JP2007306798A - Permanent magnet type brushless motor for electric power-steering system - Google Patents

Permanent magnet type brushless motor for electric power-steering system Download PDF

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正嗣 中野
Toshinori Tanaka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a permanent magnet type brushless motor for an electric power-steering system in which proper sense of steering can be attained, by satisfying both low torque pulsation and reduction in eddy current loss of the rotor, and demagnetization of the magnet or fall of residual flux density can be prevented by suppressing heat generation from the rotor. <P>SOLUTION: The permanent magnet type brushless motor comprises a rotor 20 having a rotating shaft 21 and a plurality of permanent magnets 22, constituted of independent and separate magnets and provided around the rotating shaft 21, to form a plurality of magnetic poles, and stator 10 having a stator core 11 provided opposite to the rotor 20, while having a plurality of tees 11a projecting in the direction of central axis and slots 11b for winding formed between adjoining tees 11a and a concentrated armature winding 12 wound around the tees 11a. If the number of magnetic poles of the rotor 20 is P, and the number of slots between the teeth 11a of the stator 10 is N, relation; 1<N/P≤1.2 is satisfied, as well as the fraction N/P is not an irreducible fraction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は永久磁石型ブラシレスモータに関するものであり、特に自動車等の電動パワーステアリング装置に用いられる電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータにおいて、コギングトルク低減と回転子に発生する渦電流損の低減を両立することに関するものである。   The present invention relates to a permanent magnet type brushless motor, and in particular, in a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus used in an electric power steering apparatus such as an automobile, the cogging torque is reduced and the eddy current loss generated in the rotor is reduced. It is related to achieving both.

図15は自動車等の電動パワーステアリング装置の概念図である。ステアリングホイール31からの操舵力をコラムシャフト32が伝えウォームギヤ33(図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している)がモータ34の出力(トルク、回転数)を回転方向を直角に変えながら伝達し、同時に減速し、アシストトルクを増加させる。またハンドルジョイント35は操舵力を伝えると共に、方向も変える。ステアリングギヤ36(図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している)はコラムシャフト回転を減速し、同時にラック37の直線運動に変換し、所要の変移を得る。このラック37の直線運動により車輪を動かし、車両の方向転換等を可能とする。   FIG. 15 is a conceptual diagram of an electric power steering apparatus such as an automobile. The column shaft 32 transmits the steering force from the steering wheel 31, and the worm gear 33 (details are omitted in the figure, only the gear box is shown) transmits the output (torque, rotation speed) of the motor 34 while changing the rotation direction to a right angle. At the same time, decelerate and increase the assist torque. The handle joint 35 transmits the steering force and also changes the direction. A steering gear 36 (details are omitted in the figure, only the gearbox is shown) decelerates the rotation of the column shaft, and at the same time, converts it into a linear motion of the rack 37 to obtain the required transition. The wheels are moved by the linear motion of the rack 37, and the direction of the vehicle can be changed.

このような電動パワーステアリング装置では、モータ34にて発生するトルクの脈動がウォームギヤ33とコラムシャフト32を介して、ステアリングホイール31に伝達される。従って、モータ34が大きなトルク脈動を発生する場合、良好な操舵フィーリングを得ることが出来ない。また、モータ34がアシストするためのトルクを発生しない状態においても、モータが大きなコギングトルクを発生するものであれば、滑らかな操舵フィーリングを得ることが出来ない。   In such an electric power steering apparatus, torque pulsation generated by the motor 34 is transmitted to the steering wheel 31 via the worm gear 33 and the column shaft 32. Therefore, when the motor 34 generates a large torque pulsation, a good steering feeling cannot be obtained. Even when the motor 34 does not generate assist torque, a smooth steering feeling cannot be obtained if the motor generates a large cogging torque.

なお、ここではコラムシャフト32をモータ34のトルクによってアシストするコラムアシスト式の電動パワーステアリング装置を示したが、ラックを電動機のトルクによってアシストするラックアシスト式の電動パワーステアリング装置においても同じことがいえる。   Here, the column assist type electric power steering apparatus that assists the column shaft 32 with the torque of the motor 34 is shown, but the same applies to the rack assist type electric power steering apparatus that assists the rack with the torque of the electric motor. .

特開2001−218439号公報JP 2001-218439 A 特開2000−236652号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-236652 特許第2954552号公報Japanese Patent No. 2955452 特許第2743918号公報Japanese Patent No. 2743918 特公平8−8764号公報Japanese Patent Publication No. 8-8764 特開2001−275325号公報JP 2001-275325 A

このような電動パワーステアリング装置には、従来よりブラシ付直流モータがよく用いられていた。しかしながら、中型車、大型車に電動パワーステアリングに適用するには小型高出力とすることができる永久磁石型ブラシレスモータが有利である。そして、電動パワーステアリング装置にこの永久磁石型ブラシレスモータを適用するためにはコギングトルクなどに起因するトルク脈動の低減が大きな課題であった。   In such an electric power steering device, a brushed direct current motor has been often used. However, a permanent magnet type brushless motor that can be made small and have high output is advantageous for application to electric power steering in medium-sized and large vehicles. And in order to apply this permanent magnet type brushless motor to an electric power steering apparatus, reduction of torque pulsation caused by cogging torque or the like has been a big problem.

電動パワーステアリング装置用の永久磁石型ブラシレスモータとして上記特許文献1には固定子巻線が波巻となるもので回転子の極数が6、固定子の溝数が18のブラシレスモータが開示されている。しかしながら、このような極数と溝数の組み合わせのモータにおいては、波巻や重ね巻など複数の固定子ティースにまたがって巻線を巻回する必要がありコイルエンドが大きくなり、モータの軸長が大きくなり、コイルエンドが大きいゆえに銅損が大きくモータの効率が低下するという課題があった。   As a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus, Patent Document 1 discloses a brushless motor in which a stator winding is a wave winding, the number of rotor poles is 6, and the number of stator grooves is 18. ing. However, in such a motor with a combination of the number of poles and the number of grooves, it is necessary to wind the winding across a plurality of stator teeth such as wave winding and lap winding, and the coil end becomes large, and the axial length of the motor Since the coil end is large and the coil end is large, there is a problem that the copper loss is large and the efficiency of the motor is lowered.

一方、コイルエンドを小さくする巻線としては固定子の1つのティースに集中的に巻線が巻き回されるいわゆる集中巻のモータがある。ティースに集中巻されたモータの例としては、上記特許文献2に回転子の極数が6、固定子の溝数が9の磁石埋め込み型および表面磁石型の例が開示されている。しかしながら、ここで開示されているモータのように従来から良く用いられている極数と溝数の比が2:3のブラシレスモータは一般にコギングトルクが大きい。そのため、このモータを電動パワーステアリング装置に組みこんだ場合コギングトルクが原因により、良好な操舵フィーリングが得られない。すなわち、従来から良く用いられている極数と溝数の比が2:3のブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置用モータとして適していないものであった。   On the other hand, as a winding for reducing the coil end, there is a so-called concentrated winding motor in which the winding is concentrated around one tooth of the stator. As examples of the motor concentratedly wound on the teeth, Patent Document 2 discloses examples of a magnet embedded type and a surface magnet type in which the number of rotor poles is 6 and the number of stator grooves is 9. However, a brushless motor having a 2: 3 ratio of the number of poles to the number of grooves, which has been conventionally used as in the motor disclosed here, generally has a large cogging torque. Therefore, when this motor is incorporated in an electric power steering apparatus, a good steering feeling cannot be obtained due to cogging torque. That is, a brushless motor having a ratio of the number of poles to the number of grooves of 2: 3, which has been often used conventionally, is not suitable as a motor for an electric power steering apparatus.

これに対し、上記特許文献3〜5には、低コギングトルクを実現するよう様々な極数と溝数の組み合わせについて開示されている。これらに開示された極数、溝数の組み合わせを用いれば電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータとして適切なものが得られた。   In contrast, Patent Documents 3 to 5 disclose various combinations of the number of poles and the number of grooves so as to realize a low cogging torque. If a combination of the number of poles and the number of grooves disclosed in these is used, a suitable brushless motor for an electric power steering apparatus was obtained.

しかしながら、後述するように極数と溝数の組み合わせによっては、電機子起磁力の非同期成分が大きく異なるため上記起磁力に起因して回転子に渦電流損が発生する。また、極数と溝数の組み合わせにより回転子に発生する渦電流損の大きさが異なり、回転子の温度上昇にも差がでる。そして、回転子の温度が上昇するとそれに伴い永久磁石の温度も上昇することとなり、不可逆減磁に至る場合もあるという課題があった。   However, as will be described later, the asynchronous component of the armature magnetomotive force varies greatly depending on the combination of the number of poles and the number of grooves, and eddy current loss occurs in the rotor due to the magnetomotive force. Further, the magnitude of eddy current loss generated in the rotor differs depending on the combination of the number of poles and the number of grooves, and the temperature rise of the rotor also differs. And when the temperature of a rotor rose, the temperature of a permanent magnet will also rise in connection with it, and the subject that it might lead to an irreversible demagnetization occurred.

また、不可逆減磁に至らなくとも磁石の温度上昇によって残留磁束密度が低下し、磁石の発生する磁束が減少し、結果としてトルクが低下するという課題があった。   Moreover, even if irreversible demagnetization does not occur, there is a problem that the residual magnetic flux density decreases due to the temperature rise of the magnet, the magnetic flux generated by the magnet decreases, and as a result, the torque decreases.

さらにまた、温度上昇がない場合と同じトルクを発生するためには、多くの電機子電流を必要とし銅損が増加し固定子の温度上昇も招くという課題もあった。特にエネルギー積の高い希土類系の磁石は導電率が高いため、渦電流が流れやすく、また、磁石保持のためにステンレス系のリングを磁石と空隙の間に設ける場合などはさらに渦電流が発生しやすく、発熱が課題であった。   Furthermore, in order to generate the same torque as when there is no increase in temperature, there is a problem that a large armature current is required, the copper loss increases, and the temperature of the stator increases. In particular, rare earth magnets with a high energy product have high electrical conductivity, so eddy currents flow easily. Further, when a stainless steel ring is provided between the magnet and the gap to hold the magnet, eddy currents are further generated. It was easy and heat generation was a problem.

一方、電動パワーステアリング装置用モータとして上記特許文献6に開示されているものがある。このモータは極数が8溝数が9のブラシレスモータであり、コギングトルクが小さいものの、溝数/極数が既約分数(分母と分子に1以外の公約数がなくて約分することができない分数)となり、モード1(空間次数1)の電磁加振力すなわち回転子を偏心させる加振力が定常的に発生する。このため、軸受けの寿命が短くなり、偏心によりトルク脈動が大きくなり、さらには振動、騒音が大きくなるという課題があった。   On the other hand, there is one disclosed in Patent Document 6 as a motor for an electric power steering device. This motor is a brushless motor with 8 poles and 9 grooves and a small cogging torque, but the number of grooves / poles is an irreducible fraction (the denominator and numerator can be reduced without a common divisor other than 1). In other words, the electromagnetic excitation force in mode 1 (spatial order 1), that is, the excitation force that decenters the rotor is constantly generated. For this reason, there has been a problem that the life of the bearing is shortened, torque pulsation increases due to eccentricity, and vibration and noise increase.

また、極数が8、溝数が9の倍数の場合も開示されているが、既約分数とならない場合、例えば極数が8で、溝数が72や128の場合は溝数が多すぎて工作性に欠けるため量産には向かない。したがって、電動パワーステアリング装置用モータとしては現実的でないという課題もあった。   Moreover, although the case where the number of poles is 8 and the number of grooves is a multiple of 9 is disclosed, if the irreducible fraction is not obtained, for example, the number of poles is 8 and the number of grooves is 72 or 128, the number of grooves is too large. It is not suitable for mass production because it lacks workability. Therefore, there is a problem that it is not realistic as a motor for an electric power steering apparatus.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、極数と溝数を適切に選定することにより、低トルク脈動と回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、回転子の発熱を抑制することで磁石の減磁や残留磁束密度の低下を防ぐことができる電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータを得ることを目的としている。さらに、回転位置センサの低コスト化を図り、回転位置センサの検出位置誤差に起因するトルク脈動を低減できる電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータを得ることを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems. By appropriately selecting the number of poles and the number of grooves, both low torque pulsation and reduction of rotor eddy current loss can be achieved. An object of the present invention is to obtain a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus which can prevent a demagnetization of a magnet and a decrease in a residual magnetic flux density by suppressing a heat generation of a rotor at the same time as obtaining a steering feeling. . Another object of the present invention is to obtain a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus that can reduce the cost of the rotational position sensor and reduce torque pulsation caused by a detected position error of the rotational position sensor.

この発明の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置に用いられる永久磁石型ブラシレスモータであって、回転軸、及び回転軸回りに設けられ複数の磁極を形成する独立した別個の磁石で構成された複数の永久磁石を有する回転子と、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隣り合うティース間に巻線用の溝が形成された固定子鉄心、及びティースに集中的に巻回された電機子巻線とを有する固定子とを備え、回転子の磁極の数をP、固定子のティース間の溝数をNとしたとき、
1<N/P≦1.2
であり、かつ分数N/Pが既約分数でない。
A permanent magnet type brushless motor for an electric power steering device according to the present invention is a permanent magnet type brushless motor used in an electric power steering device, and is provided with an independent and separate rotary shaft and a plurality of magnetic poles provided around the rotary shaft. A rotor having a plurality of permanent magnets composed of magnets, and a stator provided with a plurality of teeth projecting in the central axis direction so as to face the rotor, and a winding groove formed between adjacent teeth A stator having a core and an armature winding wound around the teeth intensively, when the number of magnetic poles of the rotor is P and the number of grooves between the teeth of the stator is N,
1 <N / P ≦ 1.2
And the fraction N / P is not an irreducible fraction.

この発明では、極数と溝数を適切に選定することにより、低トルク脈動と回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、回転子の発熱を抑制することで磁石の減磁や残留磁束密度の低下を防ぐことができる電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータを提供できる。さらに、回転位置センサの低コスト化を図り、回転位置センサの検出位置誤差に起因するトルク脈動を低減できる電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータを提供できる。   In this invention, by appropriately selecting the number of poles and the number of grooves, both low torque pulsation and reduction of eddy current loss of the rotor can be achieved, and good steering feeling can be obtained, and at the same time, heat generation of the rotor can be suppressed. By doing so, it is possible to provide a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus that can prevent demagnetization of the magnet and a decrease in residual magnetic flux density. Further, it is possible to provide a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus that can reduce the cost of the rotational position sensor and reduce torque pulsation caused by a detection position error of the rotational position sensor.

実施の形態1.
本発明の実施の形態の説明に入る前に、永久磁石型ブラシレスモータにおける回転子の渦電流損の発生メカニズムについて考えることにする。電機子巻線に流れる電流によって発生する回転磁界が回転子と同期することにより回転子に定常的なトルクが発生し回転子は回転する。回転子と同期した回転磁界は回転子に固定した座標系で見ると静止している。静止して見えるということは磁束の変化を生じないことであるから、回転子に渦電流損を発生させる原因とはならない。
Embodiment 1 FIG.
Before describing the embodiment of the present invention, let us consider the mechanism of eddy current loss of the rotor in a permanent magnet type brushless motor. When the rotating magnetic field generated by the current flowing through the armature winding is synchronized with the rotor, a steady torque is generated in the rotor and the rotor rotates. The rotating magnetic field synchronized with the rotor is stationary when viewed in a coordinate system fixed to the rotor. The fact that it appears to be stationary means that it does not cause a change in magnetic flux and therefore does not cause eddy current loss in the rotor.

しかしながら、電機子電流の発生する回転磁界には回転子と同期しない成分が存在する。例えば回転子と逆方向に回転する磁界が存在する。このような回転子と同期しない成分は回転子に固定した座標系から見れば静止していないので、磁束を変化させる作用を持っている。この磁束の変化を打ち消そうと回転子に渦電流が発生する。   However, the rotating magnetic field generated by the armature current includes a component that is not synchronized with the rotor. For example, there is a magnetic field that rotates in the opposite direction to the rotor. Such a component that is not synchronized with the rotor is not stationary when viewed from the coordinate system fixed to the rotor, and thus has an effect of changing the magnetic flux. An eddy current is generated in the rotor to cancel the change in magnetic flux.

電機子電流が発生させる回転磁界の中で、回転子と同期しない成分の振幅や空間次数は、極数と溝数で異なる。固定子巻線が集中巻の場合に、電機子電流によってどのような回転磁界が発生するかを図1から図5に示す。極数をPと溝数をNとしたとき、図1はN/P=1.5のときの回転磁界の成分を示すグラフである。同じく、図2はN/P=1.2のとき、図3はN/P=1.125のとき、図4はN/P=0.9のとき、図5はN/P=0.75のときの回転磁界の成分を示すグラフである。各々の図において、横軸は空間次数を示し、電気角360度を1次としている。縦軸は回転磁界の振幅を示し、同期成分すなわち基本波を1として規格化して示している。各図において回転磁界の振幅が正のときには回転子と同じ方向に回転する磁界すなわち正相の回転磁界である。一方、振幅が負のときは回転子と逆方向に回転する回転磁界すなわち逆相の回転磁界であることを示している。逆相の回転磁界はもちろんすべて非同期成分である。また、正相の回転磁界の中でも空間1次の回転磁界以外は、回転子に固定した座標系から見ると静止した磁界ではないためすべて非同期成分となる。   In the rotating magnetic field generated by the armature current, the amplitude and spatial order of components that are not synchronized with the rotor differ depending on the number of poles and the number of grooves. FIGS. 1 to 5 show what kind of rotating magnetic field is generated by the armature current when the stator winding is concentrated. FIG. 1 is a graph showing components of a rotating magnetic field when N / P = 1.5, where P is the number of poles and N is the number of grooves. 2 is N / P = 1.2, FIG. 3 is N / P = 1.125, FIG. 4 is N / P = 0.9, and FIG. 5 is N / P = 0. 7 is a graph showing components of a rotating magnetic field at 75. In each figure, the horizontal axis indicates the spatial order, and the electrical angle of 360 degrees is the primary. The vertical axis indicates the amplitude of the rotating magnetic field and is normalized with the synchronization component, that is, the fundamental wave as 1. In each figure, when the amplitude of the rotating magnetic field is positive, it is a magnetic field that rotates in the same direction as the rotor, that is, a positive-phase rotating magnetic field. On the other hand, when the amplitude is negative, it indicates that the rotating magnetic field rotates in the opposite direction to the rotor, that is, the rotating magnetic field has a reverse phase. Of course, the rotating magnetic fields of opposite phase are all asynchronous components. Further, among the positive-phase rotating magnetic fields, those other than the spatial primary rotating magnetic field are all non-synchronous components because they are not stationary magnetic fields when viewed from the coordinate system fixed to the rotor.

図1から図5において、電機子電流によって発生する回転磁界が極数と溝数の組み合わせによって異なることがわかる。特に、極数Pと溝数Nの比N/PがN/P<1のときには、同期成分よりも大きな振幅を持った非同期成分が存在することが見てとれる。例えば、N/P=0.9のときには空間4/5次に振幅1.25の非同期成分が存在し、N/P=0.75のときには空間1/2次に振幅2.0の非同期成分が存在する。このように同期成分より大きな非同期成分を持った場合には、同期成分よりも大きな非同期成分を持たない(N/P>1のとき)ときに比べて回転子に発生する渦電流損が大きくなると考えられる。   1 to 5, it can be seen that the rotating magnetic field generated by the armature current differs depending on the combination of the number of poles and the number of grooves. In particular, when the ratio N / P between the number of poles P and the number of grooves N is N / P <1, it can be seen that there is an asynchronous component having an amplitude larger than the synchronous component. For example, when N / P = 0.9, there is an asynchronous component with an amplitude of 1.25 in the space 4/5, and when N / P = 0.75, an asynchronous component with an amplitude of 2.0 in the space 1/2. Exists. When the asynchronous component is larger than the synchronous component in this way, the eddy current loss generated in the rotor is larger than when there is no asynchronous component larger than the synchronous component (when N / P> 1). Conceivable.

そこで、回転子に発生する渦電流損が極数P、溝数Nによってどのように変化するかを知るために、いろいろな組み合わせの永久磁石型ブラシレスモータを設計し、有限要素法を用いた磁界解析によって回転子の渦電流損を算出した。設計した5種類の永久磁石型ブラシレスモータの極数P、溝数N、N/Pを図6に示す。また、それぞれのモータの固定子、回転子の断面図を図7から図11に示す。   Therefore, in order to know how the eddy current loss generated in the rotor changes depending on the number of poles P and the number of grooves N, various combinations of permanent magnet type brushless motors are designed and magnetic fields using the finite element method are used. The eddy current loss of the rotor was calculated by analysis. FIG. 6 shows the number of poles P, the number of grooves N, and N / P of the five types of permanent magnet brushless motors designed. Moreover, sectional views of the stator and rotor of each motor are shown in FIGS.

図7から図11において、永久磁石型ブラシレスモータの固定子10は、固定子鉄心11と電機子巻線12とを有している。固定子鉄心11は、概略円筒形をなし、中心軸方向に複数のティース11aが突設され、隣り合うティース11a間に巻線用の溝11bが形成されている。電機子巻線12は、固定子鉄心11の各ティース11aに集中的に巻き回されたいわゆる集中巻とされている。ここで、集中巻とは、ある一つのティース11aに連続して導線が複数回巻き回されて該ティース11aに対するコイルが形成された構成となっている場合を言う。他のティース11aにも同様に導線が複数回巻き回されてこのティース11aに対するコイルが形成され、これら各コイルを並列あるいは直列に接続して複数相(例えば3相)の電機子巻線12が形成される。   7 to 11, the permanent magnet type brushless motor stator 10 has a stator core 11 and an armature winding 12. The stator core 11 has a substantially cylindrical shape, a plurality of teeth 11a projecting in the central axis direction, and a winding groove 11b is formed between adjacent teeth 11a. The armature windings 12 are so-called concentrated windings that are intensively wound around the teeth 11 a of the stator core 11. Here, the concentrated winding refers to a case where a conductive wire is wound around a certain tooth 11a a plurality of times to form a coil for the tooth 11a. The other teeth 11a are similarly wound with a plurality of turns to form coils for the teeth 11a, and these coils are connected in parallel or in series to form a multi-phase (for example, three-phase) armature winding 12. It is formed.

一方、回転子20は、回転軸21と回転軸21の軸回りに周方向に全周にわたって設けられた複数の永久磁石22とからなる。この永久磁石22は交互に異なる複数の複数の磁極を構成するように着磁されている。なお、本実施の形態では全体でリング形状をなす磁石22について示しているが、各磁極22が独立した別々の磁石で構成されていてもよいし、回転子20の回転子鉄心に埋め込まれた構造であってもよい。   On the other hand, the rotor 20 includes a rotary shaft 21 and a plurality of permanent magnets 22 provided around the circumference of the rotary shaft 21 in the circumferential direction. The permanent magnet 22 is magnetized so as to constitute a plurality of alternately different magnetic poles. In this embodiment, the ring-shaped magnet 22 is shown as a whole. However, each magnetic pole 22 may be composed of an independent magnet or embedded in the rotor core of the rotor 20. It may be a structure.

各図に示したモータにおいて回転子20と固定子10の径は等しく設計している。すなわち、回転子20の外径(直径)を40mm、固定子10の外径(直径)を80mmとした。また軸長、定格電流値は同じにしている。これは、極数と溝数の組み合わせを変えても、出力が同じモータで比較できるようにするためである。さらに、固定子10の溝11bによるパーミアンスの影響がほぼ同じになるように溝11bの開口幅は同じとし、通常よりも小さめに設計している。溝11bによるパーミアンスの影響は渦電流損や後述するコギングトルクに影響を与えるので同じ条件で設計して比較する必要があるからである。   In the motor shown in each figure, the rotor 20 and the stator 10 have the same diameter. That is, the outer diameter (diameter) of the rotor 20 was 40 mm, and the outer diameter (diameter) of the stator 10 was 80 mm. The shaft length and rated current value are the same. This is because the output can be compared with the same motor even if the combination of the number of poles and the number of grooves is changed. Furthermore, the opening width of the groove 11b is the same and designed to be smaller than usual so that the influence of the permeance by the groove 11b of the stator 10 becomes substantially the same. This is because the influence of the permeance due to the groove 11b affects eddy current loss and cogging torque, which will be described later, so it is necessary to design and compare under the same conditions.

この5種類の永久磁石型ブラシレスモータの回転子20に発生する渦電流損の解析結果を図12に示す。なお、この結果はモータが2000rpmで回転しており、電機子巻線12に定格電流が通電されているときの回転子20に発生する渦電流損である。また、渦電流損の値は出力に対する割合を%値で示している。図12から、回転子20で発生する渦電流損はモータの溝数Nと極数Pの比N/Pに大きく依存することがわかる。また、これまで述べてきたように、電機子電流がつくる回転磁界の非同期成分の中に同期成分より大きな振幅のものを含むN/P<1のときには、N/P>1のときに比べて渦電流損が大きくなっていることが明らかになった。したがって、電動パワーステアリング装置用の永久磁石型ブラシレスモータを設計する際には、極数Pと溝数Nの比N/Pについて
N/P>1 (1)
なる関係式が成立するように選定すれば、電機子電流がつくる回転磁界の非同期成分に同期成分より大きな成分が含まれないため回転子20に発生する渦電流損を低減でき、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果があることがわかる。
FIG. 12 shows an analysis result of eddy current loss generated in the rotor 20 of these five types of permanent magnet brushless motors. This result is an eddy current loss generated in the rotor 20 when the motor rotates at 2000 rpm and the rated current is applied to the armature winding 12. Further, the value of the eddy current loss indicates a ratio with respect to the output as a% value. From FIG. 12, it can be seen that the eddy current loss generated in the rotor 20 greatly depends on the ratio N / P of the number of grooves N and the number of poles P of the motor. Further, as described above, when N / P <1 where the asynchronous component of the rotating magnetic field generated by the armature current includes an amplitude larger than the synchronous component, N / P> 1. It became clear that the eddy current loss was increasing. Therefore, when designing a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering device, the ratio N / P of the number of poles P and the number of grooves N is N / P> 1 (1)
If the relational expression is selected to hold, the asynchronous component of the rotating magnetic field generated by the armature current does not include a component larger than the synchronous component, so that the eddy current loss generated in the rotor 20 can be reduced and the heat generated by the magnet It can be seen that there is an effect that it is possible to prevent a decrease in torque due to demagnetization or a decrease in residual magnetic flux density.

これまでの検討により、回転子20に発生する渦電流損は永久磁石型ブラシレスモータの極数Pと溝数NについてN/P>1となるように選定すれば低減できることがわかった。しかしながら、電動パワーステアリング装置用の永久磁石型ブラシレスモータは、そのトルク脈動を小さくしないと良好な操舵フィーリングが得られない。したがって、トルク脈動の原因となるコギングトルクを低減する必要がある。そこで、図6に示す5種類のブラシレスモータについてコギングトルクを求めた。結果を図13に示す。横軸はモータの溝数Nと極数Pの比N/Pであり、縦軸はコギングトルクの定格トルクに対する割合を%値で示している。   From the examination so far, it has been found that the eddy current loss generated in the rotor 20 can be reduced by selecting N / P> 1 for the number of poles P and the number of grooves N of the permanent magnet brushless motor. However, a permanent magnet brushless motor for an electric power steering apparatus cannot obtain a good steering feeling unless its torque pulsation is reduced. Therefore, it is necessary to reduce the cogging torque that causes torque pulsation. Therefore, the cogging torque was obtained for the five types of brushless motors shown in FIG. The results are shown in FIG. The horizontal axis represents the ratio N / P between the number of grooves N and the number of poles P of the motor, and the vertical axis represents the ratio of the cogging torque to the rated torque in%.

電動パワーステアリング装置用モータは、一般的はギヤ比から換算すると、ステアリングホイールにおいて滑らかなステアリング感覚を得るためにはそのトルク脈動を定格トルクの2%程度以下にすればよいというのが目安になる。図13の結果からコギングトルクを定格トルクの2%以下に低減するには、極数Pと溝数Nについて
0.85<N/P≦1.2 (2)
とすればよいことがわかる。すなわち、トルク脈動の小さい電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを得るためには、ブラシレスモータの極数Pと溝数Nが式(2)をみたせばよい。
In general, when converted from a gear ratio, a motor for an electric power steering apparatus is a guideline that the torque pulsation should be about 2% or less of the rated torque in order to obtain a smooth steering feeling in the steering wheel. . From the result of FIG. 13, in order to reduce the cogging torque to 2% or less of the rated torque, 0.85 <N / P ≦ 1.2 for the number of poles P and the number of grooves N (2)
You can see that. That is, in order to obtain a brushless motor for an electric power steering apparatus with a small torque pulsation, the number of poles P and the number of grooves N of the brushless motor need only satisfy Equation (2).

これまでの検討結果から、式(1)(2)を同時にみたすとき、すなわち極数Pと溝数Nが
1<N/P≦1.2 (3)
をみたす関係にあるとき、回転子20の渦電流が小さく、かつトルク脈動の小さい電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを得ることができるのである。
From the examination results so far, when formulas (1) and (2) are considered simultaneously, that is, the number of poles P and the number of grooves N are 1 <N / P ≦ 1.2 (3)
Thus, a brushless motor for an electric power steering device with a small eddy current of the rotor 20 and a small torque pulsation can be obtained.

ただし、式(3)を満たすだけでは電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータとしてふさわしくない場合がある。分数N/Pが既約分数のときには、モード1の電磁加振力すなわち回転子20を偏心させる向きの加振力が定常的に存在する。この原因について説明しておく。分数N/Pが既約分数でない場合には、モータ内部の磁束密度分布に対称性が現れ、その結果電磁力は釣合いがとれる。例えば極数6、溝数9のモータでは2極分で磁束密度分布に対称性をもっている。すなわちこの場合、機械角120度で磁束密度に対称性をもっていることになり、電磁力も機械角120度離れた点で釣合いがとれるので、電磁力を周方向に積分した値がゼロとなる。その結果、モード1の電磁加振力は発生しない。ところが、極数8、溝数9の場合には分数N/Pが既約分数になり、対称性を持たない。つまり、電磁力を周方向に積分してゼロにならないため、モード1の電磁加振力が発生するのである。   However, it may not be suitable as a brushless motor for an electric power steering device by merely satisfying the expression (3). When the fraction N / P is an irreducible fraction, the electromagnetic excitation force in mode 1, that is, the excitation force in the direction that causes the rotor 20 to be eccentric exists constantly. The cause of this will be described. When the fraction N / P is not an irreducible fraction, symmetry appears in the magnetic flux density distribution inside the motor, and as a result, the electromagnetic force is balanced. For example, a motor having 6 poles and 9 grooves has symmetry in the magnetic flux density distribution for two poles. That is, in this case, the magnetic flux density is symmetrical at a mechanical angle of 120 degrees, and the electromagnetic force is balanced at a point away from the mechanical angle of 120 degrees, so that the value obtained by integrating the electromagnetic force in the circumferential direction becomes zero. As a result, mode 1 electromagnetic excitation force is not generated. However, when the number of poles is 8 and the number of grooves is 9, the fraction N / P is an irreducible fraction and has no symmetry. In other words, since the electromagnetic force is integrated in the circumferential direction and does not become zero, a mode 1 electromagnetic excitation force is generated.

このように分数N/Pが既約分数になる組み合わせを選ぶと、常に回転子20を偏心させる方向に加振力が発生するので軸受けの寿命が短くなるとともに、偏心によってトルク脈動が大きくなり、良好な操舵フィーリングを得られないだけでなく、振動騒音も大きくなるのである。既に述べたように、例えばP=8,N=9がそれにあたる。P=8,N=9の場合と同じくN/P=1.125となる場合でもP=24,N=27のときには分数N/Pは27/24となり既約分数にはならないため、モード1の加振力は発生しない。   When a combination in which the fraction N / P is an irreducible fraction is selected in this way, an excitation force is always generated in the direction in which the rotor 20 is eccentric, so that the life of the bearing is shortened, and torque pulsation increases due to the eccentricity. In addition to not being able to obtain a good steering feeling, vibration noise is also increased. As already described, for example, P = 8 and N = 9. As in the case of P = 8 and N = 9, even when N / P = 1.125, when P = 24 and N = 27, the fraction N / P is 27/24 and does not become an irreducible fraction. No excitation force is generated.

したがって、式(3)を満たすとともに分数N/Pが既約分数でないときに、回転子20の渦電流が小さく、かつトルク脈動の小さい電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを得ることができるのである。   Therefore, a brushless motor for an electric power steering apparatus that satisfies Equation (3) and has a small eddy current in the rotor 20 and a small torque pulsation when the fraction N / P is not an irreducible fraction can be obtained.

以上により、電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータにおいて、永久磁石22による複数の磁極を有する回転子20と電機子巻線12がティース11aに集中的に巻き回された固定子10とを有し、上記回転子20の磁極の数をP、上記固定子の溝数をNとしたとき、
1<N/P≦1.2 (3)
をみたし、かつ分数N/Pが既約分数でないような構成にすることにより、低コギングトルクと回転子20の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングを得られると同時に、磁石22の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。また、モード1の電磁加振力すなわち回転子20を偏心させる加振力が存在しないため軸受けの寿命が延びるという効果があるだけでなく、偏心によるトルク脈動が小さいので良好な操舵フィーリングを得ることができるという効果もある。
As described above, in the permanent magnet brushless motor for an electric power steering apparatus, the rotor 20 having a plurality of magnetic poles by the permanent magnet 22 and the stator 10 in which the armature winding 12 is intensively wound around the teeth 11a are provided. When the number of magnetic poles of the rotor 20 is P and the number of grooves of the stator is N,
1 <N / P ≦ 1.2 (3)
In addition, by adopting a configuration in which the fraction N / P is not an irreducible fraction, it is possible to achieve both a low cogging torque and a reduction in eddy current loss of the rotor 20 and obtain a good steering feeling. There is an effect that it is possible to prevent demagnetization due to heat generation of the magnet 22 and a decrease in torque due to a decrease in residual magnetic flux density. Further, there is no effect of extending the life of the bearing because there is no electromagnetic excitation force in mode 1, that is, no excitation force for eccentricizing the rotor 20, and a good steering feeling is obtained because torque pulsation due to eccentricity is small. There is also an effect that it is possible.

なお、本実施の形態では回転子20の磁石保持のための導電性のリングを設けない場合について述べたが、磁石保持用のリング(例えばステンレス系の金属でできたリング)に発生する渦電流損もこれまで述べたメカニズムと同様のメカニズムで発生するため、磁石保持のための導電性のリングを設けた場合でも本実施の形態と同様の効果が得られることはいうまでもない。   In this embodiment, the case where the conductive ring for holding the magnet of the rotor 20 is not provided is described. However, the eddy current generated in the ring for holding the magnet (for example, a ring made of stainless steel metal). Since the loss is also generated by the same mechanism as described above, it is needless to say that the same effect as this embodiment can be obtained even when a conductive ring for holding the magnet is provided.

実施の形態2.
図14はこの発明の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータの一例を示す断面図である。本実施の形態は、16極18スロットの例を示す。極数Pと溝数Nが
1<N/P≦1.2 (3)
をみたし、かつ分数N/Pが既約分数でない場合の一例で、N/P=1.125の場合を示す。このような構成としたときには、電機子電流が作る回転磁界の非同期成分の中に同期成分の振幅を越えるものがなく、回転子20の渦電流が低減でき、かつコギングトルクが小さいという効果がある。さらに分数N/Pが既約分数でないのでモード1の電磁加振力が発生しないので、軸受けの長寿命化に寄与し、回転子20の偏心によるトルク脈動の増大やそれにともなう、振動、騒音の増大を防ぐことができるという効果もある。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 14 is a sectional view showing an example of a permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus according to the present invention. This embodiment shows an example of 16 poles and 18 slots. Number of poles P and number of grooves N are 1 <N / P ≦ 1.2 (3)
This is an example of the case where the fraction N / P is not an irreducible fraction, and the case where N / P = 1.125 is shown. With such a configuration, none of the asynchronous components of the rotating magnetic field generated by the armature current exceeds the amplitude of the synchronous component, and the eddy current of the rotor 20 can be reduced and the cogging torque is small. . Furthermore, since the fraction N / P is not an irreducible fraction, the electromagnetic excitation force of mode 1 is not generated, which contributes to the extension of the bearing life and increases the torque pulsation due to the eccentricity of the rotor 20 and the vibration and noise caused by it. There is also an effect that the increase can be prevented.

さらに、回転子20の磁石の作る空隙磁束をいかに有効活用しているかの指標として、巻線係数がある。この巻線係数が高いほど、磁石の作る空隙磁束を有効活用しており、効率のよいモータであるといえる。従来例である上記特許文献2の回転子20の極数が6、固定子10の溝数が9の例では、この巻線係数が0.866であるのに対し、N/P=1.125とした場合には、巻線係数が0.945と高く、効率のよいモータを構成できるという効果もある。   Further, as an index of how to effectively use the air gap magnetic flux generated by the magnet of the rotor 20, there is a winding coefficient. It can be said that the higher the winding coefficient, the more effective the gap magnetic flux generated by the magnet is, and the more efficient the motor. In the conventional example in which the number of poles of the rotor 20 of Patent Document 2 is 6 and the number of grooves of the stator 10 is 9, the winding coefficient is 0.866, whereas N / P = 1. In the case of 125, the winding coefficient is as high as 0.945, and there is an effect that an efficient motor can be configured.

さらに、N/P=1.125で分数N/Pが既約分数でない組み合わせは種々考えられる。P=24,N=27、P=32,N=36などがある。このうち、もっとも極数が小さい組み合わせがP=16,N=18とした図14の場合である。極数が少ない方が電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータとして適切であることを説明する。   Furthermore, various combinations are possible where N / P = 1.125 and the fraction N / P is not an irreducible fraction. P = 24, N = 27, P = 32, N = 36, and the like. Of these, the combination with the smallest number of poles is the case of FIG. 14 where P = 16 and N = 18. It will be described that a smaller number of poles is more suitable as a brushless motor for an electric power steering apparatus.

ブラシレスモータを正弦波駆動で制御する場合には、回転子位置に応じた位相で電流を通電しないと所望のトルクが得られない。回転位置センサの精度が低下し、正確な回転子位置が把握できないと誤った位相で電流を通電することになり、所望のトルクとは異なったトルクを発生してしまう。また、バリアブル・リラクタンス型レゾルバのような回転位置センサではその誤差は回転位置に対して周期的な変動を有している。したがって、この誤差が大きいと発生するトルクが一定ではなく回転子20の位置に応じて周期的に変動し、トルク脈動となって現れる。このトルク脈動は操舵フィーリングの低下を招き、電動パワーステアリング装置としては性能低下につながる。誤差は電気角で判断するため、極数が大きいほど誤差を電気角で表した値が大きくなっていく。したがって、極数が小さいほど回転センサの誤差を小さくできるので、電動パワーステアリング装置用モータとして適しているといえるのである。   When the brushless motor is controlled by sinusoidal driving, a desired torque cannot be obtained unless a current is supplied with a phase corresponding to the rotor position. If the accuracy of the rotational position sensor is reduced and an accurate rotor position cannot be grasped, a current is supplied with an incorrect phase, and a torque different from a desired torque is generated. Further, in a rotational position sensor such as a variable reluctance resolver, the error has a periodic variation with respect to the rotational position. Therefore, when this error is large, the generated torque is not constant but periodically varies according to the position of the rotor 20 and appears as torque pulsation. This torque pulsation causes a decrease in steering feeling, leading to a decrease in performance as an electric power steering apparatus. Since the error is determined by the electrical angle, the larger the number of poles, the larger the value representing the error in electrical angle. Therefore, the smaller the number of poles, the smaller the error of the rotation sensor, so it can be said that it is suitable as a motor for an electric power steering apparatus.

よって、本実施の形態で示した、P=16、N=18のモータは極数Pと溝数Nが
1<N/P≦1.2 (3)
をみたし、かつ分数N/Pが既約分数でない構成としたので、低コギングトルクと回転子20の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングを得られると同時に、磁石22の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。また、モード1の電磁加振力すなわち回転子20を偏心させる加振力が存在しないため軸受けの寿命が延びるという効果があるだけでなく、偏心によるトルク脈動が小さいので良好な操舵フィーリングを得ることができるという効果もある。
Therefore, in the motor of P = 16 and N = 18 shown in the present embodiment, the number of poles P and the number of grooves N are 1 <N / P ≦ 1.2 (3)
In addition, since the fraction N / P is not an irreducible fraction, both the low cogging torque and the reduction of the eddy current loss of the rotor 20 can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. There is an effect that it is possible to prevent a demagnetization due to heat generation and a torque decrease due to a decrease in residual magnetic flux density. Further, there is no effect of extending the life of the bearing because there is no electromagnetic excitation force in mode 1, that is, no excitation force for eccentricizing the rotor 20, and a good steering feeling is obtained because torque pulsation due to eccentricity is small. There is also an effect that it is possible.

さらにN/P=1.125をみたすものの中では最も極数の小さい組み合わせであるから、光学式エンコーダのような高価なセンサを用いることなく、バリアブル・リラクタンス型レゾルバのような安価なセンサを用いることができるので回転位置センサのコストを低減できるという効果がある。また回転位置センサの位置検出精度が悪化することにより回転子位置を正確に判断することができず、電機子電流の通電位相がずれて発生するトルク脈動を低減できるという効果もある。   Furthermore, since it is the combination with the smallest number of poles among those satisfying N / P = 1.125, an inexpensive sensor such as a variable reluctance resolver is used without using an expensive sensor such as an optical encoder. Therefore, the cost of the rotational position sensor can be reduced. Further, since the position detection accuracy of the rotational position sensor is deteriorated, the rotor position cannot be accurately determined, and there is an effect that torque pulsation generated due to a shift in the energization phase of the armature current can be reduced.

なお、本実施の形態では回転子20の磁石保持のための導電性のリングを設けない場合について述べたが、磁石保持用のリング(例えばステンレス系のリング)に発生する渦電流損もこれまで述べたメカニズムと同様のメカニズムで発生するため、磁石保持のための導電性のリングを設けた場合でも同様の効果が得られることはいうまでもない。   In the present embodiment, the case where the conductive ring for holding the magnet of the rotor 20 is not provided has been described. However, the eddy current loss generated in the magnet holding ring (for example, a stainless steel ring) has also been described so far. Needless to say, the same effect can be obtained even when a conductive ring for holding a magnet is provided because the mechanism is generated by the same mechanism as described.

実施の形態3.
この発明の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータの他の例を説明する。本実施の形態では、極数Pと溝数Nが
1<N/P≦1.2 (3)
をみたし、かつ分数N/Pが既約分数でない場合の一例として、N/P=1.2の例(10極12スロットの例)を示す。図8が本実施の形態にあたる。このような構成としたときには、電機子電流が作る回転磁界の非同期成分の中に同期成分の振幅を越えるものがなく、回転子20の渦電流が低減でき、かつコギングトルクが小さいという効果がある。さらに分数N/Pが既約分数でないのでモード1の電磁加振力が発生しないので、軸受けの長寿命化に寄与し、回転子20の偏心によるトルク脈動の増大やそれにともなう、振動、騒音の増大を防ぐことができるという効果もある。
Embodiment 3 FIG.
Another example of the permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus according to the present invention will be described. In the present embodiment, the number of poles P and the number of grooves N are 1 <N / P ≦ 1.2 (3)
As an example in which the fraction N / P is not an irreducible fraction, an example of N / P = 1.2 (example of 10 poles and 12 slots) is shown. FIG. 8 corresponds to this embodiment. With such a configuration, none of the asynchronous components of the rotating magnetic field generated by the armature current exceeds the amplitude of the synchronous component, and the eddy current of the rotor 20 can be reduced and the cogging torque is small. . Furthermore, since the fraction N / P is not an irreducible fraction, the electromagnetic excitation force of mode 1 is not generated, which contributes to the extension of the bearing life and increases the torque pulsation due to the eccentricity of the rotor 20 and the vibration and noise caused by it. There is also an effect that the increase can be prevented.

さらに、回転子20の磁石の作る空隙磁束をいかに有効活用しているかの指標として、巻線係数がある。この巻線係数が高いほど、磁石の作る空隙磁束を有効活用しており、効率のよいモータであるといえる。従来例である上記特許文献2の回転子の極数が6、固定子の溝数が9の例では、この巻線係数が0.866であるのに対し、N/P=1.2とした場合には、巻線係数が0.933と高く、効率のよいモータを構成できるという効果もある。   Further, as an index of how to effectively use the air gap magnetic flux generated by the magnet of the rotor 20, there is a winding coefficient. It can be said that the higher the winding coefficient, the more effective the gap magnetic flux generated by the magnet is, and the more efficient the motor. In the conventional example in which the number of poles of the rotor of Patent Document 2 is 6 and the number of grooves of the stator is 9, the winding coefficient is 0.866, whereas N / P = 1.2. In this case, the winding coefficient is as high as 0.933, and there is an effect that an efficient motor can be configured.

さらに、N/P=1.2で分数N/Pが既約分数でない組み合わせは種々考えられる。P=20、N=24やP=30、N=36などがある。このうち、もっとも極数が小さい組み合わせがP=10、N=12とした図8の場合である。   Furthermore, various combinations are possible where N / P = 1.2 and the fraction N / P is not an irreducible fraction. P = 20, N = 24, P = 30, N = 36, and the like. Of these, the combination with the smallest number of poles is the case of FIG. 8 where P = 10 and N = 12.

本実施の形態でも述べたようにブラシレスモータの制御には回転位置センサが広く用いられるが、回転子20の位置は電気角で判断するため極数が大きくなると回転位置センサに要求される精度が高くなる。よってコギングトルクや回転子20の渦電流損が低減できたとしても極数が大きくなりすぎると回転位置センサのコストが上がったり、また精度が低いことにより回転子位置を正確に判断することができず、電機子電流の通電位相がずれてトルク脈動になる場合もある。回転センサの精度は電気角で判断する必要があるため、同じ誤差でもモータの極数によって精度が変化し、極数が大きいほど電気角で表したときの誤差が大きくなる。したがって、極数が小さいほど電動パワーステアリング装置用モータとして適しているといえる。   As described in the present embodiment, a rotational position sensor is widely used to control a brushless motor. However, since the position of the rotor 20 is determined by an electrical angle, the accuracy required for the rotational position sensor increases as the number of poles increases. Get higher. Therefore, even if the cogging torque and the eddy current loss of the rotor 20 can be reduced, if the number of poles becomes too large, the cost of the rotational position sensor increases, and the rotor position cannot be accurately determined due to low accuracy. In some cases, the energization phase of the armature current shifts and torque pulsation occurs. Since the accuracy of the rotation sensor needs to be determined by the electrical angle, the accuracy varies depending on the number of poles of the motor even with the same error, and the error when expressed in electrical angle increases as the number of poles increases. Therefore, it can be said that the smaller the number of poles, the better the motor for the electric power steering apparatus.

よって、本実施の形態で示した、P=10、N=12のモータは極数Pと溝数Nが
1<N/P≦1.2 (3)
をみたし、かつ分数N/Pが既約分数でない構成としたので、低コギングトルクと回転子20の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングを得られると同時に、磁石22の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。また、モード1の電磁加振力すなわち回転子20を偏心させる加振力が存在しないため軸受けの寿命が延びるという効果があるだけでなく、偏心によるトルク脈動が小さいので良好な操舵フィーリングを得ることができるという効果もある。
Therefore, in the motor of P = 10 and N = 12, shown in the present embodiment, the number of poles P and the number of grooves N are 1 <N / P ≦ 1.2 (3)
In addition, since the fraction N / P is not an irreducible fraction, both the low cogging torque and the reduction of the eddy current loss of the rotor 20 can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. There is an effect that it is possible to prevent a demagnetization due to heat generation and a torque decrease due to a decrease in residual magnetic flux density. Further, there is no effect of extending the life of the bearing because there is no electromagnetic excitation force in mode 1, that is, no excitation force for eccentricizing the rotor 20, and a good steering feeling is obtained because torque pulsation due to eccentricity is small. There is also an effect that it is possible.

さらにN/P=1.2をみたすものの中では最も極数の小さい組み合わせであるから、光学式エンコーダのような高価なセンサを用いることなく、バリアブル・リラクタンス型レゾルバのような安価なセンサを用いることができるので回転位置センサのコストを低減できるという効果がある。また回転位置センサの位置検出精度が悪化することにより回転子位置を正確に判断することができず、電機子電流の通電位相がずれて発生するトルク脈動を低減できるという効果もある。   Furthermore, since the combination with the smallest number of poles among those satisfying N / P = 1.2, an inexpensive sensor such as a variable reluctance resolver is used without using an expensive sensor such as an optical encoder. Therefore, the cost of the rotational position sensor can be reduced. Further, since the position detection accuracy of the rotational position sensor is deteriorated, the rotor position cannot be accurately determined, and there is an effect that torque pulsation generated due to a shift in the energization phase of the armature current can be reduced.

なお、本実施の形態では回転子の磁石保持のための導電性のリングを設けない場合について述べたが、磁石保持用のリング(例えばステンレス系のリング)に発生する渦電流損もこれまで述べたメカニズムと同様のメカニズムで発生するため、磁石保持のための導電性のリングを設けた場合でも同様の効果が得られることはいうまでもない。   In this embodiment, the case where the conductive ring for holding the rotor magnet is not provided has been described. However, the eddy current loss generated in the magnet holding ring (for example, a stainless steel ring) has also been described so far. Needless to say, the same effect can be obtained even when a conductive ring for holding a magnet is provided.

この発明の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置に用いられる永久磁石型ブラシレスモータであって、回転軸、及び回転軸回りに設けられ複数の磁極を形成する複数の永久磁石を有する回転子と、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隣り合うティース間に巻線用の溝が形成された固定子鉄心、及びティースに集中的に巻回された電機子巻線とを有する固定子とを備え、回転子の磁極の数をP、固定子のティース間の溝数をNとしたとき、
1<N/P≦1.2
であり、かつ分数N/Pが既約分数でない。このような構成にすることにより、低コギングトルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。さらにモード1の電磁加振力を発生しないので振動、騒音の増大を防ぐことができるという効果もある。
A permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus according to the present invention is a permanent magnet type brushless motor used in an electric power steering apparatus, and is provided with a plurality of permanent magnets that are provided around a rotating shaft and a plurality of magnetic poles. Concentrating on the rotor having a magnet, the stator core provided opposite to the rotor, a plurality of teeth projecting in the central axis direction, and a winding groove formed between adjacent teeth, and the teeth A stator having a wound armature winding, where the number of magnetic poles of the rotor is P, and the number of grooves between the teeth of the stator is N,
1 <N / P ≦ 1.2
And the fraction N / P is not an irreducible fraction. With this configuration, both low cogging torque and reduction of rotor eddy current loss can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. At the same time, torque due to demagnetization due to magnet heat generation and reduction in residual magnetic flux density There is an effect that it is possible to prevent a decrease in the amount of water. Furthermore, since no electromagnetic excitation force in mode 1 is generated, an increase in vibration and noise can be prevented.

また、回転子の磁極数P、固定子のティース間の溝数Nが、
N/P=1.125
である。このような構成にすることにより、低コギングトルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。さらに巻線係数が高く、効率のよいモータを構成できるという効果もある。
In addition, the number of magnetic poles P of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N / P = 1.125
It is. With this configuration, both low cogging torque and reduction of rotor eddy current loss can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. At the same time, torque due to demagnetization due to magnet heat generation and reduction in residual magnetic flux density There is an effect that it is possible to prevent a decrease in the amount of water. Furthermore, there is an effect that a winding factor is high and an efficient motor can be configured.

また、回転子の磁極数P、固定子のティース間の溝数Nが、
N/P=1.20
である。このような構成にすることにより、低コギングトルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。さらに巻線係数が高く、効率のよいモータを構成できるという効果もある。
In addition, the number of magnetic poles P of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N / P = 1.20
It is. With this configuration, both low cogging torque and reduction of rotor eddy current loss can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. At the same time, torque due to demagnetization due to magnet heat generation and reduction in residual magnetic flux density There is an effect that it is possible to prevent a decrease in the amount of water. Furthermore, there is an effect that a winding factor is high and an efficient motor can be configured.

また、回転子の磁極数P、固定子のティース間の溝数Nが、
N=18かつP=16
である。このような構成にすることにより、低コギングトルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。さらに極数が多過ぎないので回転位置のセンサの精度を低下させないので低トルク脈動のモータを実現できるという効果もある。また、N=9かつP=8にした場合より偏心による空間1次の径方向加振力が発生しにくく騒音やトルク脈動の点で有利であるという効果もある。
In addition, the number of magnetic poles P of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N = 18 and P = 16
It is. With this configuration, both low cogging torque and reduction of rotor eddy current loss can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. At the same time, torque due to demagnetization due to magnet heat generation and reduction in residual magnetic flux density There is an effect that it is possible to prevent a decrease in the amount of water. Furthermore, since the number of poles is not too large, the accuracy of the rotational position sensor is not lowered, so that there is an effect that a motor with low torque pulsation can be realized. In addition, there is an effect that it is more advantageous in terms of noise and torque pulsation because the first-order radial radial excitation force due to eccentricity is less likely to occur than when N = 9 and P = 8.

また、回転子の磁極数P、固定子のティース間の溝数Nが、
N=12かつP=10
である。このような構成にすることにより、低コギングトルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果がある。さらに極数が多過ぎないので回転位置のセンサの精度を低下させないので低トルク脈動のモータを実現できるという効果もある。
In addition, the number of magnetic poles P of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N = 12 and P = 10
It is. With this configuration, both low cogging torque and reduction of rotor eddy current loss can be achieved, and a good steering feeling can be obtained. At the same time, torque due to demagnetization due to magnet heat generation and reduction in residual magnetic flux density There is an effect that it is possible to prevent a decrease in the amount of water. Furthermore, since the number of poles is not too large, the accuracy of the rotational position sensor is not lowered, so that there is an effect that a motor with low torque pulsation can be realized.

極数Pと溝数NがN/P=1.5のときの回転磁界の成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component of a rotating magnetic field when the pole number P and the groove number N are N / P = 1.5. 極数Pと溝数NがN/P=1.2のときの回転磁界の成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component of a rotating magnetic field when the number of poles P and the number of grooves N are N / P = 1.2. 極数Pと溝数NがN/P=1.125のときの回転磁界の成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component of a rotating magnetic field when the pole number P and the groove number N are N / P = 1.125. 極数Pと溝数NがN/P=0.9のときの回転磁界の成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component of a rotating magnetic field when the pole number P and the groove number N are N / P = 0.9. 極数Pと溝数NがN/P=0.75のときの回転磁界の成分を示すグラフである。It is a graph which shows the component of a rotating magnetic field when the pole number P and the groove number N are N / P = 0.75. 各モータの極数P、溝数N、及びN/Pを示す表である。It is a table | surface which shows the pole number P, the groove number N, and N / P of each motor. 極数P=8,溝数N=12の永久磁石型ブラシレスモータの断面図である。It is sectional drawing of a permanent magnet type brushless motor with the number of poles P = 8 and the number of grooves N = 12. 極数P=10,溝数N=12の永久磁石型ブラシレスモータの断面図である。It is sectional drawing of a permanent magnet type brushless motor with the number of poles P = 10 and the number of grooves N = 12. 極数P=8,溝数N=9の永久磁石型ブラシレスモータの断面図である。It is sectional drawing of a permanent magnet type brushless motor with the number of poles P = 8 and the number of grooves N = 9. 極数P=10,溝数N=9の永久磁石型ブラシレスモータの断面図である。It is sectional drawing of a permanent magnet type brushless motor with the number of poles P = 10 and the number of grooves N = 9. 極数P=8,溝数N=6の永久磁石型ブラシレスモータの断面図である。It is sectional drawing of a permanent magnet type brushless motor with the number of poles P = 8 and the number of grooves N = 6. 回転子に発生する渦電流損の解析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of the eddy current loss which generate | occur | produces in a rotor. コギングトルクの大きさを示すグラフである。It is a graph which shows the magnitude | size of a cogging torque. 極数P=16,溝数N=18の永久磁石型ブラシレスモータの断面図である。It is sectional drawing of a permanent magnet type brushless motor with the number of poles P = 16 and the number of grooves N = 18. 自動車等の電動パワーステアリング装置の概念図である。It is a conceptual diagram of electric power steering devices, such as a car.

符号の説明Explanation of symbols

10 固定子、11 固定子鉄心、11a ティース、11b 溝、12 電機子巻線、20 回転子、21 回転軸、22 永久磁石。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stator, 11 Stator iron core, 11a Teeth, 11b Groove, 12 Armature winding, 20 Rotor, 21 Rotating shaft, 22 Permanent magnet

Claims (5)

電動パワーステアリング装置に用いられる永久磁石型ブラシレスモータであって、
回転軸、及び該回転軸回りに設けられ複数の磁極を形成する独立した別個の磁石で構成された複数の永久磁石を有する回転子と、
上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隣り合うティース間に巻線用の溝が形成された固定子鉄心、及び該ティースに集中的に巻回された電機子巻線とを有する固定子と
を備え、
上記回転子の上記磁極の数をP、上記固定子の上記ティース間の溝数をNとしたとき、
1<N/P≦1.2
であり、かつ分数N/Pが既約分数でない
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
A permanent magnet type brushless motor used in an electric power steering device,
A rotor having a rotating shaft and a plurality of permanent magnets formed of independent independent magnets that are provided around the rotating shaft and form a plurality of magnetic poles;
A stator core provided opposite to the rotor and projecting a plurality of teeth in the direction of the central axis and having a winding groove formed between adjacent teeth, and an electric machine intensively wound around the teeth A stator having a child winding, and
When the number of the magnetic poles of the rotor is P and the number of grooves between the teeth of the stator is N,
1 <N / P ≦ 1.2
And a fraction N / P is not an irreducible fraction. A permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus.
上記回転子の上記磁極数P、上記固定子の上記ティース間の溝数Nが、
N/P=1.125
であることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
The number P of the magnetic poles of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N / P = 1.125
The permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein
上記回転子の上記磁極数P、上記固定子の上記ティース間の溝数Nが、
N/P=1.20
であることを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
The number P of the magnetic poles of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N / P = 1.20
The permanent magnet type brushless motor for an electric power steering apparatus according to claim 1, wherein
上記回転子の上記磁極数P、上記固定子の上記ティース間の溝数Nが、
N=18かつP=16
であることを特徴とする請求項2に記載の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
The number P of the magnetic poles of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N = 18 and P = 16
The permanent magnet brushless motor for an electric power steering apparatus according to claim 2, wherein the permanent magnet brushless motor is an electric power steering apparatus.
上記回転子の上記磁極数P、上記固定子の上記ティース間の溝数Nが、
N=12かつP=10
であることを特徴とする請求項3に記載の電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
The number P of the magnetic poles of the rotor and the number N of grooves between the teeth of the stator are
N = 12 and P = 10
The permanent magnet brushless motor for an electric power steering apparatus according to claim 3, wherein
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