JP2008312305A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクとトルクリップルの両方を十分小さく抑えることができる三相式のブラシレスモータを提供する。
【解決手段】 周方向複数位置に設けた界磁コイル３に三相の正弦波が供給されて回転磁界を生じるステータ１と、ステータ１との対向面に、周方向へ交互に異なる磁極が着磁された永久磁石のロータ２とを備えるブラシレスモータにおいて、ステータ１の極数をＳ、ロータ２の極数をＰとして、ロータ２のスキュー角度θを３６０度／（ＳとＰの最小公倍数）に設定し、着磁傾斜角度αを３６０度／（５・Ｐ）に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明はブラシレスモータに関し、特に、コギングトルクとトルクリップルの両方を効果的に低減した三相ブラシレスモータに関する。

近年、自動車のパワーステアリングに電気式のものが多用されており、このような電気式パワーステアリングにブラシレスモータを使用する場合には、良好なハンドルフィーリングを得るべく非通電時のコギングトルクと通電時のトルクリップルを共に可及的に小さくすることが求められている。そこで、例えば特許文献１においては、永久磁石のロータの着磁にスキュー着磁と着磁傾斜を併用することによってコギングトルクとトルクリップルのいずれも低減した三相式のブラシレスモータが提案されている。
特開2004-129486

上記公報に記載のブラシレスモータはコギングトルクとトルクリップルのいずれも従来に比して大きく改善できる点で優れた効果を奏するものであるが、近年のハンドルフィーリング向上に対する要請はますます強くなっており、ブラシレスモータのコギングトルクとトルクリップルをさらに低減させることが必要である。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、コギングトルクとトルクリップルの両方をさらに小さく抑えることができる三相式のブラシレスモータを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、周方向複数位置に設けた界磁コイル（３）に三相の正弦波が供給されて回転磁界を生じるステータ（１）と、ステータ（１）との対向面に、周方向へ交互に異なる磁極が着磁された永久磁石のロータ（２）とを備えるブラシレスモータにおいて、ステータ（１）の極数をＳ、ロータ（２）の極数をＰとして、ロータ（２）のスキュー角度θを３６０度／（ＳとＰの最小公倍数）に設定し、着磁傾斜角度αないし磁石ラジアル方向の厚み傾斜角度を３６０度／（５・Ｐ）に設定する。

本発明において、トルクリップルの原因となる正弦波中の高調波成分は奇数次数で発生する。このうち、３次高調波成分は通常用いる三相モータ駆動では相殺される。そこで、３次高調波成分の次に大きい５次高調波成分を消すことが高調波成分の低減に効果が大きい。これは着磁傾斜角度ないし磁石ラジアル方向の厚み傾斜角度を３６０度／（５・Ｐ）に設定することによって広いスキュー角度に亘って低減することができ、トルクリップルを十分小さくすることができる。そこで、ロータのスキュー角度を３６０度／（ＳとＰの最小公倍数）に設定すると、コギングトルクは当該角度で極小となるから、結局、コギングトルクとトルクリップルの両方を十分小さく抑えることができる。

なお、上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明のブラシレスモータによれば、コギングトルクとトルクリップルの両方を十分に小さく抑えることができる。

図１は三相ブラシレスモータの一例を示す概略断面図である。図１において、内周に複数のティース部１１を突出形成したリング状のステータ１内にリング状のロータ２が同心状に配設されている。各ティース部１１の周囲にはＵ，Ｖ，Ｗの三相の界磁コイル３がそれぞれ巻回されている。ロータ２は永久磁石で、Ｓ極、Ｎ極が周方向へ交互に着磁されている。図１に示すモータの例では、ステータ１の極数は９極、ロータ２の極数は１２極である。

ロータ２の着磁は図２に示すように、着磁領域を周方向へ平行に傾斜させた、いわゆるスキュー着磁としてある。なお、図２のロータ２は極数６の場合を示している。そして、本実施形態では、スキュー角度θを下式（１）により決定される値に設定している。下式（１）で、Ｓはステータ１の極数、Ｐはロータ２の極数である。
θ＝３６０（度）／（ＳとＰの最小公倍数）…（１）

さらにロータ２の着磁については、図２に示すように、その着磁強さを着磁領域の境界部において零（ａ点）から所定の値（ｂ点）まで直線的に漸次増加させる、いわゆる着磁傾斜を行っている。そして、本実施形態では、着磁変化領域を軸心から見た角度である着磁傾斜角度αを、下式（２）により決定される値に設定している。
α＝３６０（度）／（５・Ｐ）…（２）

なお、焼結磁石では中間着磁ができないので、着磁傾斜角度αに代えて磁石ラジアル方向の厚み傾斜角度βを上式（２）から決定して設定する。これをさらに説明すると、図３に示すように、ロータ２は複数のセグメント２１が図略の支持体によって間隔を置いて円周上に配置され、各セグメント２１は周方向の両端縁が一定範囲で切除（斜線部）されて、その厚みが漸次薄くなっている。厚み傾斜角度βは、厚み変化領域をその延長領域を含んで、軸心から見た角度である。以上は、ステータの内方にロータを配設したモータについて説明したが、ステータの外方にロータを配設したモータについても同様である。

（実施例）
ステータの極数（Ｓ）が１２、ロータの極数（Ｐ）が８の三相ブラシレスモータについて、スキュー角度θを変化させてコギングトルクの大きさを測定したものを図４に示す。図４の実線より明らかなように、スキュー角度θを上式（１）で決定される１５度とした時に、コギングトルクは最も小さくなる。

ところでこの場合、着磁傾斜を行わない、すなわち着磁傾斜角度αが０度では、図４の破線で示すように、スキュー角度θを変化させるとモータのトルクリップルは極小値を有して大きく変動し、トルクリップルが１％程度と極小となるスキュー角度は１８度である。したがって、コギングトルクが最小となるスキュー角度１５度ではトルクリップルを十分小さくすることはできない。

ここにおいて、着磁傾斜角度αを上式（２）で決定される９度（３６０／（５・８））に設定すると、図５の破線で示すように、トルクリップルはスキュー角度θを広い範囲で変化させても常に１％以下の小さな値に維持される。したがって、スキュー角度θをコギングトルクが極小となる１５度に設定した場合に、トルクリップルも１％以下の十分小さな値になり、コギングトルクとトルクリップルの両方を十分小さく抑えることができる。ちなみに、着磁傾斜角度αを９度の前後で変化させると、表１に示すように、トルクリップルの平均値はいずれも大きくなり、上式（２）で決定される９度近傍で極小となることがわかる。

三相ブラシレスモータの一例を示す概略断面図である。 スキュー着磁および着磁傾斜を説明するロータの概略斜視図である。 厚み傾斜を説明するロータの部分概略斜視図である。 着磁傾斜角度を０度とした時の、スキュー角度に対するコギングトルクとトルクリップルの変化を示すグラフである。 着磁傾斜角度を９度とした時の、スキュー角度に対するコギングトルクとトルクリップルの変化を示すグラフである。

符号の説明

１…ステータ、２…ロータ、θ…スキュー角度、α…着磁傾斜角度、β…厚み傾斜角度。

Claims (1)

1. 周方向複数位置に設けた界磁コイルに三相の正弦波が供給されて回転磁界を生じるステータと、前記ステータとの対向面に、周方向へ交互に異なる磁極が着磁された永久磁石のロータとを備えるブラシレスモータにおいて、前記ステータの極数をＳ、前記ロータの極数をＰとして、前記ロータのスキュー角度を３６０度／（ＳとＰの最小公倍数）に設定し、着磁傾斜角度ないし磁石ラジアル方向の厚み傾斜角度を３６０度／（５・Ｐ）に設定したことを特徴とするブラシレスモータ。

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