JP2000116172A - 多相モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】巻線への通電を制御するのに使用するスイッチ
ング素子の数を減らして回路部スペースの縮小及びコス
ト低下を図る。 【解決手段】ステータ２１に対して、各相の巻線２１
ａ，２１ｂ，２１ｃを、例えば、Ａ相については巻線２
１ａを主磁極に反時計回りに巻装してＮ極とし、この主
磁極と隣接する一方の磁極にこの主磁極とは異なる極性
の磁極、すなわち、Ｓ極となるように時計回りに巻装す
る。また、対向する側の主磁極及び隣接した磁極につい
ても同様に巻装する。そして、この巻き方をＢ相、Ｃ相
についても同様に行う。各巻線の一端を＋Ｅ電源端子に
接続し、他端をそれぞれトランジスタ３２，３３，３４
を介して接地する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、６個の磁
極を有するステータと永久磁石を備えた４個の磁極を有
するロータからなる３相モータや８個の磁極を有するス
テータと永久磁石を備えた４個の磁極を有するロータか
らなる４相モータ等の多相モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、任意の速度や出力での運転を目的
とした３相モータとしては、図１５に示すように、６ポ
ールの磁極を有するステータ１の内部に円周方向に永久
磁石２を配置したロータ３を回転軸４に固定して配置
し、ステータ１のＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各磁極の励磁極性
を変化させることでロータ３を回転させるものが知られ
ている。

【０００３】そして、このような構成の３相モータを図
１６に示す駆動装置で駆動制御していた。すなわち、＋
Ｅ端子と接地間にトランジスタ５，６の直列回路、トラ
ンジスタ７，８の直列回路及びトランジスタ９，１０の
直列回路をそれぞれ接続し、トランジスタ５，６の接続
点、トランジスタ７，８の接続点及びトランジスタ９，
１０の接続点にそれぞれ３相モータ１１の各相の巻線を
接続している。

【０００４】一方、マイクロコンピュータ１２を設け、
このマイクロコンピュータ１２から回転速度を制御する
速度指令パルスをアンドゲート回路１３に入力するとと
もに３相モータ１１の回転位置をホール素子を備えた位
置検出信号発生回路１４によりロータ３が３０度回転す
る毎に検出し、その位置検出信号を遅延回路１５を介し
てアンドゲート回路１３に入力している。遅延回路１５
は、位置検出信号を遅延制御してアンドゲート回路１３
にその位置検出信号を供給するタイミングを調整するも
ので、その遅延量はマイクロコンピュータ１２が負荷状
態や加速状態により制御するようになっている。

【０００５】アンドゲート回路１３は、マイクロコンピ
ュータ１２からの速度指令パルスと遅延回路１５からの
位置検出信号との論理積を取り、その論理積出力を６ス
テップリングカウンタ１６に出力し、このリングカウン
タ１６はアンドゲート回路１３からの論理積出力の入力
に応じて６本の出力ラインへの出力を順次変化させ、こ
れを繰返すもので、その出力をインバータＩＣ１７に供
給している。インバータＩＣ１７はリングカウンタ１６
からの出力を取込んで各トランジスタ５〜１０を３相モ
ータ１１が相励磁のステップ順序、又は逆のステップ順
序に従って動作するようにスイッチング制御するように
なっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような３相モータ
では、Ａ、Ｂ、Ｃ相の３相巻線をＹ又はΔ結線した３本
のリード線の各線間電圧を、６個のトランジスタ５〜１
０のスイッチング動作により正、逆方向に切換えてロー
タ３を回転駆動していた。このため、１回転当たりのス
イッチング回数が６回と多く、スイッチング回数が多い
ことはモータを高速駆動するうえで障害となっていた。
すなわち、トランジスタ５〜１０によって構成されるト
ランジスタブリッジの短絡防止のために、ローサイドの
トランジスタ６，８，１０が完全に遮断した後にハイサ
イドのトランジスタ５，７，９を動作させる必要があ
り、そのための待ち時間が必要となり、従って、高速駆
動するためにはトランジスタとして高価なスイッチング
速度の速いパワートランジスタを選ぶ必要があった。

【０００７】このように、従来では、高速駆動するため
に高価なスイッチング速度の速いパワートランジスタを
多数使用しなければならず、回路部のスペースの増加や
コストアップとなる問題があった。そこで、各請求項記
載の発明は、巻線への通電を制御するのに使用するスイ
ッチング素子の数を減らすことができ、これにより、回
路部スペースの縮小及びコスト低下を図ることができる
多相モータを提供する。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、さらに、巻
線のインダクタンスによる転流時の電流の立上がりの遅
れを低減できてトルク変動を少なくできる多相モータを
提供する。また、請求項３記載の発明は、さらに、発生
する平均トルクを増加させることで、よりトルク変動を
低減できる多相モータを提供する。また、請求項４及び
５記載の発明は、さらに、効率を向上でき、高速駆動が
できる多相モータを提供する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
ｎ相（但し、ｎ≧３の整数）で、ｎ×ｍ（但し、ｍ≧１
の整数）個の磁極を有するステータと、永久磁石を備
え、２ｍ個の磁極を有するロータからなる多相モータに
おいて、ステータは、各相毎に巻線を主磁極及びこの主
磁極と隣接する少なくとも一方の磁極に、主磁極に対し
て隣接する磁極が異なる極性の磁極となるように巻装
し、ステータの各相毎の巻線を個々にスイッチング素子
を介して駆動電源に接続し、各スイッチング素子を順次
スイッチング動作させることでステータの各磁極の励磁
極性を変化させてロータを回転することにある。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の多
相モータにおいて、各相毎に主磁極に巻装する巻線と隣
接する磁極に巻装する巻線を並列に接続したことにあ
る。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の多相モータにおいて、各相の励磁期間において次に
励磁すべき相と重複して励磁する期間を設定したことに
ある。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の多
相モータにおいて、各相の励磁期間における励磁開始後
の一定時間及び励磁終了前の一定時間、巻線への通電を
断続的に行うことにある。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれか１記載の多相モータにおいて、１相の巻線のみ
で励磁したときのロータの平衡位置から、このロータの
回転方向とは逆方向に電気角で１５０°〜１８０°回転
した手前の位置にロータが達したとき、巻線への通電を
開始する制御を行うことにある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。 （第１の実施の形態）なお、この実施の形態は多相モー
タとして３相モータを使用した場合について述べる。

【００１５】図１は３相モータ全体の縦断面図、図２は
ロータの磁極とステータの励磁相との関係を示す平面図
で、２１は６ポールの磁極を機械角で６０度間隔に配置
し、各ポールにそれぞれ巻線をバイファイラ集中巻き
し、反時計方向にＡ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相
を形成した１８０度対称構造のステータで、このステー
タ２１内に４ポールの凸極ロータ２２を回転軸２３に固
定して回転自在に配置している。

【００１６】前記凸極ロータ２２は、１対のＩ形積層コ
ア２４，２５を間に軸方向に着磁した円形のサマリウム
・コバルト磁石などの希土類の永久磁石２６を介して十
字形状に重ねて回転軸２３と一体に形成したもので、上
側のＩ形コア２４はＮ極のポールを形成し、下側のＩ形
コア２５はＳ極のポールを形成している。

【００１７】前記ステータ２１は円筒状の中央ケーシン
グ２７の内部に収納固定され、前記凸極ロータ２２は前
記ステータ２１内に収納されるとともに、回転軸２３の
一端が前記中央ケーシング２７の一端に装着される凹状
の端部ケーシング２８の中央部に取付けられた軸受２９
に回転自在に軸支し、他端が前記中央ケーシング２７の
他端に装着される凹状の端部ケーシング３０の中央部に
取付けられた軸受３１に貫通して回転自在に軸支してい
る。

【００１８】前記ステータ２１の各磁極に対する巻線の
巻き方は、図３に示すように、各相毎に巻線を主磁極及
びこの主磁極と隣接する一方の磁極に、主磁極に対して
隣接する磁極が異なる極性の磁極となるように巻装して
いる。

【００１９】すなわち、Ａ相の巻線２１ａは、図４の
(a) に示すように、主磁極である第１ポール２１-1に対
してロータ側から見て反時計回りに巻装して同ポールが
Ｎ極となり、続いて、左側に隣接する第２ポール２１-2
に対して時計回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さ
らに、第２ポールと対向した第５ポール２１-5に対して
ロータ側から見て時計回りに巻装して同ポールがＳ極と
なり、続いて、右側に隣接する主磁極である第４ポール
２１-4に対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極と
なるようにしている。そして、この巻線２１ａの一端を
＋Ｅ電源端子に接続し、他端をスイッチング素子である
第１のトランジスタ３２を介して接地している。

【００２０】また、Ｂ相の巻線２１ｂは、図４の(b) に
示すように、主磁極である第２ポール２１-2に対してロ
ータ側から見て反時計回りに巻装して同ポールがＮ極と
なり、続いて、左側に隣接する第３ポール２１-3に対し
て時計回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さらに、
第３ポールと対向した第６ポール２１-6に対してロータ
側から見て時計回りに巻装して同ポールがＳ極となり、
続いて、右側に隣接する主磁極である第４ポール２１-5
に対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極となるよ
うにしている。そして、この巻線２１ｂの一端を＋Ｅ電
源端子に接続し、他端をスイッチング素子である第２の
トランジスタ３３を介して接地している。

【００２１】また、Ｃ相の巻線２１ｃは、図４の(c) に
示すように、主磁極である第３ポール２１-3に対してロ
ータ側から見て反時計回りに巻装して同ポールがＮ極と
なり、続いて、左側に隣接する第４ポール２１-4に対し
て時計回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さらに、
第４ポールと対向した第１ポール２１-1に対してロータ
側から見て時計回りに巻装して同ポールがＳ極となり、
続いて、右側に隣接する主磁極である第６ポール２１-6
に対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極となるよ
うにしている。そして、この巻線２１ｃの一端を＋Ｅ電
源端子に接続し、他端をスイッチング素子である第３の
トランジスタ３４を介して接地している。

【００２２】このように巻装することで、Ａ、Ｂ、Ｃの
各相の巻線２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、図３に示すよう
に、各ポール２１-1〜２１-6に対して２相分づつ一体に
巻装されることになる。

【００２３】このような３相モータに対し、表１あるい
は表２に示す励磁シーケンスで各相のトランジスタ３
２，３３，３４を順次選択的にオン、オフ制御すること
によりステータ２１の各磁極の励磁極性を変化させてロ
ータ２２を回転させることができる。

【００２４】例えば、表１では、Ａ相の第１のトランジ
スタ３２をオンするときには他のトランジスタ３３，３
４をオフし、Ｂ相の第２のトランジスタ３３をオンする
ときには他のトランジスタ３２，３４をオフし、Ｃ相の
第３のトランジスタ３４をオンするときには他のトラン
ジスタ３２，３３をオフする。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、表２では、Ａ相を励磁する期間にお
いて、次に励磁すべきＢ相を重複して励磁する制御を行
う。また、Ｂ相を励磁する期間において、次に励磁すべ
きＣ相を重複して励磁する制御を行う。さらに、Ｃ相を
励磁する期間において、次に励磁すべきＡ相を重複して
励磁する制御を行う。

【００２７】

【表２】

【００２８】この表１及び表２に励磁シーケンスにより
ロータ２２は機械角で１８０°回転し、この励磁シーケ
ンスを２回繰返すことでロータ２２は丁度１回転するこ
とになる。また、この表１及び表２に示す励磁シーケン
スに対し、励磁順序を反転すればロータ２２を逆回転す
ることができる。

【００２９】図５は、表２の励磁シーケンスにおけるス
テータ２１とロータ２２との平衡位置の変化を示すもの
で、(a) はＡ相の第１のトランジスタ３２をオンして巻
線２１ａに通電したときの平衡位置を示し、(b) はＢ相
の第２のトランジスタ３３をオンして巻線２１ｂに通電
したときの平衡位置を示し、(c) はＣ相の第３のトラン
ジスタ３４をオンして巻線２１ｃに通電したときの平衡
位置を示している。このように平衡位置が機械角で６０
°ずつステップしながらロータ２２が回転する。

【００３０】この回転において、例えば、Ａ相からＢ相
に切換える場合には、Ａ相の巻線２１ａの電流は、巻線
中に蓄えられた磁気エネルギーが巻線の両端間に接続し
たトランジスタ３２の保護ダイオード（図示せず）を介
して巻線抵抗によって消費されるまでの期間流れ続け
る。また、Ｂ相の巻線２１ｂの電流は、同一ポールに並
設して巻装されているＡ相の巻線２１ａの一部に流れる
電流のために立上がりが遅らされることになる。

【００３１】すなわち、相切換え時には図６に示すよう
な過渡電流特性となり、転流期間Δｔが発生する。この
期間では、図７に示すような磁極分布となるため、従来
の６個のトランジスタを使用した６ステップインバータ
駆動時と同様の励磁状態が自然に加わることになるた
め、トルク変動を軽減することができる。また、このと
きのＡ相とＢ相の切換えタイミングを表２に示すように
重複して励磁する期間を設定することで、使用するトラ
ンジスタが３個になっても６ステップインバータ駆動時
と同様に３０°ステップのトルク発生状態を実現でき
る。

【００３２】図８は、各相巻線を一定電流で励磁したと
きのロータ変位に対する発生トルクの関係を示す各相の
スティフネス特性で、はＣ相のスティフネス特性、
はＡ相とＣ相を同時に励磁した２相励磁状態でのスティ
フネス特性、はＡ相のスティフネス特性、はＡ相と
Ｂ相を同時に励磁した２相励磁状態でのスティフネス特
性を示している。

【００３３】図９の(a) は、Ａ相励磁状態でロータ２２
が平衡位置となっている状態を示す図で、Ａ相電流をい
くら流しても発生トルクがゼロとなるＡ相のスティフネ
ス特性の原点（０°）の状態を示している。図９の(b)
は、Ａ相励磁時にロータ２２が(a) のＡ相平衡点より電
気角で６０°手前にあるときの状態を示す図で、この位
置よりさらに少し手前の時点でＡ相の励磁を停止すれば
図８のＦ点から立下がる点線のようにＡ相の発生トルク
が減少する。

【００３４】図９の(c) は、ロータ２２が(a) のＡ相平
衡点より電気角で１２０°手前にあるときの状態を示す
図で、Ａ相励磁状態では発生トルクが最大のＰ3 点近傍
の位置となるときの状態を示している。図９の(d) は、
ロータ２２が(a) のＡ相平衡点より電気角で１５０°手
前にあるときの状態を示す図で、この位置より以前に、
Ｃ相を励磁状態としたままＡ相を励磁すると、ステータ
２１の磁極分布は図のような分布となり、Ａ相の起磁力
による発生トルクが図８にＥ点への点線で示すように立
ち上がるので、Ｃ相の発生トルクと合成された、Ｈ−Ｅ
−Ｐ3 点を結んだトルクが得られる。

【００３５】図９の(e) は、ロータ２２が(a) のＡ相平
衡点より電気角で１８０°手前にあるときのＣ相ととも
にＡ相も励磁した２相励磁状態における磁極分布を示し
た図で、この位置での発生トルクは図８のＰ2 点の最大
トルクとなる。すなわち、Ａ相とＣ相の２相励磁におけ
るスティフネス特性は図８の曲線のように曲線より
電気角で６０°だけ位相の進んだ特性となる。図９の
(f) は、Ａ相励磁開始前のＣ相だけを励磁したときの磁
極分布を示した図である。図９の(d) 、(e) 、(f) にお
いて丸で囲んだＮ、Ｓ極はＣ相巻線２１ｃの励磁による
磁極を示し、その他はＡ相巻線２１ａの励磁による磁極
を示している。

【００３６】図９の(f) は、関係位置を電気角で１２０
°（機械角で６０°）早めた図９の(b) で示したものと
同一の状態となっているので、図８のＧ点と同じ大きさ
のＧ点のトルクが発生する。従って、Ａ相の平衡位置か
らロータ２２の回転方向とは逆方向に電気角で１５０°
〜１８０°手前にロータ２２が来たときにＣ相励磁状態
からＡ相励磁状態に切換えることにより、図８のＧ″−
Ｐ3 間やＨ−Ｅ−Ｐ3 間を結んだような特性変化をす
る。また、この位置でＡ相とＣ相の２相励磁状態からＡ
相励磁の１相励磁状態に切換えると、図８のの曲線上
からＦ´−Ｅを経ての曲線上に切換わることになる。

【００３７】このように、この３相モータにおいては、
１相励磁と２相励磁の切換えを適切に行えば、電気角６
０°毎に変化する図８のＰ1 −Ｆ″−Ｅ´−Ｐ2 −Ｆ´
−Ｅ−Ｐ3 のようなトルク変動の少ない大きなトルクが
得られる。また、その２相励磁期間を短縮すれば、の
曲線上からＧ″−Ｐ3 あるいはＨ−Ｅ−Ｐ3 のようにト
ルクを変化させることができる。

【００３８】このように、３個のトランジスタ３２，３
３，３４の励磁及び休止タイミングを適宜に調整するこ
とによって広範囲なトルク変化を極めて簡単に作り出す
ことができ、しかも、トルクの発生効率が最もよい位置
で相切換えを行わせることができ、より高効率で高速駆
動に適した３相モータを得ることができる。また、使用
するトランジスタの数を３個に減らすことができるの
で、回路部スペースの縮小及びコスト低下を図ることが
できる。さらに、励磁相の切換え時に、Ａ相とＢ相、Ｂ
相とＣ相及びＣ相とＡ相が重複して同時に励磁する期間
を設定することで、発生平均トルクを増加させることが
でき、トルク変動を低減できる。

【００３９】図１０は、ΦＡ、ΦＢ、ΦＣで示すタイミ
ングの励磁相切換えによって変化する各相の発生トルク
を各相の切換え相電流ｉΦA1、ｉΦB1、ｉΦC1とともに
時間軸を横軸として示したもので、図中点線の波形ＴΦ
A1、ＴΦB1、ＴΦC1はそれぞれ各相を単独で励磁したと
きに発生するトルクを示し、図中実線の波形Ｔ01は実際
の励磁によって発生するトルクを示している。

【００４０】また、図１１は、ΦＡ、ΦＢ、ΦＣの各相
の励磁期間において励磁開始後の一定時間及び励磁終了
前の一定時間、巻線への通電を断続的に行うようにした
もので、各相の発生トルクを各相の切換え相電流ｉΦA
2、ｉΦB2、ｉΦC2とともに時間軸を横軸として示した
もので、図中点線の波形ＴΦA2、ＴΦB2、ＴΦC2はそれ
ぞれ各相を単独で励磁したときに発生するトルクを示
し、図中実線の波形Ｔ02は実際の励磁によって発生する
トルクを示している。

【００４１】このように、励磁期間の前後の一定時間、
電流を断続させることにより、発生トルクの低い位置関
係にあるときの電流を低く抑えることができ、単位入力
電流当たりの発生トルクを増加させることができる。す
なわち、図１１の場合の電流は図１０の場合の電流の略
半分に減少するが、平均トルクは１０％程度減少するに
過ぎず、効率は改善されることになる。従って、より効
率を向上でき、高速駆動ができる。

【００４２】（第２の実施の形態）この実施の形態も多
相モータとして３相モータを使用した場合について述べ
る。図１２に示すように、この実施の形態においても第
１の実施の形態と同様、ステータ２１の各磁極に対し
て、各相毎に巻線を主磁極及びこの主磁極と隣接する一
方の磁極に、主磁極に対して隣接する磁極が異なる極性
の磁極となるように巻装している。第１の実施の形態と
異なる点は、主磁極に巻装する巻線と、この主磁極と隣
接する一方の磁極に巻装する巻線とを並列に接続した点
である。

【００４３】すなわち、Ａ相の主磁極に巻装する巻線２
１a1は、第１ポール２１-1に対して反時計回りに巻装す
るとともにこの第１ポールと対向した第４ポール２１-4
に対しても反時計回りに巻装してこれらのポールがＮ極
となり、また、この巻線２１a1と並列に接続する巻線２
１a2は、左側に隣接する第２ポール２１-2に対して時計
回りに巻装するとともにこの第２ポールと対向した第５
ポール２１-5に対しても時計回りに巻装してこれらのポ
ールがＳ極となるようにしている。

【００４４】また、Ｂ相の主磁極に巻装する巻線２１b1
は、第２ポール２１-2に対して反時計回りに巻装すると
ともにこの第２ポールと対向した第５ポール２１-5に対
しても反時計回りに巻装してこれらのポールがＮ極とな
り、また、この巻線２１b1と並列に接続する巻線２１b2
は、左側に隣接する第３ポール２１-3に対して時計回り
に巻装するとともにこの第３ポールと対向した第６ポー
ル２１-6に対しても時計回りに巻装してこれらのポール
がＳ極となるようにしている。

【００４５】また、Ｃ相の主磁極に巻装する巻線２１c1
は、第３ポール２１-3に対して反時計回りに巻装すると
ともにこの第３ポールと対向した第６ポール２１-6に対
しても反時計回りに巻装してこれらのポールがＮ極とな
り、また、この巻線２１c1と並列に接続する巻線２１c2
は、左側に隣接する第４ポール２１-4に対して時計回り
に巻装するとともにこの第４ポールと対向した第１ポー
ル２１-1に対しても時計回りに巻装してこれらのポール
がＳ極となるようにしている。

【００４６】ステータ２１に対して巻線をこのように巻
装することで、例えば、Ｂ相のＮ極ポールとＳ極ポール
の電流はそれぞれ独立して立ち上がることになるため、
Ａ相の電流によりＢ相のＳ極ポールの電流の立上がりが
遅れるという事態を防止できる。すなわち、巻線のイン
ダクタンスによる転流時の電流の立上がりの遅れを低減
できてトルク変動を少なくできる。従って、指令速度へ
の応答性がよく、より高速回転での駆動が可能になる。
なお、その他については前述した第１の実施の形態と同
様の効果が得られるものである。なお、この実施の形態
では対向するポール間に巻装する巻線を直列接続とした
が、この巻線も並列接続にしてもよい。

【００４７】（第３の実施の形態）この実施の形態も多
相モータとして３相モータを使用した場合について述べ
る。図１３に示すように、この実施の形態は、ステータ
２１の各磁極に対して、各相毎に巻線を主磁極に巻装す
るとともにこの主磁極と隣接する両方の磁極、さらにそ
の隣の磁極に、主磁極とは異なる極性の磁極となるよう
に巻装している。

【００４８】すなわち、Ａ相の主磁極に巻装する巻線２
１a1は、第１ポール２１-1に対して反時計回りに巻装す
るとともにこの第１ポールと対向した第４ポール２１-4
に対しても反時計回りに巻装してこれらのポールがＮ極
となり、また、この巻線２１a1と並列に接続する巻線２
１a2は、左側に隣接する第２ポール２１-2に対して時計
回りに巻装するとともにさらに左側に隣接する第２ポー
ル２１-2に対して時計回りに巻装してこれらのポールが
Ｓ極となり、また、この巻線２１a1と並列に接続する巻
線２１a3は、右側に隣接する第６ポール２１-6に対して
時計回りに巻装するとともにさらに右側に隣接する第５
ポール２１−５に対して時計回りに巻装してこれらのポ
ールがＳ極となるようにしている。

【００４９】なお、Ｂ相、Ｃ相についても巻き方は同様
である。ステータ２１に対して巻線をこのように巻装す
ることで、引き戻しトルクの発生を抑えることができ
る。この場合も巻線のインダクタンスによる転流時の電
流の立上がりの遅れを低減できてトルク変動を少なくで
きる。なお、その他については前述した第１の実施の形
態と同様の効果が得られるものである。

【００５０】（第４の実施の形態）この実施の形態は多
相モータとして４相モータを使用した場合について述べ
る。図１４において、２１１は８ポールの磁極を機械角
で４５度間隔に配置し、各ポールにそれぞれ巻線をバイ
ファイラ集中巻きし、反時計方向にＡ相、Ｂ相、Ｃ相、
Ｄ相、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相を形成した１８０度対称
構造のステータで、このステータ２１１内に第１の実施
の形態と同一構成の４ポールの凸極ロータを回転軸に固
定して回転自在に配置している。

【００５１】前記ステータ２１１の各磁極に対する巻線
の巻き方は、第１の実施の形態と同様、各相毎に巻線を
主磁極及びこの主磁極と隣接する一方の磁極に、主磁極
に対して隣接する磁極が異なる極性の磁極となるように
巻装している。

【００５２】すなわち、Ａ相の巻線２１１ａは、図１４
の(a) に示すように、主磁極である第１ポール２１１-1
に対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極となり、
続いて、左側に隣接する第２ポール２１１-2に対して時
計回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さらに、第２
ポールと対向した第６ポール２１１-6に対して時計回り
に巻装して同ポールがＳ極となり、続いて、右側に隣接
する主磁極である第５ポール２１１-5に対して反時計回
りに巻装して同ポールがＮ極となるようにしている。そ
して、この巻線２１１ａの一端を＋Ｅ電源端子に接続
し、他端をスイッチング素子であるトランジスタ４１を
介して接地している。

【００５３】また、Ｂ相の巻線２１１ｂは、図１４の
(b) に示すように、主磁極である第２ポール２１１-2に
対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極となり、続
いて、左側に隣接する第３ポール２１１-3に対して時計
回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さらに、第３ポ
ールと対向した第７ポール２１１-7に対して時計回りに
巻装して同ポールがＳ極となり、続いて、右側に隣接す
る主磁極である第６ポール２１１-6に対して反時計回り
に巻装して同ポールがＮ極となるようにしている。そし
て、この巻線２１１ｂの一端を＋Ｅ電源端子に接続し、
他端をスイッチング素子であるトランジスタ４２を介し
て接地している。

【００５４】また、Ｃ相の巻線２１１ｃは、図１４の
(c) に示すように、主磁極である第３ポール２１１-3に
対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極となり、続
いて、左側に隣接する第４ポール２１１-4に対して時計
回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さらに、第４ポ
ールと対向した第８ポール２１１-8に対して時計回りに
巻装して同ポールがＳ極となり、続いて、右側に隣接す
る主磁極である第７ポール２１１-7に対して反時計回り
に巻装して同ポールがＮ極となるようにしている。そし
て、この巻線２１１ｃの一端を＋Ｅ電源端子に接続し、
他端をスイッチング素子であるトランジスタ４３を介し
て接地している。

【００５５】また、Ｄ相の巻線２１１ｄは、図１４の
(d) に示すように、主磁極である第４ポール２１１-4に
対して反時計回りに巻装して同ポールがＮ極となり、続
いて、左側に隣接する第５ポール２１１-5に対して時計
回りに巻装して同ポールがＳ極となり、さらに、第５ポ
ールと対向した第１ポール２１１-1に対して時計回りに
巻装して同ポールがＳ極となり、続いて、右側に隣接す
る主磁極である第８ポール２１１-8に対して反時計回り
に巻装して同ポールがＮ極となるようにしている。そし
て、この巻線２１１ｄの一端を＋Ｅ電源端子に接続し、
他端をスイッチング素子であるトランジスタ４４を介し
て接地している。

【００５６】このように巻装することで、Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄの各相の巻線２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１
ｄは、各ポール２１１-1〜２１１-8に対して２相分づつ
一体に巻装されることになる。このような４相モータに
対し、表３に示す励磁シーケンスで各相のトランジスタ
４１，４２，４３，４４を順次選択的にオン、オフ制御
することによりステータ２１１の各磁極の励磁極性を変
化させてロータを回転させることができる。この励磁シ
ーケンスでは、Ａ相を励磁する期間において、次に励磁
すべきＢ相を重複して励磁する制御を行う。また、Ｂ相
を励磁する期間において、次に励磁すべきＣ相を重複し
て励磁する制御を行う。また、Ｃ相を励磁する期間にお
いて、次に励磁すべきＤ相を重複して励磁する制御を行
う。さらに、Ｄ相を励磁する期間において、次に励磁す
べきＡ相を重複して励磁する制御を行う。

【００５７】

【表３】

【００５８】この表３の励磁シーケンスによりロータは
機械角で１８０°回転し、この励磁シーケンスを２回繰
返すことでロータは丁度１回転することになる。また、
この表３に示す励磁シーケンスに対し、励磁順序を反転
すればロータを逆回転することができる。

【００５９】この４相モータにおいても、使用するトラ
ンジスタの数を従来の半分の４個にできる。しかも、従
来の８個のトランジスタを使用した８ステップインバー
タ駆動時と同様の励磁状態が自然に加わることになるた
め、トルク変動を軽減することができる。従って、４相
モータにおいても３相モータの場合と同様の効果が得ら
れるものである。

【００６０】なお、前述した実施の形態では３相モータ
及び４相モータに本発明を適用したものについて述べた
が必ずしもこれに限定するものではなく、５相モータや
さらに多相のモータにも適用できるものである。

【００６１】

【発明の効果】各請求項記載の発明によれば、巻線への
通電を制御するのに使用するスイッチング素子の数を減
らすことができ、これにより、回路部スペースの縮小及
びコスト低下を図ることができる。また、請求項２記載
の発明によれば、さらに、巻線のインダクタンスによる
転流時の電流の立上がりの遅れを低減できてトルク変動
を少なくできる。また、請求項３記載の発明によれば、
さらに、発生する平均トルクを増加させることで、より
トルク変動を低減できる。

【００６２】また、請求項４及び５記載の発明によれ
ば、さらに、効率を向上でき、高速駆動ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す３相モータ全
体の縦断面図。

【図２】同実施の形態におけるロータの磁極とステータ
の励磁相との関係を示す平面図。

【図３】同実施の形態におけるステータの各磁極に対す
る巻線の巻き方を説明するための図。

【図４】図３における巻線の巻き方を各相毎に分離して
説明するための図。

【図５】同実施の形態における各相でのステータとロー
タとの平衡位置を示す図。

【図６】同実施の形態における相切換え時の過渡電流特
性を示す図。

【図７】同実施の形態における２相励磁時の磁極分布を
示す図。

【図８】同実施の形態におけるロータの変位に対する発
生トルクの関係を示すスティッフネス特性図。

【図９】同実施の形態におけるロータの平衡位置及びそ
の手前の各位置での磁極分布と発生トルクとの関係を説
明するための図。

【図１０】同実施の形態における各相の励磁切換えタイ
ミングと発生トルク、相電流との関係を示す波形図。

【図１１】同実施の形態において励磁期間の前後で巻線
への通電を断続させたときの各相の励磁切換えタイミン
グと発生トルク、相電流との関係を示す波形図。

【図１２】本発明の第２の実施の形態におけるステータ
の各磁極に対する巻線の巻き方を説明するための図。

【図１３】本発明の第３の実施の形態におけるステータ
の各磁極に対する巻線の巻き方を説明するための図。

【図１４】本発明の第４の実施の形態におけるステータ
の各磁極に対する巻線の巻き方を説明するための図。

【図１５】従来の３相モータの構成を示す図。

【図１６】従来の駆動回路の構成を示す図。

【符号の説明】

２１…ステータ ２２…凸極ロータ ２６…永久磁石

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H019 AA07 CC02 CC03 DD01 DD09 DD10 5H560 BB04 BB12 EB01 EC02 EC09 UA02 XB01 5H576 BB03 DD02 DD05 HA02 HB01 5H580 BB10 CA02 CA08 EE02 5H621 BB10 GA01 GA04 GB10 HH01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ相（但し、ｎ≧３の整数）で、ｎ×ｍ
   （但し、ｍ≧１の整数）個の磁極を有するステータと、
   永久磁石を備え、２ｍ個の磁極を有するロータからなる
   多相モータにおいて、 前記ステータは、各相毎に巻線を主磁極及びこの主磁極
   と隣接する少なくとも一方の磁極に、主磁極に対して隣
   接する磁極が異なる極性の磁極となるように巻装し、 前記ステータの各相毎の巻線を個々にスイッチング素子
   を介して駆動電源に接続し、前記各スイッチング素子を
   順次スイッチング動作させることで前記ステータの各磁
   極の励磁極性を変化させて前記ロータを回転することを
   特徴とする多相モータ。
2. 【請求項２】 各相毎に主磁極に巻装する巻線と隣接す
   る磁極に巻装する巻線を並列に接続したことを特徴とす
   る請求項１記載の多相モータ。
3. 【請求項３】 各相の励磁期間において次に励磁すべき
   相と重複して励磁する期間を設定したことを特徴とする
   請求項１又は２記載の多相モータ。
4. 【請求項４】 各相の励磁期間における励磁開始後の一
   定時間及び励磁終了前の一定時間、巻線への通電を断続
   的に行うことを特徴とする請求項３記載の多相モータ。
5. 【請求項５】 １相の巻線のみで励磁したときのロータ
   の平衡位置から、このロータの回転方向とは逆方向に電
   気角で１５０°〜１８０°回転した手前の位置に前記ロ
   ータが達したとき、前記巻線への通電を開始する制御を
   行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１記載
   の多相モータ。