JP4396142B2

JP4396142B2 - Permanent magnet rotating electric machine

Info

Publication number: JP4396142B2
Application number: JP2003158442A
Authority: JP
Inventors: 茂利山口
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP2004364389A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ブラシレスモータ等の永久磁石回転電機は、コギングトルクを低減することが要求されている。そして、コギングトルクを低減することができるブラシレスモータが、例えば特開２０００−１３４８９３号公報に開示されている。これは、磁石を備えた回転子の極ピッチ（ピッチ角度に相当）と磁石の着磁部分の周方向長さ（磁石開角に相当）の関係を所定の範囲にすることにより、コギングトルクを低減させるというものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３４８９３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、特開２０００−１３４８９３号公報に開示された技術は、隣接する磁石のピッチ角度と磁石開角との関係のみにより、コギングトルクが低減する関係を導き出している。しかし、コギングトルクは、固定子のティース開角によっても変化する。従って、ティース開角によっては、コギングトルクが低減しない場合もあった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、磁石のピッチ角度と磁石開角のみからではなく、さらにティース開角を考慮した関係に基づき、コギングトルクをより低減することができる永久磁石回転電機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の永久磁石回転電機は、界磁子と、電機子とを備える。ここで、界磁子は、ｎを自然数として、界磁子コアと、該界磁子コアの表面に等ピッチに配設された若しくは該界磁子コアの内部側に周方向に対して等ピッチに埋設された１４ｎ極の永久磁石とを有する。電機子は、電機子コアと、該電機子コアに径方向に突設され巻線が巻回された１２ｎ個の電機子突設部と、該電機子突設部の先端側に形成されたティースとを有する。
【０００７】
そして、本発明の永久磁石回転電機の特徴的な構成は、隣接する前記永久磁石の周方向のピッチ角度をαとした場合における前記永久磁石の周方向角度である永久磁石開角が０．６６α±０．０５αであって、前記ティースの周方向角度であるティース開角が０．９２α±０．０５αであることである。ここで、ピッチ角度αは、界磁子の極ピッチの角度、すなわち、隣接するＮ極の磁極方向とＳ極の磁極方向との角度である。また、永久磁石開角θｍは、ピッチ角度αの（０．６６±０．０５）倍とする。ティース開角θｔは、ピッチ角度αの（０．９２±０．０５）倍とする。
【０００８】
このように、ピッチ角度αと永久磁石開角θｍとティース開角θｔとの関係を所定の関係とすることにより、確実にコギングトルクを低減することができる。そして、ピッチ角度αと永久磁石開角θｍのみの関係により定めた場合では、場合によってコギングトルクが低減できないこともあったが、本発明によれば、確実にコギングトルクを低減することができる。
【０００９】
なお、前記永久磁石回転電機は、ブラシレスモータとするとよい。この場合、前記界磁子が回転子（ロータ）となり、前記電機子が固定子（ステータ）となる。ブラシレスモータは、一般に高トルクを必要とするものに用いられることが多い。そして、コギングトルクの大きさはトルクリップルの大きさに影響を及ぼす。すなわち、高トルクを必要とするブラシレスモータに対するコギングトルクの低減の要求は非常に高まっている。そこで、本発明をブラシレスモータに適用することにより、コギングトルクの低減の要求を確実に満たすことができる。
【００１０】
また、前記永久磁石回転電機は、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ装置）に用いられるアシスト電動機、又は、ステアリングホイールの操舵角と転舵輪の転舵角との間の伝達比を可変にする車両用伝達比可変操舵装置（ＶＧＲＳ装置）に用いられる伝達比可変用電動機としてもよい。アシスト電動機及び伝達比可変用電動機は、コギングトルクがステアリングホイールの操舵フィーリングに影響を及ぼす。そこで、本発明をこれらの電動機に適用して、コギングトルクを低減することができることにより、操舵フィーリングをより良好なものとすることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明を図面を参照してより詳しく説明する。
【００１２】
（ブラシレスモータの構成）
ここで、本実施形態における永久磁石回転電機として、インナーロータ型のブラシレスモータを例に挙げて説明する。図１に、ブラシレスモータの周方向の部分断面図を示す。そして、このブラシレスモータは、回転子（界磁子）１と、固定子（電機子）２と、回転軸（図示せず）とから構成される。このブラシレスモータは、１４極１２スロットの構成からなる。
【００１３】
回転子１は、回転子コア（界磁子コア）１１と、マグネット（永久磁石）１２とから構成される。回転子コア１１は、ほぼ中空円盤形状からなる複数の電磁鋼板を積層して形成されている。マグネット１２は、回転子コア１１の外周側の表面に、回転子コア１１の周方向に対して等ピッチに１４個配設されている。すなわち、隣接するマグネット１２の磁極方向に延びるｄ軸方向間の角度（ピッチ角度）αが等角度となり、回転子１の極数が１４極となる。なお、マグネット１２は、Ｎ極とＳ極が交互に配設されている。ここで、あるＮ極のマグネット１２から隣接するＮ極のマグネット１２までの角度は電気角で２π［ｒａｄ］となるので、ピッチ角度αは電気角のπ［ｒａｄ］と示す。そして、回転子１の極数が１４極であるので、ピッチ角度πは、機械角で約２５．７１４°（＝３６０°／１４）となる。ここで、マグネット１２の外周端側の周方向角度をマグネット開角θｍという。
【００１４】
固定子２は、固定子コア（電機子コア）２１と、固定子突設部（電機子突設部）２２と、ティース２３とから構成される。固定子コア２１は、外周側に配設された略中空円筒形状からなる部分である。固定子突設部２２は、固定子コア２１から内径方向に突設されており、巻線が巻回される部分である。この固定子突設部２２は、１２個配設されている。すなわち、隣接する固定子突設部２２により形成されるスロットが１２個存在することになる。そして、隣接するスロット間角度は、機械角で３０°（＝３６０°／１２）となる。ティース２３は、固定子突設部２２の内周側の先端側に配設されている部分である。そして、ティース２３は、固定子突設部２２の周方向幅より大きな幅に形成されており、内周側にいくに従って徐々に周方向幅が大きくなっている。ここで、ティース２３の内周端側の周方向角度をティース開角θｔという。なお、固定子２のティース２３と回転子１のマグネット１２との間には空隙が形成されている。
【００１５】
（コギングトルクの算出）
次に、コギングトルクの算出方法について説明する。コギングトルクは、回転子１のマグネット１２と固定子２のティース２３との空隙部分に生じる磁気エネルギーに基づき算出することができる。すなわち、数１に示す数式により空隙部分に生じる磁気エネルギーＷｇ（θ）を算出する。この数１は、それぞれのティース毎に算出する数式である。
【００１６】
【数１】

【００１７】
ここで、ｌｇは、所定のティース２３とマグネット１２との空隙の径方向の長さである。Ｌｓは、回転子１の軸方向の厚さである。μ０は、真空透磁率である。ｒｇは、所定のティース２３とマグネット１２との空隙の平均半径である。ｒは、回転子１の原点からの角度、すなわち積分角度である。Ｂｇ（θ）は、所定のティース２３とマグネット１２との空隙における磁束密度である。
【００１８】
そして、数２に示す数式により磁気エネルギーＷｇ（θ）を角度θにより偏微分することにより、回転子１の回転角度θにおけるトルクＴｃ（θ）を算出することができる。そして、トルクＴｃ（θ）の最大値Ｔｃｍａｘと最小値Ｔｃｍｉｎとの差がコギングトルクとなる。
【００１９】
【数２】

【００２０】
（マグネット開角θｍとティース開角θｔの決定方法）
次に、本実施形態における１４極１２スロットからなるブラシレスモータの場合において、コギングトルクを低減することができるマグネット開角θｍとティース開角θｔの組み合わせの決定方法について説明する。
【００２１】
まず、説明を容易にするために、図２に、回転子１のマグネット１２と固定子２のティース２３との位置関係について、横軸に機械角０°〜３６０°として示す。そして、太線により回転子１をある位置に固定した場合におけるマグネット１２による空隙に生じる磁束密度分布を示し、細線によりティース２３の位置を示す。
【００２２】
マグネット１２は、交互にＮ極とＳ極が配設されているので、縦軸方向の中央を磁束密度０とすると、Ｎ極のマグネットによる空隙磁束密度は正方向となり、Ｓ極のマグネットによる空隙磁束密度は負方向となる。また、Ｎ極又はＳ極の空隙磁束密度の横軸方向の角度がマグネット開角θｍと一致し、Ｎ極の空隙磁束密度の横軸方向の中央と隣接するＳ極の空隙磁束密度の横軸方向の中央との角度がピッチ角度πとなる。
【００２３】
ティース２３は、ティース＃１からティース＃１２までが等ピッチに位置している。そして、ティース２３の横軸方向の突出した角度がティース開角θｔとなる。そして、図２から明らかなように、ティース＃１とマグネット１２の位置関係と、ティース＃６とマグネット１２の位置関係とは、磁極方向がＮ極とＳ極とで異なるが同一位置関係となる。つまり、ティース＃１〜＃６と、ティース＃７〜＃１２とは、磁極方向を変更するのみであって、マグネット１２との位置関係は同一である。
【００２４】
次に、図３に、ティース開角θｔを０．６６π［ｒａｄ］、マグネット開角θｍを１．０５π［ｒａｄ］とした場合において、それぞれのティース２３毎に、回転子１の回転角度θに対する空隙部の磁気エネルギーＷｇ［Ｊ］を示す。なお、横軸は、基準角度０からピッチ角度（マグネット１極分）π［ｒａｄ］までを示す。また、ティース２３は、ティース＃１からティース＃６までについて示す。これは、上述したように、ティース＃１〜＃６とティース＃７〜＃１２とは、磁極方向が異なるのみ、すなわち空隙磁束密度Ｂｇの符号が反転するのみであるので、数１より空隙部の磁気エネルギーＷｇは同一となる。ここで、ティース開角θｔが０．６６π［ｒａｄ］で、マグネット開角θｍが１．０５π［ｒａｄ］の場合とは、後述するように、コギングトルクが最も低い場合の一つである。
【００２５】
そして、図３に示すように、例えば、ティース＃１の場合は、回転子１の回転角度θが基準角度０から約０．１５πまでと約０．８５πからπまでは、空隙部の磁気エネルギーＷｇが低く、回転子１の回転角度θが約０．２πから約０．８πまでは空隙部の磁気エネルギーＷｇが高くなっている。また、回転子１の回転角度θが約０．１５πから約０．２πまでは徐々に増加し、約０．８πから約０．８５πまでは徐々に減少している。そして、ティース＃２〜＃６は、ティース＃１から順次電気角で３０°ずれている。
【００２６】
次に、図４に、ティース開角θｔが０．６６π、マグネット開角θｍが１．０５πの場合において、それぞれのティース２３毎に、回転子１の回転角度θに対するトルクＴｃ［Ｎ・ｍ］を示す。このトルクＴｃは、上述したように空隙部の磁気エネルギーＷｇを回転子１の回転角度θで偏微分したものである。すなわち、図４は、図３に示す回転子１の回転角度θに対する空隙部の磁気エネルギーＷｇを回転角度θで偏微分した図となる。なお、図４は、ティース＃１〜＃６について示しており、ティース＃７〜＃１２はティース＃１〜＃６と同一である。
【００２７】
そして、図４に示すように、例えば、ティース＃１の場合は、回転子１の回転角度θが基準角度０から約０．１５πまでと、約０．２πから約０．８πまでと、約０．８５πからπまでは、トルクＴｃが０である。回転子１の回転角度θが約０．１５πから約０．２πまでは、トルクＴｃが急激に減少した後、再びトルクＴｃは０となる。また、回転子１の回転角度θが約０．８πから約０．８５πまでは、トルクＴｃが急激に増加した後、再びトルクＴｃは０となる。そして、ティース＃２〜＃６は、ティース＃１から順次電気角で３０°ずれている。
【００２８】
そして、これらのティース＃１〜＃６により発生するトルクＴｃを合計したトルクＴｃを太線により示している。このように、例えば、回転子１の回転角度θが約０．１５πから約０．２πの間（破線により囲む範囲）においては、回転角度θが約０．１５πから約０．１７πの間では正のトルクが発生し、回転角度θが約０．１８πから約０．２πの間では負のトルクが発生している。これは、回転子１の回転角度θが約０．１５πから約０．２πの間においては、ティース＃１により負のトルクＴｃが発生し、ティース＃３により正のトルクＴｃが発生しており、多くの部分で打ち消しあっていることによるものである。そして、図４に示す、ティース合計のトルクの最大値と最小値との差がコギングトルクとなる（図４の縦方向の矢印により示す）。
【００２９】
ここで、図４に示したものは、図３と同様に、コギングトルクが最も低い場合の一つである。つまり、図４から明らかなように、回転子１の回転角度θが約０．１５πから約０．２πの間においては、ティース＃１による負のトルクＴｃとティース＃３による正のトルクＴｃは、トルク０を中心として、ほぼ対称となっている。しかし、ティース開角θｔやマグネット開角θｍを変更すると、図４の白抜矢印に示す方向に、それぞれのティースにより発生するトルクがそれぞれずれていき、ティース合計は大きくなる。
【００３０】
そこで、ティース開角θｔとマグネット開角θｍを様々に変更した場合におけるコギングトルクの大きさを算出した。そして、図５に、マグネット開角θｍを０．６１π［ｒａｄ］から０．８７π［ｒａｄ］まで、ティース開角θｔを０．８５π［ｒａｄ］から１．１６π［ｒａｄ］まで変化させた場合におけるコギングトルクレベル（指標）を表形式に示したものである。また、図６は、図５の表形式をグラフ形式に示したものであり、マグネット開角θｍに対するコギングトルクレベル（指標）について、複数のティース開角θｔの場合について示す。なお、コギングトルクレベル（指標）は、最大値が２０となるようにしている。
【００３１】
図５及び図６に示すように、マグネット開角θｍが０．６６π［ｒａｄ］でティース開角θｔが０．９２π［ｒａｄ］の場合と、マグネット開角θｍが０．６６π［ｒａｄ］でティース開角θｔが１．０５π［ｒａｄ］の場合の２通りの組み合わせの場合が、コギングトルクレベルが最小の６となる。また、マグネット開角θｍが０．８４π［ｒａｄ］でティース開角θｔが０．９２π［ｒａｄ］の場合と、マグネット開角θｍが０．８４π［ｒａｄ］でティース開角θｔが１．０５π［ｒａｄ］の場合の２通りの組み合わせの場合が、コギングトルクレベルが次の小さい８となる。
【００３２】
また、上記４通りの組み合わせの場合におけるマグネット開角θｍとティース開角θｔを中心として、±０．０５π［ｒａｄ］の範囲内であれば、コギングトルクレベルは低減させることができる。より好ましくは、マグネット開角θｍは０．６６π［ｒａｄ］又は０．８４π［ｒａｄ］の±０．０３の範囲内であれば、確実にコギングトルクレベルを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ブラシレスモータの周方向の部分断面図である。
【図２】マグネットとティースの位置関係を示す図である。
【図３】回転子の回転角度に対する空隙部の磁気エネルギーを示す図である。
【図４】回転子の回転角度に対するトルクを示す図である。
【図５】マグネット開角とティース開角に対するコギングトルクレベルを示す図である。
【図６】マグネット開角とティース開角に対するコギングトルクレベルを示す図である。
【符号の説明】
１・・・回転子（界磁子）
２・・・固定子（電機子）
１１・・・回転子コア（界磁子コア）
１２・・・マグネット（永久磁石）
２１・・・固定子コア（電機子コア）
２２・・・固定子突設部（電機子突設部）
２３・・・ティース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet rotating electric machine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, permanent magnet rotating electrical machines such as brushless motors are required to reduce cogging torque. And the brushless motor which can reduce cogging torque is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2000-134893, for example. This is because the cogging torque is reduced by setting the relationship between the pole pitch (corresponding to the pitch angle) of the rotor including the magnet and the circumferential length of the magnetized portion of the magnet (corresponding to the magnet opening angle) within a predetermined range. It is to reduce.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-134893
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-134893 derives a relationship in which the cogging torque is reduced only by the relationship between the pitch angle of the adjacent magnet and the magnet opening angle. However, the cogging torque also changes depending on the teeth opening angle of the stator. Accordingly, the cogging torque may not be reduced depending on the teeth opening angle.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is possible to further reduce the cogging torque based not only on the pitch angle of the magnet and the magnet opening angle but also on the relationship considering the teeth opening angle. An object of the present invention is to provide a permanent magnet rotating electrical machine that can be used.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The permanent magnet rotating electric machine of the present invention includes a field element and an armature. Here, the field element is arranged such that n is a natural number, and the field element core is arranged at an equal pitch on the surface of the field element core or the circumferential direction on the inner side of the field element core. 14n pole permanent magnets embedded in the pitch. The armature is formed on the armature core, 12n armature projecting portions projecting in a radial direction on the armature core and wound with windings, and a tip side of the armature projecting portion. With teeth.
[0007]
The characteristic configuration of the permanent magnet rotating electric machine according to the present invention is such that the permanent magnet opening angle that is the circumferential angle of the permanent magnet is 0.66α when the circumferential pitch angle of the adjacent permanent magnet is α. ± 0. And the teeth opening angle, which is the circumferential angle of the teeth, is 0.92α ± 0. 05α . Here, the pitch angle α is the angle of the pole pitch of the field element, that is, the angle between the magnetic pole direction of the adjacent N pole and the magnetic pole direction of the S pole. The permanent magnet opening angle θm shall be the (0.66 ± 0.05) times the pitch angle alpha. The teeth opening angle θt is (0.92 ± 0.05 ) times the pitch angle α .
[0008]
Thus, the cogging torque can be reliably reduced by setting the relationship between the pitch angle α, the permanent magnet opening angle θm, and the teeth opening angle θt to be a predetermined relationship. When the pitch angle α and the permanent magnet opening angle θm are used alone, the cogging torque cannot be reduced depending on circumstances. However, according to the present invention, the cogging torque can be reliably reduced.
[0009]
The permanent magnet rotating electric machine may be a brushless motor. In this case, the field element becomes a rotor (rotor), and the armature becomes a stator (stator). Brushless motors are often used for those that require high torque. The magnitude of the cogging torque affects the magnitude of the torque ripple. That is, the demand for reduction of cogging torque for brushless motors that require high torque is increasing. Therefore, by applying the present invention to a brushless motor, it is possible to reliably satisfy the demand for reducing the cogging torque.
[0010]
Further, the permanent magnet rotating electric machine is an assist motor used in an electric power steering device (EPS device) for assisting a steering force, or a transmission ratio between a steering angle of a steering wheel and a turning angle of a steered wheel is variable. The transmission ratio variable motor used in the vehicle transmission ratio variable steering device (VGRS device) may be used. In the assist motor and the transmission ratio variable motor, the cogging torque affects the steering feeling of the steering wheel. Therefore, by applying the present invention to these electric motors and reducing the cogging torque, the steering feeling can be improved.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0012]
(Brushless motor configuration)
Here, an inner rotor type brushless motor will be described as an example of the permanent magnet rotating electric machine in the present embodiment. FIG. 1 shows a partial cross-sectional view of the brushless motor in the circumferential direction. The brushless motor includes a rotor (field element) 1, a stator (armature) 2, and a rotating shaft (not shown). This brushless motor has a configuration of 14 poles and 12 slots.
[0013]
The rotor 1 includes a rotor core (field element core) 11 and a magnet (permanent magnet) 12. The rotor core 11 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates having a substantially hollow disk shape. Fourteen magnets 12 are arranged on the outer peripheral surface of the rotor core 11 at an equal pitch with respect to the circumferential direction of the rotor core 11. That is, the angle (pitch angle) α between the d-axis directions extending in the magnetic pole direction of the adjacent magnet 12 is an equal angle, and the number of poles of the rotor 1 is 14. The magnet 12 has N poles and S poles arranged alternately. Here, since the angle from a certain N-pole magnet 12 to the adjacent N-pole magnet 12 is 2π [rad] in electrical angle, the pitch angle α is represented as π [rad] in electrical angle. Since the rotor 1 has 14 poles, the pitch angle π is approximately 25.714 ° (= 360 ° / 14) in mechanical angle. Here, the circumferential angle on the outer peripheral end side of the magnet 12 is referred to as a magnet opening angle θm.
[0014]
The stator 2 includes a stator core (armature core) 21, a stator protruding portion (armature protruding portion) 22, and teeth 23. The stator core 21 is a portion having a substantially hollow cylindrical shape disposed on the outer peripheral side. The stator protruding portion 22 protrudes from the stator core 21 in the inner diameter direction, and is a portion around which the winding is wound. Twelve stator protruding portions 22 are arranged. That is, there are 12 slots formed by the adjacent stator protrusions 22. The angle between adjacent slots is 30 ° (= 360 ° / 12) in mechanical angle. The teeth 23 are portions that are disposed on the inner peripheral side of the stator protruding portion 22. And the teeth 23 are formed in the width | variety larger than the circumferential direction width | variety of the stator protrusion part 22, and the circumferential direction width | variety becomes large gradually as it goes to an inner peripheral side. Here, the circumferential angle on the inner peripheral end side of the tooth 23 is referred to as a teeth opening angle θt. A gap is formed between the tooth 23 of the stator 2 and the magnet 12 of the rotor 1.
[0015]
(Calculation of cogging torque)
Next, a method for calculating the cogging torque will be described. The cogging torque can be calculated based on the magnetic energy generated in the gap between the magnet 12 of the rotor 1 and the teeth 23 of the stator 2. That is, the magnetic energy Wg (θ) generated in the gap is calculated by the mathematical formula shown in Equation 1. This number 1 is a mathematical formula calculated for each tooth.
[0016]
[Expression 1]

[0017]
Here, lg is the length of the gap between the predetermined tooth 23 and the magnet 12 in the radial direction. Ls is the axial thickness of the rotor 1. μ0 is the vacuum permeability. rg is an average radius of the gap between the predetermined tooth 23 and the magnet 12. r is an angle from the origin of the rotor 1, that is, an integration angle. Bg (θ) is the magnetic flux density in the gap between the predetermined tooth 23 and the magnet 12.
[0018]
Then, the torque Tc (θ) at the rotation angle θ of the rotor 1 can be calculated by partial differentiation of the magnetic energy Wg (θ) by the angle θ using the mathematical formula shown in Equation 2. The difference between the maximum value Tcmax and the minimum value Tcmin of the torque Tc (θ) is the cogging torque.
[0019]
[Expression 2]

[0020]
(Method for determining magnet opening angle θm and teeth opening angle θt)
Next, a method for determining a combination of the magnet opening angle θm and the teeth opening angle θt that can reduce the cogging torque in the case of the brushless motor having 14 poles and 12 slots in the present embodiment will be described.
[0021]
First, for ease of explanation, FIG. 2 shows the positional relationship between the magnet 12 of the rotor 1 and the teeth 23 of the stator 2 as a mechanical angle of 0 ° to 360 ° on the horizontal axis. And the magnetic flux density distribution which arises in the space | gap by the magnet 12 at the time of fixing the rotor 1 to a certain position with a thick line is shown, and the position of the teeth 23 is shown with a thin line.
[0022]
Since the magnet 12 has N and S poles arranged alternately, assuming that the center of the vertical axis direction has a magnetic flux density of 0, the gap magnetic flux density due to the N pole magnet becomes positive, and the gap due to the S pole magnet. The magnetic flux density is in the negative direction. Further, the horizontal axis of the N pole or S pole gap magnetic flux density coincides with the magnet opening angle θm, and the horizontal axis of the S pole gap magnetic flux density adjacent to the center of the N pole gap magnetic flux density in the horizontal axis direction. The angle with the center of the direction is the pitch angle π.
[0023]
In the teeth 23, the teeth # 1 to the teeth # 12 are positioned at an equal pitch. And the angle which the tooth | gear 23 protruded in the horizontal-axis direction turns into teeth opening angle (theta) t. As is clear from FIG. 2, the positional relationship between the teeth # 1 and the magnet 12 and the positional relationship between the teeth # 6 and the magnet 12 are the same positional relationship although the magnetic pole directions are different between the N pole and the S pole. . That is, the teeth # 1 to # 6 and the teeth # 7 to # 12 only change the magnetic pole direction, and the positional relationship with the magnet 12 is the same.
[0024]
Next, in FIG. 3, when the teeth opening angle θt is 0.66π [rad] and the magnet opening angle θm is 1.05π [rad], the rotation angle θ of the rotor 1 with respect to the rotation angle θ of each of the teeth 23 is shown. The magnetic energy Wg [J] of the gap is shown. The horizontal axis indicates from the reference angle 0 to the pitch angle (for one magnet pole) π [rad]. Teeth 23 is shown about teeth # 1 to teeth # 6. As described above, the teeth # 1 to # 6 and the teeth # 7 to # 12 are different only in the magnetic pole direction, that is, only the sign of the gap magnetic flux density Bg is reversed. The magnetic energy Wg is the same. Here, the case where the teeth opening angle θt is 0.66π [rad] and the magnet opening angle θm is 1.05π [rad] is one of cases where the cogging torque is the lowest, as will be described later.
[0025]
As shown in FIG. 3, for example, in the case of the tooth # 1, the magnetic energy of the air gap is reduced when the rotation angle θ of the rotor 1 is from the reference angle 0 to about 0.15π and from about 0.85π to π When Wg is low and the rotation angle θ of the rotor 1 is about 0.2π to about 0.8π, the magnetic energy Wg of the gap is high. Further, the rotation angle θ of the rotor 1 gradually increases from about 0.15π to about 0.2π, and gradually decreases from about 0.8π to about 0.85π. The teeth # 2 to # 6 are sequentially shifted by 30 degrees in electrical angle from the teeth # 1.
[0026]
Next, in FIG. 4, when the teeth opening angle θt is 0.66π and the magnet opening angle θm is 1.05π, the torque Tc [N · m] with respect to the rotation angle θ of the rotor 1 for each tooth 23. Indicates. This torque Tc is obtained by partial differentiation of the magnetic energy Wg of the air gap with the rotation angle θ of the rotor 1 as described above. That is, FIG. 4 is a diagram obtained by partial differentiation of the magnetic energy Wg of the gap with respect to the rotation angle θ of the rotor 1 shown in FIG. FIG. 4 shows the teeth # 1 to # 6, and the teeth # 7 to # 12 are the same as the teeth # 1 to # 6.
[0027]
As shown in FIG. 4, for example, in the case of teeth # 1, the rotation angle θ of the rotor 1 is about 0 to about 0.15π, about 0.2π to about 0.8π, about about From 0.85π to π, the torque Tc is zero. When the rotation angle θ of the rotor 1 is about 0.15π to about 0.2π, the torque Tc decreases rapidly and then becomes zero again. Further, when the rotation angle θ of the rotor 1 is about 0.8π to about 0.85π, the torque Tc becomes 0 again after the torque Tc increases rapidly. The teeth # 2 to # 6 are sequentially shifted by 30 degrees in electrical angle from the teeth # 1.
[0028]
And the torque Tc which totaled the torque Tc which generate | occur | produces with these teeth # 1- # 6 is shown by the thick line. Thus, for example, when the rotation angle θ of the rotor 1 is between about 0.15π and about 0.2π (range surrounded by a broken line), the rotation angle θ is between about 0.15π and about 0.17π. A positive torque is generated, and a negative torque is generated when the rotation angle θ is between about 0.18π and about 0.2π. This is because, when the rotation angle θ of the rotor 1 is between about 0.15π and about 0.2π, a negative torque Tc is generated by the teeth # 1, and a positive torque Tc is generated by the teeth # 3. This is due to cancellations in many parts. Then, the difference between the maximum value and the minimum value of the total torque shown in FIG. 4 is the cogging torque (indicated by the vertical arrow in FIG. 4).
[0029]
Here, what is shown in FIG. 4 is one of the cases where the cogging torque is the lowest, as in FIG. That is, as apparent from FIG. 4, when the rotation angle θ of the rotor 1 is between about 0.15π and about 0.2π, the negative torque Tc due to the teeth # 1 and the positive torque Tc due to the teeth # 3 are The torque is almost symmetric with respect to zero. However, if the teeth opening angle θt and the magnet opening angle θm are changed, the torque generated by each tooth is shifted in the direction indicated by the white arrow in FIG. 4 and the total tooth becomes large.
[0030]
Therefore, the magnitude of the cogging torque was calculated when the teeth opening angle θt and the magnet opening angle θm were variously changed. FIG. 5 shows a case where the magnet opening angle θm is changed from 0.61π [rad] to 0.87π [rad] and the teeth opening angle θt is changed from 0.85π [rad] to 1.16π [rad]. The cogging torque level (index) is shown in a table format. FIG. 6 shows the table format of FIG. 5 in the form of a graph. The cogging torque level (index) with respect to the magnet opening angle θm is shown for a plurality of teeth opening angles θt. The cogging torque level (index) has a maximum value of 20.
[0031]
As shown in FIGS. 5 and 6, when the magnet opening angle θm is 0.66π [rad] and the teeth opening angle θt is 0.92π [rad], and when the magnet opening angle θm is 0.66π [rad] In the case of two combinations where the opening angle θt is 1.05π [rad], the cogging torque level is 6 which is the minimum. The magnet opening angle θm is 0.84π [rad] and the teeth opening angle θt is 0.92π [rad], and the magnet opening angle θm is 0.84π [rad] and the teeth opening angle θt is 1.05π [rad]. rad], the cogging torque level is the next smaller 8 in the case of two combinations.
[0032]
In addition, the cogging torque level can be reduced within the range of ± 0.05π [rad] around the magnet opening angle θm and the teeth opening angle θt in the case of the above four combinations. More preferably, if the magnet opening angle θm is within a range of ± 0.03 of 0.66π [rad] or 0.84π [rad], the cogging torque level can be reliably reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view in the circumferential direction of a brushless motor.
FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between magnets and teeth.
FIG. 3 is a diagram showing magnetic energy of a gap portion with respect to a rotation angle of a rotor.
FIG. 4 is a diagram showing torque with respect to a rotation angle of a rotor.
FIG. 5 is a diagram showing cogging torque levels with respect to a magnet opening angle and a teeth opening angle.
FIG. 6 is a diagram showing a cogging torque level with respect to a magnet opening angle and a teeth opening angle.
[Explanation of symbols]
1 ・・・ Rotor (field element)
2 ... Stator (armature)
11 ... Rotor core (field element core)
12 ... Magnet (permanent magnet)
21 ... Stator core (armature core)
22 ... Stator protrusion (armature protrusion)
23 ・・・ Teeth

Claims

Let n be a natural number,
A field having a field element core and a 14 n-pole permanent magnet disposed at an equal pitch on the surface of the field element core or embedded at an equal pitch in the circumferential direction on the inner side of the field element core With magnetons,
An armature having an armature core, 12n armature projecting portions projecting in a radial direction on the armature core and wound with windings, and teeth formed on a tip side of the armature projecting portion When,
In the permanent magnet rotating electric machine with
What the circumferential angle in which the permanent magnet opening angle of the permanent magnet when the pitch angle in the circumferential direction of the permanent magnet and the α is 0.66α ± 0.0 5α der adjacent,
Permanent magnet rotating electric machine, characterized in that the teeth open angle is the circumferential direction angles of the teeth is 0.92α ± 0.0 5α.

The permanent magnet rotating electric machine according to claim 1, wherein the permanent magnet rotating electric machine is a brushless motor.

The permanent magnet rotating electric machine is an assist motor used in an electric power steering device that assists steering force, or a vehicle transmission ratio that makes a transmission ratio between a steering angle of a steering wheel and a turning angle of a steered wheel variable. The permanent magnet rotating electric machine according to claim 1, wherein the permanent magnet rotating electric machine is a transmission ratio variable motor used in a variable steering device.