JPWO2016132450A1 - 永久磁石式三相二重化モータおよび電動パワーステアリング装置 - Google Patents

永久磁石式三相二重化モータおよび電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

この発明は、モータ体格を増やすことなく、一系統の故障時に、正常時と同等のモータ性能を確保できる永久磁石式三相二重化モータおよびそれを備えた電動パワーステアリング装置を得る。この発明による永久磁石式三相二重化モータは、第１三相巻線と第１インバータ回路の系統と、第２三相巻線と第２インバータ回路の系統と、の２系統が用意され、制御装置が、一方の系統が故障したときに、故障した系統のインバータ回路の動作を停止するとともに、正常な系統のインバータ回路の動作を制御して、上記正常な系統のインバータ回路から供給される駆動電流を増加させるように構成され、上記第１三相巻線と上記第２三相巻線は、上記正常な系統のインバータ回路から増加された上記駆動電流が供給されたときに、上記永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界が、正常時に上記永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界と同等となるように構成されている。

Description

この発明は、永久磁石式三相二重化モータおよびそれを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。
従来の永久磁石式三相二重化モータは、一系統が故障すると、正常側の系統の駆動電流を増加させて、故障側の系統によるトルク低下を補っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１１−７８２２１号公報
従来の永久磁石式三相二重化モータでは、一系統が故障すると、正常側の系統の駆動電流を増加させているので、ロータの磁極を構成する永久磁石に減磁させる方向に作用する磁界が増加する。これにより、永久磁石が減磁し、モータ性能が低下するという課題があった。
これを回避するために、正常時の２倍の駆動電流が流れても、永久磁石が減磁しないように設計することが考えられる。この場合、正常時には実力の半分の状態で運転することになり、必要なトルクを発揮させるためには、モータの体格が単純に２倍となってしまうという新たな課題が生じる。
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、モータ体格を大幅に大きくすることなく、一系統の故障時に、駆動電流の増加に起因する永久磁石の減磁を抑え、正常時と同等のモータ性能を確保できる永久磁石式三相二重化モータおよびそれを備えた電動パワーステアリング装置を得ることを目的とする。
この発明による永久磁石式三相二重化モータは、永久磁石が周方向に配列されたロータと、第１三相巻線と第２三相巻線からなるステータコイルを有するステータと、上記第１三相巻線に駆動電流を供給する第１インバータ回路と、上記第２三相巻線に駆動電流を供給する第２インバータ回路と、上記第１インバータ回路および上記第２インバータ回路の動作を制御する制御装置と、を備えている。上記制御装置は、上記第１インバータ回路と上記第２インバータ回路の一方が故障したときに、故障したインバータ回路の動作を停止するとともに、正常なインバータ回路の動作を制御して、上記正常なインバータ回路から供給される駆動電流を増加させるように構成され、上記第１三相巻線と上記第２三相巻線は、上記正常なインバータ回路から増加された上記駆動電流が供給されたときに、上記永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界が、正常時に上記永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界と同等となるように構成されている。
この発明によれば、制御装置は、第１インバータ回路と第２インバータ回路の一方が故障したときに、故障したインバータ回路の動作を停止するとともに、正常なインバータ回路の動作を制御して、正常なインバータ回路から供給される駆動電流を増加させるので、第１インバータ回路と第２インバータ回路の一方が故障しても、必要なトルクを確保することができる。また、第１三相巻線と第２三相巻線は、正常なインバータ回路から増加された駆動電流が供給されたときに、永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界が、正常時に永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界と同等となるように構成されているので、正常なインバータ回路から増加された駆動電流が供給されても、永久磁石の減磁を回避することができる。これにより、モータ体格を増やすことなく、一系統の故障時に、正常時と同等のモータ性能を確保できる。
この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを示す展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第１三相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第２三相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ１相巻線とＵ２相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ１相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ２相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ１相巻線とＵ２相巻線の単位コイルの重なり状態を説明する要部展開図である。 この発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータを示す回路図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータを示す横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを示す展開図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第１三相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第２三相巻線を示す展開図である。 この発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータを示す回路図である。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータを示す横断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータを示す横断面図である。ここで、横断面図とは、ロータの回転軸の軸心に対して垂直な平面を表す図である。また、図２中、ステータコアの内周側に記載した１から４８の数字は周方向に配列されたスロットに時計回りに順番に付したスロット番号である。
図１および図２において、永久磁石式三相二重化モータ１００は、軸心位置に挿入された回転軸２に固着され、ハウジング（図示せず）に回転可能に保持されたロータ１と、ロータ１を囲繞するようにロータ１と同軸に配置されてハウジングに保持されたステータ５と、を備える。そして、磁極を構成する永久磁石３がロータ１の外周面に周方向に等角ピッチで８つ配設されている。ステータ５は、電磁鋼板を積層一体化して作製され、ティース６ｂがそれぞれ円環状のコアバック６ａから径方向内方に突出して周方向に等角ピッチで４８本配列されたステータコア６と、ステータコア６に装着されたステータコイル７と、を備える。また、スロット６ｃが、コアバック６ａと隣り合うティース６ｂとの間に形成される。このように構成された永久磁石式三相二重化モータ１００は、８極４８スロットのモータであり、１スロットピッチは電気角で３０度に相当する。
つぎに、ステータコイル７の構造について図３から図９を参照して説明する。図３はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを示す展開図、図４はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第１三相巻線を示す展開図、図５はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第２三相巻線を示す展開図、図６はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ１相巻線とＵ２相巻線を示す展開図、図７はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ１相巻線を示す展開図、図８はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ２相巻線を示す展開図、図９はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成するＵ１相巻線とＵ２相巻線の単位コイルの重なり状態を説明する要部展開図である。なお、各図において、巻線の下部に付された１から４８の数字はスロット番号である。
ステータコイル７は、図３から図５に示されるように、Ｕ１相巻線１１、Ｖ１相巻線１２およびＷ１相巻線１３をＹ結線してなる第１三相巻線１０と、Ｕ２相巻線２１、Ｖ２相巻線２２およびＷ２相巻線２３をＹ結線してなる第２三相巻線２０と、を備える。
まず、Ｕ１相巻線１１の巻線構造について説明する。
導体線８が、図７に示されるように、ステータコア６の軸方向一端側から１番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向他端側に引き出され、ついでステータコア６の軸方向他端側から７番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向一端側に引き出され、ついでステータコア６の軸方向一端側から１番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向他端側に引き出され、ついでステータコア６の軸方向他端側から７番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向一端側に引き出される。
７番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８は、１３番と１９番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで２５番と３１番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで３７番と４３番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、４３番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出される。
４３番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８は、３７番と３１番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで２５番と１９番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで１３番と７番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで１番と４３番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、４３番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出され、Ｕ１相巻線１１が構成される。
このように構成されたＵ１相巻線１１は、導体線８をスロット番号が（１＋６ｎ）番(但し、ｎは０以上、７以下の整数）のスロット６ｃの群に巻回して構成された分布巻きの重ね巻き巻線である。Ｕ１相巻線１１は、６スロットピッチ、すなわち電気角で１８０度ピッチで巻回されており、全節巻きとなっている。そして、１番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８の端部がＵ１相巻線１１の口出し線となり、４３番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８の端部がＵ１相巻線１１の中性点結線部となる。また、図９に示されるように、導体線８を例えば、１番と７番のスロット６ｃの対、すなわち６スロットピッチ離れたスロット６ｃの対に巻いて作製される巻線が、単位コイル９となる。Ｕ１相巻線１１は、８個の単位コイル９を直列に接続して構成されている。また、図２に示されるように、４本の導体線８がスロット６ｃ内に径方向に１列に並んで絶縁紙（図示せず）を介して収納されている。
つぎに、Ｕ２相巻線２１の巻線構造について説明する。
導体線８が、図８に示されるように、ステータコア６の軸方向一端側から２６番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向他端側に引き出され、ついでステータコア６の軸方向他端側から３２番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向一端側に引き出され、ついでステータコア６の軸方向一端側から２６番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向他端側に引き出され、ついでステータコア６の軸方向他端側から３２番のスロット６ｃに挿入されてステータコア６の軸方向一端側に引き出される。
３２番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８は、３８番と４４番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで２番と８番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで、１４番と２０番のスロット６ｃに同様に巻かれ、２０番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出される。
２０番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８は、１４番と８番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで２番と４４番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで３８番と３２番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、ついで２６番と２０番のスロット６ｃの対に同様に巻かれ、２０番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出され、Ｕ２相巻線２１が構成される。
このように構成されたＵ２相巻線２１は、導体線８をスロット番号が（２＋６ｎ）番(但し、ｎは０以上、７以下の整数）のスロット６ｃの群に巻回して構成された分布巻きの重ね巻き巻線である。Ｕ２相巻線２１は、６スロットピッチ、すなわち電気角で１８０度ピッチで巻回されており、全節巻きとなっている。そして、２６番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８の端部がＵ２相巻線２１の口出し線となり、２０番のスロット６ｃからステータコア６の軸方向一端側に引き出された導体線８の端部がＵ２相巻線２１の中性点結線部となる。また、図９に示されるように、導体線８を例えば、２番と８番のスロット６ｃの対、すなわち６スロットピッチ離れたスロット６ｃの対に巻いて作製される巻線が、単位コイル９となる。Ｕ２相巻線２１は、８個の単位コイル９を直列に接続して構成されている。
Ｕ１相巻線１１とＵ２相巻線２１は、図６に示されるように、電気角で３０度ずれたスロット６ｃの群に巻装された同相の巻線である。また、Ｕ１相巻線１１とＵ２相巻線２１との単位コイル９は、図９に示されるように、単位コイル９のスロットピッチである６つのスロット６ｃのうち、５つのスロット６ｃで重なっている。つまり、同相の単位コイル９が巻回されるスロット６ｃ間の周方向領域が、ほぼ重なっている。
ここで、Ｖ１相巻線１２、Ｖ２相巻線２２、Ｗ１相巻線１３およびＷ２相巻線２３の巻線構造は、Ｕ１相巻線１１およびＵ２相巻線２１の巻線構造と同様であるので、ここでは、その説明を省略する。なお、Ｖ１相巻線１２は、導体線８をスロット番号が（５＋６ｎ）番(但し、ｎは０以上、７以下の整数）のスロット６ｃの群に巻回して構成され、Ｖ２相巻線２２は、導体線８をスロット番号が（６＋６ｎ）番(但し、ｎは０以上、７以下の整数）のスロット６ｃの群に巻回して構成されている。また、Ｗ１相巻線１３は、導体線８をスロット番号が（３＋６ｎ）番(但し、ｎは０以上、７以下の整数）のスロット６ｃの群に巻回して構成され、Ｗ２相巻線２３は、導体線８をスロット番号が（４＋６ｎ）番(但し、ｎは０以上、７以下の整数）のスロット６ｃの群に巻回して構成されている。
そして、第１三相巻線１０が、図４に示されるように、Ｕ１相巻線１１、Ｖ１相巻線１２およびＷ１相巻線１３の中性点結線部同士を結線して構成される。また、第２三相巻線２０が、図５に示されるように、Ｕ２相巻線２１、Ｖ２相巻線２２およびＷ２相巻線２３の中性点結線部同士を結線して構成される。このように構成された第１三相巻線１０と第２三相巻線２０は、電気角で３０度の位相差を持って配置される。
つぎに、永久磁石式三相二重化モータ１００の駆動制御部の構成について図１０を参照しつつ説明する。なお、図１０はこの発明の実施の形態１に係る永久磁石式三相二重化モータを示す回路図である。
永久磁石式三相二重化モータ１００は、第１インバータ回路３０、第２インバータ回路４０、コンデンサ５０、バッテリ５１、制御装置としてのマイクロコンピュータ５２、第１駆動回路５３、第２駆動回路５４などからなる駆動制御部を備えている。
第１インバータ回路３０は、６つのスイッチング素子３１〜３６をブリッジ接続して構成されている。スイッチング素子３１〜３６は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子が用いられるが、ここでは、ＭＯＳＦＥＴを用いている。
３つのスイッチング素子３１〜３３は、ドレインが電源側に接続されている。スイッチング素子３１〜３３のソースが、それぞれ、スイッチング素子３４〜３６のドレインに接続されている。スイッチング素子３４〜３６のソースがグランド側に接続されている。スイッチング素子３１，３４の接続点がＵ１相巻線１１の口出し線に接続されている。スイッチング素子３２，３５の接続点がＷ１相巻線１３の口出し線に接続されている。スイッチング素子３３，３６の接続点がＶ１相巻線１２の口出し線に接続されている。
第２インバータ回路４０は、６つのスイッチング素子４１〜４６をブリッジ接続して構成されている。スイッチング素子４１〜４６は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子が用いられるが、ここでは、ＭＯＳＦＥＴを用いている。
３つのスイッチング素子４１〜４３は、ドレインが電源側に接続されている。スイッチング素子４１〜４３のソースが、それぞれ、スイッチング素子４４〜４６のドレインに接続されている。スイッチング素子４４〜４６のソースがグランド側に接続されている。スイッチング素子４１，４４の接続点がＵ２相巻線２１の口出し線に接続されている。スイッチング素子４２，４５の接続点がＷ２相巻線２３の口出し線に接続されている。スイッチング素子４３，４６の接続点がＶ２相巻線２２の口出し線に接続されている。
コンデンサ５０は、スイッチング素子３１〜３６，４１〜４６への電力供給を保持したり、サージ電流などのノイズ成分を除去する。第１駆動回路５３は第１インバータ回路３０のスイッチング素子３１〜３６をオンオフする。第２駆動回路５４は第２インバータ回路４０のスイッチング素子４１〜４６をオンオフする。マイクロコンピュータ５２は、第１および第２駆動回路５３，５４を介してスイッチング素子３１〜３６，４１〜４６のオンオフを制御し、Ｕ１相巻線１１、Ｕ２相巻線２１、Ｖ１相巻線１２、Ｖ２相巻線２２、Ｗ１相巻線１３およびＷ２相巻線２３に通電される駆動電流を制御する。このように、永久磁石式三相二重化モータ１００には、第１三相巻線１０、第１インバータ回路３０、第１駆動回路５３からなる第１系統と、第２三相巻線２０、第２インバータ回路４０、第２駆動回路５４からなる第２系統と、の２つの系統が用意されている。
このように構成された永久磁石式三相二重化モータ１００では、バッテリ５１の直流電力が、スイッチング素子３１〜３３，４１〜４３のドレインに供給されている。そして、マイクロコンピュータ５２により、スイッチング素子３１〜３６，４１〜４６のオンオフが制御され、バッテリ５１の直流電力が交流電力に変換され、第１および第２三相巻線１０，２０に供給される。これにより、ロータ１の永久磁石３に回転磁界が与えられ、ロータ１が回転駆動される。ここで、第１インバータ回路３０から第１三相巻線１０に供給される駆動電流と第２インバータ回路４０から第２三相巻線２０に供給される駆動電流との間には、電気角で３０度の位相差があるので、永久磁石３の起磁力の５次および７次高調波と、ステータ５の起磁力の５次および７次高調波、および駆動電流の５次および７次高調波によって生じる電気角６次のトルクリップルが、第１系統と第２系統とで相殺されて低減される。
ここで、マイクロコンピュータ５２は、例えば、第２系統の故障を検知すると、第２駆動回路５４の駆動を停止させ、第２三相巻線２０に供給される駆動電流をゼロとする。これにより、第２系統により発揮されていたトルクがゼロとなり、モータ全体の出力トルクは、正常時の１／２となる。そこで、マイクロコンピュータ５２は、第２駆動回路５４の駆動を停止させると同時に、第１三相巻線１０に供給される駆動電流が正常時の２倍となるように、第１駆動回路５３を介して第１インバータ回路３０のスイッチング素子３１〜３６のオンオフを制御する。これにより、第１系統によって発揮されるトルクが正常時の２倍となり、第２系統によって発揮されるべきトルクが補われ、モータ全体の出力トルクが正常時と変わらないものとなる。このように、一系統の故障時に、正常時と同等のモータ性能を確保することができる。
このとき、第１系統の第１三相巻線１０に供給される駆動電流が正常時の２倍となるので、第１三相巻線１０の起磁力も正常時の２倍となる。永久磁石式三相二重化モータ１００では、第１三相巻線１０と第２三相巻線２０の同相の相巻線同士、例えばＵ１相巻線１１とＵ２相巻線２１の単位コイル９が、図９に示されるように、６スロットピット中、５つのスロット６ｃで重なって配置されている。そこで、第２系統の駆動電流をゼロとし、第１系統の駆動電流を２倍としても、単位コイル９が重なっている５つのスロット６ｃの部分では、巻線の起磁力は，正常時と同じとなる。したがって、永久磁石３に作用する磁界も、正常時と同じとなり、永久磁石３の減磁を回避することができるので、永久磁石３の減磁によるモータ性能の低下を抑制できる。このように、通常の設計とほぼ同じモータ体格のままで、かつ永久磁石３を減磁させることなく、１系統の故障時に、正常な系統の駆動電流を２倍にすることができる。
このような特性を有する永久磁石式三相二重化モータ１００は、小型化と信頼性が重視される電動パワーステアリング装置の用途に好適である。
なお、上記実施の形態１では、８極４８スロットの永久磁石式三相二重化モータについて説明しているが、永久磁石式三相二重化モータの極数とスロット数の組み合わせはこれに限定されるものではない。
実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータを示す横断面図、図１２はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータを示す横断面図である。なお、図１２中、ステータコアの内周側に記載した１から１２の数字は周方向に配列されたティースに時計回りに順番に付したティース番号である。
図１１および図１２において、永久磁石式三相二重化モータ１０１は、軸心位置に挿入された回転軸６２に固着され、ハウジング（図示せず）に回転可能に保持されたロータ６１と、ロータ６１を囲繞するようにロータ６１と同軸に配置されてハウジングに保持されたステータ６５と、を備える。そして、磁極を構成する永久磁石６３がロータ６１の外周面に周方向に等角ピッチで１０個配設されている。ステータ６５は、電磁鋼板を積層一体化して作製され、ティース６６ｂがそれぞれ円環状のコアバック６６ａから径方向内方に突出して周方向に等角ピッチで１２本配列されたステータコア６６と、ステータコア６６に装着されたステータコイル６７と、を備える。また、スロット６６ｃが、コアバック６６ａと隣り合うティース６６ｂとの間に形成される。このように構成された永久磁石式三相二重化モータ１０１は、１０極１２スロットのモータである。
つぎに、ステータコイル６７の構造について図１３から図１５を参照して説明する。図１３はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを示す展開図、図１４はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第１三相巻線を示す展開図、図１５はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータに適用されるステータのステータコイルを構成する第２三相巻線を示す展開図である。なお、各図において、ティース６６ｂの下部に付された１から１２の数字はティース番号である。
ステータコイル７は、図１３、図１４および図１５に示されるように、Ｕ１相巻線７１、Ｖ１相巻線７２およびＷ１相巻線７３をΔ結線してなる第１三相巻線７０と、Ｕ２相巻線８１、Ｖ２相巻線８２およびＷ２相巻線８３をΔ結線してなる第２三相巻線８０と、を備える。
まず、第１三相巻線７０の巻線構造について図１４を参照しつつ説明する。
導体線６８が、１番のティース６６ｂの根元側にインシュレータ（図示せず）を介して３ターン巻回された後、引き続いて２番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、１番と２番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、異なる導体線６８が、７番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて８番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、７番と８番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、１番と２番のティース６６ｂに巻回された導体線６８と、７番と８番のティース６６ｂに巻回された導体線６８とを並列に接続する。これにより、４つの集中巻コイル６９が２直列２並列に接続されたＵ１相巻線７１が作製される。
ついで、導体線６８が、４番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて３番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、４番と３番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、異なる導体線６８が、１０番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて９番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、１０番と９番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、４番と３番のティース６６ｂに巻回された導体線６８と、１０番と９番のティース６６ｂに巻回された導体線６８とを並列に接続する。これにより、４つの集中巻コイル６９が２直列２並列に接続されたＶ１相巻線７２が作製される。
ついで、導体線６８が、５番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて６番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、５番と６番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、異なる導体線６８が、１１番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて１２番のティース６６ｂの根元側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、１１番と１２番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、５番と６番のティース６６ｂに巻回された導体線６８と、１１番と１２番のティース６６ｂに巻回された導体線６８とを並列に接続する。これにより、４つの集中巻コイル６９が２直列２並列に接続されたＷ１相巻線７３が作製される。
ついで、Ｕ１相巻線７１の一端とＷ１相巻線７３の他端とを接続し、Ｗ１相巻線７３の一端とＶ１相巻線７２の他端とを接続し、Ｖ１相巻線７２の一端とＵ１相巻線７１の他端とを接続して、Ｕ１相巻線７１、Ｖ１相巻線７２およびＷ１相巻線７３をΔ結線してなる第１三相巻線７０が作製される。
つぎに、第２三相巻線８０の巻線構造について図１５を参照しつつ説明する。
導体線６８が、８番のティース６６ｂの先端側にインシュレータ（図示せず）を介して３ターン巻回された後、引き続いて７番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、８番と７番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、異なる導体線６８が、２番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて１番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、２番と１番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、８番と７番のティース６６ｂに巻回された導体線６８と、２番と１番のティース６６ｂに巻回された導体線６８とを並列に接続する。これにより、４つの集中巻コイル６９が２直列２並列に接続されたＵ２相巻線８１が作製される。
ついで、導体線６８が、９番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて１０番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、９番と１０番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、異なる導体線６８が、３番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて４番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、３番と４番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、９番と１０番のティース６６ｂに巻回された導体線６８と、３番と４番のティース６６ｂに巻回された導体線６８とを並列に接続する。これにより、４つの集中巻コイル６９が２直列２並列に接続されたＶ２相巻線８２が作製される。
ついで、導体線６８が、１２番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて１１番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回される。これにより、１２番と１１番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、異なる導体線６８が、６番のティース６６ｂの先端側にインシュレータを介して３ターン巻回された後、引き続いて５番のティース６６ｂの先端側に３ターン巻回される。これにより、６番と５番に巻回された２つの集中巻コイルが直列に接続される。ついで、１２番と１１番のティース６６ｂに巻回された導体線６８と、６番と５番のティース６６ｂに巻回された導体線６８とを並列に接続する。これにより、４つの集中巻コイル６９が２直列２並列に接続されたＷ２相巻線８３が作製される。
ついで、Ｕ２相巻線８１の一端とＷ２相巻線８３の他端とを接続し、Ｗ２相巻線８３の一端とＶ２相巻線８２の他端とを接続し、Ｖ２相巻線８２の一端とＵ２相巻線８１の他端とを接続して、Ｕ２相巻線８１、Ｖ２相巻線８２およびＷ２相巻線８３をΔ結線してなる第２三相巻線８０が作製される。
Ｕ１相巻線７１とＵ２相巻線８１は、それぞれ、１番、２番、７番および８番のティース６６ｂのそれぞれに導体線６８を巻回して作製された集中巻コイル６９を２直列２並列に接続して構成されている。そこで、同相の相巻線であるＵ１相巻線７１とＵ２相巻線８１との集中巻コイル６９は、同じティース６６ｂに巻回されている。なお、同相の相巻線であるＶ１相巻線７２とＶ２相巻線７２の集中巻コイル６９も、同じティース６６ｂに巻回されている。また、同相の相巻線であるＷ１相巻線７３とＷ２相巻線８３の集中巻コイル６９も、同じティース６６ｂに巻回されている。
つぎに、永久磁石式三相二重化モータ１０１の駆動制御部の構成について図１６を参照しつつ説明する。なお、図１６はこの発明の実施の形態２に係る永久磁石式三相二重化モータを示す回路図である。
永久磁石式三相二重化モータ１０１は、実施の形態１と同様に、第１インバータ回路３０、第２インバータ回路４０、コンデンサ５０、バッテリ５１、マイクロコンピュータ５２、第１駆動回路５３、第２駆動回路５４などからなる駆動制御部を備えている。
スイッチング素子３１，３４の接続点がＵ１相巻線７１とＷ１相巻線７３の結線部に接続されている。スイッチング素子３２，３５の接続点がＷ１相巻線７３とＶ１相巻線７２の結線部に接続されている。スイッチング素子３３，３６の接続点がＶ１相巻線７２とＵ１相巻線７１の結線部に接続されている。
スイッチング素子４１，４４の接続点がＵ２相巻線８１とＷ２相巻線８３の結線部に接続されている。スイッチング素子４２，４５の接続点がＷ２相巻線８３とＶ２相巻線８２の結線部に接続されている。スイッチング素子４３，４６の接続点がＶ２相巻線８２とＵ２相巻線８１の結線部に接続されている。
マイクロコンピュータ５２は、第１および第２駆動回路５３，５４を介してスイッチング素子３１〜３６，４１〜４６のオンオフを制御し、第１三相巻線７０および第２三相巻線８０に通電される駆動電流を制御する。このように、永久磁石式三相二重化モータ１０１には、第１三相巻線７０、第１インバータ回路３０、第１駆動回路５３からなる第１系統と、第２三相巻線８０、第２インバータ回路４０、第２駆動回路５４からなる第２系統と、の２つの系統が用意されている。
このように構成された永久磁石式三相二重化モータ１０１では、マイクロコンピュータ５２により、スイッチング素子３１〜３６，４１〜４６のオンオフが制御され、バッテリ５１の直流電力が交流電力に変換され、第１および第２三相巻線７０，８０に供給される。これにより、ロータ６１の永久磁石６３に回転磁界が与えられ、ロータ６１が回転駆動される。ここで、第１インバータ回路３０から第１三相巻線７０に供給される駆動電流と第２インバータ回路４０から第２三相巻線８０に供給される駆動電流は、同位相となっている。
ここで、マイクロコンピュータ５２は、例えば、第２系統の故障を検知すると、第２駆動回路５４の駆動を停止させ、第２三相巻線８０に供給される駆動電流をゼロとする。これにより、第２系統により発揮されていたトルクがゼロとなり、モータ全体の出力トルクは、正常時の１／２となる。そこで、マイクロコンピュータ５２は、第２駆動回路５４の駆動を停止させると同時に、第１三相巻線７０に供給される駆動電流が正常時の２倍となるように、第１駆動回路５３を介して第１インバータ回路３０のスイッチング素子３１〜３６のオンオフを制御する。これにより、第１系統によって発揮されるトルクが正常時の２倍となり、第２系統によって発揮されるべきトルクが補われ、モータ全体の出力トルクが正常時と変わらないものとなる。このように、一系統の故障時に、正常時と同等のモータ性能を確保することができる。
このとき、第１系統の第１三相巻線７０に供給される駆動電流が正常時の２倍となるので、第１三相巻線７０の起磁力も正常時の２倍となる。永久磁石式三相二重化モータ１０１では、第１三相巻線７０と第２三相巻線８０の同相の相巻線同士、例えばＵ１相巻線７１とＵ２相巻線８１とが、同一のティース６６ｂに配置されている。そこで、第２系統の駆動電流をゼロとし、第１系統の駆動電流を２倍としても、集中巻コイル６９が巻回されているティース６６ｂの部分では、集中巻コイル６９の起磁力は，正常時と同じとなる。したがって、永久磁石６３に作用する磁界も、正常時と同じとなり、永久磁石６３の減磁を回避することができるので、永久磁石６３の減磁よるモータ性能の低下を抑制できる。このように、通常の設計とほぼ同じモータ体格のままで、かつ永久磁石６３を減磁させることなく、１系統の故障時に、正常な系統の駆動電流を２倍にすることができる。
このような特性を有する永久磁石式三相二重化モータ１０１は、小型化と信頼性が重視される電動パワーステアリング装置の用途に好適である。
なお、上記実施の形態２では、１０極１２スロットの永久磁石式三相二重化モータについて説明しているが、永久磁石式三相二重化モータの極数とスロット数の組み合わせはこれに限定されるものではない。

Claims (7)

  1. 永久磁石が周方向に配列されたロータと、
    第１三相巻線と第２三相巻線からなるステータコイルを有するステータと、
    上記第１三相巻線に駆動電流を供給する第１インバータ回路と、
    上記第２三相巻線に駆動電流を供給する第２インバータ回路と、
    上記第１インバータ回路および上記第２インバータ回路の動作を制御する制御装置と、を備え、
    上記制御装置は、上記第１インバータ回路と上記第２インバータ回路の一方が故障したときに、故障したインバータ回路の動作を停止するとともに、正常なインバータ回路の動作を制御して、上記正常なインバータ回路から供給される駆動電流を増加させるように構成され、
    上記第１三相巻線と上記第２三相巻線は、上記正常なインバータ回路から増加された上記駆動電流が供給されたときに、上記永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界が、正常時に上記永久磁石を減磁させる方向に作用する磁界と同等となるように構成されている永久磁石式三相二重化モータ。
  2. 上記第１三相巻線と上記第２三相巻線を構成する相巻線は、それぞれ、導体線を連続する複数のティースの両側に位置するスロットに巻回して構成された単位コイルを複数接続して構成され、
    上記第１三相巻線と上記第２三相巻線の同相の相巻線を構成する上記単位コイルが巻回される上記スロット間の周方向領域が、重なっていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式三相二重化モータ。
  3. 上記第１三相巻線と上記第２三相巻線は、電気角で３０度の位相差を持って配置されている請求項２記載の永久磁石式三相二重化モータ。
  4. 上記ロータの極数が８であり、上記ステータのスロット数が４８である請求項３記載の永久磁石式三相二重化モータ。
  5. 上記第１三相巻線と上記第２三相巻線を構成する相巻線は、それぞれ、導体線を１つのティースに巻回して構成された集中巻コイルを複数接続して構成され、
    上記第１三相巻線と上記第２三相巻線の同相の相巻線を構成する上記集中巻コイルが、同じティースに巻回されている請求項１記載の永久磁石式三相二重化モータ。
  6. 上記ロータの極数が１０であり、上記ステータのスロット数が１２である請求項５記載の永久磁石式三相二重化モータ。
  7. 請求項４又は請求項６に記載の永久磁石式三相二重化モータを備えた電動パワーステアリング装置。
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