JP2001275325A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP2001275325A
JP2001275325A JP2000086417A JP2000086417A JP2001275325A JP 2001275325 A JP2001275325 A JP 2001275325A JP 2000086417 A JP2000086417 A JP 2000086417A JP 2000086417 A JP2000086417 A JP 2000086417A JP 2001275325 A JP2001275325 A JP 2001275325A
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electric motor
torque
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Atsuhiko Yoneda
篤彦 米田
Toshio Asaumi
壽夫 浅海
Hidenori Kurahashi
秀範 倉橋
Takashi Kuribayashi
隆司 栗林
Yasuo Shimizu
康夫 清水
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の無通電状態において車両を直進走行
させるときに、電動機による操舵トルクの変動の影響を
小さくして、操舵感覚を高めること。 【解決手段】 電動パワーステアリング装置は、ステア
リングハンドルに加えた操舵トルクと、操舵トルクに応
じて電動機８０が発生した補助トルクとを、ラックアン
ドピニオン機構のピニオン軸に伝達し、ラックアンドピ
ニオン機構によって車輪を操舵するものである。電動機
８０は、周方向に９極の電気子巻線９３ａ〜９３ｉを有
する環状のアウタステータ８５と、アウタステータ８５
の内部に配置し周方向に８極の永久磁石９４ａ〜９４ｈ
を有するインナロータ８６とからなる、ブラシレス式イ
ンナロータ型直流モータである。各電気子巻線９３ａ〜
９３ｉを３相電力で駆動するように接続した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動パワーステアリ
ング装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ステアリングハンドルの操舵力を
軽減して快適な操舵感を与えるために、電動パワーステ
アリング装置が多用されてきた。この種の電動パワース
テアリング装置は、電動機で操舵トルクに応じた補助ト
ルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達
するものであって、例えば特開平９−３０４３２号公報
「電動パワーステアリング装置」（以下、「従来の技術
」と言う。）が知られている。
【０００３】上記従来の技術は、同公報の図１〜図３
に示される通り、ステアリングハンドル２（番号は公報
に記載されたものを引用した。以下同じ。）に加えた操
舵トルクをラックアンドピニオン機構の出力軸１５（以
下、ピニオン軸１５と言う。）に伝達するとともに、操
舵トルクに応じて電動機４が発生した補助トルクを摩擦
係合伝達手段３０及びウォームギヤ機構４０を介してピ
ニオン軸１５に伝達し、ラックアンドピニオン機構によ
って車輪８，８を操舵するというものである。公報の図
３に示される通り、電動機４のロータ４３は、ウォーム
ギヤ機構４０を介してピニオン軸１５に常に連結した状
態にある。
【０００４】このような電動パワーステアリング装置１
は、ステアリングハンドル２に加えた操舵トルクが小さ
い場合には、補助トルクを受けずに操舵トルクだけで車
輪８，８を操舵し、また、操舵トルクが所定以上の場合
には、操舵トルクに補助トルクを加えたところの複合ト
ルクで車輪８，８を操舵することができる。操舵トルク
が小さいことで電動機４が停止しているときには、操舵
トルクによって、車輪８，８を操舵するとともにロータ
４３を回すことになる。
【０００５】ところで、車両を高速で直進走行させると
きには、ステアリングハンドル２の操舵角は比較的小さ
い。このときの車輪８，８の操舵角が小さいので、車輪
８，８はタイヤのトレッド部が変形する程度である。こ
の結果、路面反力（路面とタイヤとの摩擦抵抗）は小さ
い。路面反力が小さいとステアリングハンドル２の操舵
トルクは小さくてすみ、補助トルクは不要である。
【０００６】ステアリングハンドル２を中立位置近くで
僅かな操舵角だけ操舵し、その操舵トルクだけで車輪
８，８を転舵させる場合には、常にほぼ同じ操舵トルク
で操舵できることが、操舵感覚（操舵フィーリング）を
高めることに繋がる。これに対し、何等かの要因によ
り、路面反力の変動に比べて操舵トルクの変動が大きい
場合には、操舵トルクの変動と路面反力の変動との区別
がつきにくい。また、操舵トルクの変動量が大きいと、
微妙な進路変更をするためにステアリングハンドル２を
操舵するときの滑らかさが変わる。このような点を緩和
することが、操舵感覚をより高めることになる。
【０００７】ステアリングハンドル２を中立位置近くで
操舵するとともに、操舵トルクだけで車輪８，８を転舵
する場合に、操舵トルクの変動が大きくなる要因として
は、ピニオン軸１５に連結した電動機４の構造に伴う点
が考えられる。電動パワーステアリング装置１の電動機
２としては、ブラシ付き直流モータが一般に採用されて
いる。電動機２は同公報の図３に示される通り、ケース
４１内に設けた永久磁石からなる環状のステータ４２
と、ステータ４２の内部に配置し電気子巻線を有するロ
ータ４３とからなる。通常、電気子巻線に通電しないと
きには、ステータ４２の各磁極と電気子巻線側の鉄心と
の間にコギング（磁気吸引力）が働く。コギングは、ウ
ォームギヤ機構４０の減速比の逆数の２乗倍だけ倍力さ
れ、ピニオン軸１５を介してステアリングハンドルに操
舵力の変動として伝わる。その分、操舵トルクが変動す
る。
【０００８】ところで、コギングを低減させるようにし
た一般的な電動機としては、特許第２９６７３４０号公
報「永久磁石式同期機」（以下、「従来の技術」と言
う。）が知られている。上記従来の技術は、同公報の
図１〜図３に示される通り、回転軸２に取付けた環状の
ヨーク６（アウタロータに相当）と、ヨーク６の内部に
配置した固定側の電気子コア４とからなる、いわゆるア
ウタロータ式同期機である。電気子コア４は、放射状に
配置した９個の突極４ａ〜４ｉにコイル５ａ〜５ｉを巻
いたものである。ヨーク６は内周面に、周方向に８個の
永久磁石部分７ａ〜７ｈを配列したものである。このよ
うに従来の技術は、９個の突極４ａ〜４ｉと８個の永
久磁石部分７ａ〜７ｈとを組合せた同期機である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術の電動パワーステアリング装置は、車両の狭
いスペースに配置するものであり、小型であることが好
ましい。電動機もできるだけ小型化したい。しかも、電
動パワーステアリング装置の電動機は、高出力であるこ
ことが採用条件となる。これに対し、上記従来の技術
では永久磁石式同期機の構造上、多数のコイル５ａ〜５
ｉをヨーク６で囲うので、ヨーク６の径が大きくならざ
るを得ず、限界がある。
【００１０】さらには、上記従来の技術の電動パワー
ステアリング装置は、ステアリングハンドル２の操舵ト
ルクに応じた補助トルクを頻繁に且つ適切に付加するも
のであるから、補助トルクを発生する電動機のロータは
イナーシャができるだけ小さいことが好ましい。ロータ
のイナーシャは、ウォームギヤ機構４０の減速比の逆数
の２乗に比例した値でステアリングハンドル２に伝わる
ので、イナーシャを小さくすることが、ステアリングハ
ンドル２の操舵感覚をより高めることに繋がる。これに
対し、上記従来の技術では永久磁石式同期機の構造
上、ヨーク６の径が大きいので限界がある。
【００１１】このように、電動機の小型化やイナーシャ
の低減化の点から、電動パワーステアリング装置に上記
従来の技術の永久磁石式同期機をそのまま採用するこ
とはできない。また、一般的な電動機は、電気子巻線を
２個以上のスロットに分布させて巻くものであり、有効
磁束を形成しない巻線部分が比較的多く、その分だけ銅
損失（「銅損（copper loss，ohmic loss）」とも言
う。）がある。従って、電動機の出力を高めるには改良
の余地がある。
【００１２】そこで本発明の目的は、電動機の無通電状
態において車両を直進走行させるときに、電動機による
操舵トルクの変動の影響を小さくして、操舵感覚を高め
ることができる小型の電動パワーステアリング装置を提
供することにある。さらに本発明の目的は、電動機の出
力を効率良く高めることで操縦性を高めることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１は、電動機で操舵トルクに応じた補助トルク
を発生し、この補助トルクをステアリング系に付加する
ようにした電動パワーステアリング装置において、電動
機を、周方向に９極又はその倍数極の電気子巻線を有す
る環状のアウタステータと、このアウタステータの内部
に配置し周方向に８極の永久磁石を有するインナロータ
とで構成し、各電気子巻線を３相電力により駆動するよ
うに接続したことを特徴とする。
【００１４】電気子巻線の９極と永久磁石の８極との最
小公倍数は７２であり、比較的大きい。一般に、最小公
倍数が大きいほど電動機のコギング（磁気吸引力）は小
さくなる。また、インナロータであるからロータ径は比
較的小さい。
【００１５】請求項２は、アウタステータが、等ピッチ
で放射状に配置した９個又はその倍数個の突極の１極毎
に各電気子巻線を巻き、これら各電気子巻線の３極ずつ
又はその倍数極ずつを直列接続して各々１相とすること
で、３相に構成したことを特徴とする。
【００１６】９個又はその倍数個の突極の１極毎に電気
子巻線を巻くようにしたので、９個又はその倍数個の電
気子巻線同士が互いに重なり合うことはない。この結
果、電動機は有効磁束を形成しない巻線部分が少なくて
すむので、コイルの銅損による出力低下を低減すること
ができる。
【００１７】請求項３は、９極又はその倍数極の電気子
巻線のうち、相互に隣接しない３極ずつ又はその倍数極
ずつを直列接続して各々１相としたことを特徴とする相
互に隣接しない電気子巻線の相互インダクタンスは小さ
い。従って、電動機が発生する補助トルクの出力低下は
少ない。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見
るものとする。図１は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の模式図である。電動パワーステアリング装置
１０は、車両のステアリングハンドル１１から操舵輪
（車輪）２１，２１に至るステアリング系２２に、操舵
機構２３並びにこの操舵機構２３に補助トルクを加える
補助トルク機構２４を備えたものである。
【００１９】操舵機構２３は、ステアリングハンドル１
１にステアリングシャフト１２及び自在軸継手１３，１
３を介してラックアンドピニオン機構３１のピニオン軸
３２を連結し、ラックアンドピニオン機構３１のラック
軸３４に左右のボールジョイント３６，３６及び左右の
タイロッド３７，３７を介して左右の操舵輪（車輪）２
１，２１を連結したものである。ラックアンドピニオン
機構３１は、ピニオン軸３２に形成したピニオン３３
に、ラック軸３４に形成したラック３５を噛み合わせた
ものである。運転者がステアリングハンドル１１を操舵
し、この操舵トルクによりラックアンドピニオン機構３
１及び左右のタイロッド３７，３７を介して、左右の操
舵輪２１，２１を操舵することができる。
【００２０】補助トルク機構２４は、ステアリングハン
ドル１１に加えたステアリング系２２の操舵トルクを操
舵トルクセンサ７０で検出し、この検出信号に基づき制
御手段７８で制御信号を発生し、この制御信号に基づき
操舵トルクに応じた補助トルクを電動機８０で発生し、
補助トルクをトルクリミッタ１１０並びに歯車式減速機
構１２０を介してピニオン軸３２に伝達するようにした
ものである。
【００２１】以上を要約すれば、電動パワーステアリン
グ装置１０は、ステアリングハンドル１１に加えた操舵
トルクをラックアンドピニオン機構３１のピニオン軸３
２に伝達するとともに、操舵トルクに応じて電動機８０
が発生した補助トルクを歯車式減速機構１２０を介して
ピニオン軸３２に伝達し、ラックアンドピニオン機構３
１によって操舵輪２１，２１を操舵するようにしたもの
である。従って、運転者の操舵トルクに電動機８０の補
助トルクを加えた複合トルクによって、操舵輪２１，２
１を操舵することができる。
【００２２】図２は本発明に係る操舵トルクセンサの原
理図である。操舵トルクセンサ７０は、鉄鋼材のように
磁歪特性を有するピニオン軸３２にトルクが作用したと
きに、このトルクに応じて生じる磁歪効果を電気コイル
にて電気磁気的に検出する、磁歪式トルクセンサであ
る。このような磁歪式トルクセンサは、特開平６−２２
１９４０号公報「磁歪式トルクセンサ」に示されるよう
に、公知のセンサである。以下、操舵トルクセンサ７０
の概要について説明する。
【００２３】操舵トルクセンサ７０は、概ね８の字状に
形成した励磁コイル７１と、励磁コイル７１とほぼ同様
の大きさで概ね８の字状に形成した検出コイル７２と
を、ほぼ同心上に互いに略直交させて重ね、これらの励
磁・検出コイル７１，７２を１組の磁気ヘッド７３とし
て、ピニオン軸３２の外周面の近傍に配置したものであ
る。すなわち、ピニオン軸３２の外周面に対向して、概
ね８の字状の励磁コイル７１を配置し、この励磁コイル
７１に概ね８の字状の検出コイル７２を９０゜位相を変
えた状態で重ね合わせた。この場合、励磁コイル７１を
なす８の字状の直線部分を、ピニオン軸３２の外周にほ
ぼ平行又は軸長手方向にほぼ平行にして配置する。７４
は励磁電圧供給源、７５は出力電圧増幅器である。
【００２４】励磁電圧供給源７４から励磁コイル７１に
２０〜１００ｋＨｚ程度の高周波数の交流電圧（励磁電
圧）を供給すれば、トルクに基づくピニオン軸３２の磁
歪効果に対応して、検出コイル７２にて励磁電圧と同じ
周波数の交流電圧（出力電圧）を得ることができる。出
力電圧は、ピニオン軸３２に作用するトルクの方向によ
って、励磁電圧と同相又は逆相になる。このときの出力
電圧の振幅は、トルクの大きさに比例する。従って、励
磁電圧の位相を基準として、出力電圧を同期整流すれ
ば、トルクの大きさと方向を検出することができる。出
力電圧は出力電圧増幅器７５にて増幅され、操舵トルク
センサ７０の検出信号として、制御手段７８に発するこ
とになる。
【００２５】図３は本発明に係る電動パワーステアリン
グ装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を断面し
て表したものである。この図は、電動パワーステアリン
グ装置１０のラック軸３４を、車幅方向（図左右方向）
に延びるハウジング４１に軸長手方向へスライド可能に
収容したことを示す。ラック軸３４は、ハウジング４１
から突出した長手方向両端にボールジョイント３６，３
６をねじ結合し、これらのボールジョイント３６，３６
に左右のタイロッド３７，３７を連結した軸である。ハ
ウジング４１は、図示せぬ車体に取付けるためのブラケ
ット４２，４２を備えたものである。４４，４４はダス
トシール用ブーツである。
【００２６】図４は図３の４−４線断面図であり、電動
パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。電動
パワーステアリング装置１０は、ラックアンドピニオン
機構３１、操舵トルクセンサ７０、トルクリミッタ１１
０（図１参照）、歯車式減速機構１２０をハウジング４
１に収納し、このハウジング４１の上部開口をリッド４
５で塞いだものである。操舵トルクセンサ７０は、ハウ
ジング４１又はリッド４５に取付けたものである。
【００２７】ハウジング４１は、ピニオン軸３２の下端
部及び長手中央部を、上下２個の軸受５１，５２を介し
て回転可能に支承することで、縦置きにセットしたもの
であり、ラックガイド６０を備える。５３はリッド取付
ボルト、５４は止め輪である。
【００２８】ピニオン軸３２は下部にピニオン３３を一
体に形成し、さらに下端部にねじ部５５を形成するとと
もに、上端部をリッド４５から外方へ突出したものであ
る。ねじ部５５にナット５６をねじ込むことで、ピニオ
ン軸３２の軸長手方向（軸方向）の移動を規制すること
ができる。５７は袋ナット、５８はオイルシール、５９
はスペーサである。
【００２９】ラックガイド６０は、ラック３５と反対側
からラック軸３４に当てるガイド部６１と、このガイド
部６１を圧縮ばね６２を介して押す調整ボルト６３とか
らなる。このようなラックガイド６０によれば、ハウジ
ング４１にねじ込んだ調整ボルト６３にて、圧縮ばね６
２を介してガイド部６１を適切な押圧力で押すことで、
ガイド部６１でラック３５に予圧を与えて、ラック３５
をピニオン３３に押し付けることができる。６４はラッ
ク軸３４の背面を滑らせる当て部材、６５はロックナッ
トである。
【００３０】図５は図４の５−５線断面図であり、電動
機８０とトルクリミッタ１１０と歯車式減速機構１２０
について示す。電動機８０は、ハウジング４１の側部開
口を塞ぐべくハウジング４１の側部にボルト止めにて取
付けたリッド８１と、リッド８１にボルト止めにて取付
けた底付き筒状のモータケース８２と、モータケース８
２内に嵌合した環状の第１アウタステータ８３と、第１
アウタステータ８３内に嵌合した環状の第２アウタステ
ータ８４と、第２アウタステータ８４の内部に配置した
筒状のインナロータ８６と、インナロータ８６内に嵌合
することでインナロータ８６に取付けたモータ軸（出力
軸）８７と、インナロータ８６の位相を検知する位相検
知センサ１０１とからなる、ブラシレス式インナロータ
型直流モータである。第１アウタステータ８３と第２ア
ウタステータ８４の組合せ構造は、１組のアウタステー
タ８５をなす。
【００３１】このような電動機８０は、横向きのモータ
軸８７をハウジング４１内に延したものである。リッド
８１並びにモータケース８２は、モータ軸８７を２個の
軸受８８，８９を介して回転可能に支承したものであ
る。位相検知センサ１０１は、モータ軸８７に取付けた
積層コアロータ１０２と、コアロータ１０２の位相を磁
気的に検知する検知素子１０３（励磁コイルと検出コイ
ルの組合せ）とからなる。１０６はカバーである。
【００３２】トルクリミッタ１１０は、電動機８０のモ
ータ軸８７にセレーション結合した雄テーパ状のインナ
部材１１１を、後述するウォーム軸１２１にセレーショ
ン結合した雌テーパ状（カップ状）のアウタ部材１１２
に嵌合したトルク制限機構である。インナ部材１１１の
外周面にアウタ部材１１２の内周面を所定の摩擦力を有
して、連結することができる。トルクリミッタ１１０に
所定の摩擦力を上回る大きなトルクが作用すると、イン
ナ部材１１１の外周面とアウタ部材１１２の内周面との
間がスリップする。この結果、電動機８０から歯車式減
速機構１２０へ伝達する補助トルクを制限、すなわち、
オーバートルクをカットすることができる。従って、電
動機８０に過大なトルクが発生することはなく、また、
負荷側に過大なトルクが伝わることもない。１１３は皿
ばね、１１４はナット、１１５は止め輪である。
【００３３】歯車式減速機構１２０は、電動機８０で発
生した補助トルクをピニオン軸３２に伝達するトルク伝
達手段であって、ウォームギヤ機構からなる。詳しく
は、歯車式減速機構１２０は、電動機８０のモータ軸８
７にトルクリミッタ１１０を介して連結したウォーム軸
１２１と、ウォーム軸１２１に形成したウォーム１２２
と、ピニオン軸３２に連結したウォームホイール１２３
（以下、単に「ホイール１２３」と言う。）とからな
る。
【００３４】ウォーム１２２並びにホイール１２３の歯
の進み角は、摩擦角よりも若干大きくなるように設定し
たものである。その理由は、電動機８０が停止している
ときに、ピニオン軸３２の操舵トルクによりホイール１
２３、ウォーム１２２、ウォーム軸１２１、トルクリミ
ッタ１１０の経路で電動機８０のモータ軸８７を回転可
能にするためである。
【００３５】ウォーム軸１２１は、モータ軸８７と同心
上に配置し、２個の軸受１２４，１２５を介してハウジ
ング４１にて回転可能に支承した軸である。ハウジング
４１は、モータ軸８７に近い位置にある第１軸受１２４
を軸長手方向移動不能に取付け、モータ軸８７から遠い
位置にある第２軸受１２５を軸長手方向移動可能に嵌合
したものである。
【００３６】さらには、第２軸受１２５の外輪の端面
を、板ばね１２６を介して調整ボルト１２７でモータ軸
８７側に押している。調整ボルト１２７と薄板円盤状の
板ばね１２６の押圧力にて、第１・第２軸受１２４，１
２５に予圧を与えることで、ウォーム軸１２１の軸長手
方向の遊びがないように調整する、すなわち、ガタ取り
することができる。しかも、ウォーム１２２の軸長手方
向変位を調整して、ウォーム１２２とホイール１２３の
噛み合いを、適切な摩擦を保ちつつガタが無いように調
整することができる。また、板ばね１２６の弾性力によ
り、ウォーム軸１２１の軸長手方向の熱膨張等を吸収す
ることができる。１２８はロックナット、１２９は止め
輪である。
【００３７】図６は図５の６−６線断面図であり、電動
機８０の断面構造を示す。第２アウタステータ８４は、
筒状部９１の外周面から９個の突極９２ａ〜９２ｉを等
ピッチで放射状に延し、これら放射状に配置した９個の
突極９２ａ〜９２ｉに１極毎に電気子巻線９３ａ〜９３
ｉを巻くことで、周方向に９極の電気子巻線９３ａ〜９
３ｉを有した磁性体である。突極９２ａ〜９２ｉは所定
厚みのフィンである。
【００３８】インナロータ８６は、周方向に８個（８
極）の永久磁石９４ａ〜９４ｈを有した回転体である。
８個の永久磁石９４ａ〜９４ｈは、径方向（内・外面方
向）に着磁した円弧状部材であり、周方向にＮ極とＳ極
とが交互に配列するように並べたものである。
【００３９】図７は本発明に係る電動機のアウタステー
タ並びにインナロータの要部拡大図であり、上記図６の
一部を拡大して示す。電動機８０は、モータケース８２
に対して第１アウタステータ８３を位置決めピン９５に
て周方向の位置決めをし、第１アウタステータ８３の内
周面に軸長手方向、すなわち図表裏方向に延びる溝８３
ａ・・・（・・・は複数を示す。以下同じ。）を形成し、これ
らの溝８３ａ・・・に各突極９２ａ〜９２ｉの先端を嵌合
することで、第１アウタステータ８３に対して第２アウ
タステータ８４を周方向の位置決めをしたものである。
各突極９２ａ〜９２ｉの位置と位相検知センサ１０１
（図５参照）の取付け位置との位置関係を、正確に設定
することができる。
【００４０】電気子巻線９３ａ〜９３ｉの巻き構造は、
底部に鍔９６ａを有する筒状のボビン９６・・・に電気子
巻線９３ａ〜９３ｉを巻き、ボビン９６・・・の先端部に
巻線抑え板９７・・・を圧入し、電気子巻線９３ａ〜９３
ｉを巻いた状態のボビン９６・・・を突極９２ａ〜９２ｉ
に挿入したものである。このようにして、突極９２ａ〜
９２ｉに１極毎に電気子巻線９３ａ〜９３ｉを巻くこと
ができる。第２アウタステータ８４の筒状部９１の内周
面とインナロータ８６の外周面との間には、若干の空隙
（エアギャップ）９８を有する。
【００４１】図８は本発明に係る電動機の分解図であ
り、電気子巻線９３ａ〜９３ｉを巻いたボビン９６・・・
を突極９２ａ〜９２ｉに挿入した後に、第１アウタステ
ータ８３に第２アウタステータ８４を挿入することで、
周方向に９極の電気子巻線９３ａ〜９３ｉを有する環状
のアウタステータ８５を一体的に組立て、このアウタス
テータ８５をモータケース８２に挿入することで、アウ
タステータ８５をモータケース８２に一体的に組付ける
ことができることを示す。
【００４２】図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る電気子
巻線の模式図である。（ａ）は、突極９２ａ〜９２ｉに
巻いた９極の電気子巻線９３ａ〜９３ｉの、隣接し合う
３極ずつを直列接続して各々１相とすることで、３相
（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にしたことを示す。具体的には、
隣接し合う３極の電気子巻線９３ａ，９３ｂ，９３ｃを
直列接続することでＵ相の巻線とし、隣接し合う３極の
電気子巻線９３ｄ，９３ｅ，９３ｆを直列接続すること
でＶ相の巻線とし、隣接し合う３極の電気子巻線９３
ｇ，９３ｈ，９３ｉを直列接続することでＷ相の巻線と
した。電気子巻線９３ａ〜９３ｉの巻き方向は（ａ）に
示す通り全て同一方向である。
【００４３】Ｕ相の巻線の、巻始めの端子はＵ0であり
巻終りの端子はＮ0である。Ｖ相の巻線の、巻始めの端
子はＶ0であり巻終りの端子はＮ0である。Ｗ相の巻線
の、巻始めの端子はＷ0であり巻終りの端子はＮ0であ
る。
【００４４】以上の説明から明らかなように、本発明の
電動機８０の電気子巻線の構成は、等ピッチで放射状に
配置した９個の突極９２ａ〜９２ｉに１極毎に電気子巻
線９３ａ〜９３ｉを巻くようにした集中巻きであり、い
わゆる突極巻きと称するものである。このため、９個の
電気子巻線９３ａ〜９３ｉ同士が互いに重なり合うこと
はない。従って、本発明の電動機８０の電気子巻線の構
成は、従来実施されている２個以上のスロットに分布さ
せて巻く、いわゆる分布巻き（重ね巻き）のように複数
のスロット間に跨がって巻く部分が無い。この結果、電
動機８０は有効磁束を形成しない巻線部分が極めて少な
いので銅損失が低減し、出力が大きくなるので、その
分、高出力の電動機になる。
【００４５】このように銅損失が少なく高出力である電
動機８０を、電動パワーステアリング装置１０（図１参
照）に採用することにより、次のような効果を発揮す
る。一般に、車両を車庫入れする操作するときのよう
に、停車中でエンジン回転数が小さいときには、エンジ
ンで発電する発電機の発電電圧は小さい。本発明は発電
機の発電電圧が小さいときであっても、図１に示すよう
に電動機８０から確実に且つ迅速に補助トルクを発生す
ることができるので、ステアリングハンドル１１を早く
切り返したい場合の操舵輪２１，２１の転舵追従性が高
まり、操縦性が高まる。
【００４６】（ｂ）は、Ｕ相の巻線の端子Ｎ0とＶ相の
巻線の端子Ｎ0とＷ相の巻線の端子Ｎ 0とを接続するとと
もに、巻始めの各端子Ｕ0，Ｖ0，Ｗ0を３相電力源９９
に接続することによって、電動機８０の結線をＹ結線
（スター型結線）にしたことを示す。このようにして電
動機８０は、各電気子巻線９３ａ〜９３ｉを３相電力に
より駆動するように接続したものである。電動機８０の
駆動制御方式は、例えば、３相電力源９９から各端子Ｕ
0，Ｖ0，Ｗ0にパルス電圧を供給するパルス幅変調方式
（ＰＷＭ方式）である。パルス幅を制御されたパルス信
号を、上記図１に示す制御手段７８から制御信号として
発することで、操舵トルクに応じた補助トルクを電動機
８０で発生させることができる。
【００４７】ここで、電動パワーステアリング装置１０
に採用する電動機８０を、９極の電気子巻線９３ａ〜
９３ｉを備えたアウタステータ８５と、８極の永久磁
石９４ａ〜９４ｈを備えたインナロータ８６との、組合
せ構造にした理由を図１、図６及び図１０に基づき説明
する。上記図６で説明したように電動機８０は、ブラシ
レス式直流モータであるからステータ８５に突極９２ａ
〜９２ｉ並びに電気子巻線９３ａ〜９３ｉを有し、ロー
タ８６に永久磁石９４ａ〜９４ｈを有する。
【００４８】通常、電動機８０の電気子巻線９３ａ〜９
３ｉに通電しないときには、突極９２ａ〜９２ｉの各磁
極と各永久磁石９４ａ〜９４ｈとの間にコギング（磁気
吸引力）が働く。コギングは、歯車式減速機構１２０の
減速比の逆数の２乗倍だけ倍力され、ピニオン軸３２を
介してステアリングハンドル１１に、操舵力の変動とし
て伝わる。その分、操舵トルクが変動することになる。
上記図１に示す本発明の電動パワーステアリング装置１
０においては、電動機８０の無通電状態において車両を
直進走行させるときに、電動機８０のコギングによる操
舵トルクの変動の影響を小さくして、操舵感覚を高める
ようにしたい。そのためにはコギングを低減させること
が好ましい。
【００４９】ロータ８６の１回転当りのコギング発生回
数は、突極９２ａ〜９２ｉの極数（電気子巻線９３ａ〜
９３ｉの極数）と永久磁石９４ａ〜９４ｈの極数との最
小公倍数分だけある。しかし、一般に最小公倍数が大き
くなる程コギングが低減するということが判っている。
コギングを低減させるために最小公倍数を大きくするに
は、永久磁石９４ａ〜９４ｈの極数や電気子巻線９３ａ
〜９３ｉの極数を増加させればよい。
【００５０】ところで、電動パワーステアリング装置１
０は車両の狭いスペースに配置するものであるから、小
型であることが好ましい。電動機８０もできるだけ小型
化したい。しかも、電動パワーステアリング装置１０の
電動機８０は、高出力であるこことが採用条件となる。
例えば、直径５０〜７０ｍｍ程度の電動機で駆動電流は
３０〜４０アンペアにもなる。小型の電動機８０なの
で、多数の電気子巻線９３ａ〜９３ｉを巻くには、ロー
タ８６の外方に電気子巻線９３ａ〜９３ｉを配列する方
が有利である。電動機８０はブラシレス式直流モータで
あるから、一般に電気子巻線９３ａ〜９３ｉを３相電力
により駆動する。第２アウタステータ８４は３極又はそ
の倍数の極数を有する。
【００５１】さらには、電動パワーステアリング装置１
０は、ステアリングハンドル１１の操舵トルクに応じた
補助トルクを頻繁に且つ適切に付加するものであるか
ら、補助トルクを発生する電動機８０のロータ８６は、
イナーシャができるだけ小さいことが好ましい。イナー
シャを小さくすることが、ステアリングハンドル１１の
操舵感覚をより高めることに繋がる。ロータ８６のイナ
ーシャを小さくするには、ロータ８６を軽量に且つ小径
にすればよい。
【００５２】以上のように、電動パワーステアリング装
置１０に電動機８０を採用する場合の「条件１」車両の
配置スペースの制約による小型化と、「条件２」ロータ
８６のイナーシャの低減化とを考慮して、永久磁石を有
するロータ８６を小径のインナロータとし、電気子巻線
を有するステータ８５をアウタステータとした。
【００５３】インナロータ８６は、周方向に永久磁石９
４ａ〜９４ｈのＮ極とＳ極とを交互に配列するものであ
るから、必然的に２極又はその倍数の極数を有すること
になる。上述のように、インナロータ８６の径について
は、電動パワーステアリング装置１０に電動機８０を適
用する場合のスペース上の制約や、イナーシャの低減要
求を考慮して、決定することになる。但し、必要以上に
小径にすると、永久磁石９４ａ〜９４ｈの極数を多くす
ることが困難になる。電動パワーステアリング装置１０
の操舵感覚上の点から、イナーシャの許容範囲を決定
し、この許容イナーシャを考慮してロータ径を決定する
ことが好ましい。
【００５４】このような点を考慮して、インナロータ８
６の径を決定したときに、その円周面に配列する永久磁
石９４ａ〜９４ｈの極数は生産コストの点から、ほぼ８
極以内に止めることが好ましい。永久磁石９４ａ〜９４
ｈの極数をもっと多くすることはできるものの、多過ぎ
ると電動機８０の生産コストに影響する。本発明はイン
ナロータ８６の永久磁石９４ａ〜９４ｈの極数を８極に
設定した。以上を要約すると、本発明はインナロータ８
６の径を、操舵感覚を高めるべくコギングの低減化を
図るために、８極の永久磁石９４ａ〜９４ｈを有するこ
とができ、車両の配置スペースの制約による電動機８
０の小型化を図ることができ、操舵感覚上で許容され
るイナーシャへの低減化を図ることができる大きさに、
決定したものである。
【００５５】インナロータ８６の永久磁石９４ａ〜９４
ｈの極数を８極に設定したときに、永久磁石９４ａ〜９
４ｈの極数と電気子巻線９３ａ〜９３ｉの極数との最小
公倍数を比較的大きくするために、電気子巻線９３ａ〜
９３ｉの極数（すなわち、突極９２ａ〜９２ｉの極数又
はスロット数）を９極に設定した。この結果、最小公倍
数は７２である。電気子巻線９３ａ〜９３ｉの極数をも
っと多くすることはできるものの、多過ぎると電動機８
０の生産コストに影響する。
【００５６】電動機８０の電気子巻線９３ａ〜９３ｉの
極数並びに永久磁石９４ａ〜９４ｈの極数とステアリン
グハンドル１１の滑らかさの関係について、図１０に基
づき説明する。
【００５７】図１０は電動機の電気子巻線の極数並びに
永久磁石の極数とステアリングハンドルの滑らかさの関
係を示す説明図であり、アウタステータ８５の電気子巻
線９３ａ〜９３ｉの極数とインナロータ８６の永久磁石
９４ａ〜９４ｈの極数との組合せに対するステアリング
ハンドル１１の滑らかさの関係を示す。インナロータ８
６の極数が６極以下で、電気子巻線９３ａ〜９３ｉの極
数が１５極以下の場合には、永久磁石９４ａ〜９４ｈの
極数と電気子巻線９３ａ〜９３ｉの極数との最小公倍数
が比較的小さい。
【００５８】これに対して、インナロータ８６の極数が
８極で、電気子巻線９３ａ〜９３ｉの極数が１５極以下
の場合には、永久磁石９４ａ〜９４ｈの極数と電気子巻
線９３ａ〜９３ｉの極数との最小公倍数が比較的大き
い。特に、インナロータ８６の極数が８極で電気子巻線
９３ａ〜９３ｉの極数が９極の場合の最小公倍数は７２
であり、他の組合せに比べて大きい。最小公倍数が大き
いのでコギングが低減する。この結果、電動機８０のコ
ギングによる操舵トルクの変動の影響が低減するので、
図１０に示すように、ステアリングハンドル１１の滑ら
かさが高まる。このため、ステアリングハンドル１１の
操舵感覚が高まる。以上が、電動パワーステアリング装
置１０に採用する電動機８０を、９極の電気子巻線９
３ａ〜９３ｉを備えたアウタステータ８５と、８極の
永久磁石９４ａ〜９４ｈを備えたインナロータ８６と
の、組合せ構造にした理由である。
【００５９】次に、電気子巻線９３ａ〜９３ｉの変形例
にいついて図１１に基づき説明する。図１１（ａ），
（ｂ）は本発明に係る電動機の電気子巻線（変形例）の
模式図である。（ａ）は、突極９２ａ〜９２ｉに巻いた
９極の電気子巻線９３ａ〜９３ｉのうち、相互に隣接し
ない３極ずつを直列接続して各々１相とすることで、３
相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）にしたことを示す。具体的に
は、相互に隣接しない３極の電気子巻線９３ａ，９３
ｃ，９３ｅを直列接続することでＵ相の巻線とし、相互
に隣接しない３極の電気子巻線９３ｄ，９３ｆ，９３ｈ
を直列接続することでＶ相の巻線とし、相互に隣接しな
い３極の電気子巻線９３ｇ，９３ｉ，９３ｂを直列接続
することでＷ相の巻線とした。従って、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相は互いに重なり合っている。電気子巻線９３ａ〜９３
ｉの巻き方向は（ａ）に示す通り全て同一方向である。
（ｂ）は、電動機８０の結線を上記図１０（ｂ）と同じ
Ｙ結線にしたことを示す。
【００６０】このように変形例の電動機８０によれば、
電気子巻線９３ａ，９３ｃ，９３ｅが相互に隣接してい
ないので、これらの電気子巻線９３ａ，９３ｃ，９３ｅ
の相互インダクタンスは小さい。電気子巻線９３ｄ，９
３ｆ，９３ｈ及び電気子巻線９３ｇ，９３ｉ，９３ｂに
ついても同様である。従って、電動機８０が発生する補
助トルクの出力低下を低減することができる。
【００６１】なお、上記実施の形態において、アウタス
テータ８５は、周方向に９極又はその倍数極（例えば１
８極や２７極）の電気子巻線９３ａ，・・・を有するもの
であればよい。例えば、９個又はその倍数個の突極９２
ａ，・・・の１極毎に各電気子巻線９３ａ，・・・を巻き、こ
れら各電気子巻線９３ａ，・・・の３極ずつ又はその倍数
極ずつを直列接続して各々１相とすることで、３相に構
成することができる。また、トルクリミッタ１１０の有
無は任意であり、例えば、モータ軸８７を延長すること
でウォーム軸１２１を兼ねてもよい。さらにまた、歯車
式減速機構１２０はウォームギヤ機構に限定されるもの
ではなく、例えば、ベベルギヤ機構や平歯車機構であっ
てもよい。
【００６２】
【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１は、電動機を、周方向に９極又はその倍
数極の電気子巻線を有する環状のアウタステータと、こ
のアウタステータの内部に配置し周方向に８極の永久磁
石を有するインナロータとで構成したので、電気子巻線
の極数と永久磁石の極数との最小公倍数を比較的大きく
設定することができ、この結果、電動機のコギングが低
減する。このため、電動パワーステアリング装置におい
て、電動機の無通電状態で車両を直進走行させるときの
ように、ステアリングハンドルを中立位置近くで僅かな
操舵角だけ操舵し、その操舵トルクだけで車輪を転舵さ
せる場合に、電動機のコギングによる操舵トルクの変動
の影響が低減するので、ステアリングハンドルの滑らか
な操舵感覚を得ることができる。従って、ステアリング
ハンドルの操舵感覚が高まる。
【００６３】しかも、電動機のコギングによる操舵トル
クの変動が小さいので、運転者は車輪からステアリング
ハンドルに伝わる路面反力の微妙な変化を手で感じとる
ことによって、ステアリングハンドルを通じて路面反力
を確実に把握することができる。このため、操縦性がよ
り高まる。さらに、微妙な進路変更をするためにステア
リングハンドルを操舵するときの滑らかさがほとんど変
わらないので、操縦性がより高まる。
【００６４】また、電動機を、環状のアウタステータと
このアウタステータの内部に配置したインナロータとに
よって構成したので、インナロータのイナーシャを小さ
くすることができ、この結果、ステアリングハンドルの
操舵感覚をより高めることができる。しかも、アウタス
テータとインナロータの組合せ構造にしたので、電動機
を小型化することができる。従って、車両の狭いスペー
スに配置する電動パワーステアリング装置の全体を、小
型化することができる。
【００６５】請求項２は、アウタステータが、等ピッチ
で放射状に配置した９個又はその倍数個の突極の１極毎
に各電気子巻線を巻き、これら各電気子巻線の３極ずつ
又はその倍数極ずつを直列接続して各々１相とすること
で、３相に構成したので、９個又はその倍数個の電気子
巻線同士が互いに重なり合うことはない。従って、従来
の電気子巻線の構成のように２個以上のスロットに分布
させて巻く部分が無い。この結果、電動機は有効磁束を
形成しない巻線部分が極めて少ないので銅損失が低減し
て出力が大きくなるので、その分、高出力の電動機にな
る。このように銅損失が少なく高出力である電動機を、
電動パワーステアリング装置に採用したので、次のよう
な効果を発揮する。すなわち、車両を車庫入れする操作
するときのように、停車中でエンジン回転数が小さく、
エンジンで発電する発電機の発電電圧が小さいときであ
っても、電動機から確実に且つ迅速に補助トルクを発生
することができる。従って、ステアリングハンドルを早
く切り返したい場合の操舵輪の転舵追従性が高まり、操
縦性が高まる。
【００６６】請求項３は、９極又はその倍数極の電気子
巻線のうち、相互に隣接しない３極ずつ又はその倍数極
ずつを直列接続して各々１相としたので、これらの電気
子巻線の相互インダクタンスが小さい。従って、電動機
が発生する補助トルクの出力低下を低減することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の模
式図
【図２】本発明に係る操舵トルクセンサの原理図
【図３】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全
体構成図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図４の５−５線断面図
【図６】図５の６−６線断面図
【図７】本発明に係る電動機のアウタステータ並びにイ
ンナロータの要部拡大図
【図８】本発明に係る電動機の分解図
【図９】本発明に係る電気子巻線の模式図
【図１０】図１０は電動機の電気子巻線の極数並びに永
久磁石の極数とステアリングハンドルの滑らかさの関係
を示す説明図
【図１１】本発明に係る電動機の電気子巻線（変形例）
の模式図
【符号の説明】
１０…電動パワーステアリング装置、１１…ステアリン
グハンドル、２２…ステアリング系、２１…操舵輪（車
輪）、３１…ラックアンドピニオン機構、３２…ピニオ
ン軸、８０…電動機、８３…第１アウタステータ、８４
…第２アウタステータ、８５…アウタステータ、８６…
インナロータ、８７…モータ軸、９２ａ〜９２ｉ…突
極、９３ａ〜９３ｉ…電気子巻線、９４ａ〜９４ｈ…永
久磁石、９９…３相電力源、１２０…歯車式減速機構、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉橋 秀範 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 栗林 隆司 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 清水 康夫 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3D033 CA03 CA04 CA05 CA16 CA20 CA21 CA28 5H019 AA03 AA07 BB01 BB09 CC03 DD01 DD03 DD04 DD10 FF01 5H603 AA01 BB01 BB10 BB12 CA01 CA05 CB01 CC11 CC17 CD01 CD04 CD22 CE01 EE02 EE12 5H604 AA08 BB01 BB10 BB14 CC01 CC05 CC16 PB01 PB02 PB03 5H621 AA02 AA03 BB07 BB10 GA01 GA04 GB10 HH01 JK02 JK15

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電動機で操舵トルクに応じた補助トルク
    を発生し、この補助トルクをステアリング系に付加する
    ようにした電動パワーステアリング装置において、前記
    電動機を、周方向に９極又はその倍数極の電気子巻線を
    有する環状のアウタステータと、このアウタステータの
    内部に配置し周方向に８極の永久磁石を有するインナロ
    ータとで構成し、前記各電気子巻線を３相電力により駆
    動するように接続したことを特徴とする電動パワーステ
    アリング装置。
  2. 【請求項２】 前記アウタステータは、等ピッチで放射
    状に配置した９個又はその倍数個の突極の１極毎に前記
    各電気子巻線を巻き、これら各電気子巻線の３極ずつ又
    はその倍数極ずつを直列接続して各々１相とすること
    で、３相に構成したことを特徴とする請求項１記載の電
    動パワーステアリング装置。
  3. 【請求項３】 前記９極又はその倍数極の電気子巻線の
    うち、相互に隣接しない３極ずつ又はその倍数極ずつを
    直列接続して各々１相としたことを特徴とする請求項２
    記載の電動パワーステアリング装置。
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