JP2006320168A - Permanent magnet type brushless motor, and electric power steering apparatus using the same - Google Patents

Permanent magnet type brushless motor, and electric power steering apparatus using the same Download PDF

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Atsushi Horikoshi
敦 堀越
Kazuo Nagatake
和夫 長竹
Shigeru Endo
茂 遠藤
Shigeya Tanimoto
茂也 谷本
Mitsuyuki Yokoyama
光之 横山
Masato Nagata
正人 永田
Masahiro Kuroda
昌寛 黒田
Takanobu Kushihira
孝信 串平
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NSK Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a permanent magnet type brushless motor which suppresses the cogging torque to reduce vibration and noise, and an electric power steering apparatus having good handle-operating feeling using the brushless motor. <P>SOLUTION: The permanent magnet type brushless motor is provided with a rotor having a plurality of permanent magnets which form a plurality of magnetic poles arranged around a rotary shaft or annular permanent magnets which are maltipole-magnetized, and a stator iron core which is provided facing the rotor and wherein a plurality of teeth are projectively provided in the center shaft direction and which is formed as a closed slot having a connecting part which connects between the teeth where the teeth tip ends near the rotor side are adjacent to each other. The inner peripheral surface shape of the rotor iron core which is formed of the tip end part of the teeth facing the periphery of the rotor and of the connecting part is symmetrical with respect to each center line of the teeth, other than a circle. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は永久磁石型ブラシレスモータに関し、特に低コギングで振動、騒音の少ない永久磁石型ブラシレスモータに関するものである。また、永久磁石型ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to a permanent magnet type brushless motor, and more particularly to a permanent magnet type brushless motor with low cogging and less vibration and noise. The present invention also relates to an electric power steering device using a permanent magnet type brushless motor.

自動車や車両のステアリング装置をモータの回転力で付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助力を付勢するようになっている。かかる電動パワーステアリング装置に用いられるモータは、操舵ホイールの側の車室内に設置されることもあるため、当該モータが操舵補助力を付勢するために回転する際、振動や騒音を発生すると、ドライバに不快な感覚や振動を与えてしまう。また、高速道路などでの高速走行時、操舵補助力を必要としない場合でも、当該モータの有するコギングトルクが、減速機の減速比率倍だけ増幅されて操舵ホイールに伝達され、不快な脈動がドライバに伝達される。また、コギングトルクの大きいモータは、回転時の振動や騒音も大きい。   An electric power steering device that energizes a steering device of an automobile or a vehicle with the rotational force of a motor applies an auxiliary force to a steering shaft or a rack shaft by a transmission mechanism such as a gear or a belt via a speed reducer. It has come to force. Since the motor used in such an electric power steering device may be installed in the passenger compartment on the side of the steering wheel, when the motor rotates to urge the steering assist force, vibration and noise are generated. This can give the driver an unpleasant sensation or vibration. In addition, even when steering assistance is not required when driving at high speeds on highways, the cogging torque of the motor is amplified by the reduction ratio of the reducer and transmitted to the steering wheel, causing unpleasant pulsation Is transmitted to. In addition, a motor with a large cogging torque has large vibration and noise during rotation.

このような観点から、当該モータには振動や騒音を発生することなく、かつコギングトルクの少ないモータであることが要求される。また、従来は、当該モータには、ブラシ付きモータも使用されていたが、近年の小型大出力化や低摩擦力の要望から、ブラシに起因する問題の無い永久磁石型ブラシレスモータが望まれるようになってきている。   From such a viewpoint, the motor is required to be a motor that does not generate vibration and noise and has a small cogging torque. Conventionally, a motor with a brush has been used as the motor, but a permanent magnet type brushless motor free from problems due to brushes is desired due to recent demands for small size, large output and low frictional force. It is becoming.

上述より実開平5−4738号公報(特許文献1)や特開2002−142391号公報(特許文献2)では、固定子を閉スロット構造とし、回転子、各ティース先端部間の空隙を流れる磁束の分布を滑らかにすることで、回転方向の磁気吸引力の変化を滑らかにし、コギングトルクの低減を図っている。特に特許文献2では、隣り合うティース間を連結する連結部を周方向に非等間隔にすることにより、各ティースに発生している回転方向の磁気吸引力が同期して振幅が増加することを防ぐことにより、更なるコギングトルクの低減を図っている。   As described above, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-4738 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-142391 (Patent Document 2), the stator has a closed slot structure, and the magnetic flux flows through the gap between the rotor and each tooth tip. By smoothing the distribution, the change in the magnetic attractive force in the rotational direction is smoothed to reduce the cogging torque. In particular, in Patent Document 2, it is possible to increase the amplitude in synchronism with the magnetic attractive force in the rotational direction generated in each tooth by making the connecting portions that connect adjacent teeth non-uniformly in the circumferential direction. By preventing this, the cogging torque is further reduced.

いずれの例においても、固定子内周面は単一径の円環状形状であり、このような閉スロット構造を使用していると、コギングトルクを低減するためには連結部の厚みを厚くする方法しかない。しかし、連結部の厚みを増すと、連結部を通過する磁束が増加して、その結果鎖交磁束量が低下してしまい、トルクの小さいモータとなってしまう問題がある。   In any example, the inner peripheral surface of the stator has an annular shape with a single diameter. When such a closed slot structure is used, the thickness of the connecting portion is increased in order to reduce cogging torque. There is only a way. However, when the thickness of the connecting portion is increased, the magnetic flux passing through the connecting portion increases, and as a result, the amount of interlinkage magnetic flux decreases, resulting in a motor with a small torque.

また、別の方法によりコギングトルクを低減することを試みている例として、例えば特開2003−250254号公報(特許文献3)がある。コギングトルクは、原理的にはモータの極数Pとスロット数Sの最小公倍数で発生するので、特許文献3では、コギングトルク脈動数が多いほどその振幅は小さくなることを利用している。特許文献3の例では、10極12スロットの例で、そのモータの構成を図10(A)に示す。10極12スロットのモータの場合、極数とスロット数の最小公倍数が“60”となるため、コギングトルク脈動数は1回転当たり60回となる。しかし、このような極数とスロット数の比率が1対3或いは2対3の比率でないモータは、機械的誤差及び磁気的誤差に非常に敏感であり、実際に製作してみると、極数或いはスロット数を基とするコギングトルク脈動数が発生してしまい、コギングトルク脈動数は極数とスロット数の最小公倍数にはならないことが多い。従って、10極12スロットのモータでは10又は12のコギングトルク脈動が発生し、期待したほどコギングトルクは低減されない。   Moreover, as an example of trying to reduce the cogging torque by another method, for example, there is JP-A-2003-250254 (Patent Document 3). Since the cogging torque is generated in principle by the least common multiple of the number of poles P and the number of slots S of the motor, Patent Document 3 uses that the larger the cogging torque pulsation number, the smaller the amplitude. The example of Patent Document 3 is an example of 10 poles and 12 slots, and the configuration of the motor is shown in FIG. In the case of a motor with 10 poles and 12 slots, the least common multiple of the number of poles and the number of slots is “60”, so the number of cogging torque pulsations is 60 per revolution. However, such a motor whose ratio of the number of poles to the number of slots is not a ratio of 1: 3 or 2: 3 is very sensitive to mechanical errors and magnetic errors. Alternatively, a cogging torque pulsation number based on the number of slots is generated, and the cogging torque pulsation number is often not the least common multiple of the number of poles and the number of slots. Therefore, 10 or 12 cogging torque pulsations occur in a 10 pole 12 slot motor, and the cogging torque is not reduced as expected.

更に、このような極数とスロット数の組み合わせの場合、その最大公約数は“2”であるので、回転子と固定子は機械角で180°の周期性を有し、固定子における磁束量の多い部位は対角線上の2ヶ所に分布する。そのため、固定子外周部は、ティースを介して対角線上の2ヶ所のみが強く回転子に吸引され、その結果楕円状に変形する。円環状の構造物は、このような対角線上の2点に力を加えられた際に最も大きく変形するので、振動、騒音の大きなモータになってしまう問題があった。
実開平5−4738号公報 特開2002−142391号公報 特開2003−250254号公報
Further, in the case of such a combination of the number of poles and the number of slots, since the greatest common divisor is “2”, the rotor and the stator have a mechanical angle of 180 °, and the amount of magnetic flux in the stator The part with many is distributed in two places on the diagonal. For this reason, the outer peripheral portion of the stator is strongly attracted to the rotor only at two locations on the diagonal line through the teeth, and as a result, is deformed into an elliptical shape. Since the annular structure is most deformed when a force is applied to two points on such a diagonal line, there is a problem that it becomes a motor with large vibration and noise.
Japanese Utility Model Publication No. 5-4738 JP 2002-142391 A JP 2003-250254 A

上述したように閉スロット構造の永久磁石型ブラシレスモータを用いても、或いは極数とスロット数の関係に着目した永久磁石型ブラシレスモータを用いても、いずれの場合もコギングトルクを確実に低減できないという問題がある。従って、かかる永久磁石型ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に用いた場合には、ドライバに騒音や振動を伝え、不安感や不快感を与えてしまう。   As described above, even if a permanent-magnet brushless motor having a closed slot structure or a permanent-magnet brushless motor focusing on the relationship between the number of poles and the number of slots is used, the cogging torque cannot be reliably reduced in any case. There is a problem. Therefore, when such a permanent magnet type brushless motor is used in an electric power steering apparatus, noise and vibration are transmitted to the driver, which causes anxiety and discomfort.

本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、大出力でありながらも低コギングで騒音及び振動の少ない永久磁石型ブラシレスモータ、特に電動パワーステアリング装置に適した永久磁石型ブラシレスモータを提供することにある。   The present invention has been made for the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is suitable for a permanent magnet type brushless motor, particularly an electric power steering device, which has high output but low cogging and low noise and vibration. The object is to provide a permanent magnet type brushless motor.

本発明は、回転軸回りに設けられた複数の磁極を形成する複数の永久磁石又は多極着磁された円環状の永久磁石を有する回転子と、前記回転子に対向して設けられ中心軸方向に複数のティースが突設され、前記回転子側に近い前記ティース先端部が隣り合うティース間を連結する連結部を有する閉スロットとして形成された固定子鉄心とを備えた永久磁石型ブラシレスモータであり、本発明の上記目的は、前記回転子に周対向する前記ティースの先端部と連結部とによって形成される前記固定子鉄心の内周面形状が円以外の形状で、前記ティースの各中心線に対して左右対称な形状とすることによって達成される。   The present invention relates to a rotor having a plurality of permanent magnets or a multi-pole magnetized annular permanent magnet that forms a plurality of magnetic poles provided around a rotation axis, and a central axis that faces the rotor. A permanent magnet type brushless motor provided with a stator core formed as a closed slot having a plurality of teeth projecting in a direction and having a connecting portion for connecting between the adjacent teeth of the tooth tip portion close to the rotor side The object of the present invention is that the shape of the inner peripheral surface of the stator core formed by the tip portion and the connecting portion of the teeth that are circumferentially opposed to the rotor is a shape other than a circle, and each of the teeth This is achieved by making the shape symmetrical with respect to the center line.

また、本発明の上記目的は、前記左右対称な形状が、前記中心線に対して直交する直線形状を含み、かつ前記連結部の内周面の形状が、隣り合う各ティースの直線形状部を延長させた直線同士を連結することによって成すS(Sは前記ティースの数)の辺を有する多角形状であることにより、或いは前記左右対称な形状が、前記中心線に対して直交する直線形状を含み、かつ前記内周面形状がS(Sは前記ティースの数)×m(整数)の辺を有する多角形であることにより、或いは前記左右対称な形状が、前記中心線に対して直交する直線形状を含み、かつ前記連結部の内周面の形状が曲線形状であることにより、或いは前記連結部が周方向において非等間隔であることにより、より効果的に達成される。   Further, the object of the present invention is to provide a linear shape portion of each adjacent tooth, wherein the symmetrical shape includes a linear shape orthogonal to the center line, and the shape of the inner peripheral surface of the connecting portion is adjacent to each other. It is a polygonal shape having sides of S (S is the number of teeth) formed by connecting the extended straight lines, or the symmetrical shape is a linear shape orthogonal to the center line. And the inner peripheral surface shape is a polygon having sides of S (S is the number of teeth) × m (integer), or the symmetrical shape is orthogonal to the center line. This is achieved more effectively by including a linear shape and the shape of the inner peripheral surface of the connecting portion being a curved shape, or by the connecting portions being non-equally spaced in the circumferential direction.

更に、本発明は、回転軸回りに設けられた複数の磁極を形成する複数の永久磁石又は多極着磁された円環状の永久磁石を有する回転子と、前記回転子に対向して設けられ中心軸方向に複数のティースが突設され、前記回転子側に近い前記ティース先端部が隣り合うティース間を連結する連結部を有する閉スロットとして形成された固定子鉄心と、分布巻された巻線を有する前記固定子とを備えた永久磁石型ブラシレスモータであり、本発明の上記目的は、前記回転子の極数PをP=2n(nは整数)とし、前記回転子のスロット数SをS=6nとすることにより達成される。   Furthermore, the present invention provides a rotor having a plurality of permanent magnets or a multi-pole magnetized annular permanent magnet that forms a plurality of magnetic poles provided around a rotation axis, and is opposed to the rotor. A stator core formed as a closed slot having a plurality of teeth projecting in the central axis direction and having a connecting portion for connecting the adjacent teeth to the tip end portion of the teeth close to the rotor side, and distributed winding A permanent magnet type brushless motor including the stator having a line, and the object of the present invention is to set the number of poles P of the rotor to P = 2n (n is an integer), and the number of slots S of the rotor. Is achieved by setting S = 6n.

本発明の電動パワーステアリング装置は上記永久磁石型ブラシレスモータを用いており、本発明の上記目的を達成できる。   The electric power steering apparatus of the present invention uses the permanent magnet type brushless motor, and can achieve the object of the present invention.

本発明によれば、回転子に周対向(周方向に対向)するティースの先端部と連結部とによって形成される固定子鉄心の内周面形状が円以外の形状で、ティースの各中心線に対して左右対称な形状とすることによって、回転子と固定子側の各ティース間に発生する回転方向の磁気吸引力の急峻な変化を防止することができるので、コギングトルクを低減した永久磁石型ブラシレスモータを提供できる。   According to the present invention, the shape of the inner peripheral surface of the stator core formed by the tip portion and the coupling portion of the teeth that are circumferentially opposed to the rotor (opposed in the circumferential direction) is a shape other than a circle, and each center line of the teeth By making the shape symmetric with respect to the permanent magnet, it is possible to prevent a steep change in the magnetic attractive force in the rotational direction generated between the teeth on the rotor and stator side, so that a permanent magnet with reduced cogging torque Type brushless motor can be provided.

また、回転子の極数PがP=2n(nは整数)であり、回転子のスロット数SがS=6nであることによって、固定子外周部がティースを介して回転子に強く吸引される個所は、極数と等しい個所にまで分散されるので、法線方向成分の電磁力による固定子外周の変形が小さく、振動や騒音を低減した永久磁石型ブラシレスモータを提供できる。   Further, since the rotor pole number P is P = 2n (n is an integer) and the rotor slot number S is S = 6n, the outer periphery of the stator is strongly attracted to the rotor through the teeth. Therefore, the permanent magnet brushless motor can be provided in which the deformation of the outer periphery of the stator due to the electromagnetic force of the normal direction component is small and vibration and noise are reduced.

更に、コギングトルクと振動、騒音を低減した永久磁石型ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に用いることによって、ハンドル操作フィーリングが良く、アシスト力が大きいながらも動作が静粛な電動パワーステアリング装置を提供でき、電動パワーステアリング装置の高性能化を図ることができる。   Furthermore, by using a permanent magnet type brushless motor with reduced cogging torque, vibration and noise in the electric power steering device, it is possible to provide an electric power steering device with good handle operation feeling and quiet operation even though the assist force is large. Therefore, it is possible to improve the performance of the electric power steering device.

先ずティースの先端部の内周面形状が平坦であることにより、コギングトルクを低減できる本発明の第1実施例について説明する。   First, a description will be given of a first embodiment of the present invention in which cogging torque can be reduced by the shape of the inner peripheral surface of the tip of the tooth being flat.

本発明の第1実施例について、図1及び図2を参照して説明する。図1はモータの固定子10及び回転子20の断面構造例を示しており、図2は固定子10をより詳細に示すものである。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows an example of a sectional structure of a stator 10 and a rotor 20 of a motor, and FIG. 2 shows the stator 10 in more detail.

図1及び図2に示すように、固定子10の内側に回転子20が同軸に設置され、回転子20は回転軸21と、回転軸21の表面に等間隔に配設された8個の永久磁石22−1(S極)、22−2(N極)、…、22−8(N極)とによって構成されている。固定子10の固定子鉄心11のヨーク部12は円環状をなし、ヨーク部12の内側に複数(本例では12)のティース1−1、1−2、…、1−12が放射状に設けられ、各ティース1−1〜1−12の間には複数(本例では12個)のスロット3−1、3−2、…、3−12が形成されている。そして、各ティース1−1、1−2、…、1−12はそれぞれ連結部5−1、5−2、…、5−12によって連結され、閉スロット構造になっている。なお、各スロット3(31−〜3−12)には、巻線4が巻回されている。   As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a rotor 20 is coaxially installed inside the stator 10, and the rotor 20 has eight rotating shafts 21 and eight surfaces disposed at equal intervals on the surface of the rotating shaft 21. Permanent magnets 22-1 (S pole), 22-2 (N pole), ..., 22-8 (N pole). The yoke portion 12 of the stator core 11 of the stator 10 has an annular shape, and a plurality (12 in this example) of teeth 1-1, 1-2, ..., 1-12 are provided radially inside the yoke portion 12. A plurality of (in this example, 12) slots 3-1, 3-2,..., 3-12 are formed between the teeth 1-1 to 1-12. The teeth 1-1, 1-2,..., 1-12 are connected by connecting portions 5-1, 5-2,. In addition, the coil | winding 4 is wound by each slot 3 (31--3-12).

本実施例は、ティース1−1〜1−12の各先端部(内周側)が分割されたタイプの固定子10であるが、ティース根元部(外周側)が分割されたタイプの固定子については後述する。   The present embodiment is a stator 10 of a type in which each tip portion (inner peripheral side) of the teeth 1-1 to 1-12 is divided, but a stator of a type in which a tooth root portion (outer peripheral side) is divided. Will be described later.

図3、図4及び図5はそれぞれ図2の部分Aを拡大した部分拡大図であり、これらの図を参照して本発明の各特徴について説明する。   3, 4, and 5 are partially enlarged views in which the portion A of FIG. 2 is enlarged, and each feature of the present invention will be described with reference to these drawings.

図3の例は、回転子20に周対向するティース1−1、1−2、1−3の各先端部の内周面の形状をそれぞれ平坦とし、固定子10の内周面を全体として多角形に形成したものである。図示しないが、ティース1−4、…、1−12の先端部の内周面の形状も平坦になっている。そして、図2の実施例においては、ティース1−2とティース1−3の連結部Cの形状は、隣り合う各ティース1−2と1−3の平坦部Bを延長させた直線同士を連結することによって成す形状の実施例である。図示しないが、ティース1−3と1−4の連結部Cの形状、ティース1−4と1−5の連結部Cの形状、…、ティース1−11と1−12の連結部Cの形状も同様に、隣り合う各ティースの平坦部Bを延長させた直線同士を連結することによって成す形状である。なお、平坦部Bは各ティース1−1〜1−12の中心線に対して対称となっている。従って、固定子10の内周面は全体として正多角形となる。   In the example of FIG. 3, the shapes of the inner peripheral surfaces of the tips of the teeth 1-1, 1-2, 1-3 that are circumferentially opposed to the rotor 20 are made flat, and the inner peripheral surface of the stator 10 is made overall. It is formed into a polygon. Although not shown in figure, the shape of the inner peripheral surface of the front-end | tip part of teeth 1-4, ..., 1-12 is also flat. In the embodiment of FIG. 2, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-2 and the teeth 1-3 connects the straight lines obtained by extending the flat portions B of the adjacent teeth 1-2 and 1-3. This is an embodiment of the shape formed by doing. Although not shown, the shape of the connecting portion C of the teeth 1-3 and 1-4, the shape of the connecting portion C of the teeth 1-4 and 1-5, ..., the shape of the connecting portion C of the teeth 1-11 and 1-12 Is a shape formed by connecting straight lines obtained by extending the flat portions B of adjacent teeth. The flat part B is symmetric with respect to the center line of each of the teeth 1-1 to 1-12. Therefore, the inner peripheral surface of the stator 10 is a regular polygon as a whole.

図4の例は、ティース1−2とティース1−3の連結部Cの形状を、平坦部Bの交差部分を更に直線化(平坦化)した比較的に短い平坦部Dで変形したものである。図示しないが、ティース1−3と1−4の連結部Cの形状、ティース1−4と1−5の連結部Cの形状、・・・、ティース1−11と1−12の連結部Cの形状も同様にそれぞれ平坦部Dで形成されている。平坦部Dは連結部Cの中心線に対して対称となっている。従って、固定子10の内周面は、平坦部Bで形成される正多角形(例えば正12角形)よりも角数の多い多角形(例えば24角形)となる。   In the example of FIG. 4, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-2 and the teeth 1-3 is deformed with a relatively short flat portion D obtained by further straightening (flattening) the intersecting portion of the flat portion B. is there. Although not shown, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-3 and 1-4, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-4 and 1-5, ..., the connecting portion C between the teeth 1-11 and 1-12. Each of the shapes is also formed by a flat portion D. The flat portion D is symmetric with respect to the center line of the connecting portion C. Therefore, the inner peripheral surface of the stator 10 is a polygon (for example, a 24-gon) having more corners than the regular polygon (for example, a regular dodecagon) formed by the flat portion B.

また、図5の例は、ティース1−2とティース1−3の連結部Cの形状を、平坦部Bの交差部分を短い部分で曲線化した曲線部Eで変形したものである。図示しないが、ティース1−3と1−4の連結部Cの形状、ティース1−4と1−5の連結部Cの形状、・・・、ティース1−11と1−12の連結部Cの形状も同様に曲線Eである。曲線部Eは連結部Cの中心線に対して対称となっている。従って、固定子10の内周面は、平坦部Bで形成される正多角形(例えば正12角形)よりも角数の多い多角形(例えば24角形)となるが、各平坦部Bが曲線部Eで連結されているため、円形に近い形状となる。   In the example of FIG. 5, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-2 and the teeth 1-3 is deformed with a curved portion E obtained by curving the intersecting portion of the flat portion B with a short portion. Although not shown, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-3 and 1-4, the shape of the connecting portion C between the teeth 1-4 and 1-5, ..., the connecting portion C between the teeth 1-11 and 1-12. Similarly, the shape is a curve E. The curved portion E is symmetric with respect to the center line of the connecting portion C. Accordingly, the inner peripheral surface of the stator 10 is a polygon (for example, a 24-gon) having more corners than a regular polygon (for example, a regular dodecagon) formed by the flat portion B, but each flat portion B is curved. Since it is connected by the part E, it becomes a shape close to a circle.

上述したいずれの形状も、回転子20と各ティース1−1〜1−12の先端部との間の空隙を流れる磁束の分布、特に回転子20の極間(永久磁石同士の境目)が各ティース1−1〜1−12にかかる際の急峻な磁束量の変化を緩和して滑らかにする作用がある。よって、回転子20及び各ティース1−1〜1−12に発生する回転方向の磁気吸引力が急峻に変化することを防止できるので、コギングトルクを低減できる。どの形状が最適かは、永久磁石22−1〜22−8の形状や固定子10の磁路形状などによって異なるので、適宜選択すれば良い。   In any of the shapes described above, the distribution of magnetic flux flowing through the gaps between the rotor 20 and the tips of the teeth 1-1 to 1-12, particularly the distance between the poles of the rotor 20 (between permanent magnets) is different. There is an effect that the steep change in magnetic flux amount applied to the teeth 1-1 to 1-12 is alleviated and smoothed. Therefore, it is possible to prevent the magnetic attractive force in the rotation direction generated in the rotor 20 and each of the teeth 1-1 to 1-12 from changing sharply, thereby reducing the cogging torque. Which shape is optimal depends on the shape of the permanent magnets 22-1 to 22-8, the magnetic path shape of the stator 10, and the like, and may be appropriately selected.

図6は、開スロットで構成された固定子を有する従来のモータと、閉スロットで構成された固定子で、かつティースの先端部の内周面の形状が円である従来のモータと、閉スロットで構成された固定子で、かつティースの先端部の内周面の形状が平坦(多角形)である本発明のモータと(8極12スロットの例)によって発生する各コギングトルクを比較して示すものである。縦軸がコギングトルクを示し、小さいほど好ましい。横軸はモータ角度を示し、図6では0度から135度までを示している。   FIG. 6 shows a conventional motor having a stator configured with an open slot, a conventional motor configured with a closed slot, and a shape of the inner peripheral surface of the tip of the tooth is a circle, and a closed motor. Each cogging torque generated by the motor of the present invention in which the shape of the inner peripheral surface of the tip end portion of the tooth is flat (polygonal) and (the example of 8 poles and 12 slots) is compared. It is shown. The vertical axis represents the cogging torque, and the smaller the better. The horizontal axis indicates the motor angle, and in FIG. 6, it indicates from 0 degrees to 135 degrees.

従来の開スロットのモータで発生するコギングトルクは最も大きく、一番好ましくない。そして、本発明の閉スロットで構成された固定子で、かつティースの先端部の内周面の形状が平坦であるモータで発生するコギングトルクが最も小さく、一番好ましいことが図6から判明する。即ち、図3の例が一番好ましく、次に閉スロットかつ内周面が円の従来のモータが好ましく、従来の開スロットのものはかなりコギングトルクが大きい。   The cogging torque generated by a conventional open slot motor is the largest and most undesirable. It can be seen from FIG. 6 that the cogging torque generated by the motor having the closed slot of the present invention and the motor having a flat inner peripheral surface at the tip of the tooth is the smallest and most preferable. . That is, the example of FIG. 3 is most preferable, and then a conventional motor having a closed slot and a circular inner peripheral surface is preferable, and the conventional open slot has a considerably large cogging torque.

図7は本発明の変形例を示しており、ティース根元部が分割されたタイプの固定子10Aで、ティース1−1〜1−12の各先端部の形状が平坦となって、内周面全体で正多角形を形成している例である。このようにティース根元部が分割されたタイプの固定子10Aであっても、ティース1−1〜1−12の各先端部の形状が平坦であることによってコギングトルクの発生を抑制することができる。さらに、図5のF部及びF’部のように、前記連結部Cが周方向において等間隔でありながらも、その背面形状を非等間隔に構成すれば、コギングトルクの強い部分同士が重なり合うことが少なくなる。言い換えれば、コギングトルクが共振するように発生することがないので、コギングトルクを一層抑制することができる。   FIG. 7 shows a modification of the present invention. In the stator 10A of the type in which the tooth root portion is divided, the shape of each tip portion of the teeth 1-1 to 1-12 becomes flat, and the inner peripheral surface This is an example in which a regular polygon is formed as a whole. Even in the case of the stator 10A of the type in which the teeth root portion is divided in this way, the generation of cogging torque can be suppressed by the flat shape of each tip portion of the teeth 1-1 to 1-12. . Further, if the connecting portions C are equally spaced in the circumferential direction as in the F portion and F ′ portion of FIG. 5, the portions with strong cogging torque overlap each other if the back surface shape is configured at non-uniform intervals. Less. In other words, since the cogging torque does not occur so as to resonate, the cogging torque can be further suppressed.

次に、モータの極数とスロット数の関係に基づいて、コギングトルクを低減する本発明の第2実施例を説明する。   Next, a second embodiment of the present invention for reducing the cogging torque based on the relationship between the number of poles of the motor and the number of slots will be described.

図8は、回転子20Bの極数PがP=2n(nは整数)であり、回転子20Bのスロット数SがS=6nである関係を満足する例として、6極18スロットのモータを示している。その構成は、回転子20Bは、回転軸21Bと、その表面に配設された6個の永久磁石、即ち永久磁石22−1B(S極)、永久磁石22−2B(N極)、永久磁石22−3B(S極)、…、永久磁石22−6B(N極)とで構成されている。   FIG. 8 shows a 6 pole 18 slot motor as an example satisfying the relationship that the number of poles P of the rotor 20B is P = 2n (n is an integer) and the number of slots S of the rotor 20B is S = 6n. Show. The rotor 20B is composed of a rotating shaft 21B and six permanent magnets arranged on the surface thereof, that is, a permanent magnet 22-1B (S pole), a permanent magnet 22-2B (N pole), and a permanent magnet. 22-3B (S pole),... And permanent magnet 22-6B (N pole).

一方、固定子10Bは、固定子鉄心11B、18個のティース1−1B〜1−18B、18個のスロット3−1B〜3−18Bで構成されている。そして、その構成の関係は、固定子鉄心11Bのヨーク部12Bは円環状をなし、ヨーク部12Bの内側に複数のティース1−1B〜1−18Bが設けられている。18個のティース1−1B、…、1−18Bが放射状に設置されると共に、各ティースの間には18個のスロット3−1B,3−2B、…、3−18Bが形成されている。そして、各ティース1−1B,1−2B、…、1−18Bは閉スロット構造になっている。なお、各スロット3−1B〜3−18Bには、図示されていないが、巻線が分布巻で巻回されている。   On the other hand, the stator 10B includes a stator core 11B, 18 teeth 1-1B to 1-18B, and 18 slots 3-1B to 3-18B. And the relationship of the structure is that the yoke portion 12B of the stator core 11B has an annular shape, and a plurality of teeth 1-1B to 1-18B are provided inside the yoke portion 12B. Eighteen teeth 1-1B,..., 1-18B are arranged radially, and 18 slots 3-1B, 3-2B,..., 3-18B are formed between the teeth. Each of the teeth 1-1B, 1-2B,..., 1-18B has a closed slot structure. In addition, although not shown in figure in each slot 3-1B-3-18B, the coil | winding is wound by distributed winding.

このように6極18スロット構成にすると振動や騒音を抑制できるが、その理由について図9及び図10を参照して以下に説明する。   Such a 6-pole 18-slot configuration can suppress vibration and noise, and the reason will be described below with reference to FIGS.

図9は、本発明に係る6極18スロット構成のモータに電流を通電させた場合の特性例を示しており、図9(A)は磁束分布を示すと共に、測定点、法線方向及び周方向の関係を示しており、図9(B)は回転角度(機械角)に対する測定点に作用する電磁力の関係を、法線方向成分及び周方向成分について示しており、図9(C)は回転角度(機械角)に対する測定点の変位量を法線方向成分及び周方向成分について示している。   FIG. 9 shows an example of characteristics when a current is applied to a motor having a 6-pole 18-slot configuration according to the present invention. FIG. 9 (A) shows a magnetic flux distribution, as well as measurement points, normal directions, and circumferential directions. FIG. 9B shows the relationship between the electromagnetic force acting on the measurement point with respect to the rotation angle (mechanical angle) with respect to the normal direction component and the circumferential direction component. Indicates the displacement of the measurement point with respect to the rotation angle (mechanical angle) with respect to the normal direction component and the circumferential direction component.

一方、図10は、10極12スロットで構成された従来のモータに電流を通電させた場合の特性例を示しており、図10(A)は磁束分布を示すと共に、測定点、法線方向及び周方向の関係を示しており、図10(A)は回転角度(機械角)に対する電磁力の関係を法線方向及び周方向について示しており、図10(C)は回転角度に対する変位量を法線方向成分及び周方向成分について示している。   On the other hand, FIG. 10 shows an example of characteristics when a current is applied to a conventional motor configured with 10 poles and 12 slots, and FIG. 10A shows the magnetic flux distribution, as well as measurement points and normal directions. 10A shows the relationship of the electromagnetic force with respect to the rotation angle (mechanical angle) in the normal direction and the circumferential direction, and FIG. 10C shows the amount of displacement with respect to the rotation angle. Are shown for the normal direction component and the circumferential direction component.

図9(A)に示す本発明のモータでは、極数とスロット数の最大公約数は“6”であり、固定子10Bと回転子20Bは機械角で60度間隔で繰返す磁気的な相似を有している。つまり、固定子10Bの外周部には図9(A)の如く磁束量の多い部位が6ヵ所分布する。この磁束量の多い部位は、回転子20Bと固定子10Bの間の法線方向成分の電磁力が強い所である。後述する従来の10極12スロット構成のモータに比べて磁束量の多い部位が多いため、固定子10Bの外周部は6角形に変形するものの、その法線方向成分の電磁力を支えているスパンが外周長の1/6と短い。よって、図9(C)に示す法線方向成分の変位は0.2μm程度と比較的小さい。   In the motor of the present invention shown in FIG. 9A, the greatest common divisor of the number of poles and the number of slots is “6”, and the stator 10B and the rotor 20B have a magnetic similarity that repeats at an angular interval of 60 degrees. Have. That is, six portions with a large amount of magnetic flux are distributed in the outer peripheral portion of the stator 10B as shown in FIG. This part with a large amount of magnetic flux is where the electromagnetic force of the normal component between the rotor 20B and the stator 10B is strong. Since there are many parts with a larger amount of magnetic flux than a conventional 10-pole 12-slot motor which will be described later, the outer periphery of the stator 10B is deformed to a hexagon, but the span that supports the electromagnetic force of the normal direction component Is as short as 1/6 of the outer peripheral length. Therefore, the displacement of the normal direction component shown in FIG. 9C is relatively small, about 0.2 μm.

一方、図10(A)に示す従来の10極12スロットのモータでは、極数とスロット数の最大公約数は“2”であり、固定子と回転子は機械角で180度間隔で繰返す磁気的な相似を有している。つまり、固定子の外周部には、図10(A)の如く磁束量の多い所が対角線上の2ヶ所にしか分布しない。よって、図9と同等の法線方向成分の電磁力でありながらも、固定子は楕円形に大きく変位を生じて、図10(C)に示すように変位量は約3μmであり、本発明のモータと比較して非常に大きく変形する。なお、図9と図10では、同じレベルのトルクを出力している状態での比較である。   On the other hand, in the conventional 10-pole 12-slot motor shown in FIG. 10 (A), the greatest common divisor of the number of poles and the number of slots is “2”, and the stator and the rotor are magnetic angles that repeat at 180 degrees in mechanical angle. Have similarities. That is, in the outer peripheral portion of the stator, as shown in FIG. 10 (A), locations where the amount of magnetic flux is large are distributed only at two locations on the diagonal line. Therefore, although the electromagnetic force has a normal component equivalent to that in FIG. 9, the stator is largely displaced in an elliptical shape, and the displacement is about 3 μm as shown in FIG. Compared with the motor of, it deforms very greatly. 9 and 10 are comparisons in a state where the same level of torque is output.

以上説明したように、固定子の極数Pとスロット数Sとの関係をP=2n(nは整数)、S=6nとすることにより固定子外周がティースを介して回転子に強く吸引される個所は極数と等しい個所にまで分散されるので、法線方向成分の電磁力を支える固定子外周長のスパンが短くなる。その結果、固定子外周の変形が小さく、モータ回転時の振動、騒音を従来より抑制できる。   As described above, when the relationship between the number of poles P and the number of slots S is P = 2n (n is an integer) and S = 6n, the outer periphery of the stator is strongly attracted to the rotor through the teeth. Are distributed to locations equal to the number of poles, and the span of the stator outer peripheral length that supports the electromagnetic force of the normal direction component is shortened. As a result, deformation of the outer periphery of the stator is small, and vibration and noise during motor rotation can be suppressed as compared with the conventional case.

なお、第1実施例の永久磁石型ブラシレスモータでも、第2実施例の永久磁石型ブラシレスモータでも、閉スロット構造にすることにより巻線が固定子からはみ出して、回転子がロックされることを防止できる。また、上述の実施例では、回転子を、複数の磁極を形成する複数の永久磁石で構成しているが、多極着磁された円環状の永久磁石を用いて構成することもできる。   In addition, in either the permanent magnet type brushless motor of the first embodiment or the permanent magnet type brushless motor of the second embodiment, the closed slot structure allows the winding to protrude from the stator and the rotor is locked. Can be prevented. In the above-described embodiment, the rotor is composed of a plurality of permanent magnets that form a plurality of magnetic poles. However, the rotor may be composed of a multi-pole magnetized annular permanent magnet.

さらに、本発明の永久磁石型ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に用いれば、コギングトルクが抑制され、かつモータからの振動、騒音が少なくなるので、ハンドル操作のフィーリングが良く、かつアシスト力が大きいながらも静粛動作を期待できる。   Furthermore, if the permanent magnet type brushless motor of the present invention is used in an electric power steering device, cogging torque is suppressed and vibration and noise from the motor are reduced, so that the handle operation feeling is good and the assist force is large. However, quiet operation can be expected.

本発明に係るモータの固定子と回転子の構造例を示す断面構造図である。It is a sectional structure figure showing an example of a structure of a stator and a rotor of a motor concerning the present invention. 本発明に係るモータの固定子(ティース先端部が分割されたタイプ)の構造例を示す断面構造図である。FIG. 3 is a cross-sectional structure diagram illustrating a structural example of a stator (a type in which a tooth tip portion is divided) of a motor according to the present invention. 連結部の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of a connection part. 直線の連結部の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the connection part of a straight line. 曲線の連結部の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the connection part of a curve. 従来のモータと本発明に係るモータのコギングトルクを比較して示す特性図である。It is a characteristic view which compares and shows the cogging torque of the conventional motor and the motor which concerns on this invention. 本発明に係るモータの固定子(ティース根元部が分割タイプ)の構造例を示す構造図である。FIG. 4 is a structural diagram showing a structural example of a stator (a teeth base portion is a divided type) of a motor according to the present invention. 本発明の別の実施例を示す構造図である。It is a structural diagram which shows another Example of this invention. 本発明に係るモータの特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of the motor which concerns on this invention. 従来のモータの特性例を示す図である。It is a figure which shows the example of a characteristic of the conventional motor.

符号の説明Explanation of symbols

10、10A、10B 固定子
11、11A、11B 固定子鉄心
12、12B ヨーク部
20、20B 回転子
21、21B 回転軸
22−1〜22−8 永久磁石
22−1B〜22−8B 永久磁石
1−1〜1−12 ティース
3−1〜3−12 スロット
1−1B〜1−12B ティース
3−1B〜3−12B スロット
4 巻線
5−1〜5−12 連結部
10, 10A, 10B Stator 11, 11A, 11B Stator core 12, 12B Yoke part 20, 20B Rotor 21, 21B Rotating shaft 22-1 to 22-8 Permanent magnet 22-1B to 22-8B Permanent magnet 1 1-112 Teeth 3-1 to 3-12 Slot 1-1B to 1-12B Teeth 3-1B to 3-12B Slot 4 Winding 5-1 to 5-12 Connecting portion

Claims (7)

回転軸回りに設けられた複数の磁極を形成する複数の永久磁石又は多極着磁された円環状の永久磁石を有する回転子と、前記回転子に対向して設けられ中心軸方向に複数のティースが突設され、前記回転子側に近い前記ティース先端部が隣り合うティース間を連結する連結部を有する閉スロットとして形成された固定子鉄心とを備えた永久磁石型ブラシレスモータであり、前記回転子に周対向する前記ティースの先端部と連結部とによって形成される前記固定子鉄心の内周面形状が円以外の形状で、前記ティースの各中心線に対して左右対称な形状であることを特徴とする永久磁石型ブラシレスモータ。 A rotor having a plurality of permanent magnets forming a plurality of magnetic poles provided around the rotation axis or a multi-pole magnetized annular permanent magnet; and a plurality of rotors provided opposite to the rotor in a central axis direction A permanent magnet type brushless motor provided with a stator core formed as a closed slot having a connecting portion for connecting teeth between teeth adjacent to each other, the teeth tip portion close to the rotor side protruding from the teeth, The shape of the inner peripheral surface of the stator core formed by the tip portion and the connecting portion of the teeth that are circumferentially opposed to the rotor is a shape other than a circle, and is symmetrical with respect to each center line of the teeth. A permanent magnet type brushless motor characterized by that. 前記左右対称な形状が、前記中心線に対して直交する直線形状を含み、かつ前記連結部の内周面の形状が、隣り合う各ティースの直線形状部を延長させた直線同士を連結することによって成すS(Sは前記ティースの数)の辺を有する多角形状である請求項1に記載の永久磁石型ブラシレスモータ。 The symmetric shape includes a linear shape orthogonal to the center line, and the shape of the inner peripheral surface of the connecting portion connects straight lines extending from the linear shape portions of adjacent teeth. The permanent magnet type brushless motor according to claim 1, wherein the permanent magnet type brushless motor has a polygonal shape having sides of S (where S is the number of teeth). 前記左右対称な形状が、前記中心線に対して直交する直線形状を含み、かつ前記内周面形状がS(Sは前記ティースの数)×m(整数)の辺を有する多角形である請求項1に記載の永久磁石型ブラシレスモータ。 The left-right symmetric shape includes a linear shape orthogonal to the center line, and the inner peripheral surface shape is a polygon having sides of S (S is the number of teeth) × m (integer). Item 10. The permanent magnet type brushless motor according to Item 1. 前記左右対称な形状が、前記中心線に対して直交する直線形状を含み、かつ前記連結部の内周面の形状が曲線形状である請求項1に記載の永久磁石型ブラシレスモータ。 The permanent magnet brushless motor according to claim 1, wherein the symmetrical shape includes a linear shape orthogonal to the center line, and a shape of an inner peripheral surface of the connecting portion is a curved shape. 前記連結部が、周方向において非等間隔である請求項1乃至4のいずれかに記載の永久磁石型ブラシレスモータ。 The permanent magnet type brushless motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the connecting portions are non-equally spaced in the circumferential direction. 回転軸回りに設けられた複数の磁極を形成する複数の永久磁石又は多極着磁された円環状の永久磁石を有する回転子と、前記回転子に対向して設けられ中心軸方向に複数のティースが突設され、前記回転子側に近い前記ティース先端部が隣り合うティース間を連結する連結部を有する閉スロットとして形成された固定子鉄心と、分布巻された巻線を有する前記固定子とを備えた永久磁石型ブラシレスモータであって、前記回転子の極数PがP=2n(nは整数)であり、前記回転子のスロット数SがS=6nであることを特徴とする永久磁石型ブラシレスモータ。 A rotor having a plurality of permanent magnets forming a plurality of magnetic poles provided around the rotation axis or a multi-pole magnetized annular permanent magnet; and a plurality of rotors provided opposite to the rotor in a central axis direction The stator having a stator core formed as a closed slot having a connecting portion for connecting teeth between teeth adjacent to each other, and the tip end portion of the teeth close to the rotor side, and the stator having distributed windings And the number of poles P of the rotor is P = 2n (n is an integer), and the number of slots S of the rotor is S = 6n. Permanent magnet type brushless motor. 請求項1乃至6のいずれかに記載の永久磁石型ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置。 An electric power steering apparatus using the permanent magnet type brushless motor according to any one of claims 1 to 6.
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