JP2021035209A

JP2021035209A - モータ

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Publication number: JP2021035209A
Application number: JP2019154373A
Authority: JP
Inventors: 暁弘内海; Akihiro Utsumi; 佳朗竹本; Yoshiaki Takemoto
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2021-03-01
Anticipated expiration: 2039-08-27
Also published as: JP7226189B2

Abstract

【課題】磁極間に突極部が設けられるモータにおいて、突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいモータを提供する。【解決手段】モータ８０は、コイル６８が巻回された筒状のステータ６０と、周方向に複数の磁極５７が設けられ、ステータ６０の内側で回転可能なロータ５０と、を備える。ロータ５０は、複数の磁極５７がロータコア５１に埋め込まれたＩＰＭ構造により構成されている。磁極５７は径方向外側がフロントヨーク部５５により覆われており、周方向に隣接する磁極５７同士の間に突極部５３が形成されている。ロータ５０の回転軸Ｏを中心とする軸方向の投影において、突極部５３の径方向外端５３１は、フロントヨーク部５５の外縁の周方向端点Ｐ１を通る同心円の内側に位置する。【選択図】図５

Description

本発明は、モータに関する。

従来、コイルが巻回された筒状のステータと、複数の磁極を有しステータの径方向内側に設けられるロータとを備え、コイルへの通電により発生する電磁力によってロータが回転するモータが知られている。

例えば特許文献１に開示された電動モータは、ブレーキシステムにおいて、連動変換機構を介してブレーキディスクを押圧する電動式アクチュエータを構成している。

特開２０１７−１０４０１０号公報

ここで、車両のブレーキシステムにおけるモータ技術の背景に関して説明する。近年、自動運転にともなう自動車補機システムへのニーズや、安全機能の向上として、自動ブレーキシステムの採用が増加している。また、ハイブリッド自動車や電気自動車の増加にともない、以前はエンジン負圧でまかなっていた加圧源を電動モータに置き換えた液圧式の電動ブレーキシシステムなどの採用が増大している。

液圧式ブレーキシステムには、モータ回転をボールねじで直線運動に変換することでシリンダ内のピストンを作動させてブレーキ液圧を発生させるタイプや、モータ回転をそのまま歯車機構に伝達し、歯車の歯のかみ合わせ部分で流体を輸送してブレーキ液圧を発生するギヤポンプのタイプがある。

また液圧式ブレーキは、車両停止時のブレーキ力を維持する液圧保持力、及び、ブレーキ動作への高い追従性が求められる。したがって、液圧式の電動ブレーキシステムに用いられるモータには、低回転領域における拘束トルクの高トルク化と、無負荷（又は低負荷）領域における高回転化との両立が求められる。その両立のため、埋込永久磁石式（以下「ＩＰＭ」）モータが選定される。

また、モータの駆動制御において、部品削減や省スペースを目的として、ロータ回転角を検出する位置センサを用いないセンサレス駆動方式の技術が知られている。本明細書では、ｄ軸インダクタンスに対するｑ軸インダクタンスの比（Ｌｑ／Ｌｄ）を「突極比」という。センサレス駆動では、ｑ軸インダクタンスとｄ軸インダクタンスとの差が大きく、突極比が１から離れている方が良い。好ましくは、周方向に隣接する磁極同士の間に突極部を設けることにより、突極比が１より大きい場合、突極比をより大きくする作用が得られる。

しかし、突極部を有するモータをセンサレス駆動させる場合、突極部とステータのティースとが対向する進角０度付近の回転位置で通電して起動すると、突極部が磁気飽和しやすく、位置推定に必要な突極比が維持しにくいという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、磁極間に突極部が設けられるモータにおいて、突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいモータを提供することにある。

本発明のモータは、コイル（６８）が巻回された筒状のステータ（６０）と、周方向に複数の磁極（５７）が設けられ、ステータの内側で回転可能なロータ（５０）と、を備える。ロータは、複数の磁極がロータコア（５１）に埋め込まれたＩＰＭ構造により構成されている。

磁極は径方向外側がフロントヨーク部（５５）により覆われており、周方向に隣接する磁極同士の間に突極部（５３）が形成されている。ロータの回転軸（Ｏ）を中心とする軸方向の投影において、突極部の径方向外端（５３１）は、フロントヨーク部（５５）の外縁の周方向端点（Ｐ１）を通る同心円の内側に位置する。

本発明のモータは、突極部の径方向外端がフロントヨーク部に対し径方向内側に凹むように形成されており、突極部の径方向外端がティースの内端から離れる。したがって、突極部とティースとが対向する進角０度付近の回転位置で通電して起動した場合でも突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しやすくなる。

車両のブレーキシステムの模式図。各実施形態のモータの軸方向断面図。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線径方向断面図。図３のＩＶ部拡大図。（ａ）第１実施形態のモータの突極部付近の径方向拡大断面図、（ｂ）比較例のモータの突極部付近の径方向拡大断面図。第２、第３、第４実施形態によるモータの突極部の径方向外端位置を示す模式図。その他の実施形態のティース形状を表す径方向拡大断面図。

本明細書において「実施形態」とは本発明の実施形態を意味する。以下、モータの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のモータは、車両のブレーキシステムに適用され、出力によりブレーキ液圧を発生させるモータである。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下の第１〜第４実施形態を包括して「本実施形態」という。

図１に車両のブレーキシステム９０を模式的に示す。モータ８０の出力により液圧装置９１が発生した液圧が配管９２を経由してブレーキキャリパ９３に供給される。ブレーキキャリパ９３によりパッドがブレーキディスク９４に押し付けられ、車輪が制動される。

次に図２〜図４を参照し、モータ８０の構成について説明する。本実施形態のモータ８０は３相ブラシレスモータであって、ハウジング７０、ステータ６０及びロータ５０等が回転軸Ｏに対して同軸に設けられている。

図２に示すように、ハウジング７０は、筒部７２及び底部７３を含む有底筒状を呈している。筒部７２の開口端の周囲には鍔部７１が形成されている。底部７３の中央には底部側の軸受７７を収容する軸受収容部７４が形成されている。ハウジング７０の開口側に装着されたハウジングカバー７５の中央には、開口側の軸受７８を収容する軸受収容部７６が形成されている。

筒状のステータ６０は、ハウジング７０の筒部７２の内側に収容され、スロットに３相のコイル６８が巻回されている。ロータ５０は、ステータ６０の内側に設けられ、中心にシャフト５９が固定されている。シャフト５９の両端は、軸受７７、７８により回転可能に支持されている。図２に示すロータ５０は、複数の薄板状ロータコアが軸方向に積層されて構成されているが、一体のロータコアで構成されてもよい。

図３及び図４に示すように、ロータ５０は、周方向に複数（例えば１０極）の永久磁石の磁極５７が設けられ、ステータ６０の内側で回転可能である。ロータコア５１の径方向の中間部には複数の肉盗み部５２が形成されている。本実施形態のロータ５０は、複数の磁極５７がロータコア５１に埋め込まれたＩＰＭ構造により構成されている。詳しくは複数の磁極５７は、肉盗み部５２の径方向外側の環状部分に埋め込まれている。磁極５７は径方向外側がフロントヨーク部５５により覆われており、周方向に隣接する磁極５７同士の間に突極部５３が形成されている。

ステータ６０は、コアバック６１から径内方向に突出する複数（例えば１２個）のティース６２を有している。隣接するティース６２同士の間のスロットには３相のコイル６８が巻回されている。図３、図４に例示するステータ６０は、周方向に分割された分割コアで構成されているが、一体コアで形成されてもよい。

また、本実施形態のティース６２は、先端部６３と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されている。この構成は、特許第５８６２１４５号公報（対応ＵＳ公報：ＵＳ９５３１２２２Ｂ２）に開示されている。

このような構成のブラシレスモータ８０は、コイル６８への通電によりステータ６０に形成される回転磁界とロータ５０の磁極５７による磁界との相互作用により回転し、トルクを出力する。ここで、液圧式の電動ブレーキシステムに用いられるモータには、低回転領域における拘束トルクの高トルク化と、無負荷（又は低負荷）領域における高回転化との両立が求められる。本実施形態では、その両立のためにＩＰＭモータが選定される。

また、センサレス駆動方式では、突極比向上作用のある突極部５３が磁極５７間に設けられる構成が好ましい。しかし、突極部５３を有するモータ８０をセンサレス駆動させる場合、突極部５３とステータ６０のティース６２とが対向する進角０度付近の回転位置で通電して起動すると、突極部５３が磁気飽和しやすく、位置推定に必要な突極比が維持しにくいという問題があった。そこで本実施形態のモータ８０は、突極部５３がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいように構成されている。

（第１実施形態）
次に図５（ａ）を参照し、第１実施形態のモータにおける突極部５３付近の詳細な構成について説明する。図５（ａ）において、磁極５７は径方向外側がフロントヨーク部５５により覆われている。フロントヨーク部５５の径方向の幅は、磁極５７の周方向中央で最も広く、周方向端部に近づくにしたがって狭くなる。フロントヨーク部５５と突極部５３とは、架橋部５４を介して接続されている。架橋部５４の径方向内側には、磁極５７の周方向端部に面する空隙５６が形成されている。

フロントヨーク部５５の外縁の周方向端点Ｐ１は、架橋部５４との境界に位置する。図中、フロントヨーク部５５の外縁の周方向端点Ｐ１を通る同心円を二点鎖線で示す。第１実施形態では、ロータ５０の回転軸Ｏを中心とする軸方向の投影において、突極部５３の径方向外端５３１は、フロントヨーク部５５の外縁の周方向端点Ｐ１を通る同心円の内側に位置する。

自明ではあるが、「同心円」とは、ロータ５０の回転軸Ｏを中心とする同心円である。つまり第１実施形態では、突極部５３の径方向外端５３１について、ロータ５０の回転軸Ｏからの距離が最大となる限界位置がフロントヨーク部５５の外縁の形状を基準として特定される。

図５（ｂ）に比較例の突極部５３を示す。比較例では、突極部５３の径方向外端５３９は、フロントヨーク部５５の外縁の周方向端点Ｐ１を通る同心円とほぼ同一円状に位置する。この構成では、図５（ｂ）に示す回転位置、すなわち、突極部５３とティース６２とが対向する進角０度付近の回転位置で通電して起動したとき、突極部５３の径方向外端５３９とティース６２の内端６３０との距離が近いため、突極部５３がステータ励磁の影響を受けやすく、磁気飽和しやすくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しにくくなる。

それに対し、図５（ａ）に示す第１実施形態では、突極部５３の径方向外端５３１がフロントヨーク部５５に対し径方向内側に凹むように形成されており、突極部５３の径方向外端５３１がティース６２の内端６３０から離れる。したがって、突極部５３とティース６２とが対向する進角０度付近の回転位置で通電して起動した場合でも突極部５３がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しやすくなる。

さらに本実施形態では、ティース６２の先端部６３がストレート形状に形成されているため、図７に示す、ティース先端部が周方向両側に広がっている形状に比べ、ティース先端部の周方向両端からフロントヨーク部５５への漏れ磁束を抑制することができる。そのため、突極部５３がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。

（第２、第３、第４実施形態）
次に図６を参照し、第１実施形態に対し、突極部５３の径方向外端の限界位置が異なる第２、第３、第４実施形態について説明する。第２、第３、第４実施形態における径方向外端５３２、５３３、５３４の限界位置は、磁極５７の位置を基準として特定される。図６には、ロータ５０の回転軸Ｏに対する磁極５７及び突極部５３の径方向外端５３２、５３３、５３４の限界位置のみを模式的に表す。

第２、第３、第４実施形態に共通の前提として、ロータ５０の軸方向の投影において、磁極５７は、ロータ５０の回転軸Ｏを通り径方向に延びる径方向中心線Ｃｒに対し対称な長方形状を呈している。

第２実施形態では、突極部５３の径方向外端５３２は、磁極５７の径方向外側の角Ｐ２を通る同心円の内側に位置する。磁極５７の径方向外側の角Ｐ２は、フロントヨーク部５５の外縁の周方向端点Ｐ１に対し、ほぼフロントヨーク部５５の径方向幅分、内側に位置している。したがって第２実施形態は、第１実施形態に比べ、突極部５３の径方向外端５３２がティース６２の内端６３０からさらに離れるため、突極部５３がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。

第３実施形態では、突極部５３の径方向外端５３３は、径方向中心線Ｃｒ上における磁極５７の径方向最外点Ｐ３を通る同心円の内側に位置する。磁極５７の径方向最外点Ｐ３は径方向外側の角Ｐ２よりもさらに内側に位置している。したがって第３実施形態は、第２実施形態に比べ、突極部５３がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。

第４実施形態では、突極部５３の径方向外端５３４は、径方向中心線Ｃｒ上における磁極５７の径方向中間点Ｐ４を通る同心円の内側に位置する。磁極５７の径方向中間点Ｐ４は径方向最外点Ｐ３よりもさらに内側に位置している。したがって第４実施形態は、第３実施形態に比べ、突極部５３がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。

（その他の実施形態）
（ａ）上記実施形態では、ステータ６０のティース６２はストレート形状に形成されている。これに対し図７に示すように、ティース６２の先端部６３９が周方向両側に広がっている形状としてもよい。突極部５３の径方向外端５３１がフロントヨーク部５５に対し径方向内側に凹むように形成されていれば、ティース６２がストレート形状でなくても、磁気飽和を抑制する効果はある程度得られる。

（ｂ）図３、図４に示す３相ブラシレスモータは１０極１２スロットの構成であるが、磁極及びスロット（或いはティース）の数はこれに限らない。また、３相モータに限らず、４相以上の多相モータであってもよい。

（ｃ）本発明のモータは、車両のブレーキシステム９０に限らず、モータトルクを利用するどのようなシステムに適用されてもよい。また、モータの駆動はセンサレス駆動方式に限らず、位置センサにより回転角をフィードバックする方式により駆動されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

５０・・・ロータ、５１・・・ロータコア、
５３・・・突極部、５３１−５３４・・・径方向外端、
５７・・・磁極、
６０・・・ステータ、６８・・・コイル、
８０・・・モータ。

Claims

コイル（６８）が巻回された筒状のステータ（６０）と、
周方向に複数の磁極（５７）が設けられ、前記ステータの内側で回転可能なロータ（５０）と、
を備え、
前記ロータは、複数の前記磁極がロータコア（５１）に埋め込まれたＩＰＭ構造により構成されており、
前記磁極は、径方向外側がフロントヨーク部（５５）により覆われており、周方向に隣接する前記磁極同士の間に突極部（５３）が形成されており、
前記ロータの回転軸（Ｏ）を中心とする軸方向の投影において、前記突極部の径方向外端（５３１）は、前記フロントヨーク部（５５）の外縁の周方向端点（Ｐ１）を通る同心円の内側に位置するモータ。
前記ロータの軸方向の投影において、前記磁極は、前記ロータの回転軸を通り径方向に延びる径方向中心線（Ｃｒ）に対し対称な長方形状を呈しており、
前記突極部の径方向外端（５３２）は、前記磁極の径方向外側の角（Ｐ２）を通る同心円の内側に位置する請求項１に記載のモータ。
前記突極部の径方向外端（５３３）は、前記径方向中心線上における前記磁極の径方向最外点（Ｐ３）を通る同心円の内側に位置する請求項２に記載のモータ。
前記突極部の径方向外端（５３４）は、前記径方向中心線上における前記磁極の径方向中間点（Ｐ４）を通る同心円の内側に位置する請求項３に記載のモータ。
前記ステータは、コアバック（６１）から径内方向に突出する複数のティース（６２）を有しており、
前記ティースは、先端部（６３）と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のモータ。
車両のブレーキシステムに適用され、出力によりブレーキ液圧を発生させる請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータ。