JP5272707B2 - 電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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本発明は、ロータの磁極位置(回転角度)を検出するレゾルバを有する電動モータ、および該電動モータを操舵補助トルクの発生源として用いた電動パワーステアリング装置に関する。
一般的な電動モータでは、ステータが内周面に沿って取り付けられている有底円筒状のモータケース内で、該モータケースの開口を覆うフランジ部材に配設されたフロントベアリングおよびモータケースの底面中央部に配設されたリアベアリングを介して、モータロータおよび該モータロータと一体的に結合されたモータシャフトが回転自在に支持されている。
また、この種の電動モータには、モータロータおよびモータシャフトの回転角度を検出するレゾルバが設けられている場合があり、例えば、特許文献1にその従来例が開示されている。この特許文献1に開示されている電動モータでは、レゾルバの信号と誘起電圧の立ち上がりを調整し易くするために、レゾルバロータおよびレゾルバステータが、モータケースの開口を閉塞するフランジ部材のインロー部内に設けられたベアリングの外側に配され、ハーネスとステータの各コイルを結線する端子台との接続が、フランジ部材のインロー内で外側からねじ止めされた構造が採用されている。
特開2007−82285号公報
しかしながら、上記特許文献1に開示されるようなモータ構造では、端子台とハーネス端子との接続位置が電動モータの中心から外径側に配されるため、フランジ部材のインロー部内で接続する構造を採用しようとすると、必然的にインロー部の径を大きくしなければならず、この結果、フランジ部材ならびに電動モータが大型化してしまう、という問題があった。
また、上記特許文献1に開示される端子台とハーネス端子との接続構造を採用する場合には、接続用のねじを締結するための工具がフランジ部材に干渉し易くなっているため、このような組付けの作業性を考慮すると、さらにインロー部の径を大きくする必要があった。
さらに、このような電動モータを電動パワーステアリング装置の発生源として用いる場合、フランジ部材のインロー部の径が大きくなるのに伴って、電動モータが取り付けられるギヤボックスのモータ取付面を大きくすることが要求される。これにより、ギヤボックスを大型化する必要があり、その結果、電動パワーステアリング装置の重量が増大し、かつ、製造コストが上昇してしまう、という問題が生じていた。
また、一般的に、電動モータのフランジ部材は、主に鋳物製のアルミを切削加工して形成されるが、上述したギヤボックスなどに取り付ける際の同軸度を確保する点を考慮すると、寸法公差も厳しく設定されるため、高精度な加工が要求される。特に、電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータでは、ロータの回転角度(回転位置)を検出する手段としてレゾルバが使用され、パワーハーネスやセンサハーネスをフランジ部材側に設けてモータ外部に引き出す構造が採用される傾向にある一方で、小型化および軽量化が要求される。これらの要求に応じるために、このようなモータでは、フランジ部の形状が複雑化かつ薄肉化され、その結果、フランジ部が変形し易く、モータ組み立て後にフランジ部材のインロー部が変形して寸法精度を悪化させてしまう、という問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フランジ部材の外側表面側に形成されるインロー部の径を小型化するとともに、該インロー部の強度を向上させることにより、装置の小型化、軽量化および低コスト化を図った電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、一端面が開口になっている有底円筒状のモータケースと、前記開口を閉塞するように前記モータケースに取り付けられたフランジ部材とによって外部筐体が構成され、前記フランジ部材の外側表面を取付対象物に形成されたモータ取付面に当接させた状態で前記取付対象物に固定される電動モータにおいて、前記モータケース内で回転自在に支持されたモータシャフトと、前記モータケース内の前記モータシャフトに固設されたモータロータと、前記モータロータに対向するように前記モータケースの内周面に固設されたモータステータと、前記フランジ部材より外側の前記モータシャフトに固設されたレゾルバロータ、および前記レゾルバロータに対向するように配設されたレゾルバステータを有し、前記モータロータの回転角度を検出するレゾルバとを備え、前記レゾルバステータの厚さ方向の一部が前記フランジ部材の外側表面から突出するように前記フランジ部材に設けられた凹部に固定され、前記レゾルバステータの一部のみが前記フランジ部材の外側表面から突出しており、かつ、前記取付対象物に取り付けられた際に、前記フランジ部材の外側表面から突出した前記レゾルバステータの一部が前記モータ取付面に形成されたインロー部に嵌合することにより、達成される。
また、上記目的は、前記レゾルバにより検出された信号を伝送するセンサハーネスが、前記レゾルバステータから前記外部筐体内を通過し、前記モータケースと前記フランジ部材との間の一部から前記外部筐体の外部に導出されることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、前記レゾルバステータの厚さ方向における両端の断面形状が略円形に形成されていることにより、効果的に達成される。
さらに、上記目的は、前記レゾルバステータがねじを介して前記フランジ部材の外側表面に固定され、かつ、前記取付対象物のモータ取付面における前記ねじと干渉する部位には、前記ねじの頭部が当接しないように形成されたねじ逃げ用凹部が形成されていることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、操舵機構に付与する操舵補助力の発生源として、上述した電動モータを備えている電動パワーステアリング装置により、達成される。
さらに、上記目的は、前記電動モータの回転力を減速して前記操舵機構に伝達する減速機構と、前記減速機構を収容するとともに、前記電動モータが固定されるモータ取付面を有するギヤボックスとを備えている電動パワーステアリング装置により、効果的に達成される。
本発明に係る電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置によれば、モータケースの開口を閉塞するように取り付けられたフランジ部材の外側表面に、レゾルバロータおよびレゾルバステータからなるレゾルバを配置するとともに、厚さ方向の一部がフランジ部材の外側表面から突出するようにレゾルバステータを固定し、この突出した部位が取付対象物のモータ取付面に形成されたインロー凹部に嵌合されるインロー凸部になっている。これにより、フランジ部材の外側表面に設けるインロー凸部の小径化、および取付対象物の小型化を図ることができるので、装置の軽量化および低コスト化を促進することができる。
また、本発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置では、アルミ等の金属からなるフランジ部材を成形する際に、従来のようにインロー凸部を外側表面に一体形成する必要が無いので、切削コストなどの削減を図ることができるとともに、フランジ部材の形状を簡素化して十分な強度を確保することができる。
さらに、本発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置では、比較的高精度に成形されているレゾルバステータの外径をインロー嵌合する際のインロー凸部として使用しているので、例えば電動パワーステアリング装置のギヤボックスに形成されたモータ取付面に取り付けた場合に、モータシャフトに連結される減速機構および該減速機構を支持しているベアリングとの同軸度が良くなり、ノイズやトルクむらなどの発生を抑制することができる。
以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。また、図2は、図1中のII−II線に沿った電動モータの断面図であり、図3は、図1中のIII−III線に沿った電動モータの断面図である。
これらの図において、本実施形態に係る電動モータ1の外部筐体は、全体が略中空円筒状に形成されたモータケース2と、該モータケース2の一端側(図2左側)開口部を閉塞するように取り付けられたフランジ部材3とから構成され、このモータケース2とフランジ部材3とは、ねじ締結、圧入、接着等により結合されている。このモータケース2の底面中央凹部2aおよびフランジ部材3の内側中央凹部3aには、それぞれベアリング4,5が圧入固定(ベアリングハウジングの外輪保持構造の場合には、内径は隙間設定)され、該ベアリング4,5を介してモータシャフト6が回転自在に支持されている。また、モータケース2内のモータシャフト6には、該モータシャフト6と一体に回転するようにモータロータ7が固設され、一方、該モータロータ7と対向するモータケース2の内周面には、モータステータ8が固設されている。
モータステータ8は、一体、分割、焼結コアのいずれかで構成されたステータコア8aと、該ステータコア8aに挿入されたインシュレータ8bと、該インシュレータ8bに捲回されたコイル8cとから構成されている。本実施形態に係る電動モータ1は、3相モータであるため、モータステータ8のステータコア8aの個数は3n個(3の倍数個)であり、これら3n個のステータコア8aは、それぞれの継鉄部(バックヨーク)毎に圧入または溶接されることによって一体化されている。なお、ステータコア8aを一体化する構造はこれに限定されず、例えばステータコア8aを連結したもの、あるいは連結部を溶接して一体化したものであってもよい。このような構成からなるモータステータ8の一端側(図2左側)端部には、電流供給用のバスバー端子9が挿入またはインサートモールドされた端子台10が配設され、該端子台10の各バスバー端子9と各相コイル8cとは、ヒュージングや抵抗溶接等によって電気的に接続されている。この端子台10に接続されたバスバー端子9の先端部は、モータケース2とフランジ部材3との間の一部に介在されたグロメット部11aを貫通して電動モータ1の外部に導出されている。また、ステータコア8aは、圧入、接着、焼きばめ等によってモータケース2の内側に固定されている。ここでは、作業性の向上を図るために各ステータコア8aを一体化されているものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、各ステータコア8aが一体化されていなくても特に問題はない。また、この電動モータ1では、バスバー端子9を介して駆動電流を供給する構造になっているが、このバスバー端子9の代わりにパワーハーネスなどが適用されていてもよい。
一方、モータロータ7は、モータシャフト6に圧入またはモータシャフト6と一体成形されたロータコアからなる。このロータコアの外周面(埋込磁石型の場合にはロータコア内)には、接着または保持部材などを介して複数個のマグネットが等間隔で配設され、該マグネットの外周には、マグネット飛散防止用のカバー(非磁性のSUS材、アルミ、熱収縮チューブ等)が設けられている。
フランジ部材3の外側に位置するモータシャフト6の一端側(図2左側)には、回転角度(回転位置)を検出するレゾルバ12のロータ(以下、レゾルバロータ)13が圧入等によって固定され、検出対象物であるモータシャフト6およびモータロータ7と一体に回転するようになっている。一方、軸受5が配されたフランジ部材3の内側中央凹部3aより外側には、該内側中央凹部3aよりも大径な外側中央凹部3bが形成されている。この外側中央凹部3bには、略中空円筒状のレゾルバ12のステータ(以下、レゾルバステータ)14がねじ15による締結やカシメ等によって固定され、レゾルバロータ13と対向するように配されている。また、レゾルバ12により検出されたモータシャフト6およびモータロータ7の回転角度に関する信号を外部に伝送するためのセンサハーネス16は、レゾルバステータ14から外部筐体内を通過し、モータケース2とフランジ部材3との間の一部に介在されたグロメット部11bを貫通して電動モータ1の外部に導出されている。
図4は、電動モータに取り付けられるレゾルバステータの外観を示す(a)側面斜視図および(b)上面斜視図である。同図において、レゾルバステータ14は、薄肉状の電磁鋼板をプレスして積層することにより形成された略中空円筒状であり、外周部14aから内径方向に向かって突出するように形成された複数のティース14bが等間隔に立設されている。各ティース14bには、絶縁体を介して励磁巻線や検出巻線などのコイル14cが捲回され、励磁巻線に励磁電圧が印加されることによって検出巻線に誘起電圧が発生するようになっている。この状態でレゾルバロータ13が回転すると、その回転角度に応じてレゾルバロータ13とレゾルバステータ14との間におけるギャップパーミアンスが変化し、これに伴って検出巻線に生じる誘起電圧の振幅が変調させられる。そして、この誘起電圧の振幅変調に基づいて、レゾルバ12によるモータシャフト6およびモータロータ7の回転角度検出が実行される。
レゾルバステータ14の積厚方向の略中央部には、外周面から外径方向に突出するように形成された鍔部14d,14dが対向する位置関係で配設されている。この鍔部14dには、レゾルバステータ14の外周方向に沿ってねじ15用の長孔14eが穿設され、これにより、フランジ部材3に対するレゾルバステータ14の取付位相を調整できるようになっている。なお、この鍔部14d,14dは、フランジ部材3へ取付られるレゾルバステータ14の外周部14aの端面と同一平面となるように形成されていてもよく、この場合にはフランジ部材3の外側中央凹部3bの形成が不要となる。さらに、レゾルバステータ14の外周部14aの側面は、円周曲面であることに限定されず、例えば、この円周曲面にインローとして適用される複数の凹凸形状などが形成されていてもよい。
図2および図3に示すように、フランジ部材3に取り付けられたレゾルバステータ14は、その積厚方向の一部(フランジ部材3への取付面の反対側)がフランジ部材3の外側表面3cから突出するように固定されている。このフランジ部材3の外側表面3cから突出したレゾルバステータ14の一部は、後述する電動モータ1の取付対象物のモータ取付面に形成されたインロー凹部に嵌合されるインロー凸部になっている。このインロー凸部となるレゾルバステータ14の外周部14aは、上述したように、薄肉状の電磁鋼板をプレスしたものを積層することにより高精度に形成されているので、取付対象物のインロー凹部に嵌合させるインロー凸部として使用するのに十分な精度を有している。本実施形態に係る電動モータ1は、このレゾルバステータ14の一部により形成されたインロー凸部を取付対象物のインロー凹部に嵌合した状態で、フランジ部材3の径方向に突出した部位に穿設されている2つのボルト孔3d,3dにボルトを挿通して締結することにより、モータ取付面に固定される。
図5は、本発明の実施形態に係る電動モータを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。同図において、電動パワーステアリング装置20の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール21の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト22と、該ステアリングシャフト22の他端部側にユニバーサルジョイント23,24を介して連結され、ステアリングシャフト22の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構25と、該ラック・ピニオン機構25のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド26とから構成されている。
また、電動パワーステアリング装置20のコラム部には、ステアリングホイール21を介してステアリングシャフト22に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ27と、減速機構28を介してステアリングシャフト22に連結された操舵補助用の電動モータ1とが設けられている。
電動モータ1の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット(ECU)29によって制御される。このコントロールユニット29には、バッテリ(電源)30から電力が供給されるとともに、イグニションキー31からイグニションキー信号が入力される。そして、コントロールユニット29は、トルクセンサ27で検出された操舵トルク値Tと車速センサ32で検出された車速Vとに基づいて、操舵補助指令値Iの演算を行い、演算された操舵補助指令値Iに応じて電動モータ1に供給する駆動電流を制御する。
なお、上述した電動パワーステアリング装置20は、コラム部に電動モータ1が配設されたコラムアシスト型であるが、これに限定されず、例えばラック&ピニオン機構のピニオン部に電動モータ1が配設されたピニオンアシスト型、あるいはラック部に電動モータ1が配設されたラックアシスト型であってもよい。
図6は、第1実施形態に係る電動モータが電動パワーステアリング装置のギヤボックスに取り付けられた状態を示す要部断面図である。同図において、上述した電動モータ1は、減速機構28を構成するウォーム33およびウォームホイール34が収容されたギヤボックス35のモータ取付面35aにフランジ部材3の外側表面3cを当接させた状態で、フランジ部材3のボルト孔3dに挿通されたボルト17がモータ取付面35aに形成されたねじ穴35dに締結されることによって固定され、電動モータ1のレゾルバステータ14によるインロー凸部は、該インロー凸部に対応する形状(すなわちレゾルバステータ14の外径と同一寸法)でモータ取付面35aに形成されたインロー凹部(中空開口部)35bに嵌合されている。ウォーム33は、両端部に配設された軸受36,37を介して回転自在に支持され、このウォーム33と噛合するウォームホイール34は、ギヤボックス35内でステアリングシャフト22の出力軸(図示せず)に嵌合固定されている。モータシャフト6とウォーム33とは、ウォーム33の基端部(図6右側)に形成されたスプライン孔33aにモータシャフト6の先端部に形成されたスプライン軸部6aが係合されることにより、電動モータ1による回転力の伝達を自在に結合されている。また、電動モータ1が取り付けられた際にねじ15と干渉するモータ取付面35aの部位には、ねじ15の頭部が当接しないようにねじ逃げ用凹部35cが形成されている。
なお、ここでは、モータシャフト6とウォーム33との結合をスプライン結合としたが、これに限定されず、例えば弾性カップリングなどによる結合であってもよい。また、図6では、レゾルバステータ14によるインロー凸部がモータ取付面35aに形成されたインロー凹部35bに直接当接した状態で嵌合されているが、例えばこの当接部にOリングなどを介在させた状態で嵌合されるようにしてもよい。
以上のように、本実施形態に係る電動モータ1および電動パワーステアリング装置20では、モータケース2の開口を閉塞するように取り付けられたフランジ部材3の外側表面3cに、レゾルバロータ13およびレゾルバステータ14からなるレゾルバ12が配されるとともに、レゾルバステータ14の厚さ方向の一部がフランジ部材3の外側表面3cから突出するように固定され、この突出したレゾルバステータ14の一部が、取付対象物であるギヤボックス35のモータ取付面35aに形成されたインロー凹部35bに嵌合されるインロー凸部になっている。これにより、フランジ部材3の外側表面3cに設けるインロー凸部の小径化、およびギヤボックス35の小型化を図ることができるので、電動モータ1およびギヤボックス35の軽量化および低コスト化を促進することができる。
また、本実施形態に係る電動モータ1では、アルミ等の金属からなるフランジ部材3を成形する際に、従来のようにインロー凸部を外側表面3cに一体形成する必要が無いので、切削コストなどの削減を図ることができるとともに、フランジ部材3の強度を向上させることができる。
さらに、本実施形態に係る電動モータ1では、薄肉状の電磁鋼板などをプレスして積層することにより比較的高精度に成形されたレゾルバステータ14の外周部14aをインロー嵌合する際のインロー凸部として使用しているので、電動パワーステアリング装置20のギヤボックス35に形成されたモータ取付面35aに取り付けた場合に、モータシャフト6に連結されるウォーム33および該ウォーム33を支持しているベアリング36,37との同軸度が良くなり、ノイズやトルクむらなどの発生を抑制することができる。
図7は、本発明の第2実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図であり、図8は、図7中のVIII−VIII線に沿った電動モータの断面図である。また、図9は、第2実施形態に係る電動モータがギヤボックスに取り付けられた状態を示す要部断面図である。なお、これらの図において、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図7ないし図9に示すように、本実施形態に係る電動モータ1Aおよび電動パワーステアリング装置20Aでは、電動モータ1Aを取付対象物であるギヤボックス35Aに固定するためのボルト17の締結構造が、上述した第1実施形態とは相違している。すなわち、本実施形態では、フランジ部材3Aの外側表面3Acにおける外径より内周側にねじ穴3Aeが形成されるとともに、ギヤボックス35Aのモータ取付面35Aaにボルト17が挿通されるボルト孔35Aeが穿設されている。そして、ボルト孔35Aeに反モータ取付面側(図9左側)からボルト17が挿通され、該ボルト17がフランジ部材3Aのねじ穴3Aeに締結されることにより、電動モータ1Aがギヤボックス35Aに固定されるようになっている。
したがって、本実施形態に係る電動モータ1Aおよび電動パワーステアリング装置20Aによれば、上述した第1実施形態と同様の作用・効果が得られることはもとより、ボルト17を挿通するためのボルト孔3cおよび該ボルト孔3cが穿設されるフランジ部材3Aの径方向に突出した部位が不要となるので、径方向におけるフランジ部材3Aの寸法を小型化することができる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
本発明の第1実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。 図1中のII−II線に沿った電動モータの断面図である。 図1中のIII−III線に沿った電動モータの断面図である。 電動モータに取り付けられるレゾルバステータの外観を示す(a)側面斜視図および(b)上面斜視図である。 本発明の実施形態に係る電動モータを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。 第1実施形態に係る電動モータが電動パワーステアリング装置のギヤボックスに取り付けられた状態を示す要部断面図である。 本発明の第2実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。 図7中のVIII−VIII線に沿った電動モータの断面図である。 第2実施形態に係る電動モータが電動パワーステアリング装置のギヤボックスに取り付けられた状態を示す要部断面図である。
符号の説明
1・・・電動モータ
2・・・モータケース
3・・・フランジ部材
3c・・・外側表面
4,5・・・軸受
6・・・モータシャフト
7・・・モータロータ(ロータコア)
8・・・モータステータ
12・・・レゾルバ
13・・・レゾルバロータ
14・・・レゾルバステータ(インロー凸部)
14a・・・外周部
15・・・ねじ
16・・・センサハーネス
20・・・電動パワーステアリング装置
28・・・減速機構
33・・・ウォーム
34・・・ウォームホイール
35・・・ギヤボックス(取付対象物)
35a・・・モータ取付面
35b・・・インロー凹部(中空開口部)
35c・・・ねじ逃げ凹部

Claims (6)

  1. 一端面が開口になっている有底円筒状のモータケースと、前記開口を閉塞するように前記モータケースに取り付けられたフランジ部材とによって外部筐体が構成され、前記フランジ部材の外側表面を取付対象物に形成されたモータ取付面に当接させた状態で前記取付対象物に固定される電動モータであって、
    前記モータケース内で回転自在に支持されたモータシャフトと、
    前記モータケース内の前記モータシャフトに固設されたモータロータと、
    前記モータロータに対向するように前記モータケースの内周面に固設されたモータステータと、
    前記フランジ部材より外側の前記モータシャフトに固設されたレゾルバロータ、および前記レゾルバロータに対向するように配設されたレゾルバステータを有し、
    前記モータロータの回転角度を検出するレゾルバとを備え、
    前記レゾルバステータは、その厚さ方向の一部が前記フランジ部材の外側表面から突出するように前記フランジ部材に設けられた凹部に固定され、前記レゾルバステータの一部のみが前記フランジ部材の外側表面から突出しており、かつ、
    前記取付対象物に取り付けられた際に、前記フランジ部材の外側表面から突出した前記レゾルバステータの一部は、前記モータ取付面に形成されたインロー凹部に嵌合することを特徴とする電動モータ。
  2. 前記レゾルバにより検出された信号を伝送するセンサハーネスは、前記レゾルバステータから前記外部筐体内を通過し、前記モータケースと前記フランジ部材との間の一部から前記外部筐体の外部に導出される請求項1に記載の電動モータ。
  3. 前記レゾルバステータの厚さ方向における両端の断面形状は、略円形に形成されている請求項1又は2に記載の電動モータ。
  4. 前記レゾルバステータは、ねじを介して前記フランジ部材の外側表面に固定され、かつ、前記取付対象物のモータ取付面における前記ねじと干渉する部位には、前記ねじの頭部が当接しないように形成されたねじ逃げ用凹部が形成されている請求項1ないしのいずれかに記載の電動モータ。
  5. 操舵機構に付与する操舵補助力の発生源として、請求項1ないしのいずれかに記載の電動モータを備えている電動パワーステアリング装置。
  6. 前記電動モータの回転力を減速して前記操舵機構に伝達する減速機構と、
    前記減速機構を収容するとともに、前記電動モータが固定されるモータ取付面を有する
    ギヤボックスとを備えている請求項に記載の電動パワーステアリング装置。
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