JP2021036735A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の巻線ユニット間において隣接する巻線同士が電気的に接触し難く信頼性が高いモータを提供すること。【解決手段】互いに電気的に独立して駆動される複数の巻線ユニットを備えるモータであって、ステータコアを構成する複数のスロットのうち一方のスロットに巻線が分布巻の重ね巻で収容されている一方の巻線ユニットと、複数のスロットのうちいずれか他のスロットに分布巻きの重ね巻で巻線が収容されている他の巻線ユニットと、を備え、一方のスロットが、いずれか他のスロットに対して互いにステータコアの周方向において重複しない位置に設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、モータに関し、特に、ステータコアに複数の巻線ユニットを備えるモータに適用して好適なものである。

本技術分野の第１の従来技術としては、２つの巻線ユニットからなる巻線構造に関して各巻線ユニットが同一スロット内で混在した構成が存在している（特許文献１参照）。さらに第２の従来技術としては、集中巻で構成した２つの巻線ユニットからなる巻線構造が存在している（特許文献２参照）。

特開２０１３−１３５５９０号公報 特開２０１１−３０４０６号公報

しかしながら、第１の従来技術では、１つのスロットに対して２つの巻線ユニットが混在しているため、２つの巻線ユニット間において電気的な短絡が発生する可能性がある。一方、第２の従来技術では、上述のように集中巻で構成されており同一のスロット内で隣接する巻線同士が近接してしまうため、隙間を開けて配置する必要があった。このため、第２の従来技術では、スロット内の占積率を高くできなかったため、巻線抵抗が大きくなっていた。さらに、隣接する巻線間の隙間を小さくするためには絶縁紙を挟み込む必要があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の巻線ユニット間において隣接する巻線同士が電気的に接触し難く信頼性が高いモータを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため、本発明においては、互いに電気的に独立して駆動される複数の巻線ユニットを備えるモータであって、ステータコアを構成する複数のスロットのうち一方のスロットに巻線が分布巻の重ね巻で収容されている一方の巻線ユニットと、前記複数のスロットのうちいずれか他のスロットに分布巻きの重ね巻で巻線が収容されている他の巻線ユニットと、を備え、前記一方のスロットが、前記いずれか他のスロットに対して互いに前記ステータコアの周方向において重複しない位置に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の巻線ユニット間において隣接する巻線同士が電気的に接触し難く信頼性を高くすることができる。

第１の実施の形態によるモータの構成例を示す側面外観図である。 図１に示すモータ及びその駆動回路の電気的な構成例を示す回路図である。 図２に示す第一巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。 図２に示す第二巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。 ２つの巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。 ２つの巻線ユニットの構成例を示す斜視図である。 第２の実施の形態によるモータの巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。 第３の実施の形態によるモータの駆動回路の電気的な構成例を示す回路図である。 図８に示すモータの巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。

以下、図面について、本発明の一実施の形態について詳述する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）全体構成例
図１は、第１の実施の形態によるモータ１００の構成例を示す側面図である。このモータ１００は、複数の巻線ユニットを備えており、本実施の形態では一例として、互いに電気的に独立した２つの３相巻線ユニットを備えているものとする。

図示の例は、モータ１００とＥＣＵ（図示せず）とが機電一体で構成される電動パワーステアリング（以下「ＥＰＳ」と略す）のモータユニットにおけるモータ部分のみを示している。このモータ１００は、ハウジング２の中にモータ構成部品が収められている。このようなＥＰＳでは、モータ１００に設けたプーリ１が、図示しないがベルトを介したギア駆動によって動力の伝達機構が構成されている。

ＥＣＵは、モータ１００側に設けられた図示右側の各ターミナル２０ｕ１，２０ｖ１，２０ｗ１，２０ｕ２，２０ｖ２，２０ｗ２を介して電気的に接続される。上述した２つの巻線ユニット５１，５２のうち第一巻線ユニット５１には、Ｕ１相ターミナル２０ｕ１、Ｖ１相ターミナル２０ｖ１及びＷ１相ターミナル２０ｗ１が設けられている。一方、第二巻線ユニット５２には、Ｕ２相ターミナル２０ｕ２、Ｖ２相ターミナル２０ｖ２及びＷ１相ターミナル２０ｗ２が設けられている。

このＥＰＳでは、これらのターミナル２０ｕ１，２０ｖ１，２０ｗ１，２０ｕ２，２０ｖ２，２０ｗ２を介してモータ１００が、後述するＥＣＵ側のインバータと電気的に接続される。

さらにモータ１００には、ロータの磁極位置を検出するための磁極センサ３が設けられている。ＥＣＵ側には、この磁極センサ３が出力する検出信号の検出部が設けられている。

（１−２）電気的な構成
図２は、図１に示すモータ１００及びその駆動回路の電気的な構成例を示す回路図である。この駆動回路は、２つのインバータ４１，４２、及び、これら２つのインバータ４１，４２に対して直流電力を供給する電源４を備え、２つの駆動系統でモータ１００を駆動する。

一方のインバータ４１には、モータ１００の第一巻線ユニット５１が接続されており、他方のインバータ４２には、このモータ１００の第二巻線ユニット５２が接続されている。通常、一方のインバータ４１及び他方のインバータ４２は並列運転されている。

本実施の形態によるモータ１００は、独立した３相巻線を２個備えた構成である。ロータは、ＳＰＭ（表面磁石構造）またはＩＰＭ（埋め込み磁石構造）で構成されている。一方、ステータコアは、コギングトルクの次数が高くなるように分布巻で構成されている。図示の例では、ロータの極数は８極となっている。

（１−３）巻線構成
図３は、図２に示す第一巻線ユニット５１の巻線構成例を示した。Ｕ１相巻線は、Ｕ１１巻線、Ｕ１２巻線、Ｕ２１巻線及びＵ２２巻線で構成されている。なお、以下の説明及びその他の巻線構成例を示す図においては、説明の都合上、図示の各巻線の形状を簡素化している。

Ｖ１相巻線は、Ｖ１１巻線、Ｖ１２巻線、Ｖ２１巻線及びＶ２２巻線で構成されている。Ｗ１相巻線は、Ｗ１１巻線、Ｗ１２巻線、Ｗ２１巻線及びＷ２２巻線で構成されている。第一巻線ユニット４１は、２４個のスロットで構成されている。

第一巻線ユニット５１は、その巻線構造として重ね巻を採用しており、図示の配線図のように構成されている。図示の例では、各スロットに接続される線が簡素化のために１本の導線で描かれているが、実際には、複数本の導線で構成されている。

図示の例では、８極モータで毎極毎相スロット数が２である場合について説明したが、極数が変わってもスロット数が変わっても、同様な構成を採用すれば本実施の形態と同様な効果を得ることができる。本実施の形態では、一例として、８極７２スロット、１２極７２スロット及び１２極スロットで構成されている。

図４は、図２に示す第二巻線ユニット５２の巻線構成例を示す図である。Ｕ２相巻線は、Ｕ３１巻線、Ｕ３２巻線、Ｕ４１巻線及びＵ４２巻線で構成されている。Ｖ２相巻線は、Ｖ３１巻線、Ｖ３２巻線、Ｖ４１巻線及びＶ４２巻線で構成されている。Ｗ２相巻線は、Ｗ３１巻線、Ｗ３２巻線、Ｗ４１巻線及びＷ４２巻線で構成されている。第二巻線ユニット５２は、２４個のスロットで構成されている。

（１−４）展開した巻線構成
図５は、２つの巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。図示の左半分が第一巻線ユニット部５１を表し、図示の右半分が第二巻線ユニット部５２を表す。

図示のように第一巻線ユニット５１及び第二巻線ユニット５２は、互いに機械的な接触部が存在しないように配置することにより、互いに電気的に短絡することが無いように構成されている。

（１−５）ステータコアの外観構成
図６は、２つの巻線ユニット５１，５２の構成例を示す斜視図である。第一巻線ユニット５１の中性点ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１は互いに電気的に接続されている。第二巻線ユニット５２の中性点ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２も同様に互いに電気的に接続される。

本実施の形態では、２つの巻線ユニット５１，５２は、円筒状のステータコアの周方向において互いに重複しない位置に設けられている。このようにすると、２つの巻線ユニット５１，５２は、各々の巻線同士が接触して短絡し難くなる。

さらに本実施の形態では、２つの巻線ユニット５１，５２間にはステータコア６の近傍に隙間７が設けられている。このようにすると、２つの巻線ユニット５１，５２はさらに、各々の巻線同士が接触して短絡し難い構成となる。

また、第一巻線ユニット５１の入力線（例えばＵ１相ターミナル２０ｕ１）と第二巻線ユニット５２の中性点端子（例えば中性点端子ｕｎ２）とは、互いに離れるように配置されており、ステータコア付近から離れた位置においても機械的に接触することはない。

このように２つの巻線ユニット５１，５２を用いて駆動されるモータ１００では、２つの巻線ユニット５１，５２が左右に分離されるように配置することによって両者が電気的に接続される可能性が無くなり、２つの巻線ユニット５１，５２間において短絡が発生することがなくなる。このため、例えば、第一巻線ユニット５１が故障した場合でも、他方の第二巻線ユニット５２を用いてモータ１００を駆動することができる。

本実施の形態では、２つの巻線ユニット５１，５２の両方が故障しないようにして少なくとも一方の巻線ユニットが常に作動可能となるため、ＥＰＳが確実に作動することができる。しかも、このように一方の巻線ユニットのみでＥＰＳを作動する場合、当該一方の巻線ユニットを通常よりも作動させることにより、実質的に２つの巻線ユニット５１，５２を用いてＥＰＳが作動しているようにすることができるため、当該ＥＰＳが常時作動するため、安全性を高めることができるばかりでなく、当該ＥＰＳの挙動が操作者に違和感を与えないようにすることもできる。

（２）第２の実施の形態
第２の実施の形態によるモータは、第１の実施の形態によるモータ１とほぼ同様の構成であるとともに、ほぼ同様の動作を実行するため、同様の構成及び動作については説明を省略し、以下、両者の相違点を中心として説明する。

図７は、第２の実施の形態によるモータの巻線ユニットを展開した巻線構成例を示す図である。第２の実施の形態によるモータでは、各巻線ユニット５１，５２にそれぞれ、状態異常検知手段として、例えば温度センサ８１，８２が設けられている。

第一巻線ユニット５１の温度センサ８１及び第二巻線ユニット５２の温度センサ８２は、互いの巻線ユニットによる熱の影響を受けにくい位置に配置される。これにより、各巻線ユニット５１，５２の状態を監視することができるようになり、例えば、第一巻線ユニット５１が異常発熱を発生した場合、第一巻線ユニット５１を停止させることで、正常な巻線ユニットである第二巻線ユニット５２への影響を低減することができる。

（３）第３の実施の形態
第３の実施の形態によるモータは、第１の実施の形態によるモータ１００とほぼ同様の構成であるとともに、ほぼ同様の動作を実行するため、同様の構成及び動作については説明を省略し、以下、両者の相違点を中心として説明する。

図８は、第３の実施の形態によるモータの駆動回路の電気的な構成例を示す回路図である。なお、図示の例では、第二巻線ユニット５２の具体的な構成は、別途図示済であるため、省略されている。

図示の例では、第一巻線ユニット５１の中性点端子ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１がインバータ４１側に接続されている一方、第二巻線ユニット５２の中性点端子ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２がインバータ４２側に接続されている。

この回路例を用いたモータでは、中性点端子ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１同士を電気的に接続するとともに中性点端子ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２同士を電気的に接続しておく。さらにインバータ４１内で３相巻線の中性点端子ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１を半導体リレーや機械的なリレーで接続するとともに、インバータ４２内で３相巻線の中性点端子ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２を半導体リレーや機械的なリレーで接続することにより、３相駆動を実施する。

このような構成において、例えば、第一巻線ユニット５１内においてＵ相巻線及びＶ相巻線のコイルエンド部同士で短絡が発生した場合、ブレーキトルクが発生する。その場合、ステアリングの操作上、当該モータがブレーキと同様に作動することになるため、上述した中性点端子ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１と、中性点端子ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２を半導体リレーや機械的なリレーを用いて電気的に切り離し、このブレーキトルクを低減することが可能となる。そのような構造の場合、巻線においては、図９に示すように中性点端子ｕｎ１，ｖｎ１，ｗｎ１及び中性点端子ｕｎ２，ｖｎ２，ｗｎ２が、モータ側に接続されるのではなく、インバータ４１，４２側に巻線端部がすべて取り出された構造となる。

以上述べたように、複数の巻線ユニット５１，５２に分かれて配置される巻線は、複数の巻線ユニット５１，５２の境目において１つのスロット内に同相巻線で構成できるように分布巻で構成され、さらに重ね巻で構成される構造を採用している。上述したようにコイルエンド部分においても２つのユニットを跨ぐ線を省略できることから、巻線ユニット５１，５２同士間において巻線が接触しない構造とすることができるため、複数の巻線ユニット間の短絡を防止することができる。これにより、一方のインバータまたは一方の巻線ユニットに異常が発生しても、正常な他方のインバータまたは他方の巻線ユニットの正常な駆動が阻害されないようにすることができる。その結果、いずれかの巻線ユニットまたはいずれかのインバータに異常が発生しても他の巻線ユニットを用いて駆動を継続することが可能なモータを提供することができる。

以上のような実施の形態によれば、複数の巻線ユニット５１，５２間の短絡を防ぐために１つのスロットは１相の巻線で構成し、第一巻線ユニット５１と第二巻線ユニット５２を機械角で１８０度ずらして構成している。これより、巻線同士の接触を防止することができるため、ピンホール等の絶縁不良が発生しても、複数の巻線ユニット５１，５２間での電気的な短絡を防止できる効果がある。また、第一巻線ユニット５１と第二巻線ユニット５２が隙間を持って分離されているため、各巻線ユニット間に状態検知手段を設けることにより、巻線ユニットの異常を早期に検知し、通電を停止することで、他の正常な巻線ユニットへの影響を低減することができる。また、各巻線ユニット間の隙間により、巻線ユニット間の熱の授受を抑え、かつ空気の流路となることで、冷却効果を発揮することもできる。

なお、本実施の形態は、複数の巻線ユニットを備えるモータの一例として、２つの巻線ユニット５１，５２を備えるモータについて述べたが、３つ以上の巻線ユニットを備えるモータに適用しても良い。また、上述した各実施の形態では、一例としてＥＰＳ用モータに適用することについて述べたが、安全性が要求される他の種類のモータに適用することができる。

（４）その他の実施形態
上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、上記実施形態では、各種プログラムの処理をシーケンシャルに説明したが、特にこれにこだわるものではない。従って、処理結果に矛盾が生じない限り、処理の順序を入れ替え又は並行動作するように構成しても良い。また、上記実施形態における各処理ブロックを含むプログラムは、例えばコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納されている形態であっても良い。

本発明は、複数の巻線ユニットを備えるモータに広く適用することができる。

１……プーリ、２……ハウジング、３……磁極センサ、４……バッテリー、６……ステータコア、７……巻線ユニット間の隙間、４１……一方のインバータ、４２……他方のインバータ、５１……第一巻線ユニット、５２……第二巻線ユニット、８１……温度センサ、８２……温度センサ、１００……ＥＰＳモータ、Ｕ１１〜Ｕ２２……Ｕ１相巻線、Ｕ３１〜Ｕ４２……Ｕ２相巻線、Ｖ１１〜Ｖ２２……Ｖ１相巻線、Ｖ３１〜Ｖ４２……Ｖ２相巻線、Ｗ１１〜Ｗ２２……Ｗ１相巻線、Ｗ３１〜Ｗ４２……Ｗ２相巻線。

Claims (5)

1. 互いに電気的に独立して駆動される複数の巻線ユニットを備えるモータであって、
   ステータコアを構成する複数のスロットのうち一方のスロットに巻線が分布巻の重ね巻で収容されている一方の巻線ユニットと、
   前記複数のスロットのうちいずれか他のスロットに分布巻きの重ね巻で巻線が収容されている他の巻線ユニットと、を備え、
   前記一方のスロットが、前記いずれか他のスロットに対して互いに前記ステータコアの周方向において重複しない位置に設けられている
   ことを特徴とするモータ。
2. 前記複数の巻線ユニット間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記複数の巻線ユニットの入力線または出力線は、互いに離れて配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 前記複数の巻線ユニットにそれぞれ状態検知手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のモータ。
5. 電動パワーステアリングに用いられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のモータ。

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