(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記永久磁石によって形成される磁路のｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの間に差を有するブラシレスモータの制御方法であって、
電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくする進角制御を行ってｄ軸電流Ｉｄを付加し、
前記高負荷領域にて、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータを回転させることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータ制御方法において、前記ロータは、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットとを備え、
該ロータは、前記セグメントマグネットの中心軸方向に沿ったｄ軸方向のインダクタンスと、前記セグメントマグネットの間の前記ロータコア頂角部分を通るｑ軸インダクタンスとの間に差違を有し、
電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータを回転させ、
前記高負荷領域では、前記進角制御を行い、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄにより、前記マグネットトルク及び前記リラクタンストルクにて前記ロータを回転させることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のブラシレスモータ制御方法において、前記進角制御は、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域における制御負担を軽減すべく、前記高負荷領域のみにて実施されることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載のブラシレスモータ制御方法において、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制御方法。
【請求項５】
複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記永久磁石によって形成される磁路のｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの間に差を有するブラシレスモータの駆動制御を行う制御装置であって、
前記電機子巻線の相電流を検出する電流センサと、
当該ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータに供給される巻線電流値を算出する電流指令部と、を備え、
該電流指令部は、前記電流センサにて検出した相電流値に基づいて、電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて進角制御を行う供給電流算出部を有し、
該供給電流算出部は、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくしつつｄ軸電流Ｉｄを付加し、前記高負荷領域にて、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータを回転させることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項６】
請求項５記載のブラシレスモータ制御装置において、前記電流指令部は、前記相電流と前記進角制御における進角値βとの関係が示された進角制御マップを有することを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
【請求項７】
請求項５又は６記載のブラシレスモータ制御装置において、前記ロータは、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットとを備え、
該ロータは、前記セグメントマグネットの中心軸方向に沿ったｄ軸方向のインダクタンスと、前記セグメントマグネットの間の前記ロータコア頂角部分を通るｑ軸インダクタンスとの間に差違を有し、
前記供給電流算出部は、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータを回転させ、前記高負荷領域では、前記進角制御を行い、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄにより、前記マグネットトルク及び前記リラクタンストルクにて前記ロータを回転させることを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載のブラシレスモータ制御装置において、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制御装置。
【請求項９】
複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を有するブラシレスモータであって、
前記ロータは、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットと、を備え、前記セグメントマグネットの中心軸方向に沿ったｄ軸方向のインダクタンスと、前記セグメントマグネットの間の前記ロータコア頂角部分を通るｑ軸インダクタンスとの間に差違が存在し、
電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくする進角制御を行ってｄ軸電流Ｉｄを付加し、
前記高負荷領域では、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータを回転させ、
電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータを回転させることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項１０】
複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記永久磁石によって形成される磁路のｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの間に差を有するブラシレスモータを駆動源として使用する電動パワーステアリング装置であって、
前記ブラシレスモータは、電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくする進角制御によりｄ軸電流Ｉｄが付加され、
前記高負荷領域では、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータが回転し、
電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータが回転することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータにおけるトルク向上技術に関し、特に、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）の駆動源として使用されるブラシレスモータに適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ロータ表面にマグネットを張り付けたＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のブラシレスモータは、ｄ軸（磁極がつくる磁束の方向（永久磁石の中心軸方向））・ｑ軸（ｄ軸と電気的、磁気的に直交する軸（永久磁石間の軸））方向のインダクタンスに差がなく、ｄ・ｑ軸のインダクタンス差によって生じるリラクタンストルクは利用できないと考えられている。特に、リングマグネットを用いた場合、ロータの外周が等幅のマグネットで覆われた構成となるため、ｄ・ｑ軸の磁気抵抗差がなく（突極比＝１）、ｄ・ｑ軸にインダクタンス差が生じず、リラクタンストルクも発生しない。
【０００３】
ブラシレスモータのトータルトルクＴｔは、
Ｔｔ＝マグネットトルクＴｍ＋リラクタンストルクＴｒ
＝ｐ・φａ・Ｉｑ＋ｐ・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉｄ・Ｉｑ
（ｐ：極対数，φａ：永久磁石による電機子鎖交磁束，Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス，Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス，Ｉｄ：ｄ軸電流，Ｉｑ：ｑ軸電流）
のように表され、インダクタンスＬｄ，Ｌｑに差がないＳＰＭ型モータでは、上式の第２項が０となる。従って、このようなモータにｄ軸電流Ｉｄを印加してもトルクには全く反映されず、リラクタンストルクによるトルクアップは望めない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009-72056号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、モータのトルクアップを図るには、ネオジムマグネットのような高磁束密度のマグネットを使用し、ロータ磁束を増加させることが考えられる。ところが、レアアースを使用したマグネットは、非常に高価であると共に、資源供給上の問題もあり、その使用量はなるべく抑えることが望ましい。このため、マグネット数を増やすことなくトルクアップを図るため、従来より、巻線のターン数を増やすという方策が行われており、例えば、ロータ径を小さくして巻線のターン数を増やすなど、磁気装荷から電気装荷へ装荷の割合を変更してモータトルクの増加を図る方法などが種々提案されている。
【０００６】
しかしながら、トルクを得るべく巻線ターン数を増加させると、その分、コイルのインダクタンスも増加する。インダクタンスが大きくなると、高負荷側（高電流域）にて電機子反作用の影響が大きくなり、図１１に示すように、いわゆるトルクだれが発生し、理論トルク（磁束×電流）に対し、実際に得られるトルクが低くなってしまう。トルクだれが生じると、モータ効率が低下し、理論トルクと同じトルクを得るためには、より多くの相電流を供給する必要が生じる。例えば、図１１のモータでは、４.０Ｎｍのトルクを得るためには、理論上は８０Ａ強にて足りるにもかかわらず、トルクだれにより実際には１００Ａ近くの電流が必要となる。
【０００７】
そこで、トルクだれを補うべく軸長を伸ばして磁束を増大させると、モータが大型化してしまい、ネオジマグネットのような高価なマグネットを使っている場合、マグネット量が増加しコスト高ともなる。また、電機子反作用の影響を受けにくくするには、インダクタンスを下げれば良いが、トルクを維持しつつインダクタンスを減らすには、ターン数を減らして軸長を伸ばしたり、ステータの磁束密度を下げるためティース幅を広くしたりする必要があり、やはりモータ体格が大きくなってしまい好ましくない。
【０００８】
本発明の目的は、ｄ軸方向とｑ軸方向のインダクタンスに差があるモータにおいて、高負荷側のトルクだれを防止し、モータのトルク向上や小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のブラシレスモータの制御方法は、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記永久磁石によって形成される磁路のｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの間に差を有するブラシレスモータの制御方法であって、電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくする進角制御を行ってｄ軸電流Ｉｄを付加し、前記高負荷領域にて、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータを回転させることを特徴とする。
【００１０】
本発明にあっては、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスが異なるブラシレスモータに対し、高負荷領域にて進角制御を実施し、マグネットトルクとリラクタンストルクとによってロータを回転させる。これにより、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、ブラシレスモータのトルク性能が向上する。また、モータトルク向上に伴い、より小さな体格のモータで従前同様のトルクを得ることができ、モータの小形軽量化が図られる。
【００１１】
前記ブラシレスモータ制御方法において、前記ロータとして、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットとを備え、前記セグメントマグネットの中心軸方向に沿ったｄ軸方向のインダクタンスと、前記セグメントマグネットの間の前記ロータコア頂角部分を通るｑ軸インダクタンスとの間に差違が存在するものを使用し、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータを回転させ、前記高負荷領域では、前記進角制御を行い、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄにより、前記マグネットトルク及び前記リラクタンストルクにて前記ロータを回転させるようにしても良い。また、前記進角制御を前記高負荷領域のみにて実施し、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが余り減少しない低負荷領域では実施しないようにし、低負荷領域における制御負担を軽減しても良い。さらに、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モータであっても良い。
【００１２】
本発明のブラシレスモータ制御装置は、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記永久磁石によって形成される磁路のｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの間に差を有するブラシレスモータの駆動制御を行う制御装置であって、前記電機子巻線の相電流を検出する電流センサと、当該ブラシレスモータの負荷状態に応じて、該ブラシレスモータに供給される巻線電流値を算出する電流指令部と、を備え、該電流指令部は、前記電流センサにて検出した相電流値に基づいて、電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて進角制御を行う供給電流算出部を有し、該供給電流算出部は、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくしつつｄ軸電流Ｉｄを付加し、前記高負荷領域にて、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータを回転させることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスが異なるブラシレスモータに対し、供給電流算出部により高負荷領域にて進角制御を実施し、マグネットトルクとリラクタンストルクとによってロータを回転させる。これにより、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、ブラシレスモータのトルク性能が向上する。また、モータトルク向上に伴い、より小さな体格のモータで従前同様のトルクを得ることができ、モータの小形軽量化が図られる。
【００１４】
前記ブラシレスモータ制御装置において、前記電流指令部に、前記相電流と前記進角制御における進角値βとの関係が示された進角制御マップを配しても良い。また、前記ロータとして、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットとを備え、前記セグメントマグネットの中心軸方向に沿ったｄ軸方向のインダクタンスと、前記セグメントマグネットの間の前記ロータコア頂角部分を通るｑ軸インダクタンスとの間に差違が存在するものを使用し、前記供給電流算出部により、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータを回転させ、前記高負荷領域では、前記進角制御を行い、ｑ軸電流Ｉｑとｄ軸電流Ｉｄにより、前記マグネットトルク及び前記リラクタンストルクにて前記ロータを回転させるようにしても良い。さらに、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モータであっても良い。
【００１５】
本発明のブラシレスモータは、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を有するブラシレスモータであって、前記ロータは、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットと、を備え、前記セグメントマグネットの中心軸方向に沿ったｄ軸方向のインダクタンスと、前記セグメントマグネットの間の前記ロータコア頂角部分を通るｑ軸インダクタンスとの間に差違が存在し、電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくする進角制御を行ってｄ軸電流Ｉｄを付加し、前記高負荷領域では、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータを回転させ、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータを回転させることを特徴とする。
【００１６】
本発明のブラシレスモータにあっては、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットと、を備え、高負荷領域において進角制御が実施され、マグネットトルクとリラクタンストルクにてロータが回転する。これにより、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、相電流を増加させることなく、また、軸長を伸ばしたり、ティース幅を広くしたりすることなく、モータトルクを増大させることが可能となる。また、モータトルク向上に伴い、より小さな体格にて従前同様のトルクを得ることができ、モータの小形軽量化が図られる。
【００１７】
一方、本発明の電動パワーステアリング装置は、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石が配置され前記ステータの内側に回転自在に配置されたロータと、を備え、前記永久磁石によって形成される磁路のｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスとの間に差を有するブラシレスモータを駆動源として使用する電動パワーステアリング装置であって、前記ブラシレスモータは、電機子反作用の影響によって理論トルクに対して出力トルクが減少する高負荷領域にて、前記電機子巻線に対する供給電流の増加に応じて進角値βを大きくする進角制御によりｄ軸電流Ｉｄが付加され、前記高負荷領域では、前記永久磁石の磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づいて発生し前記ｄ軸電流Ｉｄの増加に伴って増大するリラクタンストルクとによって前記ロータが回転し、電機子反作用の影響が少なく理論トルクに対して出力トルクが減少しない低負荷領域では、前記進角制御を行うことなく、ｑ軸電流Ｉｑにより前記マグネットトルクにて前記ロータが回転することを特徴とする。
【００１８】
本発明の電動パワーステアリング装置にあっては、電動パワーステアリング装置において、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスが異なるブラシレスモータを駆動源として使用し、高負荷領域にて進角制御を実施することにより、マグネットトルクとリラクタンストルクとによってロータを回転させる。これにより、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、据え切り時における運転者の負担軽減や、ＥＰＳ用モータの小形軽量化が図られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のブラシレスモータ制御方法、制御装置によれば、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスが異なるブラシレスモータに対し、高負荷領域にて進角制御を実施し、マグネットトルクとリラクタンストルクとによってロータを回転させるようにしたので、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、ブラシレスモータのトルク性能を向上させることが可能となる。また、モータトルク向上に伴い、より小さな体格のモータで従前同様のトルクを得ることができ、モータの小形軽量化が可能となる。
【００２０】
本発明のブラシレスモータによれば、多角形状の断面を有するロータコアと、該ロータコアの外周の各辺部分に取り付けられたセグメントマグネットと、を備え、高負荷領域にて進角制御が実施され、マグネットトルクとリラクタンストルクとによってロータが回転するので、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、モータのトルク性能を向上させることが可能となる。また、モータトルク向上に伴い、より小さな体格にて従前同様のトルクを得ることができ、モータの小形軽量化が可能となる。
【００２１】
本発明の電動パワーステアリング装置によれば、その駆動源として、ｄ軸方向のインダクタンスとｑ軸方向のインダクタンスが異なるブラシレスモータを使用し、当該ブラシレスモータの駆動制御に際し、高負荷領域にて進角制御を実施して、マグネットトルクとリラクタンストルクとによってロータを回転させるようにしたので、トルクだれ領域におけるトルクアップが図られ、据え切り時における運転者の負担軽減や、ＥＰＳ用モータの小形軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ブラシレスモータを用いたＥＰＳの構成を示す説明図である。
【図２】図１のＥＰＳにて使用されるブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図３】ステータコア及びロータの構成を示す説明図である。
【図４】図２のブラシレスモータにおけるｄ軸方向とｑ軸方向の構成を示す説明図である。
【図５】図１のＥＰＳにおける制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は、ｄ軸電流Ｉｄ，ｑ軸電流Ｉｑと進角値βとの関係を示す説明図、（ｂ）は、進角制御マップの一例を示す説明図である。
【図７】進角制御を行った場合と行わなかった場合のトルク値を比較したグラフである。
【図８】高負荷時のＩｑを一定にしてＩｄを印加させていったときのトルクリップルの変化を示すグラフである。
【図９】進角制御を行った場合と行わなかった場合の回転数の変化を示したグラフである。
【図１０】ステータコアの変形例を示す説明図である。
【図１１】ステータコアの変形例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、ブラシレスモータを用いたＥＰＳの構成を示す説明図であり、本発明による制御処理が実施される。図１の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングシャフト２に対し動作補助力を付与するコラムアシスト式の構成となっており、ブラシレスモータ３（以下、モータ３と略記する）が動力源として使用されている。
【００２４】
ステアリングシャフト２にはステアリングホイール４が取り付けられており、ステアリングホイール４の操舵力は、ステアリングギヤボックス５内に配された図示しないピニオンとラック軸を介して、タイロッド６に伝達される。タイロッド６の両端には車輪７が接続されており、ステアリングホイール４の操作に伴ってタイロッド６が作動し、図示しないナックルアーム等を介して車輪７が左右に転舵する。
【００２５】
ＥＰＳ１では、ステアリングシャフト２に操舵力補助機構であるアシストモータ部８が設けられている。アシストモータ部８には、モータ３と共に、減速機構部９とトルクセンサ１１が設けられている。減速機構部９には、図示しないウォームとウォームホイールが配されており、モータ３の回転は、この減速機構部９によって、ステアリングシャフト２に減速されて伝達される。モータ３とトルクセンサ１１は、制御装置（ＥＣＵ）１２に接続されている。
【００２６】
ステアリングホイール４が操作され、ステアリングシャフト２回転すると、トルクセンサ１１が作動する。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１の検出トルクに基づいて、モータ３に対し適宜電力を供給する。モータ３が作動すると、その回転が減速機構部９を介してステアリングシャフト２に伝達され操舵補助力が付与される。ステアリングシャフト２は、この操舵補助力と手動操舵力によって回転し、ステアリングギヤボックス５内のラック・アンド・ピニオン結合により、この回転運動がラック軸の直線運動に変換され、車輪７の転舵動作が行われる。
【００２７】
図２は、モータ３の構成を示す断面図である。図２に示すように、モータ３は、外側にステータ２１、内側にロータ２２を配したインナーロータ型ブラシレスモータとなっている。ステータ２１は、ハウジング２３と、ハウジング２３の内周側に固定されたステータコア２４及びステータコア２４に巻装された巻線２５とを備えた構成となっている。ハウジング２３は鉄等にて有底筒状に形成されており、その開口部には合成樹脂製のブラケット３０が取り付けられている。ステータコア２４は鋼板を多数積層した構成となっており、ステータコア２４の内周側には複数個のティースが突設されている。ステータコア２４には、巻線２５の誘起電圧波形が正弦波となるようにスキューが施されている。なお、スキューは、ロータ２２側に形成しても良い。
【００２８】
図３は、ステータコア２４及びロータ２２の構成を示す説明図である。ステータコア２４は、リング状の継鉄部２６と、継鉄部２６から内側方向へ突出形成されたティース２７とから形成されている。ティース２７は９個設けられており、各ティース２７の間にはスロット２８（９個）が形成され、モータ３は９スロット構成となっている。各ティース２７には巻線２５が集中巻にて巻装されており、巻線２５は各スロット２８内に収容されている。各巻線２５は、Ｕ,Ｖ,Ｗの３相がスター結線されており、給電配線２９を介してバッテリ（図示せず）と接続されている。巻線２５に対しては、高調波成分を含んだ台形波形状の相電流（Ｕ,Ｖ,Ｗ）が供給される。
【００２９】
ロータ２２はステータ２１の内側に配設されており、回転軸３１と、ロータコア３２、マグネット３３を同軸状に配した構成となっている。回転軸３１の外周には、鋼板を多数積層したロータコア３２が取り付けられている。ロータコア３２は断面６角形に形成されており、その外周の各辺部分３２ａには、セグメントタイプのマグネット３３が配置されている。マグネット３３は、回転軸３１に固定されたマグネットホルダ３４に取り付けられており、周方向に沿って６個配置されている。すなわち、当該モータ３は、６極９スロット構成となっている。
【００３０】
回転軸３１の一端部は、ハウジング２３の底部に圧入されたベアリング３５に回転自在に支持されている。回転軸３１の他端部は、ブラケット３０に取り付けられたベアリング３６によって、回転自在に支持されている。回転軸３１の端部（図２において左端部）には、スプライン部３７が形成されており、図示しないジョイント部材によって、減速機構部９のウォーム軸に接続されている。ウォーム軸にはウォームが形成されており、減速機構部９にて、ステアリングシャフト２に固定されたウォームホイールと噛合している。
【００３１】
ブラケット３０内には、ベアリング３６と、ロータ２２の回転位置を検知するレゾルバ（角度センサ）４１が収容されている。レゾルバ４１は、ブラケット３０側に固定されたレゾルバステータ４２と、ロータ２２側に固定されたレゾルバロータ４３とから構成されている。レゾルバステータ４２にはコイル４４が巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。レゾルバステータ４２の内側には、レゾルバロータ４３が配設される。レゾルバロータ４３は、金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。
【００３２】
回転軸３１が回転すると、レゾルバロータ４３もまたレゾルバステータ４２内にて回転する。レゾルバステータ４２の励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ２２の回転位置が検出される。そして、ロータ２２の回転位置に基づき、巻線２５への電流が適宜切り替えられ、ロータ２２が回転駆動される。
【００３３】
このようなＥＰＳ１では、ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト２が回転すると、この回転に応じた方向にラック軸が移動して転舵操作がなされる。この操作により、トルクセンサ１１が作動し、その検出トルクに応じて、図示しないバッテリから給電配線２９を介して巻線２５に電力が供給される。巻線２５に電力が供給されるとモータ３が作動し、回転軸３１とウォーム軸が回転する。ウォーム軸の回転は、ウォームホイールを介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵力が補助される。
【００３４】
ここで、モータ３のトータルトルクＴｔは、前述のように、
Ｔｔ＝Ｔｍ＋Ｔｒ
＝ｐ・φａ・Ｉｑ＋ｐ・（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉｄ・Ｉｑ
にて表され、従来、当該モータ３のようなＳＰＭモータでは、インダクタンスＬｄ，Ｌｑに差がなく、上式第２項が０となるため、リラクタンストルクは利用できないと考えられていた。これに対し、本発明者らは、断面が多角形状のロータコア外周面にセグメントマグネットを配したＳＰＭモータでは、リングマグネットを用いたモータとは異なり、ｄ軸方向とｑ軸方向にインダクタンス差があることに想到し、それをトルクアップに活用できないか検討を加えた。
【００３５】
図４に示すように、モータ３においては、ｄ軸方向（マグネット３３の中心軸方向）と、ｑ軸方向（ロータ中心とロータコア３２の頂角部３２ｂを結ぶ方向）では、ティース２７との間に形成される空隙２０の大きさ（径方向長Ｓ１：ｄ軸方向，Ｓ２：ｑ軸方向）が異なっている。マグネット３３の透磁率は空気と同等であるため、モータ３では、ロータコア３２（ケイ素鋼板を使用）の部分が大きいｑ軸方向の磁気抵抗がｄ軸方向に比して小さくなる。すなわち、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄよりも大きくなり（Ｌｑ＞Ｌｄ）、ｄ・ｑ軸のインダクタンスに差違が存在する。従って、モータ３は、上式の第２項が正の値を取り、進角制御を行ってＩｄを印加することによりトルクアップを図ることが可能となる。
【００３６】
図５は、ＥＰＳ１の制御装置５０の構成を示すブロック図であり、本発明による進角制御は当該制御装置５０にて実行される。制御装置５０には、電流指令部５１が設けられており、ＥＰＳ１は、電流指令部５１に入力されるトルクセンサ１１からの検出値や、レゾルバ４１によって検出されたロータ２２の回転位置情報、電流センサ６１からの相電流値情報に基づいて駆動制御される。
【００３７】
図５に示すように、制御装置５０には、トルクセンサ１１から、ステアリングホイール４の操作に伴うモータ負荷（トルク値）がモータ負荷情報として入力される。また、電流指令部５１には、モータ３に設けられたレゾルバ４１からロータ回転位置情報が入力される。このレゾルバ４１からのロータ回転位置情報は、電流指令部５１の前段に設けられたロータ回転数算出部６２にも入力されており、ロータ回転数算出部６２は、ロータ回転位置情報に基づいてロータ２２の回転数を算出し、その値は、ロータ回転数情報として電流指令部５１に入力されている。さらに、モータ３には、各相の供給電流をモニタする電流センサ６１が設けられており、電流指令部５１には、電流センサ６１からモータ３の相電流値が入力されている。
【００３８】
電流指令部５１には、これらの検出値に基づいて演算処理を行い、モータ３に対して供給する電流量を算出する供給電流量算出部５２が設けられている。供給電流量算出部５２では、レゾルバ４１からのロータ回転位置情報とロータ回転数情報及びモータ負荷情報から、ｄ軸,ｑ軸の電流指令値Ｉｄ’,Ｉｑ’を算出し、ベクトル制御部５３に出力する。また、供給電流量算出部５２には、電流センサ６１からモータ３の相電流値がフィードバックされており、供給電流量算出部５２は、この検出電流値（相電流）に基づいて、モータ３に対する進角制御を実施し、電流指令値Ｉｄ’を設定する。相電流値と進角値βとの関係は、進角制御マップ６３に格納されており、供給電流量算出部５２は、進角制御マップ６３を参照して、電流指令値Ｉｄ’を決定する。
【００３９】
図６（ａ）は、ｄ軸電流Ｉｄ,ｑ軸電流Ｉｑと進角値βとの関係を示す説明図、図６（ｂ）は、進角制御マップ６３の一例を示す説明図である。図６（ａ）のｄｑ軸ベクトル図で示すように、進角値βはＩｑとＩｄの値で変化する。ＩｑとＩｄの合成ベクトルはＩａであり、相電流の実効値（Ｕ相）をＩｕとすると、ＩａとＩｕの間には、Ｉａ＝√３×Ｉｕの関係が存在する。当該モータ３では、高電流域にてＩｄが付加されるように、この進角値βを図６（ｂ）にように設定する。なお、全電流域にてＩｄを付加するような設定としても良いが、低電流域ではトルクだれは生じないため、本実施形態では、制御負荷を軽減すべく、必要な範囲に必要なだけＩｄを付加するような形で進角値βを設定している。
【００４０】
ベクトル制御部５３は、ｄ軸,ｑ軸のＰＩ（比例・積分）制御部５４ｄ,５４ｑと、座標軸変換部（ｄｑ／ＵＶＷ）５５とから構成されており、電流指令値Ｉｄ’,Ｉｑ’は、ＰＩ制御部５４ｄ,５４ｑにそれぞれ入力される。ＰＩ制御部５４ｄ,５４ｑには、座標軸変換部（ＵＶＷ／ｄｑ）５６を介して、３相（Ｕ,Ｖ,Ｗ）のモータ電流値をｄｑ軸変換した検出電流値Ｉ(ｄ),Ｉ(ｑ)が入力されている。ＰＩ制御部５４ｄ,５４ｑは、電流指令値Ｉｄ’,Ｉｑ’と検出電流値Ｉ(ｄ),Ｉ(ｑ)に基づき、ＰＩ演算処理を行い、ｄ軸,ｑ軸の電圧指令値Ｖｄ,Ｖｑを算出する。電圧指令値Ｖｄ,Ｖｑは、座標軸変換部５５に入力され、３相（Ｕ,Ｖ,Ｗ）の電圧指令値Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗに変換され出力される。座標軸変換部５５から出力された電圧指令値Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗは、インバータ５７を介してモータ３に印加される。
【００４１】
このようなモータ３では、多角形断面のロータ２２にセグメントマグネットを配した構成により突極比≠１とし、Ｌｄ,Ｌｑのインダクタンス差を利用して、従来のＳＰＭモータでは利用されていなかったリラクタンストルクをトルクアップに活用する。特に、トルクダレが生じる高負荷領域（高電流域）にて進角制御を行ってＩｄを印加することにより、通常負荷領域での制御負荷を増すことなく、トルクダレによるトルク減少分をリラクタンストルクにて補填する。図７は、進角制御を行った場合と行わなかった場合のトルク値を比較したグラフであり、Ｍａｘ８５Ａｒｍｓ時のトルクが図１１における理論トルクと同等程度となるように進角制御を行った実験結果を示している。
【００４２】
図７に示すように、進角制御なしの場合は、相電流５０Ａｒｍｓ付近からトルクだれが始まる。これに対し、本発明による制御では、３０Ａｒｍｓを過ぎた時点から徐々に進角値を大きくして行き、５０Ａｒｍｓ付近にて変化量を極大化してＩｄを増大させる。これにより、進角制御ありの場合は、相電流５０Ａｒｍｓ付近からのトルクだれをリラクタンストルクが補う形となり、相電流の増加と共に、ほぼ理論トルクと同等にトルクが増大し、トルクだれの問題を解消することができた。
【００４３】
このように、本発明による制御処理では、電機子反作用により、理論トルクに対し実際の出力トルクが減少するいわゆるトルクだれが生じる高負荷領域にて進角制御を導入し、巻線２５に対する供給電流にｄ軸電流Ｉｄを付加する。これにより、トルクだれ領域にて、マグネットトルクにリラクタンストルクが加わり、トルクアップが図られる。その際、本発明では、進角制御のみによって相電流の値を調整するので、相電流を増加させることなく、モータトルクを増大させることが可能となる。また、モータトルク向上に伴い、同じトルクを得るのであれば、より体格の小さなモータで足り、モータの小形軽量化が図られる。さらに、トルクアップに際し、軸長を伸ばしたり、ティース幅を広くしたりする必要もないため、モータ体格を増大させることもない。特に、ＥＰＳ用モータに本発明を適用した場合、モータの最大トルクがアップするため、据え切り時における運転者の負担軽減を図ることが可能となる。また、ＥＰＳ用モータの小形軽量化が可能となり、車両の軽量化、低燃費化に貢献することができる。
【００４４】
一方、Ｉｄを多くすれば、その分リラクタンストルクは増加するが、Ｉｄを余り多くし過ぎると、今度はトルクリップルが増大するという弊害が生じる。図８は、高負荷時のＩｑを一定にしてＩｄを印加させていったときのトルクリップルの変化を示すグラフであり、進角βを変化させてＩｄを増やしたとき、トルクリップルがどのように変化したかを検証した結果を示している。図８に示すように、Ｉｑ＝１４７Ａ一定としたとき、トルクリップルが増大するのは、Ｉｄが３０Ａを超えたあたりである。これは、進角β＝１１.５度（ｔａｎ−１β＝３０／１４７）を超えるとトルクリップルが増大することを意味している。すなわち、Ｉｑの割合に対してＩｄが多くなるとトルクリップルが大きくなる傾向にあり、図８の結果から見て、進角は１０°程度に抑えた方が好ましいことが分かる。
【００４５】
また、本実施形態のように、高負荷領域にて進角制御を行う制御形態では、回転数の変化もほとんどない。図９は、進角制御を行った場合と行わなかった場合の回転数の変化を示したグラフである。図９では、相電流４０Ａｒｍｓ近傍で進角制御が開始されているが、その後のモータ回転数は、進角制御なしの場合とほとんど変わらない。このため、本発明による制御形態では、トルクと回転数が管理し易く、例えば、ポンプ駆動モータに当該制御を適用すれば、回転数を維持しつつ、最大吐出量をアップでき、ポンプの動作効率を向上させることが可能となる、という利点がある。なお、低負荷領域にて進角制御を行うと回転数が高くなりすぎる傾向があり、制御負荷軽減の観点も含め、電機子反作用により理論トルクに対し実際の出力トルクが減少する高負荷領域のみで進角制御を行うことが望ましい。
【００４６】
本発明は前述のような実施形態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、前述の実施形態では、ＳＰＭ型のブラシレスモータに本発明を適用した例を示したが、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクを利用可能なブラシレスモータであれば本発明は適用可能であり、通常のＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)型のモータにも勿論適用可能である。また、ロータコアの形状は、ｄ軸方向とｑ軸方向にインダクタンス差が生じるものであれば、図３のような断面が正多角形のものには限定されない。例えば、図１０のように、マグネット間に突起部のあるコア形状のモータにも本発明は適用可能である。
【００４７】
さらに、前述の実施形態では、本発明をＥＰＳに適用した例を示したが、その適用対象はＥＰＳには限定されず、電気自動車や、ハイブリッド自動車、エアコン等の家電製品、ポンプ等の各種産業機械等に使用されるモータにも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１    電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）
２    ステアリングシャフト
３    ブラシレスモータ
４    ステアリングホイール
５    ステアリングギヤボックス
６    タイロッド
７    車輪
８    アシストモータ部
９    減速機構部
１１    トルクセンサ
１２    制御装置（ＥＣＵ）
２０    空隙
２１    ステータ
２２    ロータ
２３    ハウジング
２４    ステータコア
２５    巻線
２６    継鉄部
２７    ティース
２８    スロット
２９    給電配線
３０    ブラケット
３１    回転軸
３２    ロータコア
３２ａ  各辺部分
３２ｂ  頂角部
３３    マグネット
３４    マグネットホルダ
３５    ベアリング
３６    ベアリング
３７    スプライン部
４１    レゾルバ
４２    レゾルバステータ
４３    レゾルバロータ
４４    コイル
５０    制御装置
５１    電流指令部
５２    供給電流量算出部
５３    ベクトル制御部
５４ｄ,５４ｑ    ＰＩ制御部
５５    座標軸変換部（ｄｑ／ＵＶＷ）
５６    座標軸変換部（ＵＶＷ／ｄｑ）
５７    インバータ
６１    電流センサ
６２    回転数算出部
６３    進角制御マップ
Ｉｄ    ｄ軸電流
Ｉｑ    ｑ軸電流
Ｉｄ',Ｉｑ'    電流指令値
Ｌｄ    ｄ軸インダクタンス
Ｌｑ    ｑ軸インダクタンス
Ｓ１    ｄ軸方向の空隙の径方向長
Ｓ２    ｑ軸方向の空隙の径方向長
Ｔｔ    トータルトルク
Ｔｍ    マグネットトルク
Ｔｒ    リラクタンストルク
β      進角値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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