WO2014027631A1 - ブラシレスモータ及びブラシレスモータ用ロータ - Google Patents

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WO2014027631A1
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brushless motor
magnet
core
magnetic pole
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大久保　雅通
傑 渡辺
弘達 池野
孝将 青木
晃 早川
聡志 西郡
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株式会社ミツバ
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    • 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
    • H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Definitions

  • the present invention relates to a rotor structure of a brushless motor, and more particularly, to a rotor core structure of a magnet embedded type motor (IPM motor: Interior Permanent Magnet Motor).
  • IPM motor Interior Permanent Magnet Motor
  • IPM motor magnet-embedded brushless motor
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing the configuration of the rotor core used in the IPM motor.
  • the rotor core 51 has a configuration in which a plurality of core plates 52 formed of electromagnetic steel plates are laminated.
  • a plurality of slit holes 53 are provided in the outer peripheral portion of each core plate 52 along the circumferential direction.
  • the core plate 52 is laminated in the axial direction so that the slit holes 53 overlap.
  • a magnet 54 is housed and fixed in each slit hole 53. On both ends in the circumferential direction of the magnet 54 accommodated in the slit hole 53, a gap portion 55 that also serves as a flux barrier is formed.
  • a bridge portion 56 is provided as a member connecting portion.
  • the IPM motor using the rotor core as shown in FIG. 10 has a problem that the magnetic flux of the magnet 54 leaks to the adjacent pole through the bridge portion 56 and the magnetic flux of the magnet cannot be used effectively. Since the magnetic flux flowing to the adjacent pole via the bridge portion 56 does not contribute to the motor torque, the decrease in the effective magnetic flux accompanying the magnetic flux leakage hinders torque increase.
  • the amount of magnetic flux leaking to the bridge portion 56 is not so much when no current is supplied, but when the current is supplied to the field side, the amount of magnetic flux that wraps around the bridge portion 56 increases due to the influence of the magnetic flux on the field side. This occurs.
  • the leakage magnetic flux also increases due to the influence of the armature reaction, and as shown in FIG. 6 (dashed line), there is a problem that the amount of current increases rapidly to maintain the torque.
  • torque ripple is generated as the rotor rotates. This is because the reluctance torque changes with the rotation of the rotor, and torque ripple, which is a torque fluctuation at the time of energization, is also a problem as in a normal brushless motor.
  • torque ripple causes a deterioration in steering feeling, which causes a problem of uncomfortable to the driver. For this reason, reduction of torque ripple in the IPM motor has also been demanded from the viewpoint of comfortable driving.
  • the brushless motor of the present invention includes a motor case, a stator fixed to the motor case, a rotor shaft rotatably supported by the motor case, and a rotor disposed inside the stator and fixed to the rotor shaft.
  • the rotor includes a rotor core formed of a magnetic material and a plurality of magnets fixed in the rotor core, and the rotor core includes the rotor shaft.
  • the magnetic pole part has the magnet mounting hole in which the magnet is accommodated and fixed, and is cut out at both ends in the circumferential direction of the magnetic pole part facing the recess. The is characterized in that provided.
  • the concave portion includes a side wall portion that is formed at a circumferential end portion of the magnetic pole portion and constitutes a peripheral wall of the magnet mounting hole, and a bottom surface portion that is formed on the outer peripheral surface of the core body.
  • the rotor core is formed by laminating a plurality of core plates made of a magnetic material, and the plate width X of the side wall portion is equal to the plate thickness t of the core plate to less than 1.2 times (1.0 t). ⁇ X ⁇ 1.2t).
  • the thickness A of the outer peripheral portion formed outside the magnet mounting hole of the magnetic pole portion is 1.0 to 1.5 times the thickness B of the magnet (1.0B ⁇ A ⁇ 1.5B). It is also good.
  • the circumferential width Wa between the notches is set to be larger than 0.87 times the circumferential width Wm of the magnet (Wa> 0.87 Wm) or larger than 0.90 times. (Wa> 0.90 Wm).
  • the distance OQ between the bottom surface portion and the center of the rotor core is set to be a dimension closer to the center O side of the rotor core than the distance OP between the outer peripheral portion in the center portion of the magnet and the center of the rotor core. In addition to setting, it may be set to a dimension that is on the side farther from the center O than the distance OR between the inner peripheral portion in the central portion of the magnet and the center of the rotor core.
  • the brushless motor may be used as a drive source for the electric power steering apparatus.
  • a brushless motor rotor is a rotor used in a brushless motor, and the rotor includes a rotor core formed of a magnetic material and a plurality of magnets fixed in the rotor core. And the rotor core is formed between a core body fixed to the rotor shaft, a plurality of magnetic pole portions projecting radially from the core body, and the adjacent magnetic pole portions, and extends in the axial direction. And the magnetic pole part has the magnet mounting hole in which the magnet is accommodated and fixed, and a notch part is provided at both ends in the circumferential direction of the magnetic pole part so as to face the concave part. It is characterized by.
  • the concave portion includes a side wall portion formed at a circumferential end portion of the magnetic pole portion and constituting a peripheral wall of the magnet mounting hole, and a bottom surface portion formed at the outer peripheral surface of the core body.
  • the rotor core is formed by laminating a plurality of core plates made of a magnetic material, and the plate width X of the side wall portion is equal to the plate thickness t of the core plate to less than 1.2 times (1.0 t). ⁇ X ⁇ 1.2t).
  • the thickness A of the outer peripheral portion formed outside the magnet mounting hole of the magnetic pole portion is 1.0 to 1.5 times the thickness B of the magnet (1.0B ⁇ A ⁇ 1.5B). It is also good.
  • the circumferential width Wa between the notches is set to be larger than 0.87 times the circumferential width Wm of the magnet (Wa> 0.87 Wm) or larger than 0.90 times. (Wa> 0.90 Wm).
  • the distance OQ between the bottom surface portion and the center of the rotor core is set to be a dimension closer to the center O side of the rotor core than the distance OP between the outer peripheral portion in the center portion of the magnet and the center of the rotor core. In addition to setting, it may be set to a dimension that is on the side farther from the center O than the distance OR between the inner peripheral portion in the central portion of the magnet and the center of the rotor core.
  • the rotor core forming the rotor is formed between the core body fixed to the rotor shaft, the plurality of magnetic pole portions projecting radially from the core body, and the magnetic pole portion. Since the groove-shaped recess extending in the axial direction is provided, it is possible to eliminate the bridge between poles, which was a magnetic path for leakage flux in the conventional motor, and to reduce leakage of magnetic flux to other poles It becomes. Therefore, the effective magnetic flux of the magnet can be increased, and the magnetic torque can be effectively utilized to improve the magnet torque. Further, since the inter-electrode bridge is eliminated and the groove-shaped recess is provided between the inter-electrodes, the q-axis inductance can be reduced. Thereby, the average inductance can be made smaller than that of the conventional motor, and it is possible to suppress the decrease in the rotational speed at the time of medium and high loads as compared with the conventional motor.
  • the rotor core forming the rotor has a core body fixed to the rotor shaft, a plurality of magnetic pole portions projecting radially from the core body, and the magnetic pole portion between the magnetic pole portions. Since the groove-shaped concave portion that is formed and extends in the axial direction is provided, it is possible to eliminate the inter-pole bridge that has been the magnetic path of the leakage magnetic flux in the conventional motor, and to reduce magnetic flux leakage to the other pole Is possible. Therefore, the effective magnetic flux of the magnet can be increased, and the magnetic torque can be effectively utilized to improve the magnet torque.
  • the inter-electrode bridge is eliminated and the groove-shaped recess is provided between the inter-electrodes, the q-axis inductance can be reduced.
  • the average inductance can be made smaller than that of the conventional rotor, and it is possible to suppress a decrease in the rotational speed at the time of medium and high loads as compared with a motor using the conventional rotor.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is explanatory drawing which shows the structure of a recessed part. It is explanatory drawing which shows the relationship between the thickness of a side wall part, and a torque. It is explanatory drawing which compared each average inductance of a SPM motor, the conventional IPM motor, and the IPM motor by this invention. It is explanatory drawing which showed the relationship between a torque, a phase current, and a torque, and the rotation speed by comparing with the conventional IPM motor and the IPM motor by this invention.
  • An object of the following embodiment is to suppress magnetic flux leakage between adjacent magnetic poles in an IPM motor and increase effective magnetic flux to improve magnet torque.
  • Another object of the present invention is to reduce inductance and suppress a decrease in the number of rotations at medium and high loads.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a brushless motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • a brushless motor 1 (hereinafter abbreviated as “motor 1”) is an inner rotor type brushless motor having a stator (stator) 2 on the outside and a rotor (rotor) 3 on the inside. Yes.
  • the motor 1 is used as a drive source for the electric power steering apparatus.
  • the stator 2 is fixed inside a bottomed cylindrical motor case 4 (hereinafter abbreviated as case 4).
  • the stator 2 includes a stator core 5, a stator coil 6 wound around the stator core 5 (hereinafter abbreviated as a coil 6), and a bus bar unit (terminal unit) attached to the stator core 5 and electrically connected to the coil 6. 7.
  • the case 4 is formed in a bottomed cylindrical shape with iron or the like.
  • An aluminum die cast bracket 8 is attached to the opening of the case 4 by a fixing screw (not shown).
  • the stator core 5 is formed by laminating electromagnetic steel plates.
  • the stator core 5 has a plurality of (here, nine) teeth 9 protruding radially inward.
  • a synthetic resin insulator 11 is attached to the stator core 5.
  • a coil 6 is wound around the outside of the insulator 11.
  • a bus bar unit 7 is attached to one end side of the stator core 5.
  • the bus bar unit 7 has a structure in which a copper bus bar is insert-molded in a synthetic resin main body.
  • a plurality of power supply terminals 12 protrude in the radial direction.
  • the end 6 a of the coil 6 drawn out from the stator core 5 is welded to the power feeding terminal 12.
  • the number of bus bars corresponding to the number of phases of the motor 1 here, three for the U phase, V phase, W phase and one for connecting each phase
  • Each coil 6 is electrically connected to a power supply terminal 12 corresponding to the phase.
  • the stator core 5 is press-fitted and fixed in the case 4 after the bus bar unit 7 is attached.
  • the rotor 3 is inserted inside the stator 2.
  • the rotor 3 has a rotor shaft 13.
  • the rotor shaft 13 is rotatably supported by bearings 14a and 14b.
  • the bearing 14 a is fixed to the bottom center of the case 4.
  • the bearing 14 b is fixed to the center portion of the bracket 8.
  • a cylindrical rotor core 15 (15a to 15c) and a rotor (resolver rotor) 22 of a resolver 21 serving as a rotation angle detection unit are attached to the rotor shaft 13.
  • a stator (resolver stator) 23 of the resolver 21 is accommodated in a resolver bracket 24 made of synthetic resin.
  • the resolver bracket 24 is fixed to the inside of the bracket 8 with an attachment screw 25.
  • the rotor core 15 includes a core body 31 and six magnetic pole portions 32.
  • the core body 31 is fixed to the rotor shaft 13.
  • the magnetic pole portion 32 protrudes from the core body 31 in the radial direction.
  • the rotor core 15 is also formed by laminating a plurality of core plates made of electromagnetic steel plates, like the rotor core 51 of FIG.
  • Each magnetic pole portion 32 is formed with one magnet mounting hole 33 extending in the axial direction.
  • a rectangular parallelepiped segment type magnet (permanent magnet) 16 (16a to 16c) is accommodated and fixed.
  • the magnet attachment holes 33 are provided in the magnetic pole portions 32, and the magnets 16 are accommodated and fixed in the magnet attachment holes 33.
  • a plurality of magnets 16 are equally arranged on the outer periphery of the rotor core 15 along the circumferential direction.
  • the magnets 16a to 16c are arranged in six rows along the circumferential direction and three rows in the axial direction. That is, the motor 1 is an IPM type motor having a 6-pole 9-slot configuration.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the recess 35.
  • the recess 35 is formed in a trapezoidal shape having side walls 36 formed at both ends in the circumferential direction of the magnetic pole part 32 and the outer peripheral surface of the core body 31 as three sides.
  • the side wall portion 36 constitutes a peripheral wall at the circumferential end of the magnet mounting hole 33.
  • the concave portion 35 includes a side wall portion 36 facing the adjacent magnetic pole portion 32 and a bottom surface portion 37 formed by the outer peripheral surface of the core body 31.
  • the distance OQ between the bottom surface portion 37 and the center of the rotor core 15 is smaller than the distance OP between the outer peripheral portion 16out (point P) at the center of the magnet 16 and the center of the rotor core 15. That is, the distance OQ is set such that the point Q is a dimension closer to the center O of the rotor core 15 than the point P.
  • P magnet outer peripheral position
  • Q bottom surface position
  • R magnet inner periphery position
  • the plate width X of the side wall portion 36 is substantially the same as the plate thickness t of the core plate and is less than about 1.2 times (1.0 t ⁇ X ⁇ 1). .2t) is preferred (see FIG. 4).
  • each magnetic pole portion 32 is made independent, and between the adjacent magnetic pole portions 32.
  • a concave recess 35 is provided.
  • the thickness of the outer peripheral portion 38 of the magnetic pole portion 32 is formed thinner than that of the conventional motor.
  • the radial dimension A of the outer peripheral portion 38 (the outer dimension of the magnet 16 in the magnetic pole portion 32) is about 1.0 to 1.5 times (preferably 1.3 times) the thickness B of the magnet 16.
  • the steel plate portion in the radial direction of the magnetic pole portion 32 becomes smaller than before, and the magnetic resistance increases accordingly.
  • the outer peripheral portion 38 is easily magnetically saturated by the magnetic flux of the magnet 16. Therefore, the magnetic flux from the field side is less likely to pass through the outer peripheral portion 38, and the influence thereof is also less likely to occur. For this reason, the inductance Ld in the d-axis direction is reduced as compared with the conventional motor.
  • the concave portion 35 serving as a gap is provided between the magnetic pole portions 32, the magnetic resistance in the q-axis direction increases and the inductance Lq in the q-axis direction also decreases.
  • the average inductance (Ld + Lq) / 2 becomes smaller than that of the conventional motor (see FIG. 5), and as shown in FIG.
  • the salient pole ratio (Lq / Ld) of the motor is not different from that of the conventional motor, so that the reluctance torque can be secured as it is (see FIG. 7).
  • a pair of cutout portions 39 are provided at both ends in the circumferential direction of the magnetic pole portion 32 so as to face the recess 35.
  • the circumferential width between the notches 39 (the distance between the circumferential end surfaces 41 of the notches 39) is Wa (see FIG. 3).
  • the width Wa between the notches is formed such that Wa> 0.87 Wm, preferably Wa> 0.9 Wm, with respect to the circumferential width Wm of the magnet 16 (distance between the circumferential end surfaces 42 of the magnet 16). Yes. Needless to say, the width Wa is smaller than the circumferential width Wp of the magnetic pole portion 32.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the ratio of Wa and Wm (Wa / Wm) and the output torque
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the ratio of Wa and Wm and the torque ripple rate.
  • the notch 39 becomes larger and Wa becomes smaller than 0.87 Wm the torque ripple rate increases as compared with the case where there is no notch. Therefore, from the viewpoint of torque ripple rate, Wa> 0.87 Wm is preferable.
  • a narrow corridor 43 is formed between the side wall 36 and the outer peripheral portion 38. For this reason, the width of the magnetic path from the outer peripheral portion 38 to the side wall portion 36 is narrowed, and accordingly, the magnetic resistance is increased and the leakage magnetic flux is suppressed. Further, the connection portion between the outer peripheral portion 38 and the side wall portion 36 is separated from the field side (the tip of the teeth 9) by the cutout portion by the cutout portion 39. That is, it is possible to increase the distance between the connecting portion and the field side, and it is difficult to be affected by the field side. Conventionally, at the time of energization, the leakage magnetic flux in the bridge portion has greatly increased due to the influence of the field side.

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Abstract

【課題】ＩＰＭモータにおける隣接磁極間の磁束漏れを抑えマグネットトルクの向上を図ると共に、インダクタンスを低減させ中高負荷時における回転数の低下を抑制する。 【解決手段】ブラシレスモータ１は、ロータ３内にマグネット１６を収容固定したＩＰＭ型となっている。ロータ３を形成するロータコア１５は、ロータシャフト１３に固定されたコアボディ３１と、コアボディ３１から径方向に突設された６個の磁極部３２とを有する。磁極部３２には、マグネット１６が収容固定されるマグネット取付孔３３が設けられ、隣接する磁極部３２の間には溝状の凹部３５が形成されている。磁極部３２の周方向両端には、凹部３５に臨んで切欠部３９が設けられている。凹部３５は、隣接する磁極部３２の対向する側壁部３６と、コアボディ３１の外周面である底面部３７から構成される。側壁部３６の板幅Ｘはコアプレートの板厚ｔと略同一～１.２倍未満となっている。

Description

ブラシレスモータ及びブラシレスモータ用ロータ
　本発明は、ブラシレスモータのロータ構造に関し、特に、マグネット埋め込み式のモータ（ＩＰＭモータ：Interior Permanent Magnet Motor）のロータコア構造に関する。
　近年、ロータ内部に磁石を埋め込み、マグネットの磁力によるマグネットトルクと、ロータの磁化によるリラクタンストルクの両方によってロータを回転させるマグネット埋め込み式のブラシレスモータ（ＩＰＭモータ）の利用が拡大している。ＩＰＭモータは、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクを活用できるため、高効率で高トルクなモータとして、ハイブリッド自動車やエアコン等への使用が増加している。
　図１０は、ＩＰＭモータにて使用されるロータコアの構成を示す説明図である。図１０に示すように、ロータコア５１は、電磁鋼板にて形成されたコアプレート５２を複数枚積層させた構成となっている。各コアプレート５２の外周部には、周方向に沿って複数個のスリット孔５３が設けられている。コアプレート５２は、スリット孔５３が重なるように軸方向に積層される。各スリット孔５３にはそれぞれマグネット５４が収容固定される。スリット孔５３に収容されたマグネット５４の周方向両端側には、フラックスバリアともなる空隙部５５が形成される。隣接するスリット孔５３の間には、部材連結部としてブリッジ部５６が設けられている。
特開２００３－３７９５５公報
　ところが、図１０のようなロータコアを使用するＩＰＭモータでは、マグネット５４の磁束がブリッジ部５６を介して隣接極に漏れてしまい、マグネットの磁束を有効に利用できないという問題があった。ブリッジ部５６を介して隣接極に流れる磁束はモータのトルクには寄与しないため、磁束漏れに伴う有効磁束の減少はトルクアップの妨げとなる。
　また、ブリッジ部５６に漏れる磁束の量は、無通電時にはそれほど多くはないが、界磁側に通電すると、界磁側の磁束の影響により、ブリッジ部５６に回り込んでしまう磁束量が増加するという現象が生じる。特に高負荷時には、電機子反作用の影響により漏れ磁束も増大し、図６に示すように（一点鎖線）、トルク維持のために電流量が急激に増大してしまうという問題があった。
　さらに、図１０のロータコアでは、ｑ軸電流による鎖交磁束の方向に鋼板部位が多く、その方向の磁気抵抗が小さくなるため、ｑ軸インダクタンスＬｑが大きくなる。その結果、インダクタンスの平均（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２が大きくなり、図６に示すように（一点鎖線）、中高負荷時の回転数が低下するという問題もあった。
　一方、ＩＰＭモータにおいても、ロータ回転に伴ってトルクリップルが発生する。これは、ロータの回転と共にリラクタンストルクが変化するためであり、通常のブラシレスモータと同様に、通電時のトルク変動であるトルクリップルもまた課題となっている。特に、ＩＰＭモータを電動パワーステアリング装置用のモータとして使用する場合、トルクリップルは、操舵フィーリングの悪化を招来し、運転者に不快感を与えてしまうという問題がある。このため、快適なドライビングという観点からも、ＩＰＭモータにおけるトルクリップルの低減が求められていた。
　本発明のブラシレスモータは、モータケースと、前記モータケースに固定されたステータと、前記モータケースに回転自在に支持されたロータシャフトと、前記ステータの内側に配置され前記ロータシャフトに固定されたロータと、を備えてなるブラシレスモータであって、前記ロータは、磁性材料にて形成されたロータコアと、前記ロータコア内に固定された複数個のマグネットと、を有し、前記ロータコアは、前記ロータシャフトに固定されたコアボディと、前記コアボディから径方向に向かって突設された複数個の磁極部と、隣接する前記磁極部の間に形成され軸方向に延びる溝状の凹部と、を有し、前記磁極部は、前記マグネットが収容固定される前記マグネット取付孔を有し、前記磁極部の周方向両端に、前記凹部に臨んで切欠部を設けたことを特徴とする。
　前記ブラシレスモータにおいて、前記凹部は、前記磁極部の周方向端部に形成され前記マグネット取付孔の周壁を構成する側壁部と、前記コアボディの外周面にて形成された底面部と、を有しても良い。この場合、前記ロータコアを、磁性材料からなるコアプレートを複数枚積層して形成し、前記側壁部の板幅Ｘを、前記コアプレートの板厚ｔと同じ～１.２倍未満（１.０ｔ≦Ｘ＜１.２ｔ）としても良い。
　また、前記磁極部の前記マグネット取付孔より外側に形成された外周部の厚さＡを、前記マグネットの厚さＢの１.０～１.５倍（１.０Ｂ≦Ａ＜１.５Ｂ）としても良い。さらに、前記両切欠部間の周方向の幅Ｗａを、前記マグネットの周方向の幅Ｗｍの０.８７倍よりも大きく（Ｗａ＞０.８７Ｗｍ）としたり、あるいは、０.９０倍よりも大きく（Ｗａ＞０.９０Ｗｍ）したりしても良い。
　さらに、前記底面部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｑを、前記マグネットの中央部における外周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｐよりも前記ロータコアの中心Ｏ側の寸法となるよう設定するとともに、前記マグネットの中央部における内周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｒよりも中心Ｏから遠い側となる寸法に設定しても良い。
　加えて、前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用しても良い。
　一方、本発明のブラシレスモータ用ロータは、ブラシレスモータに使用されるロータであって、前記ロータは、磁性材料にて形成されたロータコアと、前記ロータコア内に固定された複数個のマグネットと、を有し、前記ロータコアは、前記ロータシャフトに固定されたコアボディと、前記コアボディから径方向に向かって突設された複数個の磁極部と、隣接する前記磁極部の間に形成され軸方向に延びる溝状の凹部と、を有し、前記磁極部は、前記マグネットが収容固定される前記マグネット取付孔を有し、前記磁極部の周方向両端に、前記凹部に臨んで切欠部を設けたことを特徴とする。
　前記ブラシレスモータ用ロータにおいて、前記凹部は、前記磁極部の周方向端部に形成され前記マグネット取付孔の周壁を構成する側壁部と、前記コアボディの外周面にて形成された底面部と、を有しても良い。この場合、前記ロータコアを、磁性材料からなるコアプレートを複数枚積層して形成し、前記側壁部の板幅Ｘを、前記コアプレートの板厚ｔと同じ～１.２倍未満（１.０ｔ≦Ｘ＜１.２ｔ）としても良い。
　また、前記磁極部の前記マグネット取付孔より外側に形成された外周部の厚さＡを、前記マグネットの厚さＢの１.０～１.５倍（１.０Ｂ≦Ａ＜１.５Ｂ）としても良い。さらに、前記両切欠部間の周方向の幅Ｗａを、前記マグネットの周方向の幅Ｗｍの０.８７倍よりも大きく（Ｗａ＞０.８７Ｗｍ）としたり、あるいは、０.９０倍よりも大きく（Ｗａ＞０.９０Ｗｍ）したりしても良い。
　さらに、前記底面部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｑを、前記マグネットの中央部における外周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｐよりも前記ロータコアの中心Ｏ側の寸法となるよう設定するとともに、前記マグネットの中央部における内周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｒよりも中心Ｏから遠い側となる寸法に設定しても良い。
　本発明のブラシレスモータによれば、ロータを形成するロータコアに、ロータシャフトに固定されたコアボディと、コアボディから径方向に向かって突設された複数個の磁極部と、磁極部の間に形成され軸方向に延びる溝状の凹部と、を設けたので、従来モータにて漏れ磁束の磁路となっていた極間ブリッジを廃止することができ、他極への磁束漏れを低減させることが可能となる。従って、マグネットの有効磁束を増大させることができ、磁束を有効活用しマグネットトルクの向上を図ることが可能となる。また、極間ブリッジを廃止し、極間に溝状の凹部を設けたので、ｑ軸インダクタンスを低減させることも可能となる。これにより、インダクタンス平均を従来のモータよりも小さくすることができ、従来モータに比して、中高負荷時における回転数の低下を抑制することが可能となる。
　本発明のブラシレスモータ用ロータによれば、ロータを形成するロータコアに、ロータシャフトに固定されたコアボディと、コアボディから径方向に向かって突設された複数個の磁極部と、磁極部の間に形成され軸方向に延びる溝状の凹部と、を設けたので、従来モータにて漏れ磁束の磁路となっていた極間ブリッジを廃止することができ、他極への磁束漏れを低減させることが可能となる。従って、マグネットの有効磁束を増大させることができ、磁束を有効活用しマグネットトルクの向上を図ることが可能となる。また、極間ブリッジを廃止し、極間に溝状の凹部を設けたので、ｑ軸インダクタンスを低減させることも可能となる。これにより、インダクタンス平均を従来のロータよりも小さくすることができ、従来のロータを使用したモータに比して、中高負荷時における回転数の低下を抑制することが可能となる。
本発明の一実施形態であるブラシレスモータの断面図である。 図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 凹部の構成を示す説明図である。 側壁部の厚さとトルクとの関係を示す説明図である。 ＳＰＭモータと、従来のＩＰＭモータ、本発明によるＩＰＭモータの各平均インダクタンスを比較した説明図である。 トルクと相電流，トルクと回転数の関係を、従来のＩＰＭモータと本発明によるＩＰＭモータにて比較して示した説明図である。 従来のＩＰＭモータと本発明によるＩＰＭモータの突極比を比較した説明図である。 切欠部間の幅寸法Ｗａとマグネット幅Ｗｍとの比（Ｗａ／Ｗｍ）と、トルクとの関係を示す説明図である。 切欠部間の幅寸法Ｗａとマグネット幅Ｗｍとの比（Ｗａ／Ｗｍ）と、トルクリップル率との関係を示す説明図である。 従来のＩＰＭモータにて使用されるロータコアの構成を示す説明図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態の目的はＩＰＭモータにおける隣接磁極間の磁束漏れを抑え、有効磁束を増大させてマグネットトルクの向上を図ることにある。また、本発明の他の目的は、インダクタンスを低減させ、中高負荷時の回転数の低下を抑えることにある。
　図１は、本発明の一実施形態であるブラシレスモータの断面図、図２は、図１のＡ－Ａ線に沿った断面図である。図１に示すように、ブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）は、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。モータ１は、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。
　ステータ２は、有底円筒形状のモータケース４（以下、ケース４と略記する）の内側に固定されている。ステータ２は、ステータコア５と、ステータコア５に巻装されたステータコイル６（以下、コイル６と略記する）、及び、ステータコア５に取り付けられコイル６と電気的に接続されるバスバーユニット（端子ユニット）７とから構成されている。ケース４は、鉄等にて有底円筒状に形成されている。ケース４の開口部には、図示しない固定ネジによって、アルミダイキャスト製のブラケット８が取り付けられる。
　ステータコア５は、電磁鋼板を積層して形成されている。ステータコア５には、複数個（ここでは９個）のティース９が径方向内側に向かって突設されている。ステータコア５には合成樹脂製のインシュレータ１１が取り付けられている。インシュレータ１１の外側には、コイル６が巻装されている。ステータコア５の一端側には、バスバーユニット７が取り付けられている。バスバーユニット７は、合成樹脂製の本体部内に銅製のバスバーがインサート成形された構成となっている。
　バスバーユニット７の周囲には、複数個の給電用端子１２が径方向に突設されている。バスバーユニット７の取り付けに際し、給電用端子１２は、ステータコア５から引き出されたコイル６の端部６ａが溶接される。バスバーユニット７では、バスバーはモータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個と各相同士の接続用の１個の計４個）設けられている。各コイル６は、その相に対応した給電用端子１２と電気的に接続される。ステータコア５は、バスバーユニット７を取り付けた後、ケース４内に圧入固定される。
　ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。ロータ３はロータシャフト１３を有している。ロータシャフト１３は、ベアリング１４ａ,１４ｂによって回転自在に軸支されている。ベアリング１４ａは、ケース４の底部中央に固定されている。ベアリング１４ｂは、ブラケット８の中央部に固定されている。ロータシャフト１３には、円筒形状のロータコア１５（１５ａ～１５ｃ）と、回転角度検出手段であるレゾルバ２１のロータ（レゾルバロータ）２２が取り付けられている。レゾルバ２１のステータ（レゾルバステータ）２３は、合成樹脂製のレゾルバブラケット２４に収容されている。レゾルバブラケット２４は、取付ネジ２５によってブラケット８の内側に固定される。
　ロータコア１５は、コアボディ３１と、６個の磁極部３２とから構成されている。コアボディ３１は、ロータシャフト１３に固定されている。磁極部３２は、コアボディ３１から径方向に向かって突設されている。ロータコア１５も、図１０のロータコア５１と同様に、電磁鋼板からなるコアプレートを複数枚積層させて形成されている。各磁極部３２には、軸方向に延びるマグネット取付孔３３がそれぞれ１個ずつ形成されている。各マグネット取付孔３３内には、直方体状のセグメント型マグネット（永久磁石）１６（１６ａ～１６ｃ）が収容固定される。マグネット取付孔３３にマグネット１６を挿入すると、マグネット１６の周方向両側には、フラックスバリアとして機能する空隙部３４が形成される。
　モータ１では、各磁極部３２にマグネット取付孔３３を設けると共に、各マグネット取付孔３３にそれぞれマグネット１６を収容固定する。ロータコア１５の外周部には、周方向に沿って複数個のマグネット１６が等分に配置される。図１,２に示すように、モータ１では、マグネット１６ａ～１６ｃは周方向に沿って６個×軸方向に３列配置されている。すなわち、モータ１は、６極９スロット構成のＩＰＭ型モータとなっている。
　各磁極部３２の間には、軸方向に延びる溝状の凹部３５が設けられている。モータ１では、隣接するマグネット取付孔３３の間に、従来のモータのような略Ｔ字形のブリッジ部（図１０の符号５６）は設けられておらず、マグネット取付孔３３の間は凹部３５になっている。図３は、凹部３５の構成を示す説明図である。図３に示すように、凹部３５は、磁極部３２の周方向両端部に形成された側壁部３６と、コアボディ３１の外周面を三辺とする台形状に形成されている。
　側壁部３６は、マグネット取付孔３３における周方向端部の周壁を構成している。凹部３５は、隣接する磁極部３２の対向する側壁部３６と、コアボディ３１の外周面によって形成される底面部３７から構成される。底面部３７とロータコア１５の中心との距離Ｏ－Ｑは、マグネット１６の中央部における外周部１６out（点Ｐ）とロータコア１５の中心との距離Ｏ－Ｐよりも小さい。すなわち、距離Ｏ－Ｑは、点Ｑが点Ｐよりもロータコア１５の中心Ｏ側の寸法となるよう設定されている。また、距離Ｏ－Ｑは、マグネット１６の中央部における内周部１６in（点Ｒ）とロータコア１５の中心との距離Ｏ－Ｒよりも大きい。すなわち、距離Ｏ－Ｑは、点Ｑが点Ｒよりも中心Ｏから遠い側となる寸法となるよう設定されている（Ｏ－Ｐ＞Ｏ－Ｑ＞Ｏ－Ｒ：Ｐ＝マグネット外周部位置，Ｑ＝底面部位置，Ｒ＝マグネット内周部位置）。かかる設定により、ロータコア１５は、従来のロータコアに比べ極間の磁路長が長くなり、隣接極間の磁気抵抗が増加する。その結果、他極への磁束漏れが大幅に少なくなり、マグネット１６の有効磁束が増大し、マグネットトルクを向上させることが可能となる。発明者らの実験によれば、トルクアップのためには、側壁部３６の板幅Ｘは、コアプレートの板厚ｔと略同一からその１.２倍未満程度（１.０ｔ≦Ｘ＜１.２ｔ）が好ましい（図４参照）。
　このように、モータ１では、従来のモータにて漏れ磁束の磁路となっていた極間ブリッジ（ブリッジ部５６）を廃し、各磁極部３２を独立させると共に、隣接する磁極部３２の間に窪み状の凹部３５を設けている。これにより、従来のロータコアに比して極間の磁路長が長くなり、その分、隣接磁極間の磁気抵抗が増加する。その結果、他極への磁束漏れが大幅に少なくなり、マグネット１６の有効磁束が増大する。従って、従来のモータよりも磁束を有効活用でき、マグネットトルクを増加させることが可能となる。
　なお、各磁極部３２間に凹部３５を形成すると、ロータ回転に伴い極性が急変し、コギングが増大する恐れがある。これに対し、モータ１では、側壁部３６によって同極に磁束を戻す磁路を形成すると共に、側壁部３６と底面部３７を介して、隣接極間に少ないながらも漏れ磁束を生じさせている。このため、隣接極間においても極性が徐々に変化する形となり、コギングの増大も抑えられる。
　一方、モータ１では、磁極部３２の外周部３８の厚さが、従来のモータに比して薄く形成されている。本実施形態では、外周部３８の径方向の寸法Ａ（磁極部３２におけるマグネット１６の外側寸法）が、マグネット１６の厚さＢの１.０～１.５倍程度（好ましくは１.３倍程度）になっており、図１０のような従来のロータコア５１の約０.８倍程度に形成されている。かかる設定により、磁極部３２の径方向の鋼板部分が従来よりも小さくなり、その分、磁気抵抗が増加する。また、外周部３８の面積が小さいため、マグネット１６の磁束により、外周部３８が磁気飽和しやすくなる。従って、外周部３８に界磁側からの磁束が通りにくくなり、その影響も受けにくくなる。このため、従来のモータに比して、ｄ軸方向のインダクタンスＬｄが低減される。
　さらに、各磁極部３２の間には、空隙部となる凹部３５が設けられているため、ｑ軸方向の磁気抵抗も増加し、ｑ軸方向のインダクタンスＬｑも低減する。その結果、インダクタンス平均（Ｌｄ＋Ｌｑ）／２が従来のモータよりも小さくなり（図５参照）、図６に示すように、従来モータに比して中高負荷時の回転数の低下が抑えられる。なお、インダクタンスの平均値は小さくなるが、モータの突極比（Ｌｑ／Ｌｄ）は、従来モータと変わらないため、リラクタンストルクはそのまま確保できる（図７参照）。
　さらに、モータ１では、磁極部３２の周方向両端に、凹部３５に臨む形で一対の切欠部３９が設けられている。両切欠部３９の間の周方向の幅（切欠部３９の周方向両端面４１間の距離）は、Ｗａとなっている（図３参照)。切欠部間の幅Ｗａは、マグネット１６の周方向の幅Ｗｍ（マグネット１６の周方向両端面４２間の距離）に対し、Ｗａ＞０.８７Ｗｍ、好ましくは、Ｗａ＞０.９Ｗｍに形成されている。なお、幅Ｗａが磁極部３２の周方向の幅Ｗｐよりも小さくなることは言うまでもない。
　図８は、ＷａとＷｍの比（Ｗａ／Ｗｍ）と出力トルクとの関係を示す説明図、図９は、ＷａとＷｍの比とトルクリップル率との関係を示す説明図である。発明者らの実験によれば、まず、Ｗａ／Ｗｍの値とトルクとの関係は、図８に示すように、Ｗａ＝Ｗｍ、つまり、切欠部３９の周方向の幅とマグネット１６の周方向の幅が等しい設定が最も好ましい。また、Ｗａが０.９０Ｗｍの場合は、切欠部３９が無い場合と同等のトルクとなる。切欠部３９が大きくなり、Ｗａが０.９０Ｗｍよりも小さくなるとトルクが低下する傾向がある。従って、トルクという観点からは、Ｗａ＞０.９０Ｗｍが好ましい。
　次に、Ｗａ／Ｗｍとトルクリップル率との関係は、図９に示すように、Ｗａ＝０.９０Ｗｍの設定が最も好ましい（トルクリップル率５.６％）。トルクリップル率は、Ｗａ＝０.９０Ｗの場合を極小値として、０.９０よりも小さくとも、また、大きくとも増加する。Ｗａ＝０.８７Ｗの場合はトルクリップル率が６.４％となり、切欠部３９が無い場合（トルクリップル率６.５％）と同等となる（若干小さい）。切欠部３９が大きくなり、Ｗａが０.８７Ｗｍよりも小さくなると、切欠部無しよりもトルクリップル率が増加する。従って、トルクリップル率という観点からは、Ｗａ＞０.８７Ｗｍが好ましい。
　そこで、図８,９の結果から、Ｗａ,Ｗｍの関係は、Ｗａを０.８７Ｗｍよりも大きく設定することにより、出力トルクとトルクリップル率をバランス良く向上させることが可能となる。この場合、０.８７Ｗｍ＜Ｗａ＜０.９０Ｗｍの範囲では、トルクを若干犠牲にしつつ、トルクリップル率の低減を優先した設定となる。すなわち、トルクは、切欠部無しの場合よりも若干低くなるが(図８において、０.８５と０.９０の中間）、トルクリップル率は６.４％以下に抑えられる。また、Ｗａ＝０.９０Ｗｍの場合は、トルクを切欠部無しの場合と同等に維持しつつ、最もトルクリップル率が低い設定となる（トルクリップル率５.６％）。さらに、０.９０Ｗｍ＜Ｗａの範囲では、トルクリップル率は極小値よりも大きいが（例えば、Ｗａ＝０.９４Ｗｍの場合、トルクリップル率５.８％）、トルクは切欠部無しの場合よりも大きくなり、トルクを優先した設定となる。
　このような切欠部３９を設けると、側壁部３６と外周部３８との間に細い回廊部４３が形成される。このため、外周部３８から側壁部３６に至る磁気通路の幅が狭くなり、その分、磁気抵抗が増大し、漏れ磁束が抑えられる。また、切欠部３９により、外周部３８と側壁部３６の接続部が、切欠部の分だけ界磁側（ティース９の先端）から離れる。すなわち、前記接続部と界磁側との距離を多く取ることができ、界磁側からの影響も受けにくくなる。従来、通電時は、界磁側の影響により、ブリッジ部の漏れ磁束が大きく増大していた。これに対し、発明者らの実験によれば、切欠部３９を設けた場合、電機子反作用が低減し、通電時における隣接極への磁束の漏れが、無通電時と同等程度に抑えられた。その結果、図６に示すように、従来モータに比して高負荷時における電流量の増大が抑えられ、この点においても、磁束の有効活用が図られる。
　本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
　例えば、前述の実施例では、本発明によるブラシレスモータを電動パワーステアリング装置の駆動源として使用した場合について説明したが、本発明は、他の車載電動装置や、ハイブリッド自動車、電気自動車、エアコン等の電気製品等に広く適用可能である。
　１　　ブラシレスモータ
　２　　ステータ
　３　　ロータ
　４　　モータケース
　５　　ステータコア
　６　　ステータコイル
　６ａ　端部
　７　　バスバーユニット
　８　　ブラケット
　９　　ティース
１１　　インシュレータ
１２　　給電用端子
１３　　ロータシャフト
１４ａ,１４ｂ　　ベアリング
１５　　ロータコア
１６　　マグネット
１６ａ～１６ｃ　　マグネット
１６in　　マグネット内周部
１６out 　マグネット外周部
２１　　レゾルバ
２２　　レゾルバロータ
２３　　レゾルバステータ
２４　　レゾルバブラケット
２５　　取付ネジ
３１　　コアボディ
３２　　磁極部
３３　　マグネット取付孔
３４　　空隙部
３５　　凹部
３６　　側壁部
３７　　底面部
３８　　外周部
３９　　切欠部
４１　　周方向両端面
４２　　周方向両端面
４３　　回廊部
５１　　ロータコア
５２　　コアプレート
５３　　スリット孔
５４　　マグネット
５５　　空隙部
５６　　ブリッジ部
Ａ　　　磁極部外周部の径方向寸法
Ｂ　　　マグネット厚さ
Ｘ　　　側壁部板幅
ｔ　　　コアプレート板厚
Ｏ　　　ロータコア中心
Ｐ　　　マグネット外周部位置
Ｑ　　　底面部位置
Ｒ　　　マグネット内周部位置
Ｗａ　　切欠部間の周方向の幅
Ｗｍ　　マグネットの周方向の幅

Claims (15)

  1. 　モータケースと、前記モータケースに固定されたステータと、前記モータケースに回転自在に支持されたロータシャフトと、前記ステータの内側に配置され前記ロータシャフトに固定されたロータと、を備えてなるブラシレスモータであって、
    　前記ロータは、磁性材料にて形成されたロータコアと、前記ロータコア内に固定された複数個のマグネットと、を有し、
    　前記ロータコアは、前記ロータシャフトに固定されたコアボディと、前記コアボディから径方向に向かって突設された複数個の磁極部と、隣接する前記磁極部の間に形成され軸方向に延びる溝状の凹部と、を有し、
    　前記磁極部は、前記マグネットが収容固定される前記マグネット取付孔を有し、前記磁極部の周方向両端に、前記凹部に臨んで切欠部を設けたことを特徴とするブラシレスモータ。
  2. 　請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記凹部は、前記磁極部の周方向端部に形成され前記マグネット取付孔の周壁を構成する側壁部と、前記コアボディの外周面にて形成された底面部と、を有することを特徴とするブラシレスモータ。
  3. 　請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記ロータコアは磁性材料からなるコアプレートを複数枚積層して形成され、前記側壁部の板幅Ｘは、前記コアプレートの板厚ｔと同じ～１.２倍未満である（１.０ｔ≦Ｘ＜１.２ｔ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  4. 　請求項１～３の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、前記磁極部の前記マグネット取付孔より外側に形成された外周部の厚さＡが前記マグネットの厚さＢの１.０～１.５倍（１.０Ｂ≦Ａ＜１.５Ｂ）であることを特徴とするブラシレスモータ。
  5. 　請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記両切欠部間の周方向の幅Ｗａは、前記マグネットの周方向の幅Ｗｍの０.８７倍よりも大きい（Ｗａ＞０.８７Ｗｍ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  6. 　請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記両切欠部間の周方向の幅Ｗａは、前記マグネットの周方向の幅Ｗｍの０.９倍よりも大きい（Ｗａ＞０.９Ｗｍ）ことを特徴とするブラシレスモータ。
  7. 　請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記底面部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｑは、前記マグネットの中央部における外周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｐよりも前記ロータコアの中心Ｏ側の寸法となるよう設定されるとともに、前記マグネットの中央部における内周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｒよりも中心Ｏから遠い側となる寸法となるよう設定されていることを特徴とするブラシレスモータ。
  8. 　請求項１～７の何れか１項に記載のブラシレスモータにおいて、
    　前記ブラシレスモータは、電動パワーステアリング装置の駆動源として使用されることを特徴とするブラシレスモータ。
  9. 　ブラシレスモータに使用されるロータであって、
    　前記ロータは、磁性材料にて形成されたロータコアと、前記ロータコア内に固定された複数個のマグネットと、を有し、
    　前記ロータコアは、前記ロータシャフトに固定されたコアボディと、前記コアボディから径方向に向かって突設された複数個の磁極部と、隣接する前記磁極部の間に形成され軸方向に延びる溝状の凹部と、を有し、
    　前記磁極部は、前記マグネットが収容固定される前記マグネット取付孔を有し、前記磁極部の周方向両端に、前記凹部に臨んで切欠部を設けたことを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
  10. 　請求項９記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記凹部は、前記磁極部の周方向端部に形成され前記マグネット取付孔の周壁を構成する側壁部と、前記コアボディの外周面にて形成された底面部と、を有することを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
  11. 　請求項１０記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記ロータコアは磁性材料からなるコアプレートを複数枚積層して形成され、前記側壁部の板幅Ｘは、前記コアプレートの板厚ｔと同じ～１.２倍未満である（１.０ｔ≦Ｘ＜１.２ｔ）ことを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
  12. 　請求項９～１１の何れか１項に記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記磁極部の前記マグネット取付孔より外側に形成された外周部の厚さＡが前記マグネットの厚さＢの１.０～１.５倍（１.０Ｂ≦Ａ＜１.５Ｂ）であることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
  13. 　請求項９記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記両切欠部間の周方向の幅Ｗａは、前記マグネットの周方向の幅Ｗｍの０.８７倍よりも大きい（Ｗａ＞０.８７Ｗｍ）ことを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
  14. 　請求項９記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記両切欠部間の周方向の幅Ｗａは、前記マグネットの周方向の幅Ｗｍの０.９倍よりも大きい（Ｗａ＞０.９Ｗｍ）ことを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
  15. 　請求項１０記載のブラシレスモータ用ロータにおいて、前記底面部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｑは、前記マグネットの中央部における外周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｐよりも前記ロータコアの中心Ｏ側の寸法となるよう設定されるとともに、前記マグネットの中央部における内周部と前記ロータコアの中心との距離Ｏ－Ｒよりも中心Ｏから遠い側となる寸法となるよう設定されていることを特徴とするブラシレスモータ用ロータ。
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