(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータと、ロータの外周面を包囲する複数相の励磁コイルと、円筒形のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面に前記励磁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備え、前記励磁コイルが極に対応するコイル毎にループを形成しない波巻で前記ステータコアに巻回されているパワーステアリング用ブラシレスモータの制御装置において、前記パワーステアリング用ブラシレスモータの各励磁相に供給する矩形波の励磁信号を生成する駆動手段と、前記各励磁相毎に前記励磁信号の方向決定及びオン・オフの切替えを行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記励磁信号として前記励磁コイルに供給する励磁電流を生成する駆動回路を含み、矩形波制御による前記励磁電流の切替え時に、前記励磁電流が立ち上がる励磁相と立ち下がる励磁相の電流変化率を一致させるか又は同程度にする駆動信号を前記駆動回路に供給するようになっていることを特徴とするパワーステアリング用ブラシレスモータの制御装置。
【請求項２】
前記パワーステアリング用ブラシレスモータのティースは、その内周側を隣接したティース同士で結合した一体構造となっていると共に、内周面は凹凸がなく概ね真円であり、前記ティースの内側を前記ロータが回転するようになっている請求項１に記載のパワーステアリング用ブラシレスモータの制御装置。
【請求項３】
前記各励磁コイルのコイルエンドの引出し位置の一端が、各隣接する他相のコイルエンドに対して、前記ステータコアの内周側に配置され、前記各励磁コイルのコイルエンドの引出し位置の他端が、各隣接する他相のコイルエンドに対して前記ステータコアの外周側に配置されている請求項１又は２に記載のパワーステアリング用ブラシレスモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の操舵力を低減させる電動式パワーステアリング装置に最適なブラシレスモータの制御装置に関し、特にモータショートやロックがなく、巻線が簡単にできて小型化、低コスト化を図ったブラシレスモータの制御装置に関する。また、本発明は、コイルの巻き方を改良することにより、ブラシレスモータにおけるインダクタンス特性を改善したブラシレスモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源としてはブラシ付モータが一般的に使用されており、さらにまた、操舵における慣性の低減、モータの耐久性の向上等のためにブラシレスモータが使用されている。
【０００３】
モータのコイルの巻線方法としては、重ね巻と波巻とがある。重ね巻でコイルが巻かれたモータには、１）巻線の成形、ステータコアへのインサートが簡単で製造しやすく、２）小型化しやすく、３）巻線構造が簡単でコイルがばらけ難く、絶縁に対する信頼性も高い、といった特性がある。このことより、電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源としてのブラシレスモータでは、一般に重ね巻が使用されていた。
【０００４】
一方、波巻でコイルが巻かれたモータには、コイルがループ状になっていないので、重ね巻のモータよりもインダクタンスが小さく、駆動電流の変化に対するモータ出力の応答性がよい、電流変動が小さい、などの利点がある。
【０００５】
従来のモータにおけるコイルの波巻方法としては、特開平７−１６３０７４号公報に記載されている方法がある。この公報に示された波巻方法は、固定子コアのスロットに各相のコイルを波巻で挿入する多相モータの固定子巻線方法であって、各相のコイルを構成する導体を夫々複数に分けて分束コイルを形成し、これらの分束コイルを各相並行に順次スロットに挿入して固定子巻線を形成するものである。
【０００６】
ところで、従来の電動パワーステアリング装置の動力源としては、例えば特開平９−１４９６１６号公報で示されるようなブラシレスモータが用いられている。図１９はそのブラシレスモータの径方向断面図を示しており、ロータ２００の外周側にステータコア２０１が配置され、ステータコア２０１の内周側より開口したスロットにコイル２０２が巻回され、ステータコア２０１の外周はモータハウジング２０３となっている。つまり、このブラシレスモータのステータコア２０１は、内周側（ロータ側）にスロット開口部があり、この開口部を通してスロットにコイル２０２を巻回している。
【０００７】
一方、電動パワーステアリング装置で用いるモータはショート（短絡）やロックが発生すると操舵不能になってしまうので、モータにマグネット飛散防止のカバーを付けたり、コイルを絶縁剤でコーティングしたりして高い信頼性を持たせるようにしている。また、モータのショートやロックが発生しても、車両への影響を防ぐために、特開平１０−２４３６８７号公報に示すようにモータのコイルの中点にリレーを設けたり、実用新案登録第２５８５７０５号に示すように、モータの出力軸にクラッチを設けているものがある。即ち、特開平１０−２４３６８７号公報では、ブラシレスモータの駆動回路部は複数のスイッチング素子から構成されるブリッジ回路を備え、ブリッジ回路の入力端子に電源が接続され、ブリッジ回路の出力端子にブラシレスモータが接続され、ブラシレスモータの中性点に閉ループ開放用のスイッチ手段が接続されている。
【０００８】
なお、電動パワーステアリング装置用のモータではないが、分割コアを用いたブラシレスモータは例えば特開平１１−２３４９２８号公報にも開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のブラシレスモータのようにスロット開口部が内周側（ロータ側）にあると、コイルをスロットに挿入（巻回）するときにコイルをロータ側から治具などを用いて押し込むことになるので、このコイル挿入時にコイルに傷が付き易い。コイルの傷は、モータショートの原因になる。
【００１０】
また、電動パワーステアリング装置のモータショートは、操舵時にモータの発電制動が発生してステアリングが重くなり、最悪の場合には操舵不能となってしまうので、絶対にあってはならないことである。このため、コイル間に絶縁紙を挟み込んだり、コイルを絶縁剤でコーティングして絶縁性を高めることによって、ショートに対するモータの信頼性を上げるようにしている。従って、モータ製造上において付随的な作業工程が生じ、コストダウンの面で問題となっていた。また、ショートが発生した場合はリレーをオフしたり、クラッチをオフして発電制動が働くのを防いでいる。この場合においてもリレーやクラッチその他の機器が必要となり、コストダウンの面で問題となっていた。
【００１１】
また、ステータの内周にはスロット開口部による凹凸が形成されるので、メンテナンスの不備などでモータ内に異物が入り込むと、その異物がステータの凹部に引っ掛かり、更にロータとの間の隙間に挟まれ、モータが回転不能になってしまうことが可能性としてあった。
【００１２】
一方、従来の電動式パワーステアリング装置では、電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源に使用するモータにトルクリップルがあると、そのリップルがアシストトルクの変動になりステアリング操舵の滑らかさを損ない、運転者に違和感を感じさせてしまうという問題点があった。
【００１３】
電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源のモータは、運転者が操舵するステアリングの操舵速度に応じ、ほとんど動かさない状態（ステアリングを保舵した状態）から高速で回転した状態（急操舵時）まで使用される。その速度全域においてトルクリップルが小さく、また、安定した出力（ステアリングに追従した回転数、操舵力に見合ったトルク）が求められている。
【００１４】
また、ブラシレスモータを矩形波駆動で制御する電動式パワーステアリング装置では、小型で、効率良く安定した出力を得るために、モータを多相や多極にしている。多相や多極のモータは、高速で回転させると、転流（励磁相を切替えること）から次の転流までの時間が極めて短く、インダクタンスの大きいモータでは、電気的定数が大きく電流の立ち上がりが遅いので、電流が充分に立ち上がる前に次の転流の時期がきてしまい、電流が狙い通り流れないためにモータ出力が不足し安定しないという問題点があった。なお、トルクは電流に比例するので、電流が流れないとトルクもその分小さくなるという問題点となる。
【００１５】
この問題点について図面を参照して具体的に説明する。従来の電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開の代表例を図１０に示す。図１１は、他の従来の電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開の代表例である。これらは、どちらも３相６極の重ね巻の例である。各相毎に１極に付き励磁コイル７６をループ状に形成し、それを数回巻き重ねている。かかる従来のブラシレスモータは、外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータと、このロータの外周面を包囲する複数相の励磁コイル７６と、円筒形のヨーク部の内周面に励磁コイル７６を保持する複数個のティース７０を形成して成るステータコアとを備えるものである。
【００１６】
電動パワーステアリング装置のアシスト動力源に使用するモータは、操舵に必要なトルクと回転速度を共に確保した大きな出力が必要である。１２Ｖバッテリを電源としている自動車で、この出力を得るためには、当然大きな電流が必要となる。
【００１７】
また、出力が大きいモータでも、高回転型のトルク定数の小さいモータであれば、コイルの導体数、つまりコイルのターン数は比較的少ないが、電動式パワーステアリング装置の場合、減速ギア比を大きくして、トルクを確保しようとすると、減速部のスペースが大きくなり、また、モータ慣性によってステアリング操舵フィーリングが悪化するといった問題があり、減速比を著しく大きくすることができない。つまり、電動パワーステアリング装置のモータは、トルク定数は大きく、かつ、大きな電流で使用する。
【００１８】
このため、電動式パワーステアリング装置のモータは、コイルの導体数、つまりコイルのターン数が多く、しかも抵抗は小さい構成になっている。
【００１９】
具体的には、１極当たりのコイル導体数は２０ターン以上になっており、しかも抵抗を小さくするために太い線を巻いたり、数本の束ねたコイルを巻いている。
【００２０】
このようなモータにおける１つの相のインダクタンスＬは、概ね励磁コイル７６の巻数Ｎの２乗に比例する。電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータは、巻数が多いので、インダクタンスは大きい。インダクタンスには自己インダクタンスと相互インダクタンスがあるが、このブラシレスモータは自己インダクタンスが支配的であり、１相の励磁コイルで見るとソレノイドと同様な構成であるので、インダクタンスＬは下記の一般式（１）で示すことができる。
【００２１】
Ｌ＝μ・Ｓ・Ｎ2／Ｉ        …（１）
ここで、Ｓはティース７０の断面積であり、Ｉはティース７０の長さであり、μは、ティース７０の透磁率である。
【００２２】
電気的時定数τは、
τ＝Ｌ／Ｒ                …（２）
で示される。ここで、Ｒは励磁コイル７６の抵抗値である。
【００２３】
このブラシレスモータの１相当りのインダクタンスは例えば３００μＨ、コイル抵抗は０．０５オーム程度であり、電気時定数τは６ミリ秒程度である。また、本例のブラシレスモータは３相６極であるので１回転に１８回の転流があり（３相×６極＝１８）、このモータを１０００ｒｐｍで回転させると３．３ミリ秒に１回転流する（１／｛（１０００／６０）＊１８｝＝０．００３３）。
【００２４】
つまり、ブラシレスモータの電気的時定数τ（６ミリ秒程度）よりも転流時間（３ミリ秒程度）の方が短いことになる。電気的時定数τは電流の最終値の６３％になる時間なので、その電気的時定数τの値よりも短時間に転流すると、電流が本来の流れる最終値に対して僅かしか流れないことになる。
【００２５】
さらにまた、ブラシレスモータを矩形波駆動で制御する電動式パワーステアリング装置では、転流時に立ち上がる励磁相（ＯＮ相）と立ち下がる励磁相（ＯＦＦ相）の相電流が一致していないと、モータに流れる全相電流が変動するのでトルクリップルの原因となる。これに対しては、転流時の相電流の電流変化率を制御することにより、トルクリップルを大幅に抑制できるが、インダクタンスの大きいブラシレスモータは電流の立ち上がりが遅く、高速で回転した時は転流時間が短く制御しきれないという問題点があった。図１２は、従来の電動式パワーステアリング装置用ブラシレスモータの励磁電流の転流時における状態を示す波形図である。実線が各相の実際の電流値であり、点線が本来流れるべき各相の電流値である。この図に示されているように、従来のブラシレスモータでは、電流が本来の流れる最終値に対して僅かしか流れないと共に、転流時に立ち上がる励磁相（ＯＮ相）と立ち下がる励磁相（ＯＦＦ相）の相電流が一致していない。
【００２６】
さらにまた、上記公報に示されたモータにおけるコイルの波巻方法では、１つの相を所定のターン数で巻き、１つの相が巻き終わると、次の相を巻くというように、各相毎にコイルを巻いている。このように各相毎にコイルを巻くと、１つのコイルと他の１つのコイルとの渡し部分であるコイルエンドの形状は、図２６に示すように、最初に巻いた相のコイル３７５ａがステータスロット３７２の奥（ステータコア３７４の外周側）に、最後に巻いた相のコイル３７５ｃがスロット開口部３７２ａ（ステータコア３７４の内周側）に位置することになる。なお、コイル３７５ｂは２番目に巻いたコイルである。
【００２７】
このように各相ステータスロット３７２におけるコイル３７５の径方向位置が異なるため、各相によりコイルエンド３７１の長さにバラツキが生じてしまい、また、ステータスロット３７２内の位置によって磁束の通り易さにもバラツキがあるため、コイル３７５の位置によってインダクタンスが異なっていた。つまり、ステータスロット３７２内でのコイル３７５（３７５ａ，３７５ｂ，３７５ｃ…）の位置に偏りがあるので、各相の間でインダクタンスにアンバランスが生じていた。
【００２８】
このアンバランスが原因で、従来のモータにおけるコイルの波巻方法では、電流変動やトルクリップルが大きくなるという問題点があった。波巻でコイルを巻いたモータは、元来インダクタンスが小さいので、相間においてインダクタンスにアンバランスがあると、それが電流変動やトルクリップルに大きく影響してしまう欠点がある。
【００２９】
本発明は上述のような事情からなされたものであり、本発明の第１の目的は、アシスト駆動力源となるブラシレスモータを矩形波駆動で制御する電動式パワーステアリング装置において、ブラシレスモータが低速回転であるか高速回転であるかに拘わらず安定した所望の出力トルクを得ることができると共に、ブラシレスモータを高速で回転させたときにおいても、トルクリップルを大幅に抑制することができ、滑らかなステアリング操舵感を得ることができる電動式パワーステアリング装置に最適なブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００３０】
また、本発明の第２の目的は、モータショートやロックがなく、巻線が簡単にできて小型化、低コスト化を図った電動パワーステアリング装置に最適なブラシレスモータの制御装置を提供することにある。さらに、本発明の第３の目的は、各相のコイルを波巻で巻いたモータにおける各相のインダクタンスを均等にして、電流変動やトルクリップルが小さいブラシレスモータの制御装置を提供することにある。
【００３１】
本発明は、外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータと、ロータの外周面を包囲する複数相の励磁コイルと、円筒形のヨーク部と、前記ヨーク部の内周面に前記励磁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備え、前記励磁コイルが極に対応するコイル毎にループを形成しない波巻で前記ステータコアに巻回されているパワーステアリング用ブラシレスモータの制御装置に関し、本発明の上記各目的は、前記パワーステアリング用ブラシレスモータの各励磁相に供給する矩形波の励磁信号を生成する駆動手段と、前記各励磁相毎に前記励磁信号の方向決定及びオン・オフの切替えを行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記励磁信号として前記励磁コイルに供給する励磁電流を生成する駆動回路を含み、矩形波制御による前記励磁電流の切替え時に、前記励磁電流が立ち上がる励磁相と立ち下がる励磁相の電流変化率を一致させるか又は同程度にする駆動信号を前記駆動回路に供給するようになっていることにより達成され、前記パワーステアリング用ブラシレスモータのティースは、その内周側を隣接したティース同士で結合した一体構造となっていると共に、内周面は凹凸がなく概ね真円であり、前記ティースの内側を前記ロータが回転するようになっていることにより、或いは前記各励磁コイルのコイルエンドの引出し位置の一端が、各隣接する他相のコイルエンドに対して、前記ステータコアの内周側に配置され、前記各励磁コイルのコイルエンドの引出し位置の他端が、各隣接する他相のコイルエンドに対して前記ステータコアの外周側に配置されていることにより、より効果的に達成される。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源となるブラシレスモータにおいて、多相の励磁コイルを、極毎にループを成形しない波巻で巻いたので、ブラシレスモータのインダクタンスを小さくすることができ、ブラシレスモータが低速回転であるか高速回転であるかに拘わらず安定した所望の出力トルクを得ることができると共に、ブラシレスモータを高速で回転させたときにおいても、トルクリップルを大幅に抑制することができ、電磁音、磁歪音及び作動音も低減することができ、滑らかなステアリング操舵感を得ることができる。
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置（コラムタイプ）の概略構成図である。ステアリングホイール１に作用された操舵力は、入力軸２ａと出力軸２ｂとから構成されたステアリングシャフト２に伝達される。この入力軸２ａの一端はステアリングホイール１に連結され、他端はトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達される。操舵力は、さらにステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達されて転舵輪を転舵させる。ステアリングギヤ８は、ピニオン８ａとラック８ｂとを有するラックアンドピニオン形に構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
【００４０】
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵力（アシスト力）を出力軸２ｂに伝達する減速ギヤ１０が連結されており、減速ギヤ１０には、補助操舵力を発生する、ブラシレスモータ１２の出力軸が連結されている。トルクセンサ３は、ステアリングホイール１に配設されて入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するものであり、例えば、操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿したトーションバーの捩じれ角変位に変換し、この捩じれ角変位をポテンショメータで検出するように構成され、ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって、ステアリングシャフト２に生じる捩じれの大きさと方向に応じたアナログ電圧から成るトルク検出信号ＴVを出力する。そして、トルクセンサ３は、例えばステアリングホイール１が中立状態にある場合には、所定の中立電圧Ｖ0をトルク検出信号ＴVとして出力し、これよりステアリングホイール１を右切りするとそのときの操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ0より増加する電圧を、左切りするとそのときの操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ0より減少する電圧を出力するようになっている。
【００４１】
コントローラ１３はブラシレスモータ１２を駆動制御し、操舵系への操舵補助力の制御を行うコントローラであって、車載のバッテリ１６から電源供給されることによって作動するようになっている。そして、バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニッションスイッチ１４及びヒューズ１５ａを介してコントローラ１３に接続されると共に、ヒューズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続されており、ヒューズ１５ｂを介して供給される電源は、例えばメモリバックアップ用に使用される。そして、コントローラ１３はトルクセンサ３からのトルク検出信号ＴVと、例えば変速機の出力軸に配設された車速センサ１７からの車速検出信号ＶPとに基づきブラシレスモータ１２を駆動制御する。
【００４２】
図２は、本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置のモータの構成（コラムタイプ）を示す断面図である。ブラシレスモータ１２は、円筒形のハウジング２２と、このハウジング２２の軸心に沿って配設され、軸受２３ａ及び２３ｂによって回転自在の回転軸２４に固定された永久磁石２５と、この永久磁石２５を包囲するようにハウジング２２内周面に固定され、且つ、３相の励磁コイル２６ａ，２６ｂ及び２６ｃが巻き付けられたステータ２６とから構成されており、回転軸２４及び永久磁石２５によって回転自在のロータ２７が形成されている。
【００４３】
一方、ロータ２７を構成する永久磁石２５は、例えばＳ極及びＮ極がそれぞれ３極ずつ、計６極が周方向に等間隔に着磁されている。ここで、この場合にはＳ極及びＮ極が３極ずつ、計６極に着磁された永久磁石２５を適用しているが、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁されているならば、Ｓ極及びＮ極の２極でも良く、また、複数極でもよい。
【００４４】
図３は、本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置の他の構成（ラック同軸タイプ）を示す断面図である。
【００４５】
本電動式パワーステアリング装置において、ステアリングギアボックス５４は、車幅方向に延びるラック軸５５が左右に貫通していて、ロアステアリングシャフト５３Ｃのピニオンとラック軸５５のラックとが噛み合っている。また、ラック軸５５の左右に延びる両端部には、ボールジョイント５６Ａ，５６Ｂを介してタイロッド５７Ａ，５７Ｂが連結され、タイロッド５７Ａ，５７Ｂの図示しない外端側は、図示しない転舵輪を回転自在に支持するナックルに、転舵力伝達可能に結合されている。なお、ラック軸５５の両端部とタイロッド５７Ａ，５７Ｂとの間には、それぞれダストブーツ５５Ａ，５５Ｂが外嵌していて、これにより、ステアリングギアボックス５４内やハウジング５９内にゴミ等が入り込むことを防止している。
【００４６】
ラック軸５５は、図示しない車体にブラケット５８Ａ，５８Ｂを介して固定された円筒状のハウジング５９内を挿通している。具体的には、ハウジング５９は、ステアリングギアボックス５４に近い側から、そのステアリングギアボックス５４に結合した連結部５９Ａと、比較的肉厚の円筒部５９Ｂと、この円筒部５９Ｂの外周面にかしめ止めされた比較的肉薄の円筒部５９Ｃと、この円筒部５９Ｃの端部に螺合して固定される予圧部材５９Ｄとから構成されていて、連結部５９Ａ，予圧部材５９Ｄのそれぞれがブラケット５８Ａ，５８Ｂを介して車体に固定されている。
【００４７】
これらのうち、比較的肉薄の円筒部５９Ｃは、円筒部５９Ｂに固定されて比較的長く軸方向に延びる大径部５９ａと、予圧部材５９Ｄが螺合される小径部５９ｂと、大径部５９ａ及び小径部５９ｂ間を連結するテーパ部５９ｃとから構成されている。そして、ハウジング５９の内側には、ラック軸５５を非接触に且つ同軸に包囲するように円筒状の回転軸６０Ａが配設され、この回転軸６０Ａの外周面には円筒状の永久磁石６０Ｂが固定されている。この永久磁石６０Ｂは、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁された磁石であって、これら回転軸６０Ａ及び永久磁石６０Ｂによって回転自在のロータ６０が構成されている。
【００４８】
図４はコントローラ１３の構成を示すブロック図であり、コントローラ１３は、例えば制御回路６１、ＦＥＴゲート駆動回路６２、モータ駆動回路６４、電流検出回路６６及びロータ位置検出回路６８とから構成されている。
【００４９】
制御回路６１は、例えばマイクロコンピュータ等で構成され、少なくとも外部接続機器との入出力処理を行うインタフェース部と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部とを備えている。そして、トルクセンサ３からのアナログ電圧から成るトルク検出信号ＴVに対して、所定の中立電圧Ｖ0よりも高いか否かによってトルクの発生方向を検出し所定の処理を行ってトルク検出値Ｔを求め、また、車速センサ１７からの出力軸の回転に応じたパルス信号から成る車速検出信号ＶP をもとに、単位時間当りのパルス数を積算して車速検出値Ｖを算出する。そして、これら検出値Ｔ及びＶＰに基づいて、例えばＰＩＤ制御（比例・積分・微分）によりブラシレスモータ１２に供給するモータ駆動信号ＳMを算出し、このモータ駆動信号ＳMに基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulation)信号を形成し、このＰＷＭ信号に基づいてパルス幅変調信号ＰＷＭを形成してＦＥＴゲート駆動回路６２に出力する。
【００５０】
ＦＥＴゲート駆動回路６２は、例えばマルチプレクサ等で構成され、制御回路６１からのパルス幅変調信号ＰＷＭ及び方向信号と、ロータ位置検出回路６８からの上段側ゲート信号Ｇａ１〜Ｇｃ１及び下段側ゲート信号Ｇａ２〜Ｇｃ２を入力し、方向信号が正回転の場合にはゲート信号Ｇａ１〜Ｇｃ２で指定されたモータ駆動回路６４の対応するトランジスタのゲート端子に、パルス幅変調信号ＰＷＭが“ＨＩＧＨ”である間所定の電圧供給を行い、方向信号が逆回転の場合には、上段側ゲート信号Ｇａ１〜Ｇｃ１を下段側ゲート信号、下段側ゲート信号Ｇａ２〜Ｇｃ２を上段側ゲート信号として処理し、それぞれ対応するトランジスタのゲート端子に、パルス幅変調信号ＰＷＭが“ＨＩＧＨ”である間所定の電圧供給を行う。
【００５１】
電流検出回路６６は、例えば電流検出抵抗を有し、この電流検出抵抗の両端に発生した電圧を増幅すると共にノイズ除去し、モータ電流検出信号Ｉとして制御回路６１に出力する。電流検出回路６６では、モータ電流検出信号Ｉの実効値が得られるよう、それぞれの信号に対し充分なフィルタ処理を行っているものとする。モータ駆動回路６４は、６個の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔａ１，Ｔｂ１，Ｔｃ１，Ｔａ２，Ｔｂ２，Ｔｃ２から構成されている。これらＦＥＴＴａ１〜Ｔｃ２は、Ｔａ１とＴａ２，Ｔｂ１とＴｂ２というように対応する一対のＦＥＴが直列に接続され、これら直列に接続された直列回路のそれぞれが電源の両端子間に並列に配設されると共に、直列関係にあるＦＥＴの接続部分が、各励磁コイル２６ａ〜２６ｃの外端（スター結線の中心側とは逆側）に導通されている。
【００５２】
そして、各ＦＥＴＴａ１〜Ｔｃ２のゲート電圧が、上述した位相検出素子３１の出力に基づいてＦＥＴゲート駆動回路６２によって制御されるようになされている。モータ駆動回路６４での各励磁コイル２６ａ〜２６ｃへの励磁電流の方向及び大きさは、具体的には図５に示すようになる。ここで、図５においてＵ相が励磁コイル２６ａに対応し、Ｖ相が励磁コイル２６ｂに対応し、というように各相が各励磁コイルに対応し、Ｗ相が励磁コイル２６ｅに対応している。
【００５３】
これによって、図６及び図７に示す本発明の巻線展開図において、上方に向かう電流（図５におけるプラスの相）及び下方に向かう電流（図５におけるマイナスの相）が流れることから、Ｎ極及びＳ極が発生する。よって、ロータ２７の永久磁石のＮ又はＳ極と励磁コイル２６に発生したＮ又はＳ極との間の磁気吸引力及び反発力によりロータ２７が回転する。
【００５４】
本実施例に係る電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源となるブラシレスモータの巻線の実施例に係る展開図を、図６から図８に示す。図６は、本発明の第１の実施例に係るブラシレスモータの巻線展開図である。図７は、本発明の第２の実施例に係るブラシレスモータの巻線展開図である。図８は、本発明の第３の実施例に係るブラシレスモータの巻線展開図である。
【００５５】
図６及び図７はそれぞれ３相６極のブラシレスモータの巻線の例である。１つの励磁コイル２６（Ｕ相）の巻線は、巻線溝ａを通し、相数分の溝ピッチを離した巻線溝ｂを通ってティース７０を往復した後、同ピッチで次の巻線溝ｃを通るように巻いていき、ステータ２６を１周して元の巻線溝ａに戻るように巻いている。その次に、更に同じ軌跡を通り、同様にステータ２６を１周して元の巻線溝ａに励磁コイル２６の線を戻す。このような巻線を繰り返して、励磁コイル２６の導体数を所定の数にしている。
【００５６】
励磁コイル２６は１本の線材を巻いたものでも良いし、数本の線材を束ねたものでよい。本ブラシレスモータでは、図６〜図８に示すように励磁コイル２６をループ状に成形していないので、当該モータのインダクタンスに影響する励磁コイルのターン数は０であり、本ブラシレスモータの自己インダクタンスは極めて小さい。また、本ブラシレスモータでは、図１０又は図１１に示すような従来の重ね巻と同じ導体数にしているので、励磁コイルの電気抵抗は重ね巻とほぼ同じであり、インダクタンスだけを小さくしている。
【００５７】
例えば、図６及び図７に示すように巻いたブラシレスモータの１相当りのインダクタンスは８０μＨ以下、抵抗は０．０５オーム程度であるので、電気時定数τは、τ＝Ｌ／Ｒ＝８０μＨ／０．０５オーム＝１．６ミリ秒以下になる。
【００５８】
本ブラシレスモータは３相６極であるので、１回転に１８回の転流があり（３相×６極＝１８）、このモータを１０００ｒｐｍで回転させると３．３ミリ秒に１回転流する（１／｛（１０００／６０）＊１８｝＝０．００３３）。
【００５９】
このことにより、本ブラシレスモータは、高速で回転しているときでも転流期間（約３ミリ秒）よりも電気的時定数τ（１．６ミリ秒）が小さく、励磁電流を充分安定して流すことができる。
【００６０】
次に、他の実施例に係る電動式パワーステアリング装置について、以下に説明する。アシスト駆動源となるブラシレスモータの駆動制御において、転流時の相電流の電流変化率を制御して、励磁電流の切替え時に励磁電流の立ち上がる相と立ち下がる相の電流変化率を一致させることにより、そのブラシレスモータのトルクリップルを大幅に抑制できる。
【００６１】
具体例を、図４に示すコントローラ１３を参照して説明する。ＦＥＴゲート駆動回路６２は、ブラシレスモータ３５の各励磁相ａ〜ｃに供給する励磁信号を生成する。制御回路６１はＦＥＴゲート駆動回路６２に対し、励磁電流の切替え時に励磁電流の立ち上がる相と立ち下がる相の電流変化率を一致させるか又は同程度にする駆動信号を供給する。
【００６２】
これは、ブラシレスモータ３５が回転するとモータコイルに逆起電力が発生し、電流が流れ難くなり、ＯＦＦ相は早く電流が停止し、ＯＮ相は電流の立ち上がりが遅れるといった現象が起こるので、これを制御的に補正することである。現実的には、ブラシレスモータ３５の印加電圧に余裕がないので、ＯＮ相の電流の立ち上がりは早く立ち上げることはできない。ＯＦＦ相の電流の立ち下げを遅らすことで、相電流を一致させている。
【００６３】
ここで、ブラシレスモータ３５のインダクタンスが大きいと、ＯＮ相の電流の立ち上がりが遅くなり、ＯＦＦ相にその間通電することになる。いつまでも電流を流し続けると次の転流時期になってしまい、本来の励磁区間から大幅に逸脱し好ましくない。
【００６４】
本ブラシレスモータでは、インダクタンスが従来のブラシレスモータのものより小さいので、高速回転でも、図９に示すように、ＯＮ相とＯＦＦ相の相電流を一致させることができ、トルクリップルを抑制できる。
【００６５】
上述の実施例では３相６極のブラシレスモータについて説明したが、本発明に係るブラシレスモータは３相に限定されるものではなく、また、極数も６極に限定されるものではない。図８の巻線展開図で示すように、５相４極のブラシレスモータでも上述の実施例と同様の作用及び効果がある。また、本発明に係る電動式パワーステアリング装置は、図３に示すようなＢ／Ｓラックタイプのブラシレスモータはもちろん、図２に示すようなコラムタイプのブラシレスモータにも上述の実施例と同様の作用及び効果がある。
【００６６】
また、電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータは下記の構造的特徴があり、コイルをループ状に成形していない波巻は製造しやすく信頼性も問題ない。
【００６７】
１．モータの外径（ステータコアの内径）が大きく（特にＢ／Ｓラックタイプ）、巻線が成形しやすい。
【００６８】
２．巻線のターン数が多く、重ね巻のステータコアを流用でき設計の自由度が大きく、重ね巻と同様に小型化しやすい。
【００６９】
３．電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータは、モータがロックするとステアリング操作が不能となるので、充分な保護、フェールセーフを設けている。励磁コイルに対しても樹脂で固めるなど機械的強度や電気的絶縁の補強を施しており、波巻にしても信頼性の低下はない構造になっている。
【００７０】
以上、矩形波駆動での電動式パワーステアリング装置の実施例を説明したが、電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータを正弦波駆動で制御する場合もある。正弦波駆動でもブラシレスモータのインダクタンスが大きいと、励磁電流の立ち上がりが遅れるため各相の電流のバランスが崩れ、トルクリップルの原因となる。したがって、正弦波駆動の電動式パワーステアリング装置に上述の実施例を適用しても、上述の実施例と同様の作用及び効果がある。
【００７１】
本発明のブラシレスモータはコイルをステータコアの外周側から巻回するようにしているので、コイルをスロットに押し込まずに巻線ができるので、コイルに傷が付くこともなく、コイルによるモータショートが起きない。また、ステータの内周面にスロット開口による凹凸がないので、ステータとロータとの間の隙間が全周に亙って等しい。そのため、モータ内に異物が入ったとしても、その異物がステータとロータの間に挟み込まれることがなく、モータがロックされることはない。このように、簡易な構成でモータの信頼性が著しく向上し、リレーやクラッチがなくても十分な安全性を確保できる利点がある。
【００７２】
本発明は、コラム式及びピニオン式電動パワーステアリング装置のブラシレスモータに適用できることは勿論、ラックアシスト式電動パワーステアリング装置のブラシレスモータにも適用可能である。
【００７３】
以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００７４】
本発明のブラシレスモータ１２０は、上述の実施例における図１に示す電動パワーステアリング装置において、その動力源としてブラシレスモータ１２の換わりに適用する。ステアリングホイール１に作用されたドライバの操舵力は、入力軸２ａ及び出力軸２ｂで構成されるステアリングシャフト２に伝達される。入力軸２ａの一端はステアリングホイール１に連結され、他端はトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結されている。そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイント４及び６を介してピニオンシャフト７に伝達される。操舵力は、更にステアリングギア８を介してタイロッド９に伝達され、転舵輪を転舵させる。ステアリングギア８は、ピニオン８ａ及びラック８ｂを有するラックアンドピニオン型で構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。
【００７５】
ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵力（アシスト力）を出力軸２ｂに伝達する減速ギア１０が連結されており、減速ギア１０には補助操舵力を発生するブラシレスモータ１２０が連結されている。トルクセンサ３は入力軸２ａに伝達された操舵トルクを検出するものであり、例えば操舵トルクを入力軸２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿されたトーションバーの捩れ角変位に変換し、この捩れ角変位をポテンショメータで検出するように構成され、ドライバがステアリングホイール１を操舵することによって、ステアリングシャフト２に生じる捩れの大きさと方向に応じたアナログ電圧のトルク検出信号ＴＶを出力する。そして、トルクセンサ３は、例えばステアリングホイール１が中立状態にある場合には、所定の中立電圧Ｖ０をトルク検出信号ＴＶとして出力し、この位置よりステアリングホイール１を右切りすると、その操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ０より増加する電圧を、左切りするとその操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ０より減少する電圧を出力するようになっている。
【００７６】
ＣＰＵ等で成るコントローラ１３はブラシレスモータ１２０を駆動制御し、操舵系への操舵補助力の制御を行うユニットであり、車載バッテリ１６から電源供給されることによって作動するようになっている。バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジン始動を行うイグニションスイッチ１４及びヒューズ１５ａを介してコントローラ１３に接続されると共に、ヒューズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続されており、ヒューズ１５ｂを介して供給される電源は、例えばメモリバックアップ用に使用される。そして、コントローラ１３は、トルクセンサ３からのトルク検出信号ＴＶと、例えば変速機の出力軸に配設された車速センサ１７からの車速検出信号ＶＰとに基づいてブラシレスモータ１２０を駆動制御する。
【００７７】
次に、本発明に係るブラシレスモータ１２０の第４の実施例を図１３に示して説明する。即ち、図１３はブラシレスモータ１２０のステータコアの断面構造を示しており、ステータコアは円環状のヨーク部分１２１と、多数の巻線用凹部（スロット）を具備した放射状の隔壁で成るティース部分１２２とで構成されており、ティース部分１２２は内周側の結合部１２２ａで隣接したティース同士を結合した一体構造となっている。つまり、ティース部分１２２のスロット開口部は外周側に形成されている。また、ヨーク部分１２１とティース部分１２２とは脱着可能（嵌着）になっており、ティース部分１２２はヨーク部分１２１の内周に嵌着される構造となっている。
【００７８】
図１３のステータコアを用いて、ブラシレスモータ１２０として組立てた例を図１３に対応させて図１４に示す。先ずティース部分１２２で成るステータコアを多数枚積層して円筒状の積層体を形成し、その積層体のティース部分１２２の各スロット１２３に外周側からコイル１２４を巻回し、ティース部分１２２に巻線をした後に、多数枚を積層した円筒状のヨーク部分１２１（コア）にティース部分１２２を嵌着して固定している。その際、スロット１２３の表面は、粉体塗装１２５により絶縁を施している。この絶縁は、絶縁紙等の他の絶縁方法でも良い。ヨーク部分１２１の外周はモータハウジング１２６となっており、ティース部分１２２の中心部にはマグネット１２７を層設されたロータ１２８が配設されている。マグネット１２７はリング型マグネットを使用しており、ロータ１２８の外周はほぼ真円になっている。
【００７９】
このように本発明のブラシレスモータ１２０では、コイル１２４をティース部分１２２の外径側から直接スロット１２３に巻回するようにしているので、コイル１２４をスロット１２３に押し込む必要がない。このため、コイルには過大な力や局部的な力が加わることがなく、コイル１２４に傷が付くことがない。また、一体構造のティース部分１２２の内周面１２２ｂには凹凸がなく、ほぼ真円になっている。一体構造のティース部分１２２の内側をロータ１２８が回転するが、ロータ１２８の外周（マグネット１２７）はほぼ真円になっており、ステータ（ティース部分１２２の内周面１２２ｂ）とロータ１２８の間の隙間は全周にわたってほぼ等しい。従って、万が一、モータ内に異物が入ってもステータとロータの間に引っかかる所がないので、異物が挟み込まれてモータが回転不能になることはない。ロータ１２８のマグネット表面に補強のカバーを付けても、同様に作用する。
【００８０】
上記ブラシレスモータ１２０の磁気回路は、マグネット１２７のある磁極から隙間を介してティース部分１２２→ヨーク部分１２１→ティース部分１２２を通り、再度隙間を介してマグネット１２７の対磁極に戻る主磁路の他に、ティース部分１２２内径の結合部１２２ａを通る短絡磁路が形成されている。しかしながら、電動パワーステアリング装置用のモータでは、この短絡磁路による性能劣化は２％以下でほとんど影響はない。スロット開口部の広い外周側からコイルを巻回するので、スロットの巻線占積率が上げられ、１０％以上の性能向上ができる。
【００８１】
次に、本発明に係るブラシレスモータの第５の実施例を図１３に対応させて図１５に示すが、本実施例ではティース部分１２２の外径側に設けたスロット開口部に、円周方向（両方向）に突出した鍔部１２２ｃを設けている。この鍔部１２２ｃはコイル１２４を巻回する時にコイル線をバラけ難くし、また、ヨーク部分１２１にティース部分１２２を嵌着するときにコイル１２４が接触するのを防ぐ作用をする。更に、ティース部分１２２とヨーク部分１２１の接触面を大きくすることで嵌着動作を安定させ、磁路を確保するためにも有効である。図１５のステータコアを用いたブラシレスモータ１２０Ａの径方向断面図を、図１４に対応させて図１６に示す。
【００８２】
更に、本発明に係るブラシレスモータの第６の実施例を図１７に示す。本例では、上記第５の実施例のティース部分１２２に巻線１２４をしているが、ヨーク部分は積層コアではなく、プレス成形したヨーク１２１ａでモータの外箱（ハウジング）を構成している。コイル１２４を巻回したティース部分１２２を円筒状のヨーク１２１ａに嵌着させると共に、ロータ１２８を組み込んでブラシレスモータを構成している。この場合、従来のモータの外箱よりヨーク１２１ａを厚くするなどの磁気的な配慮が必要になるが、ヨーク専用部材が不要となるため、モータを小型化、低コスト化することができる。
【００８３】
同様にヨーク部分を積層コアではなく、電動パワーステアリング装置のハウジング１２１ｂをヨークとした第７の実施例を図１８に示す。本例では、ロータの軸は中空シャフト１４０となっており、その中空シャフト１４０の内側にラック１４１を同軸に配置している。本例では、ラック１４１のハウジングがモータのハウジングを兼ねており、ヨーク部分としても機能している。
【００８４】
本発明のモータは、それぞれのコイルにおけるコイルエンドの引出し位置の一端が、隣接する他相のコイルエンドに対してステータの内周側に配置され、当該コイルエンドの引出し位置の他端が、隣接する他相のコイルエンドに対してステータの外周側に配置され、全ての励磁コイルの傾斜が均一になると共に、コイルエンド側から見た場合の長さも同一に配置することができるので、各相のインダクタンスを均等にすることができ、電流変動やトルクリップルを小さくすることができる。
【００８５】
そこで、本発明のモータを電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源として用ることにより、従来のものよりも滑らかなステアリング操舵感を得ることができる電動式パワーステアリング装置を実現することができる。
【００８６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２０は本発明の第８の実施例に係る３相ブラシレスモータの軸方向から見た断面構造図であり、図２１はその巻線展開図である。すなわち、図２０はステータを軸方向から見た図であり、１つの励磁コイルと他の励磁コイルとの渡し部分であるコイルエンド３０１の引廻しを示すものである。
【００８７】
１つのコイルエンド３０１の引出し位置である両端部Ａ及びＢにおいて、一方の端部Ａが隣接した他相のコイルエンド３０１ａに対してスロット３０２の外周側Ｏに、他方の端部Ｂが隣接した他相のコイルエンド３０１ｂに対して内周側Ｉになるように、励磁コイルを巻いている。全体でみると、全てのコイルエンド３０１がスロット３０２の外周側Ｏから内周側Ｉへと斜めに巻線されて、配置されるように構成されている。すなわち、本ブラシレスモータでは、ステータコア３０４のスロット３０２に多相の励磁コイルを波巻で巻いており、それぞれの励磁コイルにおけるコイルエンド３０１の引出し位置の一端（端部Ａ）が、隣接する他相のコイルエンド３０１ａに対してステータコア３０４の外周側Ｏに配置され、コイルエンド３０１の引出し位置の他端（端部Ｂ）が、隣接する他相のコイルエンド３０１ｂに対してステータの内周側Ｉに配置されている。
【００８８】
一方、励磁コイルの巻き方は図２で示す巻線展開図に示すように、励磁コイル３２６の１つ（Ｕ相）の巻線はスロット３０２ａを通り、コイルエンド３１１を経由して相数分の溝ピッチだけ離れたスロット３０２ｂを通ってティース３０３を往復した後、コイルエンド３１２を経由して同ピッチで次のスロット３０２ｃを通るように順次巻いていき、ステータを１周して元のスロット３０２ａに戻るように巻いている。その次に、更に同じ軌跡を通り、同様にステータを１周して元のスロット３０２ａに励磁コイル３２６の線を戻す。このような巻線を繰り返して、励磁コイル３２６の導体数を所定のターン数にしている。
【００８９】
このように巻くことで、各相の励磁コイル３２６は、スロット３０２内の外周側Ｏと内周側Ｉに交互に一部が重畳して配設される。全ての相の励磁コイル３２６が同様の傾斜をもって、また、コイルエンド３０１の長さも等しく配設されるので、スロット３０２内の磁束の通りにバラツキがあっても、相内でそのバラツキが打ち消し合われ、相間のインダクタンスが等しくなる。
【００９０】
励磁コイル３２６は１本の線材を巻いたものでも良いし、数本の線材を束ねたものでよい。本ブラシレスモータでは、図２１に示すように励磁コイル３２６をループ状に成形していないので、当該モータのインダクタンスに影響する励磁コイルのターン数は０であり、本ブラシレスモータの自己インダクタンスは極めて小さい。また、本ブラシレスモータでは、従来の重ね巻と同じ導体数にしているので、励磁コイルの電気抵抗は重ね巻とほぼ同じであり、インダクタンスだけを小さくすることができる。
【００９１】
図２２は本発明の第８の実施例に係るブラシレスモータ３２０の構成を示す断面図であり、ブラシレスモータ３２０は、円筒形のハウジング３２２と、このハウジング３２２の軸心に沿って配設され、軸受３２３ａ及び３２３ｂによって回転自在の回転軸３２４に固定された永久磁石３２５と、この永久磁石３２５を包囲するようにハウジング３２２内周面に固定され、且つ、３相の励磁コイル３２６ａ，３２６ｂ及び３２６ｃが巻回されたステータ３２１とから構成されており、回転軸３２４及び永久磁石３２５によってロータ３２７が形成されている。
【００９２】
一方、ロータ３２７を構成する永久磁石３２５は、例えばＳ極及びＮ極がそれぞれ３極ずつ、計６極が周方向に等間隔に着磁されている。ここで、この場合にはＳ極及びＮ極が３極ずつ、計６極に着磁された永久磁石３２５を適用しているが、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互に且つ等間隔に着磁されているならば、Ｓ極及びＮ極の２極でも良く、また、複数極でもよい。
【００９３】
例えば、図２０及び図２１に示すように巻いたブラシレスモータの１相当りのインダクタンスは８０μＨ以下、抵抗は０．０５オーム程度であるので、電気時定数τは、τ＝Ｌ／Ｒ＝８０μＨ／０．０５オーム＝１．６ミリ秒以下になる。
【００９４】
本ブラシレスモータは３相６極であるので、１回転に１８回の転流があり（３相×６極＝１８）、このモータを１０００ｒｐｍで回転させると３．３ミリ秒に１回転流する（１／｛（１０００／６０）＊１８｝＝０．００３３）。このことにより、本ブラシレスモータは、高速で回転しているときでも転流期間（約３ミリ秒）よりも電気的時定数τ（１．６ミリ秒）が小さく、励磁電流を充分安定して流すことができる。
【００９５】
上述の実施例では３相６極のブラシレスモータについて説明したが、本発明に係るモータは３相に限定されるものではなく、また、極数も６極に限定されるものではない。図２３の巻線展開図で示すような、５相４極のブラシレスモータでも、上述の実施例と同様の作用及び効果がある。
【００９６】
上述のようにコイルをステータに巻線する方法としては、例えばステータコア３０４に直接巻かずに、全ての相の励磁コイル３２６を波巻状に形成した後に、その形成した励磁コイル３２６をステータコア３０４のスロット３０２に挿入する方法を用いる。ここで、予め巻線機側の治具に、各相の励磁コイル３２６を波巻状に所定のターン数だけ巻き、励磁コイル３２６を仮成形する。この仮成形したコイルを、ステータ３０４のスロット３０２に順次又は同時に挿入して、成形する。
【００９７】
この励磁コイル３２６は、複数本のマグネットワイヤを束ね、それを成形したコイルであっても、１本のマグネットワイヤを成形したコイルでもよい。なお、図２０においては、配置が分かり易いように、モデル化してコイルエンド３０１を示している。
【００９８】
励磁コイルを波巻で巻いたモータは、重ね巻きのモータに比べて、元来インダクタンスが小さいので、相間においてインダクタンスがアンバランスであると、そのアンバランスが大きく作用して、大きな電流変動及び大きなトルクリップルが生じるという悪影響がでる。しかしながら、本実施例のブラシレスモータにあっては、図２０に示すように各励磁コイルのコイルエンド３０１の引出し位置が、全ての相に等しく配置されているので、スロット３０２内における磁束の通りにバラツキがあっても、相内でそのバラツキを打ち消し合い、相間のインダクタンスを等しくする。
【００９９】
これにより、本実施例のブラシレスモータによれば、従来の波巻のブラシレスモータと比較して、相間におけるインダクタンスを極めてバランスの良いものにすることができ、電流変動及びトルクリップルを大幅に低減することができる。
【０１００】
図２４は、本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁コイルの配置についての第９の実施例を示す断面構造図である。
【０１０１】
本実施例のブラシレスモータでは、スロット開口部３５２ａがステータ内周側Ｉではなく、外周側Ｏ（ステータのヨーク部分３５６側）に設けられている。つまり、ステータをティース部分（コア）３５３とヨーク部分（コア）３５６とに分割した構造のモータである。この構成によれば、スロット３５２の外周側から励磁コイルを挿入して巻くことができる。そして、励磁コイルの巻線が終了した後に、ティース部分３５３とヨーク部分３５６とを嵌着する。なお、３５１はコイルエンドを示しており、一端部Ａが外周側Ｏに、他端部Ｂが内周側Ｉに位置するように巻回されている。
【０１０２】
図２５は、本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁コイルの配置についての第１０の実施例を示す断面構造図である。
【０１０３】
本実施例のブラシレスモータは、図２３の巻線展開図に示す５相４極のモータの例である。本実施例においても、図２０及び図２４に示すブラシレスモータと同様に、各コイルエンド３６１の引出し位置である端部Ａ，Ｂ（スロット３６２における径方向の位置）は、一方の端部Ａが他相のコイルエンド３６１ａに対してスロット３６２の外周側Ｏに、他方の端部Ｂが他相のコイルエンド３６１ｂに対して内周側Ｉになるように、各励磁コイル３２６が巻かれている。
【０１０４】
図２４及び図２５に示すブラシレスモータの各励磁コイルも、図２０の場合と同様に全て均一な長さ及び傾斜となるようにコイルエンドの引出し位置が配置されているので、図２０に示すブラシレスモータと同様に、スロット内における磁束の通りにバラツキがあっても、相内でそのバラツキが打ち消され、相間のインダクタンスを等しくする。これにより、従来の波巻のブラシレスモータと比較して、相間におけるインダクタンスを極めてバランスの良いものにすることができ、電流変動及びトルクリップルを大幅に低減することができる。
【０１０５】
なお、上述の実施例では、３相及び５相のモータを実施例としたが、本発明に係るモータは、これに限定されるものではなく、他の任意の相数のモータに適用することができる。また、上述の実施例では、ブラシレスモータを実施例としたが、本発明に係るモータは、これに限定されるものではなく、ブラシレスモータ以外の他の種類のモータにも適用することができる。
【０１０６】
これらにより、本発明のモータは電流変動及びトルクリップルが大幅に低減されているので、本発明のモータを電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動源として用いることによって、従来のものよりも滑らかなステアリング操舵感を得ることができる電動式パワーステアリング装置を実現することができる。
【０１０７】
第１１の実施例は、ステータコアのスロットに、多相のコイルを、上述の第１の実施例で参照した図６に示すように波巻で巻いたブラシレスモータにおいて、上述の第４の実施例で参照した図１３、図１４に示すように、ステータコアが、ティースの内周側を隣接したティース同士で結合され外周側に開口部を持ったティース部分１２２と、ティース部分１２２の外周側で磁路を形成するヨーク部分１２１とで構成され、ティース部分１２２の外周側から巻線をした後にヨーク部分１２１を固着した構成のブラシレスモータとする。
【０１０８】
すなわち、第１１の実施例のブラシレスモータは、前述の第１の実施例で示したようにコイルを波巻で形成し、かつ、第４の実施例で示したようにステータコアがティースの内周側を隣接したティース同士で結合され外周側に開口部を持ったティース部分１２２（以下、「分割コア」という。）を有するブラシレスモータである。
【０１０９】
これらにより、第１１の実施例のブラシレスモータは、コイルを波巻としたので、ブラシレスモータのインダクタンスを小さくすることができ、ブラシレスモータが低速回転であるか高速回転であるかに拘わらず安定した所望の出力トルクを得ることができると共に、ブラシレスモータを高速で回転させたときにおいても、トルクリップルを大幅に抑制することができ、電磁音、磁歪音及び作動音も低減することができ、滑らかなステアリング操舵感を得ることができる電動式パワーステアリング装置を提供することができる。
【０１１０】
さらに、第１１の実施例のブラシレスモータは、ステータコアを「分割コア」としたので、コイル巻回時にコイルを傷つけることがなく、ティース部分１２２とロータ１２８との間の隙間が均一であり、モータショートやロックに対する信頼性が著しく向上する。また、巻線を外側から巻回するので巻線が簡単にでき、生産性が向上すると共に、占積率が向上し、波巻のような複雑な巻線も簡単にできる。ティース部分１２２の内周に凹凸がないのでコギングトルクが小さく、電動パワーステアリング装置に利用した場合には、さらに滑らかなステアリング操舵感を得ることができる。更に、ヨーク部分１２１をモータ又はモータを含む電動パワーステアリング装置の外箱（モータハウジング１２６）にすることで、モータを小型化できると共に、低コスト化を実現することができる。
【０１１１】
第１２の実施例は、前述の第１１の実施例のブラシレスモータにおいて、さらに、図２０に示すように、各コイルのコイルエンド３０１の引出し位置の一端が、隣接する他相のコイルエンド３０１ｂに対して、前記ステータコアの内周側Ｉに配置され、前記各コイルのコイルエンド３０１の引出し位置の他端が、隣接する他相のコイルエンド３０１ａに対して前記ステータコアの外周側Ｏに配置されている（以下、「整列巻」という。）構成を有するブラシレスモータである。
【０１１２】
すなわち、第１２の実施例のブラシレスモータは、第１１の実施例と第８の実施例とを組み合わせたものであり、コイルが波巻でかつ「整列巻」で形成されていると共に、ステータコアを「分割コア」としたものである。
【０１１３】
これらにより、第１２の実施例のブラシレスモータは、前述の第１２の実施例のブラシレスモータが備える効果を有すると共に、コイルの各相のインダクタンスを均等にすることができ、電流変動及びトルクリップルのさらなる削減をすることができる。
【０１１４】
第１３の実施例は、前述の第１１の実施例のブラシレスモータ又は第１２の実施例のブラシレスモータを、自動車の操舵力を低減させるパワーステアリング装置におけるアシスト駆動源として用いるものである。
【０１１５】
これらにより、第１３の実施例のブラシレスモータは、操舵係を低速に回転させたときでも高速に回転させたときでも、より滑らかなステアリング操舵感を得ることができ、電磁音、磁歪音及び作動音も低減することができ、小型化できると共に、低コスト化できる電動式パワーステアリング装置を実現することができる。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、アシスト駆動源となるブラシレスモータにおいて、多相の励磁コイルを、極毎にループを成形しない波巻で巻いたので、ブラシレスモータのインダクタンスを小さくすることができ、ブラシレスモータが低速回転であるか高速回転であるかに拘わらず安定した所望の出力トルクを得ることができると共に、ブラシレスモータを高速で回転させたときにおいても、トルクリップルを大幅に抑制することができ、電磁音、磁歪音及び作動音も低減することができ、滑らかなステアリング操舵感を得ることができる電動式パワーステアリング装置を提供することができる。
【０１１７】
また、本発明のブラシレスモータによれば、コイル巻回時にコイルを傷つけることがなく、ティース部分とロータとの間の隙間が均一であり、モータショートやロックに対する信頼性が著しく向上する。また、巻線を外側から巻回するので巻線が簡単にでき、生産性が向上すると共に、占積率が向上し、波巻のような複雑な巻線も簡単にできる。ティース部分の内周に凹凸がないのでコギングトルクが小さく、電動パワーステアリング装置に利用した場合には、滑らかなステアリング操舵感を得ることができる。更に、ヨーク部分をモータ又はモータを含む電動パワーステアリング装置の外箱にすることで、モータを小型化できると共に、低コスト化を実現することができる。
【０１１８】
また、本発明によれば、それぞれのコイルにおけるコイルエンドの引出し位置の一端が、隣接する他相のコイルエンドに対してステータの内周側に配置され、当該コイルエンドの引出し位置の他端が、隣接する他相のコイルエンドに対してステータの外周側に配置され、全ての励磁コイルの傾斜が均一になると共に、コイルエンド側から見た場合の長さも同一に配置することができるので、各相のインダクタンスを均等にすることができ、電流変動やトルクリップルが小さいブラシレスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置（コラムタイプ）の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置のブラシレスモータの構成（コラムタイプ）を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置の他の構成（ラック同軸タイプ）を示す断面図である。
【図４】図１におけるコントローラの構成を示すブロック図である
【図５】励磁電流の波形図である。
【図６】本発明の第１の実施例に係る電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図である。
【図８】本発明の第３の実施例に係る電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図である。
【図９】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリング装置用ブラシレスモータの励磁電流の転流時における状態を示す波形図である。
【図１０】従来の電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図である。
【図１１】他の従来の電動式パワーステアリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図である。
【図１２】従来の電動式パワーステアリング装置用ブラシレスモータの励磁電流の転流時における状態を示す波形図である。
【図１３】本発明に係るブラシレスモータの第４の実施例を示すステータコアの構造図である。
【図１４】本発明に係るブラシレスモータの第４の実施例を示す径方向断面構造図である。
【図１５】本発明に係るブラシレスモータの第５の実施例を示すステータコアの構造図である。
【図１６】本発明に係るブラシレスモータの第５の実施例を示す径方向断面構造図である。
【図１７】本発明に係るブラシレスモータの第６の実施例を示す軸方向断面構造図である。
【図１８】本発明に係るブラシレスモータの第７の実施例を示す軸方向断面構造図である。
【図１９】従来のブラシレスモータのステータコアの構造図である。
【図２０】本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁コイルの配置についての第８の実施例を示す断面構造図である。
【図２１】本発明の第８の実施例に係る３相ブラシレスモータの巻線展開図である。
【図２２】本発明の実施例に係るブラシレスモータの構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の実施例に係る５相ブラシレスモータの巻線展開図である。
【図２４】本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁コイルの配置についての第９の実施例を示す断面構造図である。
【図２５】本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁コイルの配置についての第１０の実施例を示す断面構造図である。
【図２６】従来のブラシレスモータの各相の励磁コイルの配置についての一例を示す断面構造図である。
【符号の説明】
１    ステアリングホイール
２    ステアリングシャフト
３    トルクセンサ
４    ユニバーサルジョイント
５    ロアシャフト
６    ユニバーサルジョイント
７    ピニオンシャフト
８    ステアリングギヤ
９    タイロッド
１０    減速ギヤ
１２    ブラシレスモータ
１３    コントローラ
１４    イグニッションスイッチ
１５    ヒューズ
１６    バッテリ
１７    車速センサ
２２    ハウジング
２３    軸受
２４    回転軸
２５    永久磁石
２６    励磁コイル
２７    ロータ
７０    ティース
１２０  ブラシレスモータ
１２１  ヨーク部分
１２２  ティース部分
１２３  スロット
１２４  コイル
１２５  粉体塗装
１２６  モータハウジング
１２７  マグネット
１２８  ロータ
３０１  コイルエンド
３０２  スロット
３０２ａ  スロット開口部
３０３  ティース
３０４  ステータコア
３２０  ブラシレスモータ
３２１  ステータ
３２２  ハウジング
３２３  軸受
３２４  回転軸
３２５  永久磁石
３２６  励磁コイル
３２７  ロータ
３５１  コイルエンド
３５２  スロット
３５２ａ  スロット開口部
３５３  ティース部分
３５６  ヨーク部分
３６１  コイルエンド
３６２  スロット
【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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【図２６】
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