特開 2024-66606 多相モータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024066606

(43)【公開日】2024-05-16

(54)【発明の名称】多相モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/50 20060101AFI20240509BHJP

   H02K 11/00 20160101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

H02K3/50 A

H02K11/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022176083

(22)【出願日】2022-11-02

(71)【出願人】

【識別番号】395011665

【氏名又は名称】株式会社オートネットワーク技術研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000183406

【氏名又は名称】住友電装株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森野 慎太郎

【テーマコード（参考）】

5H604

5H611

【Ｆターム（参考）】

5H604AA03

5H604BB01

5H604BB08

5H604BB13

5H604CC01

5H604CC05

5H604QB04

5H611AA09

5H611BB01

5H611BB04

5H611TT02

5H611UA03

(57)【要約】

【課題】多相モータを小型化する。
【解決手段】モータ１０は、円筒状のステータコア２１Ａ、及び複数相のコイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを有するステータ部２１と、ステータ部２１を収容するハウジング１１と、各コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄにおいてコイル部群Ｃの接続状態を切り替える切替部３１と、を備えている。切替部３１は、複数のリレースイッチ３１Ｂを有している。リレースイッチ３１Ｂは、ステータ部２１の外周面と、ハウジング１１の内周面と、の間の空間Ｓ１に配置されている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒状のステータコア、及び複数相のコイルを有するステータ部と、
前記ステータ部を収容するハウジングと、
各前記コイルにおいて複数のコイル部の接続状態を切り替える切替部と、を備え、
前記切替部は、複数のリレースイッチを有し、
少なくともいずれかの前記リレースイッチは、前記ステータ部の外周面と、前記ハウジングの内周面と、の間に配置されている、多相モータ。

【請求項2】

前記切替部は、複数の前記リレースイッチを保持する環状の回路基板を有し、
前記ハウジング内において、所定方向における前記ステータ部の一端よりも前記ハウジングの一端側であって、前記ハウジングによって囲まれた空間が形成されており、
前記空間に前記回路基板が配置される、請求項１に記載の多相モータ。

【請求項3】

各前記リレースイッチは、半導体リレーである、請求項１又は請求項２に記載の多相モータ。

【請求項4】

少なくともいずれかの前記リレースイッチは、前記ステータ部の外周面と、前記ハウジングの内周面との間に配置されつつ前記ハウジングの内周面に接触している、請求項１又は請求項２に記載の多相モータ。

【請求項5】

少なくともいずれかの前記リレースイッチは、前記回路基板から突出し、前記ステータ部の外周面と、前記ハウジングの内周面と、の間に配置されており、
各前記コイル部の端部は、前記回路基板に固定されている、請求項２に記載の多相モータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、多相モータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、モーターケースの開口端がアルミ等の熱伝導性の良い金属で形成されたフレーム部材によって閉鎖された構造の駆動装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－３４２０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のものは、熱電導性の良いフレーム部材を挟んでステータと反対側に回路基板が配置されている。回路基板には、複数のＳＷ素子が実装されている。これらＳＷ素子は、放熱ゲルを介してフレーム部材に近接している。しかし、このように回路基板やＳＷ素子を配置すると、駆動装置におけるシャフトの軸線方向の寸法が大きくなりがちになる。

【0005】

本開示は、より小型化した多相モータの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の多相モータは、
円筒状のステータコア、及び複数相のコイルを有するステータ部と、
前記ステータ部を収容するハウジングと、
各前記コイルにおいて複数のコイル部の接続状態を切り替える切替部と、を備え、
前記切替部は、複数のリレースイッチを有し、
少なくともいずれかの前記リレースイッチは、前記ステータ部の外周面と、前記ハウジングの内周面と、の間に配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本開示は、多相モータをより小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態１のモータの分解斜視図である。

【図2】図２は、ステータ部の端面図である。

【図3】図３は、ハウジングにステータ部を収容した状態を示す側断面図である。

【図4】図４は、切替部の斜視図である。

【図5】図５は、ハウジングにステータ部及び切替部を収容した状態を示す側断面図である。

【図6】図６は、Ｕ相におけるコイル部とリレースイッチとの接続の一例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下では、本開示の実施形態が列記されて例示される。なお、以下で例示される〔１〕～〔５〕の特徴は、矛盾しない範囲でどのように組み合わされてもよい。

【0010】

本開示の多相モータは、
〔１〕円筒状のステータコア、及び複数相のコイルを有するステータ部と、
ステータ部を収容するハウジングと、各コイルにおいて複数のコイル部の接続状態を切り替える切替部と、を備えている。切替部は、複数のリレースイッチを有している。少なくともいずれかのリレースイッチは、ステータ部の外周面と、ハウジングの内周面と、の間に配置されている。

【0011】

〔１〕の多相モータは、ハウジングの内周面の近くにリレースイッチを配置できるので、リレースイッチの放熱がし易くなり、リレースイッチをステータとハウジングの間に配置する構成なのでモータの軸線方向の寸法を抑えることができる。

【0012】

〔２〕上記〔１〕の多相モータにおいて、切替部は、複数のリレースイッチを保持する環状の回路基板を有し得る。切替部は、ハウジング内において、所定方向におけるステータ部の一端よりもハウジングの一端側であって、ハウジングによって囲まれた空間が形成されており、空間に回路基板が配置され得る。

【0013】

上記〔２〕の多相モータは、ハウジング内に形成された空間に回路基板を配置するので、空間を有効に活用することができる。

【0014】

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕の多相モータにおいて、各リレースイッチは、半導体リレーであり得る。

【0015】

上記〔３〕の多相モータは、リレースイッチを小型化し易いので、狭い空間にも配置し易い。

【0016】

〔４〕上記〔１〕又は〔２〕の多相モータにおいて、少なくともいずれかのリレースイッチは、ステータ部の外周面と、ハウジングの内周面との間に配置されつつハウジングの内周面に接触し得る。

【0017】

上記〔４〕の多相モータは、リレースイッチで生じた熱をハウジングに確実に逃がす構成を構築し易い。

【0018】

〔５〕上記〔２〕の多相モータにおいて、少なくともいずれかのリレースイッチは、回路基板から突出し、ステータ部の外周面と、ハウジングの内周面と、の間に配置され得る。各コイル部の端部は、回路基板に固定され得る。

【0019】

上記〔５〕の多相モータは、リレースイッチを保持した回路基板に、コイル部の端部が固定されることによって、リレースイッチ及び回路基板の位置を保持することができる。

【0020】

＜実施形態１＞
［モータの構成］
実施形態１のモータ１０は、多相交流電源を利用する多相モータである。モータ１０は、図１に示すように、ハウジング１１と、ステータ部２１と、切替部３１と、を備えている。さらに、モータ１０には、図示しないロータ部と、図示しない端面カバーと、が設けられている。

【0021】

ハウジング１１は、例えば、金属製であり、軸方向の両端が開口された円筒状をなしている。ハウジング１１の外周面は、全周にわたって凹凸が形成されている。ハウジング１１は、ステータ部２１、及び切替部３１を収容する。

【0022】

［ステータ部の構成］
ステータ部２１は、ハウジング１１の内側に固定されている。ステータ部２１は、図２に示すように、ステータコア２１Ａと、複数のコイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄと、を有している。ステータコア２１Ａは、導電性を有する円筒状の金属製である。

【0023】

複数のコイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、三相のセグメントコイルとして構成されている。コイル２１Ｂは、第１相（Ｕ相）に相当し、コイル２１Ｃは、第２相（Ｖ相）に相当し、コイル２１Ｄは、第３相（Ｗ相）に相当する。第１相（Ｕ相）のコイル２１Ｂは、コイル部１Ｕ，３Ｕ，２Ｕ，４Ｕを有している。第２相（Ｖ相）のコイル２１Ｃは、コイル部１Ｖ，３Ｖ，２Ｖ，４Ｖを有している。第３相（Ｗ相）のコイル２１Ｄは、コイル部１Ｗ，３Ｗ，２Ｗ，４Ｗを有している。

【0024】

第１相（Ｕ相）のコイル部１Ｕ，３Ｕ，２Ｕ，４Ｕ、第２相（Ｖ相）のコイル部１Ｖ，３Ｖ，２Ｖ，４Ｖ、及び第３相（Ｗ相）のコイル部１Ｗ，３Ｗ，２Ｗ，４Ｗの各々は、自身を形成する電線が螺旋状（コイル状）に巻回された形態をなしている。

【0025】

コイル部１Ｕ，３Ｕ，２Ｕ，４Ｕ，１Ｖ，３Ｖ，２Ｖ，４Ｖ，１Ｗ，３Ｗ，２Ｗ，４Ｗ（以下単に、コイル部群Ｃともいう）は、ステータコア２１Ａの内周に沿って円環状に並んで配置されている。具体的には、コイル部群Ｃは、巻回方向に直交する軸線をステータコア２１Ａの中心線に直交する向きにして配置されている。

【0026】

各コイル部１Ｕ，３Ｕ，２Ｕ，４Ｕ，１Ｖ，３Ｖ，２Ｖ，４Ｖ，１Ｗ，３Ｗ，２Ｗ，４Ｗは、一対の端末部Ｔ（すなわち、コイル部群Ｃの端部）を有している。ステータコア２１Ａの内周に沿って配置されたコイル部群Ｃの端末部Ｔは、ステータコア２１Ａの中心軸方向の一方側に引き出されている。これら端末部Ｔは、コイル部群Ｃよりも外側（中心線から離れる方向）に配置されている。ステータ部２１は、円環状をなすコイル部群Ｃに対して、中心線から離れる方向にステータコア２１Ａが鍔状に突出している（図１参照）。

【0027】

こうして形成されたステータ部２１は、図３に示すように、ハウジング１１に対して同軸状の姿勢にされてハウジング１１に収容される。ステータ部２１のステータコア２１Ａの外周面は、ハウジング１１の内周面に接触している。これによって、ステータ部２１は、ハウジング１１に対して固定される。コイル部群Ｃと、ハウジング１１の内周面と、の間は、所定の寸法離間しており、円環状の空間Ｓ１を形成している。ハウジング１１内において、コイル部群Ｃの端末部Ｔは、中心線が延びる方向にコイル部群Ｃから突出している。ハウジング１１内において、コイル部群Ｃから突出した端末部Ｔが配置される領域は空間Ｓ２である。空間Ｓ２は、円盤状をなし、ステータ部２１の一端部に沿うようにハウジング１１によって囲まれた空間である。言い換えると、空間Ｓ２は、ハウジング１１内において、ステータ部２１の中心軸方向（所定方向）におけるステータ部２１の一端よりもハウジング１１の一端側であって、ハウジング１１によって囲まれた空間である。

【0028】

［切替部の構成］
図４に示すように、切替部３１は、回路基板３１Ａと、複数のリレースイッチ３１Ｂを有している。回路基板３１Ａは、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成されている。回路基板３１Ａは、円環状をなしている。回路基板３１Ａの一方の板面Ｐ１には、導電性を有した回路パターン（図示せず）が形成されている。

【0029】

複数のリレースイッチ３１Ｂは、半導体リレーとして構成されている。半導体リレーは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等によって構成される。各リレースイッチ３１Ｂは、外形が四角形をなした平板状のスイッチ本体３１Ｃと、スイッチ本体３１Ｃの一端縁から延出する３つの電極３１Ｄを有している。各リレースイッチ３１Ｂは、制御装置（図示せず）からの制御信号によるオン指示又はオフ指示によってオン状態とオフ状態とに切り替えられる構成とされている。各リレースイッチ３１Ｂは、制御装置からのオン指示によって、自身を介した通電を許容するオン状態となり、制御装置からのオフ指示によって、自身を介した通電を遮断するオフ状態となる。

【0030】

各リレースイッチ３１Ｂの３つの電極３１Ｄは、回路基板３１Ａの一方の板面Ｐ１に形成された回路パターンに対して半田によって固定される。こうして、回路基板３１Ａは、複数のリレースイッチ３１Ｂを保持する。各リレースイッチ３１Ｂは、回路基板３１Ａの一方の板面Ｐ１から突出するように配置される。具体的には、各リレースイッチ３１Ｂのスイッチ本体３１Ｃの板面Ｐ２は、回路基板３１Ａの板面Ｐ１に対して直交する向き、且つ、回路基板３１Ａの外縁に沿う向きにされている。各リレースイッチ３１Ｂは、回路基板３１Ａに対してこのような姿勢にされ、回路基板３１Ａの外縁部寄りに配置されている。

【0031】

こうして形成された切替部３１は、空間Ｓ１，Ｓ２に収容される。具体的には、図５に示すように、回路基板３１Ａの一方の板面Ｐ１をステータ部２１の端末部Ｔが突出する側に対向させ、且つ各リレースイッチ３１Ｂをコイル部群Ｃに対向する向きにする。そして、回路基板３１Ａを空間Ｓ２に配置し、各リレースイッチ３１Ｂをステータ部２１の外周面と、ハウジング１１の内周面との間の空間Ｓ２に連なる空間Ｓ１に配置する。各リレースイッチ３１Ｂは、ハウジング１１の内周面に対して放熱グリスＧ等を介して接触する。そして、ステータ部２１内に図示しないロータ部を配置し、ハウジング１１の開口した両端を図示しない端面カバーで覆う。

【0032】

コイル部群Ｃの端末部Ｔは、空間Ｓ２に収容された回路基板３１Ａの回路パターンに対して半田によって固定される。コイル部群Ｃと各リレースイッチ３１Ｂとは、回路基板３１Ａを介して、例えば、図６に示すような構成とされ、電気的に接続される。具体的には、コイル部１Ｕ，３Ｕが電気的に直列に接続された第１コイル部Ｃ１と、コイル部２Ｕ，４Ｕが電気的に直列に接続された第２コイル部Ｃ２に対して、３つのリレースイッチ３１Ｂが電気的に接続されている。各リレースイッチ３１Ｂは、第１コイル部Ｃ１の一端と第２コイル部Ｃ２の一端との間、第１コイル部Ｃ１の他端と第２コイル部Ｃ２の他端との間、及び第１コイル部Ｃ１の他端と第２コイル部Ｃ２の一端との間、に１つずつ設けられている。

【0033】

本開示において、「電気的に接続される」とは、接続対象の両方の電位が等しくなるように互いに導通した状態（電流を流せる状態）で接続される構成であることが望ましい。ただし、この構成に限定されない。例えば、「電気的に接続される」とは、両接続対象の間に電気部品が介在しつつ両接続対象が導通し得る状態で接続された構成であってもよい。

【0034】

図６は、第１相（Ｕ相）のコイル部１Ｕ，３Ｕ，２Ｕ，４Ｕの構成を例示するものであって、第２相（Ｖ相）のコイル部１Ｖ，３Ｖ，２Ｖ，４Ｖ、第３相（Ｗ相）のコイル部１Ｗ，３Ｗ，２Ｗ，４Ｗも同様の構成である。各相における第２コイル部Ｃ２の他端（コイル部４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの他端）は、図示しない中性部であるバスバーに電気的に接続されている。各相における第１コイル部Ｃ１の一端（コイル部１Ｕ，１Ｖ，１Ｗの一端）は、図示しないインバータに電気的に接続されている。実施形態１においてリレースイッチ３１Ｂは、各相に３個設けられる。このため、実施形態１では、合計で９個のリレースイッチ３１Ｂが用いられる。

【0035】

例えば、図示しない制御装置によって、第１コイル部Ｃ１の一端と第２コイル部Ｃ２の一端との間、及び第１コイル部Ｃ１の他端と第２コイル部Ｃ２の他端との間のリレースイッチ３１Ｂをオフ状態にする。これとともに、第１コイル部Ｃ１の他端と第２コイル部Ｃ２の一端との間のリレースイッチ３１Ｂをオン状態にすることによって、第１コイル部Ｃ１及び第２コイル部Ｃ２を直列に接続することができる。

【0036】

これに対して、第１コイル部Ｃ１の一端と第２コイル部Ｃ２の一端との間、及び第１コイル部Ｃ１の他端と第２コイル部Ｃ２の他端との間のリレースイッチ３１Ｂをオン状態にする。これとともに、第１コイル部Ｃ１の他端と第２コイル部Ｃ２の一端との間のリレースイッチ３１Ｂをオフ状態にすることによって、第１コイル部Ｃ１及び第２コイル部Ｃ２を並列に接続することができる。このように、切替部３１は、コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄにおいて、コイル部群Ｃの接続状態を直列状態と並列状態とに切り替えることによってモータ１０の特性を変化させることができる。

【0037】

次に、本構成の効果を例示する。
モータ１０は、円筒状のステータコア２１Ａ、及び複数相のコイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを有するステータ部２１と、ステータ部２１を収容するハウジング１１と、各コイル２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄにおいてコイル部群Ｃの接続状態を切り替える切替部３１と、を備えている。切替部３１は、複数のリレースイッチ３１Ｂを有している。リレースイッチ３１Ｂは、ステータ部２１の外周面と、ハウジング１１の内周面と、の間の空間Ｓ１に配置されている。この構成によれば、ハウジング１１の内周面の近くにリレースイッチ３１Ｂを配置できるので、リレースイッチ３１Ｂの放熱がし易くなる。これとともに、リレースイッチ３１Ｂをステータ部２１とハウジング１１の間に配置する構成なのでモータ１０の中心線方向の寸法を抑えることができる。

【0038】

切替部３１は、複数のリレースイッチ３１Ｂを保持する円環状の回路基板３１Ａを有する。切替部３１は、ハウジング１１内において、ステータ部２１の中心軸方向におけるステータ部２１の一端よりもハウジング１１の一端側であって、ハウジング１１によって囲まれた空間Ｓ２が形成されており、空間Ｓ２に回路基板３１Ａが配置される。この構成によれば、ハウジング１１内に形成された空間Ｓ２に回路基板３１Ａを配置するので、空間Ｓ２を有効に活用することができる。

【0039】

モータ１０において、各リレースイッチ３１Ｂは、半導体リレーである。この構成によれば、リレースイッチ３１Ｂを小型化し易いので、狭い空間Ｓ１にも配置し易い。

【0040】

モータ１０において、リレースイッチ３１Ｂは、ステータ部２１の外周面と、ハウジング１１の内周面との間に配置されつつハウジング１１の内周面に放熱グリスＧを介して接触する。この構成によれば、リレースイッチ３１Ｂで生じた熱をハウジング１１に確実に逃がす構成を構築し易い。

【0041】

モータ１０において、リレースイッチ３１Ｂは、回路基板３１Ａから突出し、ステータ部２１の外周面と、ハウジング１１の内周面と、の間に配置される。各コイル部群Ｃの端末部Ｔは、回路基板３１Ａに固定される。この構成によれば、リレースイッチ３１Ｂを保持した回路基板３１Ａに、コイル部群Ｃの端末部Ｔが固定されることによって、リレースイッチ３１Ｂ及び回路基板３１Ａの位置を保持することができる。

【0042】

＜他の実施形態＞
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、今回開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

【0043】

実施形態１とは異なり、リレースイッチの全てがステータ部とハウジングとの間に配置されていなくてもよく、リレースイッチの一部をステータ部とハウジングとの間に配置する構成としてもよい。

【0044】

実施形態１とは異なり、リレースイッチの全てを、放熱グリスを介してハウジングの内周面に接触させなくてもよく、リレースイッチの一部を、放熱グリスを介してハウジングの内周面に接触させ、他部を直接的にハウジングの内周面に接触させてもよい。

【0045】

実施形態１とは異なり、リレースイッチの全てを、回路基板に固定させなくてもよく、リレースイッチの一部を回路基板に固定し、他部を別の部位に固定してもよい。

【0046】

実施形態１とは異なり、回路基板は、円環状に限らず、多角形状をなした環状であってもよく、弧状をなした複数の回路基板を並べる構成としてもよい。また、円環状の一部を切除した形態（例えば、Ｃ字状）等であってもよい。

【0047】

実施形態１ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各コイルがコイル部を４つ有する構成を示したが、コイル部の数はこの数に限られない。

【0048】

リレースイッチの数は、実施形態１に開示された数に限らない。また、回路基板に対するリレースイッチの配置位置は、実施形態１に開示された位置に限らない。

【符号の説明】

【0049】

１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ，２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ，３Ｕ，３Ｖ，３Ｗ，４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…コイル部
１０…モータ（多相モータ）
１１…ハウジング
２１…ステータ部
２１Ａ…ステータコア
２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ…コイル
３１…切替部
３１Ａ…回路基板
３１Ｂ…リレースイッチ
３１Ｃ…スイッチ本体
３１Ｄ…電極
Ｃ…コイル部群
Ｃ１…第１コイル部
Ｃ２…第２コイル部
Ｇ…放熱グリス
Ｐ１…回路基板の板面
Ｐ２…スイッチ本体の板面
Ｓ１，Ｓ２…空間
Ｔ…端末部（コイル部の端部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】