(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線をもつ固定子と、該固定子との間に間隙を有して対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子とを備え、該可動子は、等間隔に複数個の磁石穴が配置された磁性材料製の可動子本体と、該可動子本体の各該磁石穴に挿入された永久磁石とを有して構成された埋込磁石型モータにおいて、
各前記磁石穴は前記間隙側の第１平面と該第１平面に対面する第２平面とが平行でなく、各前記永久磁石は前記間隙側に位置される第３平面と該第３平面に対面する第４平面とが平行でなく、該第１平面と該第２平面とが仮想的に交差する第１頂線の内角と該第３平面と該第４平面とが仮想的に交差する第２頂線の内角とは等しく、各該永久磁石は各該磁石穴内で該第１頂線に該第２頂線が近づく方向に付勢手段によって付勢され、隣り合う２個の該磁石穴は各該第１頂線が向き合っていることを特徴とする埋込磁石型モータ。
【請求項２】
第１平面と第２平面とはこれらに直交する断面視で等脚台形の脚をなし、第３平面と第４平面ともこれらに直交する断面視で等脚台形の脚をなしていることを特徴とする請求項１記載の埋込磁石型モータ。
【請求項３】
各磁石穴は底面が等脚台形の四角柱状であり、各永久磁石も底面が等脚台形の四角柱状であることを特徴とする請求項２記載の埋込磁石型モータ。
【請求項４】
各磁石穴は底面の下底同士又は上底同士が隣り合っていることを特徴とする請求項３記載の埋込磁石型モータ。
【請求項５】
付勢手段は板バネであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の埋込磁石型モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を埋め込んだロータ等の可動子を備えた埋込磁石型モータに関する。この埋込磁石型モータは、電動パワーステアリング装置、電気自動車、エアコン等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図６に示す埋込磁石型モータ（以下「ＩＰＭモータ」という。）が知られている。このＩＰＭモータは、電機子巻線８７をもつ固定子としてのステータ８５と、このステータ８５との間に間隙Ｇを有して対面し、ステータ８５に対して相対回転可能な可動子としてのロータ８１とを備えている。ロータ８１は、軸心回りで等ピッチに複数個の磁石穴８３が配置された磁性材料製の可動子本体としてのロータ本体８２と、このロータ本体８２の各磁石穴８３に挿入された永久磁石８４とを有している。
【０００３】
このＩＰＭモータによれば、ロータ本体８２に永久磁石８４が埋め込まれているため、高速回転でも永久磁石８４の飛散を防止でき、安全性において優れている。また、図７に示すように、永久磁石８４による磁石トルクＴｍに加え、逆突極性に起因するリラクタンストルクＴｒも有効に利用できることから、高いモータトルクＴが得られる。つまり、磁石トルクＴｍを効率的に発生させる電流進み角（０°）とリラクタンストルクＴｒを効率的に発生させる電流進み角（４５°）との間の電流進み角（α°）で運転することにより、高いモータトルクＴが得られる。さらには、電流と電流進み角との調整による弱め励磁制御を採用することにより、高速領域での運転が可能となる（電気学会論文誌（ｖｏｌ．１２１、ｎｏ．７、ｐ４４８〜ｐ４４９、２００１）参照）。これらの理由により、ＩＰＭモータは、特に電動パワーステアリング装置、電気自動車、エアコンのモータとして注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のＩＰＭモータでは、図８に示すように、磁石穴８３及び永久磁石８４の公差により、磁石穴８３と永久磁石８４との間にエアギャップＡ１、Ａ２が生じ得る。製造コストを考慮すれば、一般に、磁石穴８３の公差は±０．０３ｍｍ程度であり、永久磁石８４の公差は±０．０５ｍｍ程度である。ここで、永久磁石８４を確実に磁石穴８３に挿入可能とするため、永久磁石８４は磁石穴８３より両公差の合計分の０．０８ｍｍだけ小さく設計される。そのため、組付け段階においては、エアギャップＡ１、Ａ２は最大で０．１６ｍｍになってしまう。
【０００５】
こうして、磁石穴８３と永久磁石８４との間にエアギャップＡ１、Ａ２が生じると、動作中において、磁石穴８３内で永久磁石８４の位置がずれる虞がある。この場合には、ステータ８５とロータ８１との間に生じる磁気回路の磁気抵抗がばらつくことになるため、磁石トルクＴｍが変動し、トルクリップルが大きくなる。
【０００６】
特に、これら磁石穴８３と永久磁石８４との間のエアギャップＡ１、Ａ２のうち、径方向、つまりステータ８５とロータ８１との間に存在する間隙Ｇの方向のエアギャップＡ１が存在すると、ステータ８５とロータ８１との間に生じる磁気回路の磁気抵抗が大きくなり、磁石トルクＴｍが低下し、モータトルクＴも低下する。また、各磁石穴８３でエアギャップＡ１がばらつくことにより、トルクリップルが大きくなる。
【０００７】
この点、磁石穴８３の永久磁石８４をバネで一方向に押圧したＩＰＭモータが提案されている（特開２０００−１７５３８８号公報）。このＩＰＭモータによれば、永久磁石８４がバネで径外方向に押圧されているため、動作中であっても、磁石穴８３内において永久磁石８４の位置がずれることはない。このため、このＩＰＭモータによれば、トルクリップルを小さくすることができる。
【０００８】
しかしながら、このＩＰＭモータであっても、磁石穴８３と永久磁石８４との間の径方向のエアギャップＡ１は依然として存在している。そのため、磁気回路の磁気抵抗は依然として大きく、駆動力の向上を期待できない。
【０００９】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、大きな駆動力が得られるとともにリップルを小さくすることができる埋込磁石型モータを提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の埋込磁石型モータは、電機子巻線をもつ固定子と、該固定子との間に間隙を有して対面し、該固定子に対して相対移動可能な可動子とを備え、該可動子は、等間隔に複数個の磁石穴が配置された磁性材料製の可動子本体と、該可動子本体の各該磁石穴に挿入された永久磁石とを有して構成された埋込磁石型モータにおいて、
各前記磁石穴は前記間隙側の第１平面と該第１平面に対面する第２平面とが平行でなく、各前記永久磁石は前記間隙側に位置される第３平面と該第３平面に対面する第４平面とが平行でなく、該第１平面と該第２平面とが仮想的に交差する第１頂線の内角と該第３平面と該第４平面とが仮想的に交差する第２頂線の内角とは等しく、各該永久磁石は各該磁石穴内で該第１頂線に該第２頂線が近づく方向に付勢手段によって付勢され、隣り合う２個の該磁石穴は各該第１頂線が向き合っていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＩＰＭモータでは、各永久磁石の第３平面又は第４平面が各磁石穴の第１平面又は第２平面と必ず当接し、各永久磁石の第４平面又は第３平面が各磁石穴の第２平面又は第１平面と必ず当接することとなる。このため、間隙の方向にエアギャップが生じない。このため、このＩＰＭモータでは、固定子と可動子との間に生じる磁気回路の磁気抵抗を抑えられ、駆動力を大きく維持することができる。また、前記エアギャップが生じない以上、前記エアギャップのばらつきは生じず、トルクリップルを小さくできる。
【００１２】
また、このＩＰＭモータでは、付勢手段によって、各永久磁石の第３平面又は第４平面が各磁石穴の第１平面又は第２平面と当接し、各永久磁石の第４平面又は第３平面が各磁石穴の第２平面又は第１平面と当接した状態が維持されるため、動作中において、磁石穴内で永久磁石の位置がずれることがない。そのため、磁気回路の磁気抵抗の変動を防止することができ、リップルが小さくなる。
また、隣り合う２個の磁石穴は各第１頂線が向き合っているので、可動子の移動方向の相違による磁束密度の差を防止できるため、可動子が両方向に滑らかに移動できる。
【００１３】
したがって、本発明のＩＰＭモータによれば、大きな駆動力が得られるとともにリップルを小さくすることができる。
【００１４】
第１平面と第２平面とはこれらに直交する断面視で等脚台形の脚をなし、第３平面と第４平面ともこれらに直交する断面視で等脚台形の脚をなしていることが好ましい。特に、各磁石穴は底面が等脚台形の四角柱状であり、各永久磁石も底面が等脚台形の四角柱状であることが好ましい。こうであれば、製造が容易であるとともに、永久磁石を磁石穴に挿入する方向が限定されないことから、組付けが容易だからである。
【００１５】
また、各磁石穴は底面が等脚台形の四角柱状であり、各永久磁石も底面が等脚台形の四角柱状である場合、各磁石穴は底面の下底同士又は上底同士が隣り合っていることが好ましい。これにより、可動子の移動方向の相違による磁束密度の差を防止できるため、可動子が両方向に滑らかに移動できる。
【００１６】
付勢手段としては、コイルバネ、ゴム等を採用することができるが、板バネを採用することが好ましい。板バネは、小型で比較的大きな付勢力を付与できることから、磁石穴と永久磁石との間に容易に組付けることができるとともに、確実に永久磁石を磁石穴内で第１頂線に第２頂線が近づく方向に付勢することができるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
実施形態のＩＰＭモータ１０は、図６に示す電機子巻線８７をもつ固定子としてのステータ８５と、このステータ８５との間に間隙Ｇを有して対面し、ステータ８５に対して相対回転可能な可動子としての図１に示すロータ１とを備えている。
【００１９】
ロータ１は、軸心回りで等ピッチに複数個の磁石穴３が配置されたロータ本体２と、このロータ本体２の各磁石穴３に挿入された永久磁石４とを有している。
【００２０】
ロータ本体２は積層したケイ素鋼板からなる。ロータ本体２の各磁石穴３は、図２に示すように、底面が上底ｌ３、下底ｌ４及び脚ｌ１、ｌ２からなる等脚台形をなし、軸方向に高さを有する四角柱状に形成されている。間隙Ｇ側の脚ｌ１によって形成される第１平面３ａと、脚ｌ２によって形成され、第１平面３ａに対面する第２平面３ｂとは平行でなく、これら第１平面３ａと第２平面３ｂとは第１頂線Ｌ１によって仮想的に交差している。
【００２１】
他方、各永久磁石４はネオジム−鉄−ボロン系のものである。各各永久磁石４も底面が上底ｌ７、下底ｌ８及び脚ｌ５、ｌ６からなる等脚台形をなし、軸方向に高さを有する四角柱状に形成されている。間隙Ｇ側に位置される脚ｌ５によって形成される第３平面４ａと、脚ｌ６によって形成され、第３平面４ａに対面する第４平面４ｂとは平行でなく、これら第３平面４ａと第４平面４ｂとは第２頂線Ｌ２によって仮想的に交差している。
【００２２】
そして、第１頂線Ｌ１の内角θ１と第２頂線Ｌ２の内角θ２とは等しい。また、各磁石穴３内には各永久磁石４との間に付勢手段としての板バネ５が挿入されており、各永久磁石４は、各板バネ５により、各磁石穴３内で第１頂線Ｌ１に第２頂線Ｌ２が近づく方向、つまり各上底ｌ３、ｌ７が近づく方向に付勢されている。
【００２３】
また、図１に示すように、隣り合う２個の磁石穴３は各第１頂線Ｌ１が向き合っている。つまり、各磁石穴３は底面の下底ｌ４同士又は上底ｌ３同士が隣り合っており、各磁石穴３内の永久磁石４は底面の下底ｌ８同士又は上底ｌ７同士が隣り合っている。各永久磁石４は間隙Ｇ側が交互にＳ極、Ｎ極となるように配置されている。
【００２４】
以上のように構成されたロータ１は以下のようにして製造される。まず、ケイ素鋼板を用意し、このケイ素鋼板をダイ及びパンチにより打ち抜く。これにより、図３に示すように、複数の打抜穴８と複数のダボ９とを有する打抜板７を得る。そして、打抜板７を打ち抜きつつ積層する。積層の際、ダボ９を使用して各打抜板７を固定し、図１に示すロータ本体２を得る。こうして、積層された打抜板７の各打抜穴８により、ロータ本体２の各磁石穴３が形成される。
【００２５】
次に、各磁石穴３に各永久磁石４を挿入する。この際、各磁石穴３は底面が等脚台形の四角柱状であり、各永久磁石４も底面が等脚台形の四角柱状であるため、製造が容易であるとともに、各永久磁石４を各磁石穴３に挿入する方向が限定されず、組付けが容易である。
【００２６】
そして、各磁石穴３と各永久磁石４との間に板バネ５を挿入する。板バネ５は、小型で比較的大きな付勢力を付与できることから、容易に組付けることができるとともに、各磁石穴３内で各上底ｌ３、ｌ７が近づく方向に各永久磁石４を確実に付勢することができる。
【００２７】
最後に、各永久磁石４の外周側が交互にＳ極、Ｎ極となるように着磁して、ロータ１が得られる。
【００２８】
このＩＰＭモータ１０は、図４に示す電動パワーステアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール９０と接続されたステアリングシャフト９１の先端にピニオン９２が設けられ、このピニオン９２はステアリングシャフト９１とともに回転するようになっている。ピニオン９２にはラックバー９３が噛合されており、このラックバー９３はステアリングシャフト９１の回転運動を長手方向の直線運動に変換してタイヤ９４の操舵角を変更させるようになっている。これらピニオン９２及びラックバー９３はハウジング９５によって収容されている。また、ハウジング９５内にＩＰＭモータ１０も収容されており、ステアリングシャフト９１に作用するトルク等の検出により、ラックバー９３をアシストできるようになっている。
【００２９】
図５に示すように、ラックバー９３の一端は円筒面９３ａを有し、円筒面９３ａにはネジ溝９３ｂが形成されている。そして、円筒面９３ａはボールネジ８８を介してＩＰＭモータ１０のロータ１と接続されている。また、ＩＰＭモータ１０のステータ８５はハウジング９５に固定されている。
【００３０】
以上のように構成された電動パワーステアリング装置では、ＩＰＭモータ１０のロータ１が回転すると、ボールネジ８８により回転運動が直線運動に変換され、ラックバー９３がアシストされる。
【００３１】
この際、ＩＰＭモータ１０では、各永久磁石４の第３平面４ａが各磁石穴３の第１平面３ａと必ず当接し、各永久磁石の第４平面４ｂが各磁石穴３の第２平面３ｂと必ず当接している。このため、径方向にエアギャップが生じない。このため、このＩＰＭモータ１０では、ステータ８５とロータ１との間に生じる磁気回路の磁気抵抗が増大することがなく、モータトルクを高く維持することができる。また、径方向のエアギャップにばらつきが生じないので、トルクリップルを小さくできる。
【００３２】
また、このＩＰＭモータ１０では、板バネ５によって、各永久磁石４の第３平面４ａが各磁石穴３の第１平面３ａと当接し、各永久磁石４の第４平面４ｂが各磁石穴３の第２平面３ｂと当接した状態が維持されるため、動作中において、磁石穴３内で永久磁石４の位置がずれることがない。そのため、磁気回路の磁気抵抗の変動を防止することができ、トルクリップルが小さくなる。
【００３３】
したがって、このＩＰＭモータ１０によれば、小型でありながら、高いモータトルクが得られるとともにトルクリップルを小さくすることができる。このため、電動パワーステアリング装置において、優れた車両搭載性と、優れた操舵アシストとを実現することができる。
【００３４】
また、このＩＰＭモータ１０では、各磁石穴３は底面の下底ｌ４同士又は上底ｌ３同士が隣り合っている。これにより、ロータ１の回転方向の相違による磁束密度の差を防止でき、ロータ１が両方向に滑らかに回転できる。このため、やはり電動パワーステアリング装置において、優れた操舵アシストを発揮することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態のＩＰＭモータ１０は固定子に対して可動子が相対回転するものであるが、本発明は固定子に対して可動子が相対直線運動するＩＰＭモータにも具体化可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のＩＰＭモータに係り、ロータの一部断面図である。
【図２】実施形態のＩＰＭモータに係り、ロータの一部拡大断面図である。
【図３】実施形態のＩＰＭモータに係り、打抜板の拡大平面図である。
【図４】実施形態のＩＰＭモータに係り、電動パワーステアリング装置の模式図である。
【図５】実施形態のＩＰＭモータに係り、電動パワーステアリング装置の一部拡大断面図である。
【図６】従来のＩＰＭモータの断面図である。
【図７】ＩＰＭモータの電流進み角とトルクとの関係を表す図である。
【図８】従来のＩＰＭモータのロータの一部断面図である。
【符号の説明】
８７…電機子巻線
８５…固定子（ステータ）
Ｇ…間隙
１…可動子（ロータ）
３…磁石穴
２…可動子本体（ロータ本体）
４…永久磁石
１０…埋込磁石型モータ（ＩＰＭモータ）
３ａ…第１平面
３ｂ…第２平面
４ａ…第３平面
４ｂ…第４平面
Ｌ１…第１頂線
Ｌ２…第２頂線
θ１、θ２…内角
５…付勢手段（板バネ）
ｌ１、ｌ２、ｌ５、ｌ６…脚
ｌ３、ｌ７…上底
ｌ４、ｌ８…下底
【図１】
0003738718.tif 000002
【図２】
0003738718.tif 000003
【図３】
0003738718.tif 000004
【図４】
0003738718.tif 000005
【図５】
0003738718.tif 000006
【図６】
0003738718.tif 000007
【図７】
0003738718.tif 000008
【図８】
0003738718.tif 000009