(57)【要約】【課題】回転子側のばらつきによって発生するコギングトルクを低減できる。【解決手段】回転子鉄心２の回転軸方向の一部に、永久磁石１を保持し磁性材で構成される突起部８が設けられて、永久磁石１と回転子鉄心２を有する回転子３０の回転軸１０に垂直な断面における断面形状が回転軸方向で変化することによる、磁気回路設計が異なる領域が前記回転子３０の回転軸方向に２つ以上設けられ、補助溝５は固定子鉄心３のティースの軸方向の一部の領域に設けられており、前記補助溝５が設けられている領域は、前記突起部８が設けられた領域と、前記突起部８が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその一部の領域である。【選択図】図１０
2014209847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石により構成された複数の磁極と回転子鉄心を有する回転子、
電機子巻線と、前記電機子巻線を収めるスロットが設けられ、前記回転子と対向する複数のティースを有する固定子鉄心とを具備する固定子を備え、
前記固定子鉄心の前記ティースの前記回転子に対向する部分に補助溝が設けられる永久磁石型回転電機において、
前記回転子鉄心の回転軸方向の一部に、前記永久磁石を保持し磁性材で構成される突起部が設けられて、
前記永久磁石と前記回転子鉄心を有する前記回転子の回転軸に垂直な断面における断面形状が回転軸方向で変化することによる、磁気回路設計が異なる領域が前記回転子の回転軸方向に２つ以上設けられ、前記補助溝は前記固定子鉄心の前記ティースの軸方向の一部の領域に設けられており、
前記補助溝が設けられている領域は、前記突起部が設けられた領域と、前記突起部が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその一部の領域であることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項２】
前記補助溝が設けられている領域は、前記突起部が設けられた領域と、前記突起部が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその軸方向長さの半分の領域であることを特徴とする請求項１記載の永久磁石型回転電機。
【請求項３】
前記補助溝の幅Wdは、前記スロットの開口幅Wsよりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項４】
前記補助溝の深さHdが前記ティースの先端部の厚みHsよりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項５】
前記補助溝は、前記固定子鉄心の軸方向端部には設けられていないことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項６】
前記補助溝は前記ティースの前記回転子に対向する部分において、前記固定子鉄心の周方向中央部に１箇所設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項７】
前記回転子の前記磁極の極数をP、前記固定子の前記スロットの数をSとしたとき、０．７５＜Ｓ／Ｐ＜１．５なる関係が成り立つようにした請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項８】
ｎを自然数とし、前記回転子の前記磁極の極数Pが１２ｎ±２ｎ、前記固定子の前記スロットの数Sが１２ｎであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項９】
ｎを自然数とし、前記回転子の前記磁極の極数Pが９ｎ±ｎ、前記固定子のスロット数Sが９ｎであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１０】
永久磁石により構成された複数の磁極と回転子鉄心を有する回転子、
電機子巻線と、前記電機子巻線を収めるスロットが設けられ、前記回転子と対向する複数のティースを有する固定子鉄心とを具備する固定子を備え、
前記固定子鉄心の前記ティースの前記回転子に対向する部分に補助溝が設けられる永久磁石型回転電機において、
前記回転子には、前記回転子鉄心に設けられた回転軸方向の複数の孔部に前記永久磁石を埋め込んで複数の磁極が構成され、
前記回転子鉄心には、その表面部で隣合う前記磁極間に前記磁極に沿って、軸方向の一部に凹部溝が形成されて、
前記永久磁石と前記回転子鉄心を有する前記回転子の回転軸に垂直な断面における断面形状が回転軸方向で変化することによる、磁気回路設計が異なる領域が前記回転子の回転軸方向に２つ以上設けられ、
前記補助溝は前記固定子鉄心の前記ティースの軸方向の一部の領域に設けられており、
前記補助溝が設けられている領域は、前記凹部溝が設けられた領域と、前記凹部溝が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその一部の領域であることを特徴とする永久磁石型回転電機。
【請求項１１】
前記補助溝が設けられている領域は、前記凹部溝が設けられた領域と、前記凹部溝が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその軸方向長さの半分の領域であることを特徴とする請求項１０記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１２】
前記回転子の磁気回路設計が異なる領域間の回転軸に垂直な端面には、前記補助溝の軸方向端面が位置することを特徴とする請求項１，請求項２，請求項１０及び請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の永久磁石型回転電機を駆動モータとして使用することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石を界磁に用いる永久磁石型回転電機及びそれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な用途に、例えば、産業用のサーボモータやエレベータ用巻き上げ機などで、コギングトルクの小さいモータが要求されている。車両用に着目すると、燃費向上、操舵性の向上のために、電動パワーステアリング装置が普及している。電動パワーステアリング装置に用いられるモータには、そのコギングトルクがギヤを介して運転者に伝わるので、滑らかな操舵感覚を得るためには、モータのコギングトルク低減に対する強い要求がある。これに対し、コギングトルクを低減する手法として、固定子の鉄心に補助溝を設ける手法がある。そのような手法は、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５１８２号公報
【特許文献２】特開２００６−２３０１１６号公報
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００９／０８４１５１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の永久磁石型回転電機にあっては、補助溝がモータの軸方向全部に設けられているため、等価的なエアギャップ長が大きくなり、トルクが低下するという問題点があった。また、特許文献１、特許文献２及び特許文献３ともに極数とスロット数の最小公倍数の脈動数とその整数倍のコギングトルク低減には効果を奏するが、永久磁石の貼付位置誤差や形状誤差や磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきによって発生するコギングトルク成分（回転子１回転でスロット数に一致する回数脈動する成分）を十分抑制することはできないという課題があった。
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、コギングトルクを低減した永久磁石型回転電機及びそれを用いた電動パワーステアリング装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の永久磁石型回転電機は、永久磁石により構成された複数の磁極と回転子鉄心を有する回転子、電機子巻線と、前記電機子巻線を収めるスロットが設けられ、前記回転子と対向する複数のティースを有する固定子鉄心とを具備する固定子を備え、前記固定子鉄心の前記ティースの前記回転子に対向する部分に補助溝が設けられる永久磁石型回転電機において、前記回転子鉄心の回転軸方向の一部に、前記永久磁石を保持し磁性材で構成される突起部が設けられて、前記永久磁石と前記回転子鉄心を有する前記回転子の回転軸に垂直な断面における断面形状が回転軸方向で変化することによる、磁気回路設計が異なる領域が前記回転子の回転軸方向に２つ以上設けられ、前記補助溝は前記固定子鉄心の前記ティースの軸方向の一部の領域に設けられており、前記補助溝が設けられている領域は、前記突起部が設けられた領域と、前記突起部が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその一部の領域である。
また、この発明の永久磁石型回転電機は、永久磁石により構成された複数の磁極と回転子鉄心を有する回転子、電機子巻線と、前記電機子巻線を収めるスロットが設けられ、前記回転子と対向する複数のティースを有する固定子鉄心とを具備する固定子を備え、前記固定子鉄心の前記ティースの前記回転子に対向する部分に補助溝が設けられる永久磁石型回転電機において、前記回転子には、前記回転子鉄心に設けられた回転軸方向の複数の孔部に前記永久磁石を埋め込んで複数の磁極が構成され、前記回転子鉄心には、その表面部で隣合う前記磁極間に前記磁極に沿って、軸方向の一部に凹部溝が形成されて、前記永久磁石と前記回転子鉄心を有する前記回転子の回転軸に垂直な断面における断面形状が回転軸方向で変化することによる、磁気回路設計が異なる領域が前記回転子の回転軸方向に２つ以上設けられ、前記補助溝は前記固定子鉄心の前記ティースの軸方向の一部の領域に設けられており、前記補助溝が設けられている領域は、前記凹部溝が設けられた領域と、前記凹部溝が設けられていない領域とに、対向する領域毎にそれぞれその一部の領域である。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る永久磁石型回転電機は、永久磁石の貼付位置誤差，形状誤差又は磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきによって発生するコギングトルク（回転子１回転あたりの脈動数がスロット数に一致する成分）を低減できる。
この発明の前記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１における永久磁石型回転電機を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のＡ１−Ａ２断面図である。
【図３】図１のＢ１−Ｂ２断面図である。
【図４】図１のＣ１−Ｃ２断面図である。
【図５】図１のＤ１−Ｄ２断面図である。
【図６】実施の形態１における固定子鉄心を示す部分斜視図である。
【図７】実施の形態１における回転子を示す斜視図である。
【図８】実施の形態１における別の固定子鉄心を示す部分斜視図である。
【０００８】
【図９】実施の形態１における別の回転子を示す斜視図である。
【図１０】図６の固定子鉄心、図７の回転子を具備する永久磁石型回転電機を模式的に示す部分断面図である。
【図１１】固定子鉄心、図７の回転子を具備する永久磁石型回転電機を模式的に示す部分断面図である。
【図１２】図８の固定子鉄心、図９の回転子を具備する永久磁石型回転電機を模式的に示す部分断面図である。
【図１３】固定子鉄心、図９の回転子を具備する永久磁石型回転電機を模式的に示す部分断面図である。
【図１４】永久磁石の貼付位置が理想的な等間隔の位置からずれている場合の回転子を示す断面図である。
【図１５】回転角度３０度（機械角）分のコギングトルクの波形を示す説明図である。
【図１６】回転角度３０度（機械角）分のコギングトルクの波形を示す説明図である。
【０００９】
【図１７】発明と従来例（補助溝なし）のコギングトルク波形を比較する説明図である。
【図１８】図１７のコギングトルク波形の周波数分析結果の説明図である。
【図１９】従来例のコギングトルクのヒストグラムを示す説明図である。
【図２０】発明のコギングトルクのヒストグラムを示す説明図である。
【図２１】補助溝とスロット開口部の寸法を示す説明図である。
【図２２】補助溝の幅とコギングトルクの関係を示す説明図である。
【図２３】実施の形態２における永久磁石型回転電機を示す断面図である。
【図２４】実施の形態２における永久磁石型回転電機の他の例を示す断面図である。
【００１０】
【図２５】実施の形態２における永久磁石型回転電機のさらに他の例を示す断面図である。
【図２６】実施の形態３における回転子を示す斜視図である。
【図２７】実施の形態３における固定子鉄心を示す部分斜視図である。
【図２８】実施の形態３における固定子鉄心の他の例を示す部分斜視図である。
【図２９】実施の形態３における回転子を示す断面図である。
【図３０】実施の形態４における回転子を示す斜視図である。
【図３１】実施の形態４における固定子鉄心を示す部分斜視図である。
【図３２】実施の形態４における回転子の別の例を示す斜視図である。
【図３３】実施の形態５における電動パワーステアリング装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の永久磁石型回転電機について、回転軸に平行かつ回転軸を通る平面上の模式的な断面図を示す。回転子鉄心２の表面に永久磁石１が備え付けられている。永久磁石１の周方向端部付近に突起部８が設けられ、突起部８は永久磁石１を挟み込むような配置となっている。突起部８が隣合う永久磁石１の間に配置される場合、回転軸（シャフト）１０に平行かつ回転軸１０を通る平面上の断面図には、突起部８と永久磁石１が同時に描かれることはないが、図１は理解を助けるために同時に描いている。
【００１２】
回転子鉄心２に回転軸１０が圧入されており、軸受１１a,１１ｂによって、回転子３０が回転自在となる構成となっている。回転子３０には回転角度を検出する回転角度センサ１４が設けられている。回転角度センサ１４は、例えば、レゾルバ、ホールセンサとマグネット又はエンコーダで構成される。固定子鉄心３は永久磁石１に対向するように設けられ、固定子鉄心３は、例えば電磁鋼板を積層して構成されたり、圧粉鉄心によって構成されていてもよい。固定子鉄心３には、電機子巻線４が巻き回されている。固定子４０はフレーム１３に圧入や焼きばめなどによって固定され、さらにフレーム１３はハウジング１２に固定されている。
【００１３】
固定子鉄心３の永久磁石１に対向する部分に補助溝５が設けられている。さらにこの補助溝５は回転軸方向の一部分に設けられている。図１の例では補助溝５は軸方向に３ヶ所に配置されている。詳細は後で説明するが、補助溝５が設けられている軸方向の位置関係は突起部８に応じて設定されている。
【００１４】
図１の回転軸１０に垂直な平面における断面図を図２，３，４，５に示す。図２，３，４，５は、それぞれ図１のＡ１−Ａ２，Ｂ１−Ｂ２，Ｃ１−Ｃ２，Ｄ１−Ｄ２断面である。これらの断面図において、永久磁石１は回転子鉄心２の表面に貼付られていて、この例では極数（磁極数）は１０となっている。さらに、永久磁石１の断面形状はかまぼこ形となっており、磁束の高調波成分を低減し、誘起電圧を正弦波状にすることでトルク脈動を低減している。回転子鉄心２にはその回転鉄心２の一部によって同材質の突起部８が設けられていて、永久磁石１が周方向に滑らないように固定し、保持する役割を果たしている。
【００１５】
一方、固定子４０の固定子鉄心３には電機子巻線４を巻き回すためのスロット６が設けられている。図２の例では電機子巻線４は固定子鉄心３の径方向に伸びたティース７に集中的に巻き回されていて、スロット数は１２である。１２個あるティース全てに電機子巻線が巻き回されている。さらに、永久磁石型回転電機の相数は３であり、それらをU相，V相，W相とすると、巻線の配置は図２に示すようにU1＋，U1−，V1−，V1＋，W1＋，W1−，U2−，U2＋，V2＋，V2−，W2−，W2＋のように配置されている。ここで＋と−は巻き方向を示していて、＋と−では巻き方向は互いに逆方向であることを示している。さらにU1＋とU1−は直列接続され、U2−とU2＋も直列接続されている。これらの２つの直列回路は並列接続されていてもよいし、直列接続されていてもよい。V相，W相も同様である。さらに、三相はY結線でもデルタ結線でもよい。
【００１６】
図２は図１のＡ１−Ａ２断面であり、その断面において、固定子鉄心３に補助溝は設けれられておらず、回転子鉄心２には突起部８が設けられている。図３は図１のＢ１−Ｂ２断面であり、その断面において、固定子鉄心３に補助溝５が設けられており、回転子鉄心２には突起部８が設けられている。図４は図１のＣ１−Ｃ２断面であり、その断面において、固定子鉄心３に補助溝５が設けられておらず、回転子鉄心２には突起部８が設けられていない。図５は図１のＤ１−Ｄ２断面であり、その断面において、固定子鉄心３に補助溝５が設けられており、回転子鉄心２には突起部８が設けられていない。
【００１７】
図６は、図１の永久磁石型回転電機の固定子鉄心を示す部分斜視図である。図６はこの発明の理解を助けるために、１２個あるうちの半分の６個のティースしか示していない。固定子鉄心３には径方向に延在し、永久磁石と対向するティース７があり、ティース７の先端の回転子に対向する面に補助溝５が設けられている。補助溝５は軸方向に３ヶ所に配置されていて、軸方向中央付近にある補助溝５は他の２つの補助溝５と比べて軸方向長さが長くなっている。
【００１８】
図７は、図１の永久磁石型回転電機の回転子を示す斜視図である。簡単のため回転軸１０が回転子鉄心２の端面からはみ出している部分は省略している。また、永久磁石１の保護カバーは省略している。永久磁石１は回転子鉄心２の表面に設けられていて、隣合う永久磁石１の間に突起部８が設けられている。さらに突起部８は軸方向の両端部に設けられている。突起部８が磁性材で構成される場合には、回転軸１０に垂直は平面の断面における磁気回路の構成が突起部８のある部分の断面と突起部８のない部分の断面で異なっていることになる。
【００１９】
突起部８があると、永久磁石１が周方向にずれることを防ぐ効果や、永久磁石１の位置決めがしやすいという効果があるが、軸方向で突起部８の有無が変化したり、突起部８の大きさが軸方向で変化する場合には、軸方向に磁気回路が均一でないことからコギングトルクが増加してしまうという課題がある。特に、永久磁石１の貼付位置，形状又は特性のばらつきに起因するコギングトルクが大きくなることがある。この発明では、このように少なくとも２種類の磁気回路の構成を有する回転子３０を具備する永久磁石型回転電機において、コギングトルクを効果的に低減できる補助溝５の配置を提供することを目的としている。
【００２０】
以下に、コギングトルク低減を目的とした補助溝５の配置について詳しく述べる。図１０は図１の永久磁石型回転電機、すなわち図６の固定子鉄心、図７の回転子を具備する永久磁石型回転電機の断面図であり、回転軸を通る平面での断面図を模式的に示す。図１０においては、回転子３０側の磁気回路の構成を区別するために記号Ａ，Ｂを用いている。突起部８がある領域はＡ、突起部がない領域はＢで表す。この例では、軸方向の両端部に突起部８が設けられているので、図１０において、紙面に向って上から領域Ａ，領域Ｂ，領域Ａの順に並んでいる。さらに、それらの領域の軸方向の長さをLr1，Lr2，Lr3で図示している。一方、固定子４０側は補助溝５のない領域をＸ、補助溝５のある領域をＹで示している。図１０では紙面に向って上からＸ，Ｙ，Ｘ，Ｙ，Ｘ，Ｙ，Ｘの順に配置されている。さらに、それらの領域の軸方向の長さをLs1，Ls2，Ls3，Ls4，Ls5，Ls6，Ls7で図示している。
【００２１】
図１０の破線は、軸に垂直な平面を示す線であり、図１１、図１２、図１３について同じである。図１０の破線により、突起部８の軸方向の端面と補助溝５の軸方向の端面の位置が同じあることを示している。例えば、紙面に向って上側の突起部８の下側の端面が、紙面に向って上側の補助溝５の下側の端面と一致していることを示している。なお、図１０、図１１、図１２、図１３について、破線の位置において、回転子側の軸方向位置に対応する固定子側の軸方向の同じ位置を示している。図１０では、Lr1＝Ls1＋Ls2なる関係式が成り立つ。同様に、Lr2＝Ls3+Ls4+Ls5とLr3＝Ls6＋Ls7なる関係式が成り立つ。
【００２２】
次に、補助溝５を図１０のような配置にすると、コギングトルクが大幅に低減できるメカニズムについて説明する。図２〜５と図７の回転子における１０個の永久磁石１は、その貼付位置は等間隔であり、断面形状も１０個とも同一な例を示している。しかしながら、実際には製造ばらつきが発生する。例えば、精度よく貼り付けても永久磁石１の貼付位置は等間隔にならず、周方向に数μm〜１００μm程度ずれることがある。一方、断面形状も理想的な左右対称な形状とならず、左右のいずれかの厚みが増し、もう一方の厚みが小さくなる場合が想定される。その一例を示したのが図１４である。
【００２３】
図１４においては、永久磁石の貼付位置が理想的な等間隔の位置から矢印で示す方向にずれていることを示している。さらに断面形状も左右対称とはならず矢印の方向にかまぼこ形の頂点の部分が移動して、左右対称とならないことを示している。このように、回転子にばらつきが発生するとコギングトルクが増大し、回転子１回転あたりスロット数と同じ回数だけ脈動する成分が現れる。実施の形態１の例ではスロット数が１２であるので、回転子の1回転で１２回すなわち機械角で３６０度／１２＝３０度周期のコギングトルクが現れる。
【００２４】
図１５，１６は回転角度３０度（機械角）分のコギングトルクの波形を示した図である。図１５のＡ−Ｘで示した波形は、永久磁石型回転電機の固定子４０と回転子３０が一様に「突起部ありかつ 補助溝なし」の場合、永久磁石１のばらつきが図１４の状態となったときのコギングトルク波形を示している。一方、Ａ−Ｙで示した波形は固定子４０と回転子３０が一様に「突起部ありかつ 補助溝あり」の場合、永久磁石１のばらつきが図１４の状態となったときのコギングトルク波形を示している。これらの波形は、機械角３０度周期の成分が大きくみられ、コギングトルクが大きいことを示している。
【００２５】
さらに、図１５の凡例「発明」で示した波形は「突起部あり かつ 補助溝なし」と「突起部あり かつ 補助溝あり」を同時に設けた場合に、永久磁石１のばらつきが図１４の状態となったときのコギングトルクの波形であり、２つの波形の平均的な波形となっている。この波形は、機械角３０度周期の成分が非常に小さくなっており、コギングトルクが大幅に低減できている。これは補助溝５を設けることによって、機械角３０度周期の成分の位相を反転させて、補助溝５のない部分のコギングトルクと相殺することでコギングトルクを大幅に低減している。
【００２６】
図１６は同様にＢ−Ｘで示した波形が「突起部なし かつ 補助溝なし」、Ｂ−Ｙで示した波形が「突起部なし かつ 補助溝あり」の場合、永久磁石１のばらつきが図１４の状態となったときのコギングトルク波形を示している。一方、発明の波形が「突起部なしかつ 補助溝なし」と「突起部なしかつ 補助溝あり」を同時に設けた場合に、永久磁石１のばらつきが図１４の状態となったときのコギングトルクの波形であり、２つの波形の平均的な波形となっている。この場合も機械角３０度周期の成分が非常に小さくなっており、コギングトルクが大幅に低減できていることが分かる。
【００２７】
さらに、図１５のＡ−Ｘの波形と図１６のＢ−Ｘの波形は異なっていること、及び、図１５のＡ−Ｙの波形と図１６のＢ−Ｙの波形は異なっていることに注意する必要がある。これは、Ａ−Ｘの波形とＢ−Ｙの波形ではコギングトルクを十分キャンセルできないこと、Ｂ−Ｘの波形とＡ−Ｙの波形でもコギングトルクを十分キャンセルできないことを示している。したがって、機械角３０度周期の成分を十分低減するには、補助溝５の配置は突起部８の配置、すなわち回転子３０側の磁気回路設計を考慮する必要がある。そこで、図１０のような補助溝の配置にしておくと、軸方向長さＬｒ１の領域とＬｒ３の領域において、Ａ−Ｘの波形とＡ−Ｙの波形が相殺でき、また軸方向長さＬｒ２の領域ではＢ−Ｘの波形とＢ−Ｙの波形が相殺できるため、コギングトルクを大幅に低減することができる。補助溝５を設ける軸方向長さは固定子鉄心の軸方向長さの約１／２（例えば１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば１／２±５％）にするのがよい。
【００２８】
さらには、図１０において
Ｌｓ１＝Ｌｓ２＝Ｌｒ１／２
Ｌｓ４＝Ｌｓ３＋Ｌｓ５＝Ｌｒ２／２
Ｌｓ６＝Ｌｓ７＝Ｌｒ３／２
とすれば、Ａ−Ｘの領域とＡ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＢ−Ｘの領域とＢ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。
【００２９】
図１０の構成と、従来例として補助溝５を設けない場合のコギングトルク波形を比較して示したのが図１７である。従来例のコギングトルクの最大値を１００％として規格化している。破線が従来例のコギングトルク波形であり、回転子の１回転で１２回脈動する成分が顕著に見られる。一方、実線の発明が図１０の構成のコギングトルク波形であり、大幅に低減できていることが確認できる。図１８は図１７のコギングトルク波形の周波数分析結果である。発明では回転子３０側のばらつきに起因するコギングトルク１２次成分が従来例に比べて大幅に低減できている。
【００３０】
前記は、ばらつきのパターンが図１４に示した場合であったが、発明の効果を実証するため１０個の永久磁石にそれぞれランダムなばらつきが発生するとして、合計１００００台の回転電機のコギングトルクの１２次成分（脈動数がスロット数と一致する成分）についてヒストグラムを作成した。その結果が図１９，図２０である。図１９には従来例のヒストグラム、図２０には図１０の構成（発明）のヒストグラムである。縦軸は度数、横軸はコギングトルクの大きさで、図１７の縦軸と同じく％値で示す。回転子３０側のばらつき条件は同じとして比較している。図１９ではコギングトルクは広く分布しており、ばらつきのパターンによってはコギングトルクが大きくなってしまうという課題があった。
【００３１】
しかしながら、発明の構成になると、回転子３０の永久磁石１のばらつきのパターンにかかわらずコギングトルクは小さいことがわかる。すなわち、回転子３０側の製造ばらつきに対して、ロバスト（Robust）性の高い永久磁石型回転電機を得ることができたことになる。従来の補助溝の構成では回転子の１回転あたりの脈動数が極数とスロット数の最小公倍数に一致する成分について低減効果を狙ったものであり、回転子３０側のばらつきによって発生する成分（脈動数がスロット数と一致する成分）に対しては低減効果を十分得ることはできない。
【００３２】
図１１の構成でも図１０と同様の効果が得られる。図１１は回転子鉄心２の突起部８の配置は図１０と同じであるが、固定子鉄心３の補助溝５の配置が異なった例である。図１０のＬｓ４の領域にあった補助溝５をＬｓ３，Ｌｓ５の領域に設け、補助溝５を軸方向２箇所に配置した例となっている。このような補助溝５の配置でも図１０の例で説明したメカニズムによりコギングトルク低減効果が得られる。また、図１０と同様に補助溝５を設ける軸方向長さは、固定子鉄心の軸方向長さの約１／２（例えば１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば１／２±５％）にするのがよい。
【００３３】
さらには、図１１において
Ｌｓ１＝Ｌｓ２＝Ｌｒ１／２
Ｌｓ４＝Ｌｓ３＋Ｌｓ５＝Ｌｒ２／２
Ｌｓ６＝Ｌｓ７＝Ｌｒ３／２
とすれば、Ａ−Ｘの領域とＡ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＢ−Ｘの領域とＢ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となることは言うまでもない。
【００３４】
図６，７，１０，１１では突起部８が軸方向の両端部に配置された例について述べたが、この発明の適用範囲はこの限りではない。図８，９に別の例を示す。図８は実施の形態１の永久磁石型回転電機の別の固定子鉄心を示す部分斜視図である。図８は理解を助けるために、１２個あるうちの半分の６個のティースを示している。図９は、実施の形態１の永久磁石型回転電機の別の回転子を示す斜視図である。簡単のため回転軸１０が回転子鉄心２の端面からはみ出している部分は省略している。また、永久磁石１の保護カバーは省略している。永久磁石１は回転子鉄心２の表面に設けられている。隣合う永久磁石１の間に回転子鉄心２の一部で同材質の突起部８が設けられて、永久磁石１を固定し保持している。さらに、突起部８は軸方向両端部から所定の距離だけ離れた位置に設けられている。
【００３５】
この例に対応する断面図が図１２と図１３である。図１２と図１３は回転子鉄心の突起部８が軸方向に２箇所設けられ、その軸方向の位置は端部から、Ｌｒ１，Ｌｒ５だけ離れている。このような回転子の構成に対して、固定子鉄心３の補助溝５を軸方向に3ヶ所配置した例が図１２であり、２ヵ所に配置した例が図１３である。図１２のような補助溝５の配置にしておくと、軸方向長さＬｒ２の領域とＬｒ４の領域においてＡ−Ｘの波形とＡ−Ｙの波形が相殺でき、また軸方向長さＬｒ１，Ｌｒ３，Ｌｒ５の領域ではＢ−Ｘの波形とＢ−Ｙの波形が相殺できるため、コギングトルクを大幅に低減することができる。補助溝５を設ける軸方向長さは固定子鉄心の軸方向長さの約１／２（例えば１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば１／２±５％）にするのがよい。
【００３６】
さらには、図１２において
Ｌｓ１＝Ｌｓ２＝Ｌｒ１／２
Ｌｓ３＝Ｌｓ４＝Ｌｒ２／２
Ｌｓ５＋Ｌｓ７＝Ｌｓ６＝Ｌｒ３／２
Ｌｓ８＝Ｌｓ９＝Ｌｒ４／２
Ｌｓ１０＝Ｌｓ１１＝Ｌｒ５／２
とすれば、Ａ−Ｘの領域とＡ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＢ−Ｘの領域とＢ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。
【００３７】
一方、図１３のような補助溝５の配置にしておくと、軸方向長さＬｒ２の領域とＬｒ４の領域において、Ａ−Ｘの波形とＡ−Ｙの波形が相殺でき、また軸方向長さＬｒ１，Ｌｒ３，Ｌｒ５の領域ではＢ−Ｘの波形とＢ−Ｙの波形が相殺できるため、コギングトルクを大幅に低減することができる。補助溝５を設ける軸方向長さは固定子鉄心の軸方向長さの約１／２（例えば１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば１／２±５％）にするのがよい。
【００３８】
さらには、図１３において
Ｌｓ１＝Ｌｒ１
Ｌｓ２＝Ｌｓ３＝Ｌｒ２／２
Ｌｓ７＝Ｌｓ８＝Ｌｒ４／２
Ｌｓ４＋Ｌｓ６＝Ｌｓ１＋Ｌｓ５＋Ｌｓ９＝（Ｌｒ１＋Ｌｒ３＋Ｌｒ５）／２
Ｌｓ９＝Ｌｒ５
とすれば、Ａ−Ｘの領域とＡ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＢ−Ｘの領域とＢ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。
【００３９】
今回示した例では、回転子鉄心の突起部の有無が軸方向で変化する例であったが、この発明が適用できるのはこの限りではない。隣合う永久磁石間に突起部ではなく凹部がある場合や、永久磁石の断面形状が変化する場合等、回転子の磁気回路設計が異なる領域を軸方向に２種類以上有する場合には、同様の手法で補助溝を設けることにより、コギングトルクを大幅に低減できる。
【００４０】
以上より、回転子において、回転子鉄心の回転軸に垂直な断面における断面形状と永久磁石の回転軸に垂直な断面における断面形状のうち少なくとも一方が回転軸方向で変化することによって、磁気回路設計が異なる領域を軸方向に２つ以上有し、補助溝は固定子鉄心の軸方向の一部の領域に設けられており、さらに、補助溝が設けられている領域は、回転子の磁気回路設計が同じ領域に対向する領域毎にそれぞれその一部の領域であるように構成すれば、永久磁石の貼付位置誤差，形状誤差又は磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきによって発生するコギングトルク（回転子の１回転での脈動数がスロット数に一致する成分）を大幅に低減できる。なお、上述の、回転子の磁気回路設計が同じ領域に対向する領域とは、軸に垂直な平面で回転子側と固定子側とを区切ったときの回転子の磁気回路設計が同じ領域に対応する固定子側領域を表している。
【００４１】
さらに補助溝が設けられている領域は、回転子の磁気回路設計が同じ領域に対向する領域毎にそれぞれその軸方向長さの半分となるような構成にすれば、補助溝のある領域で発生するコギングトルクと補助溝の設けられていない領域で発生するコギングトルクが相殺される効果が十分発揮されるため、永久磁石の貼付位置誤差，形状誤差又は磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきによって発生するコギングトルク（回転子の１回転での脈動数がスロット数に一致する成分）をより効果的に低減できる。
【００４２】
回転子鉄心の軸方向の一部に突起部が設けられている領域がある構成にすると、突起部があることで、永久磁石の位置決めができるため、貼付位置の精度が向上するという効果がある。それと同時に、補助溝を設ける構成とすることで突起部に起因する磁気回路設計の違いによるコギングトルク増加を防ぎ、回転子側のばらつきによって発生するコギングトルク（回転子１回転での脈動数がスロット数に一致する成分）をより効果的に低減できる。また、図６，８のように、軸方向端部に補助溝が設けない構造とすることで、軸方向端部に補助溝が設けられている場合と比較して、軸方向端部において回転子とのギャップが大きい部分を減少させることになる。これにより固定子と回転子の間のギャップ部分への異物侵入を防止する効果が大きくなる。
【００４３】
次に、補助溝の形状について述べる。図２１は補助溝の幅Wdと補助溝の深さHdとスロット開口幅Wsとティース先端部の厚みHsについて説明した図である。この発明の構造では、補助溝を設けた部分と補助溝を設けない部分で、コギングトルクの脈動数がスロット数と一致する成分の位相を反転させてキャンセル効果を得るものであるから、補助溝の形状の選定がその効果の大きさに影響を及ぼす。補助溝の幅Wdとスロット開口幅Wsの比を横軸に、回転子にばらつきが生じたときのコギングトルクのオーバオール（over all）値を縦軸にとったグラフが図２２である。
【００４４】
Wd/Ws=0すなわち補助溝を設けない場合に対して、Wd/Ws≧1.０とすると、コギングトルクが補助溝を設けない場合の１／２以下となっている。さらにWd/Ws≧1.２５とするとコギングトルクが０．００１Nmと非常に小さい値となる。回転子のばらつきによるコギングトルクがこの程度まで抑制されていると、例えば後述する電動パワーステアリング装置に回転電機が組み込まれた場合に、運転者がコギングトルクを感じることがなく良好な操舵フィーリングを得ることができるという効果が得られる。
【００４５】
Wd/Ws≧1.０とすると、固定子鉄心のスロットによるパーミアンスの脈動成分を変化させコギングトルクの脈動数がスロット数と一致する成分の位相を反転させることができるため、補助溝のない部分でのコギングトルクと互いにキャンセルすることができる。補助溝を１つ設ける場合にはWd/Ws≧1.０とすればよく、２個以上設ける場合には該ティースに設けられた全ての補助溝の幅の合計をWdと定義してWd/Ws≧1.０となるようにすれば同様の効果が得られる。
さらに、補助溝の深さHdはティース先端部の厚みHsよりも大きいことが望ましい。これも固定子鉄心のスロットによるパーミアンスの脈動成分を変化させ、脈動数がスロット数と一致するコギングトルクの成分の位相を反転させることができる。上述した補助溝のない部分でのコギングトルクとのキャンセル効果を十分に発揮することができる。
【００４６】
特許文献１，特許文献２，特許文献３では補助溝は各ティースに周方向に２個又は２個以上設けた例が記載されているが、実施の形態１では補助溝は各ティースの周方向中央部に１個としている。回転子側のばらつきによって発生するコギングトルクＳ次成分（Ｓはスロット数）は、固定子のスロットによるパーミアンスの脈動のＳ次成分が大きく関与しているが、補助溝を１個設けることでそのパーミアンスの脈動のＳ次成分の振幅や位相を変化させるのが容易であるという効果がある。補助溝は少ない方が、平均的なギャップ長が小さくなるため、補助溝を周方向中央部に１個とし、さらに軸方向の一部にしか設けないということで負荷時のトルクの低下を最小限度に抑えることができる。
【００４７】
実施の形態１では補助溝は鉄心を四角形状に切り抜いた形状としているが、これに限らない。例えば円弧状に鉄心を切り抜いた形状や、三角形に切り抜いた形状などでも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、実施の形態１で示した１０極１２スロットの永久磁石型回転電機は、従来から広く用いられている極数：スロット数＝２：３のものよりも基本波の巻線係数が大きいため、小型高出力の用途に適している。また、極数とスロット数の最小公倍数は同じスロット数のもので比べると、１０極１２スロットは６０、８極１２スロットは２４となり、１０極１２スロットの方が最小公倍数の次数のコギングトルクが小さい。しかしながら、回転子側のばらつきに起因するコギングトルクが８極１２スロットより大きく、製造ばらつきに対するロバスト性が低いという課題があった。しかしながら、実施の形態１によりその課題が解決できるので、小型高出力と製造ばらつきに起因するコギングトルク低減を両立した永久磁石型回転電機を得ることができる。
【００４８】
回転子鉄心に突起部を設けた例を示した。突起部があると永久磁石の位置決めや周方向にずれるのを防ぐ効果がある一方、磁気回路設計が異なることが原因でコギングトルクＳ次成分（Ｓはスロット数）が大きくなる課題があったが、実施の形態１によりこれを解決でき、永久磁石の位置決めや周方向にずれるのを防ぐ効果とコギングトルクＳ次成分の低減を両立できる。
【００４９】
実施の形態２．
実施の形態１では、極数（磁極数）１０、スロット数１２の例について述べたが、この発明はそれに限らない。永久磁石型回転電機の極数をP、スロット数をSとすると、
０．７５＜S/P＜１．５
なる関係がある組み合わせの場合、特許文献１，特許文献２，特許文献３で述べられているS/P＝０．７５，S/P=１．５の場合に比べて、巻線係数が高く永久磁石の磁束を効率的に利用し小型で高トルクの永久磁石型回転電機が得られることが知られている。
【００５０】
さらに、極数とスロット数の最小公倍数が大きいため、回転子1回転で極数とスロット数の最小公倍数と一致する回数だけ脈動するコギングトルク成分が、S/P＝０．７５，S/P=１．５の場合に比べて小さいことも知られている。一方で、永久磁石の貼付位置誤差，形状誤差又は磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきによって発生するコギングトルクＳ次成分（回転子1回転でＳ回脈動する成分）が大きく、回転子側のばらつきに対してロバスト性が低いことが課題である。したがって、電動パワーステアリング装置に搭載される場合のように大量生産される永久磁石型回転電機においては、この課題を解決する必要があった。
【００５１】
そこでこの発明を
０．７５＜S/P＜１．５
なる関係がある組み合わせの永久磁石型回転電機に適用すると、回転子側のばらつきに対してロバスト性が高く、コギングトルクＳ次成分を小さくすることができる。
０．７５＜S/P＜１．５
を満たす永久磁石型回転電機のうち、図２３にはP=1４，S=１２の例、図２４にはP=８，S=９の例、図２５にはP=１０，S=９を示した。
【００５２】
それぞれ各ティースに補助溝５を1個設けてある。図２３，２４，２５は断面図であるが、補助溝５の設けた部分の断面図であり、実施の形態１と同様に軸方向の位置によっては補助溝５の設けていない部分があるが、その図は省略している。このような構成にすると、巻線係数が高いので、小型で高トルクとなる効果と回転子側のばらつきに対して、ロバスト性の高くなる効果の両立が実現できる。
【００５３】
また、これらの極数とスロット数の整数倍の組み合わせでも同じ効果が得られるので、極数P=１０,スロット数S=１２も含めて一般化すると、
ｎを自然数とし、
極数P＝１２n±２ｎ，スロット数S＝１２ｎ
極数P=９ｎ±n，スロット数S=９ｎ
であれば同じ効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
これまでの実施の形態では永久磁石が回転子鉄心の表面に設けられた表面磁石型の例であったが、この発明はこれに限らず適用できる。図２６には永久磁石１が回転子鉄心２内部に設けられた回転軸方向の複数の孔部９（図２９）に埋め込まれた磁石埋め込み型構造である。回転子鉄心２に回転軸１０が挿入されている。回転子鉄心２には平板状の永久磁石１が埋め込まれ複数の磁極が構成となっている。さらに回転子鉄心２には表面部で隣合う磁極間に磁極に沿って、軸方向の一部に凹部溝２ａが設けられている。凹部溝２ａがある部分の断面図を図２９に示す。回転子鉄心２の孔部９に永久磁石１が埋め込まれ、永久磁石１の左右には非磁性の空隙部９ａが設けられている。さらに、隣合う永久磁石１間に設けられた回転子鉄心２の磁路部分には磁極間の鉄心部２ｂが設けられている。
【００５５】
回転子鉄心２の回転軸１０に垂直な断面での断面形状は、図２６から分かるように軸方向で変化している。Ａで示した領域では凹部溝２ａが設けられており、Ｂで示した領域では凹部溝がない形状となっている。軸方向にＡＢＡＢの順に断面形状が変化しており、磁気回路設計の異なる領域が並べられている。さらに、それら領域の軸方向長さはＬｒ１，Ｌｒ２，Ｌｒ３，Ｌｒ４となっている。このように軸方向で磁気回路設計の異なる構造とすることにより、キャンセル効果を利用して電気角６次のトルクリップルや極数とスロット数の最小公倍数に一致する次数のコギングトルクを低減することができる。図２６では領域Ａでのコギングトルクやトルクリップルと領域Ｂでのコギングトルクやトルクリップルをキャンセルさせることができる。
【００５６】
しかしながら、永久磁石の位置誤差，形状誤差又は磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきに起因するコギングトルクは逆に大きくなってしまう場合がある。しかし、以下に述べる固定子鉄心構造とすることにより、この課題が解決できる。
【００５７】
図２７，図２８は理解を助けるため固定子鉄心の１ティース分だけ示した部分斜視図である。実施の形態１では図１０〜１４のように断面図で説明したが、ここでは、斜視図を用いて説明する。実施の形態３の永久磁石型回転電機は、図２６の回転子の外側に取り囲むように、図２７の固定子鉄心３が１２個周方向に並んで配置されている１０極１２スロットの構成例である。また、回転子３０と固定子鉄心３の位置関係は軸方向端部が互いにほぼ一致あるいは一致している位置関係となっている。
【００５８】
図２７の固定子鉄心３では、回転子鉄心２の凹部溝２ａの設けられている領域Ａに対向する領域においては、固定子鉄心３は補助溝５のない領域Ｘと補助溝５のある領域Ｙの２種類の領域から構成されている。凹部溝２ａのない領域Ｂに対向する領域にも補助溝５のない領域Ｘと補助溝５のある領域Ｙの２種類の領域から構成されている。このような構成であれば実施の形態１で説明したように、相殺する効果を利用してコギングトルクを大幅に低減することが可能となる。補助溝５を設ける軸方向長さは固定子鉄心の軸方向長さの約１／２（例えば、１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば、１／２±５％）にするのがよい。
【００５９】
さらには、図２６，２７において、
Ｌｓ１＝Ｌｓ２＝Ｌｒ１／２
Ｌｓ３＝Ｌｓ４＝Ｌｒ２／２
Ｌｓ５＝Ｌｓ６＝Ｌｓ３／２
Ｌｓ７＝Ｌｓ８＝Ｌｒ４／２
とすれば、実施の形態１で述べたようにＡ−Ｘの領域とＡ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＢ−Ｘの領域とＢ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。
【００６０】
図２８の固定子鉄心３でも、凹部溝２ａの設けられている領域Ａに対向する領域においては、固定子鉄心３は補助溝５のない領域Ｘと補助溝５のある領域Ｙの２種類の領域から構成され、凹部溝２ａのない領域Ｂに対向する領域も補助溝５のない領域Ｘと補助溝５のある領域Ｙの２種類の領域から構成されている。補助溝５を設ける軸方向長さは固定子鉄心３の軸方向長さの約１／２（例えば、１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば、１／２±５％）にするのがよい。
【００６１】
さらに、図２６，２８において、
Ｌｓ１＝Ｌｓ２／２＝Ｌｒ１／２
Ｌｓ２／２＝Ｌｓ３／２＝Ｌｒ２／２
Ｌｓ３／２＝Ｌｓ４／２＝Ｌｒ３／２
Ｌｓ４／２＝Ｌｓ５＝Ｌｒ４／２
とすればＡ−Ｘの領域とＡ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＢ−Ｘの領域とＢ−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。
【００６２】
このような構成にすると回転子鉄心に設けられた孔部において、永久磁石の位置がずれたり、特性がばらついてもコギングトルクが大幅に増加しない。すなわち、回転子側のばらつきに対して、ロバスト性が高く、コギングトルクＳ次成分を小さくすることができる（Ｓは固定子鉄心のスロット数）。さらに、回転子鉄心の孔部９の形状が、永久磁石の左右方向に大きく設計されていて、永久磁石を挿入したときに永久磁石の左右に空隙部９aができる場合には、隣合う永久磁石間に設けられた回転子鉄心の磁路部分すなわち磁極間の鉄心部２ｂを細くできるため、漏れ磁束が小さくでき、小型高トルクの回転電機を得ることができる。
【００６３】
しかしながら、永久磁石の左右に空隙部あるために永久磁石の位置ずれが生じ、コギングトルクのＳ次成分が増大するという課題があった。しかしながら、この発明の固定子鉄心を設けた構成にすれば、回転子側のばらつきに対してロバスト性が高く、コギングトルクＳ次成分を小さくすることができるという効果を奏する。さらには、軸方向で磁気回路設計の異なる構造とすることによって、電気角６次のトルクリップルや極数とスロット数の最小公倍数に一致する次数のコギングトルクを低減できる。
【００６４】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、回転子鉄心の回転軸に垂直な断面における断面形状と永久磁石の回転軸に垂直な断面における断面形状のうち少なくとも一方が回転軸方向で変化することによって、磁気回路設計が異なる領域を回転軸方向に２つ以上有する構成の永久磁石型回転電機について述べたが、ここでは別の構成例を述べる。図３０は、回転子鉄心２の表面部に永久磁石１を設け、極数が１０の回転子の斜視図である。永久磁石１は軸方向に２つ並べられ、さらに階段状のスキューを設けている。
【００６５】
このように、永久磁石１が軸方向に２つ以上並べられて構成される回転子３０においては、図１４で示した永久磁石の形状のばらつきや、貼付位置等が軸方向に並べた２つ以上の永久磁石１の間で大きく変化する場合がある。 この場合、固定子鉄心の補助溝を適切に設けないと相殺する効果が得られず、コギングトルクが増大してしまうという課題がある。そこでこの発明では、以下の構成によりその課題を解決した。
【００６６】
図３０に示すように、回転軸方向の領域を回転軸方向に２つ並べられた永久磁石１と対応させて、Ｍ１，Ｍ２としている。さらにそれら領域の軸方向長さをＬｒ１，Ｌｒ２とした。一方、図３１は固定子鉄心の１２個あるうちの、１ティース分のみ示した部分斜視図である。補助溝５を設けていない領域をＸ、補助溝５を設けた領域をＹとし、ＸＹＸＹの順に配置した。それぞれの軸方向の長さはＬｓ１，Ｌｓ２，Ｌｓ３，Ｌｓ４となっている。
【００６７】
永久磁石の形状のばらつきや、貼付位置等のばらつきの状態がＭ１とＭ２で異なっているとコギングトルクが増大してしまうので、領域Ｍ１，Ｍ２のそれぞれにおいて、補助溝５の有無の両方を設ける構造とした。このような構造とするとＭ１−ＸとＭ１−Ｙでのキャンセル効果、Ｍ２−ＸとＭ２−Ｙでのキャンセル効果が十分に発揮され、回転軸方向に並べた永久磁石の間で、永久磁石の形状のばらつき，貼付位置の誤差又は磁気特性のばらつき等が軸方向に並べた２つ以上の永久磁石の間で大きく変化する場合でもコギングトルクＳ次成分を小さくすることができる（Ｓは固定子鉄心のスロット数）。補助溝を設ける軸方向長さは固定子鉄心の軸方向長さの約１／２（例えば１／２±１０％）に、さらに望ましくは１／２（例えば１／２±５％）にするのがよい。
【００６８】
さらに、図３０，３１において、
Ｌｓ１＝Ｌｓ２＝Ｌｒ１／２
Ｌｓ３＝Ｌｓ４＝Ｌｒ２／２
とすればＭ１−Ｘの領域とＭ１−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなり、さらにＭ２−Ｘの領域とＭ２−Ｙの領域の軸方向長さが等しくなるため、コギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。
【００６９】
図３０では永久磁石１がセグメント磁石の例であったが、この発明が適用できるのはこれに限らない。図３２はリング形状の磁石を軸方向に２個並べた例である。リング形状の永久磁石には、ラジアル異方性，極異方性，異方性のないもの等があるが、配向のばらつきや着磁のばらつきによってコギングトルクのＳ次成分（Ｓは固定子鉄心のスロット数）が発生することがある。図３０の例と同じように、ばらつきの状態が軸方向に並べた永久磁石間で異なっている場合は、固定子鉄心の補助溝を適切に設けないと相殺する効果が得られず、コギングトルクが増大してしまうという課題がある。そこで、図３１の固定子鉄心のように補助溝を配置すればコギングトルク低減効果をより発揮できる構成となる。実施の形態４では、軸方向に２個並べた例を示したが、３個以上の場合でも同様の効果を奏することは言うまでもない。さらに、図３１の構成以外でも例えば、補助溝を設けていない領域をＸ、補助溝を設けた領域をＹとし、ＸＹＹＸの順に配置した構造でも同様の効果が得られる。
【００７０】
図３０，図３１では、極数（磁極数）１０、スロット数１２の例について述べたが、実施の形態４では、それに限らない。永久磁石型回転電機の極数をP、スロット数をSとすると、
０．７５＜S/P＜１．５
なる関係がある組み合わせの場合、特許文献１，特許文献２，特許文献３で述べられているS/P＝０．７５，S/P=１．５の場合に比べて、巻線係数が高く、永久磁石の磁束を効率的に利用し、小型で高トルクの永久磁石型回転電機が得られることが知られている。
【００７１】
さらに、極数とスロット数の最小公倍数が大きいため、回転子１回転で極数とスロット数の最小公倍数と一致する回数だけ脈動するコギングトルク成分が、S/P＝０．７５，S/P=１．５の場合に比べて小さいことも知られている。一方で、永久磁石の貼付位置誤差，形状誤差又は磁気特性のばらつきといった回転子側のばらつきによって発生するコギングトルクＳ次成分（回転子１回転でＳ回脈動する成分）が大きく、回転子側のばらつきに対してロバスト性が低いことが課題である。したがって、電動パワーステアリング装置に搭載される場合のように、大量生産される永久磁石型回転電機においては、この課題を解決する必要があった。そこで、実施の形態４を
０．７５＜S/P＜１．５
なる関係がある組み合わせの永久磁石型回転電機に適用すると、回転子側のばらつきに対してロバスト性が高く、コギングトルクＳ次成分を小さくすることができる。
また，図３１では補助溝が固定子鉄心のティースの周方向中央部に１箇所設けられているので，従来例よりトルクの低下が少ないという効果が得られる。したがって、小型で高トルクの実現とロバスト性を高くすることの両立が可能となり、実施の形態４の構成により，特許文献１，特許文献２，特許文献３では得られない格別の効果を得ることができる。
【００７２】
実施の形態５．
図３３は、実施の形態１〜４の永久磁石型回転電機を用いた車両用の電動パワーステアリング装置を示す概念図である。図３３において、電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイール２２から操舵力を伝えるためのコラムシャフト２３が設けられている。コラムシャフト２３にはウォームギヤ２４（図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している）が接続されている。ウォームギヤ２４はコントローラ２１によって制御される駆動モータ２０の出力（トルク、回転数）を、回転方向を直角に変えながら伝達し、同時に減速し、アシストトルクを増加させる。２５はハンドルジョイントであり、操舵力を伝えると共に、回転方向も変える。２６はステアリングギヤ（図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示している）であり、コラムシャフト２３の回転を減速し、同時にラック２７の直線運動に変換し、所要の変位を得る。このラック２７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。
【００７３】
このような電動パワーステアリング装置では、その駆動モータ２０にて発生するトルクの脈動がウォームギヤ２４とコラムシャフト２３を介して、ステアリングホイール２２に伝達される。したがって、駆動モータ２０が大きなトルク脈動を発生する場合、滑らかな操舵感覚を得ることができない。しかしながら、実施の形態１〜４の永久磁石型回転電機を実施の形態５の電動パワーステアリング装置の駆動モータ２０として組み込むことによって、トルク脈動が低減できる。このため、電動パワーステアリング装置における操舵感覚を向上できる。
【００７４】
また、電動パワーステアリング装置用の駆動モータは大量生産されるため、製造ばらつきに対するコギングトルクのロバスト性を向上しなければならないという課題がある。これに対して実施の形態１〜４で記載した永久磁石型回転電機を搭載することで、回転子のばらつきに起因するコギングトルク成分を大幅に低減できるため、ロバスト性が向上するという効果を奏する。
この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。
【図１】
2014209847.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014209847.tif 000005
【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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