JP2013192359A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はブラシレスモータ、特に、ロータに生じるリラクタンストルクを利用したシンクロナス(同期)リラクタンスモータに関する。 The present invention relates to a brushless motor, and more particularly to a synchronous (synchronous) reluctance motor using reluctance torque generated in a rotor.
従来より、ステータ・ロータ間の磁気抵抗差を利用して回転力を発生させるタイプの電動機としてリラクタンスモータが知られている。このようなリラクタンスモータには、交流モータと同様の構造を有するシンクロナスリラクタンスモータと、VR形ステッピングモータと同様の構造を有するスイッチドリラクタンスモータとが存在する。これらのリラクタンスモータのうち、シンクロナスリラクタンスモータは、ステータに多相(通常3相)の正弦波電流を供給し、磁気的突極性によって生じるリラクタンストルクを利用してロータを回転駆動させる構成となっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a reluctance motor is known as a type of electric motor that generates a rotational force by utilizing a magnetic resistance difference between a stator and a rotor. Such a reluctance motor includes a synchronous reluctance motor having a structure similar to that of an AC motor and a switched reluctance motor having a structure similar to that of a VR type stepping motor. Among these reluctance motors, the synchronous reluctance motor is configured to supply a multi-phase (usually three-phase) sinusoidal current to the stator and to drive the rotor using reluctance torque generated by magnetic saliency. ing.
一方、このようなシンクロナスリラクタンスモータは、磁気抵抗差によって生じるリラクタンストルクによってロータを回転させるため、マグネットを用いたモータに比して出力トルクが小さくなる傾向がある。このため、所望のトルクを得るためには、モータ体格が大きくなってしまうという問題があった。そこで、本発明者らは、基本構成はリラクタンスモータとしつつ、ロータにマグネットを配することにより、マグネットの磁力を補助的に使用し、出力向上とモータ小型化の両立を図ったリラクタンストルク型マグネット補助モータを検討・開発した。 On the other hand, since such a synchronous reluctance motor rotates a rotor by the reluctance torque which arises by a magnetic resistance difference, there exists a tendency for output torque to become small compared with the motor using a magnet. For this reason, in order to obtain a desired torque, there has been a problem that the motor size becomes large. Therefore, the present inventors have set up a reluctance torque type magnet in which the basic configuration is a reluctance motor, and a magnet is arranged on the rotor, so that the magnetic force of the magnet is used as an auxiliary to achieve both improvement in output and miniaturization of the motor. Auxiliary motor was studied and developed.
ところが、前述のリラクタンストルク型マグネット補助モータは、マグネットの使用に伴い、リラクタンスモータには無かったコギングが生じてしまうという問題が発生した。特に、電動パワーステアリング装置に使用されるモータでは、コギングによってハンドルの戻りが悪くなることから、コギングを小さく押さえる必要があり、その対策が急務とされた。 However, the above-described reluctance torque type magnet auxiliary motor has a problem that cogging, which was not found in a reluctance motor, occurs with the use of a magnet. In particular, in a motor used in an electric power steering apparatus, the return of the steering wheel is deteriorated by cogging, so it is necessary to suppress cogging to a small extent, and countermeasures are urgently required.
また、通電時のトルク変動であるトルクリップルも、例えば、電動パワーステアリング装置用モータでは、操舵フィーリングの悪化を招来し運転者に不快感を与えてしまうという問題がある。トルクリップルは、通常のリラクタンスモータでも課題とされており、例えば特許文献1には、その対策として、巻線が巻装されるステータをインナーステータとアウタステータとから形成し、ティース先端側(ロータ収容部)の真円度確保のため、インナーステータの内周側、すなわち、ティース先端側を閉塞させたシンクロナスリラクタンスモータが記載されている。
In addition, torque ripple, which is torque fluctuation at the time of energization, has a problem that, for example, in a motor for an electric power steering apparatus, the steering feeling is deteriorated and the driver feels uncomfortable. Torque ripple is also a problem in ordinary reluctance motors. For example, in
しかしながら、発明者らの実験によれば、リラクタンストルク型マグネット補助モータでは、インナーステータの内周壁が薄くなると、コギングトルクやトルクリップルが却って大きくなり、電動パワステに使用した場合、ハンドルの戻りが悪くなったり、ハンドルの操作性が悪くなったりするという問題が生じた。また、ステータは、薄板鋼板を複数枚積層して製造するのが一般的であるが、特許文献1のように内周壁の厚さが0.1〜0.3mmと薄い場合には、積層用の鋼板をプレスによって打ち抜き加工することが難しく、特許文献1においても鋼板の製造方法については言及されていない。内周壁の厚さが0.1〜0.3mmのように薄い場合、ステータの積層鋼板を製造するには、後加工による切削等、費用の嵩む加工方法を用いざるを得ず、製品コストが増大するという問題もあった。
However, according to the experiments by the inventors, in the reluctance torque type magnet auxiliary motor, when the inner peripheral wall of the inner stator becomes thin, the cogging torque and the torque ripple increase on the contrary. There was a problem that the operability of the steering wheel became worse. In addition, the stator is generally manufactured by laminating a plurality of thin steel plates. However, when the inner peripheral wall is as thin as 0.1 to 0.3 mm as in
本発明の目的は、ブラシレスモータ、特にシンクロナスリラクタンスモータにおいて、その出力向上を図りつつ、コギングトルクとトルクリップルをバランス良く低減させることにある。また、本発明の他の目的は、プレス加工でのステータ製造を可能とし、製品コストの低減を図ることにある。 An object of the present invention is to reduce cogging torque and torque ripple in a balanced manner while improving the output in a brushless motor, particularly a synchronous reluctance motor. Another object of the present invention is to enable stator production by press working and to reduce product costs.
本発明のブラシレスモータは、中空状のモータケースと、前記モータケース内に固定されたステータと、前記ステータの内周側に配置され前記モータケースに回転自在に軸支されたロータと、を有するブラシレスモータであって、前記ロータは、該ロータを軸方向に貫通する複数個のフラックスバリアを備えると共に、前記フラックスバリア内にはマグネットが配置され、前記ステータは、プレス加工にて形成された薄板鋼板を複数枚積層してなり、径方向に放射状に配置された複数のティース部と、前記ティース部の内周側に設けられ隣接する前記ティース部の内周側先端部同士を連結するブリッジ部と、を有し、前記ブリッジ部の径方向厚みをWとしたとき、前記Wは、前記ステータを構成する鋼板の板厚t以上1.5mm以下(t≦W≦1.5mm)に設定されてなることを特徴とする。 The brushless motor of the present invention includes a hollow motor case, a stator fixed in the motor case, and a rotor that is disposed on the inner peripheral side of the stator and is rotatably supported by the motor case. A brushless motor, wherein the rotor includes a plurality of flux barriers penetrating the rotor in the axial direction, a magnet is disposed in the flux barrier, and the stator is a thin plate formed by press working A plurality of teeth portions that are formed by laminating a plurality of steel plates and radially arranged in the radial direction, and a bridge portion that connects the inner peripheral side tip portions of the adjacent tooth portions provided on the inner peripheral side of the teeth portion. Where W is the thickness in the radial direction of the bridge portion, and W is not less than the thickness t of the steel plate constituting the stator and not more than 1.5 mm (t ≦ W ≦ 1.5 mm).
本発明にあっては、リラクタンスモータ型のブラシレスモータにて、ロータにマグネットを配することにより、マグネットの磁力を補助的に使用し、出力向上とモータ小型化の両立を図る。当該ブラシレスモータでは、ステータに形成されたティース部の内周側先端部同士を連結するブリッジ部を設け、ブリッジ部の径方向厚みWを、ステータを構成する鋼板の板厚t≦W≦1.5mmに設定することにより、マグネットなしのシンクロナスリラクタンスモータに比して、最大トルクが大きくなると共に、マグネットの使用に伴うコギングの発生を最小限に留めつつ、トルクリップルの低減も図られる。 In the present invention, in a reluctance motor type brushless motor, by arranging a magnet in the rotor, the magnetic force of the magnet is used as an auxiliary to achieve both improvement in output and miniaturization of the motor. In the brushless motor, a bridge portion is provided to connect the inner peripheral side tip portions of the teeth portion formed on the stator, and the radial thickness W of the bridge portion is determined by the plate thickness t ≦ W ≦ 1 of the steel plate constituting the stator. By setting it to 5 mm, the maximum torque becomes larger than that of a synchronous reluctance motor without a magnet, and torque ripple can be reduced while minimizing the occurrence of cogging associated with the use of a magnet.
前記ブラシレスモータにおいて、前記ブリッジ部の径方向厚みWを、前記ステータを構成する鋼板をプレスにて打ち抜き加工可能な該鋼板の板厚t以上とすると共に、該ブラシレスモータのトルクリップル率が5%以下に抑えられるように1.5mm以下に設定しても良い。これにより、電動パワーステアリング装置用モータとして要求される仕様(トルクリップル率5%以下)を満たすことができ、本発明を電動パワーステアリング装置の駆動源として使用することが可能となる。 In the brushless motor, the radial thickness W of the bridge portion is set to be equal to or greater than a plate thickness t of the steel plate that can punch the steel plate constituting the stator with a press, and the torque ripple rate of the brushless motor is 5%. You may set to 1.5 mm or less so that it may be suppressed below. Thereby, the specification (torque ripple rate of 5% or less) required for the motor for the electric power steering apparatus can be satisfied, and the present invention can be used as a drive source of the electric power steering apparatus.
また、前記ステータに、内周側に配置されるインナーステータと、外周側に配置されるアウタステータと、を設け、前記ティース部と前記ブリッジ部を前記インナーステータに設けても良い。 The stator may be provided with an inner stator disposed on the inner peripheral side and an outer stator disposed on the outer peripheral side, and the teeth portion and the bridge portion may be provided on the inner stator.
さらに、前記アウタステータの内周面に複数個の凹部を形成すると共に、前記凹部に前記ティース部の外周側先端部を嵌合させ、前記アウタステータと前記インナーステータを、前記凹部に前記ティース部の外周側先端部を挿入嵌合させることにより、径方向・周方向に抜け止めされた状態で固定するようにしても良い。これにより、単なる圧入による結合に比して、回転方向の力に対するインナーステータの位置ずれを確実に防止できる。この場合、前記凹部を、断面が逆ハの字形となった蟻溝状に形成し、前記ティース部の外周側先端部に、外端側が拡大したほぞ状の嵌合部を形成しても良い。 In addition, a plurality of recesses are formed on the inner peripheral surface of the outer stator, and the outer peripheral side front end portion of the tooth portion is fitted into the recess, so that the outer stator and the inner stator are connected to the recess. By inserting and fitting the outer peripheral side distal end portion, it may be fixed in a state of being prevented from coming off in the radial direction and the circumferential direction. As a result, it is possible to reliably prevent displacement of the inner stator with respect to the force in the rotational direction, as compared with the coupling simply by press-fitting. In this case, the concave portion may be formed in a dovetail shape having a cross-section of an inverted C shape, and a tenon-like fitting portion whose outer end side is enlarged may be formed at the outer peripheral side tip portion of the tooth portion. .
一方、前記ティース部に銅線を分布巻きにて巻装してコイルを形成しても良く、これにより、集中巻に比してブリッジ部での磁束の漏洩を少なくすることができ、集中巻の場合よりも最大トルクを大きくすることができる。 On the other hand, a coil may be formed by winding a copper wire around the teeth portion with distributed winding, thereby reducing leakage of magnetic flux at the bridge portion compared to concentrated winding, and concentrated winding. The maximum torque can be made larger than in the case of.
本発明のブラシレスモータによれば、ロータにマグネットを配することにより、マグネットの磁力を補助的に使用し、マグネットなしのシンクロナスリラクタンスモータに比して、最大トルクを増大させることができる。また、ステータに形成されたティース部の内周側先端部同士を連結するブリッジ部を設け、ブリッジ部の径方向厚みWを、ステータを構成する鋼板の板厚t≦W≦1.5mmに設定することにより、マグネットの使用に伴うコギングの発生を最小限に留めつつ、トルクリップルの低減も図られる。従って、当該ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置に使用した場合、コギングの低減により、ハンドルの戻り性が向上すると共に、トルクリップルの低減により、ハンドルの操作性も向上する。さらに、Wを板厚t以上とすることにより、積層鋼板からなるステータコアの各鋼板をプレス加工のみにて製造できるため、製造コストを低減でき、安価なモータを提供することが可能となる。 According to the brushless motor of the present invention, by arranging a magnet in the rotor, the magnetic force of the magnet can be used supplementarily, and the maximum torque can be increased as compared with a synchronous reluctance motor without a magnet. In addition, a bridge portion is provided to connect the inner peripheral side tip portions of the teeth portion formed on the stator, and the radial thickness W of the bridge portion is set to a plate thickness t ≦ W ≦ 1.5 mm of the steel plate constituting the stator. As a result, torque ripple can be reduced while minimizing the occurrence of cogging associated with the use of the magnet. Therefore, when the brushless motor is used in an electric power steering apparatus, the returnability of the steering wheel is improved by reducing cogging, and the operability of the steering wheel is improved by reducing torque ripple. Furthermore, by making W equal to or greater than the plate thickness t, each steel plate of the stator core made of laminated steel plates can be manufactured only by pressing, so that the manufacturing cost can be reduced and an inexpensive motor can be provided.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例であるブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)の断面図、図2は、図1のA−A線に沿った断面図である。モータ1は、リラクタンスモータをベースとしつつ、ロータにマグネットを配することにより、マグネットの磁力を補助的に利用したリラクタンストルク型マグネット補助モータとなっており、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。モータ1は、図1に示すように、通常のリラクタンスモータと同様に、外側にステータ(固定子)2、内側にロータ(回転子)3を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as “
ステータ2は、有底円筒形状のモータケース4と、ステータコア5、ステータコア5に巻装されたステータコイル6(以下、コイル6と略記する)及びステータコア5に取り付けられるバスバーユニット(端子ユニット)7とから構成されている。モータケース4は、鉄等にて有底円筒状に形成されており、その開口部には、図示しない固定ネジによってアルミダイキャスト製のブラケット8が取り付けられている。ステータコア5は、コイル6を巻装した後、モータケース4の内周面に圧入固定される。モータ1は、外側部材であるステータ2にコイル6を配したいわゆるアウター巻線を採用しており、内側部材にコイルを巻装する構成よりも巻線の占積率を大きくでき、モータの出力向上が図られる。
The
図2に示すように、ステータコア5は、円筒状のアウタステータ11と、アウタステータ11の内周側に取り付けられるインナーステータ12とから構成されている。アウタステータ11とインナーステータ12はそれぞれ、厚さt(t=0.35〜0.70mm程度)の電磁鋼板を積層して形成されている。インナーステータ12は、放射状に形成されたティース部13と、ティース部13の内周側を連結するブリッジ部14とから構成されており、隣接するティース部13の間にはスロット15が形成される。図3に示すように、当該モータ1では、ブリッジ部14の径方向の幅Wは、ステータコア5を積層形成する鋼板1枚の板厚t≦W≦1.5mmの範囲に設定されている。
As shown in FIG. 2, the
このようにモータ1では、ティース部13の内周側がブリッジ部14にて連結されているため、通常のモータのように、ティース先端側のスリットを利用してティースにコイルを巻装することができない。そこで、モータ1においても、特許文献1と同様に、ステータ2をアウタステータ11とインナーステータ12に分割すると共に、インナーステータ12のティース部外周側を開放することにより、ティース部13に銅線を巻装してコイル6を形成できるようにしている。ティース部13は、コイル6が分布巻きにて巻装された後、アウタステータ11の内周側に取り付けられる(嵌合固定)。これにより、スロット15内にコイル6が収容された形態のステータコア5が形成される。なお、分布巻きは、集中巻に比してブリッジ部14での磁束の漏洩が少なく、集中巻よりも最大トルクを大きくできるため、当該モータ1ではコイル6を分布巻きにて巻装している。
Thus, in the
図4は、アウタステータ11とインナーステータ12の嵌合固定部の構成を示す説明図である。モータ1では、ティース部13は24個設けられており、各ティース部13は、その外周側がアウタステータ11の内周面に形成されたティース取付溝(凹部)16に嵌合固定される。図4に示すように、アウタステータ11側には、断面が逆ハの字形となった蟻溝状のティース取付溝16が形成されている。このティース取付溝16は、アウタステータ11の全長に亘って、軸方向に沿って延設されている。これに対し、ティース部13の外周端には、外端側が拡大したほぞ状の嵌合部17が形成されている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a configuration of a fitting and fixing portion between the
アウタステータ11とインナーステータ12は、ティース取付溝16と嵌合部17を軸方向から挿入嵌合させることにより、径方向・周方向に抜け止めされた状態で固定される。これにより、インナーステータ12の回転方向への移動が規制され、回転方向の力に対するインナーステータ12の位置ずれを確実に防止できる。なお、特許文献1では、インナーステータは、巻線を各ティースに巻装した後、アウタステータに圧入固定される。
The
ステータコア5の一端側には、バスバーユニット7が取り付けられている。バスバーユニット7は、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形された構成となっている。バスバーユニット7の周囲には、複数個の給電用端子21が径方向に突設されている。バスバーユニット7の取り付けに際し、給電用端子21は、ステータコア5から引き出されたコイル6の端部6aが溶接される。バスバーユニット7では、バスバーはモータ1の相数に対応した個数(ここでは、U相,V相,W相分の3個)設けられている。各コイル6は、その相に対応した給電用端子21と電気的に接続される。ステータコア5は、バスバーユニット7を取り付けた後、モータケース4内に圧入固定される。
A bus bar unit 7 is attached to one end side of the
ステータ2の内側にはロータ3が挿入されている。ロータ3はロータシャフト22を有しており、ロータシャフト22はベアリング23a,23bによって回転自在に支持されている。ベアリング23aはモータケース4の底部4a中央に、23bはブラケット8の中央部にそれぞれ固定されている。ロータシャフト22には、円筒形状のロータコア24と、回転角度検出手段であるレゾルバ31のロータ(レゾルバロータ)32が取り付けられている。
A
モータケース4の底部4a外側(図1において右側)には、カバー33が取り付けられている。ロータシャフト22は、モータケース4の底部4aからカバー33内へと延びており、その先端部にレゾルバロータ32が取り付けられている。カバー33内には、制御基板34,35が収容されており、制御基板34にはパワー系素子36、制御基板35には制御系素子37がそれぞれ実装されている。制御基板35には、レゾルバ31のロータの外周側に対向してレゾルバステータ38が取り付けられており、レゾルバステータ38に設けられた回転角度検出用コイルの信号線が制御系素子37と電気的に接続されている。
A
ロータ3を形成するロータコア24もまた、円板状の電磁鋼板を多数積層して形成されている。ロータコア24を構成する鋼板には、ロータ3の磁気抵抗を回転方向に沿って異ならせるためのフラックスバリアとしてスリット25が複数設けられている。スリット25は、円弧状に曲がっており、スリット25内は空間となっている。スリット25は、ロータシャフト22と直交するd軸を境界として、機械的に45度傾斜したq軸を中心に放射状に対象配置されている。モータ1では、q軸を中心とした複数のスリット25のセットが放射状に4組設けられており、各組にはそれぞれ複数層の磁路が形成される。
The
ここで、通常のリラクタンスモータでは、ロータ3の磁気抵抗を変化させるべくスリット25は空隙のまま使用されるが、本発明によるモータ1では、出力向上のため、スリット25内にマグネット(永久磁石)26が配置されている。この場合、モータ1では、リラクタンストルクが主、マグネットトルクが補助という位置付けのため、マグネット26は安価なフェライトマグネットにて足りる。但し、出力をより増大させるため、マグネット26にネオジムボンドマグネット等の希土類磁石を用いても良い。
Here, in a normal reluctance motor, the
一方、マグネットを使用しないリラクタンスモータでは、励磁極同士がショートカットされるため、通常、ティース先端部をつなぐような構成は採用しない。その点、特許文献1は、トルクリップル低減のためロータ収容部の真円度を確保すべく、ステータ内周側を閉塞しているが、これも磁束漏れを最小限に抑えるため内周壁の厚さを0.1〜0.3mmに抑えている。また、特許文献1では、内周壁の厚さが0.6mmを超える構成は検討対象とされていない。これに対して本発明のモータ1は、マグネットの使用によりリラクタンストルクの効率が落ちることは承知の上で、その落ち込み分以上のトルクをマグネットによって得て出力アップを図ろうとするものであるが、前述のように、マグネットの使用に伴いコギングが発生する。
On the other hand, in a reluctance motor that does not use a magnet, excitation poles are short-cut, and therefore, a configuration that connects teeth tips is generally not employed. In that respect,
そこで、コギングを低減させるべく、隣接するティース部13の内周側先端部をつないでブリッジ部14を設けたものが当該モータ1であり、コスト面を考慮すると、ブリッジ部14も含め、ステータコア5は薄板鋼板をプレス加工にて打ち抜き成形した後、積層して形成するのが好ましい。そこで、発明者らは、ブリッジ部14の幅Wについて、マグネットによる出力トルクの補助とコギングトルクとのバランス、また、トルクリップルの大小やプレス加工性などを考慮し、総合的に見てベストと思われる範囲を検討した。
Therefore, in order to reduce cogging, the
図5は、積層鋼板からなるステータコア5の各鋼板の板厚が0.35mm,0.5mmのそれぞれの場合について、ブリッジ部14の幅Wとコギングトルクとの関係を示したグラフである。また、図6は、磁束量を変化させた場合(マグネットの強さを変えた場合)における、ブリッジ部の幅Wとコギングトルクとの関係を示したグラフである(板厚=0.5mm)。なお、グラフ上におけるX軸の0は、ブリッジ部14が存在しない状態、すなわち、ティース部13の内周端がスリット状に開口しており、クローズステータとはなっていない場合を示している。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the width W of the
図5に示すように、ブリッジ部14の幅Wが小さいとコギングトルクが非常に大きくなるが、逆に、ブリッジ部14を設け、ステータコア5をクローズステータとすると、コギングは劇的に低減する。また、コギングは、概ね、板厚を超えた程度からは変化が小さくなる。これは、ブリッジ部14を介して磁束が流れるため、ロータの回転に伴う磁束変化(磁束の切り替わり)が緩和されるためと考えられ、幅Wが小さいと磁束が飽和し、磁束漏れの効果が減殺されると考えられる。すなわち、ステータ2の内周側をブリッジ部14にてクローズすることにより、マグネット26による磁束が短絡され、磁束変化が抑えられ、コギングが低下する。図6に示すように、この傾向は磁束量を変化させても同様であり、コギング低減には、ブリッジ部14の幅Wを板厚以上とすることが好ましいことが分かった。
As shown in FIG. 5, if the width W of the
次に、図7,8を参照しつつ、モータ1における出力トルクについて検討する。図7は、ブリッジ部14の幅Wと出力トルクとの関係を示したグラフ(鋼板の板厚=0.35mm,0.5mm)、図8は、磁束量を変化させた場合における、ブリッジ部の幅Wと出力トルクとの関係を示したグラフである(板厚=0.5mm)。図7,8に示すように、出力トルクについては、板厚にかかわらずW=1.5mm付近に変曲点があり、幅Wが1.5mmを超えると出力トルクが急に落ち込む。この現象は、磁束量が変わっても同様であった。これは、幅Wが薄いと磁束飽和が生じて磁束の漏れが少なくなりトルクが下がりにくいが、幅Wが1.5mmを超えると磁束がブリッジ部14に回り込みやすくなり、磁束の漏れも大きくなり有効磁束が減少してしまうのが原因と考えられる。従って、出力トルクの観点からすると、幅Wは1.5mm以下で小さいほど良いことになる。
Next, the output torque in the
さらに、図9,10を参照しつつ、モータ1におけるトルクリップルについて検討する。図9は、ブリッジ部14の幅Wとトルクリップルとの関係を示したグラフ(鋼板の板厚=0.35mm,0.5mm)、図10は、磁束量を変化させた場合における、ブリッジ部の幅Wとトルクリップルとの関係を示したグラフである(板厚=0.5mm)。図9,10に示すように、幅Wが0から大きくなるとトルクリップルも小さくなるが、幅W=1mmより幅が厚くなると徐々にトルクリップルが大きくなる。幅Wの変化と共にトルクリップルが減少から増加に転じる現象は、板厚によって若干異なるが、ほぼ幅W=1mm付近にて生じる。このようなトルクリップルのグラフが凹となる現象は、磁束が変化しても同様に生じ、何れも概ね1mm近辺で極小値をとる。
Further, torque ripple in the
トルクリップルに関しては、極小値前の部分では、幅Wが小さいとブリッジ部14にて磁束が飽和するため、磁極の切り替わりにより、N飽和状態→S飽和状態のように極性が突然大きく切り替わるのでトルクリップルが大きくなると考えられる。このため、ある程度磁束が漏れた方が磁束変化が滑らかになりトルクリップルが減少し、幅Wが大きくなるにつれてトルクリップルが減少する。その一方、幅Wが大きくなり、磁束の漏れが大きくなると、誘起電圧波形に乱れが生じ、正弦波波形に歪みが生じる。このため、磁束の変化は少ないものの、誘起電圧波形の乱れによりトルクリップルが増大する。但し、幅Wが2mm以上となると磁束が漏れることで磁気変化が起こらず、トルクリップルも6%弱にて安定してしまう。
Regarding the torque ripple, in the portion before the minimum value, if the width W is small, the magnetic flux is saturated at the
以上の点から、これらがバランスする幅W=1mm付近にて、トルクリップルは極小値となる。従って、電動パワーステアリング用のモータとして要求される「トルクリップル5%以下」という仕様を満足するには、幅Wは、板厚0.35mmでは0.35〜1.7mm、板厚0.5mmでは0.5〜1.8mm程度、つまり、板厚程度〜1.7mmが好ましいことになる。
From the above points, the torque ripple becomes a minimum value in the vicinity of the width W = 1 mm where they balance. Therefore, in order to satisfy the specification of “
これらの結果をまとめ、薄板鋼板をプレスにて打ち抜き加工する、という加工上の制約を加味すると以下の通りとなる。
(1)コギング低減には、ブリッジ部14の幅Wを板厚以上とすることが好ましい。
(2)出力トルクの観点からすると、幅Wは1.5mm以下で小さいほど良い。
(3)トルクリップルに関しては、幅Wを板厚〜1.7mmとすることにより、トルクリップル率を5%以下に抑制できる。
(4)ブリッジ部14を形成する際のプレス加工上の制約から、幅Wは板厚以上が必要。
なお、板厚は、ステータコア用の薄板鋼板として好ましくプレス加工が可能な範囲(0.30mm超、好ましくは0.35mm以上)とする。
従って、(1)〜(4)を考慮すると、幅Wの上限値は、出力トルクの観点から1.5mm、下限値はプレス加工上の制約から板厚が好ましい(板厚≦幅W≦1.5mm)ことになる。
Summarizing these results and taking into account the processing constraints of punching a thin steel plate with a press, the following results.
(1) For reducing cogging, it is preferable that the width W of the
(2) From the viewpoint of output torque, the width W is preferably as small as 1.5 mm or less.
(3) Regarding the torque ripple, the torque ripple rate can be suppressed to 5% or less by setting the width W to a plate thickness to 1.7 mm.
(4) The width W needs to be equal to or greater than the plate thickness because of restrictions on press working when forming the
Note that the plate thickness is preferably within a range where press working is preferable (more than 0.30 mm, preferably 0.35 mm or more) as a thin steel plate for the stator core.
Therefore, considering (1) to (4), the upper limit value of the width W is preferably 1.5 mm from the viewpoint of output torque, and the lower limit value is preferably a plate thickness due to press working restrictions (plate thickness ≦ width W ≦ 1). 0.5 mm).
このように、モータ1において、ブリッジ部14の幅Wを板厚≦幅W≦1.5mmに設定すると、マグネットなしのシンクロナスリラクタンスモータに比して、最大トルクを大きくすることができ、同じトルクの場合には、モータ体格を小さくすることができる。また、モータ1では、出力トルク増大を図りつつ、マグネットの配置によるコギングの発生を最小限に留め、さらに、トルクリップルの低減も図られる。従って、モータの静粛性が向上すると共に、当該モータ1を電動パワーステアリング装置に使用した場合、コギングの低減により、ハンドルの戻り性が向上すると共に、トルクリップルの低減により、ハンドルの操作性も向上する。加えて、積層鋼板からなるステータコアの各鋼板をプレス加工のみにて製造できるため、製造コストを低減でき、安価なモータを提供することが可能となる。
As described above, in the
本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施例では、スリット25のすべてにマグネット26が取り付けられているが、一部のスリット25を空隙のままとしたり、合成樹脂などの非磁性材料を適宜充填したりすることも可能である。また、本発明によるブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置以外にも、ハイブリッド車や電気自動車などへも適用可能である。
It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
For example, in the above-described embodiment, the
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
3 ロータ
4 モータケース
4a 底部
5 ステータコア
6 ステータコイル
6a 端部
7 バスバーユニット
8 ブラケット
11 アウタステータ
12 インナーステータ
13 ティース部
14 ブリッジ部
15 スロット
16 ティース取付溝(凹部)
17 嵌合部
21 給電用端子
22 ロータシャフト
23a,23b ベアリング
24 ロータコア
25 スリット
26 マグネット
31 レゾルバ
32 レゾルバロータ
33 カバー
34 制御基板
35 制御基板
36 パワー系素子
37 制御系素子
38 レゾルバステータ
W ブリッジ部幅
t ステータを構成する鋼板の板厚
DESCRIPTION OF
17
Claims (6)
前記ロータは、該ロータを軸方向に貫通する複数個のフラックスバリアを備えると共に、前記フラックスバリア内にはマグネットが配置され、
前記ステータは、プレス加工にて形成された薄板鋼板を複数枚積層してなり、径方向に放射状に配置された複数のティース部と、前記ティース部の内周側に設けられ隣接する前記ティース部の内周側先端部同士を連結するブリッジ部と、を有し、
前記ブリッジ部の径方向厚みをWとしたとき、前記Wは、前記ステータを構成する鋼板の板厚t以上1.5mm以下(t≦W≦1.5mm)に設定されてなることを特徴とするブラシレスモータ。 A brushless motor having a hollow motor case, a stator fixed in the motor case, and a rotor disposed on the inner peripheral side of the stator and rotatably supported by the motor case,
The rotor includes a plurality of flux barriers penetrating the rotor in the axial direction, and a magnet is disposed in the flux barrier.
The stator is formed by laminating a plurality of thin steel plates formed by press working, and a plurality of teeth portions arranged radially in the radial direction and the adjacent tooth portions provided on the inner peripheral side of the teeth portions. A bridge portion that connects the inner peripheral side tip portions of each other,
When the thickness in the radial direction of the bridge portion is W, the W is set to a thickness t or more and 1.5 mm or less (t ≦ W ≦ 1.5 mm) of a steel plate constituting the stator. Brushless motor.
前記ブリッジ部の径方向厚みWを、前記ステータを構成する鋼板をプレスにて打ち抜き加工可能な該鋼板の板厚t以上とすると共に、該ブラシレスモータのトルクリップル率が5%以下に抑えられるように1.5mm以下に設定することを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 1,
The radial thickness W of the bridge portion is set to be not less than the plate thickness t of the steel plate capable of punching the steel plate constituting the stator with a press, and the torque ripple rate of the brushless motor is suppressed to 5% or less. The brushless motor is set to 1.5 mm or less.
前記ステータは、内周側に配置されるインナーステータと、外周側に配置されるアウタステータと、を備え、
前記インナーステータは、前記ティース部と前記ブリッジ部を有することを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 1 or 2,
The stator includes an inner stator disposed on the inner peripheral side, and an outer stator disposed on the outer peripheral side,
The inner stator includes the tooth portion and the bridge portion.
前記アウタステータの内周面には複数個の凹部が形成され、
前記凹部には、前記ティース部の外周側先端部が嵌合し、
前記アウタステータと前記インナーステータは、前記凹部に前記ティース部の外周側先端部を挿入嵌合させることにより、径方向・周方向に抜け止めされた状態で固定されることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to any one of claims 1 to 3,
A plurality of recesses are formed on the inner peripheral surface of the outer stator,
The outer peripheral side tip of the teeth portion is fitted into the recess,
The brushless motor, wherein the outer stator and the inner stator are fixed in a state of being prevented from coming off in a radial direction and a circumferential direction by inserting and fitting an outer peripheral end portion of the teeth portion into the concave portion. .
前記凹部は、断面が逆ハの字形となった蟻溝状に形成され、
前記ティース部の外周側先端部には、外端側が拡大したほぞ状の嵌合部が形成されてなることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to claim 4,
The recess is formed in the shape of a dovetail with a cross-section having an inverted C shape,
A brushless motor characterized in that a tenon-like fitting portion whose outer end side is enlarged is formed at the outer peripheral end portion of the tooth portion.
前記ティース部には、銅線が分布巻きにより巻装されてコイルが形成されることを特徴とするブラシレスモータ。 The brushless motor according to any one of claims 1 to 5,
A brushless motor in which a copper wire is wound around the teeth portion by distributed winding to form a coil.
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