JP2002325476A

JP2002325476A - モータ装置

Info

Publication number: JP2002325476A
Application number: JP2001127925A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Michioka; 力道岡
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】高効率かつ小型で製造コストが低く、ロータ
のシャフト位置を制御可能なモータ装置を提供する。【解決手段】ステータ巻線４Ａ〜４Ｉは、星型結線さ
れてそれぞれ独立した中性点Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を有する
３組のステータ巻線群を構成している。この中性点の電
圧あるいは電流を制御することによってステータ内の磁
束分布を不均衡とし、ロータの半径方向に作用する力を
発生させている。ステータ巻線４Ａ〜４Ｉが回転力発生
と位置制御の機能を兼ねており、またステータ３は分割
コアの集中巻線方式で形成されているので、構成が簡単
かつ巻線の占積率を高くすることができ、小型、高効率
かつ低コストでシャフト位置の制御が可能なモータを構
成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、分割ステータコ
アおよびこれに施された集中巻線から成るステータを有
するモータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、モータにはさらなる小型化、高出
力化が求められている。このような要求に応じ、ロータ
軸受けにおける摩擦による機械損を低減して効率を高め
るために、ギャップ磁束を制御して不均衡状態を作り出
して半径方向の力を発生させロータのシャフト位置を制
御するモータが提案されている。このようなモータで
は、巻線に流す電流の調節によってシャフト位置を制御
することが可能であり、シャフトを機械的に保持するた
めの軸受け機構をなくすことができる。その結果、軸受
けの摩擦による損失をなくして効率を向上させることが
可能となるばかりでなく、潤滑や摩滅の問題がなくなる
ので、例えば高真空下や、超高速での使用に耐えるモー
タを実現することができる。

【０００３】このようなモータの例として、例えばベア
リングレスモータがある。このベアリングレスモータで
は、ステータ内に回転磁界を発生するための電機子巻線
の他に、ロータのシャフト位置を制御する位置制御用巻
線を設けている。そして、この位置制御用巻線に電流を
流すことによって生じる磁束を、電機子巻線に流れる電
流がつくる磁束に重畳することでステータ内の磁束の不
均衡状態を作り出し、シャフトの半径方向に力を発生さ
せてその位置を制御している（例えば、市川、道岡、千
葉、深尾「ベアリングレスリラクタンスモータの半径方
向力の解析と軸位置制御装置の構成」、電学論Ｄ、１１
７巻９号、１９９７（平成９）年、１１２３〜１１３０
頁参照）。このため、シャフトを機械的に保持するため
のベアリング機構を設ける必要がなく、軸受け部で発生
する損失をなくすことが可能である。

【０００４】また、ロータのシャフト位置を制御するモ
ータ装置の他の例としては、例えば特開平８−８４４９
１号公報に記載のモータ装置がある。このモータ装置
は、各磁極を形成する電機子巻線が独立していることが
特徴である。そしてこれらの巻線を個別に制御すること
によって、ロータを回転させるとともにそのシャフト位
置を制御するための磁束分布を作り出している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たベアリングレスモータにおいては、位置制御用巻線を
電機子巻線と同一のコアスロットに巻回することによっ
て上記構造を実現している。このため、１つのスロット
に巻回することができる電機子巻線のターン数が制限さ
れるので、同サイズのコアに電機子巻線のみを設けたモ
ータと比較すると、その発生トルクは必然的に小さくな
る。また、電機子巻線と位置制御用巻線の２種類の巻線
を同一スロットに巻回する必要があるので構造が複雑で
あり、製造コストが高くなるという問題がある。

【０００６】また、特開平８−８４４９１号公報に記載
のモータ装置においては、各磁極を個別に制御する必要
があるため、各巻線の１辺がステータコアのスロット内
に、他の１辺がステータ外に位置するように巻回してい
る。このような構造のモータでは、ステータ外に巻かれ
た巻線がロータの回転力発生に寄与しないため効率が低
く、高出力を得るためにはモータが大型となるという問
題がある。

【０００７】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、高効率かつ小型で製造コストが低く、ロータのシ
ャフト位置を制御可能なモータ装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、多相交流電源に接続され前記電源の相数の２以上の
整数倍に分割されたコア素体から成るステータコアと、
前記各コア素体の歯部に集中して施された複数のステー
タ巻線と、前記ステータコアの内部に配設されるロータ
とを備えるモータ装置において、上記目的を達成するた
め、前記各ステータ巻線は、互いに異なる相の前記ステ
ータ巻線を星型結線して成るステータ巻線群を複数形成
することを特徴としている。

【０００９】このように構成された発明では、ステータ
巻線を星型結線して成る各ステータ巻線群がそれぞれ独
立した中性点を有している。このため、各中性点の電圧
または電流を個別に制御することが可能である。そし
て、この中性点に電圧または電流を加えることによっ
て、このステータ巻線群を構成している各相のステータ
巻線に流れる電流を不均衡とすることができる。その結
果、これらの電流がステータ内につくる磁束の不均衡状
態を作り出し、ロータをその半径方向に変位させる力を
発生することが可能である。このようにして、ロータに
その半径方向の力を作用させることにより、軸受けにか
かる荷重を軽減して機械損を低減することができるとと
もに、軸受けの摩滅に伴う故障を減らして長寿命化が可
能であり、保守作業の頻度およびそのコストを低減する
ことができる。

【００１０】さらに、この発明によれば、各ステータ巻
線は分割されたコア素体それぞれの歯部に集中して巻回
されているので、一般的な分布巻線方式の場合に比べて
ステータコアのスロットに対する電機子巻線の占積率を
高くすることができ、その結果、モータの効率を向上さ
せることができる。また、コア素体およびステータ巻線
の形状を全て同じに形成できるため、製造コストを低く
することができる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、前記各ス
テータ巻線群それぞれが、前記電源の第１の相に接続さ
れる前記ステータ巻線と、前記第１の相に接続される前
記ステータ巻線とほぼ対向する位置に配設され前記第１
の相以外の各相に接続される前記ステータ巻線とで構成
されていることを特徴としている。

【００１２】このように構成された発明では、上記した
中性点の制御によって磁束が強められる部分と弱められ
る部分とがステータ内のほぼ対向する位置に現れる。こ
のため、この磁束の不均衡によって両位置で発生しロー
タに作用する力のベクトルは同方向となり、その合力は
ステータの中心軸を通る半径方向に沿った力となるの
で、ロータ位置の制御を効率よく行うことができる。そ
して、各ステータ巻線群それぞれの中性点の電圧または
電流を個別に制御して異なる２つ以上の半径方向に対し
てこのような力を発生させることで、ロータ位置を任意
に制御することが可能となる。

【００１３】ここで、モータの形式が、例えば永久磁石
を埋め込んだロータを有する埋め込み磁石型モータであ
る場合、ロータの外周部における着磁パターンはＮ極と
Ｓ極とが交互に現れる形となる。このような場合、例え
ば、ステータのある１つの巻線に電流を流してロータを
引き寄せる力を発生させたい場合、このステータ巻線の
近傍に位置するロータ磁極がＮ極かＳ極かによって、流
す電流の極性を変える必要がある。

【００１４】そこで、請求項３に記載の発明は、上記目
的を達成するため、前記ロータの回転角度を検出するロ
ータ角度検出手段と、前記ロータ角度検出手段によって
検出される回転角度情報に基づきロータ位置制御信号を
生成して前記各ステータ巻線群それぞれの中性点に供給
し前記ロータと前記ステータコアとの幾何学的な対向位
置におけるギャップ磁束を不均衡にする制御手段とをさ
らに備えることを特徴としている。

【００１５】このように構成された発明では、ステータ
に対するロータの相対的な回転角度を検出することでロ
ータ磁極の方向を把握することができる。そして、ロー
タ磁極の向きに応じたロータ位置制御信号を発生するこ
とによって、常に所望する向きの力を発生させることが
できる。

【００１６】また、請求項４に記載の発明は、前記ロー
タの前記ステータコアに対する半径方向への相対位置を
検出する位置検出手段をさらに備え、前記制御手段は、
前記ロータ角度検出手段による前記回転角度情報及び前
記位置検出手段による前記ロータ位置情報に基づき、前
記ロータ位置制御信号を生成することを特徴としてい
る。

【００１７】このように構成された発明では、ステータ
コアに対するロータの相対的位置を検出し、その位置情
報に基づいたロータ位置制御信号を発生することによっ
て、ロータをステータコアに対する任意の位置に保持す
ることができる。

【００１８】また、請求項５に記載の発明は、前記ステ
ータコア及び前記ロータを収容したモータ本体の振動を
検出する振動検出手段をさらに備え、前記制御手段は、
前記ロータ角度検出手段による前記回転角度情報、前記
位置検出手段による前記ロータ位置情報、及び、前記振
動検出手段による振動情報とに基づき、前記ロータ位置
制御信号を生成することを特徴としている。

【００１９】このように構成された発明では、モータ本
体が外力を受けて変位または振動した場合、ロータに対
してモータ本体と同じ変位または振動を発生させる力を
与えることによって、モータ本体およびステータに対す
るロータの相対位置を一定に保つことができる。したが
って、耐振動性を高めるために従来広く取っていたステ
ータとロータのギャップ間隔を小さくすることができ、
その結果、モータ効率と耐振動性との両立を図ることが
可能となる。

【００２０】また、請求項６に記載の発明は、前記モー
タ本体における前記ロータのシャフトの支持構造が、ベ
アリングレスであることを特徴としている。

【００２１】このように構成された発明では、ロータの
シャフトを磁気的に支持することにより非接触でロータ
を保持することができる。その結果、潤滑が困難な高真
空下や超高速回転下での使用に供することが可能とな
る。また、軸受けの摩擦による機械損をなくすことがで
きるので、モータの効率を向上させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】この発明にかかる一実施形態のモ
ータ装置について、図１ないし図８を参照しつつ説明す
る。図１は、このモータ装置のステータを組み立てた状
態における平面図、図２はこのモータ装置のステータ巻
線の結線図、図３はこの発明の動作原理の説明図、図４
ないし図６は動作説明用の電流波形図、図７は動作説明
図、図８は制御系のブロック図である。

【００２３】図１に示すように、この実施形態では、ス
テータ１は、９分割して形成されたコア素体２から成る
ステータコア３と、各コア素体２の歯部に集中して施さ
れたＵ、Ｖ、Ｗ各相の各ステータ巻線４Ａ〜４Ｉと、こ
れらの各ステータ巻線を互いに接続する配線４０とで構
成されている。そして、このステータ１と、後述するロ
ータと、これらを収容したモータハウジングとでモータ
本体が構成されている。このように、この実施形態のモ
ータ本体は、三相交流電源にて駆動されるモータであ
る。

【００２４】各ステータ巻線４Ａ〜４Ｉおよび配線４０
は、図２に示すように接続されている。すなわち、Ｕ相
につながる巻線４Ａは、ステータ１内において巻線４Ａ
とほぼ対向する位置に配置されてそれぞれＶ相およびＷ
相につながる巻線４Ｅおよび巻線４Ｆとに中性点Ｎ１で
接続されている。このように、巻線４Ａ、４Ｅおよび４
Ｆは星型結線された第１のステータ巻線群４１を構成し
ている。同様に、巻線４Ｄ、４Ｈ、４Ｉおよび、巻線４
Ｇ、４Ｂ、４Ｃのそれぞれが中性点Ｎ２、Ｎ３で星型結
線されてそれぞれ第２、第３のステータ巻線群４２、４
３を構成している。そして、ステータ１は、ステータコ
ア３にこれら３組のステータ巻線群４１、４２および４
３が１２０°の回転対称性を持って配置されて成ってい
る。

【００２５】このモータ本体が半径方向に力を発生する
原理について、図３を参照しつつ説明する。図３は、こ
のモータ本体における半径方向の力の発生原理を説明す
る原理図である。この図では、１組のステータ巻線群に
よる力の発生原理を説明するため、各ステータ巻線のう
ち第１のステータ巻線群４１に属する巻線４Ａ、４Ｅ、
４Ｆのみを示している。ここでは、このステータ１の内
部に配設されたロータ５が一定の回転数で回転している
状態について検討する。中性点Ｎ１に外部から電圧ある
いは電流が与えられていないとき、Ｕ相につながる巻線
４Ａ、Ｖ相につながる巻線４Ｅ、Ｗ相につながる巻線４
Ｆには、それぞれ大きさが同じで位相が互いに１２０°
ずつ異なる電流ｉa、ｉe、ｉf（各電流の方向は、外部
から巻線に向かって流れ込む方向を正としている。以下
同じ）が流れている。また、Ｎ１の電位は、常に０であ
る。

【００２６】ここで、例えば図３に示すように、ｉa＞
０、ｉe＜０、ｉf＜０である瞬間に中性点Ｎ１にＶn1な
る負電圧を印加した場合を考える。このとき、Ｕ相の電
源電圧は正となっており、中性点Ｎ１の電位が低下する
ことにより、Ｕ相につながる巻線４Ａの両端の電位差が
増加するので、ｉaは増加する。そのため、ギャップ１
０の磁束が増加する。一方、このときＶ相およびＷ相の
電源電圧は負となっており、したがって巻線４Ｅ、４Ｆ
の両端の電位差は減少して、ｉe、ｉfは減少し、これに
伴ってギャップ１１の磁束も減少する。このように、中
性点Ｎ１に負電圧Ｖn1を与えることによって、ギャップ
１０の磁束が増加する一方、ギャップ１１の磁束は減少
する。このため、幾何学的に対向位置にあるギャップ１
０およびギャップ１１における磁束の不均衡が生じ、ロ
ータ５には図に示す矢印方向の力Ｆが作用する。反対
に、中性点Ｎ１の電位を正とすると、ギャップ磁束の増
減は上記と逆に作用するため、力の方向は図３の矢印と
は反対になる。

【００２７】なお、上記の例では、中性点Ｎ１に印加す
る電圧を直流電圧Ｖn1として説明したが、実際のモータ
装置では各相の電圧および電流の大きさおよび極性が刻
々と変化するため、中性点Ｎ１に印加する電圧もこれに
応じて変化させる必要があることは言うまでもない。

【００２８】また、上記の例では、中性点Ｎ１に電圧を
印加することで半径方向の力を発生させているが、中性
点Ｎ１に正または負の電流を注入することによっても、
上記した磁束の不均衡を作り出し、半径方向の力を発生
させることが可能である。

【００２９】このように、第１のステータ巻線群４１
は、中性点Ｎ１の電圧あるいは電流を制御することによ
って、ロータ５に対し、巻線４Ａと、巻線４Ｅおよび４
Ｆとの対向軸に沿う方向、すなわち図３に示す矢印方向
あるいはその反対方向の力を作用させることができる。

【００３０】同様に、第２、第３のステータ巻線群４
２、４３も、それぞれの中性点Ｎ２、Ｎ３の電圧あるい
は電流を制御することによってそれぞれを構成する巻線
の対向軸に沿う方向の力を発生させることができ、これ
らを適宜組み合わせて制御することによって、ロータ５
に対して任意の方向の力を作用させることができる。例
えば、モータ装置が一定の回転数で回転しているとき、
電源から流れ込む各相の端子には図４に示すように、大
きさが等しく、その位相が互いに１２０°ずつずれた電
流ｉu、ｉv、ｉwが流れている。ここで、中性点Ｎ１、
Ｎ２およびＮ３に対して、図５に示すそれぞれｉn1、ｉ
n2およびｉn3なる電流を注入した場合を考える。このと
き、各巻線４Ａ〜４Ｉに流れる電流は、これらの合成と
して図６に示す各波形のようになる。すなわち、巻線４
Ａ、４Ｂおよび４Ｉに流れる電流が増加する一方、その
他の巻線に流れる電流が減少する。そのため、図７に示
すギャップ１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｉにおいて磁束が
増加する一方、他のギャップでは磁束が減少しており、
その結果、ロータ５には図７に示す矢印方向の力が作用
する。

【００３１】このように、各ステータ巻線群４１、４２
および４３に設けた各中性点Ｎ１、Ｎ２およびＮ３の電
圧あるいは電流を適宜制御することによって、ロータ５
に対して任意の半径方向、任意の大きさの力を作用させ
てその位置を制御することが可能である。また、ロータ
５の回転数および出力は、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の電源電圧を
必要に応じ調節することで制御可能であり、したがっ
て、この実施形態のモータ装置は、ロータの回転の制御
と、ロータ位置の制御とを互いに独立して行うことがで
きる。

【００３２】次に、このモータ装置の制御系について、
制御系のブロック図である図８を参照しつつ説明する。
図８に示すモータ装置は、永久磁石型三相同期モータ本
体２０と、それを制御する制御部３０とで構成されてい
る。モータ本体２０は、図１に示すようなステータ１
と、ステータ１の内部に配設されてその外周部に永久磁
石を埋め込んだ永久磁石型ロータ５と、これらを収容す
るモータハウジング２１と、ロータ５に連結されてその
動力を外部に伝えるシャフト２２とから成っている。こ
のモータ装置では、回転時に低摩擦でシャフト２２を保
持するためのベアリングは設けられていない。すなわ
ち、このモータ本体２０は、ベアリングレスモータであ
る。なお、ロータ５には、上記した永久磁石型のほか、
かご型、リラクタンス型等のものを用いることができ
る。

【００３３】また、モータハウジング２１には、位置検
出センサ２３、２４が設けられており、それぞれ図に示
すｘ方向、ｙ方向におけるシャフト２２の位置を検出す
る。位置検出センサとしては、例えば渦電流変位センサ
を用いることができる。

【００３４】さらに、モータ本体２０には、ロータ５の
回転角速度を検出する速度センサ２５が設けられてい
る。速度センサ２５としては、例えば筐体２１に設けた
ホール素子と、シャフト２２に取り付けた永久磁石との
組み合わせにて実現することができる。そして、シャフ
ト２２の回転角度は、速度センサ２５によって検出され
た回転角速度の時間積分値として求めることができる。

【００３５】一方、制御部３０は、モータの回転を制御
する回転制御部３１と、ロータ５の位置を制御する位置
制御部３４とで構成されている。

【００３６】回転制御部３１は、速度センサ２５によっ
て検出された回転角速度情報と予め設定されたあるいは
随時与えられる回転角速度の目標値とを比較して、その
結果に応じた回転制御信号を発生するモータ制御回路３
２と、その回転制御信号に基づいて三相交流電圧を発生
しモータ２０を駆動するモータ駆動用インバータ３３と
で構成されている。一方、位置制御部３４は、位置検出
センサ２３、２４によって検出されたシャフト位置情報
と予め設定されたあるいは随時与えられるシャフト位置
の目標値とを比較して、その結果に応じた半径方向位置
制御信号を発生する位置制御回路３５と、速度センサ２
５によって検出された回転角速度情報および半径方向位
置制御信号に基づいて位置制御信号を発生する回転角度
変調回路３６と、その位置制御信号に基づいて三相交流
電圧を発生して各ステータ巻線群の中性点に供給するシ
ャフト位置制御用インバータ３７とで構成されている。

【００３７】そして、このモータ装置ではバッテリ３８
が設けられており、このバッテリ３８が、上記各回路お
よびモータに電力を供給している。

【００３８】なお、図８において、α、β、ωはそれぞ
れセンサ２３、２４、２５で検出された、シャフト２２
のｘ方向位置、シャフト２２のｙ方向位置、シャフト２
２の回転角速度のそれぞれ実測値を表し、α*、β*、ω
*は予め設定されたあるいは随時与えられるこれらの目
標値を表している。

【００３９】そして、このモータ装置では、以下のよう
にして、回転制御部３１がモータの回転速度を制御して
いる。モータ制御回路３２は、速度センサ２５によって
検出された回転角速度情報ωと予め設定されたあるいは
随時与えられる回転角速度の目標値ω*とを比較し、そ
の差を小さくして実測値ωを目標値ω*に近づけるため
の三相の回転制御信号ｉu*、ｉv*、ｉw*を出力する。具
体的には、ＰＩ制御器にωおよびω*を入力し、その出
力信号を回転座標変換および二相-三相変換することで
上記した三相の回転制御信号ｉu*、ｉv*、ｉw*を得てい
る。そして、モータ駆動用インバータ３３は、この回転
制御信号に基づいて、所定の電圧、周波数の三相交流電
圧を発生し、モータ２０を回転駆動する。

【００４０】次に、位置制御部３４の動作について説明
する。位置制御回路３５は、位置検出センサ２３および
２４によって検出された、シャフト２２のｘ方向および
ｙ方向の位置情報αおよびβと、予め設定されたあるい
は随時与えられるそれらの目標値α*およびβ*とをそれ
ぞれ比較し、それらの差を小さくしてこれらの実測値を
それぞれの目標値に近づけるための半径方向制御信号ｉ
α*およびｉβ*を出力する。具体的には、ＰＩＤ制御器
にα、β、α*およびβ*を入力し、その出力信号を上記
した半径方向制御信号ｉα*およびｉβ*としている。そ
して、回転角度変調回路３６が、ロータ５に設けられた
磁極の向きに応じた位置制御信号を発生するために上記
半径方向制御信号ｉα*およびｉβ*を回転座標変換し、
さらに二相-三相変換することで三相の位置制御信号ｉn
1*、ｉn2*、ｉn3*を出力する。こうして発生した位置制
御信号に基づいて、シャフト位置制御用インバータ３７
が、所定の波形の電圧を発生し、中性点Ｎ１、Ｎ２およ
びＮ３を駆動してシャフト２２の位置を制御する。

【００４１】以上のように、この実施形態のモータ装置
は、シャフト２２の回転速度を検出し、その情報に基づ
いてモータ端子に印加する電圧を調節することで、モー
タの回転を制御している。さらに、このモータ装置は、
シャフト２２の回転速度と、モータ本体２０に対するシ
ャフト２２の相対位置を検出し、その情報に基づいて各
ステータ巻線群の中性点Ｎ１、Ｎ２およびＮ３に印加す
る電圧を調節することで、ギャップ磁束を強制的に不均
衡にし、ロータ５に対して半径方向の力を作用させてシ
ャフト２２の位置を制御している。このように、このモ
ータ装置は、回転速度とシャフト位置とを個別に、かつ
任意に制御することができる。

【００４２】さらに、この実施形態のモータ装置は、ロ
ータ５およびシャフト２２を非接触にて磁気的に保持す
ることによってモータ本体２０をベアリングレス構造と
しているので、低損失、長寿命、かつ潤滑が不要といっ
た特徴を有している。このため、高真空や極低温、超高
速回転下での使用が可能であり、具体的には、例えばタ
ーボ分子ポンプ、極低温流体ポンプ、超高速スピンドル
およびエネルギー貯蔵用フライホイールなどの用途に好
適である。

【００４３】また、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。

【００４４】例えば、上記の実施形態では、位置検出セ
ンサ２３、２４として渦電流変位センサを使用している
が、これ以外にも、例えばホール素子を用いた変位セン
サであってもよい。

【００４５】また、上記の実施形態では、速度センサ２
５として、筐体２１に設けたホール素子と、シャフト２
２に取り付けた永久磁石とを組み合わせているが、これ
以外にも、例えばフォトインタラプタなど光学的な手段
によるものでもよい。

【００４６】また、上記の実施形態では、３組のステー
タ巻線群４１、４２、４３それぞれの中性点Ｎ１、Ｎ
２、Ｎ３に印加する電圧を制御することでシャフト２２
を任意の位置に保持し、ベアリングレス構造としている
が、ベアリングを有するモータに対しても本発明を適用
することが可能である。例えば、横置きにて使用され、
シャフトに対して重力による常に下向きの荷重がかかる
モータなど、軸受けにかかる荷重が一定方向であるモー
タに本発明を適用し、常にこの荷重と反対方向の力を作
用させることができる。こうすることによってベアリン
グにかかる荷重を軽減することができ、摩滅による損耗
や故障を減らすことが可能となる。このような用途にお
いては、上記した半径方向の力は１方向のみに発生させ
る構成としてもよく、したがってこの場合、制御回路の
構成が簡単になる。

【００４７】また、上記の実施形態のモータ装置は、９
分割されたステータコアを有し、三相電源で駆動される
モータ装置であるが、電源の相数およびステータの極数
はこれに限定されるものではなく、他の電源相数および
ステータ極数を有するモータ装置においても本発明を適
用することができる。

【００４８】さらに、制御系を以下のように改変するこ
とによって、耐振動性を向上させたモータ装置を構成す
ることができる。すなわち、モータ筐体２１に例えば加
速度センサから成る振動検出センサを設け、このセンサ
によって検知されたモータ本体２０の振動情報（加速度
情報）を位置制御回路３５に入力する。そして、位置制
御回路３５が、シャフト２２の振動情報α、βに加え
て、モータ本体２０の振動情報（加速度情報）を加味し
た半径方向位置制御信号ｉα*、ｉβ*を出力する構成と
すればよい。具体的には、シャフト２２がモータ本体２
０に追随して同じ振動をする力を発生させるような制御
信号を、図８に示す半径方向位置制御信号ｉα*、ｉβ*
に重畳する。このようにすることで、モータ本体２０が
外力を受けて振動を起こしたとしてもロータ５およびシ
ャフト２２がこれに追随して変位するため、ロータ５と
ステータ３とのギャップ間隔を常に一定に保つことがで
きる。

【００４９】したがって、従来、振動によってロータと
ステータとが接触することを防止するために広く取って
いたギャップ間隔を狭くすることができ、その結果、モ
ータ効率を低下させることなく耐振動性を向上させたモ
ータ装置を構成することができる。具体的には、例え
ば、内燃機関とモータを結合したハイブリッド自動車に
本発明を適用すると、耐振動性を確保しながらギャップ
間隔を小さくすることができるので、例えば誘導機型の
モータでは励磁電流を低減して効率を向上させることが
できる。また例えば永久磁石型モータでは磁石の使用量
を抑えて製造コストを低減することができる。また、ギ
ャップ間隔を小さくすることでモータのインダクタンス
を大きく取ることができるため、突極ロータにおけるイ
ンダクタンスの差によって生じるリラクタンストルクを
有効に利用することができ、発生トルクの増加や力率向
上によるモータ効率の向上を図ることができる。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、ステータ巻線を星型結線して成る各ステータ巻
線群がそれぞれ独立した中性点を有している。そして、
これらに加える電圧または電流を制御することによって
ギャップ磁束の不均衡状態を作り出し、シャフト位置を
制御するための半径方向への力を発生させることができ
る。

【００５１】そして、シャフトに上記の力を作用させて
軸受けの荷重を軽減することができるので、軸受けの摩
滅に伴う故障の頻度を減らし、保守コストを下げること
ができる。

【００５２】しかも、分割コアの集中巻線方式でステー
タを構成しているため、巻線の占積率を高めて小型かつ
高効率のモータ装置を供することができるとともに、コ
アおよび巻線を全て同じ形状とすることができるので量
産性に優れ、かつ低コストである。

【００５３】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記磁束の不均衡が、幾何学的に対向する位置にあるギャ
ップの間で生じるので、両ギャップで発生する力は同じ
方向となり、これらの合力が最大となる。このため、少
ない電力で効率よくロータ位置を制御することができ
る。

【００５４】また、請求項３に記載の発明によれば、ス
テータに対するロータの相対的な回転角度を検出してロ
ータ磁極の方向を把握し、それに基づいてロータ位置制
御信号を発生しているので、ロータの磁極の方向に応じ
て適切な位置制御信号を発生することができ、ロータ位
置の制御を安定して行うことができる。

【００５５】また、請求項４に記載の発明によれば、ス
テータに対するロータの相対位置を検出し、それに基づ
いてロータ位置制御信号を発生しているので、ロータを
ステータに対する任意の位置に保持することが可能とな
る。

【００５６】また、請求項５に記載の発明によれば、モ
ータ本体の変位を検知してそれと同じ変位を発生させる
力をロータに与えているので、モータ本体が振動しても
ステータに対するロータの位置を一定に保つことがで
き、モータの耐振動性を高めることができる。さらに、
耐振動性の向上により、ステータとロータとのギャップ
間隔を小さくすることができるので、モータ効率を高
め、小型化、高出力化を図ることができる。

【００５７】また、請求項６に記載の発明によれば、上
述した効果を利用してシャフトを非接触で磁気的に支持
し、モータ装置をベアリングレスとしているので、潤滑
や摩滅の問題がなく、高真空下や超高速で使用可能なモ
ータ装置を供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるステータの平面図
である。

【図２】図１におけるステータ巻線の結線を示す図であ
る。

【図３】半径方向に作用する力の発生原理を示す図であ
る。

【図４】電源からモータに流れ込む電流の波形を示す図
である。

【図５】中性点に注入する電流の波形を示す図である。

【図６】各ステータ巻線に流れる電流の波形を示す図で
ある。

【図７】この電流によって発生する磁束の分布を示す図
である。

【図８】本発明の一実施形態における制御系のブロック
図である。

【符号の説明】

１ステータ２コア素体３ステータコア４Ａ〜４Ｉステータ巻線４０配線４１、４２、４３ステータ巻線群５ロータ１０、１１ギャップ２０モータ本体２１モータハウジング２２シャフト２３、２４位置検出センサ２５速度センサ３０制御部３１回転制御部３４位置制御部Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３中性点

フロントページの続きＦターム(参考） 5H002 AA09 AB06 AB08 AE06 AE08 5H550 AA16 BB02 CC02 DD03 DD04 DD09 GG01 HB07 LL02 LL34 5H603 AA01 BB01 BB08 BB09 BB12 CA01 CB02 CC11 EE11 5H607 BB01 BB06 BB07 BB14 GG21 HH01 HH03 JJ02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多相交流電源に接続され前記電源の相数
の２以上の整数倍に分割されたコア素体から成るステー
タコアと、前記各コア素体の歯部に集中して施された複
数のステータ巻線と、前記ステータコアの内部に配設さ
れるロータとを備えるモータ装置において、前記各ステータ巻線は、互いに異なる相の前記ステータ
巻線を星型結線して成るステータ巻線群を複数形成する
ことを特徴とするモータ装置。
【請求項２】前記各ステータ巻線群それぞれは、前記
電源の第１の相に接続される前記ステータ巻線と、前記
第１の相に接続される前記ステータ巻線とほぼ対向する
位置に配設され前記第１の相以外の各相に接続される前
記ステータ巻線とで構成されていることを特徴とする請
求項１に記載のモータ装置。
【請求項３】前記ロータの回転角度を検出するロータ
角度検出手段と、前記ロータ角度検出手段によって検出される回転角度情
報に基づき、ロータ位置制御信号を生成して前記各ステ
ータ巻線群それぞれの中性点に供給し前記ロータと前記
ステータコアとの幾何学的な対向位置におけるギャップ
磁束を不均衡にする制御手段とをさらに備えることを特
徴とする請求項２に記載のモータ装置。
【請求項４】前記ロータの前記ステータコアに対する
半径方向への相対位置を検出する位置検出手段をさらに
備え、前記制御手段は、前記ロータ角度検出手段による前記回
転角度情報及び前記位置検出手段による前記ロータ位置
情報に基づき、前記ロータ位置制御信号を生成すること
を特徴とする請求項３に記載のモータ装置。
【請求項５】前記ステータコア及び前記ロータを収容
したモータ本体の振動を検出する振動検出手段をさらに
備え、前記制御手段は、前記ロータ角度検出手段による前記回
転角度情報、前記位置検出手段による前記ロータ位置情
報、及び、前記振動検出手段による振動情報とに基づ
き、前記ロータ位置制御信号を生成することを特徴とす
る請求項４に記載のモータ装置。
【請求項６】前記モータ本体における前記ロータのシ
ャフトの支持構造が、ベアリングレスであることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれかに記載のモータ装
置。