JP5199704B2 - Brushless motor - Google Patents
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Description
本発明は、スキュー構造を有するブラシレスモータに関し、特に、リングマグネットを用いた低トルクリップル・高出力なブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a brushless motor having a skew structure, and more particularly to a brushless motor having a low torque ripple and a high output using a ring magnet.
従来より、ブラシレスモータの静粛性能を向上させるため、正弦波駆動によって通電の切り替わりを滑らかにし、トルククリップルを低減させる制御方式が知られている。このような正弦波駆動では、誘起電圧波形が正弦波形状となるモータに対し、電流値が正弦波状に変化する電流を供給することにより、通常の120°矩形波駆動の場合に比して、トルクリップルを小さくしている。また、トルクリップルを低減させる方法としては、ロータ磁極等を軸方向に傾斜させるスキュー構造も広く知られている。このスキュー構造を採用したモータでは、誘起電圧波形の高調波成分が低減するため、誘起電圧波形を滑らかな正弦波形にすることができ、正弦波駆動時のトルクリップル低減効果がより向上する。
ところが、スキュー構造のモータでは、スキュー角を大きくすると、高調波成分と共に、誘起電圧の基本波成分も低下する。モータの出力トルクは、概ね、誘起電圧とモータ電流との積となるため、トルクの大きさは、専ら基本波成分に依存する。このため、トルクリップル低減のため、スキュー角を大きくすると、モータトルクが減少し、電圧利用率が低くなる。その一方、モータトルク確保のため、スキューを小さくし、誘起電圧の低下を抑えた状態でモータ仕様を設定すると、その分、高調波成分が増加するため、トルクリップルが増大する。このため、ブラシレスモータでは、トルクリップルの低減と出力の向上を共に満たすことが難しく、その対策が求められていた。 However, in the skew structure motor, when the skew angle is increased, the fundamental wave component of the induced voltage is reduced along with the harmonic component. Since the output torque of the motor is approximately the product of the induced voltage and the motor current, the magnitude of the torque depends exclusively on the fundamental wave component. For this reason, when the skew angle is increased in order to reduce torque ripple, the motor torque is reduced and the voltage utilization rate is lowered. On the other hand, if the motor specification is set in a state where the skew is reduced and the decrease in the induced voltage is suppressed in order to secure the motor torque, the harmonic component increases accordingly, and the torque ripple increases. For this reason, in a brushless motor, it is difficult to satisfy both a reduction in torque ripple and an improvement in output, and countermeasures have been demanded.
一方、例えば、電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータなどでは、小型化・高出力化の要請から、ロータマグネットとして、高磁束密度に着磁可能なセグメントマグネットの使用が増加している。ところが、セグメントマグネットは、着磁時にマグネットの角度を設定する必要があり、スキュー着磁を行うことが難しい。このため、セグメントマグネットを使用するモータでは、スキュー構造を実現すべく、マグネットの段積みによるいわゆるステップスキューが行われている。しかしながら、ステップスキュー構造のモータでは、実際には、組み付け状態や物性値、加工精度などにバラツキがあり、モータ性能にバラツキが生じ易いという問題があった。 On the other hand, for example, in a brushless motor for an electric power steering apparatus, the use of a segment magnet that can be magnetized at a high magnetic flux density is increasing as a rotor magnet due to a demand for miniaturization and high output. However, the segment magnet needs to set the angle of the magnet during magnetization, and it is difficult to perform skew magnetization. For this reason, in a motor using segment magnets, so-called step skew is performed by stacking magnets in order to realize a skew structure. However, in the step skew structure motor, there is actually a variation in the assembled state, physical property value, processing accuracy, and the like, and there is a problem that the motor performance is likely to vary.
本発明の目的は、高出力と低トルクリップルを共に満たしつつ、スキュー着磁が容易で性能にバラツキが少ないブラシレスモータを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a brushless motor that satisfies both high output and low torque ripple, is easily skew magnetized, and has little variation in performance.
本発明のブラシレスモータは、2n(nは正の整数)個の磁極を有するロータと、3n個のスロットを有するステータとを備えてなるブラシレスモータであって、前記磁極を形成するマグネットとして、周方向に沿って磁極が配置されたリングマグネットを使用すると共に、前記ステータに巻装されるコイルをΔ結線し、前記マグネットの着磁角θrと前記磁極の極ピッチ角θpとの比θr/θpを0.5≦θr/θp≦0.9、前記ロータのスキュー角θskewを電気角39°≦θskew≦54°とすることにより、前記ブラシレスモータの誘起電圧に含まれる5次高調波成分の基本波に対する含有率を4.5%〜6.5%に設定し、線間誘起電圧を台形波化したことを特徴とする。
A brushless motor according to the present invention is a brushless motor including a rotor having 2n (n is a positive integer) magnetic poles and a stator having 3n slots, and a magnet that forms the magnetic poles has a circumferential shape. A ring magnet having magnetic poles arranged in a direction is used, and a coil wound around the stator is Δ-connected , and a ratio θr / θp between the magnetized angle θr of the magnet and the pole pitch angle θp of the magnetic pole Is set to 0.5 ≦ θr / θp ≦ 0.9 and the skew angle θskew of the rotor is set to an electrical angle of 39 ° ≦ θskew ≦ 54 °, the fundamental of the fifth harmonic component contained in the induced voltage of the brushless motor The content ratio with respect to the wave is set to 4.5% to 6.5%, and the line-to-line induced voltage is trapezoidal .
本発明にあっては、リングマグネットの採用により、スキュー着磁が容易となり、着磁作業に要する工数削減が図られる。また、ステップスキュー構造に比して、スキュー角度のバラツキを抑えることができ、モータ性能のバラツキが抑えられる。さらに、Δ結線を採用すると共に、マグネットの着磁角θrと前記磁極の極ピッチ角θpとの比θr/θpを0.5≦θr/θp≦0.9、前記ロータのスキュー角θskewを電気角39°≦θskew≦54°とし、ブラシレスモータの誘起電圧に含まれる5次高調波成分の基本波に対する含有率を4.5%〜6.5%に設定して線間誘起電圧を台形波化したので、ピーク電流値が抑えられる。
In the present invention, the use of the ring magnet facilitates skew magnetization and reduces the number of steps required for the magnetization operation. Further, the skew angle variation can be suppressed as compared with the step skew structure, and the motor performance variation can be suppressed. Further, a Δ connection is adopted , the ratio θr / θp between the magnet magnetization angle θr and the pole pitch angle θp of the magnetic pole is 0.5 ≦ θr / θp ≦ 0.9, and the skew angle θskew of the rotor is electrically The angle 39 ° ≦ θskew ≦ 54 ° is set, the content ratio of the fifth harmonic component contained in the induced voltage of the brushless motor to the fundamental wave is set to 4.5% to 6.5%, and the induced voltage between lines is trapezoidal. As a result , the peak current value can be suppressed.
前記ブラシレスモータにおいて、その誘起電圧に含まれる5次高調波成分の基本波に対する含有率を4.5%〜6.5%とすることにより、正弦波駆動に対してトルクや回転数が効果的に増大する。また、前記ロータのスキュー角θskewを電気角39°≦θskew≦54°とすることにより、誘起電圧における全高調波成分に対する5次高調波成分の含有率が大きくなる。さらに、前記マグネットの着磁角θrと前記磁極の極ピッチ角θpとの比θr/θpを0.5≦θr/θp≦0.9とすることにより、2P3S×n構成のブラシレスモータにて、スキュー角を電気角39°≦θskew≦54°としつつ、ブラシレスモータの誘起電圧に含まれる5次高調波成分の基本波に対する含有率を概ね4.5%〜6.5%にすることができる。
In the brushless motor, the content of the fifth harmonic component contained in the induced voltage with respect to the fundamental wave is set to 4.5% to 6.5%, so that the torque and the rotational speed are effective for the sine wave drive. To increase. Further, by setting the skew angle θskew of the rotor to an electrical angle of 39 ° ≦ θskew ≦ 54 °, the content of the fifth harmonic component with respect to the total harmonic component in the induced voltage is increased. Furthermore, by setting the ratio θr / θp between the magnetized angle θr of the magnet and the pole pitch angle θp of the magnetic pole to be 0.5 ≦ θr / θp ≦ 0.9, in a brushless motor of 2P3S × n configuration, While the skew angle is set to an electrical angle of 39 ° ≦ θskew ≦ 54 °, the content of the fifth harmonic component contained in the induced voltage of the brushless motor with respect to the fundamental wave can be approximately 4.5% to 6.5%. .
また、前記ブラシレスモータを、6個(n=3)の前記磁極と、9個の前記スロットを有する6極9スロット構造としても良く、前記ブラシレスモータを、電動パワーステアリングの駆動源として使用しても良い。本発明によるブラシレスモータの場合、低トルクリップル、高出力を共に満たすことから、トルクリップルへの要求が厳しく、小型・高出力化が求められる電動パワーステアリング用のモータとして特に有用である。 The brushless motor may have a 6-pole 9-slot structure having 6 (n = 3) magnetic poles and 9 slots, and the brushless motor is used as a drive source for electric power steering. Also good. Since the brushless motor according to the present invention satisfies both low torque ripple and high output, it is particularly useful as a motor for electric power steering that requires strict requirements for torque ripple and requires small size and high output.
本発明のブラシレスモータは、いわゆる2P3S×n構成のブラシレスモータにて、磁極にリングマグネットを使用すると共に、ステータコイルにΔ結線を採用したので、スキュー着磁が容易となり、着磁作業に要する工数削減が図られる。また、スキュー角度のバラツキを抑えることができ、モータ性能のバラツキを抑えることが可能となる。さらに、Δ結線の採用により、線間誘起電圧を台形波化でき、ピーク電流値の抑制が図られ、モータ出力を増大させることが可能となる。 The brushless motor of the present invention is a so-called 2P3S × n brushless motor, which uses a ring magnet for the magnetic pole and uses a Δ connection for the stator coil, so that skew magnetization is easy and man-hours required for the magnetizing operation. Reduction is planned. Also, variations in skew angle can be suppressed, and variations in motor performance can be suppressed. Furthermore, by adopting the Δ connection, the line-to-line induced voltage can be trapezoidal, the peak current value can be suppressed, and the motor output can be increased.
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の断面図である。図1に示すように、ブラシレスモータ1(以下、モータ1と略記する)は、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。モータ1は、例えば、コラムアシスト式の電動パワーステアリング装置(EPS)の動力源として使用され、自動車のステアリングシャフトに対し動作補助力を付与する。モータ1は、ステアリングシャフトに設けられた減速機構部に取り付けられ、モータ1の回転は、この減速機構部によってステアリングシャフトに減速されて伝達される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a brushless motor according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as “
ステータ2は、有底円筒形状のケース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。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が取り付けられる。ステータコア5は、図2に示すように、複数個(ここでは9個)の分割コア9を周方向に集成した構成となっている。ステータコア5には、9個のティース5aが径方向内側に向かって突設されている。分割コア9は、電磁鋼板からなるコアピースを積層して形成され、その周囲には合成樹脂製のインシュレータ11が取り付けられている。
The
インシュレータ11の外側にはコイル6が巻装され、ステータコア5の一端側には、コイル6の端部6aが径方向に引き出されている。ステータコア5の一端側には、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バスバーユニット7が取り付けられる。バスバーユニット7の周囲には複数個の給電用端子12が径方向に突設されており、バスバーユニット7の取り付けに際し、コイル端部6aは、この給電用端子12と溶接される。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、Δ結線にて接続されており、各コイル6はその相に対応した給電用端子12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、ケース4内に圧入固定される。
A
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13を有しており、ロータシャフト13はベアリング14a,14bによって回転自在に支持されている。ベアリング14aはケース4の底部中央に、ベアリング14b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13には、円筒形状のロータコア15が固定されており、その外周には、円筒状のリングマグネット(永久磁石)16(以下、マグネット16と略記する)が接着固定されている。マグネット16の外側には、有底円筒形状のマグネットカバー17が取り付けられている。
A
マグネット16には、スキュー着磁が施されており、軸方向に沿って傾斜する形で磁極が設けられている。マグネット16の磁極は、周方向に沿って6極設けられており、これにより、モータ1は6極9スロット(6P9S)構造となっている。本発明のモータ1では、磁極としてリングマグネット16を用いているため、セグメントマグネットに比してスキュー着磁が容易であり、着磁作業に要する工数を削減することができる。また、ステップスキュー構造に比して、スキュー角度のバラツキを抑えることができ、モータ性能のバラツキを抑えることが可能となる。
The
マグネット16の図1において左側には、回転角度検出手段であるレゾルバ21のロータ(レゾルバロータ)22が取り付けられている。ロータ22の内周には、キー溝22aが形成されており、ロータシャフト13の外周に取り付けられたキー18と嵌合する。キー18は、マグネット16の着磁の際にも位置決め用に使用され、マグネット16には、キー18の位置を基準として、所定の位置に磁極が形成される。従って、ロータ22をキー18によってロータシャフト13に固定することにより、ロータ22とマグネット16の各磁極が所定の角度関係で位置決めされる。
A rotor (resolver rotor) 22 of a
レゾルバ21のステータ(レゾルバステータ)23は、金属製のレゾルバホルダ24内に圧入され、その状態でブラケットホルダユニット25に固定されている。レゾルバステータ23には、ロータ22の回転に伴って出力される信号を伝送するための図示しないセンサハーネスが固定されている。センサハーネスは、ブラケット8とブラケットホルダユニット25との間を周方向に沿って引き回され、ブラケット8の外周部から装置外へと引き出される。
A stator (resolver stator) 23 of the
モータ1では、レゾルバホルダ24は有底円筒形状に形成されており、ブラケットホルダユニット25の中央部に挿入装着される。一方、フランジ部24aが形成された開口側端部は、ブラケット8に設けられたリブ26の端部外周に軽圧入される。リブ26は、ブラケット8の中央部に、軸方向に向かって円筒形状に突設されており、その内側には、ロータシャフト13を支持するベアリング14bが固定されている。従って、リブ26にレゾルバホルダ24を軽圧入することにより、レゾルバステータ23がロータシャフト13と同心状に取り付けられる。
In the
ブラケットホルダユニット25は合成樹脂にて形成されており、金属製の雌ネジ部27がインサート成形されている。雌ネジ部27には、ブラケット8の外側から取付ネジ28がねじ込まれ、これにより、レゾルバホルダ24がブラケット8の内側に固定される。ブラケットホルダユニット25にはまた、給電配線29と接続された外部給電用端子31が3個(U,V,Wの各相)設けられている。各外部給電用端子(U,V,W)31は、ブラケットホルダユニット25内に設けられたバスバー端子32(U,V,W)と溶接される。
The
バスバー端子32は、バスバーユニット7から軸方向に向かって突設されており、モータ1を組み付けると、バスバー端子32と外部給電用端子31が並列に対向するようになっている。モータ1では、ケース4にブラケット8を取り付けた後、バスバー端子32と外部給電用端子31を溶接固定する。ブラケット8にはそのための作業孔33が形成されおり、作業孔33には、溶接工程後にブラケットキャップ34が取り付けられる。
The
ところで、当該モータ1では、従来のブラシレスモータと異なり、コイル6がΔ結線にて接続されている。これは、モータ1では、マグネットの磁束分布が台形状となるリングマグネット16を用いているため、従来と同様にコイル6をY結線とすると、線間誘起電圧波形が台形波とならず、トルクリップルを0とする電流波形もまた台形波ではなくなり、ピーク電流値を抑えられなくなるためである。台形波電流は、正弦波電流に比して波高値が抑えられるため、ピーク電流値を下げることができる一方、同じピーク電流値の場合、台形波の方が多く電流を流すことができ、モータ出力も増大する。これに対し、電流波形が凸部を持つ非台形波となると、ピーク電流値が抑えられず、その分、電流を多く流すことができなくなり、モータ出力が抑えられてしまう。
By the way, in the said
そこで、モータ1では、Y結線と等価交換可能であり、しかも、5次と7次の高調波の符号が反転するΔ結線をコイル6に採用し、線間誘起電圧を台形波化してピーク電流値の抑制を図っている。つまり、本発明のモータ1は、スキュー着磁が容易、かつ、スキュー角度のバラツキが少ないリングマグネット16を使用して、トルクリップルの低減を図る一方、リングマグネットの使用によるピーク電流値増大という弊害をΔ結線の採用により解消している。
Therefore, in the
一方、2P3Sの整数倍の構造(モータ1は、2P3S×3=6P9S)を有するモータの誘起電圧には、5次以上の奇数次の高調波成分が含まれており、その中でも5次成分が最も多く含まれる。なお、2P3S×nの場合、Δ結線にて循環電流となる3次高調波は、短節巻係数Kp=cos{n・(1-β)・π/2}=0となるため発生しない(n:次数,β:コイルピッチ/極ピッチ角、2P3Sではβ=2/3となり、n=3の場合にはcosは0)。また、基本波に5次高調波成分のみを含ませると、線間誘起電圧が略台形波となり、このとき、モータ駆動電流を台形波とすれば、前述のように、トルクリップルを0に近付けることができ、ピーク電流値も下げることができる。
On the other hand, the induced voltage of a motor having a structure that is an integral multiple of 2P3S (
そこで、発明者らは、2P3S×n構造のモータの前記特性に着目し、高調波成分を可能な限り5次成分のみとし、他の次数成分を少なくする構成を検討した。そして、各種実験の結果、次の結論を得た。 Accordingly, the inventors focused on the characteristics of the motor of the 2P3S × n structure, and studied a configuration in which the harmonic component is made only the fifth order component as much as possible and the other order components are reduced. As a result of various experiments, the following conclusions were obtained.
(1)誘起電圧の基本波に対する5次高調波成分の含有率を4.5%〜6.5%とすると、正弦波駆動に対してトルクや回転数が効果的に増大する。 (1) When the content rate of the fifth harmonic component with respect to the fundamental wave of the induced voltage is set to 4.5% to 6.5%, the torque and the rotational speed effectively increase with respect to the sine wave drive.
(2)スキュー角を電気角39°≦θskew≦54°とすると、全高調波成分に対する5次高調波成分の含有率が大きく(90%)なる。なお、電気角39°≦θskew≦54°は、6P9Sのモータにおける機械角13°≦θskew≦18°に相当する。 (2) If the skew angle is set to an electrical angle of 39 ° ≦ θskew ≦ 54 °, the content of the fifth harmonic component with respect to the total harmonic component becomes large (90%). The electrical angle of 39 ° ≦ θskew ≦ 54 ° corresponds to the mechanical angle of 13 ° ≦ θskew ≦ 18 ° in the 6P9S motor.
(3)マグネット16における着磁角θrを0.5≦θr/θp≦0.9、好ましくは0.52≦θr/θp≦0.86とすると、(2)の条件を満たしつつ、5次高調波成分の含有率が概ね4.5%〜6.5%となる(θp:極ピッチ角)。
(3) When the magnetization angle θr in the
以下、前記(1)〜(3)のそれぞれについて、実験結果に基づいて説明する。まず、(1)に関し、図3は、5次高調波成分の含有率と、正弦波駆動に対するトルク増加率及び回転数増加率との関係を示したグラフである。図3に示すように、5次高調波成分が大きくなるにつれてトルクや回転数も大きくなるが、ある量を超えると逆に低下する。また、トルク増加率と回転数増加率の変化には差異があり、前者は約5%、後者は約6.5%でピークとなる。そこで、両者が3%以上の増加率を確保できる範囲を有効と考え、(1)のように、含有率4.5%〜6.5%が好ましいとの結論を得た。 Hereinafter, each of (1) to (3) will be described based on experimental results. First, regarding (1), FIG. 3 is a graph showing the relationship between the content ratio of the fifth-order harmonic component and the torque increase rate and rotation speed increase rate with respect to sinusoidal drive. As shown in FIG. 3, the torque and the number of rotations increase as the fifth-order harmonic component increases. Further, there is a difference between changes in the torque increase rate and the rotation speed increase rate, with the former peaking at about 5% and the latter at about 6.5%. Then, the range which can ensure the increase rate of 3% or more of both was considered effective, and the conclusion that the content rate 4.5%-6.5% was preferable like (1) was obtained.
次に、(2)に関し、図4は、6P9Sのモータにおけるスキュー角(電気角)と、全高調波成分に対する5次高調波成分の含有率との関係を示したグラフである。図4に示すように、スキュー角が大きくなるにつれて5次高調波成分の含有率も大きくなるが、54°を超えると低下し、66°を超えると急減する。そこで、5次高調波成分の含有率が90%以上となる範囲を有効と考え、(2)のように、2P3S×nのモータにて、スキュー角(電気角)39°≦θskew(電気角)≦54°(6P9S:機械角13°≦θskew≦18°)が好ましいとの結論を得た。なお、図4はマグネット幅や内外径の偏芯量等を変えたモータにて、前記関係を調べたものであるが、両者の関係には、マグネット形態に依らず同様の傾向が得られた。
Next, regarding (2), FIG. 4 is a graph showing the relationship between the skew angle (electrical angle) in the 6P9S motor and the content of the fifth harmonic component relative to the total harmonic component. As shown in FIG. 4, the content rate of the fifth harmonic component increases as the skew angle increases, but decreases when it exceeds 54 ° and decreases rapidly when it exceeds 66 °. Therefore, the range in which the content of the fifth harmonic component is 90% or more is considered effective, and the skew angle (electrical angle) 39 ° ≦ θskew (electrical angle) is obtained with a 2P3S × n motor as shown in (2). ) ≦ 54 ° (6P9S:
さらに、(3)に関し、図5は、6P9Sのモータにおけるθr/θp(着磁角/極ピッチ角)と、誘起電圧中の5次高調波成分の含有率との関係を、スキュー角をパラメータとして調べた結果を示すグラフである。また、図6(a)(b)は、着磁角θrと極ピッチ角θpの関係を示す説明図である。図6(a)に示すように、極ピッチ角θpは、ロータ3の回転中心Oに対する各磁極の中心角であり、ここでは、6極構成のため、θp=60°(機械角)となる。これに対し、着磁角θrは、図6(b)に示すように、各磁極中(ピッチθp)にて所定の磁力を有する範囲を示している。マグネット16では、このθrの範囲が軸方向に沿って帯状に延びており、この帯状の部分を傾斜させることによりスキュー構造が形成されている。
Further, regarding (3), FIG. 5 shows the relationship between θr / θp (magnetization angle / polar pitch angle) in the 6P9S motor and the content of the fifth harmonic component in the induced voltage, and the skew angle as a parameter. It is a graph which shows the result investigated. 6A and 6B are explanatory diagrams showing the relationship between the magnetization angle θr and the pole pitch angle θp. As shown in FIG. 6A, the pole pitch angle θp is the center angle of each magnetic pole with respect to the rotation center O of the
図5に示すように、着磁角と極ピッチ角の比θr/θpが0.4を超えると、比が大きくなるに連れて5次高調波成分の含有率も大きくなる。また、スキュー角が小さいと、5次高調波成分の含有率も大きくなる。そこで、スキュー角が39°≦θskew(電気角)≦54°で、しかも、5次高調波成分の含有率が4.5%〜6.5%となる範囲を見ると、図5に斜線を施した部分がそれを満たす範囲となる。すなわち、0.5≦θr/θp≦0.9とすると、(1)と(2)を共に満たすモータを得ることができる。 As shown in FIG. 5, when the ratio θr / θp between the magnetization angle and the pole pitch angle exceeds 0.4, the content of the fifth harmonic component increases as the ratio increases. In addition, when the skew angle is small, the content ratio of the fifth-order harmonic component also increases. Therefore, when the range in which the skew angle is 39 ° ≦ θskew (electrical angle) ≦ 54 ° and the content ratio of the fifth harmonic component is 4.5% to 6.5% is shown in FIG. The applied part is the range that satisfies it. That is, when 0.5 ≦ θr / θp ≦ 0.9, a motor satisfying both (1) and (2) can be obtained.
このように、本発明のブラシレスモータでは、ロータ3の磁極として、リングマグネット16を使用することにより、スキュー着磁が容易となり、スキュー角度のバラツキも抑えられるため、モータ性能のバラツキを抑えることが可能となる。また、リングマグネット16の使用に伴い、従来同様、コイル6をY結線とするとピーク電流値が増大し出力低下を招くことから、Y結線と等価交換可能なΔ結線の採用により、線間誘起電圧を台形波化し、ピーク電流値を抑え、出力の増大を図っている。
In this way, in the brushless motor of the present invention, the use of the
さらに、線間誘起電圧を台形波化する観点から5次高調波成分に着目し、その含有率を4.5%〜6.5%とすると共に、スキュー角を電気角39°≦θskew≦54°とすることにより、5次高調波成分の含有率を高め、トルクや回転数が効果的に増大させる。その場合、リングマグネット16では、着磁角θrと極ピッチ角θpの比を0.5≦θr/θp≦0.9とすると、スキュー角の前記条件を満たしつつ、5次高調波成分の含有率が概ね4.5%〜6.5%の範囲に収まる。従って、リングマグネット16を使用しコイル6をΔ結線とすると共に、θr/θpを0.5〜0.9(好ましくは、0.52〜0.86)の範囲に設定することにより、高出力と低トルクリップルを共に満たしつつ、スキュー着磁が容易で性能にバラツキが少ないブラシレスモータを実現することが可能となる。
Further, focusing on the fifth-order harmonic component from the viewpoint of converting the induced voltage between lines into a trapezoidal wave, the content rate is set to 4.5% to 6.5% and the skew angle is set to an electrical angle of 39 ° ≦ θskew ≦ 54. By setting the angle, the content of the fifth harmonic component is increased, and the torque and the rotational speed are effectively increased. In this case, 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。 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.
例えば、前述の実施例では、コラムアシスト式のEPSに使用されるブラシレスモータを示したが、他の方式のEPS用モータにも本発明は適用可能である。加えて、EPSや各種車載電動品用のモータのみならず、本発明は、広くブラシレスモータ一般にも適用可能である。また、前述の実施例では、マグネットを6個用いた6極9スロットのブラシレスモータに本発明を適用した例を示したが、モータのマグネットやスロットの構成はこれには限定されず、本発明は、2極3スロットの整数倍の構成のブラシレスモータに広く適用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the brushless motor used for the column assist type EPS is shown. However, the present invention can be applied to other types of EPS motors. In addition, the present invention is widely applicable not only to EPS and motors for various on-vehicle electric products, but also to general brushless motors. In the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a 6-pole 9-slot brushless motor using six magnets has been described. However, the configuration of the magnets and slots of the motor is not limited thereto, and the present invention is not limited thereto. Can be widely applied to brushless motors having a configuration that is an integral multiple of two poles and three slots.
1 ブラシレスモータ
2 ステータ
3 ロータ
4 ケース
5 ステータコア
5a ティース
6 コイル
6a 端部
7 バスバーユニット
8 ブラケット
9 分割コア
11 インシュレータ
12 給電用端子
13 ロータシャフト
14a,14b ベアリング
15 ロータコア
16 リングマグネット
17 マグネットカバー
18 キー
21 レゾルバ
22 ロータ
23 レゾルバステータ
24 レゾルバホルダ
24a フランジ部
25 ブラケットホルダユニット
26 リブ
27 雌ネジ部
28 取付ネジ
29 給電配線
31 外部給電用端子
32 バスバー端子
33 作業孔
34 ブラケットキャップ
O ロータ回転中心
θskew スキュー角
θp 極ピッチ角
θr 着磁角
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記磁極を形成するマグネットとして、周方向に沿って磁極が配置されたリングマグネットを使用すると共に、前記ステータに巻装されるコイルをΔ結線し、
前記マグネットの着磁角θrと前記磁極の極ピッチ角θpとの比θr/θpを0.5≦θr/θp≦0.9、前記ロータのスキュー角θskewを電気角39°≦θskew≦54°とすることにより、
前記ブラシレスモータの誘起電圧に含まれる5次高調波成分の基本波に対する含有率を4.5%〜6.5%に設定し、線間誘起電圧を台形波化したことを特徴とするブラシレスモータ。 A brushless motor comprising a rotor having 2n (n is a positive integer) magnetic poles and a stator having 3n slots,
As a magnet that forms the magnetic pole, a ring magnet in which the magnetic pole is disposed along the circumferential direction is used, and a coil wound around the stator is Δ-connected ,
The ratio θr / θp between the magnetized angle θr of the magnet and the pole pitch angle θp of the magnetic pole is 0.5 ≦ θr / θp ≦ 0.9, and the skew angle θskew of the rotor is an electrical angle 39 ° ≦ θskew ≦ 54 °. By
A brushless motor characterized in that the content ratio of the fifth harmonic component contained in the induced voltage of the brushless motor to the fundamental wave is set to 4.5% to 6.5%, and the line-to-line induced voltage is trapezoidal. .
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