JP2021044857A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】形状ばらつきによる悪影響・トルクリプル増加・トルク低下を抑制し、コギングトルクを低減し車両操舵感向上可能な回転電機を実現する。【解決手段】回転子3は磁石収納部9が形成された回転子コア4と磁石収納部9に配置される磁石5とを有し、固定子1は巻線10が収納されるスロット19とスロット19を形成するティース11を有する。回転子コア4外周面と磁石収納部9の間に第１高磁気抵抗部13と第２高磁気抵抗部14が形成され、磁石5のｄ軸17とティース11の径方向のティース中心線16が互いに一致する軸一致状態のとき、第１高磁気抵抗部13及び第２高磁気抵抗部14はティース11の間に形成された開口部15のいずれかと対向し、ｄ軸17とティース中心線16とが所定位置ずれた第２状態のとき第１高磁気抵抗部13及び第２高磁気抵抗部14はティース11のいずれかと対向する。【選択図】図３Ｂ

Description

本発明は、回転電機に関する。

電動化による油圧の代替や、ハイブリッド自動車、電気自動車の市場拡大の流れを受けて、電気モータがステアリングホイール操作をアシストする電動パワーステアリング（以下、ＥＰＳ）装置の装着率が急速に増大している。

ＥＰＳ装置では、運転者はステアリングホイールを介して、モータのコギングトルクやトルクリプルを手に感じることになる。このため、ＥＰＳ用モータでは、コギングトルクをモータによるアシストトルクの０．１％程度に、トルクリプルをアシストトルクの１％程度に小さくする必要がある。

さらに、近年、アイドリングストップ機能搭載車の普及を背景に、エンジンの静音化が進展している。この結果、車室内騒音の低減の観点から、ＥＰＳ装置などの電装品に対して低振動、低騒音が強く求められている。

車室内の振動，騒音に繋がるモータ起因の加振源の１つに，モータによるトルクの変動成分（コギングトルクやトルクリプル）が挙げられ、モータの出力軸を介して、車室内へ伝搬する。これがハンドルの操舵感の悪化や、放射音として車室内で放射され騒音につながる。

ＥＰＳ装置以外の電装品に関しても同様のメカニズムで車室内の騒音が発生する。

磁石飛散防止のためにロータ外周に装着するＳＵＳカバーが不要であることによるエアギャップ短縮や安価な平板磁石利用のため、埋め込み永久磁石型（ＩＰＭ）回転電機が用いられる。

ＩＰＭ回転電機では、リラクタンストルクを活用し高トルク化するために、円筒状のロータとし、さらに磁極間のロータコアを幅広い形状とすることがある。

しかし、このような形状では、磁極間のロータコアへの漏れ磁束が大きくなり、トルクリプルやコギングトルクの悪化を引き起こすため、円筒ロータＩＰＭ回転電機のＥＰＳ装置への適用は困難であった。

円筒ロータＩＰＭ回転電機のコギングトルク低減技術としては、例えば特許文献１に記載のように、ロータ外周面に溝（切り欠き部）を設ける技術がある。

また、特許文献２に記載のように、磁石収納孔端部のフラックスバリアに隣接してスリットを設ける技術がある。

特開２００４−３４３８６１号公報 特開２０１７−８５８２１号公報

しかし、特許文献１に記載の技術にあっては、ロータ外周面の溝は、ステータとの距離が近いため、溝の形状ばらつきによる低次のコギングトルクが発生し、操舵感への影響が大きい。

また、特許文献２に記載の技術にあっては、磁石収納孔の外周側のロータコアにスリットを設けるためには、ロータコア深くに磁石を埋め込む必要があり、トルクリプル増加やトルク低下が生じる恐れがある。

本発明は、上記のような従来技術が抱える問題を解決するためになされたものであり、その目的は、形状ばらつきによる悪影響・トルクリプル増加・トルク低下を抑制して、永久磁石型回転電機のコギングトルクを低減し、車両操舵感を向上可能な回転電機を実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように、構成される。

回転電機において、磁石収納部が形成された回転子コアと、前記磁石収納部に配置される複数の磁石とを有する回転子と、巻線が収納される複数のスロットと、前記複数のスロットを形成する複数のティースとを有する固定子と、を備え、前記回転子コアの外周面と前記磁石収納部との間に、少なくとも第１高磁気抵抗部と第２高磁気抵抗部が形成され、前記複数の磁石のうちのいずれか一つにおけるｄ軸と、前記複数のティースのうちのいずれか一つにおける前記固定子の径方向のティース中心線とが互いに一致する状態を第１状態とし、前記ｄ軸と前記ティース中心線とが所定位置ずれた状態を第２状態としたとき、前記第１状態のとき、前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記複数のティースの間に形成された複数の開口部のうちのいずれかと対向し、前記第２状態のとき、前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記複数のティースのうちのいずれかと対向する。

本発明によれば、形状ばらつきによる悪影響・トルクリプル増加・トルク低下を抑制して、永久磁石型回転電機のコギングトルクを低減し、車両操舵感を向上可能な回転電機を実現することができる。

実施例１に係る極数Ｐ・スロット数Ｓの回転電機の構成を示す軸方向断面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面で切断したときのステータ及びロータの径方向断面を示した図である。 ｄ軸とティース群の中心であるティース中心とが一致する第１状態（電気角０度）の場合を示す図である。 ｄ軸とティース中心とが所定位置ずれた第２状態の場合を示す図である。 溝数０（溝無し）と溝数２（実施例１）のコギングトルク基本波成分の振幅波形を示す図である。 図４の第１状態（電気角０度、コギングトルク振幅がゼロ）を示す図である。 図４の第１状態（電気角０度、コギングトルク振幅がゼロ）を示す図である。 図４の第１状態（電気角０度、コギングトルク振幅がゼロ）を示す図である。 図４の第２状態（電気角７．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。 図４の第２状態（電気角７．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。 図４の第２状態（電気角７．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。 図４の第３状態（電気角１５度、コギングトルク振幅がゼロ）を示す図である。 図４の第３状態（電気角１５度、コギングトルク振幅がゼロ）を示す図である。 図４の第３状態（電気角１５度、コギングトルク振幅がゼロ）を示す図である。 図４の第４状態（電気角２２．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。 図４の第４状態（電気角２２．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。 図４の第４状態（電気角２２．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。 溝数を０から３まで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。 溝数を０から３まで変化させた場合の、トルクを示す図である。 溝の周方向幅を０（溝無し）〜２．４ｍｍまで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。 溝ピッチ（第１溝１３と第２溝１４との間隔）を、機械角で０〜２１度まで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。 溝１３、１４の径方向幅（深さ）を０〜０．３ｍｍまで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。 実施例１の変形例を示す図である。 実施例１の変形例を示す図である。 実施例１の変形例を示す図である。 実施例２に係る回転電機の駆動システムの構成を示す図である。 実施例２に係る回転電機の駆動システムの構成を示す図である。 実施例３である電動パワーステアリングシステムの概略構成図である。

以下、図面を用いて本発明に係る回転電機を説明する。

なお、以下の実施例における回転電機は、電動パワーステアリング装置をはじめ、その他の自動車用電動補機装置や主機装置へも適用可能である。さらには、他の用途の回転電機全般にも適用可能である。

また、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。

（実施例１）
図１〜図１２を用いて、本発明の実施例１である回転電機の構成を説明する。

図１は、実施例１に係る極数Ｐ・スロット数Ｓの回転電機１００の構成を示す軸方向断面図である。図１において、実施例１の回転電機１００は、ステータ１と、ステータ１内に、エアギャップ１２を介して、回転可能に配置されたロータ３と、駆動軸７と、ステータ１を保持するフレーム８とを備える。

ロータ３は、複数の積層板から構成されたロータコア（回転子コア）４と、ロータコア４の磁石収納孔（磁石収納部）９に収納された複数の永久磁石５と、を備える。磁石収納孔９は、ロータコア４の外周部の近辺に形成される。

また、ステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２のティース１１（図２に示す）に巻回されるコイル（巻線）１０（図２に示す）とを有する。図１においては、コイル１０のコイルエンド部６が図示されている。

図２は、図１におけるＡ−Ａ断面で切断したときのステータ１及びロータ３の径方向断面を示した図である。図２において、コイル１０はスロット１９内に配置されている。また、ロータコア４には肉抜き孔５０が形成されている。

また、図３Ａおよび図３Ｂは、図２の破線部分２０の拡大図（ロータ３の１磁極分の拡大図）を示しており、図３Ａは、永久磁石５のｄ軸１７とティース群１１の中心であるティース中心１６とが一致する第１状態（電気角０度）の場合を示す図である。また、図３Ｂは、ｄ軸１７とティース中心１６とが所定位置ずれた第２状態（ｄ軸１７とティース中心１６とが電気角Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度ずれた状態）の場合を示す図である。

また、図示していないが、ｄ軸１７とティース中心１６とが、電気角２Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度ずれた場合を第３状態、電気角３Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度ずれた場合を第４状態、電気角４Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度ずれた場合を第５状態、とそれぞれ定義する。

なお、電気角は、電気角＝機械角×極対数と定義される。

図２、図３Ａおよび図３Ｂに示す通り、ロータコア（回転子コア）４には、磁石収納孔９が形成され、磁石収納孔９のステータ１側の辺２２には、第１高磁気抵抗部である第１溝１３及び第２溝１４が形成される。磁石収納孔９は上方、下方、両側方の辺を有し、ステータ１側の辺（上方の辺）が辺２２となっている。第１溝１３は、ｄ軸１７を中心に周方向の一方側に設けられ、第２溝１４は、ｄ軸１７を中心に周方向の他方側に設けられている。

第１溝１３および第２溝１４は、駆動軸７に沿って延びるように辺２２に形成されている。実施例１に示した例では、第１溝１３と第２溝１４とは、ｄ軸１７を中心に対称となるように形成されている。

ここで、第１溝１３と第２溝１４のそれぞれは、第１状態では、ティース１１の間に形成されたスロット開口部１５と対向し、第２状態では、ティース１１と対向するように形成される。

図４は、溝数０（溝無し）と溝数２（実施例１）のコギングトルク基本波成分（ここでは機械角６０次）の振幅波形を示す図である。図４に示すように、実施例１の構成にすることで、コギングトルク基本波成分をほぼ０にすることができる。

本発明のコギングトルク低減原理について、図５Ａ〜図５Ｌを用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、図４の第１状態（電気角０度、コギングトルク振幅がゼロ）、図５Ｄ〜図５Ｆは、第２状態（電気角７．５度、コギングトルク振幅が最大）、図５Ｇ〜図５Ｉは、第３状態（電気角１５度、コギングトルク振幅がゼロ）、図５Ｊ〜図５Ｌは、第４状態（電気角２２．５度、コギングトルク振幅が最大）を示す図である。なお、第５状態は、電気角３０度、コギングトルク振幅がゼロである。

ここで、磁気エネルギーは磁束密度の２乗に比例するため、エアギャップ磁束密度の２乗は、エアギャップの磁気エネルギーを評価する指標である。

第１状態では、図５Ａ〜図５Ｃに示す通り、ティース１１（丸付き１）−１１（丸付き５）に対応した電気角でエアギャップの磁気エネルギーが高いことが分かる。溝数０（実線）と溝数２（実施例１破線）とでは、どちらも１磁極当たりの磁気エネルギー分布は左右対称の分布を示している。コギングトルクは、磁気エネルギーの周方向角度微分であるため、このような左右対称な分布の場合には、コギングトルクは図４に示した通り発生しない。

なお、溝数０と比べて溝数２の方が、第１溝１３と第２溝１４がティース１１への磁束を抑制するため、ティース１１（丸付き１）とティース１１（丸付き５）の磁気エネルギーが低くなっている。

一方、溝数０の第２状態では、図５Ｄ〜図５Ｆに示す通り、第１状態からずれた分、ティース１１（丸付き１）、１１（丸付き２）、１１（丸付き５）に対応した電気角の磁気エネルギーが変化し、磁気エネルギー分布は左右非対称になる。

特に、ティース１１（丸付き５）で磁気エネルギー分布が大きく歪んでおり、このティース１１（丸付き５）への磁束がコギングトルクを発生させている。

溝数２とすることにより、第１溝１３がティース１１（丸付き５）への磁束を抑制した結果、本実施例１でコギングトルクを低減できる。

ここで、第２溝１４によりティース１１（丸付き２）への磁束も抑制しているが、ティース１１（丸付き２）に対応した磁気エネルギー分布の歪は小さいため、コギングトルクへの寄与は小さい。

第３状態では、図５Ｇ〜図５Ｉに示す通り、ティース１１（丸付き２）−１（丸付き５）に対応した電気角でエアギャップの磁気エネルギーが高く、溝数０と溝数２の両方で、磁気エネルギー分布は再び左右対称となる。その結果、コギングトルクは、図４に示した通り発生しない。

溝数０の第４状態では、図５Ｊ〜図５Ｌに示す通り、第３状態からずれた分、ティース１１（丸付き２）、１１（丸付き５）に対応した電気角の磁気エネルギーが大きく変化し、磁気エネルギー分布は再び左右非対称になる。この分布は第２状態と比べて左右逆の傾向を示しており、ティース１１（丸付き２）への磁束が支配的にコギングトルクを発生させている。溝数２とすることにより、ティース１１（丸付き２）への磁束を第２溝１４で抑制できる。

第５状態では、図示はしないが、第１状態と同じ位置関係になるため、磁気エネルギー分布は第１状態と同じであり、溝数０と溝数２の両方で、コギングトルクは発生しない。

なお、上述した第２状態〜第５状態は、コギンギトルク波形の特徴的な瞬間において、コギングトルクの低減原理を説明するために定義している。また、図４に示すように、コギングトルクは、第１状態から第５状態に連続的に遷移する。

以上の原理により、本実施例１でコギングトルクを低減できる。

次に、本実施例１のコギングトルク低減効果のある範囲について、磁界解析シミュレーションで検証した結果を、図６Ａ、図６Ｂ、図７〜図９を用いて説明する。

図６Ａは溝数を０から３まで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分(基本波成分)を示す図である。図６Ｂは溝数を０から３まで変化させた場合の、トルクを示す図である。

図６Ａに示すように、溝数を変化させた結果、溝数１は溝数０とコギングトルクの値がほぼ一致し、コギングトルクの低減効果がない。一方、溝数２以上では同等のコギングトルク低減効果が得られることが分かる。

ただし、図６Ｂに示す通り、溝数を増やすとトルクも低下するため、トルク低下を抑えてコギングトルクを低減するには、溝数２が最も望ましいことが分かる。

図７は、溝の周方向幅を０（溝無し）〜２．４ｍｍまで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。

図７において、溝の周方向幅を変化させた結果、溝幅０．１〜１．２ｍｍの範囲でコギングトルク低減効果があり、溝幅０．５〜０．８ｍｍ付近が最適であった。ここで、コギングトルク低減効果のある溝幅の上限１．２ｍｍは、ティースピッチの半分（コギングトルク半周期、電気角で ２Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度）に対応する溝幅１．３ｍｍに近い。

よって、コギングトルク低減効果を得るには、溝の周方向幅に対応する角度を、電気角で２Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度以下にすべきである。また、最適な幅は、ティース間の開口部１５の周方向角度に対応する溝幅０．５５ｍｍに近いことが分かる。

図８は、溝ピッチ（第１溝１３と第２溝１４との間隔）を、機械角で０〜２１度まで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。図８において、溝ピッチを変化させた結果、溝ピッチ１５〜１８．５度の範囲でコギングトルク低減効果があり、溝ピッチ１７〜１８度付近が最適であった。

よって、第１高磁気抵抗部である溝１３と第２高磁気抵抗部である溝１４との間隔は、第１状態のとき、第１高磁気抵抗部１３と第２高磁気抵抗部１４との間に３つのティース１１と２つの開口部１５が存在する。３つのティース１１のうちの固定子１の周方向両側に位置するティース１１のうちの一方のティース１１の固定子１の周方向外側に位置する開口部１５と第１高磁気抵抗部１３が対向する。また、３つのティース１１のうちの周方向両側に位置するティース１１のうちの他方のティース１１の周方向外側に位置する開口部１５と第２高磁気抵抗部１４が対向することが望ましい。

最適な溝ピッチは、３つのティース１１分の角度に対応している。つまり、溝１３及び溝１４が磁石５と対向する範囲内で、最も周方向外側の２つの開口部１５のそれぞれに、２つの溝１３、１４のそれぞれを対向させる場合の角度に対応している。

図９は、溝１３、１４の径方向幅（深さ）を０〜０．３ｍｍまで変化させた場合の、コギングトルク６０次成分を示す図である。図９において、溝１３、１４の径方向幅を変化させた結果、溝１３、１４の径方向幅０．０１〜０．１５ｍｍの範囲でコギングトルク低減効果があり、溝深さ０．１ｍｍ付近が最適である（最適点が存在している）。図９に示した結果は、図７に示した溝の周方向幅の変化と同様の傾向を示すことが分かる。

上記の実施例１の変形例を、図１０〜図１２を用いて説明する。上記の実施例１では、高磁気抵抗部として最も製造しやすい溝を用いて説明してきたが、図１０に示す通り、溝以外にも、凹み、カシメ、孔などを高磁気抵抗部として適用し、第１高磁気抵抗部６１、第２高磁気抵抗部６２を形成しても良い。

他の変形例として、図１１に示す通り、高磁気抵抗部が小さければ、磁石収納孔９の外周側のロータコア４に、カシメ、孔、ピンまたはネジからなる高磁気抵抗部６３、６４を形成しても良い。高磁気抵抗部６３、６４がピンまたはネジからなる場合は、非磁性体であることが望ましい
また、高磁気抵抗部の形状や位置のばらつきを小さくできるならば、図１２に示す通り、ロータコア４の外周面に、溝、凹み、カシメまたは孔からなる高磁気抵抗部６５、６６を形成しても良い。

なお、磁石収納孔９は、ロータコア４に複数形成されるが、複数の磁石収納孔９のそれぞれに収容された磁石５の固定子１側の辺２２に高磁気抵抗部（１３、１４）、（６１、６２）が形成される。また、高磁気抵抗部（６３、６４）は、複数の磁石収納孔９のそれぞれの外周側のロータコア４に形成される。さらに、高磁気抵抗部（６５、６６）は、複数の磁石収納孔９のそれぞれの外周側のロータコア４の外周面に形成される。

以上のように、本発明の実施例１によれば、磁石収納孔９の辺２２に２つの高磁気抵抗部（６１、６２）が形成される。また、変形例として、磁石収納孔９の外周側もロータコア４に高磁気抵抗部（６３、６４）が形成される。さらに、他の変形例として、磁気収納孔９の外周側のロータコア４の外周面に高磁気抵抗部（６５、６６）が形成される。そして、２つの高磁気抵抗部（（１３、１４）、（６１、６２）、（６３、６４）、（６５、６６））は、複数の永久磁石５のうちの一つのｄ軸１７と、ステータコア２に配置された複数のティース１１のうちの一つのステータコア２の径方向中心線１６とが一致する第１状態においては、スロット開口１５と対向するように構成される。

そして、２つの高磁気抵抗部（（１３、１４）、（６１、６２）、（６３、６４）、（６５、６６））は、複数の永久磁石５のうちの一つの永久磁石５のｄ軸１７と、ステータコア２に配置された複数のティース１１のうちの一つのステータコア２の径方向中心線１６とが、ｎを１、２、３のいずれかとし、Ｐを極数、Ｓをスロット数とすると、電気角でｎ＊（Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数））度だけずれた第（ｎ＋１）状態においては（一定の電気角だけずれた状態）、複数のティース１１のうちのいずれかと対向するように構成される。以降、第１状態〜第４状態が繰り返される。ただし、上述したように、第２状態〜第５状態は、コギンギトルク波形の特徴的な瞬間において、コギングトルクの低減原理を説明するために定義している。また、図４に示すように、コギングトルクは、第１状態から第５状態に連続的に遷移する。

これにより、形状ばらつきによる悪影響・トルクリプル増加・トルク低下を抑制して、永久磁石型回転電機のコギングトルクを低減し、車両操舵感を向上可能な回転電機を実現することができる。

上記の実施例１では、全ての電磁鋼板に高磁気抵抗部が存在する場合に、最大のコギングトルク低減効果が得られるが、積層方向に部分的に高磁気抵抗部が存在する場合でもある程度のコギングトルク低減効果が期待できる。

ここで、本発明の実施例１は、公知技術のように、ロータコア４にスリットを設ける構成ではないため、ロータコア４深くに永久磁石５を埋め込む必要が無く、トルクリプルの増加を抑制することができる。

（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。

図１３Ａ、図１３Ｂは、本発明の実施例２である回転電機システムの概略構成図である。

実施例１のロータ３の構造を有する回転電機１００は、同一のインバータ４１で回転電機１００を駆動させても良いし、２つのインバータ４１及び４２で回転電機１００を駆動させても良い。

２つのインバータ４１及び４２で回転電機１００を駆動させる場合、インバータ４１又は４２のいずれかが故障した際でも、故障していない片方のインバータ４１又は４２で回転電機１００を駆動させることができ、緊急時のフェールセーフの観点から有効である。

図１３Ａ及び図１３Ｂにおいて、実施例１のように、１０極６０スロットの回転電機１００は、第１のインバータ４１により、Ｕ１１〜Ｕ１５相、Ｖ１１〜Ｖ１５相、Ｗ１１〜Ｗ１５相が駆動される。そして、第２のインバータ４２により、Ｕ２１〜Ｕ２５相、Ｖ２１〜Ｖ２５相、Ｗ２１〜Ｗ２５相が駆動される。

実施例２によれば、実施例１と同様な効果を有する他に、２つのインバータ４１及び４２で回転電機１００を駆動させ、インバータ４１又は４２のいずれかが故障した際には、故障していない片方のインバータ４１又は４２で回転電機１００を駆動させるように構成したので、緊急時のフェールセーフ機能が向上した回転電機システムを実現することができる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について、説明する。

図１４は、本発明の実施例３である電動パワーステアリングシステム２０００の概略構成図であり、本発明の実施例１又は実施例２によるＥＰＳ用回転電機１０００を適用した電動パワーステアリングシステム２０００である。

この電動パワーステアリングシステム２０００は、ステアリングコラム付近にアシストトルクを発生させるための回転電機１０００を備えていることから、コラムアシスト式と呼ばれる。電動パワーステアリングシステム２０００は、ステアリングホイールＳＴと、ステアリングホイールＳＴの回転駆動力を検出するトルクセンサＴＳと、トルクセンサＴＳの出力に基づいて、アシストトルクを制御するＥＣＵと、アシストトルクを制御する制御装置ＥＣＵの信号に基づいて、アシストトルクを出力する回転電機１０００と、を備えている。

また、電動パワーステアリングシステム２０００は、ＥＣＵおよび回転電機１０００のエネルギー供給源となる車載用バッテリーＢＡと、回転電機１０００の回転駆動力を歯車によって減速し、所望のトルクを出力するためのギア機構ＧＥと、ギア機構ＧＥで発生したトルクを伝達するためのピニオンギアＰＮと、ピニオンギアＰＮとギア機構ＧＥをつなぐための一つまたは複数のロッドＲＯと、一つまたは複数のジョイントＪＴと、を備えている。

また、電動パワーステアリングシステム２０００は、ピニオンギアＰＮに発生する回転駆動力を水平方向の力に変化するラックギアＲＣＧと、ラックギアＲＣＧを覆うラックケースＲＣと、ラックケースＲＣ内に塵などが入らないために設けられる第１のダストブーツＤＢ１と第２のダストブーツＤＢ２と、実際に舵取りが行われる第１のタイヤＷＨ１と、第２のタイヤＷＨ２と、ラック軸に発生する水平方向の力を第１のタイヤＷＨ１に伝えるための第１のタイロッドＴＲ１と、同じくラック時軸に発生する水平方向の力を第２のタイヤＷＨ２に伝えるための第２のタイロッドＴＲ２と、を備えている。

次に、コラムアシスト式である電動パワーステアリングシステム２０００の動作を説明する。

ステアリングホイールＳＴを回転させると、その回転駆動力をトルクセンサＴＳが検出する。トルクセンサＴＳの検出信号に基づいて、ＥＣＵが所望のアシストトルクを発生させるための通電パターンを演算して、回転電機１０００に指令を出す。

回転電機１０００はＥＣＵの指令に基づいて通電を行い、アシストトルクを発生させる。回転電機１０００に接続されたギア機構ＧＥにより減速され、ロッドＲＯとジョイントＪＴを介して、ピニオンギアＰＮに回転駆動力が伝達される。ピニオンギアＰＮはラックギアＲＣＧと噛合っており、それによって、ピニオンギアＰＮの回転駆動力は車の進行方向に対して直角方向の推力に変換される。

こうして発生した水平方向の推力は、タイロッドＴＲ１およびＴＲ２を介して、タイヤＷＨ１およびＷＨ２の舵取りを行う。

本発明の実施例３によれば、実施例１又は実施例２による回転電機１０００が、電動パワーアシストシステム２０００に適用されているので、車両操舵感を向上可能な電動パワーアシストシステムを実現することができる。

なお、上述した例は、本発明をコラムアシスト式ＥＰＳ装置に適用した場合の例であるが、本発明は、ピニオンギアＰＮ付近にアシストトルクを発生させるための回転電機１０００を備えているピニオンアシスト式ＥＰＳ装置、ラックギアＲＣＧに対してアシストトルクを発生させるための回転電機１０００が備えられているラックアシスト式ＥＰＳ装置等にも適用することができる。

以上で説明した様々なＥＰＳ装置では、重大事故に直結する可能性があるため、破損した磁石による回転電機ロックは許されない。また、回転電機の振動エネルギーが、ギア機構ＧＥ、ロッドＲＯ、ピニオンギアＰＮなどの機械部品を介して、車室内に伝播し、運転席付近のパネルや内壁から音波として放出される。これを運転者が騒音（所謂、ジッパー音やファスナー音）として感じることになる。

この騒音発生メカニズムは、回転電機を車室内に配置したコラムアシスト式ＥＰＳ装置、回転電機をエンジンルーム内に配置するピニオンアシスト式、ラックアシスト式などのＥＰＳ装置に共通である。

したがって、本発明による回転電機を装着した電動パワーアシストシステム２０００によれば、高信頼の回転電機ロック防止と、ステアリングホイール操作時のアシスト性能向上と、車室内の静音化を両立可能なＥＰＳ装置を提供できる効果がある。上で述べた効果は、本発明の回転電機を他の自動車補機システム（例えば、電動ブレーキシステム）に適用した場合においても発揮することができる。

なお、上記の実施例１について、図面上では１０極６０スロットの回転電機について述べてきたが、任意の極数、スロット数の回転電機に本発明は適用できる。また、ステータ巻線は、集中巻でも分布巻でも良い。

さらに、上述した例においては、一つの磁石収納孔９に一つの永久磁石５を配置したが、一つの磁石収納孔９に複数の永久磁石５を配置してもよい。この場合、複数の永久磁石５により一磁極が形成される。また、複数の磁石収納孔９を集合させ、それぞれに永久磁石９を配置し、一つの磁石収納部として一磁極を形成することも可能である。

複数の永久磁石５により一磁極を形成する場合は、この一磁極のＮ極の磁束方向がｄ軸となる。ここで、磁石収納部とは、一つの永久磁石５が配置される場合の磁石収納孔９、複数の永久磁石５が配置される場合の一つの磁石収納孔９、及び複数の磁石収納孔９の集合体を総称するものと定義する。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１・・・ステータ、２・・・ステータコア、３・・・ロータ、４・・・ロータコア、５・・・永久磁石、６・・・コイルエンド部、７・・・駆動軸、８・・・フレーム、 ９・・・磁石収納孔、 １０・・・コイル（巻線）、１１・・・ティース、１２・・・エアギャップ、１３・・・第１溝、１４・・・第２溝、１５・・・開口部、１６・・・ティース中心、１７・・・ｄ軸、１８・・・磁束線、１９・・・スロット、２１・・・磁束密度評価面、２２・・・辺、４１・・・第１のインバータ、４２・・・第２のインバータ、５０・・・肉抜き孔、６１、６３、６５・・・第１高磁気抵抗部、６２、６４、６６・・・第２高磁気抵抗部、１００・・・回転電機、１０００・・・ＥＰＳ用回転電機、２０００・・・電動パワーステアリングシステム、ＢＡ・・・車載用バッテリー、ＤＢ１、ＤＢ２・・・ダストブーツ、ＥＣＵ・・・制御装置、ＧＥ・・・ギア機構、ＪＴ・・・ジョイント、ＰＮ・・・ピニオンギア、ＲＣ・・・ラックケース、ＲＣＧ・・・ラックギア、ＲＯ・・・ロッド、ＳＴ・・・ステアリングホイール、ＴＲ１、ＴＲ２・・・タイロッド、ＴＳ・・・トルクセンサ、ＷＨ１、ＷＨ２・・・タイヤ

Claims (11)

1. 磁石収納部が形成された回転子コアと、前記磁石収納部に配置される複数の磁石とを有する回転子と、
   巻線が収納される複数のスロットと、前記複数のスロットを形成する複数のティースとを有する固定子と、を備え、
   前記回転子コアの外周面と前記磁石収納部との間に、少なくとも第１高磁気抵抗部と第２高磁気抵抗部が形成され、
   前記複数の磁石のうちのいずれか一つにおけるｄ軸と、前記複数のティースのうちのいずれか一つにおける前記固定子の径方向のティース中心線とが互いに一致する状態を第１状態とし、
   前記ｄ軸と前記ティース中心線とが所定位置ずれた状態を第２状態としたとき、
   前記第１状態のとき、前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記複数のティースの間に形成された複数の開口部のうちのいずれかと対向し、
   前記第２状態のとき、前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記複数のティースのうちのいずれかと対向することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記磁石収納部の前記固定子側の辺に形成されることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、溝、凹み、カシメまたは孔であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記回転子コアの外周面と前記磁石収納部との間に形成されたカシメ、孔、ピンまたはネジであることを特徴とする回転電機。
5. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１高磁気抵抗部及び前記第２高磁気抵抗部は、前記回転子コアの外周面に形成された溝、凹み、カシメまたは孔であることを特徴とする回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１高磁気抵抗部と前記第２高磁気抵抗部の周方向幅に対応する角度は、それぞれ電気角で２Ｐ＊４５／（ＰとＳの最小公倍数）度以下であることを特徴とする回転電機。
7. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記第１高磁気抵抗部と前記第２高磁気抵抗部のそれぞれは、前記第１致状態のとき、前記複数の磁石のうちのいずれか一つと対向する範囲で、最も周方向外側の前記開口部に対向することを特徴とする回転電機。
8. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記磁石収納部は複数形成され、複数の前記磁石収納部のそれぞれに、複数の前記磁石が配置されることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記磁石収納部は複数形成され、複数の前記磁石収納部のそれぞれは、複数の磁石収納孔を有し、前記複数の磁石収納孔のそれぞれに、前記永久磁石が配置されることを特徴とする回転電機。
10. 請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の回転電機を２つ以上のインバータで駆動することを特徴とする回転電機システム。
11. 請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の回転電機を搭載す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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