JP7226189B2 - motor - Google Patents
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Description
本発明は、モータに関する。 The present invention relates to motors.
従来、コイルが巻回された筒状のステータと、複数の磁極を有しステータの径方向内側に設けられるロータとを備え、コイルへの通電により発生する電磁力によってロータが回転するモータが知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a motor is known that includes a cylindrical stator around which a coil is wound, and a rotor that has a plurality of magnetic poles and is provided radially inside the stator, and rotates the rotor by electromagnetic force generated by energizing the coil. It is
例えば特許文献1に開示された電動モータは、ブレーキシステムにおいて、連動変換機構を介してブレーキディスクを押圧する電動式アクチュエータを構成している。
For example, the electric motor disclosed in
ここで、車両のブレーキシステムにおけるモータ技術の背景に関して説明する。近年、自動運転にともなう自動車補機システムへのニーズや、安全機能の向上として、自動ブレーキシステムの採用が増加している。また、ハイブリッド自動車や電気自動車の増加にともない、以前はエンジン負圧でまかなっていた加圧源を電動モータに置き換えた液圧式の電動ブレーキシステムなどの採用が増大している。 The background of motor technology in vehicle braking systems will now be described. In recent years, there has been an increase in the use of automatic braking systems to meet the needs for automotive accessory systems accompanying automatic driving and to improve safety functions. In addition, with the increase in hybrid vehicles and electric vehicles, the adoption of hydraulic electric brake systems , etc., in which an electric motor replaces the pressurization source, which was formerly provided by the negative pressure of the engine, is increasing.
液圧式ブレーキシステムには、モータ回転をボールねじで直線運動に変換することでシリンダ内のピストンを作動させてブレーキ液圧を発生させるタイプや、モータ回転をそのまま歯車機構に伝達し、歯車の歯のかみ合わせ部分で流体を輸送してブレーキ液圧を発生するギヤポンプのタイプがある。 Hydraulic brake systems include a type that converts motor rotation into linear motion with a ball screw to actuate the piston in the cylinder to generate brake hydraulic pressure, and others that directly transmit the motor rotation to the gear mechanism and There is a type of gear pump that generates brake hydraulic pressure by transporting fluid in the meshing part.
また液圧式ブレーキは、車両停止時のブレーキ力を維持する液圧保持力、及び、ブレーキ動作への高い追従性が求められる。したがって、液圧式の電動ブレーキシステムに用いられるモータには、低回転領域における拘束トルクの高トルク化と、無負荷(又は低負荷)領域における高回転化との両立が求められる。その両立のため、埋込永久磁石式(以下「IPM」)モータが選定される。 In addition, hydraulic brakes are required to have a hydraulic holding force to maintain the braking force when the vehicle is stopped, and a high followability to the braking operation. Therefore, a motor used in a hydraulic electric brake system is required to achieve both high restraint torque in a low rotation region and high rotation in a no-load (or low-load) region. In order to achieve both, an interior permanent magnet (hereinafter "IPM") motor is selected.
また、モータの駆動制御において、部品削減や省スペースを目的として、ロータ回転角を検出する位置センサを用いないセンサレス駆動方式の技術が知られている。本明細書では、d軸インダクタンスに対するq軸インダクタンスの比(Lq/Ld)を「突極比」という。センサレス駆動では、q軸インダクタンスとd軸インダクタンスとの差が大きく、突極比が1から離れている方が良い。好ましくは、周方向に隣接する磁極同士の間に突極部を設けることにより、突極比が1より大きい場合、突極比をより大きくする作用が得られる。 In addition, in motor drive control, there is known a technology of a sensorless drive system that does not use a position sensor for detecting the rotation angle of the rotor for the purpose of reducing the number of components and saving space. In this specification, the ratio of q-axis inductance to d-axis inductance (Lq/Ld) is referred to as "salient pole ratio". In sensorless driving, the difference between the q-axis inductance and the d-axis inductance is large, and the salient pole ratio should be away from 1. Preferably, when the salient pole ratio is greater than 1, by providing salient pole portions between magnetic poles adjacent in the circumferential direction, an effect of increasing the salient pole ratio can be obtained.
しかし、突極部を有するモータをセンサレス駆動させる場合、突極部とステータのティースとが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動すると、突極部が磁気飽和しやすく、位置推定に必要な突極比が維持しにくいという問題があった。 However, when a motor having a salient pole portion is driven without a sensor, if the salient pole portion and the teeth of the stator face each other and are energized at a rotational position near the lead angle of 0 degrees, the salient pole portion is likely to be magnetically saturated. There is a problem that it is difficult to maintain the salient pole ratio required for estimation.
本発明は上記の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、磁極間に突極部が設けられるモータにおいて、突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいモータを提供することにある。 The present invention was created in view of the above points, and its object is to provide a motor in which salient pole portions are provided between magnetic poles, in which the salient pole portions are less susceptible to stator excitation and are less likely to be magnetically saturated. to provide.
本発明は、車両のブレーキシステムに適用され、出力によりブレーキ液圧を発生させるモータであって、コイル(68)が巻回された筒状のステータ(60)と、周方向に10個の磁極(57)が設けられ、ステータの内側で回転可能なロータ(50)と、を備える。ステータは、コアバック(61)から径内方向に突出する複数のティース(62)を有しており、ティースは、先端部(63)と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されている。ロータは、10個の磁極がロータコア(51)に埋め込まれたIPM構造により構成されている。 The present invention is applied to a brake system of a vehicle, and is a motor for generating brake hydraulic pressure by output , comprising a cylindrical stator (60) wound with a coil (68) and ten magnetic poles in the circumferential direction. (57) is provided and comprises a rotor (50) rotatable inside the stator. The stator has a plurality of teeth (62) protruding radially inward from a core back (61). formed. The rotor consists of an IPM structure with ten magnetic poles embedded in the rotor core (51).
磁極は径方向外側がフロントヨーク部(55)により覆われており、周方向に隣接する磁極同士の間に突極部(53)が形成されている。ロータの回転軸(O)を中心とする軸方向の投影において、突極部の径方向外端(531)は、フロントヨーク部(55)の外縁の周方向端点(P1)を通る同心円の内側に位置する。 The magnetic poles are covered radially outwardly by a front yoke portion (55), and a salient pole portion (53) is formed between adjacent magnetic poles in the circumferential direction. In axial projection about the rotation axis (O) of the rotor, the radially outer end (531) of the salient pole portion is inside the concentric circle passing through the circumferential end point (P1) of the outer edge of the front yoke portion (55). Located in
本発明のモータは、突極部の径方向外端がフロントヨーク部に対し径方向内側に凹むように形成されており、突極部の径方向外端がティースの内端から離れる。したがって、突極部とティースとが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動した場合でも突極部がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しやすくなる。 In the motor of the present invention, the radial outer ends of the salient pole portions are formed so as to be recessed radially inward with respect to the front yoke portion, and the radial outer ends of the salient pole portions are separated from the inner ends of the teeth. Therefore, even when the motor is energized and started at a rotational position near the lead angle of 0 degrees where the salient poles and the teeth face each other, the salient poles are less likely to be affected by the stator excitation, and magnetic saturation is less likely to occur. Therefore, it becomes easier to maintain the salient pole ratio required for position estimation in the sensorless drive system.
本明細書において「実施形態」とは本発明の実施形態を意味する。以下、モータの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態のモータは、車両のブレーキシステムに適用され、出力によりブレーキ液圧を発生させるモータである。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下の第1~第4実施形態を包括して「本実施形態」という。 As used herein, "embodiment" means an embodiment of the present invention. A plurality of embodiments of the motor will be described below with reference to the drawings. The motor of this embodiment is a motor that is applied to a brake system of a vehicle and that generates brake fluid pressure by output. The same reference numerals are assigned to substantially the same configurations in a plurality of embodiments, and descriptions thereof are omitted. The following first to fourth embodiments will be collectively referred to as "this embodiment".
図1に車両のブレーキシステム90を模式的に示す。モータ80の出力により液圧装置91が発生した液圧が配管92を経由してブレーキキャリパ93に供給される。ブレーキキャリパ93によりパッドがブレーキディスク94に押し付けられ、車輪が制動される。
FIG. 1 schematically shows a
次に図2~図4を参照し、モータ80の構成について説明する。本実施形態のモータ80は3相ブラシレスモータであって、ハウジング70、ステータ60及びロータ50等が回転軸Oに対して同軸に設けられている。
Next, the configuration of the
図2に示すように、ハウジング70は、筒部72及び底部73を含む有底筒状を呈している。筒部72の開口端の周囲には鍔部71が形成されている。底部73の中央には底部側の軸受77を収容する軸受収容部74が形成されている。ハウジング70の開口側に装着されたハウジングカバー75の中央には、開口側の軸受78を収容する軸受収容部76が形成されている。
As shown in FIG. 2 , the
筒状のステータ60は、ハウジング70の筒部72の内側に収容され、スロットに3相のコイル68が巻回されている。ロータ50は、ステータ60の内側に設けられ、中心にシャフト59が固定されている。シャフト59の両端は、軸受77、78により回転可能に支持されている。図2に示すロータ50は、複数の薄板状ロータコアが軸方向に積層されて構成されているが、一体のロータコアで構成されてもよい。
The
図3及び図4に示すように、ロータ50は、周方向に複数(例えば10極)の永久磁石の磁極57が設けられ、ステータ60の内側で回転可能である。ロータコア51の径方向の中間部には複数の肉盗み部52が形成されている。本実施形態のロータ50は、複数の磁極57がロータコア51に埋め込まれたIPM構造により構成されている。詳しくは複数の磁極57は、肉盗み部52の径方向外側の環状部分に埋め込まれている。磁極57は径方向外側がフロントヨーク部55により覆われており、周方向に隣接する磁極57同士の間に突極部53が形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4 , the
ステータ60は、コアバック61から径内方向に突出する複数(例えば12個)のティース62を有している。隣接するティース62同士の間のスロットには3相のコイル68が巻回されている。図3、図4に例示するステータ60は、周方向に分割された分割コアで構成されているが、一体コアで形成されてもよい。
The
また、本実施形態のティース62は、先端部63と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されている。この構成は、特許第5862145号公報(対応US公報:US9531222B2)に開示されている。
Further, the
このような構成のブラシレスモータ80は、コイル68への通電によりステータ60に形成される回転磁界とロータ50の磁極57による磁界との相互作用により回転し、トルクを出力する。ここで、液圧式の電動ブレーキシステムに用いられるモータには、低回転領域における拘束トルクの高トルク化と、無負荷(又は低負荷)領域における高回転化との両立が求められる。本実施形態では、その両立のためにIPMモータが選定される。
The
また、センサレス駆動方式では、突極比向上作用のある突極部53が磁極57間に設けられる構成が好ましい。しかし、突極部53を有するモータ80をセンサレス駆動させる場合、突極部53とステータ60のティース62とが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動すると、突極部53が磁気飽和しやすく、位置推定に必要な突極比が維持しにくいという問題があった。そこで本実施形態のモータ80は、突極部53がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくいように構成されている。
Further, in the sensorless drive system, it is preferable that the
(第1実施形態)
次に図5(a)を参照し、第1実施形態のモータにおける突極部53付近の詳細な構成について説明する。図5(a)において、磁極57は径方向外側がフロントヨーク部55により覆われている。フロントヨーク部55の径方向の幅は、磁極57の周方向中央で最も広く、周方向端部に近づくにしたがって狭くなる。フロントヨーク部55と突極部53とは、架橋部54を介して接続されている。架橋部54の径方向内側には、磁極57の周方向端部に面する空隙56が形成されている。
(First embodiment)
Next, with reference to FIG. 5(a), a detailed configuration near the
フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1は、架橋部54との境界に位置する。図中、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円を二点鎖線で示す。第1実施形態では、ロータ50の回転軸Oを中心とする軸方向の投影において、突極部53の径方向外端531は、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円の内側に位置する。
A circumferential end point P<b>1 of the outer edge of the
自明ではあるが、「同心円」とは、ロータ50の回転軸Oを中心とする同心円である。つまり第1実施形態では、突極部53の径方向外端531について、ロータ50の回転軸Oからの距離が最大となる限界位置がフロントヨーク部55の外縁の形状を基準として特定される。
Although it is self-evident, the “concentric circles” are concentric circles centered on the rotation axis O of the
図5(b)に比較例の突極部53を示す。比較例では、突極部53の径方向外端539は、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1を通る同心円とほぼ同一円状に位置する。この構成では、図5(b)に示す回転位置、すなわち、突極部53とティース62とが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動したとき、突極部53の径方向外端539とティース62の内端630との距離が近いため、突極部53がステータ励磁の影響を受けやすく、磁気飽和しやすくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しにくくなる。
FIG. 5B shows a
それに対し、図5(a)に示す第1実施形態では、突極部53の径方向外端531がフロントヨーク部55に対し径方向内側に凹むように形成されており、突極部53の径方向外端531がティース62の内端630から離れる。したがって、突極部53とティース62とが対向する進角0度付近の回転位置で通電して起動した場合でも突極部53がステータ励磁の影響を受けにくく、磁気飽和しにくくなる。そのため、センサレス駆動方式で位置推定に必要な突極比が維持しやすくなる。
On the other hand, in the first embodiment shown in FIG. 5A, the radial
さらに本実施形態では、ティース62の先端部63がストレート形状に形成されているため、図7に示す、ティース先端部が周方向両側に広がっている形状に比べ、ティース先端部の周方向両端からフロントヨーク部55への漏れ磁束を抑制することができる。そのため、突極部53がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。
Furthermore, in the present embodiment, since the
(第2、第3、第4実施形態)
次に図6を参照し、第1実施形態に対し、突極部53の径方向外端の限界位置が異なる第2、第3、第4実施形態について説明する。第2、第3、第4実施形態における径方向外端532、533、534の限界位置は、磁極57の位置を基準として特定される。図6には、ロータ50の回転軸Oに対する磁極57及び突極部53の径方向外端532、533、534の限界位置のみを模式的に表す。
(Second, third and fourth embodiments)
Next, with reference to FIG. 6, second, third, and fourth embodiments will be described in which the limit position of the radially outer end of the
第2、第3、第4実施形態に共通の前提として、ロータ50の軸方向の投影において、磁極57は、ロータ50の回転軸Oを通り径方向に延びる径方向中心線Crに対し対称な長方形状を呈している。
As a premise common to the second, third, and fourth embodiments, in the axial projection of the
第2実施形態では、突極部53の径方向外端532は、磁極57の径方向外側の角P2を通る同心円の内側に位置する。磁極57の径方向外側の角P2は、フロントヨーク部55の外縁の周方向端点P1に対し、ほぼフロントヨーク部55の径方向幅分、内側に位置している。したがって第2実施形態は、第1実施形態に比べ、突極部53の径方向外端532がティース62の内端630からさらに離れるため、突極部53がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。
In the second embodiment, the radially
第3実施形態では、突極部53の径方向外端533は、径方向中心線Cr上における磁極57の径方向最外点P3を通る同心円の内側に位置する。磁極57の径方向最外点P3は径方向外側の角P2よりもさらに内側に位置している。したがって第3実施形態は、第2実施形態に比べ、突極部53がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。
In the third embodiment, the radially
第4実施形態では、突極部53の径方向外端534は、径方向中心線Cr上における磁極57の径方向中間点P4を通る同心円の内側に位置する。磁極57の径方向中間点P4は径方向最外点P3よりもさらに内側に位置している。したがって第4実施形態は、第3実施形態に比べ、突極部53がステータ励磁の影響をより受けにくく、磁気飽和しにくくなる。
In the fourth embodiment, the radial
(その他の実施形態)
(a)上記実施形態では、ステータ60のティース62はストレート形状に形成されている。これに対し図7に示すように、ティース62の先端部639が周方向両側に広がっている形状としてもよい。突極部53の径方向外端531がフロントヨーク部55に対し径方向内側に凹むように形成されていれば、ティース62がストレート形状でなくても、磁気飽和を抑制する効果はある程度得られる。
(Other embodiments)
(a) In the above embodiment, the
(b)図3、図4に示す3相ブラシレスモータは10極12スロットの構成であるが、磁極及びスロット(或いはティース)の数はこれに限らない。また、3相モータに限らず、4相以上の多相モータであってもよい。 (b) The 3-phase brushless motor shown in FIGS. 3 and 4 has 10 poles and 12 slots, but the number of magnetic poles and slots (or teeth) is not limited to this. Also, the motor is not limited to a three-phase motor, and may be a multi-phase motor having four or more phases.
(c)本発明のモータは、車両のブレーキシステム90に限らず、モータトルクを利用するどのようなシステムに適用されてもよい。また、モータの駆動はセンサレス駆動方式に限らず、位置センサにより回転角をフィードバックする方式により駆動されてもよい。
(c) The motor of the present invention may be applied not only to the
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。 As described above, the present invention is not limited to such an embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit of the present invention.
50 ・・・ロータ、 51 ・・・ロータコア、
53 ・・・突極部、 531-534・・・径方向外端、
57 ・・・磁極、
60 ・・・ステータ、 68 ・・・コイル、
80 ・・・モータ。
50 ... rotor, 51 ... rotor core,
53 ... salient pole portion, 531-534 ... radial outer end,
57 ... Magnetic pole,
60... Stator, 68... Coil,
80... Motor.
Claims (4)
コイル(68)が巻回された筒状のステータ(60)と、
周方向に10個の磁極(57)が設けられ、前記ステータの内側で回転可能なロータ(50)と、
を備え、
前記ステータは、コアバック(61)から径内方向に突出する複数のティース(62)を有しており、前記ティースは、先端部(63)と根元側との周方向幅が同一であるストレート形状に形成されており、
前記ロータは、10個の前記磁極がロータコア(51)に埋め込まれたIPM構造により構成されており、
前記磁極は、径方向外側がフロントヨーク部(55)により覆われており、周方向に隣接する前記磁極同士の間に突極部(53)が形成されており、
前記ロータの回転軸(O)を中心とする軸方向の投影において、前記突極部の径方向外端(531)は、前記フロントヨーク部の外縁の周方向端点(P1)を通る同心円の内側に位置するモータ。 A motor that is applied to a vehicle brake system and generates brake hydraulic pressure by output,
a cylindrical stator (60) around which a coil (68) is wound;
a rotor (50) provided with ten magnetic poles (57) in the circumferential direction and rotatable inside the stator;
with
The stator has a plurality of teeth (62) protruding radially inward from a core back (61). formed in the shape of
The rotor comprises an IPM structure in which the ten magnetic poles are embedded in a rotor core (51),
The magnetic poles have their radially outer sides covered with a front yoke portion (55), and a salient pole portion (53) is formed between the magnetic poles adjacent in the circumferential direction,
In axial projection about the rotation axis (O) of the rotor, the radially outer end (531) of the salient pole portion is located inside a concentric circle passing through the circumferential end point (P1) of the outer edge of the front yoke portion. motor located in
前記突極部の径方向外端(532)は、前記磁極の径方向外側の角(P2)を通る同心円の内側に位置する請求項1に記載のモータ。 In axial projection of the rotor, the magnetic poles present a rectangular shape symmetrical with respect to a radial centerline (Cr) extending radially through the axis of rotation of the rotor,
A motor according to claim 1, wherein the radially outer ends (532) of the salient pole portions are located inside concentric circles passing through the radially outer corners (P2) of the poles.
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