JP5880793B1 - 電動機、電動パワーステアリング装置および車両 - Google Patents

電動機、電動パワーステアリング装置および車両 Download PDF

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Abstract

電動機は、バックヨークの内周面で周方向に並んで配置される複数のティースを備える環状のステータコアを備える。電動機は、隣接して並ぶ複数のティースのそれぞれに集中巻きされて第１インバータにより励磁される複数の第１コイルからなるグループであって、周方向に等間隔に３ｎ個（ｎは自然数）配置される第１コイルグループと、第１コイルが集中巻きされるティースとは異なる位置で隣接して並ぶ複数のティースのそれぞれに集中巻きされて第２インバータにより励磁される複数の第２コイルからなるグループであって、周方向に等間隔に３ｎ個配置される第２コイルグループとを備える。

Description

本発明は、電動機、電動パワーステアリング装置および車両に関する。
ステータのコイルが２系統に分けられ、１系統が失陥しても残りの１系統でロータを回転させることができるステアリング装置用モータが知られている。例えば、特許文献１には、ステータを構成する複数の磁極体が、系統Ａのグループおよび系統Ｂのグループの２つのグループに分けられたステアリング装置用モータが記載されている。特許文献１において、系統Ａは、互いに連続して並ぶ複数の磁極体を含む系統Ａ−１と、系統Ａ−１に属する磁極体と直径方向において対向する状態で並ぶ複数の磁極体を含む系統Ａ−２とを備えている。系統Ｂについても同様である。
特開２００７−３３１６３９号公報
特許文献１に記載されたステアリング装置用モータの場合、仮に２つのグループのうち系統Ｂのグループが失陥すると、系統Ａのグループのみによってモータが駆動されることになる。しかし、系統Ａ−１と系統Ａ−２とが直径方向に対向して配置されているため、トルクを発生させる位置の周方向でのバラつきが大きくなる。このため、２つのグループのうち一方のグループが失陥すると、トルクリップルが大きくなる可能性があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、互いに独立して励磁される２つのコイルの系統のうち１つの系統のみによる駆動でも、トルクリップルの増大を抑制できる電動機、電動パワーステアリング装置および車両を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、電動機は、環状のバックヨークと、前記バックヨークの内周面で周方向に並んで配置される複数のティースと、を備える環状のステータコアと、ｎを自然数としたとき、隣接して並ぶ前記複数のティースのそれぞれに集中巻きされて第１Ｕ相、第１Ｖ相および第１Ｗ相を含む三相交流を生成する第１インバータにより励磁される複数の第１コイルからなるグループであって、前記ステータコアの周方向に等間隔に３ｎ個配置される第１コイルグループと、前記第１コイルが集中巻きされる前記ティースとは異なる位置で隣接して並ぶ前記複数のティースのそれぞれに集中巻きされて第２Ｕ相、第２Ｖ相および第２Ｗ相を含む三相交流を生成する第２インバータにより励磁される複数の第２コイルからなるグループであって、前記ステータコアの周方向に等間隔に３ｎ個配置される第２コイルグループと、を備える。
上記構成により、第１コイルグループが周方向に等間隔に２つ配置されている場合に比較して、第１コイルグループ間の周方向の距離が小さくなる。このため、仮に第２コイルに電流が供給されなくなった場合でも、第１コイルがトルクを発生させる位置の周方向でのバラつきが小さくなる。よって、本発明に係る電動機は、互いに独立して励磁される２つのコイルの系統のうち１つの系統のみによる駆動でも、トルクリップルの増大を抑制できる。
本発明の望ましい態様として、前記複数の第１コイルは、前記第１Ｕ相の電流により励磁される複数の第１Ｕ相コイルと、前記第１Ｖ相の電流により励磁される複数の第１Ｖ相コイルと、前記第１Ｗ相の電流により励磁される複数の第１Ｗ相コイルと、を含み、前記複数の第２コイルは、前記第２Ｕ相の電流により励磁される複数の第２Ｕ相コイルと、前記第２Ｖ相の電流により励磁される複数の第２Ｖ相コイルと、前記第２Ｗ相の電流により励磁される複数の第２Ｗ相コイルと、を含み、前記３ｎ個の第１コイルグループは、前記第１Ｕ相コイルおよび前記第１Ｖ相コイルを含む第１ＵＶコイルグループと、前記第１Ｖ相コイルおよび前記第１Ｗ相コイルを含む第１ＶＷコイルグループと、前記第１Ｕ相コイルおよび前記第１Ｗ相コイルを含む第１ＵＷコイルグループと、からなり、前記３ｎ個の第２コイルグループは、前記第２Ｕ相コイルおよび前記第２Ｖ相コイルを含む第２ＵＶコイルグループと、前記第２Ｖ相コイルおよび前記第２Ｗ相コイルを含む第２ＶＷコイルグループと、前記第２Ｕ相コイルおよび前記第２Ｗ相コイルを含む第２ＵＷコイルグループと、からなることが好ましい。
上記構成により、同相の電流で励磁される２つの第１コイルが１つの第１コイルグループに属することがなくなり、同相の電流で励磁される２つの第２コイルが１つの第２コイルグループに属することがなくなる。このため、トルクの発生位置が周方向に分散しやすくなる。よって、電動機は、トルクリップルをより抑制できる。
本発明の望ましい態様として、前記第１ＵＶコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｖ相コイルからなる組との２組からなり、前記第１ＶＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｖ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｗ相コイルからなる組との２組からなり、前記第１ＵＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｗ相コイルからなる組との２組からなり、前記第２ＵＶコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｖ相コイルからなる組との２組からなり、前記第２ＶＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｖ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｗ相コイルからなる組との２組からなり、前記第２ＵＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｗ相コイルからなる組との２組からなることが好ましい。
上記構成により、電動機は、磁極の数が多くなるため、トルクの発生位置を周方向でより分散しやすくなる。このため、電動機は、トルクリップルをより抑制できる。
本発明の望ましい態様として、前記第２コイルの前記ティースに対する巻き方向は、前記第１コイルの前記ティースに対する巻き方向と逆方向であることが好ましい。
上記構成により、第２コイルのティースに対する巻き方向が第１コイルのティースに対する巻き方向と逆方向であるため、第１コイルと第２コイルとでティースに対する巻き始めの位置が相違する。例えば、第１コイルがティースの径方向外側端部から巻き始められる場合、第２コイルはティースの径方向内側端部から巻き始められる。このため、複数の配線のうち第１インバータに接続される側の端部が電動機の径方向外側寄りに位置し、複数の配線のうち第２インバータに接続される側の端部が電動機の径方向内側寄りに位置する。よって、電動機に接続される配線の位置がバラつきやすくなる。したがって、電動機は、複数の配線が互いに干渉する可能性を低減することができる。
本発明の望ましい態様として、前記ｎは奇数であることが好ましい。
本発明の望ましい態様として、上述した電動機により補助操舵トルクを得る電動パワーステアリング装置とすることが好ましい。この構造により、２つのコイルの系統のうち１つの系統のみによる駆動でも、トルクリップルの増大を抑制できる。このため、電動パワーステアリング装置は、操作者にトルクリップルによる振動を感じさせ、不快感を与えてしまう可能性を抑制する。このため、電動パワーステアリング装置は、操舵者の違和感を抑制した状態で、車両を操作させることができる。その結果、電動パワーステアリング装置は、操作者に対して快適な操舵感を与えることができる。
本発明の望ましい態様として、上述した電動パワーステアリング装置が搭載された車両とすることが好ましい。
本発明によれば、互いに独立して励磁される２つのコイルの系統のうち１つの系統のみによる駆動でも、トルクリップルの増大を抑制できる電動機、電動パワーステアリング装置および車両を提供することができる。
図１は、実施形態１に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置の構成図である。 図２は、実施形態１の電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。 図３は、中心軸を含む仮想平面で実施形態１の電動機の構成を切って模式的に示す断面図である。 図４は、実施形態１の電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。 図５は、ＥＣＵによる電動機の駆動を説明するための模式図である。 図６は、第１コイルの配線および第２コイルの配線を示す模式図である。 図７は、変形例１に係る第１コイルの配線および第２コイルの配線を示す模式図である。 図８は、変形例２に係る電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。 図９は、変形例３に係る電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。 図１０は、実施形態２に係る電動機に供給される第１Ｕ相および第２Ｕ相の電流波形を示す説明図である。 図１１は、第１モータ駆動電流の位相と第２モータ駆動電流との位相差に対する、平均トルクおよびトルクリップルの大きさ変化量を説明するための説明図である。 図１２は、ｄｑ軸において、第１コイルグループの電機子磁束と、第２コイルグループの電機子磁束とのベクトル関係を示した図である。 図１３は、実施形態１または実施形態２に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置を搭載した車両の模式図である。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。
（実施形態１）
（電動パワーステアリング装置）
図１は、実施形態１に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置の構成図である。実施形態１は、図１を用いて、電動機１０を備える電動パワーステアリング装置８０の概要を説明する。
電動パワーステアリング装置８０は、操舵者から与えられる力が伝達する順に、ステアリングホイール８１と、ステアリングシャフト８２と、操舵力アシスト機構８３と、ユニバーサルジョイント８４と、ロアシャフト８５と、ユニバーサルジョイント８６と、ピニオンシャフト８７と、ステアリングギヤ８８と、タイロッド８９とを備える。また、電動パワーステアリング装置８０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９０と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｂとを備える。
ステアリングシャフト８２は、入力軸８２ａと、出力軸８２ｂとを含む。入力軸８２ａは、一方の端部がステアリングホイール８１に連結され、他方の端部がトルクセンサ９１ａを介して操舵力アシスト機構８３に連結される。出力軸８２ｂは、一方の端部が操舵力アシスト機構８３に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結される。実施形態１では、入力軸８２ａおよび出力軸８２ｂは、鉄等の磁性材料から形成される。
ロアシャフト８５は、一方の端部がユニバーサルジョイント８４に連結され、他方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結される。ピニオンシャフト８７は、一方の端部がユニバーサルジョイント８６に連結され、他方の端部がステアリングギヤ８８に連結される。
ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａと、ラック８８ｂとを含む。ピニオン８８ａは、ピニオンシャフト８７に連結される。ラック８８ｂは、ピニオン８８ａに噛み合う。ステアリングギヤ８８は、ラックアンドピニオン形式として構成される。ステアリングギヤ８８は、ピニオン８８ａに伝達された回転運動をラック８８ｂで直進運動に変換する。タイロッド８９は、ラック８８ｂに連結される。
操舵力アシスト機構８３は、減速装置９２と、電動機１０とを含む。減速装置９２は、出力軸８２ｂに連結される。電動機１０は、減速装置９２に連結され、かつ、補助操舵トルクを発生させる電動機である。なお、電動パワーステアリング装置８０は、ステアリングシャフト８２と、トルクセンサ９１ａと、減速装置９２とによりステアリングコラムが構成されている。電動機１０は、ステアリングコラムの出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、実施形態１の電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式である。
コラムアシスト方式の電動パワーステアリング装置８０は、操作者と電動機１０との距離が比較的近く、電動機１０のトルク変化又は摩擦力が操舵者に影響を与えるおそれがある。このため、電動パワーステアリング装置８０では、電動機１０の摩擦力の低減が求められる。
図２は、実施形態１の電動パワーステアリング装置が備える減速装置の一例を説明する正面図である。図２は、一部を断面として示してある。減速装置９２はウォーム減速装置である。減速装置９２は、減速装置ハウジング９３と、ウォーム９４と、玉軸受９５ａと、玉軸受９５ｂと、ウォームホイール９６と、ホルダ９７とを備える。
ウォーム９４は、電動機１０のシャフト２１にスプライン、または弾性カップリングで結合する。ウォーム９４は、玉軸受９５ａと、ホルダ９７に保持された玉軸受９５ｂとで回転自在に減速装置ハウジング９３に保持されている。ウォームホイール９６は、減速装置ハウジング９３に回転自在に保持される。ウォーム９４の一部に形成されたウォーム歯９４ａは、ウォームホイール９６に形成されているウォームホイール歯９６ａに噛み合う。
電動機１０の回転力は、ウォーム９４を介してウォームホイール９６に伝達されて、ウォームホイール９６を回転させる。減速装置９２は、ウォーム９４およびウォームホイール９６によって、電動機１０のトルクを増加する。そして、減速装置９２は、図１に示すステアリングコラムの出力軸８２ｂに補助操舵トルクを与える。
図１に示すトルクセンサ９１ａは、ステアリングホイール８１を介して入力軸８２ａに伝達された運転者の操舵力を操舵トルクとして検出する。車速センサ９１ｂは、電動パワーステアリング装置８０が搭載される車両の走行速度を検出する。ＥＣＵ９０は、電動機１０と、トルクセンサ９１ａと、車速センサ９１ｂとが電気的に接続される。
ＥＣＵ９０は、電動機１０の動作を制御する。また、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａおよび車速センサ９１ｂのそれぞれから信号を取得する。すなわち、ＥＣＵ９０は、トルクセンサ９１ａから操舵トルクＴを取得し、かつ、車速センサ９１ｂから車両の走行速度Ｖを取得する。ＥＣＵ９０は、イグニッションスイッチ９８がオンの状態で、電源装置（例えば車載のバッテリ）９９から電力が供給される。ＥＣＵ９０は、操舵トルクＴと走行速度Ｖとに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出する。そして、ＥＣＵ９０は、その算出された補助操舵指令値に基づいて電動機１０へ供給する電力値Ｘを調節する。ＥＣＵ９０は、電動機１０から誘起電圧の情報又は後述するレゾルバからロータの回転の情報を動作情報Ｙとして取得する。
ステアリングホイール８１に入力された操舵者（運転者）の操舵力は、入力軸８２ａを介して操舵力アシスト機構８３の減速装置９２に伝わる。この時に、ＥＣＵ９０は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得し、かつ、走行速度Ｖを車速センサ９１ｂから取得する。そして、ＥＣＵ９０は、電動機１０の動作を制御する。電動機１０が作り出した補助操舵トルクは、減速装置９２に伝えられる。
出力軸８２ｂを介して出力された操舵トルクＴ（補助操舵トルクを含む）は、ユニバーサルジョイント８４を介してロアシャフト８５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント８６を介してピニオンシャフト８７に伝達される。ピニオンシャフト８７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８８を介してタイロッド８９に伝達され、操舵輪を転舵させる。次に、電動機１０について説明する。
（電動機）
図３は、中心軸を含む仮想平面で実施形態１の電動機の構成を切って模式的に示す断面図である。図４は、実施形態１の電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。図３に示すように、電動機１０は、ハウジング１１と、軸受１２と、軸受１３と、レゾルバ１４と、モータロータ２０と、ブラシレスモータ用としてのモータステータ３０とを備える。
ハウジング１１は、筒状ハウジング１１ａと、フロントブラケット１１ｂとを含む。フロントブラケット１１ｂは、略円板状に形成されて筒状ハウジング１１ａの一方の開口端部を閉塞するように筒状ハウジング１１ａに取り付けられる。筒状ハウジング１１ａは、フロントブラケット１１ｂとは反対側の端部に、この端部を閉塞するように底部１１ｃが形成される。底部１１ｃは、例えば、筒状ハウジング１１ａと一体に形成される。筒状ハウジング１１ａを形成する材料としては、例えばＳＰＣＣ（Steel Plate Cold Commercial）等の一般的な鋼材や、電磁軟鉄、アルミニウム等が適用できる。また、フロントブラケット１１ｂは、電動機１０を所望の機器に取り付ける際のフランジの役割を果たしている。
軸受１２は、筒状ハウジング１１ａの内側であって、フロントブラケット１１ｂの略中央部分に設けられる。軸受１３は、筒状ハウジング１１ａの内側であって、底部１１ｃの略中央部分に設けられる。軸受１２は、筒状ハウジング１１ａの内側に配置されたモータロータ２０の一部であるシャフト２１の一端を回転可能に支持する。軸受１３は、シャフト２１の他端を回転可能に支持する。これにより、シャフト２１は、回転中心Ｚｒの軸を中心に回転する。
レゾルバ１４は、シャフト２１のフロントブラケット１１ｂ側に設けられる端子台１５によって支持される。レゾルバ１４は、モータロータ２０（シャフト２１）の回転位置を検出する。レゾルバ１４は、レゾルバロータ１４ａと、レゾルバステータ１４ｂとを備える。レゾルバロータ１４ａは、シャフト２１の円周面に圧入等で取り付けられる。レゾルバステータ１４ｂは、レゾルバロータ１４ａに所定間隔の空隙を介して対向して配置される。
モータロータ２０は、筒状ハウジング１１ａに対して回転中心Ｚｒを中心に回転できるように、筒状ハウジング１１ａの内部に設けられる。モータロータ２０は、シャフト２１と、ロータヨーク２２と、マグネット２３とを含む。シャフト２１は、筒状に形成される。ロータヨーク２２は、筒状に形成される。なお、ロータヨーク２２は、外周が円弧状である。この構成により、ロータヨーク２２は、外周が複雑形状である場合に比較して、打ち抜き加工の加工工数を低減できる。
ロータヨーク２２は、電磁鋼板、冷間圧延鋼板などの薄板が、接着、ボス、カシメなどの手段により積層されて製造される。ロータヨーク２２は、順次金型の型内で積層され、金型から排出される。ロータヨーク２２は、例えばその中空部分にシャフト２１が圧入されてシャフト２１に固定される。なお、シャフト２１とロータヨーク２２とは、一体で成型されてもよい。
マグネット２３は、ロータヨーク２２の周方向に沿って表面に固定され、複数設けられている。マグネット２３は、永久磁石であり、Ｓ極およびＮ極がロータヨーク２２の周方向に交互に等間隔で配置される。これにより、図４に示すモータロータ２０の極数は、ロータヨーク２２の外周側にＮ極と、Ｓ極とがロータヨーク２２の周方向に交互に配置された８極である。
モータステータ３０は、筒状ハウジング１１ａの内部にモータロータ２０を包囲するように筒状に設けられる。モータステータ３０は、筒状ハウジング１１ａの内周面１１ｄに例えば嵌合されて取り付けられる。モータステータ３０の中心軸は、モータロータ２０の回転中心Ｚｒと一致する。モータステータ３０は、筒状のステータコア３１と、複数の第１コイル３７と、複数の第２コイル３８を含む。
図４に示すように、ステータコア３１は、環状のバックヨーク３３と、バックヨーク３３の内周面で回転中心Ｚｒを中心とした周方向に並んで配置される複数のティース３４と、を備える。以下の説明において、回転中心Ｚｒを中心とした周方向（ステータコア３１の周方向）は、単に周方向と記載される。ステータコア３１は、電磁鋼板などの磁性材料で形成される。ステータコア３１は、略同形状に形成された複数のコア片が回転中心Ｚｒの軸と平行な軸方向に積層されて束ねられることで形成される。バックヨーク３３は、例えば円筒形状の部材である。ティース３４は、バックヨーク３３の内周面から突出している。実施形態１において、ティース３４は、周方向に１２配置されている。ティース３４は、バックヨーク３３とは反対側の端部に、ティース先端３２を備える。ティース先端３２は、ティース３４から周方向に突出している。ティース３４は、ロータヨーク２２の外周面と対向する。ステータコア３１は、ロータヨーク２２の径方向外側に所定の間隔を有して環状に配置される。
ステータコア３１が筒状ハウジング１１ａ内に圧入されることで、モータステータ３０は、環状の状態で筒状ハウジング１１ａの内部に設けられる。なお、ステータコア３１と筒状ハウジング１１ａとは、圧入の他に接着、焼き嵌め又は溶接等によって固定されてもよい。
図４に示すように、第１コイル３７は、複数のティース３４のそれぞれに集中巻きされている。第１コイル３７は、ティース３４の外周にインシュレータ３７ａ（図３参照）を介して集中巻きされる。インシュレータ３７ａは、第１コイル３７とステータコア３１とを絶縁するための部材であり、耐熱部材で形成される。全ての第１コイル３７は、同一のインバータ（後述する第１インバータ５２）によって励磁される系統である第１コイル系統に含まれる。実施形態１において、第１コイル系統は、例えば第１コイル３７を６つ含む。６つの第１コイル３７は、２つの第１コイル３７が周方向で互いに隣接するように配置されている。隣接する第１コイル３７を１つのグループとした第１コイルグループＧ１が、周方向に等間隔に３つ配置されている。すなわち、第１コイル系統は、周方向に等間隔に並べられた３つの第１コイルグループＧ１を備えている。なお、第１コイルグループＧ１は、必ずしも３つでなくてもよく、ｎを自然数としたときに周方向に等間隔に３ｎ個配置されていればよい。また、ｎは奇数である方が望ましい。
図４に示すように、第２コイル３８は、複数のティース３４のそれぞれに集中巻きされている。第２コイル３８は、ティース３４の外周にインシュレータを介して集中巻きされる。第２コイル３８が集中巻きされるティース３４は、第１コイル３７が集中巻きされるティース３４とは異なるティース３４である。全ての第２コイル３８は、同一のインバータ（後述する第２インバータ５４）によって励磁される系統である第２コイル系統に含まれる。実施形態１において、第２コイル系統は、例えば第２コイル３８を６つ含む。６つの第２コイル３８は、２つの第２コイル３８が周方向で互いに隣接するように配置されている。隣接する第２コイル３８を１つのグループとした第２コイルグループＧ２が、周方向に等間隔に３つ配置されている。すなわち、第２コイル系統は、周方向に等間隔に並べられた３つの第２コイルグループＧ２を備えている。なお、第２コイルグループＧ２は、必ずしも３つでなくてもよく、ｎを自然数としたときに周方向に等間隔に３ｎ個配置されていればよい。また、ｎは奇数である方が望ましい。
図５は、ＥＣＵによる電動機の駆動を説明するための模式図である。電動機制御装置１００は、ＥＣＵ９０及び電動機１０を備える。電動機制御装置１００は、例えば、トルクセンサ９１ａなどのセンサからＥＣＵ９０へ入力信号を入力可能である。ＥＣＵ９０は、三相交流により電動機１０の動作を制御する。ＥＣＵ９０は、電動機１０を制御する制御装置４０と、モータ駆動回路５０とを含む。制御装置４０は、モータロータ２０を回転駆動させる電流値を指令値として出力する。モータ駆動回路５０は、制御装置４０の指令値に基づきＰＷＭ（Pulse Width Modulation）と呼ばれる所定のデューティ比のパルス幅調変信号を生成し、電動機１０の電流値を制御する３相交流信号を出力する電力供給回路である。モータ駆動回路５０は、制御装置４０と電気的に接続されていればよく、モータ駆動回路５０の発熱の影響を抑制するため、制御装置４０が設置されている場所とは異なる場所に設置されている。
制御装置４０は、機能ブロックとして主制御部４１と、第１コイル系統制御部４２と、第２コイル系統制御部４４と、を含む制御部４０Ａと、第１位相調整部４３と、第２位相調整部４５と、含む位相差調整部４０Ｂとを備える。
モータ駆動回路５０は、指令値に基づいて３相交流の第１モータ駆動電流を第１コイルグループＧ１に供給する第１モータ駆動回路５０Ａと、３相交流の第２モータ駆動電流を第２コイルグループＧ２に供給する第２モータ駆動回路５０Ｂと、を含む。第１モータ駆動回路５０Ａは、第１ゲート駆動回路５１と、第１インバータ５２と、を含む。第２モータ駆動回路５０Ｂは、第２ゲート駆動回路５３と、第２インバータ５４と、を含む。
主制御部４１は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得する。主制御部４１は、トルクセンサ９１ａから取得した情報に応じて、モータロータ２０を回転駆動させる電流値を指令値として演算する。第１コイル系統制御部４２は、主制御部４１の指令値に基づき、所定のデューティ比の第１パルス幅調変信号を演算する。第１コイル系統制御部４２は、第１位相調整部４３へ第１パルス幅調変信号の情報を送る。第２コイル系統制御部４４は、主制御部４１の指令値に基づき、所定のデューティ比の第２パルス幅調変信号をそれぞれ演算する。第２コイル系統制御部４４は、第２位相調整部４５へ第２パルス幅調変信号の情報を送る。実施形態１において、第１位相調整部４３および第２位相調整部４５は、第１コイルグループＧ１に供給する電流の位相と第２コイルグループＧ２に供給する電流の位相とが同一になるように調節する。なお、第１コイル系統制御部４２および第２コイル系統制御部４４が出力する時点で、第１パルス幅調変信号の情報と第２パルス幅調変信号の情報との位相差がなく同期している場合、位相差調整部４０Ｂがなくてもよい。第１位相調整部４３は、調整後の第１パルス幅調変信号の情報を第１ゲート駆動回路５１に送る。第２位相調整部４５は、調整後の第２パルス幅調変信号の情報を第２ゲート駆動回路５３に送る。
第１ゲート駆動回路５１は、第１位相調整部４３から取得した第１パルス幅調変信号の情報に基づいて、第１インバータ５２を制御する。第１インバータ５２は、第１ゲート駆動回路５１における第１パルス幅調変信号のデューティ比に応じて、３相の電流値となるように電界効果トランジスタをスイッチングして第１Ｕ相、第１Ｖ相および第１Ｗ相を含む三相交流を生成する。第１インバータ５２が生成した三相交流は、３つの配線Ｌｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１によって電動機１０に送られ、複数の第１コイル３７を励磁する。配線Ｌｕ１は、第１Ｕ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｖ１は、第１Ｖ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｗ１は、第１Ｗ相の電流を電動機１０に送る。
第２ゲート駆動回路５３は、第２位相調整部４５から取得した第２パルス幅調変信号の情報に基づいて、第２インバータ５４を制御する。第２インバータ５４は、第２ゲート駆動回路５３における第２パルス幅調変信号のデューティ比に応じて、３相の電流値となるように電界効果トランジスタをスイッチングして第２Ｕ相、第２Ｖ相および第２Ｗ相を含む三相交流を生成する。第２インバータ５４が生成した三相交流は、３つの配線Ｌｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２によって電動機１０に送られ、複数の第２コイル３８を励磁する。配線Ｌｕ２は、第２Ｕ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｖ２は、第２Ｖ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｗ２は、第２Ｗ相の電流を電動機１０に送る。
以上説明したように、制御装置４０は、第１ゲート駆動回路５１および第２ゲート駆動回路５３に対して、モータロータ２０を所望の回転駆動させる電流値となる所定のデューティ比の第１パルス幅調変信号および第２パルス幅調変信号を供給し、第１モータ駆動回路５０Ａおよび第２モータ駆動回路５０Ｂを制御することができる。
図６は、第１コイルの配線および第２コイルの配線を示す模式図である。図６に示すように、６つの第１コイル３７は、第１Ｕ相の電流により励磁される２つの第１Ｕ相コイル３７Ｕａ、３７Ｕｂと、第１Ｖ相の電流により励磁される２つの第１Ｖ相コイル３７Ｖａ、３７Ｖｂと、第１Ｗ相の電流により励磁される２つの第１Ｗ相コイル３７Ｗａ、３７Ｗｂと、を含む。第１Ｕ相コイル３７Ｕｂは、第１Ｕ相コイル３７Ｕａに対して直列に接続されている。第１Ｖ相コイル３７Ｖｂは、第１Ｖ相コイル３７Ｖａに対して直列に接続されている。第１Ｗ相コイル３７Ｗｂは、第１Ｗ相コイル３７Ｗａに対して直列に接続されている。第１コイル３７のティース３４に対する巻き方向は、全て同じ方向である。また、配線Ｌｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１は、Ｙ結線で接合されている。
図６に示すように、６つの第２コイル３８は、第２Ｕ相の電流により励磁される２つの第２Ｕ相コイル３８Ｕａ、３８Ｕｂと、第２Ｖ相の電流により励磁される２つの第２Ｖ相コイル３８Ｖａ、３８Ｖｂと、第２Ｗ相の電流により励磁される２つの第２Ｗ相コイル３８Ｗａ、３８Ｗｂと、を含む。第２Ｕ相コイル３８Ｕｂは、第２Ｕ相コイル３８Ｕａに対して直列に接続されている。第２Ｖ相コイル３８Ｖｂは、第２Ｖ相コイル３８Ｖａに対して直列に接続されている。第２Ｗ相コイル３８Ｗｂは、第２Ｗ相コイル３８Ｗａに対して直列に接続されている。第２コイル３８のティース３４に対する巻き方向は、全て同じ方向であり、第１コイル３７の巻き方向と同じである。また、配線Ｌｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２は、Ｙ結線で接合されている。
実施形態１の電動機は、図６に示すように、Ｙ結線された６つの第１コイル３７、第２コイル３８を例示するが、Δ結線された６つの第１コイル３７、第２コイル３８であってもよい。
図４に示すように、３つの第１コイルグループＧ１は、第１ＵＶコイルグループＧ１ＵＶと、第１ＶＷコイルグループＧ１ＶＷと、第１ＵＷコイルグループＧ１ＵＷと、からなる。第１ＵＶコイルグループＧ１ＵＶは、周方向で互いに隣接する第１Ｕ相コイル３７Ｕｂおよび第１Ｖ相コイル３７Ｖａを含む。第１ＶＷコイルグループＧ１ＶＷは、周方向で互いに隣接する第１Ｖ相コイル３７Ｖｂおよび第１Ｗ相コイル３７Ｗａを含む。第１ＵＷコイルグループＧ１ＵＷは、周方向で互いに隣接する第１Ｕ相コイル３７Ｕａおよび第１Ｗ相コイル３７Ｗｂを含む。
図４に示すように、３つの第２コイルグループＧ２は、第２ＵＶコイルグループＧ２ＵＶと、第２ＶＷコイルグループＧ２ＶＷと、第２ＵＷコイルグループＧ２ＵＷと、からなる。第２ＵＶコイルグループＧ２ＵＶは、周方向で互いに隣接する第２Ｕ相コイル３８Ｕｂおよび第２Ｖ相コイル３８Ｖａを含む。第２ＶＷコイルグループＧ２ＶＷは、周方向で互いに隣接する第２Ｖ相コイル３８Ｖｂおよび第２Ｗ相コイル３８Ｗａを含む。第２ＵＷコイルグループＧ２ＵＷは、周方向で互いに隣接する第２Ｕ相コイル３８Ｕａおよび第２Ｗ相コイル３８Ｗｂを含む。
第１Ｕ相の電流により励磁される第１コイル３７は、第２Ｕ相の電流により励磁される第２コイル３８に、ステータコア３１の径方向で対向している。以下の説明において、ステータコア３１の径方向は、単に径方向と記載される。例えば、図４に示すように、径方向で第１Ｕ相コイル３７Ｕａが第２Ｕ相コイル３８Ｕａに対向し、第１Ｕ相コイル３７Ｕｂが第２Ｕ相コイル３８Ｕｂに対向している。
第１Ｖ相の電流により励磁される第１コイル３７は、第２Ｖ相の電流により励磁される第２コイル３８に、径方向で対向している。例えば、図４に示すように、径方向で第１Ｖ相コイル３７Ｖａが第２Ｖ相コイル３８Ｖａに対向し、第１Ｖ相コイル３７Ｖｂが第２Ｖ相コイル３８Ｖｂに対向している。
第１Ｗ相の電流により励磁される第１コイル３７は、第２Ｗ相の電流により励磁される第２コイル３８に、径方向で対向している。例えば、図４に示すように、径方向で第１Ｗ相コイル３７Ｗａが第２Ｗ相コイル３８Ｗａに対向し、第１Ｗ相コイル３７Ｗｂが第２Ｗ相コイル３８Ｗｂに対向している。
上述したように、第１インバータ５２により複数の第１コイル３７が励磁され、第２インバータ５４により複数の第２コイル３８が励磁される。これにより、第１インバータ５２と第２インバータ５４とが互いに独立して三相交流を電動機１０に供給しているので、仮に第２コイル３８に電流が供給されなくなった場合でも、第１コイル３７が電動機１０を駆動できる。また、仮に第１コイル３７に電流が供給されなくなった場合でも、第２コイル３８が電動機１０を駆動できる。以下の説明においても、第２コイル３８に電流が供給されなくなった場合を例に挙げて説明し、第１コイル３７に電流が供給されなくなった場合は同様の説明となるため省略する。
また、複数の第１コイル３７からなる第１コイルグループＧ１が周方向に等間隔に３つ配置されている。これにより、第１コイルグループＧ１が周方向に等間隔に２つ配置されている場合に比較して、第１コイルグループＧ１間の周方向の距離が小さくなる。このため、仮に第２コイル３８に電流が供給されなくなった場合でも、第１コイル３７がトルクを発生させる位置の周方向でのバラつきが小さくなる。よって、電動機１０は、互いに独立して励磁される２つのコイルの系統のうち１つの系統のみによる駆動でも、トルクリップルの増大を抑制できる。
また、３つの第１コイルグループＧ１は、第１ＵＶコイルグループＧ１ＵＶと、第１ＶＷコイルグループＧ１ＶＷと、第１ＵＷコイルグループＧ１ＵＷと、からなる。第２コイルグループＧ２は、第２ＵＶコイルグループＧ２ＵＶと、第２ＶＷコイルグループＧ２ＶＷと、第２ＵＷコイルグループＧ２ＵＷと、からなる。これにより、同相の電流で励磁される２つの第１コイル３７が１つの第１コイルグループＧ１に属することがなくなり、同相の電流で励磁される２つの第２コイル３８が１つの第２コイルグループＧ２に属することがなくなる。同相の電流で励磁される２つの第１コイル３７とは、２つの第１Ｕ相コイル３７Ｕａ、３７Ｕｂ、２つの第１Ｖ相コイル３７Ｖａ、３７Ｖｂ、または２つの第１Ｗ相コイル３７Ｗａ、３７Ｗｂのうちいずれかを意味する。このため、トルクの発生位置が周方向に分散しやすくなる。よって、電動機１０は、トルクリップルをより抑制できる。
上述した特許文献１に記載の技術を用いた場合、一方の系統でモータを駆動するとき、当該系統のうち周方向の端部に配置されるのは特定の二相（Ｕ相およびＶ相の組み合わせ、Ｖ相およびＷ相の組み合わせ、またはＵ相およびＷ相の組み合わせのいずれか）で励磁されるコイルとなっている。これにより、三相交流の各相の位相の変化に応じてトルクの発生量が変動しやすくなり、トルクリップルが増大する可能性があった。これに対して、実施形態１に係る電動機１０においては、第１コイルグループＧ１のうち周方向の端部には、第１Ｕ相コイル３７Ｕａ、３７Ｕｂ、第１Ｖ相コイル３７Ｖａ、３７Ｖｂまたは第１Ｗ相コイル３７Ｗａ、３７Ｗａが配置されている。第２コイルグループＧ２のうち周方向の端部には、第２Ｕ相コイル３８Ｕａ、３８Ｕｂ、第２Ｖ相コイル３８Ｖａ、３８Ｖｂまたは第２Ｗ相コイル３８Ｗａ、３８Ｗｂが配置されている。これにより、電動機１０は、三相交流の各相の位相の変化に応じてトルクの発生量が変動しにくくなるので、トルクリップルの増大をより抑制できる。
なお、実施形態１の電動パワーステアリング装置８０は、コラムアシスト方式を例にして説明しているが、ピニオンアシスト方式およびラックアシスト方式についても適用することができる。
以上述べたように、電動機１０は、環状のバックヨーク３３と、バックヨーク３３の内周面で周方向に並んで配置される複数のティース３４と、を備える環状のステータコア３１を備える。電動機１０は、ｎを自然数としたとき、隣接して並ぶ複数（実施形態１においては２つ）のティース３４のそれぞれに集中巻きされて第１Ｕ相、第１Ｖ相および第１Ｗ相を含む三相交流を生成する第１インバータ５２により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第１コイル３７からなるグループであって、ステータコア３１の周方向に等間隔に３ｎ個（実施形態１においては３つ）配置される第１コイルグループＧ１を備える。電動機１０は、第１コイル３７が集中巻きされるティース３４とは異なる位置で隣接して並ぶ複数（実施形態１においては２つ）のティース３４のそれぞれに集中巻きされて第２Ｕ相、第２Ｖ相および第２Ｗ相を含む三相交流を生成する第２インバータ５４により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第２コイル３８からなるグループであって、ステータコア３１の周方向に等間隔に３ｎ個（実施形態１においては３つ）配置される第２コイルグループＧ２を備える。
これにより、第１コイルグループＧ１が周方向に等間隔に２つ配置されている場合に比較して、第１コイルグループＧ１間の周方向の距離が小さくなる。このため、仮に第２コイル３８に電流が供給されなくなった場合でも、第１コイル３７がトルクを発生させる位置の周方向でのバラつきが小さくなる。よって、電動機１０は、互いに独立して励磁される２つのコイルの系統のうち１つの系統のみによる駆動でも、トルクリップルの増大を抑制できる。
また、複数（実施形態１においては６つ）の第１コイル３７は、第１Ｕ相の電流により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第１Ｕ相コイル３７Ｕａ、３７Ｕｂと、第１Ｖ相の電流により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第１Ｖ相コイル３７Ｖａ、３７Ｖｂと、第１Ｗ相の電流により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第１Ｗ相コイル３７Ｗａ、３７Ｗｂと、を含む。複数（実施形態１においては６つ）の第２コイル３８は、第２Ｕ相の電流により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第２Ｕ相コイル３８Ｕａ、３８Ｕｂと、第２Ｖ相の電流により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第２Ｖ相コイル３８Ｖａ、３８Ｖｂと、第２Ｗ相の電流により励磁される複数（実施形態１においては２つ）の第２Ｗ相コイル３８Ｗａ、３８Ｗｂと、を含む。３ｎ個（実施形態１においては３つ）の第１コイルグループＧ１は、第１Ｕ相コイル３７Ｕｂおよび第１Ｖ相コイル３７Ｖａを含む第１ＵＶコイルグループＧ１ＵＶと、第１Ｖ相コイル３７Ｖｂおよび第１Ｗ相コイル３７Ｗａを含む第１ＶＷコイルグループＧ１ＶＷと、第１Ｕ相コイル３７Ｕａおよび第１Ｗ相コイル３７Ｗｂを含む第１ＵＷコイルグループＧ１ＵＷと、からなる。３ｎ個（実施形態１においては３つ）の第２コイルグループＧ２は、第２Ｕ相コイル３８Ｕｂおよび第２Ｖ相コイル３８Ｖａを含む第２ＵＶコイルグループＧ２ＵＶと、第２Ｖ相コイル３８Ｖｂおよび第２Ｗ相コイル３８Ｗａを含む第２ＶＷコイルグループＧ２ＶＷと、第２Ｕ相コイル３８Ｕａおよび第２Ｗ相コイル３８Ｗｂを含む第２ＵＷコイルグループＧ２ＵＷと、からなる。
これにより、同相の電流で励磁される２つの第１コイル３７が１つの第１コイルグループＧ１に属することがなくなり、同相の電流で励磁される２つの第２コイル３８が１つの第２コイルグループＧ２に属することがなくなる。このため、トルクの発生位置が周方向に分散しやすくなる。よって、電動機１０は、トルクリップルをより抑制できる。
（変形例１）
図７は、変形例１に係る第１コイルの配線および第２コイルの配線を示す模式図である。上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
変形例１に係る電動機１０においては、第２コイル３８のティース３４に対する巻き方向は、第１コイル３７のティース３４に対する巻き方向と逆方向である。また、変形例１に係る電動機１０において、第１位相調整部４３および第２位相調整部４５は、第１コイルグループＧ１に供給する電流の位相と第２コイルグループＧ２に供給する電流の位相とが互いに１８０°異なるように調節する。これにより、各第１コイル３７および各第２コイル３８によって発生する磁界の向きは、上述した実施形態１と同じとなる。
第２コイル３８のティース３４に対する巻き方向が第１コイル３７のティース３４に対する巻き方向と逆方向であるため、第１コイル３７と第２コイル３８とでティース３４に対する巻き始めの位置が相違する。例えば、第１コイル３７がティース３４の径方向外側端部から巻き始められる場合、第２コイル３８はティース３４の径方向内側端部から巻き始められる。このため、図７に示すように、配線Ｌｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１のうち第１インバータ５２に接続される側の端部が電動機１０の径方向外側寄りに位置し、配線Ｌｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２のうち第２インバータ５４に接続される側の端部が電動機１０の径方向内側寄りに位置する。よって、電動機１０に接続される配線の位置がバラつきやすくなる。したがって、変形例１に係る電動機１０は、複数の配線が互いに干渉する可能性を低減することができる。
また、第１コイルグループＧ１に供給する電流の位相と第２コイルグループＧ２に供給する電流の位相とが互いに１８０°異なることによって、第１インバータ５２から電動機１０までの間の配線Ｌｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１からの放射ノイズと、第２インバータ５４から電動機１０までの間の配線Ｌｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２からの放射ノイズとが相殺する。このため、ＥＣＵ９０から電動機１０までの間の配線での放射ノイズが低減される。
（変形例２）
図８は、変形例２に係る電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。図８に示すように、変形例２におけるモータロータ２０の極数は、ロータヨーク２２の外周側にＮ極と、Ｓ極とがロータヨーク２２の周方向に交互に配置された２０極である。また、ティース３４は、周方向に２４配置されている。
図８に示すように、変形例２において、第１コイル３７は１２配置されている。１２の第１コイル３７は、４つの第１コイル３７が周方向で隣接して並ぶように配置されている。隣接して並ぶ４つの第１コイル３７を１つのグループとした第１コイルグループＧ１が、周方向に等間隔に３つ配置されている。３つの第１コイルグループＧ１は、第１ＵＶコイルグループＧ１ＵＶ、第１ＶＷコイルグループＧ１ＶＷおよび第１ＵＷコイルグループＧ１ＵＷからなる。
第１ＵＶコイルグループＧ１ＵＶは、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第１Ｕ相コイル３７Ｕｂの組と、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第１Ｖ相コイル３７Ｖａの組との２組からなる。第１ＶＷコイルグループＧ１ＶＷは、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第１Ｖ相コイル３７Ｖｂの組と、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第１Ｗ相コイル３７Ｗａの組との２組からなる。第１ＵＷコイルグループＧ１ＵＷは、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第１Ｕ相コイル３７Ｕａの組と、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第１Ｗ相コイル３７Ｗｂの組との２組からなる。
１組の第１Ｕ相コイル３７Ｕａ、１組の第１Ｖ相コイル３７Ｖａ、１組の第１Ｗ相コイル３７Ｗａ、１組の第１Ｕ相コイル３７Ｕｂ、１組の第１Ｖ相コイル３７Ｖｂおよび１組の第１Ｗ相コイル３７Ｗｂは、それぞれ直列に接続されている。また、１組の第１Ｕ相コイル３７Ｕｂは、１組の第１Ｕ相コイル３７Ｕａに対して直列に接続されている。１組の第１Ｖ相コイル３７Ｖｂは、１組の第１Ｖ相コイル３７Ｖａに対して直列に接続されている。１組の第１Ｗ相コイル３７Ｗｂは、１組の第１Ｗ相コイル３７Ｗａに対して直列に接続されている。
図８に示すように、変形例２において、第２コイル３８は１２配置されている。１２の第２コイル３８は、４つの第２コイル３８が周方向で隣接して並ぶように配置されている。隣接して並ぶ４つの第２コイル３８を１つのグループとした第２コイルグループＧ２が、周方向に等間隔に３つ配置されている。３つの第２コイルグループＧ２は、第２ＵＶコイルグループＧ２ＵＶ、第２ＶＷコイルグループＧ２ＶＷおよび第２ＵＷコイルグループＧ２ＵＷからなる。
第２ＵＶコイルグループＧ２ＵＶは、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第２Ｕ相コイル３８Ｕｂの組と、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第２Ｖ相コイル３８Ｖａの組との２組からなる。第２ＶＷコイルグループＧ２ＶＷは、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第２Ｖ相コイル３８Ｖｂの組と、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第２Ｗ相コイル３８Ｗａの組との２組からなる。第２ＵＷコイルグループＧ２ＵＷは、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第２Ｕ相コイル３８Ｕａの組と、ティース３４に対する巻き方向が互いに逆方向であって周方向で互いに隣接する２つの第２Ｗ相コイル３８Ｗｂの組との２組からなる。
１組の第２Ｕ相コイル３８Ｕａ、１組の第２Ｖ相コイル３８Ｖａ、１組の第２Ｗ相コイル３８Ｗａ、１組の第２Ｕ相コイル３８Ｕｂ、１組の第２Ｖ相コイル３８Ｖｂおよび１組の第２Ｗ相コイル３８Ｗｂは、それぞれ直列に接続されている。また、１組の第２Ｕ相コイル３８Ｕｂは、１組の第２Ｕ相コイル３８Ｕａに対して直列に接続されている。１組の第２Ｖ相コイル３８Ｖｂは、１組の第２Ｖ相コイル３８Ｖａに対して直列に接続されている。１組の第２Ｗ相コイル３８Ｗｂは、１組の第２Ｗ相コイル３８Ｗａに対して直列に接続されている。
変形例２において、１組の第１コイル３７は、互いに逆方向の磁界を形成するように励磁される。１組の第２コイル３８は、互いに逆方向の磁界を形成するように励磁される。これにより、互いに逆向きに励磁された第１コイル３７および第２コイル３８が、周方向に交互に配置されることになる。
したがって、変形例２に係る電動機１０は、上述した実施形態１に比較して、磁極の数が多くなる。このため、変形例２に係る電動機１０は、トルクの発生位置を周方向でより分散しやすくなる。このため、変形例２に係る電動機１０は、トルクリップルをより抑制できる。
（変形例３）
図９は、変形例３に係る電動機の構成を中心軸に直交する仮想平面で切って模式的に示す断面図である。変形例３において、マグネット２３は、ロータヨーク２２に設けられた複数のスロットに埋め込まれている。マグネット２３は、ロータヨーク２２の外周面よりも径方向内側に配置されている。これにより、変形例３に係る電動機１０は、リラクタンストルクを付加したトルクを発生させることができる。
（実施形態２）
図１０は、実施形態２に係る電動機に供給される第１Ｕ相および第２Ｕ相の電流波形を示す説明図である。図１１は、第１モータ駆動電流の位相と第２モータ駆動電流との位相差に対する、平均トルクおよびトルクリップルの大きさ変化量を説明するための説明図である。実施形態２に係る電動機１０および電動機制御装置１００は、図１から図６に示す実施形態１に係る電動機１０及び電動機制御装置１００と同じであるが、制御装置４０の位相差調整部４０Ｂの動作が異なる。以下、図１から図６、図１０及び図１１を適宜参照して説明する。なお、上述した実施形態１で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図５に示すように、主制御部４１は、入力軸８２ａに入力された操舵トルクＴをトルクセンサ９１ａから取得する。主制御部４１は、トルクセンサ９１ａから取得した情報に応じて、モータロータ２０を回転駆動させる電流値を指令値として演算する。第１コイル系統制御部４２は、主制御部４１の指令値に基づき、所定のデューティ比の第１パルス幅調変信号を演算する。第１コイル系統制御部４２は、第１位相調整部４３へ第１パルス幅調変信号の情報を送る。第２コイル系統制御部４４は、主制御部４１の指令値に基づき、所定のデューティ比の第２パルス幅調変信号をそれぞれ演算する。第２コイル系統制御部４４は、第２位相調整部４５へ第２パルス幅調変信号の情報を送る。
実施形態２において、第１位相調整部４３および第２位相調整部４５は、第１コイルグループＧ１に供給する電流の位相に対して第２コイルグループＧ２に供給する電流の位相が進むように調節する。第１位相調整部４３は、調整後の第１パルス幅調変信号の情報を第１ゲート駆動回路５１に送る。第２位相調整部４５は、調整後の第２パルス幅調変信号の情報を第２ゲート駆動回路５３に送る。
第１ゲート駆動回路５１は、第１位相調整部４３から取得した第１パルス幅調変信号の情報に基づいて、第１インバータ５２を制御する。第１インバータ５２は、第１ゲート駆動回路５１における第１パルス幅調変信号のデューティ比に応じて、３相の電流値となるように電界効果トランジスタをスイッチングして第１Ｕ相、第１Ｖ相および第１Ｗ相を含む三相交流を生成する。第１インバータ５２が生成した三相交流は、３つの配線Ｌｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１によって電動機１０に送られ、複数の第１コイル３７を励磁する。配線Ｌｕ１は、第１Ｕ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｖ１は、第１Ｖ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｗ１は、第１Ｗ相の電流を電動機１０に送る。
第２ゲート駆動回路５３は、第２位相調整部４５から取得した第２パルス幅調変信号の情報に基づいて、第２インバータ５４を制御する。第２インバータ５４は、第２ゲート駆動回路５３における第２パルス幅調変信号のデューティ比に応じて、３相の電流値となるように電界効果トランジスタをスイッチングして第２Ｕ相、第２Ｖ相および第２Ｗ相を含む三相交流を生成する。第２インバータ５４が生成した三相交流は、３つの配線Ｌｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２によって電動機１０に送られ、複数の第２コイル３８を励磁する。配線Ｌｕ２は、第２Ｕ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｖ２は、第２Ｖ相の電流を電動機１０に送る。配線Ｌｗ２は、第２Ｗ相の電流を電動機１０に送る。
実施形態１と同様に、第１モータ駆動電流は、電気角で１２０°ずつずれた正弦波である第１Ｕ相、第１Ｖ相および第１Ｗ相の対称三相交流である。また、第２モータ駆動電流は、電気角で１２０°ずつずれた正弦波である第２Ｕ相、第２Ｖ相および第２Ｗ相の対称三相交流である。第１モータ駆動電流と第２モータ駆動電流との位相差は、第１Ｕ相と第２Ｕ相との位相差が、第１Ｖ相と第２Ｖ相との位相差および第１Ｗ相と第２Ｗ相との位相差と同じになることから、図１０に示す第１Ｕ相と第２Ｕ相との位相差で説明する。
図１０に示すように、第１モータ駆動電流の第１Ｕ相の電流Ａｕ１は、第１Ｕ相の逆起電力と逆起電力に対応する相の電流の位相差が０°である基準相に対して位相差β１が０である。このため、第１コイルグループＧ１は、ステータコア３１の周方向に等間隔に３つ配置されているので、モータロータ２０の回転角に関係なく、第１コイルグループＧ１だけを考えれば、第１コイルグループＧ１に供給する電流に比例した回転トルクが発生し、平均トルクは一定になるように考えられる。しかしながら、第２モータ駆動電流の第２Ｕ相の電流Ａｕ２は、第２Ｕ相の逆起電力と逆起電力に対応する相の電流の位相差が０になる基準相に対して位相差β２分進んでいる。このため、第１コイルグループＧ１及び第２コイルグループＧ２の相互作用により、図１１に示すように、位相差β２が基準相に対し進むにつれて、平均トルクＴａが減少する。ところで、本発明者らは、第１コイルグループＧ１及び第２コイルグループＧ２の相互作用により、図１１に示す位相差β２が基準相に対し進むにつれて、トルクリップルＴｒが減少して、所定の極値でトルクリップルＴｒが増加に転じることを見いだした。これに対して、第１コイルグループＧ１及び第２コイルグループＧ２の相互作用により、図１１に示す位相差β２が基準相に対し遅れるにつれて、トルクリップルＴｒが増加してしまうと想定される。
図１１に示すように、位相差β１が０の場合、位相差β２は、電気角で１０°が最も好ましい。
以上説明したように、実施形態２に係る電動機制御装置１００は、電動機１０と、制御装置４０と、モータ駆動回路５０を備える。電動機１０は、モータロータ２０と、モータステータ３０と、三相毎に少なくとも２系統の第１コイルグループＧ１及び第２コイルグループＧ２とに分けられ、かつステータコア３１を３相交流で励磁する複数のコイルグループと、を含む。制御装置４０は、モータロータ２０を回転駆動させる電流値を指令値として出力する。モータ駆動回路５０は、第１モータ駆動回路５０Ａと第２モータ駆動回路５０Ｂとを備え、第１モータ駆動回路５０Ａが上述した指令値に基づいて３相交流の第１モータ駆動電流を第１コイルグループＧ１に供給し、第２モータ駆動回路５０Ｂが第１モータ駆動電流の位相に対して進む位相差を有する３相交流の第２モータ駆動電流を第２コイルグループＧ２に供給する。
これにより、互いに独立して励磁される２つの第１コイルグループＧ１及び第２コイルグループＧ２を同時に励磁した場合、トルクリップルを抑制することができる。
制御装置４０は、上述したように指令値として所定のデューティ比のパルス幅調変信号を演算する制御部４０Ａと、位相差調整部４０Ｂとを備える。位相差調整部４０Ｂは、所定のデューティ比のパルス幅調変信号を第１パルス幅変調信号として、第１パルス幅変調信号に対して同じデューティ比かつ位相差（β２−β１）を与えた第２パルス幅変調信号を演算する。制御装置４０の位相差調整部４０Ｂは、平均トルクの減少率よりも、トルクリップルの減少率の大きい範囲で位相差β２を調整し、電動機１０は、モータロータ２０に対してトルクリップルの低減された回転が付与されるよう制御される。また、位相差調整部４０Ｂは、平均トルクＴａを増加する場合は、位相差（β２−β１）を０に近づけ、トルクリップルＴｒを低減する場合は、位相差（β２−β１）を大きくする制御を行うことができる。
第１モータ駆動回路５０Ａは、第１パルス幅変調信号のＰＷＭ制御により第１モータ駆動電流を第１コイルグループＧ１に供給し、第２モータ駆動回路５０Ｂは、第２パルス幅変調信号のＰＷＭ制御により第２モータ駆動電流を第２コイルグループＧ２に供給する。これにより、独立した第１モータ駆動回路５０Ａ及び第２モータ駆動回路５０Ｂを備えることにより、冗長性を高め、モータ駆動回路５０のフェールセーフ性を高めることができる。
上述した位相差（β２−β１）は、電気角で４５度を超えない。位相差（β２−β１）は、電気角で４５度を超えないので、平均トルクＴａの減少を抑制できる。
実施形態２に係る電動機において、出力トルクＴｓは、下記式（１）により求められる。
Figure 0005880793
ここで、Ｔｍは、マグネット２３の磁束φｍによるトルク、Ｔｒはリラクタンストルクである。リラクタンストルクＴｒは、下記式（２）により求められる。
Figure 0005880793
ここで、Ｐはマグネット２３の極対数である。Ｌｑはｑ軸インダクタンスである。Ｌｄはｄ軸インダクタンスである。Ｉｑは、電機子電流のｑ軸成分である。Ｉｄは電機子電流のｄ軸成分である。
一般に、式（２）によれば、ｑ軸インダクタンスＬｑが大きく、ｄ軸インダクタンスＬｄが小さければ、リラクタンストルクＴｒを大きくできることが分かる。なお、マグネット２３によるトルクＴｍは、下記式（３）で定まる。
Figure 0005880793
ここで、Φmは、各極対ごとの磁石磁束総量である。
上述したように、実施形態２に係る電動機は、第１コイルグループＧ１と第２コイルグループＧ２とを備えている。このため、実施形態２に係る電動機の出力トルクＴｓは、第１コイルグループＧ１によるトルクＴｇ１と、第２コイルグループＧ２によるトルクＴｇ２とに分けて考えることができる。つまり、出力トルクＴｓは、下記式（４）により求められる。
Figure 0005880793
トルクＴｇ１は、式（１）を適用すると、下記式（５）により求められる。
Figure 0005880793
ここで、Ｔｍ１は、第１コイルグループＧ１に対するマグネット２３の磁束φｍによるマグネットトルクである。Ｔｒ１は、第１コイルグループＧ１に対するリラクタンストルクである。同様に、トルクＴｇ２は、式（１）を適用すると、下記式（６）により求められる。
Figure 0005880793
ここで、Ｔｍ２は、第２コイルグループＧ２に対するマグネット２３の磁束φｍによるマグネットトルクである。Ｔｒ２は、第２コイルグループＧ２に対するリラクタンストルクである。
図１２は、ｄｑ軸において、第１コイルグループの電機子磁束と、第２コイルグループの電機子磁束とのベクトル関係を示した図である。図１２に示すように、ロータ磁極のｑ軸に対して、第１コイルグループＧ１の電機子磁束ｍｆ１と、第２コイルグループＧ２の電機子磁束ｍｆ２との間に位相差２δを設ける場合を以下に検討する。
ロータ磁極のｑ軸に対して、第１コイルグループＧ１と第２コイルグループＧ２とのそれぞれの進角の加算値の平均をβとする。
そうすると、ロータｄ軸を基準に、第１コイルグループＧ１の回転磁界の進角は、（β−δ）になる。入力電流の振幅値をＩａとした場合、Ｔｍ１は、下記式（７）により求められる。
Figure 0005880793
同様に、Ｔｒ１は、下記式（８）により求められる。
Figure 0005880793
Ｔｍ２は、下記式（９）により求められる。
Figure 0005880793
同様に、Ｔｒ２は、下記式（１０）により求められる。
Figure 0005880793
βは、−９０°以上９０°以下であるが、実施形態２では、理解しやすくするためβ＝０°の場合を考える。この場合、第１コイルグループＧ１に対するリラクタンストルクと、第２コイルグループＧ２に対するリラクタンストルクとの成分の加算値は、０となる。
つまり、式（８）及び式（１０）に、β＝０を代入すると、下記式（１１）が成り立つ。
Ｔｒ１＋Ｔｒ２＝０ …（１１）
式（１１）によれば、第１コイルグループＧ１と第２コイルグループＧ２とのトルク波形の位相を意図的にずらすことによって、第１コイルグループＧ１および第２コイルグループＧ２による２グループ間のトルクリップル成分同士が打ち消しあう。その結果、ステータ巻き線にスキューなどを加えなくてもトルクリップル成分を抑制することができる。
図１３は、実施形態１または実施形態２に係る電動機を備える電動パワーステアリング装置を搭載した車両の模式図である。図１３に示すように、車両１０１は、上述した実施形態１または実施形態２に係る電動機１０を備える電動パワーステアリング装置８０を搭載している。車両１０１は、上述した実施形態１または実施形態２に係る電動機１０を電動パワーステアリング装置８０以外の用途で搭載してもよい。
１０ 電動機
１１ ハウジング
１１ａ 筒状ハウジング
１１ｄ 内周面
１４ レゾルバ
２０ モータロータ
２１ シャフト
２２ ロータヨーク
２３ マグネット
３０ モータステータ
３１ ステータコア
３２ ティース先端
３３ バックヨーク
３４ ティース
３７ 第１コイル
３７ａ インシュレータ
３７Ｕａ、３７Ｕｂ 第１Ｕ相コイル
３７Ｖａ、３７Ｖｂ 第１Ｖ相コイル
３７Ｗａ、３７Ｗｂ 第１Ｗ相コイル
３８ 第２コイル
３８Ｕａ、３８Ｕｂ 第２Ｕ相コイル
３８Ｖａ、３８Ｖｂ 第２Ｖ相コイル
３８Ｗａ、３８Ｗｂ 第２Ｗ相コイル
４０ 制御装置
４１ 主制御部
４２ 第１コイル系統制御部
４３ 第１位相調整部
４４ 第２コイル系統制御部
４５ 第２位相調整部
５１ 第１ゲート駆動回路
５２ 第１インバータ
５３ 第２ゲート駆動回路
５４ 第２インバータ
８０ 電動パワーステアリング装置
１００ 電動機制御装置
１０１ 車両
Ｇ１ 第１コイルグループ
Ｇ１ＵＶ 第１ＵＶコイルグループ
Ｇ１ＶＷ 第１ＶＷコイルグループ
Ｇ１ＵＷ 第１ＵＷコイルグループ
Ｇ２ 第２コイルグループ
Ｇ２ＵＶ 第２ＵＶコイルグループ
Ｇ２ＶＷ 第２ＶＷコイルグループ
Ｇ２ＵＷ 第２ＵＷコイルグループ
Ｌｕ１、Ｌｖ１、Ｌｗ１、Ｌｕ２、Ｌｖ２、Ｌｗ２ 配線
Ｚｒ 回転中心

Claims (6)

  1. 環状のバックヨークと、前記バックヨークの内周面で周方向に並んで配置される複数のティースと、を備える環状のステータコアと、
    ｎを自然数としたとき、
    隣接して並ぶ前記複数のティースのそれぞれに集中巻きされて第１Ｕ相、第１Ｖ相および第１Ｗ相を含む三相交流を生成する第１インバータにより励磁される複数の第１コイルからなるグループであって、前記ステータコアの周方向に等間隔に３ｎ個配置される第１コイルグループと、
    前記第１コイルが集中巻きされる前記ティースとは異なる位置で隣接して並ぶ前記複数のティースのそれぞれに集中巻きされて第２Ｕ相、第２Ｖ相および第２Ｗ相を含む三相交流を生成する第２インバータにより励磁される複数の第２コイルからなるグループであって、前記ステータコアの周方向に等間隔に３ｎ個配置される第２コイルグループと、
    を備え、
    前記複数の第１コイルは、前記第１Ｕ相の電流により励磁される複数の第１Ｕ相コイルと、前記第１Ｖ相の電流により励磁される複数の第１Ｖ相コイルと、前記第１Ｗ相の電流により励磁される複数の第１Ｗ相コイルと、を含み、
    前記複数の第２コイルは、前記第２Ｕ相の電流により励磁される複数の第２Ｕ相コイルと、前記第２Ｖ相の電流により励磁される複数の第２Ｖ相コイルと、前記第２Ｗ相の電流により励磁される複数の第２Ｗ相コイルと、を含み、
    前記３ｎ個の第１コイルグループは、前記第１Ｕ相コイルおよび前記第１Ｖ相コイルのみからなる第１ＵＶコイルグループと、前記第１Ｖ相コイルおよび前記第１Ｗ相コイルのみからなる第１ＶＷコイルグループと、前記第１Ｕ相コイルおよび前記第１Ｗ相コイルのみからなる第１ＵＷコイルグループと、からなり、
    前記３ｎ個の第２コイルグループは、前記第２Ｕ相コイルおよび前記第２Ｖ相コイルのみからなる第２ＵＶコイルグループと、前記第２Ｖ相コイルおよび前記第２Ｗ相コイルのみからなる第２ＶＷコイルグループと、前記第２Ｕ相コイルおよび前記第２Ｗ相コイルのみからなる第２ＵＷコイルグループと、からなる
    電動機。
  2. 前記第１ＵＶコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｖ相コイルからなる組との２組からなり、
    前記第１ＶＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｖ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｗ相コイルからなる組との２組からなり、
    前記第１ＵＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第１Ｗ相コイルからなる組との２組からなり、
    前記第２ＵＶコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｖ相コイルからなる組との２組からなり、
    前記第２ＶＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｖ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｗ相コイルからなる組との２組からなり、
    前記第２ＵＷコイルグループは、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｕ相コイルからなる組と、前記ティースに対する巻き方向が互いに逆方向であって前記ステータコアの周方向で互いに隣接する２つの第２Ｗ相コイルからなる組との２組からなる請求項１に記載の電動機。
  3. 前記第２コイルの前記ティースに対する巻き方向は、前記第１コイルの前記ティースに対する巻き方向と逆方向である請求項１に記載の電動機。
  4. 前記ｎは奇数である請求項１から３のいずれか１項に記載の電動機。
  5. 前記請求項１から４のいずれか１項に記載された電動機により補助操舵トルクを得る電動パワーステアリング装置。
  6. 前記請求項５の電動パワーステアリング装置が搭載された車両。
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