JP2008148447A - 電動パワーステアリング装置用モータ - Google Patents

Abstract

【課題】モータの回転に伴う振動・騒音の低減を図ること。
【解決手段】回転子１０を３段のマグネット１１、１２、１３で構成し、マグネット１２に磁極屈曲線１８が形成されるように、上段のマグネット１１と下段のマグネット１３の各磁極を中段のマグネット１２の磁極に対して、ずらし量θ＝１０度だけずらして配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に搭載された電動モータの回転に伴う振動や騒音を低減する技術に関する。

電動パワーステアリング装置は、自動車等の車両に搭載されることから、電動モータの回転に伴う騒音や振動を低減することが厳しく要求されている。このため、電動パワーステアリング装置には、振動、騒音を低減できる電動モータ、例えば、特開２００４−３４３９０７号公報（特許文献１）に示されているものが採用されている。その構成は、回転子表面の磁石を複数のリング状とし、これらを軸方向に重ね合わせるとともに、所定角度一定方向にずらすことにより、起磁力分布を正弦波に近づけ、コギングトルクやトルクリップルといった回転方向の振動を抑えるものである。
特開２００４−３４３９０７号公報

特許文献１に記載されているものは、図６に示すように、コイルを流れる電流により発生する磁場が回転子磁石に及ぼす力１００は、各磁極の磁気的中心線１０２に対して直角となり、回転方向成分１０４がトルクとなる。しかし、回転子磁石が受ける力１００の変動により、軸方向成分１０６は軸方向の加振力になるとともに、振動・騒音の原因となる。

そこで、本発明は、モータの回転に伴う振動・騒音の低減を図ることにある。

前記課題を解決するために、本発明は、固定子と回転子とを空隙を介して相対向して配置し、前記固定子と回転子のうちいずれか一方の磁極を永久磁石で構成し、他方の磁極を通電により磁力を発生するコイルで構成し、前記永久磁石またはコイルの磁極にスキューを設けてなる電動パワーステアリング装置用モータにおいて、前記永久磁石またはコイルに設けられたスキューは、前記固定子と前記回転子の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するスキュー角度に設定してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータを構成したものである。

上記構成によれば、永久磁石またはコイルに設けられたスキューは、固定子と回転子の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するスキュー角度に設定されているため、モータの回転に伴う騒音および振動を低減することができる。

具体的には、回転子に永久磁石を配置するに際して、永久磁石を軸方向に沿って複数段に分割し、各段の磁極群を相隣接する段の磁極と所定の角度ずらして配置し、上段と下段の間のいずれかの段の磁極群に、磁石配置によって磁極屈曲線を形成する。磁極屈曲線より上側の磁極群に生じる軸方向加振力は、磁極屈曲線より下側の磁極群に生じる軸方向加振力と相殺され、回転子全体としては、軸方向の加振力は生じないため、振動・騒音の低減が図れる。

本発明によれば、振動・騒音の低減が図れる。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施例を示す回転子の斜視図、（ｂ）は第１実施例の回転子磁石の展開図である。図１において、回転子１０は、固定子（図示せず）と空隙を介して相対向して配置されており、この回転子１０は、軸方向に沿って３段に分割されたマグネット（永久磁石）１１、１２、１３を用いて構成されている。各段のマグネット（永久磁石）１１、１２、１３は、それぞれ円環状に形成されて、各磁極（Ｎ極、Ｓ極）が周方向に沿って着磁されており、各段の磁極は、相隣接する段の同極の磁極と所定の角度ずれて配置されている。すなわち、上段のマグネット１１、中段のマグネット１２、下段のマグネット１３はそれぞれ別体でリング状に形成され、円周方向に沿って各磁極（Ｎ極、Ｓ極）が等間隔に着磁されている。各段の磁極は、相隣接する段の同極の磁極に対して、磁気解析により求められるコギングトルクが最小となるずらし量にしたがって所定角度（θ）ずれて配置されている。
ここで、各段のマグネット（永久磁石）１１、１２、１３の軸方向の磁気的中心線１７は、マグネット１２における磁極屈曲線１８との交点を基準に屈曲しており、上段のマグネット１１と下段のマグネット１３は、磁極屈曲線１８に対して対象に配置され、中段のマグネット１２に対するずらし量（θ）はそれぞれ同じに設定されている。この場合のずらし量（θ）は、隣り合うマグネット同士の磁気干渉を考慮する必要があるため、正確には磁気解析などの手法を用いて、コギングトルクが最小となるような最適な角度を求めるべきであるが、目安として、コギングトルク周期の１／２の角度、例えば、６極９スロットのモータの場合には、コギングトルク周期は２０度であるので、ずらし量（スキュー角度）θは１０度となる。

回転子１０の磁極にスキューを設けるに際して、マグネット１１、１３のマグネット１２に対するずらし量θを１０度に設定すると、磁極屈曲線１８の上側に配置されたマグネット１１における磁力２０の軸方向分力２１と、磁極屈曲線１８の下側に配置されたマグネット１３における磁力２２の軸方向分力２３は、大きさが同じで、向きが逆となり、互いに相殺する。このため、回転子１０全体としては、軸方向には加振力は受けなくなる。すなわち、回転子１０にスキューを設けるときに、回転子１０と固定子の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するようなスキュー角度に設定することで、モータの回転に伴う振動・騒音の低減を図ることができる。

本実施例における回転子１０は、軸方向分割数が３であるが、軸方向分割数は３以上の整数であればよく、例えば、図２に示すように、回転子１０を５段のマグネット１１、１２、１３、１４、１５で構成することができる。この場合、マグネット１２、１３、１４にそれぞれ磁極屈曲線１８ａ、１８ｂ、１８ｃが形成される。５段に分割された回転子１０は、３本の磁極屈曲線１８ａ、１８ｂ、１８ｃとの交点で屈曲する磁気的中心線１７がＷ形状となるように、各段の磁極群が配置される。この場合も、図１のものと同様の理由により、各マグネット１１〜１５に対して設けられたスキューは、固定子と回転子１０の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するようなスキュー角度に設定されているため、モータの回転に伴う騒音・振動を低減することができる。

なお、第１実施例では、説明の都合上全てのマグネット１１、１２、１３については同じ長さのものを用いているとしているが、磁極屈曲線１８に対して各段のマグネット１１、１２、１３の磁極が対称に配置されればよく、必ずしもマグネット１１、１２、１３における軸方向の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３は同一である必要はない。

また、マグネット１１、１２、１３はそれぞれ別体で成形されており、各マグネット１１、１２、１３の着磁はスキューしておらず、磁束密度の高い極異方性のマグネットを使用することで、高トルクのモータを提供することができる。

次に、本発明の第２実施例を図３にしたがって説明する。本実施例における回転子１０は、軸方向において３段に分割された回転子コア３１、３２、３３に周方向に沿って磁極群を形成するに際して、各磁極（Ｎ極、Ｓ極）が、それぞれ１個となるように円周方向において分割された磁石片４０を所定角度（θ）ずらして組み込んだものである。各段における磁石片４０のずらし量θは、第１実施例における磁極の配置と同様であり、回転子１０を組み立てたときの着磁状態を図３（ｂ）に示す。

本実施例によれば、各段の磁石片４０に対して設けられたスキューは、固定子と回転子１０の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するようなスキュー角度に設定されているため、モータの回転に伴う騒音・振動を低減することができる。

次に、本発明の第３実施例を図４および図５にしたがって説明する。本実施例は、回転子１０を、軸方向において４段に分割されたマグネット１１、１２、１３、１４で構成し、２段目のマグネット１２に、マグネット１１〜１４の配置に伴う相互作用により磁極屈曲線１８を形成し、磁極屈曲線１８を基準に、マグネット１１の磁極群とマグネット１３、１４の磁極群を非対称に配置したものであり、他の構成は第１実施例と同様である。

本実施例では、磁極屈曲線１８より上側に配置されたマグネット１１における磁力２０の軸方向分力２１と、磁極屈曲線１８より下に配置されたマグネット１３および１４における磁力２２の軸方向分力２３の大きさが同じであるが、方向が逆向きになるように、ずらし量（スキュー角度）θが設定されているため、第１実施例と同様に、モータの回転に伴う振動・騒音の発生を抑制することができる。

図５に示すように、本実施例における回転子１０は回転軸５０に固定され、回転軸５０の軸方向一端側が、カバー５２に固定された軸受５４に圧入等により回転自在に支持され、軸方向他端側が、ケース５６底部の軸受５８に回転自在に支持されるようになっている。ケース５６の内壁には固定子６０が圧入もしくは接着剤により固定され、回転子１０は、固定子６０と空隙を介して相対向して配置されるようになっている。

この場合、回転子１０の軸受け５４への組み付け位置基準はスキュー角度の大きい側の面６２であり、固定子６０のケース５６への組み付け位置基準はカバー５２側の面６４となっているため、スキュー角度の大きい側、すなわちマグネット１１に近い側の回転子１０の端面６２と固定子６０の端面のズレ量バラつき（オーバーハング量ばらつき）は、機械加工の公差の積み重ねであり、一般的に寸法精度の悪い積層電磁鋼板の積層高さのばらつきよりも極めて少なくすることができる。したがって、コギングトルクや軸方向加振力などのモータ性能のばらつきも少なく抑えることが出来る。なお、スキュー角度の小さい側、すなわち、マグネット１４に近い側のオーバーハング量のばらつきには、積層電磁鋼板の積層高さのばらつきも含まれるが、スキュー角度が小さいため、コギングトルク、軸方向加振力への影響を少なくすることが出来る。

なお、本実施例では、回転子１０のマグネット１１〜１４を４段としているが、第１実施例と同様に複数段であればよく、磁極屈曲線１８も第１実施例と同様に必ずしも１本である必要はなく、２本以上あっても良い。

また、前記各実施例においては、回転子１０についてスキューを設けるものについて述べたが、コイルまたは永久磁石で構成される固定子に対してもスキューを設けることもでき、また、固定子と回転子の両方に対してスキューを設けることもできる。この場合のスキューは、固定子と回転子の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するようなスキュー角度に設定する。

（ａ）は本発明の第１実施例を示す回転子の斜視図、（ｂ）は回転子磁石の展開図である。 第１実施例を変形し、５段構成のマグネットで回転子を構成したときの回転子磁石の展開図である。 （ａ）は本発明の第２実施例を示す回転子の斜視図、（ｂ）は第２実施例の回転子磁石の展開図である。 （ａ）は本発明の第３実施例を示す回転子の斜視図、（ｂ）は第３実施例の回転子磁石の展開図である。 第３実施例の回転子とステータとの関係を説明するための要部断面図である。 従来のモータの磁石展開図である。

符号の説明

１０ 回転子
１１、１２、１３、１４、１５ マグネット
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 磁極屈曲線
３１、３２、３３ 回転子コア
４０ 磁石片
５０ 回転軸
６０ ステータ

Claims (5)

1. 固定子と回転子とを空隙を介して相対向して配置し、前記固定子と回転子のうちいずれか一方の磁極を永久磁石で構成し、他方の磁極を通電により磁力を発生するコイルで構成し、前記永久磁石またはコイルの磁極にスキューを設けてなる電動パワーステアリング装置用モータにおいて、前記永久磁石またはコイルに設けられたスキューは、前記固定子と前記回転子の磁気的相互作用により発生する軸方向の推力を相殺するスキュー角度に設定してなることを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータ。
2. 前記回転子に装着された永久磁石は、軸方向に沿って複数段に分割され、前記各段の磁極群は相隣接する段の磁極と所定の角度ずれて配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
3. 前記各段の磁極群は、磁極ごとに１個となるように円周方向において分割された磁石片で構成されてなることを特徴とする請求項２に記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
4. 前記各段の磁極群は、上段と下段との間の段の磁極群によって形成される磁極屈曲線に対して非対称で配置されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用モータ。
5. 前記各段の磁極群のうち上段と下段との間のいずれかの段の磁極群は、磁石配置によって磁極屈曲線を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用モータ。

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