JP2012157236A - ブラシレスモータ及びブラシレスモータの駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ロータコア16は、軸線方向に2つ等分割して分割ロータコア16a,16bを形成した。そして、ロータコア16の磁極とステータの磁極(ティース9)との間で、電気角60度の磁気スキューが保たれているように、分割ロータコア16a,16b間をそれぞれ回転軸の中心軸線を回転中心に6度だけ一方向にずらすように配置した。これによって、ブラシレスモータに発生する電気角12次成分のトルクリップル波は消失させることができる。また、ステータは、2つの異なる3相巻線を電気角で30度のスロットピッチで巻回する。そして、その2つの異なる3相巻線に対して30度位相差をもって通電する。
【選択図】図14
Description
請求項2記載の発明によれば、m相巻線は、3相巻線であり、前記位相差角度((360×P)/(s×2))は30度であり、前記磁気スキューは60度となる。言い換えると、この構成では、位相差角度(360×P)/(s×2)=30であることからP(磁極の数)/s(スロットの数)=1/6に限定された構成で、請求項1に記載の発明の効果を得ることができる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のブラシレスモータにおいて、前記ステータは、第1導体部と第4導体部を有し前記第1導体部と前記第4導体部が基端部で連結された波巻用の外側導体と、第2導体部と第3導体部を有し前記第2導体部と前記第3導体部が基端部で連結され前記波巻用の外側導体に内包される重ね巻用の内側導体とからなるセグメントを有し、前記第1導体部と前記第2導体部、及び、前記第3導体部と前記第4導体部をそれぞれの組とし、前記各組を互いに隣接する同相のステータコアに形成した各スロットにそれぞれ挿入し、前記各スロットに、前記第1導体部から第4導体部を径方向に内側から第1導体部、第2導体部、第3導体部、第4導体部の順で配置し、隣接する一方のスロットの第1導体部の先端部と隣接する他方のスロットの第2導体部の先端部とを接続するとともに、隣接する一方のスロットの第3導体部の先端部と隣接する他方のスロットの第4導体部の先端部とを接続することによって、SC巻線よりなる3相Y結線巻線が2つ1スロットピッチずれて巻回されたステータである。
以下、本発明をブラシレスモータに具体化した第1実施形態を図1〜図14に従って説明する。
(第1系統3相巻線)
次に、第1系統3相巻線について説明する。
第1系統のU1相の巻線に使用されるスロットSは、表1に示すスロット番号のスロットSが割り当てられ、10個のセグメントSG1〜SG10が使用される。
スロット番号「12」及び「18」には、U1相用の3個目のセグメントSG3が挿入されている。これによって、スロット番号「12」のスロットSには、内側導体ISの第2導体部ISiと外側導体OSの第1導体部OSiが配置され、スロット番号「18」のスロットSには、内側導体ISの第3導体部ISoと外側導体OSの第4導体部OSoが配置されている。
(中性点端子及び電力受電端子の設定)
図7、図3に示すように、本実施形態では、U1相の巻線について、1個目のセグメントSG1の外側導体OS及び内側導体ISの連結導体部OSc,IScを分離する。
また、図3に示すように、V1相の巻線について、スロット番号「56」及び「2」に挿入されたセグメントSGの外側導体OS及び内側導体ISの連結導体部OSc,IScを分離する。
また、図3に示すように、W1相の巻線について、スロット番号「52」及び「58」に挿入されたセグメントSGの外側導体OS及び内側導体ISの連結導体部OSc,IScを分離する。
尚、上記中性点端子T0u,T0v,T0w及び電力受電端子T1u,T1v,T1wは、上記のようにセグメントSGを加工して形成してもよいし、該当する部分のみに専用の(上記セグメントSGとは異なる)セグメントを挿入して設けてもよい。
(第2系統3相巻線)
次に、第2系統3相巻線について説明する。
第2系統のU2相の巻線に使用されるスロットSは、表1に示すスロット番号のスロットSが割り当てられ、10個のセグメントSG1a〜SG10aが使用される。
(中性点端子及び電力受電端子の設定)
図3、図4に示すように、本実施形態では、U2相の巻線について、中性点端子T0ua及び電力受電端子T2uは、U1相の中性点端子T0u及び電力受電端子T1uに対して周方向において180度相対向する位置に設けられる。従って、U2相の巻線について、5個目のセグメントSG5aの外側導体OS及び内側導体ISの連結導体部OSc,IScを分離する。
θ1×分割数=360(度)/(12(次)×極対数)
そして、極対数が5であるため、
θ1×分割数=360/60=6度
従って、
θ1=6度/分割数
ここで、図14に示すロータコア16は、分割ロータコア16a,16bの数が2個であるため、ずらし角度(機械角)θ1は3度となる。
ヨーク3のリア側外側に固設した収容ボックス5内には、駆動装置20が収納されている。駆動装置20の回路基板21は、ロータ11の回転制御するための回転センサ22、ECU(電子制御ユニット)23、第1スイッチングトランジスタQ1u,Q1v,Q1w及び第2スイッチングトランジスタQ2u,Q2v,Q2w等の各種の回路素子が実装されている。
即ち、ステータ6は、2つの異なるm相(本実施の形態では3相)巻線を電気角で、隣接する前記スロットS間の位相差角度(360×P)/(s×2)(但し、Pは磁極の数で、sはスロットSの数)のスロットピッチで巻回して、前記位相差角度で通電するように設定されている。そして、具体的には、本実施の形態では、位相差角度は、(360×10)/(60×2)=30度とされている。
今、ECU23は、第1系統3相巻線に3相交流電源を供給制御する。また、ECU23は、第2系統3相巻線に供給する3相交流電源を、第1系統3相巻線に供給する3相交流電源に対して、電気角30度の位相差をもって給電する。
この電気角6次成分の両トルクリップル波は、その1周期の波が60度(=360度(電気角)/6次)である。
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
ブラシレスモータ1の第1及び第2系統の3相巻線にそれぞれ発生する電気角6次成分のトルクリップル波は、第1及び第2系統の3相巻線のスロットSがその半分の30度(電気角)ずれていることから相殺される。その結果、ブラシレスモータ1に発生するトルクリップルの基本電気角成分(=m相巻線交流駆動×2=3×2=6)たる電気角6次成分の奇数倍成分(6次成分、ならびに18次成分、30次成分など)を消失させることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を図15に従って説明する。
θ2×リングマグネット数=360(度)/(12(次)×極対数)=360/60=6度
そして、極対数が5であるため、
θ2×リングマグネット数=360/60=6度
従って、
θ2=6度/リングマグネット数
ここで、図15に示すロータコア31は、リングマグネット数が3個であるため、角度(機械角)θ2は機械角2度となる。これによって、ロータ30の磁極とステータ6の磁極(ティース9)との間で、電気角60度の磁気スキューが保たれている。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を図16に従って説明する。
図16に示すように、ロータ40の回転軸12には、ロータコア41が外嵌されている。同ロータコア41の外周面41aには、前記ステータ6、詳しくはティース9の径方向内側端部と相対向するように複数のマグネットMGが周方向に等角度間隔で設けられている。本実施形態のマグネットMGは10個取着されている。10個のマグネットMGは、ロータコア41に対して、径方向にN極とS極が配置されるとともに、周方向に隣り合うマグネットMGがそれぞれ異なる磁極となるように取着されて、N極とS極が周方向に交互に配置され、ロータ40の極対数が5に設定されている。
θ3=360(度)/(12(次)×極対数)=360/60=6度
ここで、図16に示すロータ40は、極対数が5であることから、角度(機械角)θ3は6度となる。これによって、ロータ40の磁極とステータ6の磁極(ティース9)との間で、電気角60度の磁気スキューが保たれている。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を図17〜図20に従って説明する。
ロータコア71の外周面には、それぞれ前記ステータ6、詳しくはティース9の径方向内側端部と相対向するように5個のマグネットMGと5個の磁極部18が周方向に等角度間隔に交互に設けられている。
θ4=360(度)/(12(次)×極対数)
ここで、図18〜図20に示す各ロータ50,60,70の極対数は5であることから、θ4は6度となる。
・第1実施形態では、ロータコア16を、軸方向に2つ等分割し分割ロータコア16a,16bを形成した。そして、ロータコア16の磁極とステータ6の磁極(ティース9)との間で、電気角60度の磁気スキューが保たれているように、分割ロータコア16a,16b間をそれぞれ回転軸12の中心軸線を回転中心に予め定めた6度だけ一方向にずらすように配置した。
Z=2×5(マグネットMGの個数)×3(相数)×2=60個
となる。
・第2実施形態では、リングマグネットの数は3個であったが、これに限定されることはなく、2個、4個又はそれ以上であってもよい。
タに応用してもよい。
Claims (12)
- 磁極がP(2以上の整数)個周方向に交互に配置されたロータと、前記ロータの外周に、2つの異なるm相巻線が巻回されたs個のスロットを有するステータとを備えたブラシレスモータであって、
前記ステータは、2つの異なるm相巻線を電気角で、隣接する前記スロット間の位相差角度((360×P)/(s×2))のスロットピッチで巻回して前記位相差角度で通電するとともに、前記ステータと前記ロータの間が、電気角で前記スロット間の位相差角度の2倍の磁気スキューとなるように設定したことを特徴とす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において、
前記m相巻線は、3相巻線であり、前記位相差角度は30度であることを特徴とするブラシレスモータ。 - 磁極が周方向に交互に配置されたロータと、前記ロータの外周に、2つの異なる3相巻線が巻回されたステータとを備えたブラシレスモータであって、
前記ステータは、2つの異なる3相巻線を電気角で30度のスロットピッチで巻回するとともに、前記ステータと前記ロータの間が、電気角60度の磁気スキューとなるように設定したことを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項3に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ステータは、径方向に延び周方向等ピッチに複数設けられるティースを有するコアと前記ティースに装着された3相巻線を有し、
前記ステータの巻線は、前記ティース間のスロットを軸方向に貫通するとともに径方向に積層配置される複数の導体部からなり、各相毎に径方向に隣接する導体部間において前記コア側の軸方向外側端部で溶着により電気的に接続され周方向に連なり構成されるSC巻線であり、
同一相のSC巻線は、2つあり、各相の受電端子はそれぞれ同一の径方向積層位置にある導体部から軸線方向に引き出したことを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ステータは、第1導体部と第4導体部を有し前記第1導体部と前記第4導体部が基端部で連結された波巻用の外側導体と、第2導体部と第3導体部を有し前記第2導体部と前記第3導体部が基端部で連結され前記波巻用の外側導体に内包される重ね巻用の内側導体とからなるセグメントを有し、前記第1導体部と前記第2導体部、及び、前記第3導体部と前記第4導体部をそれぞれの組とし、前記各組を互いに隣接する同相のステータコアに形成した各スロットにそれぞれ挿入し、前記各スロットに、前記第1導体部から第4導体部を径方向に内側から第1導体部、第2導体部、第3導体部、第4導体部の順で配置し、
隣接する一方のスロットの第1導体部の先端部と隣接する他方のスロットの第2導体部の先端部とを接続するとともに、隣接する一方のスロットの第3導体部の先端部と隣接する他方のスロットの第4導体部の先端部とを接続することによって、SC巻線よりなる3相Y結線巻線が2つ1スロットピッチずれて巻回されたステータであることを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、前記ステータに対して、電気角60度の磁気スキューとなるように設定したことを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項6に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、軸線方向に複数等分割に区分され、その区分毎に、極対数が5となるようにマグネットが周方向に等角度間隔で10個設けられたリングマグネットが配置されたリングマグネット型のロータであることを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項6に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ロータは、極対数が5となるようにマグネットが周方向に5個設けられたコンシクエントポール型のロータであることを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項8に記載のブラシレスモータにおいて、
前記コンシクエントポール型のロータは、軸線方向に複数分割して形成した分割ロータコアからなるロータコアを備えたことを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ステータは、前記ロータに対して、電気角60度の磁気スキューとなるように設定したことを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載のブラシレスモータにおいて、
前記ブラシレスモータは、回転軸が電動パワーステアリング装置の減速機に連結され、該減速機を介してステアリングシャフトを駆動するモータであることを特徴とするブラシレスモータ。 - 請求項1〜11のいずれか1項に記載したブラシレスモータの駆動方法であって、
ステータに巻回した2つの異なる3相巻線に対して30度位相差をもって通電したことを特徴とするブラシレスモータの駆動方法。
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