JP5327445B2 - モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及び電動パワーステアリング装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、電動パワーステアリング装置などに好適なモータの構造の改良に関する。

従来、自動車用操舵系において、電動式のパワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が提案され、実用化されている。現在においては、ステアリングホイールに付加された操舵トルクに応じて、電動モータで補助操舵トルクを発生し、この補助操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置の開発が進められている。

例えば電動パワーステアリング装置では、電動モータが減速機構を介してステアリング軸に接続され、電動モータの回転は、減速機構により減速された後、ステアリング軸に伝達される。

このような電動モータとしては、従来、電磁鋼板を積層または焼結することにより構成されたステータコア（一体コア、分割コア）にコイルを巻き付けたステータを、鋼板を絞り加工で形成した開口部と底部を有するステータケースや、アルミダイキャスト成形のステータケースの内側に圧入、接着、焼きばめ等で固定する構造のものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２６８７３９号公報

しかしながら、このような電動モータにおいては、上述のごときステータケースが、型費、鋼材の高騰などの影響で材料費が嵩み、低コスト化に向けてネックになっている。

また、自動車向けであるＥＰＳ用モータにおいては、車両の燃費改善の要求に応じて軽量化も要請されてきており、比重の小さな材料の適用も検討されているが、コストの増加が懸念されている。

加えて、ＥＰＳモータの大型車への適用が増加することでモータの高出力化が要求されている。このような状況下、モータの重量は益々増加することとなり、出力増加に対応するため軸長を延ばすことが必要になることでステータコアの積厚もさらに増加して鉄損やヒステリシス損が増え、車両のハンドル戻りに影響を及ぼすことなどが生じることになる。また、コイルへの通電電流を増加することで対応しようとすると、今度は電磁加振力が増加して作動音が生じるなどの問題がある。これらのことから、低コスト、軽量化、磁気特性改善など、ＥＰＳ用モータへの要求が高まっているという実情がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、低コスト化、軽量化、磁気特性改善、そして作動音低減を可能としたモータ及び電動パワーステアリング装置を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者は種々の検討を行った。上述したような要求に対し、モータを軽量化するにあたっては、現状、ステータコアの継鉄部（バックヨーク）部の肉盗みやロータコアの肉盗みが実施されている例が多い。また、磁気特性や作動音を改善するにあたっては、例えばステータとケースの接触面積を小さくする構造が提案され、作動音改善としてはケースの振動を抑制するためにリブを追加したり、吸音材をモータの筐体外周に配置したり、ステータを樹脂モールドするなどの方法が増加している。ところが、これらの手法はいずれもコストアップの要因となっており、また吸音材を設ける手法にあっては車両毎に搭載性を考慮した形状を設定する必要があるなどこちらもコストアップの要因となっている。これらの点についてさらに検討を重ねた本発明者は、かかる課題の解決に結び付く新たな知見を得るに至った。

本発明のモータはかかる知見に基づくものであり、ステータに形成されるステータコアと、該ステータコアの内周面によって画定される空間に設けられたロータと、ステータの一方の開口部に取り付けられたフランジ部材と、ステータの外周に設けられた熱収縮チューブと、を有し、熱収縮チューブは、当該熱収縮チューブの一部がフランジ部材のステータ側の縁部に掛かった状態で収縮したものであることを特徴としている。

かかるモータにおいては、ステータコアにコイルが巻かれているステータの外周を、鉄製やアルミニウム製である従来のケースに代えて熱収縮チューブで覆う構造となっている。これによれば、型費や材料費といったケースの製造コストを低減することが可能となる。しかも、専用型が不要であり、生産の効率の向上を図ることができるし、部品への熱ストレスを小さくすることもできる。熱収縮チューブは、発熱状況や使用環境を考慮した材質が選定されることが好ましい。

また、鉄製等のケースに代えて熱収縮チューブが用いられていることから、本発明にかかるモータによれば質量を低減して軽量化を図ることができる。実際、ケース自体はモータ全体の１割程度を占めていることから、製品によって異なるものの２００〜３００ｇ程度の軽量化を達成することが可能となる。

さらに、本発明にかかるモータによれば、ステータの圧入や焼きばめが不要であるため、これらによりコアが歪むような事態は生じることがない。このため、ロストルクを改善し、良好な磁気特性を得ることができる。

加えて、本発明にかかるモータにおいては、ステータ外周を覆う熱収縮チューブにより、ケースからの放射音を低減することができる。すなわち、電流によるコアの電磁加振力がケースを叩く（響かせる）ことで発生する音を、樹脂製である熱収縮チューブによって低減させることができる。

なお、従来、熱収縮チューブを使用したモータが存在するが、熱収縮チューブは主としてロータの外周に設けられたマグネットの飛散防止カバーに用いられたり、ステータ内部に設けられたりしていたにすぎない。

上述のモータにおいて、当該モータの出力側とは反対の側であるモータエンド側には軸受保持部材があり、該軸受保持部材の少なくとも一部が熱収縮チューブで覆われていることが好ましい。

また、軸受保持部材は、ステータのモータエンド側に配置されていることが好ましい。

さらに、上述のモータにおいては、ステータコアの外周面の一部とフランジ部材の内周面の一部とが軸方向に重なり、当該軸方向に重なる部分にはこれらステータコアとフランジ部材との相対回転を防止する回り止めが形成されていることが好ましい。

また、当該モータの出力軸となるシャフトは、該シャフトに接続されて出力が伝達される部材に対し、当該シャフトの軸方向に相対移動可能に接続されていることが好ましい。

本発明にかかるモータは、例えばブラシレスモータである。

また、ステアリングに対して減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する電動パワーステアリング装置において、電動モータとして上述したモータを用いることも好ましい。

本発明によれば、モータ及び電動パワーステアリング装置の低コスト化、軽量化、磁気特性改善、そして作動音低減を図ることができる。

電動パワーステアリング装置の構成の概略を示す説明図である。 ウォーム減速機構の構成の概略を示す説明図である。 電動モータの構成の概略を示す縦断面の説明図である。 電動モータの軸方向から見た側面図である。 本発明の他の実施形態を示す電動モータの縦断面の説明図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す電動モータの縦断面の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるモータを有する電動パワーステアリング装置１の構成の概略を示す説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

電動パワーステアリング装置１は、例えばコラムタイプのものであり、車両のステアリングホイールＨが固定されるステアリングシャフト１０と、ラック・ピニオン運動変換機構１１と、ステアリングホイールＨに付加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生させる電動モータ１２と、電動モータ１２とステアリングシャフト１０との間に介在され、電動モータ１２の回転を減速させるウォーム減速機構１３等を有している。

ステアリングシャフト１０は、ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂを有し、ハウジング２０に覆われている。ステアリング入力軸１０ａの上端にステアリングホイールＨが固定されている。ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂは、トルクセンサ２１のトーションバーを介して接続されている。ステアリングホイールＨの操作により生じる操舵トルクは、ステアリング入力軸１０ａを通じてトルクセンサ２１により検出され、その検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１２の出力が制御される。この電動モータ１２の構成の詳細については後述する。

ウォーム減速機構１３は、例えば図２に示すようにステアリング出力軸１０ｂに取り付けられたウォームホイール３０と、ウォームホイール３０の外周歯車に噛み合うウォーム３１を有している。ウォーム３１は、ハウジング３２に対して固定されている２つの軸受３３、３４により支持されている。ウォーム３１の一端は、電動モータ１２の後述するシャフト５２に対して同軸上にスプライン構造で結合されている。これにより、例えばステアリング出力軸１０ｂ及びウォームホイール３０の駆動によりウォーム３１が受けたシャフト５２の軸方向Ｘの反力を、ウォーム減速機構１３において吸収できる。

図１に示すようにステアリング出力軸１０ｂとラック・ピニオン運動変換機構１１とは、２つの自在継手４０、４１と連結部材４２により連結されている。また、ラック・ピニオン運動変換機構１１は、ラック・ピニオンギアによりステアリング出力軸１０ｂと操作車輪のタイロッドを接続している。

電動モータ１２により出力された回転力は、ウォーム減速機構１３を介して、補助操舵トルクとしてステアリング出力軸１０ｂに伝達され、当該補助操舵トルクは、ステアリング出力軸１０ｂからラック・ピニオン運動変換機構１１を介して操作車輪のタイロッドに伝達される。

次に、上述の電動モータ１２の構成について説明する。電動モータ１２は、例えば図３に示すようにステータ（固定子）５４と、ステータ５４の一の開口部を閉鎖するフランジ５１を有している。ステータ５４の内部には、シャフト（回転軸）５２を回転させるロータ（回転子）５３が設けられている。本実施形態の電動モータ１２では、ステータ５４の筐体を形成する金属製のステータケースは設けられていない（図３参照）。

ステータ５４は、筒形状のステータコア６０を有している。ステータコア６０には、インシュレータ６１が挿入され、その状態でコイル６２が巻き付けられている。本実施形態の電動モータ１２は３相モータであることから、３ｎ個のステータコア６０は、継鉄部（バックヨーク）毎に圧入または溶接されて一体化されている。このステータ５４の軸方向Ｘのフロント側（モータ出力側となる図３中の左側）には、フランジ５１が圧入、接着、かしめ、焼ばめ等により固定されている。これらステータ５４とフランジ部材５１との間に弾性部材を介在させることも好ましい。また、特に詳しく図示していないが、ステータ５４とフランジ５１の相対回転を防止するための凹凸などからなる回り止めが形成されていることも好ましい。また、ステータ５４のリア側（上述のフロント側とは反対となる図３中右側のモータエンド側）には、軸受保持部材４９が圧入、カシメ、嵌め込み等により固定されている（図３参照）。本実施形態のステータ５４には、軸受保持部材４９と当該ステータ５４とが同軸となるよう、軸受保持部材４９側の開口部分に例えば複数の突起あるいは弾性体などが設けられている。軸受保持部材４９の略中央部分のベアリングハウジング内には軸受７０が収容されている。

フランジ５１は、ステータ５４側の開口部側に一体化されたステータ５４の外径を保持する凹みが形成され、圧入、接着、かしめ等で当該ステータ５４を保持する構造となっている。この凹みを形成するステータ５４の縁部５１ｂは環状に形成されており、さらにこの縁部５１ｂには、熱収縮チューブ１５の端部が係止して外れ難い状態とする環状係止部１７が形成されている（図３参照）。また、フランジ５１の略中央部分のベアリングハウジング内には軸受７１が収容されている。

ロータ５３は、ステータ５４の内側に設置されている。ロータ５３は、内部にロータコアを有し、その軸心にはシャフト５２が貫通した状態で設けられている。また、ロータコアの外周面には、マグネットや、そのマグネットカバーが設けられている。ロータコアはシャフト５２に圧入され、あるいはシャフト５２と一体成形されている。シャフト５２のコア外周面には、接着あるいは保持部材等により偶数個のマグネットが等間隔で配置されている。なお、マグネットが埋込み磁石型である場合は、ロータコア内に配置されている。さらにこれらマグネットの外周にはマグネット飛散防止用のカバーが設けられている。マグネット飛散防止用のカバーは例えば非磁性であるＳＵＳ材、アルミニウム、熱収縮チューブ等で形成されている。

シャフト５２のリア側は、軸受７０により支持されている。シャフト５２のフロント側は、フランジ５１の軸心を貫通し、当該フランジ５１に固定された軸受７１により支持されている。シャフト５２のフロント側の先端は、上述のウォーム減速機構１３のウォーム３１と同軸上で連結されている。

シャフト５２の軸受７１とロータ５３との間には、回転位置検出センサ８０が設けられている。回転位置検出センサ８０は、シャフト５２に圧入された円筒状のレゾルバロータ８１と、そのレゾルバロータ８１の外周を囲むレゾルバステータ８２を有している。レゾルバステータ８２は、フランジ５１に固定されたレゾルバホルダ８３に取り付けられている。レゾルバステータ８２には、図４に示すように電動モータ１２の外部に通じるセンサハーネス８４が電気的に接続されている。

図３に示すようにステータ５４のフロント側には、ステータ５４のコイル６２に電気的に接続された端子台９０が設置されている。また、端子台９０には、コイル６２に給電するためのパワーハーネス９１が電気的に接続されている。パワーハーネス９１は、フランジ５１に設けられたグロメット９２の穴部を貫通し、電動モータ１２の外部に通じている。この端子台９０に挿入またはインサートモールドされたバスバーと各相コイルは、ヒュージングやＴＩＧ溶接などで電気的に接続されている。

電動モータ１２の固定対象であるウォーム減速機構１３のハウジング３２と、フランジ５１は、周方向の例えば２か所の透孔５１ａにねじがねじ込まれることによって固定されている。

さらに、この電動モータ１２においては、ステータ５４の外周を、従来のような鉄製やアルミニウム製のケースではなく熱収縮チューブ１５で覆う構造としている。例えば本実施形態では、軸受保持部材４９とステータ５４とを同軸とした状態でこれらの外周側に熱収縮チューブ１５を被せ、その一部がフランジ５１のステータ５４側の縁部５１ｂに掛かった状態で収縮させることによりステータ５４の外周に被覆している（図３、図４参照）。こうした場合、電動モータ１２のリア側では、熱収縮チューブ１５の一方の端部が軸受保持部材４９の外側に掛かって覆った状態となり、フロント側では、熱収縮チューブ１５の他方の端部がフランジ５１の環状係止部１７に引っ掛かって係止した状態となっている。熱収縮チューブ１５としては、当該電動モータ１２における発熱状況や使用環境を考慮した材質を選定することが好ましい。場合に応じて例えばＰＥＴ製の熱収縮チューブ１５を採用することも可能である。当該電動モータ１２の仕様や構造などにもよるが、熱収縮チューブ１５として例えば０．０２〜１ｍｍ程度の厚さを有する任意の厚さのフィルムを用いることができる。このように熱収縮チューブ１５を設けることとした本実施形態の電動モータ１２においては、低コスト化、軽量化、磁気特性改善、さらに作動音低減を実現することが可能である。

すなわち、鉄製やアルミニウム製である従来のケースを不要とすることができるから、型費や材料費といったケースの製造コストを低減することが可能である。しかも専用型が不要であり、生産の効率の向上を図ることができるし、部品への熱ストレスを小さくすることもできる。

また、鉄製等のケースに代えて熱収縮チューブ１５を用いていることから、当該電動モータ１２の質量を低減して軽量化を図ることができる。実際、ケース自体の質量は電動モータ全体の１割程度を占めていることから、製品によって異なるものの２００〜３００ｇ程度の軽量化を達成することが可能となる。

さらに、本実施形態の電動モータ１２においてはステータ５４のケースへの圧入や焼きばめ、接着等が不要であるため、これらによりステータコア６０が歪むような事態が生じない。このため、ロストルクを改善し、良好な磁気特性を得ることが可能である。しかも、ステータ５４を熱収縮チューブ１５で被覆し、熱を加えて収縮させることで従来のケースの代わりを構成することができ、従来よりも簡便な製法および構造とすることができる。

加えて、本実施形態の電動モータ１２においては、ステータ５４の外周を覆う熱収縮チューブ１５により、ケースからの放射音を低減することができる。すなわち、電流によるコアの電磁加振力がケースを叩いて共鳴することで発生することのある音を、樹脂製である熱収縮チューブ１５によって低減させることができる。

なお、上述した実施形態では電動モータ１２の具体例を挙げていないが、当該電動モータ１２は例えばブラシレスモータであることが好ましい。一例として、ブラシモータにおいては発熱により１５０℃程度まで昇温することがあるのに対し、ブラシレスモータにおいては１００度程度にとどまる。樹脂製である熱収縮チューブ１５への熱のよる影響を考慮すれば、本発明をブラシレスモータに適用することは好ましい態様の一つである。

上記実施の形態では、本発明にかかるモータが電動パワーステアリング装置１に適用されているので、低コスト化、軽量化、磁気特性改善、そして作動音低減を図ることができる電動パワーステアリング装置を実現できる。

以下、本発明の他の実施形態について説明する（図５参照）。図示するように、フランジ５１の内周にはインシュレータ部材（フランジカバー）１８が設けられている。このインシュレータ部材１８は、フランジ５１のステータ側開口部側の内周面を覆っており、端子台９０へのコイル６２の溶接部分と当該フランジ５１との間の絶縁性を向上させる。さらに、インシュレータ部材１８は、その端部がフランジ５１の環状係止部１７の内側まで達する形状・大きさに形成されており、当該フランジ５１の環状係止部１７とステータ５４との間に一部が介在した状態となる（図５参照）。例えばステータ５４の端子台９０側部分の外周に凹凸や突起が形成されている場合、インシュレータ部材１８の一部はこれら凹凸などに嵌合した状態となってステータ５４を保持することができる。

本発明のさらに他の実施形態を以下に説明する（図６参照）。この電動モータ１２においては、ステータコア６０の外周面に環状溝６３が形成され、当該環状溝６３には、フランジ５１の内径とステータコア６０とを非接触状態に保つＣリング１９が設けられている。ステータ５４の外周に熱収縮チューブ１５を被せて収縮させると、フランジ５１とステータコア６０とを一体化させることができる。Ｃリング１９に代え、Ｏリングあるいはその他の樹脂製部材を用いることもできる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば以上の実施の形態では、電動モータ１２が電動パワーステアリング装置１に適用されていたが、本発明は、他の用途の装置のモータにも適用できる。

１…電動パワーステアリング装置、１２…電動モータ（モータ）、１５…熱収縮チューブ、４９…軸受保持部材、５１…フランジ（フランジ部材）、５１ｂ…縁部、５２…シャフト、５３…ロータ、５４…ステータ、６０…ステータコア、６３…環状溝

Claims (4)

1. ステータに形成されるステータコアと、
   該ステータコアの内周面によって画定される空間に設けられたロータと、
   前記ステータの一方の開口部に取り付けられたフランジ部材と、
   前記ステータの外周に設けられた熱収縮チューブと、
   前記フランジ部材の前記ステータ側の端部に環状に形成され、前記熱収縮チューブの一部が係止した場合に該熱収縮チューブが外れ難い状態とする環状係止部と、
   を有しており、
   前記熱収縮チューブは、当該熱収縮チューブの一部が前記環状係止部に係止した状態で収縮したものであり、
   当該モータの出力側とは反対の側であるモータエンド側には軸受保持部材があり、該軸受保持部材の少なくとも一部が前記熱収縮チューブで覆われており、
   前記軸受保持部材は、前記ステータのモータエンド側に配置されており、
   前記ステータコアの外周面の一部と前記フランジ部材の内周面の一部とが軸方向に重なり、当該軸方向に重なる部分にはこれらステータコアとフランジ部材との相対回転を防止する回り止めが形成されており、
   前記フランジ部材の内側には、当該フランジ部材の前記ステータ側の開口部側の内周面の少なくとも一部を覆い、前記ステータのコイルに電気的に接続された端子台と当該フランジ部材との間の絶縁性を向上させるインシュレータ部材が設けられていることを特徴とするモータ。
2. 当該モータの出力軸となるシャフトは、該シャフトに接続されて出力が伝達される部材に対し、当該シャフトの軸方向に相対移動可能に接続されている、請求項１に記載のモータ。
3. ブラシレスモータである、請求項１または２に記載のモータ。
4. ステアリングに対して減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータとして、請求項１から３のいずれか一項に記載のモータを有する、電動パワーステアリング装置。

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