JP2018014772A - 永久磁石モータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の漏れ磁束を低減し、トルクの大きな永久磁石モータを得る。【解決手段】固定子に対向する回転子１０の磁極３が磁性体鉄心で構成されているモータにおいて、回転子１０は、外周面に軟磁性体で構成された複数の磁極３と、非磁性かつ非等方性の材料で構成され、回転軸５と共に回転する構造体４を備え、複数の磁極３は互いに直接接触することなく、構造体４に一体化されている。【選択図】図１

Description

この発明は、永久磁石モータに関し、特には電磁鋼板等の磁性材料と繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）等の非磁性かつ非等方性の構造材料とを組み合わせて回転子を構成した永久磁石モータに関するものである。

電動パワーステアリング装置には、磁石を用いたモータが使用されている。例えば特開２０１１−２５９５７４号公報（特許文献１）には、回転子の表面（周面）に永久磁石を配置した構成の表面磁石形（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）の同期モータにおいて、永久磁石を遠心力などに対して保持するため、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiberglass Reinforced plastics）の円環を磁石の外径側に配置した構成が開示されている。

また、例えば特開２０１４−１０７９７３号公報（特許文献２）には、磁気式角度センサの検出精度の低下を抑制することを目的とする磁石極と突極とが回転方向に交互に並ぶように設けられたコンシクエントポール型の回転子を備えた回転電機が開示されている。

また、例えば特開平６−２４５４５１号公報（特許文献３）には、ロータの外径に磁性体の磁極を配置する構成の磁石埋込型回転子（ＩＰＭ）を備えた同期電動機が開示されている。

特開２０１１−２５９５７４号公報 特開２０１４−１０７９７３号公報 特開平６−２４５４５１号公報

前記特許文献１に開示された同期モータにおいては、固定子と回転子の間に機械的な接触を防止する空気の層と、永久磁石の保護管であるＣＦＲＰの層があることから、固定子鉄心と回転子鉄心の間の距離にあたる電磁気的に非磁性の領域の距離が大きくなってしまう。このため、磁気抵抗が大きく磁束量が少なくなり、トルクが低下してしまう課題がある。

一方、特許文献２に開示されているコンシクエント型回転子、あるいは特許文献３に開示されている磁石埋込型回転子（ＩＰＭ）のように、回転子の外径に磁性体の磁極を配置する構成では、ＳＰＭで永久磁石であった領域が磁性体であるため、磁気抵抗が小さくなり、磁束量が増加し、トルクを大きくすることができる。

しかし、特許文献２に開示されたコンシクエント型回転子のように、一方の極性の磁極を他方の異なる極性の磁極と磁性体で接続される箇所を小さくしないと、磁極の磁束が接続される箇所を通じて漏洩する漏れ磁束が大きくなり、トルクが低下する課題がある。これは構造面の強度が低下することと相反する課題である。

また、特許文献３に開示された磁石埋込型回転子のような回転子構造では、永久磁石の配置された磁極以外の磁性体の表面、すなわち、他方の磁極や回転子鉄心と接触する磁性
体の回転軸先端などが異なる極性となるため、例えば電動パワーステアリング装置に使用した場合、回転軸端に配置される回転センサマグネットの磁界を歪め、対向して配置される回転センサの検出角度誤差を悪化させたり、他方の回転軸端に配置されステアリングギアと嵌合するボスなどに磁性体の屑が付着して嵌合不良による異音などの原因となる課題がある。

この発明は、前記課題を解決するために成されたもので、回転子の漏れ磁束を低減し、トルクの大きな永久磁石モータを提供することを目的とするものである。

この発明は、複数の磁性ティースを備えた固定子鉄心と前記磁性ティースに巻回され前記磁性ティースの相互間のスロットに収められた固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子と磁気的空隙を介して相対的に配置されて回転軸を中心に回転する回転子を備えた永久磁石モータであって、
前記回転子は、外周面に軟磁性体で構成された複数の磁極と、非磁性かつ非等方性の材料で構成されて回転軸と共に回転する構造体と、を備え、前記複数の磁極は互いに直接接触することなく、前記構造体に一体化されていることを特徴とする。

この発明によれば、前記構成により、回転子の漏れ磁束が低減されてトルクの大きな永久磁石モータを得ることができる。

この発明の実施の形態１による永久磁石モータにおける回転子の正面断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石モータにおける回転子の正面断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。

以下、この発明による永久磁石モータの好適な実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石モータに用いられる回転子の正面断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
実施の形態１による永久磁石モータは、図示しない固定子と、この固定子の内側に配置された回転子１０から構成されている。固定子は、巻線および固定子鉄心から構成されている。固定子鉄心は、電磁鋼板などの磁性体で構成される環状のコアバックとコアバックから周方向内側に延びるティースから構成される。隣り合うティースの間に形成されたスロットに巻線が納められており、固定子の軸方向両端ではティースに巻回された巻線がコイルエンドを形成している。なお、この構成については周知であり、図示は省略する。

固定子の内側には回転子１０が設けられている。回転子１０は、回転子鉄心１の磁石挿入穴１ａに永久磁石２を備えている。回転子鉄心１の磁極３は断面扇形の軟磁性体で構成されており、磁性体間に周方向に着磁配向された永久磁石２が配置されている。磁極３は例えば１４極からなり、ＮＳの磁極３が永久磁石２を挟んで交互に配置されている。磁極３の内径側では磁極３同士がＦＲＰ等の非磁性、かつ非等方向性の材料で構成された構造体４に一体化されている。構造体４は、構造体４と同等材料の磁性体もしくはＦＲＰ等の
非磁性かつ非等方性の材料で構成された回転軸５に嵌合されており、回転軸５と共に回転する。なお、図２において、符号５ａはステアリングギアと嵌合されるボス部を示し、符号６は回転軸５の端部に取付けられた磁気検出型の回転センサマグネットを示している。

実施の形態１による永久磁石モータは、回転子１０が前記のように、磁極３同士が非磁性、かつ非等方向性の材料で構成された構造体４で結合されているので、図１あるいは図２においてφで示す漏れ磁束が小さくなると共に、モータ重量を低減することができる。従って、例えば電動パワーステアリング装置に用いた場合、そのトルクを大きくできると共に車両重量を軽量化することができ、燃費改善効果を向上できる。

また、緊急回避などでハンドルを高速回転する場合に、磁極３と永久磁石２の径方向外側への引っ張りに対して、これらを支えるＦＲＰ等の非磁性かつ非等方性の構造体４を引っ張り強度に適した配向とすることができる。特に、ＳＰＭのモータと異なり、固定子内径に慣性の大きな磁性体の磁極３が回転子１０の外周側に配置されるため、漏れ磁束を低減するために回転軸５への嵌合を少なくするなどのトレードオフを排することが可能である。よって、電動パワーステアリング装置に用いた場合、燃費改善と操舵性改善を両立できるという顕著な効果が得られる。

また、実施の形態１による永久磁石モータを電動パワーステアリング装置に用いた場合、回転子の漏れ磁束を低減することにより、回転軸端に配置される回転センサ用マグネットの磁界を歪めることがなく、角度検出誤差によるトルクリップルの悪化を低減できるので、操舵フィーリングの良い電動パワーステアリング装置を提供することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による永久磁石モータについて説明する。実施の形態２による永久磁石モータは、図示しない固定子と、この固定子の内側に配置された回転子２０から構成されている。固定子は実施の形態１と同様の構成で周知であり、ここでの図示は省略する。回転子２０は、図３に示すように一つの磁性体にＮ極となる永久磁石とＳ極となる疑似極により構成されている。回転子２０のその他の構成については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

前記のように構成された回転子２０においても、実施の形態１と同様に、慣性の大きな磁極３を引っ張り強度を大きくできる構造体４で保持するとともに、図４に示すように、Ｎ極の磁束が回転軸５を介して流れ、回転軸５の両端がＳ極となることが無いため、回転軸５の端部に取付けられた磁気検出型の回転センサマグネット６による角度検出誤差の悪化を防止できる。また、回転軸５の他端にステアリングギアと嵌合されるボス部５ａに異物が挟まることがない。従って、角度検出誤差によるモータの回転ムラや、異物が挟まることによる回転時の騒音振動などを防止できるので、電動パワーステアリング装置においては操舵フィーリングの改善という顕著な効果が得られる。

以上、この発明の実施の形態１及び２について説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 回転子鉄心、１ａ 磁石挿入穴、２ 永久磁石、３ 磁極、４ 構造体、５ 回転軸、５ａ ボス部、６ 回転センサマグネット、１０、２０ 回転子

この発明に係る永久磁石モータは、複数の磁性ティースを備えた固定子鉄心と前記磁性ティースに巻回され前記磁性ティースの相互間のスロットに収められた固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子と磁気的空隙を介して相対的に配置されて回転軸を中心に回転する回転子を備えた永久磁石モータであって、
前記回転子は、外周面に設けられると共に、隣接する極性が互いに異なる磁性体で構成された複数の磁極と、前記複数の磁極のそれぞれに形成された磁石挿入穴に挿入されると共に、前記複数の磁極間の周方向に着磁配向されて配置された永久磁石と、非磁性かつ非等方性の材料で構成されて前記回転軸と共に回転する構造体と、を備え、前記複数の磁極は互いに直接接触することなく、前記構造体に一体化されていることを特徴とする。

固定子の内側には回転子１０が設けられている。回転子１０は、回転子鉄心１を構成する磁極３に形成された磁石挿入穴１ａに永久磁石２を備えている。回転子鉄心１の磁極３は断面扇形の磁性体で構成されており、磁性体間に周方向に着磁配向された永久磁石２が配置されている。磁極３は例えば１４極からなり、ＮＳの磁極３が永久磁石２を挟んで交互に配置されている。磁極３の内径側では磁極３同士がＦＲＰ等の非磁性、かつ非等方向性の材料で構成された構造体４に一体化されている。構造体４は、構造体４と同等材料の磁性体もしくはＦＲＰ等の非磁性かつ非等方性の材料で構成された回転軸５に嵌合されており、回転軸５と共に回転する。なお、図２において、符号５ａはステアリングギアと嵌合されるボス部を示し、符号６は回転軸５の端部に取付けられた磁気検出型の回転センサマグネットを示している。

Claims (4)

1. 複数の磁性ティースを備えた固定子鉄心と前記磁性ティースに巻回され前記磁性ティースの相互間のスロットに収められた固定子巻線とを有する固定子と、前記固定子と磁気的空隙を介して相対的に配置されて回転軸を中心に回転する回転子を備えた永久磁石モータであって、
   前記回転子は、
   外周面に軟磁性体で構成された複数の磁極と、
   非磁性かつ非等方性の材料で構成されて回転軸と共に回転する構造体と、を備え、
   前記複数の磁極は互いに直接接触することなく、前記構造体に一体化されていることを特徴とする永久磁石モータ。
2. 前記回転軸は、前記構造体と同一材料で構成されると共に、前記構造体に一体に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石モータ。
3. 前記非磁性かつ非等方性の材料は、炭素繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石モータ。
4. 前記磁極は、Ｎ極となる永久磁石とＳ極となる疑似極により構成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の永久磁石モータ。
   

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