(57)【要約】【課題】マグネットカバーにおけるプレス加工後の焼鈍処理を省き、マグネットカバーの寸法バラツキや処理ムラを防止し、組付性の改善やコギングトルクの低減を図る。【解決手段】ブラシレスモータ１のロータ３に、ステンレス鋼にて形成された略円筒形状のマグネットカバー２８を装着する。マグネットカバー２８は、絞り率０.５〜１の範囲で絞り加工にて形成され、磁性化された状態で使用される。絞り率０.５〜１の範囲では、焼鈍の有無にかかわらず、コギングトルクが所定の基準値以下に抑えられる。これにより、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省くことができる。また、出力低下防止の観点から、マグネットカバー２８の相対板厚は０.８％以下が好ましく、コギングトルク低減の観点からは、マグネットカバー２８の板厚は０.３５ｍｍ以下が好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
前記ロータは、磁性体にて形成されたロータコアと、前記ロータコアの外周に取り付けられたマグネットと、前記マグネットの外側に装着された略円筒形状のマグネットカバーとを備え、
前記マグネットカバーは、ステンレス鋼材を絞り率０.５〜１の範囲で絞り加工することによって形成されることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記マグネットカバーの相対板厚が０.８％以下であることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のブラシレスモータにおいて、前記マグネットカバーの板厚が０.３５ｍｍ以下であることを特徴とするブラシレスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、ブラシレスモータに使用されるマグネットカバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ブラシレスモータ、特に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）用のブラシレスモータでは、万が一マグネットが破損しても、その破片によりモータがロックしないように、マグネットの外側にマグネットカバーが外装されている。このマグネットカバーにはステンレス鋼などの非磁性材が使用されており、漏れ磁束による出力低下の防止が図られている。また、ロータマグネットの外周に取り付けられるマグネットカバーは、通常、略円筒形状に形成されており、製造コスト低減のため、金属パイプを用いたり、プレスによる絞り加工にて形成されたりするのが一般的である。例えば、特許文献１には、回転子の永久磁石の外側に、金属パイプを用いた略円筒形状の非磁性部材（マグネットカバー）を装着した回転電機が示されている。
【特許文献１】特開2004-129369号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、このようなマグネットカバーでは、プレス加工を行うと、本来、非磁性材料であるステンレス鋼がマルテンサイト化し、磁性材となってしまう場合がある。このため、従来より、マグネットカバーの製造に際しては、プレス加工後に焼鈍を行い、ステンレス鋼の非磁性化を図っている。しかしながら、マグネットカバーに焼鈍処理を行うと、それによって寸法にバラツキが生じ、組付時の作業性が悪くなるという問題があった。また、焼鈍処理にムラが生じると、マグネットカバーに磁性を帯びた部分が不均等に生じるおそれがあり、それに伴ってコギングトルクが大きくなるという問題もあった。特に、ＥＰＳ用モータでは、コギングトルクの増大は操舵フィーリングの悪化につながるため、それを所定値以下に抑える必要があり、その対策が求められていた。
【０００４】
本発明の目的は、ブラシレスモータに使用されるマグネットカバーの磁化によるコギングトルクの増大を抑えることにある。また、本発明の他の目的は、プレス加工後の焼鈍処理を省き、マグネットカバーの寸法のバラツキを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のブラシレスモータは、ステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記ロータは、磁性体にて形成されたロータコアと、前記ロータコアの外周に取り付けられたマグネットと、前記マグネットの外側に装着された略円筒形状のマグネットカバーとを備え、前記マグネットカバーが、ステンレス鋼材を絞り率０.５〜１の範囲で絞り加工することによって形成されることを特徴とする。
【０００６】
本発明にあっては、ステンレス鋼材を絞り率０.５〜１にて絞り加工してマグネットカバーを形成することにより、ステンレス鋼材がマルテンサイト変態し、マグネットカバーが磁性化される。一方、この絞り率の範囲内では、焼鈍の有無にかかわらず、コギングトルクが所定の基準値以下に抑えられるため、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省くことができる。このため、焼鈍による寸法のバラツキや、焼鈍処理のムラに起因するコギングトルクの増大を防止できる。また、前記範囲で絞り加工を行うことにより、時期割れも防止できる。
【０００７】
前記ブラシレスモータにおいて、前記マグネットカバーの相対板厚を０.８％以下に設定しても良く、これにより、漏れ磁束による出力低下を抑え、フリクション低減が図られる。また、前記マグネットカバーの板厚を０.３５ｍｍ以下に設定しても良く、これによっても、コギングトルクの低減が図られる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のブラシレスモータによれば、ブラシレスモータのロータに装着されるマグネットカバーとして、ステンレス鋼材を絞り率０.５〜１の範囲で絞り加工したものを使用することにより、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省くことが可能となる。このため、処理工程が削減されコスト低減が図られると共に、焼鈍による寸法のバラツキを防止でき、組付性の向上を図ることが可能となる。また、焼鈍処理のムラも防止でき、処理ムラに起因するコギングトルクの増大を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図、図２は図１のブラシレスモータの分解斜視図である。図１に示すように、ブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）は、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ１は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ１は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ１の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。
【００１０】
ステータ２は、有底円筒形状のケース４と、ステータコア５、ステータコア５に巻装されたステータコイル６（以下、コイル６と略記する）及びステータコア５に取り付けられるバスバーユニット（端子ユニット）７とから構成されている。ケース４は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、固定ネジ２３によってアルミダイキャスト製のブラケット２４が取り付けられる。ステータコア５は、複数個の分割コア８からなり、分割コア８を周方向に９個集成した構成となっている。分割コア８は、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ９が取り付けられている。
【００１１】
インシュレータ９の外側にはコイル６が巻装され、ステータコア５の一端側には、コイル６の端部６ａが径方向に引き出されている。ステータコア５の一端側には、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形されたバスバーユニット７が取り付けられる。バスバーユニット７の周囲には複数個の給電用端子１１が径方向に突設されており、バスバーユニット７の取り付けに際し、コイル端部６ａは、この給電用端子１１と溶接される。バスバーユニット７では、バスバーはモータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個）設けられており、各コイル６はその相に対応した給電用端子１１と電気的に接続される。ステータコア５は、バスバーユニット７を取り付けた後、ケース４内に圧入され、ケース内周面に接着固定される。
【００１２】
ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。ロータ３はロータシャフト２１を有しており、ロータシャフト２１はベアリング２２ａ,２２ｂによって回転自在に支持されている。ベアリング２２ａはケース４の底部中央に、ベアリング２２ｂはブラケット２４の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト２１には、円筒形状のロータコア２５が固定されており、その外周には、セグメントタイプのマグネット（永久磁石）２６が取り付けられている。ロータシャフト２１には合成樹脂製のマグネットホルダ２７が外挿されており、マグネット２６は、マグネットホルダ２７に保持される形でロータコア２５の外周に配設される。モータ１では、マグネット２６は、周方向に沿って６個配置されており、マグネット２６の外側には、有底円筒形状のマグネットカバー２８が取り付けられている。
【００１３】
マグネットカバー２８はSUS304等のステンレス鋼にて形成され、前述同様、円板状のブランク材から絞り加工にて形成されるが、本発明によるモータ１では、マグネットカバー２８の絞り率ｍ（パンチ直径／ブランク直径）が０.５〜１.０に設定されている。図３は、SUS304板厚０.２ｍｍ，絞り工程：５絞りの場合におけるマグネットカバーの絞り率ｍとコギングトルクとの関係を示す説明図である。図３に示すように、発明者らの実験によれば、絞り率ｍが小さくなるとコギングトルクが急激に大きくなる。これは、絞り率ｍが小さいと、ブランクに対しパンチ直径が小さくなってブランク材の変形量が大きくなり、加工によって誘起されるマルテンサイト変態が大きくなるためと考えられる。
【００１４】
この場合、加工後に焼鈍処理を行うと、図３に破線にて示したように、コギングトルクの低下が認められる。しかしながら、このような焼鈍処理の効果は、低絞り率の場合には顕著であるものの、絞り率が大きくなるとその効果はほとんど無く、絞り率が０.５以上の場合には、焼鈍処理の有無にかかわらず、ＥＰＳで求められる基準値（１０Ｎｍ）を下回る。その一方、絞り率が０.５未満の場合には、焼鈍処理を行っても基準値は超えてしまう。
【００１５】
すなわち、図３の結果から、絞り率ｍが０.５以上の場合には、絞り加工後にオーステナイト鋼であるステンレスがマルテンサイト変態によって磁性化してしまうものの、焼鈍の有無はコギングトルクには影響しないことが分かる。また、絞り率ｍを０.５以上に設定すれば、焼鈍処理を省いてもコギングトルクは基準値以下に収まることも分かった。そこで、本発明によるモータ１では、マグネットカバー２８の絞り率ｍを０.５〜１.０に設定し、コギングトルクを基準値以下に収めつつ、焼鈍処理を省き、焼鈍による寸法のバラツキや、焼鈍処理のムラを防止している。これにより、当該モータ１では、マグネットカバー２８の寸法精度が安定し、カバー組付時の作業性向上が図られると共に、処理ムラに伴うコギングトルクの増大も抑えられる。
【００１６】
なお、ステンレス鋼では、絞り加工後、数日経過した時点でいわゆる「時期割れ」が生じ、軸方向に縦割れが発生する場合がある。このような時期割れは、絞り率ｍが０.４３〜０.３８の範囲で発生し易いとされており、前述のように、絞り率ｍを０.５〜１.０に設定すれば、この時期割れも防止することができる。
【００１７】
一方、絞り率ｍを前述の範囲に設定した場合でも、マグネットカバー２８の相対板厚（（板厚ｔ／カバー外径Ｄ）×１００）が大きくなると、板厚が大きくなり、マグネット２６の磁束がマグネットカバー２８を伝わり、漏れ磁束が多くなる。このため、相対板厚が大きくなると、有効磁束が減少し、モータ出力が低下する。図４は、絞り率ｍ＝０.６の場合における、相対板厚とモータトルクとの関係を示す説明図である。図４に示すように、発明者らの実験によれば、相対板厚が０.８％を超えると、急激にトルクが低下する。従って、当該モータ１では、前述の絞り率ｍの条件を満たしつつ、相対板厚が０.８％以下となるように、マグネットカバー２８の板厚を設定している。
【００１８】
但し、マグネットカバー２８の板厚を大きくすると、前述のように、漏れ磁束が多くなりコギングトルクにも影響を与えることから、板厚自身にも制限を加えることが好ましい。図５は、カバー外径Ｄ＝４５.５ｍｍ、絞り率ｍ＝０.５,０.６,０.８の場合における、マグネットカバー板厚とコギングトルクとの関係を示す説明図である。図５に示すように、発明者らの実験によれば、絞り率ｍ＝０.５,０.６の場合は概ね板厚を０.３５ｍｍよりも大きくすると、絞り率ｍ＝０.８の場合は概ね板厚を０.４ｍｍより大きくするとコギングトルクが基準値を超えることが分かった。すなわち、絞り率ｍを０.５以上に設定した場合においても、コギングトルクを基準値以下に抑えるには、基本的に板厚を０.３５ｍｍ以下とする必要がある。そこで、当該モータ１では、前述の条件を満たしつつ、マグネットカバー２８の板厚を０.３５ｍｍ以下に設定して、コギングトルクを基準値以下に抑えている。
【００１９】
このように、本発明によるモータ１では、絞り率ｍを０.５〜１.０に設定し、絞り加工によって磁性化されたマグネットカバー２８を使用することにより、コギングトルクを抑えつつ、焼鈍処理を省くことができる。従って、マグネットカバー２８の寸法精度が向上すると共に、工程削減によるコストダウンを図り、安価なマグネットカバーを提供することが可能となる。また、絞り率ｍを０.５〜１.０に設定することにより、ステンレス鋼に特有の時期割れを防止することもできる。さらに、マグネットカバー２８の相対板厚を０.８％以下に設定することにより、漏れ磁束による出力低下を抑え、フリクションの低減を図ることが可能となる。加えて、マグネットカバー２８の板厚を０.３５ｍｍ以下に設定することにより、コギングトルクの低減も図られる。
【００２０】
一方、マグネットホルダ２７の端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ３１のロータ（レゾルバロータ）３２が取り付けられている。これに対し、レゾルバ３１のステータ（レゾルバステータ）３３は、金属製のレゾルバホルダ３４内に圧入され、その状態でブラケットホルダユニット３５に固定されている。レゾルバステータ３３には、ロータ３２の回転に伴って出力される信号を伝送するためのセンサハーネス３６が固定されている。センサハーネス３６はステータ３３の端子部３３ａに溶接され、端子部３３ａの部分には合成樹脂製のインシュレータ３７が取り付けられる。センサハーネス３６は、ブラケット２４とブラケットホルダユニット３５との間を周方向に沿って引き回され、ゴムグロメット３８を介してブラケット２４の外周部から装置外へと引き出される。
【００２１】
モータ１では、レゾルバホルダ３４は有底円筒形状に形成されており、ブラケットホルダユニット３５の中央部に挿入装着される。一方、フランジ部３４ａが形成された開口側端部は、ブラケット２４に設けられたリブ３９の端部外周に軽圧入される。リブ３９は、ブラケット２４の中央部に、軸方向に向かって円筒形状に突設されており、その内側には、ロータシャフト２１を支持するベアリング２２ｂが固定されている。従って、リブ３９にレゾルバホルダ３４を軽圧入することにより、レゾルバステータ３３がロータシャフト２１と同心状に取り付けられ、レゾルバ３１のステータ３３とロータ３２の芯精度が向上し、ロータ位置検出精度の向上が図られる。
【００２２】
ブラケットホルダユニット３５は合成樹脂にて形成されており、金属製の雌ネジ部４１がインサート成形されている。雌ネジ部４１には、ブラケット２４の外側から取付ネジ４２がねじ込まれ、これにより、レゾルバホルダ３４がブラケット２４の内側に固定される。なお、レゾルバホルダ３４のフランジ部３４ａに形成された取付孔３４ｂは、周方向に延びる長孔となっており、レゾルバホルダ３４の位置を周方向に微調整できるようになっている。ブラケットホルダユニット３５にはまた、外部給電用端子４３が３個設けられている。外部給電用端子４３はＵ,Ｖ,Ｗの各相ごとに設けられ、ブラケットホルダユニット３５をブラケット２４に組み付けたとき、外部給電用端子４３は、ブラケット２４の側面から径方向に突出するよう設けられている。
【００２３】
各外部給電用端子４３（４３Ｕ,４３Ｖ,４３Ｗ）は、ブラケットホルダユニット３５内に設けられた接続端子４４（４４Ｕ,４４Ｖ,４４Ｗ）と電気的に接続されている。各接続端子４４は、ブラケットホルダユニット３５の本体部４５から軸方向に向かって突設されており、バスバーユニット７に設けられたバスバー端子４６（４６Ｕ,４６Ｖ,４６Ｗ）と溶接される。バスバー端子４６もまた、バスバーユニット７の本体部４７から軸方向に向かって突設されており、モータ１を組み付けると、バスバー端子４６と接続端子４４が並列に対向するようになっている。モータ１では、ケース４にブラケット２４を取り付けた後、バスバー端子４６と接続端子４４を溶接固定する。ブラケット２４にはそのための作業孔４８が形成されおり、作業孔４８には、溶接工程後にブラケットキャップ４９が取り付けられる。
【００２４】
このようなモータ１は次のように組み付けられる。まず、ステータ２やロータ３、ブラケットアッセンブリ５１を個々に組み付ける。この場合、ブラケットアッセンブリ５１は、ベアリング２２ｂを組み込んだブラケット２４と、レゾルバステータ３３関係の部品を組み付けたブラケットホルダユニット３５とを一体化し、タッピンネジ５２にて固定したアッセンブリ品である。ステータ２は、コイル６を巻装したステータコア５にバスバーユニット７を取り付け、給電用端子１１とコイル端部６ａを溶接したものをケース４内に収容固定したアッセンブリ品である。また、ロータ３は、ロータシャフト２１にロータコア２５を固定し、マグネットホルダ２７を取り付けた後、マグネット２６を圧入しマグネットカバー２８を装着すると共に、マグネットホルダ２７にレゾルバロータ３２を圧入固定したアッセンブリ品である。
【００２５】
このようなアッセンブリ品をそれぞれ組み立てた後、ロータ３をブラケットアッセンブリ５１に取り付け、そこにステータ２を外装して固定ネジ２３にてケース４とブラケット２４を締結する。次に、作業孔４８を介して、バスバー端子４６と接続端子４４を溶接固定する。この状態にてモータ抵抗や絶縁チェック等を行い、その後、レゾルバ３１の原点調整を行う。原点調整は、長孔の取付孔３４ｂを利用して、レゾルバホルダ３４の位置をブラケット２４の外側から周方向に微調整して実施される。原点を調整した後、ブラケット２４の外側から取付ネジ４２を挿入し、雌ネジ部４１に螺入固定する。これにより、レゾルバホルダ３４のフランジ部３４ａが、ブラケット２４とブラケットホルダユニット３５との間に挟まれる形で固定される。取付ネジ４２を締め付けた後、ブラケットキャップ４９を取り付ける。これにてモータ１の組み付け作業は完了し、その後、各種特性チェック等が行われ、完成品となる。
【００２６】
本発明は前記実施例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、前述の実施例では、コラムアシスト式のＥＰＳに使用されるブラシレスモータを示したが、他の方式のＥＰＳ用モータにも本発明は適用可能である。加えて、ＥＰＳや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般にも適用可能である。
また、前述の実施例では、ステンレス鋼材としてSUS304を用いた例を示したが、SUS302等の他のオーステナイト系ステンレス鋼材を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例であるブラシレスモータの断面図である。
【図２】図１のブラシレスモータの分解斜視図である。
【図３】マグネットカバーの絞り率ｍとコギングトルクとの関係を示す説明図である。
【図４】相対板厚とモータトルクとの関係を示す説明図である。
【図５】マグネットカバー板厚とコギングトルクとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    ブラシレスモータ
２    ステータ
３    ロータ
４    ケース
５    ステータコア
６    ステータコイル
６ａ  コイル端部
７    バスバーユニット
８    分割コア
９    インシュレータ
１１    給電用端子
２１    ロータシャフト
２２ａ,２２ｂ    ベアリング
２３    固定ネジ
２４    ブラケット
２５    ロータコア
２６    マグネット
２７    マグネットホルダ
２８    マグネットカバー
３１    レゾルバ
３２    ロータ
３３    ステータ
３３ａ  端子部
３４    レゾルバホルダ
３４ａ  フランジ部
３４ｂ  取付孔
３５    ブラケットホルダユニット
３６    センサハーネス
３７    インシュレータ
３８    ゴムグロメット
３９    リブ
４１    雌ネジ部
４２    取付ネジ
４３    外部給電用端子
４４    接続端子
４５    本体部
４６    バスバー端子
４７    本体部
４８    作業孔
４９    ブラケットキャップ
５１    ブラケットアッセンブリ
５２    タッピンネジ
ｍ      絞り率（パンチ直径／ブランク直径）
【図１】
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【図２】
2008182862.tif 000004
【図３】
2008182862.tif 000005
【図４】
2008182862.tif 000006
【図５】
2008182862.tif 000007