(57)【要約】【課題】磁気飽和が生じ難い電動モータを提供する。【解決手段】本電動モータ１は、環状のステータ７および環状のロータ６を有する。ステータ７は、周方向に並ぶ複数のティース２０を有する環状のステータコア１７と、各ティース２０に巻回されたコイル１８と、複数の軸方向延設突部２４とを含む。軸方向延設突部２４は、ステータコア１７の径方向Ｒに関しての各ティース２０の内端２３に設けられ、ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に延びている。ステータコア１７の径方向Ｒに関する軸方向延設突部２４とロータ６との間隔Ｇ１が、ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に向かうにしたがって大きくされている。ロータ６から軸方向延設突部２４へ入る磁束を少なくして、軸方向延設突部２４の根元３６における磁気飽和の発生を抑制する。コイル収容溝２６の溝側面２９を軸方向に平行にでき、コイル１８を整列巻きし易くする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するステータおよびロータを備え、
上記ステータは、
周方向にスロットを挟んで配置された複数のティースを有する環状のステータコアと、  各ティースに巻回されたコイルと、
ステータコアの径方向に関しての各ティースの内端に設けられ、ステータコアの軸方向外方に延びる軸方向延設突部とを含み、
ステータコアの径方向に関して、軸方向延設突部とロータとの間隔が、ステータコアの軸方向外方に向かうにしたがって大きくされていることを特徴とする電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータは、環状のロータと、これを取り囲む環状のステータとを有している。ステータは、コイルと、ステータコアとを有している。このステータコアは、コイルが巻回された複数のティースを有している。各ティースの径方向内方の端部には、軸方向外方へ突出する軸方向延設突部が設けられている（例えば、特許文献１，２参照。）。軸方向延設突部とロータとの間の間隔（エアギャップに相当。）は、ステータコアの軸方向位置にかかわらず一定とされていた。
【特許文献１】特開２００４−４０９４８号公報
【特許文献２】特開２００３−２３５１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、軸方向延設突部において磁気飽和が生じることがある。磁気飽和が生じると、トルクの脈動が生じる。
そこで、本発明の目的は、軸方向延設突部における磁気飽和が生じ難い電動モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の電動モータ（１）は、互いに対向するステータ（７）およびロータ（６）を備え、上記ステータは、周方向（Ｔ）にスロット（２１）を挟んで配置された複数のティース（２０）を有する環状のステータコア（１７）と、各ティースに巻回されたコイル（１８）と、ステータコアの径方向（Ｒ）に関しての各ティースの内端（２３）に設けられ、ステータコアの軸方向外方（Ｓ１）に延びる軸方向延設突部（２４）とを含み、ステータコアの径方向に関して、軸方向延設突部とロータとの間隔（Ｇ１）が、ステータコアの軸方向外方に向かうにしたがって大きくされていることを特徴とする。
【０００５】
本発明によれば、上記間隔がステータコアの軸方向位置にかかわらず一定である場合に比べて、ロータから軸方向延設突部へ入る磁束を少なくできる。その結果、軸方向延設突部の根元を通る磁束が少なくなるので、軸方向延設突部の根元における磁気飽和の発生が抑制される。また、例えば、磁気飽和の発生を抑制しつつ、軸方向延設突部におけるコイル側部分を軸方向に平行に設けることが可能となる。従って、ティースへのコイルの整列巻きが容易になるので、コイルの巻き数が多くなる。その結果、出力トルクを大きくすることも可能となる。
【０００６】
なお、上記括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、電動モータが、自動車の電動パワーステアリング装置に適用された場合に則して説明する。なお、本実施形態の電動モータが、電動パワーステアリング装置以外の装置に適用されてもよい。
図１は、本発明の第１の実施形態の電動モータが適用された電動パワーステアリング装置の概略構成の模式図である。図１を参照して、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering System）５０は、ステアリングホイール等の操舵部材５１に連結しているステアリングシャフト５２と、ステアリングシャフト５２に第１の自在継手５３を介して連結された中間シャフト５４と、中間シャフト５４に第２の自在継手５５を介して連結されたピニオンシャフト５６と、ピニオンシャフト５６の端部近傍に設けられたピニオン歯５７に噛み合うラック歯５８を有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー５９とを有している。
【０００８】
ピニオンシャフト５６およびラックバー５９によりラックアンドピニオン機構からなるステアリングギヤ６０が構成されている。このステアリングギヤ６０は、操舵部材５１の回転運動が入力される入力軸としての上述のピニオンシャフト５６を有している。ラックバー５９は、車体６１に固定されるラックハウジング６２内に図示しない複数の軸受を介して直線往復自在に支持されている。ラックバー５９には、一対のタイロッド６３が結合されている。各タイロッド６３は対応するナックルアーム６４を介して対応する転舵輪６５に連結されている。
【０００９】
操舵部材５１が操作されてステアリングシャフト５２が回転されると、この回転がピニオン歯５７およびラック歯５８によって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー５９の直線運動に変換される。これにより、転舵輪６５の転舵が達成される。
ステアリングシャフト５２は、操舵部材５１に連なる入力軸６６と、ピニオンシャフト５６に連なる出力軸６７とに分割されている。これら入力軸６６および出力軸６７はトーションバー６８を介して同一の軸線上で互いに連結されている。入力軸６６に操舵トルクが入力されたときに、トーションバー６８が弾性ねじり変形し、これにより、入力軸６６および出力軸６７が相対回転するようになっている。
【００１０】
トーションバー６８を介する入力軸６６および出力軸６７の間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ６９が設けられている。また、車速を検出するための車速センサ７０が設けられている。また、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit ：電子制御ユニット）７１が設けられている。また、操舵補助力を発生させるための電動モータ１と、この電動モータ１の出力回転を減速する減速機７３とが設けられている。
【００１１】
トルクセンサ６９および車速センサ７０からの検出信号が、ＥＣＵ７１に入力されるようになっている。ＥＣＵ７１では、トルク検出結果や車速検出結果等に基づいて、操舵補助用の電動モータ１を制御する。電動モータ１の出力回転が減速機７３を介して減速されてピニオンシャフト５６に伝達され、ラックバー５９の直線運動に変換されて、操舵が補助されるようになっている。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施形態の電動モータ１の概略構成の側面図であり、部分的に断面表示され、また、模式的に図示されている。図２を参照して、電動モータ１は、モータハウジング２と、このモータハウジング２に軸受３，４を介して回動自在に支持された出力軸５と、この出力軸５に一体回転するように設けられた環状のロータ６と、このロータ６を取り囲むようにしてモータハウジング２内に固定された環状のステータ７とを有している。また、電動モータ１は、ブラシレスモータである。
【００１３】
モータハウジング２は、筒部材８と、この筒部材８の両端を覆う一対の端部材９，１０とを有している。モータハウジング２の内部に、ロータ６およびステータ７が収容されている。出力軸５とロータ６とステータ７とは、互いに同心に配置されている。ロータ６の外周面１１とステータ７の内周面１２とが、ロータ６の径方向に関する所定間隔を隔てて、ロータ６の径方向に互いに対向している。
【００１４】
ロータ６は、出力軸５に固定された単一の筒状のロータ本体１３と、このロータ本体３１の外周面に固定された複数のセグメント磁石１４とを有している。複数のセグメント磁石１４は、例えばロータ６の周方向に均等に並んで列をなして配置されているとともに、この列が、ロータ６の軸方向の複数カ所、例えば２箇所に設けられている。各セグメント磁石１４は、例えば、永久磁石からなり、Ｓ極およびＮ極の磁極を有する。Ｓ極およびＮ極のうちの予め定められた一方の磁極が、ロータ６の外周面１１に位置している。ロータ６の外周面１１においては、Ｓ極とＮ極とが、ロータ６の周方向に交互に並んでいる。
【００１５】
図３Ａは、図２の電動モータ１のステータ７およびロータ６の平面図である。図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。図３Ａ，図３Ｂを参照して、本実施形態では、ロータ６の外周面１１の一部１５が、セグメント磁石１４により形成されている。上記一部１５は、ロータ６の中心軸線１６を含む断面において当該ロータ６の中心軸線１６に平行に延びている。なお、ロータマグネットとして、セグメント磁石１４に代えて、少なくともひとつの環状の永久磁石を用いてもよい。また、ロータ６の外周面１１の全体が上述のロータマグネットにより形成されてもよい。
【００１６】
ステータ７は、環状の単一のステータコア１７と、複数のコイル１８とを有している。ステータコア１７は、環状の単一のヨーク１９と、このヨーク１９からロータ６に向けて突出した複数のティース２０とを有している。
図２，図３Ｂを参照して、ヨーク１９は、モータハウジング２に固定されている。なお、ヨーク１９は、図３Ｂにおいて一点鎖線Ｌ１よりも径方向外方（図３Ｂにおいて右側になる。）にあるステータコア１７の領域に相当する。
【００１７】
図３Ａ，図３Ｂを参照して、各ティース２０は、ヨーク１９の内周からステータコア１７の径方向Ｒ（以下、単に径方向Ｒともいう。）の内方に向かって延びている。複数のティース２０は、ステータコア１７の周方向Ｔ（以下、単に周方向Ｔともいう。）に関して所定間隔のスロット２１を挟んで相互に離隔して均等に配置されている。なお、ティース２０は、図３Ｂにおいて一点鎖線Ｌ１よりも径方向内方（図３Ｂにおいて左側になる。）にあるステータコア１７の領域に相当する。
【００１８】
図２，図３Ｂを参照して、各ティース２０は、コイル１８が巻回されたティース本体２２と、径方向Ｒに関する内端２３とを有している。この内端２３は、ティース本体２２の径方向Ｒの内方に隣接して配置されている。内端２３は、ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に延設された一対の軸方向延設突部２４を有している。具体的には、各ティース２０の内端２３におけるステータコア１７の軸方向に関する両端部のそれぞれに、軸方向延設突部２４が一つずつ設けられている。また、軸方向延設突部２４は、ティース本体２２よりもステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に位置している。
【００１９】
また、ステータコア１７は、当該ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に延伸された一対の端部としての上記軸方向延設突部２４（以下、単に端部２４ともいう。）およびヨーク１９の軸方向端部２５（以下、単に端部２５ともいう。）を有している。この軸方向端部２５は、ヨーク１９においてティース本体２２よりもステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に延設されている。これら一対の端部２４，２５は、ステータコア１７の径方向Ｒに互いに対向している。一対の端部２４，２５の間に、後述するコイル収容溝２６が区画されている。以下では、ステータコア１７の一方の端部２４を中心に説明する。
【００２０】
図３Ａ，図３Ｂを参照して、本実施形態では、軸方向延設突部２４と、ロータ６のセグメント磁石１４とが、径方向Ｒに対向している。これにより、スペースを有効に利用しつつ、出力トルクを増大させることができる。より具体的には、軸方向延設突部２４の軸方向外方Ｓ１の延設端と、ロータ６のセグメント磁石１４の軸方向端部とは、ステータコア１７の軸方向に関しての互いに等しい位置に配置されている。
【００２１】
複数の軸方向延設突部２４は、互いに同じに構成されている。軸方向延設突部２４は、ステータコア１７の径方向Ｒに沿ってロータ６の外周面１１と対向する対向面２７を有している。対向面２７は、ステータコア１７の中心軸線２８を中心とする円錐状テーパ面に形成されている。対向面２７は、軸方向外方Ｓ１に向かうにしたがってステータコア１７の中心軸線２８から遠ざかっている。
【００２２】
図３Ｂを参照して、軸方向延設突部２４とロータ６との径方向Ｒの間隔Ｇ１が、ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に向かうにしたがって大きくされている。ここで、上記間隔Ｇ１は、例えば、ステータコア１７の径方向Ｒに関する、軸方向延設突部２４の対向面２７と、ロータ６の外周面１１においてセグメント磁石１４により形成された上記部分１５との間の距離に相当する。なお、ステータコア１７の中心軸線２８を含む断面（軸方向断面ともいう。）において、対向面２７の少なくとも一部が、曲線をなしてもよい。
【００２３】
図３Ｂを参照して、コイル収容溝２６は、ステータコア１７の径方向Ｒに相対向する一対の溝側面２９，３０と、溝底面３１と、一対の隅肉部３２，３３とを有している。一方の溝側面２９は、軸方向延設突部２４に形成されている。他方の溝側面３０は、ヨーク１９に形成されている。溝底面３１はティース２０に形成されている。隅肉部３２，３３は、対応する溝側面２９，３０と溝底面３１とを接続している。
【００２４】
軸方向断面において、各溝側面２９，３０が延びる方向は、ステータコア１７の中心軸線２８に平行とされ、また、各溝側面２９，３０と、溝底面３１とは直交している。また、各隅肉部３２，３３のなす凹湾曲面の曲率半径は１ｍｍ以下とされるのが、コイル１８を整列巻きするのに好ましい。
図２，図３Ａを参照して、ステータコア１７は、当該ステータコア１７の周方向Ｔに均等に分割された分割体としての複数の分割コア３４からなる。これらの複数の分割コア３４が環状に配列されることにより、ステータコア１７が構成されている。
【００２５】
本実施形態では、各分割コア３４が、圧粉磁心からなる。この圧粉磁心は、磁性粉を含んでいる。また、各分割コア３４は、周方向Ｔに関するヨーク１９の分割体としての弧状の単一の分割ヨーク３５と、この分割ヨーク３５からロータ６へ向けて突出する単一の上述のティース２０とを有している。分割ヨーク３５と、ティース２０とは、単一部材としての圧粉磁心により一体に形成されている。圧粉磁心を用いることにより、上記端部２４，２５を容易に形成できる。
【００２６】
図３Ａ，図３Ｂを参照して、以上説明したように、本実施形態の電動モータ１は、互いに対向する環状のステータ７および環状のロータ６を備えている。ステータ７は、周方向Ｔにスロット２１を挟んで配置された複数のティース２０を有する環状のステータコア１７と、各ティース２０に巻回されたコイル１８と、ステータコア１７の径方向Ｒに関しての各ティース２０の内端２３に設けられ、ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に延びる軸方向延設突部２４とを含んでいる。ステータコア１７の径方向Ｒに関して、軸方向延設突部２４とロータ６との間隔Ｇ１が、ステータコア１７の軸方向外方Ｓ１に向かうにしたがって大きくされている。
【００２７】
本実施形態によれば、ロータと軸方向延設突部との径方向の間隔が軸方向位置にかかわらず一定とされた従来の場合に比べて、ロータ６から軸方向延設突部２４へ入る磁束が少なくなる。その結果、軸方向延設突部２４の根元３６を通る磁束が少なくなるので、軸方向延設突部２４の根元３６における磁気飽和の発生が抑制される。従って、出力トルクの脈動の発生を抑制することができる。
【００２８】
また、磁気飽和の発生を抑制しつつ、軸方向延設突部２４におけるコイル側部分としての溝側面２９を、ステータコア１７の軸方向に平行に設けることができる。従って、ティース２０へのコイル１８の整列巻きが容易になるので、コイル１８の巻き数が多くなる結果、出力トルクが大きくなる。
また、本実施形態の電動モータ１は、出力トルクが大きくて、そのトルク脈動が小さい。従って、電動モータ１が、電動パワーステアリング装置５０の操舵補助用として用いられることにより、操舵補助力が安定して得られる。その結果、より一層快適な操舵感を得ることができる。
【００２９】
また、ステータコア１７の分割コア３４としての圧粉磁心は、例えば、以下の製造方法により製造することができる。すなわち、圧粉磁心の製造方法は、粉末化方法としての水アトマイズ法により磁性粉としての鉄粉を得る粉末化工程と、粉末化工程により得られた鉄粉に絶縁性被膜としてのリン酸塩被膜を形成するコーティング工程と、絶縁性被膜が形成された鉄粉を加圧することにより所定形状に形成された成形品３８（図４参照）を得る加圧工程と、成形品３８を焼き鈍しする熱処理工程とを有する。これにより、圧粉磁心を得ることができる。
【００３０】
粉末化工程のアトマイズ法では、冷却媒としての液体の水が高圧のジェットとして噴射されるとともに、加熱されて液体状態となった金属原料としての鉄（溶湯）が、上述のジェットに衝突することにより、金属原料が粉末化される。水アトマイズ法により、比較的に非球形な粉末が形成される。従って、このような粉末が加圧成形されてなる成形品としての圧粉磁心の密度を高め易い。その結果、低ヒステリシス損失および高飽和磁束密度のステータコア１７を実現できる。
【００３１】
図４は、加圧工程の成形型３７と成形品３８との断面図である。図４を参照して、加圧工程では、材料粉末を成形型３７により加圧成形することにより、成形品３８を得る。材料粉末は、水アトマイズ法で生成された鉄粉にリン酸塩被膜を施されてなり、樹脂バインダーを含んでいない。成形型３７は、パンチとしての第１の成形型３９と、ダイとしての第２の成形型４０とを有している。第１および第２の成形型３９，４０が、加圧方向Ｐに沿って互いに近接することにより、材料粉末を加圧成形する。
【００３２】
図２，図４を参照して、成形品３８は、分割コア３４と等しい形状、またはこの形状に近似した基本形状をなしている。成形品３８は、加圧方向Ｐに沿って相対的に長い第１および第２の部分４１，４２と、加圧方向Ｐに沿って相対的に短い第３の部分４３とを有している。第３の部分４３は、第１および第２の部分４１，４２の間に配置されている。第１の部分４１は、分割コア３４の分割ヨーク３５になる。第２の部分４２は、分割コア３４のティース２０の内端２３になる。第３の部分４３は、分割コア３４のティース２０のティース本体２２になる。
【００３３】
第１および第２の成形型３９，４０は、互いに対向して配置されており、その間に、成形品３８を形成するための凹部を区画している。第１の成形型３９は、上述の凹部の内面として、成形品３８の第１の部分４１を形成する第１の成形部４４と、成形品３８の第２の部分４２を形成する第２の成形部４５と、成形品３８の第３の部分４３を形成するための第３の成形部４６とを有している。第２の成形型４０は、第１の成形型３９と同様に構成されており、上述の凹部の内面として上述の第１、第２および第３の成形部４４，４５，４６を有している。第１および第２の成形型３９，４０の第１の成形部４４同士が、互いに対向している。また、第２の成形部４５同士が互いに対向し、第３の成形部４６同士が互いに対向している。
【００３４】
図２，図４を参照して、本実施形態では、ステータコア１７の軸方向に関して、分割コア３４のティース本体２２からの軸方向延設突部２４の延設量Ｇ４と、ティース本体２２からの分割ヨーク３５の軸方向端部２５の延設量Ｇ５とが、互いに等しくされている。これにより、加圧工程において、第１および第２の成形部４４、４５のプレス圧力を互いに等しくできる。その結果、成形品３８における第１および第２の部分４１，４２の密度を互いに等しくすることができる。従って、分割コア３４において、その部分ごとの磁気特性、例えば、飽和磁束密度のばらつきを小さく抑制することができる。また、分割コア３４の形状を高精度に形成できる。
【００３５】
なお、上記延設量Ｇ４，Ｇ５が相異なる場合には、加圧工程における第１および第２の成形部４４，４５のプレス圧力が相異なり易い。その結果、成形品の部分ごとの密度が不均等になり易く、さらには、その部分ごとの上述の磁気特性のばらつきが大きくなり易い。また、上述のように成形型の部分ごとにプレス圧力が相異なる場合には、成形型が変形し易いので、所定の成形品形状が得られないことがある。
【００３６】
また、第１および第２の成形型３９，４０の少なくとも一方、本実施形態では両方において、第１、第２および第３の成形部４４〜４６は、加圧方向Ｐに互いに相対移動可能に保持されている。この場合、第１、第２および第３の成形部４４〜４６ごとにプレス圧力を調節できるので、成形品３８の部分ごとの密度を容易に均一化できる。
熱処理工程では、歪取りのための焼鈍を施す。リン酸塩被膜の耐熱温度（５５０℃）以下のできるだけ高い温度を焼鈍温度とすることが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明する。他の構成については、上述の実施形態と同様であるので、図に同一符号を付して、その説明を省略する。
例えば、図５は、本発明の第２の実施形態のステータ７およびロータ６の断面図である。図５を参照して、ステータコア１７は、複数の分割コア７７からなる。各分割コア７７は、上述の分割コア３４と同様に、分割ヨーク３５と、複数のティース２０とを有している。各ティース２０は、一対の軸方向延設突部２４を有している。分割コア７７は、上述した分割コア３４とは、以下の点で異なり、他の構成については同様である。
【００３８】
すなわち、各分割コア７７は、ステータコア１７の軸方向に関する当該分割コア７７の両端部を構成する一対の圧粉磁心７８と、ステータコア１７の軸方向に関する当該分割コア７７の中間部を構成する積層鋼板７９とを有している。一対の圧粉磁心７８と積層鋼板７９とがステータコア１７の軸方向に互いに連結されることにより、分割コア７７が構成されている。各圧粉磁心７８は、ステータコア１７の軸方向に一対の端部２４，２５と、これら一対の端部２４，２５を接続するティース本体２２の軸方向端部とを有している。また、積層鋼板７９は、互いに積層された複数の電磁鋼板からなる。
【００３９】
本実施形態では、上述の間隔Ｇ１が軸方向外方Ｓ１に向かうにしたがって大きくされることにより、軸方向延設突部２４における磁気飽和の発生を抑制できる。また、コイル収容溝２６の溝側面２９をステータコア１７の軸方向に平行にしたことにより、出力トルクを高めることができる。これとともに、分割コア７７の軸方向中間部として積層鋼板７９を用いることにより、分割コア７７の飽和磁束密度を安価に高めることができる。
【００４０】
上記各実施形態では，インナーロータ型の電動モータについて説明したが、本発明は、アウターロータ型の電動モータにも適用可能である。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態の電動モータが適用された電動パワーステアリング装置の概略構成の模式図である。
【図２】第１の実施形態の電動モータの概略構成の側面図であり、部分的に断面表示され、また、模式的に図示されている。
【図３】図３Ａは、図２の電動モータのステータおよびロータの平面図である。図３Ｂは、図３ＡのＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。
【図４】加圧工程の成形品と成形型の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の電動モータのステータおよびロータの断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…電動モータ、６…ロータ、７…ステータ、１７…ステータコア、１８…コイル、２０…ティース、２１…スロット、２３…内端、２４…軸方向延設突部、Ｇ１…間隔、Ｒ…径方向、Ｓ１…軸方向外方、Ｔ…周方向
【図１】
2009038870.tif 000003
【図２】
2009038870.tif 000004
【図３】
2009038870.tif 000005
【図４】
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【図５】
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