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公開番号2025081896
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-28
出願番号2023194966
出願日2023-11-16
発明の名称回転電機
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人服部国際特許事務所
主分類H02K 3/18 20060101AFI20250521BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】インバータから3相電流が供給される回転電機において、電気6次及び12次のトルクリップルを低減し、かつ冗長性を高めた回転電機を提供する。
【解決手段】第1のインバータ及び第3のインバータから供給される3相の電流と、第2のインバータ及び第4のインバータから供給される3相の電流とは、それぞれ所定の電流位相差を有する。各相の第1コイル体(Ua,Va,Wa)は、第1の固定子巻線又は第3の固定子巻線が第1ティースに巻回されることにより形成される。各相の第2コイル体(Ub,Vb,Wb)は、第2の固定子巻線又は第4の固定子巻線が第2ティースに巻回されることにより形成される。各相の第3コイル体(Uc,Vc,Wc)は、3相のうちいずれか1相の第1の固定子巻線又は第3の固定子巻線、及び、3相のうちいずれか1相の第2の固定子巻線又は第4の固定子巻線が第3ティースに巻回されることにより形成される。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
周方向に極性が交互となる複数の磁極（４２）を有する回転子（４０）と、３相の固定子巻線（３２）、及び、周方向に所定間隔で複数設けられ、前記固定子巻線が巻回されるティース（Ｔ１～Ｔ１８）を有する固定子鉄心（３１）を有する固定子（３０）と、を備え、前記回転子が回転軸（１１）と一体に回転する回転電機（１０）において、
前記固定子巻線は、第１のインバータ（５１）から３相の電流が供給される第１の固定子巻線（３２１）と、第２のインバータ（５２）から３相の電流が供給される第２の固定子巻線（３２２）と、第３のインバータ（５３）から３相の電流が供給される第３の固定子巻線（３２３）と、第４のインバータ（５４）から３相の電流が供給される第４の固定子巻線（３２４）と、を含み、
前記第１のインバータから供給される３相の電流と、前記第３のインバータから供給される３相の電流とは、同じ電流振幅及び位相で通電され、
前記第２のインバータから供給される３相の電流と、前記第４のインバータから供給される３相の電流とは、同じ電流振幅及び位相で通電され、
前記第１のインバータ及び前記第３のインバータから供給される３相の電流と、前記第２のインバータ及び前記第４のインバータから供給される３相の電流とは、それぞれ所定の電流位相差を有し、
前記３相のうちＵ相の前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線が第１ティースに巻回されることにより形成されるＵ相の第１コイル体（Ｕａ）と、
前記３相のうちＶ相の前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線が第１ティースに巻回されることにより形成されるＶ相の第１コイル体（Ｖａ）と、
前記３相のうちＷ相の前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線が第１ティースに巻回されることにより形成されるＷ相の第１コイル体（Ｗａ）と、
前記３相のうちＵ相の前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線が第２ティースに巻回されることにより形成されるＵ相の第２コイル体（Ｕｂ）と、
前記３相のうちＶ相の前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線が第２ティースに巻回されることにより形成されるＶ相の第２コイル体（Ｖｂ）と、
前記３相のうちＷ相の前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線が第２ティースに巻回されることにより形成されるＷ相の第２コイル体（Ｗｂ）と、
前記３相のうちいずれか１相の前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線、及び、前記３相のうちいずれか１相の前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線が第３ティースに巻回されることにより形成されるＵ相の第３コイル体（Ｕｃ）と、
前記３相のうちいずれか１相の前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線、及び、前記３相のうちいずれか１相の前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線が第３ティースに巻回されることにより形成されるＶ相の第３コイル体（Ｖｃ）と、
前記３相のうちいずれか１相の前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線、及び、前記３相のうちいずれか１相の前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線が第３ティースに巻回されることにより形成されるＷ相の第３コイル体（Ｗｃ）と、を備え、
各相の前記第１コイル体（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）の起磁力に対する各相の前記第３コイル体（Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃ）の起磁力の各位相差と、各相の前記第３コイル体（Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃ）の起磁力に対する各相の前記第２コイル体（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）の起磁力の各位相差と、が電気角で２０度を含む所定の位相範囲内となるように、又は、
各相の前記第１コイル体（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）の起磁力に対する各相の前記第２コイル体（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）の起磁力の各位相差と、各相の前記第２コイル体（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）の起磁力に対する各相の前記第３コイル体（Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃ）の起磁力の各位相差と、が電気角で２０度を含む所定の位相範囲内となるように、
前記第３ティースに巻回される前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線の部分巻線により発生する起磁力と、当該第３ティースに巻回される前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線の部分巻線により発生する起磁力との合算位相差、若しくは、
前記第３ティースに巻回される前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線の部分巻線に流れる電流と、当該第３ティースに巻回される前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線の部分巻線に流れる電流との合算位相差が設定されている回転電機。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第１のインバータ及び前記第３のインバータから供給される３相の電流と、前記第２のインバータ及び前記第４のインバータから供給される３相の電流との電流位相差は、１５～２５度の範囲内、又は３５～４５度の範囲内で設定される請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記合算位相差が、電気角で７２～８８度の範囲で設定されており、
前記回転子の磁極数が（１８±４）×ｍ（ｍは１以上の整数）であって、かつ、前記ティース間のスロット数が１８×ｍであるか、又は、
前記回転子の磁極数が（１８±２）×ｎ（ｎは１以上の整数）であって、かつ、前記ティース間のスロット数が１８×ｎである請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第１ティースに巻回される前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線の巻回数、及び、前記第２ティースに巻回される前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線の巻回数をそれぞれ「Ｎａｂ」とし、前記第３ティースに巻回される前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線の巻回数、及び、前記第３ティースに巻回される前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線の巻回数をそれぞれ「Ｎｃ」とする場合に、
１．４≦Ｎａｂ／Ｎｃ≦１．６の関係を満たすように、各巻回数が設定されている請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
前記合算位相差が、電気角で３２～４８度の範囲で設定されており、
前記回転子の磁極数が（１８±４）×ｍ（ｍは１以上の整数）であって、かつ、前記ティース間のスロット数が１８×ｍであるか、又は、
前記回転子の磁極数が（１８±２）×ｎ（ｎは１以上の整数）であって、かつ、前記ティース間のスロット数が１８×ｎである請求項１に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第１ティースに巻回される前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線の巻回数、及び、前記第２ティースに巻回される前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線の巻回数をそれぞれ「Ｎａｂ」とし、前記第３ティースに巻回される前記第１の固定子巻線又は前記第３の固定子巻線の巻回数、及び、前記第３ティースに巻回される前記第２の固定子巻線又は前記第４の固定子巻線の巻回数をそれぞれ「Ｎｃ」とする場合に、
１．８≦Ｎａｂ／Ｎｃ≦２．０の関係を満たすように、各巻回数が設定されている請求項５に記載の回転電機。
【請求項７】
同じ相の前記第１の固定子巻線が巻回される前記第１ティースと前記第３ティースとが周方向に隣接し、
同じ相の前記第２の固定子巻線が巻回される前記第２ティースと前記第３ティースとが周方向に隣接し、
同じ相の前記第３の固定子巻線が巻回される前記第１ティースと前記第３ティースとが周方向に隣接し、
同じ相の前記第４の固定子巻線が巻回される前記第２ティースと前記第３ティースとが周方向に隣接するように配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転軸の方向の投影視において、
各相の前記第１の固定子巻線が巻回される全ての前記第１ティース及び前記第３ティースと、各相の前記第３の固定子巻線が巻回される全ての前記第１ティース及び前記第３ティースとが、前記回転軸を通る直線である第１境界線（Ｌ１）を境として互いに反対側の領域に配置されており、
各相の前記第２の固定子巻線が巻回される全ての前記第２ティース及び前記第３ティースと、各相の前記第４の固定子巻線が巻回される全ての前記第２ティース及び前記第３ティースとが、前記回転軸を通る直線である第２境界線（Ｌ２）を境として互いに反対側の領域に配置されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項９】
前記回転軸の端部に固定されたセンサマグネット（１２）の磁界の変化に基づき前記回転子の回転角度を検出する角度センサ（５６）が設けられており、
前記第１のインバータに接続される前記第１の固定子巻線の引出線（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）と、前記第３のインバータに接続される前記第３の固定子巻線の引出線（Ａ３，Ｂ３，Ｃ３）とが、前記回転軸を中心として各相が対称となるように配置されており、
前記第２のインバータに接続される前記第２の固定子巻線の引出線（Ａ２，Ｂ２，Ｃ２）と、前記第４のインバータに接続される前記第４の固定子巻線の引出線（Ａ４，Ｂ４，Ｃ４）とが、前記回転軸を中心として各相が対称となるように配置されている請求項１～８のうちいずれか１項に記載の回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、２台のインバータからそれぞれ３相電流が供給される２組の固定子巻線を備える回転電機において、２台のインバータの位相差通電により、電気６次及び１２次のトルクリップルを低減する技術が知られている。
【０００３】
例えば特許文献１に開示された回転電機は、各相の第１の固定子巻線が第１ティースに巻回されることにより形成されるコイル体Ｕａ，Ｖａ，Ｗａと、各相の第２の固定子巻線が第２ティースに巻回されることにより形成されるコイル体Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂと、いずれか１相の第１の固定子巻線及びいずれか１相の第２の固定子巻線が第３ティースに巻回されることにより形成されるコイル体Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃと、を備える。２台のインバータにより第１の固定子巻線と第２の固定子巻線とに電気角２０°又は４０°の位相差通電を行い、コイル体Ｕｃ，Ｖｃ，Ｗｃにおいて合算位相差８０°又は４０°の起磁力を合算した起磁力を生成することで、電気６次及び１２次の高調波成分がキャンセルされる。
【０００４】
特許文献２には、特許文献１の構成の回転電機（モータ）を２台のインバータにより駆動するモータ駆動システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第７１０３２９９号公報
特許第７２２６８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書では、インバータと、そのインバータから３相電流が供給される固定子巻線とを含む一連のユニットを「系統」と表す。特許文献１、２には、２台のインバータから対応する２組の固定子巻線にそれぞれ３相電流が供給される「２系統」の回転電機及びモータ駆動システムが開示されている。２系統の冗長システムでは、一方の系統のインバータや固定子巻線が故障した場合でも他方の系統を用いて回転電機（モータ）の駆動を継続することができる。そのため、例えば車両の電動パワーステアリング装置のように、信頼性が要求されるシステムに適用されている。
【０００７】
しかし今後、安全性や信頼性の更なる向上のため、システムの冗長性をより高めることが求められる。例えば「４系統」のシステムを実現する場合、インバータを２台から４台に増やすことは簡単にできても、回転電機の固定子巻線の構成に関しては、特許文献１に開示された従来技術をそのまま用いることはできない。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、インバータから３相電流が供給される回転電機において、電気６次及び１２次のトルクリップルを低減し、かつ冗長性を高めた回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による回転電機は、周方向に極性が交互となる複数の磁極（４２）を有する回転子（４０）と、３相の固定子巻線（３２）、及び、周方向に所定間隔で複数設けられ、固定子巻線が巻回されるティース（Ｔ１～Ｔ１８）を有する固定子鉄心（３１）を有する固定子（３０）と、を備え、回転子が回転軸（１１）と一体に回転する。
【００１０】
固定子巻線は、第１のインバータ（５１）から３相の電流が供給される第１の固定子巻線（３２１）と、第２のインバータ（５２）から３相の電流が供給される第２の固定子巻線（３２２）と、第３のインバータ（５３）から３相の電流が供給される第３の固定子巻線（３２３）と、第４のインバータ（５４）から３相の電流が供給される第４の固定子巻線（３２４）と、を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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