CN106921270A

CN106921270A - 同步磁阻马达

Info

Publication number: CN106921270A
Application number: CN201610899767.1A
Authority: CN
Inventors: 佟明宇
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-07-04
Also published as: EP3160015A1; US20170110943A1; US10348173B2; JP2017079530A

Abstract

本发明涉及同步磁阻马达。在转子中，在周向隔开间隔地形成有极数个磁障群，所述磁障群由从外周侧朝向中心配置为多层并朝向上述中心成为凸起的圆弧状的多个磁障构成磁障。在从沿着转子的转子轴的方向观察的俯视中，若将以转子的外周缘上的各磁障群的周向中心点为顶点的多边形围起的区域设为多边形区域，则各磁障群中的多个磁障包括在多边形区域内形成的圆弧状部分。各磁障群中的圆弧状部分的圆弧中心设定为转子的外周缘上的该磁障群的周向中心点。

Description

同步磁阻马达

本申请主张于2015年10月20日提出的日本专利申请2015-206204号的优先权，并在此引用其全部内容。

技术领域

该发明涉及例如电动助力转向装置所使用的同步磁阻马达。

背景技术

公知有仅利用因电磁能相对于位置的变化而产生磁阻转矩使转子旋转的磁阻马达。磁阻马达有开关磁阻马达(SRM：Switched Reluctance Motor)、和同步磁阻马达(SynRM：Synchronous Reluctance Motor)。开关磁阻马达中，定子以及转子具有磁性的凸极性。同步磁阻马达是与定子与无刷马达相同的构造。

同步磁阻马达仅在定子以及转子中的转子具有磁性的凸极性。在同步磁阻马达中，由于转子的磁性的凸极性，存在有磁通容易流动的凸极方向(以下称作“d轴向”)，和磁通难以流动的非凸极方向(以下称作“q轴向”)。因此，利用d轴向的电感(以下称作“d轴电感”)与q轴向的电感(以下称作“q轴电感”)之差产生磁阻转矩，转子由于该磁阻转矩旋转。

同步磁阻马达不使用永久磁铁而仅利用磁阻转矩使转子旋转。因此，同步磁阻马达与使用永久磁铁的马达相比存在输出扭矩小这一问题，需要至少使输出扭矩变大。

发明内容

该发明的目的之一是提供能够使输出扭矩变大的同步磁阻马达。

作为本发明的一个方式的同步磁阻马达在结构上的特征为：包括定子和转子，在上述转子中沿周向隔开间隔地形成有极数个磁障群，该磁障群由从转子的外周朝向中心配置为多层并且朝向上述中心凸出的圆弧状的多个磁障构成磁障，在从沿着上述转子的旋转轴的方向观察的俯视情况下，若将以上述各磁障群在上述转子的外周缘上的磁障周向中心点为顶点的多边形围起的区域设为多边形区域，则上述各磁障群中的上述多个磁障包括在上述多边形区域内形成的圆弧状部分，上述各磁障群中的上述圆弧状部分的圆弧中心设定为该磁障群在上述转子的外周缘上磁障的周向中心点。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的其它特征、构件、过程、步骤、特性及优点会变得更加清楚，其中，附图标记表示本发明的要素，其中，

图1是表示本发明的一实施方式的同步磁阻马达的构成的剖视图。

图2是表示图1的同步磁阻马达的转子的放大俯视图。

图3是沿着图2的III-III线的剖视图。

图4是主要表示一个磁障群的详细的局部放大俯视图。

图5A是表示在使肋部的宽度m与磁障的宽度a之和一定的情况下，输出扭矩相对于肋部的宽度m的模拟结果的图。

图5B是表示在使肋部的宽度m与磁障的宽度a之和一定的情况下，扭矩波动相对于肋部的宽度m的模拟结果的图。

具体实施方式

以下，参照附图对该发明的实施方式详细进行说明。图1是表示本发明的一实施方式的同步磁阻马达的结构的剖视图。图2是表示图1的同步磁阻马达的转子的放大俯视图。图3是沿着图2的III-III线的剖视图。图4是主要表示一个磁障群的详细的局部放大图。

参照图1，同步磁阻马达1(以下仅称作“马达1”。)包括定子(固定件)10和转子(旋转件)20。定子10产生旋转磁场。转子20设于定子10的内侧，并由于上述旋转磁场而旋转。定子10包括圆环状的定子铁芯11和定子线圈12。定子铁芯11通过层叠多片圆环状的钢板构成。在定子铁芯11的内圆周部设置有供定子线圈12插入的多个插口11a。在该实施方式中，在定子铁芯11卷绕有三个独立的定子线圈12。在该实施方式中，插口11a的数量是24。

参照图1～图4，转子20的极数在该实施方式中是4个极(2对极)。转子20包括转子铁芯21和转子轴(旋转轴)22。转子轴22贯通转子铁芯21的中心部并且被固定于转子铁芯21。转子铁芯21通过层叠多片在中心部具有孔的圆形的电磁钢板构成。在转子铁芯21中，在周向隔开间隔地形成有极数个磁障群，其中，磁障群由从外周侧朝向转子轴22侧配置为多层并朝向转子轴22成为凸起的圆弧状的多个磁障(在该例中为狭缝(空气层))23构成磁障。在该例中，在转子铁芯21中，磁障群在周向隔开间隔形成4组。各磁障群的磁障23的层数是7。换句话说，一个磁障群由长度不同的7个的磁障23构成。磁障也可以不是由狭缝而是由树脂等非磁性物质形成。

参照图2以及图4，在从沿着转子轴22的方向观察的俯视中，将转子铁芯21中，在同一磁障群内被相互邻接的两个磁障23夹持的区域称作肋部24。转子铁芯21中，将被相互邻接的磁障群夹持的区域中的转子铁芯21的靠近外周部分设为连接部25。将转子铁芯21的外周部的、包括转子铁芯21的外周缘与磁障23的端部之间的中间部分的环状区域设为桥26。

将通过磁障群内的磁障23的周向中央并沿转子铁芯21的径向延伸的轴设为q轴。将通过邻接的磁障群之间并沿转子铁芯21的径向延伸的轴设为d轴。磁障23是阻碍磁通流动的部件。因此，来自定子铁芯11的磁通中的从邻接的两个q轴中的一方的q轴朝向另一方的q轴的磁通难以通过。与此相对的，由于磁障23之间的肋部24，从邻接的两个d轴中的一方的d轴向另一方的d轴的磁通容易通过。

若通过定子10向转子20施加旋转磁场，则从马达1产生磁阻转矩T。磁阻转矩T用下式(1)表示。

T＝Pn·(Ld-Lq)·Id·Iq…(1)

在上述式(1)中，Pn是极对数，Ld是d轴电感，Lq是q轴电感，Id是d轴电流，Iq是q轴电流。

因此，如果使d轴电感Ld与q轴电感Lq之差(Ld-Lq)变大则磁阻转矩(输出扭矩)T变大。在该实施方式中，为了使该差(Ld-Lq)变大，设置磁障23，使q轴向的磁路的磁阻变大，另一方面使d轴向的磁路的磁阻变小。在该实施方式中，还为了使扭矩波动变小并且提高磁阻转矩T(马达输出)，将磁障23的俯视形状设定为适当的形状，并且将肋部24的宽度相对于磁障23的宽度之比设定为适当的值。以下，详细对这些进行说明。

首先，参照图2以及图4，对磁障23的俯视形状进行说明。将转子20的外周缘上的各磁障群的周向中心点设为A、B、C、D。转子20中，将俯视中被以A、B、C、D为顶点的多边形(在该例中为四边形)围起的区域设为多边形区域(在该例中是四边形区域)30。用A-B表示连结多边形区域30的顶点A和顶点B的边或者线段，用B-C表示连结顶点B和顶点C的边或者线段，用C-D连结顶点C和顶点D的边或者线段，用D-A表示连结顶点D和顶点A的边或者线段。

各磁障群中的多个磁障23在俯视下包括多边形区域30内的圆弧状部分23a和直线状部分23b。直线状部分23b从圆弧状部分23a的两端部向多边形区域30外延伸。各磁障群中的多个圆弧状部分23a的圆弧中心被设定于转子20的外周缘上的该磁障群的周向中心点A、B、C、D。从圆弧状部分23a的各端部延伸的直线状部分23b，沿着相对于上述多边形区域30的4边中的俯视时靠近圆弧状部分23a的该端部的一边垂直的方向延伸。换言之，从圆弧状部分23a的各端部延伸的直线状部分23b，从该圆弧状部分23a的端部沿该圆弧状部分23a的切线方向延伸。

例如，图4主要表示的一个磁障群中多个磁障23，在俯视下由多个圆弧状部分23a和多个直线状部分23b构成。圆弧状部分23a以点A为中心。直线状部分23b从各圆弧状部分23a中的边A-B侧的一端相对于边A-B垂直地延伸，并从各圆弧状部分23a中的边D-A侧的另一端相对于边D-A垂直地延伸。

关于这样设定各磁障群中的多个磁障23的俯视形状的理由，以图4主要表示的一个磁障群为例进行说明。一般若将面积S的平面电路放置于磁通密度B[wb]的磁场内，则贯通面积S的平面电路的磁通Φ用下式(2)表示。

Φ＝BSsinθ…(2)

θ是平面电路的面与磁通的方向所成的角。

根据该式(2)，能够了解到平面电路的面与磁通的方向所成的角θ为90度时，磁通Φ最大。如上述那样设定图4主要表示的磁障群中的多个磁障23的俯视形状。沿d轴向流动的磁通垂直通过沿着肋部24的线段D-A的剖面，并且沿着肋部24的线段D-A的剖面积成为最大。由此，因为能够提高磁利用率，所以能够使输出扭矩T变大。

与将磁障23的圆弧中心设定于q轴上、亦即转子20的外周缘的外侧的情况相比，能够使圆弧状部分23a形成至更靠近转子20的中心的位置为止。由此，因为能够使肋部24的宽度变大，所以能够使d轴向的磁路的磁阻变小。由此，能够使输出扭矩T变大。

接下来，对肋部24的宽度相对于磁障23的宽度之比进行说明。如图4所示，将磁障23的宽度设为a[mm]，将肋部24的宽度设为m[mm]，将桥26的宽度设为b[mm]，将连接部25的宽度设为c[mm]。将从线段D-A上的点A到最靠近点A的磁障23为止的区间设为d[mm]。将从线段D-A上的点A到线段D-A的中点为止的距离设为H[mm]。若将转子20的半径设为r[mm]，则H＝r/2^1/2。

根据图4，下式(3)成立。

d+7a+6m+c/2＝H…(3)

b优选为0.5mm以下。D优选为2^1/2·b以上。C优选为0.5mm以上2mm以下。在该实施方式中，r、c、d、m、a例如如下面这样设定。r＝24.8mm，c＝2mm，b＝0.5mm，d＝2^1/2·b，m＝1.7mm，a＝0.8mm。

表1表示在使肋部24的宽度m与磁障23的宽度a之和一定的情况下，输出扭矩相对于肋部24的宽度m的模拟结果、和扭矩波动相对于肋部24的宽度m的模拟结果。这里将肋部24的宽度m与磁障23的宽度a的和设为2.2mm～2.5mm。在表1也表示与肋部24的宽度m对应的磁障23的宽度a、以及与肋部24的宽度m对应的肋部24的宽度与磁障23的宽度a之比m/a的值。

表1

图5A是表示表1所示的模拟结果中的输出扭矩相对于肋部24的宽度m的模拟结果的图。图5B是表示表1所示的模拟结果中，扭矩波动相对于肋部24的宽度m的模拟结果的图。如表1以及图5A所示那样，在肋部24的宽度m为1.5mm～1.7mm(磁障23的宽度a为1.0mm～0.8mm)时输出扭矩最大。换句话说，肋部24的宽度相对于磁障23的宽度a之比m/a为1.50～2.13时输出扭矩最大。在肋部24的宽度m为1.5mm以下的范围中，肋部24的宽度m越大则通过肋部24的磁通量越大。因此，认为在肋部24的宽度m处于该范围时，肋部24的宽度m越大则输出扭矩越大。若肋部24的宽度变大，则磁障23的宽度a变小。若肋部24的宽度m超过1.7mm，则磁障23的宽度a过小。因此，认为向q轴向泄漏的磁通变多。因此，随着肋部24的宽度m变得比1.7mm大，输出扭矩降低。

如表1以及图5B所示那样，扭矩波动在肋部24的宽度m为1.7mm附近(磁障23的宽度a为0.8mm附近)时成为最小。换句话说，肋部24的宽度相对于磁障23的宽度a之比m/a在2.13附近时，扭矩波动最小。因此，了解到为了抑制扭矩波动并且使输出扭矩变大，优选肋部24的宽度m为1.5以上1.9以下，更优选为1.6以上1.8以下。换言之，了解到为了抑制扭矩波动并且使输出扭矩变大，优选肋部24的宽度相对于磁障23的宽度a之比m/a为1.50以上4.75以下，更优选为1.78以上3.00以下。

以上，对该发明的实施方式进行了说明，该发明也能够以进一步的其他方式实施。例如，在前述的实施方式中，转子20的极数是4个极(2对极)，也可以是6个极(3对极)，8个极(4对极)等4个极以外的极数。在前述的实施方式中，磁障23的层数是7，磁障23的层数也可以是5层、6层、8层、9层等7层以外的层数。

转子20的半径r，连接部25的宽度c、肋部24的宽度m、磁障23的宽度a、桥26的宽度b并不限定于作为前述的实施例所示的大小。该发明例如能够应用于电动助力转向装置所使用的同步马达，也能够应用于电动助力转向装置以外所使用的同步马达。

另外，在权利要求所记载的范围内能够实施各种设计变更。

Claims

1.一种同步磁阻马达，包括定子和转子，在上述转子中沿周向隔开间隔地形成有极数个磁障群，该磁障群由从上述转子的外周朝向中心配置为多层并且朝向上述中心凸出的圆弧状的多个磁障构成磁障，

在该同步磁阻马达中，

在从沿着上述转子的旋转轴的方向观察的俯视情况下，若将以上述各磁障群在上述转子的外周缘上磁障的周向中心点为顶点的多边形围起的区域设为多边形区域，则上述各磁障群中的上述多个磁障包括在上述多边形区域内形成的圆弧状部分，

上述各磁障群中的上述圆弧状部分的圆弧中心被设定为该磁障群在上述转子的外周缘上磁障的周向中心点。

2.根据权利要求1所述的同步磁阻马达，其中，

在上述俯视情况下，上述各磁障群中的上述多个磁障包括直线状部分以及上述多边形区域内的上述圆弧状部分，其中，上述直线状部分从上述圆弧状部分的两端部朝向上述多边形区域外延伸，并且沿着与上述多边形区域的边垂直方向延伸。

3.根据权利要求1或2所述的同步磁阻马达，其中，

若将上述转子中夹在上述磁障群内的彼此相邻的两个磁障之间的区域设为肋部，则上述肋部的宽度与上述磁障的宽度之比为1.78以上3.00以下。