JP6589656B2 - モータ、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。

近年、車両のラック軸に直接トルクを与えるタイプの電動パワーステアリング装置が主流になりつつある。例えば、特許文献１の装置では、電動パワーステアリング装置のモータは、車輪の上端部よりも下側に搭載されると考えられる。この場合、車両の走行中、モータに泥水や塩水（雪国の融雪塩水や海岸線の砂等に付着した塩水）等が被水することが頻繁に起こる。これにより、モータの外郭であるケースが腐食するおそれがある。

また、車両を水洗する際、各種の洗剤を使用するのが一般的である。各国には強い酸性または強いアルカリ性の成分を含んだ洗剤が販売され利用されている。洗車時、これらの成分がモータに付着し、ケースが腐食するおそれがある。

特開２０１４−６１７５４号公報

これらのことから、モータのケースには、鉄部材よりも腐食に強いアルミ部材、例えばアルミダイカスト品を採用することが考えられる。しかしながら、アルミ部材は、応力下で腐食因子を含む水等が付着すると、腐食が促進される。特に内転式のモータの場合、ケースの内壁に固定子を固定する構成のため、ケースに大きな応力が生じ、ケースの腐食が促進されるおそれがある。
腐食による強度低下等を抑制するために、ケースの肉厚を厚くしたり、高価な表面処理を施し膜厚の管理をする等の対策を講じると、モータの大型化や重量増、管理工数増といった不経済な設計を招くおそれがある。
また、ケースの腐食対策として、ケースを合成樹脂材料で形成することも考えられる。しかしながら、ケースを合成樹脂材料で形成した場合、強度と搭載制約の観点から、コンパクトな設計が困難になるおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、腐食を抑制可能な小型かつ軽量のモータ、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。

本発明は、車両のエンジンルーム内に設けられ、電動パワーステアリング装置の駆動対象を駆動する電動パワーステアリング装置用のモータであって、ケースとフレームと固定子とシャフトと回転子と出力部と制御部とを備えている。
ケースは、アルミニウムを含む金属により形成され、筒状のケース筒部、ケース筒部の一方の端部を塞ぐケース底部、および、ケース底部の中央に形成されたケース穴部を有している。

フレームは、アルミニウムを含む金属により形成され、ケース筒部のケース底部とは反対側の端部を塞ぐフレーム底部、フレーム底部の中央に形成されたフレーム穴部、および、フレーム穴部からケース底部に向かって筒状に延びるよう形成されたフレーム筒部を有している。
固定子は、内壁がフレーム筒部の外壁に対向した状態でフレーム筒部により支持された環状の鉄心、および、鉄心に巻回された巻線を有している。
シャフトは、ケース穴部およびフレーム穴部に挿通され、ケース穴部およびフレーム穴部により回転可能に支持されている。

回転子は、外壁がケース筒部の内壁との間に隙間を形成するようケース筒部と鉄心との間に設けられる回転子筒部、回転子筒部のケース底部側の端部を塞ぐよう回転子筒部と一体に形成された回転子底部、回転子底部の中央に形成されシャフトに嵌合している回転子穴部、および、鉄心に対向するよう回転子筒部の内壁に設けられた回転子磁石を有し、シャフトとともに回転可能に設けられている。
出力部は、シャフトに設けられ、回転子の回転を駆動対象に出力する。
制御部は、フレームのケースとは反対側に設けられ、巻線に供給する電力を制御し回転子の回転を制御可能である。このように、本発明のモータは、機電一体型のモータである。

本発明では、モータは、少なくとも一部が車両の車輪のシルエットの上端部よりも下側に位置するよう設けられる。そのため、車両の走行中、モータに泥水や塩水等が被水することが頻繁に起こり得る。これにより、モータの外郭であるケースが腐食するおそれがある。
そこで、本発明では、ケースおよびフレームは、アルミニウムを含む金属により形成されている。そのため、ケースおよびフレームを鉄部材等で形成する場合に比べ、腐食に強くすることができる。
また、本発明のモータは外転式であり、固定子の鉄心はフレームのフレーム筒部により支持されており、ケースのケース筒部の内壁と回転子の回転子筒部の外壁との間には隙間が形成されている。すなわち、ケースは、固定子を支持しておらず、単に固定子および回転子等を収容しつつ保護する機能を担うのみである。そのため、ケースに生じる応力を小さくすることができる。これにより、ケースに腐食因子を含む水等が付着しても、ケースの腐食の促進を抑制することができる。したがって、本発明のモータは、車両の下部に設けられ、車両の走行中に頻繁に被水するおそれのある電動パワーステアリング装置のモータとして用いるのに好適である。

また、本発明では、ケースおよびフレームが、アルミニウムを含む金属により形成されているため、モータの外郭としてのケースに関し所定の強度を確保しつつ、モータの小型化および軽量化を図ることができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態によるモータを電動パワーステアリング装置に適用した状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）を矢印Ｂ方向から見た図。 本発明の第１実施形態によるモータを示す断面図。 （Ａ）は本発明の第１実施形態によるモータの鉄心を示す斜視図、（Ｂ）は巻線の一部を示す斜視図。 本発明の第１実施形態によるモータの回路構成を示す図。 本発明の第２実施形態によるモータを電動パワーステアリング装置に適用した状態を示す図。 本発明の第２実施形態によるモータを示す断面図。

以下、本発明の複数の実施形態によるモータ、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、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を図２に示す。モータ１０は、電力を供給されることにより駆動し、例えば車両のステアリング操作をアシストするための電動パワーステアリング装置に採用される。

図１は、電動パワーステアリング装置１０１を備えたステアリングシステム１００の全体構成を示すものである。電動パワーステアリング装置１０１には、ハンドル１０２に接続されたステアリングシャフト１０３にトルクセンサ１０４が設けられている。トルクセンサ１０４は、車両１の運転者からハンドル１０２を経由してステアリングシャフト１０３に入力される操舵トルクを検出する。

ステアリングシャフト１０３の先端にはピニオンギア１０５が設けられており、ピニオンギア１０５はラック軸１０６に噛み合っている。ラック軸１０６の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪１０７が回転可能に連結されている。

これにより、運転者がハンドル１０２を回転させると、ハンドル１０２に接続されたステアリングシャフト１０３が回転し、ステアリングシャフト１０３の回転運動は、ピニオンギア１０５によってラック軸１０６の直線運動に変換され、ラック軸１０６の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪１０７が操舵される。

電動パワーステアリング装置１０１は、車両１の操舵に関するアシストトルクを発生するモータ１０、および、当該モータ１０の回転をラック軸１０６に伝えるラックギア１０８等を備えている。本実施形態では、モータ１０は、ラックギア１０８のハウジング１１０に取り付けられている。

モータ１０は、例えば車両１のエンジンルーム２内に設けられる。モータ１０は、例えば３相駆動型のブラシレスモータであり、バッテリ３から電力を供給されることにより駆動する。モータ１０は、ラックギア１０８を正逆回転させる。ここで、ラックギア１０８は、特許請求の範囲における「駆動対象」に対応している。電動パワーステアリング装置１０１は、上述のトルクセンサ１０４、および、車速を検出する車速センサを含む。

この構成により、電動パワーステアリング装置１０１は、トルクセンサ１０４および車速センサ等からの信号に基づき、ハンドル１０２の操舵を補助するためのアシストトルクをモータ１０から発生し、ラックギア１０８を経由してラック軸１０６に伝達する。このように、本実施形態では、電動パワーステアリング装置１０１は、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置である。
図２に示すように、モータ１０は、ケース２０、軸受２５、フレーム３０、軸受３５、シール部材３００、固定子４０、ねじ３４、シャフト５０、回転子６０、プーリ５１、磁石５２、制御部７０等を備えている。

ケース２０は、例えばアルミ合金等、アルミニウムを含む金属により形成されている。本実施形態では、ケース２０は、例えばアルミダイカスト品である。ケース２０は、筒状のケース筒部２１、ケース筒部２１の一方の端部を塞ぐようケース筒部２１と一体に形成されたケース底部２２、および、ケース底部２２の中央に形成されたケース穴部２３を有している。本実施形態では、ケース底部２２は、板状に形成されている。ケース穴部２３は、ケース底部２２を板厚方向に貫いている。ケース底部２２は、ケース筒部２１の外壁よりも径方向外側へ突出する固定部２４を有している。
第１軸受部としての軸受２５は、ケース穴部２３に設けられている。軸受２５は、例えばボールベアリングである。

フレーム３０は、例えばアルミ合金等、アルミニウムを含む金属により形成されている。本実施形態では、フレーム３０は、例えばアルミダイカスト品である。フレーム３０は、ケース筒部２１のケース底部２２とは反対側の端部を塞ぐフレーム底部３１、フレーム底部３１の中央に形成されたフレーム穴部３２、および、フレーム穴部３２からケース底部２２に向かって筒状に延びるよう形成されたフレーム筒部３３を有している。本実施形態では、フレーム底部３１は、板状に形成されている。フレーム穴部３２は、フレーム底部３１を板厚方向に貫いている。

フレーム底部３１は、挿通穴部３１１を有している。挿通穴部３１１は、フレーム底部３１を板厚方向に貫くよう、フレーム底部３１に複数形成されている。また、フレーム底部３１は、フレーム筒部３３とは反対側の面からフレーム筒部３３とは反対側へ突出するよう形成された突出部３１２を有している。本実施形態では、突出部３１２は、フレーム底部３１に２つ形成されている。

フレーム筒部３３は、大径部３３１、小径部３３２および段差面３３３を有している。大径部３３１は、フレーム筒部３３のフレーム穴部３２側の端部に形成されている。小径部３３２は、大径部３３１に対しケース底部２２側に形成されており、外径が大径部３３１の外径より小さく設定されている。段差面３３３は、ケース底部２２側を向くよう、大径部３３１と小径部３３２との間に環状に形成されている。
第２軸受部としての軸受３５は、フレーム穴部３２に設けられている。軸受３５は、例えばボールベアリングである。

シール部材３００は、例えばゴム等の弾性体により環状に形成されたＯリングである。シール部材３００は、ケース筒部２１とフレーム底部３１との間に設けられている。具体的には、シール部材３００は、フレーム底部３１の外縁端に形成された環状の溝に収容され、内側がフレーム底部３１に当接し、外側がケース筒部２１のケース底部２２とは反対側の端部の内壁に当接している。シール部材３００は、ケース筒部２１とフレーム底部３１とにより径方向に圧縮されている。これにより、シール部材３００は、ケース筒部２１とフレーム底部３１との間を液密に保持可能である。
固定子４０は、内壁がフレーム筒部３３の外壁に対向した状態でフレーム筒部３３により支持された環状の鉄心４１、および、鉄心４１に巻回された巻線４２を有している。

鉄心４１は、例えば鉄の薄板を積層することにより環状に形成されている。図３（Ａ）に示すように、鉄心４１は、外壁から径方向内側へ凹むよう形成された溝部４１１を有している。溝部４１１は、鉄心４１の周方向に等間隔で複数形成されている。これにより、溝部４１１の間に、鉄心４１の径方向外側へ延びる突極４１２が形成されている。

鉄心４１の内径は、フレーム筒部３３の小径部３３２の外径よりやや小さく設定されている。鉄心４１は、例えば焼嵌めによりフレーム筒部３３に設けられている。これにより、フレーム筒部３３の小径部３３２の外壁には、鉄心４１の内壁から径方向内側の力が作用している。そのため、鉄心４１は、フレーム筒部３３と同軸を高精度に保ちつつ、フレーム筒部３３に対し相対回転不能に設けられている。
鉄心４１は、フレーム底部３１側の端面の内縁部がフレーム筒部３３の段差面３３３に当接した状態で設けられている。

固定部材としてのねじ３４は、例えばアルミニウム等の金属により形成されている。ねじ３４は、フレーム筒部３３の小径部３３２のケース底部２２側の端面にねじ込まれるようにして設けられている。ねじ３４は、頭部のフレーム底部３１側の面の一部が鉄心４１のケース底部２２側の端面の内縁部に当接している。ねじ３４は、鉄心４１が段差面３３３に押し付けられた状態で鉄心４１をフレーム筒部３３に固定している。これにより、鉄心４１がフレーム筒部３３に対し位置ずれしたり脱落したりするのを抑制することができる。

巻線４２は、例えば銅等からなる線材により形成され、外壁が絶縁被膜で覆われている。本実施形態では、予め亀甲状に形成した巻線４２を複数束ねて銅線群とし（図３（Ｂ）参照）、この銅線群を鉄心４１の径方向外側から溝部４１１に挿入するようにして、全節巻により鉄心４１に設ける。本実施形態では、巻線４２は全節巻仕様のため、巻線係数を１．０と高く設定でき、小型化に有利である。

本実施形態では、溝部４１１の開口端が鉄心４１の径方向外側を向くよう形成されているため、巻線４２を全節巻でも連続線で鉄心４１に比較的容易に巻回すことができる。つまり、本実施形態では、巻線４２は、連続線方式で鉄心４１に設けられている。
図４に示すように、巻線４２は、巻線４３１〜４３３、巻線４４１〜４４３を含む。
巻線４３１、４４１は、モータ１０のＵ相に対応している。巻線４３２、４４２は、モータ１０のＶ相に対応している。巻線４３３、４４３は、モータ１０のＷ相に対応している。

巻線４３１〜４３３は、それぞれの一端が接続され、３相巻線組４３を構成している。巻線４４１〜４４３は、それぞれの一端が接続され、３相巻線組４４を構成している。このように、本実施形態では、巻線４２は、電気的に絶縁され磁気的に結合した２組の３相巻線組（４３、４４）を構成している。

図２に示すように、固定子４０は、延伸部４２０をさらに有している。延伸部４２０は、例えば銅等の金属により棒状に形成され、外壁が絶縁被膜で覆われている。延伸部４２０は、一端が巻線４２に電気的に接続し、他端側がフレーム底部３１の挿通穴部３１１を通り、フレーム底部３１に対しケース２０とは反対側へ延びるよう形成されている。ここで、延伸部４２０は、挿通穴部３１１に接触しない状態で設けられている。本実施形態では、延伸部４２０は、巻線４３１〜４３３、巻線４４１〜４４３のそれぞれに対応するよう６つ設けられている。

シャフト５０は、例えば金属により棒状に形成されている。シャフト５０は、ケース穴部２３およびフレーム穴部３２に挿通され、軸受２５および軸受３５を介してケース穴部２３およびフレーム穴部３２により回転可能に支持されている。シャフト５０は、一端がケース底部２２に対しケース筒部２１とは反対側に飛び出した状態で設けられている。
回転子６０は、回転体６００および磁石６５を有している。
回転体６００は、例えば鉄等の金属により形成されている。回転体６００は、回転子筒部６１、回転子底部６２、回転子穴部６３および内側筒部６４を有している。

回転子筒部６１は、外壁がケース筒部２１の内壁との間に円筒状の隙間ＣＬ１を形成するようケース筒部２１と鉄心４１との間に設けられている。回転子底部６２は、回転子筒部６１のケース底部２２側の端部を塞ぐよう回転子筒部６１と一体に形成されている。回転子穴部６３は、回転子底部６２の中央に形成されシャフト５０に嵌合している。内側筒部６４は、回転子穴部６３からフレーム底部３１に向かって筒状に延びるようにして形成され、シャフト５０に嵌合している。

回転体６００は、例えば鉄等からなる板状の部材をプレス加工することにより２重筒状に形成されている。なお、回転子底部６２は、中央にフレーム３０側へ凹む凹部６２１を有している。ここで、軸受２５の一部は、凹部６２１の内側に位置している。これにより、モータ１０の軸方向の大型化を抑制することができる。また、内側筒部６４のフレーム底部３１側の端部は、フレーム筒部３３の内側に位置している。これにより、モータ１０の軸方向の大型化を抑制しつつ、回転体６００とシャフト５０との嵌合代を確保することができる。

磁石６５は、鉄心４１に対向するよう回転子筒部６１の内壁に設けられている。磁石６５は、例えば希土類元素を用いて作られる永久磁石である。磁石６５は、回転子筒部６１の内壁に複数設けられている。磁石６５は、回転子筒部６１の周方向に等間隔で設けられている。ここで、磁石６５は、特許請求の範囲における「回転子磁石」に対応している。本実施形態では、磁石６５は、回転子筒部６１の内壁に例えば接着剤により取り付けられている。なお、磁石６５は、例えば円筒のスリーブ状部材を磁石６５の鉄心４１側の面に嵌着し回転子筒部６１に固定することとしてもよい。
磁石６５と鉄心４１の外壁との間には、円筒状の隙間ＣＬ２が形成されている。

回転子６０は、回転子穴部６３および内側筒部６４の内壁がシャフト５０の外壁に嵌合するようにしてシャフト５０に設けられている。なお、シャフト５０の回転子穴部６３および内側筒部６４が嵌合する部位の外壁には、軸方向に延びる複数の溝が形成されている。これにより、回転子６０は、シャフト５０に対し相対回転不能であり、シャフト５０とともに回転可能である。

出力部としてのプーリ５１は、例えば金属により略円筒状に形成され、シャフト５０の一端に設けられている。プーリ５１は、シャフト５０とともに回転可能である。プーリ５１の外壁には、軸方向に延びる複数の溝（図示せず）が形成されている。ラックギア１０８の入力部としてのプーリ１１１、および、プーリ５１には、ベルト１１２が巻き掛けられている。これにより、回転子６０が回転するとシャフト５０およびプーリ５１が回転し、プーリ５１からラックギア１０８に対し回転子６０の回転が出力される。
磁石５２は、シャフト５０のプーリ５１とは反対側の端部に設けられている。磁石５２は、シャフト５０の端部に取り付けられたホルダ５３を介してシャフト５０に設けられている。これにより、磁石５２は、回転子６０が回転すると、シャフト５０ともに回転する。

制御部７０は、フレーム３０のケース２０とは反対側に設けられ、巻線４２に供給する電力を制御し回転子６０の回転を制御可能である。
制御部７０は、パワーモジュール７１、７２、カスタムＩＣ７５、回転角センサ７６、制御ＩＣ７７、基板７００等を有している。
図４に示すように、制御部７０には、バッテリ３から電力が供給される。
パワーモジュール７１は、スイッチング素子７１１〜７１６、電源リレー、シャント抵抗等を樹脂等の封止体により覆うことで一体に形成した半導体モジュールである。 本実施形態では、スイッチング素子７１１〜７１６は、電界効果トランジスタの一種であるＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）である。スイッチング素子７１１〜７１６は、ゲート電圧により、ソース−ドレイン間がオンオフ制御される。 上アーム側のスイッチング素子７１１〜７１３は、ドレインがバッテリ３側に接続され、ソースが対応する下アーム側のスイッチング素子７１４〜７１６のドレインに接続されている。下アーム側のスイッチング素子７１４〜７１６のソースは、グランド側に接続されている。上アーム側のスイッチング素子７１１〜７１３と対応する下アーム側のスイッチング素子７１４〜７１６との接続点は、延伸部４２０を経由して巻線４３１〜４３３に電気的に接続されている。すなわち、延伸部４２０は、巻線４２と制御部７０とを電気的に接続している。

パワーモジュール７２は、パワーモジュール７１と同様、スイッチング素子７２１〜７２６、電源リレー、シャント抵抗等を樹脂等の封止体により覆うことで一体に形成した半導体モジュールである。
上アーム側のスイッチング素子７２１〜７２３は、ドレインがバッテリ３側に接続され、ソースが対応する下アーム側のスイッチング素子７２４〜７２６のドレインに接続されている。下アーム側のスイッチング素子７２４〜７２６のソースは、グランド側に接続されている。上アーム側のスイッチング素子７２１〜７２３と対応する下アーム側のスイッチング素子７２４〜７２６との接続点は、延伸部４２０を経由して巻線４４１〜４４３に電気的に接続されている。
このように、パワーモジュール７１、７２は、３相巻線組４３、４４のそれぞれに対応するよう設けられている。

カスタムＩＣ７５は、レギュレータ、回転角センサ信号増幅部等を含む半導体集積回路である。 レギュレータは、バッテリ３からの電力を安定化する安定化回路である。レギュレータは、各部へ供給される電力の安定化を行う。 回転角センサ信号増幅部には、回転角センサ７６（図２参照）からの信号が入力される。回転角センサ７６は、例えばホールＩＣ等の磁束検出素子であり、後述する基板７００においてシャフト５０に設けられた磁石５２の近傍、より具体的には磁石５２に対向するようシャフト５０の軸線Ａｘ１上に設けられ（図２参照）、磁石５２が発生する磁束、すなわち、周囲の磁束（磁界）の変化を検出し、当該検出値を回転子６０の回転角度に関する信号として回転角センサ信号増幅部に伝送する。回転角センサ信号増幅部は、回転角センサ７６から伝送された回転子６０の回転角度に関する信号を増幅して、後述の制御ＩＣ７７のマイコンへ出力する。ここで、磁石５２は、特許請求の範囲における「検出用磁石」に対応している。また、回転角センサ７６は、特許請求の範囲における「磁束検出部」に対応している。

制御ＩＣ７７は、マイコン、プリドライバ等を含む半導体集積回路である。 マイコンは、演算手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭおよびＲＡＭ等を有する小型のコンピュータである。マイコンは、ＲＯＭに格納された各種プログラムに従い、ＣＰＵによって種々の処理を実行する。 制御ＩＣ７７は、回転角センサ７６からの信号に基づき回転子６０の回転角度を検出可能である。

マイコンには、回転角センサ信号増幅部から回転子６０の回転角度に関する信号、トルクセンサ１０４から操舵トルク信号、および、ＣＡＮから車速情報等が入力される。マイコンは、これらの信号が入力されると、回転子６０の回転角度に基づきプリドライバを介してパワーモジュール７１、７２を制御する。より具体的には、マイコンは、プリドライバによりスイッチング素子７１１〜７１６、７２１〜７２６のゲート電圧を変化させ、スイッチング素子７１１〜７１６、７２１〜７２６のオンオフを切り替えることで、パワーモジュール７１、７２を制御する。

マイコンは、回転角センサ７６、トルクセンサ１０４、ＣＡＮからの車速情報等に基づき、車速に応じてハンドル１０２の操舵をアシストするように、プリドライバを介してＰＷＭ制御により作出されたパルス信号を生成する。このパルス信号は、パワーモジュール７１、７２により構成される２系統のインバータ回路に出力され、パワーモジュール７１、７２のスイッチング素子７１１〜７１６、７２１〜７２６のオンオフの切り替え動作を制御する。これにより、巻線４２の各相には、位相の異なる正弦波電流が流れ、回転磁界が生じる。この回転磁界を受けて回転子６０およびシャフト５０が一体となって回転する。そして、シャフト５０の回転により、プーリ５１からラックギア１０８に駆動力が出力され、運転者のハンドル１０２による操舵がアシストされる。

このように、本実施形態では、制御部７０は、２系統のパワーモジュール（７１、７２）を有し、巻線４２への通電を制御する。各系統は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を含む。パワーモジュール７１、７２は、バッテリ３からの直流電流を交流電流に変換し巻線４２に供給する。ここで、パワーモジュール７１、７２は、特許請求の範囲における「３相インバータ」に対応している。また、パワーモジュール７１、７２（スイッチング素子７１１〜７１６、７２１〜７２６）は、作動（スイッチング）時、発熱する。

本実施形態では、パワーモジュール７１、７２と突出部３１２との間には、熱伝導部材３６が設けられている。熱伝導部材３６は、例えば絶縁放熱シートおよび放熱グリスから構成されている。絶縁放熱シートは、例えばシリコーン等を含む熱抵抗の小さな絶縁シートである。放熱グリスは、例えばシリコーンを基材とする熱抵抗の小さなゲル状のグリスである。この構成により、パワーモジュール７１、７２の作動時の熱は、熱伝導部材３６を経由してフレーム３０およびケース２０に伝達し、放熱される。
パワーモジュール７１、７２と巻線４２とが延伸部４２０を介して電気的に接続されることにより、パワーモジュール７１、７２および延伸部４２０を経由して巻線４２に電力が供給される。

制御部７０のフレーム３０とは反対側には、カバー７０１が設けられている。カバー７０１は、例えば樹脂により皿状に形成されている。カバー７０１は、内側で制御部７０を覆うよう、フレーム３０の制御部７０側に設けられている。カバー７０１は、開口端が、フレーム底部３１の外縁部に当接するよう設けられている。カバー７０１により、制御部７０を外部からの衝撃、埃や水等の液体から保護することができる。
図２に示すように、本実施形態では、ケース筒部２１の肉厚をＴ１、回転子筒部６１の肉厚をＴ２とすると、ケース筒部２１および回転子筒部６１は、Ｔ１＜Ｔ２の関係を満たすよう形成されている。

回転体６００は、ヨークとしての機能を備えるため磁気抵抗を小さくする必要があり、所定の肉厚を確保する必要がある。本実施形態では、Ｔ２は、例えば３ｍｍ程度に設定されている。これに対し、ケース２０のケース筒部２１は、固定子４０および回転子６０を収容しつつ保護する機能を担うのみでよいため、Ｔ１は、ダイカストで形成可能なよう、例えば２ｍｍ程度に設定されている。

また、ケース筒部２１と回転子筒部６１との間の隙間ＣＬ１の大きさｄ１は、ケース筒部２１のダイカストによる表面精度と回転体６００のプレス加工による表面精度とを鑑み、０．５ｍｍ以上、１ｍｍ以下程度に設定するのが望ましい。

モータ１０は、ラックギア１０８のハウジング１１０に取り付けられる。ここで、モータ１０は、ケース底部２２の固定部２４の穴部にボルト２６を通しハウジング１１０にねじ込むことにより、他部材としてのハウジング１１０に固定される。

本実施形態では、図１に示すように、モータ１０は、ケース２０の軸線Ａｘ２がラック軸１０６と概ね平行となるよう、ラックギア１０８のハウジング１１０に取り付けられる。また、モータ１０は、車両１の車輪１０７の鉛直方向の上端部よりも下側に設けられる。そのため、車両１の走行中、モータ１０に泥水や塩水（雪国の融雪塩水や海岸線の砂等に付着した塩水）等が被水することが頻繁に起こり得る。

以上説明したように、（１）本実施形態のモータ１０は、車両１のエンジンルーム２内に設けられ、電動パワーステアリング装置１０１のラックギア１０８を駆動する電動パワーステアリング装置用のモータであって、ケース２０とフレーム３０と固定子４０とシャフト５０と回転子６０とプーリ５１と制御部７０とを備えている。
ケース２０は、アルミニウムを含む金属により形成され、筒状のケース筒部２１、ケース筒部２１の一方の端部を塞ぐケース底部２２、および、ケース底部２２の中央に形成されたケース穴部２３を有している。

フレーム３０は、アルミニウムを含む金属により形成され、ケース筒部２１のケース底部２２とは反対側の端部を塞ぐフレーム底部３１、フレーム底部３１の中央に形成されたフレーム穴部３２、および、フレーム穴部３２からケース底部２２に向かって筒状に延びるよう形成されたフレーム筒部３３を有している。
固定子４０は、内壁がフレーム筒部３３の外壁に対向した状態でフレーム筒部３３により支持された環状の鉄心４１、および、鉄心４１に巻回された巻線４２を有している。
シャフト５０は、ケース穴部２３およびフレーム穴部３２に挿通され、ケース穴部２３およびフレーム穴部３２により回転可能に支持されている。

回転子６０は、外壁がケース筒部２１の内壁との間に隙間ＣＬ１を形成するようケース筒部２１と鉄心４１との間に設けられる回転子筒部６１、回転子筒部６１のケース底部２２側の端部を塞ぐよう回転子筒部６１と一体に形成された回転子底部６２、回転子底部６２の中央に形成されシャフト５０に嵌合している回転子穴部６３、および、鉄心４１に対向するよう回転子筒部６１の内壁に設けられた磁石６５を有し、シャフト５０とともに回転可能に設けられている。
出力部としてのプーリ５１は、シャフト５０に設けられ、回転子６０の回転を、駆動対象としてのラックギア１０８に出力する。
制御部７０は、フレーム３０のケース２０とは反対側に設けられ、巻線４２に供給する電力を制御し回転子６０の回転を制御可能である。このように、本実施形態のモータ１０は、機電一体型のモータである。

本実施形態では、モータ１０は、少なくとも一部が車両１の車輪１０７のシルエットの上端部よりも下側に位置するよう設けられる。そのため、車両１の走行中、モータ１０に泥水や塩水等が被水することが頻繁に起こり得る。これにより、モータ１０の外郭であるケース２０が腐食するおそれがある。
そこで、本実施形態では、ケース２０およびフレーム３０は、アルミニウムを含む金属により形成されている。そのため、ケース２０およびフレーム３０を鉄部材等で形成する場合に比べ、腐食に強くすることができる。
また、本実施形態のモータ１０は外転式であり、固定子４０の鉄心４１はフレーム３０のフレーム筒部３３により支持されており、ケース２０のケース筒部２１の内壁と回転子６０の回転子筒部６１の外壁との間には隙間ＣＬ１が形成されている。すなわち、ケース２０は、固定子４０を支持しておらず、単に固定子４０および回転子６０等を収容しつつ保護する機能を担うのみである。そのため、ケース２０に生じる応力を小さくすることができる。これにより、ケース２０に腐食因子を含む水等が付着しても、ケース２０の腐食の促進を抑制することができる。したがって、本実施形態のモータ１０は、車両１の下部に設けられ、車両１の走行中に頻繁に被水するおそれのある電動パワーステアリング装置１０１のモータとして用いるのに好適である。

また、本実施形態では、ケース２０およびフレーム３０が、アルミニウムを含む金属により形成されているため、モータ１０の外郭としてのケース２０に関し所定の強度を確保しつつ、モータ１０の小型化および軽量化を図ることができる。

なお、本実施形態のモータ１０では、ケース２０の肉厚を厚くしたり、高価な表面処理を施し膜厚の管理をする等の対策の必要がないため、モータ１０の大型化や重量増、管理工数増といった不経済な設計を招くおそれがない。

また、（２）本実施形態のモータ１０は、シール部材３００をさらに備えている。シール部材３００は、ケース筒部２１とフレーム底部３１との間に設けられ、ケース筒部２１とフレーム底部３１との間を液密に保持可能である。そのため、モータ１０が被水等しても、ケース２０およびフレーム３０の内側に水が浸入するのを抑制することができる。これにより、ケース２０およびフレーム３０の内側の鉄心４１や回転体６００が錆びるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ケース２０に生じる応力が小さいため、シール部材３００に生じる歪みを抑制することができる。これにより、シール部材３００によるシール性を理想的な状態で維持でき、防水寿命を長くすることができる。
また、（３）本実施形態では、ケース２０およびフレーム３０のうち少なくとも一方は、アルミダイカスト品である。そのため、ケース２０およびフレーム３０のうち少なくとも一方の耐腐食性を向上しつつ強度および寸法精度を高くすることができる。また、耐腐食性が高く所定の強度をもつ高い寸法精度のケース２０およびフレーム３０を短時間に大量に生産することができる。

また、（４）本実施形態では、固定子４０は、巻線４２と制御部７０とを電気的に接続する延伸部４２０を有している。フレーム底部３１は、延伸部４２０が挿通される挿通穴部３１１を有している。延伸部４２０は、回転体６００の開口部（回転子筒部６１の回転子底部６２とは反対側の端部）側において、挿通穴部３１１を通り制御部７０まで延びている。そのため、延伸部４２０は、回転体６００（回転子６０）の回転を妨げることがない。このような構成は、外転式のモータ１０において、制御部７０を回転体６００（回転子６０）の開口部側に配置することにより、実現できる。この構成では、回転体６００の回転を妨げ得るもの（例えば延伸部４２０）を回転体６００の開口部側に配置できるため、モータ１０を容易に小型化することができる。

また、（５）本実施形態のモータ１０は、検出用磁石としての磁石５２をさらに備えている。
磁石５２は、シャフト５０のプーリ５１とは反対側の端部に設けられ、シャフト５０とともに回転する。制御部７０は、磁束検出部としての回転角センサ７６を有している。回転角センサ７６は、シャフト５０のプーリ５１とは反対側において磁石５２に対向配置され磁石５２が発生する磁束の方向を検出可能である。これにより、制御部７０は、回転角センサ７６からの信号に基づき回転子６０の回転角度を検出可能である。

また、（６）本実施形態では、制御部７０のパワーモジュール７１、７２は、作動時の発熱がフレーム３０に伝導可能な程度にフレーム底部３１の突出部３１２の近傍に設けられている。なお、パワーモジュール７１、７２と突出部３１２との間には、熱伝導部材３６が設けられている。これにより、パワーモジュール７１、７２の作動時の熱を、熱伝導部材３６を経由してフレーム３０およびケース２０に伝達させ、放熱することができる。

また、（７）本実施形態では、巻線４２は、電気的に絶縁され磁気的に結合した２組の３相巻線組（４３、４４）を構成している。制御部７０は、３相インバータとしてのパワーモジュール７１、７２を有している。パワーモジュール７１、７２は、２組の３相巻線組（４３、４４）それぞれに対応するよう設けられ、３相巻線組（４３、４４）に供給する電力を変換可能である。この構成により、巻線４２への電力供給部を冗長化できるとともに、モータ１０作動時の低騒音化および低振動化を実現できる。

また、（８）本実施形態では、ケース筒部２１の肉厚Ｔ１は、回転子筒部６１の肉厚Ｔ２より小さい。つまり、ヨークとしての機能を備える回転子筒部６１の肉厚（Ｔ２）は確保しつつ、固定子４０および回転子６０を収容および保護する機能のみを備えるケース筒部２１の肉厚（Ｔ１）は小さくしている。これにより、回転子６０の磁気特性を向上しつつ、モータ１０の軽量化および低コスト化を図ることができる。

また、（９）本実施形態では、フレーム筒部３３の小径部３３２の外壁には、鉄心４１の内壁から径方向内側の力が作用している。そのため、鉄心４１を、フレーム筒部３３に対し相対回転不能に設けることができる。なお、本実施形態では、鉄心４１の内側にフレーム筒部３３の小径部３３２が位置するよう鉄心４１とフレーム筒部３３とを焼嵌めにより固定する。そのため、鉄心４１を例えば圧入等によりフレーム筒部３３に固定する場合と比べ、鉄心４１の内壁またはフレーム筒部３３の外壁の損傷を抑制しつつ、鉄心４１とフレーム筒部３３との同軸を高精度に保つことができる。

また、（１０）本実施形態では、フレーム筒部３３は、鉄心４１のフレーム底部３１側の端面の内縁部に対向する段差面３３３を有している。また、本実施形態のモータ１０は、固定部材としてのねじ３４をさらに備えている。ねじ３４は、フレーム筒部３３のケース底部２２側の端部に設けられ、鉄心４１が段差面３３３に押し付けられた状態で鉄心４１をフレーム筒部３３に固定可能である。これにより、鉄心４１がフレーム筒部３３に対し位置ずれしたり脱落したりするのを抑制することができる。

また、（１１）本実施形態のモータ１０は、第１軸受部としての軸受２５と第２軸受部としての軸受３５とをさらに備えている。軸受２５は、ケース穴部２３に設けられ、シャフト５０を回転可能に支持する。軸受３５は、フレーム穴部３２に設けられ、軸受２５とともにシャフト５０を回転可能に支持する。これにより、シャフト５０および回転子６０の回転を円滑にすることができる。

また、（１２）本実施形態では、ケース底部２２は、ケース２０をラックギア１０８のハウジング１１０に固定するための固定部２４を有している。これにより、他部材としてのハウジング１１０に対するケース２０の相対位置を安定にすることができる。

また、（１３）本実施形態では、巻線４２は、全節巻により設けられている。
また、（１４）本実施形態では、巻線４２は、連続線であり、連続線方式で鉄心４１に設けられている。本実施形態では、モータ１０は外転式であり、鉄心４１の溝部４１１の開口端が鉄心４１の径方向外側を向くよう形成されているため、巻線４２を全節巻でも連続線で鉄心４１に比較的容易に巻回すことができる。

また、（１５）本実施形態の電動パワーステアリング装置１０１は、車両１に設けられ、上記モータ１０と、プーリ５１に接続しモータ１０により駆動されるラックギア１０８と、を備え、駆動対象としてのラックギア１０８が駆動することで車両１の操舵に関するアシストトルクを出力する。本実施形態のモータ１０は、ケース２０に腐食因子を含む水等が付着しても、ケース２０の腐食を抑制することができる。したがって、本実施形態のモータ１０は、車両１の走行中に被水するおそれのある電動パワーステアリング装置１０１のモータとして用いるのに好適である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるモータおよび電動パワーステアリング装置を図５、６に示す。第２実施形態は、モータの出力部の形状等が第１実施形態と異なる。
図６に示すように、第２実施形態では、モータ１０は、第１実施形態で示したプーリ５１に代えて、出力部としてのジョイント５５を備えている。

ジョイント５５は、例えば金属により形成され、シャフト５０の一端に設けられている。ジョイント５５は、シャフト５０の軸方向に突出する４つの突部を有している。ジョイント５５は、突部がラックギア１０８の入力部としてのジョイント１１３に嵌り込むようラックギア１０８に接続されている。これにより、回転子６０が回転するとシャフト５０およびジョイント５５が回転し、ジョイント５５からラックギア１０８に対し回転子６０の回転が出力される。

図５に示すように、モータ１０は、ケース２０の軸線Ａｘ２がラック軸１０６と捩れの関係となるよう、ラックギア１０８のハウジング１１０に取り付けられる。また、モータ１０は、車両１の車輪１０７の鉛直方向の上端部よりも下側に設けられる。そのため、第１実施形態と同様、車両１の走行中、モータ１０に泥水や塩水等が被水することが頻繁に起こり得る。
第２実施形態は、上述した点以外の構成は、第１実施形態と同様である。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様、ケース２０に腐食因子を含む水等が付着しても、ケース２０の腐食を抑制することができ、その他、第１実施形態と同様の種々の効果を奏することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、制御部７０のパワーモジュール７１、７２をフレーム底部３１の突出部３１２の近傍に設ける例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、パワーモジュール７１、７２をフレーム底部３１に当接した状態で設けてもよい。また、パワーモジュール７１、７２をフレーム底部３１から所定距離以上離して設けてもよい。パワーモジュール７１、７２は、放熱を考慮する場合、フレーム３０から所定距離範囲内に設けることが望ましい。また、本発明の他の実施形態では、パワーモジュール７１、７２とフレーム底部３１との間に熱伝導部材３６を設けないこととしてもよい。

また、上述の実施形態では、巻線４２が２組の３相巻線組（４３、４４）を構成し、制御部７０が２つの３相インバータ（パワーモジュール７１、７２）を有する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、巻線４２が１組の３相巻線組を構成し、制御部７０が１つの３相インバータを有することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、ケース筒部の肉厚は、回転子筒部の肉厚以上であってもよい。なお、ケース２０のケース筒部２１は、固定子４０および回転子６０を収容しつつ保護する機能を担うのみでよいため、必要最低限まで肉厚を小さくすることができる。また、ケース筒部２１の肉厚（Ｔ１）は、上で示した２ｍｍに限らず、どのような肉厚に設定してもよい。また、回転体６００の肉厚（Ｔ２）は、上で示した３ｍｍに限らず、どのような肉厚に設定してもよい。
また、本発明の他の実施形態では、固定部材としてのねじ３４を備えていなくてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、巻線４２は、全節巻に限らず、例えば分布巻、集中巻、短節巻等により設けられていてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、巻線４２は、連続線に限らず、セグメントコンダクタと呼ばれる分割導線からなることとしてもよい。この場合、巻線４２は、セグメントコンダクタを鉄心４１の溝部４１１に挿入するセグメント方式で鉄心４１に設けられる。

また、本発明の他の実施形態では、モータ１０の全体が、車両１の車輪１０７の鉛直方向の上端部よりも下側に設けられる例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、モータ１０は、一部が、車輪１０７の鉛直方向の上端部よりも上側に位置するよう設けられてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、モータ１０の製造方法の鉄心固定工程において、鉄心１１の内側にフレーム筒部３３が位置するよう鉄心４１とフレーム筒部３３とを冷やし嵌めにより固定することとしてもよい。すなわち、冷却し外径を縮小させた状態のフレーム筒部３３の小径部３３２を鉄心４１の内側に挿入し、放置または加熱する。これにより、フレーム筒部３３の小径部３３２の外壁に、鉄心４１の内壁から径方向内側の力が作用した状態となる。
また、本発明の他の実施形態では、モータ１０の製造方法の鉄心固定工程において、圧入により鉄心４１をフレーム筒部３３に固定してもよい。

また、本発明の他の実施形態では、ケース２０およびフレーム３０のうち少なくとも一方を、例えば切削加工等、ダイカスト以外の方法で形成してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ 車両、２ エンジンルーム、１０ モータ、２０ ケース、２１ ケース筒部、２２ ケース底部、２３ ケース穴部、３０ フレーム、３１ フレーム底部、３２ フレーム穴部、３３ フレーム筒部、４０ 固定子、４１ 鉄心、４２ 巻線、５０ シャフト、６０ 回転子、６１ 回転子筒部、６２ 回転子底部、６３ 回転子穴部、６５ 磁石（回転子磁石）、５１ プーリ（出力部）、５５ ジョイント（出力部）、１０７ 電動パワーステアリング装置、１０８ ラックギア（駆動対象）

Claims (15)

1. 車両（１）のエンジンルーム（２）内に設けられ、電動パワーステアリング装置（１０１）の駆動対象（１０８）を駆動する電動パワーステアリング装置用のモータ（１０）であって、
   アルミニウムを含む金属により形成され、筒状のケース筒部（２１）、前記ケース筒部の一方の端部を塞ぐケース底部（２２）、および、前記ケース底部の中央に形成されたケース穴部（２３）を有するケース（２０）と、
   アルミニウムを含む金属により形成され、前記ケース筒部の前記ケース底部とは反対側の端部を塞ぐフレーム底部（３１）、前記フレーム底部の中央に形成されたフレーム穴部（３２）、および、前記フレーム穴部から前記ケース底部に向かって筒状に延びるよう形成されたフレーム筒部（３３）を有するフレーム（３０）と、
   内壁が前記フレーム筒部の外壁に対向した状態で前記フレーム筒部により支持された環状の鉄心（４１）、および、前記鉄心に巻回された巻線（４２）を有する固定子（４０）と、
   前記ケース穴部および前記フレーム穴部に挿通され、前記ケース穴部および前記フレーム穴部により回転可能に支持されているシャフト（５０）と、
   外壁が前記ケース筒部の内壁との間に隙間（ＣＬ１）を形成するよう前記ケース筒部と前記鉄心との間に設けられる回転子筒部（６１）、前記回転子筒部の前記ケース底部側の端部を塞ぐよう前記回転子筒部と一体に形成された回転子底部（６２）、前記回転子底部の中央に形成され前記シャフトに嵌合している回転子穴部（６３）、および、前記鉄心に対向するよう前記回転子筒部の内壁に設けられた回転子磁石（６５）を有し、前記シャフトとともに回転可能に設けられている回転子（６０）と、
   前記シャフトに設けられ、前記回転子の回転を前記駆動対象に出力する出力部（５１、５５）と、
   前記フレームの前記ケースとは反対側に設けられ、前記巻線に供給する電力を制御し前記回転子の回転を制御可能な制御部（７０）と、を備え、
   少なくとも一部が前記車両の車輪（１０７）のシルエットの上端部よりも下側に位置するよう設けられるモータ。
2. 前記ケース筒部と前記フレーム底部との間に設けられ、前記ケース筒部と前記フレーム底部との間を液密に保持可能なシール部材（３００）をさらに備える請求項１に記載のモータ。
3. 前記ケースおよび前記フレームのうち少なくとも一方は、アルミダイカスト品である請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記固定子は、前記巻線と前記制御部とを電気的に接続する延伸部（４２０）を有し、
   前記フレーム底部は、前記延伸部が挿通される挿通穴部（３１１）を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータ。
5. 前記シャフトの前記出力部とは反対側の端部に設けられ、前記シャフトとともに回転する検出用磁石（５２）をさらに備え、
   前記制御部は、前記シャフトの前記出力部とは反対側において前記検出用磁石に対向配置され前記検出用磁石が発生する磁束の方向を検出可能な磁束検出部（７６）を有している請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ。
6. 前記制御部は、作動時の発熱が前記フレームに伝導可能な程度に前記フレームの近傍に位置した状態か、前記フレームに当接した状態で設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ。
7. 前記巻線は、電気的に絶縁され磁気的に結合した２組の３相巻線組（４３、４４）を構成し、
   前記制御部は、２組の前記３相巻線組それぞれに対応するよう２つ設けられ前記３相巻線組に供給する電力を変換可能な３相インバータ（７１、７２）を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載のモータ。
8. 前記ケース筒部の肉厚（Ｔ１）は、前記回転子筒部の肉厚（Ｔ２）より小さい請求項１〜７のいずれか一項に記載のモータ。
9. 前記フレーム筒部の外壁には、前記鉄心の内壁から径方向内側の力が作用している請求項１〜８のいずれか一項に記載のモータ。
10. 前記フレーム筒部は、前記鉄心の前記フレーム底部側の端面の内縁部に対向する段差面（３３３）を有し、
    前記フレーム筒部の前記ケース底部側の端部に設けられ、前記鉄心が前記段差面に押し付けられた状態で前記鉄心を前記フレーム筒部に固定可能な固定部材（３４）をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載のモータ。
11. 前記ケース穴部に設けられ、前記シャフトを回転可能に支持する第１軸受部（２５）と、
    前記フレーム穴部に設けられ、前記第１軸受部とともに前記シャフトを回転可能に支持する第２軸受部（３５）と、
    をさらに備える請求項１〜１０のいずれか一項に記載のモータ。
12. 前記ケース底部は、前記ケースを他部材（１１０）に固定するための固定部（２４）を有している請求項１〜１１のいずれか一項に記載のモータ。
13. 前記巻線は、全節巻で設けられている請求項１〜１２のいずれか一項に記載のモータ。
14. 前記巻線は、連続線またはセグメントコンダクタからなる請求項１３に記載のモータ。
15. 前記車両に設けられる電動パワーステアリング装置（１０１）であって、
    請求項１〜１４のいずれか一項に記載のモータ（１０）と、
    前記出力部に接続し、前記モータにより駆動される前記駆動対象（１０８）と、を備え、
    前記駆動対象が駆動することで前記車両の操舵に関するアシストトルクを出力する電動パワーステアリング装置。

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