JP2009189102A

JP2009189102A - ブラシレス直流モータ

Info

Publication number: JP2009189102A
Application number: JP2008024132A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Baba; 弘幸馬場
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】ブラシレス直流モータのトルクリップルやコギングトルクを低減する。
【解決手段】ロータ４３に対向するステータ４２の複数のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗの先端に軸方向に延びる複数のスリット４５ａ，４５ｂが形成し、少なくとも一つのティースのスリット４５ａの数（５個）を、他のティースのスリット４５ｂの数（４個）と異ならせたので、各ティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗによりロータ４３に加えられる駆動力の変動の位相が全て一致して増幅されるのを防止し、トリクリップルやコギングトルクを低減してモータのスムーズな回転を可能にすることができる。よって、このモータを車両の電動パワーステアリング装置のアシストモータに使用すれば、運転者の手に伝わるトルク変動を最小限に抑えて操舵フィーリングを高めることができる。しかもステータ４２のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗの数やロータ４３の極対数に制約がないため、その設計自由度が大幅に向上する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ステータおよびロータを備え、前記ステータは前記ロータに対向するように円周方向に配置された複数のティースを備えるブラシレス直流モータに関する。

ステータに複数のティースを備えるとともに、ロータに複数の永久磁石を備えた三相ブラシレス直流モータにおいて、ロータの極対数を奇数（例えば５）とし、ステータのティースの数を偶数でかつ前記極対数の整数倍と異なる数（例えば１２）とすることで、トルクの脈動の低減を図るものが、下記特許文献１により公知である。
特開平１０−７５５５６号公報

ところで、上記従来のものは、ロータの極対数およびステータのティースの数に多くの制約があるため、その設計自由度が制限される問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ブラシレス直流モータの設計自由度を確保しながらトルクリップルやコギングトルクを低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ステータおよびロータを備え、前記ステータは前記ロータに対向するように円周方向に配置された複数のティースを備えるブラシレス直流モータにおいて、前記ティースの先端には軸方向に延びる複数のスリットが形成されており、少なくとも一つのティースのスリットの数を、他のティースのスリットの数と異ならせたことを特徴とするブラシレス直流モータが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、円周方向に隣接するティース間に軸方向に延びる空隙が形成され、前記空隙の円周方向の幅は前記スリットの円周方向の幅に等しいことを特徴とするブラシレス直流モータが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記ステータはＵ相ティース、Ｖ相ティースおよびＷ相ティースのセットを４セット備えており、対角位置にある第１セットおよび第３セットの各ティースのスリットの数と、他の対角位置にある第２セットおよび第４セットの各ティースのスリットの数とを異ならせたことを特徴とするブラシレス直流モータが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記ブラシレス直流モータは、電動パワーステアリング装置のアシストモータに使用されることを特徴とするブラシレス直流モータが提案される。

請求項１の構成によれば、ロータに対向するステータの複数のティースの先端に軸方向に延びる複数のスリットを形成し、少なくとも一つのティースのスリットの数を、他のティースのスリットの数と異ならせたので、各ティースによりロータに加えられる駆動力の変動の位相が全て一致して増幅されるのを防止し、トリクリップルやコギングトルクを低減してモータのスムーズな回転を可能にすることができる。しかもステータのティースの数やロータの極対数に制約がないため、その設計自由度が大幅に向上する。

また請求項２の構成によれば、円周方向に隣接するティース間に軸方向に延びる空隙を形成したので、空隙によりティース間の磁束の短絡を抑制できるだけでなく、空隙の円周方向の幅とスリットの円周方向の幅とを等しくしたので、スリットにより空隙の影響を緩和してトルクリップルやコギングトルクを更に低減することができる。

また請求項３の構成によれば、ステータはＵ相、Ｖ相およびＷ相ティースのセットを４セット備えており、対角位置にある第１セットおよび第３セットの各ティースのスリットの数と、他の対角位置にある第２セットおよび第４セットの各ティースのスリットの数とを異ならせたので、第１セットおよび第３セットの各ティースによるトルク変動と、第２セットおよび第４セットの各ティースによるトルク変動とを異ならせ、それらが重なり合って増幅するのを確実に防止することができる。

また請求項４の構成によれば、トルクリップルやコギングトルクを低減したブラシレス直流モータを電動パワーステアリング装置のアシストモータに使用したので、運転者の手に伝わるトルク変動を最小限に抑えて操舵フィーリングを高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の実施の形態を示すもので、図１は電動ステアリング装置の全体斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図１の４−４線拡大断面図、図５は図４の一部拡大図である。

図１に示すように、ステアリングハンドル１１と一体に回転する上部ステアリングシャフト１２は、上部ユニバーサルジョイント１３、下部ステアリングシャフト１４および下部ユニバーサルジョイント１５を介して、減速ギヤボックス１６から上方に突出するピニオンシャフト１７に接続される。減速ギヤボックス１６の下端に接続されたステアリングギヤボックス１８の左右両端から突出するタイロッド１９，１９が、左右の車輪ＷＬ，ＷＲの図示せぬナックルに接続される。減速ギヤボックス１６にはモータＭが支持されており、このモータＭの作動が、減速ギヤボックス１６の内部に収納した操舵トルクセンサＳａおよび実トルクセンサＳｂからの信号と、４輪の車輪速度から車速を検出する車速センサＳｃからの信号とが入力される電子制御ユニットＵにより制御される。

図２および図３に示すように、減速ギヤボックス１６はステアリングギヤボックス１８と一体の下部ケース２１と、その上面にボルト２２…で結合された中間ケース２３と、その上面にボルト２４…で結合された上部ケース２５とを備えており、ステアリングギヤボックス１８および上部ケース２５にボールベアリング２０，２６，２７で前記ピニオンシャフト１７が回転自在に支持される。ピニオンシャフト１７の下端に設けられたピニオン２８が、ステアリングギヤボックス１８の内部に左右移動自在に支持したラックバー２９に設けられたラック３０に噛合する。ステアリングギヤボックス１８に形成した貫通孔１８ａに押圧部材３１が摺動自在に収納されており、貫通孔１８ａを閉塞するナット部材３２との間に配置したスプリング３３で押圧部材３１をラックバー２９の背面に向けて付勢することで、ラックバー２９の撓みが抑制される。

減速ギヤボックス１６の内部に延びるモータＭの回転軸３４は、一対のボールベアリング３５，３６で下部ケース２１に回転自在に支持されており、モータＭの回転軸３４に設けられたウオーム３７が、ピニオンシャフト１７に固定されたウオームホイール３８に噛合する。

従って、モータＭを駆動すると回転軸３４のトルクがウオーム３７およびウオームホイール３８を介してピニオンシャフト１７に伝達され、ドライバーのステアリング操作がモータＭによってアシストされる。

電子制御ユニットＵは、操舵トルクセンサＳａで検出した操舵トルクと車速センサＳｃで検出した車速とに基づいて、モータＭに発生させるべき目標トルクを算出する。目標トルクは基本的に操舵トルクの増加に応じて増加するが、車速の減少に応じて目標トルクを増加させることで、車庫入れを行うような場合にステアリングハンドル１１を軽くして据え切りを容易にし、また車速の増加に応じて目標トルクを減少させることで、高速走行時の直進安定性を高めている。そして実トルクセンサＳｂで検出した実トルクが目標トルクに一致するようにフィードバック制御を行うことで、運転者のステアリング操作がモータＭの駆動力によりアシストされる。

次に、図４および図５に基づいてモータＭの構造を説明する。

モータＭは三相のブレシレス直流モータであって、ケーシング４１の内部に固定された円筒状のステータ４２と、ステータ４２の内部に配置された円柱状のロータ４３と、ロータ４３を回転自在に支持する前記回転軸３４とを備える。

ステータ４２は、ケーシング４１の内部に嵌合する積層鋼板よりなる環状のステータコア４４と、コア４４から径方向内向きに突出する複数のティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…とを備える。ティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…の数は、三相の「三」の倍数である１２個であり、ステータ４２を回転軸３４を中心とする中心角９０°の４個の仮想的な領域Ａ〜Ｄに区画したとき、各領域Ａ〜Ｄに各３個のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗが含まれる。隣接するティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…の内端部間には軸方向に延びる空隙４６…が形成されており、それらの空隙４６…の円周方向の幅はｗである。

仮に、Ｕ相ティース４５Ｕ…、Ｖ相ティース４５Ｖ…およびＷ相ティース４５Ｗ…の径方向内端を相互に接触させると、その接触部を介して磁束が短絡してモータＭの出力が低下するが、前記空隙４６…を形成することで磁束の短絡を抑制してモータＭの出力低下を防止することができる。

Ｕ相ティース４５Ｕ…にはＵ相コイル４７Ｕ…が巻回され、Ｖ相ティース４５Ｖ…にはＶ相コイル４７Ｖ…が巻回され、Ｗ相ティース４５Ｗ…にはＷ相コイル４７Ｗ…が巻回されており、これらのコイル４７Ｕ…，４７Ｖ…，４７Ｗ…には電子制御ユニットＵから三相交流電流が供給される。

直径方向に対向する二つの領域Ａおよび領域Ｃには各３個のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗが含まれており、それらにティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗのロータ４３に対向する面には、軸線方向に延びる各５本のスリット４５ａ…が形成される。また直径方向に対向する他の二つの領域Ｂおよび領域Ｄには各３個のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗが含まれており、それらにティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗのロータ４３に対向する面には、軸線方向に延びる各４本のスリット４５ｂ…が形成される。スリット４５ａ…，４５ｂ…の円周方向の幅は、前記空隙４６…の円周方向の幅ｗと同じである。

ティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…にスリット４５ａ…，４５ｂ…を形成する理由は以下の通りである。隣接するティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…間に空隙４６…を形成すると、その影響でモータＭの回転にトルクリップルが発生する可能性があるが、擬似的な空隙４６…として機能する多数のスリット４５ａ…，４５ｂ…を小さい間隔で配置することで、空隙４６…に起因するトルクリップルを軽減することができるのである。

モータＭのロータ４３は、その外周部に８個（４極対）の永久磁石４９…を備える。８個の永久磁石４９…の極性は、円周方向に交互に反転するように配置される。

ところで、仮に全てのティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…のスリット４５ａ…，４５Ｂ…の数を同一に設定すると、各領域Ａ〜Ｄに配置された各３個のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗがロータ４３に与える駆動力の変動の位相が全て一致してトルクリップルが増幅されてしまう可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、直径方向に対向する二つの領域Ａおよび領域Ｃに含まれるティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗに各５本のスリット４５ａ…を形成し、直径方向に対向する他の二つの領域Ｂおよび領域Ｄに含まれるティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗに各４本のスリット４５ｂ…を形成したので、領域Ａおよび領域Ｃのティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗがロータ４３に与える駆動力の変動の位相と、領域Ｂおよび領域Ｄのティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗがロータ４３に与える駆動力の変動の位相とを異ならせ、共振現象の発生を防止してトルクリップルを低減することができる。

しかもステータ４２のティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…の数と、ロータ４３の永久磁石４９…の極対数とを、相互に所定の関係を持たせることなく自由に設定できるので、モータＭの設計自由度が阻害されることはない。

表１は、全てのティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…が４本のスリット４５ｂ…を備える場合（従来例）と、全てのティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…が５本のスリット４５ａ…を備える場合（従来例）と、４本のスリット４５ｂ…および５本のスリット４５ａ…の両方を備える場合（本実施の形態）とについて、トルクリップルおよびコギングトルクの大きさを示している。

尚、トルクリップルとは、モータＭに通電して運転しているときのトルクの変動を言い、コギングトルクとは、通電を停止したモータＭを外力で回転させるときのトルクの変動を言う。

表１から明らかなように、本実施の形態により、トルクリップルおよびコギングトルクの両方が低減していることが分かる。よって、このモータＭ電動パワーステアリング装置のアシストモータに使用することで、運転者の手に伝わるトルク変動を最小限に抑えて操舵フィーリングを高めることができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態のモータＭのステータ４２は１２個のティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…を備えているが、ティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…の総数はモータＭの相の数（実施の形態では三相の３）のｎ倍（ｎは整数：実施の形態では４）であれば良い。実施の形態のステータ４２は、３個のティース４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗのセットをｎセット（ｎ＝４）備えているが、各セットのティースのスロットの数が同一にならないように設定すれば、つまり少なくとも一つのセットのティースのスロットの数を、残りのセットのティースのスロットの数と異ならせれば、所望の作用効果を得ることができる。更に、１２個のティース４５Ｕ…，４５Ｖ…，４５Ｗ…の少なくとも一つのティースのスリットの数を、残りのティースのスリットの数と異ならせても、所望の作用効果を得ることができる。

また実施の形態のモータＭのロータ４３は８個の永久磁石４９…を備えているが、永久磁石４９…の数は偶数個であれば良い。

また実施の形態のモータＭは、ステータ４２の内部にロータ４３を配置したインナーロータ型であるが、ステータ４２の外部にロータ４３を配置したアウターロータ型であっても良い。

電動パワーステアリング装置の全体斜視図図１の２−２線拡大断面図図３の３−３線断面図図１の４−４線拡大断面図図４の一部拡大図

符号の説明

４２ステータ
４３ロータ
４５Ｕティース
４５Ｖティース
４５Ｗティース
４５ａスリット
４５ｂスリット
４６空隙
ｗ幅

Claims

ステータ（４２）およびロータ（４３）を備え、前記ステータ（４２）は前記ロータ（４３）に対向するように円周方向に配置された複数のティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）を備えるブラシレス直流モータにおいて、
前記ティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）の先端には軸方向に延びる複数のスリット（４５ａ，４５ｂ）が形成されており、少なくとも一つのティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）のスリット（４５ａ，４５ｂ）の数を、他のティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）のスリット（４５ａ，４５ｂ）の数と異ならせたことを特徴とするブラシレス直流モータ。
円周方向に隣接するティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）間に軸方向に延びる空隙（４６）が形成され、前記空隙（４６）の円周方向の幅（ｗ）は前記スリット（４５ａ，４５ｂ）の円周方向の幅（ｗ）に等しいことを特徴とする、請求項１に記載のブラシレス直流モータ。
前記ステータ（４２）はＵ相ティース（４５Ｕ）、Ｖ相ティース（４５Ｖ）およびＷ相ティース（４５Ｗ）のセットを４セット備えており、対角位置にある第１セットおよび第３セットの各ティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）のスリット（４５ａ）の数と、他の対角位置にある第２セットおよび第４セットの各ティース（４５Ｕ，４５Ｖ，４５Ｗ）のスリット（４５ｂ）の数とを異ならせたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のブラシレス直流モータ。
前記ブラシレス直流モータは、電動パワーステアリング装置のアシストモータに使用されることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のブラシレス直流モータ。