JP5310986B2

JP5310986B2 - セグメント磁石の製造方法及び電動パワーステアリング装置の製造方法

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Publication number: JP5310986B2
Application number: JP2008004395A
Authority: JP
Inventors: 祐一外山; 智宏丹羽
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: JP2009171679A

Description

本発明は、モータのロータに取り付け可能な複数のセグメント磁石を製造する方法及びそれらセグメント磁石を有するモータを駆動源とした電動パワーステアリング装置の製造方法に関する。

従来、この種のセグメント磁石の製造方法として、セグメント磁石と同形状の磁性体プレートを磁性粉体から成形した後、焼結し、さらに着磁してセグメント磁石を完成させる製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、別の従来のセグメント磁石の製造方法として、図１１に示した角柱体１を磁性粉体から成形した後、焼結し、その角柱体１を複数の磁性体プレート２に縦割り分割してからその板厚方向の一方の面を曲面形状に加工し、さらに、着磁させてセグメント磁石３を完成させる方法が知られている。また、この製造方法では、セグメント磁石を容易に着磁させるために、成形時の角柱体１に圧力と共に磁束を付与して配向（磁気配向）させていた。その配向方向が図１１の矢印として示されている。
特開２００３−２３０２３９号公報（段落［０００５］、第５図（ｂ））

ところで、上記した従来の製造方法では、角柱体１の成形工程において、角柱体１の断面形状である長方形の長辺方向Ｈ１に磁束を付与する一方、短辺方向Ｈ２に圧力を付与していた。このため、角柱体１のうち加圧方向（短辺方向Ｈ２）と直交する外側面が、成形金型の内面から摩擦力を受け、角柱体１のうち外側面寄りの部位の配向方向（図１１の矢印の方向）が磁束付与方向（長辺方向Ｈ１）に対して斜めになるという現象が起こり得た。そして、焼結後の角柱体１を、磁束付与方向（長辺方向Ｈ１）で複数の磁性体プレート２に分割していたので、角柱体１のうち磁束付与方向の両端部に位置した１対の磁性体プレート２Ａ，２Ａを着磁してなるセグメント磁石３Ａ，３Ａが、幅方向に対して傾斜した方向の磁束を発生させるように着磁し、それら以外の磁性体プレート２Ｂ，２Ｂ，・・を着磁してなるセグメント磁石３Ｂ，３Ｂ，・・が、幅方向に対して直交した方向の磁束を発生させるように着磁していた。このため、従来の製造方法で製造されたセグメント磁石３Ａ，３Ｂ，・・でモータ（図示せず）を製造した場合、１つのロータに取り付けられた複数のセグメント磁石３Ａ，３Ｂ同士の間で、ステータのティース（図示せず）に対して最も磁気吸引力が大きくなる電気角が相違し、コギングトルクが大きくなっていた。また、そのモータを駆動源とした電動パワーステアリング装置（図示せず）では、操舵フィーリングが悪化するといる問題が生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、モータのコギングトルクを低減可能なセグメント磁石の製造方法の提供と、操舵フィーリングを向上させることが可能な電動パワーステアリング装置の製造方法の提供とを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るセグメント磁石（５２）の製造方法は、磁性粉体を成形金型（６０）にて角柱体（５０）に成形した後、焼結し、焼結後の角柱体（５０）をその長軸方向と直交する断面形状である長方形の長辺方向（Ｘ）で３枚以上の磁性体プレート（５１）に縦割り分割し、磁性体プレート（５１）のうち板厚方向の一方の面を幅方向で湾曲した湾曲面（５１Ｗ）に加工すると共に、断面多角形のロータ（２２）の外面に、磁性体プレート（５１）のうち湾曲面（５１Ｗ）と反対側の平坦面（５１Ｓ）を固定した状態にして、それら磁性体プレート（５１）の板厚方向に磁束を付与して着磁させ、モータ（２０）のロータ（２２）に使用可能な複数のセグメント磁石（５２）を製造する方法において、磁性粉体を角柱体（５０）に成形する成形工程で、角柱体（５０）の長軸方向（Ｚ）に圧力を付与すると共に、角柱体（５０）の断面形状である長方形の長辺方向（Ｘ）に磁束を付与するところに特徴を有する。

請求項２の発明に係るセグメント磁石（５２）の製造方法は、磁性粉体を成形金型（６０）にて角柱体（５０）に成形した後、焼結し、焼結後の角柱体（５０）をその長軸方向と直交する断面形状である長方形の長辺方向（Ｘ）で３枚以上の磁性体プレート（５１）に縦割り分割し、磁性体プレート（５１）のうち板厚方向の一方の面を幅方向で湾曲した湾曲面（５１Ｗ）に加工すると共に、断面多角形のロータ（２２）の外面に、磁性体プレート（５１）のうち湾曲面（５１Ｗ）と反対側の平坦面（５１Ｓ）を固定した状態にして、それら磁性体プレート（５１）の板厚方向に磁束を付与して着磁させ、モータ（２０）のロータ（２２）に使用可能な複数のセグメント磁石（５２）を製造する方法において、磁性粉体を角柱体（５０）に成形する成形工程で、角柱体（５０）の断面形状である長方形の長辺方向（Ｘ）に磁束と圧力との両方を付与するところに特徴を有する。

請求項３の発明に係る電動パワーステアリング装置（１０）の製造方法は、請求項１又は２のセグメント磁石（５２）の製造方法で製造したセグメント磁石（５２）を備えたモータ（２０）を電動パワーステアリング装置（１０）の駆動源として組み付けるところに特徴を有する。

［請求項１の発明］
請求項１の発明に係るセグメント磁石の製造方法では、磁性粉体の成形工程において、角柱体の長軸方向に圧力を付与すると共に、角柱体の長軸方向と直交する断面形状である長方形の長辺方向に磁束を付与するので、角柱体の外側面が成形金型の内面から摩擦力を受けて、その外側面寄りの部位の配向方向が磁束付与方向に対して傾斜角を有しても、その傾斜角は角柱体から分割された磁性体プレートの長手方向に対する傾斜角としては出現し得るが、幅方向に対する傾斜角として出現することはない。よって、角柱体から縦割り分割された複数の磁性体プレートが、磁束付与方向の両端に位置した磁性体プレートであるか否かに拘わらず、それら磁性体プレートを着磁してなるセグメント磁石は、幅方向に対して直交した方向の磁束を発生させるように着磁する。従って、本発明の製造方法で製造された複数のセグメント磁石が組み付けられたロータでは、それら複数のセグメント磁石同士の間で、ステータのティースに対して最も磁気吸引力が大きくなる電気角が同じになり、コギングトルクを抑えることができる。

［請求項２の発明］
請求項２の発明に係るセグメント磁石の製造方法では、角柱体の成形工程において、角柱体をその長軸方向と直交する断面形状である長方形の長辺方向に磁束と圧力との両方を付与するので、角柱体の外側面が成形金型の内面から摩擦力を受けても、その外側面寄りの部位の配向方向が、磁束付与方向に対して斜めになることはない。これにより、角柱体から縦割り分割された複数の磁性体プレートが、磁束付与方向の両端に位置した磁性体プレートであるか否かに拘わらず、それら磁性体プレートを着磁してなるセグメント磁石は、幅方向に対して直交した方向の磁束を発生させるように着磁する。従って、本発明の製造方法で製造された複数のセグメント磁石が組み付けられたロータでは、それら複数のセグメント磁石同士の間で、ステータのティースに対して最も磁気吸引力が大きくなる電気角が同じになり、コギングトルクを抑えることができる。

［請求項３の発明］
請求項３の発明に係る電動パワーステアリング装置の製造方法によれば、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上させることができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。図１には、本実施形態のセグメント磁石の製造方法で用いる成形金型６０が示されている。この成形金型６０は、ベース金型６１と可動金型６２とからなり、ベース金型６１には角柱状の成形部屋６３が形成されている。成形部屋６３は、ベース金型６１のうち可動金型６２との対向面に開放した上面開口６３Ａを有しており、可動金型６２に備えた角柱状の押圧突部６４が上面開口６３Ａから成形部屋６３内の嵌合挿入されて、成形部屋６３内の磁性粉体を角柱体５０に成形する。ここで、本実施形態では、成形部屋６３のうち上面開口６３Ａから奥側に向かう方向が角柱体５０の長軸方向Ｚになっている。

図２に示すように、成形部屋６３のうち長軸方向Ｚと直交する断面の形状は、長方形になっている。また、ベース金型６１には電磁コイル６５が備えられ、成形部屋６３の断面形状である長方形の長辺方向Ｘを向いた磁束を成形部屋６３内の磁性粉体に付与することができる。具体的には、ベース金型６１のうち成形部屋６３の断面形状の長辺方向Ｘで対向した対向壁６３Ｘ，６３Ｘは、磁性体で構成される一方、短辺方向Ｙで対向した対向壁６３Ｙ，６３Ｙ及び成形部屋６３の底壁６３Ｓ（図１参照）さらには可動金型６２の押圧突部６４（図１参照）は、非磁性体で構成されている。そして、磁性体の対向壁６３Ｘ，６３Ｘ同士が、非磁性体の一方の対向壁６３Ｙの外側で連絡されてＣ字形の磁路６１Ｊが構成されている。電磁コイル６５は、その磁路６１Ｊの一部に巻回されている。

以下、この成形金型６０を用いて図６に示したセグメント磁石５２を製造する方法を説明する。まず、成形工程として図１に示したベース金型６１の成形部屋６３に所定量の磁性粉体を収容し、図示しない油圧プレスによって可動金型６２の押圧突部６４を成形部屋６３内に押し込むと共に、電磁コイル６５に直流電流を通電する。すると、成形部屋６３内の磁性粉体は、断面長方形の角柱体５０に成形される。このとき角柱体５０は、長軸方向Ｚ（図３参照）を向いた圧力を受けて成形されると共に、角柱体５０の断面形状である長方形の長辺方向Ｘ（図３参照）を向いた磁束を受けて配向（磁気配向）される。

次いで、成形金型６０から取り出した角柱体５０を図示しない加熱炉で焼結させる焼結工程を行う。そして、焼結炉から取り出した角柱体５０（図３参照）を、図４に示すように、磁束付与方向で３枚以上（例えば、５枚）の磁性体プレート５１に縦割り分割する加工工程を行う。この加工工程では、磁性体プレート５１のうち板厚方向の一方の面を幅方向で湾曲した湾曲面５１Ｗに加工する。

なお、焼結磁性体５１のうち角柱体５０のうち磁束付与方向の両端部に位置した焼結磁性体と中間部に位置した焼結磁性体とを区別する場合には、両端部に位置した焼結磁性体に符号「５１Ａ」を付し、中間部に位置した焼結磁性体に符号「５１Ｂ」を付し、それらを区別しない場合には、符号「５１」を付すことにする。

次いで、磁性体プレート５１を図５に示したロータ２２の外面に固定する組付工程を行う。ここで、ロータ２２は、円筒体の外周面を多角形に平面加工した構造にしておく。また、磁性体プレート５１のうち湾曲面５１Ｗと反対側を平坦面５１Ｓとし、その平坦面５１Ｓに接着剤を塗布しておく。そして、図５に示した治具シャフト３１の外側にロータ２２を取り付け、サーボモータ３２によってロータ２２の回転位置を制御し、ロボット（図示せず）のハンド３５にて磁性体プレート５１を把持してロータ２２の各平坦面に、順次、磁性体プレート５１の平坦面５１Ｓを接着固定していく。

次いで、着磁工程を行う。この着磁工程では、ロータ２２に固定された状態の磁性体プレート５１に図６に示すように電磁コイル６９を対向配置して磁束を付与する。これにより、磁性体プレート５１の配向方向（磁気配向方向）にＮ極とＳ極とが分極した状態に着磁し、磁性体プレート５１がセグメント磁石５２になる。また、隣り合った電磁コイル６９，６９の間では磁束の向きを異ならせておく。これにより、ロータ２２の外面で隣り合ったセグメント磁石５２，５２同士の間では、Ｎ極とＳ極の配置が相互に逆向きになるように着磁される。

ここで、本実施形態では、上記したように角柱体５０の成形工程において、角柱体５０の長軸方向Ｚ（図３参照）に圧力を付与すると共に、角柱体５０の断面形状である長方形の長辺方向Ｘ（図３参照）に磁束を付与するので、角柱体５０の外側面が、成形金型６０の内面から摩擦力を受けて、その外側面寄りの部位の配向方向が磁束付与方向（長辺方向Ｘ）に対して傾斜角α（図３参照）を有しても、その傾斜角αは角柱体５０から分割された磁性体プレート５１の長手方向（ロータ２２の軸方向）に対する傾斜角としては出現し得るが、幅方向に対する傾斜角として出現することはない（図４参照）。よって、角柱体５０から縦割り分割された複数の磁性体プレート５１が、磁束付与方向の両端に位置した磁性体プレート５１Ａであるかそれら以外の磁性体プレート５１Ｂであるかに拘わらず、それら磁性体プレート５１を着磁してなるセグメント磁石５２は、幅方向に対して直交した方向の磁束を発生させるように着磁される。これにより、本実施形態の製造方法で製造された複数のセグメント磁石５２が組み付けられたロータ２２（図８）では、それら複数のセグメント磁石５２，５２同士の間で、後述するステータ２１のティース２１Ｔに対して最も磁気吸引力が大きくなる電気角が同じになり、コギングトルクを抑えることができる。

以上が、本実施形態のセグメント磁石５２の製造方法の説明である。次に、セグメント磁石５２を有してなるモータ２０を駆動源とした電動パワーステアリング装置１０（図７参照）の製造方法について説明する。この電動パワーステアリング装置１０は、図７に示すように、シャフトケース１１の内部に直動シャフト１２を直動可能に収容して備えている。シャフトケース１１の長手方向の中間部には、ステータ２１が嵌合されている。図８に示すように、ステータ２１は、シャフトケース１１の内面に圧入固定された円筒体の内面から複数のティース２１Ｔを突出させた構造をなしている。また、各ティース２１Ｔにはコイル２１Ｃが巻回されている。さらに、図７に示すように、ステータ２１と直動シャフト１２との間の円筒空間にロータ２２が遊嵌され、シャフトケース１１に両端部を回転可能に支持されている。そして、これらステータ２１とロータ２２とからモータ２０が構成され、図８に示すように、ロータ２２のセグメント磁石５２とステータ２１のティース２１Ｔとがステータ２１の径方向で対向している。

図７に示すように、直動シャフト１２の軸方向の中間部には、ボールネジ２４が形成され、そのボールネジ２４に螺合したボールナット２３がロータ２２の内側に嵌合固定されている。また、直動シャフト１２における一端寄り位置には、ラック３０が形成され、そのラック３０に噛合したピニオン３４にステアリングシャフト２９を介してハンドル２８が連結されている。この電動パワーステアリング装置１０は、直動シャフト１２の両端部が車両（図示せず）の１対の転舵輪１３，１３に連結される一方、シャフトケース１１が車両本体（図示せず）に固定されて車両に組み付けられる。そして、ハンドル２８を操舵した際の操舵トルクによって直動シャフト１２が直動すると共に、その操舵トルクに応じてモータ２０が駆動される。そのモータ２０の回転出力は、ボールネジ２４とボールネジ２４とからなるボールネジ機構２５により直動シャフト１２の軸力に変換されて、ハンドル２８の操舵が補助される。

ここで、本実施形態の電動パワーステアリング装置１０は、上記した製造方法にて製造されたセグメント磁石５２を有するモータ２０を駆動源としているので、従来より操舵フィーリングを向上させることができる。

［第２実施形態］
図９及び図１０には、本実施形態のセグメント磁石の製造方法で用いる成形金型７０が示されている。この成形金型７０のベース金型７１に形成された成形部屋７３は、前記第１実施形態で説明した角柱体５０（図３参照）に対応した形状をなし、上面開口７３Ａから奥側に向かう方向が角柱体５０の断面形状における長辺方向Ｘ（図３参照）に相当している。また、成形部屋７３の底壁７３Ｓと可動金型７２における押圧突部７４は磁性体で構成され、成形部屋７３を囲む側壁部７３Ｚは非磁性体で構成されている。そして、図１０に示すように、底壁７３Ｓを側壁部７３Ｚの外側で屈曲させて上方に延ばした起立連絡壁７８を備えると共に、その起立連絡壁７８に摺接可能に接合される摺動連絡壁７９が押圧突部７４から張り出している。これにより、成形部屋７３内の磁性粉体を一部に含んだ環状磁路７１Ｊが構成され、その環状磁路７１Ｊの途中に電磁コイル７５が巻回されている。

本実施形態では、この成形金型７０の成形部屋７３に磁性粉体を収容して押圧突部７４を成形部屋７３内に押し込むと共に、電磁コイル７５に直流電流を通電して角柱体５０（図３参照）を製造する。これにより、角柱体５０は、その断面形状である長方形の長辺方向Ｘ（図３参照）に磁束と圧力との両方を受けて成形されることになる。従って、角柱体５０の外側面が、成形金型７０の内面から摩擦力を受けても、その外側面寄りの部位の配向方向が磁束付与方向に対して斜めになることはない。従って、角柱体５０から縦割り分割された複数の磁性体プレート５１を着磁してなるセグメント磁石５２は、全て幅方向に対して直交した方向の磁束を発生させるように着磁する。よって、本実施形態の製造方法で製造された複数のセグメント磁石５２を用いても、第１実施形態と同様にモータのコギングトルクを抑えることができる。

［他の実施形態］
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態では、セグメント磁石５２がロータ２２の外面に固定されていたが、セグメント磁石をロータの内部に埋め込んだ構成にしてもよい。

（２）前記第１実施形態では、磁性体プレート５１をロータ２２に組み付けてから着磁してセグメント磁石５２にしていたが、磁性体プレート５１をロータ２２に組み付ける前に着磁してセグメント磁石５２にしてもよい。

（３）前記第１実施形態では、所謂、ボールネジ機構でモータを直動シャフト１２に連結したラック電動パワーステアリング装置に本発明を適用した例を示したが、ラックアンドピニオン機構でモータを直動シャフト１２に連結したピニオン電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよいし、ステアリングシャフトの途中にモータをギヤ連結したコラム電動パワーステアリング装置に本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態に係るセグメント磁石の製造方法で用いる成型金型の側断面図その成型金型の平断面図角柱体の斜視図磁性体プレートの斜視図磁性体プレートをロータに組み付ける装置の斜視図ロータを軸方向から見た正面図電動パワーステアリング装置の側断面図モータの断面図第２実施形態に係るセグメント磁石の製造方法で用いる成型金型の正断面図その成型金型の側断面図従来のセグメント磁石の製造方法で用いた角柱体の斜視図

符号の説明

１０電動パワーステアリング装置
２０モータ
２２ロータ
５０角柱体
５１磁性体プレート
５１Ｓ平坦面
５１Ｗ湾曲面
５２セグメント磁石
Ｘ長辺方向
Ｚ長軸方向

Claims

磁性粉体を成形金型にて角柱体に成形した後、焼結し、焼結後の前記角柱体をその長軸方向と直交する断面形状である長方形の長辺方向で３枚以上の磁性体プレートに縦割り分割し、前記磁性体プレートのうち板厚方向の一方の面を幅方向で湾曲した湾曲面に加工すると共に、断面多角形のロータの外面に、前記磁性体プレートのうち前記湾曲面と反対側の平坦面を固定した状態にして、それら磁性体プレートの板厚方向に磁束を付与して着磁させ、モータのロータに使用可能な複数のセグメント磁石を製造する方法において、
前記磁性粉体を前記角柱体に成形する成形工程で、前記角柱体の長軸方向に圧力を付与すると共に、前記角柱体の断面形状である長方形の長辺方向に磁束を付与することを特徴とするセグメント磁石の製造方法。
磁性粉体を成形金型にて角柱体に成形した後、焼結し、焼結後の前記角柱体をその長軸方向と直交する断面形状である長方形の長辺方向で３枚以上の磁性体プレートに縦割り分割し、前記磁性体プレートのうち板厚方向の一方の面を幅方向で湾曲した湾曲面に加工すると共に、断面多角形のロータの外面に、前記磁性体プレートのうち前記湾曲面と反対側の平坦面を固定した状態にして、それら磁性体プレートの板厚方向に磁束を付与して着磁させ、モータのロータに使用可能な複数のセグメント磁石を製造する方法において、
前記磁性粉体を前記角柱体に成形する成形工程で、前記角柱体の断面形状である長方形の長辺方向に磁束と圧力との両方を付与することを特徴とするセグメント磁石の製造方法。
請求項１又は２のセグメント磁石の製造方法で製造したセグメント磁石を備えたモータを電動パワーステアリング装置の駆動源として組み付けることを特徴とする電動パワーステアリング装置の製造方法。