JP2014100044A - Electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動モータに関するものである。 The present invention relates to an electric motor.
車両の操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置の駆動源として、ブラシレスモータ等の電動モータが使用されている。ブラシレスモータは、コイルが巻装されたティースを有するステータと、ステータの径方向の内側に回転自在に設けられたロータとを備え、コイルへの通電制御を行うことによりロータを回転駆動させている。 An electric motor such as a brushless motor is used as a drive source of an electric power steering device that assists the steering force of the vehicle. The brushless motor includes a stator having teeth around which a coil is wound, and a rotor rotatably provided inside the stator in the radial direction, and the rotor is driven to rotate by controlling energization of the coil. .
この種のブラシレスモータとして、例えば特許文献1には、爪部がロータ外周側で対向方向に折れ曲がって外周方向に交互に配置された第1のクローポール鉄心および第2のクローポール鉄心と、第1のクローポール鉄心と第2のクローポール鉄心との間に且つ外周側に磁気的に離間して配置され、S極とN極との中間的な磁気ポテンシャルとなり、N極にもS極にも磁化されていない無極性の無極性クローポール鉄心と、第1及び第2のクローポール鉄心及び無極性クローポール鉄心で囲まれた環形状の永久磁石と、を備えた、いわゆるクローポール型のモータが開示されている。永久磁石としては、フェライト磁石が採用されている。
As this type of brushless motor, for example,
ところで、より高トルクなモータを得ようとした場合、フェライト磁石よりも磁束密度が高い磁石を採用する必要がある。
フェライト磁石よりも磁束密度が高い磁石として、例えばネオジム磁石等の希土類磁石が知られている。しかし、ネオジム磁石等の希土類磁石は、一般に高価であるため、ネオジム磁石を採用した場合には、電動モータが高コスト化するという課題がある。
これに対して、ネオジム磁石等の希土類磁石と同等の磁束密度を有し、かつ低コストな磁石としてアルニコ磁石が知られている。
By the way, when it is going to obtain a motor with higher torque, it is necessary to employ | adopt the magnet whose magnetic flux density is higher than a ferrite magnet.
As magnets having a higher magnetic flux density than ferrite magnets, for example, rare earth magnets such as neodymium magnets are known. However, since rare earth magnets such as neodymium magnets are generally expensive, when a neodymium magnet is employed, there is a problem that the cost of the electric motor is increased.
On the other hand, an alnico magnet is known as a low-cost magnet having a magnetic flux density equivalent to that of a rare earth magnet such as a neodymium magnet.
しかし、アルニコ磁石は、保磁力が低いため、電動モータのロータにアルニコ磁石を採用すると、反磁界による自己減磁が問題となる。また、アルニコ磁石の減磁耐力を向上させる方法として、磁路断面積を狭くするとともに磁路方向に長くすることが有効であることが一般に知られている。しかし、磁路断面積を狭くすることにより、アルニコ磁石の起磁力が低下してしまうという課題がある。 However, since the alnico magnet has a low coercive force, when the alnico magnet is adopted for the rotor of the electric motor, self-demagnetization due to a demagnetizing field becomes a problem. Further, as a method for improving the demagnetization resistance of the Alnico magnet, it is generally known that it is effective to narrow the magnetic path cross-sectional area and lengthen it in the magnetic path direction. However, there is a problem that the magnetomotive force of the alnico magnet is reduced by reducing the cross-sectional area of the magnetic path.
そこで本発明は、自己減磁を抑制できるとともに、起磁力の低下を抑制できるアルニコ磁石を備えた電動モータの提供を課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric motor including an alnico magnet capable of suppressing self-demagnetization and suppressing a decrease in magnetomotive force.
上記の課題を解決するため、本発明の電動モータは、ステータと、前記ステータの径方向の内側に回転自在に設けられたロータと、を備え、前記ロータは、円筒状に形成され、軸方向に磁化されたアルニコ磁石と、前記アルニコ磁石の前記軸方向の一方側に配置される第一ベース部と、前記アルニコ磁石の前記径方向の外側において周方向に離間して配置され、前記第一ベース部から前記軸方向の他方側に向かって延びる複数の第一爪部と、を有する第一クローポールと、前記アルニコ磁石の前記他方側に配置される第二ベース部と、前記アルニコ磁石の前記径方向の外側において前記複数の第一爪部の間に配置され、前記第二ベース部から前記一方側に向かって延びる複数の第二爪部と、を有する第二クローポールと、を備え、前記アルニコ磁石の軸長をLとし、前記第一爪部の数と前記第二爪部の数とを合せた数を極数とし、前記アルニコ磁石の前記軸方向と直交する2極あたりの断面積をSとしたとき、前記アルニコ磁石の軸長Lおよび前記アルニコ磁石の2極あたりの断面積Sは、
L/S≧−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
を満たすように設定されていることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, an electric motor of the present invention includes a stator and a rotor that is rotatably provided inside the stator in the radial direction, and the rotor is formed in a cylindrical shape and has an axial direction. An alnico magnet magnetized on the first side, a first base portion disposed on one side of the axial direction of the alnico magnet, a circumferentially spaced outer side of the radial direction of the alnico magnet, and the first A first claw pole having a plurality of first claw portions extending from the base portion toward the other side in the axial direction; a second base portion disposed on the other side of the alnico magnet; and the alnico magnet. A second claw pole disposed between the plurality of first claw portions on the outer side in the radial direction and having a plurality of second claw portions extending from the second base portion toward the one side. , Said Arni The axial length of the magnet is L, the number of the first claw portions and the number of the second claw portions is the number of poles, and the cross-sectional area per two poles perpendicular to the axial direction of the alnico magnet is Assuming that S is the axial length L of the alnico magnet and the cross-sectional area S per two poles of the alnico magnet,
L / S ≧ −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
It is characterized by being set to satisfy.
円筒状のアルニコ磁石と、第一クローポールと、第二クローポールとを有するロータを備えた、いわゆるクローポール型の電動モータにおいて、アルニコ磁石の軸長Lおよびアルニコ磁石の2極あたりの断面積Sを変化させて、電動モータに所定電流を通電した後のアルニコ磁石の減磁率を測定した。この結果、アルニコ磁石の軸長Lおよびアルニコ磁石の2極あたりの断面積Sが、
L/S≧−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
・・・(1)
を満たすように設定されることで、アルニコ磁石の自己減磁をなくし、通電による減磁を抑制できることが確認できた。したがって、この構成によれば、アルニコ磁石の減磁耐力を向上させて自己減磁を抑制できるとともに、起磁力の低下を抑制できる。
In a so-called claw pole type electric motor having a rotor having a cylindrical alnico magnet, a first claw pole and a second claw pole, the axial length L of the alnico magnet and the cross-sectional area per two poles of the alnico magnet S was changed, and the demagnetizing factor of the alnico magnet after applying a predetermined current to the electric motor was measured. As a result, the axial length L of the alnico magnet and the cross-sectional area S per two poles of the alnico magnet are
L / S ≧ −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
... (1)
It was confirmed that the demagnetization due to energization could be suppressed by setting so as to satisfy the condition, eliminating the self-demagnetization of the alnico magnet. Therefore, according to this configuration, the demagnetization proof strength of the alnico magnet can be improved to suppress self-demagnetization, and the decrease in magnetomotive force can be suppressed.
また、前記ステータは、ステータハウジングと、前記ステータハウジングの前記径方向の内側に固定され、環状のステータコア本体と、前記ステータコア本体から前記径方向の内側に向かって突設されたティースと、を有するステータコアと、を備え、前記ティースには、三相のコイルが巻装され、前記ロータは、前記三相のコイルへの選択的な通電によって回転されることを特徴としている。 The stator includes a stator housing, an annular stator core main body fixed to the radial inner side of the stator housing, and teeth protruding from the stator core main body toward the radial inner side. A three-phase coil is wound around the teeth, and the rotor is rotated by selectively energizing the three-phase coil.
この構成によれば、ティースに三相のコイルが巻装され、ロータが三相のコイルへの選択的な通電によって回転するので、減磁耐力を向上させて自己減磁を抑制できるとともに、起磁力の低下を抑制できるアルニコ磁石を備えた、高性能な三相のブラシレスモータを得ることができる。 According to this configuration, since the three-phase coil is wound around the tooth and the rotor is rotated by selective energization of the three-phase coil, the demagnetization resistance can be improved and self-demagnetization can be suppressed, and A high-performance three-phase brushless motor having an alnico magnet that can suppress a decrease in magnetic force can be obtained.
また、前記第一クローポールの前記第一ベース部と前記第一爪部とは、一体形成され、前記第二クローポールの前記第二ベース部と前記第二爪部とは、一体形成され、前記第一クローポールと前記第二クローポールとは、同一形状に形成されていることを特徴としている。 Further, the first base portion and the first claw portion of the first claw pole are integrally formed, and the second base portion and the second claw portion of the second claw pole are integrally formed, The first claw pole and the second claw pole are formed in the same shape.
この構成によれば、第一クローポールの第一ベース部と第一爪部とを一体形成し、第二クローポールの第二ベース部と第二爪部とを一体形成しているので、第一クローポールおよび第二クローポールをプレス加工や鍛造等により形成できる。また、第一クローポールおよび第二クローポールを同一形状としているので、金型等の製造設備を共用化できる。したがって、第一クローポールおよび第二クローポールを低コストに形成できる。 According to this configuration, the first base portion and the first claw portion of the first claw pole are integrally formed, and the second base portion and the second claw portion of the second claw pole are integrally formed. The one claw pole and the second claw pole can be formed by pressing or forging. In addition, since the first claw pole and the second claw pole have the same shape, manufacturing equipment such as a mold can be shared. Therefore, the first claw pole and the second claw pole can be formed at a low cost.
本発明によれば、円筒状のアルニコ磁石と、第一クローポールと、第二クローポールとを有するロータを備えた、いわゆるクローポール型の電動モータにおいて、アルニコ磁石の軸長Lおよびアルニコ磁石の2極あたりの断面積Sを変化させて、電動モータに所定電流を通電した後のアルニコ磁石の減磁率を測定した。この結果、アルニコ磁石の軸長Lおよびアルニコ磁石の2極あたりの断面積Sが、
L/S≧−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
・・・(1)
を満たすように設定されることで、アルニコ磁石の自己減磁をなくし、通電による減磁を抑制できることが確認できた。したがって、この構成によれば、アルニコ磁石の減磁耐力を向上させて自己減磁を抑制できるとともに、起磁力の低下を抑制できる。
According to the present invention, in a so-called claw-pole type electric motor having a rotor having a cylindrical alnico magnet, a first claw pole, and a second claw pole, the axial length L of the alnico magnet and the alnico magnet The demagnetizing factor of the alnico magnet after passing a predetermined current through the electric motor was measured by changing the cross-sectional area S per two poles. As a result, the axial length L of the alnico magnet and the cross-sectional area S per two poles of the alnico magnet are
L / S ≧ −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
... (1)
It was confirmed that the demagnetization due to energization could be suppressed by setting so as to satisfy the condition, eliminating the self-demagnetization of the alnico magnet. Therefore, according to this configuration, the demagnetization proof strength of the alnico magnet can be improved to suppress self-demagnetization, and the decrease in magnetomotive force can be suppressed.
以下に、図面を用いて、実施形態のブラシレスモータ(請求項の「電動モータ」に相当。)の説明をする。
図1は、ブラシレスモータ1の中心軸Oを含む断面図である。
図1に示すように、ブラシレスモータ1は、ステータ2と、ステータ2の径方向の内側に回転自在に設けられたロータ5とを有している。なお、以下の説明においては、ロータ5の回転中心である中心軸Oに沿う方向を軸方向といい、軸方向と直交する方向を径方向といい、中心軸O周りに周回する方向を周方向という。
Hereinafter, a brushless motor according to an embodiment (corresponding to “electric motor” in claims) will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view including the central axis O of the
As shown in FIG. 1, the
ステータ2は、ステータハウジング3と、ステータハウジング3に固定されたステータコア4と、を備えている。
ステータハウジング3は、軸方向の一方側(本実施形態では、図1における右側)に底部3aを有し、他方側(本実施形態では、図1における左側)に開口部3bを有する有底筒状に形成されている。ステータハウジング3の筒状部分の内周には、ステータコア4が圧入等の固定手段により固定されている。ステータハウジング3の底部3aには、中央部に軸受15が圧入されている。
The stator 2 includes a stator housing 3 and a
The stator housing 3 has a bottomed cylinder having a
図2は、ステータコア4およびロータ5の斜視図である。
図2に示すように、ステータコア4は、電磁鋼板等の磁性板41を複数枚軸方向に沿って積層することにより構成されており、環状のステータコア本体42と、ステータコア本体42から径方向の内側に向かって突設されたティース43と、を備えている。
図1に示すように、ステータコア本体42の外周面は、ステータハウジング3の内周面に、例えば圧入等によって固定されている。
図2に示すように、ティース43は、周方向に沿って等間隔に9本設けられている。各ティース43間には、スロット44が形成さている。スロット44は、周方向に沿って等間隔に9スロット形成されている。図1に示すように、各ティース43には、スロット44(図2参照)に導入されたコイル12が、インシュレータ11を介して巻装されている。
FIG. 2 is a perspective view of the
As shown in FIG. 2, the
As shown in FIG. 1, the outer peripheral surface of the
As shown in FIG. 2, nine
コイル12は、複数のティース43にU相、V相、W相の順に割り当てられて巻装されている。すなわち、本実施形態のブラシレスモータ1は、U相、V相、W相の三相のコイル12を備えた三相のブラシレスモータ1となっている。
各ティース43に巻装されているコイル12の端末部は、ステータハウジング3の開口部3b側(図2における左側)に向かって引き出され、ここに配置されているバスバーユニット22に接続されている。
The
The terminal portion of the
バスバーユニット22は、外部からの電力をコイル12に供給するためのものであって、略円環状の樹脂モールド体22aに金属製の複数(本実施形態では4個)のバスバー22bが埋設されている。各バスバー22bには、それぞれ所定のコイル12の端末部が接続されて、各相用バスバーに割り当てられている。具体的に各バスバー22bは、各相のコイル12の巻き始め端(不図示)と接続されるU相用バスバー、V相用バスバーおよびW相用バスバーと、各相のコイル12の巻き終わり端(不図示)と接続される中性点用バスバーと、に割り当てられている。
バスバーユニット22は、ターミナル23を介して、ステータハウジング3の外周部に突設された電源コネクタ(不図示)に接続されている。電源コネクタには、外部電源から延びる電源ケーブルのコネクタ(いずれも不図示)が嵌着固定可能に形成されており、外部からの電力をバスバーユニット22に供給できるようになっている。
The
The
バスバーユニット22を挟んでステータコア4とは反対側(図1における左側)には、ステータハウジング3の開口部3bを塞ぐブラケット7が設けられている。
ブラケット7は略円盤状に形成されており、中央部には軸受固定孔20が形成されている。軸受固定孔20には軸受21が圧入固定されている。
また、ブラケット7には、ロータ5の回転位置検出用のレゾルバ14を構成するレゾルバステータ14aが固定されている。レゾルバステータ14aは、回転シャフト6と一体に回転するレゾルバロータ14bの回転位置を検出可能になっている。
また、ブラケット7の外周部には、ボルト孔24が設けられている。ボルト孔24にはボルト(不図示)が挿通されて、ブラシレスモータ1が不図示の被取付体に締結固定される。
A
The
Further, a
A
(ロータ)
図3は、ロータ5の外観斜視図である。
図4は、図3のA−A線に沿った断面図である。
図5は、アルニコ磁石30の外観斜視図である。
なお、図3から図5においては、上側がステータハウジング3の開口部3b側(図1参照、請求項の「一方側」に相当。)となっており、下側がステータハウジング3の底部3a側(図1参照、請求項の「他方側」に相当。)となっている。以下、図3から図5における上側を一方側といい、下側を他方側という。
図3に示すように、ロータ5は、回転シャフト6(図1参照)の外周面に固定される円筒状の部材であり、図4に示すように、アルニコ磁石30と、第一クローポール50と、第二クローポール60と、を備えている。
(Rotor)
FIG. 3 is an external perspective view of the
4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 5 is an external perspective view of the
3 to 5, the upper side is the
As shown in FIG. 3, the
(アルニコ磁石)
図5に示すように、アルニコ磁石30は、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)などを主原料として、例えば鋳造により形成された磁石である。本実施形態のアルニコ磁石30は、ブラシレスモータ1の中心軸Oと同軸の中心軸線を有する、円筒状に形成されている。なお、以下では、アルニコ磁石30の軸長をLとし、外半径をRmとし、内半径をrmとし、磁路幅(外半径Rmと内半径rmとの差)をWmとし、アルニコ磁石30の軸方向と直交する2極あたりの断面積をSとして説明する。
(Alnico magnet)
As shown in FIG. 5, the
アルニコ磁石30は、軸方向の他方側から一方側に向かって磁化されている。アルニコ磁石30は、軸方向における中間部を挟んで一方側の領域30aがN極となっており、他方側の領域30bがS極となっている。図5においては、矢印Mは磁化方向を示しており、N極とS極との境界を二点鎖線で図示している。
アルニコ磁石30は、内半径rmが回転シャフト6(図1参照)の外半径よりも大きくなるように形成されている。
シャフト6は非磁性体、たとえばステンレスとしてアルニコ磁石30からの磁束の分枝をなくし、ステータ2への磁束を増やす。
アルニコ磁石30の軸長Lは磁路長に相当し、アルニコ磁石30の2極あたりの断面積S×極数は磁路面積に相当する。アルニコ磁石30は、磁路長である軸長Lと2極あたりの断面積Sとの比L/Sにより、減磁特性および起磁力が変化することが知られている。具体的には、L/Sを大きくすることにより反磁界による自己減磁を抑制できるが、起磁力は低下する。
The
The
The
The axial length L of the
(第一クローポール)
図3に示すように、第一クローポール50は、アルニコ磁石30の軸方向の一方側に配置される第一ベース部51と、アルニコ磁石30の径方向の外側において第一ベース部51から軸方向の他方側に向かって延びる複数(本実施形態では三個)の第一爪部55と、を有している。
第一クローポール50は、例えば鉄等の磁性材料により形成されている。また、第一クローポール50の製造方法は特に限定されないが、例えば鍛造や鋳造、プレス加工、機械加工等が好適である。第一クローポール50の第一ベース部51と第一爪部55とは、互いに一体形成されている。
(1st claw pole)
As shown in FIG. 3, the
The
第一ベース部51は、軸方向から見て円盤形状に形成されており、外径がアルニコ磁石30の外径よりも大きくなるように形成されている。
第一ベース部51は、アルニコ磁石30の軸方向の一方側の端面に、例えば接着剤等により固定される。これにより、第一クローポール50は、アルニコ磁石30の軸方向の一方側の磁極と同じ磁極(本実施形態ではN極)に磁化される。
第一ベース部51の中央部には、軸方向に貫通する貫通孔52が形成されている。第一ベース部51の貫通孔52は、直径がアルニコ磁石30の内径よりも小さくなるように形成されるとともに、回転シャフト6(図1参照)の外径よりも若干小さくなるように形成されている。第一ベース部51の貫通孔52には、回転シャフト6が圧入固定される。これにより、ロータ5は、回転シャフト6に外挿固定される(図1参照)。
The
The
A through
第一爪部55は、アルニコ磁石30の径方向の外側において、周方向に所定間隔だけ離間して配置されている。本実施形態の第一爪部55は、周方向に略120°ピッチで三個形成されている。各第一爪部55は、径方向から見て略三角形状に形成されており、第一ベース部51に接続される基端側から先端側(すなわち軸方向の一方側から他方側)に向かって、周方向の幅が漸次狭くなるように形成されている。
The
(第二クローポール)
図3に示すように、第二クローポール60は、アルニコ磁石30の軸方向の他方側に配置され、中央部に貫通孔62を有する第二ベース部61と、第二ベース部61から軸方向の他方側に向かって延びる複数(本実施形態では三個)の第二爪部65と、を有している。第二クローポール60は、第一クローポール50と同一形状に形成されている。したがって、第二クローポール60については詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
第二ベース部61は、アルニコ磁石30の軸方向の他方側の端面に、例えば接着剤等により固定される。これにより、第二クローポール60は、アルニコ磁石30の軸方向の他方側の磁極と同じ磁極(本実施形態ではS極)に磁化される。
第二爪部65は、アルニコ磁石30の径方向の外側において、各第一爪部55と所定の間隔を空けて、各第一爪部55間に配置されている。
(Second claw pole)
As shown in FIG. 3, the
The
The
上述のように、アルニコ磁石30の一方側に第一ベース部51を固定して第一クローポール50を配置し、アルニコ磁石30の他方側に第二ベース部61を固定して第二クローポール60を配置することで、アルニコ磁石30の径方向の外側には、周方向に沿うように、N極に磁化された第一爪部55およびS極に磁化された第二爪部65が、等間隔かつ交互に配置される。これにより、ロータ5の外周面には、6極の磁極が形成される。すなわち、第一爪部55の数と第二爪部65の数とを合せた数がロータ5の極数となっている。
また、図5に示すように、2極あたりの断面積Sは、アルニコ磁石30のN極側(領域30a)の軸方向端面の面積を6等分した面積と、S極側(領域30b)の軸方向端面の面積を6等分した面積と、を合計した面積に相当する。
ここで、図2に示すように、ステータコア4に形成されるスロット44の数は9スロットである。したがって、図1に示すように、本実施形態のブラシレスモータ1は、いわゆる6極9スロットのブラシレスモータ1を構成している。
As described above, the
Further, as shown in FIG. 5, the cross-sectional area S per two poles is an area obtained by dividing the area of the axial end face on the N pole side (
Here, as shown in FIG. 2, the number of
(軸長L=12.50mmとし、L/S=0.10としたときの減磁率の検証)
続いて、上述したブラシレスモータ1を用いて、軸長L=12.50mmとし、L/S=0.10としたときのアルニコ磁石30の減磁率(%)の検証を行った。以下に、減磁率(%)の検証について説明をする。具体的には、以下に示すように、アルニコ磁石30の磁路長である軸長Lを12.50mmとし、2極あたりの断面積Sとの比L/S=0.10としつつ、アルニコ磁石30の外半径Rmと内半径rmとを種々変更し、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量(Wb)(以下、単に「磁束量」ということがある。)の変化を検証している。なお、ここで減磁率とは、ブラシレスモータ1の通電前におけるアルニコ磁石30の磁束量に対する、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の磁束量の低下率をいう。したがって、減磁率が小さいほど、アルニコ磁石30の自己減磁が抑制されているといえる。なお、以下の減磁率の測定の説明において、各部品の符号については、図1〜図5を参照されたい。
(Verification of demagnetization factor when axial length L = 12.50 mm and L / S = 0.10)
Subsequently, using the
(測定条件)
(1)使用したモータ
上述した6極9スロットのブラシレスモータ1を使用して減磁率の測定を行った。ブラシレスモータ1の回転シャフト6の直径は、6.75mmとした。
(2)通電電流
上述した6極9スロットのブラシレスモータ1に対し、10Aの矩形波を通電し、20°回転させた。
(3)試験時の雰囲気温度
ブラシレスモータ1に対する電流通電時の雰囲気温度は、20℃であった。
[実施例1]
(Measurement condition)
(1) Motor used The demagnetization factor was measured using the
(2) Energizing current A 10-A rectangular wave was energized to the 6-pole 9-
(3) Atmosphere temperature at the time of the test The atmosphere temperature at the time of current supply with respect to the
[Example 1]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=10.25(mm)とした。このときの磁路幅Wm=4.75(mm)であり、2極あたりの断面積S=125.60mm2であり、L/S=0.10であった。
[実施例2]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Example 2]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=12.85(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=6.10(mm)であり、2極あたりの断面積S=125.20mm2であり、L/S=0.10であった。
The axial length (namely, magnetic path length) of the
(減磁率の検証結果1)
表1は、実施例1および実施例2の減磁率の検証結果1である。
表1に示すように、検証結果1の実施例1および実施例2では、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量に変化がみられない。すなわち、軸長L=12.50mmであってL/S=0.10のとき、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の減磁率は0%であった。
Table 1 shows
As shown in Table 1, in Example 1 and Example 2 of the
(軸長L=12.50mmとし、L/Sを変更したときの減磁率)
続いて、軸長L=12.50mmとし、L/Sを種々変更したときのアルニコ磁石30の減磁率(%)の検証を行った。具体的には、以下に示すように、アルニコ磁石30の軸長L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rmを種々変更することによりL/Sを種々変更して、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量(Wb)の変化を検証している。なお、測定条件は、上述の軸長L=12.50mmとし、L/S=0.10としたときの減磁率の測定条件と同一である。
[実施例3]
(Demagnetizing factor when axial length L = 12.50 mm and L / S is changed)
Subsequently, the axial length L was set to 12.50 mm, and the demagnetization rate (%) of the
[Example 3]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=14.00(mm)とした。このときの磁路幅Wm=1.00(mm)であり、2極あたりの断面積S=30.40mm2であり、L/S=0.412であった。
[実施例4]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Example 4]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=12.85(mm)とした。このときの磁路幅Wm=2.15(mm)であり、2極あたりの断面積S=62.70mm2であり、L/S=0.199であった。
[実施例5]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Example 5]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=10.25(mm)とした。このときの磁路幅Wm=4.75(mm)であり、2極あたりの断面積S=125.60mm2であり、L/S=0.10であった。
[比較例1]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 1]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=8.25(mm)とした。このときの磁路幅Wm=6.75(mm)であり、2極あたりの断面積S=164.30mm2であり、L/S=0.076であった。
[比較例2]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 2]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=12.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=8.25(mm)であり、2極あたりの断面積S=187.90mm2であり、L/S=0.067であった。
The axial length (namely, magnetic path length) of the
(減磁率の検証結果2)
表2は、実施例3〜実施例5、比較例1および比較例2の減磁率の検証結果2である。
表2に示すように、検証結果2において、L/Sが0.10以上となった実施例3〜実施例5では、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量に変化がみられない。これに対して、L/Sが0.10未満となった比較例1および比較例2では、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の磁束量は、ブラシレスモータ1の通電前におけるアルニコ磁石30の磁束量よりも減少している。すなわち、軸長L=12.50mmであってL/S=0.10以上のとき、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の減磁率は0%であった。
Table 2 shows verification results 2 of the demagnetization rates of Examples 3 to 5, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.
As shown in Table 2, in Example 3 to Example 5 in which L / S was 0.10 or more in the verification result 2, a change was observed in the amount of magnetic flux of the
図6は、横軸をL/Sとし、縦軸を有効磁束量φ(Wb)および減磁率(%)としたときの、表2における有効磁束の測定結果および減磁率を示すグラフである。なお、図6において、一点鎖線は通電前におけるアルニコ磁石30の磁束量を示し、二点鎖線は通電後におけるアルニコ磁石30の磁束量を示し、実線は減磁率を示している。
上述の傾向は、図6のグラフを見ても明らかである。すなわち、減磁率は、L/Sが増加するに従い漸次低下し、L/Sが0.10になると減磁率も0%となる。
FIG. 6 is a graph showing the measurement results of the effective magnetic flux and the demagnetization factor in Table 2 where the horizontal axis is L / S and the vertical axis is the effective magnetic flux amount φ (Wb) and the demagnetization factor (%). In FIG. 6, the alternate long and short dash line indicates the amount of magnetic flux of the
The above-mentioned tendency is also apparent from the graph of FIG. That is, the demagnetization factor gradually decreases as L / S increases, and when L / S becomes 0.10, the demagnetization factor becomes 0%.
(軸長L=6.50mmとし、L/S=0.10としたときの減磁率の測定)
続いて、軸長L=6.50mmとし、L/S=0.10としたときのアルニコ磁石30の減磁率(%)の検証を行った。具体的には、以下に示すように、アルニコ磁石30の磁路長である軸長Lを6.50mmとし、2極あたりの断面積Sとの比L/S=0.10としつつ、アルニコ磁石30の外半径Rmと内半径rmとを種々変更し、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量(Wb)の変化を検証している。なお、測定条件は、上述の軸長L=12.50mmとし、L/S=0.10としたときの減磁率の測定条件と同一である。
[比較例3]
(Measurement of demagnetization factor when axial length L = 6.50 mm and L / S = 0.10)
Subsequently, the demagnetization rate (%) of the
[Comparative Example 3]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=6.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=12.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=2.25(mm)であり、2極あたりの断面積S=65.38mm2であり、L/S=0.10であった。
[比較例4]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 4]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=6.50(mm)とし、外半径Rm=10.35(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=3.60(mm)であり、2極あたりの断面積S=64.47mm2であり、L/S=0.10であった。
The axial length (namely, magnetic path length) of the
(減磁率の検証結果3)
表3は、比較例3および比較例4の減磁率の検証結果3である。
表3に示すように、検証結果3における実施例3および実施例4では、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の磁束量は、ブラシレスモータ1の通電前におけるアルニコ磁石30の磁束量よりも減少している。すなわち、L/S=0.10であっても、ブラシレスモータ1の軸長Lによっては、アルニコ磁石30の減磁率が上昇するといえる。
Table 3 is a verification result 3 of the demagnetization factor of Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
As shown in Table 3, in Example 3 and Example 4 in the verification result 3, the magnetic flux amount of the
(軸長L=6.50mmとし、L/Sを変更したときの減磁率)
続いて、軸長L=6.50mmとし、L/Sを種々変更したときのアルニコ磁石30の減磁率(%)の検証を行った。具体的には、以下に示すように、アルニコ磁石30の軸長L=6.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rmを種々変更することによりL/Sを種々変更して、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量(Wb)の変化を検証している。なお、測定条件は、上述の軸長L=12.50mmとし、L/S=0.10としたときの減磁率の測定条件と同一である。
[実施例6]
(Demagnetizing factor when the axial length L is 6.50 mm and L / S is changed)
Subsequently, the axial length L was set to 6.50 mm, and the demagnetization rate (%) of the
[Example 6]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=6.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=14.00(mm)とした。このときの磁路幅Wm=1.00(mm)であり、2極あたりの断面積S=30.40mm2であり、L/S=0.21であった。
[比較例5]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 5]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=6.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=12.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=2.25(mm)であり、2極あたりの断面積S=65.40mm2であり、L/S=0.10であった。
[比較例6]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 6]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=6.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=10.35(mm)とした。このときの磁路幅Wm=4.65(mm)であり、2極あたりの断面積S=123.40mm2であり、L/S=0.05であった。
[比較例7]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 7]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=6.50(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=8.25(mm)であり、2極あたりの断面積S=187.90mm2であり、L/S=0.03であった。
The axial length (namely, magnetic path length) of the
(減磁率の検証結果4)
表4は、実施例6、比較例5〜比較例7の減磁率の検証結果4である。
図7は、横軸をL/Sとし、縦軸を減磁率(%)としたときの、表4における減磁率を示すグラフである。
表4に示すように、検証結果4において、L/Sが0.21となった実施例6では、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量に変化がみられない。これに対して、L/Sが0.10以下となった比較例5〜比較例7では、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の磁束量は、ブラシレスモータ1の通電前におけるアルニコ磁石30の磁束量よりも減少している。すなわち、軸長L=6.50mmであってL/S=0.21以上のとき、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の減磁率は0%であった。
上述の傾向は、図7のグラフを見ても明らかである。すなわち、減磁率は、L/Sが増加するに従い漸次低下し、L/Sが0.21になったときに減磁率も0%となっている。
Table 4 shows
FIG. 7 is a graph showing the demagnetization factor in Table 4 where the horizontal axis is L / S and the vertical axis is the demagnetization factor (%).
As shown in Table 4, in Example 6 in which L / S was 0.21 in the
The above-mentioned tendency is also apparent from the graph of FIG. That is, the demagnetization factor gradually decreases as L / S increases. When L / S becomes 0.21, the demagnetization factor is also 0%.
(軸長L=8.90mmとし、L/Sを変更したときの減磁率)
続いて、軸長L=8.90mmとし、L/Sを種々変更したときのアルニコ磁石30の減磁率(%)の検証を行った。具体的には、以下に示すように、アルニコ磁石30の軸長L=8.90(mm)とし、外半径Rmおよび内半径rmを種々変更することによりL/Sを種々変更して、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量(Wb)の変化を検証している。なお、測定条件は、上述の軸長L=12.50mmとし、L/S=0.10としたときの減磁率の測定条件と同一である。
[比較例8]
(Demagnetizing factor when axial length L = 8.90 mm and L / S is changed)
Subsequently, the axial length L was set to 8.90 mm, and the demagnetization rate (%) of the
[Comparative Example 8]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=8.90(mm)とし、外半径Rm=10.54(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=3.79(mm)であり、L/S=0.13であった。
[比較例9]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 9]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=8.90(mm)とし、外半径Rm=9.94(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=3.19(mm)であり、L/S=0.16であった。
[実施例7]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Example 7]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=8.90(mm)とし、外半径Rm=9.63(mm)とし、内半径rm=6.75(mm)とした。このときの磁路幅Wm=2.88(mm)であり、L/S=0.18であった。
[比較例10]
The axial length of the Alnico magnet 30 (ie, the magnetic path length) L was 8.90 (mm), the outer radius Rm was 9.63 (mm), and the inner radius rm was 6.75 (mm). The magnetic path width Wm at this time was 2.88 (mm) and L / S = 0.18.
[Comparative Example 10]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=8.90(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=12.63(mm)とした。このときの磁路幅Wm=2.37(mm)であり、L/S=0.13であった。
[比較例11]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Comparative Example 11]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=8.90(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=13.11(mm)とした。このときの磁路幅Wm=1.89(mm)であり、L/S=0.16であった。
[実施例8]
The axial length (namely, magnetic path length) of the
[Example 8]
アルニコ磁石30の軸長(すなわち磁路長)L=8.90(mm)とし、外半径Rm=15.00(mm)とし、内半径rm=13.33(mm)とした。このときの磁路幅Wm=1.67(mm)であり、L/S=0.18であった。
The axial length (namely, magnetic path length) of the
(減磁率の検証結果5)
表5は、実施例7、実施例8、比較例8〜比較例11の減磁率の検証結果5である。
表5に示すように、検証結果5において、L/Sが0.18となった実施例7および実施例8では、ブラシレスモータ1の通電前後におけるアルニコ磁石30の磁束量に変化がみられない。これに対して、L/Sが0.18以下となった比較例8〜比較例11では、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の磁束量は、ブラシレスモータ1の通電前におけるアルニコ磁石30の磁束量よりも減少している。すなわち、軸長L=8.90mmであってL/S=0.18以上のとき、ブラシレスモータ1の通電後におけるアルニコ磁石30の減磁率は0%であった。
Table 5 shows
As shown in Table 5, in Example 7 and Example 8 in which L / S was 0.18 in the
(アルニコ磁石の軸長LとL/Sとの関係)
図8は、横軸をアルニコ磁石30の軸長Lとし、縦軸を減磁率=0%となるときのL/Sとしたときの、軸長LとL/Sとの関係を示すグラフである。
上述の検証結果1によれば、L=12.50であってL/S=0.10のときに減磁率=0%となることがいえる。また、上述の検証結果4によれば、L=6.50であってL/S=0.21のときに減磁率=0%となることがいえる。また、上述の検証結果5によれば、L=8.90であってL/S=0.18のときに減磁率=0%となることがいえる。各検証結果から横軸をアルニコ磁石30の軸長Lとし、縦軸をL/Sとして近似曲線を作成すると、図8に示すグラフが得られる。
(Relationship between axial length L and L / S of alnico magnet)
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the axial length L and L / S where the horizontal axis is the axial length L of the
According to the
また、図8に示すグラフの近似曲線から、減磁率=0%となるときのL/Sとアルニコ磁石30の軸長Lとの関係式fを求めると、
f=−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
・・・(2)
が得られる。そして、各検証結果1〜5によれば、L/Sの値が、(2)式で得られる値以上である場合、すなわち、
L/S≧−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
・・・(1)
を満足するときに、アルニコ磁石30の減磁率=0%となることがいえる。
Further, from the approximate curve of the graph shown in FIG. 8, a relational expression f between L / S and the axial length L of the
f = −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
... (2)
Is obtained. And according to each verification result 1-5, when the value of L / S is more than the value obtained by (2) Formula, ie,
L / S ≧ −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
... (1)
Is satisfied, it can be said that the demagnetization factor of the
(効果)
円筒状のアルニコ磁石30と、第一クローポール50と、第二クローポール60とを有するロータ5を備えた、いわゆるクローポール型のブラシレスモータ1において、アルニコ磁石30の軸長Lおよびアルニコ磁石30の断面積Sを変化させて、ブラシレスモータ1に所定電流(本実施形態においては、10Aの矩形波電流)を通電した後のアルニコ磁石30の減磁率を測定した。この結果、アルニコ磁石30の軸長Lおよびアルニコ磁石30の断面積Sが、
L/S≧−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
・・・(1)
を満たすように設定されることで、アルニコ磁石30の自己減磁を抑制できることが確認できた。したがって、この構成によれば、アルニコ磁石30の減磁耐力を向上させて自己減磁を抑制できるとともに、起磁力の低下を抑制できる。
(effect)
In the so-called claw-pole
L / S ≧ −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
... (1)
It was confirmed that the self-demagnetization of the
また、ティース43に三相のコイル12が巻装され、ロータ5が三相のコイル12への選択的な通電によって回転するので、減磁耐力を向上させて自己減磁を抑制できるとともに、起磁力の低下を抑制できるアルニコ磁石30を備えた、高性能な三相のブラシレスモータ1を得ることができる。
In addition, since the three-
また、第一クローポール50の第一ベース部51と第一爪部55とを一体形成し、第二クローポール60の第二ベース部61と第二爪部65とを一体形成しているので、第一クローポール50および第二クローポール60をプレス加工や鍛造等により形成できる。また、第一クローポール50および第二クローポール60を同一形状としているので、金型等の製造設備を共用化できる。したがって、第一クローポール50および第二クローポール60を低コストに形成できる。
Further, the
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications made to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態では、電動パワーステアリング装置の駆動用に適用されるブラシレスモータ1を例に説明をした。しかし、本実施形態のブラシレスモータ1の適用は、電動パワーステアリング装置に限定されることはなく、例えば電動オイルポンプ用のブラシレスモータや、エアコンのコンプレッサ駆動用のブラシレスモータ等、種々の装置に適用することができる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、6極9スロットのブラシレスモータ1を例に説明をしたが、極数やスロット数は本実施形態に限定されない。また、本発明の適用はブラシレスモータ1に限定されることはなく、例えば、ステッピングモータにも本発明を適用できる。
In this embodiment, the 6-pole 9-
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with known components without departing from the spirit of the present invention.
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
3 ステータハウジング
5 ロータ
12 コイル
30 アルニコ磁石
42 ステータコア本体
43 ティース
50 第一クローポール
51 第一ベース部
55 第一爪部
60 第二クローポール
61 第二ベース部
65 第二爪部
L (アルニコ磁石の)軸長
S (アルニコ磁石の)2極あたりの断面積
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記ステータの径方向の内側に回転自在に設けられたロータと、
を備え、
前記ロータは、
円筒状に形成され、軸方向に磁化されたアルニコ磁石と、
前記アルニコ磁石の前記軸方向の一方側に配置される第一ベース部と、前記アルニコ磁石の前記径方向の外側において周方向に離間して配置され、前記第一ベース部から前記軸方向の他方側に向かって延びる複数の第一爪部と、を有する第一クローポールと、
前記アルニコ磁石の前記他方側に配置される第二ベース部と、前記アルニコ磁石の前記径方向の外側において前記複数の第一爪部の間に配置され、前記第二ベース部から前記一方側に向かって延びる複数の第二爪部と、を有する第二クローポールと、
を備え、
前記アルニコ磁石の軸長をLとし、
前記第一爪部の数と前記第二爪部の数とを合せた数を極数とし、
前記アルニコ磁石の前記軸方向と直交する2極あたりの断面積をSとしたとき、
前記アルニコ磁石の軸長Lおよび前記アルニコ磁石の2極あたりの断面積Sは、
L/S≧−1.0275×10−3・L2+6.9836×10−4・L+0.2520
を満たすように設定されていることを特徴とする電動モータ。 A stator,
A rotor provided rotatably inside the radial direction of the stator;
With
The rotor is
An alnico magnet formed in a cylindrical shape and magnetized in the axial direction;
A first base portion disposed on one side of the axial direction of the alnico magnet, and a circumferentially separated outer side of the radial direction of the alnico magnet, and the other of the axial direction from the first base portion A first claw pole having a plurality of first claw portions extending toward the side;
The second base portion disposed on the other side of the alnico magnet and the radially outer side of the alnico magnet are disposed between the plurality of first claw portions and from the second base portion to the one side. A second claw pole having a plurality of second claw portions extending toward the
With
The axial length of the alnico magnet is L,
The number of the first claw part and the number of the second claw part combined as the number of poles,
When the sectional area per two poles perpendicular to the axial direction of the alnico magnet is S,
The axial length L of the alnico magnet and the cross-sectional area S per two poles of the alnico magnet are:
L / S ≧ −1.0275 × 10 −3 · L 2 + 6.99836 × 10 −4 · L + 0.2520
An electric motor characterized by being set to satisfy
前記ステータは、
ステータハウジングと、
前記ステータハウジングの前記径方向の内側に固定され、環状のステータコア本体と、前記ステータコア本体から前記径方向の内側に向かって突設されたティースと、を有するステータコアと、
を備え、
前記ティースには、三相のコイルが巻装され、
前記ロータは、前記三相のコイルへの選択的な通電によって回転されることを特徴とする電動モータ。 The electric motor according to claim 1,
The stator is
A stator housing;
A stator core fixed to the radially inner side of the stator housing and having an annular stator core body and teeth projecting from the stator core body toward the radially inner side;
With
The teeth are wound with a three-phase coil,
The electric motor according to claim 1, wherein the rotor is rotated by selectively energizing the three-phase coil.
前記第一クローポールの前記第一ベース部と前記第一爪部とは、一体形成され、
前記第二クローポールの前記第二ベース部と前記第二爪部とは、一体形成され、
前記第一クローポールと前記第二クローポールとは、同一形状に形成されていることを特徴とする電動モータ。 The electric motor according to claim 1 or 2,
The first base portion and the first claw portion of the first claw pole are integrally formed,
The second base portion and the second claw portion of the second claw pole are integrally formed,
The first claw pole and the second claw pole are formed in the same shape.
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