JP2007259560A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通電によりコイルに発生した熱を簡素な構成により効果的に放熱することができるモータに関する。 The present invention relates to a motor capable of effectively radiating heat generated in a coil by energization with a simple configuration.
ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出し、検出された操舵トルクに応じた補助力を発生させるべく操舵補助用のモータの駆動電流を増減制御する構成となっている。 An electric power steering device that drives a steering assist motor in accordance with a rotation operation of a steering member such as a steering wheel and assists steering by applying the rotational force of the motor to a steering mechanism is a steering torque applied to the steering wheel. Is detected by a torque sensor, and the drive current of the steering assist motor is increased or decreased to generate an assist force corresponding to the detected steering torque.
このような電動パワーステアリング装置においては、十分な補助力を発生させるべく、操舵補助用のモータを可及的に高出力化したいという要望がある。またステアリングホイールと舵取機構とを連結するステアリング軸に同軸をなして操舵補助用のモータを取付け、該モータの回転力をステアリング軸に、減速機を用いずに直接的に伝動するよう構成されたダイレクトドライブ式の電動パワーステアリング装置においては、モータにて高トルクの回転力を発生させる必要があるため、モータの高出力化が特に要望される。 In such an electric power steering apparatus, there is a demand to increase the output of a steering assist motor as much as possible in order to generate a sufficient assist force. A steering assist motor is mounted coaxially with the steering shaft that connects the steering wheel and the steering mechanism, and the rotational force of the motor is directly transmitted to the steering shaft without using a reduction gear. In the direct drive type electric power steering apparatus, since it is necessary to generate a high torque rotational force by the motor, a high output of the motor is particularly demanded.
ところがモータを高出力化した場合、モータ電流の増加によりコイルの発熱量が増すため、熱損失によるモータ効率の低下を引き起こすという問題がある。この問題を解消するため、一般的には、放熱用のフィンをモータのハウジングの外周に設けて放熱面積を確保し、コイルからステータに伝導される熱を放熱するようにしたフィン付きモータが用いられている。またモータのステータに冷媒を循環させ、冷媒との熱交換により、ステータを直接的に冷却するモータもある（例えば、特許文献１参照）。
ところがフィン付きモータにおいては、外側に突出するフィンの分だけモータが大型化するため、例えば、ステアリング軸を支持するコラムハウジングの外側にモータが取付けられているコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用した場合には、車室内の運転者の十分な足元空間の確保に支障をきたす虞がある。 However, in a motor with fins, the size of the motor is increased by the amount of fins protruding outward. For example, it is applied to a column assist type electric power steering device in which the motor is mounted outside the column housing that supports the steering shaft. In such a case, there is a risk that it may interfere with securing a sufficient foot space for the driver in the passenger compartment.
一方、冷媒との熱交換によりステータを冷却するモータにおいては、モータ自体は大型化しないが、ステータに循環される冷媒用の熱交換サイクルを構成する装置を必要とし、装置構成が複雑になるという問題がある。また装置全体としては大きな配置スペースが必要となり、車室内又はエンジンルーム内の限られた空間に配置することが要求される電動パワーステアリング装置用のモータとしての適用は難しい等、適用範囲が限られるという問題がある。 On the other hand, in a motor that cools the stator by heat exchange with the refrigerant, the motor itself does not increase in size, but requires a device that constitutes a heat exchange cycle for the refrigerant circulated through the stator, and the device configuration is complicated. There's a problem. Moreover, a large arrangement space is required for the entire apparatus, and the application range is limited, such as being difficult to apply as a motor for an electric power steering apparatus that is required to be arranged in a limited space in a vehicle interior or an engine room. There is a problem.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、付加的な装置を必要とせず、また高出力化を伴うことのない簡素な構成によりコイルに発生した熱を効果的に放熱することができ、熱損失によるモータ効率の低下を抑制しつつ、高出力化することができるモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and can effectively dissipate the heat generated in the coil with a simple configuration that does not require an additional device and does not involve high output. An object of the present invention is to provide a motor that can increase the output while suppressing a decrease in motor efficiency due to heat loss.
第１発明に係るモータは、内周に等配をなして径方向に突出する複数の歯部を有し、円筒形をなすハウジングに内嵌されたステータを備えるモータにおいて、前記ハウジングと前記ステータとの嵌合周上に周方向に並設され、相互に係合する複数の凹部及び凸部を備えることを特徴とする。 A motor according to a first aspect of the present invention includes a stator having a plurality of tooth portions that are radially arranged in the inner periphery and project in the radial direction, and includes a stator that is fitted in a cylindrical housing. And a plurality of concave portions and convex portions that are engaged with each other.
第２発明に係るモータは、前記複数の凹部は、前記歯部の夫々と周方向位置を整合させて、前記ステータの外周に設けてあることを特徴とする。 The motor according to a second aspect of the present invention is characterized in that the plurality of recesses are provided on the outer periphery of the stator so that the circumferential positions thereof are aligned with the tooth portions.
第３発明に係るモータは、前記ハウジングと前記ステータとの間に熱伝導性グリスを封入してあることを特徴とする。 A motor according to a third aspect of the present invention is characterized in that thermally conductive grease is sealed between the housing and the stator.
第１発明によれば、ハウジングとステータとの嵌合周上に凹部及び凸部を周方向に並設させ、相互に係合させてあり、凹凸の分だけ伝熱面積が大きくなっている。従ってコイルへの通電により生じた熱がハウジングへ伝達されやすく、熱がハウジングを経て外気に逃げやすいため、コイルに発生した熱を効果的に放熱することができ、熱損失によるモータ効率の低下を抑制しつつ、モータを高出力化することができる。またハウジングとステータとの嵌合周上に凹部及び凸部を設けているだけであり、付加的な装置を必要とせず、また大型化を伴うことのない簡素な構成にすることができる。 According to the first invention, the concave and convex portions are arranged in the circumferential direction on the fitting circumference of the housing and the stator and are engaged with each other, and the heat transfer area is increased by the unevenness. Therefore, the heat generated by energizing the coil is easily transferred to the housing, and the heat easily escapes to the outside air through the housing, so that the heat generated in the coil can be effectively dissipated and the motor efficiency is reduced due to heat loss. The motor can be increased in output while being suppressed. Further, only the recesses and the projections are provided on the fitting periphery of the housing and the stator, so that an additional device is not required and a simple configuration without an increase in size can be achieved.
第２発明によれば、ステータの外周に、内周に突出する歯部の夫々と周方向位置が整合するように凹部を設けており、コイルへの通電により形成される磁気回路の磁束が流れる断面積を十分に確保できるため、モータの出力に影響を与えずに、コイルに発生した熱を効果的に放熱することができる。 According to the second aspect of the present invention, the recesses are provided on the outer periphery of the stator so that the circumferential positions thereof are aligned with the teeth protruding to the inner periphery, and the magnetic flux of the magnetic circuit formed by energizing the coil flows. Since a sufficient cross-sectional area can be secured, the heat generated in the coil can be effectively radiated without affecting the output of the motor.
第３発明によれば、ハウジングとステータとの間に熱伝導性グリスが封入されており、このグリスがステータからハウジングへの熱伝導を促進する作用をなすため、コイルに発生した熱をより効果的に放熱することができる。 According to the third invention, the heat conductive grease is enclosed between the housing and the stator, and this grease promotes the heat conduction from the stator to the housing, so that the heat generated in the coil is more effective. Heat can be released.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るモータの構成を略示する縦断面図であり、図２は、図１のII−II線による横断面図である。図１に示すように、モータ１は、ハウジング２と、ハウジング２に内嵌固定されたステータ３と、ハウジング２の内部に回転自在に支持されたロータ４とを備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of a motor according to the present invention, and FIG. 2 is a transverse sectional view taken along line II-II in FIG. As shown in FIG. 1, the motor 1 includes a
ハウジング２は、軸長方向の一端に端壁を有する円筒部２ａと、この円筒部２ａの他端に、これと同軸をなして固定される円板部２ｂとを備えている。
The
図２に示すようにステータ３は、ハウジング２の円筒部２ａに内嵌される円筒形の基部３ａと、この基部３ａの内周に、径方向内向きに突出する複数（図においては８個）のティース部（歯部）３ｂ，３ｂ…とを備えている。ティース部３ｂ，３ｂ…は、互いに向かい合うように周方向に等配されており、夫々のティース部３ｂ，３ｂ…には、コイル５，５…が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ロータ４は、円筒形であり、ロータ４の外周には、極性が周方向に交互になるように複数の永久磁石７，７…が等配をなして固設されている。ロータ４の軸心には、回転軸６が圧入固定されている。このようなロータ４は、図示のように、両側への回転軸６の突出部を、ハウジング２の円筒部２ａの端壁及び円板部２ｂに夫々内嵌されたベアリング８，８により回転自在に支持し、ステータ３のティース部３ｂ，３ｂ…と軸長方向に両端位置を揃え、ティース部３ｂ，３ｂ…と永久磁石７，７…とが径方向にわずかなエアギャップを隔てて対向するように位置決めされている。
The
このように構成されたモータ１は、ステータ３の向かい合う２つのコイル５，５に流す電流を順次切り替えることにより、回転磁界を生じさせ、この回転磁界から永久磁石７，７…が回転力を受け、ロータ４が回転する構造になっている。
The motor 1 configured as described above generates a rotating magnetic field by sequentially switching the currents flowing through the two
このように動作する本発明に係るモータ１において、ステータ３の基部３ａの外周には、三角形の断面形状を有する凹部３ｃ，３ｃ…が、内周のティース部３ｂ，３ｂ…の夫々と周方向位置を合わせて、軸長方向に全長に亘って設けられている。
In the motor 1 according to the present invention that operates in this manner, the outer periphery of the base portion 3a of the
またハウジング２の円筒部２ａの内周には、凹部３ｃ，３ｃ…と略同じ三角形の凸部２ｃ，２ｃ…が周方向に等配されている。これら凸部２ｃ，２ｃ…は、ステータ３の凹部３ｃ，３ｃ…と同数設けられており、少なくともステータ３の基部３ａとの嵌合長さの全域に亘って形成されている。これらハウジング２の円筒部２ａとステータ３の基部３ａとは、以下に示すように一体化されている。
Further, on the inner periphery of the cylindrical portion 2a of the
図３は、ハウジング２とステータ３との固定構造の説明図である。ステータ３の基部３ａの外径はＤ1 であり、またハウジング２の円筒部２ａの内径は、基部３ａの外径Ｄ1 よりも小さいＤ2 （Ｄ2 ＜Ｄ1 ）であって、両者間に適宜の締め代が設定されている。このように寸法設定された円筒部２ａと基部３ａとは、図示の如く円筒部２ａを加熱し、円筒部２ａの内径Ｄ2 を基部３ａの外径Ｄ1 以上に拡大させておき、円筒部２ａの凸部２ｃ，２ｃ…と基部３ａの凹部３ｃ，３ｃ…との周方向位置が整合するように、円筒部２ａと基部３ａとを同軸上に位置決めし、図中に矢符により示す如く、拡径された円筒部２ａの内側に基部３ａを嵌入し、その後の冷却により円筒部２ａを縮径させる焼嵌めにより一体化させてある。ハウジング２とステータ３との嵌合周上にて円筒部２ａの凸部２ｃ，２ｃ…と基部３ａの凹部３ｃ，３ｃ…とが相互に係合する。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a fixing structure between the
このように焼嵌めにより一体化される円筒部２ａ及び基部３ａは、円筒部２ａと基部３ａとの嵌合部に発生する面圧により周方向及び軸長方向に移動することなく拘束される。円筒部２ａと基部３ａとの嵌合部に発生する面圧は、該嵌合部に設定された締め代と、該嵌合部における接触面積との積として与えられ、所要面圧に応じて適宜の締め代及び接触面積が選択されている。 Thus, the cylindrical portion 2a and the base portion 3a integrated by shrink fitting are restrained without moving in the circumferential direction and the axial length direction by the surface pressure generated at the fitting portion between the cylindrical portion 2a and the base portion 3a. The surface pressure generated in the fitting portion between the cylindrical portion 2a and the base portion 3a is given as a product of the interference set in the fitting portion and the contact area in the fitting portion, and according to the required surface pressure. Appropriate tightening allowance and contact area are selected.
このような焼嵌めに代えて、適宜の締め代が設定された円筒部２ａと基部３ａとを同軸上に位置決めし、両者を軸長方向の圧力を加えつつ嵌め合わせる圧入により一体化させてもよい。また円筒部２ａの内径を、基部３ａの外径Ｄ1 よりも大きいＤ2 （Ｄ2 ＞Ｄ1 ）にして、両者間に適宜の隙間を設定し、円筒部２ａと基部３ａとを同軸上に位置決めして嵌め合わせる隙間嵌めにより両者を一体化させてもよい。このような隙間嵌めは、円筒部２ａと基部３ａとの嵌合部に設けられた凹凸が回転止めの役目も果たすため、可能となる。 Instead of such shrink fitting, the cylindrical portion 2a and the base portion 3a with appropriate tightening allowances may be positioned on the same axis and integrated by press-fitting to fit them while applying axial length pressure. Good. Further, the inner diameter of the cylindrical portion 2a is set to D 2 (D 2 > D 1 ) larger than the outer diameter D 1 of the base portion 3a, an appropriate gap is set between them, and the cylindrical portion 2a and the base portion 3a are coaxially arranged. Both may be integrated by gap fitting that is positioned and fitted. Such gap fitting is possible because the unevenness provided in the fitting portion between the cylindrical portion 2a and the base portion 3a also serves as a rotation stopper.
このように本発明に係るモータ１においては、ハウジング２の内周とステータ３の外周との嵌合周上にて相互に係合する凹部３ｃ，３ｃ…及び凸部２ｃ，２ｃ…を設けてあり、嵌合周上の接触面積が凹部３ｃ，３ｃ…及び凸部２ｃ，２ｃ…の係合分だけ大きくなっている。従ってコイル５，５…への通電により生じた熱が、この嵌合周上の接触面を経てハウジング２へ伝達されやすく、熱がハウジング２を経て外気に逃げやすいため、コイル５，５…に発生した熱を効果的に放熱することができ、熱損失によるモータ効率の低下を抑制しつつ、モータ１を高出力化することができるという効果がある。また本発明に係るモータ１においては、ハウジング２とステータ３との嵌合周上に凹部３ｃ，３ｃ…及び凸部２ｃ，２ｃ…を設けているだけであり、付加的な装置を必要とせず、また大型化を伴うことのない簡素な構成により、前述の効果が得られる。
As described above, in the motor 1 according to the present invention, the
またハウジング２に、アルミニウム等の熱伝導率が高く低密度の材料を用いることにより、コイル５，５…への通電により生じた熱がハウジング２へ伝達されやすくなり、より効果的に放熱することができる。更にステータ３の内周のティース部３ｂ，３ｂ…の夫々と周方向位置が整合する外周に凹部３ｃ，３ｃ…を設けているため、コイル５，５…への通電により形成される磁気回路の磁束が流れる断面積を十分に確保でき、モータ１の出力に影響を与えずに、コイル５，５…に発生した熱を放熱することができる。またアルミニウム等の低密度の材料を用いることにより、モータ１を軽量化することもできる。
Further, by using a low thermal conductivity material such as aluminum for the
ハウジング２の円筒部２ａの内周とステータ３の基部３ａの外周との間には、熱伝導性グリスを封入することが望ましい。熱伝導性グリスは、例えばシリコンオイル及び熱伝導性無機粉末等の熱伝導率の高い添加剤を含有する放熱用グリスであり、例えば、ＭＰＵ、パワートランジスタ、トランス等の発熱性を有する電子部品の実装部において、この実装部に生じた熱を放熱フィンや放熱ファン等の放熱部品に伝熱させるために使用されている。このような熱伝導性グリスをハウジング２の円筒部２ａの内周とステータ３の基部３ａの外周との間に封入しているので、コイル５，５…への通電により生じた熱がハウジング２へ更に伝達されやすくなり、より効果的に放熱することができる。
It is desirable to enclose thermally conductive grease between the inner periphery of the cylindrical portion 2 a of the
また図においては、ハウジング２に凸部２ｃ，２ｃ…を、ステータ３に凹部３ｃ，３ｃ…を夫々設けているが、逆にハウジング２に凹部を、ステータ３に凸部を夫々設けてもよい。
In the figure, the
以上のように構成されたモータ１は、例えば電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータとして用いられる。図４は、本発明に係るモータ１を備える電動パワーステアリング装置の一例を示す模式図である。 The motor 1 configured as described above is used, for example, as a steering assist motor of an electric power steering apparatus. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of an electric power steering apparatus including the motor 1 according to the present invention.
電動パワーステアリング装置は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング２１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸２０と、ラックハウジング２１の中途に交叉するピニオンハウジング３１の内部に回転自在に支持されたピニオン軸３０とを備える公知のラックピニオン式の舵取機構を備えている。ラックハウジング２１の両側から外部に突出するラック軸２０の両端は、各別のタイロッド２２，２２を介して左右の前輪２３，２３に連結され、またピニオンハウジング３１の一側から外部に突出するピニオン軸３０の上端は、ステアリング軸４０を介してステアリングホイール４１に連結されている。またピニオンハウジング３１の内部に延びるピニオン軸３０の下部には、図示しないピニオンが形成されており、該ピニオンは、ラックハウジング２１との交叉部において、ラック軸２０の外面に適長に亘って形成されたラック歯に噛合させてある。
The electric power steering apparatus includes a
以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール４１が回転操作された場合、この回転がステアリング軸４０を介してピニオン軸３０に伝達され、該ピニオン軸３０の回転がラック軸２０の軸長方向の移動に変換されることとなり、この移動により、左右の前輪２３，２３が各別のタイロッド２２，２２を介して押し引きされて舵取りがなされる。
With the above configuration, when the
ステアリング軸４０を支持するコラムハウジング４２の中途には、ステアリングホイール４１の回転操作によりステアリング軸４０に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ５０が設けてあり、該トルクセンサ５０よりも下位置に本発明に係るモータ１が取付けてある。
In the middle of the
モータ１は、コラムハウジング４２の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、コラムハウジング４２の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸４０に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ１の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸４０に伝えるように伝動構成されている。この構成によれば、モータ１の回転は、ステアリング軸４０に減速伝動され、該ステアリング軸４０の下端に連設されたピニオン軸３０に回転力が付与されることとなり、この回転に応じて前述の如く行われる操舵が補助される。
The motor 1 is attached to the outside of the
モータ１は、アシスト制御部６０から図示しないモータ駆動回路を介して与えられる制御指令に従って駆動される。トルクセンサ５０による操舵トルクの検出値は、アシスト制御部６０に与えられ、アシスト制御部６０は、これに基づいてモータ１に制御指令を発し、モータ１の駆動電流を増減制御するアシスト制御動作を行う。また、操舵補助用のモータ１には電流センサ１１が設けてあり、電流センサ１１によるモータ１の駆動電流の検出値はアシスト制御部６０に与えられている。電流センサ１１による検出電流値は、モータ１の駆動電流のフィードバック値として使用される。
The motor 1 is driven in accordance with a control command given from the
このように構成された電動パワーステアリング装置に用いられている本発明に係るモータ１は、モータ１の放熱のために付加的な装置を必要とせず、また大型化を伴わない簡素な構成をしている。従って、図に示すようにコラムハウジング４２の外側にモータ１を取付け、ステアリング軸４０に伝動構成してなるコラムアシストタイプの電動パワーステアリング装置においては、車室内の運転者の足元空間をあまり圧迫することなく、モータ１を高出力化することができる。またラックハウジング２１にモータ１を取付け、ラック軸２０に伝動構成してなるラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に本発明に係るモータ１を適用した場合には、エンジンルーム内に大なるスペースを占めることなく、モータ１を高出力化することができる。
The motor 1 according to the present invention used in the electric power steering apparatus configured as described above does not require an additional device for heat dissipation of the motor 1 and has a simple configuration without an increase in size. ing. Therefore, in the column assist type electric power steering apparatus in which the motor 1 is attached to the outside of the
更にステアリングホイール４１と舵取機構とを連結するステアリング軸４０に同軸をなして操舵補助用のモータ１を取付け、該モータ１の回転力をステアリング軸４０に、減速機を用いずに直接的に伝動するよう構成されたダイレクトドライブ式の電動パワーステアリング装置に本発明に係るモータ１を適用した場合にも、同様に車室内の運転者の足元空間をあまり圧迫することなく、モータ１を高出力化することができる。
Further, the steering assist motor 1 is mounted coaxially with the steering
１ モータ、２ ハウジング、２ｃ 凸部、３ ステータ、３ｂ ティース部（歯部）、３ｃ 凹部 1 Motor, 2 Housing, 2c Convex part, 3 Stator, 3b Teeth part (tooth part), 3c Concave part
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