JP2019126139A - ロータ及びモータ - Google Patents

Abstract

【課題】軸方向の大型化を抑えつつマグネットの脱落を抑えられるロータを提供する。【解決手段】ロータ３０は、マグネット磁極部３３と、マグネット磁極部３３間におけるロータコア３２の突極部３５が他方の磁極として機能するように構成されたコンシクエントポール型である。マグネット磁極部３３は、マグネット３４がロータコア３２内に埋め込み配置され、突極部３５よりも軸方向に窪んだ形状をなしている。マグネット磁極部３３の軸方向端面におけるマグネット３４を挿入するマグネット収容孔３３ａを覆うカバーを備える。カバーは、その軸方向端面３９ａが軸方向において突極部３５の軸方向端面３５ａと同一に位置する。【選択図】図３

Description

本発明は、ロータ及びモータに関する。

従来、モータのロータでは、ロータコアの内部にマグネットを埋め込み配置した所謂ＩＰＭ構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
このようなロータにおいては、マグネットの軸方向への抜けを抑えるべくロータコアの軸方向端面にカバー（特許文献１では端面板）が設けられている。

特開２０１０−４６３０号公報

ところで、上記のようなロータでは、カバーをロータコアの軸方向端面に設けることで軸方向への大型化が懸念される。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軸方向の大型化を抑えつつマグネットの脱落を抑えられるロータ及びモータを提供することにある。

上記課題を解決するロータは、ロータコアの周方向にマグネットを有するマグネット磁極部と、マグネット磁極部間における前記ロータコアの鉄心部が他方の磁極として機能するように構成されたコンシクエントポール型であり、前記マグネット磁極部は、前記マグネットが前記ロータコア内に埋め込み配置され、前記鉄心部よりも軸方向に窪んだ形状をなし、前記マグネット磁極部の軸方向端面における前記マグネットを挿入する開口部を覆うカバーを備え、前記カバーは、その軸方向端面が軸方向において前記鉄心部の軸方向端面と同一又は前記鉄心部の軸方向端面よりも前記マグネット磁極部側に位置するように設けられるが軸方向において前記鉄心部よりもはみ出さないように設けられる。

この構成によれば、カバーの軸方向端面が軸方向において鉄心部の軸方向端面と同一又は鉄心部の軸方向端面よりも前記マグネット磁極部側に位置する。これにより、カバーが軸方向において鉄心部よりもはみ出さない構成となるため、軸方向の大型化を抑えつつ、カバーによってマグネットの脱落を抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記カバーは、非磁性体であることが好ましい。
この構成によれば、カバーが非磁性体であるため、カバーへのマグネットの磁束の漏れを抑えることができる。

上記ロータにおいて、前記カバーは網目状に形成されていることが好ましい。
この構成によれば、カバーが網目状であるため、放熱を行うことができる。
上記ロータにおいて、前記カバーは、伸縮可能な部材で構成されることが好ましい。

この構成によれば、カバーが伸縮可能な部材で構成されることでロータコアへの組み付けを容易にできる。
上記ロータにおいて、前記ロータコアは、前記マグネットを挿入する前記開口部に対応する貫通孔及び前記鉄心部に対応する鉄心片を有する第１コアシートと、前記鉄心部に対応する鉄心片を有する第２コアシートとを積層してなり、前記ロータコアの軸方向端面側において前記第２コアシートが配置されることが好ましい。

この構成によれば、種類の異なるコアシートによってマグネット磁極部を突極部よりも軸方向に窪んだ形状とすることができる。また、コアシートの積層数によって窪み量を調整することが可能となる。

上記課題を解決するモータは、上記いずれかに記載のロータと、該ロータと対向配置されるステータと、を備える。
この構成によれば、軸方向の大型化を抑えつつマグネットの脱落を抑えられるモータを提供できる。

本発明のロータ及びモータによれば、軸方向の大型化を抑えつつマグネットの脱落が抑えられる。

一実施形態における電動ブレーキシステムの概略構成図。 電動ブレーキシステムに備えられるブラシレスモータの概略構成図。 ブラシレスモータに備えられるロータの斜視図。 ブラシレスモータに備えられるロータの正面図。 ロータコアを構成する第１コアシートの平面図。 ロータコアを構成する第２コアシートの平面図。 ブラシレスモータの制御態様を説明するための説明図。 （ａ）（ｂ）は変形例におけるコイルの結線態様を説明するための説明図。

以下、電動ブレーキシステムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動ブレーキシステム１０は、車両に搭載されるものであって、加圧ユニット１１と、制御ユニット１２と、油圧ユニット１３とを有する。

加圧ユニット１１は、例えば、ユーザがブレーキペダルを介して入力する踏力を倍増するものであり、ブラシレスモータＭ１とポンプＰとを有する。ポンプＰは、例えばギヤポンプであってブラシレスモータＭ１によって駆動されるようになっている。

制御ユニット１２は、加圧ユニット１１と油圧ユニット１３との間に設けられ、油圧ユニット１３に供給する液圧の制御を行うものである。制御ユニット１２は、例えば、ブラシレスモータＭ２を駆動させることによって内部のポンプ等を制御して油圧ユニット１３側にブレーキ液の液圧を制御する。

油圧ユニット１３は、例えば各ホイールＷ１〜Ｗ４に対応するホイールシリンダである。
加圧ユニット１１のブラシレスモータＭ１並びに制御ユニット１２のブラシレスモータＭ２は、各モータＭ１，Ｍ２に対応して設けられるモータＥＣＵ１４によって制御されている。

次に、電動ブレーキシステム１０に用いられるブラシレスモータＭ１について説明する。なお、以下の説明においてブラシレスモータＭ１について説明するが、ブラシレスモータＭ２についても略同様の構成を採用することができる。

図２に示すように、ブラシレスモータＭ１は、円環状のステータ２０の径方向内側にロータ３０が回転可能に収容されている。
ステータ２０は、ステータコア２１とコイル２２とを備えている。ステータコア２１は、磁性金属にて略円環状に形成され、その周方向略等角度間隔においてそれぞれ径方向内側に伸びる１２個のティース２１ａを有している。コイル２２は、ティース２１ａと同数の１２個備えられ、各ティース２１ａにそれぞれ集中巻にて巻装されている。つまり、ティース２１ａ及びコイル２２により構成されるコイル磁極は、３０度等角度間隔で、磁極数が１２極で構成されている。

図２に示すように、ステータ２０の径方向内側の空間に収容されるロータ３０は、回転軸３１と回転軸３１に固着された略円柱状のロータコア３２とを有する。回転軸３１は、その中心軸線が環状のステータ２０の中心軸線と一致するように配置され、回転軸３１の軸線方向の両側が図示しない軸受に回転可能に支持されている。

ロータコア３２の外周部には、５つのマグネット磁極部３３と５つの鉄心部としての突極部３５とが周方向に交互に形成されている。
各マグネット磁極部３３は、ロータコア３２の周縁部にマグネット３４を埋設することにより形成される。具体的には、各マグネット磁極部３３は、ロータコア３２に軸方向に沿って穿設された開口部としてのマグネット収容孔３３ａを有し、各マグネット収容孔３３ａ内にマグネット３４が収容固定されている。つまり、本例のロータ３０は、マグネット３４が埋め込み配置された所謂ＩＰＭ構造となっている。

各マグネット３４は、互いに略同形状をなし、周方向等角度間隔（７２度間隔）に配置されるとともに、マグネット３４の板面（主面）がロータコア３２の径方向と直交するように設けられている。また、各マグネット３４は、径方向外側の磁極面が互いに同極（本実施形態ではＮ極）となるように構成されている。

各マグネット磁極部３３間には、径方向外側に突出する突極部３５がロータコア３２に一体形成されている。各突極部３５は、周方向等角度間隔（７２度間隔）に形成され、周方向に隣り合うマグネット磁極部３３との間には空隙３６が設定されている。なお、各マグネット磁極部３３の周方向幅は、例えば突極部３５の周方向幅よりも広く設定されている。

上記ロータ３０において、マグネット磁極部３３の磁束（マグネット３４の磁束）は、ロータコア３２の内部を経由して突極部３５に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向かって突極部３５を通過することにより、突極部３５がマグネット磁極部３３とは異なる極性（本実施形態ではＳ極）の磁極として機能する。つまり、ロータ３０は、Ｎ極のマグネット磁極部３３（マグネット３４）に対して突極部３５をＳ極として機能させる所謂コンシクエントポール型にて構成されている。

図３〜図６に示すように、ロータ３０のロータコア３２は、２種類の第１及び第２コアシート３７，３８を軸方向に積層して構成される。
図５に示すように、第１コアシート３７は、円環状の環状部３７ａと、環状部３７ａから径方向外側に突出して周方向略等角度間隔で設けられる複数の第１突出片３７ｂと、環状部３７ａから径方向外側に突出して各第１突出片３７ｂ間に設けられる第２突出片３７ｃとを有する。第２突出片３７ｃには、第１コアシート３７を積層した状態で前記マグネット収容孔３３ａを構成する貫通孔３７ｄが形成される。

図６に示すように、第２コアシート３８は、円環状の環状部３８ａと、環状部３８ａから径方向外側に突出して周方向略等角度間隔で設けられる複数の突出片３８ｂとを有する。第２コアシート３８の突出片３８ｂは第１コアシート３７の第１突出片３７ｂに相当する。つまり、第２コアシート３８は、第１コアシート３７の第２突出片３７ｃを省略した構成をなしている。

そして、第１コアシート３７と第２コアシート３８とは、第１コアシート３７の第１突出片３７ｂと、第２コアシート３８の突出片３８ｂとが周方向において一致するように軸方向に積層され、前述した突極部３５が構成される。また、第１コアシート３７の各第２突出片３７ｃが積層されることで各貫通孔３７ｄが周方向において一致して前記マグネット収容孔３３ａが構成され、マグネット収容孔３３ａに前記マグネット３４が挿入（収容）されることで前記マグネット磁極部３３が構成されることとなる。

本例のロータコア３２は、軸方向に積層された第１コアシート３７の軸方向両端部に第２コアシート３８が配置されている。このため、マグネット磁極部３３は、径方向から視た時に突極部３５よりも軸方向に窪んだ形状をなしている。

また、マグネット磁極部３３には、マグネット３４を挿入した状態でマグネット収容孔３３ａの開口３３ｂを塞ぐ環状のカバー３９が取着される。マグネット３４が軸方向に抜けることが抑えられている。カバー３９を取着した状態で、カバー３９の軸方向端面３９ａと突極部３５の軸方向端面３５ａとが軸方向において同一面、すなわち面一となっている。これによってカバー３９が突極部３５から軸方向にはみ出さないようになっている。

また、カバー３９は、非磁性体で構成してもよい。非磁性体としては例えば樹脂やオーステナイト系ステンレスなどが挙げられる。
また、カバー３９は例えば網目状で構成してもよい。カバー３９を網目状で構成した場合、例えばロータ３０とステータ２０との径方向におけるエアギャップよりも小さい網目であることが好ましい。これによって、万一網目からマグネット３４の欠片が飛散した場合であってもロータ３０とステータ２０とのエアギャップよりも小さいため、ロータ３０とステータ２０との間で挟まることによるロータ３０の回転規制が起きることが抑えられる。

また、カバー３９は、伸縮可能な部材で構成してもよい。伸縮可能な部材としては、例えば伸縮可能な樹脂フィルムなどが挙げられる。
上記のように構成されたブラシレスモータＭ１は、モータＥＣＵ１４によって制御される。以下に、モータの制御態様を説明する。

図７に示すように、コイル２２の結線態様について、第１系統と第２系統との２つの給電系統に分かれてそれぞれＹ結線がなされている。ここで、モータＥＣＵ１４は、第１インバータ４１と第２インバータ４２との２つの給電部を備え、第１インバータ４１から給電がなされる系統を第１系統、第２インバータ４２から給電がなされる系統を第２系統とする。各インバータ４１，４２からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相給電がなされる。

第１系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ１及びＵ３コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ１及びＶ３コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ１及びＷ３コイル２２とを有する。本例では、Ｕ１コイル２２の一端が第１インバータ４１のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ３コイル２２の一端が第１インバータ４１のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ３コイル２２の一端が第１インバータ４１のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ３コイル２２の他端、Ｖ１コイル２２の他端、Ｗ１コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

第２系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ２及びＵ４コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ２及びＶ４コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ２及びＷ４コイル２２とを有する。本例では、Ｕ２コイル２２の一端が第２インバータ４２のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ４コイル２２の他端、Ｖ２コイル２２の他端、Ｗ２コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

モータＥＣＵ１４は、各インバータ４１，４２を制御することでコイル２２に供給される電流を調整することでモータＭ１（ロータ３０）の駆動を制御している。例えば、モータＥＣＵ１４は、コイル２２にｄ軸電流を供給することでマグネット３４の磁束を相殺するように励磁されて誘起電圧の小さい高回転駆動が行われる。また、コイル２２にｑ軸電流を供給することで高トルク駆動が可能となる。

次に、ブラシレスモータＭ１の作用を説明する。
本実施形態のブラシレスモータＭ１ではマグネット磁極部３３のマグネット収容孔３３ａを塞ぐようにカバー３９が設けられてマグネット３４の軸方向移動が規制されている。このため、マグネット３４の脱落が抑えられている。また、マグネット磁極部３３が突極部３５よりも軸方向において窪んだ形状をなし、当該部分にカバー３９が配置されることで突極部３５よりも軸方向外側にはみ出さないようになっている。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）カバー３９の軸方向端面３９ａが軸方向において突極部３５の軸方向端面３５ａと同一に位置する。これにより、カバー３９が軸方向において鉄心部としての突極部３５よりもはみ出さない構成であるため、軸方向の大型化を抑えつつ、カバー３９によってマグネット３４の脱落を抑えることができる。

（２）カバー３９が非磁性体であるため、カバー３９へのマグネット３４の磁束の漏れを抑えることができる。
（３）カバー３９が網目状であるため、放熱を行うことができる。

（４）カバー３９が伸縮可能な部材で構成されることでロータコア３２（マグネット磁極部３３）への組み付けを容易にできる。
（５）種類の異なるコアシート３７，３８によってマグネット磁極部３３を突極部３５よりも軸方向に窪んだ形状とすることができる。また、コアシート３７，３８の積層数によって窪み量を調整することが可能となる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、カバー３９の軸方向端面３９ａと、突極部３５の軸方向端面３５ａとが面一となるように構成したが、カバー３９の軸方向端面３９ａが突極部３５の軸方向端面３５ａよりも軸方向中心側（マグネット磁極部３３側）に位置して、カバー３９が突極部３５よりも軸方向においてはみ出さない構成としてもよい。

・上記実施形態では、カバー３９を非磁性体としたが、磁性体であってもよい。
・上記実施形態では、カバー３９を網目状としたが、網目を有しない構成としてもよい。

・上記実施形態では、カバー３９を伸縮可能な部材で構成したが、伸縮しない部材でカバーを構成してもよい。
・上記実施形態では、２種類のコアシート３７，３８を積層してロータコア３２を構成したが、３種類以上のコアシートを用いる構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、第１及び第２コアシート３７，３８を積層してロータコア３２を構成したが、圧粉磁心によって一体構成のロータコアを採用してもよい。これによって、積層する工程を省略することができる。

・上記実施形態では、全体を覆う構成としたが、少なくとも一部を覆ってマグネット３４の抜けを抑える構成としてもよい。
・上記実施形態では、液圧を発生させるポンプＰとしてギヤポンプを用いる構成としたが、シリンダ内のピストンを動作させて液圧を発生させる構成を採用してもよい。また、液圧以外に気圧式また機械式で圧力を発生させる構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、ステータ２０側の磁極を１２（１２スロット）、ロータ３０側の磁極を１０としたが、適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、コイル２２を集中巻としたが、分布巻などのその他の巻回方法を採用してもよい。

・上記実施形態では、コイル２２をＹ結線としたが、これに限らず、例えばΔ（デルタ）結線してもよい。
・上記実施形態において第１系統と第２系統とでのコイル２２の結線態様を説明したが、図８（ａ）に示す結線態様や、図８（ｂ）に示す結線態様に変更してもよい。

図８（ａ）に示すように、第１系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ１及びＵ２コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ１及びＶ２コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ１及びＷ２コイル２２とを有する。本例では、Ｕ１コイル２２の一端が第１インバータ４１のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ２コイル２２の一端が第１インバータ４１のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ２コイル２２の一端が第１インバータ４１のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ２コイル２２の他端、Ｖ１コイル２２の他端、Ｗ１コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。第２系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ３及びＵ４コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ３及びＶ４コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ３及びＷ４コイル２２とを有する。本例では、Ｕ３コイル２２の一端が第２インバータ４２のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ４コイル２２の他端、Ｖ３コイル２２の他端、Ｗ３コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

図８（ｂ）に示すように、第１系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ１及びＵ４コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ１及びＶ４コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ１及びＷ４コイル２２とを有する。本例では、Ｕ１コイル２２の一端が第１インバータ４１のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ４コイル２２の一端が第１インバータ４１のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ４コイル２２の一端が第１インバータ４１のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ４コイル２２の他端、Ｖ１コイル２２の他端、Ｗ１コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。第２系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ２及びＵ３コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ２及びＶ３コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ２及びＷ３コイル２２とを有する。本例では、Ｕ２コイル２２の一端が第２インバータ４２のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ３コイル２２の一端が第２インバータ４２のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ３コイル２２の一端が第２インバータ４２のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ３コイル２２の他端、Ｖ２コイル２２の他端、Ｗ２コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

・上記実施形態では、加圧ユニット１１と制御ユニット１２とのそれぞれに設けられる各モータＭ１，Ｍ２を各モータＥＣＵ１４によって制御する構成としたが、これに限らない。つまり、加圧ユニット１１と制御ユニット１２とを１つのブレーキＥＣＵで制御する構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、電動ブレーキシステム１０に用いられるモータに適用したが、電動ブレーキシステム１０以外に用いられるモータに適用してもよい。
・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

２０…ステータ、３０…ロータ、３２…ロータコア、３３…マグネット磁極部、３３ａ…マグネット収容孔（開口部）、３４…マグネット、３５…突極部（鉄心部）、３５ａ…軸方向端面、３７…第１コアシート、３７ｄ…貫通孔、３８…第２コアシート、３９…カバー、３９ａ…軸方向端面、Ｍ１，Ｍ２…ブラシレスモータ（モータ）。

Claims (6)

1. ロータコアの周方向にマグネットを有するマグネット磁極部と、該マグネット磁極部間における前記ロータコアの鉄心部が他方の磁極として機能するように構成されたコンシクエントポール型であり、
   前記マグネット磁極部は、前記マグネットが前記ロータコア内に埋め込み配置され、前記鉄心部よりも軸方向に窪んだ形状をなし、
   前記マグネット磁極部の軸方向端面における前記マグネットを挿入する開口部を覆うカバーを備え、
   前記カバーは、その軸方向端面が軸方向において前記鉄心部の軸方向端面と同一又は前記鉄心部の軸方向端面よりも前記マグネット磁極部側に位置するように設けられることを特徴とするロータ。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   前記カバーは、非磁性体であることを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記カバーは網目状に形成されていることを特徴とするロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記カバーは、伸縮可能な部材で構成されることを特徴とするロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記ロータコアは、前記マグネットを挿入する前記開口部に対応する貫通孔及び前記鉄心部に対応する鉄心片を有する第１コアシートと、前記鉄心部に対応する鉄心片を有する第２コアシートとを積層してなり、
   前記ロータコアの軸方向端面側において前記第２コアシートが配置されることを特徴とするロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータと、該ロータと対向配置されるステータとを備えたことを特徴とするモータ。