JPWO2015122015A1 - 永久磁石型モータ - Google Patents

Abstract

この発明に係る永久磁石型モータでは、突起は、第２の突起部と、永久磁石の側面から離間した第１の突起部とから構成され、第１の突起部は、軸線方向の長さの合計をＬ１、高さをｔ１とし、第２の突起部は、軸線方向の長さの合計をＬ２、高さをｔ２としたとき、（Ｌ１×ｔ１）＞（Ｌ２×ｔ２）である。従って、回転ムラを小さくすることによるモータの振動騒音を低減するとともに、モータトルクの低下を少なくし、さらにはモータ体格の増加を少なくすることができる永久磁石モータを得ることができる。

Description

この発明は、回転子鉄心の表面に永久磁石が固着された回転子を備えた永久磁石型モータに関する。

従来から永久磁石型モータの構造が考案されており、回転子鉄心において永久磁石を位置決めする構造として下記特許文献１が開示されている。
また、リラクタンストルクを活用するため、回転子鉄心の永久磁石間に突起を有する構造として下記特許文献２が開示されている。

特開２００４−１５３９１３号公報 特開２０００−２３６６５２号公報

特許文献１の構造では回転子鉄心で永久磁石を正確に位置決めすることが可能であるが、永久磁石の貼り付け面から外径側に突出するＴ字状の係止片と永久磁石の両側面とが当接しているため、特許文献２のように突起が大きな回転子鉄心を有する構造では、本来、固定子鉄心に流れてトルクを発生する永久磁石の磁束が、トルクに寄与せずに永久磁石から直接に係止片に流れる漏れ磁束が発生してしまう。
そのため、減少したトルク分だけモータトルクが低下してしまい、所定のモータトルクを維持するためにはモータ体格を大きくしなければならないという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、回転ムラを小さくすることによるモータの振動騒音を低減するとともに、モータトルクの低下を少なくし、さらにはモータ体格の増加を少なくすることができる永久磁石型モータを得ることを目的としている。

この発明に係る永久磁石型モータは、電機子巻線、この電機子巻線を納めるスロットを有する固定子鉄心から構成された固定子と、
この固定子の内側に隙間を空けて設けられ、複数の薄板鋼板を軸線の方向に順次積層してなる回転子鉄心、この回転子鉄心の表面に周方向に間隔をおいて複数形成された貼り付け面にそれぞれ貼付された複数の永久磁石、及び前記回転子鉄心の中心軸線にそって貫通したシャフトから構成された回転子と、を備え、
前記回転子鉄心は、隣接した前記貼り付け面間に径方向に突出した突起が形成され、
この突起は、前記永久磁石の前記周方向の側面に当接した第２の突起部と、前記永久磁石の前記側面から離間した第１の突起部とから構成され、
前記第１の突起部は、前記軸線方向の長さの合計をＬ１、前記貼り付け面の延長線とこの延長線と前記第１の突起部の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ１とし、
前記第２の突起部は、前記軸線方向の長さの合計をＬ２、前記延長線とこの延長線と前記第２の突起部の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ２としたとき、
（Ｌ１×ｔ１）＞（Ｌ２×ｔ２）である。

この発明に係る永久磁石型モータによれば、突起は、永久磁石の周方向の側面に当接した第２の突起部と、前記永久磁石の前記側面から離間した第１の突起部とから構成され、
前記第１の突起部は、軸線方向の長さの合計をＬ１、貼り付け面の延長線とこの延長線と前記第１の突起部の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ１とし、
前記第２の突起部は、軸線方向の長さの合計をＬ２、前記延長線とこの延長線と前記第２の突起部の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ２としたとき、
（Ｌ１×ｔ１）＞（Ｌ２×ｔ２）である。
従って、回転ムラを小さくすることによるモータの振動騒音を低減するとともに、モータトルクの低下を少なくし、さらにはモータ体格の増加を少なくすることができる永久磁石モータを得ることができる。

この発明の実施の形態１の永久磁石型モータが組み込まれた自動車の電動パワーステアリング装置を示す説明図である。 図１の電動駆動装置の概略側断面図である。 図１の電動パワーステアリング装置を示す電気回路図である。 図２の永久磁石型モータの要部を示す正断面図である。 図２の回転子を示す斜視図である。 図２の回転子を示す正断面図である。 図６の回転子を示す展開図である。 図７の回転子の変形例を示す正断面図である。 図７の回転子の他の変形例を示す正断面図である。 この発明の実施の形態２の永久磁石型モータの要部を示す正断面図である。 この発明の実施の形態３の永久磁石型モータの回転子を示す展開図である。 この発明の実施の形態４の永久磁石型モータの回転子を示す展開図である。 この発明の実施の形態５の永久磁石型モータの回転子を示す展開図である。 この発明の実施の形態６の永久磁石型モータの回転子を示す展開図である。 この発明の実施の形態７の永久磁石型モータの回転子を示す展開図である。

以下、この発明の永久磁石型モータの各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の永久磁石型モータ６（以下、モータと略称する。）が組み込まれた、自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。
運転者は、ステアリングホイール（図示せず）を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト（図示しない）を介してシャフト１に伝達される。このときトルクセンサ２が検出したトルクは電気信号に変換されケーブル（図示せず）を通じて第１のコネクタ３を介してＥＣＵ（Ｅｌｅｃｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４に伝達される。ＥＣＵ４は、制御基板とモータ６を駆動するためのインバータ回路を備えている。
一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換され第２のコネクタ５を介してＥＣＵ４に伝達される。ＥＣＵ４は、操舵のトルクと車速などの自動車の情報から、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じてモータ６に電流を供給する。
このモータ６は、ハウジング７内のラック軸の矢印Ａで示す移動方向に平行な向きに配置されている。また、ＥＣＵ４への電源供給はバッテリーやオルタネータから電源コネクタ８を介して送られる。

モータ６が発生したトルクは、ベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）が内蔵されたギヤボックス９によって減速され、ハウジング７の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印Ａの方向に動かす推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。
これにより、タイロッド１０が動き、タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。
モータ６のトルクによってアシストされる結果、運転者は少ない操舵力で車両を旋回させることができる。
なお、ラックブーツ１１は、異物が電動パワーステアリング装置内に侵入しないように設けられている。また、モータ６とＥＣＵ４は一体となっており、電動駆動装置１００を構成している。

図２は、電動駆動装置１００の概略側断面図である。
まず、モータ６について説明する。
モータ６は、電磁板を積層して構成される固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２に納められた電機子巻線１３と、固定子鉄心１２を固定するフレーム１４と、を有する。さらに、フレーム１４は、モータ６のＥＣＵ４と反対側のハウジング１５にボルト１６によって固定されている。ハウジング１５には第１の軸受１７が設けられ、この第１の軸受１７は、第２の軸受１８とともにシャフト１９を回転自在に支持している。第２の軸受１８は、フレーム１４と一体あるいは別体に設けられた壁部３６に支持されている。
シャフト１９の一端部、即ち出力軸側にはプーリー２０が圧入されていて、プーリー２０は電動パワーステアリング装置のベルトに駆動力を伝達する働きをする。シャフト１９の他端部には、センサ用永久磁石２１が設けられている。シャフト１９には、回転子鉄心２２が圧入されており、回転子鉄心２２には、永久磁石２３が固定されている。

ＥＣＵ４には、トルクセンサ２からの信号を受ける第１のコネクタ３と、車速等の自動車の情報を受け取る第２のコネクタ５と、電源供給用の電源コネクタ８とが取り付けられている。ＥＣＵ４には、モータ６を駆動するためのインバータ回路があり、インバータ回路は、ＭＯＳＴ−ＦＥＴ等のスイッチング素子２４を有する。このスイッチング素子２４は例えば、ベアチップをＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｏｎｄｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ）基板に実装した構成や、ベアチップを樹脂でモールドしたモジュールとした構成などが考えられる。 スイッチング素子２４は、モータ６を駆動するための電流が流れるため発熱する。
そこで、スイッチング素子２４は、接着剤や絶縁シートなどを介してヒートシンク２５と接触させ放熱する構造となっている。インバータ回路には、スイッチング素子２４の他に、平滑コンデンサやノイズ除去用コイル、電源リレーやそれらを電気的に接続するバスバーなどがあるが図２では省略している。

バスバーは、樹脂と一体成形され中間部材２６を形成している。また、中間部材２６に隣接して、制御基板２７が設けられている。この制御基板２７は、第１のコネクタ３及び第２のコネクタ５から受け取った情報に基づき、モータ６を適切に駆動するためにスイッチング素子２４に制御信号を送る。制御信号は、制御基板２７とスイッチング素子２４間を電気的に接続する接続部材２８によって伝達される。この接続部材２８は、ワイヤボンディングやプレスフィット、はんだ等で固定される。

これらのインバータ回路と制御基板２７は、ケース２９によって覆われている。ケース２９は、樹脂で構成してもよいし、アルミ等の金属であってもよく、また樹脂とアルミ等の金属とを組み合わせたものでもよい。制御基板２７は、モータ６のシャフト１９に垂直な面に沿うように配置されている。

ヒートシンク２５のモータ６側には、センサ部３０が配置されている。センサ部３０は、磁気センサ３１、基板３２、接続部材２８及び支持部材３３を有し、磁気センサ３１が実装された基板３２がヒートシンク２５にネジ（図示せず）で固定されている。
磁気センサ３１は、センサ用永久磁石２１と同軸上でかつ相対応する位置に配置されていて、センサ用永久磁石２１の発生する磁界を検出し、その向きを知ることで、回転子鉄心２２と永久磁石２１とから構成された、モータ６の回転子３４の回転角度を検出する。
ＥＣＵ４は、この回転角度に応じて適切な駆動電流をモータ６に供給する。
さらに、接続部材２８は、支持部材３３によって支持され、センサ部３０の基板３２と制御基板２７とを電気的に接続している。この接続はプレスフィットでもよいし、はんだでもよい。
なお、接続部材２８は、ヒートシンク２５及び中間部材２６を貫通する必要があるため、ヒートシンク２５と中間部材２６には接続部材２８が通る穴部（図示しない）が設けられている。さらに、図示はしないが、中間部材２６は接続部材２８を位置決めできるようなガイドが設けられた構成となっている。

図２では磁気センサ３１が制御基板２７とは別の基板に実装されている例を示したが、磁気センサ３１を制御基板２７に実装した構成とし、センサ用永久磁石２１からヒートシンク２５を介して漏れてくる磁束を検出する構造でもよい。
また、中間部材２６と制御基板２７との位置関係が図２と逆に配置された構成でもよい。

図２では、回転センサとして磁気センサ３１を用いたが、レゾルバを用いてもよい。
ヒートシンク２５には、凹部３５を設けており、センサ部３０の基板３２に実装された磁気センサ３１とヒートシンク２５の表面との間の距離を大きくしている。
ヒートシンク２５は、ネジや焼き嵌めなどによってモータ６のフレーム１４に固定される。このようにモータ６のフレーム１４に固定されることによってヒートシンク２５の熱をモータ６のフレームに伝達させることができる。

図３は、実施の形態１のモータ６が組み込まれた電動パワーステアリング装置の電気回路図である。
モータ６は、第１のＵ相巻線Ｕ１、第１のＶ相巻線Ｖ１、第１のＷ相巻線Ｗ１によって構成される第１の電機子巻線４０と、第２のＵ相巻線Ｕ２、第２のＶ相巻線Ｖ２、第２のＷ相巻線Ｗ２によって構成される第２の電機子巻線４１と、を有している。図４ではＹ結線としているがΔ結線でもよい。なお、この図では、電機子巻線のみを記載し、他の構成は省略している。

ＥＣＵ４は、第１のインバータ４２及び第２のインバータ４３のみを記載し、他の構成は省略している。
それぞれのインバータ４２，４３から２つの電機子巻線４０、４１に３相の電流を供給する。ＥＣＵ４にはバッテリーなどの電源４４から直流電源が供給されており、ノイズ除去用のコイル６８を介して、電源リレーが接続されている。
図３では電源４４がＥＣＵ４の内部にあるかのように描かれているが、実際はバッテリー等の外部の電源４４から電源コネクタ８を介して、電力が供給される。電源リレーは、第１の電源リレー４５及び第２の電源リレー４６があり、それぞれ２個のＭＯＳＴ−ＦＥＴで構成され故障時などは電源リレー４５，４６を開放して、過大な電流が流れないようにする。
なお、図３では、第１の電源リレー４５、第２の電源リレー４６は、電源４４、コイル６８、電源リレー４５，４６の順に接続されているが、コイル６８よりも電源４４に近い位置に設けられてもよいことは言うまでもない。
第１のコンデンサ４７、第２のコンデンサ４８は、平滑コンデンサである。図３ではそれぞれ、１個のコンデンサで構成されているが、複数のコンデンサを並列に接続されて構成してもよいことは言うまでもない。

第１のインバータ４２と第２のインバータ４３は、それぞれ６個のＭＯＳＴ−ＦＥＴを用いたブリッジで構成され、インバータ１では、第１のＭＯＳＴ−ＦＥＴ４９、第２のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５０が直列接続され、第３のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５１、第４のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５２が直列接続され、第５のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５３、第６のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５４が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳＴ−ＦＥＴ４９〜５４が並列に接続されている。
さらに、下側の３つの第２のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５０、第４のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５２、第３のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５４のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、第１のシャント５５、第２のシャント５６、第３のシャント５７としている。これらシャント５５〜５７は、電流値の検出に用いられる。
なお、シャント５５〜５７は３個の例を示したが、２個のシャントであってもよいし、１個のシャントであっても電流検出は可能であるため、そのような構成であってもよいことは言うまでもない。

モータ６側への電流の供給は、図３に示すように第１のＭＯＳＴ−ＦＥＴ４９、第２のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５０の間からバスバー等を通じてモータ６のＵ１相へ、第３のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５１、第４のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５２の間からバスバー等を通じてモータ６のＶ１相へ、第５のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５３、第６のＭＯＳＴ−ＦＥＴ５４の間からバスバー等を通じてモータ６のＷ１相へそれぞれ供給される。

第２のインバータ４３も同様の構成であり、第２のインバータ４３では、第１のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６１、第２のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６２が直列接続され、第３のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６３、第４のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６４が直列接続され、第５のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６５、第６のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６６が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６１〜６６が並列に接続されている。
さらに、下側の３つの第２のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６２、第４のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６４及び第６のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６６のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、第１のシャント５８、第２のシャント５９及び第３のシャント６０としている。これらシャント５８〜６０は、電流値の検出に用いられる。
なお、シャント５８〜６０は３個の例を示したが、２個のシャントであってもよいし、１個のシャントであっても電流検出は可能であるため、そのような構成であってもよいことは言うまでもない。

モータ６側への電流の供給は、図３に示すように第１のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６１、第２のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６２の間からバスバー等を通じてモータ６のＵ２相へ、第３のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６３、第４のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６４の間からバスバー等を通じてモータ６のＶ２相へ、第５のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６５、第６のＭＯＳＴ−ＦＥＴ６６の間からバスバー等を通じてモータ６のＷ２相へそれぞれ供給される。

図３では、故障時にモータ６とインバータ４２，４３を電気的に遮断するモータリレーを示していないが、モータリレーを設けるには中性点Ｎ１、Ｎ２に設ける場合とモータとインバータ間に設ける場合が考えられる。

２台のインバータ４２，４３は、モータ６に備えられた回転角度センサ６７によって検出した回転角度に応じて制御回路（図示しない）からＭＯＳＴ−ＦＥＴ４９〜５４、６１〜６６に信号を送ることでスイッチングし、第１の電機子巻線４０と第２の電機子巻線４１に所望の３相電流を供給する。
なお、回転角度センサ６７は、ＧＭＲセンサやＡＭＲセンサやレゾルバ等が用いられる。

図４はモータ６の要部正断面図、図５は回転子３４の斜視図、図６は図４の回転子３４の正断面図、図７は図６の回転子３４の展開図である。
なお、図４及び図５では、突起７４に関して概略を示し、突起７４の詳細は、図６及び図７に示す。また、図６では回転子鉄心２２に形成された穴部７６、カシメ部７７は省略されている。
第１の電機子巻線４０、第２の電機子巻線４１及び固定子鉄心１２からなる固定子７０は、回転子３４を囲っている。
固定子鉄心１２は、電磁鋼板などの磁性体で構成される環状のコアバック７１とコアバック７１から周方向内側に延びるティース７２から構成される。隣り合うティース７２の間に形成されたスロット７３に電機子巻線４０，４１が納められている。図示しないが、電機子巻線４０，４１と固定子鉄心１２との間には絶縁紙等が挿入され電気的絶縁を確保している。
ティース７２は、全部で４８個形成されており、従ってスロット７３も４８個となっている。１つのスロット７３には電機子巻線４０，４１のコイルが４本ずつ納められている。

第１の電機子巻線４０は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の３相から構成され、第２の電機子巻線４１は、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の３相から構成されている。
電機子巻線４０，４１の配置は、図４に示すように１番面のスロット７３から順にＵ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２となっており、7番目以降もＵ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２の順に配置されていて、４８番目まで同様の順に配置されている。
但し、１番目のスロット７３のＵ１と7番目のスロット７３のＵ１は電流の向きが互いに逆になるように電機子巻線４０，４１が配置されている。即ち、１番目のスロット７３から7番目のスロット７３に巻かれた分布巻の構成となっており、電機子巻線４０，４１は、計６個のティース７２を跨っている。これは電気角１８０度に相当し、短節巻係数が１となるため、永久磁石２３が発生する磁束を有効に利用でき、小型高トルクのモータ６が得られ、永久磁石２３の量を少なくできるため、巻線係数が小さいモータに比べて低コスト化が実現できるという効果がある。

固定子７０の内側には、回転子鉄心２２の表面に永久磁石２３を備えた回転子３４が設けられている。永久磁石２３は、周方向に８個並んでおり８極の構成となっている。隣り合う永久磁石２３の極性は互いに逆となっている。さらに、回転子鉄心２２には突起７４が設けられている。突起７４と永久磁石２３との間には、漏れ磁束を低減するための空隙７５が形成されている。この突起７４は、モータ６のエアギャップを小さくする効果があり、インダクタンスが大きくなる。これによって弱め磁束制御が効果を発揮しやすくなり、高速回転時のトルク向上ができるという効果がある。

回転子鉄心２２には、周方向に沿って等分間隔で穴部７６が形成されている。穴部７６を設けることで軽量化とイナーシャを低減できる。
回転子鉄心２２は、電磁鋼板などを積層して構成されており、電磁鋼板同士はカシメ部７７によって互いに連結されている。回転子鉄心２２の中央にはシャフト１９が貫通している。

回転子３４は、軸方向に並んだ第１の回転子部７８及び第２の回転子部７９とから構成されている。第２の回転子部７９と第１の回転子部７８と同じ設計で軸線方向の長さも同じである。さらに、第１の回転子部７８と第２の回転子部７９とは互いに回転角度方向にずれた位置に配置されている。この角度をスキュー角θとする。

Ｎ極の永久磁石２３とＳ極の永久磁石２３の間に配置される回転子鉄心２２の突起７４は、図６に示すように、第１の突起部８０と第２の突起部８１とから構成されている。
第１の突起部８０は、軸線方向の長さの合計をＬ１、貼り付け面１０１の延長線とこの延長線と第１の突起部８０の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ１とする。
第２の突起部８１は、軸線方向の長さの合計をＬ２、延長線とこの延長線と第２の突起部８１の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ２とする。
第１の突起部８０と第２の突起部８１との関係は、（Ｌ１×ｔ１）＞（Ｌ２×ｔ２）であり、第１の突起部８０は、第２の突起部８１よりも大きい。ｔ１＝ｔ２の場合は必ずＬ１＞Ｌ２となり、第２の突起部８１は、第１の突起部８２に比べて、回転軸線方向において局所的に配置される。
また、Ｌ１＝Ｌ２の場合には必ずｔ１＞ｔ２となり、第２の突起部８１は、第１の突起部８０に比べて、その高さｔ２は低く設定される。
永久磁石２３は、一対の第２の突起部８１のうちの一方に当接されることで位置決めされ、第１の突起部８０に当接することはない。

通常、永久磁石２３の割れや欠けによる永久磁石２３の飛散防止のため、回転子３４の外径表面にはステンレスなどの薄板から構成される金属製の円筒を被せることから、リラクタンストルクを発生させる第１の突起部８０の高さｔ１の最大値は、永久磁石２３の最外径程度が望ましい。

次に、マグネットトルクの低下を少なくするするとともに、永久磁石２３の貼り付け面１０１での貼付位置のばらつきで生じる回転ムラを少なくすることとを両立したモータ６を実現することができるという、この実施の形態による効果について説明する。
マグネットトルクだけでなく回転子鉄心２２の突起７４によりリラクタンストルクも活用するモータ６においては、第１の突起部８０の大きさ（Ｌ１×ｔ１）が大きいほど、リラクタンストルクを活用することができる。
しかし、永久磁石２３を回転子鉄心２２に貼り付け面１０１での位置のばらつきを少なく正確に固定できないと回転ムラの原因となり、車両用の電動パワーステアリングでは操舵フィーリングの悪化の原因となるほか、電子部品などの実装装置では歩留り悪化の原因となるなどの悪影響が生じる。
そのためには、永久磁石２３を回転子鉄心２２の突起７４に片寄せして固定するとよいが、永久磁石２３と突起７４が近接するほど、本来、固定子鉄心１２に流れてマグネットトルクとなるべき永久磁石２３の磁束の一部が、図６の矢印Ｂに示すように漏れ磁束となって突起７４に流れ、その分、マグネットトルクが低下してしまう課題が生じる。
特に、マグネットトルクだけでなく、リラクタンストルクを活用する大きな突起７４を有する永久磁石型モータでは、突起７４が大きいため、漏れ磁束も多くなり、マグネットトルクの低下が起こりやすい。
即ち、突起７４と永久磁石２３との間に空隙を設けた場合には、マグネットトルクの低下を少なくできるが、永久磁石２３の貼り付け面１０１での正確な位置決めが困難になり、貼り付け位置のばらつきが生じ、回転ムラが大きくなってしまう。
反対に、突起７４と永久磁石２３とを当接させた場合には、回転ムラを少なくできるが、永久磁石２３から突起７４への漏れ磁束が大きくなり、マグネットトルクが低下してしまう。

そこで、この実施の形態のように、突起７４に関して、リラクタンストルクを活用するための高さｔ１の第１の突起部８０と、永久磁石２３と当接させて正確に貼り付け面１０１での位置決めする、高さｔ１よりも高さｔ２が小さな第２の突起部８１と、を有する構成にすることで、マグネットトルクの低下を少なくすることと、回転ムラを小さくすることの両方を両立させたモータ６を実現できるという顕著な効果が得られる。

この結果、従来、マグネットトルクの低下を補うために、モータ体格を大きくしていたため、モータ体積やモータ重量の増加、永久磁石の使用量の増加による原材料費の増加の課題も解決された。
特に、車両用の電動パワーステアリング装置では、モータ６の体積の減少は他の車載機器との幾何学的な位置の干渉を少なくできることによるレイアウト性の改善、モータ６の重量の減少は車両重量を軽くできることによる燃費の改善、永久磁石２３の使用量の減少は原材料費の減少によるコストの改善、をそれぞれ実現できる効果がある。

なお、この実施の形態ではスキューについて述べたが、スキューの有無に関わらず、同様の効果が得られることは言うまでもない。
この実施の形態では２重３相巻線について述べたが、相数やインバータの数に関わらず同様の効果が得られることは言うまでもない。この実施の形態では周方向に隣り合う永久磁石２３が互いに極性の異なるモータについて述べたが、図８に示すようにＮ極のみあるいはＳ極のみの永久磁石２３と、回転子鉄心２２の異極とで構成されるコンシクエントポール型でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

なお、この実施の形態では貼り付け面１０１が平面である蒲鉾型の永久磁石２３で構成されるモータ６について述べたが、図９に示すように、貼り付け面１０１が曲面となる瓦型の永久磁石２３で構成された場合でも、回転子鉄心２２の隣接した貼り付け面１０１間に、第１の突起部８０及び第２の突起部８１からなる突起７４を形成することで、特に次のような顕著な効果を得ることができる。
即ち、この瓦型の永久磁石２３の場合、貼り付け面１０１も曲面となるため、複数個の永久磁石２３を周方向に位置ずれなく正確に貼り付けることが蒲鉾型の永久磁石２３の場合と比べて難しいため、回転ムラの低減に対する効果が特に顕著である。

実施の形態２．
図１０は、この実施の形態２のモータ６の要部正断面図である。
この実施の形態では、１極において永久磁石２３が当接される第２の突起部８１の幅をＷ３、永久磁石２３と固定子７０との空隙距離をｔｇ、永久磁石２３の外周側が円弧状であってその周方向の中心の厚みをｔｍとすると、ｔｇ＜（２×Ｗ３）＜ｔｍなる関係を有している。

この実施の形態では、永久磁石２３の磁束から見ると、第１の突起部８０までの距離よりも固定子７０までの距離が短いので、固定子７０に流れることとなく回転子３４内で循環する漏れ磁束を低減することができる。

実施の形態３．
図１１は、この実施の形態３のモータ６の回転子３４を示す展開図である。
この実施の形態では、１極において永久磁石２３に当接される第２の突起部８１の幅をＷ３、第１の回転子部７８と第２の回転子部７９とがスキューによりオフセットする幅をＷとすると、Ｗ３＜Ｗなる関係を有している。
他の構成は、実施の形態１のモータ６と同じである。

スキュー角θが大きい場合、即ちオフセットする幅Ｗが大きい場合には、永久磁石２３と第１の突起部８０とがスキュー部分を挟んで互いに重なる部分ΔＷ＝（Ｗ−Ｗ３）＞０となる。
この場合には、永久磁石２３の磁束から見ると、永久磁石２３が固定される同一の第２の回転子部７９の第１の突起部８０へ流れる周方向漏れ磁束だけでなく、第１の回転子部７８の第１の突起部８０へ流れる軸線方向漏れ磁束（矢印Ｃ）も大きくなる。
スキューは、回転ムラをキャンセルするように決定されるので、マグネットトルクの低下を小さくするためにΔＷをゼロに近い正値にすることが効果的であり、そのためにはＷ３を大きくすればよいことがわかる。

実施の形態４．
図１２は、この実施の形態４のモータ６の回転子３４を示す展開図である。
この実施の形態では、隣接した回転子部７８，７９では、隣接した同極の永久磁石２３同士は、周方向の反発力の向きに、それぞれ第２の突起部８１に当接している。
他の構成は、実施の形態１のモータ６と同じである。

この実施の形態では、第１の回転子部７８及び第２の回転子部７９のそれぞれの同極の永久磁石２３がスキューされているため、周方向に互いに反発する力が作用する矢印Ｄの向きと、永久磁石２３を治具を用いて突起７４の第２の突起部８１に当接する矢印Ｅの向きとが同じ向きである。
従って、着磁した永久磁石２３を第２の突起部８１に当接させて回転子鉄心２２に貼り付け接着剤等で固定する場合には、永久磁石２３が周方向に反発する矢印Ｄの向きは、自然と第２の突起部８１に当接する方向と同じであるため、接着剤等の硬化までの間、永久磁石２３の貼り付け位置がずれてしまうことがない。
また、未着磁の永久磁石２３を第２の突起部８１に当接させて回転子鉄心２２に貼り付け接着剤等で固定されている場合には、永久磁石２３が周方向に反発する矢印Ｄの向きは、自然と第２の突起部８１に当接する方向と同じであるため、温度上昇や経年劣化などで接着剤の固定力が低下しても、永久磁石２３は、自然と第２の突起部８１に当接されるので、永久磁石２３の貼り付け位置がずれてしまうことがない。
即ち、接着剤等の固定力が小さい場合にも、永久磁石２３の正確な位置決めを持続できる特徴的な効果を有する。

実施の形態５．
図１３は、この実施の形態５のモータ６の回転子３４を示す展開図である。
この実施の形態では、隣接した回転子部７８，７９の同極の永久磁石２３では、矢印Ｆに示すように、それぞれ周方向の同じ側に、永久磁石２３の側面が当接した第２の突起部８１が設けられている。
他の構成は、実施の形態１のモータ６と同じである。

この実施の形態では、永久磁石２３を回転子鉄心２２に治具で貼り付ける場合に、当接する周方向の向きＦが第１の回転子部７８と第２の回転子部７９とで同じであるため、治具または回転子３４を一方向に回転させながら貼り付けることが可能なので、治具の簡素化や貼り付け時間の短縮できる効果を有する。
特に、第１の突起部８０の高さが永久磁石２３の高さと同程度まで大きい場合には、第１の突起部８０を１極毎に衝突するのを避けながら貼り付けるので、第１の突起部８０を外径方向に移動するのを避ける動作が加わり、治具の簡素化や貼り付け時間の短縮に対して、特別の効果を有する。

実施の形態６．
図１４は、この実施の形態６のモータ６の回転子３４を示す展開図である。
この実施の形態では、突起７４は、第２の突起部８１と反対側の周方向の側面が軸線方向に延びた平面であって対向した永久磁石２３と離間している。
他の構成は、実施の形態１のモータ６と同じである。

実施の形態１〜５では、第２の突起部８１を設けることで、第１の突起部８０への漏れ磁束を低減する効果があり、１極の永久磁石２６の両端に第２の突起部８１を有するため、１つの打ち抜き金型で左右どちらへの永久磁石２６の当接が可能である利点があった。
この実施の形態では、永久磁石２６と当接する突起７４の片側のみに第２の突起部８１を設け、他方側には第２の突起部８１を設けないことで、突起７４への漏れ磁束を低減することで、マグネットトルクの低下をさらに少なくすることができる。
また、第１の回転子部７８と第２の回転子部７９の回転子鉄心２２を同一形状にしても、シャフト１９への圧入時に上下逆さまにすることで、実施の形態４のものにこの実施の形態を容易に実現できる。
また、第１の回転子部７８及び第２の回転子部７９のシャフト１９への圧入時に上下逆さまにしないことで、実施の形態５のものにこの実施の形態を容易に実現できる。
なお、第１の回転子部７８と第２の回転子部７９との間でスキューが無い回転子３４の場合にもこの実施の形態を実現できることは言うまでもない。

実施の形態７．
図１５は、この実施の形態７のモータ６の回転子３４を示す展開図である。
この実施の形態では、軸線方向において互いに当接したそれぞれの第１の突起部８０の当接部位には切欠き部８０ａが形成されている。
なお、切り欠き部８０ａは、何れか一方だけでもよい。
他の構成は、実施の形態１のモータ６と同じである。

この実施の形態では、永久磁石２３から第１の突起部８０への軸線方向漏れ磁束を低減する効果を有する。
また、未着磁石を回転子鉄心２２に貼り付けて着磁する場合、着磁磁束が漏れ磁束となって、オーバーラップした部分が完全には着磁できないため、マグネットトルクの低下や振動騒音の発生が生じ、この実施の形態ではこれを回避できる効果を有する。
この実施の形態を実施の形態５のものと実施の形態７のものとを合わせた形態に適用した場合には、第２の突起部８１がスキュー境界部分に近く配置しても、第１の突起部８０の切欠き８０ａと第２の突起部８１の位置は干渉しないため、容易に実現できる。
一方、この実施の形態を実施の形態６のものと実施の形態７のものとを合わせた形態に適用した場合には、第２の突起部８１の高さｔ２を第１の突起部８０の高さｔ１よりも低くすることで、漏れ磁束を低減できる。これらは、第２の突起部８１は１個の永久磁石２３に対して２か所設けて２点で傾きを低減するのが望ましく、永久磁石２３の軸線方向長さが短い場合、第２の突起部８１の間隔をできるだけ広く取りたい場合には有効な手段となる。
なお、上記各実施の形態では、車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれ、操舵力をアシストする永久磁石型モータについて説明したが、電動パワーステアリング装置は一例であり、他のものに適用できるのは勿論である。

１ シャフト、２ トルクセンサ、３ 第１のコネクタ、４ ＥＣＵ、５ 第２のコネクタ、６ 永久磁石型モータ、７ ハウジング、８ 電源コネクタ、９ ギヤボックス、１０ タイロッド、１１ ラックブーツ、１２ 固定子鉄心、１３ 電機子巻線、１４ フレーム、１５ ハウジング、１６ ボルト、１７ 第１の軸受、１８ 第２の軸受、１９ シャフト、２０ プーリー、２１ センサ用永久磁石、２２ 回転子鉄心、２３，２３Ａ 永久磁石、２４ スイッチング素子、２５ ヒートシンク、２６ 中間部材、２７ 制御基板、２８ 接続部材、２９ ケース、３０ センサ部、３１ 磁気センサ、３２ 基板、３３ 支持部材、３４ 回転子、３５ 凹部、３６ 壁部、４０ 第１の電機子巻線、４１ 第２の電機子巻線、４２ 第１のインバータ、４３ 第２のインバータ、４４ 電源、４５ 第１の電源リレー、４６ 第２の電源リレー、４７ 第１のコンデンサ、４８ 第２のコンデンサ、４９ 第１のＭＯＳ−ＦＥＴ、５０ 第２のＭＯＳ−ＦＥＴ、５１ 第３のＭＯＳ−ＦＥＴ、５２ 第４のＭＯＳ−ＦＥＴ、５３ 第５のＭＯＳ−ＦＥＴ、５４ 第６１のＭＯＳ−ＦＥＴ、５５ 第１のシャント、５６ 第２のシャント、５７ 第３のシャント、５８ 第１のシャント、５９ 第２のシャント、６０ 第３のシャント、６１ 第１のＭＯＳ−ＦＥＴ、６２ 第２のＭＯＳ−ＦＥＴ、６３ 第３のＭＯＳ−ＦＥＴ、６４ 第４のＭＯＳ−ＦＥＴ、６５ 第５のＭＯＳ−ＦＥＴ、６６ 第６１のＭＯＳ−ＦＥＴ、６７ 回転角度センサ、６７ コイル、７０ 固定子、７１ コアバック、７２ ティース、７３ スロット、７４ 突起、７５ 空隙、７６ 穴部、７７ カシメ部、７８ 第１の回転子部、７９ 第２の回転子部、８０ 第１の突起部、８０ａ 切り欠き、８１ 第２の突起部、１００ 電動駆動装置、１０１ 貼り付け面。

Claims (9)

1. 電機子巻線、この電機子巻線を納めるスロットを有する固定子鉄心から構成された固定子と、
   この固定子の内側に隙間を空けて設けられ、複数の薄板鋼板を軸線の方向に順次積層してなる回転子鉄心、この回転子鉄心の表面に周方向に間隔をおいて複数形成された貼り付け面にそれぞれ貼付された複数の永久磁石、及び前記回転子鉄心の中心軸線にそって貫通したシャフトから構成された回転子と、を備え、
   前記回転子鉄心は、隣接した前記貼り付け面間に径方向に突出した突起が形成され、
   この突起は、前記永久磁石の前記周方向の側面に当接した第２の突起部と、前記永久磁石の前記側面から離間した第１の突起部とから構成され、
   前記第１の突起部は、前記軸線方向の長さの合計をＬ１、前記貼り付け面の延長線とこの延長線と前記第１の突起部の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ１とし、
   前記第２の突起部は、前記軸線方向の長さの合計をＬ２、前記延長線とこの延長線と前記第２の突起部の隅部で交差する平行線との間の高さをｔ２としたとき、
   （Ｌ１×ｔ１）＞（Ｌ２×ｔ２）である永久磁石型モータ。
2. 前記第２の突起部の前記周方向の幅をＷ３、前記永久磁石と前記固定子との前記径方向の空隙距離をｔｇ、前記永久磁石の外周側が円弧状であってその前記周方向の中心の厚みをｔｍとしたとき、
   ｔｇ＜（２×Ｗ３）＜ｔｍである請求項１に記載の永久磁石型モータ。
3. 前記回転子は、前記軸線に沿って複数段の回転子部が前記周方向にスキューして構成され、
   隣接した前記回転子部が回転して前記第１の突起部同士が重なり合うまでの前記周方向の長をＷとし、
   前記第２の突起部の前記周方向の幅をＷ３としたとき、
   Ｗ３＜Ｗである請求項１または２に記載の永久磁石型モータ。
4. 隣接した前記回転子部では、隣接した同極の前記永久磁石同士の前記周方向の反発力の向きに、それぞれ前記第２の突起部が設けられている請求項３に記載の永久磁石型モータ。
5. 隣接した前記回転子部の同極の前記永久磁石では、それぞれ前記周方向の同じ側に前記第２の突起部が設けられている請求項３に記載の永久磁石型モータ。
6. 前記突起は、前記第２の突起部と反対側の前記周方向の側面が前記軸線方向に延びた平面であって対向した前記永久磁石と離間している請求項１〜５の何れか１項に記載の永久磁石型モータ。
7. 前記軸線方向において互いに当接したそれぞれの前記第１の突起部のうち少なくとも一方の当接部位には切欠き部が形成されている請求項３〜６の何れか１項に記載の永久磁石型モータ。
8. 前記回転子鉄心には、前記軸線方向に貫通した穴部が前記シャフトの周囲に等分間隔で複数形成されている請求項１〜７の何れか１項に記載の永久磁石型モータ。
9. 前記永久磁石型モータは、車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれ、操舵力をアシストする請求項１〜８の何れか１項に記載の永久磁石型モータ。

Images