JP2004260960A

JP2004260960A - 電気モータ

Info

Publication number: JP2004260960A
Application number: JP2003050513A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Shibata; 由之柴田
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】複数の磁石取付部１ａを備えた第一部材１と、前記磁石取付部１ａに接着剤により取り付けられる磁石２と、磁石２と対向し電気巻線５を有する第二部材３とを備え、電気巻線５にモータ電流を流すことにより磁界を発生させ、第一部材１と第二部材３とを相対移動させる電気モータにおいて、磁石２が発生する磁束を最大限に活用し、かつ、コギングトルクを低減する。
【解決手段】磁石取付部１ａの周方向断面の中央部に磁石２が第一部材１と直接接触する接触部を設けると共に、両端部に接着剤溜り部を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁石の磁界と電気巻線によって発生する磁界との作用によって、前記磁石が取り付けられた第一部材と前記電気巻線が取り付けられた第二部材とを相対移動させる電気モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラシレスモータやＤＣモータには、ロータ又はステータの何れかの対向面に複数の磁石が接着剤により貼り付けられている。またリニアモータには固定子（ステータ）又は可動子（ロータ）の対向する何れかの面に磁石が接着剤により貼り付けられている。接着の強度を確保するため、接着層は０．１ｍｍ程度以上の厚みが必要である。
【０００３】
図１０に従来のインナロータ型のブラシレスモータ１０の概略構造を示す。図１０（ａ）は、従来のブラシレスモータ１０の周方向断面図である。ロータ１１の外周面に磁石１２が配置され、磁石１２はステータ１３に設けられたティース１４と対向している。ティース１４には電気巻線１５が巻回され、ティース１４に磁界を発生させる。このティース１４と磁石１２との間に発生する吸引／反発力によりロータ１１にトルクが発生する。
【０００４】
図１０（ｂ）は、従来のブラシレスモータ１０の軸方向断面図である。なお、図１０（ｂ）は一つの磁石１２のみの断面を示し、ロータ１１は断面視している磁石以外の他の磁石は省略した状態で正面視したものである。この図に示すように、ロータ１１には半径ｒ１の部分とそれよりも若干細い半径ｒ２の部分（縮径部）が設けられており、半径ｒ２の部分（縮径部）に跨って磁石１２が配置されている。従って、磁石１２とロータ１１との間には深さΔｒ（Δｒ＝ｒ１−ｒ２）の空間部（溝）が形成される。従来はこの空間部に接着剤を充填し、磁石１２とロータ１１とを接着していた。
【０００５】
ところで、このような構造のモータは、ティース１４に鉄などの強磁性材料が使用されるため、電気巻線に電流が流れない状態でもティース１４と磁石１２との吸引力が不可避的に発生する。この吸引力により発生するトルクはロータとステータのなす角度θによってステップ状に変化するので、人間がモータ軸を持ってロータを回転させると滑らかには回転せず、カクカクと回ることになる。このトルクをコギングトルクといい、特に車両の操舵装置に用いられるパワーアシスト用モータの場合には運転者に違和感を与えるため問題となる。
【０００６】
このような問題の解決手段として、図１１に示すように、ロータＲの周面に対して中央部が厚く端にいくに従って薄くなるように形成された磁石ｍを用いることが下記の非特許文献１により公知となっている。このように磁石ｍを形成することにより磁束分布が滑らかになり、コギングトルクの変化率（微分量）が小さくなる。従って、車両の操舵装置用のパワーアシスト用モータの場合でも運転者に与える違和感を抑えることができる。
【０００７】
【非特許文献１】
見城尚志、永守重信著「新・ブラシレスモータシステム設計の実際」総合電子出版、Ｐ．１５３及びＰ．１７０
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１０（ｂ）に示したように、磁石１２とロータ１１との間に空間（溝）を設けると、この部分が磁気抵抗となり、磁石１２で発生する磁束が減少する。これにより、モータのトルクが小さくなってしまう。また、図１１のように磁石ｍを形成すると、磁石ｍの両端部とティース（図示しない）との間隔が広くなるので、これらの間で発生する吸引／反発力が弱くなり、これもまたモータのトルクが小さくなる要因である。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑み、磁石が発生する磁束を最大限に活用し、かつ、コギングトルクを低減した電気モータを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の磁石取付部を備えた第一部材と、前記磁石取付部に接着剤により取り付けられる磁石と、前記磁石と対向し電気巻線を有する第二部材とを備え、前記電気巻線にモータ電流を流すことにより磁界を発生させ、前記第一部材と前記第二部材とを相対移動させる電気モータにおいて、前記磁石の相対移動方向の中央部に前記磁石が前記第一部材と直接接触する接触部を設けると共に、前記磁石の相対移動方向の両端部に接着剤溜り部を設けたことを特徴とする電気モータを要旨とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１記載の電気モータにおいて、前記磁石の相対移動方向における該磁石の相対移動方向長さに対する前記接触部の長さの割合が２０％〜８０％であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１記載の電気モータにおいて、前記磁石の相対移動方向における該磁石の相対移動方向長さに対する前記接触部の長さの割合が４０％〜６０％であることを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１乃至３に記載の電気モータにおいて、前記相対移動方向における接着剤溜り部の厚みが前記接触部から離れるに従って徐々に厚くなることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１乃至４に記載の電気モータにおいて、前記接着剤溜り部は、前記磁石の両端部を切り欠いて形成された切り欠き部と第一部材間に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をインナロータ型のブラシレスモータに適用した一実施形態を図１〜４に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態のブラシレスモータの周方向断面図を示している。本図に示すように、ロータ１の外周面には複数の磁石取付部１ａが設けられ、該磁石取付部１ａに磁石２が取り付けられている。磁石２はステータ３に設けられたティース４と対向している。磁石２は周方向断面において内面及び外面ともに円弧状に形成されている。ティース４には電気巻線５が巻回されている。図略の交流電源装置により、この電気巻線５にモータ電流が流されるとティース４に周期的に変化する磁界が発生する。このティース４と磁石２との間に発生する吸引／反発力によりロータ１にトルクが発生する。
【００１７】
従って、ロータ１は請求項１における「第一部材」に相当し、ステータ３は「第二部材」に相当する。また、ロータ１は軸を中心として周方向に回転するので周方向は「相対移動方向」に相当する。
【００１８】
なお、相対移動とは、第一部材又は第二部材のうち、少なくともいずれか一方の部材が移動する場合を含み、すなわち、第一部材のみの移動、第二部材のみの移動や両部材の移動をも含む趣旨である。
【００１９】
図２に、磁石２及び磁石取付部１ａを拡大して示す。同図に示すように、磁石２の周方向における内面の中央部にはロータ１と同じ曲率を有しロータ１と直に接触する接触部２ａが形成されている。また、磁石２の両端部の内面には切り欠き部２ｄが設けられ、この切り欠き部分と、切り欠き部２ｄと相対するロータ１周面との間に形成される空間が接着剤溜り部２ｂとなっている。そして、両端内面に切り欠き部２ｄが設けられることにより、磁石２の両端は中央よりも肉厚が薄く形成されている。また、同両端部の肉厚が薄い部分全体はその周方向の長さに亘って均等の厚みとされている。
【００２０】
磁石２の周方向長さＬ１に対する接触部２ａの周方向長さＬ２の割合は５０％となっている。なお、この割合は２０％〜８０％の範囲で設定可能であり、さらに、好ましくは４０％〜６０％の範囲が良く、５０％程度がより好ましい。
【００２１】
ここで、本実施形態のブラシレスモータにおいて、磁石２をロータ１に組み付ける際の手順を説明する。
手順１：両端部の内面に切り欠き部２ｄが設けられた磁石２の軸方向両端部に仮止め用接着剤を塗布する。
【００２２】
手順２：磁石２の切り欠き部２ｄに熱硬化型の接着剤を塗布する。
手順３：磁石２をロータ１の磁石取付部１ａに押し付け、仮止め用接着剤が固まるまで固定する。なお、磁石取付部１ａには磁石２の位置決めのための目印が予め付されている。
【００２３】
手順４：磁石２及びロータ１を加熱し、熱硬化型接着剤を硬化させる。
手順５：磁石２を着磁する。
なお、手順１と手順２の順序は入れ替えてもよく、また、仮止め用接着剤を用いる代わりに磁石２を予め着磁しておき、磁力によってロータ１に吸着させるようにしてもよい。またさらに、仮止め用接着剤又は磁力によって磁石２をロータ１に固定した状態で磁石２の切り欠き部２ｄとロータ１との間に形成された接着剤溜り部２ｂに接着剤を注入してもよい。
【００２４】
次に、上記のように構成された本実施形態のブラシレスモータの作用について説明する。
図３にロータ１の回転角θを横軸とし、ロータ１の中心軸からティース４の先端までの距離に等しい地点（測定点）での磁束密度を縦軸とした場合の磁石一個分及びその前後部分の磁束分布を示す。点線が図１０に示した従来のブラシレスモータの場合であり、実線が本実施形態の場合である。ただし、両場合とも磁石の周方向長さが同一で、周方向の中央部が同一厚であり、同一方向かつ同一強度で着磁したものとする。これらを比較すると、従来のブラシレスモータに対し本実施形態のブラシレスモータの場合にはピーク値が高く、かつ全体に滑らかな波形となっている。実線で示した磁束分布のピーク値が高いのは、磁石２の周方向の中央部が接触部２ａでロータ１に直に接触しており、この部分の磁気抵抗が小さいからである。また、磁石２の両端にあたる部分で波形が滑らかに変化しているのは、接着剤溜り部２ｂの磁気抵抗により、この部分の磁束が従来のものよりも減少しているためである。コギングトルクの大きさは磁束分布の変化率の大きさにほぼ比例するので、磁束分布の波形が滑らかになればコギングトルクが小さくなる。
【００２５】
また、磁束分布をさらに滑らかにするため、図４に示すように磁石２の周方向における接着剤溜り部２ｂの厚み（ロータ１と、同ロータ１と相対する切り欠き部２ｄまでの距離）が中央部から離れるに従って徐々に厚くなるようにしてもよい。このようにすれば端部ほど磁石２の厚みが薄くなるとともに磁気抵抗が増えるので磁束密度が減少し、磁束分布がより滑らかになる。
【００２６】
従って、本実施形態のブラシレスモータによれば以下の効果がある。
（１）本実施形態では磁石２の周方向断面において、中央部に磁石２とロータ１とが直に接触する接触部２ａを設け、両端部には接着剤溜り部２ｂを設けたので、磁束分布の変化が滑らかになる。従ってコギングトルクの絶対値が小さくなるという効果がある。また、接触部２ａにおいては磁気抵抗が実質的にゼロであるので、磁石２の磁束を有効に利用でき、モータの出力トルクが増大するという効果もある。
（２）本実施形態では磁石２の周方向長さＬ１に対する接触部２ａの周方向長さＬ２の割合を５０％としたので、磁石２の中央部の磁束密度の増大と磁束分布の滑らかさとを両立できる。なお、この割合は４０％〜６０％の範囲で高い効果が得られ、２０％〜８０％としても同様の作用及び効果がある。
（３）図４に示したように、磁石２の周方向断面における接着剤溜り部２ｂの厚みが接触部２ａから離れるに従って徐々に厚くなるようにすれば、磁束分布がさらに滑らかになるので、コギングトルクをより減少させることができる。
（４）本実施形態では磁石２の両端部を切り欠いて接着剤溜り部２ｂを形成した。従って、ロータ側に特別な加工を施すことが不要であるのでコストの低減が可能となる。なお、磁石２を焼結する際の型をこのような切り欠きのある形状に成形することにより磁石２の切り欠き部２ｄの加工は不要となる。
【００２７】
なお、本発明の前記実施形態は、以下のような別形態にして変更実施することも可能である。
・図５に示すように、ロータ９側にティース７を設けたブラシ付きモータである電気モータに具体化してもよい。ティース７には電気巻線７ａが巻回され、電気巻線７ａには図略のブラシによりモータ電流が供給される。ステータ８内周面の磁石取付部８ａには、周方向断面において内面及び外面ともに円弧状に形成された磁石６が設けられ、ティース７に発生する磁界との作用によってロータ９が回転する。磁石６の周方向の中央部にステータ８と直接接触する接触部６ａを設け、両端部に切り欠き部６ｄを設けて接着剤溜り部６ｂを設けることにより、上記（１）〜（４）と同様の作用効果がある。
【００２８】
・第１実施形態の構成において、磁石２の切り欠き部２ｄを省略して、周方向の両端部を中央部と同じ厚みとし、図６（ａ）に示すように、ロータ１の磁石２に相対する部分に凹部２ｅを設けて、凹部２ｅと磁石２との間に形成される空間部を接着剤溜り部２ｃとしてもよい。
・図５に示したブラシ付きモータにおいて、磁石６の切り欠き部６ｄを省略して、周方向の両端部を中央部と同じ厚みとし、図６（ｂ）に示すように、ステータ８の磁石６に相対する部分に凹部８ｅを設けて、凹部８ｅと磁石６との間に形成される空間部を接着剤溜り部６ｃとしてもよい。
【００２９】
・図７に示すように、磁石の形状又は磁石被取付面側の切り込み部の形状を様々に変形してもよい。図７（ａ）は磁石２のロータ１側の両端部を斜めに切り取り、切り欠き部２ｄとしたものである。図７（ｂ）は、切り欠き部２ｄの切り取り線が磁石２の反対側の面にまで達した変形例である。図７（ｃ）は、磁束分布をさらに滑らかにするため、磁石２のティースに対向する面αの曲率をロータ１の曲率よりも大きくし、磁石２の面αのロータ１表面からの距離が中心部よりも両端部の方が小さくなるようにしたものである。図７（ｄ）は、ロータ１の磁石取付部１ａの磁石両端部に相対する箇所に凹部２ｅを断面矩形に切り欠いて接着剤溜り部２ｃとしたものである。図７（ｅ）は図７（ｄ）を発展させたもので、接着剤溜り部２ｃの深さ（凹部２ｅにおけるロータ１表面と磁石２との距離）が磁石両端部に行くほど深くなるようにしたものである。
【００３０】
また、これら図７（ａ）〜（ｅ）は、図１に示す構成の電気モータの変形例として示したが、図５に示す構成の電気モータに応用することもできる。
・磁石又は電気巻線の一方を有する略円筒形の内側部材を基台Ｂに固定し、該内側部材を覆う外側部材に磁石又は電気巻線のもう一方を備え、該外側部材が基台Ｂに対して回転するように構成したアウタロータ型の電気モータに適用してもよい。この適用例としてのアウタロータ型電気モータの軸方向断面図を図８（ａ）に示す。同図に示すように、ティース２０ａが形成された内側部材としてのステータ２１と、ステータ２１の中心部の軸穴２２に回動自在に挿入された心棒２３を回転軸としてティース２０ａに対向する磁石２４ａを内面に配置した外側部材としてのアウタロータ２５とによって電気モータが構成されている。このアウタロータ型電気モータの軸方向断面は、図５に示したものと同様である。なお、磁石２４ａ両端部の切り欠き部２４ｄの形状は、図７の例に示したように様々に変形してもよい。この形態によっても、上記（１）〜（４）と同様の作用効果がある。
【００３１】
さらに、図８（ａ）の電気モータを変形し、図８（ｂ）に示すように、ステータ２１に磁石２４ｃを備え、アウタロータ２５にティース２０ｂを備えた電気モータに本発明を適用してもよい。このアウタロータ型電気モータの軸方向断面は、図１に示したものと同様である。なお、磁石２４ｃ両端部の切り欠き部２４ｄの形状は、図７の例に示したように様々に変形してもよい。この形態によっても、上記（１）〜（４）と同様の作用効果がある。
【００３２】
・図９に示すように、磁石３０を備えた板状の第一部材３１と、第一部材３１に平行配置され、電気巻線３２を備えた第二部材３３とからなり、第一部材３１と第二部材３３とが図９において左右方向に相対移動するリニアモータに本発明を適用してもよい。同図に示すように、磁石３０の中央部には第一部材３１との接触部３０ａを有し、両端部には切り欠き部３０ｄが形成されている。切り欠き部３０ｄと第一部材３１との間の空間部が接着剤溜り部３０ｂとなる。接着剤溜り部３０ｂの構成及び形状は、図７の例に示したように様々に変形してもよい。この形態によっても、上記（１）〜（４）と同様の作用効果がある。
【００３３】
この場合、第一部材３１と第二部材３３は、図９において、左右方向に相対的に移動するので同図において左右方向は「相対移動方向」に相当する。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁束分布の変化が滑らかになるのでコギングトルクの絶対値が小さくなるという効果がある。また、磁石と磁石被取付面との接触部においては磁気抵抗が実質的にゼロであるので、磁石の磁束を有効に利用でき、モータの出力トルクが増大するという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるブラシレスモータの周方向断面図。
【図２】本発明の実施形態における磁石と磁石取付部の拡大図。
【図３】本発明の実施形態における磁石の磁束分布を従来品との比較により示した図。
【図４】本発明の応用例における磁石と磁石取付部の拡大図。
【図５】本発明の変形例を示したモータの断面図。
【図６】（ａ）、（ｂ）は本発明の変形例を示した磁石と磁石取付部の拡大図。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の変形例を示した図。
【図８】（ａ）、（ｂ）は本発明の変形例の概略構成を示した図。
【図９】本発明の変形例の概略構成を示した図。
【図１０】（ａ）は従来のブラシレスモータの周方向断面図、（ｂ）は従来のブラシレスモータの軸方向断面図
【図１１】従来のブラシレスモータのロータ部分の軸方向断面図。
【符号の説明】
１・・・ロータ、１ａ・・・磁石取付部、
２・・・磁石、２ａ・・・接触部、２ｂ・・・接着剤溜り部、２ｃ・・・接着剤溜り部、
２ｄ・・・切り欠き部、２ｅ・・・凹部、
３・・・ステータ、
４・・・ティース、５・・電気巻線、
６・・・磁石、６ａ・・・接触部、６ｂ・・・接着剤溜り部、
７・・・ティース

Claims

複数の磁石取付部を備えた第一部材と、前記磁石取付部に接着剤により取り付けられる磁石と、前記磁石と対向し電気巻線を有する第二部材とを備え、前記電気巻線にモータ電流を流すことにより磁界を発生させ、前記第一部材と前記第二部材とを相対移動させる電気モータにおいて、
前記磁石の相対移動方向の中央部に前記磁石が前記第一部材と直接接触する接触部を設けると共に、前記磁石の相対移動方向の両端部に接着剤溜り部を設けたことを特徴とする電気モータ。
前記磁石の相対移動方向における該磁石の相対移動方向長さに対する前記接触部の長さの割合が２０％〜８０％であることを特徴とする請求項１記載の電気モータ。
前記磁石の相対移動方向における該磁石の相対移動方向長さに対する前記接触部の長さの割合が４０％〜６０％であることを特徴とする請求項１記載の電気モータ。
前記接着剤溜り部の相対移動方向における厚みが前記接触部から離れるに従って徐々に厚くなることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の電気モータ。
前記接着剤溜り部は、前記磁石の両端部を切り欠いて形成された切り欠き部と前記第一部材との間に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電気モータ。