(57)【要約】【課題】安定した着磁磁場の下でマグネットの着磁を行い、モータ特性を低下させることなくブラシレスモータのイナーシャ低減を図る。【解決手段】シャフト５には円筒状のロータコア６が取り付けられ、ロータコア６の外周面には断面円弧状のマグネット２が複数個取り付けられる。ロータコア６は、その外周面からシャフト５側に向かって肉厚Ｗｒにて形成された外輪部１２と、外輪部１２の内側に形成され外輪部内周面１２ａからシャフト５側に向かって延びる複数のリブ１３と、リブ１３の間に形成された肉抜部１４とを有する。肉抜部１４の外径φｎを、ロータコア６の外径をφｃ、マグネット２の厚さをＷｔとすると、φｃ−２×３Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔの範囲に形成する。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられる円筒状のロータコアと、前記ロータコアの外周面に取り付けられるマグネットとを備えてなるブラシレスモータ用のロータであって、
前記ロータコアは、前記ロータコアの外周面から前記回転軸側に向かって所定の肉厚にて形成された外輪部と、前記外輪部の内側に形成され前記外輪部内周面から前記回転軸側に向かって延びる複数のリブ部と、前記リブ部の間に形成された肉抜部とを有してなり、
前記肉抜部の外径φｎは、前記ロータコアの外径をφｃ、前記マグネットの厚さをＷｔとすると、φｃ−２×３Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔに形成されることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記肉抜部の外径φｎが、φｃ−２×２Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔに形成されることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記リブ部は、前記外輪部の隣接する前記マグネット間又は磁極間の内側位置に、前記回転軸を中心として放射状に形成されることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項４】
請求項３記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記リブ部は、隣接する前記マグネット間の極間寸法Ｐｗの中点位置Ｃｐと前記回転軸の中心Ｏを通る線分Ｌｒを中心に配置されることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項５】
請求項３記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記リブ部の配置ピッチ角θｒは、前記マグネットの中心角θｍよりも大きい（θｒ＞θｍ）ことを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記肉抜部は、前記マグネットの極中心の延長上に断面略扇形状に形成されることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記リブ部の幅Ｗｖは、前記マグネットの厚さＷｔ以下（Ｗｖ≦Ｗｔ）に形成されることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータのロータに関し、特に、モータ特性に影響を与えることなくイナーシャの低減を図ったブラシレスモータ用ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略記する）等の車載電装品には、その駆動源としてブラシレスモータが広く使用されている。図６は、このようなブラシレスモータの一般的な構造を示す説明図である。図６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、界磁極を構成するマグネット２を備えたロータ３の周囲にステータ４を配したインナーロータ型の装置構成となっている。【０００３】
ロータ３は、金属製のシャフト５に取り付けられたロータコア６と、ロータコア６の外周に固定された複数個のマグネット２とから構成されている。ステータ４は、ハウジング７と、ハウジング７の内周側に固定されたステータコア８と、ステータコア８に巻装された巻線９とから構成されている。ステータコア８の内周側には複数個のティースが突設されており、その間に形成されたスロットにコイルが巻装され巻線９が形成される。【０００４】
ハウジング７の開口端には、アルミダイカスト製のブラケット２１が取り付けられている。ブラケット２１とハウジング７の間には合成樹脂製のレゾルバマウントユニット２２が介設されている。レゾルバマウントユニット２２には、リング状に形成されたレゾルバステータ１０ａが取り付けられている。レゾルバステータ１０ａにはコイル１０ｂが巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。【０００５】
レゾルバステータ１０ａの内側には、シャフト５に固定されたレゾルバロータ１０ｃが配設される。このレゾルバロータ１０ｃとレゾルバステータ１０ａによってレゾルバ１０が形成される。レゾルバロータ１０ｃは金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。シャフト５が回転すると、レゾルバロータ１０ｃもまたレゾルバステータ１０ａ内にて回転する。レゾルバステータ１０ａの励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ３の回転位置が検出される。そして、ロータ３の回転位置に基づき、巻線９への電流が適宜切り替えられ、ロータ３を回転駆動させる回転磁界が形成される。【０００６】
このようなモータ１を例えばＥＰＳの駆動源として使用する場合、運転者がハンドルを操作するとその操舵角や走行速度等に従ってモータ１は制御駆動される。シャフト５の回転は、図示しない減速ギアを介してステアリングコラム軸に伝達される。これによりステアリングコラム軸に操舵補助力が供給され、運転者は小さな力でハンドル操作を行うことが可能となる。。【０００７】
ところが、かかるＥＰＳ用のモータでは、ロータ３のイナーシャが大きくなると、このイナーシャの影響によって転舵時の応答性が低下するという問題がある。ＥＰＳでは、ハンドル操作に伴うステアリングコラム軸の回転と共にロータ３もまた回転する。このため、ロータ３のイナーシャが大きいと、その影響によりステアリングコラム軸の動作に遅れが生じ、きびきびとしたステアリング感覚が得られないおそれがある。特に、ＥＰＳ用モータは近年、高出力化が求められており、出力に応じてモータ体格も大きくなり、それに伴ってロータも大型化する。このため、ロータのイナーシャが増大し、その影響も無視できないものになる。【０００８】
そこで、ロータ３のイナーシャを低減すべく、例えば、特開平9-275652号公報のように、ヨーク（図６のロータコア６に相当）に空間部であるスロットを形成して重量を軽減させたブラシレスモータのロータが提案されている。そこでは、モータ駆動時における磁力線の挙動に着目し、磁路として使用されていない部分を空間部とすることにより、モータ特性に影響を与えることなく、イナーシャの低減を図っている。
【特許文献１】特開平9-275652号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このようにロータコア部分に空間部を設けると、マグネットを着磁する際の着磁磁場にムラが生じ易くなるという問題がある。空間部の部位は、モータ駆動時には磁路として使用されない部分ではあるが、着磁時には必ずしも不要な部分ではなく、マグネット着磁の際に磁場を形成すると、この空間部によって磁場にムラが生じる場合がある。着磁磁場にムラが生じると、マグネットの磁気特性にもムラが生じモータ特性自体に影響が出るおそれがある。また、磁場のムラにより着磁時間がより多く必要となり、生産性が低下すると共に、着磁装置の消費エネルギが増大し稼働コストも増加するという問題もあった。【００１０】
本発明の目的は、安定した着磁磁場の下でマグネットの着磁を行い、モータ特性を低下させることなくブラシレスモータのイナーシャ低減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のブラシレスモータ用ロータは、回転軸に取り付けられる円筒状のロータコアと、前記ロータコアの外周面に取り付けられるマグネットとを備えてなるブラシレスモータ用のロータであって、前記ロータコアは、前記ロータコアの外周面から前記回転軸側に向かって所定の肉厚にて形成された外輪部と、前記外輪部の内側に形成され前記外輪部内周面から前記回転軸側に向かって延びる複数のリブ部と、前記リブ部の間に形成された肉抜部とを有してなり、前記肉抜部の外径φｎは、前記ロータコアの外径をφｃ、前記マグネットの厚さをＷｔとすると、φｃ−２×３Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔに形成されることを特徴とする。この場合、好ましくは、前記肉抜部の外径φｎを、φｃ−２×２Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔに形成しても良い。【００１２】
本発明にあっては、前記ロータコアの外径を前記範囲に形成することにより、マグネットを着磁する際に、マグネット周囲に着磁を行うに十分な磁束密度を持つムラのない着磁磁場を確保できる。また、外径φｎを前記範囲に設定すると、コギングトルクの増大やモータトルクの低下も抑えられる。【００１３】
前記ブラシレスモータ用ロータにおいて、前記リブ部を、前記外輪部の隣接する前記マグネット間又は磁極間の内側位置に、前記回転軸を中心として放射状に形成しても良い。また、隣接する前記マグネット間の極間寸法Ｐｗの中点位置と前記回転軸の中心Ｏを通る線分Ｌｒを中心に前記リブ部を配置しても良い。さらに、前記リブ部の配置ピッチ角θｒを、前記マグネットの中心角θｍよりも大きく（θｒ＞θｍ）設定しても良い。【００１４】
加えて、前記肉抜部を、前記マグネットの極中心の延長上に断面略扇形状に形成しても良い。一方、前記リブ部の幅Ｗｖを、前記マグネットの厚さＷｔ以下（Ｗｖ≦Ｗｔ）に形成しても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のブラシレスモータ用ロータによれば、ブラシレスモータ用のロータに使用されるロータコアを、ロータコア外周面から回転軸側に向かって所定の肉厚にて形成された外輪部と、外輪部の内側に形成され外輪部内周面から回転軸側に向かって延びる複数のリブ部と、リブ部の間に形成された肉抜部とを有する構成とし、その上で、肉抜部の外径φｎを、φｃ−２×３Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔ（φｃ：ロータコアの外径，Ｗｔ：マグネットの厚さ）に形成したので、マグネットを着磁する際に、マグネット周囲に着磁を行うに十分な磁束密度を持つムラのない着磁磁場を形成することができる。また、肉抜部の外径φｎを前記範囲とした場合、コギングトルクやモータトルクの悪化も抑えることができる。【００１６】
このため、肉抜部によってイナーシャ低減を図りつつ、安定した着磁磁場にてマグネットを効率良く着磁することが可能となり、しかも、コギングトルクやモータトルクの悪化も抑制できる。従って、出力低下を招来することなく、イナーシャを低減させることができると共に、着磁時における生産性が向上し、着磁電源の省エネルギ化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１であるブラシレスモータのロータ構造を示す説明図であり、着磁装置内にロータを配置した状態を示している。
【図２】着磁装置にて形成される着磁磁場と肉抜部外径φｎとの関係を示すグラフである。
【図３】肉抜部外径φｎと着磁磁場及びコギングトルクとの関係を示すグラフである。
【図４】肉抜部外径φｎと着磁磁場及びモータトルクとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例２であるブラシレスモータのロータ構造を示す説明図であり、着磁装置内にロータを配置した状態を示している。
【図６】ブラシレスモータの一般的な構造を示す説明図である。
【符号の説明】
【００１８】
１    ブラシレスモータ
２    マグネット
３    ロータ
４    ステータ
５    シャフト
６    ロータコア
７    ハウジング
８    ステータコア
９    巻線
１０    レゾルバ
１０ａ  レゾルバステータ
１０ｂ  コイル
１０ｃ  レゾルバロータ
１１    着磁装置
１２    外輪部
１２ａ  内周面
１３    リブ
１４    肉抜部
１５    着磁ヨーク
１６    ロータ
１７    マグネット
２１    ブラケット
２２    レゾルバマウントユニット
Ｏ      シャフト中心
Ｍ      マグネット極中心延長線
Ｐｗ    極間寸法
Ｃｐ    極間寸法Ｐｗの中点位置
Ｌｒ    Ｃｐとシャフト中心Ｏを通る線分
Ｗｒ    外輪部肉厚
Ｗｖ    リブ幅
θｍ    マグネット中心角
θｒ    リブピッチ角
φｃ    ロータコア外径
φｎ    肉抜部外径
φｓ    シャフト外径
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１であるブラシレスモータのロータ構造を示す説明図であり、着磁装置１１内にロータ３を配置した状態を示している。本発明によるブラシレスモータも図６のものを同様の構成となっており、シャフト（回転軸）５には金属製のロータコア６が取り付けられている。ロータコア６の外周側には、その外周面からシャフト５側に向かって肉厚Ｗｒにて形成された外輪部１２が設けられている。外輪部１２の外周面には、フェライト磁石からなるセグメントタイプのマグネット２が６個取り付けられている。マグネット２は断面略円弧状に形成されており、その内周面は中心角θｍの円弧面となっている。【００２１】
外輪部１２の内側には、リブ（リブ部）１３が複数個（例えば６本）形成されている。リブ１３は、外輪部１２の内周面１２ａからシャフト５側に向かって延びており、その一端はシャフト５に固定されている。リブ１３はピッチ角θｒ（ここでは６０°）にて等分に形成され、各リブ１３はシャフト５を中心に放射状に配置される。この際、リブ１３は、隣接するマグネット２の中間位置、すなわち、極間寸法Ｐｗの中点位置Ｃｐとシャフト中心Ｏを通る線分Ｌｒを中心として配置され、θｒはθｍよりも大きな値となる（θｒ＞θｍ）。リブ１３の幅Ｗｖは、マグネット２の最厚部の厚さＷｔ以下（Ｗｖ≦Ｗｔ）に形成されている。【００２２】
リブ１３は軸方向に沿ってロータコア６の全長に亘って設けられており、隣接するリブ１３の間には軸方向に延びる肉抜部１４が形成されている。肉抜部１４は、マグネット２の直下（直上）に設けられており、マグネット２の極中心の延長線Ｍを中心とする断面扇形状に形成されている。肉抜部１４の外周は外輪部１２の内周面１２ａとなっており、その外径（外輪部内径）はφｎとなっている。この場合、ロータコア６の外径をφｃとすると、φｎは、φｃ−２×３Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔ、特に好ましくは、φｃ−２×２Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔの範囲に形成される。なお、φｃは、シャフト５の外径φｓよりも大きい値となる（φｃ＞φｓ）。【００２３】
ロータ３は、図１に示すように、マグネット２を着磁する際には、着磁装置１１内にセットされる。着磁装置１１には、各マグネット２に対応して、略Ｔ字型の着磁ヨーク１５が設けられている。ロータ３は、マグネット２が着磁ヨーク１５と対向するように、着磁ヨーク１５の内側に配置される。着磁ヨーク１５には図示しない励磁コイルが巻装されている。この励磁コイルには、大容量のコンデンサ等によって瞬間的に大電流が供給される。これにより、着磁ヨーク１５には大きな着磁磁場が発生し、磁性材料からなるマグネット２が着磁される。【００２４】
図２は、このような着磁装置１１にて形成される着磁磁場と肉抜部外径φｎとの関係を示すグラフである（φｃ＝４２mm、Ｗｔ＝３mm）。この場合、φｎが２４（＝φｃ−２×３Ｗｔ＝４２−２×３×３）未満の図２における領域Ｐでは、着磁磁場のムラも少ないが着磁磁場の磁束密度自体も低く、マグネット２を効率良く着磁できない。また、φｎが３４.２（＝φｃ−２×１.３Ｗｔ＝４２−２×１.３×３）を超える図２の領域Ｒでは、着磁磁場の磁束密度は大きいが磁気飽和により却ってモータ出力が低下する。これに対し、φｎが２４以上３４.２以下の領域Ｑ、特に好ましくは、φｎが３０（＝φｃ−２×２Ｗｔ＝４２−２×２×３）以上３４.２以下の領域Ｑ’では、マグネット２を着磁するに十分な磁束密度を有し、しかもムラのない着磁磁場が得られる。【００２５】
一方、肉抜部外径φｎは、着磁時のみならず、モータ駆動時におけるコギングトルクややモータトルクにも影響を及ぼす。図３は肉抜部外径φｎと着磁磁場及びコギングトルクとの関係を示すグラフ、図４は肉抜部外径φｎと着磁磁場及びモータトルクとの関係を示すグラフである。なお、図３,４における肉抜部外径φｎと着磁磁場との関係は図２と同様のものである。【００２６】
図３に示すように、肉抜きが多すぎると（φｎが大きいと）、マグネット２による磁束が詰まって行くため、領域Ｒでは急激にコギングトルクが大きくなる。同様に、領域Ｒではモータトルクも急激に低下する。すなわち、φｎ＞φｃ−２×１.３Ｗｔとなると、コギングトルク特性やモータトルク特性が悪化する。なお、領域Ｐでは、コギングトルクもモータトルクも領域Ｑと大差ない。従って、肉抜部外径φｎは、コギングトルクやモータトルクの面からもφｃ−２×１.３Ｗｔ以下に抑えることが望ましい。【００２７】
このように、マグネット２の直下に扇形の肉抜部１４を設け、その外径を前述のような範囲に設定することにより、着磁磁場のムラを低減できるため、安定した着磁磁場にてマグネット２を効率良く着磁することができる。また、前述範囲では、コギングトルクやモータトルクの悪化も見られない。このため、当該モータ１によれば、出力低下を招来することなく、肉抜部１４によるイナーシャ低減効果を得ることができる。さらに、マグネット２を効率良く着磁可能なことから、生産性が向上すると共に、着磁装置の消費エネルギを低減させることも可能となる。従って、着磁作業における省エネルギ化が図られると共に、生産コストの削減を図ることも可能となる。
【実施例２】
【００２８】
本発明は、実施例１のようにセグメント型のマグネットを用いたロータのみならず、リング型のマグネットを用いたロータにも適用可能である。図５は、本発明の実施例２であるブラシレスモータのロータ構造を示す説明図であり、この場合も図１と同様、着磁装置内にロータを配置した状態を示している。なお、実施例１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。【００２９】
図５のロータ１６では、ロータコア６の外周側にリングマグネット１７が取り付けられている。リングマグネット１７は着磁装置１１によって６極に着磁され、各磁極は等分に配置される。各磁極間には無着磁帯１８が形成されている。ここでも、外輪部１２の内側には、リングマグネット１７の磁極間位置に対応して、無着磁帯１８の内側部位にリブ１３が設けられている。リブ１３の幅Ｗｖは、マグネット１７の厚さＷｔ以下（Ｗｖ≦Ｗｔ）に形成されている。リブ１３間には肉抜部１４が形成されており、ここでも、その外径φｎは、φｃ−２×３Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔ、特に好ましくは、φｃ−２×２Ｗｔ≦φｎ≦φｃ−２×１.３Ｗｔの範囲に形成されている。【００３０】
リングマグネット１７は、図５に示すように、着磁装置１１によってラジアル配向に着磁される。その際、肉抜部１４の外径を前述のような範囲に設定することにより、実施例１の場合と同様に、着磁磁場のムラが低減され、安定した着磁磁場にてマグネット２を効率良く着磁できる。また、前述範囲ではコギングトルクやモータトルクの悪化も生じないため、出力低下を招来することなく、肉抜部１４によるイナーシャ低減効果を得ることができる。【００３１】
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、前述の実施例におけるφｃやＷｔ等の数値はあくまでも一例であり、前記の値以外の寸法を有するロータにも本発明が有効であることは言うまでもない。また、前述の実施例では、本発明のロータをＥＰＳ用ブラシレスモータに適用した例を示したが、ＥＰＳ以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコンやその周辺機器等のＩＴ機器用のブラシレスモータにも適用可能である。なお、図６では、レゾルバによってロータの回転位置を検出するモータをブラシレスモータの一般形として説明したが、ホール素子等の磁気検出素子によってロータ回転位置を検出するモータに本発明を適用することも可能である。
【図１】
2005081381.tif 000002
【図２】
2005081381.tif 000003
【図３】
2005081381.tif 000004
【図４】
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【図５】
2005081381.tif 000006
【図６】
2005081381.tif 000007
【国際調査報告】
2005081381.tif 000008
2005081381.tif 000009
2005081381.tif 000010
2005081381.tif 000011