WO2019235096A1 - ブラシレスモータ - Google Patents

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WO2019235096A1
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electromagnetic force
brushless motor
motor
overhang
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Inventor
竜 大堀
直樹 塩田
Original Assignee
株式会社ミツバ
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/03—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with a magnetic circuit specially adapted for avoiding torque ripples or self-starting problems

Definitions

  • the present invention relates to the reduction of electromagnetic force in the thrust direction generated in a brushless motor, and more particularly to a technology for reducing electromagnetic force in the thrust direction in a brushless motor having a skew structure.
  • FIG. 10A is an explanatory diagram showing the relationship between the inclination angle of the magnetic poles and the number of magnetic poles
  • FIG. 10B shows the relationship between the number of magnetic poles and the PP (peak-to-peak) value of the thrust electromagnetic force. It is explanatory drawing shown.
  • the magnetic pole inclination angle ⁇ m is Dm as the magnet outer diameter
  • ⁇ s (mechanical angle) as the skew angle
  • Lm the magnet axial length.
  • the skew angle (electrical angle) is made constant in a motor of 2 poles 3 slots (2P3S) ⁇ n (integer) specification, (a) 4 poles (6 slots: 4P6S), (A) 6 poles (9 In a motor with each specification of slot: 6P9S) and (c) 8 poles (12 slots: 8P12S), the skew angle ⁇ s (mechanical angle) is the least common multiple of the number of poles and the number of slots (A: 12, A: 18, C). : 24) increases as it decreases, and ⁇ m also increases.
  • the thrust electromagnetic force is an axial component of the force in the rotational direction caused by the skew, and therefore increases when the magnetic pole inclination angle ⁇ m is large. For this reason, as shown in FIG. 10B, the ripple of the thrust electromagnetic force becomes larger as the specification having the smallest common multiple of the number of poles and the number of slots becomes larger. -About 5 times difference in P value occurs.
  • FIG. 11A is an explanatory diagram showing the magnitude of the thrust electromagnetic force when a rare earth magnet is used and when a non-rare earth magnet is used
  • FIG. 11B is a diagram illustrating the rotation angle (mechanical angle) and the thrust electromagnetic force.
  • the rare earth magnet has a thrust electromagnetic force about 3.5 times larger than that of the non-rare earth magnet, and its fluctuation is also large. For this reason, a motor using a rare earth magnet also increases thrust vibration, and is likely to generate sound and vibration.
  • the brushless motor of the present invention includes a stator core in which six teeth extending radially inward are formed along the circumferential direction, and a winding housed in a slot formed between the adjacent teeth wound around the teeth.
  • a brush provided with a stator, and a rotor provided with a magnet that is rotatably arranged radially inward of the stator and has four magnetic poles formed along the circumferential direction. Is formed of a ring magnet using a rare earth magnet, and the ring magnet has a skew structure in which the switching position of the magnetic poles is shifted in the rotational direction along the axial direction, and the shaft of the stator core is provided at both axial ends.
  • a first overhang portion and a second overhang portion extending in the axial direction from each of the end portions in the direction The structure is characterized in that the skew angle is set to an electrical angle of 30 ° to 50 °, and the first and second overhang portions have different extension amounts with respect to the axial end portion of the stator core.
  • the skew angle is set to an electrical angle of 30 ° to 50 °, and the axial direction from the axial end of the stator core to each of the both axial end portions of the magnet.
  • An overhang portion extending to the center is provided.
  • a magnet having a magnetic orientation of polar orientation magnetized so that a magnetic pole is formed only on the outer peripheral surface may be used. Thereby, the ripple of thrust electromagnetic force is further suppressed.
  • the ratio OH 2 / the ratio of the extension amount OH 1 of the first overhang portion formed on one end side of the ring magnet to the extension amount OH 2 of the second overhang portion formed on the other end side of the ring magnet. OH1 may be set to 1.5 to 2.5. Thereby, the ripple of thrust electromagnetic force is effectively suppressed.
  • the skew angle is set to 30 ° to 50 °, and the axial end portions of the stator core are respectively disposed at both axial end portions of the magnet. Since the overhang portion extending in the axial direction is provided, the thrust electromagnetic force generated by the skew structure and its PP value can be reduced. As a result, even in a brushless motor using a rare earth magnet, it is possible to suppress the thrust electromagnetic force and its ripple.
  • (A) is explanatory drawing which showed the magnitude
  • (b) is the relationship between a rotation angle (mechanical angle) and thrust electromagnetic force. It is explanatory drawing shown.
  • An object of the following embodiments is to reduce the thrust electromagnetic force of a brushless motor having a skew structure, in particular, the thrust electromagnetic force of a motor having a specification having a small least common multiple of the number of poles and the number of slots and its ripple.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a motor unit 1 using a brushless motor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of a brushless motor used in the motor unit of FIG.
  • a motor unit 1 shown in FIG. 1 includes a brushless motor 2 (hereinafter abbreviated as “motor 2”) and a speed reduction mechanism (transmission mechanism) 3.
  • the motor unit 1 is used as a driving source for a sunroof, a wiper device, a power window, a power seat and the like of an automobile, for example.
  • the rotation of the rotating shaft 4 of the motor 2 is shifted within the speed reduction mechanism unit 3 and is output from the output shaft 5 to the outside of the unit.
  • the motor 2 is a brushless motor, and is composed of a stator 11 and a rotor 12 rotatably disposed in the stator 11 as shown in FIGS.
  • the stator 11 includes a motor housing 13 and a stator core 14.
  • the motor housing 13 is formed in a bottomed cylindrical shape, and the stator core 14 is fixed to the inner surface of the motor housing 13.
  • the stator core 14 is formed by laminating a plurality of plates made of a magnetic material, and includes a yoke portion 15 and teeth 16.
  • the yoke part 15 has a hexagonal outer shape, and the teeth 16 project radially from the yoke part 15 toward the radially inner side (center direction).
  • six teeth 16 are provided along the circumferential direction.
  • a slot 17 is formed between adjacent teeth 16.
  • a winding 18 is wound around the outer periphery of the tooth 16, and the winding 18 is accommodated in the slot 17.
  • the winding 18 is wound by concentrated winding, and three-phase winding
  • a rotor 12 is inserted inside the stator 11.
  • the rotor 12 includes a rotating shaft 4 and a magnet 19 fixed to the rotating shaft 4.
  • One end side of the rotating shaft 4 (one end on the motor side) is rotatably supported by a bearing 21 disposed at an end portion of the motor housing 13.
  • the magnet 19 is magnetized to 4 poles, and the motor 2 is a brushless motor having a 4 pole 6 slot (4P6S) configuration.
  • the magnet 19 is a permanent magnet (rare earth magnet) using a rare earth element such as neodymium, dysprosium, or samarium.
  • the magnet outer peripheral surface 19a is arranged so as to face the tip end surface 16a of the tooth 16, and the motor 2 has an SPM (Surface Permanent Magnet) type configuration.
  • the magnet 19 is a polar anisotropic ring magnet that is magnetized so that its polarity changes along the circumferential direction.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a magnetized form of the magnet.
  • the magnet 19 is a pole-oriented magnet in which the magnetic poles N and S are formed only on the magnet outer peripheral surface 19a.
  • the magnet 19 has magnetic poles formed only on the magnet outer peripheral surface 19 a facing the stator 11.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a skew structure in the magnet 19.
  • the magnetic pole boundary line P is inclined along the axial direction, and the angle ⁇ between the start point Q1 and the end point Q2 of the magnetic pole boundary line P is a skew angle.
  • the skew angle ⁇ is set in the range of 30 ° to 50 ° (electrical angle). Note that either point Q1 or point Q2 may be the start point or the end point.
  • the speed reduction mechanism unit 3 includes a worm 6 formed on the rotating shaft 4 and a worm wheel (driven gear) 6 that meshes with a worm (drive gear) 5.
  • the speed reduction mechanism unit 3 is disposed in a gear case 22 formed of synthetic resin or aluminum die casting. As shown in FIG. 1, one end opening side of the motor housing 13 is fixed to the gear case 22.
  • the rotating shaft 4 of the motor 2 extends into the gear case 22.
  • the rotating shaft 4 is rotatably supported by a bearing 23 and a bearing 24 provided in the gear case 22.
  • the worm wheel 7 is fixed to the output shaft 5.
  • the output shaft 5 rotates together with the worm wheel 7.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the rotor 12 and the stator 11. As shown in FIG. 5, overhang portions (a first overhang portion 31 and a second overhang portion 32) are provided at both axial ends of the magnet 19. The overhang portions 31 and 32 extend in the axial direction without facing the stator core 14.
  • the thrust electromagnetic force and its PP value are reduced by setting the asymmetric first and second overhang portions 31 and 32 while adopting the skew structure. Therefore, the ripple of the thrust electromagnetic force due to the PP value is also reduced.
  • the thrust electromagnetic force is almost zero, whereas when an asymmetric overhang portion is provided, a constant thrust electromagnetic force is always generated in a certain direction. As a result, the thrust electromagnetic force generated by the skew is canceled out, and the thrust electromagnetic force and its PP value are reduced.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the skew angle ⁇ (electrical angle) and the PP value of the thrust electromagnetic force in the motor 2 having a 4-pole 6-slot configuration.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the overhang amount ratio (OH2 / OH1) and the PP value of the thrust electromagnetic force in the motor.
  • the PP value of the thrust electromagnetic force in the motor having the 4P6S configuration takes a minimum value when the skew angle ⁇ is 40 °.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the magnetic orientation of the magnet and the PP value of the thrust electromagnetic force when the first and second overhang portions 31 and 32 are set.
  • the thrust electromagnetic force is lower when the magnet 19 is in the polar orientation than in the radial orientation.
  • the PP value of the thrust electromagnetic force can be suppressed to almost half as compared with the radial orientation.
  • the thrust electromagnetic force generated by the skew is generated by converting the electromagnetic force (torque) in the rotation direction into the thrust force by the skew. Therefore, if the torque ripple is small, the thrust electromagnetic force ripple is also small. Therefore, considering the torque ripple of the motor, the magnitude of the torque ripple is “radial orientation magnet> polar orientation magnet”. Therefore, it is presumed that the ripple magnitude (PP value) of the thrust electromagnetic force also becomes “radial orientation> polar orientation” as shown in FIG.
  • the broken line is obtained by extracting only the thrust electromagnetic force generated only by the overhang portion.
  • the alternate long and short dash line is obtained by extracting only the thrust electromagnetic force generated only by the portion where the magnet 19 and the stator 11 face each other (non-overhang portion) (broken line / dashed line: the vertical axis is the right scale).
  • the solid line is a combination of the two, and indicates the thrust electromagnetic force of the motor according to the present invention (the vertical axis is the left scale).
  • the thrust electromagnetic force indicated by the broken line and the alternate long and short dash line is approximately in antiphase. Therefore, the solid thrust electromagnetic force obtained by synthesizing these is small because both cancel each other, and the rotational fluctuation is small. As shown in FIG. 9, in order to reduce the synthetic thrust electromagnetic force and suppress fluctuations, it is necessary to finely adjust the cancellation balance between the broken line and the alternate long and short dash line.
  • the thrust electromagnetic force generated by the skew structure and its PP value can be reduced in the motor having the 4-pole 6-slot configuration. Even in the case of using, it is possible to suppress the thrust electromagnetic force and its PP value. As a result, it is possible to reduce the thrust electromagnetic force while suppressing the occurrence of torque ripple and cogging by the skew structure. Further, since the PP value of the thrust electromagnetic force is also reduced, the fluctuation (ripple) of the thrust electromagnetic force can be suppressed and the thrust position of the rotor can be stabilized. As a result, for example, it is possible to suppress noise and vibration caused by discontinuity of meshing teeth in a speed reduction mechanism such as a worm, and it is possible to suppress motor noise and vibration.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • a polar anisotropic magnet is used as the magnet 19
  • a magnetic pole is formed only on the outer peripheral surface of the magnet.
  • a pole-oriented magnet magnetized is also possible to use a pole-oriented magnet magnetized as described above.
  • the brushless motor in which the magnet 19 is fixed to the rotating shaft 4 is shown.
  • the present invention is not limited to a mode in which the magnet is directly fixed to the rotating shaft, but via a rotor core or the like.
  • the present invention can also be applied to a brushless motor in which a magnet is attached to a rotating shaft.
  • the motor 2 has an SPM configuration in which the magnet 19 is directly opposed to the stator core 14, the present invention is also applied to a motor having an IPM (Interior Permanent Magnet) configuration in which a steel rotor core is provided on the rotor side and a magnet is embedded on the inner side.
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • the magnet is “fixed to the rotating shaft” means not only the form in which the magnet is directly fixed to the rotating shaft, but also the inner or outer periphery of the rotor core attached to the rotating shaft, etc.
  • the meaning includes a form in which a magnet is fixed to a rotating shaft via a rotor core or the like.
  • the brushless motor according to the present invention can be widely applied not only to an in-vehicle motor of an automobile but also to an electric motor used for home appliances, industrial machines and the like.

Abstract

ブラシレスモータ２は４極６スロット構成となっており、ステータ１１と、スキュー構造を備えたロータ１２を有している。マグネット１９の軸方向両端部には、第１及び第２オーバーハング部３１,３２が設けられている。各オーバーハング部３１,３２は、ステータコア１４の軸方向端部からのオーバーハング量ＯＨ１,ＯＨ２が異なっている。マグネット１９には希土類磁石が使用され、その磁気配向は極配向となっている。スキュー角θを３０°～５０°（電気角）に設定すると共に、オーバーハング量の比ＯＨ２／ＯＨ１を１.５～２.５に設定する。

Description

ブラシレスモータ
　本発明は、ブラシレスモータに発生するスラスト方向の電磁力の低減に関し、特に、スキュー構造を備えたブラシレスモータにおけるスラスト方向の電磁力低減技術に関する。
　従来より、ブラシレスモータ（以下、モータと略記する）のトルクリップルやコギングを低減する手段として、磁極の極性が切り替わる位置（磁極境界位置）を、軸方向に沿って回転方向にずらす、いわゆるスキュー構造が知られている。スキュー構造のモータは、トルクリップルやコギングが低減される一方、磁極境界位置が傾斜しているため、磁気的な吸引反発による回転力の軸方向成分によって、スラスト方向に力（回転軸延伸方向に沿った力：スラスト電磁力）が発生する。
特開２００９－２１３２８２号公報
　スラスト電磁力がモータ内に生じると、その増減（リップル）により、スラスト方向に振動が生じる。その結果、例えば、ギヤ変速機構を備えたモータでは、スラスト振動によってギヤの噛み合い状態が不連続となり、これが音や振動の発生原因となる。特に、スラスト電磁力やそのリップルは、磁極数の少ないモータにおいて顕著である。さらに、磁力の大きい希土類元素を用いた磁石（以下、希土類磁石と称する）を用いると、それらがさらに増大する。
　図１０（ａ）は、磁極の傾き角と磁極数の関係を示す説明図、同図（ｂ）は、磁極数とスラスト電磁力のＰ－Ｐ（peak‐to‐peak）値との関係を示す説明図である。図１０（ａ）から分かるように、磁極の傾き角θｍは、マグネット外径をＤｍ、スキュー角をθｓ（機械角）、マグネット軸方向長をＬｍとすると、
　　　θｍ＝tan-1[{Ｄｍ×π×(θｓ／360）}／Ｌｍ]
にて表すことができる。この場合、機械角のスキュー角θｓは、電気角のスキュー角を一定にした場合、磁極数が増加するに従い小さくなる。
　したがって、２極３スロット（２Ｐ３Ｓ）×ｎ（整数）仕様のモータにて、スキュー角（電気角）を一定にすると、（ア）４極（６スロット：４Ｐ６Ｓ）、（イ）６極（９スロット：６Ｐ９Ｓ）、（ウ）８極（１２スロット：８Ｐ１２Ｓ）の各仕様のモータでは、スキュー角θｓ（機械角）は、極数とスロット数の最小公倍数（ア：１２，イ：１８，ウ：２４）が小さくなるにつれて大きくなり、θｍもまた大きくなる。そして、スラスト電磁力は、スキューによって生じる、回転方向の力の軸方向成分であることから、磁極の傾き角θｍが大きいと大きくなる。このため、図１０（ｂ）に示すように、極数とスロット数の最小公倍数が小さい仕様ほどスラスト電磁力のリップルが大きくなり、４極仕様と８極仕様のモータでは、スラスト電磁力のＰ－Ｐ値に約５倍もの違いが生じる。
　また、磁極用のマグネットとして、磁束密度の大きい希土類磁石を用いると、フェライト磁石等の非希土類元素を用いた磁石（以下、非希土類磁石と称する）を用いた場合に比して、磁気吸引と反発が強まる。このため、希土類磁石の使用により、モータが小型化、高出力化されるものの、スラスト電磁力がさらに大きくなり、そのリップルも大きくなってしまう。図１１（ａ）は、希土類磁石を用いた場合と非希土類磁石を用いた場合のスラスト電磁力の大きさを示した説明図、同図（ｂ）は、回転角（機械角）とスラスト電磁力の関係を示す説明図である。図１１から分かるように、希土類磁石は非希土類磁石に比べて、スラスト電磁力が約３.５倍程度大きく、しかもその変動も大きい。このため、希土類磁石を用いたモータは、スラスト振動も大きくなり、音や振動が発生し易くなる。
　本発明のブラシレスモータは、径方向内側に向かって延びるティースが周方向に沿って６個形成されたステータコアと、前記ティースに巻装され隣接する前記ティース間に形成されるスロットに収容される巻線と、を備えるステータと、前記ステータの径方向内側に回転自在に配置され、周方向に沿って４個の磁極が形成されたマグネットを備えるロータと、を有するブラシレスモータであって、前記マグネットは、希土類磁石を用いたリングマグネットにて形成され、前記リングマグネットは、磁極の切り替わり位置が軸方向に沿って回転方向にずれるスキュー構造を有すると共に、その軸方向両端部に、前記ステータコアの軸方向端部のそれぞれから軸方向に延出された第１オーバーハング部と第２オーバーハング部を有し、前記スキュー構造は、スキュー角が電気角３０°～５０°に設定され、前記第１及び第２オーバーハング部は、前記ステータコアの軸方向端部に対するそれぞれの延出量を互いに異にすることを特徴とする。
　本発明にあっては、４極６スロット構成のモータにおいて、スキュー角を電気角３０°～５０°に設定しつつ、マグネットの軸方向両端部のそれぞれに、ステータコアの軸方向端部から軸方向に延出したオーバーハング部を設ける。これにより、スキュー構造によって生じるスラスト電磁力を低減でき、希土類磁石を用いた場合でも、スラスト電磁力が抑制される。その結果、スキュー構造によってトルクリップルやコギングの発生を抑えつつ、スラスト電磁力やそのリップルも低減される。
　前記ブラシレスモータにおいて、前記リングマグネットとして、外周面のみに磁極が形成されるように着磁された極配向の磁気配向を有するマグネットを用いても良い。これにより、スラスト電磁力のリップルがさらに抑制される。
　また、前記リングマグネットの一端側に形成された第１オーバーハング部の延出量ＯＨ１と、前記リングマグネットの他端側に形成された第２オーバーハング部の延出量ＯＨ２との比ＯＨ２／ＯＨ１を１.５～２.５に設定しても良い。これにより、スラスト電磁力のリップルが効果的に抑制される。
　本発明のブラシレスモータによれば、４極６スロット構成のブラシレスモータにおいて、スキュー角を電気角３０°～５０°に設定しつつ、マグネットの軸方向両端部のそれぞれに、ステータコアの軸方向端部から軸方向に延出したオーバーハング部を設けたので、スキュー構造によって生じるスラスト電磁力やそのＰ－Ｐ値を低減できる。その結果、希土類磁石を用いたブラシレスモータにおいても、スラスト電磁力やそのリップルを抑制することが可能となる。
本発明の一実施の形態であるモータユニットの構成を示す断面図である。 図１のモータユニットに使用されているブラシレスモータの構成を示す断面図である。 マグネットの着磁形態を示す説明図である。 マグネットのスキュー構造を示す説明図である。 ロータとステータの関係を示す説明図である。 ４極６スロット構成のモータにおけるスキュー角θ（電気角）とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。 ４極６スロット構成のモータにおけるオーバーハング量の比とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。 マグネットの磁気配向とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。 極配向、スキュー角４０°、オーバーハング量の比＝２とした場合におけるロータ回転角とスラスト電磁力との関係を示す説明図である。 （ａ）は、磁極の傾き角と磁極数の関係を示す説明図、（ｂ）は、磁極数とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。 （ａ）は、希土類磁石を用いた場合と非希土類磁石を用いた場合のスラスト電磁力の大きさを示した説明図、（ｂ）は、回転角（機械角）とスラスト電磁力の関係を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の目的は、スキュー構造を備えたブラシレスモータのスラスト電磁力、特に、極数とスロット数の最小公倍数の小さい仕様のモータのスラスト電磁力やそのリップルを低減させることにある。
　図１は、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータを用いたモータユニット１の構成を示す断面図である。図２は、図１のモータユニットに使用されているブラシレスモータの構成を示す断面図である。図１のモータユニット１は、ブラシレスモータ２（以下、モータ２と略記する）と、減速機構部（変速機構）３とから構成されている。モータユニット１は、例えば、自動車のサンルーフやワイパ装置、パワーウインド、パワーシートなどの駆動源として使用される。モータユニット１では、モータ２の回転軸４の回転は減速機構部３内にて変速され、出力軸５からユニット外に出力される。
　モータ２はブラシレスモータであり、図１,２に示すように、ステータ１１と、ステータ１１内に回転自在に配置されたロータ１２とから構成されている。ステータ１１は、モータハウジング１３と、ステータコア１４を備えている。モータハウジング１３は有底筒状に形成され、ステータコア１４はモータハウジング１３の内面に固定されている。ステータコア１４は、磁性体にて形成されたプレートを複数枚積層して形成され、ヨーク部１５と、ティース１６とから構成されている。ヨーク部１５は外形が六角形に形成され、ティース１６はヨーク部１５から径方向内側（中心方向）に向かって放射状に突設されている。モータ２では、ティース１６は周方向に沿って６個設けられている。隣接するティース１６の間はスロット１７となっている。ティース１６の外周には巻線１８が巻装されており、巻線１８はスロット１７内に収容されている。巻線１８は、集中巻きにて巻装されており、３相の巻線がΔ結線にて接続されている。
　ステータ１１の内側にはロータ１２が挿入されている。ロータ１２は、回転軸４と、回転軸４に固定されたマグネット１９とを備えている。回転軸４の一端側（モータ側の一端）は、モータハウジング１３の端部に配された軸受２１によって回転自在に支持されている。マグネット１９は４極に着磁されており、モータ２は、４極６スロット（４Ｐ６Ｓ）構成のブラシレスモータである。マグネット１９には、ネオジウムや、ジスプロシウム、サマリウムなどの希土類元素を用いた永久磁石（希土類磁石）が用いられている。マグネット外周面１９ａは、ティース１６の先端面１６ａに対向するように配されており、モータ２は、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型の構成となっている。
　マグネット１９には、周方向に沿って極性が変わるように着磁された極異方性のリングマグネットが使用されている。図３は、マグネットの着磁形態を示す説明図である。図３（ａ）に示すように、マグネット１９は、マグネット外周面１９ａのみに磁極Ｎ,Ｓが形成される極配向マグネットである。図３（ｂ）のような、磁界の方向が放射状となるラジアル配向のマグネット４１とは異なり、マグネット１９では、ステータ１１と対向するマグネット外周面１９ａのみに磁極が形成されている。
　モータ２では、マグネット１９の磁極境界線Ｐが、軸方向に沿って径方向にずれるスキュー着磁がなされている。図４は、マグネット１９におけるスキュー構造を示す説明図である。図４に示すように、マグネット１９では、磁極境界線Ｐが軸方向に沿って傾斜しており、磁極境界線Ｐの始点Ｑ１と終点Ｑ２の間の角度θがスキュー角となっている。モータ２では、スキュー角θは、３０°～５０°（電気角）の範囲に設定されている。なお、点Ｑ１と点Ｑ２は、何れが始点でも終点でも良い。
　減速機構部３は、回転軸４に形成されたウォーム６と、ウォーム（駆動ギヤ）５と噛合するウォームホイール（被動ギヤ）６とから構成されている。減速機構部３は、合成樹脂やアルミダイカストにて形成されたギヤケース２２内に配置されている。図１に示すように、ギヤケース２２には、モータハウジング１３の一端開口側が固定されている。モータ２の回転軸４は、ギヤケース２２内に延伸している。回転軸４は、ギヤケース２２内に設けられたベアリング２３と軸受２４によって回転自在に支持されている。ウォームホイール７は、出力軸５に固定されている。出力軸５は、ウォームホイール７と共に回転する。
　モータ２では、ロータ１２側のマグネット１９の軸方向長Ｌｍが、ステータ１１側のステータコア１４の軸方向長Ｌｃよりも長くなっている。図５は、ロータ１２とステータ１１の関係を示す説明図である。図５に示すように、マグネット１９の軸方向両端部には、オーバーハング部（第１オーバーハング部３１，第２オーバーハング部３２）がそれぞれ設けられている。オーバーハング部３１,３２は、ステータコア１４と対向することなく軸方向に延出されている。
　モータ２においては、一端側の第１オーバーハング部３１のオーバーハング量（延出量）ＯＨ１と、他端側の第２オーバーハング部３２のオーバーハング量ＯＨ２が異なっている。すなわち、第１及び第２オーバーハング部３１,３２は、軸方向に非対称に設けられている。また、第２オーバーハング部３２のオーバーハング量ＯＨ２は、第１オーバーハング部３１のオーバーハング量ＯＨ１よりも大きくなっている（ＯＨ１＜ＯＨ２）。ここでは、ＯＨ２はＯＨ１の１.５～２.５倍の大きさとなっている（ＯＨ２／ＯＨ１＝１.５～２.５）。
　モータ２では、スキュー構造を採用しつつ、非対称の第１及び第２オーバーハング部３１,３２を設定することにより、スラスト電磁力やそのＰ－Ｐ値が低減される。したがって、Ｐ－Ｐ値に起因するスラスト電磁力のリップルもまた低減される。オーバーハング部なし（かつ、スキューなし）の場合、スラスト電磁力がほぼ０であるのに対し、非対称なオーバーハング部を設けると、常に一定方向に一定のスラスト電磁力が発生する。その結果、スキューによって生じるスラスト電磁力が相殺され、スラスト電磁力やそのＰ－Ｐ値が低減する。
　図６は、４極６スロット構成のモータ２における、スキュー角θ（電気角）とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。図７は、同モータにおける、オーバーハング量の比（ＯＨ２／ＯＨ１）とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。図６に示すように、発明者らの解析によれば、４Ｐ６Ｓ構成のモータにおけるスラスト電磁力のＰ－Ｐ値は、スキュー角θが４０°のとき極小値を取ることが分かった。また、オーバーハング量の比との関係では、図７に示すように、スラスト電磁力のＰ－Ｐ値は、オーバーハング量の比が２（ＯＨ２／ＯＨ１＝２）のとき極小値を取ることも分かった。
　一方、スラスト電磁力のＰ－Ｐ値について、マグネット１９の磁気配向との関係を調べたところ、次のような関係が判明した。図８は、第１及び第２オーバーハング部３１,３２を設定した場合における、マグネットの磁気配向とスラスト電磁力のＰ－Ｐ値との関係を示す説明図である。図８に示すように、第１及び第２オーバーハング部３１,３２を設けた場合、マグネット１９を極配向とした方が、ラジアル配向の場合よりもスラスト電磁力が低くなることが分かった。発明者らの解析によれば、マグネット１９を極配向とすることにより、ラジアル配向に比して、スラスト電磁力のＰ－Ｐ値をほぼ半分に抑えられる。
　ここで、スキューにより発生するスラスト電磁力は、前述のように、回転方向の電磁力（トルク）がスキューによってスラスト方向の力に変換されることにより生じる。したがって、トルクのリップルが小さければ、スラスト電磁力のリップルもまた小さくなる。そこで、モータのトルクリップルを考えると、トルクリップルの大きさは「ラジアル配向マグネット＞極配向マグネット」となる。このため、スラスト電磁力のリップルの大きさ（Ｐ－Ｐ値）もまた、図８に示すように、「ラジアル配向＞極配向」となるものと推察される。
　図９は、極配向、スキュー角４０°、オーバーハング量の比（ＯＨ２／ＯＨ１）＝２とした場合における、ロータ回転角とスラスト電磁力との関係を示す説明図である。図９において、破線は、オーバーハング部のみによって生じるスラスト電磁力だけを抽出したものである。また、一点鎖線は、マグネット１９とステータ１１が対向している部分（非オーバーハング部）のみによって生じるスラスト電磁力だけを抽出したものである（破線・一点鎖線：縦軸は右側スケール）。さらに、実線は、前記両者を合成したものであり、本発明によるモータのスラスト電磁力を示している（縦軸は左側スケール）。
　図９に示すように、破線と一点鎖線で示されたスラスト電磁力は、概ね逆位相となっている。したがって、これらを合成した実線のスラスト電磁力は、両者が相殺し合って小さく、回転変動も少なくなっている。図９のように、合成スラスト電磁力を小さく、変動も少なく抑えるには、破線と一点鎖線の相殺バランスを微妙に調整する必要がある。
　そこで、前述のような各要素の解析結果に基づいて検討を行い、発明者らは、図９のようなバランスの良い結果を得た。すなわち、希土類磁石を用いた４極６スロット構成のモータでは、
　（１）マグネットを極配向とし、
　（２）スキュー角θを３０°～５０°（電気角）、好ましくは４０°に設定し、
　（３）非対称のオーバーハング部を設けると共に、各オーバーハング量の比を１.５～２.５、好ましくは２に設定する、
ことにより、スラスト電磁力やそのＰ－Ｐ値を低減させることが可能となることが分かった。
　したがって、上述の（１）～（３）の構成を採用することにより、４極６スロット構成のモータにおいて、スキュー構造によって生じるスラスト電磁力やそのＰ－Ｐ値を低減することができ、希土類磁石を用いた場合でも、スラスト電磁力やそのＰ－Ｐ値を抑制することが可能となる。その結果、スキュー構造によってトルクリップルやコギングの発生を抑えつつ、スラスト電磁力の低減を図ることが可能になる。また、スラスト電磁力のＰ－Ｐ値も低減されることから、スラスト電磁力の変動（リップル）が抑えられ、ロータのスラスト位置を安定させることができる。これにより、例えば、ウォーム等の減速機構における歯の噛み合い不連続などから生じる音や振動を抑えることができ、モータの音や振動を抑制することが可能となる。
　本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　例えば、前述の実施形態では、マグネット１９に極異方性のマグネットを用いた例を示したが、マグネット１９として極等方性のマグネットを使用し、該マグネットをその外周面のみに磁極が形成されるように着磁した極配向マグネットとしても良い。また、前述の実施形態では、マグネット１９が回転軸４に固定されているブラシレスモータを示したが、本発明は、回転軸にマグネットが直接固定されている形態のみならず、ロータコア等を介して回転軸にマグネットを取り付ける形態のブラシレスモータにも適用可能である。さらに、モータ２では、マグネット１９をステータコア１４に直接対向させるＳＰＭ構成としたが、ロータ側に鋼製のロータコアを設け、その内側にマグネットを埋設したＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構成のモータにも本発明は適用可能である。
　なお、本発明において、マグネットが「回転軸に固定」されている、とは、回転軸に直接マグネットが固定されている形態のみならず、回転軸に取り付けたロータコア等の内部あるいは外周部など、ロータコア等を介して回転軸にマグネットを固定する形態も含んだ意味である。
　本発明によるブラシレスモータは、自動車の車載モータのみならず、家電製品や産業機械等に使用される電動モータにも広く適用可能である。
　１　　モータユニット　　　　　　　　　２　　ブラシレスモータ
　３　　減速機構部　　　　　　　　　　　４　　回転軸
　５　　出力軸　　　　　　　　　　　　　６　　ウォーム
　７　　ウォームホイール　　　　　　　１１　　ステータ
１２　　ロータ　　　　　　　　　　　　１３　　モータハウジング
１４　　ステータコア　　　　　　　　　１５　　ヨーク部
１６　　ティース　　　　　　　　　　　１６ａ　先端面
１７　　スロット　　　　　　　　　　　１８　　巻線
１９　　マグネット　　　　　　　　　　１９ａ　マグネット外周面
２１　　軸受　　　　　　　　　　　　　２２　　ギヤケース
２３　　ベアリング　　　　　　　　　　２４　　軸受
３１　　第１オーバーハング部　　　　　３２　　第２オーバーハング部
４１　　マグネット　　　　　　　　　　Ｌｃ　　ステータコア軸方向長
Ｌｍ　　マグネット軸方向長　　　　　　θｍ　　磁極境界線傾き角
θｓ　　スキュー角
ＯＨ１　第１オーバーハング部オーバーハング量
ＯＨ２　第２オーバーハング部オーバーハング量
Ｐ　　　磁極境界線　　　　　　　　　　Ｑ１　　磁極境界線の始点
Ｑ２　　磁極境界線の終点　　　　　　　Ｘ　　　スラスト方向

Claims (3)

  1. 　径方向内側に向かって延びるティースが周方向に沿って６個形成されたステータコアと、前記ティースに巻装され隣接する前記ティース間に形成されるスロットに収容される巻線と、を備えるステータと、
    　前記ステータの径方向内側に回転自在に配置され、周方向に沿って４個の磁極が形成されたマグネットを備えるロータと、を有するブラシレスモータであって、
    　前記マグネットは、希土類磁石を用いたリングマグネットにて形成され、
    　前記リングマグネットは、磁極の切り替わり位置が軸方向に沿って回転方向にずれるスキュー構造を有すると共に、その軸方向両端部に、前記ステータコアの軸方向端部のそれぞれから軸方向に延出された第１オーバーハング部と第２オーバーハング部を有し、
    　前記スキュー構造は、スキュー角が電気角３０°～５０°に設定され、
    　前記第１及び第２オーバーハング部は、前記ステータコアの軸方向端部に対するそれぞれの延出量を互いに異にすることを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 　請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記リングマグネットは、外周面のみに磁極が形成されるように着磁された極配向の磁気配向を有することを特徴とするブラシレスモータ。
  3. 　請求項１又は２記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記リングマグネットの一端側に形成された第１オーバーハング部の延出量ＯＨ１と、前記リングマグネットの他端側に形成された第２オーバーハング部の延出量ＯＨ２との比ＯＨ２／ＯＨ１が１.５～２.５に設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020125338A1 (de) 2020-09-29 2022-03-31 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Elektrische Maschine, insbesondere Antriebsmotor für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324925A (ja) * 2002-05-01 2003-11-14 Mitsuba Corp モータ
JP2006211801A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 永久磁石埋込型電動機
JP2007330030A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Jtekt Corp ロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータ
JP2009022096A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Asmo Co Ltd モータのロータ及びブラシレスモータ
JP2009213282A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Mitsuba Corp ブラシレスモータ

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4089527B2 (ja) * 2003-06-27 2008-05-28 三菱電機株式会社 永久磁石式回転電機
JP2009142024A (ja) * 2007-12-05 2009-06-25 Toyota Motor Corp リラクタンスモータ
JP6167434B2 (ja) * 2013-09-30 2017-07-26 ミネベアミツミ株式会社 ブラシレスモータ及びそのモータを用いた送風機
JP2017225319A (ja) * 2016-06-17 2017-12-21 日本電産株式会社 モータ
CN107394921A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 广东美芝制冷设备有限公司 电机转子、永磁同步电机和压缩机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003324925A (ja) * 2002-05-01 2003-11-14 Mitsuba Corp モータ
JP2006211801A (ja) * 2005-01-27 2006-08-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 永久磁石埋込型電動機
JP2007330030A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Jtekt Corp ロータのリング磁石固定構造及び電動パワーステアリング用モータ
JP2009022096A (ja) * 2007-07-11 2009-01-29 Asmo Co Ltd モータのロータ及びブラシレスモータ
JP2009213282A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Mitsuba Corp ブラシレスモータ

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