(57)【要約】【課題】アキシャル型モータにギア機構を組み込んだ構造を採りつつ、モータ異常停止時におけるロック状態を回避しうる回転機械を提供する。【解決手段】回転機械Ａは、モータＢと、ギア機構Ｃとを備えている。ギア機構Ｃは、外輪ギア２４、遊星ギア２６、太陽ギア２７を有し、外輪ギア２４がロータ本体２２と共に回転する。太陽ギア２７は、キー部材３２によって、モールド樹脂１８に固定されている。遊星ギア２６の回転支持軸を連結する回転板２５が操舵軸４０（出力軸）に連結されている。モータＢの異常停止時には、ＥＣＵからの解除信号Ｓurに応じ、解除機構３０により、キー部材３２が引き抜かれ、太陽ギア２７が回転自在になる。操舵軸４０とロータ本体２２との連動が解除されることで、操舵軸４０のロックを回避することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ本体を有するロータとステータとを、ロータ本体の回転軸の軸方向に相対向させてなるアキシャル型モータと、
一部が前記ロータ本体と共に回転するギア機構と、
前記ギア機構の出力を外部に伝達する出力軸と、
を備えた回転機械であって、
前記モータの異常停止時に、前記ロータ本体と出力軸との連動を解除する解除機構を有している、回転機械。
【請求項２】
請求項１記載の回転機械において、
前記出力軸は、ハンドル操作に応じて電動モータを駆動して操舵補助を行う電動アシスト操舵装置の操舵軸である、回転機械。
【請求項３】
請求項１または２記載の回転機械において、
前記ギア機構は、
前記ロータ本体と共に回転する外輪ギアと、
固定部材に固定された太陽ギアと、
前記外輪ギアおよび太陽ギアとに係合する複数の遊星ギアとを有し、前記複数の遊星ギアの公転中心軸が前記出力軸であって、
前記解除機構は、前記固定部材による前記太陽ギアの固定を解除するものである、回転機械。
【請求項４】
請求項３記載の回転機械において、
前記解除機構は、
前記太陽ギアと固定部材とを係合させるキー部材と、
前記キー部材を係合位置からはずすアクチュエータと、
を有している、回転機械。
【請求項５】
請求項３記載の回転機械において、
前記太陽ギアと固定部材とは、互いに係合して嵌合されており、
前記解除機構は、前記太陽ギアを係合位置からはずすアクチュエータである、回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャル型モータを備えた回転機械に係り、特に、モータ異常時対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャル型モータは、ロータとステータとが軸方向に対峙する構造を有している。そして、ロータとステータとを収納したケースから、ロータの回転軸が外方に延びており、これが出力軸となっている。そして、ケース外で、出力軸の回転を変速等するギア機構が設けられている。
アキシャル型モータは、ラディアル型モータに比べ、軸方向のサイズが小さい扁平形状を有し、かつ、全体に小型化が可能な点に特徴がある。
【０００３】
特許文献１には、特殊なポリアミド樹脂により、出力軸と歯車とを一体成形することにより、歯車機構の小型化を図った構造が開示されている。
特許文献２には、モータの回転力を受けるローラと歯車とを一体設計した構造が開示されている（同文献の段落［００４５］）。
特許文献３には、樹脂成形により、モータの出力軸と歯車とを一体成形したものを使用することができる旨、開示されている（同文献の段落［００５４］）。
【特許文献１】実開平１−１２３４４７号公報）
【特許文献２】特開平１０−２７３２５０号公報
【特許文献３】特開平８−１５４３６０号公報
【非特許文献１】「日刊自動車新聞」、株式会社日刊自動車新聞社、平成２０年４月２１日〜２５日、特集記事「ＥＰＳがつくる未来―安全・快適なくるまを目指して―」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記いずれの各特許文献においても、モータの出力を外部機器に伝達する出力軸の先に、ギア機構が配置されている。
しかるに、上記各文献のギア機構をアキシャル型モータの出力側に配置しても、このギア機構のために相当のスペースが必要となる。そのため、上記各文献の技術をそのまま採用したのでは、扁平性，小型性というアキシャル型モータの特徴を十分活かすことができない。
【０００５】
そこで、アキシャル型モータのロータ本体に、ギア機構の一部（たとえば外輪ギア）を連結して共に回転させることにより、小型化、高出力化を図ることが考えられる。
しかしながら、モータが損傷などで停止した場合に、出力軸がロックされてしまうために、不具合が生じるおそれがある。
【０００６】
たとえば、ハンドル操作に応じて電動モータを駆動し操舵補助を行う電動アシスト操舵装置としては、例えば非特許文献１がある。非特許文献１には、モータアシストの電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が開示されている。このアシスト用モータとして、アキシャル型モータを採用し、これにギア機構の一部を連結すれば、高機能の電動アシスト操舵装置を期待できる。しかし、アキシャル型モータに何らかの故障が発生し、ロータ本体が不動状態になると、ギア機構の出力軸である操舵軸がロック状態になる。そのため、ハンドル操作に支障を来すことにもなりかねない。かかる事態を避けるためには、冗長設計が必要となり、小型化に逆行することになる。
同様の不具合は、各種機器に利用する場合に生じうる。つまり、モータの異常停止時に出力軸がロック状態になることで、利用側機器が悪影響を受けるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、アキシャル型モータにギア機構を組み込んだ構造を採りつつ、モータ異常停止時におけるロック状態を回避することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転機械は、アキシャル型モータと、ギア機構と、出力軸とを備えている。アキシャル型モータは、ロータ本体を有するロータとステータとを，ロータ本体の回転軸の軸方向に相対向させたものである。ギア機構は、一部が前記ロータ本体と共に回転するものであり、出力軸は、ギア機構の出力を外部に伝達するものである。
さらに、前記モータの異常停止時に、前記ロータ本体と出力軸との連動を解除する解除機構を有している。
【０００９】
これにより、以下の作用効果が奏される。
たとえば、アキシャル型モータが異常停止して、ロータ本体が不動状態になっても、この不動状態が出力軸には伝わらない。つまり、出力軸がロック状態になることはない。したがって、出力軸の先につながる利用側機器への悪影響を回避することができる。
異常停止の例としては、ロータ本体に取り付けられる永久磁石が脱落して、ステータの部材との間に噛み込まれるケースなどがある。これを防止するために、一般に、永久磁石とロータ本体とをフィルムで覆うなど、冗長設計が施されている。
それに対し、本発明では、冗長設計が不要となるので、より扁平な構造とすることができる。
【００１０】
出力軸が電動アシスト操舵装置の操舵軸である場合、モータの異常停止によって、操舵軸がロックされるのを回避することができる。つまり、冗長設計をしなくても、モータ異常停止時におけるハンドルロックを回避することができる。
しかも、電動アシスト操舵装置にアキシャル型モータを利用することで、コイル巻数の増加がモータ厚みの増加につながることがない。よって、モータの高出力化と小型化（扁平化）との両立を図ることができる。
【００１１】
ギア機構の一般的な構成としては、外輪ギア，遊星ギア，および太陽ギアからなる機構が一般的である。その場合、外輪ギアをロータ本体と共に回転させ、太陽ギアを固定部材に固定すると、遊星ギアの公転中心軸が出力軸となる。この構成では、解除機構により、固定部材による太陽ギアの固定を解除すればよい。
これにより、モータの異常停止によって、外輪ギアが不動になっても、固定が解除された太陽ギアは回転自在となる。したがって、遊星ギアの公転も固定されることはなく、出力軸も外輪ギアの固定による悪影響を受けることがない。
【００１２】
解除機構の例としては、太陽ギアと固定部材とを係合させるキー部材と、キー部材を係合位置からはずすアクチュエータとを有している場合がある。
これにより、簡素な構成で、本発明の作用効果が得られる。
また、太陽ギアと固定部材とが、スプライン構造のように、互いに係合して嵌合される構造を採用することもできる。その場合、解除機構は、太陽ギアを係合位置からはずすアクチュエータとすればよい。
この構成では、固定部材と太陽ギアとの係合がより確実であるので、信頼性は、より高い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の回転機械により、アキシャル型モータにギア機構を組み込んだ構造を採りつつ、モータ異常停止時におけるロック状態を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動アシスト操舵装置の概略構成を示す図である。
電動アシスト操舵装置１は、自動車のハンドル操作に応じて電動モータを駆動し、操舵補助を行う電動アシスト操舵装置である。
この電動アシスト操舵装置１は、図１に示すように、ハンドルHと、操舵軸４０と、操舵補助機構である回転機械Aと、自在継手８０と、中間軸５０と、舵取り機構６０と、タイヤ７０とから構成される。
【００１５】
ハンドルHは、図１に示すように、操舵軸４０の一端に連結され、自動車の舵取りを行うものであると共に、電動モータにより回転力をアシストされるものである。
つまり操作者によってハンドルHが回転されることで、その回転が操舵軸４０から電動モータ（回転機械Ａ）を含む操舵補助機構、自在継手８０、中間軸５０に伝達され、舵取り機構６０を揺動し、タイヤ７０に伝達される。
この際、操舵軸４０の回転がトルクセンサ４５に伝達された後、電子制御ユニット(Electronic Control Unit：略称ＥＣＵ）にトルク信号Ｓtoとして与えられる。そしてＥＣＵからの制御信号Ｓctに基づいて車速に応じた電圧が電動モータ（回転機械Ａ）に印加される。これにより、操作者のハンドルＨの操作力に対して最適な駆動力が操舵軸４０に負荷され、操舵補助が行われる。
【００１６】
操舵軸４０は、ハンドルＨと操舵補助機構（回転機械Ａ）とを連結し、相互にトルクを伝達、負荷するためのものである。この操舵軸４０は、図１に示すように、その一端がハンドルＨと、他端が操舵補助機構と連結されている。また操舵軸４０の一部は、後述するモータＢの回転軸を兼ねている。このような構成とすることで、モータＢ回転軸と操舵軸４０との回転中心を同心とすることができる。よって、モータＢと操舵軸４０とを直線的にコンパクトに配置することができ、省スペース化を図ることができる。
【００１７】
操舵補助機構は、ハンドルＨの操作に応じて操舵補助を行うための機構である。操舵補助機構は、回転機械Ａ以外の部材をも含むが、本実施の形態では、回転機械Ａのみについて説明する。
図２（ａ），（ｂ）は、実施の形態１に係る回転機械Ａの概略的な構造を示す断面図、およびIIb-IIb線矢視図である。
図２（ａ）に示すように、回転機械Ａは、モータＢと、ギア機構Ｃとを共通のケースＤ内に収納して構成されている。ただし、ケースDは必ずしも必要でない。
そして、操舵軸４０は、モータＢと、ギア機構Cとを貫通し、かつ、ギア機構Ｃの出力軸となっている。
【００１８】
まず、モータＢの構造について、説明する。モータＢは、ロータ２０と、ステータ１０とから構成される。すなわち、モータＢは、アキシャル型モータである。
「アキシャル型モータ」とは、このように、ロータ２０とステータ１０とが回転軸の軸方向ｚに対向して配置されるモータのことを示す。このような構成とすることで、モータの偏平化を図ることができる。さらに、コイルの巻数増加がモータの厚みの増加につながらない。よって、本実施の形態のモータＢは、高出力化と小型化との両立を図ることが可能なモータである。
【００１９】
なお、本明細書においては、図２（ａ），（ｂ）に示すように、ロータ本体２２の回転軸に平行な方向を軸方向ｚ（スラスト方向）とする。回転軸に直交する方向を半径方向（ラジアル方向ｒ）とする。ステータ１０の円周の方向（ロータ本体２２の回転方向）を周方向θとする。
【００２０】
ステータ１０は、ケースＤ側に固定されて不動状態に保持されるものであり、ステータコア１５と、コイル１３とから構成される。
ステータコア１５は、環状のヨーク部１１と、ヨーク部１１から軸方向ｚに突出するティース部１２とから構成されている。
【００２１】
ステータ１０は、ケースＤ内で、モールド樹脂１８によって固着されている。モールド樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂，エポキシ樹脂，ウレタン樹脂等が用いられる。また、操舵軸４０は、ケースＤおよびモールド樹脂１８に取りつけられた２つの軸受けＢＲ１，ＢＲ３により、回転自在に支持されている。
【００２２】
本実施の形態においては、ヨーク部１１は積層磁性鋼板により、ティース部１２は金属性磁性粉末を加圧成形による粒子同士のネッキングにより結合もしくは樹脂で結合した圧粉磁性材料によって、それぞれ構成されている。
ティース部１２として、形状自由度が高く加工が容易な圧粉磁心を用いることで、生産効率も向上する。また、熱伝導率のよい圧粉磁心を用いることで、モータの放熱性を向上させることができる。さらに、衝撃荷重をかけることで容易に破壊できることから、リサイクル可能にすることができる。
【００２３】
そして、ヨーク部１１を積層磁性鋼板で、ティース部１２を圧粉磁性材料で形成する構成とすることで、ステータコア１５をハイブリッドステータコアとすることができる。従ってモータの駆動時における騒音を効果的に軽減することができる。よって、モータが配置される空間の静寂化を図ることができる。
ここで「ハイブリッドステータコア」とは、異なる特徴を持つ２つ以上の磁性材料を一体化して構成するステータコアのことを示す。
【００２４】
コイル１３は絶縁被覆導線であり、導線としては、丸線、平角線等、通常用いられるものであれば如何なるものであってもよい。
【００２５】
ロータ２０は、ロータ本体２２と、ロータ本体２２に取り付けられる回転子としての複数の永久磁石２３とから構成される。また、内側に歯を有する外輪ギア２４が、ロータ本体２２と一体的に設けられている。外輪ギア２４は、ロータ本体２２の永久磁石２３が取り付けられた面とは対向する側に、設けられている。
そして、外輪ギア２４およびロータ本体２２は、ケースDに取りつけられた軸受けＢＲ５により、回転自在に支持されている。外輪ギア２４およびロータ本体２２の回転中心は、操舵軸４０の回転中心と同心となっている。
【００２６】
ロータ本体２２の材質としては、例えば鉄等の軟磁性体材料等、ロータ本体として通常用いられるものを適宜用いることができる。
永久磁石２３の材質としては、フェライト磁石や希土類磁石等で構成することができる。特に、軽くて磁力の大きいもの、また所定形状への加工が容易なものであることが好ましい。  
【００２７】
外輪ギア２４は、図2（ａ）に表示されているごとくロータ本体２２と連続している必要はない。むしろ、外輪ギア２４をロータ本体２２とは別の材料（たとえば耐摩耗性鉄合金など）によって構成する方が、機能的には好ましい。その場合には、ロータ本体２２と、外輪ギア２４とを、いずれかの部位で嵌合させて、接着，ねじ止め，強嵌合等により連結すればよい。
ただし、共通の金属材料によって、ロータ本体２２および外輪ギア２４を一体成形してもよい。また、相異なる材料を用いて、アウトサート成形（もしくはインサート成形）により、ロータ本体２２および外輪ギア２４を一体的に成形してもよい。
【００２８】
ギア機構Ｃにおいて、外輪ギア２４と操舵軸４０（出力軸）との間に、遊星ギア２６と太陽ギア２７とが配置されている。太陽ギア２７およびモールド樹脂の嵌合部には、それぞれキー溝が形成されている。そして、太陽ギア２７は、キー溝に挿入されたキー部材３２により、固定部材であるモールド樹脂１８に固定されている。つまり、太陽ギア２７は、正常な状態では、回転不能な不動状態となっている。
【００２９】
一方、操舵軸４０から延びる円板部材２５に、軸方向ｚに延びる（遊星ギア２６の）支持部材２８が４カ所に設けられている。遊星ギア２６は、支持部材２８に装着された軸受けＢＲ４により、回転自在に支持されている。そして、円板部材２５の回転中心が操舵軸４０となっている。つまり、ギア機構Ｃの出力は、遊星ギア２６の公転であって、操舵軸４０に出力される。このように、操舵軸４０は、ギア機構Ｃの出力軸となっている。
【００３０】
外輪ギア２４，遊星ギア２６，および太陽ギア２７の係合関係は、図２（ｂ）に示す通りである。外輪ギア２４が時計回りに回転すると、遊星ギア２６は、時計回りに自転するとともに、太陽ギア２７と係合しつつ、時計回りに公転する。このとき、太陽ギア２７は、上述のように固定され，不動状態である。
たとえば、太陽ギア２７の歯数を１６，遊星ギア２６の歯数を１６，外輪ギア２４の歯数を４８，とすると、減速比は、４：１となる。
【００３１】
モールド樹脂１８には、アクチュエータ３１が取りつけられており、アクチュエータ３１のスピンドル３３がキー部材３２に連結されている。アクチュエータ３１は、図１に示すＥＣＵからの解除信号Ｓurを受けるようになっている。以下、図１を参照しながら、解除信号Ｓurについて、説明する。
【００３２】
図２には図示されていないが、回転機械ＡのモータＢ内には、周知慣用のロータ回転角センサ（ＰＰＳ）が内蔵されている。ロータ回転角センサは、モータＢのロータ本体２２の回転角（回転位置）を検知して、回転角信号Ｓθを出力している。
ＥＣＵは、トルクセンサ４５からのトルク信号Ｓtoに基づいて、必要な操舵力を判断し、モータBに電力（電流）を供給するための制御信号Ｓctを入力する。その際、ＥＣＵは、ロータ回転角センサからの回転角信号Ｓθに基づいて、モータＢを回転させる３相電流の位相を制御する。これにより、モータＢが駆動して、トルクセンサ４５に加わる捻れのモーメントが軽減される。
【００３３】
ロータ本体２２が何らかの異常によって停止した場合、回転角信号Ｓθは一定となり、変化しない。一方、トルクセンサ４５からは、モータＢを回転させるように、トルク信号ＳtoがＥＣＵに入力され続ける。そこで、このような信号Ｓθ，Ｓtoに基づいて、ＥＣＵは、異常停止と判断し、解除信号Ｓurを出力する。
【００３４】
そして、解除信号Ｓurを受けたとき、アクチュエータ３１は、キー部材３２をキー溝から引き抜くように、作動する。これにより、太陽歯車２７と、モールド樹脂１８との係合状態が解除され、太陽歯車２７は、回転自在になる。つまり、ロータ本体２２が不動状態でも、操舵軸４０（出力軸）は回転自在であるので、両者の連動が解除されている。
以上の作動により、モータの異常停止時にも、操舵軸４０（出力軸）のロックが回避される。
アクチュエータ３１，スピンドル３３およびキー部材３２により、ロータ本体と出力軸との連動を解除する解除機構３０が構成されている。
【００３５】
本実施の形態によると、上述のような解除機構３０の作動により、モータＢが異常停止したときのハンドルロックを回避することができる。
異常停止の例としては、ロータ本体２２に取り付けられる永久磁石２３が脱落して、ステータ１０の部材との間に噛み込まれるケースがある。これを防止するために、一般に、永久磁石２３とロータ本体２２とをフィルムで覆うなど、冗長設計が施されている場合がある。
それに対し、本実施の形態により、冗長設計が不要となるので、より扁平な構造にすることができる。
【００３６】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る回転機械Ａの概略的な構造を示す断面図である。
図３において、実施の形態１と同じ構造の部材については、図２と同じ符号を付して、説明を省略する。
また、本実施の形態においても、回転機械Ａは、図１に示す電動アシスト操舵装置の一部となっている。そして、トルクセンサ４５およびＥＣＵにおける信号の授受は、図１に示すとおりである。
【００３７】
本実施の形態においても、ギア機構Ｃの一部である外輪ギア２４は、ロータ本体２２と一体的に設けられている。外輪ギア２４，遊星ギア２６，および太陽ギア２７の係合関係は、実施の形態１における図２（ｂ）に示す通りである。また、太陽ギア２７は、モールド樹脂１８に固定されている。
ただし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、太陽ギア２７およびモールド樹脂１８の接触部は、スプライン構造３４となっている（下図の拡大詳示図参照）。このスプライン構造３４によって、太陽ギア２７およびモールド樹脂１８は、互いに係合して、相対的回転不能に固定されている。そして、アクチュエータ３１のスピンドル３３と太陽歯車２７とが連結されている。また、アクチュエータ３１には、ＥＣＵから解除信号Ｓurが入力可能な構成となっている。
なお、モールド樹脂１８の先端面には、太陽歯車２７が脱落するのを防止するリング部材３５が取りつけられている。
【００３８】
アクチュエータ３１は、ＥＣＵからの解除信号Ｓurを受けると、太陽歯車２７を押し出すように作動する。これにより、太陽歯車２７がモールド樹脂１８との係合が解除され、回転自在になる。
アクチュエータ３１およびスピンドル３３により、ロータ本体と出力軸との連動を解除する解除機構３０が構成されている。
【００３９】
本実施の形態によっても、実施の形態１と同様に、解除機構３０の作動により、モータＢが異常停止したときのハンドルロックを回避することができる。
また、本実施の形態によっても、冗長設計が不要となる効果が得られる。
【００４０】
（その他の実施の形態）
上記各実施の形態では、本発明の回転機械Ａを電動アシスト操舵装置に配置し、回転機械Ａのギア機構Ｃの出力軸を、操舵軸４０としている。しかし、本発明はかかる実施の形態に限定されるものではない。
本発明の回転機械Ａは、補助機構ではなく、単に出力軸の先に利用側機器を備えたものであってもよい。その場合には、図２，図３における操舵軸４０に相当する出力軸は、モールド樹脂１８やケースＤを貫通している必要はない。すなわち、出力軸がケースＤ内から外方に延びていればよい。
その場合にも、モータが異常停止すると、解除機構によって、ロータ本体と出力軸との連動が解除される。よって、利用側機器において、モータの異常停止によって出力軸がロックされるのを回避することができる。
【００４１】
上記各実施の形態では、ロータ本体２２とギア機構Ｃの一部である外輪ギア２４とを共に回転するものとしている。しかし、ロータ本体２２と共に回転する部材は、外輪ギアに限定されるものではない。
たとえば、太陽ギア２７をロータ本体２２と共に回転するものとしてもよい。
また、遊星ギア２６を支持する支持部材２８が、ロータ本体２２と共に回転するものであってもよい。外輪ギア，遊星ギアおよび太陽ギアを備えたギア機構の場合、いずれか１つの部材が必ず固定される。したがって、モータの異常停止時に、この固定を解除させる解除機構を設ければよい。
【００４２】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の回転機械は、各種産業機器の回転動力源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動アシスト操舵装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る回転機械の概略的な構造を示す断面図、およびIIb-IIb線矢視図である。
【図３】実施の形態２に係る回転機械の概略的な構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
A      回転機械
B      モータ
Ｃ      ギア機構
Ｄ      ケース
Ｈ      ハンドル
１０    ステータ
１１    ヨーク部
１２    ティース部
１３    コイル
１５    ステータコア
１８    モールド樹脂（固定部材）
２０    ロータ
２１    出力軸
２２    ロータ本体
２３    永久磁石
２４    外輪ギア
２５    円板部材
２６    遊星ギア
２７    太陽ギア
２８    支持部材
３０    解除機構
３１    アクチュエータ
３２    キー部材
３３    スピンドル
３４    スプライン構造
３５    リング部材
４０    操舵軸
４５    トルクセンサ
５０    中間軸
６０    舵取り機構
７０    タイヤ
８０    自在継手
ＢＲ    軸受け
Ｓct    制御信号
Ｓθ    回転角信号
Ｓto    トルク信号
Ｓur    解除信号
【図１】
2010148212.tif 000003
【図２】
2010148212.tif 000004
【図３】
2010148212.tif 000005