JPH0723974U - ３相ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転トルクの変動を小さく抑える。 【構成】 ロータ７の外周面７ａには、軸方向に亙って
凹溝１６、１６を形成する。各凹溝１６、１６を形成す
る位置は、隣り合うＳ極とＮ極との境界から円周方向同
方向に、電気角でほぼ６０度だけずれた部分とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案に係る３相ブラシレスモータは、例えば電動式パワーステアリング装 置の駆動源として利用する。

【０００２】

【従来の技術】

自動車の操舵力を軽減させる為にパワーステアリング装置が広く使用されてい るが、軽自動車等の小型自動車用パワーステアリング装置の駆動源として、３相 ブラシレスモータを使用する事が研究されている。図６は、一般的な３相ブラシ レスモータを示している。モータケース１は、円筒状の筒部２の前端（図６の上 端）開口を円輪状の前蓋３により、後端（図６の下端）開口を円盤状の後蓋４に より、それぞれ塞いでいる。上記前蓋３と後蓋４との中央部には、それぞれ軸受 ５、５を設け、これら両軸受５、５により回転軸６を、回転自在に支持している 。

【０００３】 上記モータケース１内で上記回転軸６の中間部外周面には、ロータ７を支持固 定している。このロータ７は、永久磁石により構成されており、図８に示す様に 外周面の磁極（Ｓ極とＮ極）を、円周方向に亙って交互に、且つ等間隔に異なら せている。この様なロータ７は、それぞれが円弧状に形成された、同形、同大の 永久磁石を円筒状に組み合わせたり、或は円筒状に形成された１個の永久磁石の 着磁方法を工夫する事で、外周面の磁極を交互に変化させたりする。

【０００４】 一方、上記筒部２の内周面には、３相の駆動コイル８を支持固定している。こ の駆動コイル８は、磁性材製のコア９に、次述するコイル１０ａ、１０ｂ、１０ ｃを巻回する事により、円筒状に構成されており、その内周面を上記ロータ７の 外周面と対向させている。この駆動コイル８は、図７に示す様に、ａ相、ｂ相、 ｃ相の３相のコイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃを組み合わせて成る。そして、次述 するホール素子１２からの信号に基づき、同図に示す様な制御回路により、これ ら各コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃへの通電を制御される。

【０００５】 上記回転軸６の後端部（図６の下端部）で、前記後蓋４の内面４ａと対向する 部分には、位相検出用永久磁石１１を固定している。円輪状に形成された、この 位相検出用永久磁石１１は、上述したロータ７と同様に、円周方向に亙る磁極を 交互に且つ等間隔に変化させている。そして、この位相検出用永久磁石１１の側 面に対向させて、位相検出用のホール素子１２を設けている。図示の例では、３ 個のホール素子１２を、非磁性材製で円輪状の支持板１３に支持し、この支持板 １３を前記後蓋４の内面４ａに、ステー１４、１４を介して支持している。

【０００６】 前記ホール素子１２によるロータ７と駆動コイル８との位相検出は、位相検出 用永久磁石１１により形成される磁気回路の磁束の方向を、前記ホール素子１２ により検出する事で行なう。位相検出用永久磁石１１の磁極が変化するピッチと 、上記ロータ７の外周面の磁極が変化するピッチとは互いに等しい。従って、上 記ホール素子１２によりロータ７と駆動コイル８との位相を検出し、上記駆動コ イル８を構成するａ相、ｂ相、ｃ相の３相のコイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内 の何れか２相のコイルに適当なタイミングで適宜方向の直流電流を送れば、前記 ロータ７を所望方向に回転させる事ができる。

【０００７】 即ち、前記回転軸６を回転させる場合には、上記ホール素子１２により検出さ れる、前記ロータ７と駆動コイル８との位相に基づき、図７に示す様な制御回路 を構成する、トランジスタ１５、１５やＳＣＲ（シリコン制御整流器）の働きに よって、上記駆動コイル８を構成する各コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃに適宜方 向の直流電流を送り、前記駆動コイル８を着磁する。即ち、前記ａ相、ｂ相、ｃ 相の３相のコイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内の何れか２相のコイルに、互いに 逆方向の電流を矩形波的に通電し、残りの１相のコイルに通電しない状態を、電 気角で６０度ごとに通電しないコイルを変え（スイッチングし）つつ、繰り返し 実現させる。この結果、この駆動コイル８と上記ロータ７を構成する永久磁石と の間に吸引力並びに反発力が作用して、このロータ７が回転する。

【０００８】 上述の様に構成され作用する３相ブラシレスモータを、パワーステアリング装 置の駆動源として利用する場合には、前記回転軸６の前端部（図６の上端部）か ら回転駆動力を取り出し、この回転駆動力によって、ステアリングシャフトを回 転させる。但し、上記回転駆動力（トルク）の大きさＴは、上記ステアリングシ ャフトを回転させる為に要する力（トルク）Ｆよりも小さく（Ｔ＜Ｆ）して、こ の回転駆動力を、ステアリングホイールを操作する為に要する操舵力の軽減に利 用する。又、操舵輪（一般的には自動車の前輪）に舵角を付与したままとする場 合には、上記回転軸６により上記ステアリングシャフトに、上記舵角を保持する 方向の力を加える。この結果、舵角保持の為にステアリングホイールに加え続け なければならない操舵力が軽減される。

【０００９】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上述の様に構成され作用する従来の３相ブラシレスモータの場合、 回転に伴うトルク変動が大きく、そのままでは自動車用パワーステアリングの駆 動源として好ましくない。

【００１０】 即ち、永久磁石により構成されるロータ７の表面の磁束密度は、図９に示す様 に、正弦波的に変化する。そして、駆動コイル８への通電に基づき、前記各コイ ル１０ａ、１０ｂ、１０ｃとロータ７との間に作用する、このロータ７を回転さ せる方向のトルクは、この磁束密度に比例して変化する。例えば、ａ相のコイル １０ａとロータ７との間に作用するトルクが図１０に実線ａで示す様に変化する 場合には、ｂ相のコイル１０ｂとロータ７との間に作用するトルクは同図に鎖線 ｂで示す様に、ｃ相のコイル１０ｃとロータ７との間に作用するトルクは同図に 破線ｃで示す様に、それぞれ変化する。前記ロータ７を介して回転軸６に加えら れる回転トルクは、これら各相のコイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃとロータ７との 間に作用するトルクの合計値となる。従って、この様な回転トルクＴは、前記回 転軸６の回転に伴って、図１０の実線Ａに示す様に変化する。

【００１１】 この実線Ａから明らかな通り、前記回転軸６の回転トルクＴは、電気角で６０ 度を１周期として（図８に示す様に、Ｓ極とＮ極とを３組ずつ設けた場合には回 転軸６の１／３回転を１周期として）変動し、しかも変動幅△Ｔ（トルクリップ ル）がかなり大きくなる。本考案者の試算によると、回転トルクＴの最大値Ｔ_{MA X} と最小値Ｔ_MIN との差である変動幅△Ｔ（＝Ｔ_MAX −Ｔ_MIN ）が回転トルクＴ の平均値Ｔ_AVE （＝（Ｔ_MAX ＋Ｔ_MIN ）／２）に対する割合は、１４．２％にも 達する。

【００１２】 この様に前記回転軸６の回転トルクＴが大きく変動する３相ブラシレスモータ を、パワーステアリング装置の駆動源として使用すると、アシスト力（回転トル ク）の変動に伴って、運転者がステアリングホイールを操作する為に要する力（ 操舵力）が大きく変動し、運転者に奇異な感じを与える為、好ましくない。

【００１３】 この様な不都合を生じる回転トルクＴの変動は、前述した様に、前記ロータ７ の表面の磁束密度が円周方向に亙って正弦波的に変化する事に伴って生じる。従 って、このロータ７を構成する永久磁石の着磁方法を工夫する事により、回転ト ルクＴの変動を抑える事も、一応可能である。即ち、ロータ７の表面の磁束密度 を、図１１に示す様に台形波的に変化させれば、前記回転トルクＴの変動を少な くできる。ところが、変動を少なくすべく、ロータ７の表面の磁束密度を図１１ に示す様にする事は技術的に難しく、現在のところ、現実的な解決方法とは言え ない。

【００１４】 本考案の３相ブラシレスモータは、上述の様な事情に鑑みて考案されたもので ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案の３相ブラシレスモータは、前述した従来の３相ブラシレスモータと同 様に、回転軸と、この回転軸の外周面に固定されたロータと、このロータを囲ん で設けられた３相の駆動コイルとを備えている。そして、前記ロータの外周面に はＳ極とＮ極とが交互に、且つ等間隔に着磁されている。

【００１６】 特に、本考案の３相ブラシレスモータに於いては、前記ロータの外周面と駆動 コイルの内周面との間の隙間部分に複数の低磁束密度領域が設けられている。そ して、各低磁束密度領域の円周方向に亙る位置は、前記ロータの外周面の隣り合 うＳ極とＮ極との境界からそれぞれ円周方向同方向に、電気角でほぼ６０度ずれ た部分である。

【００１７】

【作用】

上述の様に構成される本考案の３相ブラシレスモータの場合、ロータの外周面 と駆動コイルの内周面との間の隙間部分の磁束密度が、低磁束密度領域部分で低 くなる。そして、磁束密度が低くなった分だけ、回転軸の回転トルクも低くなる 。この様に、磁束密度が低くなって回転軸の回転トルクが小さくなる部分は、こ の回転トルクが最大となる部分に対応する。従って、回転トルクの最大値が低く なる分だけ、この最大値と最小値との差、即ち回転トルクの変動幅が小さくなる 。

【００１８】

【実施例】

図１〜４は本考案の第一実施例を示している。尚、本考案の特徴は、回転トル クの変動を抑えるべく、ロータ７の外周面と駆動コイル８の内周面との間の隙間 部分の円周方向に亙る磁束密度を調節した点に特徴があり、その他の部分の構成 及び作用は、前述した従来の３相ブラシレスモータと同様である。よって、同様 部分に就いては図示並びに説明を省略し、以下、本考案の特徴部分を中心に説明 する。

【００１９】 回転軸６（図６参照）の中間部外周面に固定されて、この回転軸６と共に回転 するロータ７の外周面７ａにはＳ極とＮ極とを、交互に、且つ等間隔に配置して いる。更に、このロータ７の外周面７ａで、各極の円周方向中間位置には、前記 ロータ７の軸方向に亙る凹溝１６、１６を形成し、各凹溝１６、１６部分で、前 記外周面７ａと駆動コイル８の内周面との間の隙間部分の厚さ寸法を大きくし、 当該部分を低磁束密度領域としている。

【００２０】 更に詳しく言えば、前記各凹溝１６、１６を形成する位置は、前記外周面７ａ の一部で、円周方向に亙る位置が、隣り合うＳ極とＮ極との境界から円周方向同 方向に、電気角でほぼ６０度だけずれた部分としている。この様な各凹溝１６、 １６は、図２（Ａ）に示す様に、前記ロータ７の一端面から他端面迄連続して設 けても、或は同図（Ｂ）に示す様に、前記ロータ７の両端部を除いて形成しても 、更には同図（Ｃ）に示す様に、軸方向に亙って間欠的に設けても良い。

【００２１】 上述の様に構成される本考案の３相ブラシレスモータの場合、前記ロータ７の 外周面７ａと駆動コイル８の内周面との間の隙間部分の磁束密度が、図３に示す 様に、前記各凹溝１６、１６による低磁束密度領域を設けた、前記境界から電気 角でほぼ６０度ずれた位置部分で低くなる。前記ロータ７の外周面７ａと対向す る駆動コイル８には、前述した従来構造の場合と同様に、３相のコイル１０ａ、 １０ｂ、１０ｃ（図７参照）が設けられており、これら各コイル１０ａ、１０ｂ 、１０ｃには、図４に示す様に互いに位相をずらせた電流が、矩形波状に通電さ れる。

【００２２】 この様に各コイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃに通電した場合、前記ロータ７を回 転させる方向の回転トルクＴは、前述した従来構造の場合と同様に、このロータ ７の外周面７ａの磁束密度に比例して変化する。そして、ａ相のコイル１０ａと ロータ７との間に作用するトルクが図５に実線ａ´で示す様に変化する場合には 、ｂ相のコイル１０ｂとロータ７との間に作用するトルクは同図に鎖線ｂ´で示 す様に、ｃ相のコイル１０ｃとロータ７との間に作用するトルクは同図に破線ｃ ´で示す様に、それぞれ変化する。前記ロータ７を介して回転軸６に加えられる 回転トルクは、これら各相のコイル１０ａ、１０ｂ、１０ｃとロータ７との間に 作用するトルクの合計値となる。従って、この様な回転トルクは、前記回転軸６ の回転に伴って、図５の実線Ａ´に示す様に変化する。

【００２３】 この実線Ａ´で表される、回転軸６の回転トルクＴは、前記ロータ７の外周面 ７ａの磁束密度が低くなった分だけ低くなるが、この様に磁束密度が低くなって 回転軸６の回転トルクＴが小さくなる部分は、この回転トルクＴが最大となる部 分に対応する。従って、回転トルクＴの最大値Ｔ_MAX ´が低くなる分だけ、この 最大値Ｔ_MAX ´と最小値Ｔ_MIN ´との差、即ち回転トルクＴの変動幅△Ｔ´が小 さくなる。

【００２４】 本考案者の試算によると、前記凹溝１６、１６を形成する事により、前記境界 から６０度ずれた位置部分の磁束密度を、凹溝１６、１６を形成しない場合に得 られる磁束密度の７０％にまで減少させた場合には、回転トルクＴの最大値Ｔ_{MA X} ´と最小値Ｔ_MIN ´との差である変動幅△Ｔ´（＝Ｔ_MAX ´−Ｔ_MIN ´）が回 転トルクＴの平均値Ｔ_AVE ´（＝（Ｔ_MAX ´＋Ｔ_MIN ´）／２）に対する割合を １％にまで低減できる事が分った。

【００２５】 尚、ロータ７の表面には凹溝１６、１６を形成せず、その代わりに前記境界か ら電気角でほぼ６０度ずれた位置部分に、低磁束密度の着磁領域、或は無着磁領 域を設ける事でも、同様の効果を得られる。

【００２６】

【考案の効果】

本考案の３相ブラシレスモータは、以上に述べた通り構成され作用する為、回 転軸に加わるトルクむらを小さくして、例えばパワーステアリング装置の駆動源 として使用した場合に、運転者に違和感を与える事を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す、ロータの端面図。

【図２】凹溝の形状の３例を示す、ロータの斜視図。

【図３】図１に示したロータの外周面の円周方向に亙る
磁束密度の変化を示す線図。

【図４】駆動コイルへの通電状況を示す線図。

【図５】本考案の実施例の３相ブラシレスモータのトル
ク変動を示す線図。

【図６】本考案の対象となる３相ブラシレスモータの構
造の１例を示す断面図。

【図７】駆動コイルの駆動回路を示す回路図。

【図８】従来の３相ブラシレスモータに組み込まれてい
たロータの端面図。

【図９】図８に示したロータの外周面の円周方向に亙る
磁束密度の変化を示す線図。

【図１０】従来の３相ブラシレスモータのトルク変動を
示す線図。

【図１１】回転トルク変動を抑える事が可能なロータ外
周面の磁束密度の変化を示す線図。

【符号の説明】

１ モータケース ２ 筒部 ３ 前蓋 ４ 後蓋 ４ａ 内面 ５ 軸受 ６ 回転軸 ７ ロータ ７ａ 外周面 ８ 駆動コイル ９ コア １０ａ、１０ｂ、１０ｃ コイル １１ 位相検出用永久磁石 １２ ホール素子 １３ 支持板 １４ ステー １５ トランジスタ １６ 凹溝

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、この回転軸の外周面に固定さ
   れたロータと、このロータを囲んで設けられた３相の駆
   動コイルとを備え、前記ロータの外周面にはＳ極とＮ極
   とが交互に、且つ等間隔に着磁されている３相ブラシレ
   スモータに於いて、前記ロータの外周面と駆動コイルの
   内周面との間の隙間部分には、複数の低磁束密度領域が
   設けられており、各低磁束密度領域の円周方向に亙る位
   置は、上記ロータの外周面の隣り合うＳ極とＮ極との境
   界からそれぞれ円周方向同方向に、電気角でほぼ６０度
   ずれた部分である事を特徴とする３相ブラシレスモー
   タ。