(57)【要約】  電動モータ９のコア２２を、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定した、ヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅとの合計で表される鉄損Ｗ全体に占める、ヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下である磁性材料によって形成した。これにより、電動モータ９を電動パワーステアリング装置１に組み込んだ際に、電動モータ９のロストルクを低減し、トルクを上昇させ、コギングトルクの上昇を防止することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータとを備え、前記ロータとステータのうちの一方が、コイルとコアとを含み、前記コアが、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定される、ヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅとの合計で表される鉄損Ｗ全体に占める、ヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下である磁性材料によって形成されることを特徴とする電動モータ。
【請求項２】
前記コアが、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定される、鉄損Ｗ全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が６０％以下である磁性材料によって形成される請求項１記載の電動モータ。
【請求項３】
前記コアが、鉄損Ｗが２．３Ｗ／ｋｇ以下である磁性材料によって形成される請求項１記載の電動モータ。
【請求項４】
円筒状のロータマグネットと、前記ロータマグネットの外周を囲むステータとを備え、このステータが、前記コイルと、前記磁性材料によって一体に形成されるコアとを含むと共に、前記コアが、前記ロータマグネットと同心状に配置される円筒状のコア本体と、前記コアの内周面から径方向内方へ延設され、その先端部が前記ロータマグネットの外周面と微小間隔を設けて対向するように、前記ロータマグネットの周囲に放射状に配設されて、前記コイルが充てんされる空間を形成する複数のステータコアとを備え、前記コア本体の外径がφ８０ｍｍ以下、前記ステータコアの、円筒の径方向と直交する方向の幅であるティース幅が８ｍｍ以下、隣り合うステータコアの、前記ロータマグネットの外周面と対向する先端部間の、円筒の周方向に沿う開口幅であるオープンスロット幅が０．８ｍｍ以下である請求項１記載の電動モータ。
【請求項５】
操舵部材からの入力に応じて回転して操舵補助する電動モータとして、請求項１記載の電動モータを備え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、電動モータと、操舵部材（ステアリングホイール）からの入力に応じて電動モータを回転させて操舵補助するための電動パワーステアリング装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用のパワーステアリング装置として、電動モータの回転力を利用する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）がある。例えば、コラム型ＥＰＳでは、ステアリング操作による操舵部材からの入力を操舵角センサで検知して電動モータを回転させ、その回転を減速機で減速するとともに出力を増幅したのち、コラムに付与することで、ステアリング操作をトルクアシストしている。【０００３】
電動パワーステアリング装置用の電動モータ９としては、図２に示すように、磁石が円筒状に配置されたロータマグネット１４と、このロータマグネット１４の外周を囲むステータ１５とを備えるとともに、ステータ１５が、ロータマグネット１４と同心状に配置された円筒状のコア本体１６と、このコア本体１６の内周面１７から径方向内方へ延設され、その先端部１８が、前記ロータマグネット１４の外周面１９と微小隙間２０を設けて対向するように、ロータマグネット１４の周囲に放射状に配置された複数のステータコア２１とを、磁性材料によって一体に形成したコア２２と、このコア２２の、各ステータコア２１間の空隙２３に充填されたコイル２４とを有するブラシレスモータが、ブラシと整流子とを有しない分、構造が簡単で故障が少ないため、広く用いられる。【０００４】
電動パワーステアリング装置用の電動モータには、できるだけロストルク（静的フリクション）が小さいことが求められる。ロストルクが大きい場合には、特に、操舵部材の戻りや、操舵の切り始めの操作感に影響を及ぼすためである。また、ロストルクを低減するだけでなく、電動モータのトルクを積極的に上昇させることも求められる。
汎用の電動モータにおいては、コアを形成する磁性材料の鉄損Ｗを小さくすることで、ロストルクを低減し、トルクを上昇できることが知られている（例えば特許文献１参照）。そのため、電動パワーステアリング装置用の電動モータでも、同様の対策を施すことが検討されている。【０００５】
また、電動パワーステアリング装置の小型化に伴って、操舵補助用の電動モータを小型化し、なおかつ高トルク化することが求められつつある。その対策として、限られたコア２２の容積の中で巻き線スペースを確保すべく、各ステータコア２１間の空隙２３をできるだけ広く取るために、それぞれのステータコア２１のティース幅Ｔｔを小さくすることが検討される。
【特許文献１】特表２００３−５１８９０３号公報（請求項１、第０００５欄、第０００９欄）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
鉄損Ｗは、渦電流損Ｗｅとヒステリシス損Ｗｈとの和Ｗｈ＋Ｗｅで表される。渦電流損Ｗｅと、ヒステリシス損Ｗｈと、両者の和である鉄損Ｗと、そして磁性材料の結晶粒径との間には、図４に示す関係がある。そして、汎用の電動モータにおいては、コア２２を形成する磁性材料として、図中に破線で示す鉄損Ｗが極小値を示す結晶粒径を有するものを選択的に使用することで、ロストルクを効率よく低減し、トルクを上昇させることができる。【０００７】
しかし、電動パワーステアリング装置用の電動モータにおいては、コアを形成する磁性材料として、汎用の電動モータに使用されるのと同じものを使用しても、同様の効果が得られないという問題がある。
また、かかる磁性材料を使用して形成したコア２２の、ステータコア２１間の空隙２３をできるだけ広く取るため、前記のように、ステータコア２１のティース幅Ｔｔを小さくすればするほど、電動モータのコギングトルクが上昇するという問題もある。【０００８】
本発明の目的は、これまでよりもロストルクの低減、トルクの上昇、コギングトルクの上昇の防止等の効果に優れた電動モータと、当該電動モータを備えた、電動パワーステアリング装置とを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ロータとステータとを備え、前記ロータとステータのうちの一方が、コイルとコアとを含み、前記コアが、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定される、ヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅとの合計で表される鉄損Ｗ全体に占める、ヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下である磁性材料によって形成されることを特徴とする電動モータである。【００１０】
なお、コアは、上記条件下で測定した、鉄損Ｗ全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が６０％以下である磁性材料によって形成するのが好ましい。
また、コアは、鉄損Ｗが２．３Ｗ／ｋｇ以下である磁性材料によって形成するのが好ましい。
また、本発明の電動モータは、円筒状のロータマグネットと、前記ロータマグネットの外周を囲むステータとを備え、このステータが、前記コイルと、前記磁性材料によって一体に形成されるコアとを含むと共に、前記コアが、前記ロータマグネットと同心状に配置される円筒状のコア本体と、前記コアの内周面から径方向内方へ延設され、その先端部が前記ロータマグネットの外周面と微小間隔を設けて対向するように、前記ロータマグネットの周囲に放射状に配設されて、前記コイルが充てんされる空間を形成する複数のステータコアとを備えるブラシレスモータであって、前記コア本体の外径がφ８０ｍｍ以下、前記ステータコアの、円筒の径方向と直交する方向の幅であるティース幅が８ｍｍ以下、隣り合うステータコアの、前記ロータマグネットの外周面と対向する先端部間の、円筒の周方向に沿う開口幅であるオープンスロット幅が０．８ｍｍ以下であるのが好ましい。
さらに、本発明は、操舵部材からの入力に応じて回転して操舵補助する電動モータとして、上記本発明の電動モータを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１１】
電動パワーステアリング装置用の電動モータにおいて、ロストルクを低減する等の効果を得たい回転数の範囲は、常用の回転数の範囲においても小さい範囲である。例えば、通常の操舵時における電動モータの回転数は、粘性を考慮しても、回転周波数で表して数十Ｈｚ以下であり、特に据え切り操作時には１２Ｈｚ程度まで低下する。さらに、操舵部材の戻りや、操舵の切り始めにおける回転周波数は、いずれも１０Ｈｚ以下である。【００１２】
かかる低速回転域においては、鉄損Ｗに占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が大きくなる。すなわち、渦電流損Ｗｅと、ヒステリシス損Ｗｈと、電動モータの回転周波数との間には、図５に示す関係があり、回転周波数が小さくなるほど渦電流損Ｗｅは小さくなるものの、ヒステリシス損Ｗｈは殆ど変化しないため、鉄損Ｗに占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が大きくなる。そのため、コアを形成する磁性材料として、汎用の電動モータの回転数の範囲において鉄損Ｗが極小値を示すものを使用したとしても、必ずしも良好な結果が得られるとは限らない。【００１３】
これに対し、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定した、ヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅとの合計で表される鉄損Ｗの全体に占める、ヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下である磁性材料を用いてコアを形成すれば、上記の低速回転域において、回転周波数の低下に伴う渦電流損Ｗｅの減少と合わせて、磁性材料の鉄損Ｗの全体を、これまでよりも大幅に低減することができる。【００１４】
したがって、本発明によれば、これまでよりもロストルクの低減、トルクの上昇、コギングトルクの上昇の防止等の効果に優れた電動モータと、当該電動モータを備えた、電動パワーステアリング装置を提供することが可能となる。
また、上記の条件下で測定したヒステリシス損Ｗｈの割合が６０％以下である磁性材料によってコアを形成した場合には、磁性材料の鉄損Ｗをさらに低減することができる。そのため、本発明の効果をより一層、効果的なものとすることができる。【００１５】
さらに、コアを、鉄損Ｗが２．３Ｗ／ｋｇ以下である磁性材料によって形成した場合には、鉄損が小さくなるため、モータの効率（出力）を向上することができる。
また、本発明の構成は、前記のように、コア本体の外径がφ８０ｍｍ以下、各ステータコアの、円筒の径方向と直交方向の幅であるティース幅が８ｍｍ以下、隣り合うステータコアの、ロータマグネットの外周面と対向する先端部間の、円筒の周方向に沿う開口幅であるオープンスロット幅が０．８ｍｍ以下であるブラシレスモータに適用した際に、さらに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電動パワーステアリング装置の、実施の形態の一例を説明するブロック図である。
【図２】上記電動パワーステアリング装置に使用される、本発明の電動モータとしてのブラシレスモータの内部構造を示す断面図である。
【図３】ブラシレスモータの変形例の、内部構造を示す断面図である。
【図４】渦電流損Ｗｅと、ヒステリシス損Ｗｈと、両者の和である鉄損Ｗと、磁性材料の結晶粒径との関係を示すグラフである。
【図５】渦電流損Ｗｅと、ヒステリシス損Ｗｈと、電動モータの回転周波数との関係を示すグラフである。
【図６】実施例、比較例で作製したコアを用いた電動モータにおける、低速回転時のロストルクの測定結果を示すグラフである。
【図７】実施例、比較例で作製したコアを用いた電動モータにおける、低速回転時のコギングトルクの測定結果を示すグラフである。
【発明の実施の形態】
【００１７】
図１は、本発明の電動パワーステアリング装置の、実施の形態の一例を示すブロック図である。
図に示すように、この例の電動パワーステアリング装置１は、操舵部材としてのステアリングホイール２の回転により、舵取用車輪３、３を転舵させるためのステアリング機構４に組み込まれている。
【００１８】
ステアリング機構４は、ステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転を舵取用車輪３、３の転舵に変換するための舵取装置５と、ステアリングホイール２の回転を舵取装置５に伝えるための操舵軸６とを備えている。また、操舵軸６は、ステアリングホイール２に結合された入力側の操舵軸７と、舵取装置５に連結された出力側の操舵軸８とを備えている。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１は、操舵補助するための電動モータ９と、上記入力側および出力側の操舵軸７、８を連結するためのトーションバー１０と、入力側の操舵軸７に設けられ、ステアリングホイール２の回転位置の変化量（操舵角変位）を検知するための操舵角センサ１１と、この操舵角センサ１１による検知結果に基づいて電動モータ９を回転させるためのＣＵＰ１２と、出力側の操舵軸８に設けられ、電動モータ９の回転を減速するとともに出力を増幅したのち、操舵軸８に付与するための減速機１３とを備えている。
【００２０】
この電動パワーステアリング装置１においては、ドライバーがステアリングホイール２を操作すると、その回転位置の変化量が、操舵角センサ１１によって検知されてＣＰＵ１２に入力される。ＣＰＵ１２は、操舵角センサ１１から入力される回転位置の変化量や、図示しない車速センサから入力される車速などのデータをもとに、電動モータ９の回転方向と回転速度とを演算し、その結果に基づいて、電動モータ９を回転させる。そうすると、この電動モータ９の回転が、減速機１３を介して出力側の操舵軸８に伝えられて、ステアリングホイール２の回転による舵取用車輪３、３の転舵がトルクアシストされる。
【００２１】
図２は、上記電動パワーステアリング装置１に使用される、本発明の電動モータ９の一例を示す断面図である。
図に示すように、この例の電動モータ９は、磁石のＮ極とＳ極とを４つずつ、交互に円筒状に配置したロータマグネット１４と、このロータマグネット１４の外周を囲むステータ１５とを備えたブラシレスモータである。また、この電動モータ９において、ステータ１５は、ロータマグネット１４と同心状に配置された円筒状のコア本体１６と、このコア本体１６の内周面１７から径方向内方へ延設され、その先端部１８が、前記ロータマグネット１４の外周面１９と微小隙間２０を設けて対向するように、ロータマグネット１４の周囲に放射状に配置された１２個のステータコア２１とを、磁性材料によって一体に形成したコア２２と、このコア２２の、各ステータコア２１間の空隙２３に充填されたコイル２４とを有している。
【００２２】
なお、図では、ステータコア２１間の１つの空隙２３にのみコイル２４を充填しているように記載しているが、実際には、各ステータコア２１間の全ての空隙２３にコイル２４を充填することは言うまでもない。
また、図の例では、ステータコア２１間の空隙２３に充填した各コイル２４に所定の制御電圧パルスを印加した際に、ロータマグネット１４に起動力を生じさせて、電動モータ９を任意の方向に回転開始させるため、前記のように磁石のＮ極とＳ極とを４つずつ、計８極、ロータマグネット１４の円筒上に配置するとともに、ステータコア２１を、このロータマグネット１４の周囲に１２個、形成することで、ロータマグネット１４の磁極と、コア２２のステータコア２１の先端部１８との間に円周方向の位相差を設けている。しかし、ロータマグネット１４の磁極の数と、ステータコア２１の数とは図の例には限定されない。
【００２３】
例えば、図３は、図２の例で使用したのと同じ１２個のステータコア２１を有するコア２２と、５つずつ、計１０極のＮ極とＳ極とを交互に円筒状に配置したロータマグネット１４とを組み合わせた電動モータ９であり、この場合も、ステータコア２１間の空隙２３に充填した各コイル２４に所定の制御電圧パルスを印加した際に、上記両者の位相差によって、ロータマグネット１４に起動力を生じさせて、電動モータ９を任意の方向に回転開始させることができる。
【００２４】
本発明においては、上記各部からなる電動モータ９のコア２２を形成する磁性材料として、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定した、ヒステリシス損Ｗｈと渦電流損Ｗｅとの合計で表される鉄損Ｗの全体に占める、ヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下である磁性材料を用いる。これにより、電動パワーステアリング装置１における、電動モータ９の常用の回転速度範囲での鉄損Ｗを大幅に低減して、これまでよりもロストルクを低減したり、トルクを上昇させたり、コギングトルクの上昇を防止したりすることが可能となる。
【００２５】
また、本発明では、上記の条件下で測定したヒステリシス損Ｗｈの割合が６０％以下である磁性材料を用いることにより、これらの効果をさらに向上することができる。なお、ヒステリシス損Ｗｈの割合の下限値については特に限定されない。鉄損Ｗの全体に占めるヒステリシス損Ｗの割合が小さければ小さいほど、ロストルクを低減したり、トルクを上昇させたり、コギングトルクの上昇を防止したりする効果が向上するためである。したがって、その理想的な下限値は０％であり、この下限値にできるだけ近い磁性材料を用いることが好ましい。
【００２６】
図４に示すように、磁性材料の結晶粒径が大きいほどヒステリシス損Ｗｈが小さくなる傾向にある。そのため、コア２２を形成する磁性材料のヒステリシス損Ｗｈを上記の範囲に調整するには、磁性材料としての単体金属や合金の結晶粒径を調整すればよい。
コア２２は、例えば、図２、図３に示す平面形状を有する磁性材料の薄板を多数、作製し、それを、所定の厚みとなるように複数枚、積層して構成される。そこで、磁性材料からなる薄板の熱処理条件を調整したり、合金の場合は組成を変更したりして、その結晶粒径を変化させることによって、ヒステリシス損Ｗｈを上記の範囲に調整することができる。
【００２７】
コア２２を形成する磁性材料の薄板としては、これに限定されないが、例えば、各種電磁鋼板のうち、日本工業規格ＪＩＳ  Ｃ２５５２-2000「無方向性電磁鋼帯」において規定された呼称鉄損量が３．００Ｗ／ｋｇ以下である、種々の厚みを有する電磁鋼板が挙げられる。また、その他に使用可能な磁性材料としては、フェライト、パーマロイ、アモルファス等の種々の磁性材料からなり、なおかつ、鉄損Ｗ全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下である薄板が挙げられる。
【００２８】
コア２２を形成する磁性材料の、その他の特性については特に限定されないが、鉄損Ｗは２．３Ｗ／ｋｇ以下であるのが好ましい。その理由は先に説明したとおりである。また、電動モータ９のトルクを向上することを考慮すると、磁性材料の磁束密度Ｂ５０（磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度）は、１．５〜２Ｔ程度であるのが好ましい。
また、コア２２は、本発明の構成を採用することによってロストルクをできるだけ低減し、かつトルクを向上するとともに、コギングトルクの発生を防止しつつ、電動モータ９をできるだけ小型化することを考慮すると、図２、図３中に示したコア本体１６の外径Ｄｃがφ８０ｍｍ以下、各ステータコア２１の、円筒の径方向と直交方向の幅であるティース幅Ｔｔが８ｍｍ以下、隣り合うステータコア２１の先端部１８間の、円筒の周方向に沿う開口幅であるオープンスロットＯｔが０．８ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００２９】
これにより、電動モータ９を小型化して、電動パワーステアリング装置１の全体を小型化することができる。
なお、本発明の構成は、以上で説明した図の例のものには限定されない。
例えば、電動モータとしては、図２、３の構造を有するブラシレスモータが、本発明の効果を得る上で最も効果的であるが、ブラシレスモータの構造は、図２、３のものには限定されない。また、電動モータとしては、ブラシレスモータ以外の、他の形式の電動モータを採用することもできる。また、電動パワーステアリング装置自体の構成も、図１のものには限定されない。
【００３０】
このいずれの場合にも、電動モータのコアを形成する磁性材料における、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定したヒステリシス損Ｗｈの割合が６７％以下となるように調整することによって、ロストルクの低減、トルクの向上、コギングトルクの上昇の防止等の効果に優れた電動モータを有する電動パワーステアリング装置を得ることができる。
その他、本発明の要旨を変更しない範囲で、種々の設計変更を施すことができる。
【実施例】
【００３１】
以下に、本発明を、実施例、比較例に基づいて説明する。
実施例１：
前記ＪＩＳ規格において規定された呼び番号が３５Ａ３００（厚み：０．３５ｍｍ、呼称鉄損Ｗ量：３．００Ｗ／ｋｇ以下）に相当し、なおかつ、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定したヒステリシス損Ｗｈが１．２９Ｗ／ｋｇ、渦電流損Ｗｅが０．８７Ｗ／ｋｇ、鉄損Ｗが２．１６Ｗ／ｋｇ、鉄損Ｗの全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が５９．７％、磁束密度Ｂ５０が１．７５Ｔである電磁鋼板を図２、３に示す平面形状に打ち抜き、それを複数枚、積層して、厚み４０ｍｍのコアを製造した。コア本体の外径Ｄｃはφ７０ｍｍ、ステータコアのティース幅Ｔｔは４．５ｍｍ、ステータコアの数は１２個、隣り合うステータコアの先端部間のオープンスロットＯｔは０．５ｍｍとした。【００３２】
比較例１：
呼び番号が３５Ａ３００（厚み：０．３５ｍｍ、呼称鉄損Ｗ量：３．００Ｗ／ｋｇ以下）に相当し、なおかつ、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定したヒステリシス損Ｗｈが１．９９Ｗ／ｋｇ、渦電流損Ｗｅが０．４５Ｗ／ｋｇ、鉄損Ｗが２．４４Ｗ／ｋｇ、鉄損Ｗの全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が８１．６％、磁束密度Ｂ５０が１．７２Ｔである電磁鋼板を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例１と同形状、同寸法のコアを製造した。【００３３】
比較例２：
呼び番号が３５Ａ３００（厚み：０．３５ｍｍ、呼称鉄損Ｗ量：３．００Ｗ／ｋｇ以下）に相当し、なおかつ、周波数５０Ｈｚ、磁束密度１．５Ｔの条件下で測定したヒステリシス損Ｗｈが１．５４Ｗ／ｋｇ、渦電流損Ｗｅが０．７５Ｗ／ｋｇ、鉄損Ｗが２．２９Ｗ／ｋｇ、鉄損Ｗの全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合が６７．２％、磁束密度Ｂ５０が１．７５Ｔである電磁鋼板を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例１と同形状、同寸法のコアを製造した。【００３４】
特性試験：
上記実施例、比較例で製造したコアを用いて、図２に示す構造を有するブラシレスモータを作製し、そのロータマグネットにトルクメータと外部駆動装置とを接続して、外部駆動装置を低速で駆動させることで、ロータマグネットを１回転させたときの静的なトルクの変化を測定した。そして、トルクの最大値と最小値との差をコギングトルク、最大値と最小値の平均値をロストルクとして求めた。【００３５】
ロストルクの測定結果を図６、コギングトルクの測定結果を図７に示す。
両図より、コアを形成する磁性材料における、鉄損Ｗの全体に占めるヒステリシス損Ｗｈの割合を６７％以下、特に６０％以下とすることで、電動パワーステアリング装置用の電動モータの、常用の回転数の範囲においてロストルクを低減し、かつコギングトルクの上昇を防止できることが確認された。
【図１】
2005122361.tif 000002
【図２】
2005122361.tif 000003
【図３】
2005122361.tif 000004
【図４】
2005122361.tif 000005
【図５】
2005122361.tif 000006
【図６】
2005122361.tif 000007
【図７】
2005122361.tif 000008
【国際調査報告】
2005122361.tif 000009
2005122361.tif 000010
2005122361.tif 000011
2005122361.tif 000012