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JP5195458B2 - 電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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JP5195458B2 - 電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Description

本発明は、電動モータおよび該電動モータを操舵補助トルクの発生源として用いた電動パワーステアリング装置に関する。
一般的な電動モータでは、モータステータが内周面に沿って取り付けられている有底円筒状のモータケース内で、該モータケースの開口を覆うフランジ部材に配設されたフロントベアリングおよびモータケースの底面中央部に配設されたリアベアリングを介して、モータロータおよび該モータロータと一体的に結合されたモータシャフトが回転自在に支持されている。また、モータケース内では、各相コイルを結線する端子台と制御装置に接続された給電部材(パワーハーネスやバスバー等)の端子とが、溶接、ねじ締結、ヒュージング(抵抗溶接)などによって電気的に接続されている(特許文献1参照)。
この種の電動モータでは、端子台と給電部材とを外部から接続可能にするために、アルミ等で鋳造されたフランジ部材の外側表面の一部に結線用開口部が穿設されている。この結線用開口部は各相コイルに連通しているため、ここから異物が混入すると電磁ブレーキ状態となってロックしてしまう可能性があった。そこで、従来の電動モータでは、この結線用開口部に樹脂等の絶縁部材からなるカバーやキャップなどの閉塞部材を取り付け、これにより異物の侵入を防止していた。
特開2004−157056号公報
しかしながら、上述したような従来の電動モータの閉塞部材は、部品点数を削減するために挿入機能を有する形状で形成され、結線用開口部に嵌合固定されているのが一般的であった。そのため、この閉塞部材は、電動モータの設置環境において生じる振動や熱の影響によって破損または脱落する虞があった。特に、電動パワーステアリング装置(EPS)用の駆動源として適用される電動モータの場合、その電動モータのフランジ面は、ウォーム減速機などを収容したギヤハウジングの一部に取り付けられる。このギヤハウジングは、電動パワーステアリング装置の中でも比較的大きい振動が発生する部位であるため、閉塞部材が結線用開口部から脱落してしまう可能性が高く、この脱落した部材による異音の発生が懸念されていた。
また、EPS用の電動モータでは、上述したような閉塞部材の脱落が発生すると、ギヤハウジングへの取付構造上、その脱落した閉塞部材がギヤハウジング内に侵入してウォーム減速機やベアリングなどに干渉し、最悪の場合にはステアリングロック状態にしてしまう虞があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータケースの開口を閉塞するフランジ部材に穿設された結線用開口部を、部品点数を増加することなく確実に塞ぐことにより、信頼性の向上を低コストで図ることができる電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明の上記目的は、一端面が開口になっている有底円筒状のモータケースと、前記開口を閉塞するように前記モータケースに取り付けられたフランジ部材とによって外部筐体が構成されている電動モータにおいて、前記モータケース内で回転自在に支持されたモータシャフトと、前記モータケース内の前記モータシャフトに周設されたモータロータと、前記モータロータの外周面を囲繞するように前記モータケースの内周面に周設された複数相のモータステータと、前記モータケースの前記開口面側で前記各モータステータと該各モータステータ用の給電部材とを結線する端子台と、前記フランジ部材の外側表面に設けられた前記モータロータの位置検出手段とを備え、前記フランジ部材が前記外部筐体の外側から前記給電部材と前記端子台とを結線するために穿設された結線用開口部を有し、かつ、前記位置検出手段が前記フランジ部材の外側表面に取り付けられた際に、前記結線用開口部が前記位置検出手段に設けられた絶縁部材によって閉塞されることにより、達成される。
また、上記目的は、前記位置検出手段が前記モータシャフトの一部に周設されたレゾルバロータと、該レゾルバロータの外周面を囲繞するように配設されたレゾルバステータとを有するレゾルバであり、かつ、前記絶縁部材が前記レゾルバステータのコアとコイルとを絶縁するインシュレータであることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、前記位置検出手段が前記モータシャフトの一部に周設されたレゾルバロータと、該レゾルバロータの外周面を囲繞するように配設されたレゾルバステータとを有するレゾルバであり、かつ、前記絶縁部材が前記レゾルバステータのコイルを部分的に被覆するカバー部であることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、前記絶縁部材が前記レゾルバのセンサハーネスの導出方向と同位相になるように前記レゾルバステータから外径方向に延伸された形状であることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、前記絶縁部材が前記レゾルバのセンサハーネスの導出方向と別位相になるように前記レゾルバステータから外径方向に延伸された形状であることにより、効果的に達成される。
さらに、上記目的は、前記位置検出手段のセンサハーネスが前記フランジ部材の外側表面に周設されたインロー突条部を貫通して外径方向に導出されていることにより、効果的に達成される。
また、上記目的は、操舵機構に付与する操舵補助力の発生源として、上記電動モータを備えている電動パワーステアリング装置により、達成される。
さらに、上記目的は、前記電動パワーステアリング装置が、前記電動モータの回転力を減速して前記操舵機構に伝達する減速機構と、前記減速機構を収容するとともに、前記電動モータが固定されるモータ取付面を有するギヤボックスとを備えていることにより、効果的に達成される。
本発明に係る電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置によれば、筐体外部から端子台と給電部材とを結線するために、モータケースの開口面を閉塞するフランジ部材の一部に結線用開口部が穿設され、フランジ部材の外側表面に取り付けられた位置検出手段の絶縁部材によって結線用開口部が閉塞される構造になっている。すなわち、既存の電動モータの構成部品である位置検出手段の絶縁部材が、結線用開口部の閉塞部材としても機能するようにフランジ部材の外側表面に取り付けられるようになっている。これにより、従来のように結線用開口部を閉塞するカバーやキャップなどの別部材を設ける必要性がなくなり、部品点数を増加することなく確実に結線用開口部を閉塞することができる。この結果、電動モータの部品点数および組立工数が削減されるので、製造コストの低減を図ることができる。
また、本発明に係る電動モータおよび該電動モータを備えた電動パワーステアリング装置では、上記結線用開口部が熱や振動に対して比較的高い耐久性を有している位置検出手段の一構成要素によって閉塞される構造であることにより、破損や脱落などの懸念が低減され、信頼性の向上を図ることができる。
本発明の第1実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。 図1中のII−II線に沿った電動モータの断面図である。 図2に示す電動モータの要部拡大図である。 電動モータに取り付けられるレゾルバステータの外観を示す斜視図である。 レゾルバステータを取り外した状態を示す電動モータの正面図である。 本発明の実施形態に係る電動モータを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。 第1実施形態に係る電動モータが電動パワーステアリング装置のギヤボックスに取り付けられた状態を示す要部断面図である。 本発明の第2実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。 本発明の第3実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である 図9中のX−X線に沿った電動モータの断面図である。
以下、図面を参照にしながら本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。また、図2は図1中のII−II線に沿った電動モータの断面図であり、図3は図2に示す電動モータの要部拡大図である。
これらの図において、本実施形態に係る電動モータ1の外部筐体は、全体が略中空円筒状に形成されたモータケース2と、該モータケース2の一端側(図2左側)開口面を閉塞するように取り付けられたフランジ部材3とから構成され、このモータケース2とフランジ部材3とは、ねじ締結、圧入、接着等により結合されている。このモータケース2の底面中央凹部2aおよびフランジ部材3の内側中央凹部3aには、それぞれベアリング4,5が圧入固定(ベアリングハウジングの外輪保持構造の場合には、内径は隙間設定)され、該ベアリング4,5を介してモータシャフト6が回転自在に支持されている。また、モータケース2内のモータシャフト6には、該モータシャフト6と一体に回転するようにモータロータ7が周設され、一方、該モータロータ7と対向するモータケース2の内周面には、モータステータ8がロータモータ7の外周面を囲繞するように周設されている。
モータロータ7は、モータシャフト6に圧入またはモータシャフト6と一体成形されたロータコアからなる。このロータコアの外周面(埋込磁石型の場合にはロータコア内)には、接着または保持部材などを介して複数個のマグネットが等間隔で配設され、該マグネットの外周には、マグネット飛散防止用のカバー(非磁性のSUS材、アルミ、熱収縮チューブ等)が設けられている。
モータステータ8は、一体、分割、焼結コアのいずれかで構成されたステータコア8aと、該ステータコア8aに挿入されたインシュレータ8bと、該インシュレータ8bに捲回されたモータコイル8cとから構成されている。本実施形態に係る電動モータ1は、3相モータであるため、モータステータ8のステータコア8aの個数は3n個(3の倍数個)であり、これら3n個のステータコア8aは、それぞれの継鉄部(バックヨーク)毎に圧入または溶接されることによって一体化され、圧入、接着、焼きばめ等によってモータケース2の内側に固定されている。なお、ステータコア8aを一体化する構造はこれに限定されず、例えばステータコア8aを連結したもの、あるいは連結部を溶接して一体化したものであってもよい。また、ここでは、作業性の向上を図るために各ステータコア8aを一体化されているものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、各ステータコア8aが一体化されていなくても特に問題はない。
このような構成からなるモータステータ8の一端側(図2左側)端部には、各相モータコイル8cに電気的に接続された端子台9が配設され、該端子台9を介してモータステータ8と電流供給用のパワーハーネス10とが結線される接続構造になっている。この接続を実行する際には、まず各パワーハーネス10を挟み込んだ状態でモータケース2とフランジ部材3とが結合され、その後、端子台9と同位置のフランジ部材3の表面に穿設された結線用開口部3bを介して結線手段が施されることにより、各パワーハーネス10と端子台9とが電気的に接続される。すなわち、この各パワーハーネス10と端子台9とを結線する作業は、モータケース2と結合されたフランジ部材3の外側から結線用開口部3bを介して行なわれるものであり、結線手段としてはTIG(Tungsten Inert Gas)溶接やねじ締結などが施される。
フランジ部材3の外側に位置するモータシャフト6の一端側(図2左側)には、モータロータ7の回転角度(回転位置)を検出するレゾルバ11のロータ(以下、レゾルバロータ)12が圧入等によって固定され、モータシャフト6およびモータロータ7と一体に回転するようになっている。一方、フランジ部材3の外側表面に形成された外側中央凹部3cには、略中空円筒状のレゾルバ11のステータ(以下、レゾルバステータ)13がねじ14による締結やカシメ等によって固定され、レゾルバロータ12の外周面を囲繞するように配されている。
図4は電動モータに取り付けられるレゾルバステータの外観を示す斜視図であり、図5はレゾルバステータを取り外した状態を示す電動モータの正面図である。
図4に示すように、レゾルバステータ13は、薄肉状の電磁鋼板をプレスして積層することにより形成された外周部および複数のティースを有するコア部13aと、該コア部13aに一体モールドまたは嵌合装着された絶縁性素材(樹脂など)からなるインシュレータ13bと、該インシュレータ13bの一部を介してコア部13aの各ティースに捲回されたセンサコイル13cと、インシュレータ13b内でセンサコイル13cに各端子が接続(溶接)されたセンサハーネス13dと、コア部13aのティースに捲回されたセンサコイル13cを部分的に被覆する絶縁性のセンサカバー13eとを備えている。
センサハーネス13dは、励磁巻線と検出巻線とから構成され、励磁巻線に励磁電圧が印加されることによって検出巻線に誘起電圧が発生するようになっている。この状態でレゾルバロータ12が回転すると、その回転角度に応じてレゾルバロータ12とレゾルバステータ13との間におけるギャップパーミアンスが変化し、これに伴って検出巻線に生じる誘起電圧の振幅が変調する。レゾルバ11は、この誘起電圧の振幅変調に基づいてモータロータ7の回転角度検出を実行する。また、フランジ部材3の外側表面に周設されたインロー突条部3dの一部には、センサハーネス13dを導出するための切欠部3d´が形成され、該切欠部3d´には予めセンサハーネス13dに挿入されたセンサグロメット15が嵌合されている。すなわち、センサハーネス13dは、センサグロメット15を介してインロー突条部3dを貫通し、外部に導出され配線構造になっている。
インシュレータ13bは、コア部13aの外周からパワーハーネス10およびセンサハーネス13dの導出方向に沿って張り出すように形成された突出部を有し、この突出部は、レゾルバステータ13がフランジ部材3の外側表面に取り付けられた際に結線用開口部3bを閉塞するようになっている。なお、このインシュレータ13bにおける結線用開口部3bと対向する箇所には、フランジ部材3の外側表面から突出した端子台9およびパワーハーネス10の各接続端子9a,10aに接触しないように凹部13b´が形成されている。
レゾルバステータ13の積厚方向の略中央部には、外周から外径方向に突出するように鍔部13f,13fが対向する位置関係でインシュレータ13bと一体的に形成されている。この鍔部13fには、レゾルバステータ13の外周方向に沿ってねじ14用の長孔14aが穿設されている。この長孔14aに挿通されたねじ14は、フランジ部材3の外側表面に形成されたねじ穴14bに螺合され、これにより、レゾルバステータ13がフランジ部材14に固定される。このねじ締結による固定は、モータシャフト6を外部から回転させて誘起電圧とレゾルバ信号とを調整した後に行なわれる。
図6は、本発明の実施形態に係る電動モータを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成を示す機構図である。同図において、電動パワーステアリング装置20の操舵機構は、先端部に取り付けられたステアリングホイール21の操舵操作に応じて回転するステアリングシャフト22と、該ステアリングシャフト22の他端部側にユニバーサルジョイント23,24を介して連結され、ステアリングシャフト22の回転運動をラック軸の直線運動に変換するラック・ピニオン機構25と、該ラック・ピニオン機構25のラック軸の動きを操向車輪に伝達するタイロッド26とから構成されている。
また、電動パワーステアリング装置20のコラム部には、ステアリングホイール21を介してステアリングシャフト22に入力された操舵トルクを検出するトルクセンサ27と、減速機構28を介してステアリングシャフト22に連結された操舵補助用の電動モータ1とが設けられ、電動モータ1の駆動は、制御回路などを搭載したコントロールユニット(ECU)29によって制御される。このコントロールユニット29には、バッテリ(電源)30から電力が供給されるとともに、イグニションキー31からイグニションキー信号IG、トルクセンサ27で検出された操舵トルク値信号T、および車速センサ32で検出された車速信号Vが入力される。コントロールユニット29は、イグニションキー信号IGの入力に応じて起動し、操舵トルク値Tおよび車速Vに基づく操舵補助指令値Iの演算を行い、この演算された操舵補助指令値Iに応じて電動モータ1に供給する駆動電流を制御する。
なお、上述した電動パワーステアリング装置20は、コラム部に電動モータ1が配設されたコラムアシスト型であるが、これに限定されず、例えばラック&ピニオン機構のピニオン部に電動モータ1が配設されたピニオンアシスト型、あるいはラック部に電動モータ1が配設されたラックアシスト型であってもよい。
図7は、第1実施形態に係る電動モータが電動パワーステアリング装置のギヤボックスに取り付けられた状態を示す要部断面図である。同図において、上述した電動モータ1は、減速機構28を構成するウォーム33およびウォームホイール34が収容されたギヤボックス35のモータ取付面にフランジ部材3の外側表面を当接させた状態で、フランジ部材3のボルト孔3eに挿通されたボルト36がモータ取付面に形成されたねじ穴35aに締結されることによって固定され、フランジ部材3の外側表面に周設されたインロー突条部3dは、該インロー突条部3dに対応する形状でモータ取付面35aに形成されたインロー凹部(中空開口部)35bに嵌合されている。
ウォーム33は、両端部に配設された軸受36,37を介して回転自在に支持され、このウォーム33と噛合するウォームホイール34は、ギヤボックス35内でステアリングシャフト22の出力軸(図示せず)に嵌合固定されている。モータシャフト6とウォーム33とは、ウォーム33の基端部(図7右側)に形成されたスプライン孔33aにモータシャフト6の先端部に形成されたスプライン軸部6aが係合されることにより、電動モータ1による回転力の伝達を自在に結合されている。なお、ここでは、モータシャフト6とウォーム33との結合をスプライン結合としたが、これに限定されず、例えば弾性カップリングなどによる結合であってもよい。
以上のように、本実施形態に係る電動モータ1および該電動モータ1を備えた電動パワーステアリング装置20によれば、フランジ部材3の外側表面に取り付けられるレゾルバ11の一構成要素であるインシュレータ13bの一部が外径方向に張り出すように形成され、この張り出したインシュレータ13bの突出部によって、端子台9とパワーハーネス10とを結線するために穿設されたフランジ部材3の結線用開口部3bが閉塞されるようになっている。これにより、部品点数を増加することなく確実に結線用開口部3bを閉塞することができるとともに、部品点数および組立工数が削減されて製造コストの低減を図ることができる。
また、結線用開口部3bを閉塞するインシュレータ13bは、熱や振動に対して比較的高い耐久性を有する絶縁性素材からなり、かつ、レゾルバステータ13とともにフランジ部材3の外側表面にねじ14による締結やカシメ等によって強固に固定されるので、結線用開口部3bにキャップやカバーなどの別部材を挿入する従来の閉塞構造で生じていた破損や脱落などの懸念が低減され、信頼性の向上を図ることができる。
さらに、本実施形態に係る電動モータ1では、パワーハーネス10とセンサハーネス13dの引き出し方向が同位相になっていることにより、ハーネス同士を同束することが容易であり、かつ、電動パワーステアリング装置20が搭載される車両内のハーネス通線も容易となるので搭載性の向上を図ることができる。
なお、上述した第1実施形態に係る電動モータ1では、インシュレータ13bの突出部によってフランジ部材3の結線用開口部3bを閉塞する構造であったが、本発明はこれに限定されず、例えばレゾルバステータ13のセンサコイル13cを部分的に被覆する絶縁性のセンサカバー13eの一部を、インシュレータ13bの突出部と同様に外径方向に張り出して形成し、このセンサカバー13eの張出部によってフランジ部材3の結線用開口部3bを閉塞する構造であってもよい。
図8は、本発明の第2実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図である。なお、同図において、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図8に示すように、電動モータ1Aの設置レイアウト上、レゾルバ11Aのセンサハーネス13Adの引き出し方向が、パワーハーネス10の引き出し方向とは異なる位相になってしまう場合がある。そこで、本実施形態に係る電動モータ1Aでは、レゾルバ11Aのインシュレータ13Abが、コア外周部からセンサハーネス13Adの引き出し方向に沿って張り出した突出部13Ab(1)と、コア外周部からパワーハーネス10の引き出し方向に沿って張り出した突出部13Ab(2)とを有し、レゾルバステータ13Aがフランジ部材3の外側表面に取り付けられた際に、結線用開口部3bが突出部13Ab(2)によって閉塞されるようになっている。
以上のような構成を有する本実施形態に係る電動モータ1Aおよび該電動モータ1Aを備えた電動パワーステアリング装置によれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果が得られることはもとより、センサハーネス13Adとパワーハーネス10の引き出し方向の位相が異なるような場合でも、インシュレータ13Abの突出部13Ab(2)によってフランジ部材3の結線用開口部3bを確実に閉塞することができる。
図9は本発明の第3実施形態に係る電動モータの外観を示す正面図であり、図10は図9中のX−X線に沿った電動モータの断面図である。なお、これらの図において、上述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図9および図10に示すように、本実施形態に係る電動モータ1Bでは、端子台9に結線される各モータステータ8用の給電部材がバスバー端子10Bであるという点で、上述した第1実施形態とは相違している。各バスバー端子10Bは、予めバスバーグロメット16に挿入された状態でモータケース2とフランジ部材3との結合により挟持され、その後、端子台9の各端子に対応する位置に穿設されたフランジ部材3の結線用開口部3bからTIG溶接やねじ締結などが施されることにより、端子台9の各端子に電気的に接続される。
以上のような構成を有する本実施形態に係る電動モータ1Bおよび該電動モータ1Bを備えた電動パワーステアリング装置によれば、上述した第1実施形態と同様の作用効果が得られることはもとより、各モータステータ8用の給電部材がバスバー端子10Bであるような場合においても適用することができる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
1,1A,1B・・・電動モータ
2・・・モータケース
3・・・フランジ部材
3b・・・結線用開口部
3d・・・インロー突条部
4,5・・・軸受
6・・・モータシャフト
7・・・モータロータ(ロータコア)
8・・・モータステータ
9・・・端子台
10・・・パワーハーネス(給電部材)
10B・・・バスバー端子(給電部材)
11,11A・・・レゾルバ(位置検出手段)
12・・・レゾルバロータ
13,13A・・・レゾルバステータ
13a・・・コア部
13b,13Ab・・・インシュレータ(絶縁部材)
13c・・・センサコイル
13d,13Ad・・・センサハーネス
13e・・・センサカバー
20・・・電動パワーステアリング装置
28・・・減速機構
33・・・ウォーム
34・・・ウォームホイール
35・・・ギヤボックス

Claims (8)

  1. 一端面が開口になっている有底円筒状のモータケースと、前記開口を閉塞するように前記モータケースに取り付けられたフランジ部材とによって外部筐体が構成されている電動モータであって、
    前記モータケース内で回転自在に支持されたモータシャフトと、
    前記モータケース内の前記モータシャフトに周設されたモータロータと、
    前記モータロータの外周面を囲繞するように前記モータケースの内周面に周設された複数相のモータステータと、
    前記モータケースの前記開口面側で前記各モータステータと該各モータステータ用の給電部材とを結線する端子台と、
    前記フランジ部材の外側表面に設けられた前記モータロータの位置検出手段と
    を備え、
    前記フランジ部材は、前記外部筐体の外側から前記給電部材と前記端子台とを結線するために穿設された結線用開口部を有し、かつ、
    前記位置検出手段が前記フランジ部材の外側表面に取り付けられた際に、前記結線用開口部は、前記位置検出手段に設けられた絶縁部材によって閉塞されることを特徴とする電動モータ。
  2. 前記位置検出手段は、前記モータシャフトの一部に周設されたレゾルバロータと、該レゾルバロータの外周面を囲繞するように配設されたレゾルバステータとを有するレゾルバであり、かつ、
    前記絶縁部材は、前記レゾルバステータのコアとコイルとを絶縁するインシュレータである請求項1に記載の電動モータ。
  3. 前記位置検出手段は、前記モータシャフトの一部に周設されたレゾルバロータと、該レゾルバロータの外周面を囲繞するように配設されたレゾルバステータとを有するレゾルバであり、かつ、
    前記絶縁部材は、前記レゾルバステータのコイルを部分的に被覆するカバー部である請求項1に記載の電動モータ。
  4. 前記絶縁部材は、前記レゾルバのセンサハーネスの導出方向と同位相になるように前記レゾルバステータから外径方向に延伸された形状である請求項2または3に記載の電動モータ。
  5. 前記絶縁部材は、前記レゾルバのセンサハーネスの導出方向と別位相になるように前記レゾルバステータから外径方向に延伸された形状である請求項2または3に記載の電動モータ。
  6. 前記位置検出手段のセンサハーネスは、前記フランジ部材の外側表面に周設されたインロー突条部を貫通して外径方向に導出されている請求項1ないし5のいずれかに記載の電動モータ。
  7. 操舵機構に付与する操舵補助力の発生源として、請求項1ないし6のいずれかに記載の電動モータを備えている電動パワーステアリング装置。
  8. 前記電動モータの回転力を減速して前記操舵機構に伝達する減速機構と、
    前記減速機構を収容するとともに、前記電動モータが固定されるモータ取付面を有するギヤボックスと
    を備えている請求項7に記載の電動パワーステアリング装置。
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