JP2021141783A - Rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotary electric machine.
従来、電動パワーステアリング(EPS)の回転電機として、円筒形状のハウジングの内周面に複数の磁石が固定され、その磁石に対して径方向に対向するように配置される電機子を備える回転電機が利用されている。そして、このような回転電機では、例えば、特許文献1,2に示すように、磁石の背面に磁気回路として構成されるバックヨークを備え、磁束漏れなどを抑制するものが知られている。
Conventionally, as a rotary electric machine for electric power steering (EPS), a rotary electric machine provided with an armature in which a plurality of magnets are fixed to the inner peripheral surface of a cylindrical housing and arranged so as to face the magnets in the radial direction. Is being used. As shown in
ところで、電動パワーステアリングの回転電機として利用される場合、車両重量やサスペンション構造の変更により、様々なモータ特性(回転数―トルク特性)を有するものが要求される。しかしながら、回転電機の体格や、コイルの巻き数などを変更することは容易ではなく、電流制御によりモータ特性を変更するにも限界があった。 By the way, when used as a rotary electric machine for electric power steering, those having various motor characteristics (rotation speed-torque characteristics) are required due to changes in vehicle weight and suspension structure. However, it is not easy to change the physique of the rotating electric machine, the number of coil turns, and the like, and there is a limit to changing the motor characteristics by current control.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、特性を容易に変更することができる回転電機を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is to provide a rotary electric machine whose characteristics can be easily changed.
上記課題を解決するための手段は、円筒形状のヨークの内周面に固定された固定子と、前記固定子に対して径方向に対向するように回転可能に固定される回転子と、を備える回転電機において、前記ヨークは、前記固定子及び前記回転子を収容するハウジングであるとともに、磁性体により構成され、前記固定子又は前記回転子から生じた磁束が通過する磁気回路の一部として構成されており、前記ヨークの内周面又は外周面には、磁束の通過を妨げる溝部が形成されている。 Means for solving the above problems include a stator fixed to the inner peripheral surface of a cylindrical yoke and a rotor rotatably fixed so as to face the stator in the radial direction. In the rotating electric machine provided, the yoke is a housing for accommodating the stator and the rotor, and is composed of a magnetic material as a part of a magnetic circuit through which the stator or the magnetic flux generated from the rotor passes. It is configured, and a groove portion that prevents the passage of magnetic flux is formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the yoke.
磁気回路の一部として構成されているヨークに対して、磁束の通過を妨げる溝部を設けることにより、回転電機の回転数―トルク特性が変化する。これを利用して、溝部の幅や数、大きさなどを調整することにより、回転電機の体格やコイルの巻き数などを変更しなくても、所望の回転数―トルク特性を有する回転電機を容易に得ることができる。 By providing a groove portion that prevents the passage of magnetic flux in the yoke that is formed as a part of the magnetic circuit, the rotation speed-torque characteristic of the rotating electric machine changes. By using this to adjust the width, number, size, etc. of the groove, a rotary electric machine having the desired rotation speed-torque characteristics can be obtained without changing the physique of the rotary electric machine or the number of coil turns. It can be easily obtained.
(第1実施形態)
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。第1実施形態の回転電機としてのモータ10は、例えば、ドライバのステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置(以下、EPS装置)に用いられる。
(First Embodiment)
Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In each of the following embodiments, parts that are the same or equal to each other are designated by the same reference numerals in the drawings, and the description thereof will be incorporated for the parts having the same reference numerals. The
図1に示すモータ10は、永久磁石界磁型のものであり、ブラシ付きモータである。モータ10は、ハウジング20と、ハウジング20に固定される固定子30と、固定子30に対して回転する回転子40と、回転子40が固定される回転軸11と、を備える。以下、本実施形態において、軸方向とは、回転軸11の軸方向のことを示す(図において矢印Y1で示す)。径方向とは、回転軸11の径方向のことを示す(図において矢印Y2で示す)。周方向とは、回転軸11の周方向のことを示す(図において矢印Y3で示す)。
The
ハウジング20は、円筒形状に形成されており、ハウジング20内には、固定子30及び回転子40等が収容されている。ハウジング20には、図示しない軸受けが設けられており、この軸受けにより回転軸11が回転可能に支持されている。ハウジング20の内周面の軸心は、回転軸11と同軸となっている。
The
また、ハウジング20は、磁性体により構成されており、ヨーク(バックヨーク)として機能する。つまり、ハウジング20は、固定子30及び回転子40からの磁束が通過する磁気回路の一部を構成するものである。
Further, the
固定子30は、周方向に極性が交互となる複数の磁極を有する磁石部としての磁石ユニット31を備える。磁石ユニット31は、磁気回路の一部を構成するものであり、円弧状の永久磁石32を複数(第1実施形態では4つ)備え、永久磁石32は、周方向に所定間隔ごと(90度ごと)に並べて配置されている。永久磁石32は、ラジアル磁石やアキシャル磁石であり、極性が内周面と外周面とで反対となっている。なお、図1において磁石磁束の方向を矢印で示す。
The
永久磁石32は、ハウジング20の内周面に接着剤などを介して固定されている。また、周方向において、永久磁石32間の隙間には、永久磁石32の周り止めとして機能する樹脂などの非磁性体33がハウジング20に固定されて設けられている。
The
回転子40は、磁気回路の一部を構成するものであり、固定子30に対して径方向に対向するように配置される。回転子40は、周方向に所定間隔で配置された複数のティース41を備え、各ティース41には、図示しないコイルが巻装されている。
The
ところで、モータ10が、電動パワーステアリングの回転電機として利用される場合、車両重量やサスペンション構造の変更により、様々なモータ特性(回転数―トルク特性)を有するものが要求される。しかしながら、モータ10の体格や、コイルの巻き数などを変更することは容易ではなく、電流制御によりモータ特性を変更するにも限界があった。
By the way, when the
そこで、図2に示すように、磁気回路の一部として構成するハウジング20に対して、磁束の流れを妨げる溝部として、凹部50を設けることとした。凹部50は、図3に示すように、軸方向に沿って直線状に形成されている軸方向溝である。また、凹部50は、ハウジング20の外周面に設けられている。また、凹部50は、断面が略四角形状に形成されている。
Therefore, as shown in FIG. 2, the
この凹部50は、複数設けられており、周方向に等間隔に配置されている。具体的には、凹部50は、磁石ユニット31の磁極中心(いわゆるd軸)よりも磁極境界(いわゆるq軸)の側に設けられている。本実施形態において、凹部50は、磁極境界ごとに90度間隔で設けられている。すなわち、周方向において永久磁石32の間の隙間に相当する位置に設けられている。そして、凹部50は、磁極境界を中心として左右対称となるように設けられている。
A plurality of the
このように凹部50を設けることにより、図2に示すように、磁束の通過が妨げられる。これにより、図4に示すように、回転数―トルク特性が変化する。具体的には、凹部50を設けることにより、回転数が低いときにトルクが小さくなりやすく、回転数が多いときにトルクが大きくなりやすくなる。この回転数―トルク特性は、凹部50の軸方向における長さ寸法や、周方向における幅寸法、径方向における深さ寸法により変更可能である。このため、必要とされる回転数―トルク特性に応じてこれらの各種寸法を適宜変更すればよい。
By providing the
第1実施形態によれば、以下の効果を有する。 According to the first embodiment, it has the following effects.
磁気回路の一部として構成されているハウジング20に対して、磁束の通過を妨げる凹部50を設けることにより、モータ10の回転数―トルク特性が変化する。これを利用して、凹部50の各種寸法を調整することにより、モータ10の体格やコイルの巻き数などを変更しなくても、所望の回転数―トルク特性を有するモータ10を容易に得ることができる。
By providing the
ハウジング20の外周面側において、磁極境界(q軸)の側は、磁極中心(d軸)の側に比較して、一般的に固定子30及び回転子40からの磁束が通過しやすい。つまり、ハウジング20の外周面側において、磁極境界の側に凹部50を設けた場合、磁極中心の側に設けた場合に比較して、通過する磁束をゆがめやすくなっている。そこで、凹部50を、ハウジング20の外周面側において、磁石ユニット31の磁極中心よりも磁極境界の側に設けた。これにより、磁極中心の側に設けた場合に比較して、凹部50の寸法をわずかに変更することにより、回転数―トルク特性を大きく変更することが可能となる。
On the outer peripheral surface side of the
また、凹部50を、軸方向に沿って直線状に形成し、周方向に等間隔に配置した。より詳しくは、各磁極境界に、凹部50を配置した。また、磁極境界を中心として、凹部50が左右対称に形成されるように、凹部50を構成した。これにより、周方向において、表面磁束密度にばらつきが生じることを抑制し、コギングトルクやトルクリプルを抑制することができる。
Further, the
(第2実施形態)
第1実施形態では、ブラシ付きモータとしたが、ブラシレスモータに変更してもよい。以下、第2実施形態の構成について説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the motor has a brush, but it may be changed to a brushless motor. Hereinafter, the configuration of the second embodiment will be described.
図5に示すモータ110は、永久磁石界磁型のものであり、具体的には3相巻線を有する永久磁石界磁型同期機である。つまり、モータ110は、ブラシレスモータである。この3相巻線は2系統有していてもよい。モータ110は、ハウジング120と、ハウジング120に固定される固定子130と、固定子130に対して回転する回転子140と、回転子140が固定される回転軸11と、を備える。
The
ハウジング120は、円筒形状に形成されており、ハウジング120内には、固定子130及び回転子140等が収容されている。ハウジング120には、図示しない軸受けが設けられており、この軸受けにより回転軸11が回転自在に支持されている。ハウジング120の内周面の軸心は、回転軸11と同軸となっている。
The
そして、ハウジング120は、磁性体により構成されており、ヨーク(バックヨーク)として機能する。つまり、ハウジング120は、固定子130及び回転子140からの磁束が通過する磁気回路の一部を構成するものである。
The
固定子130は、ハウジング120の軸方向略中央において、ハウジング120の内周に沿って円筒状に設けられている。そして、固定子130は、回転軸11を中心にして、ハウジング120の内周面に固定されている。固定子130は、磁気回路の一部を構成するものであり、固定子鉄心131と、固定子鉄心131に巻装された固定子巻線132とを有している。
The stator 130 is provided in a cylindrical shape along the inner circumference of the
図5に示すように、固定子鉄心131は、周方向に所定間隔で配置される複数のティース131aを有する。ティース131aは、ハウジング120の内周面に固定されている。そして、ティース131aに固定子巻線132が巻装される。これにより、固定子巻線132は、ティース131a間に形成されるスロット133に配置されることとなる。
As shown in FIG. 5, the
固定子巻線132は、スター結線(Y結線)された3相巻線により構成されている。そして、固定子巻線132は、電力(交流電力)が供給されることで磁束を発生する。スター結線に限らず、デルタ結線などでもよい。固定子巻線132は、連続線を利用して設けてもよく、また、略矩形断面(平角断面)の一定太さの電気導体を略U字状に成形した導体セグメントであってもよい。 The stator winding 132 is composed of a star-connected (Y-connected) three-phase winding. Then, the stator winding 132 generates magnetic flux by being supplied with electric power (alternating current power). Not limited to star connection, delta connection may be used. The stator winding 132 may be provided by using a continuous wire, or may be a conductor segment obtained by forming an electric conductor having a substantially rectangular cross section (flat cross section) and having a constant thickness into a substantially U shape.
回転子140は、磁気回路の一部を構成するものであり、周方向に1又は複数対の磁極を有し、固定子130に対して径方向に対向するように配置される。本実施形態において、回転子140は、磁性体からなる回転子鉄心141と、回転子鉄心141に固定される複数の永久磁石142と、を備える。永久磁石142は、周方向に所定間隔をあけて並べて配置されている。回転子140には、回転軸11が挿通され、回転軸11を中心にして回転軸11と一体回転するように回転軸11に固定されている。
The
第2実施形態のハウジング120には、磁束の流れを妨げる凹部150が設けられている。凹部150は、軸方向に沿って直線状に形成されている軸方向溝である。凹部150は、複数設けられており、周方向に等間隔に配置されている。具体的には、周方向においてティース131a間に形成されるスロット133に対応する位置に設けられている。また、凹部150は、ハウジング120の外周面に設けられている。また、凹部150は、断面が略四角形状の凹部として形成されている。
The
このように凹部150を設けることにより、第1実施形態と同様に、磁束の通過が妨げられ、回転数―トルク特性を変更可能となる。すなわち、必要とされる回転数―トルク特性に応じて、凹部150の軸方向における長さ寸法、周方向における幅寸法、及び径方向における深さ寸法を適宜変更すればよい。以上により、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
By providing the
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. In the following, the parts that are the same or equal to each other in each embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be incorporated for the parts having the same reference numerals.
・上記実施形態では、軸方向に沿って直線状に凹部50,150を設けたが、図6(a)に示すように、周方向に沿って環状に凹部250を設けてもよい。凹部250が、周方向溝に相当する。このように環状の凹部250を設けた場合、図7に示すように、磁束の通過が妨げられ、回転数―トルク特性を変更可能となる。なお、図7は、図6(a)に示すハウジング20の縦断面を模式的に示した図であり、図7において、紙面手前側から奥側への磁束量をバツ印の数により模式的に図示している。以上により、図7に示すモータ10では、必要とされる回転数―トルク特性に応じて、凹部250の軸方向における幅寸法、及び径方向における深さ寸法を適宜変更すればよい。
-In the above embodiment, the
また、周方向に環状に凹部250を設けた場合、周方向において、表面磁束密度にばらつきが生じることを抑制し、コギングトルクやトルクリプルを抑制することができる。このため、上記実施形態と異なり、周方向において、溝部を所定の位置(磁極境界やスロット133に対応する位置)に配置しなくてもよくなり、加工や組み立てが容易となる。
Further, when the
なお、図6(b)に示すように凹部250を軸方向に所定間隔空けて複数設けてもよい。また、図6に示す変形例において、凹部250をらせん状にもうけてもよい。この場合、凹部250の基端と終端の周方向の位置を揃える必要がある。これにより、凹部250を形成することが容易となる。また、上記実施形態において、環状の凹部250を併用してもよい。すなわち、凹部50,150とともに、環状の凹部250を設けてもよい。これにより、調整の幅が広がり、所望の特性を得やすくなる。
As shown in FIG. 6B, a plurality of
・上記実施形態において、凹部50,150,250の断面形状は、任意に変更してもよい。例えば、図8(a)〜(c)に示すように、台形形状、円弧形状、又は三角形状としてもよい。三角形状や円弧形状にした場合、四角形状に比較して加工が容易となる。また、凹部50,150,250を、図8(d)〜(f)に示すようにハウジング20の内周面に設けてもよい。
-In the above embodiment, the cross-sectional shapes of the
・上記第1実施形態では、ハウジング20の内周面において、磁極中心(d軸)の側は、磁極境界(q軸)の側に比較して磁束が通過しやすい箇所となる。そこで、ハウジング20の内周面において、磁極中心側に凹部50を設けてもよい。
-In the first embodiment, on the inner peripheral surface of the
・上記第1実施形態又は上記第2実施形態において、凹部50,150を軸方向において、図9(a)、図9(b)に示すように、断続的に設けてもよい。これにより、軸方向における長さ寸法の調整が容易となる。また、断続的に設けることにより、凹部50,150を設けても、ハウジング20,120の剛性が低下することを抑制できる。
-In the first embodiment or the second embodiment, the
・上記実施形態において、図10に示すように、側面視において、円形の凹部50を設けてもよい。
・上記実施形態の凹部50,150は、径方向においてハウジング20を貫通する貫通孔(スリット)に変更してもよい。
-In the above embodiment, as shown in FIG. 10, a
The
10,110…モータ、20,120…ハウジング、30,130…固定子、40,140…回転子、50,150,250…凹部。 10,110 ... Motor, 20,120 ... Housing, 30,130 ... Stator, 40,140 ... Rotor, 50,150,250 ... Recess.
Claims (7)
前記ヨークは、前記固定子及び前記回転子を収容するハウジングであるとともに、磁性体により構成され、前記固定子又は前記回転子から生じた磁束が通過する磁気回路の一部として構成されており、
前記ヨークの内周面又は外周面には、磁束の通過を妨げる溝部(50,150,250)が形成されている回転電機。 A stator (30, 130) fixed to the inner peripheral surface of a cylindrical yoke (20, 120) and a rotor (40, 130) rotatably fixed so as to face the stator in the radial direction. 140), and in the rotary electric machine (10, 110) including
The yoke is a housing for accommodating the stator and the rotor, and is made of a magnetic material, and is formed as a part of a magnetic circuit through which the magnetic flux generated from the stator or the rotor passes.
A rotary electric machine in which grooves (50, 150, 250) that prevent the passage of magnetic flux are formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the yoke.
前記軸方向溝は、前記磁石部の磁極中心よりも磁極境界の側に設けられている請求項3に記載の回転電機。 The stator has a magnet portion (31) having a plurality of magnetic poles having alternating polarities in the circumferential direction.
The rotary electric machine according to claim 3, wherein the axial groove is provided on the side of the magnetic pole boundary with respect to the magnetic pole center of the magnet portion.
前記軸方向溝は、周方向において、前記スロットに対応する位置に設けられている請求項3に記載の回転電機。 The stator includes a stator core (131) fixed to the inner peripheral surface of the yoke, slots (133) provided at equal intervals in the circumferential direction in the stator core, and fixings arranged in the slots. Equipped with a child winding (132)
The rotary electric machine according to claim 3, wherein the axial groove is provided at a position corresponding to the slot in the circumferential direction.
Priority Applications (1)
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- 2020-03-09 JP JP2020040005A patent/JP2021141783A/en active Pending
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