JP6640471B2

JP6640471B2 - インピーダンス測定装置、およびインピーダンス測定方法

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Publication number: JP6640471B2
Application number: JP2015099972A
Authority: JP
Inventors: 哲郎越沢
Original assignee: Mitsuba Corp
Current assignee: Mitsuba Corp
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2035-05-15
Also published as: JP2016220311A

Description

本発明は、電圧が印加されるモータのインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置、およびインピーダンス測定方法に関する。

従来、電圧が印加されるモータのインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置が知られており、その例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたインピーダンス測定装置は、商用電源の電圧をモータに印加する至る経路に設けた給電回路と、モータと給電回路とを接続及び遮断する第１スイッチと、第１スイッチとモータとの間におけるインピーダンスを測定して信号を出力する測定回路と、モータと測定回路との間を接続及び遮断する第２スイッチと、給電回路及び第１スイッチ及び第２スイッチを制御し、かつ、測定回路から出力された信号が入力されるコントローラと、を有する。

特許文献１に記載されたインピーダンス測定装置は、第１スイッチを接続し、かつ、第２スイッチを遮断した状態で、給電回路からモータに通電する通電試験を行う。モータのインピーダンスを測定する場合は、第１スイッチを遮断し、かつ、第２スイッチを接続した状態で、測定回路がモータのインピーダンスを測定する。

特許文献１には、モータの具体的な構造は記載されていないが、電圧が印加されるモータは、例えば、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載されたモータは、３相６極式のブラシレスモータであり、ブラシレスモータは、ステータコア及びロータ及びコントローラを有する。ステータコアは、３つの相に分けて結線された複数のコイル部を備えており、ロータは６つの磁極を形成する永久磁石を有する。また、コントローラは、その出力端子が，３相、つまり、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を形成する複数のコイル部に接続されており、電源から入力された電力をそれぞれのコイル部に供給する。

そして、コントローラは、３相のコイルのうち２つの相のコイルに対する通電状態を順次切り換える、すなわち転流を繰り返すことにより、複数のコイル部と永久磁石とを回転方向に向けて吸引及び反発させて、ロータに回転力を生じさせる。

特開２００８−２９２３５７号公報特開２００３−２３５２０１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたインピーダンス測定装置では、特許文献２に記載されている複数のコイル部を有するモータに関する記述がなく、改善の余地があった。

本発明の目的は、複数のコイル部を有するモータのインピーダンスを測定可能なインピーダンス測定装置、およびインピーダンス測定方法を提供することにある。

本発明は、モータのステータを支持する支持部と、前記支持部に取り付けられた磁界検出部と、を備え、電圧が印加されるモータのインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、前記ステータは、環状のステータコアと、前記ステータコアに設けた複数のコイル部と、前記ステータコアの外周面に設けられた位置決め孔と、を有し、前記支持部は、非磁性体で成形されており、前記支持部は、前記ステータを配置する環状の凹部と、前記凹部から突出し、かつ、外周面の形状が円形のマウント部と、備え、前記磁界検出部は、前記マウント部の円周方向に複数配置され、前記複数の磁界検出部は、前記複数のコイル部が形成する磁界をそれぞれ別々に検出し、かつ、検出結果に応じた信号をそれぞれ別々に出力し、前記複数の磁界検出部からそれぞれ出力される信号を処理して、前記複数のコイル部におけるインピーダンスをそれぞれ測定する信号処理部と、前記凹部の底面から突出し、かつ、前記位置決め孔に挿入されて前記ステータを前記支持部に対して前記円周方向に位置決めすることにより、前記複数の磁界検出部を前記複数のコイル部に対して前記円周方向に位置決めする位置決めピンと、を有する。

本発明は、前記複数のコイル部を同一円周上に配置した環状のコイルユニットを支持する支持部が設けられ、前記複数の磁界検出部は、前記支持部に設けられ、かつ、互いに同一円周上に配置されている。

本発明の前記支持部は、前記複数のコイル部と前記複数の磁界検出部とを位置決めする位置決め機構を備えている。

本発明の前記位置決め機構は、前記複数のコイル部と前記複数の磁界検出部とを、前記コイルユニットの中心線方向に位置決めする。

本発明の前記位置決め機構は、前記複数のコイル部と前記複数の磁界検出部とを、前記コイルユニットの円周方向に位置決めする。

本発明の前記位置決め機構は、前記コイルユニットの円周方向で、前記複数のコイル部の配置位置と前記複数の磁界検出部の配置とを重ねて位置決めする。

本発明の前記位置決め機構は、前記複数のコイル部と前記複数の磁界検出部とを、前記コイルユニットの径方向に位置決めする。

本発明の前記位置決め機構は、前記コイルユニットの径方向で、前記複数の磁界検出部を前記複数のコイル部の内側端に位置決めする。
本発明の前記複数の磁界検出部は、前記支持部に埋められている。

また、本発明は、電圧が印加されるモータのステータの複数のコイル部のそれぞれのインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、凹部及び外周面形状が円形のマウント部を有する支持部の前記凹部に、環状のステータコアを有するステータを配置し、前記凹部の底面から突出した位置決めピンを、前記ステータコアの外周面に設けられた位置決め孔に挿入して、前記ステータを前記マウント部の円周方向に位置決めすることにより、前記マウント部に前記円周方向に配置された複数の磁界検出部を前記複数のコイル部に対して前記円周方向に位置決めするステップと、前記複数の磁界検出部により、前記複数のコイル部が形成する磁界をそれぞれ別々に検出し、かつ、検出結果に応じた信号をそれぞれ別々に出力する複数の磁界検出ステップと、前記複数の磁界検出部からそれぞれ出力される信号を処理して、前記複数のコイル部におけるインピーダンスをそれぞれ測定する信号処理ステップと、を有する、インピーダンス測定方法。

本発明は、複数のコイル部におけるインピーダンスを別々に測定できる。

インピーダンス測定装置の測定対象であるモータの構造例を示す断面図である。（Ａ），（Ｂ）は、本発明のインピーダンス測定装置の斜視図である。（Ａ）は、本発明のインピーダンス測定装置の模式的な縦断面図、（Ｂ）は、本発明のインピーダンス測定装置の模式的な平面図である。本発明のインピーダンス測定装置を説明するブロック図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、インピーダンス測定装置の測定対象としてのモータの構造例である。図１に示すモータ１０は、ブラシレスモータであり、ここでは、３相６極式のブラシレスモータを例として説明する。モータ１０は、金属製のハウジング１１と、ハウジング１１内に設けたステータ１２と、ハウジング１１に対して回転可能に設けられたロータ１３と、を有する。ハウジング１１内に円筒形状のカラー１４が固定されており、ステータ１２はカラー１４に取り付けられている。ステータ１２は、界磁の役割を果たす要素であり、ステータ１２は、環状のステータコア１５と、ステータコア１５に円周方向に設けた複数、例えば、１８個のコイル部１６と、を有する。

ステータコア１５は、磁性体、例えば、鋼製または鉄製である。１８個のコイル部１６は、中心線Ａ１を中心とする同一円周上に間隔をおいて配置されている。ステータコア１５の円周方向に１８個のティース１７が設けられている。ティース１７は、ステータコア１５の径方向で内側に向けて突出し、かつ、円周方向に一定のピッチで配置されている。複数のコイル部１６は、各ティース１７に通電用の導線１８を巻いて形成されている。各コイル部１６は、３相、つまり、Ｕ相用、Ｖ相用、Ｗ相用の各端子を介して電源に接続される。電源は、直流電源または交流電源の何れでもよいが、本実施形態では、インバータ回路を介して直流電源に接続されているものとする。

ロータ１３は、ステータ１２の径方向で、ステータ１２の内側に配置されている。つまり、図１に示すモータ１０は、インナロータ形のモータである。ロータ１３は、シャフト１９と、シャフト１９の外周面に固定されたロータコア２０と、を有する。ロータコア２０は環状であり、ロータコア２０には、回転方向に間隔をおいて永久磁石が複数取り付けられている。永久磁石は、界磁の役割を果たす要素であり、６つの磁極が、Ｎ極とＳ極とを交互に３個ずつ隣り合わせに配置されている。

さらに、シャフト１９を回転可能に支持する２個の軸受２１が設けられている。さらに、位相検出センサが設けられている。位相検出センサは、永久磁石により形成される磁界を検出して信号を出力する。さらに、複数のコイル部１６に電圧を印加するコントローラが設けられている。そして、コントローラは、位相検出センサの信号を処理して、ロータ１３の回転方向の位相及び回転数を検出する。コントローラは、ロータ１３の回転方向の位相の検出結果に基づいて、予め定めた順序で複数のコイル部１６へ電圧を印加する。すると、複数のコイル部１６と永久磁石とにより回転磁界が形成され、ロータ１３が中心線Ａ１を中心として回転する。

図２（Ａ），（Ｂ）、図３（Ａ），（Ｂ）、図４は、モータ１０のインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置２２を示している。インピーダンス測定装置２２は、支持部２３と、支持部２３に取り付けた磁界検出器２４と、磁界検出器２４から出力された信号が転送されるバッファ回路２５と、バッファ回路２５から出力された信号を変換する信号変換回路２６と、信号変換回路２６から出力された信号を処理する信号処理回路２７と、を有する。

支持部２３は、非磁性体、例えば、合成樹脂で一体成形されている。支持部２３は、凹部２８と、凹部２８の中央に配置されたマウント部２９と、を有する。凹部２８は、支持部２３を平面視すると環状であり、支持部２３を平面視すると、マウント部２９の外周面の形状は円形である。マウント部２９の外径、つまり、凹部２８の内径は、ロータコア２０の外径よりも大きい。また、凹部２８の外径、つまり、外周面２８Ａの直径は、ステータ１２の外径よりも大きい。凹部２８の内径及び外径は、測定対象となるステータ１２の内径及び外径に合わせて設定されている。マウント部２９は、凹部２８の底面３０から突出しており、マウント部２９の高さは、凹部２８の深さよりも小さい。さらに、底面３０から突出する位置決めピン３０Ａが、１本設けられている。位置決めピン３０Ａは、ステータ１２を円周方向に位置決めする要素である。

ステータ１２を凹部２８に配置すると、マウント部２９が、ステータ１２に接触した状態でステータ１２を支持する。全てのティース１７が、マウント部２９の表面に接触することで、ステータ１２は、支持部２３に対して中心線Ａ１方向に位置決めされる。このため、各コイル部１６と、各磁界検出器２４とが、中心線Ａ１方向に位置決めされる。

ステータコア１５の外周面に、円周方向に間隔をおいて複数個、例えば、３個の突起１５Ａが設けられている。３個の突起１５Ａの外接円は、凹部２８の外径と略同じである。３個の突起１５Ａは、凹部２８の外周面２８Ａに接触し、ステータ１２は、支持部２３に対して径方向に位置決めされる。このため、ステータ１２の中心と、マウント部２９の中心とが同軸に配置される。３個の突起１５Ａを中心線Ａ１方向に貫通する位置決め孔１５Ｂが設けられている。

そして、ステータ１２を支持部２３で支持する際に、位置決めピン３０Ａを位置決め孔１５Ｂへ挿入することで、ステータ１２は、支持部２３に対して円周方向に位置決めされる。このため、各磁界検出器２４は、各コイル部１６に対して円周方向で、それぞれ個別に位置決めされる。位置決め孔１５Ｂは、ステータコア１５をハウジング１１へ固定するためのねじ孔であってもよい。

マウント部２９に磁界検出器２４が複数個埋められている。磁界検出器２４は、マウント部２９の円周方向に一定のピッチで配置されている。１８個の磁界検出器２４が配置されているピッチは、１８個のコイル部１６が配置されているピッチと同じである。さらに、１８個の磁界検出器２４は、図３のように、ステータ１２の径方向で、各コイル部１６の内側端にそれぞれ位置決めされている。なお、図３（Ｂ）では、磁界検出器２４及びコイル部１６は、便宜上、８個示してある。

全ての各磁界検出器２４の一部は、マウント部２９の表面２９Ａにそれぞれ露出している。表面２９Ａは平坦であり、ステータ１２をマウント部２９に載せると、表面２９Ａは、ステータ１２の中心線Ａ１に対して垂直となる。磁界検出器２４は、コイル部１６と同じ個数、つまり、１８個設けられている。磁界検出器２４は、例えば、磁気抵抗素子を用いることができる。磁気抵抗素子は、磁界の強度に応じて抵抗値が変化し、その抵抗値に応じた信号を出力する。

バッファ回路２５は、論理値の電圧を補正し、誤入力を防ぐための要素である。信号変換回路２６は、バッファ回路２５から出力された信号を、信号処理回路２７で処理可能な信号に関する要素である。信号処理回路２７は、信号変換回路２６から入力される信号を処理して、被検査物、つまり、１８個のコイル部１６におけるインピーダンスを、１個毎に別々に検出する要素である。

さらに、各導線１８は電源に接続され、電源と各導線１８との間にインバータ回路が設けられる。作業者は、ステータ１２を凹部２８へ置き、インピーダンスを測定する操作を行う。作業者が操作を行うと、コントローラは、インバータ回路のスイッチング素子を制御し、導線１８へ電圧を印加する。磁界検出器２４は、１８個のコイル部１６におけるインピーダンスを、それぞれ１個毎に別個に測定して信号を出力する（磁界検出ステップ）。各磁界検出器２４は、各コイル部１６におけるインピーダンスをそれぞれ測定するための信号処理回路２７によって各磁界検出器２４からそれぞれ出力される信号を処理して、インダクタを用いて各コイル部１６との相互インダクタンスとして検出動作を行い、検出結果に基づいて信号を出力する（信号処理ステップ）。

上記の磁界検出ステップにおいて、１８個のコイル部１６におけるインピーダンスを１個毎に測定する処理は、複数個のコイル部１６について同時に測定する処理、または、全部のコイル部１６について順番に測定する処理のいずれでもよい。また、信号処理ステップにおいて、各コイル部１６の検出結果に基づいて信号を出力する処理は、複数個のコイル部１６について同時に信号を出力する処理、または、全部のコイル部１６について順番に信号を出力する処理のいずれでもよい。

したがって、インピーダンス測定装置２２は、各コイル部１６毎に性能、導線１８の巻き状態の良否を、高精度に判断、検査することができる。つまり、製造ラインで組み立てられたステータ１２のインピーダンスを、インピーダンス測定装置２２を用いて測定すれば、製造ラインへのフィードバック、品質保証を行うことができる。例えば、各コイル部１６における導線１８の巻き状態を調整して、各コイル部１６の特性を同じにすることで、磁気音、トルク変動が少ないモータ１０の生産が可能である。

さらに、インピーダンス測定装置２２は、複数の磁界検出器２４を、ステータ１２の複数のコイル部１６に対して、中心線Ａ１に沿った方向、ステータ１２の円周方向、ステータ１２の径方向において、位置決めする。具体的には、各コイル部１６で形成される磁界の強度が最も大きくなる位置に、各磁界検出器２４を配置できる。したがって、インピーダンス測定装置２２は、インピーダンスの測定精度が向上する。

また、ステータ１２を支持部２３で支持すると、ステータ１２の径方向で、複数のコイル部１６の配置位置と、複数の磁界検出器２４の配置位置とが重なる。したがって、支持部２３を径方向に小型化できる。

さらに、ステータ１２を支持部２３で支持すると、図３（Ａ）のように、複数のコイル部１６と、複数の磁界検出器２４とが、中心線Ａ１方向に並べて配置される。したがって、支持部２３を径方向に小型化できる。

さらに、磁界検出器２４はマウント部２９へ埋められており、マウント部２９は、ステータコア１５に接触する。このため、支持部２３がステータ１２を支持するにあたり、磁界検出器２４が邪魔にならず、ステータ１２がガタつくことを回避できる。したがって、インピーダンスの測定精度の低下を抑制できる。

さらに、ステータ１２の径方向で、磁界検出器２４は、コイル部１６の内側端に配置されている。したがって、支持部２３を径方向に小型化することができる。

さらに、位置決めピン３０Ａは挿入される位置決め孔１５Ｂが、ステータコア１５をハウジング１１へ固定するねじ孔であれば、ステータ１２をマウント部２９に対して円周方向に位置決めするために、ステータコア１５に専用の位置決め孔を設けずに済む。

本実施形態で説明した事項と、本発明の構成との対応関係を説明すると、コイル部１６が、本発明のコイル部に相当し、磁界検出器２４が、本発明の磁界検出部に相当し、信号処理回路２７が、本発明の信号処理部に相当し、ステータ１２が、本発明のコイルユニットに相当し、支持部２３が、本発明の支持部に相当する。マウント部２９、外周面２８Ａ、位置決めピン３０Ａが、本発明の位置決め機構に相当する。

また、マウント部２９は、本発明の「コイル部と磁界検出部とを、コイルユニットの中心線方向に位置決めする位置決め機構」に相当する。位置決めピン３０Ａは、本発明の「コイル部と磁界検出部とを、コイルユニットの円周方向に位置決めする位置決め機構」に相当し、かつ、「コイルユニットの円周方向で、コイル部の配置位置と磁界検出部の配置とを重ならせる位置決め機構」に相当する。外周面２８Ａは、本発明の「コイル部と磁界検出部とを、コイルユニットの径方向に位置決めする位置決め機構」に相当し、かつ、本発明の「コイルユニットの径方向で、磁界検出部をコイル部よりも内側に位置決めする位置決め機構」に相当する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、前記実施の形態においては、凹部２８の底面３０にマウント部２９を設け、マウント部２９に磁界検出器２４を設けているが、マウント部２９を設けることなく、底面３０に磁界検出器２４を配置してもよい。また、磁界検出器２４は、径方向でコイル部１６の最も外側に位置するように、支持部２３に配置してもよい。

本発明のインピーダンス測定装置は、ステータが径方向で内側に配置され、ロータがステータよりも外側に配置されている構造のアウタロータ形のモータのインピーダンス測定に用いることも可能である。さらに、ロータに複数のコイル部が形成され、ステータに永久磁石が取り付けられているブラシ付きモータのインピーダンス測定に用いることも可能である。つまり、複数のコイル部は、ステータまたはロータの何れに取り付けられていてもよい。また、本発明において、複数の磁界検出部の数は、複数のコイル部の数に合わせて設ければよい。さらに、本発明におけるインピーダンス測定装置の測定対象は、ブラシレスモータ、ブラシ付きモータ、誘導モータ、リラクタンスモータ等の何れでもよい。本発明のインピーダンス測定装置は、インピーダンス測定治具として把握することも可能である。

１０モータ
１１ハウジング
１２ステータ
１３ロータ
１４カラー
１５ステータコア
１５Ａ突起
１５Ｂ位置決め孔
１６コイル部（被検査物）
１７ティース
１８導線
１９シャフト
２０ロータコア
２１軸受
２２インピーダンス測定装置
２３支持部
２４磁界検出器
２５バッファ回路
２６信号変換回路
２７信号処理回路
２８凹部
２８Ａ外周面
２９マウント部
２９Ａ表面
３０底面
３０Ａ位置決めピン
Ａ１中心線

Claims

モータのステータを支持する支持部と、前記支持部に取り付けられた磁界検出部と、を備え、電圧が印加されるモータのインピーダンスを測定するインピーダンス測定装置であって、
前記ステータは、
環状のステータコアと、
前記ステータコアに設けた複数のコイル部と、
前記ステータコアに設けられた位置決め孔と、
を有し、
前記支持部は、非磁性体で成形されており、前記支持部は、前記ステータを配置する環状の凹部と、前記凹部から突出し、かつ、外周面の形状が円形のマウント部と、備え、
前記磁界検出部は、前記マウント部の円周方向に複数配置され、前記複数の磁界検出部は、前記複数のコイル部が形成する磁界をそれぞれ別々に検出し、かつ、検出結果に応じた信号をそれぞれ別々に出力し、
前記複数の磁界検出部からそれぞれ出力される信号を処理して、前記複数のコイル部におけるインピーダンスをそれぞれ測定する信号処理部と、
前記凹部の底面から突出し、かつ、前記位置決め孔に挿入されて前記ステータを前記支持部に対して前記円周方向に位置決めすることにより、前記複数の磁界検出部を前記複数のコイル部に対して前記円周方向に位置決めする位置決めピンと、
を有する、インピーダンス測定装置。
請求項１記載のインピーダンス測定装置において、
前記マウント部は、前記複数のコイル部と前記複数の磁界検出部とを、前記ステータの中心線方向に位置決めする、インピーダンス測定装置。
請求項１記載のインピーダンス測定装置において、
前記位置決めピンは、前記円周方向で、前記複数のコイル部の配置位置と前記複数の磁界検出部の配置位置とを重ねて位置決めする、インピーダンス測定装置。
請求項１または２記載のインピーダンス測定装置において、
前記凹部の外周面は、前記複数のコイル部と前記複数の磁界検出部とを、前記ステータの径方向に位置決めする、インピーダンス測定装置。
請求項４記載のインピーダンス測定装置において、
前記凹部の外周面は、前記ステータの径方向で、前記複数の磁界検出部を前記複数のコイル部の内側端に位置決めする、インピーダンス測定装置。
請求項１〜５のいずれか１項記載のインピーダンス測定装置において、
前記複数の磁界検出部は、前記支持部に埋められている、インピーダンス測定装置。
電圧が印加されるモータのステータの複数のコイル部のそれぞれのインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法であって、
凹部及び外周面形状が円形のマウント部を有する支持部の前記凹部に、環状のステータコアを有するステータを配置し、前記凹部の底面から突出した位置決めピンを、前記ステータコアの外周面に設けられた位置決め孔に挿入して、前記ステータを前記マウント部の円周方向に位置決めすることにより、前記マウント部に前記円周方向に配置された複数の磁界検出部を前記複数のコイル部に対して前記円周方向に位置決めするステップと、
前記複数の磁界検出部により、前記複数のコイル部が形成する磁界をそれぞれ別々に検出し、かつ、検出結果に応じた信号をそれぞれ別々に出力する複数の磁界検出ステップと、
前記複数の磁界検出部からそれぞれ出力される信号を処理して、前記複数のコイル部におけるインピーダンスをそれぞれ測定する信号処理ステップと、
を有する、インピーダンス測定方法。