JPWO2019189313A1 - ロータ、モータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

本発明のロータの一つの態様は、中心軸を有するシャフトと、シャフトと固定されるロータコアと、ロータコアの径方向外側面に設けられるマグネット部と、を備える。ロータコアは、ロータコアの径方向外側面から径方向内側に窪みマグネット部と径方向に対向する複数の凹部を有する。複数の凹部は、凹部として、軸方向の異なる位置において互いに周方向にずれて配置される第１凹部および第２凹部を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ、モータおよび電動パワーステアリング装置に関する。

コギングトルクの低減を目的として、ロータにスキューを掛ける構成が知られる。例えば、国際公開第２０１１／１１４５７４号には、ロータのリング磁石に連続スキューが掛けられた構成が記載される。

国際公開第２０１１／１１４５７４号

しかし、上記のような連続スキューを掛ける場合、リング磁石の着磁を斜めにする必要があり、手間が掛かる場合があった。一方、国際公開第２０１１／１１４５７４号に記載される他の例のように、磁石を軸方向に分割して磁極を周方向にずらすことで、ロータに段スキューを掛けることも考えられる。しかし、この場合、複数の磁石を周方向にずらして取り付ける必要があり、手間が掛かる場合があった。以上のように、ロータにスキューを掛ける場合、ロータを製造する手間が増大する場合があった。

本発明は、上記事情に鑑みて、コギングトルクを低減でき、かつ、製造する手間が増大することを抑制できる構造を有するロータを提供することを目的の一つとする。また、そのようなロータを備えるモータを提供することを目的の一つとする。また、そのようなモータを備える電動パワーステアリング装置を提供することを目的の一つとする。

本発明のロータの一つの態様は、中心軸を有するシャフトと、前記シャフトと固定されるロータコアと、前記ロータコアの径方向外側面に設けられるマグネット部と、を備える。前記ロータコアは、前記ロータコアの径方向外側面から径方向内側に窪み前記マグネット部と径方向に対向する複数の凹部を有する。前記複数の凹部は、前記凹部として、軸方向の異なる位置において互いに周方向にずれて配置される第１凹部および第２凹部を含む。

本発明のモータの一つの態様は、上述のロータと、前記ロータと径方向に隙間をあけて対向するステータと、を備える。

本発明の電動パワーステアリング装置の一つの態様は、上述のモータを備える。

本発明の一つの態様によれば、ロータにおけるコギングトルクを低減でき、かつ、ロータを製造する手間が増大することを抑制できる。また、ロータにおけるコギングトルクが低減されるため、モータおよび電動パワーステアリング装置の振動、騒音を抑制することができる。

図１は、第１実施形態のモータを示す断面図である。 図２は、第１実施形態のロータコアの一部を示す斜視図である。 図３は、第１実施形態のロータの一部を示す図であって、図１におけるIII−III断面図である。 図４は、第１実施形態のモータにおけるコギングトルクの波形の一例を示すグラフである。 図５は、第１実施形態の変形例であるロータコアの一部を示す斜視図である。 図６は、第２実施形態のロータコアの一部を示す斜視図である。 図７は、第２実施形態のロータの一部を示す断面図である。 図８は、第２実施形態のモータにおけるコギングトルクの波形の一例を示すグラフである。 図９は、第２実施形態のモータにおけるモータトルクの波形の一例を示すグラフである。 図１０は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。

各図に適宜示すＺ軸方向は、正の側を上側とし、負の側を下側とする上下方向とする。また、各図に適宜示す中心軸Ｊは、上下方向と平行な方向に延びる仮想線である。以下の説明においては、中心軸Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。各図においては、適宜、周方向を矢印θで示す。

周方向における上側から下側に向かって見て反時計回りに進む側、すなわち矢印θの向きに進む側を「周方向一方側」と呼ぶ。周方向における上側から下側に向かって見て時計回りに進む側、すなわち矢印θの向きと逆に進む側を「周方向他方側」と呼ぶ。本実施形態において、上側は、軸方向一方側に相当する。なお、上下方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本実施形態のモータ１０は、ロータ２０と、ステータ３０と、ハウジング１１と、複数のベアリング１５，１６と、ベアリングホルダ４０と、を備える。ロータ２０は、中心軸Ｊを有するシャフト２１と、ロータコア２２と、複数のマグネット部２３と、を備える。

シャフト２１は、中心軸Ｊに沿って上下方向に延びる。本実施形態の例では、シャフト２１が、軸方向に延びる円柱状である。シャフト２１は、複数のベアリング１５，１６により、中心軸Ｊ回りに回転自在に支持される。複数のベアリング１５，１６は、軸方向に互いに間隔をあけて配置され、ハウジング１１に支持される。ベアリング１５は、ベアリングホルダ４０に保持され、ベアリングホルダ４０を介してハウジング１１に支持される。ハウジング１１は、筒状である。

シャフト２１は、ロータコア２２に対して、圧入または接着などによって固定される。つまりロータコア２２は、シャフト２１と固定される。なお、シャフト２１は、ロータコア２２に対して、樹脂部材などを介して固定されてもよい。すなわち、シャフト２１は、ロータコア２２と直接または間接的に固定される。シャフト２１は、上記円柱状に限らず、例えば筒状でもよい。

ロータコア２２は、磁性部材である。ロータコア２２は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される積層鋼板である。ロータコア２２は、筒状である。図２および図３に示すように、ロータコア２２は、軸方向から見て、外形が多角形状である。ロータコア２２の径方向外側面は、周方向に並ぶ複数の平面部２２ａを有する。図示は省略するが、本実施形態の例では、ロータコア２２の外形が、８角形状である。ロータコア２２の径方向外側面は、周方向に並ぶ８つの平面部２２ａを有する。平面部２２ａは、径方向に垂直な方向に広がる平面状である。平面部２２ａは、ロータコア２２の径方向外側面において、軸方向に延びる。平面部２２ａは、ロータコア２２の径方向外側面に、軸方向全長にわたって配置される。本実施形態の例では、平面部２２ａの軸方向の長さが、平面部２２ａの周方向の長さよりも大きい。平面部２２ａは、径方向外側から見て、矩形状である。

ロータコア２２は、貫通孔２２ｈと、孔部２２ｂと、溝部２２ｃと、を有する。軸方向から見て、貫通孔２２ｈは、ロータコア２２の中心部に配置される。貫通孔２２ｈは、ロータコア２２を軸方向に貫通する。図１に示すように、貫通孔２２ｈには、シャフト２１が挿入される。

孔部２２ｂは、ロータコア２２を軸方向に貫通する。図２および図３に示すように、孔部２２ｂは、ロータコア２２に周方向に互いに間隔をあけて複数配置される。図示は省略するが、本実施形態の例では、孔部２２ｂが、ロータコア２２に周方向に等間隔に配列する。複数の孔部２２ｂは、各平面部２２ａの径方向内側にそれぞれ位置する。軸方向から見て、孔部２２ｂは、円形状である。本実施形態によれば、孔部２２ｂによりロータコア２２を肉抜きして、ロータコア２２の軽量化および材料費削減を図ることができる。

溝部２２ｃは、ロータコア２２の径方向外側面から径方向内側に窪み、軸方向に延びる。溝部２２ｃは、ロータコア２２の径方向外側面に、軸方向全長にわたって配置される。溝部２２ｃは、ロータコア２２の径方向外側面において、周方向に隣り合う一対の平面部２２ａ同士の間に配置され、径方向外側に開口する。溝部２２ｃは、ロータコア２２に周方向に互いに間隔をあけて複数配置される。図示は省略するが、溝部２２ｃは、ロータコア２２に周方向に等間隔に配列する。溝部２２ｃは、径方向外側に向かうにしたがい溝幅が小さくなる。軸方向から見て、溝部２２ｃは、くさび形状である。

ロータコア２２は、複数の凹部２４をさらに有する。複数の凹部２４は、ロータコア２２の径方向外側面から径方向内側に窪む。本実施形態において複数の凹部２４は、平面部２２ａから径方向内側に窪む。図３に示すように、複数の凹部２４は、マグネット部２３と径方向に対向する。本実施形態において複数の凹部２４は、凹部２４として、第１凹部２４ａと、第２凹部２４ｂと、第３凹部２４ｃと、を含む。

図２に示すように、第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂおよび第３凹部２４ｃは、それぞれ周方向に沿って複数ずつ設けられる。第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂおよび第３凹部２４ｃは、それぞれ平面部２２ａごとに設けられる。すなわち、本実施形態では、第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂおよび第３凹部２４ｃは、８つずつ設けられる。第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂおよび第３凹部２４ｃは、径方向外側から見て、矩形状である。

第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂおよび第３凹部２４ｃは、軸方向の異なる位置において互いに周方向にずれて配置される。第１凹部２４ａは、平面部２２ａの下側部分のうち周方向他方側の端部に位置する。第１凹部２４ａは、ロータコア２２の下側の面に開口する。

第２凹部２４ｂは、第１凹部２４ａよりも上側で、かつ、第１凹部２４ａよりも周方向一方側に位置する。第２凹部２４ｂは、平面部２２ａの軸方向の中央部分のうち周方向の中央部分に位置する。第２凹部２４ｂの周方向他方側の端部は、第１凹部２４ａの周方向一方側の端部と周方向においてほぼ同じ位置に位置する。第２凹部２４ｂの下側の端部は、第１凹部２４ａの上側の端部と軸方向においてほぼ同じ位置に位置する。

第３凹部２４ｃは、第２凹部２４ｂよりも上側で、かつ、第２凹部２４ｂよりも周方向一方側に位置する。第３凹部２４ｃは、平面部２２ａの上側部分のうち周方向一方側の端部に位置する。第３凹部２４ｃは、ロータコア２２の上側の面に開口する。第３凹部２４ｃの周方向他方側の端部は、第２凹部２４ｂの周方向一方側の端部と周方向においてほぼ同じ位置に位置する。第３凹部２４ｃの下側の端部は、第２凹部２４ｂの上側の端部と軸方向においてほぼ同じ位置に位置する。

本実施形態において第１凹部２４ａと第２凹部２４ｂと第３凹部２４ｃとは、各平面部２２ａにおいて、矩形状の平面部２２ａの対角線に沿って配置される。第１凹部２４ａと第３凹部２４ｃとは、平面部２２ａの角部に配置される。径方向外側から見て、第１凹部２４ａと第３凹部２４ｃとは、第２凹部２４ｂを中心として点対称となる位置に配置される。本実施形態において第１凹部２４ａの形状と第３凹部２４ｃの形状とは、互いに同じである。

本実施形態において第２凹部２４ｂの周方向の寸法は、第１凹部２４ａの周方向の寸法および第３凹部２４ｃの周方向の寸法よりも大きい。本実施形態において第１凹部２４ａの軸方向の寸法と第２凹部２４ｂの軸方向の寸法と第３凹部２４ｃの軸方向の寸法とは、互いに同じである。第１凹部２４ａの内部と第２凹部２４ｂの内部と第３凹部２４ｃの内部とは、互いに分離される。

図３に示すように、凹部２４には、接着剤２８が充填される。接着剤２８は、凹部２４の底面とマグネット部２３の径方向内側面とに接触し、ロータコア２２とマグネット部２３とを固定する。これにより、ロータコア２２に対するマグネット部２３の固定強度を向上できる。

図２に示すように、ロータコア２２のうち軸方向位置が第１凹部２４ａと同じ部分を、第１部分２７ａと呼ぶ。ロータコア２２のうち軸方向位置が第２凹部２４ｂと同じ部分を第２部分２７ｂと呼ぶ。ロータコア２２のうち軸方向位置が第３凹部２４ｃと同じ部分を第３部分２７ｃと呼ぶ、第１部分２７ａと第２部分２７ｂと第３部分２７ｃとは、下側から上側に向かって、この順に並んで配置される。第１部分２７ａは、ロータコア２２の下側部分である。第２部分２７ｂは、ロータコア２２の軸方向における中央部分である。第３部分２７ｃは、ロータコア２２の上側部分である。

本実施形態においてマグネット部２３は、例えば、永久磁石である。図１および図３に示すように、マグネット部２３は、軸方向に延びる柱状である。図３に示すように、マグネット部２３の軸方向と直交する断面形状は、周方向に長い略四角形状である。マグネット部２３の径方向内側の面は、径方向と直交する平坦面である。マグネット部２３の径方向外側の面は、軸方向から見て径方向外側に凸となる湾曲面である。

マグネット部２３は、ロータコア２２の径方向外側面に設けられる。本実施形態においてマグネット部２３は、平面部２２ａごとに設けられる。すなわち、本実施形態においてマグネット部２３は、例えば、８つ設けられる。図示は省略するが、複数のマグネット部２３は、周方向に沿って一周に亘って等間隔に配置される。平面部２２ａごとに設けられる各マグネット部２３は、それぞれ単一の別部材である。

各マグネット部２３は、径方向内側面が平面部２２ａと接触して固定される。マグネット部２３の径方向内側面における周方向の寸法は、平面部２２ａの周方向の寸法よりも小さい。図１に示すように、マグネット部２３の軸方向の寸法は、平面部２２ａの軸方向の寸法と同じである。

各マグネット部２３は、平面部２２ａごとに設けられた複数の凹部２４と径方向に対向する。本実施形態では、各マグネット部２３は、各平面部２２ａにそれぞれ設けられた第１凹部２４ａ、第２凹部２４ｂおよび第３凹部２４ｃと径方向に対向する。マグネット部２３の径方向内側面は、各凹部２４の径方向外側の開口を閉塞する。

図４は、本実施形態のモータ１０におけるコギングトルクＣＴの波形の一例を示すグラフである。図４において、横軸は、周方向の回転角φを示し、縦軸は、コギングトルクＣＴを示す。図４においては、第１部分２７ａにおいて生じるコギングトルクＣＴ１と、第２部分２７ｂにおいて生じるコギングトルクＣＴ２と、第３部分２７ｃにおいて生じるコギングトルクＣＴ３と、ロータ２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔａと、を示す。ロータ２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔａは、コギングトルクＣＴ１とコギングトルクＣＴ２とコギングトルクＣＴ３とを足し合わせた値である。

図４に示すように、各部分に生じるコギングトルクＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３は、互いに位相がずれる。これは、各部分にそれぞれ周方向にずれた凹部２４が設けられているためと考えられる。具体的に、第１部分２７ａにおいては、周方向他方側に第１凹部２４ａが設けられる。そのため、マグネット部２３から径方向外側に出る磁束、またはマグネット部２３に径方向外側から入る磁束における磁束密度分布の周方向中心が、平面部２２ａの周方向中心よりも周方向一方側にずれる。なお、以下の説明においては、「マグネット部２３から径方向外側に出る磁束、またはマグネット部２３に径方向外側から入る磁束における磁束密度分布」を、単に「磁束密度分布」と呼ぶ。

第２部分２７ｂにおいては、平面部２２ａの周方向の中央に第２凹部２４ｂが設けられる。そのため、磁束密度分布の周方向中心は、平面部２２ａの周方向中心と一致する。第３部分２７ｃにおいては、周方向一方側に第３凹部２４ｃが設けられている。そのため、磁束密度分布の周方向中心が、平面部２２ａの周方向中心よりも周方向他方側にずれる。これにより、軸方向位置が互いに異なる第１部分２７ａと第２部分２７ｂと第３部分２７ｃとの各部分において、磁束密度分布の周方向中心が、互いに周方向にずれて配置される。したがって、各部分に生じるコギングトルクＣＴの位相が互いにずれて打ち消し合い、ロータ２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔａを低減できる。

以上のように、本実施形態によれば、ロータコア２２の径方向外側面に、軸方向の異なる位置において互いに周方向にずれて配置される複数の凹部２４を設けることで、ロータ２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔａを低減することができる。そのため、ロータ２０にスキューを掛ける必要がない。したがって、ロータ２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔａを低減でき、かつ、ロータ２０を製造する手間が増大することを抑制できる。

また、本実施形態によれば、マグネット部２３および各凹部２４は、平面部２２ａごとに設けられる。そのため、各平面部２２ａにおいてコギングトルクＣＴを低減することができ、ロータ２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔａをより低減できる。

また、本実施形態によれば、平面部２２ａごとに設けられるマグネット部２３は、それぞれ単一の部材であり、平面部２２ａごとに設けられた複数の凹部２４と径方向に対向する。そのため、マグネット部２３を軸方向に分割してスキューを掛けるような場合に比べて、マグネット部２３の数を少なくできる。これにより、ロータ２０の部品点数が増加することを抑制でき、ロータ２０を製造する手間が増大することをより抑制できる。

このように、本実施形態では、凹部２４を設けることによってコギングトルクＣＴを低減できるため、マグネット部２３を分割する必要がなく、マグネット部２３の着磁を斜めにする必要もない。よって、マグネット部２３の作製およびマグネット部２３のロータコア２２への取り付けを容易にできる。

また、本実施形態によれば、凹部２４として、周方向位置が周方向他方側から周方向一方側に順にずれる第１凹部２４ａと第２凹部２４ｂと第３凹部２４ｃとが設けられる。そのため、磁束密度分布の周方向中心を軸方向に沿って緩やかに変化させることができ、より好適にコギングトルクＣＴｔａを低減できる。

平面部２２ａの軸方向の中央部分において、第２凹部２４ｂの周方向両側の部分を通る磁束の磁束密度は、第２凹部２４ｂを通る磁束の磁束密度よりも大きい。そして、第２凹部２４ｂの周方向両側の部分は、第１凹部２４ａの周方向一方側の部分と、第３凹部２４ｃの周方向他方側の部分と、それぞれ繋がる。そのため、第２凹部２４ｂの周方向一方側の部分を通る磁束によって、第１凹部２４ａの周方向一方側の部分における磁束密度分布を周方向一方側に寄せやすい。また、第２凹部２４ｂの周方向他方側の部分を通る磁束によって、第３凹部２４ｃの周方向他方側の部分における磁束密度分布を周方向他方側に寄せやすい。これにより、第１部分２７ａおよび第３部分２７ｃにおいて、磁束密度分布の周方向中心を好適に周方向にずらすことができる。そのため、各部分におけるコギングトルクＣＴの位相を好適にずらすことができ、ロータ２０全体のコギングトルクＣＴｔａをより低減できる。

本実施形態によれば、径方向外側から見て、第１凹部２４ａと第３凹部２４ｃとは、第２凹部２４ｂを中心として点対称となる位置に配置される。そのため、第１部分２７ａと第２部分２７ｂと第３部分２７ｃとにおける磁束密度分布の周方向中心を、周方向において等間隔にずらしやすい。これにより、より好適にコギングトルクＣＴｔａを低減できる。第１部分２７ａの形状と第３部分２７ｃの形状とを軸方向に対称な形状としやすい。そのため、電磁鋼板を積層してロータコア２２を作る場合、同じ形状の電磁鋼板を軸方向に反転させて用いることで、第１部分２７ａと第３部分２７ｃとをそれぞれ作ることができる。したがって、ロータコア２２を作製するコストを低減できる。

本実施形態によれば、第２凹部２４ｂの周方向の寸法は、第１凹部２４ａの周方向の寸法および第３凹部２４ｃの周方向の寸法よりも大きい。そのため、第２部分２７ｂの平面部２２ａにおいて、第２凹部２４ｂの周方向両側の部分をより周方向に離して配置できる。これにより、第２凹部２４ｂの周方向一方側の部分を通る磁束によって、第１凹部２４ａの周方向一方側の部分における磁束密度分布をより周方向一方側に寄せやすい。第２凹部２４ｂの周方向他方側の部分を通る磁束によって、第３凹部２４ｃの周方向他方側の部分における磁束密度分布をより周方向他方側に寄せやすい。これにより、第１部分２７ａおよび第３部分２７ｃにおいて、磁束密度分布の周方向中心をより好適に周方向にずらすことができる。そのため、ロータ２０全体のコギングトルクＣＴｔａをより低減できる。

図３に示すように、ロータ２０は、樹脂モールド部２６をさらに備える。樹脂モールド部２６は、ロータコア２２の少なくとも一部およびマグネット部２３の少なくとも一部を覆う。樹脂モールド部２６は、少なくとも一部が周方向に隣り合うマグネット部２３同士の間に位置する。樹脂モールド部２６は、ロータコア２２およびマグネット部２３をインサート部材としたインサート成形により作られる。

樹脂モールド部２６は、アンカー部２６ａと、移動抑制部２６ｂと、を有する。アンカー部２６ａは、各溝部２２ｃ内に設けられる部分である。アンカー部２６ａは、溶融した樹脂を溝部２２ｃに充填し固化することにより作られる。アンカー部２６ａは、軸方向に延びる。アンカー部２６ａの周方向の幅は、径方向内側へ向かうにしたがい大きくなる。

移動抑制部２６ｂは、アンカー部２６ａよりも径方向外側に位置して、アンカー部２６ａと繋がる。移動抑制部２６ｂは、樹脂モールド部２６の径方向外側の端部に配置される。移動抑制部２６ｂは、アンカー部２６ａに対して、周方向の両側に向けてそれぞれ突出する。移動抑制部２６ｂは、板面が径方向を向く板状である。移動抑制部２６ｂは、軸方向に延びる。移動抑制部２６ｂは、平面部２２ａの径方向外側に、平面部２２ａとの間に間隔をあけて配置される。径方向から見て、移動抑制部２６ｂと、平面部２２ａとは、重なって配置される。移動抑制部２６ｂは、マグネット部２３の径方向外側面に接触する。

本実施形態によれば、ロータコア２２の径方向外側面に、くさび状の溝部２２ｃが設けられる。これにより、アンカー部２６ａを溝部２２ｃに対して径方向に引っ掛けることができる。したがって、樹脂モールド部２６がロータコア２２に対して径方向外側に抜けることを抑制できる。そして、移動抑制部２６ｂにより、マグネット部２３を径方向外側から押さえることができる。したがって、樹脂モールド部２６によって、マグネット部２３がロータコア２２から外れることを抑制できる。

図１に示すように、ステータ３０は、ステータコア３１と、インシュレータ３０Ｚと、複数のコイル３０Ｃと、を有する。ステータコア３１は、中心軸Ｊを中心とする環状である。ステータコア３１は、ロータ２０の径方向外側においてロータ２０を囲む。ステータコア３１は、ロータ２０と径方向に隙間をあけて対向する。すなわち、ステータ３０は、ロータ２０と径方向に隙間をあけて対向する。ステータコア３１は、例えば、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される積層鋼板である。

ステータコア３１は、略環状のコアバック３１ａと、複数のティース３１ｂと、を有する。図示は省略するが、本実施形態では、コアバック３１ａは、中心軸Ｊを中心とする円環状である。ティース３１ｂは、コアバック３１ａの径方向内側面から径方向内側に延びる。コアバック３１ａの外周面は、ハウジング１１の周壁部の内周面と固定される。複数のティース３１ｂは、コアバック３１ａの径方向内側面に、周方向に互いに間隔をあけて配置される。図示は省略するが、本実施形態では、複数のティース３１ｂが、周方向に等間隔に配列する。

インシュレータ３０Ｚは、ステータコア３１に装着される。インシュレータ３０Ｚは、ティース３１ｂを覆う部分を有する。インシュレータ３０Ｚの材料は、例えば樹脂などの絶縁材料である。コイル３０Ｃは、ステータコア３１に取り付けられる。複数のコイル３０Ｃは、インシュレータ３０Ｚを介してステータコア３１に装着される。複数のコイル３０Ｃは、インシュレータ３０Ｚを介して各ティース３１ｂに導線が巻き回されることで構成される。

（第１実施形態の変形例）
図５に示すように、本変形例のロータコア１２２において、第１凹部１２４ａの形状および第３凹部１２４ｃの形状は、第２凹部２４ｂの形状と同じである。すなわち、複数の凹部１２４の形状は、互いに同じ形状である。この構成によれば、複数の凹部１２４の作製が容易である。ロータコア１２２において、周方向にずれて配置される凹部１２４同士は、周方向位置が同じ部分を有する。第１凹部１２４ａの周方向一方側の部分と第２凹部２４ｂの周方向他方側の部分とは、軸方向から見て、互いに重なる。第２凹部２４ｂの周方向一方側の部分と第３凹部１２４ｃの周方向他方側の部分とは、軸方向から見て、互いに重なる。ロータコア１２２において、第１凹部１２４ａの内部と第２凹部２４ｂの内部とは、互いに繋がる。第２凹部２４ｂの内部と第３凹部１２４ｃの内部とは、互いに繋がる。この構成によれば、各凹部１２４の周方向の寸法をそれぞれ大きくしやすい。そのため、磁束密度分布の周方向中心をより周方向にずらしやすい。

＜第２実施形態＞
図６に示すように、本実施形態のロータコア２２２は、第１実施形態に対して、凹部２２４の形状および配置が異なる。ロータコア２２２は、第１部分２２７ａと、第２部分２２７ｂと、を有する。第１部分２２７ａは、ロータコア２２２の下側部分である。第２部分２２７ｂは、ロータコア２２２の上側部分である。第２部分２２７ｂは、第１部分２２７ａの上側に位置する。本実施形態においてロータコア２２２は、第１部分２２７ａと第２部分２２７ｂとのみから構成される。第１部分２２７ａと第２部分２２７ｂとは、形状および軸方向の寸法が互いに同じであり、周方向に４５°ずれて積層される。そのため、本実施形態によれば、第１部分２２７ａと第２部分２２７ｂとのそれぞれを、同形状の電磁鋼板を同じ枚数積層することで作ることができる。これにより、ロータコア２２２を構成する電磁鋼板を１種類とすることができ、ロータコア２２２を製造する手間およびコストを低減できる。

本実施形態において各平面部２２２ａは、第１部分２２７ａの径方向外側面と第２部分２２７ｂの径方向外側面とが軸方向に繋がって構成される。本実施形態の例では、平面部２２２ａの軸方向の長さが、平面部２２２ａの周方向の長さよりも小さい。本実施形態において各平面部２２２ａには、第１凹部２２４ａと第２凹部２２４ｂとのうちのいずれかの凹部２２４が１つのみ設けられる。すなわち、本実施形態において複数の平面部２２２ａは、平面部２２２ａとして、第１凹部２２４ａが設けられた第１平面部２２２ｄと、第２凹部２２４ｂが設けられた第２平面部２２２ｅと、を含む。第１平面部２２２ｄと第２平面部２２２ｅとは、周方向に沿って交互に設けられる。

第１凹部２２４ａは、第１平面部２２２ｄのうち第１部分２２７ａの径方向外側面に設けられる。第２凹部２２４ｂは、第２平面部２２２ｅのうち第２部分２２７ｂの径方向外側面に設けられる。これにより、第１凹部２２４ａは、第１部分２２７ａの径方向外側面において、周方向に沿って一周に亘って互いに間隔を空けて複数設けられる。第２凹部２２４ｂは、第２部分２２７ｂの径方向外側面において、周方向に沿って一周に亘って互いに間隔を空けて複数設けられる。第１凹部２２４ａと第２凹部２２４ｂとは、軸方向から見て、周方向に沿って交互に設けられる。すなわち、複数の凹部２２４を軸方向から見た際において、第１凹部２２４ａの周方向両側に隣り合う凹部２２４は第２凹部２２４ｂであり、第２凹部２２４ｂの周方向両側に取り合う凹部２２４は第１凹部２２４ａである。

第１凹部２２４ａおよび第２凹部２２４ｂのそれぞれは、径方向外側から見て、周方向に長い矩形状である。第１凹部２２４ａは、下側に開口する。本実施形態において第１凹部２２４ａは、第１部分２２７ａにおける第１平面部２２２ｄのうち周方向両側の縁部を除いた全面に設けられる。図７に示すように、第１凹部２２４ａの周方向の寸法は、第１平面部２２２ｄに設けられるマグネット部２３の周方向の寸法とほぼ同じである。本実施形態において第１凹部２２４ａの周方向の寸法は、第１平面部２２２ｄに設けられるマグネット部２３の周方向の寸法よりも僅かに小さい。第１凹部２２４ａの径方向の寸法は、第１凹部２２４ａの全体に亘って均一である。

第２凹部２２４ｂは、上側に開口する。図６に示すように、本実施形態において第２凹部２２４ｂは、第２部分２２７ｂにおける第２平面部２２２ｅのうち周方向両側の縁部を除いた全面に設けられる。図７に示すように、第２凹部２２４ｂの周方向の寸法は、第２平面部２２２ｅに設けられるマグネット部２３の周方向の寸法とほぼ同じである。本実施形態において第２凹部２２４ｂの周方向の寸法は、第２平面部２２２ｅに設けられるマグネット部２３の周方向の寸法よりも僅かに小さい。第２凹部２２４ｂの径方向の寸法は、第２凹部２２４ｂの全体に亘って均一である。

第１凹部２２４ａの周方向の寸法と第２凹部２２４ｂの周方向の寸法とは、互いに同じである。第１凹部２２４ａの径方向の寸法と第２凹部２２４ｂの径方向の寸法とは、互いに同じである。図６に示すように、第１凹部２２４ａの軸方向の寸法と第２凹部２２４ｂの軸方向の寸法とは、互いに同じである。第１凹部２２４ａの上側の端部と第２凹部２２４ｂの下側の端部とは、軸方向において、互いに同じ位置に位置する。図７に示すように、本実施形態において第２凹部２２４ｂの内部は、空隙である。図示は省略するが、第１凹部２２４ａの内部も、空隙である。

図８は、本実施形態のモータにおけるコギングトルクＣＴの波形の一例を示すグラフである。図８において、横軸は、周方向の回転角φを示し、縦軸は、コギングトルクＣＴを示す。図８においては、第１部分２２７ａにおいて生じるコギングトルクＣＴ４と、第２部分２２７ｂにおいて生じるコギングトルクＣＴ５と、ロータ２２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔｂと、を示す。ロータ２２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔｂは、コギングトルクＣＴ４とコギングトルクＣＴ５とを足し合わせた値である。

図９は、本実施形態のモータにおけるモータトルクＭＴの波形の一例を示すグラフである。図９において、横軸は、周方向の回転角φを示し、縦軸は、モータトルクＭＴを示す。図９においては、第１部分２２７ａにおいて生じるモータトルクＭＴ４と、第２部分２２７ｂにおいて生じるモータトルクＭＴ５と、ロータ２２０全体に生じるモータトルクＭＴｔと、を示す。ロータ２２０全体に生じるモータトルクＭＴｔは、回転角φごとにおけるモータトルクＭＴ４とモータトルクＭＴ５との平均値に相当する。

図８に示すように、各部分に生じるコギングトルクＣＴ４，ＣＴ５は、互いに位相がずれる。これは、第１実施形態と同様に、各部分にそれぞれ周方向にずれた凹部２２４が設けられているためと考えられる。これにより、各部分に生じるコギングトルクＣＴの位相が互いにずれて打ち消し合い、ロータ２２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔｂを低減できる。そのため、ロータ２２０にスキューを掛ける必要がない。したがって、ロータ２２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔｂを低減でき、かつ、ロータ２２０を製造する手間が増大することを抑制できる。

本実施形態によれば、互いに異なる軸方向位置に設けられた第１凹部２２４ａと第２凹部２２４ｂとが、軸方向から見て、周方向に沿って交互に設けられる。そのため、コギングトルクＣＴ４の位相とコギングトルクＣＴ５の位相とが半周期ずれて逆位相となりやすい。これにより、コギングトルクＣＴ４とコギングトルクＣＴ５とが好適に相殺されやすく、ロータ２２０全体に生じるコギングトルクＣＴｔｂをより好適に低減できる。

本実施形態によれば、第１凹部２２４ａが設けられた第１平面部２２２ｄと第２凹部２２４ｂが設けられた第２平面部２２２ｅとが、周方向に沿って交互に設けられる。そして、第１凹部２２４ａは、第１部分２２７ａにおける第１平面部２２２ｄに設けられ、第２凹部２２４ｂは、第２部分２２７ｂにおける第２平面部２２２ｅに設けられる。そのため、第１部分２２７ａにおいては、第１凹部２２４ａが設けられた部分と、凹部２２４が設けられない部分とが、周方向に沿って交互に設けられる。ここで、第１凹部２２４ａの内部は、磁性部材であるロータコア２２２よりも磁束が通りにくい。そのため、第１部分２２７ａにおいて第１凹部２２４ａが設けられる第１平面部２２２ｄでは、第１部分２２７ａにおいて凹部２２４が設けられない第２平面部２２２ｅよりも、マグネット部２３とステータ３０との間を通る磁束が少なくなる。これにより、第１部分２２７ａにおいては、マグネット部２３とステータ３０との間を通る磁束が、周方向に沿って平面部２２２ａおよびマグネット部２３ごとに増減する。したがって、図９に示すように、第１部分２２７ａにおけるモータトルクＭＴ４は、回転角φに応じて周期的に増減する。

一方、第２部分２２７ｂにおいては、第２凹部２２４ｂが設けられた部分と、凹部２２４が設けられない部分とが、周方向に沿って交互に設けられる。ここで、第２凹部２２４ｂの内部は、第１凹部２２４ａの内部と同様に、磁性部材であるロータコア２２２よりも磁束が通りにくい。そのため、上述した第１部分２２７ａのモータトルクＭＴ４と同様に、第２部分２２７ｂのモータトルクＭＴ５も、回転角φに応じて周期的に増減する。

第１平面部２２２ｄと第２平面部２２２ｅとは、周方向に沿って交互に設けられ、第１凹部２２４ａと第２凹部２２４ｂとは、軸方向から見て、周方向に沿って交互に設けられる。そのため、第１部分２２７ａにおいてマグネット部２３とステータ３０との間の磁束が少なくなる部分と、第２部分２２７ｂにおいてマグネット部２３とステータ３０との間の磁束が少なくなる部分とは、軸方向から見て、周方向に沿って交互に設けられる。これにより、モータトルクＭＴ４の位相とモータトルクＭＴ５の位相とは半周期ずれて互いに逆位相となりやすく、モータトルクＭＴ４の変動幅とモータトルクＭＴ５との変動幅が互いに相殺される。よって、ロータ２２０全体のモータトルクＭＴｔの変動幅を小さくでき、トルクリップルを低減することができる。

なお、上述した凹部２２４が設けられることによるモータトルクＭＴの低下は、実質的に、凹部２２４が設けられた部分においてマグネット部２３とステータ３０との間の径方向の距離が大きくなったことに相当する。言い換えれば、本実施形態によれば、マグネット部２３とステータ３０との間の径方向の距離を変えることなく、凹部２２４を適宜設けることによって、マグネット部２３とステータ３０との径方向の距離を変えたことと同等の効果を得ることができる。

また、本実施形態によれば、第１凹部２２４ａは、第１部分２２７ａにおける第１平面部２２２ｄのうち周方向両側の縁部を除いた全面に設けられる。そのため、第１部分２２７ａにおいて、第１平面部２２２ｄにおける第１凹部２２４ａの周方向の寸法と、凹部２２４が設けられない第２平面部２２２ｅの周方向の寸法と、をほぼ同じにできる。これにより、第１部分２２７ａのモータトルクＭＴ４の波形において、モータトルクＭＴ４が増加する周期幅とモータトルクＭＴ４が減少する周期幅とをほぼ同じにすることができる。

また、第２凹部２２４ｂは、第２部分２２７ｂにおける第２平面部２２２ｅのうち周方向両側の縁部を除いた全面に設けられる。そのため、第２部分２２７ｂにおいて、第２平面部２２２ｅにおける第２凹部２２４ｂの周方向の寸法と、凹部２２４が設けられない第１平面部２２２ｄの周方向の寸法と、をほぼ同じにできる。これにより、第２部分２２７ｂのモータトルクＭＴ５の波形において、モータトルクＭＴ５が増加する周期幅とモータトルクＭＴ５が減少する周期幅とをほぼ同じにすることができる。したがって、モータトルクＭＴ４の波形とモータトルクＭＴ５の波形とが半周期ずれることで、より互いに逆位相となりやすく、より好適にトルクリップルを低減できる。

また、コギングトルクＣＴ４，ＣＴ５の波形において、コギングトルクＣＴが正の値となる周期幅と、コギングトルクＣＴが負の値となる周期幅とをほぼ同じにすることができる。そのため、コギングトルクＣＴ４の波形とコギングトルクＣＴ５の波形とが半周期ずれることで、より互いに逆位相となりやすく、より好適にコギングトルクＣＴｔｂを低減できる。

また、第１部分２２７ａにおける第１平面部２２２ｄのうち周方向両側の縁部には、第１凹部２２４ａが設けられない。そのため、第１平面部２２２ｄに設けられるマグネット部２３を、第１凹部２２４ａの周方向両側の縁部によって径方向内側から支持することができる。これにより、マグネット部２３をより安定して第１平面部２２２ｄに保持できる。

また、第２部分２２７ｂにおける第２平面部２２２ｅのうち周方向両側の縁部には、第２凹部２２４ｂが設けられない。そのため、第２平面部２２２ｅに設けられるマグネット部２３を、第２凹部２２４ｂの周方向両側の縁部によって径方向内側から支持することができる。これにより、マグネット部２３をより安定して第２平面部２２２ｅに保持できる。

また、本実施形態によれば、第１部分２２７ａと第２部分２２７ｂとは、形状および軸方向の寸法が互いに同じであり、周方向にずれて積層される。そのため、各部分におけるコギングトルクＣＴの波形は、周期および振幅が互いにほぼ同じとなる。これにより、コギングトルクＣＴ４の波形とコギングトルクＣＴ５の波形とが逆位相となることで、より好適にコギングトルクＣＴｔｂを低減できる。また、同様に、各部分におけるモータトルクＭＴの波形は、周期および振幅が互いにほぼ同じとなる。これにより、モータトルクＭＴ４の波形とモータトルクＭＴ５の波形とが逆位相となることで、より好適にトルクリップルを低減できる。

本発明は上述の実施形態に限られず、他の構成を採用することもできる。軸方向の異なる位置において互いに周方向にずれて配置される第１凹部および第２凹部が少なくとも１つずつ設けられるならば、凹部の構成は特に限定されない。軸方向に異なる位置に配置される凹部同士は、互いに軸方向にずれていればよく、一部の軸方向位置が互いに同じであってもよい。例えば、上述した第１実施形態の例では、第１凹部２４ａ，１２４ａの上側の部分と第２凹部２４ｂの下側の部分とが、軸方向において同じ位置に位置してもよい。第２凹部２４ｂの上側の部分と第３凹部２４ｃ，１２４ｃの下側の部分とが、軸方向において同じ位置に位置してもよい。

また、第１実施形態において、第３凹部２４ｃは、設けられなくてもよい。この場合、例えば、平面部において第１凹部は、周方向他方側に設けられ、第２凹部は、周方向一方側に設けられてもよい。また、例えば、上述した第１実施形態においては、第２凹部２４ｂが設けられず、第１凹部２４ａと第３凹部２４ｃとのみが設けられてもよい。この場合、例えば、第３凹部２４ｃが、第２凹部に相当する。平面部のうち一部の平面部には、凹部が設けられなくてもよい。平面部ごとに設けられる凹部の数が異なってもよい。

複数の凹部の形状は、特に限定されない。凹部の形状は、円形状であってもよいし、四角形状以外の多角形状であってもよい。凹部の内部は、接着剤以外の非磁性部材が充填されてもよいし、空隙であってもよい。例えば、第１実施形態においては、凹部２４，１２４の内部は空隙であってもよい。第２実施形態においては、凹部２２４の内部に接着剤等の非磁性部材が充填されてもよい。

ロータコアは、第１凹部と第２凹部とが設けられるならば、何段構成であってもよい。例えば、第１実施形態においてロータコア２２，１２２は、２段構成であってもよいし、４段以上の構成であってもよい。例えば、第２実施形態においてロータコア２２２は、３段以上の構成であってもよい。第２実施形態において３段構成の場合、例えば、第２部分２２７ｂの上側に、第１部分２２７ａと同様に第１平面部に第１凹部が設けられる部分が積層される。第２実施形態において４段以上の構成の場合、例えば、第２部分２２７ｂの上側に、第１部分２２７ａと同様に第１平面部に第１凹部が設けられる部分と、第２部分２２７ｂと同様に第２平面部に第２凹部が設けられる部分とが交互に積層される。第２実施形態において３段以上の構成の場合、第１平面部に第１凹部が設けられる部分の軸方向の寸法の合計と、第２平面部に第２凹部が設けられる部分の軸方向の寸法の合計とを同じとすることで、各部におけるコギングトルクＣＴとモータトルクＭＴとを好適に相殺することができ、コギングトルクＣＴおよびトルクリップルを好適に低減できる。

各平面部に設けられるマグネット部は、軸方向に複数に分割されてもよい。ロータコアの形状は、特に限定されない。ロータコアは、例えば、円柱状であってもよい。この場合、マグネット部は、円筒状の単一部材であってもよい。また、この場合、例えば、凹部は、マグネット部の各磁極と径方向に対向する位置に複数ずつ設けられてもよい。

上述した実施形態のモータの用途は、特に限定されない。上述した実施形態のモータは、例えば、ポンプ、ブレーキ、クラッチ、掃除機、ドライヤ、シーリングファン、洗濯機および冷蔵庫などの多様な機器に用いることができる。一例として、上述した実施形態のモータ１０を電動パワーステアリング装置に搭載した例について説明する。

図１０に示すように、電動パワーステアリング装置１は、自動車の車輪の操舵機構に搭載される。電動パワーステアリング装置１は、操舵力を油圧により軽減する装置である。本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、モータ１０と、操舵軸３１４と、オイルポンプ３１６と、コントロールバルブ３１７と、を備える。操舵軸３１４は、ステアリング３１１からの入力を、車輪３１２を有する車軸３１３に伝える。オイルポンプ３１６は、車軸３１３に油圧による駆動力を伝えるパワーシリンダ３１５に油圧を発生させる。コントロールバルブ３１７は、オイルポンプ３１６のオイルを制御する。電動パワーステアリング装置１において、モータ１０は、オイルポンプ３１６の駆動源として搭載される。本実施形態の電動パワーステアリング装置１は、本実施形態のモータ１０を備える。このため、上述のモータ１０と同様の効果を奏する電動パワーステアリング装置１が得られる。なお、電動パワーステアリング装置１に搭載されるモータは、図５に示すロータコア１２２を備えるモータであってもよいし、図６に示すロータコア２２２を備えるモータであってもよい。

上記の各構成は、相互に矛盾しない範囲内において、適宜組み合わせることができる。

Claims (18)

1. 中心軸を有するシャフトと、
   前記シャフトと固定されるロータコアと、
   前記ロータコアの径方向外側面に設けられるマグネット部と、
   を備え、
   前記ロータコアは、前記ロータコアの径方向外側面から径方向内側に窪み前記マグネット部と径方向に対向する複数の凹部を有し、
   前記複数の凹部は、前記凹部として、軸方向の異なる位置において互いに周方向にずれて配置される第１凹部および第２凹部を含む、ロータ。
2. 前記ロータコアは、軸方向から見て、外形が多角形状であり、
   前記ロータコアの径方向外側面は、周方向に並ぶ複数の平面部を有し、
   前記マグネット部、前記第１凹部および前記第２凹部は、前記平面部ごとに設けられる、請求項１に記載のロータ。
3. 前記平面部ごとに設けられる各前記マグネット部は、それぞれ単一の部材であり、前記平面部ごとに設けられた複数の前記凹部と径方向に対向する、請求項２に記載のロータ。
4. 前記ロータコアは、前記ロータコアの径方向外側面から径方向内側に窪み軸方向に延びる溝部を有し、
   前記溝部は、前記ロータコアの径方向外側面において、周方向に隣り合う一対の前記平面部同士の間に配置されて径方向外側に開口し、径方向外側に向かうにしたがい溝幅が小さくなる、請求項２または３に記載のロータ。
5. 前記複数の凹部は、前記凹部として、第３凹部をさらに含み、
   前記第３凹部は、前記平面部ごとに設けられ、
   前記第２凹部は、前記第１凹部よりも軸方向一方側で、かつ、前記第１凹部よりも周方向一方側に位置し、
   前記第３凹部は、前記第２凹部よりも軸方向一方側で、かつ、前記第２凹部よりも周方向一方側に位置する、請求項２から４のいずれか一項に記載のロータ。
6. 径方向外側から見て、前記第１凹部と前記第３凹部とは、前記第２凹部を中心として点対称となる位置に配置される、請求項５に記載のロータ。
7. 前記第２凹部の周方向の寸法は、前記第１凹部の周方向の寸法および前記第３凹部の周方向の寸法よりも大きい、請求項５または６に記載のロータ。
8. 前記第２凹部の内部と前記第３凹部の内部とは、互いに繋がる、請求項５から７のいずれか一項に記載のロータ。
9. 前記ロータコアは、
   第１部分と、
   前記第１部分の軸方向一方側に位置する第２部分と、
   を有し、
   前記第１凹部は、前記第１部分の径方向外側面において、周方向に沿って一周に亘って互いに間隔を空けて複数設けられ、
   前記第２凹部は、前記第２部分の径方向外側面において、周方向に沿って一周に亘って互いに間隔を空けて複数設けられ、
   前記第１凹部と前記第２凹部とは、軸方向から見て、周方向に沿って交互に設けられる、請求項１に記載のロータ。
10. 前記ロータコアは、軸方向から見て、外形が多角形状であり、
    前記ロータコアの径方向外側面は、周方向に並ぶ複数の平面部を有し、
    前記マグネット部は、前記平面部ごとに設けられ、
    前記複数の平面部は、前記平面部として、前記第１部分の径方向外側面に前記第１凹部が設けられた第１平面部と、前記第２部分の径方向外側面に前記第２凹部が設けられた第２平面部と、を含み、
    前記第１平面部と前記第２平面部とは、周方向に沿って交互に設けられる、請求項９に記載のロータ。
11. 前記第１凹部は、前記第１部分における前記第１平面部のうち周方向両側の縁部を除いた全面に設けられ、
    前記第２凹部は、前記第２部分における前記第２平面部のうち周方向両側の縁部を除いた全面に設けられる、請求項１０に記載のロータ。
12. 前記第１部分と前記第２部分とは、形状および軸方向の寸法が互いに同じであり、周方向にずれて積層される、請求項９から１１のいずれか一項に記載のロータ。
13. 前記第１凹部の内部と前記第２凹部の内部とは、互いに繋がる、請求項１から１２のいずれか一項に記載のロータ。
14. 前記複数の凹部の形状は、互いに同じ形状である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のロータ。
15. 前記凹部には、接着剤が充填される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のロータ。
16. 前記ロータコアは、前記ロータコアを軸方向に貫通する孔部を有し、
    前記孔部は、前記ロータコアに周方向に互いに間隔をあけて配置される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のロータ。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載のロータと、
    前記ロータと径方向に隙間をあけて対向するステータと、
    を備える、モータ。
18. 請求項１７に記載のモータを備える、電動パワーステアリング装置。

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