(57)【要約】【課題】モータ性能やステアリングフィールを損なうことなく、ＥＰＳ用モータの軸方向長を短縮させる。【解決手段】ラック軸の周囲に同軸的に配設されるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置用モータにて、ステータコア１３が収容されるハウジング１２と、レゾルバ３３が収容されるハウジング３１は、印籠嵌合部１６にて結合される。印籠嵌合部１６は、ステータコア１３の軸方向端部に隣接して設けられ、巻線１４の軸方向延在部位１４ａの径方向外側に配置される。印籠嵌合部１６は、ハウジング１２の端部に形成された嵌合部５１と、ハウジング３１の端部に形成された嵌合部５４からなる。巻線１４の軸方向延在部位１４ａは、嵌合部５４の内周側に収容される。嵌合部５４の端面５７は、ステータコア１３の端部と対向し、ステータコア１３を軸方向に抜け止めする。【選択図】図１
2008162560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操向車輪に連結されたラック軸の周囲に同軸的に配設され、前記ラック軸に対し操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置用のモータであって、
前記モータは、巻線が巻装されるステータコアと、前記ステータコアを収容する第１ハウジングと、前記ステータコアの内側に回転自在に配置され内部に前記ラック軸が挿通されるロータと、前記ロータの回転位置を検出する位置センサと、前記位置センサを収容し前記第１ハウジングの軸方向端部に取り付けられる第２ハウジングとを有し、
前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは、前記第１及び第２ハウジングの周方向の相対位置を調整可能な印籠嵌合部にて結合され、
前記印籠嵌合部は、前記ステータコアの軸方向端部に隣接して設けられ、前記巻線のうち前記ステータコアの軸方向外側に巻装配置された軸方向延在部位の径方向外側に配置されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項２】
請求項１記載の電動パワーステアリング装置用モータにおいて、前記印籠嵌合部は、前記第１ハウジングの端部に形成された円形孔状の第１嵌合部と、前記第２ハウジングの端部に形成され前記第１ハウジングと周方向に回転可能に嵌合する円筒状の第２嵌合部とを有し、前記巻線の前記延在部位は前記第２嵌合部の内周側に収容されることを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電動パワーステアリング装置用モータにおいて、前記第２嵌合部の内径は、前記第１ハウジングにおける前記ステータコアの固定部の内径よりも小径に形成されてなることを特徴とする電動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】
本発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されるモータに関し、特に、モータ中央部に車両のラック軸が挿通されるラックアシスト式の電動パワーステアリング装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の操舵力補助のため、近年多くの車両にいわゆるパワーステアリング装置が装備されている。このようなパワーステアリング装置としては、近年、エンジン負荷軽減や重量低減等の観点から、電気式の動力操舵装置（いわゆる電動パワーステアリング装置）を搭載した車両が増大している。この電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略記する）は一般にラック・アンド・ピニオン式の操舵装置に適用され、モータの配置場所によって、大きく３つのタイプに分類される。すなわち、モータ位置が運転者に近い側から、ステアリング軸上にモータを配したコラムアシスト式、ステアリング軸とラック軸の接続部にモータを配したピニオンアシスト式、ラック軸と同軸状にモータを配したラックアシスト式の３種類が知られている。
【０００３】
特許文献１のＥＰＳは、そのうちのラックアシスト式の装置であり、ラック軸に同軸的に設けたモータによって操舵補助力が付与される。図４は、特許文献１,２のようなラックアシスト式ＥＰＳにおけるモータ周辺部位の構成を示す断面図である。図４のＥＰＳ101は、ラック軸102と同軸的に設けたモータ103が発生する操舵補助力を、ボールねじ機構104を介してラック軸102に伝達する。ラック軸102は、両端に図示しないタイロッドやナックルアーム等を介して操向車輪が連結されると共に、ステアリング軸（図示せず）とラック・アンド・ピニオン結合され、運転者の転舵操作により軸方向（図中左右方向）に作動する。モータ103は、外側にステータ105、内側にロータ106を配したインナーロータ型の装置構成となっている。
【０００４】
ステータ105は、ハウジング107と、ハウジング107の内周側に固定されたステータコア108及びステータコア108に巻装された巻線109とを備えた構成となっている。ロータ106はステータ105の内側に配設されており、円筒状のロータシャフト110の外周にマグネット111を固定した構成となっている。ロータシャフト110の内側には、ラック軸102が挿通されている。ハウジング107の図中右端側には、ハウジング112が取り付けられており、両ハウジング107,112の間は印籠嵌合部113となっている。ハウジング112内には、ロータ106の回転位置を検知するレゾルバ114が収容されている。
【０００５】
ＥＰＳ101では、ハンドルが操作されてステアリング軸が回動すると、この回動に応じた方向にラック軸102が移動して転舵操作がなされる。この操作により、図示しないステアリングトルクセンサが作動すると、この検出トルクに基づいてモータ103に適宜電力が供給される。モータ103が作動すると、その回転はボールねじ機構104を介してラック軸102に伝達される。すなわち、ボールねじ機構104によって、モータ103の回転がラック軸102の軸方向の運動に変換され、ラック軸102に操舵補助力が付与される。この操舵補助力と手動操舵力とにより操向車輪が転舵され、運転者のハンドル操作負担が軽減する。
【特許文献１】特開平10-152058号公報
【特許文献２】特開2001-191931号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、ＥＰＳにおいては、エンジンルーム内に装置をコンパクトにレイアウトするため、そこで使用するモータには、ブラシレス、ブラシ付を問わず、小型化、高性能化が求められている。特に、エンジンレイアウトと干渉し易いラックアシスト式のＥＰＳでは、モータ体格への要求は厳しく、小型化が必須となっている。この場合、径方向のサイズについては、モータ設計段階でほぼ決まってしまうため、小型化はほとんど限界に達している。また、軸方向のサイズに関しても、６極９スロットの集中巻き仕様の場合、各部品のさらなる小型化は困難であり、特に、磁気回路に関する部分は小型化不可能である。このため、モータ小型化に対する厳しい要求を実現するには更なる工夫が必要であり、その対策が求められていた。
【０００７】
本発明の目的は、ＥＰＳ用モータに課せられた厳しい体格制限を満たすべく、モータ性能やステアリングフィールを損なうことなく、モータの小型を図り、商品性をより向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電動パワーステアリング装置用モータは、操向車輪に連結されたラック軸の周囲に同軸的に配設され、前記ラック軸に対し操舵補助力を供給する電動パワーステアリング装置用のモータであって、前記モータは、巻線が巻装されるステータコアと、前記ステータコアを収容する第１ハウジングと、前記ステータコアの内側に回転自在に配置され内部に前記ラック軸が挿通されるロータと、前記ロータの回転位置を検出する位置センサと、前記位置センサを収容し前記第１ハウジングの軸方向端部に取り付けられる第２ハウジングとを有し、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは、前記第１及び第２ハウジングの周方向の相対位置を調整可能な印籠嵌合部にて結合され、前記印籠嵌合部は、前記ステータコアの軸方向端部に隣接して設けられ、前記巻線のうち前記ステータコアの軸方向外側に巻装配置された軸方向延在部位の径方向外側に配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、第１ハウジングと第２ハウジングとの印籠嵌合部を、ステータコアの軸方向端部に隣接して設けると共に、巻線の軸方向延在部位の径方向外側に配置するようにしたので、印籠嵌合部内側の無駄な空間を省き、軸方向のスペースを有効に活用してモータの軸方向長を短縮することができる。
【００１０】
前記電動パワーステアリング装置用モータにおいて、前記第１ハウジングの端部に形成された円形孔状の第１嵌合部と、前記第２ハウジングの端部に形成され前記第１ハウジングと周方向に回転可能に嵌合する円筒状の第２嵌合部とによって前記印籠嵌合部を構成し、前記巻線の前記延在部位を前記第２嵌合部の内周側に収容するようにしても良い。
【００１１】
また、前記第２嵌合部の内径を、前記第１ハウジングにおける前記ステータコアの固定部の内径よりも小径に形成し、第２嵌合部の端面内周側がステータコア固定部の内周面よりも中心方向に突出するようにしても良く、これにより、ステータコアの軸方向の移動が第２嵌合部の端面によって規制され、ステータコアが軸方向に抜け止めされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電動パワーステアリング装置用モータによれば、ラック軸の周囲に同軸的に配設される電動パワーステアリング装置用のモータにて、ステータコアが収容される第１ハウジングと位置センサが収容される第２ハウジングとの印籠嵌合部を、ステータコアの軸方向端部に隣接して設けると共に、巻線の軸方向延在部位の径方向外側に配置するようにしたので、印籠嵌合部の内側に巻線の軸方向延在部位が配される形となり、軸方向のスペースを有効に活用し、モータの軸方向長を短縮することが可能となる。
【００１３】
また、第２嵌合部の内径を第１ハウジングのステータコア固定部の内径よりも小径に形成することにより、第２嵌合部の端面の一部をステータコア固定部の内周面よりも中心方向に突出させることができる。これにより、第２嵌合部の端面によって、ステータコアの軸方向の移動を規制することができ、当該印籠嵌合部によってステータコアを軸方向に抜け止めすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明のＥＰＳ用モータの構成を示す断面図である。図１のモータ１もまた、図４と同様のラックアシスト式のＥＰＳの動力源として使用され、モータ１の内部をラック軸２が貫通する構成となっている。モータ１の回転は、ボールねじ機構３を介してラック軸２に伝達され、操舵補助力となる。
【００１５】
モータ１は、外側にステータ１１、内側にロータ２１を配したインナーロータ型の装置構成となっている。ステータ１１は、ハウジング（第１ハウジング）１２と、ハウジング１２の内周側に固定されたステータコア１３及びステータコア１３に巻装された巻線１４とを備えた構成となっている。ハウジング１２は、鉄等の磁性体にて形成されている。ステータコア１３は鋼板を多数積層した構成となっており、ステータコア１３の内周側には複数個（ここでは９個）のティースが突設されている。ティース間に形成されたスロット（同９個）には、合成樹脂製のインシュレータ１７を介してコイルが巻装され、巻線１４が形成される。巻線１４は、給電配線１５を介してバッテリ（図示せず）と接続されている。
【００１６】
ロータ２１はステータ１１の内側に配設されており、円筒状のロータシャフト２２と、ロータコア２３、マグネット２４及びマグネットカバー２５を同軸状に配した構成となっている。ロータシャフト２２の内側にはラック軸２が挿通され、ロータシャフト２２の外周には円筒形状のロータコア２３が外装されている。ロータコア２３の外周には、６極構成のマグネット２４が固定されている。
【００１７】
マグネット２４には、小型で高磁束密度が得られるネオジウム鉄磁石等の希土類磁石が使用される。このように、マグネット２４に希土類磁石を用いることにより、モータの小型化が図れると共に、ロータ２１のイナーシャが低減され操舵フィーリングも向上する。マグネット２４は、リング形状となっており、周方向に複数の磁極がＮ,Ｓ交互に配置されている。なお、マグネット２４として、複数個のセグメントマグネットを用いても良い。マグネット２４の外側には、マグネットカバー２５が外装されており、万が一マグネットが破損しても、その破片によりモータ１がロックしないようになっている。
【００１８】
ハウジング１２の図中右端側には、アルミダイカスト製のハウジング（第２ハウジング）３１が取り付けられており、両ハウジング１２,３１の間は印籠嵌合部１６となっている。ハウジング３１内には、ロータ２１の右端側を支持するベアリング３２と、ロータ２１の回転を検知する位置センサであるレゾルバ３３が収容されている。レゾルバ３３は、ハウジング３１側に固定されたレゾルバステータ３４と、ロータ２１側に固定されたレゾルバロータ３５とから構成されている。レゾルバステータ３４にはコイル３６が巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。ハウジング１２には、レゾルバステータ３４の引出線３７を外部へ引き出すための配線孔３８設けられている。配線孔３８は、組付け性の問題から、レゾルバステータ３４と同一平面状に配置されている。
【００１９】
レゾルバステータ３４の内側には、ロータシャフト２２に固定されたレゾルバロータ３５が配設される。レゾルバロータ３５は、金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。これらの凸部は、ロータ２１に固定されたマグネット２４の磁極と所定の位置関係にて配置されている。レゾルバステータ３４とレゾルバロータ３５の凸部との間の位置関係は、印籠嵌合部１６にて、分割構造となっているハウジング１２,３１を適宜周方向に回転させることにより調整される。これにより、レゾルバ３３とロータ２１との間の同期が取られ、レゾルバ３３によってロータ２１の回転位置を正確に把握できるようになる。
【００２０】
ロータシャフト２２が回転すると、レゾルバロータ３５もまたレゾルバステータ３４内にて回転する。レゾルバステータ３４の励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。前述のように、凸部とマグネット２４との間は所定の位置関係となっており、この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ２１の回転位置が検出される。そして、ロータ２１の回転位置に基づき、巻線１４への電流が適宜切り替えられ、ロータ２１が回転駆動される。
【００２１】
ハウジング１２の図中左端側には、アルミダイカスト製のハウジング４１が取り付けられている。ハウジング４１内には、ボールねじ機構３が組み込まれている。ボールねじ機構３は、ナット部４２と、ラック軸２の外周に形成されたスクリュー部４３と、ナット部４２とスクリュー部４３との間に介装された多数のボール４４とから構成されている。ラック軸２は、軸回りの回動が規制された状態でナット部４２によって左右方向に往復動自在支持され、ナット部４２の回転に伴って左右方向に移動する。
【００２２】
ナット部４２は、ロータシャフト２２の左端部に固定されており、ハウジング４１に固定されたアンギュラーベアリング４５によって回動自在に保持されている。アンギュラーベアリング４５は、ハウジング４１の開口部にねじ込まれたベアリング固定用リング４６ａ,４６ｂとハウジング４１の内部に形成された段部４７との間で軸方向の動きが規制された状態で固定されている。また、ナット部４２とアンギュラーベアリング４５との間の軸方向の動きは、ナット部４２の左端にねじ込まれたベアリング固定用リング４８とナット部４２の外周に形成された段部４９とによって規制される。
【００２３】
このようなモータ１を備えたＥＰＳでは、まず操向ハンドルが操作されてステアリング軸が回動し、この回動に応じた方向にラック軸２が移動して転舵操作がなされる。この操作により、図示しないステアリングトルクセンサが作動すると、検出トルクに応じて、バッテリから給電配線１５を介して巻線１４に電力が供給される。巻線１４に電力が供給されるとモータ１が作動し、ロータシャフト２２が回転する。ロータシャフト２２が回転すると、これと結合されたナット部４２が回転し、ボールねじ機構３の作用により、ラック軸２に対し軸方向の操舵補助力が伝達される。これにより、ラック軸２の移動が促進され、操舵力が補助される。
【００２４】
ここで、ＥＰＳ用のモータは、前述のように、径方向の小型化はほぼ限界に達しており、軸方向のサイズも磁気回路に関する部分は小型化が困難である。このため、モータ部分の小型化を図るには、磁気回路部以外の部位にて軸方向長を短縮する必要がある。そこで、改めて図４のＥＰＳ101を見ると、図中の符号Ａ,Ｄのエリアについては、システム上、他部品と嵌合する部位であり、必要強度等により寸法が決定されている。このため、符号Ａ,Ｄのエリアでは、軸方向長を短縮することは構造的に難しい。また、符号Ｂのエリアは、モータ103に給電を行う部位であるが、電流量により構造が決まるため、ここも必要最小限以上の小型化は不可能である。
【００２５】
一方、符号Ｃのエリアは、ハウジング107とハウジング112の印籠嵌合部113であり、この場合も、組み付け後にレゾルバ114の同期調整ができるようになっている。印籠嵌合部113の近傍には、ハウジング107側に、ステータコア108の抜け防止のため、内径側に突起115が設けられている。また、ハウジング112側には、レゾルバ114の引出線116を引き出すための配線孔117がレゾルバ114と同一平面状に配置されている。ところが、このような印籠嵌合部113では、ハウジング112の左端嵌合部は内径が小さいため、他の部品を配置しづらく、印籠嵌合部113の内側に空洞状の無駄なスペースが生じてしまい、その分、モータ軸方向長が長くなってしまう。
【００２６】
そこで、本発明者らは、この空洞状のスペースに着目し、これを省くことにより、モータ軸方向長を短縮することを検討した。図２は、本発明によるモータ１における印籠嵌合部１６の構成を示す拡大図である。図２に示すように、当該モータ１では、ハウジング１２,３１の印籠嵌合部１６が、ステータコア１３の軸方向端部に隣接して設けられ、巻線１４のうちステータコア１３の軸方向外側に巻装配置された部位（軸方向延在部位）１４ａの径方向外側に配置されている。また、ステータコア１３がハウジング３１の端部にて抜け止めされており、ハウジング同士の嵌合結合機能とステータコア抜け止め機能が、径方向に並んで配置されている。
【００２７】
図２に示すように、モータ１では、ハウジング１２に突起115は形成されておらず、その右端部には、階段状に円形孔状の嵌合部（第１嵌合部）５１が形成されている。嵌合部５１は、ハウジング１２のステータコア固定部５２を拡径する形でハウジング１２の端部に形成されており、その軸方向長は、インシュレータ１７の端部突出長（ステータコア１３から軸方向に突出した部分Ｐの長さ）とほぼ同寸法に形成されている。ハウジング１２の外周部には、嵌合部５１の部位に合わせて、拡径部５３が形成されている。
【００２８】
一方、ハウジング３１の左端部には、円筒状の嵌合部（第２嵌合部）５４が軸方向に向かって突出形成されている。嵌合部５４の外径は、嵌合部５１の内径よりも若干小径に形成されており、嵌合部５１の内側に回転自在に嵌合するようになっている。嵌合部５４の外周には、Ｏリング収容溝５５が全周に亘って形成されており、その中には、Ｏリング５６が収容されている。嵌合部５４は、このＯリング５６によって、嵌合部５１内に気密状態で取り付けられ、印籠嵌合部１６が形成される。嵌合部５４の軸方向長は、嵌合部５１の軸方向長よりも若干短く形成されている。
【００２９】
また、嵌合部５４の内径は、インシュレータ１７の外径よりも大径、ハウジング１２のステータコア固定部５２の内径よりも小径に形成されている。これにより、嵌合部５４の端面（図中左端面）５７は、その内周側の部位（図２の符号Ｑの部位）が、ステータコア固定部５２の内周面よりも中心側に突出する形となる。従って、ハウジング１２,３１を印籠嵌合部１６により組み付けると、嵌合部５４の端面５７がステータコア１３の端面５８と対向し、この端面５７によってステータコア１３の軸方向の移動が規制される。つまり、当該モータ１では、図４のモータ103のような内径側に突出する突起115を設けることなく、嵌合相手となるハウジング３１を用いてステータコア１３が抜け止めされる。
【００３０】
このような印籠嵌合部１６では、ハウジング１２,３１を組み付けると、印籠嵌合部１６が、巻線１４のステータコア１３から軸方向に突出した部位の径方向外側に配置され、嵌合部５４の内周側にインシュレータ１７が収容される。また、その際、嵌合部５４の端面５７によってステータコア１３が抜け止めされる。すなわち、印籠嵌合部１６では、レゾルバ３３の同期調整機能と、ステータコア１３の抜け止め機能が径方向に並ぶ形で併存しており、図４のモータ103のように、印籠嵌合部113の内側に無駄な空洞が存在しない。従って、軸方向のスペースを有効に活用することができ、モータ１の全長（軸方向長）を短縮することが可能となる。
【００３１】
なお、モータ１の外径は、印籠嵌合部１６の近傍のみ若干拡大するが（拡径部５３等）、その他の部位の寸法増はなく、その影響も微小で済む。また、レゾルバ３３の引出線３７もレゾルバステータ３４と同一平面状に引き出されており、当該モータ１では、この点においても図４のモータ103と同様の機能が維持されている。
【００３２】
このように、本発明によるモータ１にあっては、従来のＥＰＳ用モータに対し、その組付性や各部品の機能を損なうことなく、モータ全長を短縮することができる。このため、様々な仕様に対応でき、多くの車種にも取り付け可能となり、商品性の向上が図られる。また、モータ全長が短縮されるため、ラックアシスト式ＥＰＳのモータに特有の両端嵌合部同士の同軸度も向上する。さらに、モータ全長の短縮により、材料コストが削減されると共に、重量も削減される。加えて、重量削減や外観形状の小型化により、組付作業性も向上し、組付工数の削減も図られる。
【００３３】
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、ハウジング１２の内径方向に延びる突起を廃し、嵌合部５４の端面５７にてステータコア１３の抜け止めを行う構成を示したが、図３のように、ハウジング１２に突起６１を設けると共に、印籠嵌合部１６における嵌合関係を内外逆にしても良い。すなわち、ハウジング１２の外径側に嵌合部６２を形成し、その外側に、ハウジング３１の嵌合部６３を外嵌させても良い。この場合、突起６１の内側端面がステータコア１３の端面５８と対向し、ステータコア１３は突起６１によって抜け止めされる。
【００３４】
また、前述の実施例では、ＥＰＳ用モータについて説明したが、本発明の構成はＥＰＳ用モータ以外の他のブラシレスモータにも広く適用可能である。但し、本発明によるモータ構造は、エンジンレイアウトと干渉し易く寸法的にも非常に厳しい仕様が求められるラックアシスト式のＥＰＳに適用することが特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるＥＰＳ用モータの構成を示す断面図である。
【図２】図１のモータにおける印籠嵌合部の構成を示す拡大図である。
【図３】印籠嵌合部の変形例を示す拡大図である。
【図４】従来のラックアシスト式ＥＰＳにおけるモータ周辺部位の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    モータ
２    ラック軸
３    ボールねじ機構
１１    ステータ
１２    ハウジング（第１ハウジング）
１３    ステータコア
１４    巻線
１４ａ  軸方向延在部位
１５    給電配線
１６    印籠嵌合部
１７    インシュレータ
２１    ロータ
２２    ロータシャフト
２３    ロータコア
２４    マグネット
２５    マグネットカバー
３１    ハウジング（第２ハウジング）
３２    ベアリング
３３    レゾルバ（位置センサ）
３４    レゾルバステータ
３５    レゾルバロータ
３６    コイル
３７    引出線
３８    配線孔
４１    ハウジング
４２    ナット部
４３    スクリュー部
４４    ボール
４５    アンギュラーベアリング
４６ａ,４６ｂ    ベアリング固定用リング
４７    段部
４８    ベアリング固定用リング
４９    段部
５１    嵌合部（第１嵌合部）
５２    ステータコア固定部
５３    拡径部
５４    嵌合部（第２嵌合部）
５５    Ｏリング収容溝
５６    Ｏリング
５７    端面
５８    端面
６１    突起
６２    嵌合部
６３    嵌合部
101     電動パワーステアリング装置
102     ラック軸
103     モータ
104     ボールねじ機構
105     ステータ
106     ロータ
107     ハウジング
108     ステータコア
109     巻線
110     ロータシャフト
111     マグネット
112     ハウジング
113     印籠嵌合部
114     レゾルバ
115     突起
116     引出線
117     配線孔
【図１】
2008162560.tif 000003
【図２】
2008162560.tif 000004
【図３】
2008162560.tif 000005
【図４】
2008162560.tif 000006