JP2008283775A - シンクロナスリラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子側におけるフラックスバリア帯の配置関係を工夫するだけでトルクリップルを低減させることができるシンクロナスリラクタンスモータを提供する。
【解決手段】図はシンクロナスリラクタンスモータの回転子の磁路形状である。Ｙ方向のｄ軸に対して左側の象現にある第４フラックスバリア帯４４ｄはｄ軸にフラックスバリア４２が接している。Ｙ方向のｄ軸に対して右側の象現にある第１フラックスバリア帯４４ａはｄ軸に鋼板リブ４３が接している。これにより第１フラックスバリア帯４４ａと第４フラックスバリア帯４４ｄはｄ軸に対して非線対称となる。同様にして、各ｄ軸に対して隣接するフラックスバリア帯同士は全て非線対称である。また、各フラックスバリア４２と鋼板リブ４３の幅は同じであり、ｄ軸近傍においてはフラックスバリア４２と鋼板リブ４３はｄ軸と略平行である。これにより、回転子４０のトルクリップルは低減される。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転子の磁路に複数のフラックスバリア帯を有するシンクロナスリラクタンスモータに関し、特に、電動パワーステアリング装置に用いて好適なシンクロナスリラクタンスモータに関する。

電動パワーステアリング装置は、車両の操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを電動機（モータ）によって発生させ、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減させるための操舵力支援装置である。このような電動パワーステアリング装置に用いられる電動機としては、シンクロナスリラクタンスモータがあげられる。シンクロナスリラクタンスモータは、回転子（ロータ）にマグネットを用いないで、回転子側の鋼板層に発生するリラクタンストルクによって回転動作を行うブラシレスモータであり、一般的には、固定子（ステータ）側には３相巻線が施され、回転子側にはフラックスバリアと称する空気の溝（空気層）が鋼板層の内部に施された構造となっている。このような構造によって、高価な希土類磁石を使わないために低コスト化が可能であってリサイクル性にも優れている。

ところが、従来のシンクロナスリラクタンスモータにおける回転子の構造では、回転子の内部に設けられた空気層のスリットからなるフラックスバリアが３〜１５本程度と有限であるために、回転によって回転子のリブ（鋼板リブ）が固定子のスロット開口部に対向する場合と対向しない場合とによる磁気抵抗（リラクタンス）の変動によって高調波成分が発生する。この高調波成分が正常なトルク波形に重畳してトルクリップルを誘発させる原因となる。このようなトルクリップルは、電動パワーステアリング装置に与える補助トルクにむらを生じさせるために、車両の操舵フィーリングに振動などの違和感を発生させる要因となる。

そこで、シンクロナスリラクタンスモータにおいてトルクリップルを低減させるための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この文献の技術によれば、回転子における一つのフラックスバリア（空気層）の両縁側のリブを第１リブと第２リブとしたとき、第１リブが固定子のスロットの中心位置に対向するとき、第２リブは固定子の歯（ティース）に対向するようにして、回転子の一回転中におけるトルクリップルを均等化させている。

また、特許文献２には、フラックスバリアを曲線溝にして、７つのフラックスバリアを備えたフラックスバリア帯と、６つのフラックスバリアを備えたフラックスバリア帯とを隣接させたものが開示されている。
特開２００１−１０３７１９号公報（段落番号００１４、００１５、００３２及び図１参照） 特開２００６−１２１８２１号公報（段落番号００３２、図５）

しかしながら、特許文献１のように、第１リブが固定子のスロットの中心位置に対向するときに第２リブが固定子のティースに対向するようにしても、回転子の１回転中における各トルクリップルの大きさが均等になるだけであって、トルクリップルそのものは低減されない。そのため、電動パワーステアリング装置における車両の操舵フィーリングに違和感を生じさせる要因は依然として解決されない。すなわち、シンクロナスリラクタンスモータにおいては、回転子と固定子との対向位置を工夫するだけではトルクリップルを均等化することはできても、トルクリップルそのものを低減させることは難しい。また、この技術では、回転子側のリブと固定子側のスロット及び歯（ティース）との対応関係が制約されるため、シンクロナスリラクタンスモータの極数やスロット数を任意に可変することができない。

また、特許文献２に記載の技術であっても、ｄ軸に隣接するフラックスバリアの数が不一致であるため、トルクリップルの低減に限界がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、トルクリップルをさらに低減させることができるシンクロナスリラクタンスモータを提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明のシンクロナスリラクタンスモータは、フラックスバリアとリブとによって形成されるフラックスバリア帯を偶数個有する回転子を備え、各フラックスバリア帯におけるフラックスバリアとリブの組が同数であって、隣接するフラックスバリア帯は、前記回転子のｄ軸に対して非線対称となるように配置された構成を採っている。

このような構成のシンクロナスリラクタンスモータによれば、ｄ軸（磁束軸）に対して隣接する２つのフラックスバリア帯で発生するトルクリップルの位相をずらすことができるので、トルクリップルの和を低減することが可能となる。例えば、ｄ軸に対して隣接するフラックスバリア帯のトルクリップルが逆位相となるように各フラックスバリア帯の磁路形状を形成すれば、相互のトルクリップル形同士を打ち消すことができるので、回転子から出力されるトルクにはリップル成分は含まれなくなる。また、各フラックスバリア帯におけるフラックスバリアとリブの組が同数であるので、さらにトルクリップルが低減する。

好適な形態としては、請求項２で実現される発明のように、隣接するフラックスバリア帯は、ｄ軸の直線に対して線対称となる位置に対応してフラックスバリアとリブとが存在するような幾何学的形状を呈して非線対称を実現している。

ここで、請求項３に係る発明は、前記フラックスバリアと前記リブとの両端部は前記回転子の外周部に設けられ、前記ｄ軸は、前記回転子の回転軸と直交し、前記フラックスバリアと前記リブとの何れか一方の軸方向又はこれらの境界線の方向と前記両端部において一致することを特徴とする。

また、請求項４で実現される発明のように、フラックスバリアの幅とリブの幅を１対１の関係にしている（つまり、両者を同じ幅にしている）。これによって、第１フラックスバリア帯のトルクリップルと第２フラックスバリア帯のトルクリップルをほぼ同じ値にし、かつ１８０°位相をずらすことができるので、回転子から出力されるトルクリップルを最も小さくすることができる。

また、請求項４に係る発明においては、操舵補助力を発生させ、車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置の補助電動機として、前記各発明で実現されるシンクロナスリラクタンスモータを適用している。

請求項1乃至請求項４に係る発明によれば、回転子から出力されるトルクリップルを低減することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、トルクリップルの小さいシンクロナスリラクタンスモータを補助電動機として用いることにより、電動パワーステアリング装置において滑らかな操舵フィーリングと低騒音を実現することができる。

《実施形態》
以下、図面を参照しながら、本発明におけるシンクロナスリラクタンスモータの実施形態について説明するが、まず、本発明のシンクロナスリラクタンスモータが好んで用いられる電動パワーステアリング装置について概略的に説明する。

（電動パワーステアリング装置）
図１は、本発明に係るシンクロナスリラクタンスモータを備える電動パワーステアリング装置の全体構成図である。図１に示すように、電動パワーステアリング装置１はステアリングホイール２を有しており、ステアリングホイール２はステアリング軸３を介してピニオン軸４に連結されている。運転者がステアリングホイール２を操作して生じる操舵トルクは、ステアリング軸３を介してピニオン軸４に伝達される。ピニオン軸４にはステアリング系に作用する操舵トルクを検出する磁歪式のトルクセンサ５及びトルク伝達手段６が取り付けられており、トルク伝達手段６は、ステアリング系に補助トルクを加えるための、電動機７に接続されている。なお、電動機７はシンクロナスリラクタンスモータが用いられている。

電動パワーステアリング装置１は、いわゆるラック・アンド・ピニオン式の構成となっていて、ピニオン軸４の下端に設けられたピニオン４Ａは、ラック軸８に形成されたラック歯８Ａと噛み合わされており、ピニオン軸４の回転がラック軸８の軸方向の変位に変換されて駆動輪９，９を転舵させる。また、トルクセンサ５から制御装置１０へ操舵トルク信号Ｔを出力している。制御装置１０は、トルクセンサ５から出力された操舵トルク信号Ｔと速度センサ１１から出力された車両の速度信号ｖとに基づいて補助トルクを算出し、３相の電動機駆動電圧Ｖ_Oを電動機７に出力して電動機７を制御している。

また、トルク伝達手段６は、詳細は図示されていないが、電動機７の回転トルクによってウォームギア（図示せず）を介してピニオン軸４を回転させるように構成されている。このようにして、電動機７の補助トルクは、トルク伝達手段６を介してピニオン軸４に伝達され、さらにピニオン４Ａとラック歯８Ａを介して、ラック軸８からステアリング系に伝達されて駆動輪９を転舵させるように構成されている。なお、ステアリング系全体の構成は図示されていない。

このような構成によって、運転者がステアリングホイール２を操作して車両の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸３に加えられた操舵トルクに基づく回転力は、ピニオン４Ａからラック歯８Ａを介してラック軸８の軸方向の直線運動に変換されて駆動輪９，９の走行方向を変化させるように作用する。このとき、同時に、ステアリング軸３に付設されたトルクセンサ５は、ステアリングホイール２による運転者の操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置１０へ出力している。また、速度センサ１１が車両の速度信号ｖを検出して制御装置１０へ出力している。

制御装置１０は、操舵トルク信号Ｔ及び速度信号ｖに基づいた目標信号と、電動機７の回転角を示す角度信号θとに基づいて電動機７を駆動させるための電動機駆動電圧Ｖ_０を発生する。このとき、制御装置１０は、電動機電流Ｉ、及び角度信号θを用いて、電動機駆動電圧Ｖ_０をｄ軸（磁束軸）とこれに電気的に直交するｑ軸（トルク軸）とに分解して制御するｄｑベクトル変換を行う。電動機７は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３相の電動機駆動電圧Ｖ_０に基づいて回転駆動し、３相交流電流Ｉ（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が流れる。

これによって、電動機７の回転トルクに基づく補助操舵力は、トルク伝達手段６を介して、ステアリング軸３に連結されたピニオン軸４に作用し、ラック・アンド・ピニオン機構によってラック軸８に伝達される。以上のようにして、電動機７を駆動させることによって、ステアリングホイール２に加えられる運転者による操舵力が軽減される。

（シンクロナスリラクタンスモータの動作）
ここで、本発明の理解を容易にするために、図１に示す電動パワーステアリング装置１の電動機７として用いられるシンクロナスリラクタンスモータの一般的な動作について説明する。図２は、一般的なシンクロナスリラクタンスモータの断面図である。この図では、回転子が４個の磁極（２極対）を有し、固定子が２４個の固定子のスロットを有するシンクロナスリラクタンスモータ３５の断面を示している。

シンクロナスリラクタンスモータ３５の固定子２０には、固定子本体２１と、その内周面２２に形成された複数個のスロット２３、及びＴ字状の歯（ティース）２４が設けられている。また、回転子３０には、回転子本体３１に対して、所定の幅及び長さを有する線状の複数のフラックスバリア（空気層）３２が設けられて、複数の鋼板リブ（リブ）３３が形成されている。この鋼板リブ（リブ）３３の両端部は、回転子３０の外周部に設けられている。回転子本体３１は電磁鋼板などの磁性体物質で構成されているが、複数のフラックスバリア３２は空気層でなく樹脂性の非磁性物質であってもよい。複数のフラックスバリア３２は、ｄ軸（磁束軸）を境界にし、機械的に４５度傾斜したｑ軸（トルク軸）を中心にして放射状に配置されている。したがって、ｑ軸を中心とした複数のフラックスバリア３２及び鋼板リブ３３の組が、放射状に４組設けられている。また、ｄ軸は、回転子軸と直交しており、鋼板リブ３３の両端部において鋼板リブ３３の軸と一致している

このように構成されたシンクロナスリラクタンスモータ３５の動作について説明する。まず、固定子２０のスロット２３に巻回された巻線コイル（図示せず）に三相交流電流を流すと歯２４に磁界が発生し、回転子３０を介して磁束が他の歯２４に戻る。回転子本体３１の内部には複数のフラックスバリア３２が設けられているため、磁束の通りやすい方向（ｄ軸方向）と磁束の通りにくい方向（ｑ軸方向）が生じる。このｄ軸磁束とｑ軸磁束との差（磁気抵抗差）によってリラクタンストルクが発生し、回転子３０が所定の方向に回転する。

このとき、歯（ティース）２４に対向するフラックスバリア３２及び鋼板リブ３３は、回転子３０が回転しても、磁束量の変化は少ないのでトルクリップルの発生要因とはなり難い。しかしながら、隣接する歯２４の間に形成された微小なスロット開口部２３ａとフラックスバリア３２（あるいは、鋼板リブ３３）との相対的な位置関係によって、回転子３０の回転時にトルクリップルが発生する。すなわち、固定子２０のスロット開口部２３ａと回転子３０の鋼板リブ３３が対向したときと、固定子２０のスロット開口部２３ａと回転子３０のフラックスバリア３２が対向したときとで磁束が変化するため、固定子２０と回転子３０の相対的な位置の変化によって（つまり、回転子３０が回転することによって）、回転子３０の回転トルクにトルクリップルが発生する。

（本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータ）
そこで、本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータでは、フラックスバリアの形状を変更してトルクリップルの発生を抑えている。図３は、本発明の実施形態で実現されるシンクロナスリラクタンスモータの回転子の断面図である。なお、固定子側の構成については図２と同じであるので、図３では図面を省略し、その説明も省略する。

回転子４０は、鋼板の回転子本体４１に対して、所定の幅及び長さを有する複数のフラックスバリア（空気層）４２が設けられて、複数の鋼板リブ（リブ）４３が形成されている。複数のフラックスバリア４２は、ｄ軸（磁束軸）を境界にし、ｄ軸から機械的に４５度傾斜したｑ軸（トルク軸）を中心にして放射状に配置されている。したがって、ｑ軸を中心とした複数のフラックスバリア４２及び鋼板リブ４３の組が、放射状に４組設けられている。すなわち、ｄ軸を境界にし、ｑ軸を中心にして放射状に配置された複数のフラックスバリア４２及び鋼板リブ４３の組が、Ｘ方向のｄ軸とＹ方向のｄ軸とで挟まれた領域で４つに分割されている。すなわち、回転子断面は第１フラックスバリア帯４４ａ、第２フラックスバリア帯４４ｂ、第３フラックスバリア帯４４ｃ、及び第４フラックスバリア帯４４ｄを形成している。これによって、回転子本体４１には４極が構成される。

このとき、回転子４０の磁路形状として、フラックスバリア４２と鋼板リブ４３の組を各フラックスバリア帯４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄごとに同数設け、回転子４０の中心を通るｄ軸の直線に対して各フラックスバリア帯４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄが非線対称となるようにフラックスバリア４２と鋼板リブ４３を配置する。すなわち、各フラックスバリア帯４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄごとに、ｄ軸に対応して非線対称にフラックスバリア４２と鋼板リブ４３を配置した回転子の構造を有するシンクロナスリラクタンスモータとする。

図３に示す回転子４０にしたがってさらに詳しく説明すると、Ｙ方向のｄ軸に対して左側の象現にある第４フラックスバリア帯４４ｄは、空気層であるフラックスバリア４２がｄ軸に接しているが、Ｙ方向のｄ軸に対して右側の象現にある第１フラックスバリア帯４４ａは、鋼板リブ４３がｄ軸に接している。これによって、第１フラックスバリア帯４４ａと第４フラックスバリア帯４４ｄはｄ軸に対して非線対称となる。同様にして、第１フラックスバリア帯４４ａと第２フラックスバリア帯４４ｂ、第２フラックスバリア帯４４ｂと第３フラックスバリア帯４４ｃ、及び第３フラックスバリア帯４４ｃと第４フラックスバリア帯４４ｄは、それぞれｄ軸に対して非線対称となる。なお、各フラックスバリア（空気層）４２と鋼板リブ（鋼板層）４３の幅は同じである。

このようにして、回転子４０の磁路形状としてフラックスバリア（空気層）４２の幅と鋼板リブ（鋼板層）４３の幅の比率を１対１とし、かつｄ軸に平行な部分を備えるフラックスバリア４２と鋼板リブ４３との組を設ける。ｄ軸に平行な部分を備えるフラックスバリア４２を設けたので、特許文献２の技術（図２）よりも、ｄ軸に隣接する空気層を確保することができる。また、フラックスバリア帯４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄをそれぞれｄ軸に対して非線対称に配置する。このとき、各フラックスバリア帯４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄの配置の仕方は、ｄ軸を基準にしてその両側でフラックスバリア４２と鋼板リブ４３を入れ替えた幾何学的形状に配置する。ここで、ｄ軸は、回転子軸と直交し、フラックスバリア４２と鋼板リブ４３との境界線と、フラックスバリア４２及び鋼板リブ４３の組の両端部において一致する。

これによって、回転子にスキューを施さなくてもシンクロナスリラクタンスモータのトルクリップルを低減することができる。その結果、低振動かつ低騒音なシンクロナスリラクタンスモータを低コストで実現することができる。また、このようなシンクロナスリラクタンスモータを電動パワーステアリング装置１（図１）に適用すれば操舵フィーリングを一段と向上させることができる。

次に、本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータを実現するためのフラックスバリア帯の形成方法について説明する。図４は、本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータを実現するためのフラックスバリア帯の形成方法を示す概念図である。また、図５は、図４の形成方法によって実現されるｄ軸に非線対称な２つのフラックスバリア帯の概念図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、あらかじめ、パターンＡ及びパターンＢの２種類のパターンのフラックスバリア帯を用意する。パターンＡは、４つの領域４５ａ１，４５ａ２，４５ａ３，４５ａ４のそれぞれにおいて、ｄ軸に平行なフラックスバリア４２と鋼板リブ４３が１対１の幅の比率で形成されている。また、パターンＢも、４つの領域４５ｂ１，４５ｂ２，４５ｂ３，４５ｂ４のそれぞれにおいて、ｄ軸に平行な鋼板リブ４３とフラックスバリア４２が１対１の幅の比率で形成されている。このとき、パターンＡとパターンＢは、フラックスバリア４２と鋼板リブ４３を入れ替えた配置になっている。すなわち、パターンＡでフラックスバリア４２が存在する領域はパターンＢでは鋼板リブ４３が存在し、パターンＡで鋼板リブ４３が存在する領域はパターンＢではフラックスバリア４２が存在している。

そして、図４（ｃ）のように、ｄ軸を境にして隣接するフラックスバリア帯にパターンＡとパターンＢを交互に配置して回転子４０を形成する。すなわち、第１フラックスバリア帯４４ａにはパターンＢを配置し、第２フラックスバリア帯４４ｂにはパターンＡを配置し、第３フラックスバリア帯４４ｃにはパターンＢを配置し、かつ第４フラックスバリア帯４４ｄにはパターンＡを配置して、幾何学的形状の回転子４０を形成する。

図５に示すように、ｄ軸に平行な部分を備えるフラックスバリア４２と鋼板リブ４３とを１対１の幅の比率で持ち、ｄ軸に対して隣り合うフラックスバリア帯ごとにフラックスバリア４２と鋼板リブ４３を互いに入れ替えたパターンＡとパターンＢの磁路を配置している。例えば、パターンＡでフラックスバリア４２−１が存在する位置のｄ軸に線対称な位置には鋼板リブ４３−１が存在し、パターンＡで鋼板リブ４３−２が存在する位置のｄ軸に線対称な位置にはフラックスバリア４２−２が存在するというように、隣接するフラックスバリア帯の磁路形状はｄ軸に対して非線対称となっている。

なお、図３において、ｄ軸と平行でない箇所（例えば、トルク軸であるｑ軸の近傍）におけるフラックスバリア４２と鋼板リブ４３の幅の比率が１対１でなくてもよい。また、ｄ軸と平行でない箇所（例えば、ｑ軸の近傍）のフラックスバリア４２と鋼板リブ４３は図では円弧形状となっているが、この領域のフラックスバリア４２と鋼板リブ４３は円弧形状でなく、どのような形状であってもよい。なお、外周部近傍においては、磁束を通りやすくすること、及びフラックスバリア４２を確保するために、フラックスバリア４２と鋼板リブ４３を直線にする必要がある。

すなわち、図３のように回転子４０に形成されたフラックスバリア（空気層）４２と鋼板リブ４３の幅の比率を１対１とし、ｄ軸に平行なフラックスバリア４２と鋼板リブ４３を設け、さらに、隣接するフラックスバリア帯の磁路形状をｄ軸に対して非線対称にする。このときの磁路形状の非線対称な配置方法は、ｄ軸を基準にして両側のフラックスバリア帯でフラックスバリア４２と鋼板リブ４３とを入れ替えるように配置する。そのためには、各フラックスバリア帯４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄにおけるフラックスバリア４２と鋼板リブ４３の個数を同数にする必要がある

図３のように、回転子４０におけるフラックスバリア帯の磁路形状をｄ軸に対して非線対称にすることにより、例えば、第１フラックスバリア帯４４ａによるトルクリップル波形と隣接する第２フラックスバリア帯４４ｂによるトルクリップル波形との位相をずらすことができるので、相互のトルクリップル波形同士を打ち消し合うようにすることができる。例えば、第１フラックスバリア帯４４ａのトルクリップル波形と第２フラックスバリア帯４４ｂのトルクリップル波形が逆位相となるようにフラックスバリア帯の磁路形状を形成すれば、相互のトルクリップル波形同士を完全に打ち消すことができる。

図６は、図３に示す磁路形状の回転子を用いたシンクロナスリラクタンスモータのトルク波形を示す特性図であり、横軸に回転角度、縦軸にトルクを示している。曲線Ｃ１０は第１フラックスバリア帯４４ａによって発生したトルクリップルを示し、曲線Ｃ１１は第２フラックスバリア帯４４ｂによって発生したトルクリップルを示している。また、曲線Ｃ１２は、曲線Ｃ１０と曲線Ｃ１１との合成トルクを示している。図６から分かるように、第１フラックスバリア帯４４ａによって発生したトルクリップルの曲線Ｃ１０と、第２フラックスバリア帯４４ｂによって発生したトルクリップルの曲線Ｃ１１は位相がほぼ１８０°ずれているので、合成トルクの曲線Ｃ１２はトルクリップルが極めて少なくなっている。

すなわち、図３に示すような磁路形状の回転子を用いたシンクロナスリラクタンスモータを用いれば、あるフラックスバリア帯（例えば、フラックスバリア帯４４ａ）でトルクリップルが発生しても、別のフラックスバリア帯（例えば、フラックスバリア帯４４ｂ）で発生した位相の異なるトルクリップルによって打ち消すことができるので、回転子４０が発生するトルクのトルクリップル（つまり、トルク変動）を減少させることが可能となる。これによって、フラックスバリア４２にスキューを施さなくても、回転子４０のトルクに発生するトルクリップルを低減することができ、その結果、シンクロナスリラクタンスモータの低振動化と低騒音化を低コストで実現することが可能となる。さらには、このシンクロナスリラクタンスモータを用いた電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上させることができる。

《測定例》
本実施形態で実現されたフラックスバリア帯の磁路形状を有する回転子を備えたシンクロナスリラクタンスモータについて種々の特性実験を行った。ここでは、特許文献２に記載のフラックスバリア帯の磁路形状を有する回転子を備えたシンクロナスリラクタンスモータと比較しながらその実験結果について考察する。

図７は、図３に示すフラックスバリア帯を備えた回転子において、フラックスバリア帯と鋼板リブとの幅の比率を変えたときのトルクリップルの比較データであり、（ａ）は実測データ、（ｂ）は比較グラフを示している。なお、図７において、『リブ』は図３に示す鋼板リブ４３であり、『空気』は図３に示すフラックスバリア（空気層）４２である。

図７（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼板リブとフラックスバリア帯の幅の比率において、リブ：空気＝１：１のとき（つまり、鋼板リブとフラックスバリア帯の幅が同じとき）が最もトルクリップル率が小さくて２．９％であり、トルクリップルの絶対値も０．０７Ｎｍとかなり小さい。ところが、リブ：空気＝４：１のようにリブの幅の比率が多くなると、トルクリップル率は２６．２％、トルクリップルの絶対値は０．５７Ｎｍとかなり大きくなり、空気の幅に対してリブの幅の比率が大きくなるほどトルクリップル率及びトルクリップルの値は大きくなる。また、リブ：空気＝１：２のように、空気の幅に対してリブの幅の比率が小さくなってもトルクリップル率及びトルクリップルの値は大きくなる。

このように、空気の幅とリブの幅の比率が１対１で、両者の幅が等しいときはトルクリップル率（トルクリップル）は小さいが、空気の幅とリブの幅の比率バランスが崩れると、回転子４０の回転中においてリブ（鋼板リブ４３）がスロット開口部２３ａ（図２）に一致したときと空気（フラックスバリア４２）がスロット開口部に一致したときとのトルクリップルの波形が異なってくるので、隣り合う２つのフラックスバリア帯のトルクリップルの位相差を１８０°にずらすことが難しくなる。その結果、２つのフラックスバリア帯のトルクリップルをキャンセルすることができなくなるために、空気の幅とリブの幅の比率が１対１のバランスから崩れると、回転子４０から出力されるトルクリップルが大きくなる。

図８は、特許文献２に記載のシンクロナスリラクタンスモータを比較例として測定したトルク特性と機械角次数の解析結果を示す図である。すなわち、この図は、ｄ軸対称のフラックスバリア帯ごとに６本と７本の曲線溝（空気層）を有するフラックスバリア帯を非線対称に配置したロータ（回転子）を用いた場合における、シンクロナスリラクタンスモータのトルクリップル波形、及びトルクリップル波形を機械角でフーリエ解析した機械角次数ごとのトルクリップルを示している。

図８のトルクリップル波形は、横軸に機械角（ｄｅｇ）を示し、縦軸にトルク（Ｎｍ）を示している。特許文献２に記載のシンクロナスリラクタンスモータの回転子は４極であり、固定子は２４個のスロットを有しているので、回転子の１回転を意味する機械角３６０ｄｅｇの間に２４個のトルクリップルが表われている。このときのトルクリップルの大きさは０．３Ｎｍ_ＰＰとかなり大きい。また、トルクリップル波形を機械角でフーリエ解析したときの各機械角次数ごとのトルクリップルの値は、機械角次数が２４次の成分において０．１７９Ｎｍ_ＰＰ（９．０％）、４８次の成分において０．１４４Ｎｍ_ＰＰ（７．２％）であり、かなり大きなトルクリップルの値となっている。

図９は、図３に示す本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータによって測定したトルク特性と機械角次数の解析結果を示す図である。すなわち、この図は、ｄ軸対称のフラックスバリア帯ごとに８本の直線溝（空気層）を有するフラックスバリア帯を非線対称に配置したロータ（回転子）を用いた場合における、シンクロナスリラクタンスモータのトルクリップル波形、及びトルクリップル波形を機械角でフーリエ解析した機械角次数ごとのトルクリップルを示している。

図９のトルクリップル波形は、横軸に機械角（ｄｅｇ）を示し、縦軸にトルク（Ｎｍ）を示している。機械角３６０ｄｅｇは回転子の１回転であり、回転子は４極であり、固定子は２４個のスロット開口部を有しているので、機械角３６０ｄｅｇの間に２４個のトルクリップルが表われている。このときのトルクリップルの大きさは０．０７Ｎｍ_ＰＰとかなり小さい。また、トルクリップル波形を機械角でフーリエ解析したときの各機械角次数ごとのトルクリップルの値は、機械角次数が２４次の成分において０．０５８Ｎｍ_ＰＰ（２．９％）、４８次の成分において０．００７Ｎｍ_ＰＰ（０．４％）であり、小さいトルクリップルの値になっている。なお、図３の回転子の構成では、ｄ軸に平行なフラックスバリア４２は８本存在しているので、その３倍の機械角次数２４次のトルクリップル成分が顕著に表われている。

以上説明したように、実験結果を見ても、回転子における各磁極のフラックスバリア帯の磁路形状をｄ軸に対して非線対称にし、かつ、フラックスバリアの幅と鋼板リブの幅を等しくして、ｄ軸近傍でフラックスバリアと鋼板リブをｄ軸に平行に配置することによって、回転子が発生するトルクリップルを大幅に低減できることが裏付けられた。

本発明に係るシンクロナスリラクタンスモータを備える電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 一般的なシンクロナスリラクタンスモータの断面図である。 本発明の実施形態で実現されるシンクロナスリラクタンスモータの回転子の断面図である。 本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータを実現するためのフラックスバリア帯の形成方法を示す概念図である。 図４の形成方法によって実現されるｄ軸に非線対称な２つのフラックスバリア帯の概念図である。 図３に示す磁路形状の回転子を用いたシンクロナスリラクタンスモータのトルク波形を示す特性図である。 図３に示すフラックスバリア帯を備えた回転子において、フラックスバリア帯と鋼板リブの幅の比率を変えたときのトルクリップルの比較データであり、（ａ）は実測データ、（ｂ）は比較グラフを示す。 図２に示す一般的なシンクロナスリラクタンスモータによって測定したトルク特性と機械角次数の解析結果を示す図である。 図３に示す本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータによって測定したトルク特性と機械角次数の解析結果を示す図である。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングホイール
３ ステアリング軸
４ ピニオン軸
４Ａ ピニオン
５ トルクセンサ
６ トルク伝達手段
７ 電動機
８ ラック軸
８Ａ ラック歯
９ 駆動輪
１０ 制御装置
１１ 速度センサ
Ｔ 操舵トルク信号
ｖ 速度信号
Ｖ_０ 電動機駆動電圧
２０ 固定子
２１ 固定子本体
２２ 内周面
２３ スロット
２３ａ スロット開口部
２４ 歯（ティース）
３０、４０ 回転子
３１、４１ 回転子本体
３２、４２、４２−１、４２−２ フラックスバリア（空気層）
３３、４３、４３−１、４３−２ 鋼板リブ
３５ シンクロナスリラクタンスモータ
４４ａ 第１フラックスバリア帯
４４ｂ 第２フラックスバリア帯
４４ｃ 第３フラックスバリア帯
４４ｄ 第４フラックスバリア帯
４５ａ１、４５ａ２、４５ａ３、４５ａ４ 領域
４５ｂ１、４５ｂ２、４５ｂ３、４５ｂ４ 領域

Claims (5)

1. フラックスバリアとリブとによって形成されるフラックスバリア帯を偶数個有する回転子を備え、前記各フラックスバリア帯における前記フラックスバリアと前記リブの組が同数であるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、
   隣接する前記フラックスバリア帯は、前記回転子のｄ軸に対して非線対称となるように配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
2. 隣接する前記フラックスバリア帯は、前記ｄ軸に対して線対称となる位置に対応して前記フラックスバリアと前記リブとが存在するような幾何学的形状を呈し、前記非線対称を実現していることを特徴とする請求項１に記載のシンクロナスリラクタンスモータ。
3. 前記フラックスバリアと前記リブとの両端部は前記回転子の外周部に設けられ、
   前記ｄ軸は、前記回転子の回転軸と直交し、前記フラックスバリアと前記リブとの何れか一方の軸方向又はこれらの境界線の方向と前記両端部において一致することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシンクロナスリラクタンスモータ。
4. 前記フラックスバリアの幅と前記リブの幅は１対１の関係にあることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載のシンクロナスリラクタンスモータ。
5. 操舵補助力を発生させ、車両の転舵を行う電動パワーステアリング装置の補助電動機に使用されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のシンクロナスリラクタンスモータ。

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