(57)【要約】  減磁によるトルク低下を小さくするとともに、単位磁石重量あたりのトルクを大きくできる永久磁石モータを得る。永久磁石２３の極数をＰ、スロット７３の数をＮとしたとき、Ｐ：Ｎ＝２ｎ：１２ｎ、但しｎは２以上の整数であり、固定子鉄心１２の内周と永久磁石２３の外周との空隙長が１．０ｍｍ以下であり、前記永久磁石２３は重希土類元素を含まず、外周部の曲面部分を除いて回転子鉄心２２に埋め込まれており、前記永久磁石２３の周方向中心厚さが２．４〜４．２ｍｍである。
2015166544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線、前記電機子巻線を納めるスロットを有する固定子鉄心から構成された固定子と、
前記固定子の内周側に空隙を介して設けられ電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心、前記回転子鉄心の周方向表面部に間隔をおいて固着された複数の永久磁石、及び前記回転子鉄心の中心軸線にそって貫通したシャフトから構成された回転子と、を備え、
前記永久磁石の極数をＰ、前記スロットの数をＮとしたとき、Ｐ：Ｎ＝２ｎ：１２ｎ、但しｎは２以上の整数であり、
前記固定子鉄心の内周と前記永久磁石の外周との空隙長が１．０ｍｍ以下であり、
前記永久磁石は重希土類元素を含まず、外周部の曲面部分を除いて前記回転子鉄心に埋め込まれており、
前記永久磁石の周方向中心厚さが２．４〜４．２ｍｍである永久磁石型モータ。
【請求項２】
前記永久磁石の周方向中心厚さをｔ、前記永久磁石の周方向長さをＷｍとしたとき、
ｔ／Ｗｍ≧０．２である請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項３】
前記回転子鉄心の周方向表面部に間隔をおいて固着された複数の永久磁石の間には、突起を設け、その突起高さをＷｃ、前記永久磁石の周方向両端部の厚さをＷｅとしたとき、
１．８ｍｍ≦Ｗｅ＜Ｗｃである請求項１又は請求項２記載の永久磁石型モータ。
【請求項４】
前記電機子巻線は多重多相巻線である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石型モータを用いた車両用の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、Ｄｙ（dysprosium）やＴｂ（terbium）等の重希土類元素を含まない永久磁石を有する回転子を備えた永久磁石型モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から永久磁石型モータの構造が創作されており、回転子の永久磁石として、Ｄｙ等の重希土類元素の分布が異なる焼結磁石が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。特許文献１は、焼結磁石であり、Ｄｙ等の重希土類元素の含有率の異なる領域が一体に結合された構造である。また、特許文献２は、Ｄｙを拡散させて、焼結磁石内部で含有率に分布を持たせた構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−３７９０７号公報
【特許文献２】特許第５３１０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
回転子の外周表面部に磁石を配置したモータのように、減磁され易い磁石両端部に、Ｄｙの含有率の多い部分を形成することで、保磁力が上がり、減磁しにくくなるが、ネオジウムに比べて希少な重希土類元素を添加するため、磁石コストが高くなる問題点があった。
この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、Ｄｙ等の磁石保磁力を向上させる重希土類元素を添加しない磁石において、トルクに対して効果的な磁石使用量を見出したことで、モータコストの低減を図り、Ｄｙ等の重希土類元素の価格変動リスクを回避することができる永久磁石型モータ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モータは、電機子巻線、前記電機子巻線を納めるスロットを有する固定子鉄心から構成された固定子と、前記固定子の内周側に空隙を介して設けられ電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心、前記回転子鉄心の周方向表面部に間隔をおいて固着された複数の永久磁石、及び前記回転子鉄心の中心軸線にそって貫通したシャフトから構成された回転子と、を備え、前記永久磁石の極数をＰ、前記スロットの数をＮとしたとき、Ｐ：Ｎ＝２ｎ：１２ｎ、但しｎは２以上の整数であり、前記固定子鉄心の内周と前記永久磁石の外周との空隙長が１．０ｍｍ以下であり、前記永久磁石は重希土類元素を含まず、外周部の曲面部分を除いて前記回転子鉄心に埋め込まれており、前記永久磁石の周方向中心厚さが２．４〜４．２ｍｍである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る永久磁石型モータは、Ｄｙ等の保磁力を向上する重希土類元素を含有しなくとも、永久磁石の周方向中心厚さが２．４ｍｍ以上で磁石の減磁によりトルクが急減することを回避できる。また、重希土類元素を含有しない永久磁石は、従来の含有する磁石に比べ磁石厚さが厚くなってしまうことから、一定の空隙長では磁石使用量の割にトルクが増加しにくいが、４．２ｍｍ以下では磁石使用量を有効に活用してトルクを増加できる。したがって、コストの高い重希土類元素を使用しないことで、モータコスト低減とコスト変動リスク回避が実現できる永久磁石モータを得ることができる。
この発明の上記以外の目的、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の永久磁石型モータが組み込まれた車両用の電動パワーステアリング装置を示す説明図である。
【図２】図１の電動駆動装置の側断面図である。
【図３】図１の電動パワーステアリング装置の電気回路図を示す図である。
【図４】図２の永久磁石型モータの要部を示す横断面図である。
【図５】図２の回転子を示す斜視図である。
【図６】実施の形態１における永久磁石の厚みに対するトルク比とトルク上昇率の関係を示す図である。
【図７】実施の形態１における空隙長に対する、永久磁石の厚みとトルク比の関係を示す図である。
【図８】実施の形態３における蒲鉾形状の永久磁石の両端部厚さを説明する図である。
【図９】実施の形態３における瓦形状の永久磁石の両端部厚さを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、この発明の永久磁石型モータの各実施の形態を、図に基づいて説明する。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の永久磁石型モータ（以下、単にモータと略称する。）が組み込まれた自動車の電動パワーステアリング装置を示す説明図である。運転者は、ステアリングホイール（図示せず）を操舵し、そのトルクがステアリングシャフト（図示しない）を介してシャフト１に伝達される。このときトルクセンサ２が検出したトルクは、電気信号に変換され、ケーブル（図示せず）を通じて、第１のコネクタ３を介して、ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）４に伝達される。ＥＣＵ４は、制御基板とモータ６を駆動するインバータ回路を備えている。
【０００９】
一方、車速などの自動車の情報が電気信号に変換され、第２のコネクタ５を介して、ＥＣＵ４に伝達される。ＥＣＵ４は、操舵のトルクと車速などの自動車の情報から、必要なアシストトルクを演算し、インバータを通じてモータ６に電流を供給する。このモータ６は、ハウジング７内のラック軸の矢印Ａで示す移動方向に平行な向きに配置されている。また、ＥＣＵ４への電源供給はバッテリーやオルタネータから電源コネクタ８を介して送られる。モータ６が発生したトルクは、ベルト（図示せず）とボールネジ（図示せず）が内蔵されたギヤボックス９によって減速され、ハウジング７の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印Ａの方向に動かす推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。
【００１０】
これにより、タイロッド１０が動き、タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。モータ６のトルクによってアシストされる結果、運転者は少ない操舵力で車両を旋回させることができる。なお、ラックブーツ１１は、異物が電動パワーステアリング装置内に侵入しないように設けられている。また、モータ６とＥＣＵ４は一体となっており、電動駆動装置１００を構成している。
【００１１】
図２は、電動駆動装置１００の側断面図である。まず、モータ６について説明する。モータ６は、電磁鋼鈑を積層して構成される固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２のスロットに納められた電機子巻線１３と、固定子鉄心１２を固定するフレーム１４とを有する。さらに、フレーム１４は、モータ６のＥＣＵ４と反対側のハウジング１５にボルト１６によって固定されている。ハウジング１５には第１の軸受１７が設けられ、この第１の軸受１７は、第２の軸受１８とともに、シャフト１９を回転自在に支持している。第２の軸受１８は、フレーム１４と一体あるいは別体に設けられた壁部３６に支持されている。
【００１２】
シャフト１９の一端部、即ち出力軸側にはプーリー２０が圧入されていて、プーリー２０は電動パワーステアリング装置のベルトに駆動力を伝達する働きをする。シャフト１９の他端部には、センサ用永久磁石２１が設けられている。シャフト１９には、回転子鉄心２２が圧入されており、回転子鉄心２２には、永久磁石２３が固着されている。ＥＣＵ４には、トルクセンサ２からの信号を受ける第１のコネクタ３と、車速等の自動車の情報を受け取る第２のコネクタ５と、電源供給用の電源コネクタ８とが取り付けられている。
【００１３】
ＥＣＵ４には、モータ６を駆動するインバータ回路があり、インバータ回路は、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子２４を有する。このスイッチング素子２４は例えば、ベアチップをＤＢＣ（Direct  Bonded  Copper）基板に実装した構成や、ベアチップを樹脂でモールドしてモジュールとした構成などが考えられる。スイッチング素子２４は、モータ６を駆動する電流が流れるため発熱する。そこで、スイッチング素子２４は、接着剤や絶縁シートなどを介してヒートシンク２５と接触させ、放熱させる構造となっている。インバータ回路には、スイッチング素子２４の他に、平滑コンデンサやノイズ除去用コイル、電源リレーやそれらを電気的に接続するバスバーなどがあるが、図２では省略している。
【００１４】
バスバーは、樹脂と一体成形され、中間部材２６を形成している。また、中間部材２６に隣接して、制御基板２７が設けられている。この制御基板２７は、第１のコネクタ３及び第２のコネクタ５から受け取った情報に基づき、モータ６を適切に駆動するスイッチング素子２４に制御信号を送る。制御信号は、制御基板２７とスイッチング素子２４間を電気的に接続する接続部材２８によって伝達される。この接続部材２８は、ワイヤボンディングやプレスフィット、はんだ等で固定される。これらのインバータ回路と制御基板２７は、ケース２９によって覆われている。ケース２９は、樹脂で構成してもよいし、アルミ等の金属であってもよく、また樹脂とアルミ等の金属とを組み合わせたものでもよい。制御基板２７は、モータ６のシャフト１９に垂直な面に沿うように配置されている。
【００１５】
ヒートシンク２５のモータ６側には、センサ部３０が配置されている。センサ部３０は、磁気センサ３１、基板３２、接続部材２８及び支持部材３３を有し、磁気センサ３１が実装された基板３２がヒートシンク２５にネジ（図示せず）で固定されている。磁気センサ３１は、センサ用永久磁石２１と同軸上でかつ相対応する位置に配置されていて、センサ用永久磁石２１の発生する磁界を検出し、その向きを知ることで、回転子鉄心２２と永久磁石２３とから構成された、モータ６の回転子３４の回転角度を検出する。ＥＣＵ４は、この回転角度に応じて適切な駆動電流をモータ６に供給する。
【００１６】
さらに、接続部材２８は、支持部材３３によって支持され、センサ部３０の基板３２と制御基板２７とを電気的に接続している。この接続はプレスフィットでもよいし、はんだでもよい。なお、接続部材２８は、ヒートシンク２５及び中間部材２６を貫通する必要があるため、ヒートシンク２５と中間部材２６には接続部材２８が通る穴部（図示しない）が設けられている。さらに、図示はしないが、中間部材２６は接続部材２８を位置決めできるようなガイドが設けられた構成となっている。図２では磁気センサ３１が制御基板２７とは別の基板に実装されている例を示したが、磁気センサ３１を制御基板２７に実装した構成とし、センサ用永久磁石２１からヒートシンク２５を介して漏れてくる磁束を検出する構造でもよい。また、中間部材２６と制御基板２７との位置関係が図２と逆に配置した構成でもよい。
【００１７】
図２では、回転センサとして磁気センサ３１を用いたが、レゾルバを用いてもよい。ヒートシンク２５には、凹部３５を設けており、センサ部３０の基板３２に実装された磁気センサ３１とヒートシンク２５の表面との間の距離を大きくしている。ヒートシンク２５は、ネジや焼き嵌めなどによってモータ６のフレーム１４に固定される。このようにモータ６のフレーム１４に固定されることによって、ヒートシンク２５の熱をモータ６のフレーム１４に伝達させることができる。
【００１８】
図３は、実施の形態１のモータ６が組み込まれた電動パワーステアリング装置の電気回路図である。二重３相巻線モータの場合を示すが、多重多相巻線モータでもよい。モータ６は、第１のＵ相巻線Ｕ１、第１のＶ相巻線Ｖ１、第１のＷ相巻線Ｗ１によって構成される第１の電機子巻線４０と、第２のＵ相巻線Ｕ２、第２のＶ相巻線Ｖ２、第２のＷ相巻線Ｗ２によって構成される第２の電機子巻線４１と、を有している。図３ではＹ結線としているがΔ結線でもよい。
【００１９】
ＥＣＵ４は、第１のインバータ４２及び第２のインバータ４３を記載し、他の構成は省略している。それぞれのインバータ４２，４３から２つの電機子巻線４０，４１に３相の電流を供給する。ＥＣＵ４にはバッテリーなどの電源４４から直流電源が供給されており、ノイズ除去用のコイル６８を介して、電源リレー４５，４６が接続されている。図３では電源４４がＥＣＵ４の内部にあるかのように描かれているが、実際はバッテリー等の外部の電源４４から電源コネクタ８を介して、電力が供給される。電源リレーは、第１の電源リレー４５及び第２の電源リレー４６があり、それぞれ２個のＭＯＳ−ＦＥＴで構成され、故障時などは電源リレー４５，４６を開放して、過大な電流が流れないようにする。なお、図３では、第１の電源リレー４５、第２の電源リレー４６は、電源４４、コイル６８、電源リレー４５，４６の順に接続されているが、コイル６８よりも電源４４に近い位置に設けられてもよい。
【００２０】
第１のコンデンサ４７、第２のコンデンサ４８は、平滑コンデンサである。図３ではそれぞれ、１個のコンデンサで構成されているが、複数のコンデンサを並列に接続して構成してもよい。第１のインバータ４２と第２のインバータ４３は、それぞれ６個のＭＯＳ−ＦＥＴを用いたブリッジで構成されている。第１のインバータ４２では、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４９、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ５０が直列接続され、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ５１、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５２が直列接続され、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５３、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５４が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴ４９〜５４が並列に接続されている。
【００２１】
さらに、下側の３つの第２のＭＯＳ−ＦＥＴ５０、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５２、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５４のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、第１のシャント５５、第２のシャント５６、第３のシャント５７としている。これらシャント５５〜５７は、電流値の検出に用いられる。なお、シャント５５〜５７は３個の例を示したが、２個のシャントであってもよいし、１個のシャントであっても電流検出は可能であるため、そのような構成であってもよい。モータ６側への電流の供給は、図３に示すように、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ４９、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ５０の間からバスバー等を通じてモータ６のＵ１相へ、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ５１、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ５２の間からバスバー等を通じてモータ６のＶ１相へ、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ５３、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ５４の間からバスバー等を通じてモータ６のＷ１相へそれぞれ供給される。
【００２２】
第２のインバータ４３も同様の構成である。第２のインバータ４３では、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ６１、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ６２が直列接続され、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ６３、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ６４が直列接続され、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ６５、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ６６が直列接続されて、さらにこの３組のＭＯＳ−ＦＥＴ６１〜６６が並列に接続されている。さらに、下側の３つの第２のＭＯＳ−ＦＥＴ６２、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ６４及び第６のＭＯＳ−ＦＥＴ６６のＧＮＤ（グランド）側にはそれぞれシャント抵抗が１つずつ接続されており、第１のシャント５８、第２のシャント５９及び第３のシャント６０としている。これらシャント５８〜６０は、電流値の検出に用いられる。
【００２３】
モータ６側への電流の供給は、図３に示すように、第１のＭＯＳ−ＦＥＴ６１、第２のＭＯＳ−ＦＥＴ６２の間からバスバー等を通じてモータ６のＵ２相へ、第３のＭＯＳ−ＦＥＴ６３、第４のＭＯＳ−ＦＥＴ６４の間からバスバー等を通じてモータ６のＶ２相へ、第５のＭＯＳ−ＦＥＴ６５、第６のＭＯＳ−ＦＥＴ６６の間からバスバー等を通じてモータ６のＷ２相へそれぞれ供給される。図３では、故障時にモータ６と第１，第２のインバータ４２，４３を電気的に遮断するモータリレーを示していないが、モータリレーを設けるには中性点Ｎ１，Ｎ２に設ける場合とモータとインバータ間に設ける場合が考えられる。
【００２４】
２台の第１，第２のインバータ４２，４３は、モータ６に備えられた回転角度センサ６７（図２の磁気センサ３１に相当する。）によって検出した回転角度に応じて制御回路からＭＯＳ−ＦＥＴ４９〜５４，６１〜６６に信号が送られることでスイッチングし、第１の電機子巻線４０と第２の電機子巻線４１に所望の３相電流を供給する。なお、回転角度センサ６７は、ＧＭＲセンサやＡＭＲセンサやレゾルバ等が用いられる。
【００２５】
図４は図２のモータ６の要部横断面図、図５は図２の回転子３４の斜視図である。第１の電機子巻線４０、第２の電機子巻線４１及び固定子鉄心１２を有する固定子７０は、その内周側に空隙を介して回転子３４を囲っている。固定子鉄心１２は、電磁鋼板などの磁性体で構成される環状のコアバック７１とコアバック７１から回転子３４のシャフト１９方向に延びるティース７２から構成される。隣り合うティース７２の間に形成されたスロット７３に電機子巻線４０，４１が納められている。図示しないが、電機子巻線４０，４１と固定子鉄心１２との間には絶縁紙等が挿入され電気的絶縁を確保している。
【００２６】
ティース７２は、全部で４８個形成されており、従ってスロット７３も４８個となっている。１つのスロット７３には、電機子巻線４０又は４１のコイルが４本ずつ納められている。第１の電機子巻線４０は、Ｕ１相，Ｖ１相，Ｗ１相の３相から構成され、第２の電機子巻線４１は、Ｕ２相，Ｖ２相，Ｗ２相の３相から構成されている。電機子巻線４０，４１の配置は、図４に示すように、１番目のスロット７３から順にＵ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２，Ｖ１，Ｖ２となっており、７番目以降もＵ１，Ｕ２，Ｗ１，Ｗ２，Ｖ１，Ｖ２の順に配置されていて、４８番目まで同様の順に配置されている。
【００２７】
但し、１番目のスロット７３のＵ１巻線と７番目のスロット７３のＵ１巻線は電流の向きが互いに逆になるように第１の電機子巻線４０が配置されている。第２の電機子巻線４１も同様に配置される。即ち、１番目のスロット７３から７番目のスロット７３に巻かれた分布巻の構成となっており、電機子巻線４０，４１は、計６個のティース７２を跨っている。これは電気角１８０度に相当し、短節巻係数が１となるため、永久磁石２３が発生する磁束を有効に利用でき、小型高トルクのモータ６が得られ、永久磁石２３の量を少なくできるため、巻線係数が小さいモータに比べて低コスト化が実現できるという効果がある。
【００２８】
固定子７０の内周側には、回転子鉄心２２の周方向表面部に永久磁石２３を備えた回転子３４が設けられている。永久磁石２３は、周方向に間隔をおいて８個並んでおり、８極の構成となっている。隣り合う永久磁石２３の極性は互いに逆となっている。さらに、回転子鉄心２２には突起７４が設けられている。突起７４と永久磁石２３との間には、漏れ磁束を低減するための空隙７５が形成されている。この突起７４は、モータ６の空隙長を小さくする効果があり、インダクタンスが大きくなる。これによって突極比が大きくなるのでリラクタンストルクを発生しやすくなり、高速回転時のトルク向上ができるという効果がある。図４では、８極４８スロットのモータを示しているが、前記永久磁石の極数をＰ、前記スロット数をＮとした時、Ｐ：Ｎ＝２ｎ：１２ｎ（ｎは２以上の整数）であるモータに適用できる。これは、ｎ＝２，３，４，５，---のとき、Ｐ：Ｎ＝４：２４，６：３６，８：４８，１０：６０，---で、常に２極分ずつ増えていくだけで、磁石から見ると毎極毎相２のステータに変わりがないためである。
【００２９】
固定子鉄心内径と突起７４間の空隙長をできるだけ小さくし、突起７４を大きくすることが効果的であるので、固定子鉄心内径と突起７４間の空隙長に比べ、固定子鉄心内径と永久磁石２３の周方向両端部間の空隙長は大きくなる。通常の表面永久磁石型モータにおける磁石位置決めの突起とは、高さが逆であり、かつ、軸方向にわたって突起７４を設けることが、突起体積を大きくでき効果的である。すなわち、永久磁石２３の外周部の曲面部分を除いて、永久磁石２３側面も突起７４に囲われ、永久磁石２３が回転子鉄心２２に埋め込まれた構成となる。
【００３０】
回転子鉄心２２には、周方向に沿って等間隔で穴部７６が形成されている。穴部７６を設けることで軽量化とイナーシャを低減できる。回転子鉄心２２は、電磁鋼板などを積層して構成されており、電磁鋼板同士はカシメ部７７によって互いに連結されている。回転子鉄心２２の中心軸線にはシャフト１９が貫通している。回転子３４は、図５を参照して、軸方向に並んだ第１の回転子部７８及び第２の回転子部７９とから構成されている。第２の回転子部７９と第１の回転子部７８とは、同じ設計で軸線方向の長さも同じである。さらに、第１の回転子部７８と第２の回転子部７９とは、互いに回転角度方向にずれた位置に配置されている。通常、永久磁石２３の割れや欠けによる永久磁石２３の飛散防止のため、回転子３４の外周表面にはステンレスなどの薄板から構成される金属製の円筒を被せる。
【００３１】
図６は、実施の形態１における永久磁石の厚みに対するトルク比とトルク上昇率の関係を示す図である。図６には、空隙長０．６５ｍｍにおいて、永久磁石の周方向中心厚さ（磁石中心厚さ）を変化させた時のトルク比と、以下で定義するトルク上昇率の関係を示す。空隙長は固定子鉄心１２の内周（回転子に対向するティース７２の内周面）と永久磁石の外周（永久磁石の周方向中心の外周面）との間隙である。ｔは、永久磁石２３の周方向中心の厚さ（図５参照）である。なお、トルクは減磁によるトルク減少を考慮している。実施の形態１に係わるモータは、図４のモータ外径が９０ｍｍφである。
【００３２】
モータ６の空隙長は、固定子７０の内周面の真円度や回転子３４の振れ、磁石飛散防止用の金属製円筒を考慮すると、０．６ｍｍ程度が必要である。さらに磁石の加工寸法は±０．０５ｍｍ程度であることから、空隙長は０．６５ｍｍに設定した。また、トルク比は下記のトルク上昇率の勾配が最大となる磁石中心厚さ３．０ｍｍを１００％としたときの比率とした。トルクについては、磁石中心厚さが２．４ｍｍ以下では減磁により急減している。２．４ｍｍ以下ではトルクが減少してしまうので、運転者が大きな操舵力を出さなければならないのでモータ使用領域としては不適である。
【００３３】
トルク上昇率αについては、ある磁石中心厚さｔにおけるトルクＴ（ｔ）と、その厚さをΔｔだけ増加させた場合のトルクＴ（ｔ＋Δｔ）と、その厚さをΔｔだけ減少させた場合のトルクＴ（ｔ−Δｔ）とから、
α＝｛Ｔ（ｔ＋Δｔ）−Ｔ（ｔ）｝／｛Ｔ（ｔ）−Ｔ（ｔ−Δｔ）｝
で定義する。つまり、αはある磁石中心厚さ前後のトルクの傾きを表す指標であり、トルクがほぼ一定の傾きで急減する場合や、ほぼ一定の傾きでほとんど変化しない場合には、αがほぼ一定値になる。
【００３４】
前者、つまり、トルクがほぼ一定の傾きで急減する場合は、図６より、ｔが２．４ｍｍ以下の場合であり、減磁によりトルクが急減していき、２．０ｍｍ以下ではトルクが直線的に減少することを示している。後者、つまり、トルクがほぼ一定の傾きでほとんど変化しない場合は、ｔが４．２ｍｍ以上の場合であり、ｔを増加させてもトルクはそれほど改善せずに、トルクがほぼ一定値になってしまうことを示している。
以上のことから、運転者の操舵をモータによって十分にアシストするには、ｔ≧２．４ｍｍが必要であり、磁石使用量の増加を抑えてモータコストの増加を抑えるには、ｔ≦４．２ｍｍが適当であることは明らかである。モータは、モータ外径が８０〜１００ｍｍφ４００〜９００Ｗに適用して好適である。電動パワーステアリング（ＥＰＳ）用モータではステアリングギアに取り付けられるので、外径が大きいとステアリングギアに接触してしまうため、おのずと外径の大きさが制限される。
【００３５】
図７は、実施の形態１における空隙長に対する、永久磁石の周方向中心厚さとトルク比の関係を示す図である。図７では、空隙長を変化させた場合のトルク比の変化を示す。トルク比は、空隙長０．６５ｍｍの場合における各磁石中心厚さでのトルクに対する比であり、空隙長０．６５ｍｍでは磁石中心厚さに関わらず１００％である。図６におけるトルク比の下限は、（磁石中心厚さ２．４ｍｍにおいて）８８％であり、空隙長が１．０ｍｍ以下であれば、磁石中心厚さ２．４ｍｍ以上において、図７でトルク比が８９％以上となり、運転者の操舵をモータによって十分にアシストすることが可能である。
【００３６】
特に、車両用の電動パワーステアリング装置では、磁石の加工精度を加味し、空隙長を０．６±０．０５ｍｍの範囲にするとともに、トルク上昇率の変化の大きい３．０ｍｍに近い磁石中心厚みとすることで、単位磁石重量当たりのトルクが大きくなるので、燃費向上に効果的な小型・軽量なモータが実現できる。なお、この実施の形態では８極４８スロットの２重３相モータの場合について述べたが、２ｎ極１２ｎスロット（ｎは２以上の整数）の１重３相モータについても、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３７】
実施の形態２.
実施の形態２では、磁石中心厚さをｔ、磁石の周方向長さ（磁石幅）をＷｍとすると、ｔ／Ｗｍ≧０．２なる関係を有している（ｔ，Ｗｍは図５に示す。）。重希土類元素を含有しない永久磁石では、減磁に対して磁石厚さを厚くすることが必要であるので、重希土類元素を含有する従来の永久磁石と比べ、同じ磁石幅Ｗｍでは磁石中心厚さｔが大きくなり、ｔ／Ｗｍ≧０．２なる関係が必要である。実施の形態２では磁石底面が平面である蒲鉾形状の磁石について述べたが、磁石底面も曲面となる瓦形状の磁石では、焼結磁石の外径と内径を砥石で研磨して加工するので、ｔ／Ｗｍが大きな形状の磁石ほど磁石中心部の割れや欠けが発生しにくく、歩留りが良く、コスト低減が実現できる効果がある。なお、蒲鉾形状の磁石は、図８に示され、瓦形状の磁石は、図９に示される。
【００３８】
実施の形態３．
実施の形態３では、永久磁石周方向両端部（磁石両端部）厚さをＷｅ、突起７４の高さをＷｃとすると、１．８ｍｍ≦Ｗｅ＜Ｗｃなる関係を有している。なお、突起高さＷｃは、突起７４の下端から突起の外周面までの高さ（図５参照）、つまり、永久磁石周方向両端部の下端から突起７４の外周面までの高さである。通常のネオジウム焼結磁石加工では磁石の厚みが、１．８ｍｍ程度以下に薄くなると、割れ欠けが発生しやすく、歩留りが悪化してしまうので、１．８ｍｍは、事実上の量産限界となる。また、割れ欠けを防ぐために角Ｒ（コーナーアール）は０．４ｍｍ程度必要であり、磁石はコア突起７４に片寄せするか、治具で位置決めするので、磁石側面の直線部分の厚さが１．０ｍｍ以下だと位置合わせが困難となる。そのため、両者の原因により、１．８ｍｍ≦Ｗｅである必要がある。
【００３９】
焼結磁石の加工では、角Ｒを付けることで角部での割れ欠けを防止している。この時のＷｅは、図８のような蒲鉾形状の磁石では、外径曲線の延長線と底面の延長線が、それぞれ磁石側面に接する鉛直方向の接線と交わる交点間の距離で定義する。また、図９のような瓦形状の磁石では、外径曲線の延長線と内径曲線の延長線が、それぞれ磁石側面に接する鉛直方向の接線と交わる交点間の距離で定義する。また、高速回転時のトルク向上には、突起７４を大きくするのが効果的であるので、Ｗｅに比べて突起高さＷｃを高くすると、特にトルク向上に効果的であり、Ｗｅ＜Ｗｃとする必要がある。これらにより、磁石両端部での割れ欠けを防止するとともに、回転脈動を小さくすることができる。多重多相モータでは回転脈動をキャンセルするように多重の巻線に独立して通電できるので、さらに、騒音振動を低減できる。
【００４０】
特に、車両用の電動パワーステアリング装置では、回転脈動が小さくなることで、操舵フィーリングが改善されることや、騒音振動が低減されることで、快適な運転を実現するモータを提供できる。また、磁石貼り付け、着磁、組み立てなどの製造工程で磁石が割れ欠けし、それがモータ内に残留した場合、ロータがロックして危険である。特に着磁後の磁石は磁力を有するので、取り除くのが困難であるが、これを、１．８ｍｍ≦Ｗｅなる構成により、割れ欠けが発生しにくくなり、製造工程で取り除く工程も簡略化できる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月1日(2016.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線、前記電機子巻線を納めるスロットを有する固定子鉄心から構成された固定子と、
前記固定子の内周側に空隙を介して設けられ電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心、前記回転子鉄心の周方向表面部に間隔をおいて固着され、軸方向に伸びる複数の永久磁石、及び前記回転子鉄心の中心軸線にそって貫通したシャフトから構成された回転子と、を備え、
前記複数の永久磁石は、それぞれ周方向に前記固定子鉄心に向かって凸状の曲面部分を有し、
前記複数の永久磁石の間には、軸方向に伸びる前記固定子鉄心の突起を設け、前記突起と前記永久磁石の間には空隙が形成され、
前記永久磁石は、重希土類元素を含まず、その外周部の前記曲面部分を除いて、その側面を前記突起に囲われ、前記回転子鉄心に埋め込まれており、
前記永久磁石の極数をＰ、前記スロットの数をＮとしたとき、Ｐ：Ｎ＝２ｎ：１２ｎ、但しｎは２以上の整数であり、
前記固定子鉄心の内周と前記永久磁石の外周との空隙長が１．０ｍｍ以下であり、前記永久磁石の周方向中心厚さが２．４〜４．２ｍｍである永久磁石型モータ。
【請求項２】
前記永久磁石の周方向中心厚さをｔ、前記永久磁石の周方向長さをＷｍとしたとき、
ｔ／Ｗｍ≧０．２である請求項１記載の永久磁石型モータ。
【請求項３】
前記複数の永久磁石の間に設けられた前記突起の突起高さをＷｃ、前記永久磁石の周方向両端部の厚さをＷｅとしたとき、
１．８ｍｍ≦Ｗｅ＜Ｗｃである請求項１又は請求項２記載の永久磁石型モータ。
【請求項４】
前記電機子巻線は多重多相巻線である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石型モータを用いた車両用の電動パワーステアリング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
この発明の永久磁石型モータは、電機子巻線、前記電機子巻線を納めるスロットを有する固定子鉄心から構成された固定子と、前記固定子の内周側に空隙を介して設けられ電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心、前記回転子鉄心の周方向表面部に間隔をおいて固着され、軸方向に伸びる複数の永久磁石、及び前記回転子鉄心の中心軸線にそって貫通したシャフトから構成された回転子と、を備え、前記複数の永久磁石は、それぞれ周方向に前記固定子鉄心に向かって凸状の曲面部分を有し、前記複数の永久磁石の間には、軸方向に伸びる前記固定子鉄心の突起を設け、前記突起と前記永久磁石の間には空隙が形成され、前記永久磁石は、重希土類元素を含まず、その外周部の前記曲面部分を除いて、その側面を前記突起に囲われ、前記回転子鉄心に埋め込まれており、前記永久磁石の極数をＰ、前記スロットの数をＮとしたとき、Ｐ：Ｎ＝２ｎ：１２ｎ、但しｎは２以上の整数であり、前記固定子鉄心の内周と前記永久磁石の外周との空隙長が１．０ｍｍ以下であり、前記永久磁石の周方向中心厚さが２．４〜４．２ｍｍである。
【国際調査報告】
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