JP2018042371A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はブラシレスモータに関し、特に、マグネット埋め込み型ブラシレスモータのロータ構造に関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly to a rotor structure of a magnet-embedded brushless motor.
従来より、ブラシレスモータの一種として、ステータ・ロータ間の磁気抵抗差を利用して回転力を発生させるリラクタンスモータが知られている。また、近年、このリラクタンスモータを基本としつつ、出力向上等を目的として、ロータ内にマグネット(永久磁石)を配したマグネット補助型のリラクタンスモータも提案されている(特許文献1)。このようなモータは、複数相の巻線を備えたステータと、ステータ内に配置されたロータを備えており、ロータの内部に複数個のマグネットが埋設されている。ロータは、回転軸であるシャフト(ロータシャフト)と、マグネットが埋設されるロータコアとから構成され、ロータコアはその中央部に貫通して設けられた軸孔にシャフトが圧入固定される。 Conventionally, as a kind of brushless motor, a reluctance motor that generates a rotational force using a magnetic resistance difference between a stator and a rotor is known. In recent years, a magnet-assisted reluctance motor in which a magnet (permanent magnet) is arranged in a rotor has been proposed for the purpose of improving output while using this reluctance motor as a base (Patent Document 1). Such a motor includes a stator including a plurality of phases of windings and a rotor disposed in the stator, and a plurality of magnets are embedded in the rotor. The rotor is composed of a shaft (rotor shaft) that is a rotating shaft and a rotor core in which a magnet is embedded, and the rotor core is press-fitted and fixed in a shaft hole that penetrates the central portion of the rotor core.
ところが、この場合、シャフトをそのままロータコアに圧入すると、ロータコアの軸孔内周とシャフト外周が密着するため、シャフト圧入荷重が大きくなり、その応力によってロータコアに歪みが生じたり、シャフトが座屈したりするおそれがある。このため、圧入荷重を低減すべく、ロータコアをシャフトに結合する方法として、シャフト外周にナール(爪状の突起)を形成して抜け止め・回り止めする手法や、特許文献2のように、ロータコアの軸孔内周を凹凸構造としてシャフトを部分的な面圧入とする手法などが実施されている。
However, in this case, if the shaft is pressed into the rotor core as it is, the inner periphery of the shaft hole of the rotor core and the outer periphery of the shaft are in close contact with each other, so the shaft press-fitting load increases, and the stress causes distortion in the rotor core or the shaft buckles. There is a fear. For this reason, as a method of coupling the rotor core to the shaft in order to reduce the press-fitting load, a knurled (claw-like protrusion) is formed on the outer periphery of the shaft to prevent it from coming off or to prevent rotation, as in
しかしながら、ナールによる固定では、圧入荷重を抑えられる反面、圧入時にロータコアの中心とシャフトの中心とが径方向に振れ易く、ロータコアの軸精度を高く保つのが難しいという問題がある。また、軸孔内周を凹凸構造とする手法では、圧入荷重自体は抑えられるものの、凹部の位置によっては、マグネットの配向度が低下したり、圧入荷重やマグネットの射出成形圧によってロータコアに歪みが生じたりするなどの問題があった。 However, the fixing by the knurling can suppress the press-fitting load, but there is a problem that the center of the rotor core and the center of the shaft easily shake in the radial direction at the time of press-fitting, and it is difficult to keep the axial accuracy of the rotor core high. In addition, although the press-fitting load itself can be suppressed with the method of making the inner periphery of the shaft hole uneven, depending on the position of the recess, the degree of orientation of the magnet may decrease, or the rotor core may be distorted by the press-fitting load or magnet injection molding pressure. There was a problem that occurred.
本発明の目的は、マグネット埋め込み型のブラシレスモータにおいて、ロータコアに対するシャフト圧入荷重を抑えつつ、マグネットの磁気特性やロータコアの強度を向上させることにある。 An object of the present invention is to improve the magnetic properties of a magnet and the strength of a rotor core while suppressing a shaft press-fitting load on the rotor core in a magnet-embedded brushless motor.
本発明のブラシレスモータは、界磁コイルを備えたステータと、前記ステータ内に回転自在に配置されその内部に複数個のマグネットが埋設されたロータと、を有するブラシレスモータであって、前記ロータは、シャフトと、該シャフトに固定されたロータコアと、を備え、前記ロータコアは、前記シャフトが圧入固定される軸孔を備え、前記軸孔は、その内周面に、前記シャフトが保持される複数の凸部と、該凸部の間に形成された複数の凹部と、を備え、前記凸部と前記凹部は、前記内周面に周方向に沿って交互に設けられ、前記凸部は、前記マグネットが前記軸孔に最も近接する位置に配置されることを特徴とする。 The brushless motor of the present invention is a brushless motor having a stator having a field coil, and a rotor rotatably disposed in the stator and having a plurality of magnets embedded therein, the rotor being A shaft, and a rotor core fixed to the shaft, the rotor core including a shaft hole into which the shaft is press-fitted and fixed, and the shaft hole has a plurality of shafts held on an inner peripheral surface thereof. And a plurality of concave portions formed between the convex portions, the convex portions and the concave portions are alternately provided along the circumferential direction on the inner peripheral surface, and the convex portions are The magnet is disposed at a position closest to the shaft hole.
本発明にあっては、ロータコア軸孔の内周面に、周方向に沿って複数の凸部と凹部を交互に設けると共に、前記凸部をマグネットが軸孔に最も近接する位置に配置し、この軸孔にシャフトを圧入固定する。これにより、ナールによる固定に比して、圧入時にシャフトが径方向に振れにくくなり、ロータコアとシャフトの軸精度が向上する。また、軸孔内周面の凹凸により、シャフト圧入時の荷重を凹部に逃がすことができ、圧入荷重の低減が図られ、シャフト圧入時におけるロータコアの歪みや、シャフトの座屈が抑えられる。さらに、マグネットと軸孔の最接近部に凸部を配することにより、この凸部により、薄肉になりがちな部位の寸法をより大きく確保できる。その結果、マグネット背面側の磁性体体積を大きく取ることができ、磁束が通り易くなり、着磁配向性が向上する。加えて、マグネットを射出成形する場合、成形圧を凸部と共にシャフトで受けることができ、射出成形時のロータコアの歪みが抑えられる。 In the present invention, a plurality of convex portions and concave portions are alternately provided along the circumferential direction on the inner peripheral surface of the rotor core shaft hole, and the convex portions are arranged at positions where the magnet is closest to the shaft hole, The shaft is press-fitted and fixed in this shaft hole. As a result, the shaft is less likely to swing in the radial direction during press-fitting as compared with the fixation by the knurled, and the axial accuracy of the rotor core and the shaft is improved. In addition, the unevenness of the inner peripheral surface of the shaft hole allows the load during shaft press-fitting to escape to the recess, reducing the press-fit load, and suppressing distortion of the rotor core and shaft buckling during shaft press-fitting. Furthermore, by arranging the convex portion at the closest portion between the magnet and the shaft hole, the convex portion can secure a larger dimension of the portion that tends to be thin. As a result, the volume of the magnetic body on the back side of the magnet can be increased, the magnetic flux can easily pass, and the magnetization orientation is improved. In addition, when the magnet is injection molded, the molding pressure can be received by the shaft together with the convex portion, and the distortion of the rotor core during the injection molding can be suppressed.
前記ブラシレスモータにおいて、前記マグネットを断面円弧状に形成し、その凸側部位を前記ロータの中心側に向けた状態で前記ロータ内に埋設し、前記凸部を、前記マグネットの円弧頂点に対向する位置に配置するようにしても良い。また、前記ブラシレスモータにおいて、前記マグネットの断面を台形の三辺形状に形成し、その上底部位を前記ロータの中心側に向けた状態で前記ロータ内に埋設し、前記凸部を、前記マグネットの上底部位に前記軸孔が最も近接する位置に配置するようにしても良い。 In the brushless motor, the magnet is formed in a circular arc shape, embedded in the rotor in a state where the convex side portion faces the center side of the rotor, and the convex portion is opposed to the arc apex of the magnet. You may make it arrange | position to a position. Further, in the brushless motor, the magnet has a trapezoidal three-sided cross section, and the upper base portion thereof is embedded in the rotor in a state of being directed toward the center of the rotor. You may make it arrange | position in the position where the said shaft hole is closest to the upper-bottom part.
また、板厚tの鋼板を複数枚積層させて前記ロータコアを形成し、前記マグネットと前記凸部の内縁部との間の距離Ltを、少なくとも前記板厚t以上(Lt≧t)の値としても良い。これにより、ロータコア用の鋼板をプレス加工にて容易に形成できる。また、マグネット背面側に板厚t以上幅の鋼板部分を確保することができる。 Further, the rotor core is formed by laminating a plurality of steel plates having a thickness t, and a distance Lt between the magnet and the inner edge of the convex portion is set to a value that is at least the thickness t (Lt ≧ t). Also good. Thereby, the steel plate for rotor cores can be easily formed by press work. Further, a steel plate portion having a width equal to or greater than the plate thickness t can be secured on the back side of the magnet.
さらに、前記凸部を略台形に形成し、外径側の下底部分の幅WLを、内径側の上底部分の幅WUよりも大きく(WL>WU)しても良い。これにより、凸部の底角が鋭角(底角の外角が鈍角)となり、プレス成形性が向上する。また、凸部圧入面(上底部分)を小さくすることにより、径方向にもシャフト圧入荷重を逃がすことができ、シャフト圧入時のロータコアの歪みや、シャフトの座屈を抑えられる。 Furthermore, the convex portion may be formed in a substantially trapezoidal shape, and the width WL of the lower bottom portion on the outer diameter side may be larger than the width WU of the upper bottom portion on the inner diameter side (WL> WU). Thereby, the base angle of a convex part becomes an acute angle (the outer angle of a base angle is an obtuse angle), and press formability improves. Further, by reducing the convex press-fitting surface (upper bottom part), the shaft press-fitting load can be released also in the radial direction, and distortion of the rotor core and shaft buckling during press-fitting of the shaft can be suppressed.
前記ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動源として用いても良い。前記ブラシレスモータは、ロータコアとシャフトが軸精度良く結合されるため、偏心によるがたつきが小さく、トルクリップルの変動も小さく抑えられる。このため、当該ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に使用することにより、操舵感の改善が図られる。 The brushless motor may be used as a drive source for the electric power steering apparatus. In the brushless motor, since the rotor core and the shaft are coupled with high axial accuracy, rattling due to eccentricity is small, and fluctuations in torque ripple are also suppressed to a low level. For this reason, the feeling of steering can be improved by using the brushless motor in the electric power steering apparatus.
本発明のブラシレスモータによれば、内部に複数個のマグネットが埋設されたロータを有するブラシレスモータにて、ロータシャフトが圧入されるロータコアの軸孔内周面に、複数の凸部と凹部を周方向に沿って交互に設けると共に、その凸部をマグネットが軸孔に最も近接する位置に配置するようにしたので、シャフトの圧入荷重を低減させ、ロータコアとシャフトの軸精度の向上を図ることが可能となる。また、凸部により、マグネットと軸孔の間の薄肉になりがちな部位の磁路となる領域の寸法を確保できるため、マグネット背面側に磁束が通り易くなり、着磁配向性を向上させることが可能となる。さらに、マグネットを射出成形する場合、成形圧を凸部と共にシャフトで受けることができ、射出成形時のロータコアの歪みを抑えることが可能となる。 According to the brushless motor of the present invention, in a brushless motor having a rotor in which a plurality of magnets are embedded, a plurality of protrusions and recesses are provided around the inner peripheral surface of the rotor core into which the rotor shaft is press-fitted. In addition to being alternately provided along the direction, the convex portion is arranged at the position where the magnet is closest to the shaft hole, so that the press-fitting load of the shaft can be reduced and the axial accuracy of the rotor core and the shaft can be improved. It becomes possible. In addition, the convex portion can secure the dimension of the magnetic path of the part that tends to be thin between the magnet and the shaft hole, so that the magnetic flux can easily pass through the back side of the magnet and improve the magnetization orientation. Is possible. Further, when the magnet is injection molded, the molding pressure can be received by the shaft together with the convex portion, and the distortion of the rotor core during the injection molding can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態であるブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)の断面図、図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。モータ1は、図1に示すように、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である。また、モータ1は、ロータ3内にマグネットを埋め込み、マグネットトルクとリラクタンストルクによってロータを回転させるIPM(Interior Permanent Magnet)型のブラシレスモータとなっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as motor 1) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in FIG. 1, the motor 1 is an inner rotor type brushless motor in which a stator (stator) 2 is disposed outside and a rotor (rotor) 3 is disposed inside. The motor 1 is an IPM (Interior Permanent Magnet) type brushless motor in which a magnet is embedded in the
図1のモータ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の動力源として使用され、ステアリングシャフトに設けられた図示しない減速機構部に取り付けられる。モータ1の回転は、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、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力が付与される。IPM構造のモータは、SPM構造のモータに比して磁気的フリクションが小さく、粘性トルクが小さく抑えられるため、ハンドルの収斂性が良く、電動パワーステアリング装置には好適である。 The motor 1 in FIG. 1 is used, for example, as a power source of a column assist type electric power steering apparatus, and is attached to a speed reduction mechanism portion (not shown) provided on a steering shaft. The rotation of the motor 1 is decelerated and transmitted to the steering shaft by the deceleration mechanism, and an operation assisting force is applied to the steering shaft of the automobile. The IPM structure motor has a smaller magnetic friction than the SPM structure motor, and the viscous torque can be kept small. Therefore, the handle has good convergence and is suitable for an electric power steering apparatus.
ステータ2は、有底円筒形状のハウジング4と、ステータコア5、ステータコア5の複数のティース5b、各ティース5bに巻装された複数の界磁コイル6(以下、コイル6と略記する)及びバスバーユニット7とから構成されている。バスバーユニット7は、ステータコア5に取り付けられ、コイル6と電気的に接続されている。ハウジング4は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、モータケースを兼ねている。ハウジング4の開口部には、固定ネジ10によって合成樹脂製のブラケット8が取り付けられる。ステータコア5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。各コイル6は、インシュレータ11の外側に巻装されている。ステータコア5の一端側には、各コイル6の端部6aが引き出されている。
The
ステータコア5は、鋼製の板材(例えば、電磁鋼板)を複数枚積層して形成されている。図2に示すように、ステータコア5の外側リング部5aには、径方向内側に向かって延びる複数のティース5bが周方向に沿って複数個(ここでは、24個)形成されている。隣接するティース5bの間には、それぞれスロット19が形成されている。モータ1では、ティース5bは24個設けられており、24スロット構成となっている。各スロット19の中には、コイル6が収容されている。ステータコア5の一端側には、コイル6と電気的に接続されるバスバーユニット7が取り付けられている。ステータコア5は、バスバーユニット7を取り付けた後、ハウジング4内に圧入等の手段によって固定される。
The stator core 5 is formed by laminating a plurality of steel plate materials (for example, electromagnetic steel plates). As shown in FIG. 2, the
バスバーユニット7は、合成樹脂製の本体部内に複数の銅製のバスバー9がインサート成形された構成となっている。各バスバー9には、複数個の給電用端子12が径方向に突設されている。バスバーユニット7の周囲には、この給電用端子12が放射状に突出している。バスバーユニット7の取り付けに際し、各コイル端部6aは給電用端子12と溶接される。バスバーユニット7では、バスバー9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個と各相同士の接続用の1個の計4個)設けられている。各コイル端部6a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。一方、各相に対応したバスバー9の一部は、バスバーユニット7の端面から軸方向に延出され、相に応じたバスバー端子33を形成している。
The bus bar unit 7 has a structure in which a plurality of
ブラケット8にはまた、パワーターミナル31がインサート成形されている。パワーターミナル31はU,V,Wの各相ごとに設けられ、その一端側31aが開口部32内に配置されている。パワーターミナル31の他端側31bは、パワーコネクタ34内に配置されている。ブラケット8をハウジング4に組み付けると、バスバーユニット7から軸方向に延びる各バスバー端子33が対応するパワーターミナル31と並列に対向する。モータ1では、ハウジング4にブラケット8を取り付けた後、開口部32内にてそれぞれのバスバー端子33とパワーターミナル31を電気的に溶接固定する。
A
ステータ2の内側には同心的にロータ3が配置されている。ロータ3は、モータ回転軸となるシャフト13を有している。シャフト13は、ボールベアリング(以下、ベアリングと略記する)14a,14bによって、ハウジング4とブラケット8とに回転自在に支持されている。リヤ側のベアリング14aは、ハウジング4の底部中央に形成されたベアリング収容部4aに圧入固定されている。フロント側のベアリング14bは、金属製のベアリングホルダ15によって、ブラケット8の中央部に固定されている。
A
ロータコアプレート35を積層して形成したロータコア16の軸孔42にはシャフト13が圧入固定されている。前述のように、モータ1はIPM型の構成となっており、ロータコア16には、円弧状(弓形)の孔からなるスリット群17が複数組形成されている。スリット群17の各スリット17a〜17cは、ロータ3の外周より外側に設定される仮想点(図示せず)を中心とする円弧に沿って設けられる。スリット群17は、その凸側部位をロータ3の中心側に向けた形で、径方向に沿って3層に形成されている。1組のスリット群17は、最外層の第一スリット17a、中間層の第二スリット17b、最内層の第三スリット17cから構成されている。
The
各スリット群17の内部には、ボンド磁石(ボンド磁性材料)が充填されており、ロータマグネット18が形成されている。ボンド磁石の充填により、ロータ3内に円弧状のロータマグネット18が内装され、モータ1はIPM構造のブラシレスモータとなる。ボンド磁石としては、例えば、異方性のネオジムボンド磁性材料など、ネオジム磁性材料等の希土類磁石の磁性粉末を、エポキシ等の合成樹脂に混ぜ合わせた素材が使用される。ボンド磁性材料は、射出成形にてスリット群17内に充填され、所定の着磁を行うことによって成形される。ロータマグネット18の射出成形は、ロータコア16の軸孔42にシャフト13を圧入した後に実施される。
Each
ロータ3では、スリット群17内のロータマグネット18により、層状のマグネット群からなる磁極部20が形成される。磁極部20は、周方向に沿って、S極とN極が交互に2個ずつ(合計4個)配置される。これにより、モータ1は、4極24スロット(4P24S)構造となる。各磁極部20のロータマグネット18は、径方向に沿って3層に配置される。ロータ3には、磁極部20によって、磁極が作る磁束の方向のd軸と、d軸と磁気的に直交するq軸とが周方向に交互に複数形成される。隣接する磁極部20では、最外層の第一スリット17aの外側に形成されるスペース36(36a,36b)の面積が異なっている。すなわち、第一スリット17aの頂点37(円弧凸側部位の最も中心に近い位置)とロータコア16の外縁38との間の距離Lが異なっている(La>Lb)。
In the
ロータコアプレート35は、厚さtの電磁鋼板からなり、積層固定用のボス41が板厚方向に沿って突出形成されている。ボス41の裏面側は嵌合凹部となっており、嵌合凹部には、隣接するロータコアプレート35のボス41が嵌合し、プレート同士が積層固定される。ボス41は、ロータコア16のスペース36a(ボス41a),36b(41b)と、軸孔42の近傍(ボス41c)にそれぞれ設けられている。ボス41aの直径Daは、ボス41bの直径Dbよりも大きくなっている(Da>Db)。つまり、距離Lが大きいスペース36には、大きなボス41が配されている。なお、ボス41aと41cは同寸法となっている。
The
ロータコア16の軸方向端部には、ロータコア16と一体的に非磁性体(例えば、合成樹脂製)のレゾルバ装着部44が設けられている。ロータ3の図1において左側には、回転角度検出手段であるレゾルバ21が配されており、レゾルバ装着部44の左端側には、レゾルバ21のロータ(レゾルバロータ)22が一体的に取り付けられる。レゾルバ装着部44の一端面側(図1において左端面側)には、レゾルバロータ取付片45が軸方向に向かって突設されており、レゾルバロータ22は、このレゾルバロータ取付片45に嵌合装着される。
A
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内に圧入等の手段によって固定されている。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(位置決め固定)される。また、レゾルバホルダ24は、ブラケット8の内側に固定された合成樹脂製のブラケットホルダ25に収容されている。ブラケットホルダ25には、金属製のレゾルバ固定ナット27が取り付けられており、ブラケットホルダ25とブラケット8は、両者間にレゾルバホルダ24のフランジ部24aを介在させた形でレゾルバ固定ネジ28によって固定される。
A stator (resolver stator) 23 of the
レゾルバホルダ24のフランジ部24aは、ブラケットホルダ25とブラケット8との間にて、周方向に若干移動可能に取り付けられている。レゾルバホルダ24は、レゾルバステータ23の位置調整後、レゾルバ固定ネジ28によってブラケットホルダ25に固定される。その際、レゾルバ固定ナット27には、ブラケット8の外側からレゾルバ固定ネジ28がねじ込まれ、ベアリングホルダ15とレゾルバホルダ24がブラケット8に共締めされる。これにより、レゾルバホルダ24は、周方向の位置が調整された状態でブラケット8の内側に固定される。
The flange portion 24 a of the resolver holder 24 is attached between the
このような構成からなるモータ1では、ロータコア16の軸孔42にシャフト13を圧入する際の荷重を低減しつつ、ロータコア16の軸精度を確保するため、ロータコア16の軸孔42が所謂花びら形状となっている。図3は、ロータコア16の構成を示す説明図である。図3(a)に示すように、本発明によるモータ1にあっては、軸孔42の内周面43に、複数の凸部46と凹部47が周方向に沿って交互に設けられている。凸部46は略台形状に形成されており、外径側(下底部分)の幅WLが内径側(上底部分)の幅WUよりも大きくなっている(WL>WU)。また、凸部46の内径寸法D1は、シャフト13の外径寸法D2よりも若干小さくなっている。凸部46を略台形に形成することにより、凸部46の底角が鋭角、すなわち、プレスにて抜かれる底角の外角(凹部47側の角)が鈍角となり、プレス成形性が向上する。
In the motor 1 having such a configuration, the
このように、軸孔42の内周を凹凸構造とすることにより、シャフト13が部分的な面圧入となるため、全面圧入に比して圧入荷重が低減される。また、凹部47は、圧入荷重を逃がすための空隙、つまり、圧入によって凸部が変形するの許容する空間としても作用する。その結果、圧入荷重の低減が図られ、シャフト圧入時におけるロータコア16の歪みや、シャフト13の座屈を抑えることが可能となる。特に、凸部46が略台形状となっていることから、凸部圧入面(上底側)が小さくなり、径方向にもシャフト圧入荷重を逃がすことができ、圧入時のロータコア16の歪みやシャフト13の座屈を効果的に低減することが可能となる。さらに、ナールを用いた従来の圧入構造と異なり、軸がぶれにくくなり軸精度が向上する。その結果、当該モータ1を用いた電動パワーステアリング装置では、ロータ偏心によるがたつきが小さくなると共に、トルクリップルの変動も小さくなるため、操舵感の向上が図られる。
Thus, by making the inner periphery of the
一方、凸部46と凹部47の周方向の配置は複数パターン存在することになるが、その特異的なものとして、図3(a),(b)の2通りがある。すなわち、最内層のロータマグネット18の頂点48(円弧凸側部位の最も中心に近い位置であり、ロータマグネット18が軸孔42に最も近接する位置)と対向する位置に、凸部46が配される場合(図3(a):A構成)と、凹部47が配される場合(図3(b):B構成)である。当該モータ1では、これらのうち、頂点48の位置に凸部46を配したA構成を採用して、ロータコア16を抜け止め、回り止めしつつシャフト13に固定している。なお、上述の通り、凸部46の配置は複数パターンあり、AとBの中間の構成も考え得るが、A,Bの何れに近いかによって、その作用効果も何れか寄りとなるため、ここでは、A,Bの2つの場合について述べる。
On the other hand, there are a plurality of patterns in the circumferential arrangement of the
本発明によるモータ1では、軸孔42の内周面43をA構成とすることにより、ロータマグネット18の頂点48と対向して凸部46が配されるため、B構成に比して、マグネット背面側(マグネット頂点48と軸孔42の間)により多くのスペースを設けることができる。その結果、マグネット背面側に存在する強磁性体の体積を大きくでき、磁束が通り易くなり、配向度が向上する。発明者の計測によれば、B構成の場合、頂点48の近傍に配向磁場が低い部分が多く発生するのに対し、A構成では、配向磁場が低い部分が少なくまばらにしか生じないことが分かった。これは、B構成では、凹部47とシャフト13の間に空隙が形成されるため、凹部47がマグネット近傍に配されると、着磁時の際に磁束の流れが妨げられ、配向度が低下してしまうためと考えられる
In the motor 1 according to the present invention, since the inner
図4は、A,B各構成のロータを用いた場合の誘起電圧波形を示したグラフである。図4に示すように、A構成の方がB構成よりも誘起電圧値が概ね5%程度大きい。マグネットの磁束を誘起電圧にて評価すると、これは、A構成の方が磁束量が多いことを示している。これにより、配向磁場のバラツキのみならず、磁気特性(残留磁気密度)も、A構成がB構成よりも優れていることが分かった。従って、A構成のロータを用いたモータの方が出力が大きく、また、同じ出力であれば、A構成の方がモータ自体を小型化できる。 FIG. 4 is a graph showing an induced voltage waveform when a rotor having each of the A and B configurations is used. As shown in FIG. 4, the induced voltage value of the A configuration is approximately 5% larger than that of the B configuration. When the magnetic flux of the magnet is evaluated by the induced voltage, this indicates that the amount of magnetic flux is larger in the A configuration. As a result, it was found that the A configuration was superior to the B configuration in terms of magnetic characteristics (residual magnetic density) as well as variations in the orientation magnetic field. Accordingly, the motor using the A-configuration rotor has a larger output, and if the output is the same, the A-configuration can reduce the size of the motor itself.
また、頂点48に臨んで凸部46が配されるため、狭小部位となる頂点48と軸孔42との間が広くなる。当該ロータコア16では、頂点48と凸部46の内縁部46aとの間の距離Ltは、ロータコアプレート35の板厚tよりも大きく取っている。このため、ロータコアプレート35をプレス加工にて容易に形成することが可能となる。この場合、B構成では、距離Ltを大きく取ると、その分、ロータ3の外径も大きくせざるを得ず、その分、モータが大型化する。これに対し、A構成では、ロータ外径を大きくすることなく、第三スリット17cと軸孔42との間の磁路となる領域の寸法を板厚t以上確保でき、モータの小型化と加工性の両立が可能となる。
Moreover, since the
さらに、ボンド磁性材料をロータコア16のスリット群17の内部に射出成形する際、B構成では、マグネット背面側(マグネット頂点48と軸孔42の間)が薄肉である上に、シャフト13との間に凹部47による空隙Kが存在する。このため、ロータコア16内にマグネットを射出成型する際、成形時の圧力が凹部47の部位に加わり、その圧力によってロータコア16が変形するおそれがある。これに対し、A構成の場合、マグネット背面側の肉厚が大きく、しかも、シャフト13と凸部46が当接し、シャフト13が壁のような形となる。このため、成形時の圧力を肉厚の凸部46とシャフト13にて受けることができ、空隙Kの部分にも負荷がかかりにくくなるので、ロータコア16の変形を抑えることが可能となる。
Further, when the bond magnetic material is injection-molded into the
本発明は前記実施形態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、前述の実施形態では、ロータマグネット18が円弧形状となったロータ3を用いたIPMモータについて述べたが、マグネットの形状は円弧形状には限られず、例えば、図5のように、台形の三辺(上底と2つの側辺)形状とすることも可能である。この場合も、ロータマグネット51は、図1,2に記載のロータマグネット18と同様に、その凸側部位をロータ3の中心側に向けた状態でロータ3内に埋設され、上底部位51aが軸孔42に最も近接する位置に凸部46が配置される。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the IPM motor using the
本発明によるブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源のみならず、他の車載電動装置や、ハイブリッド自動車、電気自動車、エアコン等の電気製品等に広く適用可能である。本発明のブラシレスモータのようなIPMモータは、マグネットに加えてリラクタンストルクを活用できるため、高効率で高トルクなモータとして、自動車分野以外にも、産業機器や家電製品などにも利用可能である。 The brushless motor according to the present invention can be widely applied not only to the drive source of the electric power steering apparatus but also to other in-vehicle electric apparatuses, electric products such as hybrid cars, electric cars, and air conditioners. Since the IPM motor such as the brushless motor of the present invention can utilize reluctance torque in addition to the magnet, it can be used as a high-efficiency and high-torque motor not only in the automobile field but also in industrial equipment and home appliances. .
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
3 ロータ
4 ハウジング
4a ベアリング収容部
5 ステータコア
5a 外側リング部
5b ティース
6 界磁コイル
6a コイル端部
7 バスバーユニット
8 ブラケット
9 バスバー
10 固定ネジ
11 インシュレータ
12 給電用端子
13 シャフト
14a,14b ベアリング
15 ベアリングホルダ
16 ロータコア
17 スリット群
17a 第一スリット
17b 第二スリット
17c 第三スリット
18 ロータマグネット
19 スロット
20 磁極部
21 レゾルバ
22 レゾルバロータ
23 レゾルバステータ
24 レゾルバホルダ
24a フランジ部
25 ブラケットホルダ
26 リブ
27 レゾルバ固定ナット
28 レゾルバ固定ネジ
31 パワーターミナル
31a 一端側
31b 他端側
32 開口部
33 バスバー端子
34 パワーコネクタ
35 ロータコアプレート
36 スペース
36a,36b スペース
37 第一スリット頂点
38 外縁
41 ボス
41a〜41c ボス
42 軸孔
43 内周面
44 レゾルバ装着部
45 レゾルバロータ取付片
46 凸部
46a 内縁部
47 凹部
48 マグネット頂点
51 ロータマグネット
51a 上底部位
D1 凸部内径寸法
D2 シャフト外径寸法
K 空隙
L 第一スリット頂点とロータコア外縁との間の距離
Lt マグネット頂点と凸部内縁部との間の距離
t ロータコアプレート板厚
WL 凸部下底部分の幅
WU 凸部上底部分の幅
1
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータは、シャフトと、該シャフトに固定されたロータコアと、を備え、
前記ロータコアは、前記シャフトが圧入固定される軸孔を備え、
前記軸孔は、その内周面に、前記シャフトが保持される複数の凸部と、該凸部の間に形成された複数の凹部と、を備え、前記凸部と前記凹部は、前記内周面に周方向に沿って交互に設けられ、
前記凸部は、前記マグネットが前記軸孔に最も近接する位置に配置されることを特徴とするブラシレスモータ。 A brushless motor having a stator including a field coil, and a rotor that is rotatably arranged in the stator and has a plurality of magnets embedded therein,
The rotor includes a shaft and a rotor core fixed to the shaft,
The rotor core includes a shaft hole in which the shaft is press-fitted and fixed,
The shaft hole includes, on an inner peripheral surface thereof, a plurality of convex portions that hold the shaft, and a plurality of concave portions that are formed between the convex portions, and the convex portions and the concave portions Provided alternately along the circumferential direction on the circumferential surface,
The brushless motor, wherein the convex portion is disposed at a position where the magnet is closest to the shaft hole.
前記マグネットは断面円弧状に形成され、その凸側部位を前記ロータの中心側に向けた状態で前記ロータ内に埋設され、
前記凸部は、前記マグネットの円弧頂点に対向する位置に配置されることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 1,
The magnet is formed in an arc shape in cross section, and is embedded in the rotor in a state where the convex side portion faces the center side of the rotor,
The brushless motor is characterized in that the convex portion is disposed at a position facing the arc apex of the magnet.
前記マグネットは断面が台形の三辺形状に形成され、その上底部位を前記ロータの中心側に向けた状態で前記ロータ内に埋設され、
前記凸部は、前記マグネットの上底部位に前記軸孔が最も近接する位置に配置されることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 1,
The magnet is formed in a trapezoidal three-sided cross-section, and is embedded in the rotor in a state where the upper bottom portion is directed toward the center of the rotor,
The brushless motor, wherein the convex portion is disposed at a position where the shaft hole is closest to an upper bottom portion of the magnet.
前記ロータコアは、板厚tの鋼板を複数枚積層させてなり、
前記マグネットと前記凸部の内縁部との間の距離Ltが、少なくとも前記板厚t以上(Lt≧t)の値であることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to any one of claims 1 to 3,
The rotor core is formed by laminating a plurality of steel plates having a thickness t.
A brushless motor, wherein a distance Lt between the magnet and the inner edge of the convex portion is at least a value greater than the plate thickness t (Lt ≧ t).
前記凸部は略台形に形成され、外径側の下底部分の幅WLが、内径側の上底部分の幅WUよりも大きい(WL>WU)ことを特徴とするブラシレスモータ。 In the brushless motor according to any one of claims 1 to 4,
The protrusion is formed in a substantially trapezoidal shape, and the width WL of the lower bottom portion on the outer diameter side is larger than the width WU of the upper bottom portion on the inner diameter side (WL> WU).
前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として用いられることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to any one of claims 1 to 5,
The brushless motor is used as a drive source of an electric power steering apparatus.
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