JP2004297881A - 電動機駆動システム - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング素子の欠陥に伴う不具合を抑制することができるモータを提供する。
【解決手段】ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、ある一相の交流電流を生成するスイッチ部１５の組み合わせによりｎ相交流電流を供給するインバータ６を備える。また、ｍ個のコイルを集中巻されたｎ×ｋ個のティース１２と、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２に巻装されたコイルを直列に接続する直列コイル回路１７と、を備えたステータ２を有するｎ相交流電流によって駆動されるモータ１を備える。直列コイル回路１７それぞれの一方の端部を、インバータ６の異なるスイッチ部１５に接続する。
【選択図】 図４
【解決手段】ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、ある一相の交流電流を生成するスイッチ部１５の組み合わせによりｎ相交流電流を供給するインバータ６を備える。また、ｍ個のコイルを集中巻されたｎ×ｋ個のティース１２と、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２に巻装されたコイルを直列に接続する直列コイル回路１７と、を備えたステータ２を有するｎ相交流電流によって駆動されるモータ１を備える。直列コイル回路１７それぞれの一方の端部を、インバータ６の異なるスイッチ部１５に接続する。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電動機駆動システムに関する。特に、電動機の巻線構造と、それに交流電流を供給する電力変換装置との接続構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機として、３相交流電流を、４組の同相コイルに流通させるものが知られている。これは、３相に対応し、一部をリング状に構成した３種類の導電体Ｕａ、Ｖａ、Ｗａと、１個の共通導電体と、を備えている。各ティースに巻装された４組の同相のコイルの一方の端部、例えばＵ相の巻始め端部４ヵ所は、導電体Ｕａに接続される。同様にＶ、Ｗ相の巻き始め端部も導電体Ｖａ、Ｗａに接続される。また各コイルの巻終わりである反対側の端部１２ヵ所は共通導電体に接続されて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相はＹ形結線される。Ｕ、Ｖ、Ｗ相に対応して３種類の導電体Ｕａ、Ｖａ、Ｗａと１個の共通導電体は同心上に設けられ、それぞれの接続部は端板の溝を介して外側で放射状に配置され接続される（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２４８１８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記のような同相の複数のコイルを並列に接続したモータに電流を供給するインバータにおいては、インバータに備えたスイッチング素子に欠陥が生じた場合には、並列に接続されている同相のコイル全ての電流供給が停止される。また、Ｕ、Ｖ、Ｗ相をＹ型結線により接続しているので、一つのスイッチング素子に欠陥が生じた場合には、それに結線される回路上のコイル全てが使用できなくなる。
【０００５】
このように、同相コイルを並列に接続したモータにおいては、一つのスイッチング素子に欠陥が生じた場合には同相の全てのコイルへの電流供給が停止して、モータの駆動が停止してしまう。また、異なる相のコイルを星型結線したモータにおいては、一つのスイッチング素子に欠陥が生じた場合には、モータの少なくとも周方向の一部に、トルクを発生できない部分が生じるので、モータに振動が生じてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、スイッチング素子の欠陥に伴う不具合を抑制することができるモータを提供することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、ある一相の交流電流を生成する、複数のスイッチ部の組み合わせにより多相交流電流を供給する電力変換装置を備える。また、複数のティースと、前記ティース毎に複数のコイルを集中巻により巻装し、前記コイルのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なる前記ティースに巻装したコイルを直列に接続してなる複数の直列コイル回路と、を備えたステータを有する多相交流電流によって駆動される電動機と、を備える。前記直列コイル回路それぞれの一方の端部を、前記電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。
【０００８】
または、ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、ある一相の交流電流を生成する少なくともｎ×ｍ個のスイッチ部の組み合わせによりｎ相交流電流を供給する電力変換装置を備える。また、ｎ×ｋ個のティースと、前記ティース毎にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なる前記ティースに巻装されたｋ個の前記コイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路と、を備えたステータを有するｎ相交流電流によって駆動される電動機と、を備える。前記直列コイル回路それぞれの一方の端部を、前記電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。
【０００９】
【作用及び効果】
ティース毎に複数のコイルを集中巻により巻装し、コイルのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なるティースに巻装したコイルを直列に接続してなる複数の直列コイル回路と、を備えたステータを有する多相交流電流によって駆動される電動機と、を備える。直列コイル回路それぞれの一方の端部を、電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。これにより、スイッチ部に欠陥が生じた場合に、複数ある直列コイル回路の一部の電流を停止すればよくなる。その結果、スイッチ部の欠陥に伴う不具合を抑制することができる。
【００１０】
また、ｎ×ｋ個のティースと、ティース毎にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティースに巻装されたｋ個のコイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路と、を備えたステータを有するｎ相交流電流によって駆動される電動機と、を備え、直列コイル回路それぞれの一方の端部を、電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。これにより、一つのスイッチ部に欠陥が生じても、全てのティースに対して、巻装されたコイルの少なくとも一部には電流を流すことができるので、電動機を停止させずに、かつ余計な振動が生じるのを抑制することができる。その結果、スイッチング部の欠陥に伴う電動機の不具合を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いるモータ１の駆動システムの概略構成を図１に示す。
【００１２】
モータ１を、ステータ２と、永久磁石を備えたロータ３と、をケース５に収容することにより構成する。ステータ２を略円筒形状のケース５の内壁に固定する。ステータ５と回転空隙を介して隣接するロータ３の回転軸４を、図示しないベアリングを介してケース５により支持する。ここでは、ステータ２の内周側にロータ３を配置したがこの限りではない。モータ１は、３６０／ｎ度づつ位相のずれたｎ相の交流電流によって駆動する。ここでは、１２０度づつ位相のずれた３相の交流電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流）によって駆動する。
【００１３】
このようなモータ１への電力供給手段として、直流電源７と、直流電源７から供給される直流電流をｎ相、ここでは３相交流電流に変換するインバータ６を備える。後述するようにインバータ６にはスイッチ部１５（図４、参照）を備える。また、インバータ６を制御するコントローラ８を備える。直流電源７から供給される直流電流をコントローラ８からの制御信号（例えばＰＷＭ）に応じて、インバータ６のスイッチ部１５を制御することにより３相交流電流に変換する。
【００１４】
次に、ステータ２の構成を図２を用いて説明する。図２にはステータ２全体の概略構成を示す。
【００１５】
ステータ２を、ロータ３に向かって突出したティース１２を供えるステータコア１１と、ティース１２に巻装したステータコイル１３と、から構成する。ここでは、９個のティース１２を周方向に均等に備える。また、ステータコイル１３は、集中巻により構成する。
【００１６】
ここでは、モータ１は３相交流電流により駆動されるので、同相となるティース１２が各相に対して３個ずつ存在する。ティース１２のうち、Ｕ相交流電流が流れるステータコイル１３（以下、ステータコイルＵ）を巻装した三つのティース１２を同相ティースＵとする。同相ティースＵは、Ｕ相交流電流が流れるステータコイルＵ１を備えたティースＵ１、ステータコイルＵ２を備えたティースＵ２、ステータコイルＵ３を備えたティースＵ３により構成する。また、Ｖ相、Ｗ相についても同様とする。つまり、同相ティースＶを、Ｖ相交流電流が流れるステータコイルＶｙ（ｙ＝１、２、３）を巻装したティースＶｙから構成する。同相ティースＷを、Ｗ相交流電流が流れるステータコイルＷｙを巻装したティースＷｙから構成する。
【００１７】
このような９個のティースＸｙ（Ｘ＝Ｕ、Ｖ、Ｗ）をステータ２の周方向に均等に配置する。ここでは、反時計周りに、ティースＵ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、・・・となるように構成する。
【００１８】
なお、ステータコイルＵを備える回路の一端はインバータ６のＵ相端子に、ステータコイルＶを備える回路の一端はインバータ６のＶ相端子に、ステータコイルＷを備える回路の一端はインバータ６のＷ相端子に、それぞれ接続している。ここでは、Ｕ相端子には、ステータＵ１に巻装したステータコイルＵ１の一端が接続する。また、Ｖ相端子には、ステータＶ１に巻装したステータコイルＶ１の一端が接続する。また、Ｗ相端子にはティースＷ１に巻装したステータコイルＷ１の一端が接続する。このように、周方向に連続するティースＵ１、Ｖ１、Ｗ１に、各端子に接続するステータコイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１を巻装する。
【００１９】
また、ステータコイルＵを備える回路の他端、ステータコイルＶを備える回路の他端、ステータコイルＷを備える回路の他端は、それぞれ中性点１４に接続する。ここでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を１２０度づつ位相がずれた交流電流としているので、各ステータコイルＵ、Ｖ、Ｗを備える回路の端部をＹ型結線１８により接続して中性点１４を構成する。ここでは、中性点１４には、ステータコイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３の一端が接続する。つまり、同一の中性点１４に電気的に最も近いステータコイル１３を備えたティース１２を、周方向に連続するティースＵ３、Ｖ３、Ｗ３とする。なお、後述するように本実施形態では三つの中性点１４を備えるが、この中性点１４に電気的に最も近いステータコイル１３を備えるティース１２は、３つの中性点１４の間で同一のものでなくてもよい。
【００２０】
次に、図３に一つのティース１２に対するステータコイル１３の巻装状態を示す。ここでは、ティースＵ１の巻装状態について説明する。
【００２１】
ティースＵ１にステータコイルＵ１を巻装する。ステータコイルＵ１を、複数のコイルから構成する。ここでは、三つのコイルＵ１ａ、Ｕ１ｂ、Ｕ１ｃから構成する。ここで、ａ、ｂ、ｃはティースＵ１に対する相対位置（以下、巻装位置）を示しており、最も内側をａ、その次をｂ、最も外側をｃで表す。つまり、ステータコイルＵ１を、ティースＵ１側からコイルＵ１ａ、コイルＵ１ｂ、コイルＵ１ｃの順番で巻装することにより構成する。ここでは、コイルＵ１ａ、Ｕ１ｂ、Ｕ１ｃそれぞれの巻数を同数とするが、この限りではない。
【００２２】
ここでは、ティースＵ１について説明したが、他のティースＸｙの構成も同様とする。つまり、ティースＸｙに巻装したステータコイルＸｙを、三つのコイルＸｙｚから構成する。Ｘ＝Ｕ、Ｖ、Ｗとし、ｙ＝１、２、３とし、ｚ＝ａ、ｂ、ｃとする。
【００２３】
なお、Ｕ相交流電流が流れる９つのコイルＵｙｚをＵ相コイル群、Ｖ相交流電流が流れる９つのコイルＶｙｚをＶ相コイル群、Ｗ相交流電流が流れる９つのコイルＷｙｚをＷ相コイル群とする。
【００２４】
次に、上述したようなＵ相コイル群、Ｖ相コイル群、Ｗ相コイル群の結線状態を図４を用いて説明する。
【００２５】
Ｕ相コイル群を、３個の直列コイル回路１７（第１直列コイル回路ＵＡ、第２直列コイル回路ＵＢ、第３直列コイル回路ＵＣ）により構成する。各直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣには、同相の異なるティースＵ１、Ｕ２、Ｕ３それぞれに巻装した３つのステータコイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３を構成するコイルが含まれる。
【００２６】
また、一つの直列コイル回路１７に含まれるコイルの巻装位置を同一に設定しているが、この限りではない。ここでは、第１直列コイル回路ＵＡを最も内側のａに巻装されるコイルＵｙａを直列に接続した回路、第２直列コイル回路ＵＢをｂに巻装されるコイルＵｙｂを直列に接続した回路、第３直列コイル回路ＵＣを最も外側のｃに巻装されるコイルＵｙｃを直列に接続した回路とする。
【００２７】
さらに、各直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣそれぞれの最もインバータ６側のコイルをティースＵ１に巻装するステータコイルＵ１を構成するコイルＵ１ｚとする。つまり、直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣのＵ相端子に電気的に最も近いコイルを同一のティースＵ１に構成する。その次にＵ相端子に電気的に近いコイルをティースＵ２に巻装するコイルＵ２ｚとする。さらに、他端側（中性点１４側）のコイルをティースＵ３に巻装するステータコイルＵ３を構成するコイルＵ３ｚとする。つまり、各直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣそれぞれの最上流のコイルをティースＵ１に巻装し、次のコイルをティースＵ２に巻装し、最も下流のコイルをティースＵ３に巻装する。Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成する。
【００２８】
具体的には、第１直列コイル回路ＵＡをＵ相端子側からコイルＵ１ａ、Ｕ２ａ、Ｕ３ａを直列に接続した回路とする。第２直列コイル回路ＵＢをＵ相端子側からコイルＵ１ｂ、Ｕ２ｂ，Ｕ３ｂを直列に接続した回路とする。第３直列コイル回路ＵＣをＵ相端子側からコイルＵ１ｃ、Ｕ２ｃ、Ｕ３ｃを直列に接続した回路とする。これらの直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣによりＵ相コイル群を構成する。Ｖ相コイル群、Ｗ相コイル群に対しても同様の結線状態とする。
【００２９】
このように構成したそれぞれ位相の異なる交流電流が流れる直列コイル回路１７の中性点１４側の端部をＹ型結線１８により接続する。ここでは、接続部分が中性点１４に相当する。ここでは、Ｙ型結線１８Ａを第１直列コイル回路ＵＡ、ＶＡ、ＷＡの下流端を中性点１４Ａで接続することにより構成する。また、Ｙ型結線１８Ｂを、第２直列コイル回路ＵＢ、ＶＢ、ＷＢの下流端を中性点１４Ｂで接続することにより構成する。また、Ｙ型結線１８Ｃを第３直列コイル回路ＵＣ、ＶＣ、ＷＣの下流端を中性点１４Ｃで接続することにより構成する。なお、ここでは各中性点１４同士は接続させない。また、Ｙ型結線１８を構成する直列コイル回路１７の組み合わせは上記に限らず、異相を結線したものであればよい。
【００３０】
このように構成した３つのＹ型結線１８の端部を、それぞれインバータ６のスイッチ部１５に直列に接続する。つまり、各直列コイル回路１７の最上流端を、それぞれ別のスイッチ部１５に直列に接続する。
【００３１】
ここで、インバータ６の概略を説明する。なお、図４において、スイッチング回路１６Ｖ、１６Ｗは、スイッチング回路１６Ｕと同様の構成とする。
【００３２】
ここでは図４に示すように、３つのスイッチング回路１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗを備える。各スイッチング回路１６には、並列に三つのスイッチ部１５を備える。なお、スイッチ部１５は、ある位相の交流電流を生成するためのスイッチ素子を備えた回路である。ここでは、二つのスイッチ素子を直列に接続することにより、スイッチ部１５を構成している。
【００３３】
スイッチング回路１６Ｕを、Ｕ相コイル群への電流の供給を制御するスイッチ部１５ＵＡ、１５ＵＢ、１５ＵＣを並列に接続することにより構成する。ここでは、スイッチ部１５ＵＡには第１直列コイル回路ＵＡを、スイッチ部１５ＵＢには第２直列コイル回路ＵＢを、スイッチ部１５ＵＣには第３直列コイル回路ＵＣを接続する。つまり、直列コイル回路ＸＡ、ＸＢ、ＸＣに供給する同位相の交流電流を、一つのスイッチング回路１６Ｘで制御する。
【００３４】
なお、スイッチング回路１６の構成はこの限りではない。例えば、一つのＹ型結線１８に供給する、異なる位相の交流電流を一つのスイッチング回路１６で制御することもできる。この場合には、一つのスイッチング回路１６全体に欠陥が生じた場合にも、他のＹ型結線１８に供給される電流を維持することができる。
【００３５】
このように、ティース１２それぞれに複数のコイルを巻装し、同位相の交流電流が供給されるステータコイル１３を備えたティース１２間でコイルを直列に接続した複数の直列コイル回路１７を構成する。このように構成した直列コイル回路１７のうち、異なる位相の交流電流が流れるもの同士をＹ型結線１８で接続する。さらに、各直列コイル回路１７の端部に直列にスイッチ部１５を接続する。これにより、一つのスイッチ部１５に欠陥が生じて、あるＹ型結線１８に電流が流れない場合にも、他のＹ型結線１８には電流が流れる。例えば、スイッチ部１５ＵＡを構成するスイッチ素子の一つに欠陥が生じた場合、直列コイル回路ＵＡ、ＶＡ、ＷＡへの電流の供給を停止する。この際に、直列コイル回路ＵＢ、ＶＢ、ＷＢおよび直列コイル回路ＵＣ、ＶＣ、ＷＣには電流を流すことができる。そのため、全てのティース１２において、ステータコイル１３の少なくとも一部に電流が流れる。ここでは、コイルＸｙｂ、Ｘｙｃに電流が流れる。その結果、モータ１の駆動を停止する必要がなく、また、モータ１の周方向の一部にトルクが発生できない部分を生じるのを防いで振動を抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、一つのティース１２に３個のコイルを巻装することで、３個の直列コイル回路１７を構成するようにしたが、この限りではない。一つのティース１２に２個あるいは４個以上のコイルを巻装することで２個あるいは４個以上の直列コイル回路１７を構成してもよい。
【００３７】
また、９つのティース１２をもつステータ２について説明したが、駆動電流の相数（本実施形態ではＵ、Ｖ、Ｗの３相）の整数倍のティース１２をもつステータ２であればよい。１２個（＝３相×４）のティース１２をもつステータ２の場合は、一つの直列コイル回路１７を、同相の異なるティース１２に巻装された４つのコイルで構成すればよい。
【００３８】
また、駆動電流の相数は３に限らず、９０度づつ位相のずれた４相の交流電流で駆動するモータや、それ以上の多相交流電流で駆動するモータにも適用できる。なお、このときには各相の直列コイル回路１７の接続はｎ個に分岐した星型結線になる。
【００３９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００４０】
ある一相の交流電流を生成する、複数のスイッチ部１５の組み合わせにより多相交流電流を供給するインバータ６を備える。また、複数のティース１２と、ティース１２毎に複数のコイルＸｙｚを集中巻により巻装し、コイルＸｙｚのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２に巻装したコイルＸｙｚを直列に接続してなる複数の直列コイル回路１７と、を備えたステータ２を有する多相交流電流によって駆動されるモータ１を備える。直列コイル回路１７それぞれの一方の端部を、インバータ６の異なるスイッチ部１５に接続する。これにより、スイッチ部１５に欠陥が生じた場合に、複数ある直列コイル回路１７の一部の電流を停止すればよくなる。その結果、スイッチ部１７の欠陥に伴う不具合を抑制することができる。
【００４１】
ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、ある一相の交流電流を生成する少なくともｎ×ｍ個のスイッチ部１５の組み合わせによりｎ相交流電流を供給するインバータ６を備える。また、ｎ×ｋ個のティース１２と、ティース１２にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２に巻装されたｋ個のコイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路１７と、を備えたステータ２を有するｎ相交流電流によって駆動されるモータ１と、を備える。直列コイル回路１７それぞれの一方の端部を、インバータ６の異なるスイッチ部１５に接続する。これにより、一つのスイッチ部１５に破損等の欠陥が生じても、他の直列コイル回路１７に電流を流すことができるので、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２全てのステータコイル１３の少なくとも一部に電流を流すことができる。これにより、モータ１を停止させずに、かつ余計な振動が生じるのを抑制することができ、スイッチ部１５の欠陥に伴うモータ１の不具合を抑制することができる。
【００４２】
また、電気的に同相であり、かつ位置的に異なるｋ個のティース１２に巻装されたコイルを直列に接続するｎ×ｍ個の直列コイル回路１７を備え、スイッチ部１５をｎ×ｍ個備える。これにより、あるスイッチ部１５が破損した場合等には、同相の全てのステータコイル１３に対して電流が流れないコイルが存在するので、モータ１に生じる周方向のトルクの分布を抑制することができる。
【００４３】
ここでは、ある相の交流電流を供給するスイッチ部１５に破損等の欠陥が生じた場合には、他の相に対しても同数のスイッチ部１５への電流供給を停止する。例えば、破損したスイッチ部１５に接続する星型結線（Ｙ型結線１８）で結ばれた直列コイル回路１７全体への電流の供給を停止する。これにより、モータ１に生じるトルクを周方向に均一化することができるので、スイッチ部１５に欠陥が生じたことによりモータ１の振動が増大するのを防ぐことができる。
【００４４】
さらに、ここでは、直列コイル回路１７によって、ティース１２に対する巻装位置を設定する。そのため、あるスイッチ部１５が破損した場合に、各ティースに対して電流の流れないコイルの位置が一致するので、さらに、モータ１に生じるトルクを周方向に均一化することができる。
【００４５】
また、一方の端部を中性点１４に接続し、もう一方の端部をスイッチ部１５に接続した星型結線（Ｙ型結線１８）により、異なる位相の交流電流が流れる直列コイル回路１７を接続する。一つの星型結線を構成するそれぞれの直列コイル回路１７の、電気的に最も中性点側にあるコイルが巻装されるティース１２を位置的に連続させる。ここでは、ティースＵ３、Ｖ３、Ｗ３を位置的に連続させる。これにより、直列コイル回路１７を接続して中性点１４を構成するために用いるリード線を短くすることができる。
【００４６】
また、同相の直列コイル回路１７の電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルを同一のティース１２に巻装し、かつ、各相のスイッチ部１５側にあるコイルを巻装したティース１２を位置的に連続させる。ここでは、ティースＵ１、Ｖ１、Ｗ１を位置的に連続させる。これにより、各直列コイル回路１７の端部をスイッチ部１５に接続するための構成を、簡単にすることができる。
【００４７】
次に、第２の実施形態について説明する。モータ１の駆動システムの概略構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
モータ１とインバータ６を一体化して構成する。モータ１の軸方向端部にインバータ６を配置する。また、スイッチ部１５をティース１２と同数備える。ここでは、９個備える。スイッチ部１５をインバータ６に周方向に均等に配置する。ここでは、ステータ２のティース１２に対応して配置する。
【００４９】
ステータ２の構成を、図６を用いて説明する。
【００５０】
ここでは、各ティース１２に巻装されるステータコイル１３を構成するコイルの個数を、ティース１２の個数／相数とする。ここで、コイルを接続する直列コイル回路１７は、各ティース１２の備えるコイルの個数と相数との積となる。つまり、直列コイル回路１７の個数をティース１２の個数と等しくする。このとき、直列コイル回路１７それぞれの電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルを、異なるティース１２に構成する。上述したように、スイッチ部１５を周方向に均等に並ぶティース１２に対応して構成するので、各直列コイル回路１７の最上流に配置したコイルとスイッチ部１５までの距離を短く構成することができる。これにより、リード線等の構成材料にかかるコストを低減することができる。また、インバータ６に軸対象にスイッチ部１５を構成するので、製造工程を単純化することができる。また、スイッチ部１５を別々に構成するので、同相の交流電流を制御するスイッチ部１５全てが破損する可能性が抑制され、モータ１の駆動が停止するのを避けることができる。
【００５１】
このときのコイルＸｙｚの結線状態を図７に示す。ここでは、Ｕ相コイル群について説明するが、Ｖ相、Ｗ相コイル群についても同様とする。
【００５２】
第１直列コイル回路ＵＡを、Ｕ相端子側からコイルＵ１ａ、コイルＵ２ａ、コイルＵ３ａの順番で接続することにより構成する。第２直列コイル回路ＵＢを、Ｖ相端子側からコイルＶ２ｂ、コイルＶ３ｂ、コイルＶ１ｂの順番で接続することにより構成する。第３直列コイル回路ＵＣを、Ｗ相端子側からコイルＷ３ｃ、コイルＷ１ｃ、コイルＷ２ｃの順番により構成する。
【００５３】
また、第１直列コイル回路ＵＡ、ＶＡ、ＷＡをＹ型結線１８Ａにより接続し、第２直列コイル回路ＵＢ、ＶＢ、ＷＢをＹ型結線１８Ｂにより接続し、第３直列コイル回路ＵＣ、ＶＣ、ＷＣをＹ型結線１８Ｃにより接続する。ここで、Ｙ型結線１８で接続される直列コイル回路１７の電気的に最も中性点１４側のコイルは、周方向に連続するティース１２に構成される。これにより、周方向に一部のリード線を用いるだけで中性点１４を構成することができる。
【００５４】
このように構成することで、各直列コイル回路ＸＡ、ＸＢ、ＸＣに、同相の異なるティースＸｙ（ｙ＝１、２、３）に巻装するコイルを備える。このとき、各直列コイル回路ＸＡ、ＸＢ、ＸＣの電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルをそれぞれ異なるティース１２に構成する。これにより、上述したように、スイッチ部１５を周方向に均等に配置することができる。
【００５５】
なお、ここではインバータ６をモータ１の軸方向端部に構成したが、この限りではない。例えば、モータ１の端部の外周に沿って構成した場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００５７】
直列コイル回路１７の個数を、ティース１２の個数ｎ×ｋと同数とし、直列コイル回路１７それぞれの、電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルを、全て位置的に異なるティース１２に巻装する。これにより、各直列コイル回路１７に接続するスイッチ部１５を、ティース１２に対応して構成することができる。
【００５８】
このとき、インバータ６をモータ１の端部または端部近傍の外周に配置して、モータ１とインバータ６を一体化する。これにより、直列コイル回路１７の端部を直接スイッチ部１５に接合することができる。その結果、モータ１とインバータ６とを接続するための構成を簡略化することができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いるモータ駆動システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いるモータに備えたステータの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態におけるティースに対するコイルの巻装状態を示す図である。
【図４】第１の実施形態におけるコイルの結線状態を示す図である。
【図５】第２の実施形態に用いるモータ駆動システムの概略構成図である。
【図６】第２の実施形態に用いるモータに備えたステータの概略構成図である。
【図７】第２の実施形態におけるコイルの結線状態を示す図である。
【符号の説明】
１ モータ（電動機）
２ ステータ
３ ロータ
６ インバータ（電力変換装置）
１２ ティース
１３ ステータコイル
１４ 中性点
１５ スイッチ部
１７ 直列コイル回路
１８ Ｙ型結線（星型結線）
【産業上の利用分野】
本発明は電動機駆動システムに関する。特に、電動機の巻線構造と、それに交流電流を供給する電力変換装置との接続構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機として、３相交流電流を、４組の同相コイルに流通させるものが知られている。これは、３相に対応し、一部をリング状に構成した３種類の導電体Ｕａ、Ｖａ、Ｗａと、１個の共通導電体と、を備えている。各ティースに巻装された４組の同相のコイルの一方の端部、例えばＵ相の巻始め端部４ヵ所は、導電体Ｕａに接続される。同様にＶ、Ｗ相の巻き始め端部も導電体Ｖａ、Ｗａに接続される。また各コイルの巻終わりである反対側の端部１２ヵ所は共通導電体に接続されて、Ｕ、Ｖ、Ｗ相はＹ形結線される。Ｕ、Ｖ、Ｗ相に対応して３種類の導電体Ｕａ、Ｖａ、Ｗａと１個の共通導電体は同心上に設けられ、それぞれの接続部は端板の溝を介して外側で放射状に配置され接続される（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２４８１８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記のような同相の複数のコイルを並列に接続したモータに電流を供給するインバータにおいては、インバータに備えたスイッチング素子に欠陥が生じた場合には、並列に接続されている同相のコイル全ての電流供給が停止される。また、Ｕ、Ｖ、Ｗ相をＹ型結線により接続しているので、一つのスイッチング素子に欠陥が生じた場合には、それに結線される回路上のコイル全てが使用できなくなる。
【０００５】
このように、同相コイルを並列に接続したモータにおいては、一つのスイッチング素子に欠陥が生じた場合には同相の全てのコイルへの電流供給が停止して、モータの駆動が停止してしまう。また、異なる相のコイルを星型結線したモータにおいては、一つのスイッチング素子に欠陥が生じた場合には、モータの少なくとも周方向の一部に、トルクを発生できない部分が生じるので、モータに振動が生じてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みて、スイッチング素子の欠陥に伴う不具合を抑制することができるモータを提供することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、ある一相の交流電流を生成する、複数のスイッチ部の組み合わせにより多相交流電流を供給する電力変換装置を備える。また、複数のティースと、前記ティース毎に複数のコイルを集中巻により巻装し、前記コイルのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なる前記ティースに巻装したコイルを直列に接続してなる複数の直列コイル回路と、を備えたステータを有する多相交流電流によって駆動される電動機と、を備える。前記直列コイル回路それぞれの一方の端部を、前記電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。
【０００８】
または、ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、ある一相の交流電流を生成する少なくともｎ×ｍ個のスイッチ部の組み合わせによりｎ相交流電流を供給する電力変換装置を備える。また、ｎ×ｋ個のティースと、前記ティース毎にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なる前記ティースに巻装されたｋ個の前記コイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路と、を備えたステータを有するｎ相交流電流によって駆動される電動機と、を備える。前記直列コイル回路それぞれの一方の端部を、前記電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。
【０００９】
【作用及び効果】
ティース毎に複数のコイルを集中巻により巻装し、コイルのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なるティースに巻装したコイルを直列に接続してなる複数の直列コイル回路と、を備えたステータを有する多相交流電流によって駆動される電動機と、を備える。直列コイル回路それぞれの一方の端部を、電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。これにより、スイッチ部に欠陥が生じた場合に、複数ある直列コイル回路の一部の電流を停止すればよくなる。その結果、スイッチ部の欠陥に伴う不具合を抑制することができる。
【００１０】
また、ｎ×ｋ個のティースと、ティース毎にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティースに巻装されたｋ個のコイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路と、を備えたステータを有するｎ相交流電流によって駆動される電動機と、を備え、直列コイル回路それぞれの一方の端部を、電力変換装置の異なるスイッチ部に接続する。これにより、一つのスイッチ部に欠陥が生じても、全てのティースに対して、巻装されたコイルの少なくとも一部には電流を流すことができるので、電動機を停止させずに、かつ余計な振動が生じるのを抑制することができる。その結果、スイッチング部の欠陥に伴う電動機の不具合を抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いるモータ１の駆動システムの概略構成を図１に示す。
【００１２】
モータ１を、ステータ２と、永久磁石を備えたロータ３と、をケース５に収容することにより構成する。ステータ２を略円筒形状のケース５の内壁に固定する。ステータ５と回転空隙を介して隣接するロータ３の回転軸４を、図示しないベアリングを介してケース５により支持する。ここでは、ステータ２の内周側にロータ３を配置したがこの限りではない。モータ１は、３６０／ｎ度づつ位相のずれたｎ相の交流電流によって駆動する。ここでは、１２０度づつ位相のずれた３相の交流電流（Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流）によって駆動する。
【００１３】
このようなモータ１への電力供給手段として、直流電源７と、直流電源７から供給される直流電流をｎ相、ここでは３相交流電流に変換するインバータ６を備える。後述するようにインバータ６にはスイッチ部１５（図４、参照）を備える。また、インバータ６を制御するコントローラ８を備える。直流電源７から供給される直流電流をコントローラ８からの制御信号（例えばＰＷＭ）に応じて、インバータ６のスイッチ部１５を制御することにより３相交流電流に変換する。
【００１４】
次に、ステータ２の構成を図２を用いて説明する。図２にはステータ２全体の概略構成を示す。
【００１５】
ステータ２を、ロータ３に向かって突出したティース１２を供えるステータコア１１と、ティース１２に巻装したステータコイル１３と、から構成する。ここでは、９個のティース１２を周方向に均等に備える。また、ステータコイル１３は、集中巻により構成する。
【００１６】
ここでは、モータ１は３相交流電流により駆動されるので、同相となるティース１２が各相に対して３個ずつ存在する。ティース１２のうち、Ｕ相交流電流が流れるステータコイル１３（以下、ステータコイルＵ）を巻装した三つのティース１２を同相ティースＵとする。同相ティースＵは、Ｕ相交流電流が流れるステータコイルＵ１を備えたティースＵ１、ステータコイルＵ２を備えたティースＵ２、ステータコイルＵ３を備えたティースＵ３により構成する。また、Ｖ相、Ｗ相についても同様とする。つまり、同相ティースＶを、Ｖ相交流電流が流れるステータコイルＶｙ（ｙ＝１、２、３）を巻装したティースＶｙから構成する。同相ティースＷを、Ｗ相交流電流が流れるステータコイルＷｙを巻装したティースＷｙから構成する。
【００１７】
このような９個のティースＸｙ（Ｘ＝Ｕ、Ｖ、Ｗ）をステータ２の周方向に均等に配置する。ここでは、反時計周りに、ティースＵ１、Ｖ１、Ｗ１、Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２、・・・となるように構成する。
【００１８】
なお、ステータコイルＵを備える回路の一端はインバータ６のＵ相端子に、ステータコイルＶを備える回路の一端はインバータ６のＶ相端子に、ステータコイルＷを備える回路の一端はインバータ６のＷ相端子に、それぞれ接続している。ここでは、Ｕ相端子には、ステータＵ１に巻装したステータコイルＵ１の一端が接続する。また、Ｖ相端子には、ステータＶ１に巻装したステータコイルＶ１の一端が接続する。また、Ｗ相端子にはティースＷ１に巻装したステータコイルＷ１の一端が接続する。このように、周方向に連続するティースＵ１、Ｖ１、Ｗ１に、各端子に接続するステータコイルＵ１、Ｖ１、Ｗ１を巻装する。
【００１９】
また、ステータコイルＵを備える回路の他端、ステータコイルＶを備える回路の他端、ステータコイルＷを備える回路の他端は、それぞれ中性点１４に接続する。ここでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を１２０度づつ位相がずれた交流電流としているので、各ステータコイルＵ、Ｖ、Ｗを備える回路の端部をＹ型結線１８により接続して中性点１４を構成する。ここでは、中性点１４には、ステータコイルＵ３、Ｖ３、Ｗ３の一端が接続する。つまり、同一の中性点１４に電気的に最も近いステータコイル１３を備えたティース１２を、周方向に連続するティースＵ３、Ｖ３、Ｗ３とする。なお、後述するように本実施形態では三つの中性点１４を備えるが、この中性点１４に電気的に最も近いステータコイル１３を備えるティース１２は、３つの中性点１４の間で同一のものでなくてもよい。
【００２０】
次に、図３に一つのティース１２に対するステータコイル１３の巻装状態を示す。ここでは、ティースＵ１の巻装状態について説明する。
【００２１】
ティースＵ１にステータコイルＵ１を巻装する。ステータコイルＵ１を、複数のコイルから構成する。ここでは、三つのコイルＵ１ａ、Ｕ１ｂ、Ｕ１ｃから構成する。ここで、ａ、ｂ、ｃはティースＵ１に対する相対位置（以下、巻装位置）を示しており、最も内側をａ、その次をｂ、最も外側をｃで表す。つまり、ステータコイルＵ１を、ティースＵ１側からコイルＵ１ａ、コイルＵ１ｂ、コイルＵ１ｃの順番で巻装することにより構成する。ここでは、コイルＵ１ａ、Ｕ１ｂ、Ｕ１ｃそれぞれの巻数を同数とするが、この限りではない。
【００２２】
ここでは、ティースＵ１について説明したが、他のティースＸｙの構成も同様とする。つまり、ティースＸｙに巻装したステータコイルＸｙを、三つのコイルＸｙｚから構成する。Ｘ＝Ｕ、Ｖ、Ｗとし、ｙ＝１、２、３とし、ｚ＝ａ、ｂ、ｃとする。
【００２３】
なお、Ｕ相交流電流が流れる９つのコイルＵｙｚをＵ相コイル群、Ｖ相交流電流が流れる９つのコイルＶｙｚをＶ相コイル群、Ｗ相交流電流が流れる９つのコイルＷｙｚをＷ相コイル群とする。
【００２４】
次に、上述したようなＵ相コイル群、Ｖ相コイル群、Ｗ相コイル群の結線状態を図４を用いて説明する。
【００２５】
Ｕ相コイル群を、３個の直列コイル回路１７（第１直列コイル回路ＵＡ、第２直列コイル回路ＵＢ、第３直列コイル回路ＵＣ）により構成する。各直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣには、同相の異なるティースＵ１、Ｕ２、Ｕ３それぞれに巻装した３つのステータコイルＵ１、Ｕ２、Ｕ３を構成するコイルが含まれる。
【００２６】
また、一つの直列コイル回路１７に含まれるコイルの巻装位置を同一に設定しているが、この限りではない。ここでは、第１直列コイル回路ＵＡを最も内側のａに巻装されるコイルＵｙａを直列に接続した回路、第２直列コイル回路ＵＢをｂに巻装されるコイルＵｙｂを直列に接続した回路、第３直列コイル回路ＵＣを最も外側のｃに巻装されるコイルＵｙｃを直列に接続した回路とする。
【００２７】
さらに、各直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣそれぞれの最もインバータ６側のコイルをティースＵ１に巻装するステータコイルＵ１を構成するコイルＵ１ｚとする。つまり、直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣのＵ相端子に電気的に最も近いコイルを同一のティースＵ１に構成する。その次にＵ相端子に電気的に近いコイルをティースＵ２に巻装するコイルＵ２ｚとする。さらに、他端側（中性点１４側）のコイルをティースＵ３に巻装するステータコイルＵ３を構成するコイルＵ３ｚとする。つまり、各直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣそれぞれの最上流のコイルをティースＵ１に巻装し、次のコイルをティースＵ２に巻装し、最も下流のコイルをティースＵ３に巻装する。Ｖ相、Ｗ相についても同様に構成する。
【００２８】
具体的には、第１直列コイル回路ＵＡをＵ相端子側からコイルＵ１ａ、Ｕ２ａ、Ｕ３ａを直列に接続した回路とする。第２直列コイル回路ＵＢをＵ相端子側からコイルＵ１ｂ、Ｕ２ｂ，Ｕ３ｂを直列に接続した回路とする。第３直列コイル回路ＵＣをＵ相端子側からコイルＵ１ｃ、Ｕ２ｃ、Ｕ３ｃを直列に接続した回路とする。これらの直列コイル回路ＵＡ、ＵＢ、ＵＣによりＵ相コイル群を構成する。Ｖ相コイル群、Ｗ相コイル群に対しても同様の結線状態とする。
【００２９】
このように構成したそれぞれ位相の異なる交流電流が流れる直列コイル回路１７の中性点１４側の端部をＹ型結線１８により接続する。ここでは、接続部分が中性点１４に相当する。ここでは、Ｙ型結線１８Ａを第１直列コイル回路ＵＡ、ＶＡ、ＷＡの下流端を中性点１４Ａで接続することにより構成する。また、Ｙ型結線１８Ｂを、第２直列コイル回路ＵＢ、ＶＢ、ＷＢの下流端を中性点１４Ｂで接続することにより構成する。また、Ｙ型結線１８Ｃを第３直列コイル回路ＵＣ、ＶＣ、ＷＣの下流端を中性点１４Ｃで接続することにより構成する。なお、ここでは各中性点１４同士は接続させない。また、Ｙ型結線１８を構成する直列コイル回路１７の組み合わせは上記に限らず、異相を結線したものであればよい。
【００３０】
このように構成した３つのＹ型結線１８の端部を、それぞれインバータ６のスイッチ部１５に直列に接続する。つまり、各直列コイル回路１７の最上流端を、それぞれ別のスイッチ部１５に直列に接続する。
【００３１】
ここで、インバータ６の概略を説明する。なお、図４において、スイッチング回路１６Ｖ、１６Ｗは、スイッチング回路１６Ｕと同様の構成とする。
【００３２】
ここでは図４に示すように、３つのスイッチング回路１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗを備える。各スイッチング回路１６には、並列に三つのスイッチ部１５を備える。なお、スイッチ部１５は、ある位相の交流電流を生成するためのスイッチ素子を備えた回路である。ここでは、二つのスイッチ素子を直列に接続することにより、スイッチ部１５を構成している。
【００３３】
スイッチング回路１６Ｕを、Ｕ相コイル群への電流の供給を制御するスイッチ部１５ＵＡ、１５ＵＢ、１５ＵＣを並列に接続することにより構成する。ここでは、スイッチ部１５ＵＡには第１直列コイル回路ＵＡを、スイッチ部１５ＵＢには第２直列コイル回路ＵＢを、スイッチ部１５ＵＣには第３直列コイル回路ＵＣを接続する。つまり、直列コイル回路ＸＡ、ＸＢ、ＸＣに供給する同位相の交流電流を、一つのスイッチング回路１６Ｘで制御する。
【００３４】
なお、スイッチング回路１６の構成はこの限りではない。例えば、一つのＹ型結線１８に供給する、異なる位相の交流電流を一つのスイッチング回路１６で制御することもできる。この場合には、一つのスイッチング回路１６全体に欠陥が生じた場合にも、他のＹ型結線１８に供給される電流を維持することができる。
【００３５】
このように、ティース１２それぞれに複数のコイルを巻装し、同位相の交流電流が供給されるステータコイル１３を備えたティース１２間でコイルを直列に接続した複数の直列コイル回路１７を構成する。このように構成した直列コイル回路１７のうち、異なる位相の交流電流が流れるもの同士をＹ型結線１８で接続する。さらに、各直列コイル回路１７の端部に直列にスイッチ部１５を接続する。これにより、一つのスイッチ部１５に欠陥が生じて、あるＹ型結線１８に電流が流れない場合にも、他のＹ型結線１８には電流が流れる。例えば、スイッチ部１５ＵＡを構成するスイッチ素子の一つに欠陥が生じた場合、直列コイル回路ＵＡ、ＶＡ、ＷＡへの電流の供給を停止する。この際に、直列コイル回路ＵＢ、ＶＢ、ＷＢおよび直列コイル回路ＵＣ、ＶＣ、ＷＣには電流を流すことができる。そのため、全てのティース１２において、ステータコイル１３の少なくとも一部に電流が流れる。ここでは、コイルＸｙｂ、Ｘｙｃに電流が流れる。その結果、モータ１の駆動を停止する必要がなく、また、モータ１の周方向の一部にトルクが発生できない部分を生じるのを防いで振動を抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では、一つのティース１２に３個のコイルを巻装することで、３個の直列コイル回路１７を構成するようにしたが、この限りではない。一つのティース１２に２個あるいは４個以上のコイルを巻装することで２個あるいは４個以上の直列コイル回路１７を構成してもよい。
【００３７】
また、９つのティース１２をもつステータ２について説明したが、駆動電流の相数（本実施形態ではＵ、Ｖ、Ｗの３相）の整数倍のティース１２をもつステータ２であればよい。１２個（＝３相×４）のティース１２をもつステータ２の場合は、一つの直列コイル回路１７を、同相の異なるティース１２に巻装された４つのコイルで構成すればよい。
【００３８】
また、駆動電流の相数は３に限らず、９０度づつ位相のずれた４相の交流電流で駆動するモータや、それ以上の多相交流電流で駆動するモータにも適用できる。なお、このときには各相の直列コイル回路１７の接続はｎ個に分岐した星型結線になる。
【００３９】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００４０】
ある一相の交流電流を生成する、複数のスイッチ部１５の組み合わせにより多相交流電流を供給するインバータ６を備える。また、複数のティース１２と、ティース１２毎に複数のコイルＸｙｚを集中巻により巻装し、コイルＸｙｚのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２に巻装したコイルＸｙｚを直列に接続してなる複数の直列コイル回路１７と、を備えたステータ２を有する多相交流電流によって駆動されるモータ１を備える。直列コイル回路１７それぞれの一方の端部を、インバータ６の異なるスイッチ部１５に接続する。これにより、スイッチ部１５に欠陥が生じた場合に、複数ある直列コイル回路１７の一部の電流を停止すればよくなる。その結果、スイッチ部１７の欠陥に伴う不具合を抑制することができる。
【００４１】
ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、ある一相の交流電流を生成する少なくともｎ×ｍ個のスイッチ部１５の組み合わせによりｎ相交流電流を供給するインバータ６を備える。また、ｎ×ｋ個のティース１２と、ティース１２にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２に巻装されたｋ個のコイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路１７と、を備えたステータ２を有するｎ相交流電流によって駆動されるモータ１と、を備える。直列コイル回路１７それぞれの一方の端部を、インバータ６の異なるスイッチ部１５に接続する。これにより、一つのスイッチ部１５に破損等の欠陥が生じても、他の直列コイル回路１７に電流を流すことができるので、電気的に同相でありかつ位置的に異なるティース１２全てのステータコイル１３の少なくとも一部に電流を流すことができる。これにより、モータ１を停止させずに、かつ余計な振動が生じるのを抑制することができ、スイッチ部１５の欠陥に伴うモータ１の不具合を抑制することができる。
【００４２】
また、電気的に同相であり、かつ位置的に異なるｋ個のティース１２に巻装されたコイルを直列に接続するｎ×ｍ個の直列コイル回路１７を備え、スイッチ部１５をｎ×ｍ個備える。これにより、あるスイッチ部１５が破損した場合等には、同相の全てのステータコイル１３に対して電流が流れないコイルが存在するので、モータ１に生じる周方向のトルクの分布を抑制することができる。
【００４３】
ここでは、ある相の交流電流を供給するスイッチ部１５に破損等の欠陥が生じた場合には、他の相に対しても同数のスイッチ部１５への電流供給を停止する。例えば、破損したスイッチ部１５に接続する星型結線（Ｙ型結線１８）で結ばれた直列コイル回路１７全体への電流の供給を停止する。これにより、モータ１に生じるトルクを周方向に均一化することができるので、スイッチ部１５に欠陥が生じたことによりモータ１の振動が増大するのを防ぐことができる。
【００４４】
さらに、ここでは、直列コイル回路１７によって、ティース１２に対する巻装位置を設定する。そのため、あるスイッチ部１５が破損した場合に、各ティースに対して電流の流れないコイルの位置が一致するので、さらに、モータ１に生じるトルクを周方向に均一化することができる。
【００４５】
また、一方の端部を中性点１４に接続し、もう一方の端部をスイッチ部１５に接続した星型結線（Ｙ型結線１８）により、異なる位相の交流電流が流れる直列コイル回路１７を接続する。一つの星型結線を構成するそれぞれの直列コイル回路１７の、電気的に最も中性点側にあるコイルが巻装されるティース１２を位置的に連続させる。ここでは、ティースＵ３、Ｖ３、Ｗ３を位置的に連続させる。これにより、直列コイル回路１７を接続して中性点１４を構成するために用いるリード線を短くすることができる。
【００４６】
また、同相の直列コイル回路１７の電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルを同一のティース１２に巻装し、かつ、各相のスイッチ部１５側にあるコイルを巻装したティース１２を位置的に連続させる。ここでは、ティースＵ１、Ｖ１、Ｗ１を位置的に連続させる。これにより、各直列コイル回路１７の端部をスイッチ部１５に接続するための構成を、簡単にすることができる。
【００４７】
次に、第２の実施形態について説明する。モータ１の駆動システムの概略構成を図５に示す。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
モータ１とインバータ６を一体化して構成する。モータ１の軸方向端部にインバータ６を配置する。また、スイッチ部１５をティース１２と同数備える。ここでは、９個備える。スイッチ部１５をインバータ６に周方向に均等に配置する。ここでは、ステータ２のティース１２に対応して配置する。
【００４９】
ステータ２の構成を、図６を用いて説明する。
【００５０】
ここでは、各ティース１２に巻装されるステータコイル１３を構成するコイルの個数を、ティース１２の個数／相数とする。ここで、コイルを接続する直列コイル回路１７は、各ティース１２の備えるコイルの個数と相数との積となる。つまり、直列コイル回路１７の個数をティース１２の個数と等しくする。このとき、直列コイル回路１７それぞれの電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルを、異なるティース１２に構成する。上述したように、スイッチ部１５を周方向に均等に並ぶティース１２に対応して構成するので、各直列コイル回路１７の最上流に配置したコイルとスイッチ部１５までの距離を短く構成することができる。これにより、リード線等の構成材料にかかるコストを低減することができる。また、インバータ６に軸対象にスイッチ部１５を構成するので、製造工程を単純化することができる。また、スイッチ部１５を別々に構成するので、同相の交流電流を制御するスイッチ部１５全てが破損する可能性が抑制され、モータ１の駆動が停止するのを避けることができる。
【００５１】
このときのコイルＸｙｚの結線状態を図７に示す。ここでは、Ｕ相コイル群について説明するが、Ｖ相、Ｗ相コイル群についても同様とする。
【００５２】
第１直列コイル回路ＵＡを、Ｕ相端子側からコイルＵ１ａ、コイルＵ２ａ、コイルＵ３ａの順番で接続することにより構成する。第２直列コイル回路ＵＢを、Ｖ相端子側からコイルＶ２ｂ、コイルＶ３ｂ、コイルＶ１ｂの順番で接続することにより構成する。第３直列コイル回路ＵＣを、Ｗ相端子側からコイルＷ３ｃ、コイルＷ１ｃ、コイルＷ２ｃの順番により構成する。
【００５３】
また、第１直列コイル回路ＵＡ、ＶＡ、ＷＡをＹ型結線１８Ａにより接続し、第２直列コイル回路ＵＢ、ＶＢ、ＷＢをＹ型結線１８Ｂにより接続し、第３直列コイル回路ＵＣ、ＶＣ、ＷＣをＹ型結線１８Ｃにより接続する。ここで、Ｙ型結線１８で接続される直列コイル回路１７の電気的に最も中性点１４側のコイルは、周方向に連続するティース１２に構成される。これにより、周方向に一部のリード線を用いるだけで中性点１４を構成することができる。
【００５４】
このように構成することで、各直列コイル回路ＸＡ、ＸＢ、ＸＣに、同相の異なるティースＸｙ（ｙ＝１、２、３）に巻装するコイルを備える。このとき、各直列コイル回路ＸＡ、ＸＢ、ＸＣの電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルをそれぞれ異なるティース１２に構成する。これにより、上述したように、スイッチ部１５を周方向に均等に配置することができる。
【００５５】
なお、ここではインバータ６をモータ１の軸方向端部に構成したが、この限りではない。例えば、モータ１の端部の外周に沿って構成した場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態とは異なる効果のみを説明する。
【００５７】
直列コイル回路１７の個数を、ティース１２の個数ｎ×ｋと同数とし、直列コイル回路１７それぞれの、電気的に最もスイッチ部１５側にあるコイルを、全て位置的に異なるティース１２に巻装する。これにより、各直列コイル回路１７に接続するスイッチ部１５を、ティース１２に対応して構成することができる。
【００５８】
このとき、インバータ６をモータ１の端部または端部近傍の外周に配置して、モータ１とインバータ６を一体化する。これにより、直列コイル回路１７の端部を直接スイッチ部１５に接合することができる。その結果、モータ１とインバータ６とを接続するための構成を簡略化することができる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で様々な変更を為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いるモータ駆動システムの概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に用いるモータに備えたステータの概略構成図である。
【図３】第１の実施形態におけるティースに対するコイルの巻装状態を示す図である。
【図４】第１の実施形態におけるコイルの結線状態を示す図である。
【図５】第２の実施形態に用いるモータ駆動システムの概略構成図である。
【図６】第２の実施形態に用いるモータに備えたステータの概略構成図である。
【図７】第２の実施形態におけるコイルの結線状態を示す図である。
【符号の説明】
１ モータ（電動機）
２ ステータ
３ ロータ
６ インバータ（電力変換装置）
１２ ティース
１３ ステータコイル
１４ 中性点
１５ スイッチ部
１７ 直列コイル回路
１８ Ｙ型結線（星型結線）
Claims (6)
- ある一相の交流電流を生成する、複数のスイッチ部の組み合わせにより多相交流電流を供給する電力変換装置と、
複数のティースと、前記ティース毎に複数のコイルを集中巻により巻装し、前記コイルのうち電気的に同相でありかつ位置的に異なる前記ティースに巻装したコイルを直列に接続してなる複数の直列コイル回路と、を備えたステータを有する多相交流電流によって駆動される電動機と、を備え、
前記直列コイル回路それぞれの一方の端部を、前記電力変換装置の異なるスイッチ部に接続することを特徴とする電動機駆動システム。 - ｎ≧３、ｋ≧２、ｍ≧２、かつ、ｎ、ｋ、ｍが整数とした場合に、
ある一相の交流電流を生成する少なくともｎ×ｍ個のスイッチ部の組み合わせによりｎ相交流電流を供給する電力変換装置と、
ｎ×ｋ個のティースと、前記ティース毎にｍ個ずつ巻装されたコイルのうち、電気的に同相でありかつ位置的に異なる前記ティースに巻装されたｋ個の前記コイルを直列に接続するｍ個の直列コイル回路と、を備えたステータを有するｎ相交流電流によって駆動される電動機と、を備え、
前記直列コイル回路それぞれの一方の端部を、前記電力変換装置の異なるスイッチ部に接続することを特徴とする電動機駆動システム。 - 一方の端部を中性点に接続し、もう一方の端部を前記スイッチ部に接続した星型結線により、異なる位相の交流電流が流れる前記直列コイル回路を接続し、
一つの前記星型結線を構成するそれぞれの前記直列コイル回路の、電気的に最も中性点側にある前記コイルが巻装される前記ティースを位置的に連続させる請求項２に記載の電動機駆動システム。 - 同相の前記直列コイル回路に含まれた、電気的に最も前記スイッチ部側にある前記コイルを、全て同一の前記ティースに巻装し、
かつ、各相の前記電気的に最もスイッチ部側にあるコイルを巻装したティースを、位置的に連続させる請求項２または３に記載の電動機駆動システム。 - 前記直列コイル回路の個数を、前記ティースの個数ｎ×ｋと同数とし、
前記直列コイル回路それぞれの、電気的に最も前記スイッチ部側にある前記コイルを、全て位置的に異なるティースに巻装させる請求項２または３に記載の電動機駆動システム。 - 前記電力変換装置を前記電動機の端部または端部近傍の外周に配置することにより、前記電動機と前記電力変換装置を一体化する請求項５に記載の電動機駆動システム。
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- 2003-03-26 JP JP2003085386A patent/JP2004297881A/ja active Pending
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