JP5037256B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

本発明は電動パワーステアリング装置等に用いて好適なブラシレスモータに関する。

電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータは、永久磁石を有する回転子と、複数のコイルを巻装したコアを備える固定子とを有し、コイルへの通電を切り替えることで回転子を回転させるものであり、車両の電動パワーステアリング装置のモータ部に適用されている。例えば、ラックタイプの電動パワーステアリング装置においては、同軸タイプのブラシレスモータが用いられ、回転子の回転軸内にラック軸が挿入され、車体側に固定されるハウジング側に固定子が形成される。そして、ブラシレスモータでは、コイルへの通電を切り替えるタイミングを決定するために、固定子に対する回転子の回転位置を検出する位置検出用センサとしてレゾルバが設けられている。

従来の電動パワーステアリング装置では、特許文献１に記載の如く、１つのハウジングに固定子を固定しており、固定子を構成するように積層したコアを周方向に配置し、このコアを上記ハウジングに焼き嵌めして固定している。尚、レゾルバは、ハウジングの側に取付けられるレゾルバステータと、回転子の側に取付けられるレゾルバロータとからなる。
特開2007-1364

特許文献１に記載のブラシレスモータには以下の問題点がある。
(1)１つのハウジングに固定子のコアを焼き嵌めしているため、焼き嵌め設備と組付工数が多大になる。

(2)焼き嵌め時に上記ハウジングが加熱されるため、レゾルバステータやそのプラグ（カプラ）が熱損しないように、レゾルバステータやそのプラグが設けられるハウジングを上記ハウジングと別物にする必要がある。固定子が固定されるハウジングと、レゾルバステータが設けられるハウジングを水密に組立てるため、両ハウジング間のＯリング、締結ボルトが必要になる。部品点数と組付工数が多大になる。

(3)固定子が固定されるハウジングと、レゾルバステータが設けられるハウジングが別物であるから、レゾルバステータの固定子に対する組付位置を角度調整する必要がある。

本発明の課題は、ブラシレスモータにおいて、固定子のコアをハウジングに簡易に組付けることにある。

本発明の他の課題は、ブラシレスモータにおいて、レゾルバステータの固定子に対する角度位置の調整を簡易にすることにある。

請求項１の発明は、ハウジングに固定子を固定し、固定子の内周側に回転可能に配置される回転軸に回転子を設けてなるブラシレスモータにおいて、固定子を構成するように積層したコアを周方向に配置し、コアの外周であって、該コアの積層方向の少なくとも一端側の外周に筒状カバーの筒状部を被せ、カバーの筒状部に続く外端部であって、コアの積層方向の一端部から外方に突き出た部分を内径側につぼめた縮径端部とし、コアの外周に被せたカバーを縮径端部の側からハウジングの内周に圧入してなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記固定子に対する回転子の回転位置を検出するレゾルバを有し、レゾルバが、固定子が固定されるハウジングに組付けられるレゾルバステータと、回転子が設けられる回転軸に組付けられるレゾルバロータとからなるようにしたものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において更に、前記カバーの筒状部が、ハウジングへの圧入前段階では、コアの外周との間に隙間を介し、ハウジングへの圧入段階で、ハウジングの内周とコアの外周との間に挟圧され、該カバーの筒状部がコアの外周との間に介していた前記隙間分に相当して生ずる該筒状部の周方向たるみ部をコアの外周の一部に設けた凹溝に受容してなるようにしたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において更に、前記カバーが、ハウジングへの圧入前段階では、コアの外周と該カバーの筒状部との間に隙間を介し、コアに取付けた樹脂製ボビンの該コアの積層方向の一端部から外方に突き出た部分の外周に該カバーの縮径端部の内周を嵌合してなるようにしたものである。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載のブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置である。

（請求項１）
(a)ブラシレスモータにおいて、固定子を構成するコアの外周に被せたカバーを縮径端部の側からハウジングの内周に圧入した。コアをそのままハウジングの内周に圧入するものでなく、カバーの先細テーパ状等の縮径端部がガイドになってスムースに圧入でき、コアの角でハウジングの内周をかじったり、削って切粉を発生させることがない。焼き嵌め設備と組付工数を削減できる。

(b)固定子が固定されるハウジングを焼き嵌めによって加熱するところがないから、レゾルバステータやそのプラグが設けられるハウジングを上記ハウジングと単一物にすることができ、部分点数と組付工数を削減できる。

（請求項２）
(c)固定子が固定されるハウジングと、レゾルバステータが組付けられるハウジングが単一物であるから、レゾルバステータの固定子に対する組付位置の角度調整が簡易又は不要になる。

（請求項３）
(d)カバーの筒状部がハウジングへ圧入される前段階では、コアの外周との間に隙間を介しているから、カバーの筒状部をコアの外周に円滑に被せることができる。

そして、カバーの筒状部がハウジングへ圧入される段階では、カバーの筒状部がコアの外周との間に介していた上記隙間分に相当する筒状部の周方向たるみ部が、コアの外周の凹溝に受容される。従って、カバーの筒状部をハウジングへ円滑に圧入できる。

（請求項４）
(e)カバーが、ハウジングへの圧入前段階では、コアの外周と該カバーの筒状部との間に隙間を介し、コアに取付けた樹脂製ボビンの該コアの積層方向の一端部から外方に突き出た部分の外周に該カバーの縮径端部の内周を嵌合してなるようにした。従って、カバーの筒状部をコアの外周に円滑に被せながら、カバーの縮径端部の内周を樹脂ボビンの外周に嵌合させることによって、コア及びボビンに対するカバーの組付位置を同軸状に位置決めできる。これにより、カバーの筒状部をハウジングへ圧入する段階で、カバーの筒状部を周方向において均等に絞り、ハウジングへ円滑に圧入できる。

（請求項５）
(f)電動パワーステアリング装置において、上述(a)〜(e)を実現できる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図、図２は図１の要部断面図、図３はブラシレスモータを示す断面図、図４はコア組立体とカバーを示す模式図、図５はコアとカバーを示す模式図、図６はコア組立体とカバーの変形例を示す模式図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、ステアリングホイールが結合される入力軸１１を支持するギヤボックス１２を有し、ギヤボックス１２をギヤハウジング１３に取付けている。ギヤハウジング１３は車体への取付部１３Ａを有し、ギヤハウジング１３にはモータ部１５のヨークを構成するモータハウジング１４が取付けられている。ギヤハウジング１３とモータハウジング１４は直にインロー結合されてボルト１８により固定化される。ギヤボックス１２内では、入力軸１１にトーションバーを介して出力軸（不図示）が連結され、入力軸１１と出力軸の間に操舵トルク検出装置（不図示）を組付けている。ギヤハウジング１３、モータハウジング１４にはラック軸１６が挿入されて支持され、ラック軸１６のラック歯はギヤボックス１２内で出力軸のピニオン歯と噛み合いしてラック・アンド・ピニオン機構を形成し、ステアリングホイールの操作に応じて軸方向に直線移動する。尚、ラック軸１６の両端部にはタイロッド１７Ａ、１７Ｂが連結され、ラック軸１６の直線移動によりタイロッド１７Ａ、１７Ｂを介して左右の車輪を操舵可能にする。

電動パワーステアリング装置１０のモータ部１５はブラシレスモータ２０を構成する。モータ部１５のヨークを構成するモータハウジング１４はアルミニウム等からなる。ブラシレスモータ２０は、固定子３０と、固定子３０の内周側に回転自在に配置される回転子４０と、固定子３０に対する回転子４０の回転位置を検出するレゾルバ６０を有する。

固定子３０は、図２〜図４に示す如く、モータハウジング１４の内周に後述する如くに組込まれて固定される、複数、本実施例では例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相毎に4個（全12個)のコア小組体３０Ｂを円周上に隣接配置して構成されるコア組立体３０Ａを有する。コア小組体３０Ｂは、複数の珪素鋼板からなるコア３１を積層し、この積層コア３１に樹脂製ボビン３２を取付け、ボビン３２のコイル巻回部にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相をなす各モータコイル３３を巻装して構成される。各コイル３３には、本実施例ではボビン３２に取付けられるターミナル３４を介して通電され、ターミナル３４に給電する接続端子３５がプラグ（カプラ）３６を介してモータハウジング１４の外側に引き出される。即ち、プラグ３６のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各接続端子３５がモータハウジング１４の内部に挿入され、ターミナル３４の各コイル３３への接続部に接続される。

回転子４０は、図２、図３に示す如く、モータハウジング１４の長手方向に渡ってラック軸１６の周囲に配置される中空回転軸４１を有し、回転軸４１の一端部には後述するボールナット５２が固定され、このボールナット５２はギヤハウジング１３のベアリング４２Ａに圧入されて軸支され、回転軸４１の他端部はモータハウジング１４のベアリング４２Ｂに圧入されて軸支される。回転軸４１の外周で固定子３０に臨む位置には回転子マグネット４３がマグネットホルダ４４を介して周方向に位置決めされ固定されている。

電動パワーステアリング装置１０は、図２に示す如く、ラック軸１６にボールねじ５１を設けてあり、ボールねじ５１に噛み合うボールナット５２を前述の回転軸４１の一端部に固定している。ボールねじ５１のねじ溝とボールナット５２のねじ溝の間にスチールボール５３を保持し、ボールナット５２の回転をボールねじ５１によりラック軸１６の直線移動に変換する。

レゾルバ６０は、図２、図３に示す如く、固定子３０に対して一定の周方向位置に組付けられるレゾルバステータ６１と、回転子４０に対して一定の周方向位置に組付けられるレゾルバロータ７１とからなる。レゾルバロータ７１は、複数の突極を周方向に配置した環状コアから構成されている。レゾルバステータ６１は、樹脂製の環状ブラケット６２に保持される積層鉄芯６３に巻線を巻き回したコイル６４を有し、コイル６４を形成する巻線はプラグ６５からモータハウジング１４側の外側に引き出される。レゾルバステータ６１は、回転子４０の回転軸４１とともに回転するレゾルバロータ７１を囲むように配置され、この回転によってレゾルバロータ７１との間で生ずるリラクタンスの変化により、回転軸４１の回転位置を検出する。検出した回転軸４１の回転位置に応じて、外部の制御回路により、固定子３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイル３３に所定の電流を供給し、モータ２０を駆動制御する。

しかるに、本実施例では、レゾルバ６０が、固定子３０が固定されるモータハウジング１４に組付けられるレゾルバステータ６１と、回転子４０が設けられる回転軸４１に組付けられるレゾルバロータ７１とからなる。

また、本実施例では、固定子３０のコア組立体３０Ａのコア３１をモータハウジング１４に簡易に組付けるために以下の構成を具備する。即ち、固定子３０を構成するコア組立体３０Ａにあっては、図４に示す如く、コア小組体３０Ｂの積層コア３１を周方向に配置し、各コア小組体３０Ｂのコア３１の外周であって、それらコア３１の積層方向の少なくとも一端側（ターミナル３４と反対側）、本実施例ではコア３１の積層方向の一端側〜他端側の全域に渡る外周に、筒状カバー８０の筒状部８１を被せる。そして、カバー８０の筒状部８１に続く外端部であって、各コア小組体３０Ｂのコア３１の積層方向の一端部（ターミナル３４と反対側の端部）から外方に突き出た部分を内径側につぼめたテーパ状の縮径端８２とする。このようにしてコア組立体３０Ａの各コア３１の外周に被せたカバー８０を、縮径端部８２の側からモータハウジング１４の内周に圧入する。カバー８０の縮径端部８２がモータハウジング１４のギヤハウジング１３が取付けられる側の開口部からモータハウジング１４の内周に圧入される。

ここで、カバー８０はステンレス鋼、アルミニウム、鉄等の金属薄板体からなる。

また、カバー８０の筒状部８１は、モータハウジング１４への圧入前段階では、図５（Ａ）に示す如く、コア組立体３０Ａの各コア３１の外周との間に隙間を介し、各コア３１の外周に円滑に被せることができる。

また、カバー８０の筒状部８１は、モータハウジング１４への圧入段階で、図５（Ｂ）に示す如く、モータハウジング１４の内周と各コア３１の外周との間に挟圧され、カバー８０の筒状部８１が各コア３１の外周との間に介していた上記隙間分に相当する周方向たるみ部８１Ａを生じ、この筒状部８１の周方向たるみ部８１Ａが各コア３１の外周の一部（周方向の中央部）に設けた凹溝３１Ａ（凹溝３１Ａはコア３１の中心線に関して線対称をなす）のそれぞれに分配されて受容される。

また、カバー８０は、モータハウジング１４への圧入前段階では、上述の如く、コア組立体３０Ａの各コア３１の外周と該カバー８０の筒状部８１との間に隙間を介し、各コア３１に取付けた樹脂製ボビン３２の該コア３１の積層方向の一端部（ターミナル３４と反対側の端部）から外方に突き出た部分の外周に該カバー８０の縮径端部８２の内周を隙間なく嵌合する（図４（Ｂ））。コア組立体３０Ａの各コア３１及び樹脂製ボビン３２に対するカバー８０の組付位置を該コア組立体３０Ａの中心軸と同軸上に位置決めできる。

尚、ブラシレスモータ２０にあっては、カバー８０の筒状部８１をモータハウジング１４へ圧入するとき、モータハウジング１４を中心軸まわりの一定角度位置に保持するとともに、カバー８０が被せられたコア組立体３０Ａをモータハウジング１４の中心軸上にセットし、このコア組立体３０Ａの各コア３１の凹溝３１Ａを、モータハウジング１４に対し同軸かつ所定の角度位置関係をなして配置されているコア押込治具の押込部に係合させる。そして、コア押込治具をモータハウジング１４の軸方向に押込動作することにより、コア組立体３０Ａがモータハウジング１４に対して所定の角度位置関係を確保された状態で、このコア組立体３０Ａに被せられたカバー８０の筒状部８１が先細テーパ状の縮径端部８２にガイドされてモータハウジング１４の内周にスムースに圧入される。

以下、電動パワーステアリング装置１０の動作について説明する。
(1)操舵トルク検出装置が検出した操舵トルクが所定値より低いとき、操舵アシスト力は不要であり、電動モータ２０は駆動されない。

(2)操舵トルク検出装置が検出した操舵トルクが所定値を越えるとき、操舵アシスト力を必要とするから、電動モータ２０が駆動される。電動モータ２０では、必要な操舵アシスト力を発生するように固定子３０のコイル３３に通電し、固定子３０に発生する磁界によって回転子４０が回転するように駆動される。モータ２０の発生トルクは回転子４０から回転軸４１を介してボールナット５２に伝えられ、ボールナット５２の回転をボールねじ５１によりラック軸１６の直線運動とし、ラック軸１６に連動する車輪に操舵アシスト力として付与される。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ブラシレスモータ２０において、固定子３０を構成するコア３１の外周に被せたカバー８０を縮径端部８２の側からモータハウジング１４の内周に圧入した。コア３１をそのままモータハウジング１４の内周に圧入するものでなく、カバー８０の先細テーパ状等の縮径端部８２がガイドになってスムースに圧入でき、コア３１の角でモータハウジング１４の内周をかじったり、削って切粉を発生させることがない。焼き嵌め設備と組付工数を削減できる。

(b)固定子３０が固定されるモータハウジング１４を焼き嵌めによって加熱するところがないから、レゾルバステータ６１やそのプラグ６５が設けられるモータハウジング１４を上記モータハウジング１４と単一物にすることができ、部分点数と組付工数を削減できる。

(c)固定子３０が固定されるモータハウジング１４と、レゾルバステータ６１が組付けられるモータハウジング１４が単一物であるから、レゾルバステータ６１の固定子３０に対する組付位置の角度調整が簡易又は不要になる。

(d)カバー８０の筒状部８１がモータハウジング１４へ圧入される前段階では、コア３１の外周との間に隙間を介しているから、カバー８０の筒状部８１をコア３１の外周に円滑に被せることができる。

そして、カバー８０の筒状部８１がモータハウジング１４へ圧入される段階では、カバー８０の筒状部８１がコア３１の外周との間に介していた上記隙間分に相当する筒状部８１の周方向たるみ部８１Ａが、コア３１の外周の凹溝３１Ａに受容される。従って、カバー８０の筒状部８１をモータハウジング１４へ円滑に圧入できる。

(e)カバー８０が、モータハウジング１４への圧入前段階では、コア３１の外周と該カバー８０の筒状部８１との間に隙間を介し、コア３１に取付けた樹脂製ボビン３２の該コア３１の積層方向の一端部から外方に突き出た部分の外周に該カバー８０の縮径端部８２の内周を嵌合してなるようにした。従って、カバー８０の筒状部８１をコア３１の外周に円滑に被せながら、カバー８０の縮径端部８２の内周を樹脂ボビン３２の外周に嵌合させることによって、コア３１及びボビン３２に対するカバー８０の組付位置を同軸状に位置決めできる。これにより、カバー８０の筒状部８１をモータハウジング１４へ圧入する段階で、カバー８０の筒状部８１を周方向において均等に絞り、モータハウジング１４へ円滑に圧入できる。

(f)電動パワーステアリング装置１０において、上述(a)〜(e)を実現できる。

尚、電動パワーステアリング装置１０にあっては、単一体をなすモータハウジング１４に、固定子３０とレゾルバステータ６１の双方を組付けるとともに、互いに直にインロー結合されて固定化されるギヤハウジング１３とモータハウジング１４のそれぞれにベアリング４２Ａ、４２Ｂを設け、これらのベアリング４２Ａ、４２Ｂを同軸化したから、これらのベアリング４２Ａ、４２Ｂのそれぞれに支持されるボールナット５２と回転軸４１に作用する回転フリクションを低フリクション化できる。

図６は、固定子３０を構成するコア組立体３０Ａにおいて、各コア小組体３０Ｂのコア３１の外周であって、それらコア３１の積層方向の一端側（ターミナル３４と反対側）の一部の外周に、短尺のカバー８０の筒状部８１を被せたものである。カバー８０は薄板であるから、筒状部８１の外周面と、筒状部８１が被着されない各コア３１の外周面との段差は無視できる。但し、コア組立体３０Ａの各コア３１の外周面であって、カバー８０の筒状部８１が被着される各コア３１の外周面を、筒状部８１が被着されない各コア３１の外周面よりも筒状部８１の肉厚相当分だけ小径化するものとすれば、圧入後には、筒状部８１の外周面と、筒状部８１が被着されない各コア３１の外周面との段差はゼロになる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す全体図である。 図２は図１の要部断面図である。 図３はブラシレスモータを示す断面図である。 図４はコア組立体とカバーを示す模式図である。 図５はコアとカバーを示す模式図である。 図６はコア組立体とカバーの変形例を示す模式図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１４ モータハウジング（ハウジング）
２０ ブラシレスモータ
３０ 固定子
３１ コア
３１Ａ 凹溝
３２ ボビン
４０ 回転子
４１ 回転軸
６０ レゾルバ
６１ レゾルバステータ
７１ レゾルバロータ
８０ カバー
８１ 筒状部
８１Ａ たるみ部
８２ 縮径端部

Claims (5)

1. ハウジングに固定子を固定し、固定子の内周側に回転可能に配置される回転軸に回転子を設けてなるブラシレスモータにおいて、
   固定子を構成するように積層したコアを周方向に配置し、コアの外周であって、該コアの積層方向の少なくとも一端側の外周に筒状カバーの筒状部を被せ、カバーの筒状部に続く外端部であって、コアの積層方向の一端部から外方に突き出た部分を内径側につぼめた縮径端部とし、
   コアの外周に被せたカバーを縮径端部の側からハウジングの内周に圧入してなることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記固定子に対する回転子の回転位置を検出するレゾルバを有し、
   レゾルバが、固定子が固定されるハウジングに組付けられるレゾルバステータと、回転子が設けられる回転軸に組付けられるレゾルバロータとからなる請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記カバーの筒状部が、
   ハウジングへの圧入前段階では、コアの外周との間に隙間を介し、
   ハウジングへの圧入段階で、ハウジングの内周とコアの外周との間に挟圧され、該カバーの筒状部がコアの外周との間に介していた前記隙間分に相当して生ずる該筒状部の周方向たるみ部をコアの外周の一部に設けた凹溝に受容してなる請求項１又は２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記カバーが、ハウジングへの圧入前段階では、コアの外周と該カバーの筒状部との間に隙間を介し、コアに取付けた樹脂製ボビンの該コアの積層方向の一端部から外方に突き出た部分の外周に該カバーの縮径端部の内周を嵌合してなる請求項１〜３のいずれかに記載のブラシレスモータ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置。

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