JP2011223709A - ブラシレスモータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静粛性に優れるとともにコンパクト且つ製造容易なブラシレスモータを提供すること。
【解決手段】ステータ１２は、複数の分割コアを環状に連結してなるとともに、圧入により、その外周（円環部１４の外周）がハウジング１１（ハウジング本体１９）の内周に固定された状態で、同ハウジング１１内に収容される。また、ステータ１２の外周には、周方向に延びる複数の環状溝３１が形成さる。そして、これら各環状溝３１には、それぞれ、ハウジング１１の内周に当接して同ハウジング１１とともにステータ１２の変形を抑制するリブ部材３２が収容される。
【選択図】図３

Description

本発明は、分割コア連結型のブラシレスモータ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来、ティース毎に分割された分割コアを環状に連結することによりステータを形成する所謂分割コア連結型のブラシレスモータがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このような構成を採用することにより、各ティースに対するモータコイルの巻回作業が容易になるとともに、併せてその巻線占積率を向上させることができる。

しかしながら、その反面、分割によりステータ剛性が低下するというデメリットも存在する。このため、例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）等のような高い出力性能が要求される用途では、そのステータの変形を要因とする振動及び音が問題になりやすい。そして、このステータ剛性の低さに起因する問題は、該ステータとロータとの間に強い磁気反発力が生ずる弱め界磁制御の実行時において、より顕著なものとなる。

そこで、従来、このようなブラシレスモータでは、多くの場合、そのステータが金属製のハウジング内に収容されている。そして、ステータの外周をハウジングの内周に固定することにより、そのハウジングを含めた剛性を強化して静粛性の向上を図る構成が一般的となっている。

特開２００２−８４６９８号公報

ところで、近年、車両においては、より一層の高い静粛性が要求されるとともに、あらゆる構成要素について、更なる小型化、及びその製造容易性を含めた構成の簡素化が求められている。しかしながら、上記のようなブラシレスモータを駆動源に用いるＥＰＳにおいては、その静粛性の向上とブラシレスモータの小型化との両立が極めて困難なものとなっている。

即ち、現状では、ハウジング剛性の強化により更なる静粛性の向上を図るとすれば、そのハウジング径（モータ径）の拡大が避けれない。そして、ブラシレスモータを小型化すべくハウジング径を縮小するとすれば、その剛性の低下により振動や音が生じやすくなる。

尚、上記特許文献１には、各ティース間に形成されるスロットの開口部において各ティースのインシュレータを突き当てることにより、そのステータ剛性を高める構成が開示されている。しかしながら、この従来技術を有効なものとするためには、その形状や材質等、インシュレータの設計に多大な労力を要するとともに、その加工及び組付けの精度についても厳密に管理する必要がある。このため、従来、その製造工程の煩雑化を招くことなく、上記のような互いに背反する課題を解消し得る新たな技術の創作が求められており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

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、静粛性に優れるとともにコンパクト且つ製造容易な分割コア連結型のブラシレスモータ及びこれを備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、分割コアを環状に連結してなるステータと、前記ステータを収容するハウジングとを備えたブラシレスモータであって、前記ステータの外周には、周方向に延びる複数の環状溝が形成されるとともに、前記各環状溝に収容されて前記ハウジングの内周に当接することにより該ハウジングとともに前記ステータの変形を抑制するリブ部材を備えること、を要旨とする。

上記構成によれば、ハウジングの構造やステータの組付け手順を変更することなく、同ハウジングの内周に強化リブを形成した場合と同様の効果、即ちその外径を維持しつつ同ハウジングを含めた剛性を強化することができる。そして、これにより、製造工程の煩雑化を招くことなく、静粛性の向上と小型化とを両立させることができ、その結果、静粛性に優れるとともにコンパクト且つ製造容易な分割コア連結型のブラシレスモータを提供することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、前記リブ部材は、複数の前記分割コアに跨る円弧状に形成されてなること、を要旨とする。
即ち、ステータの変形は、各分割コアの相対変位を主たる要因とする。従って、上記構成によれば、効果的にステータ（及びハウジング）の変形を抑えることができる。

請求項３に記載の発明は、前記各環状溝には、複数の前記リブ部材が環状に配置されること、を要旨とする。
上記構成によれば、その全周に亘って剛性を強化することができる。その結果、より効果的にステータ（及びハウジング）の変形を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、周方向に隣り合う各リブ部材間の接続部分が、何れかの分割コアに対応する位置にあること、を要旨とする。
上記構成によれば、各分割コアの相対変位が起こり難くなる。その結果、より効果的にステータ（及びハウジング）の変形を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、前記リブ部材の周方向位置が前記各環状溝間において相互に異なること、を要旨とする。
上記構成によれば、各リブ部材の効力が低い部位、即ち各環状溝における各リブ部材の接続部分等、当該各リブ部材が存在しない部分を、その環状溝毎に、周方向に分散させることができる。その結果、より効果的にステータ（及びハウジング）の変形を抑えることができる。また、これにより、各リブ部材のみでも保持力が発生するようになり、これを利用して、各分割コア間の連結構造を簡素化することも可能になる。その結果、作業性の向上と製造コストの低減とを図ることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、前記環状溝の数は、前記分割コアの数と前記ステータの円周に対する前記リブ部材の周方向長さの割合との積に示される値の整数倍に設定されること、を要旨とする。

上記構成によれば、各環状溝間において、各リブ部材を均等に分散配置することができる。これにより、その全周に亘ってバランスよく、剛性を強化することができ、その結果、より効果的にステータ（及びハウジング）の変形を抑えることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のブラシレス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、静粛性に優れるとともにコンパクト且つ製造容易な電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明によれば、静粛性に優れるとともにコンパクト且つ製造容易な分割コア連結型のブラシレスモータ及びこれを備え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。

電動パワーステアリング装置の概略構成図。 モータの概略構成を示す断面図。 モータの概略構成を示す構成図。 ステータの斜視図。 分割コアの斜視図。 リブ部材の斜視図。 各環状溝におけるリブ部材の配置を示す展開図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のＥＰＳ１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を介してラック軸５と連結されている。そして、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５の往復直線運動に変換される。尚、本実施形態のステアリングシャフト３は、コラムシャフト３ａ、インターミディエイトシャフト３ｂ、及びピニオンシャフト３ｃを連結してなる。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５の往復直線運動が、同ラック軸５の両端に連結されたタイロッド６を介して図示しないナックルに伝達されることにより、転舵輪７の舵角が変更される。

また、本実施形態のＥＰＳ１は、減速機構８を介して駆動源であるモータ１０をコラムシャフト３ａに連結することにより、同コラムシャフト３ａを回転駆動する所謂コラム型のＥＰＳとして構成されている。即ち、ＥＰＳ１は、減速機構８により減速されたモータ１０の回転をステアリングシャフト３に伝達する。そして、これにより、そのモータトルクをアシスト力として操舵系に付与する構成となっている。

次に、本実施形態のＥＰＳ１におけるモータ１０の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、本実施形態のモータ１０は、ハウジング１１内に収容されたステータ１２と、同ステータ１２の径方向内側において回転自在に支承されたロータ１３とを備えたブラシレスモータとして構成されている。

詳述すると、ステータ１２は、ハウジング１１の内周に固定された円環部１４と、同円環部１４から径方向内側に向って延びる複数のティース１５とを備えてなる。尚、本実施形態のステータ１２は、円環部１４の全周に亘って均等配置された「１２本」のティース１５を備えている。そして、これらの各ティース１５には、それぞれモータコイル１７が巻回されている。

図４及び図５に示すように、本実施形態のステータ１２は、その円環部１４をティース１５毎に分割した形状を有する複数の分割コア１８（１８ａ〜１８ｌ）を環状に連結することにより形成される。尚、図４及び図５では、説明の便宜上、その記載を省略するが、各分割コア１８（１８ａ〜１８ｌ）は、そのティース１５にモータコイル１７を巻回した状態で連結される。また、図３に示すように、本実施形態のハウジング１１は、略有底円筒状に形成されたハウジング本体１９の開口部に蓋部材２０を取着することにより形成される。そして、ステータ１２は、ハウジング本体１９の開口部１９ａから軸方向に圧入されることにより、その外周（円環部１４の外周）が同ハウジング本体１９の内周に固定された状態で、ハウジング１１内に収容されている。

一方、図２及び図３に示すように、ロータ１３は、回転軸２１とともに一体回転するロータコア２２の外周に複数のマグネット２３を固着することにより形成される。尚、本実施形態のロータコア２２には、その全周に亘り「１０枚」のマグネット２３が均等間隔で固着されている。そして、同ロータ１３は、その回転軸２１が上記蓋部材２０及びハウジング本体１９の底部１９ｂに設けられた軸受２４ａ，２４ｂに軸支されることにより、上記ステータ１２の内側において回転自在に支承されている。

また、ハウジング１１内には、モータ１０（回転軸２１）の回転角を検出するレゾルバ２５が上記ロータコア２２と同軸に併置されている。そして、ステータ１２の各ティース１５に巻回されたモータコイル１７には、このレゾルバ２５により検出される回転角（電気角）に応じた三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の駆動電力が供給されるようになっている。

即ち、本実施形態のモータ１０において、ロータ１３は、その周面に設けられた各マグネット２３が形成する界磁磁束とモータコイル１７への通電によりステータ１２側に形成される回転磁界との関係に基づき回転する。また、本実施形態のモータ１０では、ロータ１３を構成する回転軸２１の一端が蓋部材２０を貫通してハウジング１１の外部に突出されている。そして、その突出端に形成された出力部２６から、そのロータ１３の回転により生ずるモータトルクを取り出すことが可能となっている。

（剛性強化構造）
次に、本実施形態のモータにおける剛性強化構造について説明する。
上述のように、複数の分割コアを環状に連結してなる所謂分割コア連結型のブラシレスモータでは、そのステータ剛性の低さに起因する振動や音の発生が問題になりやすい。このため、本実施形態のモータ１０のようなハウジング１１の内周にステータ１２の外周を固定する構成では、そのハウジング１１を含めた剛性の強化が上記問題を解決する最も重要な要素となる。

この点を踏まえ、本実施形態のモータ１０では、図２〜図４に示すように、ステータ１２の外周には、周方向に延びる複数の環状溝３１（３１ａ〜３１ｆ）が形成されている。そして、これら各環状溝３１には、それぞれ、ハウジング１１の内周に当接して同ハウジング１１とともにステータ１２の変形を抑制するリブ部材３２が収容されている。

即ち、ハウジングの周面に沿って強化リブを延設すれば、その壁部を厚肉化することなくハウジングの剛性を高めることができる。しかしながら、当該強化リブをハウジングの外周に形成することで体格が大型化し、内周に形成すればその軸方向開口部からステータをハウジング内に圧入できなくなる。

そこで、本実施形態では、ハウジング１１とは別体にリブ部材３２を形成し、同リブ部材３２をステータ１２に組み付けた状態で、ステータ１２と一体にハウジング１１内に圧入する。そして、その環状溝３１内に収容された状態でハウジング１１の内周に当接させることにより、このリブ部材３２を強化リブとして機能させる構成になっている。

詳述すると、図５に示すように、本実施形態では、その連結によりステータ１２の円環部１４を形成する各分割コア１８の基部３５には、その背面３５ａに予め複数の平行溝３６が形成されている。尚、本実施形態の分割コア１８は、所定形状に打ち抜いた複数の鋼板を積層してなる周知の積層鉄心であり、上記各平行溝３６は、形状の異なる二種類の鋼鈑を使い分けて積層することにより形成される。そして、ステータ１２側の各環状溝３１は、各分割コア１８の連結によって、その各平行溝３６が周方向に接続されることにより形成される。

一方、図６に示すように、リブ部材３２は、周方向に隣り合う複数の分割コア１８に跨るように、略円弧状に形成されている。具体的には、本実施形態のリブ部材３２は、ステータ１２の円周に対するその周方向長さの割合が「１／２」となるような半円弧状に形成されている。そして、各環状溝３１には、それぞれ、その間にステータ１２を挟み込む態様で二つのリブ部材３２が収容されるようになっている。

また、図３に示すように、本実施形態では、リブ部材３２の径方向幅Ｗと環状溝３１の溝深さＤとを略等しく設定することで、各環状溝３１内において各リブ部材３２がハウジング１１の内周に当接するようになっている。そして、本実施形態では、これより、同環状溝３１において、その二つのリブ部材３２が環状の強化リブを形成する構成となっている。

さらに詳述すると、図４及び図７に示すように、本実施形態のステータ１２には、６本の環状溝３１（３１ａ〜３１ｆ）が形成されている。そして、本実施形態では、これらの各環状溝３１ａ〜３１ｆ間において、その周方向位置が相互に異なるように各リブ部材３２が配置されている。

具体的には、環状溝３１ａにおいては、当該環状溝３１ａ内に収容された二つのリブ部材３２の接続部分Ｐａ１，Ｐａ２が、それぞれ分割コア１８ａ，１８ｇに対応する位置となるように設定されている。また、環状溝３１ｂにおいては、各リブ部材３２の接続部分Ｐｂ１，Ｐｂ２が、それぞれ分割コア１８ｂ，１８ｈに対応する位置となるように設定されるとともに、環状溝３１ｃにおいては、各リブ部材３２の接続部分Ｐｃ１，Ｐｃ２が、それぞれ分割コア１８ｃ，１８ｉに対応する位置となるように設定されている。更に、環状溝３１ｄにおいては、各リブ部材３２の接続部分Ｐｄ１，Ｐｄ２が、それぞれ分割コア１８ｄ，１８ｊに対応する位置となるように設定されている。そして、環状溝３１ｅにおいては、各リブ部材３２の接続部分Ｐｅ１，Ｐｅ２が、それぞれ分割コア１８ｅ，１８ｋに対応する位置となるように設定されるとともに、環状溝３１ｆにおいては、各リブ部材３２の接続部分Ｐｆ１，Ｐｆ２が、それぞれ分割コア１８ｆ，１８ｌに対応する位置となるように設定されている。

即ち、本実施形態における環状溝３１の数（Ｎ＝６）は、ステータ１２を構成する分割コア１８の数（ｎ＝１２）とステータ１２の円周に対するリブ部材３２の周方向長さの割合（α＝１／２）との積に示される値の整数倍（Ｘ＝１）となっており、これにより、各環状溝３１間において、各リブ部材３２を均等に分散配置することが可能となっている。そして、本実施形態では、これにより、その全周に亘ってバランスよく剛性の強化を図る構成となっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような作用・効果を得ることができる。
（１）ステータ１２は、複数の分割コア１８（１８ａ〜１８ｌ）を環状に連結してなるとともに、圧入により、その外周（円環部１４の外周）がハウジング１１（ハウジング本体１９）の内周に固定された状態で、同ハウジング１１内に収容される。また、ステータ１２の外周には、周方向に延びる複数の環状溝３１（３１ａ〜３１ｆ）が形成さる。そして、これら各環状溝３１には、それぞれ、ハウジング１１の内周に当接して同ハウジング１１とともにステータ１２の変形を抑制するリブ部材３２が収容される。

上記構成によれば、ハウジング１１の構造やステータ１２の組付け手順を変更することなく、同ハウジング１１の内周に強化リブを形成した場合と同様の効果、即ちその外径を維持しつつ同ハウジング１１を含めた剛性を強化することができる。そして、これにより、製造工程の煩雑化を招くことなく、静粛性の向上と小型化とを両立させることができ、その結果、静粛性に優れるとともにコンパクト且つ製造容易な分割コア連結型のブラシレスモータを提供することができるようになる。

（２）リブ部材３２は、複数の分割コア１８に跨る円弧状に形成される。
即ち、ステータ１２の変形は、各分割コア１８の相対変位を主たる要因とする。従って、上記構成によれば、効果的にステータ１２（及びハウジング１１）の変形を抑えることができる。

（３）リブ部材３２は、ステータ１２の円周に対するその周方向長さの割合が「１／２」となるような半円弧状に形成される。そして、各環状溝３１には、それぞれ、その間にステータ１２を挟み込む態様で二つのリブ部材３２が収容されることにより、環状の強化リブが形成される。

上記構成によれば、その全周に亘って剛性を強化することができる。その結果、より効果的にステータ１２（及びハウジング１１）の変形を抑えることができる。
（４）各リブ部材３２は、環状溝３１内に収容された二つのリブ部材３２の接続部分が、何れかの分割コア１８に対応する位置となるように配置される。

上記構成によれば、各分割コア１８の相対変位が起こり難くなる。その結果、より効果的にステータ１２（及びハウジング１１）の変形を抑えることができる。
（５）各リブ部材３２は、各環状溝３１間において、その周方向位置が相互に異なるように配置される。

上記構成によれば、各リブ部材３２の効力が低い部位、即ち各環状溝３１における各リブ部材３２の接続部分を、その環状溝３１毎に、周方向に分散させることができる。その結果、より効果的にステータ１２（及びハウジング１１）の変形を抑えることができる。また、これにより、各リブ部材３２のみでも保持力が発生することになり、これを利用して各分割コア１８間の連結構造を簡素化することが可能になる。その結果、作業性の向上と製造コストの低減とを図ることができるようになる。

（６）環状溝３１の数（Ｎ＝６）は、ステータ１２を構成する分割コア１８の数（ｎ＝１２）とステータ１２の円周に対するリブ部材３２の周方向長さの割合（α＝１／２）との積に示される値の整数倍（Ｘ＝１）に設定される（Ｎ＝ｎ×α×Ｘ）。

上記構成によれば、各環状溝３１間において、各リブ部材３２を均等に分散配置することができる。これにより、その全周に亘ってバランスよく、剛性を強化することができ、その結果、より効果的にステータ１２（及びハウジング１１）の変形を抑えることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、本発明をＥＰＳ用のブラシレスモータに具体化した。しかし、これに限らず、ＥＰＳ以外の用途に用いられるブラシレスモータに適用してもよい。

・また、ＥＰＳに具体化する場合でも、コラム型のＥＰＳに限らず、その他、所謂ラックアシスト型やピニオン型のＥＰＳに適用してもよい。
・上記実施形態では、リブ部材３２は、ステータ１２の円周に対するその周方向長さの割合が「１／２」となるような半円弧状に形成されるとともに、各環状溝３１には、二つのリブ部材３２が収容されることとした。しかし、これに限らず、周方向長さは、必ずしも、これに限るものではなく、更に各環状溝３１に収容されるリブ部材３２の数もまた、任意に設定してもよい。即ち、例えば、各環状溝３１に一つずつリブ部材３２を配置する構成であってもよい。但し、効果的な剛性強化、及びそのバランスを考慮するならば、各環状溝３１に複数のリブ部材３２を配置することが望ましい。そして、この場合においては、上記実施形態と同様、各リブ部材３２が円環状に配置されることが望ましく、更に、隣り合う二つのリブ部材３２の接続部分が何れかの分割コア１８に対応する位置となるような配置とすることが望ましい。

・上記実施形態では、各リブ部材３２は、各環状溝３１間において、その周方向位置が相互に異なるように配置されることとしたが、必ずしも、これに限るものではない。但し、剛性強化のバランスを考慮するならば、各環状溝３１間において、各リブ部材３２を分散配置することが望ましい。

・上記実施形態では、ステータ１２には、６本の環状溝３１（３１ａ〜３１ｆ）が形成されることとしたが、環状溝３１の数は、任意に設定してもよい。但し、その全周に亘ってバランスよく剛性を強化することを考慮するならば、上記実施例と同様、その環状溝３１の数（Ｎ）は、ステータ１２を構成する分割コア１８の数（ｎ）とステータ１２の円周に対するリブ部材３２の周方向長さの割合（α）との積に示される値の整数倍（Ｘ）に設定することが望ましい（Ｎ＝ｎ×α×Ｘ）。例えば、分割コア１８の数が「９」、ステータ１２の円周に対するリブ部材３２の周方向長さの割合が「１／３」である場合には、環状溝３１の数は、「３」の倍数とするとよい。これにより、各環状溝３１間において、各リブ部材３２を均等に分散配置することが可能になる。

・上記実施形態では、リブ部材３２の径方向幅Ｗと環状溝３１の溝深さＤとを略等しく設定することで、各環状溝３１内において各リブ部材３２がハウジング１１の内周に当接するようにした。しかし、これに限らず、各環状溝３１内において各リブ部材３２がハウジング１１の内周に当接して同ハウジング１１とともにステータ１２の変形を抑制することが可能であればよい。具体的には、例えば、各環状溝３１又はリブ部材３２の何れか一方の断面形状を、Ｖ字又は楔形に形成して、当該各環状溝３１内にリブ部材３２を圧入する等としてもよい。

１…電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、１０…モータ、１１…ハウジング、１２…ステータ、１３…ロータ、１４…円環部、１５…ティース、１７…モータコイル、１８（１８ａ〜１８ｌ）…分割コア、３１（３１ａ〜３１ｆ）…環状溝、３２…リブ部材、Ｐａ１，Ｐａ２，Ｐｂ１，Ｐｂ２，Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｄ１，Ｐｄ２，Ｐｅ１，Ｐｅ２，Ｐｆ１，Ｐｆ２…接続部分、Ｄ…溝深さ、Ｗ…径方向幅。

Claims (7)

1. 分割コアを環状に連結してなるステータと、
   前記ステータを収容するハウジングとを備えたブラシレスモータであって、
   前記ステータの外周には、周方向に延びる複数の環状溝が形成されるとともに、
   前記各環状溝に収容されて前記ハウジングの内周に当接することにより該ハウジングとともに前記ステータの変形を抑制するリブ部材を備えること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記リブ部材は、複数の前記分割コアに跨る円弧状に形成されてなること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項２に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記各環状溝には、複数の前記リブ部材が環状に配置されること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項３に記載のブラシレスモータにおいて、
   周方向に隣り合う各リブ部材間の接続部分が、何れかの分割コアに対応する位置にあること、を特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記リブ部材の周方向位置が前記各環状溝間において相互に異なること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
6. 請求項５に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記環状溝の数は、前記分割コアの数と前記ステータの円周に対する前記リブ部材の周方向長さの割合との積に示される値の整数倍に設定されること、
   を特徴とするブラシレスモータ。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置。

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