JP2004215395A - ロータ及びモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】モータの回転に係るコギングトルクの低減を図る。
【解決手段】モータ１は、円筒形のケース２の内部２ａにロータ３を収める。ケース２は内周面２ｂに円周方向に間隔を隔ててステータ９を取り付ける。ロータ３はロータコア４に取り付けたモータ軸８の周囲に複数の貫通孔５を形成する。貫通孔５は矩形状であり外辺５ａを円弧状に形成し、外辺５ａに対向する内辺５ｂ側にネオジ焼結磁石６を配置する一方、外辺５ａ側にはネオジ焼結磁石６よりも磁力が弱いネオジボンド磁石７を充填配置する。ロータ３の磁束はネオジ焼結磁石６及びネオジボンド磁石７の各磁束を合成したものとなり、円弧状の外辺５ａに従い合成磁束の磁束密度変化が滑らかになり、コギングトルクの要因となる磁束密度の急変部を解消する。
【選択図】 図１
【解決手段】モータ１は、円筒形のケース２の内部２ａにロータ３を収める。ケース２は内周面２ｂに円周方向に間隔を隔ててステータ９を取り付ける。ロータ３はロータコア４に取り付けたモータ軸８の周囲に複数の貫通孔５を形成する。貫通孔５は矩形状であり外辺５ａを円弧状に形成し、外辺５ａに対向する内辺５ｂ側にネオジ焼結磁石６を配置する一方、外辺５ａ側にはネオジ焼結磁石６よりも磁力が弱いネオジボンド磁石７を充填配置する。ロータ３の磁束はネオジ焼結磁石６及びネオジボンド磁石７の各磁束を合成したものとなり、円弧状の外辺５ａに従い合成磁束の磁束密度変化が滑らかになり、コギングトルクの要因となる磁束密度の急変部を解消する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータ及びモータに関し、特に、モータ回転に係るトルク変動の低減を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵装置には、操舵力を電動モータの発生トルクで補助するようにした電動パワーステアリング装置が存在する。電動パワーステアリング装置では、モータにおけるトルクリップル及びコギングトルクのようなトルク変動は、操舵フィーリングに悪影響を及ぼすため、このようなトルク変動を抑えることが重要になる。
【０００３】
トルク変動は、図１０に示すようにモータのロータＲに配置された磁石Ｇの磁束密度Ｂの変化において磁石角部Ｇａに対応して生じる磁束の急変部Ｂａの存在、及び、ロータＲに対向する図示しないステータの歯部との間での磁束流れの急変が要因になっている。このような磁束の急変に対してはロータの磁石を軸方向に対して斜めに配置すると云うスキューで対処することが一般的に行われており、相応の効果がある。しかし、図１０に示すロータＲのロータコアに形成した貫通孔に磁石Ｇを埋め込むタイプのＩＰＭモータでは、スキューに対応した軸方向に対して斜めの貫通孔を形成するのが困難なため、スキューを用いずにトルク変動の低減を図ることが多い。
【０００４】
スキューを用いないでトルク変動の低減を行うには、漏れ磁束が低下するように複数列に形成した貫通孔の形状及び位置を規定すること（特許文献１参照）、磁束密度分布を変化させるため貫通孔の近辺に空孔を形成すること（特許文献２参照）、及び、貫通孔に連通する空孔を形成すること（特許文献３参照）等が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１０５４７号公報
【特許文献２】
特開２００２−７８２５９号公報
【特許文献３】
特開２０００−２７８８９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにＩＰＭモータでトルク変動を低減するため、特許文献１に係る発明では多数の湾曲形状の貫通孔を形成した上に、各貫通孔に磁石を夫々配置する必要があるので組立性が良好でないと云う問題がある。また、特許文献２及び特許文献３に係る各発明では、所要の磁束密度分布を確保するために空孔の位置及び形状に対して精度が要求される。さらに、従来の各種ＩＰＭモータでは、複数種類の磁石によりトルク変動を抑制するものも存在していない。
【０００７】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、複数種類の磁石を用いることにより、トルク変動を抑制したロータ及びモータを提供することを目的とする。
また、本発明は簡易な形状の空洞部を設けることで、トルク変動を低減したロータ及びモータを提供することを目的とする。
さらに、本発明は軸方向に対して直交する面で磁石の配置及びロータコアの形状を非対称にすることで、スキュー的な磁束の向きを形成してトルク変動を低く抑えたロータ及びモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコア外周側の外辺を円弧状に形成しており、前記外辺に対向する前記貫通孔の内辺の側に配置してある第１磁石と、前記外辺及び前記第１磁石の間に配置してあり、前記第１磁石よりも磁力が弱い第２磁石とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第１発明にあっては、貫通孔の外辺を円弧状に形成し、貫通孔の内辺側には磁力の強い第１磁石を配置する一方、外周側には磁力の弱い第２磁石を配置することで、円弧状に形成した外辺によりロータコア外周に対する磁束が一様な変化となり、第１磁石及び第２磁石による合成磁束の磁束密度の変化を緩やかにできる。その結果、ロータ全体でも合成磁束の変化が滑らかになりコギングトルクのようなトルク変動も低減できる。なお、磁力の強い第１磁石として平板状のようなネオジ焼結磁石が適用でき、磁力の弱い第２磁石としては配置された第１磁石の周囲に充填できるように形状の自由度が高いネオジボンド磁石を用いるのが好ましい。
【００１０】
第２発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記貫通孔の長手方向の一端側に形成してあり、前記ロータコアの一端面からロータコア全長の半分以上の深さを有する第１孔部と、前記貫通孔の長手方向の他端側に形成してあり、前記ロータコアの他端面からロータコア全長の半分以上の深さを有する第２孔部と、前記貫通孔に配置してある第１磁石と、前記第１孔部のロータコアの一端面からロータコア全長の半分の深さまで及び前記第２孔部のロータコアの他端面からロータコアの全長の半分の深さまでに夫々配置してあり、前記第１磁石よりも磁力が弱い第２磁石とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明にあっては、ロータコアの軸方向の一方の半分側には第１磁石の一端側に磁力の弱い第２磁石を配置し、ロータコアの軸長方向の他方の半分側には逆配置となるように第１磁石の他端側に磁力の弱い第２磁石を配置することで、ロータコア全体における磁束の向きがあたかもロータの軸方向に対して斜めになり、スキュー的な効果を実現してトルク変動を低減できる。なお、第１磁石及び第２磁石の外辺は、磁束の変化を滑らかにするために、ロータコア外周と同様な円弧状にすることが好ましい。
【００１２】
第３発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の両端より外周方向へ夫々形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記両端の側を夫々頂点にした三角形状をなす空洞部を備えることを特徴とする。
【００１３】
第３発明にあっては、貫通孔の長手方向の両端側に三角形状の空洞部を形成することで、貫通孔に配置された磁石の磁束を空洞部で弱めることができ、磁束の変化を滑らかにしてトルク変動の低減に貢献できる。即ち、三角形状の頂部を端側にすることで、磁束密度の急変が生じる磁石の角部に対し、特に磁束を弱めて、磁束密度の急変を和らげることができる。
【００１４】
第４発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコアの全長を偶数に分割した領域中、前記ロータコアの一端面から奇数番目に当たる領域で、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の一端より外周方向へ形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記一端の側を頂点にした三角形状をなす第１空洞部と、前記領域中、前記ロータコアの一端面から偶数番目に当たる領域で、前記貫通孔の外辺の他端より外周方向へ形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記他端の側を頂点にした三角形状をなす第２空洞部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第４発明にあっては、ロータコアの軸方向で分割して偶数の領域を確保し、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で、貫通孔に対して非対称となるように第１空洞部及び第２空洞部を夫々形成するので、ロータ全体では磁束の向きが軸方向に対してあたかもスキュー的に斜めとなり、トルク変動の低減を実現できる。なお、偶数の領域は最低２個から可能であり、領域が２個であっても磁束の向きは斜めになるので確実にトルク変動を低減できる。
【００１６】
第５発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコアの全長を偶数に分割した複数の領域中、前記ロータコアの一端面から奇数番目に当たる領域で、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の一端側と対向する前記ロータコアの外周箇所に突設してある第１凸部と、前記複数の領域中、前記ロータコアの一端面から偶数番目に当たる領域で、前記貫通孔の外辺の他端側と対向する前記ロータコアの外周箇所に突設してある第２凸部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
第５発明にあっては、ロータコアの軸方向で分割した偶数の領域を確保し、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で貫通孔に対して非対称となるように第１凸部及び第２凸部をロータコア外周に夫々突設するので、各凸部における磁気抵抗を増加させて磁束の向きを斜めにし、あたかもスキュー的な効果を実現できる。
【００１８】
第６発明に係るロータは、前記第１凸部は、前記貫通孔の外辺の一端側を通過する前記ロータコアの法線と交わる箇所を頂点にしており、前記第２凸部は、前記貫通孔の外辺の他端側を通過する前記ロータコアの法線と交わる箇所を頂点にしてあることを特徴とする。
第６発明にあっては、各凸部の頂点を貫通孔の端側を通過する法線と交わるようにしているので、貫通孔に配置された磁石の角部による磁束密度の急変を抑えることができ、全体的な磁束の密度変化を緩やかにできる。
【００１９】
第７発明に係るモータは、前記ロータを備えることを特徴とする。
第７発明にあっては、磁束の密度変化を低減したロータを用いることで、モータのコギングトルクのようなトルク変動の発生も抑制し、スムーズな回転を確保して電動パワーステアリング装置における操舵補助用のモータに好適に使用できる。また、第２発明、第４発明、第５発明及び第６発明に係るロータは、スキュー的な磁束変化をスムーズに実現しているので、効果的にトルク変動を抑制できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ１の概略を示しており、モータ１は一端側が閉鎖された円筒形のケース２の内部２ａにロータ３を回転可能に収納し、図示していない円板状の蓋をケース２の開放端側に取り付けるようにしている。ケース２の内周面２ｂには、例えば９個のスロットを設けたステータ９が円周方向に間隔を隔てて取り付けられて内部に収められたロータ３の外周と対向するようにされている。
【００２１】
ロータ３は複数枚の円板部材４ａを積層して形成した円柱状のロータコア４を貫通させてモータ軸８を取り付けている。ロータコア４は、モータ軸８の軸方向へ貫通する貫通孔５をモータ軸８の周囲に計６個形成している。各貫通孔５は、図２にも示すように、モータ軸８の軸方向の直交する断面形状をロータコア４の径方向Ｈに対して直交する方向を長手方向にした矩形的な形状にしている。また、ロータコア４の外周４ｄ側となる外辺５ａを外周４ｄと同等の曲率を有する円弧状に形成しており、外辺５ａと対向する内辺５ｂは直線にしている。
【００２２】
各貫通孔５には、第１磁石としてネオジ焼結磁石６及び第２磁石として、例えばネオジ焼結磁石６よりも磁力が弱く成形性の良好なネオジボンド磁石７（図中、斜めハッチングで示す部分）を夫々配置している。ネオジ焼結磁石６はロータコア４の全長と同等の長さを有する平板状であり、貫通孔５の内辺５ｂに当接させて配置されている。また、本実施形態で使用されるネオジボンド磁石７は例えば硬化剤と混練した液状の状態から所要時間経過後に硬化するものであり、先に配置されたネオジ焼結磁石６及び貫通孔５の外辺５ａの間に充填してから硬化させて、ネオジ焼結磁石６と貫通孔５との間の隙間を埋めてネオジ焼結磁石６を貫通孔５内に固定している。
【００２３】
図２では、貫通孔５に配置されたネオジ焼結磁石６及びネオジボンド磁石７の合成磁束による磁束密度Ｂ１が変化する状況を示している。なお、図中、二点鎖線の磁束密度Ｂは、図１０に示した従来の矩形状の単一の磁石による磁束密度変化を示している。磁束密度Ｂ１は、矩形もしくは台形状に変化する従来の磁束密度Ｂに対して、特に角部を有することなく全体に滑らかに変化している。
【００２４】
磁束密度Ｂ１が上述したように変化するのは、貫通孔５の外辺５ａが円弧状に形成しているため、ネオジボンド磁石７の磁束の強さが外辺５ａの形状に沿ってなだらかに変化するため、従来の磁束密度Ｂのように急激に立ち上がった後のフラット部Ｂｂは生じていない。また、ネオジ焼結磁石６の両方の角部６ａは、磁力の弱いネオジボンド磁石７が覆うことで磁束の変化が緩和されて従来の磁束密度Ｂのように急変部Ｂａも生じていない。
【００２５】
上述したように滑らかな変化を示す磁束密度Ｂ１を有するロータ３をケース２に収めることで、ステータ９との間に生じる誘電起電力も変動の少ない正弦波状なものとなり、その結果、モータ２のコギングトルク及び通電中のトルクリップルのようなトルク変動を従来のモータに比べて低減している。よって、第１実施形態に係るモータ２を電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータに適用することで、自然な操舵フィーリングを実現できる。なお、モータ１において貫通孔５及びステータ９の個数は上述したように６個、９個に限定されるものではなく、要求されるモータ出力に応じた個数の適用が可能である。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係るモータに適用されるロータ１３を示している。ロータ１３は第１の実施形態と同様に形成した円柱状のロータコア１４にモータ軸１８を取り付けており、モータ軸１８の周囲に計６個の貫通孔１５をロータコア１４の軸方向へ貫通させて形成し、これら貫通孔１５に第１磁石として平板状のネオジ焼結磁石１６を配置している。
【００２７】
貫通孔１５の形状は、第１の実施形態と同様の矩形状であり、図３（ｂ）に示すように、貫通孔１５の長手方向の一端１５ａ側に第１孔部１１１を長手方向の外方へ並べて形成している。第１孔部１１１は、貫通孔１５と連通しており、ロータコア１４の外周１４ｄ側の外辺１１１ａを外周１４ｄに応じた曲率の曲線にしており、図３（ａ）に示すように、ロータコア１４の全長を２分割した一端面１４ｂ側の領域Ｌ１の幅と同等の深さを有している。
【００２８】
また、ロータコア１４を２分割した他端面１４ｃ側の領域Ｌ２では、図３（ｃ）に示すように、貫通孔１５の長手方向の他端１５ｂ側に第２孔部１１２を長手方向の外方へ並べて形成している。第２孔部１１２も、貫通孔１５と連通しており、ロータコア１４の外周１４ｄ側の外辺１１２ａを外周１４ｄと同様の曲率にしており、図３（ａ）に示すように、領域Ｌ２の幅と同等の深さを有している。
【００２９】
第１孔部１１１及び第２孔部１１２には、第２磁石としてネオジ焼結磁石１６に比べて磁力が弱いネオジボンド磁石１７を各孔部１１１、１１２の底まで充填配置している。ネオジボンド磁石１７は第１の実施形態と同様の特性を有し、硬化によりネオジ焼結磁石１６を貫通孔１５の内部に固定している。
【００３０】
上述した構成のロータ１３は、図３（ａ）に示すように、ネオジ焼結磁石１６による磁束に加えて、モータ軸１８に対して斜めの位置関係となる第１孔部１１１及び第２孔部１１２に配置されたネオジボンド磁石１７により、図示しないステータへの磁束の流れとして、全体的な磁束の分布が軸長方向に対して傾いた図中のＸ方向になる。その結果、ロータ１３の磁束はスキュー的に変化し、ロータ１３の周辺でのトルク変動の低減を可能にしている。
【００３１】
また、ロータ１３の各貫通孔１５における磁束密度の変化は、ネオジ焼結磁石１６に端部側にネオジボンド磁石１７を並べることで、並べた側の磁束密度が強まり、ネオジ焼結磁石１６の角部の影響による磁束密度の急変を抑制できる。よって、このようなロータ１３をモータに適用することでトルク変動が少なくなり、このようなモータを電動パワーステアリング装置に好適に用いることができる。
【００３２】
なお、第２の実施形態に係るロータ１３は上述した形態に限定されるものではなく、第１の実施形態と同様な変形が可能である。また、第１孔部１１１及び第２孔部１１２の深さは、ロータコア１４の全長の半分以上の深さにしてもよい。但し、交互の矩形磁石側は同じ軸方向長さである。
【００３３】
図４はロータコア１４の全長の半分となる位置での概略図を示し、左右のネオジボンド磁石１７の影響により磁束密度Ｂ２の左右の傾斜箇所Ｂ２ａ、Ｂ２ｂが、従来の磁束密度Ｂに比べて外方へ広がることもあり、スキュー効果に加えて、全体が緩やかな変化になり、ネオジ焼結磁石１６の角部１６ａによる磁束の急変を解消し、ロータ１３のトルク変動低減に貢献できる。
【００３４】
図５は、本発明の第３の実施形態に係るモータに適用されるロータ２３の要部を示している。ロータ２３は第１の実施形態と同様に形成した円柱状のロータコア２４にモータ軸（図示せず）を取り付けて、このモータ軸の周囲に偶数個の矩形状の貫通孔２５を第１実施形態と同様に形成し、各貫通孔２５に平板状のネオジ焼結磁石２６を配置している。
【００３５】
貫通孔２５は、外辺２５ａの両端２５ｂより外周２４ｄの方向へ夫々突出する空洞部２１１、２１２を形成している。各空洞部２１１、２１２はロータコア２４を軸長方向に貫通しており、軸方向の断面形状を貫通孔２５の外辺２５ａの両端２５ｂ側を頂点２１１ａ、２１２ａとした三角形状にしている。また、各空洞部２１１、２１２のロータコア２４の外周２４ｄ側の斜辺２１１ｂ、２１２ｂは、ロータコア２４の中心側へなだらかに湾曲する曲線にしている。
【００３６】
このように形成したロータ２３は、各空洞部２１１、２１２の存在によりネオジ焼結磁石２６の図示しない対向するステータの歯部への磁束が貫通孔２５の長手方向における中央箇所２５ｃに比べて両端２５ｂ側が弱くなり、図中、実線で示すように磁束密度Ｂ３の変化は、従来のロータによる磁束密度Ｂの変化に比べて緩やかになる。
【００３７】
特に、各空洞部２１１、２１２は、斜辺２１１ｂ、２１２ｂをなだらかな曲線にしているので、磁束に対する影響も徐々に変化するものとなる上、貫通孔２５の両端２５ｂ側を頂点２１１ａ、２１２ａにしているので、磁束を大きく変化させるネオジ焼結磁石２６の角部２６ａの影響を効果的に和らげている。その結果、従来の磁束密度Ｂの変化における磁束の急変部Ｂａのような部分が、磁束密度Ｂ３には存在しなくなり、全体的になだらかな変化を示している。
【００３８】
よって、このようなロータ２３をモータに用いることで、モータのコギングトルクのようなトルク変動を低減でき、電動パワーステアリング装置における操舵補助用のモータとして好適に使用できる。また、第３の実施形態に係るモータ及びロータ２３は第１の実施形態と同様な変形も適用可能である。
【００３９】
図６（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るモータに適用されるロータ３３を示している。ロータ３３は第１の実施形態と同様に複数枚の円板部材３４ａを積層してロータコア３４を形成すると共に、ロータコア３４の中心にモータ軸３８を貫通させており、モータ軸３８の周囲に計６個の貫通孔３５をロータコア３４の軸方向に貫通させて形成している。
【００４０】
貫通孔３５の断面形状は、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、第１の実施形態と略同等に形成された矩形状であり、各貫通孔３５には端面が貫通孔３５の断面形状と同等である平板形状のネオジ焼結磁石３６が挿入配置されている。
【００４１】
また、ロータ３３は、図６（ａ）に示すように、ロータコア３４の全長を４等分して、一端面３４ｂから奇数番目に当たる領域Ｌ３、Ｌ５において、図６（ｂ）に示す第１空洞部３１１を各貫通孔３５に対して夫々形成している。第１空洞部３１１は貫通孔３５の外辺３５ａの一端３５ｂの外周方向に形成してあり、モータ軸３８の軸方向に直交する断面形状が一端３５ｂの側を頂点３１１ａにした三角形的な形状に形成している。また、斜辺３１１ｂは第１空洞部３１１の内部側へ緩やかに湾曲されている。
【００４２】
さらに、ロータ３３は、図６（ｃ）に示すように、ロータコア３４の一端面から偶数番目に当たる領域Ｌ４、Ｌ６において、貫通孔３５の外辺３５ａの他端３５ｃの外周方向に断面形状が三角形状の第２空洞部３１２を各貫通孔３５に対して夫々形成している。第２空洞部３１２は、貫通孔３５の外辺３５ａの他端３５ｃの外周方向に形成されており、他端３５ｃの側を頂点３１２ａにすると共に斜辺３１２ｂを第２空洞部３１２の内部側へ湾曲させている。
【００４３】
このような構成のロータ３３は、領域Ｌ３、Ｌ５では、第１空洞部３１１に対応する外方箇所でネオジ焼結磁石３６の磁束が貫通孔３５の長手方向の中央部に比べて弱くなるので、ネオジ焼結磁石３６の磁束は貫通孔３５の長手方向で非対称になる。また、領域Ｌ４、Ｌ５でも第２空洞部３１２によりネオジ焼結磁石３６の磁束は、貫通孔３５の長手方向の両端側で非対称になる。さらに、各空洞部３１１、３１２を両端３５ｂ、３５ｃを頂点３１１ａ、３１２ａにすることで、ネオジ焼結磁石３６の角部による磁束の急変を和らげている。
【００４４】
上述した磁束の非対称により、ロータ３３の全長方向における磁束は、領域Ｌ３の第１空洞部３１１から領域Ｌ４の第２空洞部へと至る方向、及び、領域Ｌ５の第１空洞部３１１から領域Ｌ６の第２空洞部へと至る方向の磁束が弱まり、磁束の方向がモータ軸３８に対して斜めとなり、あたかもスキュー的な磁束を形成できる。よって、第４の実施形態に係るロータ３３をモータに用いることでスキューと同様な効果を発揮してモータのコギングトルク及び通電磁のトルクリップルを低減でき、電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータとして好適に利用できる。
【００４５】
なお、第４の実施形態に係るロータ３３は上述した形態に限定されるものではなく、例えば、ロータコア３４の全長を分割して形成する領域の数は、２以上の偶数を適用できる。また、ロータ３３は第１の実施形態と同様な変形も適用可能である。
【００４６】
図７は、本発明の第５の実施形態に係るモータに適用されるロータ４３を示している。ロータ４３は第１の実施形態と同様に形成されたロータコア４４にモータ軸４８を貫通させて、このモータ軸４８の周囲に複数の貫通孔４５を軸方向に貫通させて形成している。
【００４７】
図８はロータコア４４の一端面４４ｂ側からの視図であり、外辺４５ｃを直線にしている以外は第１の実施形態と略同等に形成された矩形状の貫通孔４５に平板状のネオジ焼結磁石４６を配置している。また、図７に示すようにロータコア４４の全長を２等分した一端面４４ｂ側から１番目に当たる領域Ｌ１においては、各貫通孔４５の外辺４５ａの一端４５ｂ側と対向するロータコア４４の外周４４ｄの箇所に第１凸部４１１を夫々突設している。また、ロータコア４４の一端面４４ｂ側から２番目に当たる領域Ｌ２で、各貫通孔４５の外辺４５ａの他端４５ｃ側と対向する外周４４ｄの箇所に第２凸部４１２を夫々突設している。
【００４８】
第１凸部４１１は、貫通孔４５の外辺４５ａの一端４５ｂ側を通過するロータコア４４の法線Ｈ１と交わる箇所を頂点４１１ａとしており、法線Ｈ１を中心に左右に略同等の寸法を有している。また、第２凸部４１２は、貫通孔４５の外辺４５ａの他端４５ｃ側を通過するロータコア４４の法線Ｈ２と交わる箇所を頂点４１２ａとしており、法線Ｈ２を中心に左右に略同等の寸法を有している。第１凸部４１１及び第２凸部４１２の位置関係は、法線Ｈ１及び法線Ｈ２の角度をθ１、ロータコア４４に対向する隣接するステータ４９１、４９２の中心角度をθ２とした場合、θ１がθ２の半分に近付くようにしている。このようにすることでスキュー効果が得られる。
【００４９】
また、各第１凸部４１１、第２凸部４１２は、法線Ｈ１、Ｈ２に対して形状を非対称にしており、ロータ４３の回転に応じた磁束の変化を実現している。よって、このような特性を有するロータ４３を用いたモータは、コギングトルクのようなトルク変動が低減されており、電動パワーステアリング装置に好適に利用できる。なお、第５の実施形態に係るロータ４３は上述した形態以外にも変形が可能であり、例えば、ロータコア４４を４分割以上の偶数の領域に分割して軸方向に対して斜めとなる磁束の向きを多数形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、図９に示すロータ５３のように、第１凸部５１１及び第２凸部５１２の形状は曲線ではなく角形状で形成するようにしてもよい。この場合でも、各凸部５１１、５１２の位置関係を上述したようにスキュー効果が生じるようにすることで、トルク変動の少ないモータを実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、第１発明にあっては、矩形状の貫通孔の内辺側には磁力の強い第１磁石を配置すると共に円弧状の外辺側には磁力の弱い第２磁石を配置することで、ロータコア外周への磁束が円弧状の外辺に応じて一様になり、第１磁石及び第２磁石による合成磁束の磁束密度の変化を緩やかになり、トルク変動も低減できる。
第２発明にあっては、ロータコアの軸方向の一方の半分側と他方の半分側とでは、第１磁石に対する第２磁石の配置を非対称にすることで、磁束の向きをスキュー的に斜めにしてトルク変動を低減できる。
【００５２】
第３発明にあっては、貫通孔の長手方向の両端側に三角形状に形成した空洞部により、貫通孔に配置された磁石の磁束を弱めて磁束の急変を抑制でき、その結果、トルク変動の低減を実現できる。
第４発明にあっては、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で、貫通孔に対して非対称に第１空洞部及び第２空洞部を夫々形成するので、ロータ全体での磁束の向きが軸方向に対して斜めにでき、スキュー的にトルク変動の低減を達成できる。
【００５３】
第５発明にあっては、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で貫通孔に対して非対称となるように第１凸部及び第２凸部をロータコア外周に夫々突設するので、各凸部における磁気抵抗を増加させてスキューと同様に磁束の向きを斜めにしてトルク変動の抑制に貢献できる。
第６発明にあっては、各凸部の頂点を磁石の角部に対応させて規定することで、磁石の角部による磁束密度の急変を抑えることができ、全体的な磁束の密度変化を緩やかにできる。
【００５４】
第７発明にあっては、磁束の密度変化を低減したロータを用いることで、モータのコギングトルクのようなトルク変動の抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータの分解斜視図である。
【図２】第１の実施形態のロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【図３】第２の実施形態に係るロータであり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は一端面からの視図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第２の実施形態のロータコア全長の半分となる位置でのロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態に係るロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態に係るロータであり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は一端面からの視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】第５の実施形態に係るロータの正面図である。
【図８】第５の実施形態のロータ及びステータの一端面からの視図である。
【図９】第５の実施形態の変形例のロータ及びステータの一端面からの視図である。
【図１０】従来のロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【符号の説明】
１ モータ
２ ケース
３、１３、２３、３３、４３、５３ ロータ
４、１４、２４、３４、４４、５４ ロータコア
４ｄ、１４ｄ、２４ｄ、３４ｄ、４４ｄ、５４ｄ 外周
５、１５、２５、３５、４５、５５ 貫通孔
５ａ 外辺
５ｂ 内辺
６、１６、２６、３６、４６、５６ ネオジ焼結磁石（第１磁石）
７、１７ ネオジボンド磁石（第２磁石）
８ モータ軸
９、４９１、４９２、５９１、５９２ ステータ
１１１ 第１孔部
１１２ 第２孔部
２１１、２１２ 空洞部
３１１ 第１空洞部
３１２ 第２空洞部
４１１、５１１ 第１凸部
４１１ａ、５１１ａ、４１２ａ、５１２ａ 頂点
４１２、５１２ 第２凸部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ 領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータ及びモータに関し、特に、モータ回転に係るトルク変動の低減を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵装置には、操舵力を電動モータの発生トルクで補助するようにした電動パワーステアリング装置が存在する。電動パワーステアリング装置では、モータにおけるトルクリップル及びコギングトルクのようなトルク変動は、操舵フィーリングに悪影響を及ぼすため、このようなトルク変動を抑えることが重要になる。
【０００３】
トルク変動は、図１０に示すようにモータのロータＲに配置された磁石Ｇの磁束密度Ｂの変化において磁石角部Ｇａに対応して生じる磁束の急変部Ｂａの存在、及び、ロータＲに対向する図示しないステータの歯部との間での磁束流れの急変が要因になっている。このような磁束の急変に対してはロータの磁石を軸方向に対して斜めに配置すると云うスキューで対処することが一般的に行われており、相応の効果がある。しかし、図１０に示すロータＲのロータコアに形成した貫通孔に磁石Ｇを埋め込むタイプのＩＰＭモータでは、スキューに対応した軸方向に対して斜めの貫通孔を形成するのが困難なため、スキューを用いずにトルク変動の低減を図ることが多い。
【０００４】
スキューを用いないでトルク変動の低減を行うには、漏れ磁束が低下するように複数列に形成した貫通孔の形状及び位置を規定すること（特許文献１参照）、磁束密度分布を変化させるため貫通孔の近辺に空孔を形成すること（特許文献２参照）、及び、貫通孔に連通する空孔を形成すること（特許文献３参照）等が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１０５４７号公報
【特許文献２】
特開２００２−７８２５９号公報
【特許文献３】
特開２０００−２７８８９６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにＩＰＭモータでトルク変動を低減するため、特許文献１に係る発明では多数の湾曲形状の貫通孔を形成した上に、各貫通孔に磁石を夫々配置する必要があるので組立性が良好でないと云う問題がある。また、特許文献２及び特許文献３に係る各発明では、所要の磁束密度分布を確保するために空孔の位置及び形状に対して精度が要求される。さらに、従来の各種ＩＰＭモータでは、複数種類の磁石によりトルク変動を抑制するものも存在していない。
【０００７】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、複数種類の磁石を用いることにより、トルク変動を抑制したロータ及びモータを提供することを目的とする。
また、本発明は簡易な形状の空洞部を設けることで、トルク変動を低減したロータ及びモータを提供することを目的とする。
さらに、本発明は軸方向に対して直交する面で磁石の配置及びロータコアの形状を非対称にすることで、スキュー的な磁束の向きを形成してトルク変動を低く抑えたロータ及びモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコア外周側の外辺を円弧状に形成しており、前記外辺に対向する前記貫通孔の内辺の側に配置してある第１磁石と、前記外辺及び前記第１磁石の間に配置してあり、前記第１磁石よりも磁力が弱い第２磁石とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第１発明にあっては、貫通孔の外辺を円弧状に形成し、貫通孔の内辺側には磁力の強い第１磁石を配置する一方、外周側には磁力の弱い第２磁石を配置することで、円弧状に形成した外辺によりロータコア外周に対する磁束が一様な変化となり、第１磁石及び第２磁石による合成磁束の磁束密度の変化を緩やかにできる。その結果、ロータ全体でも合成磁束の変化が滑らかになりコギングトルクのようなトルク変動も低減できる。なお、磁力の強い第１磁石として平板状のようなネオジ焼結磁石が適用でき、磁力の弱い第２磁石としては配置された第１磁石の周囲に充填できるように形状の自由度が高いネオジボンド磁石を用いるのが好ましい。
【００１０】
第２発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記貫通孔の長手方向の一端側に形成してあり、前記ロータコアの一端面からロータコア全長の半分以上の深さを有する第１孔部と、前記貫通孔の長手方向の他端側に形成してあり、前記ロータコアの他端面からロータコア全長の半分以上の深さを有する第２孔部と、前記貫通孔に配置してある第１磁石と、前記第１孔部のロータコアの一端面からロータコア全長の半分の深さまで及び前記第２孔部のロータコアの他端面からロータコアの全長の半分の深さまでに夫々配置してあり、前記第１磁石よりも磁力が弱い第２磁石とを備えることを特徴とする。
【００１１】
第２発明にあっては、ロータコアの軸方向の一方の半分側には第１磁石の一端側に磁力の弱い第２磁石を配置し、ロータコアの軸長方向の他方の半分側には逆配置となるように第１磁石の他端側に磁力の弱い第２磁石を配置することで、ロータコア全体における磁束の向きがあたかもロータの軸方向に対して斜めになり、スキュー的な効果を実現してトルク変動を低減できる。なお、第１磁石及び第２磁石の外辺は、磁束の変化を滑らかにするために、ロータコア外周と同様な円弧状にすることが好ましい。
【００１２】
第３発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の両端より外周方向へ夫々形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記両端の側を夫々頂点にした三角形状をなす空洞部を備えることを特徴とする。
【００１３】
第３発明にあっては、貫通孔の長手方向の両端側に三角形状の空洞部を形成することで、貫通孔に配置された磁石の磁束を空洞部で弱めることができ、磁束の変化を滑らかにしてトルク変動の低減に貢献できる。即ち、三角形状の頂部を端側にすることで、磁束密度の急変が生じる磁石の角部に対し、特に磁束を弱めて、磁束密度の急変を和らげることができる。
【００１４】
第４発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコアの全長を偶数に分割した領域中、前記ロータコアの一端面から奇数番目に当たる領域で、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の一端より外周方向へ形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記一端の側を頂点にした三角形状をなす第１空洞部と、前記領域中、前記ロータコアの一端面から偶数番目に当たる領域で、前記貫通孔の外辺の他端より外周方向へ形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記他端の側を頂点にした三角形状をなす第２空洞部とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第４発明にあっては、ロータコアの軸方向で分割して偶数の領域を確保し、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で、貫通孔に対して非対称となるように第１空洞部及び第２空洞部を夫々形成するので、ロータ全体では磁束の向きが軸方向に対してあたかもスキュー的に斜めとなり、トルク変動の低減を実現できる。なお、偶数の領域は最低２個から可能であり、領域が２個であっても磁束の向きは斜めになるので確実にトルク変動を低減できる。
【００１６】
第５発明に係るロータは、円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、前記貫通孔は、軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコアの全長を偶数に分割した複数の領域中、前記ロータコアの一端面から奇数番目に当たる領域で、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の一端側と対向する前記ロータコアの外周箇所に突設してある第１凸部と、前記複数の領域中、前記ロータコアの一端面から偶数番目に当たる領域で、前記貫通孔の外辺の他端側と対向する前記ロータコアの外周箇所に突設してある第２凸部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
第５発明にあっては、ロータコアの軸方向で分割した偶数の領域を確保し、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で貫通孔に対して非対称となるように第１凸部及び第２凸部をロータコア外周に夫々突設するので、各凸部における磁気抵抗を増加させて磁束の向きを斜めにし、あたかもスキュー的な効果を実現できる。
【００１８】
第６発明に係るロータは、前記第１凸部は、前記貫通孔の外辺の一端側を通過する前記ロータコアの法線と交わる箇所を頂点にしており、前記第２凸部は、前記貫通孔の外辺の他端側を通過する前記ロータコアの法線と交わる箇所を頂点にしてあることを特徴とする。
第６発明にあっては、各凸部の頂点を貫通孔の端側を通過する法線と交わるようにしているので、貫通孔に配置された磁石の角部による磁束密度の急変を抑えることができ、全体的な磁束の密度変化を緩やかにできる。
【００１９】
第７発明に係るモータは、前記ロータを備えることを特徴とする。
第７発明にあっては、磁束の密度変化を低減したロータを用いることで、モータのコギングトルクのようなトルク変動の発生も抑制し、スムーズな回転を確保して電動パワーステアリング装置における操舵補助用のモータに好適に使用できる。また、第２発明、第４発明、第５発明及び第６発明に係るロータは、スキュー的な磁束変化をスムーズに実現しているので、効果的にトルク変動を抑制できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るモータ１の概略を示しており、モータ１は一端側が閉鎖された円筒形のケース２の内部２ａにロータ３を回転可能に収納し、図示していない円板状の蓋をケース２の開放端側に取り付けるようにしている。ケース２の内周面２ｂには、例えば９個のスロットを設けたステータ９が円周方向に間隔を隔てて取り付けられて内部に収められたロータ３の外周と対向するようにされている。
【００２１】
ロータ３は複数枚の円板部材４ａを積層して形成した円柱状のロータコア４を貫通させてモータ軸８を取り付けている。ロータコア４は、モータ軸８の軸方向へ貫通する貫通孔５をモータ軸８の周囲に計６個形成している。各貫通孔５は、図２にも示すように、モータ軸８の軸方向の直交する断面形状をロータコア４の径方向Ｈに対して直交する方向を長手方向にした矩形的な形状にしている。また、ロータコア４の外周４ｄ側となる外辺５ａを外周４ｄと同等の曲率を有する円弧状に形成しており、外辺５ａと対向する内辺５ｂは直線にしている。
【００２２】
各貫通孔５には、第１磁石としてネオジ焼結磁石６及び第２磁石として、例えばネオジ焼結磁石６よりも磁力が弱く成形性の良好なネオジボンド磁石７（図中、斜めハッチングで示す部分）を夫々配置している。ネオジ焼結磁石６はロータコア４の全長と同等の長さを有する平板状であり、貫通孔５の内辺５ｂに当接させて配置されている。また、本実施形態で使用されるネオジボンド磁石７は例えば硬化剤と混練した液状の状態から所要時間経過後に硬化するものであり、先に配置されたネオジ焼結磁石６及び貫通孔５の外辺５ａの間に充填してから硬化させて、ネオジ焼結磁石６と貫通孔５との間の隙間を埋めてネオジ焼結磁石６を貫通孔５内に固定している。
【００２３】
図２では、貫通孔５に配置されたネオジ焼結磁石６及びネオジボンド磁石７の合成磁束による磁束密度Ｂ１が変化する状況を示している。なお、図中、二点鎖線の磁束密度Ｂは、図１０に示した従来の矩形状の単一の磁石による磁束密度変化を示している。磁束密度Ｂ１は、矩形もしくは台形状に変化する従来の磁束密度Ｂに対して、特に角部を有することなく全体に滑らかに変化している。
【００２４】
磁束密度Ｂ１が上述したように変化するのは、貫通孔５の外辺５ａが円弧状に形成しているため、ネオジボンド磁石７の磁束の強さが外辺５ａの形状に沿ってなだらかに変化するため、従来の磁束密度Ｂのように急激に立ち上がった後のフラット部Ｂｂは生じていない。また、ネオジ焼結磁石６の両方の角部６ａは、磁力の弱いネオジボンド磁石７が覆うことで磁束の変化が緩和されて従来の磁束密度Ｂのように急変部Ｂａも生じていない。
【００２５】
上述したように滑らかな変化を示す磁束密度Ｂ１を有するロータ３をケース２に収めることで、ステータ９との間に生じる誘電起電力も変動の少ない正弦波状なものとなり、その結果、モータ２のコギングトルク及び通電中のトルクリップルのようなトルク変動を従来のモータに比べて低減している。よって、第１実施形態に係るモータ２を電動パワーステアリング装置の操舵補助用のモータに適用することで、自然な操舵フィーリングを実現できる。なお、モータ１において貫通孔５及びステータ９の個数は上述したように６個、９個に限定されるものではなく、要求されるモータ出力に応じた個数の適用が可能である。
【００２６】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の第２実施形態に係るモータに適用されるロータ１３を示している。ロータ１３は第１の実施形態と同様に形成した円柱状のロータコア１４にモータ軸１８を取り付けており、モータ軸１８の周囲に計６個の貫通孔１５をロータコア１４の軸方向へ貫通させて形成し、これら貫通孔１５に第１磁石として平板状のネオジ焼結磁石１６を配置している。
【００２７】
貫通孔１５の形状は、第１の実施形態と同様の矩形状であり、図３（ｂ）に示すように、貫通孔１５の長手方向の一端１５ａ側に第１孔部１１１を長手方向の外方へ並べて形成している。第１孔部１１１は、貫通孔１５と連通しており、ロータコア１４の外周１４ｄ側の外辺１１１ａを外周１４ｄに応じた曲率の曲線にしており、図３（ａ）に示すように、ロータコア１４の全長を２分割した一端面１４ｂ側の領域Ｌ１の幅と同等の深さを有している。
【００２８】
また、ロータコア１４を２分割した他端面１４ｃ側の領域Ｌ２では、図３（ｃ）に示すように、貫通孔１５の長手方向の他端１５ｂ側に第２孔部１１２を長手方向の外方へ並べて形成している。第２孔部１１２も、貫通孔１５と連通しており、ロータコア１４の外周１４ｄ側の外辺１１２ａを外周１４ｄと同様の曲率にしており、図３（ａ）に示すように、領域Ｌ２の幅と同等の深さを有している。
【００２９】
第１孔部１１１及び第２孔部１１２には、第２磁石としてネオジ焼結磁石１６に比べて磁力が弱いネオジボンド磁石１７を各孔部１１１、１１２の底まで充填配置している。ネオジボンド磁石１７は第１の実施形態と同様の特性を有し、硬化によりネオジ焼結磁石１６を貫通孔１５の内部に固定している。
【００３０】
上述した構成のロータ１３は、図３（ａ）に示すように、ネオジ焼結磁石１６による磁束に加えて、モータ軸１８に対して斜めの位置関係となる第１孔部１１１及び第２孔部１１２に配置されたネオジボンド磁石１７により、図示しないステータへの磁束の流れとして、全体的な磁束の分布が軸長方向に対して傾いた図中のＸ方向になる。その結果、ロータ１３の磁束はスキュー的に変化し、ロータ１３の周辺でのトルク変動の低減を可能にしている。
【００３１】
また、ロータ１３の各貫通孔１５における磁束密度の変化は、ネオジ焼結磁石１６に端部側にネオジボンド磁石１７を並べることで、並べた側の磁束密度が強まり、ネオジ焼結磁石１６の角部の影響による磁束密度の急変を抑制できる。よって、このようなロータ１３をモータに適用することでトルク変動が少なくなり、このようなモータを電動パワーステアリング装置に好適に用いることができる。
【００３２】
なお、第２の実施形態に係るロータ１３は上述した形態に限定されるものではなく、第１の実施形態と同様な変形が可能である。また、第１孔部１１１及び第２孔部１１２の深さは、ロータコア１４の全長の半分以上の深さにしてもよい。但し、交互の矩形磁石側は同じ軸方向長さである。
【００３３】
図４はロータコア１４の全長の半分となる位置での概略図を示し、左右のネオジボンド磁石１７の影響により磁束密度Ｂ２の左右の傾斜箇所Ｂ２ａ、Ｂ２ｂが、従来の磁束密度Ｂに比べて外方へ広がることもあり、スキュー効果に加えて、全体が緩やかな変化になり、ネオジ焼結磁石１６の角部１６ａによる磁束の急変を解消し、ロータ１３のトルク変動低減に貢献できる。
【００３４】
図５は、本発明の第３の実施形態に係るモータに適用されるロータ２３の要部を示している。ロータ２３は第１の実施形態と同様に形成した円柱状のロータコア２４にモータ軸（図示せず）を取り付けて、このモータ軸の周囲に偶数個の矩形状の貫通孔２５を第１実施形態と同様に形成し、各貫通孔２５に平板状のネオジ焼結磁石２６を配置している。
【００３５】
貫通孔２５は、外辺２５ａの両端２５ｂより外周２４ｄの方向へ夫々突出する空洞部２１１、２１２を形成している。各空洞部２１１、２１２はロータコア２４を軸長方向に貫通しており、軸方向の断面形状を貫通孔２５の外辺２５ａの両端２５ｂ側を頂点２１１ａ、２１２ａとした三角形状にしている。また、各空洞部２１１、２１２のロータコア２４の外周２４ｄ側の斜辺２１１ｂ、２１２ｂは、ロータコア２４の中心側へなだらかに湾曲する曲線にしている。
【００３６】
このように形成したロータ２３は、各空洞部２１１、２１２の存在によりネオジ焼結磁石２６の図示しない対向するステータの歯部への磁束が貫通孔２５の長手方向における中央箇所２５ｃに比べて両端２５ｂ側が弱くなり、図中、実線で示すように磁束密度Ｂ３の変化は、従来のロータによる磁束密度Ｂの変化に比べて緩やかになる。
【００３７】
特に、各空洞部２１１、２１２は、斜辺２１１ｂ、２１２ｂをなだらかな曲線にしているので、磁束に対する影響も徐々に変化するものとなる上、貫通孔２５の両端２５ｂ側を頂点２１１ａ、２１２ａにしているので、磁束を大きく変化させるネオジ焼結磁石２６の角部２６ａの影響を効果的に和らげている。その結果、従来の磁束密度Ｂの変化における磁束の急変部Ｂａのような部分が、磁束密度Ｂ３には存在しなくなり、全体的になだらかな変化を示している。
【００３８】
よって、このようなロータ２３をモータに用いることで、モータのコギングトルクのようなトルク変動を低減でき、電動パワーステアリング装置における操舵補助用のモータとして好適に使用できる。また、第３の実施形態に係るモータ及びロータ２３は第１の実施形態と同様な変形も適用可能である。
【００３９】
図６（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るモータに適用されるロータ３３を示している。ロータ３３は第１の実施形態と同様に複数枚の円板部材３４ａを積層してロータコア３４を形成すると共に、ロータコア３４の中心にモータ軸３８を貫通させており、モータ軸３８の周囲に計６個の貫通孔３５をロータコア３４の軸方向に貫通させて形成している。
【００４０】
貫通孔３５の断面形状は、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、第１の実施形態と略同等に形成された矩形状であり、各貫通孔３５には端面が貫通孔３５の断面形状と同等である平板形状のネオジ焼結磁石３６が挿入配置されている。
【００４１】
また、ロータ３３は、図６（ａ）に示すように、ロータコア３４の全長を４等分して、一端面３４ｂから奇数番目に当たる領域Ｌ３、Ｌ５において、図６（ｂ）に示す第１空洞部３１１を各貫通孔３５に対して夫々形成している。第１空洞部３１１は貫通孔３５の外辺３５ａの一端３５ｂの外周方向に形成してあり、モータ軸３８の軸方向に直交する断面形状が一端３５ｂの側を頂点３１１ａにした三角形的な形状に形成している。また、斜辺３１１ｂは第１空洞部３１１の内部側へ緩やかに湾曲されている。
【００４２】
さらに、ロータ３３は、図６（ｃ）に示すように、ロータコア３４の一端面から偶数番目に当たる領域Ｌ４、Ｌ６において、貫通孔３５の外辺３５ａの他端３５ｃの外周方向に断面形状が三角形状の第２空洞部３１２を各貫通孔３５に対して夫々形成している。第２空洞部３１２は、貫通孔３５の外辺３５ａの他端３５ｃの外周方向に形成されており、他端３５ｃの側を頂点３１２ａにすると共に斜辺３１２ｂを第２空洞部３１２の内部側へ湾曲させている。
【００４３】
このような構成のロータ３３は、領域Ｌ３、Ｌ５では、第１空洞部３１１に対応する外方箇所でネオジ焼結磁石３６の磁束が貫通孔３５の長手方向の中央部に比べて弱くなるので、ネオジ焼結磁石３６の磁束は貫通孔３５の長手方向で非対称になる。また、領域Ｌ４、Ｌ５でも第２空洞部３１２によりネオジ焼結磁石３６の磁束は、貫通孔３５の長手方向の両端側で非対称になる。さらに、各空洞部３１１、３１２を両端３５ｂ、３５ｃを頂点３１１ａ、３１２ａにすることで、ネオジ焼結磁石３６の角部による磁束の急変を和らげている。
【００４４】
上述した磁束の非対称により、ロータ３３の全長方向における磁束は、領域Ｌ３の第１空洞部３１１から領域Ｌ４の第２空洞部へと至る方向、及び、領域Ｌ５の第１空洞部３１１から領域Ｌ６の第２空洞部へと至る方向の磁束が弱まり、磁束の方向がモータ軸３８に対して斜めとなり、あたかもスキュー的な磁束を形成できる。よって、第４の実施形態に係るロータ３３をモータに用いることでスキューと同様な効果を発揮してモータのコギングトルク及び通電磁のトルクリップルを低減でき、電動パワーステアリング装置の操舵補助用モータとして好適に利用できる。
【００４５】
なお、第４の実施形態に係るロータ３３は上述した形態に限定されるものではなく、例えば、ロータコア３４の全長を分割して形成する領域の数は、２以上の偶数を適用できる。また、ロータ３３は第１の実施形態と同様な変形も適用可能である。
【００４６】
図７は、本発明の第５の実施形態に係るモータに適用されるロータ４３を示している。ロータ４３は第１の実施形態と同様に形成されたロータコア４４にモータ軸４８を貫通させて、このモータ軸４８の周囲に複数の貫通孔４５を軸方向に貫通させて形成している。
【００４７】
図８はロータコア４４の一端面４４ｂ側からの視図であり、外辺４５ｃを直線にしている以外は第１の実施形態と略同等に形成された矩形状の貫通孔４５に平板状のネオジ焼結磁石４６を配置している。また、図７に示すようにロータコア４４の全長を２等分した一端面４４ｂ側から１番目に当たる領域Ｌ１においては、各貫通孔４５の外辺４５ａの一端４５ｂ側と対向するロータコア４４の外周４４ｄの箇所に第１凸部４１１を夫々突設している。また、ロータコア４４の一端面４４ｂ側から２番目に当たる領域Ｌ２で、各貫通孔４５の外辺４５ａの他端４５ｃ側と対向する外周４４ｄの箇所に第２凸部４１２を夫々突設している。
【００４８】
第１凸部４１１は、貫通孔４５の外辺４５ａの一端４５ｂ側を通過するロータコア４４の法線Ｈ１と交わる箇所を頂点４１１ａとしており、法線Ｈ１を中心に左右に略同等の寸法を有している。また、第２凸部４１２は、貫通孔４５の外辺４５ａの他端４５ｃ側を通過するロータコア４４の法線Ｈ２と交わる箇所を頂点４１２ａとしており、法線Ｈ２を中心に左右に略同等の寸法を有している。第１凸部４１１及び第２凸部４１２の位置関係は、法線Ｈ１及び法線Ｈ２の角度をθ１、ロータコア４４に対向する隣接するステータ４９１、４９２の中心角度をθ２とした場合、θ１がθ２の半分に近付くようにしている。このようにすることでスキュー効果が得られる。
【００４９】
また、各第１凸部４１１、第２凸部４１２は、法線Ｈ１、Ｈ２に対して形状を非対称にしており、ロータ４３の回転に応じた磁束の変化を実現している。よって、このような特性を有するロータ４３を用いたモータは、コギングトルクのようなトルク変動が低減されており、電動パワーステアリング装置に好適に利用できる。なお、第５の実施形態に係るロータ４３は上述した形態以外にも変形が可能であり、例えば、ロータコア４４を４分割以上の偶数の領域に分割して軸方向に対して斜めとなる磁束の向きを多数形成するようにしてもよい。
【００５０】
また、図９に示すロータ５３のように、第１凸部５１１及び第２凸部５１２の形状は曲線ではなく角形状で形成するようにしてもよい。この場合でも、各凸部５１１、５１２の位置関係を上述したようにスキュー効果が生じるようにすることで、トルク変動の少ないモータを実現できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、第１発明にあっては、矩形状の貫通孔の内辺側には磁力の強い第１磁石を配置すると共に円弧状の外辺側には磁力の弱い第２磁石を配置することで、ロータコア外周への磁束が円弧状の外辺に応じて一様になり、第１磁石及び第２磁石による合成磁束の磁束密度の変化を緩やかになり、トルク変動も低減できる。
第２発明にあっては、ロータコアの軸方向の一方の半分側と他方の半分側とでは、第１磁石に対する第２磁石の配置を非対称にすることで、磁束の向きをスキュー的に斜めにしてトルク変動を低減できる。
【００５２】
第３発明にあっては、貫通孔の長手方向の両端側に三角形状に形成した空洞部により、貫通孔に配置された磁石の磁束を弱めて磁束の急変を抑制でき、その結果、トルク変動の低減を実現できる。
第４発明にあっては、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で、貫通孔に対して非対称に第１空洞部及び第２空洞部を夫々形成するので、ロータ全体での磁束の向きが軸方向に対して斜めにでき、スキュー的にトルク変動の低減を達成できる。
【００５３】
第５発明にあっては、ロータコアの一端面から奇数番目の領域と偶数番目の領域で貫通孔に対して非対称となるように第１凸部及び第２凸部をロータコア外周に夫々突設するので、各凸部における磁気抵抗を増加させてスキューと同様に磁束の向きを斜めにしてトルク変動の抑制に貢献できる。
第６発明にあっては、各凸部の頂点を磁石の角部に対応させて規定することで、磁石の角部による磁束密度の急変を抑えることができ、全体的な磁束の密度変化を緩やかにできる。
【００５４】
第７発明にあっては、磁束の密度変化を低減したロータを用いることで、モータのコギングトルクのようなトルク変動の抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るモータの分解斜視図である。
【図２】第１の実施形態のロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【図３】第２の実施形態に係るロータであり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は一端面からの視図、（ｃ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】第２の実施形態のロータコア全長の半分となる位置でのロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【図５】第３の実施形態に係るロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【図６】第４の実施形態に係るロータであり、（ａ）はロータの正面図、（ｂ）は一端面からの視図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】第５の実施形態に係るロータの正面図である。
【図８】第５の実施形態のロータ及びステータの一端面からの視図である。
【図９】第５の実施形態の変形例のロータ及びステータの一端面からの視図である。
【図１０】従来のロータの要部及び磁束密度の円周上の分布を示す概略図である。
【符号の説明】
１ モータ
２ ケース
３、１３、２３、３３、４３、５３ ロータ
４、１４、２４、３４、４４、５４ ロータコア
４ｄ、１４ｄ、２４ｄ、３４ｄ、４４ｄ、５４ｄ 外周
５、１５、２５、３５、４５、５５ 貫通孔
５ａ 外辺
５ｂ 内辺
６、１６、２６、３６、４６、５６ ネオジ焼結磁石（第１磁石）
７、１７ ネオジボンド磁石（第２磁石）
８ モータ軸
９、４９１、４９２、５９１、５９２ ステータ
１１１ 第１孔部
１１２ 第２孔部
２１１、２１２ 空洞部
３１１ 第１空洞部
３１２ 第２空洞部
４１１、５１１ 第１凸部
４１１ａ、５１１ａ、４１２ａ、５１２ａ 頂点
４１２、５１２ 第２凸部
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６ 領域
Claims (7)
- 円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、
前記貫通孔は、
軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、前記ロータコア外周側の外辺を円弧状に形成しており、
前記外辺に対向する前記貫通孔の内辺の側に配置してある第１磁石と、
前記外辺及び前記第１磁石の間に配置してあり、前記第１磁石よりも磁力が弱い第２磁石と
を備えることを特徴とするロータ。 - 円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、
前記貫通孔は、
軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、
前記貫通孔の長手方向の一端側に形成してあり、前記ロータコアの一端面からロータコア全長の半分以上の深さを有する第１孔部と、
前記貫通孔の長手方向の他端側に形成してあり、前記ロータコアの他端面からロータコア全長の半分以上の深さを有する第２孔部と、
前記貫通孔に配置してある第１磁石と、
前記第１孔部のロータコアの一端面からロータコア全長の半分の深さまで及び前記第２孔部のロータコアの他端面からロータコアの全長の半分の深さまでに夫々配置してあり、前記第１磁石よりも磁力が弱い第２磁石と
を備えることを特徴とするロータ。 - 円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、
前記貫通孔は、
軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、
前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の両端より外周方向へ夫々形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記両端の側を夫々頂点にした三角形状をなす空洞部を備えることを特徴とするロータ。 - 円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、
前記貫通孔は、
軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、
前記ロータコアの全長を偶数に分割した領域中、前記ロータコアの一端面から奇数番目に当たる領域で、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の一端より外周方向へ形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記一端の側を頂点にした三角形状をなす第１空洞部と、
前記領域中、前記ロータコアの一端面から偶数番目に当たる領域で、前記貫通孔の外辺の他端より外周方向へ形成してあり、軸方向に直交する断面形状が前記他端の側を頂点にした三角形状をなす第２空洞部と
を備えることを特徴とするロータ。 - 円柱状のロータコアを軸方向に貫通する貫通孔に磁石が配置してあるロータにおいて、
前記貫通孔は、
軸方向に直交する断面形状が前記ロータコアの径方向に対して直交する方向を長手方向にした矩形状をなし、
前記ロータコアの全長を偶数に分割した複数の領域中、前記ロータコアの一端面から奇数番目に当たる領域で、前記貫通孔のロータコア外周側の外辺の一端側と対向する前記ロータコアの外周箇所に突設してある第１凸部と、
前記複数の領域中、前記ロータコアの一端面から偶数番目に当たる領域で、前記貫通孔の外辺の他端側と対向する前記ロータコアの外周箇所に突設してある第２凸部と
を備えることを特徴とするロータ。 - 前記第１凸部は、前記貫通孔の外辺の一端側を通過する前記ロータコアの法線と交わる箇所を頂点にしており、
前記第２凸部は、前記貫通孔の外辺の他端側を通過する前記ロータコアの法線と交わる箇所を頂点にしてある請求項５に記載のロータ。 - 前記請求項１乃至請求項６のいずれかのロータを備えることを特徴とするモータ。
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