JP6650336B2

JP6650336B2 - 回転電機

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Publication number: JP6650336B2
Application number: JP2016090040A
Authority: JP
Inventors: 一農田子; 金澤　宏至; 宏至金澤; 英樹北村; 中山　賢治; 賢治中山
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2036-04-28
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Description

本発明は、永久磁石式集中巻ブラシレスモータおよびこれを用いた電動パワーステアリング装置などの自動車用電動補機システムに関する。

電動化による油圧の代替や、ハイブリッド自動車、電気自動車の市場拡大の流れを受けて、電動パワーステアリング（以下、EPS）装置の装着率が急速に増大している。

EPS装置では、電気モータがステアリングホイール操作をアシストすることから、運転者はステアリングホイールを介して、モータのトルク脈動を手に感じることになる。このため、EPS用モータでは、コギングトルクをモータによるアシストトルクの1/1000程度に、トルク脈動をアシストトルクの１％程度に小さくする必要がある。

さらに、近年、アイドリングストップやブレーキなどの運転操作の一部を自動化する機能を搭載した車の普及を背景に、運転快適性の向上とともに車室内の静音化が進展している。この結果、車室内騒音の低減の観点から、EPS装置などの電装品に対して低振動、低騒音が求められている。また、同時に、モータを含めた装置価格の低減が求められている。

車室内の振動、騒音に繋がるモータ起因の加振源としては、モータによるトルクの変動成分（コギングトルクやトルク脈動）と、モータの固定子と回転子の間に発生する電磁加振力がある。前者は、モータの出力軸を介して、後者によるモータの振動エネルギーは、EPS装置の機械部品などを介して、車室内へ伝搬する。これらが放射音として車室内で放射され、騒音になる。EPS装置以外の電装品に関しても同様のメカニズムで車室内の騒音が発生する。

モータの価格は、磁石、巻線などの材料の費用と製造に伴う費用からなる。このため、高出力密度で、出力の対サイズ、対磁石質量の比が大きく、材料費用を抑制できるモータであることが望ましい。また、製造が容易で、必要なマンパワー、製造装置が少なくて済むモータが望ましい。

モータをEPS装置に用いる際の得失を以下に簡略に述べる。分布巻方式では、コギングトルクやトルク脈動を小さくでき、電磁加振力の空間次数を大きくして振動を小さくできるが、集中巻方式に比べて複雑で軸方向サイズが大きく、製造コストが高いことが知られている。

また、集中巻方式では、モータの極数とスロット数の比を10：12もしくは14：12となるようにすると、回転次数が高いためにコギングトルクやトルク脈動を低減できるが、電磁加振力は空間次数が２次であるため振動が問題になることが知られている。また、極数とスロット数の比が8：12のモータでは、電磁加振力の空間次数が４次で振動は小さいが、コギングトルクやトルク脈動を低減する技術が課題になることが知られている。

これに対して、モータの極数とスロット数の比が14：18の集中巻方式モータの特徴を、以下に、文献を引用して説明する。例えば特開昭62−110468（以下、特許文献１）や特開平9-172762（以下、特許文献２）に記載のように、巻線係数が0.902であり、8：12のモータより大きく出力密度が高いこと、コギングトルクの次数が126で小さいことが記載されている。

また、非特許文献１には、前記の巻線係数0.902のモータの３相巻線の配置が記載されており、３相の結線をすれば、巻線係数0.902のモータを構成できることが記載されている。この結線は、３相のうちの１つの相の巻線に関して、６直列、３直列２並列、２直列３並列、６並列のいずれかで構成してよい。

ここで、巻線は、回転軸方向に積層された固定子コアのティースに巻回されている。電源もしくは中性点への口出し線と、複数ティースを直列巻する時の隣接より遠くのティースへ渡るための渡り線は、ティースの軸方向端部に巻線の端部として配置される。

特許文献３及び特許文献４には、前記の非特許文献１に記載の３相巻線の配置で、口出し線と、渡り線が、回転軸方向の同じ側の巻線端部に配置されている例が記載されている。

特許文献５には、前記の非特許文献１に記載の３相巻線の配置で、口出し線と、渡り線が、回転軸方向の同じ側の巻線端部に配置されている例が記載されているとともに、空間２次の電磁加振力が極数とスロット数の比を10：12のモータと比べて小さいことが記載されている。

14極18スロットモータでは、３相のうちの１つの相の巻線を、６直列、３直列２並列、２直列３並列、６並列のいずれかで構成してよいが、６直列、３直列２並列が通常用いられる。このとき、前記の特許文献３、特許文献４、特許文献５のように口出し線と渡り線を同じ巻線端部に配置する構成では、口出し線６本から１２本を接続する作業と、隣接より遠くのティースへの渡り線６本から１８本を接続するかまたは巻線端部へ収納する作業が必要となり、同じ巻線端部ではスペースが限られるため、前記の作業を実施する際の手順の複雑さと追加部材による製造コストの増加が問題になる。

前記の先行技術において、口出し線と渡り線が、回転軸の同じ側に配置されているのは、各ティースの巻回数を整数としているためである。巻回数が整数のとき、巻き初めの巻線端部と巻き終わりの巻線端部は同じ側になる。

一方、巻回数が半整数のとき、巻き初めの巻線端部と巻き終わりの巻線端部は逆側になる。また、通常、各ティースの巻回数を同一とするが、２本のティースを直列巻する時は、巻回数を半整数にすると、口出し線と、隣接より遠くのティースへの渡り線を、逆側の巻線端部に配置できる。

しかし、巻回数を半整数にして直列巻する時は、３本以上の奇数本ティースの場合、口出し線が両側の巻線端部に配置される。また、巻回数を半整数にして直列巻する時は、３本以上のティースの場合、隣接より遠くのティースへの渡り線が部分的に口出し線と同じ側の巻線端部に配置される。このため、巻線に関わる製造作業が煩雑になる。

また、ティースごとに巻回数を変える場合、３相の起磁力のバランスを崩さず、トルク変動の悪化を起こさない工夫が必要である。このため、３本以上のティースを直列巻する時は、整数の同一巻回数が最も判りやすい構成である。しかし、製造コスト低減のためには、モータ特性を損なうことなく、効率よく、巻線製造作業ができる巻線の構成と方法が求められている。

特開昭62-110468 特開平9-172762 DE 10 2011 078 157 A1_2013.01.03 DE 10 2011 084 716 A1_2013.04.18 WO2013-080374A1_20130612

International Conferences on Electrical Machines、 September 2004、F. Libert、 J. Soulard、 "Investigation on Pole-Slot Combinations for Permanent-Magnet Machines with Concentrated Windings、"

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、集中巻ブラシレスモータにおいて、巻線に関わる製造作業を効率化することを課題とする。

前記の課題は、集中巻固定子と永久磁石式回転子を備えるブラシレスモータにおいて、口出し線に接続されるティースの巻線の巻回数を半整数とし、あるいは、口出し線に接続されるティースの巻線に隣接して接続される巻線がある場合はそれらの合計巻回数を半整数とし、前記の口出し線に接続されるティースの巻線あるいはそれに隣接して接続されるティースの巻線とは渡り線で隣接より遠くに接続されるティースの巻線の巻回数を、あるいは、前記の渡り線で隣接より遠くに接続されるティースの巻線に隣接して接続されるティースの巻線の合計巻回数を、整数とするように巻回された固定子巻線により解決できる。

その他の解決手段は、実施形態において適宜記載する。

本発明によれば、口出し線と、隣接より遠くのティースへの渡り線とを、軸方向逆側の巻線端部に配置することができるので、巻線に関わる製造作業を効率化できる効果がある。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

14極18スロット永久磁石型集中巻モータの固定子の回転軸に垂直な断面の正面図。固定子巻線の相配置を含む。本発明の実施形態１を示す図で、固定子巻線間の接続と口出し線及び渡り線への接続と配置を説明する図。本発明の実施形態１を示す図で、渡り線の干渉を避けて固定子を製造する手順例を説明する図。本発明の実施形態１を示す図で、渡り線の干渉を避けて固定子を製造する手順例を説明する図。本発明の実施形態１を示す図で、２並列Ｙ結線接続を説明する図。本発明の実施形態１を示す図で、２並列Δ結線接続を説明する図。本発明の実施形態１を示す図で、直列Ｙ結線接続を説明する図。本発明の実施形態１を示す図で、直列Δ結線接続を説明する図。本発明の実施形態２を示す図で、固定子巻線間の接続と口出し線及び渡り線への接続と配置を説明する図。本発明の実施形態２を示す図で、渡り線の干渉を避けて固定子を製造する手順例を説明する図。本発明の実施形態２を示す図で、渡り線の干渉を避けて固定子を製造する手順例を説明する図。本発明の実施形態３を示す図で、固定子巻線間の接続と口出し線及び渡り線への接続と配置を説明する図。本発明の実施形態３を示す図で、渡り線の干渉を避けて固定子を製造する手順例を説明する図。本発明の実施形態４を示す図で、固定子巻線間の接続と口出し線及び渡り線への接続と配置を説明する図。本発明の実施形態４を示す図で、渡り線の干渉を避けて固定子を製造する手順例を説明する図。本発明の実施形態４を示す図で、トルクの計算結果を説明する図。本発明の実施形態４を示す図で、トルクリップルの計算結果を説明する図。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図面において、同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

なお、本実施例のEPS装置向け永久磁石式ブラシレスモータは、その他の自動車用電動補機装置へも適用可能である。さらには、低振動化が好ましい産業用のブラシレスモータ全般にも適用可能である。

以下では、巻線係数0.902の14極18スロットモータを例にとり、図を用いて説明する。巻回されたティースの相と巻回方向（もしくは電流方向）は、図１に示すようになる。図１に示すように、１８スロットの固定子を構成するティースに記号を付けて区別する。ディースの記号の付け方は、反時計まわりの方向に隣接して並ぶ順に、T1、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6、 T7、 T8、 T9、 T10、 T11、 T12、 T13、 T14、 T15、 T16、 T17、 T18のように示す。前記の各ティースに巻回される巻線は、それぞれ、U1a、 V1a、 V2b、 W1b、 U2b、 U3a、 V3a、 W2a、 W3b、 U4b、 V4b、 V5a、 W4a、 U5a、 U6b、 V6b、 W5b、 W6aのように、記号を付けて区別する。U、V、Wの記号はU相、V相、W相を表し、数字は各相がティースの並びに沿って何個目に現れるかを表し、aとbは巻回方向（または電流方向）の順逆を表す。
６０°毎の回転対称の位置にある巻線の組：U1a、 W1b、 V3a、 U4b、 W4a、 V6bを組Ａとする。６０°毎の回転対称の位置にある巻線の組：V1a、 U2b、 W2a、 V4b、 U5a、 W5bを組Ｂとする。６０°毎の回転対称の位置にある巻線の組：V2b、 U3a、 W3b、 V5a、 U6b、 W6aを組Ｃとする。

どの組も、Ua、Wb、Va、Ub、Wa、Vbの順で等間隔に配置されており、この６巻線によるトルクリップルの次数は６×極対数（７）＝４２次であり、１４極１８スロットでの次数と変わらない。これは、３相の起磁力のバランスが保たれるためである。したがって、組Ａ、組Ｂ、組Ｃの巻回数が違うモータであっても、各組内で巻回数が同じであれば、このモータのトルクリップルは、全ての巻回数が前記モータの平均巻回数のモータのトルクリップルと同程度になる。また、トルクは、全ての巻回数が同じ平均巻回数のモータのトルクとほぼ一致すると考えられる。すなわち、組ごとに、巻回数を変えても問題がない。

以上で説明したように、14極18スロットまたは22極18スロットまたはその倍数の極スロット組合せのモータの例にとると、組Ａ、組Ｂ、組Ｃのそれぞれを、異なる巻数で巻回しても３相起磁力のバランスを崩さず、トルク変動・加振力の悪化が起きない構成になる。また、前記のモータ以外でも、巻線の直列数が３以上であって、巻回数の違いによるトルク変動・加振力の悪化影響が小さい場合には、口出し線と隣接より遠くのティースへの渡り線とを軸方向逆側の巻線端部に配置するために、異なる巻数で巻回してよい。

（第１の実施形態）
図１から図４（Ｄ）を用いて、本発明の第１の実施形態による永久磁石式14極18スロットブラシレスモータの構成を説明する。

図１において、U5a、U1a、U3aを３直列巻線とし、同様にV1a、V3a、V5aとW2a、W4a、W6aを３直列巻線として、これらをタイプaの３直列巻線とする。また、U2b、U4b、U6bを３直列巻線とし、同様にV4b、V6b、V2bとW5b、W1b、W3bを３直列巻線として、これらをタイプbの３直列巻線とする。前記の各３直列巻線において、３直列の巻線の巻回数を、この順に、半整数Na、整数N、半整数Nbとする。

このとき、組Ａ：U1a、W1b、V3a、U4b、W4a、V6bの巻回数は整数Nであり、組Ｂ：V1a、U2b、W2a、V4b、U5a、W5bの巻回数は半整数Naであり、組Ｃ：V2b、U3a、W3b、V5a、U6b、W6aの巻回数は半整数Nbであり、各組の中では同じ巻回数になる。

前記のように、３直列巻線と巻回数を構成した時に、ティースT1からT18をこの順に並べて巻回した時の、各巻線の接続と口出し線及び渡り線の配置を、図２を用いて説明する。

図２は、図１のティース及び巻線の周方向の並びを展開して、T1を左側にしてT18を右側にして直線状に並べて図示したものである。図２の上下方向が回転軸の方向であり、ティースに巻回された巻線の上側の端部に口出し線が配置され、下側の端部に渡り線が配置される図になっている。

図２において、巻線の口出し線に、U、V、Wの各相と、a、bの巻線タイプと、電流方向の順逆（a、b）を１文字ずつ用いて記号を付けて、区別する。例えば、口出し線Vaaに接続される巻線V1aは、半整数Na回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって巻線V3aに渡り、V3aは整数N回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって巻線V5aに渡り、V5aは半整数Nb回の巻回数のため、口出し線VabはVaaと同じ側になる。このように、前記の３直列巻線と巻回数を用いることにより、口出し線と、隣接より遠くのティースへの渡り線と、を逆側に配置できる。ここで、図２の符号a1とa2は、渡り線がa1とa2でつながっていることを表す。

以下では、分割された固定子コアのティースに巻回して３直列巻線を作成しておき、固定子に組み立てる手順の例を、図３（Ａ）と図３（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）と図３（Ｂ）は、口出し線を下にして、分割コアを挿入して組み立てていく例での、渡り線側（上側）から見た巻線端部の正面図であり、挿入された分割コア巻線と渡り線の配置が示されている。

最初に、タイプaの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てるとする。第１に、U5a、U1a、U3aの３直列巻線とT14、T1、T6のティースを含む分割コアを配置する。第２に、V1a、V3a、V5aの３直列巻線とT2、T7、T12のティースを含む分割コアを配置する。第３に、W2a、W4a、W6aの３直列巻線とT8、T12、T18のティースを含む分割コアを配置する。

このとき、図３（Ａ）に示すように、U5a、U1a、U3aの３直列巻線の渡り線501と502は、V相のV1aの分割コアを配置する際とW相のW6aの分割コアを配置する際に干渉する。そこで、渡り線５０１と５０２を内径側に変形させておくことにより、V相のV1aの分割コアとW相のW6aの分割コアを配置することができる。

また、V3a、V5a間の渡り線503は、W相のW2aの分割コアを配置する際に干渉する。そこで、この渡り線５０３を内径側に変形させておくことにより、W相のW2aの分割コアを配置することができる。その他の渡り線504、505、506は変形させずに、巻線端部に配置することが可能である。図３（Ａ）は、この時点での配置を示している。

次に、タイプaの渡り線501ないし506をすべて内径側に変形させておき、タイプbの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てる手順の例を、図３（Ｂ）を用いて説明する。

第４に、U2b、U4b、U6bの３直列巻線とT5、T10、T15のティースを含む分割コアを配置する。第５に、V4b、V6b、V2bの３直列巻線とT11、T16、T3のティースを含む分割コアを配置する。第６に、W5b、W1b、W3bの３直列巻線とT17、T4、T9のティースを含む分割コアを配置する。

このとき、図３（Ａ）の場合と同様に、U2b、U4b、U6bの３直列巻線の渡り線は、V相のV4bの分割コアを配置する際とW相のW3bの分割コアを配置する際に干渉する。そこで、内径側に変形させておくことにより、V相のV4bの分割コアとW相のW3bの分割コアを配置することができる。

また、V6b、V2b間の渡り線は、W相のW5bの分割コアを配置する際に干渉する。そこで、内径側に変形させておくことにより、W相のW5bの分割コアを配置することができる。前記のようにして、全ての分割コアを配置した後に、内径側に変形させたタイプbの３本の渡り線を巻線端部に配置する。

図３（Ｂ）は、この時点での配置を示しており、巻線端部のタイプbの渡り線を破線で示している。最後に、内径側に変形させたタイプaの６本の渡り線を巻線端部に配置し、固定子巻線の組立てが完了する。第１例は、変形させて巻線端部に配置する渡り線が９本である。

このような配置にすると、口出し線側は、Ｙ結線での中性点と電源端子への接続か、Δ結線での電源端子への接続を実施すればよく、渡り線の処理が不要になるため、追加部材や複雑な処理手順を用いる必要がなくなるため、作業効率を向上し、製造コストを低減できる。

前記の３直列巻線と巻回数を用いたときの、２並列Ｙ結線での巻線の結線配置例を図４（Ａ）に示す。タイプaの３直列巻線のみでＹ結線を構成し、また、タイプbの３直列巻線のみでＹ結線を構成して、両者の外部端子を並列に接続する。

前記のタイプaの３直列巻線U5a、U1a、U3aのU5aを口出し側に配置し、U3aを中性点側に配置し、その他の３直列巻線も同様に、口出し側と中性点側の対応をとって、配置すると、図４（Ａ）の左側の結線配置になる。

図４（Ａ）において、図２の口出し線Uab、Vab、Wabは中性点３０１に接続され、図２の口出し線Uaa、Vaa、Waaは電源への口出し線である。タイプbの３直列巻線でＹ結線を構成することも同様であるため説明を省略する。UaaとUbaをU相電源端子に接続し、VaaとVbaをV相電源端子に接続し、WaaとWbaをW相電源端子に接続することで、２並列Ｙ結線が構成できる。

前記の３直列巻線と巻回数を用いたときの、２並列Δ結線での巻線の結線配置例を図４（Ｂ）に示す。タイプaの３直列巻線のみでΔ結線を構成し、また、タイプbの３直列巻線のみでΔ結線を構成して、両者の外部端子を並列に接続する。

図４（Ａ）に示されるように、前記のタイプaの３直列巻線U5a、U1a、U3aの口出し線UaaとW2a、W4a、W6aの口出し線Wabとを端子351に接続する。U5a、U1a、U3aの口出し線UabとV1a、V3a、V5aの口出し線Vaaとを端子352に接続する。V1a、V3a、V5aの口出し線VabとW2a、W4a、W6aの口出し線Waaとを端子353に接続する。これらのように接続すると図４（Ｂ）の左側の結線配置になる。

タイプbの３直列巻線でΔ結線を構成することも同様であるため説明を省略する。端子351と端子354からU相電源端子に接続し、端子352と端子355からV相電源端子に接続し、端子353と端子356からW相電源端子に接続することで、２並列Δ結線が構成できる。

前記の３直列巻線と巻回数を用いたときの、直列Ｙ結線での巻線の結線配置例を図４（Ｃ）に示す。前記のタイプaの３直列巻線U5a、U1a、U3aのU5aを口出し側に配置し、UabとUbaを接続して６直列として、Ubbを中性点303に接続する。

その他の３直列巻線も同様に、対応する口出し線を、口出し側、直列接続、中性点側に配置すると、図４（Ｃ）の結線配置になる。図４（Ｃ）において、口出し線Ubb、Vbb、Wbbは中性点３０１に接続され、口出し線Uaa、Vaa、Waaは電源への口出し線である。UaaをU相電源端子に接続し、VaaをV相電源端子に接続し、WaaをW相電源端子に接続することで、直列Ｙ結線が構成できる。なお、６直列巻線を構成する際に、U3aとU2bの巻回数を整数として渡り線でU3aとU2bを接続することも考えられるが、渡り線による干渉が煩雑になるので、本例では口出し線UabとUbaの接続を用いた。

前記の３直列巻線と巻回数を用いたときの、直列Δ結線での巻線の結線配置例を図４（Ｄ）に示す。前記のタイプaの３直列巻線U5a、U1a、U3aの口出し線Uabを前記のタイプbの３直列巻線U2b、U4b、U6bの口出し線Ubaと接続し、V1a、V3a、V5aの口出し線VabをV4b、V6b、V2bの口出し線Vbaと接続し、W2a、W4a、W6aの口出し線WabをW5b、W1b、W3bの口出し線Wbaと接続して６直列とする。前記のタイプaの３直列巻線U5a、U1a、U3aの口出し線UaaとW5b、W1b、W3bの口出し線Wbbとを端子357に接続し、U2b、U4b、U6bの口出し線UbbとV1a、V3a、V5aの口出し線Vaaとを端子358に接続し、V4b、V6b、V2bの口出し線VbbとW2a、W4a、W6aの口出し線Waaとを端子359に接続すると、図４（Ｄ）の結線配置になる。図４（Ｄ）において、端子357からU相電源端子に接続し、端子358からV相電源端子に接続し、端子359からW相電源端子に接続することで、直列Δ結線が構成できる。

前記のＹ結線とΔ結線の構成例は、３直列巻線を構成する以下に述べる実施形態においても、巻線構成順序に対応して配置すれば、まったく同様に構成できる。このため、以下の実施形態では、Ｙ結線とΔ結線の構成例の説明を省略する。

（第２の実施形態）
図５から図６（Ｄ）を用いて、本発明の第２の実施形態による永久磁石式14極18スロットブラシレスモータの構成を説明する。

図５において、U3a、U1a、U2bを３直列巻線とし、同様にV5a、V3a、V4bとW6a、W4a、W5bを３直列巻線として、これらをタイプaの３直列巻線とする。また、U6b、U4b、U5aを３直列巻線とし、同様にV2b、V6b、V1aとW3b、W1b、W2aを３直列巻線として、これらをタイプbの３直列巻線とする。

前記の各３直列巻線において、３直列の巻線の巻回数を、この順に、半整数Na、整数N、半整数Nbとする。このとき、組Ａ：U1a、W1b、V3a、U4b、W4a、V6bの巻回数は整数Nであり、組Ｂ：V1a、U2b、W2a、V4b、U5a、W5bの巻回数は半整数Nbであり、組Ｃ：V2b、 U3a、 W3b、 V5a、 U6b、 W6aの巻回数は、半整数Naであり、各組の中では同じ巻回数になる。

前記のように、３直列巻線と巻回数を構成した時に、ティースT1からT18をこの順に並べて巻回した時の、各巻線の接続と口出し線及び渡り線の配置を、図５を用いて説明する。

ここで、巻線の口出し線に、U、V、Wの各相と、a、bの巻線タイプと、電流方向の順逆（a、b）を１文字ずつ用いて記号を付けて区別する。例えば、口出し線Vaaに接続される巻線V5aは、半整数Na回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって巻線V3aに渡り、V3aは整数N回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって巻線V4bに渡り、V4bは半整数Nb回の巻回数のため、口出し線VabはVaaと同じ側になる。

このように、前記の３直列巻線と巻回数を用いることにより、口出し線と、隣接より遠くのティースへの渡り線を逆側に配置できる。

以下では、分割された固定子コアのティースに巻回して３直列巻線を作成しておき、固定子に組みたてる手順の例を、図６（Ａ）と図６（Ｂ）を用いて説明する。

図６（Ａ）と図６（Ｂ）は、口出し線を下にして、分割コアを挿入して組み立てていく例での、渡り線側（上側）から見た巻線端部の正面図であり、挿入された分割コア巻線と渡り線の配置が示されている。

最初に、タイプaの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てるとする。第１に、U3a、U1a、U2bの３直列巻線を含む分割コアを配置し、第２に、V5a、V3a、V4bの３直列巻線を含む分割コアを配置し、第３に、W6a、W4a、W5bの３直列巻線を含む分割コアを配置していく。このとき、図６（Ａ）に示すように、分割コアは干渉することなく、配置することができる。図６（Ａ）は、この時点での配置を示している。

次に、タイプaの渡り線511ないし516をすべて内径側に変形させておき、タイプbの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てる手順の例を、図６（Ｂ）を用いて説明する。
第４に、U6b、U4b、U5aの３直列巻線含む分割コアを配置し、第５に、V2b、V6b、V1aの３直列巻線を含む分割コアを配置し、第６に、W3b、W1b、W2aの３直列巻線を含む分割コアを配置していく。このとき、図６（Ａ）の場合と同様に、各３直列巻線の渡り線と、分割コアは干渉することなく、全ての分割コアを配置することができる。

図６（Ｂ）は、この時点での配置を示している。前記のようにして、全ての分割コアを配置した後に、内径側に変形させたタイプaの６本の渡り線を巻線端部に配置し、固定子巻線の組立てが完了する。第２例は、変形させて巻線端部に配置する渡り線が６本である。
このような配置にすると、口出し線側は、Ｙ結線での中性点と電源端子への接続か、Δ結線での電源端子への接続を実施すればよく、渡り線の処理が不要になるため、追加部材や複雑な処理手順を用いる必要がなくなるため、作業効率を向上し、製造コストを低減できる。

（第３の実施形態）
図７と図８を用いて、本発明の第３の実施形態による永久磁石式14極18スロットブラシレスモータの構成を説明する。

図７において、U3a、U2b、U1aを３直列巻線とし、同様にV5a、V4b、V3aとW6a、W5b、W4aを３直列巻線として、これらをタイプaの３直列巻線とする。また、U6b、U5a、U4bを３直列巻線とし、同様にV2b、V1a、V6bとW3b、W2a、W1bを３直列巻線として、これらをタイプbの３直列巻線とする。

前記の各３直列巻線において、３直列の巻線の巻回数を、この順に、整数N、半整数Na、半整数Nbとする。このとき、組Ａ：U1a、W1b、V3a、U4b、W4a、V6bの巻回数は、半整数Nbであり、組Ｂ：V1a、U2b、W2a、V4b、U5a、W5bの巻回数は、半整数Naであり、組Ｃ：V2b、U3a、W3b、V5a、U6b、W6aの巻回数は、整数Nであり、各組の中では同じ巻回数になる。

前記のように、３直列巻線と巻回数を構成した時に、ティースT1からT18をこの順に並べて巻回した時の、各巻線の接続と口出し線及び渡り線の配置を、図７を用いて説明する。ここで、巻線の口出し線に、U、V、Wの各相と、a、bの巻線タイプと、電流方向の順逆（a、b）を１文字ずつ用いて記号を付けて、区別する。

例えば、口出し線Vaaに接続される巻線V5aは、整数N回の巻回数のため、渡り線はVaaと同じ側になって隣接する巻線V4bに渡り、V4bは半整数Na回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって巻線V3aに渡り、V3aは半整数Nb回の巻回数のため、口出し線VabはVaaと同じ側になる。このとき、 V4bの巻回方向は、V5a、 V3aとは逆方向になっている。

以下では、分割された固定子コアのティースに巻回して３直列巻線を作成しておき、固定子に組みたてる手順の例を、図８を用いて説明する。図８は、口出し線を下にして、分割コアを挿入して組み立てていく例での、渡り線側（上側）から見た巻線端部の正面図であり、挿入された分割コア巻線と渡り線の配置が示されている。

最初に、タイプaの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てることは、図６（Ａ）の場合と同様に、各３直列巻線の渡り線と、分割コアが干渉することなく、配置することができるので、説明を省略する。

なお、隣接する巻線への渡り線の場合は、間に他のティースが挿入されることはないので、干渉は生じない。このため、口出し線と同じ側に配置されても問題はない。本例では、口出し線と逆側になる渡り線は６本である。

次に、タイプaの渡り線521、522、523の３本をすべて内径側に変形させておき、タイプbの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てる手順の例を、図８を用いて説明する。第４に、U6b、U5a、U4bの３直列巻線含む分割コアを配置し、第５に、V2b、V1a、V6bの３直列巻線を含む分割コアを配置し、第６に、W3b、W2a、W1bの３直列巻線を含む分割コアを配置していく。このとき、図６（Ａ）の場合と同様に、各３直列巻線の渡り線と、分割コアは干渉することなく、全ての分割コアを配置することができる。図８は、この時点での配置を示している。

前記のようにして、全ての分割コアを配置した後に、内径側に変形させたタイプaの３本の渡り線を巻線端部に配置し、固定子巻線の組立てが完了する。第３例は、変形させて巻線端部に配置する渡り線が３本であるため、作業効率が高い。また、第１例と第２例に比べて、渡り線の長さがほぼ半減するため、巻線抵抗が改善する。

（第４の実施形態）
図９と図１０を用いて、本発明の第４の実施形態による永久磁石式14極18スロットブラシレスモータの構成を説明する。

図１において、U3a、U2b、U1aを３直列巻線とし、同様にV5a、V4b、V3aとW6a、W5b、W4aを３直列巻線として、これらをタイプaの３直列巻線とする。また、U6b、U5a、U4bを３直列巻線とし、同様にV2b、V1a、V6bとW3b、W2a、W1bを３直列巻線として、これらをタイプbの３直列巻線とする。前記の各３直列巻線において、３直列の巻線の巻回数を、この順に、半整数Na、整数N、半整数Nbとする。このとき、組Ａ：U1a、W1b、V3a、U4b、W4a、V6bの巻回数は、半整数Nbであり、組Ｂ：V1a、U2b、W2a、V4b、U5a、W5bの巻回数は、整数Nであり、組Ｃ：V2b、U3a、W3b、V5a、U6b、W6aの巻回数は、半整数Naであり、各組の中では同じ巻回数になる。

前記のように、３直列巻線と巻回数を構成した時に、ティースT1からT18をこの順に並べて巻回した時の、各巻線の接続と口出し線及び渡り線の配置を、図９を用いて説明する。ここで、巻線の口出し線に、U、V、Wの各相と、a、bの巻線タイプと、電流方向の順逆（a、b）を１文字ずつ用いて記号を付けて、区別する。

例えば、口出し線Vaaに接続される巻線V5aは、半整数Na回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって隣接する巻線V4bに渡り、V4bは整数N回の巻回数のため、渡り線はVaaと逆側になって巻線V3aに渡り、V3aは半整数Nb回の巻回数のため、口出し線VabはVaaと同じ側になる。このとき、V4bの巻回方向は、V5a、V3aとは逆方向になっている。

以下では、分割された固定子コアのティースに巻回して３直列巻線を作成しておき、固定子に組みたてる手順の例を、図１０を用いて説明する。図１０は、口出し線を下にして、分割コアを挿入して組み立てていく例での、渡り線側（上側）から見た巻線端部の正面図であり、挿入された分割コア巻線と渡り線の配置が示されている。

なお、隣接する巻線への渡り線の場合は、間に他のティースが挿入されることはないので、干渉は生じない。本例では、口出し線と逆側になる渡り線は、隣接する巻線への渡り線が６本、隣接より遠くの巻線への渡り線が６本である。

次に、タイプaの渡り線531、532、533の３本をすべて内径側に変形させておき、タイプbの３直列巻線をU相、V相、W相の順に組み立てる手順の例を、図１０を用いて説明する。

第４に、U6b、U5a、U4bの３直列巻線含む分割コアを配置し、第５に、V2b、V1a、V6bの３直列巻線を含む分割コアを配置し、第６に、W3b、W2a、W1bの３直列巻線を含む分割コアを配置していく。このとき、図６（Ａ）の場合と同様に、各３直列巻線の渡り線と、分割コアは干渉することなく、全ての分割コアを配置することができる。図１０は、この時点での配置を示している。

前記のようにして、全ての分割コアを配置した後に、内径側に変形させたタイプaの３本の渡り線531、532、533を巻線端部に配置し、固定子巻線の組立てが完了する。第４例は、変形させて巻線端部に配置する渡り線が３本であるため、作業効率が高い。また、第１例と第２例に比べて、渡り線の長さがほぼ半減するため、巻線抵抗が改善する。

本発明の第４の実施形態において、半整数Nb＝８.５、整数N＝６、半整数Na＝６.５としたときに、永久磁石式14極18スロットブラシレスモータのトルクとトルクリップルに関して、計算機シミュレーションを実施して、半整数Nb＝整数N＝半整数Na＝７の時のトルクとトルクリップルに対して比較した。半整数Nb＝８.５、整数N＝６、半整数Na＝６.５の異数巻でのトルク値の同数巻に対する比を、電流値を横軸にして、図１１に示す。異数巻の方が0.4〜0.5%、トルク値が増加する結果となったが、平均巻数が同じであれば、トルク値はほぼ同じになるという結果が得られた。

また、異数巻と同数巻のトルクリップルの計算値を、電流値を横軸にしたグラフで図１２に示す。電流が小さい時は、異数巻と同数巻のトルクリップルはほぼ等しく、電流値が大きくなっても、１％以下の値となった。また、異数巻と同数巻のトルクリップル計算値の最大値がほぼ等しかった。

この結果から、本発明で実施したような、組Ａ、組Ｂ、組Ｃの巻回数が違うモータであっても、各組内で巻回数が同じであれば、このモータのトルクリップルは、全ての巻回数が前記モータの平均巻回数のモータのトルクリップルと同程度になり、また、トルクは、全ての巻回数が同じ平均巻回数のモータのトルクとほぼ一致することが裏付けられたと考えられる。これにより、半発明は、モータの特性を損なうことなく、製造の作業効率を向上できる効果を持つと考えられる。

100…固定子、101…固定子コア、110…コアバック、120…分割固定子コアの嵌合部、T1ないしT18…ティース、U1a、V1a、V2b、W1b、U2b、U3a、V3a、W2a、W3b、U4b、V4b、V5a、W4a、U5a、U6b、V6b、W5b、W6a…固定子巻線、200…回転子、201…回転子コア、210…永久磁石、301ないし303…中性点、351ないし359…端子、501ないし506…渡り線、511ないし516…渡り線、521ないし523…渡り線、531ないし533…渡り線

Claims

集中巻固定子と永久磁石式回転子を備えるブラシレスモータにおいて、
直列に巻回されるティースの数が３以上であり、
口出し線に接続されるティースの巻線に隣接して接続される巻線がある場合はそれらの合計巻回数を端巻回数とし、
あるいは、前記口出し線に接続されるティースの巻線に隣接して接続される巻線がない場合は前記口出し線に接続されるティースの巻線の巻回数を端巻回数とし、
前記口出し線に接続されるティースの巻線あるいは隣接して接続される巻線から隣接より遠くのティースの巻線と渡り線で接続されて、別の口出し線に接続されるティースの巻線あるいは隣接して接続される巻線ではないティースの巻線の巻回数を中巻回数とし、
あるいは、前記の渡り線で接続された隣接より遠くのティースの巻線に隣接して接続される巻線がある場合はそれらの合計巻回数を中巻回数とし、あるいは、前記の渡り線で接続された隣接より遠くのティースの巻線が存在しない場合は中巻回数を０とするとき、
前記端巻回数が半整数であり、前記中巻回数が整数であるように、巻回された固定子巻線で構成されるブラシレスモータ。
請求項１に記載のブラシレスモータであって、
前記口出し線に接続されるティースの巻線の巻回数を半整数とし、
前記別の口出し線に接続されるティースの巻線の巻回数を半整数とし、
前記口出し線に接続されるティースの巻線とは渡り線で隣接より遠くに接続されており、
前記別の口出し線に接続されるティースの巻線とも渡り線で隣接より遠くに接続されているティースの巻線の巻回数を整数とするように巻回された固定子巻線で構成される、14極18スロットまたは22極18スロットまたはその倍数の極スロット組合せの、集中巻固定子と永久磁石式回転子を備えるブラシレスモータ。
請求項１に記載のブラシレスモータであって、
前記口出し線に接続されるティースの巻線とそれに隣接して接続される巻線の合計巻回数を半整数とし、
前記口出し線に接続されるティースの巻線に隣接して接続される巻線から渡り線で隣接より遠くに接続され、
前記別の口出し線に接続されるティースの巻線の巻回数を半整数とするように巻回された固定子巻線で構成される、14極18スロットまたは22極18スロットまたはその倍数の極スロット組合せの、集中巻固定子と永久磁石式回転子を備えるブラシレスモータ。
請求項１ないし３に記載のいずれかのブラシレスモータであって、
電動パワーステアリング又は電動ブレーキの自動車補機に用いられるブラシレスモータ。