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同步磁阻電機的制作方法

文檔序號:11215097閱讀:1596來源:國知局
同步磁阻電機的制造方法與工藝

本發(fā)明例如涉及電動動力轉(zhuǎn)向裝置所使用的同步磁阻電機。



背景技術(shù):

公知有僅利用通過相對于電磁能的位置的變化產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的磁阻電機。磁阻電機有開關(guān)磁阻電機(srm:switchedreluctancemotor)和同步磁阻電機(synrm:synchronousreluctancemotor)。開關(guān)磁阻電機的定子以及轉(zhuǎn)子具有磁凸極性。同步磁阻電機的定子與無刷電機的構(gòu)造相同。

同步磁阻電機在定子以及轉(zhuǎn)子中僅轉(zhuǎn)子具有磁凸極性。在同步磁阻電機中,通過轉(zhuǎn)子的磁凸極性,具有磁通容易流動的凸極方向(以下稱作“d軸方向”)和磁通難以流動的非凸極方向(以下,稱作“q軸方向”)。因此,通過d軸方向的電感(以下,稱作“d軸電感”)與q軸方向的電感(以下,稱作“q軸電感”)之差產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子通過該磁阻轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)(參照日本特開平11-289730號公報)。

同步磁阻電機不使用永久磁石而僅利用磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。因此,與使用永久磁石的電機相比,有輸出轉(zhuǎn)矩小的問題,即使些許也有必要增大輸出轉(zhuǎn)矩。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的之一是提供能夠使輸出轉(zhuǎn)矩變大并且轉(zhuǎn)矩波動小的同步磁阻電機。

作為本發(fā)明的一方式的同步磁阻電機的結(jié)構(gòu)上的特征為,包括定子和轉(zhuǎn)子,在上述轉(zhuǎn)子以在周向上隔開間隔地形成有極數(shù)數(shù)量的磁障組,上述磁障組由圓弧狀的多個磁障構(gòu)成,上述磁障從外周朝向中心配置多層,并上述圓弧狀形成為朝向上述中心凸起的形狀,其中,在從沿著上述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸的方向觀察的俯視下,若將以上述轉(zhuǎn)子的外周邊緣上的上述各磁障組的周向中心點為頂點的多邊形圍起的區(qū)域設(shè)為多邊形區(qū)域,則上述各磁障組中的上述多個磁障包括在上述多邊形區(qū)域內(nèi)形成的圓弧狀部分,上述各磁障組中的上述圓弧狀部分的圓弧中心設(shè)定于上述轉(zhuǎn)子的外周邊緣上的該磁障組的周向中心點,若將上述轉(zhuǎn)子中的被上述磁障組內(nèi)的相互鄰接的兩個磁障夾著的區(qū)域設(shè)為肋部,并將上述轉(zhuǎn)子中的被相互鄰接的磁障組夾著的區(qū)域中的上述轉(zhuǎn)子的靠外周部分設(shè)為連接部,則上述連接部的寬度與上述肋部的寬度之比為0.53以上0.8以下。

附圖說明

通過以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進(jìn)行的詳細(xì)描述,本發(fā)明的其它特征、構(gòu)件、過程、步驟、特性及優(yōu)點會變得更加清楚,其中,附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的要素,其中,

圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的同步磁阻電機的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2是表示圖1的同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子的放大俯視圖。

圖3是沿著圖2的iii-iii線的剖視圖。

圖4是主要表示一個磁障組的細(xì)節(jié)的部分放大俯視圖。

圖5a是表示在使肋部的寬度m與磁障的寬度a的和為一定的情況下輸出轉(zhuǎn)矩相對于肋部的寬度m的模擬結(jié)果的線圖。

圖5b是表示在使肋部的寬度m與磁障的寬度a的和一定的情況下轉(zhuǎn)矩波動相對于肋部的寬度m的模擬結(jié)果的線圖。

圖6是表示以使肋部的寬度m以及磁障的寬度a一定,并使連接部的寬度c以及區(qū)間d的長度以距離h的長度成為一定的方式變化時,轉(zhuǎn)矩波動相對于連接部的寬度c與肋部的寬度m之比c/m的模擬結(jié)果的線圖。

圖7是表示以使肋部的寬度m以及區(qū)間d的長度一定,并使連接部的寬度c以及磁障的寬度a以距離h的長度成為一定的方式變化時,轉(zhuǎn)矩波動相對于連接部的寬度c與肋部的寬度m之比c/m的模擬結(jié)果的線圖。

圖8是表示以使磁障的寬度a以及區(qū)間d的長度一定,并使連接部的寬度c以及肋部的寬度m以距離h的長度成為一定的方式變化時,轉(zhuǎn)矩波動相對于連接部的寬度c與肋部的寬度m之比c/m的模擬結(jié)果的線圖。

具體實施方式

以下,參照附圖對本發(fā)明的實施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的同步磁阻電機的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是表示圖1的同步磁阻電機的轉(zhuǎn)子的放大俯視圖。圖3是沿著圖2的iii-iii線的剖視圖。圖4是主要表示一個磁障組的細(xì)節(jié)的部分放大俯視圖。

參照圖1,同步磁阻電機1(以下,僅稱作“電機1”。)包括定子(固定件)10和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)件)20。定子10產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子20設(shè)置于定子10的內(nèi)側(cè),并通過上述旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。定子10包括圓環(huán)狀的定子鐵芯11和定子線圈12。定子鐵芯11通過圓環(huán)狀的鋼板層疊多片來構(gòu)成。在定子鐵芯11的內(nèi)周部設(shè)置有多個供定子線圈12插入的槽11a。在該實施方式中,在定子鐵芯11卷繞有三個獨立的定子線圈12,槽11a的數(shù)量是24個。

參照圖1~圖4,轉(zhuǎn)子20的極數(shù)在該實施方式中是4極(2極對)。轉(zhuǎn)子20包括轉(zhuǎn)子鐵芯21和轉(zhuǎn)子軸(旋轉(zhuǎn)軸)22。轉(zhuǎn)子軸22貫通轉(zhuǎn)子鐵芯21的中心部并且被固定于轉(zhuǎn)子鐵芯21。轉(zhuǎn)子鐵芯21通過層疊多片在中心部具有孔的圓形的電磁鋼板而構(gòu)成。在轉(zhuǎn)子鐵芯21,在周向上空開間隔地按極數(shù)形成極數(shù)個由圓弧狀的多個磁障(在該例中是狹縫(空氣層))23構(gòu)成的磁障組。磁障23從外周側(cè)朝向轉(zhuǎn)子軸22側(cè)配置為多層,朝向轉(zhuǎn)子軸22成為凸起。在該例中,在轉(zhuǎn)子鐵芯21,在周向上隔開間隔地形成4組磁障組。各磁障組的磁障23的層數(shù)是7。換言之,一個磁障組由長度不同的7個磁障23構(gòu)成。磁障也可以不是狹縫,而由樹脂等非磁性物質(zhì)構(gòu)成。

參照圖2以及圖4,將沿著轉(zhuǎn)子軸22的方向觀察的俯視時,轉(zhuǎn)子鐵芯21中的同一磁障組內(nèi)相互鄰接的兩個磁障23所夾的區(qū)域設(shè)為肋部24。將轉(zhuǎn)子鐵芯21中被相互鄰接的磁障組夾著的區(qū)域中的靠近轉(zhuǎn)子鐵芯21的外周的部分設(shè)為連接部25。另外,將包含轉(zhuǎn)子鐵芯21的外周邊與磁障23的端部的中間部分的轉(zhuǎn)子鐵芯21的外周部的環(huán)狀區(qū)域設(shè)為橋26。

將通過磁障組內(nèi)的磁障23的周向中央,并沿轉(zhuǎn)子鐵芯21的徑向延伸的軸設(shè)為q軸。將通過鄰接的磁障組的之間,并沿轉(zhuǎn)子鐵芯21的徑向延伸的軸設(shè)為d軸。磁障23是妨礙磁通的流動的部件。因此,來自定子鐵芯11的磁通中的從鄰接的兩個q軸中的一方q軸朝向另一方的q軸的磁通難以通過。相對于此,通過磁障23間的肋部24,從鄰接的兩個d軸中的一方d軸朝向另一方d軸的磁通變得容易通過。

若通過定子10對轉(zhuǎn)子20施加旋轉(zhuǎn)磁場,則從電機1產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩t。磁阻轉(zhuǎn)矩t用下式(1)表示。

t=pn·(ld-lq)·id·iq…(1)

在上述式(1)中,pn是極對數(shù),ld是d軸電感,lq是q軸電感,id是d軸電流,iq是q軸電流。

因此,如果使d軸電感l(wèi)d與q軸電感l(wèi)q之差(ld-lq)變大則磁阻轉(zhuǎn)矩(輸出轉(zhuǎn)矩)t變大。在該實施方式中,為了使該差(ld-lq)變大,設(shè)置磁障23,使q軸方向的磁路的磁阻變大,同時使d軸方向的磁路的磁阻變小。在該實施方式中,為了一邊使轉(zhuǎn)矩波動變小,一邊使磁阻轉(zhuǎn)矩t(電機輸出)提高,還進(jìn)行下面這樣的設(shè)計。換言之,將磁障23的俯視形狀設(shè)定為適當(dāng)?shù)男螤睢A硗?,將肋?4的寬度相對于磁障23的寬度之比設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。并且,將連接部25的寬度相對于肋部24的寬度之比設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。以下,對這些詳細(xì)地進(jìn)行說明。

首先,參照圖2以及圖4,對磁障23的俯視形狀進(jìn)行說明。將轉(zhuǎn)子20的外周邊上的各磁障組的周向中心點設(shè)為a、b、c、d。在轉(zhuǎn)子20中,在俯視下,將以a、b、c、d為頂點的多邊形(在該例中是四邊形)圍起的區(qū)域設(shè)為多邊形區(qū)域(在該例中是四邊形區(qū)域)30。有將連結(jié)多邊形區(qū)域30的頂點a和頂點b的邊或者線段用a-b表示,將連結(jié)頂點b和頂點c的邊或者線段用b-c表示,將連結(jié)頂點c和頂點d的邊或者線段用c-d表示,將連結(jié)頂點d和頂點a的邊或者線段用d-a表示的情況。

各磁障組中的多個磁障23在俯視下,由多邊形區(qū)域30內(nèi)的圓弧狀部分23a和直線狀部分23b構(gòu)成。直線狀部分23b從圓弧狀部分23a的兩端部向多邊形區(qū)域30外延伸。各磁障組中的多個圓弧狀部分23a的圓弧中心設(shè)定于轉(zhuǎn)子20的外周邊上的該磁障組的周向中心點a、b、c、d。從圓弧狀部分23a的各端部延伸的直線狀部分23b沿與上述多邊形區(qū)域30的4邊中的俯視下靠近圓弧狀部分23a的該端部的一邊垂直的方向延伸。換言之,從圓弧狀部分23a的各端部延伸的直線狀部分23b從該圓弧狀部分23a的端部向該圓弧狀部分23a的切線方向延伸。

例如,圖4主要表示的一個磁障組中的多個磁障23在俯視下,由多個圓弧狀部分23a和多個直線狀部分23b構(gòu)成。圓弧狀部分23a以點a為中心。直線狀部分23b從各圓弧狀部分23a中的邊a-b側(cè)的一端與邊a-b垂直地延伸,并從各圓弧狀部分23a中的邊d-a側(cè)的另一端與邊d-a垂直地延伸。

以圖4主要表示的一個磁障組為例,對將各磁障組中的多個磁障23的俯視形狀這樣設(shè)定的理由進(jìn)行說明。一般若將面積s的平面電路置于磁通密度b[wb]的磁場內(nèi),則貫通面積s的平面電路的磁通φ用下式(2)表示。

φ=bssinθ…(2)

θ是平面電路的面與磁通的方向所成的角。

根據(jù)該式(2),了解到當(dāng)平面電路的面與磁通的方向所成的角θ為90度時,磁通φ最大。若如上述那樣設(shè)定圖4主要表示的磁障組中的多個磁障23的俯視形狀,則向d軸方向流動的磁通垂直通過沿著肋部24的線段d-a的剖面并且肋部24沿著線段d-a的剖面積最大。由此,因為能夠提高磁利用率,所以能夠使輸出轉(zhuǎn)矩t變大。

與將磁障23的圓弧中心設(shè)定于q軸上且設(shè)置于比轉(zhuǎn)子20的外周邊更靠外側(cè)的情況相比,能夠?qū)A弧狀部分23a形成到更靠近轉(zhuǎn)子20的中心的位置為止。由此,因為能夠使肋部24的寬度變大,所以能夠使d軸方向的磁路的磁阻變小。由此,能夠使輸出轉(zhuǎn)矩t變大。

接下來,對肋部24的寬度相對于磁障23的寬度之比進(jìn)行說明。如4所示,將磁障23的寬度設(shè)為a[mm],將肋部24的寬度設(shè)為m[mm],將橋26的寬度設(shè)為b[mm],將連接部25的寬度設(shè)為c[mm]。將從線段d-a上的點a到靠點a最近的磁障23的區(qū)間設(shè)為d[mm]。將從線段d-a上的點a到線段d-a的中點的距離設(shè)為h[mm]。若將轉(zhuǎn)子20的半徑設(shè)為r[mm],則h=r/21/2。

根據(jù)圖4,下式(3)成立。

d+7a+6m+c/2=h…(3)

b優(yōu)選為0.5mm以下。d優(yōu)選為21/2·b以上。c優(yōu)選為0.5mm以上3mm以下。

在該實施方式中,r、c、d、m、a例如如下面這樣設(shè)定。

r=24.8mm,c=2mm,b=0.5mm,d=21/2·b,m=1.7mm,a=0.8mm。

表1表示使肋部24的寬度(肋部寬度)m與磁障23的寬度(狹縫寬度)a的和一定的情況下,輸出轉(zhuǎn)矩相對于肋部24的寬度m的模擬結(jié)果,和轉(zhuǎn)矩波動相對于肋部24的寬度m的模擬結(jié)果。這里將肋部24的寬度m與磁障23的寬度a的和從2.2mm設(shè)定為2.5mm。在表1也示出了與肋部24的寬度m對應(yīng)的磁障23的寬度a、和肋部24的寬度相對于與肋部24的寬度m對應(yīng)的磁障23的寬度a之比m/a的值。

表1

圖5a表示表1所示的模擬結(jié)果中的輸出轉(zhuǎn)矩相對于肋部24的寬度m的模擬結(jié)果的線圖。圖5b表示表1所示的模擬結(jié)果中的轉(zhuǎn)矩波動相對于肋部24的寬度m的模擬結(jié)果的線圖。如表1以及圖5a所示那樣,肋部24的寬度m為1.5mm~1.7mm(磁障23的寬度a為1.0mm~0.8mm)時輸出轉(zhuǎn)矩變得最大。換言之,當(dāng)肋部24的寬度相對于磁障23的寬度a之比m/a為1.50~2.13時,輸出轉(zhuǎn)矩變得最大。在肋部24的寬度m在1.5mm以下的范圍內(nèi),若肋部24的寬度m變大則通過肋部24的磁通量變大。因此,當(dāng)肋部24的寬度m處于該范圍(※1.5mm以下)時,認(rèn)為肋部24的寬度m越大則輸出轉(zhuǎn)矩越大。若肋部24的寬度變大,則磁障23的寬度a變小。若肋部24的寬度m超過1.7mm,則磁障23的寬度a變得過小。因此,認(rèn)為向q軸方向泄漏的磁通變多。因此,隨著肋部24的寬度m變得比1.7mm大,輸出轉(zhuǎn)矩降低。

如表1以及圖5b所示那樣,轉(zhuǎn)矩波動在肋部24的寬度m為1.7mm附近(磁障23的寬度a為0.8mm附近)時變得最小。換言之,在肋部24的寬度相對于磁障23的寬度a之比m/a為2.13附近時,轉(zhuǎn)矩波動變得最小。因此,了解到為了一邊抑制轉(zhuǎn)矩波動一邊使輸出轉(zhuǎn)矩變大,優(yōu)選肋部24的寬度m為1.5以上1.9以下,更優(yōu)選為1.6以上1.8以下。換言之,了解到為了一邊抑制轉(zhuǎn)矩波動一邊使輸出轉(zhuǎn)矩變大,優(yōu)選肋部24的寬度相對于磁障23的寬度a之比m/a為1.50以上4.75以下,更優(yōu)選為1.78以上3.00以下。

表2表示使肋部24的寬度(肋部寬度)m以及磁障23的寬度(狹縫寬度)a一定,并使連接部25的寬度(連接部寬度)c以及區(qū)間d的長度(區(qū)間長d)以距離h的長度一定的方式變化時,針對連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比c/m的轉(zhuǎn)矩波動的模擬結(jié)果。這里將肋部24的寬度m設(shè)為1.70mm,將磁障23的寬度a設(shè)為0.80mm,將距離h的長度設(shè)為17.50mm。在表2中,替代表示連接部25的寬度c,表示連接部25的寬度c的1/2的長度(c/2)。此外,在d、a、m以及c與h之間成立上述式(3)。

表2

圖6表示表2所示的模擬結(jié)果的線圖。如表2以及圖6所示那樣,如果連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比是0.53以上,則轉(zhuǎn)矩波動不到12%。為了滿足式(3),連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比的上限是1.18,但即使連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比是1.18,轉(zhuǎn)矩波動也不到12%。

表3表示將肋部24的寬度(肋部寬度)m以及區(qū)間d的長度(區(qū)間長d)設(shè)為一定,并使連接部25的寬度(連接部寬度)c以及磁障23的寬度(狹縫寬度)a以距離h的長度成為一定的方式變化時,針對連接部25的寬度c與肋部24的寬度m之比c/m的轉(zhuǎn)矩波動的模擬結(jié)果。這里將肋部24的寬度m設(shè)為1.70mm,將區(qū)間d的寬度設(shè)為0.7mm,將距離h的長度設(shè)為17.50mm。在表3中,替代表示連接部25的寬度c,表示連接部25的寬度c的1/2的長度(c/2)。在d、a、m以及c與h之間成立上述式(3)。

表3

圖7是表示表3所示的模擬結(jié)果的線圖。如3以及圖7所示的那樣,如果連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比是0.5以上并且是0.8以下,轉(zhuǎn)矩波動不到12%。表4表示將磁障23的寬度(狹縫寬度)a以及區(qū)間d的長度(區(qū)間長d)設(shè)為一定,并使連接部25的寬度(連接部寬度)c以及肋部24的寬度(肋部寬度)m以距離h的長度一定的方式變化時,針對連接部25的寬度c與肋部24的寬度m之比c/m的轉(zhuǎn)矩波動的模擬結(jié)果。這里將磁障23的寬度a設(shè)為0.8mm,將區(qū)間d的寬度設(shè)為0.7mm,將距離h的長度設(shè)為17.50mm。此外,在d、a、m以及c與h之前成立上述式(3)。

表4

圖8是表示表4所示的模擬結(jié)果的線圖。如表4以及圖8所示那樣,如果連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比為0.5以上并且為1.6以下,則轉(zhuǎn)矩波動不到12%。根據(jù)表2、表3以及表4的模擬結(jié)果可知,如果連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比為0.53以上并且為0.8以下,則轉(zhuǎn)矩波動不到12%。由此,可知為了將轉(zhuǎn)矩波動抑制得比較低,優(yōu)選連接部25的寬度c相對于肋部24的寬度m之比為0.53以上并且為0.8以下。

以上,對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明,本發(fā)明還能夠以其他方式實施。例如,在前述的實施方式中,轉(zhuǎn)子20的極數(shù)是4極(2極對)、也可以是6極(3極對)、8極(4極對)等4極以外的極數(shù)。在前述的實施方式中,磁障23的層數(shù)是7,磁障23的層數(shù)也可以是5層、6層、8層、9層等7層以外的層數(shù)。

轉(zhuǎn)子20的半徑r、連接部25的寬度c、肋部24的寬度m、磁障23的寬度a以及橋26的寬度b不限定于前述的作為實施例表示的大小。本發(fā)明例如能夠應(yīng)用于電動動力轉(zhuǎn)向裝置所使用的同步電機,也能夠應(yīng)用于電動動力轉(zhuǎn)向裝置以外所使用的同步電機。

另外,在權(quán)利要求范圍記載的事項的范圍內(nèi)能夠?qū)嵤└鞣N設(shè)計變更。本申請主張于2016年3月29日提出的日本專利申請2016-066425號的優(yōu)先權(quán),并在此引用其全部內(nèi)容。

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