JP2003088083A - Motor drive system having inductor in stator - Google Patents

Motor drive system having inductor in stator

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JP2003088083A
JP2003088083A JP2001229361A JP2001229361A JP2003088083A JP 2003088083 A JP2003088083 A JP 2003088083A JP 2001229361 A JP2001229361 A JP 2001229361A JP 2001229361 A JP2001229361 A JP 2001229361A JP 2003088083 A JP2003088083 A JP 2003088083A
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rotor
electric machine
phase
stator
drive system
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JP2001229361A
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Japanese (ja)
Inventor
Masabumi Sakamoto
正文 坂本
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Nidec Advanced Motor Corp
Original Assignee
Nidec Servo Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive system which realizes an optimum drive system of a drum or the like for an electric vehicle, a robot conveying vehicle and a copier, and to provide the motor drive system having a function as an optimum actuator for its drive. SOLUTION: A rotary electric machine comprises a stator 62 having main poles A1 to C2 provided radially from an annular magnetic element at the outside and a winding 61 wound on the poles A1 to C2 and having an inductor made of a plurality of magnetic teeth at distal ends of the main poles A1 to C2, and a rotating armature type permanent magnet rotor 52 having N poles and S poles alternatively disposed in an inner circumferentially rotating direction at an air gap and opposed to the stator 62. In this machine, a shell 50 such as a tire, a drum, a table or the like is mounted on an outer periphery or a side face of the rotor 52. In addition, a deformation shown in Fig. is considered.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、概括的には電動機
駆動システムに関し、より具体的には、ゴルフの電動カ
ートや、電動スクータ、電気自動車、ロボット搬送車に
用いられる電動機駆動システム、また、インデックステ
ーブル駆動、複写機等のドラム駆動、又は遊戯機械等に
用いられる電動機駆動システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to an electric motor drive system, and more specifically, to an electric motor drive system used in an electric golf cart, an electric scooter, an electric vehicle, a robot carrier, and The present invention relates to an index table drive, a drum drive of a copying machine or the like, or an electric motor drive system used in a game machine or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、電気自動車の電動機は、永久
磁石式のブラシレスモータ、又は永久磁石を用いないレ
ラクタンス式のブラシレスモータを使用している。ま
た、複写機の転写ドラムやレーザービームプリンタのド
ラム駆動モータは内転型モータに減速体を付けて使用し
ていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, an electric motor of an electric vehicle uses a permanent magnet type brushless motor or a reluctance type brushless motor that does not use a permanent magnet. Further, a transfer drum of a copying machine or a drum driving motor of a laser beam printer has been used with an adder type motor provided with a speed reducer.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な従来の電動機駆動システムの構成では、次のような問
題があった。 (1)電動機の固定子の各主極の先端に磁歯から成る誘
導子を有していないため、回転子の極数が少なく低速時
のトルクが小さい。 (2)減速体を使用しないダイレクト駆動をする場合
は、回転子の極数を大きく取る必要があり、その場合
は、固定子主極数(スロット数と同じ)が多くなり、固
定子内径が大きくなり、モータサイズが大きくなる。 (3)減速体を使用する場合でも、回転子極数が少ない
と減速比が大きくなる。 (4)クローズドループ駆動の場合、誘導子が固定子に
なく、かつ、駆動が簡単で、トルクが大きな3相方式で
ないため、高価で、低速時のトルクが小さいという問題
があった。
By the way, the conventional electric motor drive system as described above has the following problems. (1) Since there is no inductor formed of magnetic teeth at the tip of each main pole of the stator of the electric motor, the number of rotor poles is small and the torque at low speed is small. (2) In the case of direct drive without using a speed reducer, it is necessary to increase the number of rotor poles. In that case, the number of main stator poles (same as the number of slots) increases and the inner diameter of the stator increases. Larger, larger motor size. (3) Even when the speed reducer is used, the reduction ratio becomes large when the number of rotor poles is small. (4) In the case of the closed loop drive, there is a problem that the inductor is not provided in the stator, the drive is simple, and the torque is not large in the three-phase system.

【0004】本発明は、上記課題(問題点)を解決し、
電気自動車、ロボット搬送車、複写機のドラム等の最適
駆動方式を実現した固定子の各主極の先端に磁歯から成
る誘導子を有する電動機駆動システムを提供することを
目的とする。
The present invention solves the above problems (problems),
It is an object of the present invention to provide an electric motor drive system having an inductor composed of magnetic teeth at the tip of each main pole of a stator that realizes an optimum drive system for an electric vehicle, a robot carrier, a drum of a copying machine, or the like.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の固定子に誘導子を有する電動機駆動システ
ムは、請求項1に記載のものでは、環状磁性体から放射
状に外側に設けられた各主極に巻線が巻かれ、それら各
主極の先端に複数の磁歯から成る誘導子を有する固定子
と、エヤギャップを保って内周回転方向にN極S極が交
互に配置された外転型永久磁石回転子とが対向する回転
電機において、前記回転子の外周部又は側面部に、タイ
ヤ、ドラム、テーブル等の外転体を装着した構成とし
た。
In order to solve the above-mentioned problems, a motor drive system having an inductor in a stator according to the present invention is, according to the first aspect, provided radially outward from an annular magnetic body. A winding is wound around each of the main poles, and a stator having an inductor composed of a plurality of magnetic teeth at the tips of the main poles and an N pole and an S pole are alternately arranged in the inner circumferential rotation direction while maintaining an air gap. In the rotating electric machine facing the abduction type permanent magnet rotor, an abductor such as a tire, a drum or a table is attached to the outer peripheral portion or the side surface portion of the rotor.

【0006】請求項2に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、環状磁性体から放射状に外側
に設けられた各主極に巻線が巻かれ、それら各主極の先
端に複数の磁歯から成る誘導子を有する固定子と、エヤ
ギャップを保って内周に磁歯を有した磁性体よりなる回
転子を配置した外転型回転子とが対向する回転電機にお
いて、前記回転子の外周部又は側面部に、タイヤ、ドラ
ム、テーブル等の外転体を装着した構成とした。
According to another aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system having a stator and an inductor, wherein a winding is wound around each main pole radially outward from an annular magnetic body, and a plurality of windings are provided at the tips of each main pole. A rotor having an inductor composed of magnetic teeth and an outer rotation type rotor in which a rotor made of a magnetic material having magnetic teeth on the inner circumference is arranged while maintaining an air gap, are opposed to each other. An outer rotating body such as a tire, a drum, or a table is attached to the outer peripheral portion or the side surface portion of the above.

【0007】請求項3に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、請求項1又は2に記載の回転
電機において、上記回転子の外周部又は側面部に、該回
転電機の回転軸と出力が同心の減速体の出力部を経由し
て、タイヤ、ドラム、テーブル等の外転体を装着した構
成とした。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system including a stator and a stator, wherein in the rotary electric machine according to the first or second aspect, a rotary shaft of the rotary electric machine is provided on an outer peripheral portion or a side surface portion of the rotor. The output is concentric with the output part of the speed reducer, and the abduction body such as tires, drums, and tables is attached.

【0008】請求項4に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、請求項1乃至3のいずれかに
記載の回転電機において、上記固定子が3相巻線構造で
ある構成とした。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system including a stator and a stator. In the rotary electric machine according to any of the first to third aspects, the stator has a three-phase winding structure. .

【0009】請求項5に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、上記の請求項1乃至3のいず
れかに記載の回転電機、又は、請求項1及び2のいずれ
かに記載の回転電機を内転型とした回転電機、或いはこ
の内転型で回転子歯数がPである3相HB型回転電機に
おいて、該回転電機の印加電圧をバッテリーの電圧をチ
ョッパー昇降圧して使用する構成とした。但し、P=m
(3n±1)で、mは1相当たりの固定子主極数で1以
上の整数、又はP=k(6n±1)、2kは1相当たり
の固定子主極数、またk及びnは1以上の整数である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system having a stator and an inductor, the rotating electric machine according to any one of the first to third aspects, or the rotating electric machine according to any of the first and second aspects. In a rotating electric machine in which the rotating electric machine is an inversion type, or in a three-phase HB type rotating electric machine in which the number of rotor teeth is P in this inversion type, the voltage applied to the rotating electric machine is used by stepping up and down the voltage of the battery. It was configured. However, P = m
(3n ± 1), m is the number of main stator poles per phase, an integer of 1 or more, or P = k (6n ± 1), 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n Is an integer of 1 or more.

【0010】請求項6に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、上記の請求項1乃至3のいず
れかに記載の回転電機、又は、請求項1及び2のいずれ
かに記載の回転電機を内転型とした回転電機、或いは、
この内転型で回転子歯数がPである3相HB型回転電機
において、該回転電機の速度起電力に対する電流の位相
を制御するように構成した。但し、P=m(3n±1)
で、mは1相当たりの固定子主極数で1以上の整数、又
はP=k(6n±1)、2kは1相当たりの固定子主極
数、またk及びnは1以上の整数である。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system having an inductor on a stator, the rotary electric machine according to any one of the first to third aspects, or the one of the first and second aspects. A rotating electric machine that is an inversion type rotating electric machine, or
In this adder-type, three-phase HB type rotating electric machine having the number of rotor teeth of P, the phase of the current with respect to the speed electromotive force of the rotating electric machine is configured to be controlled. However, P = m (3n ± 1)
Where m is the number of main stator poles per phase and is an integer of 1 or more, or P = k (6n ± 1), 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n are integers of 1 or more. Is.

【0011】また、請求項7に記載の固定子に誘導子を
有する電動機駆動システムでは、上記請求項1乃至3の
いずれかに記載の回転電機、又は、請求項1及び2のい
ずれかに記載の回転電機を内転型とした回転電機、或い
は、回転子歯数がPのHB型又は回転子極数が2Pの
N、S交互磁化した円筒型の主極数が3m個又は6k個
の3相巻線の外転又は内転型である3相回転電機におい
て、回転子の位置情報を得て、巻線の励磁タイミングを
得るように構成した。但し、P=m(3n±1)但し、
mは1相当たりの固定子主極数で1以上の整数、又はP
=k(6n±1)、2kは1相当たりの固定子主極数、
またk及びnは1以上の整数である。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system including a stator and an inductor, the rotating electric machine according to any one of the first to third aspects, or any one of the first and second aspects. Of the rotating electric machine of which the rotating electric machine is an inversion type, or of the HB type having the number of rotor teeth of P or the cylindrical type of N- and S-alternately magnetized rotor having the number of rotor poles of 2P is 3m or 6k. In a three-phase rotating electric machine, which is an outer rotation or inner rotation type of the three-phase winding, the position information of the rotor is obtained and the excitation timing of the winding is obtained. However, P = m (3n ± 1)
m is the number of main stator poles per phase, an integer of 1 or more, or P
= K (6n ± 1), 2k is the number of main stator poles per phase,
Further, k and n are integers of 1 or more.

【0012】請求項8に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、上記請求項1乃至3のいずれ
かに記載の回転電機、又は、請求項1及び2のいずれか
に記載の回転電機を内転型とした回転電機、或いは、回
転子歯数がPのHB型又は回転子極数が2PのN、S交
互磁化した円筒型の主極数が3m個又は6k個の3相巻
線の外転又は内転型である3相回転電機において、回転
子の現在位置の軸に対し、γ度進んだ3相交流又はマイ
クロステップ或いはフルステップ励磁による回転磁界軸
を励磁するように構成した。但し、P=m(3n±1)
但し、mは1相当たりの固定子主極数で1以上の整数、
又はP=k(6n±1)、2kは1相当たりの固定子主
極数、またk及びnは1以上の整数である。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system including a stator and a stator. The rotating electric machine according to any one of the first to third aspects, or the rotating electric machine according to the first or second aspect. Rotating electric machine with an adder type of electric machine, or HB type with P number of rotor teeth or N, S alternating magnetized cylindrical type with 2P rotor poles, 3 phase with 3m or 6k main poles In a three-phase rotating electric machine, which is an outer-rotating or inner-rotating type of winding, to excite the rotating magnetic field axis by γ-degree advanced three-phase AC or micro step or full step excitation with respect to the axis of the current position of the rotor. Configured. However, P = m (3n ± 1)
However, m is the number of main stator poles per phase, an integer of 1 or more,
Alternatively, P = k (6n ± 1), 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n are integers of 1 or more.

【0013】請求項9に記載の固定子に誘導子を有する
電動機駆動システムでは、請求項8に記載のものにおい
て、γ=90゜(電気角)に構成した。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an electric motor drive system having a stator and an inductor, wherein γ = 90 ° (electrical angle).

【0014】さらに、請求項10に記載の誘導子を有す
る電動機駆動システムでは、請求項8に記載のものにお
いて0<γ≦90゜では、オープンループのステッピン
グモータとして、また、γが90゜を越えたらクローズ
ドループのブラシレスモータとして駆動するように構成
した。
Further, in the electric motor drive system having the inductor according to the tenth aspect of the present invention, when 0 <γ ≦ 90 ° in the eighth aspect, as an open loop stepping motor, γ is 90 °. It was configured to drive as a closed-loop brushless motor when it exceeded.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1乃至図8を用いて、本発明の
固定子に誘導子を有する電動機駆動システム(以下、
「電動機駆動システム」という場合がある。)の第1乃
至第7の各実施の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION With reference to FIGS. 1 to 8, an electric motor drive system having an inductor in a stator of the present invention (hereinafter, referred to as
It may be called "motor drive system". ) First to seventh embodiments will be described.

【0016】第1の実施の形態:先ず、本発明の電動機
駆動システムの第1の実施の形態について、図1乃至図
3を用いて説明する。なお、本実施の形態のものは、請
求項1に対応する。図1は、本発明の電動機駆動システ
ムの第1の実施の形態を示す正面図である。図2は、図
1の縦断側面図である。また、図3は、第1の実施の形
態において、適用可能な他の回転子の形状を示す斜視図
である。
First Embodiment: First, a first embodiment of the electric motor drive system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The one according to the present embodiment corresponds to claim 1. FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of an electric motor drive system of the present invention. 2 is a vertical side view of FIG. Further, FIG. 3 is a perspective view showing another rotor shape applicable in the first embodiment.

【0017】図1に示すように、本実施の形態の電動機
駆動システム10の主要構成は、永久磁石よりなるアウ
ターロータ型回転子52、内周部にN極、S極交互に磁
極を持つ磁性体でできた固定子62、タイヤやドラム等
の外転体50である。固定子62は、放射状に構成され
た複数の主極(図1では12個)A1〜C2に巻線61
が捲かれて、エヤギャップを介して回転子52の磁極部
と対向している。なお、64は中空の固定軸である。こ
の場合、回転子52の極対数(NとSのペア数)が多い
ほど一般には大きなトルクとなり、また、低速時、滑ら
かに回転する。しかし、回転子52の極対数を増やすに
しても、それに対応して、固定子62の主極数を増やす
ことは、コイル数が増加し複雑高価になるため限界があ
る。
As shown in FIG. 1, the main components of the motor drive system 10 of the present embodiment are an outer rotor type rotor 52 made of a permanent magnet and a magnet having N poles and S poles alternately on the inner circumference. A stator 62 made of a body and an abduction body 50 such as a tire or a drum. The stator 62 includes windings 61 on a plurality of radially arranged main poles (12 in FIG. 1) A1 to C2.
Is wound and faces the magnetic pole portion of the rotor 52 via the air gap. In addition, 64 is a hollow fixed shaft. In this case, generally, the larger the number of pole pairs of the rotor 52 (the number of pairs of N and S), the larger the torque becomes, and the rotor 52 rotates smoothly at low speed. However, even if the number of pole pairs of the rotor 52 is increased, increasing the number of main poles of the stator 62 correspondingly has a limit because the number of coils increases and the cost becomes complicated.

【0018】そこで、本実施の形態の電動機駆動システ
ム10では、図1に示すように各主極A1〜C2の先端
には複数の誘導子歯を設け、回転子52の磁極と対向さ
せる。なお、図1において、51は、アウターロータ型
回転子52の磁性体バックヨークであり、この磁性体バ
ックヨーク51がある方が望ましい。
Therefore, in the electric motor drive system 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of inductor teeth are provided at the tips of the main poles A1 to C2 so as to face the magnetic poles of the rotor 52. In FIG. 1, reference numeral 51 denotes a magnetic body back yoke of the outer rotor type rotor 52, and it is preferable that the magnetic body back yoke 51 is provided.

【0019】図2において、64は固定軸、65は軸
受、66、67は夫々両サイドのブラケットである。ま
た、回転子52は、図1に示すように、リング状の一体
磁石だけで構成される永久磁石回転子の構成には限定さ
れない。例えば、図3のようにクローポール状の磁性体
よりなる回転子磁極54を2個用いて、軸方向に2極磁
化した永久磁石53をサンドイッチ状に組み合わせて挟
んで構成した特殊ハイブリッド型回転子(以下ハイブリ
ッド型回転子をHB型回転子という)の構成にしても良
い。
In FIG. 2, 64 is a fixed shaft, 65 is a bearing, and 66 and 67 are brackets on both sides, respectively. Further, as shown in FIG. 1, the rotor 52 is not limited to the configuration of a permanent magnet rotor configured only by a ring-shaped integral magnet. For example, as shown in FIG. 3, a special hybrid rotor constructed by using two rotor magnetic poles 54 made of a claw pole-shaped magnetic material and sandwiching permanent magnets 53 magnetized in the axial direction with two poles in a sandwich shape. The hybrid rotor may be referred to as an HB rotor hereinafter.

【0020】第2の実施の形態:本発明の電動機駆動シ
ステムの第2の実施の形態を図4及び図5を用いて説明
する。なお、本実施の形態は、請求項2に対応するもの
である。図4は、本発明の電動機駆動システムの第2の
実施の形態を示す正面図である。図5は、図4の縦断側
面図である。なお、図4、図5において、第1の実施の
形態のものと共通の構成部品は同一番号を付し、その説
明は省略する。
Second Embodiment: A second embodiment of the electric motor drive system of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The present embodiment corresponds to claim 2. FIG. 4 is a front view showing a second embodiment of the electric motor drive system of the present invention. FIG. 5 is a vertical side view of FIG. In FIGS. 4 and 5, the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0021】本実施の形態における電動機駆動システム
12は、図4に示すように、回転子60が磁性体よりな
る歯を有する場合で、回転子60が、図1の場合と同じ
固定子62と対向している。この場合は、回転子60を
多極磁化しないので、図1の場合より分解能を大きくで
きるが、永久磁石界磁でないので励磁電流に対し発生ト
ルクが非線形になりやすい欠点があり制御性に難があ
る。しかし、一方で、安価となる等の長所がある。
As shown in FIG. 4, the electric motor drive system 12 according to the present embodiment has a rotor 60 having teeth made of a magnetic material, and the rotor 60 has the same stator 62 as that shown in FIG. Facing each other. In this case, since the rotor 60 is not multipolarly magnetized, the resolution can be increased as compared with the case of FIG. 1, but since it is not a permanent magnet field, the generated torque is likely to be nonlinear with respect to the exciting current, and controllability is difficult. is there. However, on the other hand, there are advantages such as low cost.

【0022】以上の図1乃至図5に図示した電動機駆動
システム10、12に用いる回転電機は3相式である。
3相式はスター結線やデルタ結線ができ3端子駆動とな
り、駆動が他の相に比較し簡単となる。また、界磁や電
流に含まれる第3高調波の影響を受けない滑らかな回転
が得やすい回転電機である。従って、電動自動車等には
3相機は適したアクチュエータといえる。これは請求項
4に対応したものである。
The rotary electric machine used in the electric motor drive systems 10 and 12 shown in FIGS. 1 to 5 is of a three-phase type.
The three-phase type can be star-connected or delta-connected and has three-terminal drive, which makes driving easier than other phases. Further, it is a rotating electric machine in which smooth rotation is easily obtained without being affected by the third harmonic contained in the field or current. Therefore, it can be said that the three-phase machine is a suitable actuator for electric vehicles and the like. This corresponds to claim 4.

【0023】第3の実施の形態:本発明の電動機駆動シ
ステムの第3の実施の形態を、図6(A)、(B)を用
いて説明する。図6(A)、(B)は、本実施の形態の
電動機駆動システム14の構成を示す図で、同図(A)
は縦断側面図、同図(B)は同図(A)のVIB−VI
B線に沿う径方向断面図である。なお、図6(A)、
(B)において、第1及び第2の実施の形態と共通の構
成部品は同一番号を付し、その説明は省略する。
Third Embodiment: A third embodiment of the electric motor drive system of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 (A) and 6 (B). FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the configuration of the electric motor drive system 14 of the present embodiment, and FIG.
Is a vertical side view, and FIG. 6B is VIB-VI in FIG.
It is a radial direction sectional view which follows the B line. Note that FIG.
In (B), the same components as those of the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0024】図6(A)、(B)に示すように、本実施
の形態の電動機駆動システム14は、請求項3の記載に
対応したもので、入力側回転軸22と同心で減速し出力
する遊星ギヤ減速体又はハーモニック減速体20を、本
実施の形態の電動機駆動システム14に用いる内部構成
の図示を省略した外転型電動機としての回転電機21の
回転子の外周又は側面につけるものである。ここで、図
6(A)に示すものでは、減速体20を側面に付け、減
速体20の出力外周等に外転体50を付けたものであ
る。この場合は、モータ単体に比較し構造は複雑となる
が、大きなトルクが得られる。なお、図6(A)、
(B)では減速体20として、遊星ギヤ減速体20の構
成を示しており、この場合、遊星ギヤ減速体20は、内
歯車23、遊星歯車24及び回転軸22と連結している
太陽歯車25とで構成されている。このように回転電機
21と同軸の減速体である遊星ギヤ減速体又はハーモニ
ック減速体20を搭載することでコンパクトな且つ大ト
ルクの駆動システムとなる。この場合、負荷イナーシャ
のモータ軸換算値は小さくできる。
As shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B), the electric motor drive system 14 of the present embodiment corresponds to the third aspect of the invention, and is decelerated concentrically with the input side rotary shaft 22 to output. The planetary gear speed reducer or the harmonic speed reducer 20 is attached to the outer circumference or the side surface of the rotor of the rotating electric machine 21 as an outer rotation type electric motor whose internal configuration used in the electric motor drive system 14 of the present embodiment is omitted. is there. Here, in the one shown in FIG. 6 (A), the speed reducer 20 is attached to the side surface, and the abduction body 50 is attached to the output outer periphery of the speed reducer 20. In this case, the structure is more complicated than that of the motor alone, but a large torque can be obtained. Note that FIG.
In (B), the structure of the planetary gear speed reducer 20 is shown as the speed reducer 20, and in this case, the planetary gear speed reducer 20 is connected to the internal gear 23, the planetary gear 24, and the rotary shaft 22 and the sun gear 25. It consists of and. As described above, by mounting the planetary gear speed reducer or the harmonic speed reducer 20 that is a speed reducer coaxial with the rotary electric machine 21, a compact and large torque drive system is provided. In this case, the load shaft converted value of the motor can be reduced.

【0025】なお、この場合、減速比は従来のモータで
の場合に対し、約(1/25)で良い。何故なら、従来
のこれらの用途に使用されているモータの極数は平均4
極であるが、本発明の電動機駆動システムに用いるモー
タでは100極が平均値であるからである。さらに、同
心型減速体なので、一般的な偏心型に対しコンパクトに
できる。
In this case, the reduction ratio may be about (1/25) as compared with the case of the conventional motor. Because the number of poles of the motor used in these conventional applications is 4 on average.
This is because 100 poles are the average value in the motor used in the electric motor drive system of the present invention. Further, since it is a concentric type speed reducer, it can be made compact as compared with a general eccentric type.

【0026】モータ回転子極対数をP、ギャップ磁束密
度をB、巻線のコイル巻数をn、電流をI、発生トルク
をT、回転子電気角速度をω、その機械角速度をωm
すると、次の2式が成立する。 T=P・B・n・I (1) ωm=ω/P (2)
If the number of pole pairs of the motor rotor is P, the gap magnetic flux density is B, the number of coil turns of the winding is n, the current is I, the generated torque is T, the rotor electrical angular velocity is ω, and its mechanical angular velocity is ω m , The following two equations are established. T = P ・ B ・ n ・ I (1) ω m = ω / P (2)

【0027】これにより、トルクTは極対数Pに比例し
て大きくなること、回転子の機械角速度ωmはPが大き
いと小さいことが分かる。即ち、本実施の形態に用いる
モータは、低速大トルクモータである。これは電気自動
車などには適した特性である。何故なら、電気自動車は
起動時に大きなトルクが必要で、高速ほどトルクは少な
くて良いからである。
From this, it can be seen that the torque T increases in proportion to the number P of pole pairs, and that the mechanical angular velocity ω m of the rotor decreases as P increases. That is, the motor used in this embodiment is a low-speed large-torque motor. This is a characteristic suitable for electric vehicles and the like. This is because the electric vehicle needs a large torque at the time of starting, and the higher the speed, the smaller the torque may be.

【0028】しかし、高速でも大きなトルクを必要とす
る場合もあるが、その場合の本発明の電動機駆動システ
ムに適した2つの駆動技術を述べる。なお、請求項1と
請求項2に述べたモータは外転ホイールインモータに適
した外転型(アウターロータ)モータであるが、次の2
つの駆動技術は多極で誘導子付モータなら内転型の構成
のものにも当然適用可能のものである。
However, there are cases where a large torque is required even at a high speed, and in this case, two driving techniques suitable for the electric motor drive system of the present invention will be described. The motor described in claim 1 and claim 2 is an outer rotor type motor (outer rotor) suitable for an outer wheel wheel-in motor.
The two drive technologies are naturally applicable to motors with multiple poles and an inversion type structure for motors with an inductor.

【0029】中でも、磁性体より成る歯数Pのギヤ状体
2個を互いに1/2ピッチずらして軸方向に磁化した永
久磁石を挟持したHB型回転子を使用した3相HB型回
転電機の構成のものでは、スター、デルタ駆動ができ、
高分解能も得られるコストパフォーマンスに優れたアク
チュエータの機能を行わせることができる。この場合、
回転子の歯数をPとすれば、P=m(3n±1)又はP
=k(6n±1)で、3相HB型回転電機が成立する。
この場合、後者の式は前者の式におけるmがm=2kに
相当するもので、P=2k(6n±1)/2の式から導
き出されるものである。但し、前者の式の場合は、mは
1相当たりの固定子主極数で1以上の整数、後者の式の
場合は2kは1相当たりの固定子主極数、またk及びn
は1以上の整数である。例えば、m=4の12スロット
式固定子で、n=8、でP=100のステッピングモー
タで示せばステップ角0.6゜となる。m=2で6スロ
ット、n=8でP=50、ステップ角1.2゜となる。
Above all, a three-phase HB type rotating electric machine using an HB type rotor in which two gear-like bodies made of a magnetic material and having a number of teeth P are offset from each other by 1/2 pitch and a permanent magnet magnetized in the axial direction is sandwiched therebetween is used. With the configuration, you can drive star and delta,
It is possible to perform the function of the actuator with excellent cost performance that can also obtain high resolution. in this case,
If the number of teeth of the rotor is P, then P = m (3n ± 1) or P
= K (6n ± 1), the three-phase HB type rotary electric machine is established.
In this case, the latter equation corresponds to m = 2k in the former equation, and is derived from the equation of P = 2k (6n ± 1) / 2. However, in the case of the former formula, m is the number of main stator poles per phase and is an integer of 1 or more, and in the case of the latter formula 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n.
Is an integer of 1 or more. For example, with a 12-slot stator with m = 4 and a stepping motor with n = 8 and P = 100, the step angle is 0.6 °. When m = 2, 6 slots, when n = 8, P = 50, and step angle is 1.2 °.

【0030】この場合、式(1)の電流Iは次式とな
る。 I=V/(P・ωm・L) (3) ωmが大きいとき、Iを大きくするには印加するVを大
きくする必要がある。なお、ここで、Lはインダクタン
スである。このためには、バッテリーの電圧を双方向P
WMチョッパー等で高周波電流を作りトランス等で昇圧
し印可する。低速時はPWMチョッパーで低周波電流を
作り、逆にバッテリー電圧より降圧で駆動することで最
適駆動に近いものとなる。また、トルクTは T=(EI)/ωm (4) と、表せる。ここで、Eは速度起電力である。このと
き、特に、オープンループで駆動するとEとIの位相が
重要になる。一般に低速、中速では両者の位相が異なり
効率が悪いが高速では一致し効率は良くなる。そこで、
例えば、回転子の位相と電流の位相を一定にする位相固
定制御(Phase-locked loop cotrol;PLL制御)を行
うようにすれば、この問題は解決される。これらの各駆
動制御は請求項5及び6に相当するものである。なお、
EとIの位相をδとすると、EIcosδが有効電力と
なるため、(4)式は次の(5)式に書き換えられて、
δ=0の時にトルクTは最大となる。 T=EIcosδ/ωm (5) また、Eはωmに比例するためE/ωmを一定となるよう
にすると、δを一定に制御すれば、トルクTは各ωm
対し一定値をとることができる。
In this case, the current I in the equation (1) is given by the following equation. I = V / (P · ω m · L) (3) When ω m is large, it is necessary to increase the applied V to increase I. Here, L is the inductance. To do this, change the battery voltage to
Apply a high-frequency current with a WM chopper to boost the voltage with a transformer. At low speed, the PWM chopper creates a low-frequency current, and on the contrary, driving is performed at a step-down voltage lower than the battery voltage, which is close to optimal driving. The torque T can be expressed as T = (EI) / ω m (4). Here, E is the speed electromotive force. At this time, especially when driven by an open loop, the phases of E and I become important. Generally, at low speeds and medium speeds, the phases of both are different and the efficiency is poor, but at high speeds they match and the efficiency is good. Therefore,
This problem can be solved, for example, by performing phase-locked loop control (PLL control) that keeps the rotor phase and the current phase constant. Each of these drive controls corresponds to claims 5 and 6. In addition,
Assuming that the phase of E and I is δ, EIcos δ becomes the effective power, and therefore equation (4) is rewritten as equation (5) below,
The torque T becomes maximum when δ = 0. T = EIcos δ / ω m (5) Further, since E is proportional to ω m , if E / ω m is kept constant, if δ is controlled to be constant, the torque T has a constant value for each ω m. Can be taken.

【0031】第4の実施の形態:本実施の形態のもの
は、請求項7に対応するもので、3相永久磁石式回転電
機で先端に誘導子を設けた構造であって、特に1相当た
りの固定子主極数が3(m=1の場合)や6(m=2の
場合)が有用で、この場合もP=m(3n±1)又はP
=k(6n±1)と形成することで、3相回転電機の構
造を構成し、その出力トルクを2相機や5相機に比べ大
きくすることができる。但し、前者の式の場合は、mは
1相当たりの固定子主極数で1以上の整数、後者の式の
場合は2kは1相当たりの固定子主極数、またk及びn
は1以上の整数である。即ち、この意味で、第4の実施
の形態のものは、請求項1乃至3のいずれかに記載の回
転電機、又は、請求項1及び2のいずれかに記載の回転
電機を内転型とした回転電機、或いは、回転子歯数がP
のHB型又は回転子極数が2PのN、S交互磁化した円
筒型の主極数が3m個又は6k個の3相巻線の外転又は
内転型である3相回転電機に適用できる技術ということ
ができる。この観点から本モータをクローズドルーブ制
御することは、出力が更に大きくでき、負荷を起動させ
たり脱調予防に最適なアクチュエータとしての機能を有
する電動機駆動システムとなる。このように、請求項7
に記載の本発明の第4の実施の形態のものでは、前記し
た請求項6に記載のものを実現させるために必要な具体
的手段を示すもので、回転子の現在位置を知ることによ
り、回転子よりある角度を一定になるようにコイルに電
流を流すようにしたものである。即ち、速度起動力Eは
回転子磁束φに対しE=dφ/dtとなるため、位相が
90゜遅れる。従って、回転子の位置情報が分かるとE
の位相が分かり、EIが最大になるようにIを流すタイ
ミング即ち電流の位相を制御できることになる。
Fourth Embodiment: The present embodiment corresponds to claim 7 and has a structure in which an inductor is provided at the tip of a three-phase permanent magnet type rotary electric machine, and particularly 1 equivalent. It is useful that the number of main poles of the stator is 3 (when m = 1) or 6 (when m = 2), and in this case as well, P = m (3n ± 1) or P
= K (6n ± 1), the structure of the three-phase rotating electric machine can be configured, and the output torque thereof can be made larger than that of the two-phase machine or the five-phase machine. However, in the case of the former formula, m is the number of main stator poles per phase and is an integer of 1 or more, and in the case of the latter formula 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n.
Is an integer of 1 or more. That is, in this sense, in the fourth embodiment, the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3 or the rotary electric machine according to any one of claims 1 and 2 is an inversion type. The rotating electric machine, or the number of rotor teeth is P
HB type or N- or S-cylindrical type with 2P rotor poles, which can be applied to a three-phase rotating electric machine having an outer rotation or inner rotation type of three-phase windings with 3m or 6k main poles in a cylindrical shape. It can be called technology. From this point of view, the closed-loop control of this motor provides an electric motor drive system that can further increase the output and has a function as an actuator that is most suitable for starting a load and preventing out-of-step. Thus, claim 7
In the fourth embodiment of the present invention described in (4), specific means necessary for realizing the above-mentioned (6) is shown, and by knowing the current position of the rotor, A current is applied to the coil so that a certain angle is constant from the rotor. That is, since the velocity starting force E becomes E = dφ / dt with respect to the rotor magnetic flux φ, the phase is delayed by 90 °. Therefore, if the position information of the rotor is known, E
Therefore, the timing of flowing I, that is, the phase of the current can be controlled so that EI becomes maximum.

【0032】第5の実施の形態、第6の実施の形態:次
に、請求項8に記載の本発明の第5の実施の形態及び請
求項9に記載の本発明の第6の実施の形態について、夫
々図7(A)、図7(B)及び図8(A)、図8(B)
を用いて説明する。効率が良く、トルクが2相機や5相
機より大きい3相機ステッピングモータを進み角制御す
ることで2相機等のそれよりトルク特性に優れ振動や騒
音の小さいアクチュエータとしての機能を有する電動機
駆動システムとすることができる。図7(A)は、3相
機の120゜通電による2相励磁の各相電流ia、i
b、icの電流シーケンス図である。これらの電流を3
相機に流した場合の回転磁界Fのベクトル図を、図7
(A)の時点t1、t2、t3の各場合について示すと、
図7(B)のようになる。即ち、回転磁界Fは、t1
らt2で60゜、t2からt3で更に60゜と60゜飛び
に移動する。Rは回転子の磁極位置を示すが、トルクT
=kFRsinγと表せる。ここで、kは定数、γは回
転磁界Fと回転子の磁極位置Rの位相角である。従っ
て、γ=90゜でトルクTは最大にできる。しかし、図
7(A)のような120゜通電の矩形波電流では、前述
したようにFは任意の位置をとることができず60゜飛
びになるので、回転子の位置によっては、γは90゜と
なり得ないことになり、トルクが低下したり、振動大等
が起きる場合がある。
Fifth Embodiment, Sixth Embodiment: Next, a fifth embodiment of the present invention described in claim 8 and a sixth embodiment of the present invention described in claim 9. Regarding the form, FIG. 7 (A), FIG. 7 (B), FIG. 8 (A), and FIG. 8 (B), respectively.
Will be explained. A three-phase machine stepping motor that is highly efficient and has a torque larger than that of a two-phase machine or a five-phase machine is used to control the lead angle to provide an electric motor drive system that has a torque characteristic superior to that of a two-phase machine and has a function as an actuator with less vibration and noise. be able to. FIG. 7A shows each phase current ia, i of two-phase excitation by 120 ° conduction of the three-phase machine.
It is a current sequence diagram of b and ic. These currents 3
Fig. 7 shows a vector diagram of the rotating magnetic field F when it is passed through the phase machine.
In each case of time points t 1 , t 2 and t 3 of (A),
It becomes like FIG.7 (B). That is, the rotating magnetic field F moves 60 ° from t 1 to t 2 and further jumps 60 ° and 60 ° from t 2 to t 3 . R indicates the magnetic pole position of the rotor, but torque T
= KFRsinγ. Here, k is a constant and γ is a phase angle between the rotating magnetic field F and the magnetic pole position R of the rotor. Therefore, the torque T can be maximized when γ = 90 °. However, with a rectangular wave current of 120 ° conduction as shown in FIG. 7 (A), as described above, F cannot take an arbitrary position and jumps by 60 °, so γ depends on the position of the rotor. Since the angle cannot be 90 °, torque may be reduced, or vibration may be large.

【0033】これに対し、電流を高分割のマイクロステ
ップとすれば、γは90゜に近づけられる。高分割マイ
クロステップの究極は図8(A)のごとき3相平衡正弦
波交流電流である。この場合の各々t1、t2、・・・・
・t7の時刻の回転磁界を図8(B)に示すが、この場
合は回転磁界ベクトルFは図7の場合のように60゜飛
びであるが時刻を例えばt1とt2の間、等に取れば60
°飛びでなく連続に任意の位置をとることができる。即
ち、図8(A)でt1とt2の任意の時刻でも電流の変化
に対応してFは位置を連続的にとることができる。この
ためγは常に90゜に保つことができる。逆に、このγ
を常に90゜になるようなFを作る電流を流してやれば
良いことになる。従って、回転子Rの現在位置を適当な
センサー等で知りγ度進み角のFを得る電流を与えるよ
うにすれば良いことになる。この理由で、電流を3相正
弦波かマイクロステップにすることが望ましい。なお、
請求項8に対応する第5の実施の形態の主極数について
いえば、これも第4の実施の形態の場合と同様、請求項
1乃至3のいずれかに記載の回転電機、又は、請求項1
及び2のいずれかに記載の回転電機を内転型とした回転
電機、或いは、回転子歯数がPのHB型又は回転子極数
が2PのN、S交互磁化した円筒型の主極数が3m個又
は6k個の3相巻線の外転又は内転型である3相回転電
機に適用できる技術ということができる。
On the other hand, if the current is a high-division microstep, γ can be brought close to 90 °. The ultimate of high division microstepping is a three-phase balanced sinusoidal alternating current as shown in FIG. In this case, t 1 , t 2 , ...
The rotating magnetic field at the time of t 7 is shown in FIG. 8B. In this case, the rotating magnetic field vector F is jumped by 60 ° as in the case of FIG. 7, but the time is, for example, between t 1 and t 2 . 60 if you take
° Any position can be taken continuously without jumping. That is, in FIG. 8A, F can continuously assume the position corresponding to the change of the current even at arbitrary times of t 1 and t 2 . Therefore, γ can always be maintained at 90 °. On the contrary, this γ
It suffices to pass a current that creates F so that the angle is always 90 °. Therefore, it suffices to know the current position of the rotor R with an appropriate sensor or the like and to apply a current to obtain F of the γ degree advance angle. For this reason, it is desirable to have the current be a three-phase sinusoid or microstep. In addition,
Regarding the number of main poles of the fifth embodiment corresponding to claim 8, this is also the rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3, as in the case of the fourth embodiment, or Item 1
And a rotating electric machine in which the rotating electric machine according to any one of 2 and 2 is an inversion type, or an HB type having a number of rotor teeth of P or a cylindrical main pole number of N and S having 2P of rotor poles alternately magnetized. Can be said to be a technology applicable to a three-phase rotating electric machine having an outer rotation or inner rotation type of 3 m or 6 k three-phase windings.

【0034】第7の実施の形態:次に、請求項10に記
載の本発明の第7の実施の形態を説明する。3相永久磁
石式ステッピングモータは、図7(B)で説明したよう
に、電気角60゜がステップ角となる。また、負荷角γ
が90゜以下なら回転磁界軸に常に吸引されるトルクが
働くので、オープンループ式のステッピングモータとし
た方が安価であり、静止時も振動等もなく安定なアクチ
ュエータとなる。しかし、負荷が増大してγが90゜を
越えると、同期脱調し易くなる。この場合はクローズド
ループ式のブラシレスモータとして、γが90゜になる
ように電流を制御すれば、多極ブラシレスモータとして
安定な脱調のないアクチュエータとして機能する電動機
駆動システムとなる。これを請求項10として、記載し
たものである。
Seventh Embodiment: Next, a seventh embodiment of the present invention according to claim 10 will be described. In the three-phase permanent magnet type stepping motor, as described with reference to FIG. 7B, the electrical angle of 60 ° becomes the step angle. Also, the load angle γ
If the angle is 90 ° or less, a torque that is always attracted to the rotating magnetic field axis works, so it is cheaper to use an open loop type stepping motor, and it becomes a stable actuator that does not vibrate when stationary. However, when the load increases and γ exceeds 90 °, it becomes easy to lose synchronization. In this case, if the current is controlled so that γ is 90 ° as a closed-loop brushless motor, the electric motor drive system functions as a stable multi-pole brushless motor and an actuator that does not lose step. This is described as claim 10.

【0035】本発明は上記の各実施の形態のものに限定
されず、上述した本発明の技術思想の中で、各種の変形
が可能である。なお、本発明の誘導子付3相モータの回
転子位置情報センサとしては、光学式エンコーダやイン
ダクタンスの変化を電圧変化等に変換したレゾルバー方
式を用いればよい。また、本発明の誘導子付3相モータ
は、誘導子付の2相モータに対し同一のHB型回転子
(例えばNr=50)で比較して、総主極数の逆数にト
ルクは比例するので、例えば総主極数3mでm=2の6
主極と一般的2相HB極の8主極構造品と比較して、8
/6=1.33倍の高トルクが得られる。従って、この
モータをクローズドループ駆動しても同じ比で高トルク
となり得る2相式より優れたアクチュエータとなる。ま
た、振動トルクも2相式のものでは基本法トルクの4倍
の高調波で構成されるのに対し、本発明のモータのよう
に3相式のものでは、6倍の高調波の振動トルクのた
め、その振幅は2相式より小さくなり、3相式の振動は
2相式のものより小さくなるから、クローズドループ駆
動としても2相式のものより優れたアクチェエータとな
る。上述したインダクタンスの変化から回転子の位置を
知るレゾルバー方式の回転子位置情報センサーを請求項
6乃至10に記載の本発明の技術に使用する場合、2相
式に限定されず、むしろ3相式とすれば2相−3相変換
をしなくて済むので都合がよい。即ち、前記の段落番号
0031等で述べたP=m(3n±1)またはP=k
(6n±1)に回転子歯数を有する磁性体回転子(永久
磁石は使用しない)と固定子主極数が3mまたは6kに
巻線されたものをレゾルバー方式の回転子位置情報セン
サーとして用いればよい。例えばm=1または2で、3
または6主極で充分その役割を満たすことができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made within the technical idea of the present invention described above. As the rotor position information sensor of the three-phase motor with an inductor of the present invention, an optical encoder or a resolver system that converts a change in inductance into a voltage change may be used. In addition, in the three-phase motor with an inductor of the present invention, the torque is proportional to the reciprocal of the total number of main poles when the same HB type rotor (for example, Nr = 50) is compared with the two-phase motor with an inductor. So, for example, 6 with a total number of main poles of 3 m and m = 2
8 compared to the main pole and the general two-phase HB pole, which has 8 main poles
A high torque of /6=1.33 times is obtained. Therefore, even if this motor is closed-loop driven, it becomes an actuator superior to the two-phase type that can achieve high torque at the same ratio. Further, the vibration torque of the two-phase type is composed of four times higher harmonics than the fundamental method torque, while the three-phase type like the motor of the present invention has a vibration torque of six times higher harmonics. Therefore, the amplitude thereof is smaller than that of the two-phase type and the vibration of the three-phase type is smaller than that of the two-phase type. Therefore, the closed loop drive is an actuator superior to that of the two-phase type. When the resolver type rotor position information sensor for knowing the position of the rotor from the change of the above-mentioned inductance is used in the technique of the present invention according to claims 6 to 10, it is not limited to the two-phase type but rather the three-phase type. This is convenient because it is not necessary to perform 2-phase to 3-phase conversion. That is, P = m (3n ± 1) or P = k described in the above paragraph number 0031 and the like.
A magnetic rotor (having no permanent magnets) having a rotor tooth number of (6n ± 1) and a rotor having a main stator pole number of 3m or 6k are used as a resolver type rotor position information sensor. Good. For example, m = 1 or 2 and 3
Alternatively, the six main poles can sufficiently fulfill the role.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明の固定子に誘導子を有する電動機
駆動システムは、上記のように構成したために、以下の
ような優れた効果を有する。 (1)請求項1記載のように構成すると、次の効果があ
る。 固定子の各主極を複数の誘導子を有する構成とする
と、回転子極数を大きくとれるから、低速度で大トルク
の駆動ができる。 外転型(アウターロータ型)の構成のため、車輪又は
ドラムの内部又は側面部に回転子外部等を嵌合でき、コ
ンパクトなシステムとなる。 外転型永久磁石回転子の磁極を着磁で形成できるた
め、界磁磁束を正弦波に分布でき、低振動とすることが
できる。 (2)請求項2に記載のように構成すると、上記(1)
の、の効果のほか、回転子が内周に磁歯を形成する
構成のため構成を簡素、且つ、安価なものとすることが
できる。
Since the electric motor drive system having the stator in the stator of the present invention is configured as described above, it has the following excellent effects. (1) The configuration as described in claim 1 has the following effects. If each main pole of the stator is configured to have a plurality of inductors, the number of rotor poles can be increased, so that a large torque can be driven at a low speed. Due to the outer rotation type (outer rotor type) configuration, the rotor or the like can be fitted inside or on the side surface of the wheel or drum, and the system becomes compact. Since the magnetic poles of the outer rotor permanent magnet rotor can be formed by magnetizing, the field magnetic flux can be distributed in a sine wave, and low vibration can be achieved. (2) According to the second aspect of the present invention, the above (1)
In addition to the above effects, the rotor has magnetic teeth formed on the inner circumference, so that the structure can be simple and inexpensive.

【0037】(3)請求項3の記載のように減速体を備
えると、減速比も小さく、コンパクトな減速体が可能で
ある。 (4)請求項4の記載のように固定子が3相巻線構造で
あると、3相機とすることでスター結線やデルタ結線の
3端子駆動ができ、ドライバーが簡単になる。また、3
相機の場合は界磁や電流の第3高調波の影響を受けない
ので回転が滑らかになる。
(3) When the speed reducer is provided as described in claim 3, the speed reduction ratio is small and a compact speed reducer is possible. (4) When the stator has a three-phase winding structure as described in claim 4, a three-phase machine enables star-connected or delta-connected three-terminal drive, which simplifies the driver. Also, 3
In the case of a phase machine, the rotation is smooth because it is not affected by the field and the third harmonic of the current.

【0038】(5)請求項5に記載のように構成する
と、印加電圧をチョッパで昇降圧するため、定電流駆動
すると、高速、大トルク駆動で起動し、速度に対応して
モータへ印可電圧を変えることができるから高出力、高
効率の駆動が可能である。 (6)請求項6に記載のように、回転電機の速度起電力
に対する電流の位相を制御すると、速度に対応した最適
トルク駆動が可能となる。
(5) According to the fifth aspect of the present invention, since the applied voltage is stepped up and down by the chopper, the constant voltage drive starts at high speed and large torque drive, and the applied voltage is applied to the motor according to the speed. Since it can be changed, it is possible to drive with high output and high efficiency. (6) When the phase of the current with respect to the speed electromotive force of the rotating electric machine is controlled as described in claim 6, optimum torque driving corresponding to the speed becomes possible.

【0039】(7)請求項7に記載のように構成する
と、3相機でこれを実施することで、従来のもの(2相
機)より効率がよく低振動のアクチュエータができる。 (8)請求項8又は請求項9に記載のように構成する
と、3相機の励磁電流波形を120゜通電の短形波のみ
ならず、マイクロステップの階段状波形又は正弦波とす
ることで、進み角γの値の自由度を増し、γ=90゜も
可能とし、さらに効率改善を向上させることができる。
(7) According to the seventh aspect of the invention, by carrying out this with a three-phase machine, an actuator with a higher efficiency and a lower vibration than the conventional one (two-phase machine) can be obtained. (8) According to the eighth or ninth aspect of the present invention, the exciting current waveform of the three-phase machine is not limited to the 120 ° energizing rectangular wave, but is also a microstep staircase waveform or a sine wave. The degree of freedom of the value of the lead angle γ can be increased and γ = 90 ° can be achieved, and the efficiency can be further improved.

【0040】(9)請求項10に記載のように構成する
と、γの値により、3相ステッピングモータとして動作
したり3相ブラシレスモータとして動作したりでき、負
荷の大きさにより、最適な種類のモータで対応でき、使
用上の便利さ、負荷に適したモータによる総合特性の向
上や経済性の向上を行うことができる。
(9) According to the tenth aspect of the invention, depending on the value of γ, it can be operated as a three-phase stepping motor or a three-phase brushless motor. A motor can be used, convenience in use, and overall characteristics and economy can be improved with a motor suitable for the load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の電動機駆動システムの第1の実施の形
態を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of an electric motor drive system of the present invention.

【図2】図1の縦断側面図である。2 is a vertical side view of FIG.

【図3】第1の実施の形態において、適用可能な他の回
転子の形状を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing the shape of another rotor that can be applied in the first embodiment.

【図4】本発明の電動機駆動システムの第2の実施の形
態を示す正面図である。
FIG. 4 is a front view showing a second embodiment of the electric motor drive system of the present invention.

【図5】図4の縦断側面図である。5 is a vertical side view of FIG.

【図6】本発明の電動機駆動システムの第3の実施の形
態を示す図で、同図(A)は縦断側面図、同図(B)は
同図(A)のVIB−VIB線に沿う径方向断面図であ
る。
6A and 6B are views showing a third embodiment of the electric motor drive system of the present invention, wherein FIG. 6A is a longitudinal side view, and FIG. 6B is along the line VIB-VIB in FIG. 6A. It is a radial cross section.

【図7】本発明の電動機駆動システムの第5の実施の形
態を示す図で、同図(A)は各相電流の波形図、同図
(B)は同図(A)に示した各相電流による回転磁界の
状態を示すベクトル図である。
FIG. 7 is a diagram showing a fifth embodiment of an electric motor drive system of the present invention, in which FIG. 7A is a waveform diagram of each phase current, and FIG. 7B is each waveform shown in FIG. It is a vector diagram which shows the state of the rotating magnetic field by a phase current.

【図8】本発明の電動機駆動システムの第6の実施の形
態形態を示す図で、同図(A)は各相電流の波形図、同
図(B)は同図(A)に示した各相電流による回転磁界
の状態を示すベクトル図である。
FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of an electric motor drive system of the present invention, where FIG. 8A is a waveform diagram of each phase current, and FIG. 8B is shown in FIG. It is a vector diagram which shows the state of the rotating magnetic field by each phase current.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、12、14:電動機駆動システム 20:減速体 50:外転体 52、60:回転子 61:巻線 62:固定子 A1〜C2:主極 10, 12, 14: Electric motor drive system 20: Reducer 50: Abductor 52, 60: rotor 61: Winding 62: Stator A1 to C2: Main pole

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年11月28日(2001.11.
28)
[Submission date] November 28, 2001 (2001.11.
28)

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0029[Name of item to be corrected] 0029

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0029】中でも、磁性体より成る歯数Pのギヤ状体
2個を互いに1/2ピッチずらして軸方向に磁化した永
久磁石を挟持したHB型回転子を使用した3相HB型回
転電機の構成のものでは、スター、デルタ駆動ができ、
高分解能も得られるコストパフォーマンスに優れたアク
チュエータの機能を行わせることができる。この場合、
回転子の歯数をPとすれば、P=m(3n±1)又はP
=k(6n±1)で、3相HB型回転電機が成立する。
この場合、後者の式は前者の式におけるmがm=2kに
相当するもので、P=2k(6n±1)/2の式から導
き出されるものである。但し、前者の式の場合は、mは
1相当たりの固定子主極数で1以上の整数、後者の式の
場合は2kは1相当たりの固定子主極数、またk及びn
は1以上の整数である。例えば、m=4の12スロット
式固定子で、n=8で、P=100のステッピングモー
タで示せばステップ角0.6゜となる。m=2で6スロ
ット、n=8でP=50、ステップ角1.2゜となる。
Above all, a three-phase HB type rotating electric machine using an HB type rotor in which two gear-like bodies made of a magnetic material and having a number of teeth P are offset from each other by 1/2 pitch and a permanent magnet magnetized in the axial direction is sandwiched therebetween is used. With the configuration, you can drive star and delta,
It is possible to perform the function of the actuator with excellent cost performance that can also obtain high resolution. in this case,
If the number of teeth of the rotor is P, then P = m (3n ± 1) or P
= K (6n ± 1), the three-phase HB type rotary electric machine is established.
In this case, the latter equation corresponds to m = 2k in the former equation, and is derived from the equation of P = 2k (6n ± 1) / 2. However, in the case of the former formula, m is the number of main stator poles per phase and is an integer of 1 or more, and in the case of the latter formula 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n.
Is an integer of 1 or more. For example, with a 12-slot type stator with m = 4, n = 8 and a stepping motor with P = 100, the step angle is 0.6 °. When m = 2, 6 slots, when n = 8, P = 50, and step angle is 1.2 °.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0030[Name of item to be corrected] 0030

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0030】この場合、式(1)の電流Iは次式とな
る。 I=V/(P・ωm・L) (3) ωmが大きいとき、Iを大きくするには印加するVを大
きくする必要がある。なお、ここで、Lはインダクタン
スである。このためには、バッテリーの電圧を双方向P
WMチョッパー等で高周波電流を作りトランス等で昇圧
し印可する。低速時はPWMチョッパーで低周波電流を
作り、逆にバッテリー電圧より降圧で駆動することで最
適駆動に近いものとなる。また、トルクTは T=(EI)/ωm (4) と、表せる。ここで、Eは速度起電力である。このと
き、特に、オープンループで駆動するとEとIの位相が
重要になる。一般に低速、中速では両者の位相が異なり
効率が悪いが高速では一致し効率は良くなる。そこで、
例えば、回転子の位相と電流の位相を一定にする位相固
定制御(Phase-locked loop control;PLL制御)を
行うようにすれば、この問題は解決される。これらの各
駆動制御は請求項5及び6に相当するものである。な
お、EとIの位相をδとすると、EIcosδが有効電
力となるため、(4)式は次の(5)式に書き換えられ
て、δ=0の時にトルクTは最大となる。 T=EIcosδ/ωm (5) また、Eはωmに比例するためE/ωmを一定となるよう
にすると、δを一定に制御すれば、トルクTは各ωm
対し一定値をとることができる。
In this case, the current I in the equation (1) is given by the following equation. I = V / (P · ω m · L) (3) When ω m is large, it is necessary to increase the applied V to increase I. Here, L is the inductance. To do this, change the battery voltage to
Apply a high-frequency current with a WM chopper to boost the voltage with a transformer. At low speed, the PWM chopper creates a low-frequency current, and on the contrary, driving is performed at a step-down voltage lower than the battery voltage, which is close to optimal driving. The torque T can be expressed as T = (EI) / ω m (4). Here, E is the speed electromotive force. At this time, especially when driven by an open loop, the phases of E and I become important. Generally, at low speeds and medium speeds, the phases of both are different and the efficiency is poor, but at high speeds they match and the efficiency is good. Therefore,
This problem can be solved, for example, by performing phase-locked loop control (PLL control) that keeps the rotor phase and the current phase constant. Each of these drive controls corresponds to claims 5 and 6. When the phase of E and I is δ, EIcos δ becomes active power, and therefore equation (4) is rewritten as equation (5) below, and the torque T becomes maximum when δ = 0. T = EIcos δ / ω m (5) Further, since E is proportional to ω m , if E / ω m is kept constant, if δ is controlled to be constant, the torque T has a constant value for each ω m. Can be taken.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02K 7/14 H02K 7/14 C 21/22 21/22 M // H02K 1/22 1/22 A Fターム(参考) 5H002 AA09 AB06 AB07 AE07 AE08 5H607 BB01 BB07 BB10 BB14 BB17 CC03 EE21 EE33 EE35 FF12 FF24 5H621 BB07 GA01 GA04 GA14 GA16 HH01 HH09 JK05 JK15 5H622 AA03 CA01 CA06 CA10 CB05 PP05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H02K 7/14 H02K 7/14 C 21/22 21/22 M // H02K 1/22 1/22 AF Term (reference) 5H002 AA09 AB06 AB07 AE07 AE08 5H607 BB01 BB07 BB10 BB14 BB17 CC03 EE21 EE33 EE35 FF12 FF24 5H621 BB07 GA01 GA04 GA14 GA16 HH01 HH09 JK05 JK15 5H622 AA03 CA01 CA06 CA10 CB05 CA05 CA10 CB05

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 環状磁性体から放射状に外側に設けられ
た各主極に巻線が巻かれ、それら各主極の先端に複数の
磁歯から成る誘導子を有する固定子と、エヤギャップを
保って内周回転方向にN極、S極が交互に配置された外
転型永久磁石回転子とが対向する回転電機において、 前記回転子の外周部又は側面部に、タイヤ、ドラム、テ
ーブル等の外転体を装着したことを特徴とする電動機駆
動システム。
1. A winding is wound around each of the main poles provided radially outward from an annular magnetic body, and a stator having an inductor composed of a plurality of magnetic teeth at the tip of each of the main poles and an air gap are maintained. In a rotating electric machine facing an outer rotation type permanent magnet rotor in which N poles and S poles are alternately arranged in an inner peripheral rotation direction, a rotor, an outer peripheral portion or a side surface portion of the rotor may be a tire, a drum, a table, or the like. An electric motor drive system, which is equipped with an abductor.
【請求項2】 環状磁性体から放射状に外側に設けられ
た各主極に巻線が巻かれ、それら各主極の先端に複数の
磁歯から成る誘導子を有する固定子と、エヤギャップを
保って内周に磁歯を有した磁性体よりなる回転子を配置
した外転型回転子とが対向する回転電機において、 前記回転子の外周部又は側面部に、タイヤ、ドラム、テ
ーブル等の外転体を装着したことを特徴とする電動機駆
動システム。
2. A winding is wound around each main pole radially outwardly from an annular magnetic body, and a stator having an inductor composed of a plurality of magnetic teeth at the tip of each main pole and an air gap are maintained. In a rotating electric machine facing an outer rotor having a rotor made of a magnetic material having magnetic teeth on the inner circumference, the outer periphery or the side surface of the rotor has an outer surface such as a tire, a drum, or a table. An electric motor drive system, which is equipped with a rolling element.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の回転電機におい
て、 上記回転子の外周部又は側面部に、該回転電機の回転軸
と出力が同心の減速体の出力部を経由して、タイヤ、ド
ラム、テーブル等の外転体を装着したことを特徴とする
電動機駆動システム。
3. The rotating electric machine according to claim 1, wherein a tire is provided on an outer peripheral portion or a side surface portion of the rotor via an output portion of a speed reducer whose output is concentric with a rotating shaft of the rotating electric machine. An electric motor drive system in which abduction bodies such as a drum, a table, etc. are mounted.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の回転
電機において、 上記固定子が3相巻線構造であることを特徴とする電動
機駆動システム。
4. The electric motor drive system according to claim 1, wherein the stator has a three-phase winding structure.
【請求項5】 上記の請求項1乃至3のいずれかに記載
の回転電機、 又は、請求項1及び2のいずれかに記載の回転電機を内
転型とした回転電機、 或いは、この内転型で回転子歯数がPである3相HB型
回転電機において、 該回転電機の印加電圧を、バッテリーの電圧をチョッパ
ー昇降圧して使用することを特徴とする電動機駆動シス
テム。但し、P=m(3n±1)で、mは1相当たりの
固定子主極数で1以上の整数又はP=k(6n±1)
で、2kは1相当たりの固定子主極数、またk及びnは
1以上の整数である。
5. A rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, or a rotary electric machine in which the rotary electric machine according to any one of claims 1 and 2 is an adder type, or this adder A three-phase HB type rotary electric machine of the type having a number of rotor teeth of P, wherein the voltage applied to the rotary electric machine is used by stepping up and down the voltage of a battery to be used. However, P = m (3n ± 1), m is the number of stator main poles per phase, an integer of 1 or more, or P = k (6n ± 1)
2k is the number of main stator poles per phase, and k and n are integers of 1 or more.
【請求項6】 上記の請求項1乃至3のいずれかに記載
の回転電機、 又は請求項1及び2のいずれかに記載の回転電機を内転
型とした回転電機、 或いは、この内転型で回転子歯数がPである3相HB型
回転電機において、 該回転電機の速度起電力に対する電流の位相を制御する
ことを特徴とする電動機駆動システム。但し、P=m
(3n±1)で、mは1相当たりの固定子主極数で1以
上の整数又はP=k(6n±1)で、2kは1相当たり
の固定子主極数、またk及びnは1以上の整数である。
6. A rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3, or a rotary electric machine in which the rotary electric machine according to any one of claims 1 and 2 is an inversion type, or this inversion type In a three-phase HB type rotary electric machine having the number of rotor teeth of P, the electric motor drive system is characterized by controlling the phase of current with respect to the speed electromotive force of the rotary electric machine. However, P = m
(3n ± 1), m is the number of stator main poles per phase and is an integer of 1 or more, or P = k (6n ± 1), and 2k is the number of stator main poles per phase, and k and n. Is an integer of 1 or more.
【請求項7】 請求項1乃至3のいずれかに記載の回転
電機、 又は、請求項1及び2のいずれかに記載の回転電機を内
転型とした回転電機、 或いは、回転子歯数がPのHB型又は回転子極数が2P
のN、S交互磁化した円筒型の主極数が3m個又は6k
個の3相巻線の外転又は内転型である3相回転電機にお
いて、 回転子の位置情報を得て、巻線の励磁タイミングを得る
ようにしたことを特徴とする電動機駆動システム。但
し、P=m(3n±1)で、mは1相当たりの固定子主
極数で1以上の整数又はP=k(6n±1)で、2kは
1相当たりの固定子主極数、またk及びnは1以上の整
数である。
7. A rotary electric machine according to claim 1, or a rotary electric machine in which the rotary electric machine according to any one of claims 1 and 2 is an inner rotor type. HB type of P or the number of rotor poles is 2P
The number of cylindrical main poles of N and S alternately magnetized is 3m or 6k
An electric motor drive system characterized in that, in a three-phase rotating electric machine that is an outer rotation or inner rotation type of three-phase windings, the position information of the rotor is obtained to obtain the excitation timing of the windings. However, P = m (3n ± 1), m is the number of stator main poles per phase, which is an integer of 1 or more, or P = k (6n ± 1), 2k is the number of stator main poles per phase. , And k and n are integers of 1 or more.
【請求項8】 請求項1乃至3のいずれかに記載の回転
電機、 又は、請求項1及び2のいずれかに記載の回転電機を内
転型とした回転電機、 或いは、回転子歯数がPのHB型又は回転子極数が2P
のN、S交互磁化した円筒型の主極数が3m個又は6k
個の3相巻線の外転又は内転型である3相回転電機にお
いて、 回転子の現在位置の軸に対し、γ度進んだ3相交流又は
マイクロステップ或いはフルステップ励磁による回転磁
界軸を励磁するようにしたことを特徴とする電動機駆動
システム。但し、P=m(3n±1)で、mは1相当た
りの固定子主極数で1以上の整数又はP=k(6n±
1)で、2kは1相当たりの固定子主極数、またk及び
nは1以上の整数である。
8. A rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3, or an inner rotating type rotating electric machine according to claim 1 or 2, or a rotor having a number of teeth. HB type of P or the number of rotor poles is 2P
The number of cylindrical main poles of N and S alternately magnetized is 3m or 6k
In a three-phase rotating electric machine that is an outer rotation or inner rotation type of three-phase windings, the rotating magnetic field axis by γ degree advanced three-phase AC or micro step or full step excitation with respect to the axis of the current position of the rotor. An electric motor drive system characterized by being excited. However, P = m (3n ± 1), m is the number of stator main poles per phase, and is an integer of 1 or more, or P = k (6n ± 1).
In 1), 2k is the number of main stator poles per phase, and k and n are integers of 1 or more.
【請求項9】 前記γが、γ=90゜(電気角)である
請求項8に記載の電動機駆動システム。
9. The electric motor drive system according to claim 8, wherein γ is γ = 90 ° (electrical angle).
【請求項10】 前記γが、0<γ≦90゜では、オー
プンループのステッピングモータとして、また、γが9
0゜を越えたらクローズドループのブラシレスモータと
して駆動するようにしたことを特徴とする請求項8に記
載の電動機駆動システム。
10. When γ is 0 <γ ≦ 90 °, the stepping motor is an open loop, and γ is 9
9. The electric motor drive system according to claim 8, wherein when it exceeds 0 °, it is driven as a closed loop brushless motor.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009296863A (en) * 2008-06-02 2009-12-17 Keiji Kinoshita Torque motor type engine
US10975891B2 (en) 2016-08-17 2021-04-13 Project Phoenix, LLC Motor operated accumulator

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