WO2015011747A1 - 永久磁石型モータ、及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

　複数のティース設けられた鍔部は、側面部が固定子鉄心の周方向に突出して隣接するティースに設けられた鍔部の側面部と対向し、鍔部の側面部に於ける固定子鉄心の径方向の高さをｈ、磁気的エアギャップの長さをｇとしたとき、１≦ｈ／ｇ≦２なる関係が成立し、且つ、隣り合う鍔部が対向する面の周方向の距離をａとしたとき、ａ／ｇ≧０．２なる関係を満たようにした。

Description

永久磁石型モータ、及び電動パワーステアリング装置

　この発明は、複数の巻線からなる多相固定子巻線を多重に備えた、所謂、多相多重化永久磁石型モータと称される永久磁石型モータ、及びこの永久磁石型モータを備えた車両用の電動パワーステアリング装置に関するものである。

　多相多重化固定子巻線を備えた永久磁石型モータは周知であり、多相多重化された固定子巻線が異なる位相で駆動されることによりトルクの脈動が低減され、又、多相巻線の多重化によりフェールセーフ機能が高められるという特徴を有する。従って、このような永久磁石型モータは、例えば自動車等の車両の電動パワーステアリング装置に於けるモータとして使用される。

　特許文献１に開示された従来の多相多重化永久磁石型モータは、複数の巻線からなる多相固定子巻線を多重に備え、各巻線が、回転子と固定子との間隙で磁路を共用しない構成となっている。

特開平７－２６４８２２号公報

　特許文献１に開示された従来の多相多重化永久磁石型モータは、電機子巻線がティースに集中的に巻回された集中巻の構造であるため、短節巻となり巻線係数が低く、その結果、永久磁石の使用量が多くなり、高コストとなるという課題があった。

　一方、分布巻の構造で多相多重化されて、かつ多重化された巻線同士で磁路が共用される多相多重化永久磁石型モータの場合には、巻線同士の磁気的カップリングが大きくなり、制御性が低下するという課題があった。特に永久磁石の最大外径と最小内径との中間の直径よりも固定子に近い側に回転子鉄心の一部が存在する構成に於いては、インダクタンスが大きくなるため弱め磁束制御の効果が効率よく発揮できるという反面、巻線同士の磁気的カップリングが大きくなるという課題が顕著であった。

　この発明は、従来の多相多重化永久磁石型モータに於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングが低減でき、制御性が向上する永久磁石型モータを提供することを目的とする。

　又、この発明は、多相多重化された固定子巻線に於ける異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングが低減でき、制御性が向上する永久磁石型モータを備えた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

　この発明による永久磁石型モータは、
　モータシャフトに固定された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に固定された永久磁石とを備えた回転子と、
　電機子巻線を収納する複数のスロットと複数のティースを有し内周面が磁気的エアギャップを介して前記回転子の外周面と対向する固定子鉄心を備えた固定子と、
を備えた永久磁石型モータであって、
　前記電機子巻線は、複数組の多相巻線により構成され、
　前記複数組の多相巻線は、夫々の組毎に個別のインバータから給電され、
　前記回転子鉄心の一部は、前記永久磁石の最大外径と最小内径との中間の直径よりも前記固定子に近い側に存在し、
　前記複数のティースは、夫々鍔部を夫々備え、
　前記鍔部は、側面部が前記固定子鉄心の周方向に突出して隣接する前記ティースに設けられた鍔部の側面部と対向し、
　前記鍔部の側面部に於ける前記固定子鉄心の径方向の高さをｈ、前記磁気的エアギャップの長さをｇとしたとき、
　　１≦ｈ／ｇ≦２
なる関係が成立し、且つ、
　隣り合う前記鍔部が対向する面の周方向の距離をａとしたとき、
　　ａ／ｇ≧０．２
なる関係を満たす、
ことを特徴とするものである。

　又、この発明による電動パワーステアリング装置は、前記永久磁石型モータが搭載され、前記永久磁石型モータにより運転者の操舵をアシストするトルクを発生させるようにした電動パワーステアリング装置であって、
　前記永久磁石型モータは、その軸方向が車両の操舵輪を駆動するラック軸の延びる方向と平行に配置されている、
ことを特徴とするものである。　

　この発明による永久磁石型モータによれば、異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングを低減でき、制御性が向上すると共に、弱め磁束制御の効果を効率よく発揮できる効果を奏することができる。

　又、この発明による電動パワーステアリング装置によれば、トルクリップルの大幅な低減が可能となり、且つ磁気カップリングが低減できるので、大型の車両にも適用でき、車両の燃費を低減できるという効果がある。
制御性が向上すると共に、装置をコンパクト化することができる効果を備えるものである。

この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、電動駆動装置の説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータとＥＣＵの回路の説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの横断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの電機子巻線の等価回路の説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータのｑ軸の回路構成の説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの固定子鉄心を拡大して示す横断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の磁気的カップリングを説明する説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータのＮＴ（速度―トルク）特性の説明図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの変形例１の固定子鉄心を拡大して示す横断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの変形例２の固定子鉄心を拡大して示す横断面図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石型モータの横断面図である。 この発明の実施の形態３による永久磁石型モータの横断面図である。 この発明の実施の形態４による永久磁石型モータの横断面図である。 この発明の実施の形態１による永久磁石型モータを備えた電動パワーステアリング装置の説明図である。

実施の形態１．
　図１４は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータを備えた電動パワーステアリング装置の説明図である。図１４に於いて、自動車等の車両の運転者は、ステアリングホイール（図示せず）を操舵し、運転者による操舵トルクがステアリングシャフト（図示せず）を介して操舵シャフト１に伝達される。このときトルクセンサ２が検出した操舵トルクは、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、後述するこの発明の実施の形態１による永久磁石型モータ５を駆動するためのインバータ回路（図示せず）を備えている。尚、以下の説明に於いて、永久磁石型モータ５を、単に、モータと称することもある。

　一方、車速等の車両の情報が電気信号に変換され、第２のコネクタ６を介してＥＣＵ４に伝達される。ＥＣＵ４は、前述の操舵トルクと車速等の車両の情報から、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５に電流を供給する。モータ５は、その軸方向が矢印Ａで示すラック軸の移動方向に平行な向きに配置されている。又、　ＥＣＵ４への電源は、バッテリーやオルタネータから電源コネクタ７を介して供給される。

　モータ５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８により減速され、ハウジング９の内部にあるラック軸（図示せず）を矢印Ａの方向に移動させる推力を発生させ、運転者の操舵力をアシストする。ラック軸が矢印Ａの方向に移動することにより、車両の左右のタイロッド１０、１１が移動し、タイヤが転舵して車両を旋回させることができる。運転者は、モータ５のトルクによりアシストされ少ない操舵力で車両を旋回させることができる。尚、車両の左右のラックブーツ１２、１３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。又、モータ５とＥＣＵ４は一体に固定されており、電動駆動装置１００を構成している。

　次に、前述の電動駆動装置１００について説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電動パワーステアリング装置に於ける、電動駆動装置の説明図である。図１に示す電動駆動装置１００は、この発明の実施の形態１によるモータ５とＥＣＵ４とが一体に固定された構造となっている。図１に於いて、先ず、永久磁石型モータ５について説明する。モータ５は、電磁鋼板を積層して構成された固定子鉄心１４と、固定子鉄心１４の後述するスロットに収納された電機子巻線１５と、固定子鉄心１４を固定するフレーム１６を有する。フレーム１６の軸方向の一端部は、モータハウジング１７にボルト１８、１９により固定されている。

　モータハウジング１７には、第１の軸受２０が固定されている。又、フレーム１６の軸方向の他端部に形成されている壁部２１の内周部には、第２の軸受２２が固定されている。壁部２１は、フレーム１６と一体に形成されているが、別体に形成されていてもよい。モータシャフト２３には、電磁鋼板を積層して構成された回転子鉄心２４が圧入により固定されている。モータシャフト２３は、第１の軸受２０と第２の軸受２２を介してモータハウジング１７とフレーム１６に回動自在に支持されている。

　モータシャフト２３の一方の軸方向端部、即ち出力軸側にはプーリー２６が圧入されている。プーリー２６は、電動パワーステアリング装置のベルト（図示せず）にモータ５の駆動力を伝達する働きをする。モータシャフト２３の他方の軸方向端部には、センサ用永久磁石２５が固定されている。前述の回転子鉄心２４には、永久磁石２６が固定されている。尚、図１では永久磁石２６は、回転子鉄心２４の表面に固定されている例を示しているが、回転子鉄心２４の中に埋め込まれた構造としてもよい。これ等の構造については詳しくは後述する。

　次に、ＥＣＵ４について説明する。ＥＣＵ４には、前述のトルクセンサ２からの信号を受ける第１のコネクタ３と、車速等の車両の情報を受け取る第２のコネクタ６と、電源供給用の電源コネクタ７が設けられている。更に、ＥＣＵ４には、モータを駆動するための後述する第１のインバータ回路と第２のインバータ回路が設けられている。第１のインバータ回路は、ＭＯＳ－ＦＥＴ等からなる６個の第１のチング素子群２８１を有する。第２のインバータ回路は、ＭＯＳ－ＦＥＴ等からなる６個の第２のチング素子群２８２有する。

　第１及び第２のスイッチング素子群２８１、２８２に於ける夫々のスイッチング素子は、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たモジュールとした構成などが考えられる。夫々のスイッチング素子は、モータ駆動のための電流が流れるため発熱する。そこで、夫々のスイッチング素子は、接着剤や絶縁シート等を介してヒートシンク２９と接触させ放熱する構造となっている。

　第１及び第２のインバータ回路には、前述のスイッチング素子の他に、平滑コンデンサやノイズ除去用コイル、電源リレー、及びこれらを電気的に接続するバスバー等設けられているが、図１では省略している。バスバーは、樹脂と一体成形され中間部材３０を形成している。又、中間部材３０に隣接して、制御基板３１が設けられている。この制御基板３１は、第１及び第２のコネクタ３、６から受けた情報に基づき、モータ５を適切に駆動するために第１及び第２のスイッチング素子群２８１、２８２に制御信号を送信する。

　制御信号は、制御基板３１と第１及び第２のスイッチング素子群２８１、２８２の各スイッチング素子との間を電気的に接続する接続部材（図示せず）により伝達される。この接続部材は、ワイヤボンディングやプレスフィット、半田等で半導体素子や制御基板３１に固定される。これらの半導体素子で構成される第１及び第２のインバータ回路と制御基板３１は、ＥＣＵケース３２により覆われている。ＥＣＵケース３２は、樹脂で形成されていてもよいし、アルミニウム等の金属で形成されていてもよいし、或いは、樹脂とアルミニウム等の金属を組み合わせて形成された構成であってもよい。制御基板３１の配置は、モータ５のモータシャフト２３の軸方向に対して直交する面に沿う配置とされている。

　ヒートシンク２９のモータ５に対向する側面には、センサ部３３が配置されている。センサ部３３は、磁気センサ３４とセンサ基板３５とセンサ接続部材３６とセンサ支持部材３７を有し、磁気センサ３４が実装されたセンサ基板３５がヒートシンク２９にネジ（図示せず）で固定されている。

　磁気センサ３４は、モータシャフト２３の軸心と同軸上に配置され、且つセンサ用永久磁石２５と相対応する位置に配置されていて、センサ用永久磁石２５の発生する磁界を検出し、その磁界の向きを検出することで、モータ５の回転子の回転角度を検出する。センサ接続部材３６はセンサ支持部材３７により支持され、センサ部３３のセンサ基板３５と制御基板３１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、半田でもよい。尚、センサ接続部材３６がヒートシンク２９と中間部材３０を貫通する必要があるため、ヒートシンク２９と中間部材３０にはセンサ接続部材３６が貫通する貫通穴（図示せず）が設けられている。更に、図示していないが、中間部材３０は、センサ接続部材３６を位置決めするガイドが設けられた構成となっている。

　図１ではヒートシンク２９に凹部３８を設けており、センサ部３３のセンサ基板３５に実装された磁気センサ３４とヒートシンク２９の表面、つまり、凹部３８の底面との間の距離を大きくしている。ヒートシンク２９は、ネジや焼き嵌めなどによってモータ５のフレーム１６に固定される。このように、ヒートシンク２９がモータ５のフレーム１６に固定されることによって、ヒートシンク２９の熱をフレーム１６に伝達させることができる。

　ＥＣＵ４は、センサ部３３が検出したモータ５の回転子の回転角度に応じて適切な駆動電流をモータ５の電機子巻線１５に供給する。

　尚、図１では磁気センサ３４が制御基板３１とは別のセンサ基板３５に実装されている例を示したが、制御基板３１に実装された構成とし、センサ用永久磁石２５からヒートシンク２９を介して漏れてくる磁束を検出する構造としてもよい。又、中間部材３０と制御基板３１の位置関係を図１と逆に配置した構成でもよい。又、図１では回転子の位置を検出するセンサ部の構成として磁気センサ３４を適用した構成を示したが、レゾルバで構成されていてもよいことはいうまでもない。

　次に、ＥＣＵ４に於けるインバータ部の回路構成について説明する。図２は、この発明の実施の形態１によるモータとＥＣＵの回路の説明図である。尚、図２ではモータ５について、簡単のため電機子巻線のみを示している。モータ５の電機子巻線１５は、第１のU相巻線Ｕ１と、第１のＶ相巻線Ｖ１と、第1のW相巻線Ｗ１とによって構成された第１の電機子巻線３９と、第２のU相巻線Ｕ２と、第２のV相巻線Ｖ２と、第２のW相巻線Ｗ２とによって構成される第２の電機子巻線４０とから構成される。図２では第１及び第２の電機子巻線３９、４０はY結線として示しているが、Δ結線でもよい。

　図２に示すＥＣＵ４は、簡単のためインバータのパワー回路部のみを示している。ＥＣＵ４には、バッテリー等の電源４３からノイズ除去用のコイル４４を介して直流電圧が供給されている。ＥＣＵ４は、第１のインバータ回路４１と、第２のインバータ回路４２の２組のインバータ回路を備えている。第１のインバータ回路４１は、コイル４４と第１の電源リレー４５を介して電源４３から直流電圧が供給され、第１の電機子巻線３９に3相の電流を供給する。第２のインバータ回路４２は、コイル４４と第２の電源リレー４６を介して電源４３から直流電圧が供給され、第２の電機子巻線４０に３相の電流を供給する。尚、図２では電源４３がＥＣＵ４の内部に存在するかのように図示しているが、実際は電源４３は車載バッテリー等のＥＣＵ４の外部の電源からコネクタを介して、電力が供給される。

　第１及び第２の電源リレー４５、４６は、夫々２個のＭＯＳ－ＦＥＴで構成され、故障時等はＭＯＳ－ＦＥＴを開放して、過大な電流が夫々のインバータ回路４１、４２に流れないように動作する。尚、図２では、電源４３、コイル４４、第１の電源リレー４５及び第２の電源リレー４６の順に接続されているが、コイル４４よりも電源４３に近い位置に第１の電源リレー４５及び第２の電源リレー４６を接続してもよいことは言うまでもない。　

　第１の平滑コンデンサ４７は第１のインバータ回路４１の入力端子間に接続され、第２の平滑コンデンサ４８は第２のインバータ回路４２の入力端子間に接続されている。尚、図２では、第１及び第２の平滑コンデンサ４７、４８は、夫々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されて構成してもよいことは言うまでもない。

　第１及び第２のインバータ回路４１、４２は、夫々6個のＭＯＳ－ＦＥＴを用いた３相ブリッジ回路で構成されている。第１のインバータ回路４１は、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１とＭＯＳ－ＦＥＴ１２とが直列接続された第１のアームと、ＭＯＳ－ＦＥＴ１３とＭＯＳ－ＦＥＴ１４とが直列接続された第２のアームと、ＭＯＳ－ＦＥＴ１５とＭＯＳ－ＦＥＴ１６とが直列接続された第３のアームを備え、これ等の第１～第３のアームが並列に接続されている。第１～第３のアームの下側に夫々位置するＭＯＳ－ＦＥＴ１２とＭＯＳ－ＦＥＴ１４とＭＯＳ－ＦＥＴ１６のＧＮＤ（接地電位）側には、夫々、シャント抵抗４９、５０、５１が１つずつ接続されている。

　同様に、第２のインバータ回路４２は、ＭＯＳ－ＦＥＴ２１とＭＯＳ－ＦＥＴ２２とが直列接続された第１のアームと、ＭＯＳ－ＦＥＴ２３とＭＯＳ－ＦＥＴ２４とが直列接続された第２のアームと、ＭＯＳ－ＦＥＴ２５とＭＯＳ－ＦＥＴ２６とが直列接続された第３のアームを備え、これ等の第１～第３のアームが並列に接続されている。第１～第３のアームの下側に夫々位置するＭＯＳ－ＦＥＴ２２とＭＯＳ－ＦＥＴ２４とＭＯＳ－ＦＥＴ２６のＧＮＤ（接地電位）側には、夫々、シャント抵抗５２、５３、５４が１つずつ接続されている。

　前述の夫々のシャント抵抗４９～５４は、電流値の検出に用いられる。尚、第１及び第２のインバータ回路４１、４２毎に３個設けられている例を示したが、第１及び第２のインバータ回路４１、４２毎に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ことは言うまでもない。

　第１のインバータ回路４１からモータ５側への電流の供給は、図２に示すように、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１とＭＯＳ－ＦＥＴ１２の直列接続部からバスバー等を介してモータ５の第1の電機子巻線３９のＵ1相へ供給され、ＭＯＳ－ＦＥＴ13とＭＯＳ－ＦＥＴ14との直列接続部からバスバー等を介してモータ５の第1の電機子巻線３９のＶ1相へ供給され、ＭＯＳ－ＦＥＴ15とＭＯＳ－ＦＥＴ16との直列接続部からバスバー等を介してモータ５の第1の電機子巻線３９のW1相へ供給される。

　第２のインバータ回路４２からモータ５側への電流の供給は、図２に示すように、ＭＯＳ－ＦＥＴ２１とＭＯＳ－ＦＥＴ２２の直列接続部からバスバー等を介してモータ５の第２の電機子巻線４０のＵ２相へ供給され、ＭＯＳ－ＦＥＴ２3とＭＯＳ－ＦＥＴ２4との直列接続部からバスバー等を介してモータ５の第２の電機子巻線４０のＶ２相へ供給され、ＭＯＳ－ＦＥＴ２5とＭＯＳ－ＦＥＴ２6との直列接続部からバスバー等を介してモータ５の第２の電機子巻線４０のW２相へ供給される。

　図２ではＥＣＵ４に何らかの故障が発生したときにモータ５と第1及び第2のインバータ回路４１、４２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、第1及び第2の電機子巻線３９、４０の中性点N1、N2に設ける場合と、モータ５と第1及び第2のインバータ回路４１、４２との間に設ける場合とが考えられる。

　第1及び第2のインバータ回路４１、４２は、モータ５に備えられた回転角度センサ５５によって検出したモータ5の回転子の回転角度に応じて、制御回路（図示せず）から各ＭＯＳ－ＦＥＴに信号を送ることでこれ等をスイッチングし、第1及び第2の電機子巻線３９、４０に所望の3相電流を供給する。尚、回転角度センサ５０には、例えば磁気センサが用いられる。具体的には永久磁石とＧＭＲ（Giant　Magneto　Resistive　effect）センサやＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)センサを組み合わせた構成や、レゾルバ等が用いられる。

　次に、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータについて詳細に説明する。図３は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの横断面図である。図１～図３に於いて、回転子５０２の外周面に空隙を介して対向する内周面を有する固定子５０１が設けられている。固定子５０１は、前述の第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０とからなる電機子巻線１５と、固定子鉄心１４を有する。固定子鉄心１４は、電磁鋼板等の磁性体で構成される環状のコアバック１４０とコアバック１４０から径方向内側に延びるティース１４１とから構成される。

　隣り合うティース１４１の間に設けられたスロット１４２に電機子巻線１５が納められている。図示していないが、電機子巻線１５と固定子鉄心１４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。ティース１４１は全部で４８個設けられており、従ってスロット１４２も４８個となっている。１つのスロット１４２には電機子巻線１５のコイルが納められている。

　前述のように、第１の電機子巻線３９は、Ｕ１相、Ｖ１相、Ｗ１相の３相から構成され、第２の電機子巻線４０は、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相の３相から構成されている。巻線の配置は、図５に示すように1番目のスロット（１）から順にＵ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２となっており、7番目のスロット（７）以降もＵ１、Ｕ２、Ｗ１、Ｗ２、Ｖ１、Ｖ２の順に配置されていて、４８番目のスロット（４８）まで同様の順に配置されている。即ち、第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０は、隣り合うスロット１４２に配置されている。

　但し、1番目のスロット（１）のＵ１相と7番目のスロット（７）のＵ１相は、電流の向きが互いに逆になるように電機子巻線が配置されている。即ち、1番目のスロット（１）から７番目のスロット（７）に巻かれた分布巻の構成となっている。従って、電機子巻線は計6個のティースを跨って配置されていることになる。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２６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が得られ、永久磁石２６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。

　固定子５０１の内側空間部には、回転子鉄心２４の表面に永久磁石２６を備えた回転子５０２が設けられている。永久磁石２６は、回転子５０２の周方向に８個等間隔に並設されており、８極の構成となっている。隣り合う永久磁石２６の極性は互いに逆となっている。更に、回転子鉄心２４には、８個の突起部２４１が設けられている、突起部２４１と永久磁石２６との間には漏れ磁束を低減するための非磁性のギャップが設けられている。この突起部２４１は、モータ５の固定子５０１と回転子５０２との間のエアギャップを小さくする効果があり、インダクタンスが大きくなる。その結果、弱め磁束制御が効果を発揮しやすくなり、高速回転時のトルク向上ができるという効果がある。

　回転子鉄心２４は、電磁鋼板等を積層して構成されており、電磁鋼板同士はカシメ部２４３によって互いに連結されている。回転子鉄心２４の中央部にはモータシャフト２３が貫通している。又、回転子鉄心２４には８個の穴部２４２が設けられている。これ等の穴部２４２を設けることにより、回転子鉄心２４の軽量化、イナーシャ低減の効果がある。

　次に、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータに於いて、トルクリップルが低減できる理由を説明する。図３に示すように、モータ５の固定子鉄心１４のスロット１４２の数が「４８」であり、極数は「８」であることから、スロットピッチは、電気角で［３６０度／４８×４＝３０度］となっている。更に、隣り合うスロットに第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０が納められているため、Ｕ１相とＵ２相は互いに電気角３０度だけ位相がずれている。Ｖ１相とＶ２相、Ｗ１相とＷ２相も互いに電気角３０度だけ位相がずれている。

　従って、第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０とに、互いに電気角３０度だけ位相がずれた３相交流電流が通電されている場合には、第１の電機子巻線３９の起磁力によって発生する電気角6次のトルクリップルと第２の電機子巻線４０の起磁力よって発生する電気角6次のトルクリップルの位相が反転し、電気角6次のトルクリップルがキャンセルされる。第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０とに位相が異なる電流を流すには、図２に示す前述の第１及び第２のインバータ回路４１、４２の２台のインバータ回路を設け、夫々個別の制御を行うことにより実現できる。尚、第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の電流の位相差が２０度～４０度付近であれば、同様の効果が得られる。

　図３では、回転子５０２は、回転子鉄心２４に形成された突起部２４１を備えており、永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４の外周面、つまり突起部２４１の外周面、が位置するように、突起部２４１の高さが設定されている。このような構成では回転子鉄心２４の磁気抵抗の変化を利用してリラクタンストルクを得ることができる。リラクタンストルクを発生するモータでは、d軸インダクタンスが大きいため弱め磁束制御が効果的に作用し、高速回転でのトルクが向上する。

　しかしながら、図３のように第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０が互いに隣り合うスロットの中に納められているモータに於いて、永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４が設けられている場合には、そうでない場合と比べて第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の磁気的なカップリングが顕著となる。これは、固定子５０１に近い回転子鉄心２４が第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０との間の磁気抵抗を下げる作用があるからである。

　図４は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの電機子巻線の等価回路の説明図である。図４に於いて、ｖｕは電機子巻線の各端子電圧、ｉｕは電機子電流、Ｒは抵抗、ｖｅは誘起電圧、ｌｍは漏れインダクタンス、Ｍは相互インダクタンスを表しており、添え字の「１」は１次側、添え字の「２」は２次側を示している。又、ｎはトランスに於ける巻数比に相当する。尚、これらの値のうち、特にｌｍとＭは通常のモータ制御で用いる値とは異なり、並列して配置された多重の二相間のインダクタンスを示す。又、一般には、多重多相巻線交流モータでは並列する巻線の巻数は同じであるので［ｎ＝１］である。Ｖ１相とＶ２相、Ｗ１相とＷ２相、Ｕ１相とＶ２相、Ｕ１相とＷ２相、Ｖ１相とＵ２相、Ｖ１相とＷ２相、Ｗ１相とＵ２相、Ｗ１相とＶ２相の等価回路も図４と同じであるので、三相平衡の場合、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を備えた三相から回転子のｄｑ軸に座標変換を行っても、このｄｑ軸での等価回路は図４に示した等価回路と同じとなる。

　図５は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータのｑ軸の回路構成の説明図であって、回転子ｄｑ軸に座標変換したときのｑ軸の等価回路をブロック図形式で表している。図５に於いて、ｖｑ１とｖｑ２は夫々第１の電機子巻線と第２の電機子巻線のｑ軸電圧、ｉｑ１とｉｑ２は夫々第１の電機子巻線と第２の電機子巻線のｑ軸電流、Ｌｑ１とＬｑ２は夫々第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の自己インダクタンスのｑ軸成分、Ｒa１とＲa２は第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の抵抗成分、Ｍｑ１２とＭｑ２１は第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の間の相互インダクタンスのｑ軸成分である。ｓはラプラス変換の微分演算子を表す。ｖｑ１２とｖｑ２１は夫々第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の間の相互インダクタンスにより、第１の電機子巻線と第２の電機子巻線に重畳する外乱電圧である。尚、図５は、回転子ｑ軸上の等価回路を示したものであるが、回転子ｄ軸上の等価回路も同様の構成である。

　外乱電圧は電流の制御応答周波数である微分値sに比例するため、モータ制御で電流を高速に制御しようとするほど大きくなるので、高い応答周波数でのトルクリップルを相殺するモータ制御が困難になる。

　次に、この発明の実施の形態１に於ける外乱電圧の影響について考える。ここで、図５から明らかなように、前述のように多重化された電機子巻線を有する多重多相巻線交流モータでは、外乱電圧が相互に作用して、電流制御系に対して外乱値ｉｑ１´、ｉｑ２´として作用する。外乱値ｉｑ１´、ｉｑ２´は、図５のｑ軸の等価回路のブロック図から、下記の式（１）、式（２）のように表される。

　

　ここで、ｉｑ１、ｉｑ２は第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の夫々のｑ軸電流であり、Ｒａ１、Ｒａ２は第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の夫々の抵抗値であり、Ｌｑ１、Ｌｑ２は第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の夫々の自己インダクタンスのｑ軸成分であり、Ｍｑ１２、Ｍｑ２１は第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の干渉を表す相互インダクタンスのｑ軸成分である。

　電流制御の周波数が高くなった場合、ラプラス変換の微分演算子ｓが大きくなり、又、式（１）、式（２）から、外乱値は、ほぼ磁気カップリングＭｑ１２／Ｌｑ１若しくは磁気カップリングＭｑ２１／Ｌｑ２に依存することは明らかである。同磁気カップリングが大きくなった場合、外乱値が大きくなり、電流制御系の外乱が大きくなると電流制御系の応答を高くすることが出来ず、モータの制御性が低下する。尚、実施の形態１の場合の電機子は、第１の電機子巻線と第２の電機子巻線が対称構造であるのため、［Ｍｑ１２／Ｌｑ１≒Ｍｑ２１／Ｌｑ２］と考えてもよい。従って、以後、磁気カップリングについてはＭｑ１２／Ｌｑ１として説明する。

　図３に示すように、第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０が互いに隣り合うスロット１４２の中に納められているモータに於いて、永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４の周面が設けられている場合には、そうでない場合と比べて第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の磁気的なカップリングＭｑ１２／Ｌｑ１が大きくなり、モータの制御性が低下するという課題がある。

　図６は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの固定子鉄心を拡大して示す横断面図である。図６に於いて、固定子５０１は、コアバック１４０とティース１４１とスロット１４２を有する固定子鉄心１４と、スロット１４２内に納められた電機子巻線１５とを具備している。電機子巻線１５と固定子鉄心１４との間には電気的絶縁を確保するために絶縁紙などが設けられるが図６では省略している。ティース１４１の先端には鍔部５６が設けられている。図６では、ティース１４１が最も細い部分の幅をｗ、隣り合う鍔部５６の距離をａ、固定子鉄心２４の隣り合う鍔部５６が対向する面の径方向高さをｈとして表示している。隣り合う鍔部５６が対向する面の径方向の内側に曲面部Ｒ１を設けている。高さｈは曲面部Ｒ１を除いた領域の高さとしている。ＥＰＳ用のモータであれば、曲面部Ｒ１は０．２［ｍｍ］～０．４［ｍｍ］程度に設定される。

　回転子５０２は、回転子鉄心２４とその表面に永久磁石２６を配置した構成となっており、永久磁石２６の両側には突起部２４１が設けられている。突起部２４１は、固定子５０１の内周面側に向かって突出しているが、その高さは、永久磁石２６の最大外径Ｒｏｕｔと最小内径Ｒｉｎの中間の径よりも固定子５０１に近い側まで突出している。永久磁石２６の飛散防止のために、回転子５０２の外周面全体をＳＵＳやアルミニウム等の非磁性の金属製の管で覆う場合もあるが、図６では省略している。回転子５０２の外周面と固定子５０１の内周面との間の磁気的なエアギャップ長はｇである。金属製の管で回転子５０２の外周面を覆う場合は、磁気的エアギャップ長ｇにはその金属製の管の厚さを含める。

　図６では、固定子鉄心１４の隣り合う鍔部５６が対向する面の径方向高さｈと磁気的エアギャップ長ｇは、［１≦ｈ／ｇ≦２］なる関係が成り立つ構成としている。更に、固定子鉄心の隣り合う鍔部５６が対向する面の周方向の距離ａと磁気的なエアギャップ長ｇが、［ａ／ｇ≧０．２］なる関係を満たす構成としている。

　このような構成とすることで、隣り合う鍔部５６の間の漏れ磁束が増えるため、インダクタンスＬｑ１が増加する。一方、異なる組の電機子巻線１５に磁束が鎖交するためには隣り合う鍔部５６が対向する面を２回通過しなければならないが［ａ／ｇ≧０．２］としているため鎖交磁束を小さくできる。これはＭｑ１２が小さくなる効果が得られる。その結果としてＭｑ１２／Ｌｑ１を小さくすることができるため、モータの制御性を向上させることができる。これは、即ち、これまで両立が困難であったインダクタンス増による弱め磁束制御の効果と磁気カップリング低減の両立ができることになる。

　図７は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの第１の電機子巻線と第２の電機子巻線の磁気的カップリングを説明する説明図である。図７の（ａ）は、隣り合う鍔部５６が対向する面の径方向高さｈと磁気的なエアギャップ長ｇとモータのトルク、磁気カップリングの関係について示し、横軸はｈ／ｇを示し、縦軸はトルクと磁気カップリングを示す。トルクについては［ｈ／ｇ＝０．８３］のときのトルクを１００［％］としたパーセント値で示し、磁気カップリングについてはＭｑ１２／Ｌｑ１［％］を示す。［ｈ／ｇ≦２］とすることで隣合うティース１４１への漏れ磁束が低減できるため、トルクの低下がわずか０．５［％］以下となる。一方、［１≦ｈ／ｇ］とすることで、磁気カップリングＭｑ１２／Ｌｑ１が６９［％］以下の値となり、制御の周波数応答を高めることができ、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）のモータ制御に必要な周波数応答を得ることができるという効果がある。

　一方、図７の（ｂ）は、固定子鉄心１４のティース１４１に於ける隣り合う鍔部５６が対向する面の周方向の距離ａと回転子５０２と固定子５０１との間の磁気的エアギャップ長ｇと磁気カップリングの関係を示した図である。横軸はａ／ｇを示し、縦軸は磁気カップリングＭｑ１２／Ｌｑ１を示す。［ａ／ｇ≧０．２］とすることで、磁気カップリングＭｑ１２／Ｌｑ１が６９［％］以下の値となり、制御の周波数応答を高めることができ電動パワーステアリングのモータ制御に必要な周波数応答を得ることができるという効果が得られる。

　図８は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータのＮＴ（速度―トルク）特性の説明図であって、モータの回転速度ＮとトルクＴの関係を示し、横軸はモータの回転速度Ｎ［ｒ／ｍｉｎ］であり縦軸はトルクＴ［Ｎｍ］を示す。定格トルクが同じ２種類のモータ（１）とモータ（２）について比較して示している。定格トルクはＴ１＝Ｔ２となっている。添え字の「１」はモータ（１）、添え字の「２」はモータ（２）であることを示す。

　図８に於いて、曲線Ｃ１は、モータ（１）の特性であり、永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４が設けられていない表面磁石型のモータの例である。曲線Ｃ２は、モータ（２）の特性であり永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４が設けられている場合、つまりこの発明の実施の形態１による永久磁石型モータの場合である。

　モータ（２）のように、永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４が設けられている場合は、インダクタンスが大きく弱め磁束制御の効果が発揮されるため、高速回転時のトルクが向上している（曲線Ｃ２）。無負荷回転数で比較するとＮ０１＜Ｎ０２となっている。一方、定格回転数Ｎ１とＮ２はほぼ一致している。従って、モータ（２）はモータ（１）と比べて定格出力はほぼ同等で大幅に高回転域のトルクが向上していることが分かる。従来の技術のように永久磁石２６の最大外径と最小内径の中間の径よりも固定子５０１に近い側に回転子鉄心２４が設けられている場合は、異なる電機子巻線の組同士の磁気的カップリングが大きく、制御性が低下していたが、この発明の実施の形態１の構成によって磁気的カップリングの低減が可能となる。

実施の形態１の変形例１．
　図９は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの変形例１の固定子鉄心を拡大して示す横断面図である。図９に示す永久磁石型モータでは、固定子鉄心１４のティース１４１に於ける隣り合う鍔部５６が対向する面の径方向高さｈと磁気的なエアギャップ長ｇに［１≦ｈ／ｇ≦２］なる関係が成り立つ構成としている。

　更に、固定子鉄心１４のティース１４１に於ける隣り合う鍔部５６が対向する面の周方向の距離ａと磁気的エアギャップ長ｇが、［ａ／ｇ≧０．２］なる関係を満たす構成としている。又、隣り合う鍔部５６が対向する面の径方向の内側に曲面部Ｒ１を設けると共に径方向の外側に曲面部Ｒ２を設けている。高さｈは曲面部Ｒ１、Ｒ２を除いた領域の高さとしている。

　ＥＰＳ用のモータであれば、曲面部Ｒ１、Ｒ２は０．２［ｍｍ］～０．４［ｍｍ］程度に設定される。このような構成とすることで図６の説明で述べた効果が得られることは言うまでもないが、更に、曲面部Ｒ１、Ｒ２を設けたことで隣り合う鍔部の曲面部Ｒ１、Ｒ２間の磁気抵抗が増加し、磁気的カップリングが低減できるという効果がある。更に、径方向内側と外側の両方に曲面部Ｒ１、Ｒ２を設けたことで金型での電磁鋼板の打ち抜きが容易となり金型の寿命が延びるという効果もある。

　曲面部は、径方向の内側か外側のいずれか一方に設ける場合でも、隣り合う鍔部の曲面部間の磁気抵抗が増加し、磁気的カップリングが低減できるという効果が得られる。

実施の形態１の変形例２．
　図１０は、この発明の実施の形態１による永久磁石型モータの変形例２に於ける、固定子鉄心を拡大して示す横断面図である。図８に示す変形例２では、鍔部５６より径方向外側でティース１４１が最も細くなる部分に於けるティース１４１の幅をｗ、回転子鉄心２４の最大外径をＲｏｕｔ、スロット数をＮｓ、としたとき、下記の式（３）が成り立つ構成とした。
　０．４×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
≦ｗ≦０．５×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ・・・・・式（３）

　例えば、永久磁石２６にネオジム鉄ボロン系の希土類磁石を用いたモータの空隙磁束密度を０．８Ｔとしたとき、式（３）が成り立つ条件下で磁束は全てティース１４１を通過する場合には、ティース１４１が最も細くなる部分の磁束密度の最大値がおおよそ１．６Ｔ～２．０Ｔ程度になる。これにより、ティース１４１の最も細くなる部分の磁気飽和を緩和できるため、定格トルクが向上する。更に磁気飽和を緩和により自己インダクタンスが大きくなるため、Ｍｑ１２／Ｌｑ１が小さくなり制御性が向上するという効果が得られる。

　又、ティース１４１が最も細くなる部分に於けるスロット１４２の周方向の幅をＳ１としたとき、ｗ≦Ｓ１となる。これはスロット幅がティース幅以上ということになりスロット断面積が大きく確保できる。その結果、電機子巻線の断面積も大きく確保でき銅損の低減とモータの出力を向上できるという効果もある。

　前述の式（３）と、Ｓ１＋ｗ＝２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓとの関係から、Ｓ１に対しては、
　０．５×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
≦Ｓ１≦０．６×２π（Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ　・・・・・式（４）
と書くことができる。この構成であれば、前述のようにティース１４１が最も細くなる部分の磁束密度の最大値がおおよそ１．６Ｔ～２．０Ｔ程度になる。これにより、ティース１４１の最も細くなる部分の磁気飽和を緩和できるため、定格トルクが向上する。

　更に磁気飽和を緩和により自己インダクタンスが大きくなるため、Ｍｑ１２／Ｌｑ１が小さくなり制御性が向上するという効果が得られる。更に、図１０に示すように、スロットの周方向の幅は径方向外側にいくにつれて大きくなり、コアバックの近傍においてスロット幅が最大値Ｓ２となる構成としている。このような構成とすることで、隣り合うティース１４１間に漏れる漏れ磁束を低減することができ、モータのトルクが向上でき永久磁石の使用量を低減できるという効果がある。　又、スロット１４２の幅が一定の構成に比べてスロット断面積を大きく確保できるため、電機子巻線１５の断面積も大きく確保でき銅損が低減できモータの出力が向上できるという効果もある。

　これまでは、第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の合計２つの電機子巻線を有する例について述べたが、３つ以上の電機子巻線を持つ多重巻線でも同様の効果が得られる。

　前述の実施の形態1の永久磁石型モータを電動パワーステアリング装置に搭載すれば、トルクリップル６次の大幅な低減が可能となる。又、モータの高出力化と同時に磁気カップリングが増加し、モータの制御性が低下するという課題があったが、磁気カップリングが低減できるので、大型の車両にも電動パワーステアリング装置が適用でき、燃費を低減できるという効果がある。特に、このようなモータは大出力でも低振動・低騒音となるため大出力の用途に用いられるラック軸の移動方向と平行な向きに配置される電動パワーステアリング装置に適している。

実施の形態２．
　実施の形態１では、回転子鉄心の表面に永久磁石を配置した構造について述べたが、実施の形態２では永久磁石を回転子鉄心の中に埋め込んだ永久磁石型モータ（ＩＰＭ）としたものである。図１１は、この発明の実施の形態２による永久磁石型モータの横断面図である。図１１に於いて、固定子５０１は図３の実施の形態１の場合と同じ構造である。

　回転子５０２は図３の場合とは異なり、平板形状の永久磁石２６が回転子鉄心２４に形成された永久磁石用穴部５７に埋め込まれて配置されている。永久磁石用穴部５７は回転子鉄心２４の外周面の近傍に周方向に等間隔に８個形成され、夫々の永久磁石用穴部５７に永久磁石２６が１個ずつ埋め込まれている。周方向に互いに隣り合う永久磁石２６は、極性が逆方向となるように配置されている。

　更に、永久磁石２６より固定子５０１に近い側の回転子鉄心２４にはスリット５８が設けられている。図１１では各磁極に対して、5個のスリットが配置されている。スリット５８は空気或いは樹脂等の非磁性体が充填されている。スリット５８は磁束が磁極中心に向かうように斜めに配置されている。これにより、モータのトルクが増加し、小型高出力のモータを得ることができる。回転子鉄心２４には穴部２４２が設けられている。穴部２４２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２４は電磁鋼板等を積層して構成されており、電磁鋼板同士はカシメ部２４３によって互いに連結されている。回転子鉄心２４の中央にはモータシャフト２３が貫通している。

　このように永久磁石埋め込み型の場合に回転子は鉄心２４が固定子鉄心１４の近くに存在するため、固定子鉄心１４と回転子鉄心２４との間の磁気抵抗が小さくなり、結果として第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の磁気的カップリングが大きくなるという傾向があるが、実施の形態２で述べたような構造としたことで磁気的カップリングが小さくなり、制御性が向上するという効果が得られる。さらに、リラクタンストルクが使えるため永久磁石２６の使用量を低減することができる。また、インダクタンスが大きいため弱め磁束制御の効果を発揮できるため高速回転時のトルクが向上するという効果も得られる。

実施の形態３．
　図１２は、この発明の実施の形態３による永久磁石型モータの横断面図であって、スポーク（Spoke）型ＩＰＭと称する。図１２に於いて、固定子５０１は、図３の実施の形態１の場合と同じ構造である。図１２に於いて、固定子５０１は図３の実施の形態１の場合と同じ構造である。回転子５０２は、前述の図３、図１１の場合とは異なる構造である。回転子５０２は、回転軸となるモータシャフト２３と、このモータシャフト２３の外側に回転子鉄心２４が設けられている。

　永久磁石２６は、その径方向の長さが周方向の長さに比べて長い形状をしており、この永久磁石２６が周方向に等間隔に８個並んで配置されている。永久磁石２６の着磁方向は図１２に示すNとSが夫々N極、S極になる方向に着磁されている。即ち、隣り合う永久磁石２６の向かい合う面が互いに同じ極になるように着磁されている。このような着磁方向とすることで、磁束を回転子鉄心２４に集中させて、磁束密度を高めるという効果がある。又、隣り合う永久磁石２６の間には回転子鉄心２４が介在する。この回転子鉄心２４の固定子５０１の内周面に対向する面つまり外周面は曲面状に形成されている。そして、その曲面の形状は、隣り合う永久時磁石２０の間の中間地点に於いて固定子５０１との間の空隙長が短くなるように凸形状曲面６１となっている。

　このような形状により、固定子５０１の内周面と回転子５０２の外周面との間のエアギャップに発生する磁束密度の波形を滑らかにできるため、コギングトルクやトルクリップルを小さくすることができる。更に、永久磁石２６の内径側の端面に接するように非磁性部５９を設けている。この非磁性部５９は、空気としてもよいし、樹脂を充填してもよいし、ステンレスやアルミニウムのような非磁性の金属を挿入してもよい。このように非磁性部５９を設けることで、永久磁石２６の漏れ磁束を低減することができる。

　隣り合う永久磁石２６の間の回転子鉄心２４とモータシャフト２３の外周を囲うように設けられた回転子鉄心２４の間に連結部６０が設けられている。この連結部６０は、回転子鉄心２４とモータシャフト２３と者を機械的に連結する働きを持っている。隣り合う永久磁石２６の間の回転子鉄心２４には穴部２４２が設けられている。穴部２４２は、空気とすることで、回転子５０２の重量低減とイナーシャ低減という効果が得られる。

　永久磁石埋め込み型の場合には回転子鉄心２４が固定子鉄心１４の近くに存在するため、固定子鉄心１４と回転子鉄心２４との間の磁気抵抗が小さくなり、結果として第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の磁気的カップリングが大きくなるという傾向があるが、実施の形態３の構成としたことで第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の磁気的カップリングが小さくなり、制御性が向上するという効果が得られる。更に、リラクタンストルクが使えるため永久磁石２６の使用量を低減することができる。又、インダクタンスが大きく弱め磁束制御の効果を発揮できるため高速回転時のトルクが向上するという効果も得られる。

実施の形態４．
　図１３は、この発明の実施の形態４による永久磁石型モータの横断面図であって、所謂、コンシクエントポール(consequent　pole)型と称される永久磁石型モータである。図１３に於いて、固定子５０１は図３の実施の形態１の場合と同じ構造である。回転子５０２は、図３、図１１、図１２とは異なる構造である。回転子５０２は、回転軸となるモータシャフト２３と、このモータシャフト２３の外側に回転子鉄心２４が設けられている。回転子鉄心２４の表面に永久磁石２６が配置されており、周方向に等間隔に４個配置されている。

　永久磁石２６の着磁の向きは、径方向外側がＮ極、径方向内側がＳ極となるように着磁されていて、隣り合う永久磁石２６の間の回転子鉄心２４の突極部６２は仮想的にＳ極として機能する。即ち、８極と同等のモータとして動作する。このタイプのモータは一般にはコンシクエントポール型と呼ばれるモータである。回転子鉄心２４の穴部２４２とカシメ部２４３は図３、図１１で述べたとおりである。

　このようにコンシクエントポール型のモータでは、回転子鉄心２４が固定子鉄心１４の近くに存在するため、固定子鉄心１４と回転子鉄心間の磁気抵抗が小さくなり、結果として第１の電機子巻線３９と第２の電機子巻線４０の磁気的カップリングが大きくなるという傾向があるが、実施の形態４で述べたような構造としたことで磁気的カップリングが小さくなり、制御性が向上するという効果が得られる。さらに、永久磁石２６の部品点数低減によるコスト低減効果。インダクタンスが大きく弱め磁束制御の効果を発揮できるため高速回転時のトルクが向上するという効果も得られる。また、図１３では永久磁石２６が回転子鉄心２４の表面に配置された例を示したが、図１１に示すように永久磁石２６が回転子鉄心２４に埋め込まれた構造のコンシクエントポール型であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

　尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、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。

　以上述べたこの発明の各実施の形態による永久磁石型モータは下記の発明を具現化したものである。

（１）モータシャフトに固定された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に固定された永久磁石とを備えた回転子と、
　電機子巻線を収納する複数のスロットと複数のティースを有し内周面が磁気的エアギャップを介して前記回転子の外周面と対向する固定子鉄心を備えた固定子と、
を備えた永久磁石型モータであって、
　前記電機子巻線は、複数組の多相巻線により構成され、
　前記複数組の多相巻線は、夫々の組毎に個別のインバータから給電され、
　前記回転子鉄心の一部は、前記永久磁石の最大外径と最小内径との中間の直径よりも前記固定子に近い側に存在し、
　前記複数のティースは、夫々鍔部を夫々備え、
　前記鍔部は、側面部が前記固定子鉄心の周方向に突出して隣接する前記ティースに設けられた鍔部の側面部と対向し、
　前記鍔部の側面部に於ける前記固定子鉄心の径方向の高さをｈ、前記磁気的エアギャップの長さをｇとしたとき、
　　１≦ｈ／ｇ≦２
なる関係が成立し、且つ、
　隣り合う前記鍔部が対向する面の周方向の距離をａとしたとき、
　　ａ／ｇ≧０．２
なる関係を満たす、
ことを特徴とする永久磁石型モータ。

　前記（１）に記載の永久磁石型モータによれば、異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングが低減でき、モータの制御性が向上するという効果がある。同時に弱め磁束制御の効果を効率よく発揮できる。

（２）前記電機子巻線は、第1の電機子巻線と第２の電機子巻線からなる２組の３相電機子巻線により構成され、
　前記第１の電機子巻線は、第1のインバータ回路から電流が供給され、
　前記第２の電機子巻線は、第２のインバータ回路から電流が供給され、
　前記第１の電機子巻線は、Ｕ１相巻線と、Ｖ１相巻線と、Ｗ１相巻線と、を備え、
　前記第２の電機子巻線は、Ｕ２相巻線と、Ｖ２相巻線と、Ｗ２相巻線と、を備え、
　前記Ｕ１相巻線と前記Ｕ２相巻線は、互いに隣り合う前記スロットに収納され、
　前記Ｖ１相巻線と前記Ｖ２相巻線は、互いに隣り合う前記スロットに収納され、
　前記Ｗ１相巻線と前記Ｗ２相巻線は、互いに隣り合う前記スロットに収納さ、
　前記第１の電機子巻線と前記第２の電機子巻線とに流れる夫々の電流は、互いに電気角２０度以上４０度以下の位相差を備える、
ことを特徴とする前記（１）に記載の永久磁石型モータ。

　前記（２）に記載の永久磁石型モータによれば、電気角６次のトルクリップルの大幅な低減と磁気的カップリングの低減の両立ができるという効果がある。

（３）前記鍔部の側面部は、前記固定子の径方向の内側に位置する部位と径方向の外側に位置する部位とのうちの何れか一方に曲面部を備えている、
ことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の永久磁石型モータ。

　前記（３）に記載の永久磁石型モータによれば、曲面部を設けたことで隣り合う鍔部のＲ部間の磁気抵抗が増加し、磁気的カップリングが低減できるという効果がある。

（４）前記鍔部の側面部は、前記固定子の径方向の内側に位置する部位と径方向の外側に位置する部位の双方に曲面部を備えている、
ことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の永久磁石型モータ。

　前記（４）に記載の永久磁石型モータによれば、曲面部を設けたことで隣り合う鍔部の曲面部間の磁気抵抗が増加し、磁気的カップリングが低減できるという効果がある。更に、径方向内側と外側の両方に曲面部を設けたことで金型の打ち抜きが容易となり金型の寿命が延びるという効果もある。

（５）隣接するティースに夫々設けられ互いに対向する前記鍔部の前記側面部は、互いに平行となるように構成されている、
ことを特徴とする前記（４）に記載の永久磁石型モータ。

　前記（５）に記載の永久磁石型モータによれば、曲面部を設けたことで隣り合う鍔部の曲面部間の磁気抵抗が増加し、磁気的カップリングが低減できるという効果がある。更に、径方向内側と外側の両方に曲面部を設けたことで金型の打ち抜きが容易となり金型の寿命が延びるという効果もある。又、鍔部が対向する面は互いに平行であるため、この部分での磁気抵抗が均一となる。この面通じて磁束が隣のティースに漏れるためＭｑ１２／Ｌｑ１が低減でき、結果としてモータの制御性が向上するという効果がある。

（６）前記鍔部より前記固定子の径方向の外側に存在し且つ前記固定子の周方向の幅が最も小さくなる前記ティースの部位の幅をｗ、前記回転子鉄心の最大外径をＲｏｕｔ、スロット数をＮｓとしたとき、前記ティースの幅ｗは、
　０．４×２π(Ｒｏｕｔ+ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
　　　　　　　　　　　　　≦ｗ≦０．５×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
の関係を満たす、
ことを特徴とする前記（１）乃至（５）のうちの何れかに記載の永久磁石型モータ。

　前記（６）に記載の永久磁石型モータによれば、ティースの最も細くなる部分の磁気飽和を緩和できるため、自己インダクタンスが大きくなることでＭｑ１２／Ｌｑ１が小さくなり制御性が向上するという効果がある。

（７）前記鍔部より前記固定子の径方向の外側に存在し且つ前記固定子の周方向の幅が最も小さくなる前記ティースの部位に対応する前記スロットの前記周方向の幅をＳ１、前記回転子鉄心の最大外径をＲｏｕｔ、スロット数をＮｓとしたとき、前記スロットの幅Ｓ１は、
　０．５×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
　　　　　　　　　　　≦Ｓ１≦０．６×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
の関係を満たし、且つ、
　前記スロットの周方向の幅は、前記固定子の径方向の外側に位置するに伴って漸次大きくなり、前記スロットの底部若しくはその近傍に於いて最大となる、
ことを特徴とする前記（１）乃至（５）のうちの何れかに記載の永久磁石型モータ。

　前記（７）に記載の永久磁石型モータによれば、スロット断面積が大きく確保できるため、電機子巻線の断面積も大きく確保でき銅損が低減できモータの出力が向上できるという効果もある。また、コアバックの近傍においてスロットの周方向の幅が大きいためスロット間の磁気抵抗が大きくなり漏れ磁束が小さくなるという効果があり、モータのトルクが向上でき永久磁石の使用量を低減できるという効果がある。

（８）前記永久磁石は、前記固定子鉄心に対向する前記回転子鉄心の表面に配置されており、
　前記回転子鉄心は、前記永久磁石が配置されていない部位に設けられた突起部を備え、
　前記突起部と前記永久磁石との間には空隙が設けられている、
ことを特徴とする前記（１）乃至（７）のうちの何れかに記載の永久磁石型モータ。

　前記（８）に記載の永久磁石型モータによれば、突起部はモータのエアギャップを小さくする効果があり、インダクタンスが大きくなる。これによって弱め磁束制御が効果を発揮しやすくなり、高速回転時のトルク向上ができるという効果がある。一方、回転子鉄心の突起部があるがゆえに異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングが増加するという課題があったが、本発明の構成により磁気的カップリングが低減できるという効果がある。

（９）前記永久磁石は、前記回転子鉄心に設けられた穴部に設置されている、
ことを特徴とする前記（１）乃至（７）のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。

　前記（９）に記載の永久磁石型モータによれば、インダクタンスが増加することで弱め磁束制御が効果的に使えるため、高速回転でのトルクが向上するという効果が得られる。永久磁石の飛散防止のための保護管が不要となるため、低コスト化できるという効果がある。一方、回転子鉄心と固定子鉄心との間の磁気的ギャップが小さいため異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングが増加するという課題があったが、本発明の構成により磁気的カップリングが低減できるという効果がある。

（１０）前記永久磁石は、前記回転子の径方向の長さが周方向の長さに比べて大きく形成されており、
　前記永久磁石の着磁方向は、隣り合う永久磁石の向かい合う面が互いに同一極となるような向きであり、
　隣り合う前記永久磁石の間には前記回転子鉄心が介在し、
　前記回転子鉄心は、前記固定子鉄心に対向する面に曲面部を有し、且つ前記永久磁石の内径側の端面に接する位置に設けられた非磁性部を備え、
　前記曲面部は、隣り合う前記永久磁石と間の中間部に於いて前記空隙の長が他の部分より短くなるように凸形状に形成されている、
ことを特徴とする前記（１）乃至（７）のうちの何れかに記載の永久磁石型モータ。

　前記（１０）に記載の永久磁石型モータによれば、永久磁石の磁束を集中して磁束密度を高めることでトルク向上とモータの小型化ができるという効果がある。凸形状の曲面を形成してトルクリップルとコギングトルクの低減ができる。永久磁石の内径側に非磁性部を設けたことで漏れ磁束が小さくなり、トルク向上とモータの小型化ができるという効果がある。一方、回転子鉄心と固定子鉄心との間の磁気的ギャップが小さいため異なる組の電機子巻線同士の磁気的カップリングが増加するという課題があったが、本発明の構成により磁気的カップリングが低減できるという効果がある。

（１１）前記（１）乃至（１０）のうちの何れかに記載の永久磁石型モータが搭載され、前記永久磁石型モータにより運転者の操舵をアシストするトルクを発生させるようにした電動パワーステアリング装置であって、
　前記永久磁石型モータは、その軸方向が車両の操舵輪を駆動するラック軸の延びる方向と平行に配置されている、
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。　

　前記（１１）に記載の電動パワーステアリング装置によれば、トルクリップル6次の大幅な低減が可能となる。又、モータの高出力化と同時に磁気カップリングが増加し、モータの制御性が低下するという課題があったが、磁気カップリングが低減できるので、大型の車両にも電動パワーステアリング装置が適用でき、燃費を低減できるという効果がある。

　この発明は、永久磁石を備えたモータ、及びそのモータを用いた電動パワーステアリングの分野、ひいては自動車等の車両の分野に利用することができる。

１００　電動駆動装置、Ｄ１　シャフト、２　トルクセンサ、
３　第１のコネクタ、４　ＥＣＵ、５　永久磁石型モータ、
６　第２のコネクタ、７　電源コネクタ、８　ギヤボックス、
９　ハウジング、１０、１１　タイロッド、１２、１３　ラックブーツ、
１４　固定子鉄心、１５　電機子巻線、１６　フレーム、
１７　モータハウジング、１８、１９　ボルト、２０　第１の軸受、
２１　壁部、２２　第２の軸受、２３　モータシャフト、
２４　回転子鉄心、２４２　穴部、２４３　カシメ部、
２５　センサ用永久磁石、２６　永久磁石、２７　プーリー、
２８１　第１のスイッチング素子群、２８２　第２のスイッチング素子群、
２９　ヒートシンク、３０　中間部材、３１　制御基板、
３２　ＥＣＵケース、３３　センサ部、３４　磁気センサ、
３５　センサ基板、３６　センサ接続部材、３７　センサ支持部材、
３８　凹部、３９　第１の電機子巻線、４０　第２の電機子巻線、
４１　第１のインバータ回路、４２　第２のインバータ回路、４３　電源、
４４　コイル、４５　第１の電源リレー、４６　第２の電源リレー、
４７　第１の平滑コンデンサ、４８　第２の平滑コンデンサ、
４９、５０、５１、５２、５３、５４　シャント抵抗、
５５　回転角度センサ、５０１　固定子、５０２　回転子、
２４１　突起部、１４０　コアバック、１４１　ティース、
１４２　スロット、５６　鍔部、５７　永久磁石用穴部、５８　スリット、
６０　連結部、６１　凸形状曲面、６２　突極部。

Claims (11)

1. 　モータシャフトに固定された回転子鉄心と、前記回転子鉄心に固定された永久磁石とを備えた回転子と、
   　電機子巻線を収納する複数のスロットと複数のティースを有し内周面が磁気的エアギャップを介して前記回転子の外周面と対向する固定子鉄心を備えた固定子と、
   を備えた永久磁石型モータであって、
   　前記電機子巻線は、複数組の多相巻線により構成され、
   　前記複数組の多相巻線は、夫々の組毎に個別のインバータから給電され、
   　前記回転子鉄心の一部は、前記永久磁石の最大外径と最小内径との中間の直径よりも前記固定子に近い側に存在し、
   　前記複数のティースは、夫々鍔部を夫々備え、
   　前記鍔部は、側面部が前記固定子鉄心の周方向に突出して隣接する前記ティースに設けられた鍔部の側面部と対向し、
   　前記鍔部の側面部に於ける前記固定子鉄心の径方向の高さをｈ、前記磁気的エアギャップの長さをｇとしたとき、
   　　１≦ｈ／ｇ≦２
   なる関係が成立し、且つ、
   　隣り合う前記鍔部が対向する面の周方向の距離をａとしたとき、
   　　ａ／ｇ≧０．２
   なる関係を満たす、
   ことを特徴とする永久磁石型モータ。
2. 　前記電機子巻線は、第1の電機子巻線と第２の電機子巻線からなる２組の３相電機子巻線により構成され、
   　前記第１の電機子巻線は、第1のインバータ回路から電流が供給され、
   　前記第２の電機子巻線は、第２のインバータ回路から電流が供給され、
   　前記第１の電機子巻線は、Ｕ１相巻線と、Ｖ１相巻線と、Ｗ１相巻線と、を備え、
   　前記第２の電機子巻線は、Ｕ２相巻線と、Ｖ２相巻線と、Ｗ２相巻線と、を備え、
   　前記Ｕ１相巻線と前記Ｕ２相巻線は、互いに隣り合う前記スロットに収納され、
   　前記Ｖ１相巻線と前記Ｖ２相巻線は、互いに隣り合う前記スロットに収納され、
   　前記Ｗ１相巻線と前記Ｗ２相巻線は、互いに隣り合う前記スロットに収納さ、
   　前記第１の電機子巻線と前記第２の電機子巻線とに流れる夫々の電流は、互いに電気角２０度以上４０度以下の位相差を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型モータ。
3. 　前記鍔部の側面部は、前記固定子の径方向の内側に位置する部位と径方向の外側に位置する部位とのうちの何れか一方に曲面部を備えている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。
4. 　前記鍔部の側面部は、前記固定子の径方向の内側に位置する部位と径方向の外側に位置する部位の双方に曲面部を備えている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。
5. 　隣接するティースに夫々設けられ互いに対向する前記鍔部の前記側面部は、互いに平行となるように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石型モータ。
6. 　前記鍔部より前記固定子の径方向の外側に存在し且つ前記固定子の周方向の幅が最も小さくなる前記ティースの部位の幅をｗ、前記回転子鉄心の最大外径をＲｏｕｔ、スロット数をＮｓとしたとき、前記ティースの幅ｗは、
   　０．４×２π(Ｒｏｕｔ+ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
   　　　　　　　　　　　　　≦ｗ≦０．５×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
   の関係を満たす、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
7. 　前記鍔部より前記固定子の径方向の外側に存在し且つ前記固定子の周方向の幅が最も小さくなる前記ティースの部位に対応する前記スロットの前記周方向の幅をＳ１、前記回転子鉄心の最大外径をＲｏｕｔ、スロット数をＮｓとしたとき、前記スロットの幅Ｓ１は、
   　０．５×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
   　　　　　　　　　　　≦Ｓ１≦０．６×２π(Ｒｏｕｔ＋ｇ＋ｈ)／Ｎｓ
   の関係を満たし、且つ、
   　前記スロットの周方向の幅は、前記固定子の径方向の外側に位置するに伴って漸次大きくなり、前記スロットの底部若しくはその近傍に於いて最大となる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
8. 　前記永久磁石は、前記固定子鉄心に対向する前記回転子鉄心の表面に配置されており、
   　前記回転子鉄心は、前記永久磁石が配置されていない部位に設けられた突起部を備え、
   　前記突起部と前記永久磁石との間には空隙が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
9. 　前記永久磁石は、前記回転子鉄心に設けられた穴部に設置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
10. 　前記永久磁石は、前記回転子の径方向の長さが周方向の長さに比べて大きく形成されており、
    　前記永久磁石の着磁方向は、隣り合う永久磁石の向かい合う面が互いに同一極となるような向きであり、
    　隣り合う前記永久磁石の間には前記回転子鉄心が介在し、
    　前記回転子鉄心は、前記固定子鉄心に対向する面に曲面部を有し、且つ前記永久磁石の内径側の端面に接する位置に設けられた非磁性部を備え、
    　前記曲面部は、隣り合う前記永久磁石との間の中間部に於いて前記空隙の長が他の部分より短くなるように凸形状に形成されている、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータ。
11. 　請求項１乃至１０のうちの何れか一項に記載の永久磁石型モータが搭載され、前記永久磁石型モータにより運転者の操舵をアシストするトルクを発生させるようにした電動パワーステアリング装置であって、
    　前記永久磁石型モータは、その軸方向が車両の操舵輪を駆動するラック軸の延びる方向と平行に配置されている、
    ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。　

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