JPH0631375U - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機械的強度が高く、大きなトルクが得られ、し
かも応答性に悪影響を及ぼさないブラシレスモータを提
供する。 【構成】ステータの径方向内側に回転自在に磁石が配さ
れるブラシレスモータにおいて、そのブラシレスモータ
のロータ２の中心に配される回転軸４の外周面に、円筒
形に成形され且つ異方性の方向が径方向である複数のマ
ンガンアルミマグネット７ａ，…，７ａを軸方向に並べ
て樹脂接着して、ブラシレスモータ用の磁石７を構成す
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、ブラシレスモータに関し、特に、高い機械的強度並びに大きなト ルクを得ることができ、しかも回転系の応答性に悪影響を与えないようにしたも のである。

【０００２】

【従来の技術】

例えば自動車の操舵力を軽減させる電動パワーステアリング装置等に用いられ るモータには高い出力性能及び高い信頼性が要求されるため、従来から機械的な 整流子を有する直流モータが使用されている。しかし、かかる直流モータは機械 的な整流子を有するがゆえに磨耗や劣化の問題があり、メンテナンスが必要とな るという欠点がある。

【０００３】 一方、機械的な整流子を有せず、磨耗や劣化の問題が少ないモータとしてブラ シレスモータがあり、従来のブラシレスモータの一例を図４に示す。 即ち、かかるブラシレスモータ１は、回転自在に設けられたロータ２と、この ロータ２を包囲するように同軸に配置されたステータ３とから構成されていて、 そのロータ２とステータ３との間が非接触となっている。そして、このブラシレ スモータ１のロータ２は、図示しない端部が軸受等に支持された回転軸４と、周 方向にＮ極及びＳ極が交互に並び且つ全体として円柱状をなすように円周方向に 沿って等間隔に回転軸４の周囲に配置された複数の磁石５，…，５とから構成さ れていて、さらに、その磁石５，…，５の外周部が非磁性材料の円筒体からなる カバー６で覆われている。

【０００４】 しかし、従来のブラシレスモータにあっては、一般的に磁石５として機械的強 度が小さいフェライト磁石が用いられていたことから、使用時における磁石５の 割れや欠けを防止する目的で円柱状に配された磁石５，…，５の外周部をカバー ６で覆っていたため、そのカバー６が存在する分、磁石５とステータ３との間の 空隙が大きくなり、充分な出力性能が得られず、大きな出力トルクが要求される 自動車の電動パワーステアリング装置等の動力源として利用することができなか った。また、出力性能を上げるためにカバー６を薄くしてしまうと、ロータ２の 機械的強度が落ちてしまうから、やはり自動車の電動パワーステアリング装置等 のように高い強度が要求される回転駆動系の動力源として利用することができな くなってしまう。

【０００５】 なお、ブラシレスモータの磁石として大きな磁力が得られる希土類磁石を使用 することも考えられるが、希土類磁石ではコストがかかり、しかも機械的強度は フェライト磁石よりも小さいため、やはり高い強度が要求される回転駆動系の動 力源として利用することができない。 ここで、このような不具合を解決し得る磁石としてマンガンアルミマグネット （Ｍｎ，Ａｌ，Ｃを主原料とする非コバルト系の磁石）がある。即ち、マンガン アルミマグネットは、フェライト磁石とほぼ同等な磁気的強度（マンガンアルミ マグネット，フェライト磁石とも、径方向異方性の残留磁束密度は約３７００ガ ウス）であるが、その引張強度が、図５にも示すように、フェライト磁石の１〜 ３ｋｇｆ／ｍｍ² 、希土類磁石の0.５〜１ｋｇｆ／ｍｍ² に対して、３０ｋｇｆ ／ｍｍ² もあるという特徴を有する。

【０００６】 このため、磁石自身の割れや欠けの危険性がほとんどないから、ブラシレスモ ータに適用した場合には磁石の外周部を図４に示したようなカバー６で覆う必要 がなくなり、ロータ２とステータ３との間の空隙を小さくすることができ、その 出力性能の向上が図られる。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

ここで、上述したマンガンアルミマグネットは一般的に熱間押し出しにより円 柱形に成形され、その押し出した方向（軸方向）が異方性の方向（磁化軸の方向 ）となるため、回転自在に配された磁石の径方向外側を非接触にステータで覆っ たブラシレスモータ用の磁石とするためには、円柱形に成形されている磁石を軸 方向から圧縮することにより異方性の方向を軸方向から径方向に変えることが必 要となる。

【０００８】 そして、異方性の方向を変える際の圧縮工程における圧縮比Ｌ₁ ／Ｌ₂ （Ｌ₁ ：圧縮前の軸方向寸法、Ｌ₂ ：圧縮後の軸方向寸法）と、圧縮後の径方向の残留 磁束密度との関係を示す図３からも判るように、径方向の残留磁束密度を高くす る（異方性の方向を径方向にする）には圧縮比は1.３以上にする必要があるが、 軸方向寸法Ｌに比較して径方向寸法Ｄの小さい、つまり、細長い形状のマンガン アルミマグネットでは圧縮比を大きくすると圧縮時に変形や偏心が生じてしまう ので、径方向に高い残留磁束密度を得るとともに、圧縮時に変形が生じないよう にするためには、軸方向寸法Ｌと径方向寸法Ｄとの比Ｌ／Ｄをあまり大きくする ことはできない、つまり異方性の方向が径方向にあり（径方向の残留磁束密度が 高く）且つ細長いマンガンアルミマグネットを成形することはできなかった。

【０００９】 しかし、磁力を大きくするためには、磁石の着磁面（径方向の面積）を大きく する必要があり、径方向の面積を一定とした場合、軸方向寸法Ｌと径方向寸法Ｄ との比Ｌ／Ｄが小さいと、磁石のイナーシャが大きくなってしまうことから、回 転側に磁石が配されるブラシレスモータにあってはその応答性に悪影響を与えて しまうため、電動パワーステアリング装置のように高い応答性が要求される装置 の動力源には適しなくなってしまう。

【００１０】 そこで本考案は、このような従来の技術が有する種々の不具合に着目してなさ れたものであって、高い機械的強度及び大きなトルクを得ることができ、しかも 回転系の応答性に悪影響を与えないブラシレスモータを提供することを目的とし ている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、回転自在に配された磁石の径方向外側 を非接触にステータで覆ったブラシレスモータにおいて、異方性の方向が径方向 であるマンガンアルミマグネットを軸方向に複数個設けて前記磁石を構成したも のである。

【００１２】

【作用】

本考案に係るブラシレスモータにあっては、その磁石にマンガンアルミマグネ ットを用いているから高い機械的強度が得られ、しかも、各マンガンアルミマグ ネットは異方性の方向が径方向であるので径方向の残留磁束密度は高くなり、そ して、そのようなマンガンアルミマグネットを軸方向に複数個設けているため、 個々のマンガンアルミマグネットとしては軸方向寸法Ｌ及び径方向寸法Ｄの比Ｌ ／Ｄが小さくても磁石全体としては細長い形状になり、磁石全体の軸方向寸法を 充分にとってもイナーシャは小さい。

【００１３】

【実施例】

以下、この考案の実施例を図面に基づいて説明する。 図１及び図２は本考案の一実施例を示す図であり、図１（ａ）はブラシレスモ ータ１のロータ２の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２は ブラシレスモータ１の断面図である。なお、図４に示した従来のブラシレスモー タと同等の構成には同じ符号を付し、その重複する説明は省略する。

【００１４】 即ち、本実施例におけるブラシレスモータ１のロータ２は、回転自在に配され た回転軸４と、この回転軸４の外周面に同軸に樹脂接着された円筒形の磁石７と から構成されていて、磁石７は、複数（本実施例では４個）の円筒形のマンガン アルミマグネット７ａ，…，７ａを軸方向に並べて構成されている。 ここでマンガンアルミマグネットは、例えば重量比でＭｎ：６8.８％、Ｃ：0. ４％、残部がＡｌからなる非コバルト系の磁石である。そして、各マンガンアル ミマグネット７ａは、軸方向寸法Ｌと径方向寸法Ｄとの比Ｌ／Ｄが１程度であっ て、径方向に着磁され且つ図１（ａ）に示すように周方向にＮ極及びＳ極が交互 に並んでいる。

【００１５】 そして、各マンガンアルミマグネット７ａ単体でみれば、Ｌ／Ｄ≒１であるこ とから、異方性の方向を変える際の圧縮工程における圧縮比を1.３程度にしても 変形や偏心等を生じることがないので、容易に異方性の方向を軸方向から径方向 に変えられ、径方向の残留磁束密度の大きい磁石とすることができる。 従って、そのようなマンガンアルミマグネット７ａを軸方向に重ね合わせてな る磁石７も、やはり容易に径方向の残留磁束密度の大きい磁石とすることができ 、しかも、かかる磁石７は、軸方向寸法Ｌ_T が径方向寸法Ｄに比べて長い（Ｌ_T ≒４Ｄ）磁石である。

【００１６】 そして、マンガンアルミマグネット７ａは上述したように機械的強度が高いた め、図２に示すように、ロータ２の周囲をカバーで覆う必要がないから、磁石７ とステータ３との空隙を極めて小さくすることができる。 以上から、本実施例の磁石７を用いたブラシレスモータ１であれば、大きなト ルクを発生させることができ、機械的強度も高く、しかも磁石７の径方向寸法Ｄ が短くて済む（ちなみに、従来のマンガンアルミマグネットを用いたブラシレス モータで本実施例と同等のトルクを発生させるためには、径方向寸法は本実施例 の３〜４倍程度になってしまう。）からイナーシャも小さくなって応答性に対す る悪影響がない、という種々の利点がある。

【００１７】 このため、本実施例のブラシレスモータ１は、自動車の電動パワーステアリン グ装置のように高い機械的強度，大きなトルク及び高い応答性が要求される回転 駆動系の動力源に好適である。 そして、複数のマンガンアルミマグネット７ａ，…，７ａを軸方向に重ね合わ せることにより磁石７を形成しているため、組付誤差等が懸念されるが、マンガ ンアルミマグネット７ａ，…，７ａを回転軸４に樹脂接着した後にそのマンガン アルミマグネット７ａ，…，７ａの外周面を切削加工し、その後に適宜着磁する ようにすれば、組付誤差等の影響はなく、しかもロータ２とステータ３との間の 空隙も磁石が１個の場合と同等のレベルに調整することができる。

【００１８】 また、ブラシレスモータ１にはロータ２の回転位置を検出する手段が必要であ るが、マンガンアルミマグネット７ａは、同一磁石に径方向及び軸方向の両方に 着磁させることができるから、磁石７の軸方向端面に位置検出用の着磁を行うこ とで、位置検出用の磁石を別途設ける必要がなくなる。 なお、上記実施例では、円筒形に成形されたマンガンアルミマグネット７ａに 周方向にＮ極及びＳ極が交互に並ぶように着磁することにより、ブラシレスモー タ１の磁石７を形成しているが、これに限定されるものではなく、径方向にＮ極 又はＳ極に着磁された複数のマンガンアルミマグネットをＮ極及びＳ極が交互に 並び且つ全体として円筒形をなすように回転軸４の回りに並べたものを、軸方向 に複数設ける構成としても上記実施例と同等の作用効果が得られる。

【００１９】 また、上記実施例では、軸方向に４個のマンガンアルミマグネット７ａを重ね 合わせることによりブラシレスモータ１用の磁石７を構成しているが、そのマン ガンアルミマグネット７ａの数は任意である。 さらに、上記実施例では、個々のマンガンアルミマグネット７ａの軸方向寸法 Ｌ及び径方向寸法Ｄの比Ｌ／Ｄを１程度としているが、本考案者が行った実験に よれば、圧縮時の条件にもよるが、Ｌ／Ｄは1.５程度までであれば成形可能であ る。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、異方性の方向が径方向であるマンガン アルミマグネットを軸方向に複数個設けて磁石を構成したため、大きなトルクを 発生させることができ、機械的強度も高く、しかも応答性に対する悪影響がない 、という種々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例におけるブラシレスモータの
ロータを示す図である。

【図２】本考案の一実施例におけるブラシレスモータの
断面図である。

【図３】異方性の方向を変える際の圧縮比と径方向の残
留磁束密度との関係を示すグラフである。

【図４】従来のブラシレスモータの断面図である。

【図５】各種磁石の引張強さを示すグラフである。

【符号の説明】

１ ブラシレスモータ ２ ロータ ３ ステータ ４ 回転軸 ７ 磁石 ７ａ マンガンアルミマグネット

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転自在に配された磁石の径方向外側を
   非接触にステータで覆ったブラシレスモータにおいて、
   異方性の方向が径方向であるマンガンアルミマグネット
   を軸方向に複数個設けて前記磁石を構成したことを特徴
   とするブラシレスモータ。