JP7463979B2 - Rotating Electric Machine - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electric machine.
従来、回転子鉄心の外周に複数の永久磁石を有する回転電機が知られている。例えば特許文献1では、固定子鉄心の外周面に固定された永久磁石の外周面を覆うように、非磁性リングが挿着されている。 Conventionally, rotating electric machines are known that have multiple permanent magnets on the outer periphery of a rotor core. For example, in Patent Document 1, a non-magnetic ring is inserted to cover the outer periphery of the permanent magnets fixed to the outer periphery of the stator core.
特許文献1では、平板をリング状に加工することで、横断面が多角形(例えば正十角形)の非磁性リングを形成している。ここで、回転子が例えば段スキューロータの場合、1段目と2段目とでスキュー角度分、磁石がずれて配置されているため、多角形形状のカバーを圧入することが困難である。 In Patent Document 1, a non-magnetic ring with a polygonal cross section (e.g., a regular decagon) is formed by processing a flat plate into a ring shape. Here, if the rotor is, for example, a stage-skewed rotor, the magnets are arranged offset by the skew angle between the first and second stages, making it difficult to press-fit a polygonal cover.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、段スキューロータに磁石を適切に固定可能な回転電機を提供することにある。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a rotating electric machine that can properly fix magnets to a stage-skewed rotor.
本発明の回転電機は、ハウジング(830)と、ステータ(840)と、シャフト(870)と、ロータ(30)と、ロータカバー(40)と、を備える。ステータは、ハウジングに回転不能に固定される。シャフトは、ハウジングに回転可能に支持される。ロータは、ロータコア(31、32)、および、スキュー角に応じて周方向にずらしてロータコアの径方向外側に設けられる複数段の磁石(33、34)を有し、シャフトと一体に回転する。 The rotating electric machine of the present invention includes a housing (830), a stator (840), a shaft (870), a rotor (30), and a rotor cover (40). The stator is fixed to the housing so as not to rotate. The shaft is supported by the housing so as to be rotatable. The rotor has a rotor core (31, 32) and multiple stages of magnets (33, 34) arranged radially outward of the rotor core and shifted in the circumferential direction according to the skew angle, and rotates integrally with the shaft.
ロータカバーは、軸方向の一端側に設けられる第1大径部(41)、軸方向の他端側に設けられる第2大径部(42)、および、第1大径部と第2大径部との間に設けられ、軸方向に隣り合う磁石の中間部において第1大径部および第2大径部より小径となっている小径部(45)を有し、ロータの径方向外側に圧入固定されている。磁石は、ロータカバーによって、ロータコアに固定されている。それぞれの磁石の周方向における両端部は、ロータコア側から非円弧状に立ち上がる立設面を残した状態であって、かつ、ロータを軸方向に投影したとき、一方のロータコアに固定される磁石の端部が他方のロータコアに固定される磁石の外径より内側となるように形成されている。これにより、ロータカバーにて複数段の磁石を適切に保持することができる。
The rotor cover has a first large diameter portion (41) provided at one end in the axial direction, a second large diameter portion (42) provided at the other end in the axial direction, and a small diameter portion (45) provided between the first and second large diameter portions and having a smaller diameter than the first and second large diameter portions at the intermediate portion between the magnets adjacent in the axial direction , and is press-fitted and fixed to the radially outer side of the rotor. The magnets are fixed to the rotor core by the rotor cover. Both ends in the circumferential direction of each magnet are formed in a state in which an upright surface rising in a non-arcuate shape from the rotor core side remains, and when the rotor is projected in the axial direction, the end of the magnet fixed to one rotor core is formed inside the outer diameter of the magnet fixed to the other rotor core. This allows the rotor cover to properly hold multiple stages of magnets.
(一実施形態)
以下、回転電機を図面に基づいて説明する。一実施形態を図1~図13に示す。図1に示すように、駆動装置10は、ECU20、および、回転電機としてのモータ80を備え、例えば車両のステアリング操作を補助するための操舵装置である電動パワーステアリング装置8に適用される。
(One embodiment)
The rotating electric machine will be described below with reference to the drawings. One embodiment is shown in Fig. 1 to Fig. 13. As shown in Fig. 1, a
図1は、電動パワーステアリング装置8を備えるステアリングシステム90の構成を示す。ステアリングシステム90は、操舵部材であるステアリングホイール91、ステアリングシャフト92、ピニオンギア96、ラック軸97、車輪98、および、電動パワーステアリング装置8等を備える。
Figure 1 shows the configuration of a
ステアリングホイール91は、ステアリングシャフト92と接続される。ステアリングシャフト92には、操舵トルクTsを検出するトルクセンサ94が設けられる。ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
The
運転者がステアリングホイール91を回転させると、ステアリングホイール91に接続されたステアリングシャフト92が回転する。ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換される。一対の車輪98は、ラック軸97の変位量に応じた角度に操舵される。
When the driver turns the
電動パワーステアリング装置8は、モータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える動力伝達部としての減速ギア89、および、ECU20等を備える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置8は、所謂「コラムアシストタイプ」であり、ステアリングシャフト92が駆動対象といえる。モータ80の回転をラック軸97に伝える所謂「ラックアシストタイプ」等としてもよい。
The electric
図1~図3に示すように、モータ80は、操舵に要するトルクの一部または全部を出力するものであって、図示しないバッテリから電力が供給されることにより駆動され、減速ギア89を正逆回転させる。
As shown in Figures 1 to 3, the
図2および図3に示すように、駆動装置10は、モータ80の軸方向の一方側にECU20が設けられており、いわゆる「機電一体型」である。機電一体型とすることで、搭載スペースに制約のある車両において、ECU20およびモータ80を効率的に配置することができる。ECU20は、モータ80の出力軸とは反対側において、シャフト870の軸線Axに対して同軸に配置されている。ECU20は、モータ80の出力軸側側に設けられていてもよいし、モータ80と別途に設けられていてもよい。
As shown in Figures 2 and 3, the
モータ80は、ステータ840、ロータ30、および、これらを収容するハウジング830等を備える。ステータ840は、ハウジング830に固定されており、モータ巻線801、802が巻回される。ロータ30は、ステータ840の径方向内側に設けられ、ステータ840に対して相対回転可能に設けられる。
The
シャフト870は、ロータ30に嵌入され、ロータ30と一体に回転する。シャフト870は、軸受835、836により、ハウジング830に回転可能に支持される。シャフト870のECU20側の端部は、ハウジング830からECU20側に突出する。シャフト870のECU20側の端部には、マグネット875が設けられる。マグネット857は、マグネットホルダ876によりシャフト870に保持される。
The
ハウジング830は、筒状のケース834、ケース834の一端に設けられるリアフレームエンド837、および、ケース834の他端に設けられるフロントフレームエンド838を有する。リアフレームエンド837には、それぞれモータ巻線801、802の各相と接続されるリード線803、804が挿通されるリード線挿通孔が形成され、リード線803、804はECU20側に取り出される。
The
ECU20は、制御基板230、パワー基板235、パワーモジュール241、242、および、ヒートシンク245等を備える。制御基板230は、略矩形に形成され、ボルト等にて、ヒートシンク245のモータ80側の面に固定される。パワー基板235は、略矩形に形成され、ボルト等にて、ヒートシンク245のモータ80と反対側の面に固定される。
The ECU 20 includes a
ヒートシンク245は、リアフレームエンド837に固定される。ヒートシンク63とリアフレームエンド837とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。ヒートシンク245は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい金属にて形成され、側面にパワーモジュール241、242が放熱可能に設けられる。すなわち本実施形態では、パワーモジュール241、242は、モータ80の軸方向に沿って、縦配置されている。
The
パワーモジュール241、242は、それぞれ、モータ巻線801、802に通電制御に係るインバータを構成するスイッチング素子等が設けられ、リード線803、804を経由してモータ巻線801、802と接続される。また、パワーモジュール241、242は、制御基板230およびパワー基板235と接続される。
The
カバー21は、略有底筒状に形成され、リアフレームエンド837の径方向外側に嵌まり合う。カバー21は、基板230、235、および、パワーモジュール241、242を覆うように設けられる。制御基板230のモータ80側の面には、マグネット875と対向する位置に回転角センサ53が実装されている。コネクタユニット22は、ねじ等によりカバー21に固定される。
The
図4および図5に示すように、ロータ30は、ロータコア31、32、および、磁石33、34を有する。ロータコア31、32は、平面視略正八角形形状に形成されており、例えば鉄等で形成される薄板が積層されている。本実施形態では、ロータコア32がモータ80側、ロータコア31がコネクタユニット22側に設けられている。複数の1段目磁石33は、径方向外側が弧状に形成されているセグメント型であって、ロータコア31の径方向外側に固定されている。複数の2段目磁石34は、径方向外側が弧状に形成されているセグメント型であって、ロータコア32の径方向外側に固定されている。本実施形態では、1段目磁石33および2段目磁石34は、いずれも8個である。
As shown in Figs. 4 and 5, the
モータ80は、磁石33、34が、それぞれロータコア31、202の外周面に貼り付けられている、所謂SPMモータである。図5に示すように、1段目磁石33と2段目磁石34とは、径方向位置が、スキュー角θsの分、周方向にずれて配置されている。すなわちロータ30は、段スキューロータである。磁石33、34は、径方向外側に圧入されるロータカバー40によって、ロータコア31、32に固定される(図9~図13参照)。本実施形態では、磁石33、34とロータコア31、32との間に接着剤等の接着部材が設けられておらず、接着レスにて固定されている。
The
図6に示すように、それぞれの磁石33、34は、周方向外側の端部が面取りされている。また、磁石33、34の曲率半径を大きくし、ロータ30を軸方向に投影したとき、磁石33の端部が磁石34の外径よりも内側となるようにすることで、ロータカバー40と干渉しないようにしている。これにより、1段目磁石33と2段目磁石34との段差が小さくなり、ロータカバー40を軸方向に圧入するときの引っかかりが小さくなり、圧入しやすくなる。
As shown in FIG. 6, the outer circumferential end of each
図7および図8に示すように、ロータカバー40は、非磁性材により、略円筒状に形成される。ロータカバー40は、ロータ30への圧入により変形可能であって、かつ、圧入により座屈しない程度の厚さに形成されている。ロータカバー40は、圧入前において、内径401が円形に形成されている。ロータカバー40は、軸方向の一方側から、第1大径部41、小径部45、第2大径部42、および、テーパ部43を有する段付き円筒部材である。ロータカバー40のテーパ部43側からロータ30に圧入することで、磁石33、34をロータコア31、32に固定する。
As shown in Figures 7 and 8, the
小径部45は、1段目磁石33および2段目磁石34に跨がるように、軸方向における中央部に設けられている。大径部41、42は、小径部45の軸方向における両側に設けられている。テーパ部43は、第2大径部42から径方向外側に広がるように形成されている。これにより、テーパ部43側から圧入することで、圧入がやりやすくなる。磁石33、34が露出しないように、ロータカバー40の軸方向の両端は、ロータ30への圧入後、径方向内側に折り曲げ加工される。
The
図9に示すように、小径部45の軸方向長さである小径部長さをL1、ロータ30の軸方向の長さであるロータ長さをL2とすると、小径部長さL1は、ロータ長さL2の2分の1以上に形成されている(式(1))。なお、ロータ長さL2は、1段目磁石33の一端側から2段目磁石34の他端側の長さと捉えることもできる。本実施形態では、1段目磁石33および2段目磁石34は、軸方向長さが等しく、ロータ30の軸中心位置Cを挟んで両側に設けられている。小径部45の軸中心位置が、ロータ30の軸中心位置Cと一致するように設けられているので、小径部45にて、磁石33、34の軸方向長さの半分以上を保持可能である。これにより、磁石33、34の傾きを抑制することができる。なお図9では、説明のため、大径部41、42と小径部45との差が明確になるように強調して記載している。また、後述の図11では、大径部41、42と小径部45との段差の記載を省略した。
As shown in FIG. 9, the small diameter portion length L1 is the axial length of the
L1≧(1/2)×L2 ・・・(1) L1 ≧ (1/2) × L2 ... (1)
参考例として、ロータカバーの内周が多角形形状である場合、例えば1段目磁石33の凸部とカバー内周の角部とを合わせて圧入した場合、2段目磁石33の凸部とロータカバーの凸部との位置が合わず、圧入が困難となる。
For example, if the inner circumference of the rotor cover is polygonal, for example, when the convex portion of the
そこで本実施形態では、圧入前のロータカバー40の内径401を円形とすることで、磁石33、34の外径に倣って変形しながら圧入可能となる。したがって、圧入後のロータカバー40の内径401は、単純円ではなく、磁石33、34の外縁に沿う形状となる。また、それぞれの磁石33、34の曲率半径を可及的大きくすることで、1段目磁石33と2段目磁石34との段差が小さくなり、2段目磁石34での引っかかりが小さくなるので、圧入しやすくなる。
Therefore, in this embodiment, by making the
図12は第1大径部41における断面図であり、図13は小径部45における断面図である。なお、図12および図13は、ロータ30の外接円半径φR0、小径部最小半径φR1、大径部最小半径φR2の定義を説明する図であって、実際のサイズとは必ずしも一致しない。また、第2大径部42の大きさは、第1大径部41と同様であるので、説明を省略する。図12および図13に示すように、ロータカバー40を圧入すると、ロータカバー40は、それぞれの磁石33の中央部にて外径に沿い、中間部にて離間している。
Figure 12 is a cross-sectional view of the first
軸線Axと磁石33の頂部との間の距離を外接円半径φR0、小径部45におけるロータカバー40の最小半径を小径部最小半径φR1、大径部41におけるロータカバー40の最小半径を大径部最小半径φR2とする。大径部41および小径部45におけるロータカバー40の最小半径は、周方向に隣り合う2つの磁石33の頂部との当接箇所の中心点と軸線Axを結ぶ長さとなる。本実施形態では、大径部最小半径φR2は外接円半径φR0以下であり、小径部最小半径φR1は大径部最小半径φR2より小さい(式(2)参照)。小径部最小半径φR1は、圧入での変形によりロータ30を挿通可能であり、かつ、残留応力により磁石33、34を保持可能な大きさに形成されている。なお、φR2=φR0であれば、大径部41、42は、真円となる。
The distance between the axis Ax and the top of the
φR1<φR2≦φR0 ・・・(2) φR1<φR2≦φR0 ... (2)
本実施形態では、ロータカバー40を円筒状とし、軸方向の中央を小径部45、両端を大径部41、42とし、ロータカバー40をロータ30に圧入することで、磁石33、34を接着レスでロータコア31、32に固定している。これにより、ロータカバー40が磁石33、34に圧入する部分を最小限に抑えることができるため、組み付けを容易にすることができる。
In this embodiment, the
また、本実施形態のロータ30は、段スキューロータであり、ロータカバー40の中央を小径部45とすることで、1段目磁石33および2段目磁石34の両段を同時に固定することができる。また、ロータカバー40の軸方向外側を大径部41、42とすることで、ロータカバー40を深絞り加工にて成形することができる。
The
以上説明したように、モータ80は、ハウジング830と、ステータ840と、シャフト870と、ロータ30と、ロータカバー40と、を備える。ステータ840は、ハウジング830に回転不能に固定される。シャフト870は、ハウジング830に回転可能に支持される。
As described above, the
ロータ30は、ロータコア31、32、および、スキュー角に応じて周方向にずらしてロータコア31、32の径方向外側に設けられる複数段の磁石33、34を有し、シャフト870と一体に回転する。本実施形態では、ロータコア31、32がスキュー角に応じて周方向にずらして配置されており、ロータコア31、32のそれぞれの外側に磁石33、34を設けることで、磁石33、34をスキュー角分ずらして配置している。
The
ロータカバー40は、軸方向の一端側に設けられる第1大径部41、軸方向の他端側に設けられる第2大径部42、および、第1大径部41と第2大径部42との間に設けられ、軸方向に隣り合う磁石33、34の中間部において、第1大径部41および第2大径部42より小径となっている小径部45を有し、ロータの径方向外側に圧入固定されている。これにより、1つのロータカバー40にて、複数段の磁石33、34を適切に保持することができる。また、軸方向の両端を大径とすることで、圧入荷重を低減することができる。
The
ロータ30の外接円半径をφR0、小径部45の最小半径をφR1、第1大径部41および第2大径部42の最小半径をφR2とすると、φR1<φR2≦φR0である。これにより、残留応力により、小径部45にて磁石33、34を適切に保持することができる。
If the circumscribing circle radius of the
小径部45の軸方向長さは、ロータ30の軸方向長さの1/2以上である。なお、小径部45の軸方向中心位置は、磁石33、34の中間位置と一致していることが望ましい。ロータ30が2段の段スキューロータであれば、小径部45にて、磁石33、34の半分以上を保持可能であるので、1枚のロータカバー40にて、傾きを抑制しつつ、バランスよく磁石33、34を保持することができる。
The axial length of the
それぞれの磁石33、34の周方向における両端部は、面取りされている。これにより、1段目磁石33と2段目磁石34の段差が小さくなるので、ロータカバー40を圧入する際のひっかかりを低減することができ、組み付けを容易にすることができる。
Both circumferential ends of each
(他の実施形態)
上記実施形態では、ロータカバーの軸方向の端部にテーパ部が設けられている。他の実施形態では、テーパ部は設けられていなくてもよい。上記実施形態では、磁石は、接着レスにてロータカバーによりロータに保持される。他の実施形態では、磁石をロータに接着剤等の接着部材を用いて接着した上で、ロータカバーにより保持するようにしてもよい。
Other Embodiments
In the above embodiment, a tapered portion is provided at an axial end of the rotor cover. In other embodiments, a tapered portion may not be provided. In the above embodiment, the magnet is held to the rotor by the rotor cover without adhesive. In other embodiments, the magnet may be adhered to the rotor using an adhesive member such as an adhesive, and then held by the rotor cover.
上記実施形態では、各段8つの磁石から構成されている。他の実施形態では、各段の磁石の数は8以外であってもよい。上記実施形態のロータは、2段の段スキューロータである。他の実施形態では、段スキューロータの段数は、3以上であってもよい。 In the above embodiment, each stage is composed of eight magnets. In other embodiments, the number of magnets in each stage may be other than eight. The rotor in the above embodiment is a two-stage skewed rotor. In other embodiments, the number of stages in the skewed rotor may be three or more.
上記実施形態では、回転電機は、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、例えばステアバイワイヤシステムにおける転舵装置や反力装置等、回転電機を電動パワーステアリング装置以外の装置に適用してもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。 In the above embodiment, the rotating electric machine is applied to an electric power steering device. In other embodiments, the rotating electric machine may be applied to a device other than an electric power steering device, such as a steering device or a reaction device in a steer-by-wire system. As described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various forms without departing from the spirit of the invention.
10・・・駆動装置
30・・・ロータ 31、32・・・ロータコア
33、34・・・磁石
40・・・ロータカバー
41・・・第1大径部 42・・・第2大径部
45・・・小径部
80・・・モータ
840・・・ステータ 870・・・シャフト
REFERENCE SIGNS LIST 10: Drive device 30:
Claims (3)
前記ハウジングに回転不能に固定されるステータ(840)と、
前記ハウジングに回転可能に支持されるシャフト(870)と、
ロータコア(31、32)、および、スキュー角に応じて周方向にずらして前記ロータコアの径方向外側に設けられる複数段の磁石(33、34)を有し、前記シャフトと一体に回転するロータ(30)と、
軸方向の一端側に設けられる第1大径部(41)、軸方向の他端側に設けられる第2大径部(42)、および、前記第1大径部と前記第2大径部との間に設けられ、軸方向に隣り合う前記磁石の中間部において前記第1大径部および前記第2大径部より小径となっている小径部(45)を有し、前記ロータの径方向外側に圧入固定されているロータカバー(40)と、
を備え、
前記磁石は、前記ロータカバーによって、前記ロータコアに固定されており、
それぞれの前記磁石の周方向における両端部は、前記ロータコア側から非円弧状に立ち上がる立設面を残した状態であって、かつ、前記ロータを軸方向に投影したとき、一方の前記ロータコアに固定される前記磁石の端部が他方の前記ロータコアに固定される前記磁石の外径より内側となるように形成されている回転電機。 A housing (830);
A stator (840) fixed non-rotatably to the housing;
A shaft (870) rotatably supported in the housing;
a rotor (30) having a rotor core (31, 32) and multiple stages of magnets (33, 34) provided radially outward of the rotor core and shifted in a circumferential direction according to a skew angle, the rotor (30) rotating integrally with the shaft;
a rotor cover (40) having a first large diameter portion (41) provided at one end in the axial direction, a second large diameter portion (42) provided at the other end in the axial direction, and a small diameter portion (45) provided between the first large diameter portion and the second large diameter portion and having a smaller diameter than the first large diameter portion and the second large diameter portion at an intermediate portion between adjacent magnets in the axial direction, the rotor cover (40) being press-fitted and fixed to the radial outside of the rotor;
Equipped with
the magnet is fixed to the rotor core by the rotor cover,
A rotating electric machine in which both circumferential ends of each of the magnets leave an upright surface that rises non-arcuately from the rotor core side, and when the rotor is projected in the axial direction, the end of the magnet fixed to one of the rotor cores is formed inside the outer diameter of the magnet fixed to the other rotor core .
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