JP5229642B2 - モータ、および、それを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Description
このように、請求項1〜3に記載の発明は、いずれも、導線に流れる電流の向きと導線の周囲に形成される磁場の向きとに着目し、導線が形成する磁場が磁気センサの位置においてキャンセルされる構成を実現している。
請求項5に記載の発明では、第1の導線と第2の導線と第3の導線との組は、複数設けられている。すなわち、本発明は、複数系統からなる3相駆動方式のモータに適用した例を示すものである。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態によるモータを図1および2に示す。モータ1は、図示しない電動パワーステアリング装置に用いられ、運転者による操舵をアシストする。
ステータ20は、複数の突極21からなる。本実施形態では、6つの突極21が等間隔で環状をなすよう配置されてステータ20を構成している。突極21は、磁性材料の薄板を積層してなる積層鉄心23と、当該積層鉄心23に径方向から嵌合される筒状のインシュレータ24とを有している。各インシュレータ24には巻線22が巻回されている。突極21は、巻線22に電力が供給されると磁力を生じる。
モータケース70は、例えばアルミ等の金属により形成され、筒部71、隔壁72およびフレームエンド74を有している。筒部71は、略円筒状に形成されている。隔壁72は、筒部71の一方の端部を塞ぐようにして設けられている。フレームエンド74は、筒部71の他方の端部から径方向内側へ延びるように形成されることで、当該端部を塞いでいる。
電力変換器81は、複数のスイッチング素子82、当該スイッチング素子82に接続する端子83および制御端子84を有している。電力変換器81は、複数のスイッチング素子82、端子83および制御端子84を樹脂モールドすることにより板状に形成されている。電力変換器81は、シャフト40の軸方向、マグネット60から所定の距離離れた位置に、板厚方向をシャフト40の軸Axと同じくして設けられている。
各スイッチング素子82は、電源端子18に接続している。電源端子18は、図示しないバッテリに接続されている。また、各スイッチング素子82の端子83は、導線111、112、113、121、122および123を経由して、各巻線22に接続している(図2参照)。
図1〜3(A)に示すように、U相導線111(U1)、V相導線112(V1)、W相導線113(W1)、U相導線121(U2)、V相導線122(V2)およびW相導線123(W2)は、シャフト40の軸Axを中心とする仮想円Cに交わるとともに軸Axに対し平行に延びて制御装置80と巻線22とを接続するよう設けられている。
本実施形態では、V相導線112とV相導線122との組、および、W相導線113とW相導線123との組についても、U相導線111とU相導線121との組と同様、仮想円Cとの交点がなす弧の中心角が180°となるよう配置されている。
なお、本実施形態では、仮想円Cの周方向における各導線の間隔は、等間隔(60°)に設定されている。
図3(A)では、U相導線111およびU相導線121には、紙面奥から手前に向かって(シャフト40の軸Ax方向に)電流が流れていることを示している。V相導線112およびV相導線122、ならびに、W相導線113およびW相導線123には、紙面手前から奥に向かって(シャフト40の軸Ax方向に)電流が流れていることを示している。つまり、本実施形態では、U相導線111およびU相導線121のそれぞれに流れる電流の向きは、任意の時点において同じである。同様に、V相導線112およびV相導線122のそれぞれに流れる電流の向きは、任意の時点において同じである。さらに、W相導線113およびW相導線123のそれぞれに流れる電流の向きは、任意の時点において同じである。
このように、本実施形態では、第1の導線(U相導線111、V相導線112、W相導線113)および第2の導線(U相導線121、V相導線122、W相導線123)のそれぞれに流れる電流は、任意の時点における大きさおよび向きが同じである。
図3(B)に示すように、U相導線111に紙面奥から手前に向かう電流が流れると、U相導線111の周囲には、反時計回り方向の電流磁場が形成される。一方、U相導線121に紙面奥から手前に向かう電流が流れると、U相導線121の周囲にも、反時計回り方向の電流磁場が形成される。そのため、仮想円Cの中心(シャフト40の軸Ax)付近では、U相導線111が形成する電流磁場のベクトルVu1とU相導線121が形成する電流磁場のベクトルVu2とは、向きが逆になる。ここで、U相導線111およびU相導線121のそれぞれに流れる電流の大きさは任意の時点において同じなので、ベクトルVu1およびベクトルVu2の大きさは同じである。そのため、シャフト40の軸Ax上では、U相導線111およびU相導線121が形成する電流磁場がキャンセルされる。同様に、シャフト40の軸Ax上では、V相導線112およびV相導線122が形成する電流磁場、ならびに、W相導線113およびW相導線123が形成する電流磁場がキャンセルされる。
本発明の第2実施形態によるモータの導線の配置について図4に示す。第2実施形態は、物理的な構成は第1実施形態と同一であるが、制御装置80と巻線22とを接続する導線の配置等が第1実施形態と異なる。
U相導線111(U1)、V相導線112(V1)、W相導線113(W1)、U相導線121(U2)、V相導線122(V2)およびW相導線123(W2)は、シャフト40の軸Axを中心とする仮想円Cに交わるとともに軸Axに対し平行に延びて制御装置80と巻線22とを接続するよう設けられている。
本実施形態では、V相導線112とV相導線122との組、および、W相導線113とW相導線123との組についても、U相導線111とU相導線121との組と同様、仮想円Cとの交点がなす弧の中心角が0°となるよう配置されている。
なお、本実施形態では、仮想円Cの周方向における各導線組の間隔は、等間隔(120°)に設定されている。
図4(A)では、U相導線111、V相導線122およびW相導線123には、紙面奥から手前に向かって(シャフト40の軸Ax方向に)電流が流れていることを示している。U相導線121、V相導線112およびW相導線113には、紙面手前から奥に向かって(シャフト40の軸Ax方向に)電流が流れていることを示している。つまり、本実施形態では、U相導線111およびU相導線121のそれぞれに流れる電流の向きは、任意の時点において逆である。同様に、V相導線112およびV相導線122のそれぞれに流れる電流の向きは、任意の時点において逆である。さらに、W相導線113およびW相導線123のそれぞれに流れる電流の向きは、任意の時点において逆である。
このように、本実施形態では、第1の導線(U相導線111、V相導線112、W相導線113)および第2の導線(U相導線121、V相導線122、W相導線123)のそれぞれに流れる電流は、任意の時点における大きさが同じ、かつ、向きが逆である。
図4(B)に示すように、U相導線111に紙面奥から手前に向かう電流が流れると、U相導線111の周囲には、反時計回り方向の電流磁場が形成される。一方、U相導線121に紙面手前から奥に向かう電流が流れると、U相導線121の周囲には、時計回り方向の電流磁場が形成される。そのため、仮想円Cの中心(シャフト40の軸Ax)付近では、U相導線111が形成する電流磁場のベクトルVu1とU相導線121が形成する電流磁場のベクトルVu2とは、向きが逆になる。ここで、U相導線111およびU相導線121のそれぞれに流れる電流の大きさは任意の時点において同じなので、ベクトルVu1およびベクトルVu2の大きさは同じである。そのため、シャフト40の軸Ax上では、U相導線111およびU相導線121が形成する電流磁場がキャンセルされる。同様に、シャフト40の軸Ax上では、V相導線112およびV相導線122が形成する電流磁場、ならびに、W相導線113およびW相導線123が形成する電流磁場がキャンセルされる。
本発明の第3実施形態によるモータの導線の配置について図5に示す。第3実施形態は、物理的な構成は第1実施形態と同一であるが、制御装置80と巻線22とを接続する導線の配置等が第1実施形態と異なる。
U相導線111(U1)、V相導線112(V1)、W相導線113(W1)、U相導線121(U2)、V相導線122(V2)およびW相導線123(W2)は、シャフト40の軸Axに対し平行に延びて制御装置80と巻線22とを接続するよう設けられている。
図5(A)では、U相導線111およびV相導線112、ならびに、U相導線121およびV相導線122には、紙面奥から手前に向かって(シャフト40の軸Ax方向に)電流が流れていることを示している。W相導線113およびW相導線123には、紙面手前から奥に向かって(シャフト40の軸Ax方向に)電流が流れていることを示している。本実施形態のモータは3相ブラシレスモータである。そのため、U相導線111、V相導線112およびW相導線113のそれぞれに流れる電流の和は、任意の時点において0である。また、U相導線121、V相導線122およびW相導線123のそれぞれに流れる電流の和も、任意の時点において0である。
このように、本実施形態では、第1の導線(U相導線111、U相導線121)、第2の導線(V相導線112、V相導線122)および第3の導線(W相導線113、W相導線123)のそれぞれに流れる電流の和は、任意の時点において0である。
図5(B)に示すように、U相導線111およびV相導線112に紙面奥から手前に向かう電流が流れると、U相導線111およびV相導線112の周囲には、反時計回り方向の電流磁場が形成される。一方、W相導線113に紙面手前から奥に向かう電流が流れると、W相導線113の周囲には、時計回り方向の電流磁場が形成される。そのため、仮想円Cの中心(シャフト40の軸Ax)付近では、U相導線111が形成する電流磁場のベクトルVu1とV相導線112が形成する電流磁場のベクトルVv1とW相導線113が形成する電流磁場のベクトルVw1との和は、0になる。そのため、シャフト40の軸Ax上では、U相導線111、V相導線112およびW相導線113が形成する電流磁場がキャンセルされる。同様に、シャフト40の軸Ax上では、U相導線121、V相導線122およびW相導線123が形成する電流磁場がキャンセルされる。
上述の第1実施形態では、第1の導線および第2の導線がα=180の関係を満たすようにして配置される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、第1の導線および第2の導線は、厳密にα=180の関係を満たすようにして配置されていなくてもよい。αが概ね180であれば、磁気センサの位置において、第1の導線および第2の導線が形成する電流磁場をキャンセルする効果は得られる。つまり、αは、磁気センサが検出する回転角度が許容誤差範囲内となるよう設定されていればよい。
また、本発明のモータは、電動パワーステアリング装置に限らず、種々の装置または機器類に用いることができる。
12 ・・・・磁気センサ
20 ・・・・ステータ
22 ・・・・巻線
30 ・・・・ロータ
40 ・・・・シャフト
60 ・・・・マグネット
80 ・・・・制御装置
111 ・・・U相導線(第1の導線)
112 ・・・V相導線(第1の導線)
113 ・・・W相導線(第1の導線)
121 ・・・U相導線(第2の導線)
122 ・・・V相導線(第2の導線)
123 ・・・W相導線(第2の導線)
Claims (6)
- 複数の巻線が巻回されるステータと、
前記ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータと、
前記ロータと同軸に設けられ、前記ロータとともに回転するシャフトと、
前記シャフトの一端に設けられ、前記ロータおよび前記シャフトとともに回転するマグネットと、
前記マグネットと対向するよう前記シャフトの軸方向に設けられ、前記マグネットが発生する磁気を検出することで前記ロータの回転角度を検出する磁気センサと、
前記磁気センサで検出した前記ロータの回転角度に基づき前記巻線に供給する電力を制御する制御装置と、
前記シャフトの軸を中心とする仮想円に交わるとともに前記軸に対し平行に延びて前記制御装置と前記複数の巻線のそれぞれとを接続するよう設けられ、前記巻線に供給される電流が流れる第1の導線および第2の導線と、を備え、
前記第1の導線および前記第2の導線のそれぞれに流れる電流は、任意の時点における大きさおよび向きが同じであり、
前記仮想円と前記第1の導線および前記第2の導線とのそれぞれの交点をp1およびp2とし、前記仮想円の弧p1p2の中心角をα(°)とすると、
前記第1の導線および前記第2の導線は、α=180の関係を満たすようにして配置されていることを特徴とするモータ。 - 複数の巻線が巻回されるステータと、
前記ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータと、
前記ロータと同軸に設けられ、前記ロータとともに回転するシャフトと、
前記シャフトの一端に設けられ、前記ロータおよび前記シャフトとともに回転するマグネットと、
前記マグネットと対向するよう前記シャフトの軸方向に設けられ、前記マグネットが発生する磁気を検出することで前記ロータの回転角度を検出する磁気センサと、
前記磁気センサで検出した前記ロータの回転角度に基づき前記巻線に供給する電力を制御する制御装置と、
前記シャフトの軸を中心とする仮想円に交わるとともに前記軸に対し平行に延びて前記制御装置と前記複数の巻線のそれぞれとを接続するよう設けられ、前記巻線に供給される電流が流れる第1の導線および第2の導線と、を備え、
前記第1の導線および前記第2の導線のそれぞれに流れる電流は、任意の時点における大きさが同じ、かつ、向きが逆であり、
前記仮想円と前記第1の導線および前記第2の導線とのそれぞれの交点をp1およびp2とし、前記仮想円の弧p1p2の中心角をα(°)とすると、
前記第1の導線および前記第2の導線は、互いに当接することでα=0の関係を満たすようにして配置されていることを特徴とするモータ。 - 複数の巻線が巻回されるステータと、
前記ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータと、
前記ロータと同軸に設けられ、前記ロータとともに回転するシャフトと、
前記シャフトの一端に設けられ、前記ロータおよび前記シャフトとともに回転するマグネットと、
前記マグネットと対向するよう前記シャフトの軸方向に設けられ、前記マグネットが発生する磁気を検出することで前記ロータの回転角度を検出する磁気センサと、
前記磁気センサで検出した前記ロータの回転角度に基づき前記巻線に供給する電力を制御する制御装置と、
前記シャフトの軸を中心とする仮想円の接線に交わるとともに前記軸に対し平行に延びて前記制御装置と前記巻線とを接続するよう設けられ、前記巻線に供給される電流が流れる第1の導線と、
前記仮想円と前記接線との接点に交わるとともに前記軸に対し平行に延びて前記制御装置と前記巻線とを接続するよう設けられ、前記巻線に供給される電流が流れる第2の導線と、
前記接点に対し前記接線と前記第1の導線との交点とは反対側で前記接線に交わるとともに前記軸に対し平行に延びて前記制御装置と前記巻線とを接続するよう設けられ、前記巻線に供給される電流が流れる第3の導線と、を備え、
前記第1の導線、前記第2の導線および前記第3の導線のそれぞれに流れる電流の和は、任意の時点において0であり、
前記接線と前記第1の導線、前記第2の導線および前記第3の導線とのそれぞれの交点をp1、p2およびp3とし、p1とp2との距離をd1、p2とp3との距離をd2とすると、
前記第1の導線、前記第2の導線および前記第3の導線は、互いに当接することでd1=d2=0の関係を満たすようにして配置されていることを特徴とするモータ。 - 前記第1の導線と前記第2の導線との組は、複数設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のモータ。
- 前記第1の導線と前記第2の導線と前記第3の導線との組は、複数設けられていることを特徴とする請求項3に記載のモータ。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータを用いた電動パワーステアリング装置。
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