JPWO2017195264A1 - 永久磁石型モータ - Google Patents

Abstract

複数の永久磁石対は、ロータコアの径方向の外側で対向する間隔が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永久磁石により構成され、界磁極は、隣接する前記永久磁石対の間に存在する前記ロータコアの一部により構成されている。

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内蔵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の内部に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、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１には、多重化された電機子巻線が界磁極と電機子との間のエアギャップで磁路を共用するようにした多重多相電機子巻線を備えたＳＰＭモータとしての永久磁石型モータが開示されている。この特許文献１に開示された永久磁石型モータは、多重化された電機子巻線が磁路を共用して磁気的に結合している。特許文献１に開示された従来の永久磁石型モータは、多重化された電機子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。

特許文献１に開示された従来の永久磁石型モータは、多重化された電機子巻線のうちの一部の電機子巻線に通電することによって発生する磁束が他の電機子巻線に鎖交するため、大きな相互インダクタンスにより他の電機子巻線に干渉電圧が発生しやすくなる。このように干渉電圧が多重化された電機子巻線同士に夫々発生するので、前述の干渉電圧が永久磁石型モータのベクトル制御を行う電流制御系に対して外乱として作用する。外乱をフィードバック系で抑制するモータ電流制御系では、応答周波数が高速になればなるほど、電流微分値に比例する干渉電圧が大きくなり、目標値に対して電流が収束にくくなる。そのため、モータの電流脈動を打ち消すためのフィードバック応答周波数を高速にできないので、電流脈動によるトルクリップルが低減できずにモータの振動や騒音が大きくなる課題があった。

特許文献２には、多重化された電機子巻線が界磁極と電機子との間のエアギャップで磁路を共用しないように構成された多重多相電機子巻線を備えたＳＰＭモータとしての永久磁石型モータが開示されている。特許文献２に開示された従来の永久磁石型モータは、多重化された電機子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、多重化された電機子巻線に発生する干渉電圧の発生を抑制することができると共に、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。

特許文献２に開示された従来の永久磁石型モータは、多重化された電機子巻線同士の相互インダクタンスが小さくなるが、その一方で、例えば多重化された電機子巻線に電気角で３０度異なる位相で電流を通電した場合に、電気角で６次成分のトルクリップルを相殺することができないので、モータの振動や騒音が大きくなるという課題が存在する。

更に、特許文献３には、多重化された電機子巻線を備え、ロータコアの表面にスリットを設けることで、多重化された電機子巻線の相互インダクタンスを低減するようにした多重多相電機子巻線を備えたＩＰＭモータとしての永久磁石型モータが開示されている。特許文献３に開示された従来の永久磁石型モータは、多重化された電機子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、多重化された電機子巻線に発生する干渉電圧の発生を抑制することができると共に、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。

特許文献３に開示された従来の永久磁石型モータは、ロータコアの表面にスリットが設けられているので、ロータコアの表面をロータコアの周方向に横切って結合する相互インダクタンスがスリットによって低減できるので多重化された電機子巻線に発生する干渉電圧の発生を抑制することが可能であるが、その一方で、ロータコアに埋設する永久磁石の量を増加させてロータの起磁力を増加させるようにした構成の永久磁石型モータでは、ロータコアの表面がスリットが存在する分だけ磁路が狭まくなることで磁気飽和しやすく、ロータの起磁力に高調波が重畳されることによるトルクリップルが発生し、モータの振動や騒音が大きくなるという課題が存在する。

特開２０１２−１５７２３６号公報 特許第５０２１２４７号公報 国際公開ＷＯ２０１４／１３６２５８Ａ１号公報

多重多相電機子巻線を備えた従来の永久磁石型モータは、前述のように、多重化された電機子巻線間の相互インダクタンスにより多重電機子巻線同士に干渉電圧が発生するので、前述の干渉電圧が永久磁石型モータのベクトル制御を行う電流制御系に対して外乱として作用し、外乱をフィードバック系で抑制するモータ電流制御系では、応答周波数が高速になればなるほど、電流微分値に比例する干渉電圧が大きくなり、目標値に対して電流が収束にくくなり、そのため、モータの電流脈動を打ち消すためのフィードバック応答周波数を高速にできないので、電流脈動によるトルクリップルが低減できずにモータの振動や騒音が大きくなる課題があった。

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、多重化された電機子巻線間の相互インダクタンスを低減し、干渉電圧を抑制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、
複数のティースと複数のスロットを備えたステータコアと、前記ティースに巻回され前記スロットに収納された複数の多相巻線を備えた電機子巻線とを備えたステータと、
前記ステータコアに対して所定のエアギャップを介して対抗するロータコアと、前記ロータコアに埋設された複数の永久磁石と、複数の界磁極とを備えたロータと、
を備えた永久磁石型モータであって、
前記複数の永久磁石により、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が構成され、
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永久磁石により構成され、
前記界磁極は、隣接する前記永久磁石対の間に存在する前記ロータコアの一部により構成されている、
ことを特徴とする。

この発明による永久磁石型モータによれば、複数の永久磁石により、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が構成され、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永久磁石により構成され、前記界磁極は、隣接する前記永久磁石対の間に存在する前記ロータコアの一部により構成されているので、高出力かつ振動や騒音の小さな電動パワーステアリング用の多重多相巻線永久磁石モータを提供することができる。

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の電機子巻線の等価回路を示す説明図である。 実施の形態１による永久磁石型モータのｑ軸の回路構成を説明するための説明図である。 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軸方向の断面図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石型モータの説明図である。 従来の永久磁石型モ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４１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巻線２４とを備えている。電機子巻線２４は、実質的に同一構成の２組の３相巻線組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。又、ロータコア２３ａは、同一構成の第１のロータコア２３ａ１と第２のロータコア２３ａ２とからなり、第１のロータコア２３ａ１と第２のロータコア２３ａ２は、軸方向に直列に結合され且つ軸心に対する角度位置をずらせて結合された構成、即ち、いわゆる２段スキューの構成を備えている。例えば、同一構成の第１のロータコア２３ａ１と第２のロータコア２３ａ２が、軸心に対する角度位置が機械角「３．７５」度ずらせて軸方向に結合された２段スキューの構成とした場合、トルクリップルの電気角１２次成分を小さくすることができ、トルクリップルの小さな永久磁石型モータを得ることができる。

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、電機子巻線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２４の軸方向の両端部に夫々固定され、電機子巻線２４の軸方向の端部を支持している。電機子巻線２４を構成する２組の３相の電機子巻線は、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相電機子巻線のうちの一方の３相電機子巻線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相電機子巻線のうちの他方の３相電機子巻線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ＵＰＵ４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を介して電機子巻線２４を構成する一方の３相電機子巻線に供給される。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を介して電機子巻線２４を構成する他方の３相電機子巻線に供給される。

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の電機子巻線２４へ３相電流を供給する。その際、電機子巻線２４を構成する一方の３相電機子巻線と他方の３相電機子巻線に於ける各相の巻線には夫々１２０度の位相差を有する相電流が供給され、更に、一方の３相電機子巻線と他方の３相電機子巻線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。

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である。図３に於いて、ステータ２２に装着された電機子巻線２４は、第１の電機子巻線と、第２の電機子巻線とにより構成されている。図示していないが、電機子巻線２４を構成する巻線導体２４ａとステータコア２２ａとの間には絶縁紙等が挿入されており、ステータコア２２ａと巻線導体２４ａとの間の電気的絶縁が確保されている。後述するように、ティース２２ｃは、全部で４８個形成されており、従ってスロット２２ｂも４８個となっている。１つのスロット２２ｂには電機子巻線の巻線導体２４ａが４本ずつ納められている。

第１の電機子巻線は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の３相巻線から構成され、第２の電機子巻線１２は、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の３相巻線から構成されている。電機子巻線２４の配置は、１番目のスロットから順にＵ１相、Ｕ２相、Ｗ１相、Ｗ２相、Ｖ１相、Ｖ２相となっており、７番目のスロット以降もＵ１相、Ｕ２相、Ｗ１相、Ｗ２相、Ｖ１相、Ｖ２相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、例えば１番目のスロットのＵ１相と７番目のスロットのＵ１相は、電流の向きが互いに逆になるように配置されている。即ち、１番目のスロットから７番目のスロットに巻かれた分布巻の構成となっており、電機子巻線は、計６個のティースを跨っている。これは電気角１８０度に相当し、短節巻係数が「１」となる。更に、第１の電機子巻線と第２の電機子巻線は、互いに電気角３０度異なる位相差で駆動されるので、分布巻係数が「１」となる結果、巻線係数は「１」となるため、小型高トルクのモータが得られ、巻線係数が小さいモータに比べて、永久磁石の使用量の少ない低コスト化が実現できるという効果がある。

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永久磁石（図示せず）が個々に挿入されている。この永久磁石は、断面が平板形状の例えばネオジウム希土類永久磁石により構成されている。

図３に示すこの発明の実施の形態１による永久磁石型モータは、１極の界磁極２３ｄにつき、Ｖ字状に対向する２つの永久磁石が設けられ、全体で１６個の永久磁石が配置された８極ＩＰＭモータとしての永久磁石型モータである。

図８に示す従来の永久磁石型モータは、永久磁石４１を、ロータ２２の周方向を長辺とし径方向を短辺としてロータコア２３ａに埋設し、各永久磁石４１の磁極を構成する端面部がステータ２２とロータ２３との間のエアギャップに対向するように配置されたＩＰＭモータとしての永久磁石型モータである。図８に示す従来の永久磁石型モータに対し、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータは、長辺を構成する両端面部がＮ極とＳ極となるように着磁された同一の永久磁石を用いた場合、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの界磁極２３ｄの体積が、図８に示す従来の永久磁石型モータの界磁極２３ｄの体積より大きくなるので、より高トルクのモータを得ることができる。

ロータコア２３ａは、軸心０に対して均一の半径を有する真円に形成されてはおらず、界磁極２３ｄの半径が最小であり、界磁極２３ｄの周方向の中央部の半径が最大となる、いわゆる花丸形状に構成されている。従って、隣接する界磁極２３ｄとの境界部の外周面とステータコア２２ａに於けるティース２２ｃの先端部との間のエアギャップであるｑ軸方向エアギャップｇｑは、界磁極２３ｄの周方向の中央部の外周面とステータコア２２ａに於けるティース２２ｃの先端部との間のエアギャップであるｄ軸方向エアギャップｇｄよりも大きくなる。このように、ロータコア２３ａの断面形状が真円ではなく花丸形状に構成されていることで、トルクリップルを低減することができ、トルクリップルの小さな永久磁石型モータを得ることができる。

又、前述のように、ロータコア２３ａは、同一構成のロータコアが、軸方向に直列に結合され且つ軸心に対する角度位置をずらせて結合された構成、即ち、いわゆる２段スキューの構成を備えており、例えば、同一構成のロータコアが、軸心に対する角度位置が機械角「３．７５」度ずらせて軸方向に結合された２段スキューの構成とした場合、トルクリップルの電気角１２次成分を小さくすることができ、トルクリップルの小さな永久磁石型モータを得ることができる。

ここで、電機子巻線２４の構成について説明する。図４は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの電機子巻線の等価回路を示す説明図であって、２重化して配置されたΔ結線又はＹ結線の三相子巻線のうち、第１の電機子巻線の巻線Ｕ１と、第２の巻線組の巻線Ｕ２との等価回路を示している。図３に示す巻線Ｕ１に於いて、ｖｕ１は端子電圧、ｉｕ１は電流、Ｒ１は抵抗、ｖｅ１は誘起電圧、ｌｍ１は漏れインダクタンスである。又、巻線Ｕ２に於いて、ｖｕ２は端子電圧、ｉｕ２は電流、Ｒ２は抵抗、ｖｅ２は誘起電圧、ｌｍ２は漏れインダクタンスである。Ｍ１２は相互インダクタンス、ｎは巻線Ｕ１と巻線Ｕ２の巻数比である。このように、２重化して配置されたΔ結線又はＹ結線の三相巻線のうち、第１の巻線組の巻線Ｕ１と、第２の巻線組の巻線Ｕ２の等価回路は、トランスの等価回路と同等となる。

尚、図４に示す各値のうち、特に漏れインダクタンスｌｍ１、ｌｍ２と、Ｍ１２は、通常のモータ制御で用いる値とは異なり、並列して配置された多重の二相間のインダクタンスを示す。又、一般には、多重巻線を有する多重多相巻線交流モータでは、並列する巻線の巻数は同じであるので、［ｎ＝１］である。更に、巻線Ｖ１と巻線Ｖ２、巻線Ｗ１と巻線Ｗ２、巻線Ｕ１と巻線Ｖ２、巻線Ｕ１相と巻線Ｗ２、巻線Ｖ１と巻線Ｕ２、巻線Ｖ１と巻線Ｗ２、巻線Ｗ１と巻線Ｕ２、巻線Ｗ１と巻線Ｖ２の等価回路も図３と同じであるので、三相の特性が等しい場合、三相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相から界磁極ｄ軸、ｑ軸上に座標変換を行っても、このｄ軸とｑ軸での等価回路は図３に示した等価回路と同じである。

このように、多重巻線を有する多重多相巻線交流モータの複数の組の巻線は、通常、磁気的に結合しているので、相互に干渉電圧が生じる。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有する三相の多重巻線モータの等価回路を界磁極ｄ軸とｑ軸に座標変換したとき、それぞれの相の等価回路の構成は前述のように図４の等価回路と同じであるが、そのｑ軸の等価回路をブロック図形式で表したものが図５である。

即ち、図５は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータのｑ軸の回路構成を説明するための説明図である。図５に於いて、ｖｑ１とｖｑ２は、夫々第１の巻線組と第２の巻線組のｑ軸電圧、ｉｑ１とｉｑ２は、夫々第１の巻線組と第２の巻線組のｑ軸電流、Ｌｑ１とＬｑ２は、夫々第１の巻線組と第２の巻線組の自己インダクタンスのｑ軸成分、Ｒa１とＲa２は、夫々第１の巻線組と第２の巻線組の巻線の抵抗成分、Ｍｑ１２は、夫々第１の巻線組と第２の巻線組の巻線間の干渉を表す相互インダクタンスのｑ軸成分である。尚、自己インダクタンスは、漏れインダクタンスと相互インダクタンスの和である。

又、図５に於いて、ｖｑ１２、ｖｑ２１で表される電圧が、他の組の巻線からの干渉電圧を示している。尚、図中のｓは、ラプラス変換の微分演算子を表す。図５は界磁極のｑ軸上の等価回路を示したものであるが、以上の説明より分かるように界磁極のｄ軸上の等価回路も図４と同様の構成である。

ここで通常、交流モータのベクトル制御は、界磁極のｄ軸、ｑ軸上で夫々独立して電流制御を行うが、前述のように多重化された巻線を有する多重多相巻線交流モータでは、前述した干渉電圧が相互に作用して、電流制御系に対して外乱として作用する。この干渉電圧は、図５から明らかなように、各巻線電流の微分値に比例するため、電流を高速に応答させるほど大きくなる性質を持ち、従来の単一巻線モータの電流制御と比べて電流制御系の応答を高くすることができず、又、このため電流に脈動成分が生じ、トルク脈動が発生するという課題がある。しかし、この発明の実施の形態１による多重多相交流巻線モータとしての永久磁石型モータは、このような多重多相巻線の課題を解消することができる。

この発明の実施の形態１による永久磁石型モータは、ベクトル制御を用いて制御され、第１の電機子巻線と第２の電機子巻線毎に、界磁極ｄｑ軸上で夫々独立して電流制御される。しかし、多重化された巻線を有する多重多相巻線交流モータでは前述したように干渉電圧が相互に作用して、電流制御系に対して外乱値ｉｑ１１、ｉｑ２１として作用する。外乱値ｉｑ１１、ｉｑ２１は、図５のｑ軸の等価回路のブロック図から、下記の式（１）、式（２）のように表される。

ここで、ｉｑ１、ｉｑ２は第１巻線群、第２巻線群それぞれの群の巻線のｑ軸電流であり、Ｒa１、Ｒa２は第１巻線群、第２巻線群それぞれの群の巻線の抵抗値であり、Ｌｑ１、Ｌｑ２は第１巻線群、第２巻線群それぞれの組の巻線の自己インダクタンスのｑ軸成分であり、Ｍｑ１２は第１巻線群、第２巻線組群の巻線の干渉を表す相互インダクタンスのｑ軸成分である。従って、電流制御の周波数が高くなった場合、ラプラス変換の微分演算子ｓが大きくなり、又、式（１）、式（２）から、外乱値ｉｑ１１、ｉｑ２１は、ほぼ磁気カップリング成分Ｍｑ１２/Ｌｑ１、磁気カップリング成分Ｍｑ１２/Ｌｑ２に夫々依存することは明らかである。これ等の磁気カップリング成分が大きくなった場合、外乱値ｉｑ１１、ｉｑ２１が大きくなり、電流制御系の外乱が大きくなる。外乱が大きくなると電流制御系の応答を高くすることが出来ず、又、このため電流に脈動成分が生じ、トルク脈動が発生する。

前述のｄ軸方向エアギャップｇｄとｑ軸方向エアギャップｇｑは、図８に示す前述の従来のＩＰＭモータとしての永久磁石型モータでは、［ｇｄ＝ｇｑ］であるのに対して、図３に示すこの発明の実施の形態１によるＩＰＭモータとしての永久磁石型モータの場合は、［ｇｄ＜ｇｑ］であるので、ｑ軸方向の磁気抵抗が大きくなり、磁束が流れにくくなる。従って、ｑ軸方向の相互インダクタンスＭｑは、従来のＩＰＭモータの場合よりも小さくなる。一方で、漏れ漏れインダクタンスは変わらないので、自己インダクタンスＬｑは相互インダクタンスＭｑほど低下しないので、結果、Ｍｑ／Ｌｑが低減でき、トルク脈動を小さくすることができる。

又、前述のように、永久磁石をＶ字状に配置しているので、界磁極の体積が大きくなりロータコアの磁気飽和の値が大きくなり、エアギャップを介してロータコアに回る相互インダクタンスＭｑも低減することができる。従って、ロータの形状を前述のようにいわゆる花丸形状とし、永久磁石をＶ字状に配置したＩＰＭモータ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よれば、ｑ軸方向のエアギャップと、回転子の磁気飽和の両方で、相互インダクタンスＭｑが低減できるので、特にＭｑ／Ｌｑが低減でき、トルク脈動を小さくすることができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２によるモータの断面図である。図６に於いて、ステータコア２２ａの隣接するティース２２ｃの先端部が互いに連結されている。その他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。隣接するティース２２ｃの先端部が互いに連結されているので、その接続部を介してステータコア２３ａ内に磁束が流れるため、相互インダクタンスが大きくなり、干渉電圧が大きくなることによるトルクリップルが悪化しやすくなるが、ロータ２３を前述の図３に示す実施の形態１のロータ２３と同様のロータ構成としているので、高トルクの高出力モータであっても、磁気カップリングを低減できるので、トルクリップルが大きくならないという効果が得られる。

即ち、図６に於いて、ロータコア２３ａは、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Ｏ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永久磁石（図示せず）が個々に挿入されている。

図６に示すこの発明の実施の形態２による永久磁石型モータは、１極の界磁極２３ｄにつき、Ｖ字状に対向する２つの永久磁石が設けられ、全体で１６個の永久磁石が配置された８極ＩＰＭモータとしての永久磁石型モータである。

図７は、この発明の実施の形態２による永久磁石型モータの説明図である。ここで、ロータコア２３ａの外周の長さをＲ［ｍｍ］、前記界磁極２３ｄに於けるロータの周方向の最大幅をＷｃ［ｍｍ］、永久磁石に於ける軸方向の長さをＬｃ［ｍｍ］、永久磁石の軸方向に対して直交する方向の長さをＷｍ［ｍｍ］、１個の界磁極２３ｄを構成するための永久磁石の総重量をＷ［ｇ］とする。この実施の形態２の場合、１個の界磁極２３ｄ当たり２個の永久磁石が設けられているので、［Ｗ＝磁石幅×Ｗｍ×２×Ｌｃ×磁石密度］となる。尚、磁石幅とは、Ｌｃに対して直交する方向の長さを意味する。図７に於いて縦軸は［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ］、横軸は［Ｗ／Ｌｃ］を示している。

図７に示すように、［Ｗ／Ｌｃ］に対して、トルクリップルが０．５［％］以下となる［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ］は、反比例の関係で分布することを見い出した。即ち、［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ］＝［−３０．３×Ｗ／Ｌｃ＋８９］を中心として、［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ］は、［−３０．３×Ｗ／Ｌｃ＋｛８９±１．３｝］の範囲に分布する。このことから、ロータコア２３ａの形状を、［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ］＝［−３０．３×Ｗ／Ｌｃ＋｛８９±１．３｝］を満たす形状とすることで、トルクリップルの小さな永久磁石型モータを実現することができる。

尚、前述の実施の形態１による永久磁石型モータに於いて、ロータコアの形状を、［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ］＝［−３０．３×Ｗ／Ｌｃ＋｛８９±１．３｝］を満たす形状としてもよいことは勿論である。

尚、この発明は前述の実施の形態１及び２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及び２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 貫通孔拡大幅部、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 (3)

1. 複数のティースと複数のスロットを備えたステータコアと、前記ティースに巻回され前記スロットに収納された複数の多相巻線を備えた電機子巻線とを備えたステータと、
   前記ステータコアに対して所定のエアギャップを介して対抗するロータコアと、前記ロータコアに埋設された複数の永久磁石と、複数の界磁極とを備えたロータと、
   を備えた永久磁石型モータであって、
   前記複数の永久磁石により、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が構成され、
   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永久磁石により構成され、
   前記界磁極は、隣接する前記永久磁石対の間に存在する前記ロータコアの一部により構成されている、
   ことを特徴とする永久磁石型モータ。
2. 前記複数のティースのうちの少なくとも一部は、前記ステータの径方向の中心部側の端部に於いて隣接するティースと連結される、
   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. 前記ロータコアの外周の長さをＲ、前記界磁極に於ける前記ロータの周方向の最大幅をＷｃ、前記永久磁石に於ける軸方向の長さをＬｃ、前記永久磁石の前記軸方向に対して直交する方向の長さをＷｍ、１個の前記界磁極を構成するための前記永久磁石の総重量をＷとしたとき、
   前記ロータは、
   ［―３０．３×Ｗ／Ｌｃ＋８９−１．３］
   ≦［Ｗｃ×Ｒ／Ｗｍ≦―３０．３×Ｗ／Ｌｃ＋８９＋１．３］
   の関係を満たす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。

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