WO2023067721A1 - 回転子、回転電機、および電動パワーステアリング装置 - Google Patents

回転子、回転電機、および電動パワーステアリング装置 Download PDF

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magnets
rotor
magnet
rotor core
axial direction
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孝 山本
正文 岡崎
悟 阿久津
昇平 藤倉
研太 元吉
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706—Inner rotors

Definitions

  • the present disclosure relates to rotors, rotating electric machines, and electric power steering devices.
  • a rotating electrical machine described in Patent Document 1 includes a rotor and a stator.
  • the rotor has a first rotor core, a second rotor core, and a plurality of magnets arranged side by side on the outer peripheral surface of each rotor core.
  • the magnet of the first rotor core hereinafter referred to as first magnet
  • the magnet of the second rotor core hereinafter referred to as second magnet
  • the first magnet and the second magnet come into contact with each other, the magnets with different polarities will come into contact with each other.
  • the first magnet and the second magnet are arranged so as not to contact each other.
  • the inventors of the present application have found that the performance of the rotating electric machine is degraded even if the distance between the first magnet and the second magnet is too large.
  • an object of the present disclosure is to optimize the distance between the first magnet and the second magnet to avoid performance degradation of the rotating electric machine.
  • One aspect of the rotor according to the present disclosure includes a shaft, a first rotor core and a second rotor core fixed to the shaft and arranged side by side in an axial direction along the center axis of the shaft, and the first rotor core.
  • a plurality of first magnets arranged side by side in the circumferential direction around the central axis on the outer peripheral surface, and a plurality of second magnets arranged side by side in the peripheral direction on the outer peripheral surface of the second rotor core, The plurality of first magnets and the plurality of second magnets are displaced in the circumferential direction, and the distance in the axial direction between the plurality of first magnets and the plurality of second magnets is 0. .5 to 3.0 mm.
  • One aspect of the rotating electric machine according to the present disclosure includes the rotor and a stator surrounding the rotor.
  • One aspect of the electric power steering device according to the present disclosure includes the rotating electric machine.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rotor according to Embodiment 1;
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged view of FIG. 1;
  • 1 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to Embodiment 1;
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the distance between magnets and the torque ripple rate during normal use output. 7 is a graph showing the relationship between the distance between magnets and the torque ripple rate at maximum output.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a modification of Embodiment 1;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a modification of Embodiment 2;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to Embodiment 3;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotating electric machine according to a
  • FIG. 1 is a perspective view showing rotor 10 in Embodiment 1.
  • FIG. 2 is an enlarged view of FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of rotating electrical machine M including rotor 10 shown in FIG.
  • the rotary electric machine M is used, for example, as a motor for an electric power steering device for a vehicle.
  • the rotating electric machine M has a rotor 10 and a stator 4.
  • the rotor 10 has a shaft 1, a first rotor core 3a, a second rotor core 3b, a plurality of first magnets 2a, and a plurality of second magnets 2b.
  • the stator 4 is arranged to surround the first magnet 2a and the second magnet 2b.
  • the shaft 1 is connected to a steering system of the vehicle, which is provided in the electric power steering device.
  • the direction along the central axis O of the shaft 1 is called the axial direction.
  • a direction that intersects the central axis O when viewed from the axial direction is called a radial direction.
  • the direction of rotation around the central axis O when viewed from the axial direction is called the circumferential direction.
  • the first rotor core 3a and the second rotor core 3b are fixed to the shaft 1.
  • the first rotor core 3a and the second rotor core 3b are arranged side by side in the axial direction while being in contact with each other.
  • the first rotor core 3a and the second rotor core 3b are formed, for example, by laminating a plurality of core pieces.
  • the core piece is formed by pressing a low-carbon steel plate, for example.
  • the materials and forming methods of the first rotor core 3a and the second rotor core 3b are not limited to those described above, and can be changed as appropriate.
  • the plurality of first magnets 2a are arranged side by side at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the first rotor core 3a.
  • the plurality of second magnets 2b are arranged side by side at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the second rotor core 3b.
  • the polarities of the respective first magnets 2a alternate in the circumferential direction.
  • the polarity of each second magnet 2b alternates in the circumferential direction.
  • Neodymium magnets for example, can be used as the magnets 2a and 2b. Note that the materials of the magnets 2a and 2b can be changed as appropriate.
  • a so-called step skew structure is adopted for the rotor 10 according to the present embodiment. Specifically, the positions of the plurality of first magnets 2a and the plurality of second magnets 2b in the circumferential direction are shifted from each other. For this reason, focusing on an arbitrary first magnet 2a, that first magnet 2a is adjacent to two second magnets 2b in the axial direction. The polarities of the two second magnets 2b are different from each other. Therefore, one of the two second magnets 2b has a different polarity than the axially adjacent first magnet 2a.
  • the stator 4 is provided with a plurality of slots protruding radially inward. Each slot is arranged side by side in the circumferential direction.
  • the rotary electric machine M according to the present embodiment is a so-called 8-pole 12-slot motor. That is, the number of the first magnets 2a and the number of the second magnets 2b is eight, and the number of slots of the stator 4 is twelve. However, the number of first magnets 2a, second magnets 2b, and slots can be changed as appropriate.
  • the rotor 10 may have three or more rotor cores.
  • the length of the first rotor core 3a is preferably longer than the length of the first magnet 2a.
  • the length of the second rotor core 3b is preferably longer than the length of the second magnets 2b.
  • the magnetic flux emitted from the magnets 2a and 2b passes through the stator 4, then through the rotor cores 3a and 3b, and returns to the magnets 2a and 2b.
  • rotor cores 3a and 3b are shorter than magnets 2a and 2b in the axial direction, parts of magnets 2a and 2b protrude from the outer peripheral surfaces of rotor cores 3a and 3b.
  • the surfaces of the magnets 2a and 2b facing radially inward (hereinafter referred to as inner peripheral surfaces) partly face the air. It is difficult for the magnetic flux to return to the portions of the inner peripheral surfaces of the magnets 2a and 2b that face the air. As a result, it leads to deterioration of torque ripple.
  • the magnets with different polarities come into contact with each other. It will be done.
  • magnetic flux leakage is a phenomenon in which the magnetic flux emitted from the magnet does not contribute to torque generation of the rotary electric machine M because it does not pass through a normal path (path passing through the stator, rotor core, etc.).
  • the plurality of first magnets 2a and the plurality of second magnets 2b are separated in the axial direction. As shown in FIG. 3, in this specification, the distance between the first magnet 2a and the second magnet 2b in the axial direction is referred to as "inter-magnet distance D".
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the torque ripple and the distance D between the magnets at normal use output for the rotary electric machine M used in the electric power steering device.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the torque ripple at the maximum output and the distance D between the magnets for the rotating electrical machine M similar to that in FIG. 4.
  • the horizontal axis in FIGS. in mm.
  • the vertical axis in FIGS. 4 and 5 is the torque ripple rate.
  • the torque ripple rate is a numerical value expressed as a percentage (%) representing the ratio of the torque fluctuation range to the average torque value.
  • the torque ripple rate at the normal use output can be made equal to or less than the target value.
  • the torque ripple rate increases as the distance D between the magnets increases.
  • the torque ripple rate at the maximum output can be made equal to or less than the target value.
  • the distance D between the magnets is 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the first rotor core 3a is provided with the first protrusion 6a
  • the second rotor core 3b is provided with the second protrusion 6b in order to set the distance D between the magnets within the above numerical range (Fig. 2, see Figure 3).
  • the first protrusion 6a protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the first rotor core 3a.
  • the first protrusion 6a is arranged at a position adjacent to the second rotor core 3b in the axial direction.
  • the first protrusions 6a are arranged between adjacent first magnets 2a in the circumferential direction.
  • the second protrusion 6b protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the second rotor core 3b.
  • the second protrusion 6b is arranged at a position adjacent to the first rotor core 3a in the axial direction.
  • the second protrusions 6b are arranged between the adjacent second magnets 2b in the circumferential direction.
  • the position of the first magnets 2a in the axial direction can be adjusted to a predetermined position by using the position of the first protrusions 6a as a reference. easier to match.
  • the second magnet 2b when attaching the second magnet 2b to the second rotor core 3b, by using the position of the second protrusion 6b as a reference, it becomes easier to adjust the position of the second magnet 2b in the axial direction to a predetermined position.
  • the "predetermined position" is a position of the first magnet 2a and the second magnet 2b such that the distance D between the magnets is 0.5 mm or more and 3.0 mm or less.
  • the distance D between the magnets can be easily adjusted within the range of 0.5 mm to 3.0 mm.
  • the core pieces that will become the first rotor core 3a and the second rotor core 3b can be pre-formed with portions that will become the first projections 6a and the second projections 6b. Thereby, the distance D between the magnets can be adjusted without adding the number of parts.
  • the protrusions 6a and 6b are used as references for the axial positions when the magnets 2a and 2b are attached to the rotor cores 3a and 3b.
  • the protrusions 6a and 6b do not necessarily need to be arranged near the contact surfaces of the rotor cores 3a and 3b.
  • the first protrusion 6a may be arranged in the central portion of the first rotor core 3a in the axial direction.
  • the position of the first magnet 2a in the axial direction can be adjusted by adjusting the position of the mark or the like with reference to the first projecting portion 6a.
  • the second protrusion 6b may be arranged in the central portion of the second rotor core 3b in the axial direction.
  • the first protrusions 6a may be formed on the first rotor core 3a, and the second protrusions 6b may not be formed on the second rotor core 3b.
  • at least the first protrusion 6a can be used as a reference for the axial position when attaching the first magnet 2a to the first rotor core 3a, and the distance D between the magnets can be easily set within a predetermined range.
  • the second rotor core 3b may be formed with the second protrusions 6b and the first rotor core 3a may not be formed with the first protrusions 6a.
  • Embodiment 2 Next, a rotating electrical machine according to Embodiment 2 will be described. Since the rotary electric machine according to the present embodiment has the same basic configuration as the rotary electric machine according to the first embodiment, different points will be mainly described.
  • the first protrusion 6a is formed over the entire circumference of the outer peripheral surface of the first rotor core 3a.
  • a second protrusion 6b is formed along the entire circumference of the outer peripheral surface of the second rotor core 3b.
  • the first protrusion 6a and the second protrusion 6b are annular when viewed from the axial direction. Also, the first protrusion 6a and the second protrusion 6b are in contact with each other.
  • the first magnets 2a and the second magnet 2b can be used as spacers.
  • the first magnets 2a may be brought into contact with the first protrusions 6a
  • the second magnets 2b may be brought into contact with the first protrusions 6a.
  • the sum of the thicknesses of the first projecting portion 6a and the second projecting portion 6b in the axial direction is the distance D between the magnets. Therefore, it becomes easier to set the inter-magnet distance D within a predetermined numerical range. More specifically, the sum of the thicknesses of the first protrusion 6a and the second protrusion 6b in the axial direction may be within the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • the core pieces that will become the first rotor core 3a and the second rotor core 3b can be pre-formed with portions that will become the first projections 6a and the second projections 6b. This makes it possible to easily control the distance D between the magnets without increasing the number of parts.
  • the core pieces are stacked in the axial direction, there are two types: a first core piece formed with projections to be the projections 6a and 6b, and a second core piece not formed with the projections. You may prepare. In this case, by changing the number of laminated first core pieces, the sum of the thicknesses of the protrusions 6a and 6b in the axial direction (that is, the distance D between the magnets) can be easily changed.
  • An annular projection may be formed only on one of the first rotor core 3a and the second rotor core 3b.
  • the annular first protrusion 6a is formed on the first rotor core 3a, and the annular protrusion is not formed on the second rotor core 3b.
  • contact between the first magnet 2a and the second magnet 2b can be avoided due to the presence of the first protrusion 6a.
  • both the first magnet 2a and the second magnet 2b may be in contact with the first protrusion 6a.
  • the thickness of the first protrusion 6a in the axial direction is the distance D between the magnets.
  • the thickness of the first protrusion 6a in the axial direction may be within the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • the annular second protrusion 6b may be formed only on the second rotor core 3b, and the thickness of the second protrusion 6b may be within the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • the protrusions 6a and 6b may not be annular when viewed from the axial direction.
  • a plurality of first protrusions 6a may be intermittently arranged in the circumferential direction, and each first protrusion 6a may be positioned between the first magnet 2a and the second magnet 2b in the axial direction.
  • each first protrusion 6a functions as a spacer that secures the space between the first magnet 2a and the second magnet 2b.
  • a plurality of second protrusions 6b are intermittently arranged in the circumferential direction, and each second protrusion 6b is positioned between the first magnet 2a and the second magnet 2b in the axial direction. good.
  • Embodiment 3 Next, a rotating electrical machine according to Embodiment 3 will be described. Since the rotary electric machine according to the present embodiment has the same basic configuration as the rotary electric machine according to the first embodiment, different points will be mainly described.
  • protrusions 6a and 6b are not formed on rotor cores 3a and 3b, and gap 5 is formed between first magnet 2a and second magnet 2b.
  • the dimension of the gap 5 in the axial direction is the distance D between the magnets. Therefore, by setting the dimension of the gap 5 in the axial direction within the range of 0.5 to 3.0 mm, the effect described in the first embodiment can be obtained.
  • the first extension 7a may be provided on the first magnet 2a.
  • the first extending portion 7a is a portion of the first magnet 2a that extends axially outward from the first end surface 4a of the stator 4 .
  • the second extension 7b may be provided on the second magnet 2b.
  • the second extending portion 7b is a portion of the second magnet 2b that extends axially outward from the second end face 4b of the stator 4.
  • the first rotor core 3a extends axially outward from the first end face 4a of the stator 4 to support the first extension 7a.
  • the second rotor core 3b extends axially outward from the second end face 4b of the stator 4 to support the second extension 7b.
  • the magnetic flux of the magnets 2a and 2b which is reduced by providing the gap 5, is compensated for by the first extending portion 7a and the second extending portion 7b, thereby reducing the output torque of the rotating electric machine M. can be suppressed.
  • the length of the extensions 7a and 7b in the axial direction is excessive, the ratio of the magnetic flux entering the stator 4 from the extensions 7a and 7b is reduced, and the utilization efficiency of the magnetic flux of the magnets 2a and 2b is reduced. descend. Therefore, it is desirable that the axial length of the first extending portion 7a extending from the first end face 4a is within the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • the axial length of the second extending portion 7b extending from the second end face 4b is preferably within the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • first magnet 2a and the second magnet 2b may be provided with the extending portion.
  • first magnet 2a may be provided with the first extension 7a and the second magnet 2b may not be provided with the second extension 7b.
  • second magnet 2b may be provided with the second extension 7b and the first magnet 2a may not be provided with the extension.
  • first extension portion 7a and the second extension portion 7b shown in FIG. 10 may be provided in the rotor 10 shown in FIGS.
  • the rotor 10 includes the shaft 1, the first rotor core 3a and the second rotor core 3b fixed to the shaft 1 and arranged side by side in the axial direction along the central axis O of the shaft 1. , a plurality of first magnets 2a arranged side by side in the circumferential direction around the central axis O on the outer peripheral surface of the first rotor core 3a, and a plurality of second magnets 2a arranged side by side in the peripheral direction on the outer peripheral surface of the second rotor core 3b.
  • the plurality of first magnets 2a and the plurality of second magnets 2b are displaced in the circumferential direction, and the axial direction between the plurality of first magnets 2a and the plurality of second magnets 2b. is in the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • the torque ripple in the normal use output of the rotating electric machine M can be suppressed by setting the distance D between the magnets to 0.5 mm or more. Further, since the distance D between the magnets is 3.0 mm or less, torque ripple at the maximum output of the rotary electric machine M can be suppressed. In this way, it is possible to provide the rotor 10 capable of reducing torque ripple at both the normal use output and the maximum output.
  • At least one of the first rotor core 3a and the second rotor core 3b is formed with a projection (the first projection 6a or the second projection 6b). It may be positioned between second magnets 2b adjacent to each other in the circumferential direction.
  • the protrusion can be used as a reference when attaching the first magnet 2a to the first rotor core 3a or when attaching the second magnet 2b to the second rotor core 3b.
  • At least one of the first rotor core 3a and the second rotor core 3b is formed with a projection (the first projection 6a or the second projection 6b). 2 magnet 2b.
  • the protrusion functions as a spacer, and contact between the first magnet 2a and the second magnet 2b can be avoided.
  • the protrusion may be annular when viewed from the axial direction. In this case, the protrusions can be easily arranged between all the first magnets 2a and all the second magnets 2b.
  • the protrusion may be in contact with both the first magnet 2a and the second magnet 2b that are adjacent in the axial direction.
  • the distance D between the magnets is the dimension of the protrusion in the axial direction. Therefore, the inter-magnet distance D can be more easily adjusted within the range of 0.5 to 3.0 mm.
  • gaps 5 may be provided between the plurality of first magnets 2a and the plurality of second magnets 2b.
  • the rotating electric machine M also includes a rotor 10 and a stator 4 surrounding the rotor 10 .
  • At least one of the plurality of first magnets 2a and the plurality of second magnets 2b has an extension portion (first extension portion 7a or second extension portion 7b) extending from the end surface of the stator 4 in the axial direction. ) may be formed.
  • first extension portion 7a or second extension portion 7b extending from the end surface of the stator 4 in the axial direction.
  • the magnetic flux of the first magnet 2a or the second magnet 2b which decreases due to the provision of the inter-magnet distance D, can be compensated for by the extending portion. Therefore, it is possible to prevent the output torque of the rotary electric machine M from decreasing.
  • the axial dimension of the extending portion may be within the range of 0.5 to 3.0 mm. In this case, it is possible to suppress a decrease in the effective utilization rate of the magnetic flux of the magnet due to an excessively large extension.
  • the electric power steering device includes the rotating electric machine M described above. According to such an electric power steering apparatus, comfortable operability can be realized both at normal use output and at maximum output.
  • the rotary electric machine M according to the present disclosure may be used for applications other than the electric power steering device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

本開示に係る回転子は、シャフトと、第１ロータコアおよび第２ロータコアと、前記第１ロータコアの外周面に、周方向に並べて配置された複数の第１マグネットと、前記第２ロータコアの外周面に、前記周方向に並べて配置された複数の第２マグネットと、を備え、前記複数の第１マグネットおよび前記複数の第２マグネットは、前記周方向における位置がずれており、前記複数の第１マグネットと前記複数の第２マグネットとの間の軸方向における間隔は、０．５～３．０ｍｍの範囲内である。

Description

回転子、回転電機、および電動パワーステアリング装置
　本開示は、回転子、回転電機、および電動パワーステアリング装置に関する。
　特許文献１に記載の回転電機は、回転子と固定子とを備えている。回転子は、第１ロータコアと、第２ロータコアと、各ロータコアの外周面に並べて配置された複数のマグネットと、を有する。第１ロータコアのマグネット（以下、第１マグネットという）と、第２ロータコアのマグネット（以下、第２マグネットという）とでは、周方向における位置がずれている。このように、いわゆる段スキュー構造の回転子を採用することで、トルクリップルを低減できることが知られている。
特許第５７２０９３９号公報
　段スキュー構造の回転子において、第１マグネットと第２マグネットとが接触してしまうと、互いに極性の異なるマグネット同士が接触することになる。このように極性の異なるマグネット同士が接触すると、接触箇所における磁束漏れが大きくなり、トルクリップルの増大等、回転電機の性能低下に繋がる。したがって、第１マグネットと第２マグネットとは、互いに接触しないように配置されることが好ましい。一方、本願発明者らは、第１マグネットと第２マグネットとの間の距離が大きすぎても、回転電機の性能が低下することを見出した。
　本開示は、上記の事情に鑑みて、第１マグネットと第２マグネットとの間の距離を適切にし、回転電機の性能低下を回避することを目的とする。
　本開示に係る回転子の一つの態様は、シャフトと、前記シャフトに固定され、前記シャフトの中心軸線に沿う軸方向に並べて配置された、第１ロータコアおよび第２ロータコアと、前記第１ロータコアの外周面に、前記中心軸線回りの周方向に並べて配置された複数の第１マグネットと、前記第２ロータコアの外周面に、前記周方向に並べて配置された複数の第２マグネットと、を備え、前記複数の第１マグネットおよび前記複数の第２マグネットは、前記周方向における位置がずれており、前記複数の第１マグネットと前記複数の第２マグネットとの間の前記軸方向における間隔は、０．５～３．０ｍｍの範囲内である。
　本開示に係る回転電機の一つの態様は、前記回転子と、前記回転子を取り囲む固定子と、を備える。
　本開示に係る電動パワーステアリング装置の一つの態様は、前記回転電機を備える。
　本開示によれば、第１マグネットと第２マグネットとの間の距離を適切にし、回転電機の性能低下を回避することができる。
実施の形態１に係る回転子の斜視図である。 図１の拡大図である。 実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 通常使用出力時の、マグネット間距離とトルクリップル率との関係を示すグラフである。 最大出力時の、マグネット間距離とトルクリップル率との関係を示すグラフである。 実施の形態１の変形例に係る回転電機の断面図である。 実施の形態２に係る回転電機の断面図である。 実施の形態２の変形例に係る回転電機の断面図である。 実施の形態３に係る回転電機の断面図である。 実施の形態３の変形例に係る回転電機の断面図である。
　以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態について説明する。なお、本開示の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本開示の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
　実施の形態１．
　図１は、実施の形態１における回転子１０を示す斜視図である。図２は、図１の拡大図である。図３は、図１に示す回転子１０を備えた回転電機Ｍの断面図である。回転電機Ｍは、例えば車両用の電動パワーステアリング装置のモータとして用いられる。
　図３に示すように、回転電機Ｍは、回転子１０および固定子４を有している。回転子１０は、シャフト１と、第１ロータコア３ａと、第２ロータコア３ｂと、複数の第１マグネット２ａと、複数の第２マグネット２ｂと、を有している。固定子４は、第１マグネット２ａおよび第２マグネット２ｂを取り囲むように配置されている。シャフト１には、電動パワーステアリング装置が備える、車両の操舵系が接続される。
　本実施の形態では、シャフト１の中心軸線Ｏに沿う方向を、軸方向という。軸方向から見て、中心軸線Ｏに交差する方向を、径方向という。軸方向から見て、中心軸線Ｏ回りに周回する方向を、周方向という。
　第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂは、シャフト１に固定されている。第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂは、互いに当接した状態で、軸方向に並べて配置されている。第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂは、例えば、複数のコア片を積層することで形成される。コア片は、例えば、低炭素鋼の板をプレス加工することで形成される。なお、第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂの材質および形成方法は上記に限定されず、適宜変更可能である。
　複数の第１マグネット２ａは、第１ロータコア３ａの外周面に、周方向に等間隔で並べて配置されている。複数の第２マグネット２ｂは、第２ロータコア３ｂの外周面に、周方向に等間隔で並べて配置されている。各第１マグネット２ａの極性は、周方向において交互に入れ替わっている。同様に、各第２マグネット２ｂの極性は、周方向において交互に入れ替わっている。マグネット２ａ、２ｂとしては、例えばネオジウム磁石を用いることができる。なお、マグネット２ａ、２ｂの材質は適宜変更可能である。
　本実施の形態に係る回転子１０には、いわゆる段スキュー構造が採用されている。具体的には、複数の第１マグネット２ａおよび複数の第２マグネット２ｂの、周方向における位置が、互いにずれている。このため、任意の第１マグネット２ａに着目すると、その第１マグネット２ａは、２つの第２マグネット２ｂに対して、軸方向において隣接する。そして、当該２つの第２マグネット２ｂの極性は互いに異なっている。したがって、当該２つの第２マグネット２ｂのうちの一方は、軸方向において隣接する第１マグネット２ａと異なる極性を有する。
　図示は省略するが、固定子４には、径方向内側に突出する複数のスロットが設けられている。各スロットは、周方向に並べて配置されている。本実施の形態に係る回転電機Ｍは、いわゆる８極１２スロットのモータである。すなわち、第１マグネット２ａおよび第２マグネット２ｂの数はそれぞれ８つであり、固定子４が有するスロットの数は１２である。ただし、第１マグネット２ａ、第２マグネット２ｂ、およびスロットの数は適宜変更可能である。また、回転子１０は、３つ以上のロータコアを有してもよい。
　軸方向において、第１ロータコア３ａの長さは、第１マグネット２ａの長さよりも長いことが好ましい。同様に、軸方向において、第２ロータコア３ｂの長さは、第２マグネット２ｂの長さよりも長いことが好ましい。通常、マグネット２ａ、２ｂから出た磁束は、固定子４を通った後、ロータコア３ａ、３ｂを通り、マグネット２ａ、２ｂに戻る。しかし、軸方向においてロータコア３ａ、３ｂがマグネット２ａ、２ｂよりも短いと、マグネット２ａ、２ｂの一部がロータコア３ａ、３ｂの外周面からはみ出した状態となる。この場合、マグネット２ａ、２ｂにおける径方向内側を向く面（以下、内周面という）が、一部において空気に面する。マグネット２ａ、２ｂの内周面のうち、空気に面している部分には、磁束が戻りにくくなる。その結果として、トルクリップルの悪化に繋がる。
　ここで、本実施の形態のように段スキュー構造を採用した回転子１０においては、仮に第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとが軸方向において当接した場合、互いに極性の異なるマグネット同士が接触することとなる。互いに極性の異なるマグネット同士が接触すると、接触箇所における磁束漏れが大きくなり、トルクリップルが増大する。「磁束漏れ」とは、マグネットから出た磁束が、通常の経路（固定子、ロータコア等を通る経路）を通らないことで、回転電機Ｍのトルク発生に寄与しなくなる現象である。磁束漏れを抑制するため、複数の第１マグネット２ａと複数の第２マグネット２ｂとは、軸方向において離れていることが好ましい。図３に示すように、本明細書では、軸方向における第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとの間の距離を、「マグネット間距離Ｄ」と表す。
　一方、マグネット間距離Ｄが大きすぎると、回転電機Ｍのサイズに対して、マグネット２ａ、２ｂの体積が減少するため、回転電機Ｍが出力するトルクの低下につながる。また、本願発明者らが検討したところ、マグネット間距離Ｄが大きいほど、回転電機Ｍの最大出力時のトルクリップルが増大することが判った。以下、図４、図５を用いて、より詳細に説明する。
　図４は、電動パワーステアリング装置に用いられる回転電機Ｍについて、通常使用出力におけるトルクリップルとマグネット間距離Ｄとの間の関係を示すグラフである。図５は、図４と同様の回転電機Ｍについて、最大出力におけるトルクリップルとマグネット間距離Ｄとの間の関係を示すグラフである、図４、図５における横軸はマグネット間距離Ｄであり、単位はｍｍである。図４、図５における縦軸は、トルクリップル率である。トルクリップル率とは、トルクの平均値に対するトルクの変動幅の割合を、百分率（％）で表記した数値である。
　図４に示すように、通常使用出力においては、マグネット間距離Ｄが大きいほどトルクリップル率が低下する。本願発明者の検討結果によれば、マグネット間距離Ｄが０．５ｍｍ以上の場合に、通常使用出力におけるトルクリップル率を、目標値以下とすることができた。
　図５に示すように、最大出力においては、マグネット間距離Ｄが大きいほどトルクリップル率が増加する。本願発明者の検討結果によれば、マグネット間距離Ｄが３．０ｍｍ以下の場合に、最大出力におけるトルクリップル率を、目標値以下とすることができた。
　図４、図５の結果を総合すると、マグネット間距離Ｄは、０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
　本実施の形態では、マグネット間距離Ｄを上記数値の範囲内とするために、第１ロータコア３ａに第１突起部６ａを設け、第２ロータコア３ｂに第２突起部６ｂを設けている（図２、図３参照）。第１突起部６ａは、第１ロータコア３ａの外周面から径方向外側に突出している。第１突起部６ａは、軸方向において、第２ロータコア３ｂに隣接する位置に配置されている。第１突起部６ａは、周方向において、隣り合う第１マグネット２ａ同士の間に配置されている。第２突起部６ｂは、第２ロータコア３ｂの外周面から径方向外側に突出している。第２突起部６ｂは、軸方向において、第１ロータコア３ａに隣接する位置に配置されている。第２突起部６ｂは、周方向において、隣り合う第２マグネット２ｂ同士の間に配置されている。
　回転子１０の製造時において、第１マグネット２ａを第１ロータコア３ａに取り付ける際に、第１突起部６ａの位置を基準とすることで、軸方向における第１マグネット２ａの位置を所定の位置に合わせやすくなる。同様に、第２マグネット２ｂを第２ロータコア３ｂに取り付ける際に、第２突起部６ｂの位置を基準とすることで、軸方向における第２マグネット２ｂの位置を所定の位置に合わせやすくなる。ここで、「所定の位置」とは、マグネット間距離Ｄが０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下となるような、第１マグネット２ａおよび第２マグネット２ｂの位置である。
　このように、突起部６ａ、６ｂを用いることで、マグネット間距離Ｄを０．５ｍｍ以上３．０ｍｍの範囲に調整しやすくなる。これにより、通常使用出力時および最大出力時の双方におけるトルクリップル率を、目標値の範囲内とすることが可能となる。さらに、第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂとなるコア片に、第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂとなる部位を予め形成することができる。これにより、部品点数を追加せずに、マグネット間距離Ｄを調整可能となる。
　なお、本実施の形態では、マグネット２ａ、２ｂをロータコア３ａ、３ｂに取り付ける際の軸方向位置の基準として突起部６ａ、６ｂを用いている。このような役割を果たす上では、突起部６ａ、６ｂは、必ずしもロータコア３ａ、３ｂ同士の当接面近傍に配置されていなくてもよい。例えば、軸方向における第１ロータコア３ａの中央部に、第１突起部６ａが配置されていてもよい。この場合、第１マグネット２ａの軸方向における中央部に目印等があれば、第１突起部６ａを基準としてその目印等の位置を調整することで、第１マグネット２ａの軸方向位置を調整可能である。同様に、軸方向における第２ロータコア３ｂの中央部に第２突起部６ｂが配置されてもよい。
　また、図６に示すように、第１ロータコア３ａに第１突起部６ａが形成され、第２ロータコア３ｂに第２突起部６ｂが形成されていなくてもよい。この場合も、少なくとも第１ロータコア３ａに第１マグネット２ａを取り付ける際の軸方向位置の基準として第１突起部６ａを使用可能であり、マグネット間距離Ｄを所定の範囲内としやすくなる。同様に、第２ロータコア３ｂに第２突起部６ｂが形成され、第１ロータコア３ａに第１突起部６ａが形成されていなくてもよい。
実施の形態２．
　次に、実施の形態２に係る回転電機について説明する。本実施の形態に係る回転回転電機は、基本的な構成は実施の形態１の回転電機と同様であるため、異なる点を中心に説明する。
　図７に示すように、本実施の形態では、第１突起部６ａが第１ロータコア３ａの外周面における全周にわたって形成されている。同様に、第２突起部６ｂが第２ロータコア３ｂの外周面における全周にわたって形成されている。図示は省略するが、軸方向から見て、第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂは環状である。また、第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂは互いに接触している。
　本実施の形態によれば、第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとが接触することを、第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂによって回避することができる。すなわち、第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂをスペーサとして用いることができる。また、回転子１０の製造時に、第１マグネット２ａを第１突起部６ａに突き当て、第２マグネット２ｂを第１突起部６ａに突き当ててもよい。この場合、軸方向における第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂの厚みの和が、マグネット間距離Ｄとなる。したがって、マグネット間距離Ｄを所定の数値範囲内とすることが、より容易となる。より具体的には、軸方向における第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂの厚みの和を、０．５～３．０ｍｍの範囲内としてもよい。
　さらに、第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂとなるコア片に、第１突起部６ａおよび第２突起部６ｂとなる部位を予め形成することができる。これにより、部品点数を追加せずに、マグネット間距離Ｄを容易に制御可能となる。コア片が軸方向に積層される場合には、突起部６ａ、６ｂとなる突起が形成された第１のコア片と、前記突起が形成されていない第２のコア片と、の２種類を用意してもよい。この場合、第１のコア片を積層する数を変更することで、突起部６ａ、６ｂの軸方向における厚みの和（すなわち、マグネット間距離Ｄ）を容易に変更することが可能である。
　なお、第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂのうち、一方にのみ、環状の突起部が形成されていてもよい。例えば図８の例では、第１ロータコア３ａに環状の第１突起部６ａが形成され、第２ロータコア３ｂには環状の突起部が形成されていない。この場合も、第１突起部６ａの存在により、第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとが接触することを回避できる。さらに、第１マグネット２ａおよび第２マグネット２ｂの両方が、第１突起部６ａに接触していてもよい。この場合、軸方向における第１突起部６ａの厚みが、マグネット間距離Ｄとなる。したがって、軸方向における第１突起部６ａの厚みを、０．５～３．０ｍｍの範囲内としてもよい。同様に、第２ロータコア３ｂにのみ環状の第２突起部６ｂを形成し、第２突起部６ｂの厚みを０．５～３．０ｍｍの範囲内としてもよい。
　また、突起部６ａ、６ｂは、軸方向から見て環状でなくてもよい。例えば、複数の第１突起部６ａが周方向において間欠的に配置されており、各第１突起部６ａが軸方向において第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとの間に位置していてもよい。この場合も、第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとの間の間隔を確保するスペーサとして、各第１突起部６ａが機能する。同様に、複数の第２突起部６ｂが周方向において間欠的に配置されており、各第２突起部６ｂが軸方向において第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとの間に位置していてもよい。
実施の形態３．
　次に、実施の形態３に係る回転電機について説明する。本実施の形態に係る回転回転電機は、基本的な構成は実施の形態１の回転電機と同様であるため、異なる点を中心に説明する。
　図９に示すように、本実施の形態では、ロータコア３ａ、３ｂに突起部６ａ、６ｂが形成されておらず、第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとの間に隙間５が形成されている。この場合、軸方向における隙間５の寸法が、マグネット間距離Ｄとなる。したがって、軸方向における隙間５の寸法を、０．５～３．０ｍｍの範囲とすることで、実施の形態１で述べた効果を得ることができる。
　図９に示す例では、隙間５が設けられた分だけ、軸方向におけるマグネット２ａ、２ｂの長さが短くなる。このため磁束が小さくなり、回転電機Ｍが出力するトルクが小さくなる。そこで図１０に示すように、第１マグネット２ａに第１延出部７ａを設けてもよい。第１延出部７ａとは、第１マグネット２ａのうち、固定子４の第１端面４ａよりも軸方向外側に延出した部位である。同様に、第２マグネット２ｂに第２延出部７ｂを設けてもよい。第２延出部７ｂとは、第２マグネット２ｂのうち、固定子４の第２端面４ｂよりも軸方向外側に延出した部位である。第１延出部７ａを支持するため、第１ロータコア３ａは固定子４の第１端面４ａから軸方向外側に延出している。同様に、第２延出部７ｂを支持するため、第２ロータコア３ｂは固定子４の第２端面４ｂから軸方向外側に延出している。
　本実施の形態によれば、隙間５を設けることで低下したマグネット２ａ、２ｂの磁束を、第１延出部７ａおよび第２延出部７ｂによって補うことで、回転電機Ｍの出力トルクが低下することを抑制できる。
　ここで、軸方向における延出部７ａ、７ｂの長さが過剰であると、延出部７ａ、７ｂから固定子４に入る磁束の割合が低下し、マグネット２ａ、２ｂの磁束の利用効率が低下する。そこで、第１延出部７ａが第１端面４ａに対して延出する軸方向の長さは、０．５～３．０ｍｍの範囲内とすることが望ましい。同様に、第２延出部７ｂが第２端面４ｂに対して延出する軸方向の長さは、０．５～３．０ｍｍの範囲内とすることが望ましい。
　なお、第１マグネット２ａおよび第２マグネット２ｂのうち、一方にのみ延出部が設けられてもよい。例えば、第１マグネット２ａに第１延出部７ａが設けられ、第２マグネット２ｂに第２延出部７ｂが設けられていなくてもよい。この場合も、少なくとも第１マグネット２ａの磁束が補われるため、回転電機Ｍの出力トルクの低下を抑制できる。同様に、第２マグネット２ｂに第２延出部７ｂが設けられ、第１マグネット２ａに延出部が設けられていなくてもよい。
　また、図１０に示す第１延出部７ａおよび第２延出部７ｂの一方または双方を、図３、図６、図７、および図８に示す回転子１０に設けてもよい。
　以上説明したように、本開示に係る回転子１０は、シャフト１と、シャフト１に固定され、シャフト１の中心軸線Ｏに沿う軸方向に並べて配置された第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂと、第１ロータコア３ａの外周面に、中心軸線Ｏ回りの周方向に並べて配置された複数の第１マグネット２ａと、第２ロータコア３ｂの外周面に、周方向に並べて配置された複数の第２マグネット２ｂと、を備え、複数の第１マグネット２ａおよび複数の第２マグネット２ｂは、周方向における位置がずれており、複数の第１マグネット２ａと複数の第２マグネット２ｂとの間の軸方向における間隔は０．５～３．０ｍｍの範囲内である。
　上記構成の回転子１０によれば、マグネット間距離Ｄが０．５ｍｍ以上であることで、回転電機Ｍの通常使用出力におけるトルクリップルを抑制可能となる。また、マグネット間距離Ｄが３．０ｍｍ以下であることで、回転電機Ｍの最大出力におけるトルクリップルを抑制可能となる。このように、通常使用出力および最大出力の双方において、トルクリップルを低減することが可能な回転子１０を提供できる。
　また、第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂの少なくとも一方には突起部（第１突起部６ａまたは第２突起部６ｂ）が形成され、突起部は、周方向において隣り合う第１マグネット２ａ同士の間、または、周方向において隣り合う第２マグネット２ｂ同士の間に位置してもよい。この場合、第１マグネット２ａを第１ロータコア３ａに取り付ける際、あるいは第２マグネット２ｂを第２ロータコア３ｂに取り付ける際の基準として、突起部を用いることができる。
　また、第１ロータコア３ａおよび第２ロータコア３ｂの少なくとも一方には突起部（第１突起部６ａまたは第２突起部６ｂ）が形成され、突起部は、軸方向において隣り合う第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとの間に位置してもよい。この場合、突起部がスペーサとして機能し、第１マグネット２ａと第２マグネット２ｂとが接触してしまうことを回避できる。
　また、軸方向から見て、突起部は環状であってもよい。この場合、全ての第１マグネット２ａと全ての第２マグネット２ｂとの間に、突起部を容易に配置することができる。
　また、突起部は、軸方向において隣り合う第１マグネット２ａおよび第２マグネット２ｂの双方に接していてもよい。この場合、軸方向における突起部の寸法がマグネット間距離Ｄとなる。したがって、マグネット間距離Ｄを０．５～３．０ｍｍの範囲に、より容易に調整することができる。
　また、複数の第１マグネット２ａと複数の第２マグネット２ｂとの間には隙間５が設けられていてもよい。
　また、本開示に係る回転電機Ｍは、回転子１０と、回転子１０を取り囲む固定子４と、を備える。
　また、複数の第１マグネット２ａおよび複数の第２マグネット２ｂの少なくとも一方には、軸方向において固定子４の端面から延出した延出部（第１延出部７ａまたは第２延出部７ｂ）が形成されていてもよい。この場合、マグネット間距離Ｄを設けることで低下する第１マグネット２ａまたは第２マグネット２ｂの磁束を、延出部によって補うことができる。したがって、回転電機Ｍの出力トルクが低下してしまうことを抑制できる。
　また、延出部の軸方向における寸法は０．５～３．０ｍｍの範囲内であってもよい。この場合、延出部が過剰に大きいことによりマグネットの磁束の有効利用率が低下することを抑制できる。
　また、本開示に係る電動パワーステアリング装置は、上記の回転電機Ｍを備えている。このような電動パワーステアリング装置によれば、通常使用出力時および最大出力時の双方において、快適な操作性を実現することができる。
　なお、本開示の技術的範囲は前記実施の形態に限定されず、本開示の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
　例えば、本開示に係る回転電機Ｍを、電動パワーステアリング装置以外の用途に用いてもよい。
　また、上記した実施の形態あるいは変形例を、適宜組み合わせてもよい。
１…シャフト　２ａ…第１マグネット　２ｂ…第２マグネット　３ａ…第１ロータコア　３ｂ…第２ロータコア　４…固定子　５…隙間　６ａ、６ｂ…突起部　７ａ、７ｂ…延出部　１０…回転子　Ｍ…回転電機　Ｏ…中心軸線

Claims (10)

  1. 　シャフトと、
    　前記シャフトに固定され、前記シャフトの中心軸線に沿う軸方向に並べて配置された、第１ロータコアおよび第２ロータコアと、
    　前記第１ロータコアの外周面に、前記中心軸線回りの周方向に並べて配置された複数の第１マグネットと、
    　前記第２ロータコアの外周面に、前記周方向に並べて配置された複数の第２マグネットと、を備え、
    　前記複数の第１マグネットおよび前記複数の第２マグネットは、前記周方向における位置がずれており、
    　前記複数の第１マグネットと前記複数の第２マグネットとの間の前記軸方向における間隔は、０．５～３．０ｍｍの範囲内である、回転子。
  2. 　前記第１ロータコアおよび前記第２ロータコアの少なくとも一方には突起部が形成され、
    　前記突起部は、前記周方向において隣り合う前記第１マグネット同士の間、または、前記周方向において隣り合う前記第２マグネット同士の間に位置している、請求項１に記載の回転子。
  3. 　前記第１ロータコアおよび前記第２ロータコアの少なくとも一方には突起部が形成され、
    　前記突起部は、前記軸方向において隣り合う前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置している、請求項１に記載の回転子。
  4. 　前記軸方向から見て、前記突起部は環状である、請求項３に記載の回転子。
  5. 　前記突起部は、前記軸方向において隣り合う前記第１マグネットおよび前記第２マグネットの双方に接している、請求項４に記載の回転子。
  6. 　前記複数の第１マグネットと前記複数の第２マグネットとの間には隙間が設けられている、請求項１に記載の回転子。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の回転子と、
    　前記回転子を取り囲む固定子と、を備える、回転電機。
  8. 　前記複数の第１マグネットおよび前記複数の第２マグネットの少なくとも一方には、前記軸方向において前記固定子の端面から延出した延出部が形成されている、請求項７に記載の回転電機。
  9. 　前記延出部の前記軸方向における寸法は０．５～３．０ｍｍの範囲内である、請求項８に記載の回転電機。
  10. 　請求項７から９のいずれか１項に記載の回転電機を備える、電動パワーステアリング装置。
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