JP2005218194A - モータ及びそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータのステータやロータを構成するコア材は磁気的に無方向性の電磁鋼板であっても、圧延の際に磁気的方向性を帯びたり、或いはコア材の厚みによる差があるために、ロストルク変動が発生し、このようなモータを電動パワーステアリング装置に用いるとハンドル操作のフィーリングが悪くなる問題があった。
【解決手段】モータのステータやロータを、プレスで抜いたコア又はコア組を１８０度以外の一定角度である（３６０／ｎ）度で順次回転させながら積層したコア組で構成することにより磁気的方向性を少なくすることができ、その結果、モータのロストルク変動が減少する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モータに関し、特に、電動パワーステアリング装置に用いるモータでトルクリップルの少ないモータに関する。

自動車のステアリング装置をモータの回転力で補助力を付与する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付与するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成を図５を参照して説明する。操向ハンドル１０１の軸１０２は減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４ａ及び１０４ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に結合されている。軸１０２には，操向ハンドル１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０７が設けられており、操向ハンドル１０１の操舵力を補助するモータ１０８が、減速ギア１０３を介して軸１０２に連結されている。

電動パワーステアリング装置では、フィーリングの良いハンドル操作が要求されるので、モータのトルクリップルなどによる振動の発生などはハンドル操作のフィーリングを悪化させるものとして避けなければならない。このような条件を満足するために、例えば、特許文献１に開示されているような技術的工夫を施しているモータもある。その技術的な内容は永久磁石型ブラシレスモータにおいて、モータの回転子の極数Ｐと固定子の溝数Ｎが１＜Ｎ／Ｐ＜１．２で、かつＮ／Ｐが既約分数でない場合に、トルク脈動が小さく、このようなモータを用いた電動パワーステアリング装置ではフィーリングの良いハンドル操作が期待できることが記載されている。

特開２００３−２５０２５４号公報

しかし、上述したようなモータの回転子の極数Ｐと固定子の溝数Ｎに関する技術的な要件は従来から良く用いられている設計条件ではないため、改めてモータを開発設計する必要があるという問題があった。また、ブラシレスＤＣモータはステータのスロット数が一般的に少ないため、スロットオープニングとロータ磁石の吸引反発で発生するロストルク変動が比較的大きいという問題もある。

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、大幅な設計変更を伴わず、ロストルク変動が少ないモータ及びそれを用いて振動の少ないフィーリングの良いハンドル操作を可能とする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、モータに関するものであり、本発明の上記目的は、モータのステータが、プレスで抜いたコア又はコア組を１８０度以外の一定角度である（３６０／ｎ）度（ただし、ｎは自然数）で順次回転させながら積層したコア組で構成されたことによって達成される。また、本発明の上記目的は、前記ステータのスロットオープニングが不等間隔であることによって更に効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、モータのロータが、プレスで抜いたコア又はコア組を１８０度以外の一定角度である（３６０／ｎ）度（ただし、ｎは自然数）で順次回転させながら積層したコア組で構成されたことによって達成される。また、本発明の上記目的は、永久磁石を、前記ロータのコアの外周に装着した、或いは前記ロータのコアの内部に挿入したことによって更に効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、前記モータがブラシレスＤＣモータであることによって更に効果的に達成される。また、本発明の上記目的は、前記モータを電動パワーステアリング装置に用いることによって更に効果的に達成される。

ステータのコア材が磁気的に無方向性の電磁鋼板であっても、圧延などの影響により僅かに磁気的な方向性を有していたり、また、鋼板の場所によって厚みに僅かな差が存在するので、プレスで抜いてそのまま積層した場合、磁気的方向性を有したり、厚みが場所によって変わったりして、モータにロストルク変動が生じる。しかし、モータのステータやロータが、プレスで抜いたコア又はコア組を（３６０／ｎ）度で順次回転させて積層したコア組で構成されるならば、厚み偏差に対して改善効果があり、また、１８０度以外の角度で回転させて積層することによって、磁気抵抗も平均化されて、圧延などによる磁気方向性の問題も改善でき、モータにロストルク変動が発生しなくなる効果がある。

また、ステータのスロットオープニングが不等間隔であれば、各極でのロストルク変動が同時に発生しないのでコギングを大幅に減少できる。さらに、そのモータを電動パワーステアリング装置に用いれば、モータのトルクリップルが少なくフィーリングの良いハンドル操作が可能となる電動パワーステアリング装置を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態について以下図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例であるｎが３の場合のステータの鳥瞰図である。即ち、一例として、３０枚構成のコア組（或いは、３０枚構成のコアユニット）を３組用いて、一定角度として（３６０／３）度＝１２０度で順次回転させて積層したコア組で構成したステータである。図１において、テイース２を有するステータ１は、ステータ用のコア１−１−１、１−１−２、・・・、１−１−３０の３０枚構成のコア組１−１と、コア組１を基準として１２０度回転させて積層したコア１−２−１からコア１−２−３０の３０枚構成のコア組１−２と、コア組１を基準として２４０度回転させて積層したコア１−３−１からコア１−３−３０の３０枚構成のコア組１−３とから構成される３組のコア組で構成されている。ステータ１の内側にはロータ３が存在する。本発明で重要なことは、ステータ１を組み立てるためにコア組１−１，１−２，１−３の３組のコア組を１２０度で順次回転させて積層することにある。このように回転積層することにより、無方向性の電磁鋼板から製造されるコア材でも圧延する際に発生してしまう磁気的な方向性を打ち消すことができるからである。ただし、回転積層で注意すべきことは、ステータ１の中心から見た回転積層の回転角度θが１８０度以外での角度でなければならないことである。ここで、一定角度である回転角度θとは、コア組１−１とコア組１−２との回転角度、及び、コア組１−２とコア組１−３との回転角度で本実施例では回転角度θは１２０度である。ステータ１は、コア組１−１，１−２，１−３から成る３組のコア組を１２０度で順次回転させて積層させたコア組から構成される。

回転角度θを１８０度以外とする理由は、コア組１−１からコア組１−ｎを回転積層したコア組で構成されたステータ１において、回転角度θ、即ち（３６０／ｎ）度が１８０度であると、回転積層して得られる磁気方向性の平均化が期待できず、磁気的方向性を有するステータとなってしまいモータ１０８のロストルク変動を発生するからである。そこで、コアを回転積層する際の回転角度θが１８０度以外の、例えば、６０度、９０度、或いは１２０度などで回転させれば、磁気方向性に関し平均化が実現でき、モータ１０８のロストルク変動を抑制することができる。なお、ステータのコア材である電磁鋼板の厚み偏差に関する平均化に関しては、１８０度も含む回転積層であれば効果がある。

なお、従来よりコアをスキューしてコア組を構成したステータも存在するが、スキューさせて積層した場合は、圧延によって生じた磁気的方向性を改善するには、スキュー程度の角度変化では充分ではない。しかし、本発明の場合を用いれば、ステータを構成するコア、或いはコア組を、スキューさせた場合の角度変化より遥かに大きい６０度や１２０度などの角度変化をもって積層するので圧延によって磁気的方向性を解消できる充分な効果を期待できる。

また、コア組の積層順番をコア組１−１、１−２，１−３に限定するものではなく、コア組の積層順番をコア組１−１，１−３，１−２、つまり、回転角度を２４０度、１２０度の順番にしても同じように発明の効果は得られる。

なお、他の実施例として、ｎが６組の場合は、ステータ１は、６組のコア組を（３６０／６）度＝６０度で順次回転させて積層させたコア組から構成され、又、ｎが４組の場合は、ステータ１は、４組のコア組を（３６０／４）度＝９０度で順次回転させて積層させたコア組から構成されることになる。つまり、ステータ１が１８０度以外の回転角度θの回転積層したコア組で構成されていれば本発明の効果を期待できる。

また、回転角度θが（３６０／ｎ）度である場合、必ずしもｎ組のコア組で構成する必要はなく、例えば、（ｎ−１）組のコア組で構成しても本発明の効果を得ることはできる。

また、ステータ１が、コア組１−１，１−２，１−３から必ずしも構成されている必要はなく、１枚構成のコアを９０枚用いて構成されていても、その１枚１枚の相互の回転角度関係がコア組１−１，１−２，１−３を構成する１枚１枚の回転角度に関する相御関係と同じ関係を維持していれば、積層するコアの順番に拘わらず、本発明の効果を得ることができる。

次に、スロットオープニングを不等間隔にすることにより、ステータのスロット各極で発生するロストルク変動が同時に発生しないようにした実施例について図２を参照して説明する。まず、スロットオープニングでロストルク変動が発生する理由を説明すると、スロットが存在する部分とスロットオープニングの部分とでは磁力の大きさに違いがあるためである。しかも、スロットオープニングが等間隔の場合、そのロストルク変動が同時に発生するためモータのコギングが大きくなって好ましくない現象を発生させる。

図２は、ステータコアのスロットオープニングが不等間隔で構成された実施例を示す図である。ステータ１はテイース２が形成するスロットオープニング６−１から６−１２を有しており、また、ステータ１の内側には、永久磁石４を外周に装着したロータ３が存在する。ここで重要なことは、スロットオープニング６−１から６−１２の間隔が不等間隔で構成されていることである。例えば、ステータ１の円周が構成する円の中心Ｃからスロットオープニング６−１の中心を結ぶ線と、ステータ１の円周が構成する円の中心Ｃからスロットオープニング６−２の中心を結ぶ線とから構成される角度αの値は、同じようにスロットオープニング６−２の中心線とスロットオープニング６−３の中心線とから構成される角度βの値とは異なる。このように、スロットオープニングの間隔を不等間隔とすることによりロストルク変動が同時に発生することを防止することができる。

なお、スロットオープニングを不等間隔とする場合、図２の実施例では、角度αと角度βが交互に出現する不等間隔の実施例を示したが、全てのスロットオープニングを全て不等間隔にしても良い。ただし、製造の利便性から交互に不等間隔にするなどコギングの大きさの許容値によって不等間隔にする度合いを決定すれば良い。なお、図２においては、スロットオープニングが不等間隔であり、且つ、コアを回転積層したコア組でスロットが構成されているので、スロットオープニングの不等間隔によるロストルク同時発生を防止する効果とコアを回転積層して構成されたスロットによる磁気方向性の平均化によるロストルク防止の両方の効果が期待できる。

ブラシレスＤＣモータに用いられるロータにおいても積層鋼板に磁気方向性が存在し、ロータのコアに磁気方向性があると、着磁に関し方向により磁力に差が発生して、磁石の極によって磁力が変化してコギングの原因となる。そこで、ロータもコアを回転積層したコア組で構成することによって、磁気方向性の平均化を実現することができる。図３（Ａ）は、ブラシレスＤＣモータのロータ３がコア又はコア組を回転積層したコア組で構成された一例を示している。なお、ブラシレスＤＣモータのロータに永久磁石を装着するが、図３（Ｂ）は、永久磁石４−１，４−２，４−２，４−４がロータ２の外周に装着されている例を示している。

図３（Ａ）は、ｎが３の場合の実施例で、一例として、３０枚構成のコア組３組を用いて、一定角度として（３６０／３）度＝１２０度で順次回転させて積層したコア組で構成したロータである。図３（Ａ）において、ロータ３は、ロータ用のコア３−１−１からコア３−１−３０の３０枚構成のコア組３−１と、コア組３−１を基準として１２０度回転させて積層したコア３−２−１からコア３−２−３０の３０枚構成のコア組３−２と、コア組３−２を基準として１２０度回転させて積層したコア３−３−１からコア３−３−３０の３０枚構成のコア組３−３とから構成される３組のコア組３−１，３−２，３−３で構成されている。

図４は、ロータ３に装着する永久磁石をロータの外周に装着するのではなく、永久磁石５−１，５−２，５−３，５−４をロータ３の中に組み込んだ実施例を示している。永久磁石をロータの中に組み込む場合も、ロータ３は、３０枚構成のコア組３組を用いて、一定角度として（３６０／３）度＝１２０度で順次回転させて積層したコア組で構成したロータである。図３（Ａ）において、ロータ用のコア３−１−１からコア３−１−３０の３０枚構成のコア組３−１と、コア組１を基準として１２０度回転させて積層したコア３−２−１からコア３−２−３０の３０枚構成のコア組３−２と、コア組３−１を基準として２４０度回転させて積層したコア３−３−１からコア３−３−３０の３０枚構成のコア組３−３とから構成される３組のコア組で構成されている。このコア構成により、磁気方向性の平均化を図り、着磁が方向により差が発生せずモータのロストルク変動を減少させることができる。

なお、ステータ１の場合と同じように、本発明の場合を用いれば、ロータ３を構成するコア、或いはコア組を、スキューさせた場合の角度変化より遥かに大きい６０度や１２０度などの角度変化をもって積層するので、圧延による磁気的方向性を解消できる充分な効果を期待できる。

また、コア組の積層順番をコア組３−１、３−２，３−３に限定するものではなく、コア組の積層順番をコア組３−１，３−３，１−２、つまり、回転角度を２４０度、１２０度の順番にしても同じように発明の効果は得られる。

ロータ３の場合もステータ１と同じ理由で回転積層の回転角度θは１８０度以外の角度、例えば、６０度や１２０度であれば、磁気方向性の平均化を実現できる。そして、磁気方向性の平均化を実現することにより、ロータ３の着磁に関して、方向により差が発生せずモータ１０８のロストルク変動を減少させることができる。

また、回転角度θが（３６０／ｎ）度である場合、ロータ３を必ずしもｎ組のコア組で構成する必要はなく、例えば、（ｎ−１）組のコア組で構成しても本発明の効果を得ることはできる。

また、ロータ３が、コア組３−１，３−２，３−３から必ずしも構成されている必要はなく、１枚構成のコアを９０枚用いて構成されていても、その１枚１枚の相互の回転角度関係がコア組３−１，３−２，３−３を構成する１枚１枚の回転角度に関する相互関係と同じ関係を維持していれば、積層するコアの順番に拘わらず、本発明の効果を得ることができる。

以上説明したように、ステータ１、及びロータ３をプレスで抜いたコア又はコア組を１８０度以外の一定角度である（３６０／ｎ）度で順次回転させながら積層させてコア組で構成し、さらに、スロットオープニング６を不等間隔にしたモータ１０８をブラシレスＤＣモータに適用すれば、ブラシレスＤＣモータが抱えるステータのスロット数が少なく、スロットオープニングとロータ磁石の吸引反発で発生するロストルク変動が大きいという問題を解決することが可能となる。

さらに、各実施例のモータを用いて電動パワーステアリング装置を構成すれば、モータのロストルク変動が大幅に減少するので、ハンドルに伝達される振動が大幅に減少し、フィーリングの良いハンドル操作を実現できる。

コアを回転積層したコア組から構成したステータを示す図である。 ステータオープニングが不等間隔であるステータを示す図である。 コアを回転積層したコア組から構成したロータを示す図である。 永久磁石がロータの内側に挿入されたロータを示す図である。 電動パワーステアリング装置の構成図である。

符号の説明

１ ステータ
１−１−１、１−１−２、・・・、１−３−３０ ステータ用のコア
２ テイース
３ ロータ
３−１−１、３−１−２、・・・、３−３−３０ ロータ用のコア
４ 永久磁石
５ 永久磁石
６ スロットオープニング

Claims (6)

1. モータのステータが、プレスで抜いたコア又はコア組を１８０度以外の一定角度である（３６０／ｎ）度（ただし、ｎは自然数）で順次回転させながら積層したコア組で構成されたことを特徴とするモータ。
2. 前記ステータのスロットオープニングが不等間隔である請求項１に記載のモータ。
3. モータのロータが、プレスで抜いたコア又はコア組を１８０度以外の一定角度である（３６０／ｎ）度（ただし、ｎは自然数）で順次回転させながら積層したコア組で構成されたことを特徴とするモータ。
4. 永久磁石を、前記ロータのコアの外周に装着した、或いは前記ロータのコアの内部に挿入した請求項３に記載のモータ。
5. 前記モータがブラシレスＤＣモータである請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のモータ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のモータを用いた電動パワーステアリング装置。

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