(57)【要約】導線が巻き付けられた複数のステータコアが車座に配置されたステータを有するモータの前記導線同士を接続するか、又は前記導線及び電源線を接続する複数の円環状のリング導体と、前記リング導体に取り付けられた複数の端子とで構成されるモータ配線用バスバーを持つモータであり、前記リング導体の直径を各々異にし、かつ前記リング導体を各々同一心上かつ同一平面上に配置している。
2004010562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線が巻き付けられた複数のステータコアが車座に配置されたステータを有するモータの前記導線同士を接続するか、又は前記導線及び電源線を接続する複数の円環状のリング導体と、前記リング導体に取り付けられた複数の端子とで構成されるモータ配線用バスバーを持つモータにおいて、前記リング導体の直径を各々異にし、かつ前記リング導体を各々同一心上かつ同一平面上に配置するようにしたことを特徴とするモータ配線用バスバーを持つモータ。
【請求項２】
前記リング導体が円環の一部で構成されている請求の範囲第１項に記載のモータ配線用バスバーを持つモータ。
【請求項３】
前記リング導体が絶縁物の被膜に覆われている請求の範囲第１項又は第２項に記載のモータ配線用バスバーを持つモータ。
【請求項４】
前記モータの導線への電流が多相であり、前記導線の色と、前記導線と同相の前記リング導体の色とを同色にしている請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のモータ配線用バスバーを持つモータ。
【請求項５】
導線が巻き付けられた複数のステータコアが車座に配置されたステータを有するモータの前記導線同士を接続するか、又は前記導線及び電源線を接続する複数の円環状のリング導体と、前記リング導体に取り付けられた複数の端子とで構成されるモータ配線用バスバーを持つモータの製造方法において、前記リング導体を矩形状板材を円環状に変形して形成するか、又は円筒管を環切りにして形成することを特徴とするモータ配線用バスバーを持つモータの製造方法。
【請求項６】
矩形波駆動で分布巻ステータを有し、Ｓをスロット数、ｍを電動機の相数、２ｐ（ｐ≧２）を極数としたとき、Ｓ／２ｍｐ＝１が成立する永久磁石回転モータであって、ティースの角度幅の周期をｐが偶数のときに３６０／Ｓ×４とし、ｐが奇数のときに３６０／Ｓ×６としたことを特徴とする相数３の永久磁石モータ。
【請求項７】
１つの前記ティースの角度幅の周期において、ティースの角度幅の種類をｐが偶数のときに３種類、ｐが奇数のときに４種類とし、その組み合わせについて、奇数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、且つ偶数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とするようになっている請求の範囲第６項に記載の永久磁石モータ。
【請求項８】
１つの前記ティースの角度幅の周期において、ティースの角度幅の種類をｐが偶数のときに３種類、ｐが奇数のときに４種類とし、その組み合わせについて、偶数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、且つ奇数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とするようになっている請求の範囲第６項に記載の永久磁石モータ。
【請求項９】
巻線方法を隔極（１スロットに１コイル）の分布巻とし、コイルに誘起される電圧を同位相にするようになっている請求の範囲第６項に記載の永久磁石モータ。
【請求項１０】
とり得る前記ティースの角度幅をαとし、角度幅αの範囲は、等間隔の角度幅をθとした場合にａ・θ≦α≦ｂ・θとし、係数ａ及びｂをトルク定数又はコギングトルクの低減率によって決定するようになっている請求の範囲第７項又は第８項に記載の永久磁石モータ。
【請求項１１】
外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータと、円筒形の内周面にコイルを保持する複数個のティースを形成して成るステータコアとを有するブラシレスＤＣモータにおいて、前記ティース間のスロット開口幅Ｓと前記ロータ及び前記ステータコアの空隙長Ｇとの関係が
Ｓ＜Ｇ
であることを特徴とするブラシレスＤＣモータ。
【請求項１２】
前記スロット開口幅Ｓと前記空隙長Ｇとの関係が、前記ブラシレスＤＣモータのトルク定数又は逆起電圧のリップルの含有率から決定されるα（ただし、０＜α＜１）によって
αＧ＜Ｓ
に制限される請求の範囲第１１項に記載のブラシレスＤＣモータ。
【請求項１３】
複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、
前記励磁相電流指令信号生成手段は、励磁相電流指令信号が矩形波以外の形状を持ち、その励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、前記ブラシレスモータの運転速度範囲を矩形波形状の励磁電流駆動制御時の運転速度範囲より広げるようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項１４】
複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、
前記励磁相電流指令信号生成手段は、転流時に、２相の転流相の励磁電流の変化率が一致するようになっている励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、弱め磁界を実現するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項１５】
複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、
前記励磁相電流指令信号生成手段は、台形波の励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、弱め磁界を実現するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項１６】
複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、
前記励磁相電流指令信号生成手段は、正弦波の励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、弱め磁界を実現するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項１７】
複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、
前記励磁相電流指令信号生成手段は、前記ブラシレスモータの誘導起電力、出力トルク及び回転速度から進角を含む励磁相電流指令信号を生成することを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項１８】
前記ブラシレスモータのロータの回転角度が、ロータ位置検出器から検出されるロータ位置信号やモータ電流等に基づいて推定される角度推定信号により得られることを特徴とする請求の範囲第１７項に記載のブラシレスモータ駆動制御装置。
【請求項１９】
前記モータの回転速度が所定の値を上回ったときに、請求の範囲第１３項乃至第１８項のいずれかに記載された進角による弱め磁界制御に遷移するように構成されたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はモータ、モータの製造方法及びモータの駆動制御装置に関する。特に、ステータコアに巻き付けられた導線の電気的接続に用いるモータ配線用バスバーを持つモータ及びその製造方法に関し、低コギングトルク、低トルクリップル及び小型高出力が要求され、且つ矩形波駆動の分布巻ステータを有する永久磁石モータに関し、また、モータロックが無く、小型化、低トルクリップル化、低コスト化を図った電動パワーステアリング装置に用いられるブラシレスＤＣモータに関し、更には低トルク負荷領域において高回転数を実現しつつ、トルクリップルを低減したブラシレスモータの駆動制御装置に関する。
【背景技術】  従来から、モータのステータコアに巻き付けられた導線（以下、「巻線」と記す）の結線には、組み立て効率の観点からバスバーが知いられてきた。例えば特開２００１−１０３７００号公報や特開２００１−８６６９５号公報には、バスバーが結線効率の良さから使用されていること、バスバーの製造方法として銅板を打ち抜いて製造していることなどが記載されている。
第１図及び第２図を用いて、従来のモータ配線用バスバー（以下、単に「バスバー」と記す）について簡単に説明する。第１図はブラシレスＤＣモータの機械構成図であり、第２図はその電気回路図である。
まず、機械構成について説明する。第１図において、ステータ１０００は、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコア５１−Ｕ、５１−Ｖ，５１−Ｗ，５２−Ｕ，５２−Ｖ，５２−Ｗ及びそのコアに巻かれた巻線１０１−Ｕ、１０１−Ｖ，１０１−Ｗ，１０２−Ｕ、１０２−Ｖ、１０２−Ｗから構成されている。次に各巻線の結線について説明する。例えば、Ｕ相の場合、巻線１０１−Ｕ，１０２−Ｕの一端はリング状のＵ相バスバー１−Ｕに接続され、他端はリング状のＮ相バスバー１−Ｎに接続される。次に、Ｖ相の結線は巻線１０１−Ｖ，１０２−Ｖの一端はリング状のＶ相バスバー１−Ｖに結線され、巻線の他端はＮ相バスバー１−Ｎに接続される。Ｗ相の巻線も同じようにして結線される。なお、第１図の巻線とバスバーとの結線状態の表示は、電気的結線を表示したもので、具体的結線手段は一般的には電線ではなく、バスバーとコイル状態の巻線とを嵌合するなどして実現している。このように、リング状バスバーは、巻線の結線に関して電線による結線と比べて結線しやすいので、組み立ての効率向上に役立つものである。
次に、電気的な接続関係を、第２図を用いて説明する。電源ＤＣと、スイッチＳＵ，ＳＶ，ＳＷ，ＳＸ，ＳＹ，ＳＺとで成るインバータで３相電流を発生させ、電源線ＹＵ，ＹＶ，ＹＷを介してステータ１０００の巻線１０１−Ｕ，１０２−Ｕ，１０１−Ｖ、１０２−Ｖ，１０１−Ｗ，１０２−Ｗへ給電している。この例では、巻線はＹ結線になっているので、各巻線の一端は相に対応してＵ，Ｖ，Ｗ相バスバー１−Ｕ，１−Ｖ，１−Ｗで接続され、各巻線の他端は全て中性点用バスバー１−Ｎで結線される。
このように機械的及び電気的構成がなされたモータの動作について、簡単に説明する。ＤＣ電源及び各スイッチで構成されるインバータによって、３相電流がモータの各巻線に供給される。その供給ルートは電源線ＹＵ，ＹＶ，ＹＷ及び各バスバー、そして各巻線に供給される。ここでＵ相を例にとって、詳しく説明する。まずＵ相電流は電源線ＹＵを通ってＵ相バスバー１−Ｕの端子３３−Ｕに流れ込み、Ｕ相リング導体２−Ｕを介して端子３１−Ｕから巻線１０１−Ｕへ、あるいは端子３２−Ｕから巻線１０２−Ｕへ供給される。そして、巻線１０１−Ｕ、１０２−Ｕに流れた電流はバスバー１−Ｎに流れ込み、次にバスバー１−Ｎの各端子からＶ相巻線１０１−Ｖ，１０２−ＶやＷ相巻線１０１−Ｗ，１０２−Ｗに流れ込む。巻線１０１−Ｖ、１０２−Ｖの電流はバスバー１−Ｖの端子３１−Ｖ、３２−Ｖからバスバー１−Ｖで合流し、端子３３−Ｖから電源線ＹＶを介してＤＣ電源へ帰還する。Ｗ相巻線電流も同じようにバスバー１−Ｗを介してＤＣ電源へ帰還する。そして、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線に流れる３相電流によって回転磁界が発生し、ロータ（図示していない）が回転してモータ動作をする。
以上説明したように、各巻線電流がバスバーで合流して流入又は流出することから理解できるように、バスバーは電流の合成に非常に重要な部材である。
しかし、これらのリング状バスバーを用いた従来のモータには、小型化に不向きな構造上の問題があった。即ち、第３図に示すように、リング状バスバー１−Ｕ，１−Ｖ，１−Ｗ，１−Ｎを積み重ねて使用するので、バスバーの厚さの４倍（即ちＵ，Ｖ，Ｗ，Ｎ相の４つのバスバー）の厚さとなるため、モータの小型化が図れないという問題があった。
さらに、従来、このリング状バスバーを持つモータの製造方法にも問題が存在した。それは、従来のリング導体の製造方法が、部材を打ち抜く方法で製造していたので、打ち抜かれた部材の残りの部材が無駄になる問題があった。
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の第１の目的は、小型化に適したモータ配線用バスバーを持つモータ、及び部材を無駄にしない経済的なモータ配線用バスバーを持つモータの製造方法を提供することにある。
また、従来矩形波駆動（１２０度通電方式）の永久磁石モータにおいて、低トルクリップルが要求される場合には、巻線としては分布巻が採用されていた。この場合、分布巻を有するモータのとり得る極数２ｐとスロット数Ｓとの関係から、ｍをモータの相数として下記（１）式が成立する。
Ｓ／２ｐｍ＝整数        …（１）
また、コギングトルクは極数２ｐとスロット数Ｓの最小公倍数に反比例することから、コギングトルクが非常に大きくなるという問題点があった。
このような問題点を解決するため、例えば特開平１０−１２６９８２号公報に記載されている永久磁石モータがある。この永久磁石モータにおいては、ステータのスロットオープンの中心を等間隔に配置した位置からずらしてティースを配置することにより、コギングトルクを低減することを実現している。より詳細に説明すると、上記永久磁石モータでは、円環状の永久磁石がＭ個（Ｍは偶数）の磁極をなしてロータを形成し、永久磁石に対向したＴ個のティースが不均一な間隔に位置し、ティースとティースの間の巻線用溝（スロット）に巻線が施され、ティースはヨークに連結されてステータをなしている。そして、永久磁石の数Ｍとティースの数Ｔの最小公倍数をＣとし、Ｎを１よりＴ／２までの整数としたとき、ステータのスロットオープンの中心を、Ｔ等分に等間隔に配置した位置から±Ｎ×１８０／｛Ｃ（Ｔ／２＋１）｝度だけ偏倚させるようになっている。
しかしながら、上記特開平１０−１２６９８２号公報に開示されている永久磁石モータでは、各コイルに誘起される電圧の位相がずれるため、線間に誘起される電圧波形の高調波成分が除去される。つまり、永久磁石モータに対して矩形波駆動を行った場合に、トルクリップルが大きくなるという問題点があった。
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の第２の目的は、低コギングトルク、低トルクリップル及び小型高出力を実現することが可能で、且つ矩形波駆動で分布巻ステータを有する永久磁石モータを提供することにある。
一方、自動車のステアリング装置をモータの回転力で補助負荷付勢する電動パワーステアリング装置は、モータの駆動力を減速機を介してギア又はベルト等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に補助負荷付勢するようになっている。このような電動パワーステアリング装置の簡単な構成を第４図に示し、説明する。操向ハンドル１０１の軸１０２は減速ギア１０３、ユニバーサルジョイント１０４ａ及び１０４ｂ、ピニオンラック機構１０５を経て操向車輪のタイロッド１０６に結合されている。軸１０２には，操向ハンドル１０１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０７が設けられており、操向ハンドル１０１の操舵力を補助するモータ１０８が、減速ギア１０３を介して軸１０２に連結されている。ここで重要なことは、電動パワーステアリング装置のような重要保安部品に使用されるモータ１０８は、非常に高い信頼性を要求されることである。
しかし、モータ１０８にも現実には不具合があり、その不具合の一例が、モータがブラシレスＤＣモータの場合、ロータとステータの間にゴミが挟まりモータがロックされてしまうことである。
ここで、そのモータロックのメカニズムを第５図を用いて説明する。第５図（Ａ）はブラシレスＤＣモータの構成の縦断面を示し、第５図（Ｂ）はその断面図を示す。ブラシレスＤＣモータは、永久磁石９−１が外周面に取り付けられたロータ９と、コイルが巻回されたステータ１０から構成されている。ステータ１０は、複数のティース１１を形成してなるステータコア１２とティース１１との間にできるスロット１３に巻回されるコイル１４から構成されている。一般に、ブラシレスＤＣモータにおいては、ロータ側に焼結した永久磁石を用いているため、外部からの衝撃により、永久磁石に欠けが生じてもロックしないように、永久磁石を非磁性体金属板等で覆っている。一方、ステータ側にはステータコアにコイル１４を巻くため、隣接したティース１１間には開口部がある。この開口部からロータ９とティース１１との間の空隙部にゴミ５０、例えばインシュレータの欠け、コイルを固めるためのワニス等の欠けが浸入した場合、ロータがロックする恐れがある。このモータロックを防ぐ方法の例として、分割コアを採用することにより、ティースの内周側を隣接したティース同士で結合する方法がある。しかし、ティースを結合することにより、漏れ磁束が大きなり、その結果、ブラシレスＤＣモータのトルク定数が低下して、出力の低下につながる。また、逆起電圧のリップルが急激に増加して、トルクリップルの増加につながり、電動パワーステアリング装置の操作性が悪くなる不具合がある。その他のロック防止の方法として、ステータとコイルをモールドして、隣接した開口部を樹脂で充填する方法があるが、この方法は高コストになる不具合がある。
上述したように、電動パワーステアリング装置のような重要保安部品に使用されるブラシレスＤＣモータが突然ロックされると、自動車の運転操作が危険になる不具合がある。
本発明は上述のような事情から成されたものであり、本発明の第３の目的は、モータの出力が低下することなく、トルクリップルが小さく、かつ低コストで、モータがロックされないようなブラシレスＤＣモータを提供することにある。
一般に、自動車のパワーステアリング装置の駆動源として用いられているブラシレスモータは３相以上の励磁相を有するモータであり、その駆動は矩形波状の励磁電流によって行われている。
例えば５相ブラシレスモータの場合、モータ駆動回路は、モータの回転子（ロータ）の外周面を電気角で７２度ずつ離隔して取り囲むように配設された５相（以下、これらをａ相〜ｅ相という）の励磁コイルａ〜ｅに対し、マイクロコンピュータ等の制御回路による制御下で、４相同時に励磁する４相励磁方式により、コイルを１相ずつ順次切り換えて矩形波電流で励磁することにより、ロータを回転駆動させている。この４相励磁方式では、モータ電流は５相のうちの４つの相に流れることになるが、各相にバランスよく電流を流すために、各励磁コイルの抵抗は全て等しくなるように形成されている。
このようなモータ駆動回路は、通常１０個の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されている。これら１０個のトランジスタは、対応する２個のトランジスタを直列接続して５つの直列トランジスタ回路を形成しそれぞれを電源の正負両端子間に接続すると共に、各直列トランジスタ回路の２個のトランジスタの接続部をそれぞれＹ字形にスター結線した５個の励磁コイルａ〜ｅの外端に接続することにより、モータのコイル回路と接続している。
このモータ駆動回路から各励磁コイルへ供給される励磁電流（矩形波）の方向及び長さは、ロータの回転角（電気角）の値に対して例えば第６図に示すようになる。すなわち、電気角で３６度毎に順次１相ずつ励磁コイルを切り替え、１つの相コイルを電気角で１４４度の間励磁することにより、ロータを連続して回転させるようになっている。この第６図では、電気角をθとしたとき、０°≦θ＜３６°，３６°≦θ＜７２°，７２°≦θ＜１０８°，１０８°≦θ＜１４４°，１４４°≦θ＜１８０°，１８０°≦θ＜２１６°，２１６°≦θ＜２５２°，２５２°≦θ＜２８８°，２８８°≦θ＜３２４°，３２４°≦θ＜３６０°の区間をそれぞれ（１），・・・・，（１０）で表わしている。
本例の場合、ａ相の電流は区間（１）及び（２）で＋方向に流れ、区間（３）で０、区間（４）〜（７）で−方向に流れ、区間（８）で０、区間（９）から（１０）を経て再び区間（１）で＋方向に流れる。ｂ相の電流は、区間（１）〜（４）で＋方向に流れ、区間（５）で０、区間（６）〜（９）で−方向に流れ、区間（１０）で０、そして再び区間（１）で＋方向に流れる。ｃ相の電流は、区間（１）で−方向に流れ、区間（２）で０、区間（３）〜（６）で＋方向に流れ、区間（７）で０、区間（８）〜（１０）を経て再び区間（１）で−方向に流れる。ｄ相の電流は、区間（１）〜（３）で−方向に流れ、区間（４）で０、区間（５）〜（８）で＋方向に流れ、区間（９）で０、そして区間（１０）から再び−方向に流れる。ｅ相の電流は、区間（１）で０、区間（２）〜（５）で−方向に流れ、区間（６）で０、区間（７）〜（１０）で＋方向に流れ、再び区間（１）で０となる。従って、区間（１）〜（１０）の各境界（電気角で３６度毎の切替時）では、５つの励磁コイルのうちの２つが互いに逆向きに切り替えられることになる。
かかるブラシレスモータとして、ブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣＭ）と、永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）が知られているが、前者の例としては、特開平１１−３５６０８３号公報や特開２００２−２６９５６９号公報に開示されている転流制御を用いたものがあり、後者の例としては、特開２０００−２０１４６１号公報に開示されているものがある。
第７図に示すように、ブラシレスＤＣモータは低トルク負荷領域において、永久磁石同期モータよりも回転数が低いが、低トルク負荷領域において弱め磁界制御を行うことにより回転数の向上を図ることは可能である。しかし、そうすることにより、トルクリップルが回転数向上に伴って増大し、そのトルクリップルによって騒音が発生するという問題がある。
一方、永久磁石同期モータは、弱め磁界制御により、低トルク負荷領域での回転数向上が容易にできるが、定格負荷領域では回転数が落ち、定格負荷領域でのモータの小型・高出力の面ではブラシレスＤＣモータより劣るという問題がある。
電動パワーステアリング装置では、小型、高出力、低トルクリップル、低騒音のモータ及び制御装置が要求され、かつ低トルク負荷時における高回転数（例えば緊急回避等）も要求される。
本発明は上述のような事情に鑑みなされたものであり、本発明の第４の目的は、ブラシレスＤＣモータにおいて、低トルク負荷時において高回転数を実現すると共に、トルクリップルを抑制するようにしたブラシレスモータ駆動制御装置を提供することにある。
【発明の開示】
本発明は、導線が巻き付けられた複数のステータコアが車座に配置されたステータを有するモータの前記導線同士を接続するか、又は前記導線及び電源線を接続する複数の円環状のリング導体と、前記リング導体に取り付けられた複数の端子とで構成されるモータ配線用バスバーをもつモータに関し、本発明の上記第１の目的は、前記リング導体の直径を各々異にし、かつ前記リング導体を各々同一心上かつ同一平面上に配置することによって達成される。
また、前記リング導体を円環の一部で構成することによって、或いは、前記リング導体を絶縁物の被膜で覆うことによって、或いは、前記モータの導線への電流を多相とし、前記導線の色と、前記導線と同相の前記リング導体の色とを同色することによって達成される。
さらに本発明は、導線が巻き付けられた複数のステータコアが車座に配置されたステータを有するモータの前記導線同士を接続するか、又は前記導線及び電源線を接続する複数の円環状のリング導体と、前記リング導体に取り付けられた複数の端子とで構成されるモータ配線用バスバーを持つモータの製造方法に関し、本発明の上記第１の目的は、前記リング導体を矩形状板材を円環状に変形して形成するか、又は円筒管を環切りにして形成することによって達成される。
また、本発明は、低コギングトルク、低トルクリップル及び小型高出力を実現することが可能で、且つ矩形波駆動で分布巻ステータを有する永久磁石モータに関し、本発明の上記第２の目的は、矩形波駆動で分布巻ステータを有し、Ｓをスロット数、ｍを電動機の相数、２ｐ（ｐ≧２）を極数としたとき、式Ｓ／２ｐｍ＝１が成立する相数３の永久磁石モータであって、ティースの角度幅の周期をｐが偶数のときに３６０／Ｓ×４とし、ｐが奇数のときに３６０／Ｓ×６とすることによって達成される。
また、本発明の上記第２の目的は、１つの前記ティースの角度幅の周期において、ティースの角度幅の種類をｐが偶数のときに３種類、ｐが奇数のときに４種類とし、その組み合わせについて、奇数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、且つ偶数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とすることによって、或いは１つの前記ティースの角度幅の周期において、ティースの角度幅の種類をｐが偶数のときに３種類、ｐが奇数のときに４種類とし、その組み合わせについて、偶数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、且つ奇数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とすることによって、或いは巻線方法を隔極（１スロットに１コイル）の分布巻とし、コイルに誘起される電圧を同位相にすることによって、或いはとり得る前記ティースの角度幅をαとし、角度幅αの範囲を、等間隔の角度幅をθとした場合にａ・θ≦α≦ｂ・θとし、係数ａ及びｂをトルク定数又はコギングトルクの低減率によって決定することによって、より効果的に達成される。
更に、本発明はブラシレスＤＣモータに関し、本発明の上記第３の目的は、外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータ及び円筒形のヨーク部の内周面にコイルを保持する複数個のティースを形成して成るステータコアを有するブラシレスＤＣモータにおいて、前記ティース間のスロット開口幅Ｓと前記ロータ及び前記ステータコアの空隙長Ｇとの関係を
Ｓ＜Ｇ
とすることにより達成される。
また、前記スロット開口幅Ｓと前記空隙長Ｇとの関係が、前記ブラシレスＤＣモータのトルク定数又は逆起電圧のリップルの含有率から決定されるα（ただし、０＜α＜１）によって、
αＧ＜Ｓ
に制限することにより達成される。
更にまた、本発明は、低トルク負荷領域において高回転数を実現しつつ、トルクリップルを低減したブラシレスモータの駆動制御装置に関し、本発明の上記第４の目的は、複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、前記励磁相電流指令信号生成手段は、励磁相電流指令信号が矩形波以外の形状を持ち、その励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、前記ブラシレスモータの運転速度範囲を矩形波形状の励磁電流駆動制御時の運転速度範囲より広げるようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置によって達成される。
また、本発明の上記第４の目的は、複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、前記励磁相電流指令信号生成手段は、転流時に、２相の転流相の励磁電流の変化率が一致するようになっている励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、弱め磁界を実現するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置によって、効果的に達成される。
更に、本発明の上記第４の目的は、複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、前記励磁相電流指令信号生成手段は、台形波若しくは正弦波の励磁相電流指令信号の電気角を所定の角度分進めることにより、弱め磁界を実現するようにしたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置によって、より効果的に達成される。
更にまた、本発明の上記第４の目的は、複数の励磁相を有するブラシレスモータの駆動制御装置において、前記励磁相毎に励磁相電流指令信号を生成する励磁相電流指令信号生成手段と、前記励磁相電流指令信号生成手段で生成された前記励磁相電流指令信号に基いて電流フィードバック制御により前記励磁相毎に励磁電流を制御する励磁電流制御手段とを備え、前記励磁相電流指令信号生成手段は、前記ブラシレスモータの誘導起電力、出力トルク及び回転速度から進角を含む励磁相電流指令信号を生成することを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置によって、より効果的に達成される。
また、本発明の上記第４の目的は、前記ブラシレスモータのロータの回転角度が、ロータ位置検出器から検出されるロータ位置信号やモータ電流等に基づいて推定される角度推定信号により得られることを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置により、或いは、前記モータの回転速度が所定の値を上回ったときに、前記の進角による弱め磁界制御に遷移するように構成されたことを特徴とするブラシレスモータ駆動制御装置によって、より効果的に達成される。
【図面の簡単な説明】  第１図は、モータ配線用バスバーを用いたステータコア巻線の結線を示す図である。
第２図はモータ配線に関する電気回路図である。
第３図は、従来の複数のモータ配線用バスバーの組み立てを示す図である。
第４図は電動パワーステアリング装置の概略の機構図である。
第５図はブラシレスＤＣモータの構造図であり、同図（Ａ）は縦断面図、同図（Ｂ）は断面図である。
第６図は、５相ブラシレスモータにおける各励磁相の励磁電流の一例を示す波形図である。
第７図は、回転数とトルクとの関係を、従来のブラシレスＤＣモータ（ＢＬＤＣＭ）と永久磁石同期モータ（ＰＭＳＭ）との比較において示す図である。
第８図は、本発明に係るモータ（第１実施例）のモータ配線用バスバーの組み立て例を示す図である。
第９図は、本発明に係るモータ（第２実施例）のモータ配線用バスバーの組み立て例を示す図であり、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は平面図である。
第１０図は矩形状板材より製造されるモータ配線用バスバーを示す図であり、同図（Ａ）は矩形状板材を示し、同図（Ｂ）はバスバーを示す。
第１１図は、円筒管より製造される本発明のモータ配線用バスバーを示す図である。
第１２図は、本発明に係る４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第１実施例）の断面図である。
第１３図は、第１２図に示す永久磁石モータの磁極とティースの展開図である。
第１４図は、本発明に係る６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第２実施例）の磁極とティースの展開図である。
第１５図は、４極１２スロット分布巻を有する従来の永久磁石回転電動機の断面図である。
第１６図は、第１５図に示された従来の永久磁石モータの磁極とティースの展開図である。
第１７図は、６極１８スロット分布巻を有する従来の永久磁石モータの磁極とティースの展開図である。
第１８図は、本発明の一実施例であるブラシレスＤＣモータのロータ及びステータコアの断面図である。
第１９図は、本発明の一実施例であるブラシレスＤＣモータのスロット開口部長さＳとモータのトルク定数及び逆起電圧リップルの関係を示す図である。
第２０図は、本発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
第２１図は、３相ブラシレスモータにおけるモータ電流指令信号及び各励磁相の励磁電流指令信号の一例を示す波形図である。
第２２図は、本発明の第１実施例における、励磁電流指令信号を示す波形図である。
第２３図は、本発明の第２実施例における、励磁電流指令信号（台形波）を示す波形図である。
第２４図は、本発明の第３実施例における、励磁電流指令信号（正弦波）を示す波形図である。
第２５図は、本発明の第４実施例における、各相電流指令信号発生器への信号の入出力状態を表す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
第８図を用いて、本発明に係るモータの第１実施例について説明する。まず、リング導体２−Ｕ，２−Ｖ，２−Ｗ，２−Ｎのリングの直径を同じにせず、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｎ相の順にリング導体のリングの直径が小さくなるように製造し、各リング導体に突起状の端子３１−Ｕ，３１−Ｖ，３１−Ｗ，３１−Ｎ，・・・・・をリング導体の周縁に取り付ければ、各相バスバー１―Ｕ，１−Ｖ，１−Ｗ，１−Ｎが完成する。次に、バスバー１−Ｕ，１−Ｖ，１−Ｗ，１−Ｎのリング導体の円の中心を同一点にして、かつ同一平面上に組み立てる。次に、各巻線の取り出し点を上記バスバーの端子位置に合わせて取り出し、結線は従来技術の説明で述べた第１図及び第２図に示すように結線する。このように結線すれば、電気的接続は従来の技術で説明した接続と全く同じなので、モータの性能は従来と同じ性能を維持できる。
一方、本実施例のバスバーを用いれば、バスバーを積み重ねる必要がないので、高さを格段に低くできる。本実施例では、第３図に示した従来の積み重ねた方式のバスバーに比べ１／４の高さで済み、高さ方向を大幅に低くでき、モータの小型化を実現することができる。
次に、モータの第２実施例について第９図を用いて説明する。第９図（Ａ）は第２実施例のバスバーを組み立てた斜視図であり、第９図（Ｂ）は組み立てたバスバーの平面図である。バスバーは電気的接続部材としては必ずしも完全なリング状（円環状）である必要はないので、リング状の一部分であっても電気的接続部材として機能する。以下、このバスバーをリング片バスバーと呼ぶ。この場合も第１実施例と同じように、リング片バスバー１−Ｕ−Ａ，１−Ｖ−Ａ，１−Ｗ−Ａ，１−Ｎ−Ａの直径は各々異なるように製造し、各リング片バスバーの中心は同一点かつ同一平面となるように配置して組み立てる。本例の場合は、巻線側の巻線の取り出し位置が、第８図の実施例に比べてリング導体が小さいために限定される。よって、リング片バスバーは巻線の個数が少ないモータなどに適したバスバーと言える。
本実施例でも、組み立てたリング片バスバーの高さは、従来の積み重ね方式と比べ低くでき、モータの小型化に効果があり、かつ本実施例の場合は部材も少なくて済む経済的効果も大きい。
ところで、バスバーは通常一本だけでなく、複数本が近接して配置されるので接触の心配がある。接触すれば電気的にショートしてモータ機能を果たさなくなるので、絶縁のための空間をとって配置するか、或いは絶縁物を間に挟んで配置するなどのことが考えられるが、作業効率が悪くなる。そこで、リング導体に予め絶縁物を塗布するなどして絶縁物の被膜で覆っておけば、バスバー同士が接触しても電気的にショートする心配がないので組立効率が良くなり、また無駄な空間がなくなり、モータを小型化できる効果がある。
また、ステータコアが多くなると、リング導体に接続される各相巻線の数が多くなる。よって、接続する配線の数が多くなるので、誤配線の可能性が出てくる。そこで、各相の巻線の色と、当該巻線と同相のリング導体に同じ色を着色して同色とする。例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線１０１−Ｕ，１０１−Ｖ，１０１−Ｗを各々赤、青、白とし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｎ相のバスバー１―Ｕ，１−Ｖ，１−Ｗ，１−Ｎを各々赤、青、白、緑などに着色しておけば、一見するだけで同じ相の巻線同士を接続することができる。つまり、赤色の巻線１０１−Ｕの電源側の導線は赤色のバスバー１―Ｕに結線し、青色の巻線１０１−Ｖのそれは青色のバスバー１−Ｖに結線し、白色の巻線１０１−Ｗのそれは白色のバスバー１−Ｗに結線する。巻線の中性点側の導線は、全相とも緑色のバスバー１−Ｎに結線する。
よって、誤配線防止に気を取られず組み立て作業できるので作業効率が向上し、さらに、誤配線されたモータが製造されずモータ品質向上の効果がある。なお、色付けは、巻線やバスバーの一部分を色付けても各相の識別ができれば、誤配線防止には十分である。また、リング導体全体を着色する場合、着色のための塗料などに絶縁機能をもたせれば、電気的ショート及び誤配線の心配が同時に無くなるので、組み立て効率を大幅に改善することができる。
次に、本発明のモータ配線用バスバーを持つモータの製造方法について説明する。
第１０図（Ａ）はリング導体の材料となる銅製の矩形状板材５１０を示し、これを円環状に変形してリング導体２を作る。さらに、リング導体２に巻線１００−Ｕ，１０１−Ｕや電源線ＹＵと電気的接続するための突起状の端子３１，３２，３３が周縁に設けられ、第１０図（Ｂ）に示すようなリング導体と端子で構成されるバスバー１が形成される。リング導体２は矩形状の板材を用いなくても製造できる。第１１図に示すように、銅製の円筒管６００を輪切りにすればリング導体２を製造でき、リング導体に巻線を接続するための突起状の端子３１，３２，３３を取り付ければバスバー１が完成する。この場合も、打ち抜く方式の製造と異なり、部材が無駄にならない。ここで、矩形状板材の厚さや円筒管を輪切りにするときの厚さは、リング導体２に流れる電流容量によって決定される。
以上説明したように、本発明の矩形状板材あるいは円筒管から製造したリング導体を用いたバスバーを持つモータの製造方法によれば、従来の打ち抜き方式によるリング導体を用いたバスバーを持つモータの製造方法と異なり、無駄になる部材は少なくなり、歩留まり向上の経済的効果がある。
次に、本発明に係る永久磁石モータの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本説明において、ティースの角度幅とは、隣り合うスロットオープン部の中心から中心までの角度を意味する。つまり、第１２図、第１３図、第１５図及び第１６図におけるＴ１〜Ｔ１２、更に第１７図及び第１４図におけるＴ１〜Ｔ１８をそれぞれ意味する。
先ず本発明を、４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータに適用した実施例について説明する。つまり、この実施例において、スロット数Ｓは１２で、極数２ｐは４であるため、ｐは２になる。
先ず、第１５図は４極１２スロット分布巻を有する従来の永久磁石モータの断面図である。第１５図に示されるように、円環状の永久磁石２が、９０度の等間隔で４個の磁極をなしてロータ２００を形成している。そして、永久磁石２０１に対向した１２個のティース２０３が等間隔に配置され、隣接した各ティース２０３と各ティース２０３の間の巻線用溝（スロット）にそれぞれ巻線が施され、ティース２０３はヨーク２０４に保持されてステータ２０２を構成している。ステータ２０２の巻線に流れる電流により発生する回転磁界により、ロータ２００はシャフト（図示せず）を中心に回転する。
次に、第１６図は、第１５図に示された従来の永久磁石モータの磁極とティース２０３の展開図である。第１６図に示されるように、永久磁石モータの４個の磁極はＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓという順に展開されており、また、１２個のティース２０３が展開されており、これら１２個のティース２０３についての角度幅Ｔ１〜Ｔ１２は全て等しい。
これら第１５図及び第１６図から分かるように、磁極のピッチ（Ｎ極Ｓ極の切り替わり）とティース２０３のピッチ（ティースの角度幅）とが一致している場所は、矩形枠で囲んだＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４箇所になる。要するに、磁極のピッチを機械角の角度で表すと、０度，９０度，１８０度，２７０度の４箇所である。一方、ティース２０３のピッチは、０度，３０度，６０度，９０度，１２０度，１５０度，１８０度，２１０度，２４０度，２７０度，３００度，３３０度の１２箇所である。つまり、第１５図に示された従来の永久磁石モータにおいて、磁極のピッチ４箇所が全てティース２０３のピッチと角度が一致している。
また、第１５図に示す従来の永久磁石モータにおいて、巻線は隣極巻き方式、つまり１スロットに２コイルが巻かれているので、１相当り４つのコイルを具備している。要するに、Ｕ相の巻線はＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４という４つのコイルで、Ｖ相の巻線はＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４という４つのコイルで、Ｗ相の巻線はＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４という４つのコイルでそれぞれ構成されている。第１５図から、各１スロットにそれぞれ２コイルが巻かれていることがよく分かる。
ところで、コギングトルクは磁気エネルギーの変化で発生する。つまり、磁極のピッチとティースのピッチとが一致する箇所が多ければ多いほど、磁気エネルギーの変化の位相が一致するため、磁気エネルギーの変化が大きくなり、コギングトルクが大きくなる。よって、第１５図及び第１６図に示す従来の永久磁石モータにおいて、磁極のピッチとティースのピッチとが一致する場所は４箇所もあるので、コギングトルクが大きくなるという問題が生じてしまう。
一方、第１２図は、本発明の４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第１実施例）の断面図である。第１２図に示されるように、円環状の永久磁石２が９０度の等間隔で４個の磁極をなしてロータ１を形成している。そして、永久磁石２に対向した１２個のティース４がヨーク５に保持されてステータ３を形成しており、隣接した各ティース４と各ティース４の間の巻線用溝（スロット）にそれぞれ巻線が施されている。ステータ３の巻線に流れる電流により発生する回転磁界により、ロータ１はシャフト（図示せず）を中心に回転する。
第１３図は、第１２図の永久磁石モータの磁極とティース２０３の展開図である。第１３図に示されるように本発明の永久磁石モータの磁極は４個であり、これら磁極はＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓという順に展開されており、１２個のティース２０３が展開されている。これら１２個のティース２０３について、ティース２０３の角度幅に周期を持たせ、Ｓをスロット数、２ｐを極数としたとき、本発明では下記（２）式及び（３）式とする。
ｐが偶数のとき：
ティースの角度幅の周期＝３６０／Ｓ×４    …（２）
ｐが奇数のとき：
ティースの角度幅の周期＝３６０／Ｓ×６    …（３）
よって、本例の場合、３６０／１２×４＝１２０であるので、ティース２０３の角度幅の周期は１２０度になる。つまり、本例の場合、全部で３つの周期があって、ティースの角度幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４である１つの周期を形成し、ティースの角度幅Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８で別の周期を形成し、ティースの角度幅Ｔ９，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２で更に別の周期を形成する。
要するに、本発明の４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第１実施例）の場合、ティースの角度幅の周期が１２０度であるために、磁極のピッチ９０度と位相がずれるので、コギングの周波数を高次にすることができ、これによってコギングトルクを低減することができる。
さらに、第１２図に示す本発明の４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータにおいて、１つのティースの角度幅の周期において、ティースの角度幅の種類をｐが偶数のとき３種類、ｐが奇数のとき４種類とし（本例は３種類）、その組み合わせについて、奇数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、且つ偶数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とする。
つまり、第１３図の展開図に示すように、ティースの角度幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４という周期においてＴ１＝Ｔ３及びＴ２≠Ｔ４という式が成立し、ティースの角度幅Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８という周期においてＴ５＝Ｔ７及びＴ６≠Ｔ８という式が成立する。また、ティースの角度幅Ｔ９，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２という周期において、Ｔ９＝Ｔ１１及びＴ１０≠Ｔ１２という式が成立する。勿論、Ｔ１＝Ｔ３＝Ｔ５＝Ｔ７＝Ｔ９＝Ｔ１１、Ｔ２＝Ｔ６＝Ｔ１０及びＴ４＝Ｔ８＝Ｔ１２が成立することは言うまでもない。
また、第１３図の展開図からも分かるように、例えば巻線Ｕ１及びＵ２の位相差は下記（４）式で表わされる。
位相差（Ｕ１，Ｕ２）
＝Ｔ２／２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８／２
＝３／２×（２×Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ４）＝１８０度      …（４）
上記（４）式から位相差は電気角で３６０度になるため、巻線Ｕ１及びＵ２に誘起される電圧は同位相になる。
第１２図に示す本発明の４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータにおいて、Ｔ１＞Ｔ２及びＴ１＞Ｔ４とすることによりコイルの鎖交磁束が増加するので、トルク定数を増加する効果を奏する。また、第１３図の展開図から分かるように、磁極のピッチ（Ｎ極とＳ極の切り替わり）とティースのピッチ（ティースの角度幅）とが一致している場所は、矩形枠で囲んだ場所Ａの１箇所だけである。
さらに、第１２図に示す本発明の４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータにおいて、巻線は隔極巻き方式、つまり１スロットに１コイルで巻回されているので、１相当り２つのコイルを具備している。要するに、Ｕ相の巻線はＵ１，Ｕ２という２つのコイルで、Ｖ相の巻線はＶ１，Ｖ２という２つのコイルで、Ｗ相の巻線はＷ１，Ｗ２という２つのコイルでそれぞれ構成されている。第１２図から、１スロットに１コイルが巻かれていることがよく分かる。
上述したように、本発明の分布巻を有する永久磁石モータにおいて、ティースの角度幅を組み合せること、隔極（１スロットに１コイル）の分布巻とする巻線方法を採ることにより、コイルに誘起される電圧の位相がずれないので、トルクリップルが増加しない。また、本発明の分布巻を有する永久磁石モータにおいて、とり得るティースの角度幅をαとし、そのαの範囲は等間隔の角度幅をθとした場合、角度幅αは下記（５）式で表わされる。
ａ・θ≦α≦ｂ・θ          …（５）
なお、ａ及びｂは、トルク定数又はコギングトルクの低減率によって決定される係数である。
上述では、４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第１実施例）について説明したが、次に６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第２実施例）について説明する。
第１７図は、６極１８スロット分布巻を有する従来の永久磁石モータの磁極とティースの展開図である。第１７図に示されるように、該永久磁石モータの６個の磁極はＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓという順に展開されており、また、１８個のティースが展開されており、これら１８個のティースについてティースの角度幅Ｔ１〜Ｔ１８は全て等しい。
また、第１７図から分かるように、磁極のピッチ（Ｎ極とＳ極の切り替わり）とティースのピッチ（ティースの角度幅）とが一致している場所は、矩形枠で囲んだＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆの６箇所になる。要するに、磁極のピッチを機械角の角度で表すと、０度，６０度，１２０度，１８０度，２４０度，３００度の６箇所である。一方、ティースのピッチは、０度，２０度，４０度，６０度，８０度，１００度，１２０度，１４０度，１６０度，１８０度，２００度，２２０度，２４０度，２６０度，２８０度，３００度，３２０度，３４０度の１８箇所である。つまり、６極１８スロットの分布巻を有する従来の永久磁石モータにおいて、磁極のピッチ６箇所が全てティースのピッチと角度が一致している。
さらに、６極１８スロットの分布巻を有する従来の永久磁石モータにおいて、巻線は隣極巻き方式で、つまり１スロットに２コイルが巻回されているので、１相当り６つのコイルを具備している。要するに、Ｕ相の巻線はＵ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６という６つのコイルで、Ｖ相の巻線はＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６という６つのコイルで、Ｗ相の巻線はＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６という６つのコイルでそれぞれ構成されている。例えば巻線Ｕ１及びＵ２の位相差は６０ｄｅｇＭ（機械角）、つまり１８０ｄｅｇＥ（電気角）なので、巻回方向を逆にすると巻線に誘起される電圧は同相になる。
第１４図は、本発明の６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータの磁極とティースの展開図であり、本実施例においては、スロット数Ｓが“１８”で、極数２ｐが“６”であるため、ｐは“３”になる。第１４図に示されるように、この永久磁石モータの６個の磁極はＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓという順に展開されており、また、１８個のティースが展開されている。本発明ではこれら１８個のティースについて、ティースの角度幅の周期を下記（６）式及び（７）式とする。
ｐが偶数のとき：
ティースの角度幅の周期＝３６０／Ｓ×４    …（６）
ｐが奇数のとき：
ティースの角度幅の周期＝３６０／Ｓ×６    …（７）
よって、本例の場合、３６０／１８×６＝１２０であるから、ティースの角度幅の周期は１２０度になる。つまり、本例の場合、全部で３つの周期があって、ティースの角度幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６はある１つの周期を形成し、ティースの角度幅Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２は別の周期を形成し、ティースの角度幅Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６，Ｔ１７，Ｔ１８は更に別の周期を形成する。要するに、本発明の６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータの場合、ティースの角度幅の周期は１２０度であるため、磁極のピッチ６０度と位相がずれるのでコギングの周波数を高次にすることができ、これによってコギングトルクを低減することができる。
さらに、本発明の６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータにおいて、１つのティースの角度幅の周期において、ティースの角度幅の種類をｐが偶数のとき３種類、ｐが奇数のとき４種類とし（本例では４種類になる）、その組み合わせについて奇数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、且つ偶数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とする。
つまり、第１４図に示すように、ティースの角度幅Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６という周期において、Ｔ１＝Ｔ３＝Ｔ５及びＴ２≠Ｔ４≠Ｔ６という式が成立し、ティースの角度幅Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１０，Ｔ１１，Ｔ１２という周期において、Ｔ７＝Ｔ９＝Ｔ１１及びＴ８≠Ｔ１０≠Ｔ１２という式が成立する。また、ティースの角度幅Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６，Ｔ１７，Ｔ１８という周期において、Ｔ１３＝Ｔ１５＝Ｔ１７及びＴ１４≠Ｔ１６≠Ｔ１８という式が成立する。勿論、Ｔ１＝Ｔ３＝Ｔ５＝Ｔ７＝Ｔ９＝Ｔ１１＝Ｔ１３＝Ｔ１５＝Ｔ１７、Ｔ２＝Ｔ８＝Ｔ１４、Ｔ４＝Ｔ１０＝Ｔ１６及びＴ６＝Ｔ１２＝Ｔ１８が成立することは言うまでもない。
そして、磁極のピッチ（Ｎ極とＳ極の切り替わり）とティースのピッチ（ティースの角度幅）とが一致している場所は、矩形枠で囲んだＡ，Ｂ，Ｃの３箇所になる。
また、第１４図の展開図から分かるように、例えば巻線Ｕ１及びＵ２の位相差は下記（８）式のようになる。
位相差（Ｕ１，Ｕ２）
＝Ｔ２／２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７＋Ｔ８／２
＝３×Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ４＋Ｔ６＝１２０ｄｅｇＭ（機械角）
＝３６０ｄｅｇＥ（電気角）      …（８）
上記（８）式より、巻線に誘起される電圧は同相になる。
また、本発明の６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータにおいて、巻線は隔極巻き方式、つまり１スロットに１コイルで巻回されているので、１相当り３つのコイルを具備している。要するに、Ｕ相の巻線はＵ１，Ｕ２，Ｕ３という３つのコイルで、Ｖ相の巻線はＶ１，Ｖ２，Ｖ３という３つのコイルで、Ｗ相の巻線はＷ１，Ｗ２，Ｗ３という３つのコイルでそれぞれ構成されている。
上述では４極１２スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第１実施例）及び６極１８スロット分布巻を有する永久磁石モータ（第２実施例）について説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、矩形波駆動で分布巻ステータを有するＳ／２ｍｐ＝１（ｐ≧２）という式が成立する相数３の永久磁石モータに適用することが可能である。また、ティースの角度幅の種類（ｐが偶数のとき３種類、ｐが奇数のとき４種類）の組み合わせについて、偶数のティースの角度幅を同じ角度幅とし、奇数のティースの角度幅をそれぞれ異なる角度幅とするようにしても良い。
次に、本発明のブラシレスＤＣモータについて、図面を参照して詳細に説明する。
まず、ブラシレスＤＣモータの第１実施例について説明する。第１８図はブラシレスＤＣモータの断面図を示しており、従来例の第５図（Ｂ）で示した構成要素と同じである。第１８図において重要なことは、その構成要素ではなく、その寸法関係である。つまり、スロット１３の開口幅Ｓ、言いかえればティース１１間の開口幅Ｓがロータ９とステータコア１０との空隙長Ｇより狭いことである。つまり、Ｓ＜Ｇの関係が成立することである。この関係が成立するならば、例えばコイル１４を固めるためのワニスなどのゴミ５０がスロット１３からティース１１の開口部（開口幅Ｓ）を通って、ロータ９（厳密には永久磁石９−１）とティース１１の間に侵入してロータ９の回転をロックすることはない。なぜなら、ティース１１の開口部（開口幅Ｓ）をすり抜けるゴミ５０の大きさは、当然開口幅Ｓより小さく、一方、ロータ９とティース１１間の空隙長Ｇは開口幅Ｓより大きいので、当然ゴミ５０の大きさは空隙長Ｇより小さい。よって、ゴミ５０が当該空隙に挟まってロータ９の回転をロックすることはない。
一般に、モータの空隙長Ｇは狭いほど有効磁束が増加するので、その観点からは狭いほど良いが、実際には機械構造面の制約で、ロータ外径の１〜３％程度の空隙長Ｇとなる。具体的な値の一例として、出力が２００Ｗ〜８００ＷのブラシレスＤＣモータを想定すると、そのロータの外径は３０〜６０ｍｍ程度になり、空隙長Ｇは０．３〜１．８ｍｍとなる。しかし、信頼性などの観点から界磁磁石の強度補強などを考えると、空隙長Ｇは０．６ｍｍ以上確保するのが望ましい。具体的にはＧの値は上記のような値をとるが、開口幅Ｓが空隙長Ｇより狭い（Ｓ＜Ｇ）のであれば、スロットから排出されたゴミによってロータがロックされることはない。よって、電動パワーステアリング装置のブラシレスＤＣモータが突然ロックされ、安全を確保できないことを避ける効果を有する。
次に、ブラシレスＤＣモータの第２実施例について説明する。スロット開口部幅Ｓは狭すぎると、漏れ磁束の関係で、ブラシレスＤＣモータのトルク定数が低下し、出力の低下につながる。また、逆起電圧のリップルが急激に大きくなり、ステアリングの操舵性が悪くなる問題がある。そこでスロット開口幅Ｓの下限値を決定する必要がある。第１９図は、ある形状のスロット開口幅Ｓを零から空隙長Ｇまで変化させた時のブラシレスＤＣモータのトルク定数（第１９図ではＫｔと記す）と、巻線に発生する逆起電圧のリップル（第１９図ではｅｍｆ  ｒｉｐｐｌｅと記す）の変化を計算機シミュレーションによって算出した図である。スロット開口幅Ｓを小さく、即ちティース１１同士の間を狭くしていくと、開口幅Ｓが空隙長Ｇの２０％付近で、前記トルク定数が急激に低下する、或いは前記リップルの含有率が急激に増加する変曲点が現れる。この理由は、第１８図において、磁束は本来Ａで示す磁路を通るのであるが、ティース１１の開口幅を狭めていくとＢで示す磁路を通過する漏れ磁束回路が発生することにより、磁路Ａの有効磁束が低下する。また、この磁路Ｂを通過する漏れ磁束が、トルク定数の低下及び逆起電圧のリップルを増加させる要因となる。そして、ティース開口幅Ｓが空隙長Ｇに対して、係数をαとして、開口幅Ｓ＝αＧより狭くなると急激に増加する。
この係数αの値を決定する手段は、構造などを考慮した電磁界シミュレーションを用いて決定する。その理由は、磁路Ａを通過する磁束量と磁路Ｂを通過する磁束量の比は相対関係にある。つまり、ステータコア１２の材質によって決まる透磁率と空気の透磁率の比率や、形状即ちステータコア１２の形状とティース１１の形状、ティース１１の角の突起度などの複雑な要因によって、磁路Ａ及びＢを通過する磁束の量の比率が決定される。よって、簡潔な数式などによって各磁路の磁束量の比率を決定することは不可能で、実用上はステータコア１２の材料や構造や磁束密度などを考慮した計算機シミュレーションなどによって決定される。よって、前記係数αの値は、計算機シミュレーションなどによって決定される。そして、実際にシミュレーションを実施した一例が上述した第１９図である。この場合は、開口幅Ｓが空隙長Ｇに対して約２０％の長さになると、逆起電圧のリップルが急激に増加して電動式ステアリングの操舵性が著しく悪化する。よって、本実施例の場合、開口幅Ｓを空隙長Ｇの２０％以上の長さにすればトルク定数の低下がなく、また、逆起電圧のリップルは許容範囲に収まり、電動式ステアリングの操舵性が悪化することはない効果が期待できる。
本発明は、従来技術で説明した分割コアを採用することにより、ティースの内周側を隣接したティース同士で結合する方法と異なり、トルク定数低下による出力低下がなく、トルクリップルの悪化によるステアリングの操舵性が悪くなる不具合もなく、ブラシレスＤＣモータのモータロックを避けることができる効果がある。また、モールドを用いないので、低コストで、ブラシレスＤＣモータのロックを避けることができる効果がある。
次に、本発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置の好適な実施例について詳細に説明する。なお、本実施例では、３相ブラシレスＤＣモータに適用した場合を例として説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の複数の励磁相（例えば５相）のブラシレスモータについても本発明を適用することができる。また、励磁相電流指令信号はハード又はソフトによって生成することができる。本実施例では、この励磁相電流指令信号がソフトによって生成される。
本発明に係るブラシレスモータ駆動制御装置４００は、第２０図に示すように、各相電流指令信号発生器４０１、各相電流制御器４０２、モータ駆動回路４０３及びロータ位置検出器４０４で構成されている。ここで、各相電流指令信号発生器４０１が励磁相電流指令信号生成手段に対応し、各相電流制御器４０２及びモータ駆動回路４０３が励磁電流制御手段に対応している。
各相電流指令信号発生器４０１には図示しない外部回路からモータ電流指令信号Ｉｒｅｆが入力され、ロータ位置検出器４０４からのロータ位置信号ＲＰも入力される。各相電流指令信号発生器４０１はこれらの入力信号に基いて、各励磁相（ａ、ｂ、ｃ）の励磁相電流指令信号（ｉａｒｅｆ、ｉｂｒｅｆ、ｉｃｒｅｆ）を生成する。また、各相電流制御器４０２では、各相電流指令信号発生器４０１で生成された励磁相電流指令信号（ｉａｒｅｆ、ｉｂｒｅｆ、ｉｃｒｅｆ）に基づいて、モータ駆動回路４０３を介して電流フィードバック制御により、各励磁相の励磁電流（ｉａ，ｉｂ，ｉｃ）は２相電流検出も３相電流検出信号を用いて制御するようになっている。
モータ駆動回路４０３は、電源供給側（上段側）に３個、アース側（下段側）に３個配設された合計６個のトランジスタ（電界効果トランジスタＦＥＴ）Ｔ１〜Ｔ６で構成されている。これら６個のトランジスタは、上段側と下段側とで対応するトランジスタが直列接続され、これら直列接続の各トランジスタ対（Ｔ１−Ｔ２，Ｔ３−Ｔ４，Ｔ５−Ｔ６）の接続部は、３相ブラシレスＤＣモータ４１０の各励磁コイルの外端と接続されている。そして、トランジスタＴ１〜Ｔ６のゲート駆動信号ＧＴ１〜ＧＴ６は、ロータ位置検出器４０４から検出されたロータ位置信号ＲＰに基づいて、各相電流指令信号発生器４０１を介して各相電流制御器４０２により生成される。
転流タイミングは、ロータ位置信号ＲＰにより生成される。ロータ位置信号ＲＰは、ロータ位置検出器４０４で検出されてから各相電流指令信号発生器４０１に送られる。ロータ位置検出器４０４は、ホール素子あるいはレゾルバ、もしくはエンコーダのいずれかによって構成しても良い。
第２１図は、モータ電流指令信号（Ｉｒｅｆ）及び各励磁相の励磁相電流指令信号（ｉａｒｅｆ、ｉｂｒｅｆ、ｉｃｒｅｆ）の一例を示す波形図である。図示されるように、転流してない時に、通電した各励磁相の励磁相電流指令信号の振幅は、モータ電流指令信号の振幅と同じで、符号は逆である。通電していない励磁相の励磁相電流指令信号の振幅はゼロである。
第２１図に示すように、転流時に、例えば電気角３０度で、通電していない転流相のａ相の励磁相電流指令信号ｉａｒｅｆは、ゼロより立ち上がる。通電していた転流相のｃ相の励磁相電流指，令信号ｉｃｒｅｆは、ゼロに向けて立ち下がる。
以上のような構成において、低トルク負荷領域におけるブラシレスＤＣモータの高回転数実現と、それに伴うトルクリップルの増大を抑制する方法を以下に説明する。
１．転流制御を有する電流波形を進角させることにより、弱め磁界を実現し、高回転数を実現する。
即ち、第２２図に示すように、各励磁相の励磁相電流指令信号（点線で示した矩形波）を角度θだけ進めた（進角）波形（図の実線で示した矩形波）の励磁相電流指令信号を各相電流指令信号発生器４０１で発生させ、各相電流制御器２２では、各相電流指令信号発生器４０１で生成された励磁相電流指令信号（ｉａｒｅｆ、ｉｂｒｅｆ、ｉｃｒｅｆ）に基づいて、モータ駆動回路４０３を介して電流フィードバック制御により、各励磁相の励磁電流（ｉａ、ｉｃ）を制御する。進角を行うことにより、電流の一部は磁界を弱める方向に働き、その他の部分はモータトルクを発生させる方向に働く。「弱め磁界」という手法は、回転数の最大値が総磁束に反比例するという性質を利用し、磁界を弱めて総磁束を下げ、回転数を高める手法である。また、転流制御であるので、トルクリップルを低く抑えることができる。つまり、転流制御は転流時に電流の立ち下がりと立ち上がりは従来の矩形波より緩やかになるので、電流の変化が少ない。その転流制御の機能に進角機能を追加することにより、低トルク領域での弱め磁界が実現でき、かつ、トルクリップルも従来の矩形波を進角させた場合より小さくなる。
２．台形波の電流波形を進角させることによって、弱め磁界を実現し、高回転数を実現する。
即ち、第２３図に示すように、各励磁相の励磁相電流指令信号（点線で示した台形波）を角度θだけ進めた（進角）波形（図の実線で示した台形波）の励磁相電流指令信号を各相電流指令信号発生器４０１で発生させ、各相電流制御器４０２では、各相電流指令信号発生器４０１で生成された励磁相電流指令信号（ｉａｒｅｆ、ｉｂｒｅｆ、ｉｃｒｅｆ）に基づいて、モータ駆動回路４０３を介して電流フィードバック制御により、各励磁相の励磁電流（ｉａ、ｉｃ）を制御するものである。
台形波は、矩形波と比較して、転流時の電流変化が緩やかであるので、トルクリップルを抑制することができる。
３．正弦波の電流波形を進角させることによって、弱め磁界を実現し、高回転数を実現する。
第２４図に示したように、これは、上記「２．」の台形波を正弦波に置き換えたものであり、同様の理由で、トルクリップの抑制を行うことができる。
４．誘導起電力（ＥＭＦ）波形と、トルク指令値Ｔｒｅｆと、角速度ωと、ロータの回転角θとから、各相電流指令信号発生器４０１において進角を含む励磁相電流指令信号を求め、それに基づいて、モータ駆動回路４０３を介して電流フィードバック制御により、各励磁相の励磁電流（ｉａ、ｉｃ）を制御する。ここで、ロータの回転角θはロータ位置検出器４０４から検出されたロータ位置信号ＲＰやモータ電流等に基づいて推定された角度推定信号により得られる。
本発明は高回転数領域（低トルク負荷領域）における回転数の向上とトルクリップルの抑制を目的としているが、定格負荷領域（通常回転数領域）では進角させないで、モータ電流を全てトルク発生に働かせた方が効率が良い。
そこで、通常回転数領域から高回転数領域に遷移するに伴って、通常の転流制御から前記１〜４のいずれかの制御手段に切り替わるように構成すればよい。
制御手段の切替は、モータの回転速度（角速度）が予め定めた値を上回ったときに行われるように、前記各相電流指令信号発生器２１内に基準となる角速度の値を格納しておき、実際の角速度と比較を行い、実際の角速度が基準値を上回ったときに、図示しない切り替え手段によって、前記１〜４のいずれかの制御手段に切り替わるように構成すればよい。
【産業上の利用可能性】  以上に説明したように、本発明のモータの小型化に適したモータ配線用バスバーを用いれば、小型化されたモータを提供でき、さらに本発明のモータ配線用バスバーの製造方法を用いれば、部材を無駄にしない経済的なモータ配線用バスバーを持つモータを製造できる効果がある。
本発明に係る永久磁石モータによれば、矩形波駆動（１２０度通電方式）で低トルクリップルが要求される分布巻ステータを有する永久磁石回モータにおいて、各コイルに誘起される電圧の位相が同位相となるようにティースの角度幅を組み合せること、隔極（１スロットに１コイル）の分布巻とする巻線方法を採ることにより、トルクリップルを増加させることもなく、トルク定数を低下させることもなく、大幅にコギングトルクを低減することが可能になる。このため、低振動低騒音の氷久磁石回モータを提供することができるという顕著な効果を奏する。
また、本発明のブラシレスＤＣモータによれば、ティース間のスロット開口幅Ｓをロータとステータコアとの空隙長Ｇより狭くし、かつスロット開口幅ＳをαＧより広くすることにより、電動パワーステアリング装置のステアリング操舵性の悪化や出力の低下がなく、低コストで、ブラシレスＤＣモータのモータロックを回避できる効果が期待できる。
更に、本発明によるブラシレスモータ駆動制御装置によれば、小型、高出力で、低トルクリップルのブラシレスモータが実現でき、これにより、低騒音で、低トルク負荷領域での高回転数を実現できる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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