特許 6677488 ブラシレス直流電気モータ及び電動パワーステアリングシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6677488

(24)【登録日】2020年3月17日

(45)【発行日】2020年4月8日

(54)【発明の名称】ブラシレス直流電気モータ及び電動パワーステアリングシステム

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/10 20060101AFI20200330BHJP

   H02K 1/18 20060101ALI20200330BHJP

   H02K 3/28 20060101ALI20200330BHJP

   H02K 3/18 20060101ALI20200330BHJP

   B62D 5/04 20060101ALI20200330BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/10

   H02K1/18 C

   H02K3/28 J

   H02K3/18 P

   B62D5/04

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-230242(P2015-230242)

(22)【出願日】2015年11月26日

(65)【公開番号】特開2016-111921(P2016-111921A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2018年9月25日

(31)【優先権主張番号】201410705241.6

(32)【優先日】2014年11月26日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】518263944

【氏名又は名称】ジョンソン エレクトリック インターナショナル アクチェンゲゼルシャフト

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(72)【発明者】

【氏名】ルイ フェン チン

(72)【発明者】

【氏名】チュアン ユ

(72)【発明者】

【氏名】ニン スン

(72)【発明者】

【氏名】カイ ウー

【審査官】 津久井 道夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１０４１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８４９０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００５−５１８１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０５４４３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−３３１６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１３６２５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２１５４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３８５３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０５０１７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２１４６３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−１６２７２６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／１０

Ｂ６２Ｄ ５／０４

Ｈ０２Ｋ １／１８

Ｈ０２Ｋ ３／１８

Ｈ０２Ｋ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のサブモータと、
第２のサブモータと、を備えるブラシレス直流電気モータであって、
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、共通のロータを共有し、各サブモータは、前記電気モータの結合ステータを共に形成する独立ステータを備え、前記第１のサブモータの前記ステータは、複数の歯と、複数の巻線とを備え、前記第２のサブモータの前記ステータは、複数の歯と、複数の巻線とを備え、前記第１のサブモータの前記各歯及び前記第２のサブモータの前記各歯は、円周方向に不均等に配置され、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、同時に作動して、前記第１のサブモータと前記第２のサブモータの出力パワーの合計を出力するように構成され、前記２つのサブモータの一方が破損すると、他方のサブモータは独立して作動可能であることを特徴とするブラシレス直流電気モータ。

【請求項2】

前記ブラシレス直流電気モータは、二相電気モータであり、下式を満たす：

【数1】

ここで、Ｎｐはロータ極数を表し、Ｎｓは前記結合ステータのスロット数を表し、Ｎｐ及びＮｓは偶数であることを特徴とする、請求項１に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項3】

前記ブラシレス直流電気モータは、三相電気モータであり、下式を満たす：

【数2】

ここで、Ｎｐはロータ極数を表し、偶数であり、Ｎｓは前記結合ステータのスロット数を表し、

であることを特徴とする、請求項１に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項4】

前記第１のサブモータの前記各歯は、互いに隣接して配置され、環部の半分を実質的に形成し、前記第２のサブモータの前記各歯は、互いに隣接して配置され、前記環部の他の半分を実質的に形成することを特徴とする、請求項１に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項5】

前記結合ステータは、１２個のスロットを有し、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各々は、６つの歯を備え、前記６つの歯は、２つのＵ相歯と、２つのＶ相歯と、２つのＷ相歯とに分割され、同じ位相の前記２つの歯は、９０度間隔で互いに離間していることを特徴とする、請求項４に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項6】

前記結合ステータは、１２個のスロットを有し、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各々は、６つの歯を備え、前記６つの歯は、２つのＵ相歯と、２つのＶ相歯と、２つのＷ相歯とに分割され、前記２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間し、前記２つのＶ相歯は、１８０度間隔で互いに離間し、前記２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間していることを特徴とする、請求項１に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項7】

前記結合ステータは、１２個のスロットを有し、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各々は、６つの歯を備え、前記６つの歯は、２つのＵ相歯と、２つのＶ相歯と、２つのＷ相歯とに分割され、前記２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間し、前記２つのＶ相歯は、９０度間隔で互いに離間し、前記２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間していることを特徴とする、請求項１に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項8】

前記第２のサブモータのトルクのｎ次高調波形は、前記第１のサブモータのトルクのｎ次高調波形に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずれており、ここで、

であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項9】

前記第２のサブモータの標準位置は、前記第２のサブモータによって生じるトルクリプルが、前記第１のサブモータによって生じるトルクリプルと同じときの、前記第１のサブモータに対する前記第２のサブモータの位置として規定され、前記第２のサブモータは、円周方向に前記標準位置に対して機械角度Δθだけ回転されて、前記電気モータの前記トルクリプルを低減することを特徴とする、請求項８に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項10】

とし、ｎを、改善したい前記高調波の次数を表し、ｍを、前記電気モータの位相数を表すときに、

【数3】

であることを特徴とする請求項９に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項11】

前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、単一の制御装置によって制御されることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項12】

前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、それぞれ、２つの制御装置によって制御され、前記２つのサブモータの電流は位相差を有し、前記第２のサブモータのトルクのｎ次高調波形は、前記第１のサブモータのトルクのｎ次高調波形に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずれるようになっており、ここで、

であることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のブラシレス直流電気モータ。

【請求項13】

ステアリングホイールと、
前記ステアリングホイールに固定されるステアリングコラムと、
前記ステアリングコラムに固定されるステアリングギヤと、
前記ステアリングギヤに駆動連結される電気モータと、を備える電動パワーステアリングシステムであって、
前記電気モータは、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のブラシレス直流電気モータであることを特徴とする電動パワーステアリングシステム。

【請求項14】

ステアリングホイールと、
車両を操舵するように構成される操舵機構と、
前記操舵機構に駆動連結される電気モータと、
前記電気モータを制御するための少なくとも１つの制御装置と、を備える車両用電動パワーステアリングシステムであって、
前記ステアリングホイールは、前記少なくとも１つの制御装置に入力を供給し、前記電気モータは、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のブラシレス直流電気モータであることを特徴とする車両用電動パワーステアリングシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気モータに関し、特に、ブラシレス直流電気モータ、及びこのブラシレス直流電気モータを用いる電動パワーステアリングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

ブラシレス直流電気モータ（ＢＬＤＣモータ）は、巻線を備えるステータと、永久磁石を備えるロータと、ステータに電力を供給するように構成される制御装置とを含む。公知のＢＬＤＣモータのステータは、ステータコアと、ステータコアの周りに巻き付けられる巻線とを含む。巻線は、Ｍ相巻線を含み、各相巻線は、複数の平行な分岐を含む。１つの相巻線の１つの分岐が切断されると、その相巻線と他の相巻線との間に不平衡が生じ、電気モータの高トルクリプルを引き起こし、その結果、高振動になる。特に、車両を操舵するための電動パワーステアリングシステムのブラシレス直流電気モータが破損したとき、運転者がステアリングホイールを回転させた場合、巻線が短絡して、短絡電流を発生することによって、遅延トルクを発生して、ステアリングホイールの回転を妨げる場合がある。したがって、公知のＢＬＤＣモータには、潜在的に安全を脅かす危険がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

したがって、改良されたブラシレス直流電気モータ、特に、電動パワーステアリングシステムに適したものが望まれる。

【課題を解決するための手段】

【0004】

したがって、本発明は、第１のサブモータと、第２のサブモータとを含むＢＬＤＣモータを提供するものである。前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、共通のロータを共有し、各サブモータは、結合ステータを共に形成する独立ステータを含む。前記第１のサブモータの前記ステータは、複数の歯と、複数の巻線とを含み、前記第２のサブモータの前記ステータは、複数の歯と、複数の巻線とを含む。前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、協働して、単一のモータとして作動するか、又は、独立して作動することができる。前記第１のサブモータの前記各歯及び前記第２のサブモータの前記各歯は、円周方向に交互に噛み合って配置されるか、又は、軸方向に並列に配置される。

【0005】

前記ＢＬＤＣモータは、Ｎｐ個のロータ極と、前記ステータのＮｓ個のスロットとを有する二相電気モータであり、ここで、Ｎｐ及びＮｓは偶数であり、下式を満たすことが好ましい。

【数1】

【0006】

代替例として、前記ＢＬＤＣモータは、Ｎｐ個のロータ極と、前記ステータのＮｓ個のスロットとを有する三相電気モータであり、下式を満たす：

【数2】

ここで、Ｎｐは偶数であり、

である。

【0007】

前記第１のサブモータの前記各歯及び前記第２のサブモータの前記各歯は、前記円周方向に沿って交互に噛み合って且つ均等に配置されることが好ましい。例えば、前記モータの前記結合ステータのスロット数は、１２個であり、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各々は、６つの歯を備える。前記６つの歯は、２つのＵ相歯と、２つのＶ相歯と、２つのＷ相歯とに分割され、同じ位相を有する前記２つの歯は、対称に配置され、１８０度間隔で互いに離間している。代替例として、同じ位相を有する各２つの歯は、９０度間隔で互いに離間している。

【0008】

前記第１のサブモータの前記各歯及び前記第２のサブモータの前記各歯は、円周方向に沿って交互に噛み合って且つ不均等に配置されることが好ましい。例えば、前記結合ステータのスロット数は、１２個であり、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各々は、６つの歯を備え、前記６つの歯は、２つのＵ相歯と、２つのＶ相歯と、２つのＷ相歯とに分割される。前記２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間し、前記２つのＶ相歯は、１８０度間隔で互いに離間し、前記２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。代替例として、前記２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間し、前記２つのＶ相歯は、９０度間隔で互いに離間し、前記２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。

【0009】

代替例として、前記第１のサブモータの前記各歯は、互いに隣接して配置され、環部の半分を実質的に形成し、前記第２のサブモータの前記各歯は、互いに隣接して配置され、前記環部の他の半分を実質的に形成する。前記ブラシレス直流電気モータの前記ステータのスロット数は、１２個であり、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各々は、６つの歯を備え、前記６つの歯は、２つのＵ相歯と、２つのＶ相歯と、２つのＷ相歯とに分割され、同じ位相の各２つの歯は、９０度間隔で互いに離間している。

【0010】

代替例として、前記第１のサブモータの前記各歯は、互いに離間する２組の歯に分割され、各組の前記各歯は、円周方向に互いに隣接して配置され、前記第２のサブモータの前記各歯は、互いに離間する２組の歯に分割され、各組の前記各歯は、円周方向に互いに隣接して配置される。前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの各組の歯は、Ｕ相歯と、Ｖ相歯と、Ｗ相歯とを有することが好ましい。

【0011】

前記第２のサブモータのトルクのｎ次高調波形は、前記第１のサブモータのトルクのｎ次高調波形に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずれており、ここで、

であることが好ましい。

【0012】

前記第２のサブモータの標準位置は、前記第２のサブモータによって生じるトルクリプルが、前記第１のサブモータによって生じるトルクリプルと同じ場合の、前記第１のサブモータに対する前記第２のサブモータの位置として規定され、前記第２のサブモータは、円周方向に前記標準位置に対して機械角度Δθだけ回転されて、前記電気モータの前記トルクリプルを低減することが好ましい。

【0013】

前記角度は下式を満たし、

【数3】

ここで、ｎは、改善したい前記高調波の次数を表し、ｍは、前記電気モータの位相数を表すことが好ましい。

【0014】

前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、単一の制御装置によって制御されることが好ましい。

【0015】

前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、それぞれ、２つの制御装置によって制御される。前記２つのサブモータの電流は位相差を有し、前記第２のサブモータのトルクのｎ次高調波形は、前記第１のサブモータのトルクのｎ次高調波形に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずれるようになっており、ここで、

であることが好ましい。

【0016】

本発明は、更に、上記ブラシレス直流電気モータを利用する電動パワーステアリングシステムを提供するものである。

【0017】

前記第１のサブモータ及び第２のサブモータは、それらが、協働して、単一のモータとして作動して、定格電力を出力するように構成される。前記各サブモータの一方が故障した場合、他方のサブモータが独立して作動することにより、ブラシレス直流電気モータの信頼性及び安全性を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明のブラシレス直流電気モータ斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態のＢＬＤＣモータのステータの概略図である。

【図3a】図２のＢＬＤＣモータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの巻線回路間の接続を示す配線概略図である。

【図3b】図２のＢＬＤＣモータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの巻線回路間の接続を示す配線概略図である。

【図4】本発明の一実施形態のＢＬＤＣモータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各ステータの概略図である。

【図5】本発明の別の実施形態のＢＬＤＣモータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各ステータの概略図である。

【図6】本発明の更に別の実施形態のブラシレス直流電気モータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各ステータの概略図である。

【図7】本発明の更に別の実施形態のＢＬＤＣモータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各ステータの概略図である。

【図8】本発明の更に別の実施形態のＢＬＤＣモータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各ステータの概略図である。

【図9】本発明の一実施形態のＢＬＤＣモータのステータの概略図である。

【図10】制御装置によって制御される、本発明の一実施形態のブラシレス直流電気モータのブロック図である。

【図11】２つの制御装置によって制御される、本発明の一実施形態のブラシレス直流電気モータのブロック図である。

【図12a】図２のブラシレス直流電気モータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各トルクの一次高調波形を示す図である。

【図12b】図２のブラシレス直流電気モータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各トルクの一次高調波形を示す図である。

【図12c】図１２ａ及び図１２ｂのトルク波形の合成波形を示す図である。

【図13a】別の実施形態のブラシレス直流電気モータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各トルクの一次高調波形を示す図である。

【図13b】別の実施形態のブラシレス直流電気モータの第１のサブモータ及び第２のサブモータの各トルクの一次高調波形を示す図である。

【図13c】図１３ａ及び図１３ｂのトルク波形の合成波形を示す図である。

【図14】本発明の別の実施形態のブラシレス直流電気モータのステータの概略図である。

【図15】本発明の別の実施形態のブラシレス直流電気モータのステータの概略図である。

【図16】本発明の電気モータを用いる電動パワーステアリングシステムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

ここで、添付図面の図を参照して、単なる例示として本発明の好ましい実施形態を説明する。図において、複数の図に現れる同一の構造体、要素又は部品は、一般に、それらが現れる全ての図において同じ符号で表記される。図内に示される構成部品及び構造部の寸法は、一般に、便宜のため及び提示の明確さのために選択されたものであり、必ずしも縮尺通りではない。

【0020】

本発明によるＢＬＤＣモータは、２つのサブモータを含む。２つのサブモータは、共通のロータを共有し、各サブモータは、独立ステータと、独立入力端子とを含む。電気モータの通常動作時、２つのサブモータは、単一の電気モータとして一緒に作動する。２つのサブモータの一方が破損した場合、他方のサブモータは独立して作動して、電気モータの信頼性及び安全性を確保することができる。本発明による電気モータは、特に、車両を操舵するための電動パワーステアリングシステムに適しているが、この特定用途に限定されるものではない。

【0021】

図１及び図２を参照すると、本実施形態による電気モータ１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２に受け入れられる第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０とを含む。第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０は、１つのロータ４０を共有する。第１のサブモータ２０は、いくつかの歯と、いくつかの歯の周りにそれぞれ巻き付けられる複数の巻線とを含む。第２のサブモータ３０は、いくつかの歯と、いくつかの歯の周りにそれぞれ巻き付けられる複数の巻線とを含む。第１のサブモータ２０の各歯及び第２のサブモータ３０の各歯は、電気モータ１０の円周方向に交互に配置され、まとめて、電気モータ１０のステータを構成する。

【0022】

本実施形態では、第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０は、両方とも、三相電気モータである。第１のサブモータ２０の各歯及び各巻線は、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相に対応する歯及び巻線に分割される。具体的には、第１のサブモータ２０は、Ｕ相歯Ｔｕ１及びＴｕ２、Ｖ相歯Ｔｖ１及びＴｖ２、Ｗ相歯Ｔｗ１及びＴｗ２、及びこれらに対応するＵ相巻線Ｃｕ１及びＣｕ２、Ｖ相巻線Ｃｖ１及びＣｖ２、Ｗ相巻線Ｃｗ１及びＣｗ２を含む。同様に、第２のサブモータ３０の各歯及び各巻線は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相に対応する歯及び巻線に分割される。具体的には、第２のサブモータ３０は、Ｕ相歯Ｔ’ｕ１及びＴ’ｕ２、Ｖ相歯Ｔ’ｖ１及びＴ’ｖ２、Ｗ相歯Ｔ’ｗ１及びＴ’ｗ２、及びこれらに対応するＵ相巻線Ｃ’ｕ１及びＣ’ｕ２、Ｖ相巻線Ｃ’ｖ１及びＣ’ｖ２、Ｗ相巻線Ｃ’ｗ１及びＣ’ｗ２を含む。

【0023】

第１のサブモータ２０の同じ位相の各歯は、対称に配置され、１８０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータ３０の同じ位相の各歯も、対称に配置され、１８０度間隔で互いに離間している。第１のサブモータ２０の各歯及び第２のサブモータ３０の各歯は、交互に配置される。すなわち、第１のサブモータ２０の各歯は、第２のサブモータ３０の２つの歯の間に配置され、第２のサブモータ３０の各歯は、第１のサブモータ２０の２つの歯の間に配置される。

【0024】

図３を参照すると、第１のサブモータには、３つの入力端子、すなわち、Ｕ１，Ｖ１，及びＷ１が設けられる。第２のサブモータにも、３つの入力端子、すなわち、Ｕ２，Ｖ２，及びＷ２が設けられる。第１のサブモータの入力端子及び第２のサブモータの入力端子は、互いに独立している。したがって、第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０は、共に、単一の電気モータ１０として作動するか、又は、独立して作動することができる。電気モータ１０の通常動作時、第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０は、同時に作動する。一方のサブモータが破損した場合、例えば、１つの巻線に短絡又は開路が生じ、制御装置は、破損したサブモータへの電力を遮断して、破損したサブモータを停止する。この時、他方のサブモータは、作動し続け、負荷を駆動する。また、破損したサブモータの電力が遮断され、破損したサブモータは作動を停止するので、破損した電気モータの作動による非常に大きなトルクリプル及び遅延トルクを回避することができる。

【0025】

上記実施形態では、第１のサブモータ２０の同じ位相の各歯は、１８０度の角間隔で分配される。第２のサブモータ３０の同じ位相の各歯も、１８０度の角間隔で分配される。図４に示す代替実施形態では、第１のサブモータの同じ位相の各歯は、９０度の角間隔で配置される。第２のサブモータの同じ位相の各歯も、９０度の角間隔で配置される。

【0026】

図５に示す代替実施形態では、第１のサブモータの２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第１のサブモータの２つのＶ相歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第１のサブモータの２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの２つのＶ相歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。

【0027】

図６に示す代替実施形態では、第１のサブモータの２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第１のサブモータの２つのＶ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。第１のサブモータの２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの２つのＵ相歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの２つのＶ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの２つのＷ相歯は、９０度間隔で互いに離間している。

【0028】

図７に示す別の代替実施形態では、第１のサブモータの６つの歯は、円周方向に互いに隣接して配置され、環部の半分を実質的に形成する。第１のサブモータの同じ位相の各２つの歯は、９０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータの６つの歯は、円周方向に互いに隣接して配置され、環部の他の半分を実質的に形成する。第２のサブモータの同じ位相の各２つの歯も、９０度間隔で互いに離間している。

【0029】

図８は、本発明の代替実施形態を示す。この実施形態では、第１のサブモータは、２組の歯を含み、各組の歯は、円周方向に互いに隣接して配置されるＵ相歯と、Ｖ相歯と、Ｗ相歯とを含む。２組の歯は、互いに離間している。第１のサブモータの同じ位相の２つの歯は、１８０度間隔で互いに離間している。第２のサブモータは、２組の歯を含み、各組の歯は、円周方向に互いに隣接して配置されるＵ相歯と、Ｖ相歯と、Ｗ相歯とを含む。第２のサブモータの２組の歯は、互いに離間している。第２のサブモータの同じ位相の２つの歯も、１８０度間隔で互いに離間している。

【0030】

上記実施形態では、第１のサブモータの各歯及び第２のサブモータの各歯は、円周方向に配置される。図９の実施形態による電気モータでは、第１のサブモータ及び第２のサブモータは、軸方向に並列に配置される。第１のサブモータは、１２個の歯Ｔｕ１〜Ｔｕ４，Ｔｖ１〜Ｔｖ４，Ｔｗ１〜Ｔｗ４、及びこれらの歯の周りにそれぞれ巻き付けられる１２個の巻線を含む。第２のサブモータは、１２個の歯Ｔｕ１〜Ｔｕ４，Ｔｖ１〜Ｔｖ４，Ｔｗ１〜Ｔｗ４、及びこれらの歯の周りにそれぞれ巻き付けられる１２個の巻線を含む。第１のサブモータ及び第２のサブモータは、軸方向に並列に同軸に配置される。

【0031】

図１０及び図１１を参照すると、本発明による電気モータの第１のサブモータ及び第２のサブモータは、（図１０に示すような）単一の制御装置５０によって制御することができる。この場合、制御装置５０の各出力端子は、２つのスイッチを介して、第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０の対応する入力端子に電気的に接続される。代替の解決手段として、電気モータ１０の第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０は、それぞれ、（図９に示すような）２つの制御装置５１，５２によって制御することもできる。この場合、２つの制御装置５１，５２の各々の出力端子は、それぞれ、１つのサブモータの対応する入力端子に接続される。

【0032】

三相電気モータを参照して、上記各実施形態を例示しているが、下式を満たす限り、他の種類のブラシレス直流電気モータも、本発明を実施することができる。

【0033】

二相電気モータの場合、下式を満たさなければならない：

【数4】

ここで、Ｎｐはロータ極数を表し、Ｎｓはステータのスロット数を表し、Ｎｐ及びＮｓは偶数である。

【0034】

三相電気モータの場合、下式を満たさなければならない：

【数5】

ここで、Ｎｐはロータ極数を表し、偶数であり、Ｎｓはステータのスロット数を表し、

である。

【0035】

図１〜図７の各実施形態では、同じ位相を有する第１のサブモータの巻線と第２のサブモータの巻線との間の機械角度差は、９０度の倍数である。したがって、電気角度差は、機械角度差に極対数を乗算したもの、すなわち、３６０度の倍数に等しい。したがって、第１のサブモータ及び第２のサブモータの逆ＥＭＦ（起電力）波形は同じである。１つの制御装置が、１つの電気モータとして同時に作動する２つのサブモータを制御する場合、制御装置によって２つのサブモータに供給される電流は同じである。このため、２つのサブモータのトルク波形は同じである。図１２ａ及び図１２ｂは、それぞれ、第１のサブモータ及び第２のサブモータの各トルクの一次高調波形（基本波形）を示す。図１２ｃは、第１のサブモータ及び第２のサブモータの合成トルクの一次高調波形、すなわち、電気モータ１０のトルクの一次高調波形を示す。図１２ｃから、電気モータ１０のトルクリプルが比較的高いことが分かる。

【0036】

電気モータ１０のトルクの或る次数の高調波の波形を改善し、作動している電気モータ１０のトルクリプルを低減し、作動している電気モータ１０の安定性を向上させるため、本発明は、第２のサブモータのトルクの当該次数の高調波を、第１のサブモータのトルクの当該次数の高調波に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずらして（ここで、

である）、２つのサブモータが、協働して、１つの電気モータとして作動するとき、２つのサブモータのトルクの同じ次数の高調波が重なり、平坦線を形成し、トルクリプルを最小限にすることによって、電気モータ１０をより安定して作動させることを提案するものである。図１３ａ及び図１３ｂは、それぞれ、第１のサブモータ及び第２のサブモータのトルクの一次高調波形（すなわち、基本波）を示す。図１３ｃは、改良された第１のサブモータ及び第２のサブモータの合成トルクの一次高調波形、すなわち、改良された電気モータ１０のトルクの一次高調波形を示す。図１３ｃから、改良された電気モータ１０のトルクの一次高調波は平坦であり、トルクリプルが最小限に抑えられていることが分かる。

【0037】

具体的には、図１４に示す実施形態は、図２に示す電気モータを改良したものである。図２の第１のサブモータに対する第２のサブモータの位置、すなわち、第２のサブモータによって生じるトルクリプルが第１のサブモータによって生じるトルクリプルと同じである位置を、標準位置として規定する場合、この実施形態の第２のサブモータの位置は、標準位置に対して機械角度Δθだけ回転されて、これにより、第２のサブモータによって生じるトルクのｎ次高調波は、第１のサブモータによって生じるトルクの同次数の高調波に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずれる。具体的には、下式を満たし、

【数6】

ここで、

であり、ｎは改善したい高調波の次数を表し、ｍは電気モータ１０の位相数を表し、Ｎｐはロータ極数を表す。具体的には、３相且つ８極の電気モータ１０の場合、電気モータ１０のトルクの一次高調波形を改善したい場合、下式を満たさなければならない。

【数7】

【0038】

図１５に示す実施形態は、図９に示す電気モータを改良したものである。図９の第１のサブモータに対する第２のサブモータの位置、すなわち、第２のサブモータによって生じるトルクリプルが第１のサブモータによって生じるトルクリプルと同じである位置を、標準位置として規定する場合、この実施形態の第２のサブモータの位置は、円周方向に標準位置に対して機械角度Δθだけ回転される。第２のサブモータの標準位置は、軸方向に第１のサブモータと位置合わせされるので、この実施形態は、第２のサブモータの位置が、円周方向に第１のサブモータに対して角度Δθだけ回転されると考えられる。その結果、第２のサブモータによって生じるトルクのｎ次高調波は、第１のサブモータのトルクの同次数の高調波に対して、（２ｋ＋１）／２周期分ずれる。具体的には、下式を満たし、

【数8】

ここで、

であり、ｎは改善したい高調波の次数を表し、ｍは電気モータ１０の位相数を表し、Ｎｐはロータ極数を表す。

【0039】

実際には、図１４及び図１５による実施形態では、第２のサブモータの逆ＥＭＦ波形は、第２のサブモータの位置を変更することによって、変更され、これによって、第１のサブモータ及び第２のサブモータの合成トルク波形を調整する。第１のサブモータ及び第２のサブモータが、それぞれ、２つの制御装置によって制御される場合、これらのサブモータは、２つのサブモータの逆ＥＭＦの同じ位相を確保しながら、２つのサブモータの電流の（２ｋ＋１）／２周期の位相差を得るように制御され、これによって、２つのサブモータの合成トルクの或る次数の高調波を改善し、したがって、電気モータをより安定して作動させることができる。

【0040】

図１６は、本発明の電気モータ１０を用いる電動パワーステアリングシステム６０の概略図である。電動パワーステアリングシステム６０は、ステアリングホイール６１と、ステアリングホイール６１に固定されるステアリングコラム６２と、ステアリングコラム６２に同軸に固定されるステアリングギヤ６３とを含む。電気モータ１０の回転軸は、駆動歯車１６に駆動連結されて、電気モータ１０のトルクを出力する。駆動歯車１６は、ステアリングラック６４を介して、ステアリングギヤ６３に駆動連結される。したがって、電気モータ１０が作動すると、駆動歯車１６が回転して、運転者がステアリングラック６４を移動させて、車両を操舵するのを助ける。運転者によるステアリングホイールの動きは、制御装置５０に入力されて、電気モータ１０の動作を制御する。電動パワーステアリングシステム６０は、更に、ステアリングトルク変換器６５と、ステアリングホイール６１のトルク量及びトルクの方向を示す信号を検知し、その信号を制御装置５０に転送するように構成されるステアリングホイール角度センサ６６とを含む。制御装置５０は、信号に応じて、電気モータ１０に対応する命令を送信し、これにより、電気モータ１０は、対応する量及び方向のステアリングトルクを出力することによって、補助電力を発生することができる。実際に実施する場合は、電気モータ１０と駆動歯車１６との間に、減速機構を設けて、出力トルクを増加させることができる。

【0041】

一実施形態では、ステアリングシステムは、補助トルクを供給して、運転者がステアリングホイール及びステアリングコラムを介してステアリングラックを移動させるのに必要な力を低減することによって、運転者が車両を操舵するのを助けるように構成される。代替実施形態では、運転者は、ステアリングホイールを用いて、操舵方向を制御装置に入力して、電気モータを作動させ、運転者の入力に応じてステアリングラックを駆動する。

【0042】

本出願の説明及び請求項において、動詞「備える（comprise）」、「含む（include）」、「含む（contain）」及び「有する（have）」、並びにその変形形態は、説明する要素の存在を規定するために包括的な意味で使用され、追加の要素の存在を排除するものではない。

【0043】

明確にするために別個の実施形態に関連して説明されている本発明の特定の特徴は、１つの実施形態において組み合わせて提供してもよいものと理解される。逆に、簡潔にするために１つの実施形態に関連して説明されている本発明の種々の特徴を、個別に又はそれらを適当に組み合わせて提供してもよい。

【0044】

上記の実施形態は単なる例示であり、請求項に定義する本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。

【符号の説明】

【0045】

１０ 電気モータ
１２ ハウジング
１６ 駆動歯車
２０ 第１のサブモータ
３０ 第２のサブモータ
４０ ロータ
５０，５１，５２ 制御装置
６０ 電動パワーステアリングシステム
６１ ステアリングホイール
６２ ステアリングコラム
６３ ステアリングギヤ
６４ ステアリングラック
６５ ステアリングトルク変換器
６６ ステアリングホイール角度センサ
Ｔｕ１〜Ｔｕ４，Ｔｖ１〜Ｔｖ４，Ｔｗ１〜Ｔｗ４，Ｔ’ｕ１，Ｔ’ｕ２，Ｔ’ｖ１，Ｔ’ｖ２，Ｔ’ｗ１，Ｔ’ｗ２ 歯
Ｃｕ１，Ｃｕ２，Ｃｖ１，Ｃｖ２，Ｃｗ１，Ｃｗ２，Ｃ’ｕ１，Ｃ’ｕ２，Ｃ’ｖ１，Ｃ’ｖ２，Ｃ’ｗ１，Ｃ’ｗ２ 巻線

【図1】

【図2】

【図3a】

【図3b】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12a】

【図12b】

【図12c】

【図13a-13b】

【図13c】

【図14】

【図15】

【図16】