JP2008219996A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの信頼性を向上する。
【解決手段】モータは、ロータコアの電機子に対する中心軸Ｊ１回りの角度位置を磁気的に検出するセンサ６を備え、センサ６は、シャフト３１に固定されるとともに磁性体により形成された略円環板状のヨーク６１、ヨーク６１上に取り付けられる略円環板状のセンサ磁石６２、センサ磁石６２の表面のヨーク６１に当接する部分以外を覆う非磁性体により形成された磁石カバー６３、および、センサ磁石６２のヨーク６１とは反対側においてセンサ磁石６２の上面に対向する第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２を備える。モータ１では、センサ６のセンサ磁石６２の表面が、ヨーク６１と磁石カバー６３とにより覆われているため、万一、センサ磁石６２が損傷した場合であっても、センサ磁石６２の破片がモータ内に飛散することを防止することができる。その結果、モータの信頼性を向上することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、電動式のモータに関する。

従来より、車両の運転操作を補助する装置として、エンジン出力で作動するポンプの油圧によりハンドル操作を補助する油圧式パワーステアリングが採用されている。また近年、車載バッテリーによりモータを回転させることによりハンドル操作を補助する電動式パワーステアリングも採用されており、エンジンの回転により油圧を発生させる場合に比べてエンジンのパワーロスが少ない効率的なシステムとして注目されている。

特許文献１では、このような電動式パワーステアリング装置の１つが開示されている。当該電動式パワーステアリング装置を駆動する電動機（モータ）では、固定子および回転子の上方に、回転子の固定子に対する回転位置の検出に利用される磁気センサおよび永久磁石が設けられている。

一方、特許文献２では、特許文献１の電動機と同様に、円筒状のステータ（電機子）および当該ステータの内側に配置されるロータを有する略円柱状の回転電機が開示されている。当該回転電機では、ステータおよびロータの上方に、ロータの回転位置を検出するレゾルバが設けられている。
特許第３６１４３８０号公報 特開２００４−１５７０５６号公報

ところで、このような電動式パワーステアリングに利用されるモータは、様々な環境下において長期間、安全に動作する必要があるため、モータの信頼性向上に対する要求が非常に強い。

しかしながら、特許文献１の電動式パワーステアリング装置では、磁気センサおよび永久磁石が固定子および回転子と同じ空間に収容されているにもかかわらず、永久磁石等が破損した場合の安全対策が講じられていない。また、特許文献２の回転電機を電動式パワーステアリングのモータとして利用した場合も同様に、レゾルバが破損した場合の安全対策が講じられていないため、高い信頼性を有するとは言い難い。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、モータの信頼性を向上することを主な目的としている。

請求項１に記載の発明は、電動式のモータであって、電機子を有するステータ部と、所定の中心軸を中心とするシャフト、前記シャフトの周囲に取り付けられる略円筒状のロータコア、および、前記ロータコアに固定されて前記電機子との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するロータ部と、前記中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、前記電機子の前記中心軸方向の一方側に配置されるとともに前記ロータ部の前記ロータコアの前記ステータ部に対する前記中心軸回りの角度位置を磁気的に検出するセンサと、内部に前記ステータ部および前記ロータ部を収容するハウジングとを備え、前記センサが、前記シャフトに固定されると
ともに磁性体により形成された略円環状のヨークと、前記ヨーク上に取り付けられる略円環状のセンサ磁石と、前記センサ磁石の表面の前記ヨークに当接する部分以外を覆う非磁性体により形成された磁石カバーと、前記センサ磁石の前記ヨークとは反対側において前記センサ磁石に対向するホール素子とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータであって、前記ヨークおよび前記センサ磁石が、前記中心軸に垂直な板状である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記センサが、前記ホール素子の前記センサ磁石とは反対側に配置され、前記センサ磁石に対向する主面に前記ホール素子が取り付けられる回路基板と、前記回路基板の他方の主面に固定され、前記中心軸方向に関して前記ホール素子と重なる磁性体により形成された板状部材とをさらに備える。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のモータであって、前記センサが、前記センサ磁石の前記ヨークとは反対側において前記センサ磁石に対向するとともに前記中心軸からの距離が前記ホール素子とは異なるもう１つのホール素子をさらに備え、前記センサ磁石の磁石主面上において、前記センサ磁石が回転する際に前記ホール素子と対向する円環状の第１領域の着磁波形と、前記もう１つのホール素子と対向する円環状の第２領域の着磁波形とが異なる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のモータであって、前記センサが、前記ホール素子および前記もう１つのホール素子の前記センサ磁石とは反対側に配置され、前記センサ磁石に対向する主面に前記ホール素子および前記もう１つのホール素子が取り付けられる回路基板と、前記回路基板の他方の主面に固定され、前記中心軸方向に関して前記ホール素子および前記もう１つのホール素子と重なる磁性体により形成された板状部材とをさらに備える。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、前記ハウジングが、前記中心軸方向の前記一方側に開口を有するハウジング本体と、前記電機子と前記センサとの間に配置されて前記ハウジング本体の前記開口を閉鎖する蓋部とを備える。

請求項７に記載の発明は、請求項３または５に記載のモータであって、前記軸受機構が、前記ロータコアの前記中心軸方向の前記一方側および他方側にて前記シャフトを回転可能に支持する第１軸受部および第２軸受部を備え、前記ハウジングが、前記中心軸方向の前記一方側に開口を有するハウジング本体と、前記電機子と前記センサとの間に配置されて前記第１軸受部を保持するとともに前記ハウジング本体の前記開口を閉鎖する蓋部とを備え、前記回路基板が、前記蓋部に固定される。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のモータであって、前記センサ磁石が、外側面の一部に第１係合部を備え、前記磁石カバーが、前記センサ磁石の前記第１係合部に対して前記中心軸を中心とする周方向に関して係合する第２係合部を備える。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載のモータであって、前記磁石カバーが金属により形成される。

請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし９のいずれかに記載のモータであって、車両の運転操作の補助に利用される。

本発明では、モータの信頼性を向上することができる。請求項２および９の発明では、モータを中心軸方向において小型化することができる。請求項３ないし５並びに７の発明では、センサの検出精度を向上することができる。請求項６の発明では、モータの信頼性をより向上することができる。請求項８の発明では、センサ磁石が磁石カバーに対して回転することを防止することができる。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るモータ１を備える電動式パワーステアリング装置８（いわゆる、ＥＰＳ（Electric Power Steering））を示す図である。パワーステアリング装置８は、自動車等の車両の運転操作（すなわち、ハンドル操作）の補助に利用される。

図１に示すように、パワーステアリング装置８は、ハンドルや車軸等のステアリング機構に接続されるシャフト部８１、ハンドルに加えられる回転力（トルク）を検出するトルクセンサ８２、トルクセンサ８２からの出力に基づいて必要なアシスト力を算出する制御ユニット８３、制御ユニット８３からの出力に基づいて回転力を発生する電動式のモータ１、および、回転数を減速しつつモータ１の回転力をステアリング機構に伝える減速機構８４を備える。

パワーステアリング装置８が搭載された車両では、操作者からハンドルに加えられる回転力に基づいてパワーステアリング装置８のモータ１が駆動され、モータ１の回転力によりハンドルの回転を補助することにより、車両のエンジン出力を直接的に利用することなく、比較的小さい力で操作者がハンドルを操作することが可能とされる。

図２は、モータ１を示す平面図であり、図３は、モータ１を図２中のＡ−Ａの位置にて切断した縦断面図である。図３では、モータ１の中心軸Ｊ１を含む面における断面を示している。モータ１は、３相の交流電流により駆動される３相交流モータである。

図３に示すように、モータ１はインナーロータ型のモータであり、固定組立体であるステータ部２、回転組立体であるロータ部３、ロータ部３を中心軸Ｊ１を中心にステータ部２に対して回転可能に支持する軸受機構４、ステータ部２の電機子２１を外部電源に接続するバスバーユニット５、および、ロータ部３のロータコア３２のステータ部２に対する中心軸Ｊ１回りの角度位置を磁気的に検出するセンサ６を備える。以下の説明では、便宜上、中心軸Ｊ１に沿ってバスバーユニット５およびセンサ６側を上側、ステータ部２およびロータ部３側を下側として説明するが、中心軸Ｊ１は必ずしも重力方向と一致する必要はない。モータ１では、バスバーユニット５およびセンサ６が、電機子２１の中心軸Ｊ１方向の上側に配置される。

モータ１は、また、内部にステータ部２、ロータ部３、軸受機構４、および、バスバーユニット５を収容する略有底円筒状のハウジング１１を備える。ハウジング１１は、中心軸Ｊ１方向の上側に開口を有するハウジング本体１２、および、ステータ部２の電機子２１とセンサ６との間に配置されてハウジング本体１２の開口を閉鎖する蓋部１３を備える。ハウジング本体１２は、アルミニウム（Ａｌ）合金をダイカストすることにより（いわゆる、アルミダイカストにより）形成され、蓋部１３は、磁性体の鋼板をプレス加工することにより形成される。蓋部１３は、中心軸Ｊ１を中心として下側に向かって（すなわち、ハウジング本体１２の内部に向かって）窪んでいる断面が略円形の第１凹部１３１、および、第１凹部１３１の中央部においてさらに下側に向かって窪んでいる断面が略円形の第２凹部１３２を備える。

ステータ部２は、ハウジング本体１２の内周面に焼きばめおよびカシメにより取り付けられる電機子２１を備え、電機子２１は、薄板状の珪素鋼板が積層されて形成されたステータコア２１１を備える。ステータコア２１１は、環状のコアバック２１１１、および、コアバック２１１１から中心軸Ｊ１に向かって伸びる複数（本実施の形態では、９本）のティース２１１２を備える。ステータコア２１１は分割コアであり、それぞれが１本のティース２１１２を有する９個のパーツが互いに固定されることによりステータコア２１１が形成されている。ステータコア２１１では、コアバック２１１１の外周部に、ハウジング本体１２の内周面に設けられた突起と係合してステータコア２１１の回り止めの役割を果たす凹部が形成されている。当該凹部は、ハウジング１１の蓋部１３を、後述するセンサ６の回路基板６５と共にハウジング本体１２に取り付ける際に、回路基板６５上の第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２（図７参照）のセンサ磁石６２に対するの位置決めに利用される。

電機子２１は、また、複数のティース２１１２の表面を被覆する絶縁体により形成されたインシュレータ２１２、および、中心軸Ｊ１を中心として放射状に配置された複数のティース２１１２にインシュレータ２１２上から集中巻きにて導線を巻回することにより形成された複数（本実施の形態では、９個）のコイル２１３を備える。

モータ１では、駆動電流のＵ相に対応する３個のコイル２１３、Ｖ相に対応する３個のコイル２１３、および、Ｗ相に対応する３個のコイル２１３が、外部電源の３つの電極（すなわち、Ｕ相電極、Ｖ相電極およびＷ相電極）にそれぞれ接続される。本実施の形態では、Ｕ相に対応する３個のコイル２１３が、外部電源のＵ相電極に並列に接続される（Ｖ相およびＷ相においても同様）。換言すれば、外部電源の３つの電極のそれぞれに９個のコイル２１３の一部が並列に接続される。

ロータ部３は、中心軸Ｊ１を中心とするシャフト３１、シャフト３１の周囲に取り付けられる略円筒状のロータコア３２、および、ロータコア３２の外周面に接着剤により固定された界磁用磁石３３を備える。ロータコア３２は、薄板状の磁性鋼板が積層されて形成される。モータ１では、中心軸Ｊ１を中心とする環状の電機子２１の中心軸Ｊ１側に界磁用磁石３３が配置されており、電機子２１と界磁用磁石３３との間で中心軸Ｊ１を中心とする回転力（トルク）を発生する。

軸受機構４は、ハウジング１１の蓋部１３の第２凹部１３２に収容されて保持される第１軸受部４１、および、ハウジング本体１２の底部中央に設けられた凹部に取り付けられる第２軸受部４２を備える。本実施の形態では、第１軸受部４１および第２軸受部４２として、ボールベアリングが利用されている。ロータ部３のシャフト３１は、第２凹部１３２の中央部開口を介して蓋部１３から中心軸Ｊ１方向の上側に突出するとともに、中心軸Ｊ１方向の上側および下側において第１軸受部４１および第２軸受部４２により回転可能に支持される。

ここで、ハウジング本体１２の開口エッジよりも下側をハウジング１１の内部と捉えると、ステータ部２、ロータ部３、軸受機構４、バスバーユニット５およびセンサ６がハウジング１１の内部に収容されていることとなる。また、蓋部１３よりも下側をハウジング１１の内部と捉えると、ステータ部２、ロータ部３、軸受機構４の一部（すなわち、第２軸受部４２）およびバスバーユニット５がハウジング１１の内部に収容されていることとなる。

図４は、バスバーユニット５を示す平面図であり、図５は、図４中のＢ−Ｂの位置でバスバーユニット５を切断した断面図である。図５では、バスバーユニット５の近傍に位置する電機子２１等、他の構成の一部も併せて描いている。図４および図５に示すように、バスバーユニット５は、導電体により形成された複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２、並びに、中心軸Ｊ１の周囲において複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２を互いに接触させることなく保持する絶縁性のバスバー保持部であるバスバーホルダ５３を備える。図４に示すように、本実施の形態では、第１バスバー５１の個数、および、第２バスバー５２の個数がそれぞれ外部電源から供給される駆動電流の相数（すなわち、３）に等しい。

バスバーユニット５は、また、図３および図４に示すように、外部電源からのステータ部２の電機子２１への駆動電流の供給を必要に応じてＯＮ／ＯＦＦする（例えば、後述するように、モータ１の内部でコイル短絡が生じた場合等に電磁ロックを防止するために外部電源と電機子２１との接続を遮断する）リレー５４を備える。図３に示すように、モータ１では、略円筒形のハウジング本体１２において、開口近傍の側面の一部が中心軸Ｊ１から離れる方向へと突出しており、当該突出部にリレー５４が収容される。リレー５４は、弾性を有する接着剤層５４１を介してハウジング１１のハウジング本体１２の内側面に取り付けられている。

パワーステアリング装置８では、モータ１の電機子２１と外部電源とが電気的に接続されており、外部電源からの駆動電流が電機子２１へと供給される。ここで、万一、駆動電流を制御する制御信号の異常（例えば、駆動電流のスイッチング不良）等により、ロータコア３２の回転が電機子２１の磁力によりロックされる電磁ロックが生じたとすると、リレー５４において電機子２１の中性点が切り離され、電機子２１が無通電状態とされる。これにより、電磁ロックが解除され、車両のステアリング機構が、モータ１の電磁ロックに伴ってロックされてしまうことを防止することができる。その結果、操作者がハンドルを操作することができ、車両の運転を安全に行うことができる。

図４および図５に示すように、バスバーホルダ５３は、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であり、中心軸Ｊ１を中心とする略円環状であって上側（すなわち、電機子２１とは反対側）に開口を有する２つの同心円状の溝部５３１を備える。複数の第１バスバー５１および複数の第２バスバー５２はそれぞれ、中心軸Ｊ１を中心とする略円弧状かつ帯状であり、バスバーホルダ５３の溝部５３１内において一方の主面を中心軸Ｊ１に向けて配置される。

図４に示すように、バスバーユニット５では、３つの第２バスバー５２がリレー５４近傍に配置されており、３つの第１バスバー５１が、中心軸Ｊ１を挟んでリレー５４とは反対側に配置されている。これら３つの第１バスバー５１と３つの第２バスバー５２とは、中心軸Ｊ１を中心とする周方向において離間して配置されている。

複数の第１バスバー５１はそれぞれ、コイル２１３（図３参照）を形成する導線の端部が接続される第１端子５１１を１つのみ有し、さらに、当該第１端子５１１が設けられる略円弧状かつ帯状の第１バスバー本体５１２、および、第１バスバー本体５１２から外側（すなわち、中心軸Ｊ１から離れる側）に向かって突出するとともに外部電源との接続に利用される外部接続部５１３を有する。また、複数の第２バスバー５２もそれぞれ、コイル２１３を形成する導線の端部が接続される第２端子５２１を１つのみ有し、さらに、当該第２端子５２１が設けられる略円弧状かつ帯状の第２バスバー本体５２２、および、第２バスバー本体５２２から外側に向かって突出するとともにリレー５４に接続されるリレー接続部５２３を有する。

バスバーユニット５では、３つの第１バスバー５１の外部接続部５１３が隣接して配置されており、１つの第１バスバー５１の第１バスバー本体５１２が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１（すなわち、中心軸Ｊ１から遠い側の溝部５３１）内において、外部接続部５１３から時計回りに配置されている。他の２つの第１バスバー５１の第１バスバー本体５１２は、一方が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１内において外部接続部５１３から反時計回りに配置されており、他方が、バスバーホルダ５３の内側の溝部５３１内において、外部接続部５１３から反時計回りに配置されている。当該２つの第１バスバー５１の第１バスバー本体５１２は、中心軸Ｊ１を中心とする径方向において互いに部分的に重なり合っている。

また、３つの第２バスバー５２のリレー接続部５２３も隣接して配置されており、１つの第２バスバー５２の第２バスバー本体５２２が、バスバーホルダ５３の内側の溝部５３１内において、リレー接続部５２３から反時計回りに配置されている。他の２つの第２バスバー５２の第２バスバー本体５２２は、一方が、バスバーホルダ５３の外側の溝部５３１内においてリレー接続部５２３から時計回りに配置されており、他方が、バスバーホルダ５３の内側の溝部５３１内において、リレー接続部５２３から時計回りに配置されている。当該２つの第２バスバー５２の第２バスバー本体５２２は、中心軸Ｊ１を中心とする径方向において互いに部分的に重なり合っている。

このように、バスバーユニット５では、３つの第１バスバー５１が外部接続部５１３から時計回りと反時計回りとに振り分けて配置されており、また、３つの第２バスバー５２がリレー接続部５２３から時計回りと反時計回りとに振り分けて配置されることにより、３つの第１バスバーが時計回りおよび反時計回りのいずれか一方に配置される場合（すなわち、径方向において３つの第１バスバー５１が重なっている場合）に比べて、また、３つの第２バスバーが時計回りおよび反時計回りのいずれか一方に配置される場合に比べて、中心軸Ｊ１を中心とする径方向においてバスバーホルダ５３を薄型化することができる。

モータ１では、駆動電流の各相に対応する３個のコイル２１３（図３参照）を形成する３本の導線において、当該３本の導線の一方の端部が、各相に対応する１つの第１バスバー５１の１つの第１端子５１１に接続され、他方の端部が、各相に対応する１つの第２バスバー５２の１つの第２端子５２１に接続され、さらに、当該第２バスバー５２を介してリレー５４に接続される。換言すれば、電機子２１の９個のコイル２１３を形成する９本の導線の一方の端部が、３つの第１バスバー５１の３つの第１端子５１１に接続され、当該９本の導線の他方の端部が、それぞれリレー５４に接続される３つの第２バスバー５２の３つの第２端子５２１に接続される。

図６は、電機子２１の９つのコイル２１３、バスバーユニット５の３つの第１端子５１１および３つの第２端子５２１、並びに、これらの複数のコイル２１３と複数の第１端子５１１または複数の第２端子５２１とをそれぞれ接続する導線の複数の渡り線部２１３１の接続関係を模式的に示す図である。図６中においてコイル２１３を示す矩形の中の「Ｕ，Ｖ，Ｗ」の文字はそれぞれ、各コイル２１３が対応する駆動電流の相（すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を示す。上述のように、モータ１では、駆動電流の各相に対応する３個のコイル２１３が並列に接続されている。そして、複数の渡り線部２１３１は、図５に示すように、複数のコイル２１３の上側（すなわち、中心軸Ｊ１方向におけるバスバーユニット５側）において、コイル２１３とバスバーユニット５との間の空間に配置されている。

モータ１では、電機子２１のインシュレータ２１２が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１側（すなわち、複数のティース２１１２の中心軸Ｊ１側の先端近傍）において環状に位置するとともにバスバーユニット５に向かって突出する複数の第１内側突出部２１２１を備える。また、バスバーユニット５のバスバーホルダ５３が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１側において、インシュレータ２１２の複数の第１内側突出部２１２１の先端に向かって突出する略円環状の第２内側突出部５３２を備える。そして、複数の第１内側突出部２１２１および第２内側突出部５３２（以下、まとめて「内側突出部」という。）により、複数の渡り線部２１３１の中心軸Ｊ１側が覆われている。

モータ１では、複数の第１内側突出部２１２１の先端と第２内側突出部５３２の先端との間において（すなわち、内側突出部の先端において）、インシュレータ２１２とバスバーホルダ５３との間の中心軸Ｊ１方向の距離が、複数の渡り線部２１３１の線径よりも小さくされる。また、複数の第１内側突出部２１２１の先端は、複数のコイル２１３よりも上側に突出しており、当該複数のコイル２１３のバスバーホルダ５３側の端部（すなわち、コイル２１３の上端）よりもバスバーホルダ５３に近い位置に位置する。

電機子２１では、インシュレータ２１２が、複数のコイル２１３の中心軸Ｊ１とは反対側において環状に位置するとともにバスバーホルダ５３に向かって突出する複数の外側突出部２１２２をさらに備える。各外側突出部２１２２は、中心軸Ｊ１と各第１内側突出部２１２１とを結ぶ直線上において、各第１内側突出部２１２１の中心軸Ｊ１とは反対側に配置される。複数の外側突出部２１２２の先端は、第１内側突出部２１２１と同様に、複数のコイル２１３よりも上側に突出しており、当該複数のコイル２１３の上端よりもバスバーホルダ５３に近い位置に位置する。

図７は、センサ６近傍を拡大して示す断面図である。図７に示すように、センサ６は、シャフト３１に固定されるとともに磁性体により形成された略円環状かつ中心軸Ｊ１に垂直な板状のヨーク６１、ヨーク６１上に取り付けられる（すなわち、シャフト３１の周囲にてヨーク６１を介してシャフト３１に固定される）略円環状かつ中心軸Ｊ１に垂直な板状のセンサ磁石６２、および、センサ磁石６２の表面のヨーク６１に当接する部分（すなわち、センサ磁石６２の下面）以外を覆うとともにヨーク６１に固定される非磁性体により形成された磁石カバー６３を備える。磁石カバー６３は、好ましくは金属により形成され、本実施の形態では、アルミニウムにより形成される。なお、磁石カバー６３は非磁性ステンレスにより形成されてもよい。センサ６では、ヨーク６１、センサ磁石６２および磁石カバー６３が、蓋部１３の第１凹部１３１に収容されている。

図８は、磁石カバー６３およびセンサ磁石６２を示す平面図である。図８に示すように、センサ磁石６２は、外側面の一部（本実施の形態では、２箇所）に、平面視において直線状となる切欠部６２１を備える。また、磁石カバー６３は、センサ磁石６２の２つの切欠部６２１に対して、中心軸Ｊ１を中心とする周方向に関してそれぞれ係合する２つの平面部６３１を備える。センサ６では、切欠部６２１および平面部６３１が、周方向に関して互いに係合する第１係合部および第２係合部となっている。

センサ６は、また、図７に示すように、センサ磁石６２のヨーク６１とは反対側においてセンサ磁石６２の上面に対向する第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２の上側（すなわち、センサ磁石６２とは反対側）に配置されて下面（すなわち、センサ磁石６２に対向する主面）に第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２が取り付けられる回路基板６５、並びに、回路基板６５の上面に絶縁層を介して固定された板状部材であるバックヨーク６６を備える。バックヨーク６６は、磁性体により形成されており、中心軸Ｊ１方向に関して第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２と重なる。バックヨーク６６の厚さは、好ましくは、０．５ｍｍ以上とされる。

回路基板６５は、図２に示すように、平面視において略半円状であり、図７に示すように、蓋部１３の第１凹部１３１の一部を覆いつつ蓋部１３の上面に固定される。

センサ６では、３つの第１ホール素子６４１が、中心軸Ｊ１を中心とする一の円周上に等ピッチにて配置されており、また、２つの第２ホール素子６４２が、第１ホール素子６４１よりも外側（すなわち、中心軸Ｊ１とは反対側）において、中心軸Ｊ１を中心とする他の一の円周上に配置されている。換言すれば、３つの第１ホール素子６４１と２つの第２ホール素子６４２とは、中心軸Ｊ１からの距離が異なっている。本実施の形態では、各第２ホール素子６４２は、２つのホール素子を有する磁気エンコーダである。

図９は、センサ磁石６２の上面（すなわち、磁石主面）における着磁波形を示す平面図である。図９では、図の理解を容易とするために、Ｎ極に平行斜線を付して示す。図９に示すように、センサ磁石６２の上面上には、センサ磁石６２が回転する際に第１ホール素子６４１（図７参照）と対向する円環状の第１領域６２２、および、第２ホール素子６４２（図７参照）と対向する円環状の第２領域６２３が設定されており、第１領域６２２の着磁波形と第２領域６２３の着磁波形とが異なっている。本実施の形態では、第１領域６２２および第２領域６２３における極数はそれぞれ６極および７２極である。

モータ１では、図３に示すロータ部３のロータコア３２が回転する際に、図７に示すセンサ６のセンサ磁石６２がシャフト３１およびロータコア３２と共に中心軸Ｊ１を中心として回転し、当該センサ磁石６２の回転中に、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２により、センサ磁石６２の第１領域６２２および第２領域６２３（図９参照）の磁極がそれぞれ検出される。そして、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２からの出力に基づいて、ロータコア３２の電機子２１に対する中心軸Ｊ１回りの角度位置が検出される。

以上に説明したように、モータ１では、センサ６のセンサ磁石６２の表面が、ヨーク６１と磁石カバー６３とにより覆われているため、万一、センサ磁石６２が損傷した場合であっても、センサ磁石６２の破片がモータ１内に飛散することを防止することができる。その結果、モータ１の信頼性を向上することができ、パワーステアリング装置８の信頼性を向上することができる。また、磁石カバー６３により、センサ磁石６２の表面に異物が付着することを防止することもできる。

センサ６では、中心軸Ｊ１に垂直な円環板状のセンサ磁石６２の主面に第１ホール素子６４１を対向させることにより、センサ６の中心軸Ｊ１方向の大きさを小さくすることができる。その結果、モータ１を中心軸Ｊ１方向において小型化することができる。また、磁石カバー６３が金属により形成されることにより、磁石カバー６３の強度を維持しつつ磁石カバー６３の板厚を薄くすることができるため、モータ１を中心軸Ｊ１方向においてより小型化することができる。

ところで、車両の運転操作の補助に利用されるモータ（例えば、電動式のパワーステアリング装置用のモータ）では、比較的大きな振動や衝撃等が加えられる状況下において高い信頼性が要求される。また、車内スペースの確保や燃費の改善、排気ガスの削減等の観点から、当該モータの小型化も求められている。上述のように、本実施の形態に係るモータ１は、高い信頼性と小型化とを実現することができるため、車両の運転操作の補助に利用されるモータとして特に適している。

モータ１では、ハウジング１１の蓋部１３が、電機子２１とセンサ６との間に配置されることにより、万一、センサ磁石６２が損傷してセンサ磁石６２の破片が磁石カバー６３内から外側へと出てしまった場合であっても、当該破片が電機子２１側に到達することを防止することができる。これにより、当該破片による電機子２１の導線の損傷や切断、電気的短絡等を確実に防止することができる。また、当該破片がロータコア３２と電機子２１との間に入り込んでモータ１がロックしてしまうことを確実に防止することができ、モータ１の信頼性をより向上することができる。

また、センサ６のセンサ磁石６２が、外側面の一部に切欠部６２１を備え、磁石カバー６３が当該切欠部６２１に係合する平面部６３１を備えることにより、センサ磁石６２が磁石カバー６３およびヨーク６１に対して回転することを防止することができる。その結果、センサ磁石６２のロータコア３２に対する相対的な角度位置がずれてしまうことを防止することができ、モータ１の信頼性をさらに向上することができる。

センサ６では、中心軸Ｊ１を中心とする径方向における第１ホール素子６４１の外側に第２ホール素子６４２を設け、センサ磁石６２の第１ホール素子６４１が対向する第１領域６２２の着磁波形が、第２ホール素子６４２が対向する第２領域６２３の着磁波形と異なるものとされる。そして、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２からの出力に基づいてロータコア３２の角度位置を求めることにより、第１ホール素子（または、第２ホール素子）からの出力のみに基づいて角度位置を求める場合に比べて、当該角度位置を高精度に求めることができる。すなわち、センサ６の検出精度を向上することができる。その結果、モータ１の制御性を向上してトルクリップルを低減することができる。

モータ１では、既述のように、バスバーホルダ５３が径方向において薄型化されているため、中心軸Ｊ１に垂直な円環板状のセンサ磁石６２を、バスバーホルダ５３の内側に容易に配置することができる。また、中心軸Ｊ１からの距離が異なる第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２に対向する比較的径が大きいセンサ磁石６２を、バスバーホルダ５３の内側に容易に配置することができる。

センサ６では、回路基板６５の下面に第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２が取り付けられており、回路基板６５の上面に第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２と重なるバックヨーク６６が固定されている。これにより、センサ磁石６２から第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２に向かう磁束密度を増大させ、センサ６の検出精度をより向上することができる。なお、バックヨーク６６の厚さを０．５ｍｍ以上とすることにより、上記の磁束密度を十分に増大することができる。

なお、センサ６において、第２ホール素子が省略され、第１ホール素子６４１のみが設けられている場合であっても、中心軸Ｊ１方向に関して第１ホール素子６４１と重なるバックヨーク６６が、回路基板６５の第１ホール素子６４１とは反対側に固定されることにより、センサ６の検出精度を向上することができる。

ところで、ホール素子が取り付けられる回路基板が、ハウジングの上側に取り付けられる制御ユニット内に設けられる比較例のモータの場合、ホール素子のセンサ磁石に対する相対位置の精度は、回路基板の制御ユニットへの取り付け精度、制御ユニットのハウジングへの取り付け精度、センサ磁石のシャフトへの取り付け精度、および、シャフトの加工精度により決定される。通常、制御ユニットのハウジングへの取り付け時には、高い取り付け精度は求められないため、また、高精度に取り付けることが難しいため、比較例のモータでは、ホール素子のセンサ磁石に対する位置精度の向上に限界がある。

これに対して、本実施の形態に係るモータ１では、回路基板６５が蓋部１３に固定されるため、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２のセンサ磁石６２に対する相対位置の精度は、回路基板６５の蓋部１３への取り付け精度、蓋部１３のシャフト３１への取り付け精度、センサ磁石６２のシャフト３１への取り付け精度、および、シャフト３１の加工精度により決定される。ここで、蓋部１３のシャフト３１への取り付け時には、蓋部１３に収容される第１軸受部４１とシャフト３１との間で高精度な位置決めが行われる。このため、蓋部１３をシャフト３１に高精度に取り付けることができ、第１ホール素子６４１および第２ホール素子６４２とセンサ磁石６２との間の中心軸Ｊ１方向の距離を精度良く設定することができる。その結果、センサ６の検出精度をさらに向上することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

モータ１の電機子２１では、ステータコア２１１の複数のティース２１１２に導線が分布巻きにて巻回されることにより、複数のコイル２１３が形成されてもよい。また、ステータコア２１１は、必ずしも分割コアには限定されず、他の様々な構造が採用されてよい。なお、電機子２１は、平面視において外周縁の形状が略矩形状とされてもよい。

センサ６では、回路基板６５の上面に電子部品や端子等が設けられない場合には、絶縁層が省略されてバックヨーク６６が回路基板６５の上面に導電性の接着剤等を介して固定されてもよい。センサ磁石６２および磁石カバー６３では、切欠部６２１および平面部６３１が１つ、または、３つ以上設けられてもよい。また、切欠部６２１および平面部６３１に代えて、例えば、センサ磁石６２および磁石カバー６３の一方に凹部が設けられ、他方に当該凹部と係合する凸部が設けられてもよい。このような係合部を設けることによっても、センサ磁石６２の磁石カバー６３に対する回転を防止することができる。

センサ６では、ヨーク６１およびセンサ磁石６２は、必ずしも中心軸Ｊ１に垂直な板状とされる必要はなく、例えば、主面（すなわち、内側面および外側面）が中心軸Ｊ１に平行となる円筒状のヨークの外側面に同じく円筒状のセンサ磁石が取り付けられてもよい。この場合、ホール素子は、センサ磁石の外側（すなわち、中心軸Ｊ１とは反対側）において、センサ磁石の外側面に対向する位置に配置される。

上記実施の形態に係るモータ１は、電動式パワーステアリング装置の回転力発生機構以外の様々な装置やその駆動源として利用されてよい。

パワーステアリング装置を示す図である。 モータの平面図である。 モータの縦断面図である。 バスバーユニットの平面図である。 バスバーユニットの断面図である。 コイル、渡り線部および端子の接続関係を示す図である。 センサ近傍の拡大断面図である。 磁石カバーおよびセンサ磁石の平面図である。 センサ磁石の着磁波形を示す平面図である。

符号の説明

１ モータ
２ ステータ部
３ ロータ部
４ 軸受機構
６ センサ
１１ ハウジング
１２ ハウジング本体
１３ 蓋部
２１ 電機子
３１ シャフト
３２ ロータコア
３３ 界磁用磁石
４１ 第１軸受部
４２ 第２軸受部
６１ ヨーク
６２ センサ磁石
６３ 磁石カバー
６５ 回路基板
６６ バックヨーク
６２１ 切欠部
６２２ 第１領域
６２３ 第２領域
６３１ 平面部
６４１ 第１ホール素子
６４２ 第２ホール素子
Ｊ１ 中心軸

Claims (10)

1. 電動式のモータであって、
   電機子を有するステータ部と、
   所定の中心軸を中心とするシャフト、前記シャフトの周囲に取り付けられる略円筒状のロータコア、および、前記ロータコアに固定されて前記電機子との間で前記中心軸を中心とするトルクを発生する界磁用磁石を有するロータ部と、
   前記中心軸を中心に前記ロータ部を前記ステータ部に対して回転可能に支持する軸受機構と、
   前記電機子の前記中心軸方向の一方側に配置されるとともに前記ロータ部の前記ロータコアの前記ステータ部に対する前記中心軸回りの角度位置を磁気的に検出するセンサと、
   内部に前記ステータ部および前記ロータ部を収容するハウジングと、
   を備え、
   前記センサが、
   前記シャフトに固定されると
   ともに磁性体により形成された略円環状のヨークと、
   前記ヨーク上に取り付けられる略円環状のセンサ磁石と、
   前記センサ磁石の表面の前記ヨークに当接する部分以外を覆う非磁性体により形成された磁石カバーと、
   前記センサ磁石の前記ヨークとは反対側において前記センサ磁石に対向するホール素子と、
   を備えることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータであって、
   前記ヨークおよび前記センサ磁石が、前記中心軸に垂直な板状であることを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータであって、
   前記センサが、
   前記ホール素子の前記センサ磁石とは反対側に配置され、前記センサ磁石に対向する主面に前記ホール素子が取り付けられる回路基板と、
   前記回路基板の他方の主面に固定され、前記中心軸方向に関して前記ホール素子と重なる磁性体により形成された板状部材と、
   をさらに備えることを特徴とするモータ。
4. 請求項２に記載のモータであって、
   前記センサが、前記センサ磁石の前記ヨークとは反対側において前記センサ磁石に対向するとともに前記中心軸からの距離が前記ホール素子とは異なるもう１つのホール素子をさらに備え、
   前記センサ磁石の磁石主面上において、前記センサ磁石が回転する際に前記ホール素子と対向する円環状の第１領域の着磁波形と、前記もう１つのホール素子と対向する円環状の第２領域の着磁波形とが異なることを特徴とするモータ。
5. 請求項４に記載のモータであって、
   前記センサが、
   前記ホール素子および前記もう１つのホール素子の前記センサ磁石とは反対側に配置され、前記センサ磁石に対向する主面に前記ホール素子および前記もう１つのホール素子が取り付けられる回路基板と、
   前記回路基板の他方の主面に固定され、前記中心軸方向に関して前記ホール素子および前記もう１つのホール素子と重なる磁性体により形成された板状部材と、
   をさらに備えることを特徴とするモータ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のモータであって、
   前記ハウジングが、
   前記中心軸方向の前記一方側に開口を有するハウジング本体と、
   前記電機子と前記センサとの間に配置されて前記ハウジング本体の前記開口を閉鎖する蓋部と、
   を備えることを特徴とするモータ。
7. 請求項３または５に記載のモータであって、
   前記軸受機構が、前記ロータコアの前記中心軸方向の前記一方側および他方側にて前記シャフトを回転可能に支持する第１軸受部および第２軸受部を備え、
   前記ハウジングが、
   前記中心軸方向の前記一方側に開口を有するハウジング本体と、
   前記電機子と前記センサとの間に配置されて前記第１軸受部を保持するとともに前記ハウジング本体の前記開口を閉鎖する蓋部と、
   を備え、
   前記回路基板が、前記蓋部に固定されることを特徴とするモータ。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載のモータであって、
   前記センサ磁石が、外側面の一部に第１係合部を備え、
   前記磁石カバーが、前記センサ磁石の前記第１係合部に対して前記中心軸を中心とする周方向に関して係合する第２係合部を備えることを特徴とするモータ。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のモータであって、
   前記磁石カバーが金属により形成されることを特徴とするモータ。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のモータであって、
    車両の運転操作の補助に利用されることを特徴とするモータ。

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