JP2011259552A

JP2011259552A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2011259552A
Application number: JP2010130002A
Authority: JP
Inventors: Yukio Nakayama; 幸雄中山
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP5370686B2

Abstract

【課題】ケースにステータコアを圧入しても、当該圧入によるステータコアの磁気特性の低下を防止することができ、ロストルクを低減することが可能なブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ステータコア７及びステータコア７に巻装されたコイル８を有するステータ９と、ステータ９を収容するケース２Ａとを備え、ステータコア７は、外径が各々異なる複数の電磁鋼板７１〜７５が積層された構成を有し、ケース２Ａにステータコア７が挿入され、ケース２Ａとステータコア７とが圧入結合されてなるブラシレスモータ１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブラシレスモータに係り、特に、電動パワーステアリング装置で好適に使用されるブラシレスモータの改良に関する。

従来、電動パワーステアリング（以下、「ＥＰＳ」と記す）モータのロストルクを低減するため、最大磁束密度１．５Ｔまで磁化した場合の周波数１Ｈｚ当たりのヒステリシス損が、０．１０Ｊ／ｋｇ以下であるＥＰＳモータコア用電磁鋼板を用いる技術が紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。

また、ＥＰＳモータコア用の電磁鋼板に、熱間圧延時のスラブ加熱温度を１０５０〜１１８０℃、さらに好ましくは磁性焼鈍時の焼鈍温度を７２０〜９００℃とする熱処理を行うことでヒステリシス損特性を向上させ、ロストルクを低減させる技術も紹介されている。（例えば、特許文献２参照）。

そしてまた、電磁鋼板を成形してなるリング状のコア片を積層した固定子鉄心を備え、前記電磁鋼板は圧延により磁気異方性を有し、前記積層の上下方向に隣り合うコア片の圧延方向が所定の角度だけ異なるように前記コア片を積層することで、ロストルクを低減させるＥＰＳモータも紹介されている。（例えば、特許文献３参照）。

また、円環状の固定子ヨーク部と、この固定子ヨーク部に対して分割して形成されると共に、前記固定子ヨーク部に固定された複数の固定子突極と、からなる固定子鉄心を有し、前記固定子突極の鉄心として、アモルファス鉄心を用いることで、ロストルクを低減させるＥＰＳモータも紹介されている。（例えば、特許文献４参照）。

さらにまた、ステータコアをケースに収容させたステータユニットと、前記ステータユニットに対して回転自在なロータとを有し、前記ステータコアと前記ケースは、荷重を受けるために突出させた突起部によって固定されており、前記ステータコア及び前記ケースは、前記突起部以外では接触していない構成とすることで、ロストルクを低減させるＥＰＳモータも紹介されている。（例えば、特許文献５参照）。

特開２００１−１１５８５号公報特開２００１−３３５８４３号公報特開２００４−３５０３６９号公報特開２００５−２５３１６８号公報特開２００６−３３３６５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたＥＰＳモータコア用電磁鋼板は、当該電磁鋼板を構成する材料自身の磁気特性はよいが、ケースにステータコアを圧入した場合に、当該圧入の影響でステータコアの磁気特性が悪化し、鉄損が低下する等、充分な特性を得ることが困難である。また、特許文献２〜４には、ケースにステータコアを配設する方法や、ケースにステータコアを配設した際の構成（ケースとステータコアとの関係）については記載されていない。

また、特許文献５に記載されたＥＰＳモータは、前記突起部は、前記ケースと面接触しているため、磁気特性の悪化を防止する効果が小さいと共に、前記突起部は磁路として必要がない部分であるため、モータの外径及び質量が大きくなり、小型化を達成することが困難である。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、ケースにステータコアを圧入しても、当該圧入によるステータコアの磁気特性の低下を防止することができ、ロストルクを低減することが可能なブラシレスモータを提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は、ステータコア及び当該ステータコアに巻装されたコイルを有するステータと、前記ステータを収容するケースと、を備え、前記ステータが前記ケースに圧入されてなるブラシレスモータであって、前記ステータコアは、外径が各々異なる複数の電磁鋼板が積層された構成を有し、前記ケースと前記ステータコアとが圧入結合されてなるブラシレスモータを提供するものである。

この構成を備えたブラシレスモータは、外径が各々異なる複数の電磁鋼板が積層された構成を有するステータコアが、ケースに圧入結合されているため、ステータコアとケースとの接触面積を小さくすることができる。したがって、ケースにステータを圧入しても、当該圧入によるステータコアの変形を抑制することができ、磁束を安定させることが可能となる。このため、前記ステータコアの磁気特性が低下することを防止することができる。

また、本発明に係るブラシレスモータは、前記複数の電磁鋼板の外径が順次大きくなるように積層されてなり、前記各々の電磁鋼板の外周面と、当該外周面に対向する当該ケースの内周面との間に形成される各々の圧入代が、軸方向で均一となるように、前記ケースの内周面を傾斜した構成を有することができる。このように構成することで、各々の電磁鋼板の外周面とケースの内周面とが線接触（円周に沿った線による接触）することになるため、ステータコアとケースとの接触面積をさらに小さくすることができる。

そしてまた、本発明に係るブラシレスモータは、前記ステータコアの外周面に切欠き部を形成し、当該切欠き部を介して、当該ステータコアの外周面と、前記ケースの内周面との間に制振部材を充填することができる。このように構成することで、ブラシレスモータが駆動した際に生じる振動を制振部材に吸収させることができるため、前記利点に加え、振動の発生を抑制することができる。

また、本発明に係るブラシレスモータでは、前記ステータコアは、前記少なくとも１枚の電磁鋼板を転積した構成を有することができる。このように電磁鋼板を転積することにより、前記利点に加え、磁束のバラツキを効率よく抑制することができるため、回転方向の磁気特性を向上させることができ、より一層ロストルクを低減させることができる。

さらにまた、本発明に係るブラシレスモータは、前記ステータコアが圧入されたケースの内周面に、当該ステータコアの圧入方向と反対側の端面に当接可能な突起部が形成された構成を備えることができる。このように構成することで、前記利点に加え、ステータコアが、当該ステータコアの圧入方向と反対側に移動しようとした際に、ステータコアの端面が突起部に当接するため、ステータコアが抜け出ることを防止することができる。

本発明によれば、ケースにステータコアを圧入しても、当該圧入によるステータコアの磁気特性の低下を防止することができ、ロストルクを低減することが可能なブラシレスモータを提供することができる。

本発明の実施例に係るブラシレスモータの縦断面図である。図１に示すブラシレスモータの構成要素であるステータコアの平面図である。図１に示すブラシレスモータの構成要素であるケースに図２に示すステータコアを圧入した状態を簡略化して示す軸方向に沿った断面図である。図３に示すIV−IV線に沿った断面図である。図３に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施例は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施例にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本発明の実施例に係るブラシレスモータの縦断面図、図２は、図１に示すブラシレスモータの構成要素であるステータコアの平面図、図３は、図１に示すブラシレスモータの構成要素であるケースに図２に示すステータコアを圧入した状態を簡略化して示す軸方向に沿った断面図、図４は、図３に示すIV−IV線に沿った断面図、図５は、図３に示すＶ−Ｖ線に沿った断面図である。なお、前記各図では、説明を理解し易くするため、各部材の厚さやサイズ、拡大・縮小率等は、実際のものとは一致させずに記載した。

図１〜図５に示すように、本実施形態に係るブラシレスモータ１は、磁性材料によって形成されたケース２Ａと、このケース２Ａの一方の開口端部を閉塞する略円板状のフロントブラケット２Ｂを有している。ケース２Ａのフロントブラケット２Ｂが設けられた側とは反対側の端部には、この端部を閉塞するように、ケース２Ａと一体に底部２ａが形成されている。

ケース２Ａは、フロントブラケット２Ｂが設けられた側の径が、底部２ａ側の径よりも徐々に大きくなった略円錐状（テーパ形状）を有しており、ケース２Ａの内周面１２が傾斜面となっている。なお、ケース２Ａを形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial ）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。また、フロントブラケット２Ｂは、ブラシレスモータ１を所望機器に取付ける際のフランジの役割を果たしている。

また、図３に示すように、ケース２Ａのフロントブラケット２Ｂ側には、後に詳述するステータコア７がケース２Ａに圧入された際に、ステータコア７の圧入方向と反対側の端面（即ち、フロントブラケット２Ｂ側となる端面）に当接可能な突起部２１が形成されている。この突起部２１は、ステータコア７が、フロントブラケット２Ｂ側に移動しようとした際に、ステータコア７の端面に当接するため、ステータコア７がフロントブラケット２Ｂ側に抜け出ることを防止することができる。なお、この突起部２１は、例えば、カシメやポンチ等の工具によって形成することができる。

ケース２Ａの内側であって、フロントブラケット２Ｂの略中央部分には、軸受３Ａが、底部２ａの略中央部分には、軸受３Ｂが、それぞれ配設されている。そして、この軸受３Ａは、ケース２Ａの内側に配設された回転軸４の一端を回転可能に支持し、軸受３Ｂは、回転軸４の他端を回転可能に支持している。

回転軸４の外周側には、ロータコア１０が配設されており、このロータコア１０の外周側には、モータ駆動用のマグネット５が固定されている。このマグネット５は、Ｓ極及びＮ極が回転軸４の周方向に交互に且つ等間隔に着磁された永久磁石であって、回転軸４、ロータコア１０及びマグネット５によってブラシレスモータ１の回転自在のロータ６が構成されている。そして、このマグネット５は、分割形状（セグメント構造）であっても、リング形状であってもよい。なお、符号１１はマグネットカバーである。

また、回転軸４のフロントブラケット２Ｂ側の端部は外部に突出しており、この外部に突出した端部には、ジョイント１９が設けられている。このジョイント１９に所望の軸等を接続することで、ブラシレスモータ１の回転出力を取り出せるようになっている。また、回転軸４のフロントブラケット２Ｂ側には、ロータ６の回転位置を検出するレゾルバ２５と、レゾルバ２５を支持する端子台２６が設けられている。このレゾルバ２５は、回転軸４の円周面に固設されるレゾルバロータ３１と、このレゾルバロータ３１に所定間隔の空隙を介して対向配置されるレゾルバステータ３２とを備えている。

また、ロータ６の外周側とケース２Ａの内周面１２との間には、ステータ９が配設されている。このステータ９は、ステータコア７と、ステータコア７の後に詳述するティース１８Ａ〜１８Ｌに各々巻装された３相の励磁コイル８（図１参照）とを有している。

ステータコア７は、複数の外径が各々異なる複数（本実施形態では、説明を理解し易くするため５枚として記載してある）の電磁鋼板（珪素鋼板）７１〜７５が順に積層された構成を備えている。また、これらの電磁鋼板７１〜７５は、少なくとも１枚の電磁鋼板が所定の角度で転積されている。このように電磁鋼板７１〜７５の少なくとも１枚を転積することにより、電磁鋼板７１〜７５を積層する際に生じる厚さの誤差を極力小さくすることができる。このため、磁束のバラツキを効率よく抑制し、回転方向の磁気特性を向上させることができ、ロストルクを低減させることができる。

これらの電磁鋼板７１〜７５は、外周部を構成する環状のバックヨーク部１７と、バックヨーク部１７の径方向中心に向かってバックヨーク部１７から突設される複数（本実施形態では１２個）のティース１８Ａ〜１８Ｌを各々有している。また、電磁鋼板７１〜７５は、電磁鋼板７１の外径が最も小さく（短く）、積層順に外径が大きく（長く）なり、電磁鋼板７５の外径が最も大きく構成されている。そして、電磁鋼板７１〜７５の外径は、互いに隣接する電磁鋼板同士の外径の差が同じとなるように設定されている。なお、本実施形態では、電磁鋼板７１〜７５の外径は、バックヨーク部１７の径方向の長さを変更することによって決定されている。

電磁鋼板７１〜７５が積層されたステータコア７は、特に、図３に示すように、ケース２Ａの底部２ａ側に電磁鋼板７１が位置するようにケース２Ａに圧入され、電磁鋼板７１の底部２ａ側の外周端７１ｅと、電磁鋼板７２の底部２ａ側の外周端７２ｅと、電磁鋼板７３の底部２ａ側の外周端７３ｅと、電磁鋼板７４の底部２ａ側の外周端７４ｅと、電磁鋼板７５の底部２ａ側の外周端７５ｅとが、ケース２Ａの内周面１２に接触（線接触）した状態で、ケース２Ａに圧入結合されている。したがって、ステータコア７とケース２Ａとの接触面積を小さくすることができるため、ケース２Ａにステータコア７を圧入しても、圧入によるステータコア７の変形を抑制することができ、磁束を安定させることが可能となる。この結果、ステータコア７の磁気特性が低下することを防止することができ、ロストルクを低減することが可能となる。

ここで、電磁鋼板７１〜７５は、各々の外径が一定であり、ケース２Ａの内周面１２は、傾斜しているため、ケース２Ａの内周面１２と、電磁鋼板７１〜７５の各々の外周面との間には、特に図３に示すように圧入代（隙間）８１〜８５が各々形成されることになる。本実施形態では、このケース２Ａの内周面１２は、これらの圧入代８１〜８５が軸方向で均一となるように傾斜されている。なお、積層された各々の電磁鋼板７１〜７５は、ケース２Ａの内周面１２と同心円となっており、よってステータコア７もケース２Ａの内周面１２と同心円となっている。

そしてまた、電磁鋼板７１〜７５の外周面の互いに対向する各々の位置（即ち、径方向両端となる各々の位置）には、圧入代８１〜８５に制振部材９０を充填するための切欠き９１〜９５が各々形成されている。これらの切欠き９１〜９５は、電磁鋼板７１〜７５が積層された際に、互いに連通するように形成されており、切欠き９１は、積層方向の底部２ａ側に貫通せずに、中程で終端されている。この構成により、切欠き９５から注入された制振部材９０は、切欠き９４、９３、９２、９１と順次供給され、各圧入代８１〜８５に充填される。このように、圧入代８１〜８５に制振部材９０を充填することで、ブラシレスモータ１が駆動した際に生じる振動を制振部材９０に吸収させることができ、振動の発生を抑制することができる。なお、制振部材９０としては、例えば、接着性弾性樹脂やゴム等が挙げられる。

ステータ９は、３相の励磁コイルを１組とした４つのコイル群が連続的に配設された構成を有している。具体的には、ステータコア７は、例えば、ティース１８Ａ、１８Ｂ及び１８Ｃに各々巻装された励磁コイル８（図２〜図５では説明を理解し易くするため、励磁コイルは記載していない）によって、１つのコイル群（第１のコイル群）を形成し、ティース１８Ｄ、１８Ｅ及び１８Ｆに各々巻装された励磁コイル８によって、他の１つのコイル群（第２のコイル群）を形成し、ティース１８Ｇ、１８Ｈ及び１８Ｉに各々巻装された励磁コイル８によって、他の１つのコイル群（第３のコイル群）を形成し、ティース１８Ｊ、１８Ｋ及び１８Ｌに各々巻装された励磁コイル８によって、他の１つのコイル群（第４のコイル群）を形成している。なお、符号２８は、インシュレータである。

なお、本実施形態では、説明を理解し易くするため、ステータコア７の構成として、５枚の電磁鋼板７１〜７５を積層した場合について説明したが、これに限らず、ステータコア７は、６枚以上の外径が各々異なる電磁鋼板を積層した構成であってもよい。また、外径が同一の複数の電磁鋼板を積層したブロック体を複数準備し、各々のブロック体の外径が異なるようにしてもよい。この構成の場合、ブロック体を構成する電磁鋼板を転積してもよく、ブロック体を転積してもよい。

また、本実施形態では、切欠き９１〜９５を互いに対向する２カ所（同一径上）に形成した場合について説明したが、これに限らず、切欠き９１〜９５は、所望により、電磁鋼板７１〜７５に各々１カ所ずつ形成してもよく、３カ所以上形成してもよい。

１…ブラシレスモータ、２Ａ…ケース、４…回転軸、７…ステータコア、８…励磁コイル、９…ステータ、１２…内周面、１７…バックヨーク部、１８Ａ〜１８Ｌ… ティース、２１…突起部、７１〜７５…電磁鋼板（珪素鋼板）、８１〜８５…圧入代、９０…制振部材、９１〜９５…切欠き

Claims

ステータコア及び当該ステータコアに巻装されたコイルを有するステータと、前記ステータを収容するケースと、を備え、前記ステータが前記ケースに圧入されてなるブラシレスモータであって、
前記ステータコアは、外径が各々異なる複数の電磁鋼板が積層された構成を有し、
前記ケースと前記ステータコアとが圧入結合されてなるブラシレスモータ。
前記複数の電磁鋼板は、外径が順次大きくなるように積層されてなり、
前記ケースは、前記各々の電磁鋼板の外周面と、当該外周面に対向する当該ケースの内周面との間に形成される各々の圧入代が、軸方向で均一となるように、当該ケースの内周面が傾斜してなる請求項１記載のブラシレスモータ。
前記ステータコアの外周面に切欠き部を形成し、当該切欠き部を介して、当該ステータコアの外周面と、前記ケースの内周面との間に制振部材を充填してなる請求項２記載のブラシレスモータ。
前記ステータコアは、前記少なくとも１枚の電磁鋼板を転積してなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
前記ステータコアが圧入されたケースの内周面に、当該ステータコアの圧入方向と反対側の端面に当接可能な突起部が形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。