JP2013038859A - ブラシレスモータの放熱構造と、これを利用する電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータのステータに巻き回されるコイルで発生する熱は、高性能化によるコイルに流れる大電流による発熱量の増加や小型化によるステータやケースの小型化によって放熱性が低下してしまう。
【解決手段】複数のスロットはコイルを巻装されるコイル巻装スロット及びコイルを巻装しない放熱スロットとを備え、放熱スロットの少なくとも１個且つ表面の少なくとも一部に凸凹加工を施し、コイル巻装スロット又は／及び放熱スロットを個別に構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータの放熱構造と、これを利用する電動パワーステアリング装置に関するものである。

従来より、ケースに固定されたステータと、ケース内の中心軸上で回転するロータを有したブラシレスモータにおいて、ステータに巻き回されるコイルで発生する熱は、ステータやケースを介して放熱しているが、市場ではブラシレスモータの高性能化及び小型化が求められており、高性能化によるコイルに流れる大電流による発熱量の増加やステータやケースの小型化によって放熱性が低下してしまう問題が生じた。

このような問題を解決するために、従来のブラシレスモータでは、自冷ファンによる冷却効果を得る構成が提案されており、例えば特許第３３２７０６３号公報（以下「特許文献１」）が知られている。

上記特許文献１のブラシレスモータの斜視図を図６に示す。図６において、ロータ軸100と、このロータ軸100に固定され、内側にマグネットを取り付けたロータフレーム140と、前記ロータ軸100を回転可能に支承する軸受と、この軸受を保持するハウジング160と、前記マグネットと空隙を介して対向配置されるコアとこのコアに絶縁層を介して巻回される巻線とからなるステータと、このステータの巻線に供給する電流を制御する制御回路を構成する電子部品及びこの電子部品から発生する熱を放熱する放熱板とを実装するプリント基板と、このプリント基板を保持し前記ハウジング160を保持するプレートからなるブラシレスモータ100であって、前記電子部品及び放熱板が前記ロータフレーム140の外周の周囲に配置されており、前記ロータ軸120のロータフレーム140天面側にこのロータフレーム140の外径より大きい外径を有し、前記ロータフレーム140天面と空隙を介して前記ロータ軸120に固定した自冷ファン180を備えたブラシレスモータ100が提案されている。

特許第３３２７０６３号公報

しかしながら、上記従来のブラシレスモータでは次のような問題が生じている。即ち、特許文献１において、ロータ軸に固定しロータフレームの外径より大きい外径で、ロータフレームと空隙を介して配設し、ロータ軸に固定した自冷ファンを備えたことにより、自冷ファンによる冷却風はプレートを介して巻線を冷却するとともに、電子部品を直接冷却するための大きな冷却効果を得ることができ、高出力を得るためにより大きな電流を流すことができるが、ロータ軸延長上にファンを備えることにより、ブラシレスモータの軸方向寸法が大きくなるため、市場で要求されている小型化に応えることができない。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ブラシレスモータを大型化させることなく、ステータに巻き回されるコイルの放熱性を向上させることのできるブラシレスモータを実現し、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することを目標とする。

上記課題を解決するために本発明は次のような構成とする。即ち、請求項１の発明において、筒状のステータと、当該ステータを収容するケースを備え、当該ケース内の略中心軸上に配置されるロータと、当該ロータを固定するシャフトを備え、当該ステータは軸心方向に突出する複数のスロットを形成し、当該スロットはコイルを巻き回されて構成するブラシレスモータにおいて、前記複数のスロットはコイルを巻装されるコイル巻装スロット及び当該コイルを巻装しない放熱スロットとを備えたことを特徴とするブラシレスモータとする。

上記構成においては、前記放熱スロットの少なくとも１個且つ表面の少なくとも一部に凸凹加工を施してもよいし、前記コイル巻装スロット又は／及び前記放熱スロットは個別に構成してもよい。また、前記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としてもよい。

上記の通り、複数のスロットはコイルを巻装されるコイル巻装スロット及びコイルを巻装しない放熱スロットとを備え、放熱スロットの少なくとも１個且つ表面の少なくとも一部に凸凹加工を施し、コイル巻装スロット又は／及び放熱スロットを個別に構成することで、コイルから発生した熱はコイル巻装スロットを介してステータ及び放熱スロットへ伝達されるため、ステータを大きくする必要がなく、ステータに巻き回されるコイルの放熱性を向上させることができるブラシレスモータが実現できる。

また、車庫入れ等のステアリングを頻繁に切り返すような動作を行うとブラシレスモータの発熱量が増加し、本来の性能を発揮できなくなるような電動パワーステアリング装置においても、放熱性に優れたブラシレスモータを用いることでより高い効果が得られる。

本発明の第１の実施例とするブラシレスモータの断面図である。 本発明の第１の実施例とするステータの斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図を矢印方向から見た図である。 図３のＢ部拡大図である。 本発明の第２の実施例とする電動パワーステアリング装置の一例を示す模式図である。 特許文献１のブラシレスモータの斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を示す実施例を図１乃至図５に基づいて説明する。

本発明の第１の実施例とするブラシレスモータの断面図を図１に、ステータの斜視図を図２に、図２のＡ−Ａ断面図を矢印方向から見た図を図３に、図３のＢ部拡大図を図４にそれぞれ示す。

図１乃至図４において、ブラシレスモータ50は、一端に開口面を有するアルミで形成された円筒形状のケース40と、当該ケース40内にステータ10及びロータ42、シャフト44から構成されている。また、当該ステータ10はリング状に形成された珪素鋼板の薄板を複数枚重ね合わせて筒状に構成され、当該ケース40内側に圧入され、当該ステータ10は軸方向に突出するように６個のスロットを備えており、当該スロットは当該ステータ10の軸心から径方向に等間隔の角度で配置されている。さらに当該スロットはコイル12を巻き回されるコイル巻装スロット20と当該コイル12を巻き回さない放熱スロット30とを備え、当該コイル巻装スロット20と当該放熱スロット30が隣り合うように配置されている。

また、前記コイル巻装スロット20にはＵ相又はＶ相、Ｗ相が割り当てられており、当該Ｕ相又は当該Ｖ相、当該Ｗ相に対応した前記コイル12の巻き始めと巻き終わりが前記ブラシレスモータ50外部と電気的に接続されている。

また、前記コイル巻装スロット20は前記ステータ10に対して珪素鋼板の薄板を複数枚重ね合わせた別部品で構成されており、前記コイル巻装スロット20は前記コイル巻装スロット20に形成された突部22と前記ステータ10内周に形成されたへこみ部10aとを嵌合することによって保持されている。さらに、前記コイル巻装スロット20は前記ステータ10の軸方向端部にフランジ24を形成し、前記コイル12の巻き崩れを防止している。

また、前記放熱スロット30は前記ステータ10と一体成形されており、前記放熱スロット30の表面に前記ステータ10の軸と同軸方向から突出する如くフィン32を各前記放熱スロット30に８箇所形成している。さらに、当該フィン32は前記ステータ10の両端を結ぶ如く形成されている。

また、前記ロータ42及び前記シャフト44は中心軸を同軸とし、前記ロータ42は円筒状に成形され、中心部に前記シャフト44を圧入固定している。さらに、前記ロータ42は軸方向外周に複数の永久磁石42aを備え、当該永久磁石42aは前記ロータ42の軸方向外周に極性が交互になるように配置されている。

また、前記ケース40の開口面にはベース46がネジ止めによって固定され、当該ベース46は外部装置と接続され、前記シャフト44は当該ベース46を貫通し、回転動力を外部装置に伝達している。さらに、前記ケース40及び当該ベース46に備えたベアリング48により前記シャフト44を保持し、前記ロータ42及び前記シャフト44が回転自在となっている。

上記構成より、前記ブラシレスモータ50は、それぞれの前記コイル巻装スロット20に流す電流を順次切り替えることでそれぞれの前記コイル巻装スロット20が生成する磁界を一方向に回転させ、前記ロータ42に配置された前記永久磁石42aが磁界の影響を受けることで前記シャフト44が回転する。また、前記コイル12から発生した熱は、前記コイル巻装スロット20を介して前記ステータ10及び前記放熱スロット30、フィン32に伝達され外部に放熱される。このように、前記ステータ10及び前記放熱スロット30、フィン32が放熱部として構成され、表面積が増加するため前記ステータ10の放熱性が向上する。

なお上記実施例１の変形例として、前記ステータ10に備えられる前記スロットの個数は設計事情によって任意の数に変更してもよいし、前記コイル巻装スロット20及び前記放熱スロット30の配置構成は前記ブラシレスモータ50の高性能化または前記ステータ10の発熱量に応じて任意に変更してもよい。また、前記放熱スロット30は前記コイル巻装スロット20と同様に前記ステータ10に対して別部品で構成してもよいし、前記放熱スロット30に形成される前記フィン32の形状及び位置、個数は設計事情によって任意の構成に変更してもよい。さらに、前記ブラシレスモータ50を構成する部品の形状や配置等は設計事情によって任意に変更してもよい。

また、前記ケース40の材質は熱伝導率の高い金属であれば任意の材質に変更してもよいし、前記ステータ10及び前記コイル巻装スロット20、前記放熱スロット30は磁性材料であれば任意の材料に変更してもよい。さらに、前記永久磁石42aはフェライト磁石又はネオジム磁石等の任意の永久磁石を用いてよい。

実施例２では上記実施例１のブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に用いた構成を取り上げる。

本発明の第２の実施例とする電動パワーステアリング装置の一例を示す模式図を図５に示す。

図５において、電動パワーステアリング装置80は、ステアリング60に入力される操舵トルクを検出するトルクセンサ64と、当該トルクセンサ64が検出した操舵トルクに応じて駆動する前記ブラシレスモータ50と、前記ブラシレスモータ50による補助トルクをステアリング軸62に伝達する減速機構を含む動力伝達機構66を備えている。また、当該動力伝達機構66は前記ブラシレスモータ50の前記ベース46と接続され、前記ブラシレスモータ50の前記シャフト44の回転動力が当該動力伝達機構66に伝達されている。さらに、当該ステアリング軸62はピニオン軸68に接続され、当該ピニオン軸68はピニオンラック機構70に接続され、当該ピニオンラック機構70はタイロッド72に接続されている。

上記構成より、運転者が前記ステアリング60を左右どちらかに操舵するとトーションバーのねじれに基づいて、前記トルクセンサ64が前記ステアリング60に入力された操舵トルクを検出する。また、前記トルクセンサ64が検出した操舵トルクに基づいて、前記ブラシレスモータ50が図示しないＥＣＵの制御によって駆動する。さらに、前記ブラシレスモータ50からの補助トルクが前記動力伝達機構66を介して前記ステアリング軸62に伝達される。これにより、運転者の操舵トルクが補助される。

また、前記ステアリング軸62から前記ピニオン軸68を介して前記ピニオンラック機構70に伝達され、回転運動を左右の操向運動に変換され前記タイロッド72に伝達される。これにより、車体の左右に配置される操向輪74が前記タイロッド72に押し引きされることによって操舵される。

このような前記電動パワーステアリング装置80は車庫入れ等の前記ステアリング60を頻繁に切り返すような動作を行うと前記ブラシレスモータ50の発熱量が増加し、本来の性能を発揮できなくなるため放熱性に優れた前記ブラシレスモータ50を用いることでより高い効果が得られる。

なお上記実施例２の変形例として、前記電動パワーステアリング装置80を構成する要件は上記に限らず、ブラシレスモータを用いたパワーステアリング装置であれば設計事情によって任意に変更してもよい。また、前記ブラシレスモータ50を電動パワーステアリング装置に用いた例を取り上げたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、他のブラシレスモータを使用する装置に用いてもよい。

10：ステータ
10a：へこみ部
12：コイル
20：コイル巻装スロット
22：突部
24：フランジ
30：放熱スロット
32：フィン
40：ケース
42：ロータ
42a:永久磁石
44：シャフト
46：ベース
48：ベアリング
50：ブラシレスモータ
60：ステアリング
62：ステアリング軸
64：トルクセンサ
66：動力伝達機構
68： ピニオン軸
70：ピニオンラック機構
72： タイロッド
74：操向輪
80：電動パワーステアリング装置

Claims (4)

1. 筒状のステータと、当該ステータを収容するケースを備え、
   当該ケース内の略中心軸上に配置されるロータと、当該ロータを固定するシャフトを備え、
   当該ステータは軸心方向に突出する複数のスロットを形成し、
   当該スロットはコイルを巻き回されて構成するブラシレスモータにおいて、
   前記複数のスロットはコイルを巻装されるコイル巻装スロット及び当該コイルを巻装しない放熱スロットとを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記放熱スロットの少なくとも１個且つ表面の少なくとも一部に凸凹加工を施すことを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記コイル巻装スロット又は／及び前記放熱スロットは個別に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレスモータ。
4. 請求項１乃至３に記載のブラシレス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。

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