JP2001218439A

JP2001218439A - ブラシレスモータ、ブラシレスモータの制御装置及びモータの製造方法

Info

Publication number: JP2001218439A
Application number: JP2000089214A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takahashi; 稔高橋
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2001-08-10
Anticipated expiration: 2020-03-28
Also published as: JP4366823B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アシスト駆動力源としてブラシレスモータを
用いて、安定した所望の出力トルクを得ることができ、
トルクリップルを大幅に抑制することができ、滑らかな
ステアリング操舵感を得る電動式パワーステアリング装
置を提供する。モータショートやロックがなく、巻線が
簡単にできて小型化、低コスト化を図ったブラシレスモ
ータを提供する。【解決手段】ステータコアのスロットに多相のコイル
を波巻で巻いたブラシレスモータにおいて、前記ステー
タコアは、ティースの内周側を隣接したティース同士で
結合され外周側に開口部を持ったティース部分と、前記
ティース部分の外周側で磁路を形成するヨーク部分とで
構成され、前記ティース部分の外周側から巻線をした後
にヨーク部分を固着したものとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の操舵力を
低減させる電動式パワーステアリング装置に最適なブラ
シレスモータに関し、特にモータショートやロックがな
く、巻線が簡単にできて小型化、低コスト化を図ったブ
ラシレスモータに関する。また、本発明は、コイルの巻
き方を改良することにより、ブラシレスモータにおける
インダクタンス特性を改善したブラシレスモータ及びモ
ータの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動式パワーステアリング装置の
アシスト駆動源としてはブラシ付モータが一般的に使用
されており、さらにまた、操舵における慣性の低減、モ
ータの耐久性の向上等のためにブラシレスモータが使用
されている。

【０００３】モータのコイルの巻線方法としては、重ね
巻と波巻とがある。重ね巻でコイルが巻かれたモータに
は、１）巻線の成形、ステータコアへのインサートが簡
単で製造しやすく、２）小型化しやすく、３）巻線構造
が簡単でコイルがばらけ難く、絶縁に対する信頼性も高
い、といった特性がある。このことより、電動式パワー
ステアリング装置のアシスト駆動源としてのブラシレス
モータでは、一般に重ね巻が使用されていた。

【０００４】一方、波巻でコイルが巻かれたモータに
は、コイルがループ状になっていないので、重ね巻のモ
ータよりもインダクタンスが小さく、駆動電流の変化に
対するモータ出力の応答性がよい、電流変動が小さい、
などの利点がある。

【０００５】従来のモータにおけるコイルの波巻方法と
しては、特開平７−１６３０７４号公報に記載されてい
る方法がある。この公報に示された波巻方法は、固定子
コアのスロットに各相のコイルを波巻で挿入する多相モ
ータの固定子巻線方法であって、各相のコイルを構成す
る導体を夫々複数に分けて分束コイルを形成し、これら
の分束コイルを各相並行に順次スロットに挿入して固定
子巻線を形成するものである。

【０００６】ところで、従来の電動パワーステアリング
装置の動力源としては、例えば特開平９−１４９６１６
号公報で示されるようなブラシレスモータが用いられて
いる。図１９はそのブラシレスモータの径方向断面図を
示しており、ロータ２００の外周側にステータコア２０
１が配置され、ステータコア２０１の内周側より開口し
たスロットにコイル２０２が巻回され、ステータコア２
０１の外周はモータハウジング２０３となっている。つ
まり、このブラシレスモータのステータコア２０１は、
内周側（ロータ側）にスロット開口部があり、この開口
部を通してスロットにコイル２０２を巻回している。

【０００７】一方、電動パワーステアリング装置で用い
るモータはショート（短絡）やロックが発生すると操舵
不能になってしまうので、モータにマグネット飛散防止
のカバーを付けたり、コイルを絶縁剤でコーティングし
たりして高い信頼性を持たせるようにしている。また、
モータのショートやロックが発生しても、車両への影響
を防ぐために、特開平１０−２４３６８７号公報に示す
ようにモータのコイルの中点にリレーを設けたり、実用
新案登録第２５８５７０５号に示すように、モータの出
力軸にクラッチを設けているものがある。即ち、特開平
１０−２４３６８７号公報では、ブラシレスモータの駆
動回路部は複数のスイッチング素子から構成されるブリ
ッジ回路を備え、ブリッジ回路の入力端子に電源が接続
され、ブリッジ回路の出力端子にブラシレスモータが接
続され、ブラシレスモータの中性点に閉ループ開放用の
スイッチ手段が接続されている。

【０００８】なお、電動パワーステアリング装置用のモ
ータではないが、分割コアを用いたブラシレスモータは
例えば特開平１１−２３４９２８号公報にも開示されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のブラシレスモータのようにスロット開口部が内
周側（ロータ側）にあると、コイルをスロットに挿入
（巻回）するときにコイルをロータ側から治具などを用
いて押し込むことになるので、このコイル挿入時にコイ
ルに傷が付き易い。コイルの傷は、モータショートの原
因になる。

【００１０】また、電動パワーステアリング装置のモー
タショートは、操舵時にモータの発電制動が発生してス
テアリングが重くなり、最悪の場合には操舵不能となっ
てしまうので、絶対にあってはならないことである。こ
のため、コイル間に絶縁紙を挟み込んだり、コイルを絶
縁剤でコーティングして絶縁性を高めることによって、
ショートに対するモータの信頼性を上げるようにしてい
る。従って、モータ製造上において付随的な作業工程が
生じ、コストダウンの面で問題となっていた。また、シ
ョートが発生した場合はリレーをオフしたり、クラッチ
をオフして発電制動が働くのを防いでいる。この場合に
おいてもリレーやクラッチその他の機器が必要となり、
コストダウンの面で問題となっていた。

【００１１】また、ステータの内周にはスロット開口部
による凹凸が形成されるので、メンテナンスの不備など
でモータ内に異物が入り込むと、その異物がステータの
凹部に引っ掛かり、更にロータとの間の隙間に挟まれ、
モータが回転不能になってしまうことが可能性としてあ
った。

【００１２】一方、従来の電動式パワーステアリング装
置では、電動式パワーステアリング装置のアシスト駆動
源に使用するモータにトルクリップルがあると、そのリ
ップルがアシストトルクの変動になりステアリング操舵
の滑らかさを損ない、運転者に違和感を感じさせてしま
うという問題点があった。

【００１３】電動式パワーステアリング装置のアシスト
駆動源のモータは、運転者が操舵するステアリングの操
舵速度に応じ、ほとんど動かさない状態（ステアリング
を保舵した状態）から高速で回転した状態（急操舵時）
まで使用される。その速度全域においてトルクリップル
が小さく、また、安定した出力（ステアリングに追従し
た回転数、操舵力に見合ったトルク）が求められてい
る。

【００１４】また、ブラシレスモータを矩形波駆動で制
御する電動式パワーステアリング装置では、小型で、効
率良く安定した出力を得るために、モータを多相や多極
にしている。多相や多極のモータは、高速で回転させる
と、転流（励磁相を切替えること）から次の転流までの
時間が極めて短く、インダクタンスの大きいモータで
は、電気的定数が大きく電流の立ち上がりが遅いので、
電流が充分に立ち上がる前に次の転流の時期がきてしま
い、電流が狙い通り流れないためにモータ出力が不足し
安定しないという問題点があった。なお、トルクは電流
に比例するので、電流が流れないとトルクもその分小さ
くなるという問題点となる。

【００１５】この問題点について図面を参照して具体的
に説明する。従来の電動式パワーステアリング装置用の
ブラシレスモータの巻線展開の代表例を図１０に示す。
図１１は、他の従来の電動式パワーステアリング装置用
のブラシレスモータの巻線展開の代表例である。これら
は、どちらも３相６極の重ね巻の例である。各相毎に１
極に付き励磁コイル７６をループ状に形成し、それを数
回巻き重ねている。かかる従来のブラシレスモータは、
外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータと、こ
のロータの外周面を包囲する複数相の励磁コイル７６
と、円筒形のヨーク部の内周面に励磁コイル７６を保持
する複数個のティース７０を形成して成るステータコア
とを備えるものである。

【００１６】電動パワーステアリング装置のアシスト動
力源に使用するモータは、操舵に必要なトルクと回転速
度を共に確保した大きな出力が必要である。１２Ｖバッ
テリを電源としている自動車で、この出力を得るために
は、当然大きな電流が必要となる。

【００１７】また、出力が大きいモータでも、高回転型
のトルク定数の小さいモータであれば、コイルの導体
数、つまりコイルのターン数は比較的少ないが、電動式
パワーステアリング装置の場合、減速ギア比を大きくし
て、トルクを確保しようとすると、減速部のスペースが
大きくなり、また、モータ慣性によってステアリング操
舵フィーリングが悪化するといった問題があり、減速比
を著しく大きくすることができない。つまり、電動パワ
ーステアリング装置のモータは、トルク定数は大きく、
かつ、大きな電流で使用する。

【００１８】このため、電動式パワーステアリング装置
のモータは、コイルの導体数、つまりコイルのターン数
が多く、しかも抵抗は小さい構成になっている。

【００１９】具体的には、１極当たりのコイル導体数は
２０ターン以上になっており、しかも抵抗を小さくする
ために太い線を巻いたり、数本の束ねたコイルを巻いて
いる。

【００２０】このようなモータにおける１つの相のイン
ダクタンスＬは、概ね励磁コイル７６の巻数Ｎの２乗に
比例する。電動式パワーステアリング装置用のブラシレ
スモータは、巻数が多いので、インダクタンスは大き
い。インダクタンスには自己インダクタンスと相互イン
ダクタンスがあるが、このブラシレスモータは自己イン
ダクタンスが支配的であり、１相の励磁コイルで見ると
ソレノイドと同様な構成であるので、インダクタンスＬ
は下記の一般式（１）で示すことができる。

【００２１】Ｌ＝μ・Ｓ・Ｎ²／Ｉ …（１）ここで、Ｓはティース７０の断面積であり、Ｉはティー
ス７０の長さであり、μは、ティース７０の透磁率であ
る。

【００２２】電気的時定数τは、 τ＝Ｌ／Ｒ …（２）で示される。ここで、Ｒは励磁コイル７６の抵抗値であ
る。

【００２３】このブラシレスモータの１相当りのインダ
クタンスは例えば３００μＨ、コイル抵抗は０．０５オ
ーム程度であり、電気時定数τは６ミリ秒程度である。
また、本例のブラシレスモータは３相６極であるので１
回転に１８回の転流があり（３相×６極＝１８）、この
モータを１０００ｒｐｍで回転させると３．３ミリ秒に
１回転流する（１／｛（１０００／６０）＊１８｝＝
０．００３３）。

【００２４】つまり、ブラシレスモータの電気的時定数
τ（６ミリ秒程度）よりも転流時間（３ミリ秒程度）の
方が短いことになる。電気的時定数τは電流の最終値の
６３％になる時間なので、その電気的時定数τの値より
も短時間に転流すると、電流が本来の流れる最終値に対
して僅かしか流れないことになる。

【００２５】さらにまた、ブラシレスモータを矩形波駆
動で制御する電動式パワーステアリング装置では、転流
時に立ち上がる励磁相（ＯＮ相）と立ち下がる励磁相
（ＯＦＦ相）の相電流が一致していないと、モータに流
れる全相電流が変動するのでトルクリップルの原因とな
る。これに対しては、転流時の相電流の電流変化率を制
御することにより、トルクリップルを大幅に抑制できる
が、インダクタンスの大きいブラシレスモータは電流の
立ち上がりが遅く、高速で回転した時は転流時間が短く
制御しきれないという問題点があった。図１２は、従来
の電動式パワーステアリング装置用ブラシレスモータの
励磁電流の転流時における状態を示す波形図である。実
線が各相の実際の電流値であり、点線が本来流れるべき
各相の電流値である。この図に示されているように、従
来のブラシレスモータでは、電流が本来の流れる最終値
に対して僅かしか流れないと共に、転流時に立ち上がる
励磁相（ＯＮ相）と立ち下がる励磁相（ＯＦＦ相）の相
電流が一致していない。

【００２６】さらにまた、上記公報に示されたモータに
おけるコイルの波巻方法では、１つの相を所定のターン
数で巻き、１つの相が巻き終わると、次の相を巻くとい
うように、各相毎にコイルを巻いている。このように各
相毎にコイルを巻くと、１つのコイルと他の１つのコイ
ルとの渡し部分であるコイルエンドの形状は、図２６に
示すように、最初に巻いた相のコイル３７５ａがステー
タスロット３７２の奥（ステータコア３７４の外周側）
に、最後に巻いた相のコイル３７５ｃがスロット開口部
３７２ａ（ステータコア３７４の内周側）に位置するこ
とになる。なお、コイル３７５ｂは２番目に巻いたコイ
ルである。

【００２７】このように各相ステータスロット３７２に
おけるコイル３７５の径方向位置が異なるため、各相に
よりコイルエンド３７１の長さにバラツキが生じてしま
い、また、ステータスロット３７２内の位置によって磁
束の通り易さにもバラツキがあるため、コイル３７５の
位置によってインダクタンスが異なっていた。つまり、
ステータスロット３７２内でのコイル３７５（３７５
ａ，３７５ｂ，３７５ｃ…）の位置に偏りがあるので、
各相の間でインダクタンスにアンバランスが生じてい
た。

【００２８】このアンバランスが原因で、従来のモータ
におけるコイルの波巻方法では、電流変動やトルクリッ
プルが大きくなるという問題点があった。波巻でコイル
を巻いたモータは、元来インダクタンスが小さいので、
相間においてインダクタンスにアンバランスがあると、
それが電流変動やトルクリップルに大きく影響してしま
う欠点がある。

【００２９】本発明は上述のような事情からなされたも
のであり、本発明の第１の目的は、アシスト駆動力源と
なるブラシレスモータを矩形波駆動で制御する電動式パ
ワーステアリング装置において、ブラシレスモータが低
速回転であるか高速回転であるかに拘わらず安定した所
望の出力トルクを得ることができると共に、ブラシレス
モータを高速で回転させたときにおいても、トルクリッ
プルを大幅に抑制することができ、滑らかなステアリン
グ操舵感を得ることができる電動式パワーステアリング
装置に最適なブラシレスモータ及びブラシレスモータの
制御装置を提供することにある。

【００３０】また、本発明の第２の目的は、モータショ
ートやロックがなく、巻線が簡単にできて小型化、低コ
スト化を図った電動パワーステアリング装置に最適なブ
ラシレスモータを提供することにある。さらに、本発明
の第３の目的は、各相のコイルを波巻で巻いたモータに
おける各相のインダクタンスを均等にして、電流変動や
トルクリップルが小さいブラシレスモータ及びモータの
製造方法を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明は、操舵系に対し
て操舵補助力を発生する電動式パワーステアリング装置
のブラシレスモータに関し、本発明の上記第１の目的
は、前記ブラシレスモータが、外周面に永久磁石が固定
された回転自在のロータと、前記ロータの外周面を包囲
する複数相の励磁コイルと、円筒形のヨーク部の内周面
に励磁コイルを保持する複数個のティースを形成して成
るステータコア（巻線溝付固定子鉄心）とを設け、前記
励磁コイルを極に対応するコイル毎にループを形成しな
い波巻で前記ステータコアに巻くことによって達成され
る。

【００３２】また、本発明の上記第１の目的は、前記ブ
ラシレスモータを、矩形波で駆動制御することによっ
て、更に前記ブラシレスモータが、当該ブラシレスモー
タの各励磁相に供給する励磁信号を生成する駆動手段
と、各励磁相毎に前記励磁信号の方向決定及びオン・オ
フの切替えを行う制御手段とを設け、前記制御手段が、
前記切替え時に切替えられる励磁信号の変化率を制御す
ることによって、より効果的に達成される。

【００３３】更に、本発明の上記第１の目的は、前記駆
動手段が、前記励磁信号として前記ブラシレスモータの
複数の励磁コイルに供給する励磁電流を生成する駆動回
路を含み、前記制御手段が、前記励磁電流の切替え時に
前記励磁電流が立ち上がる励磁相と立ち下がる励磁相の
電流変化率を一致させるか又は同程度にする駆動信号を
前記駆動回路に供給することによって、更に前記駆動手
段が、前記励磁電流が切り替えられない励磁相に対する
第１のＰＷＭ信号と、前記励磁電流が立ち上がる励磁相
及び／又は立ち下がる励磁相に対する第２のＰＷＭ信号
とを合成演算することにより、前記励磁信号を生成する
ことによって、より効果的に達成される。

【００３４】また、本発明の上記第２の目的は、ブラシ
レスモータのステータコアをヨーク部分及びティース部
分で構成し、前記ティース部分を、その内周側を隣接し
たティース同士で結合した一体構造とし、前記ティース
部分の内側をロータが回転するようにすることによって
達成される。更に、前記ティース部分の内周面には凹凸
がなく概ね真円とし、又は前記ティース部分のスロット
開口部に鍔部を設けることによって、より効果的に達成
することができる。また、前記ヨーク部分がモータ又は
電動式パワーステアリング装置のハウジングを構成して
いても良い。

【００３５】また、本発明は、ステータコアのスロット
に多相のコイルを波巻で巻いたブラシレスモータに関す
るもので、本発明の上記第３の目的は、前記ステータコ
アは、ティースの内周側を隣接したティース同士で結合
され外周側に開口部を持ったティース部分と、前記ティ
ース部分の外周側で磁路を形成するヨーク部分とで構成
され、前記ティース部分の外周側から巻線をした後にヨ
ーク部分を固着したことによって達成される。

【００３６】また、本発明の上記第３目的は、各コイル
のコイルエンドの引出し位置の一端が、隣接する他相の
コイルエンドに対して、前記ステータコアの内周側に配
置され、前記各コイルのコイルエンドの引出し位置の他
端が、隣接する他相のコイルエンドに対して前記ステー
タコアの外周側に配置されていることによって、より効
果的に達成され、前記ブラシレスモータを、操舵系に対
して操舵補助力を発生するものとして用いることで、よ
り効果的に達成される。

【００３７】また、本発明は、ステータのスロットに多
相のコイルを波巻で巻いたモータの製造方法に関するも
ので、本発明の上記第３の目的は、前記各コイルのコイ
ルエンドの引出し位置の一端を、隣接する他相のコイル
エンドに対して前記ステータの内周側に配置すると共
に、前記各コイルエンドの引出し位置の他端を、隣接す
る他相のコイルエンドに対して前記ステータの外周側に
配置するときに、全ての相の前記コイルを波巻に成形し
た後に、当該成形コイルを前記ステータのスロットに順
次又は同時に挿入するようにしたことによって達成され
る。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明の電動式パワーステアリン
グ装置のアシスト駆動源となるブラシレスモータにおい
て、多相の励磁コイルを、極毎にループを成形しない波
巻で巻いたので、ブラシレスモータのインダクタンスを
小さくすることができ、ブラシレスモータが低速回転で
あるか高速回転であるかに拘わらず安定した所望の出力
トルクを得ることができると共に、ブラシレスモータを
高速で回転させたときにおいても、トルクリップルを大
幅に抑制することができ、電磁音、磁歪音及び作動音も
低減することができ、滑らかなステアリング操舵感を得
ることができる。

【００３９】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の実施例に係る電動式パワ
ーステアリング装置（コラムタイプ）の概略構成図であ
る。ステアリングホイール１に作用された操舵力は、入
力軸２ａと出力軸２ｂとから構成されたステアリングシ
ャフト２に伝達される。この入力軸２ａの一端はステア
リングホイール１に連結され、他端はトルクセンサ３を
介して出力軸２ｂの一端に連結されている。そして、出
力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユニバーサルジョイン
ト４を介してロアシャフト５に伝達され、さらに、ユニ
バーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝
達される。操舵力は、さらにステアリングギヤ８を介し
てタイロッド９に伝達されて転舵輪を転舵させる。ステ
アリングギヤ８は、ピニオン８ａとラック８ｂとを有す
るラックアンドピニオン形に構成され、ピニオン８ａに
伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換して
いる。

【００４０】ステアリングシャフト２の出力軸２ｂに
は、補助操舵力（アシスト力）を出力軸２ｂに伝達する
減速ギヤ１０が連結されており、減速ギヤ１０には、補
助操舵力を発生する、ブラシレスモータ１２の出力軸が
連結されている。トルクセンサ３は、ステアリングホイ
ール１に配設されて入力軸２ａに伝達された操舵トルク
を検出するものであり、例えば、操舵トルクを入力軸２
ａ及び出力軸２ｂ間に介挿したトーションバーの捩じれ
角変位に変換し、この捩じれ角変位をポテンショメータ
で検出するように構成され、ドライバがステアリングホ
イール１を操舵することによって、ステアリングシャフ
ト２に生じる捩じれの大きさと方向に応じたアナログ電
圧から成るトルク検出信号ＴVを出力する。そして、ト
ルクセンサ３は、例えばステアリングホイール１が中立
状態にある場合には、所定の中立電圧Ｖ0をトルク検出
信号ＴVとして出力し、これよりステアリングホイール
１を右切りするとそのときの操舵トルクに応じて中立電
圧Ｖ0より増加する電圧を、左切りするとそのときの操
舵トルクに応じて中立電圧Ｖ0より減少する電圧を出力
するようになっている。

【００４１】コントローラ１３はブラシレスモータ１２
を駆動制御し、操舵系への操舵補助力の制御を行うコン
トローラであって、車載のバッテリ１６から電源供給さ
れることによって作動するようになっている。そして、
バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジン始
動を行うイグニッションスイッチ１４及びヒューズ１５
ａを介してコントローラ１３に接続されると共に、ヒュ
ーズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続されて
おり、ヒューズ１５ｂを介して供給される電源は、例え
ばメモリバックアップ用に使用される。そして、コント
ローラ１３はトルクセンサ３からのトルク検出信号ＴV
と、例えば変速機の出力軸に配設された車速センサ１７
からの車速検出信号ＶPとに基づきブラシレスモータ１
２を駆動制御する。

【００４２】図２は、本発明の実施例に係る電動式パワ
ーステアリング装置のモータの構成（コラムタイプ）を
示す断面図である。ブラシレスモータ１２は、円筒形の
ハウジング２２と、このハウジング２２の軸心に沿って
配設され、軸受２３ａ及び２３ｂによって回転自在の回
転軸２４に固定された永久磁石２５と、この永久磁石２
５を包囲するようにハウジング２２内周面に固定され、
且つ、３相の励磁コイル２６ａ，２６ｂ及び２６ｃが巻
き付けられたステータ２６とから構成されており、回転
軸２４及び永久磁石２５によって回転自在のロータ２７
が形成されている。

【００４３】一方、ロータ２７を構成する永久磁石２５
は、例えばＳ極及びＮ極がそれぞれ３極ずつ、計６極が
周方向に等間隔に着磁されている。ここで、この場合に
はＳ極及びＮ極が３極ずつ、計６極に着磁された永久磁
石２５を適用しているが、Ｓ極及びＮ極が周方向に交互
に且つ等間隔に着磁されているならば、Ｓ極及びＮ極の
２極でも良く、また、複数極でもよい。

【００４４】図３は、本発明の実施例に係る電動式パワ
ーステアリング装置の他の構成（ラック同軸タイプ）を
示す断面図である。

【００４５】本電動式パワーステアリング装置におい
て、ステアリングギアボックス５４は、車幅方向に延び
るラック軸５５が左右に貫通していて、ロアステアリン
グシャフト５３Ｃのピニオンとラック軸５５のラックと
が噛み合っている。また、ラック軸５５の左右に延びる
両端部には、ボールジョイント５６Ａ，５６Ｂを介して
タイロッド５７Ａ，５７Ｂが連結され、タイロッド５７
Ａ，５７Ｂの図示しない外端側は、図示しない転舵輪を
回転自在に支持するナックルに、転舵力伝達可能に結合
されている。なお、ラック軸５５の両端部とタイロッド
５７Ａ，５７Ｂとの間には、それぞれダストブーツ５５
Ａ，５５Ｂが外嵌していて、これにより、ステアリング
ギアボックス５４内やハウジング５９内にゴミ等が入り
込むことを防止している。

【００４６】ラック軸５５は、図示しない車体にブラケ
ット５８Ａ，５８Ｂを介して固定された円筒状のハウジ
ング５９内を挿通している。具体的には、ハウジング５
９は、ステアリングギアボックス５４に近い側から、そ
のステアリングギアボックス５４に結合した連結部５９
Ａと、比較的肉厚の円筒部５９Ｂと、この円筒部５９Ｂ
の外周面にかしめ止めされた比較的肉薄の円筒部５９Ｃ
と、この円筒部５９Ｃの端部に螺合して固定される予圧
部材５９Ｄとから構成されていて、連結部５９Ａ，予圧
部材５９Ｄのそれぞれがブラケット５８Ａ，５８Ｂを介
して車体に固定されている。

【００４７】これらのうち、比較的肉薄の円筒部５９Ｃ
は、円筒部５９Ｂに固定されて比較的長く軸方向に延び
る大径部５９ａと、予圧部材５９Ｄが螺合される小径部
５９ｂと、大径部５９ａ及び小径部５９ｂ間を連結する
テーパ部５９ｃとから構成されている。そして、ハウジ
ング５９の内側には、ラック軸５５を非接触に且つ同軸
に包囲するように円筒状の回転軸６０Ａが配設され、こ
の回転軸６０Ａの外周面には円筒状の永久磁石６０Ｂが
固定されている。この永久磁石６０Ｂは、Ｓ極及びＮ極
が周方向に交互に且つ等間隔に着磁された磁石であっ
て、これら回転軸６０Ａ及び永久磁石６０Ｂによって回
転自在のロータ６０が構成されている。

【００４８】図４はコントローラ１３の構成を示すブロ
ック図であり、コントローラ１３は、例えば制御回路６
１、ＦＥＴゲート駆動回路６２、モータ駆動回路６４、
電流検出回路６６及びロータ位置検出回路６８とから構
成されている。

【００４９】制御回路６１は、例えばマイクロコンピュ
ータ等で構成され、少なくとも外部接続機器との入出力
処理を行うインタフェース部と、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記
憶部とを備えている。そして、トルクセンサ３からのア
ナログ電圧から成るトルク検出信号ＴVに対して、所定
の中立電圧Ｖ0よりも高いか否かによってトルクの発生
方向を検出し所定の処理を行ってトルク検出値Ｔを求
め、また、車速センサ１７からの出力軸の回転に応じた
パルス信号から成る車速検出信号ＶP をもとに、単位時
間当りのパルス数を積算して車速検出値Ｖを算出する。
そして、これら検出値Ｔ及びＶＰに基づいて、例えばＰ
ＩＤ制御（比例・積分・微分）によりブラシレスモータ
１２に供給するモータ駆動信号ＳMを算出し、このモー
タ駆動信号ＳMに基づいてＰＷＭ（Pulse Width Modulat
ion)信号を形成し、このＰＷＭ信号に基づいてパルス幅
変調信号ＰＷＭを形成してＦＥＴゲート駆動回路６２に
出力する。

【００５０】ＦＥＴゲート駆動回路６２は、例えばマル
チプレクサ等で構成され、制御回路６１からのパルス幅
変調信号ＰＷＭ及び方向信号と、ロータ位置検出回路６
８からの上段側ゲート信号Ｇａ１〜Ｇｃ１及び下段側ゲ
ート信号Ｇａ２〜Ｇｃ２を入力し、方向信号が正回転の
場合にはゲート信号Ｇａ１〜Ｇｃ２で指定されたモータ
駆動回路６４の対応するトランジスタのゲート端子に、
パルス幅変調信号ＰＷＭが“ＨＩＧＨ”である間所定の
電圧供給を行い、方向信号が逆回転の場合には、上段側
ゲート信号Ｇａ１〜Ｇｃ１を下段側ゲート信号、下段側
ゲート信号Ｇａ２〜Ｇｃ２を上段側ゲート信号として処
理し、それぞれ対応するトランジスタのゲート端子に、
パルス幅変調信号ＰＷＭが“ＨＩＧＨ”である間所定の
電圧供給を行う。

【００５１】電流検出回路６６は、例えば電流検出抵抗
を有し、この電流検出抵抗の両端に発生した電圧を増幅
すると共にノイズ除去し、モータ電流検出信号Ｉとして
制御回路６１に出力する。電流検出回路６６では、モー
タ電流検出信号Ｉの実効値が得られるよう、それぞれの
信号に対し充分なフィルタ処理を行っているものとす
る。モータ駆動回路６４は、６個の電界効果トランジス
タ（ＦＥＴ）Ｔａ１，Ｔｂ１，Ｔｃ１，Ｔａ２，Ｔｂ
２，Ｔｃ２から構成されている。これらＦＥＴＴａ１〜
Ｔｃ２は、Ｔａ１とＴａ２，Ｔｂ１とＴｂ２というよう
に対応する一対のＦＥＴが直列に接続され、これら直列
に接続された直列回路のそれぞれが電源の両端子間に並
列に配設されると共に、直列関係にあるＦＥＴの接続部
分が、各励磁コイル２６ａ〜２６ｃの外端（スター結線
の中心側とは逆側）に導通されている。

【００５２】そして、各ＦＥＴＴａ１〜Ｔｃ２のゲート
電圧が、上述した位相検出素子３１の出力に基づいてＦ
ＥＴゲート駆動回路６２によって制御されるようになさ
れている。モータ駆動回路６４での各励磁コイル２６ａ
〜２６ｃへの励磁電流の方向及び大きさは、具体的には
図５に示すようになる。ここで、図５においてＵ相が励
磁コイル２６ａに対応し、Ｖ相が励磁コイル２６ｂに対
応し、というように各相が各励磁コイルに対応し、Ｗ相
が励磁コイル２６ｅに対応している。

【００５３】これによって、図６及び図７に示す本発明
の巻線展開図において、上方に向かう電流（図５におけ
るプラスの相）及び下方に向かう電流（図５におけるマ
イナスの相）が流れることから、Ｎ極及びＳ極が発生す
る。よって、ロータ２７の永久磁石のＮ又はＳ極と励磁
コイル２６に発生したＮ又はＳ極との間の磁気吸引力及
び反発力によりロータ２７が回転する。

【００５４】本実施例に係る電動式パワーステアリング
装置のアシスト駆動源となるブラシレスモータの巻線の
実施例に係る展開図を、図６から図８に示す。図６は、
本発明の第１の実施例に係るブラシレスモータの巻線展
開図である。図７は、本発明の第２の実施例に係るブラ
シレスモータの巻線展開図である。図８は、本発明の第
３の実施例に係るブラシレスモータの巻線展開図であ
る。

【００５５】図６及び図７はそれぞれ３相６極のブラシ
レスモータの巻線の例である。１つの励磁コイル２６
（Ｕ相）の巻線は、巻線溝ａを通し、相数分の溝ピッチ
を離した巻線溝ｂを通ってティース７０を往復した後、
同ピッチで次の巻線溝ｃを通るように巻いていき、ステ
ータ２６を１周して元の巻線溝ａに戻るように巻いてい
る。その次に、更に同じ軌跡を通り、同様にステータ２
６を１周して元の巻線溝ａに励磁コイル２６の線を戻
す。このような巻線を繰り返して、励磁コイル２６の導
体数を所定の数にしている。

【００５６】励磁コイル２６は１本の線材を巻いたもの
でも良いし、数本の線材を束ねたものでよい。本ブラシ
レスモータでは、図６〜図８に示すように励磁コイル２
６をループ状に成形していないので、当該モータのイン
ダクタンスに影響する励磁コイルのターン数は０であ
り、本ブラシレスモータの自己インダクタンスは極めて
小さい。また、本ブラシレスモータでは、図１０又は図
１１に示すような従来の重ね巻と同じ導体数にしている
ので、励磁コイルの電気抵抗は重ね巻とほぼ同じであ
り、インダクタンスだけを小さくしている。

【００５７】例えば、図６及び図７に示すように巻いた
ブラシレスモータの１相当りのインダクタンスは８０μ
Ｈ以下、抵抗は０．０５オーム程度であるので、電気時
定数τは、τ＝Ｌ／Ｒ＝８０μＨ／０．０５オーム＝
１．６ミリ秒以下になる。

【００５８】本ブラシレスモータは３相６極であるの
で、１回転に１８回の転流があり（３相×６極＝１
８）、このモータを１０００ｒｐｍで回転させると３．
３ミリ秒に１回転流する（１／｛（１０００／６０）＊
１８｝＝０．００３３）。

【００５９】このことにより、本ブラシレスモータは、
高速で回転しているときでも転流期間（約３ミリ秒）よ
りも電気的時定数τ（１．６ミリ秒）が小さく、励磁電
流を充分安定して流すことができる。

【００６０】次に、他の実施例に係る電動式パワーステ
アリング装置について、以下に説明する。アシスト駆動
源となるブラシレスモータの駆動制御において、転流時
の相電流の電流変化率を制御して、励磁電流の切替え時
に励磁電流の立ち上がる相と立ち下がる相の電流変化率
を一致させることにより、そのブラシレスモータのトル
クリップルを大幅に抑制できる。

【００６１】具体例を、図４に示すコントローラ１３を
参照して説明する。ＦＥＴゲート駆動回路６２は、ブラ
シレスモータ３５の各励磁相ａ〜ｃに供給する励磁信号
を生成する。制御回路６１はＦＥＴゲート駆動回路６２
に対し、励磁電流の切替え時に励磁電流の立ち上がる相
と立ち下がる相の電流変化率を一致させるか又は同程度
にする駆動信号を供給する。

【００６２】これは、ブラシレスモータ３５が回転する
とモータコイルに逆起電力が発生し、電流が流れ難くな
り、ＯＦＦ相は早く電流が停止し、ＯＮ相は電流の立ち
上がりが遅れるといった現象が起こるので、これを制御
的に補正することである。現実的には、ブラシレスモー
タ３５の印可電圧に余裕がないので、ＯＮ相の電流の立
ち上がりは早く立ち上げることはできない。ＯＦＦ相の
電流の立ち下げを遅らすことで、相電流を一致させてい
る。

【００６３】ここで、ブラシレスモータ３５のインダク
タンスが大きいと、ＯＮ相の電流の立ち上がりが遅くな
り、ＯＦＦ相にその間通電することになる。いつまでも
電流を流し続けると次の転流時期になってしまい、本来
の励磁区間から大幅に逸脱し好ましくない。

【００６４】本ブラシレスモータでは、インダクタンス
が従来のブラシレスモータのものより小さいので、高速
回転でも、図９に示すように、ＯＮ相とＯＦＦ相の相電
流を一致させることができ、トルクリップルを抑制でき
る。

【００６５】上述の実施例では３相６極のブラシレスモ
ータについて説明したが、本発明に係るブラシレスモー
タは３相に限定されるものではなく、また、極数も６極
に限定されるものではない。図８の巻線展開図で示すよ
うに、５相４極のブラシレスモータでも上述の実施例と
同様の作用及び効果がある。また、本発明に係る電動式
パワーステアリング装置は、図３に示すようなＢ／Ｓラ
ックタイプのブラシレスモータはもちろん、図２に示す
ようなコラムタイプのブラシレスモータにも上述の実施
例と同様の作用及び効果がある。

【００６６】また、電動式パワーステアリング装置用の
ブラシレスモータは下記の構造的特徴があり、コイルを
ループ状に成形していない波巻は製造しやすく信頼性も
問題ない。

【００６７】１．モータの外径（ステータコアの内径）
が大きく（特にＢ／Ｓラックタイプ）、巻線が成形しや
すい。

【００６８】２．巻線のターン数が多く、重ね巻のステ
ータコアを流用でき設計の自由度が大きく、重ね巻と同
様に小型化しやすい。

【００６９】３．電動式パワーステアリング装置用のブ
ラシレスモータは、モータがロックするとステアリング
操作が不能となるので、充分な保護、フェールセーフを
設けている。励磁コイルに対しても樹脂で固めるなど機
械的強度や電気的絶縁の補強を施しており、波巻にして
も信頼性の低下はない構造になっている。

【００７０】以上、矩形波駆動での電動式パワーステア
リング装置の実施例を説明したが、電動式パワーステア
リング装置用のブラシレスモータを正弦波駆動で制御す
る場合もある。正弦波駆動でもブラシレスモータのイン
ダクタンスが大きいと、励磁電流の立ち上がりが遅れる
ため各相の電流のバランスが崩れ、トルクリップルの原
因となる。したがって、正弦波駆動の電動式パワーステ
アリング装置に上述の実施例を適用しても、上述の実施
例と同様の作用及び効果がある。

【００７１】本発明のブラシレスモータはコイルをステ
ータコアの外周側から巻回するようにしているので、コ
イルをスロットに押し込まずに巻線ができるので、コイ
ルに傷が付くこともなく、コイルによるモータショート
が起きない。また、ステータの内周面にスロット開口に
よる凹凸がないので、ステータとロータとの間の隙間が
全周に亙って等しい。そのため、モータ内に異物が入っ
たとしても、その異物がステータとロータの間に挟み込
まれることがなく、モータがロックされることはない。
このように、簡易な構成でモータの信頼性が著しく向上
し、リレーやクラッチがなくても十分な安全性を確保で
きる利点がある。

【００７２】本発明は、コラム式及びピニオン式電動パ
ワーステアリング装置のブラシレスモータに適用できる
ことは勿論、ラックアシスト式電動パワーステアリング
装置のブラシレスモータにも適用可能である。

【００７３】以下に、本発明の実施例を図面を参照して
説明する。

【００７４】本発明のブラシレスモータ１２０は、上述
の実施例における図１に示す電動パワーステアリング装
置において、その動力源としてブラシレスモータ１２の
換わりに適用する。ステアリングホイール１に作用され
たドライバの操舵力は、入力軸２ａ及び出力軸２ｂで構
成されるステアリングシャフト２に伝達される。入力軸
２ａの一端はステアリングホイール１に連結され、他端
はトルクセンサ３を介して出力軸２ｂの一端に連結され
ている。そして、出力軸２ｂに伝達された操舵力は、ユ
ニバーサルジョイント４及び６を介してピニオンシャフ
ト７に伝達される。操舵力は、更にステアリングギア８
を介してタイロッド９に伝達され、転舵輪を転舵させ
る。ステアリングギア８は、ピニオン８ａ及びラック８
ｂを有するラックアンドピニオン型で構成され、ピニオ
ン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に
変換している。

【００７５】ステアリングシャフト２の出力軸２ｂに
は、補助操舵力（アシスト力）を出力軸２ｂに伝達する
減速ギア１０が連結されており、減速ギア１０には補助
操舵力を発生するブラシレスモータ１２０が連結されて
いる。トルクセンサ３は入力軸２ａに伝達された操舵ト
ルクを検出するものであり、例えば操舵トルクを入力軸
２ａ及び出力軸２ｂ間に介挿されたトーションバーの捩
れ角変位に変換し、この捩れ角変位をポテンショメータ
で検出するように構成され、ドライバがステアリングホ
イール１を操舵することによって、ステアリングシャフ
ト２に生じる捩れの大きさと方向に応じたアナログ電圧
のトルク検出信号ＴＶを出力する。そして、トルクセン
サ３は、例えばステアリングホイール１が中立状態にあ
る場合には、所定の中立電圧Ｖ０をトルク検出信号ＴＶ
として出力し、この位置よりステアリングホイール１を
右切りすると、その操舵トルクに応じて中立電圧Ｖ０よ
り増加する電圧を、左切りするとその操舵トルクに応じ
て中立電圧Ｖ０より減少する電圧を出力するようになっ
ている。

【００７６】ＣＰＵ等で成るコントローラ１３はブラシ
レスモータ１２０を駆動制御し、操舵系への操舵補助力
の制御を行うユニットであり、車載バッテリ１６から電
源供給されることによって作動するようになっている。
バッテリ１６の負極は接地され、その正極はエンジン始
動を行うイグニションスイッチ１４及びヒューズ１５ａ
を介してコントローラ１３に接続されると共に、ヒュー
ズ１５ｂを介してコントローラ１３に直接接続されてお
り、ヒューズ１５ｂを介して供給される電源は、例えば
メモリバックアップ用に使用される。そして、コントロ
ーラ１３は、トルクセンサ３からのトルク検出信号ＴＶ
と、例えば変速機の出力軸に配設された車速センサ１７
からの車速検出信号ＶＰとに基づいてブラシレスモータ
１２０を駆動制御する。

【００７７】次に、本発明に係るブラシレスモータ１２
０の第４の実施例を図１３に示して説明する。即ち、図
１３はブラシレスモータ１２０のステータコアの断面構
造を示しており、ステータコアは円環状のヨーク部分１
２１と、多数の巻線用凹部（スロット）を具備した放射
状の隔壁で成るティース部分１２２とで構成されてお
り、ティース部分１２２は内周側の結合部１２２ａで隣
接したティース同士を結合した一体構造となっている。
つまり、ティース部分１２２のスロット開口部は外周側
に形成されている。また、ヨーク部分１２１とティース
部分１２２とは脱着可能（嵌着）になっており、ティー
ス部分１２２はヨーク部分１２１の内周に嵌着される構
造となっている。

【００７８】図１３のステータコアを用いて、ブラシレ
スモータ１２０として組立てた例を図１３に対応させて
図１４に示す。先ずティース部分１２２で成るステータ
コアを多数枚積層して円筒状の積層体を形成し、その積
層体のティース部分１２２の各スロット１２３に外周側
からコイル１２４を巻回し、ティース部分１２２に巻線
をした後に、多数枚を積層した円筒状のヨーク部分１２
１（コア）にティース部分１２２を嵌着して固定してい
る。その際、スロット１２３の表面は、粉体塗装１２５
により絶縁を施している。この絶縁は、絶縁紙等の他の
絶縁方法でも良い。ヨーク部分１２１の外周はモータハ
ウジング１２６となっており、ティース部分１２２の中
心部にはマグネット１２７を層設されたロータ１２８が
配設されている。マグネット１２７はリング型マグネッ
トを使用しており、ロータ１２８の外周はほぼ真円にな
っている。

【００７９】このように本発明のブラシレスモータ１２
０では、コイル１２４をティース部分１２２の外径側か
ら直接スロット１２３に巻回するようにしているので、
コイル１２４をスロット１２３に押し込む必要がない。
このため、コイルには過大な力や局部的な力が加わるこ
とがなく、コイル１２４に傷が付くことがない。また、
一体構造のティース部分１２２の内周面１２２ｂには凹
凸がなく、ほぼ真円になっている。一体構造のティース
部分１２２の内側をロータ１２８が回転するが、ロータ
１２８の外周（マグネット１２７）はほぼ真円になって
おり、ステータ（ティース部分１２２の内周面１２２
ｂ）とロータ１２８の間の隙間は全周にわたってほぼ等
しい。従って、万が一、モータ内に異物が入ってもステ
ータとロータの間に引っかかる所がないので、異物が挟
み込まれてモータが回転不能になることはない。ロータ
１２８のマグネット表面に補強のカバーを付けても、同
様に作用する。

【００８０】上記ブラシレスモータ１２０の磁気回路
は、マグネット１２７のある磁極から隙間を介してティ
ース部分１２２→ヨーク部分１２１→ティース部分１２
２を通り、再度隙間を介してマグネット１２７の対磁極
に戻る主磁路の他に、ティース部分１２２内径の結合部
１２２ａを通る短絡磁路が形成されている。しかしなが
ら、電動パワーステアリング装置用のモータでは、この
短絡磁路による性能劣化は２％以下でほとんど影響はな
い。スロット開口部の広い外周側からコイルを巻回する
ので、スロットの巻線占積率が上げられ、１０％以上の
性能向上ができる。

【００８１】次に、本発明に係るブラシレスモータの第
５の実施例を図１３に対応させて図１５に示すが、本実
施例ではティース部分１２２の外径側に設けたスロット
開口部に、円周方向（両方向）に突出した鍔部１２２ｃ
を設けている。この鍔部１２２ｃはコイル１２４を巻回
する時にコイル線をバラけ難くし、また、ヨーク部分１
２１にティース部分１２２を嵌着するときにコイル１２
４が接触するのを防ぐ作用をする。更に、ティース部分
１２２とヨーク部分１２１の接触面を大きくすることで
嵌着動作を安定させ、磁路を確保するためにも有効であ
る。図１５のステータコアを用いたブラシレスモータ１
２０Ａの径方向断面図を、図１４に対応させて図１６に
示す。

【００８２】更に、本発明に係るブラシレスモータの第
６の実施例を図１７に示す。本例では、上記第５の実施
例のティース部分１２２に巻線１２４をしているが、ヨ
ーク部分は積層コアではなく、プレス成形したヨーク１
２１ａでモータの外箱（ハウジング）を構成している。
コイル１２４を巻回したティース部分１２２を円筒状の
ヨーク１２１ａに嵌着させると共に、ロータ１２８を組
み込んでブラシレスモータを構成している。この場合、
従来のモータの外箱よりヨーク１２１ａを厚くするなど
の磁気的な配慮が必要になるが、ヨーク専用部材が不要
となるため、モータを小型化、低コスト化することがで
きる。

【００８３】同様にヨーク部分を積層コアではなく、電
動パワーステアリング装置のハウジング１２１ｂをヨー
クとした第７の実施例を図１８に示す。本例では、ロー
タの軸は中空シャフト１４０となっており、その中空シ
ャフト１４０の内側にラック１４１を同軸に配置してい
る。本例では、ラック１４１のハウジングがモータのハ
ウジングを兼ねており、ヨーク部分としても機能してい
る。

【００８４】本発明のモータは、それぞれのコイルにお
けるコイルエンドの引出し位置の一端が、隣接する他相
のコイルエンドに対してステータの内周側に配置され、
当該コイルエンドの引出し位置の他端が、隣接する他相
のコイルエンドに対してステータの外周側に配置され、
全ての励磁コイルの傾斜が均一になると共に、コイルエ
ンド側から見た場合の長さも同一に配置することができ
るので、各相のインダクタンスを均等にすることがで
き、電流変動やトルクリップルを小さくすることができ
る。

【００８５】そこで、本発明のモータを電動式パワース
テアリング装置のアシスト駆動源として用ることによ
り、従来のものよりも滑らかなステアリング操舵感を得
ることができる電動式パワーステアリング装置を実現す
ることができる。

【００８６】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。図２０は本発明の第８の実施例に係る３相
ブラシレスモータの軸方向から見た断面構造図であり、
図２１はその巻線展開図である。すなわち、図２０はス
テータを軸方向から見た図であり、１つの励磁コイルと
他の励磁コイルとの渡し部分であるコイルエンド３０１
の引廻しを示すものである。

【００８７】１つのコイルエンド３０１の引出し位置で
ある両端部Ａ及びＢにおいて、一方の端部Ａが隣接した
他相のコイルエンド３０１ａに対してスロット３０２の
外周側Ｏに、他方の端部Ｂが隣接した他相のコイルエン
ド３０１ｂに対して内周側Ｉになるように、励磁コイル
を巻いている。全体でみると、全てのコイルエンド３０
１がスロット３０２の外周側Ｏから内周側Ｉへと斜めに
巻線されて、配置されるように構成されている。すなわ
ち、本ブラシレスモータでは、ステータコア３０４のス
ロット３０２に多相の励磁コイルを波巻で巻いており、
それぞれの励磁コイルにおけるコイルエンド３０１の引
出し位置の一端（端部Ａ）が、隣接する他相のコイルエ
ンド３０１ａに対してステータコア３０４の外周側Ｏに
配置され、コイルエンド３０１の引出し位置の他端（端
部Ｂ）が、隣接する他相のコイルエンド３０１ｂに対し
てステータの内周側Ｉに配置されている。

【００８８】一方、励磁コイルの巻き方は図２で示す巻
線展開図に示すように、励磁コイル３２６の１つ（Ｕ
相）の巻線はスロット３０２ａを通り、コイルエンド３
１１を経由して相数分の溝ピッチだけ離れたスロット３
０２ｂを通ってティース３０３を往復した後、コイルエ
ンド３１２を経由して同ピッチで次のスロット３０２ｃ
を通るように順次巻いていき、ステータを１周して元の
スロット３０２ａに戻るように巻いている。その次に、
更に同じ軌跡を通り、同様にステータを１周して元のス
ロット３０２ａに励磁コイル３２６の線を戻す。このよ
うな巻線を繰り返して、励磁コイル３２６の導体数を所
定のターン数にしている。

【００８９】このように巻くことで、各相の励磁コイル
３２６は、スロット３０２内の外周側Ｏと内周側Ｉに交
互に一部が重畳して配設される。全ての相の励磁コイル
３２６が同様の傾斜をもって、また、コイルエンド３０
１の長さも等しく配設されるので、スロット３０２内の
磁束の通りにバラツキがあっても、相内でそのバラツキ
が打ち消し合われ、相間のインダクタンスが等しくな
る。

【００９０】励磁コイル３２６は１本の線材を巻いたも
のでも良いし、数本の線材を束ねたものでよい。本ブラ
シレスモータでは、図２１に示すように励磁コイル３２
６をループ状に成形していないので、当該モータのイン
ダクタンスに影響する励磁コイルのターン数は０であ
り、本ブラシレスモータの自己インダクタンスは極めて
小さい。また、本ブラシレスモータでは、従来の重ね巻
と同じ導体数にしているので、励磁コイルの電気抵抗は
重ね巻とほぼ同じであり、インダクタンスだけを小さく
することができる。

【００９１】図２２は本発明の第８の実施例に係るブラ
シレスモータ３２０の構成を示す断面図であり、ブラシ
レスモータ３２０は、円筒形のハウジング３２２と、こ
のハウジング３２２の軸心に沿って配設され、軸受３２
３ａ及び３２３ｂによって回転自在の回転軸３２４に固
定された永久磁石３２５と、この永久磁石３２５を包囲
するようにハウジング３２２内周面に固定され、且つ、
３相の励磁コイル３２６ａ，３２６ｂ及び３２６ｃが巻
回されたステータ３２１とから構成されており、回転軸
３２４及び永久磁石３２５によってロータ３２７が形成
されている。

【００９２】一方、ロータ３２７を構成する永久磁石３
２５は、例えばＳ極及びＮ極がそれぞれ３極ずつ、計６
極が周方向に等間隔に着磁されている。ここで、この場
合にはＳ極及びＮ極が３極ずつ、計６極に着磁された永
久磁石３２５を適用しているが、Ｓ極及びＮ極が周方向
に交互に且つ等間隔に着磁されているならば、Ｓ極及び
Ｎ極の２極でも良く、また、複数極でもよい。

【００９３】例えば、図２０及び図２１に示すように巻
いたブラシレスモータの１相当りのインダクタンスは８
０μＨ以下、抵抗は０．０５オーム程度であるので、電
気時定数τは、τ＝Ｌ／Ｒ＝８０μＨ／０．０５オーム
＝１．６ミリ秒以下になる。

【００９４】本ブラシレスモータは３相６極であるの
で、１回転に１８回の転流があり（３相×６極＝１
８）、このモータを１０００ｒｐｍで回転させると３．
３ミリ秒に１回転流する（１／｛（１０００／６０）＊
１８｝＝０．００３３）。このことにより、本ブラシレ
スモータは、高速で回転しているときでも転流期間（約
３ミリ秒）よりも電気的時定数τ（１．６ミリ秒）が小
さく、励磁電流を充分安定して流すことができる。

【００９５】上述の実施例では３相６極のブラシレスモ
ータについて説明したが、本発明に係るモータは３相に
限定されるものではなく、また、極数も６極に限定され
るものではない。図２３の巻線展開図で示すような、５
相４極のブラシレスモータでも、上述の実施例と同様の
作用及び効果がある。

【００９６】上述のようにコイルをステータに巻線する
方法としては、例えばステータコア３０４に直接巻かず
に、全ての相の励磁コイル３２６を波巻状に形成した後
に、その形成した励磁コイル３２６をステータコア３０
４のスロット３０２に挿入する方法を用いる。ここで、
予め巻線機側の治具に、各相の励磁コイル３２６を波巻
状に所定のターン数だけ巻き、励磁コイル３２６を仮成
形する。この仮成形したコイルを、ステータ３０４のス
ロット３０２に順次又は同時に挿入して、成形する。

【００９７】この励磁コイル３２６は、複数本のマグネ
ットワイヤを束ね、それを成形したコイルであっても、
１本のマグネットワイヤを成形したコイルでもよい。な
お、図２０においては、配置が分かり易いように、モデ
ル化してコイルエンド３０１を示している。

【００９８】励磁コイルを波巻で巻いたモータは、重ね
巻きのモータに比べて、元来インダクタンスが小さいの
で、相間においてインダクタンスがアンバランスである
と、そのアンバランスが大きく作用して、大きな電流変
動及び大きなトルクリップルが生じるという悪影響がで
る。しかしながら、本実施例のブラシレスモータにあっ
ては、図２０に示すように各励磁コイルのコイルエンド
３０１の引出し位置が、全ての相に等しく配置されてい
るので、スロット３０２内における磁束の通りにバラツ
キがあっても、相内でそのバラツキを打ち消し合い、相
間のインダクタンスを等しくする。

【００９９】これにより、本実施例のブラシレスモータ
によれば、従来の波巻のブラシレスモータと比較して、
相間におけるインダクタンスを極めてバランスの良いも
のにすることができ、電流変動及びトルクリップルを大
幅に低減することができる。

【０１００】図２４は、本発明に係るブラシレスモータ
の各相の励磁コイルの配置についての第９の実施例を示
す断面構造図である。

【０１０１】本実施例のブラシレスモータでは、スロッ
ト開口部３５２ａがステータ内周側Ｉではなく、外周側
Ｏ（ステータのヨーク部分３５６側）に設けられてい
る。つまり、ステータをティース部分（コア）３５３と
ヨーク部分（コア）３５６とに分割した構造のモータで
ある。この構成によれば、スロット３５２の外周側から
励磁コイルを挿入して巻くことができる。そして、励磁
コイルの巻線が終了した後に、ティース部分３５３とヨ
ーク部分３５６とを嵌着する。なお、３５１はコイルエ
ンドを示しており、一端部Ａが外周側Ｏに、他端部Ｂが
内周側Ｉに位置するように巻回されている。

【０１０２】図２５は、本発明に係るブラシレスモータ
の各相の励磁コイルの配置についての第１０の実施例を
示す断面構造図である。

【０１０３】本実施例のブラシレスモータは、図２３の
巻線展開図に示す５相４極のモータの例である。本実施
例においても、図２０及び図２４に示すブラシレスモー
タと同様に、各コイルエンド３６１の引出し位置である
端部Ａ，Ｂ（スロット３６２における径方向の位置）
は、一方の端部Ａが他相のコイルエンド３６１ａに対し
てスロット３６２の外周側Ｏに、他方の端部Ｂが他相の
コイルエンド３６１ｂに対して内周側Ｉになるように、
各励磁コイル３２６が巻かれている。

【０１０４】図２４及び図２５に示すブラシレスモータ
の各励磁コイルも、図２０の場合と同様に全て均一な長
さ及び傾斜となるようにコイルエンドの引出し位置が配
置されているので、図２０に示すブラシレスモータと同
様に、スロット内における磁束の通りにバラツキがあっ
ても、相内でそのバラツキが打ち消され、相間のインダ
クタンスを等しくする。これにより、従来の波巻のブラ
シレスモータと比較して、相間におけるインダクタンス
を極めてバランスの良いものにすることができ、電流変
動及びトルクリップルを大幅に低減することができる。

【０１０５】なお、上述の実施例では、３相及び５相の
モータを実施例としたが、本発明に係るモータは、これ
に限定されるものではなく、他の任意の相数のモータに
適用することができる。また、上述の実施例では、ブラ
シレスモータを実施例としたが、本発明に係るモータ
は、これに限定されるものではなく、ブラシレスモータ
以外の他の種類のモータにも適用することができる。

【０１０６】これらにより、本発明のモータは電流変動
及びトルクリップルが大幅に低減されているので、本発
明のモータを電動式パワーステアリング装置のアシスト
駆動源として用ることによって、従来のものよりも滑ら
かなステアリング操舵感を得ることができる電動式パワ
ーステアリング装置を実現することができる。

【０１０７】第１１の実施例は、ステータコアのスロッ
トに、多相のコイルを、上述の第１の実施例で参照した
図６に示すように波巻で巻いたブラシレスモータにおい
て、上述の第４の実施例で参照した図１３、図１４に示
すように、ステータコアが、ティースの内周側を隣接し
たティース同士で結合され外周側に開口部を持ったティ
ース部分１２２と、ティース部分１２２の外周側で磁路
を形成するヨーク部分１２１とで構成され、ティース部
分１２２の外周側から巻線をした後にヨーク部分１２１
を固着した構成のブラシレスモータとする。

【０１０８】すなわち、第１１の実施例のブラシレスモ
ータは、前述の第１の実施例で示したようにコイルを波
巻で形成し、かつ、第４の実施例で示したようにステー
タコアがティースの内周側を隣接したティース同士で結
合され外周側に開口部を持ったティース部分１２２（以
下、「分割コア」という。）を有するブラシレスモータ
である。

【０１０９】これらにより、第１１の実施例のブラシレ
スモータは、コイルを波巻としたので、ブラシレスモー
タのインダクタンスを小さくすることができ、ブラシレ
スモータが低速回転であるか高速回転であるかに拘わら
ず安定した所望の出力トルクを得ることができると共
に、ブラシレスモータを高速で回転させたときにおいて
も、トルクリップルを大幅に抑制することができ、電磁
音、磁歪音及び作動音も低減することができ、滑らかな
ステアリング操舵感を得ることができる電動式パワース
テアリング装置を提供することができる。

【０１１０】さらに、第１１の実施例のブラシレスモー
タは、ステータコアを「分割コア」としたので、コイル
巻回時にコイルを傷つけることがなく、ティース部分１
２２とロータ１２８との間の隙間が均一であり、モータ
ショートやロックに対する信頼性が著しく向上する。ま
た、巻線を外側から巻回するので巻線が簡単にでき、生
産性が向上すると共に、占積率が向上し、波巻のような
複雑な巻線も簡単にできる。ティース部分１２２の内周
に凹凸がないのでコギングトルクが小さく、電動パワー
ステアリング装置に利用した場合には、さらに滑らかな
ステアリング操舵感を得ることができる。更に、ヨーク
部分１２１をモータ又はモータを含む電動パワーステア
リング装置の外箱（モータハウジング１２６）にするこ
とで、モータを小型化できると共に、低コスト化を実現
することができる。

【０１１１】第１２の実施例は、前述の第１１の実施例
のブラシレスモータにおいて、さらに、図２０に示すよ
うに、各コイルのコイルエンド３０１の引出し位置の一
端が、隣接する他相のコイルエンド３０１ｂに対して、
前記ステータコアの内周側Ｉに配置され、前記各コイル
のコイルエンド３０１の引出し位置の他端が、隣接する
他相のコイルエンド３０１ａに対して前記ステータコア
の外周側Ｏに配置されている（以下、「整列巻」とい
う。）構成を有するブラシレスモータである。

【０１１２】すなわち、第１２の実施例のブラシレスモ
ータは、第１１の実施例と第８の実施例とを組み合わせ
たものであり、コイルが波巻でかつ「整列巻」で形成さ
れていると共に、ステータコアを「分割コア」としたも
のである。

【０１１３】これらにより、第１２の実施例のブラシレ
スモータは、前述の第１２の実施例のブラシレスモータ
が備える効果を有すると共に、コイルの各相のインダク
タンスを均等にすることができ、電流変動及びトルクリ
ップルのさらなる削減をすることができる。

【０１１４】第１３の実施例は、前述の第１１の実施例
のブラシレスモータ又は第１２の実施例のブラシレスモ
ータを、自動車の操舵力を低減させるパワーステアリン
グ装置におけるアシスト駆動源として用いるものであ
る。

【０１１５】これらにより、第１３の実施例のブラシレ
スモータは、操舵係を低速に回転させたときでも高速に
回転させたときでも、より滑らかなステアリング操舵感
を得ることができ、電磁音、磁歪音及び作動音も低減す
ることができ、小型化できると共に、低コスト化できる
電動式パワーステアリング装置を実現することができ
る。

【０１１６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、アシス
ト駆動源となるブラシレスモータにおいて、多相の励磁
コイルを、極毎にループを成形しない波巻で巻いたの
で、ブラシレスモータのインダクタンスを小さくするこ
とができ、ブラシレスモータが低速回転であるか高速回
転であるかに拘わらず安定した所望の出力トルクを得る
ことができると共に、ブラシレスモータを高速で回転さ
せたときにおいても、トルクリップルを大幅に抑制する
ことができ、電磁音、磁歪音及び作動音も低減すること
ができ、滑らかなステアリング操舵感を得ることができ
る電動式パワーステアリング装置を提供することができ
る。

【０１１７】また、本発明のブラシレスモータによれ
ば、コイル巻回時にコイルを傷つけることがなく、ティ
ース部分とロータとの間の隙間が均一であり、モータシ
ョートやロックに対する信頼性が著しく向上する。ま
た、巻線を外側から巻回するので巻線が簡単にでき、生
産性が向上すると共に、占積率が向上し、波巻のような
複雑な巻線も簡単にできる。ティース部分の内周に凹凸
がないのでコギングトルクが小さく、電動パワーステア
リング装置に利用した場合には、滑らかなステアリング
操舵感を得ることができる。更に、ヨーク部分をモータ
又はモータを含む電動パワーステアリング装置の外箱に
することで、モータを小型化できると共に、低コスト化
を実現することができる。

【０１１８】また、本発明によれば、それぞれのコイル
におけるコイルエンドの引出し位置の一端が、隣接する
他相のコイルエンドに対してステータの内周側に配置さ
れ、当該コイルエンドの引出し位置の他端が、隣接する
他相のコイルエンドに対してステータの外周側に配置さ
れ、全ての励磁コイルの傾斜が均一になると共に、コイ
ルエンド側から見た場合の長さも同一に配置することが
できるので、各相のインダクタンスを均等にすることが
でき、電流変動やトルクリップルが小さいブラシレスモ
ータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリン
グ装置（コラムタイプ）の概略構成図である。

【図２】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリン
グ装置のブラシレスモータの構成（コラムタイプ）を示
す断面図である。

【図３】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリン
グ装置の他の構成（ラック同軸タイプ）を示す断面図で
ある。

【図４】図１におけるコントローラの構成を示すブロッ
ク図である

【図５】励磁電流の波形図である。

【図６】本発明の第１の実施例に係る電動式パワーステ
アリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施例に係る電動式パワーステ
アリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図であ
る。

【図８】本発明の第３の実施例に係る電動式パワーステ
アリング装置用のブラシレスモータの巻線展開図であ
る。

【図９】本発明の実施例に係る電動式パワーステアリン
グ装置用ブラシレスモータの励磁電流の転流時における
状態を示す波形図である。

【図１０】従来の電動式パワーステアリング装置用のブ
ラシレスモータの巻線展開図である。

【図１１】他の従来の電動式パワーステアリング装置用
のブラシレスモータの巻線展開図である。

【図１２】従来の電動式パワーステアリング装置用ブラ
シレスモータの励磁電流の転流時における状態を示す波
形図である。

【図１３】本発明に係るブラシレスモータの第４の実施
例を示すステータコアの構造図である。

【図１４】本発明に係るブラシレスモータの第４の実施
例を示す径方向断面構造図である。

【図１５】本発明に係るブラシレスモータの第５の実施
例を示すステータコアの構造図である。

【図１６】本発明に係るブラシレスモータの第５の実施
例を示す径方向断面構造図である。

【図１７】本発明に係るブラシレスモータの第６の実施
例を示す軸方向断面構造図である。

【図１８】本発明に係るブラシレスモータの第７の実施
例を示す軸方向断面構造図である。

【図１９】従来のブラシレスモータのステータコアの構
造図である。

【図２０】本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁
コイルの配置についての第８の実施例を示す断面構造図
である。

【図２１】本発明の第８の実施例に係る３相ブラシレス
モータの巻線展開図である。

【図２２】本発明の実施例に係るブラシレスモータの構
成を示す断面図である。

【図２３】本発明の実施例に係る５相ブラシレスモータ
の巻線展開図である。

【図２４】本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁
コイルの配置についての第９の実施例を示す断面構造図
である。

【図２５】本発明に係るブラシレスモータの各相の励磁
コイルの配置についての第１０の実施例を示す断面構造
図である。

【図２６】従来のブラシレスモータの各相の励磁コイル
の配置についての一例を示す断面構造図である。

【符号の説明】

１ステアリングホイール２ステアリングシャフト３トルクセンサ４ユニバーサルジョイント５ロアシャフト６ユニバーサルジョイント７ピニオンシャフト８ステアリングギヤ９タイロッド１０減速ギヤ１２ブラシレスモータ１３コントローラ１４イグニッションスイッチ１５ヒューズ１６バッテリ１７車速センサ２２ハウジング２３軸受２４回転軸２５永久磁石２６励磁コイル２７ロータ７０ティース１２０ブラシレスモータ１２１ヨーク部分１２２ティース部分１２３スロット１２４コイル１２５粉体塗装１２６モータハウジング１２７マグネット１２８ロータ３０１コイルエンド３０２スロット３０２ａスロット開口部３０３ティース３０４ステータコア３２０ブラシレスモータ３２１ステータ３２２ハウジング３２３軸受３２４回転軸３２５永久磁石３２６励磁コイル３２７ロータ３５１コイルエンド３５２スロット３５２ａスロット開口部３５３ティース部分３５６ヨーク部分３６１コイルエンド３６２スロット

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 7/06 Ｈ０２Ｋ 7/06 Ａ５Ｈ６０３ 15/06 15/06 ５Ｈ６０７ 21/16 21/16 Ｍ５Ｈ６１５Ｈ０２Ｐ 6/10 Ｂ６２Ｄ 101:00 ５Ｈ６２１ // Ｂ６２Ｄ 101:00 119:00 119:00 137:00 137:00 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３７１ＧＦターム(参考） 3D032 CC08 DA15 DA23 DA63 DA64 DC01 DC02 DC03 DD10 EA01 EB11 EC23 GG01 3D033 CA03 CA13 CA16 CA20 CA21 5H002 AA07 AB06 AB09 AC08 5H019 AA03 AA07 BB01 CC03 DD01 EE01 FF01 GG05 5H560 AA10 BB04 BB07 BB12 DC12 EB01 EC02 GG04 RR01 SS02 TT12 TT15 UA05 XA02 5H603 AA09 BB09 BB10 BB12 BB19 CA01 CA05 CB03 CC11 CD06 CD22 CE01 CE13 5H607 AA12 BB07 BB09 BB14 DD04 DD08 FF24 5H615 AA01 BB07 BB14 BB17 PP14 5H621 AA02 BB10 GA01 JK01 JK07 JK13 JK15 JK17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】操舵系に対して操舵補助力を発生する電
動式パワーステアリング装置のブラシレスモータにおい
て、外周面に永久磁石が固定された回転自在のロータ
と、前記ロータの外周面を包囲する複数相の励磁コイル
と、円筒形のヨーク部の内周面に励磁コイルを保持する
複数個のティースを形成して成るステータコアとを備
え、前記励磁コイルが極に対応するコイル毎にループを
形成しない波巻で前記ステータコアに巻かれていること
を特徴とするブラシレスモータ。
【請求項２】前記励磁コイルが矩形波で駆動制御され
る請求項１に記載のブラシレスモータ。
【請求項３】請求項１に記載の前記ブラシレスモータ
の各励磁相に供給する励磁信号を生成する駆動手段と、
各励磁相毎に前記励磁信号の方向決定及びオン・オフの
切替えを行う制御手段とを備え、前記制御手段は、前記
切替え時に切替えられる励磁信号の変化率を制御するよ
うになっているブラシレスモータの制御装置。
【請求項４】前記駆動手段は、前記励磁信号として前
記ブラシレスモータの複数の励磁コイルに供給する励磁
電流を生成する駆動回路を含み、前記制御手段は、前記
励磁電流の切替え時に前記励磁電流が立ち上がる励磁相
と立ち下がる励磁相の電流変化率を一致させるか又は同
程度にする駆動信号を前記駆動回路に供給するようにな
っている請求項３に記載のブラシレスモータの制御装
置。
【請求項５】前記駆動手段は、前記励磁電流が切替え
られない励磁相に対する第１のＰＷＭ信号と、前記励磁
電流が立ち上がる励磁相及び／又は立ち下がる励磁相に
対する第２のＰＷＭ信号とを合成演算することにより、
前記励磁信号を生成するようになっている請求項４に記
載のブラシレスモータの制御装置。
【請求項６】ブラシレスモータのステータコアをヨー
ク部分及びティース部分で構成し、前記ティース部分
は、その内周側を隣接したティース同士で結合した一体
構造となっており、前記ティース部分の内側をロータが
回転するようになっていることを特徴とするブラシレス
モータ。
【請求項７】前記ティース部分の内周面は凹凸がな
く、概ね真円である請求項６に記載のブラシレスモー
タ。
【請求項８】前記ティース部分のスロット開口部に鍔
部が設けられている請求項６に記載のブラシレスモー
タ。
【請求項９】前記ヨーク部分がモータ又は電動式パワ
ーステアリング装置のハウジングを構成している請求項
６に記載のブラシレスモータ。
【請求項１０】ステータコアのスロットに多相のコイ
ルを波巻で巻いたブラシレスモータにおいて、前記ステ
ータコアは、ティースの内周側を隣接したティース同士
で結合され外周側に開口部を持ったティース部分と、前
記ティース部分の外周側で磁路を形成するヨーク部分と
で構成され、前記ティース部分の外周側から巻線をした
後にヨーク部分を固着したことを特徴とするブラシレス
モータ。
【請求項１１】各コイルのコイルエンドの引出し位置
の一端が、隣接する他相のコイルエンドに対して、前記
ステータコアの内周側に配置され、前記各コイルのコイ
ルエンドの引出し位置の他端が、隣接する他相のコイル
エンドに対して前記ステータコアの外周側に配置されて
いることを特徴とする請求項１０に記載のブラシレスモ
ータ。
【請求項１２】操舵系に対して操舵補助力を発生する
請求項６又は１０又は１１に記載のブラシレスモータ。
【請求項１３】ステータのスロットに多相のコイルを
波巻で巻いたモータの製造方法において、前記各コイル
のコイルエンドの引出し位置の一端を、隣接する他相の
コイルエンドに対して前記ステータの内周側に配置する
と共に、前記各コイルエンドの引出し位置の他端を、隣
接する他相のコイルエンドに対して前記ステータの外周
側に配置するときに、全ての相の前記コイルを波巻に成
形した後に、当該成形コイルを前記ステータのスロット
に順次又は同時に挿入するようにしたことを特徴とする
モータの製造方法。