JPWO2008050637A1 - Brushless motor - Google Patents

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JPWO2008050637A1
JPWO2008050637A1 JP2008540947A JP2008540947A JPWO2008050637A1 JP WO2008050637 A1 JPWO2008050637 A1 JP WO2008050637A1 JP 2008540947 A JP2008540947 A JP 2008540947A JP 2008540947 A JP2008540947 A JP 2008540947A JP WO2008050637 A1 JPWO2008050637 A1 JP WO2008050637A1
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teeth
motor
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theta
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大久保 雅通
雅通 大久保
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    • HELECTRICITY
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Abstract

ブラシレスモータ3は、マグネット33を備えたロータ22と、マグネット33とエアギャップ45を介して対向する複数個のティース27を備えたステータ21とを有する。ティース27の先端部には、エアギャップ45に臨んで複数個の補助溝20が形成されている。補助溝20の溝幅Sと、隣接するティース27間の開口部46の開口幅Wとの比W/Sを0.9≦W/S≦1.1としつつ、開口部46の中心M1と補助溝20の中心M2との間の角度θwと、隣接する補助溝20の中心M2間の角度θsの比θs/θwを0.66≦θs/θw≦0.965の範囲に設定する。The brushless motor 3 includes a rotor 22 having a magnet 33 and a stator 21 having a plurality of teeth 27 facing the magnet 33 with an air gap 45 therebetween. A plurality of auxiliary grooves 20 are formed at the tip of the teeth 27 so as to face the air gap 45. While the ratio W / S between the groove width S of the auxiliary groove 20 and the opening width W of the opening 46 between adjacent teeth 27 is set to 0.9 ≦ W / S ≦ 1.1, the center M1 of the opening 46 The ratio θs / θw between the angle θw between the center M2 of the auxiliary grooves 20 and the angle θs between the centers M2 of the adjacent auxiliary grooves 20 is set in the range of 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965.

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源などに使用されるブラシレスモータに関し、特に、インダクタンスとコギングトルクの双方の低減を図ったブラシレスモータに関する。   The present invention relates to a brushless motor used as a drive source for an electric power steering apparatus, and more particularly to a brushless motor that reduces both inductance and cogging torque.

自動車等の操舵力補助のため、近年多くの車両にいわゆるパワーステアリング装置が装備されている。このようなパワーステアリング装置としては、近年、エンジン負荷軽減や重量低減等の観点から、電気式の動力操舵装置(いわゆる電動パワーステアリング装置、以下、適宜EPSと略記する)を搭載した車両が増大している。このようなEPSの動力源としては、従来よりブラシ付きのモータが多く使用されているが、近年では、メンテナンス性に優れ、小型で高トルクが得られることから、ブラシレスモータの使用が増大している。   In recent years, many vehicles have been equipped with so-called power steering devices for assisting steering force of automobiles and the like. As such power steering devices, in recent years, vehicles equipped with electric power steering devices (so-called electric power steering devices, hereinafter abbreviated as EPS as appropriate) have increased in view of reducing engine load and weight. ing. As a power source of such EPS, a motor with a brush has been used more than ever. However, in recent years, the use of a brushless motor has increased because it is excellent in maintainability and can be obtained with a small size and high torque. Yes.

ところが、ブラシレスモータでは、ロータ側のマグネットとステータ側のコアティースとの間の吸引力により、いわゆるコギングトルクが生じやすい傾向がある。このようなコギングトルクは、騒音や振動の原因となるのみならず、EPS用モータにおいては操舵感を悪化させる一因ともなる。そこで、従来より、コギングトルクを減少させるべく、ステータを多スロット化し、トルクムラを細分化する方式が知られている。しかしながら、スロットを無限に多くすることは不可能であり、多スロット化はモータサイズの面から自ずと限界がある。このため、コアティース先端の磁束が密となる部分に溝を設け、ティース先端部を二股状に分割形成し、これによって擬似的に多スロット化を図る方式など、種々のコギング対策が提案されている。   However, in a brushless motor, a so-called cogging torque tends to occur due to the attractive force between the rotor-side magnet and the stator-side core teeth. Such cogging torque not only causes noise and vibration, but also causes a deterioration in steering feeling in the EPS motor. Therefore, conventionally, a method is known in which the stator is multi-slotted and torque unevenness is subdivided in order to reduce the cogging torque. However, it is impossible to increase the number of slots indefinitely, and the increase in the number of slots is naturally limited in terms of motor size. For this reason, various cogging countermeasures have been proposed, such as a method in which a groove is provided in the portion where the magnetic flux at the tip of the core teeth is dense and the tip of the teeth is divided into two forks, thereby realizing pseudo-multiple slots. Yes.

例えば、特許文献1のブラシレスモータでは、ティース先端に1/2スロットピッチの補助溝を設け、見かけ上スロットが倍増したような構成としている。また、特許文献2のブラシレスモータでは、ステータコアの両端にオーバーハング部を設け、ステータコア端面から流れ込む磁束を抑制する。これにより、ティース先端部からステータコアに流入する磁束量を増大させ、補助溝による疑似多スロット効果を向上させている。さらに、特許文献3の電動機では、回転子を2P、固定子を3P構造とし、ピッチ4θにて設けたティース先端に、スロット中心から角度θ,2θの間隔で補助溝を等間隔に配置してコギングを低減させる構成が示されている。
実公平7-47981号公報 特開平10-42531号公報 特開2004-194489号公報
For example, in the brushless motor of Patent Document 1, an auxiliary groove having a 1/2 slot pitch is provided at the tip of the tooth so that the number of slots apparently doubles. Moreover, in the brushless motor of patent document 2, an overhang part is provided in the both ends of a stator core, and the magnetic flux which flows in from a stator core end surface is suppressed. As a result, the amount of magnetic flux flowing into the stator core from the tooth tip is increased, and the pseudo multi-slot effect by the auxiliary groove is improved. Furthermore, in the electric motor of Patent Document 3, the rotor has a 2P structure and the stator has a 3P structure, and auxiliary grooves are arranged at equal intervals from the slot center at angles θ and 2θ at the tips of teeth provided at a pitch 4θ. A configuration for reducing cogging is shown.
No. 7-47981 Japanese Patent Laid-Open No. 10-42531 JP2004-194489

しかしながら、前述のようにティース先端に補助溝を設ける構成では、実際には、ステータの加工歪等により、回転位置に応じたコギングの釣り合いがモータごとに変化し、モータ特性の安定化が図れないという問題があった。すなわち、加工歪のような一定化が困難な変動要因に基づきコギングが変化するため、コギングのロバスト性(安定性)が悪化し、却って、モータ特性が安定しないという問題があった。   However, in the configuration in which the auxiliary groove is provided at the tip of the teeth as described above, the balance of cogging according to the rotational position varies depending on the rotation position due to the processing distortion of the stator, and the motor characteristics cannot be stabilized. There was a problem. That is, since cogging changes based on a variable factor that is difficult to be fixed, such as machining strain, there is a problem that the robustness (stability) of cogging is deteriorated and the motor characteristics are not stabilized.

一方、ブラシレスモータを集中巻き構成とすると、ティース間の間隔が狭くなる。このため、ティースからの漏れ磁束が多くなり、その分、インダクタンスが大きくなる傾向がある。インダクタンスが大きくなると、モータの電気的時定数が大きくなり、それに伴い、ステータコイルに印加する駆動電圧と、ステータコイルに流れる電流に位相差が生じる。このような位相差が生じると、ステータ−ロータ間の電気子反作用が大きくなり、高負荷時のトルクが低下する、いわゆるトルクダレが生じるおそれがある。   On the other hand, when the brushless motor has a concentrated winding configuration, the interval between the teeth is narrowed. For this reason, the magnetic flux leakage from the teeth increases, and the inductance tends to increase correspondingly. When the inductance increases, the electric time constant of the motor increases, and accordingly, a phase difference occurs between the drive voltage applied to the stator coil and the current flowing through the stator coil. When such a phase difference is generated, there is a possibility that a so-called torque sag in which the torque at the time of high load is reduced due to an increase in the reaction between the stator and the rotor.

本発明の目的は、インダクタンス低減を図りつつ、補助溝によるコギングトルク低減等の効果を効率良く発揮させ得る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 capable of efficiently exhibiting effects such as cogging torque reduction by an auxiliary groove while reducing inductance.

本発明のブラシレスモータは、マグネットを備えたロータと、前記マグネットとエアギャップを介して対向する複数個のティースを備えたステータとを有し、前記ティースの先端部に、前記エアギャップに臨んで複数個の補助溝を形成してなるブラシレスモータであって、前記補助溝の周方向に沿った幅Sと、隣接する前記ティースの先端部に形成された開口部の周方向に沿った幅Wとの比W/Sが、0.9≦W/S≦1.1であり、かつ、前記開口部の周方向に沿った中心Mと、前記補助溝の周方向に沿った中心Mとの間の角度をθw、隣接する前記補助溝の前記中心M間の角度をθsとしたとき、前記θsと前記θwの比θs/θwが、0.66≦θs/θw≦0.965であることを特徴とする。The brushless motor of the present invention includes a rotor including a magnet and a stator including a plurality of teeth facing the magnet via an air gap, and faces the air gap at a tip portion of the teeth. A brushless motor formed with a plurality of auxiliary grooves, wherein the auxiliary groove has a width S along the circumferential direction and a width W along the circumferential direction of the opening formed at the tip of the adjacent teeth. The ratio W / S is 0.9 ≦ W / S ≦ 1.1, and the center M 1 along the circumferential direction of the opening and the center M 2 along the circumferential direction of the auxiliary groove. .theta.w the angle between the, when the angle between the center M 2 of the auxiliary groove adjacent to the [theta] s, the ratio [theta] s / .theta.w of the said [theta] s .theta.w is, 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965 It is characterized by being.

本発明にあっては、W/Sを0.9≦W/S≦1.1としつつ、θs/θwを0.66≦θs/θw≦0.965の範囲に設定することにより、インダクタンスの低減を図りつつ、コギングを小さく抑えることができ、コギングのロバスト性改善や、高出力域における電機子反作用の影響低減を図ることができる。このため、例えば、当該ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動源として用いると、コギング低減により、ステアリングの戻り性が向上する。また、インダクタンス低減により、高負荷時のトルクダレが少なくなるため、アシスト力が安定し、操舵フィーリングの向上も図られる。   In the present invention, while setting W / S to 0.9 ≦ W / S ≦ 1.1 and setting θs / θw within the range of 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965, the inductance can be reduced. While reducing the cogging, the cogging can be kept small, the cogging robustness can be improved, and the influence of the armature reaction in the high output region can be reduced. For this reason, for example, when the brushless motor is used as a drive source of the electric power steering apparatus, the returnability of the steering is improved by reducing the cogging. Further, the inductance reduction reduces torque sagging at high loads, so that the assist force is stabilized and the steering feeling is improved.

前記ブラシレスモータにおいて、前記θsと前記θwの比θs/θwを、好ましくは、0.7≦θs/θw≦0.9に設定しても良い。また、前記ブラシレスモータを、前記マグネットが6極、前記ティース間に形成されたスロットの数が9個の6極9スロット構成としても良い。さらに、前記ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動源として用いても良い。   In the brushless motor, the ratio θs / θw between the θs and the θw may be preferably set to 0.7 ≦ θs / θw ≦ 0.9. The brushless motor may have a 6-pole 9-slot configuration in which the magnet has 6 poles and the number of slots formed between the teeth is 9. Further, the brushless motor may be used as a drive source for the electric power steering apparatus.

本発明のブラシレスモータによれば、マグネットを備えたロータと、マグネットとエアギャップを介して対向する複数個のティースを備えたステータとを有し、ティースの先端部にエアギャップに臨んで複数個の補助溝を形成したブラシレスモータにて、補助溝幅Sと、隣接するティース間の開口幅Wとの比W/Sを0.9≦W/S≦1.1としつつ、ティース間の開口部の中心M1と補助溝の中心M2との間の角度θwと、隣接する補助溝中心M2間の角度θsの比θs/θwを0.66≦θs/θw≦0.965の範囲に設定することにより、インダクタンスの低減を図りつつ、コギングを小さく抑えることが可能となる。従って、コギングのロバスト性改善や、高出力域における電機子反作用の影響低減を図ることが可能となる。   According to the brushless motor of the present invention, the rotor includes a magnet and a stator including a plurality of teeth facing the magnet via an air gap, and a plurality of the teeth face the air gap at the tip of the teeth. In the brushless motor in which the auxiliary groove is formed, the ratio W / S between the auxiliary groove width S and the opening width W between adjacent teeth is 0.9 ≦ W / S ≦ 1.1, and the opening between the teeth The ratio θs / θw between the angle θw between the center M1 and the center M2 of the auxiliary groove and the angle θs between the adjacent auxiliary groove centers M2 is set in the range of 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965. As a result, it is possible to reduce cogging while reducing inductance. Therefore, it is possible to improve the cogging robustness and reduce the influence of the armature reaction in the high output range.

また、例えば、当該ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動源として用いた場合、コギング低減により、ステアリングの戻り性が向上し、スムーズなステアリング操作が可能となる。また、インダクタンス低減による高出力域での電機子反作用の影響減により、高負荷時のトルクダレが少なくなり、アシスト力が安定し、操舵フィーリングの向上を図ることが可能となる。   Further, for example, when the brushless motor is used as a drive source of the electric power steering device, the return of the steering is improved due to the reduction of cogging, and a smooth steering operation is possible. In addition, due to the reduced influence of the armature reaction in the high output range due to the inductance reduction, torque sagging at high loads is reduced, the assist force is stabilized, and the steering feeling can be improved.

本発明によるブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the electric power steering apparatus using the brushless motor by this invention. 図1の電動パワーステアリング装置にて使用されているブラシレスモータの構成を示す軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction which shows the structure of the brushless motor used with the electric power steering apparatus of FIG. 図2のブラシレスモータの径方向の断面図である。It is sectional drawing of the radial direction of the brushless motor of FIG. ティースの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of teeth. 6P9S構成のブラシレスモータにてW/S=1とした場合の、θs/θwとコギングトルク量(N・m)及びインダクタンス(H)との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between (theta) s / (theta) w, cogging torque amount (N * m), and inductance (H) at the time of setting W / S = 1 in the brushless motor of 6P9S structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 電動パワーステアリング装置
2 ステアリングシャフト
3 ブラシレスモータ
4 ステアリングホイール
5 ステアリングギヤボックス
6 タイロッド
7 車輪
8 アシストモータ部
9 減速機構部
11 トルクセンサ
12 制御装置
20 補助溝
21 ステータ
22 ロータ
23 ハウジング
24 ステータコア
25 巻線
26 継鉄部
27 ティース
28 スロット
29 給電配線
30 ブラケット
31 回転軸
32 ロータコア
33 マグネット
34 マグネットホルダ
35 ベアリング
36 ベアリング
37 スプライン部
41 レゾルバ
42 レゾルバステータ
43 レゾルバロータ
44 コイル
45 エアギャップ
46 開口部
開口部中心
補助溝中心
S 溝幅
W 開口幅
θs M−M間の角度
θw M間の角度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric power steering apparatus 2 Steering shaft 3 Brushless motor 4 Steering wheel 5 Steering gear box 6 Tie rod 7 Wheel 8 Assist motor part 9 Deceleration mechanism part 11 Torque sensor 12 Controller 20 Auxiliary groove 21 Stator 22 Rotor 23 Housing 24 Stator core 25 Winding 26 yoke portion 27 teeth 28 slot 29 power supply wiring 30 bracket 31 rotating shaft 32 rotor core 33 magnet 34 magnet holder 35 bearing 36 bearing 37 spline portion 41 resolver 42 resolver stator 43 resolver rotor 44 coil 45 air gap 46 opening M 1 opening Center M 2 Auxiliary groove center S Groove width W Opening width θs Angle between M 1 and M 2 θw Angle between M 2

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、本発明によるブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。図1の電動パワーステアリング装置(EPS)1は、ステアリングシャフト2に対し動作補助力を付与するコラムアシスト式の構成となっており、本発明によるブラシレスモータ3(以下、モータ3と略記する)が動力源として使用されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an electric power steering apparatus using a brushless motor according to the present invention. An electric power steering apparatus (EPS) 1 shown in FIG. 1 has a column assist type structure that applies an operation assisting force to a steering shaft 2, and a brushless motor 3 (hereinafter abbreviated as a motor 3) according to the present invention. Used as a power source.

ステアリングシャフト2には、ステアリングホイール4が取り付けられている。ステアリングホイール4の操舵力は、ステアリングギヤボックス5内に配された図示しないピニオンとラック軸を介して、タイロッド6に伝達される。タイロッド6の両端には車輪7が接続されている。ステアリングホイール4の操作に伴ってタイロッド6が作動し、図示しないナックルアーム等を介して、車輪7が左右に転舵する。   A steering wheel 4 is attached to the steering shaft 2. The steering force of the steering wheel 4 is transmitted to the tie rod 6 via a pinion and a rack shaft (not shown) disposed in the steering gear box 5. Wheels 7 are connected to both ends of the tie rod 6. As the steering wheel 4 is operated, the tie rod 6 is actuated, and the wheel 7 is steered left and right via a knuckle arm (not shown).

EPS1では、ステアリングシャフト2に、操舵力補助機構であるアシストモータ部8が設けられている。アシストモータ部8には、モータ3と共に、減速機構部9とトルクセンサ11が設けられている。減速機構部9には、図示しないウォームとウォームホイールが配されている。モータ3の回転は、この減速機構部9によって、ステアリングシャフト2に減速されて伝達される。モータ3とトルクセンサ11は、制御装置(ECU)12に接続されている。   In EPS1, the steering shaft 2 is provided with an assist motor unit 8 that is a steering force assisting mechanism. The assist motor unit 8 includes a motor 3 and a speed reduction mechanism unit 9 and a torque sensor 11. The deceleration mechanism unit 9 is provided with a worm and a worm wheel (not shown). The rotation of the motor 3 is decelerated and transmitted to the steering shaft 2 by the deceleration mechanism 9. The motor 3 and the torque sensor 11 are connected to a control device (ECU) 12.

ステアリングホイール4が操作され、ステアリングシャフト2回転すると、トルクセンサ11が作動する。ECU12は、トルクセンサ11の検出トルクに基づいて、モータ3に対し適宜電力を供給する。モータ3が作動すると、その回転が減速機構部9を介してステアリングシャフト2に伝達され操舵補助力が付与される。ステアリングシャフト2は、この操舵補助力と手動操舵力によって回転し、ステアリングギヤボックス5内のラック・アンド・ピニオン結合により、この回転運動がラック軸の直線運動に変換され、車輪7の転舵動作が行われる。   When the steering wheel 4 is operated and the steering shaft 2 rotates, the torque sensor 11 is activated. The ECU 12 appropriately supplies electric power to the motor 3 based on the torque detected by the torque sensor 11. When the motor 3 is actuated, the rotation is transmitted to the steering shaft 2 via the speed reduction mechanism unit 9 and a steering assist force is applied. The steering shaft 2 is rotated by the steering assist force and the manual steering force, and this rotational motion is converted into a linear motion of the rack shaft by rack-and-pinion coupling in the steering gear box 5, and the steering operation of the wheels 7 is performed. Is done.

図2は、モータ3の構成を示す軸方向の断面図である。図2に示すように、モータ3は、外側にステータ21、内側にロータ22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。ステータ21は、ハウジング23と、ハウジング23の内周側に固定されたステータコア24、及び、ステータコア24に巻装された巻線25とを備えた構成となっている。ハウジング23は、鉄等にて有底筒状に形成されている。ハウジング23の開口部には合成樹脂製のブラケット30が取り付けられている。ステータコア24は鋼板を多数積層した構成となっており、ステータコア24の内周側には複数個のティースが突設されている。   FIG. 2 is a sectional view in the axial direction showing the configuration of the motor 3. As shown in FIG. 2, the motor 3 is an inner rotor type brushless motor in which a stator 21 is disposed on the outer side and a rotor 22 is disposed on the inner side. The stator 21 includes a housing 23, a stator core 24 fixed to the inner peripheral side of the housing 23, and a winding 25 wound around the stator core 24. The housing 23 is formed in a bottomed cylindrical shape with iron or the like. A bracket 30 made of synthetic resin is attached to the opening of the housing 23. The stator core 24 has a structure in which a large number of steel plates are laminated, and a plurality of teeth protrude from the inner peripheral side of the stator core 24.

図3は、図2のモータ3の径方向に沿った断面図である。図3に示すように、ステータコア24は、リング状の継鉄部26と、継鉄部26から内側方向へ突出形成されたティース27とから形成されている。ティース27は9、個設けられている。各ティース27の間にはスロット28(9個)が形成され、モータ3は9スロット構成となっている。各ティース27の先端部には、補助溝20が形成されている。各ティース27には巻線25が集中巻にて巻装されている。巻線25は、各スロット28内に収容されている。巻線25は、給電配線29を介してバッテリ(図示せず)と接続されている。巻線25に対しては、高調波成分を含んだ台形波形状の相電流(U,V,W)が供給される。   FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the radial direction of the motor 3 of FIG. As shown in FIG. 3, the stator core 24 is formed of a ring-shaped yoke portion 26 and teeth 27 that protrude from the yoke portion 26 in an inward direction. Nine teeth 27 are provided. Slots 28 (9) are formed between the teeth 27, and the motor 3 has a 9-slot configuration. An auxiliary groove 20 is formed at the tip of each tooth 27. A winding 25 is wound around each tooth 27 by concentrated winding. The winding 25 is accommodated in each slot 28. Winding 25 is connected to a battery (not shown) via power supply wiring 29. The winding 25 is supplied with trapezoidal phase currents (U, V, W) including harmonic components.

ロータ22はステータ21の内側に配置されており、回転軸31と、ロータコア32、マグネット33を同軸状に配した構成となっている。回転軸31の外周には、鋼板を多数積層した円筒形状のロータコア32が取り付けられている。ロータコア32の外周には、セグメントタイプのマグネット33が配置されている。マグネット33とティース27との間には、エアギャップ45が形成されている。マグネット33とティース27の先端部は、エアギャップ45を介して対向している。補助溝20は、このエアギャップ45に臨んで形成されている。マグネット33は、回転軸31に固定されたマグネットホルダ34に取り付けられており、周方向に沿って6個配置されている。すなわち、当該モータ3は、6極9スロット(6P9S)構成となっている。   The rotor 22 is disposed inside the stator 21 and has a configuration in which a rotating shaft 31, a rotor core 32, and a magnet 33 are arranged coaxially. A cylindrical rotor core 32 in which a large number of steel plates are stacked is attached to the outer periphery of the rotating shaft 31. A segment type magnet 33 is arranged on the outer periphery of the rotor core 32. An air gap 45 is formed between the magnet 33 and the teeth 27. The magnet 33 and the tip of the tooth 27 face each other with an air gap 45 interposed therebetween. The auxiliary groove 20 is formed facing the air gap 45. The magnets 33 are attached to a magnet holder 34 fixed to the rotating shaft 31, and six magnets 33 are arranged along the circumferential direction. That is, the motor 3 has a 6-pole 9-slot (6P9S) configuration.

本発明によるモータ3では、このような6P9S構成を採りつつ、補助溝20の溝幅Sと、ティース27の開口幅Wとの比W/Sが、0.9≦W/S≦1.1となるように設定されている。図4はティース27の構成を示す説明図であり、図4に示すように、溝幅Sは、補助溝20の周方向に沿った幅寸法、開口幅Wは、隣接するティース27の先端部に形成された開口部46の周方向に沿った間隙寸法である。また、モータ3では、従来のブラシレスモータとは異なり、補助溝20がティース27先端に等分に配置されておらず、W/Sを前述の範囲に設定しつつ、補助溝20を次のような範囲に設けている。すなわち、開口部46の中心Mと、補助溝20の中心Mとの間の角度をθw、隣接する補助溝20の中心M間の角度をθsとすると(図4参照)、0.66≦θs/θw≦0.965の関係が成り立つように補助溝20が形成されている。In the motor 3 according to the present invention, the ratio W / S between the groove width S of the auxiliary groove 20 and the opening width W of the teeth 27 is 0.9 ≦ W / S ≦ 1.1 while adopting such a 6P9S configuration. It is set to become. FIG. 4 is an explanatory view showing the configuration of the teeth 27. As shown in FIG. 4, the groove width S is the width dimension along the circumferential direction of the auxiliary groove 20, and the opening width W is the tip of the adjacent teeth 27. It is a gap dimension along the circumferential direction of the opening 46 formed in. Also, in the motor 3, unlike the conventional brushless motor, the auxiliary groove 20 is not equally arranged at the tip of the tooth 27, and the auxiliary groove 20 is set as follows while setting W / S within the above-mentioned range. It is provided in a range. That is, the center M 1 of the opening 46, .theta.w the angle between the center M 2 auxiliary groove 20, the angle between the center M 2 adjacent auxiliary groove 20 when the [theta] s (see FIG. 4), 0. The auxiliary grooves 20 are formed so that the relationship of 66 ≦ θs / θw ≦ 0.965 is established.

図5は、6P9S構成のブラシレスモータにてW/S=1とした場合の、θs/θwとコギングトルク量(N・m)及びインダクタンス(H)との関係を示すグラフである。発明者らの実験によれば、θs/θwとコギングトルク量やインダクタンス(以下、適宜コギングトルク等と略記する)との間には相関関係があり、θs/θwが大きすぎても小さすぎても、コギングトルク等が増大することが分かった。この場合、θs/θwが小さいと、ティース27中心部の磁気抵抗が大きくなり、隣接するティースへの漏れ磁束が多くなってコギングトルク等が増大すると考えられる。一方、θs/θwが大きいと、ティース27先端の磁束が飽和気味となり、隣接するティースへ磁束が漏れやすくなってコギングトルク等が増大すると考えられる。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between θs / θw, cogging torque amount (N · m), and inductance (H) when W / S = 1 in a brushless motor having a 6P9S configuration. According to the experiments by the inventors, there is a correlation between θs / θw and the amount of cogging torque and inductance (hereinafter abbreviated as appropriate cogging torque, etc.), and θs / θw is too large or too small. It was also found that cogging torque and the like increased. In this case, it is considered that when θs / θw is small, the magnetic resistance at the center of the tooth 27 is increased, the leakage magnetic flux to the adjacent teeth is increased, and the cogging torque or the like is increased. On the other hand, if [theta] s / [theta] w is large, the magnetic flux at the tip of the tooth 27 becomes saturated, and the magnetic flux is likely to leak to the adjacent teeth, thereby increasing the cogging torque and the like.

そこで、本発明のモータ3では、前述の関係を鑑み、θs/θwを0.66≦θs/θw≦0.965の範囲(図4の枠A)に設定した。図4に示すように、この範囲においてコギングトルク等は極小値を取り(θs/θw=0.77付近)、これにより、インダクタンスの低減を図りつつ、コギングを小さく抑えることが可能となる。このように、コギングが抑えられると、加工歪によるコギングの釣り合い変化も抑えられ、コギングのロバスト性も改善される。また、インダクタンスが抑えられると、高出力側の電機子反作用の影響が低減でき、高負荷時におけるトルクダレも低減できる。   Therefore, in the motor 3 of the present invention, θs / θw is set in the range of 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965 (frame A in FIG. 4) in view of the above-described relationship. As shown in FIG. 4, in this range, the cogging torque or the like takes a minimum value (near θs / θw = 0.77), and this makes it possible to reduce the cogging while reducing the inductance. Thus, if cogging is suppressed, the cogging balance change due to processing strain is also suppressed, and the cogging robustness is improved. Further, if the inductance is suppressed, the influence of the armature reaction on the high output side can be reduced, and the torque sag at the time of high load can also be reduced.

回転軸31の一端部は、ハウジング23の底部に圧入されたベアリング35に回転自在に支持されている。回転軸31の他端部は、ブラケット30に取り付けられたベアリング36によって、回転自在に支持されている。回転軸31の端部(図2において左端部)には、スプライン部37が形成されている。回転軸31は、スプライン部37に取り付けられた図示しないジョイント部材によって、減速機構部9のウォーム軸に接続される。ウォーム軸には、ウォームが形成されている。ウォームは、減速機構部9にて、ステアリングシャフト2に固定されたウォームホイールと噛合している。   One end of the rotating shaft 31 is rotatably supported by a bearing 35 press-fitted into the bottom of the housing 23. The other end of the rotating shaft 31 is rotatably supported by a bearing 36 attached to the bracket 30. A spline portion 37 is formed at an end portion (left end portion in FIG. 2) of the rotating shaft 31. The rotation shaft 31 is connected to the worm shaft of the speed reduction mechanism portion 9 by a joint member (not shown) attached to the spline portion 37. A worm is formed on the worm shaft. The worm meshes with a worm wheel fixed to the steering shaft 2 at the speed reduction mechanism unit 9.

ブラケット30内には、ベアリング36と、ロータ22の回転を検知するレゾルバ41が収容されている。レゾルバ41は、ブラケット30側に固定されたレゾルバステータ42と、ロータ22側に固定されたレゾルバロータ43とから構成されている。レゾルバステータ42にはコイル44が巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。レゾルバステータ42の内側には、マグネットホルダ34の左端部に固定されたレゾルバロータ43が配置される。レゾルバロータ43は、金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。   A bearing 36 and a resolver 41 that detects the rotation of the rotor 22 are accommodated in the bracket 30. The resolver 41 includes a resolver stator 42 fixed to the bracket 30 side and a resolver rotor 43 fixed to the rotor 22 side. A coil 44 is wound around the resolver stator 42, and an excitation coil and a detection coil are provided. Inside the resolver stator 42, a resolver rotor 43 fixed to the left end of the magnet holder 34 is disposed. The resolver rotor 43 has a structure in which metal plates are laminated, and has convex portions in three directions.

回転軸31が回転すると、レゾルバロータ43もまたレゾルバステータ42内にて回転する。レゾルバステータ42の励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ22の回転位置が検出される。そして、ロータ22の回転位置に基づき、巻線25への電流が適宜切り替えられ、ロータ22が回転駆動される。   When the rotating shaft 31 rotates, the resolver rotor 43 also rotates in the resolver stator 42. A high frequency signal is applied to the exciting coil of the resolver stator 42, and the phase of the signal output from the detection coil changes due to the proximity of the convex portion. The rotational position of the rotor 22 is detected by comparing the detection signal with the reference signal. Then, based on the rotational position of the rotor 22, the current to the winding 25 is appropriately switched, and the rotor 22 is rotationally driven.

このようなEPS1では、ステアリングホイール4が操作されてステアリングシャフト2が回転すると、この回転に応じた方向にラック軸が移動して転舵操作がなされる。この操作により、トルクセンサ11が作動し、その検出トルクに応じて、図示しないバッテリから給電配線29を介して巻線25に電力が供給される。巻線25に電力が供給されるとモータ3が作動し、回転軸31とウォーム軸が回転する。ウォーム軸の回転は、ウォームホイールを介してステアリングシャフト2に伝達され、操舵力がアシストされる。   In such EPS1, when the steering wheel 4 is operated and the steering shaft 2 is rotated, the rack shaft is moved in a direction corresponding to the rotation, and a steering operation is performed. By this operation, the torque sensor 11 is activated, and electric power is supplied from the battery (not shown) to the winding 25 via the power supply wiring 29 according to the detected torque. When electric power is supplied to the winding 25, the motor 3 operates and the rotating shaft 31 and the worm shaft rotate. The rotation of the worm shaft is transmitted to the steering shaft 2 via the worm wheel, and the steering force is assisted.

前述のように、本発明によるモータ3では、従来のブラシレスモータに比して、無通電時の脈動であるコギングトルクの低減が図られている。このため、ステアリングの戻り性が向上し、スムーズなステアリング操作が可能となる。例えば、右折時等にステアリングを切り、その後直進のためにステアリングを戻す場合には、一般に運転者はステアリングに力を加えない。この際、EPSは操舵力をアシストしない(通電していない)状態となっており、このときモータのコギングが大きいと、ステアリングが途中で止まってしまいスムーズに直進位置に戻らない可能性がある。その点、当該モータ3を用いたEPSでは、ステアリングの戻りを妨げるコギングトルクが抑えられているため、ステアリングの戻り性が向上し、ステアリング操作もスムーズになる。また、モータ3では、コギングトルク低減と共にインダクタンスも抑えられるため、高負荷時のトルクダレが少なくなり、アシスト力が安定し、操舵フィーリングの悪化が抑えられる。   As described above, in the motor 3 according to the present invention, the cogging torque, which is a pulsation when no current is supplied, is reduced as compared with the conventional brushless motor. For this reason, the returnability of the steering is improved, and a smooth steering operation is possible. For example, when turning the steering wheel at the time of a right turn or the like and then returning the steering wheel for straight ahead, the driver generally does not apply force to the steering wheel. At this time, the EPS is in a state in which the steering force is not assisted (not energized), and if the cogging of the motor is large at this time, there is a possibility that the steering stops halfway and does not return smoothly to the straight-ahead position. In that respect, in EPS using the motor 3, since the cogging torque that prevents the return of the steering is suppressed, the return of the steering is improved and the steering operation is also smooth. Further, in the motor 3, since the inductance is suppressed as well as the cogging torque is reduced, the torque sag at the time of high load is reduced, the assist force is stabilized, and the deterioration of the steering feeling is suppressed.

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、θs/θwを0.66≦θs/θw≦0.965の範囲に設定した例を示したが、図4から分かるように、コギングトルク等の低減のためには、θs/θwを0.7≦θs/θw≦0.9の範囲(図4の枠B)に設定することがより好ましい。また、前述の実施例では、モータ3として6極9スロットのモータを例に挙げて説明したが、モータ構成はこれには限定されず、2極3スロットの整数倍のモータにも、本発明は適用可能である。
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, an example in which θs / θw is set in the range of 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965 is shown. However, as can be seen from FIG. , Θs / θw is more preferably set in a range of 0.7 ≦ θs / θw ≦ 0.9 (frame B in FIG. 4). In the above-described embodiment, the motor 3 is described by taking a 6-pole 9-slot motor as an example. However, the motor configuration is not limited to this, and the present invention is applicable to a motor having an integral multiple of 2-pole 3-slot. Is applicable.

さらに、前述の実施例では、インナーロータ型のブラシレスモータを用いた例を示したが、本発明は、ステータの外側にロータを配したアウタロータ型のブラシレスモータにも適用可能である。加えて、前述の実施例では、本発明による制御方法をコラムアシスト式EPSのモータに適用した例を示したが、ラック軸と同軸状にモータを配したラックアシスト式や、ラック軸と噛合するピニオンギヤに補助力を付与するピニオンアシスト式のEPS用モータにも適用可能である。   Furthermore, in the above-described embodiment, an example using an inner rotor type brushless motor has been shown. However, the present invention can also be applied to an outer rotor type brushless motor in which a rotor is arranged outside a stator. In addition, in the above-described embodiment, an example in which the control method according to the present invention is applied to a column assist type EPS motor has been shown. The present invention can also be applied to a pinion assist type EPS motor that applies an auxiliary force to the pinion gear.

Claims (4)

マグネットを備えたロータと、前記マグネットとエアギャップを介して対向する複数個のティースを備えたステータとを有し、前記ティースの先端部に、前記エアギャップに臨んで複数個の補助溝を形成してなるブラシレスモータであって、
前記補助溝の周方向に沿った幅Sと、隣接する前記ティースの先端部に形成された開口部の周方向に沿った幅Wとの比W/Sが、0.9≦W/S≦1.1であり、かつ、
前記開口部の周方向に沿った中心Mと、前記補助溝の周方向に沿った中心Mとの間の角度をθw、隣接する前記補助溝の前記中心M間の角度をθsとしたとき、前記θsと前記θwの比θs/θwが、0.66≦θs/θw≦0.965であることを特徴とするブラシレスモータ。
A rotor having a magnet and a stator having a plurality of teeth facing the magnet via an air gap, and a plurality of auxiliary grooves are formed at the tip of the teeth so as to face the air gap. A brushless motor,
The ratio W / S of the width S along the circumferential direction of the auxiliary groove and the width W along the circumferential direction of the opening formed at the tip of the adjacent teeth is 0.9 ≦ W / S ≦ 1.1, and
The center M 1 along the circumferential direction of the opening, .theta.w the angle between the center M 2 along the circumferential direction of said auxiliary groove, and θs the angle between the center M 2 of the auxiliary grooves adjacent Then, the ratio θs / θw between θs and θw is 0.66 ≦ θs / θw ≦ 0.965.
請求項1記載のブラシレスモータにおいて、前記θsと前記θwの比θs/θwが、0.7≦θs/θw≦0.9であることを特徴とするブラシレスモータ。   2. The brushless motor according to claim 1, wherein a ratio [theta] s / [theta] w between [theta] s and [theta] w is 0.7≤ [theta] s / [theta] w≤0.9. 請求項1記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは、前記マグネットが6極、前記ティース間に形成されたスロットの数が9個の6極9スロット構成であることを特徴とするブラシレスモータ。   2. The brushless motor according to claim 1, wherein the brushless motor has a 6-pole 9-slot configuration in which the magnet has 6 poles and nine slots are formed between the teeth. 請求項1記載のブラシレスモータにおいて、前記ブラシレスモータは、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ことを特徴とするブラシレスモータ。   The brushless motor according to claim 1, wherein the brushless motor is used as a drive source of an electric power steering apparatus.
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