JP5111863B2 - Axial gap type motor and electric power steering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アキシャルギャップ型モータおよび電動パワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to an axial gap type motor and an electric power steering apparatus.
従来、例えば運転者による操舵入力に応じてモータを駆動することにより、ステアリング機構に操舵補助力を作用させる電動パワーステアリング装置において、モータの駆動時におけるコギングトルクの発生を抑制するために、このモータを、周方向に9極の電気子巻線を有するステータと、周方向に8極の永久磁石を有するロータとにより構成した電動パワーステアリング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)
しかしながら、上記従来技術に係る電動パワーステアリング装置においては、モータの回転時に相対的に大きなラジアル加振力(ラジアル方向の加振力)が発生し、ラジアル方向に不要な振動が生じることで、運転者がステアリング機構の動作に違和感を感じてしまうという問題が生じる。 However, in the electric power steering device according to the above prior art, a relatively large radial excitation force (radial excitation force) is generated during rotation of the motor, and unnecessary vibration is generated in the radial direction. A problem arises that the user feels uncomfortable with the operation of the steering mechanism.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、コギングトルクおよび不要な加振力の発生を抑制することが可能なアキシャルギャップ型モータおよび電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an axial gap type motor and an electric power steering apparatus capable of suppressing the generation of cogging torque and unnecessary excitation force.
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の第1態様に係るアキシャルギャップ型モータは、回転軸周りに回転可能なロータ(例えば、実施の形態でのロータ83)と、回転軸方向で前記ロータに対向配置されたステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)とを備えるアキシャルギャップ型モータであって、前記ロータは、周方向に交互に配置された各4極の主磁石部(例えば、実施の形態での磁石極部90)と磁性材極部(例えば、実施の形態での磁性材極部83b)とを備え、前記磁性材極部は、前記主磁石部と同一形状であって前記回転軸方向に貫通する極部貫通部(例えば、実施の形態での極部貫通孔86)を具備し、前記主磁石部は、磁化方向が前記回転軸方向である主永久磁石片(例えば、実施の形態での永久磁石片83a)を備え、前記ステータは、前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む一対の第1ステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)および第2ステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)を備え、各前記第1ステータおよび前記第2ステータは、9極のティース(例えば、実施の形態でのティース84b)を備えることを特徴としている。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, an axial gap motor according to a first aspect of the present invention includes a rotor that can rotate around a rotation axis (for example, the
また、本発明の第2態様に係るアキシャルギャップ型モータは、回転軸周りに回転可能なロータ(例えば、実施の形態でのロータ83)と、回転軸方向で前記ロータに対向配置されたステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)とを備えるアキシャルギャップ型モータであって、前記ロータは、周方向に交互に配置された各5極の主磁石部(例えば、実施の形態での磁石極部90)と磁性材極部(例えば、実施の形態での磁性材極部83b)とを備え、前記磁性材極部は、前記主磁石部と同一形状であって前記回転軸方向に貫通する極部貫通部(例えば、実施の形態での極部貫通孔86)を具備し、前記主磁石部は、磁化方向が前記回転軸方向である主永久磁石片(例えば、実施の形態での永久磁石片83a)を備え、前記ステータは、前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む一対の第1ステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)および第2ステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)を備え、各前記第1ステータおよび前記第2ステータは、12極のティース(例えば、実施の形態でのティース84b)を備えることを特徴としている。
An axial gap type motor according to the second aspect of the present invention includes a rotor (for example, the
また、本発明の第3態様に係るアキシャルギャップ型モータは、回転軸周りに回転可能なロータ(例えば、実施の形態でのロータ83)と、回転軸方向で前記ロータに対向配置されたステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)とを備えるアキシャルギャップ型モータであって、前記ロータは、周方向に交互に配置された各7極の主磁石部(例えば、実施の形態での磁石極部90)と磁性材極部(例えば、実施の形態での磁性材極部83b)とを備え、前記磁性材極部は、前記主磁石部と同一形状であって前記回転軸方向に貫通する極部貫通部(例えば、実施の形態での極部貫通孔86)を具備し、前記主磁石部は、磁化方向が前記回転軸方向である主永久磁石片(例えば、実施の形態での永久磁石片83a)を備え、前記ステータは、前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む一対の第1ステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)および第2ステータ(例えば、実施の形態でのステータ84)を備え、各前記第1ステータおよび前記第2ステータは、12極のティース(例えば、実施の形態でのティース84b)を備えることを特徴としている。
An axial gap type motor according to a third aspect of the present invention includes a rotor (for example, the
さらに、本発明の第4態様に係るアキシャルギャップ型モータは、磁化方向が前記回転軸方向および径方向に直交する方向であって、前記主永久磁石片の前記周方向の両端部近傍において前記主永久磁石片の配置位置から前記回転軸方向の一方側にずれた位置に配置された第1副永久磁石片(例えば、実施の形態での副永久磁石片91a)および他方側にずれた位置に配置された第2副永久磁石片(例えば、実施の形態での副永久磁石片91a)を具備する副磁石部(例えば、実施の形態での副磁石部91)を備えることを特徴としている。
Furthermore, the axial gap type motor according to the fourth aspect of the present invention is such that the magnetization direction is a direction perpendicular to the rotational axis direction and the radial direction, and the main permanent magnet piece is in the vicinity of both ends in the circumferential direction. The first sub permanent magnet piece (for example, the sub
また、本発明の第5態様に係る電動パワーステアリング装置は、第1態様から第4態様の何れかひとつに記載のアキシャルギャップ型モータ(例えば、実施の形態でのモータ80)と、操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段(例えば、実施の形態での操舵トルクセンサ70)と、前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルクに応じて、前記アキシャルギャップ型モータを駆動制御し、前記操舵トルクを補助する補助トルクを前記アキシャルギャップ型モータから発生させる制御手段(例えば、実施の形態での制御手段78)とを備えることを特徴としている。
An electric power steering apparatus according to a fifth aspect of the present invention provides an axial gap motor (for example, the
本発明の第1態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、第1ステータおよび第2ステータの各9極(9個)のティースに対して、8極(8個)の主磁石部、または、各4極(4個)の主磁石部および磁性材極部を具備するロータを備えることによって、コギングトルクの発生を抑制することができる。
また、ロータにおいて8極(8個)の主磁石部の換わりに各4極(4個)の主磁石部および磁性材極部を備えることにより、極対数を不変に維持しつつ必要とされる永久磁石の量を低減することができ、磁性材極部に回転軸方向と平行な方向に貫通する貫通孔やスリット等からなる極部貫通部を備えることにより、1対の第1および第2ステータ間において磁性材極部を貫通する磁路を形成することができる。これにより、各ステータの固定子巻線による電流磁束に所望の磁気方向性を付与することができ、アキシャルギャップ型モータから出力可能なトルクを増大させることができると共に、1対の第1および第2ステータ間での磁気抵抗の急激な変化を抑制するようにして、1対の第1および第2ステータの固定子巻線による電流磁束の波形整形を行うことができ、トルクリップルおよび電流磁束波形の高調波の発生を抑制し、鉄損失を低減することができる。
しかも、回転軸方向の両側からロータを挟み込む一対の第1ステータおよび第2ステータは、ロータの主永久磁石片による界磁磁束を第1および第2ステータ間で掃引するように通電制御されることにより、第1ステータに起因するアキシャル方向の加振力と、第2ステータに起因するアキシャル方向の加振力とを相殺し、不要な加振力の発生を抑制しつつ、出力可能なトルクを増大させることができる。
According to the axial gap type motor according to the first aspect of the present invention, for each of the nine poles (9) teeth of the first stator and the second stator, By providing a rotor having each of four poles (four pieces) of main magnet portions and magnetic material pole portions, it is possible to suppress the occurrence of cogging torque.
In addition, the rotor is provided with four (four) main magnet portions and magnetic material pole portions in place of the eight pole (eight) main magnet portions, thereby maintaining the number of pole pairs unchanged. The amount of permanent magnets can be reduced, and a pair of first and second pairs can be provided by providing pole portions penetrating portions made of penetrating holes or slits penetrating in the direction parallel to the rotation axis direction in the magnetic material pole portion. A magnetic path penetrating the magnetic material pole portion can be formed between the stators. As a result, a desired magnetic directionality can be imparted to the current magnetic flux generated by the stator windings of each stator, the torque that can be output from the axial gap motor can be increased, and a pair of first and first The current magnetic flux waveform shaping by the stator windings of the pair of first and second stators can be performed so as to suppress a sudden change in the magnetic resistance between the two stators, and the torque ripple and the current magnetic flux waveform Generation of higher harmonics can be suppressed and iron loss can be reduced.
In addition, the pair of first and second stators sandwiching the rotor from both sides in the direction of the rotation axis is energized and controlled so that the field magnetic flux generated by the main permanent magnet piece of the rotor is swept between the first and second stators. Accordingly, the axial direction excitation force caused by the first stator and the axial direction excitation force caused by the second stator are offset, and an outputable torque is generated while suppressing generation of unnecessary excitation force. Can be increased.
また、本発明の第2態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、第1ステータおよび第2ステータの各12極(12個)のティースに対して、10極(10個)の主磁石部、または、各5極(5個)の主磁石部および磁性材極部を具備するロータを備えることによって、コギングトルクの発生を抑制することができる。
また、ロータにおいて10極(10個)の主磁石部の換わりに各5極(5個)の主磁石部および磁性材極部を備えることにより、極対数を不変に維持しつつ必要とされる永久磁石の量を低減することができ、磁性材極部に回転軸方向と平行な方向に貫通する貫通孔やスリット等からなる極部貫通部を備えることにより、1対の第1および第2ステータ間において磁性材極部を貫通する磁路を形成することができる。これにより、各ステータの固定子巻線による電流磁束に所望の磁気方向性を付与することができ、アキシャルギャップ型モータから出力可能なトルクを増大させることができると共に、1対の第1および第2ステータ間での磁気抵抗の急激な変化を抑制するようにして、1対の第1および第2ステータの固定子巻線による電流磁束の波形整形を行うことができ、トルクリップルおよび電流磁束波形の高調波の発生を抑制し、鉄損失を低減することができる。
しかも、回転軸方向の両側からロータを挟み込む一対の第1ステータおよび第2ステータは、ロータの主永久磁石片による界磁磁束を第1および第2ステータ間で掃引するように通電制御されることにより、第1ステータに起因するアキシャル方向の加振力と、第2ステータに起因するアキシャル方向の加振力とを相殺し、不要な加振力の発生を抑制しつつ、出力可能なトルクを増大させることができる。
Further, according to the axial gap type motor according to the second aspect of the present invention, 10 poles (10 pieces) of the main magnet portion with respect to each 12 poles (12 pieces) of the first stator and the second stator, Or by providing the rotor which comprises each 5 poles (5 pieces) main magnet part and magnetic material pole part, generation | occurrence | production of cogging torque can be suppressed.
Further, the rotor is provided with five (5) main magnet portions and magnetic material pole portions in place of the 10 pole (10 pieces) main magnet portions, thereby maintaining the number of pole pairs unchanged. The amount of permanent magnets can be reduced, and a pair of first and second pairs can be provided by providing pole portions penetrating portions made of penetrating holes or slits penetrating in the direction parallel to the rotation axis direction in the magnetic material pole portion. A magnetic path penetrating the magnetic material pole portion can be formed between the stators. As a result, a desired magnetic directionality can be imparted to the current magnetic flux generated by the stator windings of each stator, the torque that can be output from the axial gap motor can be increased, and a pair of first and first The current magnetic flux waveform shaping by the stator windings of the pair of first and second stators can be performed so as to suppress a sudden change in the magnetic resistance between the two stators, and the torque ripple and the current magnetic flux waveform Generation of higher harmonics can be suppressed and iron loss can be reduced.
In addition, the pair of first and second stators sandwiching the rotor from both sides in the direction of the rotation axis is energized and controlled so that the field magnetic flux generated by the main permanent magnet piece of the rotor is swept between the first and second stators. Accordingly, the axial direction excitation force caused by the first stator and the axial direction excitation force caused by the second stator are offset, and an outputable torque is generated while suppressing generation of unnecessary excitation force. Can be increased.
また、本発明の第3態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、第1ステータおよび第2ステータの各12極(12個)のティースに対して、14極(14個)の主磁石部、または、各7極(7個)の主磁石部および磁性材極部を具備するロータを備えることによって、コギングトルクの発生を抑制することができる。
また、ロータにおいて14極(14個)の主磁石部の換わりに各7極(7個)の主磁石部および磁性材極部を備えることにより、極対数を不変に維持しつつ必要とされる永久磁石の量を低減することができ、磁性材極部に回転軸方向と平行な方向に貫通する貫通孔やスリット等からなる極部貫通部を備えることにより、1対の第1および第2ステータ間において磁性材極部を貫通する磁路を形成することができる。これにより、各ステータの固定子巻線による電流磁束に所望の磁気方向性を付与することができ、アキシャルギャップ型モータから出力可能なトルクを増大させることができると共に、1対の第1および第2ステータ間での磁気抵抗の急激な変化を抑制するようにして、1対の第1および第2ステータの固定子巻線による電流磁束の波形整形を行うことができ、トルクリップルおよび電流磁束波形の高調波の発生を抑制し、鉄損失を低減することができる。
しかも、回転軸方向の両側からロータを挟み込む一対の第1ステータおよび第2ステータは、ロータの主永久磁石片による界磁磁束を第1および第2ステータ間で掃引するように通電制御されることにより、第1ステータに起因するアキシャル方向の加振力と、第2ステータに起因するアキシャル方向の加振力とを相殺し、不要な加振力の発生を抑制しつつ、出力可能なトルクを増大させることができる。
Further, according to the axial gap type motor according to the third aspect of the present invention, for each of the 12 poles (12 pieces) teeth of the first stator and the second stator, 14 poles (14 pieces) of the main magnet portion, Alternatively, the occurrence of cogging torque can be suppressed by including a rotor having each of seven poles (seven) main magnet portions and magnetic material pole portions.
In addition, the rotor is provided with 7 poles (7 pieces) of main magnet portions and magnetic material pole portions instead of 14 poles (14 pieces) of the main magnet portions, so that the number of pole pairs is maintained unchanged. The amount of permanent magnets can be reduced, and a pair of first and second pairs can be provided by providing pole portions penetrating portions made of penetrating holes or slits penetrating in the direction parallel to the rotation axis direction in the magnetic material pole portion. A magnetic path penetrating the magnetic material pole portion can be formed between the stators. As a result, a desired magnetic directionality can be imparted to the current magnetic flux generated by the stator windings of each stator, the torque that can be output from the axial gap motor can be increased, and a pair of first and first The current magnetic flux waveform shaping by the stator windings of the pair of first and second stators can be performed so as to suppress a sudden change in the magnetic resistance between the two stators, and the torque ripple and the current magnetic flux waveform Generation of higher harmonics can be suppressed and iron loss can be reduced.
In addition, the pair of first and second stators sandwiching the rotor from both sides in the direction of the rotation axis is energized and controlled so that the field magnetic flux generated by the main permanent magnet piece of the rotor is swept between the first and second stators. Accordingly, the axial direction excitation force caused by the first stator and the axial direction excitation force caused by the second stator are offset, and an outputable torque is generated while suppressing generation of unnecessary excitation force. Can be increased.
さらに、本発明の第4態様に係るアキシャルギャップ型モータによれば、主永久磁石片の周方向両端部近傍に、主永久磁石片の磁化方向と直交する方向に磁化された第1副永久磁石片および第2副永久磁石片を備えることにより、所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果によって、主永久磁石片および第1副永久磁石片および第2副永久磁石片の磁束を収束させることができ、各ステータの固定子巻線に鎖交する磁束量を増大させることができる。 Furthermore, according to the axial gap type motor according to the fourth aspect of the present invention, the first sub permanent magnet magnetized in the direction perpendicular to the magnetization direction of the main permanent magnet piece in the vicinity of both ends in the circumferential direction of the main permanent magnet piece. By providing the piece and the second sub-permanent magnet piece, the magnetic flux of the main permanent magnet piece, the first sub-permanent magnet piece, and the second sub-permanent magnet piece can be converged by the magnetic flux lens effect by the so-called Halbach arrangement of the permanent magnet. The amount of magnetic flux interlinking with the stator winding of each stator can be increased.
また、本発明の第5態様に係る電動パワーステアリング装置によれば、コギングトルクおよびアキシャル方向の加振力の発生が抑制された相対的に低振動であって、かつ、出力可能なトルクが増大させられた相対的に高トルクなアキシャルギャップ型モータにより、操舵トルクに対して適切な補助トルクを出力させることができ、アキシャルギャップ型モータの構成が複雑化することを抑制しつつ、運転者がステアリング機構の動作に違和感を感じてしまうことを防止することができる。 Further, according to the electric power steering apparatus of the fifth aspect of the present invention, the torque that is relatively low vibration in which the generation of the cogging torque and the exciting force in the axial direction is suppressed and that can be output is increased. With the relatively high torque axial gap motor that has been made, it is possible to output an appropriate auxiliary torque with respect to the steering torque, while preventing the driver from complicating the configuration of the axial gap motor. It is possible to prevent the operator from feeling uncomfortable with the operation of the steering mechanism.
以下、本発明のモータの一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態によるモータ80は、例えば図1に示すように、電動パワーステアリング装置10に搭載されている。
この電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングハンドル11から操舵輪(車輪)21,21に至るステアリング系22に、操舵機構23と、この操舵機構23に補助トルクを加える補助トルク機構24とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a motor of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The
This electric
操舵機構23は、ラックアンドピニオン機構31を備え、このラックアンドピニオン機構31のピニオン軸32は、ステアリングシャフト12及び自在軸継手13,13を介してステアリングハンドル11に連結されている。ラックアンドピニオン機構31のラック軸34は、左右のボールジョイント36,36及び左右のタイロッド37,37を介して左右の操舵輪(車輪)21,21に連結されている。
The
ラックアンドピニオン機構31は、ピニオン33を具備するピニオン軸32と、ラック35を具備するラック軸34とを備え、ピニオン33とラック35とは互いに噛み合わされている。
ステアリングハンドル11から入力される運転者の操舵入力による操舵トルクは、ラックアンドピニオン機構31及び左右のタイロッド37,37を介して、左右の操舵輪21,21に伝達される。
The rack and
Steering torque by the driver's steering input input from the
補助トルク機構24は、例えば磁歪式トルクセンサ等の操舵トルクセンサ70の検出信号、つまり運転者によってステアリングハンドル11から入力されるステアリング系22の操舵トルクに対する操舵トルクセンサ70による検出信号に基づき、制御手段78において制御信号を発生し、この制御信号に基づき、操舵トルクに応じた補助トルクをモータ80から発生させ、この補助トルクをトルクリミッタ110および歯車式減速機構120を介してピニオン軸32に伝達する。
The
すなわち、電動パワーステアリング装置10は、ステアリングハンドル11から入力された操舵トルクをラックアンドピニオン機構31のピニオン軸32に伝達するとともに、操舵トルクに応じてモータ80から発生した補助トルクを歯車式減速機構120を介してピニオン軸32に伝達し、ラックアンドピニオン機構31によって操舵輪21,21を操舵する。従って、運転者の操舵トルクにモータ80の補助トルクが加算された複合トルクによって、操舵輪21,21が操舵される。
In other words, the electric
この電動パワーステアリング装置10は、例えば図2に示すように、ラック軸34を、車幅方向(つまり図2における左右方向)に延びるハウジング41に軸長手方向へスライド可能に収容している。
ラック軸34は、ハウジング41から突出した長手方向両端にねじ結合されたボールジョイント36,36と、これらのボールジョイント36,36に連結された左右のタイロッド37,37とを備え、ハウジング41は、車体(図示略)に取付けられるブラケット42,42と、ダストシール用ブーツ44,44とを備えている。
For example, as shown in FIG. 2, the electric
The
この電動パワーステアリング装置10は、例えば図3に示すように、ハウジング41に収容されたラックアンドピニオン機構31と、操舵トルクセンサ70と、トルクリミッタ110と、歯車式減速機構120とを備え、このハウジング41の上部開口はリッド45によって閉塞されている。操舵トルクセンサ70は、ハウジング41又はリッド45に装着されている。
For example, as shown in FIG. 3, the electric
ハウジング41は、ピニオン軸32の下端部及び長手中央部を、上下2個の軸受51,52を介して回転可能に支持し、ラックガイド60と、リッド取付ボルト53と、止め輪54とを備える。
The
ピニオン軸32は、下部に一体に形成されたピニオン33を備え、さらに下端部に形成されたねじ部55を備えている。ピニオン軸32の上端部はリッド45から外方へ突出している。ピニオン軸32の軸長手方向(軸方向)の移動は、ねじ部55に螺着されるナット56によって規制される。ピニオン軸32は、袋ナット57と、オイルシール58と、スペーサ59とを備える。
The
ラックガイド60は、当て部材64を介してラック軸34に当接するガイド部61と、このガイド部61を圧縮ばね62を介して押圧する調整ボルト63と、ロックナット65とを備え、ハウジング41にねじ込まれた調整ボルト63は圧縮ばね62を介してガイド部61を押圧し、ガイド部61はラック35に予圧を与えてラック35をピニオン33に押し付ける。
The
モータ80は、例えば図4に示すように、ハウジング41の側部にボルトにより取付けられ、ハウジング41の側部開口を閉塞するリッド81と、リッド81にボルトにより取付けられた有底筒状のモータケース82と、回転軸O周りに回転可能に設けられた略円環状のロータ83と、回転軸O方向の両側からロータ83を挟みこむようにして対向配置され、ロータ83を回転させる回転磁界を発生する1対のステータ84,84とを備えるアキシャルギャップ型のモータであって、1対のステータ84,84はモータケース82内に嵌合され、ロータ83の内周部には回転軸Oと同軸に配置されたモータ軸(出力軸)87が嵌合され、ロータ83の位相を検知する位相検知センサ101を備えている。
For example, as shown in FIG. 4, the
このモータ80のリッド81およびモータケース82は、モータ軸87を2個の軸受88,89を介して回転可能に支持している。位相検知センサ101は、モータ軸87に取付けられた積層コアロータ102と、積層コアロータ102の位相を磁気的に検知する検知素子103とを備え、カバー106により覆われている。
The
トルクリミッタ110は、モータ80のモータ軸87にセレーション結合された雄テーパ状のインナ部材111が、後述するウォーム軸121にセレーション結合された雌テーパ状(カップ状)のアウタ部材112に嵌合されたトルク制限機構を備えている。
インナ部材111はアウタ部材112の内周部に嵌合され、アウタ部材112の基端部において内周面に螺着されたナット114は、皿ばね113を介してインナ部材111の基端部に当接し、インナ部材111をアウタ部材112の基端部に向かい押圧し、インナ部材111の外周面はアウタ部材112の内周面に所定の摩擦力を有して当接している。このため、トルクリミッタ110に所定の摩擦力を上回る大きなトルクが作用すると、インナ部材111の外周面とアウタ部材112の内周面との間で滑りが生じ、モータ80から歯車式減速機構120へ伝達される補助トルクが規制される。これにより、モータ80に過大なトルクが発生することは防止され、さらに、負荷側に過大なトルクが伝わることも防止されている。アウタ部材112に結合されたウォーム軸121には止め輪115が装着されている。
In the
The
歯車式減速機構120は、モータ80から発生した補助トルクをピニオン軸32に伝達するトルク伝達手段であって、ウォームギヤ機構からなる。例えば、歯車式減速機構120は、モータ80のモータ軸87にトルクリミッタ110を介して連結されたウォーム軸121と、ウォーム軸121に形成されたウォーム122と、ピニオン軸32に連結されたウォームホイール123とを備えている。
The gear
ウォーム122およびウォームホイール123の歯の進み角は摩擦角よりも若干大きく設定され、モータ80が停止しているときに、モータ80のモータ軸87は、順次、ウォームホイール123と、ウォーム122と、ウォーム軸121と、トルクリミッタ110とを伝達するピニオン軸32の操舵トルクにより、回転可能とされている。
The advance angle of the teeth of the
ウォーム軸121は、モータ軸87と同軸に配置され、2個の軸受124,125を介してハウジング41に回転可能に支持されている。ハウジング41に嵌合された2個の軸受124,125のうち、第1軸受124は止め輪129によって軸長手方向への移動が規制され、第2軸受125は軸長手方向への移動が可能とされている。
そして、第2軸受125の外輪の端面は、板ばね126を介してロックナット128および調整ボルト127によってモータ軸87側に押圧されている。
The
The end surface of the outer ring of the
モータ80の各ステータ84は、例えば図5に示すように、略円環板状のヨーク部84aと、ロータ83に対向するヨーク部84aの対向面上で周方向に所定間隔をおいた位置から回転軸O方向に沿ってロータ83に向かい突出すると共に径方向に伸びる複数(例えば、9個)のティース84b,…,84bと、適宜のティース92,92間に装着される固定子巻線(図示略)とを備えて構成されている。
For example, as shown in FIG. 5, each
2つのステータ84,84のうち、一方のステータ84は、例えばU+,V+,W+極からなる3種類の3N個の主極(例えば、N=3)に対応するティース84b,…,84bを備え、他方のステータ84は、例えばU−,V−,W−極からなる3種類の3N個の主極(例えば、N=3)に対応するティース84b,…,84bを備えている。そして、一方のステータ84の各U+,V+,W+極に対して、他方のステータ84の各U−,V−,W−極が回転軸O方向で対向し、一方のステータ84のティース84bと他方のステータ84のティース84bとに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
Of the two
ロータ83は、複数(例えば、8個)の磁石極部90,…,90aと、非磁性材からなるロータフレーム85とを備えて構成され、複数の磁石極部90は周方向に所定間隔をおいて配置された状態でロータフレーム85内に収容されている。
The
ロータフレーム85は、例えば図6に示すように、周方向に所定間隔をおいて配置された複数の径方向リブ85a,…,85aによって接続された内周側筒状部85bおよび外周側筒状部85cと、内周側筒状部85bの内周面上から内方に向かい突出する円環板状に形成され、モータ軸(出力軸)87に接続される接続部85dとを備えて構成されている。
そして、ロータフレーム85内に収容された磁石極部83aは、径方向の両側から内周側筒状部85bと外周側筒状部85cとにより挟み込まれると共に、径方向リブ85aを介して周方向で隣り合うように配置されている。
For example, as shown in FIG. 6, the
And the
磁石極部90は、厚さ方向(つまり、回転軸O方向)に磁化された略扇形板状の永久磁石片83aであって、周方向で隣り合う磁石極部90,90の各永久磁石片83a,83aは、磁化方向が互いに異方向となるように設定されている。
つまり、回転軸O方向の一方側がN極とされた永久磁石片83aからなる磁石極部90には、回転軸O方向の一方側がS極とされた永久磁石片83aからなる磁石極部90が周方向で隣り合うようになっている。
The
In other words, the
上述したように、本実施の形態によるモータ80によれば、2つのステータ84,84の各9極(9個)のティース84b,…,84bに対して、8極(8個)の磁石極部90,…,90を具備するロータ83を備えることによって、コギングトルクの発生を抑制することができる。
しかも、回転軸O方向の両側からロータ83を挟み込む一対のステータ84,84は、ロータ83の永久磁石片による界磁磁束を一対のステータ84,84間で掃引するように通電制御されることにより、一方のステータ84に起因するアキシャル方向の加振力と、他方のステータ84に起因するアキシャル方向の加振力とを相殺し、不要な加振力の発生を抑制しつつ、モータ80から出力可能なトルクを増大させることができる。
As described above, according to the
In addition, the pair of
さらに、このモータ80を備える電動パワーステアリング装置10によれば、コギングトルクおよびアキシャル方向の加振力の発生が抑制された相対的に低振動であって、かつ、出力可能なトルクが増大させられた相対的に高トルクなアキシャルギャップ型のモータ80により、操舵トルクに対して適切な補助トルクを出力させることができ、モータ80の構成が複雑化することを抑制しつつ、運転者がステアリング系22の動作に違和感を感じてしまうことを防止することができる。
Furthermore, according to the electric
なお、上述した実施の形態において、ロータフレーム85内に収容された複数の磁石極部90,…,90の各永久磁石片83a,…,83aは、磁化方向が互いに同方向となるように設定されてもよい。
In the embodiment described above, the
なお、上述した実施の形態においては、ロータ83は、8個(つまり、8極)の磁石極部90,…,90と、これらの磁石極部90,…,90を収容する非磁性材からなるロータフレーム85とを備えるとしたが、これに限定されず、例えば図7および下記表1に示す第1変形例のように、ロータ83は、4個(つまり、4極)の磁石極部90,…,90と、4個(つまり、4極)の磁性材極部83b,…,83bと、非磁性材からなるロータフレーム85とを備え、磁石極部90と磁性材極部83bとは、周方向において交互に配置された状態でロータフレーム85内に収容されてもよい。
In the above-described embodiment, the
この第1変形例において、ロータフレーム85内に収容された磁石極部90および磁性材極部83bは、径方向の両側から内周側筒状部85bと外周側筒状部85cとにより挟み込まれると共に、径方向リブ85aを介して周方向で隣り合うように配置されている。
そして、磁性材極部83bは、回転軸O方向と平行な方向に貫通する複数の極部貫通孔86,…,86を備え、各極部貫通孔86は、例えば回転軸O方向に対する断面形状が径方向を長手方向とする長穴状とされ、複数の極部貫通孔86,…,86は周方向に所定間隔をおいて配置されている。
In this first modification, the
The magnetic
なお、この第1変形例において、ロータフレーム85内に収容された複数の磁石極部90,…,90の各永久磁石片83a,…,83aは、磁化方向が互いに同方向となるように設定されてもよい。
In this first modification, the
この第1変形例に係るモータ80によれば、ロータ83において、8極(8個)の磁石極部90,…,90の換わりに、各4極(4個)の磁石極部90,…,90および磁性材極部83b,…,83bを備えることにより、極対数を不変に維持しつつ必要とされる永久磁石の量を低減することができる。しかも、周方向において磁石極部90と交互に配置される磁性材極部83bに極部貫通孔86を備えることにより、1対のステータ84,84間において磁性材極部83bを貫通する磁路を形成することができる。これにより、各ステータ84の固定子巻線による電流磁束に所望の磁気方向性を付与することができ、モータ80から出力可能なトルクを増大させることができると共に、1対のステータ84,84間での磁気抵抗の急激な変化を抑制するようにして、1対のステータ84,84の固定子巻線による電流磁束の波形整形を行うことができ、トルクリップルおよび電流磁束波形の高調波の発生を抑制し、鉄損失を低減することができる。
According to the
なお、上述した実施の形態において、モータ80の各ステータ84は9個(9極)のティース84b,…,84bを備え、ロータ83は8個(8極)の磁石極部90,…,90を備えるとしたが、これに限定されず、例えば図8および図9および上記表1に示す第2変形例のように、各ステータ84は12個(12極)のティース84b,…,84bを備え、ロータ83は10個(10極)の磁石極部90,…,90を備えてもよい。
In the above-described embodiment, each
この第2変形例では、各ステータ84は、例えばU+,V+,W+,U−,V−,W−極からなる6種類の6N個の主極(例えば、N=2)に対応するティース84b,…,84bを備えている。そして、一方のステータ84の各U+,V+,W+極に対して、他方のステータ84の各U−,V−,W−極が回転軸O方向で対向し、一方のステータ84のティース84bと他方のステータ84のティース84bとに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
In the second modification, each
なお、上述した実施の形態の第2変形例において、ロータフレーム85内に収容された複数の磁石極部90,…,90の各永久磁石片は、磁化方向が互いに同方向となるように設定されてもよい。
In the second modification of the above-described embodiment, the permanent magnet pieces of the plurality of
なお、上述した実施の形態の第2変形例においては、ロータ83は、10個の磁石極部90,…,90と、これらの磁石極部90,…,90を収容する非磁性材からなるロータフレーム85とを備えるとしたが、これに限定されず、例えば図10および上記表1に示す第3変形例のように、ロータ83は、5個(つまり、5極)の磁石極部90,…,90と、5個(つまり、5極)の磁性材極部83b,…,83bと、非磁性材からなるロータフレーム85とを備え、磁石極部90と磁性材極部83bとは、周方向において交互に配置された状態でロータフレーム85内に収容されてもよい。
In the second modification of the above-described embodiment, the
この第3変形例において、ロータフレーム85内に収容された磁石極部90および磁性材極部83bは、径方向の両側から内周側筒状部85bと外周側筒状部85cとにより挟み込まれると共に、径方向リブ85aを介して周方向で隣り合うように配置されている。
そして、磁性材極部83bは、回転軸O方向と平行な方向に貫通する複数の極部貫通孔86,…,86を備え、各極部貫通孔86は、例えば回転軸O方向に対する断面形状が径方向を長手方向とする長穴状とされ、複数の極部貫通孔86,…,86は周方向に所定間隔をおいて配置されている。
In the third modification, the
The magnetic
この第3変形例において、ロータフレーム85内に収容された複数の磁石極部90,…,90の各永久磁石片83a,…,83aは、磁化方向が互いに同方向となるように設定されてもよい。
In this third modification, the
なお、上述した実施の形態において、モータ80の各ステータ84は9個(つまり、9極)のティース84b,…,84bを備え、ロータ83は8個(つまり、8極)の磁石極部90,…,90を備えるとしたが、これに限定されず、例えば図11および図12および上記表1に示す第4変形例のように、各ステータ84は12個(つまり、12極)のティース84b,…,84bを備え、ロータ83は14個(つまり、14極)の磁石極部90,…,90を備えてもよい。
In the embodiment described above, each
この第4変形例では、各ステータ84は、例えばU+,V+,W+,U−,V−,W−極からなる6種類の6N個の主極(例えば、N=2)に対応するティース84b,…,84bを備えている。そして、一方のステータ84の各U+,V+,W+極に対して、他方のステータ84の各U−,V−,W−極が回転軸O方向で対向し、一方のステータ84のティース84bと他方のステータ84のティース84bとに対する通電状態が電気角で反転状態となるように設定されている。
In the fourth modified example, each
なお、上述した実施の形態の第4変形例において、ロータフレーム85内に収容された複数の磁石極部90,…,90の各永久磁石片は、磁化方向が互いに同方向となるように設定されてもよい。
In the fourth modification of the above-described embodiment, the permanent magnet pieces of the plurality of
なお、上述した実施の形態の第4変形例においては、ロータ83は、14個(つまり、14極)の磁石極部90,…,90と、これらの磁石極部90,…,90を収容する非磁性材からなるロータフレーム85とを備えるとしたが、これに限定されず、例えば図13および上記表1に示す第5変形例のように、ロータ83は、7個(つまり、7極)の磁石極部90,…,90と、7個(つまり、7極)の磁性材極部83b,…,83bと、非磁性材からなるロータフレーム85とを備え、磁石極部90と磁性材極部83bとは、周方向において交互に配置された状態でロータフレーム85内に収容されてもよい。
In the fourth modification of the above-described embodiment, the
この第5変形例において、ロータフレーム85内に収容された磁石極部90および磁性材極部83bは、径方向の両側から内周側筒状部85bと外周側筒状部85cとにより挟み込まれると共に、径方向リブ85aを介して周方向で隣り合うように配置されている。
そして、磁性材極部83bは、回転軸O方向と平行な方向に貫通する複数の極部貫通孔86,…,86を備え、各極部貫通孔86は、例えば回転軸O方向に対する断面形状が径方向を長手方向とする長穴状とされ、複数の極部貫通孔86,…,86は周方向に所定間隔をおいて配置されている。
In this fifth modification, the
The magnetic
この第5変形例において、ロータフレーム85内に収容された複数の磁石極部90,…,90の各永久磁石片83a,…,83aは、磁化方向が互いに同方向となるように設定されてもよい。
In the fifth modification, the
なお、上述した実施の形態および第1〜第5変形例においては、磁化方向が回転軸O方向および径方向に直交する方向であって、磁石極部90の永久磁石片83aの周方向の両端部近傍において主永久磁石片83aの配置位置から回転軸O方向の一方側にずれた位置および他方側にずれた位置に配置された副永久磁石片91a,91aを具備する副磁石部91を備えてもよい。
In the embodiment and the first to fifth modifications described above, the magnetization direction is a direction orthogonal to the rotation axis O direction and the radial direction, and both ends in the circumferential direction of the
例えば図14に示す第6変形例に係るモータ80は、上述した実施の形態に係るモータ80(つまり、図5に示すモータ80)に複数の副磁石部91,…,91を備えて構成されている。
副磁石部91は、回転軸O方向の一方側と他方側とにおいて、周方向で隣り合う磁石極部90,90間に配置され、回転軸O方向の一方側に配置された副永久磁石片91aと、他方側に配置された副永久磁石片91aとは、ロータフレーム86の径方向リブ85aを回転軸O方向の両側から挟み込んでいる。
また、この第6変形例において、磁石極部90は、永久磁石片83aの厚さ方向(つまり、回転軸O方向)の一方の表面および他方の表面を覆う1対の磁性材部材92,92を備え、磁性材部材92は、厚さ方向に対する断面形状が永久磁石片83aと同等の略扇形とされている。
そして、回転軸O方向の一方側および他方側において、周方向で隣り合う副永久磁石片91a,91aは、周方向の両側から磁性材部材92を挟み込んでいる。
For example, the
The
In the sixth modification, the
Then, on one side and the other side in the direction of the rotation axis O, the sub
磁性材部材92を介して周方向で対向する1対の副永久磁石片91a,91a同士、および、ロータフレーム86の径方向リブ85aを介して回転軸O方向で対向する1対の副永久磁石片91a,91a同士は、互いに磁化方向が異方向となるように設定されている。
そして、磁石極部90の永久磁石片83aの回転軸O方向の一方側に配置された1対の副永久磁石片91a,91a同士は、回転軸O方向に磁化された永久磁石片83aの一方側の磁極と同極の磁極を対向させ、回転軸O方向の他方側に配置された1対の副永久磁石片91a,91同士は、回転軸O方向に磁化された永久磁石片83aの他方側の磁極と同極の磁極を対向させている。
A pair of sub
The pair of sub
つまり、例えば回転軸O方向の一方側がN極かつ他方側がS極とされた永久磁石片83aに対して、回転軸O方向の一方側において磁性材部材92を周方向の両側から挟み込む1対の副永久磁石片91a,91aは、互いのN極が周方向で対向するように配置され、回転軸O方向の他方側において磁性材部材92を周方向の両側から挟み込む1対の副永久磁石片91a,91aは、互いのS極が周方向で対向するように配置されている。
That is, for example, with respect to the
そして、ロータフレーム86内に収容された各磁石極部90および各副磁石部91は、内周側筒状部85bおよび外周側筒状部85cによって径方向の両側から挟み込まれている。
And each
この第6変形例に係るモータ80によれば、磁石極部90の永久磁石片83aの周方向両端部近傍に、永久磁石片83aの磁化方向と直交する方向に磁化された1対の副永久磁石片91a,91aを備えることにより、所謂永久磁石のハルバッハ配置による磁束レンズ効果によって、永久磁石片83aおよび副永久磁石片91a,91aの磁束を収束させることができ、各ステータ84,84の固定子巻線に鎖交する磁束量を増大させることができる。
According to the
また、例えば図15に示す第7変形例に係るモータ80は、上述した第1変形例に係るモータ80(つまり、図7に示すロータ83を備えるモータ80)に複数の副磁石部91,…,91を備えて構成されている。
つまり、この第7変形例では、上述した第6変形例に係るロータ83(つまり、図14に示すロータ83)において、8極(8個)の磁石極部90,…,90の換わりに、各4極(4個)の磁石極部90,…,90および磁性材極部83b,…,83bを備えることにより、極対数を不変に維持しつつ必要とされる永久磁石の量を低減することができる。
Further, for example, the
That is, in the seventh modification, in the
なお、上述した第6変形例および第7変形例では、磁石極部90の永久磁石片83aを回転軸O方向の両側から挟み込む磁性材部材92,92は省略されてもよい。
In the sixth modification and the seventh modification described above, the
10 電動パワーステアリング装置
70 操舵トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
78 制御手段
80 モータ
83 ロータ
83a 永久磁石片(主永久磁石片)
83b 磁性材極部
84 ステータ(第1ステータ、第2ステータ)
84b ティース
86 極部貫通孔(極部貫通部)
90 磁石極部(主磁石部)
91 副磁石部
91a 副永久磁石片(第1副永久磁石片、第2副永久磁石片)
10. Electric
78 Control means 80
83b Magnetic
90 Magnet pole part (main magnet part)
91
Claims (5)
前記ロータは、周方向に交互に配置された各4極の主磁石部と磁性材極部とを備え、
前記磁性材極部は、前記主磁石部と同一形状であって前記回転軸方向に貫通する極部貫通部を具備し、
前記主磁石部は、磁化方向が前記回転軸方向である主永久磁石片を備え、
前記ステータは、前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む一対の第1ステータおよび第2ステータを備え、
各前記第1ステータおよび前記第2ステータは、9極のティースを備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 An axial gap type motor comprising a rotor rotatable around a rotation axis, and a stator disposed opposite to the rotor in the rotation axis direction;
The rotor includes a main magnet part and a magnetic material pole part of four poles arranged alternately in the circumferential direction,
The magnetic material pole part has the same shape as the main magnet part and includes a pole part penetrating part penetrating in the rotation axis direction,
The main magnet portion includes a main permanent magnet piece whose magnetization direction is the rotation axis direction,
The stator includes a pair of first and second stators that are opposed to each other in the rotation axis direction and sandwich the rotor from both sides in the rotation axis direction,
Each said 1st stator and said 2nd stator are equipped with 9 pole teeth, The axial gap type motor characterized by the above-mentioned.
前記ロータは、周方向に交互に配置された各5極の主磁石部と磁性材極部とを備え、
前記磁性材極部は、前記主磁石部と同一形状であって前記回転軸方向に貫通する極部貫通部を具備し、
前記主磁石部は、磁化方向が前記回転軸方向である主永久磁石片を備え、
前記ステータは、前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む一対の第1ステータおよび第2ステータを備え、
各前記第1ステータおよび前記第2ステータは、12極のティースを備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 An axial gap type motor comprising a rotor rotatable around a rotation axis, and a stator disposed opposite to the rotor in the rotation axis direction;
The rotor includes 5-pole main magnet portions and magnetic material pole portions alternately arranged in the circumferential direction,
The magnetic material pole part has the same shape as the main magnet part and includes a pole part penetrating part penetrating in the rotation axis direction,
The main magnet portion includes a main permanent magnet piece whose magnetization direction is the rotation axis direction,
The stator includes a pair of first and second stators that are opposed to each other in the rotation axis direction and sandwich the rotor from both sides in the rotation axis direction,
Each said 1st stator and said 2nd stator are equipped with 12 pole teeth, The axial gap type motor characterized by the above-mentioned.
前記ロータは、周方向に交互に配置された各7極の主磁石部と磁性材極部とを備え、
前記磁性材極部は、前記主磁石部と同一形状であって前記回転軸方向に貫通する極部貫通部を具備し、
前記主磁石部は、磁化方向が前記回転軸方向である主永久磁石片を備え、
前記ステータは、前記回転軸方向で対向配置されて前記回転軸方向の両側から前記ロータを挟み込む一対の第1ステータおよび第2ステータを備え、
各前記第1ステータおよび前記第2ステータは、12極のティースを備えることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。 An axial gap type motor comprising a rotor rotatable around a rotation axis, and a stator disposed opposite to the rotor in the rotation axis direction;
The rotor includes a 7-pole main magnet portion and a magnetic material pole portion alternately arranged in the circumferential direction,
The magnetic material pole part has the same shape as the main magnet part and includes a pole part penetrating part penetrating in the rotation axis direction,
The main magnet portion includes a main permanent magnet piece whose magnetization direction is the rotation axis direction,
The stator includes a pair of first and second stators that are opposed to each other in the rotation axis direction and sandwich the rotor from both sides in the rotation axis direction,
Each said 1st stator and said 2nd stator are equipped with 12 pole teeth, The axial gap type motor characterized by the above-mentioned.
操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵トルク検出手段により検出された前記操舵トルクに応じて、前記アキシャルギャップ型モータを駆動制御し、前記操舵トルクを補助する補助トルクを前記アキシャルギャップ型モータから発生させる制御手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。 An axial gap type motor according to any one of claims 1 to 4,
Steering torque detection means for detecting steering torque;
Control means for driving and controlling the axial gap type motor in accordance with the steering torque detected by the steering torque detecting means and generating auxiliary torque for assisting the steering torque from the axial gap type motor. An electric power steering device.
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