JP2010115022A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】レゾルバによるロータ位置検出精度を確保しつつ、モータ小型化の要請を満し得るブラシレスモータを提供する。
【解決手段】レゾルバステータ２３を有底円筒形状のレゾルバホルダ２４内に収容すると共に、レゾルバホルダ２４の外側に磁性体の磁気シールド３１を取り付ける。レゾルバホルダ２４と磁気シールド３１の間には、空気層である空隙３６を形成する。ステータ２側の磁束は、まず磁気シールド３１に吸収される。磁気シールド３１から漏れた磁束は、空隙３６にて弱められつつ、レゾルバホルダ２４にて吸収される。ステータ２側の磁束は、レゾルバステータ２３にはほとんど流入せず、レゾルバステータ２３に対するステータ２の磁束の影響が抑えられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシレスモータに関し、特に、ロータ位置検出装置としてレゾルバを使用したブラシレスモータにおけるレゾルバセンサ信号の精度向上技術に関する。
の取付構造に関する。

一般にブラシレスモータでは、ロータ（回転子）の回転位置を検出し、検出したロータ回転位置に基づいて、ステータ（固定子）側のコイル（ステータコイル）を順次励磁してロータを回転駆動させている。ロータの回転位置検出には、従来より、エンコーダやホールＩＣ等を用いた検出装置が使用されているが、近年、レゾルバを使用したブラシレスモータも増加している。レゾルバは、高温や振動環境下に強く、構造がシンプルで故障にくいことから、車載用モータへの使用が増大している。特に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）では、操舵フィーリング向上のため高性能なロータ回転位置検出センサが求められており、安価で組付性にも優れたレゾルバの使用が増大している。
国際公開WO 2008/035755 A1号公報

レゾルバを使用したこのようなブラシレスモータでは、レゾルバステータとモータステータとの間に、レゾルバステータを保持するレゾルバホルダが設けられている。レゾルバホルダは、鉄等の磁性体にて形成されており、レゾルバステータを収容保持すると共に、モータステータからの漏れ磁束を遮蔽し、センサ信号の安定化を図る役割も担っている。

しかしながら、モータを小型化すると、モータステータの界磁コイルとレゾルバとの距離が近づくため、界磁コイルからの磁束が大きくなり、その磁束をレゾルバホルダにて遮蔽しきれなくなるという問題が生じる。レゾルバホルダによって界磁コイルからの磁束を遮断できないと、漏れた磁束がレゾルバに影響し、レゾルバの出力精度が悪化するおそれがある。図６は、レゾルバを界磁コイルに近接配置した場合のセンサ出力を示す説明図である。

一般に、レゾルバの出力信号精度は、ロータ回転角とレゾルバ出力信号との誤差にて示され、両者間の関係に図６の破線のような直線性があるほど精度の良いセンサとされている。ところが、レゾルバを界磁コイルに近接配置すると、センサ出力が界磁コイルによる磁界の影響を受け、図６に実線にて示したように、リニアリティが損なわれセンサ精度が悪化する。すなわち、本来、三角波であるレゾルバ出力信号（センサ信号）に歪みが生じてしまい、ロータ回転位置の検出精度が低下する。

センサ精度が悪化すると、ロータ回転位置に検出誤差が生じ、適切なタイミングでモータに通電ができずトルク変動が大きくなってしまうという問題が生じる。特に、高出力モータの場合、界磁コイルの巻線ターン数や印加電流が大きくなるため、モータ界磁側の磁束の影響が大きくなり、センシング精度が低下する傾向が大きくなる。このため、高出力モータを使用するＥＰＳでは、モータのトルク変動により、操舵補助力が不安定に変化し操舵フィーリングが悪化するおそれがある。

一方、レゾルバがモータ界磁の影響を受けないようにするため、従来より、レゾルバをモータステータから離す手法も多く採用されている。しかしながら、両者の距離を大きくすると、その分、モータの体格が大きくなってしまい、モータ小型化の妨げとなる。特に、前述のＥＰＳ用のブラシレスモータでは、自動車内の狭い空間に装置を収める必要があるため、モータ自体にも外形寸法の小型化が求められており、モータの大型化を招来するこのような構成は採用しにくい。また、レゾルバホルダの板厚を上げることにより、レゾルバへの影響は少なくすることも可能であるが、漏れ磁束を有効に遮断するにはホルダの板厚を大幅に厚くする必要が生じる。板厚が大きくなると、ホルダの加工自体が非常に難しくなり、例えば、絞り加工にて形成されるレゾルバホルダの場合、加工工数が指数関数的に増大し、コストアップの要因となるのは避けがたい。

本発明の目的は、レゾルバによるロータ位置検出精度を確保しつつ、モータ小型化の要請を満し得るブラシレスモータを提供することにある。

本発明のブラシレスモータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻装された界磁コイルとを備える固定子と、前記固定子の内側に回転自在に配置され、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を備える回転子と、前記回転子と共に回転するレゾルバロータと、前記レゾルバロータの外側に配置されたレゾルバステータと、を有してなるブラシレスモータであって、前記レゾルバステータと前記界磁コイルとの間に、前記レゾルバステータを覆う第１磁気遮蔽部材と、前記第１磁気遮蔽部材の外側に配置され該第１磁気遮蔽部材を覆う第２磁気遮蔽部材とを設けたことを特徴とする。

本発明にあっては、レゾルバステータと界磁コイルとの間に、第１磁気遮蔽部材と第２磁気遮蔽部材磁性体が介在する形となる。このため、固定子側の磁束は、まず第２磁気遮蔽部材に吸収され、そこで吸収しきれずに漏れた磁束のみが第１磁気遮蔽部材磁性体に至り、そこで吸収される。従って、レゾルバステータには固定子側の磁束はほとんど流れ込まず、レゾルバステータに対する固定子側の磁束の影響が抑えられ、レゾルバステータと界磁コイルを近付けてもレゾルバ出力信号のリニアリティが確保される。

前記ブラシレスモータにおいて、前記第１磁気遮蔽部材と前記第２磁気遮蔽部材との間に空隙を設けても良く、このような空気層からなる空隙を両磁気遮蔽部材の間に配置することにより、第２磁気遮蔽部材から漏れた磁束は、非磁性体の空気層にて弱められ、第１磁気遮蔽部材磁性体に至る。このため、固定子側の磁束がさらにレゾルバステータに流れ込みにくくなる。

前記第２磁気遮蔽部材として、磁性体にて形成され、前記第１磁気遮蔽部材の外側を取り囲むように配置された有底円筒形状の磁気シールドを設けても良い。また、前記第１磁気遮蔽部材として、磁性体にて形成され、前記レゾルバステータを収容保持するレゾルバホルダを設けても良い。前記ブラシレスモータに、前記固定子を収容する筒状のケースと、前記ケースの端部に取り付けられたブラケットをさらに設け、前記第１磁気遮蔽部材として、前記ブラケットに、前記レゾルバステータを収容保持する円筒形状のレゾルバ固定部を設けても良い。この場合、前記ブラケットを、アルミニウム等の非磁性体にて形成しても良い。

本発明のブラシレスモータによれば、レゾルバステータと界磁コイルとの間に、第１磁気遮蔽部材と第２磁気遮蔽部材とを設けたので、これら両磁気遮蔽部材によって、従来のブラシレスモータに比して固定子側の磁束をより効果的に吸収することが可能となる。このため、固定子側磁束がレゾルバステータに流れ込むのを抑えることができ、レゾルバステータに対する固定子側の磁束の影響が抑えることが可能となる。従って、レゾルバステータと界磁コイルを近付けてもレゾルバ出力信号のリニアリティが確保され、ロータ位置検出精度を確保しつつ、ブラシレスモータの小型化を図ることが可能となる。

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は本発明の実施例１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。

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（界磁コイル、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９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には合成樹脂製のインシュレータ１１が取り付けられており、インシュレータ１１の外側にはコイル６が巻装されている。

ステータコア５の一端側にはバスバーユニット７が取り付けられている。バスバーユニット７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構成となっている。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６の端部と溶接される。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内に固定される。

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の底部中央に圧入固定されている。また、ベアリング１４ｂは、金属製のベアリングホルダ１９によって、ブラケット８の中央部に固定されている。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。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。マグネット１６の外側には、合成樹脂製のマグネットホルダ１７が取り付けられている。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の外周に配される。

マグネットホルダ１７の図１において左端部には、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、磁性体にて形成された金属製のレゾルバホルダ２４内に圧入され、合成樹脂製のブラケットホルダ２５に収容されている。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８の中央部に設けられたリブ２６の端部外周に軽圧入される。ブラケットホルダ２５は、図示しないタッピンネジによって、ブラケット８の内側に固定される。

ブラケットホルダ２５とブラケット８は、両者間にレゾルバホルダ２４のフランジ部２４ａを介在させた形で、前述のタッピンネジにて固定される。フランジ部２４ａは、ブラケットホルダ２５とブラケット８との間にて、周方向に若干移動可能に取り付けられており、レゾルバホルダ２４は、ステータ２３の位置調整後、レゾルバ固定ネジ２８によってブラケットホルダ２５に固定される。ブラケットホルダ２５には、金属製のレゾルバ固定ナット２７が取り付けられており、ナット２７には、ブラケット８の外側からネジ２８がねじ込まれる。これにより、ベアリングホルダ１９とレゾルバホルダ２４がブラケット８に共締めされ、レゾルバホルダ２４は、周方向の位置が調整された状態でブラケット８の内側に固定される。当該モータ１では、このようにレゾルバ２１がブラケット８のベアリング１４ｂよりもモータ内部側に配置され、ブラケット８の内側に生じるデッドスペースも有効に活用される。従って、モータの小型化が図られるが、その一方でレゾルバステータ２３とコイル６が近接し、前述のように、磁束漏れによるセンサ精度低下の問題が生じる。

そこで、本発明によるモータ１ではさらに、レゾルバホルダ（第１磁気遮蔽部材）２４の外側に、鉄等の磁性体にて形成された磁気シールド（第２磁気遮蔽部材）３１を取り付け、センサ精度の低下を防止している。図２は、磁気シールド３１の構成を示す斜視図である。図２に示すように、磁気シールド３１もまた、レゾルバホルダ２４と同様に有底円筒形状に形成されており、レゾルバホルダ２４の外側を取り囲むようには取り付けられる。磁気シールド３１は、円筒形状の側壁部３２の一端側に底壁部３３を備えており、底壁部３３の中央には貫通孔３４が設けられている。側壁部３２の他端側には、径方向に延設される形で取付片３５が設けられており、前述のネジ２８によって、レゾルバホルダ２４と共にブラケット８に固定される。

図３は、磁気シールド３１を取り付けた当該モータ１の構成を簡略化して示した説明図である。図３に示すように、このような磁気シールド３１を取り付けると、レゾルバステータ２３は、レゾルバホルダ２４と磁気シールド３１によって取り囲まれる形でモータ１内に配置される。また、レゾルバホルダ２４と磁気シールド３１の間には空隙３６が形成されており、この空隙３６は、非磁性体である空気層による磁気ギャップとなっている。すなわち、レゾルバステータ２３とコイル６との間には、空隙３６を介在させる形で磁気遮蔽部材が２個設置されており、レゾルバステータ２３は、２個の遮蔽壁と空気層による三重の磁気遮蔽構造によってコイル６から隔離されている。

図４は、レゾルバホルダ２４と磁気シールド３１の磁気遮蔽作用を示す説明図である。モータ１では、図４に示すように、コイル６からの磁束は、界磁側に近い遮蔽部材である磁気シールド３１によってまず吸収される。一方、磁気シールド３１にて吸収されず外に漏れ出た磁束は、空隙３６によって弱められた後、レゾルバホルダ２４に流入する。この際、レゾルバホルダ２４には磁気シールド３１の漏れ磁束分しか磁束が流入しないので、大半の磁束はレゾルバホルダ２４にて吸収され、レゾルバステータ２３にはほとんど磁束が流れ込まない。このため、コイル６とレゾルバステータ２３が近接配置されていても、従来のブラシレスモータに比してコイル６からの磁束が効果的に吸収され、界磁磁束がレゾルバステータ２３に流れ込むのを抑えることができる。従って、レゾルバステータ２３に対する界磁磁束の影響を抑えることができ、センサ精度の向上を図ることが可能となる。

このように、本発明によるモータ１では、レゾルバ出力信号のリニアリティを確保することができ、トルク変動を抑えることが可能となると共に、ロータ位置検出精度を確保しつつモータの小型化を図ることが可能となる。また、ＥＰＳ用のモータ１では、トルク変動の低減により操舵補助力が安定し、操舵フィーリングの向上を図ることが可能となる。すなわち、モータ１では、ＥＰＳにおける操舵フィーリングを損なうことなく、モータ小型化の要請を満たすことが可能となる。さらに、空気層を介在させた三重の磁気遮蔽構造により、磁気シールド３１自体の板厚を抑えることができるため(例えば、１.６ｍｍ程度)、部材加工も容易であり、コストアップを抑えつつ、界磁側の磁束の影響を効果的に抑えることができる。加えて、レゾルバホルダ２４に関しても板厚の厚いものを使用する必要がなく、レゾルバホルダ２４の加工も容易となる。なお、レゾルバホルダ２４や磁気シールド３１の板厚を厚くするよりも、両者の隙間をあけた方が（空隙３６の寸法を大きくした方が）界磁磁束の影響が少ない。

次に、本発明の実施例２であるブラシレスモータ４１について説明ずる。図３は、その構成を簡略化して示した説明図である。なお、以下の実施例では、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。

図５に示すように、ここでは、レゾルバステータ２３がアルミニウム製のブラケット４２に保持されている。ブラケット４２には円筒形状のレゾルバ固定部４３が軸方向に向かって突設されており、このレゾルバ固定部４３の内側にレゾルバステータ２３が収容固定されている。つまり、ブラシレスモータ４１では、レゾルバホルダ２４に代えて、レゾルバ固定部４３が第１磁気遮蔽部材として設けられている。レゾルバ固定部４３の外側には、実施例１のモータ１と同様に、磁気シールド３１が取り付けられている。レゾルバ固定部４３と磁気シールド３１との間には、空隙３６が形成されている。

このようなブラシレスモータ４１においては、レゾルバステータ２３は、まず非磁性体であるアルミニウムによって磁気的にシールドされる。そして、当該ブラシレスモータ４１では、その上で空隙３６と磁気シールド３１によって、コイル６から磁気的に隔離される。コイル６からの磁束は磁気シールド３１によってまず吸収され、そこから漏れ出た磁束は、空隙３６によって弱められた後、レゾルバ固定部４３に流入する。前述同様、レゾルバ固定部４３には磁気シールド３１の漏れ磁束分しか磁束が流入しないため、大半の磁束はレゾルバ固定部４３にて吸収され、レゾルバステータ２３にはほとんど磁束が流れ込まない。このため、コイル６とレゾルバステータ２３が近接配置されていても、コイル６からの磁束がレゾルバステータ２３に流れ込むのを抑えることができ、レゾルバステータ２３に対する界磁磁束の影響を抑え、センサ精度の向上を図ることが可能となる。

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、レゾルバホルダ２４と磁気シールド３１の間に空隙３６を介在させた構成となっているが、両者間に空隙３６を設けることなく、レゾルバホルダ２４と磁気シールド３１を密接させても良い。この場合も、コイル６とレゾルバステータ２３の間には二重の磁気遮蔽部材が設置される形となり、コイル６からレゾルバステータ２３への磁束流入が抑えられる。

一方、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。また、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。

本発明の実施例１であるブラシレスモータの断面図である。 磁気シールドの構成を示す斜視図である。 磁気シールドを取り付けた当該モータの構成を簡略化して示した説明図である。 レゾルバホルダと磁気シールドの磁気遮蔽作用を示す説明図である。 本発明の実施例２であるブラシレスモータの構成を簡略化して示した説明図である。 レゾルバを界磁コイルに近接配置した場合のセンサ出力を示す説明図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ
２ ステータ（固定子）
３ ロータ（回転子）
４ ケース
５ ステータコア
６ ステータコイル（界磁コイル）
７ バスバーユニット
８ ブラケット
９ 固定ネジ
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
１９ ベアリングホルダ
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（第１磁気遮蔽部材）
２４ａ フランジ部
２５ ブラケットホルダ
２６ リブ
２７ レゾルバ固定ナット
２８ レゾルバ固定ネジ
３１ 磁気シールド（第２磁気遮蔽部材）
３２ 側壁部
３３ 底壁部
３４ 貫通孔
３５ 取付片
３６ 空隙
４１ ブラシレスモータ
４２ ブラケット
４３ レゾルバ固定部

Claims (6)

1. ステータコアと、前記ステータコアに巻装された界磁コイルとを備える固定子と、
   前記固定子の内側に回転自在に配置され、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を備える回転子と、
   前記回転子と共に回転するレゾルバロータと、
   前記レゾルバロータの外側に配置されたレゾルバステータと、を有してなるブラシレスモータであって、
   前記レゾルバステータと前記界磁コイルとの間に、前記レゾルバステータを覆う第１磁気遮蔽部材と、前記第１磁気遮蔽部材の外側に配置され該第１磁気遮蔽部材を覆う第２磁気遮蔽部材とを設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記第１磁気遮蔽部材と前記第２磁気遮蔽部材との間に空隙を設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２記載のブラシレスモータにおいて、前記第２磁気遮蔽部材として、磁性体にて形成され、前記第１磁気遮蔽部材の外側を取り囲むように配置された有底円筒形状の磁気シールドを設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、前記第１磁気遮蔽部材として、磁性体にて形成され、前記レゾルバステータを収容保持するレゾルバホルダを設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、該ブラシレスモータはさらに、前記固定子を収容する筒状のケースと、前記ケースの端部に取り付けられたブラケットとを備え、
   前記第１磁気遮蔽部材として、前記ブラケットに、前記レゾルバステータを収容保持する円筒形状のレゾルバ固定部を設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
6. 請求項５記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラケットは、非磁性体にて形成されてなることを特徴とするブラシレスモータ。

Images