JP7219100B2 - 回転電機及びこの回転電機を搭載した自動車用電動補機装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機及びこの回転電機を搭載した自動車用電動補機装置に関する。

ロータに永久磁石を埋め込む永久磁石型回転電機は、磁石飛散防止のためにロータ外周に装着するカバーが不要であることからエアギャップの短縮が可能である。また、埋め込む永久磁石は安価な平板磁石を利用することが可能である。自動車用の電動パワーステアリング（以下、ＥＰＳ）に使用される回転電機では、回転電機のロックがステアリング操作に影響を与え大事故に直結するため、エアギャップ内への磁石破片の侵入を防止することが求められる。そのため、ロータコアの軸方向両端面には、磁石破片の飛散防止のためのサイドカバーが設けられている。サイドカバーは漏れ磁束の発生を抑制するため、樹脂、アルミニウム、銅、非磁性ステンレス鋼、などの非磁性材料で形成することが多かった。しかしながら、これらの非磁性材料は、鉄板や鋼板などの磁性材料に比べて高価であるうえに比較的剛性が低いことから、製造コスト低減のためにサイドカバーを磁性材料で形成することが考えられる。

磁性材料で形成されたサイドカバーとしては、例えば特許文献１がある。特許文献１に記載のサイドカバー（エンドプレート）は、ロータコアの軸方向端面上に圧接される凸部と軸方向端面に接触しない凹部を備え、凸部は永久磁石によってロータコア内に形成されるｄ軸磁路領域およびｑ軸磁路領域のうちの一方だけに接触することにより、永久磁石の端部から発生した磁束がサイドカバーを介して短絡することを抑制する技術がある。

また、特許文献２のように、非磁性サイドカバー（端板）とリング状の補助鉄心を用いて、ステータコアの局部的な磁束飽和を緩和する技術がある。

特開２０１２－１２５０００号公報 特開平１１－２３４９３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術においては、サイドカバーはロータコアのｄ軸磁路領域およびｑ軸磁路領域のうちの一方だけに接触するため、どちらか一方は接触しておらずロータコアとサイドカバーの間に隙間が生じるため、磁石破片がエアギャップ内に侵入する恐れがある。

また、特許文献２に掲載の技術においては、、磁石飛散防止のためのサイドカバーと磁束ガイドとして機能する補助鉄心とが別部材で構成されているので、コストが増大するといった課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決し、磁石飛散防止のために配置する磁性体サイドカバーによるトルク低下を抑制すると共に、コストの増加を抑制した回転電機を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明は、コイルが巻回されたステータコアを有するステータと、前記ステータと空隙を介して回転可能に配置されたロータと、前記ロータの軸方向端面に配置され、磁性体で構成されるサイドカバーとを備えた回転電機において、前記ロータは、周方向に沿って形成された複数の磁石収納部を有するロータコアと、前記複数の磁石収納部にそれぞれ収納された複数の永久磁石とを有し、前記サイドカバーは、前記ロータコアと接触する接触部と、前記ロータコアと接触しない非接触部とを有し、前記接触部はｄ軸と重なるｄ軸領域及びｑ軸と重なるｑ軸領域の両方で前記ロータコアと接触し、前記接触部の接触面の面積は、前記ｑ軸領域よりも前記ｄ軸領域の方を大きくし、前記サイドカバーの前記非接触部と前記ロータコアの軸方向端面の間の軸方向距離は、前記空隙の径方向幅よりも大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、磁性体サイドカバーによるトルク低下を抑制して、磁石飛散を防止できる。

本発明の実施例１に係る回転電機の構成を示す軸方向断面図である。 本発明の実施例１に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。 本発明の実施例１に係る回転電機のｄ軸領域とｑ軸領域の範囲を示す部分拡大図である。 本発明の実施例１に係る回転電機のサイドカバーとロータコアとの接触面を示す平面拡大図である。 本発明の実施例１に係る回転電機の図４におけるＡ－Ａ軸方向断面図である。 本発明の実施例１に係る回転電機の図４におけるＢ－Ｂ軸方向断面図である。 本発明の実施例２に係る回転電機の図４におけるＡ－Ａ軸方向断面図である。 本発明の実施例２に係る回転電機の図４におけるＢ－Ｂ軸方向断面図である。 本発明の実施例３に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。 本発明の実施例３に係る回転電機のサイドカバーとロータコアとの接触面を示す平面拡大図である。 本発明の実施例４に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。 本発明の実施例４に係る回転電機のｄ軸領域とｑ軸領域の範囲を示す図である。 本発明の実施例４に係る回転電機のサイドカバーとロータコアとの接触面を示す平面拡大図である。 本発明の実施例５に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。 本発明の実施例６に係る回転電機システムの構成図である。 本発明の実施例７に係る電動パワーステアリング（ＥＰＳ）の構成図である。 比較例に対する実施例１及び実施例２のトルクの計算結果を示す図である。

以下、図面を用いて本発明に係る回転電機の実施例を図面に基づいて説明する。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へも適用可能である。さらには、産業用の回転電機全般にも適用可能である。なお、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。

図１は、本発明の実施例１に係る回転電機の構成を示す軸方向断面図、図２は、本発明の実施例１に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。実施例１の回転電機１００は、ステータ１と、ステータ１の径方向内側に、空隙１２を介して回転可能に配置されたロータ３と、ロータ３に固定されロータ３と共に回転する回転軸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、磁石収納部９が形成されたロータコア４と、ロータコア４の磁石収納部９に収納された複数の永久磁石５と、磁性体により構成されるサイドカバー１３を備える。サイドカバー１３はロータコア４の軸方向の端面に配置され、永久磁石５の飛び出しを防止している。また、サイドカバー１３には後述する折り曲げ部１６が形成されている。

ステータ１は、複数の積層板から構成されたステータコア２と、ステータコア２のティース１１に巻回されるコイル１０（図３）と、を有する。図１においては、コイルのコイルエンド部６が図示されている。

図３は、本発明の第１実施例に係る回転電機のｄ軸領域とｑ軸領域の範囲を示す部分拡大図である。

図３において、ロータコア４には径方向外側に向かって開くように形成された複数のＶ字型の磁石収納部９が形成されている。複数の磁石収納部９にはそれぞれ永久磁石５が収納されている。複数の磁石収納部９はロータコア４の周方向に沿って並んで形成されている。

図３において、磁極が作る磁束の方向はｄ軸１８とする。このｄ軸１８と電気的・磁気的に直交する方向をｑ軸１９とする。そして、ロータコア４のＶ字型の磁石収納部９の外径側であり、ｄ軸１８を含む破線でハッチングした略扇形の領域をｄ軸領域２２と定義する。一方、隣接する２つのＶ字型の磁石収納部９の間にあり、ｑ軸１９を含む点線でハッチングした略三角形の領域をｑ軸領域２３と定義する。なお、図３では隣接する２つのＶ字型の磁石収納部９の間の距離が小さいため、ｑ軸領域２３は略三角形であるが、その距離が大きければ、ｑ軸領域２３は略台形になる。図３において、ロータコア４には後述する肉抜き穴２６が形成されている。

図４は、本発明の実施例１に係る回転電機のサイドカバーとロータコアとの接触面を示す平面拡大図である。図２のサイドカバーとロータコアの接触面を含む平面の拡大図である。図４ではステータ１のティース１１とコイル１０も含めて示してある。図５は、本発明の実施例１に係る回転電機の図４におけるＡ－Ａ軸方向断面図、図６は、本発明の実施例１に係る回転電機の図４におけるＢ－Ｂ軸方向断面図である。図５及び図６では、ステータ１、フレーム８、回転軸７も含めて示している。図２において、ロータコア４の軸方向両端面に、サイドカバー１３が装着されている。図４において、ロータコア４とサイドカバー１３とは、回転軸７を除くほぼ全域で重なっている。さらに図４において、サイドカバー１３とロータコア４とが接触している部分を接触部１４として斜線で示し、接触していない部分を非接触部１５として示し、接触部１４と非接触部１５の境界である部分を折り曲げ部１６として示している。サイドカバー１３は、折り曲げ部１６を境界として折り曲げ部１６より径方向内側の部分が、ロータコア４の端部から軸方向に離れるようになっている。

図４に示す通り、サイドカバー１３とロータコア４とは、ｄ軸領域２２とｑ軸領域２３の両方で接触し、接触部１４が少なくとも磁石収納部９の外径側において、周方向に連続的にロータコア４と接触している。サイドカバー１３とロータコア４とのｑ軸領域２３での接触部分は丸で囲んだＣ部分となる。これにより、空隙１２から見たとき、サイドカバー１３とロータコア４との間に隙間は存在しないため、磁石破片の空隙１２への侵入を確実に防止することができる。また、接触部１４の接触面の面積は、ｑ軸領域２３よりもｄ軸領域２２の方を大きく形成し、非接触部１５の非接触面の面積は、ｑ軸領域２３よりもｄ軸領域２２の方を小さく形成することで、サイドプレートを介して短絡する短絡磁束２０の発生を抑制し、さらにｑ軸への漏れ磁束２１を減らして、トルク発生に支配的なｄ軸磁束を増加させることができる。この結果、磁性体のサイドカバー１３を適用した際の回転電機のトルク低下を抑制することができる。図４では、ｄ軸領域２２における接触部１４の接触面積を最大にし、ｑ軸領域２３における接触部１４の接触面積を必要最低限とすることで、最大の効果が得られる接触部１４と非接触部１５の形状となっている。

図５及び図６は、それぞれ図４のｄ軸１８付近とｑ軸１９における軸方向断面図に対応し、磁束２４の流れを示す説明図である。図４に示すロータコア形状では、ｑ軸への漏れ磁束を低減するために、ロータコア外縁１７の磁極間に凹部３０を設けている。このためロータコア４は、ｄ軸付近（図５）よりもｑ軸（図６）の方が空隙１２の径方向幅が小さく、ロータコア４からステータコア２に鎖交する磁束２４は、ｄ軸付近（図５）の方がｑ軸（図６）よりも大きい。ここで、磁性体のサイドカバー１３とロータコア４との接触部１４と非接触部１５を規定した第１実施例により、ｑ軸と重なる部分のサイドカバー１３への漏れ磁束が低減した結果、ｄ軸付近（図５）の方がｑ軸（図６）よりもロータコア４からサイドカバー１３への漏れ磁束が大きくなり、この磁束２４を効率的にステータコア２に鎖交させ、トルク低下を抑制することができる。また、図４に示す通り、サイドカバー１３は、接触部１４と非接触部１５の境界である折り曲げ部１６が、磁石収納部９の軸方向端面と重なるように配置することにより、図４に示す通り、永久磁石５の軸方向の位置決め機能を持たすことができる。

次にサイドカバー１３の板厚について説明する。サイドカバー１３とロータコア４との接触部１４では、この接触部１４を介して非接触部１５にも漏れ磁束が流れる。ここで、実施例１では、サイドカバー１３の非接触部１５の厚さｔ１を、接触部１４の厚さｔ２よりも薄くしている（ｔ１＜ｔ２）。実施例１によれば、非接触部１５の磁気抵抗を接触部１４の磁気抵抗よりも大きくすることができ、非接触部１５への漏れ磁束を低減し、回転電機のトルク低下を抑制することができる。図５の構成では、接触部１４と非接触部１５において板厚を変えて磁気抵抗を変えるようにしたが、例えば接触部１４と非接触部１５において磁気抵抗の異なる材料を用いるようにしても良い。この場合においても、非接触部１５の磁気抵抗を接触部１４の磁気抵抗よりも大きくなるように材料を選定する。さらに、サイドカバー１３の非接触部１５は、プレス加工によって作製される。プレス加工では、折り曲げた部分に残留応力が発生し、磁気抵抗が高くなる。実施例１では、折り曲げ部１６を形成することにより、磁気抵抗を高くすることができ、非接触部１５への漏れ磁束を低減し、回転電機のトルク低下を抑制することができる。

次にサイドカバー１３とロータコア４、ロータコア４とステータコア２との関係について説明する。サイドカバー１３の非接触部１５とロータコア４の軸方向端面との間の軸方向距離が小さいと、非接触部１５とロータコア端面との間の空隙を介して、ロータコア４や永久磁石５からの磁束が、非接触部１５に漏洩しやすい。ここで、サイドカバー１３の非接触部１５とロータコア４の軸方向端面の間の軸方向距離Ｇ１を、ステータコア２とロータコア４との間の空隙１２の径方向幅Ｇ２よりも大きくする（Ｇ１＞Ｇ２）。実施例１によれば、非接触部１５への漏洩磁束を低減し、ｄ軸磁束を増加させることにより、回転電機のトルク低下を抑制することができる。

次に図７及び図８を用いて、本発明の実施例２について説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図７は、本発明の実施例２に係る回転電機の図４におけるＡ－Ａ軸方向断面図、図８は、本発明の実施例２に係る回転電機の図４におけるＢ－Ｂ軸方向断面図である。また、図７及び図８は、図４におけるｄ軸１８付近とｑ軸１９における軸方向断面図に対応するものである。

図７及び図８において、ステータコア２の軸方向長さLst_coreは、２つのサイドカバー１３間の軸方向距離Lcoverよりも長くしている。換言すると、サイドカバー１３は、径方向においてステータコア２と対向部を有する。これにより、対向部の存在しない実施例１（図５と図６）よりも、ステータコア２の磁束飽和を緩和し、ロータコア４からサイドカバー１３への漏れ磁束をより効率的にステータコア２に鎖交させることにより、回転電機のトルクを増加させることができる。

ステータコア２の軸方向長さLst_coreと２つのサイドカバー１３間の軸方向距離Lcoverとの関係は、以下の場合も想定される。例えば、ステータコア２の軸方向長さLst_coreが、ロータコア４の軸方向長さLrt_coreよりも長く、２つのサイドカバー１３間の軸方向距離Lcoverより短い場合がある。換言すると、サイドカバー１３の軸方向（厚さ方向）のうち、サイドカバー１３の一部が径方向においてステータコア２と重なる状態である。実施例２では、このような状態であっても、サイドカバー１３にはステータコア２と対向する対向部を有するという概念に含まれるものとする。

次に図９及び図１０を用いて、本発明の実施例３について説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図９は、本発明の実施例３に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。図１０は、本発明の実施例３に係る回転電機のサイドカバーとロータコアとの接触面を示す平面拡大図である。図１０では、ステータコア２のティース１１とコイル１０も含めて示している。

図９及び図１０において、ロータコア４の軸方向両端面には、凹部２５を有するサイドカバー１３が装着されている。図４と同様に、ロータコア４とサイドカバー１３とは、回転軸７を除くほぼ全域で重なっている。さらに図１０において、サイドカバー１３とロータコア４とが接触している部分を接触部１４として斜線で示し、接触していない部分を非接触部１５として示し、接触部１４と非接触部１５の境界である部分を折り曲げ部１６として示している。

実施例１の図４では、サイドカバー１３の接触部１４のｄ軸領域２２を通る磁束の一部は、接触部１４のｑ軸領域２３へと流れてしまい、ｄ軸磁束が減少する。一方、図１０に示す通り、ロータコア４と同様に、サイドカバー１３のｑ軸と重なる領域に凹部２５を設けることで、上記のｑ軸領域への漏れ磁束を低減し、ｄ軸磁束を増加させることにより、回転電機のトルク低下をより抑制することができる。

次に図１１から図１３を用いて、本発明の実施例４について説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を付し、その説明は省略する。図１１は、本発明の実施例４に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。ロータコア４の軸方向両端面に、サイドカバー１３が装着されている。図１２は、本発明の実施例４に係る回転電機のｄ軸領域とｑ軸領域の範囲を示す図である。図１３は、本発明の実施例４に係る回転電機のサイドカバーとロータコアとの接触面を示す平面拡大図である。図１３では、ステータコア２のティース１１とコイル１０も含めて示している。

図１２において、ロータコア４には周方向に沿って直線的に形成された複数の磁石収納部９が形成されている。複数の磁石収納部９にはそれぞれ永久磁石５が収納されている。すなわち、実施例４の回転電機では、１磁極に１つの永久磁石を一文字型に配置している。

磁極が作る磁束の方向はｄ軸１８とする。このｄ軸１８と電気的・磁気的に直交する方向をｑ軸１９とする。そして、ロータコア４の直線的な磁石収納部９の外径側であり、ｄ軸１８を含む破線でハッチングした略Ｄ形の領域をｄ軸領域２２と定義する。一方、隣接する２つの一文字型の磁石収納部９の間にあり、ｑ軸１９を含む点線でハッチングした略凸形の領域をｑ軸領域２３と定義する。なお、図１２では、磁石収納部９の内径側の幅は狭くなっているため、ｑ軸領域２３は凸型になるが、磁石収納部９の内径側の幅が広がれば、ｑ軸領域２３は長方形に近づくことになる。

図１１及び図１３において、ロータコア４の軸方向両端面には、サイドカバー１３が装着されている。図４と同様に、ロータコア４とサイドカバー１３とは、回転軸７を除くほぼ全域で重なっている。さらに図１３において、サイドカバー１３とロータコア４とが接触している部分を接触部１４として斜線で示し、接触していない部分を非接触部１５として示し、接触部１４と非接触部１５の境界である部分を折り曲げ部１６として示している。サイドカバー１３は、折り曲げ部１６を境界として折り曲げ部１６より径方向内側の部分が、ロータコア４の端部から軸方向に離れるようになっている。

図１３に示す通り、サイドカバー１３とロータコア４とは、ｄ軸領域２２とｑ軸領域２３の両方で接触し、接触部１４が磁石収納部９の外径側で、周方向に連続的にロータコア４と接触している。サイドカバー１３とロータコア４とのｑ軸領域２３での接触部分は丸で囲んだＣ部分となる。これにより、空隙１２から見たとき、サイドカバー１３とロータコア４との間に隙間は存在しないため、磁石破片の空隙１２への侵入を確実に防止することができる。また、接触部１４の接触面の面積は、ｑ軸領域２３よりもｄ軸領域２２の方を大きく形成し、非接触部１５の非接触面の面積は、ｑ軸領域２３よりもｄ軸領域２２の方を小さく形成することで、サイドプレートを介して短絡する短絡磁束２０の発生を抑制し、さらにｑ軸への漏れ磁束２１を減らして、トルク発生に支配的なｄ軸磁束を増加させることができる。この結果、磁性体のサイドカバー１３を適用した際のトルク低下を抑制することができる。図１３では、ｄ軸領域２２における接触部１４の接触面積を最大にし、ｑ軸領域２３における接触部１４の接触面積を必要最低限とすることで、最大の効果が得られる接触部１４と非接触部１５の形状となっている。

図４（実施例１）は１磁極に２つの永久磁石をＶ字型に配置し、ロータコア外縁１７のｑ軸１９と重なる部分に凹部を持つ回転電機を用いて説明した。図１３（実施例４）は、１磁極に１つの永久磁石を一文字型に配置し、ロータコア外縁１７のｑ軸１９と重なる部分に凹部を持たない回転電機の例を示したものであり、このような磁石配置の回転電機にも本発明は適用でき、同様の効果を得ることができる。

着磁済みの磁石をロータコアに挿入することは製造難易度が高いため、非着磁の磁石をロータコアに挿入し、さらにサイドカバーを装着したロータを着磁ヨークにセットし、後から着磁することがしばしば行われる。この際、凹凸の無い単純なサイドカバーでは、外形が円形であるため、ロータを外部から見たときに、磁石の存在する位置が判別できず、着磁ヨークに対するロータの位置決めが困難である。第４実施例では、図１１に示す通り、サイドカバー１３に、磁石の位置が判別できる形で凹凸が付けられており、着磁ヨークに対するロータの位置決めが容易となる。

次に図１４を用いて、本発明の実施例５について説明する。図１４は、本発明の実施例５に係る回転軸を除いたロータの斜視図である。ロータコア４の軸方向両端面には、ロータコア４の肉抜き穴２６への張り出し部２７を備えたサイドカバー１３が装着されている。図４に示すように、ロータコア４には、回転電機の慣性低減による応答性向上のため、肉抜き穴２６が設けられることがある。肉抜き穴２６が磁石収納部９より十分内径側にあるとき、肉抜き穴２６の径方向位置は回転電機の主磁路から外れた領域であるため、図１４のようにサイドカバー１３を肉抜き穴２６に張り出させても回転電機の磁気特性に影響を与えない。このようにすることで、ロータコア４に対するサイドカバー１３の位置決めを高精度に行うとともに、サイドカバー１３をロータコア４に強固に固定することができる。

次に図１５を用いて、本発明の実施例５について説明する。図１５は、本発明の実施例６に係る回転電機システムの構成図である。実施例１から実施例５で説明したロータ構造を持つ回転電機１００は、複数のインバータ装置によって駆動される。回転電機をインバータで駆動する際には、同一のインバータで駆動させても良いし、別のインバータで駆動させても良い。別のインバータで駆動させた場合、片方のインバータが故障した際でも、もう片方のインバータで回転電機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１５に実施例５における回転電機システムの構成例を示す。実施例１のように、１０極６０スロットの回転電機において、第１インバータ４１により、Ｕ１１～Ｕ１５相、Ｖ１１～Ｖ１５相、Ｗ１１～Ｗ１５相が駆動され、第２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６によれば、ステータコアとロータコアとの空隙に磁石破片の侵入を防止することができると共に、トルク低下を抑制することができるインバータ装置を備えた回転電機を提供することができる。

また、実施例６によれば、回転電機を複数のインバータで駆動するようにしているので、一つのインバータが故障した場合でも正常な他のインバータで駆動することができ、回転電機を停止させることなく継続して駆動することができる。

次に図１６を用いて、本発明の実施例７について説明する。図１６は、本発明の実施例７に係る電動パワーステアリング（ＥＰＳ）の構成図である。このＥＰＳ装置は、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。

本方式のＥＰＳ装置は、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電子制御装置（以下ＥＣＵ）と、アシストルクを制御するＥＣＵの信号に基づいて、アシストルクを出力する回転電機１０００とを備えている。

ＥＣＵ及び回転電機１０００はエネルギー供給源となる車載用バッテリーＢＡからエネルギー供給を受ける。回転電機１０００の回転駆動力は、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、ピニオンギアＰＮに発生する回転駆動力を垂平方向の力に変化するラックギアＲＣＧに伝達される。ラックギアＲＣＧはラックケースＲＣに覆われ、ラックケースＲＣの両端部には、ラックケースＲＣ内に塵などの侵入を防止する第１のダストブーツＤＢ１と第２のダストブーツＤＢ２が設けられている。また、ラックギアＲＣＧの両端部は、第１のタイロッドＴＲ１，第２のタイロッドＴＲ２を介して舵取りが行われる第１のタイヤＷＨ１，第２のタイヤＷＨ２が接続されている。第１のタイロッドＴＲ１，第２のタイロッドＴＲ２は、ラック軸に発生する水平方向の力を第１のタイヤＷＨ１，第２のタイヤＷＨ２に伝達している。

次に、コラムアシスト式ＥＰＳ装置の動作を説明する。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。前記トルクセンサ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。このようして発生した水平方向の推力は、第１のタイロッドＴＲ１および第２のタイロッドＴＲ２を介して、第１のタイヤＷＨ１および第２のタイヤＷＨ２の舵取りを行う。

コラムアシスト式ＥＰＳ装置の他に、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装置などがある。

以上で説明した様々なＥＰＳ装置では、ステアリング操作に影響を与えるため、破損した磁石による回転電機のロックを防ぐ必要がある。本発明による回転電機を装着したＥＰＳ装置によれば、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を、両立可能なＥＰＳ装置を提供できる効果がある。上記した効果は、本発明の回転電機を他の自動車用電動補機装置（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。
（実施例の効果の検証）
図１７は、比較例に対する実施例１及び実施例２のトルクの計算結果を示す図である。ここで、比較例１は非磁性サイドカバーを使用した場合であり、比較例２は凹凸の無い円板状の磁性体サイドカバーを使用した場合を示す。また、実施例１は磁性体サイドカバーがロータコアとほぼｄ軸領域で接触する場合を示し、実施例２は実施例１において磁性体サイドカバー間の軸方向距離よりもステータコアの軸方向長さが２．９％長い場合を示している。

図１７に示すように、比較例１に対し、比較例２は磁性体のサイドカバー全体がロータコアと接触しているため、トルクが５．５％低下する。一方、実施例１では、磁性体のサイドカバーを用いた場合であっても、サイドカバーを介する短絡磁束とｑ軸への漏れ磁束が低減できる結果、比較例１に対するトルク低下は、０．５％に抑えられることが確認できる。さらに、実施例２ではステータコアの磁束飽和を緩和するとともに、サイドカバーへの漏れ磁束をステータコアに効率的に鎖交できる結果、実施例１に対して２．１％トルク増加できることが確認できる。

本発明の各実施例では、図面上ではロータが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おいても本技術は適用することができる。また、ステータ巻線は、集中巻でも分布巻でも良い。磁石配置についても、図面上で説明したＶ字型や一文字型だけでなく、Ｕ字型、ナブラ型、バスタブ型、２層や３層などの多層型、などｄ軸とｑ軸が定義できる磁石配置を有する回転電機全般に、本技術は適用できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、前記の実施例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、前記した実施例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、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例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…回転軸、８…フレーム、 ９…磁石収納部、 １０…コイル、１１…ティース、１２…空隙、１３…サイドカバー、１４…接触部、１５…非接触部、１６…折り曲げ部、１７…ロータコア外縁、１８…ｄ軸、１９…ｑ軸、２０…短絡磁束、２１…ｑ軸への漏れ磁束、２２…ｄ軸領域、２３…ｑ軸領域、２４…磁束、２５…凹部、２６…肉抜き穴、２７…張り出し部、４１…第１インバータ、４２…第２インバータ、１００…回転電機、１０００…ＥＰＳ用回転電機、ＳＴ…ステアリングホイール、ＴＳ…トルクセンサ、ＧＥ…ギア機構、ＥＣＵ…電子制御装置、ＢＡ…車載用バッテリー、ＪＴ…ジョイント、ＲＯ…ロッド、ＲＣＧ…ラックギア、ＲＣ…ラックケース、ＰＮ…ピニオンギア、ＤＢ１…第１のダストブーツ，ＤＢ２…第２のダストブーツ、ＴＲ１…第１のタイロッド，ＴＲ２…第２のタイロッド、ＷＨ１…第１のタイヤ，ＷＨ２…第２のタイヤ

Claims (11)

1. コイルが巻回されたステータコアを有するステータと、前記ステータと空隙を介して回転可能に配置されたロータと、前記ロータの軸方向端面に配置され、磁性体で構成されるサイドカバーとを備えた回転電機において、
   前記ロータは、周方向に沿って形成された複数の磁石収納部を有するロータコアと、前記複数の磁石収納部にそれぞれ収納された複数の永久磁石とを有し、
   前記サイドカバーは、前記ロータコアと接触する接触部と、前記ロータコアと接触しない非接触部とを有し、
   前記接触部はｄ軸と重なるｄ軸領域及びｑ軸と重なるｑ軸領域の両方で前記ロータコアと接触し、
   前記接触部の接触面の面積は、前記ｑ軸領域よりも前記ｄ軸領域の方を大きくし、
   前記サイドカバーの前記非接触部と前記ロータコアの軸方向端面の間の軸方向距離は、前記空隙の径方向幅よりも大きくしたことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１において、
   前記非接触部の非接触面の面積が前記ｑ軸領域よりも前記ｄ軸領域の方を小さくしたことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記サイドカバーは、径方向において前記ステータコアと対向する対向部を有することを特徴とする回転電機。
4. 請求項１乃至３の何れか一項において、
   前記サイドカバーは、前記接触部が少なくとも前記磁石収納部の外径側において、周方向に連続的に前記ロータコアと接触することを特徴とする回転電機。
5. 請求項１乃至４の何れか一項において、
   前記サイドカバーの前記非接触部の磁気抵抗は、前記接触部の磁気抵抗よりも大きくしたことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１乃至５の何れか一項において、
   前記サイドカバーの前記非接触部の厚さは、前記接触部の厚さよりも薄くしたことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１乃至６の何れか一項において、
   前記サイドカバーは、前記ｑ軸と重なる領域に凹部を有することを特徴とする回転電機。
8. 請求項１乃至７の何れか一項において、
   前記サイドカバーは、前記接触部と前記非接触部の境界である折り曲げ部が、前記磁石収納部の軸方向端面と重なることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１乃至８の何れか一項において、
   前記サイドカバーは、前記ロータコアの前記磁石収納部の内径側に設けた肉抜き穴に張り出す張り出し部を備えたことを特徴とする回転電機。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の回転電機は、複数のインバータで駆動されることを特徴とする回転電機。
11. 請求項１乃至１０記載の何れか一項に記載の回転電機を搭載した自動車用電動補機装置。

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