JP2008182862A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、ブラシレスモータに使用されるマグネットカバーに関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly, to a magnet cover used for a brushless motor.
従来より、ブラシレスモータ、特に、電動パワーステアリング装置(EPS)用のブラシレスモータでは、万が一マグネットが破損しても、その破片によりモータがロックしないように、マグネットの外側にマグネットカバーが外装されている。このマグネットカバーにはステンレス鋼などの非磁性材が使用されており、漏れ磁束による出力低下の防止が図られている。また、ロータマグネットの外周に取り付けられるマグネットカバーは、通常、略円筒形状に形成されており、製造コスト低減のため、金属パイプを用いたり、プレスによる絞り加工にて形成されたりするのが一般的である。例えば、特許文献1には、回転子の永久磁石の外側に、金属パイプを用いた略円筒形状の非磁性部材(マグネットカバー)を装着した回転電機が示されている。
一方、このようなマグネットカバーでは、プレス加工を行うと、本来、非磁性材料であるステンレス鋼がマルテンサイト化し、磁性材となってしまう場合がある。このため、従来より、マグネットカバーの製造に際しては、プレス加工後に焼鈍を行い、ステンレス鋼の非磁性化を図っている。しかしながら、マグネットカバーに焼鈍処理を行うと、それによって寸法にバラツキが生じ、組付時の作業性が悪くなるという問題があった。また、焼鈍処理にムラが生じると、マグネットカバーに磁性を帯びた部分が不均等に生じるおそれがあり、それに伴ってコギングトルクが大きくなるという問題もあった。特に、EPS用モータでは、コギングトルクの増大は操舵フィーリングの悪化につながるため、それを所定値以下に抑える必要があり、その対策が求められていた。 On the other hand, when such a magnet cover is pressed, stainless steel, which is originally a non-magnetic material, may become martensite and become a magnetic material. For this reason, conventionally, when manufacturing a magnet cover, annealing is performed after press working to make the stainless steel non-magnetic. However, when the annealing process is performed on the magnet cover, there is a problem in that the size varies and the workability at the time of assembling deteriorates. In addition, when unevenness occurs in the annealing process, there is a possibility that a magnetized portion is unevenly formed on the magnet cover, and the cogging torque increases accordingly. In particular, in an EPS motor, since an increase in cogging torque leads to deterioration in steering feeling, it is necessary to suppress it to a predetermined value or less, and a countermeasure for this is required.
本発明の目的は、ブラシレスモータに使用されるマグネットカバーの磁化によるコギングトルクの増大を抑えることにある。また、本発明の他の目的は、プレス加工後の焼鈍処理を省き、マグネットカバーの寸法のバラツキを低減することにある。 An object of the present invention is to suppress an increase in cogging torque due to magnetization of a magnet cover used in a brushless motor. Another object of the present invention is to eliminate the annealing process after press working and reduce the variation in the dimensions of the magnet cover.
本発明のブラシレスモータは、ステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記ロータは、磁性体にて形成されたロータコアと、前記ロータコアの外周に取り付けられたマグネットと、前記マグネットの外側に装着された略円筒形状のマグネットカバーとを備え、前記マグネットカバーが、ステンレス鋼材を絞り率0.5〜1の範囲で絞り加工することによって形成されることを特徴とする。 The brushless motor of the present invention is a brushless motor comprising a stator and a rotor rotatably disposed inside the stator, wherein the rotor is formed of a magnetic material, and the rotor core. A magnet attached to the outer periphery of the magnet and a substantially cylindrical magnet cover attached to the outside of the magnet, and the magnet cover draws a stainless steel material in a drawing ratio range of 0.5 to 1. It is formed.
本発明にあっては、ステンレス鋼材を絞り率0.5〜1にて絞り加工してマグネットカバーを形成することにより、ステンレス鋼材がマルテンサイト変態し、マグネットカバーが磁性化される。一方、この絞り率の範囲内では、焼鈍の有無にかかわらず、コギングトルクが所定の基準値以下に抑えられるため、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省くことができる。このため、焼鈍による寸法のバラツキや、焼鈍処理のムラに起因するコギングトルクの増大を防止できる。また、前記範囲で絞り加工を行うことにより、時期割れも防止できる。 In the present invention, a stainless steel material is drawn at a drawing ratio of 0.5 to 1 to form a magnet cover, whereby the stainless steel material is martensitic transformed and the magnet cover is magnetized. On the other hand, within the range of the drawing ratio, the cogging torque can be suppressed to a predetermined reference value or less regardless of the presence or absence of annealing, so that the annealing process can be omitted while keeping the cogging torque below the reference value. For this reason, the increase in the cogging torque resulting from the variation in the dimension by annealing and the nonuniformity of annealing treatment can be prevented. Moreover, a time crack can also be prevented by performing a drawing process in the said range.
前記ブラシレスモータにおいて、前記マグネットカバーの相対板厚を0.8%以下に設定しても良く、これにより、漏れ磁束による出力低下を抑え、フリクション低減が図られる。また、前記マグネットカバーの板厚を0.35mm以下に設定しても良く、これによっても、コギングトルクの低減が図られる。 In the brushless motor, the relative plate thickness of the magnet cover may be set to 0.8% or less, thereby suppressing a decrease in output due to leakage magnetic flux and reducing friction. Further, the plate thickness of the magnet cover may be set to 0.35 mm or less, which also reduces the cogging torque.
本発明のブラシレスモータによれば、ブラシレスモータのロータに装着されるマグネットカバーとして、ステンレス鋼材を絞り率0.5〜1の範囲で絞り加工したものを使用することにより、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省くことが可能となる。このため、処理工程が削減されコスト低減が図られると共に、焼鈍による寸法のバラツキを防止でき、組付性の向上を図ることが可能となる。また、焼鈍処理のムラも防止でき、処理ムラに起因するコギングトルクの増大を防止できる。 According to the brushless motor of the present invention, as a magnet cover to be mounted on the rotor of the brushless motor, a stainless steel material drawn with a drawing ratio of 0.5 to 1 is used, so that the cogging torque is less than the reference value. Thus, it is possible to omit the annealing process. For this reason, it is possible to reduce the processing steps and reduce the cost, to prevent variation in dimensions due to annealing, and to improve the assemblability. Further, unevenness in the annealing process can be prevented, and an increase in cogging torque due to the process unevenness can be prevented.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図、図2は図1のブラシレスモータの分解斜視図である。図1に示すように、ブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)は、外側にステータ(固定子)2、内側にロータ(回転子)3を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ1は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置(EPS)の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ1は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ1の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a brushless motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the brushless motor of FIG. As shown in FIG. 1, a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as “
ステータ2は、有底円筒形状のケース4と、ステータコア5、ステータコア5に巻装されたステータコイル6(以下、コイル6と略記する)及びステータコア5に取り付けられるバスバーユニット(端子ユニット)7とから構成されている。ケース4は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、固定ネジ23によってアルミダイキャスト製のブラケット24が取り付けられる。ステータコア5は、複数個の分割コア8からなり、分割コア8を周方向に9個集成した構成となっている。分割コア8は、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ9が取り付けられている。
The
インシュレータ9の外側にはコイル6が巻装され、ステータコア5の一端側には、コイル6の端部6aが径方向に引き出されている。ステータコア5の一端側には、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形されたバスバーユニット7が取り付けられる。バスバーユニット7の周囲には複数個の給電用端子11が径方向に突設されており、バスバーユニット7の取り付けに際し、コイル端部6aは、この給電用端子11と溶接される。バスバーユニット7では、バスバーはモータ1の相数に対応した個数(ここでは、U相,V相,W相分の3個)設けられており、各コイル6はその相に対応した給電用端子11と電気的に接続される。ステータコア5は、バスバーユニット7を取り付けた後、ケース4内に圧入され、ケース内周面に接着固定される。
A
ステータ2の内側にはロータ3が挿入されている。ロータ3はロータシャフト21を有しており、ロータシャフト21はベアリング22a,22bによって回転自在に支持されている。ベアリング22aはケース4の底部中央に、ベアリング22bはブラケット24の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト21には、円筒形状のロータコア25が固定されており、その外周には、セグメントタイプのマグネット(永久磁石)26が取り付けられている。ロータシャフト21には合成樹脂製のマグネットホルダ27が外挿されており、マグネット26は、マグネットホルダ27に保持される形でロータコア25の外周に配設される。モータ1では、マグネット26は、周方向に沿って6個配置されており、マグネット26の外側には、有底円筒形状のマグネットカバー28が取り付けられている。
A
マグネットカバー28はSUS304等のステンレス鋼にて形成され、前述同様、円板状のブランク材から絞り加工にて形成されるが、本発明によるモータ1では、マグネットカバー28の絞り率m(パンチ直径/ブランク直径)が0.5〜1.0に設定されている。図3は、SUS304板厚0.2mm,絞り工程:5絞りの場合におけるマグネットカバーの絞り率mとコギングトルクとの関係を示す説明図である。図3に示すように、発明者らの実験によれば、絞り率mが小さくなるとコギングトルクが急激に大きくなる。これは、絞り率mが小さいと、ブランクに対しパンチ直径が小さくなってブランク材の変形量が大きくなり、加工によって誘起されるマルテンサイト変態が大きくなるためと考えられる。
The
この場合、加工後に焼鈍処理を行うと、図3に破線にて示したように、コギングトルクの低下が認められる。しかしながら、このような焼鈍処理の効果は、低絞り率の場合には顕著であるものの、絞り率が大きくなるとその効果はほとんど無く、絞り率が0.5以上の場合には、焼鈍処理の有無にかかわらず、EPSで求められる基準値(10Nm)を下回る。その一方、絞り率が0.5未満の場合には、焼鈍処理を行っても基準値は超えてしまう。 In this case, when annealing is performed after processing, a decrease in cogging torque is recognized as shown by a broken line in FIG. However, although the effect of such an annealing process is remarkable when the drawing ratio is low, there is almost no effect when the drawing ratio is increased. When the drawing ratio is 0.5 or more, the presence or absence of annealing treatment is not present. Regardless of the value, it is below the reference value (10 Nm) required by EPS. On the other hand, when the drawing ratio is less than 0.5, the reference value is exceeded even if annealing is performed.
すなわち、図3の結果から、絞り率mが0.5以上の場合には、絞り加工後にオーステナイト鋼であるステンレスがマルテンサイト変態によって磁性化してしまうものの、焼鈍の有無はコギングトルクには影響しないことが分かる。また、絞り率mを0.5以上に設定すれば、焼鈍処理を省いてもコギングトルクは基準値以下に収まることも分かった。そこで、本発明によるモータ1では、マグネットカバー28の絞り率mを0.5〜1.0に設定し、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省き、焼鈍による寸法のバラツキや、焼鈍処理のムラを防止している。これにより、当該モータ1では、マグネットカバー28の寸法精度が安定し、カバー組付時の作業性向上が図られると共に、処理ムラに伴うコギングトルクの増大も抑えられる。
That is, from the results of FIG. 3, when the drawing ratio m is 0.5 or more, stainless steel, which is an austenitic steel, is magnetized by martensitic transformation after drawing, but the presence or absence of annealing does not affect the cogging torque. I understand that. It was also found that if the drawing ratio m was set to 0.5 or more, the cogging torque was kept below the reference value even if the annealing process was omitted. Therefore, in the
なお、ステンレス鋼では、絞り加工後、数日経過した時点でいわゆる「時期割れ」が生じ、軸方向に縦割れが発生する場合がある。このような時期割れは、絞り率mが0.43〜0.38の範囲で発生し易いとされており、前述のように、絞り率mを0.5〜1.0に設定すれば、この時期割れも防止することができる。 In stainless steel, a so-called “time crack” may occur when several days have passed after drawing, and a vertical crack may occur in the axial direction. Such a time crack is said to easily occur when the drawing ratio m is in the range of 0.43 to 0.38. As described above, if the drawing ratio m is set to 0.5 to 1.0, This period cracking can also be prevented.
一方、絞り率mを前述の範囲に設定した場合でも、マグネットカバー28の相対板厚((板厚t/カバー外径D)×100)が大きくなると、板厚が大きくなり、マグネット26の磁束がマグネットカバー28を伝わり、漏れ磁束が多くなる。このため、相対板厚が大きくなると、有効磁束が減少し、モータ出力が低下する。図4は、絞り率m=0.6の場合における、相対板厚とモータトルクとの関係を示す説明図である。図4に示すように、発明者らの実験によれば、相対板厚が0.8%を超えると、急激にトルクが低下する。従って、当該モータ1では、前述の絞り率mの条件を満たしつつ、相対板厚が0.8%以下となるように、マグネットカバー28の板厚を設定している。
On the other hand, even when the aperture ratio m is set in the above range, the plate thickness increases as the relative plate thickness of the magnet cover 28 ((plate thickness t / cover outer diameter D) × 100) increases, and the magnetic flux of the
但し、マグネットカバー28の板厚を大きくすると、前述のように、漏れ磁束が多くなりコギングトルクにも影響を与えることから、板厚自身にも制限を加えることが好ましい。図5は、カバー外径D=45.5mm、絞り率m=0.5,0.6,0.8の場合における、マグネットカバー板厚とコギングトルクとの関係を示す説明図である。図5に示すように、発明者らの実験によれば、絞り率m=0.5,0.6の場合は概ね板厚を0.35mmよりも大きくすると、絞り率m=0.8の場合は概ね板厚を0.4mmより大きくするとコギングトルクが基準値を超えることが分かった。すなわち、絞り率mを0.5以上に設定した場合においても、コギングトルクを基準値以下に抑えるには、基本的に板厚を0.35mm以下とする必要がある。そこで、当該モータ1では、前述の条件を満たしつつ、マグネットカバー28の板厚を0.35mm以下に設定して、コギングトルクを基準値以下に抑えている。
However, if the plate thickness of the
このように、本発明によるモータ1では、絞り率mを0.5〜1.0に設定し、絞り加工によって磁性化されたマグネットカバー28を使用することにより、コギングトルクを抑えつつ、焼鈍処理を省くことができる。従って、マグネットカバー28の寸法精度が向上すると共に、工程削減によるコストダウンを図り、安価なマグネットカバーを提供することが可能となる。また、絞り率mを0.5〜1.0に設定することにより、ステンレス鋼に特有の時期割れを防止することもできる。さらに、マグネットカバー28の相対板厚を0.8%以下に設定することにより、漏れ磁束による出力低下を抑え、フリクションの低減を図ることが可能となる。加えて、マグネットカバー28の板厚を0.35mm以下に設定することにより、コギングトルクの低減も図られる。
As described above, in the
一方、マグネットホルダ27の端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ31のロータ(レゾルバロータ)32が取り付けられている。これに対し、レゾルバ31のステータ(レゾルバステータ)33は、金属製のレゾルバホルダ34内に圧入され、その状態でブラケットホルダユニット35に固定されている。レゾルバステータ33には、ロータ32の回転に伴って出力される信号を伝送するためのセンサハーネス36が固定されている。センサハーネス36はステータ33の端子部33aに溶接され、端子部33aの部分には合成樹脂製のインシュレータ37が取り付けられる。センサハーネス36は、ブラケット24とブラケットホルダユニット35との間を周方向に沿って引き回され、ゴムグロメット38を介してブラケット24の外周部から装置外へと引き出される。
On the other hand, a rotor (resolver rotor) 32 of a
モータ1では、レゾルバホルダ34は有底円筒形状に形成されており、ブラケットホルダユニット35の中央部に挿入装着される。一方、フランジ部34aが形成された開口側端部は、ブラケット24に設けられたリブ39の端部外周に軽圧入される。リブ39は、ブラケット24の中央部に、軸方向に向かって円筒形状に突設されており、その内側には、ロータシャフト21を支持するベアリング22bが固定されている。従って、リブ39にレゾルバホルダ34を軽圧入することにより、レゾルバステータ33がロータシャフト21と同心状に取り付けられ、レゾルバ31のステータ33とロータ32の芯精度が向上し、ロータ位置検出精度の向上が図られる。
In the
ブラケットホルダユニット35は合成樹脂にて形成されており、金属製の雌ネジ部41がインサート成形されている。雌ネジ部41には、ブラケット24の外側から取付ネジ42がねじ込まれ、これにより、レゾルバホルダ34がブラケット24の内側に固定される。なお、レゾルバホルダ34のフランジ部34aに形成された取付孔34bは、周方向に延びる長孔となっており、レゾルバホルダ34の位置を周方向に微調整できるようになっている。ブラケットホルダユニット35にはまた、外部給電用端子43が3個設けられている。外部給電用端子43はU,V,Wの各相ごとに設けられ、ブラケットホルダユニット35をブラケット24に組み付けたとき、外部給電用端子43は、ブラケット24の側面から径方向に突出するよう設けられている。
The
各外部給電用端子43(43U,43V,43W)は、ブラケットホルダユニット35内に設けられた接続端子44(44U,44V,44W)と電気的に接続されている。各接続端子44は、ブラケットホルダユニット35の本体部45から軸方向に向かって突設されており、バスバーユニット7に設けられたバスバー端子46(46U,46V,46W)と溶接される。バスバー端子46もまた、バスバーユニット7の本体部47から軸方向に向かって突設されており、モータ1を組み付けると、バスバー端子46と接続端子44が並列に対向するようになっている。モータ1では、ケース4にブラケット24を取り付けた後、バスバー端子46と接続端子44を溶接固定する。ブラケット24にはそのための作業孔48が形成されおり、作業孔48には、溶接工程後にブラケットキャップ49が取り付けられる。
Each external power feeding terminal 43 (43U, 43V, 43W) is electrically connected to a connection terminal 44 (44U, 44V, 44W) provided in the
このようなモータ1は次のように組み付けられる。まず、ステータ2やロータ3、ブラケットアッセンブリ51を個々に組み付ける。この場合、ブラケットアッセンブリ51は、ベアリング22bを組み込んだブラケット24と、レゾルバステータ33関係の部品を組み付けたブラケットホルダユニット35とを一体化し、タッピンネジ52にて固定したアッセンブリ品である。ステータ2は、コイル6を巻装したステータコア5にバスバーユニット7を取り付け、給電用端子11とコイル端部6aを溶接したものをケース4内に収容固定したアッセンブリ品である。また、ロータ3は、ロータシャフト21にロータコア25を固定し、マグネットホルダ27を取り付けた後、マグネット26を圧入しマグネットカバー28を装着すると共に、マグネットホルダ27にレゾルバロータ32を圧入固定したアッセンブリ品である。
Such a
このようなアッセンブリ品をそれぞれ組み立てた後、ロータ3をブラケットアッセンブリ51に取り付け、そこにステータ2を外装して固定ネジ23にてケース4とブラケット24を締結する。次に、作業孔48を介して、バスバー端子46と接続端子44を溶接固定する。この状態にてモータ抵抗や絶縁チェック等を行い、その後、レゾルバ31の原点調整を行う。原点調整は、長孔の取付孔34bを利用して、レゾルバホルダ34の位置をブラケット24の外側から周方向に微調整して実施される。原点を調整した後、ブラケット24の外側から取付ネジ42を挿入し、雌ネジ部41に螺入固定する。これにより、レゾルバホルダ34のフランジ部34aが、ブラケット24とブラケットホルダユニット35との間に挟まれる形で固定される。取付ネジ42を締め付けた後、ブラケットキャップ49を取り付ける。これにてモータ1の組み付け作業は完了し、その後、各種特性チェック等が行われ、完成品となる。
After assembling such assemblies, the
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、コラムアシスト式のEPSに使用されるブラシレスモータを示したが、他の方式のEPS用モータにも本発明は適用可能である。加えて、EPSや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般にも適用可能である。
また、前述の実施例では、ステンレス鋼材としてSUS304を用いた例を示したが、SUS302等の他のオーステナイト系ステンレス鋼材を用いても良い。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the brushless motor used for the column assist type EPS is shown. However, the present invention can be applied to other types of EPS motors. In addition, the present invention is widely applicable not only to EPS and motors for various on-vehicle electric products, but also to general brushless motors.
Moreover, in the above-mentioned Example, although the example which used SUS304 as a stainless steel material was shown, you may use other austenitic stainless steel materials, such as SUS302.
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
3 ロータ
4 ケース
5 ステータコア
6 ステータコイル
6a コイル端部
7 バスバーユニット
8 分割コア
9 インシュレータ
11 給電用端子
21 ロータシャフト
22a,22b ベアリング
23 固定ネジ
24 ブラケット
25 ロータコア
26 マグネット
27 マグネットホルダ
28 マグネットカバー
31 レゾルバ
32 ロータ
33 ステータ
33a 端子部
34 レゾルバホルダ
34a フランジ部
34b 取付孔
35 ブラケットホルダユニット
36 センサハーネス
37 インシュレータ
38 ゴムグロメット
39 リブ
41 雌ネジ部
42 取付ネジ
43 外部給電用端子
44 接続端子
45 本体部
46 バスバー端子
47 本体部
48 作業孔
49 ブラケットキャップ
51 ブラケットアッセンブリ
52 タッピンネジ
m 絞り率(パンチ直径/ブランク直径)
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ロータは、磁性体にて形成されたロータコアと、前記ロータコアの外周に取り付けられたマグネットと、前記マグネットの外側に装着された略円筒形状のマグネットカバーとを備え、
前記マグネットカバーは、ステンレス鋼材を絞り率0.5〜1の範囲で絞り加工することによって形成されることを特徴とするブラシレスモータ。 A brushless motor having a stator and a rotor rotatably disposed inside the stator,
The rotor includes a rotor core formed of a magnetic material, a magnet attached to the outer periphery of the rotor core, and a substantially cylindrical magnet cover attached to the outside of the magnet.
The magnet cover is formed by drawing a stainless steel material in a drawing ratio of 0.5 to 1.
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