JP6608797B2 - 電動パワーステアリング装置用モータ - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置用モータに関するものである。

従来、電動パワーステアリング装置に使用されるモータは、ロータの外周面に、径方向に磁極の向きが異なるマグネットを周方向に交互に貼り付けた、所謂ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型のモータが使用されている。しかしながら、ＳＰＭ型のモータにおいては、電動パワーステアリング装置に何らかの異常が生じモータが不作動になった場合、モータによるアシスト力は付与されず、逆に、マグネット式モータ特有のブレーキトルクが発生する。その結果、ステアリングが重くなり、ステアリング操作がし難くなる。

そこで、電動パワーステアリング装置の異常によるＳＰＭ型のモータの不作動を想定して、ロータの内部に、径方向に磁極の向きが異なるマグネットを周方向に交互に埋め込んだ、所謂ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型のモータが提案されている（例えば、特許文献１）。つまり、ＩＰＭ型のモータは、ロータの内部に埋め込まれている分だけ、不作動時に発生するマグネット式モータ特有のブレーキトルクが小さくなる。その結果、ステアリングがその分だけ軽くなりステアリング操作が容易となる。

特開２０００−２３６６５２号公報

しかしながら、電動パワーステアリング装置に使用されるモータは、ステアリング操作と連動する高応答性、つまり起動時のアシスト力を付与するための出力トルクを保持しつつ、不作動を想定してブレーキトルクの低減が求められている。従って、電動パワーステアリング装置に使用されるモータにおいて、ＩＰＭ型のモータに替わるモータが望まれている。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、起動時のアシストトルクを保持しつつ不作動を想定したブレーキトルクを低減することのできる電動パワーステアリング装置用モータを提供することにある。

上記課題を解決する電動パワーステアリング装置用モータは、ステアリングシャフトに装備されたステアリングコラムに設けられ、ステータと該ステータの内側に設けられたロータとを備え、該ロータが前記ステアリングシャフトと連動する電動パワーステアリング装置用モータであって、前記ステータは、６０個のステータ側スロットに２系統３相の巻線が分布巻にて巻回されたステータであり、前記ロータは、外周面に形成された５個のロータ側スロットにおける周方向に隣り合うロータ側スロット間にそれぞれ突極鉄心が形成されているとともに、前記ロータ側スロットにそれぞれ永久磁石が配置されたＳＰＭ型構造のロータであり、前記ロータは、５個の前記突極鉄心と５個の前記永久磁石とからなる１０極であり、前記永久磁石は径方向外側が全て一方の磁極となり、前記突極鉄心は径方向外側が全て前記一方の磁極と相違する他方の磁極として機能するように構成されており、同相で異なる系統の巻線は、周方向に隣り合う前記ステータ側スロットに配置され、位相差のある電圧が印加されており、前記位相差は３０°であるとともに前記２系統３相の巻線はそれぞれ６個のティースを１組として巻回される分布巻であり、前記永久磁石の外周面及び前記突極鉄心の外周面は共に、前記ロータの回転軸を中心とする同一曲率半径の円弧面に形成されているとともに、該永久磁石の外周面及び突極鉄心の外周面の両方の周方向幅がそれぞれ、各系統の各相の巻線を巻回するときの周方向両端のスロット間の周方向幅よりも小さくなっており、前記永久磁石の外周面の周方向幅は、前記突極鉄心の外周面の周方向幅に対して同じ又は大きく設定されている。

上記構成によれば、ロータがＳＰＭ構造であることから、永久磁石が表面に露出することから有効磁束が大きく起動時のアシストトルクを向上させることができる。また、モータの不作動時において、円周に対して永久磁石が半分になるため、ブレーキトルクを低減できる。

本発明によれば、アシストトルクを保持しつつ不作動を想定したブレーキトルクを低減することができる。

第１実施形態の電動パワーステアリング装置の機構を示す図。 ３相ブラシレスモータを説明するための断面図。 ３相ブラシレスモータのロータを説明するための一部拡大断面図。 第１実施形態のブラシレスモータと従来のＩＰＭ型ブラシレスモータの発生トルクの比較図。 第１実施形態のブラシレスモータと従来のＩＰＭ型ブラシレスモータのブレーキトルクの比較図。 第１実施形態の別例を説明するためのブラシレスモータの断面図。 第１実施形態の別例を説明するためのブラシレスモータの断面図。 第２実施形態の３相ブラシレスモータを説明するための断面図。 ３相ブラシレスモータのロータを説明するための一部拡大断面図。 第２実施形態の別例を説明するための３相ブラシレスモータの断面図。 第３実施形態の３相ブラシレスモータのロータを説明するための斜視図。 ３相ブラシレスモータのロータを説明するための断面図。 ３相ブラシレスモータのロータを説明するための断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した電動パワーステアリング装置用モータの第１実施形態を図１〜図５に従って説明する。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置１は、コラムアシスト型であり、基端部にステアリングホイール２を固定したステアリングシャフト３を有し、そのステアリングシャフト３の先端部は、自在継ぎ手４を介して、インターミディエイト５に連結されている。ステアリングシャフト３は、入力軸３ａと出力軸３ｂからなり、円筒状の入力軸３ａ内に、出力軸３ｂの一部が貫挿されている。入力軸３ａの基端部には、ステアリングホイール２が固定され、出力軸３ｂの先端部には、自在継ぎ手４が連結されている。また、入力軸３ａと出力軸３ｂの間には、トーションバー（図示せず）が設けられ、入力軸３ａの回転に追従して出力軸３ｂを回転させるようになっている。

そして、ステアリング操作に基づく、回転及び操舵トルクはラック７＆ピニオン軸８に伝達され、ピニオン軸８の回転にてラック７が車幅方向に往復動する。これによって、ラック７の両端に連結したタイロッド９を介して操舵輪１０の舵角が変更される。

ステアリングシャフト３の入力軸３ａには、ステアリングコラム１１が装備されている。ステアリングコラム１１には、電動パワーステアリング装置用モータとしての３相ブラシレスモータ（以下、ブラシレスモータという）Ｍが設けられている。ブラシレスモータＭは、入力軸３ａを回転制御してステアリング操作をする際に、ステアリングホイール２に対して補助操舵力（以下、アシストトルクという）を付与する。

詳述すると、ステアリングホイール２の操作に基づいて入力軸３ａが回転すると、出力軸３ｂとの間にずれが生じ、このずれがトーションバーのねじれとなって現れる。つまり、出力軸３ｂは、操舵輪１０の路面抵抗等で、入力軸３ａの回転に対して遅れが生じて、トーションバーにねじれが生じる。

そして、このトーションバーのねじれ角を図示しないトルクセンサにて検出し、入力軸３ａ（ステアリングホイール２）にかかる操舵トルクが検出され、その検出された操舵トルクに基づいて、ステアリング操作する際のアシストトルクが算出されて、ブラシレスモータＭが駆動制御される。

図２は、ブラシレスモータＭの断面図を示し、ブラシレスモータＭは、モータハウジング２０の内周面にステータ２１が固定され、そのステータ２１の内側には、非磁性体（例えばステンレス鋼）よりなる回転軸２２に固着され同回転軸２２とともに一体回転するロータ２３が配設されている。そして、回転軸２２は、図示しないギアを介してステアリングシャフト３の入力軸３ａと駆動連結されている。

ステータ２１は、円筒状のステータコア３０を有し、そのステータコア３０の外周面がモータハウジング２０に固定されている。ステータコア３０の内側には、軸線方向に沿って形成され、かつ、周方向に等ピッチに配置される複数のティース３１が、径方向内側に向かって延出形成されている。ティース３１は、その先端部の周方向両側面が周方向に突出するとともに、径方向内側の先端面が、回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心とした円弧面となるように形成されたＴ型のティースである。

そして、ティース３１とティース３１の間には、ステータ側スロット３２が形成される。本実施形態では、ティース３１の数は１２個であって、ステータ側スロット３２の数は、ティース３１の数と同じ１２個である。

そして、ティース３１には、時計回り方向に３相巻線、即ち、Ｕ相巻線３３ａ、Ｖ相巻線３３ｂ、Ｗ相巻線３３ｃが順番に巻回されている。そして、本実施形態のステータコア３０に巻回された各相巻線３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、集中巻きであって、周方向にＵ相巻線３３ａ、Ｖ相巻線３３ｂ、Ｗ相巻線３３ｃが、１個ずつティース３１をずらして順番に巻回されている。つまり、時計回り方向に、Ｕ相巻線３３ａ→Ｖ相巻線３３ｂ→Ｗ相巻線３３ｃ→Ｕ相巻線３３ａ→Ｖ相巻線３３ｂ→Ｗ相巻線３３ｃ→Ｕ相巻線３３ａ→Ｖ相巻線３３ｂ→Ｗ相巻線３３ｃ→Ｕ相巻線３３ａ→Ｖ相巻線３３ｂ→Ｗ相巻線３３ｃの順番に１個ずつティース３１をずらして巻回されている。

ステータ２１の内側に配置されたロータ２３は、回転軸２２を貫挿固着した円柱状のロータコア４０を有している。ロータコア４０の外周面には、周方向に等ピッチで配置された複数のロータ側スロット４２が軸線方向に沿って凹設されている。各ロータ側スロット４２は、その内底面が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心とする円弧面となるように形成されている。

そして、複数のロータ側スロット４２を形成することによって、ロータ側スロット４２とロータ側スロット４２の間に、突極鉄心４３が形成される。ここで、各突極鉄心４３の周方向両側面４３ａは、回転軸２２の中心軸線Ｌ１に向かって延びる平面となっている。そして、ロータ側スロット４２の周方向の幅は突極鉄心４３の周方向の幅より大きくなるように形成されている。

本実施形態では、ロータ側スロット４２の数は４個である。従って、突極鉄心４３の数はロータ側スロット４２と同じ４個となる。
各ロータ側スロット４２には、ネオジム磁石よりなるマグネット４４がそれぞれ嵌着されている。各マグネット４４は、ロータ側スロット４２の内底面に対してマグネット内周面が接着剤にて固着され、また、マグネット外周面４４ｂがステータ２１に直接的に対向するように露出するようになっている（ＳＰＭ型構造）。

各マグネット４４は、そのマグネット外周面４４ｂが、回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心とする円弧面の突極鉄心４３の外周面４３ｂと周方向において面一となる同一曲率半径の円弧面を形成している。各マグネット４４の着磁方向は、径方向外側がＳ極、径方向内側がＮ極となるように着磁している。つまり、一方の磁極のみが配置される。

これによって、マグネット４４とマグネット４４の間の配置される各突極鉄心４３は、マグネット４４の一方の磁極と相違する他方の磁極としてのＮ極として機能し、８磁極数の、所謂コンシクエントポール型のロータ２３（モータ）となっている。従って、本実施形態のブラシレスモータＭは、上記したようにロータ側スロット４２にマグネット４４をそのマグネット外周面４４ｂがステータ２１に露出にするように貼り付けた構造でもあることから、ＳＰＭ型のコンシクエンポール型のモータとなる。

突極鉄心４３とマグネット４４は、そのマグネット４４の開度θ１が突極鉄心４３の開度θ２より大きくなるように設定されている。ここで、マグネット４４の開度θ１は、図３に示すように、そのマグネット４４の周方向の両側面４４ｃ間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度である。また、突極鉄心４３の開度θ２とは、図３に示すように、その突極鉄心４３の周方向の両側面４３ａ間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度をいう。なお、マグネット４４の周方向両側面４４ｃは、回転軸２２の中心軸線Ｌ１に向かって延びる平面となるように形成されている。

また、マグネット４４の開度θ１と突極鉄心４３の開度θ２は、各マグネット４４の周方向の両側面４４ｃと各突極鉄心４３の周方向の両側面４３ａとの間に空隙４５が形成される大きさに設定されている。

次に、上記のように構成したブラシレスモータＭの作用を説明する。
（アシストトルク）
今、ステアリングホイール２を操作すると、入力軸３ａが回転し、入力軸３ａと出力軸３ｂとの間に設けたトーションバーにねじれが生じる。そして、このトーションバーのねじれ角が図示しないトルクセンサにて検出され、入力軸３ａにかかる操舵トルクが検出される。そして、その検出された操舵トルクに基づいて、ステアリング操作する際のアシストトルクが算出されて、ブラシレスモータＭが駆動制御される。

このとき、ブラシレスモータＭは、マグネット４４が表面に露出するＳＰＭ型のモータであることから、起動時においては、ＩＰＭ型のブラシレスモータより起動時の出力トルク（アシストトルク）が高まる。

さらに、マグネット４４の開度θ１が突極鉄心４３の開度θ２が大きくなるように設定したので、マグネット４４からの磁束量はさらに増加でき、又、突極鉄心４３が小さくなることで磁束密度が高められることにより起動時の出力トルクを大きくできる。

図４は、試験により得た、本実施形態のＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータＭと、磁極の向きを交互に異ならした８個のマグネットよりなる８極１２スロットのＩＰＭ型のブラシレスモータの起動時のトルク（アシストトルク）の比較を示すポイントグラフである。

なお、試験では、本実施形態のブラシレスモータＭと８極１２スロットのＩＰＭ型のブラシレスモータは、その出力を同じ条件にしている。また、本実施形態の８極１２スロットのブラシレスモータＭの４個のマグネット４４と８極１２スロットのＩＰＭ型のブラシレスモータの８個のマグネットは、同じ材料（ネオジム磁石材料）であってその磁性材料の総量が同じとなる条件にしている。

また、図４中の「×」印はＩＰＭ型のブラシレスモータの起動時の出力トルクを示す。「○」は、本実施形態のＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータＭの起動時の出力トルクを示す。

このポイントグラフからでも明らかなように、本実施形態のＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータＭは、起動時のアシストトルクが増大することがわかる。
さらに、リラクタンストルクも作用するため、ＩＰＭ型のブラシレスモータに比べて、運転時の出力トルクが維持される。

（ブレーキトルク）
また、ブラシレスモータＭが不作動になったとき、ブラシレスモータＭは、コンシクエントポール型のモータであることから、即ちマグネット４４間に突極鉄心４３が配置されていることから、マグネットトルクが低下しＩＰＭ型のブラシレスモータよりブレーキトルクが落ちる。

しかも、各マグネット４４の周方向の両側面４４ｃと各突極鉄心４３の周方向の両側面４３ａとの間に、空隙４５を形成したので、よりマグネットトルクが低下しよりブレーキトルクを小さくできる。

図５は、試験により得た、本実施形態のＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータＭと、８極１２スロットのＩＰＭ型のブラシレスモータのブレーキトルクの比較を示すポイントグラフである。なお、試験は、上記図４で示す試験と同じ条件で行った。

また、図５中の「×」印はＩＰＭ型のブラシレスモータのブレーキトルクを示す。「○」は、本実施形態のＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータＭのブレーキ力トルクを示す。

このポイントグラフからでも明らかなように、本実施形態のＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータＭは、そのブレーキトルクがＩＰＭ型のブラシレスモータのブレーキトルクより小さいことがわかる。

従って、電動パワーステアリング装置１に何らかの異常が生じてブラシレスモータＭが不作動になっても、ブレーキトルクが小さくなり、ステアリングがその分だけ軽くなりステアリング操作が容易となる。

次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、ブラシレスモータＭをＳＰＭ型のコンシクエンポール型のブラシレスモータにしたことにより、アシスト力を大きくでき、しかもブレーキトルクを小さくできる。

（２）本実施形態によれば、マグネット４４の開度θ１が突極鉄心４３の開度θ２より大きくなるように設定したことにより、マグネット４４からの磁束量はさらに増加でき、又、突極鉄心４３が小さくなることで磁束密度が高められることにより起動時の出力トルクを大きくできる。

（３）本実施形態によれば、各マグネット４４の周方向の両側面４４ｃと各突極鉄心４３の周方向の両側面４３ａとの間に、空隙４５を形成したことにより、よりマグネットトルクが低下しブレーキトルクを小さくできる。

なお、上記第１実施形態では、８極１２スロットのブラシレスモータＭであったが、図６に示す１０極１２スロットのブラシレスモータＭで実施してもよい。この場合でも、上記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

ちなみに、図６に示す１０極１２スロットのブラシレスモータＭは、ロータコア４０にロータ側スロット４２を５個で形成している。従って、突極鉄心４３の数はロータ側スロット４２と同じ５個となる。そして、５個のロータ側スロット４２に５個のマグネット４４を配置することで、ＳＰＭ型であって、１０磁極数のコンシクエントポール型のロータ２３（モータ）となっている。

この場合にも、突極鉄心４３とマグネット４４は、そのマグネット４４の開度θ１が突極鉄心４３の開度θ２より大きくなるように設定されている。そして、各マグネット４４の周方向の両側面４４ｃと各突極鉄心４３の周方向の両側面４３ａとの間には、空隙４５が形成されている。

一方、図６に示すスロットのブラシレスモータＭのステータ２１には、第１実施形態とは異なる集中巻きにて巻線が巻回されている。ティース３１には、時計回り方向に、正巻きのＵ相巻線３５ａ、逆巻きのＵ相巻線３５ｂ、正巻きのＶ相巻線３６ａ、逆巻きのＶ相巻線３６ｂ、正巻きのＷ相巻線３７ａ、逆巻きのＷ相巻線３７ｂの順番に１個ずつティース３１をずらして巻回されている。つまり、同相であって、正巻きの巻線３５ａ，３６ａ，３７ａと逆巻きの巻線３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ同士が隣り合うティース３１との間で巻回されている。

そして、正巻きのＵ相巻線３５ａと逆巻きのＵ相巻線３５ｂ、正巻きのＶ相巻線３６ａと逆巻きのＶ相巻線３６ｂ、正巻きのＷ相巻線３７ａと逆巻きのＷ相巻線３７ｂは、それぞれ通電により反対向きの磁界が生じる。

また、図７に示す１４極１２スロットのブラシレスモータＭで実施してもよい。この場合でも、上記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
ちなみに、図７に示す１４極１２スロットのブラシレスモータＭは、ロータコア４０にロータ側スロット４２を７個で形成している。従って、突極鉄心４３の数はロータ側スロット４２と同じ７個となる。そして、７個のロータ側スロット４２に７個のマグネット４４を配置することで、ＳＰＭ型であって、１４磁極数のコンシクエントポール型のロータ２３（モータ）となっている。

この場合にも、突極鉄心４３とマグネット４４は、そのマグネット４４の開度θ１が突極鉄心４３の開度θ２より大きくなるように設定されている。そして、各マグネット４４の周方向の両側面４４ｃと各突極鉄心４３の周方向の両側面４３ａとの間には、空隙４５が形成されている。

また、図７に示すスロットのブラシレスモータＭのステータ２１には、図６と同様の巻回方法で、各巻線が、正巻きのＵ相巻線３５ａ、逆巻きのＵ相巻線３５ｂ、正巻きのＶ相巻線３６ａ、逆巻きのＶ相巻線３６ｂ、正巻きのＷ相巻線３７ａ、逆巻きのＷ相巻線３７ｂの順番でティース３１に巻回されている。

従って、Ｕ相巻線３５ａとＵ相巻線３５ｂ、Ｖ相巻線３６ａとＶ相巻線３６ｂ、Ｗ相巻線３７ａとＷ相巻線３７ｂは、それぞれ通電により反対向きの磁界が生じる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図８、図９に従って説明する。本実施形態は、第１実施形態のブラシレスモータＭについてステータに巻回する巻線の巻回方法に特徴を有する。そのため、その特徴部分について詳細に説明し、共通する部分は説明の便宜上省略する。

図８に示すように、本実施形態のブラシレスモータＭは、モータハウジング（図示略）の内周面に固定されたステータ２１のステータコア５０には、６０個のティース５１が径方向内側に延出形成されている。従って、ティース５１間に形成されるステータ側スロット５２は６０個形成され、その６０個のステータ側スロット５２は回転軸２２の中心軸線Ｌ１から見て等角度間隔に形成されている。

そして、この６０個のティース５１には、時計回り方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相の３相巻線が２つ、即ち、第１系統３相巻線と第２系統３相巻線が形成されている。
そして、本実施形態のステータコア５０に巻回される第１系統３相巻線と第２系統３相巻線は、分布巻きであって、時計回り方向に第１系統Ｕ相巻線Ｕ１、第２系統Ｕ相巻線Ｕ２、第１系統Ｖ相巻線Ｖ１、第２系統Ｖ相巻線Ｖ２、第１系統Ｗ相巻線Ｗ１、第２系統Ｗ相巻線Ｗ２の順番に巻回されている。詳述すると、第１系統Ｕ相巻線Ｕ１、第２系統Ｕ相巻線Ｕ２、第１系統Ｖ相巻線Ｖ１、第２系統Ｖ相巻線Ｖ２、第１系統Ｗ相巻線Ｗ１、第２系統Ｗ相巻線Ｗ２が、それぞれ６個のティース５１を１組とし順番に、１個ずつティース５１をずらして順番に巻回されている。

この時、分布巻きで巻回される第１系統の各相巻線Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１及び第２系統の各相巻線Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は、それぞれ１つのステータ側スロット５２において、隣り合う同相の巻線が巻回されることになる。

第１系統３相巻線と第２系統３相巻線は、互いに３０°の位相差のある３相電源電圧が印加されるようになっている。つまり、第１系統Ｕ相巻線Ｕ１と第２系統Ｕ相巻線Ｕ２は３０°の位相差のあるＵ相電源電圧が印加され、第１系統Ｖ相巻線Ｖ１と第２系統Ｖ相巻線Ｖ２は３０°の位相差のあるＶ相電源電圧が印加され、第１系統Ｗ相巻線Ｗ１と第２系統Ｗ相巻線Ｗ２は３０°の位相差のあるＷ相電源電圧が印加される。

ステータ２１の内側に配置されたロータ２３は、回転軸２２を貫挿固着した円柱状のロータコア６０を有している。ロータコア６０の外周面には、図９に示すように、周方向に等ピッチで配置された複数のロータ側スロット６１が軸線方向に沿って凹設されている。各ロータ側スロット６１の内底面は、その周方向中心位置が回転軸２２の中心軸線Ｌ１から延びる放射線に対して直交する平面になっている。

そして、複数のロータ側スロット６１を形成することによって、ロータ側スロット６１とロータ側スロット６１の間に、突極鉄心６２が形成される。ここで、各突極鉄心６２の周方向両側面６２ｂは、回転軸２２の中心軸線Ｌ１に向かって延びる平面となっている。また、ロータ側スロット６１の周方向の幅は、突極鉄心６２の周方向の幅より大きくなるように形成されている。

本実施形態では、ロータ側スロット６１の数は５個である。従って、突極鉄心６２の数は、ロータ側スロット６１と同じ５個となる。
各ロータ側スロット６１には、ネオジム磁石よりなるマグネット６３がそれぞれ嵌着されている。各マグネット６３は、ロータ側スロット６１の内底面に対してマグネット内側面が接着剤にて固着され、また、マグネット外周面６３ａがステータ２１に直接的に対向するように露出するようになっている（ＳＰＭ型構造）。

各マグネット６３は、そのマグネット外周面６３ａが、回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心とする円弧面の突極鉄心６２の外周面６２ａと周方向において面一となる同一曲率半径の円弧面を形成している。各マグネット６３の着磁方向は、径方向外側がＳ極、径方向内側がＮ極となるように着磁している。つまり、一方の磁極のみが配置される。

これによって、マグネット６３とマグネット６３の間の配置される各突極鉄心６２は、マグネット６３の一方の磁極と相違する他方の磁極としてのＮ極として機能し、１０磁極数の、所謂コンシクエントポール型のロータ２３（モータ）となっている。従って、本実施形態のブラシレスモータＭは、上記したようにロータ側スロット６１にマグネット６３をそのマグネット外周面６３ａがステータ２１に露出にするように貼り付けた構造でもあることから、ＳＰＭ型のコンシクエンポール型のモータとなる。

突極鉄心６２とマグネット６３は、そのマグネット６３の開度θ３が突極鉄心６２の開度θ４より大きくなるように設定されている。ここで、マグネット６３の開度θ３は、図９に示すように、そのマグネット６３のマグネット外周面６３ａの周方向両側端間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度である。突極鉄心６２の開度θ４とは、図９に示すように、その突極鉄心６２の外周面６２ａの周方向両側端間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度をいう。

また、マグネット６３の開度θ３と突極鉄心６２の開度θ４は、各マグネット６３の周方向の両側面６３ｃと各突極鉄心６２の周方向の両側面６２ｂとの間に空隙６４が形成される大きさに設定されている。

次に、上記のように構成したブラシレスモータＭの作用を説明する。
（アシストトルク）
本実施形態のブラシレスモータＭは、分布巻きであっても、コンシクエントポール型のモータである。従って、第１実施形態と同様に、起動時においては、ＳＰＭ型のモータであることからＩＰＭ型のブラシレスモータよりアシストトルクが高まり、起動後は、コンシクエントポール型のモータであることから、リラクタンストルクも加わり、ＩＰＭ型のブラシレスモータよりアシストトルクが増大する。

さらに、マグネット６３の開度θ３が突極鉄心６２の開度θ４より大きくなるように設定したので、マグネット６３からの磁束量はさらに増加でき、又、突極鉄心４３が小さくなることで磁束密度が高められることにより起動時の出力トルクを大きくできる。

その結果、体格が大きくなるＩＰＭ型のブラシレスモータに比べて、体格を小さくでき、かつ、高い応答性を得ることができる。
（ブレーキトルク）
また、ブラシレスモータＭが不作動になったとき、ブラシレスモータＭは、コンシクエントポール型のモータであることから、即ちマグネット６３間に突極鉄心６２が配置されていることからマグネットトルクが低下しＩＰＭ型のブラシレスモータよりブレーキトルクが落ちる。

しかも、各マグネット６３の周方向の両側面６３ｃと各突極鉄心６２の周方向の両側面６２ｂとの間に、空隙６４を形成したので、よりマグネットトルクが低下しよりブレーキトルクを小さくできる。

従って、電動パワーステアリング装置に何らかの異常が生じてブラシレスモータＭが不作動になっても、ブレーキトルクが小さくなり、ステアリングがその分だけ軽くなりステアリング操作が容易となる。

このように、本実施形態によれば、巻線方法を分布巻きに変更しても、第１実施形態に記載した効果と同様な効果を得ることができる。
なお、上記第２実施形態では、１０極６０スロットのブラシレスモータＭであったが、図１０に示す１０極３０スロットのブラシレスモータＭで実施してもよい。この場合でも、上記第２実施形態と同様な効果を得ることができる。

ちなみに、図１０に示す１０極３０スロットのブラシレスモータＭは、ロータコア６０の構成は、第２実施形態と同じであるが、ステータコア５０に形成したステータ側スロット５２の数が相違する。また、ティース５１に巻回される巻線方法は、分布巻きではあるが、時計回り方向に１つのＵ相、Ｖ相、Ｖ相の３相巻線が形成される。

つまり、時計回り向にＵ相巻線５５ａ、Ｖ相巻線５５ｂ、Ｗ相巻線５５ｃが、それぞれ３個のティース５１を１組とし順番に、１個ずつティース５１をずらして順番に巻回されている。この時、分布巻きで巻回される各相巻線５５ａ，５５ｂ，５５ｃは、それぞれ１つのステータ側スロット５２において、隣り合う同相の巻線が巻回されることになる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１１〜図１３に従って説明する。本実施形態は、第１実施形態のブラシレスモータＭのロータ２３とその構成が相違する。そのため、その特徴部分について詳細に説明し、共通する部分は説明の便宜上省略する。

図１１に示すように、本実施形態のブラシレスモータＭのロータ２３は、第１ロータコア部７０と第２ロータコア部８０が、軸方向に重ね合わされて構成されたタンデム構造のロータにて形成されている。

図１１、図１２に示すように、第１ロータコア部７０は、図６に示したロータコア４０と同じ構成をなし、その外周面に５個の第１ロータ側スロット７１を等ピッチで凹設している。従って、第１ロータ側スロット７１と第１ロータ側スロット７１の間に形成される第１突極鉄心７２の数は第１ロータ側スロット７１と同じ５個となる。

そして、５個の第１ロータ側スロット７１には、５個のネオジム磁石よりなる第１マグネット７３を配置して、第１ロータコア部７０をＳＰＭ構造にしている。ここで、本実施形態では、第１マグネット７３の開度と第１突極鉄心７２の開度を同じになるように設定している。また、第１マグネット７３の周方向の両側面７３ｃと第１突極鉄心７２の周方向の両側面７２ａの間には、第１実施形態と同様に、第１空隙７４が形成されるようになっている。そして、第１マグネット７３の着磁方向は、径方向外側がＳ極、径方向内側がＮ極となるように着磁している。これによって、第１マグネット７３と第１マグネット７３の間の配置される各第１突極鉄心７２は、Ｎ極として機能し、１０磁極数のコンシクエントポール型の第１ロータコア部７０となっている。

図１１、図１３に示すように、第２ロータコア部８０は、第１ロータコア部７０と同形となし、５個の第２ロータ側スロット８１を等ピッチで凹設している。従って、第２ロータ側スロット８１と第２ロータ側スロット８１の間に形成される第２突極鉄心８２の数は第２ロータ側スロット８１と同じ５個となる。しかも、第２突極鉄心８２と第１突極鉄心７２は同一形状となるとともに、第２ロータ側スロット８１と第１ロータ側スロット７１は同一形状になる。

そして、５個の第２ロータ側スロット８１には、５個のネオジム磁石よりなる第２マグネット８３を配置して、ＳＰＭ構造の第２ロータコア部８０にしている。ここで、本実施形態では、第１マグネット７３の開度と第１突極鉄心７２の開度を同じになるように設定している。また、第２マグネット８３の周方向の両側面８３ｃと第２突極鉄心８２の周方向の両側面８２ａの間には、第１ロータコア部７０と同様に、第２空隙８４が形成されるようになっている。そして、第２マグネット８３の着磁方向は、第１マグネット７３の着磁方向と相違し、径方向外側がＮ極、径方向内側がＳ極となるように着磁している。これによって、第２マグネット８３と第２マグネット８３の間の配置される各第２突極鉄心８２は、Ｓ極として機能し、１０磁極数のコンシクエントポール型の第２ロータコア部８０となっている。

そして、このように形成された、第１ロータコア部７０と第２ロータコア部８０を軸方向に重ね合わせて１つのロータ２３にして回転軸２２に固着することになる。
このとき、第１ロータコア部７０と第２ロータコア部８０の周方向の相対位置は、周方向に１ピッチずらして重ね合わすことによって１つのロータ２３を形成している。詳述すると、第１ロータコア部７０の第１突極鉄心７２（第１ロータ側スロット７１）と第２ロータコア部８０の第２ロータ側スロット８１（第２突極鉄心８２）が軸線方向で並設されるように重ね合わされている。

つまり、Ｎ極として機能する第１突極鉄心７２と径方向外側をＮ極とする第２マグネット８３とが軸線方向で並ぶとともに、径方向外側をＳ極とする第１マグネット７３とＳ極として機能する第２突極鉄心８２とが軸線方向で並ぶようにしている。

一方、モータハウジング２０に固定されたステータ２１は、第１実施形態と同じ、ステータコア３０を有している。従って、ステータコア３０に形成されたティース３１は１２個であり、ティース３１とティース３１の間に形成されたステータ側スロット３２の数と１２個である。

一方、１２個のティース３１に巻回される巻線は、図１２、図１３に示すように、それぞれ４個ずつのＵ相巻線Ｕａ〜Ｕｄ、Ｖ相巻線Ｖａ〜Ｖｄ、Ｗ相巻線Ｗａ〜Ｗｂからなり、各ティース３１に集中巻にて巻回されている。そして、時計回り方向に、Ｕ相巻線Ｕａ，Ｕｂ、Ｖ相巻線Ｖａ，Ｖｂ、Ｗ相巻線Ｗａ，Ｗｂ、Ｕ相巻線Ｕｃ，Ｕｄ、Ｖ相巻線Ｖｃ，Ｖｄ、Ｗ相巻線Ｗｃ，Ｗｂが順番に１個ずつティース３１をずらしてティース３１に巻回されている。

ここで、Ｕ相巻線Ｕａ，Ｕｄ、Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｖｃ、Ｗ相巻線Ｗａ，Ｗｄは正巻きであり、Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｕｃ、Ｖ相巻線Ｖａ，Ｖｄ、Ｗ相巻線Ｗｂ，Ｗｃは逆巻きである。つまり、Ｕ相巻線Ｕａ，ＵｄとＵ相巻線Ｕｂ，Ｕｃ、Ｖ相巻線Ｖｂ，ＶｃとＶ相巻線Ｖａ，Ｖｄ、Ｗ相巻線Ｗａ，ＷｄとＷ相巻線Ｗｂ，Ｗｃは、それぞれ通電により反対向きの磁界が生じる。

上記のように構成した第３実施形態は、第１実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を有する。
本実施形態によれば、ロータ２３を第１ロータコア部７０と第２ロータコア部８０で構成した。そして、Ｎ極として機能する第１突極鉄心７２と径方向外側をＮ極とする第２マグネット８３とが軸線方向で並ぶとともに、径方向外側をＳ極とする第１マグネット７３とＳ極として機能する第２突極鉄心８２とが軸線方向で並ぶように、第１ロータコア部７０と第２ロータコア部８０を重ね合わせた。

従って、第１ロータコア部７０と第２ロータコア部８０からなるロータ２３において、周方向に第１突極鉄心７２と第２突極鉄心８２が交互に３６０°連続して配置されることから、ブレーキトルクをより低減することができる。

上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記各実施形態では、空隙４５，６４，７４，８４を設けて実施したが、これを設けなくて実施してもよい。

・上記第１及び第２実施形態では、マグネット４４，６３の開度θ１，θ３が突極鉄心４３，６２の開度θ２，θ４よりも大きく設定したが、マグネット４４，６３の開度θ１，θ３と突極鉄心４３，６２の開度θ２，θ４を同じにして実施してもよい。

・上記各実施形態では、マグネットの材質はネオジム磁石を使用したが、これに限定されず永久磁石であればよく、ＳｍＦｅＮ磁石（サマリウム窒化鉄磁石）、ＳｍＣｏ磁石（サマリウムコバルト磁石）等の使用は特に好ましい。

・上記第１実施形態では、集中巻の８極１２スロットの他に、１０極１２スロット、１４極１２スロットよりなるＳＰＭ型のコンシクエント型のブラシレスモータＭに具体化したが、例えば、集中巻の１２極１８スロット、１６極１８スロットよりなるＳＰＭ型のコンシクエント型のブラシレスモータＭに応用してもよい。

・上記第２実施形態では、分布巻の１０極６０スロットの他に、１０極３０スロットよりなるＳＰＭ型のコンシクエント型のブラシレスモータＭに具体化したが、例えば、分布巻の８極２４スロット、８極４８スロット、１６極９６スロットよりなるＳＰＭ型のコンシクエント型のブラシレスモータＭに応用してもよい。

・上記第３実施形態では、ステータコア３０に対して集中巻きにて巻線を巻回したが、分布巻きで巻線を巻回して実施してもよい。
・上記各実施形態のブラシレスモータＭは、コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置１に具体化したが、これをラックアシスト型又はピニオンアシスト型の電動パワーステアリング装置に応用してもよい。

・上記第１及び第２実施形態のマグネット４４，６３は、径方向外側をＳ極、径方向内側をＮ極に着磁されたものであったが、これを、径方向外側をＮ極、径方向内側をＳ極に着磁して実施してもよい。

・上記第１実施形態において、マグネット４４のマグネット外周面４４ｂとマグネット４４の周方向両側面４４ｃの角部をアール状に形成するとともに、突極鉄心４３の外周面４３ｂと突極鉄心４３の両側面４３ａの角部をアール状に形成して実施してもよい。

詳述すると、マグネット４４の周方向両側面４４ｃをロータ側スロット４２位置からアール状にしてマグネット４４の周方向の両側の角部を丸めるとともに、突極鉄心４３の両側面４３ａをロータ側スロット４２位置からアール状にして突極鉄心４３の周方向の両側の角部を丸める。

この場合、マグネット４４の開度θ１及び突極鉄心４３の開度θ２を以下のように定義して実施してもよい。
マグネット４４の開度θ１について、マグネット外周面４４ｂから周方向であって時計回り及び反時計回りの両方向に延ばした仮想円周線をそれぞれ求める。また、マグネット４４のアール状に形成された両側面４４ｃのロータ側スロット４２位置からの延びる仮想接線をそれぞれ求める。次に、これら仮想円周線と仮想接線との交点をそれぞれ求める。

そして、求めた２つの交点間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度を、マグネット４４の開度θ１とする。
突極鉄心４３の開度θ２について、外周面４３ｂから周方向であって時計回り及び反時計回りの両方向に延ばした仮想円周線をそれぞれ求める。また、突極鉄心４３のアール状に形成された両側面４３ａのロータ側スロット４２位置からの延びる仮想接線をそれぞれ求める。次に、これら仮想円周線と仮想接線との交点をそれぞれ求める。

そして、求めた２つの交点間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度を、突極鉄心４３の開度θ２とする。
勿論、第２実施形態の場合も同様に、マグネット６３の周方向の両側面６３ｃをロータ側スロット６１位置からアール状にしてマグネット６３の周方向の両側の角部を丸めるとともに、突極鉄心６２の両側面６２ｂをロータ側スロット６１位置からアール状にして突極鉄心６２の周方向の両側の角部を丸めて実施してもよい。

この場合、マグネット６３の開度θ３及び突極鉄心６２の開度θ４を、前記と同様に、以下のように定義して実施してもよい。
マグネット６３の開度θ３について、マグネット外周面６３ａから周方向であって時計回り及び反時計回りの両方向に延ばした仮想円周線をそれぞれ求める。また、マグネット６３のアール状に形成された両側面６３ｃのロータ側スロット６１位置からの延びる仮想接線をそれぞれ求める。次に、これら仮想円周線と仮想接線との交点をそれぞれ求める。

そして、求めた２つの交点間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度を、マグネット６３の開度θ３とする。
突極鉄心６２の開度θ４について、外周面６２ａから周方向であって時計回り及び反時計回りの両方向に延ばした仮想円周線をそれぞれ求める。また、突極鉄心６２のアール状に形成された両側面６２ｂのロータ側スロット６１位置からの延びる仮想接線をそれぞれ求める。次に、これら仮想円周線と仮想接線との交点をそれぞれ求める。

そして、求めた２つの交点間が回転軸２２の中心軸線Ｌ１を中心になす角度を、突極鉄心６２の開度θ４とする。
以下に技術的思想を記載する。

・ステアリングシャフトに装備されたステアリングコラムに設けられる電動パワーステアリング装置用モータであって、外周面に複数のロータ側スロットを形成してそのロータ側スロットとロータ側スロットとの間に突極鉄心を形成するとともに、前記ロータ側スロットに永久磁石を配置したＳＰＭ型構造のロータが、ステアリングシャフトと連動する電動パワーステアリング装置用モータにおいて、前記永久磁石の外周面と前記突極鉄心の外周面が周方向に円弧状に形成されるとともに、前記永久磁石は径方向外側が全て一方の磁極となり、前記突極鉄心は径方向外側が全て前記一方の磁極と相違する他方の磁極として機能するように構成された。

上記の構成によれば、ロータがＳＰＭ構造であることから、永久磁石が表面に露出することから有効磁束が大きく起動時のアシストトルクを向上させることができる。また、モータの不作動時において、円周に対して永久磁石が半分になるため、ブレーキトルクを低減できる。

・ステータに巻回される巻線は、集中巻きであって、前記ロータに形成したロータ側スロットに配置した永久磁石の開度を、前記ロータに形成した突極鉄心の開度以上になるように形成した。

上記の構成によれば、集中巻きのモータにおいて、永久磁石の開度を、前記ロータに形成した突極鉄心の開度以上に大きくすることで、より起動時のアシストトルクを向上させることができる。

・ステータに巻回される巻線は、分布巻きであって、前記ロータに形成したロータ側スロットに配置した永久磁石の開度を、前記ロータに形成した突極鉄心の開度以上になるように形成した。

上記の構成によれば、分布巻きのモータにおいて、永久磁石の開度を、前記ロータに形成した突極鉄心の開度以上に大きくすることで、より起動時のアシストトルクを向上させることができる。

・前記ロータは、外周面に複数の第１ロータ側スロットと第１突極鉄心を交互に形成した第１ロータコア部と、外周面に前記第１ロータコア部の第１ロータ側スロットと第１突極鉄心と同じ数の第２ロータ側スロットと第２突極鉄心を交互に形成した第２ロータコア部とで構成され、その第１及び第２ロータコア部を、前記第１ロータコア部に形成した第１ロータ側スロットと前記第２ロータコア部に形成した第２突極鉄心を軸線方向に並設するとともに、前記第１ロータコア部に形成した第１突極鉄心と前記第２ロータコア部に形成した第２ロータ側スロットを軸線方向に並設するように重ね合わせ、前記第１ロータコア部の第１ロータ側スロットには、径方向外側が一方の磁極となる永久磁石を配置するとともに、前記第２ロータコア部の第２ロータ側スロットには、径方向外側が前記一方の磁極と相違する他方の磁極となる永久磁石を配置した。

上記の構成によれば、周方向に突極鉄心が３６０°連続することから、ブレーキトルクをより低減できる。

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…ステアリングシャフト、３ａ…入力軸、３ｂ…出力軸、４…自在継ぎ手、５…インターミディエイト、７…ラック、８…ピニオン軸、９…タイロッド、１０…操舵輪、１１…ステアリングコラム、２０…モータハウジング、２１…ステータ、２２…回転軸、２３…ロータ、３０…ステータコア、３１…ティース、３２…ステータ側スロット、３３ａ…Ｕ相巻線、３３ｂ…Ｖ相巻線、３３ｃ…Ｗ相巻線、３５ａ…正巻きのＵ相巻線、３５ｂ…逆巻きのＵ相巻線、３６ａ…正巻きのＶ相巻線、３６ｂ…逆巻きのＶ相巻線、３７ａ…正巻きのＷ相巻線、３７ｂ…逆巻きのＷ相巻線、４０…ロータコア、４２…ロータ側スロット、４３…突極鉄心、４３ａ…側面、４３ｂ…外周面、４４…マグネット（永久磁石）、４４ｂ…マグネット外側面、４４ｃ…側面、４５…空隙、５０…ステータコア、５１…ティース、５２…ステータ側スロット、５５ａ…Ｕ相巻線、５５ｂ…Ｖ相巻線、５５ｃ…Ｗ相巻線、６０…ロータコア、６１…ロータ側スロット、６２…突極鉄心、６２ａ…外周面、６２ｂ…側面、６３…マグネット（永久磁石）、６３ａ…マグネット外周面、６３ｃ…側面、６４…空隙、７０…第１ロータコア部、７１…第１ロータ側スロット、７２…第１突極鉄心、７３ａ…側面、７３…第１マグネット（永久磁石）、７３ｃ…側面、７４…第１空隙、８０…第２ロータコア部、８１…第２ロータ側スロット、８２…第２突極鉄心、８３ａ…側面、８３…第２マグネット（永久磁石）、８３ｃ…側面、８４…第２空隙、Ｍ…３相ブラシレスモータ、θ１〜θ４…開度、Ｌ１…中心軸線、Ｕ１…第１系統Ｕ相巻線、Ｕ２…第２系統Ｕ相巻線、Ｖ１…第１系統Ｖ相巻線、Ｖ２…第２系統Ｖ相巻線、Ｗ１…第１系統Ｗ相巻線、Ｗ２…第２系統Ｗ相巻線。

Claims (1)

1. ステアリングシャフトに装備されたステアリングコラムに設けられ、ステータと該ステータの内側に設けられたロータとを備え、該ロータが前記ステアリングシャフトと連動する電動パワーステアリング装置用モータであって、
   前記ステータは、６０個のステータ側スロットに２系統３相の巻線が分布巻にて巻回されたステータであり、
   前記ロータは、外周面に形成された５個のロータ側スロットにおける周方向に隣り合うロータ側スロット間にそれぞれ突極鉄心が形成されているとともに、前記ロータ側スロットにそれぞれ永久磁石が配置されたＳＰＭ型構造のロータであり、
   前記ロータは、５個の前記突極鉄心と５個の前記永久磁石とからなる１０極であり、
   前記永久磁石は径方向外側が全て一方の磁極となり、前記突極鉄心は径方向外側が全て前記一方の磁極と相違する他方の磁極として機能するように構成されており、
   同相で異なる系統の巻線は、周方向に隣り合う前記ステータ側スロットに配置され、位相差のある電圧が印加されており、
   前記位相差は３０°であるとともに前記２系統３相の巻線はそれぞれ６個のティースを１組として巻回される分布巻であり、
   前記永久磁石の外周面及び前記突極鉄心の外周面は共に、前記ロータの回転軸を中心とする同一曲率半径の円弧面に形成されているとともに、該永久磁石の外周面及び突極鉄心の外周面の両方の周方向幅がそれぞれ、各系統の各相の巻線を巻回するときの周方向両端のスロット間の周方向幅よりも小さくなっており、
   前記永久磁石の外周面の周方向幅は、前記突極鉄心の外周面の周方向幅に対して同じ又は大きく設定されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置用モータ。