(57)【要約】【課題】例えば、パワーステアリング装置等に何らかの異常が発生した場合のブラシレスモータのフェールセーフ動作において、運転者がスムーズにハンドル操作を行うことができる駆動装置を提供する。【解決手段】Ｎを２以上の整数とし、相の数をＡとしたとき、ティースを放射状にＡ×Ｎ個配設したステータと、各ティースにそれぞれ集中巻き方式にて巻装されたＡ×Ｎ個のコイルＵＡ〜ＷＣと、複数の磁極を有するロータとを備えたブラシレスモータ１を駆動させるための駆動装置７０であって、隣接する各相のコイルＵＡ〜ＷＣで構成されたコイル群５０Ａ〜５０ＣをＮ個形成すると共に、各コイルＵＡ〜ＷＣへの通電制御を行うための制御回路７１をコイル群５０Ａ〜５０Ｃに対応するようにＮ個設け、コイル群５０Ａ〜５０Ｃを構成する各相のコイルＵＡ〜ＷＣの一端を各々制御回路７１に接続した。【選択図】図３
2009071953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎを２以上の整数とし、相の数をＡとしたとき、
Ａ×Ｎ個のティースが放射状に配設されたステータと、
各ティースにそれぞれ集中巻き方式にて巻装されたＡ×Ｎ個のコイルと、
前記ステータに回転自在に設けられ複数の磁極を有するロータとを備えたブラシレスモータを駆動させるための駆動装置であって、
隣接する各相のコイルで構成されたコイル群をＮ個形成すると共に、
各コイルへの通電制御を行うための制御回路を前記コイル群に対応するようにＮ個設け、
前記コイル群を構成する各相のコイルの一端を各々前記制御回路に接続したことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記コイル群を構成する各相のコイルの他端は、前記コイル群毎に接続されてＮ個の中点を形成していることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記Ｎ個の中点が互いに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ブラシレスモータに用いられる駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両の操舵軸の操作に応じて操舵力をアシストするパワーステアリング装置に、３相ブラシレスモータを用いたものがある。
この種のブラシレスモータは、複数のコイルが巻装されたステータと、このステータに対して回転自在に設けられたロータとを有しており、コイルへの給電を制御する駆動装置によってロータの回転駆動が制御されている。
駆動制御装置は、スイッチング素子であるＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）を備えた制御回路を有している。制御回路とコイルとを接続するにあたっては、ステータに巻装された複数のコイルの巻き始め端、または巻き終わり端の何れか一方の端末部を相毎にバスバー等の電気配線接続用銅合金板で結線した後、制御回路に接続する。そして、操舵軸に取り付けられているトルクを検出するセンサからの信号や、ロータの回転角度を検知するセンサからの信号に基づいて各コイルへの給電タイミングが切換えられるようになっている。
【０００３】
ところで、このように構成されたパワーステアリング装置に何らかの異常が発生した場合にあっては、ブラシレスモータを非作動状態にする必要がある。そこで、ブラシレスモータに形成されている３相のうちの２相分にフェールセーフのためのＯＮ／ＯＦＦスイッチを設けた技術が提案されている。このＯＮ／ＯＦＦスイッチは、コイルとＦＥＴとの間に設けられ、パワーステアリング装置に何らかの異常が発生した場合にＯＦＦとなる。これによって、コイルへの給電が遮断されるのでコイルに電流が流れることを防止でき、ブラシレスモータを非作動状態にすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２４８４４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の従来技術にあっては、パワーステアリング装置に何らかの異常が発生した場合にブラシレスモータが完全に非作動状態になるため、車両の操舵軸に何ら操舵力がアシストされなくなってしまう。このため、運転者のハンドル操作のための負荷が急激に増加してしまうという課題がある。
【０００５】
そこで、この発明は、例えば、パワーステアリング装置等に何らかの異常が発生した場合のブラシレスモータのフェールセーフ動作において、運転者がスムーズにハンドル操作を行うことができる駆動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、Ｎを２以上の整数とし、相の数をＡとしたとき、Ａ×Ｎ個のティースが放射状に配設されたステータと、各ティースにそれぞれ集中巻き方式にて巻装されたＡ×Ｎ個のコイルと、前記ステータに回転自在に設けられ複数の磁極を有するロータとを備えたブラシレスモータを駆動させるための駆動装置であって、隣接する各相のコイルで構成されたコイル群をＮ個形成すると共に、各コイルへの通電制御を行うための制御回路を前記コイル群に対応するようにＮ個設け、前記コイル群を構成する各相のコイルの一端を各々前記制御回路に接続したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、前記コイル群を構成する各相のコイルの他端は、前記コイル群毎に接続されてＮ個の中点を形成していることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記Ｎ個の中点が互いに接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、各相のコイルで構成されたコイル群毎に制御回路を接続することができるので、例えば２つ以上の制御回路のうちの１つが故障した場合であっても、他の制御回路に接続されているコイルの通電制御を続行させることができる。このため、ブラシレスモータのフェールセーフ動作において、ブラシレスモータが完全に非作動状態となることを回避することが可能になる。よって、パワーステアリング装置等に何らかの異常が発生した場合であっても、運転者のハンドル操作のための負荷が急激に増加することなく、運転者がスムーズにハンドル操作を行うことが可能になる。
【００１０】
また、コイル群毎に制御回路を接続するので、各コイルの巻き始め端、または巻き終わり端の何れか一方の端末部を相毎にバスバー等で結線する必要がなくなり、各々端末部を直接制御回路に接続することが可能になる。
さらに、例えば、制御回路毎にスイッチング素子を設けた場合、コイル群毎に制御回路を設けることで、各スイッチング素子に流れる電流を小さくすることができる。このため、容量の小さなスイッチング素子を使用することが可能になり、結果的に制御回路の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、この発明の第一実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、この発明に係る駆動装置７０を用いて駆動するブラシレスモータ１の構成を示す縦断面図である。図２は、ステータ２の斜視図である。
図１、図２に示すように、ブラシレスモータ１は、例えば、パワーステアリング装置に用いられる所謂インナーロータ型のブラシレスモータであって、ステータ２と、ステータ２内に配置されたロータ３とを有し、ステータ２に固定されたブラケット４にロータ３が回転自在に支持されている。
【００１２】
ステータ２は、一端が開口された有底円筒形のステータハウジング１１の内周にステータコア１２が圧入固定されている。
ステータコア１２は、環状の外周部３１から径方向中央に向かってコイル１６を巻装するためのティース１４が９個延設されている。ステータコア１２の内周側には、隣接するティース１４間に蟻溝状のスロット４０が９個形成されている。各ティース１４には、インシュレータ１５を装着した上からコイル１６が複数のティースに渡って巻回されていない、所謂集中巻き方式にて巻回されている。コイル１６は、周回り方向に沿ってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に割り当てられている。すなわち、この第一実施形態のブラシレスモータ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル１６をそれぞれ３つずつ備えた３相ブラシレスモータとなっている。
【００１３】
なお、この実施の形態のステータコア１２は、軸線に対してスキューさせてある。つまり、ティース１４、およびスロット４０が軸線に対して捩れるように形成されている。
ステータ２を製造するときは、ステータコア１２を周方向に複数に分割した形状を有するコアユニット３０を製造し、コイル１６を巻装した後に複数のコアユニット３０を接合させてステータコア１２を形成する。
【００１４】
ステータハウジング１１の底部には、径方向略中央にボス部１１Ｂが形成され、ここにロータ３の回転軸１８の一端を回転自在に軸支するベアリング２５ｂが圧入固定されている。
ステータハウジング１１の開口側には、ブラケット４と印籠接合する際に使用されるインロー部１１Ａが形成されている。また、ステータハウジング１１の開口は、これを覆うブラケット４で閉塞されている。
【００１５】
ブラケット４は、円筒形状を有し、ステータハウジング１１に不図示のネジで締結固定されている。ブラケット４の端部には、ステータハウジング１１に突き当てたときにインロー部１１Ａに嵌合する接合部４Ａを有し、接合部４Ａの外周およびインロー部１１Ａとの間に挟まれるようにしてＯリングなどのパッキン２３が装着されている。ブラケット４内には、開口側にロータ３の回転軸１８の他端を回転自在に軸支するベアリング２５ａが圧入されている。ベアリング２５ａよりもステータ２側には、ロータ３の回転位置を検出するレゾルバ２６のレゾルバステータ２６Ａが固定されている。ブラケット４の側部には、レゾルバステータ２６Ａからの電気信号を取り出すためのコネクタ２７が固定されている。
【００１６】
ロータ３は、例えば、コラムアシスト式のパワーステアリング装置の動力源として使用され、不図示の自動車のステアリングシャフトに対して動作補助力を付与する役割を有する。すなわち、このロータ３が不図示のステアリングシャフトに設けられた不図示の減速機構部に取り付けられることで、ブラシレスモータ１の回転が減速機構部を介して減速され、ステアリングシャフトに伝達されるようになっている。
ロータ３の回転軸１８の外周で、ステータコア１２に臨む位置には、金属プレートの積層体３２を介して環状の永久磁石からなるロータマグネット３３がブラケット３４によって固定されている。ロータマグネット３３は、複数の磁極が周方向に配置されている。
また、回転軸１８の他端側には、外周にレゾルバ２６を構成するレゾルバロータ２６Ｂが固定されている。レゾルバロータ２６Ｂは、永久磁石を周方向に磁極が交互に並ぶように配置した構成を有する。
【００１７】
ここで、ステータコア１２に巻装されている各コイル１６の巻き始め端、および巻き終わり端となる端末部４５は、ブラケット４が固定される解放端側に引き出され、巻き始め端、または巻き終わり端の何れか一端が後述する制御部７１に接続されている。
図３は、駆動装置７０のブロック回路図である。図４は、ステータ２を展開し、各コイル１６の結線状態を示した説明図である。
図３、図４に示すように、各コイル１６は隣接する３つのコイル１６、つまり、３相のコイル１６の端末部４５の他端をそれぞれ３つのスター点（中点）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を介して並列接続（スター結線）している。そして、第一コイル群５０Ａ、第二コイル群５０Ｂ、および第三コイル群５０Ｃの３つのコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを形成している。
【００１８】
駆動装置７０の制御部７１は、これら３つのコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに対応するように第一制御回路７２Ａ、第二制御回路７２Ｂ、および第三制御回路７２Ｃの３つの制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃで構成されている。すなわち、第一コイル群５０ＡのＵ相コイルＵＡ、Ｖ相コイルＶＡ、およびＷ相コイルＷＡの端末部４５の一端が第一制御回路７２Ａに接続されている。また、第二コイル群５０ＢのＵ相コイルＵＢ、Ｖ相コイルＶＢ、およびＷ相コイルＷＢの端末部４５の一端が第二制御回路７２Ｂに接続されている。さらに、第三コイル群５０ＣのＵ相コイルＵＣ、Ｖ相コイルＶＣ、およびＷ相コイルＷＣの端末部４５の一端が第三制御回路７２Ｃに接続されている。
【００１９】
各制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、それぞれ６つのトランジスタスイッチ（例えば、ＦＥＴ）５１ＵＨ，５１ＵＬ，５１ＶＨ，５１ＶＬ，５１ＷＨ，５１ＷＬが電源３５の正負両端子間に２個ずつブリッジ接続して構成される回路である。各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬは、それぞれプリドライバ３６を介して不図示の制御装置に接続されている。プリドライバ３６は、不図示の制御装置の信号に基づいて各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるドライバである。
【００２０】
すなわち、各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬは、電源３５から供給された直流電圧をプリドライバ３６によってＯＮ／ＯＦＦに繰り返し切り替えられることによって交流電圧に変換し、ブラシレスモータ１の各相に印加する。したがって、第一制御回路７２Ａは第一コイル群５０Ａの各相のコイルＵＡ，ＶＡ，ＷＡに電圧を印加することになる。また、第二制御回路７２Ｂは第二コイル群５０Ｂの各相のコイルＵＢ，ＶＢ，ＷＢに電圧を印加することになる。さらに、第三制御回路７２Ｃは第三コイル群５０Ｃの各相のコイルＵＣ，ＶＣ，ＷＣに電圧を印加することになる。なお、各制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃのトランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬによる切り替え制御は、相毎に同じタイミングとなるように設定されている。
【００２１】
したがって、上述の第一実施形態によれば、３相のコイル１６で構成されたコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ毎にそれぞれ制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを接続することができるので、これら制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃのうちの１つが故障した場合であっても、他の制御回路に接続されているコイル１６の通電制御を続行させることができる。このため、ブラシレスモータ１のフェールセーフ動作において、ブラシレスモータ１が完全に非作動状態となることを回避することが可能になる。よって、パワーステアリング装置等に何らかの異常が発生した場合であっても、運転者のハンドル操作のための負荷が急激に増加することなく、運転者がスムーズにハンドル操作を行うことができる駆動装置７０を提供することが可能になる。
【００２２】
また、コイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ毎にそれぞれ制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを接続するので、各コイル１６の端末部４５である巻き始め端、または巻き終わり端の何れか一方を相毎にバスバー等で結線する必要がなくなる。このため、各々端末部４５を直接各制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに接続することが可能になる。
さらに、コイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ毎に制御回路を設けることで、各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬに流れる電流を小さくすることができる。このため、容量の小さなトランジスタスイッチを使用することが可能になり、結果的に素子の小型化による制御部７１の小型化を図ることができる。
【００２３】
より詳しく、図５に基づいて説明する。同図に示すように、この第一実施形態においては、各コイル１６（ＵＡ〜ＷＣ）にそれぞれ別個に各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬが接続されている。このため、各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬに流れる電流値は複数のコイルＵＡ〜ＷＣのうちの１個のコイルに流れる分だけの電流値ということになる。この電流値を「Ｉ」、抵抗値を「Ｒ」とすると、各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬの損失は「Ｉ２Ｒ」となる。つまり、各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬの損失は電流の２乗に比例する。
【００２４】
ここで、従来にあっては、スロット４０が９個形成された９スロットのブラシレスモータ１を駆動する場合、同じ相となるコイル１６が３個存在するので、これらをバスバー等で接続した後、１個のトランジスタスイッチに接続している。このため、トランジスタスイッチに流れる電流値は「３Ｉ」になり、トランジスタスイッチの損失が本第一実施形態のトランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬと比較して大きくなってしまう（図８参照）。
【００２５】
したがって、この第一実施形態によれば、従来と比較してトランジスタスイッチに流れる電流値を約１／３にすることができ、トランジスタスイッチの損失を約１／９程度に小さくすることができる。このため、トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬを小型化することが可能になるばかりか、熱の発生も小さくすることができる。
【００２６】
また、トランジスタスイッチを３個並列に接続し、この並列接続された３個のトランジスタスイッチをバスバー等で接続された同相の３個のコイル１６に接続することも考えられる。このようにすることで、１個のトランジスタスイッチに流れる電流値を小さくすることも可能ではあるが、通常、コイルの抵抗値はトランジスタスイッチの抵抗値を無視できるほどに大きいため、並列接続された各トランジスタスイッチに流れる電流値がばらついてしまう（図９参照）。
しかしながら、本第一実施形態によれば、各々のコイル１６（ＵＡ〜ＷＣ）にそれぞれ別個に各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬが接続されているので、トランジスタスイッチを並列接続することによるばらつきを軽減することが可能になる。
【００２７】
次に、この発明の第二実施形態を図１〜図４を援用し、図６、図７に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第二実施形態において、ブラシレスモータ１は駆動装置７０を用いて駆動されている点、ブラシレスモータ１は、例えば、パワーステアリング装置に用いられるものであって、ステータ２と、ステータ２内に配置されたロータ３とを有している点、ステータ２はスロット４０（ティース１４）を９個形成しており、ここに巻装されたコイル１６は周回り方向に沿ってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に割り当てられている点、各コイル１６は隣接する３相のコイル１６の端末部４５のうちの他端をそれぞれ３つのスター点（中点）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を介して並列接続（スター結線）し、３つのコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを形成している点、駆動装置７０の制御部７１は、これら３つのコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃに対応するように３つの制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃで構成され、各制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃにそれぞれコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが接続されている点、各制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、それぞれトランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬを備えている点等の基本的構成は前述した第一実施形態と同様である。
【００２８】
ここで、第二実施形態では、３つのコイル群５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃのスター点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を共通化している。すなわち、各スター点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をバスバー等の電気配線接続用銅合金板や、銅線などを用いて互いに接続している。
このように構成することで、各スター点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を互いに接続して共通化しているものの、各コイル１６（ＵＡ〜ＷＣ）の端末部４５の一端がそれぞれ別個に各トランジスタスイッチ５１ＵＨ〜５１ＷＬに接続されている点では前述した第一実施形態と同様になる。
【００２９】
したがって、上述の第二実施形態によれば、前述した第一実施形態と同様の効果に加え、各スター点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を共通化することで、３つのスター点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をそれぞれ別個に設ける必要がなくなる。このため、スター点のレイアウトの自由度を高めることが可能になる。
【００３０】
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、ステータコア１２にティース１４が９個延設され、９個のスロット４０が形成されていると共に、ティース１４に集中巻き方式にて巻装されたコイル１６がそれぞれ周回り方向に沿ってＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に割り当てられ３相で構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、コイル１６が３相以上で構成されていてもよい。この場合、Ｎを２以上の整数とし、相の数をＡとしたとき、ステータコア１２には、ティース１４、およびスロット４０がＡ×Ｎ個設けられ、ここにＡ×Ｎ個のコイル１６が形成されている。また、各相のコイル１６で構成されたコイル群がＮ個形成されていればよい。
【００３１】
さらに、上述の実施形態では、各コイル１６への通電制御を行うための制御部７１が、第一制御回路７２Ａ、第二制御回路７２Ｂ、および第三制御回路７２Ｃの３つの制御回路７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃで構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、コイル群の数に対応して複数個設けてあればよい。この場合、各コイル群はこれに対応する制御回路にそれぞれ接続した状態にすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態におけるブラシレスモータの構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるステータの斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態における駆動装置のブロック回路図である。
【図４】本発明の第一実施形態におけるステータを展開し、各コイルの結線状態を示した説明図である。
【図５】本発明の第一実施形態における制御回路の説明図である。
【図６】本発明の第二実施形態における駆動装置のブロック回路図である。
【図７】本発明の第二実施形態におけるステータを展開し、各コイルの結線状態を示した説明図である。
【図８】従来の制御回路の説明図である。
【図９】従来の制御回路の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  ブラシレスモータ
２  ステータ
３  ロータ
１４  ティース
１６  コイル
３３  ロータマグネット（磁極）
４０  スロット
４５  端末部
５０Ａ  第一コイル群（コイル群）
５０Ｂ  第二コイル群（コイル群）
５０Ｃ  第三コイル群（コイル群）
５１ＵＨ，５１ＵＬ，５１ＶＨ，５１ＶＬ，５１ＷＨ，５１ＷＬ  トランジスタスイッチ
７０  駆動装置
７１  制御部
７２Ａ  第一制御回路（制御回路）
７２Ｂ  第二制御回路（制御回路）
７２Ｃ  第三制御回路（制御回路）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  スター点（中点）
ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ  Ｕ相コイル
ＶＡ，ＶＢ，ＶＣ  Ｖ相コイル
ＷＡ，ＷＢ，ＷＣ  Ｗ相コイル
【図１】
2009071953.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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