(57)【要約】【課題】ブラシレスモータ制御システム内の電流センサ数を削減すると共に、マイコンの処理負担を軽減し得るブラシレスモータを提供する。【解決手段】ブラシレスモータ１は電動パワーステアリング装置の駆動源として使用され、６極９スロット構成となっている。ブラシレスモータ１のコイル１１ａ,１１ｂ,１１ｃはデルタ結線されている。ブラシレスモータ１は、駆動ドライバ１２によって正弦波駆動される。駆動ドライバ１２にはコイル１１ａ等に対する通電タイミングを制御するマイコン１３が設けられている。電流センサ１４からのフィードバック情報はモータ１のトルク制御にのみに使用される。ブラシレスモータ１では、電流フィードバックによる複雑な制御が不要となり、電流センサが削減されると共にマイコン１３の負担も軽減され、コストダウンが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デルタ結線されたコイルと、
前記コイルが巻装される３ｎ（ｎは自然数）個のスロットを備える固定子と、
２ｎ個の界磁極を備え、前記固定子の外側又は内側に回転自在に配置される回転子とを有することを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１記載のブラシレスモータにおいて、前記スロットが９個、前記界磁極が６個であることを特徴とするブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１または２記載のブラシレスモータにおいて、前記コイルは正弦波波形を有する電圧が印加されることを特徴とするブラシレスモータ。
【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用のモータであること特徴とするブラシレスモータ。
【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関し、特に、電動パワーステアリング装置用モータのように、トルクリップルに対して厳しい条件が求められるブラシレスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば電動パワーステアリング装置（以下、ＥＰＳと略記する）の駆動源として使用されるブラシレスモータでは、操舵フィーリングへの影響を考慮してトルクリップルに対し厳しい条件が課せられている。このため、このようなモータでは、トルクリップル低減を図るべく、各相への印可電圧が滑らかに変化する正弦波駆動が採用されている。
【０００３】
図６は、このようなＥＰＳ用ブラシレスモータに採用されている制御システムの構成を示す説明図である。当該システムのブラシレスモータ５１（以下、モータ５１と略記する）は、図６に示すように、Ｕ,Ｖ,Ｗ各相のコイル５２ａ,５２ｂ,５２ｃがスター結線（Ｙ結線）されている。駆動ドライバ５３にはマイコン５４が設けられ、マイコン５４は電流センサ５５ａ,５５ｂにより電流をフィードバックしつつ、各相の電流をベクトル制御して電流波形を正弦波としている。電流フィードバックの一部はモータ５１のトルク制御にも使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、スター結線のブラシレスモータは一般に電流制御を行わないとトルクリップルが増大する傾向がある。そこで、図６のシステムでは、電流センサ５５ａ,５５ｂとマイコン５４による電流制御によってモータ５１を正弦波駆動し、トルクリップルの低減を図っている。
【０００５】
このように図６のモータ５１では、制御システム内に電流フィードバック用の電流センサを２個（５５Ｖ,５５Ｗ）使用する必要がある。しかしながら、電流センサは一般に高価であり、それを複数個使用するとシステムコストが増大する。また、前述のシステムでは、電流制御に際し、ベクトル制御などのような特別な制御形態が必要となり、制御システム中のマイコン５４の負担が大きくなるという問題もあり、その改善が求められていた。
【０００６】
本発明の目的は、ブラシレスモータ制御システム内の電流センサ数を削減すると共に、マイコンの処理負担を軽減し得るブラシレスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のブラシレスモータは、デルタ結線されたコイルと、前記コイルが巻装される３ｎ（ｎは自然数）個のスロットを備える固定子と、２ｎ個の界磁極を備え、前記固定子の外側又は内側に回転自在に配置される回転子とを有することを特徴とする。
【０００８】
本発明にあっては、コイルをデルタ結線することにより、電流フィードバックを行って電流波形を制御しなくともトルクリップルの低減が可能となる。このため、高価な電流センサを削減でき、制御システムのコストを低減できる。この際、デルタ結線化によって生じる３次高調波電圧による循環電流損も２ｎ極３ｎスロット構造とすることにより解消される。また、ベクトル制御などの複雑な制御が不要となるため、制御システム中のマイコンの負担も軽減でき、低コストのマイコン採用が可能となり、コストダウンが可能となる。
【０００９】
前記ブラシレスモータにおいて、前記スロットを９個、前記界磁極を６個（ｎ＝３）として６極９スロット構造としても良い。これにより、デルタ結線化によって生じる３次高調波電圧による循環電流損が解消される。
【００１０】
また、前記ブラシレスモータにおいて、前記コイルに対し正弦波波形を有する電圧を印加しても良い。これにより、トルクリップルの少ない静粛で滑らかな駆動が可能となる。
【００１１】
さらに、前記ブラシレスモータを、電動パワーステアリング装置用のモータとして使用しても良い。これにより、電動パワーステアリング装置のコスト低減が図られると共に、トルクリップルの少ない静粛で滑らかなモータを駆動源とすることができ、操舵フィーリングの向上も図られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のブラシレスモータによれば、デルタ結線されたコイルと、コイルが巻装される３ｎのスロットを備える固定子と、２ｎ個の界磁極を備えた回転子とを有する構成としたので、コイルをデルタ結線することにより、電流フィードバックを行って電流波形を制御しなくともトルクリップルの低減が可能となる。また、デルタ結線化によって生じる３次高調波電圧による循環電流損も２ｎ極３ｎスロット構造とすることにより解消される。さらに、ベクトル制御などの複雑な制御が不要となるため、制御システム中のマイコンの負担も軽減でき、低コストのマイコン採用が可能となり、コストダウンが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態であるブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の構成を示す説明図である。当該モータ１は、ＥＰＳの駆動源として使用され、図１に示すように、界磁極を構成する界磁マグネット２（以下、マグネット２と略記する）を備えたロータ３の周囲にステータ４を配したインナーロータ型の装置構成となっている。モータ１は、運転者がハンドルを操作すると操舵角や走行速度等に従って制御駆動され、図示しない減速ギアを介してステアリングコラム軸に対し操舵補助力が供給される。
【００１４】
ロータ３は、金属製のシャフト５に取り付けられたロータコア６と、ロータコア６の外周に固定された６個（２ｎ個；ｎ＝３）のマグネット２とから構成されている。マグネット２はフェライト磁石からなる６個のセグメントに分割形成されている。ステータ４は、ハウジング７と、ハウジング７の内周側に固定されたステータコア８と、ステータコア８に巻装された巻線９とから構成されている。ステータコア８には内周側に９個のティースが突設され、その間に形成された９個（３ｎ個；ｎ＝３）のスロットにコイルが巻装され巻線９が形成されている。
【００１５】
ハウジング７内には、ロータ３の回転位置を検出するためのホールセンサ１０が配設されている。モータ１ではマグネット２の主磁束を用いてロータ回転位置の検出が行われ、ホールセンサ１０はマグネット２の磁極の変化に伴って信号を出力する。ホールセンサ１０による検出信号に基づいて、図２に示す制御システムにより巻線９への電流が適宜切り替えられ、ロータ３を回転駆動させる回転磁界が形成される。
【００１６】
図２は、モータ１の制御システムの構成を示す説明図である。図２に示すように、モータ１ではコイル１１ａ,１１ｂ,１１ｃがデルタ（Δ）結線されている。ここで、デルタ結線されたブラシレスモータは、低電圧にて大きなトルクを得ることができるが、３次高調波電圧が発生するとそれによって発生する電流が外部に出ず環状結線を巡回して銅損を発生させる。つまり、基本波が０°,１２０°,２４０°のずれがあるとき、３次高調波では０°,３６０°（＝０°）,７２０°（＝０°）となって３相とも同位相となり、結線内部に循環電流が生じる。
【００１７】
これに対して、当該モータ１は前述のように、６極９スロットと構成とすることにより、このようなデルタ結線のデメリットである循環電流が発生しないようになっている。ここで、コイルピッチと磁極ピッチが一致しない場合、これによって生じる誘導起電力の減少の程度を示す係数として単節巻係数Ｋが知られており、Ｋ＝sin（ν・π／２・Ｓ／τ）（ν：高調波次数，Ｓ：コイルピッチ，τ：極ピッチ）で表される。そして、Ｋ＝０となる場合、磁束分布の高周波成分が除去されて３次高調波の影響による誘導起電力の減少が抑えられる。
【００１８】
上式中、３次高調波においてはν＝３となり、Ｓ／τ＝２／３のときＫ＝０となる。Ｓ／τ＝２／３となるのは、モータ構成が２極３スロット（Ｓ＝１２０°,τ＝１８０°；１２０／１８０＝２／３）の自然数倍（正の整数倍）となったときである。すなわち、界磁極数が２ｎ、スロット数が３ｎ（ｎは自然数）のときＫ＝０となる。従って、デルタ結線においてもモータ構成を６極９スロットとすると、３次高調波に対し単節巻係数Ｋを０とすることができ、３次高調波の影響を抑えることができる。
【００１９】
このように当該システムでは、循環電流による問題を極数とスロット数の設定により回避し、ＥＰＳの駆動源としてデルタ結線のモータを採用することができる。このため、スター結線の場合に比して、モータ１は低電圧にて大きなトルクを得ることができ、ＥＰＳの駆動源として最適な仕様とすることができる。また、デルタ結線ではスター結線よりも巻数は増えるものの、線径が（１／３）1/4＝０.７６倍となるので、巻線作業が容易になる。
【００２０】
モータ１を駆動する駆動ドライバ１２にはマイコン１３が設けられている。図３は、マイコン１３によるＵ,Ｖ,Ｗ各相の通電タイミングを示すタイムチャートである。モータ１は、図３に示すように、マイコン１３によって正弦波駆動される。マイコン１３では、電流フィードバックを行って電流波形を制御することなく、図３のような誘起電圧波形の正弦波駆動を行う。すなわち、ここでは図６のシステムのようにベクトル制御等の特殊な制御を行うことなく、正弦波駆動によってトルク変動を低減させることができる。
【００２１】
図４は図２のシステムにおけるモータのトルク変動を示す説明図、図５は図６のシステムにおけるモータのトルク変動を示す説明図である。なお、図４,５共に、電流フィードバックなしに正弦波駆動を行った場合のトルク変動を示している。図４に示すように、デルタ結線を採用した図２のシステムでは、スター結線を採用した図６にシステムに比してトルクリップルが大幅に低減している。図６のシステムでは、電流フィードバックを行わないと図５のようなトルクリップルが発生する。このため、かかるトルクリップルを低減させるべく電流センサを用いたフィードバック制御が必要であり、前述のように、その分システムコストが増大する。
【００２２】
これに対し、当該システムでは、図４から明らかなように、電流センサによるフィードバックを行わなくとも十分にトルクリップルを低減できる。従って、マイコン１３の負担が軽減され、より安価なマイコンの使用が可能となり、システムコストを低減することが可能となる。また、電流センサに関しても、当該システムではトルク制御用のもの（電流センサ１４）のみが１個設けられており、図６のシステムに比してセンサ数が１個減少する。電流センサは一般に高価であり、センサ数が１個減少しただけでも相当なコスト低減効果があり、マイコンの低廉化と相俟って、制御システムのコストダウンが可能となる。
【００２３】
本発明は前記実施の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、前述の実施の形態では、モータ１を正弦波駆動した場合について説明したが、当該システムを矩形波駆動のブラシレスモータに適用することも可能である。また、前述の実施の形態ではインナーロータ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、ロータがステータの外側に配設されるいわゆるアウタロータ型のブラシレスモータに本発明を適用することも可能である。さらに、前述の実施の形態では本発明をコラムアシスト型のＥＰＳに適用した例を示したが、ラックアシスト型等の他の方式のＥＰＳや他の車載機器用モータにも適用可能である。加えて、本発明のブラシレスモータをＥＰＳ以外の用途、例えば、ロボット等の産業用機械やパソコンやその周辺機器等のＩＴ機器にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施の形態であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。
【図２】図１のブラシレスモータに採用される制御システムの構成を示す説明図である。
【図３】図１のブラシレスモータにおけるＵ,Ｖ,Ｗ各相の通電タイミングを示すタイムチャートである。
【図４】図２のシステムにおけるモータのトルク変動を示す説明図である。
【図５】図６のシステムにおけるモータのトルク変動を示す説明図である。
【図６】従来のＥＰＳ用ブラシレスモータに採用されている制御システムの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    ブラシレスモータ
２    界磁マグネット
３    ロータ
４    ステータ
５    シャフト
６    ロータコア
７    ハウジング
８    ステータコア
９    巻線
１１ａ,１１ｂ,１１ｃ    コイル
１２    駆動ドライバ
１３    マイコン
１４    電流センサ
５１    ブラシレスモータ
５２ａ,５２ｂ,５２ｃ    コイル
５３    駆動ドライバ
５４    マイコン
５５ａ,５５ｂ    電流センサ
【図１】
2005051950.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005051950.tif 000006
【図５】
2005051950.tif 000007
【図６】
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