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特開2019-68619ロータコア、ロータ、回転電機、自動車用電動補機システム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2019-68619(P2019-68619A)
(43)【公開日】2019年4月25日
(54)【発明の名称】ロータコア、ロータ、回転電機、自動車用電動補機システム
(51)【国際特許分類】
H02K 1/27 20060101AFI20190329BHJP
【ＦＩ】
H02K1/27 501K
H02K1/27 501M
H02K1/27 501A
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】30
(21)【出願番号】特願2017-191936(P2017-191936)
(22)【出願日】2017年9月29日
(71)【出願人】
【識別番号】509186579
【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002365
【氏名又は名称】特許業務法人サンネクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田子 一農
(72)【発明者】
【氏名】金澤 宏至
(72)【発明者】
【氏名】中山 賢治
(72)【発明者】
【氏名】辻 裕司
(72)【発明者】
【氏名】近岡 貴行
【テーマコード（参考）】
5H622
【Ｆターム（参考）】
5H622AA02
5H622CA02
5H622CA07
5H622CB03
5H622CB05
5H622PP03
(57)【要約】
【課題】回転電機におけるトルクリップルを十分に低減する。【解決手段】回転子コアにおける複数の積層板のうち少なくとも２つは、収納空間２１２よりも外周側に形成された基部２３０を有する磁極部２２０と、磁極部２２０に接続されたブリッジ部２４２とを有する。磁極部２２０は、周方向に複数設けられており、周方向に隣り合う一対の磁極部２２０の基部２３０の間には、第１空間部２４０が形成されている。周方向に隣り合う一対の磁極部２２０の中間に位置して第１空間部２４０に接するｑ軸外周部２４４は、基部２３０よりも内周側に設けられている。基部２３０は、第１空間部２４０に接する側面部２４１と、側面部２４１よりも外周側に設けられかつ側面部２４１に対して周方向に突出する突起部２２２とを有する。ブリッジ部２４２は、側面部２４１よりも内周側に配置されている。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の積層板により構成されかつ磁石の収納空間を形成するロータコアであって、
前記複数の積層板のうち少なくとも２つは、前記収納空間よりも外周側に形成された基部を有する磁極部と、前記磁極部に接続されたブリッジ部と、を有し、
前記磁極部は、周方向に複数設けられており、
前記周方向に隣り合う一対の前記磁極部の前記基部の間には、第１空間部が形成されており、
前記周方向に隣り合う一対の前記磁極部の中間に位置して前記第１空間部に接するｑ軸外周部は、前記基部よりも内周側に設けられており、
前記基部は、前記第１空間部に接する側面部と、前記側面部よりも外周側に設けられかつ前記側面部に対して前記周方向に突出する突起部と、を有し、
前記ブリッジ部は、前記側面部よりも内周側に配置されているロータコア。
前記複数の積層板のうち少なくとも２つは、前記収納空間よりも外周側に形成された基部を有する磁極部と、前記磁極部に接続されたブリッジ部と、を有し、
前記磁極部は、周方向に複数設けられており、
前記周方向に隣り合う一対の前記磁極部の前記基部の間には、第１空間部が形成されており、
前記周方向に隣り合う一対の前記磁極部の中間に位置して前記第１空間部に接するｑ軸外周部は、前記基部よりも内周側に設けられており、
前記基部は、前記第１空間部に接する側面部と、前記側面部よりも外周側に設けられかつ前記側面部に対して前記周方向に突出する突起部と、を有し、
前記ブリッジ部は、前記側面部よりも内周側に配置されているロータコア。
【請求項2】
請求項１に記載のロータコアにおいて、
前記複数の積層板は、前記磁極部および前記ブリッジ部を有する第１板と、前記磁極部を有して前記ブリッジ部を有しない第２板とを含み、
前記第１板の前記磁極部と前記第２板の前記磁極部とは、軸方向に互いに締結されているロータコア。
前記複数の積層板は、前記磁極部および前記ブリッジ部を有する第１板と、前記磁極部を有して前記ブリッジ部を有しない第２板とを含み、
前記第１板の前記磁極部と前記第２板の前記磁極部とは、軸方向に互いに締結されているロータコア。
【請求項3】
請求項２に記載のロータコアにおいて、
前記第１板の前記ブリッジ部は、前記磁極部と前記ｑ軸外周部を繋いで前記収納空間と前記第１空間部の間に設けられており、
前記第２板の前記磁極部と前記ｑ軸外周部の間には、前記収納空間と前記第１空間部の間を貫通する開口部が形成されているロータコア。
前記第１板の前記ブリッジ部は、前記磁極部と前記ｑ軸外周部を繋いで前記収納空間と前記第１空間部の間に設けられており、
前記第２板の前記磁極部と前記ｑ軸外周部の間には、前記収納空間と前記第１空間部の間を貫通する開口部が形成されているロータコア。
【請求項4】
請求項２に記載のロータコアにおいて、
前記第１板の前記ブリッジ部は、前記収納空間を分断して前記磁極部に接続されており、
前記第１板および前記第２板の前記磁極部と前記ｑ軸外周部の間には、前記収納空間と前記第１空間部の間を貫通する開口部が形成されているロータコア。
前記第１板の前記ブリッジ部は、前記収納空間を分断して前記磁極部に接続されており、
前記第１板および前記第２板の前記磁極部と前記ｑ軸外周部の間には、前記収納空間と前記第１空間部の間を貫通する開口部が形成されているロータコア。
【請求項5】
請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載のロータコアにおいて、
前記複数の積層板は、前記軸方向に積層されており、
前記複数の積層板における前記第１板の積層比率は、前記軸方向の中心部よりも両端部のほうが高いロータコア。
前記複数の積層板は、前記軸方向に積層されており、
前記複数の積層板における前記第１板の積層比率は、前記軸方向の中心部よりも両端部のほうが高いロータコア。
【請求項6】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のロータコアと、
前記ロータコアに固定された回転シャフトと、
前記収納空間に配置された永久磁石と、を備えるロータ。
前記ロータコアに固定された回転シャフトと、
前記収納空間に配置された永久磁石と、を備えるロータ。
【請求項7】
請求項３または請求項４に記載のロータコアと、
前記ロータコアに固定された回転シャフトと、
前記収納空間に配置された永久磁石と、
前記開口部を覆うカバーと、を備えるロータ。
前記ロータコアに固定された回転シャフトと、
前記収納空間に配置された永久磁石と、
前記開口部を覆うカバーと、を備えるロータ。
【請求項8】
請求項６または請求項７に記載のロータと、
複数の巻線を有し、所定のエアギャップを介して前記ロータと対向して配置されたステータと、を備える回転電機。
複数の巻線を有し、所定のエアギャップを介して前記ロータと対向して配置されたステータと、を備える回転電機。
【請求項9】
請求項８に記載の回転電機において、
前記回転電機は、自動車の電動パワーステアリング用モータである回転電機。
前記回転電機は、自動車の電動パワーステアリング用モータである回転電機。
【請求項10】
請求項８または請求項９に記載の回転電機において、
前記回転電機は、１０極６０スロット分布巻、または、１４極１８スロット集中巻の構成を有する回転電機。
前記回転電機は、１０極６０スロット分布巻、または、１４極１８スロット集中巻の構成を有する回転電機。
【請求項11】
請求項８から請求項１０までのいずれか一項に記載の回転電機を備え、
前記回転電機を用いて、電動パワーステアリングまたは電動ブレーキを行う自動車用電動補機システム。
前記回転電機を用いて、電動パワーステアリングまたは電動ブレーキを行う自動車用電動補機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータコアと、これを用いたロータ、回転電機および自動車用電動補機システムとに関する。
【背景技術】
【0002】
近年の自動車は、油圧システムから電動システムへの移行や、ハイブリッド自動車、電気自動車の市場拡大の流れを受けて、電動パワーステアリング（以下、ＥＰＳ）装置や電動ブレーキ装置の装着率が急速に増大している。また、アイドリングストップやブレーキなどの運転操作の一部を自動化した車の普及を背景に、運転快適性の向上とともに車室内の静音化が進展している。
【0003】
車室内の振動、騒音に繋がる電気モータ起因の加振源としては、電気モータのトルク変動成分（コギングトルクやトルクリップル）と、電気モータのステータと回転子の間に発生する電磁加振力がある。これらのうちトルク変動成分による振動エネルギーは、電気モータの出力軸を介して車室内へ伝搬し、また、電磁加振力による振動エネルギーは、ＥＰＳ装置の機械部品などを介して車室内へ伝搬する。これらの振動エネルギーが車室内へ伝搬することで、車室内の振動、騒音に繋がっている。
【0004】
例えば、ＥＰＳ装置では、電気モータがステアリングホイール操作をアシストすることから、運転者はステアリングホイールを介して、電気モータのコギングトルクやトルクリップルを手に感じることになる。これを抑制するため、ＥＰＳ装置に用いる電気モータでは、一般にコギングトルクをアシストトルクの１／１０００未満に、トルクリップルをアシストトルクの１／１００未満に抑制することが求められる。また、電磁加振力の空間モードの最小次数が２以下でないことがよいとされる。
【0005】
ここで、電気モータの価格は、磁石、巻線などの材料費用と、製造費用からなるが、磁石価格の比率が特に高いため、磁石コストの抑制が強く求められている。また、製造の容易化や、必要なマンパワー、製造装置の軽減も望まれている。このため、自動車用電動補機システムに用いられる電気モータも、これらの要望を満たす必要がある。
【0006】
ＥＰＳ装置に用いられる電気モータとしては、通常、小型化および信頼性の点から、永久磁石式のブラシレスモータ（以下、「永久磁石式回転電機」と称する）が使用される。永久磁石式回転電機には、大別して、出力密度で優れる表面磁石式（ＳＰＭ）と、磁石コストで優れる埋め込み磁石式（ＩＰＭ）とがあるが、何れの場合も、磁石コスト低減の点から、極数に応じた個数に分離された磁石が使用されることが多い。
【0007】
例えば、埋め込み磁石式では、通常、磁石収納空間を持つ一体ロータコアを用いる。一体ロータコアはロータ磁極の製造精度が高いため、ロータ磁極とステータ間のエアギャップ長を短縮できる。磁石収納空間のブリッジ部からの磁束漏れにより、表面磁石式に対してトルクが低下するが、エアギャップ長の短縮によりトルク低下を抑制できる。また、矩形の磁石を使用できるため、磁石コストを低減できる。さらに、表面磁石式で必要となる磁石カバーが不要になることも利点である。
【0008】
しかしながら、均一な磁化を持つ矩形磁石を周方向に配置するとき、一体ロータコアの外周を円環状にすると、磁束分布が正弦波状でなくなり、トルクリップルとコギングトルクを十分低減できないという問題が発生する。このため、磁極の外周側端部を突出させるなどの、磁極形状の工夫により、トルクリップルとコギングトルクを低減する必要が生じる。表面磁石式を採用する場合でも同様の問題が発生するため、同じく磁石の幅・外周曲率を工夫してトルクリップルとコギングトルクを低減する必要が生じる。ここで、巻線方式、極数、スロット数、磁石方式などが違うと磁束分布が違ってくるため、磁石の幅・外周曲率については、それぞれに異なる磁極形状となるが、磁極の突出は共通する特徴となる。
【0009】
また、ＥＰＳ装置では正逆の両方に回転するため、磁極周囲の磁束分布を両回転方向に対称にする必要があり、対称な形状の磁極が用いられる。
【0010】
磁極形状を対称にしたブラシレスモータの先行技術として、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１に記載されたブラシレスモータ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１４／０２７６３１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
特許文献１に開示されたブラシレスモータは、トルクリップルの低減に関して改良の余地が多く残されている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明によるロータコアは、複数の積層板により構成されかつ磁石の収納空間を形成するものであって、前記複数の積層板のうち少なくとも２つは、前記収納空間よりも外周側に形成された基部を有する磁極部と、前記磁極部に接続されたブリッジ部と、を有し、前記磁極部は、周方向に複数設けられており、前記周方向に隣り合う一対の前記磁極部の前記基部の間には、第１空間部が形成されており、前記周方向に隣り合う一対の前記磁極部の中間に位置して前記第１空間部に接するｑ軸外周部は、前記基部よりも内周側に設けられており、前記基部は、前記第１空間部に接する側面部と、前記側面部よりも外周側に設けられかつ前記側面部に対して前記周方向に突出する突起部と、を有し、前記ブリッジ部は、前記側面部よりも内周側に配置されている。本発明によるロータは、上記のロータコアと、前記ロータコアに固定された回転シャフトと、前記収納空間に配置された永久磁石と、を備える。
本発明による回転電機は、上記のロータと、複数の巻線を有し、所定のエアギャップを介して前記ロータと対向して配置されたステータと、を備える。
本発明による自動車用電動補機システムは、上記の回転電機を備え、前記回転電機を用いて、電動パワーステアリングまたは電動ブレーキを行う。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、トルクリップルを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る永久磁石式回転電機の回転面内断面図
【図2】本発明の第１の実施形態に係る回転子の断面図
【図3】本発明の第１の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図4】比較例１に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図5A】本発明の第２の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図5B】本発明の第２の実施形態に係る回転子における突起端部付近の拡大図
【図6】本発明による実施例１、２と比較例１とのトルクリップルの相違を説明する図
【図7A】本発明の第３の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図7B】本発明の第４の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図8A】本発明の第５の実施形態に係る回転子における第１板の磁極付近の拡大図
【図8B】本発明の第５の実施形態に係る回転子における第２板の磁極付近の拡大図
【図8C】本発明の第５の実施形態に係る回転子の軸方向端面の断面図
【図8D】本発明の第５の実施形態に係る回転子における部分連結ブリッジ部を示す図
【図8E】本発明の第５の実施形態に係る回転子コアを覆うカバーを示す図
【図8F】本発明の第５の実施形態に係る回転子コアを覆うカバーを示す図
【図9】本発明の第５の実施形態に係る回転子コアにおける第１板と第２板の配置例を示す図
【図10】本発明の第６の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図11】本発明の第６の実施形態に係る回転子コアを構成する複数の積層板における第１板の積層比率に対するトルク比、コギングトルク、トルクリップルの比較を示す図
【図12】本発明による実施例５、６と比較例１とのトルクリップルの相違を説明する図
【図13】比較例２を示す図
【図14】比較例３を示す図
【図15】本発明による実施例５、６と比較例２、３とのトルクリップルの相違を説明する図
【図16】本発明の第７の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図17】比較例４を示す図
【図18】比較例５を示す図
【図19】本発明による実施例７と比較例４、５とのトルクリップルの相違を説明する図
【図20】比較例６を示す図
【図21】比較例７を示す図
【図22】本発明による実施例５と比較例３、６、７とのトルクリップルの相違を説明する図
【図23】本発明の第８の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図24】本発明の第９の実施形態に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図
【図25A】本発明の第１０の実施形態に係る回転子における第１板の磁極付近の拡大図
【図25B】本発明の第１０の実施形態に係る回転子における第２板の磁極付近の拡大図
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明の実施例について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0017】
（第１の実施形態）図１から図３を用いて、本発明の第１の実施形態に係る回転子コアを備えた永久磁石式回転電機１の構成を説明する。図１は、第１の実施形態に係る永久磁石式回転電機１の回転面内断面図である。図２は、第１の実施形態に係る回転子２０の断面図である。図３は、第１の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、図１の点線で囲ったＸ部を拡大して示した図である。
【0018】
図１に示すように、本実施形態の永久磁石式回転電機１は、外周側に略環状の固定子１０を配置し、内周側に略円柱状の回転子２０を配置した、１４極１８スロット集中巻の永久磁石式回転電機である。固定子１０と回転子２０の間にはエアギャップ３０が設けられている。固定子１０は、固定子コア１００、コアバック１１０および複数の巻線１４０を有しており、エアギャップ３０を介して回転子２０と対向して配置されている。
【0019】
固定子１０は、例えば次のようにして形成される。まず、電磁鋼板の分割打ち抜きコアを積層した積層体により、Ｔ形のティース１３０を形成する。次に、ティース１３０に電線を巻き回して巻線１４０を形成した後、複数のティース１３０および巻線１４０を円環に組み、図示しないハウジングに焼嵌めまたは圧入して一体化する。このようにして、固定子１０が形成される。
【0020】
また、図２に示すように、本実施形態の回転子２０は、電磁鋼板を積層した鉄心である回転子コア２００と、回転軸となるシャフト３００とを有する。回転子コア２００の外周には、周方向に１４極の磁極部２２０が設けられている。磁極部２２０の各々は、固定子１０との対向面を形成して磁極外周面となる磁極円弧２２１の両端に突起部２２２が設けられるとともに、永久磁石２１０が収納されるＶ字形の収納空間２１２が設けられている。収納空間２１２には、矩形の永久磁石２１０が各磁極部２２０について２個ずつ挿入されて配置されている。
【0021】
図３に示すように、周方向に隣接する一対の磁極部２２０の間には、磁極円弧２２１に対して窪んだ形状の第１空間部２４０が形成されている。第１空間部２４０と収納空間２１２の間には、ブリッジ部２４２が形成されている。なお図３では、収納空間２１２に収納される２個の永久磁石２１０の一方を第１永久磁石２１０ａ、他方を第２永久磁石２１０ｂとして示している。ブリッジ部２４２は、磁極部２２０に接続されると共に、第１空間部２４０の底に位置するｑ軸方向のコア最外周部２４４（以下、ｑ軸外周部２４４と称する）にも接続されている。すなわち、ブリッジ部２４２は、磁極部２２０とｑ軸外周部２４４とを繋ぐように形成されている。
【0022】
磁極部２２０は、収納空間２１２から外径側に向かって径方向に突出する基部２３０を有する。基部２３０は、前述のように、磁極円弧２２１の両端に突起部２２２を有する。なお図３では、一方の突起部２２２を第１突起部２２２ａ、他方の突起部２２２を第２突起部２２２ｂとして示している。さらに基部２３０は、ブリッジ部２４２との接続部分である一対の接続部２４３と、第１空間部２４０に接する一対の側面部２４１とを有している。側面部２４１は、突起部２２２（第１突起部２２２ａ、第２突起部２２２ｂ）よりも径方向で内周側にそれぞれ配置されている。すなわち、突起部２２２は側面部２４１よりも外周側に設けられており、側面部２４１に対して周方向に突出している。一方、ブリッジ部２４２とｑ軸外周部２４４は、側面部２４１よりも径方向で内周側に配置されている。第１空間部２４０は、突起部２２２、ブリッジ部２４２およびｑ軸外周部２４４に面している。
【0023】
ｑ軸外周部２４４は、周方向に隣接する一対の磁極部２２０の中間に位置しており、基部２３０よりも径方向で内周側に設けられている。ｑ軸外周部２４４は、周方向に隣接する一対の磁極部２２０にそれぞれ接続されている２つのブリッジ部２４２の間に挟まれて配置されている。
【0024】
一般的に、回転電機において発生するトルクリップルは、磁石磁界と巻線磁界による回転力の脈動であるため、エアギャップにおける双方の磁界が正弦波状であれば生じない。エアギャップ長の短い埋め込み磁石式の回転電機では、ステータは表面磁石式と同様の構成であるので、巻線に正弦波電流を課した際に生じるステータからの磁界は、エアギャップにおいて正弦波状になる。一方、ロータについては、ステータに近い部分ほどロータコアに磁石磁束が通りやすいため、ロータコアの外周部における磁極形状によっては、ロータからの磁界が正弦波状から外れてしまうことがある。このような場合に、トルクリップルが大きくなりうると考えられる。
【0025】
例えば、磁極形状が蒲鉾状である場合、磁極端部でパーミアンスが急激に変化し、磁極端部で磁界の通りにくさと通りやすさの変化が極端に生じる。そのため、磁極端部付近のエアギャップの磁界の変化が大きくなり、ロータからの磁界が正弦波状から外れ、トルクリップルが大きくなると考えられる。これは、特にエアギャップ長が短い場合に顕著である。また、磁極端部のブリッジがステータに近い場合にも、ブリッジを通って磁界がエアギャップに出るため、ロータからの磁界が正弦波状から外れ、トルクリップルが大きくなると考えられる。また、ｑ軸方向のコア最外周部がステータに近い場合にも、そこに磁界が通ってしまうため、ロータからの磁界が正弦波状から外れ、トルクリップルが大きくなると考えられる。
【0026】
ロータからの磁界を正弦波状に近づけるためには、適切な磁極形状を採用することが重要である。しかしながら、磁極円弧の半径や磁極幅は、コギングトルクの低減要求に応じて決まるために変更が難しい。また、高トルク化の要求に応じてエアギャップ長を短くすると、ロータ形状による磁界への影響が増加して、トルクリップルが増加しやすくなる。また、磁石がＶ字型に埋め込まれた埋め込み磁石式（ＶＩＰＭ）回転電機のように、磁石の極性を有する面の面積を大きく取れる構造の回転電機では、１つの磁極を通過する磁束量が多くなる。そのため、前述のような磁極形状による磁界への影響、すなわち、蒲鉾形状の磁極端部や、磁極端部のブリッジや、ｑ軸方向のコア最外周部がステータに近いことによる磁界への影響が、大きくなると思われる。このため、ロータからの磁界を正弦波状に近づけるには、磁極端部付近および磁極間の空間における形状の工夫が重要と考えられる。
【0027】
以上の検討から、永久磁石式回転電機におけるトルクリップルの低減には、次の構成の採用が有効であることが確認された。（１）磁極端部のパーミアンスの急激な変化を抑制するため、磁極端部に突起部を形成する。これにより、突起部の磁気抵抗が大きいことを利用して、磁極端部付近のエアギャップの磁界の変化を緩やかにすることができる。
（２）ブリッジ部をステータから径方向内側に離す。これにより、ブリッジ部を通して磁界がエアギャップに出ることを防止することができる。
（３）ｑ軸方向のコア最外周部をステータから径方向内側に離す。これにより、ｑ軸方向のコア最外周部を通して磁界がエアギャップに出ることを防止することができる。
（４）突起部とブリッジ部の間に側面部を設け、ブリッジ部とｑ軸方向のコア最外周部を側面部より径方向内側として、これらを突起部から径方向内側に離す。これにより、突起部を通る磁界がブリッジ部とｑ軸方向のコア最外周部を経由して供給されることを防止することができる。
【0028】
なお、上記（４）の構成を採用しないと、ブリッジ部またはｑ軸方向のコア最外周部から突起部を経由した磁界がエアギャップに供給されやすくなる。すると、突起部を通る磁界がブリッジ部またはｑ軸方向のコア最外周部を通る磁界とともに変動し、ブリッジ部またはｑ軸方向のコア最外周部からの磁界がエアギャップに供給されるのと同様になるため、トルクリップル低減の障害になる。そのため、上記（４）の構成もトルクリップルの低減に必要となる。
【0029】
以上の構成により、磁極端部からエアギャップへ通る磁界を、ほぼ基部から突起部を経由する磁界のみとすることができる。その結果、突起部の磁気抵抗が大きいために、磁極端部付近のエアギャップにおけるロータからの磁界がなだらかになり、正弦波状に近づけることが可能になると考えられる。
【0030】
図１〜図３で説明した本実施形態の永久磁石式回転電機１の構成は、以上の検討結果を踏まえて決定されたものである。すなわち、側面部２４１の存在により、ブリッジ部２４２とｑ軸外周部２４４が突起部２２２（第１突起部２２２ａ、第２突起部２２２ｂ）に近づかないように配置されている。これにより、永久磁石２１０（第１永久磁石２１０ａ、第２永久磁石２１０ｂ）により生じた磁界がブリッジ部２４２もしくはｑ軸外周部２４４を経由して突起部２２２に供給されにくくなっている。その結果、磁極部２２０からエアギャップ３０へ通る磁界は、ほぼ基部２３０から突起部２２２を経由する磁界のみとなる。したがって、突起部２２２の磁気抵抗が大きいために、磁極部２２０付近のエアギャップ３０における回転子２０からの磁界がなだらかになり、正弦波状に近づけることが可能になる。これは、エアギャップ長を短縮できるＩＰＭ回転電機において好適である。特に、本実施形態の永久磁石式回転電機１のように、１つの磁極を通過する磁束量を多くできるＶＩＰＭ構造の回転電機において好適である。
【0031】
なお、量産時の制約等により、突起部２２２の先端には一定以上の厚さが必要である。本実施形態では、例えば、突起部２２２の根本側の厚さを、電磁鋼板の厚さの４０％以上になるように形成することが好ましい。
【0032】
以上で説明したような形状の磁極部２２０および第１空間部２４０を用いることにより、トルクリップルの低減に優れたロータコアである回転子コア２００と、それを用いた回転子２０および永久磁石式回転電機１とを得ることができる。
【0033】
本実施形態の永久磁石式回転電機１の特性を磁場解析により計算した結果、エアギャップ長を0.5mmとした場合には、トルクリップルが0.76％と計算された。これに対して、図４に示すような蒲鉾型の磁極形状を有する一般的なＩＰＭ構造の回転電機を比較例１として、この比較例１の特性を磁場解析により計算した結果、トルクリップルが1.93％と計算された。なお、図４は、比較例１に係る回転子の断面の磁極付近の拡大図である。また、上記のトルクリップルの計算結果は、固定子１０、回転子２０、および、エアギャップ３０の磁束分布と、エアギャップ３０の電磁応力とを、有限要素法による磁界解析でそれぞれ計算し、回転角に対応するトルクを算出することにより得られたものである。
【0034】
これにより、本実施形態の構成によれば、トルクリップルを十分に小さくできることが分かる。さらに加えて、エアギャップ長を短縮でき、そのため磁石使用量に対するトルク出力を大きくできることも分かる。
【0035】
なお、本実施形態の永久磁石式回転電機１をＥＰＳ装置に用いることで、車室内に伝搬する振動や騒音を抑制できる。また、その他の自動車用電動補機装置、たとえば電動ブレーキを行う自動車用電動補機装置に適用することでも、振動や騒音を抑制することが可能である。さらには、本実施形態の永久磁石式回転電機１の採用は自動車分野に限定されず、低振動化が好ましい産業用の永久磁石式回転電機全般にも適用可能である。
【0036】
（第２の実施形態）次に、図５Ａおよび図５Ｂを用いて、本発明の第２の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図５Ａは、第２の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第１の実施形態で説明した図３と対応している。図５Ｂは、第２の実施形態における突起端部付近の拡大図であり、基部２３０のうち第２突起部２２２ｂを含む部分を拡大して示した図である。なお、第１の実施形態と共通の部分は説明を一部省略する。
【0037】
本実施形態の永久磁石式回転電機１における磁極部２２０は、図５Ａおよび図５Ｂに示すような構造を有している。この構造では、第１の実施形態と同様に、磁極部２２０は第１突起部２２２ａと第２突起部２２２ｂを有するが、これらの形状が第１の実施形態とは異なっている。具体的には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１突起部２２２ａの端部と第２突起部２２２ｂの端部である第２突起端部２２５ｂとを結ぶ仮想線分を第１線分２５０と定義すると、第２突起端部２２５ｂと側面部２４１との間の面は、第１線分２５０よりも外径側に位置している。これにより、第１線分２５０と第２突起部２２２ｂの間に、第１線分２５０に面する空間２５１が設けられるように、第２突起部２２２ｂが形成されている。なお、第１突起部２２２ａも同様の形状を有している。
【0038】
図６は、本発明による実施例１、２と比較例１とのトルクリップルの相違を説明する図である。図６では、図４に示したような蒲鉾型の磁極形状を有する一般的な構造のＩＰＭ回転電機を比較例１として、この比較例１と本発明による実施例１および実施例２とのトルクリップルおよびコギングトルクを示すと共に、実施例２のトルクを１としたときの比較例１および実施例１のトルク比を示している。図６に示す各例でのトルクリップルおよびコギングトルクの値は、固定子１０、回転子２０、および、エアギャップ３０の磁束分布と、エアギャップ３０の電磁応力とを、有限要素法による磁界解析でそれぞれ計算し、回転角に対応するトルクを算出することにより得られたものである。なお、実施例１は、図３に示した磁極構造を有する第１の実施形態の永久磁石式回転電機１に相当し、実施例２は、図５Ａに示した磁極構造を有する第２の実施形態の永久磁石式回転電機１に相当する。
【0039】
エアギャップ長を0.5mmとした場合、図６に示すように、実施例１のトルクリップルは0.56％、実施例２のトルクリップルは0.68％であるため、いずれも十分に小さく、トルクリップル低減という本発明の目的を達成できることが分かる。一方、これらに比べて、比較例１のトルクリップルは1.9％と大きいため、本発明の目的を達成することが困難であることが分かる。
【0040】
また、図６に示すように、実施例１のコギングトルクは0.4mN・mであり、実施例２のコギングトルクは0.3mN・mであるため、コギングトルクも十分に小さいことが分かる。これに対して、比較例１のコギングトルクは2.34mN・mであり、製造誤差の影響等を考慮すると、コギングトルクの低減が不十分であることが分かる。さらに、図６に示すように、実施例２を基準としたトルク比は、実施例１ではほぼ１であるが、比較例１では0.68となっている。これにより、比較例１では小型でトルク出力が大きいという目的を達成することが困難であることが分かる。
【0041】
比較例１のような従来の構造による回転電機では、第１および第２の実施形態で説明した突起部２２２が磁極に設けられていないため、磁極端部で磁界の通りにくさと通りやすさの変化が極端に生じる。特にエアギャップが小さいときは、磁極端部付近の磁界の変化が大きくなる。その結果、ロータからの磁界が正弦波状から外れてしまい、トルクリップルが大きくなると考えられる。一方、実施例１および実施例２では、突起部２２２を設けることで、比較例１と比べてトルクリップルを低減している。
【0042】
以上の比較検討から、実施例１および実施例２の構成は、トルクリップル、コギングトルク、トルク比、の何れの面でも優れており、効果のあることが示された。すなわち、本発明による永久磁石式回転電機１の構造は、トルクリップル低減に有効な構造である。
【0043】
なお、本実施形態についても第１の実施形態と同様に、本実施形態の永久磁石式回転電機１をＥＰＳ装置に用いることで、車室内に伝搬する振動や騒音を抑制できる。また、その他の自動車用電動補機装置、たとえば電動ブレーキを行う自動車用電動補機装置に適用することでも、振動や騒音を抑制することが可能である。さらには、本実施形態の永久磁石式回転電機１の採用は自動車分野に限定されず、低振動化が好ましい産業用の永久磁石式回転電機全般にも適用可能である。
【0044】
（第３の実施形態）次に、図７Ａを用いて、本発明の第３の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図７Ａは、第３の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第１、第２の実施形態でそれぞれ説明した図３、５と対応している。なお、第１、第２の実施形態と共通の部分は説明を一部省略する。
【0045】
第１の実施形態で説明した永久磁石式回転電機１は、１４極１８スロット集中巻の回転電機であったが、本実施形態の永久磁石式回転電機１は、１０極６０スロット分布巻の回転電機である。本実施形態の固定子１０は、例えば次のようにして形成される。まず、電磁鋼板の一体打ち抜きコアを積層したステータコア積層体により、内周側に放射状のティース１３０を複数形成する。次に、各ティース１３０に巻線を巻き回して巻線１４０を形成した後、図示しないハウジングに焼嵌めまたは圧入して一体化する。このようにして、固定子１０が形成される。
【0046】
本実施形態の永久磁石式回転電機１における磁極部２２０は、図７Ａに示すように、第２の実施形態と同様の構造を有している。すなわち、磁極部２２０は第１突起部２２２ａと第２突起部２２２ｂを有し、第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂの端部と側面部２４１との間の面は、第１線分２５０よりも外径側にそれぞれ位置している。これにより、第１線分２５０と第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂとの間にそれぞれ空間が設けられるように、第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂが形成されている。
【0047】
本実施形態の永久磁石式回転電機１の特性を磁場解析により計算すると、トルクリップルが0.82％であった。これにより、１０極６０スロット分布巻の回転電機においても、トルクリップルが小さいという特性を得ることができることが分かる。また、コギングトルクについても0.3mN・mと十分に小さくできる。したがって、１４極１８スロット集中巻以外の極スロット組合せや巻線方式においても効果を有することが確認できた。なお、上記のトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.7mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0048】
（第４の実施形態）次に、図７Ｂを用いて、本発明の第４の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。本実施形態の永久磁石式回転電機１は、第３の実施形態と同様に、１０極６０スロット分布巻の回転電機である。図７Ｂは、第４の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第１〜第３の実施形態でそれぞれ説明した図３、５、７Ａと対応している。なお、第１〜第３の実施形態と共通の部分は説明を一部省略する。
【0049】
本実施形態の永久磁石式回転電機１における磁極部２２０は、図７Ｂに示すように、第１の実施形態と同様の構造を有している。すなわち、磁極部２２０は、図３に示したのと同様の形状である第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂを有する。
【0050】
本実施形態の永久磁石式回転電機１の特性を磁場解析により計算すると、トルクリップルが0.85％であった。これにより、１０極６０スロット分布巻の回転電機においても、トルクリップルが小さいという特性を得ることができることが分かる。また、コギングトルクについても0.8mN・mと十分に小さくできる。したがって、１４極１８スロット集中巻以外の極スロット組合せや巻線方式においても効果を有することが確認できた。なお、上記のトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.7mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0051】
（第５の実施形態）次に、図８Ａから図９を用いて、本発明の第５の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。本実施形態の永久磁石式回転電機１は、第１、第２の実施形態と同様に、１４極１８スロット集中巻の回転電機である。図８Ａ、８Ｂ、８Ｄ、８Ｅおよび８Ｆは、第５の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第１〜第４の実施形態でそれぞれ説明した図３、５、７Ａ、７Ｂと対応している。図８Ｃは、第５の実施形態に係る回転子２０の軸方向端面の断面図である。なお、第１〜第４の実施形態と共通の部分は説明を一部省略する。
【0052】
本実施形態の永久磁石式回転電機１における回転子コア２００は、第１の実施形態で説明したように、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される。この複数の電磁鋼板は、図８Ａに示す形状のものと、図８Ｂに示す形状のものとに分類される。以下では、図８Ａに示す形状の電磁鋼板を「第１板」、図８Ｂに示す形状の電磁鋼板を「第２板」とそれぞれ称する。すなわち、本実施形態の回転子コア２００は、第１板および第２板がそれぞれ複数ずつ積層されて構成されている。第１板および第２板は、軸方向締結部２６１によって軸方向に互いに締結されている。
【0053】
図８Ａに示すように、第１板は、第１の実施形態で説明したのと同様の磁極構造を有している。すなわち、第１板の磁極部２２０は、図３に示したのと同様の形状である第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂを有しており、第１空間部２４０と収納空間２１２の間に形成されたブリッジ部２４２と接続部２４３において接続されている。一方、図８Ｂに示すように、第２板では第１空間部２４０と収納空間２１２の間にブリッジ部２４２が形成されていない。そのため、磁極部２２０とｑ軸外周部２４４の間には、収納空間２１２と第１空間部２４０の間を貫通する開口部が形成されている。なお、第１板と第２板とは別々の製造工程で製造されるものであってもよいし、第１板からブリッジ部２４２を切除することで第２板を製造してもよい。
【0054】
図８Ｃに示すように、本実施形態の回転子コア２００の軸方向端面には、ブリッジ部２４２を有する第１板が配置されている。図８Ｃにおいて、第１の実施形態で説明した図２の断面図との違いは、磁極部２２０に軸方向締結部２６１がそれぞれ設けられている点である。回転子コア２００を構成する複数の電磁鋼板、すなわち複数の第１板および第２板は、軸方向締結部２６１に挿入される図示しない締結シャフトにより、軸方向に互いに締結して積層されている。そのため、第１板のブリッジ部２４２により、収納空間２１２に収納された永久磁石２１０が回転面内で保持され、回転子コア２００の積層体と連結されている。
【0055】
本実施形態の回転子コア２００では、回転時の強度に問題のない範囲であれば、第１板を減らして第２板を増加することにより、ブリッジ部２４２を経由する磁束の漏れを低減して、トルクを増加させることができる。但し、組立て時の積厚調整のために軸方向端面の積層板を１枚取り除く場合があるため、組立て開始時の軸方向端部における第１板の積層数は、少なくとも一方の端部において２枚以上であることが望ましい。
【0056】
以上説明したように、本実施形態の回転子コア２００は、複数の第１板および第２板が軸方向に締結積層された構造を有している。ここで、第１板と第２板の違いは、ブリッジ部２４２の有無のみである。そのため、本実施形態の回転子コア２００では、図８Ｄに示すように、ブリッジ部２４２が部分的に連結されて、軸方向に厚さを持つ３次元的な構造になっている。なお、図８Ｄでは、破線で示した部分連結ブリッジ部２４２Ａにより、部分連結されたブリッジ部２４２の軸方向への射影を表している。磁極部２２０は、部分接続部２４３Ａにおいて、この部分連結ブリッジ部２４２Ａと接続されている。
【0057】
本実施形態によれば、ブリッジ部２４２を部分連結ブリッジ部２４２Ａとしたことで、この部分における磁束漏れが減少する。そのため、第１の実施形態と同じトルクを同じ積層厚で得る際に、永久磁石２１０の極性面の幅を小さくできるため、磁石量をより低減することが可能である。
【0058】
なお、本実施形態の回転子コア２００では、永久磁石２１０の飛散防止のために、少なくとも第２板において収納空間２１２と第１空間部２４０の間を貫通している開口部を覆うことができるカバーを設けることが好ましい。例えば、図８Ｅに示すように、磁極部２２０および第１空間部２４０を含む回転子コア２００の表面を全周方向に覆うカバー２６５を用いることができる。このカバー２６５の材質には、例えば非磁性の金属または合成樹脂を使用することができる。また、例えば図８Ｆに示すように、第１空間部２４０に接着剤や合成樹脂を塗布し、これをカバー２６５として用いることもできる。この場合、第１空間部２４０に隣接する回転子２０の軸方向端部にも接着剤や合成樹脂を塗布し、各磁極部２２０の周囲を覆う形状として固化することが好ましい。これにより、接着剤や合成樹脂で構成されたカバー２６５のはく離を防止して、永久磁石２１０の飛散防止が可能になる。また、回転子２０の軸方向端面における永久磁石２１０の表面またはカバー２６５の表面の少なくとも一方は、エンドプレートを配置して覆うこととしてもよい。これにより、さらなる永久磁石２１０の飛散防止が可能になる。
【0060】
本実施形態の磁極部２２０は、図８Ｄに示したように、ブリッジ部２４２が部分的に連結された部分連結ブリッジ部２４２Ａを有している。そのため、A-A'断面における第１板と第２板の配置は、例えば図９に示すようになっている。図９では、第１板２６２が軸方向の両端部において複数枚ずつ配置されると共に、両端部以外では一定間隔で配置されている。この一定間隔で配置された第１板２６２の間には、第２板２６３が複数枚ずつ配置されている。すなわち、回転子コア２００を構成する複数の積層板における第１板２６２の積層比率は、軸方向の中心部よりも両端部のほうが高くなっており、両端部を除いた部分では、第１板２６２の積層比率が均等になるように、第１板２６２および第２板２６３が配置されている。また、第１板２６２は第２板２６３よりも配置数が少なく、第２板２６３においてブリッジ部２４２が設けられていない部分が、第１空間部２４０と収納空間２１２とを貫通する開口部２６４を形成している。
【0061】
本実施形態によれば、ブリッジ部２４２を経由する磁束の漏れを低減してトルクを増加させつつ、軸方向端部における回転子コア２００の剛性を高めて、一体化された回転子コア２００の強度を確保することができる。なお、本実施形態では全積層板中での第１板の積層数の比率を0.15としたが、他の比率としてもよい。
【0062】
（第６の実施形態）次に、図１０を用いて、本発明の第６の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図１０は、第６の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第５の実施形態で説明した図８Ｄと対応している。本実施形態の回転子コア２００は、第５の実施形態で説明したのと同様に、ブリッジ部２４２を有する第１板と、ブリッジ部２４２を有しない第２板とが、それぞれ複数ずつ積層されて構成されている。すなわち、図１０に示すように、ブリッジ部２４２が部分的に連結されて、軸方向に厚さを持つ３次元的な構造になっている。なお、図１０では、破線で示した部分連結ブリッジ部２４２Ａにより、部分連結されたブリッジ部２４２の軸方向への射影を表している。磁極部２２０は、部分接続部２４３Ａにおいて、この部分連結ブリッジ部２４２Ａと接続されている。
【0063】
また、本実施形態の永久磁石式回転電機１において、磁極部２２０は、図１０に示すように、第２および第３の実施形態と同様の構造を有している。すなわち、磁極部２２０は第１突起部２２２ａと第２突起部２２２ｂを有し、第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂの端部と側面部２４１との間の面は、第１線分２５０よりも外径側にそれぞれ位置している。これにより、第１線分２５０と第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂとの間にそれぞれ空間が設けられるように、第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂが形成されている。
【0064】
本実施形態の構成では、第５の実施形態と同様に、ブリッジ部２４２を部分連結ブリッジ部２４２Ａとしたことで、この部分における磁束漏れが減少する。そのため、第２の実施形態と同じトルクを同じ積厚で得る際に、永久磁石２１０の極性面の幅を小さくできるため、磁石量をより低減することが可能である。なお、本実施形態でも第５の実施形態と同様に、図８Ｅ、図８Ｆで説明したようなカバー２６５を設けて、永久磁石２１０の飛散防止を図ることが好ましい。
【0065】
図１１は、本実施形態の回転子コア２００を構成する複数の積層板における第１板の積層比率に対するトルク比、コギングトルク、トルクリップルの比較を示す図である。以下では図１１を参照して、本実施形態の効果を説明する。図１１では、第１板の積層比率が1.0、0.5、0.25、0.15のそれぞれの場合でのトルクリップルおよびコギングトルクと、第１板の積層比率が1.0である場合のトルクを１としたときのトルク比とを示している。なお、図１１のトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.5mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0066】
図１１に示すように、トルクリップルについては、第１板の積層比率が1.0である場合の0.83％から、第１板の積層比率が0.15である場合の0.75％まで、第１板の積層比率が小さくなるにつれて低減している。いずれの場合でも、トルクリップルは十分に小さく、本発明の目的を達成できることが分かる。また、トルク比については、第１板の積層比率が1.0の場合と比べて、第１板の積層比率が0.15の場合には1.13であり、第１板の積層比率が小さくなるにつれて上昇している。これにより、本実施形態の回転子コア２００は、ブリッジの部分連結の効果によってトルクが増加しており、小型かつ大トルクの永久磁石式回転電機において低トルクリップル化に適した構成であることが分かる。また、コギングトルクについては、第１板の積層比率が1.0である場合の1.17mN・mから、第１板の積層比率が0.15である場合の0.16mN・mまで、第１板の積層比率が小さくなるにつれて低減している。いずれの場合でも、コギングトルクは十分に小さいことが分かる。
【0067】
図１２は、本発明による実施例５、６と比較例１とのトルクリップルの相違を説明する図である。図１２では、前述の図４に示したような蒲鉾型の磁極形状を有する一般的な構造のＩＰＭ回転電機を比較例１として、この比較例１と本発明による実施例５および実施例６とのトルクリップルおよびコギングトルクを示すと共に、実施例６のトルクを１としたときの比較例１および実施例５のトルク比を示している。なお、実施例５は、図８Ｄに示した磁極構造を有する第５の実施形態の永久磁石式回転電機１に相当し、実施例６は、図１０に示した磁極構造を有する第６の実施形態の永久磁石式回転電機１に相当する。また、図１２に示す各例でのトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.5mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0068】
図１２に示すように、実施例５のトルクリップルは0.63％、実施例６のトルクリップルは0.75％であるため、いずれも十分に小さく、トルクリップル低減という本発明の目的を達成できることが分かる。一方、これらに比べて、比較例１のトルクリップルは1.9％と大きいため、本発明の目的を達成することが困難であることが分かる。
【0069】
また、図１２に示すように、実施例６を基準としたトルク比は、実施例５ではほぼ１であるのに対して、比較例１では0.68となっている。これにより、比較例１と比べて、実施例５および実施例６では、小型でトルク出力が大きな永久磁石式回転電機を実現できることが分かる。さらに、図１２に示すように、実施例５のコギングトルクは0.43mN・mであり、実施例６のコギングトルクは0.17mN・mであるため、いずれも十分に小さいことが分かる。これに対して、比較例１のコギングトルクは2.34mN・mであり、製造誤差の影響等を考慮すると、コギングトルクの低減が不十分であることが分かる。
【0070】
以上説明したように、本発明による実施例５および実施例６の構成は、一般的な構成に対して大きな効果を有する。
【0071】
図１５は、本発明による実施例５、６と比較例２、３とのトルクリップルの相違を説明する図である。図１５では、図１３、１４に示すような磁極形状を有するＩＰＭ回転電機をそれぞれ比較例２、３として、これらの比較例２、３と本発明による実施例５および実施例６とのトルクリップルおよびコギングトルクを示すと共に、実施例６のトルクを１としたときの比較例２、３および実施例５のトルク比を示している。図１３に示す比較例２は、磁石が周方向と略平行に配置され、磁極部の両端に突起を有している。図１４に示す比較例３は、磁極部の端部がやや斜めの蒲鉾型形状に形成され、磁極部の間の空間底部がｑ軸方向に突出したＶＩＰＭ構造を有している。なお、実施例５、６は、図１２で説明したのと同様である。また、図１５に示す各例でのトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.5mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0072】
図１５に示すように、実施例５のトルクリップルは0.63％、実施例６のトルクリップルは0.75％であるため、いずれも十分に小さく、トルクリップル低減という本発明の目的を達成できることが分かる。一方、これらに比べて、比較例２のトルクリップルは1.1％であり、トルクリップルの低減がやや不十分である。また、比較例３のトルクリップルは2.32％と大きい。そのため、いずれも本発明の目的を達成することが困難であることが分かる。
【0073】
また、図１５に示すように、実施例６を基準としたトルク比は、実施例５ではほぼ１であるのに対して、比較例２では0.79、比較例３では0.85となっている。これにより、比較例２および３と比べて、実施例５および実施例６では、小型でトルク出力が大きな永久磁石式回転電機を実現できることが分かる。さらに、図１５に示すように、実施例５のコギングトルクは0.49mN・mであり、実施例６のコギングトルクは0.17mN・mであるため、いずれも十分に小さいことが分かる。これに対して、比較例２のコギングトルクは1.4mN・m、比較例３のコギングトルクは1.02mN・m、であり、コギングトルクの低減が不十分であることが分かる。
【0074】
以上説明したように、本発明による実施例５および実施例６の構成は、比較例２のように磁極部の両端に突起を有する蒲鉾型の磁極形状や、比較例３のようにｑ軸方向のコア最外周部が磁極側面部よりも突出した形状の構成に対しても、トルクリップルやコギングトルクの低減に大きな効果を有する。したがって、本発明の目的であるトルクリップルの低減に対して効果的であると共に、小型でトルク出力が大きく、コギングトルクが小さい永久磁石式回転電機を実現可能である。
【0075】
（第７の実施形態）次に、図１６を用いて、本発明の第７の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図１６は、第７の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第５の実施形態で説明した図８Ｄと対応している。本実施形態の回転子コア２００において、磁極部２２０は、図１６に示すように、第５の実施形態よりも基部２３０の幅が短縮されている。それ以外の点は、第５の実施形態と同様である。すなわち、図１６に示すように、ブリッジ部２４２を有する第１板と、ブリッジ部２４２を有しない第２板とが、それぞれ複数ずつ積層されて構成されることで、ブリッジ部２４２が部分的に連結されて、軸方向に厚さを持つ３次元的な構造になっている。なお、図１６では、破線で示した部分連結ブリッジ部２４２Ａにより、部分連結されたブリッジ部２４２の軸方向への射影を表している。磁極部２２０は、部分接続部２４３Ａにおいて、この部分連結ブリッジ部２４２Ａと接続されている。
【0076】
図１９は、本発明による実施例７と比較例４、５とのトルクリップルの相違を説明する図である。図１９では、図１７、１８に示すような磁極形状を有するＩＰＭ回転電機をそれぞれ比較例４、５として、これらの比較例４、５と本発明による実施例７とのトルクリップルを示すと共に、実施例７のトルクを１としたときの比較例４、５のトルク比を示している。図１７に示す比較例４は、磁極部の両端が突起と一体化されて斜めに形成されたＶＩＰＭ構造を有している。図１８に示す比較例５は、磁極部の両端が突起と一体化されて蒲鉾型形状に形成されたＶＩＰＭ構造を有している。なお、実施例７は、図１６に示した磁極構造を有する第７の実施形態の永久磁石式回転電機１に相当する。また、図１９に示す各例でのトルクリップルは、エアギャップ長を0.5mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0077】
図１９に示すように、実施例７のトルクリップルは0.74％であるのに対して、比較例４のトルクリップルは1.24％、比較例５のトルクリップルは1.12％である。すなわち、実施例７のトルクリップルは、比較例４、５と比べて約1/1.5倍となっている。そのため、実施例７はトルクリップルが十分に小さく、トルクリップル低減という本発明の目的を達成できることが分かる。一方、比較例４、５では、トルクリップルの低減がやや不十分であり、本発明の目的を達成することが困難であることが分かる。
【0078】
また、図１９に示すように、実施例７を基準としたトルク比は、比較例４では0.97であり、比較例５では0.85である。これにより、比較例４および５と比べて、実施例７では、小型でトルク出力が大きな永久磁石式回転電機を実現できることが分かる。
【0079】
以上説明したように、本実施形態の回転子コア２００では、磁極部２２０が比較例４、５にはない突起部２２２（第１突起部２２２ａ、第２突起部２２２ｂ）と側面部２４１とを有している。この構成により、トルクリップルの低減を実現できることが分かる。
【0080】
図２２は、本発明による実施例５と比較例３、６、７とのトルクリップルの相違を説明する図である。図２２では、図２０、２１に示すような磁極形状を有するＩＰＭ回転電機をそれぞれ比較例６、７として、これらの比較例６、７および前述の図１４に示した比較例３と、第５の実施形態で説明した実施例５とのトルクリップルを示すと共に、実施例５のトルクを１としたときの比較例３、６、７のトルク比を示している。図２０に示す比較例６は、磁極部の間の空間底部がｑ軸方向に突出したＶＩＰＭ構造を有している。図２１に示す比較例７は、磁極部の端部がやや斜めの蒲鉾型形状に形成されたＶＩＰＭ構造を有している。なお、図２２に示す各例でのトルクリップルは、エアギャップ長を0.5mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0081】
図２２に示すように、実施例５のトルクリップルは0.63％と十分に小さく、トルクリップル低減という本発明の目的を達成できることが分かる。これに対して、比較例６のトルクリップルは1.18％、比較例７のトルクリップルは1.86％、比較例３のトルクリップルは2.32％である。すなわち、比較例６ではトルクリップルの低減がやや不十分であり、比較例７、３ではトルクリップルが大きく、いずれも本発明の目的を達成することが困難であることが分かる。
【0082】
以上のように、本発明の回転子コア２００では、ｑ軸外周部２４４が側面部２４１よりも径方向で内周側に配置されていることと、磁極部２２０が突起部２２２（第１突起部２２２ａ、第２突起部２２２ｂ）および側面部２４１を有していることにより、トルクリップルが大きく低減していくことが分かる。
【0083】
また、図２２に示すように、実施例５を基準としたトルク比は、比較例６では0.98である。すなわち、比較例６は実施例５よりもトルク出力が減少している。また、ブリッジ部が全連結されている比較例７では0.88、比較例３では0.85である。これにより、比較例３および７と比べて、実施例５では、小型でトルク出力が大きな永久磁石式回転電機を実現できることが分かる。
【0084】
（第８の実施形態）次に、図２３を用いて、本発明の第８の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図２３は、第８の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第３の実施形態で説明した図７Ａと対応している。
【0085】
本実施形態の永久磁石式回転電機１は、第３の実施形態と同様に、１０極６０スロット分布巻の回転電機である。また、本実施形態の回転子コア２００は、第５の実施形態と同様に、第１板および第２板がそれぞれ複数ずつ積層されて構成されている。すなわち、図２３に示すように、ブリッジ部２４２を有する第１板と、ブリッジ部２４２を有しない第２板とが、それぞれ複数ずつ積層されて構成されることで、ブリッジ部２４２が部分的に連結されて、軸方向に厚さを持つ３次元的な構造になっている。なお、図２３では、破線で示した部分連結ブリッジ部２４２Ａにより、部分連結されたブリッジ部２４２の軸方向への射影を表している。磁極部２２０は、部分接続部２４３Ａにおいて、この部分連結ブリッジ部２４２Ａと接続されている。
【0086】
また、本実施形態の永久磁石式回転電機１において、磁極部２２０は、図２３に示すように、第２および第３の実施形態と同様の構造を有している。すなわち、磁極部２２０は第１突起部２２２ａと第２突起部２２２ｂを有し、第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂの端部と側面部２４１との間の面は、第１線分２５０よりも外径側にそれぞれ位置している。これにより、第１線分２５０と第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂとの間にそれぞれ空間が設けられるように、第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂが形成されている。
【0087】
本実施形態の構成では、第５の実施形態と同様に、ブリッジ部２４２を部分連結ブリッジ部２４２Ａとしたことで、この部分における磁束漏れが減少する。そのため、第３の実施形態と同じトルクを同じ積厚で得る際に、永久磁石２１０の極性面の幅を小さくできるため、磁石量をより低減することが可能である。なお、本実施形態でも第５の実施形態と同様に、図８Ｅ、図８Ｆで説明したようなカバー２６５を設けて、永久磁石２１０の飛散防止を図ることが好ましい。
【0088】
本実施形態の永久磁石式回転電機１の特性を磁場解析により計算すると、トルクリップルが1.0％であった。これにより、１０極６０スロット分布巻の回転電機においても、トルクリップルが小さいという特性を得ることができることが分かる。また、コギングトルクについても0.4mN・mと十分に小さくできる。したがって、１４極１８スロット集中巻以外の極スロット組合せや巻線方式においても効果を有することが確認できた。なお、上記のトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.7mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0089】
（第９の実施形態）次に、図２４を用いて、本発明の第９の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。図２４は、第９の実施形態に係る回転子２０の断面の磁極付近の拡大図であり、第４の実施形態で説明した図７Ｂと対応している。
【0090】
本実施形態の永久磁石式回転電機１は、第４の実施形態と同様に、１０極６０スロット分布巻の回転電機である。また、本実施形態の回転子コア２００は、第５の実施形態と同様に、第１板および第２板がそれぞれ複数ずつ積層されて構成されている。すなわち、図２４に示すように、ブリッジ部２４２を有する第１板と、ブリッジ部２４２を有しない第２板とが、それぞれ複数ずつ積層されて構成されることで、ブリッジ部２４２が部分的に連結されて、軸方向に厚さを持つ３次元的な構造になっている。なお、図２４では、破線で示した部分連結ブリッジ部２４２Ａにより、部分連結されたブリッジ部２４２の軸方向への射影を表している。磁極部２２０は、部分接続部２４３Ａにおいて、この部分連結ブリッジ部２４２Ａと接続されている。
【0091】
また、本実施形態の永久磁石式回転電機１において、磁極部２２０は、図２４に示すように、第４の実施形態と同様の構造を有している。すなわち、磁極部２２０は、第１の実施形態において図３に示したのと同様の形状である第１突起部２２２ａおよび第２突起部２２２ｂを有する。
【0092】
本実施形態の構成では、第５の実施形態と同様に、ブリッジ部２４２を部分連結ブリッジ部２４２Ａとしたことで、この部分における磁束漏れが減少する。そのため、第４の実施形態と同じトルクを同じ積厚で得る際に、永久磁石２１０の極性面の幅を小さくできるため、磁石量をより低減することが可能である。なお、本実施形態でも第５の実施形態と同様に、図８Ｅ、図８Ｆで説明したようなカバー２６５を設けて、永久磁石２１０の飛散防止を図ることが好ましい。
【0093】
本実施形態の永久磁石式回転電機１の特性を磁場解析により計算すると、トルクリップルが1.0％であった。これにより、１０極６０スロット分布巻の回転電機においても、トルクリップルが小さいという特性を得ることができることが分かる。また、コギングトルクについても0.1mN・mと十分に小さくできる。したがって、１４極１８スロット集中巻以外の極スロット組合せや巻線方式においても効果を有することが確認できた。なお、上記のトルクリップルとコギングトルクは、エアギャップ長を0.7mmとして、図６と同じ方法で計算されたものである。
【0094】
（第１０の実施形態）次に、図２５Ａ、２５Ｂを用いて、本発明の第１０の実施形態に係る永久磁石式回転電機１を説明する。本実施形態の永久磁石式回転電機１における回転子コア２００では、軸方向に積層された第１板および第２板が、図２５Ａ、図２５Ｂに示すように、第５の実施形態で説明したのとは異なる形状をそれぞれ有している。具体的には、本実施形態の第１板には、図２５Ａに示すように、ブリッジ部２４２が形成されておらず、その代わりに、収納空間２１２内に永久磁石２１０を保持するための磁石留め部２４５が形成されている。磁極部２２０は、その中央部がブリッジ部２４２ｂを介して回転子コア２００と接続されている。また、本実施形態の第２板には、図２５Ｂに示すように、第１板と同様の磁石留め部２４５が形成されている。これらの第１板および第２板は、軸方向締結部２６１によって軸方向に互いに締結されている。
【0095】
本実施形態では、磁極部２２０の中央部分がブリッジ部２４２ｂを介して回転子コア２００と接続されている。そのため、磁極部２２０の両端部分がブリッジ部２４２を介して回転子コア２００と接続されている第５の実施形態と比べて、径方向の引っ張りには強くなるが、周方向の変位には弱くなる。本実施形態では、この点を考慮してブリッジ部２４２ｂの幅と数を決定することになる。なお、第５の実施形態と比較すると、本実施形態では収納空間２１２が中央のブリッジ部２４２ｂで二つに分断されており、第１永久磁石２１０ａおよび第２永久磁石２１０ｂがブリッジ部２４２ｂと磁石留め部２４５に挟まれて配置される。そのため、これらの磁石の幅がやや小さくなる傾向になる。
【0096】
また、本実施形態では部分連結ブリッジ部２４２Ａが存在しないため、第５の実施形態で説明した図９の開口部２６４とは異なり、第１空間部２４０と収納空間２１２の間に、軸方向に連続した開口部が形成される。したがって、本実施形態でも第５の実施形態と同様に、図８Ｅ、図８Ｆで説明したようなカバー２６５を開口部を覆うように設けて、永久磁石２１０の飛散防止を図ることが好ましい。
【0097】
以上説明したように、本発明の各実施形態による回転子コア２００の構成は、従来の構成と比較して、トルクリップル、コギングトルク、トルク比、の何れの面でも優れており、効果のあることが示された。すなわち、各実施形態で説明した永久磁石式回転電機１の構造は、トルクリップル低減に有効な構造である。
【0098】
なお、第３〜第１０の各実施形態についても、第１、第２の実施形態と同様に、各実施形態の永久磁石式回転電機１をＥＰＳ装置に用いることで、車室内に伝搬する振動や騒音を抑制できる。また、その他の自動車用電動補機装置、たとえば電動ブレーキを行う自動車用電動補機装置に適用することでも、振動や騒音を抑制することが可能である。さらには、各実施形態の永久磁石式回転電機１の採用は自動車分野に限定されず、低振動化が好ましい産業用の永久磁石式回転電機全般にも適用可能である。
【0099】
以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【0100】
（１）回転子コア２００は、複数の積層板により構成されかつ永久磁石２１０の収納空間２１２を形成する。回転子コア２００における複数の積層板のうち少なくとも２つは、収納空間２１２よりも外周側に形成された基部２３０を有する磁極部２２０と、磁極部２２０に接続されたブリッジ部２４２または２４２ｂとを有する。磁極部２２０は、周方向に複数設けられており、周方向に隣り合う一対の磁極部２２０の基部２３０の間には、第１空間部２４０が形成されている。周方向に隣り合う一対の磁極部２２０の中間に位置して第１空間部２４０に接するｑ軸外周部２４４は、基部２３０よりも内周側に設けられている。基部２３０は、第１空間部２４０に接する側面部２４１と、側面部２４１よりも外周側に設けられかつ側面部２４１に対して周方向に突出する突起部２２２とを有する。ブリッジ部２４２、２４２ｂは、側面部２４１よりも内周側に配置されている。このようにしたので、トルクリップルを十分に低減することができる。
【0101】
（２）第５〜第１０の実施形態では、複数の積層板は、磁極部２２０およびブリッジ部２４２または２４２ｂを有する第１板と、磁極部２２０を有してブリッジ部２４２、２４２ｂを有しない第２板とを含む。第１板の磁極部２２０と第２板の磁極部２２０とは、軸方向に互いに締結されている。このようにしたので、永久磁石２１０の極性面の幅を小さくし、磁石量を低減することが可能である。
【0102】
（３）第５〜第９の実施形態では、第１板のブリッジ部２４２は、磁極部２２０とｑ軸外周部２４４を繋いで収納空間２１２と第１空間部２４０の間に設けられている。また、第２板の磁極部２２０とｑ軸外周部２４４の間には、収納空間２１２と第１空間部２４０の間を貫通する開口部が形成されている。このようにしたので、永久磁石２１０を収納空間２１２内に確実に保持しつつ、磁石量の低減が可能である。
【0103】
（４）第１０の実施形態では、第１板のブリッジ部２４２ｂは、収納空間２１２を分断して磁極部２２０に接続されている。また、第１板および第２板の磁極部２２０とｑ軸外周部２４４の間には、収納空間２１２と第１空間部２４０の間を貫通する開口部が形成されている。このようにしたので、軸方向に連続した開口部が形成され、さらなる磁石量の低減が可能である。
【0104】
（５）第５の実施形態では、複数の積層板は、軸方向に積層されており、この複数の積層板における第１板の積層比率は、軸方向の中心部よりも両端部のほうが高い。このようにしたので、ブリッジ部２４２を経由する磁束の漏れを低減してトルクを増加させつつ、軸方向端部における回転子コア２００の剛性を高めて、一体化された回転子コア２００の強度を確保することができる。
【0105】
（６）回転子２０は、第１〜第１０のいずれかの実施形態による回転子コア２００と、この回転子コア２００に固定されたシャフト３００と、収納空間２１２に配置された永久磁石２１０とを備えて構成される。また、永久磁石式回転電機１は、この回転子２０と、複数の巻線１４０を有して所定のエアギャップ３０を介して回転子２０と対向して配置された固定子１０とを備えて構成される。このようにしたので、トルクリップルを十分に低減した回転電機と、この回転電機に用いられるロータとを実現できる。
【0106】
（７）なお、回転子２０は、第５〜第１０のいずれかの実施形態による回転子コア２００と、この回転子コア２００に固定されたシャフト３００と、収納空間２１２に配置された永久磁石２１０と、前述の開口部を覆うカバー２６５とを備えて構成してもよい。このようにすれば、磁石量を低減しつつ、永久磁石２１０の飛散を防止することができる。
【0107】
（８）永久磁石式回転電機１は、たとえば自動車の電動パワーステアリング用モータとすることができる。また、第３、第４、第８、第９の各実施形態で説明したような１０極６０スロット分布巻、または、第１、第２、第５〜第７、第１０の各実施形態で説明したような１４極１８スロット集中巻の、いずれかの構成を有することができる。したがって、様々な形態の回転電機において本発明を適用可能である。
【0108】
（９）上記のような永久磁石式回転電機１を備え、この永久磁石式回転電機１を用いて、電動パワーステアリングまたは電動ブレーキを行う自動車用電動補機システムを構成してもよい。このようにすれば、振動や騒音を抑制した自動車用電動補機システムを実現できる。
【0109】
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【0110】
１ 永久磁石式回転電機１０ 固定子
２０ 回転子
３０ エアギャップ
１００ 固定子コア
１１０ コアバック
１３０ ティース
１４０ 巻線
２００ 回転子コア
２１０ 永久磁石
２１０ａ 第１永久磁石
２１０ｂ 第２永久磁石
２１２ 収納空間
２２０ 磁極部
２２１ 磁極円弧
２２２ 突起部
２２２ａ 第１突起部
２２２ｂ 第２突起部
２３０ 基部
２４０ 第１空間部
２４１ 側面部
２４２、２４２ｂ ブリッジ部
２４３ 接続部
２４４ ｑ軸方向のコア最外周部
２４５ 磁石留め部
２５０ 第１線分
２５１ 第１線分に面する空間
２６１ 軸方向締結部
２６２ 第１板
２６３ 第２板
２６４ 開口部
２６５ カバー
３００ シャフト