(57)【要約】【課題】ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータの従来の技術的問題点を解決する。【解決手段】ＢＬＤＣモータは、第１のサブモータ及び第２のサブモータを有する。第１のサブモータ及び第２のサブモータは、独立した入力端子と、共通の出力シャフトを含む共通のロータとを有する。正常動作モードでは、これらの２つのサブモータが１つのモータとして協働してモータの正常な動作力を出力する。１つのサブモータに障害が生じて制動トルクが発生する場合の緊急動作モードでは、正常なサブモータが、障害のあるサブモータによって生成される制動トルクを補償するトルクを生成するように動作する。【選択図】図１６
2016111923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＬＤＣモータであって、
独立した入力端子及び共通する出力シャフトを有する第１のサブモータ及び第２のサブモータを備え、
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータには、正常動作モード及び緊急動作モードが設定され、
前記正常動作モードにおいて、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、１つのモータとして協働して前記ブラシレスＤＣモータの正常な動作力を出力し、
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの一方に障害が生じて制動トルクが発生する場合、正常なサブモータが前記緊急動作モードでの動作を開始し、前記緊急動作モードにおける前記正常なサブモータの相電流の波形は、前記正常動作モードにおける前記正常なサブモータの相電流の波形と異なる、
ことを特徴とするＢＬＤＣモータ。
【請求項２】
前記緊急動作モードにおいて前記正常なサブモータから出力されるトルクは、前記障害のあるサブモータによって生成される前記制動トルクを補償し、結果として正のスムーズなトルクが得られる、
請求項１に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項３】
前記正常なサブモータの相電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、式中、Ｔは、前記障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、前記正常なサブモータのトルク定数である、
請求項１又は２に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項４】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは３相モータであり、前記障害は、前記障害のあるサブモータの２つの相巻線が短絡する障害である、
請求項３に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項５】
前記障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる、
2016111923.tif 000016
請求項４に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項６】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは３相モータであり、前記障害は、前記障害のあるサブモータの３つの相巻線が短絡する障害である、
請求項３に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項７】
前記障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる、
2016111923.tif 000017
請求項６に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項８】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの入力端子にスイッチング素子を介して接続された少なくとも１つのコントローラをさらに備え、前記障害は、前記スイッチング素子の少なくとも１つが短絡する障害である、
請求項３に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項９】
前記障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められ、
2016111923.tif 000018
この場合、
2016111923.tif 000019
である、
請求項８に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項１０】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、各々が複数の歯及び巻線を有し、前記第１のサブモータの前記歯と前記第２のサブモータの前記歯は、円周方向に交互配置される、
請求項１から９のいずれか１項に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項１１】
前記第１のサブモータの前記歯と前記第２のサブモータの前記歯は、円周方向に均等に交互配置される、
請求項１０に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項１２】
前記ブラシレスＤＣモータのステータスロットの数は１２であり、前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、各々が６つの歯を有し、該６つの歯は、２つのＵ相歯、２つのＶ相歯及び２つのＷ相歯を含み、２つの同じ相の歯は、１８０度対称に分布する、
請求項１０に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項１３】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは、各々が複数の歯及び巻線を有し、前記第１のサブモータの前記歯及び前記第２のサブモータの前記歯は、軸方向に平行に配置される、
請求項１から９のいずれか１項に記載のＢＬＤＣモータ。
【請求項１４】
電動式パワーステアリングシステムであって、ステアリングホイールと、該ステアリングホイールに固定して接続されたステアリングコラムと、該ステアリングコラムに固定して接続されたステアリングギアと、該ステアリングギアに駆動接続されたモータとを備え、該モータは、請求項１から１３のいずれか１項に記載のＢＬＤＣモータである、
ことを特徴とする電動式パワーステアリングシステム。
【請求項１５】
ブラシレスＤＣモータの制御方法であって、該ブラシレスＤＣモータは、独立した入力端子及び共通する出力シャフトを有する第１のサブモータ及び第２のサブモータを備え、前記方法は、
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータを、１つのモータとして協働できるように、又は独立して動作できるように設定するステップと、
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータに、該第１のサブモータ及び該第２のサブモータが１つのモータとして協働して前記ブラシレスＤＣモータの通常動作トルクを出力する正常動作モードを設定するステップと、
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータに、該第１のサブモータ及び該第２のサブモータの一方に障害が生じて制動トルクが発生する場合に正常なサブモータが動作を開始する緊急動作モードを設定するステップとを含み、前記緊急動作モードにおける前記正常なサブモータの相電流の波形は、前記正常動作モードにおける前記正常なサブモータの相電流の波形と異なり、前記緊急動作モードにおいて前記正常なサブモータから出力されるトルクは、前記障害のあるサブモータによって生成される前記制動トルクを補償する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記正常なサブモータから出力される前記トルクと、前記障害のあるサブモータから出力される前記トルクとを組み合わせることにより、正のスムーズなトルク波形が生成される、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記正常なサブモータの相電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、Ｔは、前記障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、前記正常なサブモータのトルク定数である、
請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは３相モータであり、前記障害は、前記障害のあるサブモータの２つの相巻線が短絡する障害であり、前記障害のあるサブモータから出力される前記トルクＴは、以下の公式に従って求められる、
2016111923.tif 000020
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータは３相モータであり、前記障害は、前記障害のあるサブモータの３つの相巻線が短絡する障害であり、前記障害のあるサブモータから出力される前記トルクＴは、以下の公式に従って求められる、
2016111923.tif 000021
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１のサブモータ及び前記第２のサブモータの入力端子にスイッチング素子を介して接続された少なくとも１つのコントローラがさらに設けられ、前記障害は、前記スイッチング素子の少なくとも１つが短絡する障害であり、前記障害のあるサブモータから出力される前記トルクＴは、以下の公式に従って求められ、
2016111923.tif 000022
この場合、
2016111923.tif 000023
である、
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータに関し、具体的には、二重ステータを有するＢＬＤＣモータ及びこのようなモータの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＢＬＤＣモータは、巻線を有するステータと、永久磁石を有するロータと、ステータに電力を供給するコントローラとを含む。一般に、従来のＢＬＤＣモータは、各々がステータのｍ相の巻線に電流を入力するように構成されたｍ相の入力端子の組を含む。従来のＢＬＤＣモータには、従来のＢＬＤＣモータが機能しなくなるとモータが完全に停止し、モータが負荷を効率的に駆動できず、揺動する制動トルクを発生させることがあるといった欠点がある。例えば、車両の電動式パワーステアリングシステムでは、ＢＬＤＣモータが巻線又は制御スイッチに短絡を生じた場合、パワーが失われるだけでなく、モータへの負荷を有意に高める制動トルクが発生することがある。深刻な場合には、ＢＬＤＣモータによって発生した揺動する制動トルクがハンドルに影響を与え、ドライバーによる車両の方向制御を妨げ、従って事故を引き起こす恐れもある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、改善された技術的解決策が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従って、本発明は、その１つの態様において、ＢＬＤＣモータであって、独立した入力端子及び共通する出力シャフトを有する第１のサブモータ及び第２のサブモータを備え、第１のサブモータ及び第２のサブモータには正常動作モード及び緊急動作モードが設定され、正常動作モードでは、２つのサブモータが１つのモータとして協働してブラシレスＤＣモータの正常な動作力を出力し、２つのサブモータの一方に障害が生じて制動トルクが発生する場合、正常なサブモータが緊急動作モードでの動作を開始し、緊急動作モードにおける正常なサブモータの相電流の波形は、正常動作モードにおける正常なサブモータの相電流の波形と異なる、ＢＬＤＣモータを提供する。
【０００５】
緊急動作モードにおいて正常なサブモータから出力されるトルクは、障害のあるサブモータによって生成される制動トルクを補償し、結果として正のスムーズなトルクが得られることが好ましい。
【０００６】
正常なサブモータの相電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、式中、Ｔは、障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、正常なサブモータのトルク定数であることが好ましい。
【０００７】
第１のサブモータ及び第２のサブモータは３相モータであり、障害は、障害のあるサブモータの２つの相巻線が短絡する障害であることが好ましい。
【０００８】
障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められることが好ましい。
2016111923.tif 000003
【０００９】
或いは、障害は、障害のあるサブモータの３つの相巻線が短絡する障害である。
【００１０】
この場合、障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる。
2016111923.tif 000004
【００１１】
或いは、第１のサブモータ及び第２のサブモータの入力端子にスイッチング素子を介して少なくとも１つのコントローラが接続され、障害は、スイッチング素子の少なくとも１つが短絡する障害である。
【００１２】
この場合、障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められ、
2016111923.tif 000005
この場合、
2016111923.tif 000006
である。
【００１３】
第１のサブモータ及び第２のサブモータは、各々が複数の歯及び巻線を有し、第１のサブモータの歯と第２のサブモータの歯は、円周方向に交互配置されることが好ましい。
【００１４】
第１のサブモータの歯と第２のサブモータの歯は、円周方向に均等に交互配置されることが好ましい。
【００１５】
ブラシレスＤＣモータのステータスロットの数は１２であり、第１のサブモータ及び第２のサブモータは、各々が６つの歯を有し、この６つの歯は、２つのＵ相歯、２つのＶ相歯及び２つのＷ相歯を含み、２つの同じ相の歯は、１８０度対称に分布することが好ましい。
【００１６】
或いは、第１のサブモータ及び第２のサブモータは、各々が複数の歯及び巻線を有し、第１のサブモータの歯及び第２のサブモータの歯は、軸方向に平行に配置される。
【００１７】
第２の態様によれば、本発明は、電動式パワーステアリングシステムであって、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに固定して接続されたステアリングコラムと、ステアリングコラムに固定して接続されたステアリングギアと、ステアリングギアに駆動接続されたモータとを備え、モータは、上述したようなＢＬＤＣモータである、電動式パワーステアリングシステムを提供する。
【００１８】
さらなる態様によれば、本発明は、ブラシレスＤＣモータの制御方法であって、ブラシレスＤＣモータは、独立した入力端子及び共通する出力シャフトを有する第１のサブモータ及び第２のサブモータを備え、この方法は、第１のサブモータ及び第２のサブモータを１つのモータとして協働できるように、又は独立して動作できるように設定するステップと、第１のサブモータ及び第２のサブモータに、２つのサブモータが１つのモータとして協働してブラシレスＤＣモータの通常動作トルクを出力する正常動作モードを設定するステップと、第１のサブモータ及び第２のサブモータに、２つのサブモータの一方に障害が生じて制動トルクが発生する場合に正常なサブモータが動作を開始する緊急動作モードを設定するステップとを含み、緊急動作モードにおける正常なサブモータの相電流の波形は、正常動作モードにおける正常なサブモータの相電流の波形と異なり、緊急動作モードにおいて正常なサブモータから出力されるトルクは、障害のあるサブモータによって生成される制動トルクを補償する、方法を提供する。
【００１９】
正常なサブモータから出力されるトルクと、障害のあるサブモータから出力されるトルクとを組み合わせることにより、正のスムーズなトルク波形が生成されることが好ましい。
【００２０】
正常なサブモータの相電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、Ｔは、障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、正常なサブモータのトルク定数であることが好ましい。
【００２１】
第１のサブモータ及び第２のサブモータは３相モータであり、障害は、障害のあるサブモータの２つの相巻線が短絡する障害であり、障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められることが好ましい。
2016111923.tif 000007
【００２２】
或いは、第１のサブモータ及び第２のサブモータは３相モータであり、障害は、障害のあるサブモータの３つの相巻線が短絡する障害であり、障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる。
2016111923.tif 000008
【００２３】
或いは、第１のサブモータ及び第２のサブモータの入力端子にスイッチング素子を介して少なくとも１つのコントローラが接続され、障害は、スイッチング素子の少なくとも１つが短絡する障害であり、障害のあるサブモータから出力されるトルクＴは、以下の公式に従って求められ、
2016111923.tif 000009
この場合、
2016111923.tif 000010
である。
【００２４】
従って、ＢＬＤＣモータが、独立した入力端子及び共通する出力シャフトを有する第１のサブモータ及び第２のサブモータを含む。第１のサブモータ及び第２のサブモータには、正常動作モード及び緊急動作モードが設定される。正常動作モードでは、２つのサブモータが１つのモータとして協働する。モータは、サブモータの一方に障害が生じると緊急動作モードに切り替わる。緊急動作モードでは、正常なサブモータが、障害のあるサブモータによって生成される制動トルクを補償するトルクをもたらすように動作する。
【００２５】
以下、添付図面の図を参照しながら、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図では、複数の図に出現する同一の構造、要素又は部品には、一般にこれらが出現する全ての図において同じ参照番号を付している。一般に、図に示す構成要素及び特徴部の寸法は、表現の便宜上明瞭にするために選択したものであり、必ずしも縮尺通りではない。以下、各図を列挙する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明によるブラシレスＤＣモータの概略的なブロック図である。
【図２】図１に示すブラシレスＤＣモータの第１のサブモータの２つの相巻線が短絡した状況を示す図である。
【図３】ブラシレスＤＣモータが図２に示すような障害を有する状況におけるブラシレスＤＣモータの２つのサブモータのトルク波形を示す図である。
【図４】本発明によるブラシレスＤＣモータが図２に示すような障害を有し、第２のサブモータが緊急動作モードで動作を開始した後の２つのサブモータの相電流波形を示す図である。
【図５】本発明によるブラシレスＤＣモータが図２に示すような障害を有し、第２のサブモータが緊急動作モードで動作を開始した後の２つのサブモータのトルク波形及び結果として得られるトルク波形を示す図である。
【図６】図１に示すブラシレスＤＣモータの第１のサブモータの３つの相巻線が短絡した状況を示す図である。
【図７】ブラシレスＤＣモータに図６が示すような障害を有する状況における２つのサブモータのトルク波形を示す図である。
【図８】本発明によるブラシレスＤＣモータが図６に示すような障害を有し、第２のサブモータが緊急動作モードで動作を開始した後の２つのサブモータの相電流波形を示す図である。
【図９】本発明によるブラシレスＤＣモータが図６に示すような障害を有し、第２のサブモータが緊急動作モードで動作を開始した後の２つのサブモータのトルク波形及び結果として得られるトルク波形を示す図である。
【図１０】ブラシレスＤＣモータにおいてコントローラ４０を第１のサブモータ接続するスイッチング素子の１つが短絡している状況を示す図である。
【図１１】ブラシレスＤＣモータが図１０に示すような障害を有する状況における２つのサブモータのトルク波形を示す図である。
【図１２】本発明によるブラシレスＤＣモータが図１０に示すような障害を有し、第２のサブモータが緊急動作モードで動作を開始した後の２つのサブモータの相電流波形を示す図である。
【図１３】本発明によるブラシレスＤＣモータが図１０に示すような障害を有し、第２のサブモータが緊急動作モードで動作を開始した後の２つのサブモータのトルク波形及び結果として得られるトルク波形を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態によるブラシレスＤＣモータの概略ブロック図である。
【図１５】本発明の実施形態によるブラシレスＤＣモータを示す図である。
【図１６】図１５に示すブラシレスＤＣモータのステータ及びロータの概略図である。
【図１７】本発明の実施形態によるブラシレスＤＣモータのステータ及びロータの概略図である。
【図１８】本発明によるブラシレスＤＣモータを用いた電動式パワーステアリングシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１に示すように、本発明によるブラシレスＤＣモータ１０は、第１のサブモータ２０と、第２のサブモータ３０と、第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０を制御するコントローラ４０とを含む。２つのサブモータは、同じロータ及びシャフトを共有し、このシャフトを介してトルクが出力される。
【００２８】
この実施形態によるブラシレスＤＣモータ１０は、３相モータである。第１のサブモータ２０は、３つの入力端子Ｕ１、Ｖ１及びＷ１を含み、第２のサブモータ３０は、３つの入力端子Ｕ２、Ｖ２及びＷ２を含む。第１のサブモータ２０の入力端子は、第２のサブモータ３０の入力端子から独立している。コントローラ４０は、スイッチユニット５０を介してサブモータ２０の入力端子及びサブモータ３０の入力端子にそれぞれ接続される。従って、第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０は、１つのモータとして協働することも、或いは独立して動作することもできる。
【００２９】
なお、図１は、詳細な回路接続図ではなく概略ブロック図にすぎない。図１では、コントローラ４０が、１つのスイッチユニット５０を介してモータ１０の各入力端子に接続される。実際の回路では、図２、図６及び図１０に示すように、２つのスイッチング素子５１を用いて各スイッチユニット５０を実装することができる。従って、図１に示す各スイッチユニット５０は２つのスイッチング素子５１を含むと理解されたい。スイッチング素子５１は、ＭＯＳトランジスタ、バイポーラトランジスタ、又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であることが好ましい。
【００３０】
第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０には、コントローラ４０の制御下で正常動作モード及び緊急動作モードが設定される。正常動作モードでは、２つのサブモータ２０及び３０が正常に動作し、ブラシレスＤＣモータ１０の正常な動作トルクをシャフトに出力させる。この場合、サブモータ２０及びサブモータ３０は、各々がブラシレスＤＣモータ１０のトルクの半分を出力する。サブモータの一方が機能しないシナリオでは、障害のあるサブモータへの電力をコントローラ４０が即座に遮断して正常なサブモータを緊急動作モードで動作させることにより、正常なサブモータが緊急動作モードでのトルクを出力して、障害のあるサブモータから出力される異常なトルクを補償し、結果としてスムーズな正のトルクが得られるようにする。
【００３１】
一般に、ブラシレスＤＣモータの障害は、コントローラの障害又はモータの障害であると考えられる。コントローラの障害としては、スイッチング素子がオフになる障害、スイッチング素子が短絡する障害、プリドライバの障害、及びマイクロプロセッサの障害などが挙げられる。モータの障害としては、モータ内部の回路又は巻線が開く又は短絡する障害が挙げられる。スイッチング素子が短絡する障害、及びモータ内部の回路が短絡する障害では、障害のあるサブモータから、制動トルクである異常なトルクが出力されることがある。短絡した巻線は、例えばモータの回転を制限するブレーキとして作用する。従って、これらの障害は以下のように分析される。
【００３２】
図２に、第１のサブモータ２０の、例えば「ａ」相巻線と「ｂ」相巻線などの２つの相巻線が短絡したシナリオを示す。図３には、第１のサブモータ２０が障害を有する場合に第１のサブモータ２０から出力されるトルク及び第２のサブモータ３０から出力されるトルクを示す。図３に示すように、第１のサブモータ２０は、負の揺動するトルクを出力し、第２のサブモータ３０は、正常動作モードにおける正のスムーズなトルクを出力する。第１のサブモータ２０のトルクの振幅は、第２のサブモータ３０のトルクの振幅よりも大きい。従って、結果として得られる第１のサブモータ２０と第２のサブモータ３０を組み合わせたトルクの波形は、応用分野によっては受け入れ難い正と負が交互する揺動の形状になるはずである。電動式パワーステアリングシステムでは、この出力トルクの変動に起因してドライバーによるステアリングホイールの制御が非常に困難になり、従って事故が起きる可能性がある。
【００３３】
なお、この説明では、モータの出力トルクの状態をマクロ的な視点のみから説明する。正常に動作しているモータから出力されるトルクの波形は、正常又はデフォルト状態としてのスムーズかつ直線的なものであり、すなわち正常に動作しているモータから出力されるトルクは、マクロ的に見て一定値である。
【００３４】
図４及び図５を参照して分かるように、第１のサブモータ２０が上述した障害を有するシナリオでは、本発明による以下の技術的解決策を提供する。まず、障害のあるサブモータへの電力をコントローラが遮断し、正常なサブモータが緊急動作モードで動作を開始する。正常なサブモータに、正常動作モードにおける正常なサブモータの相電流の波形とは異なる特定の波形の相電流が供給される。図５から、緊急モードでは、正常なサブモータが、障害のあるサブモータから出力される負のトルクの振幅よりも大きな脈動する正のトルクを出力していることが分かる。従って、正常なサブモータから出力されるトルクは、障害のあるサブモータによって生成される異常なトルクを補償することができ、結果としてスムーズな正のトルクが得られる。電動式パワーステアリングシステムでは、この状況においてブラシレスＤＣモータが図５に示す結果的なトルクを出力し、電動式パワーステアリングシステムは引き続き補助動力機能を有し、ドライバーは、車両を安全な場所又は修理場所まで安全に運転し、これによって事故を避けることができる。
【００３５】
緊急動作モードにおいてコントローラ４０が正常なサブモータに供給する電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、Ｔは、障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、正常なサブモータのトルク定数である。障害のあるサブモータによって供給されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる。
2016111923.tif 000011
【００３６】
上述の公式では、Ｌa及びＬbは、障害のあるサブモータの短絡した２つの相巻線のインダクタンスをそれぞれ表し、Ｒa及びＲbは、障害のあるサブモータの短絡した２つの相巻線の抵抗をそれぞれ表し、ｅa及びｅbは、障害のあるサブモータの短絡した２つの相巻線の逆起電力をそれぞれ表し、ｉa、ｉb及びｉcは、障害のあるサブモータの短絡した２つの相巻線の相電流をそれぞれ表し、ωは、障害のあるサブモータの回転速度を表す。本発明では、モータのシャフトが第１のサブモータと第２のサブモータとによって共有されているので、障害のあるサブモータの回転速度は、正常なサブモータの回転速度に等しい。
【００３７】
図６に、第１のサブモータ２０の３つの相巻線が全て短絡したシナリオを示す。図７には、第１のサブモータ２０が障害を有する場合に第１のサブモータ２０から出力されるトルク及び第２のサブモータ３０から出力されるトルクを示す。図７に示すように、第１のサブモータ２０は、制動トルクである負のトルクを出力し、第２のサブモータ３０は、正常動作モードにおけるスムーズな正のトルクを出力する。第１のサブモータ２０から出力されるトルクの振幅は、第２のサブモータ３０から出力されるトルクの振幅よりも大きいので、結果として得られる第１のサブモータ２０と第２のサブモータ３０とを組み合わせたトルクは負である。この例では、電動式パワーステアリングシステムにおいて、ブラシレスＤＣモータがステアリングホイールのための制動トルクを発生させ、ドライバーがステアリングホイールに加えるステアリングトルクは制動トルクよりもはるかに小さいので、ドライバーはステアリングホイールを回転させることができず、これによって事故につながる恐れがある。
【００３８】
図８及び図９を参照して分かるように、第１のサブモータ２０が上述した障害を有するシナリオでは、本発明による以下の技術的解決策を提供する。障害のあるサブモータへの電力をコントローラが遮断し、正常なサブモータが緊急動作モードで動作を開始する。正常なサブモータに、正常動作モードで動作している時の正常なサブモータの相電流の波形とは異なる特定の波形の相電流が供給される。図９から、緊急動作モードでは、正常なサブモータがスムーズな正のトルクを出力し、このトルクは障害のあるサブモータから出力される負のトルクの振幅よりも大きいことが分かる。従って、正常なサブモータから出力されるトルクは、障害のあるサブモータによって生成される異常なトルクを補償することができ、結果としてスムーズな正のトルクが得られる。電動式パワーステアリングシステムでは、ブラシレスＤＣモータが、図９に示すような結果として得られるトルクを出力した場合、電動式パワーステアリングシステムは引き続き補助動力機能を有し、ドライバーは、障害のあるサブモータを修理するために車両を安全な場所又は修理場所まで無理なく運転することができる。
【００３９】
緊急動作モードにおいてコントローラ４０が正常なサブモータに供給する電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、Ｔは、障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、正常なサブモータのトルク定数である。障害のあるサブモータによって供給されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる。
2016111923.tif 000012
【００４０】
上述した公式では、Ｌa、Ｌb及びＬcは、障害のあるサブモータの相巻線のインダクタンスをそれぞれ表し、Ｒa、Ｒb及びＲcは、障害のあるサブモータの相巻線の抵抗をそれぞれ表し、ｅa、ｅb及びｅcは、障害のあるサブモータの相巻線の逆起電力をそれぞれ表し、ｉa、ｉb及びｉcは、障害のあるサブモータの短絡した２つの相巻線の相電流をそれぞれ表し、ωは、障害のあるサブモータの回転速度を表す。
【００４１】
図１０に、コントローラ４０を第１のサブモータ２０の入力端子に接続するスイッチング素子５１の１つが短絡したシナリオを示す。図１１には、第１のサブモータが障害を有する場合の第１のサブモータ２０のトルク及び第２のサブモータ３０のトルクを示す。図１１に示すように、第１のサブモータ２０は、負の揺動するトルクを出力し、第２のサブモータ３０は、正常動作モードにおける正のスムーズなトルクを出力する。第１のサブモータ２０のトルク及び第２のサブモータ３０のトルクの結果として得られるトルクは正であるが、揺動している。この例では、電動式パワーステアリングシステムにおいてドライバーがステアリングホイールを制御することはできない。
【００４２】
図１２及び図１３を参照して分かるように、上述した障害の場合には、本発明による以下の技術的解決策を提供する。障害のあるサブモータへの電力をコントローラが遮断し、正常なサブモータが緊急動作モードで動作を開始し、正常なサブモータに特定の波形の相電流が供給される。緊急動作モードにおける相電流の波形は、正常動作モードにおける正常なサブモータの相電流の波形とは異なる。図１３から、緊急モードでは、正常なサブモータから出力されるトルクが、障害のあるサブモータによって生成される異常なトルクを補償することができ、結果としてスムーズな正のトルクが得られることが分かる。電動式パワーステアリングシステムでは、ブラシレスＤＣモータが、図１３に示す結果的なトルクを出力する場合、電動式パワーステアリングシステムは引き続き補助動力機能を有し、ドライバーは、障害のあるモータを用いて車両を安全な場所又は修理場所まで安全に運転することができる。
【００４３】
なお、この実施形態では、第１のサブモータ２０自体は障害を有していないが、スイッチング素子５１の不具合に起因して負の揺動するトルクを出力するので、第１のサブモータ２０も障害のあるサブモータとして見なされる。
【００４４】
緊急動作モードにおいてコントローラ４０が正常なサブモータに供給する電流ｉqは、公式ｉq＝−Ｔ／Ｋtに従って求められ、Ｔは、障害のあるサブモータから出力されるトルクであり、Ｋtは、正常なサブモータのトルク定数である。障害のあるサブモータによって供給されるトルクＴは、以下の公式に従って求められる。
［数式］
【００４５】
上述の公式では、ｅa＞ｅbである場合、
2016111923.tif 000013
であり、ｅa及びｅbが上述した関係を満たさない場合、ｉ1＝０である。また、ｅa＞ｅcである場合、
2016111923.tif 000014
であり、ｅa及びｅcが上述した関係を満たさない場合、ｉ2＝０である。従って、上述した関係は、以下の公式によって示すことができる。
2016111923.tif 000015
【００４６】
上述の公式では、ωは、障害のあるサブモータの回転速度を表しＬa、Ｌb及びＬcは、障害のあるサブモータの相巻線のインダクタンスをそれぞれ表し、Ｒa、Ｒb及びＲcは、障害のあるサブモータの相巻線の抵抗をそれぞれ表し、ｅa、ｅb及びｅcは、障害のあるサブモータの相巻線の逆起電力をそれぞれ表し、ｉa、ｉb及びｉcは、障害のあるサブモータの短絡した２つの相巻線の相電流をそれぞれ表し、Ｌa、Ｒa、ｅa及びｉaは、短絡したスイッチング素子に接続されている相巻線の関連するパラメータである。
【００４７】
上述した実施形態では、第１のサブモータ２０の機能不全は一例である。第２のサブモータ３０が機能しなくなり、第１のサブモータ２０が正常なサブモータ２０として緊急動作モードで動作を開始することもできると理解されたい。
【００４８】
図１４に、本発明の実施形態によるブラシレスＤＣモータを示す。この実施形態は、２つのコントローラ４１及び４２が第１のサブモータ２０及び第２のサブモータ３０をそれぞれ制御するように構成されている点で図１に示す実施形態と異なる。
【００４９】
図１５は、組み立てたモータを示す図であり、図１６は、本発明の別の実施形態によるブラシレスＤＣモータの概略的構造図である。図１５及び図１６では、コントローラを省略している。ブラシレスＤＣモータ１０は、シェル又はハウジング１２と、シェル１２の内部に収容されたステータ１４及びロータ１６とを含む。ロータ１６は、第１のサブモータ２０と第２のサブモータ３０とによって共有され、或いはロータの少なくともシャフトが共有される。ステータ１４は、第１のサブモータ２０のステータ２４と、第２のサブモータ３０のステータ３４とを含む。ステータ２４及びステータ３４は、複数の歯と、これらの歯に巻き回された複数の巻線とを含む。ステータ２４の歯及びステータ３４の歯は、円周方向に交互配置される。
【００５０】
ステータ２４の歯及び巻線は、Ｕ相歯、Ｖ相歯及びＷ相歯、並びにＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線を含む。具体的には、ステータ２４は、Ｕ相歯Ｔｕ１及びＴｕ２、Ｖ相歯Ｔｖ１及びＴｖ２、並びにＷ相歯Ｔｗ１及びＴｗ２と、対応するＵ相巻線Ｃｕ１及びＣｕ２、Ｖ相巻線Ｃｖ１及びＣｖ２、並びにＷ相巻線Ｃｗ１及びＣｗ２とを含む。同様に、ステータ３４の歯及び巻線は、Ｕ相歯、Ｖ相歯及びＷ相歯、並びにＵ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線を含む。具体的には、ステータ３４は、Ｕ相歯Ｔ’ｕ１及びＴ’ｕ２、Ｖ相歯Ｔ’ｖ１及びＴ’ｖ２、並びにＷ相歯Ｔ’ｗ１及びＴ’ｗ２と、対応するＵ相巻線Ｃ’ｕ１及びＣ’ｕ２、Ｖ相巻線Ｃ’ｖ１及びＣ’ｖ２、並びにＷ相巻線Ｃ’ｗ１及びＣ’ｗ２とを含む。
【００５１】
第１のサブモータ２０のステータ２４における同相の歯は、１８０度対称に分布する。第２のサブモータ３０のステータ３４における同相の歯も、１８０度対称に分布する。ステータ２４の歯及びステータ３４の歯は、１つずつ交互に配置され、すなわちステータ２４の各歯は、ステータ３４の隣接する２つの歯間に配置され、ステータ３４の各歯は、ステータ２４の隣接する２つの歯間に配置される。別の解決策として、ステータ２４及びステータ３４の歯を２つずつ交互に配置したり、或いは他の角度間隔で交互に配置したりすることもできる。
【００５２】
図１７に示すように、別の解決策として、ステータ２４及びステータ３４を軸方向に平行に配置する。ステータ２４は、Ｔｕ１〜Ｔｕ４、Ｔｖ１〜Ｔｖ４、及びＴｗ１〜Ｔｗ４の１２個の歯と、これらの歯にそれぞれ巻き回された１２個の巻線とを含む。ステータ３４も、Ｔ’ｕ１〜Ｔ’ｕ４、Ｔ’ｖ１〜Ｔ’ｖ４、及びＴ’ｗ１〜Ｔ’ｗ４の１２個の歯と、これらの歯にそれぞれ巻き回された１２個の巻線とを含む。
【００５３】
上述した２つの実施形態では、シェル１２及びロータ１６が、ステータ２４及びステータ３４によって共有される。従って、本発明によるブラシレスＤＣモータの体積はそれほど増加しない。
【００５４】
図１８は、本発明によるブラシレスＤＣモータ１０を用いた電動式パワーステアリングシステム６０の概略図である。電動式パワーステアリングシステム６０は、ステアリングホイール６１と、ステアリングホイール６１に固定して接続されたステアリングコラム６２と、ステアリングコラムに同軸的に固定されたステアリングギア６３とを含む。モータ１０のシャフトは、モータ１０のトルクを出力するように駆動ギア１８に駆動接続される。駆動ギア１８は、ステアリングラック６４を介してステアリングギア６３に駆動接続される。モータ１０が動作すると、駆動ギア１８がステアリングラック６４を介してステアリングギア６３を回転させ、従ってステアリングコラム６２及びステアリングホイール６１が回転して、ドライバーによるステアリングホイール６１の制御を支援する。電動式パワーステアリングシステム６０は、ステアリングホイール６１のトルク及びステアリング方向などの信号を生成してコントローラ４０に送信するように構成されたステアリングトルクセンサ６５及びステアリングホイール角度センサ６６をさらに含む。コントローラ４０は、これらの信号に基づいて対応する命令をモータ１０に送信し、モータ１０が、対応する振幅及び方向のステアリングパワートルクを出力し、従って補助動力が生成されるようにする。実際には、モータ１０と駆動ギア１６の間に減速ギアをさらに設けて出力トルクを高めることができる。
【００５５】
本出願の明細書及び特許請求の範囲では、記述する項目又は特徴の存在を明示する一方でさらなる項目又は特徴の存在を排除しないように、「備える、含む、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ、ｃｏｎｔａｉｎ及びｈａｖｅ）」という動詞、並びにその派生形の各々を包括的な意味で使用している。
【００５６】
明確化のために別個の実施形態の文脈で説明した本発明のいくつかの特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできると理解されたい。これとは逆に、簡潔さを期すために単一の実施形態の文脈で説明した本発明の様々な特徴を別個に、又はいずれかの好適な下位の組み合わせで提供することもできる。
【００５７】
上述した実施形態はほんの一例にすぎず、当業者には、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、他の様々な修正が明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００５８】
１４、２４、３４  ステータ
１６  ロータ
【図１】
2016111923.tif 000024
【図２】
2016111923.tif 000025
【図３】
2016111923.tif 000026
【図４】
2016111923.tif 000027
【図５】
2016111923.tif 000028
【図６】
2016111923.tif 000029
【図７】
2016111923.tif 000030
【図８】
2016111923.tif 000031
【図９】
2016111923.tif 000032
【図１０】
2016111923.tif 000033
【図１１】
2016111923.tif 000034
【図１２】
2016111923.tif 000035
【図１３】
2016111923.tif 000036
【図１４】
2016111923.tif 000037
【図１５】
2016111923.tif 000038
【図１６】
2016111923.tif 000039
【図１７】
2016111923.tif 000040
【図１８】
2016111923.tif 000041
【外国語明細書】
2016111923000001.pdf