JP2004129487A

JP2004129487A - ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2004129487A
Application number: JP2003202116A
Authority: JP
Inventors: Takao Yabumi; 藪見　崇生
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】ステータ形状に拘わらずコギングトルクが著しく低減されてなるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】ロータ１に永久磁石が用いられているブラシレスモータＡであって、前記永久磁石の着磁が台形波着磁とされ、前記台形波着磁における着磁傾斜範囲αが下記とされてなるものである。
０．３７５θ_Ｔ≦α≦０．４２５θ_Ｔ
ここに、
α：着磁傾斜範囲
θ_Ｔ：スロット間隔角度
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラシレスモータに関する。さらに詳しくは、例えばＥＰＳ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ａｓｓｉｓｔ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ；電気式パワーステアリング）用モータなど、極めて高度なコギングトルク特性が要求されるモータとしての適用に好適なブラシレスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に適用されるパワーステアリングとして、近年、電気式パワーステアリング（以下、ＥＰＳという）が注目を集めるようになってきている。ＥＰＳは、油圧式パワーステアリングにおいて必要とされるポンプ、配管を省略できるため、機構の単純化および車両の軽量化を図る上で有利である。
【０００３】
図６に従来のＥＰＳの一例を示す。このＥＰＳは、ハンドル１０１を軸支するコラム１０２とインターミディエイトシャフト１０３との接続部にモータ１０４が配され、モータ１０４の出力により車両速度に応じた力でハンドリングをアシストするものとされる。ＥＰＳにおいては、一般にモータの回転力がハンドル操作のアシスト力として直接利用される。このため、運転者はハンドルを介して間接的にモータ回転軸に触っており、モータの挙動がハンドルフィーリングに与える影響は大きい。
【０００４】
また、モータの挙動に係わる諸特性の中で、特にコギングトルクはハンドル中立付近の操作の滑らかさ、すなわち車両の直進性に係わるものであるため、高度の特性を達成する必要性が高いものであるといえる。
【０００５】
したがって、ＥＰＳ用モータとしてブラシレスモータを適用する場合にはモータのコギングトルクを低減することが必要とされ、そして、このようなコギングトルクを低減するための方法としてはモータにスキューを施す方法が一般的である（例えば、特開平１０−１７８７６６号公報参照）。すなわち、スキュー積層のコア構造を用いたり、永久磁石をスキュー着磁するなどして、コギングトルクをある程度まで低減することが可能である。
【０００６】
ところが、ＥＰＳ用のモータにおいて必要とされるコギングトルク低減の程度は非常に高く（例えば、定格出力の１％以下）、モータにスキューを施すことではコギングトルクを十分に低減することは困難である。
【０００７】
そこで、ブラシレスモータのコギングトルクを十分に低減するために、例えば永久磁石の起磁力に変化を与えることが考えられる（特開平９−１４０１０４号公報、特開２０００−１３４８９３号公報等参照）。すなわち、永久磁石の着磁電流の波形（以下、着磁波形という）を調整することによって十分な程度までコギングトルクを低減することが可能である。
【０００８】
ところが、コギングトルクを極小とするような着磁波形については、従来、綿密な分析は行われておらず、多様なステータ形状を通じてコギングトルクを極小とする最適な着磁波形を与える理論的または実際的な指針は未だ存在していない。このため、例えばＥＰＳ用モータのような極めて高度なコギングトルク特性が要求されるモータにブラシレスモータを適用しようとすると、十分な程度にまでコギングトルク低減させるために各種ステータ形状のモータについて最適な着磁波形を探る作業をアットランダムに実施する必要があり、そのような作業がブラシレスモータを例えばＥＰＳ用モータに適用しようとする場合のコストを増大させているといった問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、ステータ形状に拘わらずコギングトルクが著しく低減されてなるブラシレスモータを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のブラシレスモータは、ロータに永久磁石が用いられているブラシレスモータであって、前記永久磁石の着磁が台形波着磁とされ、前記台形波着磁における着磁傾斜範囲が下記とされてなることを特徴とする。
【００１１】
０．３７５θ_Ｔ≦α≦０．４２５θ_Ｔ
【００１２】
ここに、
α：着磁傾斜範囲
θ_Ｔ：スロット間隔角度
【００１３】
【作用】
本発明のブラシレスモータは前記の如く構成されているので、ステータの形状の如何にかかわらず、コギングトルクが著しく低減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１５】
図１および図２に、本発明の一実施形態に係るブラシレスモータの概略構成を示す。
【００１６】
図１に、ブラシレスモータ（以下単にモータという）の横断面図を示し、このモータＡは、円筒体形状の永久磁石からなるロータ１を有し、その中空部分１ａにステータ２が配されてなるアウタロータ型モータとされる。
【００１７】
ステータ２は、所定形状の鋼板を所要枚数積層してなるものとされ、円筒状のステータヨーク２ａと、ステータヨーク２ａ外周面円周方向に所定間隔、例えば４０°ピッチで放射状に設けられる９個のステータネック２ｂ、２ｂ、…と、ステータネック２ｂ、２ｂ、…の各先端に形成されるステータティース２ｃ、２ｃ、…を備え、ステータネック２ｂ、２ｂ、…に駆動コイル２ｄ、２ｄ、２ｄ、…が巻回されている。
【００１８】
駆動コイル２ｄは、３相の駆動コイル、すなわちＵ相駆動コイル２ｄＵ、Ｖ相駆動コイル２ｄＶおよびＷ相駆動コイル２ｄＷからなり、図１における時計回り方向に、Ｕ相駆動コイル２ｄＵの隣にＶ相駆動コイル２ｄＶが位置し、Ｖ相駆動コイル２ｄＶの隣にＷ相駆動コイル２ｄＷが位置し、Ｗ相駆動コイル２ｄＷの隣にＵ相駆動コイル２ｄＵが位置するようにステータネック２ｂ、２ｂ、…に巻回されている。
【００１９】
図２に、ロータ１の詳細を示す。同図に示すように、ロータ１は、等幅帯状のＮ極、Ｓ極の各磁極１１が周方向に交互に並べられるようにして形成される、フェライト磁石、アルニコ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、希土類−Ｆｅ系磁石などの各種永久磁石を円筒体状に成形したものとされる。
【００２０】
また、図３に示すように、ロータ１の磁極１１は、着磁強さが周方向に一端（Ｄ_１）から他端（Ｄ_２）に向かって台形状に変化するようされている。すなわち、ロータ１の磁極１１は、隣接する両側の磁極１１との境界線Ｄから所定範囲の部分に着磁強さが直線的に変化するようされた着磁傾斜部分Ｐが設けられるものとされる。
【００２１】
このとき、着磁傾斜部分Ｐが設けられる範囲（ロータ１の中心軸Ｉ周りの角度αで表す。以下、着磁傾斜範囲という）は、スロット間隔角度、すなわち隣接する各ステータティース２ｃの間の角度θ_Ｔ（図１参照）の所定割合ｒの角度とされる。つまり、α＝ｒ×θ_Ｔである。下記不等式１に、本発明者の独自の検証により判明した、コギングトルクを極めて高度に低減させることができる割合ｒを示す。
【００２２】
３７．５％（パーセント）≦ｒ≦４２．５％　　　　　　　　　（１）
【００２３】
すなわち、割合ｒは３７．５％以上かつ４２．５％以下の割合とされる。これによって、後の実施例で示すように、従来のブラシレスモータと比較してコギングトルクを各段に小さくすることが可能となり、モータＡをＥＰＳ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｏｗｅｒ　ａｓｓｉｓｔ　ｓｔｅｅｒｉｎｇ；電気式パワーステアリング）に適用した場合にも、コギングトルクがハンドルフィーリングに与える影響を十分に排除することが可能となる。すなわち、ＥＰＳ用モータとして要求される１％以下（実施例では０．１％程度）のコギングトルクを容易に達成することができる。
【００２４】
また、モータＡはブラシレスモータとされるため、運転席近くに配設されるＥＰＳ用モータとして要求される静粛性を達成することも容易である。
【００２５】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００２６】
図４に、ロータ（磁石）１の内径：Φ３２、外径：Φ３８、磁石組成：Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のラジアル異方性磁石、とされる６極９スロット型ブラシレスモータ（以下、実施例モータという）において、磁極１１の前掲した割合ｒを各種値、すなわち０％（参考例）、１４％（比較例１）、２８％（比較例２）および４０％（実施例１）の各値に設定した場合の表面磁束密度分布（算出位置はΦ３８．４）についてシミュレーションを実施した結果を示す。図５に、参考例、比較例１、比較例２および実施例１におけるコギングトルク特性を示す。
【００２７】
図４において、横軸は磁極１１の一端Ｄ_１（図２参照）を基点とする中心軸Ｉ周りの角度（ｄｅｇｒｅｅ）を示し、縦軸は対応する角度位置における磁極１１表面の磁束密度を示す。図５において、横軸はロータ１の回転角度を示し、縦軸は対応する角度位置におけるコギングトルクを示す。
【００２８】
図５に示すように、割合ｒが０％の場合（参考例）、すなわち方形波により着磁する等して着磁傾斜部分Ｐを設けない場合は、実施例モータにおいて正逆の回転方向に最大でそれぞれ約１００ｍＮ・ｍ（ミリ・ニュートン・メートル）程度のコギングトルクが発生する。
【００２９】
割合ｒが１４％の場合（比較例１）、すなわち着磁傾斜範囲α（割合ｒ）が全く適切でない値に設定された場合は、実施例モータにおいて正逆回転方向に最大でそれぞれ約９５ｍＮ・ｍ程度のコギングトルクが発生する。
【００３０】
割合ｒが２８％の場合（比較例２）、すなわち、着磁波形とステータ形状との相関について十分な分析がされておらず、着磁傾斜範囲α（割合ｒ）が適切に設定されていない従来の一般的なブラシレスモータの場合は、実施例モータにおいて正逆回転方向に最大でそれぞれ約６５ｍＮ・ｍ程度のコギングトルクが発生する。
【００３１】
これに対して、割合ｒが前記不等式１の条件を満たす４０％に設定された場合（実施例１）は、着磁傾斜範囲αが適切に設定されているため、コギングトルクをほぼ零に抑えられている。
【００３２】
したがって、前記不等式１の条件を満たすよう着磁傾斜範囲αを設定することにより、コギングトルクをほぼ零に抑えることが可能であるといえる。
【００３３】
以上、本発明を実施形態および実施例により説明してきたが、本発明はかかる実施形態および実施例にのみ限定されるものではなく種々改変が可能である。例えば、実施例ではいわゆる６Ｐ９Ｓモータとされているが、本発明の適用は６Ｐ９Ｓモータに限定されるものではなく、各種のブラシレスモータに適用が可能である。また、実施形態では、モータはアウターロータ型とされているが、インナーロータ型とされてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のブラシレスモータによれば、ステータの形状の如何にかかわらず、コギングトルクが著しく低減されるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るブラシレスモータの概略横断面図である。
【図２】同モータのロータの詳細を示す模式図である。
【図３】ロータの磁極における周方向位置と着磁強さの関係を示すグラフ図である。
【図４】各実施例のロータ磁極における表面磁束密度分布を示すグラフ図である。
【図５】各実施例のコギングトルク特性を示すグラフ図である。
【図６】従来のＥＰＳの概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
Ａ　　　ブラシレスモータ
Ｐ　　　着磁傾斜部分
α　　　着磁傾斜範囲
１　　　ロータ（回転子）
２　　　ステータ（固定子）
１１　　　磁極

Claims

ロータに永久磁石が用いられているブラシレスモータであって、前記永久磁石の着磁が台形波着磁とされ、前記台形波着磁における着磁傾斜範囲が下記とされてなることを特徴とするブラシレスモータ。
０．３７５θ_Ｔ≦α≦０．４２５θ_Ｔ
ここに、
α：着磁傾斜範囲
θ_Ｔ：スロット間隔角度