(57)【要約】【課題】振動、騒音が抑制された電動式パワーステアリング装置用モータを得る。【解決手段】この発明に係る電動式パワーステアリング装置用モータは、車両のハンドルに対して補助トルクを出力するするモータ部１と、このモータ部１の駆動を制御する制御装置２とを備え、モータ部１は、極数ｐを有する回転子１４と、この回転子１４の周囲を囲って設けられスロット数ｎのスロットが形成されているとともにフレーム４に収納された固定子鉄心２３およびスロットに巻装された３相の固定子巻線２５からなる固定子１５とを有し、制御装置２は、ボス１８とモータ部１との間であって出力軸１２を囲って設けられている。【選択図】図１
2011235811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カップリングを介して減速機構に接続される出力軸を有し、車両のハンドルに対して補助トルクを出力するモータ部と、
このモータ部の駆動を制御する制御装置とを備え、
前記モータ部は、極数ｐを有する回転子と、この回転子の周囲を囲って設けられスロット数ｎのスロットが周方向に沿って等分間隔で形成されているとともに円筒状のフレームに収納された固定子鉄心およびスロットに導線が巻回されて巻装された３相の固定子巻線からなる固定子とを有した電動式パワーステアリング装置用モータであって、
前記制御装置は、前記カップリングと前記モータ部との間であって前記出力軸を囲って設けられていることを特徴とする電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項２】
前記固定子鉄心には、前記固定子巻線が２組巻装され、固定子鉄心を楕円に変形させる電磁力が働くようになっていることを特徴とする請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項３】
前記極数ｐおよび前記スロット数ｎは、ｐ−ｎ＝２またはｐ−ｎ＝−２の関係が成立することを特徴とする請求項２に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項４】
前記極数ｐは１０であり、前記スロット数ｎは１２であることを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項５】
前記極数ｐは１４であり、前記スロット数ｎは１２であることを特徴とする請求項３に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項６】
前記固定子巻線は、同相の巻線部が機械角で１８０度対向した前記スロットにそれぞれ配置され、前記固定子鉄心を楕円に変形させる電磁力が働くようになっていることを特徴とする請求項１ないし５の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項７】
前記スロット、および前記フレームと前記固定子鉄心との隙間の少なくとも一方に樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項８】
前記フレームと、前記制御装置を囲ったモータケースとは締まり嵌めで結合されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【請求項９】
前記減速機構は、前記出力軸と同軸上に設けられたウォームを有していることを特徴とする請求項１ないし８の何れか１項に記載の電動式パワーステアリング装置用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に取り付けられ、運転者の操舵力を補助する電動式パワーステアリング装置用モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の制御装置一体型電動式パワーステアリング装置用モータとして、制御装置がモータ部の側面部に設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３５９３１０２号公報（５−８頁、図１−２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された電動式パワーステアリング装置用モータでは、重量物である制御装置がモータ部の側面部に取り付けられているので、モータの重心が出力軸から径方向に偏在しており、振動、騒音が生じやすいという問題点があった。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、振動、騒音が抑制された電動式パワーステアリング装置用モータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る電動式パワーステアリング装置用モータは、カップリングを介して減速機構に接続される出力軸を有し、車両のハンドルに対して補助トルクを出力するモータ部と、このモータ部の駆動を制御する制御装置とを備え、前記モータ部は、極数ｐを有する回転子と、この回転子の周囲を囲って設けられスロット数ｎのスロットが周方向に沿って等分間隔で形成されているとともに円筒状のフレームに収納された固定子鉄心およびスロットに導線が巻回されて巻装された３相の固定子巻線からなる固定子とを有した電動式パワーステアリング装置用モータであって、
前記制御装置は、前記カップリングと前記モータ部との間であって前記出力軸を囲って設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電動式パワーステアリング装置用モータによれば、制御装置は、カップリングとモータ部との間であって出力軸を囲って設けられているので、重心の出力軸からの偏在を低減することができ、たとえ固定子鉄心に楕円に変形させる電磁力が働く場合であっても、振動、騒音の増幅を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１の電動式パワーステアリング装置用モータを示す、減速機構を含んだ側断面図である。
【図２】図１の電動式パワーステアリング装置用モータを示す側断面図である。
【図３】図１の電動式パワーステアリング装置用モータを示す電気回路図である。
【図４】図１のモータ部の正断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２の電動式パワーステアリング装置用モータのモータ部を示す正断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３の電動式パワーステアリング装置用モータの固定子を示す側断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４の電動式パワーステアリング装置用モータのモータ部を示す正断面図である。
【図８】極数（磁石の数）およびスロット数（ティースの数）の組み合わせと巻線係数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の電動式パワーステアリング装置用モータ（以下、モータと略称する）を示す、減速機構を含んだ側断面図、図２は図１のモータを示す側断面図、図３は図１のモータを示す電気回路図、図４は図１のモータ部を示す正断面図である。
このモータは、車両のハンドル（図示せず）に対して補助トルクを出力するモータ部１と、バッテリ３からの電流をモータ部１に供給するのを制御してモータ部１の駆動を制御する制御装置２とを備えている。
【００１１】
３相ブラシレスモータであるモータ部１は、有底円筒形状のフレーム４と、フレーム４の底部に形成されたリアベアリングボックス部５に圧入されたリアベアリング６と、フレーム４の開口側端部に形成されたつば部７に締まり嵌めにより接合された円筒形状のモータ部側ケース８と、このモータ部側ケース８の端面に接合された円筒形状の減速機構側ケース９とを備えている。モータ部側ケース８および減速機構側ケース９は、アルミニウム合金のダイキャスト成形品である。ここで、モータ部側ケース８と減速機構側ケース９とによりモータケースを構成する。
また、モータ部１は、つば部１９を有する減速機構側ケース９に形成されたフロントべアリングボックス１０に圧入されたフロントベアリング１１と、このフロントベアリング１１およびリアベアリング６に両端部が回転自在に支持された出力軸１２と、この出力軸１２に固定された回転子１４と、この回転子１４の周囲に設けられフレーム４に圧入された固定子１５と、出力軸１２の出力側に配設され、回転子１４の回転位置を検出する回転センサ１６と、出力軸１２の先端部に圧入され減速機構５０と連結するためのカップリングであるボス１８とを備えている。
【００１２】
上記回転子１４は、回転子鉄心２６と、その表面に周方向に等間隔に１０個配設された断面蒲鉾形状の永久磁石１３とを備えている。永久磁石１３は、それぞれＮ極、Ｓ極に交互に着磁されている。
回転子鉄心２６は、隣接した永久磁石１３間に、表面から径方向に突出した突起部２８が形成されている。
【００１３】
上記固定子１５は、１２個の回転子１４側に突出したティース２１により１２個のスロット２２が形成された固定子鉄心２３と、このティース２１にインシュレータ２４を介して導線が巻回されて構成された固定子巻線２５とを有している。
ここで、薄板鋼板が積層された固定子鉄心２３は、外径が７０ｍｍ〜９０ｍｍ、軸線方向長さが２０ｍｍ〜７０ｍｍであり、鋼板で形成されたフレーム４の板厚は１．６ｍｍ以上である。
【００１４】
固定子鉄心２３には１２個のティース２１が設けられているのに対して、回転子１４の永久磁石１３の数は１０個である。
従って、極数をｐ、スロット数（ティース２１の数）をｎとすると、ｐ：ｎ＝１０：１２となり、ｐ−ｎ＝−２の関係となっている。
固定子巻線２５の相数は３であり、それらをＵ相、Ｖ相、Ｗ相とすると巻線部の配置は、図４において反時計方向に、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｖ１−、Ｖ１＋、Ｗ１＋、Ｗ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｖ２＋、Ｖ２−、Ｗ２−、Ｗ２＋のように配置されている。ここで＋と−は導線の巻回方向を示しており、＋と−では巻回方向は互いに逆方向であることを示している。
さらに、Ｕ１＋とＵ１−は直列接続され、Ｕ２−とＵ２＋も直列接続されている。これらの２つの直列回路は並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよい。
Ｖ相、Ｗ相も同様である。さらに、三相はＹ結線でもデルタ結線でもよい。
【００１５】
機械角で１８０度対向した位置（１２スロットなので、６スロット分離れた位置）には、同じ相の集中巻で構成された巻線部が配置されている。
また、１２０度（４スロット分）や９０度（３スロット分）離れた位置には、同じ相の集中巻きで構成された巻線は配置されていない。
【００１６】
上記回転センサ１６は、レゾルバで、レゾルバ用回転子２９およびレゾルバ用固定子３０を有している。レゾルバ用回転子２９の外径は、レゾルバ用固定子３０とレゾルバ用回転子２９との間の径方向隙間のパーミアンスが角度で正弦波状に変化するような特殊曲線になっている。
レゾルバ用固定子３０には励磁コイルおよび２組の出力コイルが巻回されており、このレゾルバ用回転子２９およびレゾルバ用固定子３０間の径方向隙間の変化を検出してｓｉｎとｃｏｓで変化する２相出力電圧を出力する。
【００１７】
上記制御装置２は、モータ部１と減速機構側ケース９との間に配置されている。この制御装置２は、マイクロコンピュータ３１およびＦＥＴ駆動回路３２が搭載されたガラスエポキシ製の制御基板３３と、パワーＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子３４が搭載された金属ベースの駆動基板３５と、制御基板３３と駆動基板３５との間に設けられ制御基板３３と駆動基板３５とを電気的に接続するための銅製のターミナル３６を樹脂にインサート成形して一体的に形成されたターミナル部３７とを備えている。このターミナル部３７により、制御基板３３と駆動基板３５との間は一定の距離が確保される。
制御基板３３は、ターミナル部３７のモータ部１側に配置されている。金属ベースの駆動基板３５は、アルミニウム合金からなる減速機構側ケース９の内周壁面に密着されており、パワー素子３４の熱は、駆動基板３５、減速機構側ケース９を通じて外部に放出される。
【００１８】
ターミナル部３７には、モータ部１に流れる電流のリップル成分を吸収するコンデンサ３９が取り付けられており、図示しないターミナルを介して駆動基板３５に搭載されたパワー素子３４と接続されている。また、ターミナル部３７には電磁ノイズを吸収するコイル４０も取り付けられており、図示しないターミナルを介して電源コネクタ４１と接続されている。
【００１９】
モータは、減速機構５０と連結するためのカップリングであるボス１８を備えている。
減速機構５０は、端面が減速機構側ケース９の取付面３８に面接触したケース５１と、ボス１８に先端部がスプライン嵌合されるウォーム５２と、このウォーム５２と歯合したウォームホィール５３とを備えている。
【００２０】
上記モータでは、マイクロコンピュータ３１に、シャント抵抗器４２に接続された電流検出手段（図示せず）からのモータ部１に流れるモータ電流の信号、トルクセンサ（図示せず）からの操舵トルク信号及び回転センサ１６からの回転子１４の回転位置信号が入力される。
マイクロコンピュータ３１は、それらの入力信号に基づいて、補助トルクに相当する電流を演算し、ＦＥＴ駆動回路３２を介してブリッジ回路を構成するパワー素子３４に駆動信号を出力する。各パワー素子３４は、駆動信号により駆動し、モータ部１に流れる電流を制御する。
【００２１】
制御装置２により制御された電流が固定子巻線２５に流れ、固定子巻線２５生じた回転磁界に伴い、トルクが制御された回転子１４が回転する。
この回転子１４の回転に伴い、出力軸１２も回転し、出力軸１２とボス１８を介して連結されたウォーム５２、このウォーム５２に歯合したウォームホィール５３も回転方向を直角に変えながら、同時に減速し、補助トルクを増加させる。
この補助トルクは、ハンドルジョイント（図示せず）、ステアリングギヤ（図示せず）に伝達される。ステアリングギヤは、回転方向を変えるとともに、コラムシャフト（図示せず）の回転を減速し、同時にラック（図示せず）を直線運動に変換し、所要の位置に移動させる。このラックの直線運動により車輪を動かし、車両の方向転換等を可能とする。
【００２２】
上記構成のモータによれば、制御装置２は、ボス１８とモータ部１との間であって出力軸１２を囲って設けられており、出力軸１２の同軸線上に配置されているので、モータの重心が出力軸１２から偏在するのを抑制することができる。
従って、固定子１５は、固定子鉄心２３に３相２組の固定子巻線２５が巻装され、しかも同相の巻線部が機械角で１８０度対向したスロット２２に配置されており、円環状で変形し易い固定子１５を楕円に変形させる電磁力が働き、固定子１５に振動、騒音が生じるものの、モータの重心の出力軸１２からの偏在が抑制されており、固定子鉄心２３の楕円変形と相俟って重心の偏在により騒音、振動が増幅されるといった事態を抑制することができる。
【００２３】
また、モータは、極数Ｐが１０、スロット数ｎが１２であり、図８に示した通り基本波に対する巻線係数が大きく、かつ高調波に対する巻線係数が小さい。
これは、少ない永久磁石１３の磁石量で大きなトルクを発生しつつ、トルクリップルを少なくできる。
なお、図８から分るように、Ｐ：ｎが８：９、１０：９の組み合わせも基本波に対する巻線係数が大きいが、高調波に対する巻線係数も大きく、トルクリップルが大きくなり、トルクリップル低減のためにスキュー等が必要になり、結果的にトルクが低下するため、好ましくない。
【００２４】
また、極Ｐ：スロット数ｎが１０：１２となる他の組み合わせ、例えば２０極、２４スロットでも巻線係数は同じであるが、多極化によって渦電流損が増大し、モータ特性が低下すること、部品点数が増加し、コスト高くなることと言った点で１０極、１２スロットの方が優れている。
なお、図８における巻線係数（短節巻係数×分布巻係数）は、相数、極数、スロット数及び巻線部の配置から周知の計算式から算出したものである。
【００２５】
また、外径が７０ｍｍ〜９０ｍｍ、軸線方向長さが２０ｍｍ〜７０ｍｍの固定子鉄心２３が圧入されたフレーム４は、板厚が１．６ｍｍ以上の鋼板で構成されているので、固定子鉄心２３を楕円に変形させる電磁力が発生しても、固定子鉄心２３が楕円に変形する変形量とそれに伴う振動を少なく抑制することができる。
【００２６】
また、フレーム４の開口端部とモータ部側ケース８のつば部７とは、締まり嵌めで結合されているので、モータ部側ケース８とフレーム４とは強固に結合されているので、固定子１５の剛性が向上し、それだけ固定子鉄心２３を楕円に変形させる電磁力が発生しても、固定子鉄心２３が楕円に変形する変形量とそれに伴う振動を少なく抑制することができる。
なお、この実施の形態では、モータケースを構成する、減速機構側ケース９とモータ部側ケース８とは別体であるが、モータケースは一体であってもよい。この場合には、フレーム４の開口端部とモータケースとは、締まり嵌めで結合される。
【００２７】
また、減速機構５０は、出力軸１２と同軸上であってボス１８を介してスプライン結合されたウォーム５２を有しており、モータで生じた、抑制された騒音、振動が減速機構５０で増幅されるのが防止される。
【００２８】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２におけるモータ部１を示す正断面図である。
この実施の形態では、極数ｐとスロット数ｎの関係がｐ：ｎ＝１４：１２、ｐ−ｎ＝２の関係であって、巻線配置が、Ｕ１＋、Ｕ１−、Ｗ１−、Ｗ１＋、Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｕ２−、Ｕ２＋、Ｗ２＋、Ｗ２−、Ｖ２−、Ｖ２＋となっている（＋と−は巻方向が異なることを示している）。
また、機械角で１８０度（６スロット分）対向した位置には同じ相の巻線部が巻回されていて、１２０度（４スロット分）や９０度（３スロット分）離れた位置には、同じ相の巻線は配置されていない。
即ち、回転子１４Ａの永久磁石１３の数が１０個から１４個に増加した以外は、実施の形態１のモータと同じである。
【００２９】
ここで、極数、スロット数の組み合わせを、１４極、１２スロットとしたのは、図８に示した通り巻線係数が１０極、１２スロットと同じ値で、基本波に対する巻線係数が大きく、かつ高調波に対する巻線係数が小さいためである。
これはつまり、少ない磁石量で大きなトルクを発生しつつ、トルクリップルを少なくできることを示しており、高性能のモータを安価に供給できることにつながる。
また、極数、スロット数の組み合わせ比が１４：１２となる他の組み合わせ、例えば２８極、２４スロットでも巻線係数は同じであるが、多極化によって渦電流損が増大し、モータ特性が低下すること、部品点数が増加し、コスト高くなることと言った点で１４極、１２スロットの方が優れているためである。
【００３０】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３におけるモータの固定子１５Ａを示す側断面図、図７は図６のモータの正断面図である。
この実施の形態では、スロット２２の内部、フレーム４と固定子鉄心２３との間の隙間Ａに、樹脂６０が充填されている。樹脂６０は、不飽和ポリエステル、エポキシ等の比較的硬度が高い樹脂で、固定子１５Ａの剛性を大きくする作用がある。
他の構成は、実施の形態１のモータと同じである。
なお、隙間Ａは、固定子鉄心２３に固定子巻線２５を巻装する際における固定子鉄心２３を係止して位置決めするためのものであり、またフレーム４に固定子鉄心２３を圧入する際の力を緩和する働きもある。
【００３１】
このモータによれば、固定子鉄心２３を楕円に変形させる電磁力が発生しても、樹脂６０により固定子１５Ａの剛性を大幅に向上しており、固定子鉄心２３が楕円に変形する変形量とそれに伴う振動、騒音を実施の形態１のモータと比較してさらに抑制することができる。
なお、スロット２２の内部および隙間Ａの一方のみに樹脂６０を充填した場合でも固定子１５Ａの剛性を向上させることができる。
【００３２】
なお、上記各実施の形態では、固定子鉄心に楕円変形させる電磁力が働くモータとして、固定子鉄心に３相巻線が２組巻装され、かつ同相の巻線部が機械角で１８０度対向したスロットに配置されたモータで説明したが、この発明は、固定子鉄心に３相巻線が２組巻装され、固定子鉄心に楕円変形させる電磁力が働くモータ、または同相の巻線部が機械角で１８０度対向したスロットに配置され、固定子鉄心に楕円変形させる電磁力が働くモータであっても、適用することができる。
また、このような電磁力が働かないモータ、即ち固定子鉄心に３相巻線が２組巻装されてなく、かつ同相の巻線部が機械角で１８０度対向したスロットに配置されていないモータであってもよい。このモータの場合にも、制御装置は、カップリングとモータ部との間であって出力軸を囲って設けられているので、重心の出力軸からの偏在を低減することができ、振動、騒音が抑制される。
【符号の説明】
【００３３】
１  モータ部、２  制御装置、３  バッテリ、４  フレーム、７，１９  つば部、８  モータ部側ケース（モータケース）、９  減速機構側ケース（モータケース）、１２  出力軸、１３  永久磁石、１４  回転子、１５，１５Ａ，１５Ｂ  固定子、１６  回転センサ、１７  減速機構、１８  ボス（カップリング）、２１  ティース、２２  スロット、２３  固定子鉄心、２４  インシュレータ、２５  固定子巻線、２６  回転子鉄心、２８  突起部、２９  レゾルバ用回転子、３０  レゾルバ用固定子、３１  マイクロコンピュータ、３２  ＦＥＴ駆動回路、３３  制御基板、３４  パワー素子、３５  駆動基板、３６  ターミナル、３７  ターミナル部、３８  取付面、３９  コンデンサ、４０  コイル、４１  電源コネクタ、４２  シャント抵抗器、５０  減速機構、５１  ケース、５２  ウォーム、５３  ウォームホィール、６０  樹脂、Ａ  隙間。
【図１】
2011235811.tif 000003
【図２】
2011235811.tif 000004
【図３】
2011235811.tif 000005
【図４】
2011235811.tif 000006
【図５】
2011235811.tif 000007
【図６】
2011235811.tif 000008
【図７】
2011235811.tif 000009
【図８】
2011235811.tif 000010