JP7226809B2 - モータ、及び、モータ駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、モータ、及び、モータ駆動システムに関する。

従来、ステータコアの複数のティースに巻線が巻回されるモータにおいて、一部のティースに巻回される巻線のターン数や線径を他と異ならせる構成が知られている。

例えば特許文献１に開示された回転電機は、一部のコイル部の導線のターン数または線径を変えた場合に、特定のコイル部における局所的な発熱の増大を抑制するため、コイル部の周方向におけるコイル部の相の配置順を特定している。

国際公開ＷＯ２０１７／０７３０９２号

特許文献１の回転電機において、多巻コイル部及び少巻コイル部が片側ずつ収納されたスロットに比べ、両側に少巻コイル部が収納されたスロットでは隙間が大きく、占積率が低い。なお、実施の形態３では各スロットの周方向の幅を異ならせており、「多巻コイル部が収納されていないスロットの隙間が小さくなり、占積率が向上する」と記載されているが、実際に有効であるのか不明である。

また、特許文献１の実施の形態７には、二台のインバータが二つの電機子巻線部にそれぞれ接続された二系統三相モータにおいて、二台のインバータの電流位相を電気角３０°ずらすことで、電気６次のトルクリップルが相殺されることが記載されている。しかしこの構成では、電気１２次のトルクリップルを相殺することはできない。特許文献１には、電気１２次のトルクリップルの低減に関し何ら言及されていない。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、複数のティースに巻回される巻線のターン数が異なるモータにおいて、収容される巻線のターン数が相対的に少ないスロットの占積率を向上させるモータを提供することにある。また、そのモータを用い、三相モータにおける電気６次及び電気１２次のトルクリップル低減に応用可能なモータ駆動システムを提供することにある。

本発明によるモータは、ステータコア（５０）と、巻線（４１、４２）と、ロータ（７０）と、を備える。ステータコアは、複数のティース（５１、５２、５３）が周方向に連結されてなる。各ティースは、周方向に分割された円環の外縁（５６）をなすバックヨーク（５５）、バックヨークから径内方向に延伸する軸部（５４）、及び、軸部の径内端部において軸部から周方向両側に突出する鍔部（５８）を有する。巻線は、ティースにおいて径方向に対向するバックヨークの径外側収容壁（５７）と鍔部の径内側収容壁（５９）との間の「収容区間」に巻回される。ロータは、ステータコアの内側でステータコアに対して相対回転する。

複数のティースは、「多巻ティース（５３）」と「第１ティース（５１）及び第２ティース（５２）」とを含む。多巻ティースは、巻回される巻線のターン数が相対的に多い。第１ティース及び第２ティースは、多巻ティースの周方向の一方及び他方に隣接し、巻回される巻線のターン数が相対的に少ない。複数のティースは、周方向に第１ティース、多巻ティース、第２ティースの順に交互に配置されている。

周方向に隣接するティース同士の間に形成される複数のスロットは、「非対称スロット（６４、６５）」と「対称スロット（６３）」とを含む。非対称スロットは、第１ティースと多巻ティースとの間、及び、多巻ティースと第２ティースとの間に形成される。対称スロットは、第２ティースと第１ティースとの間に形成される。

非対称スロットにおける多巻ティースの収容区間の径方向長さ（Ｌｍ）は、対称スロットにおける第１ティース及び第２ティースの収容区間の径方向長さ（Ｌｎ）よりも長く設定されている。つまり、収容される巻線のターン数が多い非対称スロットの面積に対し、収容される巻線のターン数が少ない対称スロットの面積が小さくなるように設定される。これにより本発明のモータは、収容される巻線のターン数が相対的に少ないスロットの占積率を向上させることができる。よって、モータ効率が向上する。

また、本発明によるモータ駆動システムは、上述した本発明のモータ（８０）と、二台のインバータ（３１、３２）と、制御部（２５）と、を含む。

このモータは、第１系統及び第２系統の二台のインバータ（３１、３２）によって直流電力から変換された三相交流電力が供給される。第１ティースは、第１系統のインバータから三相電流が通電される第１巻線（４１）の一部である直属第１巻線（４１１）が巻回される。第２ティースは、第２系統のインバータから三相電流が通電される第２巻線（４２）の一部である直属第２巻線（４２２）が巻回される。多巻ティースは、第１巻線のうち直属第１巻線を除く部分である混成用第１巻線（４１３）、及び、第２巻線のうち直属第２巻線を除く部分である混成用第２巻線（４２３）が巻回される。

モータは、第１巻線及び第２巻線に通電される電流及びターン数の積に比例する起磁力により同軸上に生成されるトルクを合算して出力する。第１系統及び第２系統の二台のインバータは、直流電力を三相交流電力に変換し、モータの第１巻線及び第２巻線に三相電流を通電する。制御部は、二台のインバータによる三相電流の通電を制御する。

モータにおいて、「第１ティースに巻回された直属第１巻線への通電により生成される純正第１系統の起磁力」、「第２ティースに巻回された直属第２巻線への通電により生成される純正第２系統の起磁力」、並びに、「多巻ティースに巻回された混成用第１巻線及び混成用第２巻線への通電により生成される混成第３系統の起磁力」が発生する。

制御部は、モータの電気６次及び電気１２次のトルクリップルを低減するように、第１系統のインバータから通電される第１系統の三相電流と、第２系統のインバータから通電される第２系統の三相電流との位相差を設定し、且つ、純正第１系統及び純正第２系統と混成第３系統との起磁力振幅の比を設定する。

好ましくは制御部は、第１系統と第２系統との三相電流の通電位相差を電気角２０°に設定する。そして、互いに振幅が等しい第１系統の一相の起磁力ベクトルと第２系統の一相の起磁力ベクトルとを合成し、第１系統又は第２系統のいずれかの相の起磁力ベクトルとの位相差が電気角４０°である混成第３系統の一相の起磁力ベクトルを生成する。

或いは、制御部は、第１系統と第２系統との三相電流の通電位相差を電気角４０°に設定する。そして、互いに振幅が等しい第１系統の一相の起磁力ベクトルと第２系統の一相の起磁力ベクトルとを合成し、第１系統及び第２系統のいずれかの相の起磁力ベクトルとの位相差が電気角２０°である混成第３系統の一相の起磁力ベクトルを生成する。

モータは、純正第１系統及び純正第２系統の起磁力振幅と混成第３系統の起磁力振幅とが等しくなるように、第１ティース及び第２ティースのターン数と多巻ティースのターン数との比が設定されている。これにより、本発明のモータ駆動システムでは、電気６次及び電気１２次のトルクリップルを低減することができる。

本実施形態によるモータ駆動システムの全体構成図。 三系統三相通電での電流位相を示すベクトル図。 三系統三相通電による（ａ）電気６次、（ｂ）電気１２次のトルクリップルキャンセル効果を説明する図。 二系統の起磁力ベクトルの合成を説明するベクトル図。 本実施形態によるモータ駆動システムに用いられるモータの基本構成を示す径方向模式断面図。 図５のモータにおいて三系統三相巻線の配置例を示す図。 ２０°位相差通電によるトルクリップルの低減効果を示す図。 第１実施形態のモータの図５のＶＩＩＩ部に相当する拡大模式図。 第２実施形態のモータの同上の拡大模式図。 第３実施形態のモータの同上の拡大模式図。 第４実施形態のモータの同上の拡大模式図。 比較例のモータの同上の拡大模式図。

以下、本発明によるモータ駆動システム、及び、そのモータ駆動システムに用いられるモータの実施形態を図面に基づいて説明する。複数の実施形態で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。本実施形態のモータ駆動システムは、例えば車両の電動パワーステアリング装置に適用され、操舵アシストトルクを出力する三相ブラシレスモータを駆動するシステムである。

［モータ駆動システム］
最初に図１～図７を参照し、本実施形態によるモータ駆動システムについて説明する。図１に示すように、モータ駆動システム９０は、第１系統及び第２系統の二台のインバータ３１、３２と、制御部２５と、第１巻線４１及び第２巻線４２を有する三相モータ８０とを含む、二系統の駆動システムである。第１系統インバータ３１及び第２系統インバータ３２は、バッテリ１５の直流電力を三相交流電力に変換し、それぞれ、モータ８０の第１巻線４１及び第２巻線４２に三相電流を通電する。図１の構成例では、第１系統インバータ３１及び第２系統インバータ３２が共通のバッテリ１５に並列に接続されているが、他の構成例では、各インバータ３１、３２が個別のバッテリに接続されてもよい。

インバータ３１、３２は、三相上下アームのＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子がブリッジ接続されている。制御部２５は、例えばＰＷＭ制御によりインバータ３１、３２の各スイッチング素子にゲート信号を指令することで、二台のインバータ３１、３２による三相電流の通電を制御する。図１には、フィードバック制御に用いられる相電流やモータ回転角等の情報を検出するセンサや信号線等の図示を省略する。それらのセンサや信号線等は、モータ制御分野の技術常識に基づき、適宜、採用されてよい。

モータ８０は、第１巻線４１及び第２巻線４２に通電される電流及びターン数の積に比例する起磁力により同軸上に生成されるトルクを合算して出力する。ただし、本実施形態のモータ８０は、二組の三相巻線により構成される一般的な二重巻線モータとは異なり、三グループの巻線から構成され、三系統の起磁力によるトルクが合算される。

第１グループの巻線は、第１巻線４１の一部である直属第１巻線４１１からなる。第１系統インバータ３１から直属第１巻線４１１への通電により生成される起磁力を「純正第１系統の起磁力」という。第２グループの巻線は、第２巻線４２の一部である直属第２巻線４２２からなる。第２系統インバータ３２から直属第２巻線４２２への通電により生成される起磁力を「純正第２系統の起磁力」という。

第３グループの巻線は、第１巻線４１のうち直属第１巻線４１１を除く部分である混成用第１巻線４１３、及び、第２巻線４２のうち直属第２巻線４２２を除く部分である混成用第２巻線４２３からなる。第１系統インバータ３１から混成用第１巻線４１３への通電、及び、第２系統インバータ３２から混成用第２巻線４２３への通電により生成される起磁力を「混成第３系統の起磁力」という。

図２、図３を参照し、三相モータ８０における三系統通電の技術的意義について説明する。ここでは、「混成第３系統」という特殊な形態は考慮せず、独立した三系統をモデルとする。本明細書中の角度単位の表記については［°］の［ ］を省略し、「２０°」のように記す。

図２に、第１系統に対し第２系統を電気角２０°の位相差、第３系統を電気角４０°の位相差で通電した場合の各系統各相の起磁力ベクトルを示す。電流振幅Ｉは一定であり、記号末尾の「＋」は正方向通電、「－」は負方向通電を示す。以下、通電の方向は、インバータ３１、３２視点の電流方向ではなく、モータ８０のステータコア５０の視点の電流方向、すなわち、ステータコア５０に発生する磁力方向に対応する電流方向を意味する。インバータから出力される電流に対し、モータ側でティースへの巻線の巻回方向を逆向きにすることで、ステータコアにおける電流方向が逆転する。第１系統Ｕ相に正方向通電したときのベクトルＵ１＋の位相を０°とする。

各系統の巻線に三相電流を正方向通電したときの起磁力は、式（１．１）～（１．９）で表される。図２では起磁力ベクトルを実線矢印で示す。以下の式中の角度単位は［°］である。

Ｕ１＋＝Ｉｓｉｎ（θ） ・・・（１．１）
Ｖ１＋＝Ｉｓｉｎ（θ－１２０） ・・・（１．２）
Ｗ１＋＝Ｉｓｉｎ（θ－２４０） ・・・（１．３）
Ｕ２＋＝Ｉｓｉｎ（θ－２０） ・・・（１．４）
Ｖ２＋＝Ｉｓｉｎ（θ－１４０） ・・・（１．５）
Ｗ２＋＝Ｉｓｉｎ（θ－２６０） ・・・（１．６）
Ｕ３＋＝Ｉｓｉｎ（θ－４０） ・・・（１．７）
Ｖ３＋＝Ｉｓｉｎ（θ－１６０） ・・・（１．８）
Ｗ３＋＝Ｉｓｉｎ（θ－２８０） ・・・（１．９）

各系統の巻線に三相電流を負方向通電したときの起磁力は、式（２．１）～（２．９）で表され、正方向通電での位相に対して１８０［°］反転した位相となる。図２では起磁力ベクトルを二点鎖線矢印で示す。

Ｕ１－＝Ｉｓｉｎ（θ－１８０） ・・・（２．１）
Ｖ１－＝Ｉｓｉｎ（θ－３００） ・・・（２．２）
Ｗ１－＝Ｉｓｉｎ（θ－４２０）
＝Ｉｓｉｎ（θ－６０） ・・・（２．３）
Ｕ２－＝Ｉｓｉｎ（θ－２００） ・・・（２．４）
Ｖ２－＝Ｉｓｉｎ（θ－３２０） ・・・（２．５）
Ｗ２－＝Ｉｓｉｎ（θ－４４０）
＝Ｉｓｉｎ（θ－８０） ・・・（２．６）
Ｕ３－＝Ｉｓｉｎ（θ－２２０） ・・・（２．７）
Ｖ３－＝Ｉｓｉｎ（θ－３４０） ・・・（２．８）
Ｗ３－＝Ｉｓｉｎ（θ－４６０）
＝Ｉｓｉｎ（θ－１００） ・・・（２．９）

このような電気角位相差の三系統三相モータを駆動したときの電気６次のトルクリップルＴ_RIP6及び電気１２次のトルクリップルＴ_RIP12を図３に示す。電気６次及び電気１２次のトルクリップルＴ_RIP6、Ｔ_RIP12は式（３．１）、（３．２）で表される。

二系統三相モータの場合、第１系統に対し第２系統の位相差を電気角３０°として通電することで、電気６次のトルクリップルをキャンセル可能であるが、電気１２次のトルクリップルはキャンセルできない。それに比べ三系統三相モータでは、上記の通り、第１系統に対し第２系統の位相差を電気角２０°、第３系統の位相差を電気角４０°として通電することで、電気６次及び電気１２次のトルクリップルをキャンセル可能である。

したがって、三台のインバータを用いて三系統モータの巻線に電気角位相差２０°及び４０°の通電をすれば、電気６次及び電気１２次のトルクリップルを抑制し、振動や騒音を低減することができる。しかし、三台のインバータを用いると装置が大型化し、配線も複雑になるため、現実的には搭載スペースや部品コストの面で制約が大きい。

そこで、本実施形態のモータ駆動システム９０では、混成用第１巻線４１３及び混成用第２巻線４２３で構成される混成第３系統に二台のインバータ３１、３２から通電することで、第１系統の一相の起磁力ベクトルと第２系統の一相の起磁力ベクトルとを合成した混成第３系統の一相の起磁力ベクトルが生成される。これにより、三系統駆動でのトルクリップルキャンセル効果を二台のインバータ３１、３２で実現することができる。

図４を参照し、起磁力ベクトルの合成パターンについて説明する。各系統の位相の関係及びベクトルの記号は図２に準ずる。合成ベクトルの元となる二つのベクトルを「基礎ベクトル」という。単に「ベクトル」とは起磁力ベクトルを意味する。「起磁力位相差」とは、位相基準（すなわち０°）である第１系統Ｕ相正方向ベクトルＵ１＋に対する起磁力位相差を意味する。図１の構成に対応する（ａ）、（ｂ）のパターンでは、第１系統及び第２系統の各一相のベクトルを基礎ベクトルとして、混成第３系統の一相のベクトルが合成される。変形例としての（ｃ）のパターンでは、第１系統及び第３系統の各一相のベクトルを基礎ベクトルとして、混成第２系統の一相のベクトルが合成される。

（ａ）のパターンでは、通電位相差が２０°である第１系統及び第２系統における起磁力位相差０°及び８０°の基礎ベクトルが合成され、起磁力位相差が４０°のベクトルが生成される。例えば式（１．１）の第１系統Ｕ相正方向ベクトルＵ１＋と、式（２．６）の第２系統Ｗ相負方向ベクトルＷ２－とが合成され、第３系統Ｕ相正方向ベクトルＵ３＋が生成される。このとき、合成ベクトルの振幅は、式（４．１）の通り、基礎ベクトルの振幅の１．５３倍となる。また、合成ベクトルの振幅に対する、二つの基礎ベクトルの振幅の和の比率は、（２／１．５３）＝１．３１となる。

Ｕ３＋＝１．５３Ｉｓｉｎ（θ－４０） ・・・（４．１）

（ｂ）のパターンでは、通電位相差が２０°である第１系統及び第２系統における起磁力位相差２０°及び６０°の基礎ベクトルが合成され、起磁力位相差が４０°のベクトルが生成される。例えば式（１．４）の第２系統Ｕ相正方向ベクトルＵ２＋と、式（２．３）の第１系統Ｗ相負方向ベクトルＷ１－とが合成され、第３系統Ｕ相正方向ベクトルＵ３＋が生成される。このとき、合成ベクトルの振幅は、式（４．２）の通り、基礎ベクトルの振幅の１．８８倍となる。また、合成ベクトルの振幅に対する、二つの基礎ベクトルの振幅の和の比率は、（２／１．８８）＝１．０６となる。

Ｕ３＋＝１．８８Ｉｓｉｎ（θ－４０） ・・・（４．２）

（ｃ）のパターンでは、通電位相差が４０°である第１系統及び第３系統における起磁力位相差０°及び４０°の基礎ベクトルが合成され、起磁力位相差が４０°のベクトルが生成される。例えば式（１．１）の第１系統Ｕ相正方向ベクトルＵ１＋と、式（１．７）の第３系統Ｕ相正方向ベクトルＵ３＋とが合成され、第２系統Ｕ相正方向ベクトルＵ２＋が生成される。このとき、合成ベクトルの振幅は、式（４．３）の通り、基礎ベクトルの振幅の１．８８倍となる。また、合成ベクトルの振幅に対する、二つの基礎ベクトルの振幅の和の比率は、（２／１．８８）＝１．０６となる。

Ｕ２＋＝１．８８Ｉｓｉｎ（θ－２０） ・・・（４．３）

以下、図４（ａ）のパターンに基づき説明する。第１系統及び第２系統巻線の線径は一定であるとすると、起磁力ベクトルの振幅は巻線のターン数に反映される。つまり、純正第１系統及び純正第２系統の各相では、それぞれ、ターン数Ｎの直属第１巻線４１１及び直属第２巻線４２２に電流Ｉが通電され、起磁力Ｆ（＝Ｎ×Ｉ）が発生する。これと同じ起磁力Ｆを混成第３系統に発生させるためには、混成用第１巻線４１３及び混成用第２巻線４２３のターン数をそれぞれ約０．６５Ｎ、合計で約１．３Ｎとすればよい。

すなわち、制御部２５は、モータ８０の電気６次及び電気１２次のトルクリップルを低減するように、第１系統インバータ３１から通電される第１系統の三相電流と、第２系統インバータ３２から通電される第２系統の三相電流との位相差を設定し、且つ、純正第１系統及び純正第２系統と混成第３系統との起磁力振幅の比を設定する。これにより、三台のインバータから三系統の巻線に、電気角位相差が２０°及び４０°で振幅が等しい三相電流が通電された場合と同じ大きさの起磁力がモータ８０に発生する。

次に径方向模式断面図である図５を参照し、モータ８０の基本構成について説明する。図５には１４極１８スロットのＩＰＭモータを例示する。モータ８０は、ステータコア５０と、ステータコア５０に巻回された巻線４１、４２と、ロータ７０とを備える。ステータコア５０及びロータ７０は、複数の薄板が積層されて形成されてもよく、厚板で形成されてもよい。本来、図５にはステータコア５０及びロータ７０の断面が図示されるが、見やすさのため断面のハッチングを省略する。また巻線４１、４２の断面は本来、多数の円形で現れるが、模式的に一群の「巻線エリア」を一つのハッチング領域で示す。

ロータ７０は、外周に沿って複数の永久磁石７７（本例では１４極）を有している。ロータ７０は、ステータコア５０が生成する回転磁界により、ステータコア５０の内側で、回転軸Ｏを中心としてステータコア５０に対して相対回転する。モータ８０のトルクは、ロータ７０の中心に固定された図示しないシャフトを介して外部の負荷に出力される。

ステータコア５０は、複数のティース５１、５２、５３（本例では各６個、計１８個）が周方向に連結されてなる。複数のティースは、巻回される巻線のターン数が相対的に多い多巻ティース５３と、巻回される巻線のターン数が相対的に少ない第１ティース５１及び第２ティース５２とを含む。第１ティース５１及び第２ティース５２は、多巻ティース５３の周方向の一方及び他方に隣接している。複数のティースは、周方向に第１ティース５１、多巻ティース５３、第２ティース５２の順に交互に配置されている。

各ティース５１、５２、５３は、バックヨーク５５、軸部５４及び鍔部５８を有する。バックヨーク５５は、周方向に分割されたステータコア５０の円環の外縁５６をなす。軸部５４は、バックヨーク５５から径内方向に延伸する。鍔部５８は、軸部５４の径内端部において軸部５４から周方向両側に突出する。また、各ティース５１、５２、５３において径方向に対向するバックヨーク５５の内側の壁を径外側収容壁５７といい、鍔部５８の外側の壁を径内側収容壁５９という。本例では、複数のティース５１、５２、５３において、鍔部５８の径内側収容壁５９の径方向位置は同じである

巻線４１、４２は、バックヨーク５５の径外側収容壁５７と鍔部５８の径内側収容壁５９との間の「収容区間」に巻回される。第１巻線４１のうち直属第１巻線４１１の部分は第１ティース５１の収容区間に巻回される。第２巻線４２のうち直属第２巻線４２２の部分は第２ティース５２の収容区間に巻回される。第１巻線４１のうち混成用第１巻線４１３の部分、及び、第２巻線４２のうち混成用第２巻線４２３の部分は、多巻ティース５３に巻回される。

上述の通り、混成用第１巻線４１３のターン数と混成用第２巻線４２３のターン数との合計は、直属第１巻線４１１及び直属第２巻線４２２のターン数より多い。したがって、混成用第１巻線４１３及び混成用第２巻線４２３が巻回されるティース５３が「多巻ティース」となる。

周方向に隣接するティース同士の間には複数のスロットが形成される。言い換えれば、周方向に隣接する収容区間を合わせた空間がスロットをなす。第１ティース５１と多巻ティース５３との間には、非対称スロット６４が形成される。多巻ティース５３と第２ティース５２との間には非対称スロット６５が形成される。第２ティース５２と第１ティース５１との間には対称スロット６３が形成される。対称スロット６３はティース同士の境界線に対して対称であり、非対称スロット６４、６５はティース同士の境界線に対して非対称である。なお、符号「５ｉ」及び符号「５ｊ」のティース（ｉ，ｊ＝１、２、３）の間に形成されるスロットの符号を「６（ｉ＋ｊ）」とする。

また、周方向に隣接するティース同士の境界部をなすバックヨーク５５の周方向端部の外壁を「隣接壁」という。符号「５ｉ」のティースにおいて、隣接する符号「５ｊ」のティースとの境界部をなす隣接壁の符号を３桁の「５ｉｊ」とする。第１ティース５１のバックヨーク５５は、第２ティース５２との隣接壁５１２及び多巻ティース５３との隣接壁５１３を有する。多巻ティース５３のバックヨーク５５は、第１ティース５１との隣接壁５３１及び第２ティース５２との隣接壁５３２を有する。第２ティース５２のバックヨーク５５は、多巻ティース５３との隣接壁５２３及び第１ティース５１との隣接壁５２１を有する。

続いて図６に、三系統三相巻線の配置例を示す。図５に対しティース５１、５２、５３及びスロット６３、６４、６５以外の細部の符号を省略し、各ティースに、図２に準ずる三系統三相の記号を記す。例えばＡ部の中央の多巻ティース５３には、図４の（ａ）パターンに例示された、第１系統Ｕ相正方向ベクトルＵ１＋と第２系統Ｗ相負方向ベクトルＷ２－とを合成するための混成用第１巻線４１３及び混成用第２巻線４２３が巻回されている。

この多巻ティース５３の反時計回り方向に隣接する第１ティース５１には、第１系統Ｕ相の直属第１巻線４１１が多巻ティース５３とは逆向きに巻回されており、通電により第１系統Ｕ相負方向の起磁力ベクトルＵ１－が発生する。また、この多巻ティース５３の時計回り方向に隣接する第２ティース５２には、第２系統Ｗ相の直属第２巻線４２２が多巻ティース５３とは逆向きに巻回されており、通電により第１系統Ｗ相正方向の起磁力ベクトルＷ２＋が発生する。

このように、多巻ティース５３に巻回された混成用第１巻線４１３及び混成用第２巻線４２３は、それぞれ、隣接する第１ティース５１に巻回された同相の直属第１巻線４１１、及び、隣接する第２ティース５２に巻回された同相の直属第２巻線４２２に接続されている。これにより、ティース間の配線接続を簡素化することができる。

多巻ティース５３と、その両隣の第１ティース５１及び第２ティース５２とを合わせた三つのティースを一つのティース群と見ると、図６の配置例は六つのティース群を含む。Ａ部以外の五つのティース群においても、Ａ部ティース群と同様の関係が成り立つように三系統三相巻線が配置されている。

図７に、本実施形態のモータ駆動システム９０において二台のインバータ３１、３２から巻線４１、４２に同位相で通電した場合と、電気角２０°の位相差で通電した場合とのトルク波形を示す。同位相通電では明らかに電気６次のトルクリップルが発生するほか、電気１２次のトルクリップルも電気６次のトルク波形に重なっている。これに対し２０°位相差通電では電気６次及び電気１２次のトルクリップルがキャンセルされることにより、トルクリップルが大幅に低減する。なお、わずかに残っている変動は、電気１８次以上のトルクリップルや、ターン数の端数等により発生する誤差と推測される。

以上のように、本実施形態のモータ駆動システム９０では、モータ８０において、「第１ティース５１に巻回された直属第１巻線４１１への通電により生成される純正第１系統の起磁力」、「第２ティース５２に巻回された直属第２巻線４２２への通電により生成される純正第２系統の起磁力」、並びに、「多巻ティース５３に巻回された混成用第１巻線及び混成用第２巻線への通電により生成される混成第３系統の起磁力」が発生する。

制御部２５は、モータ８０の電気６次及び電気１２次のトルクリップルを低減するように、第１系統インバータ３１から通電される第１系統の三相電流と、第２系統インバータ３２から通電される第２系統の三相電流との位相差を設定し、且つ、純正第１系統及び純正第２系統と混成第３系統との起磁力振幅の比を設定する。

図４（ａ）、（ｂ）のパターンでは、制御部２５は、第１系統と第２系統との三相電流の通電位相差を電気角２０°に設定する。そして、互いに振幅が等しい第１系統の一相の起磁力ベクトルと第２系統の一相の起磁力ベクトルとを合成し、第１系統又は第２系統のいずれかの相の起磁力ベクトルとの位相差が電気角４０°である混成第３系統の一相の起磁力ベクトルを生成する。

なお、図４（ｃ）のパターンでは、制御部２５は、第１系統と第２系統との三相電流の通電位相差を電気角４０°に設定する。そして、互いに振幅が等しい第１系統の一相の起磁力ベクトルと第２系統の一相の起磁力ベクトルとを合成し、第１系統及び第２系統のいずれかの相の起磁力ベクトルとの位相差が電気角２０°である混成第３系統の一相の起磁力ベクトルを生成する。

モータ８０は、純正第１系統及び純正第２系統の起磁力振幅と混成第３系統の起磁力振幅とが等しくなるように、第１ティース５１及び第２ティース５２のターン数と多巻ティース５３のターン数との比が設定されている。これにより、本発明のモータ駆動システム９０では、二台のインバータ３１、３２による三系統駆動によって電気６次及び電気１２次のトルクリップルを低減することができる。よって、モータ駆動時に発生する振動や騒音を低減することができる。

次に、上記のモータ駆動システムに用いられる好ましいモータの複数の実施形態について説明する。以下の第１～第４実施形態のモータの符号として、「８０」に続く３桁目に実施形態の番号を付す。各実施形態のモータ８０１－８０４の構成を、図５のＶＩＩＩ部に相当する拡大模式図である図８～図１１に示す。この模式図には、周方向に連続して隣接する四つのティース５１、５３、５２、５１を示し、ロータ７０の図示を省略する。

まず、第４実施形態を除く第１～第３実施形態について、総括的に説明する。図８～図１０に示す第１～第３実施形態のいずれにおいても、多巻ティース５３は軸部５４に対して対称に形成されており、バックヨーク５５の径方向厚さＴｍは相対的に薄い。第１ティース５１及び第２ティース５２は、第１実施形態では軸部５４に対して対称に形成され、第２、第３実施形態では軸部５４に対して非対称に形成されている。

第１～第３実施形態に共通に、非対称スロット６４、６５における多巻ティース５３の収容区間の径方向長さＬｍは、対称スロット６３における第１ティース５１及び第２ティース５２の収容区間の径方向長さＬｎよりも長く設定されている。また、複数のティース５１、５２、５３において、鍔部５８の径内側収容壁５９の径方向位置は同じである。したがって、第１ティース５１及び第２ティース５２のバックヨーク５５の径方向厚さＴｎは、周方向の少なくとも一部の範囲で、多巻ティース５３のバックヨーク５５の厚さＴｍに比べて厚く形成されている。

（第１実施形態）
図８に示す第１実施形態のモータ８０１は、第１ティース５１及び第２ティース５２のバックヨーク５５の径外側収容壁５７が、対称スロット６３側、非対称スロット６４、６５側ともに、軸部５４に対して垂直に形成されている。また、第１ティース５１及び第２ティース５２のバックヨーク５５の厚さＴｎは、周方向の全範囲で、多巻ティース５３のバックヨーク５５の厚さＴｍに比べて厚く形成されている。

ここで、比較例のモータ８０９の構成を図１２に示す。比較例では複数のティース５１、５２、５３の形状は同一である。比較例では巻線のターン数が相対的に多い多巻ティース５３を基準として収容区間の長さが設定されており、巻線のターン数が相対的に少ない第１ティース５１及び第２ティース５２側ではスロットに隙間が生じる。そのため占積率が低下し、モータ効率が低下する。なお、直属第１巻線４１１及び直属第２巻線４２２は、実際には収容区間の全体にわたって粗に分布すると考えられる。ただし説明の便宜上、図１２には、巻線４１１、４２２が鍔部５８側に寄せて巻回され、バックヨーク５５側にまとまった隙間が生じるように図示する。後述の図９、図１０でも同様とする。

それに対し第１実施形態のモータ８０１は、各スロット６３、６４、６５に収容される巻線のターン数に応じて収容区間の径方向長さが異なっている。したがって、各スロット６３、６４、６５における無駄な隙間を減らし、占積率を向上させることができる。よって、モータ効率が向上する。また、第１実施形態では、第１ティース５１及び第２ティース５２がいずれも軸部５４に対して対称に形成され、同一の形状であるため、部品を統合することができる。

（第２実施形態）
図９に示す第２実施形態のモータ８０２は、第１実施形態のモータ８０１に対し、第１ティース５１及び第２ティース５２のバックヨーク５５の形状が異なる。第１ティース５１は、非対称スロット６４側の隣接壁５１３の径方向長さが多巻ティース５３の隣接壁５３１の径方向長さに近づくように、対称スロット６３側の隣接壁５１２の長さより短く形成されている。さらに第１ティース５１は、非対称スロット６４側のバックヨーク５５の径方向厚さが軸部５４から隣接壁５１３に向かって漸減している。

同様に、第２ティース５２は、非対称スロット６５側の隣接壁５２３の径方向長さが多巻ティース５３の隣接壁５３２の径方向長さに近づくように、対称スロット６４側の隣接壁５２１の長さより短く形成されている。さらに第２ティース５２は、非対称スロット６５側のバックヨーク５５の径方向厚さが軸部５４から隣接壁５２３に向かって漸減している。言い換えれば、バックヨーク５５の径外側収容壁５７が軸部５４に対して傾いて形成されている。

図９の例では、第１ティース５１の隣接壁５１３と多巻ティース５３の隣接壁５３１との径方向長さ、及び、第２ティース５２の隣接壁５２３と多巻ティース５３の隣接壁５３２との径方向長さがほぼ同じになっている。これにより、第１ティース５１及び第２ティース５２と多巻ティース５３とのバックヨーク５５の境界部で磁気抵抗が不連続に変化することを避け、効率低下を防止することができる。

また、第１実施形態の形状では、非対称スロット６４、６５において第１ティース５１及び第２ティース５２のバックヨーク５５の角部が露出しており、多巻ティース５３の巻線４１３に接触して被覆を傷つけるおそれがある。これに対し第２実施形態の形状では、バックヨーク５５の角部が露出していないため、巻線４１３の被覆損傷が防止され、絶縁性能に対する信頼性が向上する。

ティース境界部の各隣接壁の径方向長さは、図９に示すようにほぼ同じである場合に限らず、多少の段差があっても、第１実施形態に比べて不連続の程度が小さくなれば同様の効果が得られる。また、バックヨーク５５の径方向厚さが軸部５４から隣接壁５２３に向かって漸減する形状は、断面視で直線状に限らず、折れ線状でも、一部又は全部が曲線状でもよい。

（第３実施形態）
図１０に示す第３実施形態のモータ８０３は、第２実施形態における第１ティース５１及び第２ティース５２のバックヨーク５５の形状をさらに単純化したものである。第２実施形態と同様に、第１ティース５１及び第２ティース５２は、非対称スロット６４、６５側の隣接壁５１３、５２３の径方向長さが多巻ティース５３の隣接壁５３１、５３２の径方向長さに近づくように、対称スロット６３側の隣接壁５１２、５２１の長さより短く形成されている。さらに、バックヨーク５５の径外側収容壁５７は軸部５４に対して垂直に形成されている。言い換えれば、第１ティース５１及び第２ティース５２における非対称スロット６４、６５側の半分が、多巻ティース５３と同じ形状となっている。

第３実施形態では、第２実施形態と同様に、第１ティース５１及び第２ティース５２と多巻ティース５３とのバックヨーク５５の境界部で磁気抵抗が不連続に変化することを避け、効率低下を防止することができる。また、第２実施形態に比べ、第１ティース５１及び第２ティース５２の形状が単純であるため、製造が容易である。

ここで、非対称スロット６４、６５における占積率は第１実施形態が最も高く、第２、第３実施形態の順に隙間が生じる分、占積率が多少低下する。ただし、図１２の比較例と比べると、対称スロット６３において第１～第３実施形態のいずれも隙間が無く、トータルの占積率は向上している。

（第４実施形態）
図１１に示す第４実施形態のモータ８０４は、第１実施形態のモータ８０１に対し各ティース５１、５２、５３の鍔部５８の周方向幅の関係のみが異なる。多巻ティース５３の鍔部５８の周方向幅Ｗｍは、第１ティース５１及び第２ティース５２の鍔部５８の周方向幅Ｗｎよりも長く形成されている。つまり、多巻ティース５３では巻線のターン数が相対的に多いことに対応し、鍔部５８からロータ７０への磁路面積がより大きく確保される。

これにより各ティース５１、５２、５３における磁力分布が均一化され、トルクリップルを低減することができる。第２、第３実施形態のモータ８０２、８０３においても同様に、多巻ティース５３の鍔部５８の周方向幅Ｗｍが、第１ティース５１及び第２ティース５２の鍔部５８の周方向幅Ｗｎよりも長く形成されるようにしてもよい。

（その他の実施形態）
（ａ）本発明のモータは、少なくとも、非対称スロット６４、６５における多巻ティース６３の収容区間の径方向長さＬｍが、対称スロット６３における第１ティース５１及び第２ティース５２の収容区間の径方向長さＬｎよりも長く設定されたものであればよい。各ティースに巻回される巻線がどの系統のインバータから通電されるか、どの相か、巻線同士がどのように結線されているか、等の仕様は適宜設定可能である。例えば特許文献１の図４～図７に示されるように、一つ又は二つのΔ結線又はＹ結線を構成する巻線に一台のインバータから電流が通電されてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、複数のティース５１、５２、５３において鍔部５８の径内側収容壁５９の径方向位置は同じであり、バックヨーク５５の径外側収容壁５７の径方向位置、すなわちバックヨーク５５の厚さの違いで収容区間の径方向長さを変えている。他の実施形態では、これに代えて或いは加えて、鍔部５８の径内側収容壁５９の径方向位置、すなわち鍔部５８の厚さの違いで収容区間の径方向長さを変えてもよい。

（ｃ）複数のティースに巻回される巻線のターン数が異なるモータにおいて、本発明による収容区間の径方向長さの変更に加え、特許文献１等の従来技術によるスロット周方向幅の変更や線径の変更を組み合わせた構成としてもよい。

（ｄ）ティース５１、５２、５３及びスロット６３、６４、６５以外のステータコア５０やロータ７０の構成については、モータの周知技術を適宜採用してよい。例えばロータ７０は、図５に示すＩＰＭ構造に限らず、ロータコア６４の表面に永久磁石６５が設けられたＳＰＭ構造で構成されてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

５０・・・ステータコア、
５１・・・第１ティース、 ５２・・・第２ティース、
５３・・・多巻ティース、 ５４・・・軸部、
５５・・・バックヨーク、 ５７・・・径外側収容壁、
５８・・・鍔部、 ５９・・・径内側収容壁、
６３・・・対称スロット、 ６４、６５・・・非対称スロット、
７０・・・ロータ、
８０（８０１－８０４）・・・モータ（三相モータ）、
９０・・・モータ駆動システム。

Claims (8)

1. 周方向に分割された円環の外縁（５６）をなすバックヨーク（５５）、前記バックヨークから径内方向に延伸する軸部（５４）、及び、前記軸部の径内端部において前記軸部から周方向両側に突出する鍔部（５８）を有する複数のティース（５１、５２、５３）が周方向に連結されてなるステータコア（５０）と、
   前記ティースにおいて径方向に対向する前記バックヨークの径外側収容壁（５７）と前記鍔部の径内側収容壁（５９）との間の収容区間に巻回される巻線（４１、４２）と、
   前記ステータコアの内側で前記ステータコアに対して相対回転するロータ（７０）と、
   を備え、
   複数の前記ティースは、
   巻回される前記巻線のターン数が相対的に多い多巻ティース（５３）と、
   前記多巻ティースの周方向の一方及び他方に隣接し、巻回される前記巻線のターン数が相対的に少ない第１ティース（５１）及び第２ティース（５２）と、
   を含み、周方向に前記第１ティース、前記多巻ティース、前記第２ティースの順に交互に配置されており、
   周方向に隣接する前記ティース同士の間に形成される複数のスロットは、
   前記第１ティースと前記多巻ティースとの間、及び、前記多巻ティースと前記第２ティースとの間に形成される非対称スロット（６４、６５）と、
   前記第２ティースと前記第１ティースとの間に形成される対称スロット（６３）と、
   を含み、
   前記非対称スロットにおける前記多巻ティースの前記収容区間の径方向長さ（Ｌｍ）は、前記対称スロットにおける前記第１ティース及び前記第２ティースの前記収容区間の径方向長さ（Ｌｎ）よりも長く設定されているモータ。
2. 複数の前記ティースにおいて、前記鍔部の前記径内側収容壁の径方向位置は同じである請求項１に記載のモータ。
3. 前記第１ティース及び前記第２ティースは、前記バックヨークの周方向端部の外壁である隣接壁のうち、前記非対称スロット側の前記隣接壁（５１３、５２３）の径方向長さが前記多巻ティースの前記隣接壁（５３１、５３２）の径方向長さに近づくように、前記対称スロット側の前記隣接壁（５１２、５２１）の長さより短く形成されている請求項２に記載のモータ。
4. 前記第１ティース及び前記第２ティースは、前記非対称スロット側の前記バックヨークの径方向厚さが前記軸部から前記隣接壁に向かって漸減している請求項３に記載の三相モータ。
5. 前記多巻ティースの前記鍔部の周方向幅（Ｗｍ）は、前記第１ティース及び前記第２ティースの前記鍔部の周方向幅（Ｗｎ）よりも長く形成されている請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ。
6. 第１系統及び第２系統の二台のインバータ（３１、３２）によって直流電力から変換された三相交流電力が供給されるモータであって、
   前記第１ティースは、前記第１系統のインバータから三相電流が通電される第１巻線（４１）の一部である直属第１巻線（４１１）が巻回され、
   前記第２ティースは、前記第２系統のインバータから三相電流が通電される第２巻線（４２）の一部である直属第２巻線（４２２）が巻回され、
   前記多巻ティースは、前記第１巻線のうち前記直属第１巻線を除く部分である混成用第１巻線（４１３）、及び、前記第２巻線のうち前記直属第２巻線を除く部分である混成用第２巻線（４２３）が巻回される請求項１～５のいずれか一項に記載のモータ。
7. 前記多巻ティースに巻回された前記混成用第１巻線及び前記混成用第２巻線は、それぞれ、隣接する前記第１ティースに巻回された同相の前記直属第１巻線、及び、隣接する前記第２ティースに巻回された同相の前記直属第２巻線に接続されている請求項６に記載のモータ。
8. 前記第１巻線及び前記第２巻線に通電される電流及びターン数の積に比例する起磁力により同軸上に生成されるトルクを合算して出力する請求項６または７に記載のモータ（８０）と、
   直流電力を三相交流電力に変換し、前記モータの前記第１巻線及び前記第２巻線に三相電流を通電する第１系統及び第２系統の二台の前記インバータ（３１、３２）と、
   二台の前記インバータによる三相電流の通電を制御する制御部（２５）と、
   を含むモータ駆動システムであって、
   前記モータにおいて、
   前記第１ティースに巻回された前記直属第１巻線への通電により生成される純正第１系統の起磁力、
   前記第２ティースに巻回された前記直属第２巻線への通電により生成される純正第２系統の起磁力、並びに、
   前記多巻ティースに巻回された前記混成用第１巻線及び前記混成用第２巻線への通電により生成される混成第３系統の起磁力が発生し、
   前記制御部は、
   前記モータの電気６次及び電気１２次のトルクリップルを低減するように、
   前記第１系統のインバータから通電される第１系統の三相電流と、前記第２系統のインバータから通電される第２系統の三相電流との位相差を設定し、且つ、前記純正第１系統及び前記純正第２系統と前記混成第３系統との起磁力振幅の比を設定するモータ駆動システム。

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