JP2010166815A - Permanent magnet type synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動パワーステアリングシステム等に用いられる永久磁石形同期モータに関するものである。 The present invention relates to a permanent magnet type synchronous motor used in an electric power steering system or the like.
特許文献1には、外周部に複数の永久磁石が配設された回転子鉄心を有し、回転自在に支持された回転子と、固定子巻線と固定子鉄心を有し、前記回転子の外側に空隙を介して設けられた固定子とを備えた10極12スロット方式の電動パワーステアリングシステム用永久磁石形同期モータの例が示され、分割鉄心方式の固定子に巻線を施した後に全体を樹脂モールドし、さらに内径を切削加工する内容が示されている。
前記のような従来の電動パワーステアリングシステム用永久磁石形同期モータは、空隙長L[mm]を大きく取っていたため、減磁耐性、トルク特性を確保するために必要な磁石の厚さt[mm]が大きくなり、磁石使用量が増大し、モータのコストが高くなるという問題点があった。
また、分割鉄心を使用しているため、コア内径真円度の確保が難しく、コギングトルクを低減するために内径切削が必要であった。このため加工の工数が増大し、モータのコストが高くなる上、積層コア内径部の層間絶縁が破られ、積層コアの層間が短絡し渦電流損が増大し、発熱によってモータの温度上昇が大となり磁石の減磁耐性が悪化するという問題点があった。
Since the conventional permanent magnet type synchronous motor for an electric power steering system as described above has a large gap length L [mm], the magnet thickness t [mm] required to ensure demagnetization resistance and torque characteristics. ] Increases, the amount of magnet usage increases, and the cost of the motor increases.
In addition, since a split iron core is used, it is difficult to ensure the core inner diameter roundness, and inner diameter cutting is necessary to reduce the cogging torque. This increases the number of processing steps, increases the cost of the motor, breaks the interlayer insulation at the inner diameter of the laminated core, shorts the layers of the laminated core, increases eddy current loss, and heat increases the motor temperature significantly. There was a problem that the demagnetization resistance of the magnet deteriorated.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、減磁耐性、トルク特性を確保しつつ、磁石厚を小さくできる永久磁石形同期モータを提供することを目的とするものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a permanent magnet type synchronous motor capable of reducing the magnet thickness while ensuring demagnetization resistance and torque characteristics. is there.
本発明は、外周部に複数のNdFe系希土類セグメント磁石からなる永久磁石が配設された回転子鉄心を有し、回転自在に支持された回転子と、固定子巻線と固定子鉄心を有し、前記回転子の外側に空隙を介して設けられた固定子とを備えた永久磁石形同期モータにおいて、前記永久磁石の外周部と前記固定子鉄心の内周部との空隙長をL[mm]、モータ回転方向における前記永久磁石の中央部の厚さをt[mm]としたとき、空隙長Lと前記厚さtを
L≦1[mm]かつt/(t+L)≦0.9
となる範囲内に設定し、前記永久磁石の残留磁束密度Brを
Br≧1.2[T]
となる範囲内に設定したものである。
The present invention has a rotor core in which permanent magnets composed of a plurality of NdFe-based rare earth segment magnets are arranged on the outer periphery, and has a rotor that is rotatably supported, a stator winding, and a stator core. In the permanent magnet type synchronous motor provided with a stator provided on the outside of the rotor via a gap, the gap length between the outer peripheral portion of the permanent magnet and the inner peripheral portion of the stator core is set to L [ mm], where the thickness of the central portion of the permanent magnet in the motor rotation direction is t [mm], the gap length L and the thickness t are L ≦ 1 [mm] and t / (t + L) ≦ 0.9.
The residual magnetic flux density Br of the permanent magnet is set to Br ≧ 1.2 [T].
Is set within the range.
本発明によれば、減磁耐性、トルク特性を確保しつつ、磁石厚を小さくでき、電動パワーステアリングシステム用等に適した永久磁石形同期モータを得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a permanent magnet type synchronous motor suitable for an electric power steering system or the like, while reducing the magnet thickness while ensuring demagnetization resistance and torque characteristics.
実施の形態1.
図2は本発明の実施の形態1に係る永久磁石形同期モータの軸方向断面図、図2は永久磁石形同期モータの正面図及び側面図、図3は実施の形態1におけるモータの空隙長Lと永久磁石中央部の厚さtの関係を示す部分断面図、図4は空隙長Lおよびt/(t+L)と減磁率との関係を示すグラフ、図5は空隙長Lおよびt/(t+L)とトルクとの関係を示すグラフである。
2 is an axial sectional view of the permanent magnet type synchronous motor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a front view and a side view of the permanent magnet type synchronous motor, and FIG. 3 is a gap length of the motor in the first embodiment. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the gap length L and t / (t + L) and the demagnetization factor, and FIG. 5 is the gap length L and t / ( It is a graph which shows the relationship between t + L) and a torque.
図1において、永久磁石形同期モータ(以下、単にモータという)1は、外周部に複数の永久磁石25が配設された回転子鉄心23を有し、回転自在に支持された回転子22と、固定子巻線5と固定子鉄心3を有し、回転子の外側に空隙を介して設けられた固定子12とを備えている。
固定子鉄心3は、電磁鋼板を積層して形成され、樹脂製のインシュレータ4を介して3相の固定子巻線5が巻回されている。各相の巻線5は樹脂製のターミナルホルダ6に収められた巻線ターミナル7によってΔ結線され、さらに各相の巻線ターミナル7にはリード線2と接続するための接続ターミナル8が取り付けられている。接続ターミナル8は接続ターミナルベース部9に取り付けられており、接続ターミナルベース部9の内部には接続ターミナル8にリード線2を取り付けるためのナット10が収納されている。
In FIG. 1, a permanent magnet type synchronous motor (hereinafter simply referred to as a motor) 1 has a
The
固定子鉄心3は鉄製のフレーム11に圧入され、モータ1の固定子12をなしている。
フレーム11の一端部には底部があり、底部の中央部には回転子22の一端を支持するためのリアベアリング26を収納するリアベアリングボックス部13が形成されている。フレーム11の他方の端部は開口しており、モータ1のハウジング17と連結するためのインロー部14が形成されている。フレーム11のインロー部14の外周には、モータ1のハウジング17に固定子12をネジ止めするためのネジ止め部を有するフランジ部15が形成されている。モータ1のハウジング17と固定子12のフランジ部15の間には、防水のためのOリング状のフレームグロメット16が設けられている。
The
One end portion of the
モータ1のハウジング17はアルミ合金のダイキャスト成形によって形成され、中央部には回転子22の一端を支持するためのフロントベアリング27を収納するフロントベアリングボックス18が形成されている。また、ハウジング17のフロントベアリングボックス18の近傍には、回転子22の回転角度を検出するための回転センサであるレゾルバ19を取り付けるための、レゾルバ取り付け部20が形成されている。ハウジング17の固定子12を取り付ける側と反対側の端部には、モータ1を相手側機器に取り付けるための取り付けインロー部21が設けられている。
A
回転子22は鉄製のシャフト24に取り付けられた電磁鋼板を積層して形成された回転子鉄心23の外周に複数の断面カマボコ状のNdFe系希土類セグメント永久磁石25を取り付けた構造となっており、シャフト24の両端は前記リアベアリング26および前記フロントベアリング27によって回転自在に支持されている。シャフト24のフロント側端部には、相手側機器と連結するためのカップリングであるボス28が取り付けられている。
The
以上はモータ1の基本的な構成であるが、本発明の実施の形態1ではこのようなモータ1において、永久磁石25の外周部と固定子鉄心3の内周部との空隙長をL[mm]、モータ回転方向における永久磁石25の中央部(以下磁石中央部という)29の厚さをt[mm]としたとき、空隙長Lと磁石中央部29の厚さtは
L≦1[mm]かつt/(t+L)≦0.9
の関係を満たすように設定されている。
The basic configuration of the
It is set to satisfy the relationship.
具体的には、L=0.6〜0.7[mm]、t/(t+L)=0.77〜0.85の範囲内に設定されている。t/(t+L)は小さくした方が磁石中央部29の厚さtすなわち磁石厚が小さくなり、磁石使用量が減少するが、図4に示したモータ動作時の減磁率が増大し、減磁耐性が劣化してしまう、さらに図5に示したトルクも低下することになり、モータ特性が確保できなくなる。このため、t/(t+L)に加えて、空隙長Lの範囲を規定する必要があり、これを規定することにより、減磁耐性確保と磁石使用量低減を同時に達成することができる。
これは、図4に示したように、空隙長Lを小さくすると減磁率が減少し、また図5に示したようにトルクが増大するためである。ここで、必要な減磁耐性の目安としては、実使用レベルで減磁率3%、望むべくは減磁率1%としている。
従って、本実施の形態1によれば、減磁耐性、トルク特性を確保しつつ、磁石厚すなわち磁石使用量を小さくでき、電動パワーステアリングシステム用等に適したモータを得ることができる。
Specifically, L = 0.6 to 0.7 [mm] and t / (t + L) = 0.77 to 0.85 are set. When t / (t + L) is reduced, the thickness t of the magnet
This is because, as shown in FIG. 4, when the gap length L is reduced, the demagnetization rate is reduced, and the torque is increased as shown in FIG. Here, as a standard of the necessary demagnetization tolerance, the demagnetization factor is 3% at the actual use level, and the demagnetization factor is 1% if desired.
Therefore, according to the first embodiment, it is possible to reduce the magnet thickness, that is, the amount of magnet use while ensuring demagnetization resistance and torque characteristics, and to obtain a motor suitable for an electric power steering system and the like.
実施の形態2.
図6は本発明の実施の形態2に係る5n極6nスロット方式モータの断面図、図7は同じく実施の形態2に係る7n極6nスロット方式モータの断面図、図8は極数、スロット数と巻線係数の関係を示した図である。
本実施の形態2に係るモータは、図6および図7に示した様に、実施の形態1に示したモータにおいて、永久磁石25の極数をP、固定子12のスロット数をNとしたとき、極数Pとスロット数Nを
P:N=5n:6n または 7n:6n (nは2以上の整数)
となる関係に設定している。
これは、同一磁石量でも、巻線係数大の方がトルク大となるため、図8に示した巻線係数が高い極、スロット数の組み合わせを選定し、減磁耐性、トルク特性を確保しつつ、磁石厚(磁石使用量)をより小さくするためである。
6 is a cross-sectional view of a 5n-pole 6n-slot motor according to
As shown in FIGS. 6 and 7, in the motor according to the second embodiment, the number of poles of the
Is set to be a relationship.
This is because even with the same magnet amount, the larger winding coefficient results in higher torque, so the combination of pole and slot number with higher winding coefficient shown in Fig. 8 is selected to ensure demagnetization resistance and torque characteristics. On the other hand, it is for making magnet thickness (magnet usage-amount) smaller.
ここで、極数、スロット数の組み合わせを、5n:6nまたは7n:6nとするのは、基本波に対する巻線係数が大きくかつ高調波に対する巻線係数が小さいためである。8n:9n、10n:9nは基本波に対する巻線係数が大きいが、高調波に対する巻線係数も大きく、トルクリップル低減のためにスキュー等が必要になり、結果的にトルクが低下するため、好ましくない。
さらに、5n:6nまたは7n:6nの中でも、最も極数が少ない組み合わせ、すなわちn=2の5n:6nで10極12スロット方式を選定すれば、多極化によって渦電流損が増大し、発熱による温度上昇によって減磁耐性が悪化するのを緩和できる。
本実施の形態2によれば、巻線係数が高い極、スロット数の組み合わせを選定したことにより、減磁耐性、トルク特性を確保しつつ、磁石厚(磁石使用量)をより小さくできるという効果がある。
Here, the reason why the combination of the number of poles and the number of slots is 5n: 6n or 7n: 6n is that the winding coefficient for the fundamental wave is large and the winding coefficient for the harmonic is small. 8n: 9n, 10n: 9n have a large winding coefficient with respect to the fundamental wave, but also have a large winding coefficient with respect to the higher harmonics, which requires a skew or the like to reduce torque ripple, resulting in a decrease in torque. Absent.
Further, among 5n: 6n or 7n: 6n, the combination with the smallest number of poles, that is, the selection of the 10-pole 12-slot method with 5n: 6n with n = 2, increases eddy current loss due to multipolarization, and the temperature due to heat It is possible to mitigate the deterioration of the demagnetization resistance due to the increase.
According to the second embodiment, by selecting a combination of a pole having a high winding coefficient and the number of slots, it is possible to reduce the magnet thickness (magnet usage) while ensuring demagnetization resistance and torque characteristics. There is.
実施の形態3.
図9は本発明の実施の形態3に係るモータの断面図、図10は本実施の形態3に係るモータの固定子鉄心の展開図である。
本実施の形態3に係るモータは、図9および図10に示した様に、実施の形態1に示したモータにおいて、固定子鉄心3を分割鉄心31同士の接触部において積層鋼板が重なり合い、かつ、重なり合った部分に設けられた円形の突起32により連結され互いに回転することができる構成としている。
この固定子鉄心3は、鋼板から打ち抜く際には円形の形状のままであり、金型内で積層されて出てくる。積層された鉄心は、円形突起32によって連結された部分で回転させて展開し、巻線を施す。その後に、突合せ部33で再度円形に丸めることにより固定子鉄心とする。
このような構成としているため、巻線が容易になると共に、元々円形に鉄心を打ち抜いているため、特許文献1に示された従来の分割鉄心に比較して固定子鉄心3の内径の真円度確保が容易であり、鉄心内径の切削加工が不要となる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the motor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a development view of the stator core of the motor according to the third embodiment.
As shown in FIGS. 9 and 10, the motor according to the third embodiment is the same as the motor shown in the first embodiment, in which the laminated steel plates overlap the
When the
Due to such a configuration, winding is facilitated and the iron core is originally punched out in a circular shape. Therefore, a perfect circle with an inner diameter of the
実施の形態4.
図11は本発明の実施の形態4に係るモータの固定子鉄心の回転積層状態を示す固定子鉄心の断面図である。
実施の形態4に係るモータは、実施の形態1に示したモータにおいて、固定子鉄心3を、図11に示すような圧延方向に加工された4種類の鉄心3A〜3Dを適宜組み合わせて積層することにより構成したものである。その際、それぞれの鉄心の突合せ部33が同じ位置になるように回転して積層されている。
このため、回転積層した鉄心であっても、円形突起32の連結部を回転させて展開することができる。回転積層を施すことにより、鋼材の板厚偏差によって積層倒れが発生し、鉄心内径の真円度が悪化するのを防止することができ、固定子鉄心3の内径の真円度確保できるので、鉄心内径の切削加工が不要となる。
FIG. 11 is a cross-sectional view of the stator core showing a rotationally laminated state of the stator core of the motor according to
In the motor according to the fourth embodiment, in the motor shown in the first embodiment, the
For this reason, even if it is the iron core which carried out rotation lamination | stacking, the connection part of the
実施の形態5.
図12は本発明の実施の形態5に係るモータの断面図、図13は実施の形態5に係るモータの固定子鉄心の展開図である。
本実施の形態5に係るモータは、図12および図13に示した様に、実施の形態1に示したモータにおいて、固定子鉄心3を複数の鉄心部が連結部34で帯状に連結された連結鉄心としている。この固定子鉄心3は、鋼板から打ち抜く際には直線状に連結された状態であり、金型内で積層されて出てくる。積層された鉄心は、直線状に連結された状態のままで巻線が施され、その後に、連結部34を折り曲げて鉄心全体を円形に丸めることにより固定子鉄心とする。
このような構成としているため、巻線が容易になると共に、特許文献1に示された従来の分割鉄心に比較して鉄心の内径の真円度確保が容易であり、鉄心内径の切削加工が不要となる。
12 is a cross-sectional view of a motor according to
As shown in FIGS. 12 and 13, the motor according to the fifth embodiment is the same as the motor shown in the first embodiment, in which a plurality of iron core portions are connected in a band shape with connecting
With such a configuration, winding is facilitated, and it is easy to ensure the roundness of the inner diameter of the iron core as compared with the conventional split iron core disclosed in
実施の形態6.
図14は本発明の実施の形態6に係るモータの磁石中央部の厚さtと磁石両端部の厚さeの関係を示す部分断面図、図15は磁石中央部の厚さtと磁石両端部の厚さeの比e/tと減磁率との関係を示すグラフ、図16は磁石中央部の厚さtと磁石両端部の厚さeの比e/tとコギングトルクとの関係を示すグラフである。
本実施の形態6に係るモータは、実施の形態1に示したモータにおいて、永久磁石25をNdFe系希土類セグメント磁石とし、磁石中央部29の厚さをt[mm]、磁石両端部30の厚さをe[mm]としたとき磁石中央部29の厚さtと磁石両端部30の厚さeを
0.4≦e/t≦0.7
となるように構成している。
14 is a partial cross-sectional view showing the relationship between the thickness t of the magnet center and the thickness e of both ends of the motor according to
In the motor according to the sixth embodiment, the
It is comprised so that.
磁石両端部30の厚さeと磁石中央部29の厚さtの比e/tは、小さい方が永久磁石25の使用量が少なくなり、コスト的に有利であるが、図15に示したように減磁率が増大し、減磁耐性が劣化する。
また、これとは逆に、e/tは小さい方が、図16に示したようにコギングトルクが小さくなり、モータ特性上は有利な方向になる。前記e/tの設定範囲は、コギングトルクと減磁耐性が両立できる範囲に設定したものであり、磁石使用量を低減しつつ、モータ特性を確保できるものである。ここで、e/tの上限の設定値は、コギングトルクが急増する付近としている。
A smaller ratio e / t of the thickness e of the
On the other hand, when e / t is smaller, the cogging torque is smaller as shown in FIG. 16, which is advantageous in terms of motor characteristics. The setting range of e / t is set to a range in which cogging torque and demagnetization tolerance can be compatible, and motor characteristics can be secured while reducing the amount of magnet used. Here, the upper limit set value of e / t is set in the vicinity where the cogging torque rapidly increases.
実施の形態7.
図17は本発明の実施の形態7に係るモータの、永久磁石25の残留磁束密度Br[T]と減磁率との関係を示すグラフである。
本実施の形態7に係るモータは、実施の形態1に示したモータにおいて、永久磁石25をNdFe系希土類セグメント磁石とし、永久磁石25の残留磁束密度Brを
Br≧1.2[T]
となるように設定している。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the residual magnetic flux density Br [T] of the
In the motor according to the seventh embodiment, the
It is set to become.
永久磁石25の特性として残留磁束密度Brが大きくなるほどiHcが小さくなり減磁耐性が不利になる。逆に、同一のトルクを得るためには、残留磁束密度Brが大きい永久磁石の方が磁石厚が小となり、すなわち磁石使用量を少なくすることができる。また、空隙長Lと減磁率の関係は、前述の通り、空隙長小で減磁率小となる。
したがって、空隙長L≦1[mm]と残留磁束密度Brの関係を規定することにより、減磁耐性を確保しつつ、磁石使用量を低減することができる。
図17に示したように、L≦1、Br≧1.2の範囲内で適宜それぞれの値を選定することにより、減磁率を3%以下あるいは1%以下にすることができる。
As the characteristic of the
Therefore, by defining the relationship between the gap length L ≦ 1 [mm] and the residual magnetic flux density Br, it is possible to reduce the amount of magnets used while ensuring demagnetization resistance.
As shown in FIG. 17, the demagnetization factor can be reduced to 3% or less or 1% or less by appropriately selecting each value within the range of L ≦ 1 and Br ≧ 1.2.
以上の実施の形態1乃至7に係るモータ1は、図18に示すように電動パワーステアリングシステム用モータとして適用でき、磁石使用量を低減できることによる低コスト、コギントルクの低減による操舵フィーリングの改善、減磁耐性向上による車両への適用性の確保を図ることができる。
The
1・・・モータ、2・・・リード線、3・・・固定子鉄心、4・・・インシュレータ、5・・・固定子巻線、6・・・ターミナルホルダ、7・・・巻線ターミナル、8・・・接続ターミナル、9・・・接続ターミナルベース部、10・・・ナット、11・・・フレーム、12・・・固定子、13・・・リアベアリングボックス部、14・・・インロー部、15・・・フランジ部、16・・・フレームグロメット、17・・・ハウジング、18・・・フロントベアリングボックス、19・・・レゾルバ、20・・・レゾルバ取り付け部、21・・・取り付けインロー部、22・・・回転子、23・・・回転子鉄心、24・・・シャフト、25・・・永久磁石、26・・・リアベアリング、27・・・フロントベアリング、28・・・ボス、29・・・磁石中央部、30・・・磁石両端部、31・・・分割鉄心、32・・・円形突起、33・・・突合せ部、34・・・連結部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記永久磁石の外周部と前記固定子鉄心の内周部との空隙長をL[mm]、モータ回転方向における前記永久磁石の中央部の厚さをt[mm]としたとき、空隙長Lと前記厚さtを
L≦1[mm]かつt/(t+L)≦0.9
となる範囲内に設定し、
前記永久磁石の残留磁束密度Brを
Br≧1.2[T]
となる範囲内に設定したことを特徴とする永久磁石形同期モータ。 A rotor core having a permanent magnet composed of a plurality of NdFe-based rare earth segment magnets disposed on the outer periphery, a rotor supported rotatably, a stator winding and a stator core, and the rotation In a permanent magnet type synchronous motor provided with a stator provided via a gap on the outside of the child,
When the gap length between the outer peripheral portion of the permanent magnet and the inner peripheral portion of the stator core is L [mm] and the thickness of the central portion of the permanent magnet in the motor rotation direction is t [mm], the gap length L And the thickness t is L ≦ 1 [mm] and t / (t + L) ≦ 0.9
Set within the range
The residual magnetic flux density Br of the permanent magnet is Br ≧ 1.2 [T].
A permanent magnet type synchronous motor, characterized in that it is set within a range.
L=0.6〜0.7[mm]、t/(t+L)=0.77〜0.85の範囲内に設定したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石形同期モータ。 The gap length L and the thickness t are set in a range of L = 0.6 to 0.7 [mm] and t / (t + L) = 0.77 to 0.85. The permanent magnet synchronous motor described.
P:N=5n:6n または 7n:6n (nは2以上の整数)
に設定したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石形同期モータ。 When the number of poles of the permanent magnet is P and the number of slots of the stator is N, the number of poles P and the number of slots N are P: N = 5n: 6n or 7n: 6n (n is an integer of 2 or more)
The permanent magnet type synchronous motor according to claim 1, wherein
0.4≦e/t≦0.7
となる範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1記載の永久磁石形同期モータ。 The thickness of the motor rotation direction central portion of the front SL permanent magnet t [mm], the thickness t of the motor rotation direction central portion of the permanent magnet when the thickness of both end portions of the permanent magnet was e [mm] The thickness e of both ends of the permanent magnet is set to 0.4 ≦ e / t ≦ 0.7
The permanent magnet type synchronous motor according to claim 1, wherein the permanent magnet type synchronous motor is set within a range.
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