JP6723349B2 - 永久磁石型モータ - Google Patents

Description

この発明は、界磁極を構成するための永久磁石を備えた永久磁石型モータ、特に、界磁極を構成するための永久磁石をロータに埋設した永久磁石型モータに関するものである。

周知のように、永久磁石型モータのうち、界磁極を構成する永久磁石をロータに埋設した永久磁石型モータは、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータと称される。特許文献１に開示された従来のＩＰＭモータに於いて、永久磁石の存在する部分のロータの直径は、永久磁石が存在しないない部分のロータの直径より大きく構成されており、ロータが回転したとき、ステータのティースの先端面とロータの外周面との間隙が変化することにより、トルクリップルを低減するように構成されている。

又、周知のように、永久磁石型モータのうち、界磁極を構成する永久磁石をロータの外周面に露出して配置した永久磁石型モータは、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）モータと称される。特許文献２に開示された従来のＳＰＭモータは、実質的に同一構成の２組のステータ巻線を備えており、２組のステータ巻線を位相差制御することにより、トルクリップルのみならずコギングトルクをも低減するように構成されている。

特許第４７９３２４９号公報 再公表ＷＯ２０１３／０５４４３９号公報

特許文献１や特許文献２に開示された従来の永久磁石型モータは、様々な用途に使用され得るが、その使用されている環境、例えば車両の運転者の操舵をアシストする電動パワーステアリング装置に使用されている環境に於いて、永久磁石型モータの駆動時に於ける動作音と振動が運転者に伝達され、場合によっては運転者に不快感を与える原因となることがあった。従って、従来の永久磁石型モータは、前述のようにトルクリップルやコギングトルクが低減されてはいても、その用途によっては駆動時の動作音や振動の更なる低減が必要であるという課題があった。

この発明は、従来の永久磁石型モータに於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、駆動時の動作音や振動を一層低減することができる永久磁石型モータを提供することを目的とする。

この発明による永久磁石型モータは、
複数の電磁鋼板が軸方向に積層され、ティースとスロットが周方向に交互に形成されたステータコアと、
前記スロットに挿入された導体を含み、前記ステータコアに装着された電機子コイルと、
複数の電磁鋼板が軸方向に積層され、外周面が前記ステータコアの内周面に対して所定の空隙を介して対抗するように配置されたロータコアと、
前記ロータコアに埋設され、前記ロータコアに複数の界磁極を形成する複数の永久磁石と、
を備えた永久磁石型モータであって、
前記電機子コイルは、実質的に同一構成の少なくとも２組のコイルにより構成され、
前記ロータコアは、
前記ロータコアの軸心の周りに間隔を介して配置された複数の貫通孔と、
前記複数の貫通孔に夫々連結して設けられた複数の貫通孔拡大部と、
隣接する前記界磁極の境界部に位置し、隣接する前記貫通孔拡大部を包囲して前記ロータコアの前記外周面の一部を構成するブリッジ部と、
を備え、
前記複数の永久磁石は、前記複数の貫通孔に個々に挿入されて前記ロータコアに埋設され、
前記ブリッジ部は、前記ロータコアに於ける前記ブリッジ部以外の部位に対して断面積が小さく形成された薄肉部を備え、
前記ブリッジ部の薄肉部は、
前記ブリッジ部に於ける前記ロータコアの径方向の最小幅をＷｂ、前記ブリッジ部に於ける前記電磁鋼板の板厚をｔｂ、前記電磁鋼板の前記ブリッジ部以外の部位に於ける板厚をｔｒ、隣接する前記貫通孔拡大部が対向する最少間隔をＷａ、としたとき、
Ｗｂ≦ｔｂ（＝ｔｒ）と、Ｗａ≦ｔｂと、のうちの少なくとも何れか一つを満足するように構成されている、
ことを特徴とする。

この発明による永久磁石型モータは、電機子コイルは、実質的に同一構成の少なくとも２組のコイルにより構成され、ロータコアは、ロータコアの軸心の周りに間隔を介して配置された複数の貫通孔と、複数の貫通孔に夫々設けられた貫通孔拡大部と、隣接する界磁極の境界部に位置し、隣接する貫通孔の夫々の貫通孔拡大部を包囲してロータコアの外周面の一部を構成するブリッジ部とを備え、前記複数の永久磁石は、前記複数の貫通孔に個々に挿入されて前記ロータコアに埋設され、前記ブリッジ部は、前記ロータコアに於ける前記ブリッジ部以外の部位に対して薄肉に形成された薄肉部を備えているように構成されているので、駆動時の音の発生や振動の発生を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於ける軸方向の断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於ける制御ユニットの説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於ける軸方向に対して垂直方向の断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於けるロータの説明図である。 この発明の実施の形態１の変形例による永久磁石型モータに於けるロータの説明図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石型モータに於けるロータの説明図である。 この発明の実施の形態３による永久磁石型モータに於けるロータの説明図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータを図に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於ける軸方向の断面図である。図１に示される永久磁石型モータは、例えば車両の電動パワーステアリング装置に使用される。

図１に示される永久磁石型モータ（以下、単に、モータと称する）２は、ＩＰＭモータであって、大別すれば、円筒形に形成されたモータケース２５と、モータケース２５の内周面に固定されたステータ２２と、ステータ２２の内周面に対して所定の間隙を介して外周面が対向するように配置されたロータ２３と、ロータ２３を固定した回転子軸４０と、モータケース２５の軸方向の一端部２５１の内周面に外周面が当接してモータケース２５に固定されたフレーム２８と、フレーム２８の軸方向の一端面２８１に当接し、モータケース２５の軸方向の一端部２５１に固定されたブラケット２９と、を備えている。

フレーム２８は、開口されたモータケース２５の軸方向の一端部２５１を閉塞するように配置され、外周面がモータケース２５の内周面に当接してモータケース２５に固定されている。第１の軸受５１は、フレーム２８の径方向の中央部に設けられた貫通孔２８２に挿入されてフレーム２８に保持されている。モータケース２５の他端部２５２を閉塞する壁部２５３は、モータケース２５と一体に形成されている。第２の軸受５２は、モータケース２５の壁部２５３の径方向の中央部に設けられた貫通孔２５４に挿入されて壁部２５３に保持されている。

回転子軸４０の軸方向の一端部４０１は、第１の軸受５１に回動自在に支持され、回転子軸４０の軸方向の他端部４２は、第２の軸受５２により回動自在に支持されている。出力軸２１は、回転子軸４０の軸方向の他端部４２に固定され、例えば減速機構（図示せず）に連結される。

ステータ２２は、多数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されたステータコア２２ａと、ステータコア２２ａに後述するように装着された電機子コイル２４とを備えている。電機子コイル２４は、実質的に同一構成の２組の３相電機子コイルにより構成されている。ロータ２３は、多数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されたロータコア２３ａと、このロータコア２３ａに埋設された後述する複数極対の永久磁石を備えている。ロータ２３は、径方向中央部が回転子軸４０に貫通されて回転子軸４０に固定されている。

接続リング２７は、絶縁物により環状に構成されたホルダ２７１と、ホルダ２７１に形成された凹溝に挿入されてホルダ２７１に固定された複数の環状の接続導体２７２とを備えている。接続リング２７は、電機子コイル２４の直近に配置され、ステータ２２の一方の軸方向の端部に固定された支持体６０に固定されている。

絶縁物により構成された支持体６０は、ステータ２２の軸方向の両端部に夫々固定され、電機子コイル２４の軸方向の端部を支持している。電機子コイル２４を構成する２組の３相電機子コイルは、夫々、接続リング２７により３相Δ結線、若しくは３相Ｙ結線されている。

３本の導体からなる第１の巻線端部２６ａは、接続リング２７の接続導体２７２を介して２組の３相電機子コイルのうちの一方の３相電機子コイルの各相巻線に一端が接続され、他端がフレーム２８の第１の貫通孔２８ａ及びブラケット２９の貫通孔（図示せず）を介してコネクタ３０に接続されている。

３本の導体からなる第２の巻線端部２６ｂは、接続リング２７の接続導体２７２を介して２組の３相電機子コイルのうちの他方の３相電機子コイルの各相巻線に一端が接続され、他端がフレーム２８の第２の貫通孔２８ｂ及びブラケット２９の貫通孔（図示せず）を介してコネクタ３０に接続されている。コネクタ３０は、ブラケット２９に固定されており、第１の巻線端部２６ａと第２の巻線端部２６ｂとを、ケーブル３１を介してインバータ等の電力変換装置（図示せず）に接続する。

次に、以上のように構成された永久磁石型モータを制御する制御ユニットについて説明する。図２は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於ける制御ユニットの説明図である。図２に於いて、制御ユニット１は、電源・入力回路５と、制御量を算出するＣＰＵ（central processing unit）４と、出力回路３とを備えている。

電源・入力回路５は、車両等に搭載されたバッテリ等の外部電源６に接続され、外部電源６からの電力をＣＰＵ４及び出力回路３に供給する電源回路と、車両等に設けられている各種センサ類７に接続される入力回路とを備えている。

ＣＰＵ４は、電源・入力回路５を介して各種センサ類７から入力される各種情報、例えば車速や操舵トルク等の情報に基づいて、出力回路の出力を制御するための制御量を演算して出力回路３に与える。出力回路３は、例えば、複数個のスイッチング素子等により構成された３相ブリッジ回路からなる電力変換回路を備え、電源・入力回路５を介して外部電源６から電力の供給を受け、ＣＰＵ４により演算された制御量に基づいて制御された３相の出力電流を発生する。

制御ユニット１の出力回路３から出力された出力電流は、ハーネス８を介して図１に示すケーブル３１に供給される。ケーブル３１に供給された出力回路３からの出力電流は、コネクタ３０、及び第１の巻線端部２６ａを介して電機子コイル２４を構成する一方の３相電機子コイルに供給される。同様に、ケーブル３１に供給された出力回路３からの出力電流は、コネクタ３０、及び第２の巻線端部２６ｂを介して電機子コイル２４を構成する他方の３相電機子コイルに供給される。

制御ユニット１は、前述のようにセンサ類７からの各種情報を電源・入力回路５を介してＣＰＵ４に伝達し、制御量を算出して出力回路３へ出力し、出力回路３からモータ２の電機子コイル２４へ３相電流を供給する。その際、電機子コイル２４を構成する一方の３相電機子コイルと他方の３相電機子コイルに於ける各相のコイルには夫々１２０度の位相差を有する相電流が供給され、更に、一方の３相電機子コイルと他方の３相電機子コイルには互いに位相が例えば電気角３０度ずれた３相電流が供給される。制御ユニット１は、ＣＰＵ４により算出する制御量に基づいて出力回路３を駆動を制御することで、モータ２の出力軸２１の回転速度の制御や、出力トルクの制御等、様々なモータの制御を行うことができる。

次にモータ２のステータ２２及びロータ２３の構成について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於ける軸方向に対して垂直方向の断面図、図４Ａは、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於けるロータの説明図であって、図３に示すロータ２３の一部を拡大して示している。図３及び図４Ａに於いて、ステータ２２のステータコア２２ａは、４８個のスロット２２ｂと、隣接するスロット２２ｂ同士の間に位置する４８個のティース２２ｃを備えている。夫々のスロット２２ｂには、電機子コイル２４を構成する４本のコイル導体２４ａが挿入されている。

ステータコア２２ａは、前述のように多数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されているが、その電磁鋼板の少なくとも一部、例えば半数の電磁鋼板は、隣接するティース２２ｃの先端部が互いに連結されるように構成されている。これにより、特にコギングトルクを低減させることができる。

ロータコア２３ａは、前述のように多数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成されており、ロータコア２３ａの軸心Ｏと交わる径方向の直線Ｘに対して対称的に所定角度で傾斜して配置された第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃからなる貫通孔対２３１が、軸心の周りに４５度の間隔で８対配置されている。８つの貫通孔対２３１の夫々は、ロータコア２３ａの径方向の外側で対向する間隔が、ロータコア２３ａの径方向の内側で対向する間隔よりも小さくなるようにＶ字状に配置されている。夫々の貫通孔は、互いに対向する一対の長辺部と互いに対向する一対の短辺部とを有する実質的に長方形の断面形状を備えている。

８つの貫通孔対２３１に於ける第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃには、夫々、断面が実質的に長方形に形成された第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂが個々に挿入されている。より詳しく説明すると、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂは、一方の磁極を構成する一方の端面部が貫通孔の一方の長辺部に対向し、他方の磁極を構成する他方の端面部が貫通孔の他方の長辺部に対向するように、前記貫通孔に挿入されている。

隣接する２つの貫通孔対２３１、２３１に夫々挿入された第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂは、第１の永久磁石対４１０と、第２の永久磁石対４１１を構成する。尚、図３には、隣接する２つの貫通孔対２３１にのみ、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂからなる第１の永久磁石対４１０と、第２の永久磁石対４１１が挿入されていることを図示しているが、他の６つの貫通孔対２３１にも同様に、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂからなる第１の永久磁石対４１０と、第２の永久磁石対４１１が交互に挿入されている。複数の永久磁石は、異極性の端面部同士が実質的に対向するように配置された複数の永久磁石対を構成し、夫々の永久磁石対は、ロータコア２３ａの径方向の外側で対向する間隔が、ロータコア２３ａの径方向の内側で対向する間隔よりも小さくなるようにＶ字状に配置されている。

図３に示す第１の永久磁石対４１０に於ける第１の永久磁石４１ａは、図の左側端面部がＳ極、右側端面部がＮ極となるように着磁され、第２の永久磁石４１ｂは、図の左側端面部がＳ極、右側端面部がＮ極となるように着磁されている。一方、第２の永久磁石対４１１に於ける第１の永久磁石４１ａは、図の左側端面部がＮ極、右側端面部がＳ極となるように着磁され、第２の永久磁石４１ｂは、図の左側端面部がＮ極、右側端面部がＳ極となるように着磁されている。第１の永久磁石対４１０と第２の永久磁石対４１１は、ロータ２３の軸心の周りに交互に配置されている。

図３に示すように、第１の永久磁石対４１０に於いて、第１の永久磁石４１ａのＮ極の端面部は、第２の永久磁石４１ｂのＳ極の端面部と対向している。第２の永久磁石対４１１に於いて、第１の永久磁石４１ａのＳ極の端面部は、第２の永久磁石４１ｂのＮ極の端面部と対向している。このように、第１の永久磁石対４１０と第２の永久磁石対４１１は、いずれも第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂが異極性の端面部同士で対向している。図示していない他の第１の永久磁石対と第２の永久磁石対も同様である。

又、第１の永久磁石対４１０に於ける第２の永久磁石４１ｂのＮ極の端面部は、第２の永久磁石対４１１に於ける第１の永久磁石４１ａのＮ極の端面部と対向している。第１の永久磁石対４１０に於ける第１の永久磁石４１ａのＳ極の端面部は、図示していない左隣の第２の永久磁石対に於ける第２の永久磁石のＳ極の端面部と対向している。第２の永久磁石対４１１に於ける第２の永久磁石４１ｂのＳ極の端面部は、図示していない右隣の第１の永久磁石対に於ける第１の永久磁石のＳ極の端面部と対向している。図示していない他の第１の永久磁石対と第２の永久磁石対も同様である。

ロータコア２３ａは、第１の永久磁石対４１０に於ける第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとがロータコア２３ａの外周面の近傍で狭い間隔で対向する部分、及び第２の永久磁石対４１１に於ける第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとがロータコア２３ａの外周面の近傍で狭い間隔で対向する部分を、夫々包囲するブリッジ部２３ｅを備えている。又、ロータコア２３ａは、第１の永久磁石対４１０と第２の永久磁石対４１１とがロータコア２３ａの外周面の近傍で広い間隔で対向する界磁極２３ｄとを備えている。ブリッジ部２３ｅは、隣接する界磁極２３ｄの境界部に位置している。

ロータコア２３ａは真円ではなく、ブリッジ部２３ｅに於けるロータコア２３ａの半径は、ブリッジ部２３ｅ以外の部位に於けるロータコア２３ａの半径よりも小さく形成されている。又、界磁極２３ｄに於けるロータコア２３ａは、その中央部の半径が最大であり、ブリッジ部２３ｅに近づくにつれて半径が小さくなるように構成されている。界磁極２３ｄは、同極性の永久磁石の端面部に挟まれており、Ｎ極又はＳ極の界磁極を構成する。

即ち、第１の永久磁石対４１０に於ける第２の永久磁石４１ｂのＮ極の端面部と、第２の永久磁石対４１１に於ける第１の永久磁石４１ａのＮ極の端面部とに挟まれた界磁極２３ｄはＮ極を構成し、第１の永久磁石対４１０に於ける第１の永久磁石４１ａのＳ極の端面部と、左隣の第２の永久磁石対に於ける第２の永久磁石のＳ極の端面部とに挟まれた界磁極２３ｄはＳ極を構成する。又、第２の永久磁石対４１１に於ける第２の永久磁石４１ｂのＳ極の端面部と、右隣の第１の永久磁石対に於ける第１の永久磁石のＳ極の端面部とに挟まれた界磁極２３ｄはＳ極を構成する。従って、ロータ２３の周面部に、Ｎ極の界磁極２３ｄとＳ極の界磁極２３ｄとが交互に配置されている。

第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃは、夫々、互いに対向する一対の長辺部と互いに対向する一対の短辺部とを有する実質的に長方形の断面形状を備えており、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂは、一方の磁極を構成する一方の端面部が第１の貫通孔２３ｂ又は第２の貫通孔２３ｃの一方の長辺部に対向し、他方の磁極を構成する他方の端面部が貫通孔の他方の長辺部に対向するように、夫々の貫通孔に挿入されている。

貫通孔拡大部２３ｇは、第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃに夫々連結して設けられている。貫通孔拡大部２３ｇは、対応する第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂに於けるロータコア２３ａの周面部側の端面部に接した拡大空間を形成する。第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃに於ける夫々の貫通孔拡大部２３ｇと、ロータコア２３ａに於けるブリッジ部２３ｅは、後述するように、磁束の流通に関して重要な役割を有している。

前述のようにステータコア２２ａに装着された電機子コイル２４は、制御ユニット１からの電流により付勢されてティース２２ｃを流れる磁束を発生し、ステータ２２にＮ極及びＳ極の回転磁界が生じる。その結果、ロータ２３の界磁極２３ｄに形成されたＮ極及びＳ極との吸引力及び反発力によりロータ２３が回転することになる。

ここで、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとが発生する磁束の流れについて述べる。第１の永久磁石対４１０に於ける第２の永久磁石４１ｂのＮ極と、第２の永久磁石対４１１に於ける第１の永久磁石４１ａのＮ極とから発生した磁束は、第１の永久磁石対４１０と第２の永久磁石対４１１とに挟まれたロータコア２３ａの界磁極２３ｄからロータ２３とステータ２２との間の空隙を介して左隣の界磁極２３ｄに至り、第１の永久磁石対４１０に於ける第１の永久磁石４１ａのＳ極に至る磁路に流れると共に、第１の永久磁石対４１０と第２の永久磁石対４１１とに挟まれた界磁極２３ｄからロータ２３とステータ２２との間の空隙を介して右隣の界磁極２３ｄに至り、第２の永久磁石対４１１に於ける第２の永久磁石４１ｂのＳ極に至る磁路に流れる。

更に、第１の永久磁石対４１０に於いては、第１の永久磁石４１ａのＮ極から発生した磁束は、ロータコア２３ａを介して隣接する第２の永久磁石４１ｂのＳ極に至る磁路に流れると共に、第２の永久磁石４１ｂのＮ極から発生した磁束は、ロータコア２３ａの界磁極２３ｄとブリッジ部２３ｅを介して第１の永久磁石４１ａのＳ極に至る磁路に流れる。第２の永久磁石対４１１に於いては、第１の永久磁石４１ａのＮ極から発生した磁束は、ロータコア２３ａの界磁極２３ｄ及びブリッジ部２３ｅを介して第２の永久磁石４１ｂのＳ極に至る磁路に流れると共に、第２の永久磁石４１ｂのＮ極から発生した磁束は、ロータコア２３ａを介して隣接する第１の永久磁石４１ａのＳ極に至る磁路に磁束が流れる。

つまり、第１の永久磁石４１ａのＮ極と第２の永久磁石４１ｂのＮ極から発生した磁束の流れる磁路には、ロータコア２３ａの界磁極２３ｄから前述の空隙と隣接する左右の界磁極２３ｄとを介して第１の永久磁石４１ａのＳ極及び第２の永久磁石４１ｂのＳ極に至る第１の磁路と、前述の空隙を介さずにロータコア２３ａのブリッジ部２３ｅを介して隣接する第１の永久磁石４１ａのＳ極及び第２の永久磁石４１ｂのＳ極に至る第２の磁路とが存在することになる。

従って、ロータ２３とステータ２２との間の空隙を含む第１の磁路に流れる磁束の量は、空隙を含まずにロータコア２３ａのブリッジ部２３ｅを含む第２の磁路を流れる磁束の量だけ減少することになる。その結果、ロータ２３の界磁極２３ｄから空隙に放出される磁束の量が減少し、ロータ２３の回転する回転速度及びトルクが減少することになる。

そこで、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータは、空隙を介さずに第２の磁路により第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂのＮ極からＳ極へ直接流れる磁束を抑制するように、ロータコア２３ａのブリッジ部２３ｅに、ロータコア２３ａの界磁極２３ｄよりも断面積が小さく形成された薄肉部を備えている。

ロータコア２３ａのブリッジ部２３ｅに薄肉部が形成されることにより、ブリッジ部２３ｅを経由する前述の第２の磁路の磁気抵抗が増大して第２の磁路を流れる磁束の量が減少し、その結果、ロータ２３とステータ２２との間の空隙に放出される磁束の量、つまり前述の第１の磁路を流れる磁束の量が増大することになる。

次に、ブリッジ部２３ｅに薄肉部を形成する仕方について説明する。今、ブリッジ部２３ｅに於けるロータコア２３ａの径方向の最小幅をＷｂ、ブリッジ部２３ｅに於ける電磁鋼板の板厚をｔｂ、電磁鋼板のブリッジ部２３ｅ以外の部位に於ける板厚をｔｒ、隣接する貫通孔拡大部２３ｇが対向する最少間隔をＷａ、としたとき、

Ｗｂ≦ｔｂ（＝ｔｒ） ・・・（１）

ｔｂ≦ｔｒ ・・・（２）

Ｗａ≦ｔｂ ・・・（３）

により示される上記（１）、（２）、（３）のうちの少なくとも何れか一つを満足するように構成することで、薄肉部が形成される。

ブリッジ部２３ｅとそれ以外の部位とで電磁鋼板が同一の板厚を備えている場合に、上記（１）により薄肉部を形成することにより、前述の第２の磁路の磁気抵抗が増大し、第２の磁路を流れる磁束を抑制することができる。

又、ロータコア２３ａを構成する電磁鋼板がブリッジ部２３ｅとそれ以外の部位とで電磁鋼板の板厚が異なるように構成し、上記(２)により薄肉部を形成することにより、前述の第２の磁路の磁気抵抗が増大し、第２の磁路を流れる磁束を抑制することができる。

更に、上記(３)により薄肉部を形成することにより、第１の永久磁石４１ａのＮ極からブリッジ部２３ｅを介して第１の永久磁石４１ａのＳ極へ磁束が直接至ることを抑制すると共に、第２の永久磁石４１ｂのＮ極からブリッジ部２３ｅを介して第２の永久磁石４１ｂのＳ極へ磁束が直接至ることを抑制することができる。

次に、第１の貫通孔２３ｂ、及び第２の貫通孔２３ｃについて説明する。第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃに於ける一対の対向面部２３ｆの長さをＬｃ、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂに於ける夫々の端面部の長さＬｍ、としたとき、図４Ａに示す実施の形態１では、

Ｌｃ≧Ｌｍ

を満足するように構成されている。これは、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂの夫々の端面部とロータコア２３ａとの間に流れる磁束が、貫通孔拡大部２３ｇの空間部により抑制されることがないようにするためである。

又、図４Ａに破線で示すように、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとがロータ２３の径方向の内側で近接して対向する位置に於けるロータコア２３ａの部位に、内径側貫通孔２３ｊを形成しても良い。図４Ａでは、内径側貫通孔２３ｊは、ステータ２２が近くに存在はしていないので、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとに跨って共通に一つだけ設けられている場合を示している。内径側貫通孔２３ｊを第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂに個々に対応するように別々に設けても良い。尚、内径側貫通孔２３ｊは、第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃに連結されていても良いし連結されていなくても良い。内径側貫通孔２３ｊは、前述の貫通孔拡大部２３ｇと同様に隣接する第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとの間に直接磁束が流れることを抑制することができる。

次に、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの変形例について説明する。図４Ｂは、この発明の実施の形態１の変形例による永久磁石型モータに於けるロータの説明図である。図４Ｂに示す実施の形態１の変形例に於いては、第１の永久磁石４１ａを挿入する第１の貫通孔２３ｂと、第２の永久磁石４１ｂを挿入する第２の貫通孔２３ｃと、の形状が異なっている。即ち、第１の貫通孔２３ｂは、図の左側の対向面部２３ｆの長さＬｃが図の右側の対向面部２３ｆの長さＬｃよりも小さく形成されているのに対し、第２の貫通孔２３ｃは、図右側の対向面部２３ｆの長さＬｃが図の左側の対向面部２３ｆの長さＬｃより小さく形成されている。換言すれば、第１の貫通孔２３ｂに連結された貫通孔拡大部２３ｇは、第１の永久磁石４１ａの図の左側の端面部の途中まで拡大されており、第２の貫通孔２３ｃに連結された貫通孔拡大部２３ｇは、第２の永久磁石４１ｂの図の右側の端面部の途中まで拡大されている。

従って、第１の貫通孔２３ｂの図の右側の対向端面の長さＬｃは、第１の永久磁石４１ａの図の右側の端面部の長さＬｍと実質的に等しいが、図の左側の端面部の長さＬｃは、第１の永久磁石４１ａの図の左側の端面部の長さＬｍに対して、

Ｌｃ≦Ｌｍ

となるように形成されている。

一方、第２の貫通孔２３ｃの図の左側の対向面部２３ｆの長さＬｃは、第１の永久磁石４１ａの図の左側の端面部の長さＬｍと実質的に等しいが、図の右側の対向面部２３ｆの長さＬｃは、第１の永久磁石４１ａの図の右側の端面部の長さＬｍに対して、

Ｌｃ≦Ｌｍ

となるように形成されている。

従って、第１の永久磁石４１ａ及び第２の永久磁石４１ｂに於けるＮ極の端面部からロータコア２３ａの界磁極２３ｄに流れる磁束の量が抑制され、ロータコア２３ａの界磁極２３ｄから第１の永久磁石４１ａ及び第２の永久磁石４１ｂに於けるＳ極の端面部に流れる磁束の量が抑制される。

尚、図４Ｂに破線で示すように、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとがロータ２３の径方向の内側で近接して対向する位置に於けるロータコア２３ａの部位に、内径側貫通孔２３ｊを形成しても良い。図４Ｂでは、内径側貫通孔２３ｊは、ステータ２２が近くに存在はしていないので、第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとに跨って共通に一つだけ設けられている場合を示している、内径側貫通孔２３ｊを第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂに個々に対応するように別々に設けても良い。尚、内径側貫通孔２３ｊは、第１の貫通孔２３ｂと第２の貫通孔２３ｃに連結されていても良いし連結されていなくても良い。内径側貫通孔２３ｊは、前述の貫通孔拡大部２３ｇと同様に隣接する第１の永久磁石４１ａと第２の永久磁石４１ｂとの間に直接磁束が流れることを抑制することができる。

従来の永久磁石型モータでは、夫々の永久磁石によって発生するコギングトルク及びトルクリップルの位相がロータ全体で打ち消されるように構成されているが、一つの永久磁石が、理想位置からずれた場合にトルクリップルが大きくなるという課題がある。

一般に、ステータに設けられたスロットの数をＳ、ロータに設けられた永久磁石の対数、即ち界磁極の数をＰ、とすると、

Ｓ＝６ｎＰ

但し、ｎは任意の整数

とすることで、夫々の永久磁石によって発生するコギングトルク及びトルクリップルの位相を合わせることができる。その結果、永久磁石が理想位置からずれた場合に於いても、コギングトルク及びトルクリップルの増大を抑えることができ、永久磁石の位置精度を緩和させることができる。

この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの場合、前述の通り、ロータ２３は１６個の永久磁石による８極の界磁極を備え、ステータ２２は４８個のスロットを備えている。従って、前述の［Ｓ＝６ｎＰ（但し、ｎ＝１）］に合致し、夫々の永久磁石によって発生するコギングトルク及びトルクリップルの位相を合わせることができる。その結果、永久磁石が理想位置からずれた場合に於いても、コギングトルク及びトルクリップルの増大を抑えることができ、永久磁石の位置精度を緩和させることができる。

以上のように、ロータの外周形状、及び永久磁石を埋設する貫通孔の近傍であるブリッジ部に薄肉部を設けることにより、トルクリップルを低減できるモータを提供することができる。更に、２組の３相巻線による位相差制御、加えてティース先端部の少なくとも一部を連結することにより、さらにコギングトルクを低減することができ、ひいては駆動時のモータの振動や、音の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による永久磁石型モータについて説明する。図５は、この発明の実施の形態２による永久磁石型モータに於けるロータの説明図であって、前述の実施の形態１の場合と同一若しくは同等部位には同一符号を付している。実施の形態２による永久磁石型モータは、図５に示すように、複数の永久磁石４１は、ロータコア２３ａの外周面の近傍で多角形状を構成するように配置され、永久磁石４１の磁極を構成する端面部は、ロータコア２３ａの径方向に対して直交する方向に配置されている。

夫々の永久磁石４１は、図５に示すように隣接する永久磁石４１に対して逆極性に着磁されている。隣接する永久磁石４１同士の間に於けるロータコア２３ａには、ブリッジ部２３ｅが設けられている。又、永久磁石４１をロータコア２３ａに埋設するための貫通孔２３ｂ１の長さ方向の両端部には、永久磁石４１の長さ方向の両端部に近接して貫通孔拡大部２３ｇが夫々設けられている。

ブリッジ部２３ｅは、前述の実施の形態１の場合と同様に薄肉部を備えており、実施の形態１の場合と同様にブリッジ部２３ｅを介して隣接する永久磁石４１間に流れる磁束の流れが抑制され、ロータとステータとの間の間隙に流れるロータの界磁極からの磁束の量を増大させることができる。

ブリッジ部２３ｅに薄肉部を形成する仕方としては、前述の実施の形態１の場合と同様に、前述の（１）、（２）、（３）のうちの少なくとも何れか一つを満足するように構成することで薄肉部が形成される。

又、夫々の貫通孔２３ｂ１に於けるロータの径方向の内側に、永久磁石４１の幅よりも大きな幅に形成された貫通孔幅拡大部２３ｋを設けている。この貫通孔幅拡大部２３ｋの長さをＬｋ、永久磁石４１の端面部の長さをＬｍとすると、

Ｌｋ＜Ｌｍ

の関係を有している。

その結果、ロータコア２３ａの径方向の内側の端面部がＮ極に着磁された永久磁石４１にあっては、そのＮ極の端面部からロータコア２３ａに流れる磁束の量が抑制され、又、ロータコア２３ａの径方向の内側の端面部がＳ極に着磁された永久磁石４１にあっては、ロータコア２３ａからそのＳの端面部に流れる磁束の量が抑制される。

尚、この発明の実施の形態２による永久磁石型モータのその他の構成は、前述の実施の形態１による永久磁石型モータと同様である。

以上のように多角形状に永久磁石を埋設したこの発明の実施の形態２による永久磁石型モータは、前述の実施の形態１による永久磁石型モータと同様に、トルクリップルを低減できる効果がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による永久磁石型モータについて説明する。図６は、この発明の実施の形態３による永久磁石型モータに於けるロータの説明図であって、前述の実施の形態１及び実施の形態２の場合と同一若しくは同等部位には同一符号を付している。実施の形態３による永久磁石型モータは、図６に示すように、８個の永久磁石４１がロータコア２３ａの径方向に所定の角度間隔を介して放射状に配置されている。

前述の８個の永久磁石４１は、交互に着磁方向が逆となるように配置されている。夫々の永久磁石４１をロータコア２３ａに埋設するための貫通孔２３ｂ２に於けるロータコア２３ａの径方向の長さは、永久磁石４１に於けるロータコア２３ａの径方向の長さよりも大きく設定されている。夫々の永久磁石４１は、貫通孔２３ｂ２に於けるロータコア２３ａの径方向の内側の端面部に当接若しくは近接するように貫通孔２３ｂ２に挿入され、貫通孔２３ｂ２に於けるロータコア２３ａの径方向の外側の端面部には永久磁石４１は存在しない。貫通孔２３ｂ２に於ける永久磁石４１が存在していない端面部が貫通孔拡大部２３ｇとなる。

ブリッジ部２３ｅは、前述の実施の形態１、２の場合と同様に薄肉部を備えている。ブリッジ部２３ｅに薄肉部を形成する仕方としては、前述の実施の形態１の場合と同様に、前述の（１）、（２）、（３）のうちの少なくとも何れか一つを満足するように構成することで薄肉部が形成される。ブリッジ部２３ｅに薄肉部を備えることにより、ブリッジ部２３ｅを介して永久磁石４１のＮ極とＳ極との間に流れる磁束の流れが抑制され、ロータとステータとの間の間隙に流れるロータの界磁極からの磁束の量を増大させることができる。

隣接する永久磁石４１同士の間に位置するロータコア２３ａは、隣接する永久磁石４１により磁化されてＮ極の界磁極、及びＳ極の界磁極となり、ブリッジ部２３ｅは夫々の界磁極の境界に存在している。ブリッジ部２３ｅに於けるロータコア２３ａの半径は、ブリッジ部２３ｅ以外の部位に於けるロータコア２３ａの半径より小さく設定されているので、界磁極の境界部に於けるロータコア２３ａとステータコアのティースとの間の間隙が大きくなり、コギングトルクの低減を図ることができる。

又、実施の形態２の永久磁石型モータの構造と比較して、永久磁石４１の両端面がステータのティースに対して対向することとなり、発生トルクは実施の形態２の場合よりもよりも大きくなる。

以上のように、この発明の実施の形態３による永久磁石型モータによれば、放射状に永久磁石をロータコアに埋設し、隣接する界磁極の境界部に存在するブリッジ部に於けるロータコアａの半径が、界磁極を構成するロータコア２３ａの半径より小さく形成され、更に、ブリッジ部２３ｅは、前述の実施の形態１、２の場合と同様に薄肉部を備えているので、トルクリップル、及びコギングトルクの両方を低減することができる効果がある。

尚、この発明は、前述の実施の形態１、２、及び３による永久磁石型モータに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲において、実施の形態１、２、及び３の構成を適宜組み合わせたり、その構成に一部変形を加えたり、構成を一部省略することが可能である。

この発明による永久磁石型モータは、例えば自動車等の車両に用いられる電動パワーステアリング装置の分野、ひいては自動車産業の分野に利用することができる。

２ 永久磁石型モータ、２１ 出力軸、２２ ステータ、２２ａ ステータコア、２２ｂ スロット、２２ｃ ティース、２３ ロータ、２３ａ ロータコア、２３ｂ 第１の貫通孔、２３ｃ 第２の貫通孔、２３ｂ１、２３ｂ２ 貫通孔、２３ｄ 界磁極、２３ｅ ブリッジ部、２３ｆ 対向面部、２３ｇ 貫通孔拡大部、２３ｊ 内径側貫通孔、２３ｋ 貫通孔幅拡大部、２３１ 貫通孔対、４１ 永久磁石、４１ａ 第１の永久磁石、４１ｂ 第２の永久磁石、４１０ 第１の永久磁石対、４１１ 第２の永久磁石対、２４ 電機子コイル、２４ａ コイル導体、２５ モータケース、２８ フレーム、２９ ブラケット、４０ 回転子軸、５１ 第１の軸受、５２ 第２の軸受。

Claims (9)

1. 複数の電磁鋼板が軸方向に積層され、ティースとスロットが周方向に交互に形成されたステータコアと、
   前記スロットに挿入された導体を含み、前記ステータコアに装着された電機子コイルと、
   複数の電磁鋼板が軸方向に積層され、外周面が前記ステータコアの内周面に対して所定の空隙を介して対抗するように配置されたロータコアと、
   前記ロータコアに埋設され、前記ロータコアに複数の界磁極を形成する複数の永久磁石と、
   を備えた永久磁石型モータであって、
   前記電機子コイルは、実質的に同一構成の少なくとも２組のコイルにより構成され、
   前記ロータコアは、
   前記ロータコアの軸心の周りに間隔を介して配置された複数の貫通孔と、
   前記複数の貫通孔に夫々連結して設けられた複数の貫通孔拡大部と、
   隣接する前記界磁極の境界部に位置し、隣接する前記貫通孔拡大部を包囲して前記ロータコアの前記外周面の一部を構成するブリッジ部と、
   を備え、
   前記複数の永久磁石は、前記複数の貫通孔に個々に挿入されて前記ロータコアに埋設され、
   前記ブリッジ部は、前記ロータコアに於ける前記ブリッジ部以外の部位に対して断面積が小さく形成された薄肉部を備え、
   前記ブリッジ部の薄肉部は、
   前記ブリッジ部に於ける前記ロータコアの径方向の最小幅をＷｂ、前記ブリッジ部に於ける前記電磁鋼板の板厚をｔｂ、前記電磁鋼板の前記ブリッジ部以外の部位に於ける板厚をｔｒ、隣接する前記貫通孔拡大部が対向する最少間隔をＷａ、としたとき、
   Ｗｂ≦ｔｂ（＝ｔｒ）と、Ｗａ≦ｔｂと、のうちの少なくとも何れか一つを満足するように構成されている、
   ことを特徴とする永久磁石型モータ。
2. 前記スロットの数をＳ、前記界磁極の数をＰとしたとき、
   Ｓ＝６ｎＰ （ｎは任意の整数）
   を満足するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
3. 前記貫通孔は、互いに対向する一対の長辺部と互いに対向する一対の短辺部とを有する実質的に長方形の断面形状を備え、
   前記永久磁石は、一方の磁極を構成する一方の端面部が前記貫通孔の一方の前記長辺部に対向し、他方の磁極を構成する他方の端面部が前記貫通孔の他方の長辺部に対向するように、前記貫通孔に挿入され、
   前記貫通孔の前記長辺部の長さをＬｃ、前記永久磁石の前記端面部の長さＬｍ、としたとき、
   前記貫通孔に於ける前記一対の長辺部のうちの少なくとも一方の長辺部は、
   Ｌｃ≧Ｌｍ
   を満足するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。
4. 前記貫通孔は、互いに対向する一対の長辺部と互いに対向する一対の短辺部とを有する実質的に長方形の断面形状を備え、
   前記永久磁石は、一方の磁極を構成する一方の端面部が前記貫通孔の一方の前記長辺部に対向し、他方の磁極を構成する他方の端面部が前記貫通孔の他方の長辺部に対向するように、前記貫通孔に挿入され、
   前記貫通孔の前記長辺部の長さをＬｃ、前記永久磁石の前記端面部の長さＬｍ、としたとき、
   前記貫通孔に於ける前記一対の長辺部のうちの一方の長辺部は、
   Ｌｃ＜Ｌｍ
   を満足するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。
5. 前記複数の永久磁石は、異極性の端面部同士が実質的に対向するように配置された複数の永久磁石対を構成し、
   前記夫々の永久磁石対は、前記ロータコアの径方向の外側で対向する間隔が前記ロータコアの径方向の内側で対向する間隔よりも小さくなるようにＶ字状に配置された一対の前記永久磁石により構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
6. 前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの軸心の周りに所定の角度間隔を介して放射線状に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
7. 前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの外周面の近傍で多角形状を構成するように配置され、
   前記永久磁石の磁極を構成する端面部は、前記ロータコアの径方向に対して直交する方向に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１から４のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
8. 前記ブリッジ部に於ける前記ロータコアの半径は、前記ブリッジ部以外の部位に於ける前記ロータコアの半径よりも小さく形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から７のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
9. 前記複数のティースの内の少なくとも一部分のティースは、隣接するティースの先端部同士が結合するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１から８のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。

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