JP2019126138A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】拘束トルクを高トルク化と、無負荷領域での高回転化の両立を可能としたブラシレスモータを提供する。【解決手段】ブラシレスモータＭ１は、周方向に複数設けられたティース２１ａにコイル２２が巻装されてなるステータ２０と、ステータ２０と対向するロータ３０とを備える。ロータ３０は、ロータコア３２の周方向にマグネット３４を有するマグネット磁極部３３と、マグネット磁極部３３間におけるロータコア３２の突極部３５が他方の磁極として機能するように構成される。【選択図】図２

Description

本発明は、電動ブレーキシステムに用いられるブラシレスモータに関する。

従来、モータを駆動源として電動でブレーキ動作を実施する電動ブレーキシステムが知られている。このような電動ブレーキシステムでは、例えばエンジンの負圧を利用していた加圧源を電動モータに置き換えて液圧を調整するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７−１０４０１０号公報

ところで、上記のような電動ブレーキシステムでは、ブレーキ力を維持する保持力と、ブレーキ動作開始への高い追従性、すなわち高応答性が要求される。このため、電動ブレーキシステムに用いられるモータでは、拘束トルクの高トルク化と、無負荷領域での高回転化の両立が望まれている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、拘束トルクを高トルク化と、無負荷領域での高回転化の両立を可能としたブラシレスモータを提供することにある。

上記課題を解決するブラシレスモータは、周方向に複数設けられたティースにコイルが巻装されてなるステータと、前記ステータと対向するロータとを備え、電動ブレーキシステムの加圧源として用いられるブラシレスモータであって、前記ロータは、ロータコアの周方向にマグネットを有するマグネット磁極部と、マグネット磁極部間における前記ロータコアの鉄心部が他方の磁極として機能するように構成されたコンシクエントポール型である。

この構成によれば、ロータとしてコンシクエントポール型構造を採用することでインダクタンス成分が増加するため、コイルに弱め界磁電流を印加した場合にマグネット磁束を相殺する弱め磁束が大きく発生するため無負荷領域の回転数を高めることが可能となる。また、コイルに対する電流を調整したり、マグネットの量を調整することで高トルク化を図ることが可能となる。

上記ブラシレスモータにおいて、前記電動ブレーキシステム内のユーザが入力した踏力を倍増させる前記加圧源としての加圧ユニットの駆動源として用いられることが好ましい。

この構成によれば、加圧ユニットの駆動源として用いることで高トルク及び高応答で加圧ユニットを動作させることが可能となる。
上記ブラシレスモータにおいて、液圧の発生源として液圧を発生させるギヤポンプが設けられており、前記ギヤポンプの駆動源として用いられることが好ましい。

この構成によれば、ギヤポンプの駆動源として用いることでギヤポンプを高回転で動作させることができ、電動ブレーキシステムでの高応答化に寄与できる。
上記ブラシレスモータにおいて、前記ロータのマグネット磁極部は、前記マグネットが前記ロータコア内に埋め込み配置される構成であることが好ましい。

この構成によれば、ロータコア内にマグネットが埋め込み配置される構成とすることでインダクタンス成分をより増加できるため、コイルに弱め界磁電流を印加した場合にマグネット磁束を相殺する弱め磁束が大きく発生するため無負荷領域の回転数を高めることが可能となる。

本発明のブラシレスモータによれば、拘束トルクを高トルク化と、無負荷領域での高回転化の両立が可能となる。

一実施形態における電動ブレーキシステムの概略構成図。 電動ブレーキシステムに備えられるブラシレスモータの概略構成図。 ブラシレスモータの制御態様を説明するための説明図。 （ａ）（ｂ）は変形例におけるコイルの結線態様を説明するための説明図。

以下、電動ブレーキシステムの一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の電動ブレーキシステム１０は、車両に搭載されるものであって、加圧ユニット１１と、制御ユニット１２と、油圧ユニット１３とを有する。

加圧ユニット１１は、例えば、ユーザがブレーキペダルを介して入力する踏力を倍増するものであり、ブラシレスモータＭ１とポンプＰとを有する。ポンプＰは、例えばギヤポンプであってブラシレスモータＭ１によって駆動されるようになっている。

制御ユニット１２は、加圧ユニット１１と油圧ユニット１３との間に設けられ、油圧ユニット１３に供給する液圧の制御を行うものである。制御ユニット１２は、例えば、ブラシレスモータＭ２を駆動させることによって内部のポンプ等を制御して油圧ユニット１３側にブレーキ液の液圧を制御する。

油圧ユニット１３は、例えば各ホイールＷ１〜Ｗ４に対応するホイールシリンダである。
加圧ユニット１１のブラシレスモータＭ１並びに制御ユニット１２のブラシレスモータＭ２は、各モータＭ１，Ｍ２に対応して設けられるモータＥＣＵ１４によって制御されている。

次に、電動ブレーキシステム１０に用いられるブラシレスモータＭ１について説明する。なお、以下の説明においてブラシレスモータＭ１について説明するが、ブラシレスモータＭ２についても略同様の構成を採用することができる。

図２に示すように、ブラシレスモータＭ１は、円環状のステータ２０の径方向内側にロータ３０が回転可能に収容されている。
ステータ２０は、ステータコア２１とコイル２２とを備えている。ステータコア２１は、磁性金属にて略円環状に形成され、その周方向略等角度間隔においてそれぞれ径方向内側に伸びる１２個のティース２１ａを有している。コイル２２は、ティース２１ａと同数の１２個備えられ、各ティース２１ａにそれぞれ集中巻にて巻装されている。つまり、ティース２１ａ及びコイル２２により構成されるコイル磁極は、３０度等角度間隔で、磁極数が１２極で構成されている。

図２に示すように、ステータ２０の径方向内側の空間に収容されるロータ３０は、回転軸３１と回転軸３１に固着された略円柱状のロータコア３２とを有する。回転軸３１は、その中心軸線が環状のステータ２０の中心軸線と一致するように配置され、回転軸３１の軸線方向の両側が図示しない軸受に回転可能に支持されている。

ロータコア３２の外周部には、５つのマグネット磁極部３３と５つの鉄心部としての突極部３５とが周方向に交互に形成されている。
各マグネット磁極部３３は、ロータコア３２の周縁部にマグネット３４を埋設することにより形成される。具体的には、各マグネット磁極部３３は、ロータコア３２に軸方向に沿って穿設されたマグネット収容孔３３ａを有し、各マグネット収容孔３３ａ内にマグネット３４が収容固定されている。つまり、本例のロータ３０は、マグネット３４が埋め込み配置された所謂ＩＰＭ構造となっている。

各マグネット３４は、互いに略同形状をなし、周方向等角度間隔（７２度間隔）に配置されるとともに、マグネット３４の板面（主面）がロータコア３２の径方向と直交するように設けられている。また、各マグネット３４は、径方向外側の磁極面が互いに同極（本実施形態ではＮ極）となるように構成されている。

各マグネット磁極部３３間には、径方向外側に突出する突極部３５がロータコア３２に一体形成されている。各突極部３５は、周方向等角度間隔（７２度間隔）に形成され、周方向に隣り合うマグネット磁極部３３との間には空隙３６が設定されている。なお、各マグネット磁極部３３の周方向幅は、例えば突極部３５の周方向幅よりも広く設定されている。

上記ロータ３０において、マグネット磁極部３３の磁束（マグネット３４の磁束）は、ロータコア３２の内部を経由して突極部３５に流入する。そして、その磁束が径方向外側に向かって突極部３５を通過することにより、突極部３５がマグネット磁極部３３とは異なる極性（本実施形態ではＳ極）の磁極として機能する。つまり、ロータ３０は、Ｎ極のマグネット磁極部３３（マグネット３４）に対して突極部３５をＳ極として機能させる所謂コンシクエントポール型にて構成されている。

上記のように構成されたブラシレスモータＭ１は、モータＥＣＵ１４によって制御される。以下に、モータの制御態様を説明する。
図３に示すように、コイル２２の結線態様について、第１系統と第２系統との２つの給電系統に分かれてそれぞれＹ結線がなされている。ここで、モータＥＣＵ１４は、第１インバータ４１と第２インバータ４２との２つの給電部を備え、第１インバータ４１から給電がなされる系統を第１系統、第２インバータ４２から給電がなされる系統を第２系統とする。各インバータ４１，４２からは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相給電がなされる。

第１系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ１及びＵ３コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ１及びＶ３コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ１及びＷ３コイル２２とを有する。本例では、Ｕ１コイル２２の一端が第１インバータ４１のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ３コイル２２の一端が第１インバータ４１のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ３コイル２２の一端が第１インバータ４１のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ３コイル２２の他端、Ｖ１コイル２２の他端、Ｗ１コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

第２系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ２及びＵ４コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ２及びＶ４コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ２及びＷ４コイル２２とを有する。本例では、Ｕ２コイル２２の一端が第２インバータ４２のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ４コイル２２の他端、Ｖ２コイル２２の他端、Ｗ２コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

モータＥＣＵ１４は、各インバータ４１，４２を制御することでコイル２２に供給される電流を調整することでモータＭ１（ロータ３０）の駆動を制御している。例えば、モータＥＣＵ１４は、コイル２２にｄ軸電流を供給することでマグネット３４の磁束を相殺するように励磁されて誘起電圧の小さい高回転駆動が行われる。また、コイル２２にｑ軸電流を供給することで高トルク駆動が可能となる。

次に、電動ブレーキシステム１０の作用を説明する。
本実施形態の電動ブレーキシステム１０は、加圧ユニット１１内のポンプＰを駆動させる駆動源としてブラシレスモータＭ１を用い、ブラシレスモータＭ１のロータ３０を所謂コンシクエントポール型にて構成した。これにより、インダクタンス成分が増加するため、コイル２２に弱め界磁電流であるｄ軸電流を印加した場合にマグネット３４の磁束を相殺する弱め磁束が大きく発生するため無負荷領域の回転数を高めることができる。また、ロータ３０を所謂ＩＰＭ構造とすることでインダクタンス成分をより増加できるため、より高回転化を図ることができる。これによって、電動ブレーキシステム１０としての高応答性を確保することができる。

次に、本実施形態の効果を記載する。
（１）ロータ３０としてコンシクエントポール型構造を採用することでインダクタンス成分が増加するため、コイル２２に弱め界磁電流を印加した場合にマグネット３４の磁束を相殺する弱め磁束が大きく発生するため無負荷領域の回転数を高めることが可能となる。また、コイル２２に対する電流を調整したり、マグネット３４の量を調整することで高トルク化を図ることが可能となる。

（２）加圧ユニット１１の駆動源としてブラシレスモータＭ１を用いることで高トルク及び高応答で加圧ユニット１１を動作させることが可能となる。
（３）ギヤポンプとしてのポンプＰの駆動源として用いることでポンプＰを高回転で動作させることができ、電動ブレーキシステム１０での高応答化に寄与できる。

（４）ロータコア３２内にマグネット３４が埋め込み配置される構成とすることでインダクタンス成分をより増加できるため、コイル２２に弱め界磁電流を印加した場合にマグネット３４の磁束を相殺する弱め磁束が大きく発生するため無負荷領域の回転数を高めることが可能となる。

（５）ロータ３０としてコンシクエントポール型構造を採用することで、マグネット３４の数を減らすことができるため、マグネット３４の配置の自由度が高まり、モータ全体の小型化に寄与できる。

（６）マグネット磁極部３３と突極部３５との間に空隙３６を設けることで成り行きとなりやすい突極部３５の磁束を整流する効果が期待できる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

・上記実施形態では、液圧を発生させるポンプＰとしてギヤポンプを用いる構成としたが、シリンダ内のピストンを動作させて液圧を発生させる構成を採用してもよい。また、液圧以外に気圧式また機械式で圧力を発生させる構成を採用してもよい。

・上記実施形態では、ステータ２０側の磁極を１２（１２スロット）、ロータ３０側の磁極を１０としたが、適宜変更してもよい。
・上記実施形態では、コイル２２を集中巻としたが、分布巻などのその他の巻回方法を採用してもよい。

・上記実施形態では、コイル２２をＹ結線としたが、これに限らず、例えばΔ（デルタ）結線してもよい。
・上記実施形態において第１系統と第２系統とでのコイル２２の結線態様を説明したが、図４（ａ）に示す結線態様や、図４（ｂ）に示す結線態様に変更してもよい。

図４（ａ）に示すように、第１系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ１及びＵ２コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ１及びＶ２コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ１及びＷ２コイル２２とを有する。本例では、Ｕ１コイル２２の一端が第１インバータ４１のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ２コイル２２の一端が第１インバータ４１のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ２コイル２２の一端が第１インバータ４１のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ２コイル２２の他端、Ｖ１コイル２２の他端、Ｗ１コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。第２系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ３及びＵ４コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ３及びＶ４コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ３及びＷ４コイル２２とを有する。本例では、Ｕ３コイル２２の一端が第２インバータ４２のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ４コイル２２の一端が第２インバータ４２のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ４コイル２２の他端、Ｖ３コイル２２の他端、Ｗ３コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

図４（ｂ）に示すように、第１系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ１及びＵ４コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ１及びＶ４コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ１及びＷ４コイル２２とを有する。本例では、Ｕ１コイル２２の一端が第１インバータ４１のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ４コイル２２の一端が第１インバータ４１のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ４コイル２２の一端が第１インバータ４１のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ４コイル２２の他端、Ｖ１コイル２２の他端、Ｗ１コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。第２系統としては、Ｕ相コイルとして直列接続されるＵ２及びＵ３コイル２２と、Ｖ相コイルとして直列接続されるＶ２及びＶ３コイル２２と、Ｗ相コイルとして直列接続されるＷ２及びＷ３コイル２２とを有する。本例では、Ｕ２コイル２２の一端が第２インバータ４２のＵ相出力端子に接続されている。また、Ｖ３コイル２２の一端が第２インバータ４２のＶ相出力端子に接続されている。そして、Ｗ３コイル２２の一端が第２インバータ４２のＷ相出力端子に接続されている。Ｕ３コイル２２の他端、Ｖ２コイル２２の他端、Ｗ２コイル２２の他端はＹ結線の中性点として互いに接続されている。

・上記実施形態では、マグネット３４がロータコア３２内に埋め込み配置された所謂ＩＰＭ型のロータ構造を採用したが、マグネット３４がロータコア３２の表面に配置された所謂ＳＰＭ型のロータ構造を採用してもよい。

・上記実施形態では、加圧ユニット１１と制御ユニット１２とのそれぞれに設けられる各モータＭ１，Ｍ２を各モータＥＣＵ１４によって制御する構成としたが、これに限らない。つまり、加圧ユニット１１と制御ユニット１２とを１つのブレーキＥＣＵで制御する構成を採用してもよい。

・上記実施形態並びに各変形例は適宜組み合わせてもよい。

１０…電動ブレーキシステム、１１…加圧ユニット、２０…ステータ、２１ａ…ティース、２２…コイル、３０…ロータ、３２…ロータコア、３３…マグネット磁極部、３４…マグネット、３５…突極部（鉄心部）、Ｍ１，Ｍ２…ブラシレスモータ、Ｐ…ポンプ（ギヤポンプ）。

Claims (4)

1. 周方向に複数設けられたティースにコイルが巻装されてなるステータと、
   前記ステータと対向するロータとを備え、
   電動ブレーキシステムの加圧源として用いられるブラシレスモータであって、
   前記ロータは、ロータコアの周方向にマグネットを有するマグネット磁極部と、該マグネット磁極部間における前記ロータコアの鉄心部が他方の磁極として機能するように構成されたコンシクエントポール型であることを特徴とするブラシレスモータ。
2. 前記電動ブレーキシステム内のユーザが入力した踏力を倍増させる前記加圧源としての加圧ユニットの駆動源として用いられることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ。
3. 液圧の発生源として液圧を発生させるギヤポンプが設けられており、前記ギヤポンプの駆動源として用いられることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータ。
4. 前記ロータのマグネット磁極部は、前記マグネットが前記ロータコア内に埋め込み配置される構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラシレスモータ。