JP6396862B2 - 構造体一体型回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、構造体一体型回転電機に関する。

電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムは、ＥＰＳ・ＥＣＵ（Engine Control Unit）、トルクセンサ等の各種センサおよび操舵力を軽減するためのＥＰＳモータを有している。ＥＰＳモータは、固定子と、回転子と、巻線と、支持部材と、ハウジングとを備えている。支持部材には、巻線と外部電源とを接続するための機構が設けられている。支持部材は、ねじによりハウジングに締結される。支持部材またはハウジングに、ＥＣＵが配置される。このような構造では、ねじが弛んで脱落する恐れがある。

下記に示すねじの弛み止め機構を有するモータが知られている。
巻線の端末部が接続された給電端子と、外部との接続端子であるパワー入力端子とが端子固定用のねじにより固定されている。ねじの弛み止め機構は、ねじの頭部上を覆うネジカバーと、中空部が形成された筐体部とを備える絶縁キャップを有している。ネジカバーは、ねじの頭部の窪みに嵌入する突起部を有する。この構造においては、ハウジングにより押圧された突起部がねじの頭部の窪みに嵌入することにより、ねじの弛み止めがなされる。また、パワー入力端子を絶縁キャップの筐体部の中空部内に挿入することにより、端子間の短絡を防止する（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１２５３０９

特許文献１に記載されたねじの弛み止め機構を有するモータでは、ねじの弛み止め構造と、端子の短絡防止構造とを別々に有する絶縁キャップを用いている。このため、絶縁キャップが複雑な構造となっており高価となる。また、ねじの弛み止を図るために、絶縁キャップの突起部をねじの頭部の窪みに嵌入するには、正確な位置決めを行うことが必要であるし、筐体部の中空部にパワー入力端子を挿入する作業が必要なため、組付けに手間が掛かる。

本発明の構造体一体型回転電機は、固定子と、回転子と、巻線と、前記固定子、前記回転子および前記巻線を収容するケーシングと、前記ケーシングにおける前記固定子および前記回転子の軸方向一端側の端面部に配置されたモールド部材と、前記モールド部材を前記ケーシングの前記端面部に締結するための締結部材と、前記モールド部材から離間して配置された構造体と、を備え、前記モールド部材は、前記締結部材の頭部の周囲を囲んで連続状または離間して環状に設けられた抑制壁を有し、前記抑制壁の上面は、前記構造体の下面に接して、または前記構造体の下面から離間して配置され、前記抑制壁の上面から前記構造体の下面までの隙間の長さは、前記締結部材の全長より小さく、かつ、前記締結部材の前記頭部の直径より小さい。

本発明によれば、締結部材が弛んだ状態において、締結部材は、締結部材脱落防止構造の領域外への移動が規制される。この締結部材脱落防止構造は、絶縁キャップのような複雑な構造の部材は必要とされず、また、組付けに正確な位置合わせは必要とされない。従って、安価であり、かつ、効率的に組付けることができる。

本発明の構造体一体型回転電機を、機電一体型電動パワーステアリングモータを例として示す第１の実施形態の側面図。 図１に図示されたモータの断面図。 図２に図示されたバスバーモールドの斜視図。 バスバーモールドをベアリングホルダに固定した状態を示す斜視図。 モータとＥＣＵとの結合状態を示す断面図。 （Ａ）は、ねじ脱落防止構造の寸法関係を示す図、（Ｂ）はねじの側面図。 本発明のモータの実施形態２を示し、（Ａ）は、ねじ脱落防止構造の寸法関係を示す図、（Ｂ）はねじの側面図。

−第１の実施形態−
図１〜図６を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明の構造体一体型回転電機を、機電一体型の電動パワーステアリングモータ（ＥＰＳモータ）に適用した示す第１の実施形態の側面図である。
電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムは、ＥＰＳモータ（以下、単にモータという）１００と、ＥＣＵ（Engine Control Unit)と、トルクセンサ等の各種センサを備えている。図１には、モータ１００のみが図示されている。
モータ１００は、内部にモータの構成部品が収容されたケーシング２Ａを有する。モータ１００は、回転軸となるシャフト６を有している。シャフト６の一端はケーシング２Ａから突出しており、この突出した部分にプーリ１が固定されている。プーリ１は、図示はしないが、ベルトによりＥＰＳシステムのギア駆動に連結され、これにより、動力の伝達機構が構成されている。

プーリ１が突出するケーシング２Ａの面とは反対側の面からは、磁極センサ３、Ｕ相ターミナル２０ｕ、Ｖ相ターミナル２０ｖ、Ｗ相ターミナル２０ｗが突出されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、ＥＣＵ２００（図５参照）と電気的に接続される。これについては、後述する。磁極センサ３は、モータ１００の磁極位置を検出する。ＥＣＵ２００側には、磁極センサ３からの出力信号の検出部が設けられている。

図２は、図１に図示されたモータの断面図である。
上述したように、モータ１００の中心部にシャフト６が配置され、シャフト６の一端部、図示の例では左端側の端部にはプーリ１が固定されている。シャフト６のケーシング２Ａ内における軸方向のほぼ中央部には、回転子、すなわち、Ｆロータコア１２とＲロータコア１３が設けられている。それぞれのロータコア１２、１３にはＦ磁石１２ｍとＲ磁石１３ｍが取り付けられている。Ｆ磁石１２ｍおよびＲ磁石１３ｍの外周部は磁石カバーで覆われている。プーリ１とＦロータコア１２との間には、シャフト６を回転可能に支えるＦベアリング７が配置されている。シャフト６のプーリ１と反対側の端部である他端部側には、シャフト６を回転可能に支えるＲベアリング８が配置されている。

ケーシング２Ａは、ハウジング２とベアリングホルダ９により構成されている。Ｆベアリング７は、ハウジング２により支持されている。ハウジング２は、Ｆベアリング７を支持する面と反対側が開口されたほぼ円筒形状を有する。ベアリングホルダ９はハウジング２にベベル型止め輪１０で固定されている。Ｒベアリング８はベアリングホルダ９により支持されている。ハウジング２の内部にはステータコア４、すなわち固定子、およびコイル５、すなわち巻線が収容されている。コイル５はステータコア４に巻装されている。コイル５は三相巻線を構成している。なお、本実施形態では、中性層を含む三相４線式のＹ結線として例示されている。

ベアリングホルダ９は、ケーシング２Ａにおける回転子および固定子の軸方向一端側の端面部を構成する。ベアリングホルダ９の外面には、モールド部材により形成されたバスバーモールド１４が固定されている。バスバーモールド１４には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗが設けられている。シャフト６の他端部は、ベアリングホルダ９に形成された開口部９ａおよびバスバーモールド１４に形成された開口部１４ａを挿通して外部に引き出されている。磁極センサ３は、バスバーモールド１４の開口部１４ａ内で、シャフト６の他端部に取付けられている。

図３は、図２に図示されたバスバーモールドの斜視図であり、図４は、バスバーモールドをベアリングホルダに固定した状態を示す斜視図である。
バスバーモールド１４には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗおよび中性相ターミナル２１の４つのターミナルがインサート成型等により一体に形成されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、それぞれ、板金等により一体的に成形された接続端子２０ｕｔ、２０ｖｔ、２０ｗｔを有する。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、相互に、電気的に絶縁されており、接続端子２０ｕｔ、２０ｖｔ、２０ｗｔは、それぞれ、ｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル５の出力端に接続されている。上述したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、ＥＣＵ２００と電気的に接続される。中性相ターミナル２１は、板金等により一体的に成形された中性相接続端子２１ｕ、２１ｖ、２１ｗを有する。モータ巻線がＹ結線であるので、中性相接続端子２１ｕ、２１ｖ、２１ｗは、それぞれ、中性相のコイル５に接続される。

バスバーモールド１４の開口部１４ａの周囲には、３つのねじ孔開口２２ａ、２２ｂ、２２ｃが形成されている。ねじ孔開口２２ａ、２２ｂの周囲には、リング状のねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂが一体成型により形成されている。ベアリングホルダ９には、ねじ孔開口２２ａ〜２２ｃに対応する位置に、それぞれ、雌ねじ部が形成されている。バスバーモールド１４は、ねじ２３ａ〜２３ｃを、それぞれ、ねじ孔開口２２ａ、２２ｂ、２２ｃに挿通し、ベアリングホルダ９の雌ねじ部に締結することにより、ベアリングホルダ９に固定される。ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂには、ねじ２３ａ、２３ｂの軸方向に延在するスリットが形成されている。これらのスリットは、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂをターミナル２０ｕ〜２０ｖに近接して配置する際、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂとターミナル２０ｕ〜２０ｖとが干渉するのを回避するためのものである。各スリットの周方向の長さは、ねじ２３ａ、２３ｂがスリットを通過しないサイズとされている。

図５は、第１の実施形態としての構造体一体型回転電機、すなわち、モータとＥＣＵとが一体的に結合された状態を示す断面図である。
構造体一体型回転電機３００は、モータ１００にＥＣＵ２００が一体的に結合されて形成されている。ＥＣＵ２００は、ＥＣＵケース２００ｋと、ＥＣＵケース２００ｋ内に収容されたＥＣＵ基板２００ｄとを有する。ＥＣＵケース２００ｋは、ＥＣＵ基板２００ｄと反対側に突出する略円筒形の取付部２００ｋａを有する。ケーシング２Ａの外周には、Ｏリング溝１１が形成されている。ＥＣＵケース２００ｋは、Ｏリング溝１１内にＯリングが収容された状態で、取付部２００ｋａをモータ１００のケーシング２Ａの外周に嵌合して、固定される。この状態で、モータ１００とＥＣＵケース２００ｋとは密封構造を構成する。

モータ１００の磁極センサ３、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂおよびＵ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、ＥＣＵケース２００ｋの取付部２００ｋａの内側に設けられた開口部内に収容される。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、ＥＣＵ基板２００ｄに設けられたスルーホール内を挿通されて、ＥＣＵ基板２００ｄの反対側面である、上面側に延在する。図５に図示された状態で、モータ１００とＥＣＵ２００とは、不図示の締結部材等により固定される。この状態で、モータ１００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗは、ＥＣＵ基板２００ｄに電気的に接続される。また、ＥＣＵ基板２００ｄには、磁極センサ３に対応して検出回路が設けられており、磁極位置が検出可能である。

モータ１００とＥＣＵ２００とが結合された図５に図示された状態において、バスバーモールド１４をベアリングホルダ９に固定するねじ２３ａ〜２３ｃが弛んで脱落する可能性がある。
本発明の構造体一体型回転電機３００の第１の実施形態では、ねじ２３ａ、２３ｂがねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂの外部に移動するのを防止するねじ脱落防止構造が設けられている。ねじ２３ａ、２３ｂが弛んでバスバーモールド１４およびベアリングホルダ９のねじ孔から外れると、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂ内で移動する。ねじ脱落防止構造は、このような状態において、ねじ２３ａ、２３ｂが、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂの外部に移動するのを防止するようになっている。以下に、ねじ脱落防止構造の構成を説明する。

図６（Ａ）は、ねじ脱落防止構造の寸法関係を示す図であり、図６（Ｂ）はねじの側面図である。
ねじ２３ａに対するねじ脱落防止構造と、ねじ２３ｂに対するねじ脱落防止構造とは同一である。以下では、ねじ２３ｂについてのねじ脱落防止構造を例として説明する。
図６（Ａ）、（Ｂ）において、各寸法を下記のように定義する。
Ｘ：ねじ２３ｂの頭部の上面３１からねじ部の下端面３２までの長さ、すなわち、ねじ２３ｂの全長
Ｗ：ねじ２３ｂの頭部の直径
Ｚ：ねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２からＥＣＵ基板２００ｄの下面４３までの長さ、換言すれば、ねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２とＥＣＵ基板２００ｄの下面４３との隙間
上記の条件において、ねじ２３ｂが、ねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２とＥＣＵ基板２００ｄの下面４３との隙間Ｚから、ねじ脱落抑制壁１５ｂの外部に移動しないようにするには、Ｚが、Ｘより小さく、かつ、Ｗより小さければよい。
つまり、バスバーモールド１４の上面４１からねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２までの長さ、換言すれば、ねじ脱落抑制壁１５ｂの高さＹを、ＺがＸより小さく、かつ、Ｗより小さくなるように設定する。
なお、ねじ２３ｃに対しては、その周囲に、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂを形成していない。図示はしないが、ねじ２３ｃに対しては、その直上に、ねじ２３ｃの脱落防止部材がＥＣＵ２００に設けられている。ＥＣＵ２００に設けられたねじ２３ｃの脱落防止部材とねじ２３ｃの頭部上面との間に形成される隙間は、ねじ２３ｃの有効ねじ部の長さよりも小さくなっている。これにより、ねじ２３ｃは、締結された位置から外部に移動することがない。

上記第１の実施形態によれば、下記の効果を奏する。
（１）バスバーモールド１４に、ＥＣＵ基板２００ｄとの隙間からねじ２３ａ、２３ｂが外部に移動するのを規制するねじ脱落防止構造を設けた。このため、ねじ２３ａ、２３ｂが弛んだ場合でも、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂの外側に配置されている磁極センサ３に付着することを確実に防ぐことができる。なお、ねじ２３ａ、２３ｂが磁極センサ３に付着すると、回転磁気信号のリニアリティが悪影響を受ける。また、ねじ２３ａ、２３ｂによるＵ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ間の短絡を確実に防止することができる。

（２）ねじ脱落防止構造は、バスバーモールド１４にねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂを一体成型することにより形成することができる。特許文献１のように、ねじの頭部の窪み内に嵌入する突起部を有する絶縁キャップによりねじの弛み止めを行う構造では、ねじと絶縁キャップの突起部との位置合わせが困難で作業性が悪い。これに対し、上記第１の実施形態では、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂとねじ２３ａ、２３ｂとの位置合わせは不要であることから、特許文献１の構造に比し、生産性の向上を図ることができる。また、絶縁キャップが必要とされる特許文献１の構造に比し、安価とすることができる。
ねじの移動を制限するために、ねじの周囲に接着剤を塗布する構造とすることも考えられる。しかし、本発明の第１の実施形態によれば、接着剤を塗布する構造に比し、接着剤を塗布する工程を削減することが可能であるので、組付け作業が容易であり、生産性を向上することができる。また、接着剤のように経年変化による劣化を起こすことがないので、信頼性が向上する。

なお、第１の実施形態では、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂをバスバーモールド１４に一体成型した構造として例示した。しかし、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂを別部材として作製し、バスバーモールド１４に取付けるようにしてもよい。

上記第１の実施形態では、ねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２とＥＣＵ基板２００ｄの下面４３との間に隙間Ｚを設けた構造として例示した。しかし、ねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２をＥＣＵ基板２００ｄの下面４３に当接する、換言すれば、ねじ脱落抑制壁１５ｂの上面４２とＥＣＵ基板２００ｄの下面４３との間に隙間が無いようにしてもよい。

上記第１の実施形態では、ねじ２３ｃの周囲には、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂが形成されていない構造として例示した。しかし、ねじ２３ｃの周囲にもねじ脱落抑制壁を設けるようにしてもよい。

上記第１の実施形態では、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂは、ねじ２３ａ、２３ｂの軸方向に延在するスリットが形成されている構造として例示した。しかし、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂは、スリットの無い、連続する環状とすることができる。また、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂに、ねじ２３ｃが通過しない大きさの複数のスリットを形成してもよい。

上記第１の実施形態では、バスバーモールド１４を、ベアリングホルダ９に固定した構造として例示した。しかし、バスバーモールド１４を、ベアリングホルダ９以外の他の支持部材等に固定するようにしてもよい。

−第２の実施形態−
図７（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のモータの実施形態２を示す図である。図７（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、図６（Ａ）、（Ｂ）に対応する図である。
第２の実施形態では、バスバーモールド１４には、ねじ脱落抑制壁１５ａ、１５ｂが形成されておらず、ＥＣＵ２００にねじ脱落防止用構造部材１１５が設けられている。

図７において、各寸法を下記のように定義する。
Ｘ：ねじ２３ｂの頭部の上面３１からねじ部の下端面３２までの長さ、すなわち、ねじ２３ｂの全長
Ｗ：ねじ２３ｂの頭部の直径
ＺＺ：ねじ２３ｂの頭部の上面３１からねじ脱落防止用構造部材１１５の下面１１５ａまでの長さ、換言すれば、ねじ２３ｂの頭部上面３１からねじ脱落防止用構造部材１１５の下面１１５ａまでの隙間との隙間
上記の条件において、ねじ２３ｂが、ねじ２３ｂの頭部上面３１からねじ脱落防止用構造部材１１５の下面１１５ａまでの隙間ＺＺから、外部に移動しないようにするには、ＺＺが、Ｘより小さく、かつ、Ｗより小さければよい。

ねじ脱落防止用構造部材１１５は、ＥＣＵケース２００ｋ（図５参照）と一体に形成したり、ＥＣＵケース２００ｋとは別部材として作製し、ＥＣＵケース２００ｋに取付けたりすることができる。あるいは、ＥＣＵ基板２００ｄに実装するようにしてもよい。

ねじ脱落防止用構造部材１１５を、ＥＣＵ基板２００ｄ自体とすることもできる。このようにした構造では、ＺＺは、ねじ２３ｂの頭部上面３１からＥＣＵ基板２００ｄの下面までの長さとなる。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様、ねじ２３ａ、２３ｂがねじ脱落防止用構造部材１１５の外部に移動するのを規制することができる。これにより、ねじ２３ａ、２３ｂが磁極センサ３に付着したり、ねじ２３ａ、２３ｂにより、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ターミナル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗが短絡したりするのを確実に防止することができる。
また、絶縁キャップが必要とされる特許文献１に比し、構造が簡素であり、かつ、ねじ脱落防止用構造部材１１５とねじ２３ａ、２３ｂとの位置合わせは不要であることから、安価であり、かつ、生産性の向上を図ることができる。

本発明は、機電一体型の電動パワーステアリングモータ、特に、ブラシレスモータに適用することができる。
なお、上記各実施形態では、モータを三相４線式のＹ結線として例示した。しかし、本発明は、中性相を有していない三相３線式のデルタ結線のモータに適用することができる。また、回転子は。永久磁石式ではなく、インダクション式とすることもできる。また、内転型では無く、外転型のモータに適用することもできる。さらに、本発明は、モータの他、発電機を含む回転電機に適用が可能である。

上記では、締結部材をねじ２３ａ〜２３ｃとして例示したが、ねじ２３ａ〜２３ｃを、ボルト等の他の締結部材とした場合にも適用が可能である。上記第１の実施形態と上記第２の実施形態を組み合わせることもできる。

上記では、モータ１００にＥＣＵ２００が一体化された構造として例示した。しかし、本発明は、回転電機に、他の制御装置や回路基板単体等の構造体を一体的に結合する構造に適用することができる。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

２Ａ ケーシング
２ ハウジング
４ ステータコア（固定子）
５ コイル（巻線）
６ シャフト
７ Ｆベアリング
８ Ｒベアリング
９ ベアリングホルダ
１２ Ｆロータコア（回転子）
１３ Ｒロータコア（回転子）
１４ バスバーモールド（モールド部材）
１５ａ、１５ｂ ねじ脱落抑制壁（抑制壁、ねじ脱落防止構造）
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ ねじ（締結部材）
３１ ねじの上面
３２ ねじの下端面
４２ ねじ脱落抑制壁の上面
４３ ＥＣＵ基板の下面
４４ ねじ頭部の上面
１００ モータ（回転電機）
１１５ ねじ脱落防止構造部材（構造体、ねじ脱落防止構造）
１１５ａ ねじ脱落防止構造の下面（構造体の下面）
２００ ＥＣＵ（構造体）
２００ｄ ＥＣＵ基板
３００ 構造体一体型回転電機

Claims (4)

1. 固定子と、
   回転子と、
   巻線と、
   前記固定子、前記回転子および前記巻線を収容するケーシングと、
   前記ケーシングにおける前記固定子および前記回転子の軸方向一端側の端面部に配置されたモールド部材と、
   前記モールド部材を前記ケーシングの前記端面部に締結するための締結部材と、
   前記モールド部材から離間して配置された構造体と、を備え、
   前記モールド部材は、前記締結部材の頭部の周囲を囲んで連続状または離間して環状に設けられた抑制壁を有し、
   前記抑制壁の上面は、前記構造体の下面に接して、または前記構造体の下面から離間して配置され、
   前記抑制壁の上面から前記構造体の下面までの隙間の長さは、前記締結部材の全長より小さく、かつ、前記締結部材の前記頭部の直径より小さい、構造体一体型回転電機。
2. 請求項１に記載の構造体一体型回転電機において、
   前記モールド部材には、前記巻線に接続される接続端子がインサート成型されている、構造体一体型回転電機。
3. 請求項１または２に記載の構造体一体型回転電機において、
   さらに、前記回転子が固定されたシャフトと、
   前記シャフトを支える一対のベアリングと、
   一対の前記ベアリングの一方を保持するベアリングホルダとを備え、
   前記ケーシングの前記端面部は前記ベアリングホルダである、構造体一体型回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の構造体一体型回転電機において、
   さらに、前記巻線に電気的に接続された接続端子を備え、
   前記構造体は、ＥＣＵであり、
   前記ＥＣＵは、前記接続端子に電気的に接続され、
   前記ＥＣＵは、前記ケーシングに固定されている、構造体一体型回転電機。

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