JP2013225953A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータのシャフトとレゾルバロータの固定に、カップリングを介して圧入固定することにより、レゾルバロータの歪による特性の悪化を防止することができ、検出精度を向上させる。
【解決手段】回転力を出力するシャフト５２を有し、回転位置検出センサ８０を構成するレゾルバステータ８２およびレゾルバロータ８１と、回転力を伝達するカップリング１０１をシャフト５２の先端に設け、一端を閉構造としたステータケース１５の開口部にレゾルバステータ８２を固定するフランジ５１を有し、レゾルバロータ８１をカップリング１０１の外径部１０１Ａに固定した電動モータであって、レゾルバロータ８１はカップリング１０１のシャフト５２の固定部の外径部に固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動モータにかかり、特に電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）等に好適に用いられる電動モータのレゾルバの固定構造の改良に関する。

従来から、電動モータとして、例えば、ブラシレスモータ等、様々なモータが提案されている。例えば、電動モータのシャフトにレゾルバロータを圧入固定し、その先端側にステアリング機構に連結するボスを圧入固定する構造が開示されている。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２０４６５４号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載された電動モータのレゾルバロータの固定方法では、レゾルバロータが一般的に薄板を積層して構成されるため、積層する板厚のバラツキにより、電動モータのシャフトに圧入固定されるボスの軸方向位置が安定しない。また、小径のシャフトに圧入固定することから、摩擦半径が小さく圧入を高くしなければならなくなり、レゾルバロータに歪が生じてレゾルバ信号の精度が悪化するという課題がある。

この目的を達成するため、本発明は、回転力を出力するシャフトを有し、回転位置検出センサを構成するレゾルバステータおよびレゾルバロータと、回転力を伝達するカップリングをシャフトの先端に設け、一端を閉構造としたステータケースの開口部にレゾルバステータを固定するフランジを有し、レゾルバロータをカップリングの外径部に固定したことを特徴とする電動モータである。

また、本発明の電動モータは、好ましくは、レゾルバロータは、カップリングの前記シャフトのシャフト固定部の外径部に固定され、また、好ましくは、レゾルバロータは、シャフトの段差部とカップリング段差部に挟まれて軸方向位置を規制し、更に好ましくはステアリングに対して減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する電動パワーステアリング装置である。

本発明にかかる電動モータは、レゾルバロータの圧入固定部の内径を大きくできるので、圧入固定部の摩擦半径を大きくすることが可能になり、圧入力を小さくすることができる。従って、レゾルバロータの圧入による歪を小さくすることができるのでレゾルバ信号の精度を向上させることができるので、信頼性の高い電動モータの制御が可能になる。また、電動パワーステアリング機構との結合するボスの位置精度が向上するので、レゾルバロータの積層される薄板を、板厚精度を一般的なものとすることが可能になるので安価な製品を提供することができる。これにより違和感が無く操舵フィーリングの好適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。

電動パワーステアリング装置の構成の概略を示す説明図である。 本発明の実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置の減速機構部の断面図である。 本発明の実施の形態にかかるモータの断面図である。 本発明の実施の形態の第２例に用いられるモータの断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかるモータを有する電動パワーステアリング装置１の構成の概略を示す説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

[実施の形態の第１例]
電動パワーステアリング装置１は、例えばコラムタイプのものであり、車両のステアリングホイールＨが固定されるステアリングシャフト１０と、ラック・ピニオン運動変換機構１１と、ステアリングホイールＨに付加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生させる電動モータ１２と、電動モータ１２とステアリングシャフト１０との間に介在され、電動モータ１２の回転を減速させるウォーム減速機構１３等を有している。

ステアリングシャフト１０は、ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂを有し、ハウジング２０に覆われている。ステアリング入力軸１０ａの上端にステアリングホイールＨが固定されている。ステアリング入力軸１０ａとステアリング出力軸１０ｂは、トルクセンサ２１のトーションバーを介して接続されている。ステアリングホイールＨの操作により生じる操舵トルクは、ステアリング入力軸１０ａを通じてトルクセンサ２１により検出され、その検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１２の出力が制御される。この電動モータ１２の構成の詳細については後述する。

ウォーム減速機構１３は、ステアリング出力軸１０ｂに取り付けられたウォームホイール３０と、ウォームホイール３０の外周歯車に噛み合うウォーム３１を有している（図２参照）。ウォーム３１は、ハウジング３２に対して固定されている２つのベアリング（軸受）３３、３４により支持されている。ウォーム３１の一端は、電動モータ１２の後述するシャフト５２に対して同軸上にカップリング構造１００で結合されている。これにより、例えばステアリング出力軸１０ｂ及びウォームホイール３０の駆動によりウォーム３１が受けたシャフト５２の軸方向Ｘの反力を、ウォーム減速機構１３において吸収できる。

図１に示すようにステアリング出力軸１０ｂとラック・ピニオン運動変換機構１１とは、２つの自在継手４０、４１と連結部材４２により連結されている。また、ラック・ピニオン運動変換機構１１は、ラック・ピニオンギアによりステアリング出力軸１０ｂと操作車輪のタイロッドを接続している。

電動モータ１２により出力された回転力は、ウォーム減速機構１３を介して、補助操舵トルクとしてステアリング出力軸１０ｂに伝達され、当該補助操舵トルクは、ステアリング出力軸１０ｂからラック・ピニオン運動変換機構１１を介して操作車輪のタイロッドに伝達される。

次に、上述の電動モータ１２の構成について説明する。電動モータ１２は、例えば図３に示すようにステータ（固定子）５４と、ステータ５４の一の開口部を閉鎖するフランジ５１を有している。ステータ５４の内部には、シャフト（回転軸）５２を回転させるロータ（回転子）５３が設けられている。符号１５は、ステータ５４の筐体を形成する金属製のステータケースである。

ステータ５４は、一体、分割、焼結コアのいずれかで構成される筒形状のステータコア６０を有している。必要枚数分が積み重ねられたステータコア６０には、外側からテープが巻き付けられてからインシュレータ６１が挿入され、その状態でコイル６２が巻き付けられている。本実施形態ではステータコア６０の端部コアの継鉄部（バックヨーク）に径方向に延伸した凸部を設け、ステータコア６０を積層後、この延仲部の凸部を軸方向に折り曲げてコアと接触させている。折り曲げ自体は、コイル６２の巻線の前後どちらでもよい。

また、本実施形態のように電動パワーステアリング装置１に用いられる電動モータ１２において、特に詳しい図示はしていないが、ステータ５４は、分割コアの接合面バックヨーク部に径方向に延伸した凸部同士を当接させ、折り曲げ前後でレーザー溶接またはＴＩＧ溶接等で接合し一体化されている。ステータ５４の片側端部には端子台９０が設けられ、端子台９０に挿入またはインサートモールドされたバスバーと各相コイルは、ヒュージングや抵抗溶接等で電気的に接続される。さらに、ステータ５４はステータケース１５に圧入、接着、焼きばめ等で固定される。

また、本実施形態の電動モータ１２は３相モータであることから、３ｎ個のステータコア６０は、継鉄部（バックヨーク）毎に圧入または溶接されて一体化されている。このステータ５４の軸方向Ｘのフロント側（モータ出力側となる図３中の左側）には、フランジ５１が圧入、接着、かしめ、焼ばめ等により固定されている。これらステータ５４とフランジ部材５１との間に弾性部材を介在させることも好ましい。また、特に詳しく図示していないが、ステータ５４とフランジ５１の相対回転を防止するための凹凸などからなる回り止めが形成されていることも好ましい。また、ステータ５４のリア側（上述のフロント側とは反対となる図３中右側のモータエンド側）のベアリングハウジング内にはベアリング７０が収容されている。

フランジ５１は、ステータ５４側の開口部側に、ステータケース１５が圧入、接着、かしめ等で固定される構造となっている。フランジ５１の略中央部分のベアリングハウジング内にはベアリング７１が収容されている。

ロータ５３は、ステータ５４の内側に設置されている。ロータ５３は、内部にロータコアを有し、その軸心にはシャフト５２が貫通した状態で設けられている。また、ロータコアの外周面には、マグネットやマグネットカバーが設けられている。ロータコアはシャフト５２が圧入され、あるいはシャフト５２と一体成形されている。シャフト５２のコア外周面には、接着あるいは保持部材等により偶数個のマグネットが等間隔で配置されている。なお、マグネットが埋込み磁石型である場合は、ロータコア内に配置されている。さらにこれらマグネットの外周にはマグネット飛散防止用のカバーが設けられている。マグネット飛散防止用のカバーは例えば非磁性であるＳＵＳ材、アルミニウム、熱収縮チューブ等で形成されている。

シャフト５２のリア側は、ベアリング７０により支持されている。シャフト５２のフロント側は、フランジ５１の軸心を貫通し、当該フランジ５１に固定されたベアリング７１により支持されている。シャフト５２のフロント側の先端は、上述のウォーム減速機構１３のウォーム３１と同軸上で連結されている。

シャフト５２のベアリング７１よりもフロント側には、回転位置検出センサ８０が設けられている。回転位置検出センサ８０は、シャフト５２に圧入（例えば、軽圧入）された円筒状のレゾルバロータ８１と、そのレゾルバロータ８１の外周を囲むレゾルバステータ８２を有している。レゾルバステータ８２は、フランジ５１に固定されたレゾルバホルダに、またはフランジ５１に取り付けられている。レゾルバステータ８２には、電動モータ１２の外部に通じるセンサハーネス８４が電気的に接続され、電動モータ１２を駆動する制御装置（図示せず）に結合し、検出信号を制御結果としてフィードバックして、電動モータの制御の信頼性を高めている。

シャフト５２の先端にはカップリング機構１００を構成するカップリング１０１のシャフト圧入固定部１０１Ｂに、電動モータのシャフト５２が圧入固定されている。レゾルバロータ８１はカップリング１０１のロア側で、シャフト５２を圧入している部分のカップリング外径部１０１Ａに圧入固定されている。（図３参照）。また、シャフト５２の段差部５２Ａとカップリング段差部１０１Ｃに挟まれて軸方向位置を規制している。

図３に示すようにステータ５４のフロント側には、ステータ５４のコイル６２に電気的に接続された端子台９０が設置されている。また、端子台９０には、コイル６２に給電するためのパワーハーネス（図示省略）が電気的に接続されている。パワーハーネスは、フランジ５１に設けられたグロメット（図示省略）の穴部を貫通し、電動モータ１２の外部に通じている。この端子台９０に挿入またはインサートモールドされたバスバーと各相コイルは、ヒュージングやＴＩＧ溶接などで電気的に接続されている。

電動モータ１２の固定対象であるウォーム減速機構１３のハウジング３２と、フランジ５１は、周方向の例えば２か所の透孔５１ａにねじがねじ込まれることによって固定されている。

本実施形態のように、レゾルバロータ８１はカップリング１０１のロア側で、シャフト５２を圧入している部分の外径部に圧入固定されている。シャフト５２の軸径よりもレゾルバロータ８１が圧入されるカップリング１０１のカップリング外径部１０１Ａの外径の方が大きい。したがって圧入部の径が大きくなることで圧入による摩擦半径が大きくなることから、保持トルクを同等に保つ場合、直接シャフト５２に圧入するよりも圧入力を低くすることができる。その結果、レゾルバロータ８１の圧入応力による歪を減少させることができる。また、レゾルバロータ８１の圧入部の公差を厳しく管理する必要が不要になる。さらに、シャフト５２とカップリング１０１の圧入長を長くすることができるので、カップリングの倒れを抑制しカップリングのトルク伝達の変動を防止することができる。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるもので
はなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

[実施の形態の第２例]
図４は、図３に示す電動モータを示す実施の形態の第２例の断面図である。シャフト５２の先端には、スプライン結合によるトルク伝達を行う雌スプラインボス１０２のシャフト圧入固定部１０２Ｂに、電動モータのシャフト５２が圧入固定されている。レゾルバロータ８１は雌スプラインボス１０２のロア側で、シャフト５２を圧入している部分のスプラインボス外径部１０２Ａに圧入固定されている。（図４参照）。

本実施形態のように、レゾルバロータ８１は雌スプラインボス１０２のロア側で、シャフト５２を圧入している部分の外径部に圧入固定されている。シャフト５２の軸径よりもレゾルバロータ８１が圧入される雌スプラインボス１０２のスプラインボス外径部１０２Ａの外径の方が大きい。したがって圧入部の径が大きくなることで圧入による摩擦半径が大きくなることから、保持トルクを同等に保つ場合、直接シャフト５２に圧入するよりも圧入力を低くすることができる。その結果、レゾルバロータ８１の圧入応力による歪を減少させることができる。また、レゾルバロータ８１の圧入部の公差を厳しく管理する必要が不要になる。さらに、シャフト５２と雌スプラインボス１０２の圧入長を長くすることができるので、スプラインの倒れを抑制しカップリングのトルク伝達の変動を防止することができる。その他の部分の構成及び作用は、前述した実施の形態の第１の実施例と同様であるから、同等部分に関する説明は省力する。

１…電動パワーステアリング装置、１２…電動モータ（モータ）、１３…ウォーム減速機
構（減速機構）、３１…ウォーム、５２…シャフト、８０…回転位置検出センサ、８１…レゾルバロータ、８２…レゾルバステータ、１０１…カップリング、１０１Ａ…カップリング外径部、１０２Ａ…スプラインボス外径部

Claims (4)

1. 回転力を出力するシャフトを有し、
   回転位置検出センサを構成するレゾルバステータおよびレゾルバロータと、
   回転力を伝達するカップリングを該シャフトの先端に設け、
   一端を閉構造としたステータケースの開口部に該レゾルバステータを固定するフランジを有し、
   該レゾルバロータを該カップリングの外径部に固定したことを特徴とする、電動モータ。
2. 前記レゾルバロータは、前記カップリングの前記シャフトのシャフト固定部の外径部に固定されている、請求項１に記載のモータ。
3. 前記レゾルバロータは、シャフトの段差部とカップリング段差部に挟まれて軸方向位置を規制する、請求項１または２に記載のモータ。
4. ステアリングに対して減速機構を介して操舵アシスト力を付与する電動モータを有する
   電動パワーステアリング装置であって、
   前記電動モータとして、請求項１ないし３に記載のモータを有する、電動パワーステア
   リング装置。

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