JP2004153875A

JP2004153875A - モータ

Info

Publication number: JP2004153875A
Application number: JP2002313215A
Authority: JP
Inventors: Kouya Yoshida; 航也吉田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】従来のコンデンサに代えて、モータ本体外周、モータ回転軸外周又はモータ駆動装置外周に設けたコンデンサを使用し、従来のコンデンサが占有していたスペースを有効に活用できるモータを提供する。
【解決手段】ステータ８、ロータ２、およびロータ２に取付けられたモータ回転軸３などを有するモータ本体を、中空型のコンデンサＣ内側に内設させ、スイッチング素子を用いたＰＷＭ制御などを行うモータ駆動装置を前記コンデンサＣに接続する。モータ駆動装置は前記コンデンサＣと接続されており、モータ制御装置内にコンデンサを設ける必要が無くなるため、電界コンデンサなどのサイズが大きくスペースを占有する素子を無くして、モータ駆動装置を小型化する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータに関し、特にコンデンサを用いるモータ駆動装置などの電気回路と接続されたモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの回転数を制御する方法として、スイッチング素子を用いたＰＷＭ制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。スイッチング素子を用いてモータをＰＷＭ制御する場合、スイッチング時の高調波成分の発生を回避したり、オフからオンへのスイッチング切換時の急激な電流増加による電圧低下を回避するため、スイッチング素子近傍の電源ラインに大容量の電解コンデンサが配置されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−８１９６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、電解コンデンサは円柱形状をしており、容量に比例してサイズが大きくなる。例えば図４（ａ）に示すように、回路基板５０上に配置される一般的な回路素子５２に比べて、電解コンデンサ５４は大きなスペースを占有する。特に高さを占有し、スペースの使用効率を低下させる原因となっている。例えば、図４（ａ）においては、電解コンデンサ５４によって、高さｈのスペースが無駄に使われている。
【０００５】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、従来のコンデンサに代えて、モータ本体外周、モータ回転軸外周又はモータ駆動装置外周に設けた中空型のコンデンサを使用し、従来のコンデンサが占有していたスペースを有効に活用できるモータを提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、モータ本体外周、モータ回転軸外周又はモータ駆動装置外周にコンデンサを配置して、前記コンデンサの発熱を抑制できるモータを提供することを他の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るモータは、回転子及び固定子を有するモータ本体が内設される中空型のコンデンサを備えることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係るモータは、回転軸が回転自在に内挿される中空型のコンデンサを備えることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係るモータは、モータ駆動装置と該モータ駆動装置によって駆動されるモータ本体とが一体的に構成されたモータにおいて、前記モータ駆動装置が内設及び接続される中空型のコンデンサを備えることを特徴とする。
【００１０】
第１発明においては、中空型のコンデンサ内側にモータ本体を内設する。例えば円柱形状のモータ本体外周を、円筒型のコンデンサで囲繞する。ロータ（回転子）及びステータ（固定子）が円柱型又は円筒型であるため、モータ本体の外周は円筒型の場合が多い。また、円筒型のコンデンサは、例えば円筒型の２つの導体間に誘電体を配置したコンデンサであり、内側の導体はモータ本体の外周に沿うように配置される。コンデンサの導体は、例えば、モータを駆動するモータ駆動装置に接続される。モータ本体外周に設けたコンデンサを使用することにより、モータ駆動装置内にコンデンサを設ける必要が無くなる。
【００１１】
第２発明においては、中空型のコンデンサにモータ回転軸を内挿する。例えば円柱状のモータ回転軸を回転可能なように、円筒型のコンデンサで囲む。円筒型のコンデンサは、例えば円筒型の２つの導体間に誘電体を配置したコンデンサであり、内側の導体はモータ回転軸を非接触で囲むように配置される。内側の導体とモータ回転軸外周とは非接触であるため、モータ回転軸は回転自在である。コンデンサの導体は、例えば、モータを駆動するモータ駆動装置に接続される。モータ回転軸外周部のコンデンサを使用することにより、モータ駆動装置内にコンデンサを設ける必要が無くなる。
【００１２】
第３発明においては、中空型のコンデンサ内側にモータ駆動装置を内設する。例えばモータ本体と一体的に構成された円柱形状のモータ駆動装置外周を、円筒型のコンデンサで囲繞する。ロータ及びステータが円柱型又は円筒型であるため、モータ本体の外周は円筒型の場合が多く、モータ本体と一体化されるモータ駆動装置の外周も円筒型の場合が多い。また、円筒型のコンデンサは、例えば円筒型の２つの導体間に誘電体を配置したコンデンサであり、内側の導体はモータ駆動装置の外周に沿うように配置される。コンデンサの導体は、例えば、前記モータ駆動装置に接続される。モータ駆動装置外周部のコンデンサを使用することにより、モータ駆動装置内にコンデンサを設ける必要が無くなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。本実施の形態においては、電動パワーステアリング装置に用いられるモータを例にして説明を行う。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係るモータを用いた電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールなどの操舵部材（図示せず）に加えられたトルクを検出するトルクセンサ１０が検出したトルク検出信号が、インターフェイス回路１１を介してマイクロコンピュータ１２に与えられる。また、車速を検出する車速センサ２０が検出した車速信号が、インターフェイス回路２１を介してマイクロコンピュータ１２に与えられる。さらに、モータ７が回転する際に流れるモータ電流は、モータ電流検出回路１７により検出され、検出されたモータ電流信号がマイクロコンピュータ１２に与えられる。
【００１４】
マイクロコンピュータ１２は、トルク検出信号、車速信号及びモータ電流信号に基づき、トルク／電流テーブル１８を参照して、目標とする電流をモータ７に流すためのモータ電流指令値（ＰＷＭ指令値、モータ回転方向指示信号）を作成し、モータ駆動回路５へ与える。モータ駆動回路５には車載バッテリーＰの電源電圧が印加され、与えられたＰＷＭ指令値及びモータ回転方向指示信号に基づき、操舵補助用のモータ７を回転駆動する。
【００１５】
図２はモータ７及びモータ駆動回路５の構成を示すブロック図である。モータ７は、コイルα，β，γがスター結線されたステータ８と、３対の永久磁石からなり、コイルα，β，γが発生させる回転磁界により回転するロータ２と、該ロータ２の回転角度を検出する回転角度検出装置９とを備えている。モータ駆動回路５は、モータ７が回転する際に、回転角度検出装置９が検出したロータ２の回転角度に基づき、モータ７を回転制御する。
【００１６】
モータ駆動回路５は、スイッチング回路５ａ及びゲート制御回路５ｂを備えている。スイッチング回路５ａにおいては、正極側端子と接地端子との間に直列接続されたトランジスタＱ１，Ｑ２及び逆方向に直列接続されたダイオードＤ１，Ｄ２と、直列接続されたトランジスタＱ３，Ｑ４及び逆方向に直列接続されたダイオードＤ３，Ｄ４と、直列接続されたトランジスタＱ５，Ｑ６及び逆方向に直列接続されたダイオードＤ５，Ｄ６とが並列接続されている。
【００１７】
トランジスタＱ１，Ｑ２の共通接続点と、ダイオードＤ１，Ｄ２の共通接続点とには、スター結線されたコイルαの外側端子Ｕが接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４の共通接続点と、ダイオードＤ３，Ｄ４の共通接続点とには、スター結線されたコイルβの外側端子Ｖが接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６の共通接続点と、ダイオードＤ５，Ｄ６の共通接続点とには、スター結線されたコイルγの外側端子Ｗが接続されている。
【００１８】
ゲート制御回路５ｂには、回転角度検出装置９が検出したロータ２の回転角度と、マイクロコンピュータ１２から出力されたロータ２のＰＷＭ指令値及び回転方向指示信号とが与えられる。ゲート制御回路５ｂは、ロータ２の回転角度と、回転方向指示信号とに応じて、トランジスタＱ１〜Ｑ６の各ゲートをオン／オフし、ステータ８に流れる電流の経路を切り換え、回転磁界を発生させる。
【００１９】
また、ゲート制御回路５ｂは、ＰＷＭ指令値に従って、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフを制御することにより、コイルα，β，γにそれぞれ正弦波電圧を発生させ、モータ７の回転トルクを滑らかに増減制御する。なお、ダイオードＤ１〜Ｄ６は、トランジスタＱ１〜Ｑ６のオン／オフにより発生するノイズを吸収するためのものである。モータ駆動回路５は、例えばモータ駆動回路筐体内の回路基板に構成されている。
【００２０】
図３（ａ）にモータ７の概略構成を示す。モータ７は、上述したようにステータ８とロータ２とを備え、ロータ２の回転は、モータ回転軸３に出力される。ステータ８及びロータ２は、中空型のコンデンサ（電解コンデンサ）Ｃの内側に内設されている。図３（ｂ）にコンデンサＣの概略構成を示す。コンデンサＣは、誘電体３０と、誘電体３０を挟むように配置された導体３２，３２とを有し、誘電体３０及び導体３２，３２は絶縁体３４で覆われている。誘電体３０及び誘電体を挟む導体３２，３２は、ステータ８の外周に巻重ねるように配置される。図３（ｂ）は、１層のコンデンサＣを表しており、各導体３２，３２が、図２に示すように、車載バッテリーＰ，スイッチング回路５ａに夫々接続される。
【００２１】
図４（ｂ）に示すように、モータ７の外周にコンデンサＣを配置し、モータ駆動回路５ａ（回路基板５０）に接続することにより、モータ駆動回路筐体内にコンデンサＣを設ける必要が無くなり、従来は電解コンデンサ５４が占有していた無駄なスペース（図４（ａ）の高さｈ）を無くし、モータ駆動回路筐体を小型化することが可能になる。
【００２２】
例えば、電解コンデンサ５４の直径を２０ｍｍ、高さを４０ｍｍ、巻数を２０（巻厚を０．５ｍｍ）とし、３個の電解コンデンサを使用している場合の導体平面の面積はほぼ８×１０^４ｍｍ^２（＝２．６４×１０^４×３）である。モータ７の直径を８０ｍｍ、長さを９０ｍｍとした場合、同じ８×１０^４ｍｍ^２の導体平面を得るためには、巻数４（面積はほぼ９×１０^４ｍｍ^２＝２．２６×１０^４×４）が必要である。巻数が４（巻厚を０．５ｍｍ）の場合、モータ７の直径は４ｍｍ程度増えて８４ｍｍとなる。ただし、モータ外周にコンデンサを設けた場合、電界の分布を均一にするために、導体接続端子を複数個配置する必要がある。また、表面保護のために、モータ筐体を２重構造とする必要があり、モータ直径は８４ｍｍより若干大きくなる。
【００２３】
また、モータ７外周にコンデンサＣを配置することにより、コンデンサＣの放熱特性は向上する。電解コンデンサは高温になると性能が低下するが、放熱特性の向上によって熱による性能低下が抑制される。さらに、多くのモータには、上限温度が設定されており、前記上限温度以下で駆動されるのが一般的である。モータに上限温度が設定されているため、モータ外周部の電解コンデンサの温度も前記上限温度以下に保たれ、温度上昇による性能低下が抑制される。
【００２４】
（第２の実施の形態）
上述した実施の形態においては、モータ７外周にコンデンサＣを配置したが、モータ回転軸３の外周近傍にコンデンサＣを配置することも可能である。図５（ａ）、（ｂ）に、モータ回転軸３及びコンデンサＣの配置の例を示す。図５（ａ）に示すように、モータ回転軸３は、第１の実施の形態と同様の中空型のコンデンサＣに内挿されている。モータ回転軸３は、例えば図５（ｂ）に示すように、ハウジング４０内で、例えばボールベアリング４２によって回転自在に支持されており、ハウジング４０のモータ回転軸３挿入口近傍に、コンデンサＣが配置されている。
【００２５】
コンデンサＣの内径は、モータ回転軸３の外径よりも大きく、モータ回転軸３は回転自在である。コンデンサＣは、モータ回転軸３の外周に非接触で配置されていればよく、モータ回転軸３の軸長方向の任意の位置に配置することが可能である。
【００２６】
（第３の実施の形態）
モータ駆動回路５は、モータ７とは別の箇所に配置する以外に、図６に示すように、モータ７とモータ駆動回路筐体６とを一体的に構成し、モータ駆動回路筐体６の外周に、第１の実施の形態と同様のコンデンサＣを配置することも可能である。
【００２７】
モータ７と一体的に構成するのはモータ駆動回路５に限定はされず、例えばマイクロコンピュータ１２及びモータ駆動回路５をモータ７と一体的に構成するなど、コンデンサＣを使用する任意の電気回路とモータ７とを一体化し、前記電気回路の筐体外周にコンデンサＣを設けることが可能である。
【００２８】
上述した実施の形態においては、電動パワーステアリング装置を例にして説明したが、例えばスイッチング素子を用いてＰＷＭ制御を行うモータなどの任意のモータに対して、モータ外周、モータ回転軸外周又はモータ制御装置外周にコンデンサを設けることが可能である。
【００２９】
中空型のコンデンサは、図７（ａ）に示すように、誘電体及び誘電体を挟む２つの導体を絶縁体でカバーしたものを、例えばステータ８外周に複数回（図７（ａ）の例では３回）巻き付けて、コンデンサＣを形成することが可能である。また、図７（ｂ）に示すように、誘電体及び誘電体を挟む２つの導体を絶縁体でカバーしたリング状のものを、例えばステータ８外周に複数個（図７（ｂ）の例では３個）積層して、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を形成することが可能である。このように形成した３つのコンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３を、例えば図８に示すように、モータ駆動回路５のＱ１，Ｑ３，Ｑ５部分に夫々接続することが可能である。また、中空型のコンデンサＣの断面は、円形に限定はされず、モータ７外周形状などに合わせて、例えば楕円形などの任意形状にすることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、中空型のコンデンサ内側に、モータ本体、モータ回転軸又はモータ駆動装置を配置し、従来使用していたコンデンサの代わりに前記中空型のコンデンサを使用することにより、従来のコンデンサが占有していたスペースを有効に活用することができる。例えば、モータ駆動装置内のコンデンサを無くして、前記中空型のコンデンサを使用することにより、モータ駆動装置を小型化することができる。また、モータ本体外周、モータ回転軸外周又はモータ駆動装置外周にコンデンサを配置することにより、コンデンサの放熱特性が向上する。さらに、モータに上限温度が設定されている場合は、前記中空型のコンデンサの温度上昇が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るモータを用いた電動パワーステアリング装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】モータ及びモータ駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）はモータの概略構成を示す図であり、（ｂ）はコンデンサの概略構成を示す図である。
【図４】（ａ）は、回路基板上に配置された電解コンデンサの例を示す図であり、（ｂ）は、電解コンデンサを回路基板上から無くした例を示す図である。
【図５】モータ回転軸及びコンデンサの配置の例を示す図である。
【図６】コンデンサの配置の例を示す図である。
【図７】コンデンサの例を示す図である。
【図８】モータ駆動回路の構成の一部を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ロータ
３モータ回転軸
５モータ駆動回路
７モータ
８ステータ
１２マイクロコンピュータ
３０誘電体
３２導体
３４絶縁体
４０ハウジング
４２ボールベアリング
５０回路基板
５２回路素子
５４電解コンデンサ
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３コンデンサ（電解コンデンサ）
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６トランジスタ（スイッチング素子）
Ｐ車載バッテリー

Claims

回転子及び固定子を有するモータ本体が内設される中空型のコンデンサを備えることを特徴とするモータ。
回転軸が回転自在に内挿される中空型のコンデンサを備えることを特徴とするモータ。
モータ駆動装置と該モータ駆動装置によって駆動されるモータ本体とが一体的に構成されたモータにおいて、
前記モータ駆動装置が内設及び接続される中空型のコンデンサを備えることを特徴とするモータ。