JP2010226907A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】スライド型や後加工が必要ない構成でありながら、気密性の低下が生じないモータブラケット−ハウジング間のシール構造を提供する。
【解決手段】ブラケット８の端部に段部３６を形成すると共に、ギヤボックスハウジング３１の端部に段部３７を形成する。ブラケット８をハウジング３１に取り付けると、両段部３６,３７によって、ブラケット８とハウジング３１との間に空隙が形成され、この空隙をＯリング収容部３８として使用する。Ｏリング３２は径方向に圧縮された状態でＯリング収容部３８内に配置される。両段部３６,３７の径方向側面には、シール面Ｓ１,Ｓ２が形成され、Ｏリング３２によって、ブラケット８とハウジング３１が気密状態で接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ブラシレスモータのシール構造に関し、特に、電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータにおけるモータブラケットとギヤボックスとの間のシール構造に関する。

自動車等の操舵力補助に使用されるパワーステアリング装置として、近年、エンジン負荷軽減や重量低減等の観点から、電動モータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略記する）が増大している。このようなＥＰＳ用のモータには、従来、ブラシ付のＤＣモータが多く用いられてきたが、昨今では、制御技術の向上も相俟って、小型高性能化の点で優れたブラシレスモータの採用が増大している。

図３は、このようなＥＰＳ用モータの斜視図である。ＥＰＳ用のモータ５１は、気密モータとなっており、減速機構が収容された図示しないギヤボックスと接続される。ギヤボックスとモータブラケット５２との嵌合面には、気密確保のためＯリングが装着される。図３に示すように、従来のモータ５１では、合成樹脂製のモータブラケット５２にＯリング溝５３を設け、そこにＯリングを取り付けるようになっている。

一方、モータブラケット５２には、固定ボルト装着部５４に、金属製のカラー５５がインサート成形されている。このカラー５５は、モータブラケット５２と金属製ギヤボックスをボルト固定する際、金属部材同士を当接させて両者の締結強度を確保するために設けられている。すなわち、金属製ハウジングと樹脂ブラケットでは線膨張係数が異なるため、両者をボルトにて締結しても、温度変化や経年変化によって緩んでしまう可能性がある。このため、モータブラケット５２に金属製カラー５５設け、カラー５５をハウジングに当接させ、メタルタッチ状態にてボルト締結を確実に行っている。

ところが、図３のようなモータブラケット５２では、このカラー５５がＯリング溝５３の近傍にインサート成形されるため、Ｏリング溝形成用のスライド機構を金型内に設けることが非常に難しくなる。モータブラケット５２は軸方向（図中上下方向）に分離する金型によって成形されるが、その際、アンダーカット部となるＯリング溝５３を形成するには、左右方向に分離するスライド型が必要となる。これに対し、図３のモータブラケット５２では、Ｏリング溝５３がインサート部位（カラー５５）の近傍にあるため、スライド機構を配置すると型構造が非常に複雑となり、コスト面やメンテナンスの点で問題がある。

このため、従来のＥＰＳ用モータでは、モータブラケット５２に対して切削加工を行ってＯリング溝５３を形成しており、量産性に劣る上に、切削面にボイドが発生し、気密が確保できないという問題があった。また、モータブラケット５２には、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のグラスファイバ強化樹脂などが使用されるため、切削バイトの交換頻度が多くなる可能性あり、加工費が上昇するという問題もあった。

そこで、図３のようなＯリング溝配置を改め、図４のように、ギヤボックスのハウジング５６の端面（あるいはモータブラケット５７の端面）にＯリング溝５８を設け、スライド型を不要とすると共に、成形後の切削加工を廃したものも提案されている（例えば、特許文献１）。この場合も、メタルタッチのため、モータブラケット５７にはカラー５９がインサート成形されるが、Ｏリング溝５８がブラケット端面に存在するため、カラー５９の有無にかかわらずスライド機構は不要となる。図４の構成では、Ｏリング６１は、モータブラケット５７とハウジング５６との間に挟持され、固定ボルト６２を締め付けると、Ｏリング６１が両者間にて軸方向から圧縮され、気密シールが施されるようになっている。

特開2003-284293号公報

ところが、カラー５９をハウジング５６にメタルタッチさせるには、カラー５９をモータブラケット５７から軸方向に突出させる必要がある。このため、モータブラケット５７とハウジング５６との間に隙間が生じ、その隙間に毛細管現象等によって水分が侵入する場合がある。勿論、モータブラケット５７とハウジング５６との間にはＯリング６１が介設されているため、両者間の隙間に水分が入り込んでも、通常、それらはモータ内部には侵入しない。

しかしながら、水、特に海水等の塩分を含む水が先の隙間に浸入した場合、水に含まれる塩分等の成分が水分の蒸発により結晶化したり、水分中の成分がそのまま異物として残ったりし、この結晶や異物が隙間に堆積するおそれがある。このように、結晶や異物（以下、結晶等と称す）がモータブラケット５７とハウジング５６との隙間に堆積すると、結晶等によってモータブラケット５７が押し上げられ、Ｏリング６１の軸方向の締め代が低下する可能性がある。つまり、結晶等の成長により隙間が拡大し、Ｏリング６１の密着性が低下するおそれがある。Ｏリングの密着性が低下すると、モータ内部の気密性を維持できなくなるおそれがあり、その対策が求められていた。

本発明の目的は、スライド型や後加工が必要ない構成でありながら、気密性の低下が生じないモータブラケット−ハウジング間のシール構造を提供することにある。

本発明のブラシレスモータは、モータケース端部に取り付けられ、被装着対象部材に気密状態にて接合されるブラケットを備えたブラシレスモータであって、前記ブラケットは、前記被装着対象部材と接合される側の端部に、直径を異にする小径部と大径部にて形成された第１段部を有し、前記被装着対象部材は、前記ブラケットと接合される側の端部に、直径を異にする大径部と小径部にて形成され、前記ブラケットを該被装着対象部材に取り付けたとき、前記第１段部との間に空隙を形成する第２段部を有し、前記空隙は、前記ブラケットと前記被装着対象部材を気密状態に接合するためのシール部材が配置されるシール部材収容部を構成することを特徴とする。

本発明にあっては、第１及び第２段部により空隙を形成し、この空隙をシール部材収容部として使用する。そして、シール部材収容部に配置したシール部材により、ブラケットと被装着対象部材を気密状態にて接合する。これにより、シール部材を径方向に圧縮する形でシール部を形成することができ、ブラケットと被装着対象部材の間の隙間から水分が侵入し、結晶等によってブラケットが押し上げられても、シール部材の圧縮に影響が生じず、シール部材の締め代も低下しない。従って、隙間に侵入した水分により、シール部材のシール機能が損なわれることがなく、モータ内部の気密性も維持される。

前記ブラシレスモータにおいて、前記シール部材収容部に装着したシール部材により、前記第１及び第２段部の径方向側面にシール部を形成しても良い。また、前記ブラケットを該被装着対象部材に取り付けたとき、前記ブラケットと該被装着対象部材の小径部同士と大径部同士が軸方向から嵌合し、前記第１及び第２段部により前記シール部材収容部が形成されるようにしても良い。

本発明のブラシレスモータによれば、被装着対象部材に接合されるブラケットに第１段部を設ける一方、被装着対象部材にも第２段部を設け、ブラケットを被装着対象部材に取り付けたとき第１及び第２段部の間に形成される空隙をシール部材収容部として使用してシール部材を配置したので、シール部材を径方向に圧縮する形でシール部を形成することが可能となる。このため、ブラケットと被装着対象部材の間の隙間から水分が侵入し、結晶等によってブラケットが押し上げられても、シール機能が損なわれることがなく、モータ内部の気密性を維持することが可能となる。

また、ブラケットと被装着対象部材の各段部を、軸方向からの抜き型にて形成することが可能となり、スライド構造や成形後の切削加工が不要となる。従って、型構造を簡素化できると共に、部品製造工数の削減を図ることができ、製品コストを低減させることが可能となる。

本発明の一実施例であるブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図１のブラシレスモータにおけるＯリング収容部の構成を示す説明図である。 従来のＥＰＳ用モータの斜視図である。 従来のＥＰＳ用モータにおけるＯリング取付状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例であるブラシレスモータの構成を示す断面図である。図１に示すように、ブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）は、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ１は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ１は、ステアリングシャフトに設けられたギヤボックス（減速機構部）に取り付けられる。モータ１の回転は、このギヤボックスにて減速され、ステアリングシャフトに伝達される。

ステータ２は、有底円筒形状のケース４と、ステータコア５、ステータコア５に巻装されたステータコイル６（以下、コイル６と略記する）及びステータコア５に取り付けられるバスバーユニット７とから構成されている。ケース４は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、図示しない固定ネジによって合成樹脂製のブラケット８が取り付けられる。ステータコア５は、複数個（例えば、９個）の分割コアを周方向に集成した構成となっており、複数個のティースが径方向内側に向かって突設されている。分割コアは、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ１１が取り付けられている。

インシュレータ１１の外側にはコイル６が巻装され、ステータコア５の一端側には、コイル６の端部６ａが径方向に引き出されている。ステータコア５の一端側には、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形されたバスバーユニット７が取り付けられる。バスバーユニット７の周囲には複数個の給電用端子１２が径方向に突設されており、バスバーユニット７の取り付けに際し、コイル端部６ａは、この給電用端子１２と溶接される。バスバーユニット７では、バスバーはモータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個）設けられており、各コイル６はその相に対応した給電用端子１２と電気的に接続される。ステータコア５は、バスバーユニット７を取り付けた後、ケース４内に圧入固定される。

ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。ロータ３はロータシャフト１３を有しており、ロータシャフト１３は軸受１４ａ,１４ｂによって回転自在に支持されている。軸受１４ａは、ケース４の底部中央に固定されている。軸受１４ｂは、ブラケット８に取り付けられた軸受ホルダ２７の中央部に固定されている。ロータシャフト１３には、円筒形状のロータコア１５が固定されており、その外周には、セグメントタイプのマグネット（永久磁石）１６が取り付けられている。ロータシャフト１３には合成樹脂製のマグネットホルダ１７が外挿されており、マグネット１６は、マグネットホルダ１７に保持される形でロータコア１５の外周に配設される。モータ１では、マグネット１６は、周方向に沿って６個配置されており、マグネット１６の外側には円筒形状のマグネットカバー１８が取り付けられている。

マグネットホルダ１７の端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ２１のロータ（レゾルバロータ）２２が取り付けられている。これに対し、レゾルバ２１のステータ（レゾルバステータ）２３は、金属製のレゾルバホルダ２４内に圧入され、その状態でブラケットホルダ２５に固定されている。ブラケットホルダ２５は合成樹脂にて形成されており、取付ネジ２６によってブラケット８の内側に固定される。

ブラケット８の外側には、アルミニウム製のギヤボックスハウジング３１（被装着対象部材、以下、ハウジング３１と略記する）が取り付けられる。ブラケット８とハウジング３１との間には、Ｏリング（シール部材）３２が取り付けられ、両者は取付ボルト３３によって気密状態で固定される。モータ１においても、ブラケット８とハウジング３１が異なる素材（金属と合成樹脂）にて形成されているため、線膨張係数の違いからボルト締結が緩むおそれがある。このため、従来のモータと同様に、ブラケット８のボルト孔３４に、金属製のカラー３５がインサート成形されている。これにより、ブラケット８とハウジング３１は金属同士が当接するメタルタッチ状態にて接合され、取付ボルト３３により両者は確実に締結される。

ここで、当該モータ１では、従来のモータと異なり、ブラケット８の図１において左端部（ハウジング３１と接合される側の端部）にＯリング装着用の段部（第１段部）３６が形成されている。一方、ハウジング３１の右端部（ブラケット８と接合される側の端部）にも段部（第２段部）３７が形成されており、ブラケット８をハウジング３１に取り付けると、両段部３６,３７によって、ブラケット８とハウジング３１との間に空隙が形成される。モータ１では、この空隙をＯリング収容部３８として使用し、そこにＯリング３２が装着される。

図２は、Ｏリング収容部３８の構成を示す説明図である。図１,２に示すように、ブラケット８には、ハウジング３１との接合部３９が軸方向に向かって突設されており、その外周部に、異なる外径からなる小径部４１ａと大径部４１ｂにより、段部３６が形成されている。これに対し、ハウジング３１には、ブラケット８との接合部４２が軸方向に向かって凹設されており、その内周部に、異なる内径からなる２つの大径部４３ａと小径部４３ｂにより、段部３７が形成されている。

この場合、ブラケット８側の大径部４１ｂの軸方向長Ｌ１は、ハウジング３１側の大径部４３ａの軸方向長Ｌ２よりも短くなっている（Ｌ１＜Ｌ２）。また、ブラケット８をハウジング３１に取り付けたとき、ブラケット８側の小径部４１ａとハウジング３１側の小径部４３ｂが必ずオーバーラップするようになっている。従って、ブラケット８をハウジング３１に取り付けると、図２に示すように、小径部４１ａ,４３ｂ同士と大径部４１ｂ,４３ａ同士が軸方向から嵌合し、両段部３６,３７によってＯリング収容部３８が形成される。

Ｏリング収容部３８の径方向の幅Ｘは、Ｏリング３２の直径よりも小さい寸法となっている。また、ブラケット８側の段部３６の外径Ｄ１（小径部４１ａの外径）は、Ｏリング３２の内径よりも大径となっている。さらに、ハウジング３１側の段部３７の内径Ｄ２（大径部４３ａの内径）は、段部３６に装着された状態のＯリング３２の外径よりも小さくなっている。Ｏリング収容部３８がこのような寸法関係にて形成されているため、ブラケット８とハウジング３１の両接合部３９,４２を嵌合させると、Ｏリング３２は径方向に圧縮された状態でＯリング収容部３８内に配置される。これにより、シール面（シール部）Ｓ１,Ｓ２が両段部３６,３７の径方向側面に形成され、ブラケット８とハウジング３１が気密状態で接合される。

このように、本発明によるモータ１では、ブラケット８とハウジング３１の各段部３６,３７によりＯリング収容部３８が形成される。この場合、各段部３６,３７は、軸方向から嵌合する構成であり、軸方向の抜き型にて形成可能な形状となっている。従って、ブラケット８やハウジング３１の成形型にはスライド構造は必要ない。また、各段部３６,３７は型にて成形可能であり、成形後の切削加工も不要である。すなわち、Ｏリング３２の位置決めを従来のような「溝」とせず、相手側部品に段差を設けて空隙を形成し、これによりＯリング３２の位置決めを行うため、スライド型や成形後の切削加工を回避できる。従って、型構造を簡素化できると共に、部品製造工数の削減を図ることができ、製品コストを低減させることが可能となる。

一方、当該モータ１においても、ブラケット８とハウジング３１がメタルタッチ状態にて接合されており、カラー３５はブラケット８の端面から若干突出した状態となっている。このため、ブラケット８とハウジング３１の接合部には僅かながらも隙間が生じ、その隙間から水分が侵入する場合がある。前述のように、従来のモータではこの隙間に入り込んだ水分により結晶等が発生し、モータブラケットが押し上げられ、Ｏリングのシール機能が損なわれるおそれがあった。

これに対し、本発明によるモータ１では、Ｏリング３２によるシール面Ｓ１,Ｓ２がブラケット８とハウジング３１の径方向側面に形成される径シール構造となっているため、隙間から水分が侵入し、結晶等によってブラケット８が押し上げられても、Ｏリング３２の径方向の圧縮には影響がなく、Ｏリング３２の締め代も低下しない。すなわち、メタルタッチ構造を採用しブラケット−ハウジング間に隙間が生じても、隙間に侵入した水分により結晶等が発生してＯリング３２のシール機能が損なわれることがなく、モータ内部の気密性が維持される。従って、モータ内部に水分が侵入するのを防止することができ、モータの信頼性や耐久性の向上を図ることが可能となる。なお、径方向にシール面Ｓが存在するため、Ｏリング３２の押接力がブラケット８の押し上げに対する抵抗力ともなり、ブラケット８の押し上げも生じにくくなる。

本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、コラムアシスト式のＥＰＳに使用されるブラシレスモータを示したが、他の方式のＥＰＳ用モータにも本発明は適用可能である。加えて、ＥＰＳや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般にも適用可能である。また、前述の実施例では、ブラケット８の外径とハウジング３１の内径との間にＯリング収容部３８を形成しているが、ブラケット８とハウジング３１との嵌合関係を逆にしたモータにも本発明は適用可能であり、その場合、Ｏリング収容部３８は、ブラケット８の内径とハウジング３１の外径との間に形成される。

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ ケース
５ ステータコア
６ ステータコイル
６ａ コイル端部
７ バスバーユニット
８ ブラケット
１１ インシュレータ
１２ 給電用端子
１３ ロータシャフト
１４ａ,１４ｂ 軸受
１５ ロータコア
１６ マグネット
１７ マグネットホルダ
１８ マグネットカバー
２１ レゾルバ
２２ レゾルバロータ
２３ レゾルバステータ
２４ レゾルバホルダ
２５ ブラケットホルダ
２６ 取付ネジ
２７ ベアリングホルダ
３１ ギヤボックスハウジング（被装着対象部材）
３２ Ｏリング（シール部材）
３３ 取付ボルト
３４ ボルト孔
３５ カラー
３６ 段部（第１段部）
３７ 段部（第２段部）
３８ Ｏリング収容部（シール部材収容部）
３９ 接合部
４１ａ 小径部
４１ｂ 大径部
４２ 接合部
４３ａ 大径部
４３ｂ 小径部
５１ モータ
５２ モータブラケット
５３ Ｏリング溝
５４ 固定ボルト装着部
５５ カラー
５６ ハウジング
５７ モータブラケット
５８ Ｏリング溝
５９ カラー
６１ Ｏリング
６２ 固定ボルト
Ｄ１ ブラケット側の段部の外径
Ｄ２ ハウジング側の段部の内径
Ｌ１ ブラケット側の大径部の軸方向長
Ｌ２ ハウジング側の大径部の軸方向長
Ｓ１,Ｓ２ シール面（シール部）
Ｘ Ｏリング収容部の径方向の幅

Claims (3)

1. モータケース端部に取り付けられ、被装着対象部材に気密状態にて接合されるブラケットを備えたブラシレスモータであって、
   前記ブラケットは、前記被装着対象部材と接合される側の端部に、直径を異にする小径部と大径部にて形成された第１段部を有し、
   前記被装着対象部材は、前記ブラケットと接合される側の端部に、直径を異にする大径部と小径部にて形成され、前記ブラケットを該被装着対象部材に取り付けたとき、前記第１段部との間に空隙を形成する第２段部を有し、
   前記空隙は、前記ブラケットと前記被装着対象部材を気密状態に接合するためのシール部材が配置されるシール部材収容部を構成することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記シール部材収容部に装着されたシール部材は、前記第１及び第２段部の径方向側面にシール部を形成することを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラケットを該被装着対象部材に取り付けたとき、前記ブラケットと該被装着対象部材の小径部同士と大径部同士が軸方向から嵌合し、前記第１及び第２段部により前記シール部材収容部が形成されることを特徴とするブラシレスモータ。

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