JP4206322B2

JP4206322B2 - ３相ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP4206322B2
Application number: JP2003351891A
Authority: JP
Inventors: 新青木; 忠伸高橋; 茂田嶋; 正広関; 博幸菊地; 信幸今井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2005117848A

Description

本発明は、ステータに複数のティースを備えた３相ブラシレスモータに関する。

下記特許文献１に記載されたクローポール型モータのステータは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して３個の単位ステータを備えており、各々の単位ステータは軸線方向に離間した２個のティースと、それらのティースを径方向外端で接続するリターンパスとを有して断面コ字状に形成されている。そして断面コ字状の単位ステータの内部に収納した環状の巻線に通電して独立した磁路を構成することで、その２個のティースの径方向内端にロータに対向するように突設した極性の異なる２種類の突起を磁化するようになっている。

ところで上記従来のものは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３個の単位ステータを軸線方向に積み重ねてステータを構成しているが、各々の単位ステータが、その内部に巻線を収納する環状スロットを備え、かつ２個のティースおよび２種類の突起を備えているために軸線方向の厚さが厚くなり、それらの単位ステータを３個積み重ねたステータの軸線方向の寸法が大型化する問題があった。

そこで本出願人は、軸線方向に複数のティースを並置し、隣接するティース間に形成された環状スロットに巻線を収納し、各ティースの径方向内端に軸線方向に延びてロータの外周面に対向する突起を設けたクローポール型モータのステータを、特願２００３−３０２０１７号により既に提案している。
特開平７−２２７０７５号公報

ところで、上記特願２００３−３０２０１７号で提案されたモータの各ティースに設けられた突起は小さいギャップを介して相互に対向しているため、対向する突起間で磁束が短絡してモータのトルクが低下する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、モータのティース間の磁束の短絡を抑制し、磁束の短絡によるトルクの低下を最小限に抑えることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、３相のステータを有する３相ブラシレスモータであって、ステータの相隣なるティースの相対向面間に、その間の磁束の短絡を抑制する磁束を一方向への通電により発生可能であり且つ前記短絡を促進する磁束を他方向への通電により発生可能であるコイルが設けられ、このコイルには、モータの低速回転域では相隣なるティース間で発生する短絡磁束を抑制する磁束を該コイルが発生するように前記一方向への通電がなされ、またモータの高速回転域では、界磁弱め電流を要しない界磁弱め制御を可能として消費電力を節減するために、相隣なるティース間での磁束の短絡を促進する磁束を該コイルが発生するように前記他方向への通電がなされることを特徴とする３相ブラシレスモータが提案される。

本発明によれば、３相のステータを有する３相ブラシレスモータにおいて、ステータの相隣なるティースの相対向面間に、その間の磁束の短絡を抑制する磁束を一方向への通電により発生可能であり且つ前記短絡を促進する磁束を他方向への通電により発生可能であるコイルが設けられ、このコイルには、モータの低速回転域では相隣なるティース間で発生する短絡磁束を抑制する磁束を該コイルが発生するように前記一方向への通電がなされ、またモータの高速回転域では、界磁弱め電流を要しない界磁弱め制御を可能として消費電力を節減するために、相隣なるティース間での磁束の短絡を促進する磁束を該コイルが発生するように前記他方向への通電がなされるので、モータの低速回転域では、ステータの相隣なるティース間のコイルに漏れ磁束と逆方向の磁束を発生させることで、結果的に磁束の短絡を抑制することができて、磁束短絡に起因したモータのトルク低下を最小限に抑えることができる。またモータの高速回転域では、前記コイルを用いて、界磁弱め電流を流すことなく界磁弱め制御を行って高速回転域におけるモータのトルク低下を抑制することができるため、従来の界磁弱め電流による界磁弱め制御に比べて、消費電力を節減することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した参考例および本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図７は第１参考例を示すもので、図１はクローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図２の５−５線断面図、図６はステータの一部破断斜視図、図７はステータの分解斜視図である、
図１に示すように、ハイブリッド車両のパワーユニットは、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間に配置されたクローポール型のモータＭを備える。エンジンＥのシリンダブロック１１およびクランクケース１２の右側面にモータケース１３、トルクコンバータケース１４およびミッションケース１５が結合されており、シリンダブロック１１およびクランクケース１２間に支持されたクランクシャフト１６の軸端にモータＭのロータ１７が固定される。ロータ１７の外周に固定した複数の永久磁石１８…に環状のステータ１９が所定のエアギャップを介して対向しており、ステータ１９を支持するステータホルダ２０がシリンダブロック１１およびクランクケース１２とモータケース１３との割り面に挟まれて固定される。

トルクコンバータケース１４に収納されたトルクコンバータ２１は、タービンランナー２２とポンプインペラ２３とを備えており、タービンランナー２２に結合されてポンプインペラ２３を覆うサイドカバー２４がドライブプレート２５を介してモータＭのロータ１７に接続される。トルクコンバータ１４のポンプインペラ２３は、ミッションケース１５に支持されたメインシャフト２６の左端に結合される。

次に、図２〜図７を参照して三相交流で作動するブラシレスモータＭのステータ１９の構造を説明する。

図７から明らかなように、ステータ１９は圧粉材で一体成形されたＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３と、１個のＵ相巻線３４と、２個のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂと、１個のＷ相巻線３６とを備える。Ｕ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３は軸線Ｌ方向に重ね合わされる。

図３、図６および図７から明らかなように、Ｕ相ステータリング３１は、環状に形成されたリターンパス３１ａと、このリターンパス３１ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる９個のティース３１ｂ…と、これらのティース３１ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる９個の突起３１ｃ…とを備える。そして各々の突起３１ｃの径方向内端は、Ｌ字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線Ｌ方向片側に延びている。ティース３１ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分は突起３１ｃとなる。

図４、図６および図７から明らかなように、Ｖ相ステータリング３２は、環状に形成されたリターンパス３２ａと、このリターンパス３２ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる９個のティース３２ｂ…と、これらのティース３２ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる９個の突起３２ｃ…とを備える。そして各々の突起３２ｃの径方向内端は、Ｔ字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かって楔角θａでテーパー状に減少しながら軸線Ｌ方向両側に延びている。ティース３２ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分は突起３２ｃとなる。

図５、図６および図７から明らかなように、Ｗ相ステータリング３３はＶ相ステータリング３２に関してＵ相ステータリング３１と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでＵ相ステータリング３１と互換可能な同一形状を有している。Ｗ相ステータリング３３の各部の符号は、Ｕ相ステータリング３１の各部の符号の「３１」を「３３」に変更したものである。

本参考例のブラシレスモータＭは三相交流で作動するものであり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…は電気角で３６０°／３＝１２０°ずつ周方向にずれて配置される。それに対してロータ１７の各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されていて同一位相の磁束を発生する。これにより各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…はロータ１７に均一なトルクを発生させることができる。

図６から明らかなように、ステータ１９の内周面に沿って順番に配置されるＵ相の９個の突起３１ｃ…、Ｖ相の９個の突起３２ｃ…およびＷ相の９個の突起３３ｃ…の軸線Ｌ方向の幅は、ロータ１７の永久磁石１８…の軸線Ｌ方向の幅に略等しくなっており、ステータ１９およびロータ１７間の鎖交磁束を最大限に増加させてロータ１７の出力トルクを増加させることができる。しかも各永久磁石１８はＵ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対して共用されるので、各相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…に対応して永久磁石１８…を軸線Ｌ方向に分割する必要をなくし、永久磁石１８…の個数を削減することができる。

図３〜図７から明らかなように、Ｕ相ステータリング３１の突起３１ｃ…およびＶ相ステータリング３２の突起３２ｃ…間と、Ｖ相ステータリング３２の突起３２ｃ…およびＷ相ステータリング３３の突起３３ｃ…間と、Ｗ相ステータリング３３の突起３３ｃ…およびＵ相ステータリング３１の突起３１ｃ…間とには、非磁性の電導体（例えばアルミニウム）を長方形に形成した遮蔽板４１…が挟まれる。

図３および図６から明らかなように、Ｕ相ステータリング３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３７が形成されており、この環状スロット３７に予め巻回されたＵ相巻線３４と一方のＶ相巻線３５Ａとが収納される。またＷ相ステータリング３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…との間に環状スロット３８が形成されており、この環状スロット３８に予め巻回されたＷ相巻線３６と他方のＶ相巻線３５Ｂとが収納される。

即ち、参考例の３相のモータＭでは、環状スロット３７，３８の数は相数の３から１を減算した２個であり、一方の環状スロット３７には１相目（Ｕ相）および２相目（Ｖ相）の巻線３４，３５Ａが収納され、他方の環状スロット３８には２相目（Ｖ相）および３相目（Ｗ相）の巻線３５Ｂ，３６が収納されることになる。

このように、Ｕ相ステータリング３１のティース３１ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…とでＵ相巻線３４および一方のＶ相巻線３５Ａを挟んで固定し、かつＷ相ステータリング３３のティース３３ｂ…とＶ相ステータリング３２のティース３２ｂ…とでＷ相巻線３６および他方のＶ相巻線３５Ｂとを挟んで固定したので、各巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を固定するための特別の固定部材が不要になる。しかも各巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は環状スロット３７，３８の内部に収納されて外部部品と干渉する虞がないため、外部部品の寸法管理が容易になる。

各々の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６は長方形断面の平角線を導線とするもので、径方向に９層に巻回され、軸線Ｌ方向に２層に巻回される。そして一方の環状スロット３７に収納されたＵ相巻線３４および一方のＶ相巻線３５Ａの起磁力の方向は逆になるように設定され、かつ他方の環状スロット３８に収納されたＷ相巻線３６および他方のＶ相巻線３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定され、更に、一方および他方の環状スロット３７，３８に収納された一方および他方のＶ相巻線３５Ａ，３５Ｂの起磁力の方向は逆になるように設定される。つまり、軸線Ｌ方向に順次配列された４個の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の起磁力の方向は交互に反転するように設定される。

そしてＵ相巻線３４、Ｖ相巻線３５Ａ，３５ＢおよびＷ相巻線３６をスター結線あるいはデルタ結線して３相交流電流を供給することで、ステータ１９の内周面に順番に配置されたＵ相の突起３１ｃ…、Ｖ相の突起３２ｃ…およびＷ相の突起３３ｃ…に回転磁界を形成し、永久磁石１８…との間に発生する電磁力でロータ１７を回転駆動することができる。

さて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３は、リターンパス３１ａ，３２ａ，３３ａにおいて相互に接触しているが、突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…においては磁束の短絡を防止すべく相互に微小なギャップを挟んで対向しているため、これらのギャップを介してＵ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間で磁束が短絡してしまい、ロータ１７との間で受け渡される磁束が減少してモータＭのトルクが低下する問題がある。この磁束の短絡を防止するには前記ギャップを増加させればよいが、このようにすると突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…がロータ１７の外周面に対向する面積が減少してトルクが低下したり、コギングトルクが増加したりする新たな問題が発生する。

それに対し、本参考例では突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間のギャップに非磁性の電導体よりなる遮蔽板４１…を介在させたことにより、前記磁束の短絡を抑制してモータＭのトルクの低下を防止している。即ち、磁束の短絡により遮蔽板４１…を通過する漏れ磁束の量が変化すると遮蔽板４１…に渦電流が流れ、この渦電流により発生する逆方向の漏れ抑制磁束により突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間の磁束の短絡を抑制することができ、これによりモータのトルクの低下を最小限に抑えることができる。

尚、遮蔽板４１…に前記電導体を採用した場合には、漏れ磁束の過渡的な変化に対して漏れ抑制磁束を発生させることができるが、定常的な漏れ磁束に対しては漏れ抑制磁束を発生させることができず、また渦電流のジュール損により漏れ磁束に対して漏れ抑制磁束が小さくなることが避けられなかった。

そこで第１参考例の変形例では、電導体の遮蔽板４１…に代えて方向性磁性材料を採用している。方向性磁性材料で形成した遮蔽板４１…は、その板厚方向の磁束の通過を抑制し、磁束を板面方向に逸らす特性を有するもので、その結果、突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間の磁束の短絡を一層効果的に抑制することができる。

上述した電導体あるいは方向性磁性材料を採用した遮蔽板４１…では磁束の短絡を１００％抑制することは不可能である。そこで第１参考例の他の変形例では、超伝導体の遮蔽板４１…を採用している。超伝導体の遮蔽板４１…では磁束が通過する際にジュール損が発生しないため、渦電流によって漏れ磁束と同じ大きさの漏れ抑制磁束が発生して磁束の短絡を実質的に０にすることができる。尚、超伝導体の遮蔽板４１…を採用する場合には、その機能を発揮させるために遮蔽板４１…を極低温の環境に置くことが必要となる。

ところで、各相の巻線をそれぞれ独立した結線とすると、巻線を双方向に励磁するために４個のスイッチング素子を組み合わせたＨブリッジ回路が必要となり、Ｎ相の巻線に対して合計４Ｎ個のスイッチング素子が必要になる。しかしながら、スター結線あるいはデルタ結線を採用することにより、一部の回路を共用して半分の２Ｎ個のスイッチング素子だけで済ますことができ、回路の簡素化が可能になる。

以上のように、軸線Ｌ方向に並置したＵ相、Ｖ相、Ｗ相のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…間に形成された２個の環状スロット３７，３８にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６を収納したので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相に対して３個のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…と２個の環状スロット３７，３８とを設ければ良く、上記特許文献に記載された６個のティースと３個の環状スロットとを必要とするものに比べて、ステータ１９の軸線Ｌ方向の厚さを薄くしてモータＭを薄型化し、エンジンＥおよびトランスミッションＴ間の狭い空間にモータＭを容易に配置することができる。

また本参考例のＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３は圧粉磁性材により構成される。即ち、ヘガネス社製の鉄系合金の磁性材粉末の表面を無機質材の皮膜で覆った圧粉材を金型で所定の形状にプレス成形し、それにサイジング処理を施して形状を整えた後に熱硬化処理することでＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３を製造する。このように、圧粉磁性材を用いることで、複雑な形状のＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３を容易に製造することができる。

また遮蔽板４１…はＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３に適宜の手段で固定してもよいが、本参考例ではＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３を圧粉材で成形する際に遮蔽板４１…を金型内に挿入することで一体化しており、これにより特別の固定手段を必要とせずに遮蔽板４１…の脱落や位置ずれを防止することができる。

ステータ１９のＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３の各々の外周部には、その圧粉成形時に中子を用いて環状の冷媒通路Ｊ…が形成されており、これらの冷媒通路Ｊ…に冷媒としての冷却水や冷却風を流通させることにより、Ｕ相巻線３４、Ｖ相巻線３５Ａ，３５ＢおよびＷ相巻線３６の発熱による温度上昇を抑制している。ステータ１９のＵ相ステータリング３１、Ｖ相ステータリング３２およびＷ相ステータリング３３の内部に冷媒通路Ｊ…を設けたのでステータ１９の外形に影響がなく、ステータホルダ２０によるステータ１９の保持に支障を来すことがない。またステータ１９の内部に直接冷媒通路Ｊ…を設けたので、冷媒による冷却効果が充分に確保されるとともに冷媒の漏れが防止され、しかもステータ１９の保持方法の自由度を増加させることができる。

図８〜図１４は第２参考例を示すもので、図８は前記図２に対応する図、図９は図８の９−９線断面図、図１０は図８の１０−１０線断面図、図１１は図８の１１−１１線断面図、図１２は図８の１２−１２線矢視図、図１３はステータの一部破断斜視図、図１４はステータの分解斜視図である。

Ｕ相ステータリング３１は、環状に形成されたリターンパス３１ａと、このリターンパス３１ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる１０個のティース３１ｂ…と、これらのティース３１ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる１０個の突起３１ｃ…とを備える。そして各々の突起３１ｃの径方向内端は、Ｌ字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線Ｌ方向片側に延びている。ティース３１ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分は突起３１ｃとなる。

Ｕ相ステータリング３１の隣接する突起３１ｃ…間が側面磁路３１ｄ…により接続される。軸線Ｌ方向に見た側面磁路３１ｄ…の形状は、図８に網掛けを施して示すように、軸線Ｌを中心とする二つの同心円弧と、軸線Ｌから放射状に延びる二つの直線とで囲まれた略長方形状である。また軸線Ｌを含む平面で切断した断面形状は、図１０、図１１および図１３に網掛けを施して示すように、直角三角形状である。

Ｖ相ステータリング３２は、環状に形成されたリターンパス３２ａと、このリターンパス３２ａの周方向等間隔位置から径方向内向きに延びる１０個のティース３２ｂ…と、これらのティース３２ｂ…の径方向内端から更に径方向内向きに延びる１０個の突起３２ｃ…とを備える。そして各々の突起３２ｃの径方向内端は、Ｔ字状に屈曲して径方向の高さが基端側から先端側に向かってテーパー状に減少しながら軸線Ｌ方向両側に延びている。ティース３２ｂは巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の径方向の高さに対応する部分であり、それよりも径方向内側の部分は突起３２ｃとなる。

Ｖ相ステータリング３２の隣接する突起３２ｃ…間が側面磁路３２ｄ…により接続される。軸線Ｌ方向に見た側面磁路３２ｄ…の形状は、上述したＵ相ステータリング３１の側面磁路３１ｄ…と同じであるが、Ｕ相ステータリング３１の側面磁路３１ｄ…が該Ｕ相ステータリング３１の軸線Ｌ方向の外側側面に沿って配置されているのに対し、Ｖ相ステータリング３２の側面磁路３２ｄ…は円周方向に２分割されて軸線Ｌ方向の両側に交互に振り分けて配置される。またＶ相ステータリング３２の側面磁路３２ｄ…を軸線Ｌを含む平面で切断した断面形状は、図９、図１１および図１３に網掛けを施して示すように、鈍角を有する三角形状である。

Ｗ相ステータリング３３はＶ相ステータリング３２に関してＵ相ステータリング３１と鏡面対称な部材であり、かつ裏返すことでＵ相ステータリング３１と互換可能な同一形状を有している。Ｗ相ステータリング３３の各部の符号は、Ｕ相ステータリング３１の各部の符号の「３１」を「３３」に変更したものである。

尚、以上説明したＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３の側面磁路３１ｄ…，３２ｄ…，３３ｄ…は、図８〜図１３において網掛けして示されている。

Ｕ相ステータリング３１の突起３１ｃ…および側面磁路３１ｄ…と、Ｖ相ステータリング３２の突起３２ｃ…および側面磁路３２ｄ…と、Ｗ相ステータリング３３の突起３３ｃ…および側面磁路３３ｄ…との対向部に形成されるギャップには、第１参考例と同様の電導体、方向性磁性材料あるいは超伝導体よりなる遮蔽板４１…が挟まれるように固定される。

しかして、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３が、それぞれ隣接する突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間を接続する側面磁路３１ｄ…，３２ｄ…，３３ｄ…を備えているため、ロータ１７の永久磁石１８…から突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…およびティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…を通ってリターンパス３１ａ…，３２ａ…，３３ａ…に流れる磁束の一部が、円周方向に分岐して側面磁路３１ｄ…，３２ｄ…，３３ｄ…を通ってリターンパス３１ａ…，３２ａ…，３３ａ…に流れるようになる（図８の矢印参照）。このように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…の軸線Ｌ方向の厚さを増加させて磁路断面積を拡大することなく、側面磁路３１ｄ…，３２ｄ…，３３ｄ…の追加によって磁路断面積を拡大することができるので、ステータ１９の軸線Ｌ方向の寸法が大型化するのを回避しながらモータＭの出力を増加させることができる。

またＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…および側面磁路３１ｄ…，３２ｄ…，３３ｄ…が相対向する部分に配置した遮蔽板４１…により磁束の短絡が抑制され、第１参考例と同様にしてモータＭのトルクの低下が防止される。

図１５〜図２１は本発明の第１実施例を示すもので、図１５はステータの一部破断斜視図、図１６はＵ相、Ｖ相およびＷ相の巻線に供給される三相交流電流の波形を示す図、図１７は遮蔽コイルに供給される三相交流電流の波形を示す図、図１８は遮蔽コイルの駆動回路を示す図、図１９は遮蔽コイルに供給される三相交流電流の他の波形を示す図、図２０は遮蔽コイルに供給される三相交流電流の更に他の波形を示す図、図２１は遮蔽コイルの他の駆動回路を示す図である。

図６（第１参考例）および図１５を比較すると明らかなように、第１参考例ではＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…が相対向する部分に遮蔽板４１…を配置しているが、第１実施例では前記遮蔽板４１…に代えて遮蔽コイル４２…を配置している。遮蔽コイル４２…はターン数が１回であり、遮蔽板４１…と同等の厚さを有している。

図１６にはＵ相巻線３４、Ｖ相巻線３５Ａ，３５ＢおよびＷ相巻線３６に供給される三相交流の波形が示されており、各相の波形は正弦波状であって位相θが１２０°ずつずれている。同図から明らかなように、θ＝０°のときはＵ相の突起３１ｃ…からＷ相の突起３３ｃ…に磁束の短絡が発生し、１°≦θ≦５９°のときはＵ相およびＶ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…からＷ相の突起３３ｃ…に磁束の短絡が発生し、θ＝６０°のときはＶ相の突起３２ｃ…からＷ相の突起３３ｃ…に磁束の短絡が発生し、６１°≦θ≦９０°のときはＶ相の突起３２ｃ…からＵ相の突起３１ｃ…およびＷ相の突起３３ｃ…に磁束の短絡が発生している。

第１実施例は遮蔽コイル４２…に三相交流電流を流すことで前記磁束の短絡を打ち消す方向の磁束を発生させるもので、その三相交流電流の波形は図１７に示される。実線の波形ＶＷは、Ｖ相の突起３２ｃ…およびＷ相の突起３３ｃ…間に配置された遮蔽コイル４２…に供給される電流であり、破線の波形ＷＵは、Ｗ相の突起３３ｃ…およびＵ相の突起３１ｃ…間に配置された遮蔽コイル４２…に供給される電流であり、鎖線の波形ＵＶは、Ｕ相の突起３１ｃ…およびＶ相の突起３２ｃ…間に配置された遮蔽コイル４２…に供給される電流である。この図１７に示す三相交流電流を各相の遮蔽コイル４２…に供給することで、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間で発生する磁束の短絡にタイミングを合わせて遮蔽コイル４２…に逆方向の磁束を発生させ、結果としてＵ相、Ｖ相およびＷ相の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間の磁束の短絡を抑制してモータＭのトルクの低下を防止することができる。

図１８は遮蔽コイル４２…に図１７の三相交流を供給する駆動回路を示すものである。この実施例では、Ｕ相およびＶ相間の磁束の短絡を抑制する遮蔽コイル４２（ｕｖ）と、Ｖ相およびＷ相間の磁束の短絡を抑制する遮蔽コイル４２（ｖｗ）と、Ｗ相およびＵ相間の磁束の短絡を抑制する遮蔽コイル４２（ｗｕ）とが、各々独立した同一構造のスイッチング回路４３…を介して励磁される。バッテリ４４と遮蔽コイル４２…との間に配置された各々のスイッチング回路４３はＦＥＴ等の４個のスイッチング素子を備えたいわゆるＨブリッジ回路であり、何れかの対角位置にある２個のスイッチング素子を所定のデューティ比でＯＮすることで、対応する遮蔽コイル４２を任意の方向に励磁することができる。尚、３個のスイッチング回路４３…はバッテリ４４…は共用することが可能である。

上記実施例では遮蔽コイル４２…に供給する三相交流の波形を三角波状としているが、図１９に示す正弦波状、あるいは図２０に示す矩形波状することも可能である。

また遮蔽コイル４２…に三相交流を供給する駆動回路は図１８のものに限定されず、図２１に示すように、バッテリ４４と遮蔽コイル４２（ｕｖ），４２（ｖｗ），４２（ｗｕ）との間に６個のスイッチング素子を有するスイッチング回路４３を配置しても良い。尚、遮蔽コイル４２…への通電はモータＭの運転時にのみ行えば良く、モータＭの運転時および停止時を通して遮蔽コイル４２…に通電する場合に比べて消費電力を節減することができる。

以上の説明では、遮蔽コイル４２…に磁束の短絡を打ち消す方向の磁束を発生させているが、この実施例では、モータＭの高速回転域で遮蔽コイル４２…に磁束の短絡を促進する方向の磁束を発生させることで、以下のような効果を得ることができる。

即ち、モータＭの高速回転域（例えば、３０００ｒｐｍ以上）では、巻線に発生する逆起電力によってトルクが減少するのを防止すべく、界磁弱め電流を供給して界磁を弱める制御が行われている（界磁弱め制御）。そこで、上述した突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…間の磁束の短絡がステータ１９の界磁を弱めることに鑑み、遮蔽コイル４２…に上述したのと逆方向の三相交流電流を流して磁束の短絡を積極的に発生させることで、従来の界磁弱め電流を必要とせずに界磁弱め制御を可能にし、可変トルク定数のモータＭを得ることができる。この手法を採用することで、従来の界磁弱め電流による界磁弱め制御に比べて、消費電力を節減することができる。

次に、図２２に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

図１４（第２参考例）および図２２を比較すると明らかなように、第２参考例ではＵ相、Ｖ相およびＷ相のステータリング３１，３２，３３の突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…および側面磁路３１ｄ…，３２ｄ…，３３ｄ…が相対向する部分に遮蔽板４１…を配置しているが、第２実施例では前記遮蔽板４１…に代えて遮蔽コイル４２…を配置している。遮蔽コイル４２…の構造および機能と、その駆動回路の構造とは第１実施例と同じである。従って、この第２実施例によっても、前記第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では３相のクローポール型のモータＭを例示したが、本発明は２相あるいは４相以上のクローポール型のモータに対して適用することができる。

また実施例ではクローポール型のモータＭをハイブリッド車両の走行用モータとして使用しているが、その用途は任意である。

また実施例では各相のステータリング３１，３２，３３を圧粉材で構成しているが、その他の種々の材質を採用することができる。即ち、ステータリング３１，３２，３３を無垢の磁性体、焼結材および圧粉材の何れかで構成すれば、それらを積層鋼板で構成する場合に比べて成形が容易になり、無垢の磁性体あるいは焼結材で構成すればコストを削減することができ、圧粉材で構成すれば磁束の損失を低減することができる。

また実施例では各相のステータリング３１，３２，３３をそれぞれ一体成形しているが、必要に応じてリターンパス３１ａ，３２ａ，３３ａ、ティース３１ｂ…，３２ｂ…，３３ｂ…および突起３１ｃ…，３２ｃ…，３３ｃ…を分割して構成すれば、それらの設計自由度を高めることができる。

また実施例では各相の巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の導線に長方形断面の平角線を採用しているが、正方形や正六角形等の正多角形断面あるいは円形断面の導線を採用することができる。長方形断面あるいは正多角形断面の導線を採用すれば巻線３４，３５Ａ，３５Ｂ，３６の占積率を増加させることができ、円形断面の導線を採用すればコストダウンに寄与することができる。

また実施例ではステータ１９を冷却する冷媒として最も低コストな冷却水および冷却風を例示したが、他の任意の冷媒を使用することができる。

第１参考例に係るクローポール型モータを備えたハイブリッド車両のパワーユニットを示す図図１の２−２線拡大断面図図２の３−３線断面図図２の４−４線断面図図２の５−５線断面図ステータの一部破断斜視図ステータの分解斜視図第２参考例に係る、前記図２に対応する図図８の９−９線断面図図８の１０−１０線断面図図８の１１−１１線断面図図８の１２−１２線矢視図ステータの一部破断斜視図ステータの分解斜視図本発明の第１実施例に係るステータの一部破断斜視図Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の巻線に供給される三相交流電流の波形を示す図遮蔽コイルに供給される三相交流電流の波形を示す図遮蔽コイルの駆動回路を示す図遮蔽コイルに供給される三相交流電流の他の波形を示す図遮蔽コイルに供給される三相交流電流の更に他の波形を示す図遮蔽コイルの他の駆動回路を示す図第２実施例に係るステータの分解斜視図

符号の説明

Ｍモータ
１９ステータ
３１ｂティース
３２ｂティース
３３ｂティース
４２遮蔽コイル

Claims

３相のステータを有する３相ブラシレスモータであって、
ステータの相隣なるティースの相対向面間に、その間の磁束の短絡を抑制する磁束を一方向への通電により発生可能であり且つ前記短絡を促進する磁束を他方向への通電により発生可能であるコイルが設けられ、
このコイルには、モータの低速回転域では相隣なるティース間で発生する短絡磁束を抑制する磁束を該コイルが発生するように前記一方向への通電がなされ、またモータの高速回転域では、界磁弱め電流を要しない界磁弱め制御を可能として消費電力を節減するために、相隣なるティース間での磁束の短絡を促進する磁束を該コイルが発生するように前記他方向への通電がなされることを特徴とする３相ブラシレスモータ。