JP5990918B2 - 電動モータ - Google Patents

Description

本発明は、電動モータに関する。

従来、周方向に並設された第１磁極歯を有する第１ロータコアと第２磁極歯を有する第２ロータコアとを組み合わせるとともに、第１及び第２ロータコア間に界磁コイルを配置し、界磁コイルへの通電により第１及び第２磁極歯を交互に異なる磁極として機能させる所謂ランデル型構造のロータを備えた電動モータが知られている。例えば特許文献１には、界磁コイルが第１及び第２ロータコアとともに回転軸と一体で回転するようにした電動モータが開示されている。このように界磁コイルが回転する電動モータでは、界磁コイルに駆動電力を供給するためにスリップリングやブラシ等が必要となり、摩耗粉が発生するといった問題が生じる。

そこで、例えば特許文献２の電動モータでは、第１ロータコア（第１ヨーク部）を回転軸に固定するとともに、第２ロータコア（第２ヨーク部）を第１ロータコアに固定される回転コア（第２分割ヨーク部）とハウジング等の非回転部位に固定される固定コア（第１分割ヨーク部）とに分割し、この固定コアを第１ロータコア及び回転コアとの間に隙間（エアギャップ）が形成されるように配置している。そして、固定コアに界磁コイルを固定することで、スリップリング等を廃止して摩耗粉の発生を防止している。

特開２００９−１９４９８５号公報 特開２０１１−１２０４１９号公報

しかし、上記特許文献２の構成では、ロータの回転に伴う振動や外部から伝わる振動等により、第１ロータコア及び回転コアと固定コアとが相対変位することで上記隙間がなくなり、互いに接触する虞がある。その結果、例えば異音等が発生するとった問題があり、この点においてなお改善の余地があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、異音の発生を抑制することのできる電動モータを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ハウジングの内周に固定されるステータと、前記ステータの内周に配置されるロータとを備え、前記ロータは、周方向に並設された複数の第１磁極歯を有する第１ロータコアと周方向に並設された複数の第２磁極歯を有する第２ロータコアとを組み合わせるとともに該第１及び第２ロータコア間に界磁コイルを配置し、前記界磁コイルへの通電により前記第１及び第２磁極歯を交互に異なる磁極として機能させる電動モータにおいて、前記第１ロータコアは、前記各第１磁極歯、及び該各第１磁極歯が並設されるとともに径方向内側に回転軸が固定される環状の第１環状部を備え、前記第２ロータコアは、前記各第２磁極歯及び該各第２磁極歯が並設される環状の第２環状部を有する回転コアと、前記第２環状部の径方向内側に配置されるとともに前記界磁コイルが固定される固定コアとを備え、前記回転コアは固定手段を介して前記第１ロータコアに固定されるとともに、前記固定コアは該固定コアと前記第１ロータコア及び前記回転コアとの間に隙間が形成されるように前記ハウジングに固定され、前記固定コアの外周面と前記回転コアの前記第２環状部の内周面との間の隙間には、自己潤滑性を有する樹脂材料からなる接触防止部材が設けられたことを要旨とする。

上記構成によれば、第１ロータコア及び回転コアと固定コアとの間の隙間に接触防止部材が設けられるため、ロータの回転に伴う振動等によって第１ロータコア及び回転コアと固定コアとが互いに接触することを防止できる。そして、接触防止部材が自己潤滑性を有する樹脂材料からなるため、第１ロータコア及び回転コアは円滑に回転することができる。また、こうした樹脂材料は弾性を有するため、固定コア（界磁コイル）と回転軸との軸ずれを吸収することができ、組み付け性の低下を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動モータにおいて、前記ステータは、複数のティースを有するステータコアと、前記各ティースに巻回される電機子コイルとを備え、前記第１ロータコアは、前記第１環状部の内周縁から軸方向に延びる筒部を備え、前記隙間は、前記固定コアの内周側及び外周側に形成されたことを要旨とする。

電機子コイルは、ステータコアのティースに対して巻回されるため、該ステータコアの両端から突出した状態となる。そのため、組み合わせた状態での第１及び第２ロータコアの軸方向長さをステータコアより長くしても、電動モータ全体が軸方向に大型化することを抑制できる。したがって、上記構成のように固定コアの内周側及び外周側に径方向の各隙間を形成することで、電動モータの大型化を防止しつつ、該各隙間の軸方向長さを長くすることができる。すなわち、第１ロータコアの筒部及び第２ロータコアの第２環状部と固定コアとの対向面積（磁路面積）を大きくすることができる。これにより、界磁コイルの磁束が通過する磁気回路における各隙間（エアギャップ）部分での磁気抵抗を低減でき、出力トルクの向上を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電動モータにおいて、前記第１ロータコアと前記回転コアとは、前記第１磁極歯と前記第２磁極歯とが周方向に交互に配列されるように組み合わされており、前記固定手段は、周方向に隣り合う前記第１及び第２磁極歯間に配設されて前記第１ロータコアと前記回転コアとを一体的に固定する樹脂モールド材であることを要旨とする。

上記構成によれば、第１及び第２磁極歯の径方向内側に固定手段を配置する場合に比べ、界磁コイルを収容するスペースを大きくすることができ、界磁コイルの巻き数を増やして電動モータの出力トルクの向上を図ることができる。

本発明によれば、異音の発生を抑制することのできる電動モータを提供することができる。

車両用操舵装置の概略構成図。 一実施形態の電動モータの断面図。 一実施形態のロータの分解斜視図。 一実施形態のロータの軸方向と直交する断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。 別例のロータ近傍の拡大断面図。 別例のロータ近傍の拡大断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両用操舵装置１において、ステアリングホイール２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラック軸５と連結されている。これにより、ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸５の往復直線運動に変換される。なお、ステアリングシャフト３は、コラム軸８、中間軸９、及びピニオン軸１０を連結してなる。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸５の往復直線運動が、ラック軸５の両端に連結されたタイロッド１１を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪１２の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。

また、車両用操舵装置１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ（操舵力補助装置）１３を備えている。具体的には、車両用操舵装置１は、コラム軸８を回転駆動する所謂コラム型の電動パワーステアリング装置として構成されており、ＥＰＳアクチュエータ１３の駆動源となる電動モータ１４はウォーム＆ホイール等の減速機構１５を介してコラム軸８と駆動連結されている。そして、電動モータ１４の回転を減速機構１５により減速してコラム軸８に伝達することによって、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成になっている。

次に、電動モータの構成について説明する。
図２に示すように、電動モータ１４は、筒状のハウジング２１と、ハウジング２１内に収容されたステータ２２と、ステータ２２の径方向内側において回転可能に支持されたロータ２３とを備えている。ハウジング２１は、一端側（図２における右側）が開口した有底筒状のハウジング本体２５と、ハウジング本体２５の開口端を閉塞するように設けられる円環状のカバー２６とからなる。

ステータ２２は、ハウジング本体２５の内周に固定される円環部３１及び円環部３１から径方向内側に向って延びる複数のティース３２からなるステータコア３３と、各ティース３２に巻回される電機子コイル３４とを備えている。なお、電機子コイル３４の巻始め及び巻終わりの接続端部３４ａはハウジング２１の外部に引き出されており、図示しない制御装置に電気的に接続されている。

図２及び図３に示すように、ロータ２３は、上記減速機構１５に連結される回転軸４１（図３では図示略）と、周方向に並設された複数の第１磁極歯４２を有する第１ロータコア４３と、周方向に並設された第２磁極歯４４を有する第２ロータコア４５と、これら第１及び第２ロータコア４３，４５間に配置される界磁コイル４６とを備えている。そして、界磁コイル４６への通電により第１及び第２磁極歯４２，４４を交互に異なる磁極（Ｎ極又はＳ極）として機能させるようになっている。つまり、本実施形態のロータ２３には、所謂ランデル型構造が採用されている。なお、回転軸４１は、ハウジング本体２５の底部及びカバー２６に設けられた軸受４７，４８により回転可能に支持されている。

詳述すると、第１ロータコア４３は、外周縁に上記各第１磁極歯４２が並設される円環状の第１環状部５１と、第１環状部５１の内周縁から軸方向一端側に延出される円筒状の筒部５２とを有している。そして、第１ロータコア４３は、第１環状部５１及び筒部５２が回転軸４１の外周に圧入されることにより、回転軸４１と一体回転可能に固定されている。なお、第１ロータコア４３は、鉄等の磁性材料から構成されている。

各第１磁極歯４２は、第１環状部５１から軸方向一端側に延出されており、第１環状部５１に対して周方向に等角度間隔で配置されている。また、各第１磁極歯４２の周方向の幅は、軸方向の全長に亘って略一定となるように形成されるとともに、各第１磁極歯４２の径方向の厚みは、軸方向中央付近から先端側に向かうにつれて徐々に薄くなるように形成されている。第１環状部５１の外径は、軸方向他端側に向かうにつれて徐々に小さくなるように形成されており、第１環状部５１は、軸方向他端側が先細となるテーパ状に形成されている。

第２ロータコア４５は、第１ロータコア４３（回転軸４１）と一体回転する回転コア５３と、ハウジング２１に固定される固定コア５４とからなる。なお、回転コア５３及び固定コア５４は、鉄等の磁性材料から構成されている。

回転コア５３は、上記各第２磁極歯４４が並設される円環状の第２環状部５５を有している。各第２磁極歯４４は、第２環状部５５から軸方向他端側に延出されており、第２環状部５５に対して周方向に等角度間隔で配置されている。また、各第２磁極歯４４の周方向の幅は、軸方向の全長に亘って略一定となるように形成されるとともに、各第２磁極歯４４の径方向の厚みは、軸方向中央付近から先端側に向かうにつれて徐々に薄くなるように形成されている。第２環状部５５の外径は、軸方向一端側に向かうにつれて徐々に小さくなるように形成されており、第２環状部５５は、軸方向一端側が先細となるテーパ状に形成されている。一方、第２環状部５５の内径は、対向する第１磁極歯４２（第２磁極歯４４）間の間隔と略等しく形成されている。

そして、図４に示すように、回転コア５３は、第１磁極歯４２と第２磁極歯４４とが周方向に交互に配列されるように第１ロータコア４３に組み合わされた状態で、周方向に隣り合う第１磁極歯４２と第２磁極歯４４との間に非磁性の樹脂モールド材５６が配設されるようにインサート成形されることで第１ロータコア４３と一体的に形成されている。これにより、回転コア５３は、第１ロータコア４３に対して一体回転可能に固定されている。すなわち、本実施形態では、樹脂モールド材５６が固定手段に相当する。そして、図２に示すように、第１磁極歯４２、第２磁極歯４４、樹脂モールド材５６及び第２環状部５５と第１ロータコア４３の筒部５２との間には、円筒状の空間が形成されている。なお、組み合わせた状態での第１及び第２ロータコア４３，４５の軸方向長さは、ステータコア３３の軸方向長さよりも長く形成されており、第１環状部５１及び第２環状部５５は、径方向において電機子コイル３４と対向している。

固定コア５４は、円環状に形成されており、固定コア５４の軸方向一端部には、インサート成形により一体的に形成された非磁性の樹脂ベース材５７が固定されるとともに、固定コア５４の軸方向他端部には、周方向に巻回された界磁コイル４６が固定されている。

樹脂ベース材５７は、ハウジング本体２５の内径と略等しい外径を有する円環状に形成されている。そして、固定コア５４は、樹脂ベース材５７がステータコア３３の軸方向一端側に固定されたスペーサ５８に当接するようにハウジング本体２５内に圧入されることによりハウジング２１に固定されている。なお、スペーサ５８は円筒状に形成されるとともに、その両端にステータコア３３及び樹脂ベース材５７が当接した状態で、界磁コイル４６の軸方向他端部と第１環状部５１との間に軸方向の隙間が形成されるような軸方向長さを有している。これにより、固定コア５４、界磁コイル４６及び樹脂ベース材５７を組み付ける際等において、界磁コイル４６が第１環状部５１に接触することが防止されている。

界磁コイル４６の内径は、筒部５２の外径よりも僅かに大きく形成されるとともに、界磁コイル４６の外径は、第２環状部５５の内径よりも僅かに小さく形成されており、径方向において筒部５２、第１及び第２磁極歯４２，４４と対向するように配置されている。これにより、界磁コイル４６と、第１ロータコア４３との間には、固定コア５４の内周側及び外周側に径方向の隙間が形成されている。なお、界磁コイル４６の巻始め及び巻終わりの接続端部４６ａはハウジング２１の外部に引き出されており、図示しない制御装置に電気的に接続されている。

固定コア５４の内径は、筒部５２の外径よりも僅かに大きく形成されるとともに、固定コア５４の外径は、第２環状部５５の内径よりも僅かに小さく形成されており、径方向において筒部５２及び第２環状部５５と対向するように配置されている。つまり、固定コア５４と界磁コイル４６とは、略同一の内径及び外径を有している。これにより、固定部位である固定コア５４と、回転部位である第１ロータコア４３の筒部５２及び回転コア５３の第２環状部５５との間には、径方向の隙間（エアギャップ）が形成されている。そして、固定コア５４の内周側及び外周側の各隙間には、例えばＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）やＰＯＭ（ポリアセタール）、あるいはプロピレン材等の自己潤滑性を有する樹脂材料からなる円環状の接触防止部材６１が設けられている。

このように構成された電動モータ１４では、ロータ２３は、界磁コイル４６への通電により第１及び第２磁極歯４２，４４が交互に異なる磁極として機能し、電機子コイル３４への通電によりステータ２２で回転磁界が発生することにより、筒部５２及び第２環状部５５、又は固定コア５４が接触防止部材６１に対して摺動しつつ回転する。これにより、回転軸４１に連結された減速機構１５を介してステアリングシャフト３にモータトルクが伝達されるようになっている。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）固定コア５４を、第１ロータコア４３及び回転コア５３との間に隙間が形成されるようにハウジング２１に固定し、この隙間に自己潤滑性を有する樹脂材料からなる接触防止部材６１を設けた。そのため、ロータ２３の回転に伴う振動等によってこれら第１ロータコア４３及び回転コア５３と界磁コイル４６及び固定コア５４とが互いに接触することを防止できる。そして、接触防止部材６１が自己潤滑性を有する樹脂材料からなるため、第１ロータコア４３及び回転コア５３は円滑に回転することができる。また、こうした樹脂材料は弾性を有するため、固定コア５４（界磁コイル４６）と回転軸４１との軸ずれを吸収することができ、組み付け性の低下を抑制することができる。

（２）第１ロータコア４３に、第１環状部５１の内周縁から軸方向に延びる筒部５２を形成し、固定コア５４の内周側及び外周側に径方向の隙間が形成されるようにした。
ここで、ステータ２２の電機子コイル３４は、ステータコア３３のティース３２に対して巻回されるため、ステータコア３３の両端から突出した状態となる。そのため、組み合わせた状態での第１及び第２ロータコア４３，４５の軸方向長さをステータコア３３より長くしても、電動モータ１４全体が軸方向に大型化することを抑制できる。したがって、上記構成のように固定コア５４の内周側及び外周側に径方向の各隙間を形成することで、電動モータ１４の大型化を防止しつつ、該各隙間の軸方向長さを長くすることができる。すなわち、第１ロータコア４３の筒部５２及び第２ロータコア４５の第２環状部５５と固定コア５４との対向面積（磁路面積）を大きくすることができる。これにより、界磁コイル４６の磁束が通過する磁気回路における各隙間部分での磁気抵抗を低減でき、出力トルクの向上を図ることができる。

（３）第１ロータコア４３と回転コア５３とを、周方向に隣り合う第１磁極歯４２と第２磁極歯４４との間に配設（充填）される樹脂モールド材５６により一体回転可能に固定した。そのため、例えば第１及び第２磁極歯４２，４４の径方向内側に配置される筒状の固定部材等により第１ロータコア４３と回転コア５３とを固定する場合に比べ、界磁コイル４６を収容するスペースを大きくすることができ、界磁コイル４６の巻き数を増やして電動モータ１４の出力トルクの向上を図ることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態において、例えば図５に示すように、界磁コイル４６の内周側及び外周側に形成された径方向の隙間に、自己潤滑性を有する補助接触防止部材７１を配置してもよい。このように構成することで、界磁コイル４６が第１ロータコア４３及び回転コア５３に接触することをより確実に防止できる。

また、例えば図６に示すように、界磁コイル４６の内周側及び外周側に形成された径方向の隙間に加えて、界磁コイル４６と第１環状部５１との間の軸方向の隙間を埋めるように断面Ｌ字状に形成された補助接触防止部材７２を配置してもよい。この構成でも、図５に示す構成と同様に界磁コイル４６が第１ロータコア４３及び回転コア５３に接触することをより確実に防止できる。なお、この場合には、スペーサ５８を設けなくてもよい。

・上記実施形態において、固定コア５４の内周側及び外周側の各隙間にそれぞれ複数の接触防止部材６１を設けてもよい。
・上記実施形態では、第１及び第２磁極歯４２，４４の周方向の幅を軸方向の全長に亘って略一定となるように形成したが、例えば先端側に向かうにつれて周方向の幅が徐々に小さくなるように形成してもよい。また、第１及び第２磁極歯４２，４４の径方向の厚みを、例えば軸方向の全長に亘って略一定となるように形成してもよい。

・上記実施形態では、第１ロータコア４３に筒部５２を形成し、固定コア５４の内周側及び外周側に径方向の隙間が形成されるようにした。しかし、これに限らず、例えば第１ロータコア４３に筒部５２を設けず、固定コア５４に界磁コイル４６の内周に配置される筒部を設け、該筒部と第１ロータコア４３との間に軸方向の隙間が形成されるようにしてもよい。

・上記実施形態では、樹脂モールド材５６により回転コア５３を第１ロータコア４３に固定したが、これに限らず、例えば両端が第１環状部５１と第２環状部５５との連結される筒状の固定部材等により固定コア５４を第１ロータコア４３に固定してもよい。

・上記実施形態では、本発明をＥＰＳアクチュエータ１３の駆動源として用いられる電動モータに適用したが、例えば電動ポンプ装置等、他の装置の駆動源として用いられるものに適用してもよい。

１…車両用操舵装置、１４…電動モータ、２１…ハウジング、２２…ステータ、２３…ロータ、３２…ティース、３３…ステータコア、３４…電機子コイル、４１…回転軸、４２…第１磁極歯、４３…第１ロータコア、４４…第２磁極歯、４５…第２ロータコア、４６…界磁コイル、５１…第１環状部、５２…筒部、５３…回転コア、５４…固定コア、５５…第２環状部、５６…樹脂モールド材、６１…接触防止部材、７１，７２…補助接触防止部材。

Claims (3)

1. ハウジングの内周に固定されるステータと、前記ステータの内周に配置されるロータとを備え、前記ロータは、周方向に並設された複数の第１磁極歯を有する第１ロータコアと周方向に並設された複数の第２磁極歯を有する第２ロータコアとを組み合わせるとともに該第１及び第２ロータコア間に界磁コイルを配置し、前記界磁コイルへの通電により前記第１及び第２磁極歯を交互に異なる磁極として機能させる電動モータにおいて、
   前記第１ロータコアは、前記各第１磁極歯、及び該各第１磁極歯が並設されるとともに径方向内側に回転軸が固定される環状の第１環状部を備え、
   前記第２ロータコアは、前記各第２磁極歯及び該各第２磁極歯が並設される環状の第２環状部を有する回転コアと、前記第２環状部の径方向内側に配置されるとともに前記界磁コイルが固定される固定コアとを備え、
   前記回転コアは固定手段を介して前記第１ロータコアに固定されるとともに、前記固定コアは該固定コアと前記第１ロータコア及び前記回転コアとの間に隙間が形成されるように前記ハウジングに固定され、
   前記固定コアの外周面と前記回転コアの前記第２環状部の内周面との間の隙間には、自己潤滑性を有する樹脂材料からなる接触防止部材が設けられたことを特徴とする電動モータ。
2. 請求項１に記載の電動モータにおいて、
   前記ステータは、複数のティースを有するステータコアと、前記各ティースに巻回される電機子コイルとを備え、
   前記第１ロータコアは、前記第１環状部の内周縁から軸方向に延びる筒部を備え、
   前記隙間は、前記固定コアの内周側及び外周側に形成されたことを特徴とする電動モータ。
3. 請求項１又は２に記載の電動モータにおいて、
   前記第１ロータコアと前記回転コアとは、前記第１磁極歯と前記第２磁極歯とが周方向に交互に配列されるように組み合わされており、
   前記固定手段は、周方向に隣り合う前記第１及び第２磁極歯間に配設されて前記第１ロータコアと前記回転コアとを一体的に固定する樹脂モールド材であることを特徴とする電動モータ。