高機能EPS用電動モータの開発

製品紹介

高機能EPS用電動モータの開発
黒１

川芳輝

また，かねてより社内電装品技術の向上・内製化を図るため，AC事業本部の協力を得ながら，基盤はじめにKYBは日産自動車㈱殿のINFINITIQ50注1）に搭載（以されるダイレクトアダプティブステアリング注2）
下DAS）向けEPS製品の量産を開始した．
ここでは， ２ ピニオン- ２ モータで高出力・冗長技術研究所においてEPS用BLMの内製化研究・開発を進めていた．厳しい要求に対応すべくこれまでの研究・開発成果を基に，ステアリングギヤボック性を持つSteering Angle Actuator（以下ステアリングギヤボックス）と，DASの特長とも言えるス
テアリングギヤボックスとステアリングホイールの機械連結がない状態において，走行状態・路面状況に応じ操舵反力を与えるSteering Force Actuator（以下，反力モータ）について述べる．
なお，システム概要とECUについては，本号の高機能EPS用ECUの開発（P49）を参照されたい．

つのモータの製品化を実現した．
各々モータの概要について次節で説明する．

注 １）Q50の国内向け販売名称はスカイライン．ハイブ

ス用モータ（以下，転舵モータ）と反力モータの ２

３転舵モータ3. 1 製品仕様
本開発品のステアリングギヤボックス搭載位置を
図 １ ，構造を図 ２ ，主要緒元を表 １ に示す．
ステアリングギヤボックスは必要ラック推力の確

リッドエンジン搭載モデルはDAS標準装備．スカイ
ライン，INFINITI，Q50は日産自動車㈱殿の商標．
注 ２）ダイレクトアダプティブステアリングは日産自動車㈱殿の商標．当社では高機能EPSと呼ぶ．

２

開発背景

DASのシステム概要についてはECUの製品紹介で説明がなされているので，本章では割愛するが，当社が日産自動車㈱殿からDASのユニット開発引合を頂いたのは2009年に遡る. １ ピニオン式のラック

図１

DAS用ステアリングギヤボックス&ピニオンEPSギヤボックスの試作受注が開発の始まりである．当時，当社ではハイドロリックコンポー
ネンツ事業本部の製品であるミニモーションパッ
ケージ用のブラシ付き電動モータを電子機器事業部にて内製・量産をしていた．しかし，車載用となるDAS用モータは信頼性及びサイズ要求も厳しく，ブラシレスモータ（以下BLM）の搭載が必須要件であった．更には，通常のEPSには存在しないステアリングホイールとつながる操舵反力を発生させる反力モータも加わるなど特殊性が高く，専用設計が必要であり市場購入品での対応は難しいものであった．
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図２

転舵モータ構造KYB技報第50号

2015―４ボックスの種類毎に長さ，コルゲートチューブ 注4）やクリップ実装位置などの外装が異なり，動力線 ６ボックスであり，電気的にも冗長系構成としている． 仕様，信号線 ９ 仕様と多仕様となっている．しかし，フランジと動力線，信号線Assy以外の部品は全て保と車両への搭載性から， ２ つのモータが搭載されている ２ ピニオン式のラック&ピニオンEPSギヤ

表１項

共通部品で構成され，多仕様化によるサブAssyの発生は抑制している（表 ２ ）．

転舵モータ主要緒元目仕様注 ３ ）ロータが内側配置，ステータが外側配置された構造．

駆動電圧12V

定格電流80Arms

トルク

4.5N・m at 80Arms

回転数1050 rpm at 80Arms

モータ形式

SPM－BLM

極数&スロット数

6P- ９ S

サイズ

φ80×L97.2（本体）

磁極角度検出レゾルバ（VR型）

動作保証温度範囲－40℃～100℃

保存温度範囲－40℃～120℃

注 ４ ）電線の保護，集束に使用する蛇腹チューブ．

４反力モータ4. 1 製品仕様
本開発品の外観を図 ３ ，構造を図 ４ ，主要緒元を表 ３ に示す．

3. 2 特長と構成
モータ形式は，インナーロータ注3）で表面に永久磁石を張り合わせた，回転界磁形式の一般的な磁気回路構成をもつSPM（Surface Permanent Magnet）BLMである．
永久磁石には希土類ネオジウム焼結磁石を採用し，モータサイズの小型化を図っている．
小型化の実現にはステータAssyのコイル高密度巻線が欠かせない．今回のDAS用モータの共同開発・製造委託先である㈱TOP殿の高占積ボビン巻線の巻線技術により，φ1.4㎜の太線径マグネットワイヤの高密度巻線を可能にし，小型・高出力を実現した．
ステアリングギヤボックスは、対象車種がハイブリッド車，ターボエンジン車で，右ハンドル車，左ハンドル車， ２ 輪駆動車， ４ 輪駆動車と多彩であり，かつエンジンルーム内の搭載スペースが限られることから、モータフランジは ３ 種類の形状を使い分け，

図３

反力モータ概略図

図４

反力モータ構造

ステアリングギヤボックス全 ６ 仕様に対応する．
動 力 線Assy， 信 号 線Assyは ス テ ア リ ン グ ギ ヤ
表２

転舵モータの構成Assyの種類

ステアリングギヤ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
ⅣⅤ
Ⅵ
ボックス種類
エンジン・駆動方式
ABC
ハンドル形式LHD（左ハンドル）RHD（右ハンドル）LHD（左ハンドル）RHD（右ハンドル）LHD（左ハンドル）RHD（右ハンドル）
転舵モータ配置側
ロータ Assy
ケース Assy
フランジ Assy
動力線 Assy
信号線 Assy

LHaaaaa

RHabbbb

LHaaaac

RHabbbd

LHaaace

RHabcdf― 55 ―LH
aaacg

RH
abcdf

LH
aaaeh

RHabbfi

LH
aaaeh

RH
abbfi

仕様数
12
369

高機能EPS用電動モータの開発
表３項

この最適化により得られた磁石形状については特許取得済みである（特開2012-210033）．

反力モータ主要緒元

目

仕様

駆動電圧

13V

最大電流

43Armsトルク

8.6N・m at 35Arms

モータ形式

SPM－BLM

極数&スロット数

14P-12S

サイズ

φ90×L85.9（本体）磁極角度検出

レゾルバ（VR型）

動作保証温度範囲－35℃～70℃

保存温度範囲－40℃～85℃

分

類

4. 2 特長と構成
転舵モータと同様なSPMモータであるが，ステアリングホイール軸がそのままモータ軸となっていることが特長である．これは，操舵反力に関するガタや遅れがないダイレクト感を重要視した客先要求仕様である．モータ軸はコラムAssyを介してステアリングホイールに直結されるため，モータのトルク脈動がそのままステアリングフィーリングとして運転者に伝わることから，反力モータは多極化を採用し，ステアリングフィーリングを損なわないようにトルク脈動の低減を図った．
また，多彩な運転シーンにおいてのステアリングインフォメーションに対応，伝達するため低回転・高トルク型モータである．
本製品の搭載位置はステアリングコラム部であり，スペース制約も厳しく小型でなければならない．転舵モータよりも高磁束密度磁石の採用と，細線マグネットワイヤによりターン数を稼ぐことで高トルク

ステータ

ロータ

図５

解析モデル

表４選定因子記号部位

S1

ヨーク側厚みS2

ティース幅

S4オープンスロット間距離

S5ティース先端厚み（根元部）

R1

ティース隅部R（ヨーク側）

R2

ティース隅部R（先端側）

R4

ティース先端角部R

R5ティース先端厚み

R1

マグネット内側R

R2マグネット外側RR3

コア突起部高さR

S1

マグネット頭頂部高さ

θ1

マグネット片落ち起点角度

θ2マグネット片落ち角度を確保しながら小型化を実現した．

５共通課題

5. 1 トルク脈動の抑制
先にも述べたが，反力モータはステアリングホイール直結がゆえにトルク脈動を抑制することが必要とされる．転舵モータも同様に位置制御の使われ方から滑らかに駆動するように音・振動の抑制のため通電時のトルク脈動を抑制することが重要である．
本製品の磁気回路は品質工学の手法を取り入れ，トルク脈動に影響度の高い因子を抽出し通電時の発生トルクの低下を回避しながら，トルク脈動を抑制する形状最適化を行っている．図 ５ に解析モデル，
表 ４ に選定因子，図 ６ に解析結果を示す．

図６

5. 2

解析結果（通電時トルク波形）

組立ライン

この ２ つのモータは，先にも説明したが本製品化に向け共同開発を行った㈱TOP殿に製造を委託して生産している．
開発当初は転舵モータのみの引合で，反力モータは開発途中から客先要請の引合に対応し，受注と― 56 ―

KYB技報第50号なった経緯がある．転舵・反力モータはモータのサ
イズ・構成部品数が異なり，かつ車両当りの搭載数も異なるため（転舵モータは ２ 台，反力モータは １，各々モータの組立ラインを専用ライン化する台）と 高 額 な 設 備 投 資 が 必 要 と な る． モ ー タ の サ ブ

2015―４

６

おわりに今回，当社は日産自動車㈱殿，世界発のステアリングシステムの市場投入に貢献することができた．

本製品の開発は，他ユニット製品と同様に当社を中Assy構成が同じとなるように反力モータを設計し， 心として㈱TOP殿との社内外横断的チームを構成したプロジェクト活動を通して，開発から生産まで組立工法を同一とすることで，段取り替えで両モー一貫した技術構築を果たした成果である．
タを組立可能な共用ラインとして投資抑制を図った
その成果を生かし今後，本製品の原価低減と更な（写真 １ ）．
る性能向上，新規モータの開発に努めていきたい．
最後になりましたが，本開発にあたり，日産自動車㈱殿のプロジェクト関係者をはじめ，社内外の関係各位より頂いた多大なるご支援，ご協力に本誌面をお借りして厚く御礼申し上げます．

写真 １著

電動モータ組立ライン風景（㈱TOP殿提供）

者 

黒川芳輝

1996年入社．技術本部電子技術センター開発室．
電動モータの設計・開発に従事．

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