(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操舵の際、モータの駆動力によって操舵力を補助する電動パワーステアリングにおいて、
前記モータは、ステータの外方のロータを円筒状の巻線シリンダとし、この巻線シリンダの開放端に樹脂製のカラーを嵌め、このカラーを軸受で支えるようにしたものであり、
前記カラーは、前記巻線シリンダの内径より外径を大きく、且つ、前記ステータに挿入可能な内径で肉厚リング部が形成され、該肉厚リング部に、肉厚リング部の内径と内径が等しい薄肉リング部をつないだ段付きリングであり、前記薄肉リング部を前記巻線シリンダの内側に嵌合させるとともに、前記段付きリングの段部に巻線シリンダの開放端を当るように嵌合したものであることを特徴とした電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。
【請求項２】
前記カラーに用いた樹脂は、繊維強化樹脂であることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。
【請求項３】
肉厚リング部の外径を、巻線シリンダの外径より小さくしたことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。
【請求項４】
前記軸受は、前記カラーに対しカラー端より所定寸法だけ軸方向に延ばしたものであることを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。
【請求項５】
前記ロータとしての巻線シリンダの内側に前記ステータとしての永久磁石を配置するときに、この永久磁石を前記カラーから軸方向に離して配置したことを特徴とする請求項１記載の電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車に搭載する電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリングのモータには、例えば、実公平３−５２６０６号公報「電気式倍力操舵装置」に示されたものがある。この電気式倍力操舵装置は、同公報の図によれば、ラックハウジング３内に電動機（モータ）を備えたものであり、この電動機は、ロータとしてのナット７と、このナット７に一端を固定した電動機回転子１１と、ステータとしての磁石１６と、鉄心１７とを備えたコアレスモータである。
【０００３】
この電気式倍力操舵装置は、減速歯車機構を別途設ける必要がなく、且つモータを無鉄心（コアレス）型回転子としたので、装置全体をコンパクトにすることができ、周辺装置と干渉することがない。また、モータの電動機回転子１１及び磁石１６を長くすることによって大きなトルクを発生させることができる。
【０００４】
一般的に、モータでは、高トルクの発生を目的に、磁石１６と電動機回転子１１との間の隙間を小さく（狭く）設定する必要がある。隙間が小さいと、永久磁石の磁界内の磁力が強く、モータの性能が向上する。つまり、隙間を小さくして、永久磁石の磁束密度を大きく保ち、隙間における有効磁束が多くなるようにすることで、モータの発生トルク（電流にも比例する）を大きくする。
逆に、隙間が大きいと、永久磁石の磁界内の磁束が少くなり、モータの発生トルクが小さくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報の「電気式倍力操舵装置」では、回転部分であるロータとしての電動機回転子１１（巻線シリンダ）の一端をナット７に固定し、先端を固定しない片持ち構造のため振動、衝撃による振れ、経年変化（劣化含む）によって、先端に楕円が発生したり、電線がばらけたりする心配がある。
また、変形防止の補強部材を考えた場合、補強部材を取付けるのに手間がかかり生産コストが嵩む。さらに、補強部材によってモータ効率が低下する心配やモータの発生トルクが小さくなる心配がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、経年変化による電線のばらけを防止することができ、生産コストを低減することができ、モータ効率の向上及びモータの発生トルクを大きくすることができる電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１では、車両の操舵の際、モータの駆動力によって操舵力を補助する電動パワーステアリングにおいて、モータは、ロータを円筒状の巻線シリンダとし、この巻線シリンダの開放端に樹脂製のカラーを嵌め、このカラーを軸受で支えるようにしたものであり、カラーは、肉厚リング部に内径が等しい薄肉リング部をつないだ段付きリングであり、段付きリングの段部に巻線シリンダの開放端を嵌合したものであることを特徴とする。
【０００８】
薄肉リング部を巻線シリンダの内側に嵌合し、巻線シリンダの内側に嵌め込まない肉厚リング部によって、カラーの剛性を高める。
巻線シリンダの開放端にカラーの段部が当るように嵌める。段部によって内側から端面側にかけて開放端を保護し、開放端に露出するコイル用電線のばらけを防止する。
また、カラーを樹脂にすることで、カラーと巻線シリンダとの絶縁を図ることができ、絶縁処理の作業を省き、工程の簡略化を図る。
さらに、カラーを樹脂にしたので、磁力線の流れが変化することはなく、使用中に渦電流、コギング、トルクむらが発生しない。その結果、使用中の余分な発熱を防止することができ、モータ効率の向上を図ることができる。
【０００９】
請求項２は、カラーに用いた樹脂は、繊維強化樹脂であることを特徴とする。
カラーに繊維強化樹脂を用いたので、カラーの機械的特性が向上し、巻線シリンダの楕円を矯正することができるとともに、より確実にコイル用電線のばらけを防止する。
また、金属に較べて回転慣性を増すことなく巻線シリンダを保持できる。
【００１０】
請求項３は、肉厚リング部の外径を、巻線シリンダの外径より小さくしたことを特徴とする。
肉厚リング部の外径を巻線シリンダの外径より小さくすることで、巻線シリンダに嵌め込まない肉厚リング部の外周の出っ張りをなくし、巻線シリンダの外径基準でモータの外径を設定し、モータの小型化を図る。
【００１１】
請求項４では、軸受は、カラーに対しカラー端より所定寸法だけ軸方向に延ばしたものであることを特徴とする。
軸受をカラー端より所定寸法だけ軸線に沿った方向に延ばすことで、軸受を保持するモータハウジングをカラーに接近させない。モータハウジングとカラーとの間に空間を形成し、カラーとモータハウジングとの干渉を防止する。
【００１２】
請求項５は、ロータとしての巻線シリンダの内側にステータとしての永久磁石を配置するときに、この永久磁石をカラーから軸方向に離して配置したことを特徴とする。
カラーと永久磁石とを軸方向に離すことによって、磁束からカラーを離す。永久磁石とモータハウジングとの間に発生する磁束を減少させることなく保持し、大きな発生トルクを維持する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る電動パワーステアリングの一例の概念図であり、電動パワーステアリング１０は、運転者１１の操舵力Ｆを補助するものであり、運転者１１の操舵力Ｆを検知するトルクセンサ１２と、このトルクセンサ１２の信号に基づいて、補助力の大きさ及びモータの回転方向の制御を行うコントローラ１３（ＥＣＵ）と、このコントローラ１３の信号によって操舵補助力を出力する電動モータ１４とを備えたものである。１５はバッテリ、１６はステアリングホイール、１７はステアリングギヤである。
【００１４】
図２は本発明に係る電動パワーステアリングの要部断面図であり、ステアリングギヤ１７に動力伝達部材であるボールねじ２１を介して電動モータ１４を取付け、この電動モータ１４の回転によって直線運動の操舵補助力を与える電動パワーステアリング１０を示す。
【００１５】
ステアリングギヤ１７は、ギヤケースハウジング２２内にラック＆ピニオンを収納し、ラックを形成した車軸２３をモータハウジング２４内にまで通し、車軸２３の両端にボールジョイント２５，２５を介してタイロッド２６，２６を取付けたものであり、ステアリングホイールの回転を車軸２３の直線運動に変換するものである。
【００１６】
図３は本発明に係る電動モータの断面図である。
電動モータ１４は、コアレスモータ３０であり（以下、電動モータ１４をコアレスモータ３０と呼称する。）、ギヤケースハウジング２２並びにモータハウジング２４に固定した固定部分であるステータ３１と、ギヤケースハウジング２２並びにモータハウジング２４側に回転可能に支持した回転部分であるロータ３２とからなる。ロータ３２にボールねじ２１を接続することで、ロータ３２の回転を車軸２３の直線運動に変換することができる。
【００１７】
ボールねじ２１は、ねじ軸３３（車軸２３）とナット３４がボール３５・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を介して作動する部品である。３６はケーブルを接続するコネクタである。
【００１８】
ステータ３１は、モータハウジング２４に取付けた固定部材４１と、この固定部材４１で支持し、車軸２３を囲った永久磁石４２と、ギヤケースハウジング２２に取付けたブラシホルダ４３と、このブラシホルダ４３に取付けたブラシ４４と、ギヤケースハウジング２２に嵌合したころがり軸受４５とからなる。４６は固定部材４１に嵌合した軸受を示す。
【００１９】
ロータ３２は、永久磁石４２を囲った円筒状の巻線シリンダ４７と、この巻線シリンダ４７に取付けた整流子４８と、中央のシヤフト４９とからなり、巻線シリンダ４７の一端を動力伝達ディスク５１に固定し、巻線シリンダ４７の他端の内周面側に軸受４６を沿わせ、この軸受４６を介して他端を固定部材４１に回転可能に保持させたものである。５３は巻線シリンダ４７の他端に嵌合したカラーである。なお、モータハウジング２４はヨーク（継鉄）を兼ねるものであり、巻線シリンダ４７から発生する磁束を有効に導くための固定磁性体でもある。
【００２０】
また、コアレスモータ３０では、ヨーク（モータハウジング２４）の内径より僅かに小さく巻線シリンダ４７の外径を設定し、所定の隙間Ｓ１を形成する。一方、永久磁石４２の外径より僅かに大きく巻線シリンダ４７の内径を設定し、所定の隙間Ｓ２を形成する。これらの隙間Ｓ１，Ｓ２は小さく（狭く）することが望ましい。隙間Ｓ１，Ｓ２が小さいと、永久磁石４２の磁束を多く維持すことができ、モータの発生トルクを大きくすることができる。
次に、より詳細にステータ並びにロータを説明する。
【００２１】
図４は本発明に係るコアレスモータのステータの要部断面斜視図であり、永久磁石４２並びに軸受４６を固定部材４１に取付けたことを示す。
固定部材４１は、磁石取付け部６１並びに軸受取付け部６２を同軸に旋削したものである。磁石取付け部６１並びに軸受取付け部６２を同軸に旋削したので、固定部材４１に永久磁石４２並びに軸受４６を取付けると、永久磁石４２の中心軸線Ｃ１と軸受４６の中心軸線Ｃ２とを同軸に組合せることができる。
【００２２】
永久磁石４２は、フェライト磁石である。フェライト磁石を用いることで、生産コストの低減及び軽量化を図ることができる。なお、永久磁石としては、他に希土類磁石を用いてもよい。
【００２３】
軸受４６は滑り軸受であり、非導電体を用いたものである。非導電体を用いると、磁力線は流れに影響を受けないので、モータは損失を無視することができ、モータ効率の向上を図ることができる。非導電体の一例としては、樹脂、複合材料（ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）、セラミックス、多孔質材料を挙げることができる。
【００２４】
図５は本発明に係るコアレスモータのロータの断面斜視図であり、シヤフト４９に円筒状の巻線シリンダ４７を取付けた状態を示す。
巻線シリンダ４７は、所定の線径、長さのコイル用電線６３・・・を巻き回し、内径を固定部材より大きく形成したものであり、カップ方式の巻線である。なお、開放端６４にカラー５３を有する。Ｃ３は巻線シリンダ４７の軸であるところの中心軸線を示す。
整流子４８は、整流子片６５・・・を所定の数だけ備えたものである。整流子片６５・・・のライザ６６・・・にコイル用電線６３・・・を接続する。
【００２５】
図６は図３の６部拡大図であり、巻線シリンダ４７の先端及びカラー５３の詳細図である。Ｄ１は巻線シリンダ４７の外径を示す。
カラー５３は、巻線シリンダ４７に嵌合する薄肉リング部７１と、この薄肉リング部７１につながる肉厚リング部７２とからなる段付きリングであり、これらの薄肉リング部７１及び肉厚リング部７２で段部７３を形成したものである。Ｄ２はカラー５３の内径を示す。
【００２６】
また、カラー５３の材質は、樹脂（非強化）若しくは繊維強化樹脂（繊維強化プラスチック）である。樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が望ましい。また、繊維強化樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）にガラス繊維若しくは炭素繊維を加えたものが望ましい。
【００２７】
薄肉リング部７１を巻線シリンダ４７に嵌めることで、薄肉リング部７１を内側に取付けるとともに、段部７３に巻線シリンダ４７の開放端６４を嵌合する。この際、カラー５３を永久磁石４２より所定の距離Ａ１だけ離すように取付ける。Ａ２は永久磁石４２から軸受４６までの距離を示す。
【００２８】
薄肉リング部７１は、外径をＤ３、幅をＢ、厚さをｔ１にした。厚さｔ１は、ｔ１＝（Ｄ３−Ｄ２）／２である。
肉厚リング部７２は、外径をＤ４、幅をＥ、厚さをｔ２とした。厚さｔ２は、ｔ２＝（Ｄ４−Ｄ２）／２で、且つ、ｔ２＞ｔ１である。また、外径Ｄ４は、Ｄ４＜Ｄ１（巻線シリンダ４７の外径）である。
軸受４６の全長はＦであり、寸法Ｊだけカラー５３に嵌合し、カラー５３より所定寸法Ｇだけ延した。すなわち、Ｇ＝Ｆ−Ｊとした。
【００２９】
以上に述べた電動パワーステアリングのモータの巻線シリンダ構造の作用を次に説明する。
図６に示すように、カラー５３に段部７３を形成したので、段部７３で巻線シリンダ４７の開放端６４を保護し、コイル用電線６３のばらけを防止することができる。
【００３０】
巻線シリンダ４７に嵌合する薄肉リング部７１につなげて肉厚リング部７２を形成することで、カラー５３の剛性を高めることができる。
カラー５３を樹脂にすることで、カラー５３と巻線シリンダ４７のコイル用電線６３との絶縁を図ることができる。その結果、カラー５３の絶縁処理作業を省くことができ、生産コストの低減を図ることができる。
【００３１】
また、カラー５３を樹脂にしたので、モータハウジング２４と永久磁石４２とで形成する筒状の隙間Ｓ３に巻線シリンダ４７を挿入する際、カラー５３が永久磁石４２に吸引されることはなく、作業効率の向上を図ることができ、生産コストの低減を図ることができる。
同時に、カラー５３が永久磁石４２に吸引されないので、カラー５３が永久磁石４２の表面を傷つけることはなく、傷を防止することができる。
【００３２】
さらに、カラー５３を樹脂にしたので、磁力線の流れが変化することはなく、使用中に渦電流、コギング、トルクむらが発生しない。その結果、使用中の余分な発熱を防止することができ、モータ効率の向上を図ることができる。
【００３３】
カラー５３を繊維強化樹脂で形成したので、カラー５３の機械的特性が向上し、巻線シリンダ４７の楕円を矯正することができるとともに、より確実にコイル用電線６３のばらけを防止することができる。
また、金属に較べて回転慣性を増すことなく巻線シリンダを保持できる。
【００３４】
その上、肉厚リング部７２の外径Ｄ４を、巻線シリンダ４７の外径Ｄ１より小さくしたので、巻線シリンダ４７の外径Ｄ１を基準にモータハウジング２４の外径を設定することができ、モータの小型化を図ることができる。
薄肉リング部７１の外周を巻線シリンダ４７への嵌合に用いることによって、薄肉リング部７１の内周を軸受４６の嵌合に用いることができ、軸受４６と永久磁石４２との距離Ａ２を小さく設定することができる。従って、モータの小型化を図ることができる。
【００３５】
加えて、軸受４６をカラー５３端より所定寸法Ｇだけ軸方向に延ばしたので、軸受４６を保持するモータハウジング２４とカラー５３との間を比較的大きく空けることができ、カラー５３がモータハウジング２４に干渉しない。
【００３６】
巻線シリンダ４７の内側に永久磁石４２を配置するときに、永久磁石４２をカラー５３から中心軸線Ｃ３（図５参照）に沿った方向に距離Ａ１だけ離して配置したので、永久磁石４２とモータハウジング２４との間に形成する隙間Ｓ３にカラー５３が介在しない。その結果、磁束が少くなることはなく、モータの発生トルクを大きくすることができる。
【００３７】
尚、本発明の実施の形態に示した図６のカラー５３の材質を変えることも可能である。例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）に他の樹脂を添加したものや繊維以外に粒を加えたものも可能である。
カラー５３の段部７３以外にさらに段部を階段状に複数形成してもよい。また、カラー５３の外径Ｄ４を巻線シリンダ４７の外径Ｄ１と同じ（Ｄ４＝Ｄ１）にし、肉厚リング部７２の幅Ｅを小さくすることも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、カラーは巻線シリンダの内径より外径を大きく、且つ、ステータに挿入可能な内径で肉厚リング部が形成され、肉厚リング部に、肉厚リング部の内径と内径が等しい薄肉リング部をつないだ段付きリングであり、薄肉リング部を巻線シリンダの内側に嵌合させるとともに、段部に巻線シリンダの開放端を当るように嵌合したので、段部が開放端の内側から端面へと保護し、コイル用電線のばらけを防止することができる。
樹脂製のカラーは、ステータに挿入可能な内径で肉厚リング部が形成され、肉厚リング部に、肉厚リング部の内径と内径が等しい薄肉リング部をつないだ段付きリングであり、段部に巻線シリンダの開放端を当るように嵌合したので、モータハウジングとステータ（永久磁石）とで形成する筒状の隙間に巻線シリンダを挿入する際、カラーが永久磁石に吸引されることはなく、作業効率の向上を図ることができ、生産コストの低減を図ることができる。
【００３９】
また、カラーを樹脂にすることで、カラーと巻線シリンダのコイル用電線との短絡を防止することができる。その結果、カラーを絶縁処理する必要がなく、絶縁処理作業を省くことができる。従って、生産コストを低減することができる。
さらに、カラーを樹脂にしたので、磁力線の流れが変化することはなく、使用中に渦電流、コギング、トルクむらが発生しない。その結果、使用中の余分な発熱を防止することができ、モータ効率の向上を図ることができる。
【００４０】
請求項２では、カラーを繊維強化樹脂で形成したので、カラーの機械的特性が向上し、巻線シリンダの楕円を矯正することができるとともに、経年変化によるコイル用電線のばらけをより確実に防止することができる。
また、金属に較べて回転慣性を増すことなく巻線シリンダを保持できる。
【００４１】
請求項３では、肉厚リング部の外径を、巻線シリンダの外径より小さくしたので、ロータの巻線シリンダを基準にモータの外径を設定することができ、モータの小型化を図ることができる。
【００４２】
請求項４では、軸受をカラーに対しカラー端より所定寸法だけ軸方向に延ばしたので、軸受を保持するモータハウジングがカラーに接近せず、カラーとの間に空間を形成することができ、カラーの干渉を防止することができる。
【００４３】
請求項５では、巻線シリンダの内側に永久磁石を配置するときに、永久磁石をカラーから軸方向に離して配置したので、永久磁石とモータハウジングとで形成する隙間にカラーが介在しない。その結果、隙間に発生する磁束を減少させることなく保持することができ、モータの発生トルクを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリングの一例の概念図
【図２】本発明に係る電動パワーステアリングの要部断面図
【図３】本発明に係る電動モータの断面図
【図４】本発明に係るコアレスモータのステータの要部断面斜視図
【図５】本発明に係るコアレスモータのロータの断面斜視図
【図６】図３の６部拡大図
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング、３０…モータ（コアレスモータ）、３１…ステータ、３２…ロータ、４２…永久磁石、４６…軸受、４７…巻線シリンダ、５３…カラー、６４…開放端、７１…薄肉リング部、７２…肉厚リング部、７３…段部、Ａ１…永久磁石からカラーまでの距離、Ｃ３…軸（巻線シリンダの中心軸線）、Ｄ１…巻線シリンダの外径、Ｄ４…肉厚リング部の外径、Ｇ…軸受からカラーまでの所定寸法。
【図１】
0004070929.tif 000002
【図２】
0004070929.tif 000003
【図３】
0004070929.tif 000004
【図４】
0004070929.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004070929.tif 000007