JP2013198369A

JP2013198369A - 電動モータ

Info

Publication number: JP2013198369A
Application number: JP2012065625A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshikawa; 浩吉川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30

Abstract

【課題】分割ステータ構造を有するステータコアの保持力を確保し組み立てを簡略化できる電動モータを提供する。
【解決手段】ステータコア８は、多数のＴ字形状のプレート３８が積層されて一体に連結された複数の分割コア１２を周方向に等間隔を隔てて環状に配置した構造からなる。プレート３８のヨーク部１０の外周面の中央部に径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大するダブテイル形状の係合突起４４が回転中心方向に延在して設けられ、モータハウジング５の内周面に径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大する係合突起４４と嵌り合うダブテイル形状の係合溝４３が設けられている。モータハウジング５の内周面とステータコア８の外周面とを圧入するとともに、係合突起４４と係合溝４３とは、係合突起４４の頂面と係合溝４３の底面との間に隙間を持たせ、ダブテイル形状の外周側両側縁部で圧接している。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータに関するものである。

従来より、分割された複数のコアでステータコアを構成した電動モータが知られており、例えば、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に適用されている。この電動モータのステータは、複数のステータコアを環状に配置した構造であり、環状のステータコアの外周を円筒状のモータハウジングで保持するようにしたステータ構造において、ステータコアの回り止めを行った電動モータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の技術によれば、ステータコアの外周に軸線方向に沿う凹部を設け、この凹部に向けて対向するモータハウジングの部位を変形させることによりモータハウジングでステータコアを保持するようになっている。

特開２００７−４３８４５号公報

上記のモータハウジングを変形させた電動モータでは、モータハウジングに歪の発生やモータハウジングの真円度が保たれない場合がある。電動パワーステアリング装置に使用されるモータは、特に低コギングトルクが要求されるため、上記のような分割ステータ構造を有する電動モータでは、ステータコアを環状にしたときの真円度や外径等の静的精度を確保する必要がある。すなわち、モータハウジングとの嵌め合いによる最適な保持力を維持するため、環状のステータコアの外径測定を行って外径、つまりステータコアの嵌め合い寸法の精度を確保している。しかしながら、この測定では測定時に外部からステータコアに加える拘束力によってステータコアの位置ずれや弾性変形が生じて外径寸法が変化する場合がある。また、ステータコアの保持力が変動すると電動モータの出力トルクが不安定になる場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、分割ステータ構造を有するステータコアの保持力を確保し組み立てを簡略化できる電動モータを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、円弧状のヨーク部と前記ヨーク部から径方向内側に突出するティース部とを有するステータコアを複数備え、前記ステータコアを互いに隣り合う前記ヨーク部の周方向端面同士が当接するように環状に配置され、前記ステータコアの前記各ティース部にコイルが巻回されて前記ハウジング内に固定されたステータと、前記ステータの前記ティース部先端部で形成される内周面と対向しながら回転中心回りに回転可能に前記ハウジングに支承されたロータと、を備えた電動モータにおいて、前記ステータコアには、前記ヨーク部の外周面からに径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大するダブテイル形状の係合突起が突設され、前記ハウジングの内周面には、径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大し、前記係合突起と嵌り合うダブテイル形状の係合溝が形成され、前記ハウジングの内周面に前記環状に配置されたステータコアの前記ヨーク部の円筒状外周面を圧入するとともに、前記係合溝に前記係合突起を前記係合突起の頂面と前記係合溝の底面との間に隙間を持たせ、前記係合溝と前記係合突起とを前記ダブテイル形状の外周側両側縁部で圧接したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動モータにおいて、前記係合突起は、前記ステータコアの前記ヨーク部の外周面中央に軸方向両端部から所定の長さを有して形成されることを要旨とする。

請求項１に係る発明によれば、ヨーク部の外周面に設けられた係合突起とハウジングの内周面に設けられた係合突起と嵌り合うダブテイル形状の係合溝とは係合突起の頂面と係合溝の底面との間に隙間を持たせ、ダブテイル形状の外周側両側縁部で圧接し、ハウジングの内周面とステータコアの外周面とが圧入されるので、この係合突起によりステータの回転方向が拘束され、容易にステータコアの保持力を確保することができる。さらに、ダブテイル形状の外周側両側縁部が圧接するので、係合突起と係合溝とが回転中心回りに過大な力で当接するのを防止できる。その結果、ステータの外径測定の工程を省き寸法管理を簡単化して外径精度を確保することができる。

請求項２に係る発明によれば、ステータコアの外周中央の係合突起は、軸方向両端部に所定の長さを有して形成されるので、係合突起が形成されない部分によって係合突起をハウジングの係合溝に嵌合する圧入力を弱め、容易にステータコアをハウジングに圧入嵌合させることができ、ステータの組み立て工程を簡略化できる。

本発明の実施形態による電動モータの概略構成を示す縦断面図。本発明の実施形態による電動モータのステータコアの構造を示す正面図。図２のハウジングと係合するステータコアの係合突起の形状を示す拡大図。図２のステータコアを外周面側矢印Ａ方向から見た上面図。

次に、本発明の実施形態の一例として、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）に使用される電動モータについて、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態による電動モータの概略構成を示す縦断面図である。電動モータ（以下、ブラシレスモータという）１は、インナロータ型のブラシレスモータである。図１に示すように、ブラシレスモータ１は、回転軸２に同行回転可能に連結された環状のロータ３と、ロータ３の周囲を取り囲む環状のステータ４と、ロータ３およびステータ４を収容する第１のハウジング１６と第２のハウジング１７とで構成される筒状のハウジング（以下、モータハウジングという）５とを備えている。例えば、コラムアシストタイプＥＰＳ用モータの場合、図1中、ブラシレスモータ１の軸線方向左側に図示しないウォーム減速機、右側に図示しないコントローラ（以下、ＥＣＵという）が配置されている。

ロータ３は、回転軸２に同軸的に連結された環状のロータコア６と、このロータコア６の外周に固定された複数枚の永久磁石７とを備えている。永久磁石７は、複数のセグメント磁極を有する多極磁石であり、永久磁石７の外周面の磁極は、Ｎ極およびＳ極が永久磁石７の周方向に交互に入れ替わっている。永久磁石７は、例えば１０極のセグメント磁極を有している。

ステータ４は、環状のステータコア８と、このステータコア８に巻回された複数のコイル９とを含む。ステータコア８は、電磁鋼板を打ち抜いて所定の形状に形成された複数枚の薄板がステータコア８の軸線方向に積層固定された積層体である。すなわち、ステータコア８は、鉄を含む材料により形成されている。電磁鋼板としては、例えば表面に絶縁処理が施されたケイ素鋼板等を用いることができる。

図１を参照して、モータハウジング５は、一端が開放された筒状の第１のハウジング１６と、この第１のハウジング１６に嵌合された筒状の第２のハウジング１７とを含む。第１のハウジング１６および第２のハウジング１７は、それぞれ例えば炭素鋼等の鉄、またはアルミニウムを含む材料によって形成されている。

第１のハウジング１６は、第１の筒状部１９と、この第1の筒状部１９の一端から第1の筒状部１９の径方向外方に突出する第１のフランジ部２０と、第１の筒状部１９の他端から第１の筒状部１９の径方向内方に延び回転軸２が挿通する第１の挿通孔２１ａが中心部に形成された環状部２２ａとを含む。環状部２２ａの内周部には、軸受４１が保持された軸受保持部２３が形成されている。

第１のハウジング１６の、第１の筒状部１９は、軸線方向に関してステータコア８よりも長くされている。第１の筒状部１９の内周には、焼嵌めまたは圧入によってステータコア８が固定されている。すなわち、第１のハウジング１６とステータコア８とは嵌合により接合されている。

第２のハウジング１７は、第１のハウジング１６の第１の筒状部１９の外周部に沿って連結された第２の筒状部２４と、第２の筒状部２４の後方端部から第２の筒状部２４の径方向内方に延び回転軸２が挿通する第２の挿通孔２１ｂが中心部に形成された第２の環状部２２ｂと、この第２の筒状部２４の外周面から第２の筒状部２４の径方向外方に突出するフランジ部２５とを含む。第２のハウジング１７の環状部２２ｂのステータコア８側の中心部には、軸受４２が保持された軸受保持部２９が形成されている。また、環状部２２ｂの反対側には回転軸２に装着されたレゾルバ３２がロータ３の回転位置を検出する回転角センサとして配置されている。そして、回転軸２は、軸受保持部２３に保持された軸受４１と、軸受保持部２９に保持された軸受４２とを介して回転可能にモータハウジング５に保持されている。

第２のフランジ部２５は、第１のフランジ部２０に重なり合わされている。第１のフランジ部２０および第２のフランジ部２５は、固定手段としての図示しない複数（例えば、本実施形態では３箇所）のボルトおよび第２のフランジ２５に設けられたねじ部によって、締結固定されている。

これにより、第１のハウジング１６の一端および第２のハウジング１７の一端が固定され、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転が防止されている。すなわち、複数のボルトおよびナット、ならびに、第１のフランジ部２０および第２のフランジ部２５は、第１のハウジング１６に対する第２のハウジング１７の回転を防止する回転防止手段として機能している。

また、ブラシレスモータ１を制御するための図示しないＥＣＵが第２のハウジング１７の環状部２２ｂの後方端面（図1中、右側）に取り付けられ第２のフランジ２５にねじ止め固定されている。各コイル９と接続されインシュレータ３１に絶縁支持されたブラシレスモータ１の各相の出力端子である金属製のバスバー３０は、ＥＣＵの基板に挿通され、基板上のインバータ回路部にねじ止めして接続されている。そして、上記構成により、ＥＣＵによって制御された駆動電流がブラシレスモータ１の各コイル９に供給される。これにより、コイル９に回転磁界が発生し、永久磁石７にトルクが生じてロータ３が回転駆動される。また、レゾルバ３２も同様に信号入出力端子であるリード線がＥＣＵの基板にハンダ付けにより接続されている。

ブラシレスモータ１は、第1の筒状部１９の軸線方向左端から第1の筒状部１９の径方向外方に突出する第３のフランジ部２８により、例えば、コラムアイシストタイプの電動パワーステアリング装置において、図示しないウォーム減速機に取り付け固定され、回転軸２に取り付けられたトルクを伝達するボス３３を介してウォーム軸回転軸に結合されている。

次に、図２は、本発明の実施形態によるブラシレスモータのステータコアの構造を示す正面図、図３は、図２の破線内のモータハウジングと係合するステータコアの係合突起の形状を示す拡大図である。

図２に示すように、ステータコア８は、多数のＴ字形状のプレート３８が積層されて一体に連結された複数（例えば、本実施形態では１２個）の分割コア１２を周方向に等間隔を隔てて環状に配置した構造からなっている。分割コア１２は、円弧状のヨーク部１０と、このヨーク部１０から径方向内側に延在するティース部１１とを備え、隣り合うヨーク部１０の周方向端面同士は、径方向において互いに当接するように構成されている。さらに、プレート３８のヨーク部１０の外周面の中央部に径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大するダブテイル形状の係合突起４４が回転中心方向に延在して設けられ、モータハウジング５の内周面に径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大する係合突起４４と嵌り合うダブテイル形状の係合溝４３が設けられている。モータハウジング５の内周面とステータコア８の外周面とを圧入するとともに、係合突起４４と係合溝４３とは、係合突起４４の頂面と係合溝４３の底面との間に隙間を持たせ、ダブテイル形状の外周側両側の外周縁部で圧接している。

このとき、外周先端部をリング等により押圧固定し真円状態を保って、環状のステータコア８が形成される。このリングにも溝（例えば、1箇所）を設けることにより容易に位置決めすることが可能になる。隣接する分割コア１２の間には、スロットが形成されている。本実施形態では、スロット数は１２である。すなわち、ブラシレスモータ１は、１０極１２スロットのモータである。また、ステータコア８の内周側コア部は、隣接するティース部１１間で漏れ磁束が発生することによるブラシレスモータ１の出力トルクの低減を抑えるため、オープンスロット４６を有している。本実施形態では、全スロット（例えば、１２スロット）に係合突起４４と、モータハウジング５の内周面に対向する係合溝４３が設けられている。

図３に示すように、分割コア１２の係合突起４４は、先端幅寸法ｗと高さ寸法ｈを有し外周面から径方向内側に所定の角度を持って形成される。また、圧入されるモータハウジング５の内周面側は、係合突起４４の幅ｗおよび高さｈより大きい係合溝４３が形成される。ここで、係合溝４３の内周側に向かう傾きは、係合突起４４の傾きより小さい角度を持って形成される。この角度差を付けておくことによりｗ寸法やｈ寸法がバラついても必ずどこかで圧入されることになる。ここで、モータハウジング５の内周面と分割コア１２の外周面との圧入により径方向により大きな応力が発生する。また、係合突起４４と係合溝４３とは、ダブテイル形状の外周側両側縁部で圧接しており、円周方向（回転中心回り）に過大な力で当接しない状態で保持されている。

次に、図４は、図２のステータコアを外周面側矢印Ａ方向から見た上面図である。図４に示すように、分割コア１２は、プレート３８がティース部１１を揃えて軸線方向に多数積層されて一体に連結されカシメ固定されている。ティース部１１（図２参照）から円弧状に延出するヨーク部１０の外周側中央部に所定の幅ｗを持った係合突起４４が形成されている。ここで、分割コア１２の圧入力を小さくして圧入を容易にするため、係合突起４４は分割コア１２の軸線方向に外周面両端の一部のみに所定の長さだけ設けられている。また、この両端部の係合突起４４は軸線方向に形状が対称に形成されている。

次に、上記のように構成された本実施形態であるブラシレスモータ１の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、複数のステータコア８の回転中心方向に延在して円弧状のヨーク部１０の外周面中央部に設けられ径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大するダブテイル形状の係合突起４４とモータハウジング５の内周面に径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大し係合突起４４と嵌り合うダブテイル形状の係合溝４３とは、係合突起４４の頂面と係合溝４３の底面との間に隙間を持たせ、ダブテイル形状の外周側両側縁部で圧接している。そして、モータハウジング５の内周面とステータコア８の外周面とを圧入するとともに、係合突起４４と係合溝４３とは回転中心回りに過大な力で当接しないように圧接されている。ステータコア８の外周面先端部は、リング等により押圧固定され真円状態を保って、環状のステータコア８の外周面が円筒状に形成されている。このとき、ステータコア８の外周中央の係合突起４４は、軸方向両端部に所定の長さを有して形成されている。

これにより、ステータ４の回転方向がこの係合突起４４によって拘束されるので、容易にステータコア８の保持力を確保することができる。さらに、ダブテイル形状の外周側両側縁部が圧接するので、係合突起４４と係合溝４３とが回転中心回りに過大な力で当接するのを防止できる。その結果、ステータ４の外径測定の工程を省き寸法管理を簡単化して外径精度を確保することができる。また、係合突起４４が形成されない部分により、係合突起４４をモータハウジング５の係合溝４３に嵌合する圧入力を弱め、容易にステータコア８をモータハウジング５に圧入嵌合させることができる。さらに、ステータコア８の外周にリング状の保持部材を嵌合し押圧することにより円筒状のステータ４を形成させる。これにより、溶接工程なしでステータ４を組み立てた後にステータコア８をモータハウジング５に圧入嵌合させることができる。その結果、ステータ４の組み立て工程を簡略化できる。

さらに、嵌め合いでの保持力を保証する必要がなくなることで、ステータ４の外径測定工程の廃止、モータハウジング５の内径測定工程の廃止、寸法管理の簡易化、およびステータコア８の外径溶接工程の廃止が可能となる。また、係合突起４４および係合溝４３を全てのスロットに設けたことで、特に電動パワーステアリング装置に要求されるコギングトルク低減の効果が得られる。

以上のように、本実施形態によれば、分割ステータ構造を有するステータコアの保持力を確保し組み立てを簡略化できるブラシレスモータを提供できる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
上記実施形態では、係合突起４４をヨーク部１０側に一体成形で設けたが、これに限定されるものでなく、係合突起４４を設ける場所はどこでもよく、他の部品を圧入してもよい。また、全てのスロットに係合突起４４を設けたがコギングトルク低減等の効果に応じて一部のスロットに設けることとしてもよい。モータハウジング５側に係合突起４４を設けてステータコア８側に係合溝４３を設けてもよい。さらに、モータハウジング５の材質がステータコア８より柔らかい場合、ステータコア８をモータハウジング５側を潰しながら食い込ませる方法でもよく、逆にステータコア８側の係合突起４４をモータハウジング５で潰すようにして食い込ませる方法も可能である。

上記実施形態では、ブラシレスモータ１を電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のいわゆるコラムアシストタイプに適用した例を示したが、これに限定されるものでなく、ピニオンアシストタイプやラックアシストタイプの電動パワーステアリング装置に適用してもよいし、同様のブラシレスモータを用いた他の装置に適用してもよい。

また、上記実施形態では、ＥＣＵをブラシレスモータ１の軸線方向のウォーム減速機と反対側に配置しブラシレスモータ１に一体化する場合を示したが、これに限定されるものでなく、ＥＣＵを取り付けスペースに応じてブラシレスモータ１の径方向に隣接して設置してもよい。また、ＥＣＵを軸線方向のブラシレスモータ１とウォーム減速機との間に配置してもよい。

なお、ロータコア６の外周に固定される永久磁石７としては、リング磁石などのその他の永久磁石であってもよい。また、ステータコア８は、例えば、軟磁性材料を含む粉末材料によって形成された圧粉体であってもよい。軟磁性材料としては、鉄、フェライト、パーマロイ等を例示することができる。

１：ブラシレスモータ（電動モータ）、２：回転軸、３：ロータ、４：ステータ、５：モータハウジング（ハウジング）、６：ロータコア、７：永久磁石、８：ステータコア、９：コイル、１０：ヨーク部、１１：ティース部、１２：分割コア、１６：第１のハウジング、１７：第２のハウジング、１９：第１の筒状部、２０，２５，２８：フランジ部、２１ａ，２１ｂ：挿通孔、２２ａ，２２ｂ：環状部、２３，２９：軸受保持部、２４：第２の筒状部、３０：バスバー、３１：インシュレータ、３２：レゾルバ、３３：ボス、３５：積層ヨーク部、３８：プレート、４１，４２：軸受、４３：係合溝、４４：係合突起、４５：積層ティース部、４６：オープンスロット、ｗ：係合突起幅、ｈ：係合突起高さ

Claims

ハウジングと、
円弧状のヨーク部と前記ヨーク部から径方向内側に突出するティース部とを有するステータコアを複数備え、前記ステータコアを互いに隣り合う前記ヨーク部の周方向端面同士が当接するように環状に配置され、前記ステータコアの前記各ティース部にコイルが巻回されて前記ハウジング内に固定されたステータと、
前記ステータの前記ティース部先端部で形成される内周面と対向しながら回転中心回りに回転可能に前記ハウジングに支承されたロータと、を備えた電動モータにおいて、
前記ステータコアには、前記ヨーク部の外周面からに径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大するダブテイル形状の係合突起が突設され、
前記ハウジングの内周面には、径方向外側に向かって円周方向の幅が漸次増大し、前記係合突起と嵌り合うダブテイル形状の係合溝が形成され、前記ハウジングの内周面に前記環状に配置されたステータコアの前記ヨーク部の円筒状外周面を圧入するとともに、前記係合溝に前記係合突起を前記係合突起の頂面と前記係合溝の底面との間に隙間を持たせ、前記係合溝と前記係合突起とを前記ダブテイル形状の外周側両側縁部で圧接したことを特徴とする電動モータ。
請求項１に記載の電動モータにおいて、
前記係合突起は、前記ステータコアの前記ヨーク部の外周面中央に軸方向両端部から所定の長さを有して形成されることを特徴とする電動モータ。