JP6564057B2

JP6564057B2 - 回転電機および回転電機システム

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Publication number: JP6564057B2
Application number: JP2017552383A
Authority: JP
Inventors: 金澤　宏至; 宏至金澤; 中山　賢治; 賢治中山; 秀幸原
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2036-11-18
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Description

本発明は、回転電機および回転電機システムに関する。

２系統の巻線を有する回転電機として、特許文献１に記載のような回転電機が知られている。特許文献１に記載の回転電機では、回転電機に設けられた２つのＹ結線に２つのインバータから独立して駆動電流を供給する構成とし、冗長性を持たせている。

特開２０１０−１１６８８号公報

ところで、３相２Ｙ巻線を集中巻の巻線で構成する場合、一方のインバータを停止して他方のインバータで駆動される３相巻線のみでモータ駆動を行う状況、例えば一方のインバータが故障した場合においては、巻線の磁気的なアンバランスが生じてトルクリップルが大きくなるおそれがあった。

本発明の第１の態様による回転電機システムは、回転電機と、第１のインバータと、第２のインバータと、を備え、前記回転電機は、Ｎ≧２である整数Ｎに関して６Ｎ個のティースを有する固定子鉄心と、６Ｎ個の前記ティースのそれぞれに配置された集中巻の巻線で構成される固定子巻線と、を備え、前記固定子巻線は、それぞれ３Ｎ個の前記巻線で構成される独立した第１の３相巻線および第２の３相巻線を有し、前記第１の３相巻線を構成する３Ｎ個の前記巻線は、それぞれ隣接するＮ個のティースを含み機械角１２０度ピッチで設けられる３つのティース群に配置され、前記第２の３相巻線を構成する３Ｎ個の前記巻線は、前記６Ｎ個のティースの内、前記３つのティース群に含まれないティースに配置され、前記第１のインバータは前記第１の３相巻線に接続され、前記第２のインバータは前記第２の３相巻線に接続され、前記第１の３相巻線と前記第１のインバータとの接続および遮断を行う第１の開閉スイッチと、前記第２の３相巻線と前記第２のインバータとの接続および遮断を行う第２の開閉スイッチと、前記第１の開閉スイッチと前記第１の３相巻線とを接続する第１の接続ラインおよび前記第２の開閉スイッチと前記第２の３相巻線とを接続する第２の接続ラインの間に設けられ、前記第１の接続ラインと前記第２の接続ラインとの接続および遮断を行う第３の開閉スイッチと、前記第１および第２のインバータが正常の場合には、前記第１および第２の開閉スイッチを接続動作させると共に前記第３の開閉スイッチを遮断動作させ、前記第１および第２のインバータのいずれか一方が異常の場合には、異常なインバータに接続されている開閉スイッチを遮断動作させると共に前記第３の開閉スイッチを接続動作させる制御部と、を備える。

本発明によれば、片側通電時におけるトルクリプルの低減を図ることができる。

図１は、本発明による回転電機の第１の実施の形態を示す図である。図２は、モータ１００の断面図である。図３は、モータ１００を備える回転電機システムの一形態を示すブロック図である。図４は、第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２を△結線とした場合を示す。図５は、第２の実施の形態における回転電機システムを示す図である。図６は、２系統巻線が可能な集中巻のコンビネーションを示す図である。図７は、８極１２スロットで構成されるモータ１００のステータ巻線の配置を示す図である。図８は、８極１２スロットの場合の比較例を示す図である。図９は、８極１２スロット構成の場合の第１および第２巻線ユニットの構成と、Δ結線を示す図である。図１０は、１０極１２スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。図１１は、１０極１２スロット構成の場合の第１および第２巻線ユニットの構成と、Δ結線を示す図である。図１２は、１２極１８スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。図１３は、１２極１８スロット構成の場合の第１および第２巻線ユニットの構成と、Δ結線を示す図である。図１４は、１４極１８スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。図１５は、１４極１８スロット構成の場合の第１および第２巻線ユニットの構成と、Δ結線を示す図である。図１６は、１６極１８スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。図１７は、１６極１８スロット構成の場合の第１および第２巻線ユニットの構成と、Δ結線を示す図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による回転電機の一実施の形態を示す図である。図１は、電動パワーステアリング（以下ＥＰＳと略す）モータユニットのモータ部（以下では、モータ１００と記す）を示したものである。図２は、モータ１００の断面図である。ＥＰＳモータユニットは、図１に示すモータ１００と不図示のコントロールユニットとが機電一体で構成されている。

モータ１００は、ハウジング２の内部にモータ構成部品が納められている。モータ１００の駆動力は、モータ１００の回転軸であるシャフト６に取り付けられたプーリ１を介して、不図示の電動パワーステアリングシステムの駆動部に伝達される。シャフト６には、回転子構成するフロントロータコア１２とリアロータコア１３とが設けられている。フロントロータコア１２にはフロント磁石１２ｍが取り付けられ、リアロータコア１３にはリア磁石１３ｍが取り付けられている。磁石１２ｍ、１３ｍの外周部は磁石カバーにより覆われている。

シャフト６は、ハウジング２に設けられたフロントベアリング７と、ハウジング２の右端のベアリングケース９に設けられたリアベアリング８とによって、回転自在に支持されている。ベアリングケース９は、ベベル型止め輪１０によってハウジング２に固定されている。ハウジング２の内周部に設けられたステータコア４には、ステータコイル５が巻装されている。

ステータコイル５は、後述するように２系統の３相巻線で構成されている。各３相巻線の出力端は、ベアリングケース９に固定されたバスバーモールド１４の端子（不図示）に電気的に接続され、その端子を介して２組の３相ターミナル（２０ｕ１，２０ｖ１，２０ｗ１），（２０ｕ２，２０ｖ２，２０ｗ２）に電気的に接続されている。一方の３相巻線は３相ターミナル２０ｕ１，２０ｖ１，２０ｗ１に接続され、他方の３相巻線は３相ターミナル２０ｕ２，２０ｖ２，２０ｗ２に接続されている。シャフトリア側には、モータ１００の磁極位置を検出する磁極センサ３が設けられている。この磁極センサ３に対応して、モータ１００を駆動制御するコントロールユニット側には検出回路が設けられている。

図３は、モータ１００を備える回転電機システムの一形態を示すブロック図である。図３に示す例では、回転電機システムは、モータ１００と、モータ１００を駆動する駆動部２００とを備える。モータ１００のステータコイル５は、上述したように２系統の３相巻線を備えており、以下では、一方の３相巻線を第１巻線ユニット５１と呼び、他方の３相巻線を第２巻線ユニット５２と呼ぶことにする。磁極センサ３は、回転子１０１の磁極位置を検出する。回転子１０１は、図２に示したフロントロータコア１２，リアロータコア１３，フロント磁石１２ｍ，リア磁石１３ｍで構成される。

第１巻線ユニット５１にはインバータ３１から電流が供給され、第２巻線ユニット５２にはインバータ３２から電流が供給される。図３に示す例では、インバータ３１，３２は共通のＤＣ電源３０から給電されているが、インバータ３１，３２のそれぞれに独立したＤＣ電源を設けるようにしてもかまわない。インバータ３１，３２は、駆動部２００に設けられたコントロールユニット３３からの駆動指令に基づいて、巻線ユニット５１，５２に電流を供給する。

コントロールユニット３３は、磁極センサ３から入力された検出情報や、ステアリングシャフトに取り付けられたトルクセンサの検出値などに基づいて、モータ１００の目標トルクを算出する。そして、コントロールユニット３３は、モータ１００の電流値が目標トルクに相当する電流値となるようにインバータ３１，３２を制御する。

図３に示す例では、第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の３相巻線はＹ結線で接続されており、それぞれの中性点は電気的に絶縁されている。上述したように、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とは電気的に切り離されるとともに、それぞれ独立したインバータ３１，３２により並列駆動される。例えば、第１巻線ユニット５１のＵ相巻線Ｕ１と第２巻線ユニット５２のＵ相巻線Ｕ２が電気的に位相差を持たない場合には、インバータ３１のＵ相電流とインバータ３２のＵ相電流は同相となる。しかし、スロットコンビネーションによっては電気的な位相差を持つ場合があるので、その場合には、各インバータ電流は巻線ユニット５１，５２の誘起電圧の位相に合わせた通電を行う必要がある。

図４は図３で述べた内容において、第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２を△結線としたものを示している。この場合も上述したＹ結線の場合と同様に、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とに通電する電流は誘起電圧の位相に応じた電流とする必要がある。その電流位相は磁極センサ３の信号を基にインバータ電流の位相を決定する。

本実施の形態では、第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２は集中巻で構成される。集中巻は１つのティースに対してコイルを環状に巻きつけたものであり、極数とスロット数（ティースの数に等しい）のコンビネーションで相の配置が換わってくる。

図６は、２系統巻線が可能な集中巻のコンビネーションを示したものである。ＥＰＳ用のモータ１００として使える極数は、インバータ３１，３２のＰＷＭの周波数やモータ１００の最高回転数から決定されるが、一般的には最大極数は１６極程度と考えられる。それにより、ティースの数（スロット数）としては１８個までが選択可能となる。また、図６では、２系統巻線が可能なものは、ティースの数が６の整数倍で決定される。本実施の形態は、２系統ある巻線ユニットの内の片側だけで駆動した場合でも、トルクリプルを小さく抑えられる巻線接続構造を提供するものであり、その例を、図９〜１７に示す。なお、トルクリプルが比較的大きくなりやすい構成を、比較例として図８に示す。

図７は、図６に示すコンビネーションにおいて、８極１２スロットで構成されるモータ１００のステータ巻線の配置を示したものである。ティースの数は、スロット数と同数の１２である。８極１２スロット構成は２対３系列の巻線のため、ティース毎の位相差が電気角で１２０度となる。そのため、３相巻線としてはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の４回繰り返しとなり、同相巻線が４個となるので、２系統巻線を構成する場合には、２つの巻線で１つの相を構成することになる。各ティースに巻装された集中の相巻線は、図７に示すように、反時計回りにＵ１相、Ｖ１相、Ｗ１相、Ｕ２相、Ｖ２相、Ｗ２相、Ｕ３相、Ｖ３相、Ｗ３相、Ｕ４相、Ｖ４相、Ｗ４相の順に配置されている。

図８は、８極１２スロットの場合の比較例を示す図であり、２系統巻線（第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２）をモータ１００の左右に分けて配置した場合を示す。図８（ａ）は、第１巻線ユニット５１の場合のΔ結線（左側）と巻線の配置（右側）を示したものである。図８（ｂ）は、第２巻線ユニット５２に関して、同様の図を示す。

２系統の巻線ユニット５１，５２に２つのインバータ３１，３２で同一電流を流して運転している場合には、２系統巻線がどのように接続されていても流れている電流値は同じになり、モータ特性に変化はない。

しかし、片側のインバータだけで片側の巻線ユニットのみ駆動する場合、図８で示した構成の場合には、モータ１００の磁気回路が片側に偏って磁束密度が変動するため、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２との境界部で磁場の変動が中心部分と異なることになる。そのため、図８のように、２つの巻線ユニット５１，５２を左右に分離して配置した場合には、磁気的なアンバランスが生じその結果トルクリプルが悪化することになる。

本実施の形態では、以下に説明するように、片方の第１巻線ユニット５１の３相巻線が、他方の第２巻線ユニット５２に対して対称性を有している点が特徴である。そのような巻線配置とすることで、片側通電でもトルクリプルが小さくなる。そのため、第１巻線ユニット５１の３相巻線は、機械角で１２０度の位相差で構成する。また、第２巻線ユニット５２を構成する３相巻線は、第１巻線ユニット５１に対して機械角で６０度の位相差とする。その結果、それぞれの巻線ユニット間での対称性が保たれることになる。以下、具体的な相巻線の配置について説明する。

図９は、８極１２スロット構成の場合の第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の巻線配置と、Δ結線を示す図である。なお、説明は省略するが、コンビネーションが４対３系列の１６極１２スロット構成の場合も図９に示す場合と同じ巻線配置となるので、図９の８極１２スロット構成の場合と同様の効果が得られる。

第１巻線ユニット５１は、６個の相巻線、すなわちＵ２相巻線、Ｕ３相巻線、Ｖ３相巻線、Ｖ４相巻線、Ｗ１相巻線、Ｗ４相巻線で構成される。これらの相巻線が巻装される６つのティースはＴ４，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ１１，Ｔ３，Ｔ１２は、隣接する２つのティースを含む３つのティース群ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３に分かれている。図９（ａ）からも分かるように、ティース群ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３は機械角１２０度ピッチで設けられている。第１巻線ユニット５１のΔ結線では、Ｕ２相巻線とＷ１相巻線とが頂点に並んで配置され、右側にはＷ４相巻線とＶ４相巻線とが並んで配置されている。また、左側にはＵ３相巻線とＶ３相巻線が並んで配置されている。それぞれ同相巻線を直列に接続し、３相に束ねることで△結線とされる。

また、第２巻線ユニット５２を構成するＵ１相巻線、Ｕ４相巻線、Ｖ１相巻線、Ｖ２相巻線、Ｗ２相巻線、Ｗ３相巻線は、残りのティースＴ１，Ｔ１０，Ｔ２，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ９に巻装されている。これらのティースも、隣接する２つのティースから成る別のティース群ＴＧ４，ＴＧ５，ＴＧ６を形成している。これらのティース群ＴＧ４，ＴＧ５，ＴＧ６も機械角１２０度ピッチで設けられている。すなわち、第２巻線ユニット５２の相巻線は、第１巻線ユニット５１の相巻線に対して機械角６０度の位相で配置されている。

図９に示す巻線配置では、第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２のどちらにおいても、周期性のある巻線レイアウトとなっている。このように、どちらの巻線ユニットにおいても周期性のある巻線レイアウトにできるため、仮に片側の巻線ユニットだけに通電する駆動状態となった場合でも、トルクリプルの発生を小さくすることができる。

図１０は、１０極１２スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。なお、１４極１２スロット構成の場合も、ステータ側の巻線配置は１０極１２スロット構成の場合と同様となる。ティースの数は、スロット数と同数の１２である。ティースＴ１からティースＴ１２まで、反時計回りにＵ１相巻線、ｕ２相巻線、ｖ１相巻線、Ｖ２相巻線、Ｗ１相巻線、ｗ２相巻線、ｕ３相巻線、Ｕ４相巻線、Ｖ３相巻線、ｖ４相巻線、ｗ３相巻線、Ｗ４相巻線の順に配置されている。なお、ｕ２，ｖ１，ｗ２，ｕ３，ｖ４，ｗ３の相巻線には、Ｕ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｕ４，Ｖ３，Ｗ４の相巻線とは逆巻の集中巻線が用いられる。

図１１は、１０極１２スロット構成の場合の第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の構成と、Δ結線を示す図である。図１１（ａ）に示す第１巻線ユニット５１においては、ティース群ＴＧ１のティースＴ３，Ｔ４にｖ１相巻線、Ｖ２相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ２のティースＴ７，Ｔ８にｕ３相巻線、Ｕ４相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ３のティースＴ１１，Ｔ１２にｗ３相巻線、Ｗ４相巻線が巻装される。Δ結線では、ｖ１−Ｖ２、ｕ３−Ｕ４、ｕ３−Ｕ４のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

一方、図１１（ｂ）に示す第２巻線ユニット５２においては、ティース群ＴＧ４のティースＴ９，Ｔ１０にＶ３相巻線、ｖ４相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ５のティースＴ１，Ｔ２にＵ１相巻線、ｕ２相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ６のティースＴ５，Ｔ６にＷ１相巻線、ｗ２相巻線が巻装される。Δ結線では、Ｕ１−ｕ２、Ｖ３−ｖ４、Ｗ１−ｗ２のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

図１２は、１２極１８スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。なお、２４極１８スロット構成の場合も、ステータ側の巻線配置は１２極１８スロット構成の場合と同様となる。ティースの数は、スロット数と同数の１８である。ティースＴ１からティースＴ１８まで、反時計回りにＵ１相巻線、Ｖ１相巻線、Ｗ１相巻線、Ｕ２相巻線、Ｖ２相巻線、Ｗ２相巻線、Ｕ３相巻線、Ｖ３相巻線、Ｗ３相巻線、Ｕ４相巻線、Ｖ４相巻線、Ｗ４相巻線、Ｕ５相巻線、Ｖ５相巻線、Ｗ５相巻線、Ｕ６相巻線、Ｖ６相巻線、Ｗ６相巻線の順に配置されている。

図１３は、１２極１８スロット構成の場合の第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の構成と、Δ結線を示す図である。図１３（ａ）に示す第１巻線ユニット５１においては、ティース群ＴＧ１のティースＴ４，Ｔ５，Ｔ６にＵ２相巻線、Ｖ２相巻線、Ｗ２相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ２のティースＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２にＵ４相巻線、Ｖ４相巻線、Ｗ４相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ３のティースＴ１６，Ｔ１７，Ｔ１８にＵ６相巻線、Ｖ６相巻線、Ｗ６相巻線が巻装される。Δ結線では、Ｖ２−Ｖ６−Ｖ４、Ｗ２−Ｗ６−Ｗ４、およびＵ２−Ｕ６−Ｕ４のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

一方、図１３（ｂ）に示す第２巻線ユニット５２においては、ティース群ＴＧ４のティースＴ１３，Ｔ１４，Ｔ１５にＵ５相巻線、Ｖ５相巻線、Ｗ５相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ５のティースＴ１，Ｔ２，Ｔ３にＵ１相巻線、Ｖ１相巻線、Ｗ１相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ６のティースＴ７，Ｔ８，Ｔ９にＵ３相巻線、Ｖ３相巻線、Ｗ３相巻線が巻装される。Δ結線では、Ｕ１−Ｕ５−Ｕ３、Ｖ１−Ｖ５−Ｖ３、およびＷ１−Ｗ５−Ｗ３のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。このように、ティースの数が１８の場合には、一つのティース群には３つのティースが含まれ、Δ結線においては３つの巻線が同相巻線として直列に接続されることになる。

図１４は、１４極１８スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。ティースの数は、スロット数と同数の１８である。ティースＴ１からティースＴ１８まで、反時計回りにＵ１相巻線、Ｖ１相巻線、Ｗ１相巻線、ｗ２相巻線、ｕ２相巻線、ｖ２相巻線、Ｖ３相巻線、Ｗ３相巻線、Ｕ３相巻線、ｕ４相巻線、ｖ４相巻線、ｗ４相巻線、Ｗ５相巻線、Ｕ５相巻線、Ｖ５相巻線、ｖ６相巻線、ｗ６相巻線、ｕ６相巻線の順に配置されている。

図１５は、１４極１８スロット構成の場合の第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の構成と、Δ結線を示す図である。図１５（ａ）に示す第１巻線ユニット５１においては、ティース群ＴＧ１のティースＴ４，Ｔ５，Ｔ６にｗ２相巻線、ｕ２相巻線、ｖ２相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ２のティースＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２にｕ４相巻線、ｖ４相巻線、ｗ４相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ３のティースＴ１６，Ｔ１７，Ｔ１８にｖ６相巻線、ｗ６相巻線、ｕ６相巻線が巻装される。Δ結線では、ｖ２−ｖ６−ｖ４、ｗ２−ｗ６−ｗ４、およびｕ２−ｕ６−ｕ４のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

一方、図１５（ｂ）に示す第２巻線ユニット５２においては、ティース群ＴＧ４のティースＴ１３，Ｔ１４，Ｔ１５にＷ５相巻線、Ｕ５相巻線、Ｖ５相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ５のティースＴ１，Ｔ２，Ｔ３にＵ１相巻線、Ｖ１相巻線、Ｗ１相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ６のティースＴ７，Ｔ８，Ｔ９にＶ３相巻線、Ｗ３相巻線、Ｕ３相巻線が巻装される。Δ結線では、Ｕ１−Ｕ５−Ｕ３、Ｖ１−Ｖ５−Ｖ３、およびＷ１−Ｗ５−Ｗ３のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

図１６は、１６極１８スロット構成の場合の巻線配置を示す図である。ティースの数は、スロット数と同数の１８である。ティースＴ１からティースＴ１８まで、反時計回りにｕ１相巻線、Ｕ２相巻線、ｕ３相巻線、ｖ１相巻線、Ｖ２相巻線、ｖ３相巻線、ｗ１相巻線、Ｗ２相巻線、ｗ３相巻線、ｕ４相巻線、Ｕ５相巻線、ｕ６相巻線、ｖ４相巻線、Ｖ５相巻線、ｖ６相巻線、ｗ４相巻線、Ｗ５相巻線、ｗ６相巻線の順に配置されている。

図１７は、１６極１８スロット構成の場合の第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の構成と、Δ結線を示す図である。図１７（ａ）に示す第１巻線ユニット５１においては、ティース群ＴＧ１のティースＴ４，Ｔ５，Ｔ６にｖ１相巻線、Ｖ２相巻線、ｖ３相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ２のティースＴ１０，Ｔ１１，Ｔ１２にｕ４相巻線、Ｕ５相巻線、ｕ６相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ３のティースＴ１６，Ｔ１７，Ｔ１８にｗ４相巻線、Ｗ５相巻線、ｗ６相巻線が巻装される。Δ結線では、ｕ４−Ｕ５−ｕ６、ｖ１−Ｖ２−ｖ３、およびｗ４−Ｗ５−ｗ６のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

一方、図１７（ｂ）に示す第２巻線ユニット５２においては、ティース群ＴＧ４のティースＴ１３，Ｔ１４，Ｔ１５にｖ４相巻線、Ｖ５相巻線、ｖ６相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ５のティースＴ１，Ｔ２，Ｔ３にｕ１相巻線、Ｕ２相巻線、ｕ３相巻線が巻装され、ティース群ＴＧ６のティースＴ７，Ｔ８，Ｔ９にｗ１相巻線、Ｗ２相巻線、ｗ３相巻線が巻装される。Δ結線では、ｕ１−Ｕ２−ｕ３、ｖ４−Ｖ５−ｖ６、およびｗ１−Ｗ２−ｗ３のように同相巻線が直列に接続され、それらを３相に束ねることで△結線とされる。

以上のように、Ｎ≧２である整数Ｎに関して、６Ｎ個の前記ティースのそれぞれに配置された集中巻の巻線で構成されるステータコイル５を備える回転電機であるモータ１００において、ステータコイル５は、それぞれ３Ｎ個の巻線で構成される独立した第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２を有し、第１巻線ユニット５１を構成する３Ｎ個の巻線は、それぞれ隣接するＮ個のティースを含み機械角１２０度ピッチで設けられる３つのティース群ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３に配置され、第２巻線ユニット５２を構成する３Ｎ個の巻線は、６Ｎ個のティースの内、前記３つのティース群ＴＧ１，ＴＧ２，ＴＧ３に含まれないティースに配置される。すなわち、第２巻線ユニット５２を構成する３Ｎ個の巻線は、機械角１２０度ピッチで設けられる３つのティース群ＴＧ４，ＴＧ５，ＴＧ６に配置されることになる。

このように、本実施の形態ではモータ１００の２つの巻線ユニット５１，５２が磁気的にバランス良く配置される。そのため、図４に示すように巻線ユニット５１，５２のそれぞれをインバータ３１，３２で独立に駆動する構成において、インバータ３１，３２の一方が故障して片側通電となった場合でも、トルクリプルを小さくすることができる。なお、２つの巻線ユニット５１，５２が接する部分には空間を設けるか、または絶縁物を配置することでユニット間での短絡を防止できるため、モータ１００の故障率を低減できる。また、同相巻線の渡り線に関しても、他の相巻線の上部を渡る巻線には、絶縁テープ゜や絶縁チューブを配置することで、より高い信頼性のモータ１００構成することができる。なお、上述した、図９〜１７では、全て△結線で説明したが、Ｙ結線でもトルクリプルの低減効果は全く同じである。

−第２の実施の形態−
図５は、図４に示した回転電機システムの他の実施形態を示す図である。図５に示す回転電機システムでは、インバータ３１と第１巻線ユニット５１との電気的接続を遮断できるスイッチ３４と、インバータ３２と第２巻線ユニット５２との電気的接続を遮断できるスイッチ３５と、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とを電気的に接続可能なスイッチ３６とを設けた。これらのスイッチ３４〜３６の開閉制御はコントロールユニット３３によって行われる。

通常制御時には、スイッチ３４，３５は閉じた状態（接続状態）とされ、スイッチ３６は開いた状態（遮断状態）とされる。すなわち、図４の場合と同様に、第１巻線ユニット５１はインバータ３１によって駆動されると共に第２巻線ユニット５２はインバータ３２によって駆動され、２つの巻線ユニット５１，５２は電気的に独立して駆動される。この場合、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とは全く同じ特性となるように、直並列される巻線の数および巻数が統一されているので、同じ電流で駆動した場合に発生するトルクは第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とは同じである。

ただし、第１巻線ユニット５１の誘起電圧と第２巻線ユニット５２の誘起電圧との間に位相差が有る場合にはトルクリプルの位相差が出るため、位相差によってはトルクリプルを小さくできる場合もある。通常、３相モータのトルクリプルは電気角で６０度の位相となるため、誘起電圧が電気的に３０度近辺の位相差の場合には２つの巻線ユニットで発生するトルクリプルを打ち消すことができる。

一方、片方のインバータ、例えばインバータ３１が故障した場合には、インバータ３１をオフすると共に、スイッチ３６を閉状態（接続状態）に切り換えて、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とを並列接続状態とする。その結果、一つのインバータ３２により第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とが駆動され、通常の場合と同様の電力がインバータ３２から出力される場合には、モータ１００は通常運転の場合の半分のトルクで駆動されることになる。もちろん、要求トルクに必要とされる電力がインバータ３２の出力許容範囲内であれば、要求トルクを満足するように電力が出力される。

第１の実施の形態で説明した図４に示すような構成の場合、インバータ３１が故障した場合にはモータ１００を片側の第２巻線ユニット５２だけで駆動しなければならず、例えば巻線ユニット５１，５２のコイル配置が図８に示すような構成の場合には、トルクリプルが大きくなるという問題がある。しかしながら、本実施の形態のように、スイッチ３６を接続状態にしてインバータ３２から第１巻線ユニット５１および第２巻線ユニット５２の両方へ電流供給を行うことで、均一な電流を全巻線に流すことが出来る。その結果、図８のようなコイル配置であった場合でも、トルクリプルが大きくなるのを防止することができる。

もちろん、第１の実施の形態で記載したように巻線が磁気的にバランス良く配置される巻線ユニット５１，５２を採用した場合にも、図５に示すような回転電機システムを適用することができる。その場合、片側のインバータが故障した場合には、図４の構成の場合には片側の巻線ユニットのみ通電されて片側に偏って熱が発生するが、図５の構成の場合には両方の巻線ユニット５１，５２に半分の電流がバランス良く流れるので、発熱量が１／２で熱バランスも効率も良くなる。

なお、インバータ３２から２つの巻線ユニット５１，５２に電流供給を行う場合には、第１巻線ユニット５１と第２巻線ユニット５２とにおいて、同相巻線に電気的な位相差が生じないように各相巻線を構成することが好ましい。上述した、図９〜図１７に示した巻線ユニット５１，５２においては、同相巻線に電気的な位相差を持たせないような構成とされている。

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

３…磁極センサ、４…ステータコア、５…ステータコイル、３１，３２…インバータ、３３…コントロールユニット、３４，４５，４６…スイッチ、５１…第１巻線ユニット、５２…第２巻線ユニット、Ｔ１〜Ｔ１８…ティース、１００…モータ、１０１…回転子、２００…駆動部、ＴＧ１〜ＴＧ６…ティース群

Claims

回転電機と、第１のインバータと、第２のインバータと、を備える回転電機システムであって、
前記回転電機は、
Ｎ≧２である整数Ｎに関して６Ｎ個のティースを有する固定子鉄心と、
６Ｎ個の前記ティースのそれぞれに配置された集中巻の巻線で構成される固定子巻線と、を備え、
前記固定子巻線は、それぞれ３Ｎ個の前記巻線で構成される独立した第１の３相巻線および第２の３相巻線を有し、
前記第１の３相巻線を構成する３Ｎ個の前記巻線は、それぞれ隣接するＮ個のティースを含み機械角１２０度ピッチで設けられる３つのティース群に配置され、
前記第２の３相巻線を構成する３Ｎ個の前記巻線は、前記６Ｎ個のティースの内、前記３つのティース群に含まれないティースに配置され、
前記第１のインバータは前記第１の３相巻線に接続され、
前記第２のインバータは前記第２の３相巻線に接続され、
前記第１の３相巻線と前記第１のインバータとの接続および遮断を行う第１の開閉スイッチと、
前記第２の３相巻線と前記第２のインバータとの接続および遮断を行う第２の開閉スイッチと、
前記第１の開閉スイッチと前記第１の３相巻線とを接続する第１の接続ラインおよび前記第２の開閉スイッチと前記第２の３相巻線とを接続する第２の接続ラインの間に設けられ、前記第１の接続ラインと前記第２の接続ラインとの接続および遮断を行う第３の開閉スイッチと、
前記第１および第２のインバータが正常の場合には、前記第１および第２の開閉スイッチを接続動作させると共に前記第３の開閉スイッチを遮断動作させ、前記第１および第２のインバータのいずれか一方が異常の場合には、異常なインバータに接続されている開閉スイッチを遮断動作させると共に前記第３の開閉スイッチを接続動作させる制御部と、を備える回転電機システム。
請求項１に記載の回転電機システムにおいて、
前記第１の３相巻線および前記第２の３相巻線は、同相巻線においては電気的な位相差が生じない、回転電機システム。