JP2011135691A - モータ、電動パワーステアリング装置及びインホイールモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力の向上を図るとともに、トルクリップルやコギングトルクを低減することができるモータ、同モータを備えた電動パワーステアリング装置及びインホイールモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】モータは、環状のステータコア３４にコイル３５がトロイダル状に巻装されたステータ３１を備え、ステータコア３４をそれぞれ別体として形成された複数のティース５１とコイル３５が巻装される複数のヨーク５２とを交互に配列して構成した。また、各ティース５１に、ステータ３１の周方向両側から隣接する各ヨーク５２の挿入端部５６が挿入される挿入溝５５を形成した。そして、ステータ３１の周方向において対向する挿入溝５５と挿入端部５６との各対向面５５ｂ，５６ｂを、圧入片５７が挿入溝５５と挿入端部５６との間に圧入されて該ヨーク５２をステータ３１の径方向内側に押圧することにより、互いに密着するように形成した。
【選択図】図７

Description

本発明は、コイルがトロイダル状に巻装されたモータ、同モータを備えた電動パワーステアリング装置及びインホイールモータ駆動装置に関する。

従来、環状のステータコアにコイルがトロイダル状に巻装されたステータと、ステータに対して回転可能に設けられるロータとを備えたモータがある。このようなステータのステータコアとして、コイルが巻装される単位毎に分割した複数の分割コアを環状に配列して構成したものがある（特許文献１参照）。

詳述すると、この特許文献１に記載の分割コアは、ロータと対向するティース部と、同ティース部から周方向一方側に延出され、コイルが巻装されるヨーク部とを備えてなる。そして、分割された状態の分割コアのヨーク部に対してコイルを巻装した後に、分割コアを環状に組み付けてステータを構成することにより、巻線作業を容易にしてコイルの占積率を向上させ、その高出力化等を図ることができる。

特開２００８−２５９３９９号公報

ところで、上記特許文献１に記載の構成では、一般に分割コアの寸法には製造上の公差が許容されているため、分割コアを環状に組み付ける際に、分割コアのヨーク部における周方向一方側の端面と、隣接する分割コアのティース部における周方向他方側の端面とを完全に密着させることが困難になる。従って、同構成では、互いに隣接する各分割コアのヨーク部とティース部との間、すなわちヨーク部におけるステータの周方向一方側にエアギャップが形成され易い。

ここで、トロイダル状に巻装されたコイルにおいては、その軸方向両側、すなわちヨーク部におけるステータの周方向両側から磁束が発生するため、上記エアギャップにより磁気経路内の磁気抵抗が増加することで有効磁束が減少し易く、モータの出力が低下してしまう。また、各分割コアの寸法は上記公差の範囲内でばらつくことために、上記エアギャップの大きさもばらついてしまう。その結果、各コイルにて発生する回転磁界の大きさもばらつき、トルクリップルが大きくなるといった問題も生じる。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、出力の向上を図るとともに、トルクリップルやコギングトルクを低減することができるモータ、同モータを備えた電動パワーステアリング装置及びインホイールモータ駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、環状のステータコアにコイルがトロイダル状に巻装されたステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられるロータとを備えたモータにおいて、前記ステータコアは、それぞれ別体として形成された複数のティース及び前記コイルが巻装される複数のヨークを有し、前記各ティースと前記各ヨークとを交互に配列して構成され、前記ステータの軸方向に延びる圧入片を備え、前記各ティースにおける前記ステータの周方向両側端部にはそれぞれ挿入溝が形成され、該各挿入溝は隣接する前記ヨークの挿入端部が挿入されるものであり、前記ステータの周方向において対向する前記挿入溝と前記挿入端部との各対向面は、前記圧入片が前記挿入溝と前記挿入端部との間に圧入されて該ヨークを前記ステータの径方向内側又は径方向外側に押圧することにより、互いに密着するように形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、ティース及びヨークに製造上の公差が許容されていても、圧入片によってヨークが径方向内側又は径方向外側に押圧されることにより、ステータの周方向において対向する挿入溝と挿入端部との各対向面が互いに密着される。そのため、ヨークにおけるステータの周方向両側、及び径方向外側又は径方向内側にエアギャップが形成されることが抑制され、有効磁束の減少が抑えられるため、モータの出力の向上を図ることができる。また、ヨークにおけるモータの周方向両側にエアギャップが形成されること自体が抑制されるため、同エアギャップの大きさがばらつくことも低減でき、トルクリップルを低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のモータにおいて、前記各対向面は、前記圧入片から前記ヨークに対して作用する力の方向と非平行な平面状に形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、各対向面が圧入片からヨークに対して作用する力の方向と非平行な（交差する）平面状に形成されるため、これら各対向面全体に均一な力が作用するようになる。そのため、これら対向面全体を密着させ易く、ヨークにおけるステータの周方向両側にエアギャップが形成されることが好適に抑制され、よりモータの出力の向上及びトルクリップルの低減を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のモータにおいて、前記各対向面は、前記ティースにおける前記ステータの周方向中央を通る径方向線に沿って平行に形成されたことを要旨とする。

上記構成によれば、各対向面は、ティースにおけるステータの周方向中央を通る径方向線に沿って平行に形成されるため、該ティースにおける挿入溝が形成された部分の周方向幅を一定にすることができ、ティースの強度を確保できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータにおいて、前記圧入片は、前記挿入溝における前記ステータの径方向外側に形成された外側面と、前記挿入端部における前記ステータの径方向外側に形成された外側面との間に圧入され、該ヨークを径方向内側に押圧することを要旨とする。

上記構成によれば、圧入片によってヨークが径方向内側に押圧されることにより、挿入溝におけるステータの径方向内側に形成された内側面と、ヨークにおけるステータの径方向内側に形成された内側面とが互いに密着されるため、これら各内側面の間にエアギャップが形成され難くなり、これら各内側面の間を通過する磁束が減少することを抑制できる。これにより、ロータがステータの径方向内側に配置されるラジアルギャップ構造のモータとした場合には、上記各内側面の間を通過する磁束がロータの回転に大きく影響するため、より一層モータの出力の向上を図ることができる。また、上記構成によれば、高速回転時で高出力が得られやすいトロイダル巻きの利点が十分に発揮される。

なお、請求項５に記載されるように、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータにおいて、前記ステータと前記ロータとがその径方向において対向するように配設されてなるラジアルギャップ構造とすることができる。また、請求項６に記載されるように、請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータにおいて、前記ステータと前記ロータとがその軸方向において対向するように配設されてなるアキシャルギャップ構造とすることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載のモータを備えた電動パワーステアリング装置であることを要旨とする。
上記構成によれば、モータのトルクリップルを低減することができるため、操舵フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置を提供することができる。

請求項８に記載の発明は、ホイールを回転させる請求項５に記載のモータを備えたインホイールモータ駆動装置であることを要旨とする。
上記構成によれば、モータの出力の向上を図ることができるため、例えば必要なトルクを確保しつつ、同モータの小型化等を図ることができる。また、トロイダル巻きでは、高速回転時で高出力が得られやすいので、従来では不得手であった高回転時の高トルクを得ることができる。

本発明によれば、出力の向上を図るとともに、トルクリップルやコギングトルクを低減することが可能なモータ、同モータを備えた電動パワーステアリング装置及びインホイールモータ駆動装置を提供することができる。

電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の概略構成図。 ＥＰＳアクチュエータの概略構成を示す断面図。 第１実施形態のモータの軸方向と直交する縦断面図。 図３のＡ−Ａ矢視図。 第１実施形態の磁石によりロータの外周面に現れる磁極の周方向範囲を示す説明図。 磁石の磁束密度分布を示すグラフ。 第１実施形態のモータの拡大縦断面図。 圧入片により押圧されるヨークを示す説明図。 第２実施形態のモータの軸方向と直交する縦断面図。 図９のＢ−Ｂ矢視図。 図１０のＣ−Ｃ矢視図。 第２実施形態のモータの拡大縦断面図。 別のロータの軸方向と直交する縦断面図。 別のロータの軸方向と直交する拡大縦断面図。 別のロータの軸方向と直交する縦断面図。 別のロータの軸方向に沿った横断面図。 インホイールモータ駆動装置を備えた車両の概略構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１に示すように、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１において、ステアリング２が固定されたステアリングシャフト３は、ラックアンドピニオン機構４を介してラックハウジング５の内部に挿通されるラック軸６に連結されている。ステアリング操作に伴うステアリングシャフト３の回転は、ラックアンドピニオン機構４によりラック軸６の往復直線運動に変換される。そして、このステアリングシャフト３の回転に伴うラック軸６の往復直線運動により、転舵輪７の舵角、即ち車両の進行方向が変更される。

また、ＥＰＳ１は、操舵系にステアリング操作を補助するためのアシスト力を付与するＥＰＳアクチュエータ１１と、該ＥＰＳアクチュエータ１１の作動を制御するＥＣＵ１２とを備えている。本実施形態のＥＰＳアクチュエータ１１は、その駆動源であるモータ１３がラック軸６と同軸に配置された所謂ラック型のＥＰＳアクチュエータであり、モータ１３が発生するアシストトルクは、ボールねじ機構１４（図２参照）を介してラック軸６に伝達される。なお、本実施形態のモータ１３は、ブラシレスモータであり、ＥＣＵ１２から三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力の供給を受けることにより回転する。

具体的には、図２に示すように、モータ１３は、ラックハウジング５と同軸上に連結された筒状のケーシング２１内に固定されている。モータ１３に連結された出力軸２２は、中空円筒状に形成されるとともに、その両端部における外周面とケーシング２１の両端部における内周面との間にそれぞれ介在された軸受２３ａ，２３ｂを介して、ケーシング２１の内面に対して相対回転可能に支持されている。また、ラック軸６の外周には、ねじ溝６ａが螺刻されるとともに出力軸２２の内周には、その内周にねじ溝２５ａが螺刻されたボール螺子ナット２５が固定されている。そして、ボールねじ機構１４は、その出力軸２２に挿通されたラック軸６が、転動体となる複数のボール２６を介して上記ボール螺子ナット２５と螺合することにより形成されており、出力軸２２の回転がラック軸６の往復動に変換されて操舵系にアシスト力が付与されるようになっている。

そして、図１に示すように、ＥＣＵ１２は、このモータ１３が発生するアシストトルクを制御することにより、操舵系に付与するアシスト力を制御する（パワーアシスト制御）。具体的には、ＥＣＵ１２には、トルクセンサ２８及び車速センサ２９が接続されており、ＥＣＵ１２は、これらトルクセンサ２８及び車速センサ２９によりそれぞれ検出される操舵トルクτ及び車速Ｖに基づいて、ＥＰＳアクチュエータ１１の作動を制御、即ちパワーアシスト制御を実行する。

次に、本実施形態のモータの構成について説明する。
図３及び図４に示すように、モータ１３は、ケーシング２１の内周面に嵌合圧入等されることにより固定されたステータ３１と、同ステータ３１とその径方向において対向するとともに上記出力軸２２と一体回転可能に設けられるロータ３２とを備えている。つまり、本実施形態のモータ１３は、ステータ３１とロータ３２とがその径方向において対向するように配設されてなるラジアルギャップ構造のモータとして構成されている。

ステータ３１は、ケーシング２１の内周に固定される環状のステータコア３４と、このステータコア３４にトロイダル状に巻装された複数（本実施形態では１２個）のコイル３５とを備えている。そして、ステータ３１は、その各コイル３５にＥＣＵ１２から三相の駆動電流が供給されるとロータ３２を回転させるための回転磁界を発生するように構成されている。

一方、ロータ３２は、出力軸２２に外嵌されるロータコア４１と、同ロータコア４１に埋設される複数（本実施形態では４つ）の磁石４２を備えている。つまり、本実施形態のロータ３２は磁石埋め込み型のロータとして構成されている。

具体的には、ロータコア４１の中心部には、出力軸２２が嵌合する嵌合孔４３が形成されるとともに、その周縁部には、径方向と直交する方向に延びる直線状で軸方向に貫通する複数の収容孔４５が形成されている。そして、磁石４２は、略平板状に形成され、各収容孔４５内に収容保持されている。なお、磁石４２は、ロータコア４１の径方向外側に交互にＮ極とＳ極とを構成すべく着磁がなされて収容孔４５内に設けられている。また、各収容孔４５の周方向両端には、空隙４６が収容孔４５と連続して形成されている。そして、ロータコア４１の外周には、ステンレス綱等の非磁性金属材料からなる円筒状の補強部材４７が外嵌されている。この補強部材４７により、ロータコア４１の強度が確保され、例えばロータ３２の回転によってロータコア４１、磁石４２が離脱等しないようになっている。

また、本実施形態のロータ３２は、各磁石４２によりロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲が不均等となるように構成されている。具体的には、図５に示すように、同図において上側及び下側に配置された磁石４２ａ，４２ｂの幅（ロータの径方向と直交する方向の長さ）は、右側及び左側に配置された磁石４２ｃ，４２ｄの幅よりも長く形成されている。また、上側及び下側磁石４２ａ，４２ｂが収容される上側及び下側収容孔４５ａ，４５ｂの幅は、右側及び左側磁石４２ｃ，４２ｄが収容される右側及び左側収容孔４５ｃ，４５ｄの幅よりも長く形成されており、これら右側及び左側収容孔４５ｃ，４５ｄよりもロータコア４１における径方向外側に設けられている。従って、上側磁石４２ａ及び下側磁石４２ｂによりロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲Ａ１，Ａ２が、右側磁石４２ｃ及び左側磁石４２ｄによりロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲Ａ３，Ａ４よりも大きくなっている。なお、本実施形態では、上側及び下側磁石４２ａ，４２ｂ（上側及び下側収容孔４５ａ，４５ｂ）は同じ幅で形成されており、周方向範囲Ａ１，Ａ２は同じ大きさになる。また、右側及び左側磁石４２ｃ，４２ｄ（右側及び左側収容孔４５ｃ，４５ｄ）は同じ幅で形成されており、周方向範囲Ａ３，Ａ４は同じ大きさになる。

これにより、上側及び下側磁石４２ａ、４２ｂによる各磁極とステータ３１の磁極との間の磁気的な吸引力及び反発力が最大となるロータ３２の回転位置は、右側及び左側磁石４２ｃ，４２ｄによる各磁極と上記ステータ３１の磁極との間の磁気的な吸引力及び反発力が最大となるロータ３２の回転位置と異なるようになる。従って、ロータ３２の各磁極に作用する磁気的な吸引力及び反発力が同時に最大になることを防止でき、トルクリップル及びコギングトルクを低減できる。

さらにまた、ロータコア４１には、ステータ３１にて発生する回転磁界の方向、すなわち各コイル３５にて発生した磁束の流れ（図５において太線で示す）に沿った複数のスリット４８が形成されている。具体的には、各スリット４８は、ロータコア４１の外周面における各磁石４２の周方向両端部付近から該各磁石４２の周方向中央部手前まで延びるように形成されており、各磁石４２の周方向中央部近傍には形成されていない。これにより、各磁石４２の周方向両側部分から発生する磁束が弱められ、図６において実線で示すように、ステータ３１とロータ３２との間のギャップにおける各磁石４２の磁束密度分布が正弦波状になるため、トルクリップルを低減することができる。なお、同図において、ロータコア４１にスリット４８を形成しない場合の磁束密度分布を破線で示す。また、スリット４８を形成することで、各コイル３５から発生する磁束が該スリット４８に沿って流れ易くなるため、コイルの磁束が妨げられてトルクが低下することもない。

次に、本実施形態のステータコア３４の構成について詳細に説明する。
図３及び図４に示すように、ステータコア３４は、それぞれ別体として形成された複数（本実施形態では１２個）のティース５１及び複数（本実施形態では１２個）のヨーク５２を有し、各ティース５１と各ヨーク５２とを交互に配列して構成されている。なお、本実施形態では、ティース５１及びヨーク５２は、珪素鋼板により構成されている。

詳述すると、各ティース５１は、略直方体状に形成されるとともに、径方向内側にはステータ３１の周方向両側に延出される磁極部５３が形成されている。一方、各ヨーク５２は、ステータ３１の軸方向に沿った長さがティース５１よりも短い略直方体状に形成されている。また、図７に示すように、ティース５１におけるステータ３１の周方向両側端部には、その軸方向に貫通する断面略コ字状の挿入溝５５がそれぞれ形成されている。この挿入溝５５のステータ３１の径方向に沿った幅は、ヨーク５２のステータ３１の径方向に沿った幅よりも大きく形成されており、挿入溝５５には、ヨーク５２におけるステータ３１の周方向両側に形成された挿入端部５６が遊挿又は圧入されるようになっている。

また、ステータ３１は、ティース５１の挿入溝５５におけるステータ３１の径方向外側に形成された外側面５５ａと、ヨーク５２の挿入端部５６におけるステータ３１の径方向外側に形成された外側面５６ａとの間に圧入される圧入片５７を備えている。本実施形態では、各圧入片５７は、ステータ３１の軸方向に延びる円柱状又は角柱状に形成されるとともに、挿入溝５５と挿入端部５６との間にそれぞれ２つずつ圧入されるようになっている。なお、これら圧入片５７は、ステータ３１の軸方向に沿った長さがティース５１と略同じ長さに形成されており、ステータコア３４の軸方向一端側から圧入される。なお、圧入片５７は、ヨーク５２と略同じ線膨張係数の金属からなる。

そして、ステータ３１の周方向において対向する挿入溝５５と挿入端部５６との各対向面５５ｂ，５６ｂは、ティース５１におけるステータ３１の周方向中央を通る径方向線Ｌと平行に形成されている。つまり、ティース５１は挿入溝５５が形成された部分の周方向幅（ステータ３１の周方向に沿った長さ）が一定に形成されるとともに、各ヨーク５２はステータ３１の径方向外側から径方向内側に向かうにつれて、その幅が短くなるテーパ状に形成されている。換言すれば、各対向面５５ｂ，５６ｂは、各外側面５５ａ，５６ａと直交する方向と非平行な（交差する）平面状に形成されている。

ここで、図８に示すように、圧入片５７からヨーク５２に作用する力Ｆは、径方向内側、且つ各外側面５５ａ，５６ａと直交する方向に作用するため、圧入片５７が挿入溝５５の外側面５５ａと挿入端部５６の外側面５６ａとの間に圧入されることにより、各対向面５５ｂ，５６ｂは互いに密着するようになっている。また、ヨーク５２が径方向内側に押圧されるため、挿入溝５５の内側面５５ｃと挿入端部５６の内側面５６ｃとが、互いに密着するようになっている。なお、圧入片５７を鉄系の材料により構成すれば、同圧入片５７と挿入端部５６との間でも確実に磁路が形成されるようにできる。更に、ティース５１（挿入溝５５）の対向面５５ｂとヨーク５２（挿入端部５６）の対向面５６ｂとの間に周方向に密に接触する円柱状の圧入片を圧入固定することも可能である。

また、各ヨーク５２には絶縁性樹脂材料からなるボビン６１を介してコイル３５が巻装されている。詳述すると、このボビン６１は、ヨーク５２の外周面におけるステータ３１の周方向中央部を覆う筒状の本体部６２と、同本体部６２の両端からその径方向外側に延びるはみ出し防止壁６３とが一体に形成されてなる。そして、コイル３５は、ボビン６１に対してそれぞれ巻装された後、該ボビン６１がステータコア３４に組み付ける前のヨーク５２に装着されることで、該ヨーク５２に巻装される構成となっている。さらに、本実施形態では、ボビン６１及びコイル３５とケーシング２１との間には、エポキシ樹脂等の熱伝導性の高い樹脂部材６５が介在されている。なお、樹脂部材６５には、ケーシング２１内にステータ３１を固定するためのモールド樹脂も含む。また、ボビン６１のコイル３５を巻装する面が曲面状でなく平面状であるため、コイル３５を整列巻きすることが可能となる。そして、コイル３５を整列巻きとして巻線を均等に巻くことにより、線径の太い巻線であっても巻数を多くすることができ、モータ１３の効率を向上させることができる。

このように構成されたモータ１３では、各磁石４２から発生した磁束は、ティース５１に流入した後、その周方向両側に設けられた各ヨーク５２に分かれて各コイル３５と鎖交する。従って、各磁石４２から発生する全磁束のうち、最大でも半分程度の磁束しかコイル３５と鎖交せず、ロータ３２の回転が速くなっても逆起電圧が大きくなり難いため、高速回転時においても高い出力を得ることができる。また、ロータ３２を磁石埋め込み型のロータとしたため、ロータ３２の周方向における磁気抵抗の差に起因するリラクタンストルクを利用することができ、より高い出力を得ることが可能になる。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）モータ１３は、環状のステータコア３４にコイル３５がトロイダル状に巻装されたステータ３１と、ステータ３１に対して回転可能に設けられるロータ３２とを備え、ステータコア３４をそれぞれ別体として形成された複数のティース５１とコイル３５が巻装される複数のヨーク５２とを交互に配列して構成した。また、各ティース５１に、ステータ３１の周方向両側から隣接する各ヨーク５２の挿入端部５６が挿入される挿入溝５５を形成した。そして、ステータ３１の周方向において対向する挿入溝５５と挿入端部５６との各対向面５５ｂ，５６ｂを、圧入片５７が挿入溝５５と挿入端部５６との間に圧入されて該ヨーク５２をステータ３１の径方向内側に押圧することにより、互いに密着するように形成した。

上記構成によれば、ティース５１及びヨーク５２に製造上の公差が許容されていても、圧入片５７によってヨーク５２が径方向内側に押圧されることにより、挿入溝５５及び挿入端部５６の各対向面５５ｂ，５６ｂが互いに密着される。そのため、ヨーク５２におけるステータ３１の周方向両側にエアギャップが形成されることが抑制され、有効磁束の減少が抑えられるため、モータ１３の出力の向上を図ることができる。また、ヨーク５２におけるモータ１３の周方向両側にエアギャップが形成されること自体が抑制されるため、同エアギャップの大きさがばらつくことも低減でき、トルクリップルを低減することができる。さらに、モータ１３のトルクリップルを低減することができるため、操舵フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置１を提供することができる。

（２）各対向面５５ｂ，５６ｂを、圧入片５７からヨーク５２に対して作用する力Ｆの方向と非平行な（交差する）平面状に形成したため、これら各対向面５５ｂ，５６ｂ全体に均一な力が作用するようになる。そのため、これら対向面５５ｂ，５６ｂ全体を密着させ易く、ヨーク５２におけるステータ３１の周方向両側にエアギャップが形成されることが好適に抑制され、よりモータ１３の出力の向上及びトルクリップルの低減を図ることができる。

（３）各対向面５５ｂ，５６ｂを、ティース５１におけるステータ３１の周方向中央を通る径方向線Ｌに沿って平行に形成したため、該ティース５１における挿入溝５５が形成された部分の周方向幅を一定にすることができ、ティース５１の強度を確保できる。

（４）圧入片５７を、挿入溝５５の外側面５５ａと挿入端部５６の外側面５６ａとの間に圧入し、該ヨーク５２を径方向内側に押圧するようにした。上記構成によれば、圧入片５７によってヨーク５２が径方向内側に押圧されることにより、挿入溝５５の内側面５５ｃと、挿入端部５６の内側面５６ｃとが互いに密着されるため、これら各内側面５５ｃ，５６ｃの間にエアギャップが形成され難くなり、これら各内側面５５ｃ，５６ｃの間を通過する磁束が減少することを抑制できる。ここで、本実施形態のモータ１３は、ラジアルギャップ構造のモータであり、上記各内側面５５ｃ，５６ｃの間を通過する磁束がロータ３２の回転に大きく影響するため、より一層モータの出力の向上を図ることができる。また、上記構成によれば、高速回転時で高出力が得られやすいトロイダル巻きの利点が十分に発揮される。

（５）ボビン６１及びコイル３５とケーシング２１との間に、熱伝導性の高い樹脂部材（モールド樹脂も含む）６５を介在させたため、コイル３５で発生した熱を効率的にケーシング２１に放熱することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図９〜図１２に従って説明する。なお、本実施形態と上記第１実施形態との主たる相違点はモータの構成である。このため、説明の便宜上、第１実施形態と同一の部分については同一の符号を付すこととして、その説明を省略する。

図９及び図１０に示すように、モータ７１は、ケーシング２１の内周面に固定リング７２を介して固定されたステータ７３と、同ステータ７３とその軸方向において対向するとともに出力軸２２と一体回転可能に設けられるロータ７４とを備えている。つまり、本実施形態のモータ７１は、ステータ７３とロータ７４とがその軸方向において対向するように配設されてなるアキシャルギャップ構造のモータとして構成されている。

固定リング７２は、円筒状に形成されるとともにケーシング２１の内周面に圧入固定されている。図１０に示すように、固定リング７２の内周面には、複数の環状の切欠き７５が形成されている。本実施形態では、２つの切欠き７５が固定リング７２の軸方向において間隔をおいて設けられている。この切欠き７５の切り込み深さは、固定リング７２の内周面からケーシング２１の内周面の近傍位置までの間において適宜設定される。なお、ケーシング２１と後述するステータ７３を構成するステータコア７７との熱膨張差及び剛性の差により磁極部９３の根元（ステータコア７７に対する連結部位の近傍）に過大な応力が加わらないように、切欠き７５の形状は決められる。また、固定リング７２は、熱の良導体でもあるアルミニウム等の軟質の非磁性金属材料により形成されている。すなわち、固定リング７２は、後述するステータ７３を構成するコイル７８に通電された際に発生するジュール熱が伝達される熱の通路として機能する。

図９に示すように、ステータ７３は、固定リング７２の内周に固定される環状のステータコア７７と、このステータコア７７にトロイダル状に巻装された複数（本実施形態では１２個）のコイル７８とを備えている。そして、ステータ７３は、その各コイル７８にＥＣＵ１２（図１参照）から三相の駆動電流が供給されるとロータ７４を回転させるための回転磁界を発生するように構成されている。

なお、図１０に示すように、後述するステータ７３を構成するティース９１の上下一対の磁極部９３における径方向外側端部９３ａの間には、モールド樹脂によりコイル７８の外側と接着されるようにして固定リング７２が嵌め込まれている。また、固定リング７２を挟み込む上下一対の径方向外側端部９３ａのうち図１０における下側の径方向外側端部９３ａは、ケーシング２１の内周面に形成された段差面２１ａに当接している。これにより、ステータ７３の図１０における下方への変位が規制される。そしてケーシング２１の段差面２１ａと反対側の開口部を介して、円環状の固定ナット７９をケーシング２１の内周面に対して締め付けることにより、各磁極部９３は固定リング７２を間に挟み込んだ状態で、段差面２１ａと固定ナット７９とにより挟持される。これにより、ステータ７３のケーシング２１からの抜け止めが図られる。

出力軸２２には、２つのロータ７４がステータ７３を間に挟んで互いに対向して設けられている。ロータ７４は、出力軸２２に固定される磁石支持部材８１を有している。この磁石支持部材８１は、円筒状の挿入部８２、挿入部８２の外周面に形成された円環状のフランジ部８３、及び同フランジ部８３の外周縁に形成された筒状の保護部８４を備えてなる。そして磁石支持部材８１は、その挿入部８２が出力軸２２に外嵌された状態で固定されている。両磁石支持部材８１は、それらの挿入部８２が互いに向き合うように出力軸２２に取り付けられている。なお、磁石支持部材８１は、ステンレス等の非磁性材料により一体形成される。

磁石支持部材８１の挿入部８２には、円環板状の磁石ヨーク８５が外嵌状態で固定されている。磁石ヨーク８５は、鉄等の磁性体により形成されることにより、後述する磁石８６から発せられる磁束を閉じ込める磁路を構成する。なお、磁石ヨーク８５はその挿入部８２側の内周面、保護部８４側の外周面及びフランジ部８３側の側面において接着剤、或いはモールド樹脂等により接着されている。

磁石ヨーク８５のステータ７３側の側面には、４つの磁石（永久磁石）８６が固定されている。図１１に示すように、各磁石８６は扇板状、すなわち環状の平板をその周方向に複数等分（本例では、４等分）した形状とされている。各磁石８６は、フランジ部８３のステータ７３側の側面に対して、その周方向に一定間隔をおいて環状に配設されている。なお、各磁石８６は、その厚み方向（出力軸２２の軸方向）において２極着磁されており、出力軸２２の回転方向においてＮ極とＳ極とが交互になるように設けられている。また、出力軸２２の軸方向においてステータ７３を間に挟んで互いに対向する一対の磁石８６は、異なる極性が対向するように設けられている。

各磁石８６のステータ７３側の側面には、共通ヨーク８７が固定されている。共通ヨーク８７は、鉄等の磁性体により形成されることにより、磁石８６及びコイル７８から発せられる磁束を閉じ込める磁路を構成する。なお、共通ヨーク８７は、その挿入部８２側の側面、保護部８４側の側面及び磁石８６側の側面において接着剤、或いはモールド樹脂等により接着されている。また、共通ヨーク８７は、磁石８６と同様の形状を有してなる。すなわち、共通ヨーク８７は、環状の平板をその周方向に複数等分（本例では、４等分）した形状とされており、出力軸２２の軸線に沿う方向からみたとき、その外郭形状が磁石８６に一致する。換言すれば、磁石８６のステータ７３側の側面は、その全体が共通ヨーク８７により覆われている。これら共通ヨーク８７及び前述した磁石ヨーク８５により、各磁石８６はなかば磁性体に埋め込まれる状態とされている。なお、図９及び図１０に示されるように、各共通ヨーク８７とステータ７３との間には、若干の隙間が形成されている。

次に、本実施形態のステータコアの構成について詳細に説明する。
図９及び図１０に示すように、ステータコア７７は、それぞれ別体として形成された複数（本実施形態では１２個）のティース９１及び複数（本実施形態では１２個）のヨーク９２を有し、各ティース９１と各ヨーク９２とを交互に配列して構成されている。なお、本実施形態では、ティース９１及びヨーク９２は、炭素鋼板により構成されている。

各ティース９１は、略直方体状に形成されるとともに、ステータ７３の軸方向両側には扇形板状の磁極部９３が固定されている。一方、各ヨーク９２は、ステータ７３の軸方向に沿った長さがティース９１よりも短い略直方体状に形成されている。また、図１２に示すように、ティース９１におけるステータ７３の周方向両側端部には、上記第１実施形態と同様に、その軸方向に貫通する断面略コ字状の挿入溝９５がそれぞれ形成されており、該挿入溝９５には、ヨーク９２におけるステータ７３の周方向両側に形成された挿入端部９６が遊挿、又は圧入されるようになっている。

また、ステータ７３は、ティース９１の挿入溝９５におけるステータ７３の径方向外側に形成された外側面９５ａと、ヨーク９２の挿入端部９６におけるステータ７３の径方向外側に形成された外側面９６ａとの間に圧入される圧入片９７を備えている。本実施形態では、各圧入片９７は、ステータ７３の軸方向に延びる円柱状又は角柱状に形成されるとともに、ステータコア７７の軸方向一端側から挿入溝９５と挿入端部９６との間にそれぞれ２つずつ圧入されるようになっている。なお、これら圧入片９７は、ステータ７３の軸方向に沿った長さがティース９１と略同じ長さに形成されており、ステータコア７７の軸方向一端側から圧入される。また、各ティース９１には、圧入片９７が圧入された後に、上記磁極部９３が固定される。

そして、ステータ７３の周方向において対向する挿入溝９５と挿入端部９６との各対向面９５ｂ，９６ｂは、上記第１実施形態と同様に、ティース９１におけるステータ７３の周方向中央を通る径方向線Ｌと平行に形成されている。従って、圧入片９７が、挿入溝９５の外側面９５ａと挿入端部９６の外側面９６ａとの間に圧入され、該各圧入片９７から径方向内側、且つ且つ各外側面９５ａ，９６ａと直交する方向の力がヨーク９２に作用することにより、各対向面９５ｂ，９６ｂが、密着するようになっている（図８参照）。また、ヨーク９２が径方向内側に押圧されるため、挿入溝９５におけるステータの径方向内側に形成された内側面９５ｃと、挿入端部９６におけるステータ７３の径方向内側に形成された内側面９６ｃとが、互いに密着するようになっている。

また、各ヨーク９２には絶縁性樹脂材料からなるボビン１０１を介してコイル７８が巻装されている。なお、このボビン１０１は、上記第１実施形態と同様に、ヨーク９２の外周面におけるステータ７３の周方向中央部を覆う筒状の本体部１０２と、同本体部１０２の両端からその径方向外側に延びるはみ出し防止壁１０３とが一体に形成されてなる。そして、各コイル７８は、ボビン１０１に対してそれぞれ巻装された後に、ボビン１０１がヨーク９２に装着されることで、該ヨーク９２に巻装される構成となっている。さらに、本実施形態では、ボビン１０１及びコイル７８と固定リング７２との間には、エポキシ樹脂等の熱伝導性の高い樹脂部材１０５が介在されている。

以上記述したように、本実施形態によれば、上記第１実施形態の（１）〜（３），（５）の作用効果と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（６）本実施形態のモータ７１は、アキシャルギャップ構造のモータとして構成されているため、特にアキシャル方向の磁束を効率的に使用でき、よりトルクリップルやコギングトルクを低減することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記第１実施形態では、ロータコア４１に径方向と直交する方向に延びる直線状で軸方向に貫通する複数の収容孔４５を形成するとともに、同収容孔４５に平板状の磁石４２を収容するようにしたが、これに限らない。例えば、図１３に示すように、各収容孔１１１を径方向外側に向かって拡がる略Ｖ字状に形成し、同収容孔１１１に平板状の２つの磁石１１２を収容し、各磁石１１２が径方向外側に向かって拡がるＶ字状に配置されるようにしてもよい。これにより、磁石１１２におけるロータ３２の周方向両端部において磁気飽和することが防止でき、ステータ３１とロータ３２との間のギャップにおける磁石１１２の磁束密度を高くしてモータ１３の高出力化を図ることができる。なお、収容孔１１１をＶ字状とし、２つの磁石１１２をＶ字状に配置する場合に限らず、例えば各収容孔及び磁石を径方向外側に向かって拡がる湾曲形状としても、同様にモータ１３の高出力化を図ることができる。

・上記第１実施形態では、ロータコア４１の外周に補強部材４７を外嵌したが、これに限らず、ロータコア４１に収容孔４５及び空隙４６を形成しても十分な強度が確保されれば、補強部材４７を設けなくてもよい。

・上記第１実施形態では、上側及び下側磁石４２ａ，４２ｂを、右側及び左側磁石４２ｃ，４２ｄよりもその幅が短くなるように形成することで、各磁石４２ａ〜４２ｄによりロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲が不均等となるようにした。しかし、これに限らず、例えば各磁石４２ａ〜４２ｄを同じ幅で形成し、各磁石４２ａ〜４２ｄをロータ３２の径方向と直交する方向に対して傾斜させる等、その他の方法で各磁石４２ａ〜４２ｄによりロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲が不均等となるようにしてもよい。

また、各磁石４２ａ〜４２ｄを同じ幅で形成し、例えば図１４に示すように、空隙４６の形状を変えることにより、ロータコア４１の外周面に現れる磁束分布の中心を少しずつずらして、トルクリップルやコギングトルクを相殺することもできる。具体的には、図１４において左側に設けられた空隙４６の径方向外側部分に、磁石４２ａの中央側に向かって同空隙４６を大きくする拡大部４６ａを形成し、図１４において右側に設けられた空隙４６の径方向外側部分に、同空隙４６を小さくする縮小部４６ｂを形成する。なお、図１４では、説明の便宜上、磁石４２ａのみを図示している。また、空隙４６の形状は、図１４に示す態様に限らず、適宜変更可能である。

・上記第１実施形態では、周方向範囲Ａ１，Ａ２を同じ大きさにするとともに、周方向範囲Ａ３，Ａ４を同じ大きさにしたが、これに限らず、周方向範囲Ａ１〜Ａ４がすべて異なるようにしてもよい。

・上記第１実施形態では、各磁石４２によりロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲が不均等となるようにしたが、これに限らず、ロータコア４１の外周面に現れる磁極の周方向範囲が均等となるように構成してもよい。

・上記第１実施形態では、ロータコア４１に各コイル３５から発生する磁束の流れに沿った複数のスリット４８を形成したが、スリットに限らず、ロータコア４１の内部に形成される長孔のようなものでもよい。なお、この場合には、補強部材４７は設けなくともよい。

また、特にトルクリップルが問題にならないような場合ではロータコア４１にスリット４８を形成しなくてもよい。
・上記第１実施形態では、ロータコア４１に収容孔４５を形成し、同収容孔４５に磁石４２を収容するようにしたが、これに限らない。例えば、図１５に示すように、ロータコア１２１を円筒状に形成するとともに、その外周面から径方向外側に突出する複数（例えば４つ）突極部１２２を周方向に等間隔を空けて形成し、各突極部１２２に軸方向視円弧状の磁石１２３を固定するようにしてもよい。このように構成しても、ロータ３２の周方向における磁気抵抗の差に起因するリラクタンストルクを利用することができ、高出力を図ることができる。

・上記第２実施形態では、２つのロータ７４でステータ７３を挟み込むようにしたが、３つ以上のロータ７４を設けるようにしてもよい。例えば、図１６に示すように、３つのロータ７４を設ける場合には、出力軸２２の軸方向において隣り合う２つのロータ７４の間、すなわち上側のロータ７４と中央のロータ７４との間並びに中央のロータ７４と下側のロータ７４との間にそれぞれステータ７３を介在させる。ここで、中央のロータ７４は、その上下２つのロータ７４と異なり、磁石支持部材８１は、円筒状の挿入部８２及び円筒状の保護部８４を備えてなる。また、挿入部８２には、磁石８６及びその軸方向両側から同磁石８６を挟むように設けられる各共通ヨーク８７が外嵌状態で固定されている。なお、保護部８４は磁石８６及び共通ヨーク８７の外周面に接着剤、或いはモールド樹脂等により接着されている。このため、２つのステータ７３により挟み込まれた中央のロータ７４は、磁束をＳ極からＮ極へ通過させることができる。すなわち、この中央のロータ７４は、上下２つのステータ７３のロータとして共用される。このようにすれば、モータのトルクを増大させることができる。

・上記第２実施形態では、固定リング７２の内周面、すなわちステータ７３側の面に、当該ステータ７３の軸方向に対して交わる方向へ延びる環状の切欠き７５を形成したが、当該切欠き７５は環状でなくてもよい。例えば、切欠き７５は、複数に分断してもよい。また、ケーシング２１とステータコア７７との材質の違いによる線膨張の差を吸収できれば、切欠き７５に限らず他の構成を採用することも可能である。さらに、固定リング７２の軸方向の肉厚によりケーシング２１の線膨張を吸収できる場合等には、切欠き７５を省略してもよい。

・上記第１実施形態では、ボビン６１及びコイル３５とケーシング２１との間に、エポキシ樹脂等の熱伝導性の高い樹脂部材６５を介在させたが、これに限らず、樹脂部材６５を介在させなくともよい。同様に、上記第２実施形態において、ボビン１０１及びコイル７８と固定リング７２との間に樹脂部材１０５を介在させなくてもよい。

・上記第１実施形態では、挿入溝５５及び挿入端部５６の各対向面５５ｂ，５６ｂを、ティース５１の径方向線Ｌと平行に形成したが、これに限らない。各対向面５５ｂ，５６ｂはヨーク５２が径方向内側に押圧されることで、互いに密着する形状であればよく、例えば径方向線Ｌに対して傾斜するように形成してもよい。同様に、上記第２実施形態において、各対向面９５ｂ，９６ｂを、ティース９１の径方向線Ｌと平行に形成しなくともよい。

・上記第１実施形態では、挿入溝５５及び挿入端部５６の各対向面５５ｂ，５６ｂを、圧入片５７からヨーク５２に対して作用する力Ｆの方向と非平行な平面状に形成したが、これに限らず、力Ｆと交差する曲面状に形成してもよい。同様に、上記第２実施形態において、各対向面９５ｂ，９６ｂを、力Ｆと交差する曲面状に形成してもよい。

・上記第１実施形態では、各対向面５５ｂ，５６ｂを、挿入溝５５の外側面５５ａと挿入端部５６の外側面５６ａとの間に圧入片５７を圧入し、ヨーク５２を径方向内側に押圧することで互いに密着するように形成した。しかし、これに限らず、各対向面５５ｂ，５６ｂを、挿入溝５５の内側面５５ｃと挿入端部５６の内側面５６ｃとの間に圧入片５７を圧入し、ヨーク５２を径方向外側に押圧することで互いに密着するように形成してもよい。同様に、上記第２実施形態において、挿入溝９５の内側面９５ｃと挿入端部９６の内側面９６ｃとの間に圧入片９７を圧入し、ヨーク９２を径方向外側に押圧することで各対向面９５ｂ，９６ｂが互いに密着するようにティース９１及びヨーク９２を構成してもよい。

・上記第１実施形態では、圧入片５７を挿入溝５５と挿入端部５６との間にそれぞれ２つずつ圧入したが、これに限らず、圧入片５７を１つ又は３つ以上圧入するようにしてもよい。同様に、上記第２実施形態において、圧入片９７を１つ又は３つ以上圧入するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、各圧入片５７，９７をステータ３１，７３の軸方向に延びる円柱状に形成したが、これに限らず、例えば三角柱形状等のその他の形状にしてもよい。また、圧入片５７，９７のステータ３１，７３の軸方向に沿った長さを、同ステータ３１，７３の略半分の長さに形成し、ステータコア３４，７７の軸方向両側からそれぞれ圧入するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、本発明をロータ３２，７４に４個の磁石４２，８６が設けられて４個の磁極が構成され、ステータ３１，７３に１２個のティース５１，９１が設けられて１２個の磁極が構成されるモータ１３，７１に適用した。しかし、これに限らず、ロータ３２，７４にｎ個の磁極を構成し、ステータ３１，７３に３ｎ個の磁極を構成したモータに適用してもよい。

・上記第１実施形態では、本発明のモータ１３をＥＰＳ１に適用したが、その用途は問わない。例えば、図１７に示すように、車両１３１に設けられたインホイールモータ駆動装置１３２に適用し、モータ１３によって各車輪１３３のホイール１３４が回転されるようにしてもよい。この構成によれば、モータ１３の出力の向上を図ることができるため、例えば必要なトルクを確保しつつ、同モータ１３の小型化等を図ることができる。また、トロイダル巻きでは、高速回転時で高出力が得られやすいので、従来では不得手であった高回転時の高トルクを得ることができる。

なお、インホイールモータ駆動装置１３２以外に、エアコン用のコンプレッサや、マシニングセンタ等の工作機械に用いられるモータとしてもよい。同様に、上記第２実施形態のモータ７１をＥＰＳ１以外の用途に使用してもよい。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１３，７１…モータ、３１，７３…ステータ、３２，７４…ロータ、３４，７７…ステータコア、３５，７８…コイル、４１，１２１…ロータコア、４２，８６，１１２，１２３…磁石、４５，１１１…収容孔、４８…スリット、５１，９１…ティース、５２，９２…ヨーク、５３，９３…磁極部、５５，９５…挿入溝、５５ａ，５６ａ，９５ａ，９６ａ…外側面、５５ｂ，５６ｂ，９５ｂ，９６ｂ…対向面、５５ｃ，５６ｃ，９５ｃ，９６ｃ…内側面、５６，９６…挿入端部、５７，９７…圧入片、６１，１０１…ボビン、６５，１０５…樹脂材料、７２…固定リング、１３２…インホイールモータ駆動装置、１３４…ホイール、Ｆ…力、Ｌ…径方向線。

Claims (8)

1. 環状のステータコアにコイルがトロイダル状に巻装されたステータと、前記ステータに対して回転可能に設けられるロータとを備えたモータにおいて、
   前記ステータコアは、それぞれ別体として形成された複数のティース及び前記コイルが巻装される複数のヨークを有し、前記各ティースと前記各ヨークとを交互に配列して構成され、
   前記ステータの軸方向に延びる圧入片を備え、
   前記各ティースにおける前記ステータの周方向両側端部にはそれぞれ挿入溝が形成され、該各挿入溝は隣接する前記ヨークの挿入端部が挿入されるものであり、
   前記ステータの周方向において対向する前記挿入溝と前記挿入端部との各対向面は、前記圧入片が前記挿入溝と前記挿入端部との間に圧入されて該ヨークを前記ステータの径方向内側又は径方向外側に押圧することにより、互いに密着するように形成されたことを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記各対向面は、前記圧入片から前記ヨークに対して作用する力の方向と非平行な平面状に形成されたことを特徴とするモータ。
3. 請求項２に記載のモータにおいて、
   前記各対向面は、前記ティースにおける前記ステータの周方向中央を通る径方向線に沿って平行に形成されたことを特徴とするモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記圧入片は、前記挿入溝における前記ステータの径方向外側に形成された外側面と、前記挿入端部における前記ステータの径方向外側に形成された外側面との間に圧入され、該ヨークを径方向内側に押圧することを特徴とするモータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記ステータと前記ロータとがその径方向において対向するように配設されてなるラジアルギャップ構造としたことを特徴とするモータ。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータにおいて、
   前記ステータと前記ロータとがその軸方向において対向するように配設されてなるアキシャルギャップ構造としたことを特徴とするモータ。
7. 請求項５又は６に記載のモータを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
8. ホイールを回転させる請求項５に記載のモータを備えたインホイールモータ駆動装置。

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