JP2010233328A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】広範囲な使用温度域でステータコアの固着力を確実に維持することができ、かつ製造コストを低減することができるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータハウジング１１の内周面に、コイルが巻装されたステータコア１２を内嵌固定したブラシレスモータ１において、ステータハウジング１１とステータコア１２との間に、径方向に向かってバネ性を有する円筒部材７１を介装し、円筒部材７１は、この内周面に複数の内側凸条部７５が形成されていると共に、外周面に複数の外側凸条部７４が形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、ブラシレスモータに関するものである。

一般に、ブラシレスモータは、コイルが巻装されたステータと、ステータに対して回転自在に設けられ、マグネットを有するロータとで構成されており、コイルへの通電制御を行うことでロータを回転させるようになっている。ブラシレスモータは、ロータがステータの外周面側を回転する所謂アウターロータ型モータと、ロータがステータの内周面側を回転する所謂インナーロータ型モータに大別される。
インナーロータ型モータのステータは、筒状のステータハウジングと、このステータハウジングの内周面に嵌合固定されるステータコアとで構成される。ステータコアは、例えば、電磁鋼板を積層することで略円筒状に形成されるものであって、このステータコアにコイルが巻装される。

ここで、ステータハウジングの内周面にステータコアを嵌合固定するにあたって、焼嵌め固定を採用する場合が多い。すなわち、ステータハウジングの内径をステータコアの外径よりも僅かに小さくなるように形成し、ステータコアを組み付ける際、予めステータハウジングを加熱する。そして、ステータハウジングの内径がステータコアの外径よりも大きくなるように膨張させた状態でステータハウジング内にステータコアを挿入する。この後、ステータハウジングを冷却すると、収縮したステータハウジングがステータコアを外周側から押圧するので、ステータコアを固定することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−８４２８２号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、軽量化等の要望に応じてステータハウジングをアルミダイキャストで形成した場合、このステータハウジングの線膨張係数と、電磁鋼板を積層することで形成されるステータコアの線膨張係数とで値が大きく異なってしまう。このため、使用温度条件が高くなるとステータハウジングのステータコアに対する固着力を維持するのが困難なるという課題がある。

また、広範囲な温度域においてステータハウジングのステータコアに対する固着力を維持するために、ステータコアを焼嵌め固定すると共に、ステータハウジングとステータコアとの間に接着剤を塗布することも考えられる。しかしながら、接着剤を使用する分、製造コストが嵩んでしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、広範囲な使用温度域でステータコアの固着力を確実に維持することができ、かつ製造コストを低減することができるブラシレスモータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ステータハウジングの内周面に、コイルが巻装されたステータコアを内嵌固定したブラシレスモータにおいて、前記ステータハウジングと前記ステータコアとの間に、径方向に向かってバネ性を有する筒部材を介装し、前記筒部材は、この内周面に複数の第一凸条部が形成されていると共に、外周面に複数の第二凸条部が形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、ステータハウジングとステータコアとの間に、第一凸条部や第二凸条部を弾性変形させた状態で筒部材を介装させれば、高温時にステータハウジングが膨張した場合であっても第一凸条部や第二凸条部の復元力によって生じる摩擦抵抗により、ステータコアの固着力の低下を補うことができる。このため、広範囲な使用温度域でステータコアの固着力を確実に維持することができる。
また、筒部材を使用することによって、ステータハウジングとステータコアとの間に接着剤を塗布する必要が無くなるので、製造コストを低減できる。

請求項２に記載した発明は、前記複数の第一凸条部は、軸方向に沿って形成されており、前記ステータコアの外周面には、前記第一凸条部に対応する部位に、第一溝が軸方向に沿って形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、第一凸条部と第一溝とが互いに係合した状態になり、ステータハウジングに対するステータコアの回転移動を確実に阻止することができる。このため、ステータハウジングとステータコアとの相対位置関係の経年的なずれを確実に防止できる。
ここで、例えば、ブラシレスモータにロータの回転位置を検出するための回転位置検出装置を設ける場合にあっては、ステータコアとロータとの相対位置に基づいて回転位置検出装置の角度調整を行い、この回転位置検出装置をブラケット等を介してステータハウジングに固定する場合が多い。この場合、ステータハウジングとステータコアとの相対位置が経年的にずれてしまうと、これに伴ってロータの回転位置検出精度が悪化してしまう。このため、ステータハウジングに対するステータコアの回転移動を確実に阻止することで、例えば、ロータの回転位置検出精度の経年低下を防止することが可能になる。

請求項３に記載した発明は、前記複数の第二凸条部は、軸方向に沿って形成されており、前記ステータハウジングの内周面には、前記第二凸条部に対応する部位に、第二溝が軸方向に沿って形成されていることを特徴とする。
このように構成することで、第二凸条部と第二溝とが互いに係合した状態になり、ステータハウジングに対するステータコアの回転移動をより確実に阻止することができる。このため、フェールセーフ機能を備えた信頼性の高いブラシレスモータを提供することが可能になる。

本発明によれば、ステータハウジングとステータコアとの間に、第一凸条部や第二凸条部を弾性変形させた状態で筒部材を介装させれば、高温時にステータハウジングが膨張した場合であっても第一凸条部や第二凸条部の復元力によって生じる摩擦抵抗により、ステータコアの固着力の低下を補うことができる。このため、広範囲な使用温度域でステータコアの固着力を確実に維持することができる。
また、筒部材を使用することによって、ステータハウジングとステータコアとの間に接着剤を塗布する必要が無くなるので、製造コストを低減できる。

本発明の実施形態におけるブラシレスモータの縦断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるステータコアの斜視図である。 本発明の実施形態における円筒部材の斜視図である。 図４のＢ部拡大図である。 本発明の実施形態におけるステータコアの平面図である。 本発明の実施形態におけるステータコア、およびステータハウジングと、円筒部材との取り付け状態を示す説明図である。 本発明の実施形態における円筒部材の作用説明図である。

（ブラシレスモータ）
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、ブラシレスモータ１の縦断面図である。
同図に示すように、ブラシレスモータ１は、例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）に用いられるものであって、ステータ２と、ステータ２内に配置されたロータ３とを有し、ステータ２に固定されたブラケット４にロータ３が回転自在に支持されている。

ロータ３は、中空シャフトからなる回転軸２２を有し、この回転軸２２の内部に不図示のラック軸が挿入可能になっている。ラック軸は、車両のギヤボックス内でラック・アンド・ピニオン機構を形成し、不図示のステアリングホイールの操作に応じてブラシレスモータ１の軸方向に移動自在になっている。ラック軸の両端は、ナックルアームなどを介して車両の車輪に連結されている。

回転軸２２の一方の端部は、ブラケット４に圧入されたベアリング２５に軸支されている。また、一方の端部側の外周面には、ロータ３の回転位置を検出するためのレゾルバ２６の一方を構成するレゾルバロータ２６ａが固定されている。レゾルバロータ２６ａは、複数の突極（不図示）を周方向に等間隔で配置した略環状の永久磁石、または、略環状の積層鋼鈑により構成されている。
回転軸２２の軸方向中央には、外周面に金属プレートの積層体３２が外嵌固定され、さらにこの外周面には、マグネットホルダ３４を介して瓦状のロータマグネット３３が固定されている。ロータマグネット３３は、複数の磁極が周方向に配置されている。

図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は、ステータコア１２の斜視図である。
図１〜図３に示すように、ステータ２は、略円筒形のステータハウジング１１と、ステータハウジング１１にバネ性を有する円筒部材７１を介して内嵌固定されている略円筒状のステータコア１２とで構成されている。
ステータハウジング１１は、解放された両端部のそれぞれの周縁部にボルト孔１３が形成されており、ブラケット４や、不図示の他のブラケットを固定できる。ブラケット４側の端部は、ブラケット４と印籠接合する際に使用されるインロー部１１ａが形成されている。

ステータコア１２は、周方向に分割可能な分割コア方式が用いられている。ステータコア１２から分割された分割コア１４は、磁性材料の板材を軸線方向に積層したり、磁性金属粉体を加圧したりすることで形成されたものであって、周方向に延びるコア本体１５を有している。コア本体１５は、ステータコア１２の環状の磁路を形成する部分であり、かつステータハウジング１１の内周面に固定される部分であって、軸方向平面視で略円弧状に形成されている。

コア本体１５の周方向の両端部は、他のコア本体１５に圧入によって連結される連結部１５ａ，１５ｂになっている。一方の連結部１５ａは凸形状を有し、他方の連結部１５ｂは、一方の連結部１５ａを受け入れ可能な凹形状を有している。これにより、各コア本体１５を連結して略円筒状のステータコア１２を形成することが可能になっている。

各コア本体１５の内周側には、周方向の略中央部からティース部１６が径方向に沿うように回転中心に向かって一体に延設されている。ティース部１６は突極であって、ここにインシュレータ６を装着した上からコイル７が巻装される。このコイル７の巻き始め端、および巻き終わり端である端末部４５は、ブラケット４とは反対側（図１における右側）に向かって引き出されている。

また、ティース部１６の内周側の端部には、周方向に延びる内周部１７が形成されている。この内周部１７の内周面には、２条の凹部１８が形成されており、これら２条の凹部１８によって１つのコア本体１５に対して３つのティースが形成された状態になっている。
一方、各コア本体１５の外周側には、周方向略中央にコア本体１５の長手方向（軸方向、図３における上下方向）全体に渡って溝１９が形成されている。この溝１９は断面略コの字状であって、かつ長手方向に沿って形成されている。溝１９には、円筒部材７１に形成されている後述の内側凸条部７５が挿入される。

（円筒部材）
図４は、円筒部材７１の斜視図、図５は、図４のＢ部拡大図、図６は、ステータコア１２の平面図である。
図３〜図６に示すように、円筒部材７１は、バネ性を有する金属製の板材（例えば、ＳＵＳ、ＳＰＣＣ）により形成されたものであって、円筒部本体７２を有している。円筒部本体７２の内径は、ステータコア１２の外径と略一致するように設定されており、ステータコア１２に外嵌可能になっている。また、円筒部本体７２の長手方向（軸方向）の長さＬ１は、ステータコア１２の長手方向（軸方向）の長さＬ２の約半分になるように設定されている。

円筒部本体７２の一方の周縁には、内フランジ部７３が形成されている。この内フランジ部７３は、円筒部本体７２の周縁からステータコア１２のインシュレータ６が装着されている部位に至るまで屈曲延出している。内フランジ部７３がステータコア１２のブラケット４側の一端面１２ａ（図１参照）に当接することによって、円筒部材７１の軸方向の位置決めが行われる。すなわち、円筒部材７１は、ステータコア１２の一端面１２ａから軸方向略中央に至る間を被覆するように装着される。

また、円筒部本体７２の外周面には、内フランジ部７３の近傍から他方の周縁に至る間に長手方向に沿って延在する複数の外側凸条部７４が周方向に等間隔で形成されている。一方、円筒部本体７２の内周面には、外側凸条部７４の両側に対応する箇所に、内側凸条部７５が形成されている。この内側凸条部７５も内フランジ部７３の近傍から他方の周縁に至る間に長手方向に沿って延在している。

外側凸条部７４は、円筒部本体７２の外周面から径方向外側に向かうに従って徐々に先細りとなるように形成され、先端に弧状面７４ａを有している。一方、各外側凸条部７４の両側に形成されている一対の内側凸条部７５，７５は、それぞれ外側凸条部７４の根元から径方向内側に向かって突出形成されている。内側凸条部７５は、円筒部本体７２の内周面から径方向内側に向かうに従って徐々に先細りとなるように形成され、先端に弧状面７５ａを有している。すなわち、円筒部本体７２の外周面は、外側凸条部７４の表面７６ａと、内側凸条部７５の裏面７７ｂとが露出し、凹凸を有した状態になっている。

また、外側凸条部７４は、内側凸条部７５よりも大きく形成されている。より具体的には、円筒部本体７２から外側凸条部７４の弧状面７４ａの頂点までの高さＨ１は、円筒部本体７２から内側凸条部７５の弧状面７５ａの頂点までの高さＨ２よりも高く設定されている。
さらに、内側凸条部７５，７５は、外側凸条部７４の両側に位置する２つの内側凸条部７５，７５を対として、これらの弧状面７５ａの頂点がステータコア１２に形成されている溝１９にそれぞれ挿入されるようになっている。

より詳しく図７に基づいて説明する。図７は、ステータコア１２、およびステータハウジング１１と、円筒部材７１との取り付け状態を示す説明図である。
同図に示すように、一対の内側凸条部７５，７５は、この弧状面７５ａの頂点の間隔Ｗ１がステータコア１２の溝１９の溝幅Ｗ２よりもやや小さくなるように設定されている。また、円筒部本体７２から内側凸条部７５の弧状面７５ａの頂点までの高さＨ２は、溝１９の溝深さＨ３よりもやや小さく設定されている。このため、一対の内側凸条部７５，７５は、それぞれ１つの溝１９に挿入された状態になる。このとき、内側凸条部７５の表面７７ａは、溝１９の角部に接触した状態になる。

ここで、ステータハウジング１１の内周面には、外側凸条部７４に対応する部位に、溝１０が形成されている。この溝１０は断面略コの字状であって、かつ長手方向に沿って形成されている。すなわち、外側凸条部７４は、ステータハウジング１１の溝１０に挿入された状態になっている。溝１０の溝深さＨ４は、溝１０の底面１０ａが外側凸条部７４の弧状面７４ａに当接可能に設定されている。また、溝１０の溝幅Ｗ３は、溝１０の角部が外側凸条部７４の表面７６ａに接触可能に設定されている。

このような構成のもと、ステータコア１２の溝１９に円筒部材７１の内側凸条部７５が挿入されることによって、ステータコア１２に対する円筒部材７１の回転移動が規制される。また、ステータハウジング１１の溝１０に円筒部材７１の外側凸条部７４が挿入されることによって、ステータハウジング１１に対する円筒部材７１の回転移動が規制される。この結果、ステータハウジング１１に対するステータコア１２の回転移動が規制される。

図１に示すように、ステータコア１２に巻装されている各コイル７の端末部４５は、それぞれバスバーユニット４６に接続されている。バスバーユニット４６は、ステータハウジング１１のブラケット４とは反対側に、回転軸２２の周囲を取り囲むように配置されている。バスバーユニット４６は、ステータハウジング１１の外周部に突設された電源コネクタ４７に接続されている。

電源コネクタ４７の一端部には、受け部４８が一体成形されている。この受け部４８は、不図示の外部電源から延びる電源ケーブル（不図示）の一端部を嵌着固定可能に形成されており、外部電源から電流をバスバーユニット４６に供給できるようになっている。また、電源コネクタ４７の他端側には、外周にステータハウジング１１の外面に密着させるツバ部４９が延設されている。さらに、電源コネクタ４７には、一端部から他端部に貫通するコネクタ端子６４が一体成形されている。各コネクタ端子６４の他端（バスバーユニット４６側端）は、バスバーユニット４６に電気的に接続されている。

（ブラケット）
ブラケット４は略円筒形状に形成されており、ステータハウジング１１にボルト２４によって締結固定されている。ブラケット４の端部には、ステータハウジング１１に突き当てたときにインロー部１１ａに嵌合する接合部４ａが一体成形されている。接合部４ａの外周に刻まれた溝には、Ｏリングなどのパッキン２３が装着されている。ブラケット４の他方の端部は、ラック軸を挿入可能に開口している。ブラケット４内には、開口側にベアリング２５が圧入されている。ベアリング２５よりもステータ２側には、レゾルバ２６の他方を構成するレゾルバステータ２６ｂが固定されている。ブラケット４の外周部には、レゾルバステータ２６ｂからの電気信号を取り出すためのセンサコネクタ２７が固定されている。

レゾルバステータ２６ｂは、磁性材料からなるプレートを積層して構成されたコア４１を有し、コア４１の径方向内側に向かってレゾルバコイル５４が巻装されたティース（不図示）が延設されている。
このように、レゾルバロータ２６ａ、およびレゾルバステータ２６ｂにより構成されたレゾルバ２６は、両者２６ａ，２６ｂの間のギャップパーミアンスがレゾルバロータ２６ａの回転角度と共に正弦波に変動することを利用してロータ３の回転位置を検出するようになっている。このため、レゾルバ２６の検出結果は、レゾルバロータ２６ａ、およびレゾルバステータ２６ｂの取り付け精度に大きく影響される。

各レゾルバコイル５４の巻線の端部は、ブラケット４の外周部に突設されたセンサコネクタ２７に電気的に接続されている。
センサコネクタ２７は、一端部に信号ケーブルを嵌合可能な受け部６１を有し、他端部がブラケット４内に挿入されている。また、他端部側の外周にブラケット４の外面に密着させるツバ部６２が延設されている。さらに、センサコネクタ２７には、一端部から他端部に貫通するコネクタ端子６３が一体成形されており、この他端部（レゾルバステータ２６ｂ側端部）に、レゾルバコイル５４が電気的に接続されている。

（作用）
次に、図３、図８に基づいて、ステータ２の組み立て方法について説明する。図８は、円筒部材７１の作用説明図である。
ここで、ステータハウジング１１の内径は、ステータコア１２の外径よりも僅かに小さくなるように設定されている。
このような状態において、まず、ステータコア１２に円筒部材７１を装着する。このとき、円筒部材７１の内フランジ部７３を手前に向けた状態で、ステータコア１２に円筒部材７１を挿入する。また、円筒部材７１の内側凸条部７５をステータコア１２の溝１９に合わせた状態で挿入する。そして、円筒部材７１をこの内フランジ部７３がステータコア１２の一端面１２ａに当接するまで挿入する。

続いて、ステータハウジング１１を加熱し、ステータハウジング１１の内径がステータコア１２の外径よりも大きくなるように膨張させる。そして、円筒部材７１が装着されたステータコア１２をステータハウジング１１に挿入する。このとき、ステータコア１２は、円筒部材７１の内フランジ部７３をステータハウジング１１側に向けた状態で挿入する。また、円筒部材７１の外側凸条部７４をステータハウジング１１の溝１０に合わせた状態で挿入する。

この後、ステータハウジング１１を冷却する。すると、ステータハウジング１１が収縮し、円筒部材７１の外側凸条部７４を径方向内側に向かって押圧する（図８における矢印Ｘ参照）。円筒部材７１の内側凸条部７５は、外側凸条部７４が押圧されて弾性変形することにより、周方向外側に向かって弾性変形する（図８における矢印Ｙ参照）。

このため、外側凸条部７４、および内側凸条部７５のそれぞれに復元力が生じる。この復元力がステータハウジング１１と円筒部材７１との間の摩擦抵抗を増大させると共に、円筒部材７１とステータコア１２との間の摩擦抵抗を増大させる。摩擦抵抗を増大させる。これにより、ステータハウジング１１内にステータコア１２が確実に固着され、ステータ２の組み立てが完了する。

（効果）
したがって、上述の実施形態によれば、ステータハウジング１１の溝１０に、円筒部材７１の外側凸条部７４が挿入されているので両者１０，７４が互いの周方向への移動を規制するように係合した状態になる。また、ステータコア１２の溝１９に、円筒部材７１の内側凸条部７５が挿入されているので両者１９，７５が互いに周方向への移動を規制するように係合した状態になる。このため、ステータハウジング１１に対するステータコア１２が回転移動を確実に防止できる。
また、各溝１０，１９にそれぞれ凸条部７４，７５が挿入されることで、これがフェールセーフとして機能し、ステータコア１２の経年的なずれを防止できる。このため、レゾルバ２６の検出精度の経年低下を防止することができ、信頼性の高いブラシレスモータ１を提供することが可能になる。

さらに、各凸条部７４，７５の復元力により、ステータハウジング１１と円筒部材７１との間の摩擦抵抗、および円筒部材７１とステータコア１２との間の摩擦抵抗が増大するので、ステータコア１２が軸方向に移動することも確実に防止できる。
そして、ブラシレスモータ１の使用環境が高温下で、ステータハウジング１１が膨張したとしても円筒部材７１の各凸条部７４，７５が弾性変形した状態で組み付けられているので、弾性変形量の範囲内においてステータコア１２に対する固着力を維持することが可能になる。このため、広範囲な使用温度域でステータハウジング１１のステータコア１２に対する固着力を維持できる。

また、円筒部材７１を用いてステータコア１２を固定するので、従来のように、ステータハウジング１１とステータコア１２との間に、フェールセーフを目的として、例えば、接着剤を塗布するなどの必要がなくなる。このため、製造コストを低減できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、自動車などの車両内に搭載される電動パワーステアリング装置にブラシレスモータ１を適用した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、他の電装品にも広くブラシレスモータ１を適用することが可能である。

また、上述の実施形態では、ステータハウジング１１の内周面に溝１０を形成すると共に、ステータコア１２の外周面に溝１９を形成し、これら溝１０，１９に、それぞれ円筒部材７１の各凸条部７４，７５を挿入した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ステータハウジング１１の内周面に溝１０を形成しなくてもよいし、ステータコア１２の外周面に溝１９を形成しなくてもよい。このように構成してもステータコア１２の焼嵌め固定に加え、円筒部材７１の各凸条部７４，７５による復元力によって生じる摩擦力によって、広範囲な使用温度域でステータコア１２の固着力を十分維持することが可能である。

さらに、上述の実施形態では、円筒部材７１において、円筒部本体７２の長手方向の長さＬ１をステータコア１２の長手方向の長さＬ２の約半分になるように設定した場合について説明した（図３参照）。しかしながら、これに限られるものではなく、ブラシレスモータ１の使用環境に応じて円筒部本体７２の長さＬ１を設定してよい。すなわち、円筒部本体７２の長さＬ１が長くなるほどステータハウジング１１と円筒部材７１との間の摩擦抵抗、および円筒部材７１とステータコア１２との間の摩擦抵抗が増大する。このため、ステータコア１２に対して必要な固着力に応じて円筒部本体７２の長さＬ１を設定すればよい。

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ ブラケット
１０ 溝（第二溝）
１１ ステータハウジング
１２ ステータコア
１９ 溝（第一溝）
７１ 円筒部材（筒部材）
７４ 外側凸条部（第二凸条部）
７５ 内側凸条部（第一凸条部）

Claims (3)

1. ステータハウジングの内周面に、コイルが巻装されたステータコアを内嵌固定したブラシレスモータにおいて、
   前記ステータハウジングと前記ステータコアとの間に、径方向に向かってバネ性を有する筒部材を介装し、
   前記筒部材は、この内周面に複数の第一凸条部が形成されていると共に、外周面に複数の第二凸条部が形成されていることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記複数の第一凸条部は、軸方向に沿って形成されており、
   前記ステータコアの外周面には、前記第一凸条部に対応する部位に、第一溝が軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記複数の第二凸条部は、軸方向に沿って形成されており、
   前記ステータハウジングの内周面には、前記第二凸条部に対応する部位に、第二溝が軸方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のブラシレスモータ。

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