本發(fā)明例如涉及電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置所使用的同步磁阻電機(jī)。

背景技術(shù)：

公知有僅利用通過相對(duì)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(jī)。磁阻電機(jī)有開關(guān)磁阻電機(jī)(srm：switchedreluctancemotor)和同步磁阻電機(jī)(synrm：synchronousreluctancemotor)。開關(guān)磁阻電機(jī)的定子以及轉(zhuǎn)子具有磁凸極性。同步磁阻電機(jī)的定子與無刷電機(jī)的構(gòu)造相同。

同步磁阻電機(jī)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(jī)中，通過轉(zhuǎn)子的磁凸極性，具有磁通容易流動(dòng)的凸極方向(以下稱作“d軸方向”)和磁通難以流動(dòng)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(hào)公報(bào))。

同步磁阻電機(jī)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(jī)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(shí)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(dòng)小的同步磁阻電機(jī)。

作為本發(fā)明的一方式的同步磁阻電機(jī)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(gè)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(diǎn)為頂點(diǎn)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(gè)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(diǎn)，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(gè)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(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)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(diǎn)會(huì)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(shí)施方式的同步磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2是表示圖1的同步磁阻電機(jī)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(gè)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(duì)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(dòng)相對(duì)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(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)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(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)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(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)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(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式的同步磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖2是表示圖1的同步磁阻電機(jī)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(gè)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(jī)1(以下，僅稱作“電機(jī)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(gè)供定子線圈12插入的槽11a。在該實(shí)施方式中，在定子鐵芯11卷繞有三個(gè)獨(dú)立的定子線圈12，槽11a的數(shù)量是24個(gè)。

參照圖1～圖4，轉(zhuǎn)子20的極數(shù)在該實(shí)施方式中是4極(2極對(duì))。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(gè)由圓弧狀的多個(gè)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(gè)磁障組由長度不同的7個(gè)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(shí)，轉(zhuǎn)子鐵芯21中的同一磁障組內(nèi)相互鄰接的兩個(gè)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(dòng)的部件。因此，來自定子鐵芯11的磁通中的從鄰接的兩個(gè)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(duì)于此，通過磁障23間的肋部24，從鄰接的兩個(gè)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(duì)轉(zhuǎn)子20施加旋轉(zhuǎn)磁場，則從電機(jī)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(duì)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(shí)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(shí)使d軸方向的磁路的磁阻變小。在該實(shí)施方式中，為了一邊使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)變小，一邊使磁阻轉(zhuǎn)矩t(電機(jī)輸出)提高，還進(jìn)行下面這樣的設(shè)計(jì)。換言之，將磁障23的俯視形狀設(shè)定為適當(dāng)?shù)男螤?。另外，將肋?4的寬度相對(duì)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(duì)于肋部24的寬度之比設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?。以下，?duì)這些詳細(xì)地進(jìn)行說明。

首先，參照圖2以及圖4，對(duì)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)a和頂點(diǎn)b的邊或者線段用a－b表示，將連結(jié)頂點(diǎn)b和頂點(diǎn)c的邊或者線段用b－c表示，將連結(jié)頂點(diǎn)c和頂點(diǎn)d的邊或者線段用c－d表示，將連結(jié)頂點(diǎn)d和頂點(diǎn)a的邊或者線段用d－a表示的情況。

各磁障組中的多個(gè)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(gè)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(diǎn)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(gè)磁障組中的多個(gè)磁障23在俯視下，由多個(gè)圓弧狀部分23a和多個(gè)直線狀部分23b構(gòu)成。圓弧狀部分23a以點(diǎn)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(gè)磁障組為例，對(duì)將各磁障組中的多個(gè)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(shí)，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(gè)磁障23的俯視形狀，則向d軸方向流動(dòng)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?yàn)槟軌蛱岣叽爬寐剩阅軌蚴馆敵鲛D(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?yàn)槟軌蚴估卟?4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(duì)肋部24的寬度相對(duì)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(diǎn)a到靠點(diǎn)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(diǎn)a到線段d－a的中點(diǎn)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/2^1/2。

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2^1/2·b以上。c優(yōu)選為0.5mm以上3mm以下。

在該實(shí)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＝2^1/2·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(duì)于肋部24的寬度m的模擬結(jié)果，和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)相對(duì)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(duì)應(yīng)的磁障23的寬度a、和肋部24的寬度相對(duì)于與肋部24的寬度m對(duì)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(duì)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(dòng)相對(duì)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(shí)輸出轉(zhuǎn)矩變得最大。換言之，當(dāng)肋部24的寬度相對(duì)于磁障23的寬度a之比m/a為1.50～2.13時(shí)，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(shí)，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(dòng)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(shí)變得最小。換言之，在肋部24的寬度相對(duì)于磁障23的寬度a之比m/a為2.13附近時(shí)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)變得最小。因此，了解到為了一邊抑制轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(dòng)一邊使輸出轉(zhuǎn)矩變大，優(yōu)選肋部24的寬度相對(duì)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(shí)，針對(duì)連接部25的寬度c相對(duì)于肋部24的寬度m之比c/m的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(duì)于肋部24的寬度m之比是0.53以上，則轉(zhuǎn)矩波動(dòng)不到12％。為了滿足式(3)，連接部25的寬度c相對(duì)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(duì)于肋部24的寬度m之比是1.18，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(shí)，針對(duì)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(shí)，針對(duì)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)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(dòng)不到12％。由此，可知為了將轉(zhuǎn)矩波動(dòng)抑制得比較低，優(yōu)選連接部25的寬度c相對(duì)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(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，本發(fā)明還能夠以其他方式實(shí)施。例如，在前述的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)子20的極數(shù)是4極(2極對(duì))、也可以是6極(3極對(duì))、8極(4極對(duì))等4極以外的極數(shù)。在前述的實(shí)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(shí)施例表示的大小。本發(fā)明例如能夠應(yīng)用于電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置所使用的同步電機(jī)，也能夠應(yīng)用于電動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置以外所使用的同步電機(jī)。

另外，在權(quán)利要求范圍記載的事項(xiàng)的范圍內(nèi)能夠?qū)嵤└鞣N設(shè)計(jì)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(hào)的優(yōu)先權(quán)，并在此引用其全部內(nèi)容。