JP3774808B2 - 埋込磁石型モータおよびその組み付け方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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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