(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、前記回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、
前記回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と、
電機子巻線に高周波電圧を重畳するインバータと
を備え、前記高周波電圧と回転子位置とによって変化する導通回路の誘導電流から生じる電機子電流の差を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、
前記固定子鉄心は、前記固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、スロット開口幅Ｗｓ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ（Ｗｓｎ＝Ｗｓ／ρｓ）が
０．０８≦Ｗｓｎ
となる形状で構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項２】
回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、前記回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、
前記回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と、
電機子巻線に高周波電圧を重畳するインバータと
を備え、前記高周波電圧と回転子位置とによって変化する導通回路の誘導電流から生じる電機子電流の差を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、
前記固定子鉄心は、前記固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、ティース幅Ｗｔ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）が
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
となる形状で構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の永久磁石型回転電機において、
前記固定子鉄心は、
０．０８≦Ｗｓｎ
となる形状で構成され、さらに、ティース幅Ｗｔ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）が
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
となる形状で構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機において、
前記固定子鉄心は、ティースの先端部をなくした形状で構成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機において、
前記固定子鉄心は、ティースの根元部のティース幅がティースの首部のティース幅よりも大きい形状で構成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機において、
前記固定子鉄心は、以下の２条件
Ｗｓｎ≦０．０８
Ｗｔｎ≧０．９２またはＷｔｎ≦０．６７のいずれか一方
のうち、少なくとも１つを満たす形状の固定子鉄心と、軸方向に組み合わされて構成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項７】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機において、
前記固定子鉄心は、ティースにダミースロットを設けた形状で構成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項８】
回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、前記回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、
前記回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と
を備え、前記電機子巻線に流れる電流を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、
前記固定子鉄心は、前記固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、スロット開口幅Ｗｓ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ（Ｗｓｎ＝Ｗｓ／ρｓ）が
０．０８≦Ｗｓｎ
となる形状で構成され、
前記固定子鉄心は、ティース高さをＨｔ［ｍｍ］、巻線高さをＨｗ［ｍｍ］としたとき、
Ｈｔ≦Ｈｗ／２
となる形状で構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項９】
回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、前記回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、
前記回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と
を備え、前記電機子巻線に流れる電流を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、
前記固定子鉄心は、前記固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、ティース幅Ｗｔ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）が
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
となる形状で構成され、
前記固定子鉄心は、ティース高さをＨｔ［ｍｍ］、巻線高さをＨｗ［ｍｍ］としたとき、
Ｈｔ≦Ｈｗ／２
となる形状で構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項１０】
回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、前記回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、
前記回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と
を備え、前記電機子巻線に流れる電流を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、
前記固定子鉄心は、前記固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、スロット開口幅Ｗｓ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ（Ｗｓｎ＝Ｗｓ／ρｓ）が
０．０８≦Ｗｓｎ
となる形状で構成され、
前記固定子鉄心は、以下の２条件
Ｗｓｎ≧０．０８
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
のうち、少なくとも１つを満たす形状であって、さらに、ＷｓｎあるいはＷｔｎが前記固定子鉄心と異なる形状の固定子鉄心と、軸方向に組み合わされて構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項１１】
回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、
前記回転子の軸方向に延在し、前記回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、前記第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、前記回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、
前記回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と
を備え、前記電機子巻線に流れる電流を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、
前記固定子鉄心は、前記固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、ティース幅Ｗｔ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）が
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
となる形状で構成され、
前記固定子鉄心は、以下の２条件
Ｗｓｎ≧０．０８
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
のうち、少なくとも１つを満たす形状であって、さらに、ＷｓｎあるいはＷｔｎが前記固定子鉄心と異なる形状の固定子鉄心と、軸方向に組み合わされて構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項１２】
請求項８または１０に記載の永久磁石型回転電機において、
前記固定子鉄心は、
０．０８≦Ｗｓｎ
となる形状で構成され、さらに、ティース幅Ｗｔ［ｍｍ］を前記スロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）が
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
となる形状で構成される
ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石型回転電機に関するものであり、特に、突極性を向上するモータ構造、センサレス駆動における角度誤差を低減するモータ構造、および永久磁石型回転電機が適用される電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石型モータ等の同期モータを駆動するには、回転センサ等で位置検出を行う必要があった。その一方で、モータのコスト低減や小型化のため、回転センサを用いずに駆動するセンサレス駆動方式が開発されている。その方式の１つである高周波重畳方式は、モータの電機子巻線に、トルクを発生させるための電圧とは別に、高周波電圧を印加し、モータのインピーダンスの回転子位置依存性（突極性）に起因するｄ軸電流とｑ軸電流の差を利用して回転子の位置検出を行う方式である。ただし、この方式には、突極性が必要である。磁石埋め込み型モータには、突極性があるため、センサレス駆動に用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０５６８７１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５０３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
従来技術では、回転子は、磁石埋め込み型モータであるため、表面磁石型モータよりコギングトルクが大きいという問題があった。また、モータの負荷電流に応じて、センサレス駆動時の位置検出における角度誤差が変化するため、トルクの低下や脱調等が起こるという問題があった。また、突極性が小さいため、センサレス駆動における位置検出をするための高周波電流を大きくする必要が生じ、騒音が大きいという問題、さらには、負荷電流に応じて突極性が変化するという問題があった。
【０００５】
本発明では、上記の問題を解決するためのものであり、センサレス駆動時の位置検出における角度誤差および角度誤差の負荷電流依存性を低減し、さらに、位置検出に必要な突極性を向上し、センサレス駆動に適した永久磁石型回転電機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る永久磁石型回転電機は、回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、回転子の軸方向に延在し、回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と、電機子巻線に高周波電圧を重畳するインバータとを備え、高周波電圧と回転子位置とによって変化する導通回路の誘導電流から生じる電機子電流の差を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、固定子鉄心は、固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、スロット開口幅Ｗｓ［ｍｍ］をスロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ（Ｗｓｎ＝Ｗｓ／ρｓ）が
０．０８≦Ｗｓｎ
となる形状で構成されるものである。
【０００７】
また、本発明に係る永久磁石型回転電機は、回転子鉄心および複数の永久磁石を有する回転子と、回転子の軸方向に延在し、回転子の周方向に少なくとも２箇所以上の永久磁石間の位置に配置された第１導体と、第１導体間を電気的に接続する第２導体とで構成され、回転子の周方向の１箇所または複数箇所に設けられた単数ないし複数の導通回路と、回転子と対向して配置され、固定子鉄心および電機子巻線を有する固定子と、電機子巻線に高周波電圧を重畳するインバータとを備え、高周波電圧と回転子位置とによって変化する導通回路の誘導電流から生じる電機子電流の差を測定することによって回転角度を検出する永久磁石型回転電機であって、固定子鉄心は、固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、スロット数をＮｓとしたときのスロットピッチρｓを
ρｓ＝（２×π×Ｒｓ）／Ｎｓ
と定義した場合に、ティース幅Ｗｔ［ｍｍ］をスロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）が
０．６７≦Ｗｔｎ≦０．９２
となる形状で構成されるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、導体から構成された単数ないし複数の導通回路を回転子に設けるとともに、スロット開口幅あるいはティース幅が所定範囲となるように固定子鉄心の形状を規定することで、センサレス駆動時の位置検出における角度誤差および角度誤差の負荷電流依存性を低減し、さらに、位置検出に必要な突極性を向上し、センサレス駆動に適した永久磁石型回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機に誘導電流が流れる原理の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるモータの回転子の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における回転子の回転角度とインピーダンスとの関係を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、無負荷のときの高周波電圧印加時に電機子巻線に流れる電流をｄｑ変換した電流ベクトルの軌跡を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、負荷があるときの高周波電圧印加時に電機子巻線に流れる電流をｄｑ変換した電流ベクトルの軌跡を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示した１０極１２スロットの表面磁石型モータの断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるモータの断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第２の具体例を示したモータの断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１におけるモータ緒元の一覧である。
【図１０】本発明の実施の形態１における１０極１２スロットのモータのスロット開口幅をパラメータとした角度誤差（ティース幅を固定）を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるスロット開口幅の異なる、負荷時における高周波電圧印加時に電機子巻線に流れる電流をｄｑ変換した電流ベクトルの軌跡を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における１０極１２スロットのモータのスロット開口幅をパラメータとした角度誤差（ティース幅を固定、Ｗｓｎ＝０．０４２を基準）を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における１０極１２スロットのモータのスロット開口幅をパラメータとした突極性（ティース幅を固定）を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態１におけるティース形状の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態１におけるティース形状の説明図である。
【図１６】本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第３の具体例を示したモータの断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態２における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２における１０極１２スロットのモータのティース幅をパラメータとした角度誤差（スロット開口幅を固定）を示した図である。
【図２０】本発明の実施の形態２における１０極１２スロットのモータのティース幅をパラメータとした角度誤差（スロット開口幅を固定、Ｗｔｎ＝０．５１のモータを基準）を示す図である。
【図２１】本発明の実施の形態３における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第１の具体例の８極の回転子の斜視図である。
【図２３】本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。
【図２４】本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第２の具体例を示したモータの断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。
【図２６】本発明の実施の形態６における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。
【図２７】本発明の実施の形態７における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。
【図２８】本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの斜視図である。
【図２９】本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第２の具体例を示すモータの斜視図である。
【図３０】本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第３の具体例を示すモータの斜視図である。
【図３１】本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第４の具体例を示すモータの斜視図である。
【図３２】本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態１０における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの斜視図（固定子鉄心のみ記載）である。
【図３４】本実施の形態１０における図３３に示すモータのコギングトルク波形を示す図である。
【図３５】本発明の実施の形態１１における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの斜視図である。
【図３６】本発明の実施の形態１２における電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の永久磁石型回転電機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
まず、回転子の構造により、突極性を向上する原理について説明する。
本実施の形態１では、永久磁石型モータ（永久磁石型回転電機）の回転子に導体からなる誘導電流回路（導通回路）を設け、回転センサなしで回転子の回転角度を検出する場合について説明する。このような導体は、例えば、銅やアルミニウム等で構成される。
【００１２】
まず始めに、回転センサなしで回転角度の検出が可能となる原理について説明する。図１は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機に誘導電流が流れる原理の説明図である。理解を助けるために、図１においては、永久磁石型回転電機の断面図を直線状に描いており、２通りの回転子位置ｄ、ｑを示している。
【００１３】
通常の永久磁石型モータは、固定子鉄心１と電機子巻線２を具備した固定子と、回転子鉄心３と永久磁石４を具備した回転子で構成されているが、図１に示した構成要素は、回転軸方向に平行またはほぼ平行に延在する。実際には、この図１に示すモータには、永久磁石間の周囲に導体６を配置している。図１では、４極のモータを示しているが、極数やスロット数は、これに限定されない。また、図１におけるＮとＳは、永久磁石の極性を示している。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態１におけるモータの回転子の斜視図であり、１０極の回転子の場合の図１に対応する構成例を示す図である。図２に示すように、永久磁石４の周囲には導体６（第１導体に相当）と導体８（第２導体に相当）が配置されている。ここで、導体６と導体８は、閉じた回路であるので導通回路に相当する。以下の実施の形態においても、同様に、導体６と導体８により導通回路が構成されることになる。
【００１５】
回転角度の検出には、突極性を用いる。ここで、突極性とは、インピーダンスの回転子位置に対する依存性を意味している。また、ここでのインピーダンスとは、例えば、電機子巻線の各相の端子のうち、任意の２端子間のインピーダンスを意味しており、このようなインピーダンスを以下では単にインピーダンスと呼ぶ。永久磁石４の周囲に導体６と導体８を配置し、モータが導通回路を有することにより、モータに高周波電圧を印加したときの突極性を大きくすることができ、モータのセンサレス駆動が可能となる。
【００１６】
図１に戻って、回転子位置に対するインピーダンスの差異が最も大きい回転子位置ｄとｑを比較する。図１の波形は、高周波電圧印加時の電機子電流により発生する磁束７を表している。ただし、簡単のため、基本波成分のみを示している。
【００１７】
まず、回転子位置がｄの場合には、電機子電流により発生する磁束７が、例えば、６ａと６ｂの間に鎖交し、導体６に誘導電流が流れる。その誘導電流により、電機子電流によって発生する磁束が打ち消され、インピーダンスが小さくなる。
【００１８】
一方、回転子位置がｑの場合には、電機子電流により発生する磁束７のうち、例えば、６ａと６ｂの間に鎖交する分が互いに打ち消すため、導体に誘導電流が流れず、インピーダンスも変化しない。このように、回転子の位置によって、インピーダンスに差異が生じる現象を利用して、回転子の位置検出が可能となる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態１における回転子の回転角度とインピーダンスとの関係を示した図であり、突極性を示したものである。図３において、横軸は、回転子の回転角度（電気角）、縦軸は、インピーダンスをそれぞれ示している。図３では、インピーダンスの変化する周期は、電気角１８０度である。これは、永久磁石間に配置された２つの導体の中心を、隣り合う永久磁石４の磁極間の中心に配置しているため、可能となる。
【００２０】
図４は、本発明の実施の形態１において、無負荷のときの高周波電圧印加時に電機子巻線に流れる電流をｄｑ変換した電流ベクトルの軌跡を示す図である。一方、図５は、本発明の実施の形態１において、負荷があるときの高周波電圧印加時に電機子巻線に流れる電流をｄｑ変換した電流ベクトルの軌跡を示す図である。これら図４、図５においては、ｄ軸電流を横軸、ｑ軸電流を縦軸としている。モータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相モータとし、印加する高周波電圧は、各線間電圧が、振幅が同じで位相が２π／３［ｒａｄ］ずつずらされた電圧とする。
【００２１】
導体を配置しない一般的なモータの電流ベクトルの軌跡は、図４、図５に示すように、ｄ軸とｑ軸のインピーダンスが回転子位置に依存しない（すなわち、突極性がほとんどない）ため、真円、またはほぼ真円となる。
【００２２】
一方、導体を配置したモータの電流ベクトルの軌跡は、図４、図５に示すように、楕円状となる。これは、導体を配置することにより、ｄ軸とｑ軸のインピーダンスが回転子位置に依存し、電流が変化するためである。図４、図５に示すように、楕円の中心は座標の原点と重なっており、図４では、楕円の長軸とｄ軸が重なっている。また、負荷時に固定子鉄心１が磁気飽和した場合には、図５に示すように、楕円の長軸がｄ軸から正または負の方向へ傾くことがある。
【００２３】
楕円の長軸のｄ軸からのずれは、位置検出における角度誤差となるため、このずれは、小さくなる方が望ましいが、このような場合でも、負荷電流と長軸方向の傾きから位置検出が可能である。なお、図５の楕円は、楕円の各点のｄ軸電流の平均値、ｑ軸電流の平均値が原点にくるようにシフトしてプロットしている。
【００２４】
上記において、回転センサなしで回転角度の検出が可能となる原理について説明したが、次に、突極性とセンサレスの精度の相関性について説明する。
【００２５】
センサレス駆動における位置推定の精度は、高周波電圧印加時のｄ軸電流Ｉｄｈとｑ軸電流Ｉｑｈの差ΔＩｈが大きい程よい。ＩｄｈとＩｑｈの大きさは、図４、図５で示したように、各々楕円の長軸、短軸の長さの半分である。ΔＩｈは、下式（１）で表すことができる。また、モータの突極性を評価するため、突極性の指標を下式（２）で定義した。
【００２６】
【数１】
0005424814.tif 000002
【００２７】
ΔＩｈは、高周波電圧と突極性の指標（高周波電圧印加時のｄ軸インダクタンスＬｄｈの逆数とｑ軸インダクタンスＬｑｈの逆数の差）と、周波数の逆数の積に比例するので、ΔＩｈが同じであるなら、突極性が高い方が高周波電流（または、高周波電圧Ｖｈ）は、小さく抑えることができる。一方、モータの騒音は、高周波電流が大きい程大きい。よって、突極性が高い方が小さい電流で位置推定の精度が確保できるため、騒音を小さく抑えることができる。
【００２８】
以下に、具体例を用いて、本実施の形態１における永久磁石型回転電機を詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示した１０極１２スロットの表面磁石型モータの断面図である。
【００２９】
第１の具体例では、電機子巻線２と固定子鉄心１を具備した固定子と、永久磁石４と回転子鉄心３を具備した回転子で構成されている。回転子の回転方向を反時計回りとすると、巻線配置は、反時計回りにＵ＋、Ｕ−、Ｖ−、Ｖ＋、Ｗ＋、Ｗ−、Ｕ−、Ｕ＋、Ｖ＋、Ｖ−、Ｗ−、Ｗ＋となる。ただし、Ｕ＋、Ｕ−は、各々Ｕ相巻線を表し、＋と−は、巻線の巻く方向が逆であることを意味し、Ｖ、Ｗについても同様とする。以下でも、同様の表現方法を用いる。
【００３０】
以上のように、実施の形態１における永久磁石型回転電機の第１の具体例では、モータの回転子には永久磁石４の周囲に導体６、８が配置され、導通回路が構成される。このような構成では、導体６、８を回転子に配置しない場合に比べ、突極性を向上でき、センサレス駆動に適したモータとなる。
【００３１】
次に、センサレス駆動に用いる固定子の構造について説明する。まず、寸法の定義を以下のようにし、本発明において共通とする。図７は、本発明の実施の形態１におけるモータの断面図である。図７に示すように、スロット開口幅をＷｓ［ｍｍ］、固定子の内側の半径をＲｓ［ｍｍ］、ティース幅をＷｔ［ｍｍ］、ティース根元部のティース幅をＷｔｏ［ｍｍ］、ティース首部のティース幅をＷｔｉ［ｍｍ］、首部深さをＨｎ［ｍｍ］とする。また、スロット数をＮｓとしたときに、スロットピッチρｓを、下式（３）で定義する。
【００３２】
【数２】
0005424814.tif 000003
【００３３】
固定子の内径やスロット数等のパラメータに関わらず、スロット開口幅Ｗｓやティース幅Ｗｔの数値を限定するために、スロット開口幅Ｗｓをスロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ（Ｗｓｎ＝Ｗｓ／ρｓ）、ティース幅Ｗｔをスロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ（Ｗｔｎ＝Ｗｔ／ρｓ）を定義する。
【００３４】
センサレス駆動に用いる固定子は、固定子鉄心３に、電機子巻線２が巻かれており、スロット開口幅Ｗｓを大きくしている。スロット開口幅Ｗｓの大きさについては、後述する。なお、本実施の形態１の第１の具体例の回転子を用いて説明してきたが、突極性があれば、これに限らない。
【００３５】
図８は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第２の具体例を示したモータの断面図である。固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、スロット開口幅Ｗｓを大きくしている。スロット開口幅Ｗｓを大きくすると、角度誤差が小さくなる。その根拠となるグラフを以下で説明する。図９は、本発明の実施の形態１におけるモータ緒元の一覧である。以下の説明において、ティース幅、スロット開口幅、ティース高さは、断りが無い場合には、図９に示された値を用いている。
【００３６】
図１０は、本発明の実施の形態１における１０極１２スロットのモータのスロット開口幅をパラメータとした角度誤差（ティース幅を固定）を示した図である。ティース高さは、３通りとし、Ｈｔｎは、ティース高さの比を表している。横軸は、スロット開口幅Ｗｓをスロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ、縦軸は、角度誤差（ｄ軸を基準とした楕円の長軸の電気角［度］）を示す。
【００３７】
電流の条件は、負荷電流（モータを駆動するための電流）の有無の２通りとし、どちらもセンサレス駆動のための高周波電流を注入している。図１０より、Ｈｔｎに関わらず、負荷電流無しでは、角度誤差は、スロット開口幅Ｗｓに依存せず、ほぼ０となる。負荷電流有りにおいても、Ｈｔｎに関わらず、角度誤差は、スロット開口幅Ｗｓに依存し、スロット開口幅Ｗｓを大きくすると、小さくなる。
【００３８】
ここで、角度誤差の変化（電流ベクトルの軌跡の長軸の向きの変化）について、より具体的に説明する。図１１は、本発明の実施の形態１におけるスロット開口幅の異なる、負荷時における高周波電圧印加時に電機子巻線に流れる電流をｄｑ変換した電流ベクトルの軌跡を示す図である。図１１より、楕円の傾き（楕円の長軸のｄ軸からのずれの絶対値）は、Ｗｓｎ＝０．０４２の方が大きい。つまり、角度誤差は、スロット開口幅を大きくすることにより、小さくなることがわかる。また、楕円の大きさは、Ｗｓｎ＝０．０４２の方が小さい。これは、スロット開口幅が小さい方が、漏れ磁束が大きく、インダクタンスが大きくなるためと思われる。
【００３９】
図１２は、本発明の実施の形態１における１０極１２スロットのモータのスロット開口幅をパラメータとした角度誤差（ティース幅を固定、Ｗｓｎ＝０．０４２を基準）を示す図である。ティース高さは、３通りとし、Ｈｔｎは、ティース高さの比を表している。横軸は、スロット開口幅Ｗｓをスロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ、縦軸は、Ｗｓｎ＝０．０４２（図中の最も左の点）を基準とした角度誤差の割合（ｄ軸を基準とした楕円の長軸の電気角［度］）を示す。
【００４０】
図１２より、Ｗｓｎ＝０．０４２を基準とした角度誤差の割合を、望ましくは、０．０８≦Ｗｓｎとすることにより半分以下に低減でき、より望ましくは、０．１１≦Ｗｓｎとすることにより１／５以下に低減できる。このように、スロット開口幅を大きくすると、角度誤差も小さい。また、望ましくは、Ｗｓｎ≦０．３５とすることにより、ティース首部の幅がティース幅より小さくなることにより起こる磁気飽和に起因して、トルクが低下し、トルクリップルが増大するという問題を、低減することができる。
【００４１】
図１２に示した３通りのティース高さでは、同様の傾向が見られ、角度誤差とスロット開口幅の相関性は、ティース高さＨｔに依存しない。ただし、Ｗｓｎ≦０．３５としたのは、Ｗｔｎ＝０．６５（図１２のモータ形状）の場合であり、
１−Ｗｔｎ
より求めた。
【００４２】
また、スロット開口幅を大きくすることにより、角度誤差が低減するだけでなく、突極性を向上する効果もある。図１３は、本発明の実施の形態１における１０極１２スロットのモータのスロット開口幅をパラメータとした突極性（ティース幅を固定）を示す図である。横軸は、スロット開口幅Ｗｓをスロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎ、縦軸は、各スロット開口幅での突極性の指標をスロット開口幅が最も小さい場合（Ｗｓｎ＝０．０４２）の負荷電流無の突極性の指標で規格化した値とする。
【００４３】
このように、スロット開口幅を大きくすると、突極性が向上する。それにより、センサレス駆動の精度が高まるため、位置検出をするために必要な高周波電流を小さくでき、騒音を低減できる。
【００４４】
以上のグラフより、スロット開口幅を大きくすると、角度誤差の負荷電流依存性を低減し、負荷電流有における角度誤差も低減する効果が得られることがわかる。よって、本実施の形態１における永久磁石型回転電機の第２の具体例では、以上の効果が得られるため、従来技術に比べ、位置検出の精度を高めることができる。それにより、従来技術の問題点であった、モータの負荷電流に応じて、センサレス駆動時の位置検出における角度誤差が変化することにより起こるトルクの低下や脱調等の問題、あるいはセンサレス駆動の精度が低いため、位置検出をするために必要な高周波電流が大きくなることにより起こる騒音等の問題を低減することができる。
【００４５】
ここで、線電流の実効値にターン数を乗じた値をアンペアターン（単位はＡＴ）とすると、０ＡＴ〜１２６４ＡＴ程度において、上記の効果がある。また、定格のアンペアターンが１２６４ＡＴ以上のモータ、もしくは１２６４ＡＴ以上で運転することがあるモータにおいても、０ＡＴ〜１２６４ＡＴの範囲においては、上記の効果がある。
【００４６】
なお、スロット開口幅が小さい形状において、角度誤差が大きくなる要因の１つとして、ティース先端部（ティースにおいて、ティースの回転子に近い側で、ティース幅より外側の部分とする）付近の磁気飽和が考えられる。
【００４７】
図１４、図１５は、本発明の実施の形態１におけるティース形状の説明図である。どちらの図も、ティース幅は、同じであるが、スロット開口幅を図１５では図１４より大きくしている。図１４、図１５で示すように、スロット開口幅Ｗｓを大きくすることで、ティース幅は固定なため、ティース先端部の形状が小さくなり、隣り合うティース先端部間の漏れ磁束を低減し、ティース先端部付近の磁気飽和を緩和でき、それにより、角度誤差が低減すると思われる。
【００４８】
次に、第３の具体例について説明する。図１６は、本発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第３の具体例を示したモータの断面図である。第３の具体例は、回転子は、先の図６で示した第１の具体例の回転子を用いているが、突極性があれば、これに限らない。固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、ティースの先端部を無くし、先端部がある場合よりスロット開口幅Ｗｓを大きくしている。
【００４９】
この第３の具体例においても、先の第２の具体例と同様の効果が得られる。また、本実施の形態１では、スロット開口幅を大きくすることにより、上述したように、角度誤差の低減効果が得られるが、突極性の向上効果も得られる。
【００５０】
この構成により、センサレス駆動において、磁気飽和を低減し、軸間干渉による角度誤差や角度誤差の負荷電流依存性を低減できる。これにより、位置検出を正確に行えないことに起因するトルクの低下や脱調等の問題を防止できる。また、この構成により、突極性を向上できるため、センサレス駆動における位置検出をするための高周波電流を大きくする必要がなくなり、騒音を抑制できる。
【００５１】
次に、センサレス駆動を行うための回転角度検出装置の構成の例について説明する。図１７は、本発明の実施の形態１における回転角度検出装置の構成図である。モータ２６は、本発明の実施の形態１に示したいずれかのモータであり、モータ２６には、コントローラ２１が接続されている。コントローラ２１は、さらに電源２５に接続されている。電源２５は、例えば、バッテリーのような直流電源で構成される。
【００５２】
図１７では、コントローラ２１の詳細な構成は省略するが、インバータ２２と電機子電流測定部２３と回転角度検出部２４を有している。インバータ２２は、モータ２６を駆動するために、モータ２６に電流を供給するが、回転角度検出のために、例えば、数百Ｈｚから数十ｋＨｚの高周波の電流を重畳して注入する。
【００５３】
電機子電流測定部２３は、電機子電流を測定する機能を有し、例えば、ホール素子を用いた電流センサやシャント抵抗などで構成される。測定部にホール素子を用いた電流センサ等を用いるのは、電機子電流は、モータの駆動開始直後等は駆動用の電流が直流に近いため、直流から高周波の交流まで計測する必要があるためである。
【００５４】
図１７では、３相の電流を測定する構成としているが、２相でもよいし、電源２５側の１相の電流を測定する構成としてもよい。電機子電流測定部２３によって測定された電流値は、回転角度検出部２４に入力されて、演算処理が行われる。例えば、先の図４、５で示した楕円軌道の長軸方向を求めることで回転角度の推定を行う。回転角度検出部２４で推定した回転角度推定値θは、インバータにおけるモータ駆動用の電流を適切に供給するために利用される。
【００５５】
従来の構成であれば、モータ２６を駆動するために、レゾルバやエンコーダ等の回転角度検出装置を別途設ける必要があった。しかしながら、本発明の構成によれば、レゾルバやエンコーダ等がなくても回転角度検出が可能となる。なお、電機子電流測定部２３は、モータのトルク制御時に電流値を把握する必要があるため、レゾルバやエンコーダ等で回転角度を検出する従来の構成においても設けられている。
【００５６】
また、回転角度検出部２４は、従来の構成でも設けられるマイコンやＡＳＩＣ内部で構成することができる。したがって、本発明によって、従来よりも少ない部品点数にて回転角度の検出を行うことが可能となり、従来よりも安価で小型のモータ駆動が実現できる。
【００５７】
また、本発明のモータは回転子の永久磁石間に導体を配置しているため、突極性が大きい。それに加え、スロット開口幅を大きくしている場合には、さらに突極性が大きい。突極性が大きいため、高周波の電流の大きさが同じ場合のΔＩｈが大きくなり、回転角度の検出の精度が高くなるため、回転角度の検出の精度が低いことが原因で発生するトルクリップルも低減することができる。なお、印加する高周波電圧（上記の例では、正弦波とした）は、その波形や、位相のずれは問わないため、矩形波、三角波等でもよい。
【００５８】
以上のように、実施の形態１によれば、スロット開口幅Ｗｓをスロットピッチρｓで除した値Ｗｓｎが０．０８以上となるような構成を備えることで、センサレス駆動時の位置検出における角度誤差の負荷電流依存性を低減し、また、位置検出に必要な突極性を向上し、センサレス駆動に適した永久磁石型回転電機を得ることができる。
【００５９】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、スロット開口幅Ｗｓを大きくする形状について説明したが、本実施の形態２では、ティース幅Ｗｔを大きくした形状について説明する。
【００６０】
図１８は、本発明の実施の形態２における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。本実施の形態２では、回転子は、突極性があればよく、第１の具体例では、先の実施の形態１の回転子を用いている。固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、ティース幅Ｗｔを大きくしている。ティース幅Ｗｔを大きくすると、角度誤差が小さくなる。その根拠となるグラフを以下で説明する。
【００６１】
図１９は、本発明の実施の形態２における１０極１２スロットのモータのティース幅をパラメータとした角度誤差（スロット開口幅を固定）を示した図である。横軸は、ティース幅Ｗｔをスロットピッチρｓで除した値、縦軸は、角度誤差（電気角［度］）を示す。
【００６２】
電流の条件は、負荷電流の有無の２通りとし、どちらもセンサレス駆動のための高周波電流を注入している。ただし、負荷電流有は、定格負荷電流とする。図１９より、負荷電流無では、角度誤差は、ティース幅Ｗｔに依存せず、ほぼ０となる。一方、負荷電流有では、角度誤差は、ティース幅Ｗｔに依存し、ティース幅Ｗｔを大きくすると、角度誤差は小さくなる。
【００６３】
図２０は、本発明の実施の形態２における１０極１２スロットのモータのティース幅をパラメータとした角度誤差（スロット開口幅を固定、Ｗｔｎ＝０．５１のモータを基準）を示す図である。横軸は、ティース幅Ｗｔをスロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎ、縦軸は、ティース幅Ｗｔをスロットピッチρｓで規格化した値Ｗｔｎが０．５１のモータ（図中の最も左の点）を基準とした角度誤差（ｄ軸を基準とした楕円の長軸の電気角［度］）の割合を示す。
【００６４】
図２０より、Ｗｔｎが０．５１のモータを基準とした角度誤差の割合を、望ましくは、０．６７≦Ｗｔｎとすることにより半分以下に低減でき、より望ましくは、０．７２≦Ｗｔｎとすることにより１／５以下に低減できる。また、望ましくは、Ｗｔｎ≦０．９２とすることにより、Ｗｓｎが小さくなるのを防ぎ、角度誤差が大きくなることにより起こるトルクの低下やトルクリップルの増大を低減できる。
【００６５】
ただし、Ｗｔｎ≦０．９２としたのは、０．０８≦Ｗｓｎの場合であり、Ｗｓｎの下限値をＷｓｎｍｉｎとすると、Ｗｔｎは、
１−Ｗｓｎｍｉｎ
より求まる。
【００６６】
また、ティース幅Ｗｔを大きくすることにより、ティースと永久磁石を結ぶ磁気回路のパーミアンスが増加し、鎖交磁束が増加するため、トルクが増加する。それに加え、ティースの磁気飽和が緩和されるため、トルクリップルを低減できる。
【００６７】
以上のように、実施の形態２によれば、ティース幅Ｗｔをスロットピッチρｓで除した値Ｗｔｎが０．６７以上となるような構成を備えることで、センサレス駆動時の位置検出における角度誤差の負荷電流依存性を低減し、センサレス駆動に適した永久磁石型回転電機を得ることができる。
【００６８】
さらに、Ｗｔｎが０．９２以下となるような構成を備えることで、Ｗｓｎが小さくなるのを防ぎ、角度誤差が大きくなることにより起こるトルクの低下やトルクリップルの増大を低減することができる。
【００６９】
実施の形態３．
本実施の形態３では、スロット開口幅とティース幅の両方を大きくした固定子について説明する。図２１は、本発明の実施の形態３における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。本実施の形態３では、回転子は、先の実施の形態１と同じ回転子としているが、突極性があればそれに限らない。
【００７０】
固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、スロット開口幅Ｗｓ、ティース幅Ｗｔを大きくしている。スロット開口幅Ｗｓ、ティース幅Ｗｔを大きくすると、先の実施の形態１、２で述べたように、角度誤差、角度誤差の負荷電流依存性が小さくなる。そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減する。
【００７１】
また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいため、騒音を低減できる。それに加え、ティースと永久磁石を結ぶ磁気回路のパーミアンスが増加し、鎖交磁束が増加するため、トルクが増加する。また、ティースの磁気飽和が緩和されるため、トルクリップルを低減できる。
【００７２】
角度誤差の具体的な低減効果を述べると、先の実施の形態２で説明したのと同様に、ティース幅Ｗｔにおいて、ティース幅Ｗｔをスロットピッチρｓで規格化した値Ｗｔｎが０．５１のモータを基準とした角度誤差の割合を、望ましくは、０．６７≦Ｗｔｎとすることにより半分以下に低減でき、より望ましくは、０．７２≦Ｗｔｎとすることにより１／５以下に低減できる。
【００７３】
また、先の実施の形態１で説明したのと同様に、スロット開口幅Ｗｓにおいて、Ｗｓｎ＝０．０４２を基準とした角度誤差の割合を、望ましくは、０．０８≦Ｗｓｎとすることにより半分以下に低減でき、より望ましくは、０．１１≦Ｗｓｎとすることにより１／５以下に低減できる。
【００７４】
以上のように、実施の形態３によれば、先の実施の形態１、２の構成を併せ持つことで、両者の効果を兼ね備えた永久磁石型回転電機を得ることができる。
【００７５】
実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態３と同様に、固定子のスロット開口幅Ｗｓとティース幅Ｗｔを大きくするとともに、回転子の導体の配置方法が先の実施の形態１の第１の具体例と異なるモータについて説明する。
【００７６】
上記の例では、１０極１２スロットについて説明したが、極数、スロット数の組み合わせは、これに限らない。図２２は、本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第１の具体例の８極の回転子の斜視図である。図２２に示すように、永久磁石４間に、導体６が配置され、導体６の両端が導体８で電気的に接続され、導通回路が構成される。図２３は、本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図（８極１２スロット）である。この図２３のモータは、回転子の回転方向を反時計回りとすると、巻線配置は、反時計回りにＵ＋、Ｖ＋、Ｗ＋の順に４回繰り返す。次に、図２４は、本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第２の具体例を示したモータの断面図を示す。第２の具体例は、１０極１２スロットである。
【００７７】
本発明の実施の形態４における永久磁石型回転電機の第１の具体例、第２の具体例は、上述した構造により、先の実施の形態３の第１の具体例に示した上記の効果とほぼ同等の効果が得られる。つまり、角度誤差、角度誤差の負荷電流依存性が小さくなる。そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減する。また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいので、騒音を低減できる。それに加え、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減できる。
【００７８】
以上のように、実施の形態４によれば、回転子の第２導体を環状とすることで導通回路を構成した場合にも、先の実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
実施の形態５．
本実施の形態５では、先の実施の形態３と同様に、固定子のスロット開口幅Ｗｓとティース幅Ｗｔを大きくし、回転子の導体の配置方法が実施の形態１の第１の具体例と異なるモータについて説明する。
【００８０】
図２５は、本発明の実施の形態５における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。この図２５では、固定子は、先の実施の形態３における図２１と同じであり、回転子は、導体を永久磁石の周囲に配置した磁石埋め込み型としている。
【００８１】
回転子に導体を配置していない場合、一般に、磁石埋め込み型は、表面磁石型より突極性が大きい。そのため、磁石埋め込み型、表面磁石型、各回転子に導体を配置した場合、磁石埋め込み型は、表面磁石型より突極性が大きくなる。よって、この構造により、回転子が導体を配置された表面磁石型とした場合より、さらに位置検出の精度が向上し、さらに騒音を低減できる。
【００８２】
角度誤差においては、先の実施の形態３における永久磁石型回転電機の第１の具体例と同様の効果が期待できる。つまり、角度誤差、角度誤差の負荷電流依存性が小さくなる。
そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減できる。
また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいため、騒音を低減できる。それに加え、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減できる。
【００８３】
以上のように、実施の形態５によれば、磁石埋め込み型の回転子を用いることで、さらなる位置検出の精度向上、および、さらなる騒音低減を図ることができるとともに、先の実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
実施の形態６．
本実施の形態６では、ティースの根元部のティース幅Ｗｔｏを先端部のティース幅Ｗｔｉより大きくする構成について説明する。回転子は、先の実施の形態１と同じとする。図２６は、本発明の実施の形態６における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。この構造の有用性について述べる。
【００８５】
ティース幅は、一般に、径方向によらずに一定である。つまり、ティースの軸方向に平行な側面は、互いに平行である。しかし、ティース幅が径方向によらない構造では、ティース幅Ｗｔとスロット開口幅Ｗｓを同時に大きくすることには限界がある。そこで、本実施の形態６のように、ティースの根元部のティース幅Ｗｔｏを先端部のティース幅Ｗｔｉより大きくする構成をとることで、その限界を高めることができる。よって、角度誤差に関して、角度誤差の低減や、角度誤差の負荷電流依存性の低減等、先の実施の形態１、２と同様、もしくはそれ以上の効果が期待できる。
【００８６】
そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減する。
また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいので、騒音を低減できる。それに加え、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減できる。
【００８７】
また、上記の構造では、ティースの根元部の幅が、ティースの首部の幅より大きくなるため、磁束の集中するティースの根元部の磁気飽和が緩和され、平均トルクの向上や、トルクリップルの低減効果が、ティースの軸方向に平行な側面は、互いに平行な場合より大きくなる。
【００８８】
以上のように、実施の形態６によれば、ティースの根元部のティース幅を先端部のティース幅より大きくする構成をとることで、先の実施の形態１、２と同等以上の効果を得ることができる。
【００８９】
実施の形態７．
本実施の形態７では、セミスロットレスモータの固定子について説明する。
図２７は、本発明の実施の形態７における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示したモータの断面図である。図２７では、回転子は、先の実施の形態１と同じ回転子としているが、突極性があればそれに限らない。一方、固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、図２７に示すように、ティース高さＨｔをセミスロットレスでない一般的なモータより低くしている。ティース高さＨｔは、例えば、巻線高さＨｗを用いて以下の式の範囲をとる。
０＜Ｈｔ≦Ｈｗ／２
【００９０】
つまり、ティース高さＨｔは、巻線高さＨｗの半分以下であるが、低ければ、スロットレス（ティースがない）でなければいくらでもよい。この構成は、スロット開口幅Ｗｓを大きくしていることになるため、隣り合うティース間のもれ磁束が小さく、先の実施の形態１における永久磁石型回転電機の第３の具体例とほぼ同様の効果が得られる。つまり、角度誤差、角度誤差の負荷電流依存性が小さくなる。そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減する。
【００９１】
また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいため、騒音を低減できる。それに加え、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減できる。また、セミスロットレス構造でないモータのように、ティースは、電機子巻線、永久磁石間の磁気回路のパーミアンスを大きくするだけでなく、巻線の位置決めにも用いられる。
【００９２】
以上のように、実施の形態７によれば、セミスロットレスモータの固定子を用いた場合にも、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００９３】
実施の形態８．
先の実施の形態１〜７においては、センサレス駆動に適したモータの固定子構造について説明した。これに対して、本実施の形態８では、先の実施の形態１、３〜７の固定子を、スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子と軸方向に組み合わせたモータについて説明する。
【００９４】
先の実施の形態１では、固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、スロット開口幅Ｗｓを大きくしている。この構造により、角度誤差に関しては、先の実施の形態１で述べた効果が得られる。しかしながら、この構造だけでは、スロット開口幅Ｗｓを大きくしているため、スロット開口幅Ｗｓが小さいモータに比べ、コギングトルクが大きくなってしまう。
【００９５】
図２８は、本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの斜視図である。図２８に示すように、第８の具体例では、スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子を、スロット開口幅Ｗｓを大きくした先の実施の形態１で示した固定子で、軸方向に挟んだ形状となっている。
【００９６】
また、図２９は、本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第２の具体例を示すモータの斜視図である。図２９に示すように、紙面の上側から順に、ティースの先端部を無くし、先端部がある場合よりスロット開口幅Ｗｓを大きくしている先の実施の形態２で示した固定子と、スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子を軸方向に並べた形状となっている。
【００９７】
スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子では、スロット開口幅Ｗｓが大きくないため、コギングトルクは小さい。よって、図２８、図２９のような構造により、先の実施の形態１で示した固定子とほぼ同様の効果を得るだけでなく、先の実施の形態１で示した固定子に比べ、コギングトルクを低減できる。
【００９８】
先の実施の形態３〜５では、固定子は、固定子鉄心１と電機子巻線２から構成されており、スロット開口幅、ティース幅を大きくしている。この構造により、角度誤差に関しては、先の実施の形態３〜５で述べた効果が得られる。しかしながら、この構造だけでは、スロット開口幅Ｗｓを大きくしているため、スロット開口幅Ｗｓが小さいモータに比べ、コギングトルクが大きくなってしまう。
【００９９】
図３０は、本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第３の具体例を示すモータの斜視図である。図３０に示すように、第３の具体例では、スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子と、スロット開口幅Ｗｓ、ティース幅Ｗｔを大きくした先の実施の形態３〜５で示した固定子を、紙面の上側から順に、軸方向に並べた形状となっている。
【０１００】
スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子では、スロット開口幅が大きくないため、コギングトルクは小さい。よって、この構造により、先の実施の形態３〜５で示した固定子とほぼ同様の効果を得るだけでなく、先の実施の形態３〜５で示した固定子に比べ、コギングトルクを低減できる。
【０１０１】
先の実施の形態６では、固定子は、ティースの根元部のティース幅を首部のティース幅より大きくしている。この構造により、角度誤差に関しては、先の実施の形態６で述べた効果が得られる。しかしながら、この構造だけでは、スロット開口幅Ｗｓが大きくなるため、スロット開口幅が小さいモータに比べ、コギングトルクが大きくなってしまう。
【０１０２】
図３１は、本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第４の具体例を示すモータの斜視図である。図３１に示すように、第４の具体例では、紙面の上側から順に、ティースの根元部のティース幅を首部のティース幅より大きくした先の実施の形態６で示した固定子と、スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子を軸方向に並べた形状となっている。
【０１０３】
スロット開口幅Ｗｓが小さい固定子ではスロット開口幅が大きくないため、コギングトルクは小さい。よって、この構造により、先の実施の形態６で示した固定子とほぼ同様の効果を得るだけでなく、先の実施の形態６で示した固定子に比べ、コギングトルクを低減できる。
【０１０４】
先の実施の形態７では、セミスロットレスモータの固定子について説明したが、この固定子のみでは、上記の実施の形態と同様に、スロット開口幅Ｗｓが大きいため、スロット開口幅が小さいモータに比べ、コギングトルクが大きくなってしまう。図示していないが、先の実施の形態７で示した固定子をスロット開口幅Ｗｓが小さい固定子と軸方向に組み合わせることにより、先の実施の形態７で示した固定子とほぼ同様の効果を得るだけでなく、先の実施の形態７で示した固定子に比べ、コギングトルクを低減できる。
【０１０５】
以上のように、実施の形態８によれば、スロット開口幅が小さい固定子を軸方向に組み合わせたモータ構成とすることで、コギングトルクの低減を図った上で、先の実施の形態１、３〜７と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態８では、各実施の形態の固定子をスロット開口幅Ｗｓが小さい固定子と軸方向に組み合わせたモータについて説明したが、固定子の並べ方は、以上の具体例に限らず、例えば、交互に並べてもよい。
また、上述した実施の形態１〜８では、電機子巻線が集中巻の場合の例を示しており、後述する実施の形態１０、１１でも、電機子巻線が集中巻の場合の例を示している。そして、これらの実施の形態では、１０極１２スロットまたは８極１２スロットの具体例を用いて説明しているが、極数とスロット数の組み合わせは、これに限らない。例えば、極数とスロット数との比率が、以下に示すようになるモータにおいても、実施の形態１〜８、１０、１１と同様の構成をとることができる。
極数：スロット数＝１２ｎ±２ｎ：１２ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）
極数：スロット数＝９ｎ±ｎ：９ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）
極数：スロット数＝３ｎ±ｎ：３ｎ（ただし、ｎは１以上の整数）
【０１０７】
実施の形態９．
先の実施の形態１〜８では、電機子巻線が集中巻の場合の例を示した。また、後述する実施の形態１０、１１でも、電機子巻線が集中巻の場合の例を示している。これに対して、本実施の形態９では、電機子巻線が分布巻の場合ついて説明する。
【０１０８】
本実施の形態９では、固定子鉄心の複数のティースに跨って、電機子巻線２が巻き回されている。実施の形態９では、極数、スロット数、巻線の方法を除いて、先の実施の形態１〜８、１１、１２と同様とする。
【０１０９】
図３２は、本発明の実施の形態８における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの断面図である。この例は、６極３６スロットの例を示したが、極数、スロット数の組み合わせは、これに限ることはない。
【０１１０】
極数：スロット数＝ｍ：６ｍ（ｍは１以上の整数）でもよいし、極数：スロット数＝ｍ：３ｍ（ｍは１以上の整数）で表されるもの（例えば、４極１２スロット、６極１８スロットなど）であってもよいし、極数：スロット数＝２ｍ：９ｍ（ｍは１以上の整数）で表されるもの（例えば、４極１８スロット、６極２７スロットなど）であってもよい。
【０１１１】
本実施の形態９では、先の実施の形態１〜８、および後述する実施の形態１０、１１における極数、スロット数、巻線の方法を変更しただけであり、それ以外の構造が同じである各実施の形態と同様の効果が得られる。それに加え、巻線を分布巻にすることにより、電機子巻線２により発生する起磁力波形が正弦波に近いため、集中巻に比べ、トルクリップルを低減する効果が得られる。
【０１１２】
以上のように、実施の形態９によれば、電機子巻線が分布巻の場合にも同様の効果を得ることができるとともに、トルクリップルを低減する効果を得ることができる。
【０１１３】
実施の形態１０．
本実施の形態１０では、固定子のスロット開口幅Ｗｓ、ティース幅Ｗｔともに、先の実施の形態３で示した範囲をとり、スロット開口幅Ｗｓの異なる固定子（固定子鉄心の軸方向上側１ａ、固定子鉄心の軸方向下側１ｂ）を軸方向に組み合わせた場合について説明する。図３３は、本発明の実施の形態１０における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの斜視図（固定子鉄心のみ記載）である。また、図３４は、本実施の形態１０における図３３に示すモータのコギングトルク波形を示す図である。
【０１１４】
ただし、回転子は、導体を永久磁石４の周囲に配置した表面磁石型であり、固定子鉄心１にはもちろん電機子巻線２が具備されている。図３４では、図３３を紙面の上から見た場合に、固定子鉄心１の軸方向下側１ｂのコギングトルク、固定子鉄心１の軸方向上側１ａのコギングトルク、固定子鉄心１のコギングトルク（１ａ、１ｂ、両者の和）の３種類（凡例でそれぞれ軸方向下側、軸方向上側、合成、と記載）を示す。
【０１１５】
固定子鉄心１のコギングトルクは、軸方向下側１ｂ、軸方向上側１ａがキャンセルし、軸方向上側１ａのみ、軸方向下側１ｂのみのコギングトルクｐ−ｐ値より小さい。このように、スロット開口幅Ｗｓの異なる固定子を軸方向に組み合わせることにより、コギングトルクを低減できる。
【０１１６】
また、スロット開口幅Ｗｓを大きくすることにより、角度誤差、角度誤差の負荷電流依存性が小さくなる。そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減する。また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいので、騒音を低減できる。それに加え、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減できる。
【０１１７】
図３３では、異なる固定子が２段になるよう組まれており、両者の軸方向の長さは同じであるが、３段以上になるよう交互に組まれてもよく、また、各段の軸方向の長さは同じでなくてもよい。コギングトルクの振幅が異なっていても、各段の軸方向の長さを調整することにより、コギングトルクの低減効果を大きくできる。
【０１１８】
なお、図３３のモータの回転子は、導体を永久磁石４の周囲に配置した表面磁石型であるが、導体を永久磁石４の周囲に配置した磁石埋め込み型でもよい。
【０１１９】
以上のように、実施の形態１０によれば、異なる固定子を組み合わせることで、コギングトルクの低減効果を大きくした上で、先の実施の形態１〜９と同様の効果を得ることができる。
【０１２０】
実施の形態１１．
本実施の形態１１では、ティースにダミースロット１２を設け、スロット開口幅Ｗｓとティース幅Ｗｔを大きくした固定子について説明する。図３５は、本発明の実施の形態１１における永久磁石型回転電機の第１の具体例を示すモータの斜視図である。図３５に示すように、ティースにダミースロット１２を設けている。それにより、コギングトルクを低減できる。
【０１２１】
また、スロット開口幅Ｗｓを大きくすることにより、角度誤差、角度誤差の負荷電流依存性が小さくなる。そのため、センサレス駆動による位置検出の精度が高まり、脱調等の問題を低減する。また、突極性が向上するため、位置検出のために注入する高周波電流が小さくてよいので、騒音を低減できる。それに加え、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減できる。
【０１２２】
以上のように、実施の形態１１によれば、ティースにダミースロットを設けることにより、コギングトルクの低減効果を得た上で、先の実施の形態１〜９と同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
なお、回転子は導体を永久磁石の周囲に配置していれば、表面磁石型でも、磁石埋め込み型でもよい。
【０１２４】
実施の形態１２．
本実施の形態１２では、本発明による回転位置検出を、電動パワーステアリング装置に適用する具体例について説明する。図３６は、本発明の実施の形態１２における電動パワーステアリング装置の構成を示す概略図である。
【０１２５】
ステアリングホイール３１に結合してステアリングホイール３１の操舵力を受けるコラムシャフト３２が設けられている。さらに、コラムシャフト３２には、ウォームギヤ３３（図３６では詳細な記載を省略し、ギヤボックスのみ示している）が接続されており、操舵力は、ウォームギヤ３３に伝わる。
【０１２６】
ウォームギヤ３３は、コントローラ３４によって駆動されるモータ３５の出力（トルクや回転速度に依存）を、回転方向を直角に変えるとともに回転を減速しながら伝達して、操舵力にモータ３５のアシストトルクを加えている。操舵力は、ウォームギヤ３３に接続されたハンドルジョイント３６を伝わり、方向も変えられる。
【０１２７】
ステアリングギヤ３７は、ハンドルジョイント３６の回転を減速し、同時にラック３８の直線運動に変換し、所要の変位を得る。このラック３８の直線運動により車輪を動かし、車両の方向転換等を可能とする。
【０１２８】
このような電動パワーステアリング装置において、モータ３５を適切に駆動するには、回転角度を検出する必要がある。そこで、従来のモータは、ホールセンサやレゾルバなどの回転角度検出装置を具備している。しかしながら、ホールセンサやレゾルバがあると、部品点数が増え、コストも増加する。また、モータの体格も回転角度検出装置があるために大きくなってしまう。
【０１２９】
そこで、この問題を解決するために、上述したような本発明の実施の形態１〜１１に示すいずれかのモータ３５を、電動パワーステアリング装置に組み込むことができる。これにより、回転角度検出装置がなくても、導体に流れる誘導電流によって発生するインピーダンスの違いを利用して、電機子電流を測定することにより、回転角度検出が可能となる。
【０１３０】
コントローラ３４により、モータ３５を駆動するための電圧に重畳して、例えば、数百Ｈｚ〜数十ｋＨｚの高周波電圧をモータに印加し、それにより生じる高周波電流を計測することにより、回転角度検出が可能である。すなわち、回転センサレス駆動が可能となる。
【０１３１】
この結果、部品点数を減らすことができ、コストも低減できる。さらに、モータ３５の体格を小さくでき、軽量化できるという効果が得られる。それに加え、信頼性の高い電動パワーステアリング装置が得られる。
【０１３２】
このような電動パワーステアリング装置では、モータ３５にて発生するコギングトルクやトルクリップルがウォームギヤ３３とコラムシャフト３２を介して、ステアリングホイール３１に伝達される。従って、モータ３５が大きなコギングトルクやトルクリップルを発生する場合、滑らかなステアリング感覚を得ることができない。
【０１３３】
しかしながら、モータ３５として本発明のものを採用すれば、表面磁石型のモータでもホールセンサやレゾルバなしに、回転角度検出が可能である。表面磁石型は、一般に、突極性の大きい磁石埋め込み型に比べて、コギングトルクやトルクリップルが小さい傾向にある。従来は、突極性の大きい磁石埋め込み型に対しては、回転センサレス駆動が可能であった。しかしながら、本発明のモータをモータ３５に適用することによって、表面磁石型に対しても、回転センサレス駆動が可能となる。
【０１３４】
以上のように、実施の形態１２によれば、本発明の永久磁石型回転電機を用いた回転位置検出手段を電動パワーステアリング装置に適用することにより、表面磁石型に対しても、部品点数低減、コスト低減、モータサイズ低減・軽量化という効果に加えて、「低コギングトルクと低トルクリップル」の効果を得ることができる。
【０１３５】
さらに、位置検出の精度が高いため、位置検出の精度が低いことが原因で発生するトルクリップルも低減することができる。また、先の実施の形態１で説明したように、騒音の低減効果もある。モータが車室内に配置されるコラム式では、運転手とモータの位置が近いため、騒音の低減が求められる。本発明を適用すれば、高周波電流の振幅が小さくても、位置検出の精度が確保できるため、騒音を低減する効果が得られる。
【符号の説明】
【０１３６】
１  固定子鉄心、２  電機子巻線、３  回転子鉄心、４  永久磁石、５  回転軸、６  導体（第１導体）、７  磁束、８  導体（第２導体）、１２  ダミースロット、２１  コントローラ、２２  インバータ、２３  電機子電流測定部、２４  回転角度検出部、２５  電源、２６  モータ、３１  ステアリングホイール、３２  コラムシャフト、３３  ウォームギヤ、３４  コントローラ、３５  モータ、３６  ハンドルジョイント、３７  ステアリングギヤ、３８  ラック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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