JP2019170069A - モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

モータ及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】バスバーをインシュレータに容易に固定することができる、モータ及び電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】本発明のモータは、ロータと、ロータの径方向外側を囲み、かつ、絶縁性のインシュレータ(120)と、インシュレータ(120)に巻回されたコイル(130)と、を含むステータ(100)と、コイル(130)と電気的に接続されたバスバー(40)と、を備え、インシュレータ(120)は、周方向に弾性変形可能な2つのスナップフィット部(140、150)を有し、2つのスナップフィット部(140、150)は、周方向にスリット(S)を介して配置され、バスバー(40)は、2つのスナップフィット部(140、150)に保持される。【選択図】図2

Description

本発明は、モータ及び電動パワーステアリング装置に関する。
従来、バスバーをステータに固定したモータが知られている。例えば、特開2009−247039号公報(特許文献1)には、バスバーとしての中性点ケーブルは、ステータ片ごとにインシュレータの壁部を挟んで接続領域と巻回部とを交互に通過するように配置されることが開示されている。
特開2009−247039号公報
上記特許文献1では、中性点ケーブルを固定する工程が煩雑である。また、中性点ケーブルが周方向に回転する場合がある。
本発明は、バスバーをインシュレータに容易に固定することができる、モータ及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
本発明のモータの一つの態様は、ロータと、ロータの径方向外側を囲み、かつ、絶縁性のインシュレータと、インシュレータに巻回されたコイルと、を含むステータと、コイルと電気的に接続されたバスバーと、を備え、インシュレータは、周方向に弾性変形可能な2つのスナップフィット部を有し、2つのスナップフィット部は、周方向にスリットを介して配置され、バスバーは、2つのスナップフィット部に保持される。
本発明の一つの態様によれば、バスバーをインシュレータに容易に固定することができる、モータ及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。
図1は、実施形態におけるモータの断面図である。 図2は、実施形態におけるステータ及びバスバーの斜視図である。 図3は、実施形態におけるインシュレータの斜視図である。 図4は、実施形態におけるスナップフィット部の斜視図である。 図5は、実施形態におけるバスバーの斜視図である。 図6は、実施形態におけるバスバーの拡大斜視図である。 図7は、実施形態におけるバスバーがインシュレータに固定された状態の拡大斜視図である。 図8は、実施形態における電動パワーステアリング装置の模式図である。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
また、以下の説明において、図1に示すように、ロータ30の中心軸A、つまりシャフト31が延びる軸方向を上下方向とし、ハウジング10の開口部側を上側とし、ハウジング10の底部12側を下側とする。ただし、本明細書における上下方向は、位置関係を特定するために用いるためであって、実際の方向を限定するものではない。すなわち、下方向は重力方向を必ずしも意味するものではない。
また、ロータ30の中心軸Aに直交する方向を径方向とし、径方向は中心軸Aを中心とする。ロータ30の中心軸Aの軸回りを周方向とする。
また、本明細書において「軸方向に延びる」とは、厳密に軸方向に延びる状態と、軸方向に対して45度未満の範囲で傾いた方向に延びる状態とを含む。同様に、本明細書において「径方向に延びる」とは、厳密に径方向に延びる状態と、径方向に対して45度未満の範囲で傾いた方向に延びる状態とを含む。同様に、本明細書において「周方向に延びる」とは、厳密に周方向に延びる状態と、周方向に対して45度未満の範囲で傾いた方向に延びる状態とを含む。
(モータ)
図1〜図7を参照して、本発明の一実施形態であるモータについて説明する。図1に示すように、モータ1は、ハウジング10と、ベアリングホルダ21と、ベアリング22,23と、ロータ30と、ステータ100と、バスバー40と、を主に備える。
<ハウジング>
ハウジング10は、有底円筒状である。すなわち、ハウジング10は、円筒部11と、底部12と、を有する。ハウジング10の上部は開口する。ハウジング10は、ロータ30及びステータ100を内部に収容する。
<ベアリングホルダ>
ベアリングホルダ21は、ステータ100の軸方向上側に配置される。
<ベアリング>
ベアリング22,23は、ロータ30のシャフト31を回転可能に支持する。軸方向上側に配置されるベアリング22は、ベアリングホルダ21に保持される。軸方向下側に配置されるベアリング23は、ハウジング10の底部12に保持される。
<ロータ>
ロータ30は、シャフト31と、ロータコア32と、マグネット33と、を有する。シャフト31は、中心軸Aに沿って軸方向に延びる。シャフト31は、1対のベアリング22,23に支持され、中心軸Aを中心に回転する。
ロータコア32は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層された積層鋼板である。ロータコア32は、ロータコア32の中心を貫通するシャフト31に固定され、シャフト31とともに回転する。マグネット33は、ロータコア32の外側面に固定され、ロータコア32及びシャフト31とともに回転する。したがって、本実施形態でのロータ30は、SPM(Surface Permanent Magnet)型である。なお、ロータ30は、マグネット33がロータコア32の内部に埋め込まれたIPM(Interior Permanent Magnet)型であってもよい。
<ステータ>
[ステータの構成]
ステータ100は、ロータ30の径方向外側を囲む。図1及び図2に示すように、ステータ100は、ステータコア110と、インシュレータ120と、コイル130と、を含む。
[ステータコア]
図2に示すように、ステータコア110は、複数の電磁鋼板が軸方向に積層される。複数の電磁鋼板は、カシメなどにより、固定される。なお、ステータコア110は、1つの部材で構成されてもよい。
また、本実施形態のステータコア110は、図2に示すように、周方向に分割された分割コアで構成される。なお、ステータコアの構成は、分割コアに限定されず、ストレートコア、丸コアなどで構成されてもよい。
ステータコア110は、コアバック111と、ティースと、を含む。1つの分割コアは、1つのコアバック111と、1つのティースと、を含む。
複数のコアバック111は、中心軸Aと同心の環状である。コアバック111は、径方向外側の外表面に、径方向内側に向かって凹むコアバック溝111aを有する。各コアバック溝111aは、各ティースの径方向外側に位置する。
ティースは、コアバック111の内側面から径方向内側に延びる。ティースは、コアバック111の径方向内側面において、周方向に等間隔に配置される。ティースは、径方向内側の端部において周方向に延びるアンブレラを有する。
[インシュレータ]
インシュレータ120は、ステータコア110の少なくとも一部を覆う。インシュレータ120は、各ティースに取り付けられる。図3に示すように、インシュレータ120は、分割体で構成される。
インシュレータ120は、絶縁性を有し、例えば絶縁性の樹脂などの絶縁体で形成される。
インシュレータ120は、本体部121と、内側フランジ部122と、外側フランジ部123と、を有する。複数の分割体の各々は、1つの本体部121と、1つの内側フランジ部122と、1つの外側フランジ部123と、を有する。
本体部121は、ティースを覆う。内側フランジ部122は、本体部121の内端から径方向内側に突出する。内側フランジ部122は、軸方向及び周方向に延びる。内側フランジ部122は、アンブレラを覆う。
外側フランジ部123は、本体部121の外端から径方向外側に突出する。外側フランジ部123は、軸方向及び周方向に延びる。外側フランジ部123は、コアバック111の径方向内端部の上に位置し、コアバック111から軸方向上側に突出する。
外側フランジ部123は、2つのスナップフィット部140、150を有する。各分割体の外側フランジ部123は、2つのスナップフィット部140、150を有する。2つのスナップフィット部140、150は、周方向にスリットSを介して配置される。つまり、2つのスナップフィット部140、150は、周方向に並ぶ2つの部材である。2つのスナップフィット部140、150の形状は、スリットSに対して対称である。
スナップフィット部140、150は、周方向に弾性変形可能な材料で構成される。本実施形態では、スナップフィット部140、150は、周方向及び軸方向に弾性変形可能な材料で構成される。
スナップフィット部140、150の先端部は、径方向一方側に突出する。本実施形態では、スナップフィット部140、150は、上端面124において、軸方向上側に突出し、先端部が径方向外側に突出する。
先端部は、スリットSと反対側の外周面と、下面と、を含む。外周面及び下面は、後述するバスバー40と当接する。
図4に示すように、外周面は、軸方向下側に向かってスリットS側に傾斜するテーパ面141、151を有する。テーパ面141、151は、第1面取り部142、152を有する。第1面取り部142、152は、径方向外側に設けられる。
また、下面は、第2面取り部143、153を有する。第2面取り部143、153は、下面の径方向外側に設けられる。
図3に戻って、外側フランジ部123は、径方向外端部から上方に延びる壁部125を有する。径方向において、壁部125とスナップフィット部140、150との間には、隙間が設けられる。この隙間には、後述するバスバー40が配置される。バスバー40は、2つのスナップフィット部140、150と、壁部125と、により保持される。
[コイル]
図2に示すように、コイル130は、インシュレータ120を介してコイル線がティースに巻回されることにより構成される。コイル130は、U相、V相、及びW相のいずれかの相に対応するコイルで構成され、U相、V相、及びW相の順に周方向に並んで配置される。コイル130の数は、ティースの数と同じ12個である。したがって、本実施形態では、U相コイル、V相コイル、及びW相コイルを1組とするコイル組が4組存在する。なお、コイル130の結線方式は、いわゆるデルタ結線方式である。
各コイル130からは、軸方向上側に向かって、第1引出線131及び第2引出線132の2本の引出線が引き出される。したがって、各コイル130から引き出される第1引出線131及び第2引出線132の合計は24本である。
<バスバー>
図2に示すように、バスバー40は、コイル130と電気的に接続される。バスバー40は導電性である。本実施形態のバスバー40は、中性点バスバーである。
バスバー40は、複数設けられており、本実施形態では4本設けられる。各バスバー40は、周方向に沿って延びる板状である。複数のバスバー40は、周方向に並んで配置される。
各バスバー40は、図5に示すように、周方向一方側から他方側に向けて順に位置する第1〜第5板状部41〜45を含む。第1〜第5板状部41〜45は、1つの部材で形成される。
図2では、4本のバスバー40の各第1、第3及び第5板状部41、43、45は、4組の各コイル組から引き出された3本の第1引出線131、すなわち、U相、V相及びW相の第1引出線131の端部と溶接等により電気的に接続される。これにより、中性点バスバー40は、1つのコイル組を結線して電気的中性点を構成する。なお、コイル線が接続される板状部の数は、第1引出線131の数と同じである。
図5に示すように、第2及び第4板状部42、44は、第1、第3及び第5板状部41、43、45よりも径方向外側に位置する。図5及び図6に示すように、第2及び第4板状部42、44には、凹部46が設けられる。
凹部46は、底面46aと、側面46bと、を有する。側面46bは、底面46aの周方向両端部から上側に延びる。側面46bは、軸方向下側に向かって両側面46bの距離が小さくなるように傾斜するテーパ面である。
凹部46は、インシュレータ120の2つのスナップフィット部140、150と当接する。具体的には、底面46aは、2つのスナップフィット部140、150の下面と当接する。側面46bは、2つのスナップフィット部140、150においてスリットSと反対側の外周面と当接する。
凹部46の周方向外側には、第3面取り部47が設けられる。図6では、第3面取り部47は、両側面46bの上端部に設けられる。
凹部46の底面46aの径方向他方側には、第4面取り部48が設けられる。第4面取り部48の径方向位置は、スナップフィット部140、150の先端部が径方向に突出する方向と反対である。本実施形態では、第4面取り部48は、凹部46の底面46aの径方向内側に設けられる。
バスバー40は、凹部46の周方向両側に設けられるとともに、径方向一方側に向かって突出する折曲部49をさらに含む。折曲部49は、径方向の段差を構成する。折曲部49が径方向に突出する方向は、スナップフィット部140、150の先端部が径方向に突出する方向と同じである。本実施形態では、折曲部49は、径方向外側に向かって突出する。この場合、凹部46を有する第2及び第4板状部42、44を連結する第1、第3及び第5板状部41、43、45を板状にできる。
1つのバスバー40において、4つの折曲部49が設けられる。4つの折曲部49は、第2板状部42における第1及び第3板状部41、43との境界近傍と、第4板状部44における第3及び第5板状部43,45との境界近傍と、に位置する。折曲部49をインシュレータ120が挟み込むことにより、バスバー40の周方向の位置決めができる。また、折曲部49により、凹部46を含む切り欠き部を板状にできるので、バスバー40の歩留まりを向上できる。
なお、折曲部49には、凹部46側が軸方向下側に位置する段差がさらに設けられてもよい。この場合、スナップフィット部を軸方向下方に配置できるので、他の部材との干渉を抑制できる。
<インシュレータとバスバーとの固定>
図2及び図7に示すように、バスバー40は、2つのスナップフィット部140、150に保持される。2つのスナップフィット部140、150の間にはスリットSが設けられるので、2つのスナップフィット部140、150を周方向に変形させることができる。変形させた状態で、バスバー40をスナップフィット部140、150に挿入することで、スナップフィット部140、150の弾性変形する力を利用して、バスバー40を保持する。このため、バスバー40が周方向に回転することを防止できる。したがって、バスバー40をインシュレータ120に容易に固定することができる。
また、スナップフィット部140、150が軸方向に弾性変形可能な材料で構成される場合、スナップフィット部140、150の軸方向に弾性変形する力を利用して、バスバー40を軸方向に保持できる。
本実施形態では、スナップフィット部140、150は、スナップフィット部140、150の外周に位置するバスバー40を、周方向外側に向けて押圧する。つまり、2つのスナップフィット部140、150は、バスバー40から周方向に力を受けることにより、周方向に縮む。これにより、スナップフィット部140、150が周方向に広がる力を利用して、外周に位置するバスバー40を保持できる。
図7では、軸方向下側に向かってスリットS側に傾斜するテーパ面141、151は、バスバー40の凹部46と当接して、バスバー40から周方向に力を受ける。つまり、2つのスナップフィット部140、150は、バスバー40のテーパ面である側面46bから周方向に力を受ける。テーパ面141、151によって、周方向に縮めた2つのスナップフィット部140、150に、バスバー40の凹部46を容易に挿入できる。
スナップフィット部140、150にバスバー40をより容易に挿入するために、本実施形態では、スナップフィット部140、150及びバスバー40の当接面に、面取り部を設ける。具体的には、図4に示すように、スナップフィット部140、150のテーパ面141、151は、第1面取り部142、152を有する。スナップフィット部140、150の下面は、第2面取り部143、153を有する。さらに、図6に示すように、バスバー40は、スナップフィット部140、150との当接面に設けられた第3面取り部47及び第4面取り部48を有する。第3面取り部47は、凹部46の周方向外側に設けられる。第4面取り部48は、凹部46の底面46aの径方向他方側に設けられる。
インシュレータ120にバスバー40を固定する方法は、例えば以下の通りである。インシュレータ120の2つのスナップフィット部140、150を、スリットSの間隔が小さくなるように、周方向に縮んだ状態で把持する。その状態で、バスバー40の凹部46の底面46aがスナップフィット部140、150の下面に当接するように、バスバーを配置する。その後、スナップフィット部140、150を離すことによって、バスバーの凹部46の側面46bにスナップフィット部140、150の外周面が当接する。バスバー40はスナップフィット部140、150に嵌って、スナップフィット部の周方向外側に向いた復元力によって、バスバー40の位置が保持される。
このように、スナップフィット部140、150の弾性力を利用して、バスバー40の凹部46に嵌め込んで引っ掛けることにより、バスバー40はインシュレータ120に対して固定される。この状態で、バスバー40とコイルの第1引出線131とを、抵抗溶接などで接続できる。接続工程において、コイル130とバスバー40との位置が安定するので、品質を向上できる。
<その他の構成>
モータ1は、相用バスバーと、バスバーホルダと、をさらに備えてもよい。バスバーホルダは、インシュレータ120の上側に配置される。詳細には、バスバーホルダは、中性点バスバー40の上側に配置される。バスバーホルダは、相用バスバーを保持する。相用バスバーは、コイル130から引き出された第2引出線132の端部と電気的に接続される。
<変形例>
上述した実施形態では、スナップフィット部140、150の外周に位置するバスバー40を、スナップフィット部140、150が周方向外側に向けて押圧する構造を例に挙げて説明した。本発明のモータは、スナップフィット部140、150の内周に位置するバスバー40を、スナップフィット部140、150が周方向内側に向けて押圧する構造を含む。つまり、バスバー40をインシュレータ120に挿入した際に、スナップフィット部140、150が周方向に広がる構成であり、スリットSに位置するバスバー40がスナップフィット部140、150により保持される構造である。このような構造として、例えば、バスバーは突起を有し、2つのスナップフィット部は突起を挟み、スナップフィット部が周方向に縮む力を利用して、突起を保持する。
また、実施形態のスナップフィット部140、150は、インシュレータの径方向外端部に設けられる。本発明のスナップフィット部は、インシュレータに設けられていれば、その位置は特に限定されない。
また、実施形態のスナップフィット部140、150の先端部は、径方向外側に突出している。本発明のスナップフィット部の先端部の形状は、特に限定されず、径方向内側に突出してもよい。また、本発明において、スナップフィット部のテーパ面141、151は、省略されてもよい。また、本発明において、スナップフィット部の面取り部142、143、152、153は、省略されてもよい。
また、実施形態のバスバーの面取り部は、凹部の周方向外側と、凹部の底面の径方向内側に設けられる。本発明のバスバーの面取り部は、スナップフィット部との当接面に設けられていれば、位置は限定されない。また、バスバーの面取り部は、省略されてもよい。
また、実施形態のバスバー40の折曲部49は、径方向外側に向かって突出しているが、折曲部49は、内側に向かって突出してもよい。また、折曲部は省略されてもよい。
また、実施形態のバスバー40は、2つのスナップフィット部140、150と壁部125とにより保持される。本発明のバスバーは、2つのスナップフィット部140、150に保持されていれば、壁部125は省略されてもよく、壁部125と異なる部材によって保持されてもよい。
(電動パワーステアリング装置)
図8を参照して、上述したモータ1を備える装置の一実施形態について説明する。本実施形態においては、モータ1を電動パワーステアリング装置に搭載した例について説明する。
電動パワーステアリング装置2は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。本実施形態の電動パワーステアリング装置2は、モータ1の動力により操舵力を直接的に軽減するコラム式のパワーステアリング装置である。電動パワーステアリング装置2は、モータ1と、操舵軸914と、車軸913と、を備える。
操舵軸914は、ステアリング911からの入力を、車輪912を有する車軸913に伝える。モータ1の動力は、ボールねじを介して、車軸913に伝えられる。コラム式の電動パワーステアリング装置2に採用されるモータ1は、エンジンルームの内部に設けられる。なお、本発明の電動パワーステアリング装置は、コラム式に限定されず、ラック式などであってもよい。
電動パワーステアリング装置2は、本実施形態のモータ1を備える。このため、モータ1と同様の効果を奏する電動パワーステアリング装置2が得られる。すなわち、モータ1を備えるので、バスバーをインシュレータに容易に固定することができる電動パワーステアリング装置2を実現できる。
なお、ここでは、実施形態のモータ1の使用方法の一例として電動パワーステアリング装置2を挙げたが、モータ1の使用方法は限定されず、ポンプ、コンプレッサなど広範囲に使用可能である。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 モータ、2 電動パワーステアリング装置、10 ハウジング、11 円筒部、12 底部、21 ベアリングホルダ、22,23 ベアリング、30 ロータ、31 シャフト、32 ロータコア、33 マグネット、40 バスバー、41〜45 板状部、46 凹部、46a 底面、46b 側面、47,48,142,143,152,153 面取り部、49 折曲部、100 ステータ、110 ステータコア、111 コアバック、111a コアバック溝、120 インシュレータ、121 本体部、122 内側フランジ部、123 外側フランジ部、124 上端面、125 壁部、130 コイル、131 第1引出線、132 第2引出線、140,150 スナップフィット部、141,151 テーパ面、911 ステアリング、912 車輪、913 車軸、914 操舵軸、A 中心軸、S スリット。

Claims (12)

  1. ロータと、
    前記ロータの径方向外側を囲み、かつ、絶縁性のインシュレータと、前記インシュレータに巻回されたコイルと、を含むステータと、
    前記コイルと電気的に接続されたバスバーと、
    を備え、
    前記インシュレータは、周方向に弾性変形可能な2つのスナップフィット部を有し、
    2つの前記スナップフィット部は、周方向にスリットを介して配置され、
    前記バスバーは、2つの前記スナップフィット部に保持される、モータ。
  2. 前記スナップフィット部は、前記スナップフィット部の外周に位置する前記バスバーを、周方向外側に向けて押圧する、請求項1に記載のモータ。
  3. 2つの前記スナップフィット部は、軸方向上側に突出し、
    前記バスバーは、凹部を含み、
    2つの前記スナップフィット部において前記スリットと反対側の外周面は、前記凹部と当接し、かつ、軸方向下側に向かって前記スリット側に傾斜するテーパ面を有する、請求項2に記載のモータ。
  4. 前記テーパ面は、面取り部を有する、請求項3に記載のモータ。
  5. 前記スナップフィット部の先端部は、径方向一方側に突出するとともに、前記凹部と当接する下面を有し、
    前記下面は、面取り部を有する、請求項3または4に記載のモータ。
  6. 前記バスバーは、前記スナップフィット部との当接面に設けられた面取り部を有する、請求項3〜5のいずれか1項に記載のモータ。
  7. 前記バスバーの面取り部は、前記凹部の周方向外側に設けられる、請求項6に記載のモータ。
  8. 前記バスバーの面取り部は、前記凹部の底面の径方向他方側に設けられる、請求項6または7に記載のモータ。
  9. 前記バスバーは、周方向に沿って延びる板状であり、
    前記バスバーは、前記凹部の周方向両側に設けられるとともに、径方向一方側に向かって突出する折曲部をさらに含む、請求項3〜8のいずれか1項に記載のモータ。
  10. 前記折曲部には、前記凹部側が軸方向下側に位置する段差が設けられる、請求項9に記載のモータ。
  11. 前記インシュレータは、2つの前記スナップフィット部と前記バスバーを介して対向する壁部をさらに有し、
    前記バスバーは、2つの前記スナップフィット部と前記壁部とにより保持される、請求項1〜10のいずれか1項に記載のモータ。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載のモータを備える、電動パワーステアリング装置。
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