WO2016002334A1 - 電動パワーステアリングシステム - Google Patents

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WO2016002334A1
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magnetic
power steering
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大久保　雅通
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株式会社ミツバ
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Definitions

  • the present invention relates to an electric power steering (EPS) system that uses a brushless motor as a drive source, and more particularly, to an electric power steering system that improves handle return, convergence, and sitting.
  • EPS electric power steering
  • the return, convergence, and sitting (straightness) of the steering wheel are greatly affected by the friction, inertia (inertia), and loss torque of the motor.
  • the friction or inertia of the motor increases, the return of the handle tends to be poor, and the handle tends to be difficult to return to the neutral position.
  • the convergence tends to be reduced, and the handle tends to be difficult to return (the return speed is slow).
  • the loss torque is large, the convergence is lowered, and cogging is increased with the fluctuation of the loss torque, and the steering of the steering wheel tends to be deteriorated.
  • the EPS motor when assisting the steering force, a large assist torque is required when parking or running at a low speed. For this reason, the EPS motor needs to have a large torque specification so that a large assist torque can be secured. On the other hand, since a follow-up performance to the steering wheel operation is required during high-speed traveling, the EPS motor is also required to have a high rotation specification. That is, EPS requires a motor with high torque and high rotation, and as a result, a specification that uses a high magnetic flux magnet and uses a coil with a large wire diameter to reduce the number of turns is common.
  • high torque / high rotation specification motors use high magnetic flux magnets such as rare earth magnets, so there is a tendency for cogging to increase along with loss torque and magnetic friction.
  • loss torque or the like is increased, the sitting of the steering wheel is deteriorated, the steering behavior at the neutral position is not stable, and the straight running stability is also deteriorated.
  • the electric power steering system of the present invention is an electric power steering system that uses a brushless motor as a drive source and applies a steering assist force to a steering shaft of a vehicle, and the brushless motor projects inward in the radial direction.
  • a rotor core having a plurality of sets of rotor cores and magnets embedded in the respective slits, and the curved slits with the convex side portions thereof directed toward the center of the rotor, respectively.
  • the magnet is disposed in a rotor, and the magnet is formed by magnetizing a bond magnetic material to polar anisotropy.
  • a magnet torque generated by magnetic attraction force of the net, the steering assist force is rotated by a reluctance torque based on the inductance difference of the magnetic path, characterized in that the supplied.
  • the present invention has the following effects. (1) By employing an IPM structure in which magnets are embedded in a plurality of curved slits, reluctance torque can be generated and magnet torque is suppressed. (2) By forming the phase winding as a distributed winding, the reluctance torque can be increased and the magnet torque is suppressed. (3) By using a bonded magnet, the magnet can be thinned and the rotor diameter can be reduced. Also, variations in magnet assembly can be suppressed. Furthermore, since the temperature change of the magnetic flux is small, the magnetic flux at low temperatures can be set small. (4) By performing polar anisotropic magnetization on the bond magnetic material, the magnetic flux on the rotor surface becomes sinusoidal and the magnetic flux change becomes smooth. As a result, low loss torque and low cogging can be achieved while achieving both low friction and low inertia of the brushless motor, and the handle return, convergence, and sitting in EPS are improved.
  • the magnet is filled and formed by pressurizing and supplying a bond magnetic material to the rotor core disposed in the mold, and the pole is formed by a magnetic field orientation magnet provided in the mold. You may magnetize anisotropically.
  • three slits may be provided in the slit group, and three magnets may be arranged in layers along the radial direction.
  • the three-layer structure provides the best balance between torque and manufacturability.
  • the curved slit may be provided along an arc having a center point outside the rotor. If the curved slit is formed in an arc shape and a magnet is embedded therein, the magnet can be disposed at a portion where the magnetic resistance in the q-axis direction is low, and reluctance torque can be utilized.
  • the magnet forms a first magnetic pole that is either the N pole or the S pole, and a second magnetic pole having a polarity different from the first magnetic pole, and the magnetic flux formed by the first and second magnetic poles.
  • the rotor is provided with a plurality of the d-axis and the q-axis alternately in the circumferential direction,
  • the cross section of the rotor is divided equally for each region to which each d-axis belongs, with each d-axis of the second magnetic pole as a reference, the magnet on the first magnetic pole side is You may make it arrange
  • the attractive force between the rotor and the stator generated at each pole is offset, and cogging is reduced. Further, the harmonic component is canceled, the induced voltage waveform is sine wave, and the torque ripple of the magnet torque is also reduced. Reduction of cogging and torque ripple improves handle return, convergence, and sitting. In addition, steering feeling is improved.
  • stator may be provided with a bridge portion that is provided on the inner peripheral side of the tooth portion and connects the inner peripheral side front end portions of the adjacent tooth portions.
  • the outer periphery of the rotor is formed by a circular arc having a radius centered on a different point for each region divided into the first magnetic pole region and the second magnetic pole region, and the center point of the radius is Further, it may be arranged at a position eccentric by a predetermined distance radially outward from the center of the rotor.
  • a reluctance torque can be generated by adopting an IPM structure in which a magnet is embedded in a plurality of curved slits in a brushless motor as a driving source thereof. Torque is suppressed. Moreover, by forming the phase windings in a distributed winding, the reluctance torque can be increased and the magnet torque is suppressed. As a result, the magnetic flux is suppressed, the magnetic friction of the motor is reduced, and the return, convergence, and sitting of the handle are improved. In addition, the loss torque due to the magnetic flux is reduced, and the convergence is improved.
  • the magnet can be thinned and the rotor diameter can be reduced.
  • the rotor diameter can be reduced, the inertia can be reduced, and the handle convergence can be improved.
  • the use of bonded magnets suppresses variation in assembly of the magnets and reduces cogging.
  • the bonded magnet since the bonded magnet has a small change in temperature of the magnetic flux, the magnetic flux at a low temperature can be set small, and the magnet torque is also suppressed.
  • the magnetic flux on the rotor surface becomes sinusoidal and the magnetic flux change becomes smooth.
  • cogging is reduced and the return, convergence, and sitting of the handle are improved.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2. It is explanatory drawing which compared the obtained torque by concentrated winding and distributed winding. It is explanatory drawing which shows the structure of a rotor. It is explanatory drawing which shows the relationship between the number of magnet layers, Lq, and Ld. It is a simplified explanatory drawing which shows the formation process of a rotor. It is explanatory drawing which showed the relationship between temperature and a motor torque compared with the bonded magnet and the sintered magnet.
  • (A) is a magnetized state of a ring magnet subjected to polar anisotropy magnetization
  • (b) is a surface magnetic flux density in the polar anisotropy magnetized ring magnet
  • (c) is a magnetized state of the rotor magnet.
  • the purpose of the following embodiments is to achieve both low friction and low inertia of a brushless motor, and to realize low loss torque and low cogging, and to improve handle return, convergence, and sitting in EPS. .
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • a multilayer IPM rotor in which curved (preferably arc-shaped) magnets are arranged in multiple layers was used as the rotor.
  • a configuration was adopted in which the magnets were bonded magnets and injection molded into the rotor core so that the magnets could be arranged in multiple layers within the small-diameter rotor.
  • the temperature change of magnetic flux becomes small by using a bond magnet, the magnetic flux density setting in anticipation of high temperature demagnetization is eased, and it becomes possible to suppress magnet magnetic flux by that much.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of the electric power steering system according to the first embodiment.
  • the electric power steering system 1 (hereinafter abbreviated as EPS1) in FIG. 1 has a column assist type configuration that applies an operation assisting force to the steering shaft 2.
  • EPS1 a brushless motor 3 (hereinafter abbreviated as motor 3) is used as a power source.
  • the steering shaft 2 has a handle 4 attached thereto.
  • the steering force of the handle 4 is transmitted to the tie rod 6 via a pinion and a rack shaft (not shown) disposed in the steering gear box 5.
  • Wheels 7 are connected to both ends of the tie rod 6. When the tie rod 6 is actuated in accordance with the operation of the handle 4, the wheel 7 is steered left and right via a knuckle arm or the like (not shown).
  • the steering shaft 2 is provided with an assist motor unit 8 which is a steering force assisting mechanism.
  • the assist motor unit 8 includes a motor 3 and a speed reduction mechanism unit 9 and a torque sensor 11.
  • the deceleration mechanism unit 9 is provided with a worm and a worm wheel (not shown). The rotation of the motor 3 is decelerated and transmitted to the steering shaft 2 by the deceleration mechanism 9.
  • the motor 3 and the torque sensor 11 are connected to a control device (ECU) 12.
  • the torque sensor 11 that detects torsion of a torsion bar (not shown) connected to the steering shaft 2 is activated.
  • the control device 10 appropriately supplies electric power to the motor 3 based on the torque detected by the torque sensor 11.
  • the motor 3 is actuated, the rotation is transmitted to the steering shaft 2 via the speed reduction mechanism unit 9 and a steering assist force is applied.
  • the steering shaft 2 is rotated by the steering assist force and manual steering force of the motor 3.
  • the rotational motion of the steering shaft 2 is converted into a steering operation of the wheels 7 by rack and pinion coupling in the steering gear box 5. That is, the rotation of the pinion 5a provided at the tip of the steering shaft 2 is converted into a linear motion of the rack shaft 5b, and the wheel 7 is steered.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the motor 3, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the motor 3 is an IPM (Interior Permanent Magnet) type brushless motor in which a magnet is embedded in a rotor and the rotor is rotated by magnet torque and reluctance torque.
  • the IPM structure motor has a smaller magnetic friction than the SPM structure motor, and can suppress the viscous torque, so that the handle has good convergence.
  • the motor 3 is an inner rotor type brushless motor in which a stator (stator) 13 is arranged on the outside and a rotor (rotor) 14 is arranged on the inside.
  • the stator 13 is fixed inside a bottomed cylindrical motor case 15.
  • the rotor 14 is rotatably mounted in the case 15.
  • the case 15 is made of a magnetic material such as iron and has a bottomed cylindrical shape.
  • An aluminum die-cast bracket 16 is attached to the opening of the case 15
  • the stator 13 includes a stator core 12, a stator coil 17 (phase winding, hereinafter referred to as a coil 17), and a bus bar unit (terminal unit) 18.
  • the bus bar unit 18 is attached to the stator core 12 and is electrically connected to the coil 17.
  • the coil 17 is wound around the tooth portion 19 of the stator core 12 by distributed winding.
  • As the winding form of the motor coil there are distributed winding and concentrated winding, but here distributed winding is adopted.
  • a motor that employs concentrated winding there is inevitably a part where magnetic flux concentrates on the stator core. In the magnetic flux concentration part, magnetic saturation occurs and the magnetic resistance increases, so that it is difficult for the magnetic flux to flow.
  • the magnetic flux flows without unevenness, so that magnetic saturation is unlikely to occur, and it is possible to flow a larger amount of magnetic flux.
  • the magnetic resistance of the q-axis magnetic flux related to the reluctance torque can be suppressed, and the reluctance torque can be used efficiently.
  • the torque obtained by the distributed winding is larger than that by the concentrated winding, and the EPS 1 uses the distributed winding motor 3.
  • the stator core 12 is formed by laminating a large number of steel plate materials (for example, electromagnetic steel plates). On the outer ring portion 21 of the stator core 12, a plurality (24 in this case) of teeth portions 19 project from the radially inner side. A slot 22 is formed between adjacent teeth 19. In the motor 3, 24 teeth portions 19 are provided and have a 24-slot configuration. A coil 17 is accommodated in the slot 22. A synthetic resin insulator 23 is attached to the stator core 12. A coil 17 is wound around the outside of the insulator 23.
  • a bus bar unit 18 is attached to one end of the stator core 12.
  • the bus bar unit 18 has a structure in which a copper bus bar 24 is insert-molded in a ring-shaped synthetic resin main body.
  • a plurality of bus bar terminals 25 project in the radial direction.
  • the bus bar unit 18 is attached, the end 17a of the coil 17 drawn from the stator core 12 is welded and electrically connected to the bus bar terminal 25.
  • the number of bus bars corresponding to the number of phases of the motor 3 here, a total of four for U phase, V phase, W phase and one for connecting each phase
  • Each coil 17 is electrically connected to a bus bar terminal 25 corresponding to the phase.
  • a phase current (U, V, W) is supplied to the coil 17 from a battery (not shown) via a power supply wiring 26.
  • the stator core 12 is press-fitted and fixed in the case 15 after the bus bar unit 18 is attached.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the configuration of the rotor 14.
  • the rotating shaft 27 of the rotor 14 is rotatably supported by bearings 29a and 29b.
  • the bearing 29 a is fixed to the center of the bottom of the case 15, and the bearing 29 b is fixed to the center of the bracket 16.
  • a cylindrical rotor core 28 and a rotor (resolver rotor) 34a of a resolver 34 serving as a rotation angle detecting means are attached to the rotating shaft 27 by fixing means such as press fitting.
  • a stator (resolver stator) 34b of the resolver 34 is accommodated in a resolver bracket 34c made of synthetic resin.
  • the resolver bracket 34 c is fixed to the inside of the bracket 16 by a mounting screw 35.
  • the rotary shaft 27 is connected to the worm shaft of the speed reduction mechanism unit 9 by a joint member (not shown).
  • a worm is formed on the worm shaft.
  • the worm shaft meshes with a worm wheel fixed to the steering shaft 2 at the speed reduction mechanism unit 9.
  • the rotor core 28 is also formed by laminating a large number of disk-shaped electromagnetic steel plates.
  • Each slit group 31 is bent in an arc shape (bow shape).
  • the slit group 31 is provided along an arc centering on a virtual point (not shown) set outside the outer periphery of the rotor 14.
  • the slit group 31 is formed in three layers along the radial direction so that the convex side portion thereof faces the center side of the rotor 14. That is, the set of slit groups 31 includes an outermost first slit 31a, an intermediate second slit 31b, and an innermost third slit 31c.
  • the slit group 31 is filled with bond magnets, and a rotor magnet 32 is formed.
  • the rotor magnet 32 is housed in the rotor 14, and the motor 3 is a brushless motor having an IPM structure.
  • the bond magnet for example, an anisotropic neodymium bond magnetic material or the like is used.
  • the neodymium bond magnetic material is a material in which a rare earth magnet magnetic powder such as a neodymium magnetic material is mixed with a synthetic resin such as epoxy.
  • the bond magnetic material is formed by filling the slit group 31 by injection molding and performing predetermined magnetization.
  • the magnetic pole portion 33 formed of a layered magnet group is formed by the rotor magnet 32 in the slit group 31.
  • the magnetic pole portion 33 is provided with a rotor magnet 32s having an S pole on the outer peripheral side and a rotor magnet 32n having an N pole on the outer peripheral side.
  • the magnetic pole portion 33 is arranged with two S poles and N poles alternately (four in total) along the circumferential direction.
  • the motor 3 has a 4-pole 24-slot (4P24S) structure.
  • the rotor magnets 32 of the magnetic pole portions 33 are arranged in three layers along the radial direction.
  • a plurality of d-axis in the direction of the magnetic flux created by the magnetic pole and q-axis magnetically orthogonal to the d-axis are alternately formed in the circumferential direction in the rotor 14 by the magnetic pole portion 33.
  • the rotor 14 is provided with an arcuate slit group 31 so that the q-axis magnetic flux easily passes.
  • the rotor group 32 is filled in the slit group 31.
  • the rotor 14 has a structure in which the q-axis magnetic flux easily passes and the inductance Lq is large.
  • the reluctance torque increases as the difference between Lq and Ld increases.
  • the difference between Lq and Ld is larger in the case of three layers than in the case of one or two magnet layers, but there is not much change when the number of layers is three or more. Therefore, the rotor 14 employs three layers that can effectively increase the reluctance torque as the number of magnet layers in consideration of the balance with the slit width.
  • the reluctance torque can be efficiently generated by arranging the rotor magnet 32 in an arc shape along the shape in which the q-axis magnetic flux flows.
  • a larger reluctance torque can be obtained by arranging the rotor magnets 32 in multiple layers.
  • the coil 17 is distributedly wound to make it difficult for magnetic saturation to occur, the magnetic resistance of the q-axis magnetic flux is suppressed, and the reluctance torque is increased.
  • the magnet torque can be reduced as much as the reluctance torque is increased, and the magnetic friction and loss torque of the motor can be suppressed, and the return, convergence, and sitting of the handle are improved.
  • the rotor magnet 32 is formed in three layers without changing the outer diameter of the rotor, the thickness of the magnet itself must be reduced. If a flat segment magnet is to be accommodated in the slit group 31, a gap (air layer) is formed in the flat magnet. In this gap portion, the magnetic resistance increases and the self-demagnetization is facilitated. In addition, variations in performance occur due to backlash caused by the gap. On the other hand, since the rotor magnet 32 is formed by the injection molding of the bond magnet, the rotor 14 does not have a gap like a flat magnet and does not vary in performance due to play.
  • FIG. 7 is a simplified explanatory view showing the forming process of the rotor 14.
  • the rotor 14 is formed using a magnetic field orientation mold 37 in which a plurality of magnetic field orientation magnets 36 are arranged.
  • the magnetic field orientation magnet 36 for example, a rare earth magnet such as a samarium cobalt magnet is used.
  • the rotor core 28 is accommodated in a cavity 38 formed inside the magnetic field orientation magnet 36.
  • An upper die 39 connected to a nozzle (not shown) of the injection molding machine is placed on the cavity 38.
  • the upper mold 39 is provided with a plurality of runners 41 and a sprue 42 that collects the other end of each runner 41.
  • the runner 41 serves as a flow path for supplying a molten bonded magnet to the plurality of sets of slit groups 31.
  • One end of the runner 41 is branched so as to match the number of the slits 31a to 31c of the plurality of sets of slit groups 31.
  • the connecting portions (openings) between the slits 31 a to 31 c of the plurality of sets of slit groups 31 and the runner 41 are a plurality of gates 43.
  • the rotor core 28 that has completed the lamination process is accommodated in the cavity 38 of the magnetic field orientation mold 37.
  • the upper die 39 is placed on the rotor core 28 and the slit group 31 of the rotor core 28 and the gate 43 are connected.
  • a molten bond magnetic material is injected into the sprue 42 from a nozzle (not shown) of the injection molding machine.
  • the bond magnetic material supplied under pressure to the sprue 42 flows into the slits 31 a to 31 c of the slit group 31 of the rotor core 28 from each runner 41 through the gate 43.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the relationship between the temperature and the motor torque by comparing the bond magnet and the sintered magnet.
  • the torque decreases by nearly 10%.
  • the torque change during that period is approximately half that of the sintered magnet.
  • a magnet having a lower magnetic flux density than a sintered magnet can be used in the bonded magnet. Therefore, as the magnetic flux density is low, the loss torque and cogging are reduced, the sitting of the steering wheel is improved, the steering behavior at the neutral position is stabilized, and the straight running stability is improved.
  • the bond magnetic material that has flowed into the slit group 31 is magnetized while controlling the direction of the magnetic powder by the magnetic field orientation magnet 36, and the magnetic pole portion 33 having the polarity as shown in FIG. 5 is formed.
  • the magnetic field orientation magnet 36 magnetizes the bond magnetic material using anisotropic magnetic powder with polar anisotropy, and aligns the directionality of the magnetic powder.
  • FIG. 9A shows a magnetized state of a ring magnet subjected to polar anisotropic magnetization
  • FIG. 9B shows a surface magnetic flux density in the polar anisotropic magnetized ring magnet
  • FIG. 9C shows a rotor.
  • 4 is an explanatory diagram showing a magnetization state of a magnet 32.
  • the magnet of each layer is magnetized so that the magnetization vector is directed toward the center direction inside the arc, so the peak of the surface magnetic flux is high.
  • the surface magnetic flux density is also sinusoidal.
  • the surface magnetic flux density waveform after magnetization has a high peak and is close to a sine wave. Therefore, when this is used for the rotor 14, a motor having a low cogging torque can be obtained without skew.
  • EPS1 the sitting of the steering wheel is improved, and the straight traveling performance at high speed traveling is stabilized.
  • the bond magnetic material in the slit group 31 is magnetized by the magnetic field orientation magnet 36. That is, the rotor magnet 32 is molded while being magnetized by the magnetic field orientation magnet 36.
  • the magnetic field orientation mold 37 is magnetized by the magnetic field orientation magnet 36 by approximately 80% of the fully magnetized state.
  • the rotor 14 is fully magnetized by a magnetizer after filling and molding the bond magnetic material. However, if there is practically no problem in a magnetization state of about 80%, it is possible to omit the follow-up magnetization by the magnetizer.
  • the rack shaft is moved in a direction corresponding to the rotation, and a steering operation is performed.
  • the torque sensor 11 is activated by the turning operation, and electric power is supplied to the coil 17 from the battery (not shown) via the power supply wiring 26 according to the detected torque.
  • the motor 3 operates and the rotating shaft 27 and the worm shaft rotate.
  • the rotation of the worm shaft is transmitted to the steering shaft 2 via the worm wheel to assist the steering force.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the control device 10 of the EPS 1, and the EPS 1 is driven and controlled by the control device 10.
  • the control device 10 is provided with a current command unit 50 that controls the amount of current supplied to the motor 3, and a RAM 59 and ROM 60 that store control data.
  • a torque sensor 11, a vehicle speed sensor 51, a resolver 34, and a current sensor 52 are connected to the current command unit 50.
  • the current command unit 50 determines the amount of current supplied to the motor 3 based on the detection value from each sensor, and appropriately controls the EPS 1.
  • the torque sensor 11 detects a torque value that becomes a load of the motor 3 by detecting torsion of a torsion bar (not shown) connected to the steering shaft 2 as the handle 4 is operated.
  • the detected value of the torque sensor 11 is input to the current command unit 50 as motor load information.
  • the vehicle speed sensor 51 detects the traveling speed of the vehicle on which the EPS 1 is mounted.
  • the detection value of the vehicle speed sensor 51 is input to the current command unit 50 as vehicle speed information.
  • the resolver 34 detects the rotational position of the rotor 14.
  • the rotor rotational position is sequentially input from the resolver 34 to the current command unit 50 as rotor rotational position information.
  • the motor rotation speed is also calculated from the rotor rotation position information.
  • the current sensor 52 detects the current value currently supplied to the motor 3 and outputs the value to the current command unit 50.
  • the current command unit 50 is provided with a basic current calculation unit 53 that performs arithmetic processing based on these detection values and calculates a basic current amount to be supplied to the motor 3.
  • the basic current calculation unit 53 calculates the basic current amount from the basic current map 54 based on the detection values of the torque sensor 11 and the vehicle speed sensor 51.
  • the basic current calculation unit 53 sets the motor supply current amount so that the assist force according to the steering torque is output according to the vehicle speed.
  • the current command unit 50 is also provided with a differential compensation control unit 55.
  • the differential compensation control unit 55 calculates a current compensation value for correcting the basic current amount based on detection values of the torque sensor 11 and the vehicle speed sensor 51.
  • the current compensation value has a function of correcting the motor supply current according to the fluctuation of the steering torque, suppressing the fluctuation of the steering force, and improving the steering feeling.
  • the current command unit 50 is further provided with a handle return control unit 56 and a convergence control unit 57.
  • Each of the control units 56 and 57 appropriately corrects the basic current amount based on the detected values of the vehicle speed sensor 51 and the resolver 34 in order to improve steering wheel return and convergence.
  • the steering wheel return control unit 56 assists the steering wheel return at low vehicle speeds, so that a current flows in the assist direction to improve steering wheel return due to self-aligning torque.
  • the convergence control unit 57 applies a motor current in a direction opposite to the steering wheel rotation direction to improve the convergence and steering wheel feeling when the handle is released, and adjust the difference in steering reaction force when the steering wheel is turned and when the steering wheel is returned.
  • a target current calculation unit 58 is provided downstream of the basic current calculation unit 53 and the differential compensation control unit 55 of the current command unit 50.
  • the target current calculation unit 58 calculates and determines the amount of current supplied to the motor 3.
  • the current value of the motor 3 is input from the current sensor 52 to the target current calculation unit 58.
  • the target current calculation unit 58 performs feedback control of the motor 3 based on the current current value.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing a control mode of the EPS 1 by the control device 10.
  • the controller 10 performs maximum torque control so that the motor 3 operates as a “high torque motor” during parking and at low speeds.
  • the motor 3 has high torque, low friction and inertia, and low loss torque due to “distributed winding stator”, “arc-shaped multilayer magnet rotor”, and “polar anisotropic bonded magnet”. Therefore, the handle can be returned and converged at the time of parking and at a low speed, and the garage entry operation can be easily and comfortably performed.
  • the control device 10 performs maximum rotation speed control so that the motor 3 operates as a “high rotation motor”.
  • the motor 3 has a small friction and inertia, and a loss torque and cogging are also suppressed. Therefore, while high responsiveness at high speed travel is possible, the steering wheel is satisfactorily excellent in straight running stability and stable high speed travel can be performed.
  • the control device 10 performs optimal control according to torque and vehicle speed. That is, based on the detection values of the torque sensor 11 and the vehicle speed sensor 51, the motor 3 is driven in a control mode in which maximum torque control and maximum rotation speed control are mixed. This control mode is reflected in the basic current map 54.
  • the control device 10 applies an assist force suitable for the situation to the EPS system based on the torque and the vehicle speed while referring to the basic current map 54.
  • EPS 1 As mentioned above, in EPS 1 according to the present invention, (A) By employing an IPM structure in which magnets are embedded in a plurality of curved slits, reluctance torque can be generated, and the magnet torque can be suppressed accordingly. (B) By forming the phase windings as distributed windings, the reluctance torque can be increased, and the magnet torque can be suppressed accordingly. (C) By using a bonded magnet, the magnet can be thinned and the rotor diameter can be reduced. Also, variations in magnet assembly can be suppressed. Furthermore, since the temperature change of the magnetic flux is small, the magnetic flux at low temperatures can be set small. (D) By performing polar anisotropic magnetization on the bond magnetic material, the magnetic flux on the rotor surface becomes a sine wave, and the magnetic flux change becomes smooth.
  • (1) to (3) are related to the “return”, “convergence”, and “sit” of the handle in various ways, and improve them comprehensively. Accordingly, improvements such as “return”, “convergence”, and “sit” are not completely separated from each other, and items other than the improvement items described in (1) to (3) are also improved. In addition, the steering feeling is improved by improving “return” and the like.
  • Embodiment 2 an EPS system will be described in which the torque ripple and torque ripple of the motor are reduced by improving the structure of the stator and rotor, and the convergence and handle of the handle are improved.
  • the same members and portions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the brushless motor 61 used in the EPS system according to the second embodiment of the present invention.
  • the motor 61 is also used as a drive source of the EPS system as shown in FIG. Similar to the motor 3, the motor 61 is also an inner rotor type brushless motor in which a stator 62 is arranged on the outside and a rotor 63 is arranged on the inside.
  • the stator 62 includes a stator core 64 and a stator coil 65 (hereinafter referred to as a coil 65).
  • the stator core 64 includes a cylindrical outer stator 66 and an inner stator 67 attached to the inner peripheral side of the outer stator 66.
  • the inner stator 67 includes 24 teeth portions 68 formed radially and a bridge portion 69 that connects the inner peripheral sides of the teeth portions 68.
  • a slot 71 is formed between adjacent teeth portions 68.
  • the width W in the radial direction of the bridge portion 69 is set in the range of the thickness t ⁇ W ⁇ 1.5 mm of one steel plate on which the stator core 64 is laminated.
  • the stator 62 is divided into an outer stator 66 and an inner stator 67. And the teeth part outer peripheral side of the inner stator 67 is open
  • a copper wire can be wound around the tooth portion 68, and the coil 65 can be formed.
  • the teeth portion 68 is attached to the inner peripheral side of the outer stator 66 (fitting and fixing) after the coil 65 is wound by distributed winding. Distributed winding has less leakage of magnetic flux at the bridge portion 69 than concentrated winding, and the maximum torque can be made larger than concentrated winding.
  • the width W of the bridge portion 69 be equal to or greater than the plate thickness.
  • the width W is preferably 1.5 mm or less.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing a configuration of a fitting and fixing portion between the outer stator 66 and the inner stator 67.
  • 24 teeth portions 68 are provided in the motor 61.
  • the outer peripheral side of each tooth portion 68 is fitted and fixed to a tooth mounting groove (concave portion) 16 formed on the inner peripheral surface of the outer stator 66.
  • a dovetail-shaped tooth mounting groove 72 having a V-shaped cross section is formed on the outer stator 66 side.
  • the teeth attachment groove 72 extends along the axial direction over the entire length of the outer stator 66.
  • a tenon-like fitting portion 73 whose outer end side is enlarged is formed at the outer peripheral end of the tooth portion 68.
  • the outer stator 66 and the inner stator 67 are fixed in a state of being prevented from coming off in the radial direction and the circumferential direction by inserting and fitting the tooth mounting groove 72 and the fitting portion 73 from the axial direction.
  • the rotor core 74 forming the rotor 63 is also formed by laminating a large number of disk-shaped electromagnetic steel plates.
  • the steel plate constituting the rotor core 74 is provided with a plurality of arc-shaped slits 75.
  • the slit 75 is orthogonal to the rotating shaft 76 when the direction of the magnetic flux generated by the magnetic pole (center axis of the permanent magnet) is set as the d axis and the axis magnetically orthogonal to the d axis (axis between the permanent magnets) is set as the q axis.
  • a plurality of sets are provided with the q axis as the boundary.
  • four sets of slits 75 (slit group) are provided.
  • a magnet 77 is embedded in the slit 75.
  • the slit 75 is arranged in an arc shape around a virtual point (centers Os, On of arcs of S and N pole magnets 77n, 77s described later) set outside the outer periphery of the rotor 63 on the d axis.
  • the steel plate constituting the rotor core 74 is provided with a gap 75a having a function of a flux barrier for making the magnetic resistance of the rotor 63 different along the rotation direction.
  • a segment magnet is used as the magnet 77, but a bonded magnet can also be used.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram showing the configuration of the rotor 63.
  • the rotor 63 as a plurality of magnets 77, magnets 77s (77s1, 77s2) having an S pole on the outer peripheral side and magnets 77n (77n1, 77n2) having an N pole on the outer peripheral side are provided.
  • the rotor 63 has a 4-pole configuration, and the motor 61 has a 4-pole 24-slot configuration.
  • the S-pole magnets 77s1, 77s2 and the N-pole magnets 77n1, 77n2 are arranged asymmetrically with respect to the center line (magnet asymmetric arrangement). Further, the rotor 63 has a shape whose outer periphery is eccentric (rotor eccentricity).
  • the asymmetric setting of the rotor 63 has the following characteristics.
  • the angle ⁇ 1 (the angle around the center Or of the rotor 63) to which the magnet 77s divided by the q axis belongs is set larger than the angle ⁇ 2 (the same as above) of the region to which the magnet 77n belongs ( ⁇ 1> ⁇ 2).
  • the rotor 63 has four polar zones S1, N1, S2, and N2 partitioned by center lines M1 and M2.
  • the four pole zones are four regions obtained by equally dividing the rotor cross section for each region to which each d axis belongs, with reference to each d axis of the magnet 77s (first magnetic pole) and the magnet 77n (second magnetic pole). is there.
  • the outer peripheral portion 78 of the S pole magnet 77s of the innermost layer protrudes from the pole zones S1 and S2 toward the pole zones N1 and N2 of the adjacent other poles. The larger the lap allowance to the adjacent zone, the more the torque ripple can be reduced.
  • a space 79 is provided between the S-pole magnet 77s and the N-pole magnet 77n adjacent thereto so as not to interfere with the adjacent pole.
  • the magnet straddling the area on the adjacent zone side may be either S pole or N pole.
  • the S-pole magnet 77s enters the N-pole zone.
  • cogging occurs the least common multiple of poles and slots.
  • 24 peaks of cogging are generated per motor rotation.
  • a method such as skew is used, but the torque is reduced due to the influence of leakage magnetic flux.
  • the rotor 63 has an asymmetric shape as described in the above (a) to (c), so that the attraction force between the rotor and the stator generated at each pole is canceled out to reduce cogging.
  • the output torque of the motor 61 is a combined torque of the reluctance torque and the magnet torque.
  • the reluctance torque ripple tends to increase due to the variation of Ld ⁇ Lq.
  • the motor 61 by making the rotor asymmetric, the reluctance torque generated in the S pole zones S1 and S2 and the reluctance torque generated in the N pole zones N1 and N2 are offset, and torque ripple is reduced.
  • the magnet torque in the symmetric rotor, a harmonic component is superimposed on the magnetic flux, so that the induced voltage waveform may be distorted and the torque ripple may be increased.
  • harmonic components are canceled out, the induced voltage waveform is sine wave, and the torque ripple of the magnet torque is also reduced.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing an eccentric configuration of the rotor 63.
  • the outer shape of the rotor is exaggerated to clearly show the state where the rotor 63 is eccentric.
  • the outer diameter of the rotor 63 is not a uniform circumference around the point Or.
  • the outer diameter of the rotor 63 is formed by a circular arc having a radius centered on a different point for each of the four pole zones S1, S2, N1, and N2.
  • the outer diameters of the polar zones S1, S2, N1, and N2 are connected at the boundary point P of each polar zone.
  • each pole zone is formed by an arc of radius Rec centered on the eccentric point Oec.
  • the eccentric point Oec is separated from the rotor center point Or by an eccentric distance Lec radially outward.
  • the eccentric point Oec is arranged on a line segment inclined by 45 ° with respect to the center lines M1 and M2.
  • the radius Rec is smaller than the distance Rmax between the outermost circumferential position Q of the rotor 63 and the rotor center Or.
  • the harmonic component of the induced voltage waveform can be further reduced, and the torque ripple can be further reduced.
  • the magnetic flux change accompanying rotor rotation can be moderated by rotor eccentricity. Therefore, fluctuations in magnet torque can be reduced, and torque ripple can be reduced. That is, in the motor 61, the torque ripple of both the reluctance torque and the magnet torque can be reduced and the cogging can be reduced by the rotor asymmetric setting. Therefore, by using the motor 61 in the EPS system, it is possible to improve the convergence and the handle of the handle.
  • a motor having a configuration in which three layers of rotor magnets (slit groups) are provided in the rotor is shown, but the number of magnet layers is not limited to three. As described above, the arrangement of three is good in balance, but it is also possible to use a motor having a configuration of less than three layers and four layers or more.
  • the bond magnet a neodymium bond magnet is given, but other bond magnets such as a samarium iron nitride bond magnet can also be used.
  • a void portion is provided as a function of a flux barrier on the steel plate constituting the rotor core.
  • a structure without a void portion is provided, or in the void portion. It is also possible to arrange a non-magnetic material.
  • the “curved shape” is not limited to the circular arc shape, but as shown in FIG. 17A as a modified example. This is a concept including a magnet 81 having a trapezoidal shape (the upper and lower sides of the isosceles trapezoid). As shown in FIG. 17B, a bent magnet 82 that approximates an arc is also included in the curved magnet.
  • the resolver 34 is used as the means for detecting the rotational position of the rotor 14, the means for detecting the rotor rotational position is not limited to this.
  • a combination of a rotor magnet and a hall sensor can be used.
  • the “magnet asymmetric arrangement” and “rotor eccentricity” shown in the second embodiment can be applied individually.
  • FIG. 17 when injection molding of the bond magnetic material is performed in the slit group of the rotor core 74, it becomes possible to sufficiently fill the magnetic material in the corner portions in each slit. Also in this modification, it goes without saying that a gap as a function of the flux barrier may be provided at the end of the slit.
  • the motor 3 is provided at the portion of the steering shaft 2 at the portion of the steering shaft 2 .
  • the motor 3 is applied to an EPS system that assists the pinion 5a in the steering gear box 5 or an EPS system that directly assists the rack shaft 5b. It is also possible to do.

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Abstract

　電動パワーステアリングシステム１は、ブラシレスモータ３を駆動源として使用する。ブラシレスモータ３は、ステータコイル１７が分布巻きにて巻装されたステータ１３と、ステータ１３内に回転自在に配されたロータ１４を有する。ロータ１４には、円弧状のスリット３１ａ～３１ｃからなるスリット群３１が４組形成されている。スリット３１ａ～３１ｃ内には、ボンド磁石からなるロータマグネット３２が充填形成されている。ロータマグネット３２は極異方性に着磁されている。ロータ１４は、ロータマグネット３２によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクによって回転され操舵補助力を供給する。

Description

電動パワーステアリングシステム
　本発明は、ブラシレスモータを駆動源とする電動パワーステアリング（ＥＰＳ）システムに関し、特に、ハンドルの戻りや収斂性、すわりの改善を図った電動パワーステアリングシステムに関する。
　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。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、電動モータを駆動源とした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）が増大している。電動パワーステアリング装置の動力源であるモータには、複雑な制御が必要となるものの、メンテナンスの容易さからブラシレスモータが望ましい。近年では、制御素子やコントローラの高性能化に伴い、ブラシレスモータを用いたＥＰＳシステムが主流となりつつある（例えば、特許文献１参照）。
特開2013-81312号公報
　ところが、モータを駆動源とするＥＰＳでは、モータのフリクションやイナーシャ（慣性）、ロストルクにより、ハンドルの戻りや収斂性、すわり（直進性）が大きな影響を受ける。例えば、モータのフリクションやイナーシャが大きくなると、ハンドルの戻りが悪くなり、ハンドルが中立位置まで戻りにくくなる傾向がある。また、収斂性が低下し、ハンドルが戻りにくくなる（戻るスピードが遅い）傾向がある。ロストルクが大きい場合も収斂性が低下すると共に、ロストルクの変動に伴いコギングが大きくなり、ハンドルのすわりが悪化する傾向がある。
　一方、操舵力をアシストする際、駐車時や低速走行時には大きなアシストトルクが必要となる。このため、大きなアシストトルクを確保できるように、ＥＰＳ用モータも大トルク仕様とする必要がある。これに対し、高速走行時にはハンドル操作への追従性が求められることから、ＥＰＳ用モータには高回転仕様も求められる。つまり、ＥＰＳにおいては、高トルク・高回転のモータが必要となり、その結果、高磁束のマグネットを使用すると共に、線径の大きいコイルを用いてターン数を減らす仕様が一般的であった。
　しかしながら、高トルク・高回転仕様のモータは、小径化を図ると、その分、軸方向の寸法が大きくなり、磁気的なフリクションが大きくなる。これに対し、短縮化を図ると、その分、径方向の寸法が大きくなり、イナーシャが大きくなる。従って、モータを大型化することなく、フリクションとイナーシャを共に小さくすることは難しく、前述のように、ハンドルの戻りや収斂性に影響が生じるという問題があった。特に、ＥＰＳでは、減速機構を介してステアリングシャフトと接続されているため、モータのフリクションやイナーシャが増幅されてステアリングシステムに伝わり、それらの影響が大きくなる。
　また、高トルク・高回転仕様のモータでは、希土類磁石等の高磁束マグネットを使用するため、その分、ロストルクや磁気的フリクションと共にコギングが大きくなる傾向もある。ロストルクなどが大きくなると、ハンドルのすわりが悪化し、中立位置でのハンドル挙動が安定せず、直進安定性が低下するという問題もあった。
　本発明の電動パワーステアリングシステムは、ブラシレスモータを駆動源として使用し、車両のステアリングシャフトに対し操舵補助力を付与する電動パワーステアリングシステムであって、前記ブラシレスモータは、径方向内側に向けて突出する複数のティース部と、該ティース部に分布巻きにて巻装された相巻線と、を備えるステータと、前記ステータの内側に回転自在に配置され、複数層の湾曲形スリットからなるスリット群を複数組有するロータコアと、前記各スリット内に埋設されたマグネットと、を備えるロータと、を有し、前記湾曲形スリットは、その凸側部位をそれぞれ該ロータの中心側に向けた状態で前記ロータ内に配置され、前記マグネットは、ボンド磁性材料を極異方性に着磁して成形され、前記ロータは、前記マグネットの磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクによって回転され前記操舵補助力が供給されることを特徴とする。
　本発明は、次のような作用を有する。
（１）複数層の湾曲形スリットにマグネットを埋設したＩＰＭ構造を採用することにより、リラクタンストルクを発生させることができ、マグネットトルクが抑制される。
（２）相巻線を分布巻きに形成することにより、リラクタンストルクを増大でき、マグネットトルクが抑制される。
（３）ボンド磁石を用いることにより、マグネットを薄肉化でき、ロータ径を小径化できる。また、マグネットの組み付けバラツキが抑えられる。さらに、磁束の温度変化が少ないため、低温時の磁束を小さく設定できる。
（４）ボンド磁性材料に対し極異方性着磁を行うことにより、ロータ表面の磁束が正弦波化し、磁束変化が滑らかとなる。
　この結果、ブラシレスモータの低フリクション化と低イナーシャ化を両立させつつ、低ロストルク・低コギング化が図られ、ＥＰＳにおけるハンドルの戻りや収斂性、すわりが向上する。
　前記電動パワーステアリングシステムにおいて、前記マグネットを、金型内に配置した前記ロータコアに対してボンド磁性材料を加圧供給して充填形成し、前記金型内に設けられた磁場配向用マグネットにより、極異方性に着磁しても良い。
　さらに、前記スリット群に３個の前記湾曲形スリットを設け、前記マグネットを径方向に沿って層状に３個配置しても良い。湾曲形のマグネットを用いたＩＰＭモータでは、３層構造がトルクと製造性のバランスが最も良い。また、前記湾曲形スリットを、該ロータの外側に中心点を有する円弧に沿って設けても良い。湾曲形スリットを円弧状とし、そこにマグネットを埋設すると、ｑ軸方向の磁気抵抗が低い部位にマグネットを配置でき、リラクタンストルクを活用できる。
　さらに、前記マグネットによって、Ｎ極又はＳ極の何れか一方である第１磁極と、前記第１磁極とは異なる極性の第２磁極を形成し、前記第１及び第２磁極が形成する磁束の方向をｄ軸、該ｄ軸と磁気的に直交する軸をｑ軸と設定したとき、前記ロータに、前記ｄ軸と前記ｑ軸とが周方向に交互に複数個設け、前記第１磁極と前記第２磁極の各前記ｄ軸を基準として、前記ロータの断面を各前記ｄ軸の属する領域ごとに等分に分割したとき、前記第１磁極側の前記マグネットを、前記第２磁極側の前記マグネットと干渉しない状態で前記第２磁極側の領域に跨って配置するようにしても良い。ＮＳ極を非対称に配置することにより、各極にて発生するロータ－ステータ間の吸引力が相殺され、コギングが低減する。また、高調波成分が相殺され、誘起電圧波形が正弦波化され、マグネットトルクのトルクリップルも低減される。コギングやトルクリップルの低減により、ハンドルの戻りや収斂性、すわりが改善される。また、操舵フィーリングも改善される。
　加えて、前記ステータに、前記ティース部の内周側に設けられ隣接する前記ティース部の内周側先端部同士を連結するブリッジ部を設けても良い。ティース部先端を連結するクローズドステータ構造を採用することにより、マグネットによる磁束が短絡され、磁束変化が抑えられ、コギングが低下する。
　さらに、前記ロータの外周を、前記第１磁極の領域と前記第２磁極の領域とに分割された各領域ごとに異なる点を中心とした半径の円弧にて形成し、該半径の中心点は、前記ロータの中心から径方向外側に所定の距離だけ偏心した位置に配置しても良い。ロータを偏心した構造とすることにより、誘起電圧波形の高調波成分を低減でき、トルクリップルが低減される。
　本発明の電動パワーステアリングシステムによれば、その駆動源であるブラシレスモータにて、複数層の湾曲形スリットにマグネットを埋設したＩＰＭ構造を採用することにより、リラクタンストルクを発生させることができ、マグネットトルクが抑制される。また、相巻線を分布巻きに形成することにより、リラクタンストルクを増大でき、マグネットトルクが抑制される。この結果、マグネット磁束が抑制され、モータの磁気的フリクションが低減され、ハンドルの戻りや収斂性、すわりが改善される。また、磁束によるロストルクの低減も図られ、収斂性が改善される。
　また、ボンド磁石を用いることにより、マグネットを薄肉化でき、ロータ径を小径化できる。この結果、ロータ径を小径化でき、イナーシャを低減させ、ハンドルの収斂性を向上させることが可能となる。さらに、ボンド磁石の使用により、マグネットの組み付けバラツキが抑えられ、コギングが低減される。加えて、ボンド磁石は、磁束の温度変化が少ないため、低温時の磁束を小さく設定でき、マグネットトルクも抑制される。
　一方、ボンド磁性材料に対し極異方性着磁を行うことにより、ロータ表面の磁束が正弦波化し、磁束変化が滑らかとなる。この結果、コギングの低減が図られ、ハンドルの戻りや収斂性、すわりが改善される。
ブラシレスモータを用いた電動パワーステアリングシステムの構成を示す説明図である。 本発明の実施の形態１である電動パワーステアリングシステムにて使用されるブラシレスモータの構成を示す断面図である。 図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。 得られるトルクを集中巻きと分布巻きで比較した説明図である。 ロータの構成を示す説明図である。 マグネット層数とＬｑ,Ｌｄの関係を示す説明図である。 ロータの成形過程を示す簡略説明図である。 温度とモータトルクとの関係を、ボンド磁石と焼結磁石で比較して示した説明図である。 （ａ）は、極異方性着磁を行ったリングマグネットの着磁状態、（ｂ）は、極異方性着磁のリングマグネットにおける表面磁束密度、（ｃ）は、ロータマグネットの磁化状態を示す説明図である。 図１の電動パワーステアリングシステムにおける制御装置の構成を示すブロック図である。 図１の電動パワーステアリングシステムの制御形態を示す説明図である。 本発明の実施の形態２である電動パワーステアリングシステムにて使用されるブラシレスモータの構成を示す断面図である。 ブリッジ部の構成を示す説明図である。 アウタステータとインナーステータの嵌合固定部の構成を示す説明図である。 図１２のブラシレスモータにおけるロータの構成を示す説明図である。 ロータの偏心構成を示す説明図である。 マグネット形状の変形例を示す説明図である。
　以下の実施の形態の目的は、ブラシレスモータの低フリクション化と低イナーシャ化を両立させると共に、低ロストルク・低コギング化を実現し、ＥＰＳにおけるハンドルの戻りや収斂性、すわりを向上させることにある。
（実施の形態１）
　本実施の形態は、ＥＰＳ用モータの構成を多角的・総合的に見直すことにより、低速走行時におけるハンドルの戻りや収斂性と、高速走行時におけるハンドルのすわりを共に改善し、走行安定性に優れたＥＰＳシステムを実現したものである。
（１）磁気的フリクション・ロストルクの抑制
　ＥＰＳでは、ハンドルの戻りもすわりも、何れもモータの磁気的フリクションの影響が大きく、マグネット磁束の抑制が求められる。また、ハンドルのすわりに影響を及ぼすロストルクもマグネット磁束が関係する。そこで、マグネット磁束を抑制すべく、リラクタンストルクの活用を検討した。その結果、マグネットトルクとリラクタンストルクによってロータを回転させるハイブリッド型のモータを採用した。また、リラクタンストルクを増大させるため、巻線形態を分布巻きとした。
（２）イナーシャの抑制
　ロータの小径化を図り、リラクタンストルクを最大限活用すべく、ロータ内にマグネットを埋め込んだＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)型のブラシレスモータとした。その際、リラクタンストルク増大と小径化を両立するため、ロータとして、湾曲形（好ましくは、円弧状）のマグネットを多層に配置した多層ＩＰＭロータを用いた。また、小径ロータ内にマグネットを多層に配置できるよう、マグネットをボンド磁石とし、それをロータコア内に射出成形する構成を採用した。なお、ボンド磁石を用いることにより、磁束の温度変化が小さくなるため、高温減磁を見越した磁束密度設定が緩和され、その分、マグネット磁束を抑えることも可能となる。
（３）コギング低減
　ロータ内のボンド磁石に極異方性着磁を行うことにより、表面磁束を正弦波化した。これにより、磁束変化を滑らかにし、スキュー（出力トルクが低減し、高磁束化を招く）を施すことなく、コギングを低減させる。また、ボンド磁石の射出成形により、組み付けのバラツキが抑えられ、コギングやそのバラツキも低減する。
　上記のような検討に基づき、発明者は、
　・分布巻きステータ
　・円弧形多層マグネットロータ
　・極異方性ボンド磁石
の各仕様を備えたモータを用いてＥＰＳシステムを構築した。以下、かかるＥＰＳシステムについて説明する。
　図１は、実施の形態１である電動パワーステアリングシステムの構成を示す説明図である。図１の電動パワーステアリングシステム１（以下、ＥＰＳ１と略記する）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いる。ＥＰＳ１では、動力源として、ブラシレスモータ３（以下、モータ３と略記する）を使用している。
　ステアリングシャフト２には、ハンドル４が取り付けられている。ハンドル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。ハンドル４の操作に伴ってタイロッド６が作動すると、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、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。
　操作者によってハンドル４が操作され、ステアリングシャフト２が回転すると、ステアリングシャフト２に連結された図示しないトーションバーの捩れを検出するトルクセンサ１１が作動する。制御装置１０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、モータ３の操舵補助力と手動操舵力によって回転する。詳細図示は省略するが、ステアリングシャフト２の回転運動は、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、車輪７の転舵動作に変換される。すなわち、ステアリングシャフト２の先端に設けられたピニオン５ａの回転が、ラック軸５ｂ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の断面図、図３は、図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。モータ３は、ロータ内にマグネットを埋め込み、マグネットトルクとリラクタンストルクによってロータを回転させるＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)型のブラシレスモータである。ＩＰＭ構造のモータは、ＳＰＭ構造のモータに比して磁気的フリクションが小さく、粘性トルクを小さく抑えられるため、ハンドルの収斂性が良い。モータ３は、図２に示すように、外側にステータ（固定子）１３、内側にロータ（回転子）１４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１３は、有底円筒形状のモータケース１５の内側に固定されている。ロータ１４は、ケース１５内に回転自在に取り付けられている。ケース１５は、鉄等の磁性材料からなり、有底円筒状に形成されている。ケース１５の開口部には、図示しない固定ネジによってアルミダイキャスト製のブラケット１６が取り付けられている。
　ステータ１３は、ステータコア１２と、ステータコイル１７（相巻線、以下、コイル１７）及びバスバーユニット（端子ユニット）１８とから構成されている。バスバーユニット１８は、ステータコア１２に取り付けられ、コイル１７と電気的に接続されている。コイル１７は、ステータコア１２のティース部１９に分布巻きにて巻装されている。モータコイルの巻線形態としては、分布巻きと集中巻きがあるが、ここでは分布巻きを採用している。集中巻きを採用したモータでは、どうしてもステータコアに磁束が集中する部位が生じる。磁束集中部位では、磁気飽和が生じ、磁気抵抗が増大するため、磁束が流れにくくなる。これに対し、分布巻きでは、磁束が偏りなく流れるため、磁気飽和が生じにくく、その分、磁束を多く流すことが可能となる。特に、モータ３では、リラクタンストルクに関連するｑ軸磁束の磁気抵抗を抑えることができ、リラクタンストルクを効率良く活用できる。このため、図４に示すように、集中巻きに比して、分布巻きの方が得られるトルクが大きく、ＥＰＳ１では、分布巻きのモータ３を使用している。
　ステータコア１２は、鋼製の板材（例えば、電磁鋼板）を多数積層して形成されている。ステータコア１２の外側リング部２１には、径方向内側に向かって、複数個（ここでは、２４個）のティース部１９が突設されている。隣接するティース部１９の間には、スロット２２が形成されている。モータ３では、ティース部１９は２４個設けられており、２４スロット構成となっている。スロット２２の中には、コイル１７が収容されている。ステータコア１２には、合成樹脂製のインシュレータ２３が取り付けられている。インシュレータ２３の外側にはコイル１７が巻装されている。
　ステータコア１２の一端側には、バスバーユニット１８が取り付けられている。バスバーユニット１８は、環状に形成された合成樹脂製の本体部内に、銅製のバスバー２４がインサート成形された構成となっている。バスバーユニット１８の周囲には、複数個のバスバー端子２５が径方向に突設されている。バスバーユニット１８の取り付けに際し、バスバー端子２５には、ステータコア１２から引き出されたコイル１７の端部１７ａが溶接され、電気的に接続される。バスバーユニット１８では、バスバーはモータ３の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個と各相同士の接続用の１個の計４個）設けられている。各コイル１７は、その相に対応したバスバー端子２５と電気的に接続される。コイル１７に対しては、図示しないバッテリから、給電配線２６を介して相電流（Ｕ,Ｖ,Ｗ）が供給される。ステータコア１２は、バスバーユニット１８を取り付けた後、ケース１５内に圧入固定される。
　ステータ１３の内側にはロータ１４が挿入されている。図５は、ロータ１４の構成を示す説明図である。ロータ１４の回転軸２７は、ベアリング２９ａ,２９ｂによって回転自在に軸支されている。ベアリング２９ａはケース１５の底部中央に、ベアリング２９ｂはブラケット１６の中央部にそれぞれ固定されている。回転軸２７には、円筒形状のロータコア２８と、回転角度検出手段であるレゾルバ３４のロータ（レゾルバロータ）３４ａが圧入等の固定手段によって取り付けられている。レゾルバ３４のステータ（レゾルバステータ）３４ｂは、合成樹脂製のレゾルバブラケット３４ｃに収容されている。レゾルバブラケット３４ｃは、取付ネジ３５によってブラケット１６の内側に固定される。
　回転軸２７は、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ている。ウォーム軸にはウォームが形成されている。ウォーム軸は、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。
　図５に示すように、ロータコア２８もまた、円板状の電磁鋼板を多数積層して形成されている。各スリット群３１は、円弧状（弓形）に曲がっている。スリット群３１は、ロータ１４の外周より外側に設定される仮想点（図示せず）を中心とする円弧に沿って設けられる。スリット群３１は、その凸側部位をロータ１４の中心側に向けた形で、径方向に沿って３層に形成されている。すなわち、１組のスリット群３１は、最外層の第一スリット３１ａ、中間層の第二スリット３１ｂ、最内層の第三スリット３１ｃから構成される。
　スリット群３１内には、ボンド磁石が充填されており、ロータマグネット３２が形成されている。ボンド磁石の充填により、ロータ１４内にロータマグネット３２が内装され、モータ３はＩＰＭ構造のブラシレスモータとなる。ボンド磁石としては、例えば、異方性のネオジムボンド磁性材料などが使用される。ネオジムボンド磁性材料は、ネオジム磁性材料等の希土類磁石の磁性粉末を、エポキシ等の合成樹脂に混ぜ合わせた素材である。ボンド磁性材料は、射出成形にてスリット群３１内に充填され、所定の着磁を行うことによって成形される。
　ロータ１４では、スリット群３１内のロータマグネット３２により、層状のマグネット群からなる磁極部３３が形成される。磁極部３３には、外周側がＳ極となったロータマグネット３２ｓと、外周側がＮ極となったロータマグネット３２ｎが設けられている。磁極部３３は、周方向に沿って、Ｓ極とＮ極が交互に２個ずつ（合計４個）配置される。その結果、モータ３は、４極２４スロット（４Ｐ２４Ｓ）構造となる。各磁極部３３のロータマグネット３２は、前述のように径方向に沿って３層に配置される。ロータ１４には、磁極部３３によって、磁極が作る磁束の方向のｄ軸と、ｄ軸と磁気的に直交するｑ軸とが周方向に交互に複数形成される。ロータ１４には、ｑ軸磁束が通りやすい状態となるよう円弧状のスリット群３１が設けられている。
　スリット群３１には、ロータマグネット３２が充填配置されている。ロータ１４は、ｑ軸の磁束が通りやすくなっており、インダクタンスＬｑが大きい構造となっている。リラクタンスモータでは、ＬｑとＬｄの差が大きいほど、リラクタンストルクは大きくなる。ＬｑとＬｄの差は、図６から分かるように、マグネット層数が１,２層の場合よりも３層の場合の方が大きいが、層数が３層以上になると余り変化がない。そこで、ロータ１４では、スリット幅とのバランスから、マグネット層数として、リラクタンストルクを効果的に大きくできる３層を採用している。
　モータ３では、ｑ軸磁束が流れる形に沿って、ロータマグネット３２を円弧状に形成して配置することにより、効率良くリラクタンストルクを発生させることが可能となる。また、ロータマグネット３２を多層配置することにより、より大きなリラクタンストルクを得ることが可能となる。さらに、コイル１７を分布巻きとし、磁気飽和を生じにくくしているため、ｑ軸磁束の磁気抵抗も抑えられ、リラクタンストルクの増大が図られている。その結果、リラクタンストルクが大きい分、マグネットトルクを減らすことができ、モータの磁気的なフリクションやロストルクを抑えることが可能となり、ハンドルの戻りや収斂性、すわりが改善される。
　一方、ロータの外径を変えることなく、ロータマグネット３２を３層化しようとすると、マグネット自体の厚さは薄くせざるを得ない。また、平板のセグメントマグネットをスリット群３１内に収めようとすると、平板マグネットでは隙間（空気層）ができてしまう。この隙間部分では、磁気抵抗が大きくなると共に、自己減磁し易くなる。また、隙間によるガタによって性能にバラツキが生じる。これに対し、ロータ１４は、ボンド磁石の射出成形によってロータマグネット３２が形成されているため、平板マグネットのような隙間が生じることもなく、ガタによる性能のバラツキも生じない。
　図７は、ロータ１４の成形過程を示す簡略説明図である。図７に示すように、ロータ１４は、複数の磁場配向用マグネット３６が配された磁場配向金型３７を用いて形成される。磁場配向用マグネット３６としては、例えば、サマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が使用される。ロータコア２８は、磁場配向用マグネット３６の内側に形成された空洞部３８内に収容配置される。空洞部３８の上には、射出成形機の図示しないノズルと接続される上型３９が載置される。上型３９には、複数のランナー４１と、各ランナー４１の他端を集結するスプルー４２が設けられている。ランナー４１は、複数組のスリット群３１に溶融状態のボンド磁石を供給する流路となる。ランナー４１の一端は、複数組のスリット群３１の各スリット３１ａ～３１ｃの数に一致するよう分岐している。
　複数組のスリット群３１の各スリット３１ａ～３１ｃとランナー４１との接続部（開口）は複数のゲート４３となっている。ロータ１４を形成する場合は、まず、磁場配向金型３７の空洞部３８内に積層工程の完了したロータコア２８を収容する。次に、上型３９をロータコア２８上に載置し、ロータコア２８のスリット群３１とゲート４３を接続する。そして、この状態にて、射出成形機の図示しないノズルから、スプルー４２に溶融状態のボンド磁性材料が射出される。スプルー４２に加圧供給されたボンド磁性材料は、各ランナー４１から、ゲート４３を介して、ロータコア２８のスリット群３１の各スリット３１ａ～３１ｃ内部に流入する。
　ボンド磁石は、焼結磁石に比して、温度による磁束変化が少ない。図８は、温度とモータトルクとの関係を、ボンド磁石と焼結磁石で比較して示した説明図である。図８に示すように、ネオジム焼結磁石の場合は、０°Ｃから１００°Ｃに雰囲気温度が変化すると、１０％近くトルクが低下する。これに対し、ネオジムボンド磁石は、その間のトルク変化は概ね焼結磁石の半分程度である。同じ１００°Ｃの目標トルクを得るために、ボンド磁石では、焼結磁石よりも低い磁束密度のマグネットを使用できる。従って、磁束密度が低い分、ロストルクやコギングが小さくなり、ハンドルのすわりが良くなり、中立位置でのハンドル挙動が安定し、直進安定性が向上する。
　スリット群３１に流入したボンド磁性材料は、磁場配向用マグネット３６により磁粉の方向を制御しながら着磁され、図５のような極性の磁極部３３が形成される。磁場配向金型３７では、磁場配向用マグネット３６により、異方性の磁粉を用いたボンド磁性材料に対し、極異方性にて着磁が行われ、磁粉の方向性が揃えられる。図９（ａ）は、極異方性着磁を行ったリングマグネットの着磁状態、同（ｂ）は、極異方性着磁のリングマグネットにおける表面磁束密度、同（ｃ）は、ロータマグネット３２の磁化状態を示す説明図である。
　極異方性着磁の場合、図９（ｃ）に示すように、円弧内側の中心方向に向かって磁化ベクトルが向くように、各層の磁石が着磁されるため、表面磁束のピークが高くなる。また、図９（ｂ）に示すように、表面磁束密度も正弦波状となる。ロータマグネット３２も、着磁後の表面磁束密度波形が、ピークが高く、かつ、正弦波に近くなる。従って、ロータ１４にこれを使用すると、スキューを施すことなく、コギングトルクの低いモータを得ることができる。その結果、ＥＰＳ１では、ハンドルのすわりが改善され、高速走行時における直進性が安定する。
　スリット群３１内のボンド磁性材料は、磁場配向用マグネット３６により着磁される。すなわち、ロータマグネット３２は、磁場配向用マグネット３６によって着磁されつつ成形される。磁場配向金型３７では、磁場配向用マグネット３６により、フル着磁状態の概ね８０％程度着磁される。ロータ１４は、ボンド磁性材料の充填成形後に着磁機によってフル着磁を行う。但し、８０％程度の着磁状態にて実用上差し支えない場合には、着磁機による追い着磁は省くことが可能である。
　上述のようなＥＰＳ１では、ハンドル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。転舵操作により、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２６を介してコイル１７に電力が供給される。コイル１７に電力が供給されるとモータ３が作動し、回転軸２７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。
　図１０は、ＥＰＳ１の制御装置１０の構成を示すブロック図であり、ＥＰＳ１は制御装置１０にて駆動制御される。図１０に示すように、制御装置１０には、モータ３に供給する電流量を制御する電流指令部５０と、制御データを格納するＲＡＭ５９，ＲＯＭ６０が設けられている。電流指令部５０には、トルクセンサ１１、車速センサ５１、レゾルバ３４、及び、電流センサ５２が接続されている。電流指令部５０は、各センサからの検出値に基づいて、モータ３への供給電流量を決定し、ＥＰＳ１を適宜制御する。
　トルクセンサ１１は、ハンドル４の操作に伴い、ステアリングシャフト２に連結された図示しないトーションバーの捩れを検出することで、モータ３の負荷となるトルク値を検出する。トルクセンサ１１の検出値は、モータ負荷情報として電流指令部５０に入力される。車速センサ５１は、ＥＰＳ１が搭載されている車両の走行速度を検出する。車速センサ５１の検出値は、車速情報として電流指令部５０に入力される。レゾルバ３４は、ロータ１４の回転位置を検出する。ロータ回転位置は、レゾルバ３４からロータ回転位置情報として逐次電流指令部５０に入力される。電流指令部５０では、ロータ回転位置情報からモータ回転速度も算出される。電流センサ５２は、モータ３に現在供給されている電流値を検出し、その値を電流指令部５０に出力する。
　電流指令部５０には、これらの検出値に基づいて演算処理を行い、モータ３に対して供給する基本電流量を算出する基本電流算出部５３が設けられている。基本電流算出部５３は、トルクセンサ１１と車速センサ５１の検出値に基づいて、基本電流マップ５４から基本電流量を算出する。基本電流算出部５３は、操舵トルクに応じたアシスト力が、車速に応じて出力されるようにモータ供給電流量を設定する。電流指令部５０にはまた、微分補償制御部５５が設けられている。微分補償制御部５５は、トルクセンサ１１と車速センサ５１の検出値に基づいて、基本電流量を補正する電流補償値を算出する。電流補償値は、操舵トルクの変動に応じてモータ供給電流を補正し、操舵力の変動を抑え、操舵フィーリングを良好にする働きを有する。
　電流指令部５０にはさらに、ハンドル戻り制御部５６と収斂性制御部５７が設けられている。各制御部５６,５７は、ハンドルの戻りや収斂性を改善すべく、車速センサ５１やレゾルバ３４の検出値に基づいて、基本電流量を適宜補正する。ハンドル戻り制御部５６は、低車速時におけるハンドルの戻りをアシストするため、アシスト方向に電流を流し、セルフアライニングトルクによるハンドルの戻りを改善する。収斂性制御部５７は、ハンドル回転方向と逆方向にモータ電流を流し、手放し時における収斂性やハンドルのすわり感を向上させ、ハンドルの切り込み時と戻し時の操舵反力の差を調整する。
　電流指令部５０の基本電流算出部５３や微分補償制御部５５等の後段には、目標電流演算部５８が設けられている。目標電流演算部５８は、モータ３に対して供給する電流量を演算し決定する。目標電流演算部５８では、基本電流算出部５３にて算出された基本電流量に対し、微分補償制御部５５にて算出された電流補償値や、ハンドル戻り制御部５６及び収斂性制御部５７での設定を加味して、電流量を最終的に決定する。目標電流演算部５８には、電流センサ５２からモータ３の現在の電流値が入力されている。目標電流演算部５８は、現在の電流値に基づいて、モータ３をフィードバック制御する。
　図１１は、制御装置１０によるＥＰＳ１の制御形態を示す説明図である。図１１に示すように、制御装置１０は、駐車時・低速時は、モータ３を「高トルクモータ」として作動させるべく、最大トルク制御を実施する。その結果、車庫入れ動作の際などに、大きなアシスト力を得ることが可能となる。モータ３は、「分布巻きステータ」、「円弧形多層マグネットロータ」、「極異方性ボンド磁石」により、高トルクでありながら、フリクションやイナーシャが小さく、ロストルクも抑えられている。従って、駐車時・低速時におけるハンドルの戻りや収斂性が良く、車庫入れ動作などを容易かつ快適に行うことができる。
　次に、高速走行時においては、制御装置１０は、モータ３を「高回転モータ」として作動させるべく、最大回転数制御を実施する。その結果、高速走行時の転舵の際にも、高回転数にて素早くアシスト力を付与することが可能となる。モータ３は、フリクションやイナーシャが小さく、ロストルクやコギングも抑えられている。従って、高速走行時における応答性が高い一方で、ハンドルのすわりが良く直進安定性に優れ、安定した高速走行を行うことが可能となる。
　高速・低速の中間域の通常走行時は、制御装置１０は、トルクと車速に応じた最適制御を行う。すなわち、トルクセンサ１１と車速センサ５１の検出値に基づいて、最大トルク制御と最大回転数制御をミックスした制御形態にてモータ３を駆動する。この制御形態は、基本電流マップ５４内に反映されている。制御装置１０では、基本電流マップ５４を参照しつつ、トルクと車速に基づいて状況に適したアシスト力をＥＰＳシステムに付与する。
　上述のように、本発明によるＥＰＳ１では、
（ａ）複数層の湾曲形スリットにマグネットを埋設したＩＰＭ構造を採用することにより、リラクタンストルクを発生させることができ、その分、マグネットトルクを抑えることが可能となる。
（ｂ）相巻線を分布巻きに形成することにより、リラクタンストルクを増大でき、その分、マグネットトルクを抑えることが可能となる。
（ｃ）ボンド磁石を用いることにより、マグネットを薄肉化でき、ロータ径を小径化できる。また、マグネットの組み付けバラツキが抑えられる。さらに、磁束の温度変化が少ないため、低温時の磁束を小さく設定できる。
（ｄ）ボンド磁性材料に対し極異方性着磁を行うことにより、ロータ表面の磁束が正弦波化し、磁束変化が滑らかとなる。
　そして、上記（ａ）～（ｄ）から、（１）磁気的フリクション・ロストルクの抑制（マグネット磁束の抑制）、（２）ロータのイナーシャ低減、（３）コギングの低減が可能となる。
（１）磁気的フリクション・ロストルクの抑制
　上記（ａ）,（ｂ）,（ｃ）（低温時磁束低減）により、マグネット磁束を抑制することが可能となる。
　マグネット磁束が小さくなると、モータの磁気的フリクションが低減され、ハンドルの戻りや収斂性、すわりが改善される。また、磁束によるロストルクの低減も図られ、収斂性が改善される。
　さらに、リラクタンストルクの活用に伴い、弱め界磁制御を行ってもトルクを維持できる。従って、ＥＰＳシステムに求められるトルク要件を満たしつつ、弱め界磁による高回転化が可能となる。
（２）イナーシャ低減
　上記（ａ）（多層化）,（ｃ）より、ロータ径を小径化でき、イナーシャを低減させることが可能となる。
　イナーシャが小さくなると、ロータの動作が軽快となり、ハンドルの収斂性が改善される。
（３）コギング低減
　上記（ｃ）（組み付けバラツキ低減）,（ｄ）より、モータのコギングを低減させることが可能となる。
　コギングが小さくなると、ハンドルの戻りや収斂性、すわりが改善される。
　ハンドルの「戻り」、「収斂性」、「すわり」について、上記（１）～（３）は様々に関わりあって、これらを総合的に改善させる。従って、「戻り」や「収斂性」、「すわり」等の改善は、それぞれ完全に切り分けられるものではなく、（１）～（３）に記載された各改善項目以外の項目も改善される。また、「戻り」等の改善により、操舵フィーリングも向上する。
（実施の形態２）
　次に、実施の形態２として、ステータやロータの構造の工夫により、モータのトルクリップルやトルクリップルを低減させ、ハンドルの収斂性やすわりを改善させたＥＰＳシステムについて説明する。以下の実施の形態では、実施の形態１と同様の部材、部分については同一の符号を付し、その説明は省略する。
　図１２は、本発明の実施の形態２であるＥＰＳシステムに使用されるブラシレスモータ６１の断面図である。モータ６１もまた、図１のようなＥＰＳシステムの駆動源として使用される。モータ３と同様に、モータ６１も、外側にステータ６２、内側にロータ６３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６２は、ステータコア６４、ステータコイル６５（以下、コイル６５）を有している。ステータコア６４は、円筒状のアウタステータ６６と、アウタステータ６６の内周側に取り付けられるインナーステータ６７とから構成されている。
　アウタステータ６６とインナーステータ６７はそれぞれ、厚さｔ（ｔ＝０.３５～０.７０ｍｍ程度）の電磁鋼板を多数積層して形成されている。インナーステータ６７は、放射状に形成された２４個のティース部６８と、ティース部６８の内周側を連結するブリッジ部６９とから構成されている。隣接するティース部６８の間にはスロット７１が形成される。図１３に示すように、モータ６１では、ブリッジ部６９の径方向の幅Ｗは、ステータコア６４を積層形成する鋼板１枚の板厚ｔ≦Ｗ≦１.５ｍｍの範囲に設定されている。
　モータ６１では、ティース部６８の内周側がブリッジ部６９にて連結されているため、通常のモータのように、ティース先端側のスリットを利用してティースにコイルを巻装できない。そこで、モータ６１では、まず、ステータ６２をアウタステータ６６とインナーステータ６７に分割する。そして、インナーステータ６７のティース部外周側を開放する。その結果、ティース部６８に銅線を巻装できるようになり、コイル６５が形成可能となる。ティース部６８は、コイル６５が分布巻きにて巻装された後、アウタステータ６６の内周側に取り付けられる（嵌合固定）。分布巻きは、集中巻に比してブリッジ部６９での磁束の漏洩が少なく、集中巻よりも最大トルクを大きくできる。
　ステータ６２の内周側をブリッジ部６９にてクローズすることにより、マグネット７７による磁束が短絡され、磁束変化が抑えられ、コギングが低下する。発明者らの実験によれば、この傾向は磁束量を変化させても同様である。また、コギング低減には、ブリッジ部６９の幅Ｗを板厚以上とすることが好ましい。但し、幅Ｗが１.５ｍｍを超えると磁束がブリッジ部６９に回り込みやすくなり、磁束の漏れも大きくなり有効磁束が減少してしまう。従って、出力トルクの観点からすると、幅Ｗは１.５ｍｍ以下が好ましい。
　図１４は、アウタステータ６６とインナーステータ６７の嵌合固定部の構成を示す説明図である。モータ６１では、ティース部６８は２４個設けられている。各ティース部６８は、その外周側が、アウタステータ６６の内周面に形成されたティース取付溝（凹部）１６に嵌合固定される。図１４に示すように、アウタステータ６６側には、断面がＶ字形となった蟻溝状のティース取付溝７２が形成されている。ティース取付溝７２は、アウタステータ６６の全長に亘って、軸方向に沿って延設されている。ティース部６８の外周端には、外端側が拡大したほぞ状の嵌合部７３が形成されている。アウタステータ６６とインナーステータ６７は、ティース取付溝７２と嵌合部７３を軸方向から挿入嵌合させることにより、径方向・周方向に抜け止めされた状態で固定される。
　ロータ６３を形成するロータコア７４もまた、円板状の電磁鋼板を多数積層して形成されている。ロータコア７４を構成する鋼板には、円弧状のスリット７５が複数設けられている。スリット７５は、磁極がつくる磁束の方向（永久磁石の中心軸）をｄ軸とし、ｄ軸と磁気的に直交する軸（永久磁石間の軸）をｑ軸に設定すると、回転軸７６と直交するｑ軸を境界として複数組設けられている。モータ６１では、スリット７５のセット（スリット群）が４組設けられている。スリット７５内には、マグネット７７が埋め込まれている。スリット７５は、ｄ軸上のロータ６３の外周より外側に設定される仮想点（後述する、Ｓ,Ｎ極マグネット７７ｎ,７７ｓの円弧の中心Ｏｓ,Ｏｎ）を中心に円弧状に配置されている。ロータコア７４を構成する鋼板には、ロータ６３の磁気抵抗を回転方向に沿って異ならせるためのフラックスバリアの機能を有する空隙部７５ａが設けられている。モータ６１では、マグネット７７としてセグメントマグネットを使用しているが、ボンド磁石も使用可能である。
　図１５は、ロータ６３の構成を示す説明図である。ロータ６３では、複数個のマグネット７７として、外周側がＳ極となったマグネット７７ｓ（７７ｓ１,７７ｓ２）と、外周側がＮ極となったマグネット７７ｎ（７７ｎ１,７７ｎ２）が設けられている。ロータ６３は４極構成であり、モータ６１は４極２４スロット構成となっている。Ｓ極のマグネット７７ｓ１,７７ｓ２と、Ｎ極のマグネット７７ｎ１,７７ｎ２は中心線に対して非対称に配置されている（マグネット非対称配置）。また、ロータ６３は、外周が偏心した形状となっている（ロータ偏心）。
　ロータ６３では、マグネットの非対称設定によってトルクリップルを低減させている。ロータ６３の非対称設定には次のような特徴がある。
　(a) ロータ６３の断面を、マグネット７７ｓ（第１磁極）とマグネット７７ｎ（第２磁極）の各ｄ軸を基準として、各ｄ軸が属する領域ごとに等分に分割する。そして、各領域の分割線となる、ロータ６３の直交する中心線Ｍ１,Ｍ２に対して、一方の極（ここではＳ極）の最も内側のマグネット７７ａを、隣の極のゾーン（領域）に跨って配置する。但し、隣接極のマグネットとは干渉せず、ｑ軸の磁路となるスペースは確保されている。ｑ軸により区分されたマグネット７７ｓの属する領域の角度θ１（ロータ６３の中心Ｏｒを中心とした角度)は、マグネット７７ｎの属する領域の角度θ２（同上）より大きく設定される（θ１＞θ２）。
　(b) マグネット７７は、Ｓ極とＮ極とで中心位置がずれている。つまり、Ｓ極マグネット７７ｓの円弧の中心Ｏｓ（第１中心点）とロータ６３の中心Ｏｒとの間の距離（マグネット中心距離）Ｒｓ（Ｒ１）と、Ｎ極マグネット７７ｎの円弧の中心Ｏｎ（第２中心点）と中心Ｏｒとの間の距離（マグネット中心距離）Ｒｎ（Ｒ２）が異なる（Ｒｓ≠Ｒｎ）。
　(c) 各磁極の最も内側のマグネット７７ａと中心Ｏｒとの間の距離（最短距離）Ｌｓ（Ｌ１）,Ｌｎ（Ｌ２）が、Ｓ極とＮ極とで異なる（Ｌｓ≠Ｌｎ）。
　図１５に示すように、ロータ６３には、中心線Ｍ１,Ｍ２によって区画された４つの極ゾーンＳ１,Ｎ１,Ｓ２,Ｎ２が存在する。４つの極ゾーンは、マグネット７７ｓ（第１磁極）とマグネット７７ｎ（第２磁極）の各ｄ軸を基準として、ロータ断面を、各ｄ軸が属する領域ごとに等分に分割した４つの領域である。ロータ６３では、最内層（最もロータ中心Ｏｒに近い層）のＳ極マグネット７７ｓの外周部７８が、極ゾーンＳ１,Ｓ２から、隣接する他極の極ゾーンＮ１,Ｎ２側へはみ出している。隣接ゾーンへのラップ代は、これが大きいほどトルクリップルを低減できる。但し、隣接極と干渉しないように、Ｓ極マグネット７７ｓと、これと隣り合うＮ極マグネット７７ｎと間にはスペース７９が設けられている。隣接ゾーン側の領域に跨るマグネットは、Ｓ極のものでもＮ極のものでも良い。ここでは、Ｓ極のマグネット７７ｓがＮ極のゾーンに進入している。
　一般に、モータではマグネットを対称配置すると、コギングは極とスロットの最小公倍数回発生する。４極２４スロットのモータの場合、モータ１回転につき２４山のコギングが発生する。コギングを低減するにはスキューを施すなどの方法が用いられるが、漏れ磁束の影響でトルクが低下してしまう。モータ６１では、ロータ６３を上記(a)～(c)のように非対称形状とすることにより、各極にて発生するロータ－ステータ間の吸引力を相殺し、コギングの低減を図っている。
　一方、モータ６１の出力トルクは、リラクタンストルクとマグネットトルクの合成トルクとなる。対称ロータの場合、Ｌｄ－Ｌｑの変動により、リラクタンストルクのリップルが大きくなる傾向がある。これに対し、モータ６１では、ロータを非対称とすることで、Ｓ極ゾーンＳ１,Ｓ２で発生するリラクタンストルクと、Ｎ極ゾーンＮ１,Ｎ２で発生するリラクタンストルクが相殺され、トルクリップルが低減される。また、マグネットトルクについても、対称ロータでは、磁束に高調波成分が乗るため誘起電圧波形が歪み、トルクリップルが大きくなる場合がある。これに対し、ロータを非対称とすると、高調波成分が相殺され、誘起電圧波形が正弦波化され、マグネットトルクのトルクリップルも低減される。
　さらに、ロータ６３では、外周の偏心設定によってトルクリップルを低減させている。図１６は、ロータ６３の偏心構成を示す説明図である。図１６では、ロータ６３が偏心している状態を明確に示すため、ロータ外形を誇張して示している。図１６に示すように、ロータ６３の外径は、点Ｏｒを中心とする一様の円周ではない。ロータ６３の外径は、４つの極ゾーンＳ１,Ｓ２,Ｎ１,Ｎ２ごとに異なる点を中心とした半径の円弧にて形成される。極ゾーンＳ１,Ｓ２,Ｎ１,Ｎ２の外径は、各極ゾーンの境界点Ｐにて接続されている。各極ゾーンの外周は、偏心点Ｏecを中心とする半径Ｒecの円弧にて形成されている。偏心点Ｏecは、ロータ中心点Ｏｒから径方向外側にそれぞれ偏心距離Ｌecだけ離れている。偏心点Ｏecは、中心線Ｍ１,Ｍ２に対して４５°傾斜した線分上に配置されている。半径Ｒecは、ロータ６３の最外周位置Ｑとロータ中心Ｏｒとの間の距離Ｒmaxよりも小さい。
　ロータ６３の外周を偏心させると、誘起電圧波形の高調波成分をより低減させることができ、トルクリップルをさらに低減できる。また、ロータ偏心により、ロータ回転に伴う磁束変化を緩やかにできる。従って、マグネットトルクの変動を低減でき、トルクリップルも低減できる。つまり、モータ６１では、ロータ非対称設定により、リラクタンストルクとマグネットトルクの両方のトルクリップルを低減させると共に、コギングも低減できる。従って、モータ６１をＥＰＳシステムに使用することにより、ハンドルの収斂性やすわりを改善することが可能となる。
　本発明は前述のような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、前述の実施形態では、ロータ内にロータマグネット（スリット群）を３層設けた構成のモータを示したが、マグネット層数は３層には限定されない。前述のように、３個配置がバランス的に良好であるが、３層未満、４層以上の構成のモータを用いることも可能である。ボンド磁石の例として、ネオジムボンド磁石を挙げたが、サマリウム窒化鉄ボンド磁石等の他のボンド磁石も使用可能である。
　前述の実施の形態２においては、ロータコアを構成する鋼板にフラックスバリアの機能として、空隙部を設ける例を示したが、実施の形態１のように、空隙部のない構造としたり、空隙部内に非磁性材を配置したりすることも可能である。
　前述の実施形態では、湾曲形マグネットとして、断面円弧状のマグネットを使用した例を示したが、「湾曲形」とは円弧形状のみならず、図１７（ａ）に変形例として示すような、台形状（等脚台形の上底と両斜辺）のマグネット８１をも含む概念である。図１７（ｂ）のように、円弧に近似した折れ線形のマグネット８２も湾曲形マグネットに含まれる。
　ロータ１４の回転位置を検出する手段として、レゾルバ３４を挙げたが、ロータ回転位置の検出手段はこれには限定されず、例えば、ロータマグネットとホールセンサの組み合わせなども使用可能である。実施の形態２に示した「マグネット非対称配置」と「ロータ偏心」は、それぞれ個別に適用することも可能である。図１７の変形例においては、ロータコア７４のスリット群内にボンド磁性材料の射出成形を行うと、各スリット内の角となった部分にも十分に磁性材料を充填することが可能となる。この変形例においても、スリットの端部にフラックスバリアの機能としての空隙部を設けても良いことは言うまでもない。
　前述の実施形態では、ステアリングシャフト２の部位にモータ３を設ける例を示したが、ステアリングギヤボックス５内のピニオン５ａをアシストするものや、ラック軸５ｂを直接アシストするＥＰＳシステムにモータ３を適用することも可能である。
　１　　電動パワーステアリングシステム（ＥＰＳ）
　２　　ステアリングシャフト　　　　　　３　　ブラシレスモータ
　４　　ハンドル　　　　　　　　　　　　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
１０　　制御装置（ＥＣＵ）　　　　　　１１　　トルクセンサ
１２　　ステータコア　　　　　　　　　１３　　ステータ
１４　　ロータ　　　　　　　　　　　　１５　　モータケース
１６　　ブラケット　　　　　　　　　　１７　　ステータコイル
１７ａ　端部　　　　　　　　　　　　　１８　　バスバーユニット
１９　　ティース部　　　　　　　　　　２１　　外側リング部
２２　　スロット　　　　　　　　　　　２３　　インシュレータ
２４　　バスバー　　　　　　　　　　　２５　　バスバー端子
２６　　給電配線　　　　　　　　　　　２７　　回転軸
２８　　ロータコア　　　　　　　　　　２９ａ,２９ｂ　　ベアリング
３１　　スリット群　　　　　　　　　　３１ａ　第一スリット
３１ｂ　第二スリット　　　　　　　　　３１ｃ　第三スリット
３２　　ロータマグネット　　　　　　　３２ｎ　ロータマグネット
３２ｓ　ロータマグネット　　　　　　　３３　　磁極部
３４　　レゾルバ　　　　　　　　　　　３４ａ　レゾルバロータ
３４ｂ　レゾルバステータ　　　　　　　３４ｃ　レゾルバブラケット
３５　　取付ネジ　　　　　　　　　　　３６　　磁場配向用マグネット
３７　　磁場配向金型　　　　　　　　　３８　　空洞部
３９　　上型　　　　　　　　　　　　　３９ａ　凸部
４１　　ランナー　　　　　　　　　　　４２　　スプルー
４３　　ゲート　　　　　　　　　　　　５０　　電流指令部
５１　　車速センサ　　　　　　　　　　５２　　電流センサ
５３　　基本電流算出部　　　　　　　　５４　　基本電流マップ
５５　　微分補償制御部　　　　　　　　５６　　ハンドル戻り制御部
５７　　収斂性制御部　　　　　　　　　５８　　目標電流演算部
５９　　ＲＡＭ　　　　　　　　　　　　６０　　ＲＯＭ
６１　　ブラシレスモータ　　　　　　　６２　　ステータ
６３　　ロータ　　　　　　　　　　　　６４　　ステータコア
６５　　ステータコイル　　　　　　　　６６　　アウタステータ
６７　　インナーステータ　　　　　　　６８　　ティース部
６９　　ブリッジ部　　　　　　　　　　７１　　スロット
７２　　ティース取付溝　　　　　　　　７３　　嵌合部
７４　　ロータコア　　　　　　　　　　７５　　スリット
７５ａ　空隙部　　　　　　　　　　　　７６　　回転軸
７７　　マグネット　　　　　　　　　　７７ａ　マグネット
７７ｎ　Ｎ極マグネット　　　　　　　　７７ｓ　Ｓ極マグネット
７８　　外周部　　　　　　　　　　　　７９　　スペース
８１　　マグネット　　　　　　　　　　８２　　マグネット
Ｍ１,Ｍ２　　中心線　　　　　　　　　 Ｎ１,Ｎ２　　Ｎ極ゾーン
Ｓ１,Ｓ２　　Ｓ極ゾーン　　　　　　　 Ｏｓ　　Ｓ極マグネット中心点
Ｏｎ　　Ｎ極マグネット中心点　　　　　Ｏｒ　　ロータ中心点
Ｒｓ　　マグネット中心距離（Ｏｓ－Ｏｒ）
Ｒｎ　　マグネット中心距離（Ｏｎ－Ｏｒ）
Ｌｓ　　最内層マグネット距離　　　　　Ｌｎ　　最内層マグネット距離
Ｏec　　偏心点　　　　　　　　　　　　Ｌec　　偏心距離
Ｐ　　　境界点　　　　　　　　　　　　Ｑ　　　最外周位置
Ｒec　　偏心半径
Ｒmax　 ロータ最外周位置距離（Ｑ－Ｏｒ）

Claims (7)

  1. 　ブラシレスモータを駆動源として使用し、車両のステアリングシャフトに対し操舵補助力を付与する電動パワーステアリングシステムであって、
    　前記ブラシレスモータは、
    　径方向内側に向けて突出する複数のティース部と、該ティース部に分布巻きにて巻装された相巻線と、を備えるステータと、
    　前記ステータの内側に回転自在に配置され、複数層の湾曲形スリットからなるスリット群を複数組有するロータコアと、前記各スリット内に埋設されたマグネットと、を備えるロータと、を有し、
    　前記湾曲形スリットは、その凸側部位をそれぞれ該ロータの中心側に向けた状態で前記ロータ内に配置され、
    　前記マグネットは、ボンド磁性材料を極異方性に着磁して形成され、
    　前記ロータは、前記マグネットの磁気的吸引力によるマグネットトルクと、磁路のインダクタンス差に基づくリラクタンストルクによって回転され前記操舵補助力が供給されることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
  2. 　請求項１記載の電動パワーステアリングシステムにおいて、
    　前記マグネットは、金型内に配置した前記ロータコアに対しボンド磁性材料を加圧供給することにより充填形成され、前記金型に設けられた磁場配向用マグネットにより、極異方性に着磁されることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
  3. 　請求項１又は２記載の電動パワーステアリングシステムにおいて、
    　前記スリット群は３個の前記湾曲形スリットを有し、前記マグネットは径方向に沿って層状に３個配置されることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
  4. 　請求項１～３の何れか１項に記載の電動パワーステアリングシステムにおいて、
    　前記湾曲形スリットは、該ロータの外側に中心点を有する円弧に沿って設けられることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
  5. 　請求項１～４の何れか１項に記載の電動パワーステアリングシステムにおいて、
    　前記マグネットは、Ｎ極又はＳ極の何れか一方である第１磁極と、前記第１磁極とは異なる極性の第２磁極を形成し、前記第１及び第２磁極が形成する磁束の方向をｄ軸、該ｄ軸と磁気的に直交する軸をｑ軸と設定したとき、前記ロータには、前記ｄ軸と前記ｑ軸とが周方向に交互に複数個設けられ、
    　前記第１磁極と前記第２磁極の各前記ｄ軸を基準として、前記ロータの断面を各前記ｄ軸の属する領域ごとに等分に分割したとき、前記第１磁極側の前記マグネットは、前記第２磁極側の前記マグネットと干渉しない状態で前記第２磁極側の領域に跨って配置されることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
  6. 　請求項１～５の何れか１項に記載の電動パワーステアリングシステムにおいて、
    　前記ステータは、前記ティース部の内周側に設けられ隣接する前記ティース部の内周側先端部同士を連結するブリッジ部を有することを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
  7. 　請求項１～６の何れか１項に記載の電動パワーステアリングシステムにおいて、
    　前記マグネットは、Ｎ極又はＳ極の何れか一方である第１磁極と、前記第１磁極とは異なる極性の第２磁極を形成し、前記第１及び第２磁極が形成する磁束の方向をｄ軸、該ｄ軸と磁気的に直交する軸をｑ軸と設定したとき、前記ロータには、前記ｄ軸と前記ｑ軸とが周方向に交互に複数個設けられ、
    　前記ロータの外周は、前記第１磁極の領域と前記第２磁極の領域とに分割された各領域ごとに異なる点を中心とした半径の円弧にて形成され、該半径の中心点は、前記ロータの中心から径方向外側に所定の距離だけ偏心した位置に配置されることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。
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