JP2011166845A - 回転電機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の振動や騒音の低減を実現しつつ、組み立てなどの製造を容易に行う。
【解決手段】回転電機１は、ロータ６１及びステータ６２を収容する有底円筒形のケース１０と、ケース１０の開口部を閉鎖し、ロータ６１の出力軸を通す蓋部１１と、ケース１０を挿入可能なケース挿入孔１２ａを有し、ケース１０の外周に取り付け可能で、なおかつ回転電機１をその取付け対象物に取り付けるための取付け部１２ｂを有するフランジ部材１２と、を有している。フランジ部材１２は、ケース１０の外周面を押さえる腕部７０を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機及び電動パワーステアリング装置に関する。

従来より、自動車用操舵系において、電動式のパワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）が提案され、実用化されている。現在においては、ステアリングホイールに付加された操舵トルクに応じて、回転電機で補助操舵トルクを発生し、この補助操舵トルクをステアリング軸に伝達する電動パワーステアリング装置の開発が進められている。

上述の電動パワーステアリング装置では、回転電機が減速機構を介してステアリング軸に接続され、回転電機の回転は、減速機構により減速された後、ステアリング軸に伝達される。

上述の電動パワーステアリング装置では、回転電機を駆動源とし、また減速機構を介して操舵をアシストしているため、回転電機や減速機構から振動による作動音が発生する。近年においては、ハイブリッド車（ＨＶ）を始め車両の静粛性が高くなっており、電動パワーステアリング装置における作動音の低減の要求が高まっている。そこで、回転電機の振動や騒音を低減するため、回転電機の外周壁に弾性体や吸音材を設けることが提案されている（特許文献１、２参照）。

特開２００９−５５７４３号公報 特開２００７−２１０３８６号公報

しかしながら、上記回転電機は、ケースの外周壁に、振動や騒音を低減するための新たな別部材を固定するため、回転電機の組立などの製造工程が煩雑になり、時間もかかる。また、新たな別部材を固定すると、例えば長時間使用した際の当該別部材の固定強度の信頼性等が問題となる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、振動や騒音の低減を実現しつつ、組み立てなどの製造が容易で、振動や騒音の低減を実現する部分の固定強度の問題が生じない回転電機及びその回転電機を有す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。

上記目的を達成するための本発明は、ロータ及びステータを収容する有底円筒形のケースと、前記ケースの開口部を閉鎖し、前記ロータの出力軸を通す蓋部と、前記ケースを挿入可能なケース挿入孔を有し、前記ケースの外周に取り付け可能で、なおかつ回転電機をその取付け対象物に取り付けるための取付け部を有するフランジ部材と、を有し、前記フランジ部材は、前記ケースの外周面を押さえる腕部を有している回転電機である。

本発明によれば、フランジ部材の腕部によりケースの外周面を押さえてケースの振動を抑制できるので、従来のようにケースの外周壁に新たな別部材を固定する必要がない。このため、回転電機の振動や騒音の低減を実現しつつ、回転電機の組み立てなどの製造を容易に行うことができる。また、フランジ部材が腕部を有しているので、従来のような振動や騒音の低減を実現する部分の固定強度の問題が生じない。このため、回転電機の信頼性が向上する。

前記フランジ部材は、前記腕部を前記ケースの外周面の周方向に沿って複数有していてもよい。かかる場合、ケースの振動や騒音を確実に低減できる。

前記ケース挿入孔が設けられた前記フランジ部材の本体は、前記ケースの開口部側に取り付けられており、前記腕部は、前記本体から前記ケースの底側に向けて前記ケースの外周面に沿って延びていてもよい。かかる場合、ケースに生じる振動モードに応じて、軸方向（開口部側から底部側に向かう方向）の所定位置に生じる振動波の腹部を押さえて、ケースの振動をより効果的に抑制できる。

前記腕部には、前記ケースの外周面に接触して振動を吸収する振動吸収部材が設けられていてもよい。かかる場合、ケースに振動が生じても当該振動を吸収して、ケースの振動を抑制できる。よって回転電機の振動や騒音をより確実に抑制できる。

前記フランジ部材には、回転電機の駆動を制御する制御ユニットが取り付けられていてもよい。かかる場合、フランジ部材の取り外しにより、制御ユニットの取り外しを簡単に行うことができる。

前記ケースの外周部には、前記フランジ部材を取り付けるためのフランジ取付け部が形成され、前記フランジ部材は、前記ケースを当該ケースの底側から挿入して前記フランジ取付け部に取り付け可能であってもよい。かかる場合、ケースを、配線の少ない底側から挿入して、フランジ部材をケースに取り付けることができるので、フランジ部材の取り付けを簡単に行うことができる。

別の観点による本発明は、上述の回転電機を有する電動パワーステアリング装置である。本発明によれば、回転電機の振動や騒音の低減を実現しつつ、回転電機の組み立てなどの製造を容易に行うことができ、また振動や騒音の低減を実現する部分の固定強度の問題が生じない電動パワーステアリング装置を実現できる。

本発明によれば、振動や騒音の低減を実現しつつ、製造が容易な回転電機を実現できる。また、振動や騒音の低減を実現する部分の固定強度の問題が生じないので、装置の信頼性が向上する。

回転電機の斜視図である。 回転電機をフロント側から見た正面図である。 ケース、フランジ部材及び蓋部の互いの取付け部を示す回転電機の断面図である。 フランジ部材の取付け部を示す回転電機の断面図である。 腕部の構成を示す回転電機の断面図である。 回転電機をリア側から見た裏面図である。 腕部の断面図である。 （Ａ）は、フランジ部材をケースに嵌め込む前の状態を示す説明図であり、（Ｂ）は、フランジ部材をケースに嵌め込んだ状態を示す説明図である。 電動パワーステアリング装置の構成の概略を示す説明図である。 ウォーム減速機構の構成の概略を示す説明図である。 制御ユニットを有する回転電機をフロント側から見た正面図である。 制御ユニットを有する回転電機の断面図である。 制御ユニットを有する回転電機をリア側から見た裏面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態にかかる回転電機１の斜視図である。図２は、回転電機１をフロント側から見た正面図である。図３は、図２に示すＩ−Ｉ線に沿った回転電機１の断面図、図４は、図２に示すＩ−II線に沿った回転電機１の断面図、図５は、図２に示すＩ−III線に沿った回転電機１の断面図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

回転電機１は、例えば図１に示すように有底円筒形のケース１０と、ケース１０の開口部を閉鎖する蓋部１１と、ケース１０の外周に取り付け可能なフランジ部材１２を有している。

ケース１０は、例えば図３に示すように軸方向のフロント側（図３の左側）の面が開口し、リア側（図３の右側）の面が閉鎖された有底筒形状を有している。蓋部１１は、ケース１０のフロント側の開口部を閉鎖している。

図２及び図３に示すようにケース１０のフロント側の端部には、蓋部１１とフランジ部材１２を取り付けるための、外側に突出したフランジ取付け部１０ａが形成されている。フランジ取付け部１０ａには、貫通孔１０ｂが形成されている。フランジ取付け部１０ａは、複数個所、例えば図２に示すようにケース１０の直径上で対向する２か所に形成されている。

図３に示すようにケース１０内には、シャフト２０を回転させるロータ２１と、ケース１０に対し固定されたステータ２２が設けられている。

ステータ２２は、ケース１０の内壁面に固定されている。ステータ２２は、ケース１０に圧入、接着、焼きばめ等で固定されている。ステータ２２は、筒形状のステータコア３０を有している。ステータコア３０には、インシュレータ３１が挿入され、その状態でコイル３２が巻き付けられている。なお、３相モータの場合、３ｎ個（ｎは整数）のステータコアは、継鉄部（バックヨーク）毎を圧入、溶接等で一体化してもよい。一体化しないステータコアは、ケース１０に対して圧入してもよい。

ロータ２１は、ステータ２２の内側に設置されている。ロータ２１は、内部にロータコアを有し、その軸心にシャフト２０が貫通している。また、ロータコアの外周面には、セグメントマグネットを２ｎ個（ｎは整数）又は、リングマグネットが設けられている。ロータコアの外周部形状は、セグメントマグネットと接する面に凹凸を設けてもよい。ロータコアの内部には、磁石を配置する埋め込み磁石タイプを用いてもよい。ロータカバーは、薄肉の非磁性の材料（例えばステンレス材、アルミニウム、熱収縮チューブ等）から形成されており、ロータ軸方向からの圧入、焼きばめ、溶接等で設置することができる。

ケース１０のリア側の底部中央には、凹部１０ｃが形成され、当該凹部１０ｃには、シャフト２０のリア側を支持する軸受４０が設けられている。

ステータ２２のフロント側には、ステータ２２のコイル３２に電気的に接続された端子台５０が設置されている。また、端子台５０には、ステータ２２に給電するためのパワーハーネス５１が電気的に接続されている。パワーハーネス５１は、ケース１０に設けられた貫通孔１０ｄと、フランジ部材１２の切欠き１２ｅを通じて、外部の電源に接続されている。貫通孔１０ｄと切欠き１２ｅには、グロメット５２が設置され、パワーハーネス５１は、グロメット５２の穴部を通ってケース１０の外部に通じている。

ケース１０は、ステータ２２を収納するリア部１０Ｒ側と、端子台５０を収納するフロント部１０Ｆ側に分けられ、それらの間にテーパが設けられており、リア部１０Ｒよりもフロント部１０Ｆの径が僅かに大きくなっている。

蓋部１１は、例えば薄板の円形状に形成されている。蓋部１１には、中央にシャフト２０のフロント側が通る貫通孔１１ａと、蓋部１１のリア側の面の中央に設けられたリア面凹部１１ｂと、フロント側の面の中央に設けられたフロント面凹部１１ｃが設けられている。リア面凹部１１ｂには、シャフト２０のフロント側を支持する軸受６０が設けられており、フロント面凹部１１ｃには、ロータ２１によるシャフト２０の回転位置を検出するレゾルバセンサ６１が設けられている。

レゾルバセンサ６１は、シャフト２０に圧入された円筒状のレゾルバロータ６２と、そのレゾルバロータ６２の外周を囲むレゾルバステータ６３を有している。レゾルバステータ６３は、フロント面凹部１１ｃに圧入、カシメ、溶接等により固定されている。レゾルバステータ６３には、図２に示すように外部の出力部に通じるセンサハーネス６４が電気的に接続されている。なお、このセンサハーネス６４は、ケース１０の外側から出力部に通じてもよいし、ケース１０の内側から出力部に通じてもよい。

蓋部１１には、図２及び図３に示すようにケース１０とフランジ部材１２を取り付けるための、外側に突出した取付け部１１ｄが形成されている。取付け部１１ｄには、円弧状に長い長穴の貫通孔１１ｅが形成されている。この長穴の貫通孔１１ｅにより、蓋部１１の周方向の取り付け位置を調整し、レゾルバセンサ６１の初期位置を調整できる。取付け部１１ｄは、複数個所、例えば蓋部１１の直径上で対向する２か所に形成されている。

例えば図４に示すようにフランジ部材１２は、例えば環状に形成され、内側にケース１０を挿入可能な円形のケース挿入孔１２ａを有している。ケース挿入孔１２ａは、例えばケース１０をケース１０の底側から挿入してフランジ部材１２をケース１０のフロント側の外周面に設置できるように、ケース１０のフロント部１０Ｆ側の径よりも僅かに大きな径を有している。フランジ部材１２の外周部には、回転電機１の取付け対象物に取り付けるための取付け部１２ｂが形成されている。取付け部１２ｂは、複数個所、例えば図２に示すようにケース挿入孔１２ａの直径上で対向する２か所に形成されている。取付け部１２ｂには、例えばネジ穴１２ｃが形成され、ネジ穴１２ｃにネジを嵌め込んで回転電機１を取付け対象物に取り付けることができる。

また、図３に示すようにフランジ部材１２の外周部には、蓋部１１及びケース１０に取り付けるためのネジ穴１２ｄが形成されている。ネジ穴１２ｄは、図２に示すように複数個所、例えばケース挿入孔１２ａの直径上で対向する２か所に形成されている。フランジ部材１２のネジ穴１２ｄ、蓋部１１の貫通孔１１ｅ及びケース１０の貫通孔１０ｂにボルト６５を通して固定することにより、フランジ部材１２、蓋部１１及びケース１０を互いに固定できる。

フランジ部材１２は、図１及び図５に示すようにケース１０の外周面を押さえる腕部７０を有している。腕部７０は、ケース挿入孔１２ａが形成されたリング状の本体７１から、ケース１０の外周面に沿ってフロント部１０Ｒ側からリア部１０Ｒ側に向けて延びる板状に形成されている。腕部７０は、図６に示すようにケース挿入口５２ａに沿って複数個所、例えば４か所に等間隔に形成されている。腕部７０は、図５に示すようにフロント部１０Ｆより径の小さいケースリア部１０Ｒまで到達し、その先端部には、ケース１０側に突出しケース１０の外周面と当接する振動吸収部材７０ａが設けられている。振動吸収部材７０ａは、例えばゴムなどの弾性体により形成されている。振動吸収部材７０ａは、例えば図７に示すように腕部７０への挿入、或いはインサートモールドにより形成されており、左右の周方向に突出する凸部７０ｂにより腕部７０に係止されている。この腕部７０によりケース１０を押さえてケース１０の振動を抑制できる。また、振動吸収部材７０ａによりケース１０の振動を吸収できる。

以上のように構成された回転電機１を組み立てる際には、例えば図８（Ａ）に示すようにフランジ部材１２がケース１０の底側からケース１０の外周面に嵌め込まれ、図８（Ｂ）に示すようにケース１０のフロント部１０Ｆ側の外周面に配置される。その後、ボルト６５が、蓋部１１の貫通孔１１ｅ、ケース１０の貫通孔１０ｂ及びフランジ部材１２のネジ穴１２ｄに嵌め込まれ、フランジ部材１２、ケース１０及び蓋部１１が仮固定される。

その後、ロータ２１を回転させ、そのとき発生させた誘起電圧と、レゾルバセンサ６１により検出される回転位置信号が整合するように、蓋部１１を回転させレゾルバセンサ６１の位置を調整する。調整後、ボルト６５により蓋部１１を、フランジ部材１２及びケース１０に固定する。このとき、腕部７０は、ステータ２２を収容しているケース１０のリア部１０Ｒの外周面を少なくとも押さえている。その後、フランジ部材１２の取付け部１２ｂのネジ穴１２ｃにネジが嵌め込まれ、回転電機１が所定の取り付け対象物に取り付けられる。

以上の実施の形態によれば、フランジ部材１２の腕部７０によりケース１０の外周面を押さえてケース１０の振動を抑制できるので、従来のようにケースに新たな別部材を固定する必要がない。このため、回転電機１の振動や騒音の低減を実現しつつ、回転電機１の組み立てなどの製造を容易に行うことができる。また、フランジ部材１２が腕部７０を有するので、従来のように振動や騒音の低減を実現する部分の固定強度が問題となることはなく、回転電機１の信頼性を向上できる。

また、フランジ部材１２をケース１０の外周に取り付けることができるので、フランジ部材１２がケース１０の外周に重なり、その分回転電機１の軸方向の長さを短縮できる。よって、回転電機１の搭載性を向上できる。

フランジ部材１２は、腕部７０をケース１０の外周面の周方向に沿って複数有しているので、ケース１０の振動を確実に抑制できる。

腕部７０は、フランジ部材１２の本体７１から、ケース１０の底側に向けてケース１０の外周面に沿って延出しているので、振動しやすいステータ２２のあるケース１０のリア部１０Ｒ側を押さえることができる。また、ケース１０に生じる軸方向の振動波の腹部を押さえて、ケース１０の振動をより効果的に抑制できる。

腕部７０には、ケース１０の外周面に接触して振動を吸収する振動吸収部材７０ａが設けられているので、かかる場合、ケース１０に振動が生じても当該振動を吸収して、ケース１０の振動を抑制できる。よって回転電機１の振動や騒音をより確実に抑制できる。

フランジ部材１２は、ケース１０を当該ケース１０の底側から挿入して、フランジ取付け部１０ａに取り付け可能である。このため、ケース１０を、配線の少ない底側から挿入して、フランジ部材１２をケース１０に取り付けることができるので、フランジ部材１２の取り付けを簡単に行うことができる。

次に、以上で記載した回転電機１を電動パワーステアリング装置に搭載した例について説明する。図９は、回転電機１を有する電動パワーステアリング装置９０の構成の概略を示す説明図である。

電動パワーステアリング装置９０は、例えばコラムタイプのものであり、車両のステアリングホイールＨが固定されるステアリングシャフト１００と、ラック・ピニオン運動変換機構１０１と、ステアリングホイールＨに付加された操舵トルクに応じて補助操舵トルクを発生させる回転電機１と、回転電機１とステアリングシャフト１００との間に介在され、回転電機１の回転を減速させるウォーム減速機構１０２と、回転電機１の駆動を制御する制御ユニット１０３等を有している。

ステアリングシャフト１００は、ステアリング入力軸１００ａとステアリング出力軸１００ｂを有し、ハウジング１２０に覆われている。ステアリング入力軸１００ａの上端にステアリングホイールＨが固定されている。ステアリング入力軸１００ａとステアリング出力軸１００ｂは、トルクセンサ１２１のトーションバーを介して接続されている。ステアリングホイールＨの操作により生じる操舵トルクは、ステアリング入力軸１００ａを通じてトルクセンサ１２１により検出され、制御ユニット１０３に出力され、当該制御ユニット１０３によって、検出された操舵トルクに基づいて回転電機１の出力が制御される。

ウォーム減速機構１０２は、例えば図１０に示すようにステアリング出力軸１００ｂに取り付けられたウォームホイール１３０と、ウォームホイール１３０の外周歯車に噛み合うウォーム１３１を有している。ウォーム１３１は、ハウジング１３２に対して固定されている２つの軸受１３３、１３４により支持されている。ウォーム１３１の一端は、回転電機１のシャフト２０に対して同軸上にスプライン構造で結合されている。これにより、例えばステアリング出力軸１１０ｂ及びウォームホイール１３０の駆動によりウォーム１３１が受けた軸方向の反力を、ウォーム減速機構１０２において吸収できる。

図９に示すようにステアリング出力軸１００ｂとラック・ピニオン運動変換機構１０１とは、２つの自在継手１４０、１４１と連結部材１４２により連結されている。また、ラック・ピニオン運動変換機構１０１は、ラック・ピニオンギアによりステアリング出力軸１００ｂと操作車輪のタイロッドを接続している。

回転電機１により出力された回転力は、ウォーム減速機構１０２を介して、補助操舵トルクとしてステアリング出力軸１００ｂに伝達され、当該補助操舵トルクは、ステアリング出力軸１００ｂからラック・ピニオン運動変換機構１０１を介して操作車輪のタイロッドに伝達される。

制御ユニット１０３は、回転電機１のフランジ部材１２に一体化されて設けられている。図１１は、制御ユニット１０３を有する回転電機１の正面図であり、図１２は、図１１のIV−IV線に沿った回転電機１の断面図である。図１３は、回転電機１をリア側から見た裏面図である。

例えば制御ユニット１０３は、筺体１５０に覆われている。図１１に示すように筺体１５０の側面には、センサハーネス６４を電気的に接続するコネクタ１５１が設けられている。筺体１５０のフロント側には、凹部１５０ａが形成されており、凹部１５０ａには、バスバー５１ａを電気的に接続するコネクタ１５２が設けられている。制御ユニット１０３は、トルクセンサ１２１により検出された操舵トルクの情報や、レゾルバセンサ６１により検出された回転位置情報を得ることができる。また、制御ユニット１０３は、操舵トルク情報等に基づいて、バスバー５１ａを通じてステータ２２に給電し、回転電機１の駆動を制御できる。

本実施の形態によれば、振動や騒音の低減を実現しつつ、組み立てなどの製造が容易な電動パワーステアリング装置９０を実現できる。また、フランジ部材１２に、回転電機の駆動を制御する制御ユニット１０３が取り付けられているので、制御ユニット１０３の取り外しを、フランジ部材１２の取り外しによって簡単に行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施の形態で記載したケース１０内の構成は、他の構成であってもよく、例えばレゾルバセンサ６１と軸受６０が逆の位置で、蓋部１１の外側のフロント面凹部１１ｃに軸受６０が設けられ、蓋部１１の内側のリア面凹部１１ｂにレゾルバセンサ６１が設けられていてもよい。また、腕部７０も、他の形状を有していてもよい。また、フランジ部材１２には、制御ユニット以外のものが取り付けられてもよい。また、上記実施の形態では、回転電機１が電動パワーステアリング装置９０に適用された例を示したが、本発明は、他の用途の装置の回転電機にも適用できる。

本発明は、振動や騒音の低減を実現しつつ、組み立てなどの製造が容易な回転電機を実現する際に有用である。

１ 回転電機
１０ ケース
１１ 蓋部
１２ フランジ部材
１２ａ ケース挿入孔
１２ｂ 取付け部
２０ シャフト
２１ ロータ
２２ ステータ
７０ 腕部
９０ 電動パワーステアリング装置

Claims (7)

1. ロータ及びステータを収容する有底円筒形のケースと、
   前記ケースの開口部を閉鎖し、前記ロータの出力軸を通す蓋部と、
   前記ケースを挿入可能なケース挿入孔を有し、前記ケースの外周に取り付け可能で、なおかつ回転電機をその取付け対象物に取り付けるための取付け部を有するフランジ部材と、を有し、
   前記フランジ部材は、前記ケースの外周面を押さえる腕部を有している、回転電機。
2. 前記フランジ部材は、前記腕部を前記ケースの外周面の周方向に沿って複数有している、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ケース挿入孔が設けられた前記フランジ部材の本体は、前記ケースの開口部側に取り付けられており、
   前記腕部は、前記本体から前記ケースの底側に向けて前記ケースの外周面に沿って延びている、請求項１又は２に記載の回転電機。
4. 前記腕部には、前記ケースの外周面に接触して振動を吸収する振動吸収部材が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機。
5. 前記フランジ部材には、回転電機の駆動を制御する制御ユニットが取り付けられている、請求項１〜４のいずれかに記載の回転電機。
6. 前記ケースの外周部には、前記フランジ部材を取り付けるためのフランジ取付け部が形成され、
   前記フランジ部材は、前記ケースを当該ケースの底側から挿入して前記フランジ取付け部に取り付け可能である、請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機を有する電動パワーステアリング装置。

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