JP2004350499A - 電動パワーステアリング装置用電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリップル及びコギングトルクを小さくできる電動パワーステアリング装置用電動機を得る。
【解決手段】この発明の電動パワーステアリング装置用電動機の界磁永久磁石２０は、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成されており、界磁永久磁石２０のアマチュア１７との距離が最小となる点とアマチュア１７の回転中心との距離をＲｓｉ［ｍ］、界磁永久磁石２０の内径側の曲率中心とアマチュア１７の回転中心との距離をｄ[ｍ]として、δ＝ｄ／Ｒｓｉと定義したとき、δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、δが極値以上となるよう構成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両のハンドルの操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置用電動機に関するものである。

図５は従来例である電動パワーステアリング装置用電動機（以下、電動機と略称する）の要部断面図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図（コイルは省略されている）である。
この電動機は、円筒状のヨーク１と、このヨーク１の内壁に４個固定された界磁永久磁石２（円弧状で厚みは一定）を有するステータ６と、ヨーク１内に回転自在に設けられたシャフト３と、このシャフト３に固定されたアマチュア４と、このシャフト３が貫通する貫通孔７ａを有するハウジング７に締付ねじ（図示せず）で固定された整流装置８と、この整流装置８と電気的に接続されたリード線９とを備えている。
アマチュア４は、軸線方向に延びた２１個のスロット５を有するコア１０と、スロットに導線１６が波巻方式で巻回されて構成されたコイル１１とを備えている。

整流装置８は、周方向に複数配列されフック１５で導線１６と電気的に接続された整流子片１２と、整流子片１２間を絶縁支持するモールド１４と、整流子片１２に当接する２個のブラシ１３とを備えている。

上記電動機では、整流子片１２に当接するブラシ１３を介してリード線９から電流をコイル１１に供給することで、シャフト３に固定されたアマチュア４、整流装置８は電磁作用によりシャフト３と共に回転する。

ところで、この電動機を無通電状態において外部から駆動した場合、磁石とコアとの回転位置関係によって磁気的な安定性が異なるため、脈動するトルクが発生する。これをコギングトルクという。この回転時のコギングトルクの値は、例えば、アマチュア４のコア１０の外径が５０［ｍｍ］、コア１０の軸線方向長さが４５［ｍｍ］としたとき、４０［ｇ・ｃｍ；o-ｐ］（スキューがない条件下での本願出願人が磁気解析したときの値である）であった。このコア１０に対して理想的なスキューを施したときには、理論上はコギングトルクの値はゼロになる。
スキュー率を０．５スロットピッチとした実機における実測値は、６５［ｇ・ｃｍ；o-ｐ］であり、理想どおりゼロにはならない。理想どおりゼロにできない理由は、例えば０．５［ｍｍ］の鋼板を積層した場合、コア１０の軸線方向に延びたスロットの内面が直線状であると仮定したときにはコギングトルクはゼロであるが、実際にはスロットの内面が階段状となり、直線状にはならない等が挙げられる。

上記のような４極、波巻、スロット５の数２１，２ブラシ方式の電動機では、コイル１１に電流が流れていないときのトルクであるコギングトルクの値は小さいものの、図７に示すように、コイル１１に電流を流したときの負荷時のトルクリップルは大きくなる（横軸は回転位置を示しており、図中の矢印で示した範囲が１回転、即ち３６０°の回転を表している）という問題点があった。

このトルクリップルを小さくする方策として、本願の出願人が既に出願した下記の特許文献１に記載されているように４極、重巻、スロット数２２、４ブラシ方式の電動機を採用することが考えられる。

特開２０００−２２４８２２号公報

図８はこの電動機の断面図（コイルは省略されている。）である。即ち、スロット２２の数２２、重巻のアマチュア１７を図５に示したアマチュア４の代わりに組み入れたときは、トルクリップルを低く抑えることができるものの、コギングトルクの値は、図９に示すように約４００［ｇ・ｃｍ；o-ｐ］と大きくなってしまうという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、トルクリップル及びコギングトルクを小さくできる電動パワーステアリング装置用電動機を得ることを目的とするものである。

この発明に係る電動パワーステアリング装置用電動機では、界磁永久磁石は、その中心部の厚みが両端部よりも大きく構成されており、界磁永久磁石のアマチュアとの距離が最小になる点とアマチュアの回転中心との距離をＲｓｉ［ｍ］、界磁永久磁石の内径側の曲率中心とアマチュアの回転中心との距離をｄ［ｍ］として、δ＝ｄ／Ｒｓｉと定義したとき、前記δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、前記δが前記極値以上となるよう構成されている。

この発明による電動パワーステアリング装置用電動機によれば、トルクリップル及びコギングトルクを低減することができ、ハンドルを握るドライバーの操舵感が向上する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について、図１ないし図４を用いて説明するが、図５、図６及び図８と同一または相当部材は同一符号を付して、説明する。
この電動機は、４極、重巻、スロット数２２、４ブラシ方式の電動パワーステアリング装置用電動機であり、ヨーク１と、このヨーク１の内壁に４個固定された界磁永久磁石２０を有するステータ２３と、ヨーク１内に回転自在に設けられたシャフト３と、このシャフト３に固定されたアマチュア１７と、シャフト３が貫通する貫通孔７ａを有するハウジング７に締付ねじ（図示せず）で固定された整流装置８と、この整流装置８と電気的に接続されたリード線９とを備えている。

整流装置８は、周方向に複数配列されフック１５で導線１６と電気的に接続された整流子片１２と、整流子片１２間を絶縁支持するモールド１４と、整流子片１２に当接する４個のブラシとを備えている。

上記界磁永久磁石２０の厚み寸法は、中央部が厚く、両端部に向かうに従って薄く構成されている。
以下、この界磁永久磁石２０の形状を説明するために、図２に示すように、界磁永久磁石２０のアマチュア１７との距離が最小になる点（界磁永久磁石２０の中央部）とアマチュア１７の回転中心との距離をＲsi、界磁永久磁石２０の内径側の曲率をＲmｉ、界磁永久磁石２０の内径側の曲率中心とアマチュア１７の回転中心との距離をｄとしたとき、δ＝ｄ／Ｒsｉと定義する。δは無次元量である。

図１の例ではδは約０．２５とした場合である。図３はこのときのコギングトルク波形図である。従来の電動機では、コギングトルクの値は、図９に示したように約４００［ｇ・ｃｍ；o-ｐ］であったのに対して、約８０［ｇ・ｃｍ；o-ｐ］（スキューがない条件下で本願出願人が磁界解析したときの値である。）と低く抑えられていることが分かる。

この値δを変化させたときのコギングトルクの変化を示したのが図４である。図４に示すように、δに対し、コギングトルクには極値（図中Ａ点、δ＝０．０９）がある。Ａ点よりもδの値が小さいときには、δに対するコギングトルクの変化率が大きく、電動機の量産時のばらつきが大きくなって不適である。δの値をＡ点よりも大きくすることで、コギングトルクの値を小さく、かつ量産時のばらつきを小さくすることができる。この値δは、界磁永久磁石２０がコイルに及ぼす鎖交磁束量を確保すること、並びに界磁永久磁石２０自身が減磁しないことという条件を満たす範囲で設定すればよい。
このように、４極、重巻、スロット数２２、４ブラシ方式の電動機では、トルクリップルが低く抑えられる（上記特許文献１参照）とともに、コギングトルクを低減することができる。
勿論、アマチュア１７のスロット２２をスキューさせることにより、さらにコギングトルクは低減される。

以上説明したように、この発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置用電動機によれば、円筒状のヨークと、このヨークの内壁に等間隔に間隔をおいて固定され、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成された円弧状の４個の界磁永久磁石と、前記ヨーク内に回転自在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定されているとともに軸線方向に延びた２２個のスロットを有し、このスロットにコイルが重巻で構成されたアマチュアと、このアマチュアの整流子片に当接する４個のブラシとを備えてなり、前記界磁永久磁石の前記アマチュアとの距離が最小になる点と前記アマチュアの回転中心との距離をＲｓｉ［ｍ］、前記界磁永久磁石の内径側の曲率中心と前記アマチュアの回転中心との距離をｄ［ｍ］として、δ＝ｄ／Ｒｓｉと定義したとき、前記δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、前記δが前記極値以上となるよう構成されているので、コギングトルクの値を小さく、かつばらつきも小さくすることができるとともに、トルクリップルも低減することができ、ハンドルを握るドライバーの操舵感が向上する。

また、請求項２に係る電動パワーステアリング装置用電動機では、スロットはスキューされているので、コギングトルクはさらに低減される。

本発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置用電動機の断面図である。 図１の界磁永久磁石の形状を説明するための説明図である。 図１の電動パワーステアリング装置用電動機のコギングトルク波形図である。 図１の電動パワーステアリング装置用電動機の偏心量とコギングトルクとの関係を示す図である。 従来の電動パワーステアリング装置用電動機の断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。 図５の電動パワーステアリング装置用電動機のトルクを示す図である。 従来の他の例を示す電動パワーステアリング装置用電動機の断面図である。 図８の電動パワーステアリング装置用電動機のコギングトルク波形図である。

符号の説明

１ ヨーク、３ シャフト、１７ アマチュア、２０ 界磁永久磁石、２２ スロット、２３ ステータ。

Claims (2)

1. 円筒状のヨークと、このヨークの内壁に等間隔に間隔をおいて固定され、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成された円弧状の４個の界磁永久磁石と、前記ヨーク内に回転自在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定されているとともに軸線方向に延びた２２個のスロットを有し、このスロットにコイルが重巻で構成されたアマチュアと、このアマチュアの整流子片に当接する４個のブラシとを備えてなり、
   前記界磁永久磁石の前記アマチュアとの距離が最小になる点と前記アマチュアの回転中心との距離をＲｓｉ［ｍ］、前記界磁永久磁石の内径側の曲率中心と前記アマチュアの回転中心との距離をｄ［ｍ］として、δ＝ｄ／Ｒｓｉと定義したとき、前記δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、
   前記δが前記極値以上となるよう構成された電動パワーステアリング装置用電動機。
2. スロットはスキューされている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用電動機。

Images