(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を発生すべく電機子巻線が巻回されたステータと、外周面に永久磁石が取り付けられたロータと、その永久磁石を保護すべくロータの外周面を被覆した保護カバーと、を備えるブラシレスモータにおいて、前記保護カバーが、円筒形状であり、永久磁石が取り付けられたロータを挿入した後に保護カバーを軸方向に引っ張って絞り込み永久磁石に保護カバーを密着させる絞り込み構造を有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
前記絞り込み構造が、保護カバーが網状であり、その網状の保護カバーを軸方向に引っ張って固定する構造であることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項３】
前記絞り込み構造が、保護カバーが金属管であり、その金属管に周方向に走る小さなスリットが軸方向に多数配列されたスリット列が複数列形成されており、そのスリット列の両端近傍を軸方向に引っ張り多数のスリットを斜めに変形させて固定する構造であることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
回転磁界を発生すべく電機子巻線が巻回されたステータと、外周面に永久磁石が取り付けられたロータと、その永久磁石を保護すべくロータの外周面を被覆した保護カバーと、を備えるブラシレスモータの組み立て方法であって、前記保護カバーが網状部材からなり、その網状の保護カバーをロータの軸方向に引っ張って保護カバーを永久磁石に密着させる工程を備えることを特徴とするブラシレスモータの組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に高信頼度を要求される電動パワステ用のブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータではロータに永久磁石を配置し、ステータに電機子巻線を配置して回転磁界を発生させ、ロータを回転させる。ここで電動パワステ用のブラシレスモータでは、小型であって強いトルクと、車軸の振動に耐えうる堅牢性と高い信頼性が求められる。強いトルクを実現するため、永久磁石にＢＨ積が大きいネオジウム−鉄−ホウ酸（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石等の希土類磁石が使用される。ところが、これらの希土類磁石は機械的強度が低く破損しやすいという問題点があった。そこで、従来は、ロータに配置された永久磁石の回りを非磁性体であるＳＵＳ３０４等のステンレス管からなるスリーブで覆い保護カバーとして永久磁石の強度不足を補っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、部品の工作にはすべて公差がある。ここで問題になるのはロータの基台となるシャフトの径、ロータに配置され貼着される永久磁石の厚さ、保護カバーとなるＳＵＳ３０４のスリーブの内径、等々の公差である。これらの公差の積み上げを考慮すると、公差内の良品を組み合わせた場合でもスリーブと磁石との間に最大でスリーブ内径の１／１００以上のエアギャップが生じる場合が考えられる。さらに、ロータ本体とスリーブとの間に偏心があればロータとステータとの間にさらに大きなエアギャップを生じることになる。このような大きなエアギャップは磁気抵抗を大きくしモータの出力、効率を低下させるという問題点があった。
【０００４】
また、特開平８−１０７６４１号公報には、炭素繊維、アラミド繊維等を用いた繊維強化プラスチックの保護カバーをロータの冷し嵌めにより取り付け、永久磁石を圧縮した状態で保護カバーを取り付けたものが開示されている。しかし、このようなものは製造設備が大がかりになり高価格になりやすいという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、ロータ軸の径や永久磁石の厚さの公差内のばらつきにかかわらず磁石に密着した保護カバーが取り付けられ、永久磁石を機械的に確実に保護すると共にロータとステータとのエアギャップを小さくし出力、効率を向上させることができるブラシレスモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のうち第１の実施態様の発明は、回転磁界を発生すべく電機子巻線が巻回されたステータと、外周面に永久磁石が取り付けられたロータと、その永久磁石を保護すべくロータの外周面を被覆した保護カバーと、を備えるブラシレスモータにおいて、前記保護カバーが、円筒形状であり、永久磁石が取り付けられたロータを挿入した後に保護カバーを軸方向に引っ張って絞り込み永久磁石に保護カバーを密着させる絞り込み構造を有することを特徴とする。ここで、絞り込み構造とは、保護カバーを軸方向に引っ張ることにより保護カバーの直径を縮小することができる構造のすべてをいう。
【０００７】
このように形成すると、保護カバーにロータを挿入した段階で公差や偏心によりロータと保護カバーとの間に間隙があったとしても、保護カバーを軸方向に引っ張るだけで、絞り込み構造により円筒形状の保護カバーの直径を縮小することにより保護カバーを永久磁石に密着させ押し付けることができる。このため、保護カバーと永久磁石との間にエアギャップが無くなる。したがって、機械的強度が弱い永久磁石を保護カバーの密着により機械的に確実に保護すると共に、ステータの内径を小さくしてロータとステータとのエアギャップをより小さくしモータの出力、効率を向上させることができるという効果がある。
【０００８】
ここで、絞り込み構造の第１の実施態様として、前記絞り込み構造が、保護カバーが網状であり、その網状の保護カバーを軸方向に引っ張って固定する構造であることを特徴とすることができる。
このように形成すると、保護カバーを軸方向に引っ張るだけで保護カバーの絞り込みができるという効果がある。
【００１０】
ここで、絞り込み構造の第２の実施態様として、前記絞り込み構造が、保護カバーが金属管であり、その金属管に周方向に走る小さなスリットが軸方向に多数配列されたスリット列が複数列形成されており、そのスリット列の両端近傍を軸方向に引っ張り多数のスリットを斜めに変形させて固定する構造であることを特徴とすることができるこのように形成すると、保護カバーを軸方向に引っ張るだけでスリット列の多数のスリットを斜めに変形させ、保護カバーの円周寸法を縮小させて保護カバーを絞り込むことができる。金属管からなる保護カバーの塑性変形による絞り込みであるから絞り込みが安定するという効果がある。
【００１１】
ここで、第１の方法の発明として、回転磁界を発生すべく電機子巻線が巻回されたステータと、外周面に永久磁石が取り付けられたロータと、その永久磁石を保護すべくロータの外周面を被覆した保護カバーと、を備えるブラシレスモータの組み立て方法であって、前記保護カバーが網状部材からなり、その網状の保護カバーをロータの軸方向に引っ張って保護カバーを永久磁石に密着させる工程を備えることを特徴とすることができる。
このような工程を備えると、保護カバーの絞り込みが容易にでき、また、工数を減らすことができるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に係るブラシレスモータが使用される電気式動力操舵装置の概要について説明する。
図１（Ａ）は、電気式動力舵取装置の正面図であり、図１（Ｂ）は、電気式動力舵取装置の軸方向の断面図である。図２は、図１（Ｂ）においてブラシレスＤＣモータが装着されている部分を拡大した断面図である。
図１に示すように、電気式動力舵取装置４０は、ラックハウジング１１と、このラックハウジング１１の端部に同軸状に取り付けられたチューブヨークハウジング１３と、このチューブヨークハウジング１３の端部に同軸状に取り付けられたエンドハウジング１４とを備えている。これら３つのハウジングは、いずれも中空で略円筒形状に形成されており、それらの内部には、ラックシャフト１２が挿通されている。チューブヨークハウジング１３には軸受１７，３０を介して中空で鉄製のモータシャフト１５が回転自在に支承されており、そのモータシャフト１５には、ボールねじナット１６が固着されている。ボールねじナット１６にラックシャフト１２のねじ部が螺合し、ラックシャフト１２が軸方向に移動可能に結合されている。ラックシャフト１２の両端には、ボール継手１８を介して操舵輪と連結されるタイロッド１９がそれぞれ連結されている。
【００１５】
ラックシャフト１２の右側には、ステアリングホイール側と連結されたピニオンギア５４Ａと噛合するラック１２Ａが形成されている。ピニオンギア５４Ａは、トルクセンサハウジング４２内に収容されたピニオン５４の外周に形成されており、ピニオン５４は、ステアリング側に連結されたメインシャフト５２により回動されて、ラックシャフト１２を左右に移送することで、操舵を行わしめる。
【００１６】
図２に示すように、チューブヨークハウジング１３の内部には、ブラシレスＤＣモータ２０が装着されている。そのブラシレスＤＣモータ２０には、その回転軸である筒状のモータシャフト１５が挿通されている。ブラシレスＤＣモータ２０は、チューブヨークハウジング１３の内周面に固定された電機子鉄心２１と、モータシャフト１５の外周面に接着された永久磁石２２とを備えている。つまり、モータシャフト１５が磁路を形成している。なお、全部を図示しないが、電機子鉄心２１は、円周方向に複数に分割されており、それぞれに電機子巻線２３が巻回されている。電機子鉄心２１と電機子巻線２３によりブラシレスＤＣモータ２０のステータを構成し、モータシャフト１５と永久磁石２２によりブラシレスＤＣモータ２０のロータを構成している。
【００１７】
引き続き、該電気式動力舵取装置４０の動作について図１（Ａ）、図１（Ｂ）を参照して説明する。図示しないステアリングホイールが操舵されると、メインシャフト５２とピニオン５４との間に介在する図示しないトーションバーに操舵トルクと対応する捻れが生じる。これにより、トーションバーを捻っている操舵トルクを検出する。そして、この操舵トルクに応じて、図示しない制御装置によりリード線３１を介してブラシレスＤＣモータ２０の各電機子巻線２３に駆動電流を流し、モータシャフト１５に回転トルクを発生させる。その回転トルクがボールねじナット１６を介してラックシャフト１２を軸方向へ移動させる力に変換され、ステアリングの操舵をアシストする。
【００１８】
図３は、このような電気式動力舵取装置４０に適用されるブラシレスＤＣモータ２０のロータ（モータシャフト１５）を示す斜視図である。モータシャフト１５は略円筒形状をなし、その外周面には軸方向に長い多くの永久磁石２２が貼着されている。モータシャフト１５の内周面には図示しないボールねじナット１６が固着されている。そして、スリーブ状の保護カバー６０が、図示矢印のように、モータシャフト１５に覆い被さり永久磁石２２を保護する。従来のブラシレスモータでは、保護カバー６０として厚さ０．３ｍｍ程度のステンレス管（ＳＵＳ３０４）を用いており、前述したように永久磁石２２の表面と保護カバー６０の内周面との間に保護カバー６０の径の１／１００程度のエアギャップが生じることがあった。これを無くするのが本発明の目的である。
【００１９】
図４は、第１の実施の形態に係る保護カバーを示す斜視図である。この第１の保護カバー７０は直径０．１ｍｍ程度の樹脂繊維あるいは炭素繊維を網状に編んだ部材で筒形状をしている。網状に編むには、螺旋状に巻かれた繊維がそれぞれ交差するようにした巻き方をすればよい。筒としての第１の保護カバー７０の厚さは０．２ｍｍ程度である。第１の保護カバー７０の内径は永久磁石２２を組み付けたモータシャフト１５の外径より若干大きくしておく。
【００２０】
図５は、この網状の第１の保護カバー７０をモータシャフト１５に被せ永久磁石２２を覆った状態を示す。このとき、永久磁石２２と第１の保護カバー７０との間には僅かな隙間があり容易に組み付けることができる。その状態で、図５に矢印Ｆ１、Ｆ２で示すように、第１の保護カバー７０を軸方向に左右両方向に引っ張る。この結果、網状の第１の保護カバー７０は軸方向に伸びると共に径方向の寸法が小さくなり、永久磁石２２との隙間が無くなり、第１の保護カバー７０は永久磁石２２に密着し押圧する。
【００２１】
第１の保護カバー７０の直径が約５０ｍｍの場合、軸方向に３ｍｍ伸ばすことにより径を約０．４ｍｍ縮小させることができる。密着した状態で第１の保護カバー７０を構成する網状の繊維をエポキシ樹脂により硬化させ第１の保護カバー７０を完成させる。繊維に樹脂繊維を用いたものは渦電流が流れないという利点がある。繊維に炭素繊維を用いたものは強度が強いという利点がある。
【００２２】
図６は、第２の実施の形態に係る保護カバーを示す斜視図である。この第２の保護カバー８０は線径０．１５ｍｍ程度の非磁性部材（たとえばＳＵＳ３０４）からなる線材をコイル状に巻き、ねじりコイルバネ形状としたものである。ねじりコイルバネ形状の第２の保護カバー８０をなす線材の両端はフック８０Ａ，８０Ｂとなっている。また、この線材は樹脂コーティングされ隣接した線材が電気的に絶縁されるようになっている。第２の保護カバー８０の内径は永久磁石２２を組み付けたモータシャフト１５の外径より若干大きく形成しておく。左端のフック８０Ａを矢印Ｆ３の方向に、右端のフック８０Ｂを矢印Ｆ４の方向に回すことにより、コイル状の保護カバー８０を絞り込み保護カバー８０の直径を小さくすることができる。
【００２３】
図７は、このねじりコイルバネ形状の第２の保護カバー８０をモータシャフト１５に被せ永久磁石２２を覆った状態を示す。モータシャフト１５の外周面には円周上に１個の突起１５Ａと多数の突起１５Ｂが形成されている。その左側の突起１５Ａに第２の保護カバー８０の左側のフック８０Ａを係合させ、右側の突起１５Ｂに第２の保護カバー８０の右側のフック８０Ｂを係合させて固定する。このとき、ねじりコイルバネ形状の第２の保護カバー８０を、ねじりコイルバネの付勢力に抗して数回転ねじり、絞り込んだ状態でフック８０Ｂをいずれか１つの突起１５Ｂに係合させる。このように、ねじり絞り込むことにより、第２の保護カバー８０の内径を縮小することができ、第２の保護カバー８０を永久磁石２２に密着し押圧するようにして取り付けることができる。
【００２４】
ここで、第２の保護カバー８０を構成するねじりコイルバネの線材の巻回数を３５０回とすると、第２の保護カバー８０を約３回転ねじることにより、その直径を約１／１００だけ（直径が約５０ｍｍの場合，約０．４ｍｍ）小さくすることができる。また、第２の保護カバー８０の線材は樹脂コーティングされ隣接した線材が電気的に絶縁されるようになっているから、渦電流を減少させることができ保護カバー８０による鉄損を減少させることができる。
【００２５】
図８は、第３の実施の形態に係る保護カバーを示す斜視図である。この第３の保護カバー９０としてやや薄い厚さ０．２ｍｍ程度のステンレス管（ＳＵＳ３０４）を用いる。ステンレス管からなる第３の保護カバー９０には，周方向に走る小さなスリットが軸方向に多数個配列されたスリット列９１、９２、９３、９４が４列形成されている。図９は、スリット列９２の両端近傍を拡大して示す斜視図である。第３の保護カバー９０の径が約５０ｍｍ程度の場合、スリット形状はたとえば短辺０．５ｍｍ、長辺１．５ｍｍ程度の長方形である。スリット列９２の両端近傍には治具孔９２Ａ，９２Ｂ，９２Ｃ、９２Ｄが開けられている。同様に、図８に示すように、各スリット列９１〜９４の両端近傍にはそれぞれの治具孔（９１Ａ〜９１Ｄ、９２Ａ〜９２Ｄ、９３Ａ〜９３Ｄ、９４Ａ〜９４Ｄ）が開けられている。
【００２６】
第３の保護カバー９０の内径は永久磁石２２を組み付けたモータシャフト１５の外径より若干大きくしておく。そして保護カバー９０に永久磁石２２を組み付けたモータシャフト１５を挿入し、永久磁石２２を保護カバー９０で覆う。この状態で、図８を参照し、保護カバー９０左端のスリット列毎に対となった治具孔のうち一方の治具孔９１Ｂ、９２Ａ、９３Ｂ、９４Ａに左側治具を入れ、軸方向矢印Ｆ５の左方向に引っ張る。同時に、保護カバー９０右端の他方の治具孔９１Ｃ、９２Ｄ、（９３Ｃ、９４Ｄ、図示せず）に右側治具を入れ、軸方向矢印Ｆ６の右方向に引っ張る。このため、円筒状の保護カバー９０の前後の側壁は軸方向矢印Ｆ５の左方向に引っ張られ、上下の側壁は軸方向矢印Ｆ６の右方向に引っ張られる。この結果、図１０に示すように、スリット列９１のスリットが（Ａ）に示す軸方向に直角な状態から、（Ｂ）に示すように斜めになった状態に塑性または弾性変形する。
【００２７】
スリット列９１のスリットが斜めに変形するからスリット列９１の幅が実効的に狭くなり、４列のスリット列９１〜９４の幅がすべて実効的に狭くなる。このことは第３の保護カバー９０の円周寸法を短くすることと同等であり、第３の保護カバー９０の内径を縮小する。このため、第３の保護カバー９０が永久磁石２２に密着し押圧するようにして、エアギャップをなくす。スリット列９１〜９４のスリットの長辺の長さが１．５ｍｍの場合、スリットを４５°傾けることにより第３の保護カバー９０の直径を０．５６ｍｍ縮小することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、保護カバー軸方向に引っ張って絞り込む絞り込み構造を備えるものであるから、保護カバーにロータを挿入した段階で公差や偏心によりロータと保護カバーとの間に間隙があったとしても、保護カバーを軸方向に引っ張るだけで、絞り込み構造により円筒形状の保護カバーの直径を縮小することにより保護カバーを永久磁石に密着させ押し付けることができる。このため、保護カバーと永久磁石との間にエアギャップが無くなる。したがって、機械的強度が弱い永久磁石を保護カバーの密着により機械的に確実に保護すると共に、ステータの内径を小さくしてロータとステータとのエアギャップをより小さくしモータの出力、効率を向上させることができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のブラシレスモータが適用される電気式舵取装置を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。
【図２】図１（Ｂ）のブラシレスモータが装着されている部分を拡大した断面図である。
【図３】ブラシレスモータのモータシャフトと従来の保護カバーを示す斜視図である。
【図４】第１の実施の形態に係る保護カバーを示す斜視図である。
【図５】第１の実施の形態に係る保護カバーをモータシャフトに装着した状態を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態に係る保護カバーを示す斜視図である。
【図７】第２の実施の形態に係る保護カバーをモータシャフトに装着した状態を示す斜視図である。
【図８】第３の実施の形態に係る保護カバーを示す斜視図である。
【図９】スリット列の両端近傍を拡大して示す斜視図である。
【図１０】スリット列の端部近傍を拡大して示す正面図であり、（Ａ）は変形前を、（Ｂ）は変形後を示す図である。
【符号の説明】
１５  モータシャフト
２０  ブラシレスＤＣモータ
２１  電機子鉄心
２２  永久磁石
２３  電機子巻線
７０  第１の実施の形態に係る網状の保護カバー
８０  第２の実施の形態に係るねじりコイルバネ形状の保護カバー
９０  第３の実施の形態に係るスリット列が形成された保護カバー
【図１】
0003736457.tif 000002
【図２】
0003736457.tif 000003
【図３】
0003736457.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003736457.tif 000007
【図７】
0003736457.tif 000008
【図８】
0003736457.tif 000009
【図９】
0003736457.tif 000010
【図１０】
0003736457.tif 000011