JP2004040898A

JP2004040898A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2004040898A
Application number: JP2002194062A
Authority: JP
Inventors: Naoki Seshimo; 瀬下　直樹
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】ロータマグネット部に複数の形状を有し且つ複数の素材から構成されるマグネットを使用することによって、所望な磁束波形の獲得と簡潔なロータＡＳＳＹの構成とを可能にするブラシレスモータ及びそのブラシレスモータを組み込んだ電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】モータ駆動用のロータマグネット部を構成するマグネットに２種類以上の素材を使用し、前記マグネットに使用されている前記２種類以上の素材については、第１の素材として磁性素材が用いられ、また、第２以降の素材として、前記第２以降の素材の各々が磁性素材または非磁性素材のいずれかが用いられているようにし、前記マグネットは２種類以上の形状を有するようにする。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はブラシレスモータの改良及び改良したブラシレスモータを組み込んだ電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、ロータＡＳＳＹ１個に付き、１種類のみの材質のマグネットしか使われていなかった。加えて、マグネットの形状も１種類のみであり、ロータマグネット部の磁束分布を調整する手段としては、着磁ヨークやロータコア形状の工夫などの手段を用いていた。
【０００３】
また、例えば、特開２００１−５２９２１号公報には、リング形状マグネットとセグメント形状マグネットとの長所を生かした永久磁石型モータ用マグネット及びそのマグネットの成形装置が開示されている。より詳細に説明すると、該発明は、永久磁石型モータ用のマグネット（リング形状）の一部を非磁性体（バインダー粉）に置き換えることにより、リング状マグネットが有する簡便な工程で高精度に取り付けできる長所とセグメントマグネットが有する個々の磁極の磁気特性が全体にわたり一様である長所とを合わせ持った永久磁石型モータ用マグネット及びそのマグネットの成形装置に関するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、着磁ヨークだけでなく、磁気回路となるロータシャフトやステータコアの形状又は材質等を、所望の磁束波形を得るために様々な形状を検討する場合に、多くの時間がかかるだけでなく、加工工数の増加でコストアップにも繋がるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ロータマグネット部に複数の形状を有し且つ複数の素材から構成されるマグネットを使用することによって、所望な磁束波形の獲得と簡潔なロータＡＳＳＹの構成とを可能にするブラシレスモータ及びそのブラシレスモータを組み込んだ電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、所望な磁束波形の獲得と簡潔なロータＡＳＳＹの構成とを可能にするブラシレスモータ及びそのブラシレスモータを組み込んだ電動パワーステアリング装置に関し、本発明の上記目的は、ブラシレスモータについて、モータ駆動用のロータマグネット部を構成するマグネットに２種類以上の素材を使用することにより、或いは前記マグネットに使用されている前記２種類以上の素材については、第１の素材として磁性素材が用いられ、また、第２以降の素材として、前記第２以降の素材の各々が磁性素材または非磁性素材のいずれかが用いられているようにすることにより、或いは前記マグネットは２種類以上の形状を有するようにすることにより、或いは前記ブラシレスモータは、前記マグネットをロータシャフト外周に固着させるようになっているＳＰＭタイプのブラシレスモータであって、前記マグネットが、リング形状又はセグメント形状を有するようにすることにより、或いは前記ブラシレスモータは、ロータコア内部に設けられた空隙に、前記マグネットを嵌入固着させるようになっているＩＰＭタイプのブラシレスモータであって、前記マグネットが、板形状又はセグメント形状を有するようにすることにより、或いは同期型ブラシレスモータのロータマグネット部を構成するマグネットであって、前記マグネットは、ロータシャフト軸の長手方向に沿って、第１のリング形状マグネット、セグメント形状マグネット群、第２のリング形状マグネットという順に分割されており、前記セグメント形状マグネット群は、２以上のセグメント形状マグネットから構成されるようにすることにより、或いは前記リング形状マグネット及び前記セグメント形状マグネット群には、それぞれ異なる素材が用いられているようにすることにより、或いは前記リング形状マグネットに用いられている素材は、高磁束密度素材であり、一方、前記セグメント形状マグネット群に用いられている素材は、低磁束密度素材であるようにすることによって達成される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００８】
図１には本発明に係るブラシレスモータに適用されるマグネットが有する形状の好適例を示す。図１（Ａ）にはセグメント形状のマグネットを、図１（Ｂ）にはリング形状のマグネットを、図１（Ｃ）には板形状のマグネットを、それぞれ示している。
【０００９】
一般的に、ブラシレスモータは、マグネットをロータシャフト外周に固着させるようになっているＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）タイプのモータと、ロータコア内部に設けられた空隙に、マグネットを嵌入固着させるようになっているＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ　Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　Ｍａｇｎｅｔ）タイプのモータとに分類されることができる。
【００１０】
図２は、中実のロータシャフトを有し、板形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す。図２（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切ったロータＡＳＳＹの断面図である。６枚の板形状マグネット２１が、図２（Ａ）に示されたような配置位置で、ロータコア２３に埋め込まれている。この６枚の板形状マグネット２１は同じ磁性素材を使用している。つまり、図２に示されたロータＡＳＳＹに１種類のみのマグネット材が使われており、かつ、そのマグネットの形状も１種類のみである。
【００１１】
一方、図３は、中実のロータシャフトを有し、板形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの好適例を示す。図３（Ａ）は、本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの正面図で、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切ったロータＡＳＳＹの断面図である。本発明において、例えば、６枚の板形状マグネット３１が、図３（Ａ）に示されたような配置位置で、ロータコア３３に埋め込まれている。
【００１２】
図３（Ｂ）に示されるように、この板形状マグネット３１がロータシャフト（中実）３２の軸に平行する方向で、３分割されている。ここで、本発明において、マグネットを分割した場合に、分割後のマグネットをマグネット群と称する。
【００１３】
従って、図３（Ｂ）の場合は、板形状マグネット３１は、板形状マグネット３１Ａ群、板形状マグネット３１Ｂ群、板形状マグネット３１Ｃ群に分割されている。
【００１４】
ここで、それぞれの群（つまり、板形状マグネット３１Ａ群、板形状マグネット３１Ｂ群、板形状マグネット３１Ｃ群）に異なる磁性素材を用いれば、例えば、ロータシャフト（中実）３２の軸方向に磁束波形に強弱をつけたマグネットを得ることができる。
【００１５】
図４は、中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す。図４（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切ったロータＡＳＳＹの断面図である。４枚のセグメント形状マグネット４１が、図４（Ａ）に示されたような配置位置で、ロータコア４３に埋め込まれている。この４枚のセグメント形状マグネット４１は同じ磁性素材を使用している。つまり、図４に示されたロータＡＳＳＹに１種類のみのマグネット材が使われており、かつ、そのマグネットの形状も１種類のみである。
【００１６】
一方、図５は、中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの好適例を示す。図５（Ａ）は、本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの正面図で、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って切ったロータＡＳＳＹの断面図である。本発明において、例えば、４枚のセグメント形状マグネット５１が、図５（Ａ）に示されたような配置位置で、ロータコア５３に埋め込まれている。
【００１７】
図５（Ｂ）に示されるように、このセグメント形状マグネット５１がロータシャフト（中実）５２の軸に平行する方向で、３分割されている。つまり、図５（Ｂ）の場合は、セグメント形状マグネット５１は、セグメント形状マグネット５１Ａ群、セグメント形状マグネット５１Ｂ群、セグメント形状マグネット５１Ｃ群に分割されている。ここで、それぞれの群（つまり、セグメント形状マグネット５１Ａ群、セグメント形状マグネット５１Ｂ群、セグメント形状マグネット５１Ｃ群）に異なる磁性素材を用いれば、例えば、ロータシャフト（中実）５２の軸方向に磁束波形に強弱をつけたマグネットを得ることができる。また、図５（Ｂ）の場合は、セグメント形状マグネット５１Ａ群、セグメント形状マグネット５１Ｂ群、セグメント形状マグネット５１Ｃ群のマグネットの内、いずれかがリング形状になっても良い。
【００１８】
図６は、中空のロータシャフトを有し、リング形状マグネットを適用するＳＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す。図６（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示されたロータＡＳＳＹのロータシャフト（中空）６２の一部を切り取った側面図である。図６（Ａ）に示されたように、リング形状マグネット６１が、ロータシャフト（中空）６２の外周に固着されるようになっている。つまり、図６に示されたロータＡＳＳＹに１種類のみのマグネット材が使われており、かつ、そのマグネットの形状も１種類のみである。
【００１９】
一方、図７は、中空のロータシャフトを有するＳＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合、つまり、リング形状及びセグメント形状のマグネットを使用したロータＡＳＳＹの好適例を示す。図７（Ａ）は、本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの正面図で、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示されたロータＡＳＳＹのロータシャフト（中空）７２の一部を切り取った側面図である。
【００２０】
本発明において、図７（Ａ）に示されたように、マグネット７１が、ロータシャフト（中空）７２の外周に固着されるようになっている。また、図７（Ｂ）に示されたように、マグネット７１が、ロータシャフト（中空）７２の軸に平行する方向で、３分割されている。
【００２１】
つまり、図７（Ｂ）の場合は、マグネット７１は、リング形状マグネット７１Ａ、リング形状マグネット７１Ｂ、セグメント形状マグネット７１Ｃ群に分割されている。また、この場合では、セグメント形状マグネット７１Ｃ群に高磁束密度素材を、リング形状マグネット７１Ａ及びリング形状マグネット７１Ｂに低磁束密度素材を適用すれば、図７（Ａ）に示されたロータＡＳＳＹのロータマグネット部全体を見た場合、セグメント形状マグネットの特徴を生かしたまま、その両端の磁束密度を容易に低減できることを示している。
【００２２】
図８は、中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＳＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す。図８（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示されたロータＡＳＳＹの側面図である。図８（Ａ）に示されたように、４枚のセグメント形状マグネット８１が、ロータコア８３の外周に固着されるようになっている。この４枚のセグメント形状マグネット８１は同じ磁性素材を使用している。つまり、図８に示されたロータＡＳＳＹに１種類のみのマグネット材が使われており、かつ、そのマグネットの形状も１種類のみである。
【００２３】
一方、図９は、中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＳＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの好適例を示す。図９（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示されたロータＡＳＳＹの側面図である。図９（Ａ）に示されたように、４枚のセグメント形状マグネット９１が、ロータコア９３の外周に固着されるようになっている。
【００２４】
図９（Ｂ）に示されるように、このセグメント形状マグネット９１がロータシャフト（中実）９２の軸に平行する方向で、３分割されている。つまり、図９（Ｂ）の場合は、セグメント形状マグネット９１は、セグメント形状マグネット９１Ａ群、セグメント形状マグネット９１Ｂ群、セグメント形状マグネット９１Ｃ群に分割されている。ここで、それぞれの群（つまり、セグメント形状マグネット９１Ａ群、セグメント形状マグネット９１Ｂ群、セグメント形状マグネット９１Ｃ群）に異なる磁性素材を用いれば、例えば、ロータシャフト（中実）９２の軸方向に磁束波形に強弱をつけたマグネットを得ることができる。また、図９（Ｂ）の場合は、セグメント形状マグネット９１Ａ群、セグメント形状マグネット９１Ｂ群、セグメント形状マグネット９１Ｃ群のマグネットの内、いずれかがリング形状になっても良い。
【００２５】
なお、本発明では、セグメント形状マグネットにおいて、円周方向に隣り合うマグネットに異なる素材や形状のマグネットを使用すると、磁気的なバランスが極端に狂ってしまうので適用しないこととする。
【００２６】
また、本発明の実施に際して、いずれの場合にも、マグネットの極数は２ｎ極（ｎ＝１，２，３，…）とし、円周方向に隣り合う極はもちろん異なる極が着磁されていることを前提とする。
【００２７】
また、前述した実施例に示されたように、本発明は、ロータシャフトは中空または中実のどちらにも適用できる（例えば、図６、図７、図８及び図９参照）。また、本発明に係るブラシレスモータのロータマグネット部には、リング形状とセグメント形状のマグネットの組み合わせマグネットを適用できる（例えば、図７参照）。さらに、本発明は、ＳＰＭタイプのモータにもＩＰＭタイプのモータにも適用できる（例えば、図６、図７、図８及び図９参照）。なお、本発明について、前述したような実施例に基いて説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本発明では、ロータマグネット部に複数の形状を有しまた複数の素材から構成されるマグネットを使用することができる。
【００２８】
本発明において、マグネットの素材は、２種類以上を使用し、例えば、フェライトマグネットと希土類マグネットとを使用する。第１のマグネットとして、磁性素材である必要はあるが、第２以降のマグネットの材質に関しては、必ずしも磁性素材である必要は無い。この第２以降のマグネットは、磁性素材或いは非磁性素材のどちらであっても良く、例えば、磁性体の金属または非磁性体の樹脂などの素材を用いても良い。
【００２９】
また、磁性素材については、電動機向けのマグネットとして一般的に燒結等により成型したものに限らず、例えば、粉末磁性素材と樹脂とを混合成型させたいわゆるプラスチックマグネットについても適用できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係るブラシレスモータによれば、以下の顕著な効果を奏する。
【００３１】
まず、本発明において、異なる形状及び材質（磁性素材、非磁性素材）のマグネットを組み合せることで、マグネットのみによって磁束分布の操作の自由度を増加させ、マグネット以外の磁気回路を構成する部材の形状的な制約を軽減することができる。
【００３２】
次に、本発明によれば、単一の形状及び素材のマグネットだけでは作り出すことが難しい磁束分布を実現することが可能になる。
【００３３】
さらに、本発明において、複数の形状及び複数の素材のマグネットを使用することにより、磁気回路の設計において自由度が増し、構造面でも着磁面でも従来よりも幅を持たせられるという優れた効果を奏する。
【００３４】
また更に、本発明によれば、高価な希土類磁石を使用するモータにおいて、目的に応じ部分的に安価な磁石、またはその他の素材を使用することでモータのコストダウンが図れるという優れた効果を奏する。
【００３５】
つまり、本発明によれば、ロータマグネット部の磁束波形のバリエーションを増やすことが可能であるため、磁気回路設計の自由度の増加が可能になり、また、ロータコアや着磁の複雑化を防ぐことが可能になり、よって、ロータＡＳＳＹのコストダウンを図ることもできるという効果を奏する。
【００３６】
また、ロータＡＳＳＹのマグネットにスキュ着磁を行うに際し、従来では１つのロータＡＳＳＹにおいて複数の角度のスキュ着磁は非常に困難であったが、本発明によれば、つまり、複数種のマグネットを適用することにより、複数の角度のスキュ着磁を容易に実現することが可能となるという優れた効果を奏する。
【００３７】
ここで、図１０を用いて、本発明を適用したロータＡＳＳＹにおいて、複数の角度のスキュ着磁効果を説明する。図１０に示されたように、本発明を適用したロータＡＳＳＹ１００において、マグネットは、マグネットＡ１１０、マグネットＢ１２０、マグネットＣ１３０から構成されており、マグネットＢ１２０に対して、マグネットＡ１１０及びマグネットＣ１３０は、異なるスキュ着磁を施している。その効果としては、図１０に示されているような着磁波形にすることにより、コギングトルクの低減が可能となる。
【００３８】
さらに各マグネット（つまり、マグネットＡ１１０、マグネットＢ１２０、マグネットＣ１３０）の素材を異なるものとすれば、一層のコギングトルク低減効果を得ることが期待できる。また部品共通化のために、ロータＡＳＳＹの形状を変更せずに出力を変更しようとする場合に、本発明によれば、部分的にマグネットを変更することにより容易に達成できるという効果をも奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るブラシレスモータに適用されるマグネット形状の好適例を示す図である。
【図２】中実のロータシャフトを有し、板形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す図であり、図２（Ａ）はロータＡＳＳＹの正面図で、図２（Ｂ）はロータＡＳＳＹの断面図である。
【図３】中実のロータシャフトを有し、板形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの好適例を示す図であり、図３（Ａ）はロータＡＳＳＹの正面図で、図３（Ｂ）はロータＡＳＳＹの断面図である。
【図４】中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す図であり、図４（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図４（Ｂ）は、ロータＡＳＳＹの断面図である。
【図５】中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＩＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの好適例を示す図であり、図５（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図５（Ｂ）は、ロータＡＳＳＹの断面図である。
【図６】中空のロータシャフトを有し、リング形状マグネットを適用するＳＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す図であり、図６（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図６（Ｂ）は、ロータＡＳＳＹの側面図である。
【図７】中空のロータシャフトを有するＳＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合、つまり、リング形状及びセグメント形状のマグネットを使用したロータＡＳＳＹの好適例を示す図であり、図７（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図７（Ｂ）は、ロータＡＳＳＹの側面図である。
【図８】中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＳＰＭタイプのブラシレスモータのロータＡＳＳＹの従来例を示す図であり、図８（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図８（Ｂ）は、ロータＡＳＳＹの側面図である。
【図９】中実のロータシャフトを有し、セグメント形状マグネットを適用するＳＰＭタイプのブラシレスモータに本発明を適用した場合のロータＡＳＳＹの好適例を示す図であり、図９（Ａ）は、ロータＡＳＳＹの正面図で、図９（Ｂ）は、ロータＡＳＳＹの側面図である。
【図１０】本発明を適用したロータＡＳＳＹにおいて、複数の角度のスキュ着磁効果を示す模式図である。
【符号の説明】
７１　マグネット
７１Ａ、７１Ｂ　リング形状マグネット
７１Ｃ　セグメント形状マグネット
２１、３１、　板形状マグネット
４１、５１、８１、９１　セグメント形状マグネット
６１　リング形状マグネット
２２、３２、４２、５２、８２、９２　ロータシャフト（中実）
６２、７２　ロータシャフト（中空）
２３、３３、４３、５３、８３、９３　ロータコア
１００　ロータＡＳＳＹ
１１０　マグネットＡ
１２０　マグネットＢ
１３０　マグネットＣ

Claims

モータ駆動用のロータマグネット部を構成するマグネットに２種類以上の素材を使用することを特徴とするブラシレスモータ。
前記マグネットに使用されている前記２種類以上の素材については、第１の素材として磁性素材が用いられ、また、第２以降の素材として、前記第２以降の素材の各々が磁性素材または非磁性素材のいずれかが用いられているようになっている請求項１に記載のブラシレスモータ。
前記マグネットは２種類以上の形状を有するようになっている請求項１また請求項２に記載のブラシレスモータ。
前記ブラシレスモータは、前記マグネットをロータシャフト外周に固着させるようになっているＳＰＭタイプのブラシレスモータであって、
前記マグネットが、リング形状又はセグメント形状を有する請求項１また請求項２に記載のブラシレスモータ。
前記ブラシレスモータは、ロータコア内部に設けられた空隙に、前記マグネットを嵌入固着させるようになっているＩＰＭタイプのブラシレスモータであって、
前記マグネットが、板形状又はセグメント形状を有する請求項１また請求項２に記載のブラシレスモータ。
同期型ブラシレスモータのロータマグネット部を構成するマグネットであって、
前記マグネットは、ロータシャフト軸の長手方向に沿って、第１のリング形状マグネット、セグメント形状マグネット群、第２のリング形状マグネットという順に分割されており、
前記セグメント形状マグネット群は、２以上のセグメント形状マグネットから構成されることを特徴とするブラシレスモータ。
前記リング形状マグネット及び前記セグメント形状マグネット群には、それぞれ異なる素材が用いられている請求項６に記載のブラシレスモータ。
前記リング形状マグネットに用いられている素材は、高磁束密度素材であり、一方、前記セグメント形状マグネット群に用いられている素材は、低磁束密度素材である請求項７に記載のブラシレスモータ。
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のブラシレスモータを組み込んだ電動パワーステアリング装置。