JP2017011996A

JP2017011996A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2017011996A
Application number: JP2016204939A
Authority: JP
Inventors: 洋次山田; Hirotsugu Yamada
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2016-10-19
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: JP6276364B2

Abstract

【課題】車両エンジンルーム内が高温となっても界磁磁石を減磁（不可逆温度変化）し難くすることができるブラシレスモータを提供すること。【解決手段】バルブタイミング可変装置３用のブラシレスモータ１１は、周方向に複数の第１爪状磁極３１ｂが形成された第１ロータコア３１と周方向に複数の第２爪状磁極が形成された第２ロータコア３２との軸方向の間に軸方向に磁化された環状磁石３３が配置されることで、第１爪状磁極３１ｂが第１の磁極として機能し、第２爪状磁極が第２の磁極として機能するロータを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のブラシレスモータに関するものである。

従来、車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のモータとしては、例えば、特許文献１に開示されたバルブタイミング可変装置用のブラシレスモータがある。このブラシレスモータは、ロータコアの軸方向に貫通した孔に界磁磁石が挿入固定されたロータを備えている。

特許第４４６８０３３号公報

しかしながら、上記のようなブラシレスモータでは、界磁磁石がロータコアの軸方向に貫通した孔に挿入固定されている構成によって、界磁磁石が外部の影響を受け易く、例えば、車両エンジンルーム内が高温となると、界磁磁石が減磁（不可逆温度変化）し易いという問題がある。尚、高温状態では、界磁磁石の磁力が弱くなるため、ステータのコイルに流す電流を大きくする制御を行うことが考えられるが、このようにすると、界磁磁石がより減磁（不可逆温度変化）し易くなってしまう。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、例えば、車両エンジンルーム内が高温となっても界磁磁石を減磁（不可逆温度変化）し難くすることができるブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するブラシレスモータは、車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のブラシレスモータであって、巻線が巻回されたステータと、周方向に複数の第１磁極部が形成された第１ロータコアと周方向に複数の第２磁極部が形成された第２ロータコアとの軸方向の間に前記軸方向に磁化された界磁磁石が配置されることで、前記第１磁極部が第１の磁極として機能し、前記第２磁極部が第２の磁極として機能するロータと、前記ロータに固定されたセンサマグネットと、前記センサマグネットと対向するホール素子と、前記センサマグネット及びホール素子により前記ロータの回転位置を検出し前記位置制御装置の位置制御を行うべく前記ステータの巻線に回転磁界を発生させる駆動電流を供給する制御回路と、を備えた。

同構成によれば、車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のブラシレスモータにおけるロータの界磁磁石は第１ロータコアと第２ロータコアとの軸方向の間に配置され、外部の影響を受け難くなるため、例えば、車両エンジンルーム内が高温となっても界磁磁石を減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。よって、安定して位置制御を行うことができる。

上記ブラシレスモータにおいて、有底筒状の筒状ハウジングと、該筒状ハウジングの開口部を閉塞するフロントエンドプレートとを有し、該筒状ハウジングの内周面に前記ステータが固定されたモータケースを備え、前記ホール素子は、前記モータケースの前記フロントエンドプレート側に設けられている。

本発明のブラシレスモータでは、例えば、車両エンジンルーム内が高温となっても界磁磁石を減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。

一実施形態におけるブラシレスモータの断面図。同形態におけるブラシレスモータの一部断面斜視図。（ａ）は別例におけるロータの斜視図。（ｂ）は別例におけるロータの断面図。（ａ）は別例におけるロータの斜視図。（ｂ）は別例におけるロータの断面図。（ａ）は別例におけるロータの斜視図。（ｂ）は別例におけるロータの断面図。別例におけるロータの斜視図。別例におけるロータの断面図。

以下、ブラシレスモータの一実施形態を図１及び図２に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のブラシレスモータ１１は、車両エンジンルーム１内に配置される位置制御装置用、詳しくはエンジン２に連結されるバルブタイミング可変装置３用のものである。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のモータケース１２は、有底筒状に形成された筒状ハウジング１３と、該筒状ハウジング１３のフロント側（図１中、左側）の開口部を閉塞するフロントエンドプレート１４とを有している。

図１に示すように、筒状ハウジング１３の内周面にはステータ１６が固定されている。ステータ１６は、径方向内側に延びる複数（本実施形態では１２個）の集中巻用ティースとしてのティース１７ａを有する電機子コア１７と、電機子コア１７のティース１７ａにインシュレータ１８を介して巻回される巻線１９とを備えている。ステータ１６は、外部の制御回路Ｓから巻線１９に駆動電流が供給されることで回転磁界を発生する。

図１に示すように、ブラシレスモータ１１のロータ２１は回転軸２２を有し、ステータ１６の内側に配置されている。回転軸２２は非磁性体の金属シャフトであって、筒状ハウジング１３の底部１３ａ及びフロントエンドプレート１４に支持された軸受２３，２４により回転可能に支持されている。外部に突出した回転軸２２の先端には、バルブタイミング可変装置３が連結され、回転軸２２の回転駆動によって、運転状態に応じたバルブタイミング（エンジン２のクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相）が適宜変更されるようになっている。

図１及び図２に示すように、ロータ２１は、前記回転軸２２に外嵌される第１及び第２ロータコア３１，３２と、界磁磁石としての環状磁石３３とを備える。
第１ロータコア３１は、略円板状の第１コアベース３１ａの外周部に、等間隔に複数（本実施形態では４つ）の第１磁極部としての第１爪状磁極３１ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延びて形成されている。

第２ロータコア３２は、第１ロータコア３１と同形状であって、略円板状の第２コアベース３２ａの外周部に、等間隔に複数の第２磁極部としての第２爪状磁極３２ｂが径方向外側に突出されるとともに軸方向に延びて形成されている。そして、第２ロータコア３２は、各第２爪状磁極３２ｂが周方向に隣り合う第１爪状磁極３１ｂ間に配置されるようにして、且つ第１コアベース３１ａと第２コアベース３２ａとの軸方向の間に環状磁石３３が配置（挟持）されるようにして第１ロータコア３１に対して組み付けられている。尚、本実施形態では、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａは環状磁石３３に対してそれぞれ接着剤により固着されている。

図１に示すように、環状磁石３３は、ネオジム磁石であって、前記第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外周部よりも径方向内側に配置されるように、詳しくは、その外径が第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外径よりも小さく設定されている。そして、環状磁石３３は、第１爪状磁極３１ｂを第１の磁極（本実施形態ではＮ極）として機能させ、第２爪状磁極３２ｂを第２の磁極（本実施形態ではＳ極）として機能させるように、軸方向に磁化されている。即ち、本実施形態のロータ２１は、界磁磁石としての環状磁石３３を用いた所謂ランデル型構造のロータである。ロータ２１は、Ｎ極となる第１爪状磁極３１ｂと、Ｓ極となる第２爪状磁極３２ｂとが周方向に交互に配置されており、極数が８極（極対数が４個）となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２１の極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）に設定されるとともに、ステータ１６のティース１７ａの数が３×ｎに設定され、具体的には、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されている。

尚、本実施形態では、組み付けられた第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａ及び環状磁石３３は、その軸方向長さに対する直径が４倍以上に設定され、その直径は具体的には１００ｍｍ以下に設定されている。

又、図１に示すように、本実施形態のロータ２１には、略円板状のマグネット固定部材４１を介してセンサマグネット４２が設けられている。マグネット固定部材４１は、第１ロータコア３１における第２ロータコア３２の反対側で回転軸２２に外嵌され、その外周側にセンサマグネット４２が固定されている。尚、センサマグネット４２は周方向（回転方向）において所定角度毎にＮ極とＳ極が交互に現れるように構成される。そして、前記フロントエンドプレート１４において、センサマグネット４２と軸方向に対向する位置にはホール素子４３が設けられ、該ホール素子４３によりセンサマグネット４２を検出することでロータ２１の回転位置が検出可能とされている。

次に、上記のように構成されたブラシレスモータ１１の作用について説明する。
例えば、車両走行時の運転状態に応じてバルブタイミングを変更する制御が行われる際には、制御回路Ｓから巻線１９に３相の駆動電流が供給され回転磁界が発生される。すると、ロータ２１が回転駆動し、バルブタイミング可変装置３によってバルブタイミング（エンジン２のクランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相）が変更される。

次に、上記実施の形態の特徴的な効果を以下に記載する。
（１）車両エンジンルーム１内に配置されるバルブタイミング可変装置３用のブラシレスモータ１１におけるロータ２１の環状磁石３３は、第１ロータコア３１と第２ロータコア３２との軸方向の間に配置される。これにより、環状磁石３３は、外部の影響を受け難くなるため、例えば、車両エンジンルーム１内が高温となっても環状磁石３３を減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。よって、安定して位置制御、即ちバルブタイミングを変更させることができる。

（２）第１磁極部及び第２磁極部は、第１及び第２ロータコア３１，３２の略円板状の第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外周部から径方向外側に突出されるとともに環状磁石３３の径方向外側面を覆うように軸方向に延びる第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂとされるため、環状磁石３３は、より外部の影響を受け難くなる。よって、例えば、車両エンジンルーム１内が高温となっても環状磁石３３をより減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。

（３）環状磁石３３は、第１及び第２ロータコア３１，３２の円板状の第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外周部よりも径方向内側に配置されるように設定されるため、より外部の影響を受け難くなる。よって、例えば、車両エンジンルーム１内が高温となっても環状磁石３３をより減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。

（４）ロータ２１の極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）に設定されるとともに、ステータ１６のティース１７ａの数が３×ｎに設定されるため、最小公倍数が小さくなり、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂとティース１７ａとを多く正対させることができ、ディテントトルクを大きくすることができる。よって、非駆動時に、車両エンジンルーム１内の振動等でロータ２１が回転してしまうことを抑えることができる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、環状磁石３３は、第１及び第２ロータコア３１，３２の円板状の第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外周部よりも径方向内側に配置されるように設定されるとしたが、変更してもよい。

例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、環状磁石５１の外径を第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外径と同じに設定してもよい。尚、この例（図３参照）では、各部材の厚み等も変更して図示している。

・上記実施形態のロータ２１は、永久磁石を環状磁石３３のみ備えたものとしたが、これに限定されず、他の永久磁石を追加したロータに変更してもよい。
例えば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、上記別例（図３参照）における第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの背面（径方向内側の面）に径方向に磁化された背面補助磁石５２を追加してもよいし、第１爪状磁極３１ｂと第２爪状磁極３２ｂとの周方向の間に周方向に磁化された極間補助磁石５３を追加してもよい。

・上記実施形態では、第１磁極部及び第２磁極部を第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂとしたが、これに限定されず、他の形状の磁極部に変更してもよい。
例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａの外周部から径方向外側に突出した（更に軸方向に延びていない）第１及び第２突出磁極３１ｃ，３２ｃとしてもよい。

・上記実施形態の第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂ（第１磁極部及び第２磁極部）の径方向外側面の軸直交方向の断面形状を、ロータ２１の回転軸２２の中心軸線を中心とする同心円とならないように設定してもよい。

例えば、図６に示すように、変更してもよい。この例では、第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの径方向外側面が、回転軸２２の中心軸線を中心とする同心円形状の円弧面を有するとともに、その円弧面から凹設された一対の補助溝５５を有している。尚、この例では、補助溝５５を有した形状としたが、これに限定されず、例えば、径方向外側面の全体が同心円とならないように形成してもよい。

このようにすると、回転しようとする第１及び第２爪状磁極３１ｂ，３２ｂの表面とステータ１６（ティース１７ａ）との間隔がそれぞれ変動することになる。よって、その変動に伴い磁界の変化が大きく生じ、回転時の負荷となり、ディテントトルクが増加する。よって、非駆動時に、車両エンジンルーム１内の振動等でロータ２１が回転してしまうことを抑えることができる。

・上記実施形態では、第１及び第２コアベース３１ａ，３２ａは環状磁石３３に対してそれぞれ接着剤により固着されて組み付けられるとしたが、これに限定されず、他の構成で組み付けてもよい。

例えば、図７に示すように、第１ロータコア３１と第２ロータコア３２とを、締結部材としてのリベット５６にて締結固定してもよい。詳しくは、この例では、第１及び第２ロータコア３１，３２と、環状磁石５１と、これらを収容するロータケース２５と、マグネット固定部材４１には軸方向において重なる位置に貫通孔５７が複数形成されている。尚、この例の貫通孔５７は、回転軸２２を中心とした同心円上において所定間隔（本実施形態では周方向に９０°間隔）毎に形成されている。そして、この貫通孔５７にリベット５６を挿通した状態でリベット５６の端部をかしめて第１及び第２ロータコア３１，３２と、環状磁石５１と、これらを収容するロータケース２５と、マグネット固定部材４１とをかしめ（締結）固定してもよい。尚、この例のロータケース２５は、有底筒状ハウジング２５ａと、有底筒状ハウジング２５ａの開口部を閉塞する蓋部２５ｂとを有する。又、勿論、このロータケース２５を備えていない構成としてもよい。又、この例のリベット５６は非磁性体で構成されている。又、リベット５６は、ボルトとナット等の他の締結部材に変更してもよい。

このようにすると、例えば、接着剤を用いて固定したものに比べて強固に固定され、車両エンジンルーム１内が高温となっても接着部分が剥離するといったことがない。
・上記実施形態では、ロータ２１の極数が「８」に設定され、ステータ１６のティース１７ａの数が「１２」に設定されるとしたが、それらの数は変更してもよい。例えば、ロータ２１の極数を「４」に設定するとともに、ステータ１６のティース１７ａの数を「６」に設定してもよい。又、例えば、ロータ２１の極数を「６」に設定するとともに、ステータ１６のティース１７ａの数を「９」に設定してもよい。又、ロータ２１の極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）でステータ１６のティース１７ａの数が３×ｎの条件を満たさない数に変更してもよい。

・上記実施形態では、バルブタイミング可変装置３用のブラシレスモータ１１に具体化したが、車両エンジンルーム１内に配置される他の位置制御装置（例えばスロットル弁制御装置）用のブラシレスモータに具体化してもよい。

以下に技術的思想を記載する。
・車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のブラシレスモータであって、ステータと、周方向に複数の第１磁極部が形成された第１ロータコアと周方向に複数の第２磁極部が形成された第２ロータコアとの軸方向の間に前記軸方向に磁化された界磁磁石が配置されることで、前記第１磁極部が第１の磁極として機能し、前記第２磁極部が第２の磁極として機能するロータとを備え、制御回路から前記ステータの巻線に３相の駆動電流が供給され回転磁界が発生される。

・車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のブラシレスモータであって、周方向に複数の第１磁極部が形成された第１ロータコアと周方向に複数の第２磁極部が形成された第２ロータコアとの軸方向の間に前記軸方向に磁化された界磁磁石が配置されることで、前記第１磁極部が第１の磁極として機能し、前記第２磁極部が第２の磁極として機能するロータを備え、前記ロータの極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）に設定され、ステータの集中巻用ティースの数が３×ｎに設定される。

また、ロータの極数が２×ｎ（但し、ｎは自然数）に設定され、ステータの集中巻用ティースの数が３×ｎに設定されるため、最小公倍数が小さくなり、磁極部と集中巻用ティースとを多く正対させることができ、ディテントトルクを大きくすることができる。よって、非駆動時に、車両エンジンルーム内の振動等でロータが回転してしまうことを抑えることができる。

・前記第１磁極部及び第２磁極部は、前記第１及び第２ロータコアの略円板状の第１及び第２コアベースの外周部から径方向外側に突出されるとともに前記界磁磁石の径方向外側面を覆うように軸方向に延びる第１爪状磁極及び第２爪状磁極である。

同構成によれば、前記第１磁極部及び第２磁極部は、第１及び第２ロータコアの略円板状の第１及び第２コアベースの外周部から径方向外側に突出されるとともに前記界磁磁石の径方向外側面を覆うように軸方向に延びる第１爪状磁極及び第２爪状磁極であるため、界磁磁石は、より外部の影響を受け難くなる。よって、例えば、車両エンジンルーム内が高温となっても界磁磁石をより減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。

・前記界磁磁石は、前記第１及び第２ロータコアの略円板状の第１及び第２コアベースの外周部よりも径方向内側に配置されるように設定される。
同構成によれば、界磁磁石は、第１及び第２ロータコアの円板状の第１及び第２コアベースの外周部よりも径方向内側に配置されるように設定されるため、より外部の影響を受け難くなる。よって、例えば、車両エンジンルーム内が高温となっても界磁磁石をより減磁（不可逆温度変化）し難くすることができる。

・前記第１ロータコアと前記第２ロータコアとは、締結部材にて締結固定される。
同構成によれば、第１ロータコアと第２ロータコアとは、締結部材にて締結固定されるため、例えば、接着剤を用いて固定したものに比べて強固に固定され、車両エンジンルーム内が高温となっても接着部分が剥離するといったことがない。

・前記第１磁極部及び第２磁極部の径方向外側面は、前記ロータの回転軸の中心軸線を中心とする同心円形状の円弧面を有するとともに、該円弧面から凹設された補助溝を有することで、前記第１磁極部及び第２磁極部の径方向外側面の軸直交方向の断面形状が、前記ロータの回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならない。

同構成によれば、第１磁極部及び第２磁極部の径方向外側面の軸直交方向の断面形状が、ロータの回転軸の中心軸線を中心とする同心円とならないため、回転しようとする第１及び第２磁極部の表面とステータとの間隔がそれぞれ変動することになる。よって、その変動に伴い磁界の変化が大きく生じ、回転時の負荷となり、ディテントトルクが増加する。よって、非駆動時に、車両エンジンルーム内の振動等でロータが回転してしまうことを抑えることができる。

・上記ブラシレスモータはバルブタイミング可変装置用である。
同構成によれば、バルブタイミング可変装置用のブラシレスモータの耐久性を高くして、安定してバルブタイミングを変更させることができる。

１…車両エンジンルーム、３…バルブタイミング可変装置、１６…ステータ、２１…ロータ、２２…回転軸、３１…第１ロータコア、３１ａ…第１コアベース、３１ｂ…第１爪状磁極（第１磁極部）、３１ｃ…第１突出磁極（第１磁極部）、３２…第２ロータコア、３２ａ…第２コアベース、３２ｂ…第２爪状磁極（第２磁極部）、３２ｃ…第２突出磁極（第２磁極部）、３３，５１…環状磁石（界磁磁石）、５６…リベット（締結部材）。

Claims

車両エンジンルーム内に配置される位置制御装置用のブラシレスモータであって、
巻線が巻回されたステータと、
周方向に複数の第１磁極部が形成された第１ロータコアと周方向に複数の第２磁極部が形成された第２ロータコアとの軸方向の間に前記軸方向に磁化された界磁磁石が配置されることで、前記第１磁極部が第１の磁極として機能し、前記第２磁極部が第２の磁極として機能するロータと、
前記ロータに固定されたセンサマグネットと、
前記センサマグネットと対向するホール素子と、
前記センサマグネット及びホール素子により前記ロータの回転位置を検出し前記位置制御装置の位置制御を行うべく前記ステータの巻線に回転磁界を発生させる駆動電流を供給する制御回路と、
を備えたブラシレスモータ。
請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
有底筒状の筒状ハウジングと、該筒状ハウジングの開口部を閉塞するフロントエンドプレートとを有し、該筒状ハウジングの内周面に前記ステータが固定されたモータケースを備え、
前記ホール素子は、前記モータケースの前記フロントエンドプレート側に設けられていることを特徴とするブラシレスモータ。