JP2011072170A - モータコア - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ティース部とバックヨーク部を有する電磁鋼板の積層体で構成されるステータをそなえ、該ステータの円周方向に10MPa以上の圧縮応力が付与されるモータにおいて、該バックヨークの積層方向に0.3MPa以上の圧縮応力を付与する。
【選択図】図3
Description
また、本発明は、自動車の電動パワーステアリング用モータのモータコアに利用して、モータのロストルクの低減を図ろうとするものである。
また、最近急速に普及しているハイブリッド電気自動車の駆動モータや発電機も、高出力、小型化の観点から数kHzの周波数で駆動されている。
しかしながら、このような圧縮応力下において電磁鋼板の磁気特性は大きく劣化することが知られている。
従来の自動車のパワーステアリングである油圧パワーステアリングは、ハンドル操作をしない場合にも油圧を保持しているため、ハンドル操作時以外にもエネルギーを消費する。しかし、EPSでは、ハンドル操作時のみモータを駆動する方式なので、エネルギーの消費が少なく、油圧パワーステアリングに比べると、燃費が3〜5%程度向上すると言われている。このため、EPSは近年、小型車を中心に急速に普及が進んでおり、最近では、高トルクの出せる油圧パワーステアリングが有利と言われていた大型車への適用も試みられている。
このモータのロストルクの原因について発明者らが調査したところ、軸受け損等の機械的な摩擦以外に、モータコア材料の無方向性電磁鋼板のヒステリシス損に起因したトルクの発生があることを見出した(特許文献1参照)。このため、EPSモータコアのロストルクの低減化にはヒステリシス損の低減が求められる。
本発明は上記の知見に立脚するものである。
1.ティース部とバックヨーク部を有する電磁鋼板の積層体で構成されるステータをそなえ、該ステータの円周方向に10MPa以上の圧縮応力が付与されるモータにおいて、該バックヨークの積層方向に0.3MPa以上の圧縮応力を付与することを特徴とするモータコア。
従って、本発明のモータコアを用いることにより、焼きばめや樹脂モールド等によりコア材料に圧縮力が付加されるエアコンコンプレッサーモータや、ハイブリッドEV用駆動モータ、EV用駆動モータ、FCEV用駆動モータ、高速発電機等において、その鉄損を低減することが可能となる。
また、自動車の電動パワーステアリング用モータのロストルクを効果的に低減することが可能となる。
家電用エアコンコンプレッサーモータやハイブリッド電気自動車用のモータでは、コアを固定するために、ハウジングの焼きばめやハウジングへの圧入が行われる。この焼きばめや圧入によりモータコアに付加される圧縮応力は20〜150MPa程度と言われており、かような圧縮応力下での鉄損劣化抑制手法が望まれていた。
ついで、このコアに、焼きばめ代:5〜50μmで焼きばめを行った。その際、コアバック中央部の円周方向の圧縮応力を歪みゲージを用いて測定したところ、円周方向の圧縮応力(焼きばめ応力)は5〜50MPaであった。
さらに、積層方向に圧縮応力を付与するため、図1に示すように、バックヨーク部1に非磁性ステンレスで作製したリング2を取り付け、このリング2を油圧プレスで、図中に縦方向矢印で示すコア積層方向に締めることにより、種々の圧縮力を付与した。その際の圧縮力は、リングとステータコア間に感圧紙を挟むことにより測定した。なお、図1中、番号3はティース部、4は焼きばめリング(ハウジング)である。また、図1(b)中、矢印が示す方向5が圧縮応力のかかる円周方向である。
同図に示したとおり、コア外周からの圧縮応力が10MPa以上になると、鉄損の劣化が顕著になることを確認した。
同図から明らかなように、焼きばめを行わない場合は、積層方向に圧縮力を付与しても鉄損の変化はほとんどなかったが、焼きばめを行った場合には、積層方向に圧縮力を付与することによって、鉄損が大きく改善されることがわかる。特に付与応力が0.3MPa以上の場合に改善代が大きいことが判明した。
そこで、本発明では、積層方向の圧縮応力は0.3MPa以上、より好ましくは0.5MPa以上とした。但し、積層方向に付与する圧縮応力があまりに大きいと、コア変形等の弊害を招くおそれがあるので、付与応力は100MPa以下とすることが好ましい。
なお、本発明に用いるモータコア用電磁鋼板、その他モータ部品、部材は、従来公知の部品、部材を用いることができ、また、モータの構造も特段の限定を有しない。
また、ボルト締めにより固定されるモータコアも存在し、積層方向に圧縮力が加わっている場合もあるが、ボルト締めによる圧縮力はボルト近傍のみであり、磁束が主に流れているバックヨーク部には圧縮力はほとんど作用していない。しかも、ボルト締めにより固定されたモータコアに焼きばめを施すことは従来行われておらず、ボルト締めの目的は焼きばめ応力に起因した特性劣化を抑制するためのものではない。
板厚:0.35mmの3%Si鋼板を、金型と鋼板のクリアランス:3〜8%の金型で打ち抜くことにより、外径:100mmのステータコアを作製し、図1に示したようなモータコアを作製後、鋼板のバリ高さと鉄損との関係について調査した結果を、図4に示す。なお、円周方向の圧縮応力は30MPaであり、また積層方向への付与応力は1MPaとした。
同図に示したとおり、積層方向に圧縮力を付与しない場合には鉄損に及ぼすバリ高さの影響は認められなかったが、1MPaの圧縮応力を付与した場合には、バリ高さが10μmを超えると鉄損劣化が増大することが分かる。この原因は、圧縮力を付与した材料では端面の短絡が生じ易くなっているためと考えられる。
従って、電磁鋼板のバリ高さは10μm以下、望ましくは5μm以下とすることが好ましい。
分割タイプのステータコアを用いたEPSモータでは、前述の通り、コアを固定するために焼きばめが行われる。この焼きばめにより、材料に付与される圧縮応力は50〜150MPa程度といわれており、モータの空回り時(数rpmで回転)のロストルク増加につながっている。このような圧縮応力下でのロストルク増加要因について、発明者らが鋭意検討したところ、モータの回転数が数rpm程度と小さいことから、ロストルクはヒステリシス損と強い相関があるものと考えられた。そこで、発明者らはさらに検討を重ねた結果、圧縮応力下でのヒステリシス損の増加がロストルク増加の要因となっていることを突き止めた。
ついで、このコアに、焼きばめ代:5〜50μmで焼きばめを行った。その際、コアバック中央部の円周方向の圧縮応力を歪みゲージを用いて測定したところ、円周方向の圧縮応力(焼きばめ応力)は1〜50MPaであった。
さらに、積層方向に圧縮応力を付与するため、図1に示したように、バックヨーク部1に非磁性ステンレスで作製したリング2を取り付け、このリング2を油圧プレスでコア積層方向に締めることにより、種々の圧縮力を付与した。その際の圧縮力は、リングとステータコア間に感圧紙を挟むことにより測定した。また、モータコアのロストルクはモータを1rpmで無負荷回転させた場合のトルクの測定値より求めた。
同図から明らかなように、焼きばめ応力が1MPaと小さい場合は、積層方向に圧縮力を付与してもロストルクの変化はほとんどなかったが、焼きばめ応力が30MPaと大きい場合には、積層方向に圧縮力を付与することによって、ロストルクが大きく低減されることが判明した。特に付与応力が0.3MPa以上の場合に改善代が大きいことが分かる。
かくして得られたステータコアの鉄損W10/1k(W/kg)について調べた結果を、表1に示す。なお、表1には、打ち抜いた際に生じたバリ高さ、焼きばめ応力(円周方向の圧縮応力)および積層方向に付与した圧縮応力も併せて示す。
かくして得られたロストルク(摩擦トルク)(mNm)について調べた結果を、表2に示す。なお、表2には、焼きばめ応力(円周方向の圧縮応力)および積層方向に付与した圧縮応力も併せて示す。
2 リング
3 ティース部
4 焼きばめリング(ハウジング)
5 ステータ(バックヨーク部)における円周方向
Claims (3)
- ティース部とバックヨーク部を有する電磁鋼板の積層体で構成されるステータをそなえ、該ステータの円周方向に10MPa以上の圧縮応力が付与されるモータにおいて、該バックヨークの積層方向に0.3MPa以上の圧縮応力を付与することを特徴とするモータコア。
- 打ち抜きにより作製されるモータコア用電磁鋼板のばり高さを10μm以下とすることを特徴とする請求項1記載のモータコア。
- 前記モータコアが、電動パワーステアリング用モータに用いられるものである請求項1または2に記載のモータコア。
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- 2009-12-01 JP JP2009273616A patent/JP2011072170A/ja active Pending
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