JP5158477B2 - 電動機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機及び電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、自動車等の車両のステアリング装置を電動モータの回転力で助勢する電動パワーステアリング装置が提案され、実用化されている。かかる電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの操作によりステアリングコラムに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいて、コントロールユニットが電動モータを駆動制御して操向ハンドルの操舵力を補助するものである。

このような電動パワーステアリング装置に用いられる電動モータは、円筒状のステータコア及びこのステータコアの磁極に巻回されたコイルを有するステータと、このステータの軸方向一端側に設けられて各相のコイルを結線する端子台と、を備えている。従来の端子台としては、平板状のバスバーを積層して構成したもの（例えば、特許文献１参照）や、樹脂ケース内にバスバーを挿入してコイルエンドに配置したもの（例えば、特許文献２参照）等が提案されている。
特開平６−２３３４８３号公報 特開２００３−３２４８８７号公報

ところで、前記特許文献１及び２に記載されたような従来の電動モータにおいては、図６に示すように、インシュレータ１００を介してステータコア２００にコイル３００が巻回されているため、高出力化によりコイル３００の巻数が増加すると、ステータの軸方向一端側に配置された端子台４００の位置がステータから離れ、この結果、電動モータの全長が長くなる。このように、電動モータは、高出力化に伴って磁気回路部が大型化する傾向がある。

しかし、近年においては、車両レイアウトの関係から、電動パワーステアリング装置の電動モータの全長を極力短くして、小型化することが要求されている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、高出力であっても小型化を実現させることができる電動機及びこれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る電動機は、筒状のステータコア及びこのステータコアの磁極に巻回されたコイルを有するステータと、ステータの軸方向一端側に配置されコイルを結線する端子台と、を備える電動機であって、コイルの軸方向一端部には、端子台に対向する端子台対向部が設けられ、端子台には、コイルの軸方向一端部に対向するコイル対向部が設けられ、端子台対向部と、コイル対向部と、が軸方向において相互に重なり合うように構成されてなるものである。

かかる構成を採用すると、コイルの軸方向一端部に設けられた端子台対向部と、端子台に設けられたコイル対向部と、が軸方向において相互に重なり合うため、ステータに対して端子台を近接させて配置することができる。従って、電動機のコイル巻数が増加（高出力化）しても、電動機の全長を短くして小型化することができる。また、ステータ及び端子台をケースに収納する場合には、ケース内部の空間を拡大することができるので、設計自由度を向上させることができる。

前記電動機において、端子台対向部やコイル対向部を、テーパ形状又は階段形状とすることができる。

かかる構成を採用すると、端子台対向部やコイル対向部がテーパ形状又は階段形状となるので、コイルの軸方向一端部と端子台とを互いに干渉させることなく容易に軸方向において重ね合わせて配置することができ、ステータに対して端子台を極力近接させることができる。

また、前記電動機において、コイルとして、断面略矩形状の平角線コイルを採用することができる。

かかる構成を採用すると、ステータのコイル巻回部（コイルの軸方向一端部）の厚さを薄くすることができるので、ステータに対して端子台をさらに近接させることができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング系に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置であって、前記電動機を備えるものである。

かかる構成によれば、高出力であっても小型化を実現させることができる電動機を採用するため、電動機の小型化によるレイアウト性（各部品の配置構成における美観）の向上を図ることが可能となる。

本発明によれば、高出力であっても小型化を実現させることができる電動機及びこれを用いた電動パワーステアリング装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る電動機及びこれを備えた電動パワーステアリング装置の各実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
まず、図１〜図３を用いて、本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０について説明する。

本実施形態に係るコラム式の電動パワーステアリング装置１０は、図１に示すように、ステアリング系（ステアリングシャフト１１、ハウジング１２、ラック・ピニオン式運動変換機構２０、ウォーム減速機構３０等からなる構成）と、このステアリング系に操舵補助トルクを与えるパワーアシスト用の電動モータ１３と、トルクセンサ４０と、を備えている。

ステアリングシャフト１１は、ステアリング入力軸１１ａと、ステアリング出力軸１１ｂと、を有しており、ハウジング１２の内部に軸心回りに回転自在に支持されている。ハウジング１２は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態に固定されている。ステアリング入力軸１１ａは、その上端に、図示していないステアリングホイールが固定されることとなり、ステアリングホイールと同期回転する。

ステアリング入力軸１１ａとステアリング出力軸１１ｂとは、トルクセンサ４０のトーションバーを介して連結されている。ステアリングホイールからステアリング入力軸１１ａを経てステアリング出力軸１１ｂに伝達される操舵トルクは、トルクセンサ４０により検出される。そして、図示していないＥＣＵが、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力を制御する。

ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、長手方向を車両の左右方向として車両前部のエンジンルーム内にほぼ水平に配置され軸方向に移動自在なラック軸２１と、ラック軸２１の軸心に対して斜めに支承されてラック軸２１の歯部に噛合する歯部が設けられたピニオン軸２２と、ラック軸２１及びピニオン軸２２を支承する筒状のケース２３と、を有している。ラック・ピニオン式運動変換機構２０のラック軸２１の両端側に設けられた図示していないナックルには、前輪のホイールが取り付けられる。

ピニオン軸２２とステアリング出力軸１１ｂの下端とは、２個の自在継手１５，１６及び連結部材１７で連結されている。また、ステアリング出力軸１１ｂの軸方向の中間位置には、ウォーム減速機構３０が配置され、このウォーム減速機構３０を介して電動モータ１３から、ステアリング出力軸１１ｂに対して操舵補助トルクが付与される。

次に、本実施形態に係る電動モータ１３について説明する。

電動モータ１３（ブラシレスモータ）は、本発明における電動機に相当するものであり、図２に示すように、略有底円筒状のケース本体５０と、このケース本体５０の開口側に取り付けられる略円環状のフランジ５１と、を有するモータケース５２を備えている。

ケース本体５０は、モータ軸方向に沿う円筒状の胴部５３と、胴部５３のモータ軸方向の一端側を閉塞する底部５４と、を有している。ケース本体５０の底部５４の中央には、開口側に有底円筒状のベアリングハウジング５８が形成されており、このベアリングハウジング５８の内側には、リヤベアリング５９が嵌合されている。

ケース本体５０の胴部５３の内周面には、円筒状のステータコア６１が固定されており、ステータコア６１の磁極にはインシュレータ６２を介してコイル６３が巻回されてステータ６０が構成される。また、ステータコア６１とフランジ５１との間の空間には、給電用のパワーハーネス６４を接続させる端子台６５が固定されている。端子台６５は、各相のコイル６３を結線する複数のバスバー６５ａを有するものである。これらバスバー６５ａは、モータ軸方向に沿って積層されている。

本実施形態においては、図３に示すように、断面略円形状のコイル（丸線コイル）６３を採用している。また、コイル６３の巻回量は、ステータ６０の径方向外側（外径側）において多く設定され、ステータ６０の径方向内側（内径側）になるに従って漸次少なくなるように設定されている。これにより、コイル６３の軸方向一端部には、テーパ形状の端子台対向部６３ａ（端子台６５に対向する部分）が形成され、ステータ６０の内径側に空隙Ｓが形成される。

一方、端子台６５は、その径方向の寸法が、ステータコア６１から最も離隔した部分において最大となるように設定されている。また、端子台６５の外径側の部分が、ステータコア６１に近接するに従って段階的に内径側へと変位するように（端子台６５の径方向の寸法がステータコア６１に近接するに従って段階的に小さくなるように）構成されている。これにより、端子台６５には、階段形状のコイル対向部６５ｂ（コイル６３の軸方向一端部に対向する部分）が形成される。

そして、本実施形態においては、図３に示すように、ステータ６０の内径側に形成された空隙Ｓ内に、端子台６５の一部が配置されることにより、コイル６３の軸方向一端部に形成された端子台対向部６３ａと、端子台６５に形成されたコイル対向部６５ｂと、が軸方向において相互に重なり合うように構成される。

フランジ５１は、モータケース５０の開口側に嵌合するものであり、モータケース５０とは反対側の中央位置に、モータケース５０側に凹んだベアリング保持凹部６６が形成されている。ベアリング保持凹部６６にはフロントベアリング６７が保持されることになり、このフロントベアリング６７と、モータケース５２のベアリングハウジング５８に設けられたリヤベアリング５９と、によってロータ７０の出力軸７１が回転可能に支持される。

ロータ７０は、出力軸７１と、この出力軸７１が中心位置に固定されるマグネットケースの外周面に固定されるマグネット７３と、を有している。また、ロータ７０の出力軸７１は、フランジ５１から外側に突出しており、この突出部分には、図１に示すウォーム減速機構３０のウォームを一体的に連結させるための連結部材７４がスプライン結合されている。出力軸７１には、フランジ５１よりも内側位置に、レゾルバロータ７５が固定されている。そして、レゾルバロータ７５と対向配置された状態でレゾルバステータ７６が端子台６５に固定されている。レゾルバステータ７６は、レゾルバロータ７５の回転位置を検出することにより、ロータ７０の回転位置を検出する。

以上の実施形態に係る電動モータ１３においては、コイル６３の軸方向一端部に設けられた端子台対向部６３ａと、端子台６５に設けられたコイル対向部６５ｂと、が軸方向において相互に重なり合うため、ステータ６０に対して端子台６５を近接させて配置することができる。従って、電動モータ１３のコイル巻数が増加（高出力化）しても、電動モータ１３の全長を短くして小型化することができる。また、モータケース５０の内部の空間を拡大することができるので、設計自由度を向上させることができる。

また、以上の実施形態に係る電動モータ１３においては、端子台対向部６３ａがテーパ形状とされ、コイル対向部６５ｂが階段形状とされているので、コイル６３の軸方向一端部と端子台６５とを互いに干渉させることなく容易に軸方向において重ね合わせて配置することができ、ステータ６０に対して端子台６５を極力近接させることができる。

また、以上の実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０は、高出力であっても小型化を実現させることができる電動モータ１３を採用するため、電動モータ１３の小型化によるレイアウト性の向上を図ることが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、図４及び図５を用いて、本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置について説明する。本実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置１０の電動モータ１３のコイルの態様を変更したものであり、その他の構成については実質的に同一である。このため、異なる構成を中心に説明することとし、重複する構成については第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略することとする。

本実施形態に係る電動モータ８０においては、図４及び図５に示すように、断面略矩形状のコイル（平角線コイル）８１を採用している。また、本実施形態においては、コイル８１の巻回量をステータ６０の外径側において多くし、ステータ６０の内径側になるに従って段階的に少なくするようにしている。これにより、コイル８１の軸方向一端部には、階段形状の端子台対向部８１ａ（端子台６５に対向する部分）が形成され、ステータ６０の内径側に空隙Ｓが形成される。

端子台６５は、第１実施形態と同様に、その径方向の寸法が、ステータコア６１から最も離隔した部分において最大となるように設定されており、端子台６５の外径側の部分が、ステータコア６１に近接するに従って段階的に内径側へと変位するように（端子台６５の径方向の寸法がステータコア６１に近接するに従って段階的に小さくなるように）構成されている。これにより、端子台６５には、階段形状のコイル対向部６５ｂ（コイル６３の軸方向一端部に対向する部分）が形成される。

そして、本実施形態においては、図５に示すように、ステータ６０の内径側に形成された空隙Ｓ内に、端子台６５の一部が配置されることにより、コイル８１の軸方向一端部に形成された端子台対向部８１ａと、端子台６５に形成されたコイル対向部６５ｂと、が軸方向において相互に重なり合うように構成される。

以上の実施形態に係る電動モータ８０においても、コイル８１の軸方向一端部に設けられた端子台対向部８１ａと、端子台６５に設けられたコイル対向部６５ｂと、が軸方向において相互に重なり合うため、ステータ６０に対して端子台６５を近接させて配置することができる。従って、電動モータ８０のコイル巻数が増加（高出力化）しても、電動モータ８０の全長を短くして小型化することができる。また、モータケース５０の内部の空間を拡大することができるので、設計自由度を向上させることができる。

また、以上の実施形態に係る電動モータ８０においては、端子台対向部８１ａ及びコイル対向部６５ｂの双方が階段形状とされているので、コイル８１の軸方向一端部と端子台６５とを互いに干渉させることなく容易に軸方向において重ね合わせて配置することができ、ステータ６０に対して端子台６５を極力近接させることができる。

また、以上の実施形態に係る電動モータ８０においては、断面略矩形状の平角線コイル８１を採用しているため、ステータ６０のコイル巻回部の厚さを薄くすることができるので、ステータ６０に対して端子台６５をさらに近接させることができる。

また、以上の実施形態に係る電動パワーステアリング装置は、高出力であっても小型化を実現させることができる電動モータ８０を採用するため、電動モータ８０の小型化によるレイアウト性の向上を図ることが可能となる。

なお、以上の各実施形態においては、端子台６５のコイル対向部６５ｂを階段形状とした例を示したが、このコイル対向部６５ｂをテーパ形状とすることもできる。

また、以上の各実施形態においては、コイルの巻回量を、ステータの外径側において多くすることにより、ステータの内径側に空隙を形成した例を示したが、コイルの巻回量をステータの内径側において多くすることにより、ステータの外径側に空隙を形成することもできる。かかる場合には、端子台の内径側の部分を、ステータコアに近接するに従って段階的に外径側へと変位させるように構成し、ステータの外径側に形成された空隙に端子台の一部を配設するようにする。

このような構成を採用した場合においても、コイルの軸方向一端部に設けられた端子台対向部と、端子台に設けられたコイル対向部と、が軸方向において相互に重なり合うため、ステータに対して端子台を近接させて配置することができ、電動モータの全長を短くして小型化することができる。

また、以上の各実施形態においては、電動機として「ブラシレスモータ」（電動モータ１３、８０）を例示したが、ブラシ付きモータや誘導電動機等の他の種々の電動機にも本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置の電動モータの断面図である。 図２に示す電動モータのコイルと端子台との位置関係を説明するための拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る電動パワーステアリング装置の電動モータの断面図である。 図４に示す電動モータのコイルと端子台との位置関係を説明するための拡大断面図である。 従来の電動モータのコイルと端子台との位置関係を説明するための拡大断面図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、１３・８０…電動モータ（電動機）、６０…ステータ、６１…ステータコア、６３・８１…コイル、６３ａ・８１ａ…端子台対向部、６５…端子台、６５ｂ…コイル対向部。

Claims (3)

1. 筒状のステータコア及びこのステータコアの磁極に巻回されたコイルを有するステータと、前記ステータの軸方向一端側に配置され前記コイルを結線する端子台と、を備える電動機であって、
   前記コイルの軸方向一端部には、前記端子台に対向する端子台対向部が設けられ、
   前記端子台には、前記コイルの軸方向一端部に対向するコイル対向部が設けられ、
   前記端子台対向部と、前記コイル対向部と、が軸方向において相互に重なり合うように構成され、
   前記端子台対向部又は前記コイル対向部は、テーパ形状又は階段形状とされてなることを特徴とする、
   電動機。
2. 前記コイルは、断面略矩形状の平角線コイルであることを特徴とする、
   請求項１に記載の電動機。
3. 車両のステアリング系に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置であって、
   請求項１又は２に記載の電動機を備えることを特徴とする、
   電動パワーステアリング装置。