(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部と、前記開口部に対向する底部とを有するケーシングと、
前記開口部に取り付けられたケースカバーと、
前記ケーシングに収容され、電磁コイルを含むステータと、
駆動軸を有し、前記ステータの内側に配置されたロータと、
前記底部に取り付けられ、前記駆動軸の一端側を回転可能に支持する第１のベアリングと、
前記駆動軸の他端側を回転可能に支持する第２のベアリングと、
前記ケーシングに圧入される周面部と、前記第２のベアリングを保持する環状壁部と、前記ケースカバーに接触し前記ステータに向けて押圧される弾性変形可能な突出片とを有する保持部材と
を具備する回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記保持部材と前記ステータとの間に配置され、前記電磁コイルに電流を供給する環状のバスバーユニットをさらに具備し、
前記保持部材は、前記周面部と前記環状壁部との間に設けられ前記バスバーユニットを収容する環状の収容部をさらに有する
回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機であって、
前記バスバーユニットは、複数の電源端子を有し、
前記保持部材は、前記複数の電源端子が貫通する複数の貫通孔部をさらに有する
回転電機。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機であって、
前記ケースカバーに支持され、前記複数の電源端子と電気的に接続される基板ユニットをさらに具備する
回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の回転電機であって、
前記保持部材は、金属板のプレス成形体で構成される
回転電機。
【請求項６】
請求項１に記載の回転電機であって、
前記保持部材は、前記周面部の外周面に等角度間隔で形成された複数の切欠き部をさらに有する
回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーステアリングシステム等における電動モータに適用される回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばパワーステアリングシステム用の電動モータとして、特許文献１に記載のモータが知られている。この種のモータは、開口部を有するモータケースと、開口部に取り付けられるモータカバーと、モータケースに収容されるステータコアと、ステータコアの内側に配置されたロータとを備え、ロータの駆動軸を介してステアリングシャフトに操舵補助力を付与することが可能に構成される。
【０００３】
上記モータにおいて、駆動軸は、ロータを挟んで対向する２つのベアリングに回転自在に支持される。２つのベアリングのうち、一方はモータケースの底部に配置され、他方はモータカバーに取り付けられ、モータケースとモータカバーとを相互に複数のネジで固定することで、これら２つのベアリングに駆動軸が取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２２８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら従来のモータの構造では、ベアリングへの駆動軸の組み立てに、モータケースとモータカバーとの位置合わせ及び複数個所でのネジ固定を必要とするため、作業性が悪いという問題がある。また、モータケースとモータカバーとが相互に異なる部材で構成されているため、これら部材間の熱膨張率差によりベアリングに過大な負荷が生じるおそれがある。特に、温度差が激しい過酷な環境下で使用される車載用途のモータには、高い耐久性と信頼性の確保が要求される。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、組み立て作業性と信頼性の向上を図ることができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回転電機は、ケーシングと、ケースカバーと、ステータと、ロータと、第１のベアリングと、第２のベアリングと、保持部材とを具備する。
上記ケーシングは、開口部と、上記開口部に対向する底部とを有する。
上記ケースカバーは、上記開口部に取り付けられる。
上記ステータは、上記ケーシングに収容され、電磁コイルを含む。
上記ロータは、駆動軸を有し、上記ステータの内側に配置される。
上記第１のベアリングは、上記底部に取り付けられ、上記駆動軸の一端側を回転可能に支持する。
上記第２のベアリングは、上記駆動軸の他端側を回転可能に支持する。
上記保持部材は、上記ケーシングに圧入される周面部と、上記第２のベアリングを保持する環状壁部とを有する。
【０００８】
上記回転電機において、第２のベアリングは、ケーシングに圧入固定される保持部材の環状壁部に保持される。これにより第１及び第２のベアリングへの駆動軸の組み立てにネジ固定が不要となるため、回転電機の組み立て作業性が向上する。また、第１及び第２のベアリングがいずれもケーシングに固定されるため、ベアリングが取り付けられる部材間の熱膨張率差の問題を生じさせることなく、ベアリングの高い耐久性と信頼性を確保することができる。
【０００９】
上記回転電機は、環状のバスバーユニットをさらに具備してもよい。上記バスバーユニットは、上記保持部材と上記ステータとの間に配置され、上記電磁コイルに電流を供給する。この場合、上記保持部材は、環状の収容部を有していてもよい。上記収容部は、上記周面部と上記環状壁部との間に設けられ、上記バスバーユニットを収容する。
【００１０】
上記バスバーユニットは、複数の電源端子を有し、上記保持部材は、上記複数の電源端子が貫通する複数の貫通孔部をさらに有してもよい。
バスバーユニットの電源端子をケーシングの開口部に向けて引き出すことができる。
【００１１】
上記回転電機は、基板ユニットをさらに具備してもよい。上記基板ユニットとは、上記ケースカバーに支持され、上記複数の電源端子と電気的に接続される。
ケーシングの開口部にケースカバーを取り付けると同時に、バスバーユニットと基板ユニットとの電気的接続を行うことができる。
【００１２】
上記保持部材は、上記ケースカバーに接触し上記ステータに向けて押圧される弾性変形可能な突出片をさらに有してもよい。
保持部材の周面部からケーシングへの圧接力がケーシングの熱膨張等で低下したとしても、突出片を介してのケースカバーの押圧力によって保持部材及び第２のベアリングを適切に保持することが可能となる。
【００１３】
上記保持部材は、金属板のプレス成形体で構成されてもよい。
これにより、保持部材を軽量かつコンパクトに構成することができるため、回転電機の小型化、軽量化、あるいは低背化を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明によれば、組み立て作業性と信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る回転電機の分解斜視図である。
【図２】上記回転電機の要部の断面斜視図である。
【図３】上記回転電機における保持部材の斜視図である。
【図４】上記回転電機における要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
［全体構成］
図１は本発明の一実施形態に係る回転電機の分解斜視図、図２は回転電機の要部の断面斜視図である。
【００１８】
本実施形態の回転電機１００は、車両の電動ステアリング装置（図示略）に用いられ、ステアリングシャフトに操舵補助力を付与するモータとして構成される。
【００１９】
回転電機１００は、ケーシング１０と、ケースカバー２０と、ステータ３０と、ロータ４０と、バスバーユニット５０と、保持部材６０とを有する。
【００２０】
ケーシング１０は、開口部１１と、開口部１１に対向する底部１２とを有する概略円筒形状に形成される。ケーシング１０は、アルミニウム等の金属材料で構成され、ステータ３０、ロータ４０、バスバーユニット５０、保持部材６０等を収容する。
【００２１】
ケースカバー２０は、シールリングを介してケーシング１０の開口部１１に組み付けられることで、ケーシング１０の内部を密閉する。ケースカバー２０には、ケーシング１０の内部を外気と連通させることが可能な呼吸孔が設けられてもよい。ケースカバー２０は、外部電源（図示略）と電気的に接続される接続部２１と、バスバーユニット５０に電気的に接続される基板ユニット２２等を有する。
【００２２】
基板ユニット２２は、電動ステアリング装置のＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成する各種電子部品（図示略）を含む。当該電子部品としては、ＣＰＵ，メモリ等のほか、バスバーユニット５０と電気的に接続されるコネクタ部品を含む。ケースカバー２０は、典型的には金属材料で構成され、基板ユニット２２の放熱用のヒートシンクとして機能する。ケースカバー２０を構成する金属材料は、ケーシング１０と同種の材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
【００２３】
ステータ３０は、ケーシング１０の内側に配置されたステータコア３１と、ステータコア３１に巻装されたステータコイル３２とを含む。ステータコア３１は、磁性材からなり、例えば複数の磁性鋼板の積層体で構成される。ステータコア３１は、ケーシング１０の内周に嵌合されることによりケーシング１０に固定される。ステータコイル３２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電磁コイルを含み、それらの端部がバスバーユニット５０に電気的に接続される。
【００２４】
ロータ４０は、駆動軸４１と、駆動軸４１に取り付けられるロータコア４２とを有する。駆動軸４１は、ケーシング１０の軸心に沿って配置され、ロータコア４２の中央に形成された貫通孔に圧入される。駆動軸４１は、ベアリングＢ１（第１のベアリング）及びベアリングＢ２（第２のベアリング）を介してケーシング１０に回転自在に支持される。ロータコア４２は、周方向に配列された複数の磁極を有する。ロータ４０は、ステータ３０の内側に配置され、ステータ３０との電磁作用により駆動軸４１をその軸まわりに回転させる。
【００２５】
駆動軸４１の一端（図１及び図２において下端）は、ケーシング１０の底部１２を貫通し、その先端部にギヤ部４３を有する。ギヤ部４３は、ステアリングシャフトに連絡する相手側ギヤ（図示略）に噛み合い、駆動軸４１の回転を上記ステアリングシャフトに伝達する。ケーシング１０の底部１２には、相手側機器に接続されるフランジ部１３を有し、複数のボルトを介して当該機器に接続される。
【００２６】
駆動軸４１の他端（図１及び図２において上端）は、ケースカバー２０の下面と間隔をおいて対向している。駆動軸４１の他端にはマグネット７０が固定されており、このマグネット７０に対向する基板ユニット２２上の磁気センサ（図示略）を介してロータ４０の回転数が検出される。
【００２７】
一方のベアリングＢ１（第１のベアリング）は、ケーシング１０の底部１２に取り付けられ、駆動軸４１の一端側を回転可能に支持する。他方のベアリングＢ２（第２のベアリング）は、駆動軸４１の他端側を回転可能に支持する。ベアリングＢ２は、ロータコア４２とケースカバー２０との間に配置され、保持部材６０を介してケーシング１０に固定される。
【００２８】
バスバーユニット５０は、導電材からなる複数のバスバー５１と、これらバスバーを内包する電気絶縁性のバスバーホルダ５２とを有する（図２参照）。バスバーホルダ５２は、円環状の成形体で構成され、複数のバスバー５１は、バスバーホルダ５２の外周面から径外方へ突出する複数の接続端子５１ａと、バスバーホルダ５２の天面から軸方向に突出する複数の電源端子５１ｂとを有する（図１参照）。
【００２９】
バスバーユニット５０は、ケーシング１０の内部に配置され、駆動軸４１と同心的にステータコア３１に接続される。複数の接続端子５１ａは、Ｕ，Ｖ及びＷ各相のステータコイル３２の一端にそれぞれ電気的に接続され、複数の電源端子５１ｂは、ケースカバー２０に固定された基板ユニット２２上のコネクタ部品（図示略）と電気的に接続される。
【００３０】
続いて、保持部材６０の詳細について説明する。
図３は、保持部材６０の全体斜視図、図４は、ケーシング１０内部における保持部材６０の断面図である。
【００３１】
保持部材６０は、ベアリングＢ２をケーシング１０内に位置決め保持するためのものであり、金属板のプレス成形体で構成される。本実施形態において保持部材６０は、金属板を図３に示す立体形状に深絞り加工及び折り曲げ加工したものが挙げられる。保持部材６０が金属材料で構成されることにより、保持部材６０を介してベアリングＢ２で生じる摩擦熱を効率よくケーシング１０へ逃がすことができ、ベアリングＢ２の放熱性が向上する。保持部材６０を構成する金属板は特に限定されず、必要な強度が確保されつつ、適度に弾性変形し得る程度の厚みで構成される。
【００３２】
保持部材６０は、磁性材料で構成されてもよいし、非磁性材料で構成されてもよい。保持部材６０が磁性材料で構成されることにより、ステータ３０やロータ４０から発生する電磁場の影響から基板ユニット２２上の電子部品を保護するというシールド効果が得られる。このような材料として、例えばＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）が挙げられるが、勿論これに限られない。
【００３３】
保持部材６０は、概略円盤状の浅皿形状を有し、その中心部には駆動軸４１が貫通する中心孔部６１が設けられている。保持部材６０は、本体部６２と、周面部６３と、環状壁部６４と、収容部６７と、突出片６９とを有する。
【００３４】
本体部６２は、中心孔部６１と同心的な円環形状を有し、周面部６３、環状壁部６４及び突出片６９をそれぞれ支持する。
【００３５】
周面部６３は、保持部材６０の外径をなす外周面に相当し、本体部６２の外周縁部から垂下する円筒面の一部で構成される。周面部６３は、ケーシング１０に組み込まれる前の自然状態（図３に示す部品単独での状態）においては、ケーシング１０の内径よりも若干大きな外径を有する。このため、保持部材６０がケーシング１０に組み込まれる際、周面部６３は径内方に弾性変形してケーシング１０に圧入され、その弾性力でケーシング１０の内周面に保持される。
【００３６】
周面部６３は、保持部材６０の外周面に沿うように周方向に分割して形成される。保持部材６０の外周面には複数の切欠き部６５が形成され、これら切欠き部６５の非形成領域が周面部６３とされる。切欠き部６５は、保持部材６０の外周面から本体部６２の途中まで径内方に向かって切り欠かれ、保持部材６０の外周面に等角度間隔（図示の例では１２０°間隔）に形成される。したがって周面部６３もまた、保持部材６０の外周面に等角度間隔で形成される。周面部６３が保持部材６０の周方向に分割して形成されることにより、各周面部６３の独立した変形が容易となり、これにより周方向に均等な押圧力でケーシング１０に保持される。
【００３７】
環状壁部６４は、中心孔部６１と同心的に形成され、本体部６２の内側に設けられた円筒形状を有する。環状壁部６４は、天板部６４１と、円筒部６４２とを有する。
【００３８】
天板部６４１は、中心孔部６１を有する円環状の板形状を有し、環状壁部６４の底部を構成する。円筒部６４２は、天板部６４１の外周縁部から垂下する円筒形状を有し、環状壁部６４の周壁を構成する。環状壁部６４は、円筒部６４２とベアリングＢ２のアウタレースとの嵌合あるいは嵌着作用によってベアリングＢ２を一体的に保持する。この際、円筒部６４２の下端部（天板部６４１側とは反対の端部）をかしめることで、ベアリングＢ２との一体的結合が得られるようにしてもよい。
【００３９】
環状壁部６４は、図３及び図４に示すように本体部６２の中央部に設けられた凹部６６の底部に設けられる。凹部６６は、中心孔部６１と同心的な円環状に形成され、その内周面が環状壁部６４の円筒部６４２の外周面に相当する。
【００４０】
収容部６７は、周面部６３と環状壁部６４との間に設けられ、バスバーユニット５０を収容可能な大きさに形成される。収容部６７は、中心孔部６１と同心的な円環状に形成され、本体部６２と、周面部６３と、環状壁部６４の円筒部６４２とにより区画される。なお収容部６７の内周面はテーパ面で形成されるが、これに限られず、円筒面で形成されてもよい。
【００４１】
バスバーユニット５０における各バスバー５１の複数の接続端子５１ａは、収容部６７においてＵ，Ｖ及びＷ各相のステータコイル３２の一端に溶接等により接続される。各バスバー５１の電源端子５１ｂは、本体部６２の外周縁部に沿って等間隔に設けられた複数の貫通孔部６８のうち任意の３つの貫通孔部６８をそれぞれ貫通してケースカバー２０上の基板ユニット２０に電気的に接続される。これにより、バスバーユニット５０の各電源端子５１ｂをケーシング１０の開口部１１に向けて容易に引き出すことができる（図２参照）。
【００４２】
突出片６９は、切欠き部６５の直上位置にそれぞれ設けられる。本実施形態では、各切欠き部６５に対応するように駆動軸４１を中心とする円周上に等角度間隔で配置された複数（１２０°間隔で３つ）の突出片６９を有する。各突出片６９は、ケーシング１０の内部においてケースカバー２０の下面に接触することで、ステータ３０に向けて弾性的に押圧される。これにより、ケーシング１０に対する保持部材６０の相対位置が強固に位置決めされるため、ベアリングＢ２の安定した保持機能が確保される。
【００４３】
各突出片６９はそれぞれ同一の構成を有し、切欠き部６５の底部（最小半径部）に連接される。各突出片６９は、突片部６９１と、弾性支持部６９２とを有する。
【００４４】
突片部６９１は、保持部材６０の外周側に位置し、保持部材６０の径方向に厚み方向を有する矩形の板部で構成される。弾性支持部６９２は、切欠き部６５の底部から保持部材６０の径外方に向かって延び、突片部６９１の下端と接続される。弾性支持部６９２は、本体部６２に対して保持部材６０の高さ方向に弾性変形可能に構成され、突片部６９１を弾性的に支持する。
【００４５】
本実施形態において弾性支持部６９２は、図３及び図４に示すように保持部材６０の高さ方向に幾度か折り曲げて形成される。これにより本体部６２の径方向における突片部６９１の位置の調整が可能となる。また、各突片部６９１が本体部６２の中心側に位置することで、弾性支持部６９２の変形の反作用による本体部６２の浮き上がりが抑えられる。
【００４６】
また、各突出片６９は、駆動軸４１を中心とする円周上に等角度間隔で配置されているため、これら突出片６９を介して保持部材６０へ均等な押圧力を付与することができ、ベアリングＢ２をより適切に保持することができる。
【００４７】
［回転電機の組立方法］
次に、以上のように構成される本実施形態の回転電機１００の組み立て方法について説明する。
【００４８】
まず、ステータ３０及びバスバーユニット５０がケーシング１０の内部に組み込まれる。ベアリングＢ１，Ｂ２は、ロータ４０の駆動軸４１の両端側にそれぞれ取り付けられ、ベアリングＢ２には保持部材６０の環状壁部６４が固定される。ロータ４０は、保持部材６０とともにケーシング１０の内部に組み込まれ、ベアリングＢ１はケーシング底部１２に固定される。
【００４９】
一方、保持部材６０の周面部６３はケーシング１０の内周面に圧入され、これによりベアリングＢ２は、保持部材６０を介してケーシング１０の内周面に固定される。このとき、バスバーユニット５０の電源端子５１ｂは、保持部材６０の貫通孔６８を介してケーシング開口部１１側に突出する。その後、ケースカバー２０が開口部１１に固定されると同時に、ケースカバー２０に保持された基板ユニット２２上のコネクタ部品（図示略）に電源端子５１ｂが接続される。ケーシング１０とケースカバー２０との固定には、複数のネジあるいはボルトが用いられる。
【００５０】
［本実施形態の作用］
本実施形態の回転電機１００において、駆動軸４１の他端側を支持するベアリングＢ２は、ケーシング１０に圧入固定される保持部材６０の環状壁部６４に保持される。これによりベアリングＢ１，Ｂ２への駆動軸４１の組み立てにネジ固定が不要となるため、回転電機１００の組み立て作業性が向上する。
【００５１】
また、ケーシング１０の開口部１１にケースカバー２０を取り付けると同時に、電源端子５１ｂとこれに接続されるコネクタ部品とを介してバスバーユニット５０と基板ユニット２２との電気的接続を行うことができる。これにより、回転電機１００の組み立て作業性の更なる向上を図ることができる。
【００５２】
さらに、ベアリングＢ１，Ｂ２がいずれもケーシング１０に固定されるため、ベアリングＢ１，Ｂ２が取り付けられる部材間の熱膨張率差の問題が生じることはない。このため、２つのベアリングＢ１，Ｂ２間の温度変化による相対的位置ずれが抑えられ、ベアリングＢ１，Ｂ２の高い耐久性と信頼性が確保される。このような作用効果は、車載用途という温度変化の激しい過酷な環境下での使用に特に顕著に現れる。
【００５３】
しかも保持部材６０は、ケースカバー２０に当接する突出片６９を介してステータ３０側に付勢されている。これにより、保持部材６０の周面部６３からケーシング１０への圧接力がケーシング１０の熱膨張等で低下したとしても、突出片６９を介してのケースカバー２０からの押圧力によって保持部材６０及びベアリングＢ２を適切に保持することができる。
【００５４】
さらに本実施形態においてロータ４０の駆動軸４１の他端側は、ケースカバー２０から離間して配置されているため、これらの間隙にロータ４０の回転数検出に必要なマグネット７０や磁気センサを配置することができる。これにより基板ユニット２２上に回転数検出機構の設置スペースの低減を図ることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５６】
例えば以上の実施形態では、保持部材６０の周面部６３及び突出片６９は、周方向にそれぞれ３つずつ設けられたが、その数は特に限定されず、４つ以上であってもよい。
【００５７】
また、回転電機１００として、車両の電動ステアリング装置におけるモータへの適用例について説明したが、他の用途のモータにも適用可能である。また、本発明に係る回転電機は、モータだけでなく、発電機にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…ケーシング
１１…開口部
１２…底部
２０…ケースカバー
２２…基板ユニット
３０…ステータ
４０…ロータ
４１…駆動軸
５０…バスバーユニット
５１ａ…接続端子
５１ｂ…電源端子
６０…保持部材
６３…周面部
６４…環状壁部
６７…収容部
６９…突出片
１００…回転電機
Ｂ１…第１のベアリング
Ｂ２…第２のベアリング
【図１】
0006789000.tif 000002
【図２】
0006789000.tif 000003
【図３】
0006789000.tif 000004
【図４】
0006789000.tif 000005