JP2003250254A - 電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低トルク脈動と回転子の渦電流損の低減を両
立し、良好な操舵フィーリングを得ると同時に、回転子
の発熱を抑制することで磁石の減磁や残留磁束密度の低
下を防ぐことができる電動パワーステアリング装置用永
久磁石型ブラシレスモータを得る。 【解決手段】 回転軸２１、及び回転軸２１回りに設け
られ複数の磁極を形成する複数の永久磁石２２を有する
回転子２０と、回転子２０に対向して設けられ中心軸方
向に複数のティース１１ａが突設され隣り合うティース
１１ａ間に巻線用の溝１１ｂが形成された固定子鉄心１
１、及びティース１１ａに集中的に巻回された電機子巻
線１２とを有する固定子１０とを備え、回転子２０の磁
極の数をＰ、固定子１０のティース１１ａ間の溝数をＮ
としたとき、１＜Ｎ／Ｐ≦１．２であり、かつ分数Ｎ／
Ｐが既約分数でない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は永久磁石型ブラシ
レスモータに関するものであり、特に自動車等の電動パ
ワーステアリング装置に用いられる電動パワーステアリ
ング装置用永久磁石型ブラシレスモータにおいて、コギ
ングトルク低減と回転子に発生する渦電流損の低減を両
立することに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１５は自動車等の電動パワーステアリ
ング装置の概念図である。ステアリングホイール３１か
らの操舵力をコラムシャフト３２が伝えウォームギヤ３
３（図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示してい
る）がモータ３４の出力（トルク、回転数）を回転方向
を直角に変えながら伝達し、同時に減速し、アシストト
ルクを増加させる。またハンドルジョイント３５は操舵
力を伝えると共に、方向も変える。ステアリングギヤ３
６（図では詳細は省略し、ギヤボックスのみ示してい
る）はコラムシャフト回転を減速し、同時にラック３７
の直線運動に変換し、所要の変移を得る。このラック３
７の直線運動により車輪を動かし、車両の方向転換等を
可能とする。

【０００３】このような電動パワーステアリング装置で
は、モータ３４にて発生するトルクの脈動がウォームギ
ヤ３３とコラムシャフト３２を介して、ステアリングホ
イール３１に伝達される。従って、モータ３４が大きな
トルク脈動を発生する場合、良好な操舵フィーリングを
得ることが出来ない。また、モータ３４がアシストする
ためのトルクを発生しない状態においても、モータが大
きなコギングトルクを発生するものであれば、滑らかな
操舵フィーリングを得ることが出来ない。

【０００４】なお、ここではコラムシャフト３２をモー
タ３４のトルクによってアシストするコラムアシスト式
の電動パワーステアリング装置を示したが、ラックを電
動機のトルクによってアシストするラックアシスト式の
電動パワーステアリング装置においても同じことがいえ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような電動パワー
ステアリング装置には、従来よりブラシ付直流モータが
よく用いられていた。しかしながら、中型車、大型車に
電動パワーステアリングに適用するには小型高出力とす
ることができる永久磁石型ブラシレスモータが有利であ
る。そして、電動パワーステアリング装置にこの永久磁
石型ブラシレスモータを適用するためにはコギングトル
クなどに起因するトルク脈動の低減が大きな課題であっ
た。

【０００６】電動パワーステアリング装置用の永久磁石
型ブラシレスモータとして特開２００１−２１８４３９
号公報には固定子巻線が波巻となるもので回転子の極数
が６、固定子の溝数が１８のブラシレスモータが開示さ
れている。しかしながら、このような極数と溝数の組み
合わせのモータにおいては、波巻や重ね巻など複数の固
定子ティースにまたがって巻線を巻回する必要がありコ
イルエンドが大きくなり、モータの軸長が大きくなり、
コイルエンドが大きいゆえに銅損が大きくモータの効率
が低下するという課題があった。

【０００７】一方、コイルエンドを小さくする巻線とし
ては固定子の１つのティースに集中的に巻線が巻き回さ
れるいわゆる集中巻のモータがある。ティースに集中巻
されたモータの例としては、特開２０００−２３６６５
２号公報に回転子の極数が６、固定子の溝数が９の磁石
埋め込み型および表面磁石型の例が開示されている。し
かしながら、ここで開示されているモータのように従来
から良く用いられている極数と溝数の比が２：３のブラ
シレスモータは一般にコギングトルクが大きい。そのた
め、このモータを電動パワーステアリング装置に組みこ
んだ場合コギングトルクが原因により、良好な操舵フィ
ーリングが得られない。すなわち、従来から良く用いら
れている極数と溝数の比が２：３のブラシレスモータ
は、電動パワーステアリング装置用モータとして適して
いないものであった。

【０００８】これに対し、特許第２９５４５５２号公
報、第２７４３９１８号公報、特公平８−８７６４号公
報には、低コギングトルクを実現するよう様々な極数と
溝数の組み合わせについて開示されている。これらに開
示された極数、溝数の組み合わせを用いれば電動パワー
ステアリング装置用のブラシレスモータとして適切なも
のが得られた。

【０００９】しかしながら、後述するように極数と溝数
の組み合わせによっては、電機子起磁力の非同期成分が
大きく異なるため上記起磁力に起因して回転子に渦電流
損が発生する。また、極数と溝数の組み合わせにより回
転子に発生する渦電流損の大きさが異なり、回転子の温
度上昇にも差がでる。そして、回転子の温度が上昇する
とそれに伴い永久磁石の温度も上昇することとなり、不
可逆減磁に至る場合もあるという課題があった。

【００１０】また、不可逆減磁に至らなくとも磁石の温
度上昇によって残留磁束密度が低下し、磁石の発生する
磁束が減少し、結果としてトルクが低下するという課題
があった。

【００１１】さらにまた、温度上昇がない場合と同じト
ルクを発生するためには、多くの電機子電流を必要とし
銅損が増加し固定子の温度上昇も招くという課題もあっ
た。特にエネルギー積の高い希土類系の磁石は導電率が
高いため、渦電流が流れやすく、また、磁石保持のため
にステンレス系のリングを磁石と空隙の間に設ける場合
などはさらに渦電流が発生しやすく、発熱が課題であっ
た。

【００１２】一方、電動パワーステアリング装置用モー
タとして特開２００１−２７５３２５号公報に開示され
ているものがある。このモータは極数が８溝数が９のブ
ラシレスモータであり、コギングトルクが小さいもの
の、溝数／極数が既約分数（分母と分子に１以外の公約
数がなくて約分することができない分数）となり、モー
ド１（空間次数１）の電磁加振力すなわち回転子を偏心
させる加振力が定常的に発生する。このため、軸受けの
寿命が短くなり、偏心によりトルク脈動が大きくなり、
さらには振動、騒音が大きくなるという課題があった。

【００１３】また、極数が８、溝数が９の倍数の場合も
開示されているが、既約分数とならない場合、例えば極
数が８で、溝数が７２や１２８の場合は溝数が多すぎて
工作性に欠けるため量産には向かない。したがって、電
動パワーステアリング装置用モータとしては現実的でな
いという課題もあった。

【００１４】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、極数と溝数を適切に選定するこ
とにより、低トルク脈動と回転子の渦電流損の低減を両
立し、良好な操舵フィーリングが得られると同時に、回
転子の発熱を抑制することで磁石の減磁や残留磁束密度
の低下を防ぐことができる電動パワーステアリング装置
用永久磁石型ブラシレスモータを得ることを目的として
いる。さらに、回転位置センサの低コスト化を図り、回
転位置センサの検出位置誤差に起因するトルク脈動を低
減できる電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラ
シレスモータを得ることを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の電動パワース
テアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータは、電動
パワーステアリング装置に用いられる永久磁石型ブラシ
レスモータであって、回転軸、及び回転軸回りに設けら
れ複数の磁極を形成する複数の永久磁石を有する回転子
と、回転子に対向して設けられ中心軸方向に複数のティ
ースが突設され隣り合うティース間に巻線用の溝が形成
された固定子鉄心、及びティースに集中的に巻回された
電機子巻線とを有する固定子とを備え、回転子の磁極の
数をＰ、固定子のティース間の溝数をＮとしたとき、 １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ であり、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でない。

【００１６】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ／Ｐ＝１．１２５ である。

【００１７】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ／Ｐ＝１．２０ である。

【００１８】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ＝１８かつＰ＝１６ である。

【００１９】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ＝１２かつＰ＝１０ である。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．本発明の実施の形
態の説明に入る前に、永久磁石型ブラシレスモータにお
ける回転子の渦電流損の発生メカニズムについて考える
ことにする。電機子巻線に流れる電流によって発生する
回転磁界が回転子と同期することにより回転子に定常的
なトルクが発生し回転子は回転する。回転子と同期した
回転磁界は回転子に固定した座標系で見ると静止してい
る。静止して見えるということは磁束の変化を生じない
ことであるから、回転子に渦電流損を発生させる原因と
はならない。

【００２１】しかしながら、電機子電流の発生する回転
磁界には回転子と同期しない成分が存在する。例えば回
転子と逆方向に回転する磁界が存在する。このような回
転子と同期しない成分は回転子に固定した座標系から見
れば静止していないので、磁束を変化させる作用を持っ
ている。この磁束の変化を打ち消そうと回転子に渦電流
が発生する。

【００２２】電機子電流が発生させる回転磁界の中で、
回転子と同期しない成分の振幅や空間次数は、極数と溝
数で異なる。固定子巻線が集中巻の場合に、電機子電流
によってどのような回転磁界が発生するかを図１から図
５に示す。極数をＰと溝数をＮとしたとき、図１はＮ／
Ｐ＝１．５のときの回転磁界の成分を示すグラフであ
る。同じく、図２はＮ／Ｐ＝１．２のとき、図３はＮ／
Ｐ＝１．１２５のとき、図４はＮ／Ｐ＝０．９のとき、
図５はＮ／Ｐ＝０．７５のときの回転磁界の成分を示す
グラフである。各々の図において、横軸は空間次数を示
し、電気角３６０度を１次としている。縦軸は回転磁界
の振幅を示し、同期成分すなわち基本波を１として規格
化して示している。各図において回転磁界の振幅が正の
ときには回転子と同じ方向に回転する磁界すなわち正相
の回転磁界である。一方、振幅が負のときは回転子と逆
方向に回転する回転磁界すなわち逆相の回転磁界である
ことを示している。逆相の回転磁界はもちろんすべて非
同期成分である。また、正相の回転磁界の中でも空間１
次の回転磁界以外は、回転子に固定した座標系から見る
と静止した磁界ではないためすべて非同期成分となる。

【００２３】図１から図５において、電機子電流によっ
て発生する回転磁界が極数と溝数の組み合わせによって
異なることがわかる。特に、極数Ｐと溝数Ｎの比Ｎ／Ｐ
がＮ／Ｐ＜１のときには、同期成分よりも大きな振幅を
持った非同期成分が存在することが見てとれる。例え
ば、Ｎ／Ｐ＝０．９のときには空間４／５次に振幅１．
２５の非同期成分が存在し、Ｎ／Ｐ＝０．７５のときに
は空間１／２次に振幅２．０の非同期成分が存在する。
このように同期成分より大きな非同期成分を持った場合
には、同期成分よりも大きな非同期成分を持たない（Ｎ
／Ｐ＞１のとき）ときに比べて回転子に発生する渦電流
損が大きくなると考えられる。

【００２４】そこで、回転子に発生する渦電流損が極数
Ｐ、溝数Ｎによってどのように変化するかを知るため
に、いろいろな組み合わせの永久磁石型ブラシレスモー
タを設計し、有限要素法を用いた磁界解析によって回転
子の渦電流損を算出した。設計した５種類の永久磁石型
ブラシレスモータの極数Ｐ、溝数Ｎ、Ｎ／Ｐを図６に示
す。また、それぞれのモータの固定子、回転子の断面図
を図７から図１１に示す。

【００２５】図７から図１１において、永久磁石型ブラ
シレスモータの固定子１０は、固定子鉄心１１と電機子
巻線１２とを有している。固定子鉄心１１は、概略円筒
形をなし、中心軸方向に複数のティース１１ａが突設さ
れ、隣り合うティース１１ａ間に巻線用の溝１１ｂが形
成されている。電機子巻線１２は、固定子鉄心１１の各
ティース１１ａに集中的に巻き回されたいわゆる集中巻
とされている。ここで、集中巻とは、ある一つのティー
ス１１ａに連続して導線が複数回巻き回されて該ティー
ス１１ａに対するコイルが形成された構成となっている
場合を言う。他のティース１１ａにも同様に導線が複数
回巻き回されてこのティース１１ａに対するコイルが形
成され、これら各コイルを並列あるいは直列に接続して
複数相（例えば３相）の電機子巻線１２が形成される。

【００２６】一方、回転子２０は、回転軸２１と回転軸
２１の軸回りに周方向に全周にわたって設けられた複数
の永久磁石２２とからなる。この永久磁石２２は交互に
異なる複数の複数の磁極を構成するように着磁されてい
る。なお、本実施の形態では全体でリング形状をなす磁
石２２について示しているが、各磁極２２が独立した別
々の磁石で構成されていてもよいし、回転子２０の回転
子鉄心に埋め込まれた構造であってもよい。

【００２７】各図に示したモータにおいて回転子２０と
固定子１０の径は等しく設計している。すなわち、回転
子２０の外径（直径）を４０ｍｍ、固定子１０の外径
（直径）を８０ｍｍとした。また軸長、定格電流値は同
じにしている。これは、極数と溝数の組み合わせを変え
ても、出力が同じモータで比較できるようにするためで
ある。さらに、固定子１０の溝１１ｂによるパーミアン
スの影響がほぼ同じになるように溝１１ｂの開口幅は同
じとし、通常よりも小さめに設計している。溝１１ｂに
よるパーミアンスの影響は渦電流損や後述するコギング
トルクに影響を与えるので同じ条件で設計して比較する
必要があるからである。

【００２８】この５種類の永久磁石型ブラシレスモータ
の回転子２０に発生する渦電流損の解析結果を図１２に
示す。なお、この結果はモータが２０００ｒｐｍで回転
しており、電機子巻線１２に定格電流が通電されている
ときの回転子２０に発生する渦電流損である。また、渦
電流損の値は出力に対する割合を％値で示している。図
１２から、回転子２０で発生する渦電流損はモータの溝
数Ｎと極数Ｐの比Ｎ／Ｐに大きく依存することがわか
る。また、これまで述べてきたように、電機子電流がつ
くる回転磁界の非同期成分の中に同期成分より大きな振
幅のものを含むＮ／Ｐ＜１のときには、Ｎ／Ｐ＞１のと
きに比べて渦電流損が大きくなっていることが明らかに
なった。したがって、電動パワーステアリング装置用の
永久磁石型ブラシレスモータを設計する際には、極数Ｐ
と溝数Ｎの比Ｎ／Ｐについて Ｎ／Ｐ＞１ （１） なる関係式が成立するように選定すれば、電機子電流が
つくる回転磁界の非同期成分に同期成分より大きな成分
が含まれないため回転子２０に発生する渦電流損を低減
でき、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の低下によ
るトルクの低下を防ぐことができるという効果があるこ
とがわかる。

【００２９】これまでの検討により、回転子２０に発生
する渦電流損は永久磁石型ブラシレスモータの極数Ｐと
溝数ＮについてＮ／Ｐ＞１となるように選定すれば低減
できることがわかった。しかしながら、電動パワーステ
アリング装置用の永久磁石型ブラシレスモータは、その
トルク脈動を小さくしないと良好な操舵フィーリングが
得られない。したがって、トルク脈動の原因となるコギ
ングトルクを低減する必要がある。そこで、図６に示す
５種類のブラシレスモータについてコギングトルクを求
めた。結果を図１３に示す。横軸はモータの溝数Ｎと極
数Ｐの比Ｎ／Ｐであり、縦軸はコギングトルクの定格ト
ルクに対する割合を％値で示している。

【００３０】電動パワーステアリング装置用モータは、
一般的はギヤ比から換算すると、ステアリングホイール
において滑らかなステアリング感覚を得るためにはその
トルク脈動を定格トルクの２％程度以下にすればよいと
いうのが目安になる。図１３の結果からコギングトルク
を定格トルクの２％以下に低減するには、極数Ｐと溝数
Ｎについて ０．８５＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （２） とすればよいことがわかる。すなわち、トルク脈動の小
さい電動パワーステアリング装置用ブラシレスモータを
得るためには、ブラシレスモータの極数Ｐと溝数Ｎが式
（２）をみたせばよい。

【００３１】これまでの検討結果から、式（１）（２）
を同時にみたすとき、すなわち極数Ｐと溝数Ｎが １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （３） をみたす関係にあるとき、回転子２０の渦電流が小さ
く、かつトルク脈動の小さい電動パワーステアリング装
置用ブラシレスモータを得ることができるのである。

【００３２】ただし、式（３）を満たすだけでは電動パ
ワーステアリング装置用ブラシレスモータとしてふさわ
しくない場合がある。分数Ｎ／Ｐが既約分数のときに
は、モード１の電磁加振力すなわち回転子２０を偏心さ
せる向きの加振力が定常的に存在する。この原因につい
て説明しておく。分数Ｎ／Ｐが既約分数でない場合に
は、モータ内部の磁束密度分布に対称性が現れ、その結
果電磁力は釣合いがとれる。例えば極数６、溝数９のモ
ータでは２極分で磁束密度分布に対称性をもっている。
すなわちこの場合、機械角１２０度で磁束密度に対称性
をもっていることになり、電磁力も機械角１２０度離れ
た点で釣合いがとれるので、電磁力を周方向に積分した
値がゼロとなる。その結果、モード１の電磁加振力は発
生しない。ところが、極数８、溝数９の場合には分数Ｎ
／Ｐが既約分数になり、対称性を持たない。つまり、電
磁力を周方向に積分してゼロにならないため、モード１
の電磁加振力が発生するのである。

【００３３】このように分数Ｎ／Ｐが既約分数になる組
み合わせを選ぶと、常に回転子２０を偏心させる方向に
加振力が発生するので軸受けの寿命が短くなるととも
に、偏心によってトルク脈動が大きくなり、良好な操舵
フィーリングを得られないだけでなく、振動騒音も大き
くなるのである。既に述べたように、例えばＰ＝８，Ｎ
＝９がそれにあたる。Ｐ＝８，Ｎ＝９の場合と同じくＮ
／Ｐ＝１．１２５となる場合でもＰ＝２４，Ｎ＝２７の
ときには分数Ｎ／Ｐは２７／２４となり既約分数にはな
らないため、モード１の加振力は発生しない。

【００３４】したがって、式（３）を満たすとともに分
数Ｎ／Ｐが既約分数でないときに、回転子２０の渦電流
が小さく、かつトルク脈動の小さい電動パワーステアリ
ング装置用ブラシレスモータを得ることができるのであ
る。

【００３５】以上により、電動パワーステアリング装置
用永久磁石型ブラシレスモータにおいて、永久磁石２２
による複数の磁極を有する回転子２０と電機子巻線１２
がティース１１ａに集中的に巻き回された固定子１０と
を有し、上記回転子２０の磁極の数をＰ、上記固定子の
溝数をＮとしたとき、 １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （３） をみたし、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でないような構成
にすることにより、低コギングトルクと回転子２０の渦
電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングを得ら
れると同時に、磁石２２の発熱による減磁や残留磁束密
度の低下によるトルクの低下を防ぐことができるという
効果がある。また、モード１の電磁加振力すなわち回転
子２０を偏心させる加振力が存在しないため軸受けの寿
命が延びるという効果があるだけでなく、偏心によるト
ルク脈動が小さいので良好な操舵フィーリングを得るこ
とができるという効果もある。

【００３６】なお、本実施の形態では回転子２０の磁石
保持のための導電性のリングを設けない場合について述
べたが、磁石保持用のリング（例えばステンレス系の金
属でできたリング）に発生する渦電流損もこれまで述べ
たメカニズムと同様のメカニズムで発生するため、磁石
保持のための導電性のリングを設けた場合でも本実施の
形態と同様の効果が得られることはいうまでもない。

【００３７】実施の形態２．図１４はこの発明の電動パ
ワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータの
一例を示す断面図である。本実施の形態は、１６極１８
スロットの例を示す。極数Ｐと溝数Ｎが １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （３） をみたし、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でない場合の一例
で、Ｎ／Ｐ＝１．１２５の場合を示す。このような構成
としたときには、電機子電流が作る回転磁界の非同期成
分の中に同期成分の振幅を越えるものがなく、回転子２
０の渦電流が低減でき、かつコギングトルクが小さいと
いう効果がある。さらに分数Ｎ／Ｐが既約分数でないの
でモード１の電磁加振力が発生しないので、軸受けの長
寿命化に寄与し、回転子２０の偏心によるトルク脈動の
増大やそれにともなう、振動、騒音の増大を防ぐことが
できるという効果もある。

【００３８】さらに、回転子２０の磁石の作る空隙磁束
をいかに有効活用しているかの指標として、巻線係数が
ある。この巻線係数が高いほど、磁石の作る空隙磁束を
有効活用しており、効率のよいモータであるといえる。
従来例である特開２０００−２３６６５２号公報の回転
子２０の極数が６、固定子１０の溝数が９の例では、こ
の巻線係数が０．８６６であるのに対し、Ｎ／Ｐ＝１．
１２５とした場合には、巻線係数が０．９４５と高く、
効率のよいモータを構成できるという効果もある。

【００３９】さらに、Ｎ／Ｐ＝１．１２５で分数Ｎ／Ｐ
が既約分数でない組み合わせは種々考えられる。Ｐ＝２
４，Ｎ＝２７、Ｐ＝３２，Ｎ＝３６などがある。このう
ち、もっとも極数が小さい組み合わせがＰ＝１６，Ｎ＝
１８とした図１４の場合である。極数が少ない方が電動
パワーステアリング装置用ブラシレスモータとして適切
であることを説明する。

【００４０】ブラシレスモータを正弦波駆動で制御する
場合には、回転子位置に応じた位相で電流を通電しない
と所望のトルクが得られない。回転位置センサの精度が
低下し、正確な回転子位置が把握できないと誤った位相
で電流を通電することになり、所望のトルクとは異なっ
たトルクを発生してしまう。また、バリアブル・リラク
タンス型レゾルバのような回転位置センサではその誤差
は回転位置に対して周期的な変動を有している。したが
って、この誤差が大きいと発生するトルクが一定ではな
く回転子２０の位置に応じて周期的に変動し、トルク脈
動となって現れる。このトルク脈動は操舵フィーリング
の低下を招き、電動パワーステアリング装置としては性
能低下につながる。誤差は電気角で判断するため、極数
が大きいほど誤差を電気角で表した値が大きくなってい
く。したがって、極数が小さいほど回転センサの誤差を
小さくできるので、電動パワーステアリング装置用モー
タとして適しているといえるのである。

【００４１】よって、本実施の形態で示した、Ｐ＝１
６、Ｎ＝１８のモータは極数Ｐと溝数Ｎが １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （３） をみたし、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でない構成とした
ので、低コギングトルクと回転子２０の渦電流損の低減
を両立し、良好な操舵フィーリングを得られると同時
に、磁石２２の発熱による減磁や残留磁束密度の低下に
よるトルクの低下を防ぐことができるという効果があ
る。また、モード１の電磁加振力すなわち回転子２０を
偏心させる加振力が存在しないため軸受けの寿命が延び
るという効果があるだけでなく、偏心によるトルク脈動
が小さいので良好な操舵フィーリングを得ることができ
るという効果もある。

【００４２】さらにＮ／Ｐ＝１．１２５をみたすものの
中では最も極数の小さい組み合わせであるから、光学式
エンコーダのような高価なセンサを用いることなく、バ
リアブル・リラクタンス型レゾルバのような安価なセン
サを用いることができるので回転位置センサのコストを
低減できるという効果がある。また回転位置センサの位
置検出精度が悪化することにより回転子位置を正確に判
断することができず、電機子電流の通電位相がずれて発
生するトルク脈動を低減できるという効果もある。

【００４３】なお、本実施の形態では回転子２０の磁石
保持のための導電性のリングを設けない場合について述
べたが、磁石保持用のリング（例えばステンレス系のリ
ング）に発生する渦電流損もこれまで述べたメカニズム
と同様のメカニズムで発生するため、磁石保持のための
導電性のリングを設けた場合でも同様の効果が得られる
ことはいうまでもない。

【００４４】実施の形態３．この発明の電動パワーステ
アリング装置用永久磁石型ブラシレスモータの他の例を
説明する。本実施の形態では、極数Ｐと溝数Ｎが １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （３） をみたし、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でない場合の一例
として、Ｎ／Ｐ＝１．２の例（１０極１２スロットの
例）を示す。図８が本実施の形態にあたる。このような
構成としたときには、電機子電流が作る回転磁界の非同
期成分の中に同期成分の振幅を越えるものがなく、回転
子２０の渦電流が低減でき、かつコギングトルクが小さ
いという効果がある。さらに分数Ｎ／Ｐが既約分数でな
いのでモード１の電磁加振力が発生しないので、軸受け
の長寿命化に寄与し、回転子２０の偏心によるトルク脈
動の増大やそれにともなう、振動、騒音の増大を防ぐこ
とができるという効果もある。

【００４５】さらに、回転子２０の磁石の作る空隙磁束
をいかに有効活用しているかの指標として、巻線係数が
ある。この巻線係数が高いほど、磁石の作る空隙磁束を
有効活用しており、効率のよいモータであるといえる。
従来例である特開２０００−２３６６５２号公報の回転
子の極数が６、固定子の溝数が９の例では、この巻線係
数が０．８６６であるのに対し、Ｎ／Ｐ＝１．２とした
場合には、巻線係数が０．９３３と高く、効率のよいモ
ータを構成できるという効果もある。

【００４６】さらに、Ｎ／Ｐ＝１．２で分数Ｎ／Ｐが既
約分数でない組み合わせは種々考えられる。Ｐ＝２０、
Ｎ＝２４やＰ＝３０、Ｎ＝３６などがある。このうち、
もっとも極数が小さい組み合わせがＰ＝１０、Ｎ＝１２
とした図８の場合である。

【００４７】本実施の形態でも述べたようにブラシレス
モータの制御には回転位置センサが広く用いられるが、
回転子２０の位置は電気角で判断するため極数が大きく
なると回転位置センサに要求される精度が高くなる。よ
ってコギングトルクや回転子２０の渦電流損が低減でき
たとしても極数が大きくなりすぎると回転位置センサの
コストが上がったり、また精度が低いことにより回転子
位置を正確に判断することができず、電機子電流の通電
位相がずれてトルク脈動になる場合もある。回転センサ
の精度は電気角で判断する必要があるため、同じ誤差で
もモータの極数によって精度が変化し、極数が大きいほ
ど電気角で表したときの誤差が大きくなる。したがっ
て、極数が小さいほど電動パワーステアリング装置用モ
ータとして適しているといえる。

【００４８】よって、本実施の形態で示した、Ｐ＝１
０、Ｎ＝１２のモータは極数Ｐと溝数Ｎが １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ （３） をみたし、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でない構成とした
ので、低コギングトルクと回転子２０の渦電流損の低減
を両立し、良好な操舵フィーリングを得られると同時
に、磁石２２の発熱による減磁や残留磁束密度の低下に
よるトルクの低下を防ぐことができるという効果があ
る。また、モード１の電磁加振力すなわち回転子２０を
偏心させる加振力が存在しないため軸受けの寿命が延び
るという効果があるだけでなく、偏心によるトルク脈動
が小さいので良好な操舵フィーリングを得ることができ
るという効果もある。

【００４９】さらにＮ／Ｐ＝１．２をみたすものの中で
は最も極数の小さい組み合わせであるから、光学式エン
コーダのような高価なセンサを用いることなく、バリア
ブル・リラクタンス型レゾルバのような安価なセンサを
用いることができるので回転位置センサのコストを低減
できるという効果がある。また回転位置センサの位置検
出精度が悪化することにより回転子位置を正確に判断す
ることができず、電機子電流の通電位相がずれて発生す
るトルク脈動を低減できるという効果もある。

【００５０】なお、本実施の形態では回転子の磁石保持
のための導電性のリングを設けない場合について述べた
が、磁石保持用のリング（例えばステンレス系のリン
グ）に発生する渦電流損もこれまで述べたメカニズムと
同様のメカニズムで発生するため、磁石保持のための導
電性のリングを設けた場合でも同様の効果が得られるこ
とはいうまでもない。

【００５１】

【発明の効果】この発明の電動パワーステアリング装置
用永久磁石型ブラシレスモータは、電動パワーステアリ
ング装置に用いられる永久磁石型ブラシレスモータであ
って、回転軸、及び回転軸回りに設けられ複数の磁極を
形成する複数の永久磁石を有する回転子と、回転子に対
向して設けられ中心軸方向に複数のティースが突設され
隣り合うティース間に巻線用の溝が形成された固定子鉄
心、及びティースに集中的に巻回された電機子巻線とを
有する固定子とを備え、回転子の磁極の数をＰ、固定子
のティース間の溝数をＮとしたとき、 １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ であり、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でない。このような
構成にすることにより、低コギングトルクと回転子の渦
電流損の低減を両立し、良好な操舵フィーリングが得ら
れると同時に、磁石の発熱による減磁や残留磁束密度の
低下によるトルクの低下を防ぐことができるという効果
がある。さらにモード１の電磁加振力を発生しないので
振動、騒音の増大を防ぐことができるという効果もあ
る。

【００５２】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ／Ｐ＝１．１２５ である。このような構成にすることにより、低コギング
トルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵
フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減
磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐこと
ができるという効果がある。さらに巻線係数が高く、効
率のよいモータを構成できるという効果もある。

【００５３】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ／Ｐ＝１．２０ である。このような構成にすることにより、低コギング
トルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵
フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減
磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐこと
ができるという効果がある。さらに巻線係数が高く、効
率のよいモータを構成できるという効果もある。

【００５４】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ＝１８かつＰ＝１６ である。このような構成にすることにより、低コギング
トルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵
フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減
磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐこと
ができるという効果がある。さらに極数が多過ぎないの
で回転位置のセンサの精度を低下させないので低トルク
脈動のモータを実現できるという効果もある。また、Ｎ
＝９かつＰ＝８にした場合より偏心による空間１次の径
方向加振力が発生しにくく騒音やトルク脈動の点で有利
であるという効果もある。

【００５５】また、回転子の磁極数Ｐ、固定子のティー
ス間の溝数Ｎが、 Ｎ＝１２かつＰ＝１０ である。このような構成にすることにより、低コギング
トルクと回転子の渦電流損の低減を両立し、良好な操舵
フィーリングが得られると同時に、磁石の発熱による減
磁や残留磁束密度の低下によるトルクの低下を防ぐこと
ができるという効果がある。さらに極数が多過ぎないの
で回転位置のセンサの精度を低下させないので低トルク
脈動のモータを実現できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 極数Ｐと溝数ＮがＮ／Ｐ＝１．５のときの回
転磁界の成分を示すグラフである。

【図２】 極数Ｐと溝数ＮがＮ／Ｐ＝１．２のときの回
転磁界の成分を示すグラフである。

【図３】 極数Ｐと溝数ＮがＮ／Ｐ＝１．１２５のとき
の回転磁界の成分を示すグラフである。

【図４】 極数Ｐと溝数ＮがＮ／Ｐ＝０．９のときの回
転磁界の成分を示すグラフである。

【図５】 極数Ｐと溝数ＮがＮ／Ｐ＝０．７５のときの
回転磁界の成分を示すグラフである。

【図６】 各モータの極数Ｐ、溝数Ｎ、及びＮ／Ｐを示
す表である。

【図７】 極数Ｐ＝８，溝数Ｎ＝１２の永久磁石型ブラ
シレスモータの断面図である。

【図８】 極数Ｐ＝１０，溝数Ｎ＝１２の永久磁石型ブ
ラシレスモータの断面図である。

【図９】 極数Ｐ＝８，溝数Ｎ＝９の永久磁石型ブラシ
レスモータの断面図である。

【図１０】 極数Ｐ＝１０，溝数Ｎ＝９の永久磁石型ブ
ラシレスモータの断面図である。

【図１１】 極数Ｐ＝８，溝数Ｎ＝６の永久磁石型ブラ
シレスモータの断面図である。

【図１２】 回転子に発生する渦電流損の解析結果を示
すグラフである。

【図１３】 コギングトルクの大きさを示すグラフであ
る。

【図１４】 極数Ｐ＝１６，溝数Ｎ＝１８の永久磁石型
ブラシレスモータの断面図である。

【図１５】 自動車等の電動パワーステアリング装置の
概念図である。

【符号の説明】

１０ 固定子、１１ 固定子鉄心、１１ａ ティース、
１１ｂ 溝、１２ 電機子巻線、２０ 回転子、２１
回転軸、２２ 永久磁石。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D033 CA03 5H621 AA02 BB07 BB10 GA01 GA04 HH01 5H622 AA02 CA02 CA05 CA10 CA11 CB06 PP03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動パワーステアリング装置に用いられ
   る永久磁石型ブラシレスモータであって、 回転軸、及び該回転軸回りに設けられ複数の磁極を形成
   する複数の永久磁石を有する回転子と、 上記回転子に対向して設けられ中心軸方向に複数のティ
   ースが突設され隣り合うティース間に巻線用の溝が形成
   された固定子鉄心、及び該ティースに集中的に巻回され
   た電機子巻線とを有する固定子とを備え、 上記回転子の上記磁極の数をＰ、上記固定子の上記ティ
   ース間の溝数をＮとしたとき、 １＜Ｎ／Ｐ≦１．２ であり、かつ分数Ｎ／Ｐが既約分数でないことを特徴と
   する電動パワーステアリング装置用永久磁石型ブラシレ
   スモータ。
2. 【請求項２】 上記回転子の上記磁極数Ｐ、上記固定子
   の上記ティース間の溝数Ｎが、 Ｎ／Ｐ＝１．１２５ であることを特徴とする請求項１に記載の電動パワース
   テアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
3. 【請求項３】 上記回転子の上記磁極数Ｐ、上記固定子
   の上記ティース間の溝数Ｎが、 Ｎ／Ｐ＝１．２０ であることを特徴とする請求項１に記載の電動パワース
   テアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
4. 【請求項４】 上記回転子の上記磁極数Ｐ、上記固定子
   の上記ティース間の溝数Ｎが、 Ｎ＝１８かつＰ＝１６ であることを特徴とする請求項２に記載の電動パワース
   テアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。
5. 【請求項５】 上記回転子の上記磁極数Ｐ、上記固定子
   の上記ティース間の溝数Ｎが、 Ｎ＝１２かつＰ＝１０ であることを特徴とする請求項３に記載の電動パワース
   テアリング装置用永久磁石型ブラシレスモータ。