JP2019213417A - Brushless motor - Google Patents

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Ryu Ohori
竜 大堀
直樹 塩田
Naoki Shioda
直樹 塩田
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Abstract

To reduce thrust electromagnetic force and fluctuation of a motor having such a specification that the lowest common multiple of the number of poles including skew structure and the number of slots is small.SOLUTION: A brushless motor 2 has a quadrupole 6 slot configuration, and has a stator 11, and a rotor 12 including skew structure. At both ends of a magnet 19 in the axial direction, first and second overhang parts 31, 32 are provided. The overhang parts 31, 32 have different overhang amounts OH1, OH2 from the axial end of a stator core 14. A rare-earth magnet is used in the magnet 19, and magnetic orientation thereof is pole orientation. A skew angle θ is set to 30° to 50° (electrical angle), and the ratio OH2/OH1 of overhang amounts is set to 1.5 to 2.5.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ブラシレスモータに発生するスラスト方向の電磁力の低減に関し、特に、スキュー構造を備えたブラシレスモータにおけるスラスト方向の電磁力低減技術に関する。   The present invention relates to a reduction in thrust electromagnetic force generated in a brushless motor, and more particularly, to a thrust electromagnetic force reduction technique in a brushless motor having a skew structure.

従来より、ブラシレスモータ(以下、モータと略記する)のトルクリップルやコギングを低減する手段として、磁極の極性が切り替わる位置(磁極境界位置)を、軸方向に沿って回転方向にずらす、いわゆるスキュー構造が知られている。ところが、スキュー構造のモータは、トルクリップル等の低減が図られる一方、磁極境界位置の傾斜に伴い、磁気的な吸引反発による回転力と共に、その軸方向成分によってスラスト方向に力(回転軸延伸方向に沿った力:スラスト電磁力)が発生する。   Conventionally, as a means to reduce torque ripple and cogging of a brushless motor (hereinafter abbreviated as “motor”), the so-called skew structure in which the magnetic pole polarity switching position (magnetic pole boundary position) is shifted in the rotational direction along the axial direction. It has been known. However, in the skew structure motor, torque ripple and the like can be reduced. On the other hand, along with the inclination of the magnetic pole boundary position, along with the rotational force due to magnetic attraction and repulsion, the axial component causes the force in the thrust direction (rotating axis extending direction). Force (thrust electromagnetic force) is generated.

特開2009−213282号公報JP 2009-213282 A

このようなスラスト電磁力がモータ内に生じると、その増減(リップル)により、スラスト方向に振動が生じる。その結果、例えば、ギヤ変速機構を備えたモータでは、スラスト振動によってギヤの噛み合い状態が不連続となり、これが音や振動の発生原因となる、という課題があった。特に、このようなスラスト電磁力やそのリップルは、磁極数の少ないモータにおいて顕著となり、さらに、磁力の大きい希土類元素を用いた磁石(以下、希土類磁石と称する)を用いるとそれがさらに増大する、という問題があった。   When such thrust electromagnetic force is generated in the motor, vibrations are generated in the thrust direction due to increase / decrease (ripple). As a result, for example, in a motor equipped with a gear transmission mechanism, there has been a problem that the meshing state of the gear becomes discontinuous due to thrust vibration, which causes generation of sound and vibration. In particular, such thrust electromagnetic force and the ripple thereof become prominent in a motor having a small number of magnetic poles, and further increases when a magnet using a rare earth element having a large magnetic force (hereinafter referred to as a rare earth magnet) is used. There was a problem.

図10(a)は、磁極の傾き角と磁極数の関係を示す説明図、同図(b)は、磁極数とスラスト電磁力のP−P(peak‐to‐peak)値との関係を示す説明図である。図10(a)から分かるように、磁極の傾き角θmは、マグネット外径をDm、スキュー角をθs(機械角)、マグネット軸方向長をLmとすると、
θm=tan-1[{Dm×π×(θs/360)}/Lm]
にて表すことができる。この場合、機械角のスキュー角θsは、電気角のスキュー角を一定にした場合、磁極数が増加するに従い小さくなる。
FIG. 10A is an explanatory diagram showing the relationship between the inclination angle of the magnetic poles and the number of magnetic poles, and FIG. 10B shows the relationship between the number of magnetic poles and the PP (peak-to-peak) value of the thrust electromagnetic force. It is explanatory drawing shown. As can be seen from FIG. 10 (a), the magnetic pole inclination angle θm is Dm as the magnet outer diameter, θs (mechanical angle) as the skew angle, and Lm as the magnet axial length.
θm = tan −1 [{Dm × π × (θs / 360)} / Lm]
Can be expressed as In this case, when the electrical angle skew angle is constant, the mechanical angle skew angle θs decreases as the number of magnetic poles increases.

したがって、2極3スロット(2P3S)×n(整数)仕様のモータにて、スキュー角(電気角)を一定にすると、(ア)4極(6スロット:4P6S)、(イ)6極(9スロット:6P9S)、(ウ)8極(12スロット:8P12S)の各仕様のモータでは、スキュー角θs(機械角)は、極数とスロット数の最小公倍数(ア:12,イ:18,ウ:24)が小さくなるにつれて大きくなり、θmもまた大きくなる。そして、スラスト電磁力は、スキューにて生じる回転方向の力の軸方向成分であることから、磁極の傾き角θmが大きいと大きくなる。このため、図10(b)に示すように、4極仕様と8極仕様のモータでは、スラスト電磁力のP−P値に約5倍もの違いが生じ、極数とスロット数の最小公倍数が小さい仕様ほどスラスト電磁力のリップルが大きくなる。   Accordingly, when the skew angle (electrical angle) is made constant in a motor of 2 poles 3 slots (2P3S) × n (integer) specification, (a) 4 poles (6 slots: 4P6S), (A) 6 poles (9 In a motor with each specification of slot: 6P9S) and (c) 8 poles (12 slots: 8P12S), the skew angle θs (mechanical angle) is the least common multiple of the number of poles and the number of slots (A: 12, A: 18, C). : 24) increases as it decreases, and θm also increases. Since the thrust electromagnetic force is an axial component of the rotational force generated by the skew, it increases as the magnetic pole inclination angle θm increases. For this reason, as shown in FIG. 10B, the 4-pole specification and 8-pole specification motors have a difference of about 5 times in the PP value of the thrust electromagnetic force, and the least common multiple of the number of poles and the number of slots is The smaller the specification, the larger the ripple of thrust electromagnetic force.

また、磁極用のマグネットとして、磁束密度の大きい希土類磁石を用いると、フェライト磁石等の非希土類元素を用いた磁石(以下、非希土類磁石と称する)を用いた場合に比して、磁気吸引と反発が強まる。このため、希土類磁石の使用により、モータの小型化、高出力化が図られるものの、スラスト電磁力がさらに大きくなり、そのリップルも大きくなってしまうという問題が生じる。図11(a)は、希土類磁石を用いた場合と非希土類磁石を用いた場合のスラスト電磁力の大きさを示した説明図、同図(b)は、回転角(機械角)とスラスト電磁力の関係を示す説明図である。図11から分かるように、希土類磁石は非希土類磁石に比べて、スラスト電磁力が約3.5倍程度大きく、しかもその変動も大きい。このため、希土類磁石を用いたモータは、スラスト振動も大きくなり、音や振動が発生し易くなる。   In addition, when a rare earth magnet having a high magnetic flux density is used as the magnet for the magnetic pole, magnetic attraction is reduced compared to a case where a magnet using a non-rare earth element such as a ferrite magnet (hereinafter referred to as a non-rare earth magnet) is used. The rebound is strengthened. For this reason, although the use of the rare earth magnet can reduce the size and output of the motor, there is a problem that the thrust electromagnetic force is further increased and the ripple is also increased. FIG. 11A is an explanatory diagram showing the magnitude of the thrust electromagnetic force when a rare earth magnet is used and when a non-rare earth magnet is used, and FIG. 11B is a diagram illustrating the rotation angle (mechanical angle) and the thrust electromagnetic force. It is explanatory drawing which shows the relationship of force. As can be seen from FIG. 11, the rare earth magnet has a thrust electromagnetic force about 3.5 times larger than that of the non-rare earth magnet, and its fluctuation is also large. For this reason, a motor using a rare earth magnet also increases thrust vibration, and is likely to generate sound and vibration.

本発明の目的は、スキュー構造を備えたブラシレスモータのスラスト電磁力、特に、極数とスロット数の最小公倍数の小さい仕様のモータのスラスト電磁力やそのリップルを低減させることにある。   An object of the present invention is to reduce the thrust electromagnetic force of a brushless motor having a skew structure, in particular, the thrust electromagnetic force of a motor having a specification with a small least common multiple of the number of poles and the number of slots and its ripple.

本発明のブラシレスモータは、径方向内側に向かって延びるティースが周方向に沿って6個形成されたステータコアと、前記ティースに巻装され隣接する前記ティース間に形成されるスロットに収容される巻線と、を備えるステータと、前記ステータの径方向内側に回転自在に配置され、周方向に沿って4個の磁極が形成されたマグネットを備えるロータと、を有するブラシレスモータであって、前記マグネットは、希土類磁石を用いたリングマグネットにて形成され、前記リングマグネットは、磁極の切り替わり位置が軸方向に沿って回転方向にずれるスキュー構造を有すると共に、その軸方向両端部に、前記ステータコアの軸方向端部のそれぞれから軸方向に延出された第1オーバーハング部と第2オーバーハング部を有し、前記スキュー構造は、スキュー角が電気角30°〜50°に設定され、前記第1及び第2オーバーハング部は、前記ステータコアの軸方向端部に対するそれぞれの延出量を互いに異にすることを特徴とする。   The brushless motor of the present invention includes a stator core in which six teeth extending radially inward are formed along the circumferential direction, and a winding housed in a slot formed between the adjacent teeth wound around the teeth. A brush provided with a stator, and a rotor provided with a magnet that is rotatably arranged radially inward of the stator and has four magnetic poles formed along the circumferential direction. Is formed of a ring magnet using a rare earth magnet, and the ring magnet has a skew structure in which the switching position of the magnetic pole is shifted in the rotational direction along the axial direction, and the shaft of the stator core is provided at both axial end portions thereof. A first overhang portion and a second overhang portion extending in the axial direction from each of the end portions in the direction, The structure is characterized in that a skew angle is set to an electrical angle of 30 ° to 50 °, and the first and second overhang portions have different extension amounts with respect to the axial end portion of the stator core. To do.

本発明にあっては、4極6スロット構成のモータにおいて、スキュー角を電気角30°〜50°に設定しつつ、マグネットの軸方向両端部のそれぞれに、ステータコアの軸方向端部から軸方向に延出したオーバーハング部を設けることにより、スキュー構造によって生じるスラスト電磁力を低減することができ、希土類磁石を用いた場合でも、スラスト電磁力を抑制することが可能となる。その結果、スキュー構造によってトルクリップルやコギングの発生を抑えつつ、スラスト電磁力やそのリップルの低減も図られる。   In the present invention, in a motor having a 4-pole 6-slot configuration, the skew angle is set to an electrical angle of 30 ° to 50 °, and the axial direction from the axial end of the stator core to each of both axial end portions of the magnet. By providing an overhang portion that extends to the surface, the thrust electromagnetic force generated by the skew structure can be reduced, and the thrust electromagnetic force can be suppressed even when a rare earth magnet is used. As a result, it is possible to reduce the thrust electromagnetic force and the ripple while suppressing the occurrence of torque ripple and cogging by the skew structure.

前記ブラシレスモータにおいて、前記リングマグネットとして、外周面のみに磁極が形成されるように着磁された極配向の磁気配向を有するマグネットを用いても良い。これにより、スラスト電磁力のリップルをさらに抑制することが可能となる。   In the brushless motor, as the ring magnet, a magnet having a magnetic orientation of polar orientation magnetized so that a magnetic pole is formed only on the outer peripheral surface may be used. Thereby, it becomes possible to further suppress the ripple of the thrust electromagnetic force.

また、前記リングマグネットの一端側に形成された第1オーバーハング部の延出量OH1と、前記リングマグネットの他端側に形成された第2オーバーハング部の延出量OH2との比OH2/OH1を1.5〜2.5に設定しても良い。これにより、スラスト電磁力のリップルを効果的に抑制することが可能となる。   Further, the ratio OH 2 / the ratio of the extension amount OH 1 of the first overhang portion formed on one end side of the ring magnet to the extension amount OH 2 of the second overhang portion formed on the other end side of the ring magnet. OH1 may be set to 1.5 to 2.5. Thereby, it is possible to effectively suppress the ripple of the thrust electromagnetic force.

本発明のブラシレスモータによれば、4極6スロット構成のブラシレスモータにおいて、スキュー角を電気角30°〜50°に設定しつつ、マグネットの軸方向両端部のそれぞれに、ステータコアの軸方向端部から軸方向に延出したオーバーハング部を設けたので、スキュー構造によって生じるスラスト電磁力やそのP−P値を低減することができる。このため、希土類磁石を用いたブラシレスモータにおいても、スラスト電磁力やそのリップルを抑制することが可能となる。   According to the brushless motor of the present invention, in the brushless motor having a 4-pole 6-slot configuration, the skew angle is set to an electrical angle of 30 ° to 50 °, and the axial end portions of the stator core are respectively disposed at both axial end portions of the magnet. Since the overhang portion extending in the axial direction is provided, the thrust electromagnetic force generated by the skew structure and its PP value can be reduced. For this reason, even in a brushless motor using a rare earth magnet, it is possible to suppress the thrust electromagnetic force and its ripple.

本発明の一実施の形態であるモータユニットの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the motor unit which is one embodiment of this invention. 図1のモータユニットに使用されているブラシレスモータの構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the brushless motor currently used for the motor unit of FIG. マグネットの着磁形態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the magnetization form of a magnet. マグネットのスキュー構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the skew structure of a magnet. ロータとステータの関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a rotor and a stator. 4極6スロット構成のモータにおけるスキュー角θ(電気角)とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between skew angle (theta) (electrical angle) and PP value of thrust electromagnetic force in the motor of 4 pole 6 slot structure. 4極6スロット構成のモータにおけるオーバーハング量の比とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between ratio of the overhang amount in the motor of 4 pole 6 slot structure, and PP value of thrust electromagnetic force. マグネットの磁気配向とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the magnetic orientation of a magnet, and PP value of thrust electromagnetic force. 極配向、スキュー角40°、オーバーハング量の比=2とした場合におけるロータ回転角とスラスト電磁力との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a rotor rotational angle and a thrust electromagnetic force in the case of setting it as polar orientation, skew angle 40 degrees, and overhang amount ratio = 2. (a)は、磁極の傾き角と磁極数の関係を示す説明図、(b)は、磁極数とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which shows the relationship between the inclination angle of a magnetic pole, and the number of magnetic poles, (b) is explanatory drawing which shows the relationship between the number of magnetic poles and PP value of thrust electromagnetic force. (a)は、希土類磁石を用いた場合と非希土類磁石を用いた場合のスラスト電磁力の大きさを示した説明図、(b)は、回転角(機械角)とスラスト電磁力の関係を示す説明図である。(A) is explanatory drawing which showed the magnitude | size of the thrust electromagnetic force at the time of using a rare earth magnet and a non-rare earth magnet, (b) is the relationship between a rotation angle (mechanical angle) and thrust electromagnetic force. It is explanatory drawing shown.

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、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータを用いたモータユニット1の構成を示す断面図、図2は、図1のモータユニットに使用されているブラシレスモータの構成を示す断面図である。図1のモータユニット1は、ブラシレスモータ2(以下、モータ2と略記する)と、減速機構部(変速機構)3とから構成されており、例えば、自動車のサンルーフやワイパ装置、パワーウインド、パワーシートなどの駆動源として使用される。モータユニット1では、モータ2の回転軸4の回転は減速機構部3内にて変速され、出力軸5からユニット外に出力される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a motor unit 1 using a brushless motor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of a brushless motor used in the motor unit of FIG. It is. A motor unit 1 in FIG. 1 includes a brushless motor 2 (hereinafter abbreviated as a motor 2) and a speed reduction mechanism (transmission mechanism) 3. For example, a sunroof, a wiper device, a power window, a power Used as a driving source for sheets and the like. In the motor unit 1, the rotation of the rotating shaft 4 of the motor 2 is shifted within the speed reduction mechanism unit 3 and is output from the output shaft 5 to the outside of the unit.

モータ2はブラシレスモータであり、図1,2に示すように、ステータ11と、ステータ11内に回転自在に配置されたロータ12とから構成されている。ステータ11は、有底筒状のモータハウジング13と、モータハウジング13の内面に固定されたステータコア14を備えている。ステータコア14は、磁性体にて形成されたプレートを複数枚積層して形成され、外形が六角形のヨーク部15と、ヨーク部15から径方向内側(中心方向)に向かって放射状に突設されたティース16とから構成されている。モータ2では、ティース16は周方向に沿って6個設けられている。隣接するティース16の間はスロット17となっている。ティース16の外周には巻線18が巻装されており、巻線18はスロット17内に収容されている。巻線18は、集中巻きにて巻装されており、3相の巻線がΔ結線にて接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the motor 2 is a brushless motor, and includes a stator 11 and a rotor 12 that is rotatably disposed in the stator 11. The stator 11 includes a bottomed cylindrical motor housing 13 and a stator core 14 fixed to the inner surface of the motor housing 13. The stator core 14 is formed by laminating a plurality of plates made of a magnetic material, and has a hexagonal yoke portion 15 and a radial projection from the yoke portion 15 toward the radially inner side (center direction). The teeth 16 are configured. In the motor 2, six teeth 16 are provided along the circumferential direction. A slot 17 is formed between adjacent teeth 16. A winding 18 is wound around the outer periphery of the tooth 16, and the winding 18 is accommodated in the slot 17. The winding 18 is wound by concentrated winding, and three-phase windings are connected by Δ connection.

ステータ11の内側にはロータ12が挿入されている。ロータ12は、回転軸4と、回転軸4に固定されたマグネット19とを備えており、回転軸4の一端側(モータ側の一端)は、モータハウジング13の端部に配された軸受21によって回転自在に支持されている。マグネット19は、4極に着磁されており、モータ2は、4極6スロット(4P6S)構成のブラシレスモータとなっている。ここでは、マグネット19として、ネオジウムや、ジスプロシウム、サマリウムなどの希土類元素を用いた永久磁石(希土類磁石)が用いられている。マグネット外周面19aは、ティース16の先端面16aに対向するように配されており、当該モータ2は、SPM(Surface Permanent Magnet)型の構成となっている。   A rotor 12 is inserted inside the stator 11. The rotor 12 includes a rotating shaft 4 and a magnet 19 fixed to the rotating shaft 4, and one end side (one end on the motor side) of the rotating shaft 4 is a bearing 21 disposed at an end portion of the motor housing 13. Is rotatably supported by. The magnet 19 is magnetized to 4 poles, and the motor 2 is a brushless motor having a 4 pole 6 slot (4P6S) configuration. Here, as the magnet 19, a permanent magnet (rare earth magnet) using rare earth elements such as neodymium, dysprosium, and samarium is used. The magnet outer peripheral surface 19a is disposed so as to oppose the tip end surface 16a of the tooth 16, and the motor 2 has an SPM (Surface Permanent Magnet) type configuration.

マグネット19には、周方向に沿って極性が異なるように着磁された極異方性のリングマグネットが使用されている。図3は、マグネットの着磁形態を示す説明図である。図3(a)に示すように、マグネット19は、マグネット外周面19aのみに磁極N,Sが形成される極配向マグネットとなっている。すなわち、図3(b)のような、磁界の方向が放射状となるラジアル配向のマグネット41とは異なり、マグネット19では、ステータ11と対向するマグネット外周面19aのみに磁極が形成されている。   The magnet 19 is a polar anisotropic ring magnet that is magnetized so as to have different polarities along the circumferential direction. FIG. 3 is an explanatory view showing a magnetized form of the magnet. As shown in FIG. 3A, the magnet 19 is a pole-oriented magnet in which the magnetic poles N and S are formed only on the magnet outer peripheral surface 19a. That is, unlike the radially oriented magnet 41 in which the magnetic field direction is radial as shown in FIG. 3B, the magnet 19 has magnetic poles formed only on the magnet outer peripheral surface 19 a facing the stator 11.

また、モータ2では、マグネット19の磁極境界線Pが、軸方向に沿って径方向にずれるスキュー着磁がなされている。図4は、マグネット19におけるスキュー構造を示す説明図である。図4に示すように、マグネット19では、磁極境界線Pが軸方向に沿って傾斜しており、磁極境界線Pの始点Q1と終点Q2の間の角度θがスキュー角となっている。モータ2では、スキュー角θは、30°〜50°(電気角)の範囲に設定されている。なお、点Q1と点Q2は、何れが始点でも終点でも良い。   Further, in the motor 2, skew magnetization is performed in which the magnetic pole boundary line P of the magnet 19 is shifted in the radial direction along the axial direction. FIG. 4 is an explanatory diagram showing a skew structure in the magnet 19. As shown in FIG. 4, in the magnet 19, the magnetic pole boundary line P is inclined along the axial direction, and the angle θ between the start point Q1 and the end point Q2 of the magnetic pole boundary line P is a skew angle. In the motor 2, the skew angle θ is set in a range of 30 ° to 50 ° (electrical angle). Note that either point Q1 or point Q2 may be the start point or the end point.

減速機構部3は、回転軸4に形成されたウォーム6と、ウォーム(駆動ギヤ)5と噛合するウォームホイール(被動ギヤ)6とから構成されており、合成樹脂やアルミダイカストにて形成されたギヤケース22内に配されている。図1に示すように、ギヤケース22には、モータハウジング13の一端開口側が固定されている。モータ2の回転軸4はギヤケース22内に延伸しており、回転軸4は、ギヤケース22内に設けられたベアリング23と軸受24によって回転自在に支持されている。ウォームホイール7は出力軸5に固定されており、出力軸5は、ウォームホイール7と共に回転する。   The speed reduction mechanism unit 3 includes a worm 6 formed on the rotary shaft 4 and a worm wheel (driven gear) 6 that meshes with the worm (drive gear) 5, and is formed of synthetic resin or aluminum die casting. Arranged in the gear case 22. As shown in FIG. 1, one end opening side of the motor housing 13 is fixed to the gear case 22. The rotating shaft 4 of the motor 2 extends into the gear case 22, and the rotating shaft 4 is rotatably supported by a bearing 23 and a bearing 24 provided in the gear case 22. The worm wheel 7 is fixed to the output shaft 5, and the output shaft 5 rotates together with the worm wheel 7.

ここで、本発明によるモータ2では、ロータ12側のマグネット19の軸方向長Lmが、ステータ11側のステータコア14の軸方向長Lcよりも長くなっている。図5は、ロータ12とステータ11の関係を示す説明図である。図5に示すように、マグネット19の軸方向両端部には、ステータコア14と対向することなく軸方向に延出されたオーバーハング部(第1オーバーハング部31,第2オーバーハング部32)がそれぞれ設けられている。   Here, in the motor 2 according to the present invention, the axial length Lm of the magnet 19 on the rotor 12 side is longer than the axial length Lc of the stator core 14 on the stator 11 side. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotor 12 and the stator 11. As shown in FIG. 5, overhang portions (a first overhang portion 31 and a second overhang portion 32) that extend in the axial direction without facing the stator core 14 are provided at both axial end portions of the magnet 19. Each is provided.

モータ2においては、一端側の第1オーバーハング部31と他端側の第2オーバーハング部32のオーバーハング量(延出量)OH1,OH2が異なっている。すなわち、第1及び第2オーバーハング部31,32は、軸方向に非対称に設けられている。また、第2オーバーハング部32のオーバーハング量OH2は、第1オーバーハング部31のオーバーハング量OH1よりも大きくなっており(OH1<OH2)、OH2はOH1の1.5〜2.5倍の大きさとなっている(OH2/OH1=1.5〜2.5)。   In the motor 2, the overhang amounts (extension amounts) OH1 and OH2 of the first overhang portion 31 on one end side and the second overhang portion 32 on the other end side are different. That is, the first and second overhang portions 31 and 32 are provided asymmetrically in the axial direction. Further, the overhang amount OH2 of the second overhang portion 32 is larger than the overhang amount OH1 of the first overhang portion 31 (OH1 <OH2), and OH2 is 1.5 to 2.5 times that of OH1. (OH2 / OH1 = 1.5 to 2.5).

このような構成を有するモータ2では、スキュー構造を採用しつつ、非対称の第1及び第2オーバーハング部31,32を設定することにより、スラスト電磁力やそのP−P値を低減することができる。したがって、P−P値に起因するスラスト電磁力のリップルもまた低減される。これは、オーバーハング部なし(かつ、スキューなし)の場合、スラスト電磁力がほぼ0であるのに対し、非対称なオーバーハング部を設けると、常に一定方向に一定のスラスト電磁力が発生し、これにより、スキューによって生じるスラスト電磁力が相殺されるためと考えられる。   In the motor 2 having such a configuration, the thrust electromagnetic force and its PP value can be reduced by setting the asymmetric first and second overhang portions 31 and 32 while adopting the skew structure. it can. Therefore, the ripple of the thrust electromagnetic force due to the PP value is also reduced. In the case of no overhang portion (and no skew), the thrust electromagnetic force is almost 0. On the other hand, if an asymmetric overhang portion is provided, a constant thrust electromagnetic force is always generated in a certain direction. Thereby, it is considered that the thrust electromagnetic force generated by the skew is canceled out.

図6は、4極6スロット構成のモータ2におけるスキュー角θ(電気角)とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図、図7は、同モータにおけるオーバーハング量の比(OH2/OH1)とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図である。図6に示すように、発明者らの解析によれば、4P6S構成のモータにおけるスラスト電磁力のP−P値は、スキュー角θが40°のとき極小値を取ることが分かった。また、オーバーハング量の比との関係では、図7に示すように、スラスト電磁力のP−P値は、オーバーハング量の比が2(OH2/OH1=2)のとき極小値を取ることも分かった。   FIG. 6 is an explanatory view showing the relationship between the skew angle θ (electrical angle) and the PP value of the thrust electromagnetic force in the motor 2 having a 4-pole 6-slot configuration, and FIG. It is explanatory drawing which shows the relationship between OH2 / OH1) and PP value of thrust electromagnetic force. As shown in FIG. 6, according to the analysis by the inventors, it was found that the PP value of the thrust electromagnetic force in the motor of 4P6S configuration takes a minimum value when the skew angle θ is 40 °. As shown in FIG. 7, the P-P value of the thrust electromagnetic force takes a minimum value when the overhang ratio is 2 (OH2 / OH1 = 2). I understand.

一方、第1及び第2オーバーハング部31,32を設定した場合におけるスラスト電磁力のP−P値について、マグネット19の磁気配向との関係を調べると、マグネット19を極配向とした方が、ラジアル配向の場合よりもスラスト電磁力が低くなることが分かった。図8は、マグネットの磁気配向とスラスト電磁力のP−P値との関係を示す説明図である。発明者らの解析によれば、マグネット19を極配向とすることにより、ラジアル配向に比して、スラスト電磁力のP−P値をほぼ半分に抑えられることが分かった。   On the other hand, when investigating the relationship between the P-P value of the thrust electromagnetic force when the first and second overhang portions 31 and 32 are set and the magnetic orientation of the magnet 19, the magnet 19 is more or less polar. It was found that the thrust electromagnetic force was lower than in the case of radial orientation. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnetic orientation of the magnet and the PP value of the thrust electromagnetic force. According to the analysis by the inventors, it has been found that by making the magnet 19 polar, the PP value of the thrust electromagnetic force can be suppressed to almost half as compared with the radial orientation.

ここで、スキューにより発生するスラスト電磁力は、前述のように、回転方向の電磁力(トルク)がスキューによってスラスト方向の力に変換されることにより生じる。したがって、トルクのリップルが小さければ、スラスト電磁力のリップルもまた小さくなる。そこで、モータのトルクリップルを考えると、トルクリップルの大きさは「ラジアル配向マグネット>極配向マグネット」となる。このため、スラスト電磁力のリップルの大きさ(P−P値)もまた、図8に示すように、「ラジアル配向>極配向」となるものと推察される。   Here, as described above, the thrust electromagnetic force generated by the skew is generated by converting the electromagnetic force (torque) in the rotation direction into the thrust force by the skew. Therefore, if the torque ripple is small, the thrust electromagnetic force ripple is also small. Therefore, considering the torque ripple of the motor, the magnitude of the torque ripple is “radial orientation magnet> polar orientation magnet”. For this reason, it is presumed that the ripple magnitude (PP value) of the thrust electromagnetic force also becomes “radial orientation> polar orientation” as shown in FIG.

図9は、極配向、スキュー角40°、オーバーハング量の比OH2/OH1=2とした場合におけるロータ回転角とスラスト電磁力との関係を示す説明図である。図9において、破線は、オーバーハング部のみによって生じるスラスト電磁力だけを抽出したもの、一点鎖線は、マグネット19とステータ11が対向している部分(非オーバーハング部)のみによって生じるスラスト電磁力だけを抽出したものである(縦軸は右側スケール)。また、実線は、前記両者を合成したものであり、本発明によるモータのスラスト電磁力を示している(縦軸は左側スケール)。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotor rotation angle and the thrust electromagnetic force when the polar orientation, the skew angle is 40 °, and the overhang amount ratio OH2 / OH1 = 2. In FIG. 9, the broken line indicates only the thrust electromagnetic force generated only by the overhang portion, and the alternate long and short dash line indicates only the thrust electromagnetic force generated only by the portion where the magnet 19 and the stator 11 face each other (non-overhang portion). (The vertical axis is the right scale). The solid line is a combination of the two, and indicates the thrust electromagnetic force of the motor according to the present invention (the vertical axis is the left scale).

図9に示すように、破線と一点鎖線で示されたスラスト電磁力は、概ね逆位相となっており、これらを合成した実線のスラスト電磁力は、両者が相殺し合って小さく、回転変動も少なくなっている。この図9のように、合成スラスト電磁力を小さく、変動も少なく抑えるには、破線と一点鎖線の相殺バランスを微妙に調整する必要があり、前述のような各要素の解析結果に基づき、図9のようなバランスの良い結果を得ることができた。   As shown in FIG. 9, the thrust electromagnetic force indicated by the broken line and the alternate long and short dash line is substantially in antiphase, and the combined solid electromagnetic force is small because both cancel each other and rotational fluctuation is also small. It is running low. As shown in FIG. 9, in order to reduce the synthetic thrust electromagnetic force and suppress fluctuations, it is necessary to finely adjust the cancellation balance between the broken line and the alternate long and short dash line. Based on the analysis results of each element as described above, A well-balanced result such as 9 was obtained.

そこで、これらの結果より、希土類磁石を用いた4極6スロット構成のモータでは、
(1)マグネットを極配向とし、
(2)スキュー角θを30°〜50°(電気角)、好ましくは40°に設定し、
(3)非対称のオーバーハング部を設けると共に、各オーバーハング量の比を1.5〜2.5、好ましくは2に設定する、
ことにより、スラスト電磁力やそのP−P値を低減させることが可能となることが分かった。
Therefore, from these results, in a 4-pole 6-slot motor using rare earth magnets,
(1) The magnet is polar oriented,
(2) The skew angle θ is set to 30 ° to 50 ° (electrical angle), preferably 40 °,
(3) While providing an asymmetric overhang portion, the ratio of each overhang amount is set to 1.5 to 2.5, preferably 2.
Thus, it was found that the thrust electromagnetic force and its PP value can be reduced.

したがって、上述の(1)〜(3)の構成を採用することにより、4極6スロット構成のモータにおいて、スキュー構造によって生じるスラスト電磁力やそのP−P値を低減することができ、希土類磁石を用いた場合でも、スラスト電磁力やそのP−P値を抑制することが可能となる。その結果、スキュー構造によってトルクリップルやコギングの発生を抑えつつ、スラスト電磁力の低減を図ることが可能になる。また、スラスト電磁力のP−P値も低減されることから、スラスト電磁力の変動(リップル)が抑えられ、ロータのスラスト位置を安定させることができる。これにより、例えば、ウォーム等の減速機構における歯の噛み合い不連続などから生じる音や振動を抑えることができ、モータの音や振動を抑制することが可能となる。   Therefore, by adopting the above-described configurations (1) to (3), the thrust electromagnetic force generated by the skew structure and its PP value can be reduced in the motor having the 4-pole 6-slot configuration, and the rare earth magnet Even when is used, the thrust electromagnetic force and its PP value can be suppressed. As a result, it is possible to reduce the thrust electromagnetic force while suppressing the occurrence of torque ripple and cogging by the skew structure. Further, since the PP value of the thrust electromagnetic force is also reduced, the fluctuation (ripple) of the thrust electromagnetic force can be suppressed and the thrust position of the rotor can be stabilized. As a result, for example, it is possible to suppress noise and vibration caused by discontinuity of meshing teeth in a speed reduction mechanism such as a worm, and it is possible to suppress motor noise and vibration.

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、マグネット19に極異方性のマグネットを用いた例を示したが、マグネット19として極等方性のマグネットを使用し、該マグネットをその外周面のみに磁極が形成されるように着磁した極配向マグネットとしても良い。また、前述の実施形態では、マグネット19が回転軸4に固定されている形態のブラシレスモータを示したが、本発明は、回転軸にマグネットが直接固定されている形態のみならず、ロータコア等を介して回転軸にマグネットを取り付ける形態のブラシレスモータにも適用可能である。さらに、モータ2では、マグネット19をステータコア14に直接対向させるSPM構成としたが、ロータ側に鋼製のロータコアを設け、その内側にマグネットを埋設したIPM(Interior Permanent Magnet)構成のモータにも本発明は適用可能である。
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, an example in which a polar anisotropic magnet is used as the magnet 19 has been shown. However, a polar isotropic magnet is used as the magnet 19, and a magnetic pole is formed only on the outer peripheral surface of the magnet. It is also possible to use a pole-oriented magnet magnetized as described above. In the above-described embodiment, the brushless motor in which the magnet 19 is fixed to the rotating shaft 4 is shown. However, the present invention is not limited to the form in which the magnet is directly fixed to the rotating shaft, but also the rotor core or the like. It is applicable also to the brushless motor of the form which attaches a magnet to a rotating shaft via. Furthermore, although the motor 2 has an SPM configuration in which the magnet 19 is directly opposed to the stator core 14, the present invention is also applied to a motor having an IPM (Interior Permanent Magnet) configuration in which a steel rotor core is provided on the rotor side and a magnet is embedded on the inner side. The invention is applicable.

なお、本発明において、マグネットが「回転軸に固定」されている、とは、回転軸に直接マグネットが固定されている形態のみならず、回転軸に取り付けたロータコア等の内部あるいは外周部など、ロータコア等を介して回転軸にマグネットを固定する形態も含んだ意味である。   In the present invention, the magnet is “fixed to the rotating shaft” means not only the form in which the magnet is directly fixed to the rotating shaft, but also the inner or outer periphery of the rotor core attached to the rotating shaft, etc. The meaning includes a form in which a magnet is fixed to a rotating shaft via a rotor core or the like.

本発明によるブラシレスモータは、自動車の車載モータのみならず、家電製品や産業機械等に使用される電動モータにも広く適用可能である。   The brushless motor according to the present invention can be widely applied not only to an in-vehicle motor of an automobile but also to an electric motor used for home appliances, industrial machines and the like.

1 モータユニット
2 ブラシレスモータ
3 減速機構部
4 回転軸
5 出力軸
6 ウォーム
7 ウォームホイール
11 ステータ
12 ロータ
13 モータハウジング
14 ステータコア
15 ヨーク部
16 ティース
16a 先端面
17 スロット
18 巻線
19 マグネット
19a マグネット外周面
21 軸受
22 ギヤケース
23 ベアリング
24 軸受
31 第1オーバーハング部
32 第2オーバーハング部
41 マグネット
Lc ステータコア軸方向長
Lm マグネット軸方向長
θm 磁極境界線傾き角
θs スキュー角
OH1 第1オーバーハング部オーバーハング量
OH2 第2オーバーハング部オーバーハング量
P 磁極境界線
Q1 磁極境界線の始点
Q2 磁極境界線の終点
X スラスト方向
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor unit 2 Brushless motor 3 Deceleration mechanism part 4 Rotating shaft 5 Output shaft 6 Worm 7 Worm wheel 11 Stator 12 Rotor 13 Motor housing 14 Stator core 15 Yoke part 16 Teeth 16a Tip surface 17 Slot 18 Winding 19 Magnet 19a Magnet outer peripheral surface 21 Bearing 22 Gear case 23 Bearing 24 Bearing 31 First overhang portion 32 Second overhang portion 41 Magnet Lc Stator core axial length Lm Magnet axial length θm Magnetic pole boundary inclination angle θs Skew angle OH1 First overhang portion overhang amount OH2 Second overhang portion overhang amount P Magnetic pole boundary line Q1 Magnetic pole boundary start point Q2 Magnetic pole boundary end point X Thrust direction

Claims (3)

径方向内側に向かって延びるティースが周方向に沿って6個形成されたステータコアと、前記ティースに巻装され隣接する前記ティース間に形成されるスロットに収容される巻線と、を備えるステータと、
前記ステータの径方向内側に回転自在に配置され、周方向に沿って4個の磁極が形成されたマグネットを備えるロータと、を有するブラシレスモータであって、
前記マグネットは、希土類磁石を用いたリングマグネットにて形成され、
前記リングマグネットは、磁極の切り替わり位置が軸方向に沿って回転方向にずれるスキュー構造を有すると共に、その軸方向両端部に、前記ステータコアの軸方向端部のそれぞれから軸方向に延出された第1オーバーハング部と第2オーバーハング部を有し、
前記スキュー構造は、スキュー角が電気角30°〜50°に設定され、
前記第1及び第2オーバーハング部は、前記ステータコアの軸方向端部に対するそれぞれの延出量を互いに異にすることを特徴とするブラシレスモータ。
A stator comprising six stator cores extending radially inward along the circumferential direction, and a winding wound around the teeth and housed in a slot formed between the adjacent teeth; ,
A brushless motor having a rotor that is rotatably arranged radially inward of the stator and includes a magnet in which four magnetic poles are formed along the circumferential direction,
The magnet is formed of a ring magnet using a rare earth magnet,
The ring magnet has a skew structure in which the switching position of the magnetic pole is shifted in the rotational direction along the axial direction, and extends axially from both axial end portions of the stator core at both axial end portions. Having one overhang part and a second overhang part,
In the skew structure, the skew angle is set to an electrical angle of 30 ° to 50 °,
The brushless motor according to claim 1, wherein the first and second overhang portions have different extension amounts with respect to the axial end portion of the stator core.
請求項1記載のブラシレスモータにおいて、
前記リングマグネットは、外周面のみに磁極が形成されるように着磁された極配向の磁気配向を有す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 brush magnet according to claim 1, wherein the ring magnet has a magnetic orientation of polar orientation magnetized so that a magnetic pole is formed only on an outer peripheral surface.
請求項1又は2記載のブラシレスモータにおいて、
前記リングマグネットの一端側に形成された第1オーバーハング部の延出量OH1と、前記リングマグネットの他端側に形成された第2オーバーハング部の延出量OH2との比OH2/OH1が1.5〜2.5に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
The brushless motor according to claim 1 or 2,
The ratio OH2 / OH1 between the extension amount OH1 of the first overhang portion formed on one end side of the ring magnet and the extension amount OH2 of the second overhang portion formed on the other end side of the ring magnet is A brushless motor set to 1.5 to 2.5.
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