等の周辺ＬＳＩやメモリ等を備えたＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）３１、ステアリングセンサ２４やモータ回転角センサ３３等による各種センサ情報（操舵トルク信号、操舵角信号、モータ回転角信号）等を入出力可能な入出力インタフェイスＩ／Ｆ３２、およびＭＰＵ３１から出力されるモータ電流指令に基づいてＰＷＭ制御によるモータ電流をモータ４０に供給可能なモータ駆動回路３５から構成されている。なお、図１（Ｂ）に示す符号３７は、モータ４０に実際に流れるモータ電流ＩＭを検出し得る電流センサ３７であり、この電流センサ３７により検出されたモータ電流ＩＭに関するセンサ情報は、モータ電流信号として入出力インタフェイスＩ／Ｆ３２を介してＭＰＵ３１に入力され得るように構成されている。

このように構成することにより、電気式動力舵取装置２０では、ステアリングホイール２１による操舵状態をステアリングセンサ２４により検出し、その操舵状態に応じたモータ指令電流をモータ４０に出力するようにＥＣＵ３０によって制御する。これにより、電気式動力舵取装置２０は、当該操舵状態に応じたアシスト力をモータ４０により発生させて運転者のステアリングホイール２１による操舵をアシスト可能にしている。

ここで、本実施形態に係るモータ４０の構成について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、モータ４０の周方向断面図である。
モータ４０は、略円筒状のハウジング４１と、このハウジング４１の内周面に固定されるステータ４２と、ステータ４２の内側に配置されるロータ５０等を備える８極のブラシレスモータである。

図２に示すように、ステータ４２は、複数のステータティース４３ａを構成する８極１２スロット用のステータコア４３と、各ステータティース４３ａに巻回される巻線４４とを備えている。

図３は、ロータ５０の軸方向断面図である。ロータ５０は、ステータコア４３の内周面と一定の距離（エアギャップＧ_１）を構成するようにステータ４２の内側に配置されている。当該ロータ５０は、図略の軸受に回転可能に支持されるシャフト５１と、このシャフト５１に相対回転不能に固定されるロータヨーク５２と、ロータヨーク５２の外周面に接着剤により接着されるリング状の永久磁石５３と、永久磁石５３の外側に配置される飛散防止カバー５４とを備えている。

図４は、ロータヨーク５２の詳細斜視図である。ロータヨーク５２は、略中空円筒状のヨーク本体５２ａとこのヨーク本体５２ａよりも大径の環状部５２ｂが一体になるように形成されている。ヨーク本体５２ａには、傾斜部を有するように切欠かれた２つの切欠状のヨーク側係合部５２ｄが、環状部５２ｂとは反対側の軸方向端面５２ｃの外周に周方向均等に形成されている。

ここで、ヨーク側係合部５２ｄの軸方向長さｈ_１は、後述する軸方向ギャップＧ_２の長さよりも長くなるように形成されている。また、軸方向端面５２ｃにおけるヨーク側係合部５２ｄの周方向長さは、例えば、永久磁石５３の厚さ程度になるように形成されており、軸方向端面５２ｃにおけるヨーク側係合部５２ｄの径方向長さは、例えば、永久磁石５３の厚さの１／２程度になるように形成されている。

図５は、永久磁石５３の詳細斜視図である。永久磁石５３は、ロータヨーク５２に後述するように接着された後に図２に示すように着磁されるもので、傾斜部を有するように切欠かれた２つの切欠状の磁石側係合部５３ｂが、軸方向一側端面５３ａの内周であって着磁後の極間に相当する位置に周方向均等に形成されている（図２、図３および図５参照）。

ここで、磁石側係合部５３ｂの軸方向長さｈ_２は、後述する軸方向ギャップＧ_２の長さよりも長くなるように形成されている。また、軸方向一側端面５３ａにおける磁石側係合部５３ｂの周方向長さは、例えば、永久磁石５３の厚さ程度に形成されており、軸方向一側端面５３ａにおける磁石側係合部５３ｂの径方向長さは、例えば、永久磁石５３の厚さの１／２程度に形成されている。

このように構成される永久磁石５３は、両磁石側係合部５３ｂをロータヨーク５２の両ヨーク側係合部５２ｄに合わせるように、ロータヨーク５２の外周面に接着剤等で接着された後に着磁される（図２および図３参照）。

その際、図３に示すように、永久磁石５３は、軸方向一側端面５３ａとは反対側の軸方向他側端面５３ｃにて、ロータヨーク５２における環状部５２ｂの磁石側軸方向端面５２ｅに対し所定の距離（以下、軸方向ギャップＧ_２ともいう）で対向するように接着される。本実施形態では、軸方向ギャップＧ_２は、永久磁石５３の軸方向他側端面５３ｃからロータヨーク５２の磁石側軸方向端面５２ｅへの磁束の漏れを防ぐため、エアギャップＧ_１と飛散防止カバー５４の厚みとを合わせた長さよりも長くなるように設定されている。

図６は、飛散防止カバー５４の詳細斜視図である。飛散防止カバー５４は、薄肉円筒状のカバー本体５４ａと、このカバー本体５４ａの一側端部から中心方向に延出する薄肉環状の底部５４ｂとが一体になるように形成されている。底部５４ｂには、カバー本体側に山状に突出する２つの突起状のカバー側係合部５４ｃが、両ヨーク側係合部５２ｄおよび両磁石側係合部５３ｂの双方に係合するように周方向均等に形成されている。

ここで、カバー側係合部５４ｃの軸方向長さｈ_３は、軸方向ギャップＧ_２よりも長くなるように形成されている。また、底部５４ｂにおけるカバー側係合部５４ｃの周方向長さおよび径方向長さは、例えば、永久磁石５３の厚さ程度に形成されている。

このように構成される飛散防止カバー５４は、そのカバー側係合部５４ｃをロータヨーク５２のヨーク側係合部５２ｄおよび永久磁石５３の磁石側係合部５３ｂの双方に係合させた後に、カバー本体５４ａの他側端部の一部をロータヨーク５２の環状部５２ｂにかしめることにより、永久磁石５３の外側に固定される（図３参照）。

このように本実施形態に係るモータ４０では、ロータ５０におけるロータヨーク５２の軸方向端面５２ｃには２つのヨーク側係合部５２ｄが形成され、永久磁石５３の軸方向一側端面５３ａには、当該永久磁石５３をロータヨーク５２のヨーク本体５２ａの外周面に取り付けたときに両ヨーク側係合部５２ｄに対応する２つの磁石側係合部５３ｂが形成されている。そして、飛散防止カバー５４の底部５４ｂには、当該飛散防止カバー５４を永久磁石５３の外周面に取り付けたときに両ヨーク側係合部５２ｄおよび両磁石側係合部５３ｂの双方に係合する２つのカバー側係合部５４ｃが形成されている。

上述のように形成される、両ヨーク側係合部５２ｄと、これら両ヨーク側係合部５２ｄに対応する両磁石側係合部５３ｂとの双方に、飛散防止カバー５４の両カバー側係合部５４ｃを係合させるように、当該飛散防止カバー５４を永久磁石５３の外周面に取り付ける。

これにより、上述のように永久磁石５３をロータヨーク５２に接着する接着剤の劣化が生じた場合であっても、永久磁石５３がロータヨーク５２に対し回転方向に位置ずれすることもない。したがって、ロータヨーク５２に対する永久磁石５３の回転方向における位置ずれの発生を防止することができる。

また、本実施形態に係るモータ４０では、両ヨーク側係合部５２ｄおよび両磁石側係合部５３ｂは、それぞれ傾斜部を有するように切欠かれた切欠状に形成され、両カバー側係合部５４ｃは、上記切欠状の形状に応じてカバー本体側に山状に突出するように突起状に形成される。これにより、各係合部５２ｄ、５３ｂ、５４ｃの構造が簡略化され、製造コストを削減することができる。

さらに、本実施形態に係るモータ４０では、両ヨーク側係合部５２ｄの軸方向長さｈ_１、両磁石側係合部５３ｂの軸方向長さｈ_２および両カバー側係合部５４ｃの軸方向長さｈ_３は、永久磁石５３の軸方向他側端面５３ｃとロータヨーク５２における環状部５２ｂの磁石側軸方向端面５２ｅとの距離（軸方向ギャップＧ_２）よりも長くなるように形成されている。

これにより、上述のように永久磁石５３の軸方向他側端面５３ｃがロータヨーク５２における環状部５２ｂの磁石側軸方向端面５２ｅに接触するまで永久磁石５３がロータヨーク５２に対し軸方向に位置ずれした場合であっても、飛散防止カバー５４の両カバー側係合部５４ｃは、両ヨーク側係合部５２ｄおよび両磁石側係合部５３ｂの双方に係合された状態を維持する。したがって、ロータヨーク５２に対する永久磁石５３の回転方向における位置ずれの発生を防止することができる。

さらに、本実施形態に係るモータ４０では、永久磁石５３の両磁石側係合部５３ｂは、当該永久磁石５３の磁極の極間に対応する位置に形成される。これにより、永久磁石５３に両磁石側係合部５３ｂを形成したことによる磁束分布に対する影響を最小限にすることができる。

また、本実施形態に係るモータ４０を採用する電気式動力舵取装置２０では、永久磁石５３がロータヨーク５２に対し回転方向に位置ずれすることもない等の、請求項１〜４の各発明による作用・効果を享受した電気式動力舵取装置を実現することができる。したがって、ロータヨーク５２に対する永久磁石５３の回転方向における位置ずれの発生を防止するモータ４０により操舵状態に応じたアシスト力を発生させて操舵をアシストすることができる電気式動力舵取装置を提供することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記実施形態と同等の作用・効果が得られる。
（１）ヨーク側係合部５２ｄおよび磁石側係合部５３ｂを、上述のような傾斜部を有するように切欠かれた切欠状に形成することに限らず、例えば、図７に示すヨーク側係合部５２ｆおよび図８に示す磁石側係合部５３ｄのように、凹状に形成してもよい。その際、飛散防止カバー５４のカバー側係合部は、上述のように凹状に形成されるヨーク側係合部５２ｆおよび磁石側係合部５３ｄの双方に係合するよう凸状に形成される。
また、ヨーク側係合部および磁石側係合部を凸状に形成するとともに、カバー側係合部を上述のように凸状に形成されるヨーク側係合部および磁石側係合部の双方に係合するよう凹状に形成してもよい。

（２）ヨーク側係合部５２ｄ、磁石側係合部５３ｂおよびカバー側係合部５４ｃは、それぞれ２ヶ所周方向均等に形成されることに限らず、１ヶ所でもよいし、極数に対応する個数（８極であれば８個）以下であってもよい。例えば、図９に示す永久磁石５３のように８極のものであれば、８個の磁石側係合部５３ｅを、軸方向一側端面５３ａであって着磁後の極間に相当する位置に形成してもよい。このようにしても、永久磁石５３に各磁石側係合部５３ｅを形成したことによる磁束分布に対する影響を最小限にすることができる。

（３）永久磁石５３は、リング状の磁石であることに限らず、セグメント磁石であってもよい。

図１(Ａ)は、本発明の一実施形態に係る電気式動力舵取装置の全体構成例を示す構成図で、図１(Ｂ)は、ＥＣＵ等の構成例を示す回路ブロック図である。 図１のモータの周方向断面図である。 図２のロータの軸方向断面図である。 図３のロータヨークの詳細斜視図である。 図３の永久磁石の詳細斜視図である。 図３の飛散防止カバーの詳細斜視図である。 ロータヨークにおけるヨーク側係合部の変形例を示す斜視図である。 永久磁石における磁石側係合部の変形例を示す斜視図である。 永久磁石における磁石側係合部の位置および個数の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

２０…電気式動力舵取装置
４０…モータ
４１…ハウジング
４２…ステータ
５０…ロータ
５１…シャフト
５２…ロータヨーク
５２ａ…ヨーク本体
５２ｂ…環状部
５２ｃ…軸方向端面（軸方向一側端面）
５２ｄ、５２ｆ…ヨーク側係合部
５２ｅ…磁石側軸方向端面（軸方向他側端面）
５３…永久磁石（磁石）
５３ａ…軸方向一側端面
５３ｂ、５３ｄ、５３ｅ…磁石側係合部
５３ｃ…軸方向他側端面
５４…飛散防止カバー（カバー）
５４ａ…カバー本体
５４ｂ…底部
５４ｃ…カバー側係合部
Ｇ_１…エアギャップ
Ｇ_２…軸方向ギャップ
ｈ_１、ｈ_２、ｈ_３…軸方向長さ

Claims (3)

1. ロータヨークと、
   前記ロータヨークの外周面に取り付けられる磁石と、
   前記磁石の外周面を被覆する飛散防止用のカバーと、
   を備えるモータにおいて、
   前記ロータヨークの軸方向一側端面には、複数のヨーク側係合部が形成され、
   前記磁石の軸方向一側端面には、当該磁石を前記ロータヨークの外周面に取り付けたときに前記複数のヨーク側係合部に対応する複数の磁石側係合部が形成され、
   前記カバーには、当該カバーを前記磁石の外周面に取り付けたときに前記複数のヨーク側係合部および前記複数の磁石側係合部の双方に係合する複数のカバー側係合部が形成され、
   前記複数のヨーク側係合部および前記複数の磁石側係合部は、それぞれ切欠状に形成されており、
   前記複数のカバー側係合部は、前記切欠状の形状に応じて、それぞれ突起状に形成され、
   前記切欠状の前記複数のヨーク側係合部、前記切欠状の前記複数の磁石側係合部および前記突起状の前記複数のカバー側係合部のそれぞれの軸方向長さは、前記磁石の前記軸方向一側端面とは反対側の軸方向他側端面とこの軸方向他側端面に対向する前記ロータヨークの軸方向他側端面との距離よりも長いことを特徴とするモータ。
2. 前記複数の磁石側係合部は、前記磁石の磁極の極間に対応する位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 操舵状態を検出し、この操舵状態に応じたアシスト力を、請求項１または２に記載のモータにより発生させて操舵をアシストすることを特徴とする電気式動力舵取装置。

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