(57)【要約】  モータの振動騒音の悪化を抑制する永久磁石型モータを得る。永久磁石型モータ（１）は、ステータ（１２）、ステータ（１２）の内側にエアギャップ（５０）を介して対向して配置されたロータコア（２３）と、ロータコア（２３）の周方向に沿って配置された永久磁石（２５）と、永久磁石（２５）が配置されたロータコア（２３）の界磁極（４０）とを有するロータ（２２）、を備え、界磁極（４０）は、ロータ（２２）の内側に取り付けられたシャフト（２４）を中心とする円弧よりも小さな半径を有しており、界磁極（４０）には、長軸方向をロータコア（２３）の径方向とする複数のスリット（４１）が形成されており、複数のスリット（４１）の間に位置する第１の中心線（４２ａ）と隣り合う複数のスリット（４１）の間に位置する第２の中心線（４２ｂ）との間隔が、ロータコア（２３）の外周側に向かうにしたがって拡大されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ、
前記ステータの内側にエアギャップを介して対向して配置されたロータコアと、前記ロータコアの周方向に沿って配置された永久磁石と、前記永久磁石が配置された前記ロータコアの界磁極とを有するロータ、を備え、
前記界磁極は、前記ロータの内側に取り付けられたシャフトを中心とする円弧よりも小さな半径を有しており、
前記界磁極には、長軸方向を前記ロータコアの径方向とする複数のスリットが形成されており、複数の前記スリットの間に位置する第１の中心線と隣り合う複数の前記スリットの間に位置する第２の中心線との間隔が、前記ロータコアの外周側に向かうにしたがって拡大されていることを特徴とする永久磁石型モータ。
【請求項２】
前記複数のスリットは、前記界磁極の周方向中央に配置された前記スリットを挟んで、軸対称に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
【請求項３】
前記複数のスリットは、前記界磁極あたり奇数個配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石型モータ。
【請求項４】
前記ステータは、複数のティースと複数のスロットとを有するステータコアを備えており、
前記ロータコアの軸方向長さは、前記ステータコアの軸方向長さよりも長いことを特徴とする請求項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】
前記永久磁石は、周方向の幅が径方向の幅より長い平板形状を有することを特徴とする請求項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。
【請求項６】
前記ロータの外形は、花丸状の形状を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
【請求項７】
前記ロータコアは、前記シャフトに板状の電磁鋼板を積層して形成されており、
前記界磁極の外周側には、前記複数のスリットにより分割された前記界磁極を一体とする接続部が設けられており、
前記接続部は、径方向の幅が前記電磁鋼板の板厚よりも小さいことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
【請求項８】
前記永久磁石は、永久磁石取り付孔に固定されており、
前記永久磁石取り付孔と前記複数のスリットの片側は繋がった状態となっており、前記複数のスリットは前記片側が開放状態であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の永久磁石型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石型モータに関し、例えば、電動パワーステアリングシステム等に用いられる永久磁石型モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石型モータのロータにおいては、永久磁石の減磁耐力を改善するために、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータのロータコア表面にそれぞれの隣接間隔がほぼ等しく並ぶスリットが設けられた構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来のモータの磁石埋め込み型ロータは、トルクリップルを改善するために、ＩＰＭモータのロータコア表面に回転方向の一方に傾いたスリットを設ける構造が開示されている（例えば、特許文献２参照）。【０００３】
前述のような従来のＩＰＭモータは、主に、減磁耐性やトルクリップルの改善を図ることを目的としたものである。減磁耐性の改善であれば、特許文献１に開示されたようにロータ表面にスリットを設ける複雑な構造にする必要はなく、保磁力の高い永久磁石を適用すれば良い。また、トルクリップルの改善であれば、特許文献２に開示されたような真円のロータ外形を有する構造はトルクリップルが悪化する形状であるので適していない。
一般に、ＩＰＭは、表面磁石構造（ＳＰＭ：Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）よりも減磁耐力があり、リラクタンストルクを活用できるので、電流量を増加してトルク密度を増すことで、小型で高出力のモータを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−０８１３３６号公報
【特許文献２】特開２００６−０１４４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このとき、ＩＰＭでは、ＳＰＭとは異なり、ステータ内径に対向する面が透磁率の高いロータコアとなるので、磁極表面を周方向に横断する磁束が大きくなり、エアギャップの磁束密度がＳＰＭと比べ、局所的に過大となりやすい。
従来の永久磁石型モータにおいては、エアギャップの局所的な磁束密度の増加により、磁束密度の２乗に比例する電磁加振力が作用し、ステータを変形させようとするので、モータの振動騒音が悪化するという問題点があった。モータ電流の低減や、エアギャップの拡大は、トルク密度を低下させるので、ＳＰＭに対する小型高出力化のメリットが相殺されてしまうこととなる。【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＩＰＭの利点である小型高出力化を確保しつつ、モータの振動騒音の悪化を抑制できる永久磁石型モータを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る永久磁石型モータは、ステータ、前記ステータの内側にエアギャップを介して対向して配置されたロータコアと、前記ロータコアの周方向に沿って配置された永久磁石と、前記永久磁石が配置された前記ロータコアの界磁極とを有するロータ、を備え、前記界磁極は、前記ロータの内側に取り付けられたシャフトを中心とする円弧よりも小さな半径を有しており、前記界磁極には、長軸方向を前記ロータコアの径方向とする複数のスリットが形成されており、複数の前記スリットの間に位置する第１の中心線と隣り合う複数の前記スリットの間に位置する第２の中心線との間隔が、前記ロータコアの外周側に向かうにしたがって拡大されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の永久磁石型モータによれば、ＩＰＭの利点である小型高出力化を確保しつつ、トルクリップルやフレームの振動による振動騒音の悪化を抑制することができる。よって、電動パワーステアリングシステム用等に適した永久磁石型モータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１における永久磁石型モータの軸方向断面図である。
【図２Ａ】この発明の実施の形態１における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図２Ｂ】この発明の実施の形態１における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図２Ｃ】この発明の実施の形態１における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図２Ｄ】この発明の実施の形態１における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図２Ｅ】この発明の実施の形態１における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図３】比較例における永久磁石型モータの正面図である。
【図４】比較例における永久磁石型モータの正面図である。
【図５】比較例における永久磁石型モータの正面図である。
【図６Ａ】この発明の実施の形態２における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図６Ｂ】この発明の実施の形態２における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【図７】この発明の実施の形態３における永久磁石型モータのロータの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態１について説明する。
なお、各図面中において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを示す。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における永久磁石型モータの軸方向断面図である。
図１に示すように、永久磁石型モータ（以下、単にモータという）１は、内部に複数の永久磁石２５が配設されたロータコア２３を有し、回転自在に支持されたロータ２２と、固定子巻線５とステータコア３を有し、ロータ２２の外側にエアギャップ５０を介して設けられたステータ１２とを備えている。
【００１１】
ステータコア３は、例えば板状の電磁鋼板を積層して形成され、樹脂製のインシュレータ４を介して３相の固定子巻線５が巻回されている。各相の固定子巻線５は、樹脂製のターミナルホルダ６に収められた巻線ターミナル７によってΔ結線されている。さらに、各相の巻線ターミナル７には、リード線２と接続するための接続ターミナル８が取り付けられている。接続ターミナル８は、接続ターミナルベース部９に取り付けられており、接続ターミナルベース部９の内部には接続ターミナル８にリード線２を取り付けるためのナット１０が収納されている。
【００１２】
ステータコア３は、鉄製のフレーム１１に圧入され、モータ１のステータ１２をなしている。フレーム１１の一端部には底部があり、底部の中央部には、ロータ２２の一端を支持するためのリアベアリング２６を収納するリアベアリングボックス部１３が形成されている。フレーム１１の他方の端部は開口しており、モータ１のハウジング１７と連結するためのインロー部１４が形成されている。フレーム１１のインロー部１４の外周には、モータ１のハウジング１７にステータ１２をねじ止めするためのねじ止め部を有するフランジ部１５が形成されている。モータ１のハウジング１７とステータ１２のフランジ部１５の間には、防水のためのＯリング状のフレームグロメット１６が設けられている。
【００１３】
モータ１のハウジング１７は、アルミ合金のダイキャスト成形によって形成され、中央部にはロータ２２の一端を支持するためのフロントベアリング２７を収納するフロントベアリングボックス１８が形成されている。また、ハウジング１７のフロントベアリングボックス１８の近傍には、ロータ２２の回転角度を検出するための回転センサであるレゾルバ１９を取り付けるための、レゾルバ取り付け部２０が形成されている。ハウジング１７のステータ１２を取り付ける側と反対側の端部には、モータ１を相手側機器に取り付けるための取り付けインロー部２１が設けられている。
【００１４】
ロータ２２は、鉄製のシャフト２４に取り付けられた電磁鋼板を積層して形成されたロータコア２３を備えている。そして、シャフト２４の両端は、リアベアリング２６およびフロントベアリング２７によって回転自在に支持されている。シャフト２４のフロント側端部には、相手側機器と連結するためのカップリングであるボス２８が取り付けられている。
【００１５】
図２Ａおよび図２Ｂは、この発明の実施の形態１における永久磁石型モータのロータの正面図である。また、図２Ｂは、図２Ａの拡大図である。図２Ａおよび図２Ｂに示すように、ロータ２２のロータコア２３には、周方向に沿って複数の永久磁石２５が配置されている。複数の永久磁石２５は、ロータコア２３内に周方向に沿って等間隔に配置された複数の永久磁石取り付孔４７に収容固定されており、永久磁石２５の両側には空隙部４５が形成されている。なお、図２Ａおよび図２Ｂは、ロータ２２を中心として図示したものである。よって、ロータ２２の外周にエアギャップ５０を介して設けられたステータ１２については、図示を省略している。ステータ１２は、複数のティース４８と複数のスロット（図示なし）を有するステータコア３とティース４８に巻回されてスロットに収納された電機子巻線（図示なし）とを有するものである。
【００１６】
この発明の実施の形態１においては、ロータコア２３が、シャフト２４を中心とする真円ではなく、花丸状の形状を有しており、永久磁石２５が配置されたロータコア２３の界磁極４０には、スリット４１を複数本備えている。界磁極４０は、ロータ２２の内側に取り付けられたシャフト２４を中心とする円弧よりも小さな半径を有している。また、界磁極４０には、長軸方向をロータコア２３の径方向とする複数のスリット４１が形成されている。
また、スリット４１とスリット４１との間は、界磁極４０のロータコア２３であり、両側のスリット４１の中心線４２は外周側に行くほど広がっていくように設定されている。つまり、スリット４１間の第１の中心線４２ａと隣り合うスリット４１間の第２の中心線４２ｂとの間隔が、ロータ２２の外周側に向かうにしたがって徐々に広くなるようにスリット４１は設けられている。スリット４１は、界磁極４０（＝１磁極部）あたり、例えば７本配置されている。また、スリット４１は、界磁極４０の中央に配置された中央スリットＢを挟んで、軸対称に奇数本配置されており、スリット４１の長さは、軸対称で同じ長さとなっている。永久磁石２５は、周方向の幅が半径方向の幅より長い、平板型の磁石形状となっている。
【００１７】
また、接続部４４は、スリット４１が入って分割された界磁極４０を一体とするために設けられている。スリット４１で分断された界磁極４０は、接続部４４により一体化されている。
また、図２Ｃ〜図２Ｅは、この発明の実施の形態１における他の実施例である永久磁石型モータのロータの正面図である。図２Ｃにおいては、永久磁石２５の形状が曲線状となっているが、永久磁石２５と永久磁石取り付孔の形状を除いたその他の構造は図２Ａの構造と同じである。
さらにまた、図２Ｄは、ブリッジ部４３に対向するロータコア２３の形状が真円形状４６となっているが、その形状を除いたその他の構造は、図２Ａの構造と同じである。
また、図２Ｅは、スリット４１の形状が台形形状となっているが、スリット４１の形状を除いたその他の構造は、図２Ａの構造と同じである。
【００１８】
図３〜図５は、比較例における永久磁石型モータの正面図である。図３〜図５においては、ロータ２２の外側にエアギャップ５０を介して設けられたステータ１２のティース４８を図示している。図３においては、ロータ２２の外形が真円形状４６であるために、トルクリップルが大きくなってしまう。また、図４では、ロータコア２３にスリット４１が設けられていないため、ロータコア２３の界磁極４０を横切る磁束４９が流れ、エアギャップ５０の領域Ａの磁束密度が増加してしまう。また、図５は、スリット４１の間隔がロータコア２３の外周側に行くほど小さくなっており、スリット４１によるエアギャップ５０の磁束密度の分散効果がなくなってしまう。
【００１９】
一方、この発明の実施の形態１においては、特に、低次の電磁加振力モードが小さく振動騒音が大きくなりやすい、例えば全周で２次のモードが生じる１０極１２スロット、１４極１２スロット、１４極１８スロット等の極スロットで特に顕著な効果を発揮できる。
スリット４１のうち一本は界磁極４０の中心にある。界磁極４０の中心は、横切る磁束４９に対して、最も、界磁極４０の断面積が大きく磁束４９が流れやすい場所であり、スリット４１による磁束４９の遮断効果が得られる。
界磁極４０内での磁気が飽和するまでスリット４１を何本も入れると、振動騒音の抑制効果が得られやすいが、トルクが落ちてしまうので、ロータコア２３長（永久磁石２５長も）をステータコア３長よりも大きくすることで、モータ１の体格を大きくせずに、騒音振動の抑制効果が得られる。
【００２０】
実施の形態２．
図６Ａおよび図６Ｂは、この発明の実施の形態２による永久磁石型モータのロータの正面図である。また、図６Ｂは、図６Ａの拡大図である。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、ロータ２２のロータコア２３には、周方向に沿って複数の永久磁石２５が配置されている。図６Ａおよび図６Ｂにおいては、スリット４１の片側が開いた状態となっている。具体的には、接続部４４において、接続部（界磁極上側）４４ａは設けられているが、接続部（界磁極下側）４４ｂが設けられておらず、永久磁石取り付孔４７と複数のスリット４１の片側は繋がった状態となっており、複数のスリット４１は片側が開放状態となっている。接続部（界磁極下側）４４ｂが存在する場合は、界磁極４０表面の磁束４９が、接続部（界磁極下側）４４ｂとブリッジ部４３を介して永久磁石２５の裏面に回りこむので、本来、界磁極４０からエアギャップ５０を介してステータ１２に流れてトルクとなるべき磁束４９が減少してしまう。
この発明の実施の形態２においては、接続部（界磁極下側）４４ｂが設けられていないので、さらに磁束の減少が低減できる。よって、実施の形態１よりも接続部（界磁極下側）４４ｂによる磁束の回り込みが小さいので、スリット４１の効果がさらに高くなるという効果がある。
【００２１】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３における永久磁石型モータのロータの正面図である。図７に示すように、実施の形態３においては、接続部の幅５１および５２（径方向の幅）が、電磁鋼板の板厚よりも小さくなっている。これにより、接続部４４による磁束の回り込みが小さくなるので、スリット４１の効果が出やすくなるという効果がある。
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。
【符号の説明】
【００２２】
１  モータ、２  リード線、３  ステータコア、４  インシュレータ、５  固定子巻線、６  ターミナルホルダ、７  巻線ターミナル、８  接続ターミナル、９  接続ターミナルベース部、１０  ナット、１１  フレーム、１２  ステータ、１３  リアベアリングボックス部、１４  インロー部、１５  フランジ部、１６  フレームグロメット、１７  ハウジング、１８  フロントベアリングボックス、１９  レゾルバ、２０  レゾルバ取り付け部、２１  取り付けインロー部、２２  ロータ、２３  ロータコア、２４  シャフト、２５  永久磁石、２６  リアベアリング、２７  フロントベアリング、２８  ボス、４０  界磁極、４１  スリット、４２  中心線、４２ａ  第１の中心線、４２ｂ  第２の中心線、４３  ブリッジ部、４４  接続部、４４ａ  接続部（界磁極上側）、４４ｂ  接続部（界磁極下側）、４５  空隙部、４６  真円形状、４７  永久磁石取り付孔、４８  ティース、４９  磁束、５０  エアギャップ、５１  接続部の幅、５２  接続部の幅
【図１】
2018198217.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
2018198217.tif 000015
2018198217.tif 000016
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