JP6220544B2 - motor - Google Patents
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Description
本発明は、電動パワーステアリングモータに用いられるロータの磁石保持構成に関するものである。 The present invention relates to a magnet holding structure of a rotor used in an electric power steering motor.
本技術分野の背景技術として、以下の特許文献がある。特許文献1には磁石を保持するための樹脂部品がロータコアに設けた溝部により磁石を保持し、磁石の最外周部に非磁性体の磁石カバーが設けられたものが開示されている。また、特許文献2にはロータの磁石間の隙間にロータコアの溝を含めて、磁石を固定するように樹脂をインサートモールドした構造が開示されている。特許文献3には樹脂で作成された複数個の突出部を設けた構造の磁石保持部材が開示されている。また、その外周部には非磁性体のカバーが設けられている。
The following patent documents are available as background art in this technical field.
特許文献には磁石保持用の樹脂部材の軸方向の抜け止めに関しては、ロータコアの軸端面を用いた記載が無く、また、樹脂製保持部材の外周部に別に設けた非磁性部材カバーを用いているため、この非磁性保持部材に金属を用いた場合ロータの回転に伴って、この金属カバーで渦電流の損失が発生し、モータの効率低下とロータの温度上昇を発生させてしまう。その結果、使用する永久磁石に耐熱性が高いものが必要となる。永久磁石の耐熱性向上は、重希土類元素である高価なDy(ディスプロシウム)やTb(テルビウム)の使用量が増加し、永久磁石のコストアップの原因となる。 In the patent document, there is no description using the shaft end surface of the rotor core with respect to the axial retaining of the resin member for holding the magnet, and a nonmagnetic member cover provided separately on the outer periphery of the resin holding member is used. Therefore, when a metal is used for the nonmagnetic holding member, an eddy current loss occurs in the metal cover as the rotor rotates, causing a reduction in motor efficiency and an increase in rotor temperature. As a result, a permanent magnet to be used must have high heat resistance. Improving the heat resistance of permanent magnets increases the amount of expensive rare earth elements, such as Dy (dysprosium) and Tb (terbium), and increases the cost of permanent magnets.
上記課題を解決するために、本発明に係るモータロータコアの表面に複数の永久磁石が配置される表面磁石型の永久磁石ロータを有するモータにおいて、筒状の非磁性体の磁石カバーの内周面に、前記永久磁石を配置できる空間部を有するとともに、前記非磁性体の磁石カバーの一部が、前記ロータコアの表面で磁石間に設けた溝部に嵌合する状態で前記ロータコアに結合され、前記空間部において、非磁性体で非導電性、かつバネ性を有し、前記溝部に嵌合する磁石サブカバーを、さらに有し、前記磁石サブカバーと前記ロータコアの磁石搭載面との間に永久磁石を配置し、前記磁石カバーの軸方向への抜け止めを兼ねたフィルム状の熱収縮チューブを有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the motor having a surface magnet type permanent magnet rotor on the surface of the motor rotor core of the present onset Ming plurality of permanent magnets are arranged, the inner periphery of the magnet cover of a cylindrical non-magnetic body The surface has a space where the permanent magnet can be arranged, and a part of the non-magnetic magnet cover is coupled to the rotor core in a state of fitting into a groove provided between the magnets on the surface of the rotor core, The space portion further includes a magnet sub-cover that is a non-magnetic material, non-conductive and springy, and fits into the groove, and is disposed between the magnet sub-cover and the magnet mounting surface of the rotor core. It has a film-like heat-shrinkable tube in which a permanent magnet is arranged and also serves to prevent the magnet cover from coming off in the axial direction .
好ましくはカップ型容器間の隙間を埋めるために、カップ型容器の外周部にPET等の熱収縮チューブを配置し、カップ型容器がロータコアから軸方向に外れないように拘束されるようにしたものである。 Preferably, in order to fill the gap between the cup-type containers, a heat-shrinkable tube such as PET is arranged on the outer periphery of the cup-type container so that the cup-type container is restrained from coming off from the rotor core in the axial direction. It is.
本発明では、磁石カバーの材質に非磁性体で非導電性の材質で構成した部材を用いることで、ロータの回転によって発生する渦電流損失を抑制できる。これにより、モータの効率向上とロータに配置される永久磁石の温度上昇を低減できるため、使用する永久磁石に安価な磁石を採用することが出来る。この渦電流損は回転数の2乗で増加していくため回転数が2倍になれば損失は4倍となるため、高速回転で使用されるものにおいて顕著な効果が期待できる。 In the present invention, by using a member made of a non-magnetic material and a non-conductive material as the material of the magnet cover, eddy current loss caused by the rotation of the rotor can be suppressed. Thereby, since the efficiency improvement of a motor and the temperature rise of the permanent magnet arrange | positioned at a rotor can be reduced, an inexpensive magnet can be employ | adopted for the permanent magnet to be used. Since this eddy current loss increases with the square of the rotational speed, if the rotational speed is doubled, the loss is quadrupled. Therefore, a remarkable effect can be expected in those used at high speed.
以下、実施例を図面1から図面13を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to FIGS.
本実施例では、電動パワーステアリングモータのモータと制御部が一体構造で構成される機電一体型電動パワーステアリング(EPSと略す)モータ構造について説明する。
図1は、本実施例の電動パワーステアリングモータの構造を説明する実施例の一例である。機電一体EPSモータ100はモータ部101と制御部102から構成されている。制御部102にはコネクタ103が設けられており電源が供給されるようになっている。制御部102にはモータを駆動するためのインバータや制御基板が実装されている。モータ部101は制御部102から3相の駆動電源が供給される構造となっている。図示しないが、モータ部101の右側にはモータのトルクを出力できる出力軸が設けられている。
In this embodiment, an electromechanical integrated electric power steering (abbreviated as EPS) motor structure in which the motor of the electric power steering motor and the control unit are integrated will be described.
FIG. 1 is an example illustrating the structure of the electric power steering motor of this embodiment. The electromechanical integrated
図2を用いてモータ部101の構造について詳しく説明する。図2は先に説明した図1の制御部102を取り除いた構造を示したものである。モータ部101はアルミハウジング104の内部に、モータを構成するためのステータ、ロータ、コイルから構成されている(図示せず)。制御部102との電気的な接続点は3相巻線に接続されるU相端子108u、V相端子108v、W相端子108wとリレー駆動用の電源端子105である。リレー駆動用の電源端子は、2個のリレーを独立して開閉制御できるように2つ用意されている。この信号は電流容量が小さいことから、グランドラインはボディーアースとした。端子基板109は樹脂でモールドされて構成されており、この樹脂基板の上部には2個のモータリレー106aとモータリレー106bが実装されている。また、端子基板109の中心部にはモータ用シャフト1に磁極検出用のレゾルバロータ107が設けられている。
The structure of the
図3は先に説明したモータ部101の中心部分に配置されるロータを示したものである。このロータはシャフト1にロータコア2が圧入または焼嵌め等で固定されている。このロータコア2には磁石保持部材4Fと磁石保持部材4R、永久磁石(図示せず)と、その外周部にロータ保護部材5で構成されている。本実施例では、磁石保持部材は非磁性体で非導電性の樹脂から構成され、磁石保持部材4の外周側に配置されるロータ保護部材は同様に非磁性体で非導電性の薄いフィルムで構成されている。この、フィルムはPET等の耐熱性があり熱収縮性のある材質が望ましい。
FIG. 3 shows the rotor disposed in the central portion of the
次に、図4を用いてロータ構造の詳細に付いて説明する。図4は先に示したロータの軸方向断面図を示したものである。先ず構成について説明する。中心部分にはシャフト1が配置されている。そのシャフト1に対してロータコア2が焼嵌め等により固定されている。ロータコア2の軸方向にくり抜かれた空間部23aは、ロータコアの質量を軽くするための肉盗み用の穴である。また、同様に貫通穴23bは磁石の着磁用に使用する着磁ヨークとの位置決め穴となっている。この空間部aには、磁石保持部材4Fと4Rに設けられたコア嵌合部6が圧入されている。このコア嵌合部6の形状としては、先端部分にテーパーが設けられており圧入が容易に行える形状となっている。最終的には、コア嵌合部6の先端のテーパー部以外のところで締め代を持つ設計となっている。磁石保持部材はモータの軸出力側から圧入される磁石保持部材4Fと反対側から圧入される4Rの2部品で構成されている。また、これらの磁石保持部材によって永久磁石3は挟まれる構造となっている。2つの磁石保持部材によってロータコア2と永久磁石3は挟まれ、磁石の両端面はこれらの磁石保持部材に接して位置決めされる。磁石の寸法公差等により磁石保持部材の合わせ面には隙間が空く設計となっており、その部分からの磁石の欠けが飛び出さないようにロータ保護部材5と呼ばれるフィルム状の保護カバーで最外周側を覆っている。このロータ保護部材5は回転体の外周部分だけではなく軸方向の内周側にも熱収縮して、磁石保護部材4F、4Rが軸方向に抜けないように抑える機能を持たせている。
Next, the details of the rotor structure will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows an axial sectional view of the rotor described above. First, the configuration will be described. A
図5はロータコア2の構造を示したものである。ロータコア2は電磁鋼板を打ち抜いて軸方向に複数枚積み上げたものである。軸方向端面の形状としては磁石が配置される磁石搭載面21が等間隔にロータコア2の全周に設けられている。この磁石搭載面の隙間には溝部22が設けられている。この溝部22の開口部は内周側の幅よりも狭く構成されている。ロータコア2の内周側には外径側に配置される空間部23aと内周側に配置される空間部23bが配置されている。空間部23aはロータコアの質量低減と慣性モーメントの低減用に設けたものである。空間部23bは磁石を着磁するための極性判別用の貫通穴であり、磁石の極性が同じ位置に設けられている。この実施例では磁石は10個用いる構成となっているため、空間部23bは5個の穴数となる。
FIG. 5 shows the structure of the
図6にロータコアに圧入される磁石保持部材4の構造について説明する。磁石保持部材4はカップ状の構造であり、その外径側の内周部に溝締結部7が均等に複数個設けられている。その、溝締結部7の間には永久磁石3が配置できるように空間部が設けられている。この空間部は本実施例では扇状の形状となっている。また、底面部にはコア嵌合部6と永久磁石3と接するための磁石突き当て部8が設けられている。コア嵌合部6は先にも説明したように先端部分にテーパーが設けられた形状となっている。このコア嵌合部6はロータコア2の空間部23aに圧入される構造となっている。このコア嵌合部6はロータコア2の空間部23aと機械的に強固に結合させるために、金属等を埋め込んだ構造でも良い。
FIG. 6 illustrates the structure of the magnet holding member 4 that is press-fitted into the rotor core. The magnet holding member 4 has a cup-like structure, and a plurality of
図7を用いて、磁石保持部材4Rにシャフト1に焼嵌めされたロータコア2を圧入した状態を示したものである。ロータコア2の溝部22には、磁石保持部材4Rの溝締結部7が嵌合している。ロータコア2の磁石搭載面21と磁石保持部材4Rの隙間に磁石挿入部10が構成されている。また、その磁石挿入部10の軸方向端面には磁石突き当て部8が配置される。
FIG. 7 shows a state in which the
図8を用いて、図7で説明した工程の後の工程を説明する。図8の下図は図7で示した磁石保持部材4Rにシャフト1に焼嵌めされたロータコア2をロータコア2の空間部23aと磁石保持部材4Rのコア嵌合部6で圧入した状態を示したものである。この次に、永久磁石3を磁石保持部材の隙間となる磁石挿入部10に挿入する。永久磁石が磁石挿入部10に入った後、もう一方の磁石保持部材4Fを同様にロータコアに設けた空間部23aと磁石保持部材4Fに設けたコア嵌合部6を圧入する。それぞれの、磁石保持部材は永久磁石端面と磁石突き当て部8で挟まれた構成となる。最初にロータコアと圧入される磁石保持部材とロータコアは面で接触するが、後から圧入する磁石保持部材は磁石端面が磁石突き当て部8に対して先に当たるため、磁石保持部材とロータコアとの間には隙間が出来る構造となっている。この隙間は、ロータコアの積厚偏差分を吸収するように作用する。
The process after the process demonstrated in FIG. 7 is demonstrated using FIG. The lower part of FIG. 8 shows a state in which the
図9に各工程の工順を示したものである。工順1では、磁石保持部材4Rに対して上方向から溝締結部7と溝部22に合わせて、シャフト1に圧入されたロータコア2をロータコア2に設けた空間部23aと磁石保持部材4Rに設けたコア嵌合部6を隙間が無いように圧入する。工順2で永久磁石3を先の工順1の工程で製作した磁石挿入部10に挿入する。このとき、永久磁石3は磁石保持部材4Rの磁石突き当て部8で軸方向の位置が決定される。工順3では、工順2で作成した磁石保持部材4Rに圧入されたロータコア2に対して、もう一方の磁石保持部材4Fを上方から圧入する。この場合も、回転方向の位置決めは、溝締結部7と溝部22によって決定され、最終的には磁石保持部材4Fに設けた磁石突き当て部8と永久磁石3の軸端面が合わさった位置で組立が完了する。工順4は図示しないが、熱収縮チューブにより図3に示したようにロータ全体を覆う構造となっている。
FIG. 9 shows the order of the steps. In the
図10はロータコア2の磁石搭載面21の両端部に永久磁石3の補強用回転抑制部11を設けたものを示したものである。このように、金属で構成されるロータコアの端部に永久磁石3の回転方向のトルクをロータコアに設けた回転抑制部11で力を受けることで、回転力をコアと樹脂に分散することが出来るようになる。その結果、樹脂に掛かる応力を低減できる効果がる。
FIG. 10 shows a structure in which the reinforcing
図11は、カップ状で構成された磁石保持部材を分割して作成した場合の一例を示したものである。この図では、分割数は片側10個とした。図の説明は図6と同様なため省略する。 FIG. 11 shows an example of a case where the magnet holding member configured in a cup shape is divided and created. In this figure, the number of divisions is 10 on one side. The description of the figure is the same as FIG.
図12は、磁石の回転抑制を磁石サブカバー50で構成したものを示したものである。磁石サブカバー50は薄い材質で構成されており、ロータコア2の溝部22に嵌合される構造となっている。磁石サブカバー50と磁石搭載面21との間に永久磁石3を配置する構造である。理想的には、磁石表面で渦電流の発生が無い非磁性体で非導電性の部材が良いが、電気抵抗の大きい材質を選択することが重要である。また、バネ性を有する材質で永久磁石3をコアとの間に挟み込めるようなものでも良い。
FIG. 12 shows a configuration in which the rotation suppression of the magnet is configured by the
図13に、磁石の回転抑制を実現するために磁石サブカバー50をロータコア2に配置し、その磁石保護カバー50とロータコア2の間に磁石を差し込む図を示したものである。この図で示した構造で、今まで説明してきた磁石保持部材4F及び4Rを軸方向の前後から組み立てることで永久磁石の保護カバーが構成できる。また、磁石保持部材の軸方向への抜け止めを兼ねた薄いフィルム状の熱収縮チューブでロータ保護部材5を構成することで、永久磁石の固定と割れ欠けの飛び出し防止を実現する。
FIG. 13 shows a diagram in which a
以上、述べてきたように表面磁石型のモータにおいて、永久磁石の固定と割れや欠けの飛び出し防止を目的とし、非導電性でかつ非磁性体の磁石カバーとすることで、磁石保持部やロータ保護部材での渦電流を防止できモータの効率向上と磁石の温度上昇の低減効果がある。また、ロータ保護カバーは薄いフィルム状のものを使用するため、その内周に配置される部材を樹脂とすることで、フィルムと接する角部の面取りを設けることでフィルムの裂けや傷の発生を抑制できる効果がある。 As described above, in the surface magnet type motor, the magnet holding part and the rotor are formed by using a non-conductive and non-magnetic magnet cover for the purpose of fixing the permanent magnets and preventing the cracks and chips from popping out. An eddy current in the protective member can be prevented, and the motor efficiency is improved and the temperature rise of the magnet is reduced. In addition, since the rotor protective cover uses a thin film, the resin disposed on the inner periphery of the rotor protector prevents crevice and scratches by providing chamfered corners that contact the film. There is an effect that can be suppressed.
1 シャフト、2 ロータコア、3 永久磁石、4 磁石保持部材、4F 磁石保持部材、4R 磁石保持部材、5 ロータ保護部材、6 コア嵌合部、7 溝締結部、8 磁石突き当て部、10磁石挿入部、11 補強用回転抑制部、21 磁石搭載面、22 溝部、23a 空間部a、23b 空間部b、50 磁石サブカバー、100 機電一体EPSモータ、101 モータ部、102 制御部、103 コネクタ、104 アルミハウジング、105 電源端子、106a モータリレー、106b モータリレー、107 レゾルバロータ、108u u相端子、108v v相端子、108w w相端子、109 端子基板、2 ロータコア、3 永久磁石、4 永久磁石保持部材、5 ロータ保護部材、6 コア嵌合部、7 溝締結部、8 磁石突き当て部、10 磁石挿入部、21 磁石搭載面、22 溝部、23a 空間部a、23b 空間部b、41 磁石保持部材、61 コア嵌合部、71 溝締結部、81 磁石突き当て部、50 磁石サブカバー、106a モータリレー1、106b モータリレー2、107 レゾルバロータ、108u U相端子、108v V相端子、108w W相端子、105 リレー電源端子、104 アルミハウジング、109 端子基板 1 shaft, 2 rotor core, 3 permanent magnet, 4 magnet holding member, 4F magnet holding member, 4R magnet holding member, 5 rotor protection member, 6 core fitting part, 7 groove fastening part, 8 magnet abutting part, 10 magnet insertion 11, rotation suppression part for reinforcement, 21 magnet mounting surface, 22 groove part, 23 a space part a, 23 b space part b, 50 magnet sub-cover, 100 electromechanical integrated EPS motor, 101 motor part, 102 control part, 103 connector, 104 Aluminum housing, 105 power terminal, 106a motor relay, 106b motor relay, 107 resolver rotor, 108u u phase terminal, 108v v phase terminal, 108w w phase terminal, 109 terminal board, 2 rotor core, 3 permanent magnet, 4 permanent magnet holding member 5 Rotor protection member, 6 core fitting part, 7 groove fastening part, 8 magnet abutment DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnet insertion part, 21 Magnet mounting surface, 22 Groove part, 23a Space part a, 23b Space part b, 41 Magnet holding member, 61 Core fitting part, 71 Groove fastening part, 81 Magnet abutting part, 50 Magnet sub cover 106a Motor relay 1, 106b Motor relay 2, 107 Resolver rotor, 108u U phase terminal, 108v V phase terminal, 108w W phase terminal, 105 Relay power supply terminal, 104 Aluminum housing, 109 Terminal board
Claims (5)
筒状の非磁性体の磁石カバーの内周面に、前記永久磁石を配置できる空間部を有するとともに、前記非磁性体の磁石カバーの一部が、前記ロータコアの表面で磁石間に設けた溝部に嵌合する状態で前記ロータコアに結合され、
前記空間部において、非磁性体で非導電性、かつバネ性を有し、前記溝部に嵌合する磁石サブカバーを、さらに有し、
前記磁石サブカバーと前記ロータコアの磁石搭載面との間に永久磁石を配置し、
前記磁石カバーの軸方向への抜け止めを兼ねたフィルム状の熱収縮チューブを有することを特徴とするモータ。 In a motor having a surface magnet type permanent magnet rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged on the surface of a rotor core,
A groove portion provided between the magnets on the surface of the rotor core, having a space portion in which the permanent magnet can be disposed on an inner peripheral surface of a cylindrical nonmagnetic magnet cover. Coupled to the rotor core in a state of being fitted to
In the space portion, a non-magnetic material that is non-conductive and springy, and further includes a magnet sub-cover that fits into the groove portion,
A permanent magnet is disposed between the magnet sub-cover and the magnet mounting surface of the rotor core,
A motor comprising a film-like heat shrinkable tube that also serves to prevent the magnet cover from coming off in the axial direction.
筒状の非磁性体の磁石カバーの内周面に、前記永久磁石を配置できる空間部を有するとともに、前記非磁性体の磁石カバーの一部が、前記ロータコアの端面の穴部に合致する状態で前記ロータコアに結合され、
前記空間部において、非磁性体で非導電性、かつバネ性を有し、前記溝部に嵌合する磁石サブカバーを、さらに有し、
前記磁石サブカバーと前記ロータコアの磁石搭載面との間に永久磁石を配置し、
前記磁石カバーの軸方向への抜け止めを兼ねたフィルム状の熱収縮チューブを有することを特徴とするモータ。 In the surface magnet type permanent magnet rotor in which a plurality of permanent magnets are arranged on the surface of the rotor core,
A state in which a space in which the permanent magnet can be disposed is provided on an inner peripheral surface of a cylindrical non-magnetic magnet cover, and a part of the non-magnetic magnet cover matches a hole in an end surface of the rotor core. Coupled to the rotor core at
In the space portion, a non-magnetic material that is non-conductive and springy, and further includes a magnet sub-cover that fits into the groove portion,
A permanent magnet is disposed between the magnet sub-cover and the magnet mounting surface of the rotor core,
A motor comprising a film-like heat shrinkable tube that also serves to prevent the magnet cover from coming off in the axial direction.
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