JP2009213285A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントマグネットの段積みスキュー角を容易に設定でき、しかも、スキュー角のバラツキを抑えることが可能なブラシレスモータを提供する。
【解決手段】軸方向に沿って複数個に分割形成されたロータコア１５ａ〜１５ｃと、各ロータコアの外周に取り付けられるセグメントマグネット１６ａ〜１６ｃと、ロータコアに取り付けられセグメントマグネットを保持するマグネットホルダ１７ａ〜１７ｃとを有する。ロータコア１５ａ〜１５ｃは、ホルダアーム１９が装着されるホルダ位置決め溝２０と、ホルダ位置決め溝２０と対応して形成されたブリッジ部３２とを有する。マグネットホルダ１７ｂ,１７ｂは、ブリッジ部３２と嵌合しホルダアーム１９とステップ角分ずれた配置された嵌合溝３４を有し、ブリッジ部３２と嵌合溝３４を嵌合させてロータ３を形成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、スキュー構造を有するブラシレスモータに関し、特に、スキュー角を容易かつ正確に設定し得る構造を備えたブラシレスモータに関する。

従来より、ブラシレスモータでは、コギングやトルクリップルを低減させる手段として、ロータ磁極等を軸方向に傾斜させるスキュー構造が広く知られている。このようなスキュー構造のブラシレスモータでは、磁極用のマグネットとして、一般にリングマグネットが使用されており、マグネット自体にスキュー着磁を行うことによりコギング等の低減を図っている。

一方、例えば、電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータなどでは、小型化・高出力化の要請から、ロータマグネットとして、高磁束密度に着磁可能なセグメントマグネットの使用が増加している。ところが、セグメントマグネット（直角磁場タイプ）は、製法上スキュー着磁を行うことができない。このため、セグメントマグネットを使用したモータでは、スキュー構造を実現するため、マグネットの段積みによるいわゆるステップスキューが行われている。

このステップスキュー構造のモータでは、セグメントマグネットが軸方向に複数列配されると共に、各列のマグネットは、周方向に所定角度ずつずらして配置される。これにより、磁極が軸方向に沿って段階的にずれた形となり、ステップスキュー構造が形成される。この場合、各マグネットは、ロータコアの外周面に接着剤にて固定され、その際、接着剤としては、通常、熱硬化性のものが使用される。各マグネットは、接着剤が塗布された状態でロータコア上に貼着され、専用の治具にて位置決めされて加熱固定される。
特開2001-218403号公報 特開2001-346346号公報 特開2003-284276号公報 特開2003-339129号公報 特開2004-159492号公報 特開2004-180491号公報 特開2004-208341号公報 国際公開ＷＯ2006/008964 A1号公報

このようなステップスキュー構造では、マグネットの段積み数が増えるほどステップが小刻みとなるため、コギングやトルクリップルを小さくできる。しかしながら、段積み数が増加すると、それに伴ってマグネット固定位置の誤差が累積し、スキュー角度のバラツキが大きくなる。このため、ステップスキュー構造のモータでは、当初、設計上見込んでいた程の性能が得られないという問題が生じていた。特に、接着剤による固定の場合、製造工程上でマグネットの位置がずれやすく、マグネット位置にバラツキが生じ易いという問題があった。また、接着固定の場合、はみ出した接着剤が冶具に付着するなど、作業性の点でも改善が求められていた。

本発明の目的は、セグメントマグネットの段積みスキュー角を容易に設定でき、しかも、スキュー角のバラツキを抑えることが可能なブラシレスモータを提供することにある。

本発明のブラシレスモータは、軸方向に沿って複数個に分割形成されたロータコアと、前記各ロータコアの外周に取り付けられる複数個のセグメントマグネットと、前記ロータコアに取り付けられ前記セグメントマグネットを前記ロータコア外周上に保持するホルダアームを備えてなるマグネットホルダとを有し、前記各ロータコアが所定のステップ角ずつ周方向にずれて配置されるステップスキュー構造のブラシレスモータであって、前記ロータコアは、該ロータコアの外周に形成され前記ホルダアームが装着されるホルダ位置決め部と、前記ホルダ位置決め部と所定の位置関係にて形成されたコア側嵌合部とを有し、前記マグネットホルダは、前記コア側嵌合部と嵌合し前記ホルダアームと所定の位置関係にて配置されるホルダ側嵌合部を有することを特徴とする。

本発明にあっては、ステップスキュー構造のブラシレスモータにて、ロータコアにコア側嵌合部、マグネットホルダにホルダ側嵌合部をそれぞれ設け、両者を嵌合させてロータを形成する。この際、コア側嵌合部とマグネットホルダのホルダアームは所定の位置関係にて接続される。また、ホルダアームとホルダ側嵌合部も所定の位置関係にて配置される。従って、コア側嵌合部とホルダ側嵌合部を嵌合させると、ロータコアとマグネットホルダは所定の位置関係にて組み付けられる。このため、ステップスキュー構造のステップ角を機械的に設定し、組み付けることができ、マグネットを接着剤にて固定する方式のモータに比して、スキュー角のバラツキが抑えられる。

前記ブラシレスモータにおいて、前記ロータコアに、周方向に沿って等分に形成された複数個の肉抜部を設け、前記コア側嵌合部として、隣接する前記肉抜部の間にブリッジ部を形成しても良い。また、前記マグネットホルダに、前記肉抜部に対向する形で該肉抜部に挿入可能な嵌合突起を設け、前記ホルダ側嵌合部として、隣接する前記嵌合突起の間に嵌合溝を形成しても良い。さらに、前記嵌合溝と前記ホルダアームを、周方向に前記ステップ角だけずれた位置関係にて配置しても良い。

本発明のブラシレスモータは、いわゆるステップスキュー構造のブラシレスモータにて、ロータコアに、ホルダアームが装着されるホルダ位置決め部と、このホルダ位置決め部と所定の位置関係にて形成されたコア側嵌合部とを設けると共に、マグネットホルダに、コア側嵌合部と嵌合しホルダアームと所定の位置関係にて配置されるホルダ側嵌合部を設けたので、両嵌合部を嵌合させることにより、ロータコアとマグネットホルダを所定の位置関係にて組み付けることが可能となる。このため、ステップスキュー構造のステップ角を機械的に設定し、組み付けることができ、マグネットを接着剤にて固定する方式のモータに比して、スキュー角のバラツキが抑えることが可能となる。

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。

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、図示しない固定ネジによってアルミダイキャスト製のブラケット８が取り付けられる。

ステータコア５は、図２に示すように、複数個（ここでは９個）の分割コア９を周方向に集成した構成となっている。ステータコア５には、９個のティース５ａが径方向内側に向かって突設されている。ステータコア５の先端には、２ｎ個の溝５ｂが（ここでは２個）が形成されており、擬似スロット効果によるコギング低減が図られている。分割コア９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１１が取り付けられている。

インシュレータ１１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１２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１２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１２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内に圧入固定される。

ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。図３はロータ３の構成を示す説明図、図４は図３の矢示Ｘ方向の側面図（一部破断）である。ロータ３はロータシャフト１３を有しており、ロータシャフト１３はベアリング１４ａ,１４ｂによって回転自在に支持されている。ベアリング１４ａはケース４の底部中央に、ベアリング１４ｂはブラケット８の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト１３には、円筒形状のロータコア１５ａ〜１５ｃ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）１６ａ〜１６ｃが取り付けられている。モータ１では、マグネット１６ａ〜１６ｃは、周方向に沿って６個×３列配置されており、モータ１は、６極９スロット構成となっている。マグネット１６ａ〜１６ｃの外側には、有底円筒形状のマグネットカバー１８が取り付けられている。なお、図３は、マグネットカバー１８を外した状態のロータ３の構成を示している。

マグネット１６ａ〜１６ｃの外側には、合成樹脂製のマグネットホルダ１７ａ〜１７ｃが取り付けられている。図４に示すように、マグネット１６ａ〜１６ｃは、マグネットホルダ１７ａ〜１７ｃに保持される形でロータコア１５ａ〜１５ｃの外周に配される。マグネットホルダ１７ａ〜１７ｃにはそれぞれ、ホルダアーム１９が軸方向に向かって突設されており、マグネット１６ａ〜１６ｃは、隣接するホルダアーム１９間に挟持される形で、ロータコア１５ａ〜１５ｃの外周面上に保持される。ホルダアーム１９は、ロータコア１５ａ〜１５ｃの外周に形成された位置決め溝（ホルダ位置決め部）２０に嵌合し、これにより、ロータコア１５ａ〜１５ｃとマグネット１６ａ〜１６ｃの位置関係が決定される。

モータ１では、マグネット１６ａ〜１６ｃは、各マグネットホルダ１７ａ〜１７ｃによって軸方向に３列配置されている。図３に示すように、各列のマグネット１６ａ〜１６ｃは、隣接列の同極性マグネットが、周方向に所定のステップ角θstep（隣接列のマグネット中心間角度）ずつずれた位置関係で取り付けられている。すなわち、モータ１のロータ３は、マグネット１６ａ〜１６ｃが３段積となったステップスキュー構造となっている。

図５は、ロータ３側のスキュー角についての説明図である。図５に示すように、ステップスキュー構造においては、マグネット１６ａ〜１６ｃの中心点Ｃ１〜Ｃ３（周方向・軸方向共）を結び、このＣ１〜Ｃ３を結ぶ線Ｌとマグネット１６ａ,１５ｃの端部との交点をＰ１,Ｐ２としたとき、Ｐ１,Ｐ２間の回転中心Ｏに対する中心角がマグネットスキュー角θｍとなる。従って、マグネット１６ａ,１６ｂ間、マグネット１６ｂ,１６ｃ間のステップ角θstepは、それぞれ、Ｃ１,Ｃ２、Ｃ２,Ｃ３間の回転中心Ｏに対する中心角となる。また、Ｃ１,Ｐ１間、Ｃ３,Ｐ２間の中心角は、それぞれ、ステップ角θstepの半分（θstep／２）となる。このため、スキュー角θｍは、θstep×（段積み数−１）＋（θstep／２）×２＝θstep×段積み数となる。

マグネットホルダ１７ａの端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ２１のロータ（レゾルバロータ）２２が取り付けられている。これに対し、レゾルバ２１のステータ（レゾルバステータ）２３は、金属製のレゾルバホルダ２４内に圧入され、合成樹脂製のレゾルバブラケット２５に収容されている。レゾルバホルダ２４は有底円筒形状に形成されており、ブラケット８の中央部に設けられたリブ２６の端部外周に軽圧入される。レゾルバブラケット２５とブラケット８には、金属製の雌ネジ部２７がインサートされており、雌ネジ部２７には、ブラケット８の外側から取付ネジ２８がねじ込まれる。これにより、レゾルバホルダ２４がブラケット８の内側に固定される。

ここで、本発明によるモータ１では、ロータコアとマグネットホルダを組み付ける際に、各数のステップ角θstepが機械的に設定され、スキュー角θskew＝ステップ角θstep×段数（段積数−１）がバラツキ無く設定されるようになっている。図６は、ロータコア１５ａ〜１５ｃとマグネットホルダ１７ａ〜１７ｃの組付状態を示す説明図、図７は、マグネットホルダ１７ｂ（１７ｃと同一構造）の構成を示す説明図である。

図６に示すように、ロータコア１５ａ〜１５ｃには、重量やイナーシャ低減を兼ねて、肉抜部３１がそれぞれ設けられている。肉抜部３１は、軸方向に沿って貫通形成されており、隣接する肉抜部３１の間にはブリッジ部（コア側嵌合部）３２が形成されている。これに対し、マグネットホルダ１７ｂ,１７ｃには、ロータコアの肉抜部３１に挿入可能な嵌合突起３３が軸方向に向かって突設されている。そして、隣接する嵌合突起３３の間には、嵌合溝（ホルダ側嵌合部）３４が形成されている。ロータコア１５ａ〜１５ｃとマグネットホルダ１７ａ〜１７ｃは、図６に示すように、ブリッジ部３２と嵌合溝３４を嵌合させる形で軸方向に組み付けられる。

一方、図７に示すように、マグネットホルダ１７ｂ,１７ｃでは、嵌合溝３４とホルダアーム１９は、周方向にθstep（例えば、６.７°）ずれた位置関係で形成されている。前述のように、マグネット１６ａ〜１６ｃとロータコア１５ａ〜１５ｃとの間の位置関係は、マグネットホルダ１７ａ〜１７ｃによって決まる。このため、マグネットホルダ１７ｂ,１７ｃを使用した段では、前段（図６において左側の列）に対して、θstep分だけ周方向にずれた位置にマグネット１６ｂ,１６ｃが配置される。

そこで、これを図６に基づいて説明すると、まず、マグネットホルダ１７ａとロータコア１５ａによって、１段目のマグネット１６ａが位置決めされる。次に、ロータコア１５ａのブリッジ部３２と、マグネットホルダ１７ｂの嵌合溝３４を嵌合させ、２段目を組み付ける。このとき、マグネットホルダ１７ｂでは、嵌合溝３４とホルダアーム１９がθstepずれているため、ロータコア１５ｂ上に固定されたマグネット１６ｂは、マグネット１６ａに対してθstepだけずれた位置に配置される。

同様に、ロータコア１５ｂのブリッジ部３２と、マグネットホルダ１７ｃの嵌合溝３４を嵌合させ、３段目を組み付ける。この場合も、マグネットホルダ１７ｃでは、嵌合溝３４とホルダアーム１９がθstepずれているため、ロータコア１５ｃ上に固定されたマグネット１６ｃは、マグネット１６ｂに対してθstepだけずれた位置に配置される。従って、マグネット１６ｃは、マグネット１６ａに対してスキュー角θskew＝θstep×２だけ周方向にシフトされて固定される。

このように、本発明によるモータ１では、セグメントマグネットの段積みスキュー角が機械的に設定されるため、接着剤固定の場合に比して、組付作業が容易であると共に、スキュー角度のバラツキを小さく抑えることができる。このため、作業工数の削減が図られると共に、スキュー構造によって設計上見込んでいた本来の性能を発揮させることができ、ブラシレスモータのコギングやトルクリップルの低減を図ることが可能となる。また、嵌合溝３４とホルダアーム１９の位置関係によってスキュー角度が決まるため、その設定も容易であり、仕様に応じて適宜変更することも容易である。さらに、マグネットを機械的に固定するため、接着剤が不要となり、作業性の改善も図られる。

加えて、セグメントマグネットの各段がユニット化され、各段間の角度（ステップ角）が正確に設定、組み付けされるため、軸方向に隣接するマグネット間のオーバーラップを確実に回避することができる。これにより、磁束のショートカットを防止することができ、有効磁束の減少による出力低下を抑えることができると共に、マグネットを着磁する際にフル着磁が可能となり、出力の向上が図られる。

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、マグネットを６個用いた６極９スロットのブラシレスモータに本発明を適用した例を示したが、モータのマグネットやスロットの構成はこれには限定されない。加えて、本発明は、発電機等のモータ以外の回転電機にも適用可能である。

本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図である。 図１のモータにおけるステータの構成を示す説明図である。 ロータの構成を示す説明図である。 図３の矢示Ｘ方向の側面図（一部破断）である。 ロータ側のスキュー角についての説明図である。 ロータコアとマグネットホルダの組付状態を示す説明図ある。 マグネットホルダの構成を示す説明図である。

符号の説明

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
５ａ ティース
５ｂ 溝
６ コイル
６ａ 端部
７ バスバーユニット
８ ブラケット
９ 分割コア
１１ インシュレータ
１２ 給電用端子
１３ ロータシャフト
１４ａ,１４ｂ ベアリング
１５ａ〜１５ｃ ロータコア
１６ａ〜１６ｃ マグネット
１７ａ〜１７ｃ マグネットホルダ
１８ マグネットカバー
１９ ホルダアーム
２０ 位置決め溝（ホルダ位置決め部）
２１ レゾルバ
２２ ロータ（レゾルバロータ）
２３ ステータ（レゾルバステータ）
２４ レゾルバホルダ
２５ レゾルバブラケット
２６ リブ
２７ 雌ネジ部
２８ 取付ネジ
３１ 肉抜部
３２ ブリッジ部（コア側嵌合部）
３３ 嵌合突起
３４ 嵌合溝（ホルダ側嵌合部）
θskew スキュー角
θstep ステップ角
Ｃ１〜Ｃ３ マグネット中心点
Ｌ マグネット中心点を結ぶ線
Ｏ ロータ回転中心
Ｐ１,Ｐ２ 直線Ｌとロータコア端部との交点

Claims (4)

1. 軸方向に沿って複数個に分割形成されたロータコアと、前記各ロータコアの外周に取り付けられる複数個のセグメントマグネットと、前記ロータコアに取り付けられ、前記セグメントマグネットを前記ロータコア外周上に保持するホルダアームを備えてなるマグネットホルダとを有し、前記各ロータコアが所定のステップ角ずつ周方向にずれて配置されるステップスキュー構造のブラシレスモータであって、
   前記ロータコアは、該ロータコアの外周に形成され前記ホルダアームが装着されるホルダ位置決め部と、前記ホルダ位置決め部と所定の位置関係にて形成されたコア側嵌合部とを有し、
   前記マグネットホルダは、前記コア側嵌合部と嵌合し、前記ホルダアームと所定の位置関係にて配置されるホルダ側嵌合部を有することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータコアは、周方向に沿って等分に形成された複数個の肉抜部を有し、前記コア側嵌合部は、隣接する前記肉抜部の間に形成されたブリッジ部であることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記マグネットホルダは、前記肉抜部に対向して設けられ該肉抜部に挿入可能な嵌合突起を有し、前記ホルダ側嵌合部は、隣接する前記嵌合突起の間に形成された嵌合溝であることを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項３記載のブラシレスモータにおいて、前記嵌合溝と前記ホルダアームは、周方向に前記ステップ角だけずれた位置関係にて配置されることを特徴とするブラシレスモータ。

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