WO2015019948A1 - ブラシレスモータ - Google Patents

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core
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大久保　雅通
茂 荻原
内舘　高広
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株式会社ミツバ
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Definitions

  • the present invention relates to a cogging reduction technique for a brushless motor, and more particularly to reduction of cogging in a magnet embedded motor (IPM motor: Interior ⁇ ⁇ ⁇ Permanent Magnet Motor).
  • IPM motor Interior ⁇ ⁇ ⁇ Permanent Magnet Motor
  • IPM motor magnet-embedded brushless motor
  • a magnet is embedded in the rotor and the rotor is rotated by both the magnet torque generated by the magnetic force of the magnet and the reluctance torque generated by the magnetization of the rotor
  • IPM motor can utilize reluctance torque in addition to magnet torque, it becomes a motor with high efficiency and high torque.
  • IPM motors are also increasingly used in hybrid cars and air conditioners.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the configuration of the IPM motor.
  • the IPM motor 51 is also provided with a stator 52 on the outer side and a rotor 53 on the inner side, similarly to a normal electric motor.
  • the stator 52 includes a stator core 54 in which a large number of thin steel plate materials are laminated, and a coil 55 wound around a tooth (not shown) of the stator core 54.
  • the rotor 53 has a rotor core 57 fixed to the shaft 56 and a magnet 58 embedded in the rotor core 57.
  • the rotor core outer peripheral portion 57a is located outside the magnet 58 and also functions as a pseudo magnetic pole.
  • the IPM motor 51 rotates the rotor 53 using both magnet torque and reluctance torque.
  • a rotor core outer peripheral portion 57 a made of a magnetic material is interposed between the magnet 58 and the stator 52.
  • the magnetic flux is likely to concentrate due to the three-dimensional magnetic flux leakage from the magnet end face (P portion in FIG. 7), and the magnetic flux density varies in the axial direction.
  • a magnetic flux concentrating portion (Q portion in FIG. 7) is generated at the end portions thereof, so that the variation in the magnetic flux density in the axial direction is further increased. As a result, cogging during rotor rotation increases.
  • the brushless motor of the present invention includes a stator having a stator core formed of a magnetic material, a rotor core that is rotatably disposed inside the stator and formed of a magnetic material, and a plurality of stator cores fixed in the rotor core.
  • a rotor including a magnet, and the rotor core includes a core body fixed to a rotor shaft, and the magnet is provided at equal intervals along a circumferential direction of the core body.
  • a plurality of magnet mounting portions to be accommodated wherein the axial length Lr of the rotor core is longer than the axial length Lm of the magnet (Lr> Lm), and the axial length Ls of the stator core is The rotor core is longer than the axial length Lr (Ls> Lr).
  • first overhang portions are provided that extend along the axial direction from the axial end portion of the magnet without facing the magnet, and at both end portions of the stator core, You may provide the 2nd overhang part which protruded along the axial direction from the axial direction edge part of the said rotor core, without facing the said rotor core.
  • a 1st overhang part suppresses the magnetic flux which flows in into a rotor core from the axial direction end surface of a magnet, and equalizes the magnetic flux density in a rotor core.
  • the second overhang portion suppresses the magnetic flux flowing into the stator core from the axial end surface of the rotor core, and makes the magnetic flux density uniform in the stator core.
  • the axial lengths X1 and X2 of the first and second overhang portions may be set to be greater than 0 to 1.0 mm or less, and the axial lengths of the first and second overhang portions may be set in the axial direction.
  • the rotor core may be provided with a plurality of salient pole portions formed on the outer peripheral side of the magnet mounting portion and disposed on the outer peripheral portion of the rotor.
  • a rotor core having a core body fixed to the rotor shaft and a magnet mounting portion provided on the core body is used.
  • the axial length Lr of the rotor core is set longer than the axial length Lm of the magnet (Lr> Lm), and the axial length Ls of the stator core is set longer than the axial length Lr of the rotor core (Ls> Lr).
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is explanatory drawing which shows the relationship of each axial direction length of a magnet, a rotor core, and a stator core. It is explanatory drawing which shows the relationship between the amount X1 of rotor core overhangs with respect to a magnet, cogging torque, and output torque. It is explanatory drawing which shows the relationship between the overhanging amount X2 of the stator core with respect to a rotor core, a cogging torque, and an output torque. It is explanatory drawing which shows the example of the other IPM motor which can apply this invention. It is explanatory drawing which shows the structure of an IPM motor.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as motor 1) according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • the motor 1 is an IPM type brushless motor that rotates a rotor by a reluctance torque based on an inductance difference and a magnet torque generated by a magnetic force of a magnet. As shown in FIG.
  • the motor 1 is an inner rotor type brushless motor in which a stator (stator) 2 is arranged on the outside and a rotor (rotor) 3 is arranged on the inside.
  • the motor 1 is a flat IPM motor that satisfies D / L> 1, and is used as a drive source of the electric power steering apparatus.
  • the stator 2 is fixed inside a bottomed cylindrical motor case 4 (hereinafter abbreviated as case 4).
  • the stator 2 includes a stator core 5, a stator coil 6 (hereinafter abbreviated as a coil 6), and a bus bar unit (terminal unit) 7.
  • the coil 6 is wound around a plurality of teeth 9 of the stator core 5 via an insulator 11.
  • Bus bar unit 7 is attached to stator core 5 and electrically connected to coil 6.
  • nine tooth portions 9 are provided.
  • the coil 6 is disposed in nine slots between the adjacent tooth portions 9.
  • the case 4 is formed in a bottomed cylindrical shape with iron or the like.
  • An aluminum die cast bracket 8 is attached to the opening of the case 4 by a fixing screw (not shown).
  • the stator core 5 has a plurality of teeth 9 projecting radially inward.
  • a slot 10 is formed between adjacent teeth 9.
  • a coil 6 is accommodated in the slot 10.
  • a synthetic resin insulator 11 is attached to the stator core 5.
  • a coil 6 is wound around the outside of the insulator 11.
  • a bus bar unit 7 positioned by an insulator 11 is attached to one end side in the axial direction of the stator core 5.
  • the bus bar unit 7 includes a synthetic resin main body portion and a copper bus bar insert-molded in the main body portion.
  • connection terminal 12 project in the radial direction.
  • the connection terminal 12 is welded to the end portion 6 a of each coil 6 drawn from the stator core 5.
  • the number of bus bars corresponding to the number of phases of the motor 1 here, three for U phase, V phase, W phase and one for connecting each phase
  • Each coil 6 is electrically connected to a connection terminal 12 corresponding to the phase.
  • the stator core 5 is fixed in the case 4 by fixing means such as press fitting or adhesion.
  • the rotor 3 is inserted into the stator 2 so as to be concentric with the stator 2.
  • the rotor 3 has a rotor shaft 13.
  • the rotor shaft 13 is rotatably supported by bearings 14a and 14b.
  • the bearing 14 a is fixed to the bottom center of the case 4.
  • the bearing 14 b is fixed to the center portion of the bracket 8.
  • a cylindrical rotor core 15 and a rotor (resolver rotor) 22 of a resolver 21 serving as a rotation angle detection unit are attached to the rotor shaft 13.
  • a stator (resolver stator) 23 of the resolver 21 is accommodated in a resolver holder 24a.
  • the resolver holder 24a is fixed to the inner side of the bracket 8 by a mounting screw 25 via a resolver bracket 24b made of synthetic resin.
  • a plurality of magnet mounting holes (magnet mounting portions) 31 are provided on the outer peripheral portion of the rotor core 15 along the circumferential direction.
  • the magnet mounting hole 31 penetrates the rotor core 15 in the axial direction.
  • the magnets 16 are accommodated and fixed in the magnet mounting holes 31 respectively.
  • a salient pole portion 32 is formed on the outer peripheral side of each magnet 16.
  • Six magnets 16 are arranged along the circumferential direction, and the motor 1 has a 6-pole 9-slot configuration.
  • a gap 33 is formed in the magnet mounting hole 31.
  • the gap 33 is formed on both sides of the magnet 16 in the circumferential direction and functions as a flux barrier that hardly allows magnetic flux to pass. Between the adjacent salient pole portions 32, a bridge portion 34 for connecting the core body 15a and the salient pole portion 32 is provided.
  • stator core plate 17 of the stator core 5 and the rotor core plate 18 of the rotor core 15 are both formed by laminating electromagnetic steel plates having a thickness of 0.5 mm. Accordingly, both plates 17 and 18 can be press-molded from the same blank material, and various physical properties such as magnetic flux characteristics are substantially equal.
  • the axial length of the rotor core 15 is longer than the axial length of the magnet 16 and the stator core is longer than the axial length of the rotor core 15 in order to suppress the wraparound of the magnetic flux from the axial end face side.
  • the axial length of 5 is set longer (magnet length ⁇ rotor core length ⁇ stator core length).
  • the axial direction of the rotor core 15 means that at least the axial length of the salient pole portion 32 located outside the magnet 16 is longer than that of the magnet 16. That is, in the rotor core 15, the axial length of the core body 15 a located on the inner peripheral side with respect to the magnet 16 is not necessarily longer than that of the magnet 16. Therefore, for example, in order to reduce the weight and reduce the inertia, the core body 15a inside the magnet 16 can be shortened by cutting or the like.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the axial lengths of the magnet 16, the rotor core 15, and the stator core 5 in the motor 1.
  • the dimensional relationship is exaggerated to clearly show the features of the present invention.
  • the axial length Lr of the rotor core 15 is longer than the axial length Lm of the magnet 16 (Lr> Lm).
  • the axial length Ls of the stator core 5 is longer than the axial length Lr of the rotor core 15 (Ls> Lr).
  • a first overhang portion 41 (overhang amount X1) that does not face the magnet 16 is formed at both ends of the rotor core 15.
  • a second overhang portion 42 (overhang amount X2) that does not face the rotor core 15 is also formed at both ends of the stator core 5.
  • the overhang portions 41 and 42 are equally distributed at the end portions in the axial direction, not at one end portion in the axial direction of the rotor core 15 or the stator core 5.
  • the difference between Lr and Lm is set to be larger than the minimum value of the difference between the two considering the dimensional tolerances of Lr and Lm.
  • the difference between Ls and Lr is also set to be larger than the minimum value of the difference between the two considering the dimensional tolerances of Ls and Lr. Therefore, even if the axial length of each component varies and the tolerances are accumulated, the overhang portions 41 and 42 are secured.
  • the overhang amounts X1 and X2 in the overhang portions 41 and 42 can be adjusted as appropriate by changing the plate thickness and the number of stacked layers of the thin plate materials constituting the stator core 5 and the rotor core 15.
  • the magnetic flux from the rotor core 15 flows into the inner surface side of the stator core 5.
  • the magnetic flux from the rotor core 15 also flows into the overhang portion 42 that is the inner surface of the stator core 5 at the axial end portion of the salient pole 32.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the overhang amount X1 (one-side overhang amount), the cogging torque, and the output torque in the motor 1.
  • the overhang portion 41 when the overhang portion 41 is provided, the cogging decreases rapidly. The cogging is remarkably reduced until the overhang amount X1 is 0.5 to 1 mm (the plate thickness tr of the rotor core plate 18 to about twice the plate thickness tr).
  • the overhang amount X1 exceeds 1 mm, the cogging reduction amount is reduced, and thereafter, the state becomes almost flat.
  • the output torque gradually increases until the overhang amount X1 is about 1 mm, and then becomes substantially level. If the overhang amount X1 is increased, the motor becomes larger. Therefore, from the viewpoint of reducing the size and weight of the motor, X1 is preferably as small as possible. Therefore, considering the effect of the overhang portion 41, the overhang amount X1 is preferably about 1 mm as can be seen from FIG.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the overhang amount X2 (one-side overhang amount), the cogging torque, and the output torque in the motor 1.
  • the overhang amount X2 exceeds 1 mm, the cogging reduction amount is reduced, and thereafter, the state becomes almost flat.
  • the output torque gradually increases until the overhang amount X2 is about 1 mm, and then becomes substantially level. If the overhang amount X2 is increased, the motor becomes larger, so that a small value is preferable as described above. Therefore, considering the effect of the overhang portion 42, as can be seen from FIG. 5, the overhang amount X2 is preferably about 1 mm.
  • the magnetic fluxes flowing from the magnet 16 to the rotor core 15 and from the rotor core 15 to the stator core 5 are equalized along the axial direction. As a result, the magnetic flux density in the axial direction is made uniform, and cogging due to the deviation of the magnetic flux density is reduced.
  • the cogging torque can be reduced only by changing the axial dimensions of the rotor core 15 and the stator core 5 without greatly increasing the size of the motor.
  • cogging can be easily and effectively reduced.
  • the settings of the overhang portions 41 and 42 can be easily adjusted by changing the plate thickness and the number of stacked layers of the stator core plate 17 and the rotor core plate 18. Therefore, the motor characteristics can be easily improved without significantly changing the conventional configuration.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
  • an example in which the present invention is applied to an IPM motor having a configuration as shown in FIG. 2 has been described.
  • the present invention is applicable to all magnet-embedded motors.
  • the present invention can also be applied to an IPM motor having a configuration as shown in FIGS.
  • FIGS In the above-described embodiment, an example is shown in which the plate thickness of both the stator core plate 17 and the rotor core plate 18 is 0.5 mm.
  • the plate thickness of both plates is not limited to 0.5 mm.
  • both the stator core plate 17 and the rotor core plate 18 may not have the same thickness.
  • the overhang amounts X1 and X2 are preferably about 1 to 2 on the basis of the thickness of the rotor core plate 18.
  • the present invention can be widely applied to other in-vehicle electric devices, electric products such as hybrid vehicles, electric vehicles, and air conditioners, in addition to the drive source of the electric power steering device.

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Abstract

　ブラシレスモータ１は、ステータコアプレート１７を複数枚積層したステータコア５を備えるステータ２と、ロータコアプレート１８を複数枚積層したロータコア１５を備えるロータ３を有する。ロータコア１５は、コア本体１５ａと、マグネット１６が収容されるマグネット取付孔３１と、マグネット取付孔３１の外周側に形成された突極部３２とを有する。ロータコア１５の軸方向長Ｌｒは、マグネット１６の軸方向長Ｌｍよりも長く（Ｌｒ＞Ｌｍ）、ロータコア１５の両端部には第１オーバーハング部４１が形成される。ステータコア５の軸方向長Ｌｓは、ロータコア１５の軸方向長Ｌｒよりも長く（Ｌｓ＞Ｌｒ）、ステータコア５の両端部には第２オーバーハング部４２が形成される。

Description

ブラシレスモータ
　本発明は、ブラシレスモータのコギング低減技術に関し、特に、マグネット埋め込み式のモータ（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）におけるコギングの低減に関する。
　近年、ロータ内部に磁石を埋め込み、マグネットの磁力によるマグネットトルクと、ロータの磁化によるリラクタンストルクの両方によってロータを回転させるマグネット埋め込み式のブラシレスモータ（ＩＰＭモータ）の利用が拡大している。ＩＰＭモータは、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを活用できるため、高効率で高トルクなモータとなる。ＩＰＭモータは、自動車用電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される他、ハイブリッド自動車やエアコン等への使用も増加している。
　図７は、ＩＰＭモータの構成を示す説明図である。図７に示すように、ＩＰＭモータ５１もまた、通常の電動モータと同様に、外側にステータ５２、内側にロータ５３が配されている。ステータ５２は、多数の薄板鋼板材を積層したステータコア５４と、ステータコア５４のティース（図示せず）に巻装されたコイル５５を有している。ロータ５３は、シャフト５６に固定されたロータコア５７と、ロータコア５７内に埋設されたマグネット５８とを有している。ＩＰＭモータ５１では、ロータコア外周部５７ａは、マグネット５８の外側に位置し、擬似的な磁極としても作用する。ＩＰＭモータ５１は、マグネットトルクとリラクタンストルクの両方を活用してロータ５３を回転させる。
特開２００８－１６０９３１号公報 特開２０１０－５１１５０号公報
　ＩＰＭモータでは、図７からも分かるように、マグネット５８とステータ５２との間に、磁性体からなるロータコア外周部５７ａが介在している。マグネット５８とロータコア外周部５７ａの間では、マグネット端面からの３次元的な磁束漏れにより、磁束が集中し易く（図７のＰ部）、軸方向に沿って磁束密度に高低のバラツキが生じる。ロータ５３とステータ５２の間においても、それらの端部に磁束集中部（図７のＱ部）が生じるため、軸方向の磁束密度のバラツキがさらに大きくなる。その結果、ロータ回転時のコギングが増大する。特に、ステータコア外径Ｄとステータコア長Ｌが、Ｄ／Ｌ＞１であるような扁平型ＩＰＭモータにおいては、ロータコア及びマグネット、ステータの軸長が短くなる為、ロータコア軸方向端部及びステータ軸方向端部への磁束の回り込み量が大きくなる。このため、軸方向の磁束密度のバラツキが顕著に現れるという問題があった。
　本発明のブラシレスモータは、磁性材料にて形成されたステータコアを備えるステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置され、磁性材料にて形成されたロータコアと、前記ロータコア内に固定された複数個のマグネットとを備えるロータと、を有してなるブラシレスモータであって、前記ロータコアは、ロータシャフトに固定されるコア本体と、該コア本体の周方向に沿って等間隔に設けられ前記マグネットが収容される複数個のマグネット取付部と、を有し、前記ロータコアの軸方向長Ｌｒは、前記マグネットの軸方向長Ｌｍよりも長く（Ｌｒ＞Ｌｍ）、かつ、前記ステータコアの軸方向長Ｌｓは、前記ロータコアの軸方向長Ｌｒよりも長い（Ｌｓ＞Ｌｒ）ことを特徴とする。
　前記ブラシレスモータにおいて、前記ロータコアの両端部に、前記マグネットと対向することなく前記マグネットの軸方向端部から軸方向に沿って張り出した第１オーバーハング部を設けると共に、前記ステータコアの両端部に、前記ロータコアと対向することなく前記ロータコアの軸方向端部から軸方向に沿って張り出した第２オーバーハング部を設けても良い。第１オーバーハング部は、マグネットの軸方向端面からロータコア内に流れ込む磁束を抑制し、ロータコア内の磁束密度を均一化する。第２オーバーハング部は、ロータコアの軸方向端面からステータコア内に流れ込む磁束を抑制し、ステータコア内における磁束密度を均一化する。
　また、前記第１及び第２オーバーハング部の軸方向の長さＸ１,Ｘ２を、０を超え～１.０ｍｍ以下に設定しても良く、前記第１及び第２オーバーハング部の軸方向の長さＸ１,Ｘ２を等しく（Ｘ１＝Ｘ２）しても良い。
　さらに、前記ロータコアを、薄板鋼板からなるロータコアプレートを複数枚積層して構成し、前記ロータコアの軸方向長Ｌｒを、前記マグネットの軸方向長Ｌｍよりも、前記ロータコアプレートの板厚ｔｒ×ｎ（ｎは自然数）だけ長く（Ｌｒ＝Ｌｍ＋ｔｒ×ｎ）しても良い。また、前記ステータコアを、薄板鋼板からなるステータコアプレートを複数枚積層して構成し、前記ステータコアの軸方向長Ｌｓを、前記ロータコアの軸方向長Ｌｒよりも、前記ステータコアプレートの板厚ｔｓ×ｎ（ｎは自然数）だけ長く（Ｌｓ＝Ｌｒ＋ｔｓ×ｎ）しても良い。さらに、前記ロータコアプレートの板厚ｔｒと前記ステータコアプレートの板厚ｔｓを等しく（ｔｒ＝ｔｓ）設定しても良い。加えて、前記ロータコアに、前記マグネット取付部の外周側に形成され前記ロータの外周部に配される複数の突極部を設けても良い。
　本発明のブラシレスモータにあっては、ロータコアとして、ロータシャフトに固定されるコア本体と、該コア本体に設けられたマグネット取付部と、を有する構成のものを使用する。そして、ロータコアの軸方向長Ｌｒをマグネットの軸方向長Ｌｍよりも長く（Ｌｒ＞Ｌｍ）、かつ、ステータコアの軸方向長Ｌｓをロータコアの軸方向長Ｌｒよりも長く（Ｌｓ＞Ｌｒ）設定することにより、ロータコア内やステータコア内における磁束密度を均一化できる。従って、磁束密度の偏りによって生じるコギングを低減させることが可能となる。
本発明の一実施形態であるブラシレスモータの断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 マグネット、ロータコア、ステータコアの各軸方向長の関係を示す説明図である。 マグネットに対するロータコアのオーバーハング量Ｘ１とコギングトルク及び出力トルクとの関係を示す説明図である。 ロータコアに対するステータコアのオーバーハング量Ｘ２とコギングトルク及び出力トルクとの関係を示す説明図である。 本発明が適用可能な他のＩＰＭモータの例を示す説明図である。 ＩＰＭモータの構成を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態の目的は、ロータ内部に磁石を埋め込んだ構成のいわゆるＩＰＭモータにおいて、軸方向の磁束密度を均一化し、コギングの低減を図ることにある。図１は、本発明の一実施形態であるブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の断面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。モータ１は、インダクタンス差に基づくリラクタンストルクと、マグネットの磁力によるマグネットトルクによりロータを回転させるＩＰＭ型のブラシレスモータである。モータ１は、図１に示すように、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ１は、Ｄ／Ｌ＞１となった扁平型ＩＰＭモータであり、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。
　ステータ２は、有底円筒形状のモータケース４（以下、ケース４と略記する）の内側に固定されている。ステータ２は、ステータコア５と、ステータコイル６（以下、コイル６と略記する）と、バスバーユニット（端子ユニット）７とから構成されている。コイル６は、ステータコア５の複数のティース部９に、インシュレータ１１を介して巻装されている。バスバーユニット７は、ステータコア５に取り付けられ、コイル６と電気的に接続される。本実施の形態においては、ティース部９は９本設けられている。コイル６は、隣接するティース部９間の９つのスロット内に配置されている。ケース４は、鉄等にて有底円筒状に形成されている。ケース４の開口部には、図示しない固定ネジによって、アルミダイキャスト製のブラケット８が取り付けられる。
　ステータコア５は、鋼製の薄板材であるステータコアプレート１７（例えば、板厚ｔｓ＝０.５ｍｍの電磁鋼板）を多数積層して形成されている。ステータコア５には、複数個のティース部９が、径方向内側に向かって突設されている。隣接するティース部９の間には、スロット１０が形成されている。スロット１０の中にはコイル６が収容されている。ステータコア５には、合成樹脂製のインシュレータ１１が取り付けられている。インシュレータ１１の外側には、コイル６が巻装されている。ステータコア５の軸方向一端側には、インシュレータ１１によって位置決めされたバスバーユニット７が取り付けられている。バスバーユニット７は、合成樹脂製の本体部と、本体部内にインサート成形された銅製のバスバーとから構成されている。
　バスバーユニット７の周囲には、複数個の接続端子１２が径方向に突設されている。バスバーユニット７の取り付けに際し、接続端子１２は、ステータコア５から引き出された各コイル６の端部６ａと溶接される。バスバーユニット７では、バスバーはモータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個と、各相同士の接続用の１個の計４個）設けられている。各コイル６は、その相に対応した接続端子１２と電気的に接続される。ステータコア５は、バスバーユニット７を取り付けた後、ケース４内に圧入又は接着等の固定手段により固定される。
　ステータ２の内側には、ステータ２と同芯状にロータ３が挿入されている。ロータ３はロータシャフト１３を有している。ロータシャフト１３は、ベアリング１４ａ,１４ｂによって回転自在に軸支されている。ベアリング１４ａは、ケース４の底部中央に固定されている。ベアリング１４ｂは、ブラケット８の中央部に固定されている。ロータシャフト１３には、円筒形状のロータコア１５と、回転角度検出手段であるレゾルバ２１のロータ（レゾルバロータ）２２が取り付けられている。レゾルバ２１のステータ（レゾルバステータ）２３は、レゾルバホルダ２４ａに収納される。レゾルバホルダ２４ａは、合成樹脂製のレゾルバブラケット２４ｂを介して、取付ネジ２５によってブラケット８の内側に固定される。
　ロータコア１５もまた、鋼製の薄板材であるロータコアプレート１８（例えば、板厚ｔｒ＝０.５ｍｍの電磁鋼板）を多数積層して形成されている。ロータコア１５の外周部には、周方向に沿って、複数個のマグネット取付孔（マグネット取付部）３１が設けられている。マグネット取付孔３１は、ロータコア１５を軸方向に貫通している。マグネット取付孔３１内には、それぞれマグネット１６が収容固定される。各マグネット１６の外周側には、突極部３２が形成される。マグネット１６は、周方向に沿って６個配置されており、モータ１は６極９スロット構成となっている。マグネット取付孔３１内には、空隙部３３が形成されている。空隙部３３は、マグネット１６の周方向両側に形成され、磁束が通りにくいフラックスバリアとして機能する。隣接する突極部３２の間には、コア本体１５ａと突極部３２とを連結するためのブリッジ部３４が設けられている。
　本実施の形態においては、上述のように、ステータコア５のステータコアプレート１７と、ロータコア１５のロータコアプレート１８は、共に板厚０.５ｍｍの電磁鋼板を積層して成形されている。従って、両プレート１７,１８は、同じブランク材から共取りでプレス成形可能な上、磁束特性等の各種物性が略均等となる。
　ここで、従来のＩＰＭ型ブラシレスモータでは、前述のように、マグネットとステータとの間に磁性体が介在していることもあり、軸方向端面からの磁束の回り込みにより、コギングが増大するという問題があった。そこで、当該モータ１では、軸方向端面側からの磁束の回り込みを抑えるべく、マグネット１６の軸方向長よりもロータコア１５の軸方向長の方が長く、また、ロータコア１５の軸方向長よりもステータコア５の軸方向長の方が長く設定されている（マグネット長＜ロータコア長＜ステータコア長）。なお、ロータコア１５の軸方向は、少なくとも、マグネット１６の外側に位置する突極部３２の軸方向長がマグネット１６よりも長いことを意味している。すなわち、ロータコア１５において、マグネット１６よりも内周側に位置するコア本体１５ａの軸方向長は、必ずしもマグネット１６よりも長くなくとも良い。従って、例えば、軽量化・イナーシャ低減のため、マグネット１６より内側のコア本体１５ａを切削等によって短くすることも可能である。
　図３は、モータ１におけるマグネット１６、ロータコア１５、ステータコア５の各軸方向長の関係を示す説明図である。なお、図３では、本発明の特徴を明確に示すため寸法関係が誇張されている。図３に示すように、ロータコア１５の軸方向長Ｌｒは、マグネット１６の軸方向長Ｌｍよりも長くなっている（Ｌｒ＞Ｌｍ）。ステータコア５の軸方向長Ｌｓは、ロータコア１５の軸方向長Ｌｒよりも長くなっている（Ｌｓ＞Ｌｒ）。ロータコア１５の両端部には、マグネット１６に対向しない第１オーバーハング部４１（オーバーハング量Ｘ１）が形成される。ステータコア５の両端部にも、ロータコア１５に対向しない第２オーバーハング部４２（オーバーハング量Ｘ２）が形成される。オーバーハング部４１,４２は、ロータコア１５やステータコア５の軸方向の片側端部ではなく、軸方向の端部に等分に配される。
　ＬｒとＬｍとの差は、Ｌｒ,Ｌｍの寸法公差を考慮した両者の差の最小値よりも大きく設定されている。ＬｓとＬｒとの差も、Ｌｓ,Ｌｒの寸法公差を考慮した両者の差の最小値よりも大きく設定されている。従って、各部品の軸方向長がばらつき、その公差が集積しても、オーバーハング部４１,４２が確保される。オーバーハング部４１,４２におけるオーバーハング量Ｘ１,Ｘ２は、ステータコア５やロータコア１５を構成する薄板材の板厚や積層枚数を変更することにより、適宜調整可能である。オーバーハング部４１を設けると、マグネット１６の端部からロータコア１５の端部に回り込むような磁束がほとんど無くなる。図３の矢示Ｆ１のように、マグネット１６からの磁束は、突極部３２の内面側に流れ込む。その結果、マグネット１６の軸方向端部においても、マグネット１６からの磁束は、突極部３２の内側面であるオーバーハング部４１に流れ込む。ロータコア１５とステータコア５間においても、オーバーハング部４２により、ロータコア１５の端部からステータコア５の端部に回り込むような磁束はほとんど無くなる。図３の矢示Ｆ２のように、ロータコア１５からの磁束は、ステータコア５の内面側に流れ込む。その結果、突極３２の軸方向端部においても、ロータコア１５からの磁束は、ステータコア５の内側面であるオーバーハング部４２に流れ込む。
　マグネット１６とロータコア１５の間に設けられるオーバーハング部４１について、オーバーハング量Ｘ１とコギング低減効果を見ると、発明者らの実験では、図４のような結果が得られた。図４は、モータ１におけるオーバーハング量Ｘ１（片側オーバーハング量）とコギングトルク及び出力トルクとの関係を示す説明図である。図４に示すように、オーバーハング部４１を設けるとコギングは急減する。コギングは、オーバーハング量Ｘ１が０.５～１ｍｍ（ロータコアプレート１８の板厚ｔｒ～板厚ｔｒの２倍程度）までは顕著に低下する。オーバーハング量Ｘ１が１ｍｍを超えると、コギング低下量は低減し、その後、ほぼ横ばい状態となる。出力トルクは、オーバーハング量Ｘ１が１ｍｍ程度までは漸増し、その後、ほぼ横ばい状態となる。オーバーハング量Ｘ１を長くするとモータ大きくなるため、モータの小型軽量化の観点からは、Ｘ１はなるべく小さな値が好ましい。従って、オーバーハング部４１の効果を考えると、図４からも分かるように、オーバーハング量Ｘ１は１ｍｍ程度までが好ましい。
　次に、ロータコア１５とステータコア５の間に設けられるオーバーハング部４２について、オーバーハング量Ｘ２とコギング低減効果を見ると、発明者らの実験では、図５のような結果が得られた。図５は、モータ１におけるオーバーハング量Ｘ２（片側オーバーハング量）とコギングトルク及び出力トルクとの関係を示す説明図である。図５の場合も図４の場合と似たような傾向が見られ、オーバーハング部４２を設けるとコギングは急減する。コギングは、オーバーハング量Ｘ２が０.５～１ｍｍ（ステータコアプレート１７の板厚ｔｓ～板厚ｔｓの２倍程度：本実施例ではｔｓ＝ｔｒ）までは顕著に低下する。オーバーハング量Ｘ２が１ｍｍを超えると、コギング低下量は低減し、その後、ほぼ横ばい状態となる。出力トルクは、オーバーハング量Ｘ２が１ｍｍ程度までは漸増し、その後、ほぼ横ばい状態となる。オーバーハング量Ｘ２を長くするとモータが大きくなるため、前述同様、小さな値が好ましい。従って、オーバーハング部４２の効果を考えると、図５からも分かるように、オーバーハング量Ｘ２は１ｍｍ程度までが好ましい。
　図４,５から得られた結果をまとめると、オーバーハング量Ｘ１,Ｘ２は共に１ｍｍ程度までが好ましい。従って、マグネット１６とロータコア１５、ステータコア５の各寸法関係は、次のように設定することが好ましい。
　　マグネット長＜ロータコア長［＝マグネット長＋（０を超え１ｍｍ以下）×２］
　　ロータコア長＜ステータコア長［＝ロータコア長＋（０を超え１ｍｍ以下）×２］
　上記のような寸法関係にてダブルオーバーハング構造を構成すると、両オーバーハング部４１,４２の作用により、ロータコア１５・ステータコア５の両端部にて、軸方向からの磁束の流れ込みが抑えられる。そして、マグネット１６からロータコア１５、ロータコア１５からステータコア５にそれぞれ流入する磁束が軸方向に沿って均等化される。その結果、軸方向の磁束密度が均一化し、磁束密度の偏りに起因するコギングの低減が図られる。
　発明者らの実験によれば、オーバーハング量Ｘ１＝０とし、Ｘ２のみを設定してもコギングは改善されたが、出力トルクが減少した。従って、トルクアップのためには、Ｘ１とＸ２を共に設定することが好ましい。また、Ｘ１のみを設定し、Ｘ２＝０あるいはマイナス（ステータコア５の方がロータコア１５より短い）に設定すると、コギングが却って増大した。
　このように、本発明によるＩＰＭモータでは、モータのサイズを大きく増やすことなく、ロータコア１５とステータコア５の軸方向寸法を変えるだけでコギングトルクを低減できる。その結果、Ｄ／Ｌ＞１のような扁平型ＩＰＭモータにおいても、容易かつ効果的にコギングを低減できる。また、オーバーハング部４１,４２の設定も、ステータコアプレート１７やロータコアプレート１８の板厚や積層枚数の変更により容易に調整可能である。従って、従来の構成を大幅に変更することなく、容易にモータ特性を改善することが可能となる。
　本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　例えば、前述の実施の形態では、ＩＰＭモータとして、図２のような形態のものに本発明を適用した例を示したが、本発明は、マグネット埋め込み式のモータ全てに適用可能である。例えば、図６（ａ）～（ｃ）に示したような構成のＩＰＭモータにも適用可能である。また、前述の実施形態では、ステータコアプレート１７とロータコアプレート１８の板厚が共に０.５ｍｍの例を示したが、両プレートの板厚は０.５ｍｍには限定されない。また、ステータコアプレート１７とロータコアプレート１８の板厚が共に同じ板厚でなくとも良い。オーバーハング量Ｘ１,Ｘ２は、ロータコアプレート１８の板厚を基準として、その１～２枚程度が好ましい。
　前述の実施の形態では、マグネット１６とロータコア１５の間に設けられるオーバーハング部４１のオーバーハング量Ｘ１の好ましい設定例として、
　マグネット長＜ロータコア長［＝マグネット長＋（０を超え１ｍｍ以下）×２］
　とする例を示した。しかしながら、マグネット１６は予め成形された成形品であることから、マグネット１６の成形段階で、ロータコア１５との軸方向長さを設定するようにしても良い。その場合、
　マグネット長[＝ロータコア長－０を超え１ｍｍ以下）×２]＜ロータコア長
　のようなダブルオーバーハング構造の寸法関係となる。
　本発明は、電動パワーステアリング装置の駆動源以外にも、他の車載電動装置や、ハイブリッド自動車、電気自動車、エアコン等の電気製品等に広く適用可能である。
　１　　ブラシレスモータ　　　　　　　２　　ステータ
　３　　ロータ　　　　　　　　　　　　４　　モータケース
　５　　ステータコア　　　　　　　　　６　　ステータコイル
　６ａ　端部　　　　　　　　　　　　　７　　バスバーユニット
　８　　ブラケット　　　　　　　　　　９　　ティース部
１０　　スロット　　　　　　　　　　１１　　インシュレータ
１２　　接続端子　　　　　　　　　　１３　　ロータシャフト
１４ａ,１４ｂ　　ベアリング　　　　 １５　　ロータコア
１５ａ　コア本体　　　　　　　　　　１６　　マグネット
１７　　ステータコアプレート　　　　１８　　ロータコアプレート
２１　　レゾルバ　　　　　　　　　　２２　　レゾルバロータ
２３　　レゾルバステータ　　　　　　２４ａ　レゾルバホルダ
２４ｂ　レゾルバブラケット　　　　　２５　　取付ネジ
３１　　マグネット取付孔（マグネット取付部）
３２　　突極部　　　　　　　　　　　３３　　空隙部
３４　　ブリッジ部　　　　　　　　　４１　　第１オーバーハング部
４２　　第２オーバーハング部　　　　５１　　ＩＰＭモータ
５２　　ステータ　　　　　　　　　　５３　　ロータ
５４　　ステータコア　　　　　　　　５５　　コイル
５６　　シャフト　　　　　　　　　　５７　　ロータコア
５７ａ　ロータコア外周部　　　　　　５８　　マグネット
Ｌｍ　　マグネット軸方向長　　　　　Ｌｒ　　ロータコア軸方向長
Ｌｓ　　ステータコア軸方向長
Ｘ１　　マグネットに対するロータコアのオーバーハング量
Ｘ２　　ロータコアに対するステータコアのオーバーハング量
ｔｒ　　ロータコアプレート板厚
ｔｓ　　ステータコアプレート板厚

Claims (8)

  1. 　磁性材料にて形成されたステータコアを備えるステータと、
    　前記ステータの内側に回転自在に配置され、磁性材料にて形成されたロータコアと、前記ロータコア内に固定された複数個のマグネットとを備えるロータと、を有してなるブラシレスモータであって、
    　前記ロータコアは、ロータシャフトに固定されるコア本体と、該コア本体の周方向に沿って等間隔に設けられ前記マグネットが収容される複数個のマグネット取付部と、を有し、
    　前記ロータコアの軸方向長Ｌｒは、前記マグネットの軸方向長Ｌｍよりも長く（Ｌｒ＞Ｌｍ）、かつ、前記ステータコアの軸方向長Ｌｓは、前記ロータコアの軸方向長Ｌｒよりも長い（Ｌｓ＞Ｌｒ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 　請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記ロータコアの両端部に、前記マグネットと対向することなく前記マグネットの軸方向端部から軸方向に沿って張り出した第１オーバーハング部を設けると共に、
    　前記ステータコアの両端部に、前記ロータコアと対向することなく前記ロータコアの軸方向端部から軸方向に沿って張り出した第２オーバーハング部を設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
  3. 　請求項１または２記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記第１及び第２オーバーハング部の軸方向の長さＸ１,Ｘ２が０を超え～１.０ｍｍ以下であることを特徴とするブラシレスモータ。
  4. 　請求項３記載のブラシレスモータにおいて、前記第１及び第２オーバーハング部の軸方向の長さＸ１,Ｘ２が等しい（Ｘ１＝Ｘ２）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  5. 　請求項１～４の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記ロータコアは、薄板鋼板からなるロータコアプレートを複数枚積層して構成され、
    　前記ロータコアの軸方向長Ｌｒは、前記マグネットの軸方向長Ｌｍよりも、前記ロータコアプレートの板厚ｔｒ×ｎ（ｎは自然数）だけ長い（Ｌｒ＝Ｌｍ＋ｔｒ×ｎ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  6. 　請求項５記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記ステータコアは、薄板鋼板からなるステータコアプレートを複数枚積層して構成され、
    　前記ステータコアの軸方向長Ｌｓは、前記ロータコアの軸方向長Ｌｒよりも、前記ステータコアプレートの板厚ｔｓ×ｎ（ｎは自然数）だけ長い（Ｌｓ＝Ｌｒ＋ｔｓ×ｎ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  7. 　請求項６記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記ロータコアプレートの板厚ｔｒと前記ステータコアプレートの板厚ｔｓが等しい（ｔｒ＝ｔｓ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  8. 　請求項１～７の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記ロータコアは、前記マグネット取付部の外周側に形成され、前記ロータの外周部に配される複数の突極部を有することを特徴とするブラシレスモータ。
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