(57)【要約】  回転軸の一端に組み付けられる円筒形状のホルダと、前記ホルダに組み付けられるセンサ磁石と、前記磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記回転軸の一端は外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの内周部および外周部の少なくとも一方には回転軸に平行な平面とこれに続く曲面とで構成される非円形状断面を成し、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とする電動モータである。
2015140961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に組み付けられる円筒形状のホルダと、前記ホルダに組み付けられるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記ホルダが組み付けられる回転軸の一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの内周部および外周部の少なくとも一方には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成し、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記センサ磁石は、前記ホルダの一端に一体成形により固定支持されることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
前記ホルダの前記センサ磁石を一体成形する部分には、少なくとも１つの穴を設けていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の電動モータ。
【請求項４】
前記センサ磁石と前記回転軸は、前記ホルダを介して回転軸方向に隙間があることを特徴する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項５】
前記ホルダは、非磁性体からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項６】
前記センサ磁石は、平面の両端を有する略円柱形状であることを特徴とする請求項１から５いずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項７】
前記センサ磁石は、残留磁束密度が０．４〜０．８[Ｔ]の等方性磁石であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項８】
前記ホルダは、その一部が前記センサ磁石の回転センサと対向する側の端面から回転軸方向に突出する突部を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載した電動モータを用いた電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用の電動モータおよびこれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動モータでは、センサ磁石と、回転軸の端部の少なくとも一部を覆うように前記端部に固定されるカバー部材を備え、カバー部材は回転軸端部の端面の外側に位置するホルダを有し、前記ホルダに回転軸の回転軸方向に延びる非円形断面の空間部を設け、センサ磁石の外郭形状は空間部の断面形状に応じて形成した非円形状で、空間部にセンサ磁石をはめ込むことで、センサ磁石の回転軸まわりの回動を規制している（例えば特許文献１）。【０００３】
また、回転軸の端部が少なくとも１つの平面部を有する非円形形状を成し、センサ磁石には回転軸端部と同様の非円形形状を成す取り付け孔を有し、センサ磁石を回転軸にすきま嵌めで組み付け、センサ磁石を回転軸に対して傾斜させて一部を当接させることで、組み付け部のがたつきを抑制したものがある（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０‐９３８６９号公報
【特許文献２】特許第４２３０９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１のように、カバー部材と回転軸の組み付け部が円形状の場合、電動モータの回転方向の位置決め部がないため、センサ磁石と回転子磁石の角度誤差により、モータの回転角度検出の精度が悪化する。このような電動モータを用いた電動パワーステアリング装置の場合、適切なアシストトルクを発生せず、操舵フィーリングが悪化するという問題がある。また、センサ磁石とホルダの溝は非円形状であるため、センサ磁石の回転軸まわりの回動を規制できるが、前記ホルダと回転軸の嵌め合い部は円形状であるため、回転軸まわりの回動を規制できず、ホルダが回転方向に滑ることでセンサ磁石と回転子角度の角度にずれが生じ、上記と同様の問題が発生する。また、ホルダが回転軸の端面に当接して固定されているため、モータ部品の集積公差により、センサ磁石と、これと近接して対向配置されている回転センサとの間のクリアランスのばらつきが大きくなり、検出精度が不安定となる。また、ばらつきを低減させるためには、部品間の公差を小さくする必要があり、製造コスト増につながる。【０００６】
車両用電動パワーステアリング装置の電動モータには、車両燃費向上のために軽量であることや、電動モータの回転角度を正しく検出してステアリングを適正な操舵トルクでアシストすることが要求される。電動モータの部品点数が増加すると車両燃費が悪化するほか、電動モータの回転角度が正しく検出できないと操舵が困難になるという問題点がある。また、言うまでもないが数十万台〜数百万台の車両に搭載されるため、材料や加工方法や組立が簡易で、かつ材料費や加工費や組立費が安価であることが求められる。上記特許文献１では、磁石を覆うカバーであるホルダが多角形の孔と円形の孔が空いた複雑な形状の真鍮製であること、センサ磁石は高価な希土類材料が高密度（すなわち一般的な樹脂成形磁石と比べて高価で重い。）に焼結されていること、ホルダとセンサ磁石とを接着剤を用いずに固定する場合には弾性部材など他部材が必要なことなどから、軽量化やコスト低減に不利である。【０００７】
また、上記特許文献２のように、センサ磁石に設けられた孔と回転軸を直接組み付ける場合、センサ磁石の位置精度が磁石の成形精度に依存することになる。成形の精度は機械加工と比べて低いため、センサ磁石と回転子磁石の位置精度も悪くなり、モータの回転角度検出の精度が悪化し、やはり操舵フィーリングが悪化する。また、センサ磁石を傾斜させて回転軸に組み付けるため、センサ磁石と回転角度検出器とのクリアランスが回転位置によって異なる結果となって、磁束のムラが発生し、また、回転角度検出の精度が回転位置により異なることで、やはり操舵フィーリングの悪化につながる。更に、センサ磁石と回転軸の非円形状部を嵌め合わせることで、回転軸まわりの回動を規制しているが、成形体である磁石が外力を受けた場合、割れや欠けなどが発生する可能性があり、製品の品質を著しく損なうという問題がある。また、ホルダが回転軸の端面に当接して固定されているため、モータ部品の集積公差により、回転センサとセンサ磁石間のクリアランスのばらつきが大きくなり、検出精度が不安定となる。また、ばらつきを低減させるためには、部品間の公差を小さくする必要があり、製造コスト増につながる。また、ホルダとは別部材のワッシャが必要なことから、軽量化やコスト低減に不利である。【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電動モータの回転角度検出の精度を向上し、さらにセンサ磁石をホルダや回転軸に簡易な構造で且つ高強度に組み付けることで、操舵性が良く、且つ信頼性の高い電動モータおよび電動パワーステアリング装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置は、回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に組み付けられる円筒形状のホルダと、前記ホルダに組み付けられるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記ホルダが組み付けられる回転軸の一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの内周部および外周部の少なくとも一方には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成し、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のような構成としたため、センサ磁石と回転軸の位置決め精度を確保でき、電動モータの回転角度の検出精度を向上させることが可能となる。また、ホルダと回転軸の平面部が係合するため、センサ磁石の回転軸まわりの回動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るホルダの平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体と回転軸の組付部の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るホルダと回転軸の寸法を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体と回転軸を圧入固定する場合の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るホルダの一部をかしめた状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体と回転軸を接着固定する場合の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置について好適な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置１００のブロック構成図である。
図１において、電動パワーステアリング装置１００は、運転者が操作するハンドル１と、ハンドル１に対してトルクを出力することで操舵を補助する電動モータ２と、電動モータ２の回転速度を減速させる減速装置３と、電動モータ２の駆動を制御する制御装置４と、電動モータ２を駆動する電流を供給するバッテリ５と、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ６と、バッテリ５と制御装置４とを電気的に接続するパワーコネクタ７と、車両側から車両の走行速度信号などの車両側信号が入力される車両側信号用コネクタ８と、トルクセンサ６と制御装置４を電気的に接続するトルクセンサ用コネクタ９を備えている。
【００１３】
まず、電動モータ２の構成について説明する。
電動モータ２は３相ブラシレスモータであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる電機子巻線１０を有する固定子１１と、固定子１１と径方向に対向する位置に後述する回転子２４（図２参照）を備えている。固定子１１の電機子巻線１０は、Ｙ結線、もしくはΔ結線のいずれでも良いが、ここではＹ結線で示している。
【００１４】
次に、制御装置４の構成について説明する。
制御装置４は、ハンドル１に出力する補助トルクの大きさおよび方向に応じてモータ電流を切り替えるＦＥＴなどの半導体スイッチング素子１２ａと、バッテリ５から半導体スイッチング素子１２ａに供給するバッテリ電流を通電、遮断するスイッチ手段である電源リレーを構成するＦＥＴなどの半導体スイッチング素子１２ｂと、モータ電流を検出するためのシャント抵抗器１３と、電動モータ２に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ１４と、シャント抵抗器１３、および上記半導体スイッチング素子１２ａ、１２ｂを搭載した後述のパワー回路３３と、半導体スイッチング素子１２ａのスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出することを防止するコイル１５と、後述する回転子２４の回転角度を検出する回転センサ１６と、回転センサ１６を搭載したセンサ基板１７と、トルクセンサ６からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算すると共に、モータ電流および回転センサ１６で検出された回転子２４の回転角度をフィードバックすることにより、補助トルクに相当する電流を演算するマイクロコンピュータ１８と、マイクロコンピュータ１８からの指令により半導体スイッチング素子１２ａの動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路１９と、マイクロコンピュータ１８、および駆動回路１９を搭載した制御基板２０を備えている。
【００１５】
マイクロコンピュータ１８には、トルクセンサ６から操舵トルク、回転センサ１６から回転子２４の回転角度情報、車両側通信用コネクタ８から走行速度信号がそれぞれ入力される。また、マイクロコンピュータ１８には、シャント抵抗器１３によりモータ電流がフィードバック入力される。これらの情報、信号を基に、パワーステアリングの回転方向指令、および補助トルクに相当する電流制御量がマイクロコンピュータ１８により生成され、それぞれの駆動信号が駆動回路１９に入力される。
駆動回路１９では、回転方向指令、電流制御量が入力されると、駆動信号を生成し、半導体スイッチング素子１２ａに印加する。これにより電動モータ２には、バッテリ５からの電流がパワーコネクタ７、コイル１５および半導体スイッチング素子１２ｂ、１２ａを介して流れ、所要の方向に所要量の補助トルクが出力される。この時、シャント抵抗器１３を通じて検出されたモータ電流がマイクロコンピュータ１８にフィードバックされることにより、マイクロコンピュータ１８から駆動回路１９に送られるモータ電流指令と一致するよう制御される。またモータ電流は、半導体スイッチング素子１２の駆動時のスイッチング動作により発生するリップル成分が、平滑コンデンサ１４で平滑されて制御される。
【００１６】
次に、電動パワーステアリング装置１００の構造について図２に基づいて説明する。図２は、本実施の形態１による電動パワーステアリング装置１００の断面図である。
まず、電動モータ２の構造について説明する。
電動モータ２は、回転軸２１と、回転軸２１を回転可能に支持する軸受２２ａ，２２ｂと、着磁された回転子磁石２３が周方向に複数固定された回転子２４と、この回転子２４の外周面に対向するように設けられた固定子１１と、固定子１１を固定するフレーム２５と、フレーム２５の一端に接続され、軸受２２ａが組み付けられたハウジング２６と、回転軸２１の端部に固定され、電動モータ２のトルクを伝達するカップリング２７と、カップリング２７の固定部とは逆側の回転軸２１の端部に、着磁されたセンサ磁石２８とホルダ２９が一体となったセンサ磁石組立体２００を備えている。
【００１７】
固定子１１は、例えば板厚０．３〜０．５ｍｍの電磁鋼板（図示なし）が電動モータ２の回転軸方向に積層され、抜きかしめや溶接などによる固定で形成される。また固定子１１は、回転子２４の外周に配置される回転子磁石２３の外周に相対した磁極ティース（図示なし）間に装着されたインシュレータ３０と、インシュレータ３０に巻回され、かつ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に接続された電気子巻線１０を備えている。電気子巻線１０の巻線端子は、電動モータ２の回転軸方向と平行に制御装置４の方向〔図では右方向〕へ延びており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力端子に接続されている。また固定子１１の外周部には、固定子１１の組み付け部を有するフレーム２５が配置され、固定子１１とフレーム２５とは、例えば焼き嵌めもしくは圧入により組み付けられ、固定子１１が固定される。
【００１８】
回転子２４は、固定子１１と同様に、例えば０．３〜０．５mmの電磁鋼板（図示なし）などが電動モータ２の回転軸方向に積層され、抜きかしめや溶接による固定で形成される。例えば回転子２４がＳＰＭ（Surface  Permanent  Magnet）構造の場合、回転子２４の外周に永久磁石である回転子磁石２３が接着などにより固定される。回転子磁石２３は、回転子２４に固定される前、もしくは固定された後に着磁される。
【００１９】
フレーム２５は、固定子１１、および軸受２２ｂの組み付け部を備えており、固定子１１は例えば圧入や焼き嵌め、軸受２２ｂは例えば圧入で組み付けられ、それぞれがフレーム２５に固定される。またフレーム２５の端面は、ハウジング２６、および後述するヒートシンク３２との嵌め合い部を備えており、各部品の位置精度を確保するために高精度で加工される。
【００２０】
ハウジング２６は、軸受２２ａの組み付け部を備えており、軸受２２ａは例えば圧入や焼き嵌めなどで組み付けられ、固定される。またハウジング２６は、フレーム２５の端面との嵌め合い部を備えており、その嵌め合い部とフレーム２５の一端が嵌め合わされ、ねじ３１で固定される。また、電動モータ２内の密封性を確保するため、ハウジング２６とフレーム２５の嵌め合い部にはＯリング（図示なし）や接着剤（図示ないし）などのシール材が組み付けられる。
【００２１】
カップリング２７は、回転軸２１の端部に例えば圧入で固定されており、電動パワーステアリング装置１００の伝達機構（図示なし）に駆動力を伝達する。回転軸２１は、両端を軸受２２ａ、２２ｂに嵌め合わされることで回動する。軸受け２２ｂと嵌め合う側の端部には、後述するセンサ磁石組立体２００との嵌め合い部３６ａを有する。センサ磁石組立体２００は、前述したようにホルダ２９とセンサ磁石２８によって構成され、センサ磁石２８は、後述する回転センサ１６と回転軸方向に対向するように組み付けられる。
【００２２】
次に制御装置４の構造について説明する。
電動モータ２の駆動を制御する制御装置４は、電動モータ２の回転軸線上に配置される。制御装置４は、各部品から発生する熱を放熱するヒートシンク３２と、ヒートシンク３２に組み付けられた半導体スイッチング素子１２からなるパワー回路基板３３と、半導体スイッチング素子１２の駆動信号を生成するマイクロコンピュータ１８と駆動回路１９が実装された制御基板２０と、回転子２４の回転角度を検出する回転センサ１６が実装されたセンサ基板１７と、電動モータ２に流れるモータ電流のリップル成分を除去するための平滑コンデンサ１４と、電磁ノイズを除去するためのコイル１５と、回路ケース３４と、各部品を電気的に接続するバスバー３５を備えている。
【００２３】
回転センサ１６は、センサ磁石２８の発生する磁界の向きを検知することで回転子２４の回転角度を検出する。回転センサ１６は、回転軸２１の一端に組み付けられたセンサ磁石２８と、電動モータの回転軸方向に対向するように配置される。また回転センサ１６は、センサ基板１７の上に実装される。センサ基板１７は、ヒートシンク３２の一部にねじ（図示なし）などで固定される。センサ基板１７と制御基板２０は、バスバー３５を介して電気的に接続されている。なおこの回転センサ１６は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、異方性磁気抵抗層素子（Anisotropic  Magneto-resistance、ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（Giant  Magnetoresistance、ＧＭＲ素子）、トンネル磁気抵抗素子（Tunneling  Magnetoresistance、ＴＭＲ素子）などで構成される。また、回転センサ１６は、Single  DieまたはDual  Dieなどで良い。
【００２４】
次に、センサ磁石組立体２００の構造について説明する。図３は本実施の形態１におけるホルダ２９の平面図およびＡ−Ａ断面図、図４は本実施の形態１におけるセンサ磁石組立体２００の平面図およびＡ−Ａ断面図である。図において、ホルダ２９はＳＵＳやアルミなどの非磁性体から成る。図３に示すように、ホルダ２９には回転軸２１との嵌め合い部３６ｂが回転軸方向に形成される。嵌め合い部３６ｂは、少なくとも一つの、回転軸に平行な平面３７ｂとこれに繋がり前記回転軸と同心の曲面３９ｂとで構成される非円形状断面の円筒形状を有している。また上記ホルダ２９の円筒形状の奥部には回転軸に垂直な端面３８ｂを有し、これにはホルダ２９の内外を貫通する穴４０が設けられている。なお、穴４０は端面３８ｂ以外にも設けてもよく、例えば平面３７ｂおよび曲面３９ｂの少なくとも一つの面にホルダ２９の内外を貫通する穴４０を設けることができる。また、ホルダ２９の外周部４１は略円柱形状である。
【００２５】
図４に示すように、センサ磁石２８はホルダ２９の端面３８ｂの側に一体に成形される。センサ磁石２８は、穴４０を介してホルダ２９の内外につながって形成され、ホルダ２９の端面３８ｂ、および平面３７ｂと曲面３９ｂ、および外周部４１の一部はセンサ磁石２８の内部に介在する。図４（ａ）は端面３８ｂに穴４０を設けたホルダ２９、図４（ｂ）は端面３８ｂと平面３７ｂに穴４０を設けたホルダ２９にセンサ磁石２８を一体に成形した場合の例である。
センサ磁石２８の形状は、回転センサと対向する側に、回転軸に垂直な端面３８ｃ、回転軸２１と対向する側に、回転軸に垂直な端面３８ｄを有し、ホルダ２９の内周側はホルダ２９の嵌め合い部３６ｂと同様の形状を成す。ホルダ２９の外周部４１におけるセンサ磁石２８の形状は、円柱や直方体などで良いが、磁場の均一性を確保できることから、図４に示すような略円柱形状が好ましい。
【００２６】
センサ磁石２８がホルダ２９へ一体に成形された後、センサ磁石２８を着磁する。その際、センサ磁石２８の着磁ヨーク（図示なし）に対する位置決めは、ホルダ２９の平面３７ｂおよび曲面３９ｂを用いてなされる。着磁ヨークの位置決め治具（図示なし）とホルダ２９の平面３７ｂを用いて周方向、曲面３９ｂを用いて径方向に位置決めされる。センサ磁石２８は、磁束密度０．４〜０．８[Ｔ]の等方性磁石であり、例えばボンド磁石などが好ましい。その理由は、磁束密度が低いと、センサ磁石２８と回転センサのクリアランスを小さくする必要があり、加工・組立精度が悪い場合、センサ磁石２８と回転センサが干渉する恐れがあるためである。また、磁束密度が高い場合、クリアランスを大きくとる必要があり、製品の大型化につながるためである。
このような事情を考慮して、センサ磁石２８の磁束密度はそれらの中間値０．４〜０．８[Ｔ]に選ばれるのが好ましい。
【００２７】
次に、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の位置決め方法について説明する。図５は、センサ磁石組立体２００に回転軸２１を組み付けた状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図である。
図５に示すように、上述のとおり回転軸２１はホルダ２９との嵌め合い部３６ａを有する。嵌め合い部３６ａは、回転軸に平行な平面３７ａと、回転軸に垂直な端面３８ａ、および回転軸と同心の曲面３９ａから成る。
【００２８】
センサ磁石組立体２００と回転軸２１の相対位置関係は、以下のようになる。
センサ磁石組立体２００のホルダ２９の平面３７ｂ、および回転軸２１の平面３７ａが平行となるように組み付けることで、周方向の位置決めをする。ここで、センサ磁石組立体２００のホルダ２９の平面３７ｂ、および回転軸２１の平面３７ａは、接触、非接触のいずれでもよい。
また、センサ磁石組立体２００のホルダ２９の曲面３９ｂ、および回転軸２１の曲面３９ａを嵌め合わせることで、径方向の位置決めをする。
センサ磁石組立体２００のセンサ磁石２８の端面３８cと回転軸２１の端面３８ａの間にわずかに隙間gを有するように組み付け、軸方向の位置決めをする。
【００２９】
次に、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の固定方法について説明する。図６は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１の寸法関係を示す平面図、図７は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を圧入した状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図、図８は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を圧入後、かしめで固定した状態を示す断面図、図９は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を接着で固定した状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【００３０】
センサ磁石組立体２００と回転軸２１の固定は、圧入や接着などで良い。
圧入の場合、回転軸２１の嵌め合い部３６ａに対して、ホルダ２９の嵌め合い部３６ｂを小さくする必要がある。具体的には、図６においてホルダ２９および回転軸２１の内径をそれぞれＤｈ、Ｄｓ、回転軸中心と平面３７ａ、３７ｂとの距離をそれぞれＬｈ、Ｌｓとすると、圧入するためにはＤｈ＜Ｄｓ、且つＬｈ＜Ｌｓとするが、平面３７ａ、３７ｂを有するため、円形状同士の圧入と比べ、かじりなどの不良が発生しやすい可能性がある。
【００３１】
その場合、Ｄｈ＜Ｄｓ、且つＬｈ＞Ｌｓとして、曲面３９ａ、３９ｂのみの圧入のみで固定することで、圧入かじりの発生を抑えることが可能となる。その場合、図７に示すように、ホルダ２９の平面部３７ｂと回転軸２１の平面部３７ａの間にクリアランスが生じる。クリアランスを小さくする必要がある場合は、図８のように例えばセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を組み付けた後、ホルダ２９の平面３７ｂを径方向に加圧、変形させ、回転軸２１の平面３７ａに当接させてかしめ部４２を設ける。
接着で固定する場合、図９に示すように、Ｄｈ＞Ｄｓ、Ｌｈ＞Ｌｓとすることで、ホルダ２９と回転軸２１の間に生じるクリアランスに接着剤を介在させる。図９はわかりやすくするため、接着剤４３の厚さを極端に大きくしている。
【００３２】
上記のように本実施の形態によれば、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の平面３７ａ、３７ｂを利用して周方向、曲面３９ａ、３９ｂを利用して径方向の位置精度の確保できるため、回転軸２１とセンサ磁石２８の位置決めを精度よく行うことが可能となり、回転センサでの検出精度が向上する。
また、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の固定は、圧入や接着に加え、センサ磁石組立体２００のホルダ２９の平面３７ｂと回転軸２１の平面３７ａ部が係合するため、センサ磁石組立体２００の回転軸まわりの回動を抑制できる。
【００３３】
また、センサ磁石２８がホルダ２９に一体成形されており、ホルダ２９の嵌め合い部３６ｂの形状に沿ってセンサ磁石２８が形成されるため、センサ磁石２８の回転軸周りの回動を抑制することができ、製品の信頼性が向上する。また、接着剤などでの固定が不要となり、製造コスト低減が可能となる。
また、穴４０を介してセンサ磁石２８がホルダ２９の内外に一体となっているため、センサ磁石２８の軸方向、および周方向の固定強度が向上する。
【００３４】
また、センサ磁石２８とホルダ２９の平面部が係合しない場合でも、穴４０の位置を変えることで抜け止め、回転止めが可能となる。センサ磁石２８と回転軸２１の間に隙間を設けることで、漏れ磁束低減による磁石使用量を削減することが可能となり、製造コストが低減できる。また隙間を設けることで、電動モータを構成する各部品の公差がセンサ磁石２８と回転センサ間の隙間に影響しないため、センサ磁石２８と回転センサ間のクリアランスのばらつきを小さくすることができる。
【００３５】
また、ホルダ２９は非磁性体から成るため、センサ磁石２８を一体成形した後の着磁において漏れ磁束が少なくなり、低アンペアターンでフル着磁が可能となり、着磁コイルの温度上昇が少なく、生産時間が短縮でき、コスト低減が可能となる。また、センサ磁石２８には残留磁束密度０．４〜０．８[T]の等方性磁石を用いることで、取り付け位置や検出感度の異なる複数の回転センサ１６を取り付けられる基板に応じて、センサ磁石の形状を変えずに残留磁束密度を変化させることで検出位置での磁束密度を変えることができる。また、センサ磁石２８は、平面の両端を有する円柱形状であるため、磁場の均一性を確保することができる。
【００３６】
また、本実施の形態で構成された回転角度の検出精度の高い電動モータを搭載することにより、適切なアシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置１００が得られる。また、ホルダ２８とセンサ磁石の2部品のみで構成されるため、構造簡単で軽量、接着レスで抜け止め回転止めでき正確な角度検出可能、一体成型磁石なので安価、かつ燃費向上、安全性重視の電動パワーステアリング装置が得られる。
【００３７】
実施の形態２．
電動モータおよび電動パワーステアリング装置の構成および構造は、センサ磁石組立体２００以外は実施の形態１と同様である。
本実施の形態におけるセンサ磁石組立２００について説明する。図１０および図１１は、本実施の形態２におけるセンサ磁石組立体２００の平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
本実施の形態は、ホルダ２９の外周部４１に、少なくとも一つの回転軸に平行な平面３９ｄを有するようにしたものである。それ以外は、実施の形態１と同じである。
【００３８】
上記のように本実施の形態によれば、ホルダ２９の外周部４１に平面部３９ｄが形成されるため、センサ磁石２８の回転軸まわりの回動を、より強固に抑制することが可能となる。また、図１０のように２つの平面を設けることで、製品の把持が容易となり、搬送性が向上する。
また、図１１のように、外周部４１の平面３９ｄと回転軸２１との嵌め合い部３６ｂの平面３７ｂが平行、すなわち、外周部４１と嵌め合い部３６ｂが同様の形状で形成される場合、例えば薄板をプレスで絞り加工することで形成することが可能となり、切削加工に比べコストを低減できる。
【００３９】
実施の形態３．
電動モータおよび電動パワーステアリング装置の構成および構造は、センサ磁石組立体２００以外は実施の形態１と同様である。
本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００について説明する。図１２は本実施の形態３におけるセンサ磁石組立体２００の平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
センサ磁石２８の端面３８ｃの側からホルタ２９の一部が回転軸方向に突出する突部４４を有する以外は、実施の形態１と同様である。
【００４０】
上記のように本実施の形態によれば、センサ磁石２８の端面３８ｃの側からホルダ２９の一部が回転軸方向に突出する突部４４を有するため、例えばセンサ磁石組立体２００を回転軸２１へ圧入で組み付ける際、突出しているホルダ２９を押して組み付けることで、センサ磁石２８を直接加圧することがなくなるため、磁石の割れ・欠けの発生を抑制できる効果がある。
【符号の説明】
【００４１】
１  ハンドル、２  電動モータ、３  減速装置、４  制御装置、
５  バッテリ、６  トルクセンサ、７  パワーコネクタ、
８  車両側信号用コネクタ、９  トルクセンサ用コネクタ、
１０  電気子巻線、１１  固定子、
１２、１２ａ、１２ｂ  半導体スイッチング素子、
１３  シャント抵抗器、１４  平滑コンデンサ、１５  コイル、
１６  回転センサ、１７  センサ基板、１８  マイクロコンピュータ、
１９  駆動回路、２０  制御基板、２１  回転軸、２２ａ，２２ｂ  軸受、
２３  回転子磁石、２４  回転子、２５  フレーム、２６  ハウジング、
２７  カップリング、２８  センサ磁石、２９  ホルダ、
３０  インシュレータ、３１  ねじ、３２  ヒートシンク、
３３  パワー回路、３４  回路ケース、３５  バスバー、
３６ａ  回転軸の嵌め合い部、３６ｂ  ホルダの嵌め合い部、
３７ａ、３７ｂ  平面、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ  端面、
３９ａ、３９ｂ  曲面、３９ｄ  平面、４０  穴、４１  外周部、
４２  かしめ部、４３  接着剤、４４  突部、
１００  電動パワーステアリング装置、２００  センサ磁石組立体。
【図１】
2015140961.tif 000003
【図２】
2015140961.tif 000004
【図３】
2015140961.tif 000005
【図４】
2015140961.tif 000006
【図５】
2015140961.tif 000007
【図６】
2015140961.tif 000008
【図７】
2015140961.tif 000009
【図８】
2015140961.tif 000010
【図９】
2015140961.tif 000011
【図１０】
2015140961.tif 000012
【図１１】
2015140961.tif 000013
【図１２】
2015140961.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月22日(2016.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に組み付けられる円筒形状のホルダと、前記ホルダに組み付けられるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記ホルダが組み付けられる回転軸の一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの内周部および外周部の少なくとも一方には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成し、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記センサ磁石は、前記ホルダの一端に一体成形により固定支持されることを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
前記ホルダの前記センサ磁石を一体成形する部分には、少なくとも１つの穴を設けていることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の電動モータ。
【請求項４】
前記センサ磁石と前記回転軸は、前記ホルダを介して回転軸方向に隙間があることを特徴する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項５】
前記ホルダは、非磁性体からなることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項６】
前記センサ磁石は、平面の両端を有する略円柱形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項７】
前記センサ磁石は、残留磁束密度が０．４〜０．８[Ｔ]の等方性磁石であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項８】
前記ホルダの外周部の平面と、回転軸との嵌め合い部の平面が互いに平行であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項９】
前記ホルダは、その一部が前記センサ磁石の回転センサと対向する側の端面から回転軸方向に突出する突部を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載した電動モータを用いた電動パワーステアリング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用の電動モータおよびこれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動モータでは、センサ磁石と、回転軸の端部の少なくとも一部を覆うように前記端部に固定されるカバー部材を備え、カバー部材は回転軸端部の端面の外側に位置するホルダを有し、前記ホルダに回転軸の回転軸方向に延びる非円形断面の空間部を設け、センサ磁石の外郭形状は空間部の断面形状に応じて形成した非円形状で、空間部にセンサ磁石をはめ込むことで、センサ磁石の回転軸まわりの回動を規制している（例えば特許文献１）。
【０００３】
また、回転軸の端部が少なくとも１つの平面部を有する非円形形状を成し、センサ磁石には回転軸端部と同様の非円形形状を成す取り付け孔を有し、センサ磁石を回転軸にすきま嵌めで組み付け、センサ磁石を回転軸に対して傾斜させて一部を当接させることで、組み付け部のがたつきを抑制したものがある（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０‐９３８６９号公報
【特許文献２】特許第４２３０９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１のように、カバー部材と回転軸の組み付け部が円形状の場合、電動モータの回転方向の位置決め部がないため、センサ磁石と回転子磁石の角度誤差により、モータの回転角度検出の精度が悪化する。このような電動モータを用いた電動パワーステアリング装置の場合、適切なアシストトルクを発生せず、操舵フィーリングが悪化するという問題がある。また、センサ磁石とホルダの溝は非円形状であるため、センサ磁石の回転軸まわりの回動を規制できるが、前記ホルダと回転軸の嵌め合い部は円形状であるため、回転軸まわりの回動を規制できず、ホルダが回転方向に滑ることでセンサ磁石と回転子磁石の角度にずれが生じ、上記と同様の問題が発生する。また、ホルダが回転軸の端面に当接して固定されているため、モータ部品の集積公差により、センサ磁石と、これと近接して対向配置されている回転センサとの間のクリアランスのばらつきが大きくなり、検出精度が不安定となる。また、ばらつきを低減させるためには、部品間の公差を小さくする必要があり、製造コスト増につながる。
【０００６】
車両用電動パワーステアリング装置の電動モータには、車両燃費向上のために軽量であることや、電動モータの回転角度を正しく検出してステアリングを適正な操舵トルクでアシストすることが要求される。電動モータの部品点数が増加すると車両燃費が悪化するほか、電動モータの回転角度が正しく検出できないと操舵が困難になるという問題点がある。また、言うまでもないが数十万台〜数百万台の車両に搭載されるため、材料や加工方法や組立が簡易で、かつ材料費や加工費や組立費が安価であることが求められる。上記特許文献１では、磁石を覆うカバーであるホルダが多角形の孔と円形の孔が空いた複雑な形状の真鍮製であること、センサ磁石は高価な希土類材料が高密度（すなわち一般的な樹脂成形磁石と比べて高価で重い。）に焼結されていること、ホルダとセンサ磁石とを接着剤を用いずに固定する場合には弾性部材など他部材が必要なことなどから、軽量化やコスト低減に不利である。
【０００７】
また、上記特許文献２のように、センサ磁石に設けられた孔と回転軸を直接組み付ける場合、センサ磁石の位置精度が磁石の成形精度に依存することになる。成形の精度は機械加工と比べて低いため、センサ磁石と回転子磁石の位置精度も悪くなり、モータの回転角度検出の精度が悪化し、やはり操舵フィーリングが悪化する。また、センサ磁石を傾斜させて回転軸に組み付けるため、センサ磁石と回転角度検出器とのクリアランスが回転位置によって異なる結果となって、磁束のムラが発生し、また、回転角度検出の精度が回転位置により異なることで、やはり操舵フィーリングの悪化につながる。更に、センサ磁石と回転軸の非円形状部を嵌め合わせることで、回転軸まわりの回動を規制しているが、成形体である磁石が外力を受けた場合、割れや欠けなどが発生する可能性があり、製品の品質を著しく損なうという問題がある。また、ホルダが回転軸の端面に当接して固定されているため、モータ部品の集積公差により、回転センサとセンサ磁石間のクリアランスのばらつきが大きくなり、検出精度が不安定となる。また、ばらつきを低減させるためには、部品間の公差を小さくする必要があり、製造コスト増につながる。また、ホルダとは別部材のワッシャが必要なことから、軽量化やコスト低減に不利である。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電動モータの回転角度検出の精度を向上し、さらにセンサ磁石をホルダや回転軸に簡易な構造で且つ高強度に組み付けることで、操舵性が良く、且つ信頼性の高い電動モータおよび電動パワーステアリング装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置は、回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に組み付けられる円筒形状のホルダと、前記ホルダに組み付けられるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記ホルダが組み付けられる回転軸の一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの内周部および外周部の少なくとも一方には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成し、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、上記のような構成としたため、センサ磁石と回転軸の位置決め精度を確保でき、電動モータの回転角度の検出精度を向上させることが可能となる。また、ホルダと回転軸の平面部が係合するため、センサ磁石の回転軸まわりの回動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置のブロック構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電動パワーステアリング装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るホルダの平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体と回転軸の組付部の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るホルダと回転軸の寸法を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体と回転軸を圧入固定する場合の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るホルダの一部をかしめた状態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係るセンサ磁石組立体と回転軸を接着固定する場合の平面図およびＡ―Ａ断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係るセンサ磁石組立体の平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置について好適な実施の形態を説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置１００のブロック構成図である。
図１において、電動パワーステアリング装置１００は、運転者が操作するハンドル１と、ハンドル１に対してトルクを出力することで操舵を補助する電動モータ２と、電動モータ２の回転速度を減速させる減速装置３と、電動モータ２の駆動を制御する制御装置４と、電動モータ２を駆動する電流を供給するバッテリ５と、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ６と、バッテリ５と制御装置４とを電気的に接続するパワーコネクタ７と、車両側から車両の走行速度信号などの車両側信号が入力される車両側信号用コネクタ８と、トルクセンサ６と制御装置４を電気的に接続するトルクセンサ用コネクタ９を備えている。
【００１３】
まず、電動モータ２の構成について説明する。
電動モータ２は３相ブラシレスモータであり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる電機子巻線１０を有する固定子１１と、固定子１１と径方向に対向する位置に後述する回転子２４（図２参照）を備えている。固定子１１の電機子巻線１０は、Ｙ結線、もしくはΔ結線のいずれでも良いが、ここではＹ結線で示している。
【００１４】
次に、制御装置４の構成について説明する。
制御装置４は、ハンドル１に出力する補助トルクの大きさおよび方向に応じてモータ電流を切り替えるＦＥＴなどの半導体スイッチング素子１２ａと、バッテリ５から半導体スイッチング素子１２ａに供給するバッテリ電流を通電、遮断するスイッチ手段である電源リレーを構成するＦＥＴなどの半導体スイッチング素子１２ｂと、モータ電流を検出するためのシャント抵抗器１３と、電動モータ２に流れるモータ電流のリップル成分を吸収するための平滑コンデンサ１４と、シャント抵抗器１３、および上記半導体スイッチング素子１２ａ、１２ｂを搭載した後述のパワー回路基板３３と、半導体スイッチング素子１２ａのスイッチング動作時に発生する電磁ノイズが外部へ流出することを防止するコイル１５と、後述する回転子２４の回転角度を検出する回転センサ１６と、回転センサ１６を搭載したセンサ基板１７と、トルクセンサ６からの操舵トルク信号に基づいて補助トルクを演算すると共に、モータ電流および回転センサ１６で検出された回転子２４の回転角度をフィードバックすることにより、補助トルクに相当する電流を演算するマイクロコンピュータ１８と、マイクロコンピュータ１８からの指令により半導体スイッチング素子１２ａの動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路１９と、マイクロコンピュータ１８、および駆動回路１９を搭載した制御基板２０を備えている。
【００１５】
マイクロコンピュータ１８には、トルクセンサ６から操舵トルク、回転センサ１６から回転子２４の回転角度情報、車両側信号コネクタ８から走行速度信号がそれぞれ入力される。また、マイクロコンピュータ１８には、シャント抵抗器１３によりモータ電流がフィードバック入力される。これらの情報、信号を基に、パワーステアリングの回転方向指令、および補助トルクに相当する電流制御量がマイクロコンピュータ１８により生成され、それぞれの駆動信号が駆動回路１９に入力される。
駆動回路１９では、回転方向指令、電流制御量が入力されると、駆動信号を生成し、半導体スイッチング素子１２ａに印加する。これにより電動モータ２には、バッテリ５からの電流がパワーコネクタ７、コイル１５および半導体スイッチング素子１２ｂ、１２ａを介して流れ、所要の方向に所要量の補助トルクが出力される。この時、シャント抵抗器１３を通じて検出されたモータ電流がマイクロコンピュータ１８にフィードバックされることにより、マイクロコンピュータ１８から駆動回路１９に送られるモータ電流指令と一致するよう制御される。またモータ電流は、半導体スイッチング素子１２の駆動時のスイッチング動作により発生するリップル成分が、平滑コンデンサ１４で平滑されて制御される。
【００１６】
次に、電動パワーステアリング装置１００の構造について図２に基づいて説明する。図２は、本実施の形態１による電動パワーステアリング装置１００の断面図である。
まず、電動モータ２の構造について説明する。
電動モータ２は、回転軸２１と、回転軸２１を回転可能に支持する軸受２２ａ，２２ｂと、着磁された回転子磁石２３が周方向に複数固定された回転子２４と、この回転子２４の外周面に対向するように設けられた固定子１１と、固定子１１を固定するフレーム２５と、フレーム２５の一端に接続され、軸受２２ａが組み付けられたハウジング２６と、回転軸２１の端部に固定され、電動モータ２のトルクを伝達するカップリング２７と、カップリング２７の固定部とは逆側の回転軸２１の端部に、着磁されたセンサ磁石２８とホルダ２９が一体となったセンサ磁石組立体２００を備えている。
【００１７】
固定子１１は、例えば板厚０．３〜０．５ｍｍの電磁鋼板（図示なし）が電動モータ２の回転軸方向に積層され、抜きかしめや溶接などによる固定で形成される。また固定子１１は、回転子２４の外周に配置される回転子磁石２３の外周に相対した磁極ティース（図示なし）間に装着されたインシュレータ３０と、インシュレータ３０に巻回され、かつ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に接続された電機子巻線１０を備えている。電気子巻線１０の巻線端子は、電動モータ２の回転軸方向と平行に制御装置４の方向〔図では右方向〕へ延びており、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の出力端子に接続されている。また固定子１１の外周部には、固定子１１の組み付け部を有するフレーム２５が配置され、固定子１１とフレーム２５とは、例えば焼き嵌めもしくは圧入により組み付けられ、固定子１１が固定される。
【００１８】
回転子２４は、固定子１１と同様に、例えば０．３〜０．５mmの電磁鋼板（図示なし）などが電動モータ２の回転軸方向に積層され、抜きかしめや溶接による固定で形成される。例えば回転子２４がＳＰＭ（Surface  Permanent  Magnet）構造の場合、回転子２４の外周に永久磁石である回転子磁石２３が接着などにより固定される。回転子磁石２３は、回転子２４に固定される前、もしくは固定された後に着磁される。
【００１９】
フレーム２５は、固定子１１、および軸受２２ｂの組み付け部を備えており、固定子１１は例えば圧入や焼き嵌め、軸受２２ｂは例えば圧入で組み付けられ、それぞれがフレーム２５に固定される。またフレーム２５の端面は、ハウジング２６、および後述するヒートシンク３２との嵌め合い部を備えており、各部品の位置精度を確保するために高精度で加工される。
【００２０】
ハウジング２６は、軸受２２ａの組み付け部を備えており、軸受２２ａは例えば圧入や焼き嵌めなどで組み付けられ、固定される。またハウジング２６は、フレーム２５の端面との嵌め合い部を備えており、その嵌め合い部とフレーム２５の一端が嵌め合わされ、ねじ３１で固定される。また、電動モータ２内の密封性を確保するため、ハウジング２６とフレーム２５の嵌め合い部にはＯリング（図示なし）や接着剤（図示ないし）などのシール材が組み付けられる。
【００２１】
カップリング２７は、回転軸２１の端部に例えば圧入で固定されており、電動パワーステアリング装置１００の伝達機構（図示なし）に駆動力を伝達する。回転軸２１は、両端を軸受２２ａ、２２ｂに嵌め合わされることで回動する。軸受け２２ｂと嵌め合う側の端部には、後述するセンサ磁石組立体２００との嵌め合い部３６ａを有する。センサ磁石組立体２００は、前述したようにホルダ２９とセンサ磁石２８によって構成され、センサ磁石２８は、後述する回転センサ１６と回転軸方向に対向するように組み付けられる。
【００２２】
次に制御装置４の構造について説明する。
電動モータ２の駆動を制御する制御装置４は、電動モータ２の回転軸線上に配置される。制御装置４は、各部品から発生する熱を放熱するヒートシンク３２と、ヒートシンク３２に組み付けられた半導体スイッチング素子１２からなるパワー回路基板３３と、半導体スイッチング素子１２の駆動信号を生成するマイクロコンピュータ１８と駆動回路１９が実装された制御基板２０と、回転子２４の回転角度を検出する回転センサ１６が実装されたセンサ基板１７と、電動モータ２に流れるモータ電流のリップル成分を除去するための平滑コンデンサ１４と、電磁ノイズを除去するためのコイル１５と、回路ケース３４と、各部品を電気的に接続するバスバー３５を備えている。
【００２３】
回転センサ１６は、センサ磁石２８の発生する磁界の向きを検知することで回転子２４の回転角度を検出する。回転センサ１６は、回転軸２１の一端に組み付けられたセンサ磁石２８と、電動モータ２の回転軸方向に対向するように配置される。また回転センサ１６は、センサ基板１７の上に実装される。センサ基板１７は、ヒートシンク３２の一部にねじ（図示なし）などで固定される。センサ基板１７と制御基板２０は、バスバー３５を介して電気的に接続されている。なおこの回転センサ１６は、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、異方性磁気抵抗層素子（Anisotropic  Magneto-resistance、ＡＭＲ素子）、巨大磁気抵抗効果素子（Giant  Magnetoresistance、ＧＭＲ素子）、トンネル磁気抵抗素子（Tunneling  Magnetoresistance、ＴＭＲ素子）などで構成される。また、回転センサ１６は、Single  DieまたはDual  Dieなどで良い。
【００２４】
次に、センサ磁石組立体２００の構造について説明する。図３は本実施の形態１におけるホルダ２９の平面図およびＡ−Ａ断面図、図４は本実施の形態１におけるセンサ磁石組立体２００の平面図およびＡ−Ａ断面図である。図において、ホルダ２９はＳＵＳやアルミなどの非磁性体から成る。図３に示すように、ホルダ２９には回転軸２１との嵌め合い部３６ｂが回転軸方向に形成される。嵌め合い部３６ｂは、少なくとも一つの、回転軸に平行な平面３７ｂとこれに繋がり前記回転軸と同心の曲面３９ｂとで構成される非円形状断面の円筒形状を有している。また上記ホルダ２９の円筒形状の奥部には回転軸に垂直な端面３８ｂを有し、これにはホルダ２９の内外を貫通する穴４０が設けられている。なお、穴４０は端面３８ｂ以外にも設けてもよく、例えば平面３７ｂおよび曲面３９ｂの少なくとも一つの面にホルダ２９の内外を貫通する穴４０を設けることができる。また、ホルダ２９の外周部４１は略円柱形状である。
【００２５】
図４に示すように、センサ磁石２８はホルダ２９の端面３８ｂの側に一体に成形される。センサ磁石２８は、穴４０を介してホルダ２９の内外につながって形成され、ホルダ２９の端面３８ｂ、および平面３７ｂと曲面３９ｂ、および外周部４１の一部はセンサ磁石２８の内部に介在する。図４（ａ）は端面３８ｂに穴４０を設けたホルダ２９、図４（ｂ）は端面３８ｂと平面３７ｂに穴４０を設けたホルダ２９にセンサ磁石２８を一体に成形した場合の例である。
センサ磁石２８の形状は、回転センサ１６と対向する側に、回転軸に垂直な端面３８ｃ、回転軸２１と対向する側に、回転軸に垂直な端面３８ｄを有し、ホルダ２９の内周側はホルダ２９の嵌め合い部３６ｂと同様の形状を成す。ホルダ２９の外周部４１におけるセンサ磁石２８の形状は、円柱や直方体などで良いが、磁場の均一性を確保できることから、図４に示すような略円柱形状が好ましい。
【００２６】
センサ磁石２８がホルダ２９へ一体に成形された後、センサ磁石２８を着磁する。その際、センサ磁石２８の着磁ヨーク（図示なし）に対する位置決めは、ホルダ２９の平面３７ｂおよび曲面３９ｂを用いてなされる。着磁ヨークの位置決め治具（図示なし）とホルダ２９の平面３７ｂを用いて周方向、曲面３９ｂを用いて径方向に位置決めされる。センサ磁石２８は、磁束密度０．４〜０．８[Ｔ]の等方性磁石であり、例えばボンド磁石などが好ましい。その理由は、磁束密度が低いと、センサ磁石２８と回転センサ１６のクリアランスを小さくする必要があり、加工・組立精度が悪い場合、センサ磁石２８と回転センサ１６が干渉する恐れがあるためである。また、磁束密度が高い場合、クリアランスを大きくとる必要があり、製品の大型化につながるためである。
このような事情を考慮して、センサ磁石２８の磁束密度はそれらの中間値０．４〜０．８[Ｔ]に選ばれるのが好ましい。
【００２７】
次に、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の位置決め方法について説明する。図５は、センサ磁石組立体２００に回転軸２１を組み付けた状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図である。
図５に示すように、上述のとおり回転軸２１はホルダ２９との嵌め合い部３６ａを有する。嵌め合い部３６ａは、回転軸に平行な平面３７ａと、回転軸に垂直な端面３８ａ、および回転軸と同心の曲面３９ａから成る。
【００２８】
センサ磁石組立体２００と回転軸２１の相対位置関係は、以下のようになる。
センサ磁石組立体２００のホルダ２９の平面３７ｂ、および回転軸２１の平面３７ａが平行となるように組み付けることで、周方向の位置決めをする。ここで、センサ磁石組立体２００のホルダ２９の平面３７ｂ、および回転軸２１の平面３７ａは、接触、非接触のいずれでもよい。
また、センサ磁石組立体２００のホルダ２９の曲面３９ｂ、および回転軸２１の曲面３９ａを嵌め合わせることで、径方向の位置決めをする。
センサ磁石組立体２００のセンサ磁石２８の端面３８cと回転軸２１の端面３８ａの間にわずかに隙間gを有するように組み付け、軸方向の位置決めをする。
【００２９】
次に、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の固定方法について説明する。図６は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１の寸法関係を示す平面図、図７は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を圧入した状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図、図８は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を圧入後、かしめで固定した状態を示す断面図、図９は本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を接着で固定した状態を示す平面図およびＡ−Ａ断面図である。
【００３０】
センサ磁石組立体２００と回転軸２１の固定は、圧入や接着などで良い。
圧入の場合、回転軸２１の嵌め合い部３６ａに対して、ホルダ２９の嵌め合い部３６ｂを小さくする必要がある。具体的には、図６においてホルダ２９および回転軸２１の内径をそれぞれＤｈ、Ｄｓ、回転軸中心と平面３７ａ、３７ｂとの距離をそれぞれＬｈ、Ｌｓとすると、圧入するためにはＤｈ＜Ｄｓ、且つＬｈ＜Ｌｓとするが、平面３７ａ、３７ｂを有するため、円形状同士の圧入と比べ、かじりなどの不良が発生しやすい可能性がある。
【００３１】
その場合、Ｄｈ＜Ｄｓ、且つＬｈ＞Ｌｓとして、曲面３９ａ、３９ｂのみの圧入のみで固定することで、圧入かじりの発生を抑えることが可能となる。その場合、図７に示すように、ホルダ２９の平面部３７ｂと回転軸２１の平面部３７ａの間にクリアランスが生じる。クリアランスを小さくする必要がある場合は、図８のように例えばセンサ磁石組立体２００と回転軸２１を組み付けた後、ホルダ２９の平面３７ｂを径方向に加圧、変形させ、回転軸２１の平面３７ａに当接させてかしめ部４２を設ける。
接着で固定する場合、図９に示すように、Ｄｈ＞Ｄｓ、Ｌｈ＞Ｌｓとすることで、ホルダ２９と回転軸２１の間に生じるクリアランスに接着剤を介在させる。図９はわかりやすくするため、接着剤４３の厚さを極端に大きくしている。
【００３２】
上記のように本実施の形態によれば、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の平面３７ａ、３７ｂを利用して周方向、曲面３９ａ、３９ｂを利用して径方向の位置精度の確保できるため、回転軸２１とセンサ磁石２８の位置決めを精度よく行うことが可能となり、回転センサ１６での検出精度が向上する。
また、センサ磁石組立体２００と回転軸２１の固定は、圧入や接着に加え、センサ磁石組立体２００のホルダ２９の平面３７ｂと回転軸２１の平面３７ａ部が係合するため、センサ磁石組立体２００の回転軸まわりの回動を抑制できる。
【００３３】
また、センサ磁石２８がホルダ２９に一体成形されており、ホルダ２９の嵌め合い部３６ｂの形状に沿ってセンサ磁石２８が形成されるため、センサ磁石２８の回転軸周りの回動を抑制することができ、製品の信頼性が向上する。また、接着剤などでの固定が不要となり、製造コスト低減が可能となる。
また、穴４０を介してセンサ磁石２８がホルダ２９の内外に一体となっているため、センサ磁石２８の軸方向、および周方向の固定強度が向上する。
【００３４】
また、センサ磁石２８とホルダ２９の平面部が係合しない場合でも、穴４０の位置を変えることで抜け止め、回転止めが可能となる。センサ磁石２８と回転軸２１の間に隙間を設けることで、漏れ磁束低減による磁石使用量を削減することが可能となり、製造コストが低減できる。また隙間を設けることで、電動モータを構成する各部品の公差がセンサ磁石２８と回転センサ１６間の隙間に影響しないため、センサ磁石２８と回転センサ間のクリアランスのばらつきを小さくすることができる。
【００３５】
また、ホルダ２９は非磁性体から成るため、センサ磁石２８を一体成形した後の着磁において漏れ磁束が少なくなり、低アンペアターンでフル着磁が可能となり、着磁コイルの温度上昇が少なく、生産時間が短縮でき、コスト低減が可能となる。また、センサ磁石２８には残留磁束密度０．４〜０．８[T]の等方性磁石を用いることで、取り付け位置や検出感度の異なる複数の回転センサ１６を取り付けられる基板に応じて、センサ磁石２８の形状を変えずに残留磁束密度を変化させることで検出位置での磁束密度を変えることができる。また、センサ磁石２８は、平面の両端を有する円柱形状であるため、磁場の均一性を確保することができる。
【００３６】
また、本実施の形態で構成された回転角度の検出精度の高い電動モータを搭載することにより、適切なアシストトルクを発生する電動パワーステアリング装置１００が得られる。また、ホルダ２９とセンサ磁石２８の2部品のみで構成されるため、構造簡単で軽量、接着レスで抜け止め回転止めでき正確な角度検出可能、一体成型磁石なので安価、かつ燃費向上、安全性重視の電動パワーステアリング装置が得られる。
【００３７】
実施の形態２．
電動モータおよび電動パワーステアリング装置の構成および構造は、センサ磁石組立体２００以外は実施の形態１と同様である。
本実施の形態におけるセンサ磁石組立２００について説明する。図１０および図１１は、本実施の形態２におけるセンサ磁石組立体２００の平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
本実施の形態は、ホルダ２９の外周部４１に、少なくとも一つの回転軸に平行な平面３９ｄを有するようにしたものである。それ以外は、実施の形態１と同じである。
【００３８】
上記のように本実施の形態によれば、ホルダ２９の外周部４１に平面部３９ｄが形成されるため、センサ磁石２８の回転軸まわりの回動を、より強固に抑制することが可能となる。また、図１０のように２つの平面を設けることで、製品の把持が容易となり、搬送性が向上する。
また、図１１のように、ホルダ２９の外周部４１の平面３９ｄと回転軸２１との嵌め合い部３６ｂの平面３７ｂが平行、すなわち、外周部４１と嵌め合い部３６ｂが同様の形状で形成される場合、例えば薄板をプレスで絞り加工することで形成することが可能となり、切削加工に比べコストを低減できる。
【００３９】
実施の形態３．
電動モータおよび電動パワーステアリング装置の構成および構造は、センサ磁石組立体２００以外は実施の形態１と同様である。
本実施の形態におけるセンサ磁石組立体２００について説明する。図１２は本実施の形態３におけるセンサ磁石組立体２００の平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。
センサ磁石２８の端面３８ｃの側からホルタ２９の一部が回転軸方向に突出する突部４４を有する以外は、実施の形態１と同様である。
【００４０】
上記のように本実施の形態によれば、センサ磁石２８の端面３８ｃの側からホルダ２９の一部が回転軸方向に突出する突部４４を有するため、例えばセンサ磁石組立体２００を回転軸２１へ圧入で組み付ける際、突出しているホルダ２９を押して組み付けることで、センサ磁石２８を直接加圧することがなくなるため、磁石の割れ・欠けの発生を抑制できる効果がある。
【符号の説明】
【００４１】
１  ハンドル、２  電動モータ、３  減速装置、４  制御装置、
５  バッテリ、６  トルクセンサ、７  パワーコネクタ、
８  車両側信号用コネクタ、９  トルクセンサ用コネクタ、
１０  電気子巻線、１１  固定子、
１２、１２ａ、１２ｂ  半導体スイッチング素子、
１３  シャント抵抗器、１４  平滑コンデンサ、１５  コイル、
１６  回転センサ、１７  センサ基板、１８  マイクロコンピュータ、
１９  駆動回路、２０  制御基板、２１  回転軸、２２ａ，２２ｂ  軸受、
２３  回転子磁石、２４  回転子、２５  フレーム、２６  ハウジング、
２７  カップリング、２８  センサ磁石、２９  ホルダ、
３０  インシュレータ、３１  ねじ、３２  ヒートシンク、
３３  パワー回路基板、３４  回路ケース、３５  バスバー、
３６ａ  回転軸の嵌め合い部、３６ｂ  ホルダの嵌め合い部、
３７ａ、３７ｂ  平面、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ  端面、
３９ａ、３９ｂ  曲面、３９ｄ  平面、４０  穴、４１  外周部、
４２  かしめ部、４３  接着剤、４４  突部、
１００  電動パワーステアリング装置、２００  センサ磁石組立体。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月28日(2016.12.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に嵌め合わされる円筒形状のホルダと、前記ホルダの少なくとも円筒状奥部端面に形成された穴を介してホルダ内外につながって一体成形されるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記回転軸の前記ホルダが嵌め合わされる一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの前記回転軸が嵌め合わされる内周部には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成しており、前記回転軸と前記ホルダとは、嵌め合い時にそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記センサ磁石と前記回転軸は、前記ホルダを介して回転軸方向に隙間があることを特徴する請求項１に記載の電動モータ。
【請求項３】
前記ホルダは、非磁性体からなることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の電動モータ。
【請求項４】
前記センサ磁石は、平面の両端を有する略円柱形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項５】
前記センサ磁石は、残留磁束密度が０．４〜０．８[Ｔ]の等方性磁石であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項６】
前記ホルダの外周部の平面と、回転軸との嵌め合い部の平面が互いにクリアランスを介して平行であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項７】
前記ホルダは、その一部が前記センサ磁石の回転センサと対向する側の端面から回転軸方向に突出する突部を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電動モータ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載した電動モータを用いた電動パワーステアリング装置。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る電動モータおよび電動パワーステアリング装置は、回転軸と、前記回転軸に組み付けられる回転子と、前記回転子の外周面に対向するように組み付けられる固定子と、前記回転軸の一端に嵌め合わされる円筒形状のホルダと、前記ホルダの少なくとも円筒状奥部端面に形成された穴を介してホルダ内外につながって一体成形されるセンサ磁石と、前記センサ磁石と回転軸方向に対向する位置に組み付けられ、前記センサ磁石の回転磁界を検出する回転センサを備え、前記回転軸の前記ホルダが嵌め合わされる一端部は、外周部に少なくとも一つの平面と曲面とで構成される非円形状断面の円筒形状を有しており、前記ホルダの前記回転軸が嵌め合わされる内周部には、前記回転軸に平行な平面とこれに繋がる曲面とで構成される非円形状断面を形成しており、前記回転軸と前記ホルダとは、嵌め合い時にそれぞれの平面が互いに平行となり、前記回転軸と前記ホルダのそれぞれの曲面が互いに当接するように構成したことを特徴とするものである。
【国際調査報告】
2015140961.tif 000015
2015140961.tif 000016
2015140961.tif 000017
2015140961.tif 000018