JP7365956B2 - ブラシレスモータ及びブラシレスモータ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、２系統の界磁巻線を備えたブラシレスモータに関し、特に、１２×ｎ個のティースに対し、１０×ｎ個又は１４×ｎ個のマグネットを配したブラシレスモータに関する。

電動パワーステアリング用モータ等の車両用モータでは、小型高出力に加え、低トルクリップルや低コギング等の性能が求められている。このため、車両用モータにおいては、それらの達成手段の１つとして、従来より、モータを１０極１２スロットや１４極１２スロット構成とすることが行われている。また、自動車用等の車両用モータには、上記の性能のみならず高い安全性が求められている。そこで、かかるモータでは、従来は１系統のみであった機能を独立した多重系統とすることにより、ある系統が失陥しても、他の系統で機能を継続させる冗長性が重要になってきている。

図１４は、従来の車両用（電動パワーステアリング装置用）モータの構成を示す説明図である。図１４のブラシレスモータ５１は、ステータ５２と、ステータ５２内に回転自在に配されたロータ５３を備えている。ロータ５３には、１０個のマグネット５４が取り付けられている。また、ステータ５２には、径方向に沿ってティース５５が突設されており、ブラシレスモータ５１は、１０極１２スロット（以下、磁極数をＰ、スロット数をＳとし、１０Ｐ１２Ｓのように略記する）構成となっている。各ティース５５には、Ｕ,Ｖ,Ｗの３相の界磁巻線を形成するコイル５６が巻装されている。

ブラシレスモータ５１では、界磁巻線は２系統（Ａ,Ｂ）に分かれて配されており、コイル５６も各系統ごとに各相のものが設けられている（５６ＡＵ：Ａ系統・Ｕ相，５６ＢＵ：Ｂ系統・Ｕ相など）。図中において、負記号（マイナス）のコイル５６は、同系統・同相の記号なしのコイル５６に対し、ティース５５への巻回方向が逆方向になっていることを示している。このようなブラシレスモータ５１では、Ａ,Ｂ両系統の各相のコイル５６が順次通電されることにより、マグネット５４が励磁されたティース５５に引き付けられ、ロータ５３が回転する。その際、コイル５６は異なる２つ系統からなるため、仮に一方の系統が故障した場合でも、他系統のコイルによりモータの動作は確保されるようになっている。

特開２００５－２３７０６８号公報

しかしながら、図１４のような構成のブラシレスモータの場合、機械角で１８０°対向する隣接した２つのティース同士が同じ相となる。すなわち、例えば、図１４におけるコイル５６ＡＵ,－５６ＡＵ、コイル５６ＢＵ,－５６ＢＵ（図中で破線で囲んだ組み合わせ）が巻装されたティース５５が同じ相になる。このため、コイル通電時に矢示方向の電磁加振力が加わり、ステータ５２が円環２次の振動モードで楕円状に変形し、振動や騒音の一因となるという問題があった。特に、それがモータの固有振動数と共振した場合、大きな振動が発生してしまう可能性があった。

本発明の目的は、１２×ｎ個のティースに対し１０×ｎ個又は１４×ｎ個のマグネットを配したブラシレスモータにおける電磁加振力を低減させ、当該モータの振動や作動音を抑制することにある。

本発明のブラシレスモータは、ステータと、前記ステータの径方向内側に配置されたロータと、を有し、前記ステータは、１２×ｎ個のティースと、該ティースに集中巻にて巻装された複数相のコイルと、を備え、前記ロータは、１０×ｎ個又は１４×ｎ個のマグネットを備え、前記コイルは、別系統として通電される２系統の界磁巻線を形成してなるブラシレスモータであって（ｎは正の整数）、同一相を形成する前記コイルをグループ化し、該コイルを電気角にて隣接又は重複する位置に設定し、該位置の前記コイルが巻装された前記ティースを、前記電気角に対応した機械角にて前記ステータに配置し、該ティースは、機械角で１８０°対向する隣接した２個の前記ティースが同相とならない位置に配置され、前記コイルを前記２系統に分割すると共に、前記２系統の前記界磁巻線は、所定の位相差にて通電されることを特徴とする。

本発明にあっては、２系統の界磁巻線を備えた（１０Ｐ１２Ｓ）×ｎ又は（１４Ｐ１２Ｓ）×ｎ構成のブラシレスモータにおいて、電気角にて隣接又は重複する形で同相のコイルを配置しつつ、該コイルが巻装されたティースを電気角に対応した機械角にて配置する。これにより、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならないようにティースが配設される。また、かかるティース配置を採用しつつ、２系統の同相コイルに対し所定の位相差にて通電を行い、同相の異なる系統のコイルによってティースに生じる誘起電圧のベクトルの角度差を補う。

前記ブラシレスモータにおいて、前記ステータは１２個のティースを備え、前記ロータは１０個又は１４個のマグネットを備え、前記コイルには３相の電流が通電され、前記ティースは、隣接する４個ずつを１つのグループとして同相の前記コイルが巻装され、同相内の４つの前記ティースの前記コイルは、隣接する２個ずつが前記界磁巻線の各系統に属し、２系統の前記界磁巻線には６０°の位相差にて通電が行われるようにしても良い。

また、前記ブラシレスモータにおいて、前記ステータは１２個のティースを備え、前記ロータは１０個又は１４個のマグネットを備え、前記コイルには３相の電流が通電され、前記ティースは、隣接する該ティース同士が異相となるように前記コイルが巻装され、それぞれ異なる相に属する隣接する３つの前記ティースを１つのグループとしたとき、前記グループ内の隣接する２つの前記ティースの前記コイルは、前記２系統の前記界磁巻線のうちの一方の系統に属し、前記グループ内の残りの１個の前記ティースの前記コイルは前記２系統のうちの他方の系統に属し、２系統の前記界磁巻線には６０°の位相差にて通電が行われるようにしても良い。

さらに、前記ブラシレスモータにおいて、前記ステータは１２個のティースを備え、前記ロータは１０個又は１４個のマグネットを備え、前記コイルには３相の電流が通電され、前記ティースは、隣接する３個ずつを１つのグループとして同相の前記コイルが巻装され、隣接する前記グループの間に配された１個の前記ティースには、両側の前記グループとは異相の前記コイルが巻装され、前記グループ内の前記ティースの前記コイルは、隣接する２個が前記２系統の前記界磁巻線のうちの一方の系統に属し、前記グループ内の残りの１個と他相の前記グループの間に配された１個の前記ティースの前記コイルは前記２系統のうちの他方の系統に属し、２系統の前記界磁巻線には３０°の位相差にて通電が行われるようにしても良い。

一方、本発明のブラシレスモータ制御方法は、ステータと、前記ステータの径方向内側に配置されたロータと、を有し、前記ステータは、１２×ｎ個のティースと、該ティースに集中巻にて巻装された複数相のコイルと、を備え、前記ロータは、１０×ｎ個又は１４×ｎ個のマグネットを備え、前記コイルは、別系統として通電される２系統の界磁巻線を形成してなるブラシレスモータの制御方法であって（ｎは正の整数）、同一相を形成する前記コイルをグループ化し、該コイルを電気角にて隣接又は重複する位置に設定し、該位置の前記コイルが巻装された前記ティースを、前記電気角に対応した機械角にて前記ステータに配置し、該ティースは、機械角で１８０°対向する隣接した２個の前記ティースが同相とならない位置に配置され、前記コイルを前記２系統に分割し、前記２系統の前記界磁巻線に対し、所定の位相差にて通電を行うことを特徴とする。

本発明にあっては、２系統の界磁巻線を備えた（１０Ｐ１２Ｓ）×ｎ又は（１４Ｐ１２Ｓ）×ｎ構成のブラシレスモータにおいて、電気角にて隣接又は重複する形で同相のコイルを配置しつつ、該コイルが巻装されたティースを電気角に対応した機械角にて配置する。これにより、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならないようにティースが配設される。また、かかるティース配置を採用しつつ、２系統の同相コイルに対し所定の位相差にて通電を行い、同相の異なる系統のコイルによってティースに生じる誘起電圧のベクトルの角度差を補う。

本発明のブラシレスモータによれば、２系統の界磁巻線を備えた（１０Ｐ１２Ｓ）×ｎ又は（１４Ｐ１２Ｓ）×ｎ構成のブラシレスモータにおいて、電気角にて隣接又は重複する形で同相のコイルを配置しつつ、該コイルが巻装されたティースを電気角に対応した機械角にて配置し、２系統の同相コイルに対し所定の位相差にて通電を行うようにしたので、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならないようにティースが配設され、さらに、同相の異なる系統のコイルによってティースに生じる誘起電圧のベクトルの角度差を補う形で通電を行うことが可能となる。このため、機械角で１８０°対向するティースが同時には励磁されることがなく、コイル通電時に径方向の電磁加振力が加わらず、モータの振動や騒音を抑えることが可能となる。

また、本発明のブラシレスモータ制御方法によれば、２系統の界磁巻線を備えた（１０Ｐ１２Ｓ）×ｎ又は（１４Ｐ１２Ｓ）×ｎ構成のブラシレスモータにおいて、電気角にて隣接又は重複する形で同相のコイルを配置しつつ、該コイルが巻装されたティースを電気角に対応した機械角にて配置し、２系統の同相コイルに対し所定の位相差にて通電を行うようにしたので、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならないようにティースが配設され、さらに、同相の異なる系統のコイルによってティースに生じる誘起電圧のベクトルの角度差を補う形で通電を行うことが可能となる。このため、機械角で１８０°対向するティースが同時には励磁されることがなく、コイル通電時に径方向の電磁加振力が加わらず、モータの振動や騒音を抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態１であるブラシレスモータの構成を示す説明図である。 １０Ｐ１２Ｓ構成のブラシレスモータにおける相配置を示す説明図である。 本発明の実施の形態１であるブラシレスモータにおける相配置を示す説明図である。 図１のブラシレスモータにおけるＵ相の誘起電圧ベクトルを示す説明図である。 ロータ回転角とトルクとの関係を従来のモータと本発明によるモータにて比較した説明図である。 平均トルクとトルクリップルについて従来のモータと本発明によるモータを比較した説明図である。 従来のモータと本発明によるモータの電磁力による加振周波数応答解析結果を示す説明図であり、回転次数と加速度振幅の関係を示している。 図７の結果から１０次、５０次、７０次、７１次の成分を取りだして比較した説明図である。 （ａ）,（ｂ）は本発明の実施の形態２であるブラシレスモータにおける相配置を示す説明図、（ｃ）は該ブラシレスモータの構成を示す説明図である。 図９のブラシレスモータにおけるＵ相の誘起電圧ベクトルを示す説明図である。 （ａ）,（ｂ）は本発明の実施の形態３であるブラシレスモータにおける相配置を示す説明図、（ｃ）は該ブラシレスモータの構成を示す説明図である。 図１１のブラシレスモータにおけるＵ相の誘起電圧ベクトルを示す説明図である。 １４Ｐ１２Ｓのブラシレスモータに本発明を適用した場合の相配置の一例を示す説明図であり、（ａ）は実施の形態１、（ｂ）は実施の形態２、（ｃ）は実施の形態３にそれぞれ対応した配置である。 従来の車両用ブラシレスモータの構成を示す説明図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の構成を示す説明図である。図１に示すように、モータ１は、図１４のモータ５１と同様に、ステータ（固定子）２の内部にロータ（回転子）３を回転自在に配したインナーロータ型の構成となっており、例えば電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。

ステータ２は、鉄等にて形成された有底円筒形状のモータケース４の内側に、圧入や接着剤等の固定手段により固定されている。ステータ２は、ティース５を備えたステータコア６と、ティース５に集中巻にて巻装されたコイル７と、を有している。ステータコア６は、電磁鋼板等の薄板材を積層して形成されており、複数個（本実施形態においては１２個）のティース５が径方向内側に向かって突設されている。隣接するティース５の間にはスロット８が形成されており、ステータ２は１２スロット構成となっている。

モータ１においても、コイル７によりＵ,Ｖ,Ｗの３相の界磁巻線が形成される。図１４のモータ５１と同様に、モータ１の界磁巻線も並列の２系統（Ａ,Ｂ）に分かれて配されており、各コイル７は、別系統として通電される２系統の界磁巻線を形成している。そして、コイル７も各通電系統ごとに各相のものが設けられている（７ＡＵ：Ａ系統・Ｕ相，７ＢＵ：Ｂ系統・Ｕ相など）。

ステータ２の内側にはロータ３が挿入されている。ロータ３は、ロータシャフト（回転軸）９を有しており、図示しないベアリングによって回転自在に軸支されている。ロータ３は、磁性体にて形成された円柱状のロータコア１１と、ロータコア１１の外周に周方向に沿って等間隔に配設された複数個のマグネット１２と、を備えている。ロータコア１１もまた電磁鋼板等の薄板材を積層して形成されており、ロータシャフト９の外周に固定されている。マグネット１２は略直方体状の永久磁石であり、径方向に沿って着磁され、隣接するマグネット１２の極性が互いに異なるように配されている。マグネット１２は、ここでは１０個設けられており、ロータ３は１０極構成となっている。マグネット１２の外側には、飛散防止用のカバー１３が取り付けられている。

ここで、モータ１では、隣接するティース５間の機械角は、３６０°／１２＝３０°となる。一方、モータ１は１０極構成であることから極対数は５となり、隣接するティース５間の電気角は、５（極対数）×３０°（機械角）＝１５０°となる。すなわち、図２（ａ）のように各ティース５に（１）～（１２）の番号を付したとき、例えば、（１）番のティース５ａと（２）番のティース５ｂは、機械角では３０°、電気角では１５０°の関係にあることになる。そこで、各コイル７に生じる誘起電圧を考え、それを円の中心から径方向外側に延びる矢印（ベクトル）で示すと、図２（ｂ）に示すように、（１）番のティース５ａを基準とした場合、そこから１５０°おきに（２）番、（３）番・・・という形で各ベクトルが配列される。

次に、図２（ｂ）のベクトルを各位相ごとに分け、対向する一方側のグループのコイル７を逆方向に巻くと、逆巻きのコイル７が巻装されたティース５のベクトルは、図２（ｂ）のベクトルとは逆方向を向く。このベクトルに負（－：マイナス）の記号を付してまとめたものが図２（ｃ）であり、（７）,（１２）,（３）,（８）,（４）,（１１）のベクトルを逆向きとし、それらを移動させて記載している。図２（ｃ）では、１２０°位相を有するベクトル２方向が３グループ（Ｕ,Ｖ,Ｗ）にまとめられ、この形で巻線を設定すると、図１４のように機械角で１８０°対向した隣接２ティースが同じ相となる界磁巻線が形成される。

ところが、図１４のような巻線形態を採用すると、前述のように、コイル通電時に対向方向の電磁加振力が加わり、振動や騒音の一因となるという問題がある。これに対し、本発明によるモータ１では、図３（ａ）に示すように、１２０°位相を有するベクトル４方向を３グループとする。図３（ａ）,（ｂ）はモータ１における相配置過程を示す説明図、（ｃ）はモータ１の相配置を示す説明図である。ここでは、図２（ｂ）のベクトルから、（１）,（３）,（５）,（７）,（９）,（１１）のベクトルをマイナスとし、隣接する４ベクトルを１グループとする。これを各相に割り付けてティース５に配置すると図３（ｂ）のような形となり、さらに、それを２系統巻線（Ａ,Ｂ）とすると、各ティース５、コイル７は図３（ｃ）のような相配置となる。

この場合、ティース５は、隣接する４個ずつを１つのグループとして同相のコイル７が巻装される。また、同相内の４つのティース５に巻装されたコイル７は、隣接する２個ずつが２系統の各系統に属している。すなわち、図３（ｃ）に示すように、例えば（５）～（８）番のティース５ｅ～５ｈは１つのグループを形成し、Ｕ相のコイル７ＡＵ,７ＢＵが巻装される。その際、Ｕ相内の隣接する２個ずつのティース５ｇ,５ｈとティース５ｅ,５ｆには、それぞれ異なる系統Ａ,Ｂに属するコイル７ＡＵ,７ＢＵが巻装される。

図３（ｃ）から明らかなように、このような巻線構成を採用することにより、モータ１では、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならない相配置となる。このため、コイル通電時に径方向の電磁加振力が加わり、ステータ２が円環２次の振動モードで楕円状に変形することがなく、モータの振動や騒音を抑えることが可能となる。また、１２スロット構造の分割コアモータでは、通常、各分割コアのコイルとバスバー（図示せず）との結線の際に２４ヶ所で溶接を行う必要があるが、モータ１のコイル配置は図３（ｃ）のように、同相の２セグメントがペアになる。その結果、２セグメントを連続して巻線を施したユニットを用いることができ、溶接箇所を削減したり、バスバーの層数を減らしモータを軸短化したりするこが可能となる。

一方、図３（ｃ）のような巻線構成では、各相のベクトルはＡ,Ｂ２系統間で６０°ずれた形となる。図４は、Ｕ相の誘起電圧ベクトルを示す説明図である。図４に示すように、Ｕ相では、Ａ系統に（８）と－（７）の合成ベクトルＶｕａが生じ、Ｂ系統に（６）と－（５）の合成ベクトルＶｕｂが生じ、これらの合成ベクトルＶｕａ,Ｖｕｂの間の角度は６０°となる。

そこで、本発明によるモータ１では、両ベクトルの発生タイミングに合わせ、２系統の巻線（Ａ,Ｂ）に対し、ベクトルの角度差と同じ６０°の位相差にて通電を行う。これにより、各相は２系統の巻線がスムーズに順次励磁される。その際、モータ１においては、各相のティース５は、図３（ｃ）から分かるように、同相のものが隣接しており、１８０°対向する隣接する２ティースが同じ相となることがない。このため、図１４の構成のように、コイル通電時に対向方向の電磁加振力が加わらず、振動や騒音の発生が抑えられる。

図５は、ロータ回転角とトルクとの関係を従来のモータ（図１４）と本発明によるモータにて比較した説明図、図６は、平均トルクとトルクリップルについてそれらを比較した説明図である。また、図７は、従来のモータ（図１４）と本発明によるモータの電磁力による加振周波数応答解析結果を示す説明図であり、回転次数と加速度振幅の関係を示している。さらに、図８は、図７の結果から１０次、５０次、７０次、７１次の成分を取りだして比較した説明図である。この場合、図５,６は、ステータ外径５６ｍｍ、ロータ外径２８.５ｍｍ、マグネット；Nd-Fe-B焼結磁石、ステータ軸長３５ｍｍ、巻線仕様：φ１.０ｍｍ×２０ターン（２直列Ｙ結線の２系統）、相電流１４.１Arms（id=0A）の条件下での結果である。また、図７,８は、回転数１７２５ｒｐｍ、相電流１４.１Arms、測定点：ティース中央外側・ステータコア積厚中心・拘束なしのフリー状態での結果である。なお、図５～８には、後述する実施の形態２,３の場合の結果も併せて記載されており、（ａ）は実施の形態１の場合、（ｂ）は実施の形態２の場合、（ｃ）は実施の形態３の場合、（ｐ）は従来のモータの場合をそれぞれ示している。

図５,６に示すように、トルクやトルクリップルに関しては、トルクリップルはモータ１の方が若干低いものの、両者とも従来のモータと当該モータ１はほぼ同等であった（図５においては、当該モータと従来のモータとほとんど同じであり、グラフ上では区別できない）。次に、加速度振幅に関しては、図７,８に示すように、モータ１は、５０次、７１次の加速度振幅が従来よりも小さい。特に、７１次は大幅に低減されており、ステータの共振が小さく抑えられている。図７,８の加速度振幅は、モータ振動の代替特性とも言え、その解析結果から、モータ１は、振動や作動音が従来のモータよりも低減されることが分かる。

このように、本発明によるモータ１は、２系統の界磁巻線を備えた１０Ｐ１２Ｓ構成のブラシレスモータにおいて、電気角にて隣接する形で同相のティース５とコイル７を配置しつつ、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならないようにティース５を配設する。そして、２系統の同相のコイル７に対し、同相の異なる系統のコイル７によってティース５に生じる誘起電圧のベクトルの角度差に対応した位相差にて通電を行う。

この２系統の位相差通電により、モータ１では、２系統の各相コイルが誘起電圧ベクトルの角度差に応じて順次円滑に励磁され、その際、機械角で１８０°対向するティース５が同時には励磁されない。このため、コイル通電時に径方向の電磁加振力が加わらず、モータの振動や騒音を抑えることが可能となる。したがって、パワーステアリング装置の駆動源として当該モータ１を用いたとき、モータ１からハンドルを介して運転者に伝わる振動や、操舵時のモータ作動音などが抑えられ、操舵フィーリングの向上が図られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２であるブラシレスモータ２１（以下、モータ２１と略記する）について説明する。モータ２１の基本構成は前述のモータ１と同様であるが、ティース５とコイル７の相配置が実施の形態１とは異なっている。なお、実施の形態１のモータ１と同様の部分、部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。

図９（ａ）,（ｂ）はモータ２１における相配置過程を示す説明図、（ｃ）はモータ２１の構成を示す説明図である。ここでは、図２（ｂ）のベクトルから、例えば、（１）,（６）,（８）,（１１）を同位相として、隣接する４ベクトルを１グループとする。そして、これにより、１２０°の位相を有するベクトル４方向の３グループを形成する。これを各相に割り付けてティース５に配置すると図９（ｂ）のような形となり、さらに、それを２系統巻線（Ａ,Ｂ）とすると、各ティース５、コイル７は図９（ｃ）のような相配置になる。

この場合、ティース５は、隣接するティース同士が異相となるようにコイル７が巻装される。また、それぞれ異なる相に属する隣接する３つのティース５を１つのグループとしたとき、このグループ内の隣接する２つのティース５のコイル７は、２系統の界磁巻線Ａ,Ｂのうちの一方の系統に属し、グループ内の残りの１個のティース５のコイル７は２系統のうちの他方の系統に属している。

すなわち、図９（ｃ）に示すように、例えば（１）～（３）番のティース５ａ～５ｃは、それぞれ異なる相Ｕ,Ｖ,Ｗのコイル７が巻装される。また、それぞれ異なる相Ｕ,Ｖ,Ｗに属する隣接する３つのティース５ａ,５ｂ,５ｃなどを１つのグループとしたとき、このグループ内の隣接する２つのティース５ｂ,５ｃのコイル７は、２系統の界磁巻線Ａ,Ｂのうちの一方の系統Ａに属し（７ＡＶ,７ＡＷ）、グループ内の残りの１個のティース５ａのコイル７は２系統のうちの他方の系統Ｂに属している（７ＢＵ）。

図９（ｃ）から明らかなように、このような巻線構成を採用することにより、モータ２１では、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならない相配置となる。このため、コイル通電時に径方向の電磁加振力が加わり、ステータ２が円環２次の振動モードで楕円状に変形することがなく、モータの振動や騒音を抑えることが可能となる。

図１０に示すように、図９（ｃ）のような巻線構成においても、各相のベクトルはＡ,Ｂの２系統間で６０°ずれた形となる。すなわち、例えばＵ相では、Ａ系統に（１）と（８）の合成ベクトルＶｕａが生じ、Ｂ系統に（６）と（１１）の合成ベクトルＶｕｂが生じ、これらの合成ベクトルＶｕａ,Ｖｕｂの間の角度は６０°となる。そこで、前述同様、モータ２１においても、２系統の巻線（Ａ,Ｂ）に６０°の位相差で通電を行い、両ベクトルの発生時期を同期させる。これにより、各相は２系統の巻線が位相差なく励磁される。この場合も、モータ２１においては、各相のティース５は、図９（ｃ）から分かるように、同相のものが隣接しており、１８０°対向する隣接する２ティースが同じ相となることがない。このため、図１４の構成のように、コイル通電時に対向方向の電磁加振力が加わらず、振動や騒音の発生が抑えられる。

図５,６に示すように、モータ２１においても、トルクやトルクリップルに関しては、トルクリップルはモータ２１の方が若干低いものの、従来のモータと当該モータはほぼ同等であった。一方、加速度振幅に関しては、図７,８に示すように、モータ２１は、５０次、７１次の加速度振幅が従来よりも小さい。この場合も、特に７１次は大幅に低減されており、ステータの共振が小さく抑えられ、振動や作動音が従来のモータよりも低減される。したがって、モータ２１からハンドルを介して運転者に伝わる振動や、操舵時のモータ作動音などが抑えられ、操舵フィーリングの向上が図られる。

（実施の形態３）
さらに、本発明の実施の形態３であるブラシレスモータ３１（以下、モータ３１と略記する）について説明する。モータ３１の基本構成も前述のモータ１と同様であるが、ティース５とコイル７の相配置が実施の形態１,２と異なっている。図１１（ａ）,（ｂ）はモータ３１における相配置過程を示す説明図、（ｃ）はモータ３１の構成を示す説明図である。ここでは、図２（ｂ）のベクトルから、例えば、（１）,（６）,－（７）,（８）を同位相として、隣接・重複する４ベクトルを１グループとする。そして、これにより、１２０°の位相を有するベクトル３方向の３グループを形成する。これを各相に割り付けてティース５に配置すると図１１（ｂ）のような形となり、さらに、それを２系統巻線（Ａ,Ｂ）とすると、各ティース５、コイル７は図１１（ｃ）のような相配置になる。

この場合、ティース５は、隣接する３個ずつを１つのグループとして同相のコイル７が巻装される。また、隣接するグループ間に配された１個のティース５には、両側のグループとは異相のコイル７が巻装される。その上で各グループ内のティース５のコイル７は、隣接する２個が２系統の界磁巻線Ａ,Ｂのうちの一方の系統に属し、グループ内の残りの１個と他相のグループの間に配された１個のティース５の７コイルは２系統のうちの他方の系統に属している。

すなわち、図１１（ｃ）に示すように、例えば、隣接する３個の（６）～（８）番のティース５ｆ～５ｈは、１つのグループＧｕとしてＵ相のコイル７が巻装される。また、Ｖ相のグループＧｖとＷ相のグループＧｗの隣接する２グループ間に配された１個のティース５ａには、両側のグループＧｖ,Ｇｗとは異相のコイル７が巻装される。その上でグループＧｕ内の隣接する２個のティース５ｇ,５ｈのコイル７は、２系統の界磁巻線Ａ,Ｂのうちの一方の系統Ａに属し（コイル７ＡＵ）、グループＧｕ内の残りの１個のティース５ｆとグループＧｖ,Ｇｗ間に配された１個のティース５ａのコイル７は２系統のうちの他方の系統Ｂに属している（コイル７ＢＵ）。

図１１（ｃ）から明らかなように、このような巻線構成を採用することにより、モータ３１では、機械角で１８０°対向する隣接２ティースが同相にならない相配置となる。このため、コイル通電時に径方向の電磁加振力が加わり、ステータ２が円環２次の振動モードで楕円状に変形することがなく、モータの振動や騒音を抑えることが可能となる。

図１２に示すように、図１１（ｃ）のような巻線構成では、各相のベクトルはＡ,Ｂ２系統間で３０°ずれた形となる。すなわち、例えばＵ相では、Ａ系統に（８）と－（７）の合成ベクトルＶｕａが生じ、Ｂ系統に（１）と（６）の合成ベクトルＶｕｂが生じ、これらの合成ベクトルＶｕａ,Ｖｕｂの間の角度は３０°となる。そこで、この場合は、２系統の巻線（Ａ,Ｂ）に３０°の位相差で通電を行い、両ベクトルの発生時期を同期させる。これにより、各相は２系統の巻線が位相差なく励磁される。この場合も、モータ３１においては、各相のティース５は、図１１（ｃ）から分かるように、同相のものが隣接しており、１８０°対向する隣接する２ティースが同じ相となることがない。このため、図１４の構成のように、コイル通電時に対向方向の電磁加振力が加わらず、振動や騒音の発生が抑えられる。

図５,６に示すように、モータ３１の平均トルクは従来のモータとほぼ同等であるが、トルクリップルに関しては、モータ３１では約８.２％低くなった。一方、加速度振幅に関しては、図７,８に示すように、モータ３１は、１０次、５０次、７１次の加速度振幅は従来よりも小さい。ただし、７０次成分は従来よりも大きくなった。この場合、７０次成分は大きいが、他の３成分が小さくなっているため、総合的にはモータ３１の方が加速度振幅は小さくなり、振動や作動音が従来のモータよりも低減される。したがって、モータ３１からハンドルを介して運転者に伝わる振動や、操舵時のモータ作動音などが抑えられ、操舵フィーリングの向上が図られる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述のブラシレスモータにおける極スロット数は一例であり、１０Ｐ１２Ｓ構成以外のモータにも本発明は適用可能である。すなわち、図１３のような１４Ｐ１２Ｓのブラシレスモータ４１にも同様の相配置にて適用可能である。図１３において、（ａ）は実施の形態１、（ｂ）は実施の形態２、（ｃ）は実施の形態３にそれぞれ対応した配置である。さらに、１０Ｐ１２Ｓ×ｎ（２０Ｐ２４Ｓ、３０Ｐ３６Ｓ・・・）や、１４Ｐ１２Ｓ×ｎ（２８Ｐ２４Ｓ、４２Ｐ３６Ｓ・・・）にも適用可能である（ｎは正の整数）。また、図５～８では、Ｙ結線のモータにて諸値の解析を行っているが、本発明によるブラシレスモータはΔ結線のモータであっても良い。

本発明は、電動パワーステアリング装置用のモータのみならず、２系統の界磁巻線を備えたブラシレスモータに広く適用可能であり、ステアリングやブレーキなどのバイワイヤシステム用のモータなどにも適用可能である。

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ モータケース
５ ティース
５ａ～５ｌ （１）番～（１２）番ティース
６ ステータコア
７ コイル
７ＡＵ Ｕ相Ａ系統のコイル
７ＢＵ Ｕ相Ｂ系統のコイル
８ スロット
９ ロータシャフト
１１ ロータコア
１２ マグネット
１３ カバー
２１ ブラシレスモータ
３１ ブラシレスモータ
４１ ブラシレスモータ
５１ ブラシレスモータ
５２ ステータ
５３ ロータ
５４ マグネット
５５ ティース
５６ コイル
５６ＡＵ Ｕ相Ａ系統のコイル
５６ＢＵ Ｕ相Ｂ系統のコイル
Ａ 界磁巻線の第１の系統
Ｂ 界磁巻線の第２の系統
Ｇｕ Ｕ相のティースグループ
Ｇｖ Ｖ相のティースグループ
Ｇｗ Ｗ相のティースグループ
Ｖｕａ Ｕ相の誘起電圧合成ベクトル（Ａ系統）
Ｖｕｂ Ｕ相の誘起電圧合成ベクトル（Ｂ系統）

Claims (5)

1. ステータと、前記ステータの径方向内側に配置されたロータと、を有し、
   前記ステータは、１２×ｎ個のティースと、該ティースに集中巻にて巻装された複数相のコイルと、を備え、
   前記ロータは、１０×ｎ個又は１４×ｎ個のマグネットを備え、
   前記コイルは、別系統として通電される２系統の界磁巻線を形成してなるブラシレスモータであって（ｎは正の整数）、
   同一相を形成する前記コイルをグループ化し、該コイルを電気角にて隣接又は重複する位置に設定し、
   該位置の前記コイルが巻装された前記ティースを、前記電気角に対応した機械角にて前記ステータに配置し、該ティースは、機械角で１８０°対向する隣接した２個の前記ティースが同相とならない位置に配置され、
   前記コイルを前記２系統に分割すると共に、前記２系統の前記界磁巻線は、所定の位相差にて通電されることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ステータは１２個のティースを備え、前記ロータは１０個又は１４個のマグネットを備え、前記コイルには３相の電流が通電され、
   前記ティースは、隣接する４個ずつを１つのグループとして同相の前記コイルが巻装され、
   同相内の４つの前記ティースの前記コイルは、隣接する２個ずつが前記界磁巻線の各系統に属し、
   ２系統の前記界磁巻線には６０°の位相差にて通電が行われることを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ステータは１２個のティースを備え、前記ロータは１０個又は１４個のマグネットを備え、前記コイルには３相の電流が通電され、
   前記ティースは、隣接する該ティース同士が異相となるように前記コイルが巻装され、
   それぞれ異なる相に属する隣接する３つの前記ティースを１つのグループとしたとき、前記グループ内の隣接する２つの前記ティースの前記コイルは、前記２系統の前記界磁巻線のうちの一方の系統に属し、前記グループ内の残りの１個の前記ティースの前記コイルは前記２系統のうちの他方の系統に属し、
   ２系統の前記界磁巻線には６０°の位相差にて通電が行われることを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項１記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ステータは１２個のティースを備え、前記ロータは１０個又は１４個のマグネットを備え、前記コイルには３相の電流が通電され、
   前記ティースは、隣接する３個ずつを１つのグループとして同相の前記コイルが巻装され、隣接する前記グループの間に配された１個の前記ティースには、両側の前記グループとは異相の前記コイルが巻装され、
   前記グループ内の前記ティースの前記コイルは、隣接する２個が前記２系統の前記界磁巻線のうちの一方の系統に属し、前記グループ内の残りの１個と他相の前記グループの間に配された１個の前記ティースの前記コイルは前記２系統のうちの他方の系統に属し、
   ２系統の前記界磁巻線には３０°の位相差にて通電が行われることを特徴とするブラシレスモータ。
5. ステータと、前記ステータの径方向内側に配置されたロータと、を有し、
   前記ステータは、１２×ｎ個のティースと、該ティースに集中巻にて巻装された複数相のコイルと、を備え、
   前記ロータは、１０×ｎ個又は１４×ｎ個のマグネットを備え、
   前記コイルは、別系統として通電される２系統の界磁巻線を形成してなるブラシレスモータの制御方法であって（ｎは正の整数）、
   同一相を形成する前記コイルをグループ化し、該コイルを電気角にて隣接又は重複する位置に設定し、
   該位置の前記コイルが巻装された前記ティースを、前記電気角に対応した機械角にて前記ステータに配置し、該ティースは、機械角で１８０°対向する隣接した２個の前記ティースが同相とならない位置に配置され、
   前記コイルを前記２系統に分割し、
   前記２系統の前記界磁巻線に対し、所定の位相差にて通電を行うことを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
   

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