(57)【要約】【課題】ブラシレスモータの鉄損を減少させ、回転時のロストルクを低減させる。【解決手段】ブラシレスモータ１は、複数個のティース５ａを備え、その外周面５ｂに軸方向に沿って延びる肉抜部４２が凹設されたステータコア５を備える。ステータコア５は、分割コア９を集成してなり、ケース４内に圧入固定される。ケース４の内周面４ａには、軸方向に沿って、切欠溝４１が形成されている。ステータコア５は、前記肉抜部が前記切欠溝と周方向に重複しない位置関係にてケース４内に配置され、このとき、切欠溝４１は、肉抜部４２と分割コア９の結合部４３の中間に配置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻装される複数個のティースを備え、その外周面に軸方向に沿って延びる肉抜部が凹設された鋼製のステータコアと、
前記ステータコアを収容し、その内周面に軸方向に沿って延びる切欠溝が形成されたケースとを有してなるブラシレスモータであって、
前記ステータコアは、前記肉抜部が前記切欠溝と周方向に重複しない位置関係にて、前記ケース内に配置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、前記ステータコアは、周方向に複数個の分割コアを集成してなり、前記ステータは、前記分割コア同士の結合部が前記切欠溝と周方向に重複しない位置関係にて、前記ケース内に配置されることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記肉抜部は、前記ティースの中心に対応して前記ステータコアの外周面に形成され、前記切欠溝は、前記肉抜部と前記結合部の中間位置に配置され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おける回転時のロストルク低減に関し、特に、モータケースの鉄損によって回転時に生じるロストルクの低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
ブラシレスモータでは、従来より、ステータコア(固定子；以下、適宜コアと略記する）をモータケース（以下、ケースと略記する）に固定する際、焼き嵌め若しくは圧入にて両者を機械的に固定する手法がとられている。ところが、このようなブラシレスモータの場合、コアとケースの接触面が多いため、コアからの磁束がケース内に流れ込み、その分、鉄損が増大するという問題がある。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、ケースの鉄損による回転時のロストルク（粘性トルク）により、ハンドルの戻りが悪くなるなど、操舵フィーリングの悪化が問題となっている。
【０００３】
このようなロストルクの原因となる鉄損には、通常、コアからケースに流れ込む磁束による渦電流損と、プレス加工や圧入時等の残留応力の影響によって生じるヒステリシス損とがある。渦電流損Ｐｅやヒステリシス損Ｐｈは、次式のように、何れもマグネットの磁束密度に比例して増大するため、モータ出力を向上させるべくマグネットの磁束密度を増大させると、その分、ロストルクも増大する。
【０００４】
Ｐｅ＝Ｋｅ・｛（ｔ・ｆ・Ｂｍ）２／ρ｝
[ｔ：板厚，ｆ：回転周波数，Ｂｍ：磁束密度，ρ：磁気抵抗，Ｋｅ：比例定数]
Ｐｈ＝Ｋｈ・ｆ・Ｂｍ（１.６〜２）
[ｆ：回転周波数，Ｂｍ：磁束密度，Ｋｈ：比例定数]
つまり、出力ＵＰとロストルクとはトレードオフの関係にあり、出力ＵＰのニーズに応えようとすると、ロストルクの影響がより顕在化するという問題がある。そこで、従来のモータでは、渦電流損Ｐｅを抑えるべく、周知のように、コアの積層化が行われている。また、ヒステリシス損Ｐｈを抑えるべく、ケースの内径精度を上げて圧入代を少なくし、コアとケースの接地面の応力を緩和する方法や、接着剤によって両者を固定したり、コア−ケース間に合成樹脂を介在させたりして、磁気抵抗を上げる方法なども適宜採用されている。
【０００５】
しかしながら、このような方法は、部品精度ＵＰに伴うコスト増や、接着工程やモールド工程などによる作業工数の増大という問題を招来し、コスト面で不利となる。また、周方向に複数のピースを結合させた分割コアを採用したモータでは、コア結合部に隙間が発生し易く、コア径の寸法精度も低くなり易いため、コギングが悪化するという別の問題も生じる。さらに、コア側に溝を設けて接触面積を減らす方法も用いられているが、この方法では、この溝によって折角の磁気回路を無駄にしてしまい、モータの効率が低下するという問題がある。
【特許文献１】特開2005-318744号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、これらの問題を解決すべく、ケース側に切欠溝を設け、ケース内周を蛇腹状に形成することにより、圧入代と接触面積を減らす方法も使用されている。この方法では、ケースによってコア外周を押さえているため、分割コアの結合部にも隙間が生じにくく、コギングの点でも良好である。しかしながら、このような方式のモータにおいても、製品によって、却ってロストルクが大きくなる場合があり、発明者らの実験によれば、このような現象は、コアとケースの位置関係によって生じることが分かった。
【０００７】
図６は、前述のような従来のブラシレスモータにおけるケースとコアとの関係と磁束密度のイメージを示す説明図であり、（ａ）はコア圧入の場合、（ｂ）はケース内周に切欠溝を設けた場合をそれぞれ示している。なお、イメージ図では、中央の網掛け部が最も磁束密度が高く、外側に向かって磁束密度が減少する。通常、ケース内周に切欠溝を設けると、ケースとコアの接触面積が減り、一見すると、その分だけ磁気抵抗が減少してロストルクも低下するように思われる。しかしながら、図６（ｂ）のように、ステータコア５１の切欠溝５２が、加工上、ステータコア５１に生じる肉抜部５３や、分割コアの結合部５４に対向する位置に来ると、矢示のように、磁気抵抗部となる肉抜部５３や結合部５４を避けるように、磁束がケース５５内に流入する。
【０００８】
つまり、磁気抵抗部となる肉抜部５３や結合部５４が、共に磁気抵抗部である切欠溝５２と対向すると、磁気抵抗の少ない部位同士が対向接触することになり、却って、磁気抵抗の少ない部位に磁束が集中して流れる。従って、磁束密度イメージ図から分かるように、接触部分から広い面積で磁束がケース５５内に流入し、流入磁束全体の磁束密度も高くなる。しかも、（ｂ）のイメージ図における中間部位Ｐの磁束密度は、（ａ）のそれ（Ｐ’部）よりも磁束密度が高くなる。このため、（ｂ）は（ａ）よりも接触面積が少ないにもかかわらず、ケース５５の磁束密度Ｂｍが高くなり、前式からも明らかなように、鉄損が増加する。従って、鉄損増加に伴ってロストルクも増加し、切欠溝５２を設けたにもかかわらず、単なる圧入の場合（図６（ａ））よりもロストルクが増大してしまうという問題が生じる。
【０００９】
本発明の目的は、ブラシレスモータの鉄損を効果的に減少させ、回転時のロストルクを低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のブラシレスモータは、コイルが巻装される複数個のティースを備え、その外周面に軸方向に沿って延びる肉抜部が凹設された鋼製のステータコアと、前記ステータコアを収容し、その内周面に軸方向に沿って延びる切欠溝が形成されたケースとを有してなるブラシレスモータであって、前記ステータコアは、前記肉抜部が前記切欠溝と周方向に重複しない位置関係にて、前記ケース内に配置されることを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、ステータコア外周面の肉抜部とケース内周面の切欠溝を、互いに周方向に重複しない位置関係にて配置したので、肉抜部と切欠溝が対向する場合よりも、ステータコアとケースとの接触面積が減少する。また、ステータコアの最も磁束密度の高い部位であるティース根元部がケースに接触する一方、切欠溝には磁束密度が低くなる部位が対向するため、ステータコアからケースに磁束が流れ込む部分の接触面積が小さくなる。また、磁束密度が低くなる部位にてケースとステータコアが接触するため、その部位でケース内に流入する磁束も小さく抑えられる。
【００１２】
前記ブラシレスモータにおいて、前記ステータコアを、周方向に複数個の分割コアを集成して形成し、前記ステータを、前記分割コア同士の結合部が前記切欠溝と周方向に重複しない位置関係にて、前記ケース内に配置するようにしても良い。これにより、結合部の近傍においても、ケースとステータコアとの接触面積が小さくなり、ケース４に流れ込む磁束が抑えられる。また、前記肉抜部を、前記ティースの中心に対応して前記ステータコアの外周面に形成し、前記切欠溝を、前記肉抜部と前記結合部の中間位置に配置するようにしても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のブラシレスモータによれば、コイルが巻装される複数個のティースを備え、外周面に軸方向に沿って延びる肉抜部が凹設された鋼製のステータコアと、このステータを収容し内周面に軸方向に沿って延びる切欠溝が形成されたケースとをするブラシレスモータにて、肉抜部が切欠溝と周方向に重複しない位置関係にて、ステータコアをケース内に配置したので、肉抜部と切欠溝が対向する場合よりも、ステータコアとケースとの接触面積を減少させることができる。従って、ステータコアとケースの位置関係を考慮することなく両者を組み付けているモータのように、ケースでの鉄損にバラツキが生じることがなく、ケースの鉄損を極小化でき、モータロスを安定的に低減させることが可能となる。
【００１４】
また、ステータコアの最も磁束密度の高い部位であるティース根元部をケースに接触させる一方、切欠溝に磁束密度が低くなる部位を対向させることも可能となるため、高磁束密度部分の接触面積を小さくすることができると共に、磁束密度が低くなる部位にてケースとステータコアが接触させることができるため、その部位でケース内に流入する磁束も小さく抑えられる。このため、この点においても、ケースでの鉄損を減少させることができ、モータロスを低減させることが可能となる。従って、本発明によるモータをＥＰＳの動力源として使用すると、ハンドルの戻りが悪くなるなどのロストルクに起因する問題が改善され、操舵フィーリングの向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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、図示しない固定ネジによってアルミダイキャスト製のブラケット８が取り付けられる。ステータコア５は、図２に示すように、複数個（ここでは９個）の分割コア９を周方向に集成した構成となっている。ステータコア５には、９個のティース５ａが径方向内側に向かって突設されている。ステータコア５の外周面５ｂには、ティース５ａの中心に対応して（両者の中心線が一致するように）、肉抜部４２が形成されている。分割コア９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１１が取り付けられている。
【００１７】
インシュレータ１１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１２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１２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１２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内に圧入固定される。
【００１８】
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１３を有しており、ロータシャフト１３はベアリング１４ａ,１４ｂによって回転自在に支持されている。ベアリング１４ａはケース４の底部中央に、ベアリング１４ｂはブラケット８の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト１３には、円筒形状のロータコア１５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）１６が取り付けられている。ロータシャフト１３には合成樹脂製のマグネットホルダ１７が外挿されており、マグネット１６は、マグネットホルダ１７に保持される形でロータコア１５の外周に配設される。モータ１では、マグネット１６は、周方向に沿って６個配置されており、マグネット１６の外側には、有底円筒形状のマグネットカバー１８が取り付けられている。
【００１９】
マグネットホルダ１７の端部には、回転角度検出手段であるレゾルバ２１のロータ（レゾルバロータ）２２が取り付けられている。これに対し、レゾルバ２１のステータ（レゾルバステータ）２３は、金属製のレゾルバホルダ２４内に圧入され、その状態でブラケットホルダユニット２５に固定されている。レゾルバステータ２３には、ロータ２２の回転に伴って出力される信号を伝送するための図示しないセンサハーネスが固定されている。センサハーネスは、ブラケット８とブラケットホルダユニット２５との間を周方向に沿って引き回され、ブラケット８の外周部から装置外へと引き出される。
【００２０】
モータ１では、レゾルバホルダ２４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２５の中央部に挿入装着される。一方、フランジ部２４ａが形成された開口側端部は、ブラケット８に設けられたリブ２６の端部外周に軽圧入される。リブ２６は、ブラケット８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１３を支持するベアリング１４ｂが固定されている。従って、リブ２６にレゾルバホルダ２４を軽圧入することにより、レゾルバステータ２３がロータシャフト１３と同心状に取り付けられる。
【００２１】
ブラケットホルダユニット２５は合成樹脂にて形成されており、金属製の雌ネジ部２７がインサート成形されている。雌ネジ部２７には、ブラケット８の外側から取付ネジ２８がねじ込まれ、これにより、レゾルバホルダ２４がブラケット８の内側に固定される。ブラケットホルダユニット２５にはまた、給電配線２９と接続された外部給電用端子３１が３個（Ｕ,Ｖ,Ｗの各相）設けられている。各外部給電用端子（Ｕ,Ｖ,Ｗ）３１は、ブラケットホルダユニット２５内に設けられたバスバー端子３２（Ｕ,Ｖ,Ｗ）と溶接される。
【００２２】
バスバー端子３２は、バスバーユニット７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３２と外部給電用端子３１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８を取り付けた後、バスバー端子３２と外部給電用端子３１を溶接固定する。ブラケット８にはそのための作業孔３３が形成されおり、作業孔３３には、溶接工程後にブラケットキャップ３４が取り付けられる。
【００２３】
一方、当該モータ１においても、鉄損低減のため、ケース４の内周面に切欠溝を設け、ケース内周を蛇腹状に形成している。図２は、モータ１におけるステータ２の構成を示す説明図である。図２に示すように、モータ１においても、ケース４の内周面４ａには、軸方向に沿って、切欠溝４１が形成されている。切欠溝４１は、ケース４の開口部から底面まで直線状に凹設されており、ここでは、周方向に沿って１８個設けられている。前述のように、従来のブラシレスモータでは、この切欠溝４１とステータコア５との位置関係は特に配慮されておらず、両者の関係次第では、単なる圧入構造のものよりも却って鉄損が大きくなる場合があった。
【００２４】
これに対し、本発明によるモータ１では、切欠溝４１とステータコア５との位置関係を考慮し、鉄損が極小化されるように、ケース４内にステータコア５を配置している。すなわち、モータ１では、切欠溝４１は、図２に示すように、ステータコア５の肉抜部４２と周方向に重複しない位置関係で配されており、ここでは、肉抜部４２と、分割コア９同士の結合部４３との間の中央位置に切欠溝４１が配置されている。このため、図６（ｂ）のように、切欠溝と肉抜部を対向させる場合よりも、ケース内周面４ａとステータコア５との接触面積が減少する。
【００２５】
また、肉抜部４２が、ティース５ａの中心と対応してコア外周面５ｂに形成されているため、切欠溝４１を前述のように配置すると、ティース５ａの根元部分となる肉抜部４２の両側がケース４に接触する状態となる。すなわち、ステータコア５は、磁気抵抗となる肉抜部４２がケース内周面４ａに対向しつつ、最も磁束密度の高い部位（ティース根元部）がケース４に接触する。その一方、ステータコア５は、磁束密度が低くなる部位（ティース根元から離れた部位）が切欠溝４１と対向する。
【００２６】
このため、ステータコア５からケース４内に流れ込む磁束は、磁束密度の高いティース５ａの根元部分から、ケース４内に流入するが、その部分の接触面積が小さく、しかも、その両側は切欠溝４１となっているため、ケース４内でも磁気抵抗が大きい。また、ケース内周面４ａとステータコア５との接触部分は、磁束密度が低くなる部位であるため、そこでケース４内に流入する磁束も小さく抑えられる。従って、ケース４は磁路とはなるものの、そこに流入する磁束は、図６（ｂ）の場合よりも小さくなる。
【００２７】
さらに、結合部４３の近傍においても、ケース内周面４ａとステータコア５との接触面積が小さくなるため、ケース４内に流れ込む磁束が抑えられる。図３は、モータ１におけるケース４とステータコア５との関係と磁束密度のイメージを示す説明図であり、図３に示すように、結合部４３の近傍での磁束密度分布も、図６（ｂ）に比して大幅に小さくなり、結合部近傍にてケース４内に流入する磁束も小さく抑えられる。
【００２８】
図４は、本発明によるモータ１と、図６のモータの鉄損を比較した説明図である。本発明者らの実験によれば、単なる圧入のモータである図６（ａ）のもの（従来１）を１００とすると、図６（ｂ）のようなモータ（従来２）は、鉄損が却って増大し、１２０（２０％増）となる。これに対し、モータ１の鉄損は８０に抑えられ、（従来１）に比して、鉄損を２０％減少させることができた。また、図５は、回転数とロストルクの関係を示すグラフであり、モータ１におけるロストルクは、１０００rpmで（従来１）のものよりも約１０ｍＮｍ、（従来２）のものよりも約１８ｍＮｍ低減させることができた。
【００２９】
このように、当該モータ１では、ケース内周面４ａに切欠溝４１を設けたブラシレスモータにて、切欠溝４１と肉抜部４２との関係を最適化することにより、ケース４内に流れ込む磁束が極小化され、その分、ケース４における鉄損を低減することができる。従って、コアとケースの位置関係を考慮することなく両者を組み付けているモータに比して、ケモータのロストルクが安定的に減少する。このため、本発明によるモータ１をＥＰＳの動力源として使用すると、ハンドルの戻りが悪くなるなどのロストルクに起因する問題が改善され、操舵フィーリングの向上を図ることが可能となる。また、モータ１では、切欠溝を有するブラシレスモータをそのまま使用でき、ケース４の内径寸法精度を上げることもなく、ケース４での鉄損を低減し、回転時のロストルクを改善することができる。
【００３０】
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８とブラケットホルダユニット２５を一体化したブラケットアッセンブリを個々に組み付ける。この場合、ブラケットアッセンブリは、ベアリング１４ｂを組み込んだブラケット８と、レゾルバステータ２３関係の部品を組み付けたブラケットホルダユニット２５とを一体化したアッセンブリ品である。
【００３１】
また、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１２とコイル端部６ａを溶接したものをケース４内に圧入固定したアッセンブリ品である。前述のように、ケース内周面４ａには切欠溝４１が形成されており、ステータ２では、この切欠溝４１とステータコア５の肉抜部４２とが周方向に重複しないように、ステータコア５がケース４内に圧入されている。一方、ロータ３は、ロータシャフト１３にロータコア１５を固定し、マグネットホルダ１７を取り付けた後、マグネット１６を圧入しマグネットカバー１８を装着すると共に、マグネットホルダ１７にレゾルバロータ２２を圧入固定したアッセンブリ品である。
【００３２】
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に取り付け、そこにステータ２を外装して固定ネジにてケース４とブラケット８を締結する。次に、作業孔３３を介して、バスバー端子３２と外部給電用端子３１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２１の原点調整を行う。原点を調整した後、ブラケット８の外側から取付ネジ２８を挿入し、雌ネジ部２７に螺入固定する。これにより、レゾルバホルダ２４のフランジ部２４ａが、ブラケット８とブラケットホルダユニット２５との間に挟まれる形で固定される。取付ネジ２８を締め付けた後、ブラケットキャップ３４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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
また、前述の実施例では、マグネット１６を６個用いた６極９スロットのブラシレスモータに本発明を適用した例を示したが、モータのマグネットやスロットの構成はこれには限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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のモータにおけるステータの構成を示す説明図である。
【図３】本発明によるモータにおけるケースとステータコアとの関係と磁束密度のイメージを示す説明図である。
【図４】本発明によるモータと、図６のモータの鉄損を比較した説明図である。
【図５】本発明によるモータにおける回転数とロストルクの関係を示すグラフである。
【図６】従来のブラシレスモータにおけるケースとコアとの関係と磁束密度のイメージを示す説明図であり、（ａ）はコア圧入の場合、（ｂ）はケース内周に切欠溝を設けた場合をそれぞれ示している。
【符号の説明】
【００３７】
１    ブラシレスモータ
２    ステータ
３    ロータ
４    ケース
４ａ  内周面
５    ステータコア
５ａ  ティース
５ｂ  外周面
６    ステータコイル
６ａ  端部
７    バスバーユニット
８    ブラケット
９    分割コア
１１    インシュレータ
１２    給電用端子
１３    ロータシャフト
１４ａ,１４ｂ    ベアリング
１５    ロータコア
１６    マグネット
１７    マグネットホルダ
１８    マグネットカバー
２１    レゾルバ
２２    レゾルバロータ
２３    レゾルバステータ
２４    レゾルバホルダ
２４ａ  フランジ部
２５    ブラケットホルダユニット
２６    リブ
２７    雌ネジ部
２８    取付ネジ
２９    給電配線
３１    外部給電用端子
３２    バスバー端子
３３    作業孔
３４    ブラケットキャップ
４１    切欠溝
４２    肉抜部
４３    結合部
５１    ステータコア
５２    切欠溝
５３    肉抜部
５４    結合部
５５    ケース
【図１】
2009153268.tif 000003
【図２】
2009153268.tif 000004
【図３】
2009153268.tif 000005
【図４】
2009153268.tif 000006
【図５】
2009153268.tif 000007
【図６】
2009153268.tif 000008