JPWO2014167645A1 - 永久磁石型モータ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、前記課題に鑑み、モータの制御性を確保し得る永久磁石型モータ及びこれを搭載した電動パワーステアリング装置を提供するものである。
前記回転子鉄心の表面部には、永久磁石が周方向に配置され、隣り合う前記永久磁石の極性が互いに逆であり、隣り合う前記永久磁石の間には、前記回転子鉄心から突設された磁性体からなる突起部が設けられ、前記突起部と前記永久磁石との間には回転軸方向の全部又は一部に非磁性のギャップ部が介在しているものである。
本発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下の本発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
図18は自動車の一般的な電動パワーステアリング装置の構成を示す説明図である。運転者はステアリングホイール(図示しない)を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト(図示しない)を介してシャフト3に伝達される。このときトルクセンサ4が検出したトルクは電気信号に変換されケーブル(図示しない)を通じてコネクタ1を介してECU(Electronic Control Unit)に伝達される。ECUは制御基板とモータを駆動するインバータ回路を備えている。一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換されコネクタ2を介してECUに伝達される。ECUはこのトルクと車速などの自動車の情報から、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じて永久磁石型モータ5に電流を供給する。
図8は回転子の構造を示し、簡略化のため2極分のみを示す。突起部46において固定子鉄心に対向する面の占める角度をθtとする。図9は図8においてθtを変化させたときの無負荷回転数、鉄心長(鉄心の回転軸方向の長さ)を示す図である。値は突起部46を設けない場合、すなわちθt=0のときの値に対する比率である。θtは電気角で表している。永久磁石19はモータ断面(回転軸に垂直は断面)での断面積が一定となる条件を課しており、定格トルクがθt=0の場合と等しくなるように鉄心長を調整している。突起部46の幅θtを0から大きくしていくと、突起部46の幅が増していくので、マグネットトルクに代わってリラクタンストルクを利用できるようになるので、鉄心長が減少し、巻線抵抗も減少し、無負荷回転数が大きくなる。0<θt≦50(度)とするとモータ鉄心長を小さくできると同時に無負荷回転数が大きくなる。運転領域B(高速領域)ではリラクタンストルク、運転領域A(低回転領域)はマグネットトルクを利用でき、回転軸長を突起部を設けない場合と比較して増加させずに運転領域Bのトルクを向上できる。
図10は回転子の構造を示し、簡略化のため1極分のみを示す。永久磁石19の厚さをTm、突起部46の高さ(突起部46の永久磁石の下端面からの高さ)をhとする。図11は永久磁石19の厚さTmを一定として突起部46の高さhを変えたときの無負荷回転数、鉄心長を示す図である。値は突起部46がない場合h=0に対する比率である。永久磁石19はモータ断面での断面積が一定となる条件を課しており、定格トルクがh=0の場合と等しくなるように鉄心長を調整している。
図12は回転子の構造を示し、簡略化のため1極分のみを示す。永久磁石19と突起部46の間の非磁性のギャップ部分47の周方向の角度をθa1,θa2とする。ここではθa1=θa2としている。θa1=θa2とすることで、磁気的なバランスが取れるためトルクリップルが小さくできるという効果がある。図13は突起部46の幅を一定としたまま、永久磁石19と突起部46の間隔すなわち非磁性のギャップ部47の周方向の角度を変化させた場合の定格トルクの変化を示す図である。値は間隔がゼロの時を100%とした場合の比率である。横軸のθaはθa=θa1+θa2として定義している。
これまでの実施の形態1〜4では非磁性のギャップ部47がモータの回転軸方向に均一に設けられた例について述べたが、これに限らない。図14は実施の形態5における突起部46のある鉄心と、突起部46のない、もしくは突起部46の小さな鉄心、又は永久磁石押さえとなる突起部46を有する鉄心を組み合わせて積層した構成を示す説明図である。簡略化のため1極分のみ示している。
これまでの実施の形態1〜5では、永久磁石19と回転子鉄心18の突起部46の間の非磁性のギャップ部は空気である例について述べてきた。しかし、本発明はそれに限らない。図16は非磁性のギャップ部を樹脂部材48で構成した回転子を示す斜視図である。非磁性のギャップ部は樹脂部材が永久磁石19の側面に当接するように配置されている。これにより、永久磁石19の周方向の位置決めが可能となり、回転子側の製造ばらつきを低減できるため、コギングトルクやトルクリップルの小さいモータを得ることができるという効果がある。また、樹脂部材48によって永久磁石19の径方向を固定することで、永久磁石19の飛散防止の効果が得られる。また、接着剤を省略すれば、生産コストや材料コストを低減できるという効果が得られる。非磁性部のギャップ部47は樹脂に限らず、非磁性のアルミニウム,SUSなどの金属でも同じ効果が得られる。ただし、樹脂は金属と比べて軽量であるため、モータの軽量化やイナーシャ低減の効果がある。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
Claims (11)
- 電機子巻線がスロットに収められた固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子の内周側にエアギャップを介して前記固定子と対向する回転子鉄心を有し、回転軸で回転自在に支承される回転子とを備え、
前記電機子巻線は複数組の多相巻線であり、
前記電機子巻線の複数組はそれぞれ個別のインバータから電流が供給され、
前記回転子鉄心の表面部には、永久磁石が周方向に配置され、隣り合う前記永久磁石の極性が互いに逆であり、
隣り合う前記永久磁石の間には、前記回転子鉄心から突設された磁性体からなる突起部が設けられ、
前記突起部と前記永久磁石との間には回転軸方向の全部又は一部に非磁性のギャップ部が介在していることを特徴とする永久磁石型モータ。 - 前記電機子巻線は2組の3相巻線であり、
前記電機子巻線の第1組は第1インバータから電流が供給され、
前記電機子巻線の第2組は第2インバータから電流が供給され、
前記2組の3相巻線について、前記電機子巻線の第1組をU1相,V1相,W1相とし、
前記電機子巻線の第2組をU2相,V2相,W2相としたとき、
前記U1相とU2相の巻線は互いに隣り合うスロットに納められ、
前記V1相とV2相の巻線は互いに隣り合うスロットに納められ、
前記W1相とW2相の巻線は互いに隣り合うスロットに納められ、
前記第1組の3相巻線と前記第2組の3相巻線とに流れる電流の位相を互いに電気角20度以上40度以下の角度ずらして、前記第1インバータと第2インバータが駆動されることを特徴とする請求項1記載の永久磁石型モータ。 - 前記第1組の3相巻線と前記第2組の3相巻線とに流れる電流の位相を互いに電気角30度ずらして、前記第1インバータと第2インバータが駆動されることを特徴とする請求項2記載の永久磁石型モータ。
- 前記回転子鉄心と、前記回転子鉄心から突設される前記突起部とは、鋼板で一体に形成され、前記鋼板を積層して構成されていることを特徴とする請求項1記載の永久磁石型モータ。
- 前記突起部と前記永久磁石との間に介在する非磁性のギャップ部は、空隙であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の永久磁石型モータ。
- 前記突起部と前記永久磁石との間に介在する非磁性のギャップ部は、樹脂部材で構成され、前記樹脂部材が隣に合う前記永久磁石に当接して配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の永久磁石型モータ。
- 前記回転子鉄心から突設された前記突起部が前記固定子鉄心に対向する面の占める電気角度θtは、0<θt≦50度であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の永久磁石型モータ。
- 前記回転子鉄心から突設された前記突起部の高さは、前記永久磁石の高さ以下であることを特徴とする請求項1,請求項2及び請求項7のいずれか1項に記載の永久磁石型モータ。
- 前記回転子鉄心から突設された前記突起部と隣接する両側の前記永久磁石との間に介在させた非磁性の両ギャップ部の合計が前記固定子鉄心に対向して占める電気角度θaは、0<θa≦20度であることを特徴とする請求項1,請求項2及び請求項7のいずれか1項に記載の永久磁石型モータ。
- 前記回転子鉄心から突設された前記突起部は、前記回転子鉄心の周方向に占める角度が異なる前記突起部を有する鋼板が組み合わさって積層して構成されていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の永久磁石型モータ。
- 請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の永久磁石型モータを搭載したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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