JP4865704B2 - 車両用電動パワーステアリング用モータおよびそれを用いた車両用電動パワーステアリングシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両用電動パワーステアリング用モータおよびそれを用いた車両用電動パワーステアリングシステムに関する。

従来の電動パワーステアリング用のモータにおいては、例えば、特開２００１−２７５３２５号公報や特開２００３―２５０２５４号公報に記載のように、トルク脈動の低減の必要性について知られている。

特開２００１−２７５３２５号公報 特開２００３―２５０２５４号公報

トルク脈動の低減努力が為されているが、それでも十分な低減が為されていない。解決すべき課題の１つは、パワーステアリング用モータにおいて、さらにトルク脈動の低減を図り、しかも、大きなトルクを発生させることが必要であり、さらに、ロストルクを低減することである。例えば車両の停止状態あるいは非常にゆっくりした走行状態でステアリングホイール（steering wheel）を回転させる（所謂、「据え切り状態」）と、操舵車輪と地面との間の摩擦が大きいため、パワーステアリング用モータは大トルクを発生しなければならない。しかも、排気量が大きい車両ほど、車体重量も重くなるため、据え切り時に必要とされるパワーステアリング用モータの出力トルクは大きくなる。

すなわち、本発明の目的は、トルク脈動の低減を図ると共に、大トルクを発生でき、さらに、ロストルクを低減する、トルク脈動の低減と大トルク発生とロストルクの低減に優れた車両用パワーステアリング用モータおよびそれを用いた車両用電動パワーステアリングシステムを提供することにある。

以下に説明する実施の形態ではパワーステアリング用のモータに望まれるさらにいろいろな課題を解決している。これらについては以下の実施の形態の中で説明する。

本発明は、トルク脈動の低減と大トルク発生とロストルクの低減に優れた車両用パワーステアリング用モータおよびそれを用いた車両用電動パワーステアリングシステムを提供する。

本発明の最も代表的な特徴は、ステータコアを、分割された複数のコア片を結合され、前記モールド成形後に前記ロータとの対向面を切削することにより形成されたものとし、分割された複数のコア片は、バックコア部を周方向に複数に分割して得られるコア片の１片と、ティースコア部に対応するコア片とが一体になったＴ字形のコア片であり、ステータコアは、前記Ｔ字形のコア片を周方向に複数結合することによって形成されており、ステータコイルは前記スロット部に収納されるとともに、ティースコア部に対して集中巻で巻回し、前記マグネットの個数（極数）と前記スロット部の個数との間には、１０極−１２スロットの関係があり、前記マグネットは、その断面形状が、前記ステータの内周側と対向する面が、中央部が突出するように湾曲しており、周方向において、左右の半径方向の厚さが、中央の半径方向の厚さに比べて薄いかまぼこ型の形状となっていることにある。

本発明によれば、トルク脈動の低減と大トルク発生とロストルクの低減に優れたものとなる。

本実施例の電動パワーステアリング用モータを用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータの構成を示す横断面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 同期モータの極数Ｐとスロット数Ｓの関係の説明図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるコギングトルクの実測値の説明図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線状態を示す側面図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施例による電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の回路構成を示す回路図である。 本実施例の電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の構造を示す斜視図である。

符号の説明

１１０…ステータ
１１２…ステータコア
１１４…ステータコイル
１１２（Ｕ１＋），１１２（Ｕ１−），１１２（Ｕ２＋），１１２（Ｕ２−），１１２（Ｖ１＋），１１２（Ｖ１−），１１２（Ｖ２＋），１１２（Ｖ２−），１１２（Ｗ１＋），１１２（Ｗ１−），１１２（Ｗ２＋），１１２（Ｗ２−）…Ｔ字形のコア片
１３０…ロータ
１３２…ロータコア
１３４…マグネット
１５０…フレーム

本発明に係る電動パワーステアリング用モータの最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。

すなわち、多相の交流電力により駆動されて操舵用のトルクを出力する電動パワーステアリング用モータであって、フレームと、該フレームに固定されたステータと、該ステータに空隙を介して対向配置されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、該ステータコアに組み込まれた多相のステータコイルとを備えており、前記ステータコアは、分割された複数のコア片を結合することにより形成されたものであって、前記分割された複数のコア片は、前記バックコア部を周方向に複数に分割して得られるコア片の１片と、前記ティースコア部に対応するコア片とが一体になったＴ字形のコア片であり、前記ステータコアは、前記Ｔ字形のコア片を周方向に複数結合することによって形成されており、前記ステータコアの隣接する前記ティースコア部間にはスロット部が形成されており、前記ステータコイルは前記スロット部に収納されるとともに、前記ティースコア部に対して集中巻で巻回されており、前記ロータは、ロータコアと、該ロータコアの外周表面に固定された複数のマグネットとを備えている電動パワーステアリング用モータにある。

また、本発明に係る電動パワーステアリングシステムの最も代表的な最良の実施形態は次の通りである。

すなわち、車載電源と、この車載電源からワイヤーハーネスを介して供給された直流電力を多相の交流電力に変換するとともに、ステアリングに加えられたトルクに応じて、その出力を制御する制御装置と、この制御装置から供給される交流電力によって駆動され、操舵用のトルクを出力する電動パワーステアリング用モータとを有する電動パワーステアリングシステムであって、前記電動パワーステアリング用モータは、フレームと、該フレームに固定されたステータと、該ステータに空隙を介して対向配置されたロータとを有し、前記ステータは、ステータコアと、該ステータコアに組み込まれた多相のステータコイルとを備えており、前記ステータコアは、分割された複数のコア片を結合することにより形成されたものであって、前記分割された複数のコア片は、前記バックコア部を周方向に複数に分割して得られるコア片の１片と、前記ティースコア部に対応するコア片とが一体になったＴ字形のコア片であり、前記ステータコアは、前記Ｔ字形のコア片を周方向に複数結合することによって形成されており、前記ステータコアの隣接する前記ティースコア部間にはスロット部が形成されており、前記ステータコイルは前記スロット部に収納されるとともに、前記ティースコア部に対して集中巻で巻回されており、前記ロータは、ロータコアと、該ロータコアの外周表面に固定された複数のマグネットとを備えており、前記マグネットの個数（極数）と前記スロット部の個数との間には、８極−９スロット或いは１０極−９スロット若しくは１０極−１２スロットの関係がある電動パワーステアリングシステムにある。

以下、本発明の実施例である電動パワーステアリング用モータの構成及び動作を図１〜図１０に基づいて説明する。

最初に、図１を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータを用いた電動パワーステアリングのシステム構成について説明する。

図１は、本実施例の電動パワーステアリング用モータを用いた電動パワーステアリングの構成を示すシステム構成図である。

ステアリングＳＴを回転させると、その回転駆動力は、ロッドＲＯを介して、マニュアルステアリングギアＳＴＧにより減速して、左右のタイロッドＴＲ１，Ｔ２に伝達し、左右の車輪ＷＨ１，ＷＨ２に伝達され、左右の車輪ＷＨ１，ＷＨ２を舵取りする。

本実施例によるＥＰＳモータ１００は、ステアリングＳＴのロッドＲＯの近傍に取り付けられており、ギアＧＥを介して、その駆動力をロッドＲＯに伝達する。ロッドＲＯには、トルクセンサＴＳが取り付けられており、ステアリングＳＴに与えられた回転駆動力（トルク）を検出する。制御装置２００は、トルクセンサＴＳの出力に基づいて、ＥＰＳモータ１００の出力トルクが目標トルクとなるようにモータ１００への通電電流を制御する。制御装置２００及びＥＰＳモータ１００の電源は、バッテリーＢＡから供給される。

なお、以上の構成は、ステアリングの近傍にＥＰＳモータを備えるコラム型のパワーステアリングであるが、ＥＰＳモータをラック＆ピニオンギアの近傍に備えるラック型のパワーステアリングに対しても、本実施例のＥＰＳモータ１００は同様に適用できるものである。

先ず、ＥＰＳモータ１００、制御装置２００、バッテリーＢＡのエネルギー収支について説明する。ＥＰＳモータ１００の動力源であるバッテリーＢＡとして、例えば、１２Ｖ，８０Ａのものを用いる場合、その出力は、約１ｋＷ（９６０Ｗ）である。バッテリーＢＡと制御装置２００とはワイヤーハーネスで接続されており、太いワイヤーハーネスを用いることで低抵抗化しても(引きまわしの容易性を考慮すると、導体断面積８平方ｍｍ程度のワイヤーハーネスが限界)、上述のように大電流が流れる場合、ワイヤーハーネスの消費電力は、２００Ｗ程度となる。また、制御装置２００自体の内部抵抗値を小さくしたとしても、その消費電力は、約２００〜３００Ｗとなる。したがって、バッテリーＢＡの出力可能な電力（約１ｋＷ）の内、約半分がワイヤーハーネスや制御装置２００で消費され、ＥＰＳモータ１００で消費可能な電力は半減する。

従来用いられているＥＰＳモータとしては、４極１２スロットの永久磁石式分布巻きのブラシレスモータが知られている。このＥＰＳモータは、小排気量（小車両総重量）の車両に用いられている。大排気量（大車両総重量）の車両では、現状では、油圧式のパワーステアリング装置が実用化されている。このような大排気量（大車両総重量）の車両（例えば、排気量１．８Ｌ以上、車両総重量１．５ｔ以上）に、従来から用いられている４極１２スロットの永久磁石式ブラシレスモータを用いることは実用上不可能であった。その理由は、大排気量（大車両総重量）の車両においては、据え切り状態では車両重量が大きすぎるため、ステアリングと地面の間の摩擦が大きすぎ、据え切りが不可能になるからである。

従来の４極１２スロットの永久磁石式分布巻きのブラシレスモータにおいて、低速時のトルクを大きくできない理由は、モータの銅損が大きく、前述のエネルギー収支の関係から、十分なモータ電流が流れ込まないことによる。そこで、第１に、本実施例では、銅損の小さなＥＰＳモータとする必要がある。

また、ＥＰＳモータに必要な特性として、トルク脈動の低減が上げられる、両振幅値で１００〜２００ｍＮｍに押さえる必要がある。この点、４極１２スロットのブラシレスモータでは、トルク脈動が大きくなるという問題も生じ、回転子のスキューなどの手段により、トルク脈動を打ち消すことが必須になる。一方、４極１２スロットのブラシレスモータでは、固定子の内径真円度誤差によるコギングトルクが大きいため、内径真円度誤差が小さくても、相対的にコギングトルクが大きくなってしまう。そこで、第２に、本実施例では、固定子の内径真円度誤差によるコギングトルクが小さなＥＰＳモータとする必要がある。

さらに、騒音の問題が上げられる。特に、コラム型のパワーステアリングでは、ＥＰＳモータは車室内に配置されるため、騒音の問題が顕著となる。大排気量の車両では、高級車の分類に入るため、車室内の静音が求められる。ここでＥＰＳモータの騒音は、一般的には、その音色で評価される。要するに、耳障りな音が発生しない，若しくは非常に小さいことが求められる。問題となる音色とは、具体的には、数１０〜数１００Ｈｚ帯域の電磁音が関係する、ウー音ないしジリジリ音が聴感上問題となることがある。従って、第３には、これらのノイズを低減した低騒音のＥＰＳモータとする必要がある。

これらの課題を達成するのが、本実施例によるＥＰＳモータである。

次に、図２及び図３を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータの構成について説明する。

図２は、本実施例の電動パワーステアリング用モータの構成を示す横断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図３（Ａ）は全体の断面図を示し、図３（Ｂ）は要部の断面図を示している。

電動パワーステアリング用モータ（以下、ＥＰＳモータと記す）１００は、ステータ１１０と、このステータ１１０の内側に回転可能に支持されたロータ１３０とを備えた、表面磁石型の同期電動機である。ＥＰＳモータ１００は、バッテリ−を備えた車載電源、例えば１４ボルト系電源（バッテリーの出力電圧が１２ボルト）あるいは２４ボルト系電源若しくは４２ボルト系電源（バッテリーの出力電圧３６ボルト）又は４８ボルト系電源から供給される電力で駆動される。

ステータ１１０は、珪素鋼板を積層した磁性体で形成されたステータコア１１２と、ステータコア１１２のスロット内に保持されたステータコイル１１４とを備えている。ステータコア１１２は、図３を用いて後述するように、１２個のＴ字形状のティース一体型分割バックコアからなり、これらを一体化してステータコア１１２としている。Ｔ字形状のティース一体型分割バックコアのティース部分には、それぞれ、ステータコイル１１４が予め巻回されている。ステータコイル１１４は集中巻の方式で、しかも、整列巻の方式で、巻かれている。

ステータコイル１１４を集中巻とすることにより、ステータコイル１１４のコイルエンド長を短くできる。これにより、ＥＰＳモータ１００の回転軸方向の長さを短くすることができる。また、ステータコイル１１４のコイルエンドの長さを短くできるので、ステータコイル１１４の抵抗を小さくでき、モータの温度上昇を抑えることができる。また、集中巻にすることで、予めティース部分にステータコイルを整列巻で巻回することができるため、隣接するティース間に形成されるステータスロットに対するステータコイルの占積率を向上できる。また、分布巻とした場合に比べてコイルエンド長を短くできるため、コイルの全長を短くできる。したがって、コイル抵抗を小さくできることから、モータの銅損を小さくできる。以上の理由から、モータへの入力エネルギーの内、銅損によって消費される割合を小さくでき、入力エネルギーに対する出力トルクの効率を向上することができるので、従来の４極１２スロットのモータと同一体格とした時、低速時（低回転時）の最大出力トルクを３０〜４０％程度向上することができる。その結果、大排気量の車両（大車両重量の車両）に対するＥＰＳモータとして実用に供することができる。

ＥＰＳモータは上述のごとく車両に搭載された電源により駆動される。上記電源は出力電圧が低い場合が多い。電源端子間にインバータを構成するスイッチング素子や上記モータ、その他電流供給回路の接続手段が等価的に直列回路を構成し、上記回路においてそれぞれの回路構成素子の端子電圧の合計が上記電源の端子間電圧になるので、モータに電流を供給するためのモータの端子電圧は低くなる。このような状況でモータに流れ込む電流を確保するにはモータの銅損を低く押えることが極めて重要である。この点から車両に搭載される電源は５０ボルト以下の低電圧系が多く、ステータコイル１１４を集中巻とすることが望ましい。特に１２ボルト系電源を使用する場合は極めて重要である。

また、ＥＰＳモータはステアリングコラムの近傍に置かれる場合、ラックアンドピニオンの近傍に置かれる場合などがあるが、何れも小型化が要求される。また、小型化された構造でステータ巻線を固定することが必要であり、巻線作業が容易なことも重要である。分布巻に比べ集中巻は巻線作業、巻線の固定作業が容易である。

ステータコイル１１４のコイルエンドはモールドされている。ＥＰＳモータはコギングトルクなどのトルク変動をたいへん小さく押えることが望ましく、ステータ部を組み上げてからステータ内部を再度切削加工することがある。このような機械加工により、切削紛が発生する。この切削紛がステータコイルのコイルエンドへの入り込みを防止することが必要であり、コイルエンドのモールドが望ましい。コイルエンドは、ステータコイル１１４が、ステータコア１１２の軸方向両端部から軸方向に突出した部位を指す。尚、本実施例では、ステータコイル１１４のコイルエンドを覆ったモールド樹脂と、フレーム１５０との間に空隙がられているが、フレーム１５０，フロントフランジ１５２Ｆ及びリアフランジ１５２Ｒと接触する位置までモールド樹脂を充填してもよい。こうすることにより、ステータコイル１１４からの発熱を、コイルエンドからモールド樹脂を介して直接、フレーム１５０，フロントフランジ１５２Ｆ及びリアフランジ１５２Ｒに伝達して外部に放熱できるので、空気を介して熱伝達する場合に比べてステータコイル１１４の温度上昇を低減することができる。

ステータコイル１１４は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の３相から構成され、それぞれ複数の単位コイルから構成される。複数の単位コイルは、図４を用いて後述するように、３相の各相毎に、図示の左側に設けられた結線リング１１６によって結線されている。

ＥＰＳモータは大きなトルクが要求される。例えば車の走行停止状態、あるいは走行停止に近い運転状態でステアリングホイール（ハンドル）が早く回転されると操舵車輪と地面との間の摩擦抵抗のため、上記モータには大きなトルクが要求される。このときには大電流がステータコイルに供給される。このような大電流を安全に供給でき、また上記電流による発熱を低減するために結線リング１１６を用いることはたいへん重要である。上記結線リング１１６を介してステータコイルに電流を供給することにより接続抵抗を小さくでき、銅損による電圧降下を押えることができる。このことにより、大電流の供給が容易になる。またインバータの素子の動作に伴う電流の立ち上がり時定数が小さくなる効果がある。

ステータコア１１２とステータコイル１１４は、樹脂（電気的な絶縁性を有するもの）により一体にモールドされ、一体に形成されてステータSubAssy を構成している。この一体成形されたステータSubAssy は、アルミなど金属で形成された円筒状のフレーム１５０の内側に圧入されて固定された状態でモールド成形される。尚、一体成形されたステータSubAssy は、ステータコイル１１４がステータコア１１２に組み込まれた状態でモールド成形され、この後、フレーム１に圧入されてもよい。

自動車に搭載されるＥＰＳには色々な振動が加わる。また、車輪からの衝撃が加わる。また、気温変化の大きい状態で利用される。摂氏マイナス４０度の環境温度も考えられ、また、温度上昇によりモータ本体の温度が摂氏１００度以上も考えられる。さらに、モータ内に水が入らないようにしなければならない。このような条件で固定子がヨーク１５０に固定されるためには、筒状フレームの少なくともステータ鉄心の外周部には螺子穴以外の穴が設けられていない、円筒金属にステータ部（SubAssy ）を圧入することが望ましい。また、圧入後さらにフレームの外周から螺子止めしてもよい。圧入に加え回止を施すことが望ましい。

ロータ１３０は、珪素鋼板を積層した磁性体からなるロータコア１３２と、このロータコア１３２の表面に接着剤によって固定された複数の永久磁石であるマグネット１３４と、マグネット１３４の外周に設けられた非磁性体からなるマグネットカバー１３６を備えている。マグネット１３４は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂなどの希土類磁石である。ロータコア１３２は、シャフト１３８に固定されている。ロータコア１３２の表面に接着剤により複数のマグネット１３４が固定されるとともに、その外周側をマグネットカバー１３６で覆うことにより、マグネット１３４の飛散を防止している。上記マグネットカバー１３６はステンレス鋼（俗称ＳＵＳ）で構成されているが、テープを巻きつけても良い。

円筒形状のフレーム１５０の一方の端部には、フロントフランジ１５２Ｆが設けられている。フレーム１５０とフロントフランジ１５２ＦとはボルトＢ１により固定されている。また、フレーム１５０の他方の端部には、リアフランジ１５２Ｒが圧入されている。フロントフランジ１５２Ｆ及びリアフランジ１５２Ｒには、それぞれ、軸受１５４Ｆ，１５４Ｒが取り付けられている。これらの軸受１５４Ｆ，１５４Ｒにより、シャフト１３８及び、このシャフト１３８に固定されたステータ１１０が回転自在に支承されている。

フロントフランジ１５２Ｆには円環状の突出部（或いは延出部）が設けられている。フロントフランジ１５２Ｆの突出部は軸方向に突出したものであり、フロントフランジ１５２Ｆのコイルエンド側の側面からコイルエンド側に延出している。フロントフランジ１５２Ｆの突出部の先端部は、フレーム１５０にフロントフランジ１５２Ｆを固定した際、フロントフランジ１５２Ｆ側のコイルエンドのモールド材とフレーム１５０との間に形成された空隙内に挿入されるようになっている。また、コイルエンドからの放熱を向上させるために、フロントフランジ１５２Ｆの突出部は、フロントフランジ１５２Ｆ側のコイルエンドのモールド材と密に接触していることが好ましい。

リアフランジ１５２Ｒには円筒状の窪みが設けられている。リアフランジ１５２Ｒの窪みはシャフト１３８の中心軸と同心のものであり、フレーム１５０の軸方向端部よりも軸方向内側（ステータコア１１２側）に入り込んでいる。リアフランジ１５２Ｒの窪みの先端部は、リアフランジ１５２Ｒ側のコイルエンドの内径側まで延びて、リアフランジ１５２Ｒ側のコイルエンドと径方向に対向している。リアフランジ１５２Ｒの窪みの先端部には軸受１５４Ｒが保持されている。シャフト１３８のリアフランジ１５２Ｒ側の軸方向端部は軸受１５４Ｒよりもさらに軸方向外方（ロータコア１３２側とは反対側）に延びて、リアフランジ１５２Ｒの窪みの開口部近傍或いは開口部よりも若干軸方向外方に突出する位置まで至っている。

リアフランジ１５２Ｒの窪みの内周面とシャフト１３８の外周面との間に形成された空間にはレゾルバ１５６が配置されている。レゾルバ１５６はレゾルバステータ１５６Ｓとレゾルバロータ１５６Ｒを備えており、軸受１５４Ｒよりも軸方向外側（ロータコア１３２側とは反対側）に位置している。レゾルバロータ１５６Ｒはシャフト１３８の一方の端部（図示左側の端部）にナットＮ１によって固定されている。レゾルバステータ１５６Ｓは、レゾルバ押さえ板１５６ＢがネジＳＣ１によってリアフランジ１５２Ｒに固定されることにより、リアフランジ１５２Ｒの窪みの内周側に固定され、レゾルバロータ１５６Ｒと空隙を介して対向している。レゾルバステータ１５６Ｓとレゾルバロータ１５６Ｒによりレゾルバ１５６を構成し、レゾルバロータ１５６Ｒの回転をレゾルバステータ１５６Ｓによって検出することにより、複数のマグネット１３４の位置を検出できる。さらに具体的に説明すると、レゾルバは、外周表面が凹凸状（例えば楕円形状或いは花びら形状）であるレゾルバロータ１５６Ｒと、２つの出力用コイル（電気的に９０°ずれている）及び励磁用コイルがコアに巻かれたレゾルバステータ１５６Ｓとを有する。励磁用コイルに交流電圧を印加すると、２つの出力用コイルには、レゾルバロータ１５６Ｒとレゾルバステータ１５６Ｓとの間の空隙の長さの変化に応じた交流電圧が、回転角度に比例する位相差をもって発生する。このように、レゾルバは、位相差をもった２つの出力電圧を検知するためのものである。ロータ１３０の磁極位置は、検知された２つの出力電圧の位相差から位相角を求めることによって検出できる。リアフランジ１５２Ｒの外周には、レゾルバ１５６を覆うようにして、リアホルダ１５８が取り付けられている。

結線リング１１６によって接続されたＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相には、パワーケーブル１６２を介して、外部のバッテリーから電力が供給される。パワーケーブル１６２は、グロメット１６４によりフレーム１５０に取り付けられている。レゾルバステータ１５６Ｓから検出された磁極位置信号は、信号ケーブル１６６により外部に取り出される。信号ケーブル１６６は、グロメット１６８により、リアホルダ１５８に取り付けられている。結線リング１１６とパワーケーブル１の一部分はコイルエンドと共にモールド材によってモールドされている。

次に、ステータ１１０及びロータ１３０の構成を図３に基づいてさらに具体的に説明する。図３は、図２のＡ−Ａ矢視図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の要部の拡大断面図である。なお、図２と同一符号は、同一部分を示している。

本例では、１２個のＴ字形状のティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），１１２（Ｕ１−），１１２（Ｕ２＋），１１２（Ｕ２−），１１２（Ｖ１＋），１１２（Ｖ１−），１１２（Ｖ２＋），１１２（Ｖ２−），１１２（Ｗ１＋），１１２（Ｗ１−），１１２（Ｗ２＋），１１２（Ｗ２−）から構成されている。ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）は、それぞれ、珪素鋼板などの磁性体の薄板をプレス成形により打ち抜き、それを積層した構成となっている。

ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）のティース部には、それぞれ、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−），１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−），１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−），１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−），１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−），１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）が集中巻で巻回されている。

ここで、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ１−）では、コイルを流れる電流の向きが逆方向となるように巻回されている。同様に、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ２−）では、コイルを流れる電流の向きが逆方向となるように巻回されている。また、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）では、コイルを流れる電流の向きが同一方向となるように巻回されている。同様に、ステータコイル１１４（Ｕ１−）と、ステータコイル１１４（Ｕ２−）では、コイルを流れる電流の向きが同一方向となるように巻回されている。ステータコイル１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−），１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−）の電流の流れ方向の関係、及びステータコイル１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−），１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）の電流の流れ方向の関係も、Ｕ相の場合と同様である。

ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）に、それぞれ、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），…，１１４（Ｗ２−）を巻回した後、ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）の周方向の端面に形成された凹部と嵌合形状の凸部とを圧入して、ステータ１１０の組立が完了する。次に、バックコア１１２Ｂの外周側の複数箇所をフレーム１５０の内周側に圧入した状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを熱硬化性樹脂ＭＲにより一体モールド成形し、ステータSubAssy を構成する。尚、本実施例では、ステータコア１１２にステータコイル１１４を組み込んだものを、フレーム１５０に圧入した状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを一体モールドする場合について説明したが、ステータコア１１２にステータコイル１１４を組み込んだ状態で、ステータコア１１２とステータコイル１１４とを一体モールドし、その後、ステータコア１１２をフレーム１５０に圧入してもよい。

モールド材によるモールド成形にあたっては、ステータコア１１２と、ステータコア１１２の軸方向端部から軸方向に突出するステータコイル１１４のコイルエンド部を、図示省略した治具とフレーム１５０によって囲むように、図示省略した治具を、ステータコア１１２とステータコア１１２とフレーム１５０からなる構造体に対して取り付け、図示省略した治具とフレーム１５０によって囲まれている中に流体状のモールド材を注入し、コイルエンド部，ステータコア１１２の隙間，ステータコイル１１４の隙間，ステータコア１１２とステータコイル１１４との間の隙間及びステータコア１１２とフレーム１５０との間の隙間にモールド材を充填し、モールド材を固化させ、モールド材が固化したら、図示省略した治具を取り外す。

モールド成形したステータSubAssyの内周面，すなわち、ティース一体型分割バックコア１１２（Ｕ１＋），…，１１２（Ｗ２−）のティース部の先端部であって、ロータ１３０と径方向に対向する面側には、必要に応じて切削加工が施される。これにより、ステータ１１０とロータ１３０とのギャップ長さのバラツキを低減して、ステータ１１０の内径真円度をさらに向上させることができる。また、モールド成形により一体化することにより、モールドしない場合に比べて、ステータコイル１１４に通電することにより発生する熱の放熱性をよくすることができる。また、モールド成形することにより、ステータコイルやティースの振動を防止することもできる。また、モールド成形した後、内径を切削加工することにより、内径真円度に基づくコギングトルクを低減することができる。コギングトルクを低減することにより、ステアリングの操舵感を向上することができる。

例えば、ロータ１３０のロータコアの外周と、ステータ１１０のティースの内周の間のギャップ長さを、３ｍｍ（３０００μｍ）としたとき、バックコア１１２Ｂの製作誤差，ティース１１２Ｔの製作誤差や、バックコア１１２Ｂとティース１１２Ｔと圧入組み立てた時の組み付け誤差等により、内径真円度は、±３０μｍ程度生じる。この真円度は、ギャップの１％（＝３０μｍ／３０００μｍ）に相当するため、この内径真円度によってコギングトルクが発生する。しかし、モールド成形した後、内径を切削加工することにより、内径真円度に基づくコギングトルクを低減することができる。コギングトルクを低減することにより、ステアリングの操舵感を向上することができる。

フレーム１５０の内側には凸部１５０Ｔが形成されている。バックコア１１２Ｂの外周には、凸部１５０Ｔと対応するように凹部１１２ＢＯ２が形成されている。凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２は、相互に異なる曲率を有して係合しあう係合部ＩＰを構成しており、軸方向に連続して形成されかつ周方向に間隔をあけて８個設けられている。係合部は圧入部を兼ねている。すなわちフレーム１５０にステータコア１１２を固定する場合、係合部の凸部１５０Ｔの突端面と凹部１１２ＢＯ２の底面とが圧接するように、フレーム１５０の凸部１５０Ｔにバックコア１１２Ｂの凹部１１２ＢＯ２を圧入する。このように、本実施例は、部分圧入によってフレーム１５０にステータコア１１２を固定している。この圧入によって、フレーム１５０とステータコア１１２との間には微細な空隙が形成される。本実施例では、ステータコア１１２とステータコイル１１４とをモールド材ＭＲによってモールドする際、フレーム１５０とステータコア１１２との間に形成された空隙にモールド材ＲＭを同時に充填している。また、係合部は、フレーム１５０に対してステータコア１１２が周方向に回転することを防止するための回り止め部を兼ねている。

このように、本実施例では、フレーム１５０にステータコア１１２を部分的に圧入しているので、フレーム１５０とステータコア１１２との間のすべりを大きくしかつフレーム１５０の剛性を小さくできる。これにより、本実施例では、フレーム１５０とステータコア１１２との間における騒音の減衰効果を向上させることができる。また、本実施例では、フレーム１５０とステータコア１１２との間の空隙にモールド材を充填しているので、騒音の減衰効果をさらに向上させることができる。

なお、凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２とは非接触として、両者は回り止めとしてのみ用い、この凸部１５０Ｔと凹部１１２ＢＯ２の部分以外のフレーム１５０の内周面に対してバックコア１１２Ｂの外周面を圧入するように構成してもよいものである。

また、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−）と、１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−）とは、ステータ１１０の中心に対して、対称位置に配置されている。すなわち、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と１１４（Ｕ１−）は隣接して配置され、また、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）と１１４（Ｕ２−）も隣接して配置されている。さらに、ステータコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−）と、ステータコイル１１４（Ｕ２＋），１１４（Ｕ２−）とは、ステータ１１０の中心に対して、線対称に配置されている。すなわち、シャフト１３８の中心を通る破線Ｃ−Ｃに対して、ステータコイル１１４（Ｕ１＋）と、ステータコイル１１４（Ｕ２＋）とが線対称に配置され、また、ステータコイル１１４（Ｕ１−）と、１１４（Ｕ２−）とが線対称に配置されている。

ステータコイル１１４（Ｖ１＋），１１４（Ｖ１−）と、１１４（Ｖ２＋），１１４（Ｖ２−）も同様に線対称に配置され、ステータコイル１１４（Ｗ１＋），１１４（Ｗ１−）と、１１４（Ｗ２＋），１１４（Ｗ２−）とも線対称に配置されている。

また、同相の隣接するステータコイル１１４は１本の線で連続して巻回されている。すなわちステータコイル１１４（Ｕ１＋）と１１４（Ｕ１−）とは、１本の線を連続して巻回し、２つの巻回コイルを構成し、それぞれ、ティースに巻回した構成となっている。ステータコイル１１４（Ｕ２＋）と１１４（Ｕ２−）も、１本の線で連続して巻回されている。ステータコイル１１４（Ｖ１＋）と１１４（Ｖ１−），ステータコイル１１４（Ｖ２＋）と１１４（Ｖ２−），ステータコイル１１４（Ｗ１＋）と１１４（Ｗ１−），ステータコイル１１４（Ｗ２＋）と１１４（Ｗ２−）も、それぞれ、１本の線で連続して巻回されている。

このような線対称配置と、隣接する２つの同相のコイルを１本の線で巻回することにより、図７を用いて後述するように、各相同士、また異相を結線リングで結線する際に、結線リングの構成を簡単にすることができる。

次に、ロータ１３０の構成について説明する。ロータ１３０は、磁性体からなるロータコア１３２と、このロータコア１３２の表面に接着剤によって固定された１０個のマグネット１３４（１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ，１３４Ｄ，１３４Ｅ，１３４Ｆ，１３４Ｇ，１３４Ｈ，１３４Ｉ，１３４Ｊ）と、マグネット１３４の外周に設けられたマグネットカバー１３６を備えている。ロータコア１３２は、シャフト１３８に固定されている。

マグネット１３４は、その表面側（ステータのティース１１２Ｔと対向する側）をＮ極とすると、その裏面側（ロータコア１３２に接着される側）がＳ極となるように、半径方向に着磁されている。また、マグネット１３４は、その表面側（ステータのティース１１２Ｔと対向する側）をＳ極とすると、その裏面側（ロータコア１３２に接着される側）がＮ極となるように、半径方向に着磁されているものもある。そして、隣接するマグネット１３４は、着磁された極性が周方向に交互になるように着磁されている。例えば、マグネット１３４Ａの表面側がＮ極に着磁されているとすると、隣接するマグネット１３４Ｂ，１３４Ｊの表面側はＳ極に着磁されている。すなわち、マグネット１３４Ａ，１３４Ｃ，１３４Ｅ，１３４Ｇ，１３４Ｉの表面側がＮ極に着磁されている場合、マグネット１３４Ｂ，１３４Ｄ，１３４Ｆ，１３４Ｈ，１３４Ｊの表面側は、Ｓ極に着磁されている。

また、マグネット１３４は、それぞれ、断面形状が、その上面，すなわち、ステータ１１０の内周側と対向する面が、中央部が突出するように湾曲している形状（かまぼこ型の形状）となっている。かまぼこ形状とは、周方向において、左右の半径方向の厚さが、中央の半径方向の厚さに比べて薄い構造のことである。このようなかまぼこ型の形状とすることにより、ギャップにおける磁束分布を正弦波状にでき、ＥＰＳモータを回転させることによって発生する誘起電圧波形を正弦波状とすることができるので、トルク脈動とコギングトルクを低減することができる。トルク脈動とコギングトルクを小さくできることにより、ステアリングの操舵感を向上できる。なお、ロータ１３０にリング状（円筒状）マグネットを適用してもよく、着磁力を制御することにより、同様のトルク脈動とコギングトルクの低減効果が得られる。

また、マグネット１３４は、モータ１００の軸方向に２分割されている。２分割されたマグネット１３４は、ロータ１３０の周方向に、必要に応じて、機械角で３度ないし６度ずらして配置してもよい。このように、２分割のマグネットを機械角で３度ないし６度ずらして配置することにより、比較的低次のモードの電磁加振力を低減することができる。上記のスキューによる磁束利用率の低減は数％以下であり、特に大きな問題にはならない。また、２分割のマグネットを機械角で３度ずらして、スキュー効果を持たせることで、コギングトルクを低減するようにすることもできる。さらに、前述のように、リング状（円筒状）マグネットを使用する場合には、その着磁方向を、軸方向に進むに従って所定の角度（機械角で６度）だけ連続的にスキューさせることで、同様に、コギングトルクを低減することができる。

ロータコア１３２には、同心円上に大きな直径の１０個の貫通穴１３２Ｈと、その内周に小さな直径の５個の窪み１３２Ｋとが形成されている。ロータコア１３２は、電磁鋼板などの磁性体の薄板をプレス成形により打ち抜き、それを積層した構成となっている。窪み１３２Ｋは、プレス成形時に薄板をかしめることにより形成する。複数の薄板を積層する際に、この窪み１３２Ｋを互いに嵌合して位置決めを行っている。貫通穴１３２Ｈは、イナーシャを低減するためである。マグネット１３４の外周側は、マグネットカバー１３６により覆われており、マグネット１３４の飛散を防止している。なお、バックコア１１２Ｂとロータコア１３２は、同じ薄板から同時にプレス打ち抜きにより成形される。

以上説明したように、本実施例のロータ１３０は、１０個のマグネット１３４を備えており、１０極である。また、前述したように、ティース１１２Ｔは１２個であり、隣接するティースの間に形成されるスロットの数は、１２個である。すなわち、本実施例のＥＰＳモータは、１０極１２スロットの表面磁石型の同期電動機となっている。

なお、ステータコアの構成としては、円環状のバックコアと、このバックコアとは分離して構成された１２個のティースとから構成し、その後、バックコアに複数のティースを機械的に固定した構成についても、検討を行った。このような分割ティースによる分割コアでは、図２及び図３に示したティース一体型分割バックコア方式に比べて、内径真円度に関して不利であることが判明した。すなわち、分割ティース型分割コア方式では、ティースの端部をバックコアの溝に挿入する部分に隙間が必要である。この隙間の影響によって、ガタが生じる。このガタの分だけ、分割ティース型分割コア方式では、内径真円度の誤差が、ティース一体型分割バックコア方式に比べて大きくなる。したがって、分割ティース型分割コア方式に対して、本実施例のティース一体型分割バックコア方式では、ステータコアに対して内径切削加工を行う場合でも、その切削量を小さくできるか、または、内径切削レスとすることも可能である。

また、分割ティース型分割コア方式では、ガタが大きい分だけ、トルク発生時の電磁加振力によってサブミクロン単位で振動し、これが原因で騒音が発生する可能性が高いことが判明した。一方、本実施例のティース一体型分割バックコア方式では、バックコア自体が分割されているものの、組み合わせたバックコアを剛性の高いフレーム内に収納保持することで、ステータコア全体としての剛性を高めることができる。したがって、振動の振幅を低減できるので、騒音低減の観点から有利である。

このように、本実施例のティース一体型分割バックコア方式では、振動を低減できた結果、騒音も低減できている。すなわち、前述のウー音ないしジリジリ音に代表される、微弱なノイズを数ｄＢ低減することができ、モータの騒音を音色で評価した際にも、聴感上問題のないノイズレベルであることが確認できた。

ここで、図４を用いて、同期モータにおける極数Ｐとスロット数Ｓとの関係について説明する。

図４は、同期モータの極数Ｐとスロット数Ｓに関する説明図である。

図４において、横線によるハッチングを施した組合せが、極数とスロット数の最大値をそれぞれ１０と１５に限定したときの、３相の同期モータ（ブラシレスモータ）として、取り得る極数Ｐとスロット数Ｓの組合せである。すなわち、３相同期モータとしては、２極３スロット，４極３スロット，４極６スロット，６極９スロット，８極６スロット，８極９スロット，８極１２スロット，１０極９スロット，１０極１２スロット，１０極１５スロットの組合せが成立する。この中で、左斜線と右斜線を施した組合せの１０極１２スロットが本実施例によるモータの極数とスロット数である。なお、左斜め斜線を施した８極９スロットと１０極９スロットとについては、後述する。また、図１に示したＥＰＳモータは、外径が８５φと小型のモータであり、このような小型モータにおいては、極数Ｎが１２以上のモータの場合、極数の増大による製造上のデメリットが大きいため、図示を省略している。

ここで、２極３スロット，４極３スロット，４極６スロット，６極９スロット，８極６スロット，８極１２スロット，１０極１５スロットのモータは、その特性が近似するものであり、ここでは、６極９スロットのものを代表例として説明する。

６極９スロットの同期モータに対して、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、磁石磁束の利用率が高くできる。すなわち、６極９スロットの同期モータにおける巻線係数（巻線の利用率）ｋwは０．８７であり、スキュー係数ｋsは０．９６であるので、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）は、「０．８３」となる。一方、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、巻線係数ｋwは０．９３であり、スキュー係数ｋsは０．９９であるので、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）は、「０．９２」となる。したがって、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）を高くすることができるので、高トルク化の観点で好適である。

また、コギングトルクの周期は、極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数となるため、６極９スロットの同期モータにおけるコギングトルクの周期は、「１８」となり、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、「６０」とできるため、コギングトルクを低減する観点から非常に有利である。

さらに、内径真円度の誤差によるコギングトルクも小さくできるものである。すなわち、６極９スロットの同期モータにおける内径真円度の誤差によるコギングトルク（相対値）を、「３．７」とすると、本実施例の１０極１２スロットのモータでは、「２．４」とできるため、内径真円度の誤差によるコギングトルクに関してロバストになる特長がある。また、従来の４極１２スロットの同期モータでは、内径真円度の誤差によるコギングトルクは、「３．０」であり、これに対しても、本実施例の１０極１２スロットのモータは、内径真円度の誤差によるコギングトルクの観点から有利である。つまり、１０極１２スロットの組合せによれば、コギングトルクの原因となる内径真円度の誤差が生じやすい、分割工法によるステータコアの欠点を改善でき、かつ、モータの銅損を小さくできる、分割工法によるステータコアの長所を活かすことができる。さらに、本実施例では、モールド成形したステータSubAssyの内径を切削加工して、内径真円度を向上させる結果、さらに、内径真円度の誤差によるコギングトルクを低減することができる。

ここで、図５を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるコギングトルクの実測値について説明する。

図５は、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるコギングトルクの実測値の説明図である。

図５（Ａ）は、角度（機械角）が０〜３６０°の３６０°の範囲について実測したコギングトルク（ｍＮｍ）を示している。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示したコギングトルクの高調波成分を各時間次数毎に分離して、波高値（ｍＮｍ）示したものである。時間次数「６０」は、前述したように、１０極１２スロットのモータにおけるコギングトルクの周期であり、発生するコギングトルクはほぼ０になっている。時間次数「１２」は、１０極のマグネットの着磁量（界磁力）のバラツキや貼り付け位置の誤差などによるものである。時間次数「１０」は、１２スロットのステータの各ティースのバラツキ（内径真円度やティースの倒れなど）によるものである。モールド成形後の切削加工により内径真円度を向上させた結果、ティースのバラツキによるコギングトルクは２．６ｍＮｍまで低減できている。

時間次数「０」は、ＤＣ成分であり、いわゆるロストルク（回転数がほぼ零のとき発生する摩擦トルク）である。ロストルクも２６．３ｍＮｍと低減できているので、ステアリングから手を離した場合でも、ステアリングが直進方向に戻ろうとする復元力に対して、ロストルクの方が小さいため、ステアリングの復元性に問題はない。

以上のように、各コギングトルク成分を低減できた結果、図５（Ａ）に示すように、コギングトルクは、約９ｍＮｍまで低減できている。例えば、ＥＰＳモータの最大トルクが４．５Ｎｍであるとすると、コギングトルクは０．２％（＝９ｍＮｍ／４．５Ｎｍ）と小さくできてる。また、ロストルクも、０．６％（＝２６．３ｍＮｍ／４．５Ｎｍ）と小さくできている。

本実施例のＥＰＳモータ１００は、車載のバッテリー（例えば出力電圧１２Ｖ）を電源とするモータである。ＥＰＳモータ１００の取り付け位置は、ステアリングの近傍やステアリングの回転力を車輪に伝達するラック＆ピニオンギアのラックの近傍に配置される。従って、取り付け位置の制限から小型化する必要がある。その一方では、ステアリングをパワーアシストするために大トルクを必要とする。

必要とされるトルクをＡＣ１００Ｖを電源とするＡＣサーボモータで出力しようとすると、モータ電流は５Ａ程度でよい。しかし、本実施例のようにＤＣ１４ＶをＤＣ／ＡＣ変換した１４Ｖの交流で駆動する場合、同じ程度のモータ体格で、同じ程度のトルクを出力するためには、モータ電流を７０Ａ〜１００Ａとする必要がある。このような大電流を流すため、ステータコイル１１４の直径は大径とする必要がある。また、ステータコイル１１４の巻回数は、ステータコイル１１４の線径、コイルの結線方法にもよるが、９〜２１Ｔである。例えば、ステータコイル１１４の直径は１．８φとしたとき、ターン数は９Ｔとなる。なお、最近の車両では、４２Ｖのバッテリーを搭載する電動車両などがあるが、この場合、モータ電流を小さくすることができるため、ステータコイル１１４の巻回数は２０〜３０Ｔとなる。

隣接するティース１１２Ｔにおいて、ティース１１２Ｔの先端（ロータ１３０と面する側）の開口部の間隔Ｗ１（例えば、ティース１１２Ｔ（Ｕ１−）とティース１１２Ｔ（Ｗ１−）の先端の開口部の間隔Ｗ１（最も周方向に近接する部位の周方向間隔））は、１ｍｍとしている。このように、ティースの間隔を狭くすることにより、ステータコア１１２の内周の磁気的な構造が一様化するので、コギングトルクを低減することができる。しかも、モータに振動が加えられたとしても、間隔Ｗ１よりもステータコイル１１４の線形が太いため、ティースの間から、ロータ側にステータコイル１１４が抜け落ちることを防止できる。隣接するティースの間隔Ｗ１は、例えば、ステータコイル１１４の線径以下の０．５ｍｍ〜１．５ｍｍが好適である。このように、本実施例では、隣接するティースの間隔Ｗ１を、ステータコイル１１４の線径以下としている。

次に、図６及び図７を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線関係について説明する。

図６は、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線図である。図７は、本実施例の電動パワーステアリング用モータにおけるステータコイルの結線状態を示す側面図である。なお、図７は、図２のＢ−Ｂ矢視図である。また、図３と同一符号は、同一部分を示している。

図６において、コイルＵ１＋は、図３に示したステータコイル１１２Ｔ（Ｕ１＋）を示している。コイルＵ１−，Ｕ２＋，Ｕ２−，Ｖ１＋，Ｖ１−，Ｖ２＋，Ｖ２−，Ｗ１＋，Ｗ１−，Ｗ２＋，Ｗ２−も、それぞれ、図３に示したステータコイル１１２Ｔ（Ｕ１−），…，１１２Ｔ（Ｗ２−）を示している。

本実施例のステータコイルは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相を、デルタ（Δ）結線としている。また、各相は、それぞれ並列回路を構成している。すなわち、Ｕ相について見ると、コイルＵ１＋とコイルＵ１−の直列回路に対して、コイルＵ２＋とコイルＵ２−の直列回路を並列接続している。ここで、コイルＵ１＋とコイルＵ１−とは、前述したように、１本の線を連続的に巻回してコイルを構成している。また、Ｖ相，Ｗ相についても、同様である。

結線方法は、スター結線でも可能であるが、デルタ結線とすることにより、スター結線に比べて端子電圧を低くすることができる。例えば、Ｕ相の直並列回路の両端電圧をＥとするとき、端子電圧はＥであるが、スター結線では、√３Ｅとなる。端子電圧を低くできるため、コイルのターン数を大きくでき、線径の細い線を使用できる。また、並列回路とすることにより、４コイルが直列の場合に比べて、各コイルに流す電流を小さくできる点からも、線径の細い線を使用することができるので、曲げやすく、製作性も良好となる。このことは、占積率を高くする上で好都合である。

次に、図６及び図７を用いて、結線リングによる３相及び各相毎の結線方法について説明する。

図６に示すように、コイルＵ１−，Ｕ２−，Ｖ１＋，Ｖ２＋は、結線リングＣＲ（ＵＶ）により接続される。コイルＶ１−，Ｖ２−，Ｗ１＋，Ｗ２＋は、結線リングＣＲ（ＶＷ）により接続される。コイルＵ１＋，Ｕ２＋，Ｗ１−，Ｗ２−は、結線リングＣＲ（ＵＷ）により接続される。以上のように結線すれば、３相デルタ結線とすることができる。

そこで、図７に示すように、３つの結線リングＣＲ（ＵＶ），ＣＲ（ＶＷ），ＣＲ（ＵＷ）を用いる。結線リングＣＲ（ＵＶ），ＣＲ（ＶＷ），ＣＲ（ＵＷ）は、大電流を流すことができるように、バスバータイプの結線板を円弧状に曲げ加工して用いている。各結線リングは、同一形状を有している。例えば、結線リングＣＲ（ＵＶ）は、小半径の円弧と、大半径の円弧を接続した形状となっている。他の結線リングＣＲ（ＶＷ），ＣＲ（ＵＷ）も同一構成である。これらの結線リングＣＲ（ＵＶ），ＣＲ（ＶＷ），ＣＲ（ＵＷ）は、周方向に１２０度ずらした状態で、ホルダＨ１，Ｈ２，Ｈ３により保持されている。結線リングＣＲとホルダＨ１，Ｈ２，Ｈ３は、コイルエンド部と共にモールド材によってモールドされる。

一方、図７において、ステータコイル端部Ｔ（Ｕ１＋）は、ティース１１２Ｔ（Ｕ１＋）に巻回されたステータコイル１１４（Ｕ１＋）の一方の端部である。ステータコイル端部Ｔ（Ｕ１−）は、ティース１１２Ｔ（Ｕ１−）に巻回されたステータコイル１１４（Ｕ１−）の一方の端部である。ステータコイル１１４（Ｕ１＋）とステータコイル１１４（Ｕ１−）とは、前述したように、１本の線で連続的にコイルを形成しているため、２つのコイル１１４（Ｕ１＋），１１４（Ｕ１−）に対して、２つの端部Ｔ（Ｕ１＋），Ｔ（Ｕ１−）が存在する。ステータコイル端部Ｔ（Ｕ２＋），Ｔ（Ｕ２−），Ｔ（Ｖ１＋），Ｔ（Ｖ１−），Ｔ（Ｖ２＋），Ｔ（Ｖ２−），Ｔ（Ｗ１＋），Ｔ（Ｗ１−），Ｔ（Ｗ２＋），Ｔ（Ｗ２−）は、それぞれ、ステータコイル１１４（Ｕ２＋），…，（Ｗ２＋）の一方の端部である。

ステータコイル端部Ｔ（Ｕ１−），Ｔ（Ｕ２−），Ｔ（Ｖ１＋），Ｔ（Ｖ２＋）は、結線リングＣＲ（ＵＶ）により接続され、これにより、図６に示したコイルＵ１−，Ｕ２−，Ｖ１＋，Ｖ２＋の結線リングＣＲ（ＵＶ）による接続が行われる。ステータコイル端部Ｔ（Ｖ１−），Ｔ（Ｖ２−），Ｔ（Ｗ１＋），Ｔ（Ｗ２＋）は、結線リングＣＲ（ＶＷ）により接続され、これにより、図６に示したコイルＶ１−，Ｖ２−，Ｗ１＋，Ｗ２＋の結線リングＣＲ（ＶＷ）による接続が行われる。ステータコイル端部Ｔ（Ｗ１−），Ｔ（Ｗ２−），Ｔ（Ｕ１＋），Ｔ（Ｕ２＋）は、結線リングＣＲ（ＵＷ）により接続され、これにより、図６に示したコイルＵ１＋，Ｕ２＋，Ｗ１−，Ｗ２−の結線リングＣＲ（ＵＷ）による接続が行われる。

次に、図８を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の構成について説明する。

図８は、本実施例の電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

制御装置２００は、インバータとして機能するパワーモジュール２１０と、パワーモジュール２１０を制御する制御モジュール２２０とを備えている。バッテリーＢＡからの直流電圧は、インバータとして機能するパワーモジュール２１０によって３相交流電圧に変換され、ＥＰＳモータ１００のステータコイル１１４に供給される。

制御モジュール２２０の中のトルク制御２２１は、トルクセンサＴＳによって検出されたステアリングＳＴのトルクＴｆと、目標トルクＴｓとからトルクＴｅを算出し、これにＰＩ制御（Ｐ：比例項、Ｉ：積分項）等によってトルク指令，即ち、電流指令Ｉｓとロータ１３０の回転角θ１を出力する。
位相シフト回路２２２は、エンコーダＥよりのパルス，即ち、回転子の位置情報θを、トルク制御回路（ＡＳＲ）２２１からの回転角θ１の指令に応じて位相シフトして出力する。正弦波・余弦波発生器２２２３は、ロータ１３０の永久磁石磁極の位置を検出するレゾルバ１５６と、位相シフト回路２２２からの位相シフトされた回転子の位置情報θに基づいて、ステータコイル１１４の各巻線（ここでは３相）の誘起電圧を位相シフトした正弦波出力を発生する。位相シフト量は、零の場合でもよい。

２相−３相変換回路２２４は、トルク制御回路（ＡＳＲ）２２１からの電流指令Ｉｓと正弦波・余弦波発生器２２３の出力に応じて、各相に電流指令Ｉｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃを出力する。各相はそれぞれ個別に電流制御系（ＡＣＲ）２２５Ａ，２２５Ｂ，２２５Ｃを持ち、電流指令Ｉｓａ，Ｉｓｂ，Ｉｓｃと電流検出器ＣＴからの電流検出信号Ｉｆａ，Ｉｆｂ，Ｉｆｃに応じた信号を、インバータ２１０に送って各相電流を制御する。この場合、各相合成の電流は、界磁磁束に直角，あるいは位相シフトした位置に常に形成される。

なお、以上の説明は、１０極１２スロットのＥＰＳモータについて説明したものであるが、次に、図４に左斜め斜線を施した８極９スロットと１０極９スロットのＥＰＳモータについて説明する。

６極９スロットの同期モータに対して、８極９スロットと１０極９スロットのモータは、磁石磁束の利用率が高くできる。すなわち、６極９スロットの同期モータにおける磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）は、前述したように、「０．８３」となる。一方、８極９スロットと１０極９スロットのモータでは、巻線係数ｋwは０．９５であり、スキュー係数ｋsは１．００であるので、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）は、「０．９４」となる。したがって、本実施例の８極９スロットと１０極９スロットのモータでは、磁石磁束の利用率（ｋw・ｋs）を高くすることができるので、高トルク化の観点で好適である。

また、コギングトルクの周期は、極数Ｐとスロット数Ｓの最小公倍数となるため、６極９スロットの同期モータにおけるコギングトルクの周期は、「１８」となり、８極９スロットと１０極９スロットのモータでは、「７２」とできるため、コギングトルクを低減する観点から非常に有利である。

さらに、内径真円度の誤差によるコギングトルクも小さくできるものである。すなわち、６極９スロットの同期モータにおける内径真円度の誤差によるコギングトルク（相対値）を、「３．７」とすると、８極９スロットと１０極９スロットのモータでは、「１．４」とできるため、内径真円度の誤差によるコギングトルクに関してロバストになる特長がある。つまり、８極９スロットと１０極９スロットの組合せによれば、コギングトルクの原因となる内径真円度の誤差が生じやすい、分割工法によるステータコアの欠点を改善でき、かつ、モータの銅損を小さくできる、分割工法によるステータコアの長所を活かすことができる。さらに、モールド成形したステータSubAssyの内径を切削加工して、内径真円度を向上させる結果、さらに、内径真円度の誤差によるコギングトルクを低減することができる。

なお、８極９スロットと１０極９スロットのモータにおいては、図６において説明したような１０極１２スロットのＥＰＳモータのように、例えば、Ｕ相について見ると、コイルＵ１＋とコイルＵ１−の直列回路に対して、コイルＵ２＋とコイルＵ２−の直列回路を並列接続する構成はとりえず、各相のコイルを直列接続する必要がある。

８極９スロットと１０極９スロットのＥＰＳモータについて
次に、図９及び図１０を用いて、本実施例の電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の構造について説明する。

図９は、本発明の一実施例による電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の回路構成を示す回路図である。

モータ制御装置２００は、パワーモジュール２１０と、制御モジュール２２０と、導体モジュール２３０とを備えている。

導体モジュール２３０は、電力線となるバスバー２３０Ｂがモールドにより一体成形されている。図中、太い実線部分は、バスバーを示している。導体モジュール２３０においては、コモンフィルタＣＦ，ノーマルフィルタＮＦ，コンデンサＣＣ１，ＣＣ２，リレーＲＹ１が、電源であるバッテリＢＡとパワーモジュール２１０のＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子ＳＳＷのコレクタ端子を接続するバスバーに、図示のように接続されている。

また、図中、二重丸で示す部分は、溶接接続部を示している。例えば、コモンフィルタＣＦの４個の端子は、バスバーの端子に溶接により接続されている。また、ノーマルフィルタＮＦの２個の端子，セラミックコンデンサＣＣ１，ＣＣ２のそれぞれ２個の端子，リレーＲＹ１の２個の端子も、それぞれ、バスバーの端子に溶接により接続されている。コモンフィルタＣＦ及びノーマルフィルタＮＦは、ラジオノイズを防止するために設置されている。

また、パワーモジュール２１０からモータ１００にモータ電流が供給される配線にもバスバーを用いている。リレーＲＹ２，ＲＹ３は、パワーモジュール２１０からモータ１００に至るバスバー配線に、それぞれ溶接により接続されている。リレーＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３は、モータの異常時、制御モジュールの異常時等において、モータへの通電を遮断するフェールセーフのために用いられている。

制御モジュール２２０は、ＣＰＵ２２２及びドライバ回路２２４を備えている。ＣＰＵ２２２は、トルクセンサＴＳによって検出されたトルクや、レゾルバ１５６によって検出されたモータ１００の回転位置に基づいて、パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷをオンオフ制御する制御信号を、ドライバ回路２２４に出力する。ドライバ回路２２４は、ＣＰＵ２２２から供給される制御信号に基づいて、パワーモジュール２１０の半導体スイッチング素子ＳＳＷをオンオフ駆動する。パワーモジュール２１０からモータに供給されるモータ電流は、モータ電流検出抵抗（シャント抵抗）ＤＲ１，ＤＲ２によって検出され、増幅器ＡＰ１，ＡＰ２によってそれぞれ増幅された上、ＣＰＵ２２２に入力する。ＣＰＵ２２２は、モータ電流が目標値となるようにフィードバック制御する。ＣＰＵ２２２は、外部のエンジンコントロールユニットＥＣＵ等とＣＡＮ等により接続されており、情報の授受を行える構成となっている。

ここで、図中、△印は、リードフレームを用いて半田付けにより接続された部分を示している。リードフレームを用いることにより応力を緩和する構造としている。リードフレームの形状等については、図１５を用いて後述する。制御モジュール２２０と、パワーモジュール２１０若しくは導体モジュール２３０との電気的接続部には、リードフレームを用いた半田付け接続が用いられている。

パワーモジュール２１０は、ＩＧＢＴなどの６個の半導体スイッチング素子ＳＳＷを備えている。半導体スイッチング素子ＳＳＷは、３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各相毎に、上アームと下アームにそれぞれ直列されている。ここで、図中、×印は、ワイヤボンディングにより接続した電気的接続部を示している。すなわち、パワーモジュール２１０から導体モジュール２３０のバスバーを介して、モータ１００にモータ電流が供給されるが、この電流は、例えば、１００Ａの大電流である。そこで、大電流を流すことができ、しかも、応力を緩和できる構造として、ワイヤボンディングにより接続している。この詳細については、図１６を用いて後述する。また、半導体スイッチング素子ＳＳＷに対する電源供給ライン及びアースラインもワイヤボンディング接続されている。

図１０は、本実施例の電動パワーステアリング用モータを制御する制御装置の構造を示す斜視図である。なお、図９と同一符号は、同一部分を示している。

図１０は、ケース２４０の中に、パワーモジュール２１０と、導体モジュール２３０とを取り付けた状態を示しており、図９の制御モジュール２２０は未取り付け状態を示している。

導体モジュール２３０は、複数のバスバーＢＢ１，ＢＢ２，ＢＢ３，ＢＢ４，ＢＢ５，ＢＢ６，ＢＢ７がモールド成形されている。バスバーの端子と、コモンフィルタＣＦ，ノーマルフィルタＮＦ，コンデンサＣＣ１，ＣＣ２，リレーＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３などの電気部品の端子は、ＴＩＧ溶接（アーク溶接）により接続される。

パワーモジュール２１０は、メタル基板の上に絶縁物を介して配線パターンが形成され、その上に、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの半導体スイッチング素子ＳＳＷが取り付けられている。パワーモジュール２１０と導体モジュール２３０の間は、５カ所において、ワイヤボンディングＷＢ１，ＷＢ２，ＷＢ３，ＷＢ４，ＷＢ５によって電気的に接続されている。一つのワイヤボンディングＷＢ１についてみると、例えば、直径５００μｍのアルミワイヤを５本並列に接続している。

ケース２４０は、アルミ製である。組立時には、ケース２４０の中に、パワーモジュール２１０及び導体モジュール２３０が、それぞれ、ネジ止めされる。次に、パワーモジュール２１０及び導体モジュール２３０の上の位置に、制御モジュール２２０が同じくネジ止めされる。そして、リードフレーム２１０ＬＦの多端が制御モジュール２２０の端子と半田付けされる。最後に、シールドカバー２５０をネジ止めすることにより、モータ制御装置２００が製造される。

パワーモジュール２１０と導体モジュール２３０は、同一平面上に、対向して配置している。すなわち、パワーモジュール２１０は、ケース２４０の一方の側に配置し、導体モジュール２３０は、ケース２４０の他方の側に配置している。したがって、ワイヤボンディングの作業が容易に行うことができる。

本発明によれば、トルク脈動の低減を図ると共に、大トルクを発生できる、トルク脈動の低減と大トルク発生の両方に優れたパワーステアリング用モータおよびそれを用いた電動パワーステアリングシステムを得ることができる。

Claims (2)

1. 多相の交流電力により駆動されて操舵用のトルクを出力する車両用電動パワーステアリング用モータであって、
   フレーム(150)と、
   該フレームに固定されたステータ(110)と、
   該ステータに空隙を介して対向配置されたロータ(130)と
   を有し、
   前記ステータ(110)は、
   ステータコア(112)と、
   該ステータコアに組み込まれ、単位コイルを電気的に直列したものが電気的に複数並列された複数の相コイルが、デルタ結線方式によって電気的に接続されたステータコイル(114)とを備えており、
   前記ステータコア(112)と前記ステータコイル(114)は、前記ステータコアに前記ステータコイルが組み込まれ、前記ステータコア(112)が前記フレームに圧入された状態でモールド材(MR)によってモールド成形され、
   前記ステータコアの前記フレームへの圧入は周方向の複数箇所において部分的に行われており、
   前記ステータコアと前記フレームとの間には前記モールド材が充填されており、
   前記ステータコア(112)は、
   分割された複数のコア片を結合することにより形成されたものであって、前記分割された複数のコア片は、前記バックコア部を周方向に複数に分割して得られるコア片の１片と、前記ティースコア部に対応するコア片とが一体になったＴ字形のコア片であり、
   前記ステータコアは、前記Ｔ字形のコア片を周方向に複数結合され、前記モールド成形後に前記ロータとの対向面を切削することによって形成されており、
   前記ステータコアの隣接する前記ティースコア部間にはスロット部が形成されており、
   前記ステータコイル(114)は前記スロット部に収納されるとともに、前記ティースコア部に対して集中巻で巻回されており、
   前記ロータ(130)は、
   ロータコア(132)と、
   該ロータコアの外周表面に固定された複数のマグネット(134)とを備え、
   前記マグネットの個数（極数）と前記スロット部の個数との間には、１０極−１２スロットの関係があり、
   前記マグネットは、その断面形状が、前記ステータの内周側と対向する面が、中央部が突出するように湾曲しており、周方向において、左右の半径方向の厚さが、中央の半径方向の厚さに比べて薄いかまぼこ型の形状となっていることを特徴とする車両用電動パワーステアリング用モータ。
2. 車載電源と、
   この車載電源からワイヤーハーネスを介して供給された直流電力を多相の交流電力に変換するとともに、ステアリングに加えられたトルクに応じて、その出力を制御する制御装置(200)と、
   この制御装置から供給される交流電力によって駆動され、操舵用のトルクを出力する電動パワーステアリング用モータ(100)とを有する車両用電動パワーステアリングシステムであって、
   前記電動パワーステアリング用モータ(100)は、
   フレーム(150)と、
   該フレームに固定されたステータ(110)と、
   該ステータに空隙を介して対向配置されたロータ(130)と
   を有し、
   前記ステータ(110)は、
   ステータコア(112)と、
   該ステータコアに組み込まれ、単位コイルを電気的に直列したものが電気的に複数並列された複数の相コイルが、デルタ結線方式によって電気的に接続されたステータコイル(114)とを備えており、
   前記ステータコア(112)と前記ステータコイル(114)は、前記ステータコアに前記ステータコイルが組み込まれ、前記ステータコア(112)が前記フレームに圧入された状態でモールド材(MR)によってモールド成形され、
   前記ステータコアの前記フレームへの圧入は周方向の複数箇所において部分的に行われており、
   前記ステータコアと前記フレームとの間には前記モールド材が充填されており、
   前記ステータコア(112)は、
   分割された複数のコア片を結合することにより形成されたものであって、
   前記分割された複数のコア片は、前記バックコア部を周方向に複数に分割して得られるコア片の１片と、前記ティースコア部に対応するコア片とが一体になったＴ字形のコア片であり、
   前記ステータコアは、前記Ｔ字形のコア片を周方向に複数結合され、前記モールド成形後に前記ロータとの対向面を切削することによって形成されており、
   前記ステータコアの隣接する前記ティースコア部間にはスロット部が形成されており、
   前記ステータコイルは前記スロット部に収納されるとともに、前記ティースコア部に対して集中巻で巻回されており、
   前記ロータ(130)は、
   ロータコア(132)と、
   該ロータコアの外周表面に固定された複数のマグネット(134)と
   を備えており、
   前記マグネットの個数（極数）と前記スロット部の個数との間には、１０極−１２スロットの関係があり、
   前記マグネットは、その断面形状が、前記ステータの内周側と対向する面が、中央部が突出するように湾曲しており、周方向において、左右の半径方向の厚さが、中央の半径方向の厚さに比べて薄いかまぼこ型の形状となっている
   ことを特徴とする車両用電動パワーステアリングシステム。

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