JP4558478B2 - 回転機のロータ，その製造方法及び電動パワーステアリング用モータ - Google Patents

Description

本発明は、回転機のロータ及び電動パワーステアリング用モータに関する。

一般に、従来のロータは、転造でローレット加工を行ったシャフトを、ロータコアに圧入結合して、軸方向の抜け強度と回転方向の強度を確保している。しかしながら、シャフトの硬度とコアの硬度によっては圧入時に焼付きを生じ、同軸精度などの結合精度が低下することや締結強度がばらつくなどの問題があった。

そこで、シャフトに焼入れを行って、シャフトをコアより硬くするなどの方法がとられている。しかし、シャフトは通常は軸径が細く全長が長いために、焼入れを行うと熱処理変形による曲がりや外径の変形が避けられず、その結果、結合精度が低下するなどの問題が生じていた。

一方、コアの硬度を低下させる方法として、例えば、特開昭５４−１８０３公報に記載のように、コア全体を焼鈍して軟化させる方法も行われている。

特開昭５４−１８０３公報

しかしながら、コア全体を焼鈍して軟化させる方法では、次のような問題が生じる。すなわち、モータなどに使用されるコアは薄い鋼板をプレスにより打ち抜き、打ち抜いたものをたとえば数百におよぶ枚数を多数積層してコアにしているものが多い。このような積層コアをそのまま熱処理炉に入れて全体を焼鈍させると、鋼板製造時の圧延歪みとプレス打ち抜き時の加工歪みが開放されて、一枚が微小な変形でも、それが百枚以上積層されることにより、累積された変形がコアに生じるという問題があった。このように変形したコアをシャフトに締結すると同軸精度が悪化し、ロータとして回転バランスが得られず騒音や振動が生じるなどの問題となっていた。

特に、電動パワーステアリング用のモータにおいては、モータの振動は、ステアリングに伝達され、運転者によって感知されるため、特に、低振動化が望まれている。

本発明の目的は、シャフトの単品精度を悪化することなく、コアに余分な変形を与えず、単品での精度を保持したままシャフトとコアを締結して高精度なロータ，その製造方法と電動パワーステアリング用のモータを提供することを目的とする。

本発明は、高精度なロータ，その製造方法と電動パワーステアリング用のモータを提供することにある。

本発明の最も代表的な特徴は、ロータコアは、その貫通穴の表面近傍のみが局部的に焼鈍処理されていることにある。

本発明によれば、ロータ及び電動パワーステアリング用のモータを高精度にし得るものとなる。

本発明に係るロータの最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。

すなわち、プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアと、このロータコアの貫通穴に圧入されるシャフトからなるロータであって、前記ロータコアは、前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記貫通穴の表面近傍のみが前記金属板の再結晶温度以上に局部的に焼鈍処理されているものである。

また、本発明に係るロータの製造方法の最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。

すなわち、プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアの貫通穴にシャフトを圧入してロータを形成するロータの製造方法であって、前記金属板をプレス打ち抜きにより所定の形状に成形し、打ち抜かれて金属板を積層してロータコアを形成し、その後、前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記ロータコアの中心を貫通する貫通穴の表面近傍のみを前記金属板の再結晶温度以上に局部的に加熱して焼鈍処理し、次に、前記ロータコアの貫通穴に対して、前記シャフトを圧入するようにしている。

また、本発明に係る電動パワーステアリング用モータの最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。

すなわち、ステータと、このステータに空隙を介して対向配置されて回転可能に支持されたロータとを有し、前記ロータは、プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアと、このロータコアの貫通穴に圧入されるシャフトからなり、前記ロータコアは、前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記貫通穴の表面近傍のみが前記金属板の再結晶温度以上に局部的に焼鈍処理されているものである。

以下、図１〜図７を用いて、本発明の実施例である電動パワーステアリング用モータの構成について説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータの構成について説明する。
図１は、本実施例の電動パワーステアリング用モータの構成を示す横断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図２（Ａ）は全体の断面図を示し、図２（Ｂ）は要部の断面図を示している。

電動パワーステアリング用モータ（以下、「ＥＰＳモータ」と称する）１００は、ステータ１１０と、このステータ１１０の内側に回転可能に支持されたロータ１３０とを備えた、表面磁石型の同期電動機である。ＥＰＳモータ１００は、バッテリ−を備えた車載電源、例えば１４ボルト系電源（バッテリーの出力電圧が１２ボルト）あるいは２４ボルト系電源若しくは４２ボルト系電源（バッテリーの出力電圧３６ボルト）又は４８ボルト系電源から供給される電力で駆動される。

ステータ１１０は、珪素鋼板を積層した磁性体で形成されたステータコア１１２と、ステータコア１１２のスロット内に保持されたステータコイル１１４とを備えている。ステータコア１１２は、図２を用いて後述するように、円環状のバックコアと、このバックコアとは分離して作られ、その後、バックコアに機械的に固定された複数のティースとか構成される。複数のティースには、それぞれ、ステータコイル１１４が巻回されている。ステータコイル１１４は分布巻あるいは集中巻の方式で巻かれている。

ステータコイル１１４を分布巻とすると弱め界磁制御に優れ、また、リラクタンストルクの発生にも優れる。ＥＰＳモータとしては、モータの小型化や巻線抵抗の低減がたいへん重要である。ステータコイル１１４を集中巻とすることにより、ステータコイル１１４のコイルエンド長を短くできる。これにより、ＥＰＳモータ１００の回転軸方向の長さを短くすることができる。また、ステータコイル１１４のコイルエンドの長さを短くできるので、ステータコイル１１４の抵抗を小さくでき、モータの温度上昇を抑えることができる。また、コイル抵抗を小さくできることから、モータの銅損を小さくできる。したがって、モータへの入力エネルギーの内、銅損によって消費される割合を小さくでき、入力エネルギーに対する出力トルクの効率を向上することができる。

ＥＰＳモータは上述のごとく車両に搭載された電源により駆動される。上記電源は出力電圧が低い場合が多い。電源端子間にインバータを構成するスイッチング素子や上記モータ、その他電流供給回路の接続手段が等価的に直列回路を構成し、上記回路においてそれぞれの回路構成素子の端子電圧の合計が上記電源の端子間電圧になるので、モータに電流を供給するためのモータの端子電圧は低くなる。このような状況でモータに流れ込む電流を確保するにはモータの銅損を低く押えることが極めて重要である。この点から車両に搭載される電源は５０ボルト以下の低電圧系が多く、ステータコイル１１４を集中巻とすることが望ましい。特に１２ボルト系電源を使用する場合は極めて重要である。

また、ＥＰＳモータはステアリングコラムの近傍に置かれる場合、ラックアンドピニオンの近傍に置かれる場合などがあるが、何れも小型化が要求される。また、小型化された構造でステータ巻線を固定することが必要であり、巻線作業が容易なことも重要である。分布巻に比べ集中巻は巻線作業、巻線の固定作業が容易である。

ステータコイル１１４のコイルエンドはモールドされている。ＥＰＳモータはコギングトルクなどのトルク変動をたいへん小さく押えることが望ましく、ステータ部を組み上げてからステータ内部を再度切削加工することがある。このような機械加工により、切削紛が発生する。この切削紛がステータコイルのコイルエンド入り込むのを防止することが必要であり、コイルエンドのモールドが望ましい。コイルエンドは、ステータコイル１１４の複数の部位のうち、ステータコア１１２の軸方向両端部から軸方向に突出した部位を指す。尚、本実施例では、ステータコイル１１４のコイルエンドを覆ったモールド樹脂と、フレーム１５０との間に空隙がられているが、フレーム１５０，フロントフランジ１５２Ｆ及びリアフランジ１５２Ｒと接触する位置まで充填してもよい。こうすることにより、ステータコイル１１４からの発熱を、コイルエンドからモールド樹脂を介して直接、フレーム１５０，フロントフランジ１５２Ｆ及びリアフランジ１５２Ｒに伝達して外部に放熱できるので、空気を介して熱伝達する場合に比べてステータコイル１１４の温度上昇を低減することができる。

ステータコイル１１４は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成され、それぞれ複数の単位コイルから構成される。複数の単位コイルは、図３を用いて後述するように、３相の各相毎に、図示の左側に設けられた結線リング１１６によって結線されている。結線リング１１６はバスバー１１７に電気的に接続され、バスバー１１７はモータ外部でパワーケーブル１１７に接続される。

ＥＰＳモータは大きなトルクが要求される。例えば車の走行停止状態、あるいは走行停止に近い運転状態でステアリングホイール（ハンドル）が早く回転されると操舵車輪と地面との間の摩擦抵抗のため、上記モータには大きなトルクが要求される。このときには大電流がステータコイルに供給される。この電流は条件により異なるが５０アンペア以上の場合がある。７０アンペアはるいは１５０アンペアの場合も考えられる。このような大電流を安全に供給でき、また上記電流による発熱を低減するために結線リング１１６とバスバー１１７を用いることはたいへん重要である。上記結線リング１１６とバスバー１１７を介してステータコイルに電流を供給することにより接続抵抗を小さくでき、銅損による電圧降下を押えることができる。このことにより、大電流の供給が容易になる。またインバータの素子の動作に伴う電流の立ち上がり時定数が小さくなる効果がある。

ステータコア１１２とステータコイル１１４は、樹脂（電気的な絶縁性を有するもの）により一体にモールドされ、一体に形成されてステータSubAssy を構成している。この一体成形されたステータSubAssy は、アルミなど金属で形成された円筒状のフレーム１５０の内側に圧入されて固定された状態でモールド成形される。尚、一体成形されたステータSubAssy は、ステータコイル１１４がステータコア１１２に組み込まれた状態でモールド成形され、この後、フレーム１に圧入されてもよい。

自動車に搭載されるＥＰＳは色々な振動が加わる。また、車輪からの衝撃が加わる。また、気温変化の大きい状態で利用される。摂氏マイナス４０度の状態も考えられ、また、温度上昇により１００度以上も考えられる。さらに、モータ内に水が入らないようにしなければならない。このような条件でステータがヨーク１５０に固定されるためには、筒状フレームの少なくともステータ鉄心の外周部には螺子穴以外の穴が設けられていない、円筒金属にステータ部（SubAssy ）を圧入することが望ましい。また、圧入後さらにフレームの外周から螺子止めしてもよい。圧入に加え回止を施すことが望ましい。

ロータ１３０は、珪素鋼板を積層した磁性体からなるロータコア１３２と、このロータコア１３２の表面に接着剤によって固定された複数の永久磁石であるマグネット１３４と、マグネット１３４の外周に設けられた非磁性体からなるマグネットカバー１３６を備えている。マグネット１３４は、希土類磁石であり、例えば、ネオジウムからなる。ロータコア１３２は、シャフト１３８に固定されている。ロータコア１３２の表面に接着剤により複数のマグネット１３４が固定されるとともに、その外周側をマグネットカバー１３６で覆うことにより、マグネット１３４の飛散を防止している。上記マグネットカバー１３６はステンレス鋼（俗称ＳＵＳ）で構成されているが、テープを巻きつけても良い。ステンレス鋼の方が製造が容易である。上述のごとくＥＰＳモータは振動や熱変化が極めて大きく破損し易い永久磁石を保持するのに優れている。また上述のとおり、仮に破損しても飛散を防止できる。

円筒形状のフレーム１５０の一方の端部には、フロントフランジ１５２Ｆが設けられている。フレーム１５０とフロントフランジ１５２ＦとはボルトＢ１により固定されている。また、フレーム１５０の他方の端部には、リアフランジ１５２Ｒが圧入されている。フロントフランジ１５２Ｆ及びリアフランジ１５２Ｒには、それぞれ、軸受１５４Ｆ，１５４Ｒが取り付けられている。これらの軸受１５４Ｆ，１５４Ｒにより、シャフト１３８及び、このシャフト１３８に固定されたステータ１１０が回転自在に支承されている。

フロントフランジ１５２Ｆには円環状の突出部（或いは延出部）が設けられている。フロントフランジ１５２Ｆの突出部は軸方向に突出したものであり、フロントフランジ１５２Ｆのコイルエンド側の側面からコイルエンド側に延出している。フロントフランジ１５２Ｆの突出部の先端部は、フレーム１５０にフロントフランジ１５２Ｆを固定した際、フロントフランジ１５２Ｆ側のコイルエンドのモールド材とフレーム１５０との間に形成された空隙内に挿入されるようになっている。また、コイルエンドからの放熱を向上させるために、フロントフランジ１５２Ｆの突出部は、フロントフランジ１５２Ｆ側のコイルエンドのモールド材と密に接触していることが好ましい。

リアフランジ１５２Ｒには円筒状の窪みが設けられている。リアフランジ１５２Ｒの窪みはシャフト１３８の中心軸と同心のものであり、フレーム１５０の軸方向端部よりも軸方向内側（ステータコア１１２側）に入り込んでいる。リアフランジ１５２Ｒの窪みの先端部は、リアフランジ１５２Ｒ側のコイルエンドの内径側まで延びて、リアフランジ１５２Ｒ側のコイルエンドと径方向に対向している。リアフランジ１５２Ｒの窪みの先端部には軸受１５４が保持されている。シャフト１３８のリアフランジ１５２Ｒ側の軸方向端部は軸受１５４よりもさらに軸方向外方（ロータコア１３２側とは反対側）に延びて、リアフランジ１５２Ｒの窪みの開口部近傍或いは開口部よりも若干軸方向外方に突出する位置まで至っている。

リアフランジ１５２Ｒの窪みの内周面とシャフト１３８の外周面との間に形成された空間にはレゾルバ１５６が配置されている。レゾルバ１５６はレゾルバステータ１５６Ｓとレゾルバロータ１５６Ｒを備えており、軸受１５４Ｒよりも軸方向外側（ロータコア１３２側とは反対側）に位置している。レゾルバロータ１５６Ｒはシャフト１３８の一方の端部（図示左側の端部）にナットＮ１によって固定されている。レゾルバステータ１５６Ｓは、レゾルバ押さえ板１５６ＢがネジＳＣ１によってリアフランジ１５２Ｒに固定されることにより、リアフランジ１５２Ｒの窪みの内周側に固定され、レゾルバロータ１５６Ｒと空隙を介して対向している。レゾルバステータ１５６Ｓとレゾルバロータ１５６Ｒによりレゾルバ１５６を構成し、レゾルバロータ１５６Ｒの回転をレゾルバステータ１５６Ｓによって検出することにより、複数のマグネット１３４の位置を検出できる。さらに具体的に説明すると、レゾルバは、外周表面が凹凸状（例えば楕円形状或いは花びら形状）であるレゾルバロータ１５６Ｒと、２つの出力用コイル（電気的に９０°ずれている）及び励磁用コイルがコアに巻かれたレゾルバステータ１５６Ｓとを有する。励磁用コイルに交流電圧を印加すると、２つの出力用コイルには、レゾルバロータ１５６Ｒとレゾルバステータ１５６Ｓとの間の空隙の長さの変化に応じた交流電圧が、回転角度に比例する位相差をもって発生する。このように、レゾルバは、位相差をもった２つの出力電圧を検知するためのものである。ロータ１３０の磁極位置は、検知された２つの出力電圧の位相差から位相角を求めることによって検出できる。リアフランジ１５２Ｒの外周には、レゾルバ１５６を覆うようにして、リアホルダ１５８が取り付けられている。

結線リング１１６によって接続されたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相には、バスバー１１７と、パワーケーブル１６２と、パワーケーブル１７２の先端に取り付けられた端子１６３を介して、外部のバッテリーから電力が供給される。バスバー１１７は結線リング１１６に溶接され、モータ外部まで引出される。パワーハーネス1６２は、その先端に取り付けられた端子１６３がバスバー１１７に溶接されて取り付けられている。レゾルバステータ１５６Ｓから検出された磁極位置信号は、信号ケーブル１６６により外部に取り出される。リアフランジ１５２Ｒにはリアホルダ１５８が取り付けられ、レゾルバ１５６を保護し、モータ１００を密閉している。結線リング１１６とバスバー１１７の一部分は、コイルエンドと共にモールド材Ｍ１によってモールドされている。

次に、ステータ１１０及びロータ１３０の構成を図２に基づいてさらに具体的に説明する。
図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＰ部の拡大断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

最初に、ステータ１１０の構成について説明する。図１に示したステータコア１１２は、円環状のバックコア１１２Ｂと、このバックコア１１２Ｂとは分離して構成された複数のティース１１２Ｔとから構成される。バックコア１１２Ｂは、珪素鋼板などの磁性体の薄板をプレス成形により打ち抜き、それを積層した構成となっている。

本実施例では、ティース１１２Ｔは、それぞれ独立した１２個のティース１１２Ｔ（Ｕ１＋），１１２Ｔ（Ｕ１−），１１２Ｔ（Ｕ２＋），１１２Ｔ（Ｕ２−），１１２Ｔ（Ｖ１＋），１１２Ｔ（Ｖ１−），１１２Ｔ（Ｖ２＋），１１２Ｔ（Ｖ２−），１１２Ｔ（Ｗ１＋），１１２Ｔ（Ｗ１−），１１２Ｔ（Ｗ２＋），１１２Ｔ（Ｗ２−）から構成されている。それぞれのティース１１２Ｔ（Ｕ１＋），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）には、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−），１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−），１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−），１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−），１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−），１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）が集中巻で巻回されている。

ここで、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ１−）とは、コイルを流れる電流の向きが逆方向となるように巻回されている。ステータコイル１１４（Ｕ２＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ２−）とも、コイルを流れる電流の向きが逆方向となるように巻回されている。また、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）とは、コイルを流れる電流の向きが同一方向となるように巻回されている。ステータコイル１１４（Ｕ１−）と、ステータコイル１１４（Ｕ２−）とも、コイルを流れる電流の向きが同一方向となるように巻回されている。ステータコイル１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−），１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−）の電流の流れ方向の関係、及びステータコイル１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−），１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）の電流の流れ方向の関係も、Ｕ相の場合と同様である。

１２個のティース１１２Ｔ及びステータコイル１１４は、同様に製作されるため、ここでは、ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）及びステータコイル１１４（Ｕ１＋）を例にして、その組立工程について説明する。ステータコイル１１４（Ｕ１＋）は、ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）に巻回した形状となるように、予め成形されている成形コイルである。この成形コイルとなっているステータコイル１１４（Ｕ１＋）は、ボビン１１２ＢＯとともに、成形されている。ボビン１１２ＢＯと成形されたステータコイル１１４（Ｕ１＋）の一体物を、ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）の後端側からはめ込む。ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）の先端部，すなわち、ロータ１３０と面する側は円周方向に拡大しているため、ボビン１１２ＢＯとステータコイル１１４（Ｕ１＋）は、この拡大部においてストッパとなり、係止される。ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）の後端側には、バックコア１１２Ｂの内周側に形成された凹部１１２ＢＫとハメアイ形状の凸部１１２ＴＴが形成されている。成形されたステータコイル１１４（Ｕ１＋）が巻回されたティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）の凸部１１２ＴＴを、バックコア１１２Ｂの凹部１１２ＢＫに圧入して、ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）がバックコア１１２Ｂに固定される。他のティース１１２Ｔ（Ｕ１−），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）に対して、ステータコイル１１４（Ｕ１−），…，１１４（Ｗ２−）を取り付ける工程及び、ティース１１２Ｔ（Ｕ１−），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）をバックコア１１２Ｂに固定する工程も同様である。

バックコア１１２Ｂに、ステータコイル１１４が装着された１２個のティース１１２Ｔを固定し、バックコア１１２Ｂの外周側の複数箇所をフレーム１５０の内周側に圧入した状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを熱硬化性樹脂ＭＲにより一体モールド成形し、ステータSubAssy を構成する。尚、本実施例では、ステータコア１１２にステータコイル１１４を組み込んだものをフレーム１５０に圧入した状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを一体モールドする場合について説明したが、ステータコア１１２にステータコイル１１４を組み込んだ状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを一体モールドし、その後、ステータコア１１２をフレーム１５０に圧入してもよい。

モールド材によるモールド成形にあたっては、ステータコア１１２と、ステータコア１１２の軸方向端部から軸方向に突出するステータコイル１１４のコイルエンド部を、図示省略した治具とフレーム１５０によって囲むように、図示省略した治具を、ステータコア１１２とステータコア１１２とフレーム１５０からなる構造体に対して取り付け、図示省略した治具とフレーム１５０によって囲まれている中に流体状のモールド材を注入し、コイルエンド部，ステータコイル１１２と結線リング１１６との隙間、結線リング１１６とバスバー１１７の隙間、ステータコア１１２の隙間、ステータコイル１１４の隙間、ステータコア１１２とステータコイル１１４との間の隙間及びステータコア１１２とフレーム１５０との間の隙間にモールド材を充填し、モールド材を固化させ、モールド材が固化したら、図示省略した治具を取り外す。

モールド成形したステータSubAssyの内周面，すなわちティース１１２Ｔ（Ｕ１−），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）の先端部であって、ロータ１３０と径方向に対向する面側には切削加工が施されている。これにより、ステータ１１０とロータ１３０とのギャップのバラツキを低減して、ステータ１１０の内径真円度をさらに向上させている。また、モールド成形により一体化することにより、モールドしない場合に比べて、ステータコイル１１４に通電することにより発生する熱の放熱性をよくすることができる。また、モールド成形することにより、ステータコイルやティースの振動を防止することもできる。

例えば、ロータ１３０のロータコアの外周と、ステータ１１０のティースの内周の間のギャップを、３ｍｍ（３０００μｍ）としたとき、バックコア１１２Ｂの製作誤差，ティース１１２Ｔの製作誤差や、バックコア１１２Ｂとティース１１２Ｔと圧入組み立てた時の組み付け誤差等により、内径真円度は、±３０μｍ程度生じる。この真円度は、ギャップの１％（＝３０μｍ／３０００μｍ）に相当するため、この内径真円度によってコギングトルクが発生する。しかし、モールド成形した後、内径を切削加工することにより、内径真円度に基づくコギングトルクを低減することができる。コギングトルクを低減することにより、ステアリングの操舵感を向上することができる。

フレーム１５０の内側には凸部１５０Ｔが形成されている。バックコア１１２Ｂの外周には、凸部１５０Ｔと対応するように凹部１１２ＢＯ２が形成されている。その詳細については、図２（Ｂ）に示すとおりである。凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２は、相互に異なる曲率を有して係合しあう係合部ＩＰを構成しており、軸方向に連続して形成されかつ周方向に間隔をあけて８個設けられている。係合部は圧入部を兼ねている。すなわちフレーム１５０にステータコア１１２を固定する場合、係合部の凸部１５０Ｔの突端面と凹部１１２ＢＯ２の底面とが圧接するように、フレーム１５０の凸部１５０Ｔにバックコア１１２Ｂの凹部１１２ＢＯ２を圧入する。このように、本実施例は、部分圧入によってフレーム１５０にステータコア１１２を固定している。この圧入によって、フレーム１５０とステータコア１１２との間には微細な空隙が形成される。本実施例では、ステータコア１１２とステータコイル１１４とをモールド材ＭＲによってモールドする際、フレーム１５０とステータコア１１２との間に形成された空隙にモールド材ＲＭを同時に充填している。また、係合部は、フレーム１５０に対してステータコア１１２が周方向に回転することを防止するための回り止め部を兼ねている。

このように、本実施例では、フレーム１５０にステータコア１１２を部分的に圧入しているので、フレーム１５０とステータコア１１２との間のすべりを大きくしかつ剛性を小さくできる。これにより、本実施例では、フレーム１５０とステータコア１１２との間における騒音の減衰効果を向上させることができる。また、本実施例では、フレーム１５０とステータコア１１２との間の空隙にモールド材を充填しているので、騒音の減衰効果をさらに向上させることができる。

なお、凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２とを非接触として、両者を回り止めとしてのみ用い、この凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２の部分以外のフレーム１５０の内周面に対してバックコア１１２Ｂの外周面を圧入するように構成してもよい。

また、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−）と、１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−）とは、ステータ１１０の中心に対して、対称位置に配置されている。すなわち、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と１１４（Ｕ１−）は隣接して配置され、また、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）と１１４（Ｕ２−）も隣接して配置されている。さらに、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−）と、ステータコイル１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−）とは、ステータ１１０の中心に対して、線対称に配置されている。すなわち、シャフト１３８の中心を通る破線Ｃ−Ｃに対して、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）とが線対称に配置され、また、ステータコイル１１４（Ｕ１−）と、１１４（Ｕ２−）とが線対称に配置されている。

ステータコイル１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−）と、１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−）も同様に線対称に配置され、ステータコイル１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−）と、１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）とも線対称に配置されている。

また、同相の隣接するステータコイル１１４は１本の線で連続して巻回されている。すなわちステータコイル１１４（Ｕ１＋）と１１４（Ｕ１−）とは、１本の線を連続して巻回し、２つの巻回コイルを構成し、それぞれ、ティースに挿入して、ティースに巻回した構成となっている。ステータコイル１１４（Ｕ２＋）と１１４（Ｕ２−）も、１本の線で連続して巻回されている。ステータコイル１１４（Ｖ１＋）と１１４（Ｖ１−），ステータコイル１１４（Ｖ２＋）と１１４（Ｖ２−），ステータコイル１１４（Ｗ１＋）と１１４（Ｗ１−），ステータコイル１１４（Ｗ２＋）と１１４（Ｗ２−）も、それぞれ、１本の線で連続して巻回されている。

このような線対称配置と、隣接する２つの同相のコイルを１本の線で巻回することにより、各相同士、また異相を結線リングで結線する際に、結線リングの構成を簡単にすることができる。

次に、ロータ１３０の構成について説明する。ロータ１３０は、磁性体からなるロータコア１３２と、このロータコア１３２の表面に接着剤によって固定された１０個のマグネット１３４（１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ，１３４Ｄ，１３４Ｅ，１３４Ｆ，１３４Ｇ，１３４Ｈ，１３４Ｉ，１３４Ｊ）と、マグネット１３４の外周に設けられたマグネットカバー１３６を備えている。ロータコア１３２は、シャフト１３８に固定されている。

マグネット１３４は、その表面側（ステータのティース１１２Ｔと対向する側）をＮ極とすると、その裏面側（ロータコア１３２に接着される側）がＳ極となるように、半径方向に着磁されている。また、マグネット１３４は、その表面側（ステータのティース１１２Ｔと対向する側）をＳ極とすると、その裏面側（ロータコア１３２に接着される側）がＮ極となるように、半径方向に着磁されているものもある。そして、隣接するマグネット１３４は、着磁された極性が周方向に交互になるように着磁されている。例えば、マグネット１３４Ａの表面側がＮ極に着磁されているとすると、隣接するマグネット１３４Ｂ，１３４Ｊの表面側はＳ極に着磁されている。すなわち、マグネット１３４Ａ，１３４Ｃ，１３４Ｅ，１３４Ｇ，１３４Ｉの表面側がＮ極に着磁されている場合、マグネット１３４Ｂ，１３４Ｄ，１３４Ｆ，１３４Ｈ，１３４Ｊの表面側は、Ｓ極に着磁されている。

また、マグネット１３４は、それぞれ、断面形状がかまぼこ型の形状となっている。かまぼこ形状とは、周方向において、左右の半径方向の厚さが、中央の半径方向の厚さに比べて薄い構造のことである。このようなかまぼこ型の形状とすることにより、磁束分布を正弦波状とでき、ＥＰＳモータを回転させることによって発生する誘起電圧波形を正弦波状とすることができ、脈動分を低減することができる。脈動分を小さくできることにより、ステアリングの操舵感を向上できる。なお、リング状の磁性体に着磁してマグネットを構成するとき、着磁力を制御することのにより、磁束分布を正弦波状類似のものとしてもよいものである。

ロータコア１３２には、同心円上に大きな直径の１０個の貫通穴１３２Ｈと、その内周が出あって小さな直径の５個の窪み１３２Ｋとが形成されている。ロータコア１３２は、ＳＵＳなどの磁性体の薄板をプレス成形により打ち抜き、それを積層した構成となっている。窪み１３２Ｋは、プレス成形時に薄板をかしめることにより形成する。複数の薄板を積層する際に、この窪み１３２Ｋを互いに嵌合して位置決めを行っている。貫通穴１３２Ｈは、イナーシャを低減するためであり、この１３２Ｈ穴によりロータのバランスを向上できる。マグネット１３４の外周側は、マグネットカバー１３６により覆われており、マグネット１３４の飛散を防止している。なお、バックコア１１２Ｂとロータコア１３２は、同じ薄板から同時にプレス打ち抜きにより成形される。

以上説明したように、本実施例のロータ１３０は、１０個のマグネット１３４を備えており、１０極である。また、前述したように、ティース１１２Ｔは１２個であり、隣接するティースの間に形成されるスロットの数は、１２個である。すなわち、本実施例のＥＰＳモータは、１０極１２スロットの表面磁石型の同期電動機となっている。

ここで、図３を用いて、ＡＣモータにおける極数Ｐとスロット数Ｓとの関係について説明する。
図３は、ＡＣモータの極数Ｐとスロット数Ｓの関係の説明図である。

図３において、横線によるハッチングを施した組合せが、３相のＡＣモータ（ブラシレスモータ）として、取り得る極数Ｐとスロット数Ｓの組合せである。すなわち、３相ＡＣモータとしては、２極３スロット，４極３スロット，４極６スロット，６極９スロット，８極６スロット，８極９スロット，８極１２スロット，１０極９スロット，１０極１２スロット，１０極１５スロットの組合せが成立する。この中で、左斜線と右斜線を施した組合せの１０極１２スロットが本実施例によるモータの極数とスロット数である。なお、左斜め斜線を施した８極９スロットと１０極９スロットとについては、後述する。また、図１に示したＥＰＳモータは、外径が８５φと小型のモータであり、このような小型モータにおいては、極数Ｎが１２以上のモータは実現できないため、図示を省略している。

ここで、２極３スロット，４極３スロット，４極６スロット，６極９スロット，８極６スロット，８極１２スロット，１０極１５スロットのモータは、その特性が近似するものであり、ここでは、６極９スロットのものを代表例として説明する。

６極９スロットのＡＣモータに対して、本実施例の１０極１２スロットのモータは、磁石磁束の利用率が高くできる。すなわち、６極９スロットのＡＣモータにおける巻線係数（巻線の利用率）ｋwは０．８７であり、スキュー係数ｋsは０．９６であるので、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）は、「０．８３」となる。一方、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、巻線係数ｋwは０．９３であり、スキュー係数ｋsは０．９９であるので、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）は、「０．９２」となる。したがって、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）を高くすることができる。

また、コギングトルクの周期は、極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数となるため、６極９スロットのＡＣモータにおけるコギングトルクの周期は、「１８」となり、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、「６０」とできるため、コギングトルクを低減することができる。

さらに、内径真円度の誤差によるコギングトルクも小さくできるものである。すなわち、６極９スロットのＡＣモータにおける内径真円度の誤差によるコギングトルクを、「３．７」とすると、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、「２．４」とできるため、内径真円度の誤差によるコギングトルクを低減することができる。さらに、本実施例では、モールド成形したステータSubAssyの内径を切削加工して、内径真円度を向上させる結果、さらに、内径真円度の誤差によるコギングトルクを低減することができる。

ここで、図４を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるコギングトルクの実測値について説明する。
図４は、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるコギングトルクの実測値の説明図である。

図４（Ａ）は、角度（機械角）が０〜３６０°の３６０°の範囲について実測したコギングトルク（ｍＮｍ）を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示したコギングトルクの高調波成分を各時間次数毎に分離して、波高値（ｍＮｍ）示したものである。時間次数「６０」は、前述したように、１０極１２スロットのモータにおけるコギングトルクの周期であり、発生するコギングトルクはほぼ０になっている。時間次数「１２」は、１０極のマグネットの界磁力のバラツキによるものである。マグネットとして、上述したように、かまぼこ型のマグネットを使用することにより、界磁力のバラツキによるコギングトルクも１．４まで低減できている。時間次数「１０」は、１２スロットのステータの各ティースのバラツキによるものである。モールド成形後の切削加工により内径真円度を向上させた結果、ティースのバラツキによるコギングトルクも２．６まで低減できている。

時間次数「０」は、ＤＣ成分であり、いわゆるロストルク（回転数がほぼ零のとき発生する摩擦トルク）である。ロストルクも２６．３ｍＮｍと低減できているので、ステアリングから手を離した場合でも、ステアリングが直進方向に戻ろうとする復元力に対して、ロストルクの方が小さいため、ステアリングの復元性が向上する。

以上のように、各コギングトルク成分を低減できた結果、図４（Ａ）に示すように、コギングトルクは、９ｍＮｍまで低減できている。ＥＰＳモータの最大トルクは４．５Ｎｍであるため、コギングトルクは０．２％（＝９ｍＮｍ／４．５Ｎｍ）（定格の３／１０００以下）と小さくできてる。また、ロストルクも、０．５７％（＝２６．３ｍＮｍ／４．５Ｎｍ）と小さくできている。

本実施例のＥＰＳモータ１００は、車載のバッテリー（例えば出力電圧１２Ｖ）を電源とするモータである。ＥＰＳモータ１００の取り付け位置は、ステアリングの近傍やステアリングの回転力を車輪に伝達するラック＆ピニオンギアのラックの近傍に配置される。従って、取り付け位置の制限から小型化する必要がある。その一方では、ステアリングをパワーアシストするために大トルク（例えば、４．５Ｎｍ）を必要とする。

必要とされるトルクをＡＣ１００Ｖを電源とするＡＣサーボモータで出力しようとすると、モータ電流は５Ａ程度でよい。しかし、本実施例のようにＤＣ１４ＶをＤＣ／ＡＣ変換した１４Ｖの交流で駆動する場合、同じ程度の体積で、同じ程度のトルクを出力するためには、モータ電流を７０Ａ〜１００Ａとする必要がある。このような大電流を流すため、ステータコイル１１４の直径は１．６φと大径とする必要がある。このとき、ステータコイル１１４の巻回数は、１４ターン（Ｔ）としている。ステータコイル１１４の巻回数は、ステータコイル１１４の線径にもよるが、例えば、９〜２１Ｔである。ステータコイル１１４の直径は１．８φとしたとき、ターン数は９Ｔとなる。ここで、１．８φのコイルに対して、１．６φのコイルを巻回した方が占積率を、例えば、７５％まで向上することができる。占積率を大きくできるため、導体の電流密度を相対的に小さくできる。その結果、銅損を低減でき、モータの温度上昇を抑え、さらに、回転数−トルク特性を向上できる。なお、最近の車両では、４２Ｖのバッテリーを搭載する電動車両などがあるが、この場合、モータ電流を小さくすることができるため、ステータコイル１１４の巻回数は２０〜３０Ｔとなる。

隣接するティース１１２Ｔにおいて、ティース１１２Ｔの先端（ロータ１３０と面する側）の拡大部の間隔Ｗ１（例えば、ティース１１２Ｔ（Ｕ１−）とティース１１２Ｔ（Ｗ１−）の先端の拡大部の間隔Ｗ１（最も周方向に近接する部位の周方向間隔））は、１ｍｍとしている。このように、ティースの間隔を狭くすることにより、コギングトルクを低減することができる。しかも、モータに振動が加えられたとしても、間隔Ｗ１よりもステータコイル１１４の線形が太いため、ティースの間から、ロータ側にステータコイル１１４が抜け落ちることを防止できる。隣接するティースの間隔Ｗ１は、例えば、ステータコイル１１４の線径以下の０．５ｍｍ〜１．５ｍｍが好適である。このように、本実施例では、隣接するティースの間隔Ｗ１を、ステータコイル１１４の線径以下としている。

次に、図５を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線関係について説明する。
図５は、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線図である。

図５において、コイルＵ１＋は、図２に示したステータコイル１１２Ｔ（Ｕ１＋）を示している。コイルＵ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｗ２＋，Ｗ２−も、それぞれ、図２に示したステータコイル１１２Ｔ（Ｕ１−），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）を示している。

本実施例のステータコイルは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相を、デルタ（Δ）結線としている。また、各相は、それぞれ並列回路を構成している。すなわち、Ｕ相について見ると、コイルＵ１＋とコイルＵ１−の直列回路に対して、コイルＵ２＋とコイルＵ２−の直列回路を並列接続している。ここで、コイルＵ１＋とコイルＵ１−とは、前述したように、１本の線を連続的に巻回してコイルを構成している。また、Ｖ相，Ｗ相についても、同様である。

結線方法は、スター結線でも可能であるが、デルタ結線とすることにより、スター結線に比べて端子電圧を低くすることができる。例えば、Ｕ相の直並列回路の両端電圧をＥとするとき、端子電圧はＥであるが、スター結線では、√３Ｅとなる。端子電圧を低くできるため、コイルのターン数を大きくでき、線径の細い線を使用できる。また、並列回路とすることにより、４コイルが直列の場合に比べて、各コイルに流す電流を小さくできる点からも、線径の細い線を使用することができるので、占積率を高くすることができ、また、曲げやすく、製作性も良好となる。

次に、図６及び図７を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの構成について説明する。
図６は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの構成を示す横断面図である。図７は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータのコアとシャフトの結合部の構成を示す拡大縦断面図である。なお、図１，図２と同一符号は、同一部分を示している。

図６に示すように、ロータ１３０は、珪素鋼板を積層した磁性体からなるロータコア１３２と、このロータコア１３２の表面に接着剤によって固定された複数の永久磁石であるマグネット１３４と、マグネット１３４の外周に設けられた非磁性体からなるマグネットカバー１３６と、シャフト１３８とからなっている。

ロータコア１３２は、プレスで打抜きされた薄板鋼板からなるコアプレートを多数枚積層して構成されている。各コアプレートには、５カ所のくぼみを設け、積層されたコアプレートのくぼみ同士を用いて位置決めし、かつ、かしめ接合することで一体化され、ロータコア１３２が形成されている。

マグネット１３４は、ロータ１３０の軸方向において２分割され、マグネット１３４Ａとマグネット１３４Ｂとからなっている。これは、長いマグネットが製造し難いため軸方向に分割している。なお、マグネット１３４Ａとマグネット１３４Ｂとをロータコア１３２の周方向にずらして配置してもよく、この場合には、マグネットをスキューした場合と同様の効果が得られる。

シャフト１３８の外周には、軸方向に形成された８条の圧印痕（突起）１３８Ｇが形成されている。一方、ロータコア１３２の内部には、貫通穴が設けられている。貫通穴の表面部分は、図８〜図１１を用いて後述する方法で、局部的に焼鈍処理されている。この貫通穴に、シャフト１３８が圧入され、シャフト１３８の形成された８条の圧印痕（突起）１３８Ｇがロータコア１３２の貫通穴に食込んで締結され、シャフト１３８の回転方向のトルク強度を確保するとともに、軸方向の抜け強度も確保している。

シャフト１３８の材料としては、例えば、ＳＣＭ４３５を用いている。ＳＣＭ４３５は、ロータコア１３２の材料である珪素鋼板によりも硬度が高いが、両者の硬度差が小さい場合には、シャフト１３８の圧入により、シャフト１３８の圧印痕（突起）１３８Ｇとロータコア１３２の間に焼き付きを生じ、同軸精度などの結合精度が低下する。そこで、シャフト１３８の硬度を高めるために、シャフトに焼き入れをするか、もしくは、ロータコア１３２の硬度を低めるために、ロータコア１３２に焼鈍処理をする必要がある。本実施形態では、図８〜図１１を用いて後述する方法で、ロータコア１３２の貫通穴の表面部分のみを、局部的に焼鈍処理することにより、シャフトの焼き入れによって問題となるシャフトの熱変形の問題や、ロータコア全体を焼鈍する場合には、鋼板製造時の圧延歪みとプレス打ち抜き時の加工歪みが開放されて、ロータコアに生じる変形の問題を解消することができる。また、このように、ロータコアやシャフトの問題を解消することで、本実施形態によるロータを用いたパワーステアリング用モータの回転バランスが向上し、騒音や振動を低減できるものとなる。

図７に示すように、ロータコア１３２の内周の貫通穴に対して、シャフト１３８が圧入されることにより、シャフト１３８の形成された８条の圧印痕（突起）１３８Ｇがロータコア１３２の貫通穴に食込んで締結される。ここで、食い込み量ＩＮＴ１は、０．１〜０．１５ｍｍである。そして、ロータコア１３２の内周の貫通穴において、シャフトの圧印痕１３８Ｇが食い込む領域が局部的に焼鈍処理されている。なお、ここでは、例えば、ロータコア１３２の半径Ｒ１は１８ｍｍであり、貫通穴の内径Ｒ３は、６．８５ｍｍである。ロータコア１３２は、厚さ０．３５ｍｍの珪素鋼板を１８０枚積層しており、ロータコア１３２の軸方向の長さは、６３ｍｍである。

ロータコア１３２の外周には、周方向に１０個の窪み１３２Ｇが形成されている。マグネット１３４は、接着剤等を用いて、窪み１３２Ｇに固定される。窪み１３２Ｇの底部までの半径Ｒ２は、１７ｍｍである。

次に、図８〜図１１を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部的焼鈍方法について説明する。
図８は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部加熱装置の説明図である。図９は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部加熱に用いる誘導加熱コイルの斜視図である。図１０は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部加熱時の温度プロファイル図である。図１１は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの結合時の説明図である。

図８に示すように、誘導加熱コイル３０２を、ロータコア１３２の貫通穴に挿入し、高周波電源３００より高周波加熱でロータコア１３２の貫通穴の近傍のみを加熱し、焼鈍する。

ロータコア１３２は、薄板鋼板からプレスで打抜きされたコアプレートを多数積層しかしめで接合し、一体化した構成であるため、コアプレートは内径及び外周がプレス打抜き時の加工硬化により硬度が上昇し、塑性変形による歪みを持っている。また、薄板鋼鈑は製造過程の圧延等により母材そのものも歪みを持っている。

そこで、この歪みと加工硬化したロータコア１３２に対して、誘導加熱コイル３０２を用いて、ロータコア１３２の貫通穴の近傍のみを加熱し、焼鈍する。

図９に示すように、誘導加熱コイル３０２は、１巻きの形状である。これは、ロータコア１３２の内径が比較的小さく（例えば、直径１３．７φ）、誘導加熱コイル３０２が中空で内径部に冷却水を流す必要があることから、多重に巻くことが困難なためである。

誘導加熱コイル３０２が１巻きであるために、図８に示すように、高周波焼鈍時には、回転移動手段３０４を用いてロータコア１３２を貫通穴の軸中心に回転するとともに軸方向に移動させ、ロータコア１３２の貫通穴の内周全周と軸方向全域に誘導加熱コイル３０２が接近して熱を加えている。

次に、図１０を用いて、加熱条件について説明する。ロータコア１３２の貫通穴の中心位置を０とすると、半径Ｒ方向の温度プロファイルは、図１０に示すようになる。

ここで、Ｌ１＝６．８５ｍｍ，Ｌ３＝１８ｍｍとすると、半径Ｌ２の位置における温度がＴ１以上になるように加熱している。ここで、ロータコア１３２の素材は、珪素鋼板であるため、温度Ｔ１は、鉄系材料の再結晶温度である７２７℃としている。また、Ｌ２は、図７にて説明したロータコアの貫通穴に対するシャフトの圧印痕の食い込み量である０．１〜０．１５ｍｍとするため、Ｌ２＝７．０ｍｍ以上としている。

上述のように、ロータコアの貫通穴の表面近傍のみを局部的に再結晶温度以上に加熱するために、高周波電源としては、１５ｋＶ，３Ａで高周波の周波数が２５０ｋＨｚのものを用いている。また、回転移動手段３０４は、３回転／ｓで回転させるとともに、ロータコアの軸方向の移動速度は、６ｍｍ／ｓとしている。ロータコア１３２の局部加熱に要する時間は、１１秒程度であるため、極めて短時間で、局部焼鈍を行うことができる。

なお、シャフトの圧印痕の食い込み量である０．１〜０．１５ｍｍに相当するロータコアの貫通穴の表面近傍を再結晶温度以上に加熱できればいいため、高周波電源としては、１０〜２０ｋＶ，５〜２Ａで高周波の周波数が１００〜４００ｋＨｚのものを用いることができる。高周波電源の加熱パワーにもよるが、回転移動手段３０４による回転速度は、１〜５回転／ｓとし、ロータコアの軸方向の移動速度は、３〜１０ｍｍ／ｓとすることができる。

このように、ロータコア１３２の貫通穴の表面近傍の領域（Ｌ１〜Ｌ２の領域）のみを高周波加熱し、再結晶温度以上に加熱して焼鈍することで、プレス打抜き時の歪みを持ち硬度が上昇している貫通穴の表面近傍のみが軟化し、ロターコア１３２の外周や薄板鋼鈑の歪みは開放されないので、変形が少なく、すなわちプレス抜き締結後のロータコアとほぼ同じ精度を維持することができる。

次に、図１１に示すように、図８の方法で局部的に焼鈍されたロータコア１３２の貫通穴に対して、シャフト１３８を図示しない油圧プレス等により圧入して、シャフト１３８とロータコア１３２を締結する。

次に、図１２を用いて、ステータ１１０の他の構成例について説明する。図１２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

図２に示したステータ１１０においては、ステータコア１１２は、円環状のバックコア１１２Ｂと、このバックコア１１２Ｂとは分離して構成された複数のティース１１２Ｔとか構成されている。それに対して、本例では、１２個のＴ字形状のティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），１１２（Ｕ１−），１１２（Ｕ２＋），１１２（Ｕ２−），１１２（Ｖ１＋），１１２（Ｖ１−），１１２（Ｖ２＋），１１２（Ｖ２−），１１２（Ｗ１＋），１１２（Ｗ１−），１１２（Ｗ２＋），１１２（Ｗ２−）から構成されている。すなわち、図２における円環状のバックコア１１２Ｂは、周方向に１２分割された形状となっている。そして、この分割されたバックコアの部分に、それぞれティースが一体型となった形状となっている。ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）は、それぞれ、珪素鋼板などの磁性体の薄板をプレス成形により打ち抜き、それを積層した構成となっている。なお、ロータ１３０の構成は、図２と同様である。

ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）のティース部には、図２と同様に、それぞれ独立した１２個のティースそれぞれのティース１１２Ｔ（Ｕ１＋），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）には、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−），１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−），１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−），１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−），１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−），１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）が集中巻で巻回されている。ステータコイル１１４（Ｕ１＋），…，１１４（Ｗ２−）の巻回方向等は、図２と同様である。

ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）に、それぞれ、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），…，１１４（Ｗ２−）を巻回する。次に、ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）の周方向の端面に形成された凹部と嵌合形状の凸部とを圧入して、ステータ１１０の組立が完了する。次に、バックコア１１２Ｂの外周側の複数箇所をフレーム１５０の内周側に圧入した状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを熱硬化性樹脂ＭＲにより一体モールド成形し、ステータSubAssy を構成する。尚、本実施例では、ステータコア１１２にステータコイル１１４を組み込んだものを、フレーム１５０に圧入した状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを一体モールドする場合について説明したが、ステータコア１１２にステータコイル１１４を組み込んだ状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを一体モールドし、その後、ステータコア１１２をフレーム１５０に圧入してもよい。

モールド材によるモールド成形にあたっては、ステータコア１１２と、ステータコア１１２の軸方向端部から軸方向に突出するステータコイル１１４のコイルエンド部を、図示省略した治具とフレーム１５０によって囲むように、図示省略した治具を、ステータコア１１２とステータコア１１２とフレーム１５０からなる構造体に対して取り付け、図示省略した治具とフレーム１５０によって囲まれている中に流体状のモールド材を注入し、コイルエンド部，ステータコア１１２の隙間，ステータコイル１１４の隙間，ステータコア１１２とステータコイル１１４との間の隙間及びステータコア１１２とフレーム１５０との間の隙間にモールド材を充填し、モールド材を固化させ、モールド材が固化したら、図示省略した治具を取り外す。

モールド成形したステータSubAssyの内周面，すなわち、ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）のティース部の先端部であって、ロータ１３０と径方向に対向する面側には切削加工が施されている。これにより、ステータ１１０とロータ１３０とのギャップのバラツキを低減して、ステータ１１０の内径真円度をさらに向上させている。また、モールド成形により一体化することにより、モールドしない場合に比べて、ステータコイル１１４に通電することにより発生する熱の放熱性をよくすることができる。また、モールド成形することにより、ステータコイルやティースの振動を防止することもできる。また、モールド成形した後、内径を切削加工することにより、内径真円度に基づくコギングトルクを低減することができる。コギングトルクを低減することにより、ステアリングの操舵感を向上することができる。

フレーム１５０の内側には凸部１５０Ｔが形成されている。バックコア１１２Ｂの外周には、凸部１５０Ｔと対応するように凹部１１２ＢＯ２が形成されている。凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２は、相互に異なる曲率を有して係合しあう係合部ＩＰを構成しており、軸方向に連続して形成されかつ周方向に間隔をあけて８個設けられている。係合部は圧入部を兼ねている。すなわちフレーム１５０にステータコア１１２を固定する場合、係合部の凸部１５０Ｔの突端面と凹部１１２ＢＯ２の底面とが圧接するように、フレーム１５０の凸部１５０Ｔにバックコア１１２Ｂの凹部１１２ＢＯ２を圧入する。このように、本実施例は、部分圧入によってフレーム１５０にステータコア１１２を固定している。この圧入によって、フレーム１５０とステータコア１１２との間には微細な空隙が形成される。本実施例では、ステータコア１１２とステータコイル１１４とをモールド材ＭＲによってモールドする際、フレーム１５０とステータコア１１２との間に形成された空隙にモールド材ＲＭを同時に充填している。また、係合部は、フレーム１５０に対してステータコア１１２が周方向に回転することを防止するための回り止め部を兼ねている。

このように、本実施例では、フレーム１５０にステータコア１１２を部分的に圧入しているので、フレーム１５０とステータコア１１２との間のすべりを大きくしかつ剛性を小さくできる。これにより、本実施例では、フレーム１５０とステータコア１１２との間における騒音の減衰効果を向上させることができる。また、本実施例では、フレーム１５０とステータコア１１２との間の空隙にモールド材を充填しているので、騒音の減衰効果をさらに向上させることができる。

なお、凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２とは非接触として、両者は回り止めとしてのみ用い、この凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２の部分以外のフレーム１５０の内周面に対してバックコア１１２Ｂの外周面を圧入するように構成してもよいものである。

次に、図１３を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータを用いた電動パワーステアリングのシステム構成について説明する。
図１３は、本実施例の電動パワーステアリング用モータを用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図である。

ステアリングＳＴを回転させると、その回転駆動力は、ロッドＲＯを介して、マニュアルステアリングギアＳＴＧにより減速して、左右のタイロッドＴＲ１，Ｔ２に伝達し、左右の車輪ＷＨ１，ＷＨ２に伝達され、左右の車輪ＷＨ１，ＷＨ２を舵取りする。

本実施例によるＥＰＳモータ１００は、マニュアルステアリングギアＳＴＧの近傍に取り付けられており、ギアＧＥを介して、その駆動力をマニュアルステアリングギアＳＴＧに伝達する。ロッドＲＯには、トルクセンサＴＳが取り付けられており、ステアリングＳＴに与えられた回転駆動力（トルク）を検出する。制御装置２００は、トルクセンサＴＳの出力に基づいて、ＥＰＳモータ１００の出力トルクが目標トルクとなるようにモータ１００への通電電流を制御する。制御装置２００及びＥＰＳモータ１００の電源は、バッテリーＢＡから供給される。

なお、以上の構成は、ＥＰＳモータをラック＆ピニオンギアの近傍に備えるラック型のパワーステアリングであるが、ステアリングの近傍にＥＰＳモータを備えるコラム型のパワーステアリングに対しても、本実施例のＥＰＳモータ１００は同様に適用できるものである。

本発明の一実施例による電動パワーステアリング用モータの構成を示す横断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 ＡＣモータの極数Ｐとスロット数Ｓの関係の説明図である。 本発明の一実施例による電動パワーステアリング用モータにおけるコギングトルクの実測値の説明図である。 本発明の一実施例による電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線図である 本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの構成を示す横断面図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータのコアとシャフトの結合部の構成を示す拡大縦断面図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部加熱装置の説明図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部加熱に用いる誘導加熱コイルの斜視図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの局部加熱時の温度プロファイル図である。 図１１は、本実施例の電動パワーステアリング用モータに用いるロータの結合時の説明図である。 本発明の一実施例による電動パワーステアリング用モータのステータの他の構成例を示す横断面図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータを用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図である。

符号の説明

１００…電動パワーステアリング用モータ
１１０…ステータ
１１２…ステータコア
１１２Ｔ…ティース
１１２Ｂ…バックコア
１１４…ステータコイル
１１６…結線リング
１３０…ロータ
１３２…ロータコア
１３４…マグネット
１３６…マグネットカバー
１３８…シャフト
１３８Ｇ…圧印痕
１５０…ヨーク
１６２…パワーケーブル
１６４…グロメット
２００…制御装置
２１０…パワーモジュール
２２０…制御モジュール
２３０…導体モジュール
ＢＡ…バッテリ
ＭＲ…樹脂
３００…高周波電源
３０２…誘導加熱コイル
３０４…回転移動手段

Claims (9)

1. プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアと、
   このロータコアの貫通穴に圧入されるシャフトからなるロータであって、
   前記ロータコアは、前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記貫通穴の表面近傍のみが前記金属板の再結晶温度以上に局部的に焼鈍処理されていることを特徴とするロータ。
2. プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアと、
   このロータコアの貫通穴に圧入されるとともに、その外周の長手方向に複数の結合用圧印痕が形成されたシャフトからなるロータであって、
   前記ロータコアは、前記貫通穴の表面近傍であって、前記ロータコアの貫通穴に前記シャフトが圧入された際に、前記圧印痕が前記ロータコアに食い込む領域が前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記金属板の再結晶温度以上に局部的に焼鈍処理されていることを特徴とするロータ。
3. 請求項１若しくは請求項２のいずれかに記載のロータにおいて、
   前記金属板は、珪素鋼板の薄板であることを特徴とするロータ。
4. 請求項３記載のロータにおいて、
   前記シャフトは、ロータコアよりも硬い材料からなることを特徴とするロータ。
5. プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアの貫通穴にシャフトを圧入してロータを形成するロータの製造方法であって、
   前記金属板をプレス打ち抜きにより所定の形状に成形し、
   打ち抜かれて金属板を積層してロータコアを形成し、
   その後、前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記ロータコアの中心を貫通する貫通穴の表面近傍のみを前記金属板の再結晶温度以上に局部的に加熱して焼鈍処理し、
   次に、前記ロータコアの貫通穴に対して、前記シャフトを圧入することを特徴とするロータの製造方法。
6. 請求項５記載のロータの製造方法において、
   前記焼鈍処理は、前記ロータコアの貫通穴に、高周波加熱コイルを挿入して行うことを特徴とするロータの製造方法。
7. 請求項６記載のロータの製造方法において、
   前記高周波コイルは、一条のコイルからなり、
   前記焼鈍処理は、前記ロータコアを回転させながら、前記ロータコアの軸方向に移動して行うことを特徴とするロータの製造方法。
8. 電動パワーステアリング用モータであって、
   ステータと、
   このステータに空隙を介して対向配置されて回転可能に支持されたロータとを有し、
   前記ロータは、
   プレス打ち抜きにより所定の形状に成形された金属板を複数枚積層して形成されるとともに、その中心に貫通穴を有するロータコアと、
   このロータコアの貫通穴に圧入されるシャフトからなり、
   前記ロータコアは、前記プレス打ち抜き時の前記複数枚積層された金属板における加工歪みを抑制するように、前記貫通穴の表面近傍のみが前記金属板の再結晶温度以上に局部的に焼鈍処理されていることを特徴とする電動パワーステアリング用モータ。
9. 請求項８記載の電動パワーステアリング用モータにおいて、
   前記ロータコアの表面に固定された複数のマグネットと、
   このマグネットの外周を覆うように取り付けられたカバーとを備えたことを特徴とする電動パワーステアリング用モータ。

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