JP4965688B2 - 永久磁石形同期モータ - Google Patents
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Description
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。
L=0.6〜0.7[mm]、t/(t+L)=0.77〜0.85
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (8)
- 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=0.6〜0.7[mm]、t/(t+L)=0.77〜0.85
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。 - 前記永久磁石の極数をP、前記固定子のスロット数を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)
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。 - 前記永久磁石の極数を10、前記固定子のスロット数を12に設定したことを特徴とす
る請求項2記載の永久磁石形同期モータ。 - 前記固定子鉄心は、分割鉄心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により連結され互いに回転するように構成されてい
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。 - 前記固定子鉄心は、回転積層が施されていることを特徴とする請求項4記載の永久磁石
形同期モータ。 - 前記固定子鉄心は、複数の鉄心部が帯状に連結された連結鉄心で構成されていることを
特徴とする請求項1記載の永久磁石形同期モータ。 - 前記永久磁石のモータ回転方向中央部の厚さをt[mm]、前記永久磁石の両端部の厚
さをe[mm]としたとき前記永久磁石のモータ回転方向中央部の厚さtと前記永久磁石
の両端部の厚さeを
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。 - 電動パワーステアリングシステム用であることを特徴とする請求項1乃至7記載の永久
磁石形同期モータ。
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