JP6253849B2 - 回転電機および電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換されて第2コネクタ207を介してECU200に伝達される。ECU200は、このトルクと、車速などの自動車の情報とから、必要なアシストトルクを演算し、インバータ回路を介して回転電機101に電流を供給する。
図2はこの発明の実施の形態1に係る回転電機の構成を示す図1のII−II矢視断面図である。なお、図2中、1、2,3,・・・48は、便宜的に、スロットの周方向の配列順にふったスロット番号である。また、図2では、便宜上、フレームを省略し、固定子巻線はコイルセグメントの直線部のみを示している。
θt=360°/Ns (1)
実施の形態1では、ティース21bの本数が48であるので、θt=7.5°となる。
α=θs/(360/Ntr/p) (2)
つまり、αは、角度差θs°を界磁極数とトルク脈動次数で規格化したものである。これは、異なる界磁極数とトルク脈動次数においても、トルク脈動次数に基づいて角度差を決定すれば、トルク脈動を打ち消す効果が得られるためである。ここで、実施の形態1では、角度差θsは3°〜4.875°としたとき、p=8であるため、αは0.8〜1.3となる。また、図7の縦軸は、トルク脈動Ntr次(12次)と、コギングトルクNtr次(12次)を規格化して示している。ここで、コギングトルクは、回転電機101の回転子10の永久磁石13と固定子鉄心21が磁気的に引き合う力であり、コギングトルクが大きいと、回転電機101の振動や騒音の増大が懸念される。
また、上記実施の形態1では、連結部の周方向位置が異なる2種類の鉄心ブロックを1つずつ用いて固定子鉄心のブロック境界面を最小の1箇所としたが、連結部の周方向位置が異なる2種類の鉄心ブロックの個数を増やして、2種類の鉄心ブロックを交互に積層して、固定子鉄心のブロック境界面を2箇所以上としても、同等の効果を得られる。
また、上記実施の形態1では、固定子鉄心が30枚の第1連結コアシートを積層して構成されているが、第1連結コアシートの積層枚数は30枚に限定されない。
また、上記実施の形態1では、回転子鉄心に永久磁石を設けて界磁極を生じる構成としたが、巻線を用いた電磁石を設けた場合や、リラクタンス型回転子、誘導機型回転子として界磁極を設けた場合でも、同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態1では、回転電機を8極48スロットの構成としたが、回転電機は、異なる界磁極数、異なるスロット数の構成としても、同等の効果が得られる。
図8はこの発明の実施の形態2に係る回転電機における固定子鉄心を構成する第2連結コアシートを示す平面図、図9はこの発明の実施の形態2に係る回転電機における固定子鉄心の構造を説明する図である。なお、図8は、周方向に1/16のモデルを示している。
なお、実施の形態2では、固定子鉄心21に替えて固定子鉄心21Aを用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、上記実施の形態2では、第1から第3鉄心ブロックの連結部の位置が、周方向に互いに、回転軸の軸心と直交する平面上で、回転軸の軸心上の点Oを原点として、等間隔に角度差θs/2°ずらされているが、第1から第3鉄心ブロックの連結部の位置を周方向に不等間隔にずらしてもよい。この場合、トルク脈動およびコギングトルクの、異なる3つ以上の次数の成分を低減できるといった効果が得られる。
また、上記実施の形態2では、連結部の周方向位置が異なる3種類の鉄心ブロックを1つずつ用いて固定子鉄心のブロック境界面を最小の2箇所としたが、連結部の周方向位置が異なる3種類の鉄心ブロックの個数を増やして、異なる種類の鉄心ブロックが隣り合うように鉄心ブロックを積層し、ブロック境界面の個数は3箇所以上としても、同等の効果を得られる。
また、上記実施の形態2では、第1から第3鉄心ブロックの第1および第2連結コアシートの積層枚数を同じとしたが、第1から第3鉄心ブロックの第1および第2連結コアシートの積層枚数は異なってもよい。
なお、連結部の周方向の位置が周方向に不等間隔にずれるように、N種類の鉄心ブロックを積層一体化しても、トルク脈動およびコギングトルクの複数の異なる次数の成分を低減でき、回転電機の振動や騒音を低減できる。
図10はこの発明の実施の形態3に係る回転電機における固定子鉄心を構成する第1開口コアシートを示す平面図、図11はこの発明の実施の形態3に係る回転電機における固定子鉄心の構造を説明する図である。なお、図10は、周方向に1/16のモデルを示している。
なお、実施の形態3では、固定子鉄心21に替えて固定子鉄心21Bを用いている点を除いて、上記実施の形態1と同様に構成されている。
また、上記実施の形態3では、連結部の周方向位置が異なる2種類の鉄心ブロックを1つずつ用いて固定子鉄心におけるブロック境界面を最小の1箇所としたが、連結部の周方向位置が異なる2種類の鉄心ブロックの個数を増やして、2種類の鉄心ブロックを交互に積層し、固定子鉄心におけるブロック境界面を2箇所以上としても、同等の効果を得られる。
また、上記実施の形態3では、第1および第2鉄心ブロックのコアシートの積層枚数が同じであるが、第1および第2鉄心ブロックのコアシートの積層枚数は異なっても、同様の効果が得られる。
図12はこの発明の実施の形態4に係る回転電機における固定子鉄心のブロック境界面周りを磁気的空隙部側から見た要部平面図であり、図12の(a)は実施の形態3による固定子鉄心を示し、図12の(b)は実施の形態4による固定子鉄心を示している。
なお、実施の形態4では、固定子鉄心21Bに替えて固定子鉄心21Cを用いている点を除いて、上記実施の形態3と同様に構成されている。
図13はこの発明の実施の形態5に係る回転電機における固定子鉄心を構成する第3連結コアシートを示す平面図、図14はこの発明の実施の形態5に係る回転電機における固定子鉄心の構造を説明する図である。なお、図13は、周方向に1/16のモデルを示している。
したがって、実施の形態5においても、上記実施の形態1と同様に、連結部46d,47dによるトルク脈動が低減され、回転電機の振動や騒音が低減される。
図15はこの発明の実施の形態6に係る回転電機における固定子鉄心を構成する第3連結コアシートを示す平面図である。なお、図15は、周方向に1/16のモデルを示している。
したがって、実施の形態6においても、上記実施の形態1と同様に、回転電機の振動や騒音が低減される。
また、スロット部48eが台形断面形状となっているので、スロットに挿入される固定子巻線の部分を断面形状を形成でき、固定子巻線の飛び出しを抑制できる。
図16はこの発明の実施の形態7に係る回転電機における固定子鉄心を構成する連結コアシートを示す平面図、図17はこの発明の実施の形態7に係る回転電機における固定子鉄心の構造を説明する図である。なお、図16は、周方向に1/16のモデルを示している。
そして、固定子鉄心21Eは、回転軸21の軸方向から、嵌合突起54eを嵌合凹部53aに圧入し、外径側鉄心ブロック53と内径側鉄心ブロック54とを一体化して作製される。
図18はこの発明の実施の形態8に係る回転電機における回転子の構成を示す要部斜視図、図19はこの発明の実施の形態8に係る回転電機における固定子鉄心の構造を説明する図、図20はこの発明の実施の形態8に係る回転電機を模式的に示す断面図である。なお、図18は、周方向に1/4のモデルを示している。
また、上記実施の形態8では、第1および第2回転子ブロックが同じ構造としたが、第1および第2回転子ブロックを異なる構造としても、同様の効果が得られる。
また、上記実施の形態8では、回転子ブロックの段数を2段としたが、回転子ブロックの段数を3段以上としてもよい。この場合、回転子ブロックに装着された永久磁石の周方向位置が、回転子ブロックの段間で、複数の角度差θr°を有するように構成すれば、トルク脈動とコギングトルクの複数の次数の成分を低減することができ、回転電機に生じる振動および騒音をさらに低減できる。
図21はこの発明の実施の形態9に係る電動駆動装置を示す回路図である。なお、図21では、便宜上、回転電機については固定子巻線のみを示し、ECUについてはインバータ回路のみを示している。
同様に効果が得られる。但し、nは自然数である。
図22はこの発明の実施の形態10に係る回転電機を示す横断面図である。なお、横断面図とは、回転電機の回転軸の軸心と直交する平面における断面図である。また、図21中、1から18はティースに周方向の配列順にふったティース番号である。
また、固定子の巻線配置や高周波の巻線係数が等しい22n極18nスロットや14n極12nスロットの構成でも、同様の効果が得られるのはいうまでもない。
図25はこの発明の実施の形態11に係る自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。
このように構成された電動パワーステアリング装置500では、回転電機101が発生する振動はギヤを介して運転者に伝わるため、良好な操舵感覚を得るためにはアシストトルクが大きく、トルク脈動が小さい方が望ましい。また、回転電機101が動作するときの振動や騒音も小さい方が望ましい。
Claims (23)
- 磁性材料からなる複数のコアシートを軸方向に積層して構成される固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、
上記固定子の内部に磁気的空隙部を介して同軸に配設され、複数の界磁極を有する回転子と、
を備え、
上記複数のコアシートは、それぞれ、円環状のコアバック部と、それぞれ、上記コアバック部から径方向内方に突出して、周方向に等角ピッチに複数配列されたティース部と、隣り合う上記ティース部間に形成されるスロット部と、上記ティース部のそれぞれの突出端から周方向に突出する鍔部と、を有し、
上記複数のコアシートは、上記鍔部から周方向に突出して、隣り合う上記ティース部の先端部間を連結する連結部を有する連結コアシートを備え、
上記連結コアシートの少なくとも1枚は、ティース先端部の形状が、上記ティース部の周方向の中心を通るティース中心軸に対して鏡面非対称に形成され、
上記固定子鉄心は、上記連結部の周方向位置がずれるように、上記連結コアシートを積層して構成されている回転電機。 - 上記固定子鉄心は、それぞれ、上記連結部の周方向位置が同一となるように、上記連結コアシートを積層して構成された複数の鉄心ブロックを、積層して構成されている請求項1記載の回転電機。
- 上記固定子鉄心は、それぞれ、上記連結部の周方向位置が同一となるように、上記連結コアシートを積層して構成されたN種類(但し、Nは2以上の自然数)の鉄心ブロックを積層して構成され、
上記N種類の鉄心ブロックは、上記連結部の周方向位置が周方向に互いに角度差θs°/(N−1)ずれるように積層されている請求項1記載の回転電機。 - 上記Nが2、トルク脈動の次数がNtr、界磁極数がp、α=θs/(360/Ntr/p)としたとき、
1≦α≦1.2
が成立する請求項3記載の回転電機。 - 積層された上記鉄心ブロック間のブロック境界面が(N−1)箇所である請求項3又は請求項4記載の回転電機。
- 上記連結コアシートの少なくとも1枚は、上記ティース先端部の形状が、上記ティース部の周方向の中心を通るティース中心軸に対して鏡面対称に形成されている請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記複数のコアシートは、隣り合う上記ティース部の先端部間に開口部を有する開口コアシートをさらに備えている請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記開口コアシートの少なくとも1枚は、上記ティース先端部の形状が、上記ティース部の周方向の中心を通るティース中心軸に対して鏡面非対称に形成され、
上記固定子鉄心は、上記開口部の周方向位置がずれるように、上記開口コアシートを積層して構成されている請求項7記載の回転電機。 - 上記固定子鉄心は、それぞれ、上記連結部の周方向位置と上記開口部の周方向位置とが同一となるように、上記連結コアシートと上記開口コアシートを積層して構成された複数の鉄心ブロックを積層して構成されている請求項7又は請求項8記載の回転電機。
- 上記複数の鉄心ブロックの全てにおいて、上記連結コアシートの積層枚数に対する上記開口コアシートの積層枚数の割合が等しい請求項9記載の回転電機。
- 上記開口コアシートが、上記鉄心ブロックのブロック境界面に配置され、
上記ブロック境界面に配置された上記開口コアシートの上記開口部の周方向幅が、上記連結部の周方向幅より広い請求項9又は請求項10記載の回転電機。 - 上記連結コアシートは、上記連結部の径方向幅が上記鍔部の径方向幅より狭く形成されている請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記連結コアシートは、上記連結部の上記回転子と相対する内周面に、径方向外方に窪む窪み部が形成されている請求項12記載の回転電機。
- 上記複数のコアシートのそれぞれは、上記鍔部が、上記ティース部のそれぞれの突出端から周方向の一側のみに突出するように形成されている請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記ティース先端部の形状が上記ティース中心軸に対して非対称な上記連結コアシートの上記ティース先端部は、上記ティース部のピッチ角度をθtとしたときに、上記ティース中心軸から周方向の一側にθt/2を超えるように形成されている請求項14記載の回転電機。
- 上記固定子巻線は、それぞれ、U字状に成形された複数のコイルセグメントを上記固定子鉄心の軸方向の一側から異なる2つのスロットに挿入し、上記スロットから軸方向の他側に突出する上記複数のコイルセグメントのコイル端子同士を接合して構成されている請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記複数のコアシートは、それぞれ、上記ティース部の先端側の周方向幅が、上記ティース部の最小周方向幅より広くなっている請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記複数のコアシートは、それぞれ、上記スロット部が台形の断面形状に形成されている請求項1から請求項17のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記複数のコアシートは、それぞれ、上記コアバック部側と上記ティース部側とに2分割されている請求項1から請求項18のいずれか1項に記載の回転電機。
- 上記回転子は、複数の回転子ブロックを上記界磁極の周方向位置を周方向にずらして軸方向に配置して構成され、
上記複数の回転子ブロックは、それぞれ、上記磁気的空隙部を介して、上記連結部の周方向位置の異なる上記複数の鉄心ブロックと面している請求項2から請求項5および請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の回転電機。 - 上記固定子巻線は、U1相巻線、V1相巻線およびW1相巻線からなる第1の3相巻線と、U2相巻線、V2相巻線およびW2相巻線からなる第2の3相巻線と、を備え、
上記第1の3相巻線には、第1のインバータ回路を介して電流が供給され、上記第2の3相巻線には、第1のインバータ回路とは異なる第2のインバータ回路を介して電流が供給されるように構成され、
上記U1相巻線と上記U2相巻線が、互いに隣り合うスロットに収納され、
上記V1相巻線と上記V2相巻線が、互いに隣り合うスロットに収納され、
上記W1相巻線と上記W2相巻線が、互いに隣り合うスロットに収納され、
上記第1の3相巻線に供給される電流と上記第2の3相巻線に供給される電流の位相が、電気角で20°以上、40°以下の角度ずれている請求項1から請求項20のいずれか1項に記載の回転電機。 - 上記固定子巻線は、集中巻コイルにより構成され、
界磁極数が(18±4)nかつスロット数が18n、又は界磁極数が(12±2)nかつスロット数が12n(但し、nは自然数)である請求項1から請求項21のいずれか1項に記載の回転電機。 - 請求項1から請求項22のいずれか1項に記載の回転電機を搭載した電動パワーステアリング装置。
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