(57)【要約】【解決課題】  電動モータのスロットオープニングに起因したロストルク変動を抑え、且つ、モータ出力を増大させることで、操舵感を向上させ且つ操舵トルク補助能力をアップさせた電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】  電動パワーステアリング装置の電動モータとしてのブラシレスモータはステータを備える。このステータのコア３４Ａは、略筒状のバックヨーク部ＢＹと、このバックヨーク部とは別体で形成され且つ組み付け時には当該バックヨーク部の径方向中心に向かって当該バックヨーク部から突設される複数のティースＴＳと、この複数のティースに巻装するコイルとを備える。バックヨーク部の円周方向における複数のティース相互間のスロットオープニングの間隔はコイルの直径よりも小さい値に設定してある。【選択図】  図７
2005333711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵輪に加わる操舵トルクに応じて電動モータに操舵補助トルクを発生させる電動パワーステアリング装置において、
電動モータは、所定間隔の隙間を介して相互に対向設置されるステータとロータとを備え、
前記ステータは、略筒状のバックヨーク部と、このバックヨーク部とは別体で形成され且つ組み付け時には当該バックヨーク部の径方向中心に向かって当該バックヨーク部から突設される複数のティースと、この複数のティースに巻装するコイルとを備え、
前記バックヨーク部の円周方向における前記複数のティース相互間のスロットオープニングの間隔は前記コイルの直径よりも小さい値に設定してあることを特徴とする、電動モータを利用した電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記複数のティースはそれぞれ複数枚の薄片シートを積層して成り、この積層された複数の薄片シートのうちの、積層方向両端部それぞれの少なくとも１枚の薄片シートは、当該薄片シートの半径方向の端部に互いの隣接ティース間を繋ぐ橋絡部を一体に有していることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
前記電動モータはブラシレスモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
電動パワーステアリング装置に用いられ且つ転舵輪に加わる操舵トルクに応じて操舵補助トルクを発生させる電動パワーステアリング用電動モータの製造方法において、
前記電動モータのステータのコアを形成する、バックヨーク部と複数のティースとをそれぞれ別体で用意し、
前記複数のティースそれぞれにコイルを巻装し、
このコイルを巻装した複数のティースを前記バックヨーク部に取り付けることを特徴とする電動パワーステアリング用電動モータの製造方法。
【請求項５】
前記複数のティース相互間のスロットオープニングの間隔は、前記コイルの直径よりも小さい値に設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング用電動モータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転者が操作した手動操舵力を電動モータで補助（アシスト）する車両用の電動パワーステアリング（EPS）装置及び電動パワーステアリング用電動モータの製造方法に関し、とくに、操舵感の向上と操舵力補助能力を高めた電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング用電動モータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両の多くには、電動パワーステアリング（ＥＳＰ）装置が装備されている。この電動パワーステアリング装置では、一般に、転舵輪に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、操作補助用の電動モータとを備え、トルクセンサで検出された操舵トルクに応じて電動モータを駆動させている。電動モータの回転出力は補助操舵トルクとなり、この回転出力が歯車機構により減速されて操舵機構の出力軸に伝達される。これにより、ステアリングホイールに印加された操舵力が補助されつつ、車両の操舵が行なわれる。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置に用いる電動モータとしては、ブラシ付きモータが主流であったが、近年、出力の向上と更なる効率の改善のため、ブラシレスモータに移行しつつある。
【０００４】
しかし、このブラシレスモータは、ブラシ付きモータと比較した場合、ブラシ付きのロータのスロット数よりも、ブラシレスのステータのスロット数が少なく、ステータのスロットオープニングとロータの磁石の吸引・反発とで発生するロストルク変動が大きいという問題がある。
【０００５】
ロストルクとは、電動モータの出力トルクのうち、モータの構造に基づく摩擦損失及び電磁気的な要因に基づく損失であり、このようなトルク損は、直進走行時の僅かな操舵であっても、操舵方向に対して意図しない力が付加されたり、反対方向の力が付加されたりして、操舵感覚を悪化させる。
【０００６】
特に、このロストルク変動が大きいと、この変動が物理的な振動となってステアリングホイールに伝わるという問題が発生する。このロストルク変動は運転者に不快感や違和感を与えるので、電動パワーステアリング装置に用いる電動モータにはロストルク変動が小さいことが求められている。
【０００７】
このロストルク変動を低減させる手段として、特許文献１や特許文献２に記載のように、ステータ突極数とロータ磁石磁極数との組み合せによって、ロストルク変動を小さくするものが知られている。また、特許文献３に記載のように、かかる手法によってロストルク変動を低減させた電動モータを備えてなる電動パワーステアリング装置も知られている。
【０００８】
しかしながら、ステータのスロットオープニングに起因して発生するロストルク変動については未だ十分な対策が施されていないという現状がある。このことについては、例えば特許文献４に示されているように、スロットオープニングが広いほど（すなわち、スロットオープニングの円周方向長さの、ティース部鉄心の円周方向ピッチに対する割合が大きいほど）、ロストルク変動が大きいということが分かっている程度である。
【０００９】
一方、ブラシレスモータの製造においてステータを組み立てるには、コアに多数設けられたスロットにコイル（線材）が装着される。このコイル装着方法としては、ステータのティースに直接にコイルを巻装する方式（特許文献５参照）や、インサート方式と呼ばれるものが知られている。インサート方式とは、予め所定の形状に巻装されたコイルをコイルガイドにセットし、このセットされたコイルを、油圧などを利用した押し込み治具で、コアのスロットオープニングを介してスロットの中に挿入する手法である。
【特許文献１】特開昭６２−１１０４６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２７５３２５号公報
【特許文献３】特開２００３−２５０２５４号公報
【特許文献４】特開平６−５４４６８号公報
【特許文献５】特開２００１−１８６７０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の電動モータとして用いた場合、スロットオープニングに起因したロストルク変動の対策は不十分であり、未だ十分に滑らかな操舵感は得られていない。
【００１１】
さらに、従来のコイル装着方法にあっては、コイルの占積率（スロットの断面積に対するコイル線材の断面積の比率）の確保に限界があり、モータ出力を更に上げたいとする要求に応じきれていない。また、スロットオープニングが広いと磁気抵抗が増加し、総磁束が低下して出力が低下する欠点もある。
【００１２】
そこで、本発明は、上述したブラシレスモータのコギングが運転者に違和感をもたらすという電動パワーステアリング装置に固有の問題に鑑みてなされたもので、とくに、ブラシレスモータのスロットオープニングに起因したロストルクの変動を抑え、操舵感を向上させるとともに、係るブラシレスモータの占積率の限界を打破してモータ出力を上げて補助操舵力をより増大させることができる電動パワーステアリング装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、転舵輪に加わる操舵トルクに応じて電動モータに操舵補助トルクを発生させる。電動モータは、所定間隔の隙間を介して相互に対向設置されるステータとロータとを備える。ステータは、略筒状のバックヨーク部と、このバックヨーク部とは別体で形成され且つ組み付け時には当該バックヨーク部の径方向中心に向かって当該バックヨーク部から突設される複数のティースと、この複数のティースに巻装するコイルとを備える。バックヨーク部の円周方向における前記複数のティース相互間のスロットオープニングの間隔は前記コイルの直径よりも小さい値に設定してあることを特徴とする。
【００１４】
好適には、前記電動モータはブラシレスモータである。
【００１５】
また、本発明に係る電動パワーステアリング用電動モータの製造方法によれば、電動モータのステータのコアを形成する、バックヨーク部と複数のティースとをそれぞれ別体で用意し、前記複数のティースそれぞれにコイルを巻装し、このコイルを巻装した複数のティースを前記バックヨーク部に取り付けることを特徴とする。
【００１６】
好適には、前記複数のティース相互間のスロットオープニングの間隔は、前記コイルの直径よりも小さい値に設定されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る電動パワーステアリング装置及び電動パワーステアリング用電動モータによれば、電動モータのステータのコアが、予め、バックヨーク部と複数のティースとでそれぞれ別体として成形され、複数のティースそれぞれにコイルが巻装された後で、この各ティースがバックヨーク部に取り付けられる。このため、コイルの占積率が上がり、モータ出力を増加させることができる。また、かかる別体成形の構造により、製造時にスロットオープニングを介してコイルをスロットに入れる必要も無くなる。このため、スロットオープニングの間隔をコイルの直径よりも小さい値に設定でき、その分、ロストルク変動を抑制でき、操舵感を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図１〜７を参照して、本発明に係る電動パワーステアリング装置の一つの実施形態を説明する。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２に結合されたハンドルシャフト３と、このハンドルシャフト３とコラムシャフト４との間に介在するウォームギヤ５と、このウォームギヤ５には電動モータとしてのブラシレスモータ６の出力軸６Ａも噛合している。コラムシャフト４は、ギヤ７及びラック８を介して転舵輪ＳＷに結合している。ブラシレスモータ６はコントローラＣＮＴからの指令を受けて回転駆動し、補助操舵力を発生させる。
【００２０】
ステアリングホイール２に加えられた操舵力はハンドルシャフト３を介してウォームギヤ５に伝えられる。ウォームギヤ５は図示しない減速機構を含む。このため、ウォームギヤ５は、ブラシレスモータ６の出力軸６Ａからの出力を、その回転方向を直交方向に変えながら且つ減速させながら補助トルクを発生させる。この補助トルクは操舵トルクに加えられてコラムシャフト４に伝えられるので、ブラシレスモータ６に拠る操舵力が転舵輪ＳＷに補助される。
【００２１】
コントローラＣＮＴは、操舵力を検出するトルクセンサ（図示せず）からの信号のほか、操舵角や車両速度などの車両の走行状態を表す情報を受けて、それらの情報に基づいて補助操舵力を演算し、補助操舵力に見合った回転方向及び回転速度をブラシレスモータ６に指令する。
【００２２】
これにより、ステアリングホイール２に与えられた運転者の手動操舵力がトルク面から補助（アシスト）され、その補助された操舵力が転舵輪ＳＷに伝達されるので、電動パワーステアリング機能が発揮される。
【００２３】
図２に、上述したブラシレスモータ６の軸方向に沿った断面図を示す。このブラシレスモータ６は、全体が略筒状に形成されるモータカバー１１と、このモータカバー１１の内側に配設され且つ回転トルクを発生させるモータ部１２と、モータカバー１１の内側にモータ部１２と同軸に配設され且つモータ部１２のロータの回転位置を検出するレゾルバ１３と、このレゾルバ１３をモータカバー１１内で支持するレゾルバ支持部材１４とを備える。
【００２４】
モータカバー１１は、図２から分かるように、その全体が所定径且つ所定長さのモータヨーク２１と、このモータヨーク２１の軸方向の両端部に位置するフロントフランジ２２及びリアカバー２３とを備える。つまり、モータカバー１１は、モータヨーク２１、フロントフランジ２２、及びリアカバーの３ピース構造になっている。モータカバー１１の軸方向はブラシレスモータ６の軸方向をも成すもので、以下、単に「軸方向」と呼ぶ。
【００２５】
モータヨーク２１の軸方向の一端部（減速機側に位置する端部）には、軸方向に直交する方向に外向きに折れ曲げて一体形成されたフランジ１１Ａを有する。このフランジ１１Ａにフロントフランジ２２がボルトＢＴにより固定されている。これにより、モータヨーク２１の軸方向の一方の開口部は、フロントフランジ２２により閉塞される。このフロントフランジ２２は、電動パワーステアリング装置の一要素であるギヤハウジングに、図示しないボルト等の固着手段によって固定されている。フロントフランジ２２の径方向の中心部には、転がり軸受の収容部が形成されている。
【００２６】
モータヨーク２１の軸方向のもう一方の端部（リア側の端部）の開口部は、図示の如く、レゾルバ１３を支持するレゾルバ支持部材１４により閉塞されている。このレゾルバ支持部材１４のリア側の側面を被うように、レゾルバ支持部材１４にリアカバー２３が取り付けられている。レゾルバ支持部材１４の中心部には転がり軸受の収容部が形成されている。
【００２７】
モータ部１２は、回動可能なモータ出力軸６Ａ及び筒状のロータコア３２を有するモータロータ３３、及びモータステータ３４を備える。ロータコア３２は、モータ出力軸６Ａを軸方向に沿って貫通させるように当該モータ出力軸６Ａの周囲に固設され且つ当該モータ出力軸６Ａと一体に回動する。モータステータ３４は、モータヨーク２１の内周面に固設され且つロータコア３２に一定の空隙を介して対向するように配置されている。モータ出力軸６Ａは、前述したフロントフランジ２２及びレゾルバ支持部材１４それぞれの中心部の収容部に固設した転がり軸受３５、３６により回動自在に軸支されている。これにより、モータ出力軸６Ａ、すなわちモータロータ３３がモータステータ３４に対して回動自在に支持されている。
【００２８】
ロータコア３２の径方向の外周面には、回転駆動用の永久磁石（モータマグネット）３７が装着されている。
【００２９】
モータステータ３４は、図３、４に示すように、ステータコア３４Ａを備える。このステータコア３４Ａは、略円筒状を成すバックヨーク部ＢＹと、このバックヨーク部ＢＹから当該バックヨーク部ＢＹの径方向の中心に向かって突設された複数のティースＴＳを有し、隣り合うティースＴＳ間に巻線用のスロットＳＬが形成されるようになっている。このスロットＳＬを用いて、コイル（モータコイル）３８が巻装され（図２参照）、モータステータ３４に形成される。
【００３０】
本実施形態にあっては、ステータコア３４Ａを成す、円筒状のバックヨーク部ＢＹと複数の略レール状のティースＴＳは、図５、６に示すように、夫々、別体として形成される。バックヨーク部ＢＹ及び複数のティースＴＳは、渦電流損を低減させるために薄い電磁鋼板を、取り付け状態における軸方向に沿って積層させた構造を採っている。
【００３１】
バックヨーク部ＢＹの内筒側表面には、図５に示す如く、軸方向に沿って延びる複数の略逆楔状の取り付け溝ＢＹ１が、円周方向の複数のティース取り付け位置それぞれに形成されている。
【００３２】
一方、図６に示す如く、バックヨーク部ＢＹに取り付けられた状態で外周側に位置する、各ティースＴＳの一方の端部には、上述の略逆楔状の取り付け溝ＢＹ１の断面形状に合致する略逆楔状の取り付け部ＴＳ１が形成されている。また、各ティースＴＳもう一方の端部、すなわち内周側に位置する端部には、フランジ部ＴＳ２が形成されている。
【００３３】
このため、製造時には、別体として形成された個々のティースＴＳそれぞれコイル３８を巻装し、この後、コイル巻装されたティースＴＳそれぞれを、その取り付け部ＴＳ１をバックヨーク部ＢＹの各取り付け溝ＢＹ１に嵌合させることで、ステータコア３４Ａを完成させる。
【００３４】
この完成時には、複数のティースＴＳのフランジ部ＴＳ２間の空隙、すなわちスロットオープニングＳＯ（図７参照）の間隔をコイル３８の直径よりも狭い所定の許容値に設定している。
【００３５】
図２に戻って説明すると、レゾルバ支持部材１４は、非磁性体材料で形成された円盤状の部材である。このレゾルバ支持部材１４は、モータヨーク２１の軸方向のリア側開口部に位置させ、その開口部を閉塞するように取り付けられている。このレゾルバ支持部材１４の径方向中央部に形成した軸受収容部に、前述した転がり軸受３６が固設される。このため、ロータ３３のモータ出力軸６Ａの軸方向の一端部は、この軸受３６に軸支されている。
【００３６】
レゾルバ１３は、モータ出力軸６Ａの円周面に固設されるレゾルバロータ４１と、このレゾルバロータ４１に所定間隔の空隙を介して対向配置されるレゾルバステータ４２とを備える。
【００３７】
リアカバー２３は、円形のディスク部材であって、その円周部分に折り曲げ部２３Ａが形成されている。この折り曲げ部２３Ａが、レゾルバ取り付け部材１４のフランジ部１４Ｂの外周面に、モータヨーク２１と同径となるように取り付けられている。
【００３８】
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置１は、以上のように構成されて手動操舵力に対する操舵トルクのアシストが可能になっている。特に、図３のように、ステータ３４のステータコア３４Ａをバックヨーク部ＢＹと複数のティースＴＳとに分割してそれぞれ別体として形成し、各ティースＴＳにコイル３８を巻装してから各ティースＴＳをバックヨークＢＹに結合する。このため、従来のようにスロットオープニングＳＯからコイルをスロットＳＬに挿入する必要が無いので、その分、コイル巻装作業が行い易く、スロットＳＬの容積を有効に利用することができる。すなわち、コイル占積率を高めることができる。したがって、その分、ブラシレスモータ６の出力を高めることができ、電動パワーステアリング装置１の操舵に対するアシスト力が増大し、パワーステアリング機能をアップさせることができる。
【００３９】
また、上述のように、各ティースＴＳにコイル３８を巻装するときにスロットオープニングＳＯを利用する必要が無いことから、スロットオープニングＳＯのコイル３８の直径よりも狭めることができる。この狭めた分、ブラシレスモータ６のロストルク変動を低減させることができ、操舵感をも向上させることができる。
【００４０】
なお、上述したステータコア３４Ａの変形例を図８に示す。このステータコア３４Ａは、その製造方法の大略は上述したものと同一であるが、複数のティースＴＳを積層する構造に違いがある。すなわち、各ティースＴＳを電磁鋼板で積層するときに、その積層方向、すなわちブラシレスモータ６の軸方向の両端部それぞれに位置する少なくとも１枚の電磁鋼板ＰＴは、複数のティースＴＳ全体で１枚のシート材で形成されている。このシート材は、各ティースＴＳの組み付け時の径方向内周側に位置するフランジ部ＴＳ２の円周方向端部を隣接ティース相互間で断面積の小さい橋絡部ＢＧで連結させた構造を有している。この橋絡部ＢＧは、組み立て時に複数のティースＴＳを一体化させて、ティースＴＳのバックヨークＢＹへの組み立て作業が容易化されるとともに、ティースTSの破損や剥がれを防止できるという効果がある。そのほかの作用効果は、前述した実施形態のものと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成を説明する図である。
【図２】実施形態に係る電動パワーステアリング装置に搭載された電動モータとしてのブラシレスモータの構造を示す軸方向断面図である。
【図３】ブラシレスモータのステータコアを示す斜視図。
【図４】ステータコアを示す側面図。
【図５】ステータコアのバックヨーク部を示す側面図。
【図６】ステータコアのティースを示す斜視図。
【図７】ステータコアのスロットオープニングを説明する図。
【図８】ステータコアのティース間を繋ぐ一部の鋼板を説明する図。
【符号の説明】
【００４２】
１  電動パワーステアリング装置
６  電動モータとしてのブラシレスモータ
６Ａ  モータ出力軸
３３  モータロータ
３４  モータステータ
３４Ａ  ステータコア
３８  コイル
ＢＹ  バックヨーク部
ＴＳ  ティース
ＳＬ  スロット
ＳＯ  スロットオープニング
ＢＧ  橋絡部
【図１】
2005333711.tif 000003
【図２】
2005333711.tif 000004
【図３】
2005333711.tif 000005
【図４】
2005333711.tif 000006
【図５】
2005333711.tif 000007
【図６】
2005333711.tif 000008
【図７】
2005333711.tif 000009
【図８】
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