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公開番号2021035209
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019154373
出願日20190827
発明の名称モータ
出願人株式会社デンソー
代理人個人
主分類H02K 1/27 20060101AFI20210201BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 磁極間に突極部が設けられるモータにおいて、突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいモータを提供する。
【解決手段】 モータ80は、コイル68が巻回された筒状のステータ60と、周方向に複数の磁極57が設けられ、ステータ60の内側で回転可能なロータ50と、を備える。ロータ50は、複数の磁極57がロータコア51に埋め込まれたIPM構造により構成されている。磁極57は径方向外側がフロントヨーク部55により覆われており、周方向に隣接する磁極57同士の間に突極部53が形成されている。ロータ50の回転軸Oを中心とする軸方向の投影において、突極部53の径方向外端531は、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円の内側に位置する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
コイル(68)が巻回された筒状のステータ(60)と、
周方向に複数の磁極(57)が設けられ、前記ステータの内側で回転可能なロータ(50)と、
を備え、
前記ロータは、複数の前記磁極がロータコア(51)に埋め込まれたIPM構造により構成されており、
前記磁極は、径方向外側がフロントヨーク部(55)により覆われており、周方向に隣接する前記磁極同士の間に突極部(53)が形成されており、
前記ロータの回転軸(O)を中心とする軸方向の投影において、前記突極部の径方向外端(531)は、前記フロントヨーク部(55)の外縁の周方向端点(P1)を通る同心円の内側に位置するモータ。
続きを表示(約 530 文字)【請求項2】
前記ロータの軸方向の投影において、前記磁極は、前記ロータの回転軸を通り径方向に延びる径方向中心線(Cr)に対し対称な長方形状を呈しており、
前記突極部の径方向外端(532)は、前記磁極の径方向外側の角(P2)を通る同心円の内側に位置する請求項1に記載のモータ。
【請求項3】
前記突極部の径方向外端(533)は、前記径方向中心線上における前記磁極の径方向最外点(P3)を通る同心円の内側に位置する請求項2に記載のモータ。
【請求項4】
前記突極部の径方向外端(534)は、前記径方向中心線上における前記磁極の径方向中間点(P4)を通る同心円の内側に位置する請求項3に記載のモータ。
【請求項5】
前記ステータは、コアバック(61)から径内方向に突出する複数のティース(62)を有しており、
前記ティースは、先端部(63)と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項6】
車両のブレーキシステムに適用され、出力によりブレーキ液圧を発生させる請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、モータに関する。
続きを表示(約 5,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来、コイルが巻回された筒状のステータと、複数の磁極を有しステータの径方向内側に設けられるロータとを備え、コイルへの通電により発生する電磁力によってロータが回転するモータが知られている。
【0003】
例えば特許文献1に開示された電動モータは、ブレーキシステムにおいて、連動変換機構を介してブレーキディスクを押圧する電動式アクチュエータを構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2017−104010号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ここで、車両のブレーキシステムにおけるモータ技術の背景に関して説明する。近年、自動運転にともなう自動車補機システムへのニーズや、安全機能の向上として、自動ブレーキシステムの採用が増加している。また、ハイブリッド自動車や電気自動車の増加にともない、以前はエンジン負圧でまかなっていた加圧源を電動モータに置き換えた液圧式の電動ブレーキシシステムなどの採用が増大している。
【0006】
液圧式ブレーキシステムには、モータ回転をボールねじで直線運動に変換することでシリンダ内のピストンを作動させてブレーキ液圧を発生させるタイプや、モータ回転をそのまま歯車機構に伝達し、歯車の歯のかみ合わせ部分で流体を輸送してブレーキ液圧を発生するギヤポンプのタイプがある。
【0007】
また液圧式ブレーキは、車両停止時のブレーキ力を維持する液圧保持力、及び、ブレーキ動作への高い追従性が求められる。したがって、液圧式の電動ブレーキシステムに用いられるモータには、低回転領域における拘束トルクの高トルク化と、無負荷(又は低負荷)領域における高回転化との両立が求められる。その両立のため、埋込永久磁石式(以下「IPM」)モータが選定される。
【0008】
また、モータの駆動制御において、部品削減や省スペースを目的として、ロータ回転角を検出する位置センサを用いないセンサレス駆動方式の技術が知られている。本明細書では、d軸インダクタンスに対するq軸インダクタンスの比(Lq/Ld)を「突極比」という。センサレス駆動では、q軸インダクタンスとd軸インダクタンスとの差が大きく、突極比が1から離れている方が良い。好ましくは、周方向に隣接する磁極同士の間に突極部を設けることにより、突極比が1より大きい場合、突極比をより大きくする作用が得られる。
【0009】
しかし、突極部を有するモータをセンサレス駆動させる場合、突極部とステータのティースとが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動すると、突極部が磁気飽和しやすく、位置推定に必要な突極比が維持しにくいという問題があった。
【0010】
本発明は上記の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、磁極間に突極部が設けられるモータにおいて、突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明のモータは、コイル(68)が巻回された筒状のステータ(60)と、周方向に複数の磁極(57)が設けられ、ステータの内側で回転可能なロータ(50)と、を備える。ロータは、複数の磁極がロータコア(51)に埋め込まれたIPM構造により構成されている。
【0012】
磁極は径方向外側がフロントヨーク部(55)により覆われており、周方向に隣接する磁極同士の間に突極部(53)が形成されている。ロータの回転軸(O)を中心とする軸方向の投影において、突極部の径方向外端(531)は、フロントヨーク部(55)の外縁の周方向端点(P1)を通る同心円の内側に位置する。
【0013】
本発明のモータは、突極部の径方向外端がフロントヨーク部に対し径方向内側に凹むように形成されており、突極部の径方向外端がティースの内端から離れる。したがって、突極部とティースとが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動した場合でも突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
車両のブレーキシステムの模式図。
各実施形態のモータの軸方向断面図。
図2のIII−III線径方向断面図。
図3のIV部拡大図。
(a)第1実施形態のモータの突極部付近の径方向拡大断面図、(b)比較例のモータの突極部付近の径方向拡大断面図。
第2、第3、第4実施形態によるモータの突極部の径方向外端位置を示す模式図。
その他の実施形態のティース形状を表す径方向拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本明細書において「実施形態」とは本発明の実施形態を意味する。以下、モータの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のモータは、車両のブレーキシステムに適用され、出力によりブレーキ液圧を発生させるモータである。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下の第1〜第4実施形態を包括して「本実施形態」という。
【0016】
図1に車両のブレーキシステム90を模式的に示す。モータ80の出力により液圧装置91が発生した液圧が配管92を経由してブレーキキャリパ93に供給される。ブレーキキャリパ93によりパッドがブレーキディスク94に押し付けられ、車輪が制動される。
【0017】
次に図2〜図4を参照し、モータ80の構成について説明する。本実施形態のモータ80は3相ブラシレスモータであって、ハウジング70、ステータ60及びロータ50等が回転軸Oに対して同軸に設けられている。
【0018】
図2に示すように、ハウジング70は、筒部72及び底部73を含む有底筒状を呈している。筒部72の開口端の周囲には鍔部71が形成されている。底部73の中央には底部側の軸受77を収容する軸受収容部74が形成されている。ハウジング70の開口側に装着されたハウジングカバー75の中央には、開口側の軸受78を収容する軸受収容部76が形成されている。
【0019】
筒状のステータ60は、ハウジング70の筒部72の内側に収容され、スロットに3相のコイル68が巻回されている。ロータ50は、ステータ60の内側に設けられ、中心にシャフト59が固定されている。シャフト59の両端は、軸受77、78により回転可能に支持されている。図2に示すロータ50は、複数の薄板状ロータコアが軸方向に積層されて構成されているが、一体のロータコアで構成されてもよい。
【0020】
図3及び図4に示すように、ロータ50は、周方向に複数(例えば10極)の永久磁石の磁極57が設けられ、ステータ60の内側で回転可能である。ロータコア51の径方向の中間部には複数の肉盗み部52が形成されている。本実施形態のロータ50は、複数の磁極57がロータコア51に埋め込まれたIPM構造により構成されている。詳しくは複数の磁極57は、肉盗み部52の径方向外側の環状部分に埋め込まれている。磁極57は径方向外側がフロントヨーク部55により覆われており、周方向に隣接する磁極57同士の間に突極部53が形成されている。
【0021】
ステータ60は、コアバック61から径内方向に突出する複数(例えば12個)のティース62を有している。隣接するティース62同士の間のスロットには3相のコイル68が巻回されている。図3、図4に例示するステータ60は、周方向に分割された分割コアで構成されているが、一体コアで形成されてもよい。
【0022】
また、本実施形態のティース62は、先端部63と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されている。この構成は、特許第5862145号公報(対応US公報:US9531222B2)に開示されている。
【0023】
このような構成のブラシレスモータ80は、コイル68への通電によりステータ60に形成される回転磁界とロータ50の磁極57による磁界との相互作用により回転し、トルクを出力する。ここで、液圧式の電動ブレーキシステムに用いられるモータには、低回転領域における拘束トルクの高トルク化と、無負荷(又は低負荷)領域における高回転化との両立が求められる。本実施形態では、その両立のためにIPMモータが選定される。
【0024】
また、センサレス駆動方式では、突極比向上作用のある突極部53が磁極57間に設けられる構成が好ましい。しかし、突極部53を有するモータ80をセンサレス駆動させる場合、突極部53とステータ60のティース62とが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動すると、突極部53が磁気飽和しやすく、位置推定に必要な突極比が維持しにくいという問題があった。そこで本実施形態のモータ80は、突極部53がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいように構成されている。
【0025】
(第1実施形態)
次に図5(a)を参照し、第1実施形態のモータにおける突極部53付近の詳細な構成について説明する。図5(a)において、磁極57は径方向外側がフロントヨーク部55により覆われている。フロントヨーク部55の径方向の幅は、磁極57の周方向中央で最も広く、周方向端部に近づくにしたがって狭くなる。フロントヨーク部55と突極部53とは、架橋部54を介して接続されている。架橋部54の径方向内側には、磁極57の周方向端部に面する空隙56が形成されている。
【0026】
フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1は、架橋部54との境界に位置する。図中、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円を二点鎖線で示す。第1実施形態では、ロータ50の回転軸Oを中心とする軸方向の投影において、突極部53の径方向外端531は、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円の内側に位置する。
【0027】
自明ではあるが、「同心円」とは、ロータ50の回転軸Oを中心とする同心円である。つまり第1実施形態では、突極部53の径方向外端531について、ロータ50の回転軸Oからの距離が最大となる限界位置がフロントヨーク部55の外縁の形状を基準として特定される。
【0028】
図5(b)に比較例の突極部53を示す。比較例では、突極部53の径方向外端539は、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円とほぼ同一円状に位置する。この構成では、図5(b)に示す回転位置、すなわち、突極部53とティース62とが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動したとき、突極部53の径方向外端539とティース62の内端630との距離が近いため、突極部53がステータ励磁の影響を受けやすく、磁気飽和しやすくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しにくくなる。
【0029】
それに対し、図5(a)に示す第1実施形態では、突極部53の径方向外端531がフロントヨーク部55に対し径方向内側に凹むように形成されており、突極部53の径方向外端531がティース62の内端630から離れる。したがって、突極部53とティース62とが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動した場合でも突極部53がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しやすくなる。
【0030】
さらに本実施形態では、ティース62の先端部63がストレート形状に形成されているため、図7に示す、ティース先端部が周方向両側に広がっている形状に比べ、ティース先端部の周方向両端からフロントヨーク部55への漏れ磁束を抑制することができる。そのため、突極部53がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。
(【0031】以降は省略されています)

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