JP3605309B2 - 電動パワーステアリング装置用電動機 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、動パワーステアリング装置用電動機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図5は電動パワーステアリング装置用電動機(以下、電動機と略称する。)の要部断面図、図6は図5のVI−VI線に沿った断面図(コイルは省略されている。)である。
この電動機は、円筒状のヨーク1と、このヨーク1の内壁に4個固定された界磁永久磁石2(円弧状で厚みは一定)を有するステータ6と、ヨーク1内に回転自在に設けられたシャフト3と、このシャフト3に固定されたアマチュア4と、このシャフト3が貫通する貫通孔7aを有するハウジング7に締付ねじ(図示せず)で固定された整流装置8と、この整流装置8と電気的に接続されたリード線9とを備えている。
アマチュア4は、軸線方向に延びた21個のスロット5を有するコア10と、スロットに導線16が波巻方式で巻回されて構成されたコイル11とを備えている。
【0003】
整流装置8は、周方向に複数配列されフック15で導線16と電気的に接続された整流子片12と、整流子片12間を絶縁支持するモールド14と、整流子片12に当接する2個のブラシ13とを備えている。
【0004】
上記電動機では、整流子片12に当接するブラシ13を介してリード線9から電流をコイル11に供給することで、シャフト3に固定されたアマチュア4、整流装置8は電磁作用によりシャフト3と共に回転する。
【0005】
ところで、この電動機を無通電状態において外部から駆動した場合、磁石とコアとの回転位置関係によって磁気的な安定性が異なるため、脈動するトルクが発生する。これをコギングトルクという。この回転時のコギングトルクの値は、例えば、アマチュア4のコア10の外径が50[mm]、コア10の軸線方向長さが45[mm]としたとき、40[g・cm;o−p](スキューがない条件下での本願出願人が磁気解析したときの値である。)であった。このコア10に対して理想的なスキューを施したときには、理論上はコギングトルクの値はゼロになる。
スキュー率を0.5スロットピッチとした実機における実測値は、65[g・cm;o−p]であり、理想どおりゼロにはならない。理想どおりゼロにできない理由は、例えば0.5[mm]の鋼板を積層した場合、コア10の軸線方向に延びたスロットの内面が直線状であると仮定したときにはコギングトルクはゼロであるが、実際にはスロットの内面が階段状となり、直線状にはならない等が挙げられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような4極、波巻、スロット5の数21,2ブラシ方式の電動機では、コイル11に電流が流れていないときのトルクであるコギングトルクの値は小さいものの、図7に示すように、コイル11に電流を流したときの負荷時のトルクリップルは大きくなる(横軸は回転位置を示しており、図中の矢印で示した範囲が1回転、即ち360°の回転を表している。)という問題点があった。
このトルクリップルを小さくする方策として、本願出願人が既に出願(特願平11−012017号)したように、4極、重巻、スロット数22、4ブラシ方式の電動機を採用することが考えられる。
【0007】
図8はこの電動機の断面図(コイルは省略されている。)である。即ち、スロット22の数22、重巻のアマチャア17を図5に示したアマチュア4の代わりに組み入れたときは、トルクリップルを低く抑えることができるものの、コギングトルクの値は、図9に示すように約400[g・cm;o−p]と大きくなってしまうという問題点があった。
【0008】
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、トルクリップル及びコギングトルクを小さくできる電動パワーステアリング装置用電動機を得ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置用電動機では、円筒状のヨークと、このヨークの内壁に等間隔に間隔をおいて固定され、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成された円弧状の4個の界磁永久磁石と、前記ヨーク内に回転自在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定されているとともに軸線方向に延びた22個のスロットを有し、このスロットにコイルが重巻で巻回されたアマチュアと、このアマチュアの整流子片に当接する4個のブラシとを備えてなり、前記界磁永久磁石のアマチュアとの距離が最小になる点と前記アマチュアの回転中心との距離をRsi[m]、前記界磁永久磁石の内径側の曲率中心と前記アマチュアの回転中心との距離をd[m]として、δ=d/Rsiと定義したとき、前記δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、
δ≧0.09となるよう構成されている。
【0010】
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置用電動機では、スロットはスキューされている。
【0011】
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について、図1ないし図4を用いて説明するが、図5、図6及び図8と同一または相当部材は同一符号を付して、説明する。
この電動パワーステアリング装置用電動機は、4極、重巻、スロット数22、4ブラシ方式の電動パワーステアリング装置用電動機であり、ヨーク1と、このヨーク1の内壁に4個固定された界磁永久磁石20を有するステータ23と、ヨーク1内に回転自在に設けられたシャフト3と、このシャフト3に固定されたアマチュア17と、シャフト3が貫通する貫通孔7aを有するハウジング7に締付ねじ(図示せず)で固定された整流装置8と、この整流装置8と電気的に接続されたリード線9とを備えている。
【0013】
整流装置8は、周方向に複数配列されフック15で導線16と電気的に接続された整流子片12と、整流子片12間を絶縁支持するモールド14と、整流子片12に当接する4個のブラシとを備えている。
【0014】
上記界磁永久磁石20の厚み寸法は、中央部が厚く、両端部に向かうに従って薄く構成されている。
以下、この界磁永久磁石20の形状を説明するために、図2に示すように、空隙長さが最小である位置(界磁永久磁石20の中央部)における界磁永久磁石20とアマチュア17の回転中心との距離をRsi、界磁永久磁石20の内径側の曲率をRmi、界磁永久磁石20の内径側の曲率中心とアマチュア17の回転中心との距離をdとしたとき、δ=d/Rsiと定義する。δは無次元量である。
【0015】
図1の例ではδは約0.25とした場合である。図3はこのときのコギングトルク波形図である。従来の電動機では、コギングトルクの値は、図9に示したように約400[g・cm;o−p]であったのに対して、約80[g・cm;o−p](スキューがない条件下で本願出願人が磁界解析したときの値である。)と低く抑えられていることが分かる。
【0016】
この値δを変化させたときのコギングトルクの変化を示したのが図4である。図4に示すように、δに対し、コギングトルクには極値(図中A点、δ=0.09)がある。A点よりもδの値が小さいときには、δに対するコギングトルクの変化率が大きく、電動機の量産時のばらつきが大きくなって不適である。δの値をA点よりも大きくすることで、コギングトルクの値を小さく、かつ量産時のばらつきを小さくすることができる。この値δは、界磁永久磁石20がコイルに及ぼす鎖交磁束量を確保すること、並びに界磁永久磁石20自身が減磁しないことという条件を満たす範囲で設定すればよい。
このように、4極、重巻、スロット数22、4ブラシ方式の電動機では、トルクリップルが低く抑えられる(特願平11−012017号参照)とともに、コギングトルクを低減することができる。
勿論、アマチュア17のスロット22をスキューさせることにより、さらにコギングトルクは低減される。
【0017】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の請求項1に係る電動パワーステアリング装置用電動機によれば、円筒状のヨークと、このヨークの内壁に等間隔に間隔をおいて固定され、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成された円弧状の4個の界磁永久磁石と、前記ヨーク内に回転自在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定されているとともに軸線方向に延びた22個のスロットを有し、このスロットにコイルが重巻で巻回されたアマチュアと、このアマチュアの整流子片に当接する4個のブラシとを備えてなり、前記界磁永久磁石のアマチュアとの距離が最小になる点と前記アマチュアの回転中心との距離をRsi[m]、前記界磁永久磁石の内径側の曲率中心と前記アマチュアの回転中心との距離をd[m]として、δ=d/Rsiと定義したとき、前記δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、δ≧0.09となるよう構成されているので、トルクリップル及びコギングトルクを低減することができ、ハンドルを握るドライバーの操舵感が向上する。
【0018】
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置用電動機では、スロットはスキューされているので、コギングトルクはさらに低減される。
【0019】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1による電動パワーステアリング装置用電動機の断面図である。
【図2】図1の界磁永久磁石の形状を説明するための説明図である。
【図3】図1の電動パワーステアリング装置用電動機のコギングトルク波形図である。
【図4】図1の電動パワーステアリング装置用電動機の偏心量とコギングトルクとの関係を示す図である。
【図5】従来の電動パワーステアリング装置用電動機の断面図である。
【図6】図5のVI−VI線に沿う断面図である。
【図7】図5の電動パワーステアリング装置用電動機のトルクを示す図である。
【図8】従来の他の例を示す電動パワーステアリング装置用電動機の断面図である。
【図9】図8の電動パワーステアリング装置用電動機のコギングトルク波形図である。
【符号の説明】
1 ヨーク、3 シャフト、17 アマチュア、20 界磁永久磁石、22 スロット、23 ステータ。

Claims (2)

  1. 円筒状のヨークと、このヨークの内壁に等間隔に間隔をおいて固定され、中心部の厚みが両端部よりも大きく構成された円弧状の4個の界磁永久磁石と、前記ヨーク内に回転自在に設けられたシャフトと、このシャフトに固定されているとともに軸線方向に延びた22個のスロットを有し、このスロットにコイルが重巻で巻回されたアマチュアと、このアマチュアの整流子片に当接する4個のブラシとを備えてなり、
    前記界磁永久磁石のアマチュアとの距離が最小になる点と前記アマチュアの回転中心との距離をRsi[m]、前記界磁永久磁石の内径側の曲率中心と前記アマチュアの回転中心との距離をd[m]として、δ=d/Rsiと定義したとき、前記δの変化に対するコギングトルクの変化に極値を有するとともに、
    δ≧0.09
    となるよう構成された電動パワーステアリング装置用電動機。
  2. スロットはスキューされている請求項1に記載の電動パワーステアリング装置用電動機。
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