JP2016136818A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡単であり且つ内部への浸水量を低減可能なモータを提供する。【解決手段】モータ１０は、車両用パワーステアリング装置９７の駆動源であり、回転軸１１の他端部１９が一端部１８に対して重力方向で下方に位置するように車両に搭載され、ステータコア１３の外壁面３５が外部に露出する。第２当接端部４２は、ステータコア１３の軸方向一端面３８に当接している内側筒部４３と、内側筒部４３から径方向外側へ突き出すとともに軸方向一端面３８に当接し、且つ、スルーボルト１７がねじ込まれている締結部４４と、を有する。軸方向一端面３８の最大外径Ｄ２は対向面４５の最大外径Ｄ１よりも小さい。対向面４６の最大外径Ｄ３は軸方向他端面３９の最大外径Ｄ２よりも小さい。ステータコア１３のヨーク２４は、径方向内側へ凹む逃がし溝４９を有する。スルーボルト１７は、一部が逃がし溝４９に嵌まり込むように設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用パワーステアリング装置の駆動源として用いられるモータに関する。

例えば特許文献１に開示されたモータのように、ステータコアを軸方向の両側から２つのフレームエンドで挟むとともに、２つのフレームエンドをボルト等の締結具で締結して固定し、ステータコアの外側を覆うケースを廃止したモータが知られている。ケースを廃止した分、部品点数の低減および組み付け工数の低減を図っている。

特開２０１４−１０７９１６号公報

上述のようなモータを車両用パワーステアリング装置の駆動源として用いる場合、搭載場所によっては、完全な防水機能は要らず、この防水機能を省く分だけ構成を簡単にして安価に製作することが望まれる。しかし、防水機能が要らないとはいえ、例えば結露により生じた水などが付着した場合にモータ内部への浸水を抑えるための防滴機能は必要である。

特許文献１に開示されたモータでは、フレームエンドに開いている孔を単純に塞げば、モータ内部への浸水をかなり抑えることができる。ところが、フレームエンドは、ステータコアの外側に嵌合している。そのため、回転軸が鉛直あるいはそれに近いように搭載されることを考えたとき、下方に位置するフレームエンドの嵌合部とステータコアとの隅に水が溜まりやすい。したがって、すぐには浸水しなくても、温度変化によって膨張および収縮を繰り返すうちに２つの部材の境界を通じて水が吸い込まれてモータ内部に浸水する問題があった。

そこで、発明者は、車両設置時に下方に位置するフレームエンドにステータコアと当接する筒部を設け、この筒部の最大外径をステータコアの最大外径よりも小さくする対策を考えている。これにより、上方よりステータコアの外壁面を伝って下方へ流れる水は、ステータコアと上記筒部との隅に溜まりにくくなる。しかし、上記対策を行うのみでは、車両搭載時に下方に位置するフレームエンドのボルト締結位置に対して、当該フレームエンドとステータコアとの当接位置（筒部）が径方向内側へ離れてしまう。これにより、フレームエンドがボルトの軸力を受けて撓み、フレームエンドとステータコアとの間に隙間が生じてしまい、モータ内部に浸水するおそれがあった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、構造が簡単であり、かつ内部への浸水量を低減可能なモータを提供することである。

本発明によるモータは、回転軸、ロータ、ステータコア、コイル、第１フレームエンド、第２フレームエンドおよび締結具を備える。ロータは回転軸に固定されている。ステータコアはロータの外側に設けられている。コイルは、ステータコアの内周部のスロットに設けられている。第１フレームエンドは、ステータコアに対して軸方向の一方に設けられ、ステータコアの外周部の軸方向一端面に当接し、回転軸の一端部を回転可能に支持している。第２フレームエンドは、ステータコアに対して軸方向の他方に設けられ、ステータコアの外周部の軸方向他端面に当接し、第１フレームエンドとの間にステータコアを挟んで保持し、回転軸の他端部を回転可能に支持している。締結具は、第１フレームエンドと第２フレームエンドとを締結している。

また、モータは、車両用パワーステアリング装置の駆動源であり、回転軸のうち第２フレームエンド側の端部が第１フレームエンド側の端部に対して重力方向で下方に位置するように車両に搭載され、ステータコアの外壁面が外部に露出する。
ここで、第１当接端部および第２当接端部について定義する。第１当接端部は、第１フレームエンドのうち、ステータコアの軸方向一端面に当接している方の端部である。第２当接端部は、第２フレームエンドのうち、ステータコアの軸方向他端面に当接している方の端部である。

第２当接端部は、ステータコアの軸方向一端面に当接している内側筒部と、内側筒部から径方向外側へ突き出すとともに軸方向一端面に当接し、且つ、締結具が係合している締結部と、を有する。軸方向一端面の最大外径は、第１当接端部のステータコアとの対向面である第１対向面の最大外径よりも小さい。内側筒部のステータコアとの対向面である第２対向面の最大外径は、軸方向他端面の最大外径よりも小さい。ステータコアの外周部は、径方向内側へ凹む逃がし溝を有する。締結具は、少なくともステータコア側の一部が逃がし溝に嵌まり込むように設けられている。

このように、車両搭載時に上方から下方へ向かって並ぶ順に外径を小さくすることで、上方に位置する部材と下方に位置する部材との隅に水が溜まりにくくなる。具体的には、第１対向面、軸方向一端面の順に最大外径を小さくすることで、第１当接端部とステータコアとの隅に水が溜まりにくくなる。また、軸方向他端面、第２対向面の順に最大外径を小さくすることで、ステータコアと内側筒部との隅に水が溜まりにくくなる。

また、内側筒部の外径が小さくなると第２フレームエンドとステータコアとの当接位置が径方向内側へ寄ることになるが、本発明では、ステータコアに逃がし溝が設けられるとともに締結具の一部が逃がし溝に嵌まり込むように設けられているので、第２フレームエンドの締結位置を、第２フレームエンドとステータコアとの当接位置（内側筒部）に径方向で近づけることができる。そのため、第２フレームエンドが締結具の軸力を受けて撓むことに起因して内側筒部とステータコアとの間に隙間が生じることを抑制可能である。

また、フレームエンドとステータコアとの間に特別なシール構造は設けられていない。
したがって、本発明によれば、構造が簡単であり、かつモータ内部への浸水量を低減可能である。

本発明の第１実施形態によるモータを駆動源として用いる車両用パワーステアリング装置の模式図である。 図１のモータの縦断面を模式的に示す断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 図５のＶＩ部分の拡大図である。 本発明の第２実施形態によるモータの縦断面を模式的に示す断面図である。 本発明の第３実施形態によるモータの縦断面を模式的に示す断面図である。 本発明の第４実施形態によるモータの縦断面を模式的に示す断面図である。 図９のＸ−Ｘ線断面図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 図１１のＸＩＩ部分の拡大図である。 本発明の他の実施形態によるモータの縦断面を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態によるモータは、図１に示す車両用パワーステアリング装置９７の駆動源として用いられる。パワーステアリング装置９７は、ステアリングシステム９０に設けられている。ステアリングシステム９０は、車両の進行方向を変えるために車輪９１を操作するものであり、ハンドル９２、ステアリング軸９３、ラックピニオン機構９４、および、タイロッド９５を備えている。ハンドル９２からステアリング軸９３に伝わる回転運動は、ラックピニオン機構９４により直線運動に変換されて、タイロッド９５を介して車輪９１に伝わることによって、車輪９１の向きを変える。パワーステアリング装置９７は、運転者によるハンドル操作をアシストするためのものである。

パワーステアリング装置９７は、モータ１０と、モータ１０の回転を減速してステアリング軸９３に伝達する減速機９８と、モータ１０の駆動制御に係るコントローラとしての電子制御ユニット９９とを備える。モータ１０は、ステータコア１３を軸方向の両側から２つのフレームエンド１５、１６で挟んで保持し、ステータコア１３の外側を覆うケースを廃止したモータである。

（基本構成）
先ず、モータ１０の基本構成について図２、図３を参照して説明する。図２では、モータ１０が車両搭載時の姿勢で示されている。
図２、図３に示すように、モータ１０は、回転軸１１、ロータ１２、ステータコア１３、コイル１４、第１フレームエンド１５、第２フレームエンド１６、および、「締結具」としてのスルーボルト１７を備える。

回転軸１１は、第１フレームエンド１５側の一端部１８に対して第２フレームエンド１６側の他端部１９が重力方向で下方に位置している。本実施形態では、回転軸１１の軸心ＡＸは重力方向と平行である。他端部１９にはジョイント２１が設けられている。

ロータ１２は、回転軸１１に例えば圧入により固定されているロータコア２２と、ロータコア２２の外側で周方向へ並ぶ複数の磁極２３とを有する。回転軸１１はロータ１２と一体に回転する。ロータ１２はいわゆるインナーロータである。

ステータコア１３は、筒状であり、ロータ１２の外側に設けられている。ステータコア１３の外周部は、筒状のヨーク２４を形成している。ステータコア１３の内周部は、ヨーク２４から径方向内側へ突き出す複数のティース２５を形成している。各ティース２５間にはスロット２６が設けられている。ステータコア１３の径方向外側の外壁面３５は外部に露出している。本実施形態では、ステータコア１３は、複数の金属板が軸方向へ積層されることにより作られている。図２では、便宜上、ステータコア１３が一部材で示されている。

コイル１４は、ステータコア１３の内周部のスロット２６に設けられている。本実施形態では、コイル１４は、３相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルから構成されている。図３では、便宜上、コイル１４が示されず、Ｕ相コイルの電流が流れる方向のみが示されている。

第１フレームエンド１５は、ステータコア１３に対して軸方向の一方に設けられており、ステータコア１３のヨーク２４の軸方向一端面３８に当接している。また、第１フレームエンド１５は、軸受２７を介して回転軸１１の一端部１８を回転可能に支持している。本実施形態では、第１フレームエンド１５は、中央部に軸受２７が取り付けられている円板状のベース部２８と、ベース部２８からステータコア１３側に突き出す筒状の突出部２９とを形成している。突出部２９の先端部は軸方向一端面３８に当接している。

第２フレームエンド１６は、ステータコア１３に対して軸方向の他方に設けられており、ステータコア１３のヨーク２４の軸方向他端面３９に当接している。また、第２フレームエンド１６は、第１フレームエンド１５との間にステータコア１３を挟んで保持している。また、第２フレームエンド１６は、軸受３１を介して回転軸１１の他端部１９を回転可能に支持している。本実施形態では、第２フレームエンド１６は、中央部に軸受３１が取り付けられている円板状のベース部３２と、ベース部３２からステータコア１３側に突き出す筒状の突出部３３とを形成している。突出部３３の先端部は軸方向他端面３９に当接している。

スルーボルト１７は、第１フレームエンド１５と第２フレームエンド１６とを締結している。スルーボルト１７は、例えば周方向の２箇所に設けられる。
このように構成されたモータ１０では、コイル１４の各相コイルを順に通電すると回転磁界が生じる。ロータ１２は、上記回転磁界に吸引されて回転する。

（特徴構成）
次に、モータ１０の特徴構成について図２〜図６を参照して説明する。以下、第１フレームエンド１５のうち、ステータコア１３の軸方向一端面３８に当接している方の端部、すなわち突出部２９の先端部のことを「第１当接端部４１」と記載する。また、第２フレームエンド１６のうち、ステータコア１３の軸方向他端面３９に当接している方の端部、すなわち突出部３３の先端部のことを「第２当接端部４２」と記載する。

図２に示すように、第２当接端部４２は、軸方向一端面３８に当接している内側筒部４３と、内側筒部４３から径方向外側へ突き出すとともに軸方向一端面３８に当接し、且つ、スルーボルト１７がねじ込まれている締結部４４と、を有する。

図２、図５に示すように、軸方向一端面３８の最大外径、および、軸方向一端面３９の最大外径は、ステータコア１３の最大外径Ｄ２と同じである。軸方向一端面３８の最大外径Ｄ２は、第１当接端部４１のステータコア１３との対向面４５の最大外径Ｄ１よりも小さい。対向面４５は、特許請求の範囲に記載の「第１対向面」に相当する。これにより、車両搭載時に重力方向の下方へ向かって並ぶ順に第１当接端部４１およびステータコア１３の外径が小さくなる。

また、内側筒部４３のステータコア１３との対向面４６の最大外径Ｄ３は、軸方向他端面３９の最大外径Ｄ２よりも小さい。対向面４６は、特許請求の範囲に記載の「第２対向面」に相当する。これにより、車両搭載時に重力方向の下方へ向かって並ぶ順にステータコア１３および内側筒部４３の外径が小さくなる。

図３、図５、図６に示すように、軸方向一端面３８は、全周に亘って対向面４５よりも径方向内側に位置している。これにより、対向面４５のうち外部に露出する部分、すなわち第１当接端部４１とステータコア１３との段差面４７は、全周に亘って車両搭載時に重力方向の下方に向く。

図４、図５、図６に示すように、対向面４６は、全周に亘って軸方向他端面３９よりも径方向内側に位置している。これにより、対向面４６のうち外部に露出する部分、すなわちステータコア１３と内側筒部４３との段差面４８は、全周に亘って車両搭載時に重力方向の下方に向く。

本実施形態では、ステータコア１３の外壁面３５は円筒面である。そして、第１当接端部４１の径方向外側の外壁面３６および内側筒部４３の径方向外側の外壁面３７も円筒面である。各外壁面３５、３６、３７は、互いに同心である。

図２、図４に示すように、ステータコア１３のヨーク２４は、径方向内側へ凹む逃がし溝４９を有する。逃がし溝４９は、ステータコア１３の軸方向の一端面から他端面まで直線状に延びる溝である。スルーボルト１７は、ステータコア１３側の一部が逃がし溝４９に嵌まり込むように設けられている。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、モータ１０は、車両用パワーステアリング装置９７の駆動源であり、回転軸１１の他端部１９が一端部１８に対して重力方向で下方に位置するように車両に搭載され、ステータコア１３の外壁面３５が外部に露出する。第２当接端部４２は、ステータコア１３の軸方向一端面３８に当接している内側筒部４３と、内側筒部４３から径方向外側へ突き出すとともに軸方向一端面３８に当接し、且つ、スルーボルト１７がねじ込まれている締結部４４と、を有する。軸方向一端面３８の最大外径Ｄ２は対向面４５の最大外径Ｄ１よりも小さい。対向面４６の最大外径Ｄ３は軸方向他端面３９の最大外径Ｄ２よりも小さい。ステータコア１３のヨーク２４は、径方向内側へ凹む逃がし溝４９を有する。スルーボルト１７は、ステータコア１３側の一部が逃がし溝４９に嵌まり込むように設けられている。

このように、車両搭載時に上方から下方へ向かって並ぶ順に外径を小さくすることで、上方に位置する部材と下方に位置する部材との隅に水が溜まりにくくなる。具体的には、対向面４５、軸方向一端面３８の順に最大外径を小さくすることで、第１当接端部４１とステータコア１３との隅に水が溜まりにくくなる。また、軸方向他端面３９、対向面４６の順に最大外径を小さくすることで、ステータコア１３と内側筒部４３との隅に水が溜まりにくくなる。図６に矢印Ａ、Ｂで示すように水は下方へ落ちる。

また、内側筒部４３の外径が小さくなると第２フレームエンド１６とステータコア１３との当接位置が径方向内側へ寄ることになるが、本実施形態では、ステータコア１３に逃がし溝４９が設けられるとともにスルーボルト１７の一部が逃がし溝４９に嵌まり込むように設けられているので、第２フレームエンド１６の締結位置を、第２フレームエンド１６とステータコア１３との当接位置（内側筒部４３）に径方向で近づけることができる。そのため、第２フレームエンド１６がスルーボルト１７の軸力を受けて撓むことに起因して内側筒部４３とステータコア１３との間に隙間が生じることを抑制可能である。

また、フレームエンド１５、１６とステータコア１３との間に特別なシール構造は設けられていない。
したがって、第１実施形態によれば、構造が簡単であり、かつモータ１０内部への浸水量を低減可能である。

また、第１実施形態では、軸方向一端面３８は、全周に亘って対向面４５よりも径方向内側に位置している。これにより、第１当接端部４１とステータコア１３との段差面４７は、全周に亘って車両搭載時に重力方向の下方に向く。そのため、第１当接端部４１とステータコア１３と隅に水が溜まりにくくなり、モータ１０内部への浸水量を一層低減可能である。

また、第１実施形態では、対向面４６は、全周に亘って軸方向他端面３９よりも径方向内側に位置している。これにより、ステータコア１３と内側筒部４３との段差面４８は、全周に亘って車両搭載時に重力方向の下方に向く。そのため、ステータコア１３と第２当接端部４２と隅に水が溜まりにくくなり、モータ１０内部への浸水量を一層低減可能である。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図７に示すように、ヨーク５１のうち、第１フレームエンド１５側の一端部は、径方向外側が径方向内側よりも第２フレームエンド１６側に位置するように形成された段付き部５２を有する。第１当接端部４１は段付き部５２に嵌合している。このように、第１当接端部４１を段付き部５２に嵌合させることによって、第１フレームエンド１５とステータコア１３との径方向の位置決めを行うことができる。

ヨーク５１のうち、第２フレームエンド１６側の他端部は、径方向外側が径方向内側よりも第１フレームエンド１５側に位置するように形成された段付き部５３を有する。第２当接端部４２は段付き部５３に嵌合している。このように、第２当接端部４２を段付き部５３に嵌合させることによって、内側筒部４３をステータコア１３よりも小さくしつつ、第２フレームエンド１６とステータコア１３との径方向の位置決めを行うことができる。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図８に示すように、内側筒部５５の外壁面５６はテーパ面である。つまり、第２フレームエンド１６の突出部５７は、先端部から基端部に向かって肉厚になるよう形成されている。そのため、突出部５７の剛性を確保することができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、図９〜図１２に示すように、第２当接端部６１は、内側筒部４３と、締結部４４と、ステータコア１３の外側に嵌合している外側壁部６２と、内側筒部４３と外側壁部６２との間にある周方向溝６３と、周方向溝６３と外部空間とを接続するように周方向溝６３から径方向外側へ延びている排出孔６４、６５と、を有する。排出孔６４は、周方向で締結部４４に隣接する位置に設けられている。排出孔６５は、周方向で２つの締結部４４の中間付近に設けられている。

ステータコア１３の外壁面３５を伝って下方へ流れる水は、ステータコア１３と外側筒部４３との隙間を通って周方向溝６３に水が入り込む。しかし、搭載時に上方から下方へ向かって並ぶ順に軸方向他端面３９および対向面４６の外径を小さくすることによって、ステータコア１３と内側筒部４３との隅に水が溜まりにくくなる。また、周方向溝６３に入り込んだ水は、図１２に矢印Ｃで示すように排出孔６４、６５から外部空間へ排出される。したがって、第４実施形態によれば、ステータコア１３と外側筒部４３との嵌合によってステータコア１３と第２フレームエンド１６との径方向の位置決めを行いつつ、モータ１０内部への浸水量を低減可能である。

［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、モータは、必ずしも、回転軸が重力方向と平行になるように設けられる必要はない。モータは、回転軸のうち第２フレームエンド側の端部が第１フレームエンド側の端部に対して重力方向で下方に位置するように、回転軸の軸心が水平線と交差する状態で車両に搭載されればよい。例えば、図１３に示すように斜めに搭載されてもよい。それでも、各当接端部とステータコアとの隅に水が溜まりにくくなる効果を得ることができる。

本発明の他の実施形態では、ロータは、磁極の全部または一部とロータコアとが同一部材からなるものであってもよい。
本発明の他の実施形態では、スルーボルトは、周方向の３箇所以上に設けられてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１１・・・回転軸 １２・・・ロータ
１３・・・ステータコア １４・・・コイル
１５・・・第１フレームエンド １６・・・第２フレームエンド
１７・・・スルーボルト（締結具） １８・・・一端部
１９・・・他端部 ２４・・・ヨーク（外周部）
２６・・・スロット ３５・・・外壁面
３８・・・軸方向一端面 ３９・・・軸方向他端面
４１・・・第１当接端部 ４２、６１・・・第２当接端部
４３、５５・・・内側筒部 ４４・・・締結部
４５・・・対向面（第１対向面） ４６・・・対向面（第２対向面）
４９・・・逃がし溝 Ｄ１・・・第１対向面の最大外径
Ｄ２・・・軸方向一端面の最大外径、軸方向他端面の最大外径
Ｄ３・・・第２対向面の最大外径

Claims (3)

1. 回転軸（１１）と、
   前記回転軸に固定されているロータ（１２）と、
   前記ロータの外側に設けられている筒状のステータコア（１３）と、
   前記ステータコアの内周部のスロット（２６）に設けられているコイル（１４）と、
   前記ステータコアに対して軸方向の一方に設けられ、前記ステータコアの外周部（２４）の軸方向一端面（３８）に当接し、前記回転軸の一端部（１８）を回転可能に支持している第１フレームエンド（１５）と、
   前記ステータコアに対して軸方向の他方に設けられ、前記ステータコアの前記外周部の軸方向他端面（３９）に当接し、前記第１フレームエンドとの間に前記ステータコアを挟んで保持し、前記回転軸の他端部（１９）を回転可能に支持している第２フレームエンド（１６）と、
   前記第１フレームエンドと前記第２フレームエンドとを締結している締結具（１７）と、
   を備え、車両用パワーステアリング装置（９７）の駆動源であり、前記回転軸の前記他端部が前記一端部に対して重力方向で下方へ位置するように車両に搭載され、前記ステータコアの径方向外側の外壁面（３５）が外部に露出するモータであって、
   前記第１フレームエンドのうち、前記軸方向一端面に当接している方の端部を第１当接端部（４１）とし、
   前記第２フレームエンドのうち、前記軸方向他端面に当接している方の端部を第２当接端部（４２、６１）とすると、
   前記第２当接端部は、前記軸方向一端面に当接している内側筒部（４３、５５）と、前記内側筒部から径方向外側へ突き出すとともに前記軸方向一端面に当接し、且つ、前記締結具が係合している締結部（４４）と、を有し、
   前記軸方向一端面の最大外径（Ｄ２）は、前記第１当接端部の前記ステータコアとの対向面である第１対向面（４５）の最大外径（Ｄ１）よりも小さく、
   前記内側筒部の前記ステータコアとの対向面である第２対向面（４６）の最大外径（Ｄ３）は、前記軸方向他端面の最大外径（Ｄ２）よりも小さく、
   前記ステータコアの前記外周部は、径方向内側へ凹む逃がし溝（４９）を有し、
   前記締結具は、少なくとも前記ステータコア側の一部が前記逃がし溝に嵌まり込むように設けられていることを特徴とするモータ。
2. 前記軸方向一端面は、全周に亘って前記第１対向面よりも径方向内側に位置し、
   前記第２対向面は、全周に亘って前記軸方向他端面よりも径方向内側に位置していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記第２当接端部は、
   前記ステータコアの外側に嵌合している外側壁部（６２）と、
   前記内側筒部と前記外側壁部との間にある周方向溝（６３）と、
   前記周方向溝と外部空間とを接続するように前記周方向溝から径方向外側へ延びている排出孔（６４、６５）と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。

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