JP4673165B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明はモータにより操舵力をアシストする、モータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置に関し、特に、運転者が静粛性を求めるモータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置は、運転者の操舵力を検出して、その大きさと方向に応じてモータでタイヤを操舵する力をアシストするものであり、自動車の利便性・快適性を向上する装置として多く利用され始めている。

また、モータ・発電機の形態の１つとして、コイルに流す電流により磁束を発生することができる爪型磁極を有するモータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１６１０５４号公報

電動パワーステアリングがもっとも必要な場面は、車両が停止あるいは低速走行中であり、走行音がほとんどしない状況である。そのような状態において、電動パワーステアリング装置を用いて、タイヤを操舵する際、モータから発生する電磁音が運転者に不快感を与えることがあった。特に、ハンドルに直結したステアリングシャフトにモータを取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置の場合には、運転者の座席の近くにモータがあるため、モータの電磁音がわずかであっても、運転者に不快感を与えてしまうことがあった。

また、電動パワーステアリング装置に用いるモータは、車両への搭載性を向上するために、小型化・高出力化が求められている。

本発明の目的は、モータのサイズを大きくすることなく、コラム式電動パワーステアリング装置から発生する電磁音を少なくすることにある。

本発明は、モータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付け、このモータにより操舵力をアシストするコラム式電動パワーステアリング装置において、前記モータのステータを、各相ごとに、電流を流すリング状のコイルと、複数のステータコアにより形成する。前記ステータコアは、絶縁皮膜でコーティングした粉末磁心を爪状の磁極を有する形状に圧縮成型して製造する。前記コイルを２つの前記ステータコアで挟み込むことにより、１相分ステータを形成する。このような１相分ステータをモータの回転軸上に３つ重ねて、各相の磁極を電気角１２０°の位相差となるように配置することにより、モータを形成する。このモータをコラム式電動パワーステアリング装置のモータとして設置することにより、目的を達成する。そして、さらには、前記各ステータコアは、前記コイルを挟み込んで、外側ヨークと、複数の爪型磁極とを設けており、前記外側ヨークには切り欠き部を有し、該切り欠き部から前記コイルの端部を外部に引き出すように構成し、さらに、前記コイルを挟み込む複数のステータコアに設けられた夫々の複数の爪型磁極が互いに相手のステータコアの爪型磁極の間に位置するように組み合わせる。

本発明は、モータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置のモータサイズを大きくすることなく、モータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置から発生する電磁音を低減する目的に対し、モータのステータはリング状のコイルと、粉末磁心を圧縮成型することにより爪状の磁極に成型したステータコアとを備え、前記コイルを複数の前記ステータコアで挟み込むように構成する。これにより、ステータに流れるうず電流を低減し、かつ、通常のモータが有するエンドコイル部を削減することで課題を解決しようとするものである。

本発明のモータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置は、粉末磁心によりステータコアを形成することによりうず電流を低減することができ、リング状のコイルと爪型磁極を有するステータコアとからステータを形成することによりエンドリング部をなくすことができるので、モータのサイズを大きくすることなく、モータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置から発生する電磁音を大幅に低減することができる。

本発明は、モータにより操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、前記モータが、ステータを電流を流すリング状のコイルと表面が絶縁皮膜で被覆された粉末磁心を圧縮成型することにより爪状の磁極に成型したステータコアとから構成し、前記コイルを複数の前記ステータコアで挟み込むことにより、前記コイルの電流で発生する磁束を流す磁路を形成する構成としたものである。

本発明は、モータにより操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、前記モータが、ステータを前記モータの回転軸に対して同心円状に配置したリング状のコイルと表面が絶縁皮膜で被覆された粉末磁心を圧縮成型することで磁極を形成する複数のステータコアとから構成し、前記コイルを前記複数のステータコアで挟み込むことにより、前記コイルの電流で発生する磁束を流す磁路を形成する構成としたしたものである。

さらに、本発明は、上記電動パワーステアリング装置において、前記モータは、前記ステータをモータの軸方向に３相分積層して構成し、各相の磁極を電気角１２０°の位相差となるように配置するものである。

図１は、本発明にかかるモータをコラム式とよばれる電動パワーステアリング装置に装着したときのシステム構成図である。電動パワーステアリング装置は、ハンドル１と、ハンドル１の操作によって回転するステアリングシャフト２と、ステアリングシャフトによって操舵されるタイヤ３ａ、３ｂと、ステアリングシャフト２のトルクを検出するトルクセンサ４と、３相磁石モータ５と、コントローラ６と、バッテリー７とを有して構成される。

運転者がハンドル１を操作すると、ステアリングシャフト２を介して、タイヤ３ａ，３ｂが転舵される。そのとき、運転者の操舵トルクτがステアリングシャフト２に取付けられたトルクセンサ４により検出される。この操舵トルクτは、コントローラ６に入力されると、コントローラ６では３相磁石モータ５が発生すべきアシストトルクの指令値τ_ＭＲを算出する。次に、コントローラ６は、３相モータ５が発生するトルクがこのアシストトルク指令τ_ＭＲどおりになるように、制御演算を行い、バッテリー７の直流電力を交流電力に変換して３相電圧を３相モータ５に印加する。

これにより、ステアリングシャフト２には、操舵トルクτと、３相モータ５が発生するアシストトルクτ_Ｍが加わり、タイヤ３ａ，３ｂを転舵することになる。従って、運転者はアシストトルクτ_Ｍが加わった分だけ、少ない操舵トルクτで、タイヤを操舵することができる。

次に、本発明の特徴である３相磁石モータ５について説明する。この３相モータ５は、Ｕ相のステータを形成するステータコア５１−１，５１−２と、Ｖ相のステータを形成するステータコア５１−３，５１−４と、Ｗ相のステータを形成するステータコア５１−５，５１−６とを有して構成されている。

上記の構成を有する３相モータ５は、ステータコア５１−１〜５１−６が、絶縁皮膜で表面をコーティングした鉄粉を樹脂により圧縮成型して生産されることから、うず電流が流れにくいステータコアとすることができる。そのため、鉄損が少なく、かつ、電磁振動を低減することができる特徴を有している。

したがって、図１に示すような電動パワーステアリング装置に上記３相モータを採用することにより、モータの電磁音を低減できるので、運転者に不快感を与えることがなくなり、快適なハンドル操作を行うことができる。

しかしながら、通常の３相モータで用いている電磁鋼板に比べて、粉末鉄心により成型したステータコアは重量密度が低いため、体積が大きくなってしまう可能性がある。そこで、図２、３に示す構造の３相モータを採用することにより、体積が大きくなることを防止している。

この３相モータの断面図を、図２に示す。３相モータ５は、ステータコア５１−１、５１−２およびリング状コイル５２−１からなるＵ相ステータと、ステータコア５１−３、５１−４およびリング状コイル５２−２からなるＶ相ステータと、ステータコア５１−５、５１−６およびリング状コイル５２−３からなるＷ相ステータを３相積層して構成される。

Ｕ相ステータの構造を図３の分解図を用いて説明する。ステータコア５１−１、５１−２は、それぞれ、外側ヨーク５１１―１，５１１−２と、爪型磁極５１２−１，５１２―２と、外側ヨークに設けた切り欠き部５１３−１，５１３−２を有する。このステータコア５１−１．５１−２は、絶縁皮膜で表面をコーティングした鉄粉を樹脂により圧縮成型して生産する。

上記構造を有するステータコア５１−１，５１−２を、爪型磁極５１２−１，５１２―２が互いに相手の爪型磁極の間に位置するように組み合わせ、ステータコア５１−１，５１−２の間に形成される空間内にリング状コイル５２−１を挟み込み、それぞれの切り欠き５１３−１，５１３−２からコイルの端部５２１，５２２を外部に引き出す。Ｖ相およびＶ相のステータも同様に構成される。

このようなステータコアおよびリング状コイルからなるステータをＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３組を各相の磁極を電気角１２０°の位相差となるように３層モータの回転軸の軸方向に積層し、中心部に形成された空間にロータ５６を配置するとともに、ステータを積層した外側には、軸受５５−１，５５−２を固定したエンドブラケット５４−１，５４−２を配置し、フレーム５８で固定して３相モータ５を構成する。

すなわち、この実施例では、それぞれのステータコアは６つの磁極５１２を持っており、２つのステータコアを組み合わせることにより、磁石モータ５の極数は１２極となる。リング状コイル５２をステータコア５１−１、５１−２２の間に挟み込むことにより、磁路を形成することができる。リング状コイル５２の電流方向により、ステータコア５１−１の磁極をＮ極、Ｓ極にすることができる。当然のことながら、ステータコア５１−２の磁極はステータコア５１−１と異なる磁極になる。図３の分解図を組立てることにより、図２に示す１相分（Ｕ相）のステータを形成している。このような１相分ステータをモータの回転軸上に３つ重ねて、各相の磁極を電気角１２０°の位相差となるように配置することにより、３相のステータを形成することができる。なお、ロータ５６は、１２極の磁石を有する構造となっている。この３相モータ５に３相電圧を印加することにより、モータを駆動できる。

この爪型磁極を有する３相モータの特徴を説明するために、通常の３相モータの断面図を図４に示す。図４において、コイルは回転軸に対して平行な方向に巻かれており、ステータ８１の外側に、コイルエンド部８２−１，８２−２とよばれる部分を持つことになる。このコイルエンド部は、トルクを発生するために寄与するステータ８１、ロータ８３とは異なり、トルクに寄与しない無駄なスペースとなっている。これに対して、図２に示すように、本実施例で用いるモータ５はコイルエンドがなく、無駄なスペースをない。つまり、モータの容積をほとんどトルク発生に有効なステータ５１−１〜５１−６、ロータ５６で占めることができ、モータであれば、出力密度を高くすることができる。

したがって、本実施例のように、粉末鉄心を圧縮成型することにより爪型磁極を有するモータを製作し、電動パワーステアリング装置に装着することで、モータのサイズを大きくすることなく、かつ、電磁音を低減することができるので、運転者に快適なパワーステアリング装置を提供することができる。

本発明に特徴的な３相モータを用いた電動パワーステアリング装置のシステム構成図。 本発明に特徴的な３相モータの断図面。 本発明に特徴的な３相モータのステータを分解した分解図。 従来のモータの断面図。

符号の説明

１：ハンドル
２：ステアリングシャフト
３ａ、３ｂ：イヤ
４：トルクセンサ
５：３相モータ
５１：ステータコア
５１１：ヨーク
５１２：爪型磁極
５１３：きり欠き
５２：リング状コイル
５２１，５２２：コイル端
５４：エンドブラケット
５５：軸受
５６：ロータ
５８：フレーム
６：コントローラ
７：バッテリー
８：モータ
８１：ステータ
８２：コイルエンド
８３：ロータ
８４：エンドブラケット

Claims (3)

1. モータにより操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、
   前記モータは、ステータを、各相ごとに、電流を流すリング状のコイルと、表面が絶縁皮膜で被覆された粉末磁心を圧縮成型することにより成型した複数のステータコアとから構成し、前記コイルを前記複数のステータコアで挟み込むことにより、前記コイルの電流で発生する磁束を流す磁路を形成する構成とし、
   前記各ステータコアは、前記コイルを挟み込んで、外側ヨークと、複数の爪型磁極とを設けており、前記外側ヨークには切り欠き部を有し、該切り欠き部から前記コイルの端部を外部に引き出すように構成した
   ことを特徴とするモータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置。
2. モータにより操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置において、
   前記モータは、ステータを、各相ごとに、前記モータの回転軸に対して同心円状に配置したリング状のコイルと、表面が絶縁皮膜で被覆された粉末磁心を圧縮成型することで磁極を形成する複数のステータコアとから構成し、前記コイルを前記複数のステータコアで挟み込むことにより、前記コイルの電流で発生する磁束を流す磁路を形成する構成とし、
   前記各ステータコアは、前記コイルを挟み込んで、外側ヨークと、複数の爪型磁極とを設けており、前記外側ヨークには切り欠き部を有し、該切り欠き部から前記コイルの端部を外部に引き出すように構成し、
   前記コイルを挟み込む複数のステータコアに設けられた夫々の複数の爪型磁極が互いに相手のステータコアの爪型磁極の間に位置するように組み合わされた
   ことを特徴とするモータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のモータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置において、
   前記モータは、前記ステータをモータの軸方向に３相分積層して構成し、各相の磁極を電気角１２０°の位相差となるように配置することを特徴とするモータをハンドルに直結したステアリングシャフトに取り付けたコラム式電動パワーステアリング装置。

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