JP5207032B2 - 電動機および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機および電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、自動車等の車両のステアリング装置を電動モータの回転力で助勢する電動パワーステアリング装置が提案され、実用化されている。かかる電動パワーステアリング装置は、操向ハンドルの操作によってステアリングコラムに発生する操舵トルクを検出し、その検出信号に基づいて、コントロールユニットが電動モータを駆動制御して操向ハンドルの操舵力を補助している。

このような電動パワーステアリング装置に用いられる電動モータは、円筒状のステータコアおよびこのステータコアの磁極に巻回されたコイルを有するステータと、このステータの軸方向一端側に設けられて各相のコイルを結線する端子台と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１８７１７５号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたような従来の電動モータにおいては、インシュレータを介してステータコアにコイルが巻回されるため、高出力化によりコイルの巻数が増加すると、ステータの軸方向一端側に配置された端子台の位置が軸方向に沿ってステータから離れる。この結果、電動モータの全長が長くなってしまう。このように、電動モータは、高出力化に伴って磁気回路部が大型化する傾向がある。

しかし、近年においては、車両レイアウトの関係から、電動パワーステアリング装置の電動モータの全長を極力短くして、小型化することが要求されている。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、高出力であっても小型化を実現させることができる電動機および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的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る電動機は、ロータの外周に設けられた筒状のステータコアおよび当該ステータコアの磁極に巻回されたコイルを有するステータと、各相のコイルを結線する端子台と、を備え、上記端子台を、ロータの出力軸とコイルのコイルエンド部との間の空間に配置させることを特徴とする。

かかる構成を採用することで、端子台とコイルエンド部を、ロータの出力軸方向において重なり合わせて配置させることができる。これにより、電動機のコイル巻数が増加（高出力化）しても、電動機の全長を短くすることができるため、電動機の小型化を実現させることができる。

上記電動機において、ロータの出力軸を支持する軸受をさらに備え、上記端子台を、軸受とコイルのコイルエンド部との間の空間に配置させることができる。

かかる構成を採用すると、軸受と端子台とコイルエンド部とを、ロータの出力軸方向において重なり合わせて配置させることができるため、電動機の全長をさらに短くすることが可能となる。

上記電動機において、開口部を有する有底筒状のハウジングをさらに備え、当該ハウジングの底部は、開口部側に向けてくぼむ凹部を有し、上記軸受は、凹部により形成されるくぼみに配置することができる。

かかる構成を採用すると、軸受をハウジングの外側から組み付けることができるとともに、ハウジングに設けられた凹部のくぼみに合わせて軸受を配置して位置決めすることができるため、電動機の組み立て作業を簡易にすることができる。

上記電動機において、ロータの回転位置を検出する回転位置検出部をさらに備え、上記凹部には、複数段のくぼみが形成され、軸受および回転検出部は、それぞれ異なるくぼみに配置され、軸受が配置されるくぼみを、回転位置検出部が配置されるくぼみよりも開口部側に形成することができる。

かかる構成を採用すると、軸受および回転位置検出部をハウジングの外側からそれぞれ組み付けることができるとともに、ハウジングに設けられた凹部の複数段のくぼみに合わせて軸受および回転位置検出部をそれぞれ配置して位置決めすることができるため、電動機の組み立て作業をより簡易にすることができる。

上記電動機において、コイルに給電する給電部材をさらに備え、端子台に含まれるコイルの結線部材と給電部材を、ハウジングの底部に設けられた穴部を介して結線することができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング系に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置であって、上記電動機を備えるものである。

かかる構成によれば、高出力であっても小型化を実現させることができる電動機を採用することができるため、電動機の小型化によるレイアウト性（各部品の配置構成における美観）の向上を図ることが可能となる。

本発明によれば、高出力であっても小型化を実現させることができる電動機および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が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に係る電動機およびこれを備えた電動パワーステアリング装置の実施形態について説明する。

まず、図１を参照して本発明の実施形態における電動パワーステアリング装置について説明する。図１は、実施形態におけるコラム式の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、ステアリング系（ステアリングシャフト１１、ハウジング１２、ラック・ピニオン式運動変換機構２０、ウォーム減速機構３０等からなる構成）と、このステアリング系に操舵補助トルクを与えるパワーアシスト用の電動モータ１３（電動機）と、トルクセンサ４０と、を有する。

ステアリングシャフト１１は、ステアリング入力軸１１ａと、ステアリング出力軸１１ｂとを有する。ステアリングシャフト１１は、ハウジング１２の内部において軸心回りに回転自在に支持されている。ハウジング１２は、車室内部の所定位置に下部を前方に向けて傾斜した状態で固定される。ステアリング入力軸１１ａは、その上端に、図示しないステアリングホイールが固定され、このステアリングホイールと同期して回転する。

ステアリング入力軸１１ａとステアリング出力軸１１ｂとは、トルクセンサ４０のトーションバーを介して連結されている。操舵トルクは、ステアリングホイールからステアリング入力軸１１ａを経てステアリング出力軸１１ｂに伝達される。この操舵トルクは、トルクセンサ４０により検出される。図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）は、検出された操舵トルクに基づいて電動モータ１３の出力を制御する。

ラック・ピニオン式運動変換機構２０は、ラック軸２１と、ピニオン軸２２と、ラック軸２１およびピニオン軸２２を支承する筒状のケース２３とを有する。ラック軸２１は、その長手方向を車両の左右方向とし、車両前部のエンジンルーム内においてほぼ水平に配置される。このラック軸２１は、軸方向に自在に移動する。ピニオン軸２２は、ラック軸２１の軸心に対して斜めに配置される。ピニオン軸２２は、ラック軸２１の歯部に噛合する歯部を有する。ラック・ピニオン式運動変換機構２０のラック軸２１の両端側に設けられる図示しないナックルには、前輪のホイールが取り付けられる。

ピニオン軸２２とステアリング出力軸１１ｂは、２個の自在継手１５，１６および連結部材１７によって連結されている。ステアリング出力軸１１ｂの軸方向の中間位置には、ウォーム減速機構３０が配置されている。電動モータ１３は、このウォーム減速機構３０を介してステアリング出力軸１１ｂに操舵補助トルクを付与する。

次に、図２〜図４を参照して実施形態における電動モータについて説明する。図２は、実施形態における電動モータの断面図であり、図３は、電動モータを底部側から見たときの外観構成図であり、図４は、実施形態における電動モータの分解断面図である。

電動モータ１３（ブラシレスモータ）は、本発明に係る電動機に相当するものである。電動モータ１３は、略有底円筒状のハウジング５０と、このハウジング５０の開口側に取り付けられる略円環状のフランジ５１とを有する。

ハウジング５０は、モータ軸方向に沿う円筒状の胴部５３と、胴部５３のモータ軸方向の一端側を閉塞する底部５４とを有する。ハウジング５０の底部５４の中央位置には、ハウジング５０の開口側に向けて二段階にくぼむ凹部５５が形成されている。凹部５５のうち、ハウジング５０の開口側に形成される径の小さな凹部５５ａにより形成されるくぼみには、リヤベアリング６０（軸受）が配置され、径の大きな凹部５５ｂにより形成されるくぼみには、レゾルバ（回転位置検出部）を構成するレゾルバロータ６１およびレゾルバステータ６２が配置される。このように構成することで、リヤベアリング６０およびレゾルバをハウジング５０の外側から組み付けることができるとともに、リヤベアリング６０およびレゾルバを凹部５５のくぼみに合わせて配置することで位置決めできるため、電動モータの組み立て作業を簡易にすることができる。

レゾルバロータ６１は、リヤベアリング６０とともにロータ８０の出力軸８１に、ナットＮ２で締め付けられる。レゾルバステータ６２は、レゾルバホルダ６３に固定されており、レゾルバホルダ６３の一部が凹部５５ｂに挿入され、ネジＳ１とナットＮ１を用いてレゾルバホルダ６３がハウジング５０の底部５４に固定される。レゾルバホルダ６３の外部側には、センサグロメット６８が設けられており、このセンサグロメット６８を介してレゾルバとセンサハーネス６９が結線される。なお、レゾルバに含まれるレゾルバステータ６２は、レゾルバロータ６１の回転位置を検出することにより、ロータ８０の回転位置を検出する。

ハウジング５０の胴部５３の内周面には、円筒状のステータコア７１が固定されており、ステータコア７１の磁極にはインシュレータ７２を介してコイル７３が巻回されている。ステータコア７１、インシュレータ７２およびコイル７３によってステータ７０が構成される。ここで、ステータコア７１に巻回されているコイル７３のうち、ステータコア７１の軸方向両端部から軸方向外側に突出した部位をコイルエンド部７３ａという。

フランジ５１は、ハウジング５０の開口側に嵌合する。フランジ５１の中央位置には、ハウジング５０の底部５４側に向けてくぼむ凹部５１ａが形成されている。凹部５１ａにより形成されるくぼみには、フロントベアリング８５（軸受）が保持される。このフロントベアリング８５と上述したリヤベアリング６０とでロータ８０の出力軸８１が回転可能に支持される。

ロータ８０の出力軸８１の端部うちハウジング５０の開口側に位置する端部は、フランジ５１から外側に突出しており、この突出部分にスプライン加工が施されている。一方、図１に示すウォーム減速機構３０のウォームには連結部材８２が一体的に結合されている。そして、出力軸８１の突出部分に、連結部材８２がスプライン結合されている。すなわち、出力軸８１の突出部分に（連結部材８２を介して）ウォームがスプライン結合されることとなる。

ステータ７０およびロータ８０とハウジング５０の底部５４との間に形成される空間内には、インシュレータ７２に嵌合固定された端子台６５が設けられている。具体的に、端子台６５は、リヤベアリング６０が配置される凹部５５ｂの壁面部分とコイルエンド部７３ａとの間に形成される空間に配置される。端子台６５をこのように配置することで、ロータ８０の出力軸８１方向において、リヤベアリング６０と端子台６５とコイルエンド部７３ａとを重なり合わせて配置させることができる。この場合に、少なくとも、端子台６５の一部とコイルエンド部７３ａの一部とが重なり合っていればよいが、端子台６５とコイルエンド部７３ａとが重なり合う度合いを大きくするほど、電動モータの全長を短くすることが可能になるというメリットがある。

この端子台６５には、各相のコイル７３を結線する複数のバスバー６５ａ（コイルの結線部材）がモータ軸方向に沿って積層されている。バスバー６５ａとコイル７３は、例えば、溶接やＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接によって結線される。バスバー６５ａは、例えば、インサートモールドや挿入により端子台６５に組み込まれる。

バスバー６５ａの端部は、ハウジング５０の底部５４に設けられた穴部５６からハウジング５０の外部に引き出される。スペーサ６６は、引き出されたバスバー６５ａの位置決めおよび絶縁をするために設けられる。ハウジング５０の外部に引き出されたバスバー６５ａの端部は、給電用のパワーハーネス６４（給電部材）と溶接やネジ止めにより接続（結線）される。端子カバー６７は、バスバー６５ａ端部とパワーハーネス６４との結線部分を覆うために取り付けられる。

以上のように、本実施形態における電動モータ１３によれば、端子台６５を、リヤベアリング６０が配置される凹部５５ｂの壁面部分とコイルエンド部７３ａとの間に形成される空間に配置させることができるため、ロータ８０の出力軸８１方向において、リヤベアリング６０と端子台６５とコイルエンド部７３ａとを重なり合わせて配置させることができる。これにより、電動モータ１３のコイル７３巻数が増加（高出力化）しても、電動モータ１３の全長を短くすることができるため、電動モータ１３の小型化を実現させることができる。

また、本実施形態における電動モータ１３において、ハウジング５０の底部に形成された凹部５５ａのくぼみに、リヤベアリング６０を配置して電動モータ１３を組み立てることができるため、リヤベアリング６０をハウジング５０の外側から組み付けることができるとともに、リヤベアリング６０を容易に位置決めすることができる。したがって、電動モータ１３の組み立て作業を簡易にすることが可能となる。

また、本実施形態における電動モータ１３において、ハウジング５０の底部に形成された凹部５５ｂのくぼみに、レゾルバステータ６２が固定されたレゾルバホルダ６３を配置して電動モータ１３を組み立てることができるため、レゾルバステータ６２をハウジング５０の外側から組み付けることができるとともに、レゾルバステータ６２を容易に位置決めすることができる。したがって、電動モータ１３の組み立てをより簡易にすることが可能となる。

また、本実施形態における電動パワーステアリング装置１は、高出力であっても小型化を実現させることができる電動モータ１３を採用するため、電動モータ１３の小型化によるレイアウト性の向上を図ることが可能となる。

実施形態におけるコラム式の電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 図１に示す電動モータの断面図である。 電動モータを底部側から見たときの外観構成図である。 電動モータの分解断面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、１３…電動モータ、５０…ハウジング、５４…底部、５５、５５ａ、５５ｂ…凹部、５６…穴部、６０…リヤベアリング、６１…レゾルバロータ、６２…レゾルバステータ、６４…パワーハーネス、６５…端子台、６５ａ…バスバー、７０…ステータ、７１…ステータコア、７３…コイル、７３ａ…コイルエンド部、８０…ロータ、８１…出力軸、８５…フロントベアリング。

Claims (4)

1. ロータの外周に設けられた筒状のステータコアおよび当該ステータコアの磁極に巻回されたコイルを有するステータと、
   各相の前記コイルを結線する端子台と、
   前記ロータの出力軸を支持する軸受と、
   開口部を有する有底筒状のハウジングと、を備え、
   前記端子台は、前記コイルのコイルエンド部と前記軸受との間の空間に配置され、かつ、前記ロータの出力軸方向において、前記コイルのコイルエンド部と前記端子台と前記軸受とが重なり合うように配置され、
   前記ハウジングの底部は、前記開口部側に向けてくぼむ凹部を有し、
   前記軸受は、前記凹部により形成されるくぼみに配置されることを特徴とする電動機。
2. 前記ロータの回転位置を検出する回転位置検出部をさらに備え、
   前記凹部には、複数段のくぼみが形成され、
   前記軸受および前記回転検出部は、それぞれ異なるくぼみに配置され、
   前記軸受が配置されるくぼみは、前記回転位置検出部が配置されるくぼみよりも前記開口部側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記コイルに給電する給電部材をさらに備え、
   前記端子台に含まれる前記コイルの結線部材と前記給電部材は、前記ハウジングの底部に設けられた穴部を介して結線されることを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
4. 車両のステアリング系に操舵補助トルクを与える電動パワーステアリング装置であって、
   請求項１から３のいずれかに記載の電動機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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