JPWO2008047698A1 - ブラシレスモータ及びブラシレスモータの制御方法 - Google Patents

Abstract

複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備えステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有するブラシレスモータにて、電機子巻線の異なる２相間の相間誘起電圧波形を、１次基本波に５次成分及び７次成分を重畳させて台形波とする。１次基本波の電圧ピーク値α１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α５,α７の合計の含有率Ｘ（＝（α５＋α７）／α１）は好ましくは０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲、より好ましくは０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲に設定する。

Description

本発明は、ブラシレスモータ及びブラシレスモータの制御方法に関し、特に、電動パワーステアリング装置用のブラシレスモータに適用して有効な技術に関する。

自動車等の操舵力補助のため、近年多くの車両にいわゆるパワーステアリング装置が装備されている。このようなパワーステアリング装置としては、近年、エンジン負荷軽減や重量低減等の観点から、電気式の動力操舵装置（いわゆる電動パワーステアリング装置、以下、適宜ＥＰＳと略記する）を搭載した車両が増大している。このようなＥＰＳの動力源としては、従来よりブラシ付きのモータが多く使用されているが、近年では、メンテナンス性に優れ、小型で高トルクが得られることから、ブラシレスモータの使用が増大している。

このようなＥＰＳ用モータでは、運転者の操作感向上のため、作動音の低減が大きな課題となっている。一般的には、トルク変動（トルクリップル）と作動音の間には密接な関係があり、ＥＰＳ用モータ、特に、ブラシレスモータでは、通電方法の工夫によるトルクリップルの低減が種々検討されている。例えば、滑らかに通電できる正弦波駆動を矩形波駆動に代えて行うことなどは、作動音の対策として良く知られている。ところが、正弦波駆動の場合、トルクリップルを低減するためには、モータ側の誘起電圧波形を正弦波形状にしなくてはならない。このため、正弦波駆動モータでは、スキューやマグネットの偏心によって、誘起電圧波形を正弦波波形にすべく対応している。

ところが、ロータにスキューを施すと、誘起電圧の１次成分も減少してしまう。このため、従来の正弦波駆動モータでは、モータの出力を多少犠牲にせざるを得ないのが実情である。そこで、このようなモータ出力の低減を改善すべく、誘起電圧に高調波を含ませ、高調波成分を打ち消す電流を流すことにより、スキュー角の角度を小さくし、出力ロスの低減を図る手法も開発されている。また、例えば、特許文献１には、各相の誘起電圧を奇数次高調波が重畳した台形波に調整することにより、トルクリップルを抑えつつ、トルクの向上を図る手法も提案されている。そこでは、誘起電圧調整手段により、基本波である正弦波形状の誘起電圧に３次高調波を重畳し、各相の誘起電圧を、略台形状の、急峻な変化のない平坦で拡がった波形形状に調整している。これにより、ロータ回転角度に対する各相誘起電圧の特性曲線と横軸（回転角度）とで囲まれる部分の形状が、基本波のみの特性曲線の場合より平坦で拡がった形状となり、その分、モータ発生トルクが増加する、とされている。
特開2006-174692号公報 特開2004-274963号公報

しかしながら、前述のように、誘起電圧に高調波を重畳し、各相の誘起電圧を台形波形状とした場合、各相の相電流は正弦波形となるため、ピーク電流値を抑えることが難しい。このため、ブラシレスモータに流すことができる電流値が制限され、その分、モータ出力が抑えられてしまうという問題があった。

本発明の目的は、ピーク電流値を抑えつつ、各相の誘起電圧を台形波形状とする駆動方式よりも高トルク、高回転を実現し得るブラシレスモータ及びブラシレスモータの制御方法を提供することにある。

本発明のブラシレスモータは、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、前記電機子巻線の異なる２相間の相間誘起電圧波形が略台形であることを特徴とする。

本発明のブラシレスモータにあっては、相間誘起電圧波形を略台形とすることにより、相電流もまた台形波形となり、同じ相電流ピーク値を持つ正弦波相電流に比して、モータトルクに寄与する１次成分の電流ピーク値が大きくなる。このため、各相の誘起電圧を台形波形とし、相電流が正弦波となるモータに比して、モータトルクが増大し、出力向上が図られる。

前記ブラシレスモータにおいて、前記相間誘起電圧波形を、１次基本波に、３の倍数の高次成分を除く、奇数次の高次成分を重畳させて形成しても良い。また、前記相間誘起電圧波形を、１次基本波に、５次成分及び７次成分を重畳させて形成しても良い。その場合、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）を好ましくは０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲に設定したり、さらに好ましくは、０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲に設定したりしても良い。このような範囲に含有率Ｘを設定することにより、相電流ピーク値を抑えつつ、１次成分電流ピーク値を高くすることができる。また、正弦波相電流の場合とピーク電流を同等に抑えつつ、モータ回転数を増大させることが可能となる。

一方、本発明のブラシレスモータの制御方法は、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、前記電機子巻線における異なる２相間の相間誘起電圧の波形を略台形としたことを特徴とする。

本発明のブラシレスモータの制御方法にあっては、相間誘起電圧の波形を略台形とすることにより、相電流もまた台形波形となり、同じ相電流ピーク値を持つ正弦波相電流に比して、モータトルクに寄与する１次成分の電流ピーク値が大きくなる。このため、各相の誘起電圧を台形波形とし、相電流が正弦波となるモータに比して、モータトルクが増大し、出力向上が図られる。

前記ブラシレスモータの制御方法において、前記相間誘起電圧の１次基本波に対し、３の倍数の高次成分を除く、奇数次の高次成分を重畳させても良く、この場合、前記相間誘起電圧の１次基本波に対し、５次成分及び７次成分を重畳させても良い。また、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）を好ましくは０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲に設定したり、さらに好ましくは、０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲に設定したりしても良い。

本発明のブラシレスモータによれば、複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備えステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータにて、電機子巻線の異なる２相間の相間誘起電圧波形を略台形としたので、電機子巻線の相電流を台形波形とすることができる。このため、同じ相電流ピーク値を持つ正弦波相電流に比して、モータトルクに寄与する１次成分の電流ピーク値が大きくすることができ、モータトルクをより増大させ、モータ出力の向上を図ることが可能となる。

本発明のブラシレスモータ制御方法によれば、数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備えステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、電機子巻線における異なる２相間の相間誘起電圧の波形を略台形としたので、電機子巻線の相電流を台形波形とすることができる。このため、同じ相電流ピーク値を持つ正弦波相電流に比して、モータトルクに寄与する１次成分の電流ピーク値が大きくすることができ、モータトルクをより増大させ、モータ出力の向上を図ることが可能となる。

本発明によるブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。 図１の電動パワーステアリング装置にて使用されているブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図２のブラシレスモータのステータコアの構成を示す説明図である。 図２のブラシレスモータの結線状態を示す説明図である。 本発明によるブラシレスモータの相間誘起電圧の成り立ち（図５(a)）と、(a)の場合の相電流を示す説明図（図５(b)）である。 正弦波相電流と台形波相電流（５次・７次成分重畳）の波形を示した説明図である。 正弦波相電流と台形波相電流（５次・７次成分重畳）におけるモータトルク、相電流のピーク値、１次成分電流のピーク値を示す表である。 補助溝の有無による５次・７次高調波成分の含有率を示すグラフである。 ６Ｐ９Ｓのモータにおけるスキュー角と、５次・７次の合成スキュー係数との関係を示すグラフである。 相電流ピーク値を１００Ａとした場合における、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次・７次高調波の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）と、１次成分電流ピーク値との関係を示すグラフである。 相電流ピーク値を同一にした場合のＸとトルクとの関係を示すグラフである。 同一トルクに対する誘起電圧波形の波高値を示すグラフである。 印加電圧を同一にした場合のＸとモータ回転数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリングシャフト
３ モータ
４ ステアリングホイール
５ ステアリングギヤボックス
６ タイロッド
７ 車輪
８ アシストモータ部
９ 減速機構部
１１ トルクセンサ
１２ 制御装置
２０ 補助溝
２１ ステータ
２２ ロータ
２３ ハウジング
２４ ステータコア
２５ 巻線
２６ 継鉄部
２７ ティース
２８ スロット
２９ 給電配線
３０ ブラケット
３１ 回転軸
３２ ロータコア
３３ マグネット
３４ マグネットホルダ
３５ ベアリング
３６ ベアリング
３７ スプライン部
４１ レゾルバ
４２ レゾルバステータ
４３ レゾルバロータ
４４ コイル
Ａ １次基本波
Ｂ ５次高調波
Ｃ ７次高調波
Ｄ 重畳波
Ｅu 単相誘起電圧（Ｕ相）
Ｅuv 相間誘起電圧（Ｕ−Ｖ相）
Ｅv 誘起電圧
Ｋｅ 誘起電圧定数

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明によるブラシレスモータを用いた電動パワーステアリング装置の構成を示す断面図である。図１の電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）１は、ステアリングシャフト２に対し動作補助力を付与するコラムアシスト式の構成となっており、本発明による制御方法が適用されるモータ３が動力源として使用されている。

ステアリングシャフト２には、ステアリングホイール４が取り付けられている。ステアリングホイール４の操舵力は、ステアリングギヤボックス５内に配された図示しないピニオンとラック軸を介して、タイロッド６に伝達される。タイロッド６の両端には車輪７が接続されている。ステアリングホイール４の操作に伴ってタイロッド６が作動し、図示しないナックルアーム等を介して、車輪７が左右に転舵する。

ＥＰＳ１では、ステアリングシャフト２に、操舵力補助機構であるアシストモータ部８が設けられている。アシストモータ部８には、モータ３と共に、減速機構部９とトルクセンサ１１が設けられている。減速機構部９には、図示しないウォームとウォームホイールが配されている。モータ３の回転は、この減速機構部９によって、ステアリングシャフト２に減速されて伝達される。モータ３とトルクセンサ１１は、制御装置（ＥＣＵ）１２に接続されている。

ステアリングホイール４が操作され、ステアリングシャフト２回転すると、トルクセンサ１１が作動する。ＥＣＵ１２は、トルクセンサ１１の検出トルクに基づいて、モータ３に対し適宜電力を供給する。モータ３が作動すると、その回転が減速機構部９を介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵補助力が付与される。ステアリングシャフト２は、この操舵補助力と手動操舵力によって回転し、ステアリングギヤボックス５内のラック・アンド・ピニオン結合により、この回転運動がラック軸の直線運動に変換され、車輪７の転舵動作が行われる。

図２は、モータ３の構成を示す断面図である。図２に示すように、モータ３は、外側にステータ２１、内側にロータ２２を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっている。ステータ２１は、ハウジング２３と、ハウジング２３の内周側に固定されたステータコア２４、及び、ステータコア２４に巻装された巻線２５とを備えた構成となっている。ハウジング２３は、鉄等にて有底筒状に形成されている。ハウジング２３の開口部には合成樹脂製のブラケット３０が取り付けられている。ステータコア２４は鋼板を多数積層した構成となっている。ステータコア２４の内周側には、複数個のティースが突設されている。

図３は、ステータコア２４の構成を示す説明図である。ステータコア２４は、リング状の継鉄部２６と、継鉄部２６から内側方向へ突出形成されたティース２７とから形成されている。ティース２７は、９個設けられている。各ティース２７の間にはスロット２８（９個）が形成され、モータ３は９スロット構成となっている。各ティース２７の先端部には、補助溝２０が形成されている。各ティース２７には、巻線２５が集中巻にて巻装されている。巻線２５は、各スロット２８内に収容されている。巻線２５は、給電配線２９を介してバッテリ（図示せず）と接続されている。巻線２５に対しては、高調波成分を含んだ台形波形状の相電流（Ｕ,Ｖ,Ｗ）が供給される。

ロータ２２はステータ２１の内側に配置されており、回転軸３１と、ロータコア３２、マグネット３３を同軸状に配した構成となっている。回転軸３１の外周には、鋼板を多数積層した円筒形状のロータコア３２が取り付けられている。ロータコア３２の外周には、セグメントタイプのマグネット３３が配置されている。マグネット３３は、回転軸３１に固定されたマグネットホルダ３４に取り付けられており、周方向に沿って６個配置されている。すなわち、当該モータ３は、６極９スロット構成となっている。

回転軸３１の一端部は、ハウジング２３の底部に圧入されたベアリング３５に回転自在に支持されている。回転軸３１の他端部は、ブラケット３０に取り付けられたベアリング３６によって、回転自在に支持されている。回転軸３１の端部（図２において左端部）には、スプライン部３７が形成されている。回転軸３１は、スプライン部３７に取り付けられた図示しないジョイント部材によって、減速機構部９のウォーム軸に接続される。ウォーム軸には、ウォームが形成されている。ウォームは、減速機構部９にて、ステアリングシャフト２に固定されたウォームホイールと噛合している。

ブラケット３０内には、ベアリング３６と、ロータ２２の回転を検知するレゾルバ４１が収容されている。レゾルバ４１は、ブラケット３０側に固定されたレゾルバステータ４２と、ロータ２２側に固定されたレゾルバロータ４３とから構成されている。レゾルバステータ４２にはコイル４４が巻装されており、励磁コイルと検出コイルが設けられている。レゾルバステータ４２の内側には、マグネットホルダ３４の左端部に固定されたレゾルバロータ４３が配置される。レゾルバロータ４３は、金属板を積層した構成となっており、三方向に凸部が形成されている。

回転軸３１が回転すると、レゾルバロータ４３もまたレゾルバステータ４２内にて回転する。レゾルバステータ４２の励磁コイルには高周波信号が付与されており、凸部の近接離反により検出コイルから出力される信号の位相が変化する。この検出信号と基準信号とを比較することにより、ロータ２２の回転位置が検出される。そして、ロータ２２の回転位置に基づき、巻線２５への電流が適宜切り替えられ、ロータ２２が回転駆動される。

このようなＥＰＳ１では、ステアリングホイール４が操作されてステアリングシャフト２が回転すると、この回転に応じた方向にラック軸が移動して転舵操作がなされる。この操作により、トルクセンサ１１が作動し、その検出トルクに応じて、図示しないバッテリから給電配線２９を介して巻線２５に電力が供給される。巻線２５に電力が供給されるとモータ３が作動し、回転軸３１とウォーム軸が回転する。ウォーム軸の回転は、ウォームホイールを介してステアリングシャフト２に伝達され、操舵力が補助される。

ここで、ＥＰＳ１の作動に際しては、トルク変動を抑えつつ、モータ出力をより向上させるべく、モータ３では、相間の誘起電圧波形が台形波となるように調整されている。図４は、モータ３の結線状態を示す説明図、図５は、本発明によるモータ３の相間誘起電圧の成り立ち（図５(a)）と、(a)の場合の相電流を示す説明図（図５(b)）である。図４に示すように、モータ３は３相のスター結線となっており、相間誘起電圧は、巻線２５における異なる２相間の電位差を示している。例えば、相間誘起電圧Ｅuvの場合には、Ｕ相巻線の単相誘起電圧Ｅuと、Ｖ相巻線の単相誘起電圧Ｅvとの差Ｅu−Ｅvが相間誘起電圧Ｅuvとなる。なお、特許文献１にて台形波に調整されているのは、各相の単相誘起電圧（例えば、ここで言うＥu)である。

当該モータ３では、このような相間誘起電圧が、１次基本波に５次と７次の高調波を重畳した台形波形となっている。図５に示すように、正弦波形の１次基本波Ａに、５次高調波Ｂと、７次高調波Ｃを重畳すると、図中Ｄにて示すような略台形の重畳波となる。このように相間誘起電圧を台形波に調整すると、図５(b)に示すように、相電流もまた台形波形となる。図６は、正弦波相電流と台形波相電流（５次・７次成分重畳）の波形を示した説明図、図７は、両電流におけるモータトルク、相電流のピーク値、１次成分電流のピーク値を示す表である。発明者らの実験によれば、台形波相電流では、図７の表に示すように、相電流ピーク値が同じ１００Ａの場合でも、トルクが０.２Ｎｍ大きくなっている（正弦波相電流より４％ＵＰする）。

ここで、相電流のうちトルクに寄与するのは、正弦波形の１次成分であり、正弦波相電流では、相電流ピーク値と１次成分電流ピーク値は共に１００Ａとなる。これに対し、台形波相電流は、正弦波形の１次成分に５次・７次成分を重畳した形となっており、そこでは、ピーク値が１０３.６Ａの１次成分を用いて、相電流ピーク値を１００Ａに抑えられる。すなわち、５次・７次成分を重畳した台形波（図６のＰ）では、電流波形が富士山形（略円錐台形を有するコニーデ（成層）火山の断面状）となり相電流全体のピーク値が下がる。しかし、５次・７次成分を重畳した台形波の中には、より高いピーク値を持つ１次成分（図６のＱ）が隠れており、それがトルク発生に寄与する。このため、同じ相電流ピーク値（ここでは１００Ａ）を持つ正弦波相電流（図６のＲ）に比して、１次成分電流ピーク値を大きくすることができ（１００Ａ→１０３.６Ａ）、モータトルクを増大させ、出力を向上させることが可能となる。

なお、誘起電圧の高調波成分は、極とスロットの組み合わせにより、含まれる成分が基本的に決定される。例えば、集中巻きの場合、巻線係数の１つである短節巻係数Ｋｐ（次式）によって含まれる次数成分は容易に算出できる。
Ｋｐ＝｜cos（n・（１−Ｐ）・π/2）｜ （n：次数，Ｐ：巻線ピッチ／極ピッチ）
モータ３では、相間誘起電圧を台形波に調整するため、集中巻きにて巻線２５を構成すると共にスター結線を採用する。そして、その上で、ロータ２２の磁極数Ｐとステータ２１のスロット数Ｓを２Ｐ３Ｓの整数倍（６Ｐ９Ｓ）としている。

本発明では、５次高調波と７次高調波を容易に取り込みやすくするため、６Ｐ９Ｓでティース２７の先端に補助溝２０を設けている。補助溝２０を設けることにより、５次・７次高調波を多く相間誘起電圧に含有させることができる。また、補助溝形成の場合には、巻線ピッチを変える必要がないため、巻線作業が容易である。図８は、補助溝の有無による５次・７次高調波成分の含有率を示すグラフである。図８に示すように、補助溝を設けた場合の方が、約５０％程度５次・７次高調波成分の含有率が向上し、効率良く５次・７次の高調波成分を得ることが可能となる。

また、５次・７次高調波成分を小さくすることはスキュー角に依存しており、巻線係数の１つであるスキュー係数から求められる。この場合、第ν次高調波成分に対するスキュー係数κsvは次式で与えられる。
κsv＝sin（νγ／２）／（νγ／２） （γ：スキュー角）
このスキュー係数κsvを用いて、５次・７次高調波の含有量は次式のように表すことができる。
高調波含有量＝Ｋ×κsv×β
（Ｋ：補正係数）
（β：スキューなしの状態にて、補助溝２０により調整した高調波成分の含有量）
なお、κsvとβを乗じたのみでは、補助溝とスキューにて高調波成分を含めた場合の実際の高調波含有量とはならないため（κsv×βは理論値）、Ｘ値の算出に際し補正係数Ｋを使用する。補正係数Ｋの値は、理論値と実際の高調波含有量との関係を示しており、実験により求められる。

図９は、６Ｐ９Ｓのモータにおけるスキュー角と、５次・７次の合成スキュー係数との関係を示すグラフである。６Ｐ９Ｓの場合、極とスロットの最小公倍数は１８であり、スキュー角が２０°よりも大きくなると、５次と７次の合成次数が減少しスキューの効果が薄れる。従って、５次・７次高調波成分を効果的に調整するためには、スキュー角は、０＜スキュー角≦３６０°／極数とスロットの最小公倍数の範囲に設定することが好ましい。

一方、相間誘起電圧波形が台形波となるような関係式は、次式にて表すことができ、式中の係数α_１,α_３,α_５,α_７・・・を適宜変更することにより、重畳波の波形を変えることができる。
Ｅ＝Ａ(α_１sinθ＋α_３sin３θ＋α_５sin５(θ＋180)＋α_７sin７θ＋・・・）
この場合、各係数α_１,α_３,α_５,α_７・・・は、各次における電圧ピーク値を示している。図１０は、相電流ピーク値を１００Ａとした場合における、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次・７次高調波の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）と、１次成分電流ピーク値との関係を示すグラフである。

図１０において、Ｘ＝０の場合は、１次基本波のみ、若しくは、１次＋３次の場合（３の倍数次の高調波を重畳すると正弦波となり台形波とならない）であり、１次基本波と同じ電流ピーク値（１００Ａ：図１０の(a)）となる。また、図１０においてＸ＝０.１２の場合は、５次＋７次により、台形波頂上部分の凹凸が大きくなり、相電流ピーク値と１次成分電流ピーク値が同じになってしまう（図１０の(c)）。さらに、Ｘが０.１２以上の値となると、相電流ピーク値が１次成分電流ピーク値より高くなり、相電流ピーク値を抑えつつ、１次成分電流ピーク値を高くすることができなくなる。

すなわち、５次・７次高調波の含有率Ｘは、高すぎても低すぎても１次成分電流ピーク値が小さくなり好ましくない。発明者らの実験によれば、含有率Ｘが０.０４５付近にて１次成分電流ピーク値が最大となり、１次成分電流ピーク値が、相間誘起電圧波形を正弦波とした場合に比して最も大きくなることが分かった（図１０の(b)）。また、含有率Ｘを０.０１≦Ｘ≦０.１に設定すると（図１０の枠Ｓ）、１次成分電流ピーク値が約１％以上増大し、０.０２≦Ｘ≦０.０９に設定すると（図１０の枠Ｔ）、相電流ピーク値が約２％以上増大することも判明した。この結果から、含有率Ｘは、０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲であることが好ましく、０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲であることがより好ましい。かかる設定により、相間誘起電圧波形が正弦波の場合と相電流ピーク値を同等に抑えつつ、１次成分電流ピーク値を約１％以上ＵＰさせることが可能となる。

図１１は、相電流ピーク値を同一にした場合のＸとトルクとの関係を示すグラフである。図１１に示すように、ここでも、含有率Ｘが０.０４５付近にてトルクが最大となり、０.０１≦Ｘ≦０.１の場合、Ｘ＝０の場合に比して、トルクが約１％以上ＵＰする。また、０.０２≦Ｘ≦０.０９に設定すると、Ｘ＝０の場合に比して、トルクが約２％以上ＵＰする。つまり、含有率Ｘを好ましくは０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲、より好ましくは０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲に設定することにより、モータトルクを約１％以上、あるいは約２％以上ＵＰさせることができ、モータの出力向上を図ることが可能となる。

このように、本発明によるブラシレスモータでは、相間誘起電圧波形を台形波とすることにより、同じ相電流ピーク値を持つ正弦波相電流に比して、１次成分電流ピーク値を大きくすることができ、モータの出力向上を図ることが可能となる。また、相間誘起電圧波形における５次・７次高調波の含有率Ｘを所定の値に設定することにより、１次成分電流ピーク値を増大させることができ、正弦波相電流の場合と同一ピーク電流にて高トルクを得ることができ、その分モータの出力向上を図ることが可能となる。従って、特許文献１のように、誘起電圧に高調波を重畳して各相の誘起電圧を台形波形状とする方式（各相の相電流は正弦波形となる）に比して、モータ出力の向上が図られる。

ところで、モータの回転数Ｎは、
Ｎ＝Ｖ／Ｋｅ（Ｖ：印加電圧，Ｋｅ：誘起電圧定数（Ｖ／rpm））
にて表すことができ、上式から、印加電圧が一定の場合、Ｋｅが小さいほど回転数が高くなることが分かる。図１２は、同一トルクに対する誘起電圧波形の波高値を示すグラフであり、横軸は前述のＸ、縦軸は誘起電圧（Ｖ／krpm）となっている。この場合、Ｋｅは誘起電圧波形の波高値となり、ここでも、ＸとＫｅとの間には相関関係が存在する。すなわち、図１２に示すように、５次・７次高調波の含有率Ｘは、高すぎても低すぎても誘起電圧定数Ｋｅが大きくなり好ましくない。発明者らの実験によれば、この場合も、含有率Ｘが０.０４５付近にて誘起電圧定数Ｋｅが最小となる。また、０.０１≦Ｘ≦０.１に設定すると、誘起電圧定数Ｋｅが約１％以上減少し、０.０２≦Ｘ≦０.０９に設定すると誘起電圧定数Ｋｅが約２％以上減少する。よって、回転数の観点からも、含有率Ｘは、０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲であることが好ましく、０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲であることがより好ましい。

図１３は、印加電圧を同一にした場合のＸとモータ回転数との関係を示すグラフである。図１３に示すように、ここでも、含有率Ｘが０.０４５付近にて回転数が最大となり、０.０１≦Ｘ≦０.１の場合、Ｘ＝０の場合に比して、回転数が約２.４％以上ＵＰする。また、０.０２≦Ｘ≦０.０９に設定すると、Ｘ＝０の場合に比して、回転数が約３.５％以上ＵＰする。つまり、含有率Ｘを好ましくは０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲、より好ましくは０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲に設定することにより、回転数を約２.４％以上、あるいは約３.５以上ＵＰさせることが可能となる。従って、正弦波相電流の場合とピーク電流を同等に抑えつつ、モータ回転数を増大させることが可能となる。

本発明は前記実施例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、前述の実施例では、集中巻きスター結線と２Ｐ３Ｓの整数倍の構成、ステータスキュー又はロータスキューの角度調節、補助溝等により相間誘起電圧を台形波に調整しているが、マグネット３３の形状を適宜変更することなどによって、５次・７次成分の含有量を調整し、相間誘起電圧を台形波とすることも可能である。実際には、これらの各種条件を適宜組み合わせて、相間誘起電圧を理想的な台形波に調整するのが好ましい。

また、前述の実施例では、モータ３として６極９スロットのモータを例に挙げて説明したが、モータ構成はこれには限定されず、２極３スロットの整数倍のモータにも、本発明は適用可能である。さらに、前述の実施例では、インナーロータ型のブラシレスモータを用いた例を示したが、本発明は、ステータの外側にロータを配したアウタロータ型のブラシレスモータにも適用可能である。加えて、前述の実施例では、本発明による制御方法をコラムアシスト式ＥＰＳのモータに適用した例を示したが、ラック軸と同軸状にモータを配したラックアシスト式や、ラック軸と噛合するピニオンギヤに補助力を付与するピニオンアシスト式のＥＰＳ用モータにも適用可能である。

Claims (10)

1. 複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータであって、
   前記電機子巻線の異なる２相間の相間誘起電圧波形が略台形であ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、前記相間誘起電圧波形は、１次基本波に対し、３の倍数の高次成分を除く、奇数次の高次成分を重畳させてなることを特徴とするブラシレスモータ制御方法。
3. 請求項２記載のブラシレスモータにおいて、前記相間誘起電圧波形は、１次基本波に対し、５次成分及び７次成分を重畳させてなることを特徴とするブラシレスモータ。
4. 請求項３記載のブラシレスモータにおいて、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）が０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲であることを特徴とするブラシレスモータ。
5. 請求項３記載のブラシレスモータにおいて、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）が０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲であることを特徴とするブラシレスモータ。
6. 複数相の電機子巻線を備えたステータと、永久磁石を備え前記ステータの内側又は外側に回転自在に配置されたロータとを有してなるブラシレスモータの制御方法であって、
   前記電機子巻線における異なる２相間の相間誘起電圧の波形を略台形としたことを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
7. 請求項６記載のブラシレスモータの制御方法において、前記相間誘起電圧の１次基本波に対し、３の倍数の高次成分を除く、奇数次の高次成分を重畳させることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
8. 請求項７記載のブラシレスモータの制御方法において、前記相間誘起電圧の１次基本波に対し、５次成分及び７次成分を重畳させることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
9. 請求項８記載のブラシレスモータの制御方法において、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）が０.０１≦Ｘ≦０.１の範囲であることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。
10. 請求項８記載のブラシレスモータの制御方法において、１次基本波の電圧ピーク値α_１に対する５次成分及び７次成分の電圧ピーク値α_５,α_７の合計の含有率Ｘ（＝（α_５＋α_７）／α_１）が０.０２≦Ｘ≦０.０９の範囲であることを特徴とするブラシレスモータの制御方法。

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