JPWO2016088698A1

JPWO2016088698A1 - モータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両

Info

Publication number: JPWO2016088698A1
Application number: JP2016560839A
Authority: JP
Inventors: 菊地　祐介; 祐介菊地; 志鵬塗; 木村　玄; 玄木村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2017-04-27
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP6156592B2; EP3229346A4; WO2016088698A1; EP3229346A1; CN107210633B; US10461619B2; CN107210633A; US20170366076A1; EP3229346B1

Abstract

【課題】磁石の加工コストの増加やロータ組立工数の増加を招くことなく、各磁極ピッチを不均等配置で構成することにより面内でのスキュー効果を得ることが可能なモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両を提供する。【解決手段】ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、磁気的突極部とＮ極磁石及びＳ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されることにより、機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を有するモータである。【選択図】図５

Description

本発明は、ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、マグネットトルクとリラクタンストルクによる発生機構を有するモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両に関し、特にスキュー効果を有する集中巻モータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両に関する。

車両に搭載される電動パワーステアリング装置は、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にモータ（例えばブラシレス３相モータ）によるアシスト力を付与するものであり、ブリッジ回路で成るインバータによって駆動制御される。

モータを搭載した装置として電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）があり、電動パワーステアリング装置は、車両のステアリング機構にモータの回転力で操舵補助力（アシスト力）を付与するものであり、インバータから供給される電力で制御されるモータの駆動力を、ギア等の伝達機構により、ステアリングシャフト或いはラック軸に操舵補助力を付与する。かかる従来の電動パワーステアリング装置は、操舵補助力のトルクを正確に発生させるため、モータ電流のフィードバック制御を行っている。フィードバック制御は、操舵補助指令値（電流指令値）とモータ電流検出値との差が小さくなるようにモータ印加電圧を調整するものであり、モータ印加電圧の調整は、一般的にＰＷＭ（パルス幅変調）制御のデューティの調整で行っており、モータとしては保守性に優れたブラシレスモータが一般的に使用されている。

電動パワーステアリング装置の一般的な構成を図１に示して説明すると、ハンドル１のコラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）２は減速部内の減速ギア３、ユニバーサルジョイント４ａ及び４ｂ、ピニオンラック機構５、タイロッド６ａ，６ｂを経て、更にハブユニット７ａ，７ｂを介して操向車輪８Ｌ，８Ｒに連結されている。また、コラム軸２には、ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ１０及び操舵角θを検出する舵角センサ１４が設けられており、ハンドル１の操舵力を補助するモータ２０が減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。電動パワーステアリング装置を制御するコントロールユニット（ＥＣＵ）３０には、バッテリ１３から電力が供給されると共に、イグニションキー１１を経てイグニションキー信号が入力される。コントロールユニット３０は、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈと車速センサ１２で検出された車速Ｖｅｌとに基づいてアシスト（操舵補助）指令の電流指令値の演算を行い、電流指令値に補償等を施した電圧制御指令値Ｖｒｅｆによって、ＥＰＳ用モータ２０に供給する電流を制御する。

なお、舵角センサ１４は必須のものではなく、配設されていなくても良く、また、モータ２０に連結されたレゾルバ等の回転位置センサから操舵角を取得することも可能である。

コントロールユニット３０には、車両の各種情報を授受するＣＡＮ
（Controller Area Network）４０が接続されており、車速ＶｅｌはＣＡＮ４０から受信することも可能である。また、コントロールユニット３０には、ＣＡＮ４０以外の通信、アナログ／ディジタル信号、電波等を授受する非ＣＡＮ４１も接続可能である。

コントロールユニット３０は主としてＣＰＵ（ＭＣＵ、ＭＰＵ等も含む）で構成されるが、そのＣＰＵ内部においてプログラムで実行される一般的な機能を示すと図２のようになる。

図２を参照してコントロールユニット３０の機能及び動作を説明すると、トルクセンサ１０で検出された操舵トルクＴｈ及び車速センサ１２で検出された（若しくはＣＡＮ５０からの）車速Ｖｅｌは、電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する電流指令値演算部３１に入力される。電流指令値演算部３１は、入力された操舵トルクＴｈ及び車速Ｖｅｌに基づいてアシストマップ等を用いて、モータ２０に供給する電流の制御目標値である電流指令値Ｉｒｅｆ１を演算する。電流指令値Ｉｒｅｆ１は加算部３２Ａを経て電流制限部３３に入力され、最大電流を制限された電流指令値Ｉｒｅｆｍが減算部３２Ｂに入力され、フィードバックされているモータ電流値Ｉｍとの偏差Ｉ（Ｉｒｅｆｍ−Ｉｍ）が演算され、その偏差Ｉが操舵動作の特性改善のためのＰＩ制御部３５に入力される。ＰＩ制御部３５で特性改善された電圧制御指令値ＶｒｅｆがＰＷＭ制御部３６に入力され、更に駆動部としてのインバータ３７を介してモータ２０がＰＷＭ駆動される。モータ２０の電流値Ｉｍはモータ電流検出器３８で検出され、減算部３２Ｂにフィードバックされる。

加算部３２Ａには補償信号生成部３４からの補償信号ＣＭが加算されており、補償信号ＣＭの加算によって操舵システム系の特性補償を行い、収れん性や慣性特性等を改善するようになっている。補償信号生成部３４は、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）３４３と慣性３４２を加算部３４４で加算し、その加算結果に更に収れん性３４１を加算部３４５で加算し、加算部３４５の加算結果を補償信号ＣＭとしている。

このような電動パワーステアリング装置に用いられるモータは一般的にブラシレス同期型モータであり、同期型モータのロータは、ロータの表面若しくは内部に永久磁石を設け、ステータ側のスロットに巻回されたコイルにより回転磁界を発生させ、この相互作用によりロータを回転している。永久磁石により形成される磁束が、ロータを径方向に貫く軸をｄ軸と呼び、ステータのステータコイルにより形成される磁束が、ロータを径方向に貫く軸をｑ軸とする。ロータ外周に設けられた永久磁石の間に突極部を設けて電機子電流による横軸（ｄ軸）方向の磁束がロータ鉄心内を通り易くし、縦軸（ｑ軸）のインダクタンスＬｑをｄ軸のインダクタンスＬｄより大きくして、リラクタンストルク（反作用トルク）を有効利用するモータもある。

一般的な３相同期モータ２００の全体構造について図３を用いて説明すると、３相同期モータ２００は、コイル２１１が巻回されたステータ２１０と、ロータ２２０と、これらを収納するケース２３０とから成る。ロータ２２０の外周面には永久磁石２２１が設けられており、その軸心の回転軸２２２を、ケース２３０に設けられた軸受２３１及び２３２により回転自在に軸支している。

このような永久磁石を用いた同期型モータの出力トルクＴｓは、下記数１により求められる。
（数１）
Ｔｓ＝Ｔｍ＋Ｔｒ

ここで、Ｔｍは永久磁石の磁界φｍによるトルク、Ｔｒはリラクタンストルクである。

リラクタンストルクＴｒは、下記数２により求められる。
（数２）
Ｔｒ＝Ｐ（Ｌｑ−Ｌｄ）・Ｉｑ・Ｉｄ
ここで、Ｐは永久磁石の極対数、Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、Ｉｑ，Ｉｄは電機子電流の各軸成分である。

数２から、一般に、ｑ軸インダクタンスＬｑが大きく、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さければ、リラクタンストルクＴｒを大きくできることが分かる。なお、永久磁石によるトルクＴｍは、下記数３で定まる。
（数３）
Ｔｍ＝φｍ・Ｉｑ
しかしながら、従来の突極部を有する同期型モータでは、突極の形状や配置などに関して僅かな検討が加えられているに留まり、リラクタンストルクＴｒを最大限に利用するロータ構造について、十分な検討がなされているとは言い難かった。そのため、リラクタンストルクＴｒを有効利用して、モータの出力トルクＴｓを増大したり、同一トルクにおいてモータ形状を小型化する余地が残されていた。

かかる問題を解決する同期型モータが、例えば特開平７−３９０３１号公報（特許文献１）に開示されている。

特許文献１に開示されている同期型モータは、図４に示すように、ロータ２２０は直交する位置に４箇所の突極部２２３〜２２６を備え、突極部２２３〜２２６は中心にはそれぞれスリット２２３Ａ〜２２６Ａが設けられており、更にスリット２２３Ａ〜２２６Ａのそれぞれ内周側端部はロータ２２０の周方向に延長され、周方向スリット２２３Ｂ〜２２６Ｂを形成している。ロータ２２０の外周面であって、突極部２２３〜２２６の中間位置には、永久磁石２２１が軸方向に亘って設けられている。なお、突極部２２３〜２２６は、いずれも透磁率の高い磁性材料で構成されている。

スリットは磁束にとってはエアギャップであり、その透磁率は低い。磁束は、エアギャップであるスリット２２３Ａ〜２２６Ａを避けて磁路を形成しようとするから、永久磁石２２１が形成する磁路Ｍｄは、ロータ２２０の周方向スリット２２３Ｂ〜２２６Ｂの更に内周側を通り、永久磁石２２１に対向する各ティース２２７から、ステータ２１０のヨークの部位を通ったものとなる。２つの永久磁石２２１の間に存在する突極２２３〜２２６は、エアギャップとしてのスリット２２３Ａ〜２２６Ａにより径方向に分割されているから、突極部２２３〜２２６の内部に小さいループ状の磁路が形成されることはない。このため、ｄ軸インダクタンスＬｄは、極めて小さくなる。一方、ステータコイルへの通電により突極部２２３〜２２６を通るように形成される磁路Ｍｑは、周方向スリット２２３Ｂ〜２２６Ｂの外周側を通り、突極２２３〜２２６に対向する各スロット２２８からヨークの部位を通ったものとなる。この磁路に関するｑ軸インダクタンスＬｑは、ｄ軸インダクタンスＬｄと較べて十分に大きな値となる。

この結果、前記数２に基づき差（Ｌｑ−Ｌｄ）が大きくなるから、リラクタンストルクＴｒは大きくなり、同期型モータの出力トルクＴｓは、従来の単純な突極部を備えるものと較べて増加する。

特開平７−３９０３１号公報特開２００８−７２８３８号公報

特許文献１に開示されたモータは、ロータの構成が磁石と複数の磁気的突極部で成っており、出力トルクを大きくすることができる。しかしながら、特許文献１の同期型モータでは、ステータとロータのスロットの相対位置によってリラクタンスが生じ、スロットの位置で起磁力が段階的に変わるのでトルクリップルが発生する。

電動パワーステアリング装置で使用されるモータは、トルクリップルに起因する騒音や振動が厳しく制限されており、そのまま特許文献１の同期型モータを電動パワーステアリング装置に搭載することはできない。

同期型モータのトルクリップルやコギングトルクを低減して低騒音化する場合、ステータ若しくはロータをスキューすることが知られており（例えば特開２００８−７２８３８号公報（特許文献２））、特許文献１に開示されたモータを電動パワーステアリング装置に搭載する場合には、ステータ若しくはロータを擬似的にスキューする必要がある。擬似的なスキューに対して連続的なスキューは磁束の変化が滑らかであるため、低騒音及び低振動の効果は大きいが、製造的な観点から擬似的なスキューが施されることが多い。

しかしながら、連続的なスキューはモータ組立工程の上からも製造コストが嵩むが、擬似的なスキューであってもモータ組立工程の面では煩雑となる。即ち、トルクリップルやコギングトルクの対策のために、ロータを軸方向に所定数量分割し、ステップスキューによるリップル低減を図っているので、磁石個数が増加することで磁石加工費が増加し、ロータ組立工数が増加する。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、磁石の加工コストの増加やロータ組立工数の増加を招くことなく、各磁極ピッチを不均等配置で構成することにより、機械角１周期のロータギャップ面内でのスキュー効果を得ることが可能なモータ並びにそれを搭載した電動パワーステアリング装置及び車両を提供することにある。

本発明は、ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されたモータに関し、本発明の上記目的は、機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を持たせることにより、或いは機械角１８０°の範囲で線対称に磁極配置されてスキュー効果を持たせることにより達成される。

また、本発明は、ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが均等配置されたモータに関し、本発明の上記目的は、前記電気角１周期分の磁極ピッチのロータ構成を１つのスタックとし、前記スタックの１枚毎若しくは複数枚毎に、モータ周方向に所定角度ずつスキュー配置されていることにより達成される。

本発明のモータによれば、各磁極ピッチが不均等配置で構成されており、或いは均等配置されて１つのスタックとして周方向に所定角度スキュー配置されており、これにより面内でのスキュー効果を得ることが可能となり、トルクリップル、コギングトルクの低減を図ることが可能となり、ステップスキュー構成と比較して磁石を分割せずに済むので、磁石個数を削減することができる。その結果、磁石の加工コストの低減、ロータ組立工数の低減が可能となる。

上記モータを電動パワーステアリング装置に適用することにより安価で高出力化を図ることができ、かかる電動パワーステアリング装置を車両に搭載することにより、車両の一層のコストダウンを図ることができる。

電動パワーステアリング装置の概要を示す構成図である。電動パワーステアリング装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）の構成例を示すブロック図である。一般的な同期型モータの構造例を示す縦断面図である。従来の同期型モータの一例を示す横断面図である。本発明に係るモータの一例を示す横断面図である。本発明に係るモータの構成例を示す一部断面斜視図である。本発明のモータの構成例を示す横断面図である。

本発明に係るモータは、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトルク発生機構を有する同期型モータである。本発明の３相同期型モータ３００は、図５及び図６に示すように、スロットにコイル３１１が巻回（集中巻）されたステータ３１０と、外周面に複数（本例では８個４対）の永久磁石３２１（Ｎ極、Ｓ極）が配設されたロータ３２０と、これらを収納するケース（図示せず）とから成る。ロータ３２０の外周面には、複数の永久磁石３２１が配置されていると共に、磁性体による複数の磁気的突極部３２２が設けられている。なお、図５及び図６では、ステータ３１０にコイルの巻回されていない状態を示している。

永久磁石３２１は、磁気的突極部３２２の間に、Ｎ極磁石とＳ極磁石が交互に配置されている。そして、電気角４周期が機械角１周期に相当し、電気角の磁極ピッチＰ１〜Ｐ４が不均等配置されている。即ち、磁極ピッチＰ１及びＰ４の機械角はＡ°、磁極ピッチＰ２及びＰ３の機械角はＢ°（≠Ａ°）となっており、電気角の磁極ピッチＰ１〜Ｐ４が不均等配置されている。これにより、機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を有する。

なお、図５では磁極ピッチＰ１及びＰ４をＡ°とし、磁極ピッチＰ２及びＰ３をＢ°としている。

以下に、磁極ピッチ不均等配置された本発明のモータが、スキュー効果を有する理由を説明する。

前述したモータトルク計算式（数２）からでも分かるように、モータのトルクは、周方向にわたり図５のようにＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４磁極対毎に分けて考えることができる。各磁極対に対応する電機子回転磁界の位相が同じに対して、ロータ側の磁石磁界の位相を進めたり遅らすことで（数６）、β＝０のとき、リラクタンストルク成分の和は、Ｔｒ１〜Ｔｒ４を第１磁極対〜第４磁極対目のリラクタンストルクとして、
（数４）
Ｔｒ１＋Ｔｒ２＋Ｔｒ３＋Ｔｒ４＝０

が成立し、結果的にロータにスキューの効果をもたらすことになる。

モータトルクＴｓは、第１磁極対〜第４磁極対目のトルクをそれぞれＴｐ１〜Ｔｐ４として、下記数５で表される。
（数５）
Ｔｓ＝Ｔｐ１＋Ｔｐ２＋Ｔｐ３＋Ｔｐ４
ただし、Ｔｐ１＝Ｔｍ１＋Ｔｒ１，Ｔｐ２＝Ｔｍ２＋Ｔｒ２，Ｔｐ３＝Ｔｍ３＋Ｔｒ３，Ｔｐ４＝Ｔｍ４＋Ｔｒ４である。

また、上記数５における第１磁極対〜第４磁極対目のマグネットトルクＴｍ１〜Ｔｍ４、第１磁極対〜第４磁極対目のリラクタンストルクＴｒ１〜Ｔｒ４は、下記数６で表される。
（数６）
Ｔｍ１＝Φｍ×Ｉａ×cos(β-δ)
Ｔｒ１＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β-δ)×cos(β-δ)
Ｔｍ２＝Φｍ×Ｉａ×cos(β+δ)
Ｔｒ２＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β+δ)×cos(β+δ)
Ｔｍ３＝Φｍ×Ｉａ×cos(β+δ)
Ｔｒ３＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β+δ)×cos(β+δ)
Ｔｍ４＝Φｍ×Ｉａ×cos(β-δ)
Ｔｒ４＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β-δ)×cos(β-δ)
ただし、Φｍは各磁極対毎の磁石磁束総量、Ｉａは入力電流の振幅値、βはロータd軸に対する回転磁界の進角、δは回転磁界の位相に対するロータ進み角度である。

機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を有することから、トルクリップルやコギングトルクの低減を図ることが可能となり、ステップスキュー構成と比較して磁石個数を削減することができ、磁石の加工コストの低減、ロータ組立工数の低減が可能となる。

また、本発明では、磁気的突極部３２２とＮ極磁石及びＳ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチＰ１〜Ｐ４が不均等配置されると共に、機械角１８０°の範囲で磁極ピッチＰ２及びＰ４が線対称（等角）に磁極配置されており、これによりスキュー効果を有する。磁極ピッチＰ１及びＰ２のトルクの合成を１つの合成磁極Ｐａとみなし、一方、磁極ビッチＰ３及びＰ４のトルクの合成をもう１つの磁極Ｐｂと考える場合、図５のような180度対称構成で、合成磁極Ｐａ及びＰｂの位相をずらすことに相当する。結果的に合成磁極Ｐａ及びＰｂの間のスキューを施すことに相当する。これにより、トルクリップルの更なる低減効果が得られる。

図７の実施形態では、磁極ピッチＰ１及びＰ４の機械角Ａが９１．２５度、磁極ピッチＰ２及びＰ３の機械角Ｂが８８．７５度となっている。

上述の実施形態では、磁気的突極部とＮ極磁石及びＳ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されているが、磁気的突極部とＮ極磁石及びＳ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチを均等配置した場合には、スキュー効果を得るために、以下の構成とする。
即ち、電気角１周期分の磁極ピッチのロータ構成を１つのスタックとし、スタックの１枚毎若しくは複数枚毎に、モータ周方向に所定角度ずつスキュー配置する。本実施形態では、磁気的突極部とＮ極磁石及びＳ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチを均等配置されているが、ロータの一部を構成するスタックが所定枚数ずつ周方向にスキューされているので、トルクリップルやコギングトルクの低減を図ることが可能である。

なお、上述では磁石が８極、ステータコアが１２スロットの同期型モータを例に挙げて説明しているが磁極数及びスロット数は任意であり、モータ相数も適宜選定できる。

１ハンドル
２コラム軸（ステアリングシャフト、ハンドル軸）
１０トルクセンサ
１２車速センサ
１４舵角センサ
２０、２００、３００モータ
３０コントロールユニット（ＥＣＵ）
２１０、３１０ステータ
２２０、３２０ロータ
２２１、３２１永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）

本発明は、ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されたモータに関し、本発明の上記目的は、機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を持たせ、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトルク発生機構を形成し、前記ロータ磁極が４極の磁極ピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４で構成され、前記磁極ピッチＰ１及びＰ４の機械角がＡ°、前記磁極ピッチＰ２及びＰ３の機械角がＢ°（≠Ａ°）であり、前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石により形成される磁束がロータを径方向に貫く軸をｄ軸とし、ステータのステータコイルにより形成される磁束が前記ロータを径方向に貫く軸をｑ軸とし、前記d軸に対する回転磁界の進角をβとし、前記回転磁界の位相に対するロータ進み角度をδとし、前記ｄ軸のインダクタンス及び前記ｑ軸のインダクタンスをそれぞれＬｄおよびＬｑとし、Ｉａを入力電流の振幅値とし、磁極ピッチＰ１、磁極ピッチＰ２、磁極ピッチＰ３及び磁極ピッチＰ４におけるリラクタンストルクをそれぞれＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３及びＴｒ４として、Ｔｒ１＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β-δ)×cos(β-δ)、Ｔｒ ^２＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β+δ)×cos(β+δ)、Ｔｒ３＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β+δ)×cos(β+δ)、及びＴｒ４＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β-δ)×cos(β-δ)が成立することにより、或いは機械角１８０°の範囲で線対称に磁極配置されてスキュー効果を持たせることにより達成される。

また、本発明は、ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが均等配置されたモータに関し、本発明の上記目的は、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトルク発生機構を形成し、前記ロータ磁極が４極の磁極ピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４で構成され、前記磁極ピッチＰ１及びＰ４の機械角がＡ°、前記磁極ピッチＰ２及びＰ３の機械角がＢ°（≠Ａ°）であり、前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石により形成される磁束がロータを径方向に貫く軸をｄ軸とし、ステータのステータコイルにより形成される磁束が前記ロータを径方向に貫く軸をｑ軸とし、前記ｄ軸に対する回転磁界の進角をβとし、前記回転磁界の位相に対するロータ進み角度をδとし、前記ｄ軸のインダクタンス及び前記ｑ軸のインダクタンスをそれぞれＬｄおよびＬｑとし、Ｉａを入力電流の振幅値とし、磁極ピッチＰ１、磁極ピッチＰ２、磁極ピッチＰ３及び磁極ピッチＰ４におけるリラクタンストルクをそれぞれＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３及びＴｒ４として、Ｔｒ１＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β-δ)×cos(β-δ)、Ｔｒ２＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β+δ)×cos(β+δ)、Ｔｒ３＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β+δ)×cos(β+δ)、及びＴｒ４＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ ^２ ×sin(β-δ)×cos(β-δ)が成立し、前記電気角１周期分の磁極ピッチのロータ構成を１つのスタックとし、前記スタックの１枚毎若しくは複数枚毎に、モータ周方向に所定角度ずつスキュー配置されていることにより達成される。

本発明は、ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されたモータに関し、本発明の上記目的は、機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を持たせ、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトルク発生機構を形成し、前記ロータ磁極が４極の磁極ピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３及びＰ４で構成され、前記磁極ピッチＰ１及びＰ４の機械角がＡ°、前記磁極ピッチＰ２及びＰ３の機械角がＢ°（≠Ａ°）であり、前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石により形成される磁束がロータを径方向に貫く軸をｄ軸とし、ステータのステータコイルにより形成される磁束が前記ロータを径方向に貫く軸をｑ軸とし、電機子電流のｑ軸成分をＩｑとし、前記電機子電流のｄ軸成分をＩｄとし、前記ｄ軸に対する回転磁界の進角をβとし、前記βは、入力電流のｄ軸に対する位相を示し、前記回転磁界の位相に対するロータ進み角度をδとし、前記δは、不均等な前記磁極ピッチに基づいて決定され、前記Ｉｄ及び前記Ｉｑを算出するために用いるもので、前記ｄ軸のインダクタンス及び前記ｑ軸のインダクタンスをそれぞれＬｄおよびＬｑとし、Ｉａを交流である前記入力電流の最大値と前記入力電流の最小値との差分の２分の１である振幅値とし、磁極ピッチＰ１、磁極ピッチＰ２、磁極ピッチＰ３及び磁極ピッチＰ４におけるそれぞれのリラクタンストルクであるＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３及びＴｒ４を、Ｔｒ１＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β-δ)×cos(β-δ)、Ｔｒ２＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β+δ)×cos(β+δ)、Ｔｒ３＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β+δ)×cos(β+δ)、及びＴｒ４＝（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉａ^２×sin(β-δ)×cos(β-δ)とし、前記磁極ピッチＰ１、前記磁極ピッチＰ２、前記磁極ピッチＰ３及び前記磁極ピッチＰ４に対応する電機子回転磁界の位相が同じに対して、前記δに基づいて前記ロータ側の磁石磁界の位相を進めたり遅らせたりし、前記Ｔｒ１、前記Ｔｒ２、前記Ｔｒ３及び前記Ｔｒ４を合算した前記リラクタンストルクを低減するように前記磁極ピッチを前記不均等配置することによって、トルクリップル又はコギングトルクの低減を図ることが可能となることにより、或いは機械角１８０°の範囲で線対称に磁極配置されてスキュー効果を持たせることにより達成される。

また、本発明の上記目的は、前記機械角Ａ°が９１．２５°、前記機械角Ｂ°が８８．７５°であることにより、或いは上記モータを搭載し、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にアシスト力を付与することにより、或いは上記電動パワーステアリング装置を搭載していることにより、より効果的に達成される。

Claims

ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されることにより、機械角１周期のロータギャップ面内においてスキュー効果を有するモータ。
ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが不均等配置されることにより、機械角１８０°の範囲で線対称に磁極配置されてスキュー効果を有するモータ。
前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトルク発生機構を形成している同期型モータである請求項１又は２に記載のモータ。
前記ロータ磁極が４極の磁極ピッチＰ１〜Ｐ４で構成され、前記磁極ピッチＰ１及びＰ４の機械角がＡ°、前記磁極ピッチＰ２及びＰ３の機械角がＢ°（≠Ａ°）である請求項１乃至３のいずれかに記載のモータ。
前記機械角Ａ°が９１．２５°、前記機械角Ｂ°が８８．７５°である請求項４に記載のモータ。
ロータ磁極が磁性体による複数の磁気的突極部で構成され、前記磁気的突極部の間のロータ表面にＮ極磁石及びＳ極磁石が交互に配置され、前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより構成される電気角１周期分の磁極ピッチが均等配置されると共に、前記電気角１周期分の磁極ピッチのロータ構成を１つのスタックとし、前記スタックの１枚毎若しくは複数枚毎に、モータ周方向に所定角度ずつスキュー配置されているモータ。
前記磁気的突極部と前記Ｎ極磁石及び前記Ｓ極磁石とにより、マグネットトルクとリラクタンストルクによるトルク発生機構を形成している同期型モータである請求項６に記載のモータ。
請求項１乃至７のいずれかに記載のモータを搭載し、少なくとも操舵トルクに基づいて演算された電流指令値により、車両の操舵系にアシスト力を付与する電動パワーステアリング装置。
請求項８に記載の電動パワーステアリング装置を搭載している車両。