JP2013126291A - ブラシレスモータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転時のトルクリップルを低減しつつ、最大トルクの低下を抑制できるブラシレスモータ、およびこのブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】ロータコア４１は、外周面４１ｂが径方向外側に膨出形成された複数の膨出部４２を備え、複数の膨出部４２は、外周面４２ａが膨出部４２の頂部４２ｂとロータの中心軸Ｏ（回転中心）との離間距離よりも小さな曲率半径となるように形成されており、スリット４４と膨出部４２の外周面４２ａとの間には、突極軸Ｑに沿って長手方向を有し、突極軸Ｑと交差する方向に等ピッチに並列配置されたフラックスバリア３０を備え、ロータコア４１は、膨出部４２におけるスリット４４側の端部において、隣接する磁路３１ａどうしを連結する連結部３１ｂを有していることを特徴としている。
【選択図】図３

Description

この発明は、ブラシレスモータおよびこのブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

車両の操舵力をアシストする電動パワーステアリング装置の駆動源として、ブラシレスモータが使用されている。この種のブラシレスモータは、コイルが巻装されたティースを有するステータと、ステータの径方向内側に回転自在に設けられたロータとを備え、コイルへの通電制御を行うことによりロータを回転駆動させている。

ブラシレスモータのロータは、回転シャフトと、この回転シャフトに外嵌固定される略円柱状のロータコアと、ロータコアに設けられた永久磁石とを有している。永久磁石は、略ブロック状に形成されており、ロータコアの外周側において周方向に磁極が交互に変わるように配置されている。
永久磁石をロータに配置する方式としては、ロータコアにスリットを複数形成し、スリット内に永久磁石を配置する埋込方式（ＩＰＭ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、特許文献１に記載のロータには、磁化方向を整えて磁気異方性を得るためのフラックスバリアが形成されている。このフラックスバリアは、永久磁石よりも径方向の外側において、半径方向の突極軸に対して平行に延在する磁極片の切欠部によって形成されている。また、各切欠部（すなわちフラックスバリア）間の磁極片は、永久磁石からの磁束、およびステータからの界磁側の磁束が通る磁路となっており、ロータは、各切欠部間の磁極片に沿う方向に磁化される。これにより、ステータの界磁磁束の影響（すなわち電機子反作用）による磁化方向の歪みを抑制できるので、ロータの回転時におけるトルクリップルを低減できる。

特表２００６−５０９４８３号公報

しかし、従来技術では、永久磁石の径方向外側に切欠部を形成してフラックスバリアを設けているため、永久磁石の径方向の外側面とロータコアとの接触面積が小さくなる。これにより、永久磁石の磁束が通る磁路が減少するとともに、永久磁石からの磁束の一部がフラックスバリアを通過する。このため、磁気抵抗が増加して磁気効率が悪くなり、モータの最大トルクが低下するおそれがある。

そこで本発明は、回転時のトルクリップルを低減しつつ、最大トルクの低下を抑制できるブラシレスモータ、およびこのブラシレスモータを備えた電動パワーステアリング装置の提供を課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係るブラシレスモータは、ステータと、前記ステータの径方向内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記ロータは、中心軸の周方向に沿うように複数のスリットが形成されたロータコアと、前記複数のスリット内に設けられた複数の永久磁石と、を備え、前記ロータコアは、前記複数の永久磁石に対応した位置の外周面が径方向外側に膨出形成された複数の膨出部を備え、前記複数の膨出部は、外周面が前記膨出部の頂部と前記ロータの回転中心との離間距離よりも小さな曲率半径となるように形成されており、前記スリットと前記膨出部の外周面との間には、前記膨出部の頂部と前記ロータの回転中心とを結んだ突極軸に沿って長手方向を有し、前記突極軸と交差する方向に等ピッチに並列配置された複数のフラックスバリアと、該フラックスバリア間に形成された複数の磁路を備え、前記ロータコアは、前記膨出部における前記スリット側の端部において、隣接する前記磁路どうしを連結する連結部を有することを特徴としている。

本発明によれば、突極軸に沿った磁路がフラックスバリア間に形成されているので、ステータからの界磁磁束は、その配向が変化することなくロータコアの磁路を通過できる。これにより、ステータの界磁磁束の電機子反作用による磁化方向の歪みを抑制できるので、ロータの回転時のトルクリップルを抑制できる。
また、永久磁石に対応した位置に膨出部を形成することで、膨出部における周方向の中央部から端部にかけて、エアギャップが漸次広くなるように形成できるので、ロータの回転時にステータの界磁磁束を緩やかに作用させることができる。したがって、ロータの回転時のトルクリップルを低減できる。
また、ロータコアは、膨出におけるスリット側の端部において、隣接する磁路どうしを連結する連結部を有しているので、スリットの径方向の外側壁と永久磁石の外側面とが面接触できる。これにより、永久磁石からの磁束は外側壁により集束された後、フラックスバリア間のロータコアの磁路を効率よく通過できるので、フラックスバリアに起因する磁気効率の低下を抑制できる。したがって、ロータの回転時のトルクリップルを低減しつつ、ブラシレスモータの最大トルクの低下を抑制できる。

また、本発明の請求項２に係るブラシレスモータは、前記フラックスバリアが、前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通孔であることを特徴としている。

本発明によれば、非磁性材料を用いることなく、ロータコアにフラックスバリアを設けることができる。また、プレス加工等により、簡単にフラックスバリアを設けることができる。したがって、ロータの回転時のトルクリップルを低減しつつ、最大トルクの低下を抑制できるブラシレスモータを低コストに形成できる。

また、本発明の請求項３に係るブラシレスモータは、前記フラックスバリアの前記突極軸と交差する方向の幅をＬ１とし、隣り合う前記フラックスバリアの離間距離をＬ２としたとき、前記フラックスバリアの前記突極軸と交差する方向の幅Ｌ１、および前記フラックスバリアの離間距離Ｌ２は、Ｌ１≦Ｌ２を満たすように形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、
Ｌ１≦Ｌ２・・・（１）
を満たすことで、フラックスバリアの領域よりも、フラックスバリア間に形成される磁路の領域をより多く確保できる。これにより、磁束が磁路をより効率よく通過できるので、ブラシレスモータの最大トルクの低下をさらに抑制できる。

また、本発明の請求項４に係るブラシレスモータは、前記フラックスバリアの本数が、５本以上であることを特徴としている。

ブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動用として使用する場合、ブラシレスモータの出力トルクに対するトルクリップルの割合（以下、「トルクリップル率」という。）が５％以下であることが望ましいとされている。本発明によれば、発明者らのシミュレーションの結果から、フラックスバリアの本数を５本以上とすることで、トルクリップル率が５％以下に低減できることが確認された。したがって、電動パワーステアリング装置の駆動用に適したブラシレスモータを提供できる。

また、本発明の請求項５に係るブラシレスモータは、前記ロータコアは、複数の磁性板を軸方向に積層することにより形成され、隣り合う前記フラックスバリアの離間距離、前記フラックスバリアと前記ロータコアの外周面との最短離間距離、および前記フラックスバリアと前記スリットとの最短離間距離は、前記磁性板の板厚以上の大きさに設定されていることを特徴としている。

本発明によれば、磁性板をプレス加工により打ち抜くことにより、低コストにフラックスバリアを形成できる。
さらに、隣り合うフラックスバリアの離間距離、フラックスバリアとロータコアの外周面との最短離間距離、およびフラックスバリアとスリットとの最短離間距離を磁性板の板厚以上の大きさに設定することで、フラックスバリア周辺のロータコアの強度を十分確保できる。これにより、磁性板をプレス加工により打ち抜く際に、フラックスバリア周辺のロータコアの変形を抑制するとともに、フラックスバリアおよび隣り合うフラックスバリア間の磁路を精度良く形成できる。したがって、ロータの回転時のトルクリップルを低減しつつ最大トルクの低下を抑制できる、強度に優れたブラシレスモータを精度良く形成できる。

また、本発明の請求項６に係る電動パワーステアリング装置は、請求項１から５のいずれか１項に記載のブラシレスモータを駆動源として用いたことを特徴としている。

本発明によれば、ロータの回転時のトルクリップルを低減しつつ、最大トルクの低下を抑制できるブラシレスモータを備えた、高性能な電動パワーステアリング装置を提供できる。特に、トルクリップル率を５％以下に低減することで、操舵フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置を提供できる。

本発明によれば、突極軸に沿った磁路がフラックスバリア間に形成されているので、ステータからの界磁磁束は、その配向が変化することなくロータコアの磁路を通過できる。これにより、ステータの界磁磁束の電機子反作用による磁化方向の歪みを抑制できるので、ロータの回転時のトルクリップルを抑制できる。
また、永久磁石に対応した位置に膨出部を形成することで、膨出部における周方向の中央部から端部にかけて、エアギャップが漸次広くなるように形成できるので、ロータの回転時にステータの界磁磁束を緩やかに作用させることができる。したがって、ロータの回転時のトルクリップルを低減できる。
また、ロータコアは、膨出部におけるスリット側の端部において、隣接する磁路どうしを連結する連結部を有しているので、スリットの径方向の外側壁と永久磁石の外側面とが面接触できる。これにより、永久磁石からの磁束は外側壁により集束された後、フラックスバリア間のロータコアの磁路を効率よく通過できるので、フラックスバリアに起因する磁気効率の低下を抑制できる。したがって、ロータの回転時のトルクリップルを低減しつつ、ブラシレスモータの最大トルクの低下を抑制できる。

電動パワーステアリング装置の概略図である。 実施形態のブラシレスモータの中心軸を含む断面図である。 ロータコアの平面図である。 膨出部の拡大図であり、フラックスバリアの説明図である。 磁束の流れの説明図である。 ブラシレスモータのトルクリップル率の変化を示すグラフである。 出力トルクの変化を示すグラフである。

（パワーステアリング装置）
以下に、図面を用いて、実施形態の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ；Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）の説明をする。
図１は、電動パワーステアリング装置９０の概略図である。
図１に示すように、車両に用いられる電動パワーステアリング装置９０は、ステアリングハンドル９１と、一端がステアリングハンドル９１にジョイントを介して連結され他端がギヤボックス９２に連結された入力軸９３と、ギヤボックス９２と連結され不図示のタイヤを操舵する舵取機構９４と、ギヤボックス９２と連結され舵取機構９４の操舵力をアシストするブラシレスモータ１と、を備えている。

ステアリングハンドル９１により入力軸９３が回転されると、不図示のトルクセンサが入力軸９３に作用するトルクを検出し、その検出トルクにもとづいてブラシレスモータ１が駆動される。このブラシレスモータ１のトルクにより、舵取機構９４の操舵力がアシストされるようになっている。

（ブラシレスモータ）
続いて、図面を用いて、実施形態のブラシレスモータ１の説明をする。
図２は、実施形態のブラシレスモータ１の中心軸Ｏを含む断面図である。
図２に示すように、ブラシレスモータ１は、ステータハウジング２に圧入等の固定手段により固定されたステータ３と、ステータ３に対して回転自在に設けられたロータ４とを有している。
ステータハウジング２は、有底筒形状を有し、筒状部分の内周にステータ３が圧入等の固定手段により固定されている。ステータハウジング２の底部２ａには、中央部に軸受５が圧入されている。なお、以下の説明では、ステータハウジング２の開口側（図２における左側）を軸方向の一方側とし、底部２ａ側（図２における右側）を軸方向の他方側として説明する。

ステータ３は、略円筒状のステータコア１０を有している。ステータコア１０は、電磁鋼板等の磁性板を複数枚積層することにより構成されている。ステータコア１０の外周面は、ステータハウジング２の内周面に例えば圧入等によって固定されている。ステータコア１０には、径方向内側に向かって複数（本実施形態では９本）のティース１０ａが周方向に等間隔で突設されている。各ティース１０ａ間には、不図示のスロットが形成さている。スロットは、周方向に沿って等間隔に９スロット形成されている。各ティース１０ａには、スロットに導入されたコイル１２が、インシュレータ１１を介して巻装されている。

コイル１２は、周回り方向に沿って、複数のティース１０ａにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に割り当てられて巻装されている。すなわち、この実施形態のブラシレスモータ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル１２を備えた３相ブラシレスモータとなっている。

各ティース１０ａに巻装されているコイル１２の端末部は、ステータハウジング２の一方側（図２における左側）に向かって引き出され、ここに配置されているバスバーユニット２２に接続されている。
バスバーユニット２２は、外部からの電力をコイル１２に供給するためのものであって、略円環状の樹脂モールド体２２ａに金属製の複数（本実施形態では４個）のバスバー２２ｂが埋設されている。各バスバー２２ｂには、それぞれ所定のコイル１２の端末部が接続されて、各相用バスバーに割り当てられている。具体的には、各相のコイル１２の巻き始め端（不図示）と接続されるＵ相用バスバー、Ｖ相用バスバーおよびＷ相用バスバーと、各相のコイル１２の巻き終わり端（不図示）と接続される中性点用バスバーと、に割り当てられている。

バスバーユニット２２は、ターミナル２３を介して、ステータハウジング２の外周部に突設された電源コネクタ（不図示）に接続されている。電源コネクタには、外部電源から延びる電源ケーブルのコネクタ（いずれも不図示）が嵌着固定可能に形成されており、外部からの電力をバスバーユニット２２に供給できるようになっている。

バスバーユニット２２の一方側（図２における左側）には、ステータハウジング２の開口部を塞ぐブラケット７が設けられている。
ブラケット７は略円盤状に形成されており、中央部には軸受固定孔２０が形成されている。軸受固定孔２０には軸受２１が圧入固定されている。

また、ブラケット７には、ロータ４の回転位置検出用のレゾルバ１４を構成するレゾルバステータ１４ａが固定されている。レゾルバステータ１４ａは、回転シャフト６と一体に回転するレゾルバロータ１４ｂの回転位置を検出可能になっている。
また、ブラケット７の外周部には、ボルト孔２４が設けられている。ボルト孔２４にはボルト（不図示）が挿通されて、ブラシレスモータ１が被取付体（不図示）に締結固定される。

（ロータ）
ロータ４は、回転シャフト６と、回転シャフト６の外周面に固定されるロータコア４１と、ロータコア４１内に周方向に沿って配置される永久磁石１３とを備えている。
回転シャフト６は、ブラケット７に設けられた軸受２１と、ステータハウジング２の底部２ａに設けられた軸受５とにより、ブラシレスモータ１の中心軸Ｏと一致するように回転自在に支持されている。

（ロータコア）
ロータコア４１は、例えば電磁鋼板等の磁性板４１ａをプレス加工により略円盤状に打ち抜いたあと、軸方向に複数枚積層することにより形成されている。ロータコア４１の軸方向の長さは、ステータコア１０の軸方向の長さと略同一となるように形成されている。

図３は、ロータコア４１の平面図である。
図３に示すように、ロータコア４１は、中心軸Ｏの周方向に沿うように、複数のスリット４４が略等ピッチに形成されている。スリット４４は、永久磁石挿入部４５と、永久磁石挿入部４５の周方向における外側に形成された一対の空隙部４６，４７とにより形成されている。
本実施形態では、スリット４４は、周方向に沿って約６０°ピッチで６個形成されている。各スリット４４の永久磁石挿入部４５には、後述する永久磁石１３が挿入配置されており、磁極数が６極のロータ４が形成されている。
なお、前述のとおり、ステータコア１０に形成されるスロット数は９スロットである。したがって、本実施形態のブラシレスモータ１は、いわゆる６極９スロットのブラシレスモータ１を構成している。

永久磁石挿入部４５は、軸方向から見て略方形状（本実施形態においては長方形状）に形成されており、径方向内側に形成された内側壁４５ａと、径方向外側に形成された外側壁４５ｂとを有している。内側壁４５ａおよび外側壁４５ｂは、対向して略平行に形成されている。
永久磁石挿入部４５の周方向における外側には、一対の空隙部４６，４７が形成されている。永久磁石挿入部４５の一方側に形成される空隙部４６および他方側に形成される空隙部４７は、互いに線対称形状をしている。
空隙部４６，４７は、永久磁石挿入部４５の周方向外側であって永久磁石挿入部４５よりも径方向外側に向かって膨出して形成されている。永久磁石挿入部４５に永久磁石１３が配置されたとき、永久磁石１３の周方向外側の磁気抵抗は空隙部４６，４７によってロータコア４１よりも大きくなる。したがって、空隙部４６，４７は、永久磁石１３の磁束が永久磁石１３の周方向外側に漏洩するのを抑制し、永久磁石１３の磁束を径方向に配向できる。

ロータコア４１は、６個の膨出部４２を備えている。膨出部４２は、ロータコア４１の外周面４１ｂのうち、永久磁石挿入部４５に対応した位置の外周面４２ａが径方向外側に膨出することで形成されている。膨出部４２は、ロータ４の磁極数に対応して複数（本実施形態では６個）形成されている。膨出部４２は、周方向における永久磁石挿入部４５の略中央に対応した位置が、最も径方向外側に膨出した頂部４２ｂとなっている。また、膨出部４２は、軸方向から見て所定の曲率半径を有した略円弧形状に形成されている。各膨出部４２の各頂部４２ｂとロータコア４１の中心軸Ｏとを結んだ突極軸Ｑは、６０°間隔となるように形成されている。すなわち、各膨出部４２の各頂部４２ｂは、周方向に６０°ピッチとなるように形成されている。

（フラックスバリア）
スリット４４と膨出部４２の外周面４２ａとの間には、複数（本実施形態では７本）のフラックスバリア３０が形成され、フラックスバリア３０間には複数の磁路３１ａが形成されている。ている。具体的には、フラックスバリア３０は、スリット４４における永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂと、膨出部４２の外周面４２ａとの間に形成されており、膨出部４２におけるスリット４４側の端部には、隣接する磁路３１ａどうしを連結する連結部３１ｂが形成され、これにより、スリット４４と各フラックスバリア３０とが連通することなく形成されている。
各フラックスバリア３０は、ロータコア４１の軸方向に貫通する貫通孔により形成されている。各フラックスバリア３０は、軸方向から見て略方形状をしており、突極軸Ｑに沿う方向が長手方向となり、突極軸Ｑと直交する方向が幅方向（短手方向）となるように形成されている。各フラックスバリア３０の径方向外側壁は、軸方向から見て膨出部４２の外周面４２ａに沿うように形成されている。各フラックスバリア３０の径方向内側壁は、永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂに沿うように形成されている。

フラックスバリア３０は、突極軸Ｑと直交する方向に、所定のピッチで等間隔に並列配置されており、突極軸Ｑを挟んで線対称となるように配置されている。各フラックスバリア３０，３０間のロータコア４１は、永久磁石１３およびティース１０ａの磁束Ｍ（図５参照）が通過する磁路３１ａとなっている。
各フラックスバリア３０の幅は略同一に形成されている。また、各フラックスバリア３０の長さは、スリット４４と膨出部４２の外周面４２ａとの離間距離に対応して、突極軸Ｑから遠ざかるほど短くなるように形成されている。

図４は、膨出部４２の拡大図であり、フラックスバリア３０の説明図である。
図４に示すように、フラックスバリア３０の突極軸Ｑと交差する方向の幅をＬ１とし、隣り合う各フラックスバリア３０，３０の離間距離をＬ２としたとき、フラックスバリア３０の突極軸Ｑと交差する方向の幅Ｌ１、および各フラックスバリア３０の離間距離Ｌ２は、
Ｌ１≦Ｌ２・・・（１）
を満たすように形成されている。
このようにフラックスバリア３０の突極軸Ｑと交差する方向の幅Ｌ１、および各フラックスバリア３０の離間距離Ｌ２を設定することで、フラックスバリア３０の領域よりも、フラックスバリア３０，３０間に形成されるロータコア４１の領域を多く確保できる。これにより、フラックスバリア３０，３０間に形成されるロータコア４１の磁路３１ａの領域が十分に確保され、磁束が磁路を効率よく通過する。したがって、ブラシレスモータ１の最大トルクの低下が抑制される。

また、フラックスバリア３０とロータコア４１の外周面４１ｂとの最短離間距離をＬ３とし、フラックスバリア３０とスリット４４との最短離間距離をＬ４としたとき、隣り合うフラックスバリア３０の離間距離（磁路３１ａの幅）Ｌ２、フラックスバリア３０とロータコア４１の外周面４１ｂとの最短離間距離Ｌ３、およびフラックスバリア３０とスリット４４との最短離間距離Ｌ４は、磁性板４１ａの板厚以上の大きさに設定されていることが望ましい。
各離間距離Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を磁性板４１ａの板厚以上の大きさに設定することで、フラックスバリア３０周辺のロータコア４１の強度を十分確保できる。これにより、磁性板４１ａをプレス加工により打ち抜く際に、フラックスバリア３０周辺のロータコア４１の変形が抑制されるとともに、フラックスバリア３０および隣り合うフラックスバリア３０，３０間の磁路３１ａを精度良く形成される。

（永久磁石）
永久磁石１３は、ブロック状に形成されたセグメント型のネオジム材等からなり、周方向に磁極が順番に変わるようにスリット４４の永久磁石挿入部４５内に挿入配置されている。永久磁石１３は、例えば接着剤等によりスリット４４内部に固定されている。永久磁石１３の軸方向の長さは、ロータコアの軸方向の長さと略一致するように設定されている。
ここで、永久磁石１３は、永久磁石１３の外側面１３ａと永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂとが面接触した状態で、永久磁石挿入部４５内に固定されている。これにより、作用で詳述するように、永久磁石１３からの磁束が永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂにより効率よく集束される。

ところで、従来技術では、フラックスバリアとスリットとが連通しており、永久磁石の径方向外側面と接する磁極片は、突極軸に沿って短冊状に形成されていた（特許文献１の図１参照）。このため、永久磁石を永久磁石挿入部に挿入する際に、永久磁石の外側面とスリットの外側壁とが接触して磁極片が捲れて変形したり、磁極片の角部により永久磁石の径方向外側面を損傷したりするおそれがあった。
しかし、本実施形態では、永久磁石１３の外側面１３ａと永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂとが面接触するように形成されている。これにより、永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂは、軸方向視で突極軸Ｑと交差する方向に十分な幅を確保できるので、永久磁石１３の外側面１３ａと永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂとが接触しても磁性板４１ａが捲れて変形するのを防止できる。また、永久磁石１３の外側面１３ａと永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂとが面接触しているので、角部により永久磁石１３の外側面１３ａが損傷するのを防止できる。

（作用）
図５は、磁束Ｍの流れの説明図である。なお、図５では、コイル１２の界磁磁束により、ロータ４の永久磁石１３とティース１０ａとの間に吸引力が発生している状態を示している。
続いて、上述のように形成されたブラシレスモータ１の作用について、図５を用いて説明する。
このような構成のもと、各相のコイル１２に電圧を印加すると、各相のコイル１２に所望の電流が供給され、各相のコイル１２が巻装されたティース１０ａに所望の界磁磁束が発生する。各相のティース１０ａに界磁磁束が発生すると、この界磁磁束とロータ４の永久磁石１３との間に吸引力、または反発力が発生し、これによってロータ４が回転する。

ここで、永久磁石１３は、永久磁石１３の外側面１３ａと永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂとが面接触した状態で、永久磁石挿入部４５内に固定されている。これにより、永久磁石１３からの磁束は、外側壁４５ｂにより集束される。そして、集束された永久磁石１３からの磁束は、磁気抵抗の高いフラックスバリア３０を通過することなく連結部３１ｂを介して、フラックスバリア３０，３０間の磁路３１ａを通過する。このように、永久磁石１３からの磁束を、永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂにより集束されて、連結部３１ｂを介してフラックスバリア３０，３０間の磁路３１ａに効率よく通過させることができるので、フラックスバリアに起因する磁気効率の低下が抑制される。

また、ティース１０ａからの界磁磁束は、永久磁石１３からの磁束と同様にフラックスバリア３０を通過することなく連結部３１ｂを介して、フラックスバリア３０，３０間の磁路３１ａを通過する。これにより、ティース１０ａからの界磁磁束は、その配向が変化することなく突極軸Ｑに沿った磁路３１ａを通過できるので、界磁磁束の電機子反作用により、磁路３１ａ内における磁束Ｍの磁化方向が歪むのを抑制できる。したがって、ロータ４の回転時のトルクリップルが低減される。
また、膨出部４２が略円弧状に形成されているので、ロータ４の回転時には、ロータコア４１の外周面４１ｂとティース１０ａとの間のエアギャップが緩やかに変化する。これにより、ティース１０ａからの界磁磁束は、ロータコア４１に対して緩やかに作用するので、さらにロータ４の回転時のトルクリップルが低減される。

（トルクリップルとフラックスバリアの本数との関係）
続いて、フラックスバリア３０の本数を種々変更したときのトルクリップル率の検証を行った。以下に、トルクリップル率の検証について説明をする。具体的には、以下の実施例１〜５および比較例１〜２に示すように、ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を種々変更して、トルクリップル率を検証している。なお、ここでトルクリップル率とは、出力トルクに対するトルクリップルの割合をいう。したがって、トルクリップル率が小さいほど、ブラシレスモータ１の特性が良好であるといえる。
［実施例１］

ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を５本とした。その他の条件は、上述した実施形態にかかるブラシレスモータ１と同一である。
［実施例２］

ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を６本とした。その他の条件は、実施例１と同一である。
［実施例３］

上述した実施形態にかかるブラシレスモータ１であり、ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を７本とした。
［実施例４］

ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を１０本とした。その他の条件は、実施例１と同一である。
［実施例５］

ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を１２本とした。その他の条件は、実施例１と同一である。
［比較例１］

ロータコア４１にフラックスバリア３０を形成していない。その他の条件は、実施例１と同一である。
［比較例２］

ロータコア４１に形成するフラックスバリア３０の本数を４本とした。その他の条件は、実施例１と同一である。

（トルクリップル率の検証結果）
図６は、縦軸をブラシレスモータ１のトルクリップル率（％）とし、横軸をコイル１２（図５参照）に供給する電流値（Ａ）とした場合の、ブラシレスモータ１のトルクリップル率の変化を示すグラフである。
一般に、ブラシレスモータ１を電動パワーステアリング装置９０（図１参照）の駆動用として使用する場合、優れた操舵フィーリングを得るためにはトルクリップル率が５％以下であることが望ましいとされている。したがって、図６に示すように、トルクリップル率５％を目標判定値として設定している。

図６に示すように、ブラシレスモータ１のトルクリップル率は、ロータコアにフラックスバリア３０を形成していない比較例１が最も大きくなることが確認された。また、フラックスバリア３０を形成することで、ブラシレスモータ１のトルクリップル率が低減されることが確認できた。特に、フラックスバリア３０の本数が５本以上であるときに、ロータ４の回転時のトルクリップル率が、目標判定値の５％以下となることが確認できた。
以上の結果から、フラックスバリア３０の本数を５本以上とすることで、ロータ４の回転時のトルクリップル率を５％以下に低減できる。したがって、実施例１〜５に示すように、ロータコア４１にフラックスバリア３０を５本以上形成することにより、トルクリップル率を５％以下に低減できるブラシレスモータ１を得ることができるので、操舵フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置９０を提供できる。

（出力トルクの検証）
続いて、種々のロータコアを用いて、ブラシレスモータ１の出力トルクの検証を行った。以下に、ブラシレスモータ１の出力トルクの検証について説明をする。具体的には、上述の実施例３、比較例１および以下の比較例３に示すように、ロータコア４１を種々変更してブラシレスモータ１の出力トルクを検証している。
［比較例３］

ロータコアのフラックスバリア３０の本数を７本とし、スリット４４とフラックスバリア３０とを連通させた。すなわち、比較例３のロータコアは、特許文献１に記載のロータコアに相当している。その他の条件は、実施形態にかかるブラシレスモータ１と同一である。

（出力トルクの検証結果）
図７は、縦軸をブラシレスモータ１の出力トルク（Ｎｍ）とし、横軸をコイル１２（図５参照）に供給する電流値（Ａ）とした場合の、出力トルクの変化を示すグラフである。
図７に示すように、出力トルクは、スリット４４とフラックスバリア３０とが連通した比較例３よりも、隣接する磁路３１ａどうしを連結する連結部３１ｂを有する（スリット４４とフラックスバリア３０とが連通していない）実施例３のほうが大きくなることが確認された。すなわち、スリット４４における永久磁石挿入部４５の外側壁４５ｂにより、永久磁石１３からの磁束が効率よく集束され、フラックスバリア３０に起因する磁気効率の低下を抑制できるという、本実施形態のブラシレスモータ１の作用効果が確認できた。

なお、比較例１のブラシレスモータは、フラックスバリア３０が形成されていないため、磁気効率に優れており、最も出力トルクが大きい。しかしながら、前述のトルクリップル率の検証結果、および図６に示すとおり、比較例１のブラシレスモータは、トルクリップルが目標判定値である５％よりも大きくなってしまう。したがって、本実施形態のブラシレスモータ１は、ロータ４の回転時のトルクリップルを低減しつつ、ブラシレスモータ１の最大トルクの低下を抑制できる点で、比較例１のブラシレスモータに対して優位性がある。

（効果）
本実施形態によれば、フラックスバリア３０，３０間に突極軸Ｑに沿った磁路３１ａが形成されているので、ステータ３からの界磁磁束は、その配向が変化することなくロータコア４１を通過できる。これにより、ステータ３の界磁磁束の電機子反作用による磁化方向の歪みを抑制できるので、ロータ４の回転時のトルクリップルを抑制できる。
また、永久磁石１３に対応した位置に膨出部４２を形成することで、永久磁石１３の周方向に沿う方向の中央部から端部にかけてエアギャップが漸次広くなるように形成できるので、ロータ４の回転時にステータ３の界磁磁束を緩やかに作用させることができる。したがって、ロータ４の回転時のトルクリップルを低減できる。
また、ロータコア４１は、膨出部４２におけるスリット４４側の端部において、隣接する磁路３１ａどうしを連結する連結部３１ｂを有しているので、永久磁石挿入部４５の径方向の外側壁４５ｂと永久磁石１３の外側面１３ａとが面接触できる。これにより、永久磁石１３からの磁束は外側壁４５ｂにより集束された後、フラックスバリア３０，３０間のロータコア４１を効率よく通過できるので、フラックスバリア３０に起因する磁気効率の低下を抑制できる。したがって、ロータ４の回転時のトルクリップルを低減しつつ、ブラシレスモータ１の最大トルクの低下を抑制できる。

また、本実施形態によれば、
Ｌ１≦Ｌ２・・・（１）
を満たすことで、フラックスバリア３０の領域よりも、フラックスバリア３０，３０間に形成される磁路３１ａの領域をより多く確保できる。これにより、磁束が磁路３１ａをより効率よく通過できるので、ブラシレスモータ１の最大トルクの低下をさらに抑制できる。

ここで、ブラシレスモータ１を電動パワーステアリング装置９０の駆動用として使用する場合、トルクリップル率が５％以下であることが望ましいとされている。本実施形態によれば、図６に示すトルクリップル率の検証結果から、フラックスバリア３０の本数を５本以上とすることで、トルクリップル率が５％以下に低減できることが確認された。これにより、ロータ４の回転時のトルクリップルを低減しつつブラシレスモータ１の最大トルクの低下を抑制できるので、電動パワーステアリング装置９０の駆動用に適したブラシレスモータ１を提供できる。

また、本実施形態によれば、ロータ４の回転時のトルクリップルを低減しつつ、最大トルクの低下を抑制できるブラシレスモータ１を備えた高性能な電動パワーステアリング装置９０を提供できる。特に、トルクリップル率を５％以下に低減することで、操舵フィーリングに優れた電動パワーステアリング装置９０を提供できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

本実施形態では、ブラシレスモータ１を電動パワーステアリング装置９０の駆動用に適用した場合を例に説明をした。しかし、本実施形態のブラシレスモータ１の適用は、電動パワーステアリング装置９０に限定されることはなく、例えばエアコンのコンプレッサ駆動用のブラシレスモータ等、種々の装置に適用することができる。

本実施形態では、電磁鋼板等の磁性板４１ａを軸方向に複数枚積層することによりロータコア４１を形成していた。しかし、例えば、鍛造等によりロータコア４１を形成してもよい。ただし、プレス加工によりロータコア４１に簡単にフラックスバリア３０を形成できる点で、本実施形態に優位性がある。

本実施形態では、フラックスバリア３０は、ロータコア４１を軸方向に貫通する貫通孔により形成されており、貫通孔内に空気が存在することで磁気抵抗が高い状態となっていた。しかし、フラックスバリア３０は、貫通孔に限られることは無く、例えば樹脂材料等の磁気抵抗の高い非磁性部材により形成されていてもよい。ただし、貫通孔はプレス加工等により簡単に形成できるので、低コストにフラックスバリア３０を設けることができる点で、本実施形態に優位性がある。

本実施形態のロータコア４１におけるスリット４４は、永久磁石挿入部４５と、永久磁石挿入部４５の突極軸Ｑと直交する方向の外側に形成された空隙部４６，４７と、を備えていた。しかし、スリット４４は、必ずしも空隙部４６，４７を備えている必要はない。ただし、空隙部４６，４７を備えることにより、永久磁石１３の突極軸Ｑと直交する方向における磁束漏れを抑制し、磁気効率を高めることができる点で、本実施形態に優位性がある。

本実施形態の永久磁石１３は、ブロック状に形成されているが、永久磁石１３の形状は、本実施形態に限られることはない。例えば、永久磁石１３の径方向外側を、ロータコア４１の外周面４１ｂに沿うように略円弧状に形成してもよい。ただし、加工の容易性という観点で、ブロック状に形成された本実施形態の永久磁石１３に優位性がある。
また、本実施形態の永久磁石１３の材料にネオジムを採用しているが、永久磁石１３の材料はネオジムに限られることはなく、例えばフェライトやサマリウムコバルト等であってもよい。

本実施形態のロータ４は、ロータコア４１を形成する磁性板４１ａが周方向に同位相で軸方向に積層されていた。これに対して、例えば、周方向に位相をずらした状態で、軸方向に複数のロータコア４１が積層された、いわゆるスキューロータに本発明を適用してもよい。

本実施形態では、ステータ３が９本のティース１０ａおよびスロットを備え、ロータ４が６個の永久磁石１３を備えた、いわゆる６極９スロットのブラシレスモータ１を例に説明をした。しかしながら、本発明の適用にあたり、ブラシレスモータ１のスロット数および極数は実施形態に限られることはなく、種々変更することができる。
ここで、一般に、３相のブラシレスモータ１のトルクは、電気角で６次の変動成分を有している。実施形態のブラシレスモータ１は、６極９スロットで構成されているので、コイル１２に通電したときの電磁加振力のベクトルが、周方向に１２０°ピッチで均等に配置される。これにより、電磁加振力は３方向で釣り合いが取れるので、出力トルクの６次の変動成分を打ち消すことができる。したがって、トルクリップルを更に抑制できる点で、本実施形態の６極９スロットのブラシレスモータ１に優位性がある。

３ ステータ
４ ロータ
１３ 永久磁石
４１ ロータコア
４１ａ 磁性板
４１ｂ ロータコアの外周面
４２ 膨出部
４２ａ 膨出部の外周面
４２ｂ 頂部
４４ スリット
９０ 電動パワーステアリング装置

Claims (6)

1. ステータと、
   前記ステータの径方向内側に回転自在に配置されたロータと、
   を備え、
   前記ロータは、
   中心軸の周方向に沿うように複数のスリットが形成されたロータコアと、
   前記複数のスリット内に設けられた複数の永久磁石と、
   を備え、
   前記ロータコアは、前記複数の永久磁石に対応した位置の外周面が径方向外側に膨出形成された複数の膨出部を備え、
   前記複数の膨出部は、外周面が前記膨出部の頂部と前記ロータの回転中心との離間距離よりも小さな曲率半径となるように形成されており、
   前記スリットと前記膨出部の外周面との間には、前記膨出部の頂部と前記ロータの回転中心とを結んだ突極軸に沿って長手方向を有し、前記突極軸と交差する方向に等ピッチに並列配置された複数のフラックスバリアと、該フラックスバリア間に形成された複数の磁路を備え、
   前記ロータコアは、前記膨出部における前記スリット側の端部において、隣接する前記磁路どうしを連結する連結部を有することを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記フラックスバリアは、前記ロータコアを軸方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 前記フラックスバリアの前記突極軸と交差する方向の幅をＬ１とし、
   隣り合う前記フラックスバリアの離間距離をＬ２としたとき、
   前記フラックスバリアの前記突極軸と交差する方向の幅Ｌ１、および前記フラックスバリアの離間距離Ｌ２は、
   Ｌ１≦Ｌ２
   を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記フラックスバリアの本数は、５本以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
5. 前記ロータコアは、複数の磁性板を軸方向に積層することにより形成され、
   隣り合う前記フラックスバリアの離間距離、前記フラックスバリアと前記ロータコアの外周面との最短離間距離、および前記フラックスバリアと前記スリットとの最短離間距離は、前記磁性板の板厚以上の大きさに設定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のブラシレスモータを駆動源として用いたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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