JP6215609B2 - モーター - Google Patents

Description

本実施形態は、自動車用モーターに関するものである。

一般に、自動車の操向の安定性を確保するための装置として、別途の動力で補助する操向装置が用いられる。従来には、このような補助操向装置として油圧を用いた装置を使用したが、最近は、電力の損失が少なく、正確性に優れた電動式操向装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）が用いられている。

前記のような電動式操向装置（ＥＰＳ）は、車速センサー、トルクアングルセンサー、トルクセンサーなどで感知された運行条件に応じて、電子制御装置（ＥＣＵ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）でモーターを駆動して旋回安定性を保障し、迅速な復元力を提供することで、運転者が安全な走行ができるようにする。

このようなＥＰＳシステムは、運転者が操向のためにハンドルを操作するトルクをモーターが補助することによって、より少ない力で操向操作ができるようにするが、モーターとしては、ＢＬＤＣ（Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）モーターが用いられる。

一般に、ＢＬＤＣモーターは、ハウジングとカバー部材との結合で、モーターの外観を形成し、ハウジングの内周面にはステータが設けられ、ステータの中央には、ステータとの電磁気的相互作用によって回転可能に設置されるローターが設けられる。ローターは、回転軸によって回転可能に支持され、回転軸は、上側及び下側軸受によって回転可能にハウジングに固定することができる。また、回転軸の上部には、出力クラッチが回転軸と結合されて、操向軸に動力を伝えることができる。

ところで、出力クラッチは、運転者の反復的なハンドルの回転が発生する場合、出力クラッチがモーターの内部方向に向かって押圧する力を繰り返し受けることができる。このように押圧する力が続けて発生する場合、回転軸と上側軸受との結合が解除されることがある。これは、回転軸と出力クラッチとの結合力が、回転軸と上側軸受との結合力よりも大きいからである。このように、上側軸受と回転軸との結合が解除されたり緩んだりする場合、モーターの回転軸が正確に回転できないことがあるという問題点がある。

本発明の目的は、出力クラッチに加えられる圧力によって回転軸と上側軸受との結合が解除されることを防止できるように構造が改善されたモーターを提供することである。

本発明の一実施形態に係るモーターは、モーターハウジングと、前記モーターハウジングに固定結合されるステータと、前記ステータの中央に回転軸によって回転可能に設けられるローターと、前記モーターハウジングに外輪が固定され、内輪が前記回転軸と結合される上側及び下側軸受と、前記上側軸受の内輪と接触する出力クラッチと、を含むことを特徴とする。

前記出力クラッチは、前記内輪と面接触し、前記回転軸と圧入結合される焼結部材と、前記焼結部材を中心に配置して成形されるクラッチ部材とを含む。

前記焼結部材は、前記上側軸受の内輪と対応する径を有する端部を含む。

前記焼結部材の端部は、前記上側軸受の内輪と面接触されてもよく、前記上側軸受の内輪と少なくとも一所以上で点接触されてもよい。

前記焼結部材の端部が上側軸受の内輪と点接触する場合、前記端部には、少なくとも一対以上の突起が形成されてもよい。

前記突起は、前記出力クラッチの中心を基準に対称となるように配置されてもよい。

また、前記突起は、複数の高さが同じに形成されてもよい。

前記クラッチ部材は、前記焼結部材をコアに配置し、インサート射出することができる。

前記回転軸は、前記上側軸受の内輪と対向する面に面接触される係止突起を含んでもよい。

このとき、前記係止突起と焼結部材の先端との距離は、前記軸受の内輪の厚さと対応されてもよい。

本発明によると、出力クラッチの内径を形成する焼結部材と回転軸を支持する軸受の内輪とが接触することから、出力クラッチが外部からの圧力を受けても、焼結部材が回転軸と共に動かないため、回転軸が上側軸受の内輪から軸方向に移動する恐れがなくて、回転軸の軸受の離脱による騒音や振動などの誤作動を防止することができる。

また、出力クラッチと回転軸の一端を支持する上側軸受の内輪が接触状態を維持して摩擦力が増加するため、出力クラッチと回転軸が回転動作中に滑って、結合位置でスリップが発生することを最小化することができる。

本発明の一実施形態に係るモーターの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る図１のＢの部分を拡大した図である。 本発明の第１の実施形態に係る出力クラッチと上側軸受の分解斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る図１のＢの部分を拡大した図である。 本発明の第２実施形態に係る出力クラッチと上側軸受の分解斜視図である。

以下、本発明によるモーターを図面と共に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るモーターの断面図、図２は、本発明の第１の実施形態に係る図１のＢの部分を拡大した図、図３は、本発明の第１の実施形態に係る出力クラッチと上側軸受の分解斜視図、図４は、本発明の第２実施形態に係る図１のＢの部分を拡大した図、そして、図５は、本発明の第２実施形態に係る出力クラッチと上側軸受の分解斜視図である。

本発明によるモーターは、図１に示すように、モーターハウジング１０、ステータ２０、ローター３０、上側軸受４０、及び出力クラッチ１００を含む。

モーターハウジング１０は、略円筒状に設けられ、上側に開口部を形成し、下側は閉鎖される。モーターハウジング１０の内部には、ステータ２０と、ローター３０と、ローター３０を回転可能に支持する回転軸３０ａとが設けられる。モーターハウジング１０の上側には、図１に示すように、カバー部材１１が設けられ、カバー部材１１には、上側軸受４０が安着される軸受安着部１２と、出力クラッチ１００が配置されるクラッチ安着部１３とが設けられる。

軸受安着部１２は、略円形の溝状に設けられるが、一般に、上側軸受は円筒状に設けられるため、上側軸受４０の外輪と対応する径を有する円筒状の溝に設けられてもよい。また、軸受安着部１２の高さは、上側軸受４０の厚さと対応するように構成されてもよい。

クラッチ安着部１３は、カバー部材１１の略中央に形成されるものであって、軸受安着部１２よりも大きい径を有する円筒状に設けられてもよい。クラッチ安着部１３は、出力クラッチ１００と干渉しないように、出力クラッチ１００の径よりも大きい値を有するように形成されてもよい。

ステータ２０は、ステータコア２１と、コイル２２と、コイルの先端を脱皮して構成するコイル端子２５とを含む。ステータコア２１は、複数の歯を備えており、歯の周りに、コイル２２がインシュレータの介在下に巻線できるように設けられてもよい。コイル２２の先端は脱皮されて、コイル端子２５を形成できるが、コイル端子２５は、一定の径と長さを有する円柱状に設けられてもよい。

ローター３０は、ステータ２０の中央に回転可能に設けられ、ローターコアの外周面に複数のマグネットが装着されて構成される。回転軸３０ａは、ローター３０と同軸に設けられ、一端は、モーターハウジング１０の底面に設けられた下側の軸受によって回転可能に支持され、その他端は、カバー部材１１に設けられた上側軸受４０によって支持される。一般に、下側軸受は、スプリングワッシャのような弾性部材の介在下に設けられるため、回転軸３０ａは、弾性部材の弾性変形に応じて軸方向に動いて、外部からの衝撃などに対応することができる。

上側軸受４０は、図示のように、内輪４１と外輪４２とを含み、内輪４１は、回転軸３０ａの回転に連動して回転することができる。

センシングユニット５０は、プレート５１、センシングマグネット５２、及び磁気素子５３を含む。プレート５１は、略ディスク状に設けられ、上側にセンシングマグネット５２が接着剤などを用いて固定される。センシングマグネット５２は、中央に通孔を有する形状に設けられてもよい。磁気素子５３は、センシングマグネット５２の磁場の変化を感知するものであって、センシングマグネット５２と対向するように設けられる。

出力クラッチ１００は、上側軸受４０を貫通して突出した回転軸３０ａの端部に結合されるものであって、回転軸３０ａの端部と結合される焼結部材１１０と、焼結部材１１０を中心として、一定の形状を有するクラッチ部材１２０とを含むことができる。

焼結部材１１０は、中央には回転軸３０ａの端部と対応する径を有する回転軸圧入孔を備えており、回転軸圧入孔に回転軸３０ａが圧入結合できる。回転軸圧入孔と回転軸３０ａは、面接触可能なように設けられてもよいが、必要に応じて、ナーリングのような表面加工によって、回転軸圧入孔の内周面と回転軸３０ａの外周面が、回転動作中に滑らないようにすることができる。一般に、回転軸圧入孔と回転軸３０ａとの結合力は、上側軸受４０と回転軸３０ａとの結合力に比べて相対的に大きく形成されてもよい。

一方、焼結部材１１０の形状は多様に構成することができるが、本発明の一実施形態によれば、前記のように、回転軸圧入孔が形成された円筒状の本体の一側端部に、一定の厚さを有するディスクを備え、このディスクに複数の通孔を貫通形成することができる。この通孔の役割は、クラッチ部材１２０と焼結部材１１０との結合を堅く保持することであって、その動作は、後で説明する。

クラッチ部材１２０は、樹脂材質などで射出成形することができ、本発明の一実施形態によれば、焼結部材１１０をコアとしてインサート射出成形することができる。一方、焼結部材１１０に形成された通孔は、クラッチ部材１２０が射出成形されるとき、クラッチ部材１２０を形成する樹脂がこの通孔を満たすようにして、クラッチ部材１２０が、焼結部材１１０から離脱したり、焼結部材１１０を中心にアイドル回転したりすることを防止することができる。通孔は、少なくとも１つ以上設けられており、必要に応じて、２つまたはそれ以上設けられてもよい。もし、通孔が２つ以上設けられる場合、クラッチ部材１２０の中心を基準に対称となるように形成してもよく、それぞれの通孔は、互いに一定の間隔を有するように離間配置できる。

クラッチ部材１２０の中央には、一定の形状を有する凹溝１３０が形成されてもよいが、この凹溝１３０は、クラッチ部材１２０と連結される相手物の形状に応じて多様に形成することができる。例えば、四角形、三角形などのような多角形状の凹溝に形成されてもよく、プラス（＋）、マイナス（−）のような凹凸構造を形成して動力を伝達することも可能であり、その他の様々な形状に設けられてもよい。このとき、凹溝１３０の形状は、相手物の形状と相補的な形状であって、回転力を伝達できるものであれば、いかなるものであっても可能である。この凹溝１３０により、回転軸３０ａの回転動作が相手側に伝達できる。また、図示しないが、凹溝１３０の代わりに、クラッチ部材１２０の外周面にベルトを巻いて動力を伝達してもよい。

本発明の一実施形態によれば、前記のように、焼結部材１１０とクラッチ部材１２０を互いに異なる材質で形成し、クラッチ部材１２０のコアに焼結部材１１０を配置してインサート射出成形したが、これに限定するものではなく、同じ材質で一体形成することも可能である。つまり、焼結部材１１０とクラッチ部材１２０を一つの材質で、一度に射出成形することもできる。

しかし、一般に、樹脂材質で射出成形する材質は、長期間使用する場合、材質の物理的特性が変化し、熱と圧力の影響を受けやすいため、回転軸３０ａと一定の位置で固定されにくい。そのため、前記のように、回転軸３０ａと圧入結合される部分は、焼結または切削などの方法で、金属またはこれと類似する物理的な特徴を有する材質で焼結部材１１０を形成した後、相手物と連結されるクラッチ部材１２０の部分のみを射出物として形成してもよい。

一方、本発明の特徴は、焼結部材１１０の端部が上側軸受４０の内輪４１と常に接触状態を維持することにある。この際、焼結部材１１０と上側軸受４０の内輪４１との間の接触構成によって、第１及び第２の実施形態に分けられる。

本発明の第１実施形態によれば、図２及び図３に示すように、焼結部材１１０の端部には、複数の突起１１１が形成され、突起１１１は、上側軸受４０の内輪４１との接触を維持することができる。

突起１１１は、複数個設けられているが、図３に示すように、中心軸を基準に対称となるように配置されてもよく、複数個が一定の間隔で突設されることも可能である。突起１１１は、図３に示すように、ドーム状に設けられてもよく、図示しないが、円柱、角柱、三角錐など様々な形で構成することもできる。ただし、突起１１１の高さは互いに同一に形成されて、すべての突起１１１の端部が上側軸受４０の内輪４１と接触する必要がある。

本発明によるモーターは、クラッチ部材１２０に形成された凹溝１３０を通じて相手物に動力を伝達するが、モーターが電動式操向装置に適用された場合、相手物は、操向システムであってもよい。操向システムは、運転者が車の方向を転換するハンドルの回転操作に連動して入力軸を回転させる。入力軸の回転は、トルクセンサーとアングルセンサーとを介して回転角度及びトルクが感知され、感知された値により、所定の制御ユニットで運転者が入力軸をどれだけ回転させたかを判断し、モーターを制御する。つまり、制御部は、運転者が回転させた入力軸の回転数に対応するように操向軸を回転させるが、このために、前記のように構成されたモーターを制御することができる。したがって、制御部は、回転軸３０ａの回転数を前記の測定値に基づいて決定し、回転軸３０ａの回転力は、出力クラッチ１００を介して操向軸に伝達することができる。

電動式操向装置は、適用されるモーターの設置位置によって、カラム方式、ピニオン方式、ラック方式、電動ポンプ方式に分けられる。カラム方式は、小型車、ピニオン方式は、軽車や小型車、ラック方式は、中型及び大型車、電動ポンプ方式は、中型及び小型車に適用可能である。カラム方式の電動式操向装置は、ＭＤＰＳ（Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）と表記することもある。ラック方式は、従来のギアボックスラック部が磁化されてラックを回転させる方式であり、主に、大型乗用車に用いられる。電動ポンプ方式は、従来のように、オイルを用い、電動モーターがポンプ作用をして動作する。

ところが、運転者がハンドルを操向すると、出力クラッチ１００と連結される相手物となる操向軸は、図示しない駆動輪が地面と接触して発生する摩擦力などによって負荷が生じ、このような負荷による反発力が発生して、クラッチ部材１２０を図１のＡ方向に押圧する力がより大きく形成されることもある。

しかし、前記のように運転者の操向操作によって、図１のＡ方向に荷重が発生しても、本発明の第１実施形態によれば、図２及び図３に示すような焼結部材１１０の先端には複数の突起１１１が突設され、上側軸受４０の内輪と点接触される。しがたって、図１の矢印Ａ方向の力が作用し続けて、焼結部材１１０が、上側軸受４０に向かう方向に動かそうとしても、突起１１１と内輪４１が接触状態を維持していることから、出力クラッチ１００と上側軸受４０との間の距離は変わらないため、出力クラッチ１００と、上側軸受４０の内輪４１に結合された回転軸３０ａの位置は、最初の状態を維持することができる。

つまり、上側軸受４０の内輪４１の一端は、回転軸３０ａの結合部に形成された係止突起３０ｂにより支持できる。この場合、内輪４１の一側面は、係止突起３０ｂ、及びカバー部材１１の軸受安着部１２との接触状態を維持し、その反対面は、前記のように、焼結部材１１０の先端に突設される突起１１１と接触されるため、焼結部材１１０を介して図１のＡ方向に外力が作用する場合にも、上側軸受４０は、軸受安着部１２と係止突起３０ｂによって、それ以上動かない。これによって、回転軸３０ａが直接動かない限り、上側軸受４０の内輪４１と回転軸３０ａの結合は解除できないが、上記の本発明によると、出力クラッチ１００に外力が加えられても、この外力により、出力クラッチ１００が外力が加えられる方向に動かないため、回転軸３０ａが図１の矢印Ａの方向に動かない。

特に、焼結部材１１０と回転軸３０ａとの結合力が、内輪４１と回転軸３０ａとの結合力よりも大きく形成されるため、クラッチ部材１２０を介して伝達される外力によってクラッチ部材１２０や焼結部材１１０が破損することがあり、焼結部材１１０に結合された回転軸３０ａが動かない。

一方、焼結部材１１０の端部と内輪４１の径Ｄは、互いに対応するように形成されてもよい。もし、焼結部材１１０の径が非常に大きく形成されると、突起１１１が、内輪４１ではなく、外輪４２と接触する可能性があるからである。つまり、内輪４１と出力クラッチ１００は、回転軸３０ａの回転に連動して回転する必要があるため、突起１１１は、必ず内輪４１と接触しなければならず、外輪４２とは、干渉されないようにする。

本発明の第２実施形態によれば、図４及び図５に示すように、焼結部材１１０の端部面１１２と内輪４１は、互いに対向する面全体が面接触されてもよい。この場合、焼結部材の端部面１１２の径を内輪４１の径Ｄと対応するか、径Ｄよりも小さく形成する必要がある。

このように、端部面１１２を介して焼結部材１１０が内輪４１と接触すると、端部面１１２と内輪４１との面接触により回転軸３０ａと焼結部材１１０の滑りを防止することができる。つまり、回転軸３０ａと焼結部材１１０は圧入結合され、互いに面接触する部分の摩擦力以上の遠心力が発生すると、回転軸３０ａが焼結部材１１０と滑ることがある。しかし、このように端部面１１２が上側軸受４０の内輪４１と面接触する場合、端部面１１２と内輪４１との面接触による摩擦力がさらに作用し、回転軸３０ａと焼結部材１１０との間の滑りを防止することができる。これによって、長時間モーターを使用しても、回転軸３０ａと焼結部材１１０との間の安定した回転動作を確保することができる。

このような本発明によると、反復的な運転者の操向によって、出力クラッチ１００が矢印Ａ方向に圧力を受けても、焼結部材１１０と上側軸受４０の内輪４１の面接触により、回転軸３０ａが軸方向に移動することが防止される。よって、上側軸受４０と回転軸３０ａとの結合が一定の位置で保持されるため、モーターの回転及び出力の信頼性を確保することができる。

上記で説明し、図面に示された本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されてはならない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に記載された事項によってのみ制限され、本発明の技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を様々な形態に改良変更することができる。したがって、このような改良及び変更は、通常の知識を有する者にとって自明なものである限り、本発明の保護範囲に属することになる。

１０ モーターハウジング
２０ ステータ
３０ ローター
４０ 上側軸受
１００ 出力クラッチ

Claims (10)

1. 回転軸と、
   前記回転軸が挿入されるホールを含むローターと、
   前記ローターの外側に配置されるステータと、
   前記ローターと前記ステータを収容するハウジングと、
   前記回転軸を回転可能に支持し、前記回転軸と結合する内輪と前記ハウジングに固定される外輪を含む軸受と、
   前記軸受の前記内輪と接触する出力クラッチと、を含み、
   前記出力クラッチは、
   前記軸受の前記内輪と面接触し、前記回転軸と圧入結合される焼結部材と、
   前記焼結部材を中心に配置して成形されるクラッチ部材と、を含むことを特徴とするモーター。
2. 前記焼結部材は、前記軸受の前記内輪の径と対応する径を有して、前記内輪の上面と対向する端部を含む、請求項１に記載のモーター。
3. 前記焼結部材の前記端部は、前記軸受の前記内輪の上面と面接触する、請求項２に記載のモーター。
4. 前記焼結部材の前記端部は、前記軸受の前記内輪の上面と少なくとも一所以上で点接触される、請求項２または３に記載のモーター。
5. 前記焼結部材の前記端部は、少なくとも一対以上の突起を含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載のモーター。
6. 前記突起は、前記出力クラッチの中心軸を基準に互いに対称となるように所定距離に配置される、請求項５に記載のモーター。
7. 前記突起の各々は、高さが同一に形成される、請求項５または６に記載のモーター。
8. 前記クラッチ部材は、前記焼結部材をコアに配置し、インサート射出成形される、請求項１に記載のモーター。
9. 前記回転軸は、前記軸受の前記内輪の下面と対向する面に面接触される係止突起を含む、請求項１に記載のモーター。
10. 前記係止突起と焼結部材の先端との距離は、前記軸受の前記内輪の高さと対応する、請求項９に記載のモーター。

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