JP2014054155A - 電動機及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の使用量を低減または磁石の希土類磁石成分を低減し、かつトルクリップルを抑制することができる電動機及び電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】電動機は、ロータヨーク２２と、ロータヨーク２２の回転方向両側に空隙となるフラックスバリア２５を備えるように複数埋め込まれるマグネット２３と、を含むモータロータ２０と、ロータヨーク２２の径方向外側に所定の間隔を有して環状に配置されるステータコア３１及びステータコア３１を励磁させる励磁コイル３７を含むモータステータ３０と、を含む。ロータヨーク２２は、マグネット２３の径方向外側に突出する凸極部２７と、フラックスバリア２５の径方向外側で凸極部２７間を連結するブリッジ部２６と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機及び電動パワーステアリング装置に関する。

例えば、特許文献１には、環状の固定子の内周に複数配列されたティース間のスロットに巻線が施されており、前記固定子の内側で回転する回転子の内部に複数の平板形状の永久磁石が回転対称に埋設されており、隣り合う一対の前記永久磁石の隣り合う磁極端部間に対応してブリッジが設けられている永久磁石埋設型回転電機である、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが記載されている。

特開２０１１−０６２０５９号公報

特許文献１に開示された技術は、平板形状の永久磁石を回転対称に配置した永久磁石埋設型回転電機におけるトルクリップルを抑制することを目的とする。この技術は、回転子の回転軸線と中心とする凸状部の端の電気角度θ１は、永久磁石の磁極中心部を通り、且つ端に最も近い半径直線を基点として７０°〜８０°の範囲にあり、回転子の回転軸線と中心とする凹状部の最深部の電気角度θ２は、半径直線を基点として（θ１−１０°）〜θ１の範囲にあるとしている。

近年、磁石の使用量を低減した電動機または磁石の希土類磁石成分を低減した電動機が求められるようになってきている。磁石の使用量を低減した電動機または磁石の希土類磁石成分を低減した電動機では、磁石が生じさせるマグネットトルクも低減する。磁石の使用量や希土類成分含有量低減に伴うマグネットトルクを補うために、リラクタンストルクを付加した場合、マグネットトルクとリラクタンストルクとがトルクリップルを生じさせる可能性がある。このため、磁石の使用量を低減した電動機または磁石の希土類磁石成分を低減した電動機では、よりトルクリップルを抑制する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁石の使用量を低減または磁石の希土類磁石成分を低減し、かつトルクリップルを抑制することができる電動機及び電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、電動機は、ロータヨークと、前記ロータヨークに複数埋め込まれるマグネットと、前記マグネットの周方向両側に設けられて磁束短絡を防止するためのフラックスバリアとを含むモータロータと、前記ロータヨークの径方向外側に、環状に配置されるステータコア及び前記ステータコアを励磁させる励磁コイルを含むモータステータと、を含み、前記ロータヨークは、前記マグネットの径方向外側に突出する凸極部と、前記フラックスバリアの径方向外側で前記凸極部間を連結するブリッジ部と、を含み、前記ステータコアは、前記ロータヨーク側に延在し、前記ロータヨーク側のティース先端を備えるティースを含み、前記モータロータの回転中心と直交する平面において、前記回転中心からの距離が最大値となる最外径基準位置における前記凸極部の外周表面の曲率は、前記最外径基準位置が前記回転中心を中心として回転して描く曲率よりも大きく、かつ１つの前記凸極部において、前記凸極部が径方向外側に突出し始める２箇所の突出基部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＱ１、前記ティース先端の間で隣接する周方向端部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＳＴとし、Ｑ１とＳＴとの関係は、下記式（１）を満たすことを特徴とする。
０．１２≦（ＳＴ／Ｑ１）≦０．４７ ・・・（１）

上記構成により、磁石の使用量を低減または磁石の希土類磁石成分を低減し、かつトルクリップルを抑制することができる。そして、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記突出基部と前記回転中心とを結ぶ線分が、前記マグネットを通過することが好ましい。この構成により、平均トルクを向上させることができる。

本発明の望ましい態様として、前記回転中心から前記最外径基準位置までの距離をＲ１、前記マグネットの外周側表面から前記最外径基準位置までの距離をＴ１としたとき、Ｒ１とＴ１との関係は、下記式（２）を満たすことが好ましい。
０．０９≦（Ｔ１／Ｒ１）≦０．１８ ・・・（２）

上記構成により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

本発明の望ましい態様として、１つの前記凸極部において、前記突出基点と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＱ１、前記凸極部に接する前記マグネットの外周側表面の周方向の端部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＱ２としたとき、Ｑ１とＱ２との関係は、下記式（３）を満たすことが好ましい。
０．７６≦（Ｑ１／Ｑ２）≦１．２８ ・・・（３）

上記構成により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記励磁コイルは、１コイル当たりの巻数をＮ、相電流の最大電流をＩ、並列回路数をｎとし、前記マグネットの残留磁束密度をＢｒ、着磁面積Ｓとしたときに、下記式（４）を満たすことが好ましい。
１．８≦（（Ｎ×Ｉ×ｎ）／（Ｂｒ×Ｓ）） ・・・（４）

この構造により、マグネットの使用量を低減しても、トルク不足になる可能性を抑制することができる。

本発明の望ましい態様として、前記凸極部の外周表面の曲率が前記突出基部間で同じ曲率を有していることが好ましい。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記凸極部の外周表面は、前記突出基部間で異なる曲率を有する曲線が連続的して組み合わされていることが好ましい。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記ロータヨークの外周と対向する前記ステータコアのティースの内周表面には、前記モータロータの回転中心の軸と平行な方向に延在する溝を備えていることが好ましい。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

本発明の望ましい態様として、前記マグネットが含有するＤｙの含有量が２質量％以下であることが好ましい。

上記構成により、電動機は、ロータヨーク内の閉磁路により、マグネットのパーミアンス係数が向上し、マグネットの減磁耐力が向上する。このため、マグネットの保磁力を小さくしても、減磁するおそれを低減できることから、マグネットの保磁力を向上させる希土類を低減できる。例えば、結晶粒を微細化した磁紛を用いて熱間押出成形により形成されたマグネットをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％以下とすることができる。

本発明の望ましい態様として、前記ステータコアのティースの数が９であり、前記マグネットの周方向の数が６であることが好ましい。この構成により、ロータヨークの寸法バラツキに対してトルクリップルのロバスト性を向上させることができる。

本発明の望ましい態様として、前記電動機により補助操舵トルクを得る電動パワーステアリング装置であることが好ましい。

上記構成により、ロータの閉磁路で磁束がループすることにより、マグネットが埋め込まれたロータヨークからステータコアへ鎖交する磁束量は小さくなる。例えば、磁石の使用量を低減した電動機または磁石の希土類磁石成分を低減した電動機では、マグネットが埋め込まれたロータヨークからステータコアへ鎖交する磁束量がより小さくなる。このため、ステータコアで生じる磁区が向きを変えるときのヒステリシス損が緩和される。ヒステリシス損は、電動機が空回りした場合のロストルクの増加の要因と考えられる。つまり、上記構成により、電動機は、励磁コイルに通電されていない状態で、ロータが回転させられる場合において、ロータの回転に対する摩擦力を小さくすることができる。そして、電動機のロータが空回りした場合のロストルクの増加を抑制することができる。ロストルクを抑制することができるので、電動パワーステアリング装置は、操舵者に補助操舵トルクが伝達されても違和感を抑制した状態で、動作することができる。

本発明の望ましい態様として、前記電動機は、ダイレクトドライブモータであり、前記モータロータと、前記モータロータが回転させる負荷体とを直結していることが好ましい。

上記構成により、電動機は、モータトルクを高めるとともに、トルクリップルを低減することができる。

本発明によれば、磁石の使用量を低減または磁石の希土類磁石成分を低減し、かつトルクリップルを抑制することができる電動機及び電動パワーステアリング装置を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置の構成図である。 図２は、本実施形態の電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。 図３は、中心軸を含む仮想平面で本実施形態の電動機の構成を切って模式的に示す断面図である。 図４は、本実施形態の電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。 図５は、本実施形態のモータロータの構成を模式的に示す説明図である。 図６は、本実施形態のモータロータに埋め込む磁石の変形例を模式的に示す説明図である。 図７は、本実施形態のモータロータの構成を模式的に示す説明図である。 図８は、本実施形態のモータロータの構成を模式的に示す説明図である。 図９は、本実施形態の凸極部の外周表面を模式的に示す説明図である。 図１０は、本実施形態の凸極部の外周表面の変形例を模式的に示す説明図である。 図１１は、本実施形態のブリッジ部の変形例を模式的に示す説明図である。 図１２は、本実施形態のティースの変形例を模式的に示す説明図である。 図１３は、円筒状のロータヨークの外周面に磁石を貼り付けた比較例のブラシレスモータのパーミアンス直線を説明する説明図である。 図１４は、本実施形態のブラシレスモータのパーミアンス直線を説明する説明図である。 図１５は、本実施形態のマグネットの製造方法を説明するフローチャートである。 図１６は、本実施形態に係る電動機をダイレクトドライブモータとして適用した場合の構成図である。 図１７は、マグネットの外周側表面から最外径基準位置までの距離がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。 図１８は、突出基部と回転中心とを結ぶ線同士のなす角がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。 図１９は、隣り合うティースにおけるティース先端で対向する距離が最も近いティース先端の周方向端部と回転中心とを結ぶ線同士のなす角がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。 図２０は、ティースの内周表面の溝がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。 図２１は、Ｄｙの含有量が２質量％以下であるマグネットの磁気特性を説明する説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（電動パワーステアリング装置）
図１は、本実施形態に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置の構成図である。本実施形態の電動機はブラシレスモータ１０であって、まず、図１を用いて、ブラシレスモータ１０を備える電動パワーステアリング装置８０の概要を説明する。

電動パワーステアリング装置８０は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ステアリングギヤ８８と、タイロッド８９とを備える。また、電動パワーステアリング装置８０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｂとを備える。

ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂとを含む。入力軸８２ａは、一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、他方の端部がトルクセンサ９１ａを介して操舵力アシスト機構８３に連結される。出力軸８２ｂは、一方の端部が操舵力アシスト機構８３に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結される。本実施形態では、入力軸８２ａ及び出力軸８２ｂは、鉄等の磁性材料から形成される。

ロアシャフト８５は、一方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７は、一方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結され、他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。

ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂとを含む。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ラックアンドピニオン形式として構成される。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。タイロッド８９は、ラック８８ｂに連結される。

操舵力アシスト機構８３は、減速装置９２と、ブラシレスモータ１０とを含む。減速装置９２は、出力軸８２ｂに連結される。ブラシレスモータ１０は、減速装置９２に連結され、かつ、補助操舵トルクを発生させる電動機である。なお、電動パワーステアリング装置８０は、ステアリングシャフト８２と、トルクセンサ９１ａと、減速装置９２とによりステアリングコラムが構成されている。ブラシレスモータ１０は、ステアリングコラムの出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態の電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式である。

コラムアシスト方式の電動パワーステアリング装置８０は、操作者とブラシレスモータ１０との距離が比較的近く、ブラシレスモータ１０のトルク変化又は摩擦力が操舵者に影響を与えるおそれがある。このため、電動パワーステアリング装置８０では、ブラシレスモータ１０の摩擦力の低減が求められる。

図２は、本実施形態の電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。図２は、一部を断面として示してある。減速装置９２はウォーム減速装置である。減速装置９２は、減速装置ハウジング９３と、ウォーム９４と、玉軸受９５ａと、玉軸受９５ｂと、ウォームホイール９６と、ホルダ９７とを備える。

ウォーム９４は、ブラシレスモータ１０のシャフト２１にスプライン、または弾性カップリングで結合する。ウォーム９４は、玉軸受９５ａと、ホルダ９７に保持された玉軸受９５ｂとで回転自在に減速装置ハウジング９３に保持されている。ウォームホイール９６は、減速装置ハウジング９３に回転自在に保持される。ウォーム９４の一部に形成されたウォーム歯９４ａは、ウォームホイール９６に形成されているウォームホイール歯９６ａに噛み合う。

ブラシレスモータ１０の回転力は、ウォーム９４を介してウォームホイール９６に伝達されて、ウォームホイール９６を回転させる。減速装置９２は、ウォーム９４及びウォームホイール９６によって、ブラシレスモータ１０のトルクを増加する。そして、減速装置９２は、図１に示すステアリングコラムの出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。

図１に示すトルクセンサ９１ａは、ステアリングホイール８１を介して入力軸８２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出する。車速センサ９１ｂは、電動パワーステアリング装置８０が搭載される車両の走行速度を検出する。ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｂとが電気的に接続される。

ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０の動作を制御する。また、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａ及び車速センサ９１ｂのそれぞれから信号を取得する。すなわち、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａから操舵トルクＴを取得し、かつ、車速センサ９１ｂから車両の走行速度Ｖを取得する。ＥＣＵ９０は、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴと走行速度Ｖとに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいてブラシレスモータ１０へ供給する電力値Ｘを調節する。ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０から誘起電圧の情報又は後述するレゾルバからロータの回転の情報を動作情報Ｙとして取得する。

ステアリングホイール８１に入力された操舵者（運転者）の操舵力は、入力軸８２ａを介して操舵力アシスト機構８３の減速装置９２に伝わる。この時に、ＥＣＵ９０は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得し、かつ、走行速度Ｖを車速センサ９１ｂから取得する。そして、ＥＣＵ９０は、ブラシレスモータ１０の動作を制御する。ブラシレスモータ１０が作り出した補助操舵トルクは、減速装置９２に伝えられる。

出力軸８２ｂを介して出力された操舵トルクＴ（補助操舵トルクを含む）は、ユニバーサルジョイント８４を介してロアシャフト８５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント８６を介してピニオンシャフト８７に伝達される。ピニオンシャフト８７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８８を介してタイロッド８９に伝達され、操舵輪を転舵させる。次に、ブラシレスモータ１０について説明する。

（電動機）
図３は、中心軸を含む仮想平面で本実施形態の電動機の構成を切って模式的に示す断面図である。図４は、本実施形態の電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。図３に示すように、ブラシレスモータ１０は、ハウジング１１と、軸受１２と、軸受１３と、レゾルバ１４と、モータロータ２０と、ブラシレスモータ用ステータとしてのモータステータ３０とを備える。

ハウジング１１は、筒状ハウジング１１ａと、フロントブラケット１１ｂとを含む。フロントブラケット１１ｂは、略円板状に形成されて筒状ハウジング１１ａの一方の開口端部を閉塞するように筒状ハウジング１１ａに取り付けられる。筒状ハウジング１１ａは、フロントブラケット１１ｂとは反対側の端部に、この端部を閉塞するように底部１１ｃが形成される。底部１１ｃは、例えば、筒状ハウジング１１ａと一体に形成される。筒状ハウジング１１ａを形成する磁性材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄等が適用できる。また、フロントブラケット１１ｂは、ブラシレスモータ１０を所望の機器に取り付ける際のフランジの役割を果たしている。

軸受１２は、筒状ハウジング１１ａの内側であって、フロントブラケット１１ｂの略中央部分に設けられる。軸受１３は、筒状ハウジング１１ａの内側であって、底部１１ｃの略中央部分に設けられる。軸受１２は、筒状ハウジング１１ａの内側に配置されたモータロータ２０の一部であるシャフト２１の一端を回転可能に支持する。軸受１３は、シャフト２１の他端を回転可能に支持する。これにより、シャフト２１は、回転中心Ｚｒの軸を中心に回転する。

レゾルバ１４は、シャフト２１のフロントブラケット１１ｂ側に設けられる端子台１５によって支持される。レゾルバ１４は、モータロータ２０（シャフト２１）の回転位置を検出する。レゾルバ１４は、レゾルバロータ１４ａと、レゾルバステータ１４ｂとを備える。レゾルバロータ１４ａは、シャフト２１の円周面に圧入等で取り付けられる。レゾルバステータ１４ｂは、レゾルバロータ１４ａに所定間隔の空隙を介して対向して配置される。

モータステータ３０は、筒状ハウジング１１ａの内部にモータロータ２０を包囲するように筒状に設けられる。モータステータ３０は、筒状ハウジング１１ａの内周面１１ｄに例えば嵌合されて取り付けられる。モータステータ３０の中心軸は、モータロータ２０の回転中心Ｚｒと一致する。モータステータ３０は、筒状のステータコア３１と、励磁コイル３７とを含む。モータステータ３０は、ステータコア３１に励磁コイル３７が巻きつけられる。

図４に示すように、ステータコア３１は、複数のティース３４を含む。本実施形態のティース３４は、周方向に９ある。ステータコア３１は、略同形状に形成された複数のコア片が回転中心Ｚｒの軸と平行な方向に積層されて束ねられることで形成される。ティース３４の内周側には、ティース先端３２が周方向に突出しており、ティース３４の内周表面３２Ｆがロータヨーク２２の外周とギャップＧの間隔を介して対向する。ステータコア３１は、電磁鋼板などの磁性材料で形成される。ステータコア３１は、バックヨーク３３と、ティース３４とを有する。バックヨーク３３は、円弧状の部分を含む。バックヨーク３３は、環状形状である。ティース３４は、バックヨーク３３の内周面からモータロータ２０に向かって延びる部分である。このように、ステータコア３１は、ロータヨーク２２側に延在し、ティース３４がロータヨーク２２側のティース先端３２を備える。

複数のティース３４は、回転中心Ｚｒを中心とした周方向（図３に示す筒状ハウジング１１ａの内周面１１ｄに沿う方向）に等間隔で並んで配置される。以下、回転中心Ｚｒを中心とした周方向を単に周方向という。そして、ステータコア３１が筒状ハウジング１１ａ内に圧入されることで、モータステータ３０は、環状の状態で筒状ハウジング１１ａの内部に設けられる。なお、ステータコア３１と筒状ハウジング１１ａとは、圧入の他に接着、焼き嵌め又は溶接等によって固定されてもよい。

図４に示す励磁コイル３７は、線状の電線である。励磁コイル３７は、ティース３４の外周にインシュレータ３７ａ（図３参照）を介して集中巻きされる。この構成により、磁極数を低減でき、かつ分布巻きに比較してコイルエンドが短くなることからコイル量を低減できる。その結果、コストを低減でき、ブラシレスモータ１０をコンパクトとすることができる。

励磁コイル３７は、ティース３４の複数の外周に分布巻きされていてもよい。この構成により、磁極数が増え、磁束の分布が安定することからトルクリップルを抑制することができる。

励磁コイル３７は、バックヨーク３３の外周にトロイダル巻きされていてもよい。この構成により、分布巻きと同等の磁束分布を発生すると共に、分布巻きに比較してコイルエンドが短くなることからコイル量を低減できる。その結果、トルクリップルを抑制すると共に、ブラシレスモータ１０をコンパクトとすることができる。

インシュレータ３７ａは、励磁コイル３７とステータコア３１とを絶縁するための部材であり、耐熱部材で形成される。また、モータステータ３０は、モータロータ２０を包囲できる形状となる。つまり、ステータコア３１は、後述するロータヨーク２２の径方向外側に所定の間隔（ギャップ）Ｇを有して環状に配置される。

モータロータ２０は、筒状ハウジング１１ａに対して回転中心Ｚｒを中心に回転できるように、筒状ハウジング１１ａの内部に設けられる。モータロータ２０は、シャフト２１と、ロータヨーク２２と、マグネット２３とを含む。シャフト２１は、筒状に形成される。ロータヨーク２２は、筒状に形成される。なお、ロータヨーク２２は、外周が円弧状である。この構成により、ロータヨーク２２は、外周が複雑形状である場合に比較して、打ち抜き加工の加工工数を低減できる。

ロータヨーク２２は、電磁鋼板、冷間圧延鋼板などの薄板が、接着、ボス、カシメなどの手段により積層されて製造される。ロータヨーク２２は、順次金型の型内で積層され、金型から排出される。ロータヨーク２２は、例えばその中空部分にシャフト２１が圧入されてシャフト２１に固定される。なお、シャフト２１とロータヨーク２２とは、一体で成型されてもよい。

マグネット２３は、ロータヨーク２２の外周方向に沿って埋め込まれ、複数設けられている。マグネット２３は、永久磁石であり、Ｓ極及びＮ極がロータヨーク２２の周方向に交互に等間隔で配置される。これにより、図４に示すモータロータ２０の極数は、ロータヨーク２２の外周側にＮ極と、Ｓ極とがロータヨーク２２の周方向に交互に配置された６極である。

図５は、本実施形態のモータロータの構成を模式的に示す説明図である。図５に示すように、マグネット収容孔２４は、ロータヨーク２２に空けられた貫通孔である。マグネット収容孔２４は、モータロータ２０の外周に複数設けられて等間隔に配置されている。マグネット２３は、ロータヨーク２２のマグネット収容孔２４に収容され、例えば、磁力により取り付けられる。本実施形態では、マグネット２３は、ロータヨーク２２の外周方向に沿って埋め込まれ、複数設けられている分割形状（セグメント構造）のセグメント磁石である。

図５に示すように、ロータヨーク２２の外周側にＮ極が着磁されているマグネット２３と、ロータヨーク２２の外周側にＳ極が着磁されているマグネット２３とは、ロータヨーク２２の周方向に交互に等間隔で配置される。

フラックスバリア２５は、マグネット２３の周方向両側に設けられて、マグネット２３のＳ極とＮ極との磁束短絡を防止するために、ロータヨーク２２に設けられた貫通孔である。フラックスバリア２５は、磁束の通過を抑制又は遮断できるものであればよく、空隙又は非磁性材料の絶縁材であればよい。

ロータヨーク２２にフラックスバリア２５を備えることで、ロータヨーク２２の外周に磁気抵抗の差が生じる。例えば、モータロータ２０は、マグネット２３の長辺に接するロータヨーク２２の外周寄り部分には、マグネット２３の径方向外側に突出する凸極部２７を備えている。そして、モータロータ２０は、凸極部２７の周方向両側を支持する支持部２８と、フラックスバリア２５の径方向外側で隣り合う凸極部２７間を連結するブリッジ部２６とを備えている。凸極部２７の径方向の厚みは、支持部２８の径方向の厚みよりも大きい。ブリッジ部２６は、支持部２８の端部２８ｃ間を接続する。ブリッジ部２６の径方向の厚みは、支持部２８の径方向の厚みと同じである。ブリッジ部２６は、凸極部２７間で、モータロータ２０の内径側に接続部２９で接続される。

このため、ロータヨーク２２の外周には、凸極部２７とブリッジ部２６とが交互に配置されている。凸極部２７は、形状としてロータヨーク２２の径方向外側に突出する凸部であり、磁気抵抗が大きくインダクタンスが小さい磁気的凸部である。ブリッジ部２６は、形状として凸極部の２７よりもロータヨーク２２の径方向に凹む凹部である。磁気的凸部である凸極部２７がｄ軸と呼ばれ、これと磁気的に電気角で９０°位相が異なる位置をｑ軸と呼び、凸極部の磁石より外周側の磁路形成により、磁気抵抗が小さくインダクタンスが大きい磁気的凹部である。また、マグネット２３は、磁気的凹部であるブリッジ部２６を備えるように、ロータヨーク２２に埋め込まれ閉磁路を構成する。ステータコア３１と、ロータヨーク２２との所定の間隔であるギャップＧは、ロータヨーク２２の回転に伴い、ギャップＧ１と、ギャップＧ２とが交互に入れ替わり変化する。

マグネット２３がロータヨーク２２に埋め込まれ閉磁路を構成することにより、下記式（５）に示すように、モータロータ２０の平均トルクＴ_ｔは、マグネット２３のマグネットトルクＴ_ｍに加え、ロータヨーク２２の外周に生じる磁気的凹凸によるリラクタンストルクＴ_ｒが生じる。その結果、ロータヨーク２２からステータコア３１へ鎖交する磁束が低減してもモータロータ２０に生じる平均トルクＴ_ｔは向上する。

上述したように、モータロータ２０の平均トルクＴ_ｔは、マグネット２３のマグネットトルクＴ_ｍに加え、ロータヨーク２２の外周に生じる磁気的凹凸によるリラクタンストルクＴ_ｒが生じる。マグネットトルクＴ_ｍと、リラクタンストルクＴ_ｒとは、発生する位相が異なる。凸極部２７が径方向外側に突出し始める突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線分が、マグネット２３を通過しない場合、ギャップＧにおける磁束密度分布に影響を与え、トルクリップルを増大させてしまう。このため、本実施形態のブラシレスモータ１０は、図５に示すように、凸極部２７が径方向外側に突出し始める突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線分が、マグネット２３を通過するようにしている。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

図６は、本実施形態のモータロータに埋め込む磁石の変形例を模式的に示す説明図である。マグネット２３の周方向の端部が、製法上の歩留まり改善等のために、僅かにつけられた面取り等を除き、図６に示すように、凸極部２７が径方向外側に突出し始める突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線分が、マグネット２３を通過していればよい。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

図７及び図８は、本実施形態のモータロータの構成を模式的に示す説明図である。例えば、上述した特許文献１のように、回転中心と直交する平面において、回転中心からの距離が最大値となる最外径基準位置における凸極部の外周表面の曲率を、最外径基準位置が回転中心を中心として回転して描く円弧の曲率と同程度とした場合、トルクリップルを低減する可能性がある。しかしながら、特許文献１の技術では、本実施形態のブラシレスモータ１０のように、凸極部２７が径方向外側に突出し始める突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線分が、マグネット２３を通過する場合、回転中心Ｚｒと直交する平面において、マグネット２３は周方向の長さが大きくなり、磁石量の低減をすることができない。これに対し、図７に示すように、本実施形態のモータロータ２０は、ロータヨーク２２は、回転中心Ｚｒと直交する平面において、回転中心Ｚｒからの距離が最大値となる最外径基準位置２７Ｔにおける凸極部２７の外周表面２７ＥＦの曲率は、最外径基準位置２７Ｔが回転中心Ｚｒを中心として回転して描く円弧Ａｒｃの曲率よりも大きい。このため、凸極部２７が径方向外側に突出し始める突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線分が、マグネット２３を通過する場合、本実施形態のモータロータ２０は、マグネット２３の磁石量の低減をすることができ、かつギャップＧにおける磁束密度分布をコントロールし、トルクリップルを低減することができる。

回転中心Ｚｒから最外径基準位置２７Ｔまでの距離をＲ１、マグネット２３のマグネット外周側表面２７ＩＦから最外径基準位置２７Ｔまでの距離をＴ１としたとき、Ｔ１とＲ１との関係は、下記式（２）を満たす。（Ｔ１／Ｒ１）が下記式（２）を満たさない場合、リラクタンストルクＴ_ｒとマグネットトルクＴ_ｍとのバランスが崩れ、リップルが増加する可能性がある。そこで、下記式（２）を満たすブラシレスモータ１０は、リラクタンストルクＴ_ｒを発生させつつ、リラクタンストルクＴ_ｒとマグネットトルクＴ_ｍとのバランスを維持させ、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

０．０９≦（Ｔ１／Ｒ１）≦０．１８ ・・・（２）

図８に示すように、１つの凸極部２７において、２箇所の突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＱ１とし、ティース先端３２の間で隣接する周方向端部３２ｗと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＳＴとしたとき、Ｑ１とＳＴとの関係は、下記式（１）を満たす。隣り合うティース３４においてティース先端３２の周方向端部３２ｗ同士の間隔は、スロットル開口間隔であり、ＳＴの値が大きいほどティース先端３２の周方向端部３２ｗ同士の間隔が広がることになる。

ティース先端３２の周方向端部３２ｗ同士の間隔が広がる場合、ティース先端３２の周方向端部３２ｗ同士に渡り合う磁束が減り、凸極部２７とティース先端３２とに作用する磁束が増える。このため、（ＳＴ／Ｑ１）が０．１２以上の場合、リラクタンストルクＴ_ｒが増加し、平均トルクＴ_ｔを向上させることができる。（ＳＴ／Ｑ１）が増加するとリラクタンストルクＴ_ｒが増加するので、マグネットトルクＴ_ｍとの位相差の影響により生じるリップルが改善される領域が生じる。しかし、（ＳＴ／Ｑ１）が０．４７を超えるとティース先端３２が受ける磁束が減り、リラクタンストルクＴ_ｒが減少する。このため、平均トルクＴ_ｔが低減する傾向になるとともに、リラクタンストルクＴ_ｒとマグネットトルクＴ_ｍとのバランスが崩れ、リップルがかえって増加する可能性がある。そこで、下記式（１）を満たすブラシレスモータ１０は、リラクタンストルクＴ_ｒを発生させつつ、リラクタンストルクＴ_ｒとマグネットトルクＴ_ｍとのバランスを維持することから、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

０．１２≦（ＳＴ／Ｑ１）≦０．４７ ・・・（１）

図８に示すように、１つの凸極部２７において、突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＱ１とし、凸極部２７に接するマグネット２３のマグネット外周側表面２７ＩＦの周方向の端部２３Ｅｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＱ２としたとき、Ｑ１とＱ２との関係は、下記式（２）を満たす。（Ｑ１／Ｑ２）が下記式（２）を満たさない場合、リラクタンストルクＴ_ｒとマグネットトルクＴ_ｍとのバランスが崩れ、リップルが増加する可能性がある。そこで、下記式（２）を満たすブラシレスモータ１０は、リラクタンストルクＴ_ｒを発生させつつ、リラクタンストルクＴ_ｒとマグネットトルクＴ_ｍとのバランスを維持することから、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。

０．７６≦（Ｑ１／Ｑ２）≦１．２８ ・・・（３）

図９は、本実施形態の凸極部の外周表面を模式的に示す説明図である。図９に示すように、本実施形態の凸極部２７の外周表面２７ＥＦの曲率は、突出基部２７ｃ間で同じ曲率を有している円弧状である。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。図１０は、本実施形態の凸極部の外周表面の変形例を模式的に示す説明図である。図１０に示すように、本実施形態の凸極部２７の外周表面２７ＥＦは、突出基部２７ｃ間で異なる複数の曲率を有する曲線が組み合わされるまたはサイクロイド曲線などの任意の曲線であってよい。そして、図９及び図１０に示すように、本実施形態の凸極部２７の外周表面２７ＥＦは、最外径基準位置２７Ｔにおける凸極部２７の外周表面２７ＥＦの曲率が、上述した円弧Ａｒｃの曲率よりも大きい。

図１１は、本実施形態のブリッジ部の変形例を模式的に示す説明図である。図１１に示すように、ブリッジ部２６は、接続部２９を介して支持部２８間を直線的に連結してもよい。

図１２は、本実施形態のティースの変形例を模式的に示す説明図である。図１２に示すように、ロータヨーク２２の外周と対向するステータコア３１のティース３４の内周表面３２Ｆには、ステータコア３１の厚み方向、つまりモータロータ２０の回転中心Ｚｒの軸と平行な方向に延在する溝３２ＦＳを備えている。この構造により、リップルの平均トルクに対する割合である、リップル率を効率よく低減することができる。溝３２ＦＳは、ティース３４の内周表面３２Ｆに周方向に複数（本実施形態では２つ）設けられることで、溝３２ＦＳが１つの場合に比較してリップル率を効率よく低減することができる。

図１３は、円筒形状のロータヨークの外周面に磁石を貼り付けた比較例のブラシレスモータのパーミアンス直線を説明する説明図である。図１３には、マグネットのＢ−Ｈ減磁曲線が示されており、Ｑ_ｃ１がＢ−Ｈ減磁曲線の屈曲点である。電動パワーステアリング装置８０において、電動機であるブラシレスモータ１０は、励磁コイル３７に通電されず、モータロータ２０が空回り状態の場合と、励磁コイル３７に通電され、モータロータ２０が励磁により回転する場合とがある。

また、ブラシレスモータ１０は、ＥＣＵ９０のアシスト指令がない場合、電力が供給されていない状態となり、アシスト指令の待機状態となる。そして、ステアリングホイール８１が直進状態に戻る方向の力（セルフアライニングトルク）が出力軸８２ｂから操舵力アシスト機構８３へ作用する。この作用により、ブラシレスモータ１０は、モータロータ２０が空回りとなり、励磁コイル３７が通電しない状態でモータロータ２０が回転する。

図１３に示すように、パーミアンス直線ＰＣｓ０は、励磁コイル３７に通電されず、モータロータ２０が空回り状態の動作点を示す。また、パーミアンス直線ＰＣｓｌは、励磁コイル３７に通電され、モータロータ２０が励磁により回転する場合を示す。なお、パーミアンス係数は、パーミアンス直線ＰＣｓ０及びパーミアンス直線ＰＣｓｌの傾きで求めることができる。

比較例のブラシレスモータのパーミアンス直線は、磁石がロータの表面に貼り付けられているため、モータロータ２０の回転により、パーミアンス直線ＰＣｓ０が振れ角ｒｓθで変化し、また、パーミアンス直線ＰＣｓｌが振れ角ｒｓｌで変化してしまうおそれがあった。このため、比較例のブラシレスモータは、パーミアンス直線ＰＣｓｌが振れ角ｒｓｌで変化した場合にＢ−Ｈ減磁曲線の屈曲点Ｑ_ｃ１に対してマージンを持たせるために、マグネット自体の保磁力Ｈ_ｃ１の値を大きくした磁石にする必要がある。

例えば、マグネットをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、Ｎｄを２０質量％より大きくし、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％よりも大きく添加して、飽和磁束密度及び保磁力を高める必要がある。特に、保磁力を高める添加希土類元素、例えばＤｙ又はＴｂは価格が高いことが多く、比較例のブラシレスモータは、製造コストが増加してしまうおそれがある。

図１４は、本実施形態のブラシレスモータのパーミアンス直線を説明する説明図である。図１４には、本実施形態のマグネット２３のＢ−Ｈ減磁曲線が示されており、Ｑ_ｃ２がＢ−Ｈ減磁曲線の屈曲点である。図１４に示すように、パーミアンス直線ＰＣｉ０は、励磁コイル３７に通電されず、モータロータ２０が空回り状態の動作点を示している。また、パーミアンス直線ＰＣｉｌは、励磁コイル３７に通電され、モータロータ２０が励磁により回転する場合を示している。

本実施形態のブラシレスモータ１０は、ロータヨーク２２にマグネット２３を埋め込み、ギャップＧを小さくすることができる。このため、パーミアンス直線ＰＣｉｌのパーミアンス係数は、図１３に示すパーミアンス直線ＰＣｓｌのパーミアンス係数よりも大きくなる。例えば、図１４に示すパーミアンス直線ＰＣｉｌは、Ｂ−Ｈ減磁曲線の屈曲点Ｑ_ｃ２に対してマージンを持たせるために必要なマグネット自体の保磁力Ｈ_ｃ２の値が上述した保磁力Ｈ_ｃ１よりも小さくすることができる。

また、ロータヨーク２２にマグネット２３を埋め込み、ロータヨーク２２内に閉磁路ができているので、ロータヨークの閉磁路で磁束がループする。これにより、マグネット２３が埋め込まれたロータヨーク２２からステータコア３１へ鎖交する磁束量が小さくなる。その結果、図１３に示すモータロータ２０の回転により、パーミアンス直線ＰＣｓｌが振れ角ｒｓｌで変化してしまうおそれを抑制することができる。

例えば、マグネット２３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、マグネット２３は、Ｎｄも２０質量％以下とすることができる。または、マグネット２３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を磁石全体の質量に対してＮｄを２０質量％以下とし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石にＮｄよりも安価な希土類元素、例えばＰｒ等を添加することで磁束密度を確保することができる。

マグネット２３をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、マグネット２３は、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％以下とすることができる。保磁力を高める添加希土類元素の使用を低減できるため、本実施形態のブラシレスモータ１０は、製造コストの増加を抑制することができる。

図３に示すように、励磁コイル３７は、１コイル当たりの巻数をＮ、相電流の最大電流をＩ（Ａ）、並列回路数をｎとし、マグネット２３の残留磁束密度をＢｒ（Ｔ）、着磁面積Ｓ（ｍｍ^２）としたときに、下記式（４）を満たす。この構造により、マグネット２３の使用量を低減しても、トルク不足になる可能性を抑制することができる。

１．８≦（（Ｎ×Ｉ×ｎ）／（Ｂｒ×Ｓ）） ・・・（４）

（マグネットの製造方法）
図１５は、本実施形態のマグネットの製造方法を説明するフローチャートである。まず、製造装置は、原料を溶解する（ステップＳ１）。原料は、例えば、Ｆｅ、Ｂ、Ｎｄを含む希土類元素を所定の割合で含む。保磁力を増加させるために、原料は、Ｄｙ又はＴｂの１種以上の希土類元素を含めてもよい。

次に、製造装置は、ステップＳ１において溶解した原料を単ロール法、ガスアトマイズ法等の超急冷法により急冷する（ステップＳ２）。

次に、製造装置は、ステップＳ２において得られた原料を所定の金型に充填し、室温程度の温度雰囲気で加圧成形した冷間成形を行う（ステップＳ３）。

次に、製造装置は、ステップＳ３において得られた成形体を加熱しかつ加圧するホットプレスにより、熱間成形を行う（ステップＳ４）。熱間成形により、高密度成形体が得られる。

次に、製造装置は、ステップＳ４において得られた成形体を加熱、かつ機械的圧力により磁性材料の粒子を一方向に配向することで、異方性をつける熱間押出を行う（ステップＳ５）。熱間押出は、例えば、熱間圧延、熱間スタンプ加工を含む。

次に、製造装置は、ステップＳ５において機械的圧力により異方性のついた異方性成形体を平板状のセグメント磁石に切断し、形状加工する（ステップＳ６）。そして、ブラシレスモータ１０の製造工程において、マグネット２３は着磁される。以上説明したように、熱間押出成形は、機械的圧力により磁性材料の粒子を一方向に配向することで、異方性をつけている。このため、マグネット２３は、微細な結晶粒を有し反磁界を抑制する。そして、マグネット２３をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％以下としても保磁力を保持することができる。

上述したように本実施形態のブラシレスモータ１０は、ロータヨーク２２及びロータヨーク２２の外周に、ロータヨーク２２内で閉磁路ができるように埋め込まれ、かつ熱間押出成形により形成された複数の平板状のマグネット２３を含むモータロータ２０と、ロータヨーク２２の径方向外側に所定の間隔を有して環状に配置されるステータコア３１及びステータコア３１を励磁し、モータロータ２０にリラクタンストルクＴ_ｒ及びマグネットトルクＴ_ｍを生じさせる励磁コイル３７を含むモータステータ３０と、を含む。

上記構成により、ロータヨーク２２内の閉磁路により、マグネット２３のパーミアンス係数が向上し、減磁耐力が向上する。このため、熱間押出成形により形成されたマグネット２３をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合には、磁石全体の質量に対してＮｄを２０質量％以下としても、磁束密度を確保することができる。または、熱間押出成形により形成されたマグネット２３は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を磁石全体の質量に対してＮｄを２０質量％以下とし、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石にＮｄよりも安価な希土類元素、例えばＰｒ等を添加することで磁束密度を確保することができる。

また、マグネット２３の保磁力を小さくしても、減磁するおそれを低減できることから、マグネット２３は、マグネット２３の保磁力を向上させる希土類を低減できる。例えば、熱間押出成形により形成されたマグネット２３をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、マグネット２３は、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％以下とすることができる。その結果、マグネット２３は、保磁力が１４００ｋＡ／ｍ以下かつ飽和磁束密度１．２Ｔ以上の磁石を使用することができる。

電動パワーステアリング装置８０は、上述したブラシレスモータ１０により補助操舵トルクを得る。電動パワーステアリング装置８０は、ブラシレスモータ１０がロストルクを抑制しているので、操舵者が違和感を抑制した状態で、動作することができる。このため、電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式であっても、低振動とすることができる。なお、本実施形態の電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式を例にして説明しているが、ピニオンアシスト方式及びラックアシスト方式についても適用することができる。

（ダイレクトドライブモータ）
本実施形態の電動機は、モータロータ２０と、モータロータ２０が回転させる負荷体とを直結しているダイレクトドライブモータとしても使用できる。図１６は、本実施形態に係る電動機をダイレクトドライブモータとして適用した場合の構成図である。なお、上述した実施形態で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１６に示すように、電動機１０Ａは、ギヤ、ベルトまたはローラ等の伝達機構を介在させることなく負荷体５２に回転力をダイレクトに伝達し、負荷体５２を回転させることができる。電動機１０Ａは、いわゆるモータ回転軸６０と負荷体５２とをボルトなどの固定部材６７で直結したダイレクトドライブモータである。

電動機１０Ａは、静止状態に維持されるモータステータ３０と、モータステータ３０に対して回転可能に配置されたモータロータ２０と、モータステータ３０を固定して支持部材５１に取り付けられるベース部材７０と、モータロータ２０に固定されてモータロータ２０とともに回転可能なモータ回転軸６０と、ベース部材７０とモータ回転軸６０との間に介在されてモータ回転軸６０をベース部材７０に対して回転可能に支持する軸受６４と、を含む。

ベース部材７０、モータ回転軸６０、モータロータ２０及びモータステータ３０はいずれも環状の構造体である。モータ回転軸６０、モータロータ２０及びモータステータ３０は、回転中心Ｚｒを中心に同心状に配置されている。また、電動機１０Ａは、回転中心Ｚｒから外側へモータロータ２０、モータステータ３０の順に配置されている。このような電動機１０Ａは、インナーロータ型と呼ばれ、モータロータ２０がモータステータ３０よりも回転中心Ｚｒ寄りとなる。また、電動機１０Ａは、モータ回転軸６０、モータロータ２０及びモータステータ３０がベース部材７０の上に配置されている。

ベース部材７０は、略円板状のハウジングベース７１と、中空部６１が貫通し、中空部６１を囲むようにハウジングベース７１から凸状に突出した軸心となるハウジングインナ７２を備えている。ハウジングインナ７２は、ハウジングベース７１にボルト等の固定部材７７を介して締結され固定されている。また、ベース部材７０は、ボルト等の固定部材７６を介してハウジングベース７１に軸受６４の内輪を固定するハウジングフランジ７３とを含む。

ハウジングベース７１の外周縁には、モータステータ３０がボルト等の固定部材７８によって締結されている。これにより、モータステータ３０はハウジングベース７１に対して位置決め固定されている。モータステータ３０の中心軸は、モータロータ２０の回転中心Ｚｒと一致する。

モータステータ３０は、筒状のステータコア３１と、励磁コイル３７とを含む。モータステータ３０は、ステータコア３１に励磁コイル３７が巻きつけられる。モータステータ３０には、電源からの電力を供給するための配線（図示しない）が接続されており、この配線を通じて励磁コイル３７に対して電力が供給されるようになっている。

モータロータ２０は、モータロータ２０の外径がモータステータ３０の内径寸法よりも小さな円筒状である。モータロータ２０は、ロータヨーク２２及びロータヨーク２２の外周に貼り付けられたマグネット２３を含む。

モータ回転軸６０は、円環状の回転軸６２と、ボルト等の固定部材６６を介して回転軸６２に軸受６４の外輪を固定するロータフランジ６３とを含む。モータロータ２０は、円筒状のモータ回転軸６０の回転軸６２に一体的に固定されている。モータロータ２０は、円筒状のモータ回転軸６０の回転軸６２に固定部材により固定されてもよい。回転軸６２は、円環の中心軸が電動機１０Ａの回転中心Ｚｒと同軸に形成されている。

また、軸受６４は、外輪がロータフランジ６３に固定され、内輪がハウジングフランジ７３に固定されている。これにより、軸受６４は、ハウジングベース７１に対して、回転軸６２及びモータロータ２０を回転自在に支持することができる。このため、電動機１０Ａは、回転軸６２及びモータロータ２０をハウジングベース７１及びモータステータ３０に対して回転させることができる。

なお、軸受６４は、転動体をクロスローラとしたクロスローラ軸受としてもよい。なお、軸受６４は、クロスローラ軸受に限定されず、例えば転動体を玉やころ（円筒ころ、円錐ころ、球面ころなど）とした玉軸受やころ軸受としてもよい。これらの転動体は、環状を成す保持器のポケットに１つずつ所定間隔、例えば等間隔で配列し、このポケット内で回転自在に保持された状態で軌道面間に組み込んでもよい。これにより、各転動体は所定間隔を保った状態で、その転動面が相互に接触することなく、上記軌道面間を転動することができる。また、各転動体は、相互に接触して摩擦が生じることによる回転抵抗の増大や、焼付きなどを防止することができる。

また、電動機１０Ａは、回転検出器を備える。回転検出器は、例えばレゾルバであって、モータロータ２０及びモータ回転軸６０の回転位置を高精度に検出することができる。回転検出器は、静止状態に維持されるレゾルバステータ１４ｂと、レゾルバステータ１４ｂと所定のギャップを隔てて対向配置され、レゾルバステータ１４ｂに対して回転可能なレゾルバロータ１４ａを備えており、軸受６４の上方に配設されている。

レゾルバステータ１４ｂは、複数のステータ磁極が円周方向に等間隔に形成された環状の積層鉄心を有し、各ステータ磁極にレゾルバコイルが巻回されている。本実施形態の電動機１０Ａでは、レゾルバステータ１４ｂは、ハウジングインナ７２に固定されている。

レゾルバロータ１４ａは、中空環状の積層鉄心により構成されており、モータ回転軸６０の内側に固定されている。回転検出器の配設位置は、モータロータ２０(モータ回転軸６０)の回転を検出することが可能であれば特に限定されず、モータ回転軸６０及びベース部材７０の形状に応じて任意の位置へ配設することができる。

モータロータ２０が回転すると、モータロータ２０とともにモータ回転軸６０が回転し、連動してレゾルバロータ１４ａも回転する。これにより、レゾルバロータ１４ａと、レゾルバステータ１４ｂとの間のリラクタンスが連続的に変化する。レゾルバステータ１４ｂは、リラクタンスの変化を検出し、レゾルバ制御回路によって電気信号(デジタル信号)に変換する。電動機１０Ａを制御する制御装置は、レゾルバ制御回路の電気信号に基づいて、単位時間当たりのレゾルバロータ１４ａと連動するモータ回転軸６０及びモータロータ２０の位置や回転角度を演算処理することができる。その結果、電動機１０Ａを制御する制御装置は、モータ回転軸６０の回転状態（例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など）を計測することが可能となる。

このように、電動機１０Ａは、モータロータ２０の１回転につき、リラクタンス変化の基本波成分の周期が異なる複数の回転検出器を備えることにより、モータ回転軸６０の絶対位置を把握することができ、また、モータ回転軸６０の回転状態(例えば、回転速度、回転方向あるいは回転角度など)を計測する精度を高めることができる。

電動機１０Ａは、ハウジングベース７１が支持部材５１に取り付けられることで、支持部材５１に対して位置決め固定される。ハウジングベース７１は、支持部材５１に取り付けられた状態において、支持部材５１の取付面と接する一連の連続面を少なくとも１つ有している。この連続面は、電動機１０Ａの自重や回転時の振動などを支持部材５１に分散して作用させることができる。このため、ハウジングベース７１に歪み（撓み）が生ずるおそれを防止することができる。

以上説明したように、電動機１０Ａは、伝達機構を介在させることなく負荷体５２に回転力をダイレクトに伝達できる。このため、負荷体５２を回転させる場合、電動機１０Ａは、モータトルクを高めるとともに、トルクリップルを低減することができる。

（評価例）
上述した本実施形態の電動機であるブラシレスモータ１０を製造した。ブラシレスモータ１０は、ステータコアのティースの数が９であり、マグネットの周方向の数が６である。図７に示すように、回転中心Ｚｒから最外径基準位置２７Ｔまでの距離をＲ１、マグネット２３のマグネット外周側表面２７ＩＦから最外径基準位置２７Ｔまでの距離をＴ１としたとき、パラメータＡを下記式（６）と定義した。

Ｒ１を固定し、Ｔ１の値を変更することで、パラメータＡを０．８６以上０．３１以下の間へ変化させて、パラメータＡが平均トルク（Ｎｍ）及びトルクリップル（Ｎｍ）に与える影響を調査した。図１７は、マグネットの外周側表面から最外径基準位置までの距離がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。図１７には、パラメータＡに応じた平均トルク（Ｎｍ）及びトルクリップル（Ｎｍ）を示し、かつリップル率（％）を示した。リップル率（％）は、（トルクリップル（Ｎｍ）／平均トルク（Ｎｍ））×１００を演算して図１７にプロットした。

図１７に示すように、パラメータＡが０．０９以上になると、パラメータＡが増加するにつれて、平均トルクｇａｔが低減する。またパラメータＡが０．０９以上になると、パラメータＡが増加するにつれて、トルクリップルｇｒｉが平均トルクｇａｔの低減割合よりも大きく抑制される。また、パラメータＡが０．１３以上になると、パラメータＡが増加するにつれて、トルクリップルｇｒｉが増加する。このため、パラメータＡが０．１８を超えると、パラメータＡが増加するにつれて、パラメータＡが０．０９の場合に比較して、リップル率ｇｒｔが増加してしまう。以上より、本実施形態の電動機は、０．０９≦Ａ≦０．１８を満たす場合、リップル率を効率よく低減することができる。

図８に示すように、１つの凸極部２７において、突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＱ１とし、凸極部２７に接するマグネット２３のマグネット外周側表面２７ＩＦの周方向の端部２３Ｅｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＱ２としたとき、パラメータＢを下記式（７）と定義した。

Ｑ２を固定し、Ｑ１の値を変更することで、パラメータＢを０．７３以上１．２８以下の間へ変化させて、パラメータＢが平均トルク（Ｎｍ）及びトルクリップル（Ｎｍ）に与える影響を調査した。図１８は、突出基部と回転中心とを結ぶ線同士のなす角がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。図１８には、パラメータＢに応じた平均トルク（Ｎｍ）及びトルクリップル（Ｎｍ）を示し、かつリップル率（％）を示した。リップル率（％）は、（トルクリップル（Ｎｍ）／平均トルク（Ｎｍ））×１００を演算して図１８にプロットした。

図１８に示すように、パラメータＢが０．７６以上になると、パラメータＢが増加するにつれて、平均トルクｇａｔが増加する。パラメータＢが１．０７以上になると、パラメータＢが増加するにつれて、平均トルクｇａｔが減少に転ずる。このため、０．７６≦Ｂ≦１．２８を満たす場合、平均トルクのピーク値が現れ、所望の平均トルク（例えば３Ｎｍ）が得られる。

図８に示すように、１つの凸極部２７において、突出基部２７ｃと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＱ１とし、ティース先端３２の間で隣接する周方向端部３２ｗと回転中心Ｚｒとを結ぶ線同士のなす角をＳＴとしたとき、パラメータＣを下記式（８）と定義した。

Ｑ１を固定し、ＳＴの値を変更することで、パラメータＣを以上０．１４以下０．４８以下の間へ変化させて、パラメータＢが平均トルク（Ｎｍ）及びトルクリップル（Ｎｍ）に与える影響を調査した。 図１９は、隣り合うティースにおけるティース先端で対向する距離が最も近いティース先端の周方向端部と回転中心とを結ぶ線同士のなす角がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。図１９には、パラメータＣに応じた平均トルク（Ｎｍ）及びトルクリップル（Ｎｍ）を示し、かつリップル率（％）を示した。リップル率（％）は、（トルクリップル（Ｎｍ）／平均トルク（Ｎｍ））×１００を演算して図１９にプロットした。

図１９に示すように、パラメータＣが０．１２以上になると、パラメータＣが増加するにつれて、平均トルクｇａｔが増加する。パラメータＣが０．３以上になると、パラメータＣが増加するにつれて、平均トルクｇａｔが減少に転ずる。またパラメータＣが０．１２以上になると、パラメータＣが増加するにつれて、トルクリップルｇｒｉが減少する。パラメータＣが０．３以上になると、パラメータＣが増加するにつれて、トルクリップルｇｒｉが増加に転ずる。このため、パラメータＣが０．４７を超えると、パラメータＣが増加するにつれて、リップル率ｇｒｔが、例えば５％を超えて増加してしまう。このため、本実施形態の電動機は、０．１２≦Ｃ≦０．４７を満たす場合、リップル率を効率よく低減することができる。

図２０は、ティースの内周表面の溝がリップル率に及ぼす影響を説明する説明図である。図１２に示す溝３２ＦＳを備えている電動機の場合、図２０に示すように、トルク（Ｎｍ）の機械角が１周期の変動曲線をＴ_ＳＬとする。図１２に示す溝３２ＦＳを備えていない電動機の場合、図２０に示すように、トルク（Ｎｍ）の機械角が１周期の変動曲線をＴ_ＳＮとする。図２０に示すように、変動曲線Ｔ_ＳＬは、変動曲線Ｔ_ＳＮよりもトルクの変動、つまりトルクリップルが小さい。

図２１は、Ｄｙの含有量が２質量％以下であるマグネットの磁気特性を説明する説明図である。マグネットをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、比較例Ｍｇ１は、常温（２０℃）の焼結磁石であって、Ｄｙの含有量が４質量％含む。例えば、比較例Ｍｇ１の組成は、Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｂである。評価例Ｍｇ２は、上述した図１５に示すマグネットの製造方法で製造した、常温（２０℃）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石である。評価例Ｍｇ２は、熱間押出成形により形成され、Ｄｙの含有量が０質量％である。例えば、評価例Ｍｇ２の組成は、Ｎｄ−Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂである。比較例Ｍｇ１ｈは、比較例Ｍｇ１の１２０℃の磁気特性を示している。また、評価例Ｍｇ２ｈは、評価例Ｍｇ２の１２０℃の磁気特性を示している。

図２１に示すように、評価例Ｍｇ２は、比較例Ｍｇ１よりも磁束密度がほぼ同等であり、Ｂ−Ｈ特性も同等である。また、評価例Ｍｇ２ｈは、比較例Ｍｇ１ｈと比較して、温度が１２０℃まで上昇しても減磁が同程度であることがわかる。

また、本実施形態の電動機は、ロータヨーク２２内の閉磁路により、マグネットのパーミアンス係数が向上し、かつ安定するため減磁耐力が向上する。このため、結晶粒を微細化した磁紛を用いて熱間押出成形により形成されたマグネットをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合には、磁石全体の質量に対してＮｄを２０質量％以下としても、磁束密度１．２Ｔ以上を確保することができる。また、マグネットの保磁力を小さくしても、減磁するおそれを低減できることから、マグネットの保磁力を向上させる希土類を低減できる。例えば、結晶粒を微細化した磁紛を用いて熱間押出成形により形成されたマグネットをＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％以下とすることができる。その結果、保磁力が１４００ｋＡ／ｍ以下かつ飽和磁束密度１．２Ｔ以上の磁石を使用することができる。

マグネット２３は、熱間押出成形により形成された、平板状のセグメント磁石であることが好ましい。熱間押出成形により形成され、結晶粒を微細化した磁紛を用いることで、マグネット２３を平板状のセグメント磁石としても、マグネット２３の保磁力を高めることができる。また、上述したように、マグネット２３は、ロータヨーク２２内で閉磁路ができるように埋め込まれることにより、マグネットトルクＴ_ｍの減少分を、リラクタンストルクＴ_ｒで補いモータロータ２０に生じる平均トルクＴ_ｔを維持することができる。

マグネット２３をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合には、磁石全体の質量に対してＮｄを２０質量％以下としても、モータロータ２０の閉磁路で必要な磁束密度を確保することができる。また、マグネット２３の保磁力を小さくしても、減磁するおそれを低減できることから、マグネット２３の保磁力を向上させる希土類を低減できる。例えば、マグネット２３をＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石で構成する場合、添加するＤｙ又はＴｂの少なくとも１つ以上を２質量％以下とすることができる。その結果、マグネット２３には、保磁力が１４００ｋＡ／ｍ以下かつ飽和磁束密度１．２Ｔ以上の磁石を使用することができる。

次に、図３に示すように、励磁コイル３７は、１コイル当たりの巻数をＮ、相電流の最大電流をＩ（Ａ）、並列回路数をｎとし、マグネット２３の残留磁束密度をＢｒ（Ｔ）、着磁面積Ｓ（ｍｍ^２）としたときに、パラメータＤを下記式（９）で定義した。

ここで、要素ＡＴは、励磁コイル３７が生じさせる磁界の強さを示す要素であり、要素ＷＢは、マグネット２３が生じさせる磁界の強さを示す要素である。要素ＡＴと、要素ＷＢとの比であるパラメータＤを１．８以上３．１以下の間で変化させて、平均トルク（Ｎｍ）に与える影響を調査した。パラメータＤを１．８以上とすれば、モータヨーク２２の幾何寸法の制約を受けない。またパラメータＤを３．１以下とすれば、マグネット２３の減磁限界以下とすることができる。この結果、マグネット２３の使用量を低減しても、Ｄが１．８以上の場合にはトルク不足になる可能性を抑制することができることが分かった。

１０ ブラシレスモータ（電動機）
１０Ａ 電動機
１１ ハウジング
１１ａ 筒状ハウジング
１１ｄ 内周面
２０ モータロータ
２１ シャフト
２２ ロータヨーク
２３ マグネット
２３Ｅｃ 端部
２４ マグネット収容孔
２５ フラックスバリア
２６ ブリッジ部
２７ 凸極部
２７ｃ 突出基部
２７ＩＦ マグネット外周側表面
２７ＥＦ 外周表面
２７Ｔ 最外径基準位置
２８ 支持部
２８ｃ 端部
２９ 接続部
３０ モータステータ
３１ ステータコア
３２ ティース先端
３２ｗ 周方向端部
３３ バックヨーク
３４ ティース
３７ 励磁コイル
５２ 負荷体
６０ モータ回転軸
６１ 中空部
６２ 回転軸
６３ ロータフランジ
６４ 軸受
７０ ベース部材
７１ ハウジングベース
７２ ハウジングインナ
７３ ハウジングフランジ
８０ 電動パワーステアリング装置
Ｚｒ 回転中心

Claims (12)

1. ロータヨークと、前記ロータヨークに複数埋め込まれるマグネットと、前記マグネットの周方向両側に設けられて磁束短絡を防止するためのフラックスバリアとを含むモータロータと、
   前記ロータヨークの径方向外側に、環状に配置されるステータコア及び前記ステータコアを励磁させる励磁コイルを含むモータステータと、を含み、
   前記ロータヨークは、前記マグネットの径方向外側に突出する凸極部と、前記フラックスバリアの径方向外側で前記凸極部間を連結するブリッジ部と、を含み、
   前記ステータコアは、前記ロータヨーク側に延在し、前記ロータヨーク側のティース先端を備えるティースを含み、
   前記モータロータの回転中心と直交する平面において、前記回転中心からの距離が最大値となる最外径基準位置における前記凸極部の外周表面の曲率は、前記最外径基準位置が前記回転中心を中心として回転して描く曲率よりも大きく、かつ１つの前記凸極部において、前記凸極部が径方向外側に突出し始める２箇所の突出基部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＱ１、前記ティース先端の間で隣接する周方向端部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＳＴとし、
   Ｑ１とＳＴとの関係は、下記式（１）を満たすことを特徴とする電動機。
   ０．１２≦（ＳＴ／Ｑ１）≦０．４７ ・・・（１）
2. 前記突出基部と前記回転中心とを結ぶ線分が、前記マグネットを通過することを特徴とする請求項１に記載の電動機。
3. 前記回転中心から前記最外径基準位置までの距離をＲ１、前記マグネットの外周側表面から前記最外径基準位置までの距離をＴ１としたとき、Ｒ１とＴ１との関係は、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の電動機。
   ０．０９≦（Ｔ１／Ｒ１）≦０．１８ ・・・（２）
4. １つの前記凸極部において、前記突出基部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＱ１、前記凸極部に接する前記マグネットの外周側表面の周方向の端部と前記回転中心とを結ぶ線同士のなす角をＱ２としたとき、Ｑ１とＱ２との関係は、下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
   ０．７６≦（Ｑ１／Ｑ２）≦１．２８ ・・・（３）
5. 前記励磁コイルは、１コイル当たりの巻数をＮ、相電流の最大電流をＩ、並列回路数をｎとし、前記マグネットの残留磁束密度をＢｒ、着磁面積をＳとしたときに、下記式（４）を満たす請求項１から４のいずれか１項に記載の電動機。
   １．８≦（（Ｎ×Ｉ×ｎ）／（Ｂｒ×Ｓ）） ・・・（４）
6. 前記凸極部の外周表面の曲率が前記突出基部間で同じ曲率を有している請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機。
7. 前記凸極部の外周表面は、前記突出基部間で異なる曲率を有する曲線が連続的して組み合わされている請求項１から５のいずれか１項に記載の電動機。
8. 前記ロータヨークの外周と対向する前記ステータコアのティースの内周表面には、前記モータロータの回転中心の軸と平行な方向に延在する溝を備えている請求項１から７のいずれか１項に記載の電動機。
9. 前記マグネットが含有するＤｙの含有量が２質量％以下である請求項１から８のいずれか１項に記載の電動機。
10. 前記ステータコアのティースの数が９であり、前記マグネットの周方向の数が６である請求項１から９のいずれか１項に記載の電動機。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動機はダイレクトドライブモータであり、前記モータロータと、前記モータロータが回転させる負荷体とを直結していることを特徴とする電動機。
12. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動機により補助操舵トルクを得る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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