JP3774808B2 - 埋込磁石型モータおよびその組み付け方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータコア内に磁石が埋め込まれる埋込磁石型モータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より埋込磁石型(IPM)構造を持つモータが知られている。この構造においては、永久磁石に渦電流が生じにくく損失が少ない。埋込磁石型(IPM)モータにおいては、図6に示されるようにロータRに設けられた矩形のスペースRS内に磁石Mを挿入して埋込む構造となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のIPMモータは、ロータRに設けられた矩形のスペースRS内に磁石Mを挿入して埋込むものであるため、製品の加工公差によりロータコアの矩形のスペースRSと磁石Mとの間に大きな隙間すなわちエアギャップが生ずることがあるので、エアギャップが大きいことにより磁気回路の磁気抵抗が大きく、高トルクを得られないとともに、各極のエアギャップがばらつくためにトルクリップルが大きくなるという問題があった。
【0004】
すなわち埋込磁石型(IPM)構造に使用する磁石は、希土類磁石がよく使用されており、数mm〜10mmほどの大きさの磁石の加工精度は±0.05程度である。また、ロータは珪素鋼板を積層した物がよく使用され、プレス品の公差は±0.03程度である。よって、矩形のスペースに矩形断面の磁石を組付ける場合のエアギャップは、最大0.16mmにもなる。
【0005】
また、従来のIPMモータにおいては、図7に示されるように磁束がもれ、磁束損失が発生する。図7において、B部の寸法が小さいほど磁気抵抗が増し、磁束漏れは小さくなるが、プレス成形ではB部は0.3mm程度までしか小さく出来ないのである。
【0006】
そこで本発明者は、ロータコア内に磁石が埋め込まれる埋込磁石型モータにおいて、ロータコアを、インナーロータとアウターロータとの2分割構造とし、前記インナーロータとアウターロータのいずれか一方の相対的回転により、前記インナーロータとアウターロータとの対向部に形成された磁石を挟着する挟着部に前記磁石を密着させるという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、磁石埋め込み部の磁路となる部分のエアギャップを無くすことにより、磁気回路の磁気抵抗を小さくし、高トルクを得られるようにするとともに、各極のエアギャップのばらつきを無くすためにトルクリップルを小さくするという目的を達成する本発明に到達した。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明(請求項1に記載の第1発明)の埋込磁石型モータは、
ロータコア内に磁石が埋め込まれる埋込磁石型モータにおいて、
ロータコアを、インナーロータとアウターロータとの2分割構造とし、
前記インナーロータとアウターロータとの対向部に磁石を挟着する挟着部を形成し、
前記インナーロータとアウターロータのいずれか一方の相対的回転により、前記インナーロータとアウターロータの前記挟着部に前記磁石を密着させる構造を備えた
ものである。
【0008】
本発明(請求項2に記載の第2発明)の埋込磁石型モータは、
前記第1発明において、
前記アウターロータの内周部に形成された鋸歯状の凹凸面と前記インナーロータの外周部に形成された鋸歯状の凹凸面とによって、前記磁石を挟着する前記挟着部が構成される
ものである。
【0009】
本発明(請求項3に記載の第3発明)の埋込磁石型モータは、
前記第2発明において、
前記アウターロータの前記鋸歯状の凹凸面のV字状の凹部を形成する隣合う凹凸面の寸法が、前記インナーロータの外周部に形成された鋸歯状の凹凸面のV字状の凸部を形成する隣合う凹凸面の寸法より大きい
ものである。
【0010】
本発明(請求項4に記載の第4発明)の埋込磁石型モータは、
前記第2発明において、
前記インナーロータとアウターロータの挟着部によって挟着された磁石が、ロータコアの円周方向に対して傾斜して配設されている
ものである。
【0011】
本発明(請求項5に記載の第5発明)の埋込磁石型モータの組み付け方法は、ロータコアを2分割構造にしたアウターロータとインナーロータとの対向部に磁石を挟着する挟着部を形成し、該挟着部に磁石を配設して成る埋込磁石型モータの組み付け方法であって、
前記アウターロータとインナーロータの何れか一方の前記挟着部に前記磁石を配設し、
前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が広くなる方向に回転させた状態で前記アウターロータ内に前記インナーロータを挿入し、
前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記挟着部に前記磁石を密着させるようにした
ものである。
【0012】
本発明(請求項6に記載の第6発明)の埋込磁石型モータの組み付け方法は、ロータコアを2分割構造にしたアウターロータ内にインナーロータを挿入し、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が広くなる方向に回転させ、前記アウターロータとインナーロータとの対向部に形成された磁石を挟着する挟着部内に磁石が挿入され、
前記挟着部内に磁石が挿入された後、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記インナーロータとアウターロータの前記挟着部に前記磁石を密着させるようにした
ものである。
【0013】
【発明の作用および効果】
上記構成より成る第1発明の埋込磁石型モータは、ロータコア内に磁石が埋め込まれる埋込磁石型モータにおいて、ロータコアを、インナーロータとアウターロータとの2分割構造とし、前記インナーロータとアウターロータのいずれか一方の相対的回転により、前記インナーロータとアウターロータとの対向部に形成された磁石を挟着する挟着部に前記磁石を密着させるので、エアギャップを無くすことにより、磁気回路の磁気抵抗を小さくし、高トルクを得られるようにするとともに、各極のエアギャップのばらつきを無くすためにトルクリップルを小さくするという効果を奏する。
【0014】
上記構成より成る第2発明の埋込磁石型モータは、前記第1発明において、前記磁石を挟着する前記挟着部を構成する前記アウターロータの内周部に形成された鋸歯状の凹凸面と前記インナーロータの外周部に形成された鋸歯状の凹凸面とによって、前記磁石を密着させて挟着するので、エアギャップを有効に無くすことが出来るという効果を奏する。
【0015】
上記構成より成る第3発明の埋込磁石型モータは、前記第2発明において、前記アウターロータの前記鋸歯状の凹凸面のV字状の凹部を形成する隣合う凹凸面の寸法が、前記インナーロータの外周部に形成された鋸歯状の凹凸面のV字状の凸部を形成する隣合う凹凸面の寸法より大きいので、前記インナーロータとアウターロータとの対向間隔を広くするまたは狭くするための相対的回転を可能にするという効果を奏する。
【0016】
上記構成より成る第4発明の埋込磁石型モータは、前記第2発明において、前記インナーロータとアウターロータの挟着部によって挟着された磁石が、ロータコアの円周方向に対して傾斜して配設されているので、磁束を発生する部分の面積が大きな磁石の採用を可能にし、高トルクが得られるようにするという効果を奏する。
【0017】
上記構成より成る第5発明の埋込磁石型モータの組み付け方法は、ロータコアを2分割構造にしたアウターロータとインナーロータとの対向部に磁石を挟着する挟着部を形成し、該挟着部に磁石を配設して成る埋込磁石型モータの組み付け方法であって、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方の前記挟着部に前記磁石を配設し、前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が広くなる方向に回転させた状態で前記アウターロータ内に前記インナーロータを挿入し、前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記挟着部に前記磁石を密着させるようにしたので、簡単な回転操作によってエアギャップを無くすことにより、磁気回路の磁気抵抗を小さくし、高トルクを得られるようにするとともに、各極のエアギャップのばらつきを無くすためにトルクリップルを小さくする埋込磁石型モータの組み付けを可能にするという効果を奏する。
【0018】
上記構成より成る第6発明の埋込磁石型モータの組み付け方法は、ロータコアを2分割構造にしたアウターロータ内にインナーロータを挿入し、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が広くなる方向に回転させ、前記アウターロータとインナーロータとの対向部に形成された磁石を挟着する挟着部内に磁石が挿入され、前記挟着部内に磁石が挿入された後、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記インナーロータとアウターロータの前記挟着部に前記磁石を密着させるようにするので、簡単な回転操作によってエアギャップを無くすことにより、磁気回路の磁気抵抗を小さくし、高トルクを得られるようにするとともに、各極のエアギャップのばらつきを無くすためにトルクリップルを小さくする埋込磁石型モータの組み付けを可能にするという効果を奏する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【0020】
(実施形態)
本実施形態の埋込磁石型モータは、図1ないし図5に示されるようにロータコア1内に磁石2が埋め込まれる埋込磁石型モータにおいて、ロータコア1を、インナーロータ11とアウターロータ12との2分割構造とし、前記インナーロータ11とアウターロータ12との対向部に磁石を挟着するV字状の挟着部31、32を形成し、前記インナーロータ11とアウターロータ12のいずれか一方の相対的回転により、前記インナーロータ11とアウターロータ12のV字状の前記挟着部31、32に前記磁石2を密着させる構造を備えたものである。
【0021】
本実施形態の埋込磁石型モータは、電気式動力舵取装置に適用されるものである。
該電気式動力舵取装置40は、図4に示すようにラックハウジング511と、このラックハウジング511の端部に同軸状に取り付けられたチューブヨークハウジング513と、このチューブヨークハウジング513の端部に同軸状に取り付けられたエンドハウジング514とを備えている。
【0022】
これら3つのハウジングは、いずれも中空で略円筒形状に形成されており、それらの内部には、ラックシャフト512が挿通されている。チューブヨークハウジング513には軸受517および530を介して中空で鉄製のモータシャフト1が回転可能に挿通されている。
【0023】
該モータシャフト1には、ボールねじナット516が固着され、ボールねじナット516を介してラックシャフト512が軸方向に移動可能に結合されている。ラックシャフト512の両端には、ボール継手518を介して操舵輪と連結されるタイロッド519がそれぞれ連結されている。
【0024】
前記チューブヨークハウジング513は、図5に示されるようにその内部にはブラシレスDCモータ20が装着されており、そのブラシレスDCモータ20には、その回転軸であるモータシャフト1が挿通されている。
【0025】
ブラシレスDCモータ20は、前記チューブヨークハウジング513の内周面に固定された電機子鉄心521と、モータシャフト1に埋設された磁石2とを備えている。つまり、モータシャフト1が磁路を形成している。なお、全部を図示しないが、電機子鉄心521は、円周方向に複数のティースを有しており、それぞれに電機子巻線が巻回されている。
【0026】
前記ロータコア1は、図1ないし図3に示されるように積層鋼板によって作られているインナーロータ11とアウターロータ12との2分割構造であり、前記アウターロータ12の内周部に形成された鋸歯状の凹凸面121と前記インナーロータ11の外周部に形成された鋸歯状の凹凸面111とによって、前記磁石2を挟着する前記挟着部32、31が構成されるものである。
【0027】
前記アウターロータ12の前記鋸歯状の凹凸面121のV字状の凹部12Cを形成する隣合う凹凸面の寸法が、図1および図2に示されるように前記インナーロータ11の外周部に形成された鋸歯状の凹凸面111のV字状の凸部11Pを形成する隣合う凹凸面の寸法より大きく設定されている。
【0028】
前記インナーロータ11とアウターロータ12の挟着部31、32によって挟着された磁石2が、ロータコア1の円周方向に対して傾斜して配設されているものである。
【0029】
上記ブラシレスDCモータ20を構成する埋込磁石型モータの組み付け方法は、モータシャフト1としてのロータ内に磁石2を埋設するものであり、以下詳細に説明する。
【0030】
前記ロータコア1を2分割構造にしたアウターロータ12内にインナーロータ11を挿入し、図2に示されるように前記アウターロータ12とインナーロータ11の何れか一方を両者の対向間隔が広くなる方向に回転させ、前記アウターロータ12とインナーロータ11との対向部に形成された磁石を挟着する略矩形の挟着部1S内に矩形断面形状の磁石2が挿入される。
【0031】
前記挟着部1S内に前記磁石2が挿入された後、図1に示されるように前記アウターロータ12とインナーロータ11の何れか一方を両者の対向間隔が狭くなる方向(例えば時計方向)に回転させることにより、前記インナーロータ11とアウターロータ12の前記挟着部1Sに前記磁石2を密着させるようにしたものである。
【0032】
本実施形態の埋込磁石型モータは、ロータコア1内に磁石2が埋め込まれる埋込磁石型モータにおいて、ロータコア1を、インナーロータ11とアウターロータ12との2分割構造とし、前記インナーロータ11とアウターロータ12のいずれか一方の相対的回転により、前記インナーロータ11とアウターロータ12との対向部に形成された磁石2を挟着する挟着部31、32に前記磁石2を密着させるので、エアギャップを無くすことにより、磁気回路の磁気抵抗を小さくし、高トルクを得られるようにするとともに、各極のエアギャップのばらつきを無くすためにトルクリップルを小さくするという効果を奏する。
【0033】
また本実施形態の埋込磁石型モータは、前記磁石2を挟着する前記挟着部31、32を構成する前記アウターロータ12の内周部に形成された鋸歯状の凹凸面121と前記インナーロータ11の外周部に形成された鋸歯状の凹凸面111とによって、前記磁石2を密着させて挟着するので、エアギャップを有効に無くすことが出来るという効果を奏する。
なお、このように構成することにより、磁石2とステータとの距離は遠くなるが、ロータコア1は透磁率の高い材質(例えば珪素鋼板)が用いられているので、トルクが弱くなるなどの問題はない。
【0034】
すなわち本実施形態においては、エアギャップが有効に無くされるために、磁束を有効に利用することが出来、磁束漏れを低減し、磁束損失を抑制し、トルクが大きくとれるようになり、トルクを一定とする場合はモータの小型化を実現するものである。
【0035】
さらに本実施形態の埋込磁石型モータは、前記アウターロータ12の前記鋸歯状の凹凸面121のV字状の凹部12Cを形成する隣合う凹凸面の寸法が、前記インナーロータ11の外周部に形成された鋸歯状の凹凸面111のV字状の凸部11Pを形成する隣合う凹凸面の寸法より大きいので、前記インナーロータ11とアウターロータ12との対向間隔を広くするまたは狭くするための相対的回転を可能にするという効果を奏する。
【0036】
また本実施形態の埋込磁石型モータは、前記インナーロータ11とアウターロータ12の挟着部31、32によって挟着された磁石2が、ロータコア1の円周方向に対して傾斜して配設されているので、磁束を発生する部分の面積が大きな磁石の採用を可能にし、高トルクが得られるようにするという効果を奏する。
すなわち従来の埋込磁石型モータは、図8中破線で示されるように磁石が円周方向に配設されているのに対して、本実施形態においては、図8中実線で示されるように磁石2が傾斜して配設されているので、従来に比べて磁石幅が1割増加するため、磁石が供給出来る磁束が1割増加する。
【0037】
さらに本実施形態の埋込磁石型モータの組み付け方法は、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方の前記挟着部に前記磁石を取り付け、前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が広くなるように付勢した状態で前記アウターロータ内に前記インナーロータを挿入し、前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記挟着部に前記磁石を密着させるようにので、簡単な回転操作によりエアギャップを無くすことにより、磁気回路の磁気抵抗を小さくし、高トルクを得られるようにするとともに、各極のエアギャップのばらつきを無くすためにトルクリップルを小さくする埋込磁石型モータの組み付けを可能にするという効果を奏する。
【0038】
すなわち本実施形態においては、IPMモータはロータコア1を2分割して構成されており、インナーロータ11、アウターロータ12共に積層鋼板で作られている。インナーロータ11の表面に磁石2を配置し、アウターロータ12を反時計方向(CCW方向)に回した状態で被せる。次ぎにアウターロータ12を時計方向(CW方向)に回すことによりアウターロータ12と磁石2の間の隙間を詰めることが出来る。よって、磁石2の寸法をランク分けすることにより、エアギャップがばらつかず、ほぼ0に出来る。つまり、磁気抵抗を小さくすることが出来るので、エアギャップが生じない構造としたことにより、磁束を有効に使用できる。なお、組み付けに際してはアウターロータ12に磁石2を配置して、インナーロータ11を挿入するようにしても良い。
【0039】
また、各極エアギャップのばらつきが小さくなる為トルクリップルが生じにくくなる利点がある。また、この構造では磁石自身のNS極を結ぶ短絡磁路の磁気抵抗を大きく取ることが出来るため、磁束もれを小さくでき、磁束損失を抑えられる。
【0040】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【0041】
上述の実施形態においては、一例としてインナーロータ11の表面に磁石2を配置し、アウターロータ12を反時計方向(CCW方向)に回した状態で被せ、次ぎにアウターロータ12を時計方向(CW方向)に回すことによりアウターロータ12と磁石2の間の隙間を詰めて密着させる埋込磁石型モータの組み付け方法例について説明したが、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、例えばアウターロータ12の表面に磁石を配置しても良いとともに、2分割構造にしたロータコアのアウターロータ内にインナーロータを挿入し、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が広くなる方向に回転させ、前記アウターロータとインナーロータとの対向部に形成された磁石を挟着する挟着部内に磁石が挿入され、前記挟着部内に磁石が挿入された後、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記インナーロータとアウターロータの前記挟着部に前記磁石を密着させる埋込磁石型モータの組み付け方法の実施形態を採用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の埋込磁石型モータのギャップが零の状態の要部を示す断面図である。
【図2】本実施形態の埋込磁石型モータのギャップを形成した状態の要部を示す断面図である。
【図3】本実施形態の埋込磁石型モータにおけるインナーロータおよびアウターロータを示す平面図である。
【図4】本実施形態のモータを適用した電気式動力舵取装置を示す一部欠截断面図である。
【図5】本実施形態を適用した電気式動力舵取装置のモータ部を示す一部拡大断面図である。
【図6】従来のIPMモータを示す部分断面図である。
【図7】従来のIPMモータにおける磁束のもれを説明するための部分断面図である。
【図8】従来のIPMモータと本実施形態のモータにおけるロータ内に埋設される磁石の位置関係を比較するための比較図である。
【符号の説明】
1 ロータコア
2 磁石
11 インナーロータ
12 アウターロータ
31、32 挟着部
Claims (6)
- ロータコア内に磁石が埋め込まれる埋込磁石型モータにおいて、
ロータコアを、インナーロータとアウターロータとの2分割構造とし、
前記インナーロータとアウターロータとの対向部に磁石を挟着する挟着部を形成し、
前記インナーロータとアウターロータのいずれか一方の相対的回転により、前記インナーロータとアウターロータの前記挟着部に前記磁石を密着させる構造を備えた
ことを特徴とする埋込磁石型モータ。 - 請求項1において、
前記アウターロータの内周部に形成された鋸歯状の凹凸面と前記インナーロータの外周部に形成された鋸歯状の凹凸面とによって、前記磁石を挟着する前記挟着部が構成される
ことを特徴とする埋込磁石型モータ。 - 請求項2において、
前記アウターロータの前記鋸歯状の凹凸面のV字状の凹部を形成する隣合う凹凸面の寸法が、前記インナーロータの外周部に形成された鋸歯状の凹凸面のV字状の凸部を形成する隣合う凹凸面の寸法より大きい
ことを特徴とする埋込磁石型モータ。 - 請求項2において、
前記インナーロータとアウターロータの挟着部によって挟着された磁石が、ロータコアの円周方向に対して傾斜して配設されている
ことを特徴とする埋込磁石型モータ。 - ロータコアを2分割構造にしたアウターロータとインナーロータとの対向部に磁石を挟着する挟着部を形成し、該挟着部に磁石を配設して成る埋込磁石型モータの組み付け方法であって、
前記アウターロータとインナーロータの何れか一方の前記挟着部に前記磁石を配設し、
前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が広くなる方向に回転させた状態で前記アウターロータ内に前記インナーロータを挿入し、
前記アウターロータとインナーロータとを前記対向部の間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記挟着部に前記磁石を密着させるようにした
ことを特徴とする埋込磁石型モータの組み付け方法。 - ロータコアを2分割構造にしたアウターロータ内にインナーロータを挿入し、
前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が広くなる方向に回転させ、前記アウターロータとインナーロータとの対向部に形成された磁石を挟着する挟着部内に磁石が挿入され、
前記挟着部内に磁石が挿入された後、前記アウターロータとインナーロータの何れか一方を両者の対向間隔が狭くなる方向に回転させることにより、前記インナーロータとアウターロータの前記挟着部に前記磁石を密着させるようにした
ことを特徴とする埋込磁石型モータの組み付け方法。
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JP2003319584A (ja) | 2003-11-07 |
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