JPWO2015186455A1 - 永久磁石式モータ、駆動装置一体型永久磁石式モータおよび永久磁石式モータの製造方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、小型・高出力化と低振動・低騒音化を両立できる駆動装置一体型永久磁石式モータを得る。永久磁石モータは、ティースがそれぞれ環状のコアバックから径方向内方に突出して周方向に配列された固定子鉄心、固定子鉄心に装着された電機子巻線、および固定子鉄心を内嵌状態に保持するフレームを有する固定子と、回転子鉄心および永久磁石を有する回転子と、を有し、電機子巻線は、それぞれ、ティースに集中的に巻き回された複数のコイルにより構成され、隣り合うティースの内周端同士が接続部により接続されており、コアバックの厚みをt2、フレームの厚みをt3、フレームの外半径をr4としたときに、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足している。

Description

この発明は、例えば、車両用の電動パワーステアリング装置などに用いられる永久磁石式モータおよび駆動装置一体型永久磁石式モータに関し、特に、剛性の低下を抑えて、スロット断面積を拡大できる固定子構造に関するものである。

特許文献１には、固定子鉄心のティースに導体線を集中的に巻き回した、いわゆる集中巻のモータが開示されている。
特許文献２には、電動パワーステアリング装置に用いられる駆動装置と一体型となった分布巻のモータが開示されている。

国際公開第２００８／０５０６３７号 特開２０１３−１９２３５９号公報

特許文献１では、電機子巻線が集中巻であるので、コイルエンドが小さくなり、電機子巻線抵抗も小さくなり、小型・高出力化に有利であった。しかしながら、隣り合うティースの内周端が接続されていないので、ティースの剛性が低くなる。そこで、電機子起磁力を大きくしていくと、ティースの振動が大きくなり、結果として、コアバックとフレームの振動が大きくなり、振動騒音が大きくなるという課題があった。

特許文献２では、隣り合うティースの内周端同士を接続するブリッジ部を設けているので、ティースの剛性が高くなり、振動騒音を低減できる。しかしながら、電機子巻線が分布巻であるので、コイルエンドが大きく、かつ電機子抵抗も大きくなり、小型・高出力化には不利であった。

しかしながら、引用文献１，２には、固定子鉄心のコアバックおよびフレームの径方向厚みについて、何ら言及されていなかった。

本出願人は、（１）高出力化には、電機子巻線の抵抗を小さくし、スロット断面積を拡大することが必要となること、（２）モータ出力を確保しつつ、スロット断面積を拡大するには、コアバックの径方向厚みを小さくする必要があるが、固定子鉄心の剛性が低下し、電磁加振力による振動騒音が大きくなること、（３）モータの小型化には、固定子鉄心を内嵌状態に保持するフレームの径方向厚みを小さくする必要があるが、同様に、フレームの剛性が低下し、電磁加振力による振動騒音が大きくなることに着眼し、小型・高出力化と低振動・低騒音化の両立という観点から、固定子鉄心のコアバック径方向厚みおよびフレームの径方向厚みと外径について検討し、本発明を発明するに至った。

本発明では、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型・高出力化と低振動・低騒音化を両立できる永久磁石式モータおよび駆動装置一体型永久磁石式モータを得ることを目的としている。

この発明による永久磁石式モータは、ティースがそれぞれ環状のコアバックから径方向内方に突出して周方向に配列された固定子鉄心、上記固定子鉄心に装着された電機子巻線、および上記固定子鉄心を内嵌状態に保持するフレームを有する固定子と、回転子鉄心および永久磁石を有する回転子と、を備えている。上記電機子巻線は、それぞれ、上記ティースに集中的に巻き回された複数のコイルにより構成され、隣り合う上記ティースの内周端同士が接続部により接続されている。そして、上記コアバックの厚みをt2、上記フレームの厚みをt3、上記フレームの外半径をr4としたときに、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足している。

この発明によれば、隣り合うティースの内周端同士が接続部により接続され、コアバックの厚みをt2、フレームの厚みをt3、フレームの外半径をr4としたときに、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足しているので、永久磁石式モータの小型・高出力化と低振動・低騒音化を両立させることができる。

この発明の実施の形態１に係る駆動装置一体型永久磁石式モータを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線の第１の接続方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線の第２の接続方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線のＹ結線図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線のΔ結線図である。 この発明の実施の形態１に係る駆動装置一体型永久磁石式モータの回路図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータの寸法を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおけるフレームの振動の加速度と接続部の有無との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおけるフレームの振動の加速度とモータトルクとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける(t2+t3)/r4とモータ出力との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける2π・rout/(P・t2)とモータトルクとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおけるP・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)とモータ出力との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける回転速度とモータトルクとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータの実施態様を示す横断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータの他の実施態様を示す横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける固定子を示す端面図である。 この発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける固定子鉄心を構成する外側鉄心を示す端面図である。 この発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける固定子鉄心を構成する内側鉄心を示す端面図である。 この発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける内側鉄心にコイルを装着する方法を説明する図である。 この発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける内側鉄心にコイルを装着した状態を示す端面図である。 この発明の実施の形態３に係る永久磁石式モータにおける固定子鉄心の周方向の一部を切り出した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る永久磁石式モータにおけるモータ回転角度とトルクリップルとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態５に係る永久磁石式モータにおける固定子を示す端面図である。 この発明の実施の形態６に係る永久磁石式モータにおける固定子を示す端面図である。 この発明の実施の形態６に係る永久磁石式モータにおける固定子の押圧部周りを示す要部端面図である。 この発明の実施の形態７に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態８に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態９に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態１０に係る駆動装置一体型永久磁石式モータの回路図である。 本発明による自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。

まず、実施の形態を記載する前に、この発明による駆動装置一体型永久磁石式モータが搭載される自動車の電動パワーステアリング装置について図３２を参照しつつ説明する。なお、図３２は本発明による自動車の電動パワーステアリング装置の説明図である。

運転者がステアリングホイール（図示しない）を操舵すると、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５０１に伝達される。このとき、シャフト５０１に伝達されたトルクはトルクセンサ５０２により検出されて電気信号に変換され、ケーブル（図示しない）を通じて駆動装置一体型永久磁石式モータ１００の第１コネクタ３０を介してＥＣＵ部１２０に伝達される。一方，車速などの自動車の情報が電気信号に変換されて第２コネクタ３１を介してＥＣＵ部１２０に伝達される。ＥＣＵ部１２０は、このトルクと、車速などの自動車の情報とから、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じて永久磁石式モータ１１０に電流を供給する。

永久磁石式モータ１１０は軸心をラック軸の移動方向（矢印で示す）に平行な向きに配置されている。また、ＥＣＵ部１２０への電力供給は、バッテリやオルタネータから電源コネクタ３２を介して送られる。永久磁石式モータ１１０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５０３によって減速され、ハウジング５０４の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印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。そこで、タイロッド５０５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。これにより、運転者は、永久磁石式モータ１１０のトルクによってアシストされ、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５０６は異物が装置内に侵入しないように設けられている。

このような電動パワーステアリング装置５００においては、車両への搭載性と燃費向上の観点から、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００は、小型高出力であることが望ましい。さらに、運転者の快適性の観点から、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００は、低振動・低騒音であることが望まれる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る駆動装置一体型永久磁石式モータを示す縦断面図である。なお、縦断面図とは、駆動装置一体型永久磁石式モータの軸心を含む平面における断面図である。

図１において、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００は、モータ部としての永久磁石式モータ１１０と、駆動装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）部１２０とが永久磁石式モータ１１０の回転軸の軸方向に配置されて、一体となった構造となっている。永久磁石式モータ１１０とＥＣＵ部１２０とが、永久磁石式モータ１１０の回転軸の軸方向に配置されて、一体となった構造をとることから、次の効果が得られる。まず、永久磁石式モータ１１０とＥＣＵ部１２０との間の配線長を短くすることができるので、永久磁石式モータ１１０とＥＣＵ部１２０との間の配線で生じるノイズや損失を低減できる。さらに、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００の軸方向長さを削減できるので、駆動一体型永久磁石式モータ１００の小型化を実現できる。

永久磁石式モータ１１０は、電磁鋼板を積層して構成される円環状の固定子鉄心２、固定子鉄心２に納められた電機子巻線３、および固定子鉄心２を固定するフレーム４を有する固定子１と、固定子１の内部に回転可能に配設される回転子２０と、を備える。

フレーム４は、例えばアルミニウムや、ＡＤＣ１２などのアルミニウム合金などの良好な熱伝導材料を用いて円筒状に作製され、固定子鉄心２を圧入や焼きばめなどにより内嵌状態に保持している。そして、円盤状のハウジング５がフレーム４の軸方向一端面にネジ６により締着固定されている。また、ベアリング固定部７が、フレーム４の軸方向他端側から内径側に突出するように、フレーム４と一体に、又は別体に設けられている。そして、第１ベアリング８および第２ベアリング９が、ハウジング５およびベアリング固定部７に保持され、フレーム４の軸心位置に配設されている。シャフト１０が、第１ベアリング８および第２ベアリング９に回転可能に支持されている。プーリ１１がシャフト１０の軸方向一端側、すなわち出力軸側に圧入され、電動パワーステアリング装置５００のベルトに駆動力を伝達する働きをする。なお、電動パワーステアリング装置５００の構成によってはベルトではなく、ギヤに駆動力を伝達する場合がある。この場合には、プーリ１１に替えてカップリングがシャフト１０に圧入されることになる。シャフト１０の軸方向他端部には、回転センサ用永久磁石３８が配設されている。

回転子２０は、シャフト１０に圧入固着された回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１に固定された永久磁石２２と、を備える。なお、図１では、永久磁石２２が回転子鉄心２１の内部に固定されているが、永久磁石２２は回転子鉄心２１の表面に固定されてもよく、詳しくは後述する。

つぎに、固定子１の構成について図２を参照しつつ説明する。図２はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。なお、横断面図とは、永久磁石式モータの軸心に直交する平面における断面図である。

固定子１は、円環状のコアバック２ａ、コアバック２ａから内径方向に伸びた１８個のティース２ｂ、および隣り合うティース２ｂの先端部間を連結する接続部２ｄを有する固定子鉄心２と、ティース２ｂのそれぞれに集中的に巻き回された１８個のコイル３ａからなる電機子巻線３と、固定子鉄心２を内嵌状態に保持するフレーム４と、を備える。そして、スロット２ｃが隣り合うティース２ｂ間に形成されている。

固定子鉄心２は、軸心と直交する断面において、コアバック２ａの外周面が軸心を中心とする円で、内周面が軸心を中心とする円弧になっているので、コアバックの内周面が直線で構成される場合と比べて、コアバック２ａの径方向の幅を大きくしつつ、スロット断面積を大きくできる。このように、コアバック２ａの内周面が円弧状になっているので、コアバックの内周面が直線状で構成される場合と比べて、コアバック２ａの径方向の幅を大きくでき、磁気飽和を緩和し高トルクが得られる。さらに、コアバック２ａの内周面が円弧状になっているので、コアバックの内周面が直線状で構成される場合と比べて、スロット断面積を大きくでき、電機子巻線３の断面積を大きくできることから、モータの銅損低減と高出力化が可能となる。

なお、図２では、便宜的に、電機子巻線３と固定子鉄心２の間に配設されるインシュレータを省略している。また、便宜的に、ティース２ｂには、周方向の配列順に、符号Ｔ1〜Ｔ18を割り振っている。さらに、各ティース２ｂに集中的に巻き回されたコイル３ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相のコイルであるかがわかるように、便宜的に番号を付けて表している。Ｕ相は、Ｕ11，Ｕ12，Ｕ13，Ｕ21，Ｕ22，Ｕ23の６個のコイル３ａから構成され、Ｖ相は、Ｖ11，Ｖ12，Ｖ13，Ｖ21，Ｖ22，Ｖ23の６個のコイル３ａから構成され、Ｗ相は、Ｗ11，Ｗ12，Ｗ13，Ｗ21，Ｗ22，Ｗ23の６個のコイル３ａから構成されている。１８個のコイル３ａは、図２に示されるように、ティースＴ1〜Ｔ18のそれぞれに対応して、Ｕ11，Ｖ11，Ｖ12、Ｗ11、Ｕ12、Ｕ13、Ｖ13、Ｗ12、Ｗ13、Ｕ21、Ｖ21、Ｖ22、Ｗ21、Ｕ22、Ｕ23、Ｖ23、Ｗ22、Ｗ23の順に並んでいる。

つぎに、１８個のコイル３ａの第１の接続方法について図３を参照しつつ説明する。図３はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線の第１の接続方法を説明する模式図である。図３中、１列に１８個並んだ四角形はＴ1番からＴ18番までのティース２ｂを表しており、各ティース２ｂに巻き回されているコイル３ａをＵ11，Ｖ11、Ｖ12、Ｗ11、Ｕ12、Ｕ13、Ｖ13、Ｗ12、Ｗ13、Ｕ21、Ｖ21、Ｖ22、Ｗ21、Ｕ22、Ｕ23、Ｖ23、Ｗ22、Ｗ23と示している。

Ｕ11とＵ12とＵ13が直列接続されて第１のＵ相巻線であるＵ1相を構成している。このとき、Ｕ12はＵ11およびＵ13とはコイルの巻き方向が逆方向にとなっている。また、Ｕ21とＵ22とＵ23が直列接続されて第２のＵ相巻線であるＵ2相を構成している。このとき、Ｕ22はＵ21およびＵ23とはコイルの巻き方向が逆方向となっている。Ｖ11とＶ12とＶ13が直列接続されて第１のＶ相巻線であるＶ1相を構成している。このとき、Ｖ12はＶ11およびＶ13とはコイルの巻き方向が逆方向となっている。また、Ｖ21とＶ22とＶ23が直列接続されて第２のＶ相巻線であるＶ2相を構成している。このとき、Ｖ22はＶ21およびＶ23とはコイルの巻き方向が逆方向となっている。Ｗ11とＷ12とＷ13が直列接続されて第１のＷ相巻線であるＷ1相を構成している。このとき、Ｗ12はＷ11およびＷ13とはコイルの巻き方向が逆方向となっている。また、Ｗ21とＷ22とＷ23が直列接続されて第２のＷ相巻線であるＷ2相を構成している。このとき、Ｗ22はＷ21およびＷ23とはコイルの巻き方向が逆方向となっている。

また、Ｕ1相の両端はＵ11側をＵ1＋、Ｕ13側をＵ1−とし、同様にＵ2相の両端もＵ21側をＵ2＋、Ｕ23側をＵ2−としている。同様に、Ｖ1相の両端はＶ11側をＶ1＋、Ｖ13側をＶ1−とし、同様に、Ｖ2相の両端もＶ21側をＶ2＋、Ｖ23側をＶ2−としている。同様に、Ｗ1相の両端はＷ11側をＷ1＋、Ｗ13側をＷ1−とし、同様に、Ｗ2相の両端もＷ21側をＷ2＋、Ｗ23側をＷ2-としている。

ここで、電機子巻線３は、図５および図６に示されるように、このように構成されたＵ1相、Ｕ2相、Ｖ1相、Ｖ2相、Ｗ1相、Ｗ2相を交流結線して構成される。図５はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線のＹ結線図、図６はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線のΔ結線図である。

まず、図５に示されるように、Ｕ1−とＶ1−とＷ1−が電気的に接続されて、Ｕ1相とＶ1相とＷ1相をＹ結線してなる第１電機子巻線が構成される。そして、Ｕ1−とＶ1−とＷ1−の接続部が第１電機子巻線の中性点Ｎ１となる。また、Ｕ2−とＶ2−とＷ2−が電気的に接続されて、Ｕ2相とＶ2相とＷ2相をＹ結線してなる第２電機子巻線が構成される。そして、Ｕ2−とＶ2−とＷ2−の接続部が第２電機子巻線の中性点Ｎ２となる。このように、電機子巻線３は、それぞれ、Ｙ結線された第１および第２電機子巻線から構成される。

また、図６に示されるように、Ｕ1＋とＷ1−を接続してＡ1とし、Ｖ1＋とＵ1−を接続してＢ1とし、Ｗ1＋とＶ1−を接続してＣ1とし、Ｕ1相とＶ1相とＷ1相をΔ結線してなる第１電機子巻線が構成される。また、Ｕ2＋とＷ2−を接続してＡ2とし、Ｖ2＋とＵ2−を接続してＢ2とし、Ｗ2＋とＶ2−を接続してＣ2とし、Ｕ2相とＶ2相とＷ2相をΔ結線してなる第２電機子巻線が構成される。このように、電機子巻線３は、それぞれ、Δ結線された第１および第２電機子巻線から構成される。この場合、Δ結線とすると、Ｙ結線の場合に比べて、コイル３ａの誘起電圧が√３倍になるため、Ｙ結線に比べて巻数を約√３倍大きくできる。これにより、コイル３ａの線径を小さくすることができ、工作性が向上すると同時に巻線占積率が向上し、銅損が低減でき、高効率となる。

つぎに、１８個のコイル３ａの第２の接続方法について図４を参照しつつ説明する。図４はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータにおける電機子巻線の第２の接続方法を説明する模式図である。図４中、１列に１８個並んだ四角形はＴ1番からＴ18番までのティース２ｂを表しており、各ティース２ｂに巻き回されているコイル３ａをＵ11，Ｖ11、Ｖ12、Ｗ11、Ｕ12、Ｕ13、Ｖ13、Ｗ12、Ｗ13、Ｕ21、Ｖ21、Ｖ22、Ｗ21、Ｕ22、Ｕ23、Ｖ23、Ｗ22、Ｗ23と示している。

Ｕ22とＵ11とＵ13が直列接続されて第１のＵ相巻線であるＵ1相を構成している。このとき、Ｕ22とＵ11とＵ13はコイルの巻き方向が同じとなっている。Ｖ11とＶ13とＶ22が直列接続されて第１のＶ相巻線であるＶ1相を構成している。このとき、Ｖ11とＶ13とＶ22はコイルの巻き方向が同じとなっている。Ｗ12とＷ21とＷ23が直列接続されて第１のＷ相巻線であるＷ1相を構成している。このとき、Ｗ12とＷ21とＷ23はコイルの巻き方向が同じとなっている。Ｕ23とＵ21とＵ12が直列接続されて第２のＵ相巻線であるＵ2相を構成している。このとき、Ｕ23とＵ21とＵ12はコイルの巻き方向が同じとなっている。Ｖ12とＶ23とＶ21が直列接続されて第２のＶ相巻線であるＶ2相を構成している。このとき、Ｖ12とＶ23とＶ21はコイルの巻き方向が同じとなっている。Ｗ13とＷ11とＷ22が直列接続されて第２のＷ相巻線であるＷ2相を構成している。このとき、Ｗ13とＷ11とＷ22はコイルの巻き方向が同じとなっている。

また、Ｕ1相の両端はＵ22側をＵ1＋、Ｕ13側をＵ1−とし、同様に、Ｕ2相の両端もＵ23側をＵ2＋、Ｕ12側をＵ2−としている。同様に、Ｖ1相の両端はＶ11側をＶ1＋、Ｖ22側をＶ1−とし、同様に、Ｖ2相の両端もＶ12側をＶ2＋、Ｖ21側をＶ2−としている。同様に、Ｗ1相の両端はＷ12側をＷ1＋、Ｗ23側をＷ1−とし、同様に、Ｗ2相の両端もＷ13側をＷ2＋、Ｗ22側をＷ2−としている。

このように構成されたＵ1相、Ｕ2相、Ｖ1相、Ｖ2相、Ｗ1相、Ｗ2相は、図３に示される第１の接続方法で構成されたＵ1相、Ｕ2相、Ｖ1相、Ｖ2相、Ｗ1相、Ｗ2相と同様に、Ｙ結線、又はΔ結線されて、電機子巻線に構成される。

つぎに、回転子２０の構成について説明する。

回転子２０は、１４個の永久磁石２２が回転子鉄心２１に埋め込まれ構成されている。すなわち、回転子２０の極数は１４である。永久磁石２２は、それぞれ、その径方向の長さが周方向の長さに比べて長い、断面矩形の帯状体に作製され、周方向に等間隔に配列されている。永久磁石２２の着磁方向は、図２に示されるように、ＮとＳがそれぞれＮ極、Ｓ極になるような方向に着磁されている。すなわち、隣り合う永久磁石２２の向かい合う面が互いに同じ極になるように着磁されている。このような着磁方向とすることで、磁束を回転子鉄心２１に集中させることができ、磁束密度が高められ、高トルクが得られるという効果が得られる。

また、隣り合う永久磁石２２の間には回転子鉄心２１が介在する。隣り合う永久磁石２２の間に位置する回転子鉄心２１の部位は、隣り合う永久磁石２２間の中間地点において、固定子１との間の空隙長が短くなるような径方向外方に凸形状の曲面を有する曲面部２３に形成されている。このような形状とすることにより、固定子１との間の空隙に発生する磁束密度の波形を滑らかにできるため、コギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。

また、永久磁石２２の内径側の端面に接するように非磁性部２４を設けている。ここでは、回転子鉄心２１の永久磁石２２の内径側の部位を軸方向に貫通する貫通穴を形成し、非磁性部２４を空気により構成しているが、貫通穴に樹脂を充填して、非磁性部２４としてもよいし、ステンレスやアルミニウムのような非磁性の金属を貫通穴に挿入して非磁性部２４としてもよい。このように非磁性部２４を設けることで、永久磁石２２の漏れ磁束を低減することができる。さらに、隣り合う永久磁石２２の間の回転子鉄心２１の部位とシャフト１０の外周を囲うように設けられた回転子鉄心２１の部位との間に連結部２５が設けられ、回転子鉄心２１の各部が機械的に強固に連結されている。

つぎに、ＥＣＵ部１２０について説明する。

ＥＣＵ部１２０には、図１に示されるように、トルクセンサ５０２からの信号を受ける第１コネクタ３０と、車速などの自動車の情報を受け取る第２コネクタ３１と、電力供給用の電源コネクタ３２とが設けられている。

さらに、ＥＣＵ部１２０には、永久磁石式モータ１１０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ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子３３を有する。このスイッチング素子３３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、パワー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３３は、モータ駆動の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３３は接着剤や絶縁シートなどを介してヒートシンク３９と接触させ放熱する構造となっている。ヒートシンク３９は、ネジや焼き嵌めなどによってフレーム４に嵌合され、スイッチング素子３３の熱がヒートシンク３９を介してフレーム４に伝達されるようになっている。インバータ回路には、スイッチング素子３３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１では省略している。バスバーは樹脂と一体成形されて中間部材（図示しない）を形成している。

ＥＣＵ部１２０の内部には、制御基板３５が設けられており、この制御基板３５は、第１および第２コネクタ３０，３１から受け取った情報に基づき、永久磁石式モータ１１０を適切に駆動するためにスイッチング素子３３に制御信号を送る。制御信号は、制御基板３５とスイッチング素子３３との間を電気的に接続する接続部材（図示せず）によって伝達される。この接続部材は、ワイヤボンディングやプレスフィット、はんだなどで固定される。これらのインバータ回路と制御基板３５はケース３６によって覆われている。ケース３６は樹脂であってもよいし、アルミニウム等の金属であっても、樹脂とアルミニウム等の金属を組み合わせた構成でもよい。制御基板３５は、永久磁石式モータ１１０のシャフト１０に垂直な面に沿うように配置される。

回転センサ３７は、磁界を検知する磁気センサの素子であり、制御基板３５に、はんだなどで固定されている。回転センサ３７は、永久磁石式モータ１１０のシャフト１０と同軸上で、かつ相対応する位置に配置されていて、回転センサ用永久磁石３８の発生する磁界を検出し、その向きを知ることで永久磁石式モータ１１０の回転子２０の回転角度を検出する。ＥＣＵ部１２０は、この回転角度に応じて適切な駆動電流を永久磁石式モータ１１０に供給する。なお、回転センサ３７は回転センサ用永久磁石３８からヒートシンク３９を介して漏れてくる磁束を検出する構造となっている。

ここでは、回転センサ３７が制御基板３５に実装されているが、ヒートシンク３９の永久磁石式モータ１１０側に別の基板を配置し、回転センサ３７を当該基板に実装してもよい。また、回転センサ３７が磁気センサで構成されているが、回転センサをレゾルバで構成してもよい。

つぎに、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００の回路構成について図７を参照しつつ説明する。図７はこの発明の実施の形態１に係る駆動装置一体型永久磁石式モータの回路図である。なお、図７では、便宜上、永久磁石式モータ１１０は電機子巻線のみを図示し、ＥＣＵ部１２０はインバータのパワー回路部のみを示している。

永久磁石式モータ１１０は、極数が１４、スロット数が１８のモータである。永久磁石式モータ１１０の電機子巻線３は、第１のＵ相巻線Ｕ1、第１のＶ相巻線Ｖ1、および第１のＷ相巻線Ｗ1をΔ結線して構成される第１電機子巻線３０１と、第２のＵ相巻線Ｕ2、第２のＶ相巻線Ｖ2、および第２のＷ相巻線Ｗ2をΔ結線して構成される第２電機子巻線３０２と、から構成される。ＥＣＵ部１２０は１台のインバータ回路５０から構成されていて、このインバータ回路５０から第１および第２電機子巻線３０１，３０２に３相の電流を供給する。

ＥＣＵ部１２０には、バッテリなどの直流電源４０から直流電力が供給されており、ノイズ除去用のコイル４１を介して、電源リレー４２が接続されている。電源リレー４２は、２個のＭＯＳ−ＦＥＴで構成され、故障時などに電源リレー４２を開放して、過大な電流が流れないように動作する。コンデンサ３４は平滑コンデンサである。

インバータ回路５０は、６個のスイッチング素子３３−１〜３３−６を用いたブリッジで構成されている。つまり、インバータ回路５０は、それぞれ、直列に接続されたスイッチング素子３３−１，３３−２の組、スイッチング素子３３−３，３３−４の組、およびスイッチング素子３３−５，３３−６の組を並列に接続して構成されている。さらにシャント抵抗４４−１，４４−２，４４−３が、直列に接続されたスイッチング素子３３−１，３３−２の組、スイッチング素子３３−３，３３−４の組、およびスイッチング素子３３−５，３３−６の組のＧＮＤ（グランド）側にそれぞれ接続されている。これらシャント抵抗４４−１，４４−２，４４−３は電流値の検出に用いられる。

電機子巻線３への電流の供給は、スイッチング素子３３−１，３３−２の接続点からバスバーなどを通じてＵ1相とＶ1相の結線部、およびＵ2相とＶ2相の結線部に、スイッチング素子３３−３，３３−４の接続点からバスバーなどを通じてＶ1相とＷ1相の結線部、およびＶ2相とＷ2相の結線部に、スイッチング素子３３−５，３３−６の接続点からバスバーなどを通じてＷ1相とＵ1相の結線部、およびＷ2相とＵ2相の結線部に、それぞれ供給される。永久磁石式モータ１１０とＥＣＵ部１２０の電気的接続は３相分で計３箇所であるが、永久磁石式モータ１１０の内部で第１電機子巻線３０１と第２電機子巻線３０２に別れる。

ここでは、直流電源４０がＥＣＵ部１２０の内部にあるかのように描かれているが、実際は、外部の直流電源４０から電源コネクタ３２を介して、電力が供給される。また、直流電源４０、コイル４１、電源リレー４２の順に接続されているが、電源リレー４２はコイル４１よりも直流電源４０に近い位置に設けられてもよい。また、コンデンサ４３は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して構成されてもよい。３個のシャント抵抗４４−１，４４−２，４４−３が用いられているが、１個のシャント抵抗のみを用いても、電流値を検出できるので、シャント抵抗の個数は３個に限定されない。また、Δ結線された第１および第２電機子巻線が用いられているが、Ｙ結線された第１および第２電機子巻線を用いてもよい。

以下、本発明が小型高出力化と低振動低騒音化を両立できることを説明する。図８はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式モータの寸法を説明する図である。図中、Ｏは永久磁石式モータの回転中心、routは回転子２０の外半径、r0は固定子鉄心２の内半径、r1は回転中心Ｏから接続部２ｄの外周での距離、r2はコアバック２ａの内半径、r3はコアバック２ａの外半径、r4はフレーム４の外半径、t0は接続部２ｄの径方向厚み、t1は接続部２ｄの外周面からコアバック２ａの内周面までの距離、t2はコアバック２ａの厚み、t3はフレーム４の厚みである。

まず、接続部２ｄがある固定子鉄心２を用いた本発明による永久磁石式モータと接続部のない固定子鉄心を用いた比較例の永久磁石式モータとを作製し、永久磁石式モータに定格電流100Armsを通電し、回転数が1000r/minのときのフレーム４の振動の加速度を測定した結果を図９に示す。但し、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製したフレーム４を用いた場合の結果である。なお、横軸は、コアバック厚みt2とフレーム厚みt3の和をフレームの外半径r4で除した無次元の値である(t2+t3)/r4で示している。縦軸は、(t2+t3)/r4が十分大きく、接続部２ｄの効果がほとんど表れない(t2+t3)/r4=0.233において、接続部２ｄがある場合の加速度を１として規格化した無次元の値で示している。

図９の結果から、ティース２ｂの先端に接続部２ｄを設けることで大幅に加速度すなわち、フレーム４の振動が低減できていることが分かる。接続部２ｄがない場合は、コアバック２ａとフレーム４の厚みが小さくなると、すなわち(t2+t3)/r4が小さくなると、加速度が急激に増加するのに対し、接続部２ｄがある場合には、(t2+t3)/r4が小さくなっても、加速度が急激に増加することがないことが分かる。なお、加速度が大きいほど振動・騒音が大きいモータとなる。

つぎに、接続部２ｄがある固定子鉄心２を用いた本発明による永久磁石式モータに定格電流100Armsを通電し、回転数が1000r/minのときのフレーム４の振動の加速度(m/s²)をモータトルク(Nm)で除した値（単位トルクあたりの加速度）を測定した結果を図１０に示す。但し、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製したフレーム４を用いた場合の結果である。横軸は、(t2+t3)/r4で示している。縦軸は、単位トルク当たりの加速度を(t2+t3)/r4=0.233の場合で規格化した値（無次元の値）で示している。

図１０の結果から、(t2+t3)/r4=0.122を超えたあたりから急激に単位トルクあたりの加速度が下がることもわかる。このことから、(t2+t3)/r4≧0.122であれば、フレーム４とコアバック２ａが十分に厚い(t2+t3)/r4=0.233に比べて、単位トルクあたりの加速度を３０％増に抑制でき、低振動・低騒音となることがわかる。
さらに、(t2+t3)/r4≧0.144であれば、(t2+t3)/r4＜0.144とした場合と比較して、(t2+t3)/r4を変化させたときの単位トルクあたりの加速度の変化が緩やかであり、かつフレーム４とコアバック２ａが十分に厚い(t2+t3)/r4=0.233に比べて、単位トルクあたりの加速度を１３％増に抑制できる。よって、(t2+t3)/r4≧0.144であれば、さらに単位トルクあたりの加速度を低減でき、低振動・低騒音となることがわかる。

つぎに、接続部２ｄがある固定子鉄心２を用いた本発明による永久磁石式モータにおける(t2+t3)/r4に対するモータ出力を測定した結果を図１１に示す。但し、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製したフレーム４を用いた場合の結果である。横軸は、(t2+t3)/r4で示している。縦軸は、(t2+t3)/r4=0.233の場合で規格化した値（無次元の値）で示している。

図１１の結果から、モータ出力は上に凸の曲線を描いており、(t2+t3)/r4=0.144付近で最大値をとることがわかる。つまり、(t2+t3)/r4が小さいと、コアバック２ａの磁束密度が高く、磁気飽和が発生し、モータトルクが低下するため、モータ出力が小さくなったものと推考される。また、(t2+t3)/r4が大きいと、スロット断面積が小さくなり、銅損が大きくなって、モータ出力が低下したものと推考される。また、電動パワーステアリング装置５００においては、バッテリ電圧が１２V程度と低く、スロット断面積が小さくなると電機子巻線抵抗が大きくなって電圧降下が大きくなり、永久磁石式モータに加えられる電圧が低下し、回転数が下がるため、モータ出力も低下してしまう。そこで、図１１における範囲Ｂ、すなわち0.117≦(t2+t3)/r4≦0.202とすると、コアバック２ａの磁気飽和が緩和されるとともに銅損も低減できるため、モータ出力の最大値の９０％以上のモータ出力が得られるという効果がある。さらに、望ましくは、図１１における範囲Ａ、すなわち0.124≦(t2+t3)/r4≦0.182とすれば、モータ出力の最大値の９５％以上のモータ出力が得られるという効果がある。したがって、図１０および図１１の結果を総合すると、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202とすると、モータ出力の最大値の９０％以上のモータ出力が得られるとともに、単位トルクあたりのフレーム振動の加速度も小さくなるため、小型高出力と低振動低騒音の両立ができる。さらに、0.144≦(t2+t3)/r4≦0.202とすると、単位トルクあたりのフレーム振動の加速度をさらに小さくでき、小型高出力と低振動低騒音の両立ができる。

つぎに、接続部２ｄがある固定子鉄心２を用いた本発明による永久磁石式モータにおけるモータトルクを測定した結果を図１２に示す。但し、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製したフレーム４を用いた場合の結果である。横軸は、2π・rout/(P・t2)で示している。ここで、Pはモータの極数である。2π・rout/(P・t2)は回転子外径の円周２π・routを極数で除した値をさらにt2で除した値である。固定子１と回転子２０との間の空隙部分の磁束密度をBg、コアバック２ａの磁束密度をBcbとしたとき、Bcbは式（１）で概算される。
Bcb=2π・rout/(P・t2)・Bg 式（１）
すなわち、2π・rout/(P・t2)は、コアバック２ａの磁束密度の大きさを表す指標である。縦軸はトルクを規格化した値であり、コアバック２ａの厚みが十分に大きな場合である、2π・rout/(P・t2)=1.92の場合を基準に規格化している。

図１２の結果から、2π・rout/(P・t2)≦5.20とすれば、コアバック２ａの厚みが十分に大きい場合の９０％以上のモータトルクを発生できるため、高トルク化できるという効果が得られることがわかる。

接続部２ｄがある固定子鉄心２を用いた本発明による永久磁石式モータにおけるモータ出力を測定した結果を図１３に示す。但し、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製したフレーム４を用いた場合の結果である。横軸は、P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)で示している。ここで、Pはモータの極数である。P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)は、(t2+t3)/r4を2π・rout/(P・t2)で除した値である。これは、フレーム４とコアバック２ａの剛性とコアバック２ａの磁束密度の大きさを総合的に判断する指標である。縦軸は、モータ出力をP・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)=0.122の場合のときのモータ出力で規格化している。

図１３の結果から、範囲Ｄ、すなわち0.0211≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0874とすると、コアバック２ａの磁気飽和が緩和されるとともに銅損も低減できるため、モータ出力の最大値の９０％以上のモータ出力が得られることがわかる。さらに、範囲Ｃ、すなわち0.025≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0675とすれば、モータ出力の最大値の９５％以上のモータ出力が得られることがわかる。

つぎに、接続部２ｄの径方向厚みt0と固定子鉄心２を構成する鋼板の板厚tcについて述べる。固定子鉄心２は渦電流低減のため薄い鋼板を積層させて構成されている。鋼板は、tcが0.35mm〜0.7mmのものを用いる。また、鋼板は金型による打ち抜き加工で製作されるが、打ち抜き性を考慮すると、幅は板厚の1/2程度より大きいほうが望ましい。一方、接続部２ｄの漏れ磁束によるトルク低下を防ぐには、概ねt0/tc≦2.0なる関係が成り立っておればよい。すなわち、t0とtcは、0.5≦t0/tc≦2.0を満たすことが望ましい。この構成により、接続部２ｄの機械的強度の確保と接続部２ｄを通過する漏れ磁束の低減を両立できるため、高トルク化、低振動低騒音化の効果が得られる。

コアバック２ａの厚みt2とフレーム４の厚みt3についても、コアバック２ａがフレーム４に対して薄すぎると、焼き嵌めなどによる固定が適切に行われない。また、コアバック２ａに対ししてフレーム４が薄すぎると、温度変化等でフレーム４が割れて、固定子１が回転してしまう場合がある。そこで、1.00≦t2/t3≦1.75とした。この構成により、フレーム４への固定が適切に行われるとともに、フレーム４が割れて固定子１が回転してしまうのを防ぐことができる。

つぎに、本発明による永久磁石式モータと、コアバックの内周面が直線状であり、接続部のない固定子鉄心を用いた比較例の永久磁石式モータとを作製し、永久磁石式モータの回転速度とモータトルクとの関係を測定した結果を図１４に示す。横軸は回転速度を表し、縦軸はモータトルクである。破線で示す曲線が比較例であり、実線で示す曲線が本発明である。すなわち、（回転速度，トルク）＝（０，Ｔ０）の点と点Ｐ１と点（Ｎ１１，０）を結ぶ破線が比較例の特性で有り、（回転速度、トルク）＝（０，Ｔ０）の点と点Ｐ２と点（Ｎ２１，０）を結ぶ実線が本発明の特性を示す。本発明と比較例は同じ定格トルクの永久磁石式モータを設計した場合を比較している。

図１４の結果から、比較例では、回転速度がＮ１０の点（点Ｐ１）で屈曲している。これは、ＥＣＵ部やモータ抵抗による電圧降下と電機子反作用によって永久磁石式モータに印加できる電圧が限界に達し、モータトルクが低下する現象を示している。一方、本発明の特性では、スロット断面積を拡大することで電機子巻線３の抵抗を小さくできるため、電機子巻線抵抗による電圧降下が大幅に低減できる。そのため、比較例と比較して、回転速度がＮ２０の点まで向上するため、モータ出力が向上する。したがって、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００を搭載した電動パワーステアリング装置においては、高出力化により、比較例に比べて、大型の車両にも適用できる燃費改善効果が得られるという効果がある。

点（Ｎ１１，０）と点（Ｎ２１，０）はモータトルクがゼロのときの最大の回転速度を示しているが、本発明では、隣り合うティース２ｂの先端同士が接続部２ｄにより接続されているので、ｄ軸インダクタンスが増加することで、弱め磁束制御の効果を発揮しやすい磁気回路構造となっている。そのため、比較例と比較して、回転速度を向上することができるという効果が得られる。回転速度を向上できるということは、高速回転時のモータトルクを向上することでもある。そこで、電動パワーステアリング装置に駆動装置一体型永久磁石式モータ１００を搭載すれば、運転者が速い操舵を行っても永久磁石式モータ１１０がモータトルクを適切に発生し、適切なアシストが実現できるという効果がある。

この実施の形態１による駆動装置一体型永久磁石式モータ１００は、電機子巻線３、固定子鉄心２および固定子鉄心２の外周部に設けられたフレーム４を有する固定子１と、回転子鉄心２１および永久磁石２２を有する回転子２０とを有する永久磁石式モータ１１０と、電機子巻線３に電流を供給するスイッチング素子３３およびスイッチング素子３３が実装されたヒートシンク３９を有するＥＣＵ部１２０と、を備え、ヒートシンク３９をフレーム４に嵌合させて、永久磁石式モータ１１０とＥＣＵ部１２０とが同軸上に並んで一体に構成されている。

そして、永久磁石式モータ１１０の極数とスロット数の最大公約数が２であり、電機子巻線３は固定子鉄心２のティース２ｂに集中巻に巻き回されたコイル３ａにより構成されているので、空間２次のモードの電磁加振力が永久磁石式モータ１１０に発生する。電磁加振力の大きさが同じでも、空間２次のモードでは、空間３次以上のモードに比べて、コアバック２ａやフレーム４が大きく変形する。
この実施の形態１では、隣り合うティース２ｂの先端部同士が接続部２ｄにより接続されているので、図９に示されるように、空間２次モードの電磁加振力による振動騒音を低減することができる。また、電機子巻線３が集中巻のコイル３ａにより構成されているので、コイルエンドが小さく、電機子巻線抵抗が小さくなり、小型高出力化が可能となる。

固定子鉄心２およびフレーム４が、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成されている。ただし、r2はコアバック２ａの内半径、r3はコアバック２ａの外半径、r4はフレーム４の外半径である。この構成により、図１０に示されるように、コアバック２ａおよびフレーム４の厚みが十分に厚い場合に比べて、単位トルクあたりの加速度が３０％増以下に抑制でき、低振動・低騒音が図られる。さらに、図１１に示されるように、コアバック２ａおよびフレーム４の厚みが十分に厚い場合のモータ出力の９０％以上のモータ出力が得られる。つまり、固定子鉄心２およびフレーム４が、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成されているので、振動・騒音が大きくならないような剛性を確保しつつ、スロット断面積を拡大でき、小型高出力と低振動・低騒音の両立が実現できる。

このように、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００は、小型高出力と低振動・低騒音を両立できる永久磁石式モータ１１０を組み込んでいるので、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００を搭載した電動パワーステアリング装置５００は、車両における電動パワーステアリング装置５００のレイアウト性を向上させることができるとともに、燃費および運転者の快適性を向上させることができる。さらに、電動パワーステアリング装置５００がラック式の場合、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００をラック軸と平行に配設することから、小型化のメリットが大きい。

また、回転子鉄心２１に永久磁石２２が埋め込まれたＩＰＭ構造であるので、回転子鉄心２１の表面に永久磁石２２を配設した表面磁石型に比べて電磁加振力が大きくなり振動騒音が大きくなる。しかし、電機子巻線３の結線の構成を図２、図３、図４のようにすることで、空間次数２次の電磁加振力を小さくすることができ、低振動・低騒音となる。すなわち、ＩＰＭ構造においても、高トルク化と低振動・低騒音化の両立が可能となる。

このように構成された駆動装置一体型永久磁石式モータ１００は、小型・高出力と低振動・低騒音を両立できる永久磁石式モータ１１０を組み込んでいるので、シャフト１０をラック軸の移動方向と平行となるように電動パワーステアリング装置に搭載すれば、電動パワーステアリング装置の車両への搭載性と燃費の向上が図られるとともに、運転者の快適性の向上が図られる。

なお、上記実施の形態１では、フレーム４の径方向厚みが均一の場合について説明したが、フレームの径方向厚みは周方向に均一である必要はない。例えば、図１５に示されるように、突出部４ａが、それぞれ、フレーム４Ａから径方向外方に突出して周方向に等角ピッチで４つ配設されてもよい。また、図１６に示されるように、ねじ部４ｂが、それぞれ、フレーム４Ｂから径方向外方に突出して周方向に等角ピッチで４つ配設されてもよい。これらの場合、突出部４ａおよびねじ部４ｂの部位では、フレーム４Ａ，４Ｂの径方向厚みが若干増加するが、空間２次のモードの電磁加振力に対する剛性は、フレーム４Ａ，４Ｂの厚みt3でほぼ決まっているので、固定子鉄心２およびフレーム４Ａ，４Ｂが、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成されていれば、小型高出力と低振動・低騒音の両立が実現できる。

また、上記実施の形態１では、極数とスロット数の最大公約数が２の永久磁石式モータ１１０を用いて、小型高出力と低振動・低騒音を両立している。極数とスロット数の最大公約数が２の永久磁石式モータ１１０は、空間３次以上のモードの電磁加振力に比べて、コアバック２ａやフレーム４を大きく変形させる空間２次のモードの電磁加振力を発生させる。そこで、本発明は、極数とスロット数の最大公約数が２と異なる永久磁石式モータを用いても、同様の効果が得られることは、言うまでもないことである。

実施の形態２．
実施の形態２では、上記実施の形態１における固定子鉄心２の実例を説明する。
図１７はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける固定子を示す端面図、図１８はこの発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける固定子鉄心を構成する外側鉄心を示す端面図、図１９はこの発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける固定子鉄心を構成する内側鉄心を示す端面図、図２０はこの発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける内側鉄心にコイルを装着する方法を説明する図、図２１はこの発明に実施の形態２に係る永久磁石式モータにおける内側鉄心にコイルを装着した状態を示す端面図である。なお、図１７では、便宜上、フレームを省略している。また、図１７では、便宜上、コイルを断面で示している。又、図２０および図２１では、便宜上、コイル体を断面で示している。

図１７から図１９において、固定子鉄心２は、コアバック２ａを形成する円環状の外側鉄心２０１と、ティース２ｂと接続部２ｄを形成する内側鉄心２０２と、に分割構成されている。嵌合凹部２０３ａが、それぞれ、外側鉄心２０１の内周面を径方向外側に窪ませて、周方向に等角ピッチで１８個形成されている。嵌合凸部２０３ｂが、それぞれのティース２ｂの外周端面を径方向外方に突出させて形成されている。固定子鉄心２００は、嵌合凹部２０３ａと嵌合凸部２０３ｂとを嵌合させて、外側鉄心２０１と内側鉄心２０２とを連結して構成される。そして、コイル３ａが、インシュレータ（図示せず）を介してティース２ｂのそれぞれに巻き回されている。外側鉄心２０１と内側鉄心２０２は、電磁鋼板を積層して作製してもよいし、粉体鉄心で作製してもよい。

このように構成される固定子１を組み立てるには、まず、インシュレータ１６を用意する。インシュレータ１６は、例えば、絶縁性樹脂のモールド成形体であり、ティース２ｂの外形形状に略等しい内形形状を有する筒状の巻胴部１６ａと、巻胴部１６ａの軸方向両端部から径方向外方に突出する一対のフランジ部１６ｂと、を備える。そして、コイル３ａをインシュレータ１６の巻胴部１６ａに巻き回して、コイル体１５を作製する。ついで、図２０に示されるように、ティース２ｂがインシュレータ１６の巻胴部１６ａに挿入されるように、コイル体１５を径方向外側からティース２ｂに装着する。そして、図２１に示されるように、コイル体１５がすべてのティース２ｂに外嵌状態に装着される。ついで、嵌合凹部２０３ａと嵌合凸部２０３ｂとを嵌合させて、外側鉄心２０１とコイル３ａが装着された内側鉄心２０２とを連結する。ついで、コイル対１５が装着され、かつ外側鉄心２０１と内側鉄心２０２が連結された固定子鉄心２を、フレーム（図示せず）に圧入、焼き嵌めなどにより固定し、固定子１が組み立てられる。

実施の形態２によれば、外側鉄心２０１に形成された嵌合凹部２０３ａと内側鉄心２０２に形成された嵌合凸部２０３ｂとを嵌合させて、固定子鉄心２を組み立てている。そこで、外側鉄心２０１に対する内側鉄心２０２の位置決めが容易となり、組み立て性が向上される。さらに、嵌合凹部２０３ａと嵌合凸部２０３ｂとの嵌合部が内側鉄心２０２の回り止めとして機能し、内側鉄心２０２の周方向の移動が規制される。

コイル３ａをインシュレータ１６の巻胴部１６ａに巻き回して作製されたコイル体１５、すなわち、インシュレータ１６と、インシュレータ１６に巻かれたコイル３ａとを備えたコイル体１５を、内側鉄心２０２のティース２ｂに装着している。このように、コイル３ａをティース２ｂに装着するに先だって、インシュレータ１６に巻き回しているので、コイル３ａを直接ティース２ｂに巻き回すよりも、コイル３ａの占積率を向上させることができる。また、コイル３ａを緊密な状態に巻き回すことができるので、コイル３ａを構成する導体線同士の密着度が上げり、放熱性を向上することができる。したがって、実施の形態２による固定子１を用いた永久磁石式モータを組み込んだ本駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、電動パワーステアリング装置の連続操舵の回数を増やし、アシストを継続できる時間を長くすることができるという効果が得られる。

なお、上記実施の形態２では、コイル体１５が全てのティース２ｂに装着されているが、本発明はその構成に限定されず、例えば、１つおきのティース２ｂにコイル体１５が装着された場合でも同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図２２はこの発明の実施の形態３に係る永久磁石式モータにおける固定子鉄心の周方向の一部を切り出した状態を示す斜視図である。

図２２において、第１固定子鉄心部２０５は、円環状のコアバック部２０５ａと、それぞれ、コアバック部２０５ａの内周面から径方向内方に突出して周方向に等角ピッチで配設されるティース部２０５ｂと、周方向に隣り合うティース部２０５ｂの内周端同士を接続する接続部２０５ｄと、を備える。第２固定子鉄心部２０６は、円環状のコアバック部２０６ａと、それぞれ、コアバック部２０６ａの内周面から径方向内方に突出して周方向に等角ピッチで配設されるティース部２０６ｂと、を備え、接続部２０５ｄが省略されている点を除いて、第１固定子鉄心部２０５と同形状に形成されている。固定子鉄心２Ａは、第１固定子鉄心部２０５と第２固定子鉄心部２０６とを、軸方向に、第１固定子鉄心部２０５、第２固定子鉄心部２０６、第１固定子鉄心部２０５の順番で繰り返して積層、一体化して構成される。コアバック部２０５ａ，２０６ａが積層されて固定子鉄心２Ａのコアバックを構成し、ティース部２０５ｂ，２０６ｂが積層されて固定子鉄心２Ａのティースを構成している。

実施の形態３による永久磁石式モータでは、固定子鉄心２に替えて固定子鉄心２Ａを用いている。

固定子鉄心２Ａは、隣り合うティース部２０５ｂの内周端同士が接続部２０５ｄで接続された第１固定子鉄心部２０５と、隣り合うティース部２０６ｂの内周端同士が接続されていない第２固定子鉄心部２０６とが軸方向に交互に配列されている。そして、接続されていないティース部２０６ｂの内周端間が開口部となる。このように、隣り合うティースの内周端間において、接続部２０５ｄと開口部とが軸方向に交互に配列されているので、隣り合うティースの間に発生する漏れ磁束が低減される。隣り合うティースの間に発生する漏れ磁束が低減されるため、モータトルクが向上される。また、隣り合うティースの間に発生する漏れ磁束が低減されるため、ティースの磁束密度が下がり、磁気飽和に起因するトルクリップルが小さくなる。

ここで、接続部２ｄが軸方向に一様に分布する固定子鉄心２を用いた永久磁石式モータ（構造Ａ）と、接続部２０５ｄと開口部が軸方向に交互に配置されている固定子鉄心２Ａを用いた永久磁石式モータ（構造Ｂ）を作製し、両永久磁石式モータのトルクリップルを測定した結果を図２３に示す。なお、横軸は、永久磁石式モータの回転角度を電気角で示し、縦軸は、トルクリップルを平均トルクの割合の％値として示している。

図２３の結果から、構造Ａの永久磁石式モータでは、電気角６０度周期のトルクリップル０−ｐ値で４％程度あるのに対し、構造Ｂの永久磁石式モータでは、２％以下に低減されていることがわかった。これは、３相モータにおいて、固定子鉄心に磁気飽和が発生すると、電気角６０度周期のトルクリップルが発生するため、構造Ｂの永久磁石式モータでは、磁気飽和が緩和されたと考えられる。

ここで、実施の形態３による永久磁石式モータを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態４．
図２４はこの発明の実施の形態４に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。

図２４において、切り欠き部１２が、コアバック２ａの外周面に等角ピッチで３つ形成されている。切り欠き部１２のそれぞれは、ティース２ｂの周方向中心の径方向外方に位置し、軸方向の一端から他端に至るように形成されている。
なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された固定子鉄心２Ｂは、切り欠き部１２をコアバック２ａの外周面に形成することに起因する剛性の低下をもたらすが、接続部２ｄを有しているので、鉄心の剛性を確保することができる。そこで、固定子鉄心２Ｂを用いた永久磁石式モータ１１０Ａは、上記実施の形態１と同様に、小型高出力化と低振動低騒音化の両立が実現できる。

切り欠き部１２がコアバック２ａの外周面に形成されているので、固定子鉄心２Ｂをフレーム４に圧入や焼き嵌めする際に、切り欠き部１２により固定子鉄心２Ｂとフレーム４の間の位置決めが可能となり、生産性が向上される。固定子鉄心２Ｂとフレーム４の間の位置決めができない場合には、固定子の角度位置のばらつきが大きくなり、結果としてモータ電流の位相がばらつき、モータトルクのばらつきが大きくなってしまう。しかしながら、永久磁石式モータ１１０Ａでは、固定子鉄心２Ｂとフレーム４の間の位置決めができるので、永久磁石式モータ１１０Ａを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータの特性の品質を向上できる。

切り欠き部１２がコアバック２ａの外周面に周方向に３か所１２０度間隔で設けられているので、切り欠き部１２を設けたことの影響で、固定子鉄心２Ｂの磁束密度にアンバランスが生じる。磁束密度のアンバランスは空間３次で変化する成分をもつが、この永久磁石式モータ１１０Ａは１４極であり、極数が、切り欠き部１２の個数である３の整数倍と異なっている。この場合、磁束密度のアンバランスがトルクリップルにほとんど影響を及ぼさない。したがって、永久磁石式モータの極数に応じて切り欠き部１２の個数と間隔を選定することが必要となる。極数が偶数になることに注意すると、切り欠き部１２の数が３ｎ（ｎは１以上の整数）で等間隔の配置、かつ極数が３ｍ（ｍは２以上の偶数）とならない場合に、切り欠き部１２を設けることによるトルクリップルへの影響を小さくすることができる。

ここで、永久磁石式モータ１１０Ａを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態４では、切り欠き部１２が厳密に等間隔に配置されているが、切り欠き部１２の配置は厳密に等間隔とする必要はなく、不等間隔であってもほぼ等間隔、例えば数度〜１０度ほどずれた位置に配置されている場合であっても、トルクリップル低減効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態５．
図２５はこの発明の実施の形態５に係る永久磁石式モータにおける固定子を示す端面図である。なお、図２５では、便宜上、コイルを断面で示している。

図２５において、嵌合凹部１３ａが、それぞれ、フレーム４Ｃの内周面を軸方向の一端から他端に至るように窪ませて、フレーム４Ｃの内周面に、周方向に等角ピッチで３つ、すなわち１２０度間隔で形成されている。３つの嵌合凸部１３ｂが、それぞれ、コアバック２ａの外周面を軸方向の一端から他端に至るように突出させて、コアバック２ａの外周面に、周方向に１２０度間隔で形成されている。さらに、嵌合凸部１３ｂのそれぞれは、ティース２ｂの径方向外方に位置している。そして、固定子鉄心２Ｃが、嵌合凹部１３ａと嵌合凸部１３ｂを嵌合させて、圧入や焼き嵌めにより、フレーム４Ｃに固定されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された固定子１Ｃでは、フレーム４Ｃに形成された嵌合凹部１３ａと固定子鉄心２Ｃに形成された嵌合凸部１３ｂを嵌合させて、固定子鉄心２Ｃを圧入や焼き嵌めによりフレーム４Ｃに固定させて、構成されている。そこで、嵌合凹部１３ａと嵌合凸部１３ｂとの嵌合部が回り止めとして機能し、固定子鉄心２Ｃの周方向の移動が規制される。

また、フレーム４Ｃがアルミニウムやアルミニウム合金などで作製される場合には、電磁鋼板や粉体鉄心で作製される固定子鉄心２Ｃとフレーム４Ｃとの線膨張係数が異なるため、焼き嵌めや圧入によってフレーム４Ｃと固定子鉄心２Ｃを固定していても、高温時にフレーム４Ｃと固定子鉄心２Ｃの締結力が弱まってしまう。これにより、固定子鉄心２Ｃが周方向に変位し、固定子鉄心２Ｃの角度位置が設定位置からずれる事態が発生する。しかしながら、実施の形態５では、固定子鉄心２Ｃの周方向の移動が規制されるので、高温時にフレーム４Ｃと固定子鉄心２Ｃの締結力が弱まっても、固定子鉄心２Ｃの周方向の移動が阻止される。

実施の形態５においても、スロット数が１８で、コアバック２ａに嵌合凸部１３ｂが周方向に３か所１２０度間隔で設けられているので、コアバック２ａに嵌合凸部１３ｂを設けることに起因して、固定子鉄心２Ｃの磁束密度や応力分布にアンバランスが生じる。磁束密度と応力分布のアンバランスは空間３次で変化する成分をもつが、この永久磁石式モータは１４極であり、極数が、嵌合凸部１３ｂの個数である３の整数倍と異なっている。この場合、磁束密度のアンバランスがトルクリップルにほとんど影響を及ぼさない。したがって、永久磁石式モータの極数に応じて嵌合凸部の個数と間隔を選定することが必要となる。極数が偶数になることに注意すると、嵌合凸部１３ｂの数が３ｎ（ｎは１以上の整数）で等間隔の配置、かつ極数が３ｍ（ｍは２以上の偶数）とならない場合に、嵌合凸部１３ｂを設けることによるトルクリップルへの影響を小さくすることができる。

ここで、実施の形態５による固定子１Ｃを用いた永久磁石式モータを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態５では、嵌合凸部１３ｂが厳密に等間隔に配置されているが、嵌合凸部１３ｂの配置は厳密に等間隔とする必要はなく、不等間隔であってもほぼ等間隔、例えば数度〜１０度ほどずれた位置に配置されている場合であっても、トルクリップル低減効果が得られることは言うまでもない。
また、上記実施の形態５では、嵌合凹部１３ａがフレーム４Ｃの内周面に形成され、嵌合凸部１３ｂがコアバック２ａの外周面に形成されているが、嵌合凸部１３ｂをフレーム４Ｃの内周面に形成し、嵌合凹部１３ａをコアバック２ａの外周面に形成してもよい。

実施の形態６．
図２６はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石式モータにおける固定子を示す端面図、図２７はこの発明の実施の形態６に係る永久磁石式モータにおける固定子の押圧部周りを示す要部端面図である。なお、図２６および図２７では、便宜上、コイルを断面で示している。

図２６および図２７において、塑性変形部としての押圧部１４が、１２０度離れたティース２ｂの外周側のコアバック２ａの部分に、それぞれ２か所ずつ形成されている。押圧部１４は、例えば、固定子鉄心２をフレーム４に圧入や焼き嵌めにより固定した後、軸方向外方から楔形の押圧部材をコアバック２ａに押し付けて形成される。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態６による固定子１では、固定子鉄心２を圧入や焼き嵌めによりフレーム４に固定した後、コアバック２ａに軸方向外方から押圧部材を押し付けて押圧部１４を形成している。これにより、押圧部１４およびその周辺部が塑性変形し、コアバック２ａが外径側に変位するので、固定子鉄心２とフレーム４との締結力が高められる。したがって、高温時にフレーム４と固定子鉄心２の締結力が弱まっても、固定子鉄心２の周方向の移動が阻止される。

実施の形態６による永久磁石式モータにおいても、コアバック２ａに押圧部１４が周方向に３か所１２０度間隔で設けられているので、コアバック２ａに押圧部１４を設けることに起因して、固定子鉄心２Ｃの磁束密度や応力分布にアンバランスが生じる。磁束密度と応力分布のアンバランスは空間３次で変化する成分をもつが、この永久磁石式モータは１４極であり、極数が、押圧部１４の個数である３の整数倍と異なっている。この場合、磁束密度のアンバランスがトルクリップルにほとんど影響を及ぼさない。したがって、永久磁石式モータの極数に応じて押圧部１４の個数と間隔を選定することが必要となる。極数が偶数になることに注意すると、押圧部１４の数が３ｎ（ｎは１以上の整数）で等間隔の配置、かつ極数が３ｍ（ｍは２以上の偶数）とならない場合に、押圧部１４を設けることによるトルクリップルへの影響を小さくすることができる。

ここで、実施の形態６による永久磁石式モータを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態６では、押圧部１４が厳密に等間隔に配置されているが、押圧部１４の配置は厳密に等間隔とする必要はなく、不等間隔であってもほぼ等間隔、例えば数度〜１０度ほどずれた位置に配置されている場合であっても、トルクリップル低減効果が得られることは言うまでもない。

ここで、上記実施の形態１−６では、極数が１４、スロット数が１８の永久磁石式モータについて説明したが、本発明は、極数が１４、スロット数が１８の永久磁石式モータに限定されない。以下、極数とスロット数の異なる例について説明する。

実施の形態７．
図２８はこの発明の実施の形態７に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。

図２８において、永久磁石式モータ１１０Ｂは、固定子１Ｄと、回転子２０Ａと、を備える。

固定子１Ｄは、円環状のコアバック２ａ、それぞれ、コアバック２ａの内周面から径方向内方に突出して、周方向に等角ピッチで配列された１２個のティース２ｂ、および隣り合うティース２ｂの先端部間を連結する接続部２ｄを有する固定子鉄心２Ｄと、ティース２ｂのそれぞれに集中的に巻き回された１２個のコイル３ａからなる電機子巻線３Ａと、固定子鉄心２Ｄを内嵌状態に保持するフレーム４と、を備える。

なお、図２８では、便宜的に、電機子巻線３Ａと固定子鉄心２Ｄの間に配設されるインシュレータを省略している。また、便宜的に、ティース２ｂには、周方向の配列順に、符号Ｔ1〜Ｔ12を割り振っている。さらに、各ティース２ｂに集中的に巻き回されたコイル３ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相のコイルであるかがわかるように、便宜的に番号を付けて表している。Ｕ相は、Ｕ11，Ｕ12，Ｕ21，Ｕ22の４個のコイル３ａから構成され、Ｖ相は、Ｖ11，Ｖ12，Ｖ21，Ｖ22の４個のコイル３ａから構成され、Ｗ相は、Ｗ11，Ｗ12，Ｗ21，Ｗ22の４個のコイル３ａから構成されている。１２個のコイル３ａは、図２８に示されるように、ティースＴ1〜Ｔ12のそれぞれに対応して、Ｕ11，Ｕ12，Ｖ11，Ｖ12，Ｗ11，Ｗ12，Ｕ21，Ｕ22，Ｖ21，Ｖ22，Ｗ21，Ｗ22の順に並んでいる。

回転子２０Ａは、１０個の永久磁石２２が回転子鉄心２１の外周面に等角ピッチに配設されて構成された、表面磁石型の回転子である。

実施の形態７による永久磁石式モータ１１０Ｂにおいても、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製されたフレーム４を用いれば、上記実施の形態１における永久磁石式モータ１１０と同様の効果が得られる。例えば、永久磁石式モータ１１０Ｂの各部の寸法を、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成すれば、小型高出力と低振動低騒音の両立ができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｂの各部の寸法を、0.144≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成すれば、単位トルクあたりのフレーム振動の加速度をさらに小さくすることができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｂの各部の寸法を、0.124≦(t2+t3)/r4≦0.182を満足するように構成すれば、より高トルク化できる。また、永久磁石式モータ１１０Ｂの各部の寸法を、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足し、かつ2π・rout/(P・t2)≦5.20を満足するように構成すれば、高トルク化できる。さらに、永久磁石式モータ１１０Ｂの各部の寸法を、0.0211≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0874を満足するように構成すれば、モータ出力を大きくすることができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｂの各部の寸法を、0.025≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0675を満足するように構成すれば、モータ出力をより大きくすることができる。

この実施の形態７による永久磁石式モータ１１０Ｂは、極数が１０、スロット数が１２であるので、極数とスロット数の最大公約数が２であり、巻線係数が０．９３３と高く、さらに極数が小さいため、制御性が向上するという効果が得られる。さらに、スロット数が１２であり、実施の形態１における永久磁石式モータ１１０のスロット数に比べて小さいため、電機子巻線３Ａの製作性が向上するという効果が得られる。

ここで、実施の形態７による永久磁石式モータ１１０Ｂを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態７では、永久磁石が回転子鉄心の外周面に配設された回転子を用いているが、永久磁石が回転子鉄心の内部に配設された回転子を用いても、同様の効果が得られる。

実施の形態８．
図２９はこの発明の実施の形態８に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。なお、図２９では、便宜的に、電機子巻線３Ａと固定子鉄心２Ｄの間に配設されるインシュレータを省略している。また、便宜的に、ティース２ｂには、周方向の配列順に、符号Ｔ1〜Ｔ12を割り振っている。さらに、各ティース２ｂに集中的に巻き回されたコイル３ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相のコイルであるかがわかるように、便宜的に番号を付けて表している。

図２９において、永久磁石式モータ１１０Ｃは、固定子１Ｄと、回転子２０と、を備える。なお、固定子１Ｄの構成については、実施の形態７で説明し、回転子２０の構成については、実施の形態１で説明しているので、ここでは、その説明を省略する。

実施の形態８による永久磁石式モータ１１０Ｃにおいても、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製されたフレーム４を用いれば、上記実施の形態１における永久磁石式モータ１１０と同様の効果が得られる。例えば、永久磁石式モータ１１０Ｃの各部の寸法を、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成すれば、小型高出力と低振動低騒音の両立ができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｃの各部の寸法を、0.144≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成すれば、単位トルクあたりのフレーム振動の加速度をさらに小さくすることができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｃの各部の寸法を、0.124≦(t2+t3)/r4≦0.182を満足するように構成すれば、より高トルク化できる。また、永久磁石式モータ１１０Ｃの各部の寸法を、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足し、かつ2π・rout/(P・t2)≦5.20を満足するように構成すれば、高トルク化できる。さらに、永久磁石式モータ１１０Ｃの各部の寸法を、0.0211≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0874を満足するように構成すれば、モータ出力を大きくすることができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｃの各部の寸法を、0.025≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0675を満足するように構成すれば、モータ出力をより大きくすることができる。

この実施の形態８による永久磁石式モータ１１０Ｃは、極数が１４、スロット数が１２であるので、極数とスロット数の最大公約数が２であり、巻線係数が０．９３３と高く、さらに、スロット数が１２であり、実施の形態１における永久磁石式モータ１１０のスロット数に比べて小さいため、電機子巻線３Ａの製作性が向上するという効果が得られる。

ここで、実施の形態８による永久磁石式モータ１１０Ｃを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態８では、永久磁石が回転子鉄心の内部に配設された回転子を用いているが、永久磁石が回転子鉄心の外周面に配設された回転子を用いても、同様の効果が得られる。

実施の形態９．
図３０はこの発明の実施の形態９に係る永久磁石式モータを示す横断面図である。

図３０において、永久磁石式モータ１１０Ｄは、固定子１Ｅと、回転子２０Ｂと、を備える。

固定子１Ｅは、円環状のコアバック２ａ、それぞれ、コアバック２ａの内周面から径方向内方に突出して、周方向に等角ピッチで配列された１８個のティース２ｂ、および隣り合うティース２ｂの先端部間を連結する接続部２ｄを有する固定子鉄心２と、ティース２ｂのそれぞれに集中的に巻き回された１８個のコイル３ａからなる電機子巻線３Ｂと、固定子鉄心２を内嵌状態に保持するフレーム４と、を備える。

なお、図３０では、便宜的に、電機子巻線３Ｂと固定子鉄心２の間に配設されるインシュレータを省略している。また、便宜的に、ティース２ｂには、周方向の配列順に、符号Ｔ1〜Ｔ18を割り振っている。さらに、各ティース２ｂに集中的に巻き回されたコイル３ａには、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相のコイルであるかがわかるように、便宜的に番号を付けて表している。Ｕ相は、Ｕ11，Ｕ12，Ｕ13，Ｕ21，Ｕ22，Ｕ23の６個のコイル３ａから構成され、Ｖ相は、Ｖ11，Ｖ12，Ｖ13，Ｖ21，Ｖ22，Ｖ23の６個のコイル３ａから構成され、Ｗ相は、Ｗ11，Ｗ12，Ｗ13，Ｗ21，Ｗ22，Ｗ23の６個のコイル３ａから構成されている。１２個のコイル３ａは、図２８に示されるように、ティースＴ1〜Ｔ18のそれぞれに対応して、Ｕ11，Ｗ11，Ｗ12，Ｖ11，Ｕ12，Ｕ13，Ｗ13，Ｖ12，Ｖ13，Ｕ21，Ｗ21，Ｗ22，Ｖ21，Ｕ22，Ｕ23，Ｗ23，Ｖ22，Ｖ23の順に並んでいる。

このように、固定子１Ｅは、電機子巻線３Ｂを構成するコイル３ａの周方向の並び順が異なる点を除いて、実施の形態１における固定子１と同様に構成されている。

回転子２０Ｂは、２２個の永久磁石２２が回転子鉄心２の外周面に周方向に等角ピッチで配設されて構成された、表面磁石型の回転子である。

実施の形態９による永久磁石式モータ１１０Ｄにおいても、アルミニウムやＡＤＣ１２などのアルミニウム合金で作製されたフレーム４を用いれば、上記実施の形態１における永久磁石式モータ１１０と同様の効果が得られる。例えば、永久磁石式モータ１１０Ｄの各部の寸法を、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成すれば、小型高出力と低振動低騒音の両立ができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｄの各部の寸法を、0.144≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足するように構成すれば、単位トルクあたりのフレーム振動の加速度をさらに小さくすることができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｄの各部の寸法を、0.124≦(t2+t3)/r4≦0.182を満足するように構成すれば、より高トルク化できる。また、永久磁石式モータ１１０Ｄの各部の寸法を、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202を満足し、かつ2π・rout/(P・t2)≦5.20を満足するように構成すれば、高トルク化できる。さらに、永久磁石式モータ１１０Ｄの各部の寸法を、0.0211≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0874を満足するように構成すれば、モータ出力を大きくすることができる。また、永久磁石式モータ１１０Ｄの各部の寸法を、0.025≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0675を満足するように構成すれば、モータ出力をより大きくすることができる。

この実施の形態９による永久磁石式モータ１１０Ｄは、極数が２２、スロット数が１８であるので、極数とスロット数の最大公約数が２となり、空間２次のモードの電磁加振力が発生する。しかし、１８個のコイル３ａを図３０に示されるように配置することにより、空間２次のモードの電磁加振力を、実施の形態１における永久磁石式モータ１１０と同等に小さくすることができ、低振動・低騒音が実現される。

ここで、実施の形態９による永久磁石式モータ１１０Ｄを組み込んだ駆動装置一体型永久磁石式モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態９では、永久磁石が回転子鉄心の外周面に配設された回転子を用いているが、永久磁石が回転子鉄心の内部に配設された回転子を用いても、同様の効果が得られる。

実施の形態１０．
図３１はこの発明の実施の形態１０に係る駆動装置一体型永久磁石式モータの回路図である。なお、図３１では、便宜上、永久磁石式モータ１１０は電機子巻線のみを図示し、ＥＣＵ部１２０Ａはインバータのパワー回路部のみを示している。

図３０において、永久磁石式モータ１１０は、極数が１４、スロット数が１８のモータである。永久磁石式モータ１１０の電機子巻線３は、第１のＵ相巻線Ｕ1、第１のＶ相巻線Ｖ1、および第１のＷ相巻線Ｗ1をΔ結線して構成される第１電機子巻線３０１と、第２のＵ相巻線Ｕ2、第２のＶ相巻線Ｖ2、および第２のＷ相巻線Ｗ2をΔ結線して構成される第２電機子巻線３０２と、から構成される。

ＥＣＵ部１２０Ａは第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２から構成されており、第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２のそれぞれから、第１および第２電機子巻線３０１，３０２に３相の電流を供給する。

ＥＣＵ部１２０Ａには、バッテリなどの直流電源４０から直流電力が供給されており，ノイズ除去用のコイル４１を介して、第１および第２電源リレー４２−１，４２−２が接続されている。図３１では、直流電源４０がＥＣＵ部１２０Ａの内部にあるかのように描かれているが、実際はバッテリ等の外部の直流電源４０から電源コネクタを介して、電力が供給される。第１および第２電源リレー４２−１，４２−２は、それぞれ、２個のＭＯＳ−ＦＥＴで構成され、故障時などに第１および第２電源リレー４２−１，４２−２を開放して、過大な電流が流れないように動作する。なお、図３１では，直流電源４０、コイル４１、第２および第２電源リレー４２−１，４２−２の順に接続されているが、第１および第２電源リレー４２−１，４２−２は、コイル４１よりも直流電源４０に近い位置に設けられてもよい。第１および第２コンデンサ３４−１，３４−２は平滑コンデンサである。また、第１および第２コンデンサ３４−１，３４−２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。

第１インバータ回路５０−１は、６個のスイッチング素子３３−１〜３３−６を用いたブリッジで構成されている。つまり、第１インバータ回路５０−１は、それぞれ、直列に接続されたスイッチング素子３３−１，３３−２の組、スイッチング素子３３−３，３３−４の組、およびスイッチング素子３３−５，３３−６の組を並列に接続して構成されている。さらにシャント抵抗４４−１，４４−２，４４−３が、直列に接続されたスイッチング素子３３−１，３３−２の組、スイッチング素子３３−３，３３−４の組、およびスイッチング素子３３−５，３３−６の組のＧＮＤ（グランド）側にそれぞれ接続されている。これらシャント抵抗４４−１，４４−２，４４−３は電流値の検出に用いられる。

第２インバータ回路５０−２は、６個のスイッチング素子３３−７〜３３−１２を用いたブリッジで構成されている。つまり、第２インバータ回路５０−２は、それぞれ、直列に接続されたスイッチング素子３３−７，３３−８の組、スイッチング素子３３−９，３３−１０の組、およびスイッチング素子３３−１１，３３−１２の組を並列に接続して構成されている。さらにシャント抵抗４４−４，４４−５，４４−６が、直列に接続されたスイッチング素子３３−７，３３−８の組、スイッチング素子３３−９，３３−１０の組、およびスイッチング素子３３−１１，３３−１２の組のＧＮＤ（グランド）側にそれぞれ接続されている。これらシャント抵抗４４−４，４４−５，４４−６は電流値の検出に用いられる。

ここで、第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２のそれぞれに、３個の第１および第２シャント抵抗４４−１〜４４−６を用いているが、それぞれ、１個のシャント抵抗を用いても、電流値を検出できるので、シャント抵抗の個数は３個に限定されない。

電機子巻線３への電流の供給は、スイッチング素子３３−１，３３−２の間からバスバーなどを通じて第１電機子巻線３０１のＵ1相とＶ1相の結線部に、スイッチング素子３３−３，３３−４の間からバスバーなどを通じて第１電機子巻線３０１のＶ1相とＷ1相の結線部に、スイッチング素子３３−５，３３−６の接続点からバスバーなどを通じて第１電機子巻線３０１のＷ1相とＵ1相の結線部に供給され、スイッチング素子３３−７，３３−８の間からバスバーなどを通じて第２電機子巻線３０２のＵ2相とＶ2相の結線部に、スイッチング素子３３−９，３３−１０の間からバスバーなどを通じて第２電機子巻線３０２のＶ2相とＷ2相の結線部に、スイッチング素子３３−１１，３３−１２の接続点からバスバーなどを通じて第２電機子巻線３０２のＷ2相とＵ2相の結線部に供給される。

第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２は、永久磁石式モータ１１０に備えられた回転角度センサ（図示しない）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１２個のスイッチング素子３３−１〜３３−１２に信号を送ることでスイッチングし、第１および第２電機子巻線３０１，３０２に所望の３相電流を供給する。なお、回転角度センサは、レゾルバやＧＭＲセンサやＭＲセンサなどが用いられる。

このように構成された駆動装置一体型永久磁石式モータ１００Ａでは、第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２を用いて第１および第２電機子巻線３０１，３０２を駆動している。そこで、第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２が供給する電流位相を変化させることで、トルクリップルを大幅に低減することができる。また、第１および第２インバータ回路５０−１，５０−２の電流位相を電気角３０度ずらすことで、電気角６０度周期のトルクリップルを相殺できる。したがって、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００Ａは、トルクリップルを大幅に低減できるという効果が得られる。

電動パワーステアリング装置５００では、トルクリップルは振動・騒音の原因となるほか、運転者がトルクリップルを感じて操舵感覚が悪化することがあるので、駆動装置一体型永久磁石式モータ１００Ａを搭載することで、振動騒音が小さく，良好な操舵感覚を得ることができるという効果が得られる。

なお、上記実施の形態１０では、実施の形態１における永久磁石式モータ１１０を用いて説明しているが、他の実施の形態における永久磁石式モータを用いてもよいことは言うまでもないことである。

この発明は、例えば、車両用の電動パワーステアリング装置などに用いられる永久磁石式モータ、駆動装置一体型永久磁石式モータおよび永久磁石式モータの製造方法に関し、特に、剛性の低下を抑えて、スロット断面積を拡大できる固定子構造に関するものである。

本発明では、上記のような課題を解決するためになされたものであり、小型・高出力化と低振動・低騒音化を両立できる永久磁石式モータ、駆動装置一体型永久磁石式モータおよび永久磁石式モータの製造方法を得ることを目的としている。

この発明による永久磁石式モータは、ティースがそれぞれ環状のコアバックから径方向内方に突出して周方向に配列された固定子鉄心、上記固定子鉄心に装着された電機子巻線、および上記固定子鉄心を内嵌状態に保持するフレームを有する固定子と、回転子鉄心および永久磁石を有する回転子と、を備えている。上記電機子巻線は、それぞれ、上記ティースに集中的に巻き回された複数のコイルにより構成され、隣り合う上記ティースの内周端同士が接続部により接続され、上記フレームがアルミニウム又はアルミニウム合金で作製されている。そして、上記コアバックの厚みをt2、上記フレームの厚みをt3、上記フレームの外半径をr4としたときに、0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202、かつ1.00≦t2/t3≦1.75を満足している。

Claims (19)

1. ティースがそれぞれ環状のコアバックから径方向内方に突出して周方向に配列された固定子鉄心、上記固定子鉄心に装着された電機子巻線、および上記固定子鉄心を内嵌状態に保持するフレームを有する固定子と、
   回転子鉄心および永久磁石を有する回転子と、を有し、
   上記電機子巻線は、それぞれ、上記ティースに集中的に巻き回された複数のコイルにより構成され、
   隣り合う上記ティースの内周端同士が接続部により接続されており、
   上記コアバックの厚みをt2、上記フレームの厚みをt3、上記フレームの外半径をr4としたときに、
   0.122≦(t2+t3)/r4≦0.202
   を満足している永久磁石式モータ。
2. 0.144≦(t2+t3)/r4≦0.202
   を満足している請求項１記載の永久磁石式モータ。
3. 上記回転子の外半径をroutおよび上記回転子の極数をPとしたときに、
   2π・rout/(P・t2)≦5.20
   を満足している請求項１又は請求項２記載の永久磁石式モータ。
4. 上記回転子の外半径をroutおよび上記回転子の極数をPとしたときに、
   0.0211≦P・(t2+t3)・t2/(2π・rout・r4)≦0.0874
   を満足している請求項１又は請求項２記載の永久磁石式モータ。
5. 上記固定子鉄心が、板厚tcの鋼板を積層して構成されており、
   上記接続部の径方向の厚みをt0としたときに、
   0.5≦t0/tc≦2.0
   を満足している請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
6. t2とt3が、
   1.00≦t2/t3≦1.75
   を満足している請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
7. 上記固定子鉄心は、上記コアバックからなる外側鉄心と上記ティースおよび上記接続部からなる内側鉄心とに分割されて構成されている請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
8. 上記ティースに装着されたコイル体を備え、
   上記コイル体は、上記ティースに外嵌状態に装着された筒状のインシュレータに上記コイルを巻き回して構成されている請求項７記載の永久磁石式モータ。
9. 上記コアバックは、上記固定子鉄心の軸心と直交する平面において、外周が上記軸心を中心とする円に、内周が上記軸心を中心とする円弧に形成されている請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
10. 切り欠き部が、それぞれ、上記コアバックの外周面の、上記ティースの周方向中心の部分に設けられて、周方向に３ｎ箇所（ｎは１以上の整数）等間隔に配置され、
    上記回転子の極数Pが３ｍ（ｍは２以上の整数）と異なっている請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
11. 上記接続部が軸方向に部分的に設けられている請求項１から請求項１０にいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
12. 嵌合凹部が上記フレームの内周面および上記コアバックの外周面の一方に形成され、
    嵌合凸部が上記フレームの内周面および上記コアバックの外周面の他方に形成され、
    上記嵌合凹部と上記嵌合凸部とを嵌合させて、上記固定子鉄心が上記フランジに保持されている請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
13. 上記コアバックの軸方向端面に軸方向外方からの押圧により形成された塑性変形部が,周方向に１つ以上配置されている請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
14. 上記回転子の極数が１４、スロット数が１８である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
15. 上記回転子の極数が１０、スロット数が１２である請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
16. 上記フレームがアルミニウム又はアルミニウム合金で作製されている請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の永久磁石式モータ。
17. 請求項１６に記載の上記永久磁石式モータと、
    上記電機子巻線に電流を供給するスイッチング素子、および上記スイッチング素子が配置されたヒートシンクを有し、上記永久磁石式モータと同軸上に配置され、上記ヒートシンクを上記フレームに嵌合させて上記永久磁石式モータと一体に構成されるＥＣＵ部と、
    を備える駆動装置一体型永久磁石式モータ。
18. 上記電機子巻線は、上記複数のコイルの一部を交流結線してなる第１電機子巻線と、上記複数のコイルの残部を交流結線してなる第２電機子巻線と、から構成され、
    上記ＥＣＵ部は、それぞれ、上記スイッチング素子により構成され、上記第１電機子巻線を駆動する第１インバータ回路と、上記第２電機子巻線を駆動する第２インバータ回路と、を備えている請求項１７記載の駆動装置一体型永久磁石式モータ。
19. 上記永久磁石式モータの軸方向が電動パワーステアリング装置のラック軸の移動方向と平行となるように上記電動パワーステアリング装置に搭載される請求項１７又は請求項１８に記載の駆動装置一体型永久磁石式モータ。

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